JP2006256879A

JP2006256879A - シリコン単結晶引上装置

Info

Publication number: JP2006256879A
Application number: JP2005073350A
Authority: JP
Inventors: Kiwa Sakuma; 喜和佐久間
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【課題】地震などによる突発的なトラブルでも大きな影響を受けることがないシリコン単結晶引上装置を提供する。
【解決手段】本シリコン単結晶引上装置は、ワイヤーを非接触状態で貫通して配置されたワイヤー揺動抑制リングと、ワイヤー揺動抑制リングを保持する複数のワイヤー揺動抑制ワイヤーと、ワイヤー揺動抑制ワイヤーの張力を検知するワイヤー張力検知手段を有し、ワイヤー張力検知手段により検知された張力を調整するワイヤー張力調整手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明はシリコン単結晶引上装置に係り、特に育成中のシリコン単結晶の揺れ抑制機構を備えたシリコン単結晶引上装置に関する。

従来、チョクラルスキー法（ＣＺ法）を用いてシリコン単結晶（以下、単に単結晶という）を製造する場合は単結晶シリコンを種結晶として用い、これをシリコン融液に接触させた後、回転させながらゆっくりと引上げることで育成させている。

この育成工程中、地震などの理由により単結晶に揺れが生じた場合、その程度が小さい時は回転数を調整する程度で単結晶の育成への悪影響を回避できる。しかし、単結晶の揺れが大きい時は単結晶育成の中断、もしくは再溶融からのやり直しが強いられ、さらに、単結晶と部材の接触、あるいは単結晶の落下により炉内部材や炉本体そのものに損傷を与えるおそれがある。

なお、特許文献１には引上げ軸横振れ防止装置が、特許文献２にはＣＣＤカメラを用いて単結晶の振れを検出する方法が、特許文献３にはシードホルダー及びワイヤーの支持体の回転軸心から振れを検出し、この検出された振れを防止しうるワイヤーの支点位置を算出し、その支点位置にワイヤーの支点を移動させる単結晶引上装置が提案されている。

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、大きな揺れが発生した場合は、特許文献１の第１図に示すガイド３２を支点として、シードチャック２３に揺れが発生してしまうため、単結晶落下等の問題が発生する可能性がある。また、特許文献２に記載の構成は、揺れを検出する方法であり、揺れを防止する手段は記載されていない。さらに、特許文献３に記載の構成では、揺れに応じて、ワイヤーの支点位置が横方向に移動してしまうため、単結晶育成時において、ルツボ内の融液の回転中心と、引上げて回転している単結晶の回転中心にズレが生じ、育成している単結晶が変形し、直径の制御が困難となるので好ましくない。
特開昭６０−６５７８９号公報特開昭６３−１７０２９６号公報特開昭６２−２５２３９６号公報

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、揺れの発生に伴いシリコン単結晶の育成条件を変更する必要がなく、特に揺れの程度が大きい場合にも再溶融の頻度を低減させることができ、地震などによる突発的なトラブルでも大きな影響を受けることがないシリコン単結晶引上装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係るシリコン単結晶引上装置は、炉本体に内装された石英ガラスルツボ内のシリコン融液にワイヤーに取付けられた種結晶を浸漬してシリコン単結晶を引上げるチョクラルスキー法を用いたシリコン単結晶引上装置において、
前記ワイヤーを非接触状態で貫通して配置されたワイヤー揺動抑制リングと、前記ワイヤー揺動抑制リングを保持する複数のワイヤー揺動抑制ワイヤーと、前記ワイヤー揺動抑制ワイヤーの張力を検知するワイヤー張力検知手段を有し、前記ワイヤー張力検知手段により検知された張力を調整するワイヤー張力調整手段を備えることを特徴とする。

好適には、前記ワイヤーは、前記ワイヤー揺動抑制リングの中心軸に、位置される。

また、好適には、前記ワイヤー揺動抑制ワイヤーは、可撓性である。

本発明に係るシリコン単結晶引上装置によれば、揺れの発生に伴いシリコン単結晶の育成条件を変更する必要がなく、特に揺れの度合が大きい場合にも再溶融の頻度を低減させることができ、地震などによる突発的なトラブルでも大きな影響を受けることがないシリコン単結晶引上装置を提供することができる。

以下、本発明に係るシリコン単結晶引上装置の一実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明に係るシリコン単結晶引上装置の概念図である。

図１に示すように、本発明に係るシリコン単結晶引上装置１は、監視窓２ａを備えた気密性の炉本体２と、炉本体２に内装された原料シリコン溶融用の石英ガラスルツボ３と、この石英ガラスルツボ３を支持する黒鉛ルツボ４と、この黒鉛ルツボ４を囲繞し石英ガラスルツボ３内の原料シリコンを加熱して溶融するヒータ５と、このヒータ５、石英ガラスルツボ３および黒鉛ルツボ４を囲繞し保温する保温材６を備えている。

また、チャンバー２には、不活性ガス供給装置７から不活性ガスＧを供給する不活性ガス供給手段７ａと、チャンバー２の炉本体底部２ｂを貫通し、チャンバー２外に不活性ガスＧを排出する排出口８が設けられている。また、石英ガラスルツボ３は、ルツボ回転昇降機構９により回転昇降自在なルツボ回転軸１０に取り付けられている。

さらに、炉本体２の上部には引上機構１１が設けられている。この引上機構１１には種結晶Ｓを固定するチャック１２を具備するワイヤー１３が昇降自在に設けられている。また、石英ガラスルツボ３の上方にはルツボ壁３ａに対向して輻射シールド１４が設けられ、この輻射シールド１４は、育成する単結晶を同心円の軸として取り囲む構成になっている。

引上チャンバ２ｃにはワイヤー揺動防止機構１５が設けられている。

詳しくは、このワイヤー揺動防止機構１５は、図２に示すように、炉本体２の引上チャンバー２ｃ外に均等角度、例えば１２０°の離間角度で離間配置されたワイヤー張力調整手段としてのサーボモータを備えた複数（図２では３個）のサーボ機構１５ａと、ワイヤー１３が非接触状態で貫通して、配置されたワイヤー揺動抑制リング（以下、単にリングという。）１５ｂと、このリング１５ｂを保持し、複数のサーボ機構１５ａに接続されている同一長さの複数（図２では３本）のワイヤー揺動抑制ワイヤー（以下、単に揺動抑制ワイヤーという。）１５ｃを備え、通常時では、この複数の揺動抑制ワイヤー１５ｃには、等しく例えば、５０〜１００ｋｇｆの張力がかかるように、複数のサーボ機構１５ａにより調整されている。揺動抑制ワイヤー１５ｃにはサーボ機構１５ａ内に設けられたワイヤー張力検知手段、例えば、張力検知センサー１５ｄが備えられている。さらに、サーボ機構１５ａは制御装置１６に接続されており、この制御装置１６により、張力検知センサー１５ｄで検知された張力の変化に応じて、適時その張力を調整できる。

前記ワイヤーは、前記ワイヤー揺動抑制リングの中心軸に、位置されていることが好ましい。これにより、地震等によりワイヤーに揺動が発生した場合に、揺れに対するその調整が全方向に対して均等になる。

前記ワイヤー揺動抑制ワイヤーは、可撓性であることが好ましい。これにより、剛性を有する支持棒などで支持する場合に比べて、ワイヤーの揺動を吸収し、速やかに揺動を減衰することができる。

また、制御装置１６はヒータ５への入力を制御するヒータ入力制御器５ａ、ガス導入制御手段７ａ、ルツボ回転昇降機構８を制御するルツボ回転昇降制御器８ａ、引上げ機構１１を制御する引上げ機構制御器１１ａ、引上げ機構１１に取付けられ、引上げられる単結晶の重量を検知する重量検知センサー１１ｂ、育成された単結晶の直径を検知するＣＣＤカメラ１７などに接続されており、それぞれ適時制御することができる。

次に本発明に係るシリコン単結晶引上装置を用いたシリコン単結晶の引上げ方法について説明する。

図１に示すように、石英ガラスルツボ３に原料シリコンを充填し、石英ガラスルツボ３の周囲に配置されたヒータ５により加熱して溶融し、融液Ｍにする。

しかる後、ガス導入制御手段７ａを制御し、不活性ガス供給装置７から炉本体２に不活性ガスＧを導入し、ルツボ回転昇降機構９により石英ガラスルツボ３を回転させ、引上機構１１のワイヤー１３に設けられたチャック１２に取付けられた種結晶を降下させて、融液Ｍに浸漬した後、引上機構１１によりワイヤー１３を巻取り、回転させて単結晶の育成を行う。

この育成過程において、地震などにより単結晶Ｉｇ及びワイヤー１３が揺れると、ワイヤー１３がリング１５ｂに接触し、このリング１５ｂを介して揺動抑制ワイヤー１５ｃに張力の変化が生じる。この張力の変化は張力検知センサー１５ｄによって検知され、この張力情報信号は制御装置１６に送られる。

張力情報信号を受信した制御装置１６は、サーボ機構１５ａを作動させ、ワイヤー１３が揺れと反対方向すなわちワイヤー１３がリング１５ｂに接触した反対方向に位置する揺動抑制ワイヤー１５ｃの張力を増加させて、ワイヤー１３の通常の垂下位置に戻し、複数の揺動抑制ワイヤー１５ｃの張力を均一に復帰させる。

これにより、育成中に単結晶Ｉｇ及びワイヤー１３に揺動が発生しても、リング１５ｂを支点としてワイヤー１３の揺動は速やかに抑制されて、揺れが増幅する前に対処することが可能であり、揺れの発生により単結晶の回転数の調整など育成条件を変更したり、ルツボ内の融液面での育成環境、例えば、石英ルツボ内融液面回転中心と、単結晶の回転中心とのズレが瞬時に抑制されるため、育成している単結晶の変形等を抑制することが可能となり、再溶融の頻度を低減させることができるため、地震などによる突発的な揺れ発生時の被害を最小限に抑えることができる。

上記実施形態のシリコン単結晶引上装置によれば、ワイヤー揺動防止機構を備えることで、揺れの発生に伴い単結晶の育成条件を変更する必要がなく、特に揺れの度合が大きい場合にも再溶融の頻度を低減させることができ、地震などによる突発的なトラブルでも大きな影響を受けることがないシリコン単結晶引上装置が実現される。

図１に示すシリコン単結晶引上装置を用い直径３００ｍｍ、長さ１ｍ５０ｃｍのダミーインゴットをワイヤーに取付け、強制的に揺れを発生させて、揺れの経時変化を調べた（実施例）。

また、比較例としてワイヤー揺動防止機構を備えていないシリコン単結晶引上装置を用い同様の試験を行った。

結果を図３に示す。

実施例は揺動発生後約１分に揺れ幅のピークがあるが、そのピーク値も５．５ｍｍと小さく、さらに、その揺動は速やかに減衰することがわかった。

これに対して、比較例は揺動発生後約３分に揺れ幅のピークがあり、そのピーク値も９．５ｍｍと極めて大きく、さらに、その揺動は減衰が遅く長時間に渡ることがわかった。

本発明に係るシリコン単結晶引上装置の概念図。本発明に係るシリコン単結晶引上装置に用いられるワイヤー揺動防止機構の概念図。本発明に係るシリコン単結晶引上装置を用いた揺動抑制試験の結果図。

符号の説明

１シリコン単結晶引上装置
２炉本体
２ｃ引上チャンバー
３石英ガラスルツボ
４黒鉛ルツボ
５ヒータ
６保温材
７不活性ガス供給装置
９ルツボ回転昇降機構
１０ルツボ回転軸
１１引上機構
１３ワイヤー
１５ワイヤー揺動防止機構
１５ａサーボ機構
１５ｂワイヤー揺動抑制リング
１５ｃワイヤー揺動抑制ワイヤー
１５ｄ張力センサー
１６制御装置

Claims

炉本体に内装された石英ガラスルツボ内のシリコン融液にワイヤーに取付けられた種結晶を浸漬してシリコン単結晶を引上げるチョクラルスキー法を用いたシリコン単結晶引上装置において、前記ワイヤーを非接触状態で貫通して配置されたワイヤー揺動抑制リングと、前記ワイヤー揺動抑制リングを保持する複数のワイヤー揺動抑制ワイヤーと、前記ワイヤー揺動抑制ワイヤーの張力を検知するワイヤー張力検知手段を有し、前記ワイヤー張力検知手段により検知された張力を調整するワイヤー張力調整手段を備えることを特徴とするシリコン単結晶引上装置。
前記ワイヤーは、前記ワイヤー揺動抑制リングの中心軸に、位置されていることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶引上装置。
前記ワイヤー揺動抑制ワイヤーは、可撓性であることを特徴とする請求項１、２に記載のシリコン単結晶引上装置。