JP2008074650A - Single crystal manufacturing apparatus and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、チョクラルスキー(CZ)法による単結晶製造装置および単結晶製造装置の制御方法に関わり、特に、単結晶落下防止装置が設けられた単結晶製造装置および単結晶製造装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a Czochralski (CZ) method for producing a single crystal and a method for controlling the single crystal production device, and in particular, a single crystal production device provided with a single crystal fall prevention device and a method for controlling the single crystal production device. About.
無転位シリコン単結晶のチョクラルスキー(CZ)法による製造においては、まず、ルツボ内に充填した固形状多結晶シリコン原料を、ルツボを囲むように配置されたヒータによって加熱し溶融する。溶融して液体となった所謂融液に、望む結晶方位を有する種結晶(シード)を浸して融液温度と馴染ませる。馴染んだところで種結晶を上方へと引上げる。もっとも、種結晶を融液に浸すと、種結晶と融液の温度差に起因して種結晶に転位が発生する。そこで、この転位を除去するために所謂ダッシュ法が行われる。
このダッシュ法は、種結晶を上方へと引上げる際に、いったん結晶径を4mm程度に細めたネック部を形成し、転位が抜けた後に所望の結晶径まで広げる方法である。
In the production of dislocation-free silicon single crystal by the Czochralski (CZ) method, first, a solid polycrystalline silicon raw material filled in a crucible is heated and melted by a heater arranged so as to surround the crucible. A seed crystal (seed) having a desired crystal orientation is immersed in a so-called melt that has been melted into a liquid so as to adjust to the melt temperature. When familiar, pull the seed crystal upwards. However, when the seed crystal is immersed in the melt, dislocation occurs in the seed crystal due to the temperature difference between the seed crystal and the melt. Therefore, a so-called dash method is performed to remove this dislocation.
This dash method is a method in which when the seed crystal is pulled upward, a neck portion once narrowed to a crystal diameter of about 4 mm is formed, and then expanded to a desired crystal diameter after dislocations are removed.
近年、引上げシリコン単結晶径の増大や、固形状多結晶シリコン原料充填量の増大に伴う引上げ単結晶の長大化により、引上げシリコン単結晶の重量も増大している。例えば、近年主流となっているφ300mm(12インチ)単結晶では、引上げ単結晶の重量が300kgを超える場合もある。
そして、シリコン単結晶の引上げ中に、地震が発生した場合、ダッシュ法で細められたネック部には、引上げシリコン単結晶の重量のみならず、捩れ等によるせん断応力も加わる。このため、シリコン単結晶をネック部で支えることができず、このネック部で破断が生じ引上げ中のシリコン単結晶が落下するおそれがある。
引上げ中のシリコン単結晶が落下した場合には、単に、引上げ中のシリコン単結晶が使用不能になるのみならず、ルツボ等の破壊、これによる融液の流出、さらには冷却系の破壊による水蒸気爆発等により、極めて重大な損害が生ずる可能性がある。
In recent years, the weight of a pulled silicon single crystal has increased due to an increase in the diameter of the pulled silicon single crystal and an increase in the length of the pulled single crystal accompanying an increase in the amount of solid polycrystalline silicon raw material. For example, in a φ300 mm (12 inch) single crystal that has become mainstream in recent years, the weight of the pulled single crystal may exceed 300 kg.
When an earthquake occurs during the pulling of the silicon single crystal, not only the weight of the pulled silicon single crystal but also shear stress due to twisting is applied to the neck portion narrowed by the dash method. For this reason, the silicon single crystal cannot be supported by the neck portion, and there is a possibility that the silicon single crystal being pulled is dropped due to breakage at the neck portion.
When the pulling silicon single crystal falls, not only does the pulling silicon single crystal become unusable, but also the crucible and the like, the outflow of the melt due to this, and the water vapor due to the breakdown of the cooling system. Explosions can cause serious damage.
このような、重大な損害が生ずる可能性のある引上げシリコン単結晶の落下を防止するため、特許文献1では、引上げ初期に、シリコン単結晶の一部にくびれ部を形成して、このくびれ部に爪を引っ掛けてシリコン単結晶を把持し引上げる手段が開示されている。
また、特許文献2では、くびれではなく、拡径部を形成し、この拡径部の下を把持し引上げる手段が開示されている。
さらに、近年、種結晶が融液に接触した際に転位が発生しないよう高ボロン濃度の種結晶を用い、ネック部を設けなくとも無転位シリコン単結晶が育成可能な、所謂無ネック技術が提案されている(例えば、非特許文献1)。
Further, Patent Document 2 discloses a means for forming an enlarged diameter portion instead of a constriction, and gripping and pulling up under the enlarged diameter portion.
Furthermore, in recent years, a so-called neckless technology has been proposed in which a dislocation-free silicon single crystal can be grown without using a neck portion by using a seed crystal having a high boron concentration so that dislocation does not occur when the seed crystal contacts the melt. (For example, Non-Patent Document 1).
もっとも、特許文献1のように、シリコン単結晶にくびれ部を設ける方法は、くびれ部が製品として用いることができないため、シリコン単結晶製造コストが増大するという問題がある。また、くびれ部を爪で捕らえる際に、複数ある爪が同時にシリコン単結晶を捕らえることができないと、シリコン単結晶が揺れてしまい、その結果。その後成長するシリコン単結晶が有転位化するおそれがある。シリコン単結晶の揺れによる有転位化のおそれは、特許文献2の方法においても同様に存する。
そして、非特許文献1に示される所謂無ネック技術においては、種結晶のボロン濃度が高いため、種結晶の融出により融液側のボロン濃度が高くなり、所望の抵抗率を有する無転位シリコン単結晶が育成できないおそれがある。また、無ネック技術により、ネック部を形成する必要がなくなったとしても、種結晶から拡径部にいたる細い径の領域で破断のおそれが皆無になるわけではない。
However, the method of providing the constricted portion in the silicon single crystal as in Patent Document 1 has a problem that the manufacturing cost of the silicon single crystal increases because the constricted portion cannot be used as a product. In addition, when the constriction is captured by the nail, if the plurality of claws cannot simultaneously capture the silicon single crystal, the silicon single crystal is shaken, and as a result. There is a possibility that the silicon single crystal that grows after that undergoes dislocation. The risk of dislocations due to the shaking of the silicon single crystal also exists in the method of Patent Document 2.
In the so-called neckless technology disclosed in Non-Patent Document 1, since the boron concentration of the seed crystal is high, the boron concentration on the melt side is increased by the melting of the seed crystal, and dislocation-free silicon having a desired resistivity. There is a possibility that a single crystal cannot be grown. Further, even if it is not necessary to form a neck portion by the neckless technology, there is no risk of breaking in a narrow diameter region from the seed crystal to the enlarged diameter portion.
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、ネック部でシリコン単結晶を支える従来通りのダッシュ法を用いながらも、引上げ中のシリコン単結晶の落下を防止できる単結晶製造装置および単結晶製造装置の制御方法を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to prevent the silicon single crystal from falling during pulling while using the conventional dash method that supports the silicon single crystal at the neck. An object of the present invention is to provide a single crystal manufacturing apparatus and a method for controlling the single crystal manufacturing apparatus.
本発明の一態様の単結晶製造装置は、
単結晶落下防止装置が設けられたチョクラルスキー(CZ)法による単結晶製造装置であって、
前記単結晶落下防止装置が、引上げ単結晶に向けて射出可能な3本以上の棒状の保持治具を備え、
前記保持治具が単結晶の引上げ軸を中心として放射状に配置され、
前記保持治具が、水平に、または、チャンバ壁から単結晶の引上げ軸方向に向けて仰角を有するように設けられていることを特徴とする。
An apparatus for producing a single crystal of one embodiment of the present invention,
A single crystal manufacturing apparatus using a Czochralski (CZ) method provided with a single crystal fall prevention device,
The single-crystal fall prevention device comprises three or more rod-shaped holding jigs that can be injected toward the pulled single crystal,
The holding jigs are arranged radially around the pulling axis of the single crystal,
The holding jig is provided so as to have an elevation angle horizontally or from a chamber wall toward a pulling axis direction of the single crystal.
ここで、前記保持治具の、単結晶接触部が設けられる端部に、ばねを用いた緩衝機構が備わっていることが望ましい。 Here, it is desirable that a buffer mechanism using a spring is provided at an end portion of the holding jig where the single crystal contact portion is provided.
また、前記保持治具の単結晶接触部が、繊維強化材料によって形成されていることが望ましい。 Moreover, it is desirable that the single crystal contact portion of the holding jig is formed of a fiber reinforced material.
また、前記保持治具の射出機構に、ばね、または、油圧を動力として用いることが望ましい。 Moreover, it is desirable to use a spring or hydraulic pressure as power for the injection mechanism of the holding jig.
本発明の一態様の単結晶製造装置の制御方法は、
単結晶落下防止装置が設けられたチョクラルスキー(CZ)法による単結晶製造装置の制御方法であって、
前記単結晶落下防止装置が、引上げ単結晶に向けて射出可能な3本以上の棒状の保持治具を備え、
前記保持治具が単結晶の引上げ軸を中心として放射状に配置され、
前記保持治具が、水平に、または、チャンバ壁面から単結晶の引上げ軸方向に向けて仰角を有するように設けられ、
重量検出器により引き上げ中の単結晶重量をモニタし、
前記単結晶重量の減少量が所定値以上に達した場合に、
前記保持治具を射出し、
前記引上げ単結晶を保持することを特徴とする。
The control method of the single crystal manufacturing apparatus of one embodiment of the present invention includes:
A control method of a single crystal manufacturing apparatus by a Czochralski (CZ) method provided with a single crystal fall prevention device,
The single-crystal fall prevention device comprises three or more rod-shaped holding jigs that can be injected toward the pulled single crystal,
The holding jigs are arranged radially around the pulling axis of the single crystal,
The holding jig is provided so as to have an elevation angle horizontally or toward the pulling axis direction of the single crystal from the chamber wall surface,
Monitor the weight of the single crystal being pulled by the weight detector,
When the amount of decrease in the single crystal weight reaches a predetermined value or more,
Injecting the holding jig,
The pulled single crystal is held.
本発明によれば、ネック部でシリコン単結晶を支える従来通りのダッシュ法を用いながらも、引上げ中のシリコン単結晶の落下を防止できる単結晶製造装置および単結晶製造装置の制御方法を提供することが可能になる。 According to the present invention, there is provided a single crystal manufacturing apparatus and a control method for the single crystal manufacturing apparatus that can prevent the silicon single crystal from being dropped while being pulled while using the conventional dash method for supporting the silicon single crystal at the neck portion. It becomes possible.
以下、本発明に係る単結晶製造装置および単結晶製造装置の制御方法の実施の形態につき、添付図面に基づき説明する。なお、ここでは単結晶として、シリコン単結晶を製造する場合を例として記載する。 Hereinafter, embodiments of a single crystal manufacturing apparatus and a control method for a single crystal manufacturing apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Here, a case where a silicon single crystal is manufactured as a single crystal will be described as an example.
(単結晶製造装置)
本実施の形態の単結晶製造装置は、シリコン単結晶引上げ中に、地震等により引上げ中のシリコン単結晶のネック部が破断した場合に、シリコン単結晶の落下を検知し、この落下を阻止する単結晶落下防止装置を備えていることを特徴とする。
(Single crystal manufacturing equipment)
The single crystal manufacturing apparatus according to the present embodiment detects the fall of the silicon single crystal and prevents the fall when the neck portion of the silicon single crystal being pulled is broken due to an earthquake or the like during the pulling of the silicon single crystal. A single crystal fall prevention device is provided.
図1は本実施の形態の単結晶製造装置の模式的縦断面図である。上述の単結晶落下装置以外については、従来、使用されている単結晶製造装置と同様である。
図1に示すシリコン単結晶製造装置100は、原料となる固形状多結晶シリコン(図示せず)が充填されるルツボ101、103、固形状多結晶シリコンを加熱、溶融しシリコン融液105とするための主ヒータ107および、下部ヒータ109がチャンバ111内に格納され、チャンバ111上部には、育成されたシリコン単結晶150を引上げる引上げ機構141が設けられている。チャンバ111の上部に取り付けられた引上げ機構141からはワイヤ129が巻き出されており、その先端には、種結晶を取り付けるための種ホルダ(図示せず)が接続されている。そして、引上げ機構141には、ワイヤ129にかかる荷重をモニタする重量検出器(図示せず)、いわゆるロードセルが備えられている。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a single crystal manufacturing apparatus according to the present embodiment. Except for the single crystal dropping apparatus described above, the apparatus is the same as the conventionally used single crystal manufacturing apparatus.
A silicon single
なお、上記ルツボ101、103は、内側にシリコン融液105を直接収容する石英ルツボ101と、石英ルツボ101を外側で支持するためのカーボンルツボ103とから構成されている。ルツボ101、103は、シリコン単結晶製造装置の下部に取り付けられた回転駆動機能(図示せず)によって回転昇降自在なルツボシャフト113によって支持されている。
ルツボ101、103を取り囲むように主ヒータ107および、下部ヒータ109が配置されており、主ヒータ107の外側には、主ヒータ107からの熱がチャンバ111に直接輻射されるのを防止するための第1の保温材115、第2の保温材117が主ヒータ107の周囲を取り囲むように設けられている。加えて、シリコン融液105やルツボ101、103からの熱がチャンバ111に直接輻射されるのを防止するための第3の保温材119、第4の保温材121が設けられている。そして、シリコン融液105やルツボ101、103からの熱が引き上げシリコン単結晶150の冷却を阻害しないように輻射シールド125が、シリコン融液105、ルツボ101、103とシリコン単結晶150間に設けられている。なお、保温材115、117の材質については、特に保温性に優れているものを使用することが望ましく、通常成形断熱材が用いられている。また、保温材119、121の材質については、例えば、成形断熱材、カーボン、あるいはカーボンの表面を炭化ケイ素で被覆したものが用いられている。輻射シールド125については、輻射熱を調整する役目を果たしているので、例えば、モリブデン、タングステン、タンタル等の金属や、カーボン、カーボンの表面を炭化ケイ素で被覆したもの及びこれらの内側に成形断熱材等を設置したものが用いられる。
The
A
なお、チャンバ111は、ステンレス等の耐熱性、熱伝導性に優れた金属により形成されており、冷却管(図示せず)を通して水冷されている。 The chamber 111 is made of a metal having excellent heat resistance and thermal conductivity, such as stainless steel, and is water-cooled through a cooling pipe (not shown).
そして、上述のように本実施の形態の単結晶製造装置は、単結晶落下防止装置200が設けられていることを特徴とする。この単結晶落下防止装置200は、落下するシリコン単結晶を保持する保持治具202と、この保持治具202を射出し、支持する射出機構204によって構成されている。
As described above, the single crystal manufacturing apparatus of the present embodiment is characterized in that the single crystal
保持治具202は単結晶製造装置100のチャンバ内に3本以上設けられている。これは、2本以下では、落下する引上げシリコン単結晶を2点で保持する必要が生じ、バランスを維持するのが極めて困難なことによる。そして、これらの保持治具202は引上げシリコン単結晶150に向けて射出可能で、棒状を呈している。
Three or more holding jigs 202 are provided in the chamber of the single
図2は、保持治具のチャンバ内配置を示す上面図である。図2に示すように、保持治具202は、シリコン単結晶の引上げ軸を中心として放射状に配置されている。このような、放射状の配置によって、複数の保持治具で落下するシリコン単結晶を有効に保持することが可能になる。 FIG. 2 is a top view showing the arrangement of the holding jig in the chamber. As shown in FIG. 2, the holding jigs 202 are arranged radially about the pulling axis of the silicon single crystal. Such a radial arrangement makes it possible to effectively hold a silicon single crystal falling by a plurality of holding jigs.
そして、図1に示すように、保持治具202は、水平に、または、チャンバ111壁から、シリコン単結晶の引上げ軸方向に仰角θを有するように設けられている。これは、保持治具がチャンバ111壁から、シリコン単結晶の引上げ軸方向に伏角を有すると、シリコン単結晶150を保持する際に、シリコン単結晶150の落下を加速させる力が働くため、シリコン単結晶150の保持が困難になることによる。
As shown in FIG. 1, the holding jig 202 is provided horizontally or from the wall of the chamber 111 so as to have an elevation angle θ in the pulling axis direction of the silicon single crystal. This is because, when the holding jig has an inclination angle in the pulling-up axis direction of the silicon single crystal from the wall of the chamber 111, a force that accelerates the dropping of the silicon
また、保持治具の単結晶接触部が設けられる側の端部には、ばねを用いた緩衝機構が備わっていることが望ましい。図3は、緩衝機構を有する保持治具の拡大図である。射出機構204に装填された保持治具202は、保持治具本体202a、保持治具本体202a内部に装填された単結晶接触部202b、および、これらの間に設けられたばね202cで構成されている。このような構成による緩衝機構を有することにより、保持治具202とシリコン単結晶が接触した際の単結晶接触部202bによる衝撃を吸収し、結晶の接触部での破損・破断、および、結晶の破断で生ずる単結晶製造装置の破損をより効果的に防止することが可能となる。
そして、単結晶接触部202bの形状は、必ずしも保持治具本体202aのように、棒状である必要はなく、有効にシリコン単結晶を保持するために、保持治具本体202aよりも幅の広がった面状であっても、シリコン側面のカーブに沿うように湾曲した形状であってもかまわない。
Moreover, it is desirable that the end of the holding jig on the side where the single crystal contact portion is provided is provided with a buffer mechanism using a spring. FIG. 3 is an enlarged view of a holding jig having a buffer mechanism. The holding jig 202 loaded in the
The shape of the single crystal contact portion 202b does not necessarily have to be a rod shape like the holding jig body 202a, and has a wider width than the holding jig body 202a in order to hold the silicon single crystal effectively. Even if it is planar, it may be a shape curved along the curve of the silicon side surface.
そして、単結晶接触部202bの材質としては、耐熱性があり、落下防止のためシリコンとの間で適度な摩擦係数を有し、シリコン単結晶の破壊を防止するため適度な弾性を有し、かつ、シリコン単結晶やチャンバ内を過度に汚染しないものであることが望ましい。例えば、FRP(Fiber Reinforced Plastics:繊維強化プラスチック)やFRM(Fiber Reinforced Metal:繊維強化金属)、FRC(Fiber Reinforced Ceramics)、CC(Carbon−Carbon Composite:カーボン-カーボン複合材)等の適用が考えられる。特に、耐熱性や汚染の観点からは、カーボン-カーボン複合材、炭素繊維強化金属材料、または、炭化珪素(SiC)系繊維強化金属材料の適用が好ましい。 The material of the single crystal contact portion 202b is heat resistant, has an appropriate coefficient of friction with silicon to prevent dropping, and has an appropriate elasticity to prevent destruction of the silicon single crystal, In addition, it is desirable that the silicon single crystal and the chamber are not excessively contaminated. For example, FRP (Fiber Reinforced Plastics), FRM (Fiber Reinforced Metal), FRC (Fiber Reinforced Ceramics), CC (Carbon-Carbon Composite): Carbon-Carbon Composites . In particular, from the viewpoint of heat resistance and contamination, application of a carbon-carbon composite material, a carbon fiber reinforced metal material, or a silicon carbide (SiC) fiber reinforced metal material is preferable.
さらに、保持治具本体202a、および、チャンバ内に露出する部分の射出機構204は、耐熱性に優れるだけでなく、少なくとも引上げシリコン単結晶の重量である300kg以上の重量を保持するだけの強度が要求される。このため、例えば、SUS材で形成されていることが望ましい。
Furthermore, the holding jig main body 202a and the
そして、射出機構204(図1)が、保持治具202を射出および支持する動力として、ばね、または、油圧を用いることが望ましい。なぜなら、これにより、速い射出速度が得られるとともに、高い耐加重性(支持性)の実現が可能だからである。 Then, it is desirable that the injection mechanism 204 (FIG. 1) uses a spring or hydraulic pressure as power for injecting and supporting the holding jig 202. This is because a high injection speed can be obtained and high load resistance (supportability) can be realized.
また、本実施の形態の単結晶製造装置において、上述のように、引上げ機構141(図1)には、ワイヤ129にかかる荷重(単結晶重量)をモニタする重量検出器(図示せず)、いわゆるロードセルが備えられている。そして、本実施の形態の単結晶製造装置には、シリコン単結晶引上げ中に、重量検出器でモニタされる重量がシリコン単結晶の落下により減少し、この減少量が所定値以上になった場合に、装置制御系に信号を伝達する機構が設けられている。そして、この伝達された信号に基づき、装置制御系から単結晶落下防止装置に保持治具の射出を指令する機構も設けられている。これらの制御機構により、シリコン単結晶の落下が生じた際に、迅速かつ自動的に保持治具を射出することが可能となっている。 In the single crystal manufacturing apparatus of the present embodiment, as described above, the pulling mechanism 141 (FIG. 1) includes a weight detector (not shown) that monitors the load (single crystal weight) applied to the wire 129, A so-called load cell is provided. Then, in the single crystal manufacturing apparatus of the present embodiment, when the silicon single crystal is pulled, the weight monitored by the weight detector is reduced due to the drop of the silicon single crystal, and this reduction amount becomes a predetermined value or more. In addition, a mechanism for transmitting a signal to the apparatus control system is provided. A mechanism is also provided for instructing the single crystal fall prevention device to inject the holding jig based on the transmitted signal. By these control mechanisms, it is possible to quickly and automatically inject the holding jig when the silicon single crystal falls.
さらに、本実施の形態の単結晶製造装置には、保持治具が落下するシリコン単結晶を保持した後に、自動的に、ヒータ電源や、ルツボ回転等の駆動系への電力供給を停止する制御機構も設けられている。
この制御機構により、地震等が発生した場合に、人為的に電源の供給を遮断せずとも、自動的に単結晶製造装置への電力供給を遮断でき、二次災害の発生を予防するという作用・効果が得られる。
Furthermore, in the single crystal manufacturing apparatus of the present embodiment, after holding the silicon single crystal falling by the holding jig, control to automatically stop the power supply to the drive system such as the heater power supply or the crucible rotation. A mechanism is also provided.
With this control mechanism, when an earthquake or the like occurs, the power supply to the single crystal manufacturing equipment can be automatically shut off without manually shutting off the power supply, preventing the occurrence of secondary disasters.・ Effects can be obtained.
(単結晶製造装置の制御方法)
次に、上記単結晶製造装置の制御方法について説明する。
図4は、本実施の形態の単結晶製造装置の制御方法シーケンスを示す図である。引上げシリコン単結晶の破断が生じ、シリコン単結晶が落下すると、重量検知器が重量変化により結晶破断を検知する。そして、重量検知器から破断発生を示唆する信号伝達がなされ、装置制御系に入力される。装置制御系は保持治具の射出を指令し、落下したシリコン単結晶が保持治具で保持される。その後、装置制御系の指令により自動的にヒータ電源がオフされ、続いて駆動系も停止される。
(Control method for single crystal manufacturing equipment)
Next, a method for controlling the single crystal manufacturing apparatus will be described.
FIG. 4 is a diagram showing a control method sequence of the single crystal manufacturing apparatus of the present embodiment. When the pulled silicon single crystal breaks and the silicon single crystal falls, the weight detector detects the crystal breakage due to the change in weight. Then, a signal indicating the occurrence of breakage is transmitted from the weight detector and input to the apparatus control system. The device control system commands injection of the holding jig, and the dropped silicon single crystal is held by the holding jig. Thereafter, the heater power supply is automatically turned off in response to a command from the apparatus control system, and then the drive system is also stopped.
以下、上記制御方法を図5ないし図9の単結晶製造装置の模式的縦断面図を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, the above control method will be described in detail with reference to schematic longitudinal sectional views of the single crystal manufacturing apparatus shown in FIGS.
まず、図5に示すように、石英ルツボ101の内部に固形状多結晶シリコン原料155を投入しておく。また、ワイヤ129下端に種結晶131を吊り下げておく。
次に、チャンバ111およびサブチャンバ127の内部を不活性ガスで置換した後、Ar等の不活性ガスを流した状態で低圧に保つ。その後、ヒータ107,109を加熱することにより、予め石英ルツボ101の内部に投入されている固形状多結晶シリコン原料155を溶融し、シリコン融液105とする。
First, as shown in FIG. 5, a solid polycrystalline silicon raw material 155 is put into the
Next, after the inside of the chamber 111 and the sub-chamber 127 is replaced with an inert gas, a low pressure is maintained in a state where an inert gas such as Ar is supplied. Thereafter, by heating the
そして、図6に示すように、ワイヤ129の下端に吊り下げた種結晶131を融液直上まで下降させる。種結晶131はシリコン融液105の真上に位置するため、シリコン融液105の輻射熱により予熱される。
Then, as shown in FIG. 6, the seed crystal 131 suspended from the lower end of the wire 129 is lowered to just above the melt. Since the seed crystal 131 is located immediately above the
次に、図7に示すように、引上げ装置141を駆動し、ワイヤ129下端に吊り下げられた種結晶131を降下させ、種結晶131の少なくとも一部をシリコン融液105に浸す。そして、種結晶131を引上げながら、いったん結晶径を4mm程度に細めたネック部152を形成し、転位が抜けた後に所望の結晶径まで広げ、下方に徐々にシリコン単結晶150が成長する。
Next, as shown in FIG. 7, the pulling
その後、図8に示すように、シリコン単結晶150が成長するに従い、所定速度でワイヤ129を引上げることにより、所望の直径および長さを有するシリコン単結晶150を引上げることが可能となる。
Thereafter, as shown in FIG. 8, as the silicon
ここで、図9に示すように、シリコン単結晶引上げ途中に、地震等によりネック部152の破断が生ずると、重力によりシリコン単結晶152が落下する。シリコン単結晶引上げ中には、引上げ機構141内に設けられた重力検知器(図示せず)によりワイヤ129にかかる荷重(単結晶重量)がモニタされている。そして、シリコン単結晶152が落下し、荷重(単結晶重量)の減少量が所定値以上になると、破断発生を示唆する信号伝達が自動的になされ、装置制御系(図示せず)に入力される。そして、装置制御系は単結晶落下防止装置200に、保持治具202の射出を自動的に指令する。指令を受けた単結晶落下防止装置200は射出機構204を自動的に作動することにより、シリコン単結晶150の引上げ軸に向けて、3方から、3本の保持治具202が射出する。こうして、落下するシリコン単結晶が保持され、シリコン単結晶150および単結晶製造装置100の破壊が回避できる。
Here, as shown in FIG. 9, when the neck portion 152 is broken due to an earthquake or the like during the pulling of the silicon single crystal, the silicon single crystal 152 falls due to gravity. During the pulling of the silicon single crystal, a load (single crystal weight) applied to the wire 129 is monitored by a gravity detector (not shown) provided in the pulling
図9に示すように、保持治具202によって、シリコン単結晶150が保持された後、装置制御系の指令により自動的にヒータ電源がオフされ、続いて駆動系も停止される。
これにより、二次災害が予防されることは上述した通りである。
As shown in FIG. 9, after the silicon
As described above, this prevents secondary disasters.
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。実施の形態の説明においては、単結晶製造装置、単結晶製造装置の制御方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる単結晶製造装置、単結晶製造装置の制御方法等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての単結晶製造装置、単結晶製造装置の制御方法は、本発明の範囲に包含される。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. In the description of the embodiment, the description of the single crystal manufacturing apparatus, the control method of the single crystal manufacturing apparatus, etc., which is not directly necessary for the description of the present invention is omitted, but the required single crystal manufacturing apparatus. The elements related to the control method of the single crystal manufacturing apparatus can be appropriately selected and used.
In addition, all single crystal manufacturing apparatuses and control methods for single crystal manufacturing apparatuses that include elements of the present invention and can be appropriately modified by those skilled in the art are included in the scope of the present invention.
以下、本発明の実施例について説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited by these examples.
図1に示す単結晶製造装置を用いて、落下するシリコン単結晶を保持する試験を10回繰り返して行った。
この時、ルツボ径は、φ約550mm、引上げ単結晶はφ200mm(8インチ)とした。シリコン単結晶の落下は、単結晶を1640mm、重量にして約120kgとなった状態で行った。
また、保持治具はSUS製のものを用いた。そして、図3に示す、ばねによる緩衝機構を有する保持治具を用いた。保持冶具の仰角θは30度とし、保持冶具射出前の単結晶までの水平距離は1100mmとした。射出機構はばねを動力とするものを用いた。また、単結晶接触部の材料はCC材とした。そして、本試験は図4の制御方法シーケンスで示したような全自動の制御機構を用いた。
さらに、比較のために、緩衝機構を有しない保持治具についても同様の試験を10回行った。
Using the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1, the test for holding the falling silicon single crystal was repeated 10 times.
At this time, the crucible diameter was about φ550 mm, and the pulled single crystal was φ200 mm (8 inches). The silicon single crystal was dropped in a state where the single crystal was 1640 mm and weighed about 120 kg.
A holding jig made of SUS was used. And the holding jig which has the buffer mechanism by a spring shown in FIG. 3 was used. The elevation angle θ of the holding jig was 30 degrees, and the horizontal distance to the single crystal before injection of the holding jig was 1100 mm. An injection mechanism using a spring as a power was used. The material of the single crystal contact portion was a CC material. In this test, a fully automatic control mechanism as shown in the control method sequence of FIG. 4 was used.
Furthermore, for the sake of comparison, the same test was performed 10 times for a holding jig having no buffer mechanism.
その結果、緩衝機構を有しない保持治具を用いた場合は、10回中、2回しか落下するシリコン単結晶を保持することが出来なかった。そして、10回中6回は保持治具がシリコン単結晶に接触する部分からシリコン単結晶が破断した。
一方、緩衝機構を有する保持治具を用いた場合は、10回中8回結晶を落下させることなく保持できた。なお、落下した2回のうち、1回は保持治具がシリコン単結晶に接触する部分からシリコン単結晶が破断した。
As a result, when a holding jig without a buffer mechanism was used, it was not possible to hold the silicon single crystal falling only twice out of ten times. And 6 times out of 10 times, the silicon single crystal was broken from the portion where the holding jig was in contact with the silicon single crystal.
On the other hand, when a holding jig having a buffer mechanism was used, the crystal could be held without dropping 8 times out of 10 times. Of the two drops, the silicon single crystal was broken once from the portion where the holding jig was in contact with the silicon single crystal.
101 石英ルツボ
105 シリコン融液
111 チャンバ
127 サブチャンバ
129 ワイヤ
141 引上げ機構
150 シリコン単結晶
152 ネック部
155 固形状多結晶シリコン原料
200 単結晶落下防止装置
202 保持治具
202a 保持治具本体
202b 単結晶接触部
202c ばね
204 射出機構
101
Claims (5)
前記単結晶落下防止装置が、引上げ単結晶に向けて射出可能な3本以上の棒状の保持治具を備え、
前記保持治具が単結晶の引上げ軸を中心として放射状に配置され、
前記保持治具が、水平に、または、チャンバ壁から単結晶の引上げ軸方向に向けて仰角を有するように設けられていることを特徴とする単結晶製造装置。 A single crystal manufacturing apparatus using a Czochralski (CZ) method provided with a single crystal fall prevention device,
The single-crystal fall prevention device comprises three or more rod-shaped holding jigs that can be injected toward the pulled single crystal,
The holding jigs are arranged radially around the pulling axis of the single crystal,
The single crystal manufacturing apparatus, wherein the holding jig is provided so as to have an elevation angle horizontally or from a chamber wall toward a pulling axis direction of the single crystal.
前記単結晶落下防止装置が、引上げ単結晶に向けて射出可能な3本以上の棒状の保持治具を備え、
前記保持治具が単結晶の引上げ軸を中心として放射状に配置され、
前記保持治具が、水平に、または、チャンバ壁面から単結晶の引上げ軸方向に向けて仰角を有するように設けられ、
重量検出器により引き上げ中の単結晶重量をモニタし、
前記単結晶重量の減少量が所定値以上に達した場合に、
前記保持治具を射出し、
前記引上げ単結晶を保持することを特徴とする単結晶製造装置の制御方法。
A control method of a single crystal manufacturing apparatus by a Czochralski (CZ) method provided with a single crystal fall prevention device,
The single-crystal fall prevention device comprises three or more rod-shaped holding jigs that can be injected toward the pulled single crystal,
The holding jigs are arranged radially around the pulling axis of the single crystal,
The holding jig is provided so as to have an elevation angle horizontally or toward the pulling axis direction of the single crystal from the chamber wall surface,
Monitor the weight of the single crystal being pulled by the weight detector,
When the amount of decrease in the single crystal weight reaches a predetermined value or more,
Injecting the holding jig,
A control method for a single crystal manufacturing apparatus, characterized in that the pulled single crystal is held.
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JP2006253793A JP2008074650A (en) | 2006-09-20 | 2006-09-20 | Single crystal manufacturing apparatus and method for controlling the same |
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WO2009116649A1 (en) | 2008-03-21 | 2009-09-24 | 古河電気工業株式会社 | Copper alloy material for electric and electronic components |
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