JP2011184238A - 単結晶引上げ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】原料融液を収容するルツボと、前記原料融液を加熱するヒータを格納するメインチャンバーと、該メインチャンバーの底部に設置され前記ルツボから漏れてくる融液を収容する湯漏れ受け皿と、該湯漏れ受け皿に配設され湯漏れを検出する湯漏れ検出器とを具備したチョクラルスキー法によって単結晶インゴットを製造する単結晶引上げ装置であって、少なくとも、前記湯漏れ検出器は、前記湯漏れ受け皿の上面に敷設された金属製部材と、該金属製部材の電気抵抗を測定する抵抗測定手段とを有し、該抵抗測定手段が測定した前記金属製部材の電気抵抗の変化により湯漏れを検出するものである単結晶引上げ装置。
【選択図】図1
Description
図4に示すように、単結晶引上げ装置101は、メインチャンバー102と、メインチャンバー102中に設けられたルツボ103と、ルツボ103の周囲に配置されたヒータ106と、ルツボ103を回転させるルツボ保持軸110及びその回転機構(不図示)と、シリコンの種結晶113を保持するシードチャック114と、シードチャック114を引上げる引上げワイヤー115と、引上げワイヤー115を回転及び巻き取る巻き取り機構(不図示)を備えて構成されている。ルツボ103は、その内側の原料シリコン融液(湯)105を収容する側には石英ルツボ103aが設けられ、その外側には黒鉛ルツボ103bが設けられている。また、ヒータ106の外側周囲にはヒータ断熱材107が設置され、ルツボ103の下方には断熱板104が配置されている。
金属製部材の材質が、原料融液となる原料の融点より高い融点を有し、かつ抵抗率が5×10−8Ω・m以上で、温度係数が5×10−3/℃以上の金属であれば、金属製部材が湯漏れした原料融液と接触しても溶けないため複数回使用できてより安価にでき、また、湯漏れした融液による温度変化によって抵抗も大きく変化するため、少量の湯漏れでもより感度良く検出することができる装置となる。
このように、金属製部材の材質は、タングステン又はニッケルであれば、融点が高くかつ安価に感度良く湯漏れを検出することができる装置となる。
このように、金属製部材の材質は、原料融液となる原料の融点より低い融点を有する金属で、金属製部材の断線による抵抗測定手段の測定した電気抵抗の変化により湯漏れを検出するものであれば、湯漏れした原料融液により金属製部材が溶けて断線するため、抵抗が大きく変化して、より感度良く湯漏れを検出することができる装置となる。
このときの金属製部材の材質は、銅又はアルミニウムであれば、融点が低くかつより感度良く湯漏れを検出することができる装置となる。
このように、金属製部材が金属製ワイヤーであれば、多様な形状での敷設も容易で、温度による抵抗の変化も検出しやすい装置となる。
このように、金属製ワイヤーは、湯漏れ受け皿の上面に格子状に敷設されたものであれば、湯漏れを精度良く検出でき、さらには、抵抗が変化した金属製ワイヤーの位置によって、湯漏れした位置も詳細に特定することができる装置となる。
このように、金属製ワイヤーは、湯漏れ受け皿の上面に30cm以下の間隔の格子状に敷設されたものであれば、少量の融液が漏れた場合でも湯漏れを検出でき、より高感度、高精度に湯漏れを検出できる装置となる。
このように、金属製ワイヤーが折り返し方式で格子状に敷設されたものであれば、その抵抗を測定するための抵抗測定手段を簡易にでき、また、金属製ワイヤーが単線方式で格子状に敷設されたものであれば、金属製ワイヤーの敷設が容易な装置となる。
このように、抵抗測定手段の金属製部材の電気抵抗の測定は、定電流式又は定電圧式で測定するものであれば、金属製部材の抵抗の変化をより感度良く測定することができ、より高感度な湯漏れ検出ができる装置となる。
図1は、本発明の単結晶引上げ装置の実施態様の一例を示す概略図である。図2、6、9、11、13は、本発明の単結晶引上げ装置の湯漏れ検出器の配設態様の一例を示す上面概略図である。図3は、単結晶引上げ装置の炉内底部の操業中の温度を示すグラフである。図5は、温度による金属の抵抗率の変化を示すグラフである。
ルツボ13は、その内側の原料融液(湯)15を収容する側には石英ルツボ13aが設けられ、その外側にはこれを保護する黒鉛ルツボ13bが設けられている。また、ルツボ13の外周には、ヒータ電極20で支持されたヒータ26が、ヒータ26の外側周囲にはヒータ26からの熱がメインチャンバー12内壁に直接輻射されるのを防止するためのヒータ断熱材19が配置されている。
湯漏れ受け皿17に敷設された金属製部材16に漏れた原料融液15が触れると、金属製部材16の抵抗が変化し、この変化により湯漏れを容易に検出することができる。金属製部材16を敷設するのみなので、設置も容易で、形状等も多様に敷設することができ、単結晶引上げ装置を大型化しても、簡易に湯漏れ検出の精度が落ちないようにすることができ、また、炉内構造に合わせて金属製部材16を敷設することができる装置となる。
金属の抵抗率は、ρ(T)=ρ(T0){1+α(T−T0)}、α:抵抗率の温度係数、ρ:抵抗率、で表すことができ、上記のような金属であれば、温度の変化に対して検出される抵抗率の変化が大きく、湯漏れ検出の閾値の設定が容易である。また、金属製部材16は、湯漏れ受け皿17を清掃する時等は外す必要があるが、原料融液15より融点が高いタングステンやニッケルを使用した金属製部材16であれば、操業中に劣化をすることも少なく、繰り返しの使用が可能で安価な装置となる。
金属製部材16が漏れた原料融液15の温度で溶けて断線することで、測定する抵抗は大きく変化するため、明確に湯漏れを検出することができる。なお、このときの金属として、湯漏れ以外の要因で断線しないように、図3に示すように、炉内底部の最高温度よりは融点が高い金属であることが必要である。従って400〜1420℃の範囲内の融点を有する金属であればよく、銅又はアルミニウムが好適である。
また、上記の金属の中でもタングステン及びアルミニウムは、炉内への汚染の心配もほとんど無く、特に好ましい。
金属製ワイヤー16’であれば、敷設も容易で、敷設範囲、敷設形状(パターン)等も比較的自由であり、温度による抵抗の変化も高感度に検出することができる。
このように、金属製ワイヤー16’が格子状に敷設されたものであれば、湯漏れ受け皿17上面全体を湯漏れ検出できるように効率的に敷設でき、また、抵抗の変化が生じた金属製ワイヤー16’(ワイヤー番号H1−4、V1−4)の配置によって、湯漏れ位置を容易に特定することができ、対処の緊急性の判断も可能になる。
なお、金属製ワイヤー16’を敷設する場合には、図2、6、9、11、13に示すように、湯漏れ受け皿17の上面で、ルツボ軸10やヒータ電極20のメインチャンバー12下部から炉内へ突き出る部分を迂回しながら敷設する。
30cm以下の間隔であれば、約1.0kgの原料融液(Si)が漏れた場合に相当する範囲を確実に検出でき、装置が大型化しても感度を落とすことなく湯漏れを検出することができる。
また、漏れた原料融液15が湯漏れ受け皿17の特定部分に誘導される構造の炉内構造物を持つ装置であれば、その漏れた原料融液15が誘導される部分に当たる位置の金属製ワイヤー16’の敷設間隔を短くする事で、検出感度をさらに向上させる事ができる。
単線であれば、炉内の金属製ワイヤー16’の敷設は直線状に敷設するだけなので、敷設が容易である。また、折り返して敷設するものであれば、抵抗測定するための外部の検出回路の回路数が少なくて済み、一回折り返しの場合は、検出回路は単線に比べて半分で実施可能である。また、このとき金属製ワイヤー16’を2回以上折り返して敷設することもできる。
なお、上記のような本発明の金属製ワイヤー16’は、格子状以外にも、並列状、渦巻き状、蛇行、ジグザグ状等にして敷設することもできる。
このような方法で抵抗を測定することで、抵抗の変化を明確に測定することができ、高精度な湯漏れ検出が可能な装置となる。なお、比較的回路を構成しやすいのは定電圧式である。
(実施例1)
図1に示すような本発明の単結晶引上げ装置11を用いてルツボ13中にシリコン融液を保持させた。この際、図6に示すように、湯漏れ検出器18の金属製ワイヤー16’は、湯漏れ受け皿17上面に折り返し方式で格子状に敷設し、抵抗測定手段21により抵抗を定電圧式で測定した。金属製ワイヤー16’の材質はタングステンとした。なお、湯漏れ検出の閾値は、1000℃相当の抵抗の時に示す電流の値とした。
この際、図7(a)に示すように、少量のSi融液を故意に漏らし、ワイヤー番号H3−H4とV3−V4の交点に落下させた。
図1に示すような本発明の単結晶引上げ装置11を用いてルツボ13中にシリコン融液を保持させた。この際、図6に示すように、湯漏れ検出器18の金属製ワイヤー16’は、湯漏れ受け皿17上面に折り返し方式で格子状に敷設し、抵抗測定手段21により抵抗を定電圧式で測定した。金属製ワイヤー16’の材質はアルミニウムとした。
この際、図8(a)に示すように、少量のSi融液を故意に漏らし、ワイヤー番号H3−H4とV3−V4の交点に落下させた。
図1に示すような本発明の単結晶引上げ装置11を用いてルツボ13中にシリコン融液を保持させた。この際、図9に示すように、湯漏れ検出器18の金属製ワイヤー16’は、湯漏れ受け皿17上面に折り返し方式で格子状に敷設し、抵抗測定手段21により抵抗を定電流式で測定した。金属製ワイヤー16’の材質はタングステンとした。なお、湯漏れ検出の閾値は、1000℃相当の抵抗の時に示す電圧の値とした。
この際、図10(a)に示すように、少量のSi融液を故意に漏らし、ワイヤー番号H3−H4とV3−V4の交点に落下させた。
図1に示すような本発明の単結晶引上げ装置11を用いてルツボ13中にシリコン融液を保持させた。この際、図11に示すように、湯漏れ検出器18の金属製ワイヤー16’は、湯漏れ受け皿17上面に単線方式で格子状に敷設し、抵抗測定手段21により抵抗を定電流式で測定した。金属製ワイヤー16’の材質はタングステンとした。なお、湯漏れ検出の閾値は、1000℃相当の抵抗の時に示す電圧の値とした。
この際、図12(a)に示すように、少量のSi融液を故意に漏らし、ワイヤー番号H4とV3の交点に落下させた。
図1に示すような本発明の単結晶引上げ装置11を用いてルツボ13中にシリコン融液を保持させた。この際、図13に示すように、湯漏れ検出器18の金属製ワイヤー16’は、湯漏れ受け皿17上面に単線方式で格子状に敷設し、抵抗測定手段21により抵抗を定電圧式で測定した。金属製ワイヤー16’の材質はタングステンとした。なお、湯漏れ検出の閾値は、1000℃相当の抵抗の時に示す電流の値とした。
この際、図14(a)に示すように、少量のSi融液を故意に漏らし、ワイヤー番号H4とV3の交点に落下させた。
13…ルツボ、 13a…石英ルツボ、 13b…黒鉛ルツボ、 14…断熱板、
15…融液、 16…金属製部材、 16’…金属製ワイヤー、
17…湯漏れ受け皿、 18…湯漏れ検出器、 19…ヒータ断熱材、
20…ヒータ電極、 21…抵抗測定手段、 22…単結晶、 23…種結晶、
24…シードチャック、 25…引上げワイヤー、 26…ヒータ。
Claims (10)
- 少なくとも、原料融液を収容するルツボと、前記原料融液を加熱するヒータを格納するメインチャンバーと、該メインチャンバーの底部に設置され前記ルツボから漏れてくる融液を収容する湯漏れ受け皿と、該湯漏れ受け皿に配設され湯漏れを検出する湯漏れ検出器とを具備したチョクラルスキー法によって単結晶インゴットを製造する単結晶引上げ装置であって、少なくとも、
前記湯漏れ検出器は、前記湯漏れ受け皿の上面に敷設された金属製部材と、該金属製部材の電気抵抗を測定する抵抗測定手段とを有し、該抵抗測定手段が測定した前記金属製部材の電気抵抗の変化により湯漏れを検出するものであることを特徴とする単結晶引上げ装置。 - 前記金属製部材の材質は、前記原料融液となる原料の融点より高い融点を有し、かつ抵抗率が5×10−8Ω・m以上で、温度係数が5×10−3/℃以上の金属であることを特徴とする請求項1に記載の単結晶引上げ装置。
- 前記金属製部材の材質は、タングステン又はニッケルであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の単結晶引上げ装置。
- 前記金属製部材の材質は、前記原料融液となる原料の融点より低い融点を有する金属で、前記金属製部材の断線による前記抵抗測定手段の測定した電気抵抗の変化により湯漏れを検出するものであることを特徴とする請求項1に記載の単結晶引上げ装置。
- 前記金属製部材の材質は、銅又はアルミニウムであることを特徴とする請求項4に記載の単結晶引上げ装置。
- 前記金属製部材は、金属製ワイヤーであることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の単結晶引上げ装置。
- 前記金属製ワイヤーは、前記湯漏れ受け皿の上面に格子状に敷設されたものであることを特徴とする請求項6に記載の単結晶引上げ装置。
- 前記金属製ワイヤーは、前記湯漏れ受け皿の上面に30cm以下の間隔の格子状に敷設されたものであることを特徴とする請求項7に記載の単結晶引上げ装置。
- 前記金属製ワイヤーは、個々のワイヤーを前記湯漏れ受け皿の上面に折り返し方式、又は、単線方式で敷設して、全体で格子状に敷設されたものであることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の単結晶引上げ装置。
- 前記抵抗測定手段の前記金属製部材の電気抵抗の測定は、定電流式又は定電圧式で測定するものであることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の単結晶引上げ装置。
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