JP2017132690A - シリコン単結晶引き上げ方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、サセプターも内表面の三次元形状にバラツキが生じていることが明らかとなった。特にサセプターは、シリコン単結晶引き上げ毎に少しずつ内表面の三次元形状が変わることも明らかとなった。これらの解析から、サセプターとルツボの中心軸が一致しないのは、サセプター内表面の三次元形状とルツボ外表面の三次元形状が一致しないためであることが明らかとなった。しかしながら、製造段階でサセプター内表面の三次元形状に合わせてシリカガラスルツボを製造するのは困難であった。特に、サセプターはシリコン単結晶の引き上げ前と後で内表面形状が一致しないため、よりシリカガラスルツボの外表面形状を一致させるのは困難であった。
測定対象であるシリカガラスルツボ11は、内表面側に透明なシリカガラス層13と、外表面側に気泡を含有するシリカガラス層15を有するものであり、開口部が下向きになるように回転可能な回転台9上に載置されている。シリカガラスルツボ11は、曲率が比較的大きいコーナー部11bと、上面に開口した縁部を有する円筒状の側壁部11aと、直線または曲率が比較的小さい曲線からなるすり鉢状の底部11cを有する。本発明において、コーナー部とは、側壁部11aと底部11cを連接する部分で、コーナー部の曲線の接線がシリカガラスルツボの側壁部11aと重なる点から、底部11cと共通接線を有する点までの部分のことを意味する。言い換えると、シリカガラスルツボ11の側壁部11aが曲がり始める点が側壁部11aとコーナー部11bの境界である。さらに、ルツボの底の曲率が一定の部分が底部11cであり、ルツボの底の中心からの距離が増したときに曲率が変化し始める点が底部11cとコーナー部11bとの境界である。
ルツボ11に覆われる位置に設けられた基台1上には、内部ロボットアーム5が設置されている。内部ロボットアーム5は、複数のアーム5aと、これらのアーム5aを回転可能に支持する複数のジョイント5bと、本体部5cを備える。本体部5cには図示しない外部端子が設けられており、外部とのデータ交換が可能になっている。内部ロボットアーム5の先端にはルツボ11の内表面形状の測定を行う内部測距部17が設けられている。内部測距部17は、ルツボ11の内表面に対してレーザー光を照射し、内表面からの反射光を検出することによって内部測距部17からルツボ11の内表面までの距離を測定する。本体部5c内には、ジョイント5b及び内部測距部17の制御を行う制御部が設けられている。制御部は、本体部5cに設けられたプログラム又は外部入力信号に基づいてジョイント5bを回転させてアーム5を動かすことによって、内部測距部17を任意の三次元位置に移動させる。具体的には、内部測距部17をルツボ内表面に沿って非接触で移動させる。従って、制御部には、ルツボ内表面の大まかな形状データを与え、そのデータに従って、内部測距部17の位置を移動させる。より具体的には、例えば、図1(a)に示すようなルツボ11の開口部近傍に近い位置から測定を開始し、図1(b)に示すように、ルツボ11の底部11cに向かって内部測距部17を移動させ、移動経路上の複数の測定点において測定を行う。測定間隔は、例えば、1〜5mmであり、例えば2mmである。測定は、予め内部測距部17内に記憶されたタイミングで行うか、又は外部トリガに従って行う。測定結果は、内部測距部17内の記憶部に格納されて、測定終了後にまとめて本体部5cに送られるか、又は測定の度に、逐次本体部5cに送られるようにする。内部測距部17は、本体部5cとは別に設けられた制御部によって制御するように構成してもよい。
ルツボ11の外部に設けられた基台3上には、外部ロボットアーム7が設置されている。外部ロボットアーム7は、複数のアーム7aと、これらのアームを回転可能に支持する複数のジョイント7bと、本体部7cを備える。本体部7cには図示しない外部端子が設けられており、外部とのデータ交換が可能になっている。外部ロボットアーム7の先端にはルツボ11の外表面形状の測定を行う外部測距部19が設けられている。外部測距部19は、ルツボ11の外表面に対してレーザー光を照射し、外表面からの反射光を検出することによって外部測距部19からルツボ11の外表面までの距離を測定する。本体部7c内には、ジョイント7b及び外部測距部19の制御を行う制御部が設けられている。制御部は、本体部7cに設けられたプログラム又は外部入力信号に基づいてジョイント7bを回転させてアーム7を動かすことによって、外部測距部19を任意の三次元位置に移動させる。具体的には、外部測距部19をルツボ外表面に沿って非接触で移動させる。従って、制御部には、ルツボ外表面の大まかな形状データを与え、そのデータに従って、外部測距部19の位置を移動させる。より具体的には、例えば、図1(a)に示すようなルツボ11の開口部近傍に近い位置から測定を開始し、図1(b)に示すように、ルツボ11の底部11cに向かって外部測距部19を移動させ、移動経路上の複数の測定点において測定を行う。測定間隔は、例えば、1〜5mmであり、例えば2mmである。測定は、予め外部測距部19内に記憶されたタイミングで行うか、又は外部トリガに従って行う。測定結果は、外部測距部19内の記憶部に格納されて、測定終了後にまとめて本体部7cに送られるか、又は測定の度に、逐次本体部7cに送られるようにする。外部測距部19は、本体部7cとは別に設けられた制御部によって制御するように構成してもよい。
以上より、ルツボの内表面及び外表面の三次元形状が把握できるので、ルツボの壁厚の三次元分布が求められる。
次に、図2を用いて、内部測距部17及び外部測距部19による距離測定の詳細を説明する。
図2に示すように、内部測距部17は、ルツボ11の内表面側(透明なシリカガラス層13側)に配置され、外部測距部19は、ルツボ11の外表面側(気泡を含有するシリカガラス層15側)に配置される。内部測距部17は、出射部17a及び検出部17bを備える。外部測距部19は、出射部19a及び検出部19bを備える。また、内部測距部17及び外部測距部19は、図示しない制御部及び外部端子を備える。出射部17a及び19aは、レーザー光を出射するものであり、例えば、半導体レーザーを備えるものである。出射されるレーザー光の波長は、特に限定されないが、例えば、波長600〜700nmの赤色レーザー光である。検出部17b及び19bは、例えばCCDで構成され、光が当たった位置に基づいて三角測量法の原理に基づいてターゲットまでの距離が決定される。
シリコン単結晶引き上げの際にシリカガラスルツボを保持するサセプターの内表面の三次元形状は、上記方法と同じ原理で測定することが可能である。
シリカガラスルツボを保持可能なサセプターの内面形状の三次元データと上記ルツボの三次元データに基づき且つ上記サセプターの内表面と上記ルツボの外表面との間に敷設すると上記サセプターの中心軸と上記ルツボの中心軸が実質的に一致する様に形成された成形体である。
サセプターの内表面とシリカガラスルツボの内表面及び外表面の三次元形状データから、それぞれの中心軸を一致させるための成形体の位置及び/又は形状を算出する。ここで、シリカガラスルツボの中心軸は、ルツボ側壁部の内表面と略平行且つ開口部の中心を通過する軸である。ルツボの外表面と内表面とが略平行でない場合もあるため、内表面を基準とした中心軸が好ましい。なぜならばルツボがサセプターと共に一般にはシリコン単結晶とは逆回転しているためルツボの内表面の偏心がシリコン融液面を乱す。サセプターの中心軸は、サセプターを水平方向に回転させる略鉛直方向に通過する軸である。これにより、ルツボの内表面がサセプターの中心軸と略平行となるため、サセプターの中心軸が水平面に対し略垂直である場合は、ルツボ内表面も水平面に対し垂直となり、シリコン融液面とルツボ内表面とが垂直になり、湯面が乱れること防止することができる。
上記成形体は、サセプター内表面又はルツボ外表面を全て覆わなくてもよい。ルツボ外表面又はサセプター内表面の一部を覆う形状であってもよく、例えば、シリカガラスルツボの底部、コーナー部及び側壁部の一部並びに底部及びコーナー部を覆う形状であってもよい。加えて、ルツボ底部だけを覆う形状であってもよい。ルツボ外表面又はサセプター内表面の全てを覆う形状の場合は、成形体の費用がかさむためである。ルツボ外表面又はサセプター内表面を覆う成形体は、厚さが均一ではなく、サセプターの内表面とシリカガラスルツボの内表面及び外表面の三次元形状に合わせて厚みが変化している形状であってもよい。また、成形体は複数であってもよい。この場合、ルツボ外表面又はサセプター内表面に、互いの中心軸が一致するような位置に対してそれぞれの成形体を敷設してもよい。ルツボ外表面とサセプター内表面との間に成形体を敷設した場合、互いの中心軸が一致するならば、ルツボ外表面とサセプター内表面との隙間が存在していてもよい。また、一部の成形体を予めサセプター内表面に敷設し、残りの成形体をルツボの外表面に敷設した上で、かかるシリカガラスルツボを上記サセプターに装填してもよい。
成形体の加工方法は、特に限定されないが、例えば、NC加工のような機械を用いて削り出す方法を採用してもよい。三次元形状のデータを用いて加工できることから有利である。また、プレート、シート又はクロス状の成形体を積層させて成形体としてもよい。部分的な隙間を埋めるのに有利である。また、上記削り出された成形体と、上記積層された成形体を組み合わせて使用してもよい。更に、ルツボ外表面に敷設した、上記削り出された成形体及び/又は上記積層された成形体をシート又はクロス状の成形体で覆ってもよく、繊維を用いて編み込むことで覆ってもよい。同様のことがサセプターの内表面に敷設した場合にも適応される。覆った後のシート又はクロスは、加熱や薬剤処理により硬化させてもよい。成形体の材質は、特に限定されないが、耐熱性材料であってもよい。シリコン単結晶引き上げは、約1450〜1600℃程度の高温条件下で実行されるため、成形体が耐熱性材料でなければ単結晶引き上げ中に成形体の形状が崩れて中心軸がズレてしまう。また、耐熱性材料は、カーボンであってもよい。カーボンは、サセプターにも使用されている材料であり、耐熱性に優れているため好適である。更に、カーボン材料やセラミックス、又はこれらの組合せであってもよい。
本実施形態に関して、図3を用いて、成形体の設置を詳細に説明する。
図3(a)は、ルツボ底部からコーナー部にかけて変形部24を有するシリカガラスルツボ21を示す図である。図3(b)は、サセプター31の断面視と、回転軸34を示す図である。シリカガラスルツボの三次元形状23(図3(c))とサセプターの内表面三次元形状33(図3(d))を上述した測定方法により計測する。計測したデータに基づいてシリカガラスルツボの三次元形状23をサセプターの内表面三次元形状33に挿入すると、図3(e)に示す通り、シリカガラスルツボの中心軸22とサセプターの中心軸32が一致しないことが明らかになる。図3(f)に示す通り、中心軸22と中心軸32が一致する様にシリカガラスルツボの三次元形状23を動かすと、ルツボ底部とサセプターに隙間41が生じる。中心軸22と中心軸23が一致するような成形体42を作成する。
図3(g)に示す通り、シリカガラスルツボ21とサセプター31の間に成形体42を敷設することで、中心軸22と中心軸32とを一致させることができる。予め成形体を敷設しておくことで、中心軸を調節する工程を省いて、シリカガラスルツボをサセプターに装填することができる。
別の実施形態に関して、図6を用いて、成形体の設置を詳細に説明する。
図6(a)において、シリカガラスルツボ21には、成形体42が取り付けられている。成形体42はカーボンである。成形体42が取り付けられたシリカガラスルツボ21を、シリカガラスルツボの三次元形状23とサセプターの内表面三次元形状33に基づいて製造されたシート状成形体52に装填する。これにより、サセプター31への装填工程の前にシリカガラスルツボ21と成形体42との位置がズレることを防止できる。シート状成形体52により覆われたシリカガラスルツボ21と成形体42をサセプター31へ装填することで、中心軸22と中心軸32とを一致させることができる。
Claims (7)
- シリカガラスルツボの内表面および外表面に対しレーザー光を照射し、該内表面および該外表面からの反射光を検出することによって、前記ルツボの三次元形状を測定し、前記ルツボの三次元データを取得する工程、
前記ルツボを保持可能なサセプターの内表面に対しレーザー光を照射し、該内表面からの反射光を検出することによって、前記サセプターの内表面の三次元形状を測定し、前記サセプターの内面形状の三次元データを取得する工程、
および、前記サセプターの内面形状の三次元データと前記ルツボの三次元データに基づき且つ前記サセプターの内表面と前記ルツボの外表面との間に敷設すると前記サセプターの中心軸と前記ルツボの中心軸が実質的に一致する様に形成された成形体を、前記サセプターの内表面と前記ルツボの外表面との間に敷設する工程を備える、シリコン単結晶引き上げ方法において、
前記サセプターの中心軸を、サセプターを水平方向に回転させる略鉛直方向に通過する軸とする、シリコン単結晶引き上げ方法。
- シリカガラスルツボの内表面および外表面に対しレーザー光を照射し、該内表面および該外表面からの反射光を検出することによって、前記ルツボの三次元形状を測定し、前記ルツボの三次元データを取得する工程、
前記ルツボを保持可能なサセプターの内表面に対しレーザー光を照射し、該内表面からの反射光を検出することによって、前記サセプターの内表面の三次元形状を測定し、前記サセプターの内面形状の三次元データを取得する工程、
および、前記サセプターの内面形状の三次元データと前記ルツボの三次元データに基づき且つ前記サセプターの内表面と前記ルツボの外表面との間に敷設すると前記サセプターの中心軸と前記ルツボの中心軸が実質的に一致する様に形成された成形体を、前記サセプターの内表面と前記ルツボの外表面との間に敷設する工程を備える、シリコン単結晶引き上げ方法において、
前記成形体を、前記サセプターの内表面と前記ルツボの外表面との間に敷設する工程において、前記ルツボを前記成形体に装填し、次に、前記成形体に装填された前記ルツボを前記サセプターに装填することにより、前記ルツボの中心軸と前記サセプターの中心軸とを一致させる、シリコン単結晶引き上げ方法。 - シリカガラスルツボの内表面および外表面に対しレーザー光を照射し、該内表面および該外表面からの反射光を検出することによって、前記ルツボの三次元形状を測定し、前記ルツボの三次元データを取得する工程、
前記ルツボを保持可能なサセプターの内表面に対しレーザー光を照射し、該内表面からの反射光を検出することによって、前記サセプターの内表面の三次元形状を測定し、前記サセプターの内面形状の三次元データを取得する工程、
および、前記サセプターの内面形状の三次元データと前記ルツボの三次元データに基づき且つ前記サセプターの内表面と前記ルツボの外表面との間に敷設すると前記サセプターの中心軸と前記ルツボの中心軸が実質的に一致する様に形成された成形体を、前記サセプターの内表面と前記ルツボの外表面との間に敷設する工程を備える、シリコン単結晶引き上げ方法において、
前記成形体を、前記サセプターの内表面と前記ルツボの外表面との間に敷設する工程において、前記成形体を前記サセプターに敷設し、次に、前記成形体が敷設された前記サセプターに前記ルツボを装填することにより、前記ルツボの中心軸と前記サセプターの中心軸とを一致させる、シリコン単結晶引き上げ方法。 - 前記ルツボの中心軸は、前記ルツボの側壁部の内表面と略平行且つ開口部の中心を通過する軸である、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記成形体は、前記サセプターの内表面又は前記ルツボの外表面を全て覆わない、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記成形体は、耐熱性材料である、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記耐熱性材料は、カーボンである、請求項6に記載の方法。
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