JP2019182713A - MONITORING METHOD FOR MANUFACTURING DEVICE FOR SiC SINGLE CRYSTAL - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はSiC単結晶の製造装置の監視方法に関する。 The present invention relates to a method for monitoring a SiC single crystal production apparatus.
特許文献1には、溶液成長法を用いたSiC結晶の製造方法が開示されている。具体的には、回転軸の先端に種結晶を設け、回転軸を回転させながら、種結晶とSiC溶液とを接触させて、種結晶上に結晶を成長させる。
このようなSiC結晶の製造方法では、SiC結晶の成長中において、種結晶とSiC溶液とが固着することがある。このような固着が生じると、製造装置の軸が損傷したり、SiC溶液が坩堝からあふれたりする等して、結晶の製造に影響を与え、好ましくない。 In such a SiC crystal manufacturing method, the seed crystal and the SiC solution may be fixed during the growth of the SiC crystal. If such sticking occurs, the shaft of the production apparatus is damaged, or the SiC solution overflows from the crucible, which affects the production of crystals, which is not preferable.
本発明は、種結晶とSiC溶液とが固着することを検知するものとする。 This invention shall detect that a seed crystal and a SiC solution adhere.
本発明に係るSiC単結晶の製造装置の監視方法は、
下軸によって回転可能に支持されつつ、第1の回転速度で回転する外坩堝と、
前記外坩堝の内側に回転可能に保持されつつ、SiC溶液を保持する内坩堝と、
前記内坩堝の開口部を塞ぐ蓋と、
前記蓋を通過しつつ、前記第1の回転速度と異なる第2の回転速度で回転させるように種結晶を保持した上軸と、を備えるSiC単結晶の製造装置を監視する監視方法であって、
前記蓋は、切欠部を備え、
発光素子と、受光素子とは、前記蓋を挟むように配置されており、
前記発光素子から光を発して、前記発した光を前記受光素子に受光させることによって、前記蓋の回転速度を時々刻々と計測し、計測した回転速度の変化に基づいて、異常を判定する。
The method for monitoring a SiC single crystal production apparatus according to the present invention is as follows:
An outer crucible rotating at a first rotation speed while being rotatably supported by the lower shaft;
An inner crucible for holding the SiC solution while being rotatably held inside the outer crucible;
A lid that closes the opening of the inner crucible;
A monitoring method for monitoring a SiC single crystal manufacturing apparatus comprising: an upper shaft that holds a seed crystal so as to rotate at a second rotation speed different from the first rotation speed while passing through the lid. ,
The lid includes a notch,
The light emitting element and the light receiving element are arranged so as to sandwich the lid,
By emitting light from the light emitting element and causing the light receiving element to receive the emitted light, the rotational speed of the lid is measured every moment, and abnormality is determined based on the change in the measured rotational speed.
このような構成によれば、種結晶とSiC溶液とが固着していない場合、蓋は、外坩堝と内坩堝と一体となって、第1の回転速度で回転する。一方、種結晶とSiC溶液とが固着した場合、蓋は、上軸と、種結晶と、SiC溶液と、内坩堝と一体となって、第2の回転速度で回転する。第2の回転速度は、第1の回転速度と異なるから、蓋の回転速度が変化する。これに応じて、種結晶とSiC溶液とが固着するか否かを検知することができる。 According to such a configuration, when the seed crystal and the SiC solution are not fixed, the lid is integrated with the outer crucible and the inner crucible and rotates at the first rotation speed. On the other hand, when the seed crystal and the SiC solution are fixed, the lid rotates at the second rotation speed integrally with the upper shaft, the seed crystal, the SiC solution, and the inner crucible. Since the second rotation speed is different from the first rotation speed, the rotation speed of the lid changes. In response to this, it is possible to detect whether or not the seed crystal and the SiC solution are fixed.
本発明は、種結晶とSiC溶液とが固着することを検知することができる。 The present invention can detect that the seed crystal and the SiC solution are fixed.
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, for clarity of explanation, the following description and drawings are simplified as appropriate.
(実施の形態1)
図1〜3を参照して実施の形態1に係るSiC単結晶の製造装置について説明する。図1は、実施の形態1に係るSiC単結晶の製造装置の斜視図である。図2は、実施の形態1に係るSiC単結晶の製造装置の断面図である。図3は、実施の形態1に係るSiC単結晶の製造装置の上面図である。なお、当然のことながら、図1及びその他の図面に示した右手系XYZ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、Z軸プラス向きが鉛直上向き、XY平面が水平面であり、図面間で共通である。
(Embodiment 1)
The SiC single crystal manufacturing apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 is a perspective view of a SiC single crystal manufacturing apparatus according to
図1に示すように、SiC単結晶の製造装置10は、外坩堝1と、内坩堝2と、蓋3と、下軸4と、上軸5と、透過センサ6と、種結晶7と、計測制御部8とを備える。
As shown in FIG. 1, the SiC single
外坩堝1は、下軸4によって回転可能に支持されている。外坩堝1は、内坩堝2を保持している。具体的には、内坩堝2は、外坩堝1に、すきまばめされている。よって、内坩堝2と外坩堝1とは、互いに鉛直線(ここでは、Z軸に沿う仮想線)周りに回転可能である。
The
図1及び図2に示すように、内坩堝2は、SiC溶液S1を保持している。内坩堝2は、上側に開口する開口部2aを備える。なお、SiC溶液S1は、SiCを結晶成長させる際中、高い温度、例えば、2000℃であるため、製造装置10のユーザ等が、内坩堝2の内側を目視観察することは困難である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図1〜図3に示すように、蓋3は、例えば、円板状体3aであり、円板状体3aは、中心孔3bと、切欠部3cとを備える。蓋3は、内坩堝2の開口部2aに着脱可能に配置し、開口部2aを塞ぐ。中心孔3bは、円板状体3aに中心に設けられ、円板状体3aを貫く。切欠部3cは、円板状体3aにおいて中心孔3bから外縁側に設けられている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
下軸4は、外坩堝1の下方(ここでは、Z軸マイナス側)から外坩堝1に向かって、鉛直線(ここでは、Z軸に平行な仮想線)上に延びる。下軸4における外坩堝1側の端部は、外坩堝1を支持している。下軸4は、モータ等の駆動源(図示略)から駆動力を供給されて、軸周りに第1の回転速度V1で回転することができる。外坩堝1は、下軸4によって、第1の回転速度V1で回転することができる。
The
上軸5は、内坩堝2に保持されたSiC溶液S1に向かって、鉛直線(ここでは、Z軸に平行な仮想線)上に延びる。上軸5における上側(ここでは、z軸プラス側)の端部は、アクチュエータに取り付けられる等して、上軸5は、鉛直線上に沿って、SiC溶液S1に接近し、又は、離間するように移動することができる。上軸5におけるSiC溶液S1側の端部は、種結晶7を保持している。上軸5は、モータ等の駆動源(図示略)から駆動力を供給されて、軸周りに第2の回転速度V2で回転することができる。第2の回転速度V2は、第1の回転速度V1よりも異なるとよく、例えば、第1の回転速度V1と比較して速い。種結晶7は、上軸5によって、第2の回転速度V2で回転することができる。
The
透過センサ6は、発光素子61と、受光素子62とを備える。発光素子61と、受光素子62とは、蓋3を挟むように配置されている。発光素子61は、上軸5を横切る方向(ここでは、x軸に沿った方向)に光L1を発する。光L1は、蓋3の上軸5周りの回転角度に応じて、蓋3の切欠部3cを通過したり、蓋3の円板状体3aに遮断されたりする。図1〜3に示す例では、光L1は、蓋3の切欠部3cを通過し、さらに、受光素子62に入射する。
The
種結晶7は、例えば、略円盤状体である。種結晶7は、SiC溶液S1と接触して、結晶を成長させる。
The
計測制御部8は、ハードウェア構成として、例えば、CPU(Central Processing Unit)を有する演算回路と、プログラムメモリやデータメモリその他のRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)等を有する記憶装置等を備えてもよい。計測制御部8は、SiC単結晶の製造装置10の各構成からデータを取得し、当該記憶装置に記憶されたプログラムに従って各種データを演算回路によって演算する。計測制御部8は、演算結果に応じて、SiC単結晶の製造装置10の各構成に指令してもよい。
The
計測制御部8は、透過センサ6と電気的に接続されており、光L1の受光を示す信号を、時々刻々と取得する。計測制御部8は、受光素子62が光L1を検出した時点の間隔に基づいて、時々刻々と蓋3の回転速度を求める。
The
計測制御部8は、この求めた回転速度が、第1の回転速度V1又はその近傍における所定の範囲内の値であれば、種結晶7とSiC溶液S1とが固着していないと判定する。言い換えると、このような場合、計測制御部8は、SiC単結晶の製造装置10の動作が正常であると判定する。
The
計測制御部8は、この求めた回転速度が、第2の回転速度V2又はその近傍における所定の範囲内の値であれば、種結晶7とSiC溶液S1とが固着していると判定する。言い換えると、このような場合、計測制御部8は、SiC単結晶の製造装置10の動作が異常であると判定する。さらに、計測制御部8は、下軸4及び上軸5の回転を非常停止させるように、上記した駆動源に指令してもよい。また、計測制御部8は、表示装置(図示略)や音声出力装置(図示略)等に、その異常をSiC単結晶の製造装置10のユーザに通知させてもよい。
The
(監視方法)
図4を参照して、実施の形態1に係るSiC単結晶の製造装置の監視方法について説明する。実施の形態1に係るSiC単結晶の製造装置の一動作例とし、監視方法を説明する。図4は、実施の形態1に係るSiC単結晶の製造装置の一動作例を示す概略図である。
(Monitoring method)
With reference to FIG. 4, the monitoring method of the SiC single crystal manufacturing apparatus according to the first embodiment will be described. A monitoring method will be described as an operation example of the SiC single crystal manufacturing apparatus according to the first embodiment. FIG. 4 is a schematic diagram showing an operation example of the SiC single crystal manufacturing apparatus according to the first embodiment.
図4に示すように、SiC単結晶の製造装置10は、上軸5をSiC溶液S1側に接近させ、種結晶7をSiC溶液S1に接触させる(種結晶移動ステップST1)。
As shown in FIG. 4, the SiC single
続いて、種結晶7をSiC溶液S1に接触させたまま、上軸5を軸周りに第2の回転速度V2で回転させつつ、下軸4を軸周りに第1の回転速度V1で回転させる(結晶成長ステップST2)。上記したように、内坩堝2は、外坩堝1の内側に配置され、蓋3は、内坩堝2の開口部2aに配置されている。そのため、内坩堝2、及び蓋3は、外坩堝1の回転に伴って、第1の回転速度V1で回転する。
Subsequently, while the
ここで、発光素子61から光L1を発光させ、受光素子62に受光させる。光L1は、蓋3の上軸5周りの回転角度に応じて、蓋3の切欠部3cを通過したり、蓋3の円板状体3aに遮断されたりする。計測制御部8が、受光素子62が光L1を検出した時点の間隔に基づいて、蓋3の回転速度を時々刻々と求める。
Here, the light L <b> 1 is emitted from the
ところで、結晶成長ステップST2において、種結晶7とSiC溶液S1とが固着する結晶固着が発生することがある(結晶固着ステップST3)。例えば、温度が低下し、SiC溶液S1が局所的に固まる場合である。このような結晶固着が発生すると、上軸5の回転が、種結晶7、SiC溶液S1を介して、内坩堝2と蓋3とに伝わる。そのため、内坩堝2と蓋3とは、上軸5の回転速度と同じ第2の回転速度V2で回転する。
By the way, in the crystal growth step ST2, crystal fixation in which the
引き続き、計測制御部8が、受光素子62が光L1を検出した時点の間隔に基づいて、蓋3の回転速度を時々刻々と求める。すると、蓋3の回転速度が、結晶成長ステップST2において第1の回転速度V1であったが、結晶固着ステップST3において第2の回転速度V2に変化する。蓋3の回転速度の変化によって、種結晶7とSiC溶液S1との固着を検知することができる。
Subsequently, the
ここで、各ステップにおけるSiC単結晶の製造装置10の各構成の回転速度の一例を、表1に示した。
表1に示す例では、蓋3の回転速度が、結晶成長ステップST2において3rpmであったが、結晶固着ステップST3において5rpmに変化したことを検知することができる。
In the example shown in Table 1, it can be detected that the rotation speed of the
異常が発生したと判定した後、上軸5及び下軸4等の動作を停止してもよい。また、表示装置(図示略)や音声出力装置(図示略)等を用いて、その異常をSiC単結晶の製造装置10のユーザに通知させてもよい。これによって、ユーザは、SiC単結晶の製造装置10の異常を知ることができ、SiC単結晶の製造装置10を監視することができる。
After determining that an abnormality has occurred, the operations of the
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
10 SiC単結晶の製造装置
1 外坩堝
2 内坩堝 2a 開口部
3 蓋
3a 円板状体 3b 中心孔
3c 切欠部
4 下軸 5 上軸
6 透過センサ
61 発光素子 62 受光素子
7 種結晶 8 計測制御部
L1 光 S1 SiC溶液
ST1 種結晶移動ステップ ST2 結晶成長ステップ
ST3 結晶固着ステップ
V1、V2 回転速度
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記外坩堝の内側に回転可能に保持されつつ、SiC溶液を保持する内坩堝と、
前記内坩堝の開口部を塞ぐ蓋と、
前記蓋を通過しつつ、前記第1の回転速度と異なる第2の回転速度で回転させるように種結晶を保持した上軸と、を備えるSiC単結晶の製造装置を監視する監視方法であって、
前記蓋は、切欠部を備え、
発光素子と、受光素子とは、前記蓋を挟むように配置されており、
前記発光素子から光を発して、前記発した光を前記受光素子に受光させることによって、前記蓋の回転速度を時々刻々と計測し、計測した回転速度の変化に基づいて、異常を判定する、
SiC単結晶の製造装置の監視方法。 An outer crucible rotating at a first rotation speed while being rotatably supported by the lower shaft;
An inner crucible for holding the SiC solution while being rotatably held inside the outer crucible;
A lid that closes the opening of the inner crucible;
A monitoring method for monitoring a SiC single crystal manufacturing apparatus comprising: an upper shaft that holds a seed crystal so as to rotate at a second rotation speed different from the first rotation speed while passing through the lid. ,
The lid includes a notch,
The light emitting element and the light receiving element are arranged so as to sandwich the lid,
By emitting light from the light emitting element, and by causing the light receiving element to receive the emitted light, measure the rotational speed of the lid from moment to moment, and determine abnormality based on the change in the measured rotational speed.
A method for monitoring an apparatus for producing a SiC single crystal.
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