JP2783626B2 - Single crystal manufacturing equipment - Google Patents

Single crystal manufacturing equipment

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JP2783626B2
JP2783626B2 JP32386389A JP32386389A JP2783626B2 JP 2783626 B2 JP2783626 B2 JP 2783626B2 JP 32386389 A JP32386389 A JP 32386389A JP 32386389 A JP32386389 A JP 32386389A JP 2783626 B2 JP2783626 B2 JP 2783626B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、シリコン、ゲルマニウム等に代表される単
結晶の製造方法に関し、特に引上げ法(チョクラルスキ
ー法)を応用した連続引上げ法により単結晶を製造する
装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a single crystal typified by silicon, germanium, etc., and more particularly to a method for producing a single crystal by a continuous pulling method to which a pulling method (Czochralski method) is applied. The present invention relates to an apparatus for producing a crystal.

(従来の技術) 現在、集積回路(IC)、大規模集積回路(LSI)など
のデバイスとして工業的に広く用いられている半導体と
しては、シリコン、ゲルマニウム等が知られている。
(Prior Art) At present, silicon, germanium, and the like are known as semiconductors widely used industrially as devices such as integrated circuits (ICs) and large-scale integrated circuits (LSIs).

このような半導体産業にて用いられるシリコン、ゲル
マニウム等の単結晶は、多結晶を原料として、多結晶棒
に誘導加熱で溶融帯を作りこれを種結晶側から移動させ
て単結晶を成長させる浮遊帯溶融法(Floating Zone
法、以下FZ法と略称)、あるいは、多結晶をルツボに入
れて加熱溶融し種結晶を溶融液に浸漬してから引き上げ
て丸棒の単結晶を成長させる引上げ法(Czochralski
法、以下CZ法と略称)によって製造されている。
Single crystals such as silicon and germanium used in the semiconductor industry use a polycrystal as a raw material, create a molten zone by induction heating on a polycrystal rod, move it from the seed crystal side, and float it to grow a single crystal. Floating Zone
(Hereinafter abbreviated as FZ method) or a pulling method (Czochralski) in which a polycrystal is placed in a crucible and heated and melted, and a seed crystal is immersed in a melt and pulled up to grow a single crystal of a round bar.
Method, hereinafter abbreviated as CZ method).

これらの製法は単結晶の用途によって選択され、FZ法
により製造された単結晶は高抵抗率の用途、CZ法により
製造された単結晶は低〜中抵抗率の用途に供されるが、
近年、LSI製造技術の進歩により1個の電子回路がます
ます微小化する一方、加工基板となる単結晶ウェハーの
面積を大きくして1回のプロセスでウェハー中に形成さ
れる回路数の増大を図ることにより、1つの回路当たり
のコストの低減が図られている。このため単結晶製造技
術に対し、大直径化が絶えず要求されており、同時に、
単結晶製造時の時間当たりの生産性を高めるために1本
の単結晶の長さを長くする方法も追及されている。上述
したCZ法は、大径の単結晶インゴットが得やすいという
長所を備えているのみならず、自動直径制御や、原料多
結晶のリチャージによる半連続化等の技術改良が進んで
コスト面でもFZ法に凌いでいるのが実情である。
These production methods are selected according to the use of the single crystal, the single crystal manufactured by the FZ method is used for high resistivity applications, and the single crystal manufactured by the CZ method is used for low to medium resistivity applications.
In recent years, one electronic circuit has become smaller and smaller due to advances in LSI manufacturing technology. On the other hand, the area of a single crystal wafer to be processed has been increased to increase the number of circuits formed in the wafer in one process. By doing so, the cost per circuit is reduced. For this reason, single crystal manufacturing technology is constantly required to have a large diameter, and at the same time,
A method of increasing the length of one single crystal has been pursued in order to increase the productivity per unit time during the production of a single crystal. The above-mentioned CZ method not only has the advantage that a large-diameter single crystal ingot can be easily obtained, but also has a technical improvement such as automatic diameter control and semi-continuation by recharging of the raw material polycrystal, and the FZ method has a low cost. The fact is that it surpasses the law.

従来のCZ法による単結晶の製造は、シリコンを例にと
れば、原料となる多結晶シリコンまたは多結晶シリコン
とドーパント(添加物)をチャンバ内に支持台により支
持された石英製ルツボ内に入れた後、アルゴン雰囲気の
下、石英製ルツボの周囲に配設された加熱ヒータによっ
て原料を溶解し、ルツボの上方に設けられた引上げ装置
のチャックにシリコン単結晶からなる細い種結晶を取り
付け、これをルツボ内の原料溶融液に浸漬した後に、引
上げ軸をルツボに対して相対的に回転させながら所定の
速度で引き上げる。すると、引上げ軸に取り付けられた
種結晶の下端に順次単結晶が成長することになる。ドー
パントを添加したときはその濃度により、所望の抵抗値
を有する単結晶インゴットを得ることができる。
Conventional single-crystal production by the CZ method, in the case of silicon, for example, places polycrystalline silicon as a raw material or polycrystalline silicon and a dopant (additive) in a quartz crucible supported by a support stand in a chamber. After that, under an argon atmosphere, the raw material was melted by a heater arranged around the quartz crucible, and a thin seed crystal made of silicon single crystal was attached to a chuck of a pulling device provided above the crucible, and Is immersed in the raw material melt in the crucible, and then pulled up at a predetermined speed while rotating the pulling shaft relatively to the crucible. Then, a single crystal grows sequentially at the lower end of the seed crystal attached to the pulling shaft. When a dopant is added, a single crystal ingot having a desired resistance value can be obtained depending on its concentration.

このようなCZ法による単結晶の引き上げを連続的に行
なう手法も既に知られているが、この連続引上げ法によ
れば、引上げ方向のドーパント濃度の均一化を図ること
ができると共に、溶融液面を一定に保つことができ、製
造された単結晶の歩留りを向上させることができる。
A method of continuously pulling a single crystal by such a CZ method is already known. However, according to the continuous pulling method, the dopant concentration in the pulling direction can be made uniform and the surface of the molten liquid can be improved. Can be kept constant, and the yield of the manufactured single crystal can be improved.

特公昭59−33,551号公報(特開昭57−179,096号公
報)には、連続引き上げ法による単結晶の製造方法が開
示されている。この製造方法は、まず第10図に示すよう
に、引上げ軸1に取り付けられた種結晶2の先端を原料
溶融液3に浸漬し、溶融液3の温度および/または引上
げ速度を制御しつつ、引上げ軸1を上昇させる。このと
き、種結晶2の下端部に連続して徐々に大径化する。い
わゆるコーン部30が形成され、このコーン部30に連続し
て単結晶C1の直胴部31が育成される。必要な長さの引上
げを終了すると、再び溶融液3の温度および/または引
上げ速度を制御して単結晶C1の下端部の形状を細径化し
てテール部32を形成し、このテール部32に連続してさら
に細径化したダッシュ部33を形成する。このダッシュ部
33はそのまま第2番目の単結晶C2のための種結晶に供さ
れる(第11図参照)。
JP-B-59-33,551 (JP-A-57-179,096) discloses a method for producing a single crystal by a continuous pulling method. In this manufacturing method, first, as shown in FIG. 10, the tip of a seed crystal 2 attached to a pulling shaft 1 is immersed in a raw material melt 3, and while controlling the temperature and / or pulling speed of the melt 3, Raise the pulling shaft 1. At this time, the diameter gradually increases continuously from the lower end of the seed crystal 2. A so-called cone portion 30 is formed, and a straight body portion 31 of the single crystal C1 is grown continuously from the cone portion 30. When the pulling of the required length is completed, the temperature and / or pulling speed of the melt 3 is controlled again to reduce the shape of the lower end of the single crystal C1 to form a tail portion 32, and the tail portion 32 is formed. The dash portion 33 having a further reduced diameter is formed continuously. This dash part
33 is used as it is as a seed crystal for the second single crystal C2 (see FIG. 11).

この操作を順次繰り返すことによって、下端部に細径
部が形成された単結晶が連続して製造されるが、第12図
に示された状態で、引上げ軸1と同期し、かつ中心軸が
引上げ軸1に一致して回転し、しかも引上げ軸1と同一
速度で移動する支持装置4により単結晶C2の側面を支持
する。ついで、同図に示すように、単結晶C1と単結晶C2
との間のダッシュ部33をレーザー切断装置6により切断
し、単結晶C1を回収する。また、第2番目以降の単結晶
C2,C3,C4…を回収するために、支持装置4と同様に構成
され、引上げ軸1と同期しかつ中心軸が引上げ軸1に一
致して回転し、しかも引上げ軸1と同一速度で移動する
他の支持装置5が設けられ、前述した支持装置4と協働
して第n番目の単結晶Cnと第(n+1)番目の単結晶Cn
+1とを支持することにより、連続引上げを行ないなが
ら単結晶の回収を行なうことができるようになっている
(第13〜14図参照)。
By successively repeating this operation, a single crystal having a small-diameter portion formed at the lower end is continuously produced. In the state shown in FIG. A side surface of the single crystal C2 is supported by a supporting device 4 which rotates in accordance with the pulling shaft 1 and moves at the same speed as the pulling shaft 1. Next, as shown in the figure, single crystal C1 and single crystal C2
Is cut by the laser cutting device 6 to recover the single crystal C1. In addition, the second and subsequent single crystals
In order to collect C2, C3, C4..., It is configured in the same manner as the support device 4 and rotates in synchronization with the pulling shaft 1 and the center axis coincides with the pulling shaft 1, and moves at the same speed as the pulling shaft 1. Is provided, and the n-th single crystal Cn and the (n + 1) -th single crystal Cn cooperate with the support device 4 described above.
By supporting +1, it is possible to recover a single crystal while performing continuous pulling (see FIGS. 13 and 14).

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、このような従来の単結晶の製造方法に
よれば、種結晶の後端にダッシュ部とコーン部とを形成
し、ついで直胴部を育成してこの直胴部が所望の長さに
成長すると、テール部を形成するという構成であるた
め、単結晶として製品化し得る直胴部の製造に当たって
は、その前後にダッシュ部、コーン部およびテール部を
形成する必要があり、歩留りが悪い上にサイクルタイム
も長いという問題点があった。
However, according to such a conventional method for manufacturing a single crystal, a dash portion and a cone portion are formed at the rear end of the seed crystal, and then the straight body is grown. When the straight body grows to a desired length, a tail is formed.Therefore, in manufacturing a straight body that can be commercialized as a single crystal, a dash, a cone, and a tail are formed before and after the straight body. In this case, the yield is low and the cycle time is long.

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなさ
れたものであり、単結晶の直胴部を引き上げつつこれを
切断して取り出すことができる単結晶の製造装置を提供
し、単結晶の材料歩留りを向上させると共に、生産性を
高めることを目的とする。
The present invention has been made in view of such problems of the related art, and has provided a single crystal manufacturing apparatus capable of cutting and removing a straight body portion of a single crystal while pulling the same. The purpose of the present invention is to improve the material yield and to increase the productivity.

(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するための本発明は、原料を溶融し、
この溶融液に種結晶を浸漬させた後にこの種結晶を引き
上げることにより種結晶の後端部に単結晶を育成させる
単結晶の製造装置において、 前記単結晶の直胴部を把持して所定の速度にてこの単
結晶を引き上げる第1クランプ手段と、 この第1クランプ手段の上方に位置して前記引き上げ
速度に同期して移動しながら単結晶の直胴部を切断する
切断手段と、 この切断手段の上方に位置して切断位置より上側の単
結晶を把持する第2クランプ手段と有することを特徴と
する単結晶の製造装置である。
(Means for Solving the Problems) The present invention for achieving the above object melts raw materials,
In a single crystal manufacturing apparatus for growing a single crystal at the rear end of the seed crystal by immersing the seed crystal in the melt and pulling up the seed crystal, a straight body of the single crystal is gripped and First clamping means for pulling up the single crystal at a speed; cutting means positioned above the first clamping means for cutting the straight body of the single crystal while moving in synchronization with the pulling speed; An apparatus for producing a single crystal, comprising: a second clamping means positioned above the means for gripping a single crystal above a cutting position.

また、前記第1クラン手段と切断手段との間に、少な
くとも単結晶の切断中は引き上げられる単結晶に近接し
て引き上げ速度に同期して移動し、切断位置と前記溶融
液表面とを遮断するシールド手段を設けることが好まし
い。
In addition, between the first clan means and the cutting means, at least during cutting of the single crystal, it moves in close proximity to the single crystal to be pulled in synchronization with the pulling speed, and cuts off the cutting position and the surface of the melt. Preferably, shielding means is provided.

(作用) このように構成した本発明にあっては、種結晶の後端
部に所望の長さの直胴部を形成して引き上げ、切断すべ
き直胴部の近傍を第1クランプ手段にて把持し、この第
1クランプ手段を引き上げ速度に同期しつつ上昇させ、
この状態で切断手段により直胴部を切断すれば、単結晶
に細径部を形成することなく所望の長さの単結晶を得る
ことができる。この切断された直胴部はすべて製品とし
て供することができるから、製品歩留りが向上すると共
に、サイクルタイムの短縮を図ることができる。第1ク
ランプ手段が所定位置まで上昇すると第2クランプ手段
が単結晶直胴部の上端を把持する一方、第1クランプ手
段による直胴部の把持を解除し、第2クランプ手段は所
定の上昇速度にて単結晶を引き上げる。以下、この動作
を繰り返すことにより、連続して直胴部のみを切断およ
び取り出すことができる。
(Function) In the present invention thus configured, a straight body having a desired length is formed at the rear end of the seed crystal, pulled up, and the vicinity of the straight body to be cut is used as the first clamping means. To raise the first clamping means in synchronization with the lifting speed,
If the straight body is cut by the cutting means in this state, a single crystal of a desired length can be obtained without forming a small diameter portion in the single crystal. Since all of the cut straight body portions can be provided as products, the product yield can be improved and the cycle time can be reduced. When the first clamping means rises to a predetermined position, the second clamping means grips the upper end of the single crystal straight body part, while releasing the holding of the straight body part by the first clamping means, and the second clamping means moves at a predetermined rising speed. The single crystal is pulled up with. Hereinafter, by repeating this operation, only the straight body can be continuously cut and taken out.

また、切断手段と第1クランプ手段との間にシールド
手段を設けた単結晶の製造装置によれば、切断手段によ
る単結晶の切り屑が溶融液中に落下するのを防止するこ
とができ、引き上げられる単結晶の有転位化の防止およ
び品質の安定化を図ることができる。
Further, according to the apparatus for producing a single crystal provided with the shield means between the cutting means and the first clamp means, it is possible to prevent chips of the single crystal by the cutting means from dropping into the molten liquid, Dislocation of the pulled single crystal can be prevented and the quality can be stabilized.

(実施例) 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例を示す全体断面図、第2図
は同実施例のクランプ手段を示す断面図、第3図は同実
施例の切断手段を示す断面図、第4図は第3図のIV−IV
線に沿う断面図、第5〜9図は同実施例の動作を説明す
る工程図である。
1 is an overall sectional view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing a clamping means of the embodiment, FIG. 3 is a sectional view showing a cutting means of the embodiment, and FIG. IV-IV in Fig. 3
Sectional views along the line, FIGS. 5 to 9 are process diagrams for explaining the operation of the embodiment.

本実施例の単結晶製造装置は、第1図に示すように、
加熱チャンバ11と引上げチャンバ12とからなるチャンバ
10を有している。加熱チャンバ11内には黒鉛製受け皿に
支持された黒鉛製ルツボ13および石英製ルツボ14が設け
られ、この黒鉛製ルツボ13および石英製ルツボ14は回転
軸15を介して駆動装置16により回転するようになってい
る。略円筒状に形成された黒鉛製ルツボ13および石英製
ルツボ14の周囲には、加熱ヒータ17が設けられて石英製
ルツボ14内に収容した原料を溶融するようになってい
る。加熱ヒータ17は、抵抗加熱法によるものであって
も、あるいは誘導加熱法によるものであっても用いるこ
とができるが、大型の連続引上げ装置に適用する場合に
は経済性を考慮して抵抗加熱ヒータとすることが好まし
い。
As shown in FIG. 1, the single crystal manufacturing apparatus of this embodiment
Chamber consisting of heating chamber 11 and pulling chamber 12
Has 10 A graphite crucible 13 and a quartz crucible 14 supported by a graphite pan are provided in the heating chamber 11, and the graphite crucible 13 and the quartz crucible 14 are rotated by a driving device 16 via a rotating shaft 15. It has become. A heater 17 is provided around the graphite crucible 13 and the quartz crucible 14 formed in a substantially cylindrical shape so as to melt the raw material contained in the quartz crucible 14. The heater 17 can be used either by a resistance heating method or by an induction heating method. It is preferable to use a heater.

石英製ルツボ14内には、環状に形成された隔壁18が設
けられ、これにより石英製ルツボ14は溶融ゾーン19と凝
固ゾーン20とに仕切られているが、この隔壁18の下端縁
に開設された連通口(不図示)を介して両ゾーン19,20
は連通している。溶融ゾーン19には、原料供給装置(不
図示)からノズル22を介して原料が供給される。なお、
環状隔壁18を省略することも可能である。
In the quartz crucible 14, an annularly formed partition wall 18 is provided, whereby the quartz crucible 14 is partitioned into a melting zone 19 and a solidification zone 20, but is opened at the lower edge of the partition wall 18. Both zones 19, 20 via a communication port (not shown)
Are communicating. Raw material is supplied to the melting zone 19 from a raw material supply device (not shown) via a nozzle 22. In addition,
The annular partition 18 can be omitted.

「23」は加熱ヒータ17からの熱の放散を防止するため
の断熱板である。
“23” is a heat insulating plate for preventing heat dissipation from the heater 17.

引上げチャンバ12の上部には、引上げ装置24が設けら
れ、引上げ軸である引上げワイヤ1を回転させると共に
昇降させるように構成されている。引上げワイヤ1の先
端には、チャック25が取り付けられて、このチャック25
に種結晶2を把持せしめ、引上げ装置24を駆動させて引
上げワイヤ1を種結晶2の先端が石英製ルツボ14内の溶
融液3に所定量だけ浸漬するまで下降させた後に、引上
げワイヤ1を引上げ速度を制御しながら上昇させれば、
種結晶2の下端に単結晶Cが成長することになる。
A pulling device 24 is provided above the pulling chamber 12, and is configured to rotate the pulling wire 1, which is a pulling shaft, and to move up and down. A chuck 25 is attached to the tip of the pulling wire 1, and this chuck 25
After the seed crystal 2 is gripped, the pulling device 24 is driven to lower the pulling wire 1 until the tip of the seed crystal 2 is immersed by a predetermined amount in the melt 3 in the crucible 14 made of quartz. If you raise while controlling the pulling speed,
The single crystal C grows at the lower end of the seed crystal 2.

本実施例においては、加熱チャンバ11内であって、成
長した単結晶Cが所定温度まで冷却する位置に、第1ク
ランプ手段4を設けている。また、引き上げチャンバ12
内に切断手段6および、この切断手段6の上方に第2ク
ランプ手段5を設けている。これら第1,2クランプ手段
4,5および切断手段6の取り付け位置は、第1図に示す
位置に限定されることはなく、引上げられた単結晶Cを
クランプ手段4により把持し得る程度に単結晶Cが冷却
した状態である位置に設定すれば良く、チャンバ10の形
状、構造等により適宜変更することができる。
In this embodiment, the first clamping means 4 is provided in the heating chamber 11 at a position where the grown single crystal C is cooled to a predetermined temperature. Also, the lifting chamber 12
The cutting means 6 and the second clamping means 5 are provided above the cutting means 6. These first and second clamping means
The mounting positions of 4, 5 and the cutting means 6 are not limited to the positions shown in FIG. 1, and the single crystal C is cooled to such an extent that the pulled single crystal C can be gripped by the clamping means 4. It may be set at a certain position, and can be appropriately changed according to the shape, structure, and the like of the chamber 10.

第1,2クランプ手段4,5は、第2図に示すように、何れ
も単結晶Cの側面を把持する把持部41と、この把持部を
回転させることにより単結晶を回転させる回転駆動部42
と、さらに引上げ装置24に同期してクランプ手段全体を
昇降させる昇降駆動部43とから構成されている。
As shown in FIG. 2, the first and second clamping means 4 and 5 each include a gripper 41 for gripping the side surface of the single crystal C, and a rotation drive unit for rotating the single crystal by rotating the gripper. 42
And a lifting drive unit 43 that raises and lowers the entire clamp means in synchronization with the lifting device 24.

把持部41は、回転フレーム44を有し、この回転フレー
ム44は後述する昇降フレーム45に軸受46を介して回転自
在に取り付けられている。回転フレーム44には、放射状
に進退移動すると共に回転フレームに対して非回転の把
持パッド47が複数設けられている。この把持パッド47
は、先端が引き上げられる単結晶Cの側面に対応した形
状に形成され、本実施例にあっては90゜の位相をもって
都合4つの把持部41が設けられている。把持パッド47の
支軸には雄ねじが形成されてこの雄ねじに螺合する雌ね
じが形成された歯車48が、回転フレーム44に対して進退
移動せず、かつ回転自在に設けられている。また、この
歯車48は、他の歯車49を介してモータ50の駆動軸51に連
結されている。従って、モータ50を作動させると、歯車
48,49が回転し、これにより把持パッド47が進退動する
こととなる。
The grip portion 41 has a rotating frame 44, and the rotating frame 44 is rotatably attached to an elevating frame 45 described later via a bearing 46. The rotating frame 44 is provided with a plurality of gripping pads 47 that move radially and that do not rotate with respect to the rotating frame. This grip pad 47
Is formed in a shape corresponding to the side surface of the single crystal C whose tip is pulled up. In the present embodiment, four grip portions 41 are provided with a phase of 90 °. A gear 48 having a male screw formed on the support shaft of the gripping pad 47 and a female screw screwed to the male screw is provided rotatably without moving forward and backward with respect to the rotating frame 44. The gear 48 is connected to a drive shaft 51 of a motor 50 via another gear 49. Therefore, when the motor 50 is operated, the gear
48 and 49 rotate, whereby the grip pad 47 moves forward and backward.

上記回転フレーム44の側面外周には、歯52が形成され
ており、この歯52と噛合する歯車53が昇降フレーム45に
軸受54,54を介して取り付けられている。この歯車53に
はモータ55の駆動軸56が嵌挿されており、このモータ55
を作動させると歯車53を介して回転フレーム44が回転す
ることになる。
Teeth 52 are formed on the outer periphery of the side surface of the rotating frame 44, and a gear 53 that meshes with the teeth 52 is attached to the lifting frame 45 via bearings 54, 54. A drive shaft 56 of a motor 55 is fitted into the gear 53, and the motor 55
Is operated, the rotating frame 44 rotates via the gear 53.

なお、回転フレーム44は、昇降フレーム45に対して相
対的に回転することから、回転フレーム44に取り付けら
れたモータ50への給電はトロリー57により行われる。
Since the rotating frame 44 rotates relative to the lifting frame 45, power is supplied to the motor 50 attached to the rotating frame 44 by the trolley 57.

昇降駆動部43を構成するモータ58は、昇降フレーム45
に取り付けられ、駆動軸59に嵌挿された歯車60、および
この歯車60に噛合する歯車61が軸受62,63を介して昇降
フレーム45に回転自在に支持されており、歯車61には雌
ねじが形成されて、この雌ねじは固定軸64の軸方向に形
成された雄ねじと螺合するようになっている。固定軸64
は、チャンバ10内であって、引き上げられる単結晶Cに
沿ってその両側にほぼ鉛直に立設されている。
The motor 58 constituting the lifting drive unit 43 is
And a gear 61 fitted to the drive shaft 59, and a gear 61 meshing with the gear 60 are rotatably supported by the lifting frame 45 via bearings 62 and 63, and the gear 61 has an internal thread. The female screw is formed so as to screw with a male screw formed in the axial direction of the fixed shaft 64. Fixed shaft 64
Are set up substantially vertically on both sides thereof along the single crystal C to be pulled in the chamber 10.

モータ58の回転速度は、前述した引上げ装置24の引上
げ速度に同期して制御されるように構成されている。
The rotation speed of the motor 58 is configured to be controlled in synchronization with the pulling speed of the pulling device 24 described above.

また、両クランプ手段4,5の間には切断手段6が設け
られている。本実施例においては、第4図に示すよう
に、フレーム65が前述したクランプ手段4,5の昇降駆動
部43と同様の機構により固定軸66,66に沿って昇降可能
に設けられている。「67」は、この昇降用モータであ
る。また、第3図に示すように、フレーム65には、ブレ
ード68を回転自在に支持する支持フレーム69がボールね
じ70を介して単結晶Cに対して進退移動可能に取り付け
られている。また、ボールねじ70に係合するスクリュー
軸71はモータ72により回転するように構成されている。
一方、前記ブレード68は、プーリ73,74およびベルト75
を介し、さらに傘歯車76,77を介してモータ79により回
転する。なお、「79」はカウンタ・ウエイトである。前
記モータ67の回転速度は、前述した引上げ装置24の引上
げ速度に同期して制御されるように構成されている。す
なわち、ブレード68は単結晶Cに対して相対的に停止し
た状態でこの単結晶の切断を行なうこととなる。
Further, a cutting means 6 is provided between the clamping means 4 and 5. In this embodiment, as shown in FIG. 4, the frame 65 is provided so as to be able to move up and down along the fixed shafts 66, 66 by the same mechanism as the lifting drive unit 43 of the clamp means 4, 5 described above. “67” is this elevating motor. As shown in FIG. 3, a support frame 69 for rotatably supporting the blade 68 is attached to the frame 65 via a ball screw 70 so as to be able to advance and retreat with respect to the single crystal C. Further, the screw shaft 71 that engages with the ball screw 70 is configured to be rotated by the motor 72.
On the other hand, the blade 68 includes pulleys 73 and 74 and a belt 75
, And further by a motor 79 via bevel gears 76, 77. “79” is a counter weight. The rotational speed of the motor 67 is configured to be controlled in synchronization with the pulling speed of the pulling device 24 described above. That is, the blade 68 cuts the single crystal in a state where it is relatively stopped with respect to the single crystal C.

さらに、本実施例にあっては、切断手段6の上下に、
前述したクランプ手段4,5と同様の機構を備えた他のク
ランプ手段80,81を設けている(第1図参照)。これ
は、切断すべき単結晶Cの切断部の両端を強固に保持す
ることにより、切断時の振動をさらに緩和・吸収し、溶
融液3表面への伝播を防止するためである。従って、場
合によってはこれらクランプ手段80,81は省略すること
も可能である。
Further, in the present embodiment, above and below the cutting means 6,
Other clamping means 80 and 81 having the same mechanism as the clamping means 4 and 5 described above are provided (see FIG. 1). This is because by firmly holding both ends of the cut portion of the single crystal C to be cut, vibration at the time of cutting is further reduced and absorbed, and propagation to the surface of the melt 3 is prevented. Therefore, in some cases, these clamp means 80 and 81 can be omitted.

また、本実施例に係る製造装置であっては、加熱チャ
ンバ11と引上げチャンバ12とを仕切る隘路部にシールド
手段83を設けている。このシールド手段83は、単結晶の
引上げ速度、すなわち引上げ装置24の引上げ速度あるい
は第1クランプ手段4の引上げ速度に同期して上昇およ
び下降するように構成され、さらに、シールパッドが単
結晶Cに対して進退移動するように円周方向に分割され
て設けられている。このようなシールド手段83の具体的
構造は、例えば、前述した把持パッド47、およびこの把
持パッド47を進退移動させる把持部41と同様に構成する
ことができる。また、捕集した切り屑を吸引して排除す
るための吸引手段を設けることが好ましい。このような
シールド手段83を切断手段6の下方に設けることによ
り、単結晶Cの切断中に発生した切り屑が溶融液3中に
落下するのを防止することができ、これによって引き上
げられた単結晶の有転位化の防止、および品質の安定化
を達成することができる。
Further, in the manufacturing apparatus according to the present embodiment, the shielding means 83 is provided in a bottleneck part that separates the heating chamber 11 and the pulling chamber 12. The shield means 83 is configured to rise and fall in synchronization with the pulling speed of the single crystal, that is, the pulling speed of the pulling device 24 or the pulling speed of the first clamp means 4. It is divided in the circumferential direction so as to move forward and backward. The specific structure of such a shield means 83 can be configured, for example, in the same manner as the grip pad 47 described above and the grip portion 41 that moves the grip pad 47 forward and backward. Further, it is preferable to provide a suction means for sucking and removing the collected chips. By providing such a shield means 83 below the cutting means 6, it is possible to prevent chips generated during cutting of the single crystal C from dropping into the molten liquid 3, thereby preventing the single crystal C from being lifted. Prevention of dislocations in the crystal and stabilization of quality can be achieved.

さらに、本実施例に係る単結晶の製造装置にあって
は、チャンバ10の一側に、取出し用チャンバ84が形成さ
れ、引上げチャンバ12との間には開閉バルブ85が設けら
れている。引上げチャンバ12には、この引上げチャンバ
12で切断された単結晶を把持して昇降テーブル86上に搭
載する移載装置87が設けられている。この移載装置87に
よって単結晶Cを搭載した昇降テーブル86は、開閉バル
ブ85を開いた状態で下降し、扉90から、他の移載装置89
により取り出されて、次工程に供される。「88」は昇降
テーブル86を昇降させる駆動源である。なお、移載装置
87,89としては産業用ロボット等を用いることが好まし
い。
Further, in the single crystal manufacturing apparatus according to the present embodiment, a take-out chamber 84 is formed on one side of the chamber 10, and an opening / closing valve 85 is provided between the single chamber and the pulling chamber 12. The pulling chamber 12 includes this pulling chamber.
A transfer device 87 for holding the single crystal cut at 12 and mounting it on the elevating table 86 is provided. The elevating table 86 on which the single crystal C is mounted by the transfer device 87 is lowered with the open / close valve 85 opened, and the other transfer device 89 is
And used for the next step. “88” is a drive source for moving the lifting table 86 up and down. In addition, transfer equipment
As 87 and 89, it is preferable to use an industrial robot or the like.

次に、上述した単結晶の製造装置を用いて単結晶を製
造する場合を説明する。本発明の製造装置は、シリコン
結晶、ゲルマニウム結晶、ガリウム−ヒ素結晶の他、金
属結晶、金属酸化物結晶に適用することができる。
Next, a case where a single crystal is manufactured using the above-described single crystal manufacturing apparatus will be described. The manufacturing apparatus of the present invention can be applied to metal crystals and metal oxide crystals in addition to silicon crystals, germanium crystals, and gallium-arsenic crystals.

まず、原料供給装置から所定量の原料(シリコン単結
晶を製造する場合は多結晶シリコンと必要に応じてこれ
に添加すべき燐、硼素等のドーパント)を石英製ルツボ
14内の溶融ゾーン19に供給し、加熱ヒータ17を作動させ
て溶解させる。溶融ゾーン19にて溶解した原料は、環状
隔壁18の連通口を通過して凝固ゾーン20に流れる。な
お、引上げを開始する前にルツボ14内に溶融液3を充満
させる場合には、凝固ゾーン20および溶融ゾーン19の両
方に原料を供給することも可能である。引上げを行なう
際には、加熱ゾーン11内にアルゴンガスを吹き込み、加
熱ゾーン11を減圧アルゴン雰囲気または常圧アルゴン雰
囲気にする。ガリウム−砒素結晶の場合は加熱ゾーン11
内に窒素ガスを吹き込み、加熱ゾーン11を加圧窒素雰囲
気にする。
First, a predetermined amount of raw material (polycrystalline silicon and, if necessary, dopants such as phosphorus and boron to be added thereto when manufacturing a silicon single crystal) are supplied from a raw material supply device to a quartz crucible.
It is supplied to the melting zone 19 in 14 and the heater 17 is operated to be melted. The raw material dissolved in the melting zone 19 flows through the communication port of the annular partition wall 18 to the solidification zone 20. If the crucible 14 is filled with the molten liquid 3 before starting the pulling, the raw material can be supplied to both the solidification zone 20 and the melting zone 19. When pulling up, an argon gas is blown into the heating zone 11 to make the heating zone 11 a reduced pressure argon atmosphere or a normal pressure argon atmosphere. Heating zone 11 for gallium-arsenic crystals
Nitrogen gas is blown into the inside to make the heating zone 11 a pressurized nitrogen atmosphere.

ついで、引上げ軸1のチャック25に面方位の定まった
種結晶2を取り付け、引上げ装置24を作動させて引上げ
軸1を種結晶2の下端部が溶融液3に浸漬するまで降下
させる。
Next, the seed crystal 2 having a predetermined plane orientation is attached to the chuck 25 of the pulling shaft 1, and the pulling device 24 is operated to lower the pulling shaft 1 until the lower end of the seed crystal 2 is immersed in the melt 3.

引上げの最初においては、第5図に示すように、引上
げ速度を速く設定し、かつ/または溶融液温度を高くす
ることにより、単結晶の径を細く絞り、転位を単結晶表
面に追い出して無転位化する。続いて、引上げ速度およ
び/または溶融液温度を下げることにより、所望の径を
有する単結晶Cを成長させる。この場合、駆動装置16に
より石英製ルツボ14回転させると共に、引上げ軸1も回
転させ、溶融液3の撹拌と温度の均一化を図ることが好
ましい。
At the beginning of the pulling, as shown in FIG. 5, the pulling speed is set to be high and / or the melt temperature is raised to narrow the diameter of the single crystal, and dislocations are expelled to the surface of the single crystal. Dislocation. Subsequently, the single crystal C having a desired diameter is grown by lowering the pulling speed and / or the melt temperature. In this case, it is preferable to rotate the quartz crucible 14 by the driving device 16 and also rotate the pulling shaft 1 to stir the molten liquid 3 and make the temperature uniform.

第6図に示すように、単結晶Cが所望の長さに成長し
た際に、第1クランプ手段4にて単結晶の直胴部31を把
持すると共に、第2クランプ手段5にて単結晶の上端部
を把持する。さらに、切断すべき部位の上下両端をクラ
ンプ手段80,81にて把持して、シールド手段83のシール
パッドを単結晶に接触あるいは近接させる。このとき、
これら第1,2クランプ手段4,5、クランプ手段80,81、切
断手段6、および、シールド手段83は何れも引上げ装置
24に同期した速度にて上昇している。ついで、この状態
から、切断手段6のブレード68を回転させて単結晶を切
断する。このとき、単結晶の切り屑がルツボ14内に落下
しようとするが、この切断手段6の下方にシールド手段
83がシールドパッドを単結晶に接触あるいは近接させた
状態で設置されていることから、切り屑はこのシールド
手段83に捕集されることとなる。
As shown in FIG. 6, when the single crystal C has grown to a desired length, the first clamping means 4 holds the straight body 31 of the single crystal and the second clamping means 5 Hold the upper end of the. Further, the upper and lower ends of the portion to be cut are gripped by the clamps 80 and 81, and the seal pad of the shield 83 is brought into contact with or close to the single crystal. At this time,
Each of the first and second clamping means 4 and 5, the clamping means 80 and 81, the cutting means 6, and the shielding means 83 is a lifting device.
It is rising at a speed synchronized with 24. Next, from this state, the single crystal is cut by rotating the blade 68 of the cutting means 6. At this time, chips of the single crystal tend to fall into the crucible 14, but the shielding means is provided below the cutting means 6.
Since the shield pad 83 is placed with the shield pad in contact with or close to the single crystal, chips are collected by the shield means 83.

なお、第5〜9図には示していないが、本実施例の引
上げ操作を行なっている間は、原料供給装置からノズル
22を介して石英製ルツボ14の溶融ゾーン19に原料が供給
されており、これによって溶融液3の液面が常に一定に
保たれている。
Although not shown in FIGS. 5 to 9, during the pulling operation of the present embodiment, the nozzle
The raw material is supplied to the melting zone 19 of the quartz crucible 14 via 22 so that the liquid level of the molten liquid 3 is always kept constant.

ついで、第7図に示すように、切断手段6のブレード
68を単結晶Cから離間させ、さらにクランプ手段80,81
およびシールド手段83を解除する。このとき、第1クラ
ンプ手段4は、引上げ装置24と同じ速度にて上昇してお
り、一方、第2クランプ手段5はこの第1クランプ手段
より僅かに早い速度で上昇し、所定の位置まで上昇すれ
ば、移載装置87にて昇降テーブル86に移載して扉90から
取り出す。
Next, as shown in FIG.
68 is separated from the single crystal C, and the clamping means 80, 81
And the shield means 83 is released. At this time, the first clamp means 4 is rising at the same speed as the pulling device 24, while the second clamp means 5 is rising at a slightly faster speed than the first clamp means and rises to a predetermined position. Then, it is transferred to the lifting table 86 by the transfer device 87 and taken out from the door 90.

一方、第1クランプ手段4に把持された単結晶は、引
上げを継続するが、第8図に示すように、所定の位置ま
で上昇すると、第2クランプ手段5が下降して単結晶の
上端を把持し、これに代って第1クランプ手段4は単結
晶の把持を解除する。このとき、第2クランプ手段5
は、第1クランプ手段4の上昇速度と同じ速度で上昇
し、単結晶Cの引上げを継続する。第9図に示すように
単結晶の上端部が引上げチャンバ12の上端部まで上昇す
ると、再び第6図に示す操作を繰り返す。
On the other hand, the single crystal gripped by the first clamp means 4 continues to be pulled up, but as shown in FIG. 8, when it rises to a predetermined position, the second clamp means 5 descends to raise the upper end of the single crystal. The single crystal is gripped, and the first clamping means 4 releases the single crystal instead. At this time, the second clamping means 5
Rises at the same speed as the rising speed of the first clamping means 4, and the pulling of the single crystal C is continued. When the upper end of the single crystal rises to the upper end of the pulling chamber 12 as shown in FIG. 9, the operation shown in FIG. 6 is repeated.

このように構成した本実施例の製造装置によれば、単
結晶に細径部を形成することなく所望の長さの単結晶を
自動的に連続して得ることができ、しかもこの切断され
た直胴部はすべて製品として供することができるから、
製品歩留りが向上すると共に、サイクルタイムの短縮を
図ることができる。また、シールド手段によって、切断
手段による単結晶の切り屑が溶融液中に落下するのを防
止することができ、引き上げられる単結晶の有転位化の
防止、および品質の安定化を図ることができる。
According to the manufacturing apparatus of the present embodiment configured as described above, a single crystal having a desired length can be automatically and continuously obtained without forming a small-diameter portion in the single crystal. Since all straight body parts can be provided as products,
The product yield is improved, and the cycle time can be reduced. Further, the shield means can prevent chips of the single crystal by the cutting means from falling into the melt, thereby preventing dislocation of the pulled single crystal and stabilizing the quality. .

なお、本発明は上述した実施例に限定されることな
く、本発明の要旨を越えない限りにおいて、種々に改変
することが可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

(発明の効果) 以上述べたように本発明によれば、単結晶に細径部を
形成することなく連続して直胴部のみを引き上げること
が可能となり、これによって材料歩留りを向上させるこ
とができると共に、生産性を高めることができる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, it is possible to continuously pull up only the straight body portion without forming a small-diameter portion in a single crystal, thereby improving the material yield. And at the same time increase productivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す全体断面図、第2図は
同実施例のクランプ手段を示す断面図、第3図は同実施
例の切断手段を示す断面図、第4図は第3図のIV−IV線
に沿う断面図、第5〜9図は同実施例の動作を説明する
工程図、第10〜14図は従来の製造装置を示す断面図であ
る。 1……引上げ軸、2……種結晶、 3……溶融液、4……第1クランプ手段、 5……第2クランプ手段、6……切断手段、 31……直胴部、83……シールド手段、 C……単結晶、
1 is an overall sectional view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing a clamping means of the embodiment, FIG. 3 is a sectional view showing a cutting means of the embodiment, and FIG. FIG. 3 is a sectional view taken along the line IV-IV of FIG. 3, FIGS. 5 to 9 are process diagrams for explaining the operation of the embodiment, and FIGS. 10 to 14 are sectional views showing a conventional manufacturing apparatus. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pulling shaft, 2 ... Seed crystal, 3 ... Melt, 4 ... 1st clamp means, 5 ... 2nd clamp means, 6 ... Cutting means, 31 ... Straight body part, 83 ... Shielding means, C: single crystal,

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】原料を溶融し、この溶融液に種結晶を浸漬
させた後にこの種結晶を引き上げることにより種結晶の
後端部に単結晶を育成させる単結晶の製造装置におい
て、 前記単結晶の直胴部を把持して所定の速度にてこの単結
晶を引き上げる第1クランプ手段と、 この第1クランプ手段の上方に位置して前記引き上げ速
度に同期して移動しながら単結晶の直胴部を切断する切
断手段と、 この切断手段の上方に位置して切断位置より上側の単結
晶を把持する第2クランプ手段とを有することを特徴と
する単結晶の製造装置。
An apparatus for producing a single crystal, comprising: melting a raw material; immersing the seed crystal in the melt; and raising the seed crystal to grow a single crystal at the rear end of the seed crystal. A first clamping means for gripping the straight body of the single crystal and pulling up the single crystal at a predetermined speed; and a straight body of the single crystal positioned above the first clamping means and moved in synchronization with the pulling speed. An apparatus for producing a single crystal, comprising: cutting means for cutting a portion; and second clamping means for holding a single crystal located above the cutting means and above the cutting position.
【請求項2】前記第1クランプ手段と切断手段との間
に、少なくとも単結晶の切断中は引き上げられる単結晶
に近接して引き上げ速度に同期して移動し、切断位置と
前記溶融液表面とを遮断するシールド手段を設けたこと
を特徴とする請求項1記載の単結晶の製造装置。
2. The method according to claim 1, further comprising: moving between the first clamping means and the cutting means in synchronization with the pulling speed at least during the cutting of the single crystal, in close proximity to the single crystal to be pulled. 2. The apparatus for producing a single crystal according to claim 1, further comprising a shield means for shielding the crystal.
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