JP2816625B2 - Single crystal manufacturing apparatus and control method therefor - Google Patents

Single crystal manufacturing apparatus and control method therefor

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JP2816625B2
JP2816625B2 JP10379592A JP10379592A JP2816625B2 JP 2816625 B2 JP2816625 B2 JP 2816625B2 JP 10379592 A JP10379592 A JP 10379592A JP 10379592 A JP10379592 A JP 10379592A JP 2816625 B2 JP2816625 B2 JP 2816625B2
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single crystal
gas
airtight container
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component
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正則 橋本
桂 山本
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コマツ電子金属株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、単結晶製造装置および
その制御方法に係わり、特には、製造装置内のガスの純
度を測定し、単結晶の品質を維持する単結晶製造装置お
よびその制御方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for producing a single crystal and a method for controlling the same, and more particularly, to an apparatus for producing a single crystal for measuring the purity of a gas in the apparatus and maintaining the quality of the single crystal, and a control thereof. It is about the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の単結晶製造装置は図6に
示すように気密容器51を有している。気密容器51内
には、黒鉛あるいは石英(シリカ)等からなるルツボ5
3が設けられ、その外側にはルツボ53内に挿入された
多結晶等の半導体素材57を高温で溶融させるための円
筒形黒鉛発熱体59(黒鉛ヒータ59と言う)が配設さ
れている。黒鉛ヒータ59の熱によりルツボ53内で融
液された半導体素材57は結晶引上げ軸61に付設した
種結晶63に接触され、種結晶63またはルツボ53あ
るいは両者共回転させながら種結晶63を引上げ単結晶
64を成長させる。気密容器51内には、配管65から
図示しない真空ポンプにより吸引され、配管67から供
給されるアルゴンガス、窒素等の雰囲気ガスにより充満
されるとともに、容器内は通常10-3〜10-1Torr
の減圧がなされている。引上げ軸61とルツボ53の支
持軸69は通常30rpm以下で回転している。
2. Description of the Related Art Conventionally, this type of single crystal manufacturing apparatus has an airtight container 51 as shown in FIG. A crucible 5 made of graphite or quartz (silica) or the like is provided in the airtight container 51.
A cylindrical graphite heating element 59 (referred to as a graphite heater 59) for melting a semiconductor material 57 such as polycrystal inserted into the crucible 53 at a high temperature is provided outside the crucible 53. The semiconductor material 57 melted in the crucible 53 by the heat of the graphite heater 59 is brought into contact with the seed crystal 63 attached to the crystal pulling shaft 61, and pulls the seed crystal 63 while rotating the seed crystal 63 or the crucible 53 or both. A crystal 64 is grown. The airtight container 51 is filled with an atmosphere gas such as argon gas or nitrogen supplied from a pipe 67 by a vacuum pump (not shown) from a pipe 65 and supplied from a pipe 67, and the inside of the container is usually 10 -3 to 10 -1 Torr.
Has been decompressed. The pulling shaft 61 and the supporting shaft 69 of the crucible 53 rotate at a speed of usually 30 rpm or less.

【0003】この引上げ軸61と支持軸69には気密容
器51内に空気が流入するのを防ぐためにテフロン等か
らなるオイルシール71、73が装着されている。ま
た、気密容器は、結晶体を取り出すためと、ルツボ5
3、発熱体59等を交換あるいは整備するために少なく
とも2箇所以上の部分75、77、79に構造が分割さ
れている。この接合部分間には気密性を保持するために
シリコン等からなるOリング81、83が配設されてい
る。また、気密容器51の上部には単結晶棒64を取り
外すときに閉めるシャッタ85が配設されている。上記
従来例では、減圧用を記しているが大気圧用も同様に構
成されている。
[0003] Oil seals 71 and 73 made of Teflon or the like are attached to the lifting shaft 61 and the support shaft 69 in order to prevent air from flowing into the airtight container 51. Further, the airtight container is used to take out the crystal,
3. The structure is divided into at least two or more parts 75, 77, 79 for replacing or maintaining the heating element 59 and the like. O-rings 81 and 83 made of silicon or the like are arranged between the joining portions to maintain airtightness. A shutter 85 that closes when the single crystal rod 64 is removed is provided above the airtight container 51. In the above-mentioned conventional example, the pressure reduction is described, but the configuration for the atmospheric pressure is similarly configured.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、この単結晶
は高純度である必要があるが、チョコラルスキー法(以
下、CZ法という。)による単結晶引上げ装置において
は、単結晶引上げ過程で汚染源が複数個存在される言わ
れている。このうち、引上げ中の雰囲気が一因であるこ
とも指摘されている。この場合に、炉内の高温に加熱さ
れた部分からの蒸発物は雰囲気ガスの流れにより融液へ
の逆拡散を防ぐことにより、高温加熱部からの不純物の
蒸発は問題がないとされている。しかしながら、気密容
器あるいは引上げ装置にリークがあったり、CZ引上げ
装置内の雰囲気ガスの純度が変化すると引上げ単結晶中
の不純物濃度が変化し、引上げ単結晶の純度が低下する
等、品質が低下する。また、単結晶棒の製品が完成後に
結晶を分析して初めて単結晶の純度の低下が判明するの
でそれまでの工数およびエネルギーの無駄が生じている
という問題がある。本発明は上記問題に着目し、単結晶
製造装置およびその制御方法に係わり、特には、製造装
置内のガスの純度を測定し、単結晶の品質を維持する単
結晶製造装置およびその制御方法の改良に関するもので
ある。
However, this single crystal needs to be of high purity. However, in a single crystal pulling apparatus using the Czochralski method (hereinafter referred to as CZ method), a source of contamination is generated during the single crystal pulling process. It is said that there are more than one. It has been pointed out that the atmosphere during lifting is one of the factors. In this case, evaporation of impurities from the high-temperature heating section is considered to be no problem by preventing the evaporant from the portion heated to a high temperature in the furnace from back-diffusing into the melt by the flow of the atmospheric gas. . However, if there is a leak in the airtight container or the pulling device, or if the purity of the atmosphere gas in the CZ pulling device changes, the impurity concentration in the pulled single crystal changes, and the quality of the pulling single crystal decreases, such as the purity. . In addition, the analysis of the crystal after the completion of the product of the single crystal rod reveals the decrease in the purity of the single crystal only after the crystal is analyzed. The present invention focuses on the above problems, and relates to a single crystal manufacturing apparatus and a control method therefor. In particular, the present invention measures a gas purity in a manufacturing apparatus and maintains a single crystal quality and a single crystal manufacturing apparatus and a control method thereof. It is about improvement.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係わる単結晶製造装置およびその制御方法
の第1の発明では、雰囲気ガスを送り単結晶を製造する
気密容器で、単結晶の引上げ軸等の軸にシール部材、あ
るいは、気密容器の分割面にOリング等のパッキン材を
用いる単結晶製造装置において、単結晶の成長時の純度
を監視するための雰囲気ガスの成分・濃度を計測する質
量分析装置を付設している。第1発明を主体とする第2
の発明では、質量分析装置がガスを気密容器から取り出
す導出管部と、ガスの成分・濃度を分析する質量分析器
から構成している。更に、第3の発明では、気密容器と
質量分析器との間に所定値の真空まで減圧する差動排気
装置を配設している。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an apparatus for producing a single crystal and a method for controlling the same, the method comprising the steps of: In a single crystal manufacturing apparatus using a sealing member on a shaft such as a crystal pulling shaft or a packing material such as an O-ring on a division surface of an airtight container, a component of an atmosphere gas for monitoring purity during growth of the single crystal. A mass spectrometer for measuring the concentration is attached. The second is based on the first invention
According to the invention, the mass spectrometer comprises an outlet pipe for taking out the gas from the airtight container, and a mass analyzer for analyzing the components and concentrations of the gas. Further, in the third invention, a differential evacuation device for reducing the pressure to a predetermined value of vacuum is provided between the airtight container and the mass analyzer.

【0006】第4の発明では、雰囲気ガスを送り単結晶
を製造する気密容器で、単結晶の引上げ軸等の軸にシー
ル部材、あるいは、気密容器の分割面にOリング等のパ
ッキン材を用いる単結晶製造装置において、気密容器内
のガスの成分・濃度を計測するためのガスを導く少なく
とも2個以上の導出管部と、導出管部からのガスの成分
・濃度を計測する質量分析器と、質量分析器の分子量に
よりシール材あるいはパッキン材からの漏れを判別する
比較装置からなる。
According to a fourth aspect of the present invention, an airtight container for producing a single crystal by sending an atmospheric gas, wherein a sealing member is used for a shaft such as a pulling shaft of the single crystal, or a packing material such as an O-ring is used for a divided surface of the airtight container. In a single crystal manufacturing apparatus, at least two or more outlet pipes for guiding a gas for measuring components and concentrations of gas in an airtight container, and a mass analyzer for measuring components and concentrations of gas from the outlet pipes And a comparing device for determining leakage from the sealing material or the packing material based on the molecular weight of the mass spectrometer.

【0007】第5の発明では、気密容器内に雰囲気ガス
を送り単結晶を製造する単結晶製造装置において、単結
晶の成長時の純度を監視するために雰囲気ガスの成分・
濃度を計測し、雰囲気ガスの成分・濃度が所定値を越え
たときに単結晶の製造を停止する。
According to a fifth aspect of the present invention, in a single crystal manufacturing apparatus for manufacturing a single crystal by sending an atmosphere gas into an airtight container, the composition of the atmosphere gas is monitored in order to monitor the purity during the growth of the single crystal.
The concentration is measured, and the production of the single crystal is stopped when the component / concentration of the atmospheric gas exceeds a predetermined value.

【0008】[0008]

【作用】上記構成によれば、単結晶製造装置に質量分析
装置を付設して、装置内の有機分子、水分子、酸素分子
などの成分の分子量・分子の構造を測定することにより
装置内のガスの雰囲気を監視している。このガスの成分
・濃度の推移を測定し、ガスの成分・濃度の推移が所定
値を越えているか、否かで単結晶が高純度で出来たか、
否かが判定出来る。このため、単結晶棒の製品が完成し
た時点には単結晶の純度が判明するとともに、製造中に
異常があると装置が停止するために工数およびエネルギ
ーの節約ができる。さらに、気密容器内のガスの成分・
濃度を少なくとも2箇所以上で計測するため、シール材
からの漏れか、あるいはパッキン材からの漏れかが特定
できる。
According to the above construction, a mass spectrometer is attached to a single crystal manufacturing apparatus, and the molecular weight and molecular structure of components such as organic molecules, water molecules, oxygen molecules, etc. in the apparatus are measured. The atmosphere of the gas is monitored. The transition of the composition and concentration of this gas is measured, and whether the transition of the composition and concentration of the gas exceeds a predetermined value, and whether or not the single crystal was formed with high purity by
Can be determined. For this reason, when the product of the single crystal rod is completed, the purity of the single crystal is known, and if there is an abnormality during the production, the apparatus is stopped, so that the man-hour and energy can be saved. In addition, gas components in the airtight container
Since the concentration is measured at least at two or more locations, it is possible to specify whether the leakage is from the sealing material or the packing material.

【0009】[0009]

【実施例】以下に、本発明に係わる単結晶製造装置およ
びその制御方法の実施例につき、図面を参照して詳細に
説明する。図1は本発明の単結晶製造装置の第1実施例
である。なお、図1において、従来と同一部品には同一
符号を付して説明を省略する。単結晶製造装置100に
は質量分析装置1が配設されている。質量分析装置1は
ガスを気密容器51から取り出す導出管部5とガスの分
子の構造・分子量(成分・濃度)を分析する質量分析器
11とから構成されている。導出管部5は気密容器51
内のルツボ53の図示の上方の近傍から外部までガスを
導出する配管6と、導出された配管の一端に装着された
差動排気装置7と、差動排気装置7からガスを吸引する
真空ポンプ8から構成されている。質量分析器11はガ
スをイオン化して分子量・分子の構造を測定する、例え
ば、四重極質量分析器、磁場型質量分析器等13とデー
タ記録計15とからなっている。質量分析器11から
は、単結晶製造装置100を制御する制御装置20に接
続され、制御装置20には各種の気体の成分・濃度の許
容される所定値を記憶する記憶部21と、測定したデー
タと成分・濃度の許容される所定値とを比較する比較部
23と、測定したデータが所定値を越えたときに単結晶
製造装置100を制御する制御部25とからなってい
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a single crystal manufacturing apparatus and a control method thereof according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of a single crystal manufacturing apparatus according to the present invention. In FIG. 1, the same parts as those of the related art are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The mass spectrometer 1 is provided in the single crystal manufacturing apparatus 100. The mass spectrometer 1 is composed of an outlet pipe section 5 for taking out a gas from the airtight container 51 and a mass analyzer 11 for analyzing the structure and molecular weight (component / concentration) of gas molecules. The outlet pipe part 5 is an airtight container 51.
A pipe 6 for drawing gas from the vicinity of the upper part of the crucible 53 in the drawing to the outside, a differential pumping device 7 attached to one end of the drawn pipe, and a vacuum pump for sucking gas from the differential pumping device 7 8. The mass analyzer 11 is composed of, for example, a quadrupole mass analyzer, a magnetic field mass analyzer and the like 13 for measuring a molecular weight and a molecular structure by ionizing a gas, and a data recorder 15. The mass spectrometer 11 is connected to a control device 20 for controlling the single crystal manufacturing apparatus 100. The control device 20 has a storage unit 21 for storing permissible predetermined values of components and concentrations of various gases. The comparison unit 23 compares the data with a predetermined allowable component / concentration value. The control unit 25 controls the single crystal manufacturing apparatus 100 when the measured data exceeds the predetermined value.

【0010】また、制御装置20からは、測定したデー
タが所定値を越えたときにオペレータに警告する警告装
置26と、推移を監視できるCRT装置27が接続され
ている。さらに、測定したデータが所定値を越えたとき
には製造装置を停止する停止装置28に接続され、例え
ば、停止装置28は気密室内の黒鉛ヒータ59への電力
供給量を減らすとともに、引き上げ器を作動させ単結晶
の成長を停止している。データ記録計は質量分析器に接
続した例を記載したが、制御装置20に接続しても良
い。
[0010] The control device 20 is connected to a warning device 26 for warning an operator when measured data exceeds a predetermined value, and a CRT device 27 for monitoring the transition. Further, when the measured data exceeds a predetermined value, it is connected to a stop device 28 that stops the manufacturing apparatus. For example, the stop device 28 reduces the amount of electric power supplied to the graphite heater 59 in the airtight chamber and activates the puller. The growth of the single crystal has been stopped. Although the example in which the data recorder is connected to the mass analyzer is described, the data recorder may be connected to the control device 20.

【0011】上記構成において、通常では、ルツボ53
内で融液された半導体素材57は結晶引上げ軸61に付
設した種結晶63に接触されたのちに成長しながら、静
かに単結晶棒は回転しながら引き上げられて行く。この
とき、気密容器51内には、供給配管67から供給され
るアルゴンガス、窒素等の雰囲気ガスが単結晶棒の回り
を経て、排気配管65から流れ出ている。このガスを気
密容器51から導出管部5により取り出し、差動排気装
置7で所定値の真空まで減圧して質量分析器11に送り
ガスをイオン化して分子の構造・分子量を測定してい
る。このとき、質量分析器11はCHX、酸素、C
2 、等を順次測定している。
In the above configuration, usually, the crucible 53
The semiconductor material 57 melted therein is grown after being brought into contact with the seed crystal 63 attached to the crystal pulling shaft 61, and the single crystal rod is gently pulled up while rotating. At this time, the atmosphere gas such as argon gas and nitrogen supplied from the supply pipe 67 flows out of the exhaust pipe 65 through the periphery of the single crystal rod into the airtight container 51. The gas is taken out of the airtight container 51 by the outlet pipe section 5, reduced to a predetermined vacuum by the differential exhaust device 7, sent to the mass spectrometer 11, and the gas is ionized to measure the molecular structure and molecular weight. At this time, CHX, oxygen, C
O 2 , etc. are measured sequentially.

【0012】例えば、通常の作業中に異常の発生を想定
して、引上げ軸61のオイルシール71から積極的に漏
れを生じさせた(図2のイ点)。このときには、図2に
示すようにガスの成分・濃度に変化が生じ、CHXの信
号が異常に増加している。また、このとき、オイルシー
ル71のリーク量が多いと酸素の信号の増加量も多いこ
とが判明した。雰囲気ガス中のCHX量の増加は、シリ
コン融液中の炭素濃度を増加させるるとともに、引上げ
単結晶棒中の炭素濃度も増加する。この単結晶棒を引上
げて分析検査した結果でも、オイルシール71より積極
的にリークさせたほぼ同じ位置から炭素濃度が変化して
いることが判明した。上記実施例ではオイルシールのみ
を記載してあるが、Oリングも同様な結果が得られる。
For example, assuming that an abnormality occurs during a normal operation, leakage was actively generated from the oil seal 71 of the pulling shaft 61 (point A in FIG. 2). At this time, as shown in FIG. 2, the components and concentrations of the gas change, and the signal of CHX is abnormally increased. Also, at this time, it was found that the larger the leak amount of the oil seal 71, the larger the increase amount of the oxygen signal. Increasing the amount of CHX in the atmosphere gas increases the carbon concentration in the silicon melt and also increases the carbon concentration in the pulled single crystal rod. The single crystal rod was pulled up and analyzed and found that the carbon concentration changed from almost the same position where the oil seal 71 leaked positively. Although only the oil seal is described in the above embodiment, similar results can be obtained with the O-ring.

【0013】図3は本発明の単結晶引上げ装置の第2実
施例である。なお、図3において、従来及び第1実施例
と同一部品には同一符号を付して説明を省略する。質量
分析装置30はガスを気密容器51から取り出す導出管
部5の外に、気密容器51の下部の排気配管65から導
管部31が取り出され、導管部31の一端部31aは3
ポート電磁弁33のポート33aに、他端部31bは排
気配管65に接続されている。また、気密容器51から
取り出す導出管部5も同様に3ポート電磁弁33のポー
ト33bに接続され、3ポート電磁弁33の残りのポー
ト33cは差動排気装置7に接続されている。
FIG. 3 shows a second embodiment of the single crystal pulling apparatus according to the present invention. In FIG. 3, the same components as those in the conventional and the first embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In the mass spectrometer 30, the conduit portion 31 is taken out from the exhaust pipe 65 below the airtight container 51, and one end 31 a of the conduit portion 31 is connected to the outside of the outlet pipe portion 5 for taking out the gas from the airtight container 51.
The port 33 a of the port solenoid valve 33 is connected to the other end 31 b of the port solenoid valve 33 to an exhaust pipe 65. Similarly, the outlet pipe section 5 taken out of the airtight container 51 is connected to the port 33b of the three-port solenoid valve 33, and the remaining port 33c of the three-port solenoid valve 33 is connected to the differential exhaust device 7.

【0014】上記構成において、第1実施例と同様に気
密容器51内には、供給配管67から供給されるアルゴ
ンガス、窒素等の雰囲気ガスが単結晶棒の回りを経て、
排気配管65から流れ出ている。このガスを気密容器5
1から導出管部5、および排気配管65の導管部31か
ら取り出し、制御装置40からの指令により3ポート電
磁弁33で測定する位置を交互に選択して、取り出す方
(測定する)のガスを差動排気装置7を経て質量分析器
11に送りガスの成分・濃度を測定している。このとき
も、質量分析器11はCHX、酸素、CO2 、等を順次
測定している。
In the above configuration, similarly to the first embodiment, the atmosphere gas such as argon gas and nitrogen supplied from the supply pipe 67 passes through the single crystal rod in the hermetic container 51.
It flows out of the exhaust pipe 65. This gas is transferred to an airtight container 5
The gas to be taken out (measured) is selected from the outlet pipe portion 5 and the conduit portion 31 of the exhaust pipe 65, and the position to be measured by the 3-port solenoid valve 33 is alternately selected according to a command from the control device 40. The component / concentration of the gas sent to the mass analyzer 11 via the differential exhaust device 7 is measured. Also at this time, the mass analyzer 11 sequentially measures CHX, oxygen, CO 2 , and the like.

【0015】例えば、通常の作業中に異常の発生を想定
して、気密容器51の接合部のOリング83から積極的
に漏れを生じさせた(図4のロ点)。このときには、排
気配管65の導管部31からの測定したデータが図4に
示すようにガスの成分・濃度に変化が生じ、黒鉛ヒータ
59と空気が反応して、CO+N2 の信号が異常に増加
している。また、この時の、気密容器51から導出管部
5からの測定したデータは図4と同様な傾向のガスの分
子量CO+N2 が増加していた。図4からもオイルシー
ル71のリークと同様に酸素、CHXの信号の増加量も
多いことが判明し、Oリング83からのリークが発生し
ていることが判明した。この単結晶棒を引上げて分析検
査した結果でも、Oリング83より積極的にリークさせ
た同じ位置から炭素濃度が変化していることが判明し
た。このように、気密容器51から導出管部5および排
気配管65の導管部31からのガスの成分・濃度を測定
し比較部23で比較することにより、漏れ部を推定する
ことができることが判明した。
For example, assuming that an abnormality occurs during a normal operation, a leak was actively generated from the O-ring 83 at the joint of the airtight container 51 (point B in FIG. 4). At this time, the data measured from the conduit portion 31 of the exhaust pipe 65 causes a change in the gas component and concentration as shown in FIG. 4, the graphite heater 59 reacts with the air, and the signal of CO + N 2 abnormally increases. doing. At this time, the data measured from the airtight container 51 to the outlet pipe section 5 showed that the molecular weight CO + N 2 of the gas having the same tendency as in FIG. 4 was increased. FIG. 4 also shows that the amount of increase in the signals of oxygen and CHX is large as in the case of the leak of the oil seal 71, and that the leak from the O-ring 83 has occurred. The single crystal rod was pulled up and analyzed and found that the carbon concentration changed from the same position where the O-ring 83 leaked positively. As described above, it has been found that the leaking portion can be estimated by measuring the components and concentrations of the gas from the airtight container 51 and the gas from the outlet portion 5 and the conduit portion 31 of the exhaust pipe 65 and comparing them with the comparing portion 23. .

【0016】図5は本発明の単結晶引上げ装置のガス漏
れの計測装置およびルツボの加熱装置の制御装置を示す
図である。ガス漏れの計測装置は次のように構成されて
いる。単結晶製造装置100の気密容器51の内部より
配管6を介して、イオン化室101、イオン分離室10
2が接続されている。イオン分離室102で分離選別さ
れイオンは、イオン検出部103に到達する。イオン検
出部103は2次電子増倍管104と、ファラデイカッ
プ111で構成される。イオン検出部103に到達した
イオンが極微量の場合には2次電子増倍管104を経
て、パルス増幅器105、波形整形回路106、カウン
タ回路107、I/O入出力ポート108を介して中央
処理装置109に入力する。しかし、多量のイオンの場
合には、ファラデイカップ111に到達後、直流増幅器
112、サンプルホールド回路113、A/Dコンバー
タ114、I/O入出力ポート108を介して中央処理
装置109に入力する。
FIG. 5 is a view showing a gas leak measuring device and a crucible heating device control device of the single crystal pulling apparatus of the present invention. The gas leak measuring device is configured as follows. The ionization chamber 101 and the ion separation chamber 10 are connected from the inside of the airtight container 51 of the single crystal manufacturing apparatus 100 via the pipe 6.
2 are connected. The ions separated and sorted in the ion separation chamber 102 reach the ion detector 103. The ion detector 103 includes a secondary electron multiplier 104 and a Faraday cup 111. If the amount of ions reaching the ion detector 103 is extremely small, the central processing is performed via the secondary electron multiplier 104, the pulse amplifier 105, the waveform shaping circuit 106, the counter circuit 107, and the I / O input / output port 108. Input to the device 109. However, in the case of a large amount of ions, after reaching the Faraday cup 111, the ions are input to the central processing unit 109 via the DC amplifier 112, the sample and hold circuit 113, the A / D converter 114, and the I / O input / output port 108. .

【0017】また、ルツボの加熱装置の制御装置は次の
ように構成されている。黒鉛ヒータ59の加熱は電源1
21からの電流をブレーカ122を経て、サイリスタス
タック123、変圧器124、ダイオードスタック12
5を介してヒータ59に至ることにより3相全波清流の
直流方式でなされる。サイリスタスタック123のコン
トロールはサイリスタコントロールユニット126 、
I/O入出力ポート127を介して中央処理装置128
で行う。なお、中央処理装置のコンピータに関しては、
ワンチップマイクロコンピュータ、ボードコンピュー
タ、パーソナルコンピュータのいずれでも良く、別々に
記載しているが同一で構成しても良い。
The control device of the crucible heating device is configured as follows. The heating of the graphite heater 59 is performed by the power supply 1
21 through a breaker 122, a thyristor stack 123, a transformer 124, a diode stack 12
By reaching the heater 59 through 5, a three-phase full-wave clear-flow DC method is performed. The thyristor stack 123 is controlled by a thyristor control unit 126,
Central processing unit 128 via I / O input / output port 127
Do with. In addition, regarding the computer of the central processing unit,
Any of a one-chip microcomputer, a board computer, and a personal computer may be used, and they are separately described, but may be configured the same.

【0018】次に、上記構成において作動について説明
する。測定ガス101は気密容器51の内部より配管6
を通り、イオン化室101に運ばれる。運ばれた測定ガ
スはイオン化室101内にある加熱フイラメント101
aから発生する熱電子によりイオン化される。イオン化
した分子イオンまたは原子イオンはイオン分離室102
に導入される。このイオン化された混合ガスイオンはイ
オン分離室102の中で目的とするガスのみが分離選別
されイオン検出部103に到達する。イオン検出部10
3に到達したイオンは極微量の場合には電場を印加する
ことにより、2次電子増倍管104に到達する。2次電
子増倍管104に到達したイオンは増幅され電気信号に
変換される。この信号は単位時間当たりの個数として表
される。2次電子増倍管104の出力はパルス増幅器1
05で増幅され波形整形回路106で矩形波に変換後、
カウンタ回路107で一定時間カウントされI/O入出
力ポート108を介して中央処理装置109に入力す
る。中央処理装置109においては単位時間当たりの個
数に相関する値として演算され、記憶装置110内で設
定された値と比較され設定値を越えた場合には、I/O
入出力ポート124を介して黒鉛ヒータ59制御用の中
央処理装置122に入力する。さらに、必要に応じて警
報装置26より警報を出す。
Next, the operation of the above configuration will be described. The measurement gas 101 is supplied from the inside of the airtight container 51 to the pipe 6.
To the ionization chamber 101. The transported measurement gas is a heated filament 101 in the ionization chamber 101.
It is ionized by the thermal electrons generated from a. The ionized molecular ions or atomic ions are supplied to the ion separation chamber 102.
Will be introduced. From the ionized mixed gas ions, only a target gas is separated and selected in the ion separation chamber 102 and reaches the ion detection unit 103. Ion detector 10
In the case of an extremely small amount, the ions that have reached 3 reach the secondary electron multiplier 104 by applying an electric field. The ions that have reached the secondary electron multiplier 104 are amplified and converted into electric signals. This signal is represented as a number per unit time. The output of the secondary electron multiplier 104 is the pulse amplifier 1
After being amplified at 05 and converted into a rectangular wave by the waveform shaping circuit 106,
The data is counted by the counter circuit 107 for a certain period of time and input to the central processing unit 109 via the I / O input / output port 108. The central processing unit 109 calculates a value correlated with the number per unit time, compares it with a value set in the storage device 110, and if the value exceeds the set value, the I / O
The data is input to the central processing unit 122 for controlling the graphite heater 59 via the input / output port 124. Further, an alarm is issued from the alarm device 26 as necessary.

【0019】しかしイオン化したガスが多量の場合に
は、直進しファラデイカップ111に到達するように2
次電子増倍管104の電場を切る。ファラデイカップ到
達後、直流増幅器112、サンプルホールド回路11
3、A/Dコンバータ114、I/O入出力ポート10
8を介して中央処理装置109に入力する。ファラデイ
カップ111からの出力は中央処理装置109において
所定の定数を乗じて濃度として演算され、記憶装置11
0内で設定された値と比較され設定値を越えた場合に
は、前記のイオンが極微量の場合と同様にI/O入出力
ポート108、127を介して黒鉛ヒータ59制御用の
中央処理装置128に入力する。さらに、必要に応じて
警報装置26より警報を出す。
However, when the amount of ionized gas is large, it is necessary to move straight to reach the Faraday cup 111.
The electric field of the next electron multiplier 104 is turned off. After reaching the Faraday cup, the DC amplifier 112 and the sample hold circuit 11
3, A / D converter 114, I / O input / output port 10
8 to the central processing unit 109. The output from the Faraday cup 111 is multiplied by a predetermined constant in the central processing unit 109 to calculate the density,
When the set value is compared with the set value within 0 and exceeds the set value, the central processing for controlling the graphite heater 59 is performed via the I / O input / output ports 108 and 127 in the same manner as in the case where the amount of ions is extremely small. Input to device 128. Further, an alarm is issued from the alarm device 26 as necessary.

【0020】設定値オーバの信号をI/O入出力10
8、127を介して信号を受けた黒鉛ヒータ制御用の中
央処理装置128は、サイリスタコントロールユニット
126を介してサイリスタスタック123のゲートを閉
ざしサイリスタのアノード電流を遮断する。これによ
り、黒鉛ヒータ59の加熱は停止する。
A signal exceeding the set value is output to the I / O input / output 10
The central processing unit 128 for controlling the graphite heater, which has received the signals via the switches 8 and 127, closes the gate of the thyristor stack 123 via the thyristor control unit 126 and cuts off the anode current of the thyristor. Thereby, the heating of the graphite heater 59 is stopped.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の単結晶製
造装置およびその制御方法では、装置内の有機分子、水
分子、酸素分子などの成分・濃度を測定することにより
装置内のガスの雰囲気を監視し、ガスの成分・濃度の推
移が所定値を越えているか、否かで単結晶が高純度で出
来たかが判定出来る。このために単結晶棒の製品が完成
した時点で単結晶の純度が判明するとともに、製造中に
異常があると装置が停止するので工数およびエネルギー
の節約ができる。リーク量が著しい場合には気密室内の
高温に加熱された黒鉛は空気に由来する酸素と反応し、
著しく劣化し繰り返しの使用が不可能となる場合がある
が、本発明によりリーク量が分かるので未然に防止でき
るという優れた効果が得られる。
As described above, according to the apparatus for producing a single crystal and the method for controlling the same of the present invention, the components and concentrations of organic molecules, water molecules, oxygen molecules, and the like in the apparatus are measured to obtain the gas in the apparatus. By monitoring the atmosphere, it is possible to determine whether the transition of the composition and concentration of the gas exceeds a predetermined value, and whether or not the single crystal was formed with high purity. For this reason, when the product of the single crystal rod is completed, the purity of the single crystal is determined, and if there is an abnormality during the production, the apparatus is stopped, so that the man-hour and energy can be saved. If the amount of leakage is significant, the graphite heated to a high temperature in the airtight room will react with oxygen derived from air,
Although there is a case where remarkably deteriorated and it becomes impossible to use repeatedly, an excellent effect that the present invention can be prevented beforehand can be obtained since the leak amount can be known.

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

【図1】本発明の本発明の単結晶引上げ装置の第1実施
例の概略の全体構成図である。
FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of a first embodiment of a single crystal pulling apparatus according to the present invention.

【図2】本発明の本発明のオイルシール部からの漏れが
生ずたときのガスの成分・濃度の変化を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing changes in gas components and concentrations when leakage from the oil seal portion of the present invention occurs.

【図3】本発明の本発明の単結晶引上げ装置の第2実施
例の概略の全体構成図である。
FIG. 3 is a schematic overall configuration diagram of a second embodiment of the single crystal pulling apparatus of the present invention.

【図4】本発明の本発明のOリング部からの漏れが生じ
たときのガスの成分・濃度の変化を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing changes in gas components and concentrations when leakage from an O-ring portion of the present invention occurs.

【図5】本発明の単結晶引上げ装置のガス漏れの計測装
置およびルツボの加熱装置の制御装置を示す図である。
FIG. 5 is a view showing a gas leak measuring device and a control device of a crucible heating device of the single crystal pulling apparatus of the present invention.

【図6】従来の単結晶引上げ装置の1実施例の概略の全
体構成図である。
FIG. 6 is a schematic overall configuration diagram of one embodiment of a conventional single crystal pulling apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 質量分析装置 5 導出管部 7 差動排気装置 11 質量分析器 15 データ記録計 20 制御装置 21 記憶部 23 比較器 25 制御部 26 警告装置 27 CRT装置 31 導管部 33 3ポート電磁弁 51 気密容器 53 ルツボ 59 円筒形黒鉛発熱体 71、73 オイルシール 81、83 Oリング 100 単結晶製造装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mass spectrometer 5 Lead-out pipe part 7 Differential exhaust device 11 Mass spectrometer 15 Data recorder 20 Controller 21 Storage part 23 Comparator 25 Control part 26 Warning device 27 CRT device 31 Conduit part 33 3-port solenoid valve 51 Airtight container 53 Crucible 59 Cylindrical graphite heating element 71, 73 Oil seal 81, 83 O-ring 100 Single crystal manufacturing equipment

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 雰囲気ガスを送り単結晶を製造する気密
容器で、単結晶の引上げ軸等の軸にシール部材、あるい
は、気密容器の分割面にOリング等のパッキン材を用い
る単結晶製造装置において、単結晶の成長時の純度を監
視するための雰囲気ガスの成分・濃度を計測する質量分
析装置を付設したことを特徴とする単結晶製造装置。
1. An airtight container for producing a single crystal by sending an atmospheric gas, wherein a single crystal is manufactured using a sealing member on a shaft such as a pulling shaft of the single crystal, or a packing material such as an O-ring on a division surface of the airtight container. 3. A single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising a mass spectrometer for measuring a component / concentration of an atmospheric gas for monitoring the purity of the single crystal during growth.
【請求項2】 請求項1において、質量分析装置がガス
を気密容器から取り出す導出管部と、ガスの成分・濃度
を分析する質量分析器から構成されている単結晶製造装
置。
2. The single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the mass spectrometer comprises a lead-out pipe portion for taking out the gas from the airtight container, and a mass analyzer for analyzing a component and concentration of the gas.
【請求項3】 気密容器と質量分析器との間に所定値の
真空まで減圧する差動排気装置を配設した請求項1ある
いは請求項2の単結晶製造装置。
3. The apparatus for producing a single crystal according to claim 1, wherein a differential pumping device for reducing the pressure to a predetermined value is provided between the airtight container and the mass analyzer.
【請求項4】 雰囲気ガスを送り単結晶を製造する気密
容器で、単結晶の引上げ軸等の軸にシール部材、あるい
は、気密容器の分割面にOリング等のパッキン材を用い
る単結晶製造装置において、気密容器内のガスの成分・
濃度を計測するためのガスを導く少なくとも2個以上の
導出管部と、導出管部からのガスの成分・濃度を計測す
る質量分析器と、質量分析器の成分・濃度によりシール
材あるいはパッキン材からの漏れを判別する比較装置か
らなることを特徴とする単結晶製造装置。
4. An airtight container for producing a single crystal by sending an atmospheric gas, wherein a single crystal is manufactured using a sealing member on a shaft such as a pulling shaft of the single crystal, or a packing material such as an O-ring on a divided surface of the airtight container. In the gas component in the airtight container
At least two or more outlet pipes for guiding the gas for measuring the concentration, a mass analyzer for measuring the component and concentration of the gas from the outlet pipe, and a sealing material or a packing material depending on the component and concentration of the mass analyzer. A single crystal manufacturing apparatus, comprising: a comparison device for determining leakage from the device.
【請求項5】 気密容器内に雰囲気ガスを送り単結晶を
製造する単結晶製造装置において、単結晶の成長時の純
度を監視するために雰囲気ガスの成分・濃度を計測し、
雰囲気ガスの成分・濃度が所定値を越えたときに単結晶
の製造を停止することを特徴とする単結晶製造の制御方
法。
5. A single crystal producing apparatus for producing a single crystal by sending an atmospheric gas into an airtight container, wherein a component and a concentration of the atmospheric gas are measured in order to monitor the purity of the single crystal during growth.
A method for controlling the production of a single crystal, characterized in that the production of a single crystal is stopped when the component / concentration of the atmospheric gas exceeds a predetermined value.
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