JP3908457B2 - 単結晶製造方法及び単結晶引き上げ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、引上げＣＺ（Czochralski）法による単結晶製造方法及び単結晶引き上げ装置に関し、特に単結晶の荷重をダッシュネック支持からくびれ支持に移行して単結晶を引き上げる単結晶製造方法及び単結晶引き上げ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、引上げＣＺ法による単結晶製造装置では、高耐圧気密チャンバ内を１０torr程度に減圧して新鮮なＡｒ（アルゴン）ガスを流すとともに、チャンバ内の下方に設けられた石英ルツボ内の多結晶を加熱して溶融し、この融液の表面に種結晶を上から浸漬し、種結晶と石英ルツボを回転、上下移動させながら種結晶を引き上げることにより、種結晶の下に上端が突出した円錐形の上部コーン部と、円筒形のボディ部と下端が突出した円錐形の下部コーン部より成る単結晶（いわゆるインゴット）を成長させるように構成されている。
【０００３】
また図１１に示すように、近年では、単結晶が大口径化してその分、重量も重くなり、種結晶をワイヤやシャフトなどの主軸１により引き上げるのみではダッシュネック２がその重量に耐えきれないので、ダッシュネック２の下に径拡大部６を形成してその下に環状のくびれ部（単にくびれともいう）４を形成し、くびれ部４を別の係止部材（以下、結晶支持部材）５で係止して引き上げる方式が知られている。また、くびれ部４を形成しないで、直胴部（結晶ボディ部又は単にボディ部）７を係止して引き上げる方式も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、結晶支持部材５により単独又はダッシュネック支持とともに引き上げる方法では、くびれ部４を支持した後に引き続き成長する結晶の荷重が、保護すべきにダッシュネック２に移行するという現象が発生した。特に荷重を１００％結晶支持部材５に移行する方法ではなく、ある程度の荷重をダッシュネック２に残す方法の場合にそのような現象が多く発生した。
【０００５】
そこで、原因を調査した結果、結晶引き上げに伴って増加する結晶荷重により結晶が本来の位置より下方に下がることが判明した。また、結晶が本来の位置より下方に下がる理由は、荷重により図１１（ｂ）に示すように結晶支持部材５全体が下方に伸長したり、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように結晶支持部材５自体が変形するからであった。なお、これを防止する方法としては、主軸１の材料として結晶支持部材５より弾性の高い材料を使用することにより結晶支持部材５より小さな荷重で主軸１が伸長するようにすることが考えられるが、この場合には設計上大きな制約となる。
【０００６】
図１３は従来の引き上げ方法を示す説明図であり、横軸は時間を、縦軸はダッシュネック２と結晶支持部材５の各荷重を示す。図１３において、くびれ部４の下のボディ部７が形成されるまでダッシュネック２の荷重が時間に比例して増加し、結晶支持部材５によるくびれ部４の支持が開始されるとダッシュネック２の荷重が時間に比例して減少するとともに結晶支持部材５の荷重が時間に比例して増加する。そして、結晶支持部材５によるくびれ部４の支持が終了した時点で上記の現象が発生すると、結晶荷重が１００％結晶支持部材５に移行せずにダッシュネック２に残り、さらに引き上げを継続すると結晶支持部材５の荷重は増加せずに一定となってダッシュネック２の荷重のみが増加する。このためダッシュネック２は限界荷重で破断するので、結晶の引き上げ重量に限界があるという問題がある。
【０００７】
本発明は上記従来例の問題点に鑑み、結晶荷重をダッシュネック支持から結晶支持部材に移行して引き上げる場合に結晶支持部材が下方に伸長したり、変形してもダッシュネックが破断することを防止して結晶の引き上げ重量を増加することができる単結晶製造方法及び単結晶引き上げ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、ダッシュネックの荷重とくびれの荷重をモニタしてダッシュネックの荷重が再度、荷重移動開始荷重になった場合に荷重移動を繰り返すようにしたものである。
【０００９】
すなわち本発明によれば、単結晶の荷重をダッシュネック支持からくびれ支持に移行して単結晶を引き上げる単結晶製造方法において、
ダッシュネックをダッシュネック支持部材により支持してくびれの下のボディを形成中にダッシュネックの荷重が荷重移動開始荷重か否かを判断する第１のステップと、
前記第１のステップにおいて荷重移動開始荷重の場合に、ダッシュネック支持からくびれ支持に移行してくびれの荷重が荷重移動終了重量か否かを判断し、荷重移動終了重量の場合に荷重移動を終了する第２のステップとを有し、
前記第１のステップの後に前記第２のステップに戻って前記第１、２のステップを繰り返すことを特徴とする単結晶製造方法が提供される。
【００１０】
すなわち本発明によれば、単結晶の荷重をダッシュネック支持からくびれ支持に移行して単結晶を引き上げる単結晶引き上げ装置において、
ダッシュネックを支持するダッシュネック支持部材と、
くびれを支持するくびれ支持部材と、
ダッシュネックを前記ダッシュネック支持部材により支持してくびれの下のボディを形成中にダッシュネックの荷重が荷重移動開始荷重か否かを判断し、荷重移動開始荷重の場合に、ダッシュネック支持からくびれ支持に移行してくびれの荷重が荷重移動終了重量か否かを判断し、荷重移動終了重量の場合に荷重移動を終了してこれを繰り返す引き上げ制御手段とを、
有する単結晶引き上げ装置が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態が適用される単結晶引き上げ装置を概略的に示す説明図、図２は図１の装置の速度制御を示す説明図、図３は本発明の第１の実施形態を説明するためのフローチャート、図４は本発明の荷重移動を示す説明図である。
【００１２】
図１に示す構成は、第１の実施形態が適用される単結晶引き上げ装置として例えば特開平１１−９２２７９号公報などに示されている。その特徴を説明すると、モータＭ１はワイヤ１により種結晶３と、その下方のダッシュネック２を支持して引き上げるとともに、結晶支持部材５及びそれを支持して引き上げるモータＭ２も支持している。このとき、モータＭ１による引き上げ速度Ｖ０は図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図２に示すように、常に略一定速度＝結晶引き上げ速度Ｖ２である。
【００１３】
そして、ボディ部７の一部が形成されて結晶荷重をダッシュネック２から結晶支持部材５に移行して引き上げる場合には、図１（ｂ）及び図２に示すようにモータＭ２により結晶支持部材５を上昇（Ｖ１＞０）させて上昇中の径拡大部６の下方のくびれ部４あるいは径拡大部６の下面を係止する。次いで荷重移動が完了すると、図１（ｃ）及び図２に示すようにモータＭ２を停止してモータＭ１のみにより引き上げる。したがって、荷重移動時に結晶支持部材５が下方に伸長したり、変形してこのまま引き上げを継続するとダッシュネック２が破断する。
【００１４】
次に図３を参照して第１の実施形態について説明する。まず、ステップＳ１では、ボディ部７あるいはエンドコーンのプロセス中の場合にステップＳ２に進み、他方、そうでなければこの処理を終了する。ステップＳ２、Ｓ３はダッシュネック２のみにより引き上げている状態の処理を示し、ステップＳ２において主軸１すなわちダッシュネック２に加わる荷重Ｗ１を検出し、次いで荷重Ｗ１≧パラメータＰ１か否かを判断する（ステップＳ３）。
【００１５】
ここで、パラメータＰ１はダッシュネック２が破断する限界荷重に近い所定値である。また、荷重Ｗ１を検出する方法としては、主軸１に設けられた重量検出機構を用いる方法や、引き上げ中の結晶直径とその引き上げ速度から計算される推定結晶重量から、結晶支持部材５に設けられた重量検出機構により検出された重量Ｗ２を差し引いた推定値を用いる方法を用いることができる。そして、Ｗ１≧Ｐ１でない場合にはステップＳ１に戻ってＷ１≧Ｐ１になるまでダッシュネック２のみにより引き上げを継続し、Ｗ１≧Ｐ１になるとステップＳ４に進む。
【００１６】
ステップＳ４では、結晶支持部材５すなわちくびれ部４に加わる荷重Ｗ２を検出し、次いでＷ２＋Ｐ２＝Ｗ３にセットし（ステップＳ５）、次いで結晶支持部材５を速度Ｖ１＞０で上昇させる（ステップＳ６）。続くステップＳ７ではボディ部７あるいはエンドコーンのプロセス中の場合にステップＳ８に進み、他方、そうでなければステップＳ１０に進んで結晶支持部材５を停止（Ｖ１＝０）する。ステップＳ８では荷重Ｗ２を再度検出し、次いでＷ２≧Ｗ３か否かを判断する（ステップＳ９）。そして、Ｗ２≧Ｗ３でない場合にはステップＳ７に戻り、そうでなければステップＳ１０に進んで結晶支持部材５を停止する。
【００１７】
続くステップＳ１１ではボディ部７あるいはエンドコーンのプロセスが終了しているか否かを判断し、終了していない場合にはステップＳ１に戻って上記の処理を繰り返し、他方、終了している場合にはこの処理を終了する。したがって、図４に示すように結晶支持部材５がくびれ４係止後に下方に伸長したり、変形してダッシュネック２に荷重が再度かかった場合にくびれ４の係止を繰り返すので、ダッシュネック２が破断することを防止することができる。
【００１８】
＜第２の実施形態＞
次に図５〜図７を参照して第２の実施形態について説明する。図５に示す構成は、第２の実施形態が適用される単結晶引き上げ装置として例えば特公平７−１０３０００号公報などに示されている。その特徴を説明すると、モータＭ１はダッシュネック２のみを支持して引き上げ、また、モータＭ２は結晶支持部材５のみを引き上げるようにして、独立して構成されている。
【００１９】
このとき、モータＭ１による引き上げ速度Ｖ０は図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図６に示すように常に略一定速度Ｖ２である。そして、ボディ部７の一部が形成されて結晶荷重をダッシュネック２から結晶支持部材５に移行して引き上げる場合には、図５（ｂ）及び図６に示すようにモータＭ２により結晶支持部材５を速度Ｖ０より早い速度Ｖ１＞Ｖ０で上昇させて上昇中のくびれ部４を係止する。次いで荷重移動が完了すると、図５（ｃ）及び図６に示すようにモータＭ１、Ｍ２の両方により同じ速度（Ｖ０＝Ｖ１）で引き上げる。したがって、荷重移動時に結晶支持部材５が下方に伸長したり、変形してこのまま引き上げを継続するとダッシュネック２が破断する。
【００２０】
次に図７を参照して第２の実施形態について説明する。まず、第１の実施形態と同様に、ステップＳ１では、ボディ部７あるいはエンドコーンのプロセス中の場合にステップＳ２に進み、他方、そうでなければこの処理を終了する。ステップＳ２において主軸１すなわちダッシュネック２に加わる荷重Ｗ１を検出し、次いで荷重Ｗ１≧パラメータＰ１か否かを判断する（ステップＳ３）。そして、Ｗ１≧Ｐ１でない場合にはステップＳ１に戻ってＷ１≧Ｐ１になるまでダッシュネック２のみにより引き上げを継続し、Ｗ１≧Ｐ１になるとステップＳ４に進む。
【００２１】
ステップＳ４では、結晶支持部材５すなわちくびれ部４に加わる荷重Ｗ２を検出し、次いでＷ２＋Ｐ２＝Ｗ３にセットする（ステップＳ５）。次いでこの第２の実施形態では、結晶支持部材５を速度Ｖ１＞Ｖ０で上昇させる（ステップＳ６ａ）。続くステップＳ７ではボディ部７あるいはエンドコーンのプロセス中の場合にステップＳ８に進み、他方、そうでなければステップＳ１０ａに進んで結晶支持部材５の速度Ｖ１をＶ１＝Ｖ０とする。ステップＳ８では荷重Ｗ２を再度検出し、次いでＷ２≧Ｗ３か否かを判断する（ステップＳ９）。そして、Ｗ２≧Ｗ３でない場合にはステップＳ７に戻り、Ｗ２≧Ｗ３であればステップＳ１０ａに進んで結晶支持部材５の速度Ｖ１をＶ１＝Ｖ０とする。
【００２２】
続くステップＳ１１ではボディ部７あるいはエンドコーンのプロセスが終了しているか否かを判断し、終了していない場合にはステップＳ１に戻って上記の処理を繰り返し、他方、終了している場合にはこの処理を終了する。したがって、図４に示すように結晶支持部材５がくびれ４係止後に下方に伸長したり、変形してダッシュネック２に荷重が再度かかった場合にくびれ４の係止を繰り返すので、ダッシュネック２が破断することを防止することができる。
【００２３】
＜第３の実施形態＞
次に図８〜図１０を参照して第３の実施形態について説明する。図７に示す構成は、第３の実施形態が適用される単結晶引き上げ装置として例えば特開平７−２８９３号公報などに示されている。その特徴を説明すると、モータＭ１はダッシュネック２のみを支持して引き上げるように構成されている。そして、モータＭ２は結晶支持部材５とともにダッシュネック２（及びモータＭ１）を支持して引き上げるように構成されている。
【００２４】
このとき、図８（ａ）及び図９に示すように荷重移動開始前まではモータＭ１は上方向に略一定速度である結晶引き上げ速度Ｖ２で引き上げ（Ｖ０＝Ｖ２、Ｖ０＞０（一定）；Ｖ０：モータＭ１による主軸の上昇速度）、モータＭ２は停止している（Ｖ１＝０；Ｖ１：モータＭ２による支持部材を上昇させるときの上昇速度）。荷重移動中には図８（ｂ）及び図９に示すようにモータＭ１はＶ２から０まで減速し（Ｖ０＜Ｖ２）、その後下方向に回転し（Ｖ０＜０）、モータＭ２は上方向に回転する（Ｖ１＞０）。荷重移動完了後には図８（ｃ）及び図９に示すようにモータＭ１は停止し（Ｖ０＝０）、モータＭ２は上方向に結晶引き上げ速度で回転する（Ｖ１＝Ｖ２（一定））。したがって、荷重移動時に結晶支持部材５が下方に伸長したり、変形してこのまま引き上げを継続するとダッシュネック２が破断する。なお、本実施の形態では、結晶引き上げ速度Ｖ２は、Ｖ０とＶ１の和となることが図９のグラフから分かる。
【００２５】
次に図１０を参照して第３の実施形態について説明する。まず、第１、第２の実施形態と同様に、ステップＳ１では、ボディ部７あるいはエンドコーンのプロセス中の場合にステップＳ２に進み、他方、そうでなければこの処理を終了する。ステップＳ２において主軸１すなわちダッシュネック２に加わる荷重Ｗ１を検出し、次いで荷重Ｗ１≧パラメータＰ１か否かを判断する（ステップＳ３）。そして、Ｗ１≧Ｐ１でない場合にはステップＳ１に戻ってＷ１≧Ｐ１になるまでダッシュネック２のみにより引き上げを継続し、Ｗ１≧Ｐ１になるとステップＳ４に進む。
【００２６】
ステップＳ４では、結晶支持部材５すなわちくびれ部４に加わる荷重Ｗ２を検出し、次いでＷ２＋Ｐ２＝Ｗ３にセットする（ステップＳ５）。次いでこの第３の実施形態では、主軸１を速度Ｖ０＜０で下降させるとともに結晶支持部材５を速度Ｖ１＞０で上昇させる（ステップＳ６ｂ）。続くステップＳ７ではボディ部７あるいはエンドコーンのプロセス中の場合にステップＳ８に進み、他方、そうでなければステップＳ１０ｂに進んで主軸１を停止（Ｖ０＝０）するとともに、結晶支持部材５を速度Ｖ１＝Ｖ２で上昇させる。ステップＳ８では荷重Ｗ２を再度検出し、次いでＷ２≧Ｗ３か否かを判断する（ステップＳ９）。そして、Ｗ２≧Ｗ３でない場合にはステップＳ７に戻り、Ｗ２≧Ｗ３であればステップＳ１０ｂに進んで主軸１を停止（Ｖ０＝０）するとともに、結晶支持部材５を速度Ｖ１＝Ｖ２で上昇させる。
【００２７】
続くステップＳ１１ではボディ部７あるいはエンドコーンのプロセスが終了しているか否かを判断し、終了していない場合にはステップＳ１に戻って上記の処理を繰り返し、他方、終了している場合にはこの処理を終了する。したがって、図４に示すように結晶支持部材５がくびれ４の係止後に下方に伸長したり、変形してダッシュネック２に荷重が再度かかった場合にくびれ４の係止を繰り返すので、ダッシュネック２が破断することを防止することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ダッシュネックの荷重とくびれの荷重をモニタしてダッシュネックの荷重が再度、荷重移動開始荷重になった場合に荷重移動を繰り返すようにしたので、結晶荷重をダッシュネック支持から結晶支持部材に移行して引き上げる場合に結晶支持部材が下方に伸長したり、変形してもダッシュネックが破断することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態が適用される単結晶引き上げ装置を概略的に示す説明図である。
【図２】図１の装置の速度制御を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の荷重移動を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態が適用される単結晶引き上げ装置を概略的に示す説明図である。
【図６】図５の装置の速度制御を示す説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の第３の実施形態が適用される単結晶引き上げ装置を概略的に示す説明図である。
【図９】図８の装置の速度制御を示す説明図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図１１】結晶支持部材が下方に伸長することを示す説明図である。
【図１２】結晶支持部材が下方に変形することを示す説明図である。
【図１３】従来の荷重移動を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 主軸（ワイヤ）
２ ダッシュネック
３ 種結晶
４ くびれ部
５ 結晶支持部材
６ 径拡大部
７ ボディ部
Ｍ１ ダッシュネック支持用モータ
Ｍ２ 結晶支持部材用モータ

Claims (2)

1. 単結晶の荷重をダッシュネック支持からくびれ支持に移行して単結晶を引き上げる単結晶製造方法において、
   ダッシュネックをダッシュネック支持部材により支持してくびれの下のボディを形成中にダッシュネックの荷重が荷重移動開始荷重か否かを判断する第１のステップと、
   前記第１のステップにおいて荷重移動開始荷重の場合に、ダッシュネック支持からくびれ支持に移行してくびれの荷重が荷重移動終了重量か否かを判断し、荷重移動終了重量の場合に荷重移動を終了する第２のステップとを有し、
   前記第１のステップの後に前記第２のステップに戻って前記第１、２のステップを繰り返すことを特徴とする単結晶製造方法。
2. 単結晶の荷重をダッシュネック支持からくびれ支持に移行して単結晶を引き上げる単結晶引き上げ装置において、
   ダッシュネックを支持するダッシュネック支持部材と、
   くびれを支持するくびれ支持部材と、
   ダッシュネックを前記ダッシュネック支持部材により支持してくびれの下のボディを形成中にダッシュネックの荷重が荷重移動開始荷重か否かを判断し、荷重移動開始荷重の場合に、ダッシュネック支持からくびれ支持に移行してくびれの荷重が荷重移動終了重量か否かを判断し、荷重移動終了重量の場合に荷重移動を終了してこれを繰り返す引き上げ制御手段とを、
   有する単結晶引き上げ装置。

Images