JP4104242B2 - Single crystal pulling apparatus and single crystal pulling method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、引上げCZ(Czochralski)法によりSi(シリコン)の無転位の単結晶を製造するための単結晶引き上げ装置及び単結晶引き上げ方法に関する。
【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、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により引き上げるのみではダッシュネック部がその重量に耐えきれないので、ダッシュネック部の下に「径大部」を形成してその下に「径小部」を形成することにより「環状のくびれ」を形成し、この「環状のくびれ」を別の係止部材(以下、くびれ係止部材)で係止して引き上げる方式が知られている。また、くびれを形成しないで、直胴部(ボディ部)を係止して引き上げる方式も知られている。
【0004】
この種の従来例としては、例えば特開平9−2893号公報に示されるように単結晶格納チャンバの上に昇降可能なベローズを配置するとともに、このベローズ内にくびれ係止部材をベローズとともに昇降可能に配置し、更にベローズの上にワイヤ巻き取りドラムを配置した構造が知られている。したがって、このような構成では、単結晶の引き上げ速度Vcは、ワイヤ巻き取り速度(単にワイヤ速度ともいう)Vwとくびれ係止部材速度(ベローズ速度)Vbの合計となる(Vc=Vw+Vb)。なお、ベローズの代わりに、非伸縮の上部チャンバ内にくびれや直胴部を係止する部材を昇降可能に設けた構造も知られている。
【0005】
そして、荷重をワイヤ(又はシャフト)からくびれ係止部材に移動させる場合には、まず、くびれを形成した後、図2に示すように
▲1▼円筒形のボディ部(直胴部)の形成を開始すると引き上げ速度Vcを一定にするために、ワイヤ速度Vwを引き上げ速度Vc=0.4mm/minにするとともにベローズ速度Vb=0にする。
▲2▼次いで引き上げドライブをワイヤ側からベローズ側に切り替えるために、ワイヤ速度Vw=0になるように一定の加速度で減速するとともに、ベローズ速度Vbを引き上げ速度Vc=0.4mm/minになるように一定の加速度で加速する。
▲3▼次いでベローズ速度Vbを引き上げ速度Vcより速い速度(1.4mm/min)まで一定の加速度で加速するとともに、ワイヤ速度Vwを−1.0mm/minになるように、すなわちワイヤが下降するように一定の加速度で減速する。
▲4▼次いでベローズ速度Vb=1.4mm/min、ワイヤ速度Vw=−1.0mm/minの一定速度にする。ここで、上記の制御▲1▼〜▲4▼では、単結晶の荷重は全て、未だワイヤにより支持されている。
【0006】
▲5▼’そして、くびれ係止部材がくびれに当接する寸前になると、すなわちワイヤ荷重が最大(120kg=単結晶重量100kg+ワイヤの重さ20kg)になると、破線で示すようにベローズ速度Vbを引き上げ速度=0.4mm/minになるように加速度aを制御しながら減速するとともに、ワイヤ速度Vw=0になるように加速度−aを制御しながら加速する。このとき、荷重が移動するにつれてワイヤ荷重が減少するので、ワイヤ荷重に応じて図3及び以下に示すような速度制御(Vc=Vw+Vb)を行う。
【0007】
【0008】
▲6▼ワイヤ荷重がワイヤの重さ20kgのみになると、ベローズ速度Vb=引き上げ速度Vc=0.4mm/minの一定速度にし、ワイヤ速度Vw=0にする。
【0009】
したがって、上記の▲5▼’では、荷重をワイヤからくびれ係止部材に徐々に移行させる際に単結晶自体の成長速度Vcが変化しないように、ワイヤの下降速度Vwと同一速度分を単結晶成長速度Vcに加算してくびれ係止部材の上昇速度Vbを制御することにより、ワイヤの下降速度を相殺する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような荷重移動方法▲5▼’では、くびれなどを係止する部材が上昇しながらくびれなどを徐々に係止して荷重がワイヤから徐々に移動する際に、ワイヤが弛んでいる場合に引き上げ速度Vcが増加し、このため単結晶が有転位化するという問題点がある。また、たとえ有転位化しなくても引き上げ速度Vcの増加により単結晶の径が細くなり、欠陥品となる。この問題点は、種結晶をワイヤの代わりにシャフトにより引き上げる構成においても、シャフトの歪みにより同様な問題が発生する。
【0011】
本発明は上記従来例の問題点に鑑み、種結晶を支持する部材から単結晶を支持する部材に荷重を移動させる場合に単結晶の引き上げ速度を常に一定に制御することができる単結晶引き上げ装置を提供することを目的とする。
【0012】
【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、種結晶を介して単結晶を引き上げる第1の引き上げ手段と、前記単結晶を把持手段により係止して前記第1の引き上げ手段と共に引き上げる第2の引き上げ手段とを備え、前記第1の引き上げ手段による引き上げ速度Vwと前記第2の引き上げ手段による引き上げ速度Vbの合計が単結晶引き上げ速度Vcに略一致するよう、かつ前記第2の引き上げ手段が前記単結晶の係止を開始した後、前記第1の引き上げ手段による引き上げ速度Vwをマイナスの値から徐々に「0」になるように制御するよう構成された単結晶引き上げ装置において、
前記第1の引き上げ手段による引き上げ速度Vwがマイナスの値から「0」に向かうとき、前記第2の引き上げ手段による引き上げ速度VbがVb=Vc+α×(-Vw)(ただし、0≦α≦1であって、αは、単結晶の引き上げにともない、「1.00」から「0.00」に変化する値)を満足するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする単結晶引き上げ装置が提供される。
【0013】
また、本発明によれば、種結晶を介して単結晶を引き上げる第1の引き上げ手段と、前記単結晶を係止して前記第1の引き上げ手段と共に引き上げる第2の引き上げ手段とを備えた単結晶引き上げ装置を用いて単結晶を引き上げる方法であって、前記第1の引き上げ手段による引き上げ速度Vwと前記第2の引き上げ手段による引き上げ速度Vbの合計が単結晶引き上げ速度Vcに略一致するよう、かつ前記第2の引き上げ手段が前記単結晶の係止を開始した後、前記第1の引き上げ手段による引き上げ速度Vwをマイナスから徐々に「0」になるように制御する単結晶引き上げ方法において、
前記第1の引き上げ手段による引き上げ速度Vwがマイナスの値から「0」に向かうとき、前記第2の引き上げ手段による引き上げ速度VbがVb=Vc+α×(-Vw)(ただし、0≦α≦1であって、αは、単結晶の引き上げにともない、「1.00」から「0.00」に変化する値)を満足するように制御することを特徴とする単結晶引き上げ方法が提供される。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明に係る単結晶引き上げ装置の一実施形態を示す構成図、図2、図3は本発明と従来例の速度制御を比較した説明図である。
【0015】
図1において、主チャンバ1内には図示省略されているが、単結晶10の原料が溶融している石英ルツボが配置され、石英ルツボの回りにはヒータなどが配置されている。主チャンバ1の上には垂直方向に伸縮可能なベローズ2を介して台座3が取り付けられ、台座3はモータ4により垂直方向に移動可能である。台座3の上には上部チャンバ5が垂直軸の回りを回転可能に取り付けられ、上部チャンバ5内には単結晶10のくびれ12を保持するための保持装置6が配置されている。上部チャンバ5の上には、ワイヤ7を昇降させるためにドラム8が配置され、ドラム8(及びワイヤ7)と上部チャンバ5(及び保持装置6)は共にモータ9により垂直軸の回りを回転する。また、保持装置6の先端は不図示の駆動源により開閉可能であり、また、ドラム8は不図示のモータにより回転可能である。
【0016】
このような構成において、単結晶10を引き上げる場合には、ワイヤ7の先端に種結晶を取り付けて石英ルツボ内の融液に浸漬し、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、まず種結晶の下にネック部11を形成し、次いでネック部の下にくびれ12を形成し、次いでくびれ12の下に直胴部13を形成する。この場合の引き上げ速度Vcは、単結晶10の径に略反比例し、また、円筒形の直胴部13の引き上げ時には一定になるように制御される。この場合、単結晶10の引き上げ速度Vcは、ワイヤ巻き取り速度Vwとモータ4によるくびれ係止部材速度(ベローズ速度)Vbの合計(Vc=Vw+Vb)となる。
【0017】
このとき、図1(1)に示すように直胴部13の引き上げをある程度終了するまでは、ベローズ速度Vb=0にしてワイヤ巻き取りのみで引き上げを行う。次いで図1(2)に示すように引き上げドライブをワイヤ巻き取りからベローズ引き上げに移行し、前述したように荷重移動の初期速度制御▲1▼〜▲4▼を行う。そして、本発明の荷重移動中の速度制御▲5▼では、保持装置6の先端がくびれ12に当接する寸前になると、すなわちワイヤ荷重が最大(120kg=単結晶重量100kg+ワイヤの重さ20kg)になると、ワイヤ速度Vwが−1.0mm/min(下降状態)から「0」(停止状態)になるように制御するとともに、ベローズ速度Vbを実線で示すようにVc=Vb+α×Vw(ただし、0≦α≦1)になるように制御する。
【0018】
図3は相殺率αをプロットで切り替える場合を示している。荷重が移動するにつれてワイヤ荷重が減少するが、まず、当接直前のワイヤ荷重=120kgの時には
である。そして、荷重移動が進んでワイヤ荷重=100kg、70kg、50kg、30kg、22kg、20kg(荷重移動完了時)の時には次のような速度制御(Vc=α×Vw+Vb)を行う。
【0019】
【0020】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、種結晶を支持する部材から単結晶を支持する部材に荷重を移動中に、種結晶を支持する部材の下降速度の減少分より単結晶を支持する部材の上昇速度の減少分を少なくしたので、種結晶を支持する部材から単結晶を支持する部材に荷重を移動させる場合に単結晶の引き上げ速度を常に一定に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る単結晶引き上げ装置の一実施形態を示す構成図である。
【図2】本発明と従来例の速度制御を比較した説明図である。
【図3】本発明と従来例の速度制御を比較した説明図である。
【符号の説明】
1 主チャンバ
2 ベローズ
3 台座
4 モータ
7 ワイヤ
6 保持装置(くびれ係止部材:ベローズ、台座、モータと共に第2の引き上げ手段を構成する)
8 ドラム(ワイヤと共に第1の引き上げ手段を構成する)
10 単結晶
12 くびれ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a single crystal pulling apparatus and a single crystal pulling method for producing a dislocation-free single crystal of Si (silicon) by a pulling CZ (Czochralski) method.
[0002]
[Prior art]
In general, in a single crystal manufacturing apparatus using the pulling CZ method, the inside of a high pressure-resistant airtight chamber is decompressed to about 10 torr and a fresh Ar (argon) gas is allowed to flow, and a polycrystal in a quartz crucible provided below the chamber is removed. Cone shape with the upper end protruding under the seed crystal by heating and melting, immersing the seed crystal on the surface of this melt from above, pulling up the seed crystal while rotating and moving the seed crystal and quartz crucible up and down A single crystal (so-called ingot) comprising a cylindrical body portion and a conical lower cone portion projecting from the lower end is grown.
[0003]
Also, in recent years, the diameter of single crystals has increased and the weight has increased, and the dash neck cannot withstand the weight just by pulling the seed crystal with a wire or shaft. By forming a “large part” and forming a “small diameter part” below it, an “annular constriction” is formed, and this “annular constriction” is separated by another locking member (hereinafter referred to as a constricting locking member). A method of locking and pulling up is known. In addition, there is also known a method in which a straight body portion (body portion) is locked and pulled up without forming a constriction.
[0004]
As a conventional example of this type, for example, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 9-2893, a bellows that can be raised and lowered is disposed on a single crystal storage chamber, and a constriction locking member can be raised and lowered together with the bellows in the bellows. Further, a structure in which a wire take-up drum is further arranged on the bellows is known. Therefore, in such a configuration, the single crystal pulling speed Vc is the sum of the wire winding speed (also simply referred to as the wire speed) Vw and the constriction locking member speed (bellows speed) Vb (Vc = Vw + Vb). A structure is also known in which a member for locking a constriction or a straight body portion is provided in a non-stretchable upper chamber so as to be movable up and down instead of the bellows.
[0005]
When the load is moved from the wire (or shaft) to the constriction locking member, first, the constriction is formed, and then, as shown in FIG. 2, (1) formation of a cylindrical body (straight body) Is started, the wire speed Vw is set to the pulling speed Vc = 0.4 mm / min and the bellows speed Vb = 0 to make the pulling speed Vc constant.
(2) Next, in order to switch the pulling drive from the wire side to the bellows side, the speed is decelerated at a constant acceleration so that the wire speed Vw = 0, and the bellows speed Vb is set to the pulling speed Vc = 0.4 mm / min. Accelerate at a constant acceleration.
(3) Next, the bellows speed Vb is accelerated at a constant acceleration to a speed (1.4 mm / min) higher than the pulling speed Vc, and the wire speed Vw is set to -1.0 mm / min, that is, the wire is lowered. To decelerate at a constant acceleration.
(4) Next, the bellows speed Vb = 1.4 mm / min and the wire speed Vw = −1.0 mm / min are set to constant speeds. Here, in the controls {circle around (1)} to {circle around (4)}, all the loads of the single crystal are still supported by the wires.
[0006]
(5) Then, when the constriction locking member is about to come into contact with the constriction, that is, when the wire load reaches the maximum (120 kg =
[0007]
[0008]
(6) When the wire load is only 20 kg of wire weight, the bellows speed Vb = the pulling speed Vc = a constant speed of 0.4 mm / min and the wire speed Vw = 0.
[0009]
Therefore, in the above (5) ', the single crystal has the same speed as the wire descending speed Vw so that the growth rate Vc of the single crystal itself does not change when the load is gradually transferred from the wire to the constriction locking member. By adding to the growth speed Vc and controlling the rising speed Vb of the constriction locking member, the lowering speed of the wire is offset.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the load moving method {circle around (5)} described above, when the member that locks the constriction and the like rises, the constriction and the like are gradually locked and the load gradually moves from the wire. In this case, the pulling speed Vc increases, and there is a problem that the single crystal is dislocated. Even if dislocations are not formed, the diameter of the single crystal is reduced due to an increase in the pulling speed Vc, resulting in a defective product. This problem is caused by the distortion of the shaft even in the configuration in which the seed crystal is pulled up by the shaft instead of the wire.
[0011]
In view of the problems of the conventional example, the present invention is a single crystal pulling apparatus capable of constantly controlling the pulling speed of a single crystal when moving a load from a member supporting a seed crystal to a member supporting a single crystal. The purpose is to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a first pulling means for pulling a single crystal through a seed crystal, and a second pulling means for locking the single crystal by a gripping means and pulling it together with the first pulling means. Means, the total of the pulling speed Vw by the first pulling means and the pulling speed Vb by the second pulling means substantially coincides with the single crystal pulling speed Vc, and the second pulling means is the single pulling speed. In the single crystal pulling apparatus configured to control the pulling speed Vw by the first pulling means to gradually become “0” from a negative value after starting the locking of the crystal,
When the pulling speed Vw by the first pulling means goes from a negative value to “0”, the pulling speed Vb by the second pulling means is Vb = Vc + α × (−Vw) (where 0 ≦ α ≦ 1 there are, alpha is with the pulling of the single crystal, "1.00" single crystal pulling, characterized in that it comprises a control means for controlling so as to satisfy the values) you change to "0.00" from An apparatus is provided.
[0013]
In addition, according to the present invention, the first pulling means for pulling the single crystal through the seed crystal and the second pulling means for locking the single crystal and pulling it together with the first pulling means are provided. A method of pulling a single crystal using a crystal pulling apparatus, wherein the sum of the pulling speed Vw by the first pulling means and the pulling speed Vb by the second pulling means is substantially equal to the single crystal pulling speed Vc. In addition, in the single crystal pulling method for controlling the pulling speed Vw by the first pulling means to gradually become “0” from minus after the second pulling means starts the locking of the single crystal,
When the pulling speed Vw by the first pulling means goes from a negative value to “0”, the pulling speed Vb by the second pulling means is Vb = Vc + α × (−Vw) (where 0 ≦ α ≦ 1 there, alpha is with the pulling of the single crystal, the single crystal pulling method characterized by controlling so as to satisfy the values) change to "0.00" from the "1.00" is provided .
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a single crystal pulling apparatus according to the present invention, and FIGS. 2 and 3 are explanatory diagrams comparing the speed control of the present invention with a conventional example.
[0015]
In FIG. 1, although not shown in the
[0016]
In such a configuration, when pulling up the
[0017]
At this time, as shown in FIG. 1 (1), until the straight body portion 13 is lifted to some extent, the bellows speed Vb is set to 0 and the pulling is performed only by winding the wire. Next, as shown in FIG. 1 (2), the pulling drive shifts from winding the wire to pulling the bellows, and the initial speed control {circle around (1)} to {circle around (4)} is performed as described above. In the speed control (5) during the movement of the load of the present invention, when the tip of the holding
[0018]
FIG. 3 shows a case where the cancellation rate α is switched by plotting. The wire load decreases as the load moves. First, when the wire load immediately before contact is 120 kg,
It is. When the load movement advances and the wire load is 100 kg, 70 kg, 50 kg, 30 kg, 22 kg, 20 kg (when the load movement is completed), the following speed control (Vc = α × Vw + Vb) is performed.
[0019]
[0020]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the member that supports the single crystal from the decrease in the descending speed of the member that supports the seed crystal while moving the load from the member that supports the seed crystal to the member that supports the single crystal. Since the decrease in the ascent rate is reduced, when the load is moved from the member supporting the seed crystal to the member supporting the single crystal, the pulling rate of the single crystal can always be controlled to be constant .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a single crystal pulling apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram comparing speed control of the present invention and a conventional example.
FIG. 3 is an explanatory diagram comparing speed control of the present invention and a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
8 Drum (constitutes the first lifting means together with the wire)
10
Claims (6)
前記第1の引き上げ手段による引き上げ速度Vwがマイナスの値から「0」に向かうとき、前記第2の引き上げ手段による引き上げ速度VbがVb=Vc+α×(-Vw)(ただし、0≦α≦1であって、αは、単結晶の引き上げにともない、「1.00」から「0.00」に変化する値)を満足するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする単結晶引き上げ装置。A first pulling means for pulling up the single crystal through a seed crystal; and a second pulling means for locking the single crystal by a gripping means and pulling it together with the first pulling means. After the second pulling means starts locking of the single crystal, the sum of the pulling speed Vw by the second pulling speed Vb and the pulling speed Vb by the second pulling means substantially coincides with the single crystal pulling speed Vc. In the single crystal pulling apparatus configured to control the pulling speed Vw by the pulling means of 1 so as to gradually become “0” from a negative value,
When the pulling speed Vw by the first pulling means goes from a negative value to “0”, the pulling speed Vb by the second pulling means is Vb = Vc + α × (−Vw) (where 0 ≦ α ≦ 1 there are, alpha is with the pulling of the single crystal, "1.00" single crystal pulling, characterized in that it comprises a control means for controlling so as to satisfy the values) you change to "0.00" from apparatus.
前記第1の引き上げ手段による引き上げ速度Vwがマイナスの値から「0」に向かうとき、前記第2の引き上げ手段による引き上げ速度VbがVb=Vc+α×(-Vw)(ただし、0≦α≦1であって、αは、単結晶の引き上げにともない、「1.00」から「0.00」に変化する値)を満足するように制御することを特徴とする単結晶引き上げ方法。Using a single crystal pulling apparatus comprising a first pulling means for pulling up a single crystal through a seed crystal and a second pulling means for locking the single crystal and pulling it together with the first pulling means The pulling speed Vw by the first pulling means and the pulling speed Vb by the second pulling means are substantially equal to the single crystal pulling speed Vc, and the second pulling means In the single crystal pulling method for controlling the pulling speed Vw by the first pulling means so as to gradually become “0” from minus after starting the locking of the single crystal,
When the pulling speed Vw by the first pulling means goes from a negative value to “0”, the pulling speed Vb by the second pulling means is Vb = Vc + α × (−Vw) (where 0 ≦ α ≦ 1 there are, alpha is with the pulling of the single crystal, "1.00" single crystal pulling method characterized by controlling so as to satisfy the values) change to "0.00" from.
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