JP4330047B2 - Method and apparatus for measuring ingot runout - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、CZ(チョクラルスキー)式半導体単結晶引上装置のためのインゴットの振れ測定方法とその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、CZ式シリコン単結晶引上装置おいて、種結晶の先端から成長していくシリコンインゴットの結晶方位や断面形状を正確に制御して高品質の単結晶を得るには、シードワイヤのワイヤ軸芯とるつぼの回転中心とが正確に一致するようにセンター合わせし、シードワイヤ先端に吊り下げられたシリコンインゴットがるつぼの回転中心のまわりで振れることがないようにする必要がある。
【0003】
従来、このシードワイヤのセンター合わせには、適当な大きさからなる先の尖った円錐形のおもりをシードワイヤの先端に吊るし、シードワイヤの振れ幅の許容誤差範囲に相当する径からなる円、例えば直径2〜3mmの円を描いた紙を、るつぼの回転シャフト上あるいはるつぼ上面に位置して回転軸芯と同心になるように置き、CZ式シリコン単結晶引上装置のプルヘッド部のワイヤ回転機構部によってシードワイヤを所定の速度(5〜25rpm)で回転させ、シードワイヤ先端に吊り下げた円錐形のおもりの先端部の振れが許容誤差範囲を示す円内に入っているか否かを目視で確認することにより判定していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来方法の場合、良否の判定は作業者の目視に頼っているため、正確かつ客観的な判定を下すことが難しく、また、振れ幅を数値で表したり、データとして残すことができないという課題があった。また、インゴットの成長に伴った各工程(ネック工程、クラウン工程、ボディ工程およびテール工程)におけるインゴットの振れを個別に測定することができないという課題もあった。
【0005】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、CZ式半導体単結晶引上装置において、インゴットの振れ幅を数値によって正確に測定することができるとともに、インゴットの成長に伴った各工程(ネック工程、クラウン工程、ボディ工程およびテール工程)における振れ特性を個別に測定可能とした、ダミーインゴットを用いたインゴットの振れ測定方法とその装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明方法は、プルヘッド部に繋がれたシードワイヤを所定の回転速度で回転させながら所定の速度で引き上げていくようにしたCZ式半導体単結晶引上装置のためのインゴットの振れ測定方法であって、実際に製造されるインゴットとほぼ同一形状ならびに同一重さからなり、実際に製造されるインゴットのネック工程、クラウン工程、ボディ工程およびテール工程の各工程におけるインゴット形状に合わせて形成されたダミーインゴットを前記シードワイヤの先端に吊り下げ、CZ式半導体単結晶引上装置のプルヘッド部のワイヤ回転機構部によってシードワイヤを所定の速度で回転させながら、該回転するダミーインゴットの水平方向の振れ幅を、レーザ光が前記ダミーインゴットの外周部の一部により遮られるように位置調整されたレーザ発光素子とレーザ受光素子とを用いて検出し、該得られたダミーインゴットの振れ幅からインゴットの振れ特性を求めるようにしたものである。
【0007】
また、本発明装置は、プルヘッド部に繋がれたシードワイヤを所定の回転速度で回転させながら所定の速度で引き上げていくようにしたCZ式半導体単結晶引上装置のためのインゴットの振れ測定装置であって、前記シードワイヤの先端に吊り下げるための実際のインゴットとほぼ同一形状ならびに同一重さからなり、実際に製造されるインゴットのネック工程、クラウン工程、ボディ工程およびテール工程の各工程におけるインゴット形状に合わせて形成されたダミーインゴットと、るつぼ部に設置され、前記ダミーインゴットの水平方向の振れ幅を、レーザ光が前記ダミーインゴットの外周部の一部により遮られるように位置調整されたレーザ発光素子とレーザ受光素子とを用いて検知する振れ検出手段と、該振れ検出手段の位置調整を行なう位置調整手段と、前記振れ検出手段によって検出されたダミーインゴットの振れ幅データを収集し、該収集した振れ幅データからインゴットの所定の振れ特性を生成するデータ収集・分析手段と、該データ収集・分析手段で得られたインゴットの振れ特性を所定の方法ならびに形式で出力する表示手段とを備えることにより構成したものである。
【0008】
なお、本発明の振れ測定方法および装置で用いる前記ダミーインゴットは、全体を複数個の小ブロックに分割した組立式とし、実際に製造されるインゴットのネック工程、クラウン工程、ボディ工程およびテール工程の各工程におけるインゴット形状に合わせて、前記小ブロックを組み合わせるようにすることが望ましい。また、本発明の振れ測定装置で用いる前記振れ検出手段としては、ダミーインゴットの振れ幅を非接触式に検出可能なレーザ式透過型センサを用いることが望ましい。
【0009】
上記の構成とした場合、実際に製造されるインゴットの代わりにダミーインゴットを用いて、インゴットの水平方向の振れ幅を数値データとして正確に測定して記録し、この測定データからインゴットの必要な振れ特性を求めることができる。このため、シードワイヤのセンター合わせを簡単かつ正確に行なうことができ、高品質のインゴットを製造することができる。
【0010】
また、ダミーインゴットとして、複数個の小ブロックに分割した組立式のものを用いた場合、実際に製造されるインゴットのネック工程、クラウン工程、ボディ工程およびテール工程の各工程におけるインゴット形状に合わせて前記小ブロックを組み合わせていくことにより、インゴットの成長に伴った各工程における振れ特性を得ることができ、より高品質のインゴットを製造することが可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1および図2に、本発明に係るインゴットの振れ測定装置の一実施の形態を示す。図1は実施の形態の要部構造を示す縦断面図、図2はその平面図である。
【0012】
図において、1はシリコンCZ式半導体単結晶引上装置のプルヘッド部であって、シードワイヤ2はこのプルヘッド部1の回転駆動軸筒1a内を通ってプルヘッド部1内のワイヤ引上機構1bに繋がれ、所定の速度でゆっくりと引き上げられていくとともに、サーボドライバ3、サーボモータ4およびロータリーエンコーダ5から構成されるワイヤ回転機構部によってプルヘッド部1を回転駆動することにより、シードワイヤ2を所定の速度でゆっくりと回転させるように構成されている。
【0013】
このシードワイヤ2の先端には、シードチャック6が取り付けられており、このシードチャック6にインゴットの振れ特性の測定のためのダミーヘッド7が吊り下げられようになっている。
【0014】
また、図中の符号8は、CZ式シリコン単結晶引上装置のるつぼ部であって、内側から図示を略した石英ガラス製のるつぼ本体、シリコン溶融用のヒータ9、保温材10、るつぼ枠体11などを配置して構成している。前記保温材10の頂面部にはセンサ取付治具13が着脱自在に載置固定されており、このセンサ取付治具13に、シードワイヤ2に吊り下げられて回転するダミーインゴット7の振れ幅を検出するためのレーザ式透過型センサ12のレーザ発光素子12aとレーザ受光素子12bが組み付けられている。
【0015】
前記センサ取付治具13は、ダミーインゴット7の周りを取り囲んだ四角形の枠部材13a(図2参照)からなり、この枠部材13aの下面に垂設された左右の垂直片部13b,13c部分に、前記レーザ発光素子12aとレーザ受光素子12bが送りねじ機構13d,13eによって矢印方向へ位置調節自在に取り付けられている。なお、送りねじ機構13d,13e部分にはスケール13f,13gが目盛られており、位置を正確に調節できるようになっている。
【0016】
また、図中の符号12cは、レーザ駆動制御部であって、レーザ発光素子12aを駆動してレーザ光Lを発光させるとともに、レーザ受光素子12bで受光したレーザ光Lの光量の変化からダミーインゴット7の振れ幅を検出する回路である。これらレーザ駆動制御部12c、レーザ発光素子12a,レーザ受光素子12bによって、いわゆるレーザ式透過型センサ12が構成されている。
【0017】
また、図中の符号14は、パソコンなどから構成されたデータ収集・分析部であって、前記レーザ式透過型センサ12によって検出されたダミーインゴット7の振れ幅データを収集して記録するとともに、該収集した振れ幅データを基にインゴットの所定の振れ特性を分析するものである。15はプリンタやモニタなどから構成された表示部であって、前記データ収集・分析部14で生成されたインゴットの振れ特性を所定の方法ならびに形式で出力して表示するものである。
【0018】
図3および図4に、前記シードワイヤ2に吊り下げられるダミーインゴット7の詳細な構造を示す。図3はダミーインゴットの縦断面図、図4は図3中のA−A線断面図である。図示例のダミーインゴット7は、ダミーインゴット7の全体を複数個の小ブロック71 〜7n に分割されており、これら小ブロック71 〜7n をネジ部21によって連結して組み付けるようにしたものである。このダミーインゴット7の材質としては、シリコンと比重が近く、加工性や強度に優れ、価格もそれほど高くないアルミニウムを用いることが望ましい。また、アルミニウムはシリコンより多少比重が大きいので実際のシリコンインゴットより小さくなるが、その形状と重量をできるだけ実際に製造されるシリコンインゴットと同じに形成するとともに、腐食防止のため、表面にアルマイト処理を行なうことが望ましい。さらに、安全を確保するとともに、一人作業も可能とするために、1ブロックが10kg以下となるように分割することが望ましい。
【0019】
このように、ダミーインゴット7を小ブロック71 〜7n からなる組立式とすることにより、実際の単結晶の各引き上げ工程(ネック工程、クラウン工程、ボディ工程およびテール工程)におけるシリコンインゴットとほぼ同じ形状ならびに重さからなるダミーインゴットを簡単に作ることができ、実際に製造されるシリコンインゴットに極めて近い状態で振れ特性を測定することが可能となる。
【0020】
なお、小ブロック71 〜7n の外周面にそれぞれ穿たれた2つの小穴22は、組立時に小ブロックを回してねじ込むためのハンドル23を差し込む穴である。また、最上段の小ブロック71 によって構成されたクラウン部には、ダミーのネック部24とダミーの種結晶部25を取り付けることがより望ましい。
【0021】
次に、上記装置におけるインゴットの振れ測定動作を説明する。
まず、測定開始に先立ち、レーザ発光素子12aとレーザ受光素子12bが取り付けられたレーザ取付治具13を、るつぼ部8の保温材13の頂面部に載置して定位置にセットするとともに、レーザ発光素子12aとレーザ受光素子12bの入出力端子をレーザ駆動制御部12cに接続する。
【0022】
一方、図7に示したダミーインゴット7の小ブロック71 〜7n を組み合わせて結合することにより、測定目的とする引き上げ工程におけるインゴットと同じ形状になるダミーインゴットを作成する。例えば、引き上げ工程中のボディ工程の振れ特性を測定したい場合には、クラウン部を構成する小ブロック71 と、ボディ部を構成する小ブロック72 〜7n-1 のいくつかとを結合し、図1に示すような実際のボディ工程におけるインゴットと同じ形状になるダミーインゴット7を作成する。
【0023】
このようにして作成したダミーインゴット7を、シードワイヤ2の先端のシードチャック6に取り付けて吊り下げた後、プルヘッド部1のワイヤ引上機構部1bを駆動し、シードワイヤ2を巻き戻してダミーインゴット7を下降させ、図1に示すように、ダミーインゴット7の外周部の振れ測定部位がレーザ発光素子12aとレーザ受光素子12bの間に位置するようにセットする。
【0024】
次いで、スケール13f,13gを見ながら送りねじ機構13d,13eを操作し、レーザ発光素子12aとレーザ受光素子12bの矢印方向の位置を調整することにより、ダミーインゴット7の外周部がレーザ光Lの一部、例えば約半分を遮るようにセットする。なお、この位置決めを容易に行なうには、レーザ光Lの平面視幅を10mm以上とすることが好ましい。このようなレーザ光幅とすれば、2〜3mm程度のセット位置の誤差は測定に影響を与えることもなくなる。
【0025】
上記のようにして、ダミーインゴット7、レーザ発光素子12aおよびレーザ受光素子12bを所定の位置にセットした後、サーボドライバ3,サーボモータ4,ロータリーエンコーダ5からなるワイヤ回転機構部によってシードワイヤ2を所定の速度(5〜25rpm)で回転開始し、インゴットの振れ特性の測定を開始する。
【0026】
シードワイヤ2が回転し、その先端に吊り下げられたダミーインゴット7が回転開始し、水平方向に振れない場合には、ダミーインゴット7によるレーザ光Lの遮光量は常に一定であり、レーザ受光素子12bの受光量が変化することはない。
【0027】
一方、シードワイヤ2が回転し、その先端に吊り下げられたダミーインゴット7が回転開始し、水平方向に振れた場合には、レーザ受光素子12bで受光するレーザ光Lの受光量が変化する。この受光量の変化は、ダミーインゴット7の振れ量に比例しており、受光量の変化からダミーインゴット7の振れ量、すなわちシードワイヤ2の軸芯のずれ量を検出することができる。
【0028】
レーザ受光素子12bで受光されたダミーインゴット7の振れ量を示す受光信号は、レーザ駆動制御部12cを介してパソコンなどで構成されたデータ収集・分析部14に送られ、ダミーインゴット7の振れ幅データとして順次サンプリングされ、収集記録される。
【0029】
データ収集・分析部14は、この収集されたダミーインゴット7の振れ幅データを用いて、例えば、図5に示すような時間と基準値(センター位置)からのずれ量との関係を示すグラフを作成し、さらに、サーボドライバ3を経由して送られてくるシードワイヤ2の回転位置情報を利用して、必要に応じ、図6に示すようなシードワイヤの1回転毎の回転時間の変化を示すグラフや、図7に示すようなシードワイヤの1回転において各角度毎の回転時間の変化を示すグラフなどを作成する。
【0030】
そして、このデータ収集・分析部14で生成されたグラフデータは表示部15に送られ、プリンタによって印刷され、あるいはモニタ画面上に表示される。測定者は、この印刷された特性グラフや、モニタ画面上に表示された特性グラフを見ることにより、シードワイヤ2の回転軸芯とるつぼ部8の回転軸芯とのずれ量を数値的に正確に知ることができる。したがって、シードワイヤ2の正確なセンター合わせを実現することができ、高品質の単結晶を製造することが可能となる。
【0031】
上記説明においては、ダミーインゴット7をボディ工程における実際のインゴットと同じ形状に組み立て、ボディ工程における振れ特性を測定する場合について説明したが、図8(a)に示すように、クラウン工程と同じ形状に組み立てれば、クラウン工程における振れ特性を測定することができ、さらに、図8(b)に示すように、デール工程と同じ形状に組み立てれば、テール工程における振れ特性を測定することができ、単結晶の成長に伴った各工程におけるインゴットの振れ特性を測定することができる。
【0032】
なお、上記実施の形態の場合、図3に示したような組立式のダミーインゴット7を用いたが、組立式とすることなく、例えば図9(a)〜(c)に示すように、クラウン工程、ボディ工程、テール工程の各工程におけるインゴット形状と同じ形状になる専用のダミーインゴット7を個々に作成しておき、各工程毎に専用のダミーインゴットを用いて振れ特性を測定するようにしてもよいものである。
【0033】
また、ダミーインゴット7の材質は、前述したアルミニウムに限らず、シリコンそのものを用いてもよいし、さらに、シリコンと比重が近いものであれば、合成樹脂など、他の材質のものを用いることが可能である。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明方法と装置によれば、インゴットの振れ幅を数値によって正確に測定することができるので、シードワイヤの回転軸芯のずれを正確かつ客観的に判定することができる。このため、シードワイヤのセンター合わせを正確に行なうことができ、高品質のインゴットを製造することが可能となる。
【0035】
また、全体を複数個の小ブロックに分割した組立式のダミーインゴットを用い、これら小ブロックを組み合わせることによって、実際に製造されるインゴットの各工程と同じ形状からなるダミーインゴットを簡単に作ることができるようにしたので、インゴットの成長に伴った各工程での振れ特性を個別に測定することが可能となる。このため、どの工程においても振れ幅の管理ができ、より品質の安定したインゴットを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るインゴットの振れ測定装置の一実施の形態の要部構造を示す縦断面図である。
【図2】上記実施の形態の平面図である。
【図3】ダミーインゴットの縦断面図である。
【図4】図3中のA−A線断面図である。
【図5】時間とシードワイヤの基準値(センター位置)からのずれ量との関係を示すグラフである。
【図6】シードワイヤの1回転毎の回転時間の変化を示すグラフである。
【図7】シードワイヤの1回転において各角度毎の回転時間の変化を示すグラフである。
【図8】(a)はクラウン工程における振れ特性の測定方法の説明図、(b)はテール工程における振れ特性の測定方法の説明図である。
【図9】ダミーインゴットの他の構造例を示し、(a)はクラウン工程専用のダミーインゴットの例を示す図、(b)はボディ工程専用のダミーインゴットの例を示す図、(c)はテール工程専用のダミーインゴットの例を示す図である。
【符号の説明】
1 プルヘッド部
2 シードワイヤ
3 サーボドライバ
4 サーボモータ
5 ロータリーエンコーダ
6 シードチャック
7 ダミーインゴット
71 〜7n 小ブロック
8 るつぼ部
12 レーザ式透過型センサ
12a レーザ発光素子
12b レーザ受光素子
12c レーザ駆動制御部
13 レーザ取付治具
14 データ収集・分析部
14 表示部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ingot runout measuring method and apparatus for a CZ (Czochralski) type semiconductor single crystal pulling apparatus.
[0002]
[Prior art]
For example, in a CZ type silicon single crystal pulling apparatus, in order to obtain a high quality single crystal by accurately controlling the crystal orientation and cross-sectional shape of a silicon ingot growing from the tip of a seed crystal, Centering is required so that the center of rotation of the crucible and the center of the shaft exactly coincide with each other so that the silicon ingot suspended from the tip of the seed wire does not swing around the center of rotation of the crucible.
[0003]
Conventionally, for the centering of the seed wire, a pointed conical weight of an appropriate size is hung at the tip of the seed wire, and a circle having a diameter corresponding to an allowable error range of the seed wire swing width, For example, paper with a circle of 2 to 3 mm in diameter is placed on the rotating shaft of the crucible or on the upper surface of the crucible so as to be concentric with the axis of rotation, and the wire rotation of the pull head of the CZ type silicon single crystal pulling device The seed wire is rotated at a predetermined speed (5 to 25 rpm) by the mechanism portion, and it is visually checked whether or not the tip portion of the conical weight suspended from the tip of the seed wire is within a circle indicating an allowable error range. It was judged by confirming with.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the conventional method described above, since the determination of pass / fail depends on the visual observation of the operator, it is difficult to make an accurate and objective determination, and the fluctuation width can be expressed numerically or left as data. There was a problem that it was not possible. In addition, there is a problem that ingot runout in each process (neck process, crown process, body process, and tail process) accompanying the growth of the ingot cannot be measured individually.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and in the CZ type semiconductor single crystal pulling apparatus, the swing width of the ingot can be accurately measured numerically, and each step accompanying the growth of the ingot An object of the present invention is to provide an ingot runout measuring method using a dummy ingot and an apparatus thereof capable of individually measuring runout characteristics in a neck process, a crown process, a body process, and a tail process.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the method of the present invention provides a CZ type semiconductor single crystal pulling apparatus for pulling a seed wire connected to a pull head portion at a predetermined speed while rotating the seed wire at a predetermined rotation speed. Ingot run-out measurement method, which has almost the same shape and weight as the actually manufactured ingot, and the ingot shape in the neck process, crown process, body process and tail process of the actually manufactured ingot A dummy ingot formed according to the above is suspended from the tip of the seed wire, and the rotating dummy is rotated while the seed wire is rotated at a predetermined speed by the wire rotating mechanism of the pull head of the CZ type semiconductor single crystal pulling apparatus. the horizontal amplitude of the ingot, intercepted laser beam by a portion of the outer peripheral portion of the dummy ingot Detected by using the laser light emitting element and the laser light receiving element which is positioned adjusted so that is obtained by the seek the deflection characteristics of the ingot from the amplitude of該得was dummy ingot.
[0007]
In addition, the apparatus of the present invention is an ingot shake measuring apparatus for a CZ-type semiconductor single crystal pulling apparatus that pulls up a seed wire connected to a pull head portion at a predetermined speed while rotating the seed wire. In the neck process, the crown process, the body process, and the tail process of the actually manufactured ingot, which has almost the same shape and the same weight as the actual ingot to be suspended from the tip of the seed wire . The dummy ingot formed in accordance with the ingot shape and the crucible portion were installed, and the horizontal swing width of the dummy ingot was adjusted so that the laser beam was blocked by a part of the outer peripheral portion of the dummy ingot. a shake detection means for detecting by using a laser light emitting element and the laser light receiving element, the position adjustment of the shake detecting means Position adjusting means, data collection / analysis means for collecting the fluctuation width data of the dummy ingot detected by the fluctuation detection means, and generating a predetermined fluctuation characteristic of the ingot from the collected fluctuation width data, and the data It comprises a display means for outputting ingot vibration characteristics obtained by the collection / analysis means in a predetermined method and format.
[0008]
The dummy ingot used in the shake measuring method and apparatus of the present invention is an assembly type in which the whole is divided into a plurality of small blocks, and the neck process, crown process, body process and tail process of the actually manufactured ingot are performed. It is desirable to combine the small blocks in accordance with the ingot shape in each process. Further, as the shake detecting means used in the shake measuring apparatus of the present invention, it is desirable to use a laser transmission type sensor capable of detecting the shake width of the dummy ingot in a non-contact manner.
[0009]
In the case of the above configuration, a dummy ingot is used instead of an actually manufactured ingot, and the horizontal deflection width of the ingot is accurately measured and recorded as numerical data, and the necessary runout of the ingot is calculated from this measurement data. Characteristics can be obtained. For this reason, center alignment of the seed wire can be performed easily and accurately, and a high-quality ingot can be manufactured.
[0010]
In addition, when an assembly type that is divided into a plurality of small blocks is used as a dummy ingot, it is adapted to the ingot shape in each of the neck process, crown process, body process and tail process of the actually manufactured ingot. By combining the small blocks, it is possible to obtain run-out characteristics in each process as the ingot grows, and it is possible to manufacture a higher quality ingot.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 show an embodiment of an ingot shake measuring apparatus according to the present invention. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the main structure of the embodiment, and FIG. 2 is a plan view thereof.
[0012]
In the figure, reference numeral 1 denotes a pull head portion of a silicon CZ type semiconductor single crystal pulling apparatus, and a seed wire 2 passes through a rotation drive shaft cylinder 1a of the pull head portion 1 to a wire pulling mechanism 1b in the pull head portion 1. It is connected and slowly pulled up at a predetermined speed, and by rotating the pull head unit 1 by a wire rotation mechanism unit composed of a servo driver 3, a servo motor 4 and a rotary encoder 5, the seed wire 2 is predetermined. It is configured to rotate slowly at a speed of.
[0013]
A seed chuck 6 is attached to the tip of the seed wire 2, and a dummy head 7 for measuring the swing characteristics of the ingot is suspended from the seed chuck 6.
[0014]
Reference numeral 8 in the figure denotes a crucible portion of a CZ-type silicon single crystal pulling apparatus, and a quartz glass crucible body, a silicon melting heater 9, a heat insulating material 10, and a crucible frame, not shown from the inside. A body 11 and the like are arranged. A sensor mounting jig 13 is detachably mounted and fixed on the top surface portion of the heat insulating material 10, and the swing width of the dummy ingot 7 that is rotated by being suspended by the seed wire 2 is attached to the sensor mounting jig 13. A laser light emitting element 12a and a laser light receiving element 12b of the laser transmission type sensor 12 for detection are assembled.
[0015]
The sensor mounting jig 13 is composed of a rectangular frame member 13a (see FIG. 2) surrounding the dummy ingot 7, and the left and right vertical pieces 13b and 13c are suspended from the lower surface of the frame member 13a. The laser light emitting element 12a and the laser light receiving element 12b are attached by feed screw mechanisms 13d and 13e so that their positions can be adjusted in the arrow direction. The feed screw mechanisms 13d and 13e are scaled with scales 13f and 13g so that the position can be accurately adjusted.
[0016]
Reference numeral 12c in the figure denotes a laser drive control unit that drives the laser light emitting element 12a to emit laser light L, and is a dummy ingot based on a change in the amount of laser light L received by the laser light receiving element 12b. 7 is a circuit for detecting a swing width of 7. The laser drive control unit 12c, the laser light emitting element 12a, and the laser light receiving element 12b constitute a so-called laser transmission sensor 12.
[0017]
Reference numeral 14 in the figure denotes a data collection / analysis unit configured from a personal computer or the like, which collects and records the amplitude data of the dummy ingot 7 detected by the laser transmission sensor 12, A predetermined runout characteristic of the ingot is analyzed based on the collected runout data. Reference numeral 15 denotes a display unit composed of a printer, a monitor, and the like, which outputs and displays the ingot shake characteristics generated by the data collection / analysis unit 14 in a predetermined method and format.
[0018]
3 and 4 show the detailed structure of the dummy ingot 7 suspended from the seed wire 2. 3 is a longitudinal sectional view of the dummy ingot, and FIG. 4 is a sectional view taken along line AA in FIG. The dummy ingot 7 in the illustrated example is obtained by dividing the entire dummy ingot 7 into a plurality of small blocks 71 to 7n, and these small blocks 71 to 7n are connected and assembled by screw portions 21. As the material of the dummy ingot 7, it is desirable to use aluminum which has a specific gravity close to that of silicon, is excellent in workability and strength, and is not so expensive. Aluminum has a specific gravity slightly higher than that of silicon, so it is smaller than actual silicon ingots. The shape and weight of aluminum is the same as that of actually manufactured silicon ingots, and alumite treatment is applied to the surface to prevent corrosion. It is desirable to do so. Furthermore, in order to ensure safety and to enable one person to work, it is desirable to divide so that one block is 10 kg or less.
[0019]
In this way, by making the dummy ingot 7 an assembly type composed of small blocks 71 to 7n, the shape is almost the same as the silicon ingot in each actual single crystal pulling process (neck process, crown process, body process and tail process). In addition, it is possible to easily make a dummy ingot having a weight, and it is possible to measure the vibration characteristics in a state extremely close to a silicon ingot actually manufactured.
[0020]
The two small holes 22 formed in the outer peripheral surfaces of the small blocks 71 to 7n are holes for inserting a handle 23 for turning and screwing the small blocks during assembly. Further, it is more preferable to attach a dummy neck portion 24 and a dummy seed crystal portion 25 to the crown portion constituted by the uppermost small block 71.
[0021]
Next, the ingot runout measurement operation in the above apparatus will be described.
First, prior to the start of measurement, the laser mounting jig 13 to which the laser light emitting element 12a and the laser light receiving element 12b are mounted is placed on the top surface portion of the heat insulating material 13 of the crucible portion 8 and set at a fixed position. Input / output terminals of the light emitting element 12a and the laser light receiving element 12b are connected to the laser drive control unit 12c.
[0022]
On the other hand, by combining and connecting the small blocks 71 to 7n of the dummy ingot 7 shown in FIG. 7, a dummy ingot having the same shape as that of the ingot in the pulling process intended for measurement is created. For example, when it is desired to measure the run-out characteristics of the body process during the pulling process, the small block 71 constituting the crown part and some of the small blocks 72 to 7n-1 constituting the body part are combined, and FIG. A dummy ingot 7 having the same shape as the ingot in the actual body process as shown is created.
[0023]
After the dummy ingot 7 thus created is attached to the seed chuck 6 at the tip of the seed wire 2 and suspended, the wire pulling mechanism portion 1b of the pull head portion 1 is driven to unwind the seed wire 2 and dummy As shown in FIG. 1, the ingot 7 is lowered and set so that the vibration measurement portion of the outer periphery of the dummy ingot 7 is positioned between the laser light emitting element 12a and the laser light receiving element 12b.
[0024]
Next, by operating the feed screw mechanisms 13d and 13e while looking at the scales 13f and 13g and adjusting the positions of the laser light emitting element 12a and the laser light receiving element 12b in the arrow direction, the outer peripheral portion of the dummy ingot 7 is irradiated with the laser light L. Set to block some, for example, about half. In addition, in order to perform this positioning easily, it is preferable that the planar view width | variety of the laser beam L shall be 10 mm or more. With such a laser beam width, an error in the set position of about 2 to 3 mm does not affect the measurement.
[0025]
After the dummy ingot 7, the laser light emitting element 12 a and the laser light receiving element 12 b are set at predetermined positions as described above, the seed wire 2 is attached by the wire rotating mechanism unit including the servo driver 3, the servo motor 4, and the rotary encoder 5. Rotation is started at a predetermined speed (5 to 25 rpm), and measurement of ingot runout characteristics is started.
[0026]
When the seed wire 2 rotates and the dummy ingot 7 suspended from the tip thereof starts to rotate and cannot swing in the horizontal direction, the light shielding amount of the laser light L by the dummy ingot 7 is always constant, and the laser light receiving element The amount of light received by 12b does not change.
[0027]
On the other hand, when the seed wire 2 rotates and the dummy ingot 7 suspended from the tip thereof starts to rotate and shakes in the horizontal direction, the amount of light received by the laser light receiving element 12b changes. This change in the amount of received light is proportional to the amount of shake of the dummy ingot 7, and the amount of shake of the dummy ingot 7, that is, the amount of deviation of the axis of the seed wire 2 can be detected from the change in the amount of received light.
[0028]
The light reception signal indicating the amount of shake of the dummy ingot 7 received by the laser light receiving element 12b is sent to the data collection / analysis unit 14 configured by a personal computer or the like via the laser drive control unit 12c, and the shake width of the dummy ingot 7 is transmitted. Data is sequentially sampled and collected and recorded.
[0029]
The data collection / analysis unit 14 uses the collected amplitude data of the dummy ingot 7 to generate a graph showing the relationship between the time and the deviation from the reference value (center position), for example, as shown in FIG. Further, using the rotational position information of the seed wire 2 that is generated and sent via the servo driver 3, if necessary, the change in the rotation time of each rotation of the seed wire as shown in FIG. And a graph showing a change in rotation time for each angle in one rotation of the seed wire as shown in FIG.
[0030]
The graph data generated by the data collection / analysis unit 14 is sent to the display unit 15 and printed by a printer or displayed on a monitor screen. By measuring the printed characteristic graph or the characteristic graph displayed on the monitor screen, the measurer can numerically accurately determine the amount of deviation between the rotation axis of the seed wire 2 and the rotation axis of the crucible portion 8. Can know. Therefore, accurate center alignment of the seed wire 2 can be realized, and a high-quality single crystal can be manufactured.
[0031]
In the above description, the dummy ingot 7 is assembled in the same shape as the actual ingot in the body process and the runout characteristic in the body process is measured. However, as shown in FIG. As shown in FIG. 8 (b), if assembled in the same shape as the Dale process, the run-out characteristics in the tail process can be measured. It is possible to measure the run-out characteristics of the ingot in each process as the crystal grows.
[0032]
In the case of the above embodiment, the assembly type dummy ingot 7 as shown in FIG. 3 is used. However, as shown in FIGS. 9A to 9C, for example, as shown in FIGS. A dedicated dummy ingot 7 having the same shape as the ingot shape in each of the process, body process, and tail process is individually created, and the run-out characteristics are measured using a dedicated dummy ingot for each process. Is also good.
[0033]
Further, the material of the dummy ingot 7 is not limited to the above-described aluminum, and silicon itself may be used. Furthermore, if the specific gravity is close to that of silicon, other materials such as synthetic resin may be used. Is possible.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the method and apparatus of the present invention, the deflection width of the ingot can be accurately measured numerically, so that the deviation of the rotational axis of the seed wire can be accurately and objectively determined. . For this reason, center alignment of the seed wire can be performed accurately, and a high-quality ingot can be manufactured.
[0035]
Also, by using an assembly-type dummy ingot that is divided into a plurality of small blocks and combining these small blocks, a dummy ingot having the same shape as each step of the actually manufactured ingot can be easily made. Since it was made possible, it becomes possible to individually measure the run-out characteristics in each process as the ingot grows. For this reason, in any process, the runout can be managed, and an ingot with more stable quality can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the structure of an essential part of an embodiment of an ingot shake measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the embodiment.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a dummy ingot.
4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between time and a deviation amount from a reference value (center position) of a seed wire.
FIG. 6 is a graph showing a change in rotation time for each rotation of the seed wire.
FIG. 7 is a graph showing changes in rotation time for each angle in one rotation of the seed wire.
FIGS. 8A and 8B are explanatory views of a method for measuring shake characteristics in the crown process, and FIG. 8B are explanatory views of a method for measuring shake characteristics in the tail process. FIGS.
FIGS. 9A and 9B show another example of the structure of a dummy ingot, FIG. 9A shows an example of a dummy ingot dedicated to the crown process, FIG. 9B shows an example of a dummy ingot dedicated to the body process, and FIG. It is a figure which shows the example of the dummy ingot only for a tail process.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pull head part 2 Seed wire 3 Servo driver 4 Servo motor 5 Rotary encoder 6 Seed chuck 7 Dummy ingots 71-7n Small block 8 Crucible part 12 Laser type transmission sensor 12a Laser light emitting element 12b Laser light receiving element 12c Laser drive control part 13 Laser Mounting jig 14 Data collection / analysis unit 14 Display unit

Claims (2)

プルヘッド部に繋がれたシードワイヤを所定の回転速度で回転させながら所定の速度で引き上げていくようにしたCZ式半導体単結晶引上装置のためのインゴットの振れ測定方法であって、
実際に製造されるインゴットとほぼ同一形状ならびに同一重さからなり、実際に製造されるインゴットのネック工程、クラウン工程、ボディ工程およびテール工程の各工程におけるインゴット形状に合わせて形成されたダミーインゴットを前記シードワイヤの先端に吊り下げ、
CZ式半導体単結晶引上装置のプルヘッド部のワイヤ回転機構部によってシードワイヤを所定の速度で回転させながら、該回転するダミーインゴットの水平方向の振れ幅を、レーザ光が前記ダミーインゴットの外周部の一部により遮られるように位置調整されたレーザ発光素子とレーザ受光素子とを用いて検出し、
該得られたダミーインゴットの振れ幅からインゴットの振れ特性を求めることを特徴とするインゴットの振れ測定方法。
An ingot runout measurement method for a CZ type semiconductor single crystal pulling apparatus, wherein a seed wire connected to a pull head is pulled up at a predetermined speed while rotating at a predetermined rotational speed,
A dummy ingot that has almost the same shape and weight as the actually manufactured ingot, and is formed according to the ingot shape in the neck process, crown process, body process, and tail process of the actually manufactured ingot. Hanging on the tip of the seed wire,
While rotating the seed wire at a predetermined speed by the wire rotation mechanism part of the pull head part of the CZ type semiconductor single crystal pulling apparatus , the laser beam is set to the outer circumference of the dummy ingot. Detect using a laser light emitting element and a laser light receiving element whose position is adjusted to be blocked by a part of
An ingot runout measuring method, characterized in that a runout characteristic of an ingot is obtained from a runout width of the obtained dummy ingot.
プルヘッド部に繋がれたシードワイヤを所定の回転速度で回転させながら所定の速度で引き上げていくようにしたCZ式半導体単結晶引上装置のためのインゴットの振れ測定装置であって、
前記シードワイヤの先端に吊り下げるための実際のインゴットとほぼ同一形状ならびに同一重さからなり、実際に製造されるインゴットのネック工程、クラウン工程、ボディ工程およびテール工程の各工程におけるインゴット形状に合わせて形成されたダミーインゴットと、
るつぼ部に設置され、前記ダミーインゴットの水平方向の振れ幅を、レーザ光が前記ダミーインゴットの外周部の一部により遮られるように位置調整されたレーザ発光素子とレーザ受光素子とを用いて検知する振れ検出手段と、
該振れ検出手段の位置調整を行なう位置調整手段と、
前記振れ検出手段によって検出されたダミーインゴットの振れ幅データを収集し、該収集した振れ幅データからインゴットの所定の振れ特性を生成するデータ収集・分析手段と、
該データ収集・分析手段で得られたインゴットの振れ特性を所定の方法ならびに形式で出力する表示手段とを備えたことを特徴とするインゴットの振れ測定装置。
An ingot runout measurement apparatus for a CZ type semiconductor single crystal pulling apparatus configured to pull up a seed wire connected to a pull head portion at a predetermined speed while rotating at a predetermined rotational speed,
It has almost the same shape and weight as the actual ingot to be hung on the tip of the seed wire, and it matches the ingot shape in the neck process, crown process, body process and tail process of the actually manufactured ingot. A dummy ingot formed by
Installed in a crucible portion, the horizontal swing width of the dummy ingot is detected using a laser light emitting element and a laser light receiving element whose positions are adjusted so that the laser light is blocked by a part of the outer periphery of the dummy ingot. Shake detection means for
Position adjusting means for adjusting the position of the shake detecting means;
Data collection / analysis means for collecting the fluctuation data of the dummy ingot detected by the shake detection means, and generating a predetermined vibration characteristic of the ingot from the collected fluctuation data;
An ingot shake measuring apparatus comprising: a display means for outputting the shake characteristics of the ingot obtained by the data collection / analysis means in a predetermined method and format.
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