JP4351976B2 - Seed crystal holding device and silicon single crystal pulling method using the same - Google Patents
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Description
この発明は、チョクラルスキー法で結晶を融液から引き上げる際に使用される種結晶保持装置及びそれを用いたシリコン単結晶引上方法に関する。 The present invention relates to a seed crystal holding device used when pulling up a crystal from a melt by the Czochralski method and a silicon single crystal pulling method using the seed crystal holding device.
チョクラルスキー法(CZ法)によるシリコン単結晶の育成は、石英ルツボに原料となるポリシリコンを入れ、加熱溶融し、このシリコン融液表面に種結晶を浸漬した後、これを徐々に引き上げてシリコン単結晶を成長させることにより行なわれる。 The growth of a silicon single crystal by the Czochralski method (CZ method) is performed by putting polysilicon as a raw material in a quartz crucible, heating and melting it, immersing a seed crystal in the surface of this silicon melt, and then gradually pulling it up. This is done by growing a silicon single crystal.
その際、種結晶は液面に正確な鉛直方向を保ちながら、液面に接触することが重要である。種結晶が液面に傾いて接触していると単結晶化率の減少の大きな要因となる。更に、次第に加重の掛かる種結晶によりホルダの接触部で応力の不均一が増加してしまい、シリコン単結晶の成長工程で種結晶が破損し落下してしまうという事故が起きていた。このため、上記問題を解決する種結晶支持方法あるいは支持装置について数多く提案されている。 At that time, it is important that the seed crystal is in contact with the liquid surface while maintaining an accurate vertical direction on the liquid surface. If the seed crystal is in contact with the liquid surface at an angle, it will be a major factor in reducing the single crystallization rate. Furthermore, the seed crystal under load gradually increases the non-uniformity of stress at the contact portion of the holder, causing an accident that the seed crystal is broken and dropped during the growth process of the silicon single crystal. For this reason, many seed crystal support methods or support devices that solve the above problems have been proposed.
従来多く用いられてきた種結晶支持方法は、種結晶中心軸上に孔を開け、支持ピンでホルダの孔と種結晶の孔に挿入し、種結晶を支持する方法であった。しかしながら、最近は単結晶の径が大きくなり、重量も増加している。その結果、種結晶先端への単結晶成長による重量増加によって単結晶成長工程または単結晶冷却工程中に、種結晶中心軸の孔部に荷重による応力が集中して、種結晶が破損し落下してしまうという事故が生じていた。 The seed crystal support method that has been widely used heretofore is a method of supporting a seed crystal by making a hole on the center axis of the seed crystal and inserting it into the hole of the holder and the hole of the seed crystal with a support pin. However, recently, the diameter of single crystals has increased and the weight has increased. As a result, due to the increase in weight due to the growth of the single crystal at the tip of the seed crystal, the stress due to the load concentrates in the hole of the central axis of the seed crystal during the single crystal growth process or the single crystal cooling process, and the seed crystal breaks and falls. There was an accident.
そこで、この問題を解決すべく支持ピン方法以外の種結晶支持装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In order to solve this problem, a seed crystal support device other than the support pin method has been proposed (for example, see Patent Document 1).
その一例として、特許文献1には第4頁の図1に示す単結晶引上装置が提案されている。
As an example,
第5頁の図3に示すように、テーパ面18を有する保持リング15を嵌着したホルダ7の内部に種結晶8を挿入し、テーパ面18と種結晶8の最小径部22とが接触し、保持リング15に種結晶8が支持される。このようにテーパ面で接触するために応力が分散され、大きな接触面で種結晶8が設定位置に安定支持される。
ところで、この特許文献1に示された種結晶支持装置にあっては、種結晶および保持リング内周面テーパ部の現実的な加工精度を考慮し、種々の径をもつ種結晶に対する適応性を上げるために、保持リング内周面テーパ部は上方に向かって傾斜角度が大きくなる朝顔状テーパ面を形成することが好ましいとされている。
By the way, in the seed crystal support device shown in
しかしながら、上方に向かって傾斜角度が大きくなる朝顔状テーパ付き内周面の場合には、種々の径をもつ種結晶との接触は良好になるが、と同時に、その自由度・柔軟性の増加によって、種結晶が傾く頻度も増加してしまい、その結果として、種結晶の傾斜に起因する応力集中が育成中のシリコン単結晶の落下を招いていた。 However, in the case of a morning glory-shaped tapered inner peripheral surface whose inclination angle increases upward, contact with seed crystals having various diameters is improved, but at the same time, the degree of freedom and flexibility are increased. As a result, the frequency at which the seed crystal tilts also increases, and as a result, the stress concentration caused by the tilt of the seed crystal causes the silicon single crystal being grown to fall.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、大重量の単結晶引上げに対応できるように、単結晶支持部にかかる応力を分散させることによって種結晶の破損を防止し、種結晶の中心軸が容易にセットできる種結晶支持装置及びそれを用いたシリコン単結晶引上方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and prevents damage to the seed crystal by dispersing the stress applied to the single crystal support so as to cope with the pulling of a large single crystal. It is an object of the present invention to provide a seed crystal support device in which a central axis of a crystal can be easily set and a silicon single crystal pulling method using the seed crystal support device.
本発明の一態様によれば、径大部から径小部にかけてテーパ部を形成してなるシリコン単結晶引上用の種結晶保持装置であって、前記種結晶が挿通可能で、前記種結晶のテーパ部で面接触するように一端側が縮径された円筒体で、他端側にフランジ部が形成され、外周部にネジが形成された下部ホルダと、前記種結晶の径大部を挿通し、前記下部ホルダのフランジ部に載置される略円錐台形のリング体と、結晶引上用ワイヤと連結する連結部を有し、この連結部と連なる略断面ハ字形のフード体を成し、このフード体の内周壁で前記リング体の錐面に接し、フード体の縁近傍に前記下部ホルダと螺嵌するネジが形成された上部ホルダと、から成ることを特徴とする種結晶保持装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a seed crystal holding device for pulling a silicon single crystal formed by forming a tapered portion from a large diameter portion to a small diameter portion, wherein the seed crystal can be inserted, and the seed crystal A cylindrical body whose one end is reduced in diameter so as to come into surface contact with the taper portion of the lower portion, a flange portion is formed on the other end side, and a screw is formed on the outer peripheral portion, and a large diameter portion of the seed crystal is inserted. And a substantially frustoconical ring body placed on the flange portion of the lower holder, and a connecting portion connected to the crystal pulling wire, and a hood body having a substantially cross-sectional C shape connected to the connecting portion. A seed crystal holding device comprising: an upper holder that is in contact with the conical surface of the ring body at an inner peripheral wall of the hood body, and is formed with a screw that is screwed into the lower holder in the vicinity of the edge of the hood body. Is provided.
また、本発明の別の一態様によれば、径大部から径小部にかけてテーパ部を形成してなるシリコン単結晶引上用の種結晶保持装置であって、前記種結晶を挿通可能なる円筒体で、径大部、第1の縮径部、径小部、第2の縮径部が続いて成り、径大部の一端部内周にはネジが形成され、第2の縮径部で前記種結晶のテーパ部に面接触する下部ホルダと、前記種結晶の径大部を挿通し、前記下部ホルダの第1の縮径部内に位置して接するように形成された略円錐台形のリング体と、前記種結晶の径大部を挿入可能な有底円筒体で、一端部に前記リング体の錐面を前記第1の縮径部に押し付けるためのフランジ部を有し、フランジ部から離間した外周に下部ホルダと螺嵌するネジが形成され、結晶引上用ワイヤと連結する連結部が形成された上部ホルダと、から成ることを特徴とする種結晶保持装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a seed crystal holding device for pulling a silicon single crystal formed by forming a tapered portion from a large diameter portion to a small diameter portion, and the seed crystal can be inserted. The cylindrical body is composed of a large-diameter portion, a first reduced-diameter portion, a small-diameter portion, and a second reduced-diameter portion. A screw is formed on the inner periphery of one end of the large-diameter portion, and the second reduced-diameter portion. And a lower holder that is in surface contact with the tapered portion of the seed crystal, and a substantially frustoconical shape that is formed so as to pass through the large-diameter portion of the seed crystal and to be positioned and in contact with the first reduced diameter portion of the lower holder. A ring body and a bottomed cylindrical body into which the large-diameter portion of the seed crystal can be inserted, and having a flange portion for pressing the conical surface of the ring body against the first reduced diameter portion at one end; A screw that is screwed to the lower holder is formed on the outer periphery spaced from the upper holder, and a connecting portion that is connected to the crystal pulling wire is formed. Seed crystal holding device, characterized in that it consists of and da, is provided.
また、本発明の別の一態様によれば、径大部から径小部にかけてテーパ部を形成してなるシリコン結晶引上用の種結晶保持装置であって、前記種結晶が挿通可能で、前記種結晶のテーパ部で面接触するように一端側が縮径された円筒体で、他端側にフランジ部が形成され、外周部にネジが形成された下部ホルダと、前記種結晶の径大部を挿通し、前記下部ホルダのフランジ部に載置される略円錐台形のリング体と、結晶引上用ワイヤと連結する連結部を有し、この連結部と連なる略断面ハ字形のフード体を成し、このフード体の内周壁で前記リング体の錐面に接し、フード体の縁近傍に前記下部ホルダと螺嵌するネジが形成された上部ホルダと、から成る種結晶保持装置を用い、シリコン融液に種結晶を接触させシリコン単結晶を成長させることを特徴とするシリコン単結晶引上方法が提供される。 Further, according to another aspect of the present invention, the seed crystal holding device for pulling silicon crystal formed by forming a tapered portion from the large diameter portion to the small diameter portion, the seed crystal can be inserted, A cylindrical body whose one end is reduced in diameter so as to come into surface contact with the tapered portion of the seed crystal, a flange portion is formed on the other end side, and a screw is formed on the outer periphery, and a large diameter of the seed crystal A substantially frustoconical ring body that is inserted in the flange portion of the lower holder and a connecting portion that is connected to the crystal pulling wire, and a hood body that has a substantially cross-sectional shape and is connected to the connecting portion. And an upper holder that is in contact with the conical surface of the ring body at the inner peripheral wall of the hood body and is formed with a screw that is screwed into the lower holder in the vicinity of the edge of the hood body. , Grow a silicon single crystal by bringing a seed crystal into contact with the silicon melt Pulling a silicon single crystal wherein the door is provided.
本発明にかかる種結晶保持装置によれば、単結晶支持部にかかる応力を分散させ、種結晶の破損を防止し、かつ、種結晶の中心軸傾斜ズレが修正できるので、大重量の単結晶引上げに対応でき単結晶の歩留りを向上させることができる。 According to the seed crystal holding device of the present invention, the stress applied to the single crystal support is dispersed, the seed crystal is prevented from being damaged, and the center crystal tilt deviation of the seed crystal can be corrected. It can handle pulling and can improve the yield of single crystals.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の実施形態に係る種結晶保持装置の構成を示す略断面図である。本発明の実施形態に係る種結晶保持装置が保持する種結晶は、径の大きな径大部から径の小さな径小部にかけてテーパ部5が形成されている。図1において、種結晶保持装置は大別すると上部ホルダ1と下部ホルダ2とに分割されている。これら上部ホルダ1と下部ホルダ2とはいずれも略円筒状形状で、ネジ結合で嵌め込むことが可能となっている。下部ホルダ2は、上記した種結晶3が挿通可能で、種結晶3のテーパ部5で面接触するように一端側が縮径され、すぼまった形状を呈している。下部ホルダ2の他端側(図1では、上方側)にはフランジ部2aが形成されている。下部ホルダ2の外周部には、ネジ2bが形成されている。また、上部ホルダ1の上部は先細り形状となっており、結晶引上用ワイヤ7と連結する連結部1aを有している。上部ホルダ1は、連結部1aと連なる略断面ハ字形のフード体1bを成しており、このフード体1bの内周壁は図1に示すように傾斜面を有している。さらに、フード体1bの縁近傍には、上記したネジ1cが形成されている。また、種結晶保持装置は上記種結晶3の中心軸を鉛直方向に導く為、保持リング6を備えている。保持リング6は上記種結晶3の径大部を挿通し、下部ホルダ2のフランジ部2aに載置されるもので、略円錐台形を呈している。図1(d)に示すように、保持リング6は3つの小片に分割されている。尚、小片の数は3に限られず、2以上であればよい。この保持リング6の外周部傾斜面と、上部ホルダ1の上部内周傾斜面とはほぼ同等の傾斜角を有している。このような構成になっているので、上部ホルダ1と下部ホルダ2とが嵌合するに従い、保持リング6の外周部傾斜面が上部ホルダ1の上部内周傾斜面に圧着され、上記種結晶3の中心軸を鉛直方向に導く。なお、保持リング6は分割体の方が種結晶径の多少のバラツキに対して自由度を持たせることができ、また、圧着の際に移動が容易となり好ましい。また、上部ホルダ1と下部ホルダ2と接合はネジ結合が圧着の度合いを調節し易く好ましいが、他の接合法を用いることができることはいうまでもない。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a seed crystal holding device according to an embodiment of the present invention. In the seed crystal held by the seed crystal holding device according to the embodiment of the present invention, a
また、本発明の別の一実施形態を図2により説明する。図2に示すように、種結晶保持装置は大別すると、上部ホルダ1と下部ホルダ2とに分割されている。これら上部ホルダ1と下部ホルダ2とはいずれも筒状形状で、ネジ結合で嵌め込むことが可能となっている。下部ホルダ2は上記種結晶3を挿通可能な円筒体で、径大部2a、第1の縮径部2b、径小部2c、第2の縮径部2dが続いて成り、径大部2aの一端部内周にはネジ2eが形成され、第2の縮径部2dで上記種結晶3のテーパ部5に面接触するように形成されている。また、上部ホルダ1は上記種結晶3の径大部を挿入可能な有底円筒体で、一端部に後述する保持リング6の錐面を上記第1の縮径部2bに押し付けるためのフランジ部1bを有し、フランジ部1bから離間した外周に下部ホルダ2と螺嵌するネジ1cが形成され、結晶引上用ワイヤ7と連結する連結部1aが形成されている。保持リング6は、上記種結晶3の径大部を挿通し、上記下部ホルダ2の第1の縮径部2b内に位置して接するように略円錐台の形に形成されている。
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the seed crystal holding device is roughly divided into an
この保持リング6の外周部傾斜と、下部ホルダ2の第1の縮径部2b内周傾斜とはほぼ同等の傾斜角を有している。このような構成になっているので、上部ホルダ1と下部ホルダ2とが嵌合するに従い、保持リング6の外周部傾斜面が下部ホルダ2の上端テーパ面に圧着され、上記種結晶3の中心軸を鉛直方向に導く。なお、保持リング6は分割体の方が種結晶径の多少のバラツキに対して自由度を持たせることができ、また、圧着の際に移動が容易となり好ましい。
The inclination of the outer peripheral portion of the holding
さらに、本発明の別の一実施形態を図3により説明する。図3に示すように、保持リング6と上下ホルダに囲まれている上記種結晶3の径大部の周りに緩衝材8を介在させている。保持リング6と種結晶3が直接接触しないので、高温下での熱膨張による種結晶3の破損が防止できるとともに、保持リング6の外周部傾斜面が上部ホルダ1の上端テーパ面に圧着される際に、上記種結晶3の中心軸を鉛直方向に導くのが容易となる。
Furthermore, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, a
次に、本発明の一実施形態に係る種結晶保持装置のセット方法を図1(b)、(c)に従い詳しく説明する。 Next, a method for setting a seed crystal holding device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
まず、上記種結晶3を筒状の下部ホルダ2の内部へ挿入する。この時点では上記種結晶3は種結晶テーパ部5と下部ホルダ2のテーパ部4とが接触することによって保持されるが、上記種結晶3の中心軸は傾き易い傾向がある。次に、下部ホルダ2の上端に保持リング6を径細部が上方になるように設置する。この状態で下部ホルダ2を上部ホルダ1の内部へネジ溝でねじ込んでいくと、保持リング6の外周傾斜部が上部ホルダ1の上部内周面と接触することで保持リング6が内側に押し出されていき、この保持リング6と上記種結晶3とが接触することで上記種結晶3の中心軸のズレが次第に補正されていくこととなる。
First, the
下部ホルダ2を上部ホルダ1へねじ込むことが出来なくなるまでねじ込むと、この時点で保持リング6と上部ホルダ1の上部内周面および上記種結晶3とがほぼ接触しており、それによって上記種結晶3の中心軸のズレが修正されている。
When the
種結晶の径大部がφ30mm,径小部φ20mm,傾斜部長さ30mmについて、従来のテーパ面接触支持方法による種結晶支持治具と本発明の実施形態に係る種結晶支持装置とを使用して比較した。 For a seed crystal having a large diameter portion of φ30 mm, a small diameter portion of φ20 mm, and an inclined portion length of 30 mm, the seed crystal support jig according to the conventional taper surface contact support method and the seed crystal support device according to the embodiment of the present invention are used. Compared.
比較例として曲率を有する傾斜部のみで支持する場合、種結晶の加工状態の個人差や取り付けごとの程度の差はあるものの、種結晶支持治具中心軸に対して最大2°の種結晶中心軸ズレが認められた。 As a comparative example, when supporting only with an inclined portion having a curvature, the seed crystal center of 2 ° at the maximum with respect to the center axis of the seed crystal support jig, although there are individual differences in the processing state of the seed crystal and differences in the degree of attachment. Axial misalignment was observed.
これに対し、本発明の実施形態に係る種結晶支持装置では最大0.4°の傾斜で収まっていた。 On the other hand, in the seed crystal support device according to the embodiment of the present invention, the maximum tilt was 0.4 °.
本発明は上記した実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention. Needless to say.
1・・・上部ホルダ、 2・・・下部ホルダ、 3・・・種結晶、 4・・・テーパ部、
5・・・テーパ部、 6・・・保持リング、 7・・・引上ワイヤ、8・・・緩衝材。
DESCRIPTION OF
5 ... Tapered portion, 6 ... Retaining ring, 7 ... Pull-up wire, 8 ... Buffer material.
Claims (5)
前記種結晶が挿通可能で、前記種結晶のテーパ部で面接触するように一端側が縮径された円筒体で、他端側にフランジ部が形成され、外周部にネジが形成された下部ホルダと、
前記種結晶の径大部を挿通し、前記下部ホルダのフランジ部に載置される略円錐台形のリング体と、
結晶引上用ワイヤと連結する連結部を有し、この連結部と連なる略断面ハ字形のフード体を成し、このフード体の内周壁で前記リング体の錐面に接し、フード体の縁近傍に前記下部ホルダと螺嵌するネジが形成された上部ホルダと、から成ることを特徴とする種結晶保持装置。 A seed crystal holding device for pulling a silicon single crystal formed by forming a tapered portion from a large diameter portion to a small diameter portion,
A lower holder in which the seed crystal can be inserted, a cylindrical body whose one end is reduced in diameter so as to come into surface contact with the tapered portion of the seed crystal, a flange is formed on the other end, and a screw is formed on the outer periphery When,
A substantially frustoconical ring body that is inserted through the large diameter portion of the seed crystal and placed on the flange portion of the lower holder;
A hood body having a substantially cross-sectional C-shape that is connected to the crystal pulling wire, and is in contact with the conical surface of the ring body at the inner peripheral wall of the hood body; A seed crystal holding device comprising: an upper holder formed with a screw to be screwed into the lower holder in the vicinity thereof.
前記種結晶を挿通可能なる円筒体で、径大部、第1の縮径部、径小部、第2の縮径部が続いて成り、径大部の一端部内周にはネジが形成され、第2の縮径部で前記種結晶のテーパ部に面接触する下部ホルダと、
前記種結晶の径大部を挿通し、前記下部ホルダの第1の縮径部内に位置して接するように形成された略円錐台形のリング体と、
前記種結晶の径大部を挿入可能な有底円筒体で、一端部に前記リング体の錐面を前記第1の縮径部に押し付けるためのフランジ部を有し、フランジ部から離間した外周に下部ホルダと螺嵌するネジが形成され、結晶引上用ワイヤと連結する連結部が形成された上部ホルダと、から成ることを特徴とする種結晶保持装置。 A seed crystal holding device for pulling a silicon single crystal formed by forming a tapered portion from a large diameter portion to a small diameter portion,
A cylindrical body through which the seed crystal can be inserted, comprising a large-diameter portion, a first reduced-diameter portion, a small-diameter portion, and a second reduced-diameter portion, and a screw is formed on the inner periphery of one end portion of the large-diameter portion. A lower holder in surface contact with the tapered portion of the seed crystal at the second reduced diameter portion;
A substantially frustoconical ring body formed so as to pass through the large-diameter portion of the seed crystal and to be positioned and in contact with the first reduced-diameter portion of the lower holder;
A bottomed cylindrical body into which the large-diameter portion of the seed crystal can be inserted, an outer periphery having a flange portion for pressing the conical surface of the ring body against the first reduced-diameter portion at one end portion and spaced from the flange portion A seed crystal holding device comprising: an upper holder formed with a screw to be screwed to the lower holder, and an upper holder formed with a connecting portion connected to a crystal pulling wire.
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