JP4386551B2 - Single crystal manufacturing equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、融液状態の原料から単結晶を成長する単結晶製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
VLSI(Very large scale integrated circuit)用基板ウェーハ等としてシリコンの単結晶が主に用いられている。このように、半導体材料は単結晶の状態で用いられることが多く、半導体技術の発展には、単結晶製造技術を欠くことはできない。結晶成長には、大別して気相から固相、液相から固相、固相から固相の3種類の成長機構がある。これらの成長機構のうち、液相から固相への成長機構を利用した単結晶製造法として、CZ法(Czochralski method)やFZ法(Floating zone method)、TSFZ法(Travelling solvent floating zone method)を挙げることができる。これらの方法では、融液状態の原料界面に、種結晶と呼ばれる所定の方位の単結晶を接触し、この種結晶を核として単結晶を成長する。
【0003】
FZ法、TSFZ法に用いられる単結晶成長炉では、上側に設けられた上主軸に結晶原料棒が保持され、下側に設けられた下主軸に種結晶が保持される。上主軸に保持された結晶原料棒には高周波コイルや赤外線集中加熱装置などにより溶融帯が形成される。下主軸に保持された種結晶は、下主軸により回転及び上下移動され、結晶原料棒の溶融帯への接触後、回転しながら徐々に引き下げられ、単結晶が育成される。
【0004】
従来の単結晶製造装置における種結晶の保持方法について、図10を用いて説明する。図10(a)は、従来の単結晶製造装置における種結晶ホルダ部の概略図である。
【0005】
図10(a)に示すように、下主軸108上端には種結晶ホルダ106が螺合されて固定されている。種結晶ホルダ106は、下主軸108との接続部となる支持金具104と、種結晶100を保持するホルダ102とから構成される。
【0006】
通常、ホルダ部102にはアルミナ等の高耐熱セラミックス、支持金具104にはステンレス等の耐熱金属が用いられている。支持金具104のホルダ固定部分は円柱形状をしており、そこにホルダ部102を押し当て白金線110等を巻いて固定する。種結晶100は略円筒状であり、ホルダ102のアルミナ管に押し当て白金線110等を巻いて保持する。
【0007】
結晶育成時には、下主軸108を回転し、種結晶ホルダ106ごと種結晶100を回転する。この状態で、下主軸108を徐々に引き下げていくことにより、単結晶を成長する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の単結晶製造装置では、種結晶100は、下主軸108の回転軸、すなわち種結晶ホルダ106の中心軸に対して結晶軸が完全に一致した状態でセッティングする必要がある。種結晶100の結晶軸が下主軸108の回転軸を完全に一致しない状態で育成を開始すると、種結晶100が温度の低い部分にはみ出すことによって、結晶が垂直方向でなく、温度が低い外周部に向かって突き出し成長を始めることになる。
【0009】
種結晶100の中には、直径が変動したり、くびれたり、テーパー状の形状になっているものもある。このような場合、種結晶100をホルダ102のアルミナ管に押し当てただけでは結晶軸を完全に一致することができない。
【0010】
図10(b)は、従来の単結晶製造装置での種結晶の保持方法を示す拡大断面図である。従来は、図10(b)に示すように、ホルダ102のアルミナ管と種結晶100の間に白金線等のスペーサ112を挟み込むことにより微調整しながら芯を出す作業が行われてきた。しかし、この作業は非常な手間を要し、熟練度も要求されるため、結晶育成の準備作業の作業効率が悪化する原因となっている。また、前述のように、結晶育成の歩留まりを下げる要因ともなっている。
【0011】
上述した従来技術の問題点を解決するために、形状が一定でない種結晶を研削加工して一定の形に整形することも考えられるが、研削加工に伴う汚染の問題がある他、劈開性があったり高脆性の結晶の場合には、加工すること自体が困難である。
【0012】
また、XYステージやゴニオメータ等の調芯機構を主軸部や種結晶ホルダ部に組み込むことができればよいが、結晶育成時は非常に高温となり、焼き付きなどが発生するため、使用することはできない。
【0013】
本発明の目的は、結晶の育成を開始する前の作業の効率を上げ、種結晶の芯出し精度を上げることで結晶育成の歩留まりを向上する単結晶製造装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、単結晶原料を保持する単結晶原料保持具と、前記単結晶原料に溶融帯を形成する加熱手段と、種結晶を保持する種結晶保持具と、前記種結晶保持具を回転して前記種結晶を回転する回転軸とを有し、前記単結晶原料の溶融帯に前記種結晶を接触しながら、前記種結晶を回転して溶融帯から結晶成長する単結晶製造装置であって、前記回転軸の端部と前記種結晶保持具の端部とを球座により結合し、前記回転軸に対する前記種結晶の軸方向を変更する球座構造と、前記回転軸に対して前記種結晶の軸方向を変更した状態で、前記種結晶保持具を固定する固定手段とを有することを特徴とする単結晶製造装置によって達成される。
【0015】
上述した種結晶製造装置において、前記回転軸と同軸に形成されたチャック機構を更に有し、前記チャック機構を閉じて前記種結晶を先端でつかむことにより、前記種結晶上端の中心が芯ぶれしない位置に、前記種結晶保持具の軸方向を変更するようにしてもよい。
【0016】
【発明の実施の形態】
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態による単結晶製造装置の全体構成を図1を用いて説明する。図1は本実施形態による単結晶製造装置の正面図である。
【0017】
本実施形態の単結晶製造装置はFZ法、TSFZ法に用いられる赤外線集中加熱炉である。本実施形態の単結晶製造装置では、透明隔壁下部保持部20及び透明隔壁上部保持部によって、円筒形の透明隔壁18が垂直に固定されている。透明隔壁18内部には、透明隔壁上部保持部24を貫通して上主軸10が、透明隔壁下部保持部20を貫通して下主軸14が配置されている。上主軸10、下主軸14ともに上下移動及び回転が可能である。通常結晶成長時には、透明隔壁下部保持部20の雰囲気ガス入口22からアルゴンや酸素等の気体が透明隔壁18内に導入される。雰囲気ガスの排気は、透明隔壁上部保持部24の雰囲気ガス出口26から行われる。
【0018】
透明隔壁18外部には、赤外線集中加熱装置28が取り付けられている。赤外線集中加熱装置28は、その内部に楕円面鏡29を有している。楕円面鏡29の一方の焦点32は、透明隔壁18内の上主軸10及び下主軸14の中心軸上に位置する。
【0019】
楕円面鏡29の他方の焦点33には、ハロゲンランプ30が置かれ、楕円面鏡29の焦点32に集光し、焦点32における加熱を行うことが可能である。
【0020】
上述した赤外線集中加熱炉において、上主軸10の下端には結晶原料棒12が保持される。下主軸14の上端には種結晶ホルダ部16が固定される。結晶原料棒12上には、赤外線集中加熱装置28の加熱部分である焦点32によって、溶融帯34が形成される。種結晶31は、種結晶ホルダ部16に固定される。種結晶ホルダ部16に保持された種結晶31が、下主軸14によって溶融帯34に接触後回転しながら引き下げられることにより、単結晶の成長が行われる。単結晶の成長過程は、CCDカメラ36によってモニタされる。また、投影スクリーン等を用いて単結晶の成長過程をモニタすることも可能である。
【0021】
次に、本実施形態における種結晶ホルダ部16の詳細について、図2を用いてに説明する。図2は本実施形態による種結晶ホルダ部16の構成について示した概略図である。
【0022】
本実施形態における種結晶ホルダ部16は、下端に球部38が形成された支持棒40と、上面が球状の凹面構造となっている支持金具基部42とを有する。支持金具基部42の球面に支持棒40の球部38をはめ込むことにより球座が構成される。支持棒40は、球部38の中心を支点にして、支持金具基部42に対して、その中心軸の角度を自由に変えることができる。また、支持棒40は、袋ナット44によって支持金具基部42に対して締め付けられ固定される。支持金具基部42は、下部にネジ46を持つ構造となっている。これにより支持金具基部42は下主軸14上端に固定される。
【0023】
次に、本実施形態による単結晶製造装置の種結晶の芯出し作業について、図2及び図3を用いて説明する。図3は、本実施形態における芯出し作業前と作業後の種結晶の状態について示した概略図である。
【0024】
まず、図3(a)に示すように、支持棒40に、従来と同様にして白金線52等によって種結晶ホルダ50を固定する。種結晶31も同様に白金線52等により種結晶ホルダ50に固定する。このときには従来のようにスペーサ等を用いて芯出し作業を行う必要はない。
【0025】
続いて、図2に示すように、支持棒40の球部38を、支持金具基部42の上側の球状の凹面構造にはめ込み、袋ナット44を締めて仮止めする。さらに、支持金具基部42のネジ46により、種結晶ホルダ50を下主軸48に固定する。その後、種結晶31の上端の中心の位置を微調整できるように袋ナット44を少し緩め、球部38の中心を支点にして、その中心軸の角度を少しずつ変えて種結晶ホルダ50を固定した下主軸14又は種結晶ホルダ50を回転する。これにより、図3(b)に示すように、種結晶31上端の中心が芯ぶれしない位置に種結晶31を合わせた後、袋ナット44を締めて確実に固定する。これで種結晶31の芯の位置を合わせる。
【0026】
このように本実施形態によれば、支持金具部に球座を有する種結晶ホルダを用いるため、従来までのようにスペーサで種結晶上端の中心の位置を調整する必要がない。従来までの困難な芯出し作業を行わずにすむため、結晶育成を開始する前段階の作業が効率化される。また、芯出しの精度も上げることができるため、結晶育成の歩留まりを向上することができる。
【0027】
なお、上記実施形態では、支持金具基部42を螺合により下主軸14に固定していたが、図4に示すように、下主軸14に球座を直接形成してもよい。すなわち、支持棒40の球部38を、下主軸14上端に直接形成した球状の凹面構造にはめ込み、袋ナット44により固定してもよい。
【0028】
また、上記実施形態では、種結晶ホルダ50を支持棒40に固定しているが、図5に示すように、支持棒と種結晶ホルダを一体部品54にしてもよい。
【0029】
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態による単結晶製造装置の構成について、図6及び図7を用いて説明する。本実施形態は、上述した第1実施形態による単結晶製造装置における種結晶の芯出し作業を、以下に述べる種結晶の芯を出す治具を用いることにより自動化するものである。
【0030】
図6は、本実施形態の単結晶製造装置の赤外線集中加熱炉58本体に、芯出し装置60を固定した状態を示す断面図である。芯出し装置60は、チャック機構部61と取り付け部63とから構成される。芯出し装置60は、赤外線集中加熱装置28及び透明隔壁18を取り外した赤外線集中加熱炉58に、透明隔壁保持部62を利用して直接固定される。球座を有する種結晶ホルダ具16の周囲ををチャック機構部61のチャック64が囲む。ここで、チャック機構部61の中心軸と、下主軸14の中心軸とは一致するようになっている。
【0031】
次に、図7を用いて、チャック機構部61の構成の詳細について説明する。図7は、芯出し装置60のチャック機構部61の上面図及び断面図である。図7(a)の上面図に示すように、下主軸14の中心軸を中心にチャック64が周囲に配置される。これらのチャック64の上には、調芯用袋ナット68が被せられている。図7(b)の断面図に示すように、取り付け部61上に、チャック支持体62が固定され、チャック支持体62には、バネ66を介してチャック64が取り付けられている。チャック64は外側部がテーパー状になっている。チャック64は、バネ66により上側に押されている。これにより、チャック64の外側テーパー部は、チャック64の上から被さっている調芯用袋ナット68の内面の傾斜に押しつけられている。調芯用袋ナット68は、取り付け部63に対して下方に締まる。
【0032】
続いて、芯出し装置60のチャック機構部61の動作について、図7を用いて説明する。
【0033】
上述したように、チャック64の外側テーパー部は、バネ66により調芯用袋ナット68の内面の傾斜に押しつけられている。したがって、チャック64上部に被さっている調芯用袋ナット68を締めていくと、チャック64は、調芯用袋ナット68によって下方に押さえられ、チャック機構61の中心軸、すなわち、下主軸14の中心軸を中心として徐々に閉じていく。調芯用袋ナット68を緩めると、チャック64は、バネ66により上方に押されているため、チャック機構61の中心軸、すなわち、下主軸14の中心軸を中心に開いていく。本実施形態による芯出し作業は、このようなチャック機構を利用する。
【0034】
次に、このチャック機構61を有する芯出し装置60を用いた芯出し作業の手順を説明する。
【0035】
まず、球座を有する種結晶ホルダ部16に種結晶31を仮止めし、種結晶ホルダ部16を下主軸14に固定する。このとき、球座の動作は自由な状態にしておく。次に、下主軸14を上下させて、種結晶31に対して芯出し装置60のチャック64が当たるように調整する。これにより、チャック64による芯出しが可能となる。
【0036】
この状態で、調芯用ナット68を締めると、チャック68は、チャック機構61の中心軸、すなわち、下主軸14の中心軸を中心にして閉じられていく。種結晶ホルダ部16は球座により自由に動くので、調芯用ナット68を締めていくことにより、種結晶31の中心位置を自動的に下主軸14の中心軸に合わせることができる。そして、最終的にはチャック64により種結晶31が所望の中心位置に固定される。この状態で種結晶ホルダ部16の袋ナット44を締めつけ、球座の角度を固定する。このようにして、芯出し装置60による種結晶31の芯出し作業を終了する。
【0037】
上述した芯出し装置60は、取り付け・取り外しを行っても種結晶31の位置がずれることがない。したがって、芯出し作業終了後、透明隔壁下部保持部20から芯出し装置60を一旦取り外し、上主軸10に結晶原料棒12を取り付けた後、透明隔壁18及び赤外線集中加熱装置28を再び取り付け、単結晶の育成過程を迅速に開始することができる。
【0038】
このように本実施形態においては、チャック機構を有する芯出し装置を用いて、種結晶の芯出し作業を自動的に行い、芯出し精度に個人差のない一定な芯出し作業が可能となる。
【0039】
なお、上記実施形態では、芯出し装置60は、透明隔壁保持部62を利用して赤外線集中加熱炉58に固定しているが、図8に示すように、芯出し装置60のチャック機構部61下部に取り付けられた装着部70に、下主軸14を差込み、ネジ72により下主軸14に芯出し装置60を固定してもよい。
【0040】
この場合も、芯出し装置60のチャック機構部61の中心軸と下主軸14の中心軸とは一致している。また、種結晶31に対するチャック機構部61の高さは、下主軸14に対する芯出し装置60の取り付け位置で調整する。その後の種結晶31の芯出し作業の手順は、上記実施形態とほぼ同様に行うことができる。
【0041】
まず、球座を有する種結晶ホルダ具16に種結晶31を仮止めし、種結晶ホルダ具16を下主軸14に固定する。このとき、球座の動作は自由な状態にしておく。次に、ネジ72を緩めて芯出し装置60の取り付け位置を上下し、種結晶31に対する芯出し装置60のチャック64のあたる部分を調整する。これにより、チャック64の位置により芯出しの位置決めが可能である。チャック64により位置決めされたところで、ネジ72を締めて芯出し装置60を確実に下主軸14に固定する。
【0042】
続いて、調芯用ナット68を締めると、チャック68は、下主軸14の中心軸、すなわち結晶育成時の回転軸を中心にして閉じられていく。種結晶ホルダ部16の球座により、調芯用ナット68を締めていくことにより、種結晶31を中心位置に位置合わせすることができる。最終的には、チャック64で種結晶31が芯の位置に固定される。この状態で種結晶ホルダ部16の袋ナット44を締めつけ、球座の角度を固定する。これで、芯出し装置60を下主軸14に固定した場合の種結晶31の芯出し作業が終了する。
【0043】
芯出し終了後、ネジ72を緩めて芯出し装置60を下主軸14から取り外し、上主軸10に結晶原料棒12を取り付けた後、透明隔壁18及び赤外線加熱装置28を取り付け、単結晶の育成を開始する。
【0044】
また、赤外線集中加熱炉58に芯出し装置60を固定して使用するだけでなく、図9に示すように、芯出し装置60を単独で用いてもよい。この場合、独立した土台74にネジ76によって軸76が固定されている。ネジ78を緩めることにより、軸76は垂直方向に上下することができる。軸76上端には、種結晶ホルダ部16を、支持金具基部42のネジ46により取り付ける。軸76の中心軸を中心に、土台74上部には、上記実施形態と同様のチャック機構部61が構成されている。
【0045】
上述の芯出し装置60を単独で用いた場合の芯出し作業について簡潔に説明する。まず、球座を有する種結晶ホルダ具16に種結晶31を仮止めし、種結晶ホルダ具16を支持金具基部42のネジ46で、軸76に固定する。このとき、球座の動作は自由な状態にしておく。次に、ネジ78を緩め、軸76を上下させ、種結晶31に対するチャック64のあたる部分を調整する。これにより、チャック64の位置で芯が出る。ここでネジ78を締め、軸76の位置をを固定する。以後の芯出し作業は、上記実施形態と同様に調芯用袋ナット68を締めることにより行われる。
【0046】
芯出し装置60を単独で用いて種結晶31の芯を出した後は、調芯用袋ナット68を緩め、種結晶ホルダ具16を支持金具基部42ごと軸76から取り外し、赤外線集中加熱炉58の下主軸14の上端に支持金具基部42のネジ46で固定する。この時固定した種結晶31は、下主軸14の中心軸に対しても芯が出た状態にあるので、そのまま単結晶を成長する作業過程にうつることができる。
【0047】
[変形実施形態]
本発明の上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、溶融帯の形成に赤外線集中加熱装置を用いているが、赤外線集中加熱装置に限定されるものではなく、原料結晶棒の周囲に加熱コイルをとり巻き、これに高周波電流を導き、コイルでつくられる高周波の磁束に誘導される渦電流によって加熱し溶融帯を形成してもよい。あるいは、結晶棒周囲に電気伝導体で加熱体を形成し、この加熱体に直流及び交流電流を流して加熱し溶融帯を形成してもよい。あるいは、電子ビームで結晶原料棒を直接部分的に加熱して溶融帯を形成してもよい。
【0048】
また、上記実施形態では、上主軸に結晶原料棒、下主軸に種結晶が固定された配置になっているが、これらの配置関係は上下逆であってもよい。この場合、種結晶を回転しながら引き上げることにより、単結晶を成長する。
【0049】
また、上記実施形態では、FZ法・TSFZ法による単結晶成長であったが、融液状態の単結晶原料に種結晶を接触し、種結晶を回転しながら結晶成長を行う他のCZ法のような方法でもよい。すなわち、球座を有する種結晶ホルダ及びその芯出し装置を利用して、CZ法における結晶成長時の回転軸に対して種結晶の芯出しを行ってもよい。
【0050】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、支持金具部に球座を有する種結晶ホルダを用いるため、従来までのようにスペーサで種結晶上端の中心の位置を調整する必要がなくなる。したがって、結晶の育成を開始する前の作業の効率及び種結晶の芯出し精度を上げることができる。さらに、支持金具部に球座を有する種結晶ホルダとチャック機構を有する芯出し装置とを組み合わせることにより、芯出し精度に個人差のない自動的な芯出し作業が可能となり、結晶育成の歩留まりを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態による単結晶製造装置の正面図である。
【図2】本発明の第1実施形態による単結晶製造装置における種結晶結晶ホルダ部の概略図である。
【図3】本発明の第1実施形態における芯出し作業前と作業後の種結晶の状態について示す概略図である。
【図4】本発明の第1実施形態の変形例による下主軸に球座を構成した場合の概略図である。
【図5】本発明の第1実施形態の変形例による支持棒と種結晶ホルダが一体となった部品を示す概略図である。
【図6】本発明の第2実施形態による透明隔壁保持部を利用して芯出し装置を固定した状態を示す断面図である。
【図7】本発明の第2実施形態による芯出し装置の詳細を示す図である。
【図8】本発明の第2実施形態の変形例による芯出し装置を下主軸に直接固定した状態を示す断面図である。
【図9】本発明の第2実施形態の変形例による芯出し装置を単独で用いた状態を示す断面図である。
【図10】従来の単結晶製造装置における単結晶ホルダ部を示す図である。
【符号の説明】
10…上主軸
12…種結晶原料棒
14…下主軸
16…種結晶ホルダ部
18…透明隔壁
20…透明隔壁下部保持部
22…雰囲気ガス入口
24…透明隔壁上部保持部
26…雰囲気ガス出口
28…赤外線集中加熱装置
29…楕円面鏡
30…ハロゲンランプ
31…種結晶
32…焦点
33…焦点
34…溶融帯
36…CCDカメラ
38…球部
40…支持棒
42…支持金具基部
44…袋ナット
46…ネジ
50…種結晶ホルダ
52…白金線
54…支持棒―種結晶ホルダ一体部品
58…赤外線集中加熱炉
60…芯出し装置
61…チャック機構部
62…チャック支持体
63…取り付け部
64…チャック
66…バネ
68…調芯用袋ナット
70…装着部
72…ネジ
74…土台
76…軸
78…ネジ
100…種結晶
102…ホルダ
104…支持金具
106…種結晶ホルダ
108…下主軸
110…白金線
112…スペーサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a single crystal manufacturing apparatus for growing a single crystal from a raw material in a melt state.
[0002]
[Prior art]
Silicon single crystals are mainly used as VLSI (Very large scale integrated circuit) substrate wafers. Thus, a semiconductor material is often used in a single crystal state, and single crystal manufacturing technology is indispensable for the development of semiconductor technology. Crystal growth is roughly divided into three types of growth mechanisms: gas phase to solid phase, liquid phase to solid phase, and solid phase to solid phase. Among these growth mechanisms, the CZ method (Czochralski method), FZ method (Floating zone method), and TSFZ method (Travelling solvent floating zone method) are used as single crystal manufacturing methods utilizing the growth mechanism from the liquid phase to the solid phase. Can be mentioned. In these methods, a single crystal having a predetermined orientation called a seed crystal is brought into contact with a raw material interface in a melt state, and a single crystal is grown using this seed crystal as a nucleus.
[0003]
In the single crystal growth furnace used for the FZ method and the TSFZ method, the crystal raw material rod is held on the upper main shaft provided on the upper side, and the seed crystal is held on the lower main shaft provided on the lower side. A melting zone is formed on the crystal raw material rod held on the upper main shaft by a high-frequency coil, an infrared intensive heating device or the like. The seed crystal held on the lower main shaft is rotated and moved up and down by the lower main shaft, and after coming into contact with the melting zone of the crystal raw material rod, the seed crystal is gradually pulled down to grow a single crystal.
[0004]
A method for holding a seed crystal in a conventional single crystal manufacturing apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 10A is a schematic view of a seed crystal holder portion in a conventional single crystal manufacturing apparatus.
[0005]
As shown in FIG. 10A, the
[0006]
Usually, a high heat-resistant ceramic such as alumina is used for the
[0007]
At the time of crystal growth, the lower
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional single crystal manufacturing apparatus, the
[0009]
Some
[0010]
FIG.10 (b) is an expanded sectional view which shows the holding method of the seed crystal in the conventional single crystal manufacturing apparatus. Conventionally, as shown in FIG. 10 (b), an operation of aligning the core while finely adjusting a
[0011]
In order to solve the above-described problems of the prior art, it is conceivable that the seed crystal having a non-constant shape is ground and shaped into a constant shape. In the case of a very brittle crystal, it is difficult to process itself.
[0012]
In addition, an alignment mechanism such as an XY stage or a goniometer may be incorporated in the main shaft portion or the seed crystal holder portion. However, it cannot be used because it becomes extremely hot during crystal growth and seizure occurs.
[0013]
An object of the present invention is to provide a single crystal manufacturing apparatus that improves the yield of crystal growth by increasing the efficiency of work before starting the growth of crystals and increasing the centering accuracy of seed crystals.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The purpose is to rotate a single crystal raw material holder for holding a single crystal raw material, a heating means for forming a melting zone in the single crystal raw material, a seed crystal holder for holding a seed crystal, and the seed crystal holder. A single-crystal manufacturing apparatus that rotates the seed crystal and grows the crystal from the melt zone while contacting the seed crystal with the melt zone of the single crystal raw material. A ball seat structure for connecting an end of the rotating shaft and an end of the seed crystal holder by a ball seat, and changing an axial direction of the seed crystal with respect to the rotating shaft; and the seed with respect to the rotating shaft This is achieved by a single crystal manufacturing apparatus having fixing means for fixing the seed crystal holder in a state where the axial direction of the crystal is changed.
[0015]
The seed crystal manufacturing apparatus described above further includes a chuck mechanism formed coaxially with the rotation shaft, and the center of the upper end of the seed crystal is not misaligned by closing the chuck mechanism and holding the seed crystal at the tip. You may make it change the axial direction of the said seed crystal holder to a position .
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
The overall configuration of the single crystal manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a front view of the single crystal manufacturing apparatus according to the present embodiment.
[0017]
The single crystal manufacturing apparatus of this embodiment is an infrared concentration heating furnace used for the FZ method and the TSFZ method. In the single crystal manufacturing apparatus of the present embodiment, the cylindrical
[0018]
An infrared
[0019]
A
[0020]
In the infrared concentrated heating furnace described above, the crystal
[0021]
Next, details of the seed
[0022]
The seed
[0023]
Next, the seed crystal centering operation of the single crystal manufacturing apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a schematic diagram showing the state of the seed crystal before and after the centering operation in the present embodiment.
[0024]
First, as shown in FIG. 3A, the
[0025]
Subsequently, as shown in FIG. 2, the
[0026]
As described above, according to this embodiment, since the seed crystal holder having the ball seat is used for the support metal part, it is not necessary to adjust the center position of the upper end of the seed crystal with the spacer as in the past. Since it is not necessary to perform the difficult centering work up to now, the work before the start of crystal growth is made more efficient. Moreover, since the centering accuracy can be increased, the yield of crystal growth can be improved.
[0027]
In the above embodiment, the
[0028]
In the above-described embodiment, the
[0029]
[Second Embodiment]
The configuration of the single crystal manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the seed crystal centering operation in the single crystal manufacturing apparatus according to the first embodiment described above is automated by using a jig for centering the seed crystal described below.
[0030]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which the centering
[0031]
Next, details of the configuration of the
[0032]
Next, the operation of the
[0033]
As described above, the outer tapered portion of the
[0034]
Next, the procedure of the centering operation using the centering
[0035]
First, the
[0036]
When the
[0037]
The above-described centering
[0038]
As described above, in this embodiment, the centering operation of the seed crystal is automatically performed by using the centering device having the chuck mechanism, and a constant centering operation without individual difference in the centering accuracy becomes possible.
[0039]
In the above-described embodiment, the centering
[0040]
Also in this case, the center axis of the
[0041]
First, the
[0042]
Subsequently, when the
[0043]
After the centering is completed, the
[0044]
Further, not only the centering
[0045]
The centering operation when the above-described centering
[0046]
After centering the
[0047]
[Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, an infrared concentrated heating device is used to form the melting zone, but the invention is not limited to the infrared concentrated heating device, and a heating coil is wound around the raw material crystal rod, and a high-frequency current is applied to this. May be heated by an eddy current induced by a high-frequency magnetic flux generated by a coil to form a melting zone. Alternatively, a heating body may be formed around the crystal rod with an electric conductor, and direct current and alternating current may be passed through the heating body and heated to form a melting zone. Alternatively, the melting zone may be formed by directly partially heating the crystal material rod with an electron beam.
[0048]
Moreover, in the said embodiment, although it has the arrangement | positioning by which the crystal raw material stick | rod was fixed to the upper main axis | shaft and the seed crystal was fixed to the lower main axis | shaft, these arrangement | positioning relations may be upside down. In this case, a single crystal is grown by pulling the seed crystal while rotating.
[0049]
In the above embodiment, the single crystal growth is performed by the FZ method and the TSFZ method. However, other CZ methods that perform crystal growth while rotating the seed crystal by contacting the seed crystal with the single crystal raw material in the melt state. Such a method may be used. That is, the seed crystal may be centered with respect to the rotation axis at the time of crystal growth in the CZ method using a seed crystal holder having a spherical seat and its centering device.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the seed crystal holder having the ball seat is used for the support metal part, it is not necessary to adjust the center position of the upper end of the seed crystal with a spacer as in the past. Therefore, the efficiency of work before starting the growth of crystals and the centering accuracy of the seed crystals can be increased. Furthermore, by combining a seed crystal holder having a ball seat on the support bracket and a centering device having a chuck mechanism, automatic centering work with no individual difference in centering accuracy is possible, and the yield of crystal growth is increased. Can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a single crystal manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a seed crystal holder part in the single crystal manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing the state of the seed crystal before and after the centering operation in the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view when a ball seat is formed on the lower main shaft according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic view showing a part in which a support bar and a seed crystal holder are integrated according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a state in which a centering device is fixed using a transparent partition wall holder according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing details of a centering device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state in which a centering device according to a modification of the second embodiment of the present invention is directly fixed to a lower main shaft.
FIG. 9 is a sectional view showing a state in which a centering device according to a modification of the second embodiment of the present invention is used alone.
FIG. 10 is a view showing a single crystal holder part in a conventional single crystal manufacturing apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記回転軸の端部と前記種結晶保持具の端部とを球座により結合し、前記回転軸に対する前記種結晶の軸方向を変更する球座構造と、
前記回転軸に対して前記種結晶の軸方向を変更した状態で、前記種結晶保持具を固定する固定手段と
を有することを特徴とする単結晶製造装置。A single crystal raw material holder for holding a single crystal raw material, a heating means for forming a melting zone in the single crystal raw material, a seed crystal holder for holding a seed crystal, and rotating the seed crystal holder to form the seed crystal A single-crystal manufacturing apparatus that rotates the seed crystal and grows a crystal from the melt zone while contacting the seed crystal with the melt zone of the single crystal raw material,
A ball seat structure that connects an end portion of the rotating shaft and an end portion of the seed crystal holder by a ball seat, and changes an axial direction of the seed crystal with respect to the rotating shaft;
And a fixing means for fixing the seed crystal holder in a state where the axial direction of the seed crystal is changed with respect to the rotating shaft.
前記回転軸と同軸に形成されたチャック機構を更に有し、前記チャック機構を閉じて前記種結晶を先端でつかむことにより、前記種結晶上端の中心が芯ぶれしない位置に、前記種結晶保持具の軸方向を変更する
ことを特徴とする単結晶製造装置。The seed crystal production apparatus according to claim 1,
And further comprising a chuck mechanism formed coaxially with the rotating shaft, and the seed crystal holder is held at a position where the center of the upper end of the seed crystal is not misaligned by closing the chuck mechanism and holding the seed crystal at the tip. An apparatus for producing a single crystal, characterized by changing the axial direction of.
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