JP4684396B2 - Single crystal puller - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単結晶を引上げるためのケーブルその他の引き上げ部材を備え、CZ法(チョクラルスキー法)によって原料融液から単結晶を引上げるケーブル式CZ法単結晶引上げ装置及び方法、特に、単結晶引上げの際に発生するケーブル系の共振による単結晶の振れ幅を抑制する機構が付加されたCZ法単結晶引上げ装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
CZ法単結晶引上げ装置によれば、単結晶を回転させながら原料融液から引上げる。そして、昨今の単結晶ウエハの低コスト化についての厳しい要求に応じるために、なるべく長いインゴットを引上げるということが行われるようになってきている。そして、このようなインゴットの長尺化を実現するために、通常のCZ法単結晶引上げ装置では、原料融液の液面を下げたり、或いは、引上げられたインゴットを格納する部分のチャンバ(上段チャンバ)のところを長くしたりするというようなことが行われる。
ところで、ケーブル(ワイヤ)によって単結晶を引上げる形式のケーブル式CZ法単結晶引上げ装置では、この単結晶の回転に伴ってケーブル系の共振が生じる。そして、この共振による単結晶の振れ幅が許容量を越えた場合には結晶の引き上げが安定せず、甚しい場合には結晶の引き上げを行えなくなる。
【0003】
ここで、ケーブル系を「ケーブル」、「シードチャック及び単結晶」等からなる振り子と考えた場合に、ケーブル系の共振回転数nは、n=(60/2π)×(g/L)1/2で決まる。なお、この式中、gはケーブル系の下部に位置するシードチャック及び単結晶の総重量(単位はg)を表し、Lは振り子の支点から重心までの距離(単位はcm)を表す。共振回転数nの単位はrpm(一分間あたりの回転数))である。
【0004】
上記の式から明らかなように、ケーブル系の共振回転数はケーブル長によって決まるので、共振回転数に近い結晶回転数では結晶が共振して振れてしまうこととなって、引き上げが安定せず、装置の改造等を行ってワイヤ巻取り機構部の位置を上昇させたような場合には、ケーブル長が長くなったことに応じて新たな共振回転数が設定され、特に共振点よりも低い結晶回転数で結晶を引上げるようにしたときには、それまで可能であった回転数での引き上げが不可能となってしまうというような不都合が生じる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
これに関し、通常のケーブル式CZ法単結晶引上げ装置では、このケーブル系に共振が生じないように(あるいは、共振による振れ幅が許容範囲内に収まるように)、ケーブル長や装置サイズその他の諸条件が予め設定される。
ところが、上述したように、引上げられるインゴットの長尺化を実現するために原料融液液面の引き下げやインゴット格納部分の長尺化が行われたような場合には、ケーブル長が長くなることを伴う場合があり、そうなったときにはケーブル系における共振回転数が低下し、共振が発生しないように(あるいは、共振による振れ幅が許容範囲内に収まるように)設定された他の所定の条件をそのまま踏襲した場合には、ケーブル長が長くなることに伴って変化した共振回転数に応じて、このケーブル系に発生する共振が大きくなってしまう場合がある。
【0006】
本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、CZ法単結晶引上げ装置において引き上げられるインゴットの長尺化を実現するためにケーブル長等の装置内の諸条件が変更された場合でも、ケーブル系の共振を抑制し、インゴットの長尺化とインゴット直胴部におけるより高い結晶回転数の設定を同時に実現することができるケーブル式CZ法単結晶引上げ装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するために、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、結晶の引上げによって振り子系の重心移動の逆進が生じるということを突き止め、かかる事情を全て勘案した上で装置に関する諸条件の設定を行うことによって安定した結晶の引き上げを行うことができるということを見出し、本発明を完成するに至った。
また、本発明者らは、引き上げられるインゴットの長尺化実現のために装置内の諸条件が変更された場合でも共振を抑制し、共振の問題を解決することができる最も有効でかつ簡易な方法として、シードチャックの重量を変更することが妥当であることも見出し、本発明を完成するに至った。
【0008】
より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
【0009】
(1) 単結晶を引上げるためのケーブルその他の引き上げ部材を備え、CZ法によって原料融液から単結晶を引上げるケーブル式CZ法単結晶引上げ装置の設計方法であって、単結晶の引上げをケーブル系の共振回転数よりも低い結晶回転数で行う場合には、単結晶のショルダー部形成の際の引き上げ部材上の重心移動によってケーブル系の共振回転数が低下することを考慮して、単結晶に発生する共振による結晶の振れ幅が許容される範囲にシードチャックの重量及び/またはシードチャックまでのケーブルの長さを設計することを特徴とするケーブル式CZ法単結晶引上げ装置の設計方法。
【0010】
(2) 単結晶を引上げるためのケーブルその他の引き上げ部材を備え、CZ法によって原料融液から単結晶を引上げるケーブル式CZ法単結晶引上げ装置であって、単結晶のショルダー部形成の際の引き上げ部材上の重心移動の際にケーブル系の共振回転数が低下することに備えて、シードチャックの重量及び/またはシードチャックまでのケーブルの長さが設定されたケーブル式CZ法単結晶引上げ装置。
【0011】
(3) ケーブル式CZ法によって原料融液から単結晶を引上げる単結晶引上げ方法であって、単結晶のショルダー部形成の際の引き上げ部材上の重心移動の際にケーブル系の共振回転数が低下することを考慮し、少なくとも単結晶直胴部における当該共振による結晶の振れ幅が抑制される範囲に設定された長さの種絞りを行って単結晶を引上げることを特徴とする単結晶引上げ方法。
【0012】
(4) ケーブル式CZ法単結晶引上げ装置に使用されるシードチャックであって、既存のシードチャックの構成部材が不活性高密度物質製部材で製作されていることを特徴とする共振抑制用のシードチャック。
【0013】
(5) 前記不活性高密度物質はタングステンであることを特徴とする(4)記載の共振抑制用のシードチャック。
【0014】
(6) ケーブル式CZ法単結晶引上げ装置に使用されるシードチャックの構成部材が不活性高密度物質製部材で製作されていることにより、シリコン単結晶インゴットの直胴部を安定して得る方法。
【0015】
(7) 前記不活性高密度物質はタングステンであることを特徴とする(6)記載の方法。
【0016】
(8) シリコン単結晶インゴットの直胴部を安定して得るための装置であることを特徴とする(2)記載のケーブル式CZ法単結晶引上げ装置。
【0017】
(9) シリコン単結晶インゴットの直胴部を安定して得るための装置であって、ケーブル系の共振の抑制のためにシードチャックの構成部材が不活性高密度物質製部材で構成されたものであることを特徴とするケーブル式CZ法単結晶引上げ装置。
【0018】
(10) シリコン単結晶インゴットの直胴部を、より高単結晶回転数で安定して得るための装置であることを特徴とする(8)または(9)記載のケーブル式CZ法単結晶引上げ装置。
【0019】
(11) 長尺インゴット引き上げのために設定が変更された単結晶引上げ装置に対して使用される長尺インゴット引上げ対応用のシードチャックであって、シードチャックの構成部材が不活性高密度物質製部材で製作されていることを特徴とする長尺インゴット引上げ対応用のシードチャック。
【0020】
(12) (11)記載のシードチャックを使用することにより、ダッシュネック法によって形成されるネック部分の短縮及び/または単結晶回転数の高速化を図る方法。
【0021】
この「ネック部分の短縮」には、ネック部分がゼロの場合、即ち種結晶にホウ素が所定の濃度で添加される等のことによってダッシュネック法を採用する必要が無くなり、ネック部分が全く存在しなくなるような場合も含む。
【0022】
ここで、「不活性高密度物質」というのは、CZ炉内の雰囲気下で化学反応を起こさず、かつ、モリブデンを超える高密度を有する物質のことを意味する。不活性高密度物質は、単体であっても化合物であってもよく、好適なものとしては、タングステン単体やタングステン化合物を挙げることができる。
【0023】
また、(4)及び(5)における不活性高密度物質製部材への転換、(7)における不活性高密度物質製部材での構成は、シードチャックの一部であってもよい。また、かかる転換もしくは構成は、ケーブル系の共振回転数に影響を与えるほどの重量の変化をシードチャックに付与したような場合に、本発明の範囲に含まれる。
【0024】
なお、上記(8)において「長尺インゴット引き上げのために設定が変更された」というのは、例えば、ケーブル系におけるケーブル長(より具体的に言い換えれば、ケーブル巻取り装置端から原料融液着液時の種結晶までの距離)の初期設定が変更されたような場合を意味する。
【0025】
ここで、本発明に係る単結晶引上げ装置においては、シードチャックがタングステン製部材やタングステン化合物部材等の不活性高密度物質製部材を含むことによって、当該シードチャックの重量の増大が生じる。
【0026】
一方、上段チャンバの長さを長くすると、ケーブルも長くなり、ケーブル系の共振回転数が小さくなるが、これは、少なくともインゴットの直胴部については、シードチャックの重量が増大することによって補償される。そして、上段チャンバの長さが長く設定されていることにより、本装置によって安定して得られた長い直胴部を備える単結晶を収容することができる。即ち、本装置によれば、上段チャンバの長さを長くしてケーブルが長くなることに伴って共振が増大しやすくなった分については、シードチャックが重くされることによって防止された状態で単結晶の安定した引き上げを行うことができると共に、上段チャンバの長さが長く設定されていることにより、本装置によって安定して得られた長い直胴部を備える単結晶を収容することができることとなるのである(上記(8))。
【0027】
そしてこれは、ネック部分が短縮され、その分だけケーブルが長く設定された場合も同様であり、ケーブルが長くなることに伴って共振が増大しやすくなった分については、シードチャックが重くされることによって防止された状態で単結晶の安定した引き上げを行うことができ、ネック部分が短縮された分だけ長いインゴットを得ることができるようになる(上記(9))。
【0028】
なお、本発明に従えば、不活性高密度物質製部材を含むことによって増大したシードチャックの重量に応じて、引上げられたシリコン単結晶インゴットを格納する上段チャンバの長さが長く設定される場合もある。
【0029】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明を説明するための図であり、単結晶引上げ装置におけるケーブル系を「ケーブル」と「シードチャック及び単結晶」とからなる振り子系モデルとして表した図である。また、図2は、単結晶の引上げを行う際の重心の移動を説明するための図である。
【0030】
図1に示されるように、単結晶引上げ装置におけるケーブル系10は、ケーブル巻取りドラム11と、このケーブル巻取りドラム11で巻き上げられるケーブル(タングステン製のワイヤ)13と、ケーブル13の末端に取り付けられたシードチャック14と、このシードチャック14から伸びるネック(種絞り部分)15と、このネック15を使って原料融液16から引き上げられる単結晶17と、からなる。なお、上記のネック(種絞り部分)15については、シードチャック14で把持されたシード(種結晶)が種絞りされることによって形成される(ダッシュネック法)。
【0031】
このような単結晶引上げ装置のケーブル系10は、図1に示されるように、ケーブル巻取りドラム11の部分を支点として揺れる振り子と想定することができる。そして、ケーブル系の共振回転数nを定める式「n=(60/2π)×(g/L)1/2」のLは、ケーブル巻取りドラム11のケーブル巻出しのところからケーブル系の重心のところまでの距離ということになる。
【0032】
ここで、この「ケーブル系の重心」というものは、単結晶の引上げに伴って移動していく。即ち、図2に示されるように、ケーブル系の重心Pは、ネック15が形成された状態(図2(a)の状態)ではシードチャック14上にあるが、単結晶17の肩の部分17aが形成されると、単結晶17の重量の増加に伴って下方に移動して行く(図2(b)の状態)。そして、単結晶17が引上げられている状態では、シードチャック14よりも単結晶17のほうが重く、ケーブル系の重量の殆どは単結晶17のほうにあるという状態となるため、ケーブル系の重心Pは単結晶17上に存在するようになる。
【0033】
このように、単結晶の引上げに伴い、単結晶17の肩の部分17aが形成される際に、ケーブル系の重心Pが下方に移動するため、シード(種結晶)から計測した結晶長に対するケーブル系の共振回転数nの変化を調べた場合には、ケーブル系の共振回転数nの変化は単調増加にはならず、図3に示されるような3次曲線を描くようになる(なお、図3中、図2(a)(b)(c)で図示されているものに対応するところには、同一の(a)(b)(c)を付してある)。即ち、単結晶の引上げの際には、単結晶17の肩の部分17aの形成に至るまでには共振回転数nは単調に増加をして行くが、肩の部分17aの形成の際に重心Pが下方に移動することに伴って減少に転じ、極小部分αを形成して再び増加に転じるのである。
【0034】
ここで、回転させながら単結晶17を成長させるにあたって、単結晶17の回転速度m0に対して、単結晶引上げ装置のケーブル長その他のものが設定されるが、本発明者らの研究によれば、従来の仮説によれば図3中の(ハ)のような単調増加の変化が想定されていたのに対し、図3中の(イ)及び(ロ)のように、単結晶の引き上げに伴って共振回転数が低下し、極小部分αを形成して再び上昇に転じるということが分かったのである。
そして更に言えば、図3中の(イ)は従来からのモリブデン製のシードチャックを使用した場合の共振回転数の変化を示したものであり、(ロ)はこれをタングステン製のシードチャックを使用した場合の共振回転数の変化を示したものであるが、この図から明らかなように、タングステン製のシードチャックを使用した場合には、極小部分αの部分の共振回転数が上がり、当該極小部分αの部分の共振回転数が単結晶17の回転速度m0から遠ざかることによる共振抑制効果が得られる。
【0035】
ここで、(イ)と(ロ)では、極小部分αのところで、少なくともn=0.5程度は開くように(即ち、極小部分αのところにおいて共振回転数nが1以上開くように)設定され、このような設定は、シードチャックの重量、シードチャックまでのケーブルの長さ、種絞りの部分の長さの調整を、それぞれ単独或いは組み合せて行うようにすることによって、実現することができる。そしてその中でも、モリブデン製の現行のシードチャック14の構成部材をタングステン製のものに転換するのが最も簡易かつ効果的である。例えば、現行のシードチャック14の構成部材の50%程度をタングステン製のものに転換することによって、上記(イ)から(ロ)への変換(極小部分αのところにおいてnが1以上アップするように設定すること)を実現することができる。現行のシードチャック14の構成部材のタングステン製のものへの転換は、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、更に好ましくは70%以上、一層好ましくは80%以上、より一層好ましくは90%以上行うのが好ましい。
なお、共振による単結晶17の振れ幅を抑制するための上記のような調整は、基本的には単結晶17の直胴部の形成の際に行われるものであり、そこに入る前の工程(即ち、単結晶17の肩の部分17aの形成以前の工程)では、組まれた装置によって定まる共振回転数を避けるように単結晶17の回転数を設定することができる。言い換えれば、例えば上記のようにタングステン製のシードチャックに転換することは、少なくとも単結晶17の直胴部の部分で所望の回転数を確保したいがために行うものである。
【0036】
図4は、本発明の実施の一態様としてのケーブル式CZ法単結晶引上げ装置の全体構成を示すブロック図である。この図4に示されるように、この実施形態に係るCZ法単結晶引上げ装置は、装置の外殻を構成するチャンバ21が、それぞれ分離可能な状態で、上段チャンバ21Xと、中段チャンバ21Yと、下段チャンバ21Zと、からなり、上段チャンバ21X及び中段チャンバ21Yは、モータ23の駆動力によって旋回軸Qを中心に旋回する。そして、上段チャンバ21X、中段チャンバ21Y、及び下段チャンバ21Zは、単結晶17の引き上げを行う際には、上段チャンバ21X及び中段チャンバ21Yがそれぞれ所定の位置にまで移動し、下段チャンバ21Zの上には中段チャンバ21Y、そして更に中段チャンバ21Yの上には上段チャンバ21Xが載置固定され、全体としてチャンバ21を構成することになる。
【0037】
ここで、上段チャンバ21Xには引き上げ後の単結晶が収容される。本装置によれば、上段チャンバ21Xの長さを長くしてケーブル13が長くなることに伴って共振が増大した分については、例えばシードチャック14が重くされることによって防止された状態で単結晶17の安定した引き上げを行うことができる。そして、これと共に、上段チャンバ21Xの長さが長く設定されていることにより、本装置によって安定して得られた長い直胴部を備える単結晶を収容することができることとなる。
【0038】
【発明の効果】
以上のような本発明によれば、簡易な構成・機構によってケーブル式CZ法単結晶引上げ装置のケーブル系の共振を防止することができ、単結晶の安定した引き上げを実現することができる。また、本装置によれば、長い直胴部を備える単結晶インゴットが安定して得られることになる。
【0039】
また、反射的効果として、ケーブル式CZ法単結晶引上げ装置において、結晶引き上げの際の結晶回転数を上げることもできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を説明するための図であり、単結晶引上げ装置におけるケーブル系を「ケーブル」と「シードチャック及び単結晶」とからなる振り子系モデルとして表した図である。
【図2】 図2は、単結晶の引上げを行う際の重心の移動を説明するための図である。
【図3】 単結晶引き上げの際、シード(種結晶)から計測した結晶長に対するケーブル系の共振回転数nの変化を示す図である。
【図4】 本発明の実施の一態様としてのケーブル式CZ法単結晶引上げ装置の全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
10 ケーブル系
11 ケーブル巻取りドラム
13 ケーブル(タングステン製のワイヤ)
14 シードチャック
15 ネック(種絞り部分)
16 原料融液
17 単結晶
P ケーブル系の重心
17a 単結晶17の肩の部分
0 単結晶17の回転速度
21 チャンバ
21X 上段チャンバ
21Y 中段チャンバ
21Z 下段チャンバ
23 モータ
Q 旋回軸
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes a cable-type CZ method single crystal pulling apparatus and a method for pulling a single crystal from a raw material melt by a CZ method (Czochralski method), including a cable and other pulling members for pulling a single crystal, The present invention relates to a CZ method single crystal pulling apparatus and method to which a mechanism for suppressing the fluctuation width of a single crystal due to the resonance of a cable system that occurs during pulling of a single crystal is added.
[0002]
[Prior art]
According to the CZ method single crystal pulling apparatus, the single crystal is pulled from the raw material melt while rotating. In order to meet the strict demands for cost reduction of single crystal wafers in recent years, it has been performed to pull ingots as long as possible. In order to realize such a long ingot, a normal CZ method single crystal pulling apparatus lowers the liquid surface of the raw material melt or stores a chamber (upper stage) for storing the pulled ingot. For example, the chamber may be lengthened.
By the way, in a cable type CZ method single crystal pulling apparatus in which a single crystal is pulled by a cable (wire), resonance of the cable system occurs with the rotation of the single crystal. Then, when the swing width of the single crystal due to the resonance exceeds an allowable amount, the pulling of the crystal is not stable, and when it is severe, the pulling of the crystal cannot be performed.
[0003]
Here, when the cable system is considered as a pendulum composed of “cable”, “seed chuck and single crystal”, etc., the resonance speed n of the cable system is n = (60 / 2π) × (g / L) 1. Determined by / 2 . In this equation, g represents the total weight (unit: g) of the seed chuck and single crystal located at the bottom of the cable system, and L represents the distance (unit: cm) from the fulcrum of the pendulum to the center of gravity. The unit of the resonance rotational speed n is rpm (rotational speed per minute)).
[0004]
As is apparent from the above equation, the resonance speed of the cable system is determined by the cable length, so the crystal will resonate and shake at a crystal speed close to the resonance speed, and the pulling will not be stable, When the position of the wire take-up mechanism is raised by modifying the device, etc., a new resonance speed is set according to the increase in the cable length, and in particular a crystal lower than the resonance point. When the crystal is pulled up at the number of revolutions, there arises a disadvantage that it is impossible to pull up at the number of revolutions that was possible until then.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In this regard, in a normal cable type CZ method single crystal pulling device, the cable length, device size, and other various factors are set such that resonance does not occur in this cable system (or the fluctuation width due to resonance falls within an allowable range). Conditions are preset.
However, as described above, when the length of the raw material melt is lowered or the length of the ingot storage portion is increased in order to realize the lengthening of the pulled ingot, the cable length becomes long. In such a case, the resonance speed in the cable system decreases, and other predetermined conditions set so that resonance does not occur (or the fluctuation width due to resonance falls within an allowable range). If this is followed as it is, the resonance generated in the cable system may increase in accordance with the resonance rotational speed that has changed as the cable length becomes longer.
[0006]
The present invention has been made in view of the problems as described above. The purpose of the present invention is to satisfy various conditions in the apparatus such as the cable length in order to realize the lengthening of the ingot pulled up in the CZ method single crystal pulling apparatus. Provided is a cable-type CZ method single crystal pulling apparatus capable of suppressing the resonance of a cable system even when changed, and simultaneously realizing a longer ingot and a higher crystal rotation speed setting in a straight body portion of the ingot. There is.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, as a result of intensive studies by the present inventors, it has been found that the reverse movement of the center of gravity movement of the pendulum system occurs due to the pulling up of the crystal, and all such circumstances are taken into consideration. The inventors have found that stable crystal pulling can be performed by setting various conditions relating to the apparatus, and the present invention has been completed.
In addition, the present inventors are the most effective and simplest capable of suppressing resonance and solving the problem of resonance even when various conditions in the apparatus are changed in order to realize a long ingot to be pulled up. As a method, it has been found that changing the weight of the seed chuck is appropriate, and the present invention has been completed.
[0008]
More specifically, the present invention provides the following.
[0009]
(1) A cable-type CZ method single crystal pulling apparatus that includes a cable or other pulling member for pulling a single crystal and pulls the single crystal from the raw material melt by the CZ method. When the crystal rotation speed is lower than the resonance speed of the cable system, considering that the resonance speed of the cable system decreases due to the movement of the center of gravity on the lifting member when forming the shoulder portion of the single crystal, A design method of a cable-type CZ method single crystal pulling apparatus, wherein the weight of the seed chuck and / or the length of the cable to the seed chuck are designed within a range in which the crystal swing due to resonance generated in the crystal is allowed. .
[0010]
(2) A cable-type CZ method single crystal pulling apparatus that includes a cable or other pulling member for pulling a single crystal and pulls the single crystal from the raw material melt by the CZ method. Cable-type CZ method single crystal pulling in which the weight of the seed chuck and / or the length of the cable to the seed chuck is set in preparation for a decrease in the resonance speed of the cable system when the center of gravity moves on the pulling member apparatus.
[0011]
(3) A single crystal pulling method for pulling a single crystal from a raw material melt by a cable type CZ method, wherein the resonance speed of the cable system is changed when the center of gravity moves on the pulling member when the shoulder portion of the single crystal is formed. In consideration of the decrease, the single crystal is pulled up by performing seed drawing of a length set in a range in which at least the fluctuation width of the crystal due to the resonance is suppressed in the single crystal straight body portion. Pulling method.
[0012]
(4) A seed chuck used in a cable-type CZ method single crystal pulling apparatus, wherein the constituent members of the existing seed chuck are made of an inert high-density material member. Seed chuck.
[0013]
(5) The resonance-suppressing seed chuck according to (4), wherein the inert high-density substance is tungsten.
[0014]
(6) A method for stably obtaining a straight body portion of a silicon single crystal ingot by forming a constituent member of a seed chuck used in a cable type CZ method single crystal pulling apparatus from a member made of an inert high-density material. .
[0015]
(7) The method according to (6), wherein the inert high-density substance is tungsten.
[0016]
(8) The cable type CZ method single crystal pulling apparatus according to (2), which is an apparatus for stably obtaining a straight body portion of a silicon single crystal ingot.
[0017]
(9) An apparatus for stably obtaining a straight body portion of a silicon single crystal ingot, wherein the constituent member of the seed chuck is made of an inert high-density material member to suppress the resonance of the cable system A cable-type CZ method single crystal pulling apparatus characterized by the above.
[0018]
(10) The cable type CZ method single crystal pulling method according to (8) or (9), wherein the straight body portion of the silicon single crystal ingot is stably obtained at a higher single crystal rotation speed. apparatus.
[0019]
(11) A seed chuck for pulling up a long ingot used for a single crystal pulling apparatus whose setting has been changed for pulling up the long ingot, wherein the seed chuck is made of an inert high-density material. A seed chuck for pulling up a long ingot, characterized by being made of a member.
[0020]
(12) A method for shortening the neck portion formed by the dash neck method and / or increasing the rotational speed of the single crystal by using the seed chuck according to (11).
[0021]
This “shortening of the neck portion” eliminates the necessity of adopting the dash neck method when the neck portion is zero, that is, by adding boron to the seed crystal at a predetermined concentration, and there is no neck portion at all. This includes cases where it disappears.
[0022]
Here, the “inert high-density material” means a material that does not cause a chemical reaction in the atmosphere in the CZ furnace and has a high density exceeding that of molybdenum. The inert high-density substance may be a simple substance or a compound, and preferable examples include tungsten simple substance and tungsten compound.
[0023]
Further, the conversion to the member made of inert high density material in (4) and (5), and the configuration of the member made of inert high density material in (7) may be a part of the seed chuck. Such a change or configuration is included in the scope of the present invention when a change in weight that affects the resonance speed of the cable system is applied to the seed chuck.
[0024]
In the above (8), “the setting has been changed for pulling up the long ingot” means, for example, the cable length in the cable system (more specifically, from the end of the cable take-up device, This means a case where the initial setting of the distance to the seed crystal at the time of liquid is changed.
[0025]
Here, in the single crystal pulling apparatus according to the present invention, the seed chuck includes an inert high-density material member such as a tungsten member or a tungsten compound member, thereby increasing the weight of the seed chuck.
[0026]
On the other hand, if the length of the upper chamber is increased, the cable also becomes longer, and the resonance speed of the cable system becomes smaller. This is compensated for by increasing the weight of the seed chuck at least in the straight body portion of the ingot. The And since the length of the upper chamber is set to be long, it is possible to accommodate a single crystal having a long straight body portion stably obtained by this apparatus. That is, according to this apparatus, the amount of resonance that is likely to increase as the length of the upper chamber is increased and the cable becomes longer is prevented in a state that is prevented by increasing the weight of the seed chuck. Can be stably pulled, and the length of the upper chamber is set long, so that a single crystal having a long straight body portion stably obtained by the present apparatus can be accommodated. (Above (8)).
[0027]
This also applies to the case where the neck portion is shortened and the cable is set to be longer, and the seed chuck is heavier for the portion where resonance tends to increase as the cable becomes longer. Thus, the single crystal can be stably pulled up in a state prevented by the above, and a long ingot corresponding to the shortened neck portion can be obtained ((9) above).
[0028]
According to the present invention, when the length of the upper chamber for storing the pulled silicon single crystal ingot is set longer according to the weight of the seed chuck increased by including the inert high-density material member. There is also.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram for explaining the present invention, and shows a cable system in a single crystal pulling apparatus as a pendulum system model composed of “cable” and “seed chuck and single crystal”. Moreover, FIG. 2 is a figure for demonstrating the movement of the gravity center at the time of pulling of a single crystal.
[0030]
As shown in FIG. 1, a cable system 10 in a single crystal pulling apparatus is attached to a cable winding drum 11, a cable (tungsten wire) 13 wound up by the cable winding drum 11, and the end of the cable 13. The seed chuck 14, a neck (seed restricting portion) 15 extending from the seed chuck 14, and a single crystal 17 pulled up from the raw material melt 16 using the neck 15. The neck (seed squeezing part) 15 is formed by seeding a seed (seed crystal) held by the seed chuck 14 (dash neck method).
[0031]
As shown in FIG. 1, the cable system 10 of such a single crystal pulling apparatus can be assumed to be a pendulum that swings with the cable winding drum 11 as a fulcrum. L in the expression “n = (60 / 2π) × (g / L) 1/2 ” for determining the resonance speed n of the cable system is the center of gravity of the cable system from the cable unwinding position of the cable winding drum 11. It will be the distance to the place.
[0032]
Here, the “center of gravity of the cable system” moves as the single crystal is pulled up. That is, as shown in FIG. 2, the center of gravity P of the cable system is on the seed chuck 14 in the state where the neck 15 is formed (the state of FIG. 2A), but the shoulder portion 17 a of the single crystal 17. Is formed, it moves downward as the weight of the single crystal 17 increases (state shown in FIG. 2B). In the state where the single crystal 17 is pulled up, the single crystal 17 is heavier than the seed chuck 14, and most of the weight of the cable system is in the single crystal 17. Exists on the single crystal 17.
[0033]
Thus, when the shoulder portion 17a of the single crystal 17 is formed with the pulling of the single crystal, the center of gravity P of the cable system moves downward, so the cable for the crystal length measured from the seed (seed crystal) When the change in the resonance speed n of the system is examined, the change in the resonance speed n of the cable system does not increase monotonously, but draws a cubic curve as shown in FIG. In FIG. 3, parts corresponding to those shown in FIGS. 2A, 2B, and 2C are denoted by the same (a), (b), and (c). That is, when the single crystal is pulled up, the resonance rotational speed n increases monotonously until the formation of the shoulder portion 17a of the single crystal 17, but the center of gravity is increased during the formation of the shoulder portion 17a. As P moves downward, it starts to decrease, forms a minimum portion α, and starts to increase again.
[0034]
Here, when the single crystal 17 is grown while being rotated, the cable length of the single crystal pulling device and others are set with respect to the rotational speed m 0 of the single crystal 17. For example, according to the conventional hypothesis, a monotonically increasing change as shown in (c) in FIG. 3 was assumed, but as shown in (a) and (b) in FIG. As a result, it was found that the resonance rotational speed decreased, the minimum portion α was formed, and the increase started again.
Further, (a) in FIG. 3 shows the change in the resonance speed when a conventional molybdenum seed chuck is used, and (b) shows the change in the tungsten seed chuck. This shows the change in resonance speed when used. As is apparent from this figure, when a tungsten seed chuck is used, the resonance speed of the portion of the minimum portion α increases, A resonance suppression effect can be obtained when the resonance rotational speed of the local minimum portion α is away from the rotational speed m 0 of the single crystal 17.
[0035]
Here, in (a) and (b), at least a value of about n = 0.5 is opened at the minimum portion α (that is, the resonance speed n is opened at 1 or more at the minimum portion α). Such a setting can be realized by adjusting the weight of the seed chuck, the length of the cable to the seed chuck, and the length of the portion of the seed restrictor individually or in combination. . Among them, it is simplest and most effective to change the constituent member of the current seed chuck 14 made of molybdenum to one made of tungsten. For example, by converting about 50% of the constituent members of the current seed chuck 14 to those made of tungsten, conversion from the above (a) to (b) (n is increased by 1 or more at the minimum portion α). Can be realized. The conversion of the components of the current seed chuck 14 to those made of tungsten is preferably 50% or more, more preferably 60% or more, still more preferably 70% or more, more preferably 80% or more, and even more preferably 90%. % Or more is preferable.
The adjustment as described above for suppressing the fluctuation width of the single crystal 17 due to resonance is basically performed when the straight body portion of the single crystal 17 is formed. In other words, in the step before the formation of the shoulder portion 17a of the single crystal 17, the rotation speed of the single crystal 17 can be set so as to avoid the resonance rotation speed determined by the assembled apparatus. In other words, for example, the conversion to the tungsten seed chuck as described above is performed in order to secure a desired rotational speed at least in the straight body portion of the single crystal 17.
[0036]
FIG. 4 is a block diagram showing the overall configuration of a cable-type CZ method single crystal pulling apparatus as one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the CZ method single crystal pulling apparatus according to this embodiment includes an upper chamber 21 </ b> X, an intermediate chamber 21 </ b> Y, and chambers 21 constituting the outer shell of the apparatus being separable. The upper chamber 21 </ b> X and the middle chamber 21 </ b> Y are rotated about the rotation axis Q by the driving force of the motor 23. Then, the upper chamber 21X, the middle chamber 21Y, and the lower chamber 21Z are moved to predetermined positions when the single crystal 17 is pulled, and the upper chamber 21X and the middle chamber 21Y move to predetermined positions, respectively. The upper chamber 21X is mounted and fixed on the middle chamber 21Y and further on the middle chamber 21Y, and the chamber 21 is configured as a whole.
[0037]
Here, the single crystal after the pulling is accommodated in the upper chamber 21X. According to this apparatus, the increase in resonance associated with the increase in the length of the upper chamber 21X and the length of the cable 13 is prevented by, for example, increasing the weight of the seed chuck 14 while preventing the single crystal 17 from becoming heavy. Can be lifted stably. Along with this, the length of the upper chamber 21X is set to be long, so that a single crystal having a long straight body portion stably obtained by the present apparatus can be accommodated.
[0038]
【The invention's effect】
According to the present invention as described above, resonance of the cable system of the cable type CZ method single crystal pulling apparatus can be prevented with a simple configuration and mechanism, and stable pulling of the single crystal can be realized. Moreover, according to this apparatus, a single crystal ingot provided with a long straight body part can be obtained stably.
[0039]
In addition, as a reflective effect, in the cable type CZ method single crystal pulling apparatus, it is possible to increase the number of crystal rotations when pulling the crystal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining the present invention, and shows a cable system in a single crystal pulling apparatus as a pendulum system model including “cable” and “seed chuck and single crystal”.
FIG. 2 is a diagram for explaining the movement of the center of gravity when pulling a single crystal.
FIG. 3 is a diagram showing a change in resonance speed n of a cable system with respect to a crystal length measured from a seed (seed crystal) when a single crystal is pulled.
FIG. 4 is a block diagram showing an overall configuration of a cable-type CZ method single crystal pulling apparatus as one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Cable System 11 Cable Winding Drum 13 Cable (Tungsten Wire)
14 Seed chuck 15 Neck (seeding part)
16 Raw material melt 17 Single crystal P Cable center of gravity 17a Shoulder portion m 0 of single crystal 17 Rotational speed of single crystal 17 21 Chamber 21X Upper chamber 21Y Middle chamber 21Z Lower chamber 23 Motor Q Rotating shaft

Claims (6)

単結晶を引上げるためのケーブルその他の引き上げ部材を備え、CZ法によって原料融液から単結晶を引上げるケーブル式CZ法単結晶引上げ装置の設計方法であって、
ケーブル系の共振回転数は、単結晶の引上げの過程において、単結晶のショルダー部の形成に至るまで単調に増加し、単結晶のショルダー部の形成の際に極大部分を形成して減少に転じ、単結晶の直胴部の形成の際に極小部分を形成して再び増加することに基づいて、前記極小部分での共振周波数が種絞り開始時の共振周波数よりも1rpm以上大きくなるように、シードチャックの重量を設計することを特徴とするケーブル式CZ法単結晶引上げ装置の設計方法。
A cable-type CZ method single crystal pulling apparatus for pulling a single crystal from a raw material melt by a CZ method, comprising a cable or other pulling member for pulling a single crystal,
In the process of pulling up the single crystal, the resonance speed of the cable system monotonously increases until the formation of the shoulder portion of the single crystal, and when the shoulder portion of the single crystal is formed, a maximum portion is formed and then decreases. Based on the fact that the minimum portion is formed and increased again when forming the straight body portion of the single crystal, the resonance frequency at the minimum portion is 1 rpm or more higher than the resonance frequency at the start of seed drawing, design method of cable-type CZ single crystal pulling apparatus characterized by designing the weight of the seed chuck.
単結晶を引上げるためのケーブルその他の引き上げ部材を備え、CZ法によって原料融液から単結晶を引上げるケーブル式CZ法単結晶引上げ装置であって、
ケーブル系の共振回転数は、単結晶の引上げの過程において、単結晶のショルダー部の形成に至るまで単調に増加し、単結晶のショルダー部の形成の際に極大部分を形成して減少に転じ、単結晶の直胴部の形成の際に極小部分を形成して再び増加することに基づいて、前記極小部分での共振周波数が種絞り開始時の共振周波数よりも1rpm以上大きくなるように、シードチャックの重量が設定されたケーブル式CZ法単結晶引上げ装置。
A cable-type CZ method single crystal pulling apparatus comprising a cable and other pulling members for pulling a single crystal, and pulling the single crystal from the raw material melt by the CZ method,
In the process of pulling up the single crystal, the resonance speed of the cable system monotonously increases until the formation of the shoulder portion of the single crystal, and when the shoulder portion of the single crystal is formed, a maximum portion is formed and then decreases. Based on the fact that the minimum portion is formed and increased again when forming the straight body portion of the single crystal, the resonance frequency at the minimum portion is 1 rpm or more higher than the resonance frequency at the start of seed drawing, weight is set cabled CZ single crystal puller of the seed chuck.
前記シードチャックの構成部材が不活性高密度物質製部材で製作されていることを特徴とする請求項1に記載のケーブル式CZ法単結晶引上げ装置の設計方法 2. The design method of a cable type CZ method single crystal pulling apparatus according to claim 1, wherein the constituent member of the seed chuck is made of an inert high density material member. 前記不活性高密度物質はタングステンであることを特徴とする請求項記載のケーブル式CZ法単結晶引上げ装置の設計方法4. The method of designing a cable type CZ method single crystal pulling apparatus according to claim 3, wherein the inert high-density material is tungsten. 前記シードチャックの構成部材が不活性高密度物質製部材で製作されていることを特徴とする請求項2に記載のケーブル式CZ法単結晶引上げ装置。3. The cable type CZ method single crystal pulling apparatus according to claim 2, wherein the constituent member of the seed chuck is made of an inert high density material member. 前記不活性高密度物質はタングステンであることを特徴とする請求項5記載のケーブル式CZ法単結晶引上げ装置。6. The cable type CZ single crystal pulling apparatus according to claim 5, wherein the inert high-density material is tungsten.
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