JP4862863B2 - 単結晶製造装置の駆動部の制御方法および単結晶製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）における、シリコン単結晶の製造に使用する単結晶製造装置の駆動部の制御方法および単結晶製造装置に関し、詳しくは、単結晶の成長過程における欠陥が少ない無欠陥結晶の歩留まりと生産性を向上させることができる単結晶製造装置の駆動部の制御方法および単結晶製造装置に関するものである。

従来、ＣＺ法によるシリコン単結晶の製造においては、単結晶シリコンを種結晶として用いて、これをシリコン融液に接触させた後、回転させながらゆっくりと引き上げることで単結晶棒を成長させている。そして、その際、シリコン融液を収容しているルツボも回転させながらゆっくりと単結晶を引き上げている。また、単結晶の成長に伴い、減少するシリコン融液に応じてルツボ位置をシリコン融液面が一定に保たれるように上に移動させ、さらに、そのルツボの外側周囲に配設されたヒーター位置も移動させながら、シリコン単結晶を製造している。

また、近年の単結晶は、無欠陥結晶など高品質化が要求され、また、単結晶の直径が３００ｍｍ以上の大型化も進んできている。特に、無欠陥結晶のシリコン単結晶の製造においては、製造装置の炉内の温度勾配の制御が重要である。そこで、ルツボとヒーターの位置関係等が重要となるが、ルツボとヒーターのそれぞれを移動、またはルツボを回転させるための駆動部の制御の精度が悪いと炉内の熱環境が変化してしまい、育成した単結晶に欠陥が形成されて品質不良による歩留まり低下を起こすという問題があった。

そこで、単結晶製造装置のルツボの回転機構に変速装置を用いて、ルツボの回転精度を±０．０２ｒｐｍ以下に制御して、単結晶を製造する方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。
また、巻取ドラムを回転駆動する第１モーターから巻取ドラムに回転を伝達する回転軸の一部として第２モーターを設けて、引上ワイヤの速度の精度を向上させる方法も開示されている（例えば特許文献２参照）。
しかし、上記ルツボの回転精度や引上ワイヤの速度の精度が向上した場合であっても、製造された単結晶の品質が製造装置の号機によって異なり、歩留まり低下を起こすという問題があった。

一方、単結晶製造装置において、単結晶の製造過程におけるルツボやヒーターの移動、さらに、単結晶の引き上げ速度等は、パソコンで制御されている。特に、駆動部の速度設定は、入力信号をさまざまな出力信号に変換することができ，エレベーターなど種々の装置の制御に用いられているＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラー）を用いて、パソコンから送られてきたデジタル信号で設定された速度信号をモーターに送るためにアナログ信号に換算して出力し、そのアナログ信号をモーターアンプに送信して駆動部を制御している。また、ノイズ対策のため、途中に変換器を経由している。
これは、停電時には、ルツボ位置やヒーター位置を所定の位置に移動させる必要があるという非常回避動作を行うことを考慮すると、ルツボやヒーターの駆動部をアナログ信号で制御する必要があるためであり、このことによって、電源が正常に供給されている状態でシリコン単結晶を成長させる際も、単結晶製造装置の駆動部はアナログ信号で制御されているという事情があった。

特開平９−１５７０８５号公報 特開２００４−２７７２３１号公報

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、ＣＺ法により、単結晶製造装置を用いてシリコン単結晶を製造する際に、単結晶製造装置の駆動部をデジタル信号で制御して、無欠陥結晶を安定して育成し、単結晶の歩留まりと生産性を向上させることができる単結晶製造装置の駆動部の制御方法および単結晶製造装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明は、チョクラルスキー法により、ルツボ内に収容したシリコン融液から単結晶を引き上げてシリコン単結晶を製造する単結晶製造装置の駆動部の制御方法において、前記駆動部のモーターを制御するモーターアンプに送信する信号をデジタル信号とし、前記モーターアンプに前記デジタル信号を送信して前記駆動部のモーターが所定の回転速度になるように前記駆動部のモーターを制御し、さらに、前記駆動部への供給電源がバックアップ用電源に切り換わる停電時には、前記モーターアンプに送信する信号をアナログ信号に切り換えて、前記モーターアンプに前記アナログ信号を送信して前記駆動部のモーターが所定の回転速度になるように前記駆動部のモーターを制御することを特徴とする単結晶製造装置の駆動部の制御方法を提供する。（請求項１）。

このように、駆動部のモーターを制御するモーターアンプに送信する信号を単結晶引き上げ時はデジタル信号とすることで、その信号にアナログ処理による誤差が含まれることがなくなり、駆動部のモーターが所定の回転速度になるように、精度良く制御することができる。そのため、駆動部によって駆動する単結晶製造装置の移動機構等が精度良く制御でき、単結晶の品質を向上することができる。

また、停電時には、モーターアンプに送信する信号をアナログ信号に切り換えて、アナログ信号を送信して駆動部のモーターを制御することで、駆動部のモーターの回転速度が設定電圧を調整することにより簡便に制御することができる。さらに、アナログ信号を送信して駆動部のモーターを制御することにより、パソコン等を使用して送信する信号をデジタル信号からアナログ信号に変換する必要がない。そのため、停電時のバックアップ用電源を必要最低限の駆動部のために用意すれば良く、コストを削減することができる。

また、本発明の制御方法では、前記駆動部は、前記ルツボの上下移動機構、回転機構、該ルツボの外側周囲に配設されたヒーターの上下移動機構のうち少なくとも１つを駆動させるものとすることができる（請求項２）。
このように、駆動部がルツボの上下移動機構、回転機構、ヒーターの上下移動機構のうち少なくとも１つを駆動させるものとすることで、それぞれの上下移動機構や回転機構をデジタル信号により精度良く制御することができる。そのため、単結晶を引き上げて成長させる際に、ルツボやヒーターを適切な位置に高精度で移動させることができる。そして、ルツボやヒーターの位置が適切であることにより、単結晶製造装置の炉内における熱環境の変化を防止して、例えば、高品質で欠陥が少ない無欠陥結晶を製造することができる。

また、本発明の制御方法では、前記モーターアンプに前記デジタル信号を送信して前記駆動部のモーターを制御する場合において、前記駆動部のモーターの回転速度を制御して、前記ルツボの上下移動機構の移動速度、回転機構の回転速度、前記ヒーターの上下移動機構の移動速度のうち少なくとも１つを所定の設定値に対して０．１％以内に制御することが好ましい（請求項３）。
このことにより、それぞれの上下移動機構や回転機構の速度を高精度で制御することができ、単結晶製造装置の号機ごとの上下移動機構等の速度のバラツキを抑制することができる。そのため、単結晶の品質の再現性を向上することができ、単結晶の歩留まりを向上することができる。

さらに、停電時は、前記ルツボを所定の位置まで下降させるように制御し、前記ヒーターを所定の位置または最下部まで下降させるように制御することが好ましい（請求項４）。
このことにより、ルツボ内のシリコン融液が固化して、成長途中の単結晶と固着することを防止することができる。また、ルツボ内のシリコン融液が固化して、ルツボが割れた場合にもヒーターの破損を防ぐことができ、危機管理として重要な対策をとることができる。

また、本発明は、チョクラルスキー法により、ルツボ内に収容したシリコン融液から単結晶を引き上げてシリコン単結晶を製造する単結晶製造装置において、少なくとも、前記シリコン融液を収容するルツボと、該ルツボを支持する支持軸と、前記シリコン融液に浸漬され、その下に単結晶を成長させつつ引き上げられる種結晶を引き上げる引上軸と、前記ルツボの外側周囲に配設されたヒーターと、前記ルツボの上下移動機構、回転機構、前記ヒーターの上下移動機構のうち少なくとも１つを駆動する駆動部とを有し、該駆動部は動力を発生するモーターと、該駆動部のモーターを制御するモーターアンプとを備え、前記駆動部のモーターの回転速度は前記モーターアンプにデジタル信号が送信されて制御されるものであり、前記駆動部への供給電源がバックアップ用電源に切り換わる停電時には、前記駆動部のモーターの回転速度が前記モーターアンプにアナログ信号が送信されて制御されるものであることを特徴とする単結晶製造装置を提供する。（請求項５）。

このように、駆動部のモーターの回転速度が、デジタル信号がモーターアンプに送信されて制御されるものであることにより、アナログ信号が送信された場合に生じる誤差を生じることがないため、所定の回転速度に対する誤差を小さくすることができる。そのため、ルツボの上下移動機構、回転機構、ヒーターの上下移動機構等を精度良く駆動することができる単結晶製造装置とすることができる。そして、ルツボやヒーターの位置を適切な位置に設定することができる単結晶製造装置とすることができるため、炉内における熱環境の変化を防止して、高品質の単結晶を製造することができる。

また、停電時には、駆動部のモーターの回転速度は、アナログ信号がモーターアンプに送信されて制御されるものであることにより、設定電圧を調整することで駆動部のモーターの回転速度を簡便に制御することができる単結晶製造装置とすることができる。さらに、停電時には駆動部のモーターは、モーターアンプにアナログ信号を送信して制御されるものであることにより、送信する信号はパソコン等を使用してデジタル信号からアナログ信号に変換する必要がない。そのため、パソコン等の停電時のバックアップ用電源は、不要となり、必要最低限の駆動部のためのバックアップ用電源を用意すれば良く、コストを削減することができる。

また、駆動部のモーターの回転速度が前記モーターアンプにデジタル信号が送信されて制御される場合において、前記ルツボの上下移動機構の移動速度、回転機構の回転速度、前記ヒーターの上下移動機構の移動速度のうち少なくとも１つが所定の設定値に対して０．１％以内に制御されるものであることが好ましい（請求項６）。
このことにより、ルツボの上下移動機構、回転機構、ヒーターの上下移動機構のそれぞれの速度が高精度で制御される単結晶製造装置とすることができる。そのため、単結晶製造装置の号機ごとの上下移動機構等の速度のバラツキを抑制することができ、単結晶の品質の再現性を向上することができる。そして、単結晶の歩留まりを向上することができる。

さらに、ルツボは、前記停電時に所定の位置まで下降するように制御されるものであり、前記ヒーターは、前記停電時に所定の位置または最下部まで下降するように制御されるものであることが好ましい（請求項７）。
このことにより、停電時におけるルツボとヒーターの位置が相対的に離隔できる単結晶製造装置とすることができる。そのため、ルツボ内のシリコン融液が固化して、ルツボが割れた場合にもヒーターの破損を防ぐことができる単結晶製造装置とすることができる。 また、ルツボが所定の位置まで下降するように制御されるものであるため、ルツボ内のシリコン融液面も下降することができる。そのため、ルツボ内のシリコン融液が固化して、成長途中の単結晶と固着することを防止することができる単結晶製造装置とすることができる。

以上説明したように、本発明では、ＣＺ法により、シリコン単結晶を成長させる際に、駆動部のモーターを制御するモーターアンプにデジタル信号を送信して、駆動部のモーターが所定の回転速度になるように単結晶製造装置の駆動部を制御する。これによって、高精度に単結晶製造装置の移動機構等を制御することができ、例えば、無欠陥結晶を安定して育成し、単結晶の歩留まりと生産性を向上させることができる。また、停電時は、モーターアンプに送信する信号をアナログ信号に切り換えて、単結晶製造装置の駆動部を制御するため、パソコン等を使用して送信する信号をデジタル信号からアナログ信号に変換する必要がない。そのため、停電時のバックアップ用電源を必要最低限の駆動部のために用意すれば良く、コストを削減することができる。

以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、無欠陥結晶などの単結晶の高品質化の要求に対応するためには、単結晶製造装置の炉内の温度勾配の制御が重要であり、ルツボやヒーターの移動機構を駆動する駆動部の制御の精度の向上が重要である。そこで、ルツボの回転精度や引上ワイヤの速度の精度を向上させる方法が開示されたが、駆動部の設定値に対する誤差は解消することができなかった。そして、その誤差を単結晶製造装置の号機ごとに調整しているため、その調整精度が原因で製造された単結晶の品質への影響が変わり歩留まり低下を起こすことがわかった。

また、単結晶製造装置の駆動部の制御は、ＰＬＣを用いて、パソコンから送られてきたデジタル信号で設定された速度信号をモーターに送るためにアナログ信号に換算して出力し、そのアナログ信号をモーターアンプに送信して駆動部を制御している。そのため、デジタル信号からアナログ信号への変換における誤差、または、そのアナログ信号を出力させるための電子部品の温度特性による周囲温度の影響等における誤差が原因で駆動部の設定値に対して誤差が発生していることがわかった。

そこで、本発明者等は、単結晶製造装置の駆動部をアナログ信号で制御するのではなく、デジタル信号で制御することを試みた。
その結果、単結晶製造装置の駆動部の制御にＰＬＣを用いた場合であっても、パソコンから送られてきたデジタル信号をアナログ信号へ変換することなく、そのままデジタル信号を送信して、駆動部を制御することで、駆動部の設定値に対する誤差を小さくすることができ、その誤差を調整する必要がなくなり、単結晶の歩留まりが向上することがわかった。

一方、単結晶製造装置の駆動部をデジタル信号で制御すると、停電時に単結晶製造装置を制御しているパソコンをはじめ全ての電源についてバックアップしなければ、ルツボ位置やヒーター位置を所定の位置に移動させるという非常回避動作ができないという不具合が生じてしまうことがわかった。

そこで、本発明者等は、単結晶製造装置の駆動部の制御方法を、単結晶製造装置の電源が正常に供給されている状態でシリコン単結晶を成長させる際は、駆動部をデジタル信号で制御し、停電時には、デジタル信号からアナログ信号に切り換えて駆動部を制御することで非常回避動作を実施して、駆動部を高精度に制御することを想到し、本発明を完成させた。

以下、本発明について図面を参照しながらさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は本発明の単結晶製造装置の駆動部の制御方法を示すブロック図である。また、図２は本発明の単結晶製造装置の断面構成例を模式的に示す図である。
図２に示すように、この製造装置の外観は図示しない炉で構成され、その中心部にルツボが配設されている。このルツボは二重構造であり、有底円筒状をなす石英製の内側保持容器（以下、単に「石英ルツボ１ａ」という）と、その石英ルツボ１ａの外側を保持すべく適合された同じく有底円筒状の黒鉛製の外側保持容器（「黒鉛ルツボ１ｂ」）とから構成されている。

これらのルツボは、回転および昇降が可能になるように支持軸６の上端部に固定されていて、ルツボの外側周囲には抵抗加熱式ヒーター２が概ね同心円状に配設されている。そして、前記ルツボ内に投入された所定重量のシリコン原料はヒーター２により溶融され、シリコン融液３が形成される。

シリコン融液３を充填した前記ルツボの中心軸には、支持軸６と同一軸上でルツボの回転方向と逆方向または同方向に所定の速度で回転する引上ワイヤー（または引上シャフト、以下両者を合わせて「引上軸５」という）が配設されており、引上軸５の下端には種結晶７が保持されている。そして、種結晶７の下端面に無転位化するための絞り部を形成した後、径を拡大して成長させて引き上げることでシリコン単結晶４が形成される。その際、シリコン単結晶４の成長に伴い、ルツボ内のシリコン融液は減少して液面位置が下降するため、そのシリコン融液面を一定に保つようにルツボを上方に移動させる。また、ルツボの移動に伴い、炉内の熱環境が変化しないように、ヒーターも上下に移動させる。

そして、図１に示すように、ルツボの上下移動機構８、回転機構９、ヒーターの上下移動機構１０を駆動するための駆動部１１は、動力を発生するモーター（例えば、ＡＣサーボモーター）１２と、そのモーターを制御するモーターアンプ１３とを備えていて、モーターアンプにデジタル信号が送信され、そのデジタル信号のパルス周期によって、駆動部のモーターの回転速度が制御されるものである。図６はモーターアンプに送信されるデジタル信号を模式的に示す図である。駆動部のモーターの回転速度の調整は、パルス周期を変更することで可能である。

さらに、停電時には、図１に示すように、リレーが動作してデジタル信号がＯＦＦとなると同時にモーターアンプにアナログ信号が送信され、そのアナログ信号の電圧値によって、駆動部のモーターの回転速度が制御されるものである。図７はモーターアンプ送信されるアナログ信号を模式的に示す図である。駆動部のモーターの回転速度の調整は、電圧値を変更することで可能である。
また、停電が復帰した場合は、リレーが動作してアナログ信号がＯＦＦとなると同時にモーターアンプにデジタル信号が送信される。

このように、上記製造装置は、定常時は駆動部のモーターの回転速度が、デジタル信号がモーターアンプに送信されて制御されるものである。そのため、アナログ信号が送信された場合に生じる変換誤差や電子部品に起因した誤差を発生することがなく、駆動部のモーターの回転速度を所定の速度に制御することができ、ルツボの上下移動機構、回転機構、ヒーターの上下移動機構を精度良く駆動することができる単結晶製造装置とすることができる。従って、ルツボやヒーターの位置を単結晶の成長に伴い、適切な位置に移動することができる単結晶製造装置とすることができるため、炉内における熱環境を変化させることなく、高品質の単結晶を製造することができる。

また、上記製造装置は、停電時には、駆動部のモーターの回転速度が、アナログ信号がモーターアンプに送信されて制御されるものであることにより、設定電圧を調整して、回転速度を簡便に制御することができる単結晶製造装置とすることができる。そして、停電時には、単結晶を製造しないため、駆動部のモーターの回転速度を高精度に制御して、ルツボの上下移動機構、回転機構、ヒーターの上下移動機構を駆動する必要がない。従って、必要最低限の駆動部のためのバックアップ用電源を用意すれば良く、コストを削減することができる。

そして、上記製造装置は、駆動部のモーターの回転速度がモーターアンプにデジタル信号が送信されて制御される場合において、ルツボの上下移動機構の移動速度、回転機構の回転速度、ヒーターの上下移動機構の移動速度のうち少なくとも１つが所定の設定値に対して０．１％以内に制御されるものであることが好ましい。
このことにより、ルツボの上下移動機構、回転機構、ヒーターの上下移動機構のそれぞれの速度が高精度で制御される単結晶製造装置とすることができる。そのため、成長途中での欠陥の少ない高品質な単結晶を製造することができる。
また、このような範囲内でそれぞれの速度が制御されることで、単結晶製造装置の号機の違いによるルツボの上下移動機構等の速度のバラツキを抑制することができる。そのため、単結晶の品質の再現性を向上することができ、単結晶の歩留まりを向上することができる。このような高精度の制御は、従来のアナログ制御では実現できない。

さらに、ルツボは、前記停電時に所定の位置まで下降するように制御されるものであり、前記ヒーターは、前記停電時に所定の位置または最下部まで下降するように制御されるものであることが好ましい。
このことにより、停電時におけるルツボとヒーターの位置が相対的に離隔できる単結晶製造装置とすることができる。そのため、ルツボ内のシリコン融液が固化して、ルツボが割れた場合にもヒーターの破損を防ぐことができる単結晶製造装置とすることができる。 また、ルツボが所定の位置まで下降するように制御されるものであるため、ルツボ内のシリコン融液面も下降することができ、ルツボ内のシリコン融液が固化して、成長途中の単結晶と固着することを防止することができるので、停電時の後処理に手間のかからない単結晶製造装置とすることができる。

次に、本発明の単結晶製造装置の駆動部を制御する方法の一例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるわけではない。
本発明では、ＣＺ法により、ルツボ内に収容したシリコン融液から単結晶を引き上げてシリコン単結晶を製造する際に、駆動部のモーターを制御するモーターアンプに送信する信号をデジタル信号として、そのデジタル信号を送信して駆動部のモーターが高精度で所定の回転速度になるように制御する。
このような本発明の制御方法は、例えば上記のような装置を用いて実施することができる。

上記のように、デジタル信号を送信して駆動部のモーターが所定の回転速度になるように制御することで、アナログ信号に変換する必要がなくなり、デジタル信号をそのまま送信することができるため、その信号に誤差が発生しない。そのため、駆動部のモーターの回転速度は設定された所定の回転速度に対して誤差を小さくすることができ、高精度に制御することができる。従って、その駆動部によって駆動する単結晶製造装置の移動機構等が精度良く制御でき、単結晶の品質を向上することができる。

また、本発明では、図１に示すように、停電時には、駆動部のモーターを制御するモーターアンプに送信する信号をアナログ信号に切り換えて、そのアナログ信号を送信して駆動部のモーターが所定の回転速度になるように制御する。
このことにより、駆動部のモーターの回転速度が図７に示すような電圧値を調整することにより簡便に制御することができる。さらに、停電時には、パソコン等の制御部から送信する信号をデジタル信号からアナログ信号に変換する必要がない。従って、パソコン等を使用する必要がない。従って、必要最低限の駆動部のためのバックアップ用電源を用意すれば良く、装置コストを削減することができる。

この場合、駆動部は、ルツボの上下移動機構、回転機構、ヒーターの上下移動機構のうち少なくとも１つを駆動させるものとすることができる。
このように、駆動部がルツボの上下移動機構、回転機構、ヒーターの上下移動機構のうち少なくとも１つを駆動させるものすることで、それぞれの上下移動機構や回転機構を精度良く制御することができる。そのため、単結晶を引き上げて成長させる際のルツボやヒーターを適切な位置に移動させることができる。そして、ルツボやヒーターの位置が適切であることにより、単結晶製造装置の炉内における熱環境の変化を防止して、高品質で欠陥が少ない無欠陥結晶を製造することができる。もちろん、引上軸の回転や上下移動の制御およびその他の駆動部の制御も同様に、本発明により制御することも可能である。

さらに、モーターアンプにデジタル信号を送信して駆動部のモーターを制御する場合において、駆動部のモーターの回転速度を制御して、ルツボの上下移動機構の移動速度、回転機構の回転速度、ヒーターの上下移動機構の移動速度のうち少なくとも１つを所定の設定値に対して０．１％以内に制御することが好ましい。
このような範囲内で、ルツボの上下移動機構、回転機構、ヒーターの上下移動機構のそれぞれの速度を制御することで、単結晶製造装置の号機の違いによるルツボの上下移動機構等の速度のバラツキを抑制することができる。そのため、単結晶の品質の再現性を向上することができ、単結晶の歩留まりを向上することができる。

また、停電時は、前記ルツボを所定の位置まで下降させように制御し、前記ヒーターを所定の位置または最下部まで下降させるように制御することが好ましい。
このことにより、停電でヒーターへの電源が供給されなくなり、炉内及びルツボ内のシリコン融液の温度が低下してシリコン融液が固化した場合に、シリコン融液と成長途中の単結晶とが固着することを防止することができる。そのため、炉の開放が困難になる等、後処理で問題が生じることがなく、早く停電時の対応をとることができる。また、ルツボ内のシリコン融液が固化して、ルツボが割れた場合にも、ヒーターの破損を防ぐことができ、危機管理として重要な対策をとることができる。

次に本発明の実施例、比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
図１に示す単結晶製造装置の駆動部の制御方法によって駆動部のモーターの回転速度を制御した場合の駆動部のモーターの回転速度を、単結晶製造装置のルツボの上下移動機構の移動速度、回転機構の回転速度、ヒーターの上下移動機構の移動速度のそれぞれに対して測定した。なお、単結晶製造装置の号機ごとに測定をした結果、号機ごとの差がほとんどなかったため、後述する測定結果では、最大値を示した号機１台分について示す。
このとき、図１に示すように、モーターアンプに送信される信号は、デジタル信号であるため、誤差はない。また、駆動部のモーターは、精度が±０．１％のＡＣサーボモーターを用いた。従って、駆動部のモーターの回転速度の精度は、±０．１％である。

（比較例１〜５）
図８に示す単結晶製造装置の駆動部の制御方法によって駆動部のモーターの回転速度を制御した場合の駆動部のモーターの回転速度を、単結晶製造装置のルツボの上下移動機構の移動速度、回転機構の回転速度、ヒーターの上下移動機構の移動速度のそれぞれに対して測定した。なお、測定は、５台の単結晶製造装置について行った。
このとき、図８に示すように、モーターアンプに送信される信号は、パソコンのデジタル信号からアナログ信号に変換されたものであり、その時の精度は、±１．１％である。また、駆動部のモーターは、実施例と同様の精度が±０．１％のＡＣサーボモーターを用いた。従って、駆動部のモーターの回転速度の精度は、±１．２％である。

図３は、実施例および比較例におけるルツボの上下移動機構の移動速度に対する駆動部のモーターの回転速度の誤差を示す図である。
実施例では、すべてのルツボの上下移動機構の移動速度について、誤差は０％であった。比較例１〜５は、実施例よりも誤差が大きく、特にルツボの上下移動機構の移動速度０．２ｍｍ／ｍｉｎのとき、比較例３の誤差が約０．５％で最大であり、駆動部のモーターの精度を超えていた。

図４は、実施例および比較例におけるルツボの回転機構の回転速度に対する駆動部のモーターの回転速度の誤差を示す図である。
実施例では、すべてのルツボの回転機構の回転速度について、誤差は０．１％以下であり、駆動部のモーターの精度範囲内であった。比較例１〜５は、実施例よりも誤差が大きく、特にルツボの回転機構の回転速度１ｒｐｍのとき、比較例２、４、５の誤差が約０．５％で最大であり、駆動部のモーターの精度を超えていた。

図５は、実施例および比較例におけるヒーターの上下移動機構の移動速度に対する駆動部のモーターの回転速度の誤差を示す図である。
実施例では、すべてのヒーターの上下移動機構の移動速度について、誤差は０％であった。比較例１〜５は、実施例よりも誤差が大きく、特にヒーターの上下移動機構の移動速度０．６ｍｍ／ｍｉｎのとき、比較例５の誤差が約０．４％で最大であり、駆動部のモーターの精度を超えていた。

また、前述のように、図３〜図５の実施例の測定結果は、単結晶製造装置の号機の中で最大値を示したものの結果であるが、図３、図５は誤差が０％であり、図４においても、誤差は０．１％以下と小さい値であり、号機ごとの差がほとんどないことがわかった。

以上のことから、本発明の単結晶製造装置の駆動部の制御方法によれば、モーターアンプに送信される信号の誤差をなくすことができるため、駆動部のモーターの回転速度の精度を向上することができる。具体的には、従来は±１．２％であったものが、±０．１％となり、誤差としては、駆動部のモーター自体の精度に起因するもののみとすることができる。また、本発明の単結晶製造装置の駆動部の制御方法によれば、単結晶製造装置の号機ごとの誤差の差をなくすこともできる。そのため、高精度にルツボの上下移動機構等を制御することができ、炉内の熱環境の変化を防止して、高品質な単結晶を製造することができ、無欠陥結晶の収率を向上することができる。そして、無欠陥結晶の収率が向上し、生産性が向上するため、工業的に安価な高品質のシリコン単結晶の製造が可能となる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

本発明の単結晶製造装置の駆動部の制御方法を示すブロック図である。 本発明の単結晶製造装置の断面構成例を模式的に示す図である。 実施例および比較例におけるルツボの上下移動機構の移動速度に対する駆動部のモーターの回転速度の誤差を示す図である。 実施例および比較例におけるルツボの回転機構の回転速度に対する駆動部のモーターの回転速度の誤差を示す図である。 実施例および比較例におけるヒーターの上下移動機構の移動速度に対する駆動部のモーターの回転速度の誤差を示す図である。 モーターアンプ送信されるデジタル信号を模式的に示す図である。 モーターアンプ送信されるアナログ信号を模式的に示す図である。 従来の単結晶製造装置の駆動部の制御方法を示すブロック図である。

符号の説明

１ａ…石英ルツボ、 １ｂ…黒鉛ルツボ、 ２…ヒーター、 ３…シリコン融液、 ４…シリコン単結晶、 ５…引上軸、 ６…支持軸、 ７…種結晶、 ８…ルツボの上下移動機構、 ９…ルツボの回転機構、 １０…ヒーターの上下移動機構、 １１…駆動部、 １２…モーター、 １３…モーターアンプ。

Claims (7)

1. チョクラルスキー法により、ルツボ内に収容したシリコン融液から単結晶を引き上げてシリコン単結晶を製造する単結晶製造装置の駆動部の制御方法において、前記駆動部のモーターを制御するモーターアンプに送信する信号をデジタル信号とし、前記モーターアンプに前記デジタル信号を送信して前記駆動部のモーターが所定の回転速度になるように前記駆動部のモーターを制御し、さらに、前記駆動部への供給電源がバックアップ用電源に切り換わる停電時には、前記モーターアンプに送信する信号をアナログ信号に切り換えて、前記モーターアンプに前記アナログ信号を送信して前記駆動部のモーターが所定の回転速度になるように前記駆動部のモーターを制御することを特徴とする単結晶製造装置の駆動部の制御方法。
2. 前記駆動部は、前記ルツボの上下移動機構、回転機構、該ルツボの外側周囲に配設されたヒーターの上下移動機構のうち少なくとも１つを駆動させるものとすることを特徴とする請求項１に記載の単結晶製造装置の駆動部の制御方法。
3. 前記モーターアンプに前記デジタル信号を送信して前記駆動部のモーターを制御する場合において、前記駆動部のモーターの回転速度を制御して、前記ルツボの上下移動機構の移動速度、回転機構の回転速度、前記ヒーターの上下移動機構の移動速度のうち少なくとも１つを所定の設定値に対して０．１％以内に制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の単結晶製造装置の駆動部の制御方法。
4. 前記停電時は、前記ルツボを所定の位置まで下降させるように制御し、前記ヒーターを所定の位置または最下部まで下降させるように制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の単結晶製造装置の駆動部の制御方法。
5. チョクラルスキー法により、ルツボ内に収容したシリコン融液から単結晶を引き上げてシリコン単結晶を製造する単結晶製造装置において、少なくとも、前記シリコン融液を収容するルツボと、該ルツボを支持する支持軸と、前記シリコン融液に浸漬され、その下に単結晶を成長させつつ引き上げられる種結晶を引き上げる引上軸と、前記ルツボの外側周囲に配設されたヒーターと、前記ルツボの上下移動機構、回転機構、前記ヒーターの上下移動機構のうち少なくとも１つを駆動する駆動部とを有し、該駆動部は動力を発生するモーターと、該駆動部のモーターを制御するモーターアンプとを備え、前記駆動部のモーターの回転速度は前記モーターアンプにデジタル信号が送信されて制御されるものであり、前記駆動部への供給電源がバックアップ用電源に切り換わる停電時には、前記駆動部のモーターの回転速度が前記モーターアンプにアナログ信号が送信されて制御されるものであることを特徴とする単結晶製造装置。
6. 前記駆動部のモーターの回転速度が前記モーターアンプにデジタル信号が送信されて制御される場合において、前記ルツボの上下移動機構の移動速度、回転機構の回転速度、前記ヒーターの上下移動機構の移動速度のうち少なくとも１つが所定の設定値に対して０．１％以内に制御されるものであることを特徴とする請求項５に記載の単結晶製造装置。
7. 前記ルツボは、前記停電時に所定の位置まで下降するように制御されるものであり、前記ヒーターは、前記停電時に所定の位置または最下部まで下降するように制御されるものであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の単結晶製造装置。

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