JP4974770B2 - How to replace the crucible - Google Patents

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Description

本発明は、予め定められた位置に設置された単結晶引上装置の近傍に移動し、前記単結晶引上装置に対して、ルツボを装着または撤去するルツボ交換方法に関する。 The present invention relates to a crucible exchanging method that moves to the vicinity of a single crystal pulling apparatus installed at a predetermined position and attaches or removes a crucible to the single crystal pulling apparatus.

シリコン単結晶の育成に関し、CZ法が広く用いられている。この方法は、石英ガラスルツボ内に収容されたシリコンの溶融液から単結晶を育成しながら引上げるものである。
具体的には、図7に示すように、炉体50内に鉛直軸回りに回転可能なルツボ51が設けられ、ルツボ51の周囲にはシリコン溶融液Mを加熱するためのヒータ52が設けられる。
The CZ method is widely used for the growth of silicon single crystals. This method pulls up a single crystal while growing it from a silicon melt contained in a quartz glass crucible.
Specifically, as shown in FIG. 7, a crucible 51 capable of rotating around a vertical axis is provided in the furnace body 50, and a heater 52 for heating the silicon melt M is provided around the crucible 51. .

そして、溶融液Mの表面に引上げ用ワイヤ53に取り付けられた種結晶Pを接触させ、ルツボ51を回転させるとともに、この種結晶Pを反対方向に回転させながら上方へ引上げることによって、種結晶Pの下端にシリコン単結晶Cが形成される。   Then, the seed crystal P attached to the pulling wire 53 is brought into contact with the surface of the melt M, the crucible 51 is rotated, and the seed crystal P is pulled upward while rotating in the opposite direction. A silicon single crystal C is formed at the lower end of P.

一般に、引上げ開始に先立ち、溶融液Mの温度が安定した後、図8に示すように、種結晶Pを溶融液Mに接触させて種結晶Pの先端部を溶解するネッキングを行う。ネッキングとは、種結晶Pと溶融液Mとの接触で発生するサーマルショックによりシリコン単結晶に生じる転位を除去するための不可欠の工程である。このネッキングによりネック部P1が形成される。また、このネック部P1は、一般的に、直径が3〜4mmで、その長さが30〜40mm以上必要とされている。   In general, prior to the start of pulling, after the temperature of the melt M is stabilized, as shown in FIG. 8, necking is performed in which the seed crystal P is brought into contact with the melt M to dissolve the tip of the seed crystal P. Necking is an indispensable process for removing dislocations generated in a silicon single crystal due to thermal shock generated by contact between the seed crystal P and the melt M. The neck portion P1 is formed by this necking. The neck portion P1 is generally required to have a diameter of 3 to 4 mm and a length of 30 to 40 mm or more.

また、引上げ開始後の工程としては、ネッキング終了後、直胴部直径にまで結晶を広げるクラウン工程、製品となる単結晶を育成する直胴工程、直胴工程後の単結晶直径を徐々に小さくするテール工程が行われる。   In addition, as a process after the start of pulling, after necking is completed, a crown process for expanding the crystal to the diameter of the straight body part, a straight body process for growing a single crystal as a product, and a single crystal diameter after the straight body process are gradually reduced. The tail process is performed.

ところで、近年にあっては、引上げられる単結晶の大口径化が進み、例えば直径8インチ以上のシリコン単結晶育成用ルツボの直径サイズは22インチ以上が必要であり、その周辺のホットゾーンも大型化している。
このため、従来の小口径引上炉に比べ炉内の保温効果が向上し、ヒータ電源をオフにしてからの自然冷却時間が長くなるため、生産効率が低下するという課題があった。
By the way, in recent years, the diameter of a single crystal to be pulled has been increased, and for example, the diameter size of a crucible for growing a silicon single crystal having a diameter of 8 inches or more is required to be 22 inches or more, and the surrounding hot zone is also large. It has become.
For this reason, compared with the conventional small-diameter pull-up furnace, the heat-retaining effect in the furnace is improved, and the natural cooling time after the heater power is turned off becomes longer, so that the production efficiency is lowered.

即ち、大口径のホットゾーンの場合、自然冷却時間は8時間から12時間となり、操業時間の1割以上となる。さらに、清掃時間も増加し1〜3時間必要となるため、これらの時間短縮が望まれていた。
尚、自然冷却時間とは、ヒータ電源がオフになされた時から、作業者がルツボ等に付着したシリコン酸化物の除去等の作業が可能となるまでの時間であり、従来の作業においては、シリコン残渣表面温度が約100℃以下になるまでに要する時間が目安となされている。
That is, in the case of a large-diameter hot zone, the natural cooling time is 8 hours to 12 hours, which is 10% or more of the operation time. Furthermore, since the cleaning time is increased and 1 to 3 hours are required, it has been desired to shorten these times.
The natural cooling time is the time from when the heater power is turned off until the worker can perform operations such as removal of silicon oxide adhered to the crucible, etc. The time required for the surface temperature of the silicon residue to be about 100 ° C. or less is a standard.

このような課題に対し、特許文献1(特開平9−202694号公報)には、熱伝導率が800°Kにおいて、少なくとも約55×10-5g.cal./(秒・cm2)(℃/cm)であるガス(例えばヘリウムガス)を炉内に流し、これにより炉内を冷却する方法が開示されている。
特開平9−202694号公報
With respect to such a problem, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 9-202694) discloses that at a thermal conductivity of 800 ° K., at least about 55 × 10 −5 g. cal. Disclosed is a method in which a gas (for example, helium gas) of / (second · cm 2 ) (° C./cm) is caused to flow into the furnace, thereby cooling the inside of the furnace.
JP-A-9-202694

しかしながら、特許文献1に開示の引上炉の冷却方法にあっては、炉内に流すのに好ましいガスであるヘリウムガスが高価であることや、その供給装置を増設する必要があること等から、コストが嵩むという別の課題があった。   However, in the cooling method of the lifting furnace disclosed in Patent Document 1, helium gas, which is a preferable gas for flowing into the furnace, is expensive, and it is necessary to increase the supply device. There was another problem that the cost increased.

本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、単結晶引上装置の近傍に移動して前記単結晶引上装置に対してルツボを装着または撤去するルツボ交換方法において、単結晶引上後から次の単結晶引上開始までの時間を短縮することができ、コストを抑えつつ生産効率向上を図ることができるルツボ交換方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made under the circumstances as described above. In the crucible exchanging method in which the crucible is attached to or removed from the single crystal pulling apparatus by moving to the vicinity of the single crystal pulling apparatus. it is possible to shorten the time from after the crystal pulling until the next single crystal pulling begins, and to provide a crucible exchange method capable of improving the production efficiency while suppressing the cost.

前記した課題を解決するために、本発明に係るルツボ交換方法は、プルチャンバとメインチャンバとを備える単結晶引上装置に対してルツボを交換するルツボ交換方法であって、前記単結晶の引上げ作業が終了後、シリコン残渣が450〜550℃となるまで自然冷却するステップと、前記自然冷却するステップの後、前記プルチャンバがメインチャンバから外され、単結晶引上装置を開くステップと、前記単結晶引上装置を開くステップの後、前記単結晶引上装置における単結晶引上用ワイヤの先端部に対し着脱自在な基台と、前記基台に対し回動自在に設けられ前記ルツボを把持可能に設けられたグリップ部材とを備え、前記グリップ部材における前記ルツボとの接触部には、曲げ強度が70MPa以上であって、圧縮強度が120MPa以上である炭素繊維強化炭素複合材料(C/Cコンポジット)が設けられたルツボハンドリング装置を、開かれた単結晶引上装置内の単結晶引上用ワイヤの先端部に取り付けるステップと、前記単結晶引上用ワイヤの先端部にルツボハンドリング装置を取り付けるステップの後、前記ルツボハンドリング装置を用いて単結晶引上げ後のルツボを把持し、前記プルチャンバと共に前記ルツボハンドリング装置を台車の上方に移動させ、前記単結晶引上用ワイヤを降ろし、前記ルツボハンドリング装置がルツボの把持を開放することにより、前記ルツボを台車上に載置させる、前記単結晶引上装置からルツボを撤去するステップと、前記単結晶引上装置からルツボを撤去するステップの後、原料シリコンが充填された清掃済の別のルツボを前記ルツボハンドリング装置により把持し、前記プルチャンバと共に前記ルツボハンドリング装置を移動させ、前記別のルツボを前記単結晶引上装置内に装着するステップと、前記別のルツボを前記単結晶引上装置内に装着するステップの後、前記プルチャンバをメインチャンバに装着し、単結晶引上装置を閉じるステップと、を実行することを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, a crucible exchanging method according to the present invention is a crucible exchanging method for exchanging a crucible with respect to a single crystal pulling apparatus including a pull chamber and a main chamber, and the pulling operation of the single crystal After the step of natural cooling until the silicon residue reaches 450 to 550 ° C., and after the natural cooling step, the pull chamber is removed from the main chamber and the single crystal pulling apparatus is opened, and the single crystal After the step of opening the pulling device, a base that can be attached to and detached from the tip of the single crystal pulling wire in the single crystal pulling device, and a crucible that can be rotated with respect to the base and can be gripped. The grip member has a bending strength of 70 MPa or more and a compressive strength of 120 MP. Attaching the crucible handling device provided with the carbon fiber reinforced carbon composite material (C / C composite) as described above to the tip of the single crystal pulling wire in the opened single crystal pulling device; After the step of attaching the crucible handling device to the tip of the crystal pulling wire, the crucible after pulling the single crystal is gripped using the crucible handling device, and the crucible handling device is moved above the carriage together with the pull chamber, Removing the crucible from the single crystal pulling device, lowering the single crystal pulling wire, and placing the crucible on a carriage by the crucible handling device releasing the holding of the crucible; After the step of removing the crucible from the crystal pulling apparatus, another cleaned crucible filled with raw silicon is placed in the Grasping with the crucible handling device, moving the crucible handling device together with the pull chamber, and mounting the other crucible in the single crystal pulling device; and mounting the other crucible in the single crystal pulling device After the step, the step of attaching the pull chamber to the main chamber and closing the single crystal pulling apparatus is performed.

このような構成によれば、高温状態のルツボに対し炭素繊維強化炭素複合材料(C/Cコンポジット部材)を介して保持することができ、ルツボを容易にチャンバから搬出することができる。
また、搬出されたルツボが高温の状態であれば清掃作業をすぐに出来ないため、清掃済みであって原料シリコンを充填済みの別のルツボをチャンバ内にセットすることにより、その後の原料シリコン溶融作業にすぐに移行することができる。
これにより、単結晶引上後から次の単結晶引上開始までの時間を短縮することができ、生産効率を向上することができる。
また、ルツボとの接触部に前記炭素繊維強化炭素複合材料(C/Cコンポジット)を用いるのみで、前記効果を得ることができるため、従来のヘリウムガス等を毎回使用する装置、方法よりもコスト増大を大幅に抑制することができる。
According to such a configuration, the crucible in a high temperature state can be held via the carbon fiber reinforced carbon composite material (C / C composite member), and the crucible can be easily carried out of the chamber.
In addition, if the crucible carried out is in a high temperature state, the cleaning operation cannot be performed immediately. Therefore, by setting another crucible that has been cleaned and filled with raw material silicon in the chamber, the subsequent raw material silicon melting You can move to work immediately.
Thereby, it is possible to shorten the time from the single crystal pulling up to the start of the next single crystal pulling, and to improve the production efficiency.
Moreover, since the above-mentioned effect can be obtained only by using the carbon fiber reinforced carbon composite material (C / C composite) at the contact portion with the crucible, the cost is higher than that of the conventional apparatus and method using helium gas or the like every time. The increase can be greatly suppressed.

本発明によれば、予め定められた位置に設置された単結晶引上装置の近傍に移動して前記単結晶引上装置に対してルツボを装着または撤去するルツボハンドリング装置を用いたルツボ交換方法において、単結晶引上後から次の単結晶引上開始までの時間を短縮することができ、コストを抑えつつ生産効率の向上を図ることができるルツボ交換方法を得ることができる。 According to the present invention, a crucible exchanging method using a crucible handling apparatus that moves to the vicinity of a single crystal pulling apparatus installed at a predetermined position and attaches or removes a crucible to the single crystal pulling apparatus. The crucible exchanging method can be obtained in which the time from the single crystal pulling to the start of the next single crystal pulling can be shortened, and the production efficiency can be improved while suppressing the cost.

以下、本発明に係るルツボ交換方法の実施の形態について図面に基づき説明する。図1は本発明において用いられるルツボハンドリング装置が適用される単結晶引上装置1の全体構成を示すブロック図である。
この単結晶引上装置1は、円筒形状のメインチャンバ2aの上に着脱自在なプルチャンバ2bを重ねて形成された炉体2と、炉体2内において支持軸15上に設けられたルツボ3と、ルツボ3に装填された半導体原料Mを溶融するヒータ4とを有している。
Embodiments of a crucible exchanging method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Figure 1 is a block diagram showing the overall structure of a single crystal pulling apparatus 1 crucible handling device used Oite the present invention is applied.
This single crystal pulling apparatus 1 includes a furnace body 2 formed by stacking a detachable pull chamber 2b on a cylindrical main chamber 2a, and a crucible 3 provided on a support shaft 15 in the furnace body 2. And the heater 4 for melting the semiconductor raw material M loaded in the crucible 3.

尚、ルツボ3は二重構造の組立体であり、内側が石英ガラスルツボ3a、外側が黒鉛ルツボ3bで構成されている。
また、前記のように、プルチャンバ2bはメインチャンバ2aに対し着脱自在に構成されており、着脱時には、プルチャンバ2bに取り付けられたアーム13を多関節ロボット等(図示せず)により把持し、プルチャンバ2bを旋回及び昇降移動させることで着脱がなされる。
The crucible 3 is an assembly having a double structure, and is composed of a quartz glass crucible 3a on the inside and a graphite crucible 3b on the outside.
Further, as described above, the pull chamber 2b is configured to be detachable from the main chamber 2a. At the time of detachment, the arm 13 attached to the pull chamber 2b is gripped by an articulated robot or the like (not shown), and the pull chamber 2b is It is attached and detached by turning and moving up and down.

また、炉体2の上方には、単結晶Cを引上げる引上げ機構5が設けられ、この引上げ機構5は、モータ駆動される巻取り機構5aと、この巻取り機構5aに巻き上げられる引上げワイヤ5bとにより構成される。そして、ワイヤ5bの先端にはシードチャック14が設けられ、このシードチャック14により種結晶Pが保持され、単結晶Cを育成しながら引上げがなされる。
また、炉体2内には、単結晶Cの引上工程中に亘り、上方から下方に向けて常に不活性ガスGが流されるように構成されている。
Further, a pulling mechanism 5 for pulling up the single crystal C is provided above the furnace body 2. The pulling mechanism 5 includes a winding mechanism 5a driven by a motor and a pulling wire 5b wound on the winding mechanism 5a. It consists of. A seed chuck 14 is provided at the tip of the wire 5b, and the seed crystal P is held by the seed chuck 14 and pulled up while growing the single crystal C.
Moreover, in the furnace body 2, it is comprised so that the inert gas G may be always flowed from upper direction toward the downward direction over the pulling process of the single crystal C.

また、単結晶引上装置1は、図1に示すようにシリコン融液Mの温度を制御するヒータ4の供給電力量を制御するヒータ制御部9と、ルツボ3(支持軸15)を回転させるモータ10と、モータ10の回転数を制御するモータ制御部10aとを備えている。さらには、支持軸15の昇降移動により石英ガラスルツボ3の高さを制御する昇降装置11と、昇降装置11を制御する昇降装置制御部11aと、成長結晶の引上げ速度と回転数を制御するワイヤリール回転装置制御部12とを備えている。これら各制御部9、10a、11a、12はコンピュータ8の演算制御装置8bに接続されている。   Further, the single crystal pulling apparatus 1 rotates the crucible 3 (support shaft 15) and the heater controller 9 that controls the amount of power supplied to the heater 4 that controls the temperature of the silicon melt M, as shown in FIG. The motor 10 and the motor control part 10a which controls the rotation speed of the motor 10 are provided. Furthermore, a lifting / lowering device 11 for controlling the height of the quartz glass crucible 3 by the lifting / lowering movement of the support shaft 15, a lifting / lowering device controller 11 a for controlling the lifting / lowering device 11, and a wire for controlling the pulling speed and the number of rotations of the grown crystal. And a reel rotation device controller 12. Each of these control units 9, 10 a, 11 a, 12 is connected to an arithmetic control device 8 b of the computer 8.

次に、本発明に用いられるルツボハンドリング装置について説明する。図2は、ルツボハンドリング装置19の断面図である。
ルツボハンドリング装置19は、図6に示すように、基台21と、基台21に対し関節部21aを軸に回動自在に設けられ、ルツボ3に対し所定幅の接触部を有する一対のグリップ部材22とを備えている。
関節部21aには、一対のグリップ部材22を、把持対象(ルツボ3)に対し開閉動作させるためのステッピングモータ(図示せず)が設けられ、このステッピングモータは、演算制御装置8bの指令により駆動制御がなされる。
Next, the crucible handling device used in the present invention will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view of the crucible handling device 19.
As shown in FIG. 6, the crucible handling device 19 is provided with a base 21 and a pair of grips provided so as to be rotatable about the joint 21 a with respect to the base 21 and having a contact portion with a predetermined width with respect to the crucible 3. And a member 22.
The joint portion 21a is provided with a stepping motor (not shown) for opening and closing the pair of grip members 22 with respect to the object to be grasped (the crucible 3). The stepping motor is driven by a command from the arithmetic control device 8b. Control is made.

また、グリップ部材22の内側面、即ちルツボ3との接触部分には、炭素繊維強化炭素複合材料であるC/Cコンポジット部材23が設けられ、このC/Cコンポジット部材23により、高温(400〜550℃)のルツボ3であっても、容易にグリップ22で把持することが可能となされている。尚、ここで用いられるC/Cコンポジット部材は、その曲げ強度が70MPa以上、圧縮強度が120MPa以上のものが必要とされる。
また、基台21の上面中央には、突起部20が設けられ、この突起部20がシードチャック14に着脱自在に保持されることにより、ワイヤ5bによってルツボハンドリング装置19が支持され得るよう構成されている。
Further, a C / C composite member 23 that is a carbon fiber reinforced carbon composite material is provided on the inner surface of the grip member 22, that is, a contact portion with the crucible 3. Even the crucible 3 at 550 ° C. can be easily gripped by the grip 22. The C / C composite member used here is required to have a bending strength of 70 MPa or more and a compressive strength of 120 MPa or more.
Further, a protrusion 20 is provided at the center of the upper surface of the base 21, and the crucible handling device 19 can be supported by the wire 5 b when the protrusion 20 is detachably held by the seed chuck 14. ing.

続いて、図1に示した単結晶引上装置1を用いた単結晶引上げ工程、及びその後のルツボ交換工程について説明する。
まず、単結晶引上工程においては、原料シリコンM1の溶融工程が行なわれる。
炉体2内には、不活性ガスGが供給され、ルツボ3に原料シリコンが装填される。次いで、コンピュータ8の記憶装置8aに記憶されたプログラムに基づき、先ず、演算制御装置8bの指令によりヒータ制御部9を作動させてヒータ4を加熱し、ルツボ3の原料シリコンの溶融作業が開始される。
尚、原料シリコンの溶融時においてはモータ制御部10aによりモータ10の駆動が制御され、ルツボ3は所定の回転速度で回転する。
Next, a single crystal pulling process using the single crystal pulling apparatus 1 shown in FIG. 1 and a subsequent crucible exchange process will be described.
First, in the single crystal pulling step, a raw material silicon M1 melting step is performed.
An inert gas G is supplied into the furnace body 2, and raw silicon is loaded into the crucible 3. Next, based on the program stored in the storage device 8a of the computer 8, first, the heater control unit 9 is operated by the command of the arithmetic control device 8b to heat the heater 4, and the melting operation of the raw silicon of the crucible 3 is started. The
When the raw material silicon is melted, the motor control unit 10a controls the driving of the motor 10, and the crucible 3 rotates at a predetermined rotation speed.

原料シリコンの溶融によりシリコン溶融液Mが生成されると、単結晶引上げ作業が開始される。
即ち、演算制御装置8bの指令により、さらに昇降装置制御部11aと、ワイヤリール回転装置制御部12とが作動し、回転するルツボ3の高さ位置が調整されると共に、巻取り機構5aが作動してワイヤ5bが降ろされる。
そして、ワイヤ5bの先端にシードチャック14によって保持された種結晶Pがシリコン融液Mに接触させられ、種結晶Pの先端部を溶解するネッキングが行われてネック部P1が形成される。
When the silicon melt M is generated by melting the raw material silicon, the single crystal pulling operation is started.
That is, the elevator controller 11a and the wire reel rotating device controller 12 are further operated by the command of the arithmetic control device 8b, the height position of the rotating crucible 3 is adjusted, and the winding mechanism 5a is operated. Then, the wire 5b is lowered.
Then, the seed crystal P held by the seed chuck 14 is brought into contact with the silicon melt M at the tip of the wire 5b, and necking P1 is formed by melting the tip of the seed crystal P.

しかる後、演算制御装置8bの指令によりヒータ4への供給電力や、単結晶引上げ速度(通常、毎分数ミリの速度)などをパラメータとして引上げ条件が調整され、クラウン工程、直胴工程、テール部工程等の単結晶引上工程が順に行われる。   Thereafter, the pulling conditions are adjusted by parameters of the power supplied to the heater 4 and the single crystal pulling speed (usually a speed of several millimeters per minute) according to the command of the arithmetic control device 8b, and the crown process, the straight body process, the tail part A single crystal pulling step such as a step is sequentially performed.

次に、単結晶引上後のルツボ交換工程について、図3のフロー及び図4乃至図6の工程図に基づいて説明する。
先ず、図4(a)に示すように、単結晶Cの引上げ作業が終了すると、ヒータ4の電源がオフ状態となされる(図3のステップST1)。
Next, the crucible exchange process after pulling the single crystal will be described based on the flow of FIG. 3 and the process diagrams of FIGS.
First, as shown in FIG. 4A, when the pulling operation of the single crystal C is completed, the heater 4 is turned off (step ST1 in FIG. 3).

次いで、シリコン残渣が450〜550℃となるまで自然冷却され(図3のステップST2)、図4(b)に示すように、アーム13が図示しない多関節ロボット等により把持されてプルチャンバ2bがメインチャンバ2aから外される(図3のステップST3)。
次いで、図4(c)に示すようにシードチャック14にルツボハンドリング装置19が保持され、このルツボハンドリング装置19により高温のルツボ3が把持される。尚、このとき、ルツボ3の把持作業が容易となるよう、支持軸15は上昇した状態となされている。そして、図4(d)に示すようにルツボ3は支持軸15から外され、図5(a)に示すように、台車30の上方にプルチャンバ2bごと移動される。
Next, the silicon residue is naturally cooled until it reaches 450 to 550 ° C. (step ST2 in FIG. 3). As shown in FIG. 4B, the arm 13 is held by an articulated robot or the like (not shown) and the pull chamber 2b is main. The chamber 2a is removed (step ST3 in FIG. 3).
Next, as shown in FIG. 4C, the crucible handling device 19 is held on the seed chuck 14, and the high temperature crucible 3 is gripped by the crucible handling device 19. At this time, the support shaft 15 is raised so that the crucible 3 can be easily gripped. Then, as shown in FIG. 4D, the crucible 3 is removed from the support shaft 15 and moved together with the pull chamber 2b above the carriage 30 as shown in FIG. 5A.

そして、図5(b)に示すようにワイヤ5bが降ろされて使用済みのルツボ3を把持するルツボハンドリング装置19が台車30上に移動し、ルツボハンドリング装置19がルツボ3の把持を開放することにより、ルツボ3が台車30上に載置され、台車30により搬出される(図3のステップST4)。   Then, as shown in FIG. 5 (b), the crucible handling device 19 that holds the used crucible 3 with the wire 5b lowered is moved onto the carriage 30, and the crucible handling device 19 releases the holding of the crucible 3. Thus, the crucible 3 is placed on the carriage 30 and carried out by the carriage 30 (step ST4 in FIG. 3).

使用済みのルツボ3が搬出されると、図6(a)に示すように、シリコン原料M1を充填済みの新たなルツボ3がルツボハンドリング装置19により把持されて、プルチャンバ2bがメインチャンバ2a上方に移動される。
そして、図6(b)に示すように、新たなルツボ3が支持軸15上に載置され(図3のステップST5)、ルツボハンドリング装置19がシードチャック14から外されたプルチャンバ2bがメインチャンバ2a上に載置され、チャンバ2が閉じられた状態となされる(図3のステップST6)。これにより、次の単結晶引上げ作業に向けた原料シリコンM1の溶融作業が可能となる。
When the used crucible 3 is carried out, as shown in FIG. 6A, a new crucible 3 filled with the silicon raw material M1 is gripped by the crucible handling device 19, and the pull chamber 2b is located above the main chamber 2a. Moved.
6B, a new crucible 3 is placed on the support shaft 15 (step ST5 in FIG. 3), and the pull chamber 2b from which the crucible handling device 19 is removed from the seed chuck 14 is the main chamber. Placed on 2a, the chamber 2 is closed (step ST6 in FIG. 3). Thereby, the melting operation of the raw material silicon M1 for the next single crystal pulling operation becomes possible.

以上のように本発明に係る実施の形態によれば、単結晶引上げ後、プルチャンバ2bを持ち上げ、チャンバを開いた状態において、ルツボ3をC/Cコンポジット部材23を介してルツボハンドリング装置19で保持することにより、ルツボ3が未だ高温(450〜550℃)であっても容易にチャンバ2から搬出することができる。
また、搬出されたルツボ3が高温の状態であれば清掃作業をすぐに出来ないため、清掃済みであって原料シリコンM1を充填済みの別のルツボ3をルツボハンドリング装置19で保持し、チャンバ2内にセットすれば、その後の原料シリコン溶融作業にすぐに移行することができる。
これにより、単結晶引上後から次の単結晶引上開始までの時間を短縮することができ、生産効率を向上することができる。
また、本発明に係るルツボハンドリング装置19は、ルツボ3との接触部にC/Cコンポジット部材23を用いるのみで、前記の効果を得ることができるため、従来のヘリウムガス等を毎回使用する装置、方法よりもコスト増大を大幅に抑制することができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, after pulling the single crystal, the crucible 3 is held by the crucible handling device 19 via the C / C composite member 23 in a state where the pull chamber 2b is lifted and the chamber is opened. By doing so, even if the crucible 3 is still at a high temperature (450 to 550 ° C.), it can be easily carried out of the chamber 2.
Further, if the crucible 3 carried out is in a high temperature state, the cleaning operation cannot be performed immediately. Therefore, another crucible 3 that has been cleaned and filled with the raw material silicon M1 is held by the crucible handling device 19 and the chamber 2 If it is set inside, it is possible to immediately shift to the subsequent raw material silicon melting operation.
Thereby, it is possible to shorten the time from the single crystal pulling up to the start of the next single crystal pulling, and to improve the production efficiency.
Further, the crucible handling apparatus 19 according to the present invention can obtain the above-mentioned effect only by using the C / C composite member 23 at the contact portion with the crucible 3, so that a conventional helium gas or the like is used every time. The cost increase can be greatly suppressed as compared with the method.

尚、前記実施の形態においては、単結晶引上用のワイヤ5bの先端部に位置するシードチャック14に、ルツボハンドリング装置19の基台21が着脱自在に保持される構成を示したが、本発明のハンドリング装置においては、その構成に限定されず、例えばプルチャンバ2bに基台21が着脱自在となされる構成としてもよい。   In the above embodiment, the base 21 of the crucible handling device 19 is detachably held by the seed chuck 14 located at the tip of the single crystal pulling wire 5b. The handling device of the invention is not limited to the configuration, and for example, the base 21 may be detachable from the pull chamber 2b.

続いて、本発明に係るルツボハンドリング装置について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に示した構成の単結晶引上装置及びルツボハンドリング装置を用い、実際に実験を行うことにより、その効果を検証した。   Subsequently, the crucible handling apparatus according to the present invention will be further described based on examples. In this example, the effect was verified by actually performing experiments using the single crystal pulling apparatus and the crucible handling apparatus having the configuration described in the above embodiment.

この実験では、直径24インチの石英ガラスルツボに、120gの原料シリコン(多結晶シリコン)を充填し、直径200mmの単結晶を引き上げた。
炉内(チャンバ内)に流す不活性ガス(Arガス)流量は、80L/minで、炉内圧は90Torr一定とした。
In this experiment, a quartz glass crucible with a diameter of 24 inches was filled with 120 g of raw silicon (polycrystalline silicon), and a single crystal with a diameter of 200 mm was pulled up.
The flow rate of the inert gas (Ar gas) flowing into the furnace (inside the chamber) was 80 L / min, and the furnace pressure was constant at 90 Torr.

自然冷却開始から4.5時間後にチャンバを開き、ルツボが約500℃の状態でプルチャンバを上昇させ、シードチャックに、ルツボとの接触部がC/Cコンポジットであるルツボハンドリング装置を取り付け、使用済みのルツボの撤去及び清掃済、且つ原料シリコン充填済のルツボの装着を行なった。
尚、使用したC/Cコンポジット部材は、その曲げ強度が70MPa以上であって、圧縮強度が120MPa以上のものを使用した。
この実験の結果、使用済みのルツボの撤去に0.5時間、原料シリコン充填済ルツボの装着に0.5時間、装着後のルツボの軽い清掃に0.5時間を要し、自然冷却開始から6時間で作業を終了することができた。
The chamber is opened 4.5 hours after the start of natural cooling, the pull chamber is raised with the crucible at about 500 ° C, and a crucible handling device whose C / C composite is in contact with the crucible is attached to the seed chuck. The crucible was removed and cleaned, and a crucible filled with raw material silicon was attached.
In addition, the used C / C composite member used the thing whose bending strength is 70 Mpa or more and whose compressive strength is 120 Mpa or more.
As a result of this experiment, it took 0.5 hour to remove the used crucible, 0.5 hour to install the crucible filled with raw material silicon, and 0.5 hour to lightly clean the crucible after mounting. The work was completed in 6 hours.

比較例Comparative example

比較例では、実施例と同様に、直径24インチの石英ガラスルツボに、120gの原料シリコン(多結晶シリコン)を充填し、直径200mmの単結晶を引き上げた。
炉内(チャンバ内)に流す不活性ガス(Arガス)流量は、80L/minで、炉内圧は90Torr一定とした。
単結晶引上後にヒータ電源をオフとして自然冷却を行い、シードチャック先端に取り付けた熱電対でシリコン残渣表面近傍の温度測定を行なった。
その結果、500℃に達したのが自然冷却開始から4.5時間後、100℃に達したのが11時間後であった。
In the comparative example, similarly to the example, a quartz glass crucible having a diameter of 24 inches was filled with 120 g of raw silicon (polycrystalline silicon), and a single crystal having a diameter of 200 mm was pulled up.
The flow rate of the inert gas (Ar gas) flowing into the furnace (inside the chamber) was 80 L / min, and the furnace pressure was constant at 90 Torr.
After pulling the single crystal, the heater power was turned off to perform natural cooling, and the temperature near the silicon residue surface was measured with a thermocouple attached to the tip of the seed chuck.
As a result, the temperature reached 500 ° C. after 4.5 hours from the start of natural cooling and reached 100 ° C. after 11 hours.

以上の実施例の実験結果から、本発明のルツボハンドリング装置を用いることにより、単結晶引上後から次の引上工程開始までの時間を大幅に短縮することができ、生産効率を向上することできると確認した。   From the experimental results of the above examples, by using the crucible handling apparatus of the present invention, it is possible to greatly shorten the time from the single crystal pulling up to the start of the next pulling process, and to improve the production efficiency. I confirmed that I could do it.

本発明は、単結晶引上装置に対してルツボを装着または撤去するルツボハンドリング装置及びルツボ交換方法に関し、半導体製造業界等において好適に利用される。   The present invention relates to a crucible handling apparatus and a crucible exchange method for mounting or removing a crucible on a single crystal pulling apparatus, and is suitably used in the semiconductor manufacturing industry and the like.

図1は、本発明に係るルツボハンドリング装置が適用される単結晶引上装置の全体構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a single crystal pulling apparatus to which a crucible handling apparatus according to the present invention is applied. 図2は、本発明に係るルツボハンドリング装置の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the crucible handling apparatus according to the present invention. 図3は、単結晶引上後のルツボ交換工程の手順を示すフローである。FIG. 3 is a flow showing the procedure of the crucible exchange step after pulling the single crystal. 図4は、単結晶引上後のルツボ交換工程の各状態を示す工程図である。FIG. 4 is a process diagram showing each state of the crucible exchange process after pulling a single crystal. 図5は、単結晶引上後のルツボ交換工程の各状態を示す工程図である。FIG. 5 is a process diagram showing each state of the crucible exchange process after pulling a single crystal. 図6は、単結晶引上後のルツボ交換工程の各状態を示す工程図である。FIG. 6 is a process diagram showing each state of the crucible exchange process after pulling a single crystal. 図7は、従来のCZ法を用いた引上げ法を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a pulling method using the conventional CZ method. 図8は、従来のCZ法を用いた引上げ法においてネック部の形成を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining formation of a neck portion in a pulling method using a conventional CZ method.

符号の説明Explanation of symbols

1 単結晶引上装置
2 炉体
2a メインチャンバ
2b プルチャンバ
3 ルツボ
4 ヒータ
5 引上げ機構
5b ワイヤ
8 コンピュータ
8a 記憶装置
8b 演算記憶装置
10 モータ
10a モータ制御部
13 アーム
14 シードチャック
15 支持軸
19 ルツボハンドリング装置
21 基台
22 グリップ部材
23 C/Cコンポジット部材(炭素繊維強化炭素複合材料)
C 単結晶
M シリコン融液
P 種結晶
P1 ネック部
S 原料シリコン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single crystal pulling apparatus 2 Furnace body 2a Main chamber 2b Pull chamber 3 Crucible 4 Heater 5 Pulling mechanism 5b Wire 8 Computer 8a Storage device 8b Arithmetic storage device 10 Motor 10a Motor controller 13 Arm 14 Seed chuck 15 Support shaft 19 Crucible handling device 21 base 22 grip member 23 C / C composite member (carbon fiber reinforced carbon composite material)
C Single crystal M Silicon melt P Seed crystal P1 Neck part S Raw material silicon

Claims (1)

プルチャンバとメインチャンバとを備える単結晶引上装置に対してルツボを交換するルツボ交換方法であって、
前記単結晶の引上げ作業が終了後、シリコン残渣が450〜550℃となるまで自然冷却するステップと、
前記自然冷却するステップの後、前記プルチャンバがメインチャンバから外され、単結晶引上装置を開くステップと、
前記単結晶引上装置を開くステップの後、前記単結晶引上装置における単結晶引上用ワイヤの先端部に対し着脱自在な基台と、前記基台に対し回動自在に設けられ前記ルツボを把持可能に設けられたグリップ部材とを備え、前記グリップ部材における前記ルツボとの接触部には、曲げ強度が70MPa以上であって、圧縮強度が120MPa以上である炭素繊維強化炭素複合材料(C/Cコンポジット)が設けられたルツボハンドリング装置を、開かれた単結晶引上装置内の単結晶引上用ワイヤの先端部に取り付けるステップと、
前記単結晶引上用ワイヤの先端部にルツボハンドリング装置を取り付けるステップの後、前記ルツボハンドリング装置を用いて単結晶引上げ後のルツボを把持し、前記プルチャンバと共に前記ルツボハンドリング装置を台車の上方に移動させ、前記単結晶引上用ワイヤを降ろし、前記ルツボハンドリング装置がルツボの把持を開放することにより、前記ルツボを台車上に載置させる、前記単結晶引上装置からルツボを撤去するステップと、
前記単結晶引上装置からルツボを撤去するステップの後、原料シリコンが充填された清掃済の別のルツボを前記ルツボハンドリング装置により把持し、前記プルチャンバと共に前記ルツボハンドリング装置を移動させ、前記別のルツボを前記単結晶引上装置内に装着するステップと、
前記別のルツボを前記単結晶引上装置内に装着するステップの後、前記プルチャンバをメインチャンバに装着し、単結晶引上装置を閉じるステップと、
を実行することを特徴とするルツボ交換方法。
A crucible exchanging method for exchanging a crucible for a single crystal pulling apparatus comprising a pull chamber and a main chamber,
After the pulling of the single crystal is completed, naturally cooling until the silicon residue reaches 450 to 550 ° C .;
After the natural cooling step, the pull chamber is removed from the main chamber and the single crystal pulling device is opened;
After the step of opening the single crystal pulling apparatus, a base that is detachable with respect to a distal end portion of the single crystal pulling wire in the single crystal pulling apparatus, and the crucible provided so as to be rotatable with respect to the base A carbon fiber reinforced carbon composite material (C) having a bending strength of 70 MPa or more and a compressive strength of 120 MPa or more at a contact portion of the grip member with the crucible. Attaching the crucible handling device provided with the / C composite to the tip of the single crystal pulling wire in the opened single crystal pulling device;
After the step of attaching the crucible handling device to the tip of the single crystal pulling wire, the crucible after pulling the single crystal is gripped using the crucible handling device, and the crucible handling device is moved above the carriage together with the pull chamber. Removing the crucible from the single crystal pulling apparatus, lowering the single crystal pulling wire, and placing the crucible on a carriage by releasing the crucible handling by the crucible handling apparatus ;
After the step of removing the crucible from the single crystal pulling apparatus, another cleaned crucible filled with raw material silicon is gripped by the crucible handling apparatus, the crucible handling apparatus is moved together with the pull chamber, and the other crucible is moved. Mounting a crucible in the single crystal pulling apparatus;
After the step of mounting the additional crucible in the single crystal pulling apparatus, the step of mounting the pull chamber in the main chamber and closing the single crystal pulling apparatus;
A crucible exchanging method comprising:
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