JP5067403B2 - Single crystal pulling device - Google Patents
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Description
本発明は、チョクラルスキー法により、単結晶を成長させる単結晶引き上げ装置に関する。 The present invention relates to a single crystal pulling apparatus for growing a single crystal by the Czochralski method.
シリコン等の単結晶棒を成長させる方法として、チョクラルスキー(CZ)法が用いられている。CZ法は、例えば、シリコン多結晶原料を石英ルツボ内で溶融し、単結晶種結晶(シード)をシリコンの融液に浸し、回転させながら単結晶棒を引き上げる方法である。
このような、単結晶引き上げ装置において、シードを引き上げる手段としてシャフトを用いる方法とワイヤを用いる方法とがあるが、近年では引き上げ装置の大型化により引き上げ機構の小型化が出来るワイヤー方式が主流である。
The Czochralski (CZ) method is used as a method for growing a single crystal rod such as silicon. The CZ method is, for example, a method in which a silicon polycrystalline raw material is melted in a quartz crucible, a single crystal seed crystal (seed) is immersed in a silicon melt, and the single crystal rod is pulled up while rotating.
In such a single crystal pulling apparatus, there are a method of using a shaft and a method of using a wire as a means for pulling a seed, but in recent years, a wire system that can reduce the pulling mechanism by increasing the pulling apparatus is the mainstream. .
このようなワイヤーで引き上げる方式の単結晶引き上げ装置の一例を図4に示す。
図4に示す単結晶引き上げ装置101は、原料融液106が収容された昇降動可能なルツボ107が単結晶を育成するメインチャンバー102内に収納されており、該メインチャンバー102の上部には育成した単結晶を引き上げて取り出すための上部チャンバー103が連設されている。また、この上部チャンバー103は、成長した単結晶を収納するプルチャンバー104と、その上部に連接され、単結晶取り出し時等にシードチャック112及びシード(種結晶)113を退避させて格納する副チャンバー105とからなる。
An example of such a single crystal pulling apparatus using a wire is shown in FIG.
In the single
このような単結晶引き上げ装置101を用いて単結晶を育成する際には、シードチャック112に取り付けられたシード113を原料融液106に浸漬させた後、引き上げ機構108によりシード113を所望の方向に回転させながら静かにワイヤー111を巻き上げ、シード113の先端部に単結晶を成長させる。このとき、シード113を融液に着液させた際に生じる転位を消滅させるため、一旦、成長初期の結晶を細く絞り(ネッキング)、転位が抜けたところで径を所望の直径まで拡大させて、目的とする品質の単結晶を成長させていく。
この際、ガス供給源110からアルゴンガスを上部チャンバー103を通して炉内へ供給し、メインチャンバー102の下部から真空ポンプ109により炉内のガスを排出しながら単結晶引き上げが行われる。
When growing a single crystal using such a single
At this time, argon gas is supplied from the
このような単結晶引き上げ装置を用いたCZ法の単結晶引き上げにおいて、シリコン多結晶原料を溶融する工程や、シードを浸して細い径の部分を作るネッキング(絞り)工程等のシリコンの蒸発量が多い工程で、上部チャンバーやワイヤーにシリコンの酸化物が付着する。昨今の引き上げ装置では石英ルツボ口径が大きくなっているので、シリコン酸化物の蒸発量も多くなっている。 In the single crystal pulling of the CZ method using such a single crystal pulling apparatus, the amount of silicon evaporation is such as a step of melting a silicon polycrystal raw material or a necking (drawing) step of immersing a seed to form a thin diameter portion. In many processes, silicon oxide adheres to the upper chamber and wires. Since the diameter of the quartz crucible is increased in the recent pulling apparatus, the evaporation amount of silicon oxide is also increased.
また、単結晶引き上げ装置のワイヤーは、図5に示すようなタングステン線等を撚り合わせた非自転性のワイヤーである。図5は、単結晶引き上げ装置に用いられるワイヤーの断面の構成例を3パターン示したものである。図5に示すように、単結晶引き上げ装置のワイヤーは多数の素線を撚り合わせたものであり、荷重が掛かると、ワイヤーの撚りが戻ってワイヤー伸びが発生する等して、素線どうしが擦れ合い付着した粉塵が発生する可能性がある。
さらに、ワイヤーは引き上げ機構内の巻取部のプーリ及びドラムと接触しながら巻き取られるので、金属のプーリとワイヤーの摩擦によってプーリの摩耗粉(金属粉)が発生する。
Further, the wire of the single crystal pulling apparatus is a non-rotating wire in which a tungsten wire or the like as shown in FIG. 5 is twisted. FIG. 5 shows three patterns of configuration examples of cross sections of wires used in a single crystal pulling apparatus. As shown in FIG. 5, the wire of the single crystal pulling device is a twist of a large number of strands. When a load is applied, the strands of the wires are returned and the wires are stretched. There is a possibility of dust generated by rubbing and adhering.
Further, since the wire is wound while being in contact with the pulley and the drum of the winding unit in the pulling mechanism, the abrasion powder (metal powder) of the pulley is generated by the friction between the metal pulley and the wire.
シリコン単結晶を成長させることを、無転位化(DF化)させるという。しかし、単結晶を成長させる際にスリップ転位が入り有転位化した場合は、再溶融をして再度単結晶成長(DF化)させなければならない。このようなスリップ転位の原因として、上述したワイヤーに付着した酸化物や金属粉の融液中への落下等が原因として考えられており、溶融したシリコン融液中に酸化物や金属粉が浮遊し結晶成長中に取り込まれることによって、その汚染物を起因としてスリップ転位が入り、結晶が有転位化してしまう。 Growing a silicon single crystal is called dislocation-free (DF). However, when slip dislocations enter and become dislocations when growing a single crystal, it must be remelted and grown again (DF). The cause of such slip dislocation is considered to be the fall of the oxide or metal powder adhering to the wire described above into the melt, and the oxide or metal powder floats in the molten silicon melt. Then, by being taken in during crystal growth, slip dislocation occurs due to the contaminant, and the crystal is dislocated.
従来の有転位化の対策として、操業と操業の間にチャンバーやホットゾーン(炉内部材)あるいはワイヤーを掃除する作業を行っている。また、結晶育成中に有転位化が繰り返される場合は有転位化した結晶を取り出し、ゲートバルブを閉めて上部チャンバの清掃やワイヤーなどをクリーニングして単結晶棒の製造を再開する。
ワイヤーのクリーニング方法としては、圧縮エアーを吹き付けて酸化物や金属粉などを除去するものや、コットンをアルコールに浸し拭き取る方法などがある。エアーの吹きつけによるクリーニングはチャンバ内や引き上げ室内を汚染する可能性があり、また、チャンバやワイヤーは高所にあるため清掃作業は困難で負担の多い作業となっている。また、クリーニング作業はチャンバ内を常圧に戻して行わないと出来ないため、半日は掛かる作業となり、引き上げ機構内の清掃を含めると1日を費やしてしまう。
As a conventional countermeasure against dislocation, the chamber, hot zone (in-furnace member), or wire is cleaned between operations. When dislocation is repeated during crystal growth, the dislocation crystal is taken out, the gate valve is closed, the upper chamber is cleaned, the wire is cleaned, and the production of the single crystal rod is resumed.
As a method for cleaning the wire, there are a method in which compressed air is blown to remove oxides and metal powders, and a method in which cotton is dipped in alcohol and wiped off. Cleaning by blowing air may contaminate the inside of the chamber or the pulling chamber, and the cleaning operation is difficult and burdensome because the chamber and the wire are at a high place. Further, since the cleaning operation cannot be performed unless the inside of the chamber is returned to the normal pressure, the operation takes half a day. If the cleaning in the lifting mechanism is included, one day is consumed.
このようなワイヤークリーニングとして、特許文献1、2には、ワイヤーに空気を吹きつける機構や、ワイヤーを振動させる機構が開示されている。 As such wire cleaning, Patent Documents 1 and 2 disclose a mechanism for blowing air to the wire and a mechanism for vibrating the wire.
しかし、上記で開示されている技術では、ワイヤーの付着物を除去しきれず、また、ワイヤークリーニングの際に発生した粉塵によりチャンバー内が汚染されてしまうという問題があった。 However, in the technique disclosed above, there is a problem that the adhered matter on the wire cannot be removed, and the inside of the chamber is contaminated by dust generated during wire cleaning.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、単結晶引き上げに用いるワイヤーを、チャンバー内を汚染することなく、清浄度高く、効率的にクリーニングすることができる単結晶引き上げ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a single crystal pulling apparatus that can clean a wire used for pulling a single crystal with high cleanliness and efficiency without contaminating the inside of the chamber. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも、メインチャンバーに収納されたルツボ内の融液から、前記メインチャンバー上部に連接された上部チャンバー内へ成長した単結晶をワイヤーにより引き上げる単結晶引き上げ装置であって、少なくとも、前記ワイヤーに不活性ガスを側方から吹きつけて前記ワイヤーの付着物を吹き飛ばすガス吹きつけノズルと、前記ワイヤーが上下回転動可能に挿通する貫通孔を有し、前記ガス吹きつけノズルから前記ワイヤーに吹きつけられた不活性ガスを前記ガス吹きつけノズルの反対の側方から吸引して排出するガス吸引管とからなり、前記上部チャンバーに配設されたワイヤークリーニング機構を備えたものであることを特徴とする単結晶引き上げ装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides at least a single crystal pulling method for pulling a single crystal grown in a crucible stored in a main chamber into an upper chamber connected to the upper portion of the main chamber by a wire. An apparatus having at least a gas blowing nozzle for blowing an inert gas from the side to the wire to blow away deposits of the wire, and a through-hole through which the wire can be rotated up and down, A wire cleaning mechanism disposed in the upper chamber, comprising a gas suction pipe for sucking and discharging the inert gas blown from the gas blowing nozzle to the wire from the side opposite to the gas blowing nozzle There is provided a single crystal pulling apparatus characterized by comprising:
このように、ガス吹きつけノズルでワイヤーに不活性ガスを吹きつけて、吹きつけた不活性ガスをガス吸引管で吸引して排出することで、ワイヤーの付着物を効率的に除去しながら、不活性ガスと共に付着物を吸引して排気できるためチャンバー内が汚染されることも防止できる。さらに、ガス吸引管の貫通孔をワイヤーが挿通するようにすることで、ガス吹きつけノズルで不活性ガスが吹き付けられるワイヤーの領域は、ガス吸引管で覆われるため、確実に付着物を吸引でき、チャンバー内の汚染を確実に防止できる。また、ワイヤークリーニングの作業時間も大幅に短縮できる。また、付着物が落下することもないため、ルツボ内に融液が入っている状態で、さらには単結晶引き上げ中でもクリーニング可能であり、ワイヤーを清浄に保つことができ、成長させる単結晶の無転位化率の向上と共に、クリーニングのために操業を止める必要がないため、単結晶の生産性が大幅に向上する。
以上より、本発明の単結晶引き上げ装置によれば、チャンバー内を汚染することなく、効率的にワイヤークリーニングができ、単結晶の生産性が向上する。
In this way, by blowing an inert gas onto the wire with a gas blowing nozzle, and sucking and discharging the blown inert gas with a gas suction tube, while efficiently removing deposits on the wire, The inside of the chamber can be prevented from being contaminated because the deposits can be sucked and exhausted together with the inert gas. Furthermore, by allowing the wire to pass through the through hole of the gas suction tube, the area of the wire where the inert gas is blown by the gas blowing nozzle is covered with the gas suction tube, so that the deposits can be sucked reliably. , Contamination in the chamber can be surely prevented. Also, the wire cleaning work time can be greatly shortened. In addition, since the adhering material does not fall, it can be cleaned with the melt in the crucible and even while the single crystal is being pulled up, the wire can be kept clean, and there is no single crystal to grow. Along with the improvement of the dislocation rate, since it is not necessary to stop the operation for cleaning, the productivity of the single crystal is greatly improved.
As described above, according to the single crystal pulling apparatus of the present invention, the wire cleaning can be performed efficiently without contaminating the inside of the chamber, and the productivity of the single crystal is improved.
このとき、前記上部チャンバーが、プルチャンバーと、前記プルチャンバー上部に連接され、シードチャック及びシードを格納する副チャンバーとを具備し、前記副チャンバーに前記ワイヤークリーニング機構が配設されたものであることが好ましい。
このようにクリーニング機構を副チャンバーに配設することで、上部チャンバーの上方でワイヤー全体を効率的にクリーニングでき、また、ワイヤーの引き上げ機構付近でワイヤークリーニングできるため、引き上げ機構のワイヤー巻き取り部等からワイヤーへ付着した金属粉が飛散する前にクリーニングすることができ、チャンバー内の汚染をより確実に防止できる。
In this case, the upper chamber includes a pull chamber and a sub chamber connected to the upper portion of the pull chamber and storing a seed chuck and a seed, and the wire cleaning mechanism is disposed in the sub chamber. It is preferable.
By arranging the cleaning mechanism in the sub chamber in this way, the entire wire can be efficiently cleaned above the upper chamber, and the wire can be cleaned in the vicinity of the wire pulling mechanism. Can be cleaned before the metal powder adhering to the wire scatters, and contamination in the chamber can be more reliably prevented.
このとき、前記ガス吹きつけノズルの先端が、前記ガス吸引管内に挿入されたものであることが好ましい。
このようにガス吹きつけノズルの先端がガス吸引管内に挿入されることで、ガス吹きつけノズルからの不活性ガスがワイヤーのクリーニングする領域に集中してクリーニング効果が高くなり、さらには、ワイヤーから吹き飛ばされた付着物をより確実に吸引することができる。
At this time, it is preferable that the tip of the gas blowing nozzle is inserted into the gas suction pipe.
By inserting the tip of the gas blowing nozzle into the gas suction tube in this way, the inert gas from the gas blowing nozzle is concentrated in the area where the wire is cleaned, and the cleaning effect is enhanced. The adhered matter blown off can be sucked more reliably.
このとき、前記ガス吸引管から排出される不活性ガス流量が、前記ガス吹きつけノズルから吹きつけられる不活性ガス流量よりも大きくなるように制御されたものであることが好ましい。
このようなガス流量になるように制御することで、ガス吹きつけノズルからのガスやワイヤーの付着物を、ガス吸引管により効果的に吸引、排出することができ、チャンバーの汚染や単結晶の有転位化を確実に防止できる。
At this time, it is preferable that the flow rate of the inert gas discharged from the gas suction pipe is controlled to be larger than the flow rate of the inert gas blown from the gas blowing nozzle.
By controlling such a gas flow rate, gas and wire deposits from the gas blowing nozzle can be effectively sucked and discharged by the gas suction pipe, and contamination of the chamber and single crystal It is possible to reliably prevent dislocation.
前記ガス吸引管内の圧力が、前記上部チャンバー内の圧力よりも低くなるように制御されたものであることが好ましい。
このように、ガス吸引管内の圧力が上部チャンバー内の圧力よりも低くなるように制御されることで、ワイヤーから吹き飛ばされた付着物をガス吸引管により確実に吸引、排出できるため、チャンバー内汚染を防止でき、さらに吹きつけられた不活性ガスもチャンバー内に漏れることが無い。
It is preferable that the pressure in the gas suction pipe is controlled to be lower than the pressure in the upper chamber.
In this way, because the pressure inside the gas suction pipe is controlled to be lower than the pressure inside the upper chamber, the deposits blown off from the wire can be reliably sucked and discharged by the gas suction pipe. In addition, the blown inert gas does not leak into the chamber.
前記ワイヤーの前記単結晶引き上げ中の振れを抑制するワイヤー振れ止め装置を備えたものであることが好ましい。
このように、ワイヤー振れ止め装置を備えることで、ガス吹きつけノズルから吹きつける不活性ガスによるワイヤーの振れを抑制できるため、単結晶引き上げ中にも本発明のクリーニング機構でワイヤーをクリーニングすることができ、ワイヤーの付着物を除去しながら、歩留まり良く単結晶を引き上げることができる。
It is preferable to include a wire steadying device that suppresses shaking during pulling of the single crystal of the wire.
In this way, by providing the wire steadying device, it is possible to suppress the shake of the wire due to the inert gas blown from the gas blowing nozzle, and therefore the wire can be cleaned with the cleaning mechanism of the present invention even during the pulling of the single crystal. The single crystal can be pulled with good yield while removing the deposits on the wire.
前記吹きつけられる不活性ガスが、Arガスであることが好ましい。
このように、Arガスであれば、単結晶引き上げ中にチャンバー内に供給されるガスでもあるため、ガス吹きつけノズルからのガスがチャンバー内にもれてチャンバー内のガスと混ざっても、汚染もなく、チャンバー内の純度を高く保てる。
The inert gas to be blown is preferably Ar gas.
Thus, since Ar gas is also a gas supplied into the chamber during the pulling of the single crystal, the contamination from the gas from the gas blowing nozzle even if it enters the chamber and mixes with the gas in the chamber. In addition, the purity in the chamber can be kept high.
前記貫通孔が、前記ガス吸引管の下側よりも上側の孔が大きいものであることが好ましい。
このような形状の貫通孔であれば、引き上げ機構のワイヤー巻き取り部等から落下する金属粉やシリコン酸化物をガス吸引管の上側の孔から吸引して排出できるため、チャンバー内の清浄度も高くできる。
It is preferable that the through hole has a larger upper hole than the lower side of the gas suction pipe.
With such a through-hole, metal powder and silicon oxide falling from the wire take-up part of the pulling mechanism can be sucked and discharged from the upper hole of the gas suction tube, so the cleanliness in the chamber is also high. Can be high.
前記ガス吸引管が、前記上部チャンバーのガス置換用の真空ポンプに接続されたものであり、該真空ポンプによってガスを吸引して排出するものであることが好ましい。
このように、上部チャンバーのガス置換用の真空ポンプを、上部チャンバーのガス置換と本発明のクリーニング機構とで兼用すれば、本発明のクリーニング機構を設ける際に生じる新たな装置コストを低減できる。
Preferably, the gas suction pipe is connected to a gas replacement vacuum pump in the upper chamber, and the gas is sucked and discharged by the vacuum pump.
Thus, if the vacuum pump for gas replacement of the upper chamber is shared by the gas replacement of the upper chamber and the cleaning mechanism of the present invention, a new apparatus cost generated when the cleaning mechanism of the present invention is provided can be reduced.
以上のように、本発明の単結晶引き上げ装置によれば、チャンバー内を汚染することなく、効率的にワイヤークリーニングができ、単結晶の生産性が良くなる。 As described above, according to the single crystal pulling apparatus of the present invention, the wire cleaning can be efficiently performed without contaminating the inside of the chamber, and the productivity of the single crystal is improved.
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図1は、本発明の単結晶引き上げ装置のクリーニング機構の実施態様の一例を示す概略図である。図2は、本発明の単結晶引き上げ装置の実施態様の一例を示す概略図である。図3は、本発明の単結晶引き上げ装置のガス吹きつけノズルの吹きつけ口の例を示す側面図と正面図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail as an example of an embodiment with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
FIG. 1 is a schematic view showing an example of an embodiment of a cleaning mechanism of a single crystal pulling apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a schematic view showing an example of an embodiment of the single crystal pulling apparatus of the present invention. FIG. 3 is a side view and a front view showing an example of a blowing port of a gas blowing nozzle of the single crystal pulling apparatus of the present invention.
図1、2に示す本発明の単結晶引き上げ装置23は、原料融液21が収容された昇降動可能なルツボ20が、単結晶を育成するメインチャンバー19内に収納されており、該メインチャンバー19の上部には育成した単結晶を収容し取り出すための上部チャンバー18が連設されている。また、ワイヤー11を巻き上げて、その先端に取り付けられたシードチャック16とシード(種結晶)15を引き上げるための引き上げ機構22が、上部チャンバー18の上部に配置されている。
1 and 2, the single
このような単結晶引き上げ装置23を用いて単結晶を育成する際には、シードチャック16に取り付けられたシード15を原料融液21に浸漬させた後、引き上げ機構22によりシード15を所望の方向に回転させながら静かにワイヤー11を巻き上げ、シード15の先端部に単結晶を成長させていく。この際、シード15を融液21に着液させた際に生じる転位を消滅させるため、一旦、成長初期の結晶を細く絞り(ネッキング)、転位が抜けたところで径を所望の直径まで拡大して、目的とする品質の単結晶を成長させていく。
また、この単結晶引き上げ前に炉内のガス置換を行うために、ガス供給源26からフィルター31を介して、例えばアルゴンガスを炉内へ供給し、メインチャンバー19の下部に接続された真空ポンプ24により炉内のガス置換を行い、また、同様に単結晶引き上げ中にもアルゴンガスの供給と排出が行われる。この際の供給ガス流量は流量計32で測定しながら、手動弁33や空気式操作弁30で制御する。また、排出ガス流量は、可変流量弁29や空気式操作弁30で制御する。
When a single crystal is grown using such a single
Further, in order to perform gas replacement in the furnace before pulling up the single crystal, for example, argon gas is supplied from the
そして、本発明の単結晶引き上げ装置23は、ワイヤー11に不活性ガスを側方から吹きつけてワイヤー11の付着物を吹き飛ばすガス吹きつけノズル12と、ワイヤー11が上下回転動可能に挿通する貫通孔14を有し、ガス吹きつけノズル12からワイヤー11に吹きつけられた不活性ガスをガス吹きつけノズル12の反対の側方から吸引して排出するガス吸引管10とからなり、上部チャンバー18に配設されたワイヤークリーニング機構1を備えたものである。このとき、ガス吹きつけノズル12およびガス吸引管10はステンレス鋼等の錆びにくい材質とすることが好ましい。
And the single
このように、ガス吹きつけノズル12でワイヤー11に不活性ガスを吹きつけて、吹きつけた不活性ガスをガス吸引管10で吸引して排出することで、ワイヤー11の付着物を効率的に除去しながら、不活性ガスと共に付着物を吸引して排気できるためチャンバー内が汚染されることも防止できる。さらに、ガス吸引管10の貫通孔14をワイヤー11が挿通するようにすることで、ガス吹きつけノズル12で不活性ガスが吹き付けられるワイヤー11の領域は、ガス吸引管10で覆われるため、確実に付着物を吸引でき、チャンバー内の汚染を確実に防止できる。また、ワイヤークリーニングの作業時間も大幅に短縮できる。また、付着物が落下することもないため、ルツボ20内に融液21が入っている状態で、さらには単結晶引き上げ中でもクリーニング可能であり、ワイヤー11を清浄に保つことができ、成長させる単結晶の無転位化率の向上と共に、クリーニングのために操業を止める必要がないため、単結晶の生産性が大幅に向上する。
As described above, the inert gas is blown to the
このような、本発明のクリーニング機構1で吹きつける不活性ガスとしては、特に限定されないが、Arガスが好ましい。
このように、Arガスであれば、単結晶引き上げ中にチャンバー内に供給されるガスでもあるため、ガス吹きつけノズル12からのガスがチャンバー内にもれてチャンバー内のガスと混ざっても、汚染もなく、チャンバー内の純度を高く保てる。従って、単結晶の成長に悪影響を及ぼすこともない。
Such an inert gas blown by the cleaning mechanism 1 of the present invention is not particularly limited, but Ar gas is preferable.
Thus, since Ar gas is also a gas supplied into the chamber during the pulling of the single crystal, even if the gas from the
また、図1、2に示すように、上部チャンバー18が、成長した単結晶を収納するプルチャンバー17と、その上部に連接され、シードチャック16及びシード15を格納する副チャンバー13とを具備する場合には、副チャンバー13に本発明のワイヤークリーニング機構1が配設されることが好ましい。
このようにクリーニング機構1を副チャンバー13に配設することで、上部チャンバー18の上方でワイヤー11全体を効率的にクリーニングでき、また、ワイヤー11の引き上げ機構22付近でワイヤークリーニングできるため、引き上げ機構22のワイヤー巻き取り部等からワイヤー11へ付着した金属粉が飛散する前にクリーニングすることができ、チャンバー内の汚染をより確実に防止できる。また、上部チャンバー18が副チャンバー13を具備しないものである場合には、本発明のクリーニング機構1を上部チャンバー18の上方に配設することで、ワイヤー11全体を効率的にクリーニングすることができ好ましい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
By arranging the cleaning mechanism 1 in the
また、このときガス吸引管10が、上部チャンバー18のガス置換用の真空ポンプ25に接続されたものであり、真空ポンプ25によってガスを吸引して排出するものであることが好ましい。
このように、上部チャンバー18のガス置換用の真空ポンプ25を、上部チャンバー18のガス置換と本発明のクリーニング機構1とで兼用すれば、本発明のクリーニング機構1を設ける際に生じる新たな装置の設置コストを低減できる。もちろん、このときの真空ポンプは、上記のような兼用でなくて別途設けてもよいし、また、種類としては、例えば酸化物の吸引に有効なドライ真空ポンプを用いることが好ましい。
At this time, it is preferable that the
In this way, if the
また、本発明の単結晶引き上げ装置23が、ワイヤー11の単結晶引き上げ中の振れを抑制するワイヤー振れ止め装置28を備えたものであることが好ましい。
このように、ワイヤー振れ止め装置28を備えることで、ガス吹きつけノズル12から吹きつける不活性ガスによるワイヤー11の振れを抑制できるため、単結晶引き上げ中にも本発明のクリーニング機構1でワイヤー11をクリーニングすることができ、ワイヤー11の付着物を除去しながら、歩留まり良く単結晶を引き上げることができる。
このワイヤー振れ止装置28としては、特に限定されず、公知のものを用いることができ、ワイヤー長さによる振れ周期を考慮した装置等とすることができる。
Moreover, it is preferable that the single
As described above, since the
The
ガス吹きつけノズル12とガス吸引管10の形状としては、特に限定されず、例えば図1に示すように、ガス吹きつけノズル12の先端がガス吸引管10内に挿入されたものであることが好ましい。
このようにガス吹きつけノズル12の先端がガス吸引管10内に挿入されることで、ガス吹きつけノズル12からの不活性ガスがワイヤー11のクリーニングする領域に集中してクリーニング効果が高くなり、さらには、ワイヤー11から吹き飛ばされた付着物をより確実に吸引することができる。
また、この場合は図1に示すように、ガス吸引管10の先端を細くすることで、ガス吹きつけノズル12との隙間を小さくして、ガスの吸引、排出をより効率的に行うことができる。また、ガス吹きつけノズル12の先端を、ワイヤー11に近づけることでクリーニング効果を高くできる。また、ガス吹きつけノズル12がガス吸引管10内に挿入されない場合には、ガス吸引管10の先端を広げて、ワイヤー11にガスが効果的に当たるようにするとともに、吹き飛ばされた付着物を捕捉し易くするようにすることもできる。
The shapes of the
By inserting the tip of the
Further, in this case, as shown in FIG. 1, by narrowing the tip of the
また、ガス吹きつけノズル12の吹きつけ口としては、特に限定されず、例えば図3に示すような先端を潰してスリット状の吹きつけ口としたり(図3(a))、小さな孔を複数設けた吹きつけ口とすることで(図3(b))、吹きつけ口でガス流速を増して、ワイヤーのクリーニングをより効果的に行うことができる。
このようなガス吹きつけノズル12を、ガス供給源27に接続して、流量計32で流量を測定しながら、手動弁33と空気式操作弁30で制御しながら、フィルター31を介して清浄なガスをワイヤー11に吹き付けることができる。
Further, the blowing port of the
Such a
また、図1に示すように、ガス吸引管10の貫通孔14が、ガス吸引管10の下側よりも上側の孔が大きいものであることが好ましい。
このような形状の貫通孔であれば、引き上げ機構22のワイヤー巻き取り部等から落下する金属粉やシリコン酸化物をガス吸引管10の上側の孔から吸引して排出できるため、チャンバー内の清浄度もより高くできる。
Further, as shown in FIG. 1, it is preferable that the through
If the through hole has such a shape, the metal powder and silicon oxide falling from the wire take-up portion of the pulling
この場合、ガス吸引管10から排出される不活性ガス流量が、ガス吹きつけノズル12から吹きつけられる不活性ガス流量よりも大きくなるように制御されたものであることが好ましい。
このようなガス流量になるように制御することで、ガス吹きつけノズル12からのガスやワイヤー11の付着物を、ガス吸引管10により効果的に吸引、排出することができ、チャンバーの汚染や単結晶の有転位化を確実に防止できる。
In this case, it is preferable that the flow rate of the inert gas discharged from the
By controlling the gas flow rate to such a level, the gas from the
また、ガス吸引管10内の圧力が、上部チャンバー18内の圧力よりも低くなるように制御されたものであることが好ましい。
このように、ガス吸引管10内の圧力が上部チャンバー18内の圧力よりも低くなるように制御されることで、ワイヤー11から吹き飛ばされた付着物をガス吸引管10により確実に吸引、排出できるため、チャンバー内汚染を防止でき、さらに吹きつけられた不活性ガスもチャンバー内に漏れることが無い。
このとき、圧力の制御方法としては、図2に示すように、隔膜式真空計(差圧計)34を用いて、ガス吸引管10内と副チャンバー13内の圧力差を検出しながら、可変流量弁(コンダクタンスバルブ)29等で制御する。
Moreover, it is preferable that the pressure in the
In this way, by controlling the pressure in the
At this time, as a pressure control method, as shown in FIG. 2, a variable flow rate is detected while detecting a pressure difference between the
以上のように、本発明の単結晶引き上げ装置23におけるワイヤークリーニングは、例えば多結晶シリコンを溶融完了して、種付けし、シリコン単結晶を成長させる直前(単結晶引き上げ直前)や、成長させたシリコン単結晶棒をチャンバー外へ取り出す直前に行うことができる。以下、図1、2に示すような本発明の単結晶引き上げ装置23におけるワイヤークリーニングを、単結晶引き上げ直前に行う場合について説明する。
As described above, the wire cleaning in the single
単結晶引き上げ直前には、ルツボ20内はシリコン多結晶原料が溶融された融液21が収容されている。また、上部チャンバー18内にガス供給源26から例えばアルゴンガスが導入され、メインチャンバー19の下部から真空ポンプ24により排気され、その排気配管の可変流量弁29によって、炉内圧を制御している。また、ワイヤー11はほぼ巻き取られており、シードチャック16とシード15は副チャンバー13内に格納され、図1に示すような状態になっている。
Immediately before pulling up the single crystal, the
ここで、ガス吸引管10が接続された真空ポンプ25を作動させ、ガス吹きつけノズル12側の空気式操作弁30を開くと共に、ガス吸引管10側の空気式操作弁30を開ける。
吹きつけノズル12からのガス流量(パージガス流量)としては、2〜100l/minの範囲で設定可能である。また、真空ポンプ25の排気量(ガス吸引管10の排出ガス流量)は、パージガス流量より大きく設定することで、吹きつけノズル12からのガスがチャンバー内に漏れないようにすることができる。また、ガス吸引管10内の圧力をチャンバー内圧力よりも低くなるように、ガス吸引管10側の真空ポンプ25に設けられた可変流量弁29で制御することができ、このときの圧力差としては、−10〜−100hPa程度に制御することが好ましい。
Here, the
The gas flow rate (purge gas flow rate) from the
次に、引き上げ機構22を操作しながらワイヤー11を融液21の湯面近くまで回転させながら降下させることで、ワイヤー11表面に付着している酸化物や金属粉を吹き飛ばして吸引することでクリーニングできる。また、ワイヤー11をさらに上昇、下降させて複数回クリーニングすることで、クリーニング効果がより向上する。
また、上記のようなワイヤー11の上下するスピードは例えば、1〜1000mm/min、回転速度は1〜30rpmの範囲で調節可能である。
Next, the
The speed at which the
以上により、ワイヤークリーニングを数十分で完了することができ、最後にガス吹きつけノズル12とガス吸引管10の空気式操作弁30を締めて真空ポンプ25を止める。
また、このようなワイヤークリーニングを結晶取り出し前に行う際は、成長させたシリコン単結晶棒をプルチャンバー17へ引き上げる際に、ワイヤークリーニング操作を行うことで、引き上げ機構22への酸化物汚染も低減できる。
As described above, the wire cleaning can be completed in several tens of minutes. Finally, the
Further, when performing such wire cleaning before taking out the crystal, by performing the wire cleaning operation when the grown silicon single crystal rod is pulled up to the
以上のような本発明の単結晶引き上げ装置であれば、DF化(無転位化)率(DFで引き上げられた回数/引き上げた結晶総数)が、従来の装置に比べて20〜30%程度改善される。 With the single crystal pulling apparatus of the present invention as described above, the DF conversion (dislocation-free) rate (the number of DF pulling times / total number of pulling crystals) is improved by about 20 to 30% compared to the conventional apparatus. Is done.
なお、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。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
1…ワイヤークリーニング機構、
10…ガス吸引管、 11…ワイヤー、 12…ガス吹きつけノズル、
13…副チャンバー、 14…貫通孔、 15…シード、
16…シードチャック、 17…プルチャンバー、 18…上部チャンバー、
19…メインチャンバー、 20…ルツボ、 21…融液
22…引き上げ機構、 23…単結晶引き上げ装置、
24、25…真空ポンプ、 26、27…ガス供給源、
28…ワイヤー振れ止め装置、 29…可変流量弁、 30…空気式操作弁、
31…フィルター、 32…流量計、 33…手動弁、 34…隔膜式真空計。
1 ... Wire cleaning mechanism,
10 ... Gas suction tube, 11 ... Wire, 12 ... Gas blowing nozzle,
13 ... sub chamber, 14 ... through hole, 15 ... seed,
16 ... Seed chuck, 17 ... Pull chamber, 18 ... Upper chamber,
19 ... main chamber, 20 ... crucible, 21 ... melt 22 ... pulling mechanism, 23 ... single crystal pulling device,
24, 25 ... vacuum pump, 26, 27 ... gas supply source,
28 ... Wire steady rest device, 29 ... Variable flow valve, 30 ... Pneumatic operation valve,
31 ... filter, 32 ... flow meter, 33 ... manual valve, 34 ... diaphragm gauge.
Claims (9)
少なくとも、前記ワイヤーに不活性ガスを側方から吹きつけて前記ワイヤーの付着物を吹き飛ばすガス吹きつけノズルと、前記ワイヤーが上下回転動可能に挿通する貫通孔を有し、前記ガス吹きつけノズルから前記ワイヤーに吹きつけられた不活性ガスを前記ガス吹きつけノズルの反対の側方から吸引して排出するガス吸引管とからなり、前記上部チャンバーに配設されたワイヤークリーニング機構を備えたものであることを特徴とする単結晶引き上げ装置。 At least a single crystal pulling apparatus that pulls a single crystal grown from a melt in a crucible housed in a main chamber into an upper chamber connected to the upper portion of the main chamber with a wire,
At least a gas blowing nozzle for blowing an inert gas from the side to the wire to blow away the deposits on the wire, and a through-hole through which the wire can be rotated up and down, from the gas blowing nozzle It comprises a gas suction pipe that sucks and discharges the inert gas blown to the wire from the side opposite to the gas blowing nozzle, and includes a wire cleaning mechanism disposed in the upper chamber. There is a single crystal pulling apparatus.
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