JP6631468B2 - How to set the nozzle position of the remaining hot water suction device - Google Patents
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Description
本発明は、チョクラルスキー法(Czochralski method:CZ法)によりルツボ内の原料融液からシリコン単結晶を引き上げた後の残湯を除去する際に、残湯吸引器のノズル位置を設定する方法及び残湯吸引装置に関するものである。 The present invention provides a method of setting the nozzle position of a residual hot water suction device when removing residual hot water after pulling up a silicon single crystal from a raw material melt in a crucible by a Czochralski method (Czochralski method: CZ method). And a residual hot water suction device.
半導体基板に用いられるシリコン単結晶の製造方法として、石英ルツボ内の原料融液からシリコン単結晶を育成させながら引き上げるCZ法が広く採用されている。さらに、シリコン単結晶の低酸素濃度化や大直径結晶を容易に製造することなどを目的に、磁場を印加しながらCZ法でシリコン単結晶を引き上げる磁場印加チョクラルスキー法(Magnetic Field applied Czochralski method:MCZ法)が広く知られている。 As a method of manufacturing a silicon single crystal used for a semiconductor substrate, a CZ method of growing a silicon single crystal from a raw material melt in a quartz crucible while growing the single crystal has been widely adopted. Further, a magnetic field applied Czochralski method in which a silicon single crystal is pulled up by a CZ method while applying a magnetic field for the purpose of lowering the oxygen concentration of the silicon single crystal and easily manufacturing a large diameter crystal. : MCZ method) is widely known.
図3は、一般的なシリコン単結晶製造装置100である。図3に示すように、シリコン単結晶製造装置100は、石英ルツボ104等の部材を収容するメインチャンバー101と、メインチャンバー101の上に連設された引き上げチャンバー102と、結晶温度勾配の制御の為の遮熱部材109と、原料シリコン多結晶を加熱溶融する為のヒーター106と、石英ルツボ104を支持する黒鉛ルツボ105と、ヒーター106からの熱がメインチャンバー101に直接輻射されるのを防止する為の断熱材107と、シリコン単結晶112を引き上げる為の引き上げワイヤー114と、引き上げワイヤー114の下端に連結され種結晶118を取り付けるシードホルダー113と、引き上げワイヤー114の昇降を行う引き上げワイヤー巻き取り装置115と、ルツボ104、105を支持するルツボ軸110と、チャンバー内に不活性ガスを導入する為の不活性ガス導入口116と、不活性ガスをメインチャンバー101に導くためのガス整流筒108と、チャンバー内を排気する為の排気口117を具備する。また、図示しないが、メインチャンバー101と引き上げチャンバー102の間を遮断する為のゲートバルブと、不活性ガス導入口116に連結されたガス流量制御装置と、チャンバーの排気口に連結された真空ポンプと圧力制御装置を具備する。
FIG. 3 shows a general silicon single
CZ法によるシリコン単結晶112の引き上げは、石英ルツボ104内に充填した原料シリコン多結晶をその周囲に配設したヒーター106で加熱融解して原料溶融液とし、その後、不活性ガス雰囲気下で石英ルツボ104内の原料融液103(シリコン融液)に引き上げワイヤー114の先端に連結されたシードホルダー113に取り付けた種結晶118を浸し、該石英ルツボ104及び種結晶118を回転させながら、種結晶118を引き上げることにより所望直径のシリコン単結晶112を育成するものである。MCZ法は、前記CZ法で石英ルツボ104内の原料融液103に磁石111で磁場を印加しながらシリコン単結晶112を育成するものである。
The silicon
CZ法によるシリコン単結晶の製造において、製造コストを低減する方法として、マルチプーリング法(非特許文献1参照)が知られている。マルチプーリング法は、所定の範囲のドーパント濃度を持つシリコン単結晶を引き上げた後、ルツボ内のシリコン原料の減少量に相当する量のシリコン原料を追加供給(リチャージ)し、これを溶融した後、再度、同様のシリコン単結晶を引き上げることを繰り返す方法である。この方法によれば、製造歩留まりが向上すると共に、通常のCZ法では一度しか使用できない石英ルツボから複数本のシリコン単結晶を製造できる為に、ルツボコストが低減し、シリコン単結晶の製造コストを低減することができる。 A multi-pooling method (see Non-Patent Document 1) is known as a method of reducing the manufacturing cost in the production of a silicon single crystal by the CZ method. In the multi-pooling method, after pulling up a silicon single crystal having a dopant concentration in a predetermined range, an additional amount of silicon raw material corresponding to the reduced amount of silicon raw material in the crucible is additionally supplied (recharged), and after melting this, This is a method of repeating pulling up a similar silicon single crystal again. According to this method, the manufacturing yield is improved, and a plurality of silicon single crystals can be manufactured from a quartz crucible that can be used only once by a normal CZ method. Therefore, the crucible cost is reduced, and the manufacturing cost of the silicon single crystal is reduced. Can be reduced.
しかし、CZ法によるシリコン単結晶の引き上げでは、シリコン原料に含まれるFe、Cu、Ni、C等の偏析係数が1未満の元素は、シリコン単結晶中に取り込まれる量よりもシリコン融液中に偏析される量の方が多く、シリコン単結晶の成長に伴いシリコン融液中に濃縮されていく。前記マルチプーリング法では、シリコン単結晶引き上げ後の不純物が濃縮されたシリコン融液(残湯)に新しいシリコン原料をリチャージする為、残湯に含まれる不純物に加え、新しいシリコン原料に含まれる不純物が加わる。その為、リチャージ後に引き上げられたシリコン単結晶中の不純物は、リチャージ前に引き上げられたシリコン単結晶中の不純物よりも多くなり、さらにリチャージ後にシリコン単結晶を引き上げた後の残湯に含まれる不純物も、リチャージ前の残湯に比べて多くなる。したがって、マルチプーリング法で引き上げるシリコン単結晶の本数を増やすと、リチャージの回数も増える為、シリコン単結晶中の不純物はマルチプーリングの進行と共に増加していく。 However, in pulling a silicon single crystal by the CZ method, elements having a segregation coefficient of less than 1 such as Fe, Cu, Ni, and C contained in the silicon raw material are contained in the silicon melt more than the amount taken into the silicon single crystal. The segregated amount is larger and is concentrated in the silicon melt as the silicon single crystal grows. In the multi-pooling method, a new silicon material is recharged to a silicon melt (residual hot water) in which impurities after pulling a silicon single crystal are concentrated, so that an impurity contained in the new silicon raw material is added to the impurities contained in the residual hot water. Join. Therefore, the impurities in the silicon single crystal pulled up after the recharge are larger than the impurities in the silicon single crystal pulled up before the recharge, and the impurities contained in the residual hot water after the silicon single crystal is pulled up after the recharge. Also increase compared to the remaining hot water before recharging. Therefore, when the number of silicon single crystals pulled up by the multi-pooling method is increased, the number of times of recharging also increases, so that impurities in the silicon single crystal increase with the progress of multi-pooling.
このシリコン単結晶中に取り込まれたFe、Cu、Ni、C等の不純物は、半導体デバイスの作製時に結晶欠陥等を発生させ、デバイスの歩留まり低下の原因となる。特に近年の微細化されたデバイスでは、このシリコン単結晶中の不純物の低減が強く要求されている。その為、前記マルチプーリング法で引き上げるシリコン単結晶の本数は、シリコン単結晶中の不純物で制限され、さらにシリコン単結晶の引き上げ本数を増やすことが困難となっている。その為、シリコン単結晶の製造コストの低減が制限されている。 Impurities such as Fe, Cu, Ni, and C taken into the silicon single crystal generate crystal defects and the like during the production of a semiconductor device, and cause a reduction in device yield. Particularly in recent miniaturized devices, there is a strong demand for reduction of impurities in the silicon single crystal. Therefore, the number of silicon single crystals pulled by the multi-pooling method is limited by impurities in the silicon single crystal, and it is difficult to increase the number of pulled silicon single crystals. For this reason, reduction in the manufacturing cost of the silicon single crystal is limited.
このマルチプーリング法で、リチャージ後に引き上げるシリコン単結晶の不純物をリチャージ前に引き上げたシリコン単結晶の不純物と同等にするには、一旦残湯を全量除去し、全て新しいシリコン原料をリチャージする必要がある。 In order to make the impurity of the silicon single crystal pulled up after recharging equal to the impurity of the silicon single crystal pulled up before recharging by this multi-pooling method, it is necessary to remove all the remaining hot water once and recharge all the new silicon raw materials. .
そこで、マルチプーリング法におけるシリコン単結晶中の不純物低減策として、例えば特許文献1では、シリコン単結晶引き上げ後の残湯を、チューブ状部材(ノズル)を備えたレセプタクル(残湯吸引器)で除去することが提案されており、具体的には、残湯吸引器のノズルを残湯に浸漬し、その状態で残湯吸引器内に真空圧をかけて残湯吸引器内に残湯を吸引するというものである。
Therefore, as a measure for reducing impurities in a silicon single crystal in the multi-pooling method, for example, in
この残湯吸引器のノズルを残湯に浸漬させる方法として、特許文献1では、残湯吸引器の下に、ノズルの下端が所望の残湯除去量の深さとなるようにゲージを設置し、該ゲージの下端が残湯の表面に接触するまで残湯吸引器を降下させる方法が提案されている。
As a method of immersing the nozzle of the remaining hot water suction device in the remaining hot water, in
このような方法では、例えば、まず図3のシリコン単結晶製造装置100でシリコン単結晶112の育成終了後、シリコン単結晶112を引き上げチャンバー102内に巻き上げ、シリコン単結晶112をシードホルダー113から取り外して引き上げチャンバー102の外へ取り出す。
In such a method, for example, first, after the growth of the silicon
次に、図4に示すように、シリコン単結晶製造装置100に従来の残湯吸引装置11を取り付ける。このとき、シリコン単結晶を取り外した後のシードホルダー113に残湯吸引器13を取り付け、残湯吸引器13に連結されたノズル12の下端が残湯103aの表面に接触するまで残湯吸引器13を降下させる。
Next, as shown in FIG. 4, a conventional residual hot
次に、シリコン単結晶の引き上げ前の原料シリコン多結晶の重量から引き上げたシリコン単結晶の重量を差し引いた重量(残湯重量)と石英ルツボ104の設計寸法値より、残湯103aの表面から石英ルツボ104の底までの距離を予め計算で求めておき、その計算で求めた距離の分だけ、残湯吸引器13をさらに降下させる。
Next, from the weight (residual hot water weight) obtained by subtracting the weight of the pulled silicon single crystal from the weight of the raw material silicon polycrystal before the pulling of the silicon single crystal and the design dimension value of the
石英ルツボ104の形状が設計寸法値通りであれば、残湯吸引器13のノズル12の下端の位置は、石英ルツボ104の底に設置されるが、現実には、石英ルツボ104の形状には個体差による寸法誤差があり、またシリコン単結晶の引き上げ中に毎回一定ではない石英ルツボ104の変形による寸法変化が生じる為、残湯103aの表面から石英ルツボ104の底までの実際の距離は、計算で求めた距離と乖離がある。
If the shape of the
ところが、この方法では、石英ルツボ104の製作誤差、シリコン単結晶の引き上げ中に生じた石英ルツボ104の変形による残湯103aの深さの変化に関係無く、常に残湯103aの表面から設定した深さにしかノズル12の下端を設置できない。
However, in this method, regardless of the manufacturing error of the
そのため、残湯を全量除去する場合、図5のように、従来の残湯吸引装置11では、残湯吸引器13のノズル12の下端位置が石英ルツボ104の底から離れ過ぎて、石英ルツボ104の底の残湯103aに届かず、残湯103aを全量除去できない場合があった。または、図6のように、残湯吸引器13のノズル12の下端位置が石英ルツボ104に底突きしてノズル12の下端の開口を塞いでしまい、残湯103aの除去自体ができなくなってしまう場合があった。
Therefore, when removing the entire remaining hot water, as shown in FIG. 5, in the conventional remaining hot
これらの場合、残湯を全量除去することができないため、リチャージ後に引き上げたシリコン単結晶中の不純物を有効に除去できず、リチャージ前に引き上げたシリコン単結晶中の不純物よりも多くなってしまう可能性がある。 In these cases, since the remaining hot water cannot be completely removed, the impurities in the silicon single crystal pulled up after recharging cannot be effectively removed, and may be more than the impurities in the silicon single crystal pulled up before recharging. There is.
この問題の改善の為に、例えば特許文献2では、ノズルの下端の側方に開口した切り込み部を設けることが提案されている。この方法によれば、ノズルの下端が石英ルツボに底突きするまで残湯吸引器を降下させることでノズルの下端位置を常に石英ルツボの底に設置できる。そのため、ノズルの下端と石英ルツボの底との距離が開きすぎて残湯の除去残りが発生することを防止でき、かつ、ノズルの側方に開口がある為、ノズルの下端の開口は閉塞せず、残湯の除去が可能となる。
In order to solve this problem, for example,
ところが、この方法では、残湯の除去が終了するまでの間、ノズルの下端が石英ルツボに底突きした状態で保持される為、ノズルの下端と石英ルツボの底が固着してしまい、残湯の除去後に残湯吸引器を上昇させて回収できなくなるという問題がある。この場合、リチャージおよびシリコン単結晶の引き上げの継続ができなくなることに加えて、残湯吸引器の再利用もできなくなる為、シリコン単結晶の製造コストがむしろ高くなってしまう。 However, in this method, the lower end of the nozzle is held in a state in which the bottom of the nozzle is in contact with the bottom of the quartz crucible until the removal of the remaining hot water is completed. There is a problem in that the residual hot water suction device is raised after removal of the water and cannot be recovered. In this case, since the recharge and the pulling of the silicon single crystal cannot be continued, the remaining hot water suction device cannot be reused, so that the manufacturing cost of the silicon single crystal is rather high.
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、チョクラルスキー法でルツボ内の原料融液からシリコン単結晶を引き上げた後、ルツボ内に残った原料融液の残湯を除去する際に、所望の残湯量が除去できる位置となるように残湯吸引器のノズル位置を安定してより正確に設定することができる残湯吸引器のノズル位置の設定方法及び残湯吸引装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and after removing a silicon single crystal from a raw material melt in a crucible by the Czochralski method, the remaining hot water of the raw material melt remaining in the crucible is removed. At this time, a method for setting the nozzle position of the residual hot water suction device and a residual hot water suction device that can stably and more accurately set the nozzle position of the residual hot water suction device so as to be a position where a desired residual hot water amount can be removed. It is intended to provide.
上記目的を達成するために、本発明によれば、チョクラルスキー法でルツボ内の原料融液からシリコン単結晶を引き上げた後、前記ルツボ内に残った前記原料融液の残湯に浸漬させ、前記残湯を吸引する為のノズルを備えた残湯吸引器で前記残湯を前記ルツボから除去する際に、前記残湯吸引器の前記ノズル位置を設定する方法であって、
前記残湯吸引器にロードセルを連結し、前記残湯吸引器の前記ノズルの下端が前記ルツボの底に到達するまで前記残湯吸引器を降下させ、前記ロードセルで測定した前記残湯吸引器の重量の変化から前記ノズルの下端の前記ルツボの底への到達及び前記ルツボの底の位置を検知して、その後、前記残湯吸引器の前記ノズルの下端と前記ルツボの底との距離を所定の距離に設定することを特徴とする残湯吸引器のノズル位置の設定方法を提供する。
In order to achieve the above object, according to the present invention, after pulling up a silicon single crystal from a raw material melt in a crucible by the Czochralski method, the silicon single crystal is immersed in residual hot water of the raw material melt remaining in the crucible. A method for setting the nozzle position of the remaining hot water suction device when removing the remaining hot water from the crucible with a remaining hot water suction device having a nozzle for sucking the remaining hot water,
A load cell is connected to the remaining hot water suction device, and the remaining hot water suction device is lowered until the lower end of the nozzle of the remaining hot water suction device reaches the bottom of the crucible. The arrival of the lower end of the nozzle at the bottom of the crucible and the position of the bottom of the crucible are detected from the change in weight, and then the distance between the lower end of the nozzle of the residual hot water suction device and the bottom of the crucible is determined. And a method for setting the nozzle position of the residual hot water suction device, wherein
このようにすれば、ルツボの底の位置を正確に検知することができるので、所望の残湯量が除去できる位置となるように残湯吸引器のノズル位置を安定してより正確に設定することができる。これにより、所望の残湯量を精度良く除去することができる。 In this way, the position of the bottom of the crucible can be accurately detected, so that the nozzle position of the remaining hot water suction device can be set more stably and more accurately so that a desired remaining hot water amount can be removed. Can be. This makes it possible to accurately remove the desired amount of remaining hot water.
このとき、前記所定の距離を、0mmより大きく5mm以下の範囲に設定することが好ましい。 At this time, it is preferable that the predetermined distance is set in a range of more than 0 mm and 5 mm or less.
このようにすれば、残湯の全量除去を行う際に、ノズルの下端とルツボの底との距離が開きすぎたことによる残湯の除去残りや、ノズルの下端とルツボの底が固着して残湯吸引器を回収できなくなることによるマルチプーリングの中止を同時に防止できる。その結果、マルチプーリング法で引き上げた全てのシリコン単結晶中の不純物を、マルチプーリングの初期に引き上げたシリコン単結晶中の不純物と同等に保つことができる。 With this configuration, when removing the entire amount of the remaining hot water, the remaining portion of the remaining hot water removed due to the distance between the lower end of the nozzle and the bottom of the crucible being too wide, or the lower end of the nozzle and the bottom of the crucible adhere to each other. The suspension of multi-pooling due to the inability to collect the remaining hot water suction device can be prevented at the same time. As a result, the impurities in all the silicon single crystals pulled up by the multi-pooling method can be kept equal to the impurities in the silicon single crystal pulled up at the beginning of the multi-pooling.
またこのとき、前記残湯吸引器のノズルの下端がルツボの底に到達したことを検知した後、前記残湯吸引器の降下を停止させることが好ましい。 At this time, it is preferable to stop the descent of the remaining hot water suction device after detecting that the lower end of the nozzle of the remaining hot water suction device has reached the bottom of the crucible.
このように、残湯吸引器のノズルの下端がルツボの底に到達したことを検知した後、残湯吸引器の降下を停止させることが好適である。 As described above, it is preferable to stop the descent of the remaining hot water suction device after detecting that the lower end of the nozzle of the remaining hot water suction device has reached the bottom of the crucible.
またこのとき、前記残湯吸引器の降下を停止した後、前記残湯吸引器を上昇させ、前記残湯吸引器の前記ノズルの下端と前記ルツボの底との接触を解消させることが好ましい。 Further, at this time, it is preferable that after the descent of the remaining hot water suction device is stopped, the remaining hot water suction device is raised to eliminate the contact between the lower end of the nozzle of the remaining hot water suction device and the bottom of the crucible.
このように残湯吸引器のノズルの下端とルツボの底との接触を解消させることにより、残湯が除去できなくなることを防止することができる。 By eliminating the contact between the lower end of the nozzle of the residual hot water suction device and the bottom of the crucible in this way, it is possible to prevent the residual hot water from being unable to be removed.
また、本発明によれば、チョクラルスキー法でルツボ内の原料融液からシリコン単結晶を引き上げた後、前記ルツボ内に残った前記原料融液の残湯を吸引する残湯吸引装置であって、
前記残湯に浸漬させ、前記残湯を吸引する為のノズルを備えた残湯吸引器と、該残湯吸引器に連結され、前記残湯吸引器の重量の変化を測定可能なロードセルとを有することを特徴とする残湯吸引装置を提供する。
Further, according to the present invention, there is provided a residual hot water suction apparatus for pulling up a silicon single crystal from a raw material melt in a crucible by a Czochralski method and then sucking the residual hot water of the raw material melt remaining in the crucible. hand,
A remaining hot water suction device provided with a nozzle for immersing the remaining hot water and sucking the remaining hot water, and a load cell connected to the remaining hot water suction device and capable of measuring a change in weight of the remaining hot water suction device. There is provided a residual hot water suction device characterized by having the above.
このようなものであれば、ロードセルにより重量変化を測定することで、ルツボの底の位置を正確に検知することができるので、所望の残湯量が除去できる位置となるように残湯吸引器のノズル位置を安定してより正確に設定することができる。これにより、所望の残湯量を精度良く除去することができるとともに、マルチプーリングによるコスト低減効果を発揮できる。 In such a case, the position of the bottom of the crucible can be accurately detected by measuring the change in weight with the load cell, so that the remaining hot water suction device is positioned so that a desired remaining hot water amount can be removed. The nozzle position can be set more stably and more accurately. This makes it possible to remove a desired amount of remaining hot water with high accuracy and to exert a cost reduction effect by multi-pooling.
本発明の残湯吸引器のノズル位置の設定方法及び残湯吸引装置であれば、ルツボの底の位置を正確に検知することができるので、所望の残湯量が除去できる位置となるように残湯吸引器のノズル位置を安定してより正確に設定することができる。これにより、所望の残湯量を精度良く除去することができる。 According to the method for setting the nozzle position of the residual hot water suction device and the residual hot water suction device of the present invention, the position of the bottom of the crucible can be accurately detected, so that the residual hot water can be removed to a desired position. The nozzle position of the hot water suction device can be set stably and more accurately. This makes it possible to accurately remove the desired amount of remaining hot water.
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.
上記したように、石英ルツボの形状には個体差による寸法誤差があり、またシリコン単結晶の引き上げ中に毎回一定ではない石英ルツボの変形による寸法変化が生じる為、残湯の表面から石英ルツボの底までの実際の距離は、計算で求めた距離と乖離がある。そのため、残湯の表面から設定した深さにノズルの下端を設置する場合、例えば残湯を全量除去する際に、図5のように残湯吸引器のノズルの下端位置が石英ルツボの底から離れ過ぎて、残湯を全量除去できない場合や、図6のように残湯吸引器のノズルの下端位置が石英ルツボに底突きしてノズルの下端の開口を塞いでしまい、残湯の除去自体ができなくなってしまう場合があった。 As described above, there is a dimensional error due to individual differences in the shape of the quartz crucible, and a dimensional change due to deformation of the quartz crucible that is not constant each time during the pulling of the silicon single crystal occurs. The actual distance to the bottom differs from the calculated distance. Therefore, when the lower end of the nozzle is installed at a depth set from the surface of the remaining hot water, for example, when removing the entire amount of the remaining hot water, the lower end position of the nozzle of the remaining hot water suction device is positioned from the bottom of the quartz crucible as shown in FIG. If the residual hot water cannot be completely removed because it is too far away, or the bottom end of the nozzle of the residual hot water suction device will bottom out into the quartz crucible and close the opening at the lower end of the nozzle as shown in FIG. Could not be done.
また、ノズルの下端の側方に開口した切り込み部を設けて、ノズルの下端が石英ルツボに底突きした状態で残湯の除去を行う方法では、ノズルの下端と石英ルツボの底が固着してしまい、残湯の除去後に残湯吸引器を上昇させて回収できなくなるという問題があった。 Further, in a method of providing a cut portion opened to the side of the lower end of the nozzle and removing the residual hot water in a state where the lower end of the nozzle is in contact with the quartz crucible, the lower end of the nozzle and the bottom of the quartz crucible are fixed. As a result, there has been a problem that the residual hot water suction device is raised after removal of the residual hot water and cannot be recovered.
そこで、本発明者らは、このような問題を解決する為に鋭意検討を重ねた。その結果、残湯吸引器のノズルの下端位置の設定を、残湯の表面を基準とするのではなく、石英ルツボの底を基準とすることにした。 Therefore, the present inventors have conducted intensive studies to solve such a problem. As a result, the setting of the lower end position of the nozzle of the residual hot water suction device is not based on the surface of the residual hot water but on the basis of the bottom of the quartz crucible.
石英ルツボの底を基準として残湯吸引器のノズルの下端位置を設定するには、石英ルツボの底の位置を正確に検知する必要があるが、残湯が入った石英ルツボの底は、残湯の表面とは異なり、電気的、視覚的な検知が困難である。 In order to set the lower end position of the nozzle of the hot water aspirator with reference to the bottom of the quartz crucible, it is necessary to accurately detect the position of the bottom of the quartz crucible. Unlike the surface of hot water, electrical and visual detection is difficult.
そこで、残湯吸引器にロードセルを連結し、残湯吸引器のノズルの下端がルツボの底に到達するまで残湯吸引器を降下させ、ロードセルで測定した残湯吸引器の重量の変化からノズルの下端のルツボの底への到達及びルツボの底の位置を検知して、その後、残湯吸引器のノズルの下端とルツボの底との距離を所定の距離に設定すれば、ルツボの底の位置を正確に検知することができるので、所望の残湯量が除去できる位置となるように残湯吸引器のノズル位置を安定してより正確に設定することができることを見出した。そして、これらを実施するための最良の形態について精査し、本発明を完成させた。 Therefore, the load cell is connected to the remaining hot water suction device, and the remaining hot water suction device is lowered until the lower end of the nozzle of the remaining hot water suction device reaches the bottom of the crucible. When the lower end of the crucible reaches the bottom of the crucible and the position of the bottom of the crucible is detected, and then the distance between the lower end of the nozzle of the residual hot water suction device and the bottom of the crucible is set to a predetermined distance, the bottom of the crucible is detected. Since the position can be accurately detected, it has been found that the nozzle position of the remaining hot water suction device can be set stably and more accurately so that the desired remaining hot water amount can be removed. Then, the best mode for carrying out the above was scrutinized, and the present invention was completed.
まず、本発明の残湯吸引装置について、図1を参照して説明する。図1は、本発明の残湯吸引装置1をシリコン単結晶製造装置100に取り付けた状態を示す概略図である。本発明の残湯吸引装置1は、チョクラルスキー法で石英ルツボ104内の原料融液からシリコン単結晶を引き上げた後、石英ルツボ104内に残った原料融液の残湯103aを吸引するものである。残湯吸引装置1は、残湯103aに浸漬させ、残湯103aを吸引する為のノズル2を備えた残湯吸引器3と、該残湯吸引器3に連結され、残湯吸引器3の重量の変化を測定可能なロードセル4とを有する。
First, the remaining hot water suction device of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing a state in which a remaining hot
例えば、シードホルダー113を介して残湯吸引器3を取り付けた引き上げワイヤー114にロードセル4を連結し、該ロードセル4で残湯吸引器3の重量を計測することで、残湯吸引器3のノズル2の下端が石英ルツボ104と接触した時の残湯吸引器3の重量変化を測定することができる。
For example, the load cell 4 is connected to a pulling
このようなものであれば、石英ルツボ104の底の位置を正確に検知することができるので、所望の残湯量が除去できる位置となるように残湯吸引器3のノズル2の位置を安定してより正確に設定することができる。これにより、所望の残湯量を精度良く除去することができる。
In such a case, since the position of the bottom of the
ノズル2は、例えば下端に開口部を有し、この開口部から残湯103aを吸引可能なものとすることができる。
The
なお、残湯吸引装置1を取り付けるシリコン単結晶製造装置100は、従来の一般的なものとすることができる。例えば、石英ルツボ104等の部材を収容するメインチャンバー101と、メインチャンバー101の上に連設された引き上げチャンバー102と、結晶温度勾配の制御の為の遮熱部材109と、原料シリコン多結晶を加熱溶融する為のヒーター106と、石英ルツボ104を支持する黒鉛ルツボ105と、ヒーター106からの熱がメインチャンバー101に直接輻射されるのを防止する為の断熱材107と、シリコン単結晶を引き上げる為の引き上げワイヤー114と、引き上げワイヤー114の下端に連結され種結晶を取り付けるシードホルダー113と、引き上げワイヤー114の昇降を行う引き上げワイヤー巻き取り装置115と、ルツボ104、105を支持するルツボ軸110と、チャンバー内に不活性ガスを導入する為の不活性ガス導入口116と、不活性ガスをメインチャンバー101に導くためのガス整流筒108と、チャンバー内を排気する為の排気口117を具備するものとすることができる。さらに、シリコン単結晶の引上げ中に石英ルツボ104内の原料融液に磁場を印加するための磁石111を具備するものとすることができる。
In addition, the silicon single
また、図示しないが、メインチャンバー101と引き上げチャンバー102の間を遮断する為のゲートバルブと、不活性ガス導入口116に連結されたガス流量制御装置と、チャンバーの排気口に連結された真空ポンプと圧力制御装置を具備するものとすることができる。
Although not shown, a gate valve for shutting off between the
このように、シリコン単結晶製造装置100の主要部分は、例えば、図3のシリコン単結晶製造装置と同じとすることができる。
As described above, the main part of the silicon single
次に、本発明の残湯吸引器のノズル位置の設定方法について説明する。以下では、上記したような本発明の残湯吸引装置を用いた場合について説明する。 Next, a method for setting the nozzle position of the residual hot water suction device of the present invention will be described. Hereinafter, the case where the remaining hot water suction device of the present invention as described above is used will be described.
まず、図1に示すようなシリコン単結晶製造装置100により、シリコン単結晶112の育成終了後、シリコン単結晶112を引き上げチャンバー102内に巻き上げ、シリコン単結晶112をシードホルダー113から取り外して引き上げチャンバー102の外へ取り出す。
First, after the silicon
次に、図1に示すように、引き上げたシリコン単結晶を取り外した後のシリコン単結晶製造装置100に、本発明の残湯吸引装置1を取り付ける。そして、シードホルダー113に取り付けた残湯吸引器3を、石英ルツボ104の底に到達するまで降下させる。
Next, as shown in FIG. 1, the remaining hot
このとき、図2に示すように、まずノズル2の下端が残湯103aの表面に接触するまで残湯吸引器3を降下させ、この時の引き上げワイヤー114に掛かる残湯吸引器3の重量Aをロードセル4で測定し、記録することができる。
At this time, as shown in FIG. 2, the remaining hot
そして、残湯吸引器3に連結されたノズル2の下端が石英ルツボ104の底に到達するまで、残湯吸引器3を降下させ、ロードセル4で測定した残湯吸引器3の重量の変化からノズル2の下端の石英ルツボ104の底への到達及び石英ルツボ104の底の位置を検知する。このとき、例えば、200mm/min以下の速度で降下させることが好ましい。また、この時の残湯吸引器3の重量Bをロードセル4で常時計測する。
Then, the remaining hot
残湯吸引器3のノズル2の下端が石英ルツボ104の底に到達すると、残湯吸引器3の重量が石英ルツボ104に掛かり、引き上げワイヤー114に掛かる重量が急激に減少する為、ロードセル4で常時計測している残湯吸引器3の重量Bが減少する。この常時計測している重量Bと、前記記録しておいた重量Aに、例えば、100g以上の差が生じたことを検出することで、残湯吸引器3のノズル2の下端が石英ルツボ104の底に到達したこと及び、石英ルツボ104の底の位置を検知することができる。
When the lower end of the
このとき、残湯吸引器3のノズル2の下端が石英ルツボ104の底に到達したことを検知した後、残湯吸引器3の降下を停止させることが好ましい。
At this time, after detecting that the lower end of the
またこのとき、残湯吸引器3の降下を停止した後、残湯吸引器3を上昇させ、残湯吸引器3のノズル2の下端と石英ルツボ104の底との接触を解消させることが好ましい。このようにすれば、ノズル2の下端の開口が保たれ、残湯が除去できなくなることを防止することができる。
Further, at this time, it is preferable that after the descent of the remaining hot
その後、残湯吸引器3のノズル2の下端と石英ルツボ104の底との距離を所定の距離に設定する。このようにすれば、石英ルツボ104の底の位置を正確に検知することができるので、所望の残湯量が除去できる位置となるように残湯吸引器3のノズル2の位置を安定してより正確に設定することができる。これにより、所望の残湯量を精度良く除去することができる。
Thereafter, the distance between the lower end of the
このとき、所定の距離を、0mmより大きく5mm以下の範囲に設定することが好ましい。このようにすれば、残湯の全量除去を行う際に、ノズル2の下端と石英ルツボ104の底との距離が開きすぎたことによる残湯の除去残りを防止して、安定して残湯を全量除去することができる。さらに、ノズル2の下端と石英ルツボ104の底が固着して残湯吸引器を回収できなくなることによるマルチプーリングの中止を同時に防止できる。その結果、マルチプーリング法で引き上げた全てのシリコン単結晶中の不純物を、マルチプーリングの初期に引き上げたシリコン単結晶中の不純物と同等に保つことができる。
At this time, it is preferable that the predetermined distance is set in a range greater than 0 mm and 5 mm or less. In this way, when removing the entire amount of the remaining hot water, it is possible to prevent the remaining hot water from being left unremoved due to an excessively large distance between the lower end of the
以下、本発明の実施例及び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。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention, but the present invention is not limited thereto.
(実施例)
まず、図1に示すシリコン単結晶製造装置100を用い、CZ法で石英ルツボ104内の原料融液からシリコン単結晶112の引上げを行った。
(Example)
First, the silicon
具体的には、直径800mmの石英ルツボ104に原料シリコン多結晶を340kg充填し、それをヒーター106により加熱溶融して原料融液とした後、磁石111により中心磁場強度が4000Gの水平磁場を印加し、直径300mmのシリコン単結晶112の引き上げを行った。
Specifically, a
引き上げたシリコン単結晶を、引き上げワイヤー114に連結したシードホルダー113から取り外し、重量を測定したところ、引き上がったシリコン単結晶112の重量は310kgであった。シリコン単結晶112の引き上げ前の原料シリコン多結晶の重量(340kg)から引き上げたシリコン単結晶の重量(310kg)を差し引いた重量から、石英ルツボ104の中に残湯が30kg残ったことが分かった。この時、石英ルツボ104の設計寸法値から計算で求めた残湯の表面から石英ルツボ104の底までの距離は70mmであった。
The pulled silicon single crystal was removed from the
次に、図1に示すように、引き上げたシリコン単結晶を取り外した後のシリコン単結晶製造装置100に本発明の残湯吸引装置1を取り付けた。具体的には、残湯吸引器3の下に200mmの長さを持つ直径30mmの高純度石英製のノズル2を備えた残湯吸引器3をシードホルダー113に取り付けた。
Next, as shown in FIG. 1, the remaining hot
このとき、まずノズル2の下端が残湯103aの表面に接触するまで残湯吸引器3を降下させた。このときの残湯吸引器3の重量Aを引き上げワイヤー114に連結されたロードセル4で計測した結果、26.2kgであった。この残湯吸引器3の初期の重量A=26.2kgを、ロードセル4に接続したコンピューターに記録した。そして、シリコン単結晶製造装置100に設定したプログラムにより、残湯吸引器3の降下中にロードセル4で計測する重量Bが、記録しておいた残湯吸引器3の初期の重量Aよりも100g以上減少した時、残湯吸引器3の降下が自動停止するように設定しておいた。
At this time, the remaining hot
次に、前記残湯吸引器3の降下中の重量Bをロードセル4で常時測定しながら、残湯吸引器3を降下させた。その結果、残湯吸引器3のノズル2の下端が、残湯103aの表面から76mm浸漬したところで、ロードセル4で常時計測していた重量Bが26.2kgから26.1kgに変化し、残湯吸引器3の降下が自動停止した。この時、残湯吸引器3のノズル2の下端が、石英ルツボ104の底に到達したと検出された。
Next, the remaining hot
次に、石英ルツボ104の底に密着していると推定される残湯吸引器3のノズル2の下端を、石英ルツボ104の底から切り離し、残湯103aを全量除去するために、残湯吸引器3を5mm上昇させ、この状態で残湯103aを残湯吸引器3の中へ吸引する吸引操作を行った。その結果、石英ルツボ104の中の残湯103aはほぼ全量除去されたことが目視で確認できた。
Next, the lower end of the
この結果から、本発明の方法により、残湯吸引器3のノズル2の下端の設置位置を石英ルツボ104の底から適切な位置に設置できていたことが分かった。また、残湯吸引器3のノズル2の下端と石英ルツボ104の底との距離を5mm以下の範囲に設定すれば、残湯103aの全量除去を行う際に、ノズル2の下端と石英ルツボ104の底との距離が開きすぎたことによる残湯103aの除去残りを防止して、安定して残湯103aを全量除去することができることが分かった。さらに、このように石英ルツボの底との距離を確実に取ることで、ノズル先端とルツボの底との固着も防止できた。
From this result, it was found that the installation position of the lower end of the
(比較例)
まず、図3のシリコン単結晶製造装置100を用い、実施例と同様にして直径300mmのシリコン単結晶112の引き上げを行った。このとき、引き上がったシリコン単結晶112の重量は310kgで、石英ルツボ104の中に残湯が30kg残った。また、石英ルツボ104の設計寸法値から計算で求めた残湯の表面から石英ルツボ104の底までの距離は70mmであった。
(Comparative example)
First, a silicon
引き上げたシリコン単結晶112を、引き上げワイヤー114に連結したシードホルダー113から取り外し、その後、図4に示すように、シリコン単結晶製造装置100に従来の残湯吸引装置11を取り付けた。このとき、残湯吸引器13の下に200mmの長さを持つ直径30mmの高純度石英製のノズル12を備えた残湯吸引器13をシードホルダー113に取り付け、ノズル12の下端が残湯103aの表面に接触するまで残湯吸引器13を降下させた。
The pulled silicon
そして、シリコン単結晶製造装置100に設定したプログラムにより、残湯吸引器13が残湯融液表面より、上記のように設計寸法値から計算で求めた残湯の表面から石英ルツボ104の底までの距離の70mm降下したら降下を自動停止するようにしておき、前記残湯吸引器13のノズル12の下端が残湯103aの表面に接触した状態から残湯吸引器13の降下を行った。その結果、前記残湯吸引器13のノズル12の下端が残湯103aの表面から70mm浸漬した位置で、残湯吸引器13の降下が停止した。
Then, according to the program set in the silicon single
次に、残湯103aを全量除去するために、前記残湯吸引器13のノズル12の下端が残湯103aの表面から70mm浸漬した状態で、残湯103aを残湯吸引器13の中へ吸引する吸引操作を行った。その結果、石英ルツボ104の中には除去しきれなかった残湯103aの一部が残っていた。
Next, in order to remove all the remaining
残湯吸引器13をシードホルダー113から取り外し、残湯吸引器13の中に除去された残湯103aの重量を計測した結果29.7kgであった。残湯103aの除去前の重量30kgから、除去した重量29.7kgを差し引くことで、石英ルツボ104の中には残湯103aが0.3kg残っていたことが分かる。なお、石英ルツボ104の設計寸法値から計算すると、この時の石英ルツボ104の中に残った残湯103aの表面から石英ルツボ104の底までの距離は、約6mmと見積もられた。
The remaining hot
この結果より、石英ルツボ104の設計寸法値から計算で求めた残湯103aの表面から石英ルツボ104の底までの距離は、実際の残湯103aの表面から石英ルツボ104の底までの距離と比べて約6mm少なく、残湯吸引器13のノズル12の下端の設置位置が、石英ルツボ104の底から約6mm上であったことが分かった。
From this result, the distance from the surface of the residual
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。 Note that the present invention is not limited to the above embodiment. The above 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 has the same effect. Within the technical scope of
1…残湯吸引装置、 2…ノズル、 3…残湯吸引器、 4…ロードセル、
100…シリコン単結晶製造装置、 101…メインチャンバー、
102…引き上げチャンバー、 103…原料融液、 103a…残湯、
104…石英ルツボ、 105…黒鉛ルツボ、 106…ヒーター、
107…断熱材、 108…ガス整流筒、 109…遮熱部材、 110…ルツボ軸、
111…磁石、 112…シリコン単結晶、 113…シードホルダー、
114…引き上げワイヤー、 115…引き上げワイヤー巻き取り装置、
116…不活性ガス導入口、 117…排気口、 118…種結晶。
1 ... residual hot water suction device, 2 ... nozzle, 3 ... residual hot water suction device, 4 ... load cell,
100: silicon single crystal manufacturing apparatus, 101: main chamber,
102: lifting chamber 103:
104: quartz crucible, 105: graphite crucible, 106: heater,
107: heat insulating material, 108: gas straightening tube, 109: heat shielding member, 110: crucible shaft,
111: magnet, 112: silicon single crystal, 113: seed holder,
114: lifting wire, 115: lifting wire winding device,
116: an inert gas introduction port, 117: an exhaust port, 118: a seed crystal.
Claims (4)
前記残湯吸引器にロードセルを連結し、前記残湯吸引器の前記ノズルの下端が前記ルツボの底に到達するまで前記残湯吸引器を降下させ、前記ロードセルで測定した前記残湯吸引器の重量の変化から前記ノズルの下端の前記ルツボの底への到達及び前記ルツボの底の位置を検知して、その後、前記残湯吸引器の前記ノズルの下端と前記ルツボの底との距離を所定の距離に設定することを特徴とする残湯吸引器のノズル位置の設定方法。 After pulling up a silicon single crystal from the raw material melt in the crucible by the Czochralski method, the silicon single crystal is immersed in the residual hot water of the raw material melt remaining in the crucible, and the residual having a nozzle for sucking the residual hot water is provided. When removing the residual hot water from the crucible with a hot water suction device, a method of setting the nozzle position of the remaining hot water suction device,
A load cell is connected to the remaining hot water suction device, and the remaining hot water suction device is lowered until the lower end of the nozzle of the remaining hot water suction device reaches the bottom of the crucible. The arrival of the lower end of the nozzle at the bottom of the crucible and the position of the bottom of the crucible are detected from the change in weight, and then the distance between the lower end of the nozzle of the residual hot water suction device and the bottom of the crucible is determined. A method for setting the nozzle position of the residual hot water suction device, characterized in that the nozzle position is set to the following distance.
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