JPH035394A

JPH035394A - 単結晶引上装置

Info

Publication number: JPH035394A
Application number: JP1134778A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Katsuoka; 信生勝岡; Koji Mizuishi; 孝司水石; Shinichi Furuse; 古瀬　信一; Shigemaru Maeda; 茂丸前田
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1989-05-30
Filing date: 1989-05-30
Publication date: 1991-01-11
Anticipated expiration: 2012-11-17
Also published as: JP2678383B2; US5096677A; EP0400995B1; EP0400995A1; DE69020962D1; DE69020962T2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、（：ｚｏｃｈｒａｓｋｉ法（ＣＺ法）によっ
て多結晶融液から単結晶を引き上げる単結晶引上装置に
関する。

（従来の技術）この種の単結晶引上装置は、チャンバー内に、その中心
軸回りに回転駆動されるルツボ、該ルツボの周囲に配さ
れるヒーター等を収納して構成され、ルツボ内に投入さ
れたシリコン等の多結晶原料をヒーターによって溶融し
て多結晶融液を得、この多結晶融液に、ワイヤー等の上
軸の下端に取付けられた種結晶を浸漬し、該上軸を回転
させなからこれを所定の速度て引き上げることによって
種結晶の下に所要の単結晶を成長させる装置である。

斯かる単結晶引上装置においては、ルツボ内の多結晶融
液の液位は単結晶の引上げと共に下がるため、融液面を
チャンバー内て一定高さ位置に保つためには液位の低下
分たけルツボを上動せしめる必要かあり、そのために従
来からルツボは上下動自在に支持され、単結晶引上げ時
には融液面の位置か一定になるように該ルツボは駆動手
段によって所定の速度で上動せしめられていた。

ところで、引き上げられる単結晶棒（インゴット）の直
径は特に引上げ速度（上軸の速度）に依存するため、一
定直径の単結晶棒を得るには、弓上げ時の単結晶棒の直
径（融液面での直径）を実測しながら該直径か一定とな
るように引上げ速度を制御し、この引上げ速度に対して
一定の比率でルツボを移動させる必要がある。

（発明か解決しようとする課題）ところか、従来の単結晶引上装置においては。

ヒーターは固定であって、これは引き上げ中には移動し
ないため、結晶成長軸方向の酸素濃度分布か引上げの進
行と共に低下する傾向があり、このためにルツボの回転
速度を上げることか試みられているか、ルツボの回転速
度を上げると、単結晶棒の断面内の酸素濃度分布特性か
悪くなる傾向かある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものて、その目的と
する処は、単結晶棒の軸方向の酸素濃度分布特性を改善
することがてきる単結晶引上装置を提供するにある。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成すべく本発明は、チャンバー内に、多結
晶融液を収容するルツボ、該ルツボの周囲に配置される
ヒーター等を収納して構成され、ルツボ内の多結晶融液
を、下端に種結晶を取り付けた上軸て引き上げることに
よって単結晶を得る単結晶引上装置において、前記ルツ
ボとヒーターを各々上下動自在に支持するとともに、こ
れらルツボとヒーターを各々上下動せしめる駆動手段と
、該駆動手段を制御する制御手段を設けたことをその特
徴とする。

（作用）本発明によれば、単結晶引上げ時にヒーターもルツボと
共に上下に移動させることかできるため、制御パラメー
ターか増えて、より複雑な制御が可能となり、チャンバ
ー内のヒートバランスを一定に保ったり、任意に変える
ことかできて引き上げられる単結晶棒の軸方向の酸素濃
度分布特性の改善を図ることかてきる。

（実施例）以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。

図面は本発明に係る単結晶引上装置１の構成を示すＦＴ
面図であり、図中、２はステンレス製円筒から成るチャ
ンバー（水冷金属製引上室）てあって、これの内部には
石英製のルツボ３と黒鉛製のルツボ４か支持軸５によっ
て上下動自在に支持されて収納されている。そして、こ
のルツボ３，４の周囲には、炭素材から成る円筒状のヒ
ーター６が配され、このヒーター６の周囲には同じく炭
素材から成る円筒状の断熱材７か配されている。

ところで、前記支持軸５はチャンバー２の底部に結着さ
れたフランジ２ａを摺動自在に貫通して該チャンバー２
外へ垂直に延出しており、その下端部はスライダー８に
回転自在に支承されている。尚、チャンバ−２底部のフ
ランジ２ａを支持軸５か貫通する部位はシールリング９
によって気密にシールされている。

上記スライダー８にはチャンバ−２底部のフランジ２ａ
から垂下する３本のガイド軸１０・・・か挿通するとと
もに、フランジ２ａから垂下する１本のボールネジ軸１
１か螺合挿通しており、これらガイド軸１０・・・及び
ボールネジ軸１１の下端には円板状のプレート１２か結
着されている。そして、スライダー８にはルツボ３．４
を回転駆動するだめのＤＣＣサーボモーターＭか取り付
けられており、該ＤＣサーボモーターＭ１の出力軸端に
結着されたタイミングプーリー１３と前記支持軸５のス
ライダー８の下方へ突出する端部に結着されたタイミン
グプーリー１４との間には無端状のタイミングベルト１
５か８掛けられている。又、第１図中、Ｍ２はルツボ３
，４を上下動せしめるためのＤＣサーボモーターであっ
て、これの出力軸端に結着されたタイミングプーリー１
６と前記ボールネジ軸１１のプレート１２の下方へ突出
する端部に結着されたタイミングプーリー１７との間に
は無端状のタイミングベルト１８が巻掛けられている。

一方、前記ヒーター６は、チャンバー２の底部を摺動自
在に貫通して該チャンバー２内に臨む２木の電極１９．
１９に支持されており、電極１９．１９の下端に結着さ
れたリング状のプレート２０には、該プレート２０の上
下に固設されたリング状のプレート２１．２２間に垂直
に架設された３本のガイド軸２３・・・か摺動自在に挿
通している。又、プレート２１．２２間には１本のボー
ルネジ軸２４か回転自在に支承されて垂直に設けられて
おり、該ボールネジ軸２４は前記プレート２０に螺合挿
通している。そして、このボールネジ軸２４のプレート
２２の下方へ突出する端部にはタイミンクプーリー２５
か結着されており、該タイミングプーリー２５と図示の
ＤＣサーボモーターＭ、の出力軸端に結着されたタイミ
ングプーリー２６との間には無端状のタイミンクベルト
２７か巻掛けられている。尚、ＤＣＣサーボモーターＭ
はヒーター６を上下動せしめるためのものである。又、
チャンバ−２底部の前記電極１９．１９か貫通する部位
はシールリング２８゜２８によって各々気密にシールさ
れている。

又、電極１９．１９の各下端部には、ヒーター６に電力
を供給するためのフレキシブルリード板２９．２９か結
着されており、これらフレキシフルリード板２９．２９
は不図示の電源に接続されている。

ところで、チャンバー２の上部には、間にアイソレーシ
ョンバルブ３０を介在せしめてプルチャンバー３１がチ
ャンバー２と同心的に起立して設けられており、該プル
チャンバー３１の上部には巻上装置４０が取り付けられ
ている。尚、プルチャンバー３１は引き上げられた単結
晶棒（インゴット）を収容し、且つ取り出すための空間
を形成するものであって、これはステンレス製円筒から
成っている。

上記巻上装置４０のボックス４１は、これ自体かプルチ
ャンバー３１に対して回転可能に取り付けられており、
これの下部にはタイミングプーリー４２か結着されてい
る。又、このボックス４１内にはワイヤー巻取りドラム
４３か回転自在に収納されており、同ボックス４１の上
部にはこのワイヤー巻取りトラム４３を回転駆動するＤ
ＣＣサーボモーターＭか設置されている。

上記ワイヤー巻取りドラム４３からは上軸たるワイヤー
４４か導出しており、該ワイヤー４４はボックス４１内
を抜けて垂直下方へ吊り下げられており、これの下端に
は種保持具４５によって種結晶４６か取り付けられてい
る。

一方、前記プルチャンバー３１の上部にはワイヤー４４
を回転駆動するためのＤＣサーボモーターＭ、が取り付
けられており、該ＤＣサーボモーターＭ５の出力軸に結
着されたタイミングプーリー４７と前記タイミンクプー
リー４２との間には図示のように無端状のベルト４８か
巻掛けられている。

尚、チャンバー２の上部と側部にはサイトクラス４９．
５０か各々設けられており、チャンバー２外のこれらサ
イトクラス４９．５０の近傍には光学式直径検出器５１
、光学式温度検出器５２かそれぞれ設けられている。

次に、本単結晶引上装置１の制御系の構成を説明するに
、図中、６０はコンピューター（ＣＰＵ）であって、該
コンピューター６０はインターフェースを構成するプロ
セスＩ１０ユニット６１を経て前記ＤＣサーボモーター
Ｍ１〜Ｍ５に対して各々設置されたコントローラー〇Ｉ
〜Ｃ１に接続されており、各コントローラーＣＩ〜Ｃ２
はそれぞれＤＣサーボモーターＭ、〜Ｍ、に接続されて
いる。又、各ＤＣサーボモーターＭ１〜Ｍ５にはこれら
の回転数を検出するタコメーターＴ１〜Ｔ５か各々設け
られており、これらのタコメーターＴ、〜Ｔ、は前記コ
ントローラー０１〜Ｃ９に接続されている。

更に、本単結晶引上装置１には前記ボールネジ軸１１．
２４．ワイヤー巻取りドラム４３の回転数を検出するパ
ルスジェネレーターＰＧ２゜ＰＧ３．ＰＧ、か設けられ
ており、これらパルスジェネレーターＰＧ、、ＰＧ、、
ＰＧ、は図示のように前記プロセスＩ１０ユニット６１
を介してコンピューター６０に接続されている。

次に、本単結晶引上装置１の作用を説明する。

単結晶の引上げに際しては、前記アイソレーションバル
ブ３０か開けられてチャンバー２とプルチャンバー３１
とか連通せしめられた上で、チャンバー２内にはＡｒガ
ス等の不活性ガスか供給され、単結晶の引上げはこの不
活性ガス雰囲気中で行なわれる。

而して、ルツボ３内にはシリコン等の多結晶原料をヒー
ター６によって溶融して得られる融液７０か収容されて
おり、引上げに際しては、先ず、モーターＭ４によって
ワイヤー巻取りトラム４３か回転駆動され、これに巻回
されたワイヤー４４か徐々に下げられてその下端に取り
付けられた前記種結晶４６かルツボ３内の融液７０内に
浸漬される。

次に、モーターＭ、か駆動され、これの回転かプーリー
１３、タイミングベルト１５及びプーリー１４を経て支
持軸５に伝達され、該支持軸５及びこれに支持されたル
ツボ３，４かその軸中心口りに所定の速度ＣＲで回転駆
動される。これと同時に、モーターＭ　４　、　Ｍ　ｓ
を駆動すれば、モータＭ４によってワイヤー巻取りトラ
ム４３か回転駆動されてこれに巻回されたワイヤー４４
が速度ＳＥで巻き取られるとともに、モーターＭ、の回
転はプーリー４７、タイミンクベルト４８及びプーリー
４２を介して巻上装置４０のボックス４１に伝達され、
該ボックス４１か回転駆動されてこのボックス４１の回
転によってワイヤー４４も速度ＳＲで回転せしめられ、
この結果、ワイヤー４４は回転しながら上昇し、これの
下端に取り付けられた種結晶４６には単結晶か成長して
図示のように単結晶８０か引き上げられる。

ところて、単結晶の引上げか進行するに伴ってルツボ３
内の融液７０の液位か下がるため、該融液７０の液面を
チャンバー２内て一定高さ位置に保つためにルツボ３，
４か所定の速度ＣＥで上動せしめられる。即ち、モータ
ーＭ２か駆動されてこれの回転かプーリー１６、タイミ
ンクベルト１８及びプーリー１７を経てボールネジ軸ｌ
ｌに伝達され、該ボールネジ軸１１−か回転駆動される
と、スライダー８かガイド軸１０・・・に案内されて上
動せしめられるため、該スライダー８に支承された支持
軸５及び該支持軸５に支持されたルツボ３．４か所定の
速度ＣＥて上動せしめられる。

又、本実施例では単結晶の引上げ中にヒーター６も所定
の速度ＨＥで下動せしめられる。即ちモーターＭ□か駆
動されてこれの回転かプーリー２６、タイミンクベルト
２７及びプーリー２５を経てボールネジ軸２４に伝達さ
れ、該ボールネジ軸２４か回転駆動されると、プレート
２０かガイド軸２３・・・に案内されて下動せしめられ
るため、該プレート２０に支持された電極１９．１９及
びヒーター６か所定の速度ＨＥて下動せしめられる。

而して、本実施例ては、単結晶棒８ｏの直胴部分８０ａ
か引き上げられる工程（直胴工程）においては、ワイヤ
ー４４の引上げ速度ＳＥ及び回転速度ＳＲ、ルツボ３，
４の上下動速度ＣＥ及び回転速度ＣＲ、ヒーター６の上
下動速度ＨＥは次のように制御される。

即ち、ワイヤー４４の回転速度ＳＲとルツボ３．４の回
転速度ＣＲの制御パターンは、単結晶引上げ長さ文に対
して設定されており、この制御パターンはコンピュータ
ー６０に予め入力されている。尚、パルスジェネレータ
ーＰＧ、て検出されたワイヤー巻取りトラム４３の回転
数はコンピューター６０に入力され、コンピューター６
０ではこの入力データーによって単結晶の引上げ長さ文
か算出される。

而して、コンピュータ６０に予め入力された回転速度Ｓ
Ｒ，ＣＲの各引上げ長さ文に対する設定値はプロセスＩ
１０ユニット６１を経てコントローラーＣｓ　、　ＣＩ
にそれぞれ入力され、コントローラー〇、、Ｃ□はこの
設定値とタコメーターＴ　ｓ　、　Ｔ　ｒか検出した回
転数から算出される実測値との差か零となるようにモー
ターＭ、、Ｍ、を制御する。

又、ワイヤー４４の引上げ速度ＳＥの制御パターンも原
則的には単結晶の引上げ長さ文に対して設定され、これ
は予めコンピューター６０に入力されており、コンピュ
ーター６０に入力された引上げ速度ＳＥの設定値かコン
トローラーＣ４に送られ、コントローラーＣ４はこの設
定値とタコメーターＴ４が検出した回転数から算出され
る実測値との差か零となるようにモーターＭ４を制御す
る。但し、実際の引上げ速度ＳＥは、単結晶棒８０の直
径を制御する制御系によって設定値とは幾分具なった値
に制御される。

更に、ルツボ３，４及びヒーター６は、その上下動かワ
イヤー４４の上下動に連動し、且つこれらルツボ３，４
とヒーター６の上下動速度ＣＥ。

ＨＥかワイヤー４４の引上げ速度ＳＥと各々一定の比率
を保つように制御される（速度設定法）。

即ち、ワイヤー４４の引上げ速度ＳＥの設定値に対して
成る定数か乗ぜられてこれらルツボ３，４とヒーター６
の上下動速度ＣＥ、ＨＥの設定値か求められ、この設定
値はコンピューター６０からプロセスＩ１０ユニット６
１を経てコントローラＣｚ、Ｃｆｆに入力され、コント
ローラー０２゜Ｃ３はこの設定値とタコメーター７２．
Ｔ：ｌか検出した回転数から算出される実測値との差か
零となるようにモーターＭ　２　、　Ｍ　ｉをそれぞれ
制御する。

而して、ルツボ３，４の上下動速度ＣＥか上記のように
制御されることによって、ルツボ３の融液７０の液面位
置か一定高さに保たれる。又、ヒーター６の上下動速度
ＨＥも同様に制御されることによって、引き上げられる
単結晶棒８０の軸方向の酸素濃度分布特性か改善される
。

ところて、ヒーター６の制御方法としては、その位置Ｈ
Ｐを単結晶の引上げ長さ文に対して設定する方法（位置
設定法）かある。この方法ては、ヒーター６の実際の位
置はパルスジェネレーターＰＧ２の検出値に基づいてコ
ンピューター６０にて算出され、コントローラーＣ２は
この値とコンピューター６０に予め入力された設定値と
の差か零となるようにモーターＭ２を制御する。

斯かる制御方法を用いれば、例えばヒーター６の高さ方
向の温度分布を利用してより複雑な制御を行なうことか
可能となる。

（発明の効果）以上の説明で明らかな如く本発明によれば、チャンバー
内に多結晶融液を収容するルツボ、該ルツボの周囲に配
置されるヒーター等を収納して構成され、ルツボ内の多
結晶融液を、下端に種結晶を取り付けた上軸で引き上げ
ることによって単結晶を得る単結晶引上装置において、
前記ルツボとヒーターを各々上下動自在に支持するとと
もにこれらルツボとヒーターを各々上下動せしめる駆動
手段と、該駆動手段を制御する制御手段を設けたため、
より複雑な制御か可能となり、単結晶棒の軸方向の酸素
濃度分布特性を改善することができるという効果か得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る単結晶引上装置の構成を示す断面図
である。１・・・単結晶引上装置、２・・・チャンバー、３，４
・・・ルツボ、６・・・ヒーター、４４・・・ワイヤー
（上軸）、４６・・・種結晶、６０・・−コンピュータ
ー（制御手段）、７０・・・多結晶融液、８０・・・単
結晶棒０１〜Ｃ５・・・コントローラー（制御手段）、
Ｍｉ〜Ｍ、・・・ＤＣサーボモーター（駆動手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）チャンバー内に、多結晶融液を収容するルツボ、
該ルツボの周囲に配置されるヒーター等を収納して構成
され、ルツボ内の多結晶融液を、下端に種結晶を取り付
けた上軸で引き上げることによって単結晶を得る単結晶
引上装置において、前記ルツボとヒーターを各々上下動
自在に支持するとともに、これらルツボとヒーターを各
々上下動せしめる駆動手段と、該駆動手段を制御する制
御手段を設けたことを特徴とする単結晶引上装置。
（２）前記制御手段は、前記ルツボ及びヒーターの上下
動が前記上軸の上下動に連動し、且つこれらルツボとヒ
ーターの速度が上軸の速度と各々一定の比率を保つよう
に前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１記
載の単結晶引上装置。
（３）前記制御手段は、前記ルツボの上下動が前記上軸
の上下動に連動し、且つ該ルツボの速度が上軸の速度と
一定の比率を保つとともに、前記ヒーターの位置が単結
晶の引上げ長さに対する設定値に等しくなるように前記
各駆動手段を制御することを特徴とする請求項１記載の
単結晶引上装置。（３）前記制御手段は、前記ルツボ及びヒーターの速度
が単結晶の引上げ開始からの経過時間及び／又は引き上
げ長さに対する設定値に等しくなるように前記各駆動手
段を制御することを特徴とする請求項１記載の単結晶引
上装置。