JPH0747520B2 - 単結晶引き上げ装置 - Google Patents

単結晶引き上げ装置

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JPH0747520B2
JPH0747520B2 JP61092790A JP9279086A JPH0747520B2 JP H0747520 B2 JPH0747520 B2 JP H0747520B2 JP 61092790 A JP61092790 A JP 61092790A JP 9279086 A JP9279086 A JP 9279086A JP H0747520 B2 JPH0747520 B2 JP H0747520B2
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定信 山田
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【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、例えば半導体に使用されるシリコン等の単
結晶を製造する単結晶引き上げ装置に関するものであ
る。
「従来の技術」 一般に、シリコン等の半導体単結晶引き上げ装置として
は、チョクラルスキー型の引き上げ装置が使われること
が多い。この引き上げ装置には、ロッド式のものとワイ
ヤー式のものとがあるが、機械全高を低くできること、
駆動部のシールに磁性流体が使用できること、振動に対
して柔軟性があること、ロッドに比してワイヤーは細く
その分ゴミの付着落下の確率が少ないこと等の理由か
ら、近年ロッド式の引き上げ装置が敬遠され、ワイヤー
式の引き上げ装置が多く使用されている。
従来、この種の単結晶引き上げ装置としては、例えば第
3図に示すような単結晶引き上げ装置1が知られてい
る。この単結晶引き上げ装置1は、フレーム11と、フレ
ーム11の上端部に回動自在に設けられた支持体12と、支
持体12上に設置された巻き上げ装置13と、一端を前記巻
き上げ装置13に巻回されかつ支持体12の回転軸心を通る
ようにして吊り下げられたワイヤー14と、このワイヤー
14の下端に取り付けられたシードホルダ15と、このシー
ドホルダ15の下方に配設されたるつぼ16とを具備し、る
つぼ16には溶融シリコン17が貯留され、シードホルダ15
にはシード18がその下部を溶融シリコン17中に浸した状
態で保持された構成となっている。
このような単結晶引き上げ装置1において、シリコン単
結晶を製造するには、支持体12を回転させるとともに巻
き上げ装置13を作動させることにより、ワイヤー14およ
びシードホルダ15を介して、シード18を回転させながら
溶融シリコン17中から徐々に上昇させ、シード18にシリ
コンの単結晶を析出させて製造するようにしている。
「発明が解決しようとする問題点」 ところで、上記の単結晶引き上げ装置1にあっては、シ
ードホルダ15をワイヤー14で吊り下げているだけである
ため、ワイヤー14およびシードホルダ15が横揺れしやす
い。このため、前記シードホルダ15およびワイヤー14を
その共振点付近および共振点以上の回転数で回転させる
ことができず、単結晶の品質を向上させることができな
いという問題点があった。
すなわち、近年超LSI等に使用される高品質のシリコン
結晶としては、結晶内の抵抗率分布や含有酸素濃度分布
が均一なものが要求されるが、このような高品質の結晶
を製造を製造するには、シードホルダの回転数を現行の
2〜3倍に上げる必要がある。ところが、ワイヤーで吊
り下げられたシードホルダの共振回転数は非常に低く、
シードホルダの回転数を上げようとしても低い回転数で
共振を起こしてしまい回転数を上げることができない。
このため、高品質の結晶を製造することが非常に困難な
のである。
一方、これに対して高速回転において、ワイヤーの振れ
を防止する方法としては、以下のようなものが考えられ
ている。
まず、結晶引き上げ中はワイヤーの支点を下方に下げ自
由振動数を高くして使用し、結晶取り出しのときのみ支
点を上方へ上げる方法がある。この方法は、20回転/分
程度までならワイヤー長さ2.2m程度であるが、30回転/
分以上を目標とするとワイヤー長さを1m以下にしなけれ
ばならず実用的でないという欠点があるのである。
また、ワイヤー2本または3本でシードホルダを吊す方
法がある。この方法は、2本または3本のワイヤー引き
上げ量を厳密に一致させる必要があるため調整が繁雑で
あるとともに、駆動装置が複雑になるという欠点がある
のである。
さらに、ワイヤー下端または途中に強力な磁場をかけ、
ワイヤーを強磁性体とする方法がある。この方法は、炉
内の真空部または高温部を避けて磁石を取り付ける必要
から、磁石を炉体外部に設けることになり、装置が大型
化するという欠点があるのである。
このように、種々の方法が試みられているが、どれもそ
れぞれに欠点があり、実用的ではないのである。
「発明の目的」 この発明は、ワイヤーの支点をシードホルダおよびワイ
ヤーの振れを防止することができる位置に自動的に移動
させ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。
「発明の構成」 この発明は、シードホルダおよびワイヤーの支持体の回
転軸心からの振れ量および振れ方向を検出するととも
に、前記支持体の周方向の回転位置を検出する検出装置
と、この検出装置によって検出された前記シードホルダ
およびワイヤーの振れ量および振れ方向と、前記支持体
の周方向の回転位置とから、前記シードホルダおよびワ
イヤーの振れを防止しうる前記ワイヤーの支点位置を算
出する制御装置と、この制御装置によって算出された前
記ワイヤーの支点位置に前記ワイヤーの支点を移動させ
る移動装置とを備えた構成としたものである。
「実施例」 以下、この発明の一実施例について第1図および第2図
を参照して説明する。
第1図は、この発明に係る単結晶引き上げ装置2を示す
図である。この単結晶引き上げ装置2は、筒状のフレー
ム21を備えている。このフレーム21内の下部には、るつ
ぼ22が設けられている。このるつぼ22には、ヒーター
(図示せず)によって加熱溶融された溶融シリコン23が
貯留されている。
一方、前記フレーム21の上部には、首部24が形成されて
いる。この首部24には、支持体25が設けられている。こ
の支持体25は、軸受26を介して前記首部24に気密状態で
軸支されており、鉛直軸を軸心として回転自在になされ
ている。そして、この支持体25は、前記首部24の外周壁
に設けられた駆動装置27によってベルト28を介して回転
される。
前記支持体25上には、X-Yテーブル(移動装置)29が設
けられている。このX-Yテーブル29は、その上に載置さ
れたものを、水平面内のあらゆる方向に移動することが
できるようになっているとともに、その変位量を検出で
きるようになっている。このX-Yテーブル29上には、巻
き上げドラム30が設けられている。この巻き上げドラム
30は、図示しない駆動装置によって回転できるようにな
っている。この巻き上げドラム30には、ワイヤー31の一
端側が巻き掛けられて吊り下げられている。このワイヤ
ー31が前記巻き上げドラム30から吊り下げられている支
点32は、前記支持体25の回転軸心上に位置せしめられて
いる。
前記ワイヤー31の下端部には、シードホルダ33が取り付
けられている。このシードホルダ33には、シード34が固
定されており、このシード34の下端部は前記るつぼ22内
の溶融シリコン23中に浸されている。そして、このシー
ド34を回転させながら上昇させ、シリコン単結晶を析出
させるようになている。
一方、前記フレーム21の前記首部24の下方には、振れ検
出装置(検出装置)35が設けられている。この振れ検出
装置35は、前記ワイヤー31の前記支持体25の回転軸心か
らの振れ方向および振れ量を検出できるようになってお
り、イメージセンサ等、非接触式のセンサが用いられて
いる。また、前記首部24には、回転位置検出装置(検出
装置)36が設けられている。この回転位置検出装置36
は、前記支持体25の周方向の回転位置を検出するための
ものであって、アブソリュートタイプのエンコーダが用
いられている。
このような単結晶の引き上げ装置2には、制御装置(図
示せず)が設けられている。この制御装置は、ワイヤー
31の振れに対してこの振れを減少させる方向に前記支点
32を移動させるためのものである。この制御装置は、ま
ず、前記振れ検出装置35によって検出されたワイヤー31
の振れ量および振れ方向と、前記回転位置検出装置36に
よって検出された支持体25の周方向の回転位置とから前
記ワイヤー31の前記支持体25に対する振れ量および振れ
方向を算出する。次に、このワイヤー31の支持体25に対
する振れ量および振れ方向から、前記ワイヤー31の振れ
を減少させるのに必要な前記支点32の移動方向および移
動量を算出する。そして、その指令を前記XYテーブル29
に出力することによって前記XYテーブル29を移動させる
ようになっている。
前記支点32の移動量は、前記ワイヤー31の振れ振幅に対
応してPID制御を行い、そのゲインはワイヤー長に対応
して実験的に設定する。また、前記支点32を移動させる
方向については、一般に振動系の支点がX=αsinωt
なる単振動を行うとき、振動体とその支点との相対変位
をX1とするとX1の強制振動の解は、 X1/α=Asin(ωt−δ) として A=λ2/((1−λ22+(2ζλ)21/2 tanδ=2ζλ/(1−λ2) ζ:減衰係数比、λ:強制振動数比 である。
位相差δは強制振動比(実際の回転数と自由振動数との
比)と減衰係数比によって決まるので、条件により変化
し実験的に決まる部分が多い。ワイヤーの支点を移動さ
せる方向は、そのときの振れの方向に180°+δを加え
た方向となる。すなわち、そのときの振れを打ち消す為
に位相差が180°の強制振動を起こすδだけずれた振動
を加えてやることになる。
このように、この単結晶引き上げ装置2にあっては、ワ
イヤー31が振れると、振れ検出装置35および回転位置検
出装置36によってワイヤー31の振れ量および振れ方向を
検出し、制御装置によってワイヤー31の振れを減少させ
る支点32の移動方向および移動量を算出し、XYテーブル
29によって前記支点32を移動させ、ワイヤー31の振れを
減少させるようになっている。したがって、シードホル
ダ33およびワイヤー31の振れをすみやかに防止すること
ができる。それ故、前記シードホルダ33およびワイヤー
31をその共振点付近および共振点以上の回転数で回転さ
せることができ、単結晶の品質を向上させることかでき
る。また、自動的に最も振れの少なくなる方向へ支点32
を移動することができるので、装置の組立時に前記支点
を前記支持体の回転軸心に完全に一致させる必要がな
く、組み立て作業を容易に行うことができる。
第2図は、本発明の他の実施例である単結晶引き上げ装
置4を示す図である。この単結晶引き上げ装置4におい
ては、巻き上げドラム30は支持体25上に設けられてお
り、XYテーブル29上には上下方向に貫通する貫通孔(支
点)41を有するガイドピース42が設けられている。ま
た、ワイヤー31は、巻き上げドラム30から、前記ガイド
ピース42の貫通孔41を通ってるつぼ22上に吊り下げられ
ている。そして、前記ワイヤー31に振れが生じた場合に
は、前記XYプレート29に設けられたガイドピース42を水
平方向に移動させることによって、ワイヤー31の振れを
防止するようになっている。この単結晶引き上げ装置4
においても、上記実施例と同様の効果を奏するのは勿論
である。
なお、上記実施例においては、振れ検出装置35はフレー
ム21の首部24近傍に設けられているが、これに限る必要
はなく、フレーム21の下部に設けてもよく、さらにシー
ドホルダ33および結晶の振れを測定するようにしてもよ
い。
「発明の効果」 以上に説明したように、この発明によれば、シードホル
ダおよびワイヤーの支持体の回転軸心からの振れ量およ
び振れ方向を検出するとともに、前記支持体の周方向の
回転位置を検出する検出装置と、この検出装置によって
検出された前記シードホルダおよびワイヤーの振れ量お
よび振れ方向と、前記支持体の周方向の回転位置とか
ら、前記シードホルダおよびワイヤーの振れを防止しう
る前記ワイヤーの支点位置を算出する制御装置と、この
制御装置によって算出された前記ワイヤーの支点位置に
前記ワイヤーの支点を移動させる移動装置とを備えてい
るから、前記支点を自動的に移動させることによって前
記シードホルダおよびワイヤーの振れを防止することが
でき、したがって、前記シードホルダおよびワイヤーを
その共振点付近および共振点以上の回転数で回転させる
ことができ、単結晶の品質を向上させることができると
ともに、装置を組み立てる際に前記支点を前記支持体の
回転軸心に完全に一致させる必要がなく、組み立て作業
を容易に行うことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す断面図、第2図は本発
明の他の実施例を示す断面図、第3図は従来の単結晶引
き上げ装置の一例を示す断面図である。 2……単結晶引き上げ装置、4……単結晶引き上げ装
置、25……支持体、29……XYテーブル(移動装置)、31
……ワイヤー、32……支点、33……シードホルダ、35…
…振れ検出装置(検出装置)、36……回転位置検出装置
(検出装置)、41……貫通孔(支点)。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鉛直軸を軸心として回転する支持体と、前
    記支持体に設けられた支点から吊り下げられたワイヤー
    と、このワイヤーの下端に取り付けられたシードホルダ
    とを備え、前記支持体を前記軸心を中心として回転させ
    ることにより前記シードホルダを回転させるとともに、
    前記ワイヤーを引き上げることにより前記シードホルダ
    を引き上げるようにした端結晶引き上げ装置において、 前記シードホルダおよびワイヤーの前記支持体の回転軸
    心からの振れ量および振れ方向を検出するとともに、前
    記支持体の周方向の回転位置を検出する検出装置と、こ
    の検出装置によって検出された前記シードホルダおよび
    ワイヤーの振れ量および振れ方向と、前記支持体の周方
    向の回転位置とから、前記シードホルダおよびワイヤー
    の振れを防止しうる前記ワイヤーの支点位置を算出する
    制御装置と、この制御装置によって算出された前記ワイ
    ヤーの支点位置に前記ワイヤーの支点を移動させる移動
    装置とを備えたことを特徴とする単結晶引き上げ装置。
JP61092790A 1986-04-22 1986-04-22 単結晶引き上げ装置 Expired - Lifetime JPH0747520B2 (ja)

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JPS62252396A JPS62252396A (ja) 1987-11-04
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JPS62252396A (ja) 1987-11-04

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