JPH10251092A - Upper shaft lifting for apparatus for pulling up single crystal - Google Patents
Upper shaft lifting for apparatus for pulling up single crystalInfo
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- JPH10251092A JPH10251092A JP9056614A JP5661497A JPH10251092A JP H10251092 A JPH10251092 A JP H10251092A JP 9056614 A JP9056614 A JP 9056614A JP 5661497 A JP5661497 A JP 5661497A JP H10251092 A JPH10251092 A JP H10251092A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/20—Controlling or regulating
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ルツボを用いて貯
留された半導体融液より半導体単結晶を引上げる単結晶
引上装置に関し、特に、上軸(引上げワイヤ)に吊下げ
られた種結晶を昇降させるための上軸昇降機構(引上げ
ワイヤ巻上げ機構)に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single crystal pulling apparatus for pulling a semiconductor single crystal from a semiconductor melt stored using a crucible, and more particularly to a seed crystal suspended on an upper shaft (pulling wire). The present invention relates to an upper shaft raising / lowering mechanism (pulling wire winding mechanism) for raising and lowering the shaft.
【0002】従来、シリコン(Si)やガリウムひ素
(GaAs)等の半導体単結晶を成長する方法の一つと
して、CZ(チョクラルスキー)法が知られている。こ
のCZ法は、大口径、高純度の単結晶が無転位あるいは
格子欠陥の極めて少ない状態で容易に得られること等の
特徴を有するから、様々な半導体結晶の成長に用いられ
る方法である。Conventionally, a CZ (Czochralski) method is known as one of the methods for growing a semiconductor single crystal such as silicon (Si) or gallium arsenide (GaAs). This CZ method is a method used for growing various semiconductor crystals because it has a feature that a large-diameter, high-purity single crystal can be easily obtained without dislocations or with extremely few lattice defects.
【0003】CZ法の概略について説明すると、図5に
示すように、多結晶シリコン塊(あるいは粒状多結晶シ
リコン)を石英ルツボ(不図示)に充填して、これを融
解してシリコン融液6とする。引上げワイヤ(上軸)7
の下端に種結晶ホルダ8を介して吊下げられた種結晶9
を、前記シリコン融液6中に浸し、種結晶9そのものを
融解した後に引上げを開始する(シーディング)。引上
げを継続させて結晶径を徐々に増大させ、ネック2、コ
ーン3および肩4の形成工程を経て、定径部(メインボ
ディ)5の引上げに移る。The outline of the CZ method is as follows. As shown in FIG. 5, a polycrystalline silicon lump (or granular polycrystalline silicon) is filled in a quartz crucible (not shown) and melted to form a silicon melt 6. And Pull wire (upper shaft) 7
Seed 9 hung via the seed crystal holder 8 at the lower end of the
Is immersed in the silicon melt 6 to start pulling after the seed crystal 9 itself is melted (seeding). The crystal diameter is gradually increased by continuing the pulling, and the process proceeds to the pulling of the constant diameter portion (main body) 5 through the process of forming the neck 2, the cone 3 and the shoulder 4.
【0004】ここで、図6も参照して、前記引上げワイ
ヤ7の昇降機構(巻上げ機構)の概略について説明す
る。引上げワイヤ7の上端は巻取りドラム18に固定さ
れ、この巻取りドラム18を正回転あるいは逆回転させ
ることにより、引上げワイヤ7を上昇(引上げ)あるい
は下降させることができる。減速機11を有する低速回
転用モータ(サーボモータ)10の回転が、クラッチ1
2を介して第1のプーリ13に伝動されるように構成さ
れ、一方、高速回転用モータ14の回転は第2のプーリ
15に伝動される。第1のプーリ13と第2のプーリ1
5とにはタイミングベルト16が張設されている。ま
た、第1のプーリ13の回転はウォーム機構17を介し
て巻取りドラム18に伝動される。[0004] Here, with reference also to Fig. 6, an outline of a lifting mechanism (winding mechanism) of the pulling wire 7 will be described. The upper end of the pulling wire 7 is fixed to the winding drum 18, and the pulling wire 7 can be raised (pulled) or lowered by rotating the winding drum 18 forward or backward. The rotation of the low-speed rotation motor (servo motor) 10 having the speed reducer 11
2 is transmitted to the first pulley 13, while the rotation of the high-speed rotation motor 14 is transmitted to the second pulley 15. First pulley 13 and second pulley 1
5, a timing belt 16 is stretched. The rotation of the first pulley 13 is transmitted to the winding drum 18 via the worm mechanism 17.
【0005】そして、半導体単結晶の成長に先だって、
種結晶9を降ろす際には、クラッチ12を絶った状態に
し、高速回転用モータ14により巻取りドラム18を高
速度で逆回転させ、種結晶9を高速(例えば16.7〜
1000mm/minの範囲)で降ろす。そして、種結
晶9の引上げに際しては、クラッチ12を接続するとと
もに、低速回転用モータ10を駆動して巻取りドラム1
8を正回転させる。シーディング工程では種結晶9の直
径を制御するために引上げ速度を一般に0.1〜6.0
mm/minの低速域で調節する。一方、定径部5の成
長工程では、定径部5の直径を低速回転用モータ10に
フィードバックしつつ、定径部5の径を所定の値にする
ために、引上げワイヤ7を一般に0.3〜3.0mm/
minの範囲で引上げる必要がある。[0005] Prior to the growth of the semiconductor single crystal,
When the seed crystal 9 is lowered, the clutch 12 is disengaged, the winding drum 18 is reversely rotated at a high speed by the high-speed rotation motor 14, and the seed crystal 9 is rotated at a high speed (for example, 16.7 to 16.7).
(In the range of 1000 mm / min). When the seed crystal 9 is pulled up, the clutch 12 is connected and the low-speed rotation motor 10 is driven to drive the winding drum 1.
Rotate 8 forward. In the seeding step, the pulling speed is generally set to 0.1 to 6.0 in order to control the diameter of the seed crystal 9.
Adjust in the low speed range of mm / min. On the other hand, in the growth process of the constant diameter portion 5, the pull-up wire 7 is generally set to 0.1 mm in order to make the diameter of the constant diameter portion 5 a predetermined value while feeding back the diameter of the constant diameter portion 5 to the low-speed rotation motor 10. 3 to 3.0 mm /
It is necessary to raise in the range of min.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の上軸昇降機構(引上げワイヤ巻上げ機構)では、半
導体単結晶の定径部を成長させる際に、引上げワイヤを
0.3〜3.0mm/mの速度範囲で精度よく引上げる
必要があるにも係わらず、この範囲は低速回転用モータ
の定格より大きくずれているので、低速回転用モータの
回転制御ひいては定径部の直径制御の精度が低くなり、
結果的に、半導体単結晶の品質の向上の妨げになるとい
う問題点がある。この問題点は、直径精度が高く要求さ
れる定径部の大口径化に伴い、一層顕著になり、その解
消が強く望まれていた。However, in the above-mentioned conventional upper shaft raising / lowering mechanism (pulling wire winding mechanism), when growing a constant diameter portion of a semiconductor single crystal, the pulling wire is 0.3 to 3.0 mm / mm. In spite of the necessity to raise the speed accurately in the speed range of m, this range is greatly deviated from the rating of the motor for low-speed rotation. Lower,
As a result, there is a problem that improvement in quality of the semiconductor single crystal is hindered. This problem has become more prominent with the increase in diameter of the constant diameter portion, which is required to have high diameter accuracy, and it has been strongly desired to solve the problem.
【0007】本発明は、上記従来技術の有する問題点に
鑑みてなされたものであり、半導体単結晶の特に直径精
度が高く要求される定径部の成長の際に、半導体単結晶
の品質の向上を図ることができる、単結晶引上装置の上
軸昇降機構を提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has been developed to improve the quality of a semiconductor single crystal, particularly when growing a constant diameter portion required to have high diameter accuracy. It is an object of the present invention to provide an upper shaft elevating mechanism for a single crystal pulling apparatus that can be improved.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、単結晶引上装置のルツボ内に貯留された半
導体融液に、種結晶が吊下げられた上軸を降ろすことに
より、前記種結晶を前記半導体融液に浸し、前記上軸を
巻取りドラムに巻取ることにより前記半導体融液上部に
おいて前記種結晶を核として半導体単結晶を成長させる
ための上軸昇降機構において、前記半導体単結晶の定径
部を成長させる際に使用され、かつこの際の前記上軸の
所定の引上げ速度が、定格の上下許容範囲内にあるよう
な定径部成長用モータと、前記定径部成長用モータの回
転動力を前記巻取りドラムに伝動するための伝動機構
と、前記上軸を高速で下降させる際や前記半導体単結晶
の定径部以外の成長時に使用される高速回転用モータ
と、前記上軸の下降時等に前記高速回転用モータの回転
動力を前記巻取りドラムに伝動するための高速伝動機構
と、前記半導体単結晶の前記定径部以外の成長時に、前
記高速回転用モータの回転動力を減速させてこれを前記
巻取りドラムに伝動するための低速伝動機構と、前記高
速回転用モータの回転を、前記高速伝動機構および前記
低速伝動機構のいずれかを介して前記巻取りドラムに伝
動させるためのクラッチ機構と、を備えることを特徴と
するものである。According to the present invention, there is provided a single crystal pulling apparatus in which a seed crystal is suspended in a semiconductor melt stored in a crucible by lowering an upper shaft on which a seed crystal is suspended. An upper shaft elevating mechanism for growing the semiconductor single crystal with the seed crystal as a nucleus above the semiconductor melt by immersing the seed crystal in the semiconductor melt and winding the upper shaft on a winding drum, A constant-diameter portion growth motor that is used when growing a constant-diameter portion of the semiconductor single crystal, and in which a predetermined pulling speed of the upper shaft is within a rated upper and lower allowable range; A transmission mechanism for transmitting the rotating power of the diameter growth motor to the winding drum; and a high-speed rotation used when lowering the upper shaft at a high speed or when growing the semiconductor single crystal other than a constant diameter portion. When the motor and the upper shaft descend A high-speed transmission mechanism for transmitting the rotational power of the high-speed rotation motor to the winding drum, and during the growth of the semiconductor single crystal other than the constant diameter portion, the rotational power of the high-speed rotation motor is reduced. A low-speed transmission mechanism for transmitting this to the winding drum, and a clutch for transmitting rotation of the high-speed rotation motor to the winding drum via one of the high-speed transmission mechanism and the low-speed transmission mechanism. And a mechanism.
【0009】また、前記定径部成長用モータおよび前記
高速回転用モータの一方の回転を、他方に伝動させない
ためのクラッチを備えているものとすることができる。[0009] Further, a clutch may be provided for preventing one rotation of the constant diameter portion growth motor and the high speed rotation motor from being transmitted to the other.
【0010】本発明の請求項1の作用としては、半導体
単結晶の成長に先だって、種結晶を降ろす際には、クラ
ッチ機構により高速回転用モータの回転を高速伝動機構
に伝動し、高速回転用モータの回転動力を高速伝動機構
を介して巻取りドラムに伝動し、高速で逆回転させる。
これにより、種結晶を高速で降ろすことができる。そし
て、種結晶の引上げに際しては、クラッチ機構を切替え
て高速モータの回転を低速伝動機構に伝動し、高速モー
タの回動動力を低速伝動機構により減速させて巻取りド
ラムに伝動する。これにより、巻取りドラムは低速で正
回転し、種結晶を低速で引上げることができる。ここ
で、直径精度が高く要求される定径部の成長工程のみで
は、高速回転用モータを停止させるとともに、定径部成
長工程での所定の引上げ速度が定格の上下許容範囲内に
ある定径部成長用モータを起動し、この回転動力を中速
伝動機構を介して巻取りドラムに伝動し、さらに、定径
部の直径を定径部成長用モータにフィードバックしつ
つ、引上げワイヤ7を0.3〜3.0mm/minの中
速範囲で精度よく引上げる。According to the first aspect of the present invention, when the seed crystal is lowered prior to the growth of the semiconductor single crystal, the rotation of the high-speed rotation motor is transmitted to the high-speed transmission mechanism by the clutch mechanism, and the high-speed rotation is transmitted. The rotating power of the motor is transmitted to the winding drum via the high-speed transmission mechanism, and the motor is rotated in reverse at high speed.
Thereby, the seed crystal can be dropped at a high speed. When pulling up the seed crystal, the clutch mechanism is switched to transmit the rotation of the high-speed motor to the low-speed transmission mechanism, and the rotational power of the high-speed motor is reduced by the low-speed transmission mechanism and transmitted to the winding drum. Thereby, the winding drum rotates forward at a low speed and the seed crystal can be pulled up at a low speed. Here, in only the constant diameter portion growth step required for high diameter accuracy, the high-speed rotation motor is stopped, and the predetermined pulling speed in the constant diameter portion growth step is within a rated upper and lower allowable range. The rotation power is transmitted to the winding drum via the medium-speed transmission mechanism, and the diameter of the constant-diameter portion is fed back to the constant-diameter portion growth motor, and the pull-up wire 7 is turned off. 3. Pull accurately with a medium speed range of 3 to 3.0 mm / min.
【0011】請求項2に記載の発明では、クラッチを絶
つことにより、定径部成長用モータおよび高速回転用モ
ータの一方の回転が他方に伝動されないので、一方のモ
ータによる他方のモータのロータの引きずり回転が起こ
らない。According to the second aspect of the present invention, the rotation of one of the constant diameter portion growth motor and the high-speed rotation motor is not transmitted to the other by disengaging the clutch. No drag rotation occurs.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。図1は本発明に係わる単結
晶引上装置の概略斜視図、図2の本発明の上軸昇降機構
の第1実施形態の模式図である。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view of a single crystal pulling apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic view of a first embodiment of an upper shaft elevating mechanism of the present invention in FIG.
【0013】先ず、図1に示すように、単結晶引上装置
のチャンバ(気密容器)20内には、グラファイトサセ
プタ22に支持された石英ルツボ21が収容されてお
り、この石英ルツボ21はシリコン融液(半導体融液)
6を貯留するものである。石英ルツボ21の周囲にほぼ
円柱状のグラファイトヒータ23が設けられており、さ
らにその外側には熱遮蔽板24が設けられている。光学
系25は、結晶成長時にシリコン単結晶(半導体単結
晶)1のシリコン融液6の液面部の径を測定し、この測
定値に基づいて後述する引上げワイヤ7の引上げ速度を
制御する。First, as shown in FIG. 1, a quartz crucible 21 supported by a graphite susceptor 22 is accommodated in a chamber (airtight container) 20 of a single crystal pulling apparatus. Melt (semiconductor melt)
6 is stored. A substantially cylindrical graphite heater 23 is provided around the quartz crucible 21, and a heat shielding plate 24 is further provided outside the graphite heater 23. The optical system 25 measures the diameter of the liquid surface portion of the silicon melt 6 of the silicon single crystal (semiconductor single crystal) 1 at the time of crystal growth, and controls a pulling speed of a pulling wire 7 described later based on the measured value.
【0014】チャンバ20の上部には大径筒体26が接
続されており、この大径筒体26の上部には、後述する
上軸昇降機構(引上げワイヤ巻上げ機構)28を上端部
に備えた小径筒体27が接続されている。この上軸昇降
機構28については、ケーシング32内に案内ドラム2
9および巻取りドラム18が設けられ、巻取りドラム1
8は後述する定径部成長用モータ(サーボモータ)31
および高速回転用モータ(サーボモータ)30のいずれ
か一方により駆動され、これにより、引上げワイヤ7が
上昇あるいは下降されるようになっている。上軸として
の引上げワイヤ7の下端には種結晶ホルダ8を介して種
結晶9が吊下げられている。符号33は、上軸昇降機構
28全体を、小径筒体27の軸線を回転軸線として回転
させるための公知の回転機構を示している。A large-diameter cylindrical body 26 is connected to the upper part of the chamber 20, and an upper shaft elevating mechanism (pull-up wire winding mechanism) 28 described later is provided at the upper end of the large-diameter cylindrical body 26. A small diameter cylinder 27 is connected. The upper shaft elevating mechanism 28 includes a guide drum 2 in a casing 32.
9 and a winding drum 18 are provided.
8 is a constant diameter portion growth motor (servo motor) 31 described later.
And the high-speed rotation motor (servo motor) 30 to drive the lifting wire 7 up or down. A seed crystal 9 is suspended from a lower end of a pulling wire 7 serving as an upper shaft via a seed crystal holder 8. Reference numeral 33 denotes a known rotation mechanism for rotating the entire upper shaft elevating mechanism 28 with the axis of the small-diameter cylinder 27 as a rotation axis.
【0015】次に、図2を参照して、上記上軸昇降機構
28の構造ついて詳細に説明する。定径部成長用モータ
31は減速機40を介してクラッチ41の入力側に連結
され、このクラッチ41の出力側にはプーリ44が連結
されており、定径型部成長用モータ31の回転力は減速
機40により減速され、さらにクラッチ41を介してプ
ーリ44に伝動されるようになっている。このプーリ4
4と他のプーリ45とにはタイミングベルト48が張設
され、プーリ45の回転はウォーム機構17を介して巻
取りドラム18に伝動される。このように、定径型部成
長用モータ31の回転動力により巻取りドラム18を回
転させることができ、定径部成長用モータ31は、シリ
コン単結晶1の引上げ時で定径部5(図5参照)の成形
時に使用される。ここで、シリコン単結晶1の定径部5
(図5参照)の所定の引上げ速度(0.3〜3.0mm
/min)は、前記定径部成長用モータ31の定格の上
下10%の範囲(定格の許容範囲)内にある。定径部成
長用モータ31の定格の上下10%の範囲内から、定径
部5(図5参照)の所定の引上げ速度(0.3〜3.0
mm/min)がずれている場合には、定径部成長用モ
ータ31の回転制御ひいては定径部5の直径制御の精度
が低くなり、結果的に、シリコン単結晶1の品質の向上
の妨げになる。なお、上記クラッチ41、プーリ44、
タイミングベルト48およびプーリ45により定径部成
長用モータ31の回転を巻取りドラム18に伝動するた
めの伝動機構が構成されている。Next, the structure of the upper shaft elevating mechanism 28 will be described in detail with reference to FIG. The constant diameter portion growth motor 31 is connected to an input side of a clutch 41 via a speed reducer 40, and a pulley 44 is connected to an output side of the clutch 41. Is decelerated by a speed reducer 40 and further transmitted to a pulley 44 via a clutch 41. This pulley 4
A timing belt 48 is stretched between the pulley 4 and another pulley 45, and the rotation of the pulley 45 is transmitted to the winding drum 18 via the worm mechanism 17. In this manner, the winding drum 18 can be rotated by the rotational power of the constant diameter portion growth motor 31, and the constant diameter portion growth motor 31 rotates the constant diameter portion 5 (FIG. 5). Here, the constant diameter portion 5 of the silicon single crystal 1
(See FIG. 5) at a predetermined pulling speed (0.3 to 3.0 mm)
/ Min) is within the range of 10% above and below the rating of the constant diameter portion growth motor 31 (allowable range of rating). A predetermined pulling speed (0.3 to 3.0) of the constant diameter portion 5 (see FIG. 5) is set within a range of 10% above and below the rating of the constant diameter portion growth motor 31.
mm / min), the accuracy of the rotation control of the constant diameter portion growth motor 31 and, consequently, the diameter control of the constant diameter portion 5 is reduced, and as a result, the improvement of the quality of the silicon single crystal 1 is hindered. become. The clutch 41, pulley 44,
The timing belt 48 and the pulley 45 constitute a transmission mechanism for transmitting the rotation of the constant diameter portion growth motor 31 to the winding drum 18.
【0016】高速回転用モータ30の出力軸にはプーリ
51が連結され、このプーリ51には減速機43の入力
側が連結されている。この減速機43の出力側はプーリ
47に連結されている。一方、前記プーリ51と後述す
るダブルクラッチ(クラッチ機構)42の一方の入力側
プーリ42aとにはタイミングベルト52が張設されて
いる。このダブルクラッチ42の他方の入力側プーリ4
2bと、前記減速機43の出力側のプーリ47とにはタ
イミングベルト49が張設されている。ダブルクラッチ
42の出力側軸46は前記プーリ45に連結されてい
る。ダブルクラッチ(ユニット)42は、2つの入力側
プーリ42a,42bのいずれか一方の回転を出力側軸
46に伝動するように構成された公知のものであり、一
例として、三木プーリ株式会社製の型式121−10を
用いた。A pulley 51 is connected to an output shaft of the high-speed rotation motor 30, and an input side of a speed reducer 43 is connected to the pulley 51. The output side of the speed reducer 43 is connected to a pulley 47. On the other hand, a timing belt 52 is stretched between the pulley 51 and one input pulley 42a of a double clutch (clutch mechanism) 42 described later. The other input side pulley 4 of the double clutch 42
A timing belt 49 is stretched between 2 b and the pulley 47 on the output side of the speed reducer 43. The output shaft 46 of the double clutch 42 is connected to the pulley 45. The double clutch (unit) 42 is a publicly known one configured to transmit the rotation of one of the two input pulleys 42a and 42b to the output shaft 46, and is, for example, manufactured by Miki Pulley Co., Ltd. Model 121-10 was used.
【0017】ダブルクラッチ42の一方のプーリ42a
(減速機43の入力側)が出力側軸46に連結されてい
る場合には、高速回転用モータ30の回転は、プーリ5
1、タイミングベルト52、ダブルクラッチ42、プー
リ45およびウォーム機構17等を介して巻取りドラム
18に伝動され、巻取りドラム18を高速で逆回転させ
ることができる。結果的に、種結晶9を高速で下降させ
ることができる。一方、シリコン単結晶1の定径部5以
外(肩、ボトム等)の成形時には、ダブルクラッチ42
の他方のプーリ42b(減速機43の出力側)を出力側
軸46に連結することにより、高速回転用モータ30の
回転は、プーリ51、減速機43、プーリ47、タイミ
ングベルト49、ダブルクラッチ42、プーリ45およ
びウォーム機構17等を介して巻取りドラム18に伝動
され、巻取りドラム18を低速で正回転させることがで
きる。One pulley 42a of the double clutch 42
When the (input side of the speed reducer 43) is connected to the output side shaft 46, the rotation of the high-speed rotation motor 30 is controlled by the pulley 5
1. The power is transmitted to the winding drum 18 via the timing belt 52, the double clutch 42, the pulley 45, the worm mechanism 17, and the like, whereby the winding drum 18 can be reversely rotated at high speed. As a result, the seed crystal 9 can be lowered at a high speed. On the other hand, when molding other than the constant diameter portion 5 of the silicon single crystal 1 (shoulder, bottom, etc.), the double clutch 42
By connecting the other pulley 42b (the output side of the speed reducer 43) to the output side shaft 46, the rotation of the high-speed rotation motor 30 is controlled by the pulley 51, the speed reducer 43, the pulley 47, the timing belt 49, and the double clutch 42. Is transmitted to the winding drum 18 via the pulley 45 and the worm mechanism 17 and the like, and the winding drum 18 can be rotated forward at a low speed.
【0018】上記説明から明らかなように、プーリ5
1、タイミングベルト52、およびプーリ45等によ
り、高速伝動機構が構成され、減速機43、プーリ47
およびタイミングベルト49、およびプーリ45等によ
り低速伝動機構が構成されている。As is apparent from the above description, the pulley 5
1, a timing belt 52, a pulley 45 and the like constitute a high-speed transmission mechanism, and the speed reducer 43, the pulley 47
The timing belt 49, the pulley 45, and the like constitute a low-speed transmission mechanism.
【0019】次に、本実施形態の単結晶引上装置の特に
上軸昇降機構の動作を重点的に説明する。CZ(チョク
ラルスキー)法によるシリコン単結晶の成長において基
本的なステップは、多結晶シリコン原料の融解、シーデ
ィング(seeding)、単結晶引上げ成長である。Next, the operation of the single crystal pulling apparatus of the present embodiment, particularly, the operation of the upper shaft elevating mechanism will be mainly described. The basic steps in growing a silicon single crystal by the CZ (Czochralski) method are melting, seeding, and single crystal pulling growth of a polycrystalline silicon raw material.
【0020】多結晶シリコン塊を石英ルツボ21に充填
し、不活性ガス(Ar)中で1415℃(シリコンの融
点)以上に熱して融解し、シリコン融液6とする。多結
晶シリコン塊の代わりに粒状多結晶シリコンを用いれ
ば、より短時間に充填、融解ができる。A polycrystalline silicon lump is filled in a quartz crucible 21 and melted by heating to 1415 ° C. (melting point of silicon) or more in an inert gas (Ar). If granular polycrystalline silicon is used instead of the polycrystalline silicon lump, filling and melting can be performed in a shorter time.
【0021】種結晶9を高速(16.7〜1000mm
/min)で降ろしてシリコン融液6中に浸す。この動
作を行うには、定径部成長用モータ31が停止し、クラ
ッチ41が絶たれた状態で、高速回転用モータ30を起
動するとともに、ダブルクラッチ42の一方の入力側プ
ーリ42aを出力側軸46に連結する。これにより、高
速回転用モータ30の回転は、プーリ51、タイミング
ベルト52、ダブルクラッチ42、プーリ45、および
ウォーム機構17等を介して巻取りドラム18に伝動さ
れ、この巻取りドラム18は高速で逆回転する。なお、
このとき、クラッチ41は切れているので、プーリ45
の回転は定径部成長用モータ31には伝動されず、定径
部成長用モータ31のロータの引きずり回転は起きな
い。The seed crystal 9 is moved at a high speed (16.7 to 1000 mm).
/ Min) and dipped in the silicon melt 6. In order to perform this operation, the high-speed rotation motor 30 is started while the constant diameter portion growth motor 31 is stopped and the clutch 41 is disconnected, and one input side pulley 42a of the double clutch 42 is connected to the output side. Connected to shaft 46. Thus, the rotation of the high-speed rotation motor 30 is transmitted to the winding drum 18 via the pulley 51, the timing belt 52, the double clutch 42, the pulley 45, the worm mechanism 17, and the like. Reverse rotation. In addition,
At this time, since the clutch 41 is disengaged, the pulley 45
Is not transmitted to the constant diameter portion growth motor 31, and no drag rotation of the rotor of the constant diameter portion growth motor 31 occurs.
【0022】このように、種結晶9をシリコン融液6に
浸した後に、種結晶9そのものを融解した後に引上げを
開始する(シーディング)。これは、CZ結晶成長プロ
セスの中で最も微細な技巧を要するステップである。結
晶成長の全プロセス中、装置内に反応物質として生成さ
れたSiOやCOを外部へ排気するため不活性ガス(A
r)が上方から下方へ流される。ネッキング(neckin
g)の後、結晶径を徐々に増大させ、コーン3、肩4
(図5参照)を形成し、定径部(メインボディ)5の引
上げに移る。引上げ成長にしたがい減少するシリコン融
液6面の高さ(つまり融液の深さ)を考慮の上、引上げ
速度と融液温度を制御して結晶成長速度を最適化する。
残存融液量が減少するにしたがい、露出する石英ルツボ
21の壁面が増大し輻射熱が大きくなるので、固液界面
の温度は上昇する。したがって、一般に、シリコン単結
晶1の終端部に近づくにつれて、定径を得るために引上
げ速度を小さくする必要がある。As described above, after the seed crystal 9 is immersed in the silicon melt 6, the seed crystal 9 itself is melted and then the pulling is started (seeding). This is the finest step in the CZ crystal growth process. During the entire crystal growth process, an inert gas (A) is used to exhaust SiO and CO generated as reactants in the apparatus to the outside.
r) flows down from above. Necking
g) After that, the crystal diameter is gradually increased, cone 3, shoulder 4
(See FIG. 5), and the process proceeds to raising the constant diameter portion (main body) 5. The crystal growth rate is optimized by controlling the pulling rate and the melt temperature in consideration of the height of the silicon melt 6 surface (that is, the depth of the melt), which decreases with the pulling growth.
As the amount of the remaining melt decreases, the exposed wall surface of the quartz crucible 21 increases and radiant heat increases, so that the temperature of the solid-liquid interface increases. Therefore, in general, it is necessary to reduce the pulling speed in order to obtain a constant diameter as approaching the end of silicon single crystal 1.
【0023】ここで、単結晶引上げ時の動作について、
図4も参照して詳述する。シーディング(図4中の領域
A参照)の際に、種結晶9を低速(一般に、0.1〜
6.0mm/minの範囲内にある)で引上げる際に
は、ダブルクラッチ42の他方の入力側プーリ42bを
出力側軸46に連結することにより、高速回転用モータ
30の回転は、減速機43、プーリ47,タイミングベ
ルト49、ダブルクラッチ42、プーリ45およびウォ
ーム機構17等を介して巻取りドラム18に伝動され、
この巻取りドラム18は低速で正回転する。なお、種結
晶9の引上げ速度が、0.1〜6.0mm/minのよ
うに大きなばらつきがあるのは、種結晶9の径を所定値
にするために、光学系25の測定値に応じて高速回転用
モータ30をフィードバック制御するためである。Here, regarding the operation at the time of pulling a single crystal,
This will be described in detail with reference to FIG. During seeding (see region A in FIG. 4), seed crystal 9 is slowly moved (generally 0.1 to
In the case of pulling up at a speed of 6.0 mm / min), the other input side pulley 42b of the double clutch 42 is connected to the output side shaft 46 so that the rotation of the high speed rotation motor 30 is reduced by the speed reducer. 43, a pulley 47, a timing belt 49, a double clutch 42, a pulley 45, the worm mechanism 17, and the like.
The winding drum 18 rotates forward at a low speed. The reason why the pulling speed of the seed crystal 9 has a large variation such as 0.1 to 6.0 mm / min is that the pulling speed of the seed crystal 9 depends on the measured value of the optical system 25 in order to make the diameter of the seed crystal 9 a predetermined value. This is to perform feedback control of the high-speed rotation motor 30.
【0024】そして、ネック2、コーン3、肩4の成長
時すなわち引上げ初期時(図4中の領域B参照)の際に
も、継続して高速回転用モータ30により種結晶9を低
速で引上げる。The seed crystal 9 is continuously pulled at a low speed by the high-speed rotation motor 30 even when the neck 2, the cone 3, and the shoulder 4 are grown, that is, at the time of initial pulling (see the area B in FIG. 4). increase.
【0025】定径部5の成長時(図4の領域C参照)の
際には、高速回転用モータ30を停止させる一方、定径
部成長用モータ31を起動するとともに、クラッチ41
を入れる。これにより、定径部成長工程での引上げ速度
を定格の上下許容範囲内に持つ定径部成長用モータ31
の回転動力を、減速機40、クラッチ41、プーリ4
4、タイミングベルト48、プーリ45、およびウォー
ム機構17等を介して巻取りドラム18に伝動し、引上
げワイヤ7を0.3〜3.0mm/minの中速範囲で
精度よく引上げることができる。このように、シリコン
単結晶1の特に直径精度が高く要求される定径部5の成
長の際に、それ専用の定径部成長用モータ31によりシ
リコン単結晶1を引上げることにより、定径部5の直径
制御の精度を高めて、シリコン単結晶1の品質の向上を
図ることができる。At the time of growth of the constant diameter portion 5 (see region C in FIG. 4), the high speed rotation motor 30 is stopped, while the constant diameter portion growth motor 31 is activated and the clutch 41 is started.
Insert Thus, the constant diameter portion growing motor 31 having the pulling speed in the constant diameter portion growing step within the allowable range of the upper and lower limits of the rating.
The rotational power of the speed reducer 40, the clutch 41, the pulley 4
4, transmitted to the winding drum 18 via the timing belt 48, the pulley 45, the worm mechanism 17 and the like, so that the pulling wire 7 can be pulled up accurately in a medium speed range of 0.3 to 3.0 mm / min. . As described above, when growing the silicon single crystal 1 with the constant diameter portion growth motor 31 which is required to have particularly high diameter accuracy, the silicon single crystal 1 is pulled up by the dedicated constant diameter portion growth motor 31. The quality of the silicon single crystal 1 can be improved by increasing the accuracy of controlling the diameter of the portion 5.
【0026】最後に、シリコン単結晶1のボトム部の成
長時(図4の領域D参照)には、高速回転用モータ30
を使用して引上げワイヤ7を引上げる。すなわち、定径
部成長用モータ31を停止させるとともに、クラッチ4
1を絶つ。さらに、高速回転用モータ30を起動し、シ
リコン単結晶1を低速で引上げる。なお、何等かの異常
時に、高速回転用モータ30を手動操作して、引上げワ
イヤ7を高速で昇降させることができる。Finally, when growing the bottom portion of the silicon single crystal 1 (see region D in FIG. 4), the high-speed rotation motor 30
Is used to pull up the pulling wire 7. That is, the motor 31 for growing the constant diameter portion is stopped, and the clutch 4
Cut off one. Further, the high-speed rotation motor 30 is started to pull up the silicon single crystal 1 at a low speed. It should be noted that the pulling wire 7 can be moved up and down at a high speed by manually operating the high-speed rotation motor 30 in the event of any abnormality.
【0027】図3は本発明に係わる単結晶引上装置の上
軸昇降機構の第2実施形態の構成図である。ダブルクラ
ッチ42の出力側軸46とプーリ45との間にクラッチ
53が設けられている点で、第1実施形態と相違する。
本例においては、定径部5の成長時(図4の領域C参
照)にのみクラッチ53を絶つことにより、プーリ45
の回転は、高速回転用モータ30に伝動されず、高速回
転用モータ31のロータの引きずり回転は起こらない。FIG. 3 is a configuration diagram of a second embodiment of the upper shaft elevating mechanism of the single crystal pulling apparatus according to the present invention. The difference from the first embodiment is that a clutch 53 is provided between the output shaft 46 of the double clutch 42 and the pulley 45.
In this example, the clutch 53 is disconnected only during the growth of the constant diameter portion 5 (see the area C in FIG. 4), so that the pulley 45
Is not transmitted to the high-speed rotation motor 30, and the rotation of the rotor of the high-speed rotation motor 31 does not occur.
【0028】[0028]
【発明の効果】本発明は、以上説明したとおりに構成さ
れているので、以下に記載するような効果を奏する。請
求項1に記載の発明は、半導体単結晶の特に直径精度が
高く要求される定径部の成長の際に、その引上げ速度を
定格の上下許容範囲内に持つ専用の定径部成長用モータ
により引上げることにより、定径部の直径制御の精度を
高めて、半導体単結晶の品質の向上を図ることができ
る。請求項2に記載の発明は、上記効果の他、定径部成
長用モータおよび高速回転用モータの一方の回転が他方
に伝動されないので、一方のモータによる他方のモータ
のロータの引きずり回転が起こらない。結果的に、双方
のモータに不要な負荷がかからず、寿命が延びる。Since the present invention is configured as described above, it has the following effects. The invention according to claim 1 is a dedicated motor for growing a constant diameter portion having a pulling speed within an upper and lower allowable range of a rating when growing a constant diameter portion of a semiconductor single crystal which requires particularly high diameter accuracy. Thus, the precision of controlling the diameter of the constant diameter portion can be increased, and the quality of the semiconductor single crystal can be improved. According to the second aspect of the present invention, in addition to the above-described effects, one rotation of the constant diameter portion growth motor and the high-speed rotation motor is not transmitted to the other, so that the drag rotation of the rotor of the other motor by one motor occurs. Absent. As a result, unnecessary load is not applied to both motors, and the life is extended.
【図1】 本発明に係わる単結晶引上装置の概略斜視図
である。FIG. 1 is a schematic perspective view of a single crystal pulling apparatus according to the present invention.
【図2】 本発明の上軸昇降機構(引上げワイヤ巻上げ
機構)の第1実施形態の模式図である。FIG. 2 is a schematic view of a first embodiment of an upper shaft elevating mechanism (pulling wire winding mechanism) of the present invention.
【図3】 本発明の上軸昇降機構の第2実施形態の模式
図である。FIG. 3 is a schematic view of a second embodiment of the upper shaft elevating mechanism of the present invention.
【図4】 単結晶引上げ時における時間と引上げ速度と
の関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a relationship between a time and a pulling speed at the time of pulling a single crystal.
【図5】 図1に示したシリコン単結晶の上部の拡大図
である。FIG. 5 is an enlarged view of an upper portion of the silicon single crystal shown in FIG.
【図6】 従来の上軸昇降機構の模式図である。FIG. 6 is a schematic view of a conventional upper shaft elevating mechanism.
1 シリコン単結晶(半導体単結晶) 2 ネック 3 コーン 4 肩 5 定径部(メインボディ) 6 シリコン融液(半導体融液) 7 引上げワイヤ(上軸) 8 種結晶ホルダ(チャック) 9 種結晶 17 ウォーム機構 18 巻取りドラム 20 チャンバ 21 石英ルツボ 22 グラファイトサセプタ 23 グラファイトヒータ 24 熱遮蔽板 25 光学系 26 大径筒体 27 小径筒体 28 上軸昇降機構(引上げワイヤ巻上げ機構) 29 ガイドドラム 30 高速回転用モータ(サーボモータ) 31 定径部成長用モータ(サーボモータ) 32 ケーシング 33 回転機構 40,43 減速機 41,53 クラッチ 42 ダブルクラッチ 42a,42b 入力側プーリ 44,45,47,51 プーリ 46 出力側軸 48,49,52 タイミングベルト Reference Signs List 1 silicon single crystal (semiconductor single crystal) 2 neck 3 cone 4 shoulder 5 constant diameter part (main body) 6 silicon melt (semiconductor melt) 7 pulling wire (upper shaft) 8 seed crystal holder (chuck) 9 seed crystal 17 Worm mechanism 18 Winding drum 20 Chamber 21 Quartz crucible 22 Graphite susceptor 23 Graphite heater 24 Heat shield plate 25 Optical system 26 Large diameter cylinder 27 Small diameter cylinder 28 Upper shaft elevating mechanism (pulling wire winding mechanism) 29 Guide drum 30 High speed rotation Motor (servo motor) 31 constant diameter portion growth motor (servo motor) 32 casing 33 rotating mechanism 40, 43 reducer 41, 53 clutch 42 double clutch 42a, 42b input pulley 44, 45, 47, 51 pulley 46 output Side shaft 48, 49, 52 Timing belt
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樋口 朗 兵庫県朝来郡生野町口銀谷字猪野々985番 地1 三菱マテリアル株式会社生野製作所 内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Akira Higuchi 985 Ino, Ginya, Ikuno-cho, Asago-gun, Hyogo Pref.
Claims (2)
半導体融液に、種結晶が吊下げられた上軸を降ろすこと
により、前記種結晶を前記半導体融液に浸し、前記上軸
を巻取りドラムに巻取ることにより前記半導体融液上部
において前記種結晶を核として半導体単結晶を成長させ
るための上軸昇降機構において、 前記半導体単結晶の定径部を成長させる際に使用され、
かつこの際の前記上軸の所定の引上げ速度が、定格の上
下許容範囲内にあるような定径部成長用モータと、 前記定径部成長用モータの回転動力を前記巻取りドラム
に伝動するための伝動機構と、 前記上軸を高速で下降させる際や前記半導体単結晶の定
径部以外の成長時に使用される高速回転用モータと、 前記上軸の下降時等に前記高速回転用モータの回転動力
を前記巻取りドラムに伝動するための高速伝動機構と、 前記半導体単結晶の前記定径部以外の成長時に、前記高
速回転用モータの回転動力を減速させてこれを前記巻取
りドラムに伝動するための低速伝動機構と、 前記高速回転用モータの回転を、前記高速伝動機構およ
び前記低速伝動機構のいずれかを介して前記巻取りドラ
ムに伝動させるためのクラッチ機構と、を備えることを
特徴とする単結晶引上装置の上軸昇降機構。1. A seed crystal is immersed in the semiconductor melt by lowering an upper shaft on which a seed crystal is suspended in a semiconductor melt stored in a crucible of a single crystal pulling apparatus. In an upper shaft elevating mechanism for growing a semiconductor single crystal with the seed crystal as a nucleus above the semiconductor melt by winding the same on a winding drum, the semiconductor single crystal is used when growing a constant diameter portion of the semiconductor single crystal. ,
And a predetermined pulling speed of the upper shaft at this time is within a rated upper and lower allowable range, and a motor for growing a constant diameter portion, and a rotational power of the motor for growing the constant diameter portion is transmitted to the winding drum. A transmission mechanism for; a high-speed rotation motor used when lowering the upper shaft at high speed or when growing the semiconductor single crystal other than a constant diameter portion; and a high-speed rotation motor when lowering the upper shaft. A high-speed transmission mechanism for transmitting the rotation power of the semiconductor single crystal to the winding drum; and, during the growth of the semiconductor single crystal other than the constant diameter portion, the rotation power of the high-speed rotation motor is reduced so as to reduce the rotation power to the winding drum. And a clutch mechanism for transmitting rotation of the high-speed rotation motor to the winding drum via one of the high-speed transmission mechanism and the low-speed transmission mechanism. To Upper shaft lifting mechanism for a crystal pulling device according to symptoms.
回転用モータの一方の回転を、他方に伝動させないため
のクラッチを備えている請求項1に記載の単結晶引上装
置の上軸昇降機構。2. The single-shaft lifting apparatus according to claim 1, further comprising a clutch for preventing one rotation of the constant diameter portion growth motor and the high-speed rotation motor from being transmitted to the other. mechanism.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9056614A JPH10251092A (en) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | Upper shaft lifting for apparatus for pulling up single crystal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9056614A JPH10251092A (en) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | Upper shaft lifting for apparatus for pulling up single crystal |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10251092A true JPH10251092A (en) | 1998-09-22 |
Family
ID=13032149
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9056614A Pending JPH10251092A (en) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | Upper shaft lifting for apparatus for pulling up single crystal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10251092A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107208307A (en) * | 2015-01-21 | 2017-09-26 | Lg矽得荣株式会社 | The control system and control method of single crystal rod diameter |
-
1997
- 1997-03-11 JP JP9056614A patent/JPH10251092A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN107208307A (en) * | 2015-01-21 | 2017-09-26 | Lg矽得荣株式会社 | The control system and control method of single crystal rod diameter |
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US10385472B2 (en) | 2015-01-21 | 2019-08-20 | Sk Siltron Co., Ltd. | Control system and control method for diameter of single crystal ingot |
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