JPH1112093A - Production of silicon single crystal and production device - Google Patents
Production of silicon single crystal and production deviceInfo
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- JPH1112093A JPH1112093A JP9161597A JP16159797A JPH1112093A JP H1112093 A JPH1112093 A JP H1112093A JP 9161597 A JP9161597 A JP 9161597A JP 16159797 A JP16159797 A JP 16159797A JP H1112093 A JPH1112093 A JP H1112093A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン単結晶の
製造方法および製造装置に関するものである。詳しく述
べると本発明は、育成されるシリコン単結晶インゴット
の大口径化・長尺化により引き上げ重量が増加しても、
安定にかつ信頼性高く引き上げることが可能な引き上げ
方法および引き上げ装置に関するものである。The present invention relates to a method and an apparatus for producing a silicon single crystal. More specifically, the present invention provides a silicon single crystal ingot to be grown, even if the pulling weight increases due to an increase in diameter and length of the ingot.
The present invention relates to a pulling method and a pulling device capable of stably and reliably pulling.
【0002】[0002]
【従来の技術】現在、集積回路(IC)、大規模集積回
路(LSI)等のデバイスとして工業的に広く用いられ
ている半導体としては、シリコンが代表的なものであ
る。2. Description of the Related Art At present, silicon is a typical semiconductor that is widely used industrially as a device such as an integrated circuit (IC) and a large-scale integrated circuit (LSI).
【0003】このような半導体産業等において用いられ
るシリコン単結晶は、多結晶を原料として、多結晶棒に
誘導加熱で溶融帯を作りこれを種結晶側から移動させて
単結晶を成長させる浮遊帯溶融法(Floating Zone法、
FZ法と略称される。)、あるいは、多結晶を坩堝に入
れて加熱溶融し、種結晶を溶融液に浸漬してから引き上
げて種結晶後方に単結晶インゴットを成長させる引き上
げ法(Czochralski法、CZ法と略称される。)によっ
て製造されている。A silicon single crystal used in the semiconductor industry or the like is a floating zone in which a polycrystalline material is used as a raw material to form a molten zone on a polycrystalline rod by induction heating and move the molten zone from a seed crystal side to grow a single crystal. Melting method (Floating Zone method,
Abbreviated as FZ method. ) Alternatively, a polycrystal is placed in a crucible and heated and melted, and the seed crystal is immersed in a melt and then pulled up to grow a single crystal ingot behind the seed crystal (abbreviated as Czochralski method or CZ method). ).
【0004】これらの製法は単結晶の用途によって選択
され、FZ法によって製造された単結晶は高抵抗率の用
途、CZ法により製造された単結晶は低〜中抵抗率の用
途に供されるが、近年、LSI製造技術の進歩により1
個の電子回路がますます微小化する一方、加工基板とな
る単結晶ウェハーの面積を大きくして1回のプロセスで
ウェハー中に形成される回路数の増大を図ることによ
り、1つの回路当たりのコストの低減が図られている。
このため、単結晶製造技術に対し、大直径化が絶えず要
求されており、同時に、単結晶製造時の時間当たりの生
産性を高めるため、1本の単結晶インゴットの長さを長
くする方法も追求されている。[0004] These production methods are selected depending on the use of the single crystal. The single crystal produced by the FZ method is used for high resistivity applications, and the single crystal produced by the CZ method is used for low to medium resistivity applications. However, recently, due to the progress of LSI manufacturing technology,
The number of circuits formed in a wafer in one process is increased by increasing the area of a single crystal wafer serving as a processing substrate while increasing the size of electronic circuits. The cost has been reduced.
For this reason, there is a constant demand for single crystal production technology to increase the diameter, and at the same time, a method of increasing the length of one single crystal ingot in order to increase productivity per hour during the production of a single crystal. Have been pursued.
【0005】上述したCZ法は、大口径のインゴットが
得やすいという長所を備えているのみならず、自動直径
制御や、原料多結晶のリチャージによる半連続化等の改
良技術が進んでコスト面でもFZ法を凌いでいるのが実
状である。[0005] The above-mentioned CZ method not only has an advantage that a large-diameter ingot can be easily obtained, but also has an advanced technology such as automatic diameter control and semi-continuous operation by recharging a raw material polycrystal, thereby reducing costs. The fact is that it surpasses the FZ method.
【0006】CZ法による引き上げ装置においては、従
来、融液面に対して種結晶を昇降する引き上げワイヤー
等の昇降手段によって、種結晶後方に育成される単結晶
インゴットをそのまま引き上げる構成が取られていた
が、この場合、この単結晶インゴットの重量は、前記種
結晶ないしはその直下に結晶の無転位化を図るために形
成されるダッシュズネック(Dash's neck)部と称され
る小口径部分によって受けることとなるが、特にこのダ
ッシュズネック部は、口径が3〜4mm程度であり、せ
いぜい200kg程度の重量にしか耐えられないもので
あった。Conventionally, a pulling apparatus using the CZ method has a configuration in which a single crystal ingot grown behind a seed crystal is directly pulled up by lifting means such as a pulling wire for raising and lowering the seed crystal with respect to the melt surface. However, in this case, the weight of the single crystal ingot is received by the seed crystal or a small diameter portion called a dash's neck portion formed immediately below the seed crystal to prevent dislocation of the crystal. In particular, the dash neck has a diameter of about 3 to 4 mm and can withstand a weight of at most about 200 kg.
【0007】このように従来の引き上げ装置において
は、インゴットの大口径化、長尺化に限界があった。As described above, in the conventional lifting device, there is a limit in increasing the diameter and length of the ingot.
【0008】このため、単結晶インゴットの大口径化・
長尺化に伴う重量増加に対処すべく、引き上げ機構にお
ける改良が種々提案されている。For this reason, the diameter of the single crystal ingot can be increased.
In order to cope with an increase in weight due to an increase in length, various improvements in a lifting mechanism have been proposed.
【0009】例えば、特開平5−270968号公報に
おいては、単結晶育成時に前記ダッシュズネック部を囲
撓する筒状の型枠を設け、この型枠にフッ素樹脂、シリ
コーン樹脂等の熱硬化性樹脂を流し込んで硬化させて、
ダッシュズネック部を補強する方法が、特開平5−27
0976号公報においては、ダッシュズネック部回りに
カーボンファイバー等の補強繊維を巻き付けて、ダッシ
ュズネック部を補強する方法が、特開平7−13808
9号公報においては、単結晶育成時にダッシュズネック
部を冷却ないし加熱して当該部位の引張強さが最大とな
る600〜800℃程度に維持する方法が、さらに特公
平7−515号公報においては、ダッシュネック部によ
る無転位化後、所望口径まで拡径していくいわゆるコー
ン部において、一旦縮径してクビレ部を形成し、この部
位にツメ状の係止部材を引架けることによりインゴット
を把持する把持手段を別途設け、この把持手段を昇降す
ることで単結晶を引き上げる方法が、さらに特開平7−
172981号公報においては、空圧シリンダによって
開閉可能な複数のアームを有する把持手段を単結晶の成
長軸方向から単結晶インゴットを囲撓するように配し、
前記空圧シリンダを作動させてこの複数のアームのそれ
ぞれ先端部に設けられた把持部を、単結晶インゴットの
直胴部に押圧することでインゴットを把持し、この把持
手段を昇降することで単結晶を引き上げる方法が開示さ
れている。For example, in Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 5-270968, a cylindrical mold is provided which surrounds the above-mentioned dash neck portion when growing a single crystal, and the mold is made of a thermosetting resin such as a fluororesin or a silicone resin. Pour the resin and cure it,
A method of reinforcing the dashes neck is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-27.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-13808 discloses a method in which a reinforcing fiber such as carbon fiber is wound around a dashes neck portion to reinforce the dashes neck portion.
In Japanese Patent Publication No. 9-515, Japanese Patent Publication No. 7-515 discloses a method of cooling or heating a dash neck portion at the time of growing a single crystal to maintain the tensile strength of the portion at a maximum of about 600 to 800 ° C. In the so-called cone part, which expands to the desired diameter after dislocation by the dash neck part, temporarily reduces the diameter to form a cracked part, and hooks a nail-shaped locking member on this part to make the ingot A method is provided in which a single crystal is pulled by raising and lowering this gripping means separately.
In Japanese Patent No. 172981, the gripping means having a plurality of arms that can be opened and closed by a pneumatic cylinder is arranged so as to surround the single crystal ingot from the single crystal growth axis direction.
The pneumatic cylinder is actuated to grip the ingot by pressing the gripping portions provided at the distal ends of the plurality of arms against the straight body of the single crystal ingot, and the gripping means is moved up and down to lift the ingot. A method for pulling a crystal is disclosed.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
5−270968号公報に示されるような熱硬化性樹脂
によるダッシュズネック部の補強は、型枠の設置に非常
に精密な位置合わせが必要であり、また、特開平5−2
70976号公報に示されるような補強繊維によるダッ
シュズネック部の補強は、機構面で非常に複雑であり、
いずれも操作信頼性に欠けるものであり、かつその補強
効果も十分なものではなかった。さらに、特開平7−1
38089号公報によるダッシュズネック部の温度制御
による方法は、基本的にはダッシュズネック部自体の強
度によって育成単結晶インゴットを保持するものである
ため、温度制御および機構が複雑なわりには、保持重量
の向上が望めないものであった。また、特公平7−51
5号に開示される技術においては、保持のためのクビレ
部を単結晶インゴットに形成する必要があるが、径を小
さくする際の熱応力で、転位が生じたり多結晶化する等
の危険性があり、またこのクビレが半径方向に均一に形
成されないと、ツメ状の係止部材を係合した際に、成長
軸が傾いてしまうといった虞れもあった。さらに、特開
平7−172981号公報に示されるような単結晶イン
ゴットの直胴部を把持機構によって把持する場合、把持
機構自体の構成が複雑でコスト高となり、また直胴部を
把持することから機構自体が大型のものであることに加
え、横方向からの大きな荷重に耐える強固なフレーム構
造を有する必要があって装置全体の重量が増し、この把
持機構を上方より支持し昇降可能とする機構もシャフト
等を用いた大がかりなものとなり、またその把持を行う
際の操作も煩雑な制御を有するというものであった。However, the reinforcement of the dashes neck portion with a thermosetting resin as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-270968 requires a very precise alignment for setting the formwork. And Japanese Patent Laid-Open No. 5-2
Reinforcement of a dashes neck portion by a reinforcing fiber as disclosed in JP-A-70976 is very complicated in terms of mechanism,
All of them lack operation reliability, and their reinforcing effect is not sufficient. Further, Japanese Patent Laid-Open No. 7-1
The method of controlling the temperature of the dashes neck portion disclosed in Japanese Patent No. 38089 is basically for holding the grown single crystal ingot by the strength of the dashes neck portion itself. Improvement in weight could not be expected. In addition, 7-51
In the technique disclosed in No. 5, it is necessary to form a crack portion for holding in a single crystal ingot, but there is a risk that dislocation occurs or polycrystallization occurs due to thermal stress when reducing the diameter. If these cracks are not formed uniformly in the radial direction, there is a possibility that the growth axis may be inclined when the claw-shaped locking member is engaged. Further, when a straight body of a single crystal ingot as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-172981 is gripped by a gripping mechanism, the structure of the gripping mechanism itself becomes complicated and costly, and since the straight body is gripped, In addition to the large size of the mechanism itself, it is necessary to have a strong frame structure that can withstand a large load from the lateral direction, which increases the weight of the entire device, and supports the gripping mechanism from above and allows the gripping mechanism to move up and down. However, the operation becomes large-scale using a shaft or the like, and the operation for gripping the shaft has complicated control.
【0011】このように、単結晶インゴットの大口径化
・長尺化に伴う重量増加に対処するために、種々の方法
が従来提唱されているものの、いずれも満足できる程度
のものではなかった。As described above, various methods have been conventionally proposed in order to cope with an increase in the weight of single crystal ingots due to the increase in diameter and length, but none of them has been satisfactory.
【0012】従って、本発明は、新規なシリコン単結晶
製造方法および製造装置を提供することを課題とするも
のである。本発明はまた育成されるシリコン単結晶イン
ゴットの大口径化・長尺化により引き上げ重量が増加し
ても、安定にかつ信頼性高く引き上げることが可能なシ
リコン単結晶製造方法および製造装置を提供することを
課題とするものである。本発明はさらに、比較的簡便な
操作でかつ簡単な機構によって、引き上げ重量が増加し
ても、安定にかつ信頼性高く引き上げることが可能なシ
リコン単結晶製造方法および製造装置を提供することを
課題とするものである。Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel method and apparatus for producing a silicon single crystal. The present invention also provides a method and an apparatus for manufacturing a silicon single crystal that can be stably and reliably pulled even if the weight of the silicon single crystal ingot to be grown is increased due to an increase in diameter and length. That is the task. It is still another object of the present invention to provide a method and an apparatus for manufacturing a silicon single crystal, which can be stably and reliably pulled by a relatively simple operation and a simple mechanism even if the pulling weight increases. It is assumed that.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために鋭意検討を行った結果、種結晶の引き上
げ機構とは別途に、育成されるシリコン単結晶インゴッ
トを機械的に把持して引き上げる場合において、シリコ
ン単結晶インゴットの前記したダッシュズネック部直下
に、比較的小さな直径の所定長さの同一直径部(以下、
「ミニ直胴部」とも称する。)を形成し、この部位を、
いわゆる「コレットチャック」に類似の構造で挟持すれ
ば、比較的簡単かつ軽量な構成をもって、インゴットを
安定にかつ信頼性高く保持できることを見出し本発明に
至ったものである。Means for Solving the Problems The present inventor has conducted intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, and as a result, mechanically grasps a silicon single crystal ingot to be grown separately from a seed crystal pulling mechanism. In the case of pulling up the silicon single crystal ingot, the same diameter portion having a relatively small diameter and a predetermined length (hereinafter, referred to as a short portion) is provided immediately below the dash neck portion.
Also referred to as "mini straight body." ), And this part is
The present inventors have found out that the ingot can be stably and reliably held with a relatively simple and lightweight structure by being sandwiched by a structure similar to a so-called "collet chuck", and the present invention has been accomplished.
【0014】すなわち、上記課題を解決する本発明は、
(1)シリコン融液に種結晶を浸漬し、この種結晶を引
き上げることにより種結晶後端部にシリコン単結晶イン
ゴットを育成させるシリコン単結晶の製造方法におい
て、種結晶直下に、育成されるシリコン単結晶インゴッ
トの無転位化のための小口径部を形成した後、この小口
径部よりも直径が大きくかつ所望するインゴットの最終
的直径よりも小さな直径まで拡径し、当該直径において
一定長引き上げて円柱状の被把持部位を形成することを
特徴とし、さらに、その後、単結晶インゴットを所望す
る最終直径まで漸次拡径し、当該最終直径による単結晶
インゴットの直胴部の引き上げ操作を行う被把持部形成
以後の過程の所定時期において、前記被把持部位を種結
晶の引き上げ機構とは独立した引き上げ機構に接続され
た把持手段によって把持し、この把持手段を所定速度で
引き上げることで、それ以降のシリコン単結晶インゴッ
トの育成を前記把持手段により単結晶インゴットを支持
しながら行うことを特徴とするシリコン単結晶の製造方
法である。That is, the present invention for solving the above-mentioned problems has the following features:
(1) In a method of manufacturing a silicon single crystal in which a seed crystal is immersed in a silicon melt and the seed crystal is pulled up to grow a silicon single crystal ingot at the rear end of the seed crystal, the silicon grown just below the seed crystal After forming a small-diameter portion for dislocation-free single crystal ingot, the diameter is increased to a diameter larger than the small-diameter portion and smaller than a final diameter of the desired ingot, and a certain length is pulled at the diameter. Forming a gripped portion in the shape of a cylinder, and thereafter, gradually increasing the diameter of the single crystal ingot to a desired final diameter, and pulling up the straight body of the single crystal ingot by the final diameter. At a predetermined time in the process after the formation of the grip portion, the gripped portion is gripped by a gripping means connected to a pulling mechanism independent of the seed crystal pulling mechanism. Lifting and, by raising the gripping means at a predetermined speed, a method for manufacturing a silicon single crystal, wherein the subsequent growth of a silicon single crystal ingot be carried out while supporting the single crystal ingot by the gripping means.
【0015】また本発明は、(2)シリコン融液に種結
晶を浸漬し、この種結晶を引き上げることにより種結晶
後端部にシリコン単結晶インゴットを育成させるシリコ
ン単結晶の製造方法において、種結晶直下に、育成され
るシリコン単結晶インゴットの無転位化のための小口径
部を形成し、次いで、この小口径部よりも直径が大きく
かつ所望するインゴットの最終的直径よりも小さな直径
まで拡径し、当該直径において一定長引き上げて円柱状
の被把持部位を形成した後、所望する最終直径まで漸次
拡径し、当該最終直径による単結晶インゴットの直胴部
の引き上げ操作を行い、前記直胴部の引き上げ操作途中
において、前記種結晶の引き上げ機構とは独立した引き
上げ機構に接続された把持手段によって、シリコン単結
晶インゴットの前記被把持部位を把持し、前記把持手段
を所定速度で引き上げることで、その後のシリコン単結
晶インゴットの育成を、前記把持手段の引き上げ操作に
よって行うことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法
である。The present invention also provides (2) a method for producing a silicon single crystal in which a seed crystal is immersed in a silicon melt and a silicon single crystal ingot is grown at the rear end of the seed crystal by pulling up the seed crystal. Immediately below the crystal, a small diameter portion for dislocation-free silicon single crystal ingot to be grown is formed, and then expanded to a diameter larger than the small diameter portion and smaller than the desired final diameter of the ingot. After forming a cylindrical gripped portion by pulling up a certain length at the diameter, the diameter is gradually expanded to a desired final diameter, and the straight body portion of the single crystal ingot is pulled up by the final diameter to perform the above-mentioned operation. In the middle of the body pulling operation, the gripping means connected to a pulling mechanism independent of the seed crystal pulling mechanism moves the silicon crystal ingot in front of the silicon single crystal ingot. Gripping the gripped portions, said gripping means by raising at a predetermined speed, the development of subsequent silicon single crystal ingot, a method of manufacturing a silicon single crystal which is characterized in that the pulling operation of said gripping means.
【0016】さらに本発明においては、(3)シリコン
単結晶インゴットに形成される前記被把持部位の直径
が、8〜100mm程度のものであることが望ましい。Further, in the present invention, (3) it is preferable that the diameter of the gripped portion formed on the silicon single crystal ingot is about 8 to 100 mm.
【0017】また上記課題は、(4)シリコン融液を収
容する坩堝と、前記シリコン融液に対し種結晶を種結晶
引き上げ用線条体によって昇降自在に垂下させる種結晶
引き上げ手段とを有するシリコン単結晶製造装置におい
て、下端部位に軸線方向に沿う複数の切り割りを周面に
有し、かつこの下端部が漸次拡径されてテーパー部を形
成する略円筒形状の割り子と、この割り子の外周面に摺
動可能に嵌合された前記割り子のテーパー部の最大外径
以下最小内径以上の内径を有する筒状かしめ具とを有し
てなる単結晶把持手段、および、この単結晶把持手段を
上方より昇降可能に懸架する把持部引き上げ手段を有し
てなり、前記単結晶把持手段の割り子が、前記種結晶引
き上げ用線条体と略同軸的に配され、前記割り子の内部
空間を前記種結晶引き上げ用線条体が自在に通過可能な
ものとされていることを特徴とするシリコン単結晶の製
造装置によっても達成される。Another object of the present invention is to provide (4) a silicon crystal having a crucible for containing a silicon melt and a seed crystal pulling means for allowing a seed crystal to hang up and down with respect to the silicon melt by a seed crystal pulling filament. In a single crystal manufacturing apparatus, a substantially cylindrical splitter having a plurality of cuts on the peripheral surface along the axial direction at a lower end portion, and the lower end portion is gradually expanded in diameter to form a tapered portion, and a splitter of the splitter. A single crystal gripping means comprising: a cylindrical caulking tool having an inner diameter not less than the maximum outer diameter and not less than the minimum inner diameter of the tapered portion of the splitter slidably fitted to the outer peripheral surface; Gripping portion pulling means for suspending the means so as to be able to ascend and descend from above, wherein the splitter of the single crystal gripping means is disposed substantially coaxially with the seed crystal pulling striatum; Space to the seed crystal Also achieved by an apparatus for producing a silicon single crystal, characterized in that for raising the striatum can is assumed passable freely.
【0018】[0018]
【作用】本発明においては、シリコン単結晶インゴット
引き上げ操作途中において、育成されるシリコン単結晶
インゴットを機械的把持機構によって把持するものであ
るが、この機械的把持のための被把持部位を、単結晶イ
ンゴットのダッシュズネック部直下に、このダッシュズ
ネック部よりも直径よりも大きくかつ所望する単結晶イ
ンゴットの最終直径よりも十分小さな直径のミニ直胴部
として形成するものである。当該ミニ直胴部は、ダッシ
ュズネック部から拡径されて形成されるものであるため
に、前記特公平7−515号公報における技術のように
縮径してクビレ部を形成する場合に生じるような転位あ
るいは多結晶化の虞れがない。また、このミニ直胴部以
降は、所望の最終直径となるまで再び拡径してコーン部
を形成していくものであって、従来一般的に行われてい
る単結晶引き上げ操作におけるダッシュズネック部形成
後の拡径操作において、ある一定時間のみ拡径を停止し
て引き上げを行うのみであって、特段難しい口径制御を
必要とするものでもなく、ミニ直胴部の形成自体も容易
である。In the present invention, a silicon single crystal ingot to be grown is gripped by a mechanical gripping mechanism during the operation of pulling up the silicon single crystal ingot. Immediately below the dash neck portion of the crystal ingot, a mini straight body portion having a diameter larger than the dash neck portion and sufficiently smaller than the desired final diameter of the single crystal ingot is formed. Since the mini straight body portion is formed by expanding the diameter from the dashes neck portion, the mini straight body portion is generated when the diameter is reduced to form a cracked portion as in the technique of Japanese Patent Publication No. 7-515. There is no fear of such dislocation or polycrystallization. In addition, after the mini straight body portion, the cone portion is formed by expanding the diameter again until a desired final diameter is obtained, and a dash neck in a conventional single crystal pulling operation is generally performed. In the diameter expansion operation after the formation of the part, the diameter expansion is stopped only for a certain period of time and the lifting is performed, and the diameter control is not particularly difficult, and the formation of the mini straight body itself is easy. .
【0019】そして、このようにして形成されたミニ直
胴部を機械的把持手段によって、把持するために、把持
手段自体が大型化することもなく、例えば、コレットチ
ャックに類似の構造といった、軽量かつ簡便な構成とす
ることができるため、当該把持手段の昇降に要する引き
上げ手段も、種結晶を引き上げる引き上げ手段と同様
に、ワイヤー等の細い線条体によって十分支持懸架可能
である。また、前記把持手段によって把持されるミニ直
胴部より下方には、当該ミニ直胴部よりも十分に直径の
大きな所望する最終直径の直胴部が形成されるため、シ
リコン融液界面からの輻射熱を当該直胴部が遮ること
で、ミニ直胴部を把持する把持手段は、高温環境に曝さ
れないという利点も生じ、当該把持手段を構成する材質
の選択余地の拡大する、あるいは把持手段の熱劣化の虞
れが低下するものである。特に、前記ミニ直胴部の把持
手段による把持操作を、所望する最終直径の直胴部の育
成が開始された後に行えば、把持時点においてすでにミ
ニ直胴部より下方に当該ミニ直胴部よりも直径の大きな
部位が形成されており、上記したような輻射熱の遮断効
果は把持当初から期待できるものであるため有利であ
る。Since the mini straight body formed in this manner is gripped by the mechanical gripping means, the gripping means itself does not increase in size, and for example, has a light weight such as a structure similar to a collet chuck. Because of the simple structure, the pulling means required for raising and lowering the gripping means can be sufficiently supported and suspended by a thin linear body such as a wire, like the pulling means for pulling up the seed crystal. In addition, a straight body portion having a desired final diameter that is sufficiently larger than the mini straight body portion is formed below the mini straight body portion gripped by the gripping means. By blocking the radiant heat by the straight body, the gripping means for gripping the mini straight body also has an advantage that it is not exposed to a high-temperature environment. The risk of thermal degradation is reduced. In particular, if the holding operation by the holding means of the mini straight body is performed after the growth of the straight body having a desired final diameter is started, the gripping point is already lower than the mini straight body from the mini straight body. Also, a portion having a large diameter is formed, and the effect of blocking radiant heat as described above is advantageous since it can be expected from the beginning of gripping.
【0020】また、単結晶引き上げ操作の途中より、ダ
ッシュズネック部よりも十分に機械的強度の高いミニ直
胴部を機械的に把持し、当該部位でシリコン単結晶イン
ゴットの重量を支持してそれ以降のシリコン単結晶イン
ゴットの育成を行うために、インゴットの大口径化・長
尺化によって重量が増大しても、インゴット小口径部の
破断による単結晶インゴットの落下・育成中断といった
事態が、生じる虞れはなく、安定かつ信頼性の高い引き
上げ操作が可能となる。Further, during the operation of pulling the single crystal, the mini straight body portion having mechanical strength sufficiently higher than that of the dash neck portion is mechanically gripped, and the weight of the silicon single crystal ingot is supported at the portion. In order to grow the silicon single crystal ingot after that, even if the weight increased due to the increase in diameter and length of the ingot, the situation such as dropping and growing of the single crystal ingot due to breakage of the small diameter part of the ingot, There is no possibility of occurrence, and a stable and reliable lifting operation can be performed.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的実施態様に
基づきより詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on specific embodiments.
【0022】本発明の単結晶製造方法においては、まず
常法に基づき、単結晶引上げ装置内に配置された坩堝内
に多結晶シリコンおよび必要に応じて添加されるドーパ
ントなどの原料を所定量装填し、加熱ヒータ等によって
加熱して原料を溶融して融液を形成し、該融液に、種結
晶把持手段に保持された種結晶を一旦浸漬し、その後、
前記種結晶把持手段に連結された昇降手段によって種結
晶を軸回りに回転させながら引上げ、種結晶の下端に単
結晶を成長させていく。In the method for producing a single crystal according to the present invention, first, a predetermined amount of a raw material such as polycrystalline silicon and an optional dopant is loaded into a crucible arranged in a single crystal pulling apparatus according to a conventional method. Then, the raw material is melted by heating with a heater or the like to form a melt, the seed crystal held by the seed crystal holding means is once immersed in the melt, and thereafter,
The seed crystal is pulled up while being rotated around an axis by an elevating means connected to the seed crystal holding means, and a single crystal is grown at the lower end of the seed crystal.
【0023】そして無転位化のために一旦径を直径3〜
4mm程度まで絞ってダッシュズネック部を形成後、し
だいに拡径していくが、本発明においては、そのまま所
望する最終直径までそのまま拡径するのではなく、前記
ダッシュズネック部の直径よりも大きな所望直径、例え
ば8〜100mm、より好ましくは20〜80mm程度
にまで拡径したところで、この径を維持して所定長、例
えば、10〜150mmだけ引き上げ、同一直径の円柱
部位、すなわち、ミニ直胴部を形成する。ここで、この
ミニ直胴部の直径を前記範囲内とするのは、直径が8m
mよりも小さいものであると、引き上げようとする単結
晶インゴットの最終直径および長さにもよるが、このミ
ニ直胴部が単結晶インゴットの重量を支えるのに十分な
機械的強度を発揮し得なくなる虞れがあり、折角このよ
うにミニ直胴部を形成して後述するように機械的に把持
することの意味合いが低下するためであり、一方、直径
が100mmを越えると、当該ミニ直胴部を把持する把
持手段を大型・複雑化させる必要が生じるためであっ
て、いずれも適当でないためである。In order to eliminate dislocations, the diameter is once increased to 3 to
After forming the dashes neck portion by squeezing it to about 4 mm, the diameter is gradually increased, but in the present invention, the diameter is not expanded as it is to the desired final diameter, but rather than the diameter of the dashes neck portion. When the diameter is increased to a large desired diameter, for example, about 8 to 100 mm, more preferably about 20 to 80 mm, this diameter is maintained and pulled up by a predetermined length, for example, 10 to 150 mm, and a cylindrical portion having the same diameter, that is, Form a torso. Here, the diameter of the mini straight body is set within the above range because the diameter is 8 m.
If it is smaller than m, depending on the final diameter and length of the single crystal ingot to be pulled, this mini straight body exerts enough mechanical strength to support the weight of the single crystal ingot. This is because there is a possibility that the mini straight body portion is formed in this way, and the meaning of forming the mini straight body portion and mechanically holding it as described later is reduced. On the other hand, when the diameter exceeds 100 mm, the mini straight body portion is not obtained. This is because it is necessary to increase the size and complexity of the gripping means for gripping the body, and none of them is appropriate.
【0024】また、ミニ直胴部の長さとしては、特段限
定されるものではないが、極端に短いものであると、把
持手段による安定した把持が困難となり、一方極端に長
いものとしても最終的な引き上げ長さが長くなり、実質
的に有用な所望直径の直胴部の割合の低下、引き上げ操
作時間の延長化といった問題に加えて、当該ミニ直胴部
の機械的強度の低下の懸念が生じてくるものであるか
ら、上記したような範囲内の長さとすることが適当であ
る。The length of the mini straight body is not particularly limited. However, if the length is extremely short, stable holding by the holding means becomes difficult. Concern that the mechanical strength of the mini-straight body is reduced, in addition to the problem that the effective pull-up length becomes longer, the ratio of the substantially useful straight body having the desired diameter decreases, and the pull-up operation time becomes longer. Therefore, it is appropriate to set the length within the above range.
【0025】このようにしてシリコン単結晶インゴット
にミニ直胴部を形成したら、再度育成単結晶の口径を漸
次拡径してコーン部を形成し、所望口径に達した後はそ
の口径を維持するように引き上げ速度、融液温度等を制
御して、直胴部を形成する。しかして、本発明において
は、上記のごときミニ直胴部形成後の過程における所望
時期において、ミニ直胴部を後述するような適当な把持
手段によって把持し、この把持手段に連結された昇降手
段によって把持手段を上方へと移動させることで、把持
後の単結晶育成を、種結晶保持手段に連結された昇降手
段による引き上げから、把持手段に連結された昇降手段
による引き上げに切り替えて、その後、インゴットが所
望の長さとなるまで単結晶育成を続けるものである。After the mini straight body is formed on the silicon single crystal ingot in this way, the diameter of the grown single crystal is gradually increased again to form a cone portion, and after reaching the desired diameter, the diameter is maintained. The straight body is formed by controlling the pulling speed, the melt temperature, and the like. Thus, in the present invention, at a desired time in the process after the formation of the mini-straight body portion as described above, the mini-straight body portion is gripped by a suitable gripping means described later, and the lifting / lowering means connected to the gripping means. By moving the gripping means upward, the single crystal growth after gripping is switched from lifting by the lifting means connected to the seed crystal holding means to lifting by the lifting means connected to the gripping means, Single crystal growth is continued until the ingot has a desired length.
【0026】本発明において、ミニ直胴部が形成された
直後から、このミニ直胴部を把持手段によって把持し、
把持手段に連結された昇降手段による引き上げに切り替
えて以後の単結晶育成操作を行うことも当然可能である
が、ミニ直胴部形成直後においては、このミニ直胴部の
表面温度がかなり高温状態にあり、またミニ直胴部より
下方に十分に直径の大きな部位、すなわち、コーン部お
よび直胴部が未だ形成されておらず、シリコン融液から
の輻射熱を当該ミニ直胴部が大きく受けている状態にあ
ることから、このような態様においては、把持時点から
暫くの間は把持手段が高温に曝されることとなる。従っ
て、好ましくは、この把持は、ミニ直胴部の下方にコー
ン部およびある程度の直胴部が形成された段階、すなわ
ちミニ直胴部が単結晶製造装置内において上方へと移動
しその表面温度がある程度低下し、かつシリコン融液か
らの輻射熱がコーン部および直胴部によって遮られるよ
うになった段階で、行うことが望ましい。なお、この望
ましい把持時期におけるミニ直胴部の表面温度は、用い
られる単結晶製造装置の装置構成、育成しようとするシ
リコン単結晶の直径(最終直径)等にも左右されるた
め、特に限定されるものではないが、例えば、400〜
1000℃程度である。In the present invention, immediately after the mini-body portion is formed, the mini-body portion is gripped by gripping means.
It is of course possible to perform the subsequent single crystal growing operation by switching to the pulling by the elevating means connected to the gripping means. However, immediately after the mini-straight body is formed, the surface temperature of the mini-straight body is considerably high. In addition, a portion having a sufficiently large diameter below the mini straight body portion, that is, the cone portion and the straight body portion have not been formed yet, and the mini straight body portion receives a large amount of radiant heat from the silicon melt. In such a mode, the gripping means is exposed to a high temperature for a while from the gripping point. Therefore, preferably, this gripping is performed at a stage where a cone portion and a certain straight body portion are formed below the mini-straight body portion, that is, when the mini-straight body portion moves upward in the single crystal manufacturing apparatus and its surface temperature increases. Is desirably performed at a stage in which the radiant heat from the silicon melt is blocked by the cone portion and the straight body portion to some extent. In addition, the surface temperature of the mini-straight body at the desirable holding time is particularly limited because it depends on the apparatus configuration of the single crystal manufacturing apparatus used, the diameter (final diameter) of the silicon single crystal to be grown, and the like. Although not something, for example, 400-
It is about 1000 ° C.
【0027】なお、上記においては、説明を容易とする
ために、ミニ直胴部の機械的把持手段による把持が行わ
れるまでの段階は、種結晶に連結された昇降手段による
引き上げを行い、把持後においては、把持手段に連結さ
れた昇降手段によって引き上げを行うと記載したが、実
際にはこのように厳密に切り替えを行うことは必ずしも
必要ではなく、例えば、把持後において、例えば、把持
手段側の昇降手段と種結晶側の昇降手段との移動速度を
実質的に同じものとして、双方にインゴットの荷重を分
散させて引き上げを行うこと等も可能であり、要は、ミ
ニ直胴部の把持後においては、把持手段がインゴットの
重量の少なくとも一部、望ましくはインゴット重量の大
半を支持する状態とすればよい。In the above description, in order to facilitate the explanation, in the stage until the mini-body is mechanically gripped by the mechanical gripping means, the mini-body is pulled up by the elevating means connected to the seed crystal, and Later, it has been described that the lifting is performed by the lifting / lowering means connected to the gripping means. However, it is not always necessary to perform such strict switching in practice, for example, after gripping, for example, It is also possible to make the moving speed of the elevating means of the seed crystal and the elevating means of the seed crystal side substantially the same, to disperse the load of the ingot on both sides, and to lift the ingot. Afterwards, the gripping means may be in a state of supporting at least a part of the weight of the ingot, preferably the majority of the weight of the ingot.
【0028】また、重量支持の切り替え操作も、把持後
においても暫くの間は、種結晶側の昇降手段の移動速度
を把持手段側の昇降手段の移動速度よりも速いものとし
ておき、徐々に把持手段側の移動速度を上げていき、種
結晶側の昇降手段の引き上げ速度に同期させた後、種結
晶側の昇降手段の引き上げ速度を徐々に低下させるとい
った方式を採ることが、切り替えに伴うショックを単結
晶成長界面に伝えない上で望ましい。In the switching operation of the weight support, for a while after the holding, the moving speed of the lifting / lowering means on the seed crystal side is set to be faster than the moving speed of the lifting / lowering means on the holding means side, and the holding is gradually performed. It is necessary to increase the moving speed on the tool side and synchronize with the pulling speed of the lifting means on the seed crystal side, and then gradually reduce the pulling speed of the lifting means on the seed crystal side. Is not transmitted to the single crystal growth interface.
【0029】また本発明の単結晶製造方法において、上
記のごとく形成されたミニ直胴部を把持する把持手段の
構成としては、ミニ直胴部周面に当接して、押圧力等を
付与することによりミニ直胴部を把持することで、育成
される単結晶インゴットの重量を十分に支持できるもの
であって、かつ、少なくとも当該把持手段によるミニ直
胴部の把持が行われるまでの間は種結晶ないし種結晶保
持手段と独立して変位(移動)可能なものであれば、特
に限定されるものではなく、種々の態様のものとするこ
とができるが、被把持部であるミニ直胴部が十分に小さ
なものであるため、その把持手段の構成も小型化、軽量
化が可能であり、例えば把持手段を昇降可能に支持する
手段としても、ワイヤー等の軽量かつ低コストな部材を
使用することができる。特に、望ましい把持手段の構成
としては、先端部の拡径された割り子(コレット)とこ
の割り子外周に摺動自在に嵌合された割り子の内径を規
制する筒環状かしめ具とを有する、いわゆる「コレット
チャック」に類似の構造のものである。In the single crystal manufacturing method of the present invention, the structure of the holding means for holding the mini-rectangular body formed as described above is such that a pressing force or the like is applied in contact with the peripheral surface of the mini-rectangular body. By grasping the mini-straight body by doing so, it can sufficiently support the weight of the single crystal ingot to be grown, and at least until the grasping of the mini-straight body by the grasping means is performed. There is no particular limitation as long as it can be displaced (moved) independently of the seed crystal or the seed crystal holding means, and various forms can be adopted. Since the portion is sufficiently small, the configuration of the gripping means can be reduced in size and weight. For example, a lightweight and low-cost member such as a wire is used as a means for supporting the gripping means so as to be able to move up and down. Can do That. In particular, a desirable configuration of the gripping means includes a splitter (collet) having an enlarged diameter at the tip end and a tubular annular caulking tool that regulates the inner diameter of the splitter slidably fitted around the splitter. Has a structure similar to a so-called "collet chuck".
【0030】すなわち、本発明の上記したような単結晶
製造方法において、特に好ましくもちいられる単結晶製
造装置は、シリコン融液を収容する坩堝と、前記シリコ
ン融液に対し種結晶を種結晶引き上げ用線条体によって
昇降自在に垂下させる種結晶引き上げ手段とを有する単
結晶製造装置において、下端部位に軸線方向に沿う複数
の切り割りを周面に有し、かつこの下端部が漸次拡径さ
れてテーパー部を形成する略円筒形状の割り子と、この
割り子の外周面に摺動可能に嵌合された前記割り子のテ
ーパー部の最大外径以下最小内径以上の内径を有する筒
状かしめ具とを有してなる単結晶把持手段、および、こ
の単結晶把持手段を上方より昇降可能に懸架する把持部
引き上げ手段を有してなり、前記単結晶把持手段の割り
子が、前記種結晶引き上げ用線条体と略同軸的に配さ
れ、前記割り子の内部空間を前記種結晶引き上げ用線条
体が自在に通過可能なものとされていることを特徴とす
るものである。That is, in the single crystal manufacturing method as described above of the present invention, a single crystal manufacturing apparatus particularly preferably used is a crucible containing a silicon melt, and a seed crystal for pulling a seed crystal from the silicon melt. In a single crystal manufacturing apparatus having a seed crystal pulling means for hanging up and down by a striated body, a plurality of cuts along the axial direction are provided at a lower end portion on a peripheral surface, and the lower end portion is gradually expanded in diameter to be tapered. A substantially cylindrical splitter forming a portion, and a cylindrical caulking tool having an inner diameter equal to or less than the maximum outer diameter and the minimum inner diameter of the tapered portion of the splitter slidably fitted to the outer peripheral surface of the splitter. A single crystal gripping means comprising: and a gripper pulling means for suspending the single crystal gripping means so that the single crystal gripping means can be raised and lowered from above. Is disposed substantially coaxially with the raised umbilical member can, it is characterized in that the internal space of the seed crystal pulling umbilical member of the split element is assumed passable freely.
【0031】本発明の上記単結晶製造装置において、前
記割り子のテーパー部の最大内径は、筒状かしめ具を係
合していない状態で、単結晶インゴットに形成しようと
するミニ直胴部の直径より少なくとも大きなもの、好ま
しくはミニ直胴部直径より1〜30mm程度大きなもの
である必要があり、一方テーパー部の最小内径、換言す
れば、テーパー部に筒状かしめ具を係合することによっ
て最大内径部が縮径される結果到達しうる最小内径は、
前記ミニ直胴部直径より小さいもの、好ましくは、ミニ
直胴部直径より1〜10mm程度小さなものである必要
がある。In the above-mentioned single crystal manufacturing apparatus of the present invention, the maximum inner diameter of the tapered portion of the splitter is the size of the mini straight body portion to be formed on the single crystal ingot in a state where the cylindrical caulking tool is not engaged. It must be at least larger than the diameter, preferably about 1 to 30 mm larger than the diameter of the mini straight body part, while the minimum inner diameter of the tapered part, in other words, by engaging the cylindrical caulking tool with the tapered part The minimum inner diameter that can be reached as a result of the reduction of the maximum inner diameter is
It is necessary that the diameter be smaller than the diameter of the mini body part, preferably about 1 to 10 mm smaller than the diameter of the mini body part.
【0032】また、割り子の全体を通じての最小内径
は、割り子の内部空間を、ワイヤー、ロッド等で構成さ
れる種結晶引き上げ用線条体、より好ましくはさらに種
結晶保持手段および種結晶が、自在に通過可能である大
きさである必要があり、特に元呈されるものではない
が、例えば30mm以上とされる。The minimum inner diameter of the entire splitter is such that the internal space of the splitter is formed by a seed crystal pulling striated body composed of a wire, a rod, and the like, more preferably, a seed crystal holding means and a seed crystal. It must have a size that allows it to pass freely, and is not particularly presented, but is, for example, 30 mm or more.
【0033】また割り子に形成される切り割りの数とし
ては、かしめ具を係合させた際に当該切り割りの形成さ
れたテーパー部が周方向全体に均一に縮径されるもので
あれば、特に限定されるものではなく、少なくとも1本
存在していれば良い。しかしながら、テーパー部の最小
直径等にもよるが、通常は、2〜4本程度が望ましく、
さらに周方向に均等に配置することが望ましい。さらに
この切り割りは、割り子の軸線に完全に沿って形成され
ている必要は、必ずしもなく、すべての切り割りがほぼ
同一の軌跡を有するものであれば、ある程度傾斜してい
てもまた途中で屈曲したようなものであってもよい。The number of the slits formed on the splitter may be any number as long as the tapered portion formed with the split is uniformly reduced in diameter in the entire circumferential direction when the caulking tool is engaged. There is no limitation, and it is sufficient that at least one exists. However, although it depends on the minimum diameter of the tapered portion and the like, usually, about 2 to 4 pieces are desirable,
Further, it is desirable to arrange them evenly in the circumferential direction. Furthermore, it is not necessary that the slit be formed completely along the axis of the splitter, and if all the slits have substantially the same trajectory, they may be bent in the middle even if they are somewhat inclined. Such a thing may be used.
【0034】また、切り割りの長さ、すなわち、テーパ
ー部の長さとしても、ミニ直胴部を把持した際に、十分
な保持力を発揮できる限り、特に限定されるものではな
いが、例えば、10〜200mm程度とされる。また、
テーパー部の拡径角度としても特に限定されるものでは
ないが、例えば、1〜15°程度とされる。The length of the slit, that is, the length of the tapered portion is not particularly limited as long as a sufficient holding force can be exhibited when the mini straight body is gripped. It is about 10 to 200 mm. Also,
Although there is no particular limitation on the diameter expansion angle of the tapered portion, it is, for example, about 1 to 15 °.
【0035】さらに、本発明の単結晶製造装置において
用いられる前記単結晶把持手段は、単結晶引き上げ操作
途中において、前記筒状かしめ具が前記割り子のテーパ
ー部に係合せずテーパー部が開かれた状態から、筒状か
しめ具によって割り子のテーパー部の内径を縮径し、シ
リコン単結晶のミニ直胴部を保持する状態へと、操作さ
れるが、このように前記割り子とその外周に嵌合される
筒状かしめ具との相対的位置を変化させる機構の構成と
しては、特に限定されるものではなく、例えば、双方部
材の壁面、ないしは双方の部材の延長部材の壁面に、エ
アシリンダ、油圧シリンダ、バネ等の弾性部材の端部を
それぞれ固定し、この弾性部材の伸縮によって変位させ
るような構成、あるいは、割り子と筒状かしめ具とが係
合し割り子のテーパー部が縮径された状態と一旦なされ
るとこの状態を保持するロック機構を双方の部材間に設
けておき、そして当初単結晶引き上げ装置内において一
方の部材を保持手段によって所定位置に静止させてお
き、他方の部材が移動して双方が係合され前記ロック機
構が作動したる状態となったら、前記一方の部材の保持
機構を解除して、双方を同時に移動させるような構成
等、種々の態様を採用し得るが、このうち特に、前記し
た弾性部材を使用した機構が、簡便な構成でかつ操作も
容易であることから望ましい。なお、このように弾性部
材を使用する場合、筒状かしめ具の割り子に対する変位
が全周にわたり均一に行えるように、少なくとも2箇所
以上の部位に同じ弾性部材を配置することが望ましく、
さらにこれらの複数の配置場所は、周方向においてほぼ
等間隔をもって設けることが望ましい。Further, the single crystal holding means used in the single crystal manufacturing apparatus of the present invention is arranged such that the cylindrical caulking tool does not engage with the tapered portion of the splitter and the tapered portion is opened during the single crystal pulling operation. From the closed state, the inner diameter of the tapered portion of the splitter is reduced by a cylindrical caulking tool, and the state is maintained in which the mini straight body of the silicon single crystal is held. The configuration of the mechanism for changing the relative position with respect to the cylindrical caulking tool to be fitted to is not particularly limited. For example, air on the wall surface of both members or the wall surface of the extension member of both members A configuration in which the ends of elastic members such as cylinders, hydraulic cylinders, springs, etc. are fixed and displaced by expansion and contraction of the elastic members, or the splitter and the cylindrical caulking tool engage and A lock mechanism that holds this state once the part has been reduced in diameter has been provided between the two members, and one member is initially stopped at a predetermined position by the holding means in the single crystal pulling apparatus. In the meantime, when the other member is moved and both are engaged and the lock mechanism is activated, the holding mechanism of the one member is released and both are simultaneously moved. However, the mechanism using the above-mentioned elastic member is particularly preferable because of its simple configuration and easy operation. When using an elastic member as described above, it is desirable to dispose the same elastic member in at least two or more parts so that the displacement of the cylindrical caulking tool with respect to the splitter can be performed uniformly over the entire circumference.
Further, it is desirable that these plural places are provided at substantially equal intervals in the circumferential direction.
【0036】また、本発明の単結晶製造装置において、
上記したような単結晶把持手段を上方より保持し、育成
されるシリコン単結晶の成長軸に沿って昇降させる昇降
手段の構成としても、少なくともシリコン単結晶インゴ
ット成長初期(種結晶の融液浸漬からシリコン単結晶イ
ンゴットに前記把持部材により把持される部位が形成さ
れるまでの段階)においては、種結晶の昇降機構と独立
して機能するものであれば、その具体的構成としては特
に限定されるものではなく、吊り下げワイヤーとその捲
取機構からなるワイヤー駆動方式、チェーン駆動方式、
ラック・ピニオン駆動方式等任意のものとすることがで
きる。In the single crystal manufacturing apparatus of the present invention,
The structure of the elevating means for holding the single crystal holding means as described above from above and elevating it along the growth axis of the silicon single crystal to be grown can be used at least in the initial stage of silicon single crystal ingot growth (from immersion of the seed crystal in the melt). In a stage until a portion to be gripped by the gripping member is formed in the silicon single crystal ingot), the specific configuration is particularly limited as long as it functions independently of the seed crystal elevating mechanism. Wire drive system consisting of a hanging wire and its winding mechanism, chain drive system,
Any method such as a rack and pinion driving method can be used.
【0037】さらに本発明の単結晶引き上げ装置におい
て、上記したようなシリコン単結晶インゴット把持手
段、融着部材および前記把持手段の昇降手段以外の構成
としては、少なくともチャンバー内に、シリコン融液を
保持する坩堝、種結晶の把持手段、およびこの種結晶の
把持手段を昇降させる昇降手段を備えたものであれば任
意のものであって、従来公知の種々の態様を採用し得
る。Further, in the single crystal pulling apparatus of the present invention, the structure other than the silicon single crystal ingot gripping means, the fusing member and the lifting / lowering means of the gripping means as described above is such that at least the silicon melt is held in the chamber. Any crucible, a seed crystal holding means, and an elevating means for raising and lowering the seed crystal holding means can be used, and various conventionally known modes can be adopted.
【0038】[0038]
【実施例】以下、本発明を実施例に基づきより具体的に
説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below more specifically based on embodiments.
【0039】図1は、本発明に係るシリコン単結晶製造
装置の一実施態様における要部構成を使用状態において
示す模式図、図2(a)はさらに別の実施態様における
単結晶把持手段の構成を示す拡大断面図、(b)は
(a)図におけるB−B線断面図、(c)は(a)図に
おけるC−C線断面図である。FIG. 1 is a schematic view showing a main part configuration in an embodiment of a silicon single crystal manufacturing apparatus according to the present invention in use, and FIG. 2A is a configuration of a single crystal holding means in still another embodiment. (B) is a sectional view taken along line BB in FIG. (A), and (c) is a sectional view taken along line CC in (a).
【0040】図1に示す実施態様においては、従来のシ
リコン単結晶引き上げ装置と同様に、チャンバー上部に
は、回転用モーター等の駆動手段によってチャンバー軸
回りに回転する結晶保持機構支持盤(図示せず)が設け
られ、この支持盤上に設置された種結晶引き上げモータ
ー1に取り付けられた種結晶引き上げワイヤー2がチャ
ンバーの軸線に沿ってチャンバー内へと延長されてい
る。前記ワイヤー2の先端部には種結晶保持部(シード
チャック)3が設けられており、ここに装着された種結
晶4を、前記種結晶引き上げモーター1(および支持盤
回転用モーター)を駆動することで、チャンバー内に配
置された坩堝(図示せず)内に形成されるシリコン融液
に一旦浸漬し、その後回転しながら引き上げることで単
結晶インゴットが育成できるものとされている。In the embodiment shown in FIG. 1, similarly to the conventional silicon single crystal pulling apparatus, a crystal holding mechanism support plate (shown in FIG. 1) which is rotated around the chamber axis by driving means such as a rotation motor is provided on the upper part of the chamber. And a seed crystal pulling wire 2 attached to a seed crystal pulling motor 1 installed on the support board is extended into the chamber along the axis of the chamber. A seed crystal holding unit (seed chuck) 3 is provided at the tip of the wire 2, and the seed crystal 4 mounted thereon drives the seed crystal pulling motor 1 (and the motor for rotating the support plate). Thus, a single crystal ingot can be grown by temporarily immersing in a silicon melt formed in a crucible (not shown) arranged in the chamber and then pulling it up while rotating.
【0041】しかして、この実施態様において装置内に
設けられてなる単結晶インゴット把持手段10は、チャ
ンバーの軸線を中心として配置され、下端部位に軸線方
向に沿う複数の切り割り11を周面に有する下端部が漸
次拡径されてテーパー部12を形成する略円筒形状コレ
ット13と、このコレット13の外周面に摺動可能に嵌
合された、前記割り子のテーパー部の最大外径以下最小
内径以上の内径を有する筒状かしめ具14とを有してい
る。なお、本実施態様においてコレット13における切
り割り11は、図2に示す実施態様と同様に周方向にお
いて等間隔(90°)毎に4箇所に設けられている。In this embodiment, the single crystal ingot gripping means 10 provided in the apparatus in this embodiment is arranged around the axis of the chamber, and has a plurality of slits 11 along the axial direction at the lower end on the peripheral surface. A substantially cylindrical collet 13 whose lower end is gradually expanded in diameter to form a tapered portion 12, and a maximum outer diameter and a minimum inner diameter of a tapered portion of the splitter slidably fitted on an outer peripheral surface of the collet 13. And a cylindrical caulking tool 14 having the above inner diameter. In the present embodiment, the cuts 11 of the collet 13 are provided at four locations at equal intervals (90 °) in the circumferential direction, similarly to the embodiment shown in FIG.
【0042】このコレット13の上端部は、そのコレッ
ト外周面に固定されたコレット連結円筒15によって、
チャンバー外へと延長されており、一方、筒状かしめ具
14も同様にかしめ具連結円筒16によって、チャンバ
ー外へと延長されている。そして、コレット連結円筒1
5は、かしめ具連結円筒16内方に同軸的に配されたも
のとなっているが、双方は、それぞれの外周面部に接続
端部を有する伸縮可能なシリンダ機構17によって変位
可能に係合されており、図示しない駆動源によってシリ
ンダ機構17を伸縮することによって、それぞれの連結
円筒下端部に接続されたコレット13とかしめ具14と
の相対的位置が変動し、コレット14下端部、すなわ
ち、テーパー部12の径が拡縮される。なお、本実施態
様において前記シリンダ機構17は、周方向においてそ
れぞれ180°離れた位置に配置されている。また図2
に示す実施態様は、同様のシリンダ機構17をコレット
13と筒状かしめ具14との壁面に直接接続したもので
ある。The upper end of the collet 13 is formed by a collet connecting cylinder 15 fixed to the outer peripheral surface of the collet.
The cylindrical caulking device 14 is similarly extended out of the chamber by a caulking device connecting cylinder 16. And collet connecting cylinder 1
5 is coaxially disposed inside the caulking tool connecting cylinder 16, but both are displaceably engaged by an extendable and retractable cylinder mechanism 17 having a connection end on the outer peripheral surface thereof. When the cylinder mechanism 17 is expanded and contracted by a drive source (not shown), the relative position between the collet 13 and the caulking tool 14 connected to the lower end of each connecting cylinder changes, and the lower end of the collet 14, that is, the taper The diameter of the part 12 is enlarged or reduced. In the present embodiment, the cylinder mechanisms 17 are arranged at positions 180 ° apart in the circumferential direction. FIG. 2
In the embodiment shown in FIG. 7, a similar cylinder mechanism 17 is directly connected to the wall surfaces of the collet 13 and the cylindrical caulking device 14.
【0043】また、コレット連結円筒15上端には、等
間隔(120°毎)で3本の単結晶把持部引き上げワイ
ヤー18が接続されて懸架されており、これらのワイヤ
ー18は、単結晶把持機構引き上げモーター19の駆動
軸に取り付けられおり、単結晶インゴット把持機構10
は、種結晶引き上げモーター1に種結晶引き上げワイヤ
ー2によって連結された種結晶保持部3とは独立してチ
ャンバー内を昇降可能とされ、かつかしめ具連結円筒1
6に連結される回転伝達機構20および回転モーター2
1を駆動することによって、チャンバー軸回りには種結
晶保持部と同期して回転するものとされている。なお、
図中、符号22は、チャンバーとかしめ具連結円筒16
とのシール部を示す。At the upper end of the collet connecting cylinder 15, three single crystal holding portion pulling wires 18 are connected and suspended at equal intervals (every 120 °), and these wires 18 are connected to a single crystal holding mechanism. Attached to the drive shaft of the pulling motor 19, the single crystal ingot gripping mechanism 10
Is capable of moving up and down in the chamber independently of the seed crystal holding unit 3 connected to the seed crystal pulling motor 1 by the seed crystal pulling wire 2, and
Transmission mechanism 20 and rotation motor 2 connected to motor 6
1 is rotated around the axis of the chamber in synchronization with the seed crystal holding unit. In addition,
In the drawing, reference numeral 22 denotes a chamber and a caulking tool connecting cylinder 16.
3 shows a seal portion.
【0044】このような構成を有する実施態様の装置を
用いての単結晶インゴットの育成は、例えば、つぎのよ
うにして行われる。The growth of a single crystal ingot using the apparatus of the embodiment having such a configuration is performed, for example, as follows.
【0045】まず常法に基づき、前記種結晶引き上げモ
ーター1を駆動して、種結晶引き上げワイヤー2の先端
部に保持された単結晶4をシリコン融液に一旦浸漬し、
その後引き上げることで種結晶4の下端に単結晶5を成
長させていく。無転位化のために一旦径を絞ってダッシ
ュズネック6を形成後、若干拡径してミニ直胴部7を形
成し、その後、さらに拡径してコーン部8を形成し、所
望の最終直径となったところで直胴部9の形成を開始す
る。First, based on a conventional method, the seed crystal pulling motor 1 is driven, and the single crystal 4 held at the tip of the seed crystal pulling wire 2 is immersed once in a silicon melt.
Thereafter, the single crystal 5 is grown at the lower end of the seed crystal 4 by pulling. After the dash neck 6 is formed by narrowing the diameter once to eliminate dislocations, the diameter is slightly increased to form the mini straight body 7, and then the diameter is further increased to form the cone 8, and the desired final shape is formed. When the diameter reaches the diameter, the formation of the straight body portion 9 is started.
【0046】この状態までは、前記単結晶インゴット把
持機構のコレット14は、チャンバー内において、単結
晶インゴットのミニ直胴部7に係合しない位置に保持さ
れている。Until this state, the collet 14 of the single crystal ingot gripping mechanism is held in the chamber at a position where it does not engage the mini straight body 7 of the single crystal ingot.
【0047】さらに、直胴部の引き上げが進行し、ミニ
直胴部7が、コレット14の内方空間に進入してきた
ら、シリンダ機構17を伸縮することによって、コレッ
ト13とかしめ具14との相対的位置が変動させ、コレ
ット14の下端テーパー部12を縮径し、コレット14
内面をミニ直胴7周面に押し付けて、ミニ直胴部7を把
持する。その後、この把持状態を維持したままで、単結
晶把持機構引き上げモーター19を作動させ単結晶把持
部引き上げワイヤー18を捲き上げて、単結晶インゴッ
ト把持機構10を上方へと引き上げ、この単結晶把持部
引き上げワイヤー18と種結晶引き上げワイヤー2との
引き上げ速度を制御することで、その後の単結晶インゴ
ット5の育成を、前記単結晶インゴット把持機構側によ
る引き上げおよび重量支持下において行う把持手段に連
結された昇降手段による引き上げに切り替えて、その
後、インゴットが所望の長さとなるまで単結晶育成を続
けるものである。Further, as the straight body portion is raised and the mini straight body portion 7 enters the space inside the collet 14, the cylinder mechanism 17 expands and contracts, so that the collet 13 and the caulking tool 14 are moved relative to each other. The target position is changed, and the diameter of the tapered portion 12 at the lower end of the collet 14 is reduced.
The inner surface is pressed against the peripheral surface of the mini-straight body 7 to hold the mini-straight body 7. Thereafter, while maintaining the gripping state, the single crystal gripping mechanism pulling motor 19 is operated to wind up the single crystal gripping portion pulling wire 18, and the single crystal ingot gripping mechanism 10 is pulled upward, and the single crystal gripping portion is pulled up. By controlling the pulling speed of the pulling wire 18 and the seed crystal pulling wire 2, the single crystal ingot 5 is connected to a gripping means for raising the single crystal ingot and supporting the weight while supporting the single crystal ingot. The method is switched to pulling by the lifting means, and thereafter, single crystal growth is continued until the ingot has a desired length.
【0048】[0048]
【発明の効果】以上述べたように本発明においては、シ
リコン単結晶インゴット引き上げ操作途中において、育
成されるシリコン単結晶インゴットを機械的把持機構に
よって把持するが、この機械的把持のための被把持部位
を、単結晶インゴットのダッシュズネック部直下に、こ
のダッシュズネック部よりも直径よりも大きくかつ所望
する単結晶インゴットの最終直径よりも十分小さな直径
のミニ直胴部として形成するものであるため、これを把
持するのに要する把持手段自体が大型化することもな
く、例えば、コレットチャックに類似の構造といった、
軽量かつ簡便で操作も容易な構成とすることができ、さ
らに把持手段は、高温環境に曝されることもない。した
がって、インゴットの大口径化・長尺化によって引き上
げ重量が増大しても、ダッシュズネック部の破断による
単結晶インゴットの落下・育成中断といった事態が、生
じる虞れはなく、安定かつ信頼性の高い引き上げ操作が
可能となる。As described above, in the present invention, the silicon single crystal ingot to be grown is gripped by the mechanical gripping mechanism during the pulling operation of the silicon single crystal ingot. The portion is formed directly below the dashes neck portion of the single crystal ingot as a mini straight body portion having a diameter larger than the dashes neck portion and sufficiently smaller than the desired final diameter of the single crystal ingot. Therefore, the gripper itself required for gripping this does not increase in size, for example, a structure similar to a collet chuck,
The structure can be made lightweight, simple and easy to operate, and the gripping means is not exposed to a high-temperature environment. Therefore, even if the lifting weight is increased due to the increase in diameter and length of the ingot, there is no danger of the single crystal ingot dropping or growing being interrupted due to breakage of the dash neck portion, and stable and reliable A high lifting operation becomes possible.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】 本発明に係る単結晶引き上げ装置の一実施態
様の要部構成を使用状態において模式的に示す概略図、FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a main part configuration of an embodiment of a single crystal pulling apparatus according to the present invention in a use state;
【図2】 (a)は本発明に係る単結晶引き上げ装置の
別の実施態様における単結晶把持手段の構成を示す拡大
断面図、(b)は(a)図におけるB−B線断面図、
(c)は(a)図におけるC−C線断面図。FIG. 2A is an enlarged cross-sectional view showing a configuration of a single crystal holding means in another embodiment of the single crystal pulling apparatus according to the present invention, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
(C) is a sectional view taken along line CC in (a).
1 種結晶引き上げモーター 2 種結晶引き上げワイヤー 3 種結晶保持部 4 種結晶 5 単結晶インゴット 6 ダッシュズネック部 7 ミニ直胴部 8 コーン部 9 直胴部 10 単結晶インゴット把持機構 11 切り割り 12 コレットのテーパ部 13 コレット 14 筒状かしめ具 15 コレット連結円筒 16 かしめ具連結円筒 17 シリンダ機構 18 単結晶把持部引き上げワイヤー 19 単結晶把持機構引き上げモーター 20 回転伝達機構 21 回転モーター 22 シール部 REFERENCE SIGNS LIST 1 seed crystal pulling motor 2 seed crystal pulling wire 3 seed crystal holding unit 4 seed crystal 5 single crystal ingot 6 dash neck 7 mini straight body 8 cone 9 straight body 10 single crystal ingot gripping mechanism 11 slit 12 collet Tapered part 13 Collet 14 Cylindrical caulking tool 15 Collet connecting cylinder 16 Caulking tool connecting cylinder 17 Cylinder mechanism 18 Single crystal gripping part pulling wire 19 Single crystal gripping mechanism pulling motor 20 Rotation transmission mechanism 21 Rotary motor 22 Seal part
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 新一 福岡県北九州市戸畑区大字中原46番地59 日鐵プラント設計株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Shinichi Morita 46-59 Nakahara, Toba-ku, Kitakyushu-shi, Fukuoka Prefecture Nippon Steel Plant Design Co., Ltd.
Claims (4)
結晶を引き上げることにより種結晶後端部にシリコン単
結晶インゴットを育成させるシリコン単結晶の製造方法
において、 種結晶直下に、育成されるシリコン単結晶インゴットの
無転位化のための小口径部を形成した後、この小口径部
よりも直径が大きくかつ所望するインゴットの最終的直
径よりも小さな直径まで拡径し、当該直径において一定
長引き上げて円柱状の被把持部位を形成することを特徴
とし、さらに、その後、単結晶インゴットを所望する最
終直径まで漸次拡径し、当該最終直径による単結晶イン
ゴットの直胴部の引き上げ操作を行う被把持部形成後の
過程の所定時期において、前記被把持部位を種結晶の引
き上げ機構とは独立した引き上げ機構に接続された把持
手段によって把持し、この把持手段を所定速度で引き上
げることで、それ以降のシリコン単結晶インゴットの育
成を前記把持手段により単結晶インゴットを支持しなが
ら行うことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。1. A method for producing a silicon single crystal in which a seed crystal is immersed in a silicon melt and the seed crystal is pulled up to grow a silicon single crystal ingot at the rear end of the seed crystal. After forming a small-diameter portion for dislocation-free silicon single crystal ingot, the diameter is increased to a diameter larger than the small-diameter portion and smaller than a final diameter of a desired ingot, and is constant at the diameter. It is characterized by forming a cylindrical gripped portion by long pulling, and further, gradually increasing the diameter of the single crystal ingot to a desired final diameter, and raising the straight body portion of the single crystal ingot by the final diameter. At a predetermined time in the process after the formation of the gripped portion to be performed, the gripped portion is moved to gripping means connected to a pulling mechanism independent of the seed crystal pulling mechanism. Grasping I, by raising the gripping means at a predetermined speed, a method for manufacturing a silicon single crystal, wherein the subsequent growth of a silicon single crystal ingot be carried out while supporting the single crystal ingot by the gripping means.
結晶を引き上げることにより種結晶後端部にシリコン単
結晶インゴットを育成させるシリコン単結晶の製造方法
において、 種結晶直下に、育成されるシリコン単結晶インゴットの
無転位化のための小口径部を形成し、次いで、この小口
径部よりも直径が大きくかつ所望するインゴットの最終
的直径よりも小さな直径まで拡径し、当該直径において
一定長引き上げて円柱状の被把持部位を形成した後、所
望する最終直径まで漸次拡径し、当該最終直径による単
結晶インゴットの直胴部の引き上げ操作を行い、前記直
胴部の引き上げ操作途中において、前記種結晶の引き上
げ機構とは独立した引き上げ機構に接続された把持手段
によって、シリコン単結晶インゴットの前記被把持部位
を把持し、前記把持手段を所定速度で引き上げること
で、その後のシリコン単結晶インゴットの育成を、前記
把持手段の引き上げ操作によって行うことを特徴とする
シリコン単結晶の製造方法。2. A method for producing a silicon single crystal in which a seed crystal is immersed in a silicon melt and the seed crystal is pulled up to grow a silicon single crystal ingot at the rear end of the seed crystal. Forming a small-diameter portion for dislocation-free silicon single crystal ingot, and then expanding to a diameter larger than the small-diameter portion and smaller than the final diameter of the desired ingot. After forming a cylindrical gripped portion by pulling up by a certain length, the diameter is gradually increased to a desired final diameter, and the straight body portion of the single crystal ingot is pulled up by the final diameter, and the straight body portion is being pulled up. The gripping portion connected to a pulling-up mechanism independent of the seed crystal pulling-up mechanism to grip the portion to be gripped of the silicon single crystal ingot. The gripping means by raising at a predetermined speed, the development of subsequent silicon single crystal ingot, a method for manufacturing a silicon single crystal which is characterized in that the pulling operation of said gripping means.
前記被把持部位の直径が、8〜100mm程度のもので
ある請求項1または2に記載のシリコン単結晶の製造方
法。3. The method for producing a silicon single crystal according to claim 1, wherein the diameter of the gripped portion formed on the silicon single crystal ingot is about 8 to 100 mm.
リコン融液に対し種結晶を種結晶引き上げ用線条体によ
って昇降自在に垂下させる種結晶引き上げ手段とを有す
るシリコン単結晶製造装置において、 下端部位に軸線方向に沿う複数の切り割りを周面に有
し、かつこの下端部が漸次拡径されてテーパー部を形成
する略円筒形状の割り子と、この割り子の外周面に摺動
可能に嵌合された前記割り子のテーパー部の最大外径以
下最小内径以上の内径を有する筒状かしめ具とを有して
なる単結晶把持手段、および、この単結晶把持手段を上
方より昇降可能に懸架する把持部引き上げ手段を有して
なり、 前記単結晶把持手段の割り子が、前記種結晶引き上げ用
線条体と略同軸的に配され、前記割り子の内部空間を前
記種結晶引き上げ用線条体が自在に通過可能なものとさ
れていることを特徴とするシリコン単結晶の製造装置。4. A silicon single crystal manufacturing apparatus comprising: a crucible containing a silicon melt; and a seed crystal pulling means for dropping a seed crystal to the silicon melt by a seed crystal pulling striatum so as to be able to move up and down. The lower end part has a plurality of slits along the axial direction on the peripheral surface, and the lower end part is gradually enlarged in diameter to form a tapered part, and the outer peripheral surface of the splitter is slidable. A single crystal gripping means having a cylindrical caulking tool having an inner diameter not less than the maximum outer diameter and the minimum inner diameter of the tapered portion of the splitter fitted to the splitter, and the single crystal gripping means can be raised and lowered from above A gripper pulling means for suspending the single crystal; the splitter of the single crystal gripping means is disposed substantially coaxially with the seed crystal pulling striatum; Striatum Apparatus for producing a silicon single crystal, characterized in that there is a capable pass.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9161597A JPH1112093A (en) | 1997-06-18 | 1997-06-18 | Production of silicon single crystal and production device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9161597A JPH1112093A (en) | 1997-06-18 | 1997-06-18 | Production of silicon single crystal and production device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1112093A true JPH1112093A (en) | 1999-01-19 |
Family
ID=15738179
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9161597A Pending JPH1112093A (en) | 1997-06-18 | 1997-06-18 | Production of silicon single crystal and production device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1112093A (en) |
-
1997
- 1997-06-18 JP JP9161597A patent/JPH1112093A/en active Pending
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