JPH11157983A - Device for growing single crystal and growth of single crystal - Google Patents

Device for growing single crystal and growth of single crystal

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JPH11157983A
JPH11157983A JP33942997A JP33942997A JPH11157983A JP H11157983 A JPH11157983 A JP H11157983A JP 33942997 A JP33942997 A JP 33942997A JP 33942997 A JP33942997 A JP 33942997A JP H11157983 A JPH11157983 A JP H11157983A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
upper chamber
seed crystal
crystal
raising
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP33942997A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hirotoshi Yamagishi
浩利 山岸
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Super Silicon Crystal Research Institute Corp
Original Assignee
Super Silicon Crystal Research Institute Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Super Silicon Crystal Research Institute Corp filed Critical Super Silicon Crystal Research Institute Corp
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Priority to EP98104228A priority patent/EP0867533A3/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the drop of a single crystal having a large diameter and a large weight and surely and safely pull the single crystal in a depressurizied chamber. SOLUTION: A seed crystal 24a is immersed in melted Si liquid in a quartz crucible 14, and subsequently pulled up to form a neck portion 1a having a small diameter under the seed crystal 24a. A ball-like constricted part 1b is then formed under the neck portion 1a. At the time, the tips of single crystal supports 23 are opened each other so as not to bring into contact with the constricted portion 1b which is being pulled up. When the second net portion 1c under the constricted portion 1b is pulled up the waiting positions of the tips of the single crystal supports 23, the rotation of a circular member 20a is started, and rotation shafts 22 are also rotated in the clockwise direction. The tips 23a of the single crystal supports 23 are thereby closed each other to hold a portion under the constricted portion 1b. Rotational ball screw shafts 21 are simultaneously rotated to raise the single crystal supports 23 at the same speed as that of a wire 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、引上げCZ(Czoc
hralski)法によりSi(シリコン)の無転位の単結晶
を製造するための単結晶成長装置及び単結晶成長方法に
関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a pulling CZ (Czoc).
The present invention relates to a single crystal growth apparatus and a single crystal growth method for producing a dislocation-free single crystal of Si (silicon) by the hralski) method.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、引上げCZ法による単結晶製造
装置では、高耐圧気密チャンバ内を10torr程度に減圧
して新鮮なAr(アルゴン)ガスを流すとともに、チャ
ンバ内の下方に設けられた石英るつぼ内の多結晶を加熱
して溶融し、この融液の表面に種結晶を上から浸漬し、
種結晶と石英るつぼを回転、上下移動させながら種結晶
を引き上げることにより、種結晶の下に上端が突出した
円錐形の上部コーン部と、円筒形のボディー部と下端が
突出した円錐形の下部コーン部より成る単結晶(いわゆ
るインゴット)を成長させるように構成されている。
2. Description of the Related Art In general, in a single crystal manufacturing apparatus by the pulling CZ method, a high pressure-resistant airtight chamber is decompressed to about 10 torr and fresh Ar (argon) gas is flown, and a quartz crucible provided below the chamber is provided. The polycrystal in is melted by heating, and the seed crystal is immersed in the surface of this melt from above,
The seed crystal and the quartz crucible are rotated and moved up and down, and the seed crystal is pulled up to form a conical upper cone part whose upper end protrudes below the seed crystal, and a conical lower part whose cylindrical body part and lower end protrude. It is configured to grow a single crystal (so-called ingot) composed of a cone portion.

【0003】また、この成長方法として、種結晶を融液
の表面に浸漬した時の熱衝撃により種結晶に発生する転
位を除去(無転位化)するために、種結晶を融液の表面
に浸漬した後、引上げ速度を比較的速くすることにより
種結晶より小径の例えば直径が3〜4mmのネック部を
形成した後に、上記の上部コーン部の引上げを開始する
ダッシュ(Dash)法が知られている。
[0003] In addition, in order to remove dislocations generated in the seed crystal by thermal shock when the seed crystal is immersed on the surface of the melt (to eliminate dislocations), the seed crystal is deposited on the surface of the melt. A dash (Dash) method is known in which, after immersion, a neck portion having a diameter smaller than that of a seed crystal, for example, a diameter of 3 to 4 mm is formed by increasing the pulling speed relatively high, and then the pulling of the upper cone portion is started. ing.

【0004】さらに、この小径のネック部を介しては、
大径、大重量(150〜200kg以上)の単結晶を引
き上げることができないので、例えば特公平5−654
77号公報に示されるようにDash法により小径のネック
部を形成した後、引上げ速度を比較的遅くして大径を形
成し、次いで引上げ速度を比較的速くして小径を形成す
ることにより「球状のくびれ」を形成し、このくびれを
把持具で把持することにより大径、高重量の単結晶を引
き上げる方法が提案されている。また、くびれを把持す
る従来の装置としては、上記公報の他に、例えば特公平
7−103000号公報、特公平7−515号公報に示
されているものがある。
Further, through the small diameter neck portion,
Since a single crystal having a large diameter and a large weight (150 to 200 kg or more) cannot be pulled, for example, Japanese Patent Publication No. 5-654.
As shown in Japanese Patent No. 77, after forming a small diameter neck portion by the Dash method, the pulling speed is relatively slow to form a large diameter, and then the pulling speed is relatively high to form a small diameter. A method has been proposed in which a "spherical constriction" is formed, and the constriction is gripped by a gripper to pull up a large-diameter, high-weight single crystal. Further, as a conventional device for gripping the constriction, for example, there are devices disclosed in Japanese Patent Publication No. 7-103000 and Japanese Patent Publication No. 7-515, in addition to the above publications.

【0005】また、他の従来例としては、例えば特開平
5−270974号公報、特開平7−172981号公
報に示されるように上記「くびれ」を形成しないでボデ
ィー部をそのまま把持する方法や、特開昭63−252
991号公報、特開平5−270975号公報に示され
るように上記「球状のくびれ」の代わりに、上部コーン
部とボディー部の間にボディー部より径が大きい「環状
のくびれ」を形成し、この「環状のくびれ」を把持する
方法が提案されている。
[0005] Further, as another conventional example, as described in, for example, JP-A-5-270974 and JP-A-7-172981, a method of holding the body portion without forming the above-mentioned "constriction", JP-A-63-252
No. 991, JP-A-5-270975, instead of the above-mentioned “spherical constriction”, a “ring-shaped constriction” having a larger diameter than the body portion is formed between the upper cone portion and the body portion, There has been proposed a method of gripping this “ring-shaped constriction”.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の把持装置ではいずれも、真空ポンプにより
10torr程度に減圧されたチャンバ内において、大径、
大重量(例えばボディー部の直径が400mm、重量が
400kg)の単結晶を吊り下げる把持具と駆動源の伝
達機構が現実的ではなく、実際的でないという問題点が
ある。なお、もし単結晶と把持具の係止が外れて単結晶
が落下すると、転位が発生して単結晶が商品とならない
ばかりか、石英るつぼが破損して最悪の場合には石英る
つぼを回転、上下移動させるためのるつぼ軸の内部の冷
却水と、高温の融液が反応して水蒸気爆発が発生するこ
ともあり得る。本出願人は大重量の単結晶を引き上げる
ための単結晶引上げ装置として、先に特願平9−931
82号にて、引上げチャンバを上下2分割とし、上部チ
ャンバ自体が回転する構造を提案している(この提案は
未公開につき、本発明に対する従来技術ではない)。し
かし、上部チャンバ自体の重量が数トンにも及ぶため、
その回転機構が大掛かりであり、コストもかかるという
問題があった。
However, in the conventional gripping devices as described above, all of the conventional gripping devices have a large diameter and a large diameter in a chamber reduced to about 10 torr by a vacuum pump.
There is a problem in that a gripper for suspending a single crystal having a large weight (for example, a body part having a diameter of 400 mm and a weight of 400 kg) and a transmission mechanism of a driving source are not practical and impractical. If the single crystal is disengaged from the gripper and the single crystal falls, not only will dislocations occur and the single crystal will not become a commercial product, but the quartz crucible will be damaged and the quartz crucible will be rotated in the worst case, Cooling water inside the crucible shaft for moving up and down may react with the high-temperature melt to cause a steam explosion. The present applicant has previously disclosed a single crystal pulling apparatus for pulling a heavy single crystal as disclosed in Japanese Patent Application No. 9-931.
No. 82 proposes a structure in which the pulling chamber is divided into upper and lower parts and the upper chamber itself rotates (this proposal is not disclosed and is not a prior art to the present invention). However, since the upper chamber itself weighs several tons,
There is a problem in that the rotation mechanism is large-scale and costly.

【0007】本発明は上記従来の問題点並びに上記本出
願人自身の先願にかかる装置の問題点に鑑み、減圧され
たチャンバ内において大径、大重量の単結晶の落下を防
止して確実にかつ安全に引き上げることができる単結晶
棒の落下防止の機能を有する単結晶成長装置及び単結晶
成長方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems and the problems of the above-mentioned apparatus of the present applicant, and has prevented a large-diameter and heavy-weight single crystal from falling in a decompressed chamber. It is an object of the present invention to provide a single crystal growth apparatus and a single crystal growth method having a function of preventing a single crystal rod from falling down, which can be pulled up safely.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、チャンバを下部チャンバと、上部チャンバ
に分割するとともに上部チャンバ内に上下方向に移動可
能な単結晶支えを配置し、また、単結晶支えを単結晶の
引上げ軸を中心として回転させる手段を設け、種結晶の
下に単結晶のネック部を形成してネック部の下に単結晶
のくびれを形成するまでは種結晶を支持して引き上げ、
その後は上部チャンバ内の単結晶支え構によりくびれを
支持して引き上げるよう構成したものである。
In order to achieve the above object, the present invention divides a chamber into a lower chamber and an upper chamber, and arranges a vertically movable single crystal support in the upper chamber. Means are provided for rotating the single crystal support about the single crystal pulling axis.The seed crystal is formed until the single crystal neck is formed under the seed crystal and the single crystal neck is formed under the neck. Support and raise,
Thereafter, the constriction is supported by a single crystal support structure in the upper chamber and pulled up.

【0009】すなわち本発明によれば、内部に石英るつ
ぼが配置される下部チャンバと、前記下部チャンバの上
に配置された上部チャンバと、前記上部チャンバの上に
おいて前記下部チャンバ及び前記上部チャンバに対して
回転可能に配置されて種結晶を上下方向に昇降させる種
結晶昇降機構と、前記上部チャンバ内で上下方向に移動
可能に配置された単結晶支えと、前記単結晶支えを上昇
させる手段と、前記上部チャンバに対して回転可能で、
かつ前記単結晶支えを前記上部チャンバ内で前記種結晶
の引上げ軸を中心として回転させる手段とを有し、前記
種結晶昇降機構は、種結晶を前記石英るつぼ内の融液に
浸漬して引き上げることにより種結晶の下に単結晶のネ
ック部を形成し、次いで前記ネック部の下に単結晶のく
びれを形成するために用いられ、前記単結晶支え、前記
上昇させる手段及び前記回転させる手段は、前記単結晶
のくびれが形成された後に前記くびれを下方から把持し
て上昇することにより単結晶を引き上げるために用いら
れるよう構成された単結晶成長装置が提供される。
That is, according to the present invention, a lower chamber in which a quartz crucible is disposed, an upper chamber disposed on the lower chamber, and a lower chamber and an upper chamber disposed on the upper chamber. A seed crystal raising / lowering mechanism that is vertically rotatably arranged to raise and lower a seed crystal, a single crystal support that is vertically movable in the upper chamber, and a unit that raises the single crystal support, Rotatable with respect to the upper chamber,
Means for rotating the single crystal support around the pulling axis of the seed crystal in the upper chamber, wherein the seed crystal raising / lowering mechanism immerses the seed crystal in the melt in the quartz crucible and pulls it up. Thereby forming a single crystal neck under the seed crystal and then forming a single crystal neck under said neck, wherein said single crystal support, said raising means and said rotating means are A single crystal growth apparatus configured to be used to pull up a single crystal by gripping the neck from below and raising the single crystal after the single crystal constriction is formed is provided.

【0010】また本発明によれば、内部に石英るつぼが
配置される下部チャンバと、前記下部チャンバの上に配
置された上部チャンバと、前記上部チャンバの上におい
て前記下部チャンバ及び前記上部チャンバに対して回転
可能に配置されて種結晶を上下方向に昇降させる種結晶
昇降機構と、前記上部チャンバ内で上下方向に移動可能
に配置された単結晶支えと、前記単結晶支えを上昇させ
る手段と、前記上部チャンバに対して回転可能で、かつ
前記単結晶支えを前記上部チャンバ内で前記種結晶の引
上げ軸を中心として回転させる手段とを有する単結晶成
長装置を用いた単結晶成長方法であって、前記種結晶昇
降機構により種結晶を前記石英るつぼ内の融液に浸漬し
てなじませるステップと、前記種結晶昇降機構により前
記種結晶を引き上げることにより前記種結晶の下に単結
晶のネック部を形成するステップと、次いで前記ネック
部の下に単結晶のくびれを形成するステップと、前記単
結晶支えにより前記単結晶のくびれを下から把持するス
テップと、前記種結晶昇降機構と前記上昇させる手段に
より前記種結晶と前記単結晶のくびれを引き上げて単結
晶を成長させるステップとを、有する単結晶成長方法が
提供される。
Further, according to the present invention, a lower chamber in which a quartz crucible is disposed, an upper chamber disposed on the lower chamber, and a lower chamber and an upper chamber disposed on the upper chamber. A seed crystal raising / lowering mechanism that is vertically rotatably arranged to raise and lower a seed crystal, a single crystal support that is vertically movable in the upper chamber, and a unit that raises the single crystal support, Means for rotating the single crystal support with respect to the upper chamber, and rotating the single crystal support about a pulling axis of the seed crystal in the upper chamber. Immersing the seed crystal in the melt in the quartz crucible by the seed crystal raising / lowering mechanism to allow the seed crystal to adapt, and pulling up the seed crystal by the seed crystal raising / lowering mechanism. Forming a neck portion of the single crystal under the seed crystal, and then forming a constriction of the single crystal under the neck portion, and removing the constriction of the single crystal from below by the single crystal support. A single crystal growth method is provided, which comprises a step of gripping and a step of pulling up a neck of the seed crystal and the single crystal by the seed crystal raising / lowering mechanism and the raising means to grow a single crystal.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1は本発明に係る単結晶成長装
置の一実施形態の構成を概略的に示す側断面図、図2は
図1の上部チャンバと単結晶把持機構の構成を概略的に
示す透視的平面図、図3は図1、図2の単結晶把持機構
中の単結晶支え近傍を示す斜視図、図4は図3の単結晶
支えの動作を示す説明図、図5は図1、図2の単結晶把
持機構から円筒部と単結晶支えを除いた状態の斜視図で
ある。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a side sectional view schematically showing a configuration of an embodiment of a single crystal growth apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a perspective plan view schematically showing a configuration of an upper chamber and a single crystal holding mechanism of FIG. 3, FIG. 3 is a perspective view showing the vicinity of the single crystal support in the single crystal holding mechanism of FIGS. 1 and 2, FIG. 4 is an explanatory view showing the operation of the single crystal support of FIG. 3, and FIG. It is a perspective view of the state where a cylindrical part and a single crystal support were removed from a single crystal grasping mechanism.

【0012】図1において、フレーム10内には下部チ
ャンバ11と上部チャンバ12が配置され、また、フレ
ーム10の上にドラム部13が配置されている。これら
のチャンバ10〜12とドラム部13は高耐圧の真空容
器で構成され、また、Arガスが上部チャンバ12内に
引き込まれて下部チャンバ11から排出されるように構
成されている。下部チャンバ11はフレーム10内の下
方に固定され、下部チャンバ11内には単結晶1を引き
上げるための石英るつぼ14と、石英るつぼ14内の多
結晶15を溶融させるためのヒータ16などが配置され
ている。石英るつぼ14は回転可能に、かつ上下方向に
移動可能に支持されている。
In FIG. 1, a lower chamber 11 and an upper chamber 12 are arranged in a frame 10, and a drum section 13 is arranged on the frame 10. The chambers 10 to 12 and the drum unit 13 are constituted by a high-pressure-resistant vacuum vessel. Ar gas is drawn into the upper chamber 12 and discharged from the lower chamber 11. The lower chamber 11 is fixed below the frame 10, and a quartz crucible 14 for pulling the single crystal 1, a heater 16 for melting the polycrystal 15 in the quartz crucible 14, and the like are arranged in the lower chamber 11. ing. The quartz crucible 14 is supported so as to be rotatable and movable in the vertical direction.

【0013】上部チャンバ12は水冷ジャケット方式で
構成される。すなわち、上部チャンバ12は、上部チャ
ンバ本体12aと、その周囲に配された冷却部12bを
有し、上部チャンバ12全体は、下部チャンバ11の上
に固定・支持されている。上部チャンバ12の上部には
環状部材20aが上部チャンバ12に対して単結晶の引
上げ軸を中心に回転可能なようにボールベアリング27
aを介して支持されている。図2に示すように上部チャ
ンバ12の上部に配される環状部材20aは、それ自体
がプーリとして動作し、ベルト19、プーリ20bを介
して環状部材回転モータMに連結され、モータMが回転
すると環状部材20aが回転する。この環状部材20a
は後述する単結晶把持機構30(図5参照)の一部を構
成し、単結晶把持機構30を単結晶の引上げ軸を中心と
して回転させるものである。
The upper chamber 12 is constituted by a water cooling jacket system. That is, the upper chamber 12 has an upper chamber main body 12 a and a cooling unit 12 b disposed therearound, and the entire upper chamber 12 is fixed and supported on the lower chamber 11. On the upper part of the upper chamber 12, a ball bearing 27 is provided so that an annular member 20a can rotate about a single crystal pulling axis with respect to the upper chamber 12.
a. As shown in FIG. 2, the annular member 20a disposed on the upper part of the upper chamber 12 itself operates as a pulley, and is connected to the annular member rotating motor M via the belt 19 and the pulley 20b. The annular member 20a rotates. This annular member 20a
Constitutes a part of a single crystal holding mechanism 30 (see FIG. 5) described later, and rotates the single crystal holding mechanism 30 about a single crystal pulling axis.

【0014】単結晶把持機構30は、環状部材20aの
他に上部チャンバ12の底部の上にボールベアリング2
7cを介して移動可能に配されたもう1つの環状部材2
0cと、これらの2つの環状部材20a、20cを連結
する円筒部20dを基本的に有している。すなわち、中
空な円筒部20dの上下端に、環状部材20a、20c
が固定されている。この円筒部20dの外周と内周はボ
ールベアリング27bを介して上部チャンバ12に対し
て回転可能に支持されている。なお、ボールベアリング
27bの近傍には図示省略の真空シール部材が設けら
れ、上部チャンバ12内部が気密に保たれる。
The single crystal holding mechanism 30 has a ball bearing 2 on the bottom of the upper chamber 12 in addition to the annular member 20a.
Another annular member 2 movably arranged via 7c
0c and a cylindrical portion 20d basically connecting these two annular members 20a, 20c. That is, the annular members 20a and 20c are provided at the upper and lower ends of the hollow cylindrical portion 20d.
Has been fixed. The outer and inner circumferences of the cylindrical portion 20d are rotatably supported by the upper chamber 12 via ball bearings 27b. A vacuum seal member (not shown) is provided near the ball bearing 27b to keep the inside of the upper chamber 12 airtight.

【0015】単結晶把持機構30は、更に図2〜図5に
詳しく示すように4組の回転ボールネジシャフト21
と、側面断面が三角形の回転シャフト22と単結晶支え
23を有している。ボールネジシャフト21と、回転シ
ャフト22は上方の環状部材20aと、下方の環状部材
20cとの間で、かつ円筒部20dの外周壁20d1と
内周壁20d2の間の空間内にあって上下方向に伸長
し、かつそれらの軸を中心に回転可能に取り付けられて
いる。図3に示されるように、各ボールネジシャフト2
1には、単結晶支え23が螺合していて、ボールネジシ
ャフト21の回転により単結晶支え23が上下に移動可
能である。単結晶支え23の先端23aは単結晶1を把
持可能なように細い形状で形成され、単結晶支え23に
は回転シャフト22が係合するように長手状の開口23
bが形成されている。この長手状の開口23bと、これ
に貫通して係合している回転シャフト22は単結晶支え
23を回動させるカム機構を構成している。
The single crystal gripping mechanism 30 includes four sets of rotating ball screw shafts 21 as shown in FIGS.
And a rotating shaft 22 having a triangular side cross section and a single crystal support 23. The ball screw shaft 21 and the rotary shaft 22 extend vertically between the upper annular member 20a and the lower annular member 20c and in the space between the outer peripheral wall 20d1 and the inner peripheral wall 20d2 of the cylindrical portion 20d. And mounted rotatably about their axes. As shown in FIG. 3, each ball screw shaft 2
A single crystal support 23 is screwed into 1, and the single crystal support 23 can move up and down by rotation of the ball screw shaft 21. The tip 23a of the single crystal support 23 is formed in a thin shape so that the single crystal 1 can be gripped, and the single crystal support 23 has an elongated opening 23 so that the rotating shaft 22 is engaged.
b is formed. The elongated opening 23b and the rotating shaft 22 penetrating and engaging the opening 23b constitute a cam mechanism for rotating the single crystal support 23.

【0016】この単結晶支え23は図3に示すように、
回転ボールネジシャフト21の矢印R2方向の回転によ
り矢印Uで示す上方へ昇るように、上下方向に移動可能
にかつ、回転シャフト22の矢印R1で示す方向の回転
により先端23aが矢印R3で示す方向に回動するとい
うように、開閉可能に支持されている。回転ボールネジ
シャフト21、回転シャフト22、環状部材20a、2
0c、単結晶支え23は上述の単結晶把持機構30を構
成している。なお図5は、単結晶把持機構30の構成要
素から、図示の便宜上、円筒部20dと単結晶支え23
を除いた状態を示したものである。回転ボールネジシャ
フト21は、環状部材20a内部に取り付けられた図示
省略の回転ボールネジシャフト回転モータにより回転
し、回転シャフト22も同様に、環状部材20a内部に
取り付けられた図示省略のカムシャフト回転モータによ
り回動する。なお、円筒部20dの内壁20d2には、
部分的に開口部(図示省略)が設けられ、単結晶支え2
3が所定の範囲で上下に移動可能となっている。
The single crystal support 23 is, as shown in FIG.
The rotation of the rotary ball screw shaft 21 in the direction of the arrow R2 allows it to move in the vertical direction so as to rise upward as indicated by the arrow U, and the rotation of the rotary shaft 22 in the direction of the arrow R1 causes the tip 23a to move in the direction indicated by the arrow R3. It is supported to be openable and closable so as to rotate. Rotating ball screw shaft 21, rotating shaft 22, annular member 20a, 2
0c, the single crystal support 23 constitutes the single crystal holding mechanism 30 described above. FIG. 5 shows, from the components of the single crystal gripping mechanism 30, the cylindrical portion 20d and the single crystal support 23 for convenience of illustration.
This is the state excluding. The rotating ball screw shaft 21 is rotated by a rotating ball screw shaft rotating motor (not shown) mounted inside the annular member 20a, and the rotating shaft 22 is similarly rotated by a cam shaft rotating motor (not shown) mounted inside the annular member 20a. Move. In addition, on the inner wall 20d2 of the cylindrical portion 20d,
An opening (not shown) is partially provided, and a single crystal support 2 is provided.
3 can be moved up and down within a predetermined range.

【0017】上記環状部材回転モータM、ドラム回転モ
ータ、ワイヤ巻取りモータ、回転ボールネジシャフト回
転モータ、カムシャフト回転モータには制御装置25か
ら後述する制御信号が供給されている。制御装置25に
は、石英るつぼ14の温度情報、成長中の単結晶棒1の
直径情報が図示省略の温度センサやCCDカメラなどか
ら与えられている。
A control signal, which will be described later, is supplied from a control device 25 to the annular member rotating motor M, drum rotating motor, wire winding motor, rotating ball screw shaft rotating motor, and camshaft rotating motor. The temperature information of the quartz crucible 14 and the diameter information of the growing single crystal rod 1 are given to the controller 25 from a temperature sensor, a CCD camera, and the like (not shown).

【0018】このような構成において、単結晶1を製造
する場合、まず、チャンバ10〜12とドラム部13内
を減圧してArガスを流すとともに、石英るつぼ14内
の多結晶15をヒータ16により加熱して溶融させる。
また、ワイヤ3の先端に取り付けられた種結晶ホルダ2
4に種結晶24aを取り付け、次いで種結晶24aが石
英るつぼ14内のSi融液に浸漬するように、ワイヤ巻
取りドラム4を回転させてワイヤ3を下降させる。この
とき、図4(a)に示すように回転シャフト22を反時
計回り方向に回転させて、単結晶支え23の先端23a
をくびれ1b(後述)の径D1より大きく開き、また、
単結晶支え23は下方の位置に待機している。
In such a configuration, when manufacturing the single crystal 1, first, the pressure in the chambers 10 to 12 and the drum section 13 is reduced to flow Ar gas, and the polycrystal 15 in the quartz crucible 14 is heated by the heater 16. Heat to melt.
The seed crystal holder 2 attached to the tip of the wire 3
Then, the wire winding drum 4 is rotated to lower the wire 3 so that the seed crystal 24a is attached to 4 and the seed crystal 24a is immersed in the Si melt in the quartz crucible 14. At this time, the rotating shaft 22 is rotated counterclockwise as shown in FIG.
Open larger than the diameter D1 of the constriction 1b (described later)
The single crystal support 23 is waiting at a lower position.

【0019】次いで、種結晶24aが石英るつぼ14内
のSi融液に浸漬した後、所定時間経過後に種結晶24
aを比較的速い速度で引き上げることにより種結晶24
aの下に直径が3〜4mmの小径のネック部1aを形成
させ、次いで引き上げ速度を比較的遅くして大径D1を
形成した後に、引き上げ速度を比較的速くすることによ
りネック部1aの下に玉状のくびれ1bを形成させる。
ここで、図4(a)に示すように単結晶支え23の先端
23aは、引き上げ中のくびれ1bに接触しないように
開いた状態であり、すなわち、先端23aはくびれ1b
の下方から外れた第1の位置にある。また、この引き上
げ中は、ドラム部13すなわち種結晶24aと石英るつ
ぼ14は回転しており、さらに石英るつぼ14はSi融
液の表面の高さが一定になるように上昇している。
Next, after the seed crystal 24a is immersed in the Si melt in the quartz crucible 14, the seed crystal 24a
a is pulled up at a relatively high speed so that the seed crystal 24
a small-diameter neck portion 1a having a diameter of 3 to 4 mm is formed under the upper portion a, the pulling speed is relatively reduced to form the large-diameter D1, and then the pulling speed is relatively increased. To form a ball-shaped constriction 1b.
Here, as shown in FIG. 4 (a), the tip 23a of the single crystal support 23 is in an open state so as not to contact the neck 1b being pulled up, that is, the tip 23a is in the neck 1b.
In a first position off from below. Also, during this pulling, the drum portion 13, that is, the seed crystal 24a and the quartz crucible 14 are rotating, and the quartz crucible 14 is raised so that the height of the surface of the Si melt becomes constant.

【0020】くびれ1bを形成すると、製造が完了した
単結晶1の重量(例えば400kg)に耐えることがで
きるように、小径のネック部1aより大径であって、く
びれ1bの径D2より小さい径D2の第2のネック部1
cをくびれ1bの下に形成し、次いで引き上げ速度を徐
々に遅くすることにより上部コーン1dを形成し、次い
で一定の速度で引き上げることにより円筒形のボディー
部1eを形成する。ここまでの引き上げ工程では、単結
晶1は小径のネック部1aのみを介して支持され、その
限度は100kg以下である。
When the constriction 1b is formed, the diameter of the constricted portion 1b is larger than that of the small-diameter neck portion 1a and smaller than the diameter D2 of the constricted portion 1b so as to withstand the weight of the completed single crystal 1 (eg, 400 kg). Second neck part 1 of D2
c is formed below the constriction 1b, and then the upper cone 1d is formed by gradually lowering the pulling speed, and then the cylindrical body portion 1e is formed by pulling at a constant speed. In the pulling process so far, the single crystal 1 is supported only through the small-diameter neck portion 1a, and the limit is 100 kg or less.

【0021】次いで、ワイヤ3によるボディー部1eの
引き上げ中において、ネック部1aが破断する前にくび
れ1bの下を単結晶支え23により支持するために、く
びれ1bの下の第2のネック部1cが単結晶支え23の
先端23aの待機位置まで上昇すると、モータMにより
環状部材20aの回転を開始させるとともに、図4
(b)に示すように回転シャフト22を時計回り方向に
回転させて単結晶支え23の先端23aを閉じて、すな
わち、先端23aはくびれ1bの下方の第2の位置にあ
り、くびれ1bの下を把持させ、さらに、回転ボールネ
ジシャフト21を回転させることにより単結晶支え23
をワイヤ3と同一速度で上昇させる。かかる同期運転を
行うためには、巻取りドラム4を駆動するモータと回転
ボールネジシャフト21を回転させるモータとの間で同
期がとられるよう、所定の同期用制御信号をコンピュー
タを含む制御装置25から与える。
Next, during pulling up of the body portion 1e by the wire 3, the second neck portion 1c under the constriction 1b is supported by the single crystal support 23 under the constriction 1b before the neck portion 1a breaks. Rises to the standby position of the tip 23a of the single crystal support 23, the rotation of the annular member 20a is started by the motor M, and FIG.
As shown in (b), the rotating shaft 22 is rotated clockwise to close the tip 23a of the single crystal support 23, that is, the tip 23a is located at the second position below the constriction 1b and is located below the constriction 1b. , And further, by rotating the rotating ball screw shaft 21, the single crystal support 23 is rotated.
Is raised at the same speed as the wire 3. In order to perform such a synchronous operation, a predetermined synchronization control signal is transmitted from the control device 25 including a computer so that the motor driving the winding drum 4 and the motor rotating the rotary ball screw shaft 21 are synchronized. give.

【0022】かかる同期運転時に、4本の回転ボールネ
ジシャフト21はドラム部13と同期して単結晶の軸の
周囲を回転しているので、単結晶1は転位しない。すな
わち、環状部材20aを回転させるモータMはドラム部
13を回転させるモータと同期回転するよう前述の制御
装置25から制御される。以下、ボディー部1eの引き
上げ中には単結晶1を単結晶支え23(及びワイヤ3)
により支持して引き上げる。このように、単結晶支え2
3及びその先端23aは単結晶1の引上げ方向に対して
実質的に垂直な面内で回動可能であり、先端23aがく
びれ1bの下方にある閉じた位置にあるとき、上記カム
機構で強力に支持され、よってくびれ1bを落下させる
ことなく、しっかりと保持することができる。
In this synchronous operation, since the four rotating ball screw shafts 21 rotate around the axis of the single crystal in synchronization with the drum portion 13, the single crystal 1 does not displace. That is, the control device 25 controls the motor M that rotates the annular member 20a to rotate synchronously with the motor that rotates the drum unit 13. Hereinafter, during the pulling of the body portion 1e, the single crystal 1 is supported by the single crystal support 23 (and the wire 3).
Pull up in support. Thus, the single crystal support 2
3 and its tip 23a are rotatable in a plane substantially perpendicular to the pulling direction of the single crystal 1, and when the tip 23a is in the closed position below the constriction 1b, the cam mechanism is strong. , So that the neck 1b can be securely held without dropping.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、チ
ャンバを下部チャンバと、上部チャンバに分割するとと
もに上部チャンバ内に上下方向に移動可能な単結晶把持
機構をの一部を配置し、種結晶の下に単結晶のネック部
を形成してネック部の下に単結晶のくびれを形成するま
では種結晶を支持して引き上げ、その後は上部チャンバ
内の単結晶把持機構によりくびれを支持して引き上げる
ようにしたので、減圧されたチャンバ内において大径、
大重量の単結晶の落下を防止して確実にかつ安全に引き
上げることができる。特に上部チャンバ自体の重量が数
トンにも及ぶ場合、上記先願で開示したように、上部チ
ャンバ自体を回転させる構成では、その回転機構が大掛
かりであり、コストもかかるという問題があったが、本
発明では上部チャンバ自体は固定し、その内部に上下動
可能な単結晶支えを配し、単結晶支えを環状部材20a
にて回転するようにしたので、回転機構が簡素化され低
コストで実現可能であるという効果がある。
As described above, according to the present invention, the chamber is divided into a lower chamber and an upper chamber, and a part of a single crystal gripping mechanism that can move vertically is arranged in the upper chamber. A single crystal neck is formed below the seed crystal, and the seed crystal is supported and pulled up until a single crystal constriction is formed below the neck. Thereafter, the constriction is supported by the single crystal gripping mechanism in the upper chamber. So that the large diameter in the decompressed chamber,
A heavy single crystal can be prevented from falling, and can be reliably and safely pulled. In particular, when the weight of the upper chamber itself is as large as several tons, as disclosed in the above-mentioned prior application, in the configuration in which the upper chamber itself is rotated, there is a problem that the rotation mechanism is large and the cost is high. In the present invention, the upper chamber itself is fixed, and a single crystal support that can move up and down is disposed inside the upper chamber.
, The rotation mechanism is simplified, and there is an effect that it can be realized at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る単結晶成長装置の一実施形態の構
成を概略的に示す側断面図である。
FIG. 1 is a side sectional view schematically showing a configuration of an embodiment of a single crystal growth apparatus according to the present invention.

【図2】図1の上部チャンバと、単結晶把持機構の構成
を概略的に示す透視的平面図である。
FIG. 2 is a perspective plan view schematically showing the configuration of an upper chamber and a single crystal holding mechanism of FIG. 1;

【図3】図1、図2の単結晶把持機構中の単結晶支え近
傍を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing the vicinity of a single crystal support in the single crystal holding mechanism of FIGS. 1 and 2;

【図4】図3の単結晶支えの動作を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing an operation of supporting the single crystal of FIG. 3;

【図5】図1、図2の単結晶把持機構から円筒部と単結
晶支えを除いた状態の斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view of the single crystal holding mechanism shown in FIGS. 1 and 2 with a cylindrical portion and a single crystal support removed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 単結晶 1a ネック部 1b くびれ 1c ネック部 3 ワイヤ 4 巻取りドラム(ワイヤ、図示省略のモータと共に種
結晶昇降機構を構成する) 10 フレーム 11 下部チャンバ 12 上部チャンバ 12a 上部チャンバ本体 12b 冷却部 13 ドラム部 20a、20c 環状部材 20b プーリ 20d 円筒部 20d1 円筒部の外周壁 20d2 円筒部の内周壁 21 ボールネジシャフト 22 回転シャフト(長手状の開口と共にカム機構を構
成する) 23 単結晶支え(回転ボールネジシャフト、回転シャ
フト、図示省略のモータと共に単結晶把持機構を構成す
る) 23b 開口 24 種結晶ホルダ 25 制御装置(各モータと共に引上げ速度を同期させ
る手段及び単結晶の軸を中心に同期回転させる手段を構
成する) 30 単結晶把持機構 M 環状部材回転モータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single crystal 1a Neck part 1b Constriction 1c Neck part 3 Wire 4 Winding drum (wire, constitutes a seed crystal raising / lowering mechanism together with a motor not shown) 10 Frame 11 Lower chamber 12 Upper chamber 12a Upper chamber main body 12b Cooling unit 13 Drum Part 20a, 20c Annular member 20b Pulley 20d Cylindrical part 20d1 Outer peripheral wall of cylindrical part 20d2 Inner peripheral wall of cylindrical part 21 Ball screw shaft 22 Rotating shaft (constituting cam mechanism with longitudinal opening) 23 Single crystal support (rotating ball screw shaft, 23b Opening 24 Seed crystal holder 25 Control device (means for synchronizing pulling speed with each motor and means for synchronous rotation about single crystal axis) ) 30 Single crystal holding mechanism M Annular member rotation motor

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内部に石英るつぼが配置される下部チャ
ンバと、 前記下部チャンバの上に配置された上部チャンバと、 前記上部チャンバの上において前記下部チャンバ及び前
記上部チャンバに対して回転可能に配置されて種結晶を
上下方向に昇降させる種結晶昇降機構と、 前記上部チャンバ内で上下方向に移動可能に配置された
単結晶支えと、 前記単結晶支えを上昇させる手段と、 前記上部チャンバに対して回転可能で、かつ前記単結晶
支えを前記上部チャンバ内で前記種結晶の引上げ軸を中
心として回転させる手段とを有し、 前記種結晶昇降機構は、種結晶を前記石英るつぼ内の融
液に浸漬して引き上げることにより種結晶の下に単結晶
のネック部を形成し、次いで前記ネック部の下に単結晶
のくびれを形成するために用いられ、前記単結晶支え、
前記上昇させる手段及び前記回転させる手段は、前記単
結晶のくびれが形成された後に前記くびれを下方から把
持して上昇することにより単結晶を引き上げるために用
いられるよう構成された単結晶成長装置。
1. A lower chamber in which a quartz crucible is disposed, an upper chamber disposed above the lower chamber, and a rotatable relative to the lower chamber and the upper chamber above the upper chamber. A seed crystal raising / lowering mechanism for raising and lowering the seed crystal vertically, a single crystal support movably arranged in the upper chamber in a vertical direction, means for raising the single crystal support, Means for rotating the single crystal support around the pulling axis of the seed crystal in the upper chamber, wherein the seed crystal raising / lowering mechanism moves the seed crystal into the melt in the quartz crucible. Forming a neck portion of a single crystal below the seed crystal by dipping and pulling it up, and then forming a neck of the single crystal below the neck portion; Crystal support,
The single crystal growing apparatus, wherein the raising means and the rotating means are used to pull up the single crystal by gripping the constriction from below and raising the constriction after the constriction of the single crystal is formed.
【請求項2】 前記単結晶支えは前記くびれの下方から
外れた第1の位置と前記くびれの下方の第2の位置との
間で移動可能な部材を有する請求項1記載の単結晶成長
装置。
2. The single crystal growing apparatus according to claim 1, wherein the single crystal support has a member movable between a first position deviated from below the constriction and a second position below the constriction. .
【請求項3】 前記移動可能な部材は前記単結晶の引上
げ方向に対して実質的に垂直な面内で回動可能である請
求項2記載の単結晶成長装置。
3. The single crystal growth apparatus according to claim 2, wherein said movable member is rotatable in a plane substantially perpendicular to a pulling direction of said single crystal.
【請求項4】 前記単結晶支えは前記くびれを囲むよう
配された複数の前記移動可能な部材を有している請求項
2又は3記載の単結晶成長装置。
4. The single crystal growth apparatus according to claim 2, wherein said single crystal support has a plurality of said movable members arranged so as to surround said constriction.
【請求項5】 前記移動可能な部材を回動させるカム機
構を更に有する請求項2ないし4のいずれか1つに記載
の単結晶成長装置。
5. The single crystal growth apparatus according to claim 2, further comprising a cam mechanism for rotating said movable member.
【請求項6】 前記種結晶昇降機構と前記上昇させる手
段によるそれぞれの引上げ速度を同期させる手段を更に
有する請求項1ないし5のいずれか1つに記載の単結晶
成長装置。
6. The single crystal growth apparatus according to claim 1, further comprising means for synchronizing the respective pulling speeds of the seed crystal elevating mechanism and the elevating means.
【請求項7】 前記種結晶昇降機構の単結晶引上げ軸を
中心とする回転と前記回転させる手段による単結晶引上
げ軸を中心とする回転を同期させる手段を更に有する請
求項1ないし6のいずれか1つに記載の単結晶成長装
置。
7. The apparatus according to claim 1, further comprising means for synchronizing rotation of the seed crystal raising / lowering mechanism about the single crystal pulling axis with rotation about the single crystal pulling axis by the rotating means. The single crystal growth apparatus according to one of the above.
【請求項8】 前記上部チャンバは、 内部に前記単結晶支えが配置される上部チャンバ本体
と、 前記下部チャンバ及び前記上部チャンバに対して固定的
に配され、前記上部チャンバ本体の周りに配置されて前
記上部チャンバ本体を冷却する冷却部とを有している請
求項1ないし7のいずれか1つに記載の単結晶成長装
置。
8. The upper chamber, wherein the upper chamber body has the single crystal support disposed therein, and the upper chamber is fixedly disposed with respect to the lower chamber and the upper chamber, and is disposed around the upper chamber body. The single crystal growth apparatus according to claim 1, further comprising: a cooling unit configured to cool the upper chamber body.
【請求項9】 内部に石英るつぼが配置される下部チャ
ンバと、前記下部チャンバの上に配置された上部チャン
バと、前記上部チャンバの上において前記下部チャンバ
及び前記上部チャンバに対して回転可能に配置されて種
結晶を上下方向に昇降させる種結晶昇降機構と、前記上
部チャンバ内で上下方向に移動可能に配置された単結晶
支えと、前記単結晶支えを上昇させる手段と、前記上部
チャンバに対して回転可能で、かつ前記単結晶支えを前
記上部チャンバ内で前記種結晶の引上げ軸を中心として
回転させる手段とを有する単結晶成長装置を用いた単結
晶成長方法であって、 前記種結晶昇降機構により種結晶を前記石英るつぼ内の
融液に浸漬してなじませるステップと、 前記種結晶昇降機構により前記種結晶を引き上げること
により前記種結晶の下に単結晶のネック部を形成するス
テップと、 次いで前記ネック部の下に単結晶のくびれを形成するス
テップと、 前記単結晶支えにより前記単結晶のくびれを下から把持
するステップと、 前記種結晶昇降機構と前記上昇させる手段により前記種
結晶と前記単結晶のくびれを引き上げて単結晶を成長さ
せるステップとを、 有する単結晶成長方法。
9. A lower chamber in which a quartz crucible is disposed, an upper chamber disposed above the lower chamber, and a rotatable relative to the lower chamber and the upper chamber above the upper chamber. A seed crystal elevating mechanism for vertically moving the seed crystal, a single crystal support movably arranged in the upper chamber in the upper chamber, a means for raising the single crystal support, Means for rotating the single crystal support around the pulling axis of the seed crystal in the upper chamber, the method comprising: Immersing the seed crystal in the melt in the quartz crucible by a mechanism to allow the seed crystal to adapt, and pulling up the seed crystal by the seed crystal lifting mechanism Forming a single crystal neck under the crystal; then forming a single crystal neck under the neck; gripping the single crystal neck from below with the single crystal support; A step of growing a single crystal by raising a neck of the seed crystal and the single crystal by the seed crystal raising / lowering mechanism and the raising means.
【請求項10】 前記種結晶昇降機構と前記上昇させる
手段によるそれぞれの引上げ速度を同期させるステップ
を更に有する請求項9記載の単結晶成長方法。
10. The method of growing a single crystal according to claim 9, further comprising the step of synchronizing the respective pulling speeds of the seed crystal elevating mechanism and the elevating means.
【請求項11】 前記種結晶昇降機構と前記単結晶支え
を前記単結晶の引上げ軸を中心に同期回転させるステッ
プを更に有する請求項9又は10記載の単結晶成長方
法。
11. The single crystal growth method according to claim 9, further comprising the step of synchronously rotating the seed crystal raising / lowering mechanism and the single crystal support around a pulling axis of the single crystal.
JP33942997A 1997-03-27 1997-11-25 Device for growing single crystal and growth of single crystal Withdrawn JPH11157983A (en)

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US09/037,512 US6117234A (en) 1997-03-27 1998-03-10 Single crystal growing apparatus and single crystal growing method
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100452234B1 (en) * 2000-10-23 2004-10-12 닛뽄덴끼 가부시끼가이샤 Semiconductor single crystal pulling apparatus

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