JPH11263693A - 単結晶引上げ装置の原料追加供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は単結晶引上げ装置のルツボ内の融液
表面を固化させて固形原料を追加供給するにあたり、固
化面と原料供給管の距離を常に一定に設定し、且つオペ
レータの作業工数の削減を図ることを目的とする。 【解決手段】 ルツボ１０の融液１１の表面を固化面１
１ｋとし、この固化面１１ｋ上に固形原料１５を原料供
給管１４から追加供給するにあたり、種結晶１２を降下
させて、基準位置検出器３５から固化面１１ｋに接触す
るまでの距離を測定する固化面位置検出手段３で固化面
１１ｋの位置を検出する一方、原料供給管１４の進退動
を駆動する駆動モータ８に取付けたロータリーエンコー
ダ２０等からなる供給管位置検出手段２で原料供給管１
４の位置を検出する。そしてこれら検出信号によって制
御手段４で駆動モータ８を駆動制御し、原料供給管１４
と固化面１１ｋの距離を一定に設定し、固形原料１５を
供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばチョクラル
スキー法による単結晶引上げ装置のルツボ内に固形原料
を追加供給する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、チョクラルスキー法による単結晶
引上げ装置において、最初の単結晶を育成して引上げた
後、融液原料の減少分に見合う量の固形原料をルツボ内
に追加供給（以下、リチャージという。）して溶融し、
再度次の単結晶を育成して引上げ、これを繰返すことで
同一のルツボから複数本の単結晶棒を製造する技術が知
られているが、このような固形原料が粒状或いは小塊状
の場合には、固形原料をルツボ内の融液に直接投入する
と融液飛沫が跳ね上がってルツボの外に飛出したり、供
給管等に付着するような不具合がある。

【０００３】そこで、例えば特開昭６２−２６０７９１
号のように、当初の単結晶を引上げた後、ルツボ内に残
留する融液原料の表面をある程度固化し、この固化面に
向けて原料供給管から固形原料を供給した後、溶融させ
るような技術が採用され、この技術では、原料供給管の
先端が固化面から離れ過ぎると固形原料が跳ね返ってル
ツボの外に飛出したり、小塊状の原料がルツボ内壁に衝
突してルツボにワレ、カケが生ずるといった不具合があ
るため、オペレータが目視で原料供給管の先端と固化面
との距離を一定に設定するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが目視による距
離の設定は、オペレータの作業工数が増え、しかも距離
を常に一定にセットするのが難しいため、石英管等から
なる原料供給管の先端部を損傷させたり、円滑に原料の
供給が出来なかったりする等の問題がある。

【０００５】そこで本発明はルツボ内の融液表面を固化
させて固形原料を追加供給するにあたり、固化面と原料
供給管の距離を常に一定に設定することが出来、しかも
オペレータの作業工数の削減を図ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、請求項１において、ルツボ内で溶融した多結
晶体の融液原料の表面を固化し、この固化面上に向けて
原料供給管から固形原料を供給するようにした単結晶引
上げ装置の原料追加供給装置において、固化面の位置を
検出する固化面位置検出手段と、原料供給管の位置を検
出する供給管位置検出手段と、これら各手段の検出デー
タから原料供給管を移動制御して固化面と原料供給管と
の距離を規定値にセットする制御手段を設けた。

【０００７】すなわち、ルツボの固化面の位置はルツボ
内に残留する融液の量によって変化し、また原料供給管
は、原料をルツボに供給する時は先端が固化面に近接す
る位置まで前進し、それ以外はルツボから離れた位置に
後退し得るよう進退動自在にされている。そこで、固化
面位置検出手段で固化面の位置を検出し、供給管位置検
出手段で原料供給管の位置を検出するとともに、これら
検出データを制御手段に出力し、制御手段で規定の距離
との差を求め、この差を補正するよう原料供給管を移動
制御すれば、供給管の先端と固化面とを常に一定の距離
に設定することが出来、安定した原料供給が可能とな
る。またオペレータが目視で作業するような工数が削減
される。

【０００８】また、融液原料に対して固形原料を追加供
給する場合として、バッチ方式で原料の追加を繰返し
て、１つのルツボから複数の単結晶棒を製造するいわゆ
るマルチプーリング法（Semiconductor Silicon Crysta
l Technology, Fumio Shimura,P178-P189,1989参照）に
おける追加供給の他、ルツボへの初期チャージ時に、融
液原料の不足分を補充して所望量に調整するため等の固
形原料を追加供給する場合も含まれる。

【０００９】また請求項２では、固化面位置検出手段と
して、種結晶を固化面に接触させた時に種結晶を吊持す
る吊具とルツボを支持するルツボ支持部材との間に電気
的導通を生じさせて導電状態を検知する導電検知部と、
種結晶を降下させる時に固化面上の基準位置から前記導
電検知部による導電検知までの降下量を測定する降下量
測定部を設けた。

【００１０】このように種結晶を降下させる際、基準位
置から固化面接触までの種結晶の降下量を測定すれば、
固化面の位置が検出出来る。この際、種結晶と固化面の
接触は吊具とルツボ支持部材間の導電状態で判断する
が、ルツボの材料として一般的に常温で絶縁体である石
英ルツボが使用されている。しかしこの石英ルツボは、
１０００℃以上の高温になると導電性を帯びるようにな
るため、固化面検出時には吊具とルツボ支持部材との間
に導電状態を作り出すことが出来る。勿論、吊具、ルツ
ボ支持部材は導電性素材から形成しておく。また降下量
測定部としては、例えば種結晶を上下動させる駆動モー
タの回転数等に対応したパルス数を発生するパルスジェ
ネレータ等が適用出来る。

【００１１】また請求項３では、前記固化面位置検出手
段は、融液面の初期位置を基準位置に設定するための融
液面初期位置設定手段と兼用するようにした。この融液
面初期位置設定手段は、単結晶引上げ時に直径制御用の
ＣＣＤセンサ等と引上げ初期の融液面との間隔を一定に
設定するため、一般的な既存の設備に既に採用されてい
る構成であり、種結晶と融液面の接触状態を電気的導通
で検知する導電検知機構とか、基準位置からの種結晶の
降下量を測定する降下量測定機構とか、ルツボを上下動
させるルツボ駆動機構とか、ルツボの上下移動量を測定
する移動量測定機構等を備えている（特公平５−５９８
７６号参照）。従って、この固化面位置検出手段を構成
するにあたり、融液面初期位置設定手段の一部を利用す
るようにすれば、既存の設備の最大活用が図られ、より
安価に且つ簡易に構成できる。

【００１２】また請求項４では、供給管位置検出手段と
して、原料供給管の進退動用駆動源の駆動量を検出する
駆動量検出部を設けた。そしてこの駆動量検出部によっ
て駆動源の駆動量を検出すれば原料供給管の進退動量を
知ることが出来、原料供給管の位置が検出出来る。この
ような進退動駆動源として、例えばモータ等が適用出
来、また駆動量検出部として、ロータリエンコーダ等が
適用出来る。

【００１３】そして請求項５では、固化面上に向けた原
料供給管による固形原料の供給を自動化するようにし
た。すなわち、例えば固化面と原料供給管の距離が規定
値に設定されると、制御手段のシーケンサ等によって原
料供給装置等を作動させ、自動的に原料の供給が開始さ
れるようにしておけば、オペレータの作業工数を一層削
減することが出来る。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について添付
した図面に基づき説明する。ここで図１は本発明に係る
原料追加供給装置の原料供給機構部の構成概要図、図２
は本発明に係る固化面位置検出手段の説明図、図３はリ
チャージの一例を示す説明図である。

【００１５】本発明に係る単結晶引上げ装置の原料追加
供給装置は、例えばチョクラルスキー法によって多結晶
体の融液原料から単結晶を製造するにあたり、本来１度
しか使えないルツボから複数本の単結晶を製造するいわ
ゆるマルチプーリング法による製造方法において、最初
の単結晶を引上げた後、ルツボ内の融液の表面を固化
し、この固化面上に減少した融液原料分に見合う量の粒
状またはナゲット状等の固形原料をリチャージするよう
な時の改良技術として提案されている。

【００１６】すなわち、上記リチャージ方法を簡単に説
明すると、図３（ａ）に示すように、ルツボ１０内の多
結晶体原料を加熱溶融させて融液１１とし、この融液１
１に（ｂ）に示すような種結晶１２を接触させて静かに
回転させながら引上げていくことで単結晶１３を育成
し、（ｃ）に示すような１本目の単結晶棒を製造する。

【００１７】次いで、単結晶１３の引上げに伴ってルツ
ボ１０内の融液１１が減少するため、次の単結晶育成の
ためのリチャージが行われる。このリチャージは、融液
減少分に見合う量の粒状またはナゲット状の固形原料を
ルツボ内に投入することで行い、この時の融液１１から
の飛沫の発生等を防止するため、（ｄ）に示すように、
予め融液１１の表面に固化面１１ｋを形成した後、
（ｅ）に示すように、原料供給管１４から固化面１１ｋ
上に固形原料１５が投入される。

【００１８】そして固形原料１５の投入が完了すると、
固形原料１５は溶融されて所望量の融液となり、（ｆ）
に示すように、この融液１１に向けて次の種結晶１２に
よる育成引上げが開始され、同様なサイクルが繰返され
る。

【００１９】以上のようなリチャージ方法において、本
発明に係る単結晶引上げ装置の原料追加供給装置は、原
料供給管１４の先端と固化面１１ｋの距離を正確に設定
し、またこの設定を自動的に行うことでオペレータの作
業の軽減化が図れるようにされており、図１に示すよう
な原料供給機構部１に構成される供給管位置検出手段２
と、図２に示すような固化面位置検出手段３と、これら
供給管位置検出手段２及び固化面位置検出手段３から送
られる検出信号を処理して原料供給管１４を移動制御す
る制御手段４を備えている。

【００２０】そして供給管位置検出手段２は、原料供給
管１４の位置を検出出来るようにされ、固化面位置検出
手段３は、固化面１１ｋの位置を検出出来るようにされ
ている。

【００２１】前記原料供給機構部１は、図１に示すよう
に、供給タンク５に貯溜される固体原料をゲートバルブ
６を通して導通管７に送り込むことが出来るようにさ
れ、前記原料供給管１４は、この導通管７より大径で且
つ導通管７に連通状態にされるとともに、進退動機構に
よって導通管７の外周面に沿って進退動自在にされてい
る。

【００２２】すなわちこの進退動機構は、進退動用駆動
源としての駆動モータ８と、この駆動モータ８の出力軸
からタイミングベルト１６、タイミングギヤ１７を介し
て回転が伝達されるボールネジ１８を備えており、この
ボールネジ１８の回転によって原料供給管１４が進退動
するようにしている。そして前記駆動モータ８の出力軸
には、駆動量検出部としてのロータリーエンコーダ２０
を取付け、駆動モータ８の回転角を電気的パルスに変換
して検出し、この検出データを制御手段４に出力するよ
うにしている。そして駆動モータ８及びロータリーエン
コーダ２０等によって前記供給管位置検出手段２を構成
し、原料供給管１４の先端の位置を知ることが出来るよ
うにしている。

【００２３】一方、固化面位置検出手段３は、図２に示
すように、前記ルツボ１０内に残留する融液１１の固化
面１１ｋの位置を検出するようにされ、このルツボ１０
を保持するグラファイト等からなるサセプタ２１を導電
性のルツボ支持軸２２で支持するとともに、このルツボ
支持軸２２を導電性の軸受２３で軸支している。

【００２４】また前記種結晶１２は、吊具である導電性
のワイヤ２４の下端部のホルダ２５によって保持されて
おり、前記ワイヤ２４の上端部は、モータ２６の駆動に
よって回転自在なドラム２７に巻き付けられ、ドラム２
７の回転によって上下動自在にされている。

【００２５】そしてドラム２７を支持するベース２８と
種結晶１２の間、及び前記ルツボ１０と軸受２３の間は
電気的導通が図られており、またベース２８と軸受２３
の間には、抵抗器３０を介して電源３１から延びる配線
が接続されている。またこの配線には、電源３１から供
給される基準電圧Ｖ0 、及び種結晶１２を固化面１１ｋ
に接触させた際に抵抗器３０の端子に生じる電圧Ｖを比
較する導電検知部としての比較器３２を接続しており、
この比較器３２の信号を制御手段４に送るようにしてい
る。

【００２６】ここで、比較器３２に供給される基準電圧
Ｖ0 は、発生電圧Ｖより小さい値に設定され、Ｖ0 ＜Ｖ
とされている。すなわち、各種条件を変えて、種結晶１
２と固化面１１ｋを接触させた時の発生電圧Ｖを多数実
測し、接触中は常にＶ0 ＜Ｖが成立するような基準電圧
Ｖ0 を求め、この基準電圧Ｖ0 を基準にして接触時の導
電変化を検出するようにしている。

【００２７】また、前記ワイヤ２４が巻き付けられるド
ラム２７の回転軸には、ドラム２７の正・逆方向の回転
量に比例してパルスを発生するパルスジェネレータ３３
と、このパルスをカウントするカウンタ３４が設けられ
ており、またこのカウンタ３４には、種結晶１２が降下
する途中に種結晶１２の通過を光センサ等で検知する基
準位置検出器３５の検出信号が入力されるようになって
いる。そしてカウンタ３４の出力は制御手段４に送られ
るようにされている。

【００２８】このような構成の固化面位置検出手段３に
おいて、種結晶１２を下降させる途中で基準位置検出器
３５により種結晶１２の通過時点を検出し、この時点か
ら種結晶１２が固化面１１ｋに接触する時点（ベース２
８と軸受２３間が導通状態になることで検知可能）まで
の距離を降下量測定部としてのパルスジェネレータ３３
のパルス数で検出すれば、基準位置から固化面１１ｋま
での距離Ｈが検出され、固化面１１ｋの位置が検出出来
る。

【００２９】制御手段４は、前記原料供給管１４の位置
データと固化面１１ｋの位置データが入力されると、規
定値からの差（補正量）を求めるよう演算処理し、この
演算された補正量に基づいて、図１の駆動モータ８を駆
動制御する。このため、原料供給管１４と固化面１１ｋ
の距離を常に一定に設定することが出来、オペレータの
作業の軽減化を図ることが出来る。

【００３０】ところで、このように原料供給管１４と固
化面１１ｋの距離が一定に設定されると、制御手段４に
よりゲートバルブ６或いは不図示の原料計量フィーダ等
を制御して自動的に固形原料の供給が開始されるように
しても良い。このような自動化によって、オペレータの
作業工程を一層軽減することが出来、生産性の向上を図
ることも可能となる。

【００３１】また、前記固化面位置検出手段３は、不図
示の融液面初期位置設定手段の既存の設備を利用するよ
うにしても良い。すなわち、融液面初期位置設定手段
は、特公平５−５９８７６号にも示されるように、最初
に種結晶１２が融液１１に接触する時点での融液面の位
置を調整して、直径制御のための監視用ＣＣＤカメラ等
からの距離を一定に設定する機構であり、このような融
液面初期位置設定手段は一般的な引上げ装置で既に採用
されているため、この機構の一部を利用すればより安価
で簡易に構成出来る。

【００３２】尚、本発明は、上記実施形態に限定される
ものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の
特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一
な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかな
るものであっても本発明の技術的範囲に包含される。例
えば上記実施形態では、適用される場合として１つのル
ツボから複数本の単結晶を引上げるマルチプーリング法
の場合を例にとって説明したが、最初に多結晶体原料を
ルツボ内に投入して溶融させる際、融液量の不足分を補
充して所望量にする時等の固形原料の追加供給時にも適
用出来る。また原料供給機構部１の構成等も任意であ
る。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明に係る単結晶引上げ
装置の原料追加供給装置は、請求項１のように、固化面
の位置を検出する固化面位置検出手段と、原料供給管の
位置を検出する供給管位置検出手段を設け、これら各手
段の検出データを制御手段に入力して原料供給管を移動
制御することで、固化面と原料供給管の先端との距離を
規定値に設定するようにしたため、常に一定の距離に設
定出来、安定した状態で原料供給することが可能とな
る。またオペレータの作業工数を削減することが出来
る。また請求項２のように、固化面位置検出手段とし
て、種結晶を降下させる時の種結晶の降下量で判断する
ようにし、また種結晶と固化面の接触を電気的導通で検
出するようにすれば、固化面の位置を正確に検出出来
る。

【００３４】また請求項３のように、前記固化面位置検
出手段を、融液面初期位置設定手段と兼用するようにす
れば、既存の設備を最大に活用して、より安価に且つ簡
易に構成できる。また請求項４のように、供給管位置検
出手段として、原料供給管の進退動用駆動源の駆動量を
検出する駆動量検出部を設ければ、原料供給管の位置を
正確に検出出来る。そして請求項５のように、固形原料
の供給を自動化するようにすれば、オペレータの作業工
数を一層削減することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る原料追加供給装置の原料供給機構
部の構成概要図である。

【図２】本発明に係る固化面位置検出手段の説明図であ
る。

【図３】リチャージの一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１…原料供給機構部、 ２…供給管位置検出手段、３…
固化面位置検出手段、 ４…制御手段、 ５…供給タン
ク、６…ゲートバルブ、 ７…導通管、 ８…駆動モー
タ、 １０…ルツボ、１１…融液、 １１ｋ…固化面、
１２…種結晶、 １３…単結晶、１４…原料供給管、
１５…固形原料、 １６…タイミングベルト、１７…
タイミングギヤ、 １８…ボールネジ、２０…ロータリ
ーエンコーダ、 ２１…サセプタ、 ２２…ルツボ支持
軸、２３…軸受、 ２４…ワイヤ、 ２５…ホルダ、
２６…モータ、２７…ドラム、 ２８…ベース、 ３０
…抵抗器、 ３１…電源、３２…比較器、 ３３…パル
スジェネレータ、 ３４…カウンタ、３５…基準位置検
出器。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ルツボ内で溶融した多結晶体の融液原料
   の表面を固化し、この固化面上に向けて原料供給管から
   固形原料を供給するようにした単結晶引上げ装置の原料
   追加供給装置であって、前記固化面の位置を検出する固
   化面位置検出手段と、前記原料供給管の位置を検出する
   供給管位置検出手段と、これら各手段の検出データから
   原料供給管を移動制御して固化面と原料供給管との距離
   を規定値にセットする制御手段を備えたことを特徴とす
   る単結晶引上げ装置の原料追加供給装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の単結晶引上げ装置の原
   料追加供給装置において、前記固化面位置検出手段は、
   種結晶を固化面に接触させた時に種結晶を吊持する吊具
   とルツボを支持するルツボ支持部材との間に電気的導通
   を生じさせて導電状態を検知する導電検知部と、種結晶
   を降下させる時に固化面上の基準位置から前記導電検知
   部による導電検知までの降下量を測定する降下量測定部
   を備えたことを特徴とする単結晶引上げ装置の原料追加
   供給装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の単結晶引上げ装置の原
   料追加供給装置において、前記固化面位置検出手段は、
   融液面の初期位置を基準位置に設定するための融液面初
   期位置設定手段と兼用されることを特徴とする単結晶引
   上げ装置の原料追加供給装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に
   記載の単結晶引上げ装置の原料追加供給装置において、
   前記供給管位置検出手段は、前記原料供給管の進退動用
   駆動源の駆動量を検出する駆動量検出部を備えたことを
   特徴とする単結晶引上げ装置の原料追加供給装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に
   記載の単結晶引上げ装置の原料追加供給装置において、
   前記固化面上に向けた原料供給管による固形原料の供給
   は自動化されることを特徴とする単結晶引上げ装置の原
   料追加供給装置。