JPS61122187A - 単結晶引上機 - Google Patents

単結晶引上機

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JPS61122187A
JPS61122187A JP24351184A JP24351184A JPS61122187A JP S61122187 A JPS61122187 A JP S61122187A JP 24351184 A JP24351184 A JP 24351184A JP 24351184 A JP24351184 A JP 24351184A JP S61122187 A JPS61122187 A JP S61122187A
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single crystal
temperature
pulling
diameter
camera
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JPH052636B2 (ja
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Takao Takahashi
孝夫 高橋
Shingo Hayashi
信吾 林
Yoshiaki Tada
多田 嘉明
Noriyuki Obuchi
大渕 範幸
Toshio Oishi
大石 俊夫
Mitsuhiro Yamato
充博 大和
Kokichi Higuchi
樋口 孝吉
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Coorstek KK
Shibaura Machine Co Ltd
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Toshiba Machine Co Ltd
Toshiba Ceramics Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/14Heating of the melt or the crystallised materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20Controlling or regulating
    • C30B15/22Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、単結晶引上機に係り、特に単結晶の直径制御
をより的確に行なうための融液温度の管理に関するもの
である。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年、シリコン等の単結晶の引上げに必要な融液へのシ
ード付け、ネックダウン、肩広げ、円筒部の直径制御、
テール形成等の工程を全て自動で行なう装置が実現され
つつある。これらの自動化は、引上げられる単結晶の直
径を前記の各工程に応じて測定し制御すると共に融液の
温度をコントロールすることにより行なわれる。
すなわち、単結晶成長部分の近傍の液面温度を測定して
、この温度が所定の値になるように融液の温度を制御し
つつ、引上げられる単結晶の直径をテレビカメラなどの
各種の光学的なセンサを用いた測定手段により直接また
は単結晶成長部分に生ずる輝度の高いフェージョンリン
グによって測定し、該直径が所定の値になるように引上
速度を制御することにより直径制御を行なうようになっ
ていた。ところで、このような直径制御は、単結晶の直
径が比較的小さい場合には実現可能であるが、直径が大
きくなってくると、特に肩広げの工程が困難になる。こ
れは、大径化に伴ってルツボの容量が太き(なり、融液
の対流などによるルツ?内の温度勾配が半径方向に対し
て非常に大きく、特に直径が次第に増加してい(肩広げ
時に、単結晶成長部分がルツボ壁面に近付くに連れて幾
何級数的に液面温度が上昇し、通常のルツボ外筒の一点
を一定温度に制御する方法では結晶の成長が阻害される
ことに起因していた。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的
とするところは大径の単結晶の引上げ、特に肩広げ工程
の自動化に適した単結晶引上機を提供するKある。
〔発明の概要〕
本発明は、上記目的を達成するため単結晶成長部分の近
傍およびそこから所定量外方へ離れた位置の液面温度を
測定する手段を設け、前記近傍と外方位置の温度差によ
り融液の加熱を制御することにより単結晶成長部分の液
面温度をより的確に制御することができるようにしたも
のである。
〔発明の実施例〕
以下本発明の一実施例を示す第1図ないし第一 鴫図について説明する。1は黒鉛ルツボで、石英ルツI
2を着脱自在に嵌入するようになりており、外周側から
ヒータ3により加熱されるようになっている。3aは保
温筒、3bは測温ピースで、チャンバ8の窓8aからル
ツボ温度検出器4により、黒鉛ルツボ1の温度を間接的
に検出し、後述するように第4図に示す第2演算部28
へ検出出力を送り、これに基いてヒータ3による石英ル
ツボ1の加熱を制御して、石英ルツボ2内に投入された
原料を融解し、その融液5を所定の温度範囲内に保つよ
うになっている。6は引上軸で、下端にシード7が取付
けられ、チャンバ8内は不活性ガス雰囲気に置かれるよ
うになっている。
前記チャンバ8には石英製の窓9が設けられ、この窓9
の外方には融液5の液面5aに向けられたカメラ10が
設けられている。このカメラ10には、第2図に示すよ
うに、望遠鏡11が取付けられ、カメラ10の後部に設
けられている多数の光センサの素子を配列したイメージ
センサ12と、第1温度センサ13および第2温度七ン
サ14上に液面5aの一部を拡大して投影するようにな
っている。
カメラ10は、エンコーダ15によって速度制御される
モータ16により、フオーム、ウオームホイールなどの
回転伝達機構17を介して軸18を中心に旋回できるよ
うに取付けられており、カメラIQによる測定箇所を引
上げられる単結晶19の中心に当たる液面5aのほぼ中
央から外方に向けて移動させ得るようになっている。
前記イメージセンサ12.第1.第2温度センサ13,
14は、単結晶19の最外周成長部分に隣接して生ずる
輝度の高いフュージョンリングがイメージセンサ12の
一部に投影されたとき、第1温度センサ13にはフュー
ジョンリングに隣接した外方の液面5aが投影され、第
2温度センサ14にはそれよりさらに所定量外方の箇所
が投影されるように配置してグレート20に取付けられ
ている。
プレート20はノ臂ルスそ一部21により回転されるね
じ軸22により前記の各センサ12゜13.14の配列
方向に沿って移動されるようになっている。なお、第3
図中の23はfイドパーである。また、グレート20の
後方は、スリガラス24によって閉じられ、このスリガ
ラス24に液面5&を投影して肉眼によっても該液面5
aを観察できるようになっている。
前記第1.第2温度センナ13.14の出力は、第4図
に示すように、それぞれ増幅器25゜26を介して第1
演算部27に取込まれるようになっている。この第1演
算部27は、第1温度センサ13または第2温度センサ
14の出力にそれぞれ対応した出力と、第1.第2温度
センサ13,14の出力の差に対応した出力とを選択的
に第2演算部28へ与えるようになっている。第2演算
部28は、ルツボ温度検出器4の出力を増幅器29を介
して取込み、このルツボ温度検出器4からの出力に基い
てヒータコントローラ30を操作してヒータ3による加
熱を制御すると共に、前記第1演算部27からの出力を
加味して後述するように加熱制御するようになっている
次いで本装置の作用について説明する。石英ルツボ2内
に原料を投入し、両ルツ〆1,2を回転させつつルツボ
温度検出器4で黒鉛ルツボ1の温度を間接的に測定して
該黒鉛ルツボ1の温度を所定の値に保つようにヒータ3
により加熱して前記原料を溶融させる。すなわち、この
原料溶融過程においては、第4図に示す第2演算部28
は前記ルツボ温度検出器4からの出力のみを取込み、こ
れのみによりてヒータコントロー−)30を作動させて
加熱制御する。
こうして原料が融液5になったならば、/等ルスモータ
21を作動させ、ねじ軸220回転によりプレート20
を移動させ、第1温度センサ13を望遠鏡11の光軸上
に位置させる。次いで、モータI6により軸18を中心
にカメラ10を旋回させ、該カメラ10を融液5の液面
5aの中央部すなわちシード7の下方に当たる液面5a
上の位置に向け、該位置の液面温度を第1温度センサ1
3により測定する。
このとき、第1演算部27は、前記第1温度センサ13
の出力のみを取込み、これを第2演算部28へ与える。
第°2演算部28は第1演算部27からの出力を単結晶
の引上げに適した設定値と比較し、差がある場合には、
その差に応じて前述したルツボ温度検出器4による加熱
制御を補正して前記中央部の液面温度を引上げに適した
温度にする。
こうして中央部の液面温度が所定の値に安定したところ
で、引上軸6を下降させ、シード7を液面5aに接触さ
せる。その後、シード7を融液5に対して相対的に回転
させながら徐々に引上げることにより、シード7の先端
に単結晶19が成長し始め、シード7の先端の周囲に7
1−ジ藁ンリングが発生する。
以後は、このフュージョンリングの検出によって単結晶
19の直径制御を行なうため、パルスモータ21により
ねじ軸22を所定量回転させ、イメージセンサ12の一
部に7ユージヨンリングが投影されるように設定する。
引上軸6は融液5に対して相対回転しつつイメージセン
サ12の出力に応じて上昇速度を制御され、イメージセ
ンサ12の出力を一定すなわちイメージセンサ12を横
切るフェージョンリングの長さを一定に保つようにして
引上げられる単結晶19の直径を所定の値に保つように
する。
このとき、第1.第2温度センサ13,14は、7エー
ジ1ンリングの外方でかつ半径方向に所定電離れた2点
の位置の液面温度を測定する。液面5aの温度分布は、
ヒータ3により加熱される黒鉛ルツボ1が石英ルツが2
の周囲および底部を囲んでいること、ならびに融液5が
対流することなどにより、第5図に曲線Aで示すように
、中央部と周囲で異なり、また該温度分布曲線の立上り
の度合は融液5の量、ヒータ3の加熱度合、石英ルッ〆
2や黒鉛ルツボ1の形状など種々の条件によって曲線B
で示すように異なる。
前記第1.第2温度センナ13.14は、第5図に示す
ように、液面5aの中心から半径Rユ 、R1の点の液
面温度を測定するため、両者の温度差Δt1.Δt、か
ら温度分布曲線のカーブすなわち曲線Aで示すように立
上りが比較的緩やかなのか、または曲線Bで示すように
立上りが比較釣魚なのかが判断できる。また、ツー−ジ
ョンリングがある半径R4上の液面温度を推、測するこ
とも可能となる。
そこで、引上げ中は、第1演算部27により第1.第2
温度センサ13,14からの出力差すなわち温度差Δt
□またはΔt、を算出し、これを第2演算部28へ与え
る。第2演算部28はカメラ10の方向によって定まる
前記測定位置R1、R,またはこれらに対応しているフ
ェージ冨ンリングの位置R4の値と前記温度差Δt1ま
たはΔt、との関係から予じめ実験的に求められている
補正係数を算出し、前述したルッ?温度検出器4からの
出力による加熱制御を補正し、スェージ1ンリングの位
置Rfの近傍の液面温度を結晶成長に適した値にする。
このようにして液面5aの温度制御を行ないつつ引上軸
6を上昇させ、まずネックダウン部19&を形成する。
このネックダウン部19&の形成は、カメラ10をモー
タ16により軸18を中心に緩やかに旋回させ、イメー
ジセンサ12による液面5a上の検出位置をシード7の
中心部へ移動させることにより行なわれる。このネック
ダウン部191の直径は2〜3w程度と非常に細いが、
望遠鏡11により拡大してイメージセンサ12へ投影す
ることにより的確に行なわれる。
このネックダウン工程が終ると、肩広げ工程に移行する
。この肩広げ工程は、通常引上軸6の上昇量を一定とし
、第1図に示すように、直径の変化(DI −Di ’
)をカメラ10の変更角度αに換算した量だけ軸18を
中心にしてカメラ10の観測点を外方へ移動させること
により行なう。すなわち、カメラ10の旋回角度を引上
軸6の上昇量に関係するようにプログラムしておき、そ
の角度αにおける直径の変化(Ds −”h)に応じて
フェージ薗ンリングが移動するように引上げを行なう。
このように肩広げ工程では、フェージlンリングが次第
に外方へ移動して(るが、該)為−ジlンリングの移動
に先行して、該7為−ジゴンリングが移動してくる位置
の液面温度を所定の値に制御するように前記第2演算部
28により加熱制御が補正される。そこで、従来、自動
化が困難とされていたこの肩広げが的確に行なわれる。
か(して所定の直径に達したならば、軸18を中心にし
たカメラ10の旋回を停止させる。
このカメラ10の停止により、以後、単結晶19の直径
は一定に保つよ5に制御されて引上げられる。この引上
げに伴なりて融液5の量が次第に減少し、融液5の加熱
のされ方や対流が変化する。この加熱のされ方や対流の
変化は、第1第2温度センサ13,14により感知され
るので、これにより予じめ経験的に把握したデータに基
いてヒータ3を制御することにより、より的確な引上げ
が可能となる。
所定長さ引上げたならば、カメラ10を軸18を中心に
して液面5aの中央側へ緩やかに旋回させてテール形成
を行ない引上げを完了する。このテール形成工程におい
てもより的確な液面温度制御が可能である。
前述した実施例は、直径測定のためのイメージセンサ1
2と、液面温度測定のための第1゜第2温度センサ13
,14を1つのカメラ10内に収納した例を示したが、
これらは別々に設けてもよく、また直径測定はフェージ
ョンリングでな(、単結晶19の付根を光学的な検知手
段によって検知することにより行なってもよく、さらに
半径方向に異なる2位置の液面温度の測定は、2つの温
度センサ13,14によらず、1つの温度センサを用い
て測定箇所を交互に2位置に変化させるか、または連続
的に走査させて温度勾配を求めるようにしてもよ(、さ
らに第1.第2演算部27.28による処理は1つのC
PUで行なうようにしてもよい等、種々変更し得ること
は言うまでもない。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、ルツボ内の液面の特
に単結晶成長部分の温度制御を、該成長部分の移動およ
び融液量の変化などに対応して行なうことができ、この
ため引上げる単結晶の大径化およびルツゲの大容量化に
対処でき、より円滑な引上げができる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の一実施例を示すもので、第1図は引上機
を示す概要断面図、第2図は直径および液面温度の測定
部分の拡大断面図、第3図;1a2 は第2図の■−■線に9断面図、第4図は加熱制御系の
ブロック・図、第5図は液面温度の分布曲線図である。 1・・・黒鉛ルツざ、2・・・石英ルッ?、3・・・ヒ
ータ、3b・・・測温ピース、4・・・ルッが温度検出
器、5・・・融液、5a・・・液面、6・・・引上軸、
7・・・シード、IQ・・・カメラ、11・・・望遠!
、12−・・イメージセンナ(直径測定手段)、13・
・・第1温度センサ(液面温度測定手段)、14・・・
第2温度センナ(液面温度測定手段)、15・・・エン
コーダ、16・・・モータ、18・・・軸、19・・・
単結晶、21・・・ノールスモータ、22・・・hじ軸
、23・・・fイドパー、27・・・第1演算部、28
・・・第2演算部、30・・・ヒータコントローラ。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦■  第3図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)単形晶引上機において、単結晶成長部分の近傍お
    よびそこから所定量外方へ離れた位置の液面温度を測定
    する手段を設け、前記近傍と外方位置の温度差により融
    液の加熱を制御可能にしたことを特徴とする単結晶引上
    機。
  2. (2)単結晶成長部分の直径を測定する手段がフュージ
    ョンリングを検知する光センサであり、この光センサに
    隣接して前記液面温度を測定する手段である温度センサ
    が設けられ、これらが測定位置を引上げられる単結晶の
    中心に当たる位置から外方へ変化可能に取付けられてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の単結晶
    引上機。
JP24351184A 1984-11-20 1984-11-20 単結晶引上機 Granted JPS61122187A (ja)

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JP24351184A JPS61122187A (ja) 1984-11-20 1984-11-20 単結晶引上機

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JPS61122187A true JPS61122187A (ja) 1986-06-10
JPH052636B2 JPH052636B2 (ja) 1993-01-12

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0350180A (ja) * 1989-04-10 1991-03-04 Mitsubishi Materials Corp 単結晶育成方法
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KR100951853B1 (ko) 2007-12-27 2010-04-12 주식회사 실트론 잉곳 직경 조절장치 및 잉곳 성장방법

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