JPS6296389A - 単結晶製造装置 - Google Patents

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】 「産業上の利用分野ｊ この発明は、例えば、シリコン単結晶等を製造する際に
用いて好適な単結晶製造装置に関する。

「従来の技術」 第４図は、一般的な単結晶製造装置の溝成を示す断面図
である。第４図において、■は炉体てあり、炉体１内の
ほぼ中央部に石英ルツボ２か設けられている。この石英
ルツボ２は黒鉛サセプタ３によって保持されており、黒
鉛サセプタ３の下端部は軸４の上端に所定の接合部材に
よって取り付けられている。この場合、軸４の下端部に
はルツボ回転モータおよびルツボ昇降モータの駆動力が
伝達されるようになっており、これにより、ルツボ２は
所定方向に回転し得るとともに、上下方向に昇降自在と
なっている。６．６は、ルツボ２内の溶湯（ノリコン多
結晶溶湯）７の温度を制御するヒータであり、ルツボ２
の外方に所定距離隔てて設けられており、このヒータ６
と炉体１との間隙に保温材８が設けられている。

次に、ＩＯは炉体１の上端に接合されている中空円トＬ
状の上部ケーシングであり、この上部ケーノングの上端
部分に引上ヘッド１１が水平旋回自在に設けられている
。引上ヘッドｌ量内には、ワイア引上機構１２が設けら
れており、ワイア引上機構１２からはワイアケーブル１
３がルツボ２の回転中心に向って延びている。このワイ
ア引上機構１２には引上モータ１５の駆動力が伝達され
るようになっており、引上モータＩ５の回転方向によっ
て、ワイアケーブル１３の引き上げ、または、引き下げ
を行うようになっている。また、引上ヘッド１１は、ヘ
ッド回転モータ１６の駆動力が伝達されると矢印ＴＧ力
方向回転するようになっている。

次に、２０はワイアケーブル１３の下端に取り付けられ
ているシードホルダであり、図示のようにシード（単結
晶の種）２１を保持するものである。

上記構成において、シード２１を溶湯７に浸漬させた後
に、ヘッド回転モータ１６を駆動し、かつ、引上モータ
１５を引上方向に駆動すると、ワイアケーブルＩ３は矢
印ＴＧ力方向駆動されながら上方に引き上げられてゆき
、このシード２１の上昇に伴って単結晶シリコン２２が
図示のように成長してゆく。また、この単結晶成長工程
においては、輔４が矢印ＴＧと逆方向に回転され、これ
により、単結晶ノリコン２２と溶湯７とが互いに逆方向
に回転するように構成されている。

さて、引き上げられて行く単結晶シリコン２２の成長形
状は、上端部（以下、トップという）および下端部（以
下、ボトムという）においては各々目的とする形状に一
致さＵ゛るのが望ましく、また、直胴部分においては均
一直径とするのが望ましい。

そして、成長形状を決定するのは、引上速度、溶Ｑ　？
ＦＡ度、単結晶シリコン２２の相対的回転速度、および
溶湯液面レベルなどであるから、これらのパラメータを
調整しながら単結晶シリコン２２の形状か所望形状とな
るように制御を行う必要がある。

この形状制御は、炉体ｌの上端部分に設けた窓部１ａか
らテレビカメラ２５により溶湯７の上面を撮影し、さら
に、テレビカメラ２５の画像データを解析して単結晶シ
リコン２２と溶湯液面との境界位置を検出し、この検出
結果に基づいて単結晶シリコン２２の外形が所定形状に
沿うように上記各パラメータを制御するようにしている
。また、単結晶シリコン２２が成長して行くと、ルツボ
２内の溶ｌ易液面が低下するが、溶湯液面の低下は単結
晶ノリコン２２の直径を変化させてしまい成長形状に悪
影響及ぼすので、軸４を上昇させて液面レベルを一定に
保つようにしている。

［発明が解決しようとする問題点」 ところで、単結晶シリコン２２の製造工程においては、
以下に述べる事項を正確に検出することが極めて重要な
ポイントとなっている。

■シード２１を下降させた際に、溶湯７とシード２１と
の接触を検知する。この接触を検知した後は、シード２
１を上昇さ仕て直ちに成長工程に移行する。

■結晶の成長が終了し、ボトム形状が整えられると、溶
湯７と単結晶シリコン２２とが切り離されるが、この切
り離し時点を検出して結晶冷却工程に移行する。

■単結晶シリコン２２の成長中においては、溶湯７の減
少量を正確に検出し、減少量に対応する分だけルツボ２
を上昇させる。

しかしながら、上述した従来の単結晶製造装置において
は、上記■、■の検出事項を目視によって行っていたた
め、精度の点で問題があった。また、■の検出事項にお
いては、直接溶湯減少量を検出せず、各制御パラメータ
の値や予め求めたデータ等に基づいて溶湯減少量を算出
し、この算出結果に対応してルツボ２の上昇を制御して
いたので、実際の減少量に対して誤差が生じることが多
く、この結果、直胴部の直径が不均一となってしまうと
いう問題が発生した。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされた乙ので、ノ
ードと溶ｌ易との接触、ボトム部と溶湯の分離、および
溶湯減少に起因する表面位置低下を、自動的にかつ正確
に検出することができる単結晶製造装置を提供すること
を目的としている。

［問題点を解決するための手段」 この発明は、上記問題点を解決するために、装置枠体か
ら吊り下げられるワイヤケーブルの下端にシードホルダ
を介して取り付けられるシードと、内部に多結晶溶湯が
収納される絶縁性のルツボと、このルツボを覆うように
して支持する導電性の支持部材とを設け、前記シードを
前記溶湯に接触させた後に引き上げ、これによって、前
記シードの下端部に単結晶を成長させる単結晶製造装置
において、前記ワイヤケーブルを装置枠体から絶縁する
とともに、前記ワイヤケーブルに電気的に連なる部分と
前記支持部材に電気的に連なる部分との間の静電容量を
検出する静電容量検出部を具備している。

「作用」 シードと溶湯の接触、単結晶の成長による溶湯の減少量
および成長単結晶と溶湯の離間が、前記静電容量検出部
の検出信号の変化となって現れる。

「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。

第１図はこの発明の一実施例の構成を示す概略構成図で
あり、前述した第４図の各部と対応する部分には同一の
符号を付しその説明を省略する。

第１図において、３０は絶縁材であり、引上ヘッド１１
と上部ケーシング１０とを絶縁している。

次に、３２は静電容量計であり、その一方の入力端子と
引上ヘッド１１との間には高周波発振器３１が設けられ
ており、また、静電容量計３２の他方の入力端子は、上
部ケーシングｌＯおよび軸４に接続されるとともに接地
されている。この場合、静電容量計３２は、両入力端間
に流れる電流の値から、検出対象の静電容量を検出する
ようになっており、この静電容量計３２の出力信号はア
ンプ３４およびコンパレータ３３の各入力端に各々供給
されるようになっている。また、コンパレータ３３は、
静電容量計３２の出力信号が所定のしきい値を超えると
“Ｈ”レベル、しきい値以下であると“Ｌ”レベルの信
号を出力するようになっている。

次に、３５はコンパレータ３３およびアンプ３４の出力
信号に基づいて装置各部を制御する制御部であり、ＣＰ
Ｕ（中央処理装置）、プログラムＲＯＭ、および各種デ
ータが一時記憶されるＲＡＭ等からなっている。この場
合、制御部３５は、インターフェイス３６を介してモー
タ駆動回路３８に制御信号を供給し、これによって、ル
ツボ昇降モータ３９の回転を制御し、ルツボ２の上下位
置を調整する。また、制御部３５はテレビカメラ２５の
画像信号に基づいて、単結晶２２の形状制御を行うため
に、インターフェイス３７を介して引上モータ１５およ
びヘッド回転モータＩ６を制御し、これによって、引上
速度およびシード回転速度を調整し、さらに、図示せぬ
経路を介してヒータ６．６の発熱量を調整する。

次に、上記構成によるこの実施例の動作を説明する。ま
ず、制御部３５はシード２Ｉを溶湯７に接触させるため
にワイヤケーブル１３を下降させる。この場合、シード
２１が溶ａ７に接する以前においては、静電容量計３２
の検出対象となる容量は、以下の通りとなる。すなイつ
ち、引上ヘッド１１、ワイヤケーブル１３、シードボル
ダ２０、およびシード２１からなる一連の導体が第１の
電電気的に連なる部分が第２の電極となるから、この第
１、第２の電極の間に形成される容量が検出対象となる
。そして、この場合に形成される静電容量は、６第■、
第２の電極の間隙が比較的大きいために、その値は極め
て小さくなり、第２図の期間′ｒ１に示すようになる。

次に、シード２２が下降して溶湯７に接すると、シード
２２と溶湯７とが導通するために、溶湯７が上記第１の
電極に加わり、この結果、第１、第２の電極がルツボ（
石英ルツボ）２を誘電体として極めて近接する状態とな
る。この場合、ルツボ２を誘電体とする静電容量は、電
極間距離が小さく、また、電極対向面積が大きくなるか
ら、比較的大きな容量となり、このため、静電容量計３
２の検出値は、大きな値となる。そして、例えば第２図
に示す時刻ｔ、において、シード２１が溶湯７に接した
とすると、静電容量計３２の検出値が時刻ｔ。

において急激に上昇する。第１図に示すコンパレータ３
３のしきい値は、第２図に示すように静電突沿の争恋木
紛ｉｆ（１，ｉｎス砧２ごｆＩＩ刺プ松ｈ　−の結果、
時刻り、においては、コンパレータ３３の出力信号が“
Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに立ち上がる。そして、制
御部３５はコンパレータ３３の出力信号変化からシード
２１と溶湯７との接触を検出し、これにより、引上モー
タ１５を反転させてシード２１の引き上げ工程、すなわ
ち、単結晶２２の成長工程に移行する。

次に、時刻ｔ１から単結晶成長工程に入ると、単結晶の
成長量に応じてルツボ２内の溶湯７が減少してゆく。そ
して、溶湯７が減少すると、ルツボ２を誘電体とする静
電容量の一方の電極（第１の電極の先端部）の表面積が
順次小さくなってゆき、この結果、静電容量の値が第２
図の期間Ｔ、に示すように溶湯減少量に応じて減少して
ゆく。そして、制御部３５は静電容量値の減少量から、
ルツボ２内における溶湯表面位置の相対的低下型を求め
、この求めた表面位置低下量に対応する分だけルツボ昇
降モータ３９を駆動し、これにより、溶湯７の絶対的表
面位置を一定位置に保持する。この場合、溶湯７の減少
量は、静電容量の電極面積の変化として確実に現れるの
で、制御部３５が検出する溶湯減少量は極めて正確なも
のとなるため、溶湯表面位置一定化のためのルツボ昇降
モータ３９の駆動量を正確に指示することができる。ま
た、期間Ｔ、において、静電容量の低下がやや急になっ
ている期間Ｔｚａは、溶湯７の残量が少なくなった状態
に対応する期間であり、溶ｌ＄Ｊ７の表面位置が第３図
に示すようにルツボ２の下部の湾曲部（いわゆるアール
部）２ａに位置している状態である。

すなわち、この状態においては、ルツボ２の断面積が下
方に行くにしたがって順次小さくなっていくから、同一
の溶湯減少量であっても、ルツボ２内においてその表面
位置が低下する速度は、断面積一定の部分に比べて速く
なる。したがって、このような状態においては、ルツボ
２の上昇率を上げる必要があるが、この実施例の場合に
おいては、上述のように、ルツボ２の形状変化も静電容
量変化として反映されるから、溶湯７の表面位置の低下
に応じて正確にルツボ２を上昇させることができる。こ
のように、期間Ｔ、における静電容量変化は、ルツボ２
の断面積変化にかかわりなく、ルツボ２内における溶湯
７の相対的な表面位置を正確に反映する。

次に、第２図に示す時刻ｔ、において、単結晶２２が成
長し終えてボトム形状制御がなされると、ボトム下端部
と溶湯７とが切り離される。そして、この切り離しが行
なわれた後は、第１の電極はワイヤケーブルＬ３、シー
ドホルダ２０、シード２１および単結晶２２からなる一
連の導体によって構成される。この場合、第１の電極と
第２の電極とは空間的に離れており、また、その対向面
積ら小さいために、検出される静電容量は大幅に減少す
る。そして、この静電容量の急激な減少がコンパレータ
３３のしきい値を下回り、これによって、コンパレータ
３３の出力信号が“Ｌ”レベルに変化し、制御部３５は
コンパレータ３３の出力信号の変化からボトムと溶湯７
との切り離しを検出する。

そして、切り離し検出後は、結晶冷却工程に移行する。

１−；未１＋−）Ａ１．−、−６）’ｔ＝ｍＭｌｌ−七
Ｓ１．Ｎ−ｒＬ−＋Ａ％ｆｆｆ容爪計３２の出力信号に
基づいて、シードと溶ｆ易との接触、ルツボ内における
溶湯表面位置の低下、およびボトムと溶湯の切り離しを
極めて正確に、かつ、自動的に検出することができる。

したがって、単結晶製造工程の自動化を大幅に促進する
ことができる。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、装置枠体から
吊り下げられるワイヤケーブルの下端にシードボルダを
介して取り付けられるシードと、内部に多結品溶湯が収
納されろ絶縁性のルツボと、このルツボを覆うようにし
て支持する導電性の支持部材とを設け、前記ソードを前
記溶湯に接触させた後に引き上げ、これによって、前記
シードの下端部に単結晶を成長させる単結晶製造装置に
おいて、前記ワイヤケーブルを装置枠体から絶縁すると
ともに、前記ワイヤケーブルに電気的に連なる部分と前
記支持部材に電気的に連なる部分との間の静電容量を検
出する静電容量検出部を具備したので、シードと溶湯と
の接触、ボトム部と溶湯の分離、および溶湯減少に起因
する相対的な表面位置低下を、自動的にかつ正確に検出
することができる利点が得られる。したがって、これら
の検出結果を用いて、単結晶の形状制御を正確にかつ自
動的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示す概略構成図、
第２図は第１図に示す静電容量計３２の出力信号の変化
の一例を示す特性図、第３図はルツボ２の形状変化部分
を示す断面図、第４図は従来の単結晶製造装置の構成を
示す断面図である。 ２・・・・・ルツボ、３・・・・・・黒鉛サセプタ（支
持部材）、４・・・・軸、ＩＯ・・・上部ケーシング（
枠体）、１３・・・ワイヤケーブル、２０・・・・・・
シードホルダ、２１　・・シード、２２・・・・単結晶
シリコン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 装置枠体から吊り下げられるワイヤケーブルの下端にシ
   ードホルダを介して取り付けられるシードと、内部に多
   結晶溶湯が収納される絶縁性のルツボと、このルツボを
   覆うようにして支持する導電性の支持部材とを設け、前
   記シードを前記溶湯に接触させた後に引き上げ、これに
   よって、前記シードの下端部に単結晶を成長させる単結
   晶製造装置において、前記ワイヤケーブルを装置枠体か
   ら絶縁するとともに、前記ワイヤケーブルに電気的に連
   なる部分と前記支持部材に電気的に連なる部分との間の
   静電容量を検出する静電容量検出部を具備することを特
   徴とする単結晶製造装置。