JP4607276B2

JP4607276B2 - CZ method single crystal pulling equipment

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Publication number: JP4607276B2
Application number: JP2000054893A
Authority: JP
Inventors: 大輔海老; 茂夫森本
Original assignee: Sumco Techxiv Corp
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2020-02-29
Also published as: JP2001240486A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、引上げ単結晶冷却のためのクーラーを備えたＣＺ法単結晶引上げ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チョクーラールスキー法（ＣＺ法）により単結晶を引き上げるＣＺ法単結晶引上げ装置において、引上げ単結晶を冷却するクーラーをＣＺ炉内に設置したものが最近使用されるようになってきている。このような炉内クーラー設置型のＣＺ法単結晶引上げ装置については、それを使用することによって単結晶引上げ速度の著しい高速化が可能となり、その結果として単結晶インゴットやウエハの製造効率を高めることができるようになるので、その意義は大きい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そして、ＣＺ法単結晶引上げ装置のＣＺ炉内に設置されるクーラーについては数種の形態のものが提案され、その中にはＣＺ炉内を移動するようなものまであるが（特開平１１−９２２７２号公報）、このような炉内クーラーについては未だ改良の余地がある。
【０００４】
本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＣＺ炉内に設置されるクーラーの機能性が高められたＣＺ法単結晶引上げ装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するために、本発明においては、クーラーの移動速度が適宜変化するような構成を実現することによって、危険回避の際の動作の迅速の確保等を行うこととしている。更に、クーラーの移動方向について、鉛直方向の移動だけでなく、斜め方向の移動、或いは回転のバリエーションも加えることにより、クーラーが他の炉内部材の移動や視認の障害とならないような引上げ装置とすることができる。
【０００６】
より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
【０００９】
（１）融液から単結晶を引上げるＣＺ法単結晶引上げ装置であって、融液が貯留されるルツボと、当該ルツボを昇降させるルツボ昇降装置と、引上げられた単結晶を囲繞する熱遮蔽体と、前記ルツボに対して熱を供給するヒーターと、引上げられた単結晶を冷却するためのクーラーと、これらを格納するチャンバと、前記クーラーを斜め方向に昇降させるためのクーラー昇降装置と、前記チャンバ内の密閉状態を維持するように当該チャンバの前記給排管が貫通する部分を覆い、前記給排管の移動に応じて伸縮する伸縮部材と、を備え、前記クーラーは、引上げられている単結晶の周囲を囲繞する冷却管スタックと、前記チャンバを貫通し、この冷却管スタックに冷却水を給排する給排管と、からなり、前記クーラー昇降装置は、前記給排管に連結される架橋部材と、この架橋部材に螺合する螺子棒体と、この螺子棒体を回動させる駆動体と、からなるＣＺ法単結晶引上げ装置。
【００１３】
（２）（１）記載のＣＺ法単結晶引上げ装置において、前記クーラー昇降装置は、前記チャンバに複数個備え付けられており、かつ、前記クーラーの冷却管スタックの部分は、当該クーラー昇降装置の個数に応じて円筒を複数個に分割した形状となっていることを特徴とするＣＺ法単結晶引上げ装置。
【００１４】
（３）（１）記載のＣＺ法単結晶引上げ装置において、前記クーラーの上昇距離及び下降距離を追跡するエンコーダを備えるＣＺ法単結晶引上げ装置。
【００１５】
（４）（１）から（３）いずれか記載のＣＺ法単結晶引上げ装置において、前記架橋部材が前記螺子棒体の所定位置より下方に移動するのを阻止するリミッタ部材が備え付けられていることを特徴とするＣＺ法単結晶引上げ装置。
【００１６】
なお、リミッタ部材の最もシンプルなものは、鉄の塊のような固形部材であるが、これをＬＳ（リミッタスイッチ）のようなもので構成し、当該リミッタ部材に接触したことが検出された後、直ちに上方に戻すような構成にしてもよい。
【００１７】
（５）（１）から（４）いずれか記載のＣＺ法単結晶引上げ装置において、前記クーラー昇降装置は、２段階以上でクーラーの昇降速度を変化させるクーラー昇降装置であることを特徴とするＣＺ法単結晶引上げ装置。
【００１８】
［用語の定義等］
この明細書において、「炉内部材」というのは、ＣＺ炉内に存する有形物のことを意味し、その中にはクーラー、熱遮蔽体、単結晶、るつぼ、ＣＺ炉内壁などのものが広範囲に含まれる。
【００１９】
本発明に係るＣＺ法単結晶引上げ装置には、るつぼ内の原料融液内に磁場を印加する磁場印加手段を備え付けることができる。るつぼ内の原料融液内に磁場を印加する磁場印加手段としては、例えば特開昭５６−４５８８９号公報に開示されているようなものを使用することができる。また、カスプ磁場を作る磁場印加手段として、特開昭５８−２１７４９３号公報に開示されているようなものを使用することができる。
【００２０】
本発明に係る方法及び装置は、引き上げられる単結晶インゴットの種類に影響されるファクターが無く、ＣＺ法一般に適用できる方法であると考えられるので、引き上げられる単結晶インゴットがシリコン単結晶インゴットである場合に限られない。
【００２１】
【発明を実施するための形態】
図１は本発明に係るＣＺ法単結晶引上げ装置の好適な実施形態を示すブロック図である。
【００２２】
［全体構成］
本発明に係るＣＺ法単結晶引上げ装置は、通常のＣＺ法ＣＺ法単結晶引上げ装置と同様に、密閉容器たるチャンバ１１内に、シリコン融液１２の製造・貯蔵のためのルツボ１３と、このルツボ１３を加熱するためのヒータ１４と、を備えている。そして、この他にも適宜、通常のＣＺ法ＣＺ法単結晶引上げ装置と同様に、ヒータ１４に電力を供給する電極、ルツボ１３を支持するルツボ受け、ルツボ１３を回転させるペディスタル、断熱材、メルトレシーブ、内筒などが備え付けられる。また、この装置には、シリコン融液１２及びヒータ１４から引上げ単結晶１７への熱の輻射を遮蔽するための熱遮蔽体１８と、この熱遮蔽体１８の内側に配置されたクーラー１９と、が備え付けられている。
【００２３】
このようなＣＺ法単結晶引上げ装置は、通常のＣＺ法ＣＺ法単結晶引上げ装置と同様に、引上げ単結晶１７とルツボ１３が逆方向に回転しながら単結晶の引上げが行われる。ここで、ルツボ１３は、ルツボ１３の下部に設けられている図示しないリフタによってルツボ１３が上下に移動する。ルツボ１３の上下移動は、特に断わらない場合には、シリコン単結晶インゴットの引き上げに伴うシリコン融液液面１２ａの下降に応じてルツボ１３が上昇する、というような形態で行われる。
【００２４】
なお、本発明に係るＣＺ法単結晶引上げ装置は、特に図示していないが、この種のＣＺ法ＣＺ法単結晶引上げ装置に通常装備される不活性ガスの導入・排気システムを備えている。そして、このようなシステム下にあって、熱遮蔽体１８は不活性ガスの流通路を調整する働きも兼ね備えている。また、この装置においては、チャンバ１１内の排気を行う真空ポンプ２０が接続されている（なお、スロットルバルブの開度を検出するようにしたり、供給される電力量を検出するようにしたりする手段を真空ポンプ２０に備え付けることにより、後述の圧力センサを別途に設ける必要がなくなる）。
【００２５】
また、本発明に係るＣＺ法単結晶引上げ装置は、シリコン融液１２にカスプ磁場を与えるソレノイド５１及び５２が備え付けられている。このソレノイド５１及び５２によってシリコン融液１２にカスプ磁場が印加されることにより、シリコン融液１２内に生じる微小な対流を消滅させることができ、結晶欠陥の低減や安定した引き上げなどを更に増進することができるようになる。
【００２６】
［クーラー］
本発明に係るＣＺ法単結晶引上げ装置においては、その中を冷却水が流通する配管で構成されたクーラー１９が熱遮蔽体１８の内側に配置されている。このクーラー１９は、図１及び図２に示されるように、引上げ単結晶１７を囲繞する配管の積層体（冷却管スタック）で構成されており、この配管の中に冷却水が流通される。冷却水は、供給管２１ａを介して供給される。この供給管２１ａを含む給排管２１（供給管２１ａと排出管２１ｂのセットからなる）をチャンバ１１内に貫入する個所には、蛇腹部材２３が取り付けられており、これによって気密が保たれるようにされている。
【００２７】
この実施の形態において、クーラー１９を構成する配管の内径は１７ｍｍ以下であり、配管内を流通する冷却水の流通速度は１５リットル／分以下に設定される。ここで、ある程度配管の径を小さくした場合において、冷却効果にはさほどの支障は出ない。そしてこの場合には、クーラー１９に滞留する水量が少なくなる分だけ、万が一のクーラー１９の破損の場合の水漏れ被害を低減させることができる。
【００２８】
なお、クーラー１９の下端１９ａとシリコン融液液面１２ａからの距離は、通常は１５０ｍｍ程度に設定されている。クーラー１９をＣＺ炉内に設置することで、単結晶直胴部における温度勾配の増大を通じて結晶欠陥サイズの微小化が図れ、同時に、シリコン単結晶インゴットの引き上げ速度を高めることができ、それによって生産効率の向上が実現できる。
【００２９】
［クーラーの移動］
＜クーラー昇降装置（鉛直方向への直線状上下移動）＞
本発明に係るＣＺ法単結晶引上げ装置において特徴的なことは、その中を冷却水が流通する配管で構成されたクーラー１９がＣＺ炉内を移動することであり、この実施の形態においては、まず最初に、クーラー１９の移動は「昇降」という実施態様で示される。
【００３０】
即ち、本発明に係るクーラー付ＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置おいては、図１に示されるように、クーラー１９をＣＺ炉内で昇降させる昇降装置２５が備え付けられており、この昇降装置２５の駆動によって、引上げ単結晶１７の周囲を囲繞するクーラー１９の冷却管スタックが上下方向に移動する。
【００３１】
ここで、図２は、昇降装置２５の機能構成を説明するためのブロック図である。なお、同図において、図１と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。また、簡潔に説明を行う都合上、説明に不要な部材・構成要素については省略をする一方で、図１では省略されている部材・構成要素を適宜付加している。
【００３２】
図２に示されるように、この実施の形態において、昇降装置２５は、蛇腹部材２３の上部に取り付けられた昇降ブロック２３ａ（架橋部材）と、この昇降ブロック２３ａに螺合する螺子棒体２５ａと、この螺子棒体２５ａを回動させるモータ２６ａと、からなる。なお、この実施の形態において、昇降ブロック２３ａと螺子棒体２５ａとの螺合はボールネジにより行われている。
【００３３】
以上のような形態の昇降装置２５によれば、螺子棒体の軸方向の移動が確実に行え、かつ、移動速度の変更も適確かつ自在に行うことができるという利点を有する。より具体的には、螺子棒体軸方向の等速運動は勿論のこと、突然の停止や逆回転、移動速度の変更も自在に行うことができる。
【００３４】
因みに、本発明に係るＣＺ法単結晶引上げ装置においては、３０ｍｍ／ｍｉｎと３００ｍｍ／ｍｉｎの２段階で移動速度が変わることとされており、後で説明する装置の安全確保等の際に、その機能が活用されることとなる。
【００３５】
また、以上のような形態の昇降装置２５によれば、駆動機構であるモータ２６ａが停止した場合でも、クーラーが支えられた状態となり、クーラーの位置が維持されることとなるので、エネルギーの節約にもなる。
【００３６】
因みに、この実施の形態で説明する全てのタイプの昇降装置は、図１に示されるようにシリコン融液に磁場が印加される場合には、当該磁場に対応するために、ステンレス製にしたり、磁場の影響のない位置に設置したり、或いは筐体で覆ったりというような何らかの対策を施す必要がある。
【００３７】
＜斜め方向の移動＞
図３は、斜め方向にクーラーが移動する場合の実施形態を説明するためのブロック図である。同図において、図１及び図２と同一の構成要素には同一符号を付し、機能が同一の均等要素には下２桁が同じ１００番台の符号を付してある。
【００３８】
この図３に示されるように、斜め方向に移動するクーラーにおいては、昇降装置自体は図１に示される鉛直方向移動型のクーラーに対するものと同じであるが、クーラーを構成する冷却管スタックが２個に分割されているところが相違している。そして、このような特徴的な構成のために、この実施形態に係るクーラー付ＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置おいては、クーラーが斜め方向に上昇したときには当該冷却管スタックが開くこととなる。
【００３９】
この実施形態に係るクーラー付ＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置の構成と動作を具体的に説明すると、この装置において、冷却管スタックからなるクーラー１１９を斜め方向に移動させるための昇降装置１２５の構成は、図１に示される昇降装置２５と基本的には同じであり、昇降装置１２５は、蛇腹部材１２３の上部に取り付けられた昇降ブロック１２３ａ（架橋部材）と、この昇降ブロック１２３ａと螺合する螺子棒体１２５ａと、この螺子棒体１２５ａを回動させるモータ１２６ａと、からなる。なお、この実施の形態において、昇降ブロック１２３ａと螺子棒体１２５ａとの螺合も、図１に示される昇降装置２５と同様に、ボールネジにより行われている。
【００４０】
ここで、この実施の形態に係るクーラーにおいて特徴的なことは、冷却管スタックで構成されているクーラー１１９が２個のクーラーブロック１１９ａ及び１１９ｂに分割されていることである。このクーラーブロック１１９ａ及び１１９ｂは、それぞれ、図４Ａ及び図４Ｂに示されているように、ブロック全体が半円筒状となるように冷却管を巻いて構成しており、クーラーブロック１１９ａとクーラーブロック１１９ｂの２つが合わさると円筒状を構成するようにされている（図５Ａ）。このため、斜め方向からの移動によっても、クーラーで単結晶の所定の位置を冷却し、必要の無いときには別の箇所に退避させることができる。
【００４１】
このような斜め方向移動型のクーラー１１９は、単結晶の冷却位置の変更をするための使用には向かないが、図１に示される鉛直方向移動型のクーラーと比較して、冷却引上げ環境の設定・解除の切り替えを適確かつ簡易・迅速に行うことができるという利点を有している。また、このような斜め方向移動型のクーラー１１９によれば、斜め方向に上昇することで、チャンバーの片隅にクーラーが退避することとなるので、例えば追いチャージやリチャージなどを行うような場合において、その分スペースを空けることができる。そして、これによって作業スペースを十分に取ることができるようになるので、これらの作業がし易くなるという利点がある。
【００４２】
なお、斜め方向移動型のクーラー１１９を構成するクーラーブロック１１９ａ及び１１９ｂについて、この実施の形態では半円筒状のものだけを示しているが（図５Ａ参照）、これには限られず、例えば中心角を１２０度にして円筒を３分割したものや（図５Ｂ参照）、中心角を９０度にして円筒を４分割して構成したもの（図５Ｃ参照）など、全てが一体となって円筒形若しくは円筒形に近い形状のものを構成できるあらゆる形態を採用することができる。当然のことながら、分割した場合の中心角は均一でなくてもよい（図５Ｄ参照）。
【００４３】
＜回転移動＞
図６は、回転移動するクーラーを備えたクーラー付ＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置の実施形態を説明するためのブロック図である。同図において、図１に示される鉛直方向移動型のクーラーを備えるクーラー付ＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置と同一の構成要素には同一符号を付し、機能が同一の均等要素には下２桁が同じ２００番台の符号を付してある。
【００４４】
図６に示されるように、回転移動型のクーラー２１９も、鉛直方向移動型のクーラー１９と同様に冷却管のスタックから構成されており、この中を冷却水が流通することによって単結晶の冷却を行う。
【００４５】
この回転移動型のクーラー２１９において特徴的なことは、回動軸７１を中心にしてクーラー２１９が回転移動することである。即ち、図６のＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置においては、クーラー２１９の回転移動によって当該クーラー２１９が持ち上げられた後（図６Ａ）、蛇腹部材２２３が伸びて、当該蛇腹部材２２３内にクーラー２１９が収容される（図６Ｂ）。
【００４６】
ここで、蛇腹部材２２３の伸縮は、水平移動装置２２５によって行われるが、この水平移動装置２２５は、図１に示される鉛直方向移動型のクーラー１９や図３に示される斜め方向移動型のクーラー１１９の昇降装置と同様の構成を備えており、蛇腹部材２２３の端部に取り付けられた移動ブロック２２３ａと、この移動ブロック２２３ａに螺合する螺子棒体２２５ａと、この螺子棒体２２５ａを回動させるモータ２２６ａと、で構成されている。そして、このような水平移動装置２２５によれば、先の昇降装置と同様に、モータ２２６ａの回動に伴って移動ブロック２２３ａが水平移動し、蛇腹部材２２３の伸縮及びクーラー２１９の出し入れが行われる。
【００４７】
なお、このような回転移動型のクーラー２１９を備えたクーラー付ＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置においては、クーラー２１９の形状は、図７に示されるように、クーラー２１９が持ち上げられたときに当該クーラー２１９が単結晶１７をすり抜けられるようにするために、完全な円筒状ではなく、基本的には種結晶１７ａの直径よりも大きい隙間２１９ｘを有している必要がある。但し、このような形態を採用しなくとも、先の図５Ａ〜図５Ｄに示されるような分割式のクーラーを使用するようにしてもよい。
【００４８】
［クーラーの着脱］
クーラーの取り外しは、シリコン単結晶インゴットの引き上げ終了後に、ＣＺ炉内から給排管を引き抜くことによって行われる。
【００４９】
この動作及び関連する部材については、図１に示される鉛直方向移動型のクーラー１９を備えたクーラー付ＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置を例としてあげるが、冷却管で構成されたクーラーを備えている限り、他のタイプの装置に対しても同様に適用することができる。
【００５０】
まず、クーラー１９の取り外しは、シリコン単結晶インゴットの引き上げ終了後に、ＣＺ炉内から給排管（２１ａ，２１ｂ）を引き抜くことによって行われる。
ここで、クーラー１９は、図８に示されるように、蛇腹部材２３の頂部に設けられている固定冶具６０によって昇降ブロック２３ａに固定されている。また、クーラー１９が取り外された後に昇降ブロック２３ａに開く穴を塞ぐための部材として、蓋体７０が用意されている。この蓋体７０は、クーラー１９が存在し無い状態を補填するためのものであることから、可換性を持たすために、固定冶具６０と蓋体７０は互いに相同した形状とされている。
【００５１】
ここで、これらの固定冶具６０と蓋体７０の具体的構造につき、それらは共に、図８に示されるように、昇降ブロック２３ａの外側面に対して平行して伸びたフランジ部材を備え、当該フランジ部材をネジ固定する構造を基本構造としている。まず、蓋体７０は、図８Ｂに示されるように、円柱状の胴部７０ａの頂部に円盤状のフランジ７０ｂが設けられたものからなり、昇降ブロック２３ａに嵌め込まれた状態で、ネジ７０ｃによってネジ固定される。円筒状の胴部７０ａには、気密性を保つためのＯリング７０ｄが巻着されている。
【００５２】
一方、固定冶具６０は、図８Ａに示されるように、周状に溝６１ａが形成された円柱体６１と、この円柱体６１の周状溝６１ａに嵌合する一対の半円リング状板材６２ａ及び６２ｂと、からなり（図８Ｄ）、円柱体６１には、給排管（２１ａ，２１ｂ）が通される貫通孔６１ｂが設けられている（図８Ｃ）。また、円柱体６１には、蓋体７０の胴部７０ａと同様に、気密性を保つためのＯリング６１ｄが巻着されている。なお、この実施の形態においては、一方のＯリングが破損した場合の保険として２本のＯリングを備えるようにしているが、Ｏリングの破損を考慮しなくても済む場合には、Ｏリングは１本であってもよい。
【００５３】
このような固定冶具６０においては、一対の半円リング状板材６２ａ及び６２ｂが円柱体６１の溝６１ａに嵌め込まれる。そしてその状態で、半円リング状板材６２ａ及び６２ｂがネジ６３ａ及び６３ｂによって円柱体６１にネジ固定され、これによってフランジ部材を備える円柱体の形状となり、蓋体７０と同様の機能を発揮できるようになる。そしてこのようになった状態で、固定冶具６０は、半円リング状板材６２ａ及び６２ｂのフランジ部分となった箇所にて、ネジ６４ａ及び６４ｂによって昇降ブロック２３ａにネジ固定される。
【００５４】
このように、固定冶具６０と蓋体７０は共に（固定冶具６０については半円リング状板材６２ａ及び６２ｂが嵌合された状態でボルト状の形状となり）、いわばネジ山の無いボルト様の部材として、昇降ブロック２３ａの穴に嵌め込まれるものであり、互いに可換性のものとして、いわば固定冶具６０と蓋体７０とで一つのセットを構成しているようなものであるため、クーラー１９の着脱を容易に行うことができる。このため、クーラー有り・無しの切り換えを簡易かつ自在に行うことができ、ケースバイケースで、あるときはクーラー付きのＣＺ炉を備えるＣＺ法単結晶引上げ装置として使用し、また別のあるときにはクーラー無しの通常のＣＺ法単結晶引上げ装置として使用するというようなことを気軽に行うことができるようになる。
【００５５】
［安全装置］
本発明は、上述したように、ＣＺ法単結晶引上げ装置のＣＺ炉内に備え付けられているクーラーを移動可能なように構成し、装置に異常事態が生じた場合には問題箇所から退避させることによって、ＣＺ法単結晶引上げ装置の保守性を高めるものである。
【００５６】
＜安全確保・危険回避のための動作＞
本発明に係るＣＺ法単結晶引上げ装置は、安全確保・危険回避のための動作として、基本的には、異常事態が生じた場所、融液面や引上げ単結晶からクーラーを遠ざけさせる（退避）という形態を採用する。より具体的な態様としては、例えば、「異常事態」というものがクーラー１９の昇降中における当該クーラー１９と他の炉内部材との間の衝突若しくは異常接近であった場合には、クーラー１９を一時的に５ｍｍ程度、逆方向に移動させるという態様が挙げられる。また、「異常事態」がクーラー１９以外の炉内部材どうしの衝突等であったり、装置の誤作動のようなものであった場合には、クーラー１９を単結晶１７やシリコン融液１２から遠ざけさせることによって危険を回避し、ＣＺ法単結晶引上げ装置の保守性を高める。
【００５７】
この場合において、単結晶１７やシリコン融液１２に代表される危険箇所からの退避を行う際には、クーラー１９の移動速度を高速に可変して行う（３０ｍｍ／ｍｉｎ→３００ｍｍ／ｍｉｎ）ことによって、危険回避を迅速に行うことが実現される。
【００５８】
＜安全装置の具体的態様＞
以下、本発明に係るクーラー付きＣＺ法単結晶引上げ装置に備えられている安全装置について説明する。
【００５９】
図９は、本発明に係るクーラー付きＣＺ法単結晶引上げ装置の安全装置の説明をするためのブロック図である。なお、同図において、図１及び図２と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。また、この実施の形態においては、クーラー付きＣＺ法単結晶引上げ装置を用いて安全装置について、説明の便宜のために、鉛直方向移動型のクーラー１９を備えるものを例に挙げて説明をしているが、これから説明する安全装置については、基本的な原理は同一のままで、斜め方向移動型のクーラー１１９や回転移動型のクーラー２１９に転用することができるのは明らかである。
【００６０】
＜温度検出＞
本発明に係るクーラー付ＣＺ法単結晶引上げ装置には、チャンバ１１に設けられた窓からＣＺ炉内をニ次元的に観察する放射温度計・ＣＣＤカメラ７２が取り付けられている。この放射温度計・ＣＣＤカメラ７２は、ＣＺ炉内の温度分布を検出するサーモグラフとしての役割を果たし、これによってクーラー１９の表面温度の異常上昇を検出することができる。
【００６１】
また、この実施の形態においては、クーラー１９の内側に、熱伝対で構成された温度センサ７３が取りつけられており、この温度センサ７３によってもクーラー１９の表面温度の異常上昇を検出することができる。なお、温度センサ７３については、クーラー１９の外側に取りつけた場合には、ヒーター１４からの過加熱を検出することができる。
【００６２】
このように、本発明に係るクーラー付ＣＺ法単結晶引上げ装置においては、放射温度計・ＣＣＤカメラ７２もしくは温度センサ７３を設けることにより、いずれもクーラー１９の表面温度の異常上昇を検出することができるようになり、クーラー１９の表面温度の異常上昇が検出された場合には、クーラー１９を温度上昇の原因となる箇所（例えば、引上げ単結晶１７）から高速度（３００ｍｍ／ｍｉｎ）で遠ざけることによって重篤な事故に至るのが回避される。
【００６３】
更に、本発明に係るクーラー付ＣＺ法単結晶引上げ装置は、選択的な一形態として、クーラー１９を通過してきた冷却水の温度を検出する温度計７４を備え、この温度計７４によって冷却水温度の異常上昇が検出された場合には、冷却水温度の異常上昇の原因となる箇所（引上げ単結晶１７及びシリコン融液液面）からクーラー１９を遠ざけさせる。この場合において、鉛直方向移動型のクーラー１９では、運動方向が鉛直方向に限られてしまうため、シリコン融液液面からの退避がメインとなるが、斜め方向移動型のクーラー１１９や回転移動型のクーラー２１９では、分割式の場合には、シリコン融液液面からの退避と引上げ単結晶からの退避を同時に行うことができる。
【００６４】
＜相対位置検出＞
本発明に係るクーラー付ＣＺ法単結晶引上げ装置には、シリコン融液液面の高さを検出するメルトレベルセンサ７５が取り付けられている。このメルトレベルセンサ７５によれば、シリコン融液液面だけでなく、例えばクーラー１９の底面と熱遮蔽体１８の上面との間の距離の測定など、炉内部材一般の高さを測定することができる。従って、このメルトレベルセンサ７５によれば、クーラー１９の上下動（昇降）に伴う炉内部材間の異常接近や衝突を検出することができる。
【００６５】
また、例えば特願平１１−７１１４９号に係るニ次元メルトレベルセンサを使用した場合には、鉛直方向の距離のみならず、水平方向の距離までをも検出することができるため、クーラー１９の底面と熱遮蔽体１８の間の異常接近や衝突のみならず、熱遮蔽体１８と単結晶１７、或いはクーラー１９と単結晶１７の間の異常接近や衝突までをも検出することができるようになる。なお、水平方向の距離の検出については、放射温度計・ＣＣＤカメラ７２によっても同様に行うことができる。
【００６６】
このように、本発明に係るクーラー付ＣＺ法単結晶引上げ装置においては、メルトレベルセンサ７５（特に、ニ次元メルトレベルセンサ）若しくは放射温度計・ＣＣＤカメラ７２を備えることにより、いずれもクーラー１９と単結晶１７との間の異常接近や衝突等、炉内部材間の異常接近や衝突を検出することができるようになる。そして、昇降動作中に異常接近や衝突が検出された場合には、昇降装置２５のモータ２６ａがとっさに逆回転してクーラー１９が逆方向に戻り、重篤な事故に至るのが回避される。また、場合によっては、温度検出の場合の実施形態と同様に、クーラー１９をシリコン融液液面や引上げ単結晶１７から高速度（３００ｍｍ／ｍｉｎ）で遠ざけることによって重篤な事故に至るのが回避される。
【００６７】
＜エンコーダ＞
本発明に係るクーラー付ＣＺ法単結晶引上げ装置においては、モータ２６ａと一体化されたエンコーダ２６ｂが備え付けられており（図２）、このエンコーダ２６ｂによってクーラー１９の上昇距離及び下降距離を追跡するようにしている。
【００６８】
そして、このエンコーダ２６ｂからの情報（クーラー１９の上昇距離及び下降距離）を使用して算出された計算値に基づいて、昇降動作中にクーラー１９と引上げ単結晶１７との間で異常接近若しくは衝突（特に、斜め方向移動型のクーラー１１９や回転移動型のクーラー２１９の場合）が検出された場合、或いは、クーラー１９と原料融液または他の炉内部材との間で異常接近若しくは衝突（鉛直方向移動型のクーラー１９、斜め方向移動型のクーラー１１９、回転移動型のクーラー２１９のいずれも対象）が検出された場合には、直ちにモータ２６ａの逆回転やクーラー移動速度の切り換え（高速化）を行い、異常接近若しくは衝突が検出されたとする場所やシリコン融液液面や引上げ単結晶１７などの危険箇所からクーラーを退避させる。
【００６９】
＜リミッタ部材＞
本発明に係るクーラー付ＣＺ法単結晶引上げ装置においては、昇降ブロック２３ａの下方にリミッタスイッチ（ＬＳ）２７が設けられており（図２）、昇降ブロック２３ａがＬＳ２７に接触したときには、直ちにモータ２６ａが停止してクーラー１９の下降を停止させるか、或いは場合によっては積極的にモータ２６ａが逆回転してクーラー１９を上方に戻す。
【００７０】
ここで、リミッタスイッチ（ＬＳ）２７は、基本的にはクーラー１９がそれ以上下方に下降しないようにするための下方向の限界を設定するもの（リミッタ部材）であり、その大きさは、当該下方向の限界に合わせて設定されている。なお、この実施の形態では、リミッタ部材として電気的な制御を行うリミッタスイッチとしているが、昇降ブロック２３ａの所定位置よりも下方への移動を制限することができるものであれば物理的なものでもよく、単なる金属塊のような固形部材であってもよい。
【００７１】
本発明に係るクーラー付ＣＺ法単結晶引上げ装置において、このようなリミッタ部材を備えることにより、少なくともクーラー１９の下降のし過ぎを物理的な制約を持って予め防止することができ、リミッタ部材をリミッタスイッチで構成した場合には、クーラー１９の下降のし過ぎ状態からの復旧を迅速に行うことができるようになる。
【００７２】
＜タッチセンサ＞
本発明に係るクーラー付ＣＺ法単結晶引上げ装置では、炉内部材間どうしの接触(特に、炉内を移動するクーラーによる接触)を適確に検出するために、接触を検知したい部材の間を絶縁して定電圧を印加し、その電圧の変化を追跡するようにしている。これは即ち、接触を検出する部材間で全体としてタッチセンサを構成するということであり、そのための原理図が図１０に、必要な回路図の一例が図１１にそれぞれ示されている。なお、この実施例においては電圧計測タイプのタッチセンサを構成する例を示しているが、既に述べたような電流計測タイプのタッチセンサを構成するようにしてもよい。また、同図において、図１及び図２と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００７３】
まず、クーラー１９と他の炉内部材との接触の検出を行うためには、クーラー１９を他の部材から絶縁する。クーラー１９の絶縁箇所は、図１０に示されるように、昇降ブロック２３ａ上に絶縁部材８０ａを噛ませて給排管２１を取り付けるようにすればよい。また、熱遮蔽体１８と他の炉内部材との接触の検出のためには、図１０に示されるように、熱遮蔽体１８の根元に絶縁部材８０ｂを噛ませ、熱遮蔽体１８から結線するようにすると好適である。同様に、るつぼ１３及びシリコン融液１２と他の炉内部材との接触の検出のためには、ペディスタル下部またはるつぼ軸下部において絶縁部材８０ｃを噛ませ、るつぼ１３から結線するようにすると好適である。引上げ単結晶１７及び当該引上げ単結晶１７を引上げるワイヤ１５と他の炉内部材との接触の検出のためには、ワイヤ１５を巻き取る巻取機１６とチャンバ１１の頂部との間を絶縁部材８０ｄで絶縁し、巻取機１６から結線するようにすると好適である。
【００７４】
ここで、図１１は、炉内部材間でタッチセンサを構成する際の結線図の一例を示した図である。この図１１に示されるように、例えばクーラー１９と他の炉内部材との間のタッチセンサを構成してそれらの間の接触を検出するためには、図１０に示される絶縁部材８０ａでクーラー１９を他と絶縁した上で、クーラー１９と他の炉内部材との間に定電圧をかけるようにする。定電圧の印加は、定電圧電源装置８１によって行い、定電圧電源装置８１の端子は、クーラー１９の給排管２１とチャンバ１１の外壁とにそれぞれ接続するようにすると好適である。
【００７５】
この一方で、この回路には、定電圧電源装置８１と並列に電圧検出器８２が接続されている。そしてこの実施の形態においては、自動工程中にのみ”オン”するリレースイッチ８３が取り付けられており、自動工程に入ってリレースイッチ８３が”オン”されると、少なくともクーラー１９とチャンバ１１の間でタッチセンサが構成されることとなる。
【００７６】
そして、この状態でクーラー１９と他の炉内部材とが接触した場合には、電圧検出器８２において電圧降下が観測されるため、電圧検出器８２の電圧降下を追跡すれば、いずれもクーラー１９と他の炉内部材との間の異常接近や衝突等、炉内部材間の異常接近や衝突を検出することができる。そして、そのような異常接近や衝突が検出された場合には、昇降装置２５のモータ２６ａがとっさに逆回転してクーラー１９が逆方向に戻り、重篤な事故に至るのが回避される。また、場合によっては、温度検出等の実施形態の場合と同様に、クーラー１９をシリコン融液液面や引上げ単結晶１７から高速度（３００ｍｍ／ｍｉｎ）で遠ざけることによって重篤な事故に至るのが回避される。
【００７７】
ここで、絶縁部材８０ａでクーラー１９を他と絶縁しただけで、他の絶縁部材８０ｂ〜８０ｄを設けなかった場合には、単にクーラー１９が他の炉内部材との間で接触したことは検出できても、接触した炉内部材の種類までは分からない。そして、他の絶縁部材８０ｂ、８０ｃ、８０ｄを設け、それぞれ対応する定電圧電源装置・電圧検出器を接続していった場合には、その順に、熱遮蔽体１８と他の炉内部材、るつぼ１３及びシリコン融液１２と他の炉内部材、引上げ単結晶１７及びワイヤ１５との接触を検出することができるようになるのは、本発明の原理からして明らかである。そして図１０中の全ての絶縁部材８０ａ〜８０ｄが取り付けられた場合において、チャンバ１１に定電圧電源装置８１の端子を接続したときに接触状態が検出された場合には、どの炉内部材と接触したのかを適確に検出することができるというのは既に説明した通りである。
【００７８】
このように、ＣＺ法単結晶引上げ装置において炉内部材間でタッチセンサを構成するようにした場合には、装置に取り付けられる絶縁部材８０の数とバリエーションが増えれば増えるほど、タッチセンサとしての精度が上がることとなるが、絶縁部材８０の数とバリエーションについては、検出したい接触の重要度や緊急度、その他経済上のメリット等を総合的に勘案して決定することとなる。当然のことながら、定電圧電源装置・電圧検出器の配線は、クーラー１９の給排管２１とチャンバ１１の外壁との間の接続と同様に他の炉内部材間の結線も行うことは当業者にとっては極めて容易なことであり、また、取り付けられる絶縁部材８０の数や場所も、図１０に示されるものに限られないことも明らかである。
【００７９】
なお、この実施の形態の実効性に関して言及すれば、実際にクーラー１９（ステンレス製）と熱遮蔽体１８（炭素製）との間の接触抵抗も、他の金属製炉内部材（ステンレスその他の金属製）との間の接触抵抗も、いずれも１０Ω以下であり、これは殆ど回路の内部抵抗と言うべきものであって、タッチセンサ構成による電圧変化によって接触状態を監視する際の妨げにならないことは明らかである。また、クーラー１９は冷却水を流通するものであり、本発明を実施するにあたっては冷却水の抵抗を考慮する必要が生ずるが、その抵抗値は数１０ｋΩ程度もあれば、タッチセンサを構成するにあたって、冷却水による導通を考慮する必要は殆ど無くなる。
【００８０】
因みに、絶縁部材８０の材質については、８０ａ及び８０ｄはともにＣＺ炉の外に取り付けられるものであるため、通常使用され普通に購入することができる市販の絶縁材料（例えば、ジュラコン、デルリン等。ともに商品名）を採用することができる。一方、８０ｂ及び８０ｃについては、ともにＣＺ炉内に取り付けられるものであるため、これらはいずれも純度の高いＳｉＯ_２で構成するようにするのが好ましい。
【００８１】
＜過負荷検出、異常重量変化検出＞
一般的なＣＺ法単結晶引上げ装置においては、ワイヤ１５で単結晶１７を引上げ、ワイヤ１５は巻取機１６で巻き取られるが、本発明に係るクーラー付ＣＺ法単結晶引上げ装置においては、この巻取機１６のプルヘッドに取りつけられているロードセル若しくはこの巻取機１６を駆動させるモータが過負荷を感じた場合には、少なくとも昇降装置２５のモータ２６ａが停止するように構成している。また、昇降装置２５自身においても、昇降装置２５を駆動させるモータ２６ａが過負荷を感じた場合には、少なくとも昇降装置２５のモータ２６ａが停止するように構成している。より好適な実施態様としては、これらのモータのいずれかが過負荷を感じたときには、とっさにモータ２６ａを逆回転させてクーラー１９を逆方向に戻し、重篤な事故に至るのを回避する。更には、必要な場合には、温度検出等の実施形態の場合と同様に、クーラー１９をシリコン融液液面や引上げ単結晶１７から高速度（３００ｍｍ／ｍｉｎ）で遠ざけることによって重篤な事故に至るのが回避される。
【００８２】
なお、モータにおける過負荷の検出それ自体は、例えば使用するモータをサーボモータにするだけで容易に行うことができるなど、当業者にとって自明の領域に属する事項である。
【００８３】
＜水蒸気検出＞
本発明に係るクーラー付ＣＺ法単結晶引上げ装置においては、冷却水が流通するタイプのクーラーを使用することから、ＣＺ炉内に生じた水蒸気を検出する水蒸気検出装置を備え、当該水蒸気検出装置により水蒸気が検出された場合にはクーラーを引上げ単結晶から遠ざけるように動作する。
【００８４】
即ち、この実施の形態に係るＣＺ法単結晶引上げ装置においては、チャンバ１１内の圧力変化を追跡する圧力センサ３１と、真空ポンプ２０で吸引されるチャンバ１１内の気体の温度変化を見る温度センサ３３と、真空ポンプ２０で吸引されるチャンバ１１内の気体の赤外線吸収を見る赤外線センサ３４と、が取り付けられている。これは、クーラー１９の配管に水漏れが生じた場合には、炉内の熱によってその水漏れ水が水蒸気となり、それが温度変化ないしは圧力変化を生じさせるので、それを検出することによって水漏れを的確に察知しようとするものである。赤外線センサ３４は、水蒸気には赤外線吸収があることから、それを測定することによって、水漏れ検出の確実性を増大させるために設置されている。
【００８５】
これらの各センサについては、いずれか一つが設置されていれば、水漏れを察知することは十分に可能であるが、検出の万全を期すという観点から、適当に組み合わせて複数個設置するようにしてもよい。また、同様の観点から、同種類のセンサを複数個設置することも妨げられない。
【００８６】
なお、温度センサ３３は、比較的多量の水蒸気が存在しなければ他の条件変化と区別可能な感応をしないため、水蒸気による温度変化を的確にキャッチするためには水蒸気が集中する場所に取り付けられるべきであるので、基本的には排気経路（即ち、真空ポンプ２０に接続されている管）に取り付けられるのが好ましい。これに対し、赤外線センサ３４は微量の水蒸気でも直ちに検出できるので、排気経路だけでなく、チャンバ１１の内壁面など、あらゆるところに取り付けることが可能である。
【００８７】
ここで、上記各センサは、コントローラ３５に接続されている。この実施の形態においては、圧力センサ３１は直接的に、温度センサ３３及び赤外線センサ３４は、それぞれ対応する処理装置３３ａ及び３４ａを介してコントローラ３５に接続されている。
【００８８】
例えば、水蒸気の発生によるチャンバ１１内の圧力上昇が圧力センサ３１によって検出された場合、水蒸気の発生による排気ガスの高温化が温度センサ３３によって検出された場合、赤外線センサ３４によって水蒸気の吸収帯での異常な吸収が認められた場合、或はこれらの事態が同時に検出された場合には、コントローラ３５が作動して、表示器３６を点灯させ、冷却水の流入を調整する電磁弁３７を閉じて冷却水の流入をストップし、それと同時に、普段は閉じられている電磁弁３９を開き、排出管２１ｂの末端を大気に開放する。そうすると、水漏れが生じた場合には、水漏れ水が水蒸気となって圧力が増すので、その場合には、電磁弁３９を通ってクーラー１９内の冷却水が外部に排出され、シリコン融液中に落ちる水の量を低減させることができる。
【００８９】
なお、この大気への開放を行う管は、供給管２１ａにも接続されており、クーラー１９内にこれから供給されようとしていたものをも排出することができる。このため、水漏れ時には、クーラー１９内に滞留している冷却水が可能な限り多く排出されるので、装置に対するダメージが少なくなり、そのような場合でも装置の操業停止等の事態が回避できることとなる。但し、この実施の形態に係るＣＺ法単結晶引上げ装置においては、非常事態に対する万全を期すために、その対策として、チャンバ１１には安全弁４０が取り付けられている。また、冷却水の流出管や大気開放管にも逆止弁４１から４３が取り付けられており、非常事態に対する万全が図られている。
【００９０】
＜その他＞
ここで、ＣＺ法単結晶引上げ装置において「異常事態が生じた」ことの態様としては、例えば、作業員の検知、停電、真空ポンプの故障、ヒーター電源故障、炉内品破損、冷却水ポンプ故障等を挙げることができる。
【００９１】
本発明に係るクーラー付ＣＺ法単結晶引上げ装置においては、このような「異常事態が生じた」場合には、少なくとも昇降装置２５のモータ２６ａが停止し、場合によっては、とっさにモータ２６ａを逆回転させてクーラー１９を逆方向に戻し、重篤な事故に至るのを回避する。更には、重篤な事故に至るのを回避するために、「異常事態が生じた」場合には、クーラーが接近した状態では危険な炉内部材（シリコン融液液面や引上げ単結晶）からクーラーを高速度（３００ｍｍ／ｍｉｎ）で遠ざけるように動作する。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るクーラー付ＣＺ法単結晶引上げ装置においては、冷却水が流通するクーラーがＣＺ炉内に存在する場合でも、当該クーラーと他の炉内部材との異常接近・接触を適確に予防し、或いは当該異常接近・接触を検出して退避動作を行うことによってクーラーの破損等の予防・防止が実現されるので、クーラー中の水の膨張による爆発等の重大な事故の発生を未然に防止することができる。
【００９３】
また、融液のように熱源となる物その他の危険箇所からクーラーを迅速に退避させるので、万が一漏水事故が生じてしまった場合でも、それによるダメージの低減を同時に図ることができる。
【００９４】
更に、安全対策それだけではなく、クーラーの位置を迅速に変更することができることから、単結晶の引き上げ中に適宜クーラーと融液液面の高さを調節することができ、それによって単結晶引上げ速度の更なる高速化やそれに伴う生産効率の向上を実現することができる。
【００９５】
また更に、長時間使用等が原因となって炉内部材の変形が生じてしまった場合でも、融液液面とクーラーの間の距離や熱遮蔽体とクーラーの間の距離を微調整して実質的に同一条件が維持されるように設定をすることができるので、安定した品質の結晶を量産し続けることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＣＺ法単結晶引上げ装置の好適な実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るＣＺ法単結晶引上げ装置の昇降装置の機能構成を説明するためのブロック図である。
【図３】斜め方向にクーラーが移動する場合の実施形態を説明するためのブロック図である。
【図４】斜め方向に移動するクーラーの冷却管スタックの実施形態を示す図である。特に、図４Ａは側面図、図４Ｂは上面図である。
【図５】冷却管スタックの実施形態のバリエーションを示す図である。
【図６】回転移動するクーラーを備えたクーラー付ＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置の実施形態を説明するためのブロック図である。
【図７】回転移動するクーラーの冷却管スタックの実施形態を示す図である。
【図８】クーラーの給排管の昇降ブロックとの接合部に使用される冶具、及びクーラーが抜かれた後の穴を蓋する蓋体の構成を示す図である。特に、図８Ａは冶具の縦断面図、図８Ｂは蓋体の縦断面図、図８Ｃは冶具の上面図、図８Ｄは冶具の構造を説明するための図である。
【図９】本発明に係るクーラー付きＣＺ法単結晶引上げ装置の安全装置の説明をするためのブロック図である。
【図１０】炉内部材間でタッチセンサを構成する際の原理を説明するための図である。
【図１１】炉内部材間でタッチセンサを構成する際の結線図の一例を示した図である。
【符号の説明】
１１チャンバ
１２シリコン融液
１２ａシリコン融液液面
１３ルツボ
１４ヒータ
１５ワイヤ
１６巻取機
１７シリコンインゴット
１７ａ種結晶
１８熱遮蔽体
１９，１１９，２１９クーラー
１１９ａ，１１９ｂクーラーブロック
２１９ｘ隙間
２０真空ポンプ
２３，１２３，２２３蛇腹部材
２５，１２５昇降装置
２２５水平移動装置
２３ａ，１２３ａ，２２３ａ昇降ブロック（架橋部材）
２２３ａ移動ブロック
２５ａ，１２５ａ，２２５ａ螺子棒体
２６ａ，１２６ａ，２２６ａモータ
２６ｂエンコーダ
２７リミッタスイッチ（ＬＳ）
３１圧力センサ
３３温度センサ
３４赤外線センサ
３３ａ，３４ａ処理装置
３５コントローラ
３６表示器
３７，３９電磁弁
４０安全弁
４１〜４３逆止弁
５１,５２ソレノイド
６０固定冶具
６１円柱体
６１ａ円柱体６１の周状溝
６１ｂ貫通孔
６１ｄＯリング
６２ａ,６２ｂ半円リング状板材
６３ａ, ６３ｂ, ６４ａ, ６４ｂネジ
７０蓋体
７０ａ蓋体７０の円柱状の胴部
７０ｂ円盤状のフランジ
７０ｃネジ
７０ｄＯリング
７１回動軸
７２放射温度計・ＣＣＤカメラ
７３温度センサ
７４温度計
７５メルトレベルセンサ
８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ絶縁部材
８１定電圧電源装置
８２電圧検出器
８３リレースイッチ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a CZ method single crystal pulling apparatus including a cooler for pulling single crystal cooling.
[0002]
[Prior art]
In a CZ method single crystal pulling apparatus that pulls up a single crystal by the Czochralski method (CZ method), a cooler for cooling the pulled single crystal installed in a CZ furnace has recently been used. With regard to such an in-furnace cooler installation type CZ method single crystal pulling device, it is possible to significantly increase the single crystal pulling speed, and as a result, the manufacturing efficiency of single crystal ingots and wafers is increased. The significance of this is great.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
And several types of coolers are proposed for the cooler installed in the CZ furnace of the CZ method single crystal pulling apparatus, and there are even those that move in the CZ furnace (Japanese Patent Laid-Open No. 11-1990). No. 92272), there is still room for improvement for such an in-furnace cooler.
[0004]
This invention is made | formed in view of the above subjects, The objective is to provide the CZ method single crystal pulling apparatus with which the functionality of the cooler installed in a CZ furnace was improved.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, by realizing a configuration in which the moving speed of the cooler is changed as appropriate, it is possible to ensure the quick operation when avoiding danger. Furthermore, with respect to the moving direction of the cooler, by adding not only vertical movement but also oblique movement or rotation variation, a pulling device that prevents the cooler from obstructing movement and visual recognition of other in-furnace members; can do.
[0006]
More specifically, the present invention provides the following.
[0009]
( 1 ) A CZ method single crystal pulling device for pulling up a single crystal from the melt, a crucible in which the melt is stored, a crucible lifting device for lifting and lowering the crucible, and a heat shield surrounding the pulled single crystal A heater for supplying heat to the crucible, a cooler for cooling the pulled single crystal, a chamber for storing these, and the cooler Diagonally A cooler lifting device for raising and lowering; A telescopic member that covers a portion of the chamber through which the supply / discharge pipe passes so as to maintain a sealed state in the chamber, and that expands and contracts according to the movement of the supply / discharge pipe; The cooler comprises: a cooling pipe stack surrounding a single crystal being pulled up; and a supply / discharge pipe penetrating the chamber and supplying / discharging cooling water to / from the cooling pipe stack. The elevating device is a CZ method single crystal pulling device comprising a bridging member connected to the supply / exhaust pipe, a screw rod body screwed into the bridging member, and a driving body for rotating the screw rod body.
[0013]
( 2 () 1 In the CZ method single crystal pulling apparatus, a plurality of the cooler lifting devices are provided in the chamber, and the cooling pipe stack portion of the cooler has a cylindrical shape corresponding to the number of the cooler lifting devices. A CZ method single crystal pulling apparatus characterized by being divided into a plurality of shapes.
[0014]
( 3 () 1 CZ method single crystal pulling apparatus according to claim 1, further comprising an encoder for tracking an ascending distance and a descending distance of the cooler.
[0015]
( 4 () 1 ) To ( 3 1) The CZ method single crystal pulling apparatus according to any one of the above, wherein a limiter member for preventing the bridging member from moving downward from a predetermined position of the screw rod body is provided. apparatus.
[0016]
The simplest limiter member is a solid member such as a lump of iron, but this is composed of an LS (limiter switch) and after it is detected that the limiter member has been contacted. Alternatively, it may be configured to immediately return upward.
[0017]
( 5 () 1 ) To ( 4 1) The CZ method single crystal pulling device according to any one of the above, wherein the cooler lifting device is a cooler lifting device that changes the lifting speed of the cooler in two or more stages.
[0018]
[Definition of terms]
In this specification, the “in-furnace member” means a tangible material existing in the CZ furnace, and includes a wide range of materials such as a cooler, a heat shield, a single crystal, a crucible, and a CZ furnace inner wall. include.
[0019]
The CZ method single crystal pulling apparatus according to the present invention can be provided with a magnetic field applying means for applying a magnetic field to the raw material melt in the crucible. As a magnetic field applying means for applying a magnetic field to the raw material melt in the crucible, for example, those disclosed in JP-A-56-45889 can be used. Further, as a magnetic field applying means for generating a cusp magnetic field, those disclosed in JP-A-58-217493 can be used.
[0020]
The method and apparatus according to the present invention are considered to be a method that can be applied to the CZ method in general because there is no factor that is influenced by the type of single crystal ingot to be pulled up, so that the single crystal ingot to be pulled up is a silicon single crystal ingot. Not limited to.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing a preferred embodiment of a CZ method single crystal pulling apparatus according to the present invention.
[0022]
[overall structure]
A CZ method single crystal pulling apparatus according to the present invention includes a crucible 13 for manufacturing and storing a silicon melt 12 in a chamber 11 serving as a sealed container, as well as a normal CZ method CZ method single crystal pulling apparatus. And a heater 14 for heating the crucible 13. In addition to this, as in a normal CZ method CZ method single crystal pulling apparatus, an electrode for supplying power to the heater 14, a crucible support for supporting the crucible 13, a pedestal for rotating the crucible 13, a heat insulating material, a melt Receive, inner cylinder, etc. are provided. In addition, the apparatus includes a heat shield 18 for shielding heat radiation from the silicon melt 12 and the heater 14 to the single crystal 17, and a cooler 19 disposed inside the heat shield 18. Is provided.
[0023]
In such a CZ method single crystal pulling apparatus, the single crystal pulling is performed while the pulling single crystal 17 and the crucible 13 are rotated in the opposite directions, similarly to the normal CZ method CZ method single crystal pulling apparatus. Here, the crucible 13 is moved up and down by a lifter (not shown) provided under the crucible 13. Unless otherwise specified, the crucible 13 moves up and down in such a manner that the crucible 13 rises as the silicon melt surface 12a is lowered as the silicon single crystal ingot is pulled up.
[0024]
Note that the CZ method single crystal pulling apparatus according to the present invention is provided with an inert gas introduction / exhaust system that is usually provided in this type of CZ method CZ method single crystal pulling apparatus, although not particularly shown. Under such a system, the heat shield 18 also functions to adjust the flow path of the inert gas. Further, in this apparatus, a vacuum pump 20 for exhausting the inside of the chamber 11 is connected (in addition, means for detecting the opening degree of the throttle valve or detecting the amount of supplied electric power). Is provided in the vacuum pump 20 so that it is not necessary to separately provide a pressure sensor described later).
[0025]
Further, the CZ method single crystal pulling apparatus according to the present invention is provided with solenoids 51 and 52 for applying a cusp magnetic field to the silicon melt 12. By applying a cusp magnetic field to the silicon melt 12 by the solenoids 51 and 52, minute convection generated in the silicon melt 12 can be eliminated, and further reduction of crystal defects and stable pulling can be further promoted. Will be able to.
[0026]
[cooler]
In the CZ method single crystal pulling apparatus according to the present invention, a cooler 19 composed of a pipe through which cooling water flows is arranged inside the heat shield 18. As shown in FIGS. 1 and 2, the cooler 19 is configured by a laminated body (cooling pipe stack) of piping surrounding the pulling single crystal 17, and cooling water is circulated through the piping. The cooling water is supplied through the supply pipe 21a. A bellows member 23 is attached to a portion where the supply / discharge pipe 21 (including a set of the supply pipe 21a and the discharge pipe 21b) including the supply pipe 21a penetrates into the chamber 11, and thereby airtightness is maintained. Has been.
[0027]
In this embodiment, the inner diameter of the pipe constituting the cooler 19 is 17 mm or less, and the flow rate of the cooling water flowing through the pipe is set to 15 liters / minute or less. Here, when the diameter of the pipe is reduced to some extent, the cooling effect is not so hindered. In this case, the amount of water staying in the cooler 19 can be reduced, so that the water leakage damage in the event of damage to the cooler 19 can be reduced.
[0028]
In addition, the distance from the lower end 19a of the cooler 19 and the silicon melt liquid surface 12a is normally set to about 150 mm. By installing the cooler 19 in the CZ furnace, the crystal defect size can be reduced by increasing the temperature gradient in the single crystal straight body, and at the same time the pulling speed of the silicon single crystal ingot can be increased, thereby producing Efficiency can be improved.
[0029]
[Moving the cooler]
<Cooler lifting device (vertical vertical movement in the vertical direction)>
What is characteristic in the CZ method single crystal pulling apparatus according to the present invention is that the cooler 19 constituted by piping through which cooling water flows is moved in the CZ furnace. In this embodiment, First of all, the movement of the cooler 19 is shown in the embodiment “lifting”.
[0030]
That is, in the CZ method silicon single crystal pulling apparatus with a cooler according to the present invention, as shown in FIG. 1, an elevating device 25 for elevating and lowering the cooler 19 in the CZ furnace is provided. By driving, the cooling pipe stack of the cooler 19 surrounding the pulling single crystal 17 moves in the vertical direction.
[0031]
Here, FIG. 2 is a block diagram for explaining a functional configuration of the lifting device 25. In the figure, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Further, for the sake of concise explanation, members / components unnecessary for explanation are omitted, while members / components omitted in FIG. 1 are added as appropriate.
[0032]
As shown in FIG. 2, in this embodiment, the elevating device 25 includes an elevating block 23a (bridging member) attached to the upper portion of the bellows member 23, and a screw rod body 25a screwed into the elevating block 23a. And a motor 26a for rotating the screw rod body 25a. In this embodiment, the elevating block 23a and the screw rod body 25a are screwed with a ball screw.
[0033]
The lifting device 25 having the above-described configuration has the advantage that the screw rod body can be reliably moved in the axial direction, and the moving speed can be changed accurately and freely. More specifically, not only constant speed movement in the screw rod body axis direction but also sudden stop, reverse rotation, and change of moving speed can be freely performed.
[0034]
Incidentally, in the CZ method single crystal pulling apparatus according to the present invention, the moving speed is supposed to be changed in two stages of 30 mm / min and 300 mm / min. Functions will be utilized.
[0035]
Further, according to the lifting device 25 having the above-described form, even when the motor 26a as the drive mechanism is stopped, the cooler is supported and the position of the cooler is maintained, so that energy is saved. It also becomes.
[0036]
Incidentally, all types of lifting devices described in this embodiment, when a magnetic field is applied to the silicon melt as shown in FIG. It is necessary to take some countermeasures such as installation at a position not affected by the magnetic field or covering with a housing.
[0037]
<Diagonal movement>
FIG. 3 is a block diagram for explaining an embodiment when the cooler moves in an oblique direction. In the figure, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and equivalent elements having the same functions are denoted by reference numerals in the 100s having the same last two digits.
[0038]
As shown in FIG. 3, in the cooler moving in the oblique direction, the lifting device itself is the same as that of the vertical movement type cooler shown in FIG. 1, but there are two cooling pipe stacks constituting the cooler. It is different where it is divided into pieces. And because of such a characteristic configuration, in the CZ method silicon single crystal pulling apparatus with a cooler according to this embodiment, when the cooler is lifted in an oblique direction, the cooling pipe stack is opened.
[0039]
The configuration and operation of the CZ method silicon single crystal pulling apparatus with a cooler according to this embodiment will be described in detail. In this apparatus, the structure of the elevating device 125 for moving the cooler 119 including the cooling pipe stack in an oblique direction is as follows. 1 is basically the same as the lifting device 25 shown in FIG. 1. The lifting device 125 includes a lifting block 123a (bridging member) attached to the upper portion of the bellows member 123 and a screw screwed into the lifting block 123a. It consists of a rod body 125a and a motor 126a for rotating the screw rod body 125a. In this embodiment, the screwing of the lifting block 123a and the screw rod body 125a is also performed by a ball screw as in the lifting device 25 shown in FIG.
[0040]
Here, what is characteristic in the cooler according to this embodiment is that the cooler 119 formed of the cooling pipe stack is divided into two cooler blocks 119a and 119b. As shown in FIGS. 4A and 4B, each of the cooler blocks 119a and 119b is formed by winding a cooling pipe so that the entire block is a semi-cylindrical shape, and the cooler block 119a and the cooler block 119b are formed. When these two are combined, a cylindrical shape is formed (FIG. 5A). For this reason, even if it moves from the diagonal direction, the predetermined position of the single crystal can be cooled by the cooler and can be retreated to another place when it is not necessary.
[0041]
Such an obliquely moving cooler 119 is not suitable for use in changing the cooling position of a single crystal, but compared with the vertically moving cooler shown in FIG. There is an advantage that switching between setting and releasing can be performed accurately, simply and quickly. In addition, according to such an obliquely moving type cooler 119, the cooler is retreated to one corner of the chamber by rising in the oblique direction. For example, in the case of performing additional charge or recharge, You can make space for that. And since it becomes possible to take up a sufficient work space by this, there is an advantage that these operations become easy.
[0042]
In this embodiment, only the semi-cylindrical blocks of the cooler blocks 119a and 119b constituting the obliquely moving type cooler 119 are shown (see FIG. 5A). 120 degrees and a cylinder divided into three parts (see FIG. 5B), and a cylinder formed by dividing the cylinder into four parts with a central angle of 90 degrees (see FIG. 5C). Any form that can form a shape close to a cylindrical shape can be adopted. As a matter of course, the central angle in the case of division may not be uniform (see FIG. 5D).
[0043]
<Rotation movement>
FIG. 6 is a block diagram for explaining an embodiment of a CZ method silicon single crystal pulling apparatus with a cooler provided with a rotating cooler. In the figure, the same components as those of the CZ method silicon single crystal pulling apparatus with a cooler provided with the vertical movement type cooler shown in FIG. Are given the same reference numbers in the 200s.
[0044]
As shown in FIG. 6, the rotational movement type cooler 219 is also composed of a stack of cooling pipes, like the vertical movement type cooler 19, and cooling of the single crystal by circulating cooling water therethrough. I do.
[0045]
A characteristic feature of this rotary movement type cooler 219 is that the cooler 219 rotates about the rotation shaft 71. That is, in the CZ method silicon single crystal pulling apparatus of FIG. 6, after the cooler 219 is lifted by the rotational movement of the cooler 219 (FIG. 6A), the bellows member 223 extends, and the cooler 219 is inserted into the bellows member 223. Housed (FIG. 6B).
[0046]
Here, the bellows member 223 is expanded and contracted by a horizontal movement device 225. This horizontal movement device 225 is a vertical movement type cooler 19 shown in FIG. 1 or an oblique movement type cooler shown in FIG. The moving block 223a attached to the end of the bellows member 223, the screw rod body 225a screwed into the moving block 223a, and the screw rod body 225a are rotated. And a motor 226a to be operated. And according to such a horizontal movement apparatus 225, like the previous raising / lowering apparatus, the movement block 223a moves horizontally with rotation of the motor 226a, and the bellows member 223 is extended and retracted and the cooler 219 is put in and out. .
[0047]
In the CZ method silicon single crystal pulling apparatus with a cooler provided with such a rotational movement type cooler 219, the shape of the cooler 219 is such that when the cooler 219 is lifted, as shown in FIG. In order to allow the 219 to pass through the single crystal 17, it is not necessary to have a perfect cylindrical shape but basically to have a gap 219 x larger than the diameter of the seed crystal 17 a. However, even if such a configuration is not adopted, a split type cooler as shown in FIGS. 5A to 5D may be used.
[0048]
[Removing and installing the cooler]
The cooler is removed by pulling out the supply / discharge tube from the CZ furnace after the completion of the pulling of the silicon single crystal ingot.
[0049]
As for this operation and related members, a CZ method silicon single crystal pulling apparatus with a cooler provided with a vertically moving cooler 19 shown in FIG. 1 will be described as an example, but a cooler constituted by a cooling pipe is provided. As long as it is applicable to other types of devices as well.
[0050]
First, the cooler 19 is removed by pulling out the supply / discharge pipes (21a, 21b) from the CZ furnace after the completion of the pulling of the silicon single crystal ingot.
Here, the cooler 19 is being fixed to the raising / lowering block 23a with the fixing jig 60 provided in the top part of the bellows member 23, as FIG. 8 shows. Moreover, the cover body 70 is prepared as a member for closing the hole opened to the raising / lowering block 23a after the cooler 19 is removed. Since the lid 70 is for compensating for the state where the cooler 19 does not exist, the fixing jig 60 and the lid 70 are shaped to be homologous with each other in order to have interchangeability.
[0051]
Here, regarding the specific structures of the fixing jig 60 and the lid body 70, as shown in FIG. 8, both include a flange member extending in parallel to the outer surface of the elevating block 23a. The structure in which the flange member is fixed with screws is the basic structure. First, as shown in FIG. 8B, the lid body 70 is formed by providing a disk-like flange 70b on the top of a cylindrical body portion 70a, and is fitted into the elevating block 23a by screws 70c. Screw fixed. An O-ring 70d for keeping airtightness is wound around the cylindrical body portion 70a.
[0052]
On the other hand, as shown in FIG. 8A, the fixing jig 60 includes a cylindrical body 61 having a circumferential groove 61a and a pair of semicircular ring-shaped plate members 62a fitted in the circumferential groove 61a of the cylindrical body 61. And 62b (FIG. 8D), and the cylindrical body 61 is provided with a through hole 61b through which the supply / discharge pipes (21a, 21b) are passed (FIG. 8C). In addition, an O-ring 61 d for maintaining airtightness is wound around the cylindrical body 61, similarly to the body portion 70 a of the lid body 70. In this embodiment, two O-rings are provided as insurance when one of the O-rings is broken. However, when it is not necessary to consider the breakage of the O-ring, the O-ring is provided. May be one.
[0053]
In such a fixing jig 60, the pair of semicircular ring-shaped plate members 62 a and 62 b are fitted into the groove 61 a of the cylindrical body 61. In this state, the semicircular ring-shaped plate members 62a and 62b are screwed to the columnar body 61 by screws 63a and 63b, thereby forming a columnar body having a flange member so that the same function as the lid 70 can be exhibited. become. In this state, the fixing jig 60 is screwed to the elevating block 23a with screws 64a and 64b at locations where the semicircular ring-shaped plate members 62a and 62b become flange portions.
[0054]
Thus, both the fixing jig 60 and the lid 70 (both of the fixing jig 60 are bolt-shaped when the semicircular ring-shaped plate members 62a and 62b are fitted), so to speak, a bolt-like member without a thread. Are fitted in the holes of the elevating block 23a, and are interchangeable with each other. In other words, the fixing jig 60 and the lid 70 constitute one set. It can be easily attached and detached. For this reason, switching between the presence and absence of a cooler can be performed easily and freely, and it is used on a case-by-case basis, sometimes as a CZ method single crystal pulling device equipped with a CZ furnace with a cooler, and when there is another, a cooler This makes it possible to easily perform operations such as using as a normal CZ method single crystal pulling apparatus without any.
[0055]
[Safety device]
As described above, the present invention is configured so that the cooler provided in the CZ furnace of the CZ method single crystal pulling apparatus can be moved, and when an abnormal situation occurs in the apparatus, the cooler is retreated from the problem location. This improves the maintainability of the CZ method single crystal pulling apparatus.
[0056]
<Operations for ensuring safety and avoiding danger>
The CZ method single crystal pulling apparatus according to the present invention basically keeps the cooler away from the place where the abnormal situation has occurred, the melt surface or the pulling single crystal (retraction) as an operation for ensuring safety and avoiding danger. The form is adopted. As a more specific aspect, for example, when the “abnormal situation” is a collision or abnormal approach between the cooler 19 and another in-furnace member while the cooler 19 is moving up and down, the cooler 19 is A mode of temporarily moving in the reverse direction by about 5 mm can be mentioned. If the “abnormal situation” is a collision between in-furnace members other than the cooler 19 or a malfunction of the apparatus, the cooler 19 is moved away from the single crystal 17 or the silicon melt 12. Therefore, the danger is avoided and the maintainability of the CZ method single crystal pulling apparatus is improved.
[0057]
In this case, when retreating from a dangerous point represented by the single crystal 17 or the silicon melt 12, the moving speed of the cooler 19 is varied at a high speed (30 mm / min → 300 mm / min). It is possible to quickly avoid danger.
[0058]
<Specific embodiment of safety device>
Hereinafter, the safety device with which the CZ method single crystal pulling apparatus with a cooler according to the present invention is provided will be described.
[0059]
FIG. 9 is a block diagram for explaining a safety device of a CZ method single crystal pulling apparatus with a cooler according to the present invention. In the figure, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In this embodiment, a safety device using a CZ method single crystal pulling device with a cooler will be described by taking as an example a device equipped with a vertically moving cooler 19 for convenience of explanation. However, it is clear that the safety device described below can be diverted to the obliquely moving type cooler 119 and the rotationally moving type cooler 219 while the basic principle remains the same.
[0060]
<Temperature detection>
A CZ method single crystal pulling apparatus with a cooler according to the present invention is equipped with a radiation thermometer / CCD camera 72 for two-dimensional observation of the inside of the CZ furnace from a window provided in the chamber 11. The radiation thermometer / CCD camera 72 serves as a thermograph for detecting the temperature distribution in the CZ furnace, and can thereby detect an abnormal increase in the surface temperature of the cooler 19.
[0061]
In this embodiment, a temperature sensor 73 composed of a thermocouple is attached to the inside of the cooler 19, and this temperature sensor 73 can also detect an abnormal increase in the surface temperature of the cooler 19. it can. Note that, when the temperature sensor 73 is attached to the outside of the cooler 19, overheating from the heater 14 can be detected.
[0062]
Thus, in the CZ method single crystal pulling apparatus with a cooler according to the present invention, by providing the radiation thermometer / CCD camera 72 or the temperature sensor 73, any of the abnormal rises in the surface temperature of the cooler 19 can be detected. When an abnormal rise in the surface temperature of the cooler 19 is detected, the cooler 19 is moved away from a location causing the temperature rise (for example, the pulled single crystal 17) at a high speed (300 mm / min). To avoid serious accidents.
[0063]
Furthermore, the CZ method single crystal pulling apparatus with a cooler according to the present invention includes, as an optional form, a thermometer 74 for detecting the temperature of the cooling water that has passed through the cooler 19. Is detected, the cooler 19 is moved away from the location (the pulled single crystal 17 and the silicon melt liquid surface) that causes the abnormal increase in the cooling water temperature. In this case, in the vertical movement type cooler 19, the movement direction is limited to the vertical direction, and therefore, the retreat from the silicon melt liquid surface is the main, but the diagonal movement type cooler 119 and the rotational movement type are used. In the case of the split type, the cooler 219 can simultaneously retract from the silicon melt surface and retract from the pulled single crystal.
[0064]
<Relative position detection>
The CZ method single crystal pulling apparatus with a cooler according to the present invention is provided with a melt level sensor 75 for detecting the height of the silicon melt liquid surface. According to the melt level sensor 75, not only the silicon melt liquid level but also the general height of the in-furnace member such as the measurement of the distance between the bottom surface of the cooler 19 and the top surface of the heat shield 18 is measured. Can do. Therefore, according to the melt level sensor 75, it is possible to detect an abnormal approach or collision between the in-furnace members due to the vertical movement (lifting) of the cooler 19.
[0065]
For example, when the two-dimensional melt level sensor according to Japanese Patent Application No. 11-71149 is used, not only the distance in the vertical direction but also the distance in the horizontal direction can be detected. It is possible to detect not only the abnormal approach or collision between the thermal shield 18 and the thermal shield 18 but also the abnormal approach or collision between the thermal shield 18 and the single crystal 17 or between the cooler 19 and the single crystal 17. . The detection of the distance in the horizontal direction can be similarly performed by the radiation thermometer / CCD camera 72.
[0066]
As described above, the CZ method single crystal pulling apparatus with a cooler according to the present invention includes the melt level sensor 75 (particularly the two-dimensional melt level sensor) or the radiation thermometer / CCD camera 72, so It becomes possible to detect an abnormal approach or collision between in-furnace members such as an abnormal approach or collision with the single crystal 17. When an abnormal approach or collision is detected during the lifting operation, the motor 26a of the lifting device 25 rotates in the reverse direction and the cooler 19 returns in the reverse direction, thereby avoiding a serious accident. . In some cases, as in the case of the temperature detection, a serious accident may be caused by moving the cooler 19 away from the silicon melt liquid surface or the pulled single crystal 17 at a high speed (300 mm / min). Avoided.
[0067]
<Encoder>
In the CZ method single crystal pulling apparatus with a cooler according to the present invention, an encoder 26b integrated with a motor 26a is provided (FIG. 2), and the ascending distance and the descending distance of the cooler 19 are tracked by the encoder 26b. I have to.
[0068]
Then, on the basis of the calculated values calculated using the information from the encoder 26b (the ascending distance and descending distance of the cooler 19), an abnormal approach or collision between the cooler 19 and the pulling single crystal 17 during the ascending / descending operation. (Especially in the case of an obliquely moving cooler 119 or a rotationally moving cooler 219), or abnormal approach or collision (vertical) between the cooler 19 and the raw material melt or other in-furnace member When the direction moving type cooler 19, the oblique direction moving type cooler 119, and the rotational movement type cooler 219 are detected), the reverse rotation of the motor 26a or the switching of the moving speed of the cooler is immediately performed (high speed). And move the cooler away from places where an abnormal approach or collision is detected, or from dangerous places such as the silicon melt liquid surface or the pulling single crystal 17 .
[0069]
<Limiter member>
In the CZ method single crystal pulling apparatus with a cooler according to the present invention, a limiter switch (LS) 27 is provided below the elevating block 23a (FIG. 2), and when the elevating block 23a contacts the LS 27, the motor 26a is immediately used. Is stopped and the descent of the cooler 19 is stopped, or in some cases, the motor 26a is actively rotated in the reverse direction to return the cooler 19 upward.
[0070]
Here, the limiter switch (LS) 27 basically sets a lower limit (a limiter member) for preventing the cooler 19 from descending further, and its size is It is set to the lower limit. In this embodiment, the limiter member is a limiter switch that performs electrical control. However, a physical switch may be used as long as it can limit the movement of the lifting block 23a below a predetermined position. It may be a solid member such as a simple metal lump.
[0071]
In the CZ method single crystal pulling apparatus with a cooler according to the present invention, by providing such a limiter member, at least excessive cooling of the cooler 19 can be prevented in advance with physical restrictions. When the limiter switch is used, the cooler 19 can be quickly recovered from the excessively lowered state.
[0072]
<Touch sensor>
In the CZ method single crystal pulling apparatus with a cooler according to the present invention, in order to accurately detect the contact between the members in the furnace (particularly, the contact by the cooler moving in the furnace), the gap between the members whose contact is to be detected is determined. Insulation is applied to apply a constant voltage, and changes in the voltage are tracked. This means that a touch sensor is configured as a whole between members that detect contact, and FIG. 10 shows a principle diagram for that purpose, and FIG. 11 shows an example of a necessary circuit diagram. In addition, although the example which comprises a voltage measurement type touch sensor in this Example is shown, you may make it comprise the current measurement type touch sensor as already stated. Moreover, in the figure, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as FIG.1 and FIG.2, and the description is abbreviate | omitted.
[0073]
First, in order to detect contact between the cooler 19 and other in-furnace members, the cooler 19 is insulated from the other members. As shown in FIG. 10, the insulating portion of the cooler 19 may be configured such that the supply / discharge pipe 21 is attached by biting the insulating member 80 a on the lifting block 23 a. Further, in order to detect contact between the heat shield 18 and other in-furnace members, as shown in FIG. 10, the insulating member 80 b is bitten at the base of the heat shield 18 and connected from the heat shield 18. It is preferable to do so. Similarly, in order to detect contact between the crucible 13 and the silicon melt 12 and other in-furnace members, it is preferable that the insulating member 80c is engaged at the lower part of the pedestal or the lower part of the crucible shaft and connected from the crucible 13. is there. In order to detect contact between the pulling single crystal 17 and the wire 15 pulling the pulling single crystal 17 and other in-furnace members, the winder 16 that winds the wire 15 and the top of the chamber 11 are insulated. It is preferable to insulate with the member 80 d and connect from the winder 16.
[0074]
Here, FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a connection diagram when the touch sensor is configured between the in-furnace members. As shown in FIG. 11, for example, in order to form a touch sensor between the cooler 19 and another in-furnace member and detect a contact between them, an insulating member 80 a shown in FIG. After insulating 19 from others, a constant voltage is applied between the cooler 19 and other in-furnace members. The constant voltage is preferably applied by a constant voltage power supply device 81, and the terminals of the constant voltage power supply device 81 are preferably connected to the supply / exhaust pipe 21 of the cooler 19 and the outer wall of the chamber 11.
[0075]
On the other hand, a voltage detector 82 is connected to this circuit in parallel with the constant voltage power supply device 81. In this embodiment, a relay switch 83 that is turned “on” only during the automatic process is attached. When the relay switch 83 is turned “on” during the automatic process, at least between the cooler 19 and the chamber 11. Thus, a touch sensor is configured.
[0076]
When the cooler 19 and another in-furnace member come into contact with each other in this state, a voltage drop is observed in the voltage detector 82. Therefore, if the voltage drop of the voltage detector 82 is tracked, both of the coolers 19 are observed. It is possible to detect an abnormal approach or collision between in-furnace members such as an abnormal approach or collision between the in-furnace member and other in-furnace members. When such an abnormal approach or collision is detected, the motor 26a of the elevating device 25 rotates in the reverse direction and the cooler 19 returns in the reverse direction to avoid a serious accident. Further, in some cases, as in the case of the embodiment such as temperature detection, a serious accident is caused by moving the cooler 19 away from the silicon melt liquid surface or the pulled single crystal 17 at a high speed (300 mm / min). Is avoided.
[0077]
Here, when only the cooler 19 is insulated from the other by the insulating member 80a and the other insulating members 80b to 80d are not provided, it is detected that the cooler 19 is in contact with another in-furnace member. Even if it is possible, the type of the in-furnace member that is in contact is unknown. When other insulating members 80b, 80c, and 80d are provided and the corresponding constant voltage power supply devices and voltage detectors are respectively connected, the heat shield 18 and other in-furnace members and crucibles are sequentially connected in that order. It is apparent from the principle of the present invention that the contact of the silicon melt 12 and the silicon melt 12 with other in-furnace members, the pulled single crystal 17 and the wire 15 can be detected. When all the insulating members 80a to 80d in FIG. 10 are attached, when a contact state is detected when the terminal of the constant voltage power supply device 81 is connected to the chamber 11, which furnace member is in contact with As described above, it is possible to accurately detect whether or not the failure has occurred.
[0078]
As described above, when the touch sensor is configured between the in-furnace members in the CZ method single crystal pulling apparatus, as the number and variations of the insulating members 80 attached to the apparatus increase, the accuracy as the touch sensor increases. However, the number and variation of the insulating members 80 are determined by comprehensively considering the importance and urgency of the contact to be detected, and other economic advantages. As a matter of course, the wiring of the constant voltage power supply / voltage detector can be connected between other members in the furnace as well as the connection between the supply / discharge pipe 21 of the cooler 19 and the outer wall of the chamber 11. It is very easy for a trader, and it is clear that the number and location of the insulating members 80 to be attached are not limited to those shown in FIG.
[0079]
In addition, referring to the effectiveness of this embodiment, the contact resistance between the cooler 19 (made of stainless steel) and the heat shield 18 (made of carbon) is also the same as other metal in-furnace members (stainless steel and other materials). The contact resistance between each of them is 10Ω or less, and this is almost the internal resistance of the circuit, and does not interfere with the monitoring of the contact state due to the voltage change due to the touch sensor configuration. It is clear. The cooler 19 circulates cooling water, and it is necessary to consider the resistance of the cooling water when implementing the present invention. If the resistance value is about several tens of kΩ, the touch sensor is configured. In addition, there is almost no need to consider conduction by cooling water.
[0080]
Incidentally, as for the material of the insulating member 80, since both 80a and 80d are attached to the outside of the CZ furnace, a commercially available insulating material (for example, Duracon, Delrin, etc.) that is normally used and can be purchased normally. Product name). On the other hand, since both 80b and 80c are mounted in the CZ furnace, both of them are high-purity SiO. ₂ It is preferable to make it comprise.
[0081]
<Overload detection, abnormal weight change detection>
In a general CZ method single crystal pulling apparatus, the single crystal 17 is pulled up by a wire 15 and the wire 15 is wound up by a winder 16. In the CZ method single crystal pulling apparatus with a cooler according to the present invention, When the load cell attached to the pull head of the winder 16 or the motor that drives the winder 16 feels an overload, at least the motor 26a of the lifting device 25 is stopped. In the lifting device 25 itself, when the motor 26a for driving the lifting device 25 feels an overload, at least the motor 26a of the lifting device 25 is configured to stop. In a more preferred embodiment, when any of these motors feels an overload, the motor 26a is reversely rotated to return the cooler 19 in the reverse direction, thereby avoiding a serious accident. Furthermore, if necessary, a serious accident can be caused by moving the cooler 19 away from the silicon melt liquid surface or the pulled single crystal 17 at a high speed (300 mm / min) as in the case of the embodiment such as temperature detection. Is avoided.
[0082]
The detection of overload in the motor itself is a matter belonging to a region obvious to those skilled in the art, for example, it can be easily performed only by using a servo motor as the motor to be used.
[0083]
<Water vapor detection>
In the CZ method single crystal pulling apparatus with a cooler according to the present invention, since a cooler of a type through which cooling water flows is used, the apparatus includes a water vapor detection device that detects water vapor generated in the CZ furnace. When water vapor is detected, the cooler is pulled up to move away from the single crystal.
[0084]
That is, in the CZ method single crystal pulling apparatus according to this embodiment, the pressure sensor 31 that tracks the pressure change in the chamber 11 and the temperature sensor that monitors the temperature change of the gas in the chamber 11 sucked by the vacuum pump 20. 33 and an infrared sensor 34 for monitoring infrared absorption of gas in the chamber 11 sucked by the vacuum pump 20 are attached. This is because when water leaks in the pipe of the cooler 19, the water leaks into steam due to heat in the furnace, which causes a temperature change or a pressure change. It is intended to detect accurately. The infrared sensor 34 is installed in order to increase the certainty of water leak detection by measuring the infrared rays absorbed by water vapor.
[0085]
If any one of these sensors is installed, it is possible to detect a water leak. However, in order to ensure complete detection, a plurality of sensors should be installed in appropriate combinations. May be. From the same viewpoint, it is not hindered to install a plurality of sensors of the same type.
[0086]
Note that the temperature sensor 33 does not have a sensitivity that can be distinguished from changes in other conditions unless a relatively large amount of water vapor exists. Therefore, the temperature sensor 33 is attached to a location where water vapor concentrates in order to accurately catch the temperature change caused by water vapor. In principle, it should preferably be attached to the exhaust path (that is, the pipe connected to the vacuum pump 20). On the other hand, since the infrared sensor 34 can immediately detect even a small amount of water vapor, it can be mounted not only on the exhaust path but also on the inner wall surface of the chamber 11.
[0087]
Here, each sensor is connected to the controller 35. In this embodiment, the pressure sensor 31 is directly connected to the controller 35 via the corresponding processing devices 33a and 34a, respectively, and the temperature sensor 33 and the infrared sensor 34.
[0088]
For example, when the pressure increase in the chamber 11 due to the generation of water vapor is detected by the pressure sensor 31, when the temperature increase of the exhaust gas due to the generation of water vapor is detected by the temperature sensor 33, the infrared sensor 34 uses the water vapor absorption band. When abnormal absorption is detected, or when these situations are detected at the same time, the controller 35 operates to turn on the indicator 36 and close the solenoid valve 37 for adjusting the inflow of cooling water. Then, the inflow of the cooling water is stopped, and at the same time, the normally closed electromagnetic valve 39 is opened, and the end of the discharge pipe 21b is opened to the atmosphere. Then, when water leakage occurs, the water leakage water becomes water vapor and the pressure increases. In this case, the cooling water in the cooler 19 is discharged to the outside through the electromagnetic valve 39, and the silicon melt The amount of water falling inside can be reduced.
[0089]
In addition, the pipe | tube which opens to this air | atmosphere is connected also to the supply pipe | tube 21a, and what was going to be supplied in the cooler 19 from now on can be discharged | emitted. For this reason, at the time of water leakage, the cooling water staying in the cooler 19 is discharged as much as possible, so that damage to the device is reduced, and even in such a case, it is possible to avoid situations such as shutdown of the device. Become. However, in the CZ method single crystal pulling apparatus according to this embodiment, as a countermeasure, a safety valve 40 is attached to the chamber 11 in order to ensure a complete emergency. Further, check valves 41 to 43 are also attached to the cooling water outflow pipe and the air release pipe, so that the emergency situation is fully ensured.
[0090]
<Others>
Here, in the CZ method single crystal pulling apparatus, for example, "abnormal situation has occurred", for example, detection of workers, power failure, vacuum pump failure, heater power supply failure, in-furnace product damage, cooling water pump failure Etc.
[0091]
In the CZ method single crystal pulling apparatus with a cooler according to the present invention, when such an “abnormal situation occurs”, at least the motor 26a of the lifting / lowering device 25 stops, and in some cases, the motor 26a is reversed. The cooler 19 is rotated in the reverse direction to avoid a serious accident. Furthermore, in order to avoid a serious accident, in the event of an “abnormal situation”, if the cooler is approaching, it will be dangerous from the in-furnace members (silicon melt liquid surface and pulling single crystal). The cooler operates to move away at a high speed (300 mm / min).
[0092]
【The invention's effect】
As described above, in the CZ method single crystal pulling apparatus with a cooler according to the present invention, even when the cooler through which the cooling water flows is present in the CZ furnace, the cooler and other in-furnace members Preventing or preventing contact of the cooler properly or detecting the abnormal approach / contact and performing a retraction operation can prevent or prevent the cooler from being damaged. Accidents can be prevented from occurring.
[0093]
In addition, since the cooler is quickly evacuated from an object such as a melt as a heat source or other dangerous place, even if a water leakage accident occurs, the damage can be reduced at the same time.
[0094]
Furthermore, not only safety measures, but also the position of the cooler can be changed quickly, so the height of the cooler and the melt surface can be adjusted appropriately during the pulling of the single crystal, thereby increasing the single crystal pulling speed. It is possible to realize a further increase in speed and the accompanying improvement in production efficiency.
[0095]
In addition, even if the furnace members are deformed due to prolonged use, etc., finely adjust the distance between the melt liquid surface and the cooler and the distance between the heat shield and the cooler. Since it is possible to set so that substantially the same conditions are maintained, it becomes possible to continue mass production of crystals of stable quality.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a preferred embodiment of a CZ method single crystal pulling apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram for explaining a functional configuration of a lifting device of a CZ method single crystal pulling device according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram for explaining an embodiment when the cooler moves in an oblique direction.
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of a cooling tube stack of a cooler moving in an oblique direction. 4A is a side view and FIG. 4B is a top view.
FIG. 5 shows a variation of an embodiment of a cooling tube stack.
FIG. 6 is a block diagram for explaining an embodiment of a CZ method silicon single crystal pulling apparatus with a cooler including a cooler that rotates and moves.
FIG. 7 shows an embodiment of a cooling tube stack of a rotating cooler.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a jig used at a joint portion between a cooler supply / discharge pipe and a lifting block, and a lid that covers a hole after the cooler is removed. 8A is a longitudinal sectional view of the jig, FIG. 8B is a longitudinal sectional view of the lid, FIG. 8C is a top view of the jig, and FIG. 8D is a view for explaining the structure of the jig.
FIG. 9 is a block diagram for explaining a safety device of a CZ method single crystal pulling apparatus with a cooler according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram for explaining the principle when a touch sensor is configured between members in a furnace.
FIG. 11 is a diagram showing an example of a connection diagram when a touch sensor is configured between members in a furnace.
[Explanation of symbols]
11 chambers
12 Silicon melt
12a Silicon melt surface
13 crucible
14 Heater
15 wire
16 Winder
17 Silicon ingot
17a seed crystal
18 Heat shield
19,119,219 cooler
119a, 119b cooler block
219x clearance
20 Vacuum pump
23, 123, 223 bellows member
25,125 Lifting device
225 Horizontal movement device
23a, 123a, 223a Elevating block (bridging member)
223a Moving block
25a, 125a, 225a Screw rod body
26a, 126a, 226a motor
26b encoder
27 Limiter switch (LS)
31 Pressure sensor
33 Temperature sensor
34 Infrared sensor
33a, 34a processing equipment
35 controller
36 Display
37, 39 Solenoid valve
40 Safety valve
41-43 Check valve
51,52 Solenoid
60 Fixing jig
61 cylinder
61a Circumferential groove of cylindrical body 61
61b Through hole
61d O-ring
62a, 62b Semi-circular ring-shaped plate
63a, 63b, 64a, 64b screw
70 lid
70a A cylindrical body of the lid 70
70b Disc-shaped flange
70c screw
70d O-ring
71 Rotating shaft
72 Radiation Thermometer / CCD Camera
73 Temperature sensor
74 Thermometer
75 Melt level sensor
80a, 80b, 80c, 80d Insulating member
81 Constant voltage power supply
82 Voltage detector
83 Relay switch

Claims

融液から単結晶を引上げるＣＺ法単結晶引上げ装置であって、
融液が貯留されるルツボと、
当該ルツボを昇降させるルツボ昇降装置と、
引上げられた単結晶を囲繞する熱遮蔽体と、
前記ルツボに対して熱を供給するヒーターと、
引上げられた単結晶を冷却するためのクーラーと、
これらを格納するチャンバと、
前記クーラーを斜め方向に昇降させるためのクーラー昇降装置と、
前記チャンバ内の密閉状態を維持するように当該チャンバの前記給排管が貫通する部分を覆い、前記給排管の移動に応じて伸縮する伸縮部材と、を備え、
前記クーラーは、
引上げられている単結晶の周囲を囲繞する冷却管スタックと、前記チャンバを貫通し、この冷却管スタックに冷却水を給排する給排管と、からなり、
前記クーラー昇降装置は、
前記給排管に連結される架橋部材と、この架橋部材に螺合する螺子棒体と、この螺子棒体を回動させる駆動体と、からなるＣＺ法単結晶引上げ装置。A CZ method single crystal pulling apparatus for pulling a single crystal from a melt,
A crucible for storing melt,
A crucible lifting device for lifting and lowering the crucible;
A heat shield surrounding the pulled single crystal;
A heater for supplying heat to the crucible;
A cooler for cooling the pulled single crystal;
A chamber for storing these,
A cooler lifting device for raising and lowering the cooler in an oblique direction ;
An expansion / contraction member that covers a portion of the chamber through which the supply / discharge pipe passes so as to maintain a sealed state in the chamber, and expands / contracts according to the movement of the supply / discharge pipe
The cooler is
A cooling pipe stack surrounding the pulled single crystal, and a supply / discharge pipe penetrating the chamber and supplying / discharging cooling water to / from the cooling pipe stack,
The cooler lifting device is
A CZ method single crystal pulling apparatus comprising: a bridging member coupled to the supply / discharge pipe; a screw rod body screwed into the bridging member; and a driving body for rotating the screw rod body.

請求項１記載のＣＺ法単結晶引上げ装置において、
前記クーラー昇降装置は、
前記チャンバに複数個備え付けられており、かつ、前記クーラーの冷却管スタックの部分は、当該クーラー昇降装置の個数に応じて円筒を複数個に分割した形状となっていることを特徴とするＣＺ法単結晶引上げ装置。 In the CZ method single crystal pulling apparatus according to claim 1 ,
The cooler lifting device is
The CZ method is characterized in that a plurality of the chambers are provided, and the cooling pipe stack portion of the cooler has a shape in which a cylinder is divided into a plurality according to the number of the cooler lifting devices. Single crystal pulling device.

請求項１記載のＣＺ法単結晶引上げ装置において、
前記クーラーの上昇距離及び下降距離を追跡するエンコーダを備えるＣＺ法単結晶引上げ装置。 In the CZ method single crystal pulling apparatus according to claim 1 ,
A CZ method single crystal pulling apparatus comprising an encoder for tracking an ascending distance and a descending distance of the cooler.

請求項１から３いずれか記載のＣＺ法単結晶引上げ装置において、
前記架橋部材が前記螺子棒体の所定位置より下方に移動するのを阻止するリミッタ部材が備え付けられていることを特徴とするＣＺ法単結晶引上げ装置。 In the CZ method single crystal pulling apparatus according to any one of claims 1 to 3 ,
A CZ method single crystal pulling apparatus, comprising: a limiter member that prevents the bridging member from moving downward from a predetermined position of the screw rod body.

請求項１から４いずれか記載のＣＺ法単結晶引上げ装置において、
前記クーラー昇降装置は、２段階以上でクーラーの昇降速度を変化させるクーラー昇降装置であることを特徴とするＣＺ法単結晶引上げ装置。 In the CZ method single crystal pulling apparatus according to any one of claims 1 to 4 ,
The CZ method single crystal pulling apparatus, wherein the cooler lifting apparatus is a cooler lifting apparatus that changes the lifting speed of the cooler in two or more stages.