JP5822723B2 - Silicon single crystal pulling method - Google Patents
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Description
本発明は、シリコン単結晶引き上げ方法に関する。 The present invention relates to a silicon single crystal pulling method.
チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造には、シリカガラスルツボを用いて製造される。シリカガラスルツボにポリシリコンを充填して加熱し、高純度のポリシリコンを熔融させてシリコン融液を得る。シリカガラスルツボを保持するサセプターを回転させながら、このシリコン融液に種結晶の端部を浸けて回転させながら引上げることによって、シリコン単結晶は製造される。 For the production of a silicon single crystal by the Czochralski method, a silica glass crucible is used. A silica glass crucible is filled with polysilicon and heated to melt high-purity polysilicon to obtain a silicon melt. A silicon single crystal is produced by rotating the susceptor holding the silica glass crucible while immersing the end of the seed crystal in the silicon melt and rotating the susceptor.
近年、シリコン単結晶の直径は、現在主流の300mmから、400-450mmにシフトしている。それに伴って、シリカガラスルツボの口径も約600mmから700mm以上にシフトしている。シリカガラスルツボの口径が大きくなるにつれて、シリカガラスルツボの外側に配置されるヒーターからシリコン単結晶の中心までの距離が以前より遠くなっている。例えば、口径が約600mmから700mmにシフトすると、シリカガラスルツボの縁から単結晶の中心までは、50mm以上遠くなる。 In recent years, the diameter of silicon single crystals has shifted from the current mainstream of 300 mm to 400-450 mm. Along with this, the diameter of the silica glass crucible has also shifted from about 600 mm to over 700 mm. As the diameter of the silica glass crucible becomes larger, the distance from the heater arranged outside the silica glass crucible to the center of the silicon single crystal becomes longer than before. For example, when the diameter is shifted from about 600 mm to 700 mm, the distance from the edge of the silica glass crucible to the center of the single crystal becomes 50 mm or more.
この結果、サセプターの中心軸からシリカガラスルツボの縁までの距離が長くなっている。従って、サセプターの中心軸とシリカガラスルツボの中心軸との間のズレが無視できなくなり、単結晶引き上げに問題が生じるようになった。例えば、サセプターとシリカガラスルツボの中心軸に角度が生じる場合や互いの中心軸が平行にズレている場合は、シリコン融液に乱流が生じ種結晶の着液が困難になったり、シリコンインゴットの単結晶化率を低下させたりする問題が生じる。 As a result, the distance from the central axis of the susceptor to the edge of the silica glass crucible is long. Accordingly, the difference between the central axis of the susceptor and the central axis of the silica glass crucible cannot be ignored, and a problem arises in pulling the single crystal. For example, if the central axis of the susceptor and the silica glass crucible has an angle or if the central axes of the susceptor and the silica glass crucible are shifted in parallel, turbulent flow occurs in the silicon melt, making it difficult to deposit the seed crystal, There arises a problem of lowering the single crystallization rate.
しかしながら、サセプターとシリカガラスルツボの中心軸を合わせることは、これまで経験を頼りに行なっていた。シリカガラスルツボの破損を避けるために、シリカガラスルツボは、サセプターに内装した後は、通常動かしたりはしない。たとえ動かす場合であっても、サセプターから慎重にシリカガラスルツボを取り出すため、非常に時間を費やす作業である。特に、近年の大口径シリカガラスルツボは、非常に重量があるため、サセプターにシリカガラスルツボを内装した後は、シリカガラスルツボを動かすことは非常に困難であった。 However, matching the central axes of the susceptor and the silica glass crucible has been based on experience. In order to avoid damage to the silica glass crucible, the silica glass crucible does not normally move after being mounted on the susceptor. Even when moving, it is a very time-consuming operation to carefully remove the silica glass crucible from the susceptor. In particular, since large-diameter silica glass crucibles in recent years are very heavy, it is very difficult to move the silica glass crucible after the silica glass crucible is installed in the susceptor.
加えて、大口径シリカガラスルツボは単結晶引き上げの時間が、従来のシリカガラスルツボと比較して長いため、シリカガラスルツボの加熱時間も長くなっている。この長時間の加熱の結果、内倒れや座屈といったシリカガラスルツボの変形が生じ、シリコン単結晶の引き上げに悪影響を与えている。シリカガラスルツボの変形を回避するため、シリカガラスルツボの外表面にカーボン材料を設置することでルツボの変形を防止させている。このカーボン材料の厚みにより、シリカガラスルツボとサセプターの隙間が埋まり、サセプターに内装後のシリカガラスルツボを動かすことを更に困難にさせていた。 In addition, since the large-diameter silica glass crucible has a longer single crystal pulling time than the conventional silica glass crucible, the heating time of the silica glass crucible is also longer. As a result of this long time heating, deformation of the silica glass crucible such as inward tilting or buckling occurs, which adversely affects the pulling of the silicon single crystal. In order to avoid the deformation of the silica glass crucible, the deformation of the crucible is prevented by installing a carbon material on the outer surface of the silica glass crucible. Due to the thickness of the carbon material, the gap between the silica glass crucible and the susceptor was filled, making it more difficult to move the silica glass crucible after the interior of the susceptor.
本発明は、このような事情を鑑み、サセプターとシリカガラスルツボとの中心軸を調節することなく、サセプターの内表面とシリカガラスルツボの外表面との間に敷設するだけで互いの中心軸が実質的に一致するようになる、シリコン単結晶引き上げ方法を提供するものである。 In view of such circumstances, the present invention allows the central axes of the susceptor and the silica glass crucible to be laid between the inner surface of the susceptor and the outer surface of the silica glass crucible without adjusting the central axes of the susceptor and the silica glass crucible. The present invention provides a method for pulling a silicon single crystal that substantially matches.
上記課題を解決するために、本発明は次のようなシリコン単結晶引き上げ方法を提供する。即ち、シリカガラスルツボを保持可能なサセプターの内面形状の三次元データと上記ルツボの三次元データに基づき且つ上記サセプターの内表面と上記ルツボの外表面との間に敷設すると上記サセプターの中心軸と上記ルツボの中心軸が実質的に一致する様に形成された成形体を、上記サセプターの内表面と上記ルツボの外表面との間に敷設する工程を備える、シリコン単結晶引き上げ方法が提供される。 In order to solve the above problems, the present invention provides the following silicon single crystal pulling method. That is, based on the three-dimensional data of the inner surface shape of the susceptor capable of holding the silica glass crucible and the three-dimensional data of the crucible and between the inner surface of the susceptor and the outer surface of the crucible, the central axis of the susceptor There is provided a silicon single crystal pulling method comprising a step of laying a molded body formed so that the central axes of the crucible substantially coincide with each other between an inner surface of the susceptor and an outer surface of the crucible. .
サセプターとシリカガラスルツボの中心軸を一致させることは経験で行われていたため、簡便且つ確実に中心軸を一致させる方法は検討されて来なかった。本発明者らは、シリカガラスルツボの外表面をカーボンシートで覆い、サセプターとシリカガラスルツボとの間の隙間を全て埋めることで、それぞれの中心軸が一致させることができると考えた。しかしながら、隙間を全て埋めたとしても中心軸は一致しなかった。 Since the center axes of the susceptor and the silica glass crucible have been matched by experience, a method for easily and surely matching the center axes has not been studied. The inventors of the present invention considered that the central axes of the silica glass crucibles can be matched by covering the outer surface of the silica glass crucible with a carbon sheet and filling all the gaps between the susceptor and the silica glass crucible. However, even if all the gaps were filled, the central axes did not match.
本発明者らは更に解析を進めたところ、回転モールド法で製造されたシリカガラスルツボにおいては、一つ一つのルツボ外表面の三次元形状にバラツキが生じていることが明らかとなった。また、サセプターも内表面の三次元形状にバラツキが生じていることが明らかとなった。特にサセプターは、シリコン単結晶引き上げ毎に少しずつ内表面の三次元形状が変わることも明らかとなった。これらの解析から、サセプターとルツボの中心軸が一致しないのは、サセプター内表面の三次元形状とルツボ外表面の三次元形状が一致しないためであることが明らかとなった。しかしながら、製造段階でサセプター内表面の三次元形状に合わせてシリカガラスルツボを製造するのは困難であった。特に、サセプターはシリコン単結晶の引き上げ前と後で内表面形状が一致しないため、よりシリカガラスルツボの外表面形状を一致させるのは困難であった。 As a result of further analysis, the inventors of the present invention have found that the silica glass crucible manufactured by the rotational mold method has variations in the three-dimensional shape of each outer surface of the crucible. It was also revealed that the susceptor also had variations in the three-dimensional shape of the inner surface. In particular, it became clear that the three-dimensional shape of the inner surface of the susceptor slightly changes with each pulling of the silicon single crystal. From these analyses, it became clear that the central axes of the susceptor and the crucible do not coincide with each other because the three-dimensional shape of the inner surface of the susceptor and the three-dimensional shape of the outer surface of the crucible do not coincide. However, it was difficult to manufacture a silica glass crucible in accordance with the three-dimensional shape of the susceptor inner surface at the manufacturing stage. Particularly, since the inner surface shape of the susceptor does not match before and after the pulling of the silicon single crystal, it is more difficult to match the outer surface shape of the silica glass crucible.
この結果から、単にカーボンシートでシリカガラスルツボを覆っただけではシリカガラスルツボとサセプターの中心軸を一致さえることができないことが明らかとなった。 From this result, it was clarified that the silica glass crucible and the central axis of the susceptor cannot be matched by simply covering the silica glass crucible with a carbon sheet.
以上の解析の結果、サセプターの内表面とシリカガラスルツボの外表面の三次元形状を考慮して形成された成形体を、上記サセプターの内表面と上記ルツボの外表面との間に敷設することで、互いの中心軸を実質的に一致させることができ、本発明は完成された。この構成によれば、サセプターとシリカガラスルツボとの中心軸を調節することなく、サセプターの内表面とシリカガラスルツボの外表面との間に敷設するだけで互いの中心軸が実質的に一致するようになる、シリコン単結晶引き上げ方法を提供することができる。 As a result of the above analysis, a molded body formed in consideration of the three-dimensional shape of the inner surface of the susceptor and the outer surface of the silica glass crucible is laid between the inner surface of the susceptor and the outer surface of the crucible. Thus, the respective central axes can be substantially coincided with each other, and the present invention has been completed. According to this configuration, the central axes of the susceptor and the silica glass crucible substantially coincide with each other only by laying between the inner surface of the susceptor and the outer surface of the silica glass crucible without adjusting the central axes of the susceptor and the silica glass crucible. Thus, a method for pulling a silicon single crystal can be provided.
本実施形態における、シリカガラスルツボをサセプターに内装する方法は、シリカガラスルツボを保持可能なサセプターの内面形状の三次元データと上記ルツボの三次元データに基づき且つ上記サセプターの内表面と上記ルツボの外表面との間に敷設すると上記サセプターの中心軸と上記ルツボの中心軸が実質的に一致する様に形成された成形体を、上記サセプターの内表面と上記ルツボの外表面との間に敷設する工程を備える、シリコン単結晶引き上げ方法である。以下、各構成要素について詳細に検討する。 In the present embodiment, the method of installing the silica glass crucible in the susceptor is based on the three-dimensional data of the inner surface shape of the susceptor capable of holding the silica glass crucible and the three-dimensional data of the crucible, and the inner surface of the susceptor and the crucible A molded body formed so that the center axis of the susceptor and the center axis of the crucible substantially coincide with each other when laid between the outer surface and the outer surface of the crucible. This is a silicon single crystal pulling method comprising the step of: Each component will be discussed in detail below.
＜シリカガラスルツボ＞
測定対象であるシリカガラスルツボ１１は、内表面側に透明層１３と、外表面側に気泡含有層１５を有するものであり、開口部が下向きになるように回転可能な回転台９上に載置されている。シリカガラスルツボ１１は、曲率が比較的大きいコーナー部１１ｂと、上面に開口した縁部を有する円筒状の側壁部１１ａと、直線または曲率が比較的小さい曲線からなるすり鉢状の底部１１ｃを有する。本発明において、コーナー部とは、側壁部１１ａと底部１１ｃを連接する部分で、コーナー部の曲線の接線がシリカガラスルツボの側壁部１１ａと重なる点から、底部１１ｃと共通接線を有する点までの部分のことを意味する。言い換えると、シリカガラスルツボ１１の側壁部１１ａが曲がり始める点が側壁部１１ａとコーナー部１１ｂの境界である。さらに、ルツボの底の曲率が一定の部分が底部１１ｃであり、ルツボの底の中心からの距離が増したときに曲率が変化し始める点が底部１１ｃとコーナー部１１ｂとの境界である。
<Silica glass crucible>
The silica glass crucible 11 to be measured has a transparent layer 13 on the inner surface side and a bubble-containing layer 15 on the outer surface side, and is mounted on a turntable 9 that can be rotated so that the opening portion faces downward. Is placed. The silica glass crucible 11 has a corner portion 11b having a relatively large curvature, a cylindrical side wall portion 11a having an edge opened on the upper surface, and a mortar-shaped bottom portion 11c made of a straight line or a curve having a relatively small curvature. In the present invention, the corner portion is a portion connecting the side wall portion 11a and the bottom portion 11c, from the point where the tangent line of the corner portion curve overlaps the side wall portion 11a of the silica glass crucible to the point having the common tangent line with the bottom portion 11c. Means part. In other words, the point where the side wall portion 11a of the silica glass crucible 11 begins to bend is the boundary between the side wall portion 11a and the corner portion 11b. Further, the portion where the curvature of the bottom of the crucible is constant is the bottom portion 11c, and the point where the curvature starts to change when the distance from the center of the bottom of the crucible increases is the boundary between the bottom portion 11c and the corner portion 11b.
＜内部ロボットアーム、内部測距部＞
ルツボ１１に覆われる位置に設けられた基台１上には、内部ロボットアーム５が設置されている。内部ロボットアーム５は、複数のアーム５ａと、これらのアーム５ａを回転可能に支持する複数のジョイント５ｂと、本体部５ｃを備える。本体部５ｃには図示しない外部端子が設けられており、外部とのデータ交換が可能になっている。内部ロボットアーム５の先端にはルツボ１１の内表面形状の測定を行う内部測距部１７が設けられている。内部測距部１７は、ルツボ１１の内表面に対してレーザー光を照射し、内表面からの反射光を検出することによって内部測距部１７からルツボ１１の内表面までの距離を測定する。本体部５ｃ内には、ジョイント５ｂ及び内部測距部１７の制御を行う制御部が設けられている。制御部は、本体部５ｃ設けられたプログラム又は外部入力信号に基づいてジョイント５ｂを回転させてアーム５を動かすことによって、内部測距部１７を任意の三次元位置に移動させる。具体的には、内部測距部１７をルツボ内表面に沿って非接触で移動させる。従って、制御部には、ルツボ内表面の大まかな形状データを与え、そのデータに従って、内部測距部１７の位置を移動させる。より具体的には、例えば、図１（ａ）に示すようなルツボ１１の開口部近傍に近い位置から測定を開始し、図１（ｂ）に示すように、ルツボ１１の底部１１ｃに向かって内部測距部１７を移動させ、移動経路上の複数の測定点において測定を行う。測定間隔は、例えば、１〜５ｍｍであり、例えば２ｍｍである。測定は、予め内部測距部１７内に記憶されたタイミングで行うか、又は外部トリガに従って行う。測定結果は、内部測距部１７内の記憶部に格納されて、測定終了後にまとめて本体部５ｃに送られるか、又は測定の度に、逐次本体部５ｃに送られるようにする。内部測距部１７は、本体部５ｃとは別に設けられた制御部によって制御するように構成してもよい。
<Internal robot arm, internal ranging unit>
On the base 1 provided at a position covered with the crucible 11, an internal robot arm 5 is installed. The internal robot arm 5 includes a plurality of arms 5a, a plurality of joints 5b that rotatably support these arms 5a, and a main body 5c. The main body 5c is provided with an external terminal (not shown) so that data exchange with the outside is possible. An internal distance measuring unit 17 for measuring the inner surface shape of the crucible 11 is provided at the tip of the internal robot arm 5. The internal distance measuring unit 17 measures the distance from the internal distance measuring unit 17 to the inner surface of the crucible 11 by irradiating the inner surface of the crucible 11 with laser light and detecting reflected light from the inner surface. A control unit that controls the joint 5b and the internal distance measuring unit 17 is provided in the main body 5c. The control unit moves the internal distance measuring unit 17 to an arbitrary three-dimensional position by rotating the joint 5b and moving the arm 5 based on a program provided in the main body 5c or an external input signal. Specifically, the internal distance measuring unit 17 is moved in a non-contact manner along the inner surface of the crucible. Therefore, rough shape data of the inner surface of the crucible is given to the control unit, and the position of the internal distance measuring unit 17 is moved according to the data. More specifically, for example, the measurement is started from a position near the opening of the crucible 11 as shown in FIG. 1A, and toward the bottom 11c of the crucible 11 as shown in FIG. The internal distance measuring unit 17 is moved to perform measurement at a plurality of measurement points on the movement path. The measurement interval is, for example, 1 to 5 mm, for example, 2 mm. The measurement is performed at a timing stored in the internal distance measuring unit 17 in advance or according to an external trigger. The measurement results are stored in the storage unit in the internal distance measuring unit 17, and are sent to the main body unit 5c collectively after the measurement is completed, or are sequentially sent to the main body unit 5c for each measurement. The internal distance measuring unit 17 may be configured to be controlled by a control unit provided separately from the main body 5c.
ルツボの開口部から底部１１ｃまでの測定が終わると、回転台９を少し回転させ、同様の測定行う。この測定は、底部１１ｃから開口部に向かって行ってもよい。回転台９の回転角は、精度と測定時間との考慮して決定されるが、例えば、２〜１０度である。回転角が大きすぎると測定精度が十分でなく、小さすぎると測定時間が掛かりすぎる。回転台９の回転は、内蔵プログラム又は外部入力信号に基づいて制御される。回転台９の回転角は、ロータリーエンコーダ等によって検出可能である。回転台９の回転は、内部測距部１７及び後述する外部測距部１９の移動と連動してすることが好ましく、これによって、内部測距部１７及び外部測距部１９の三次元座標の算出が容易になる。 When the measurement from the opening of the crucible to the bottom 11c is completed, the turntable 9 is slightly rotated and the same measurement is performed. This measurement may be performed from the bottom 11c toward the opening. The rotation angle of the turntable 9 is determined in consideration of accuracy and measurement time, and is, for example, 2 to 10 degrees. If the rotation angle is too large, the measurement accuracy is not sufficient, and if it is too small, it takes too much measurement time. The rotation of the turntable 9 is controlled based on a built-in program or an external input signal. The rotation angle of the turntable 9 can be detected by a rotary encoder or the like. The rotation of the turntable 9 is preferably interlocked with the movement of the internal distance measuring unit 17 and the external distance measuring unit 19 described later, so that the three-dimensional coordinates of the internal distance measuring unit 17 and the external distance measuring unit 19 can be changed. Calculation becomes easy.
後述するが、内部測距部１７は、内部測距部１７から内表面までの距離（内表面距離）、及び内部測距部１７から透明層１３と気泡含有層１５の界面までの距離（界面距離）の両方を測定することができる。ジョイント５ｂの角度はジョイント５ｂに設けられたロータリーエンコーダ等によって既知であるので、各測定点での内部測距部１７の位置の三次元座標及び方向が既知になるので、内表面距離及び界面距離が求まれば、内表面での三次元座標、及び界面での三次元座標が既知となる。そして、ルツボ１１の開口部から底部１１ｃまでの測定が、ルツボ１１の全周に渡って行われるので、ルツボ１１の内表面の三次元形状、及び界面の三次元形状が既知になる。また、内表面と界面の間の距離が既知になるので、透明層１３の厚さも既知になり、透明層の厚さの三次元分布が求められる。 As will be described later, the internal distance measuring unit 17 includes a distance from the internal distance measuring unit 17 to the inner surface (inner surface distance) and a distance from the inner distance measuring unit 17 to the interface between the transparent layer 13 and the bubble-containing layer 15 (interface). Both distances can be measured. Since the angle of the joint 5b is known by a rotary encoder or the like provided in the joint 5b, the three-dimensional coordinates and direction of the position of the internal distance measuring unit 17 at each measurement point are known. Is obtained, the three-dimensional coordinates on the inner surface and the three-dimensional coordinates on the interface are known. And since the measurement from the opening part of the crucible 11 to the bottom part 11c is performed over the perimeter of the crucible 11, the three-dimensional shape of the inner surface of the crucible 11 and the three-dimensional shape of the interface become known. Further, since the distance between the inner surface and the interface is known, the thickness of the transparent layer 13 is also known, and a three-dimensional distribution of the thickness of the transparent layer is obtained.
＜外部ロボットアーム、外部測距部＞
ルツボ１１の外部に設けられた基台３上には、外部ロボットアーム７が設置されている。外部ロボットアーム７は、複数のアーム７ａと、これらのアームを回転可能に支持する複数のジョイント７ｂと、本体部７ｃを備える。本体部７ｃには図示しない外部端子が設けられており、外部とのデータ交換が可能になっている。外部ロボットアーム７の先端にはルツボ１１の外表面形状の測定を行う外部測距部１９が設けられている。外部測距部１９は、ルツボ１１の外表面に対してレーザー光を照射し、外表面からの反射光を検出することによって外部測距部１９からルツボ１１の外表面までの距離を測定する。本体部７ｃ内には、ジョイント７ｂ及び外部測距部１９の制御を行う制御部が設けられている。制御部は、本体部７ｃ設けられたプログラム又は外部入力信号に基づいてジョイント７ｂを回転させてアーム７を動かすことによって、外部測距部１９を任意の三次元位置に移動させる。具体的には、外部測距部１９をルツボ外表面に沿って非接触で移動させる。従って、制御部には、ルツボ外表面の大まかな形状データを与え、そのデータに従って、外部測距部１９の位置を移動させる。より具体的には、例えば、図１（ａ）に示すようなルツボ１１の開口部近傍に近い位置から測定を開始し、図１（ｂ）に示すように、ルツボ１１の底部１１ｃに向かって外部測距部１９を移動させ、移動経路上の複数の測定点において測定を行う。測定間隔は、例えば、１〜５ｍｍであり、例えば２ｍｍである。測定は、予め外部測距部１９内に記憶されたタイミングで行うか、又は外部トリガに従って行う。測定結果は、外部測距分１９内の記憶部に格納されて、測定終了後にまとめて本体部７ｃに送られるか、又は測定の度に、逐次本体部７ｃに送られるようにする。外部測距部１９は、本体部７ｃとは別に設けられた制御部によって制御するように構成してもよい。
<External robot arm, external distance measuring unit>
An external robot arm 7 is installed on a base 3 provided outside the crucible 11. The external robot arm 7 includes a plurality of arms 7a, a plurality of joints 7b that rotatably support these arms, and a main body portion 7c. The main body 7c is provided with an external terminal (not shown) so that data exchange with the outside is possible. An external distance measuring unit 19 that measures the outer surface shape of the crucible 11 is provided at the tip of the external robot arm 7. The external distance measuring unit 19 measures the distance from the external distance measuring unit 19 to the outer surface of the crucible 11 by irradiating the outer surface of the crucible 11 with laser light and detecting the reflected light from the outer surface. A control unit that controls the joint 7b and the external distance measuring unit 19 is provided in the main body 7c. The control unit moves the external distance measuring unit 19 to an arbitrary three-dimensional position by rotating the joint 7b and moving the arm 7 based on a program provided in the main body unit 7c or an external input signal. Specifically, the external distance measuring unit 19 is moved in a non-contact manner along the outer surface of the crucible. Therefore, rough shape data of the outer surface of the crucible is given to the control unit, and the position of the external distance measuring unit 19 is moved according to the data. More specifically, for example, the measurement is started from a position near the opening of the crucible 11 as shown in FIG. 1A, and toward the bottom 11c of the crucible 11 as shown in FIG. The external distance measuring unit 19 is moved to perform measurement at a plurality of measurement points on the movement path. The measurement interval is, for example, 1 to 5 mm, for example, 2 mm. The measurement is performed at a timing stored in advance in the external distance measuring unit 19 or according to an external trigger. The measurement results are stored in the storage unit in the external distance measuring unit 19 and are collectively sent to the main unit 7c after the measurement is completed, or are sequentially sent to the main unit 7c every measurement. The external distance measuring unit 19 may be configured to be controlled by a control unit provided separately from the main body unit 7c.
内部測距部１７と外部測距部１９は、同期させて移動させてもよいが、内表面形状の測定と外表面形状の測定は独立して行われるので、必ずしも同期させる必要はない。 The internal distance measuring unit 17 and the external distance measuring unit 19 may be moved in synchronization. However, since the measurement of the inner surface shape and the measurement of the outer surface shape are performed independently, it is not always necessary to synchronize.
外部測距部１９は、外部測距部１９から外表面までの距離（外表面距離）を測定することができる。ジョイント７ｂの角度はジョイント７ｂに設けられたロータリーエンコーダ等によって既知であるので、外部測距部１９の位置の三次元座標及び方向が既知になるので、外表面距離が求まれば、外表面での三次元座標が既知となる。そして、ルツボ１１の開口部から底部１１ｃまでの測定が、ルツボ１１の全周に渡って行われるので、ルツボ１１の外表面の三次元形状が既知になる。
以上より、ルツボの内表面及び外表面の三次元形状が既知になるので、ルツボの壁厚の三次元分布が求められる。
The external distance measuring unit 19 can measure the distance (outer surface distance) from the external distance measuring unit 19 to the outer surface. Since the angle of the joint 7b is known by a rotary encoder or the like provided in the joint 7b, the three-dimensional coordinates and direction of the position of the external distance measuring unit 19 are known. The three-dimensional coordinates are known. And since the measurement from the opening part of the crucible 11 to the bottom part 11c is performed over the perimeter of the crucible 11, the three-dimensional shape of the outer surface of the crucible 11 becomes known.
From the above, since the three-dimensional shape of the inner surface and the outer surface of the crucible becomes known, a three-dimensional distribution of the wall thickness of the crucible is obtained.
＜距離測定の詳細＞
次に、図２を用いて、内部測距部１７及び外部測距部１９による距離測定の詳細を説明する。
図２に示すように、内部測距部１７は、ルツボ１１の内表面側（透明層１３側）に配置され、外部測距部１９は、ルツボ１１の外表面側（気泡含有層１５側）に配置される。内部測距部１７は、出射部１７ａ及び検出部１７ｂを備える。外部測距部１９は、出射部１９ａ及び検出部１９ｂを備える。また、内部測距部１７及び外部測距部１９は、図示しない制御部及び外部端子を備える。出射部１７ａ及び１９ａは、レーザー光を出射するものであり、例えば、半導体レーザーを備えるものである。出射されるレーザー光の波長は、特に限定されないが、例えば、波長６００〜７００ｎｍの赤色レーザー光である。検出部１７ｂ及び１９ｂは、例えばＣＣＤで構成され、光が当たった位置に基づいて三角測量法の原理に基づいてターゲットまでの距離が決定される。
<Details of distance measurement>
Next, details of distance measurement by the internal distance measuring unit 17 and the external distance measuring unit 19 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, the internal distance measuring unit 17 is arranged on the inner surface side (transparent layer 13 side) of the crucible 11, and the external distance measuring unit 19 is arranged on the outer surface side (bubble containing layer 15 side) of the crucible 11. Placed in. The internal distance measuring unit 17 includes an emitting unit 17a and a detecting unit 17b. The external distance measuring unit 19 includes an emitting unit 19a and a detecting unit 19b. The internal distance measuring unit 17 and the external distance measuring unit 19 include a control unit and an external terminal (not shown). The emitting portions 17a and 19a emit laser light, and include, for example, a semiconductor laser. The wavelength of the emitted laser light is not particularly limited, but is, for example, red laser light having a wavelength of 600 to 700 nm. The detectors 17b and 19b are composed of, for example, a CCD, and the distance to the target is determined based on the principle of triangulation based on the position where the light hits.
内部測距部１７の出射部１７ａから出射されたレーザー光は、一部が内表面（透明層１３の表面）で反射し、一部が透明層１３と気泡含有層１５の界面で反射し、これらの反射光（内表面反射光、界面反射光）が検出部１７ｂに当たって検出される。図２から明らかなように、内表面反射光と界面反射光は、検出部１７ｂの異なる位置に当たっており、この位置の違いによって、内部測距部１７から内表面までの距離（内表面距離）及び界面までの距離（界面距離）がそれぞれ決定される。好適な入射角θは、内表面の状態、透明層１３の厚さ、気泡含有層１５の状態等によって、変化しうるが例えば３０〜６０度である。 A part of the laser light emitted from the emitting part 17a of the internal distance measuring part 17 is reflected by the inner surface (the surface of the transparent layer 13), and partly reflected by the interface between the transparent layer 13 and the bubble-containing layer 15, These reflected lights (inner surface reflected light and interface reflected light) strike the detection unit 17b and are detected. As is clear from FIG. 2, the inner surface reflected light and the interface reflected light hit different positions of the detection unit 17b, and due to this position difference, the distance from the inner distance measuring unit 17 to the inner surface (inner surface distance) and The distance to the interface (interface distance) is determined. A suitable incident angle θ may vary depending on the state of the inner surface, the thickness of the transparent layer 13, the state of the bubble-containing layer 15, etc., but is, for example, 30 to 60 degrees.
＜サセプター＞
シリコン単結晶引き上げの際にシリカガラスルツボを保持するサセプターの内表面の三次元形状も上記方法で測定することが可能になる。
<Susceptor>
The three-dimensional shape of the inner surface of the susceptor holding the silica glass crucible when pulling up the silicon single crystal can also be measured by the above method.
＜成形体＞
シリカガラスルツボを保持可能なサセプターの内面形状の三次元データと上記ルツボの三次元データに基づき且つ上記サセプターの内表面と上記ルツボの外表面との間に敷設すると上記サセプターの中心軸と上記ルツボの中心軸が実質的に一致する様に形成された成形体である。
サセプターの内表面とシリカガラスルツボの内表面及び外表面の三次元形状データから、それぞれの中心軸を一致させるための成形体の位置及び／又は形状を算出する。ここで、シリカガラスルツボの中心軸は、ルツボ側壁部の内表面と略並行且つ開口部の中心を通過する軸である。外表面と内表面とが略平行でない場合もあるため、内表面を基準とした中心軸が好ましい。サセプターの中心軸は、サセプターを水平方向に回転させる回転軸に対して略鉛直方向に通過する軸である。上記成形体は、ルツボ外表面又はサセプター内表面を全て覆う形状である必要はない。ルツボ外表面又はサセプター内表面の一部を覆う形状であってもよく、例えば、シリカガラスルツボの底部、コーナー部及び側壁部の一部並びに底部及びコーナー部を覆う形状であってもよい。加えて、ルツボ底部だけを覆う形状であってもよい。ルツボ外表面又はサセプター内表面の全てを覆う形状の場合は、成形体の費用がかさむためである。ルツボ外表面又はサセプター内表面を覆う成形体は、厚さが均一ではなく、サセプターの内表面とシリカガラスルツボの内表面及び外表面の三次元形状に合わせて厚みが変化している形状であってもよい。また、成形体は複数であってもよい。この場合、ルツボ外表面又はサセプター内表面に、互いの中心軸が一致するような位置に対してそれぞれの成形体を敷設してもよい。ルツボ外表面とサセプター内表面との間に成形体を敷設した場合、互いの中心軸が一致するならば、ルツボ外表面とサセプター内表面との間に隙間が存在していてもよい。また、一部の成形体を予めサセプター内表面に敷設し、残りの成形体をルツボの外表面に敷設した上で、かかるシリカガラスルツボを上記サセプターに内装してもよい。
<Molded body>
Based on the three-dimensional data of the inner surface shape of the susceptor capable of holding the silica glass crucible and the three-dimensional data of the crucible and between the inner surface of the susceptor and the outer surface of the crucible, The molded body is formed so that the central axes thereof substantially coincide with each other.
From the three-dimensional shape data of the inner surface of the susceptor and the inner surface and outer surface of the silica glass crucible, the position and / or shape of the molded body for matching the respective central axes is calculated. Here, the central axis of the silica glass crucible is an axis substantially parallel to the inner surface of the crucible side wall and passing through the center of the opening. Since the outer surface and the inner surface may not be substantially parallel, a central axis based on the inner surface is preferable. The central axis of the susceptor is an axis that passes in a substantially vertical direction with respect to a rotation axis that rotates the susceptor in the horizontal direction. The molded body need not have a shape that covers the entire crucible outer surface or susceptor inner surface. It may have a shape that covers a part of the outer surface of the crucible or the inner surface of the susceptor. For example, it may have a shape that covers a part of the bottom, corner and side walls, and the bottom and corner of the silica glass crucible. In addition, it may have a shape that covers only the bottom of the crucible. In the case of a shape covering all of the outer surface of the crucible or the inner surface of the susceptor, the cost of the molded body is increased. The molded product covering the outer surface of the crucible or the inner surface of the susceptor was not uniform in thickness, and had a shape that varied in thickness according to the three-dimensional shape of the inner surface of the susceptor and the inner surface and outer surface of the silica glass crucible. May be. Moreover, the molded object may be plural. In this case, each molded body may be laid on the outer surface of the crucible or the inner surface of the susceptor at a position where the center axes thereof coincide with each other. When the molded body is laid between the outer surface of the crucible and the inner surface of the susceptor, a gap may exist between the outer surface of the crucible and the inner surface of the susceptor as long as the center axes of the molded bodies coincide with each other. Alternatively, a part of the molded body may be previously laid on the inner surface of the susceptor, and the remaining molded body may be laid on the outer surface of the crucible, and then the silica glass crucible may be installed in the susceptor.
＜成形体の形状及び材質＞
成形体の加工方法は、特に限定しないが、例えば、NC加工のような機械を用いて削り出す方法を採用してもよい。三次元形状のデータを用いて加工できることから有利である。また、プレート、シート又はクロス状の成形体を積層させて成形体としてもよい。部分的な隙間を埋めるのに有利である。また、上記削り出された成形体と、上記積層された成形体を組み合わせて使用してもよい。更に、ルツボ外表面に敷設した、上記削り出された成形体及び／又は上記積層された成形体をシート又はクロス状の成形体で覆ってもよく、繊維を用いて編み込むことで覆ってもよい。同様のことがサセプターの内表面に敷設した場合にも適応される。覆った後のシート又はクロスは、加熱や薬剤処理により硬化させてもよい。成形体の材質は、耐熱性材料であれば特に限定しないが、セラミックスやカーボン材料であってもよい。またこれらの組合せであってもよい。
<Shape and material of molded body>
Although the processing method of a molded object is not specifically limited, For example, you may employ | adopt the method of carving out using machines, such as NC processing. This is advantageous because it can be processed using three-dimensional shape data. Moreover, it is good also as a molded object by laminating | stacking a plate, a sheet | seat, or a cross-shaped molded object. It is advantageous for filling partial gaps. Moreover, you may use combining the said cut-out molded object and the said laminated | stacked molded object. Furthermore, the above-mentioned machined molded body and / or the above-mentioned laminated molded body laid on the outer surface of the crucible may be covered with a sheet or cloth-shaped molded body, or may be covered by knitting using fibers. . The same applies when laid on the inner surface of the susceptor. The covered sheet or cloth may be cured by heating or chemical treatment. The material of the molded body is not particularly limited as long as it is a heat resistant material, but may be a ceramic or a carbon material. A combination of these may also be used.
＜成形体の設置１＞
本実施形態に関して、図３を用いて、成形体の設置を詳細に説明する。
図３（ａ）は、ルツボ底部からコーナー部にかけて変形部２４を有するシリカガラスルツボ２１である。図３（ｂ）は、サセプター３１の断面図と、回転軸３４である。シリカガラスルツボの三次元形状２３（図３（ｃ））とサセプターの内表面三次元形状３３（図３（ｄ））を上述した測定方法により計測する。計測したデータに基づいてシリカガラスルツボの三次元形状２３をサセプターの内表面三次元形状３３に内装すると、図３（ｅ）に示す通り、シリカガラスルツボの中心軸２２とサセプターの中心軸３２が一致しないことが明らかになる。図３（ｆ）に示す通り、中心軸２２と中心軸３２が一致する様にシリカガラスルツボの三次元形状２３を動かすと、ルツボ底部とサセプターとの間に隙間４１が生じる。中心軸２２と中心軸２３が一致するような成形体４２を作成する。図３（ｇ）に示す通り、シリカガラスルツボ２１とサセプター３１の間に成形体４２を敷設することで、中心軸２２と中心軸３２とが一致することができる。予め成形体を敷設しておくことで、中心軸を調節する工程を省いて、シリカガラスルツボをサセプターに内装することができる。
<Installation 1 of molded body>
Regarding this embodiment, installation of a molded object is demonstrated in detail using FIG.
FIG. 3A shows a silica glass crucible 21 having a deformed portion 24 from the bottom of the crucible to the corner. FIG. 3B is a cross-sectional view of the susceptor 31 and the rotating shaft 34. The three-dimensional shape 23 (FIG. 3 (c)) of the silica glass crucible and the three-dimensional shape 33 (FIG. 3 (d)) of the susceptor are measured by the measurement method described above. When the three-dimensional shape 23 of the silica glass crucible is mounted on the inner surface three-dimensional shape 33 of the susceptor based on the measured data, the central axis 22 of the silica glass crucible and the central axis 32 of the susceptor are as shown in FIG. It becomes clear that they do not agree. As shown in FIG. 3F, when the three-dimensional shape 23 of the silica glass crucible is moved so that the central axis 22 and the central axis 32 coincide with each other, a gap 41 is generated between the crucible bottom and the susceptor. A molded body 42 is created such that the central axis 22 and the central axis 23 coincide. As shown in FIG. 3G, the center axis 22 and the center axis 32 can coincide with each other by laying the molded body 42 between the silica glass crucible 21 and the susceptor 31. By laying the molded body in advance, the step of adjusting the central axis can be omitted, and the silica glass crucible can be installed in the susceptor.
また、図４の通り、成形体は、シリカガラスルツボの一部を覆う成形体５１（図４（ｂ））であってもよい。なお、図４（ｂ）及び（ｃ）の成形体５１は、説明のため部分的な断面図としている。変形部２４に位置する成形体４３は、成形体５１と一体化している。シリカガラスルツボ２１を成形体５１に内装し、成形体５１に内装されたシリカガラスルツボ２１をサセプター３１に内装することで、中心軸２２と中心軸３２とを一致させることができる。中心軸２２と中心軸３２とを一致させることが可能な成形体で予めシリカガラスルツボを覆うことで、使用時に成形体を設置する工程と中心軸を調節する工程を省いて、シリカガラスルツボをサセプターに内装することができる。 As shown in FIG. 4, the molded body may be a molded body 51 (FIG. 4B) that covers a part of the silica glass crucible. In addition, the molded object 51 of FIG.4 (b) and (c) is made into partial sectional drawing for description. The molded body 43 located in the deformable portion 24 is integrated with the molded body 51. By placing the silica glass crucible 21 in the molded body 51 and the silica glass crucible 21 housed in the molded body 51 in the susceptor 31, the central axis 22 and the central axis 32 can be matched. By covering the silica glass crucible with a molded body capable of matching the central axis 22 and the central axis 32 in advance, the process of installing the molded body and the process of adjusting the central axis during use are omitted, and the silica glass crucible is removed. Can be decorated in the susceptor.
また、図５の通り、成形体は、サセプターの内表面を覆う成形体５１（図５（ａ））であってもよい。なお、図５（ａ）及び（ｃ）の成形体５１は、説明のため部分的な断面図としている。変形部２４に対応する成形体４３は、成形体５１と一体化している。成形体５１をサセプター３１に内装し、成形体５１が内装されたサセプター３１にシリカガラスルツボ２１を内装することで、中心軸２２と中心軸３２とを一致させることができる。隙間となる部分を埋めるような成形体で予めサセプターの内表面を覆うことで、使用時に成形体を設置する工程と中心軸を調節する工程を省いて、シリカガラスルツボをサセプターに内装することができる。 As shown in FIG. 5, the molded body may be a molded body 51 (FIG. 5A) that covers the inner surface of the susceptor. In addition, the molded object 51 of Fig.5 (a) and (c) is made into partial sectional drawing for description. A molded body 43 corresponding to the deformable portion 24 is integrated with the molded body 51. The center axis 22 and the center axis 32 can be made to coincide by mounting the molded body 51 in the susceptor 31 and mounting the silica glass crucible 21 in the susceptor 31 in which the molded body 51 is mounted. By covering the inner surface of the susceptor in advance with a molded body that fills the gap, the silica glass crucible can be installed in the susceptor without using the process of installing the molded body and adjusting the central axis during use. it can.
＜成形体の設置２＞
別の実施形態に関して、図６を用いて、成形体の設置を詳細に説明する。
図６（ａ）において、シリカガラスルツボ２１は、成形体４２が設置されている。成形体４２が設置されたシリカガラスルツボ２１を、シリカガラスルツボの三次元形状２３とサセプターの内表面三次元形状３３に基づいて製造されたシート状成形体５２に内装する。これにより、サセプター３１への内装工程の前にシリカガラスルツボ２１と成形体４２との位置がズレることを防止することができる。シート状成形体５２により覆われたシリカガラスルツボ２１と成形体４２をサセプター３１へ内装することで、中心軸２２と中心軸３２とを一致させることができる。
<Installation 2 of molded body>
Regarding another embodiment, installation of a molded body will be described in detail with reference to FIG.
In FIG. 6A, the silica glass crucible 21 is provided with a molded body 42. The silica glass crucible 21 in which the molded body 42 is installed is mounted in a sheet-like molded body 52 manufactured based on the three-dimensional shape 23 of the silica glass crucible and the three-dimensional shape 33 of the susceptor inner surface. Thereby, it can prevent that the position of the silica glass crucible 21 and the molded object 42 shifts | deviates before the interior process to a susceptor 31. FIG. By installing the silica glass crucible 21 and the molded body 42 covered with the sheet-shaped molded body 52 in the susceptor 31, the central axis 22 and the central axis 32 can be made to coincide.
Claims (5)
The method of claim 4, wherein the heat resistant material is carbon .
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