JPS6287481A

JPS6287481A - 単結晶引上装置における溶湯初期位置設定方法

Info

Publication number: JPS6287481A
Application number: JP22577285A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Konno; 今野　昭一
Original assignee: NIPPON SILICON KK; Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: NIPPON SILICON KK; Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1985-10-09
Filing date: 1985-10-09
Publication date: 1987-04-21
Also published as: JPH0331673B2

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明は、チョクラルスキー法による単結晶の製造過
程に用いて好適な単結晶引上装置における溶湯初期位置
設定方法に関する。

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

次に、１０は炉体１の上端に接合されている中空円柱状
の上部ケーシングであり、この上部ケーシンクの上端部
分に引上ヘッド１１が水平旋回自在に設けられている。

引上ヘッドＩＩ内には、ワイア引上機構（図示路）が設
けられており、このワイア引上機構からはワイアケーブ
ル１３がルツボ２の回転中心に向って延びている。また
、ワイア引上機構には引上モータ１５の駆動力が伝達さ
れるようになっており、引上モータ１５の回転方向によ
って、ワイアケーブルＩ３の引き上げ、または、引き下
げを行うようになっている。また、引上ヘッド１１は、
ヘッド回転モータ（図示路）の駆動力が伝達されると矢
印ＴＧ力方向回転するようになっている。

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

上記構成において、シード２１を溶湯７に浸漬させた後
に、ヘッド回転モータを駆動し、かつ、引上モータＩ５
を引上方向に駆動すると、ワイアケーブル１３は矢印Ｔ
Ｇ力方向駆動されながら上方に引き上げられてゆき、こ
のシード２１の上昇に伴って単結晶シリコン２２が図示
のように成長してゆく。また、この単結晶成長工程にお
いては、軸４が矢印ＴＧと逆方向に回転され、これによ
り、単結晶シリコン２２と溶湯７とが互いに逆方向に回
転するように構成されている。

さて、引き上げられて行く単結晶シリコン２２の成長形
状は、上端部（以下、トップという）および下端部（以
下、ボトムという）においては各々目的とする形状に一
致させるのが望ましく、また、直胴部分においては設定
した直径値に均一にするのが望ましい。そして、成長形
状および直径を決定するのは、引上速度、溶湯温度など
であるから、これらのパラメータを調整しながら単結晶
シリコン２２の形状および直径を所望形状となるように
制御を行う必要がある。

そ５こて、直径制御を行う場合は、炉体１の上端部分に
設けた窓部１ａからテレビカメラ２５により溶湯７の上
面を撮影し、さらに、テレビカメラ２５の画像データを
解析して単結晶シリコン２２と溶湯液面との境界位置を
検出し、この検出結果に基づいて単結晶シリコン２２の
直径を求め、求めた直径が所定値に適合するように上記
各パラメータを制御している。

ところで、溶湯７の表面位置が第４図に示すＬｌの位置
にある場合と、Ｌ２の位置にある場合とでは、テレビカ
メラ２５による境界位置検出方向にΔθのずれが生じ、
この結果、単結晶シリコン２２の直径検出値にはΔＩの
ずれが生じる。したがって、直径制御中に溶湯表面位置
がずれると、単結晶シリコン２２の直径が設定値からず
れてしまい極めて問題となる。そこで、結晶成長中は溶
湯表面の位置を常に基準位置に保持するように、軸４を
適宜上昇させて上記不都合を解消するようにしている。

すなわち、単結晶シリコン２２が成長して行くと、ルツ
ボ２内の溶湯量が減少して溶湯表面が低下しようとする
が、溶湯減少量に対応する分だけ軸４を上昇させて溶湯
表面位置を保つようにしている。この場合、初期設定さ
れた溶湯表面位置を保持するように制御が行なわれるた
め、初期設定位置がずれていると、直胴部の直径は均一
４〜 −にはなるものの、その値が設定値とは異なったものと
なってしまう。

また、一方において、溶湯表面の初期位置が異なると、
溶湯７とヒータ６との相対的な位置関係にずれが生じ、
この結果、単結晶成長過程における熱条件（溶湯の対流
追等）が変化して、単結晶中における酸素濃度等が異な
ってしまい、製品の品質が不均一となってしまうという
問題が生じた。

そこで従来は、溶湯表面位置の初期設定を正確に行うた
めに、レーザ光を用いるレベル計測システム等を用い、
これによって、溶湯表面位置の初期設定を行っていた。

［発明が解決しようとする問題点」しかしながら、上述した従来の溶湯表面位置の初期設定
方法においては、レベル計測システム自体が高価となる
とともに、計測用レーザ光の通路となる専用の窓部を炉
体に設けなければならないという欠点があった。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、高価
なレベル計測システムを不要とし、かつ、炉体に初期位
置設定用の窓部等を設ける必要かなく、さらに、位置決
め精度を高くすることができる単結晶引上装置における
溶湯初期位置設定方法を提供ずろことを目的としている
。

「問題点を解決するための手段」この発明は」二連した問題点を解決するために、ルツボ
内で溶解している多結晶の溶湯から単結晶を回転させな
がら成長させる単結晶引上装置において、端面に接する
物体の色を反映する耐火性の棒状体を前記ルツボが収納
される炉体の」二部から前記溶湯の表面近傍に延びるよ
うに予め配置し、かつ、前記ルツボを」二部させて前記
溶湯表面を前記棒状体の端面に接触させ、さらに、前記
接触によって前記棒状体の色が変化した時点から前記ル
ツボを予め定めた所定量だけ下降させ、この下降位置に
お（Ｊる前記溶湯の表面位置を初期位置とすることを特
徴としている。

「作用」予め配置された棒状体の端面位置は、所定の固定位置に
あるから、この位置から所定量下降した溶湯表面位置は
常に一定の位置となる。

「実施例」以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。

第１図は、この発明の一実施例を適用した単結晶引上装
置の構成を示す断面図である。なお、第１図において、
前述した第３図の各部と対応する部分には同一の符号を
付しその説明を省略する。

第１図において、３０は炉体Ｉの上端部から下方に延び
る支持棒であり、支持棒３０の下端部には、取付部材３
１の一端が固定されている。また、取付部材３１の他端
には垂直方向に延びる石英棒３２の上端部が接合されて
いる。この石英棒３２はその下端の径が２ｍｍ程度の丸
棒であり、下端面は水平方向に平坦に形成されている。

また、石英棒３２が設けられている位置は、テレビカメ
ラ２５の撮影範囲から外れており、直径検出に悪影響を
与えないようになっている。そして、図から明らかなよ
うに、この図に示す装置が第３図に示す従来装置と異な
る点は、上述した構成要素３０〜３２が付加されている
点のみである。

次に、この実施例による溶湯表面の初期位置決め方法に
ついて第２図（イ）〜（ハ）を参照して説明する。なお
、第２図（イ）〜（ハ）に示す４０は、軸４の上下位置
を示す指示部であり、軸４に連動して」二下動する指針
４０ａと、目盛り４０ｂとを有している。

まず、初期位置決め開始時には、軸４の位置を下方に設
定しておき、溶湯７の表面が石英棒３２の下端面に対し
て充分に下方にくるようにする。

次に、軸４を徐々に上昇させ溶湯７の表面を石英棒３２
の下端面に近付けて行く。そして、溶湯７の表面が上昇
して行くと、ある時点においては第２図（イ）に示すよ
うに、石英棒７の下端面と溶湯７の表面とが接して密着
状態になる。この場合、溶湯７の色は、黄色味を帯びた
朱色であり、一方、石英棒３２の色は、溶湯７と接触す
る以前においては透明もしくは半透明である。そして、
溶湯７の表面が石英棒３２の下端面に接すると、石英棒
３２が溶湯７の色をその内部において反映し、この結果
、石英棒３２の色が透明（あるいは半透明）から朱色に
変化する。すなわち、第２図（イ）に示す状態は、石英
棒３２が朱色に変化した瞬間の状態である。

次に、オペレータは窓部１ａから石英棒３２の色変化を
認識し、この時点で軸４の上昇を停止するとともに、指
示部４０の指示値を確認し、この指示値をゼロ位置Ｐｏ
とする。次いで、オペレータは第２図（ロ）に示すよう
に、軸４を降下させて指示値がゼロ位置ＰＯよりΔＱｓ
だけ低くなるようにする。この結果、溶湯７の表面位置
は、石英棒３２の下端面より八σＳに対応する分だけ低
くなる（表示は実際の移動より拡大したものとなってい
る）。そして、この場合のΔＱｓは、溶湯表面の初期位
置に対応して予め設定された移動量である。

すなわち、この実施例における溶湯７の表面初期位置は
、石英棒３２の下端面から垂直方向にΔ１２Ｓに対応す
る分だけ下がった位置（同図に示す位置Ｐｓ）に設定さ
れている。したがって、第２図（ロ）に示す指示部４０
の指示位置が、この場合の規準初期位置となる。

そして、第２図（ロ）に示す状態において、シード２１
が溶湯７の表面に接し、この状態から単結晶引上動作が
開始される。この単結晶引上動作が開始されると、引き
上げられて行く単結晶の量に応じて、溶湯７の表面位置
が下がろうとするため、前述し“たように、溶湯減少量
に対応する分だけ軸４を上昇させて溶湯表面位置を保つ
ようにしている。第２図（ハ）は溶湯表面位置の保持動
作状態を示しており、この図に示すように溶湯表面位置
を一定とするように軸４が上昇している。

上述した方法によれば、初期状態における溶湯７の量に
バラツキがある場合でも、溶湯７の表面初期位置は、常
に、石英棒３２の下端面よりΔＱｓに対応する分だけ下
方の位置に正確に設定される。

そして、実験によれば、この場合の位置設定精度は、レ
ーザ計測システムを用いた場合（±１＋＋ｕ＋＋程度）
の２〜４倍の精度（±０　、５ｍｍ以下）であった。

なお、上述した実施例においては、オペレータの目視に
よって石英棒３２の色変化を検出するようにしたが、こ
れに代えて、たとえば、フォトセンサ等を石英棒３２の
上端部に取り付け、このフォトセンサの出力信号の変化
から、石英棒３２の色変化、すなわち、溶湯７と石英棒
３２の接触を検出するように構成してもよい。さらに、
軸４の上下位置を、ポテンショメータ等を用いて電気的
に検出してもよく、また、上記フォトセンサと組み合わ
せて、溶湯７の表面初期位置設定を完全自動化するよう
に構成してもよい。

「発明の効果」以上説明したように、この発明によれば、ルツボ内で溶
解している多結晶の溶湯から単結晶を回転させながら成
長させる単結晶引上装置において、端面に接する物体の
色を反映する耐火性の棒状体を前記ルツボが収納される
炉体の上部から前記溶湯の表面近傍に延びるように予め
配置し、かつ、前記ルツボを上昇させて前記溶湯表面を
前記棒状体の端面に接触させ、さらに、前記接触によっ
て前記棒状体の色が変化した時点から前記ルツボを予め
定めた所定量だけ下降させ、この下降位置における前記
溶湯の表面位置を初期位置としたので、高価なレベル計
測システムを不要とし、かつ、炉体に初期位置設定用の
窓部等を設ける必要がないという効果が得られ、また、
位置決め精度を高くし得る利点も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の機械的構成を示す断面図
、第２図（イ）〜（ハ）は各々同実施例における溶湯表
面初期位置の設定方法を説明するための断面図、第３図
は従来の単結晶引上装置の構成を示す断面図、第４図は
単結晶の直径制御を説明するための溶湯表面の概略図で
ある。３０・・・・・・支持棒、３１・・・・・・取付部材、
３２・・・・・・石英棒（棒状体）。

Claims

【特許請求の範囲】

ルツボ内で溶解している多結晶の溶湯から単結晶を回転
させながら成長させる単結晶引上装置において、端面に
接する物体の色を反映する耐火性の棒状体を前記ルツボ
が収納される炉体の上部から前記溶湯の表面近傍に延び
るように予め配置し、かつ、前記ルツボを上昇させて前
記溶湯表面を前記棒状体の端面に接触させ、さらに、前
記接触によって前記棒状体の色が変化した時点から前記
ルツボを予め定めた所定量だけ下降させ、この下降位置
における前記溶湯の表面位置を初期位置とすることを特
徴とする単結晶引上装置における溶湯初期位置設定方法
。