JPH0331673B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、チヨ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、１は炉体であ
り、炉体１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
によつて保持されており、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つて取り付
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つており、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
に昇降自在となつている。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
〓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
シングの上端部分に引上ヘツド１１が水平旋回自
在に設けられている。引上ヘツド１１内には、ワ
イア引上機構（図示略）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の回転中心に向つて延びている。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
れるようになつており、引上モータ１５の回転方
向によつて、ワイアケーブル１３の引き上げ、ま
たは、引き下げを行うようになつている。また、
引上ヘツド１１は、ヘツド回転モータ（図示略）
の駆動力が伝達されると矢印TG方向に回転する
ようになつている。

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、ヘツド回転モータを駆動し、かつ、
引上モータ１５を引上方向に駆動すると、ワイア
ケーブル１３は矢印TG方向に駆動されながら上
方に引き上げられてゆき、このシード２１の上昇
に伴つて単結晶シリコン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、トツプという）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。

そこで、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Ｌ
１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Δlのずれが生じる。した
がつて、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
は均一にはなるものの、その値が設定値とは異な
つたものとなつてしまう。

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つてしまい、製品の
品質が不均一となつ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、これによつて、溶湯表面位置の初
期設定を行つていた。

「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
という欠点があつた。

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
がなく、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
方法を提供することを目的としている。

「問題点を解決するための手段」 この発明は上述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
よつ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１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３１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つている。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３
０〜３２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に連動して上下
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Δls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Δls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つている）。
そして、この場合のΔls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Δlsに対
応する分だけ下がつた位置（同図に示す位置Ps）
に設定されている。したがつて、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Δls
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
mm程度）の２〜４倍の精度（±0.5mm以下）であ
つた。

なお、上述した実施例においては、オペレータ
の目視によつて石英棒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、フオトセ
ンサ等を石英棒３２の上端部に取り付け、、この
フオ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、ポテンシヨメータ等を用いて電気
的に検出してもよく、また、上記フオトセンサと
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
つ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 (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 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
   触によつ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。