JP2002029887A

JP2002029887A - 単結晶引上げ装置

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Publication number: JP2002029887A
Application number: JP2000220095A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Ebi; 大輔海老; Toshio Hayashida; 寿男林田
Original assignee: Komatsu Electronic Metals Co Ltd
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2002-01-29
Anticipated expiration: 2020-07-21
Also published as: JP4684396B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＺ法単結晶引上げ装置においてケーブル系
の共振を抑制することができるケーブル式ＣＺ法単結晶
引上げ装置を提供する。【解決手段】単結晶１７を引上げるためのケーブル１
３その他の引き上げ部材を備え、ＣＺ法によって原料融
液から単結晶を引上げる単結晶引上げ装置において、単
結晶１７のショルダー部１７ａ形成の際の引き上げ部材
上の重心移動の際にケーブル系１０の共振回転数が低下
することに備えて、シードチャック１４の重量及び／ま
たはシードチャック１４までのケーブル１３の長さを設
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶を引上げる
ためのケーブルその他の引き上げ部材を備え、ＣＺ法
（チョクラルスキー法）によって原料融液から単結晶を
引上げるケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置及び方法、
特に、単結晶引上げの際に発生するケーブル系の共振に
よる単結晶の振れ幅を抑制する機構が付加されたＣＺ法
単結晶引上げ装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＺ法単結晶引上げ装置によれば、単結
晶を回転させながら原料融液から引上げる。そして、昨
今の単結晶ウエハの低コスト化についての厳しい要求に
応じるために、なるべく長いインゴットを引上げるとい
うことが行われるようになってきている。そして、この
ようなインゴットの長尺化を実現するために、通常のＣ
Ｚ法単結晶引上げ装置では、原料融液の液面を下げた
り、或いは、引上げられたインゴットを格納する部分の
チャンバ（上段チャンバ）のところを長くしたりすると
いうようなことが行われる。ところで、ケーブル（ワイ
ヤ）によって単結晶を引上げる形式のケーブル式ＣＺ法
単結晶引上げ装置では、この単結晶の回転に伴ってケー
ブル系の共振が生じる。そして、この共振による単結晶
の振れ幅が許容量を越えた場合には結晶の引き上げが安
定せず、甚しい場合には結晶の引き上げを行えなくな
る。

【０００３】ここで、ケーブル系を「ケーブル」、「シ
ードチャック及び単結晶」等からなる振り子と考えた場
合に、ケーブル系の共振回転数ｎは、ｎ＝（６０／２
π）×（ｇ／Ｌ）^1/2で決まる。なお、この式中、ｇは
ケーブル系の下部に位置するシードチャック及び単結晶
の総重量（単位はｇ）を表し、Ｌは振り子の支点から重
心までの距離（単位はｃｍ）を表す。共振回転数ｎの単
位はｒｐｍ（一分間あたりの回転数））である。

【０００４】上記の式から明らかなように、ケーブル系
の共振回転数はケーブル長によって決まるので、共振回
転数に近い結晶回転数では結晶が共振して振れてしまう
こととなって、引き上げが安定せず、装置の改造等を行
ってワイヤ巻取り機構部の位置を上昇させたような場合
には、ケーブル長が長くなったことに応じて新たな共振
回転数が設定され、特に共振点よりも低い結晶回転数で
結晶を引上げるようにしたときには、それまで可能であ
った回転数での引き上げが不可能となってしまうという
ような不都合が生じる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これに関し、通常のケ
ーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置では、このケーブル系
に共振が生じないように（あるいは、共振による振れ幅
が許容範囲内に収まるように）、ケーブル長や装置サイ
ズその他の諸条件が予め設定される。ところが、上述し
たように、引上げられるインゴットの長尺化を実現する
ために原料融液液面の引き下げやインゴット格納部分の
長尺化が行われたような場合には、ケーブル長が長くな
ることを伴う場合があり、そうなったときにはケーブル
系における共振回転数が低下し、共振が発生しないよう
に（あるいは、共振による振れ幅が許容範囲内に収まる
ように）設定された他の所定の条件をそのまま踏襲した
場合には、ケーブル長が長くなることに伴って変化した
共振回転数に応じて、このケーブル系に発生する共振が
大きくなってしまう場合がある。

【０００６】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法単結晶引上げ装置に
おいて引き上げられるインゴットの長尺化を実現するた
めにケーブル長等の装置内の諸条件が変更された場合で
も、ケーブル系の共振を抑制し、インゴットの長尺化と
インゴット直胴部におけるより高い結晶回転数の設定を
同時に実現することができるケーブル式ＣＺ法単結晶引
上げ装置を提供することにある。

【０００７】

【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、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、結晶
の引上げによって振り子系の重心移動の逆進が生じると
いうことを突き止め、かかる事情を全て勘案した上で装
置に関する諸条件の設定を行うことによって安定した結
晶の引き上げを行うことができるということを見出し、
本発明を完成するに至った。また、本発明者らは、引き
上げられるインゴットの長尺化実現のために装置内の諸
条件が変更された場合でも共振を抑制し、共振の問題を
解決することができる最も有効でかつ簡易な方法とし
て、シードチャックの重量を変更することが妥当である
ことも見出し、本発明を完成するに至った。

【０００８】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）単結晶を引上げるためのケーブル
その他の引き上げ部材を備え、ＣＺ法によって原料融液
から単結晶を引上げるケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装
置の設計方法であって、単結晶の引上げをケーブル系の
共振回転数よりも低い結晶回転数で行う場合には、単結
晶のショルダー部形成の際の引き上げ部材上の重心移動
によってケーブル系の共振回転数が低下することを考慮
して、単結晶に発生する共振による結晶の振れ幅が許容
される範囲にシードチャックの重量及び／またはシード
チャックまでのケーブルの長さを設計することを特徴と
するケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置の設計方法。

【００１０】（２）単結晶を引上げるためのケーブル
その他の引き上げ部材を備え、ＣＺ法によって原料融液
から単結晶を引上げるケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装
置であって、単結晶のショルダー部形成の際の引き上げ
部材上の重心移動の際にケーブル系の共振回転数が低下
することに備えて、シードチャックの重量及び／または
シードチャックまでのケーブルの長さが設定されたケー
ブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置。

【００１１】（３）ケーブル式ＣＺ法によって原料融
液から単結晶を引上げる単結晶引上げ方法であって、単
結晶のショルダー部形成の際の引き上げ部材上の重心移
動の際にケーブル系の共振回転数が低下することを考慮
し、少なくとも単結晶直胴部における当該共振による結
晶の振れ幅が抑制される範囲に設定された長さの種絞り
を行って単結晶を引上げることを特徴とする単結晶引上
げ方法。

【００１２】（４）ケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装
置に使用されるシードチャックであって、既存のシード
チャックの構成部材が不活性高密度物質製部材で製作さ
れていることを特徴とする共振抑制用のシードチャッ
ク。

【００１３】（５）前記不活性高密度物質はタングス
テンであることを特徴とする（４）記載の共振抑制用の
シードチャック。

【００１４】（６）ケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装
置に使用されるシードチャックの構成部材が不活性高密
度物質製部材で製作されていることにより、シリコン単
結晶インゴットの直胴部を安定して得る方法。

【００１５】（７）前記不活性高密度物質はタングス
テンであることを特徴とする（６）記載の方法。

【００１６】（８）シリコン単結晶インゴットの直胴
部を安定して得るための装置であることを特徴とする
（２）記載のケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置。

【００１７】（９）シリコン単結晶インゴットの直胴
部を安定して得るための装置であって、ケーブル系の共
振の抑制のためにシードチャックの構成部材が不活性高
密度物質製部材で構成されたものであることを特徴とす
るケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置。

【００１８】（１０）シリコン単結晶インゴットの直
胴部を、より高単結晶回転数で安定して得るための装置
であることを特徴とする（８）または（９）記載のケー
ブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置。

【００１９】（１１）長尺インゴット引き上げのため
に設定が変更された単結晶引上げ装置に対して使用され
る長尺インゴット引上げ対応用のシードチャックであっ
て、シードチャックの構成部材が不活性高密度物質製部
材で製作されていることを特徴とする長尺インゴット引
上げ対応用のシードチャック。

【００２０】（１２）（１１）記載のシードチャック
を使用することにより、ダッシュネック法によって形成
されるネック部分の短縮及び／または単結晶回転数の高
速化を図る方法。

【００２１】この「ネック部分の短縮」には、ネック部
分がゼロの場合、即ち種結晶にホウ素が所定の濃度で添
加される等のことによってダッシュネック法を採用する
必要が無くなり、ネック部分が全く存在しなくなるよう
な場合も含む。

【００２２】ここで、「不活性高密度物質」というの
は、ＣＺ炉内の雰囲気下で化学反応を起こさず、かつ、
モリブデンを超える高密度を有する物質のことを意味す
る。不活性高密度物質は、単体であっても化合物であっ
てもよく、好適なものとしては、タングステン単体やタ
ングステン化合物を挙げることができる。

【００２３】また、（４）及び（５）における不活性高
密度物質製部材への転換、（７）における不活性高密度
物質製部材での構成は、シードチャックの一部であって
もよい。また、かかる転換もしくは構成は、ケーブル系
の共振回転数に影響を与えるほどの重量の変化をシード
チャックに付与したような場合に、本発明の範囲に含ま
れる。

【００２４】なお、上記（８）において「長尺インゴッ
ト引き上げのために設定が変更された」というのは、例
えば、ケーブル系におけるケーブル長（より具体的に言
い換えれば、ケーブル巻取り装置端から原料融液着液時
の種結晶までの距離）の初期設定が変更されたような場
合を意味する。

【００２５】ここで、本発明に係る単結晶引上げ装置に
おいては、シードチャックがタングステン製部材やタン
グステン化合物部材等の不活性高密度物質製部材を含む
ことによって、当該シードチャックの重量の増大が生じ
る。

【００２６】一方、上段チャンバの長さを長くすると、
ケーブルも長くなり、ケーブル系の共振回転数が小さく
なるが、これは、少なくともインゴットの直胴部につい
ては、シードチャックの重量が増大することによって補
償される。そして、上段チャンバの長さが長く設定され
ていることにより、本装置によって安定して得られた長
い直胴部を備える単結晶を収容することができる。即
ち、本装置によれば、上段チャンバの長さを長くしてケ
ーブルが長くなることに伴って共振が増大しやすくなっ
た分については、シードチャックが重くされることによ
って防止された状態で単結晶の安定した引き上げを行う
ことができると共に、上段チャンバの長さが長く設定さ
れていることにより、本装置によって安定して得られた
長い直胴部を備える単結晶を収容することができること
となるのである（上記（８））。

【００２７】そしてこれは、ネック部分が短縮され、そ
の分だけケーブルが長く設定された場合も同様であり、
ケーブルが長くなることに伴って共振が増大しやすくな
った分については、シードチャックが重くされることに
よって防止された状態で単結晶の安定した引き上げを行
うことができ、ネック部分が短縮された分だけ長いイン
ゴットを得ることができるようになる（上記（９））。

【００２８】なお、本発明に従えば、不活性高密度物質
製部材を含むことによって増大したシードチャックの重
量に応じて、引上げられたシリコン単結晶インゴットを
格納する上段チャンバの長さが長く設定される場合もあ
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明を説明するための
図であり、単結晶引上げ装置におけるケーブル系を「ケ
ーブル」と「シードチャック及び単結晶」とからなる振
り子系モデルとして表した図である。また、図２は、単
結晶の引上げを行う際の重心の移動を説明するための図
である。

【００３０】図１に示されるように、単結晶引上げ装置
におけるケーブル系１０は、ケーブル巻取りドラム１１
と、このケーブル巻取りドラム１１で巻き上げられるケ
ーブル(タングステン製のワイヤ)１３と、ケーブル１３
の末端に取り付けられたシードチャック１４と、このシ
ードチャック１４から伸びるネック（種絞り部分）１５
と、このネック１５を使って原料融液１６から引き上げ
られる単結晶１７と、からなる。なお、上記のネック
（種絞り部分）１５については、シードチャック１４で
把持されたシード(種結晶)が種絞りされることによって
形成される（ダッシュネック法）。

【００３１】このような単結晶引上げ装置のケーブル系
１０は、図１に示されるように、ケーブル巻取りドラム
１１の部分を支点として揺れる振り子と想定することが
できる。そして、ケーブル系の共振回転数ｎを定める式
「ｎ＝（６０／２π）×（ｇ／Ｌ）^1/2」のＬは、ケー
ブル巻取りドラム１１のケーブル巻出しのところからケ
ーブル系の重心のところまでの距離ということになる。

【００３２】ここで、この「ケーブル系の重心」という
ものは、単結晶の引上げに伴って移動していく。即ち、
図２に示されるように、ケーブル系の重心Ｐは、ネック
１５が形成された状態（図２（ａ）の状態）ではシード
チャック１４上にあるが、単結晶１７の肩の部分１７ａ
が形成されると、単結晶１７の重量の増加に伴って下方
に移動して行く（図２（ｂ）の状態）。そして、単結晶
１７が引上げられている状態では、シードチャック１４
よりも単結晶１７のほうが重く、ケーブル系の重量の殆
どは単結晶１７のほうにあるという状態となるため、ケ
ーブル系の重心Ｐは単結晶１７上に存在するようにな
る。

【００３３】このように、単結晶の引上げに伴い、単結
晶１７の肩の部分１７ａが形成される際に、ケーブル系
の重心Ｐが下方に移動するため、シード(種結晶)から計
測した結晶長に対するケーブル系の共振回転数ｎの変化
を調べた場合には、ケーブル系の共振回転数ｎの変化は
単調増加にはならず、図３に示されるような３次曲線を
描くようになる（なお、図３中、図２（ａ）（ｂ）
（ｃ）で図示されているものに対応するところには、同
一の（ａ）（ｂ）（ｃ）を付してある）。即ち、単結晶
の引上げの際には、単結晶１７の肩の部分１７ａの形成
に至るまでには共振回転数ｎは単調に増加をして行く
が、肩の部分１７ａの形成の際に重心Ｐが下方に移動す
ることに伴って減少に転じ、極小部分αを形成して再び
増加に転じるのである。

【００３４】ここで、回転させながら単結晶１７を成長
させるにあたって、単結晶１７の回転速度ｍ₀に対し
て、単結晶引上げ装置のケーブル長その他のものが設定
されるが、本発明者らの研究によれば、従来の仮説によ
れば図３中の(ハ)のような単調増加の変化が想定されて
いたのに対し、図３中の（イ）及び（ロ）のように、単
結晶の引き上げに伴って共振回転数が低下し、極小部分
αを形成して再び上昇に転じるということが分かったの
である。そして更に言えば、図３中の（イ）は従来から
のモリブデン製のシードチャックを使用した場合の共振
回転数の変化を示したものであり、（ロ）はこれをタン
グステン製のシードチャックを使用した場合の共振回転
数の変化を示したものであるが、この図から明らかなよ
うに、タングステン製のシードチャックを使用した場合
には、極小部分αの部分の共振回転数が上がり、当該極
小部分αの部分の共振回転数が単結晶１７の回転速度ｍ
₀から遠ざかることによる共振抑制効果が得られる。

【００３５】ここで、（イ）と（ロ）では、極小部分α
のところで、少なくともｎ＝０．５程度は開くように
（即ち、極小部分αのところにおいて共振回転数ｎが１
以上開くように）設定され、このような設定は、シード
チャックの重量、シードチャックまでのケーブルの長
さ、種絞りの部分の長さの調整を、それぞれ単独或いは
組み合せて行うようにすることによって、実現すること
ができる。そしてその中でも、モリブデン製の現行のシ
ードチャック１４の構成部材をタングステン製のものに
転換するのが最も簡易かつ効果的である。例えば、現行
のシードチャック１４の構成部材の５０％程度をタング
ステン製のものに転換することによって、上記（イ）か
ら（ロ）への変換（極小部分αのところにおいてｎが１
以上アップするように設定すること）を実現することが
できる。現行のシードチャック１４の構成部材のタング
ステン製のものへの転換は、好ましくは５０％以上、よ
り好ましくは６０％以上、更に好ましくは７０％以上、
一層好ましくは８０％以上、より一層好ましくは９０％
以上行うのが好ましい。なお、共振による単結晶１７の
振れ幅を抑制するための上記のような調整は、基本的に
は単結晶１７の直胴部の形成の際に行われるものであ
り、そこに入る前の工程（即ち、単結晶１７の肩の部分
１７ａの形成以前の工程）では、組まれた装置によって
定まる共振回転数を避けるように単結晶１７の回転数を
設定することができる。言い換えれば、例えば上記のよ
うにタングステン製のシードチャックに転換すること
は、少なくとも単結晶１７の直胴部の部分で所望の回転
数を確保したいがために行うものである。

【００３６】図４は、本発明の実施の一態様としてのケ
ーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置の全体構成を示すブロ
ック図である。この図４に示されるように、この実施形
態に係るＣＺ法単結晶引上げ装置は、装置の外殻を構成
するチャンバ２１が、それぞれ分離可能な状態で、上段
チャンバ２１Ｘと、中段チャンバ２１Ｙと、下段チャン
バ２１Ｚと、からなり、上段チャンバ２１Ｘ及び中段チ
ャンバ２１Ｙは、モータ２３の駆動力によって旋回軸Ｑ
を中心に旋回する。そして、上段チャンバ２１Ｘ、中段
チャンバ２１Ｙ、及び下段チャンバ２１Ｚは、単結晶１
７の引き上げを行う際には、上段チャンバ２１Ｘ及び中
段チャンバ２１Ｙがそれぞれ所定の位置にまで移動し、
下段チャンバ２１Ｚの上には中段チャンバ２１Ｙ、そし
て更に中段チャンバ２１Ｙの上には上段チャンバ２１Ｘ
が載置固定され、全体としてチャンバ２１を構成するこ
とになる。

【００３７】ここで、上段チャンバ２１Ｘには引き上げ
後の単結晶が収容される。本装置によれば、上段チャン
バ２１Ｘの長さを長くしてケーブル１３が長くなること
に伴って共振が増大した分については、例えばシードチ
ャック１４が重くされることによって防止された状態で
単結晶１７の安定した引き上げを行うことができる。そ
して、これと共に、上段チャンバ２１Ｘの長さが長く設
定されていることにより、本装置によって安定して得ら
れた長い直胴部を備える単結晶を収容することができる
こととなる。

【００３８】

【発明の効果】以上のような本発明によれば、簡易な構
成・機構によってケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置の
ケーブル系の共振を防止することができ、単結晶の安定
した引き上げを実現することができる。また、本装置に
よれば、長い直胴部を備える単結晶インゴットが安定し
て得られることになる。

【００３９】また、反射的効果として、ケーブル式ＣＺ
法単結晶引上げ装置において、結晶引き上げの際の結晶
回転数を上げることもできるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するための図であり、単結晶引
上げ装置におけるケーブル系を「ケーブル」と「シード
チャック及び単結晶」とからなる振り子系モデルとして
表した図である。

【図２】図２は、単結晶の引上げを行う際の重心の移
動を説明するための図である。

【図３】単結晶引き上げの際、シード(種結晶)から計
測した結晶長に対するケーブル系の共振回転数ｎの変化
を示す図である。

【図４】本発明の実施の一態様としてのケーブル式Ｃ
Ｚ法単結晶引上げ装置の全体構成を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１０ケーブル系１１ケーブル巻取りドラム１３ケーブル(タングステン製のワイヤ) １４シードチャック１５ネック（種絞り部分）１６原料融液１７単結晶Ｐケーブル系の重心１７ａ単結晶１７の肩の部分ｍ₀ 単結晶１７の回転速度２１チャンバ２１Ｘ上段チャンバ２１Ｙ中段チャンバ２１Ｚ下段チャンバ２３モータＱ旋回軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単結晶を引上げるためのケーブルその他
の引き上げ部材を備え、ＣＺ法によって原料融液から単
結晶を引上げるケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置の設
計方法であって、単結晶の引上げをケーブル系の共振回転数よりも低い結
晶回転数で行う場合には、単結晶のショルダー部形成の
際の引き上げ部材上の重心移動によってケーブル系の共
振回転数が低下することを考慮して、単結晶に発生する
共振による結晶の振れ幅が許容される範囲にシードチャ
ックの重量及び／またはシードチャックまでのケーブル
の長さを設計することを特徴とするケーブル式ＣＺ法単
結晶引上げ装置の設計方法。
【請求項２】単結晶を引上げるためのケーブルその他
の引き上げ部材を備え、ＣＺ法によって原料融液から単
結晶を引上げるケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置であ
って、単結晶のショルダー部形成の際の引き上げ部材上の重心
移動の際にケーブル系の共振回転数が低下することに備
えて、シードチャックの重量及び／またはシードチャッ
クまでのケーブルの長さが設定されたケーブル式ＣＺ法
単結晶引上げ装置。
【請求項３】ケーブル式ＣＺ法によって原料融液から
単結晶を引上げる単結晶引上げ方法であって、単結晶のショルダー部形成の際の引き上げ部材上の重心
移動の際にケーブル系の共振回転数が低下することを考
慮し、少なくとも単結晶直胴部における当該共振による
結晶の振れ幅が抑制される範囲に設定された長さの種絞
りを行って単結晶を引上げることを特徴とする単結晶引
上げ方法。
【請求項４】ケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置に使
用されるシードチャックであって、既存のシードチャッ
クの構成部材が不活性高密度物質製部材で製作されてい
ることを特徴とする共振抑制用のシードチャック。
【請求項５】前記不活性高密度物質はタングステンで
あることを特徴とする請求項４記載の共振抑制用のシー
ドチャック。
【請求項６】ケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置に使
用されるシードチャックの構成部材が不活性高密度物質
製部材で製作されていることにより、シリコン単結晶イ
ンゴットの直胴部を安定して得る方法。
【請求項７】前記不活性高密度物質はタングステンで
あることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】シリコン単結晶インゴットの直胴部を安
定して得るための装置であることを特徴とする請求項２
記載のケーブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置。
【請求項９】シリコン単結晶インゴットの直胴部を安
定して得るための装置であって、ケーブル系の共振の抑
制のためにシードチャックの構成部材が不活性高密度物
質製部材で構成されたものであることを特徴とするケー
ブル式ＣＺ法単結晶引上げ装置。
【請求項１０】シリコン単結晶インゴットの直胴部
を、より高単結晶回転数で安定して得るための装置であ
ることを特徴とする請求項８または９記載のケーブル式
ＣＺ法単結晶引上げ装置。
【請求項１１】長尺インゴット引き上げのために設定
が変更された単結晶引上げ装置に対して使用される長尺
インゴット引上げ対応用のシードチャックであって、シードチャックの構成部材が不活性高密度物質製部材で
製作されていることを特徴とする長尺インゴット引上げ
対応用のシードチャック。
【請求項１２】請求項１１記載のシードチャックを使
用することにより、ダッシュネック法によって形成され
るネック部分の短縮及び／または単結晶回転数の高速化
を図る方法。