Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6604440B2 - Single crystal manufacturing method and apparatus - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6604440B2 - Single crystal manufacturing method and apparatus - Google Patents

Single crystal manufacturing method and apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP6604440B2
JP6604440B2 JP2018532875A JP2018532875A JP6604440B2 JP 6604440 B2 JP6604440 B2 JP 6604440B2 JP 2018532875 A JP2018532875 A JP 2018532875A JP 2018532875 A JP2018532875 A JP 2018532875A JP 6604440 B2 JP6604440 B2 JP 6604440B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
crystal
support
support means
outer peripheral
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018532875A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2018030042A1 (en
Inventor
研一 西岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumco Corp
Original Assignee
Sumco Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumco Corp filed Critical Sumco Corp
Publication of JPWO2018030042A1 publication Critical patent/JPWO2018030042A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6604440B2 publication Critical patent/JP6604440B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B13/00Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • C30B13/28Controlling or regulating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B13/00Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B13/00Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • C30B13/32Mechanisms for moving either the charge or the heater
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/06Silicon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

本発明は、FZ(Floating Zone)法による単結晶の製造方法及び装置に関し、特に、結晶成長が進んで重量化した単結晶のサポート方法に関するものである。   The present invention relates to a method and an apparatus for producing a single crystal by an FZ (Floating Zone) method, and more particularly, to a method for supporting a single crystal that has been weighted as crystal growth proceeds.

半導体材料であるシリコン単結晶の製造方法の一つとしてFZ法が知られている。FZ法は、多結晶シリコンからなる原料ロッドの一部を高周波で加熱して溶融帯を作り、この溶融帯を移動させながら単結晶を徐々に成長させる方法である。CZ(Czochralski)法と異なり、FZ法は石英ルツボを使用しないので、酸素等の不純物を含まない高純度なシリコン単結晶を製造することが可能である。   The FZ method is known as one method for producing a silicon single crystal that is a semiconductor material. The FZ method is a method in which a part of a raw material rod made of polycrystalline silicon is heated at a high frequency to form a molten zone, and a single crystal is gradually grown while moving the molten zone. Unlike the CZ (Czochralski) method, since the FZ method does not use a quartz crucible, it is possible to produce a high-purity silicon single crystal that does not contain impurities such as oxygen.

FZ法によるシリコン単結晶の製造では、原料ロッド及び単結晶をそれぞれ回転させながら育成することにより円柱状のインゴットを育成するが、特に結晶成長方向と直交する断面内のドーパントの濃度分布の均一化のために単結晶の回転方向を周期的に反転させる交互回転が行われている。例えば特許文献1には、単結晶を所定のベース角度で回転させるベース回転と、単結晶をベース回転とは逆方向にベース角度よりも小さなカウンター角度で回転させるカウンター回転とを交互に繰り返す交互回転法において、ベース角度とカウンター角度との組み合わせを原料ロッドの直径に応じて変化させることにより、単結晶の抵抗率の面内ばらつきを小さくする方法が記載されている。   In the production of a silicon single crystal by the FZ method, a cylindrical ingot is grown by growing the raw material rod and the single crystal while rotating them, respectively. In particular, the concentration distribution of the dopant in the cross section perpendicular to the crystal growth direction is made uniform. For this reason, alternate rotation is performed to periodically reverse the rotation direction of the single crystal. For example, Patent Document 1 discloses an alternating rotation that alternately repeats a base rotation that rotates a single crystal at a predetermined base angle and a counter rotation that rotates the single crystal at a counter angle smaller than the base angle in a direction opposite to the base rotation. The method describes a method of reducing in-plane variation in resistivity of a single crystal by changing a combination of a base angle and a counter angle in accordance with the diameter of a raw material rod.

FZ法において、シリコン単結晶の成長がある程度進んで重量化すると種結晶の支持軸だけではシリコン単結晶全体を支えきれなくなることから、育成工程の途中で単結晶のサポート方法を変更することが行われている。例えば、特許文献2には、成長したシリコン単結晶を単結晶重量保持具で保持することが記載されている。単結晶重量保持具はシリコン単結晶の重量の大部分を受け止めるので、種結晶の支持軸にシリコン単結晶の重量がかからないようにすることができる。また特許文献3には、成長単結晶の円錐区域に円筒状リングの支持体を当てて当該成長単結晶を支持する方法が記載されている。   In the FZ method, if the growth of the silicon single crystal progresses to a certain extent and the weight increases, it becomes impossible to support the entire silicon single crystal with the support shaft of the seed crystal alone. Therefore, the support method of the single crystal may be changed during the growth process. It has been broken. For example, Patent Document 2 describes holding a grown silicon single crystal with a single crystal weight holder. Since the single crystal weight holder receives most of the weight of the silicon single crystal, the weight of the silicon single crystal can be prevented from being applied to the support shaft of the seed crystal. Patent Document 3 describes a method of supporting a growing single crystal by applying a cylindrical ring support to a conical region of the growing single crystal.

特開2015−229612号公報JP2015-229612A 特開2012−106892号公報JP 2012-106882 A 特開2016−52983号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-52983

単結晶重量保持具によるシリコン単結晶の中間サポートでは、単結晶が重量化した所定のタイミングで複数のサポートピンを単結晶のテーパー部に押し当てた後、単結晶を回転及び降下させるための駆動系をサポートピンの支持軸側に接続する。こうして複数のサポートピンによる単結晶のサポートに切り替えることにより、サポートピンと共に単結晶を回転させながら降下させることができ、単結晶の育成工程を継続することができる。   In the intermediate support of silicon single crystal by the single crystal weight holder, the drive for rotating and lowering the single crystal after pressing multiple support pins against the taper part of the single crystal at the predetermined timing when the single crystal is weighted Connect the system to the support shaft side of the support pin. By switching to single crystal support with a plurality of support pins in this manner, the single crystal can be lowered while rotating with the support pins, and the single crystal growth process can be continued.

しかしながら、複数のサポートピンによって単結晶をサポートする方法では、単結晶のサポートを種結晶の支持軸から複数のサポートピンに切り替えた後に結晶振動が大きくなり、単結晶のサポートが非常に不安定になるという問題がある。特に、単結晶を交互回転させる場合には、回転方向の急激な変化によりサポートピンの先端部に強い遠心力がかかり、これにより単結晶のサポートが不十分となり、結晶曲がりが生じやすい。   However, in the method of supporting a single crystal with a plurality of support pins, the crystal vibration increases after switching the support of the single crystal from the support shaft of the seed crystal to the plurality of support pins, and the support of the single crystal becomes very unstable. There is a problem of becoming. In particular, when single crystals are rotated alternately, a strong centrifugal force is applied to the tip of the support pin due to a sudden change in the direction of rotation, which results in insufficient support of the single crystal and tends to cause crystal bending.

したがって、本発明の目的は、単結晶を交互回転させる場合でも複数のサポートピンで単結晶を安定的にサポートすることができ、複数のサポートピンによる多点サポートへの切り替え後に結晶曲がりの発生を防止することが可能な単結晶の製造方法及び装置を提供することにある。   Therefore, the object of the present invention is to stably support a single crystal with a plurality of support pins even when the single crystal is rotated alternately, and to prevent the occurrence of crystal bending after switching to a multi-point support with a plurality of support pins. An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for producing a single crystal that can be prevented.

上記課題を解決するため、本発明による単結晶の製造方法は、原料ロッドの一部を加熱して溶融帯を形成し、前記溶融帯の上方及び下方にそれぞれ位置する前記原料ロッド及び単結晶を降下させて前記単結晶を成長させるFZ法による単結晶の製造方法であって、種結晶の下端を支持する結晶軸を回転させながら前記種結晶の上方に単結晶を成長させるステップと、所定の結晶形状に成長した前記単結晶のテーパー部の外周面にサポート手段を当接させることにより、前記単結晶のサポート主体を前記結晶軸から前記サポート手段に切り替えるステップと、前記単結晶のサポート主体を前記サポート手段に切り替えた後に前記サポート手段の垂直方向の位置を固定したまま前記結晶軸を降下させて前記単結晶に対する前記サポート手段の押し込みを強めるステップと、前記サポート手段で支持しながら前記単結晶をさらに成長させるステップとを有することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, a method for producing a single crystal according to the present invention comprises heating a part of a raw material rod to form a molten zone, and then forming the raw material rod and the single crystal located above and below the molten zone, respectively. A method of producing a single crystal by FZ method in which the single crystal is grown by lowering, wherein the single crystal is grown above the seed crystal while rotating a crystal axis that supports a lower end of the seed crystal; Switching the support body of the single crystal from the crystal axis to the support means by bringing a support means into contact with the outer peripheral surface of the tapered portion of the single crystal grown into a crystal shape; and After switching to the support means, the support means is pushed against the single crystal by lowering the crystal axis while fixing the vertical position of the support means. And having the steps of strengthening the body, and a step of further growing the single crystal while supported by the support means.

また、本発明による単結晶製造装置は、原料ロッドを支持する原料軸と、前記原料軸を昇降及び回転駆動する原料送り機構と、種結晶の下端を支持する結晶軸と、前記原料ロッドを加熱する誘導加熱コイルと、前記単結晶のテーパー部の外周面に当接して前記単結晶を支持するサポート手段と、前記結晶軸又は前記サポート手段を昇降及び回転駆動する結晶送り機構と、前記結晶軸から前記サポート手段への前記単結晶のサポート主体の切り替えを制御する制御部とを備え、前記制御部は、所定の結晶形状に成長した前記単結晶のテーパー部の外周面にサポート手段を当接させた状態で前記サポート手段の動きをロックするロック機構により、前記単結晶のサポート主体を前記結晶軸から前記サポート手段に切り替え、前記単結晶のサポート主体を前記サポート手段に切り替えた後に前記サポート手段の垂直方向の位置を固定したまま前記結晶軸を降下させて前記単結晶に対する前記サポート手段の押し込みを強め、前記サポート手段で支持しながら前記単結晶をさらに成長させることを特徴とする。   In addition, the single crystal manufacturing apparatus according to the present invention includes a raw material shaft that supports a raw material rod, a raw material feed mechanism that drives the raw material shaft up and down, and a rotation, a crystal shaft that supports the lower end of a seed crystal, and the raw material rod An induction heating coil that supports the single crystal by contacting an outer peripheral surface of the taper portion of the single crystal, a crystal feed mechanism that moves the crystal axis or the support means up and down, and rotates, and the crystal axis. And a control unit that controls switching of the main support of the single crystal from the support unit to the support unit, and the control unit abuts the support unit on the outer peripheral surface of the tapered portion of the single crystal grown in a predetermined crystal shape. The support body of the single crystal is switched from the crystal axis to the support means by a lock mechanism that locks the movement of the support means in a state where After the body is switched to the support means, the crystal axis is lowered while the vertical position of the support means is fixed to strengthen the pushing of the support means against the single crystal, and the single crystal is supported while being supported by the support means. It is characterized by further growing.

本発明によれば、サポート手段による単結晶のサポート力を強化することができる。したがって、単結晶を交互回転させる場合でもサポート手段で単結晶を安定的にサポートすることができ、サポート切り替え後に結晶曲がりや融液のこぼれの発生を防止することできる。   According to the present invention, the support force of the single crystal by the support means can be enhanced. Therefore, even when the single crystals are alternately rotated, the single crystal can be stably supported by the support means, and the occurrence of crystal bending and melt spillage can be prevented after the support is switched.

本発明において、前記単結晶に対する前記サポート手段の押し込みを強めるための前記結晶軸の降下量は、0mmよりも大きく0.5mm以下であることが好ましく、0.1mm以上0.5mm以下であることがさらに好ましい。結晶軸の降下量が0mmよりも大きければサポート手段による単結晶のサポートに必要なサポート力を確保することができる。また結晶軸の降下量が0.5mm以下であれば、種結晶と結晶軸との連結点付近で亀裂や破断が生じるリスクを回避することができる。さらに、結晶軸の降下量が0.1mm以上であれば、サポート手段による単結晶のサポート力を確実に強化することができる。
In the present invention, the descending amount of the crystal axis for strengthening the pushing of the support means to the single crystal is preferably larger than 0 mm and not larger than 0.5 mm, and not smaller than 0.1 mm and not larger than 0.5 mm. Is more preferable. If the descending amount of the crystal axis is larger than 0 mm, the support force necessary for supporting the single crystal by the support means can be ensured. If the crystal axis drop is 0.5 mm or less, it is possible to avoid the risk of cracking or breaking near the connection point between the seed crystal and the crystal axis. Furthermore, if the amount of crystal axis descent is 0.1 mm or more, the support force of the single crystal by the support means can be reliably strengthened.

本発明による単結晶の製造方法及び装置は、前記サポート手段によって支持された前記単結晶を交互回転させながらさらに成長させることが好ましい。単結晶を交互回転させると反転時に単結晶が揺さぶられるので、横から当てているサポート手段を単結晶にしっかり食い込ませておかないと単結晶の中心軸のずれが大きくなり、中心軸が傾くことにより結晶が曲がりくねったり、単結晶上の融液がこぼれたりするおそれがある。しかし本発明によれば、その後の結晶育成工程において結晶曲がりの発生による歩留まりの低下や結晶育成設備の損傷を防止することができる。
The method and apparatus for producing a single crystal according to the present invention preferably further grows while alternately rotating the single crystal supported by the support means. If the single crystal is rotated alternately, the single crystal will be shaken at the time of reversal, so if the support means applied from the side is not firmly bitten into the single crystal, the deviation of the central axis of the single crystal will increase and the central axis will tilt. As a result, the crystal may bend and the melt on the single crystal may be spilled. However, according to the present invention, it is possible to prevent a decrease in yield and damage to the crystal growth equipment due to the occurrence of crystal bending in the subsequent crystal growth process.

本発明において、前記サポート手段は、前記単結晶の径方向に沿ってスライド自在に設けられた複数のサポートピンを含み、前記複数のサポートピンの各々を前記単結晶の径方向に沿ってスライド自在に支持する複数の可動片の後方に複数の固定片をそれぞれ配置して各サポートピンの前記単結晶の径方向に沿った動きをロックすることが好ましい。これによれば、重量化した単結晶を確実にサポートすることができる。また、比較的簡単な構成でサポート手段を確実に押し当てることができ、また押し当てた状態をロックすることができる。   In the present invention, the support means includes a plurality of support pins provided slidably along the radial direction of the single crystal, and each of the plurality of support pins is slidable along the radial direction of the single crystal. It is preferable that a plurality of fixed pieces are respectively arranged behind the plurality of movable pieces supported on the base plate to lock the movement of each support pin along the radial direction of the single crystal. According to this, the weighted single crystal can be reliably supported. Further, the support means can be reliably pressed with a relatively simple configuration, and the pressed state can be locked.

本発明において、前記可動片は垂直面に対して20〜25°の傾斜角度を持つテーパー面を有し、前記固定片は前記可動片の前記テーパー面と同一の傾斜角度を持つ逆テーパー面を有し、前記複数のサポートピンのロック時に前記固定片の前記逆テーパー面を前記可動片の前記テーパー面に当接させることが好ましい。これによれば、可動片の任意の位置に対して適切な位置に固定片を配置することができ、また固定片が可動片を押さえ付ける力を強めることができる。したがって、サポートピンを確実に固定することができ、単結晶の回転時の遠心力に負けないようにサポートピンのサポート力を強化することができる。   In the present invention, the movable piece has a tapered surface having an inclination angle of 20 to 25 ° with respect to a vertical plane, and the fixed piece has an inverted tapered surface having the same inclination angle as the tapered surface of the movable piece. It is preferable that the reverse taper surface of the fixed piece is brought into contact with the taper surface of the movable piece when the plurality of support pins are locked. According to this, a fixed piece can be arrange | positioned in an appropriate position with respect to the arbitrary positions of a movable piece, and the force with which a fixed piece presses a movable piece can be strengthened. Therefore, the support pin can be securely fixed, and the support force of the support pin can be strengthened so as not to lose the centrifugal force when the single crystal rotates.

本発明において、前記サポート手段は、前記単結晶のテーパー部の外周面の略全周に当接するサポートリングを含むものであってもよい。この場合において、前記サポートリングは、第1材料からなり前記単結晶のテーパー部の外周面に当接する内側リング部材と、第2材料からなり前記内側リング部材の外周側に位置する外側リング部材とを有することが好ましい。このような構成であっても、重量化した単結晶を確実にサポートすることができる。また、比較的簡単な構成でサポート手段を確実に押し当てることができ、また押し当てた状態をロックすることができる。   In the present invention, the support means may include a support ring that is in contact with substantially the entire circumference of the outer peripheral surface of the tapered portion of the single crystal. In this case, the support ring is made of a first material and is in contact with the outer peripheral surface of the tapered portion of the single crystal, and the outer ring member is made of a second material and is located on the outer peripheral side of the inner ring member. It is preferable to have. Even with such a configuration, the weighted single crystal can be reliably supported. Further, the support means can be reliably pressed with a relatively simple configuration, and the pressed state can be locked.

本発明による単結晶の製造方法及び装置は、前記サポート手段と前記単結晶のテーパー部の外周面との接触位置付近をカメラで撮影し、前記カメラの撮影画像に基づいて、前記サポート手段が前記単結晶のテーパー部の外周面に接触したかどうかを判断することが好ましい。これによれば、単結晶のサポート主体の切り替えを自動的に行うことが可能である。   In the method and apparatus for producing a single crystal according to the present invention, the vicinity of the contact position between the support means and the outer peripheral surface of the tapered portion of the single crystal is photographed with a camera, and the support means is based on the photographed image of the camera. It is preferable to determine whether or not the outer peripheral surface of the tapered portion of the single crystal is in contact. According to this, it is possible to automatically switch the support subject of the single crystal.

本発明による単結晶の製造方法及び装置は、前記結晶軸又は前記サポート手段にかかる荷重の変化に基づいて、前記サポート手段が前記単結晶のテーパー部の外周面に接触したかどうかを判断することもまた好ましい。これによれば、単結晶のサポート主体の切り替えを自動的に行うことが可能である。   The method and apparatus for producing a single crystal according to the present invention determines whether the support means is in contact with the outer peripheral surface of the tapered portion of the single crystal based on a change in load applied to the crystal axis or the support means. Is also preferred. According to this, it is possible to automatically switch the support subject of the single crystal.

本発明によれば、単結晶を交互回転させる場合でもサポート手段で単結晶を安定的にサポートすることができ、サポート切り替え後に結晶曲がりの発生を防止することが可能な単結晶の製造方法及び装置を提供することができる。   According to the present invention, even when single crystals are alternately rotated, the single crystal can be stably supported by the support means, and a single crystal manufacturing method and apparatus capable of preventing the occurrence of crystal bending after support switching. Can be provided.

図1は、本発明の好ましい実施の形態による単結晶製造装置10の構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a single crystal manufacturing apparatus 10 according to a preferred embodiment of the present invention. 図2は、第1の実施の形態による単結晶重量保持具16の構成を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the single crystal weight holder 16 according to the first embodiment. 図3(a)〜(c)は、サポートピン16aのロック機構16Lの構成を示す側面図である。3A to 3C are side views showing the configuration of the lock mechanism 16L of the support pin 16a. 図4は、FZ法による単結晶3の製造工程を概略的に示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart schematically showing the manufacturing process of the single crystal 3 by the FZ method. 図5は、図4と共に単結晶3の製造工程を説明するための模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the manufacturing process of the single crystal 3 together with FIG. 図6は、FZ法により製造された単結晶インゴット3Iの形状を概略的に示す側面図である。FIG. 6 is a side view schematically showing the shape of a single crystal ingot 3I manufactured by the FZ method. 図7は、単結晶3のサポート切り替え方法を説明するための側面図である。FIG. 7 is a side view for explaining a support switching method of the single crystal 3. 図8は、単結晶3のサポート切り替え方法を説明するための側面図であるFIG. 8 is a side view for explaining a support switching method of the single crystal 3. 図9は、第2の実施の形態による単結晶重量保持具16を示す略断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a single crystal weight holder 16 according to the second embodiment. 図10は、サポートリング16rの構成を示す図であって、(a)は平面図、(b)は断面図、(c)は単結晶3を支持した状態を示す断面図である。10A and 10B are diagrams showing the configuration of the support ring 16r, where FIG. 10A is a plan view, FIG. 10B is a cross-sectional view, and FIG. 10C is a cross-sectional view showing a state in which the single crystal 3 is supported.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の好ましい実施の形態による単結晶製造装置10の構成を示す模式図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a single crystal manufacturing apparatus 10 according to a preferred embodiment of the present invention.

図1に示すように、単結晶製造装置10は、下端に原料ロッド1が取り付けられた原料軸11と、原料軸11を回転させながら下方に送る原料送り機構12と、種結晶2の下端を一点で支持する結晶軸13と、結晶軸13を回転させながら下方に送る結晶送り機構14と、原料ロッド1を加熱するための誘導加熱コイル15と、重量化した単結晶3をサポートする複数のサポートピン16aを有する単結晶重量保持具16と、サポートピン16aと単結晶3との接触状態を撮影するCCDカメラ17と、CCDカメラ17が撮影した画像データを処理する画像処理部18と、原料送り機構12、結晶送り機構14、誘導加熱コイル15及び単結晶重量保持具16を制御する制御部19とを有している。


As shown in FIG. 1, the single crystal manufacturing apparatus 10 includes a raw material shaft 11 having a raw material rod 1 attached to the lower end, a raw material feed mechanism 12 that feeds the raw material shaft 11 while rotating the raw material shaft 11, and a lower end of the seed crystal 2. A crystal axis 13 supported at one point, a crystal feed mechanism 14 that feeds the crystal axis 13 while rotating the crystal axis 13, an induction heating coil 15 for heating the raw material rod 1, and a plurality of weights supporting the weighted single crystal 3 A single crystal weight holder 16 having a support pin 16a, a CCD camera 17 for photographing a contact state between the support pin 16a and the single crystal 3, an image processing unit 18 for processing image data photographed by the CCD camera 17, and a raw material A control unit 19 that controls the feed mechanism 12, the crystal feed mechanism 14, the induction heating coil 15, and the single crystal weight holder 16 is provided.


原料送り機構12は、原料軸11の昇降機能及び回転機能を有し、原料ロッド1の送り速度と回転速度をそれぞれ制御する。結晶送り機構14は、結晶軸13及び単結晶重量保持具16の昇降機能及び回転機能を有し、単結晶3又は単結晶重量保持具16の送り速度と回転速度をそれぞれ制御する。誘導加熱コイル15は原料ロッド1の周囲を取り囲むループ導体であり、原料ロッド1を誘導加熱することにより溶融帯4を発生させる。   The raw material feed mechanism 12 has a raising / lowering function and a rotation function of the raw material shaft 11 and controls the feed speed and the rotational speed of the raw material rod 1, respectively. The crystal feeding mechanism 14 has a lifting function and a rotating function of the crystal axis 13 and the single crystal weight holder 16 and controls the feed speed and the rotational speed of the single crystal 3 or the single crystal weight holder 16, respectively. The induction heating coil 15 is a loop conductor surrounding the periphery of the raw material rod 1, and the melting zone 4 is generated by induction heating of the raw material rod 1.

結晶送り機構14は、結晶軸13を昇降駆動するためのモーターに付属するレゾルバ14aを有しており、レゾルバ14aで検出したパルス積算値により結晶軸13の移動量、つまり結晶長を求めることができる。また、結晶送り機構14の下部には荷重センサ20が設けられており、荷重センサ20は単結晶3の重量を検知することができる。さらに、単結晶3の直径はCCDカメラ17の撮影画像から計測することができる。このように、シリコン単結晶の形状は、レゾルバ14a、荷重センサ20、CCDカメラ17などの出力から判断することができる。   The crystal feeding mechanism 14 has a resolver 14a attached to a motor for driving the crystal axis 13 up and down, and the amount of movement of the crystal axis 13, that is, the crystal length can be obtained from the pulse integrated value detected by the resolver 14a. it can. A load sensor 20 is provided below the crystal feeding mechanism 14, and the load sensor 20 can detect the weight of the single crystal 3. Further, the diameter of the single crystal 3 can be measured from an image taken by the CCD camera 17. Thus, the shape of the silicon single crystal can be determined from the outputs of the resolver 14a, the load sensor 20, the CCD camera 17, and the like.

単結晶重量保持具16を支持する回転支持軸16zは結晶軸13と同軸回転可能な構成を有している。結晶送り機構14はクラッチ16yを介して結晶軸13及び単結晶重量保持具16を支持する回転支持軸16zの少なくとも一方に接続されている。例えば、単結晶重量保持具16を支持する回転支持軸16zは、クラッチ16yによって結晶送り機構14に追加的に接続され、これにより結晶軸13と単結晶重量保持具16とが一緒に駆動される。すなわち、結晶軸13だけが結晶送り機構14に接続されているときは単結晶重量保持具16が結晶送り機構14から切り離され、また単結晶重量保持具16が結晶送り機構14に接続されているときは結晶軸13と単結晶重量保持具16の両方が結晶送り機構14に接続される。   The rotation support shaft 16 z that supports the single crystal weight holder 16 has a configuration that can rotate coaxially with the crystal shaft 13. The crystal feeding mechanism 14 is connected to at least one of the crystal shaft 13 and the rotation support shaft 16z that supports the single crystal weight holder 16 via the clutch 16y. For example, the rotation support shaft 16z that supports the single crystal weight holder 16 is additionally connected to the crystal feed mechanism 14 by a clutch 16y, whereby the crystal axis 13 and the single crystal weight holder 16 are driven together. . That is, when only the crystal axis 13 is connected to the crystal feed mechanism 14, the single crystal weight holder 16 is disconnected from the crystal feed mechanism 14, and the single crystal weight holder 16 is connected to the crystal feed mechanism 14. Sometimes, both the crystal axis 13 and the single crystal weight holder 16 are connected to the crystal feeding mechanism 14.

また、結晶送り機構14はクラッチ16yを介して結晶軸13又は回転支持軸16zのどちらか一方に接続されてもよい。すなわち、結晶軸13が結晶送り機構14に接続されているときは単結晶重量保持具16が結晶送り機構14から切り離され、また単結晶重量保持具16が結晶送り機構14に接続されているときは結晶軸13が結晶送り機構14から切り離されてもよい。結晶送り機構14から切り離された結晶軸13は、結晶送り機構14とは無関係に回転及び昇降が可能であり、単結晶3と一緒に回転及び昇降する。   The crystal feeding mechanism 14 may be connected to either the crystal shaft 13 or the rotation support shaft 16z via the clutch 16y. That is, when the crystal axis 13 is connected to the crystal feed mechanism 14, the single crystal weight holder 16 is disconnected from the crystal feed mechanism 14, and when the single crystal weight holder 16 is connected to the crystal feed mechanism 14. The crystal axis 13 may be separated from the crystal feed mechanism 14. The crystal axis 13 separated from the crystal feed mechanism 14 can be rotated and lifted independently of the crystal feed mechanism 14, and is rotated and lifted together with the single crystal 3.

図2は、第1の実施の形態による単結晶重量保持具16の構成を示す平面図である。   FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the single crystal weight holder 16 according to the first embodiment.

図2に示すように、単結晶重量保持具16は3つのサポートピン16aを有している。サポートピン16aは周方向に等間隔(ここでは120°間隔)に配置されており、これにより単結晶3が3点支持される。3つのサポートピン16aはリング状のベース16c上に載置されており、それらの垂直方向の位置(高さ)は結晶送り機構14によって同時に制御される。また、サポートピン16aは結晶送り機構14によって回転駆動され、矢印A1で示すように交互回転することができる。交互回転とは、右回りと左回りとを所定の周期で交互に行う方法である。この場合、左回りと右回りとを異なる回転量としてもよく、同じ回転量としてもよい。   As shown in FIG. 2, the single crystal weight holder 16 has three support pins 16a. The support pins 16a are arranged at equal intervals (here, 120 ° intervals) in the circumferential direction, whereby the single crystal 3 is supported at three points. The three support pins 16a are mounted on a ring-shaped base 16c, and their vertical positions (heights) are simultaneously controlled by the crystal feeding mechanism 14. Further, the support pins 16a are driven to rotate by the crystal feeding mechanism 14 and can rotate alternately as indicated by an arrow A1. Alternating rotation is a method of alternately rotating clockwise and counterclockwise at a predetermined cycle. In this case, the counterclockwise and clockwise rotations may be different rotation amounts, or the same rotation amount.

サポートピン16aの先端部の位置は、単結晶3が所定の結晶形状に達し、これによりサポートピン16aと同じ高さにおいて単結晶3のテーパー部3bが所定の直径R1に達したときに接触するように設定されている。なお単結晶3のテーパー部3bの所定の直径R1は、単結晶3の直胴部3cの直径(最大直径)R2よりも小さい。サポートピン16aは矢印A2で示す単結晶3の径方向に進退自在であるが、単結晶3のサポート中はロック機構16Lによってその位置が固定される。   The tip portion of the support pin 16a comes into contact when the single crystal 3 reaches a predetermined crystal shape, and thereby the tapered portion 3b of the single crystal 3 reaches a predetermined diameter R1 at the same height as the support pin 16a. Is set to The predetermined diameter R1 of the tapered portion 3b of the single crystal 3 is smaller than the diameter (maximum diameter) R2 of the straight body portion 3c of the single crystal 3. The support pin 16a can move forward and backward in the radial direction of the single crystal 3 indicated by the arrow A2, but the position of the support pin 16a is fixed by the lock mechanism 16L while the single crystal 3 is supported.

図3(a)〜(c)は、サポートピン16aのロック機構16Lの構成を示す側面図である。   3A to 3C are side views showing the configuration of the lock mechanism 16L of the support pin 16a.

図3(a)に示すように、サポートピン16aのロック機構16Lは、サポートピン16aをスライド自在に支持する可動片16bと、可動片16bの動きを規制する固定片16dとで主に構成される。サポートピン16aの後端部は可動片16bに固定されており、可動片16bはベース16cに設けられた不図示のガイドレールに沿って単結晶3の径方向(矢印A2)に進退自在な構成を有している。また可動片16bの後方には固定片16dが配置されており、アンロック状態では固定片16dが上方に持ち上げられている。固定片16dの下部にはポスト16eが設けられており、ポスト16eの下端はプレート16fによって支持されている。図3(a)において、サポートピン16aの先端部はまだ単結晶3に接触していない。   As shown in FIG. 3A, the lock mechanism 16L of the support pin 16a is mainly composed of a movable piece 16b that slidably supports the support pin 16a and a fixed piece 16d that restricts the movement of the movable piece 16b. The The rear end portion of the support pin 16a is fixed to the movable piece 16b, and the movable piece 16b can be moved forward and backward in the radial direction (arrow A2) of the single crystal 3 along a guide rail (not shown) provided on the base 16c. have. A fixed piece 16d is arranged behind the movable piece 16b, and the fixed piece 16d is lifted upward in the unlocked state. A post 16e is provided below the fixed piece 16d, and the lower end of the post 16e is supported by a plate 16f. In FIG. 3A, the tip of the support pin 16a is not yet in contact with the single crystal 3.

図3(b)に示すように、単結晶3がその成長とともに降下すると、サポートピン16aの先端部が単結晶3のテーパー部3bの外周面に接触するようになる。単結晶3の成長がさらに進んで結晶直径がさらに増加すると、サポートピン16aは単結晶3の外周面によって矢印A3に示す方向に押されるが、アンロック状態のサポートピン16a及び可動片16bは矢印A3の方向である後退方向にスライドすることができる。   As shown in FIG. 3B, when the single crystal 3 descends as it grows, the tip of the support pin 16 a comes into contact with the outer peripheral surface of the tapered portion 3 b of the single crystal 3. When the growth of the single crystal 3 further progresses and the crystal diameter further increases, the support pin 16a is pushed in the direction indicated by the arrow A3 by the outer peripheral surface of the single crystal 3, but the unlocked support pin 16a and the movable piece 16b are It is possible to slide in the backward direction that is the direction of A3.

図3(c)に示すように、サポートピン16aのロックは、固定片16dを降下させてサポートピン16aの後退を規制することにより行われる。固定片16dの降下は、プレート16fを引き抜いてポスト16eの落下規制を解除し、ポスト16eと共に固定片16dを落下させることにより行うことができる。これにより、図3(a)に示したサポートピン16aの矢印A2方向の動きが規制される。すなわち、スライド自在なサポートピン16aの動きをロックすることができる。   As shown in FIG. 3C, the support pin 16a is locked by lowering the fixed piece 16d to restrict the backward movement of the support pin 16a. The fixed piece 16d can be lowered by pulling out the plate 16f to release the drop restriction of the post 16e, and dropping the fixed piece 16d together with the post 16e. As a result, the movement of the support pin 16a shown in FIG. 3A in the direction of the arrow A2 is restricted. That is, the movement of the slidable support pin 16a can be locked.

サポートピン16a及び可動片16bは手動で進退可能に構成されていてもよい。この場合、単結晶3が所定の結晶形状に成長したタイミングでオペレータがサポートピン16aを手動で前進させてその先端部を単結晶3に接触させてもよい。そして、サポートピン16aの先端部の接触を目視で確認できたとき、サポートピン16aの垂直方向の位置を固定したまま結晶軸13を少し降下させて単結晶3に対するサポートピン16aの押し込みを強めた後、単結晶重量保持具16を結晶送り機構14に接続して単結晶の育成工程を継続する。したがって、サポートピン16aと共に単結晶3を交互回転させながら降下させて単結晶をさらに成長させることができる。   The support pin 16a and the movable piece 16b may be configured to be manually advanced and retracted. In this case, the operator may manually advance the support pin 16a at the timing when the single crystal 3 grows into a predetermined crystal shape, and the tip thereof may contact the single crystal 3. Then, when the contact of the tip of the support pin 16a could be visually confirmed, the crystal pin 13 was slightly lowered while the vertical position of the support pin 16a was fixed, and the pushing of the support pin 16a into the single crystal 3 was strengthened. Thereafter, the single crystal weight holder 16 is connected to the crystal feeding mechanism 14 to continue the single crystal growth process. Therefore, it is possible to further grow the single crystal by lowering the single crystal 3 together with the support pins 16a while rotating it alternately.

さらに、レゾルバ14aの出力、荷重センサ20の出力、カメラ17の撮影画像などから単結晶3が所定の結晶形状に成長したと判断できた場合にサポートピン16aを自動で前進させてその先端部を単結晶3に接触させてもよい。   Further, when it can be determined from the output of the resolver 14a, the output of the load sensor 20, the photographed image of the camera 17 and the like that the single crystal 3 has grown into a predetermined crystal shape, the support pin 16a is automatically advanced to move the tip thereof. The single crystal 3 may be contacted.

固定片16dと対向する可動片16bの側面は、垂直面に対して20〜25°の傾斜角度θを有するテーパー面Sbを構成しており、固定片16dの側面は、このテーパー面にフィットする傾斜角度θの逆テーパー面Sdを有している。アンロック状態において固定片16dは可動片16bの斜め上方に配置されており、固定片16dを降下させてベース16c上に載置することでサポートピン16aがロック状態となる。このとき、固定片16dの逆テーパー面Sdが可動片16bのテーパー面Sbに接触しながら図3(b)の矢印A4に示す方向に滑り落ちて降下するので、可動片16bの任意の位置に対して適切な位置に固定片16dを落下させて配置することができる。また可動片16bと固定片16dの垂直な端面どうしを接触させる場合に比べて、固定片16dが可動片16bを押さえ付ける力を強めることができる。したがって、サポートピン16aを確実に固定することができ、単結晶3の回転時の遠心力に負けないようにサポートピン16aのサポート力を強化することができる。   The side surface of the movable piece 16b facing the fixed piece 16d constitutes a tapered surface Sb having an inclination angle θ of 20 to 25 ° with respect to the vertical surface, and the side surface of the fixed piece 16d fits this tapered surface. It has an inversely tapered surface Sd with an inclination angle θ. In the unlocked state, the fixed piece 16d is disposed obliquely above the movable piece 16b, and the support pin 16a is locked by lowering the fixed piece 16d and placing it on the base 16c. At this time, the reverse taper surface Sd of the fixed piece 16d slides down in the direction indicated by the arrow A4 in FIG. 3B while contacting the taper surface Sb of the movable piece 16b, so that the fixed piece 16d is moved to an arbitrary position of the movable piece 16b. On the other hand, the fixed piece 16d can be dropped and arranged at an appropriate position. In addition, compared to the case where the vertical end surfaces of the movable piece 16b and the fixed piece 16d are brought into contact with each other, the force by which the fixed piece 16d presses the movable piece 16b can be increased. Therefore, the support pin 16a can be securely fixed, and the support force of the support pin 16a can be strengthened so as not to lose the centrifugal force when the single crystal 3 rotates.

図4は、FZ法による単結晶3の製造工程を概略的に示すフローチャートである。また、図5は、図4と共に単結晶3の製造工程を説明するための模式図である。さらに図6は、FZ法により製造された単結晶インゴット3Iの形状を概略的に示す側面図である。   FIG. 4 is a flowchart schematically showing the manufacturing process of the single crystal 3 by the FZ method. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the manufacturing process of the single crystal 3 together with FIG. FIG. 6 is a side view schematically showing the shape of the single crystal ingot 3I manufactured by the FZ method.

図4〜図6に示すように、FZ法による単結晶3の育成では、原料ロッド1の先端部を溶融して種結晶2に融着させる融着工程S1、単結晶3を細く絞ることにより単結晶中の転位を排除する絞り工程S2、結晶直径を目標直径まで徐々に拡大させたテーパー部3bを育成するテーパー部育成工程S3、結晶直径が一定に維持された直胴部3cを育成する直胴部育成工程S4、結晶直径を徐々に縮小させたボトム部3dを育成するボトム部育成工程S5、及び単結晶3の育成を終了して冷却する冷却工程S6が順に実施される。   As shown in FIGS. 4 to 6, in the growth of the single crystal 3 by the FZ method, by melting the tip of the raw material rod 1 and fusing it to the seed crystal 2, the single crystal 3 is narrowed down. A drawing step S2 for eliminating dislocations in the single crystal, a tapered portion growing step S3 for growing a tapered portion 3b in which the crystal diameter is gradually expanded to a target diameter, and a straight body portion 3c in which the crystal diameter is maintained constant are grown. The straight body part growing step S4, the bottom part growing step S5 for growing the bottom part 3d whose crystal diameter has been gradually reduced, and the cooling step S6 for finishing and cooling the growth of the single crystal 3 are sequentially performed.

融着工程S1では、原料軸11の下端に取り付けられた原料ロッド1を降下させて誘導加熱コイル15の内側に配置し、原料ロッド1の細く絞られた先端部を加熱して溶融状態とし、結晶軸13の上端に取り付けた種結晶2に融液部を融着させる。その後、種結晶2をゆっくり降下させて誘導加熱コイル15から遠ざけることにより、種結晶2と融液部との固液界面を結晶化させる。また種結晶2と共に原料ロッド1を降下させることにより融液部を維持する。テーパー部育成工程S3では、原料送り速度及び結晶送り速度を制御して結晶直径を徐々に増加させながら単結晶3を成長させる。直胴部育成工程S4では、原料送り速度及び結晶送り速度を制御して結晶直径を一定に維持しながら単結晶3を成長させる。このとき結晶軸13は交互回転しながら単結晶3をサポートする。結晶軸13の垂直方向の位置は、結晶送り機構14によって制御される。   In the fusing step S1, the raw material rod 1 attached to the lower end of the raw material shaft 11 is lowered and placed inside the induction heating coil 15, and the narrowed tip of the raw material rod 1 is heated to a molten state. The melt portion is fused to the seed crystal 2 attached to the upper end of the crystal axis 13. Thereafter, the seed crystal 2 is slowly lowered and moved away from the induction heating coil 15 to crystallize the solid-liquid interface between the seed crystal 2 and the melt portion. The melt portion is maintained by lowering the raw material rod 1 together with the seed crystal 2. In the taper part growing step S3, the single crystal 3 is grown while gradually increasing the crystal diameter by controlling the raw material feed rate and the crystal feed rate. In the straight body part growing step S4, the single crystal 3 is grown while maintaining the crystal diameter constant by controlling the raw material feed rate and the crystal feed rate. At this time, the crystal axis 13 supports the single crystal 3 while rotating alternately. The vertical position of the crystal axis 13 is controlled by the crystal feed mechanism 14.

以上により、結晶直径が細く絞られた絞り部3aと、絞り部3aの上端から直径が徐々に拡大したテーパー部3bと、一定の直径を有する直胴部3cと、直径が徐々に縮小したボトム部3dとを有する単結晶インゴット3Iが完成する。FZ法では単結晶インゴット3Iが絞り部3a、テーパー部3b、直胴部3c、ボトム部3dの順で形成される。通常、単結晶3の直胴部3cの直径は原料ロッド1の直径よりも大きく、直胴部3cが実際に製品として提供される部分である。単結晶3の長さは原料ロッドの量に依存する。   As described above, the narrowed portion 3a in which the crystal diameter is narrowed, the tapered portion 3b in which the diameter gradually increases from the upper end of the narrowed portion 3a, the straight body portion 3c having a constant diameter, and the bottom in which the diameter gradually decreases. A single crystal ingot 3I having a portion 3d is completed. In the FZ method, the single crystal ingot 3I is formed in the order of the narrowed portion 3a, the tapered portion 3b, the straight body portion 3c, and the bottom portion 3d. Usually, the diameter of the straight body portion 3c of the single crystal 3 is larger than the diameter of the raw material rod 1, and the straight body portion 3c is a portion that is actually provided as a product. The length of the single crystal 3 depends on the amount of the raw material rod.

図7及び図8は、単結晶3のサポート切り替え方法を説明するための側面図である。   7 and 8 are side views for explaining a support switching method of the single crystal 3.

図7(a)に示すように、直胴部育成工程S4の開始直後は、単結晶3の重量化はまだそれほど進んでおらず、結晶軸13だけで単結晶3をサポート可能である。そのため、結晶育成工程の序盤では、結晶軸13が単結晶3の真下を一点でサポートしており、結晶軸13が交互回転しながら降下して単結晶3を下方に送ることにより単結晶3が育成される。結晶軸13の交互回転及び垂直方向の位置は結晶送り機構14によって制御される。   As shown in FIG. 7A, immediately after the start of the straight body part growing step S4, the weight of the single crystal 3 has not yet advanced so much, and the single crystal 3 can be supported only by the crystal axis 13. Therefore, in the early stage of the crystal growth process, the crystal axis 13 supports the single crystal 3 at a single point, and the crystal axis 13 descends while alternately rotating, and the single crystal 3 is sent downward. Be nurtured. The alternate rotation and the vertical position of the crystal axis 13 are controlled by the crystal feed mechanism 14.

図7(b)に示すように、単結晶3が所定の結晶形状に成長し、これによりサポートピン16aと同じ高さにおいて単結晶3のテーパー部3bの直径が所定の直径R1(図2参照)に到達すると、複数のサポートピン16aの先端部が単結晶3のテーパー部3bの外周面に接触するようになる。   As shown in FIG. 7 (b), the single crystal 3 grows into a predetermined crystal shape, whereby the diameter of the tapered portion 3b of the single crystal 3 at the same height as the support pin 16a is a predetermined diameter R1 (see FIG. 2). ), The tip portions of the plurality of support pins 16a come into contact with the outer peripheral surface of the tapered portion 3b of the single crystal 3.

図8(a)に示すように、サポートピン16aの先端部と単結晶3との接触状態がカメラ17の画像判定や目視などで確認されると、サポートピン16aの位置がロック機構16Lにより固定される。すなわち、固定片16dを降下することにより、サポートピン16aの後退方向のスライドが規制される。こうして単結晶3のサポート主体が結晶軸13から複数のサポートピン16aに切り替えられる。固定片16dの落下操作はオペレータが手動で行ってもよく、カメラ17の画像判定結果に基づいて自動的に行ってもよい。   As shown in FIG. 8A, when the contact state between the tip of the support pin 16a and the single crystal 3 is confirmed by image determination or visual observation of the camera 17, the position of the support pin 16a is fixed by the lock mechanism 16L. Is done. That is, when the fixed piece 16d is lowered, the backward sliding of the support pin 16a is restricted. Thus, the main support body of the single crystal 3 is switched from the crystal axis 13 to the plurality of support pins 16a. The operation of dropping the fixed piece 16d may be performed manually by the operator or automatically based on the image determination result of the camera 17.

図8(b)に示すように、単結晶3のサポート方法の切り替え完了後、サポートピン16aの垂直方向の位置を固定した状態で、結晶軸13を矢印A5に示すように少し降下させて、単結晶3に対するサポートピン16aの押し込みを強める。サポートピン16aは単結晶3のテーパー面に当接しているので、テーパー面を下方に下げることでサポートピン16aに対する押圧力(矢印A6)を強めることができる。なおサポートの切り替え作業とは、サポートピンの先端部が単結晶に接触した状態で当該サポートピンの進退移動をロックすることをいう。   As shown in FIG. 8 (b), after completing the switching of the support method of the single crystal 3, with the vertical position of the support pin 16a fixed, the crystal axis 13 is slightly lowered as shown by the arrow A5, The pushing of the support pin 16a into the single crystal 3 is strengthened. Since the support pin 16a is in contact with the tapered surface of the single crystal 3, the pressing force (arrow A6) against the support pin 16a can be increased by lowering the tapered surface. The support switching operation refers to locking the advance / retreat movement of the support pin in a state where the tip of the support pin is in contact with the single crystal.

ここで、結晶軸13の降下量dは、0より大きく0.5mm以下(0mm<d≦0.5mm)であることが好ましい。結晶軸13の降下量dが0mmよりも大きければサポートピン16aによる単結晶3のサポート力を強化することができる。また結晶軸13の降下量dが0.5mm以下であれば、種結晶2にかかる引っ張り応力が強くなりすぎて結晶軸13との連結点付近で亀裂や破断が生じるリスクを回避することができる。   Here, the descent amount d of the crystal axis 13 is preferably greater than 0 and 0.5 mm or less (0 mm <d ≦ 0.5 mm). If the descent amount d of the crystal axis 13 is larger than 0 mm, the support force of the single crystal 3 by the support pins 16a can be strengthened. If the descent amount d of the crystal axis 13 is 0.5 mm or less, it is possible to avoid the risk that the tensile stress applied to the seed crystal 2 becomes too strong and cracks and fractures occur near the connection point with the crystal axis 13. .

結晶軸13を少し降下させてサポートピン16aによる単結晶3のサポート力を強化した後、結晶送り機構14が結晶軸13のみならず単結晶重量保持具16にも接続される。クラッチ16yを介して単結晶重量保持具16を結晶送り機構14に連結させると、単結晶3はサポートピン16aにより回転及び昇降駆動され、サポートピン16aが結晶軸13と同軸回転するようになる。単結晶重量保持具16を結晶送り機構14に接続しているとき、結晶軸13は単結晶重量保持具16と一緒に駆動されてもよく、結晶送り機構14から切り離されていてもよい。結晶軸13を結晶送り機構14から切り離す場合、結晶軸13は駆動源としての機能を失い、単結晶3の動きに合わせて自由に従動するだけの部材となる。   After the crystal axis 13 is slightly lowered to strengthen the support force of the single crystal 3 by the support pins 16 a, the crystal feed mechanism 14 is connected not only to the crystal axis 13 but also to the single crystal weight holder 16. When the single crystal weight holder 16 is connected to the crystal feeding mechanism 14 via the clutch 16y, the single crystal 3 is rotated and moved up and down by the support pin 16a, and the support pin 16a rotates coaxially with the crystal axis 13. When the single crystal weight holder 16 is connected to the crystal feed mechanism 14, the crystal axis 13 may be driven together with the single crystal weight holder 16 or may be disconnected from the crystal feed mechanism 14. When the crystal axis 13 is separated from the crystal feeding mechanism 14, the crystal axis 13 loses its function as a driving source and becomes a member that can only freely follow the movement of the single crystal 3.

その後、図1に示すように、複数のサポートピン16aで単結晶3をサポートしながら、直胴部育成工程S4を継続する。単結晶3はサポートピン16aによってサポートされているので、単結晶3の垂直方向の位置はサポートピン16aを駆動する結晶送り機構14によって制御される。また、サポートピン16aは矢印A1で示すように交互回転しながら単結晶3をサポートするので、単結晶3を交互回転させることができ、これにより結晶中のドーパントの濃度分布の面内ばらつきを低減することができる。   Thereafter, as shown in FIG. 1, the straight body part growing step S4 is continued while supporting the single crystal 3 with a plurality of support pins 16a. Since the single crystal 3 is supported by the support pins 16a, the vertical position of the single crystal 3 is controlled by the crystal feed mechanism 14 that drives the support pins 16a. Further, since the support pin 16a supports the single crystal 3 while rotating alternately as indicated by the arrow A1, the single crystal 3 can be rotated alternately, thereby reducing in-plane variation in the concentration distribution of the dopant in the crystal. can do.

以上説明したように、本実施形態による単結晶の製造方法は、サポートピン16aによるサポート切り替え作業完了後に、サポートピン16aの垂直方向の位置を固定したまま結晶軸13を降下させて単結晶3に対するサポートピン16aの押し込みを強めるので、サポートピン16aによる単結晶3のサポート力を強化することができ、単結晶3のサポート主体を結晶軸13からサポートピン16aに切り替えた後の結晶振動を抑えることができる。したがって、サポートピン16aによってサポートしながら単結晶3を交互回転させる場合に結晶曲がりの発生を防止することができる。   As described above, in the method for manufacturing a single crystal according to the present embodiment, after the support switching operation by the support pin 16a is completed, the crystal axis 13 is lowered while the vertical position of the support pin 16a is fixed to the single crystal 3. Since the pushing of the support pin 16a is strengthened, the support force of the single crystal 3 by the support pin 16a can be strengthened, and crystal vibration after switching the support main body of the single crystal 3 from the crystal axis 13 to the support pin 16a can be suppressed. Can do. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of crystal bending when the single crystal 3 is alternately rotated while being supported by the support pins 16a.

図9は、第2の実施の形態による単結晶重量保持具16を示す略断面図である。   FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a single crystal weight holder 16 according to the second embodiment.

図9に示すように、この単結晶重量保持具16の特徴は、重量化した単結晶を支持するサポート手段がサポートピン16aではなくサポートリング16rで構成されている点にある。サポートリング16rは円環状の部材であって、単結晶3のテーパー部3bの外周面の全周に当接して単結晶3を支持する役割を果たすものである。サポートリング16rは結晶軸13と同軸配置されており、サポートリング16rを昇降駆動可能な複数本のシャフト16sを介して回転支持軸16z上に搭載されている。   As shown in FIG. 9, the single crystal weight holder 16 is characterized in that the support means for supporting the weighted single crystal is constituted by a support ring 16r instead of the support pins 16a. The support ring 16r is an annular member and plays a role of supporting the single crystal 3 by contacting the entire outer periphery of the tapered portion 3b of the single crystal 3. The support ring 16r is coaxially arranged with the crystal axis 13, and is mounted on the rotation support shaft 16z via a plurality of shafts 16s capable of driving the support ring 16r up and down.

図10は、サポートリング16rの構成を示す図であって、(a)は平面図、(b)は断面図、(c)は単結晶3を支持した状態を示す断面図である。   10A and 10B are diagrams showing the configuration of the support ring 16r, where FIG. 10A is a plan view, FIG. 10B is a cross-sectional view, and FIG. 10C is a cross-sectional view showing a state in which the single crystal 3 is supported.

図10(a)〜(c)に示すように、サポートリング16rの開口部の直径R3は、単結晶3の直胴部3cの直径R2よりも小さい。そのため、単結晶3が降下するかあるいはサポートリング16rが上昇し、これによりサポートリング16rが単結晶3の下端部に挿入されたとき、サポートリング16rはテーパー部3bの外周面の全周に当接して単結晶3を支持し、テーパー部3bとの接触位置よりも上方に移動することはできない。この状態で単結晶3のサポート主体が結晶軸13からサポートリング16rに切り替えられる。   As shown in FIGS. 10A to 10C, the diameter R3 of the opening of the support ring 16r is smaller than the diameter R2 of the straight body 3c of the single crystal 3. Therefore, when the single crystal 3 is lowered or the support ring 16r is raised and the support ring 16r is inserted into the lower end portion of the single crystal 3, the support ring 16r hits the entire circumference of the outer peripheral surface of the tapered portion 3b. The single crystal 3 is supported in contact and cannot move upward from the contact position with the tapered portion 3b. In this state, the support main body of the single crystal 3 is switched from the crystal axis 13 to the support ring 16r.

サポートリング16rは、第1材料からなり単結晶3のテーパー部3bの外周面に当接する内側リング部材と、第2材料からなり内側リング部材の外周側に位置する外側リング部材とで構成されていてもよい。この場合、第1材料はホウケイ酸ガラスであることが好ましく、第2部材は金属やセラミック材料であることが好ましい。この構成によれば所望の強度を確保しつつサポートリング16rと単結晶3との密着度を高めてサポート力をさらに強化することができる。   The support ring 16r is made up of an inner ring member made of the first material and in contact with the outer peripheral surface of the tapered portion 3b of the single crystal 3, and an outer ring member made of the second material and positioned on the outer peripheral side of the inner ring member. May be. In this case, the first material is preferably borosilicate glass, and the second member is preferably a metal or a ceramic material. According to this configuration, it is possible to further enhance the support force by increasing the degree of adhesion between the support ring 16r and the single crystal 3 while ensuring a desired strength.

このように、本実施形態では単結晶3のサポート手段としてサポートリング16rを用いているが、上記第1の実施の形態と同様の効果を奏することができる。すなわち、サポートリング16rによるサポート切り替え作業完了後に、サポートリング16rの垂直方向の位置を固定したまま結晶軸13を降下させて単結晶3に対するサポートリング16rの押し込みを強めるので、サポートリング16rによる単結晶3のサポート力を強化することができ、単結晶3のサポート主体を結晶軸13からサポートリング16rに切り替えた後の結晶振動を抑えることができる。したがって、サポートリング16rによってサポートしながら単結晶3を交互回転させる場合に結晶曲がりの発生を防止することができる。   As described above, the support ring 16r is used as the support means of the single crystal 3 in the present embodiment, but the same effects as in the first embodiment can be obtained. That is, after the support switching operation by the support ring 16r is completed, the crystal axis 13 is lowered while the vertical position of the support ring 16r is fixed, and the pushing of the support ring 16r into the single crystal 3 is strengthened. 3 can be strengthened, and the crystal vibration after the support main body of the single crystal 3 is switched from the crystal axis 13 to the support ring 16r can be suppressed. Therefore, when the single crystals 3 are alternately rotated while being supported by the support ring 16r, it is possible to prevent the occurrence of crystal bending.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.

例えば、上記実施形態においては、サポートピン16aの単結晶3の径方向に沿ったスライドをロックする方法として可動片16b及び固定片16dを用いたが、本発明はこのような方法に限定されず、種々のロック方法を採用することができる。   For example, in the above embodiment, the movable piece 16b and the fixed piece 16d are used as a method of locking the slide along the radial direction of the single crystal 3 of the support pin 16a, but the present invention is not limited to such a method. Various locking methods can be employed.

また、上記実施形態においては、単結晶3のサポート方法の切り替えを直胴部育成工程S4中に行っているが、テーパー部育成工程S3中に行ってもよい。また単結晶3のサポート方法の切り替えのタイミングは、目視やカメラ17で撮影した画像から判断する方法ほか、荷重センサ20を用いる方法により行ってもよい。単結晶3がサポートピン16aによってサポートされたとき結晶軸13の下端に取り付けられた荷重センサ20が単結晶3の重量の急激な低下を検出するので、このような重量変化を検出したタイミングでサポートピン16aのロックを行い、単結晶3のサポートの切り替えを行ってもよい。荷重センサ20を結晶軸13側ではなくサポートピン16a側に設けることも可能である。この場合、単結晶3がサポートピン16aによってサポートされたときに荷重センサ20が荷重の急激な増加を検出するので、このような重量変化を検出したタイミングでサポートピンのロックを行ってもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the change of the support method of the single crystal 3 is performed during the straight body part growing process S4, you may perform it during the taper part growing process S3. The timing of switching the support method of the single crystal 3 may be determined by a method using the load sensor 20 in addition to a method of judging from visual observation or an image taken by the camera 17. When the single crystal 3 is supported by the support pin 16a, the load sensor 20 attached to the lower end of the crystal shaft 13 detects a sudden decrease in the weight of the single crystal 3, and thus supports at the timing when such a weight change is detected. The support of the single crystal 3 may be switched by locking the pin 16a. It is also possible to provide the load sensor 20 on the support pin 16a side instead of the crystal axis 13 side. In this case, since the load sensor 20 detects a sudden increase in load when the single crystal 3 is supported by the support pin 16a, the support pin may be locked at the timing when such a weight change is detected.

また、単結晶3のサポート方法の切り替えタイミングの検出は、電気的な検出により行ってもよい。サポートピン16aに電圧を印加しておき、サポートピン16aが単結晶3に接触すると電流がわずかに流れて電圧が低下するので、この電圧の変化を検出したタイミングでサポートピン16aのロックを行い、単結晶3のサポートの切り替えを行ってもよい。   Moreover, the detection timing of the support method of the single crystal 3 may be detected by electrical detection. When a voltage is applied to the support pin 16a and the support pin 16a comes into contact with the single crystal 3, a current flows slightly and the voltage drops. Therefore, the support pin 16a is locked at the timing when this change in voltage is detected, The support of the single crystal 3 may be switched.

また、本発明において製造される単結晶はシリコン単結晶に限定されるものではなく、FZ法により育成される種々の単結晶を対象とすることができる。   Further, the single crystal produced in the present invention is not limited to a silicon single crystal, and various single crystals grown by the FZ method can be targeted.

FZ法による直径200mmのシリコン単結晶の製造において、結晶軸によるサポートからサポートピンによるサポートへの切り替え完了後に行う結晶押し込み工程の有無が単結晶の品質に与える影響を評価した。FZ法によるシリコン単結晶の製造では、製造条件が異なる6種類のシリコン単結晶のサンプルを製造した。   In the production of a silicon single crystal having a diameter of 200 mm by the FZ method, the influence of the presence or absence of a crystal pushing step performed after completion of switching from support by a crystal axis to support by a support pin was evaluated on the quality of the single crystal. In manufacturing a silicon single crystal by the FZ method, six types of silicon single crystal samples with different manufacturing conditions were manufactured.

シリコン単結晶の第1及び第2のサンプルT1,T2(比較例1)は、単結晶の回転方法を一方向回転とし、回転速度を20rpmとし、シリコン単結晶を降下させることによるサポートピンの押し込み工程は行わなかった。   The first and second samples T1 and T2 (Comparative Example 1) of the silicon single crystal have a single-crystal rotation method, a rotation speed of 20 rpm, and the support pin is pushed down by lowering the silicon single crystal. No process was performed.

第3及び第4のサンプルT3,T4(比較例2)は、単結晶の回転方法を交互回転とし、結晶回転速度を20rpmとし、シリコン単結晶を降下させることによるサポートピンの押し込み工程は行わなかった。   In the third and fourth samples T3 and T4 (Comparative Example 2), the rotation method of the single crystal is alternate rotation, the crystal rotation speed is 20 rpm, and the step of pushing the support pin by lowering the silicon single crystal is not performed. It was.

第5及び第6のサンプルT5,T6(実施例)は、単結晶の回転方法を交互回転とし、結晶軸と共に単結晶を0.1mm降下させてサポートピンの押し込み工程を行った。   In the fifth and sixth samples T5 and T6 (examples), the rotation method of the single crystal was changed alternately, and the single crystal was lowered by 0.1 mm together with the crystal axis, and the support pin was pushed in.

こうして製造されたシリコン単結晶のサンプルT1〜T6の結晶形状を目視にて評価した。その結果を表1に示す。   The crystal shapes of the silicon single crystal samples T1 to T6 thus manufactured were visually evaluated. The results are shown in Table 1.

表1から明らかなように、一方向回転では結晶曲がりが生じなかったサポートピンの押し込み工程なしのサポート方法であっても、交互回転では結晶曲がりが生じた。さらに、サポートピンの押し込み工程を行った場合には交互回転でも結晶曲がりは生じなかった。   As is apparent from Table 1, even in the support method without the step of pushing the support pin that did not cause crystal bending in one-way rotation, crystal bending occurred in alternate rotation. Furthermore, when the support pin was pushed in, no crystal bending occurred even with alternate rotation.

次に、サポートピンの押し込み工程における単結晶の降下量が異なる6種類のシリコン単結晶のサンプルT7〜T12を製造した。シリコン単結晶の回転方法は交互回転とし、回転速度を20rpmとした。第7〜第12のサンプルT7、T8、T9、T10、T11、T12におけるサポート押し込みのための降下量はそれぞれ0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mmとした。こうして製造されたシリコン単結晶のサンプルT7〜T12の結晶形状および結晶破損を目視にて評価した。その結果を表2に示す。   Next, six types of silicon single crystal samples T7 to T12 having different single crystal drop amounts in the step of pushing the support pins were manufactured. The rotation method of the silicon single crystal was alternate rotation, and the rotation speed was 20 rpm. The descending amounts for pushing the support in the seventh to twelfth samples T7, T8, T9, T10, T11, T12 are 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm,. It was 6 mm. The silicon single crystal samples T7 to T12 thus manufactured were visually evaluated for crystal shape and crystal breakage. The results are shown in Table 2.

表2から明らかなように、0.1〜0.5mmの降下量では単結晶は破損しなかったが、0.6mmの降下量では単結晶の破損が発生した。   As is clear from Table 2, the single crystal was not damaged when the drop amount was 0.1 to 0.5 mm, but the single crystal was broken when the drop amount was 0.6 mm.

1 原料ロッド
2 種結晶
3 単結晶
3I 単結晶インゴット
3a 絞り部
3b テーパー部
3c 直胴部
3d ボトム部
4 溶融帯
10 単結晶製造装置
11 原料軸
12 原料送り機構
13 結晶軸
14 結晶送り機構
14a レゾルバ
15 誘導加熱コイル
16 単結晶重量保持具
16L ロック機構
16a サポートピン
16b 可動片
16c ベース
16d 固定片
16e ポスト
16f プレート
16y クラッチ
16z 単結晶重量保持具の回転支持軸
17 カメラ(CCDカメラ)
18 画像処理部
19 制御部
20 荷重センサ
R1 テーパー部の直径
R2 直胴部の直径
S1 融着工程
S2 絞り工程
S3 テーパー部育成工程
S4 直胴部育成工程
S5 ボトム部育成工程
S6 冷却工程
Sb テーパー面
Sd 逆テーパー面
θ テーパー面及び逆テーパー面の傾斜角度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Raw material rod 2 Seed crystal 3 Single crystal 3I Single crystal ingot 3a Constriction part 3b Tapered part 3c Straight body part 3d Bottom part 4 Melt zone 10 Single crystal production apparatus 11 Raw material axis | shaft 12 Raw material feeding mechanism 13 Crystal axis 14 Crystal feeding mechanism 14a Resolver 15 induction heating coil 16 single crystal weight holder 16L lock mechanism 16a support pin 16b movable piece 16c base 16d fixed piece 16e post 16f plate 16y clutch 16z rotation support shaft 17 for single crystal weight holder Camera (CCD camera)
18 Image processing unit 19 Control unit 20 Load sensor R1 Tapered part diameter R2 Straight body diameter S1 Fusion process S2 Drawing process S3 Tapered part growing process S4 Straight body growing process S5 Bottom part growing process S6 Cooling process Sb Tapered surface Sd Reverse taper surface θ Inclination angle of taper surface and reverse taper surface

Claims (18)

原料ロッドの一部を加熱して溶融帯を形成し、前記溶融帯の上方及び下方にそれぞれ位置する前記原料ロッド及び単結晶を降下させて前記単結晶を成長させるFZ法による単結晶の製造方法であって、
種結晶の下端を支持する結晶軸を回転させながら前記種結晶の上方に単結晶を成長させるステップと、
所定の結晶形状に成長した前記単結晶のテーパー部の外周面にサポート手段を当接させることにより、前記単結晶のサポート主体を前記結晶軸から前記サポート手段に切り替えるステップと、
前記単結晶のサポート主体を前記サポート手段に切り替えた後に前記サポート手段の垂直方向の位置を固定したまま前記結晶軸を降下させて前記単結晶に対する前記サポート手段の押し込みを強めるステップと、
前記サポート手段で支持しながら前記単結晶をさらに成長させるステップとを有することを特徴とする単結晶の製造方法。
A method for producing a single crystal by FZ method, in which a part of a raw material rod is heated to form a melting zone, and the raw material rod and the single crystal located above and below the melting zone are lowered to grow the single crystal. Because
Growing a single crystal above the seed crystal while rotating a crystal axis supporting the lower end of the seed crystal;
Switching the support main body of the single crystal from the crystal axis to the support means by bringing a support means into contact with the outer peripheral surface of the tapered portion of the single crystal grown into a predetermined crystal shape;
After the main support body of the single crystal is switched to the support means, the step of lowering the crystal axis while fixing the vertical position of the support means to strengthen the pushing of the support means against the single crystal;
And further growing the single crystal while being supported by the support means.
前記単結晶に対する前記サポート手段の押し込みを強めるための前記結晶軸の降下量は、0mmより大きく0.5mm以下である、請求項1に記載の単結晶の製造方法。   2. The method for producing a single crystal according to claim 1, wherein a descending amount of the crystal axis for strengthening the pushing of the support means against the single crystal is greater than 0 mm and 0.5 mm or less. 前記サポート手段によって支持された前記単結晶を交互回転させながらさらに成長させる、請求項1又は2に記載の単結晶の製造方法。   The method for producing a single crystal according to claim 1, wherein the single crystal supported by the support means is further grown while being alternately rotated. 前記サポート手段は、前記単結晶の径方向に沿ってスライド自在に設けられた複数のサポートピンを含み、前記複数のサポートピンの各々を前記単結晶の径方向に沿ってスライド自在に支持する複数の可動片の後方に複数の固定片をそれぞれ配置して各サポートピンの前記単結晶の径方向に沿った動きをロックする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法。   The support means includes a plurality of support pins provided slidably along the radial direction of the single crystal, and a plurality of support pins are slidably supported along the radial direction of the single crystal. The single crystal production according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of fixed pieces are respectively arranged behind the movable piece to lock the movement of each support pin along the radial direction of the single crystal. Method. 前記可動片は垂直面に対して20〜25°の傾斜角度を持つテーパー面を有し、前記固定片は前記可動片の前記テーパー面と同一の傾斜角度を持つ逆テーパー面を有し、前記複数のサポートピンのロック時に前記固定片の前記逆テーパー面を前記可動片の前記テーパー面に当接させる、請求項4に記載の単結晶の製造方法。   The movable piece has a tapered surface having an inclination angle of 20 to 25 ° with respect to a vertical surface, and the fixed piece has an inversely tapered surface having the same inclination angle as the tapered surface of the movable piece, The method for producing a single crystal according to claim 4, wherein when the plurality of support pins are locked, the reverse tapered surface of the fixed piece is brought into contact with the tapered surface of the movable piece. 前記サポート手段は、前記単結晶のテーパー部の外周面の略全周に当接するサポートリングを含む、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法。   4. The method for producing a single crystal according to claim 1, wherein the support means includes a support ring that contacts substantially the entire circumference of the outer peripheral surface of the tapered portion of the single crystal. 前記サポートリングは、第1材料からなり前記単結晶のテーパー部の外周面に当接する内側リング部材と、第2材料からなり前記内側リング部材の外周側に位置する外側リング部材とを有する、請求項6に記載の単結晶の製造方法。   The support ring includes an inner ring member made of a first material and in contact with an outer peripheral surface of the tapered portion of the single crystal, and an outer ring member made of a second material and positioned on the outer peripheral side of the inner ring member. Item 7. A method for producing a single crystal according to Item 6. 前記サポート手段と前記単結晶のテーパー部の外周面との接触位置付近をカメラで撮影し、前記カメラの撮影画像に基づいて、前記サポート手段が前記単結晶のテーパー部の外周面に接触したかどうかを判断する、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法。   Whether the support means is in contact with the outer peripheral surface of the tapered portion of the single crystal based on a photographed image of the camera by photographing the vicinity of the contact position between the support means and the outer peripheral surface of the tapered portion of the single crystal. The manufacturing method of the single crystal as described in any one of Claims 1 thru | or 7 which judges whether. 前記結晶軸又は前記サポート手段にかかる荷重の変化に基づいて、前記サポート手段が前記単結晶のテーパー部の外周面に接触したかどうかを判断する、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法。   9. The method according to claim 1, wherein it is determined whether the support means is in contact with an outer peripheral surface of the tapered portion of the single crystal based on a change in a load applied to the crystal axis or the support means. A method for producing a single crystal. FZ法により単結晶を製造するための単結晶製造装置であって、
原料ロッドを支持する原料軸と、
前記原料軸を昇降及び回転駆動する原料送り機構と、
種結晶の下端を支持する結晶軸と、
前記原料ロッドを加熱する誘導加熱コイルと、
前記単結晶のテーパー部の外周面に当接して前記単結晶を支持するサポート手段と、
前記結晶軸又は前記サポート手段を昇降及び回転駆動する結晶送り機構と、
前記結晶軸から前記サポート手段への前記単結晶のサポート主体の切り替えを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
所定の結晶形状に成長した前記単結晶のテーパー部の外周面にサポート手段を当接させた状態で前記サポート手段の動きをロックするロック機構により、前記単結晶のサポート主体を前記結晶軸から前記サポート手段に切り替え、
前記単結晶のサポート主体を前記サポート手段に切り替えた後に前記サポート手段の垂直方向の位置を固定したまま前記結晶軸を降下させて前記単結晶に対する前記サポート手段の押し込みを強め、
前記サポート手段で支持しながら前記単結晶をさらに成長させることを特徴とする単結晶製造装置。
A single crystal manufacturing apparatus for manufacturing a single crystal by an FZ method,
A raw material shaft that supports the raw material rod;
A raw material feed mechanism for raising and lowering and rotating the raw material shaft;
A crystal axis supporting the lower end of the seed crystal;
An induction heating coil for heating the raw material rod;
Support means for supporting the single crystal in contact with the outer peripheral surface of the tapered portion of the single crystal;
A crystal feed mechanism for moving up and down and rotating the crystal axis or the support means;
A control unit that controls switching of the support body of the single crystal from the crystal axis to the support means;
The controller is
The support main body of the single crystal is moved from the crystal axis by the lock mechanism that locks the movement of the support means in a state where the support means is in contact with the outer peripheral surface of the tapered portion of the single crystal grown into a predetermined crystal shape. Switch to support,
After switching the support body of the single crystal to the support means, the crystal means is lowered while the vertical position of the support means is fixed to strengthen the pushing of the support means against the single crystal,
A single crystal manufacturing apparatus, wherein the single crystal is further grown while being supported by the support means.
前記単結晶に対する前記サポート手段の押し込みを強めるための前記結晶軸の降下量は、0mmより大きく0.5mm以下である、請求項10に記載の単結晶製造装置。   11. The single crystal manufacturing apparatus according to claim 10, wherein a descending amount of the crystal axis for strengthening pushing of the support means with respect to the single crystal is greater than 0 mm and equal to or less than 0.5 mm. 前記制御部は、前記サポート手段によって支持された前記単結晶を交互回転させながらさらに成長させる、請求項10又は11に記載の単結晶製造装置。   The single crystal manufacturing apparatus according to claim 10 or 11, wherein the control unit further grows the single crystal supported by the support means while alternately rotating the single crystal. 前記サポート手段は、
前記単結晶の径方向に沿ってスライド自在に設けられた複数のサポートピンと、
前記複数のサポートピンの各々を前記単結晶の径方向に沿ってスライド自在に支持する複数の可動片と、
前記複数のサポートピンの各々の先端部が前記単結晶のテーパー部の外周面に当接したとき、前記複数の可動片の後方にそれぞれ配置されて各サポートピンの前記単結晶の径方向に沿った動きをロックする複数の固定片とを備える、請求項10乃至12のいずれか一項に記載の単結晶製造装置。
The support means includes
A plurality of support pins slidably provided along the radial direction of the single crystal;
A plurality of movable pieces that slidably support each of the plurality of support pins along the radial direction of the single crystal;
When the tip of each of the plurality of support pins comes into contact with the outer peripheral surface of the tapered portion of the single crystal, the support pins are arranged behind the plurality of movable pieces and extend along the radial direction of the single crystal of each support pin. The single crystal manufacturing apparatus according to claim 10, further comprising a plurality of fixed pieces that lock the movement.
前記可動片は垂直面に対して20〜25°の傾斜角度を持つテーパー面を有し、前記固定片は前記可動片の前記テーパー面と同一の傾斜角度を持つ逆テーパー面を有し、前記複数のサポートピンのロック時に前記固定片の前記逆テーパー面を前記可動片の前記テーパー面に接触させる、請求項13に記載の単結晶製造装置。   The movable piece has a tapered surface having an inclination angle of 20 to 25 ° with respect to a vertical surface, and the fixed piece has an inversely tapered surface having the same inclination angle as the tapered surface of the movable piece, The single crystal manufacturing apparatus according to claim 13, wherein the reverse tapered surface of the fixed piece is brought into contact with the tapered surface of the movable piece when a plurality of support pins are locked. 前記サポート手段は、前記単結晶のテーパー部の外周面の略全周に当接するサポートリングを含む、請求項10乃至12のいずれか一項に記載の単結晶製造装置。   The single crystal manufacturing apparatus according to any one of claims 10 to 12, wherein the support means includes a support ring that abuts substantially the entire circumference of the outer peripheral surface of the tapered portion of the single crystal. 前記サポートリングは、第1材料からなり前記単結晶のテーパー部の外周面に当接する内側リング部材と、第2材料からなり前記内側リング部材の外周側に位置する外側リング部材とを有する、請求項15に記載の単結晶製造装置。   The support ring includes an inner ring member made of a first material and in contact with an outer peripheral surface of the tapered portion of the single crystal, and an outer ring member made of a second material and positioned on the outer peripheral side of the inner ring member. Item 16. The single crystal manufacturing apparatus according to Item 15. 前記サポート手段と前記単結晶のテーパー部の外周面との接触位置付近を撮影するカメラをさらに備え、
前記制御部は、前記カメラの撮影画像に基づいて、前記サポート手段が前記単結晶のテーパー部の外周面に接触したかどうかを判断する、請求項10乃至16のいずれか一項に記載の単結晶製造装置。
A camera for photographing the vicinity of the contact position between the support means and the outer peripheral surface of the tapered portion of the single crystal;
The single unit according to any one of claims 10 to 16, wherein the control unit determines whether the support means has contacted an outer peripheral surface of the tapered portion of the single crystal based on a captured image of the camera. Crystal manufacturing equipment.
前記結晶軸又は前記サポート手段にかかる荷重を検出する荷重センサをさらに備え、
前記制御部は、前記結晶軸又は前記サポート手段にかかる荷重の変化に基づいて、前記サポート手段が前記単結晶のテーパー部の外周面に接触したかどうかを判断する、請求項10乃至17のいずれか一項に記載の単結晶製造装置。
A load sensor for detecting a load applied to the crystal axis or the support means;
18. The control unit according to claim 10, wherein the control unit determines whether the support unit is in contact with an outer peripheral surface of the tapered portion of the single crystal based on a change in a load applied to the crystal axis or the support unit. The single crystal manufacturing apparatus according to claim 1.
JP2018532875A 2016-08-10 2017-07-06 Single crystal manufacturing method and apparatus Active JP6604440B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016157934 2016-08-10
JP2016157934 2016-08-10
PCT/JP2017/024763 WO2018030042A1 (en) 2016-08-10 2017-07-06 Method and device for producing single crystal

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2018030042A1 JPWO2018030042A1 (en) 2019-06-06
JP6604440B2 true JP6604440B2 (en) 2019-11-13

Family

ID=61161951

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018532875A Active JP6604440B2 (en) 2016-08-10 2017-07-06 Single crystal manufacturing method and apparatus

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6604440B2 (en)
CN (1) CN109563637B (en)
DE (1) DE112017004008B4 (en)
WO (1) WO2018030042A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7272239B2 (en) * 2019-11-08 2023-05-12 株式会社Sumco Single crystal manufacturing method

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2358300C3 (en) 1973-11-22 1978-07-20 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Device for holding a semiconductor crystal rod vertically during crucible-free zone melting
DE2706851C2 (en) 1977-02-17 1986-05-07 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Device for holding the end of a semiconductor crystal rod provided with the seed crystal
DK371977A (en) * 1977-08-22 1979-02-23 Topsil As METHOD AND APPLIANCE FOR REFINING SALMON MATERIAL
DD159649A1 (en) 1981-06-15 1983-03-23 Karlheinz Trompa SUPPORT FOR CRYSTALS IN SILENCER-FREE ZONES
JPS63270383A (en) * 1987-04-27 1988-11-08 Shin Etsu Handotai Co Ltd Device for supporting semiconductor crystal rod
JP2007238349A (en) * 2006-03-06 2007-09-20 Tokyo Univ Of Science Crystallization method and crystallizer
JP5049544B2 (en) * 2006-09-29 2012-10-17 Sumco Techxiv株式会社 Silicon single crystal manufacturing method, silicon single crystal manufacturing control device, and program
JP5697413B2 (en) 2010-11-18 2015-04-08 Sumco Techxiv株式会社 Silicon single crystal manufacturing method, silicon single crystal manufacturing apparatus, silicon single crystal resistivity distribution calculation method
JP6248816B2 (en) * 2014-06-05 2017-12-20 株式会社Sumco Single crystal manufacturing method
DE102014217605A1 (en) 2014-09-03 2016-03-03 Siltronic Ag A method of supporting a growing single crystal during crystallization of the single crystal according to the FZ method

Also Published As

Publication number Publication date
CN109563637A (en) 2019-04-02
WO2018030042A1 (en) 2018-02-15
DE112017004008B4 (en) 2021-08-26
CN109563637B (en) 2021-01-22
JPWO2018030042A1 (en) 2019-06-06
DE112017004008T5 (en) 2019-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9587325B2 (en) Method for calculating a height position of silicon melt surface, method for pulling silicon single crystal, and silicon single crystal pulling apparatus
US8349074B2 (en) Method for detecting diameter of single crystal, single-crystal manufacturing method by using the same and single-crystal manufacturing apparatus
KR20180126542A (en) Method and apparatus for manufacturing silicon single crystal
JP2015205793A (en) Method for drawing up single crystal
JP6604440B2 (en) Single crystal manufacturing method and apparatus
JP6439536B2 (en) Method for producing silicon single crystal
JP6248816B2 (en) Single crystal manufacturing method
WO1998010125A1 (en) Single crystal pulling apparatus
CN117904706B (en) Crystal growth furnace
TWI301858B (en)
JP6413903B2 (en) Single crystal manufacturing method
JP2019014641A (en) Manufacturing apparatus of silicon single crystal and manufacturing method
JP6899176B2 (en) Method for pulling a single crystal by the FZ method
JP2009242150A (en) Method for producing oxide single crystal
JP2990658B2 (en) Single crystal pulling device
JP2990659B2 (en) Single crystal pulling device
CN112779593B (en) Method for producing single crystal
JP4815766B2 (en) Silicon single crystal manufacturing apparatus and manufacturing method
US9932691B2 (en) Method for growing a single crystal by crystallizing the single crystal from a float zone
JPH11314998A (en) Silicon single crystal pulling apparatus and pulling method using the same
KR101758983B1 (en) Ingot growing apparatus and growing method by it
JP2990662B2 (en) Single crystal pulling device
JP2000026197A (en) Production of silicon single crystal and equipment therefor
KR101942320B1 (en) An apparatus for growing a crystal ingot and a method for growing a crystal ingot using the same
JPH09227282A (en) Single crystal pulling device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190110

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190110

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190917

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190930

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6604440

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250