(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルツボ内で溶融した多結晶体の融液原料の表面を固化し、この固化面上に向けて原料供給管から固形原料を供給するようにした単結晶引上げ装置の原料追加供給装置であって、前記固化面の位置を検出する固化面位置検出手段と、前記原料供給管の位置を検出する供給管位置検出手段と、これら各手段の検出データから原料供給管を移動制御して固化面と原料供給管との距離を規定値にセットする制御手段を備えたことを特徴とする単結晶引上げ装置の原料追加供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の単結晶引上げ装置の原料追加供給装置において、前記固化面位置検出手段は、種結晶を固化面に接触させた時に種結晶を吊持する吊具とルツボを支持するルツボ支持部材との間に電気的導通を生じさせて導電状態を検知する導電検知部と、種結晶を降下させる時に固化面上の基準位置から前記導電検知部による導電検知までの降下量を測定する降下量測定部を備えたことを特徴とする単結晶引上げ装置の原料追加供給装置。
【請求項３】
請求項２に記載の単結晶引上げ装置の原料追加供給装置において、前記固化面位置検出手段は、融液面の初期位置を基準位置に設定するための融液面初期位置設定手段と兼用されることを特徴とする単結晶引上げ装置の原料追加供給装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の単結晶引上げ装置の原料追加供給装置において、前記供給管位置検出手段は、前記原料供給管の進退動用駆動源の駆動量を検出する駆動量検出部を備えたことを特徴とする単結晶引上げ装置の原料追加供給装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の単結晶引上げ装置の原料追加供給装置において、前記固化面上に向けた原料供給管による固形原料の供給は自動化されることを特徴とする単結晶引上げ装置の原料追加供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばチョクラルスキー法による単結晶引上げ装置のルツボ内に固形原料を追加供給する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、チョクラルスキー法による単結晶引上げ装置において、最初の単結晶を育成して引上げた後、融液原料の減少分に見合う量の固形原料をルツボ内に追加供給（以下、リチャージという。）して溶融し、再度次の単結晶を育成して引上げ、これを繰返すことで同一のルツボから複数本の単結晶棒を製造する技術が知られているが、このような固形原料が粒状或いは小塊状の場合には、固形原料をルツボ内の融液に直接投入すると融液飛沫が跳ね上がってルツボの外に飛出したり、供給管等に付着するような不具合がある。
【０００３】
そこで、例えば特開昭６２−２６０７９１号のように、当初の単結晶を引上げた後、ルツボ内に残留する融液原料の表面をある程度固化し、この固化面に向けて原料供給管から固形原料を供給した後、溶融させるような技術が採用され、この技術では、原料供給管の先端が固化面から離れ過ぎると固形原料が跳ね返ってルツボの外に飛出したり、小塊状の原料がルツボ内壁に衝突してルツボにワレ、カケが生ずるといった不具合があるため、オペレータが目視で原料供給管の先端と固化面との距離を一定に設定するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが目視による距離の設定は、オペレータの作業工数が増え、しかも距離を常に一定にセットするのが難しいため、石英管等からなる原料供給管の先端部を損傷させたり、円滑に原料の供給が出来なかったりする等の問題がある。
【０００５】
そこで本発明はルツボ内の融液表面を固化させて固形原料を追加供給するにあたり、固化面と原料供給管の距離を常に一定に設定することが出来、しかもオペレータの作業工数の削減を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、請求項１において、ルツボ内で溶融した多結晶体の融液原料の表面を固化し、この固化面上に向けて原料供給管から固形原料を供給するようにした単結晶引上げ装置の原料追加供給装置において、固化面の位置を検出する固化面位置検出手段と、原料供給管の位置を検出する供給管位置検出手段と、これら各手段の検出データから原料供給管を移動制御して固化面と原料供給管との距離を規定値にセットする制御手段を設けた。
【０００７】
すなわち、ルツボの固化面の位置はルツボ内に残留する融液の量によって変化し、また原料供給管は、原料をルツボに供給する時は先端が固化面に近接する位置まで前進し、それ以外はルツボから離れた位置に後退し得るよう進退動自在にされている。
そこで、固化面位置検出手段で固化面の位置を検出し、供給管位置検出手段で原料供給管の位置を検出するとともに、これら検出データを制御手段に出力し、制御手段で規定の距離との差を求め、この差を補正するよう原料供給管を移動制御すれば、供給管の先端と固化面とを常に一定の距離に設定することが出来、安定した原料供給が可能となる。またオペレータが目視で作業するような工数が削減される。
【０００８】
また、融液原料に対して固形原料を追加供給する場合として、バッチ方式で原料の追加を繰返して、１つのルツボから複数の単結晶棒を製造するいわゆるマルチプーリング法（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｆｕｍｉｏ  Ｓｈｉｍｕｒａ，Ｐ１７８−Ｐ１８９，１９８９参照）における追加供給の他、ルツボへの初期チャージ時に、融液原料の不足分を補充して所望量に調整するため等の固形原料を追加供給する場合も含まれる。
【０００９】
また請求項２では、固化面位置検出手段として、種結晶を固化面に接触させた時に種結晶を吊持する吊具とルツボを支持するルツボ支持部材との間に電気的導通を生じさせて導電状態を検知する導電検知部と、種結晶を降下させる時に固化面上の基準位置から前記導電検知部による導電検知までの降下量を測定する降下量測定部を設けた。
【００１０】
このように種結晶を降下させる際、基準位置から固化面接触までの種結晶の降下量を測定すれば、固化面の位置が検出出来る。この際、種結晶と固化面の接触は吊具とルツボ支持部材間の導電状態で判断するが、ルツボの材料として一般的に常温で絶縁体である石英ルツボが使用されている。
しかしこの石英ルツボは、１０００℃以上の高温になると導電性を帯びるようになるため、固化面検出時には吊具とルツボ支持部材との間に導電状態を作り出すことが出来る。勿論、吊具、ルツボ支持部材は導電性素材から形成しておく。また降下量測定部としては、例えば種結晶を上下動させる駆動モータの回転数等に対応したパルス数を発生するパルスジェネレータ等が適用出来る。
【００１１】
また請求項３では、前記固化面位置検出手段は、融液面の初期位置を基準位置に設定するための融液面初期位置設定手段と兼用するようにした。
この融液面初期位置設定手段は、単結晶引上げ時に直径制御用のＣＣＤセンサ等と引上げ初期の融液面との間隔を一定に設定するため、一般的な既存の設備に既に採用されている構成であり、種結晶と融液面の接触状態を電気的導通で検知する導電検知機構とか、基準位置からの種結晶の降下量を測定する降下量測定機構とか、ルツボを上下動させるルツボ駆動機構とか、ルツボの上下移動量を測定する移動量測定機構等を備えている（特公平５−５９８７６号参照）。
従って、この固化面位置検出手段を構成するにあたり、融液面初期位置設定手段の一部を利用するようにすれば、既存の設備の最大活用が図られ、より安価に且つ簡易に構成できる。
【００１２】
また請求項４では、供給管位置検出手段として、原料供給管の進退動用駆動源の駆動量を検出する駆動量検出部を設けた。
そしてこの駆動量検出部によって駆動源の駆動量を検出すれば原料供給管の進退動量を知ることが出来、原料供給管の位置が検出出来る。
このような進退動駆動源として、例えばモータ等が適用出来、また駆動量検出部として、ロータリエンコーダ等が適用出来る。
【００１３】
そして請求項５では、固化面上に向けた原料供給管による固形原料の供給を自動化するようにした。
すなわち、例えば固化面と原料供給管の距離が規定値に設定されると、制御手段のシーケンサ等によって原料供給装置等を作動させ、自動的に原料の供給が開始されるようにしておけば、オペレータの作業工数を一層削減することが出来る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は本発明に係る原料追加供給装置の原料供給機構部の構成概要図、図２は本発明に係る固化面位置検出手段の説明図、図３はリチャージの一例を示す説明図である。
【００１５】
本発明に係る単結晶引上げ装置の原料追加供給装置は、例えばチョクラルスキー法によって多結晶体の融液原料から単結晶を製造するにあたり、本来１度しか使えないルツボから複数本の単結晶を製造するいわゆるマルチプーリング法による製造方法において、最初の単結晶を引上げた後、ルツボ内の融液の表面を固化し、この固化面上に減少した融液原料分に見合う量の粒状またはナゲット状等の固形原料をリチャージするような時の改良技術として提案されている。
【００１６】
すなわち、上記リチャージ方法を簡単に説明すると、図３（ａ）に示すように、ルツボ１０内の多結晶体原料を加熱溶融させて融液１１とし、この融液１１に（ｂ）に示すような種結晶１２を接触させて静かに回転させながら引上げていくことで単結晶１３を育成し、（ｃ）に示すような１本目の単結晶棒を製造する。
【００１７】
次いで、単結晶１３の引上げに伴ってルツボ１０内の融液１１が減少するため、次の単結晶育成のためのリチャージが行われる。
このリチャージは、融液減少分に見合う量の粒状またはナゲット状の固形原料をルツボ内に投入することで行い、この時の融液１１からの飛沫の発生等を防止するため、（ｄ）に示すように、予め融液１１の表面に固化面１１ｋを形成した後、（ｅ）に示すように、原料供給管１４から固化面１１ｋ上に固形原料１５が投入される。
【００１８】
そして固形原料１５の投入が完了すると、固形原料１５は溶融されて所望量の融液となり、（ｆ）に示すように、この融液１１に向けて次の種結晶１２による育成引上げが開始され、同様なサイクルが繰返される。
【００１９】
以上のようなリチャージ方法において、本発明に係る単結晶引上げ装置の原料追加供給装置は、原料供給管１４の先端と固化面１１ｋの距離を正確に設定し、またこの設定を自動的に行うことでオペレータの作業の軽減化が図れるようにされており、図１に示すような原料供給機構部１に構成される供給管位置検出手段２と、図２に示すような固化面位置検出手段３と、これら供給管位置検出手段２及び固化面位置検出手段３から送られる検出信号を処理して原料供給管１４を移動制御する制御手段４を備えている。
【００２０】
そして供給管位置検出手段２は、原料供給管１４の位置を検出出来るようにされ、固化面位置検出手段３は、固化面１１ｋの位置を検出出来るようにされている。
【００２１】
前記原料供給機構部１は、図１に示すように、供給タンク５に貯溜される固体原料をゲートバルブ６を通して導通管７に送り込むことが出来るようにされ、前記原料供給管１４は、この導通管７より大径で且つ導通管７に連通状態にされるとともに、進退動機構によって導通管７の外周面に沿って進退動自在にされている。
【００２２】
すなわちこの進退動機構は、進退動用駆動源としての駆動モータ８と、この駆動モータ８の出力軸からタイミングベルト１６、タイミングギヤ１７を介して回転が伝達されるボールネジ１８を備えており、このボールネジ１８の回転によって原料供給管１４が進退動するようにしている。そして前記駆動モータ８の出力軸には、駆動量検出部としてのロータリーエンコーダ２０を取付け、駆動モータ８の回転角を電気的パルスに変換して検出し、この検出データを制御手段４に出力するようにしている。
そして駆動モータ８及びロータリーエンコーダ２０等によって前記供給管位置検出手段２を構成し、原料供給管１４の先端の位置を知ることが出来るようにしている。
【００２３】
一方、固化面位置検出手段３は、図２に示すように、前記ルツボ１０内に残留する融液１１の固化面１１ｋの位置を検出するようにされ、このルツボ１０を保持するグラファイト等からなるサセプタ２１を導電性のルツボ支持軸２２で支持するとともに、このルツボ支持軸２２を導電性の軸受２３で軸支している。
【００２４】
また前記種結晶１２は、吊具である導電性のワイヤ２４の下端部のホルダ２５によって保持されており、前記ワイヤ２４の上端部は、モータ２６の駆動によって回転自在なドラム２７に巻き付けられ、ドラム２７の回転によって上下動自在にされている。
【００２５】
そしてドラム２７を支持するベース２８と種結晶１２の間、及び前記ルツボ１０と軸受２３の間は電気的導通が図られており、またベース２８と軸受２３の間には、抵抗器３０を介して電源３１から延びる配線が接続されている。またこの配線には、電源３１から供給される基準電圧Ｖ０  、及び種結晶１２を固化面１１ｋに接触させた際に抵抗器３０の端子に生じる電圧Ｖを比較する導電検知部としての比較器３２を接続しており、この比較器３２の信号を制御手段４に送るようにしている。
【００２６】
ここで、比較器３２に供給される基準電圧Ｖ０  は、発生電圧Ｖより小さい値に設定され、Ｖ０  ＜Ｖとされている。
すなわち、各種条件を変えて、種結晶１２と固化面１１ｋを接触させた時の発生電圧Ｖを多数実測し、接触中は常にＶ０  ＜Ｖが成立するような基準電圧Ｖ０  を求め、この基準電圧Ｖ０  を基準にして接触時の導電変化を検出するようにしている。
【００２７】
また、前記ワイヤ２４が巻き付けられるドラム２７の回転軸には、ドラム２７の正・逆方向の回転量に比例してパルスを発生するパルスジェネレータ３３と、このパルスをカウントするカウンタ３４が設けられており、またこのカウンタ３４には、種結晶１２が降下する途中に種結晶１２の通過を光センサ等で検知する基準位置検出器３５の検出信号が入力されるようになっている。そしてカウンタ３４の出力は制御手段４に送られるようにされている。
【００２８】
このような構成の固化面位置検出手段３において、種結晶１２を下降させる途中で基準位置検出器３５により種結晶１２の通過時点を検出し、この時点から種結晶１２が固化面１１ｋに接触する時点（ベース２８と軸受２３間が導通状態になることで検知可能）までの距離を降下量測定部としてのパルスジェネレータ３３のパルス数で検出すれば、基準位置から固化面１１ｋまでの距離Ｈが検出され、固化面１１ｋの位置が検出出来る。
【００２９】
制御手段４は、前記原料供給管１４の位置データと固化面１１ｋの位置データが入力されると、規定値からの差（補正量）を求めるよう演算処理し、この演算された補正量に基づいて、図１の駆動モータ８を駆動制御する。
このため、原料供給管１４と固化面１１ｋの距離を常に一定に設定することが出来、オペレータの作業の軽減化を図ることが出来る。
【００３０】
ところで、このように原料供給管１４と固化面１１ｋの距離が一定に設定されると、制御手段４によりゲートバルブ６或いは不図示の原料計量フィーダ等を制御して自動的に固形原料の供給が開始されるようにしても良い。このような自動化によって、オペレータの作業工程を一層軽減することが出来、生産性の向上を図ることも可能となる。
【００３１】
また、前記固化面位置検出手段３は、不図示の融液面初期位置設定手段の既存の設備を利用するようにしても良い。すなわち、融液面初期位置設定手段は、特公平５−５９８７６号にも示されるように、最初に種結晶１２が融液１１に接触する時点での融液面の位置を調整して、直径制御のための監視用ＣＣＤカメラ等からの距離を一定に設定する機構であり、このような融液面初期位置設定手段は一般的な引上げ装置で既に採用されているため、この機構の一部を利用すればより安価で簡易に構成出来る。
【００３２】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
例えば上記実施形態では、適用される場合として１つのルツボから複数本の単結晶を引上げるマルチプーリング法の場合を例にとって説明したが、最初に多結晶体原料をルツボ内に投入して溶融させる際、融液量の不足分を補充して所望量にする時等の固形原料の追加供給時にも適用出来る。
また原料供給機構部１の構成等も任意である。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る単結晶引上げ装置の原料追加供給装置は、請求項１のように、固化面の位置を検出する固化面位置検出手段と、原料供給管の位置を検出する供給管位置検出手段を設け、これら各手段の検出データを制御手段に入力して原料供給管を移動制御することで、固化面と原料供給管の先端との距離を規定値に設定するようにしたため、常に一定の距離に設定出来、安定した状態で原料供給することが可能となる。またオペレータの作業工数を削減することが出来る。
また請求項２のように、固化面位置検出手段として、種結晶を降下させる時の種結晶の降下量で判断するようにし、また種結晶と固化面の接触を電気的導通で検出するようにすれば、固化面の位置を正確に検出出来る。
【００３４】
また請求項３のように、前記固化面位置検出手段を、融液面初期位置設定手段と兼用するようにすれば、既存の設備を最大に活用して、より安価に且つ簡易に構成できる。
また請求項４のように、供給管位置検出手段として、原料供給管の進退動用駆動源の駆動量を検出する駆動量検出部を設ければ、原料供給管の位置を正確に検出出来る。
そして請求項５のように、固形原料の供給を自動化するようにすれば、オペレータの作業工数を一層削減することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る原料追加供給装置の原料供給機構部の構成概要図である。
【図２】本発明に係る固化面位置検出手段の説明図である。
【図３】リチャージの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…原料供給機構部、  ２…供給管位置検出手段、
３…固化面位置検出手段、  ４…制御手段、  ５…供給タンク、
６…ゲートバルブ、  ７…導通管、  ８…駆動モータ、  １０…ルツボ、
１１…融液、  １１ｋ…固化面、  １２…種結晶、  １３…単結晶、
１４…原料供給管、  １５…固形原料、  １６…タイミングベルト、
１７…タイミングギヤ、  １８…ボールネジ、
２０…ロータリーエンコーダ、  ２１…サセプタ、  ２２…ルツボ支持軸、
２３…軸受、  ２４…ワイヤ、  ２５…ホルダ、  ２６…モータ、
２７…ドラム、  ２８…ベース、  ３０…抵抗器、  ３１…電源、
３２…比較器、  ３３…パルスジェネレータ、  ３４…カウンタ、
３５…基準位置検出器。
【図１】
0003606037.tif 000002
【図２】
0003606037.tif 000003
【図３】
0003606037.tif 000004