(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
種結晶を介して単結晶を引き上げる第１の引き上げ手段と、前記単結晶を把持手段により係止して前記第１の引き上げ手段と共に引き上げる第２の引き上げ手段とを備え、前記第１の引き上げ手段による引き上げ速度Ｖwと前記第２の引き上げ手段による引き上げ速度Ｖbの合計が単結晶引き上げ速度Ｖcに略一致するよう、かつ前記第２の引き上げ手段が前記単結晶の係止を開始した後、前記第１の引き上げ手段による引き上げ速度Ｖwをマイナスの値から徐々に「０」になるように制御するよう構成された単結晶引き上げ装置において、
前記第１の引き上げ手段による引き上げ速度Ｖwがマイナスの値から「０」に向かうとき、前記第２の引き上げ手段による引き上げ速度ＶbがＶb＝Ｖc＋α×(-Ｖw)（ただし、０≦α≦１であって、αは、単結晶の引き上げにともない、「１．００」から「０．００」に変化する値）を満足するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする単結晶引き上げ装置。
【請求項２】
前記第１の引き上げ手段は、先端に種結晶が取り付けられたワイヤをドラムにより巻き取ることを特徴とする請求項１に記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項３】
前記第１の引き上げ手段は、先端に種結晶が取り付けられたシャフトを昇降させることを特徴とする請求項１に記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項４】
前記第２の引き上げ手段は、種結晶と直胴部の間に形成されるくびれを係止することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項５】
前記第２の引き上げ手段は、直胴部を係止することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項６】
種結晶を介して単結晶を引き上げる第１の引き上げ手段と、前記単結晶を係止して前記第１の引き上げ手段と共に引き上げる第２の引き上げ手段とを備えた単結晶引き上げ装置を用いて単結晶を引き上げる方法であって、前記第１の引き上げ手段による引き上げ速度Ｖwと前記第２の引き上げ手段による引き上げ速度Ｖbの合計が単結晶引き上げ速度Ｖcに略一致するよう、かつ前記第２の引き上げ手段が前記単結晶の係止を開始した後、前記第１の引き上げ手段による引き上げ速度Ｖwをマイナスから徐々に「０」になるように制御する単結晶引き上げ方法において、
前記第１の引き上げ手段による引き上げ速度Ｖwがマイナスの値から「０」に向かうとき、前記第２の引き上げ手段による引き上げ速度ＶbがＶb＝Ｖc＋α×(-Ｖw)（ただし、０≦α≦１であって、αは、単結晶の引き上げにともない、「１．００」から「０．００」に変化する値）を満足するように制御することを特徴とする単結晶引き上げ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、引上げＣＺ（Czochralski）法によりＳｉ（シリコン）の無転位の単結晶を製造するための単結晶引き上げ装置及び単結晶引き上げ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、引上げＣＺ法による単結晶製造装置では、高耐圧気密チャンバ内を１０torr程度に減圧して新鮮なＡｒ（アルゴン）ガスを流すとともに、チャンバ内の下方に設けられた石英ルツボ内の多結晶を加熱して溶融し、この融液の表面に種結晶を上から浸漬し、種結晶と石英ルツボを回転、上下移動させながら種結晶を引き上げることにより、種結晶の下に上端が突出した円錐形の上部コーン部と、円筒形のボディ部と下端が突出した円錐形の下部コーン部より成る単結晶（いわゆるインゴット）を成長させるように構成されている。
【０００３】
また、近年では、単結晶が大口径化してその分、重量も重くなり、種結晶をワイヤやシャフトにより引き上げるのみではダッシュネック部がその重量に耐えきれないので、ダッシュネック部の下に「径大部」を形成してその下に「径小部」を形成することにより「環状のくびれ」を形成し、この「環状のくびれ」を別の係止部材（以下、くびれ係止部材）で係止して引き上げる方式が知られている。また、くびれを形成しないで、直胴部（ボディ部）を係止して引き上げる方式も知られている。
【０００４】
この種の従来例としては、例えば特開平９−２８９３号公報に示されるように単結晶格納チャンバの上に昇降可能なベローズを配置するとともに、このベローズ内にくびれ係止部材をベローズとともに昇降可能に配置し、更にベローズの上にワイヤ巻き取りドラムを配置した構造が知られている。したがって、このような構成では、単結晶の引き上げ速度Ｖcは、ワイヤ巻き取り速度（単にワイヤ速度ともいう）Ｖwとくびれ係止部材速度（ベローズ速度）Ｖbの合計となる（Ｖc＝Ｖw＋Ｖb）。なお、ベローズの代わりに、非伸縮の上部チャンバ内にくびれや直胴部を係止する部材を昇降可能に設けた構造も知られている。
【０００５】
そして、荷重をワイヤ（又はシャフト）からくびれ係止部材に移動させる場合には、まず、くびれを形成した後、図２に示すように
▲１▼円筒形のボディ部（直胴部）の形成を開始すると引き上げ速度Ｖcを一定にするために、ワイヤ速度Ｖwを引き上げ速度Ｖc＝０．４ｍｍ/minにするとともにベローズ速度Ｖb＝０にする。
▲２▼次いで引き上げドライブをワイヤ側からベローズ側に切り替えるために、ワイヤ速度Ｖw＝０になるように一定の加速度で減速するとともに、ベローズ速度Ｖbを引き上げ速度Ｖc＝０．４ｍｍ/minになるように一定の加速度で加速する。
▲３▼次いでベローズ速度Ｖbを引き上げ速度Ｖcより速い速度（１．４ｍｍ/min）まで一定の加速度で加速するとともに、ワイヤ速度Ｖwを−１．０ｍｍ/minになるように、すなわちワイヤが下降するように一定の加速度で減速する。
▲４▼次いでベローズ速度Ｖb＝１．４ｍｍ/min、ワイヤ速度Ｖw＝−１．０ｍｍ/minの一定速度にする。ここで、上記の制御▲１▼〜▲４▼では、単結晶の荷重は全て、未だワイヤにより支持されている。
【０００６】
▲５▼’そして、くびれ係止部材がくびれに当接する寸前になると、すなわちワイヤ荷重が最大（１２０ｋｇ＝単結晶重量１００ｋｇ＋ワイヤの重さ２０ｋｇ）になると、破線で示すようにベローズ速度Ｖbを引き上げ速度＝０．４ｍｍ/minになるように加速度ａを制御しながら減速するとともに、ワイヤ速度Ｖw＝０になるように加速度−ａを制御しながら加速する。このとき、荷重が移動するにつれてワイヤ荷重が減少するので、ワイヤ荷重に応じて図３及び以下に示すような速度制御（Ｖc＝Ｖw＋Ｖb）を行う。
【０００７】
0004104242.tif 000002
【０００８】
▲６▼ワイヤ荷重がワイヤの重さ２０ｋｇのみになると、ベローズ速度Ｖb＝引き上げ速度Ｖc＝０．４ｍｍ/minの一定速度にし、ワイヤ速度Ｖw＝０にする。
【０００９】
したがって、上記の▲５▼’では、荷重をワイヤからくびれ係止部材に徐々に移行させる際に単結晶自体の成長速度Ｖcが変化しないように、ワイヤの下降速度Ｖwと同一速度分を単結晶成長速度Ｖcに加算してくびれ係止部材の上昇速度Ｖbを制御することにより、ワイヤの下降速度を相殺する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような荷重移動方法▲５▼’では、くびれなどを係止する部材が上昇しながらくびれなどを徐々に係止して荷重がワイヤから徐々に移動する際に、ワイヤが弛んでいる場合に引き上げ速度Ｖcが増加し、このため単結晶が有転位化するという問題点がある。また、たとえ有転位化しなくても引き上げ速度Ｖcの増加により単結晶の径が細くなり、欠陥品となる。この問題点は、種結晶をワイヤの代わりにシャフトにより引き上げる構成においても、シャフトの歪みにより同様な問題が発生する。
【００１１】
本発明は上記従来例の問題点に鑑み、種結晶を支持する部材から単結晶を支持する部材に荷重を移動させる場合に単結晶の引き上げ速度を常に一定に制御することができる単結晶引き上げ装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、種結晶を介して単結晶を引き上げる第１の引き上げ手段と、前記単結晶を把持手段により係止して前記第１の引き上げ手段と共に引き上げる第２の引き上げ手段とを備え、前記第１の引き上げ手段による引き上げ速度Ｖwと前記第２の引き上げ手段による引き上げ速度Ｖbの合計が単結晶引き上げ速度Ｖcに略一致するよう、かつ前記第２の引き上げ手段が前記単結晶の係止を開始した後、前記第１の引き上げ手段による引き上げ速度Ｖwをマイナスの値から徐々に「０」になるように制御するよう構成された単結晶引き上げ装置において、
前記第１の引き上げ手段による引き上げ速度Ｖwがマイナスの値から「０」に向かうとき、前記第２の引き上げ手段による引き上げ速度ＶbがＶb＝Ｖc＋α×(-Ｖw)（ただし、０≦α≦１であって、αは、単結晶の引き上げにともない、「１．００」から「０．００」に変化する値）を満足するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする単結晶引き上げ装置が提供される。
【００１３】
また、本発明によれば、種結晶を介して単結晶を引き上げる第１の引き上げ手段と、前記単結晶を係止して前記第１の引き上げ手段と共に引き上げる第２の引き上げ手段とを備えた単結晶引き上げ装置を用いて単結晶を引き上げる方法であって、前記第１の引き上げ手段による引き上げ速度Ｖwと前記第２の引き上げ手段による引き上げ速度Ｖbの合計が単結晶引き上げ速度Ｖcに略一致するよう、かつ前記第２の引き上げ手段が前記単結晶の係止を開始した後、前記第１の引き上げ手段による引き上げ速度Ｖwをマイナスから徐々に「０」になるように制御する単結晶引き上げ方法において、
前記第１の引き上げ手段による引き上げ速度Ｖwがマイナスの値から「０」に向かうとき、前記第２の引き上げ手段による引き上げ速度ＶbがＶb＝Ｖc＋α×(-Ｖw)（ただし、０≦α≦１であって、αは、単結晶の引き上げにともない、「１．００」から「０．００」に変化する値）を満足するように制御することを特徴とする単結晶引き上げ方法が提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明に係る単結晶引き上げ装置の一実施形態を示す構成図、図２、図３は本発明と従来例の速度制御を比較した説明図である。
【００１５】
図１において、主チャンバ１内には図示省略されているが、単結晶１０の原料が溶融している石英ルツボが配置され、石英ルツボの回りにはヒータなどが配置されている。主チャンバ１の上には垂直方向に伸縮可能なベローズ２を介して台座３が取り付けられ、台座３はモータ４により垂直方向に移動可能である。台座３の上には上部チャンバ５が垂直軸の回りを回転可能に取り付けられ、上部チャンバ５内には単結晶１０のくびれ１２を保持するための保持装置６が配置されている。上部チャンバ５の上には、ワイヤ７を昇降させるためにドラム８が配置され、ドラム８（及びワイヤ７）と上部チャンバ５（及び保持装置６）は共にモータ９により垂直軸の回りを回転する。また、保持装置６の先端は不図示の駆動源により開閉可能であり、また、ドラム８は不図示のモータにより回転可能である。
【００１６】
このような構成において、単結晶１０を引き上げる場合には、ワイヤ７の先端に種結晶を取り付けて石英ルツボ内の融液に浸漬し、種結晶と石英ルツボを回転、上下移動させながら種結晶を引き上げることにより、まず種結晶の下にネック部１１を形成し、次いでネック部の下にくびれ１２を形成し、次いでくびれ１２の下に直胴部１３を形成する。この場合の引き上げ速度Ｖcは、単結晶１０の径に略反比例し、また、円筒形の直胴部１３の引き上げ時には一定になるように制御される。この場合、単結晶１０の引き上げ速度Ｖcは、ワイヤ巻き取り速度Ｖwとモータ４によるくびれ係止部材速度（ベローズ速度）Ｖbの合計（Ｖc＝Ｖw＋Ｖb）となる。
【００１７】
このとき、図１（１）に示すように直胴部１３の引き上げをある程度終了するまでは、ベローズ速度Ｖb＝０にしてワイヤ巻き取りのみで引き上げを行う。次いで図１（２）に示すように引き上げドライブをワイヤ巻き取りからベローズ引き上げに移行し、前述したように荷重移動の初期速度制御▲１▼〜▲４▼を行う。そして、本発明の荷重移動中の速度制御▲５▼では、保持装置６の先端がくびれ１２に当接する寸前になると、すなわちワイヤ荷重が最大（１２０ｋｇ＝単結晶重量１００ｋｇ＋ワイヤの重さ２０ｋｇ）になると、ワイヤ速度Ｖwが−１．０ｍｍ/min（下降状態）から「０」（停止状態）になるように制御するとともに、ベローズ速度Ｖbを実線で示すようにＶc＝Ｖb＋α×Ｖw（ただし、０≦α≦１）になるように制御する。
【００１８】
図３は相殺率αをプロットで切り替える場合を示している。荷重が移動するにつれてワイヤ荷重が減少するが、まず、当接直前のワイヤ荷重＝１２０ｋｇの時には
0004104242.tif 000003
である。そして、荷重移動が進んでワイヤ荷重＝１００ｋｇ、７０ｋｇ、５０ｋｇ、３０ｋｇ、２２ｋｇ、２０ｋｇ（荷重移動完了時）の時には次のような速度制御（Ｖc＝α×Ｖw＋Ｖb）を行う。
【００１９】
0004104242.tif 000004
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、種結晶を支持する部材から単結晶を支持する部材に荷重を移動中に、種結晶を支持する部材の下降速度の減少分より単結晶を支持する部材の上昇速度の減少分を少なくしたので、種結晶を支持する部材から単結晶を支持する部材に荷重を移動させる場合に単結晶の引き上げ速度を常に一定に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る単結晶引き上げ装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明と従来例の速度制御を比較した説明図である。
【図３】本発明と従来例の速度制御を比較した説明図である。
【符号の説明】
１  主チャンバ
２  ベローズ
３  台座
４  モータ
７  ワイヤ
６  保持装置（くびれ係止部材：ベローズ、台座、モータと共に第２の引き上げ手段を構成する）
８  ドラム（ワイヤと共に第１の引き上げ手段を構成する）
１０  単結晶
１２  くびれ
【図１】
0004104242.tif 000005
【図２】
0004104242.tif 000006
【図３】
0004104242.tif 000007