(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶を保持する手段を有し、かつ複数の昇降ワイヤにより昇降する保持装置（１１）を備えた単結晶引上げ装置において、
複数の昇降ワイヤ（Ｗ1、Ｗ2、Ｗ3）の内、全ワイヤ数より１本以上少ない本数の昇降ワイヤの長さをそれぞれ独立に調整可能な各ワイヤ毎のワイヤ長調節装置（１３）と、
保持装置（１１）で保持した単結晶（９）の偏心量を計測する手段（１５）と、
この計測した偏心量に基づいて、偏心量が小さくなるように各ワイヤ長調節装置（１３）に指令を出力するワイヤ長調節コントローラ（１６）と
を備えたことを特徴とする単結晶引上げ装置。
【請求項２】
単結晶を保持する手段を有し、かつ複数の昇降ワイヤにより昇降する保持装置（１１）を備えた単結晶引上げ装置において、
複数の昇降ワイヤ（Ｗ1、Ｗ2、Ｗ3）の内、全ワイヤ数より１本以上少ない本数の昇降ワイヤの長さをそれぞれ独立に調整可能な各ワイヤ毎のワイヤ長調節装置（１３）と、
保持装置（１１）の傾きを計測する手段（２３、２４）と、
この計測した傾きに基づいて、傾きが小さくなるように各ワイヤ長調節装置（１３）に指令を出力するワイヤ長調節コントローラ（１６）と
を備えたことを特徴とする単結晶引上げ装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の単結晶引上げ装置において、
前記ワイヤ長調節装置（１３）は、
複数の昇降ワイヤ（Ｗ1、Ｗ2、Ｗ3）をそれぞれチャンバ内に吊り下げる、各昇降ワイヤ（Ｗ1、Ｗ2、Ｗ3）に対応するプーリ（１３ａ）と、
この複数の昇降ワイヤ（Ｗ1、Ｗ2、Ｗ3）を巻き回した昇降ワイヤ巻き取りドラム（１２）と、
各プーリ（１３ａ）と昇降ワイヤ巻き取りドラム（１２）との間でそれぞれの昇降ワイヤ（Ｗ1、Ｗ2、Ｗ3）を独立に屈曲させ、
各昇降ワイヤ（Ｗ1、Ｗ2、Ｗ3）の長さを調節する調節手段（３０）
とを設けたことを特徴とする単結晶引上げ装置。
【請求項４】
請求項３に記載の単結晶引上げ装置において、
前記複数の昇降ワイヤ（Ｗ1、Ｗ2、Ｗ3）をそれぞれ独立に調節する調節手段（３０）が、
アクチュエータ（１３ｃ）が駆動することにより各昇降ワイヤ（Ｗ1、Ｗ2、Ｗ3）に対して直角方向に移動自在な可動プーリ（１３ｄ）又はガイドであることを特徴とする単結晶引上げ装置。
【請求項５】
保持装置を用いて単結晶を保持しつつ引き上げる単結晶引き上げ方法において、
単結晶（９）の偏心量又は保持装置（１１）の傾き量を計測し、その計測結果に基づいて偏心量又は傾き量が小さくなるように、保持装置（１１）を吊り下げる複数の昇降ワイヤ（Ｗ1、Ｗ2、Ｗ3）の内、全ワイヤ数より１本以上少ない本数の昇降ワイヤの長さをそれぞれ独立に調節しながら引き上げること
を特徴とする単結晶引き上げ方法。
【請求項６】
単結晶を保持する手段を有し、かつ複数の昇降ワイヤにより昇降する保持装置（１１）を備えた単結晶引上げ装置において、
複数の昇降ワイヤ（Ｗ1、Ｗ2、Ｗ3）の内、少なくとも基準となる昇降ワイヤ（Ｗ3）を除く昇降ワイヤ（Ｗ1、Ｗ2）の長さをそれぞれ独立に調整可能な各ワイヤ毎のワイヤ長調節装置（１３）と、
各昇降ワイヤ（Ｗ1、Ｗ2、Ｗ3）の位置（Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3）を計測し、基準となる昇降ワイヤ（Ｗ3）の位置（Ｘ3）との差値（Ｘ3−Ｘ1、Ｘ3−Ｘ2）を、保持装置（１１）で保持した単結晶（９）の偏心量として計測する手段（１５）と、
この計測した偏心量に基づいて、偏心量が小さくなるように各ワイヤ長調節装置（１３）に指令を出力するワイヤ長調節コントローラ（１６）とを備えたことを特徴とする単結晶引上げ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＺ法による半導体単結晶の製造において、特に大重量の単結晶の引き上げに好適な単結晶引上げ装置及び引き上げ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
単結晶シリコンは一般にＣＺ法を用いて製造されている。ＣＺ法では、単結晶製造装置内に設置した石英るつぼに多結晶シリコンを充填し、石英るつぼの周囲に設けたヒータによって前記多結晶シリコンを加熱溶解して融液とする。そして、シードチャックに取り付けた種結晶を融液に浸漬し、シードチャックおよび石英るつぼを互いに同方向または逆方向に回転させながらシードチャックを引き上げて単結晶シリコンを所定の直径および長さに成長させる。
【０００３】
種結晶には、融液に浸漬したときの熱衝撃で転位が発生する。この転位を除去するため、ダッシュネック法を用いて直径３〜４ｍｍ程度のネック部を種結晶の下方に形成し、転位をネック部の表面に逃がす。そして無転位化された後、肩部を形成して単結晶を所定の直径まで拡大させ、次いで直胴部形成に移行する。
【０００４】
近年、半導体デバイス生産の効率化、歩留り向上等を目的とした単結晶の大径化あるいは軸方向長さの増大に伴ってその重量が増大し、ネック部の強度が限界に近づいている。そのため、従来の結晶引き上げ方法ではネック部が破断するおそれがあり、単結晶を安全に育成することができない。この対策として、ネック部の下方にこぶ状の拡径部を形成し、拡径部下面のくびれ部を保持装置で保持しつつ単結晶を引き上げる引上げ装置や引き上げ方法が提案されている。
【０００５】
図８に保持装置を備えた単結晶引上げ装置の一例を示す。プルヘッド１内に設置された結晶引き上げワイヤ巻き取りドラム２から結晶引き上げワイヤ３がメインチャンバ４の中心に垂下し、結晶引き上げワイヤ３の下端には種結晶を取着したシードチャック５が繋着されている。前記プルヘッド１は、図示しない駆動装置により水平面内で回転駆動される。融液６を貯留するるつぼ７はメインチャンバ４内に回転自在ならびに昇降自在に設置され、るつぼ７の周囲には図示しないヒータ、保温筒が設置されている。
【０００６】
保持装置１１は、プルヘッド１内に設置された３個の昇降ワイヤ巻き取りドラム１２にそれぞれ巻着された３本の昇降ワイヤＷ1 、Ｗ2 、Ｗ3 で吊り下げられている。これらの昇降ワイヤの下端は、保持装置１１の構成部品であるリング状の本体１１ａの上面に接続されている。本体１１ａの下側には図９、図１０に示すように垂直面内で上下方向に回動可能な３個の爪１１ｂが取着されている。これらの爪１１ｂは下方から作用する力により上方に回転するが、上方への回転範囲は図１０に示すように本体１１ａにより規制されている。また、上方から力が加えられた場合は一定角度以上回転しないようにストッパ１１ｃが設けられている。
【０００７】
単結晶の製造時には、シードチャック５に取り付けた種結晶を融液６に浸漬した後、シードチャック５を引き上げてネック部８を形成し、無転位化後ネック部８の下方にこぶ状の拡径部９ａを形成する。前記拡径部９ａが所定の直径に達した後、引き上げ速度を早めて結晶径の拡大を止め、結晶径を細く絞り込むように引き上げ速度を調整してくびれ部９ｂを形成する。次に、肩部９ｃを形成するため引き上げ速度と融液温度とを調整して結晶径が所定の値になるように拡大し、更に一定径を維持しつつ結晶を成長させて直胴部９ｄを育成する。保持装置１１による単結晶９の保持以前における結晶育成は結晶引き上げワイヤ３によって行われ、直胴部９ｄが所定の長さに成長するまでの間、保持装置１１は図８に示すように育成中の単結晶９の上方で待機する。
【０００８】
保持装置１１は、単結晶９の重量がネック部８の機械強度限界を迎える前にくびれ部９ｂの位置に下降して爪１１ｂにより単結晶９を保持する。保持に当たり、爪１１ｂの先端が拡径部９ａ上側の円錐面に当接すると爪１１ｂの先端は上方に回転し、拡径部９ａを通過すると爪１１ｂの先端は自重により下方に回転してもとの姿勢に戻る。爪１１ｂの先端がくびれ部９ｂの位置に下降したら、昇降ワイヤ巻き取りドラム１２を駆動して保持装置１１を結晶引き上げワイヤ３より速い速度で上昇させる。これにより、爪１１ｂの先端が拡径部９ａ下側の円錐面に当接して単結晶９を保持する。その後、昇降ワイヤＷ1 、Ｗ2 、Ｗ3 の上昇速度を結晶引き上げワイヤ３の引き上げ速度と同じ速度に保ちつつ単結晶９を引き上げる。このような保持装置、保持方法によれば単結晶重量の大部分を保持装置で支えるため、ネック部の破断が防止され、ネック部が破断した場合でも保持装置により単結晶の落下を防止することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の単結晶引上げ装置には次のような問題点がある。
保持装置１１で単結晶９を保持し、昇降ワイヤＷ1 、Ｗ2 、Ｗ3 に加えられる引張荷重が増大すると、昇降ワイヤＷ1 、Ｗ2 、Ｗ3 の伸び量のばらつきや昇降ワイヤ巻き取りドラム１２への巻き取りむら等のために、昇降ワイヤ巻き取りドラム１２と保持装置１１との間における３本の昇降ワイヤＷ1 、Ｗ2 、Ｗ3 の長さに差異を生じ、保持装置１１が傾いたり保持装置１１の中心軸が水平方向にずれたりする。また、くびれ部９ｂの形状誤差や保持装置１１の製作誤差により単結晶９の中心軸と保持装置１１の中心軸とが完全に一致せず、単結晶９の中心軸に対してややずれた位置で保持することがある。その結果、更にワイヤＷ1 、Ｗ2 、Ｗ3 にかかる引張荷重がばらつき、その伸びに差が出るため、図１１に示すように単結晶９が徐々に傾き始める。単結晶９の中心軸が傾くと、結晶成長界面における心振れが大きくなって単結晶９の成長に悪影響を与え、多結晶化を引き起こす。
【００１０】
本発明は上記従来の問題点に着目してなされたもので、複数のワイヤにより昇降する保持装置を備えた単結晶引上げ装置において、育成中の単結晶の偏心量あるいは保持装置の傾き量を補正でき、良質の単結晶を得ることができる保持装置を備えた単結晶引上げ装置及び引き上げ方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を達成するための手段、作用及び効果】
上記目的を達成するため本発明に係る単結晶引上げ装置の第１は、単結晶を保持する手段を有し、かつ複数の昇降ワイヤにより昇降する保持装置１１を備えた単結晶引上げ装置において、複数の昇降ワイヤの内、全ワイヤ数より１本以上少ない本数の昇降ワイヤの長さをそれぞれ独立に調節可能な各ワイヤ毎のワイヤ長調節装置１３と、保持装置１１で保持した単結晶９の偏心量を計測する手段１５と、この計測した偏心量に基づいて、偏心量が小さくなるように各ワイヤ長調節装置１３に指令を出力するワイヤ長調節コントローラ１６とを備えた構成としている。保持装置を吊り下げている複数のワイヤ間で伸び量が異なったり、巻き取りドラムへの巻きむらが発生すると、保持装置が傾いて単結晶が偏心する。上記第２発明の構成によれば、単結晶の偏心量の計測結果に応じて複数のワイヤの長さを各ワイヤ長調節装置によってそれぞれ独立に調節する機構を設けたので、保持装置の傾きが修正され、単結晶の偏心量は小さく抑えられる。
【００１３】
また、本発明に係る単結晶引上げ装置の第２は、単結晶を保持する手段を有し、かつ複数の昇降ワイヤにより昇降する保持装置１１を備えた単結晶引上げ装置において、複数の昇降ワイヤの内、全ワイヤ数より１本以上少ない本数の昇降ワイヤの長さをそれぞれ独立に調節可能な各ワイヤ毎のワイヤ長調節装置１３と、保持装置１１の傾きを計測する手段２３，２４と、この計測した傾きに基づいて、傾きが小さくなるように各ワイヤ長調節装置１３に指令を出力するワイヤ長調節コントローラ１６とを備えた構成としている。上記第３発明の構成によれば、保持装置の傾きを計測し、その結果に基づいて複数のワイヤの長さをそれぞれ独立に調節する機構を設けたので、保持装置の傾きが修正され、単結晶の偏心量を小さくすることができる。
【００１４】
本発明に係る単結晶引上げ装置の第３は、請求項１又は２記載の単結晶引上げ装置において、前記ワイヤ長調節装置１３は、複数の昇降ワイヤＷ１，Ｗ２，Ｗ３をそれぞれチャンバ内に吊り下げる、各昇降ワイヤＷ１，Ｗ２，Ｗ３に対応するプーリ１３ａと、この複数の昇降ワイヤＷ１，Ｗ２，Ｗ３を巻き回した昇降ワイヤ巻き取りドラム１２と、各プーリ１３ａと昇降ワイヤ巻き取りドラム１２との間でそれぞれの昇降ワイヤＷ１，Ｗ２，Ｗ３を独立に屈曲させ、各昇降ワイヤＷ１，Ｗ２，Ｗ３の長さを調節する調節手段３０とを設けた構成としている。上記第４発明の構成によれば、各昇降ワイヤはプーリと昇降ワイヤ巻き取りドラムとの間でそれぞれ独立に屈曲させられる。従って、屈曲量の大小によって昇降ワイヤの長さを個別に調節することができ、各昇降ワイヤの伸び量に差が生じてもそれを補正することが可能となる。
【００１５】
本発明に係る単結晶引上げ装置の第４は、請求項３に記載の単結晶引上げ装置において、前記複数の昇降ワイヤＷ１，Ｗ２，Ｗ３をそれぞれ独立に調節する調節手段３０が、アクチュエータ１３ｃを駆動することにより各昇降ワイヤＷ１，Ｗ２，Ｗ３に対して直角方向に移動自在な可動プーリ１３ｄ又はガイドであることを特徴とする。上記第５発明の構成によれば、プーリと昇降ワイヤ巻き取りドラムとの間で各昇降ワイヤに対して直角方向に移動する可動プーリまたはガイドを設け、これらの可動プーリまたはガイドをアクチュエータによってそれぞれ独立に駆動させるようにしたので、前記プーリまたはガイドの移動量に応じて昇降ワイヤの屈曲量を変えることができ、保持装置に至る各ワイヤ長さを個別に調節することができる。したがって、昇降ワイヤ巻き取りドラムの回転角度を調節するよりも容易に、ワイヤ長を精度良く調整できる。
【００１６】
更に、本発明に係る単結晶引き上げ方法は、保持装置を用いて単結晶を保持しつつ引き上げる単結晶引き上げ方法において、単結晶９の偏心量又は保持装置１１の傾き量を計測し、その計測結果に基づいて偏心量又は傾き量が小さくなるように、保持装置１１を吊り下げる複数の昇降ワイヤＷ1、Ｗ2、Ｗ3の内、全ワイヤ数より１本以上少ない本数の昇降ワイヤの長さをそれぞれ独立に調節しながら引き上げる方法としている。
上記構成によれば、単結晶の偏心量または保持装置の傾き量の計測結果に基づいて昇降ワイヤの長さを調節するので、保持装置による保持時の単結晶の偏心、昇降ワイヤの伸び量の差、あるいは巻き取りドラムへの巻きむらが発生しても、単結晶の偏心量又は保持装置の傾きはそのつど最小限に抑えられる。従って、保持装置に保持された単結晶の心振れも最小限に抑えられる。更に、本発明に係る単結晶引上げ装置の第６は、単結晶を保持する手段を有し、かつ複数の昇降ワイヤにより昇降する保持装置１１を備えた単結晶引上げ装置において、複数の昇降ワイヤＷ1、Ｗ2、Ｗ3の内、少なくとも基準となる昇降ワイヤＷ3を除く昇降ワイヤＷ1、Ｗ2の長さをそれぞれ独立に調整可能な各ワイヤ毎のワイヤ長調節装置１３と、各昇降ワイヤＷ1、Ｗ2、Ｗ3の位置Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3を計測し、基準となる昇降ワイヤＷ3の位置Ｘ3との差値Ｘ3−Ｘ1、Ｘ3−Ｘ2を、保持装置１１で保持した単結晶９の偏心量として計測する手段１５と、この計測した偏心量に基づいて、偏心量が小さくなるように各ワイヤ長調節装置１３に指令を出力するワイヤ長調節コントローラ１６とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る単結晶引上げ装置の実施形態について図面を参照して説明する。なお、従来技術で説明した構成要素と同一の要素については従来技術と同一の符号を付し、ここでの説明を省略する。
図１に、単結晶引上げ装置の第１実施形態を示す。この単結晶引上げ装置は、前記従来の技術の項で説明した保持装置、メインチャンバ４及び回転自在なプルヘッド１を備えた単結晶引上げ装置にワイヤ長調節装置１３と、プルヘッド角度計測装置１４と、レーザ変位計１５及びワイヤ長調節コントローラ１６とを追加設置したものである。なお、従来技術では昇降ワイヤ１本ごとに独立した巻き取りドラムを用いたが、本実施形態の場合は昇降ワイヤＷ1 ，Ｗ2 ，Ｗ3 をそれぞれ所定の位置に巻き取ることができる１個の昇降ワイヤ巻き取りドラム１２を使用することができる。
【００１８】
プルヘッド１内には２個のワイヤ長調節装置１３，１３が設置されており、この２個のワイヤ長調節装置１３，１３は保持装置１１を吊り下げる３本の昇降ワイヤＷ1 ，Ｗ2 ，Ｗ3 の内いずれか２本（本実施形態では、昇降ワイヤＷ1 ，Ｗ2 ）の長さをそれぞれ調節する。各ワイヤ長調節装置１３は図２に示すように、所定距離離間して設けた２個のプーリ１３ａ、１３ｂと、後述するワイヤ長調節コントローラからの指令信号により駆動するリニアアクチュエータ１３ｃと、前記２個のプーリ１３ａ、１３ｂ間に配設され、かつリニアアクチュエータ１３ｃの可動部に取着された可動プーリ１３ｄとによって構成され、ケース１３ｅに収容されている。本実施形態では、各昇降ワイヤＷ1 ，Ｗ2 ，Ｗ3 を独立に屈曲させ、各昇降ワイヤＷ1 ，Ｗ2 ，Ｗ3 の長さを調節する調節手段３０として、このリニアアクチュエータ１３ｃと可動プーリ１３ｄとにより構成している。リニアアクチュエータ１３ｃが縮むと可動プーリ１３ｄは下降し、保持装置から昇降ワイヤ巻き取りドラムに至る昇降ワイヤのうち、２個のプーリ１３ａ、１３ｂ間の部分を押し下げ、これにより保持装置を吊り下げている昇降ワイヤＷ1 （または昇降ワイヤＷ2 ）の下端は引き上げられる。これとは逆にリニアアクチュエータ１３ｃが伸びると、可動プーリ１３ｄは上昇し、昇降ワイヤＷ1 （または昇降ワイヤＷ2 ）の下端は下降する。また、昇降ワイヤＷ3 は図１に示すように、保持装置１１からワイヤ長調節装置を介さずにプーリ１３ａのみを介して昇降ワイヤ巻き取りドラム１２に至る。
【００１９】
昇降ワイヤの長さ制御には、通常少なくとも０.１ｍｍの分解能が必要となる。このとき、ワイヤ長さ０.１ｍｍの制御を従来のように昇降ワイヤ巻き取りドラムの回転角制御で実施しようとすると、前記ドラムの直径が例えば１００ｍｍの場合、僅か０.１°の制御が要求される。したがって、その実施は極めて困難である。これに対して、上記構成のワイヤ長調節装置によると、ワイヤ長制御が容易となる。例えば、図２において、プーリ１３ａとプーリ１３ｂとの中心距離２Ｌを２００ｍｍとすると、ワイヤ長さを０.１ｍｍ制御するにはリニアアクチュエータ１３ｃを約３ｍｍ動かせばよく、したがって、ワイヤ長の単位制御量に対する制御操作量を大きくできる。これによって、高分解能で制御可能となり、ワイヤ長を高精度で制御できる。
【００２０】
このようなワイヤ長調節装置を用いることにより、昇降ワイヤ巻き取りドラム１２及びこれに係わるモータ、減速機、センサ等は１個でよい。また、昇降ワイヤが屈曲する位置に可動プーリ１３ｄの初期位置をあらかじめ設定しておくと、昇降ワイヤの下端部すなわち保持装置１１を下降させる方向に制御する場合においても、減速機のバックラッシュの影響等を受けることなく制御性が良い。
【００２１】
図３は、３本の昇降ワイヤで保持装置を吊り下げる単結晶引上げ装置において、プルヘッド１内に設置される各プーリーの他の構成例を示す平面図である。ここでは、簡易型のワイヤ長調節装置を用いた場合を示している。結晶引き上げワイヤ３は、結晶引き上げワイヤ巻き取りドラム２からプーリ１７を経てメインチャンバ中心に垂下する。また、昇降ワイヤＷ1 、Ｗ2 は昇降ワイヤ巻き取りドラム１２からそれぞれ可動プーリ１３ｄ及びプーリ１３ａを経てメインチャンバ内に垂下し、昇降ワイヤＷ3 は昇降ワイヤ巻き取りドラム１２から直接プーリ１３ａを経てメインチャンバ内に垂下している。この場合の単結晶引上げ装置では図２に示したプーリ１３ｂを用いず、その機能は昇降ワイヤ巻き取りドラム１２が兼ねている。
【００２２】
プルヘッド角度計測装置１４は、図４に示すように環状板１４ａと近接センサ１４ｂとからなる。環状板１４ａは、図１で示したようにプルヘッド１に近接してプルチャンバ１８の上端部に設置され、プルヘッド１の回転に伴って回転するようになっている。この環状板１４ａは外周に略等間隔で３つの凸部１４ｃを有しており、この３つの凸部１４ｃがそれぞれ昇降ワイヤＷ1 、Ｗ2 、Ｗ3 の配設位置（つまり、回転中心に対する回転角度位置）と一致するように位置を合わせて装着されている。また、昇降ワイヤＷ3 の配設位置に対応する凸部１４ｃは、円周方向の両端部のいずれか１方の端部に半径方向へ突出した突出部を有するような２段形状になっている。これに対して近接センサ１４ｂは遠距離と近距離の２種類の検出能力を有し、遠距離用は各凸部１４ｃを検出し、近距離用は昇降ワイヤＷ3 の配設位置に対応する凸部１４ｃの片端部に設けられた前記突出部のみを検出することができる。一方、メインチャンバ４の内壁面にはレーザ変位計１５がその計測方向を単結晶９の軸心に向けて設置されており、直胴部９ｄの外周までの距離Ｘを計測することができるようになっている（図１参照）。なお、レーザ変位計１５の計測方向と近接センサ１４ｂの計測方向とは一致させて設置するものとする。
【００２３】
つぎに、図５に基づいてワイヤ長調節コントローラの構成を説明する。
ワイヤ長調節コントローラ１６は、データ記録部、データ演算部、アクチュエータ制御部からなる。データ記録部は、図１及び図４に示した近接センサ１４ｂが出力する近距離信号及び遠距離信号と、レーザ変位計１５が出力する距離Ｘの計測信号とを受ける。ここで、Ｘ1 、Ｘ2 、Ｘ3 は、昇降ワイヤＷ1 、Ｗ2 、Ｗ3 の回転位置がそれぞれレーザ変位計１５の測定方向と一致したときの、距離Ｘの計測値である。データ演算部は、これらの入力信号及び計測値に基づいて後述する所定の演算処理を行って指令値を求める。また、アクチュエータ制御部は、このデータ演算部で求めた指令値に基づいて、ワイヤ長調節装置１３の各リニアアクチュエータ１３ｃにそれぞれのワイヤ長制御指令信号を出力する。
【００２４】
次に、上記構成の単結晶引上げ装置を用いる場合の単結晶引き上げ方法について、その手順を説明する。なお、保持装置によって単結晶のくびれ部を保持するまでの手順については、従来技術の項で説明した内容と同一であるので、ここでの説明を省く。
単結晶９が偏心して保持されているときには、レーザ変位計１５では図６に示すように単結晶引上げ時のプルヘッド１の回転周期と同じ周期の波形が計測される。ここで、ワイヤ長調節コントローラ１６はプルヘッド角度計測装置１４から近距離信号を受けた時の遠距離信号を昇降ワイヤＷ1 の回転角度位置と判断し、その後、順次入力される遠距離信号を昇降ワイヤＷ2 、Ｗ3 （例えば、正回転の場合）の回転角度位置と判断する。そして、このときの昇降ワイヤＷ1 、Ｗ2 、Ｗ3 に対応するレーザ変位計１５の計測値をそれぞれＸ1 ，Ｘ2 ，Ｘ3 としてデータ記録部に記憶する。もしＸ1 ＝Ｘ2 ＝Ｘ3 であれば、単結晶９は偏心を起こしていないことになる。
【００２５】
ワイヤ長調節コントローラ１６に近距離信号が入力されると、データ記録部は前回記憶したデータＸ1 、Ｘ2 、Ｘ3 を消去する。続いて、上記のように順次昇降ワイヤＷ1 、Ｗ2 、Ｗ3 に対応するレーザ変位計１５の計測値をそれぞれＸ1 ，Ｘ2 ，Ｘ3 としてデータ記録部に記憶する。そして、データ記録部は計測値Ｘ3 を記録した後、データ演算部に演算開始の命令を送信する。データ演算部は演算開始命令を受けると、まず数式「Ｘo1＝Ｘ3 −Ｘ1 」に基づいて計測値Ｘ3 を基準にした計測値Ｘ1 の差値Ｘo1を演算する。もし、差値Ｘo1があらかじめ定めた許容値δ（正とする）より大きければ、データ演算部はアクチュエータ制御部へ、昇降ワイヤＷ1 用のワイヤ長調節装置のリニアアクチュエータ１３ｃをあらかじめ定めた所定量だけ伸ばすように制御指令を出力する。これによって昇降ワイヤＷ1 は伸び、差値Ｘo1を減少させる。また、もし差値Ｘo1が許容値δより小さいときは上記と逆に、リニアアクチュエータ１３ｃをあらかじめ定めた所定量だけ縮めるように制御指令を出力し、昇降ワイヤＷ1 を縮める。続いて、同様にして、数式「Ｘo2＝Ｘ3 −Ｘ2 」に基づいて差値Ｘo2を求め、昇降ワイヤＷ2 用のワイヤ長調節装置１３への制御指令を出力する。アクチュエータ制御部は、データ演算部から与えられた上記制御指令に基づいてアクチュエータを駆動する。以上の処理を繰り返すことにより、レーザ変位計の計測値Ｘ1 、Ｘ2 の値は計測値Ｘ3 に等しくなり、単結晶の偏心量を許容値δ以内に制御することが可能となる。
【００２６】
もし計測値Ｘ1 ，Ｘ2 ，Ｘ3 に偏心によるもの以外の揺れ成分、たとえば振り子運動によるものが大きく計測されるようであれば、単結晶の回転数近傍の周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタを経由させることによって振り子運動成分を除去し、必要とする偏心量をより正確に求めることができる。
【００２７】
なお、本実施形態では、ワイヤ長調節手段３０として、各昇降ワイヤ（あるいは、全ワイヤ本数より１本少ない本数のワイヤ）の屈曲量を調整するために可動プーリ１３ｄを用いたが、本発明はこれに限定されず、昇降ワイヤを摺動自在に支持してガイドするガイドであってもよい。また、例えば２個のプーリ間に昇降ワイヤを巻き回し、この２個のプーリ間距離を調整するようにしてもよい。さらに、１個の昇降ワイヤ巻き取りドラム１２と２個のワイヤ長さ調節装置１３とを用いたが、本発明はこのような構成に限るものではなく、例えばワイヤ長さ調節装置１３を用いず、複数の昇降ワイヤ巻き取りドラム１２により各ワイヤをそれぞれ独立に昇降させるようにしてもよい。
また、本実施形態では単結晶を保持する手段として３個の爪１１ｂを用いたが、これに限定されるものではなく、例えばネック部を取り囲み硬化剤を流し込む方法（例えば、特開平５−２７０９８号公報参照）を用いてもよい。また、単結晶の偏心量を計測する手段としてレーザ変位計を用いたが、画像センサや超音波センサ等により計測する方法でもよい。保持装置を吊り下げる昇降ワイヤについて上記実施形態では３本としたが４本以上でもよく、また２本の場合でもワイヤ長さのばらつきを吸収できる効果は非常に大きい。さらに、プルヘッド角度計測装置としてはエンコーダを使用してもよい。
【００２８】
次に、図７に基づいて単結晶引上げ装置の第２実施形態を説明する。同図において、図１と同じの構成要素には同一の符号を付してここでの説明を省く。本実施形態における単結晶引上げ装置は、複数の昇降ワイヤについてプルチャンバ１８及びメインチャンバ４内に垂下している部分の長さの差値を検出し、この差値を零に近づけようとするものである。
保持装置１１は、それぞれ独立に駆動する昇降ワイヤ巻き取りドラム２１、２２に巻着された２本の昇降ワイヤＷ4 、Ｗ5 によって吊り下げられている。プルヘッド１の内部にはワイヤ式エンコーダ２３、２４が設置され、これらのエンコーダから繰り出されるエンコーダワイヤ２３ａ、２４ａの下端は保持装置１１の上面に繋着されている。なお、エンコーダワイヤ２３ａ、２４ａはそれぞれ、２本の昇降ワイヤＷ4 、Ｗ5 間の中心と本体１１ａの中心とを結ぶ直線上で、かつ、各昇降ワイヤＷ4 、Ｗ5 よりも外側寄りに配設されている。
【００２９】
次に、上記第２実施形態の単結晶引上げ装置を用いる場合の単結晶引き上げ方法について説明する。第１実施形態の場合と同様に保持装置１１で単結晶９を保持した後、昇降ワイヤＷ4 、Ｗ5 に引張荷重が加えられると、昇降ワイヤＷ4 、Ｗ5 はその荷重に応じて徐々に伸び始める。また、昇降ワイヤ巻き取りドラム２１、２２に昇降ワイヤの巻きむらなどが発生した場合も保持装置１１が傾き、単結晶９の中心軸は傾斜し始める。ここで、保持装置１１を水平に維持するためには、ワイヤ式エンコーダ２３の検出値Ｙ1 とワイヤ式エンコーダ２４の検出値Ｙ2 とを等しい値に維持すればよい。そこで、例えば各検出値が不等式「Ｙ1 −Ｙ2 ＞０」を満たしているときは、昇降ワイヤＷ4 の長さが昇降ワイヤＷ5 より長い状態にあることを示しているので、昇降ワイヤ巻き取りドラム２１の回転速度を所定の大きさだけ加速し、不等式「Ｙ1 −Ｙ2 ＜０」を満たしているときは、昇降ワイヤ巻き取りドラム２１の回転速度を所定の大きさだけ減速することにより、検出値Ｙ1 と検出値Ｙ2 を等しくすることができる。これによって、保持装置１１を水平に保って単結晶９を引き上げることができる。
【００３０】
なお、第２実施形態では保持装置１１の傾き、すなわち単結晶９の傾きを検出する手段としてワイヤ式エンコーダを用いたが、第１実施形態と同じくレーザ変位計を用いてもよい。また本発明は、第１実施形態及び第２実施形態とも、単結晶９に形成したくびれ部９ｂ以外の箇所を保持する保持装置を備えた単結晶引上げ装置に対しても適用可能である。
【００３１】
以上説明したように、本発明によれば、保持装置を昇降させるワイヤの伸び量のばらつきや、単結晶に形成した被保持部の形状精度、保持装置の製作精度のばらつき等によって発生する保持装置の傾き、あるいはこれに伴う単結晶の偏心を検出し、この検出結果に応じて昇降ワイヤの長さを調節するようにしたので、保持装置で保持される単結晶の偏心量が著しく低減される。従って、結晶欠陥の発生を未然に防止することができ、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の単結晶引上げ装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】ワイヤ長調節装置の縦断面図である。
【図３】プルヘッド内に設置されている各構成要素の平面図である。
【図４】プルヘッド角度計測装置の概略構成を示す平面図である。
【図５】ワイヤ長調節コントローラの構成を示すブロック図である。
【図６】プルヘッド角度計測装置の出力信号波形と、レーザ変位計の出力信号波形とを示す図である。
【図７】第２実施形態の単結晶引上げ装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図８】保持装置を備えた従来の単結晶引上げ装置の一例を示す縦断面図である。
【図９】保持装置の平面図である。
【図１０】保持装置の縦断面図である。
【図１１】保持装置及び引き上げ中の単結晶の傾きを示す説明図である。
【符号の説明】
１…プルヘッド、３…結晶引き上げワイヤ、９…単結晶、９ａ…拡径部、９ｂ…くびれ部、１１…保持装置、１１ａ…本体、１１ｂ…爪、１２，２１，２２…昇降ワイヤ巻き取りドラム、Ｗ1 ，Ｗ2 ，Ｗ3 ，Ｗ4 ，Ｗ5 …昇降ワイヤ、１３…ワイヤ長調節装置、１３ａ，１３ｂ，１７…プーリ、１３ｃ…リニアアクチュエータ、１３ｄ…可動プーリ、１４…プルヘッド角度計測装置、１４ａ…板、１４ｂ…近接センサ、１５…レーザ変位計、１６…ワイヤ長調節コントローラ、２３，２４…ワイヤ式エンコーダ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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