JPH0631193B2 - リチャージ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、チョクラルスキー法単結晶引上装置のルツボ
内へシリコン等の多結晶原料を同引上装置の引上工程の
途中において追加投入するためのリチャージ装置に関す
る。

（従来の技術） 例えば、シリコンの如き半導体単結晶をＣＺ（Ｃｚｏｃ
ｈｒａｌｓｋｉ）法によって製造する場合、従来はルツ
ボ中に適当に分割した半導体原料（シリコン材料）を投
入し、これを抵抗加熱又は高周波加熱によって溶融し、
溶融液の表面に引上手段に取り付けた種結晶を浸漬し、
引上手段を回転させながらこれを毎分数ｍｍ程度の速度
で引き上げて単結晶を成長させることが行なわれる。

ところで、上記製造工程において炉を一度冷却すると、
生産効率の低下、高価なルツボの破損等を招くため、半
導体原料を連続して供給し、炉温を下げないようにする
ことが望ましい。

そこで、上記製造工程においては、シリコン単結晶棒の
一部が引上げられた時点で作業が一時的に中断され、ほ
ぼ引上量と同重量の高純度のシリコン多結晶が同じルツ
ボに供給され、その後に次の引上が開始される。斯かる
作業は通常原料のシリコン多結晶を再供給するので、リ
チャージと称される。

（発明が解決しようとする課題） 上記リチャージの際は、炉を一度冷却すると生産効率が
低下し、また高価なルツボの破損が起こるので好ましく
ない。しかし、炉を冷却せず、ルツボの中の溶融シリコ
ンを溶融状態に維持すると、溶融シリコンが極めて活性
が強いために、炉内の炭素製構造体が空気中で発火し、
引上工程の初期チャージの如き大気に露出した状態での
原料の追加供給はまったく不可能である。

従って、炉内温度を低下させずに、原料を追加するため
のリチャージ装置が種々提案されている（例えば特開昭
５７−９５８９２号、特開昭５８−９５５４８号及び特
開昭５８−１７０５３３号公報参照）。これらの装置
は、石英円筒を円筒体として有する金属製円筒の先端に
ワイヤーによる開閉扉を付け、この扉を開けて該円筒内
の塊状シリコンをルツボ内に落下させるものであるが、
この場合には少なくとも湯の表面を固化せしめること、
一度に塊状シリコンが落下しないようにするための複雑
な操作が必要である上に、石英円筒を用いたり、構造が
複雑であるために現実に使用するには相当の困難があ
る。更に本先行技術では、塊状シリコンを用いるので、
追加原料を選別する必要がある上、その調整に際して汚
染があって好ましくない。

一方、棒状シリコンを供給する方法も実施されている
が、これは棒状の半導体原料をこれの上端部に取り付け
られたワイヤーを介して引上手段に吊り下げ、一定速度
で下降せしめることによって半導体原料の下部をルツボ
内の溶融液中に浸漬してこれを徐々に溶融せしめる方法
である。しかし、この場合には半導体原料のワイヤー取
付部分（上端部）が溶融できず、これが残塊として残
り、正確な重量の半導体原料をリチャージできない欠点
がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的と
する処は、構造及び操作が単純で、作業能率の向上を図
ることができるリチャージ装置を提供するにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成すべく本発明は、引上手段の下端に垂直
に支持される軸と、該軸に上下摺動自在に嵌合する保持
部材と、該保持部材に対して前記軸を相対移動せしめた
ときに支持アームを開閉動作せしめるリンク機構を含ん
でリチャージ装置を構成したことを特徴とする。

（作用） 支持アームに棒状の半導体原料を吊り下げると、この半
導体原料の自重で支持アームが閉じ方向に付勢され、半
導体原料は支持アームによって確実に支持される。そし
て、引上手段を半導体原料と共に徐々に下降せしめて半
導体原料をルツボ内の溶融液中に浸漬させれば、該半導
体原料の浸漬部分が溶融してルツボ内に半導体原料が供
給される。斯くて、半導体原料のルツボ内の供給が進む
と、該半導体原料の長さが短くなり、その長さが所定値
に達した時点で保持部材がチャンバーの内周に固定され
たストッパに当接して静止し、該保持部材に対して引上
手段が下動すれば、自重とリンク機構によって支持アー
ムが開き、該支持アームに支持された半導体原料の残塊
が全てルツボ内に落下、供給される。

（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係るリチャージ装置の破断正面図、第
２図は同装置の破断側面図、第３図は同装置の作用を示
す第１図と同様の図である。

第１図及び第２図において、１はその軸中心回りに回転
可能であって、且つ上下動自在な引上手段であり、これ
は下端が開口する円筒状のチャンバー２内に収納されて
いる。そして、この引上手段１の下端には軸３が垂直に
吊り下げ支持されている。即ち、軸３の本体３ａの上端
中央には円穴３ａ−１が形成されており、該本体３ａの
上部にはリング状の部材３ｂがボルト４にて結着されて
いる。そして、部材３ｂと前記引上軸１の下端にボルト
５にて結着された部材１ａとを球面係合せしめることに
よって、軸３は自動調心作用を受けて引上手段１に垂直
に支持される。

ところで、前記部材３ｂの外周部には、２本のロックレ
バー６，６がその上端を軸７，７にて回動自在に枢着さ
れて設けられている。

又、前記軸３の外周には略円板状の保持部材８が上下摺
動自在に嵌合しており、該保持部材８のボス部８ａ外周
は図示のように下方に向って開くテーパ面８ａ−１を形
成している。尚、保持部材８には前記ロックレバー６，
６が挿通する孔８ｂ，８ｂ（第１図には一方のみ図示）
が穿設されている。更に、軸３にはスリット溝３ｃが横
方向に貫設されており、該スリット溝３ｃ内には左右に
上下２本ずつ、計４本のリンク部材９−１，９−２，９
−３，９−４の一部が臨んでおり、これらリンク部材９
−１，９−２，９−３，９−４の一端はピン１０，１０
にて回動自在に枢着されている。そして、リンク部材９
−１，９−２の他端には支持アーム１１−１が、リンク
部材９−３，９−４の他端には支持アーム１１−２がそ
れぞれピン１２…にて連結されている。尚、各支持アー
ム１１−１，１１−２にはロッド状の半導体原料（シリ
コン材料）Ｗの上端外周部の相対向する２箇所に形成さ
れた溝Ｗ_１，Ｗ_１に係合して該半導体原料Ｗを支持すべ
きＬ字状のアーム１３，１３がボルト１４…にて結着さ
れており、各アーム１３の水平部には半導体原料Ｗの外
周に当接すべき２本のピン１５，１５が突設されてい
る。

又、前記左右のリンク部材９−１，９−３の中間部はロ
ッド１６，１６を介して前記保持部材８に支持されてい
る。即ち、ロッド１６，１６の下端部はピン１７，１７
にてリンク部材９−１，９−３の中間部に連結されてお
り、上端部はボルト１８，１８にて結着されたスリーブ
１９，１９を介して保持部材８に穿設された円孔８ｃ，
８ｃに挿通保持されている。従って、各ロッド１６はそ
の上端保持部を中心として傾動自在である。

一方、前記チャンバー２の内周部の下端から所定距離隔
てた位置にはリング状のストッパ２０が設けられてい
る。

次に、本リチャージ装置の作用を説明する。

第１図及び第２図に示すように、半導体原料Ｗをその上
端外周部に形成された溝Ｗ_１，Ｗ_１に支持アーム１１−
１，１１−２のアーム１３，１３を係合せしめることに
よって当該リチャージ装置に吊り下げれば、この半導体
原料Ｗの自重で支持アーム１１−１，１１−２が閉じ方
向に付勢され、半導体原料Ｗは支持アーム１１−１，１
１−２によって確実に垂直に支持される。

上記のように半導体原料Ｗを支持した状態で引上手段１
をチャンバー２内で半導体原料Ｗと共に徐々に下降せし
めると、半導体原料Ｗはその下端部から次第に不図示の
ルツボ内の溶融液２２中に浸漬されていき、その浸漬部
分が溶融してルツボ内に半導体原料Ｗが追加供給（リチ
ャージ）される。

斯くて、半導体原料Ｗのルツボ内への供給が進むと、該
半導体原料Ｗの長さが短くなり、その長さが所定値に達
した時点で保持部材８が第３図に示すようにストッパ２
０に当接して下降を停止する。そして、この状態で更に
引上手段１を下降せしめると、自重によりリンク部材９
−１，９−２，９−３，９−４がピン１０、１０を中心
に上方へ回動するため、これらリンク部材９−１，９−
２，９−３，９−４に連結された支持アーム１１−１，
１１−２が開き、これによって該支持アーム１１−１，
１１−２に支持された半導体原料Ｗの残塊が全てルツボ
内に落下、供給される。

上記のように支持アーム１１−１，１１−２が開いた時
点でロックレバー６，６は図示のように保持部材８のボ
ス部８ａ下面に係合するため、その後、引上手段１を上
昇せしめても支持アーム１１−１，１１−２は開状態の
まま持ち上げられる。

以上において、当該リチャージ装置は軸３、保持部材
８、リンク部材９−１，９−２，９−３，９−４、支持
アーム１１−１，１１−２等で構造単純に構成され、実
際のリチャージ作業においては該リチャージ装置を引上
手段１に取付け、引上手段１を下降せしめる簡単な操作
のみで半導体原料Ｗの追加供給が引上工程の途中でなさ
れるため、作業能率が著しく改善される。

尚、以上の実施例では引上手段１としてシャフトを用い
たが、シャフトの他にワイヤーを用いることもできる。
又、チャンバー２のストッパ２０に保持部材８が当接し
て、支持アーム１１−１，１１−２が開脚し、半導体原
料Ｗの残塊がルツボ内に落下されるが、該原料の上半分
に支持アーム１１−１，１１−２が挟持した状態で、略
中央に垂直方向に且つ互いに略平行な２つの巾の狭い深
い切り込み溝を例えばダイヤモンドカッターで設けるな
らば、上記のストッパ２０は不要となる。この場合に
は、シリコンの固体比重が液比重よりも小さいため、上
記原料塊が湯面に浮遊する状態でこれがほぼ半分以上溶
解した段階では、上記の深い溝のために該原料塊が３つ
に分離し、先ず中央部分が先に溶解脱落し、次いで両側
がアーム１３，１４より外れ、中央に倒れ込むように落
下し、該原料塊の円滑な溶解を完了することができる。

（発明の効果） 以上の説明で明らかな如く本発明によれば、引上手段の
下端に垂直に支持される軸と、該軸に上下摺動自在に嵌
合する保持部材と、該保持部材に対して前記軸を相対移
動せしめるときに支持アームを開閉動作せしめるリンク
機構を含んでリチャージ装置を構成したため、該リチャ
ージ装置の構造及び操作の単純化、作業能率の向上を図
ることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るチャージ装置の破断正面図、第２
図は同装置の破断側面図、第３図は同装置の作用を示す
第１図と同様の図である。 １……引上手段、３……軸、８……保持部材、９−１〜
９−４……リンク部材、１１−１，１１−２……支持ア
ーム、Ｗ……半導体原料。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チョクラルスキー法単結晶引上装置におけ
   る引上手段の下端に垂直に支持される軸と、該軸に上下
   摺動自在に嵌合する保持部材と、該保持部材に対して前
   記軸を相対移動せしめたときに支持アームを開閉動作せ
   しめるリンク機構を含んで構成されることを特徴とする
   リチャージ装置。