JPH09227281A - 単結晶引上げ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 引上げ中の単結晶１０の落下を防止する。そ
の防止に伴う引上げへ悪影響を回避する。 【解決手段】 プルチャンバー内を回転しながら上昇す
る昇降ベース３２に、複数本の保持アーム３３を取付け
る。保持アーム３３の下端に保持プレート３４を取付け
る。引上げられてきた単結晶１０の外周面を複数の保持
プレート３４によ面支持して、以後の引上げを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＣＺ法による単結晶
の育成に使用される単結晶引上げ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ディバイスの製造に使用されるシ
リコンウェーハの素材としては、ＣＺ法により育成され
たシリコン単結晶が多用されている。ＣＺ法によるシリ
コン単結晶の育成では、周知の通り、引上げ軸の下端に
種結晶を装着し、石英坩堝内に生成されたシリコン融液
にこの種結晶を浸け、この状態から種結晶を回転させな
がら引上げることにより、種結晶の下方にシリコン単結
晶を育成する。

【０００３】ここで種結晶は、直径が１０数ｍｍ程度の
シリコン単結晶からなる細かい棒体であり、上端部がシ
ードチャックに連結され、下端部がシリコン融液に浸漬
される。種結晶をシリコン融液に浸漬すると、熱衝撃に
より転位が導入されるため、種結晶をシリコン融液に浸
漬した後に種結晶の直径を絞り、しばらくの間この状態
を維持して結晶の無転位化を図るいわゆる種絞りが実施
される。種絞り部の直径は無転位化の観点から５ｍｍ以
下が必要とされ、３ｍｍ以下が望ましいとされている。

【０００４】ところで、ＣＺ法により育成されるシリコ
ン単結晶は、これまでは直径が８インチで重量が１００
ｋｇ前後のものが主流であった。しかし、最近になって
更なる大径化が求められ、直径が１２インチ以上のシリ
コン単結晶の育成も企画されている。単結晶の直径が大
きくなると、当然その重量も増え、直径が１２インチの
場合で重量は２００ｋｇに達する。

【０００５】育成中の単結晶の重量は種結晶の特に種絞
り部に集中し、結晶重量が増大すると種絞り部にかかる
荷重も増大するが、シリコンの破壊強度は２０ｋｇ／ｍ
ｍ²程度であり、２００ｋｇのシリコン単結晶を確実に
保持するためには、少なく見積もっても５ｍｍを超える
直径が種絞り部に必要となる。ところが、５ｍｍを超え
る直径では種結晶を無転位化することが不可能である。
従って、現状の技術では２００ｋｇに達する単結晶の育
成は不可能である。

【０００６】このような問題を解決するために、特公平
５−６５４７７号公報等には単結晶のトップ部にクビレ
を形成し、そのクビレ部を複数の爪により周囲からクラ
ンプして、単結晶を引き上げる種結晶に依存しない引上
げ技術が示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】単結晶に形成したクビ
レ部を直接クランプする技術は、クランプ爪が不用意に
開かない限り、２００ｋｇを超える単結晶も確実に引上
げ、その落下を防止することができる。しかし、現状の
育成技術では、結晶引上げ軸に対して対称的なクビレ部
を形成することが困難である。そのため、クビレ部をク
ランプして単結晶の育成を行った場合には、単結晶が芯
円性を損ない、有転位化や直径制御精度の低下という問
題が生じる。また単結晶が引上げ軸方向においてくねっ
た形状になり、後工程の外周部切削による切削代の増大
も大きな問題となる。更にはクビレ部自体がロスとな
り、これによる歩留りの低下も無視できない問題であ
る。

【０００８】本発明の目的は、２００ｋｇを超える単結
晶についてもその落下を確実に防止し、且つその防止に
伴う引上げへの悪影響および歩留り低下を可及的に回避
することができる単結晶引上げ装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の単結晶引上げ装
置は、ＣＺ法により原料融液から単結晶を回転させなが
ら引上げる引上げ装置本体と、前記単結晶を、その外周
面を周方向複数箇所において面支持して引上げる第２の
単結晶引上げ手段とを具備する。

【００１０】従来の単結晶を直接クランプする技術で
は、単結晶に形成したクビレ部の外周面にクランプ爪が
点接触し、クランプ爪にクビレ部が単に引っ掛かった状
態で単結晶が引上げられるため、クビレ部が非対称形状
の場合はその影響を受けて単結晶が傾く。これに対して
本発明では、単結晶の外周面が周方向複数箇所において
面支持されるため、単結晶に形成したクビレ部が非対称
であっても単結晶が直立に保持される。また、クビレ部
の形成を省略した場合でも単結晶が保持されるので、ク
ビレ部の省略が可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図示
例に基づいて説明する。図１は本発明を実施した単結晶
引上げ装置の１例についてその主要部の構成を示す立面
図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視図、図３は単結晶の保持
状態を示す立面図である。

【００１２】本引上げ装置は、シリコンの融液からシリ
コンの単結晶１０を種結晶４０により保持して引上げる
引上げ装置本体２０と、引上げ装置本体２０のプルチャ
ンバー２１内に設けられて単結晶１０の直胴部を保持し
て引上げる第２の単結晶引上げ手段３０とを具備する。

【００１３】引上げ装置本体２０は、従来の引上げ装置
と基本的に同じであって、プルチャンバー２１内を通っ
てメインチャンバー内に垂下するワイヤ２２の下端にシ
ードチャック２３を取付け、これに装着した種結晶４０
を融液に浸漬した状態からワイヤ２２を回転させながら
引上げることにより、種結晶４０の下方に単結晶１０を
育成しプルチャンバー２１内に引込む。

【００１４】引上げ装置本体２０のプルチャンバー２１
内に設けられた第２の単結晶引上げ手段３０は、引上げ
軸であるワイヤ２２が中心部を挿通するように複数本の
ワイヤ３１によって懸吊支持されたリング状の昇降ベー
ス３２と、昇降ベース３２の周方向４位置から下方の延
出した４本の保持アーム３３と、各保持アーム３３の下
端に取付けられた保持プレート３４と、４本の保持アー
ム３３を同期して内側へ閉じるためにワイヤ２２の下端
に設けられた操作用ブロック３５とを具備する。

【００１５】各保持アーム３３は、下方に向かって外側
へ傾斜した傾斜部３３ａと、傾斜部３３ａの上端から内
側へ延出した第１延出部３３ｂと、傾斜部３３ａの下端
から内側へ延出した第２延出部３３ｃとからなる。そし
て、第１延出部３３ｂの中間部が、昇降ベース３２の半
径方向に直角な水平ピン３６によって昇降ベース３２に
回転自在に連結されている。

【００１６】これにより、４本の保持アーム３３は水平
ピン３６を支点として開閉動作を行い、通常は複数本の
ワイヤ３１により外側へ開放した状態に維持される。

【００１７】保持プレート３４は、それぞれ引上げられ
る単結晶１０の外周面に対応する円弧に曲成された湾曲
板であって、保持アーム３３の第２延出部３３ｃの先端
に、引上げ軸に対して同心円状に固着されている。保持
プレート３４の材質は、単結晶１０の汚染を防ぐために
タングステン・モリブデン等を用いる必要がある。

【００１８】操作用ブロック３５は、シードチャック２
３の上方に位置してワイヤ２２の下端部に装着された円
錐部材である。円錐部材の最大直径は、４本の保持アー
ム３３の各上端部に設けられた第１延出部３３ｂの先端
が形成する円の直径より大きく設定されている。

【００１９】従って、ワイヤ２２の上昇に伴って４つの
第１延出部３３ｂの内側に下方から操作用ブロック３５
が挿入されると、４本の傾斜アーム３３は同期して内側
へ閉じ、これによって単結晶１０の直胴部の最上部外周
面を４つの保持プレート３４により面支持するようにな
っている。

【００２０】次に、本引上げ装置を用いた単結晶１０の
育成方法について詳細に説明する。

【００２１】引上げ装置本体２０のシードチャック２３
に装着された種結晶４０をメインチャンバー内に設置さ
れた坩堝内の融液に漬け、ワイヤ２２を回転させながら
引上げることにより、種絞り、ショルダー部１１の形
成、直胴部１２の形成を順に行う。このとき、ショルダ
ー部１１と直胴部１２との境界部分に直胴部１２より直
径が大きい大径部１３を形成する。また、第２の単結晶
引上げ手段３０の操作用ブロック３５を除く部分は、保
持アーム３３を外側に開いた状態でプルチャンバー２１
の下部内に待機している。

【００２２】単結晶１０の育成が進み、その単結晶１０
がプルチャンバー２１内に引込まれると、図１に示され
るように、単結晶１０の育成の進行に伴って操作用ブロ
ック３５が昇降ベース３２に下方から接近する。４本の
保持アーム３３の第１延出部３３ｂの内側に操作用ブロ
ック３５が挿入されると、図３に示されるように、４本
の保持アーム３３は同期して内側へ閉じる。そして、こ
の時点で４つの保持プレート３４の内側に単結晶１０の
大径部１３の真下部分が位置するように単結晶１０の育
成を行うことにより、直胴部１２の最上部外周面が４つ
の保持プレート３４により面支持される。

【００２３】直胴部１２の最上部が４つの保持プレート
３４により面支持されると、第２の単結晶引上げ手段３
０の昇降ベース３２がワイヤ３１によりこれまでと同じ
条件で回転しながら引上げられる。その結果、単結晶１
０の引上げはこれ以後、第２の単結晶引上げ手段３０に
より直胴部１２が引上げられるものとなる。

【００２４】このとき、単結晶１０の大径部１３が４つ
の保持プレート３４に引っ掛かった状態となる。このた
め、単結晶１０の重量が重い場合もその落下が確実に防
止される。また、図３に示すように、大径部１３が対称
的でない場合にも単結晶１０は４つの保持プレート３４
により外周面が面支持されているので傾斜することがな
く、引上げ軸に対する同芯性が維持される。そして、こ
の面支持によれば、引っ掛け部である大径部１３が存在
しない場合にも、単結晶１０は引上げ軸に対する同芯性
を維持しつつ確実に引上げることが可能である。このよ
うな効果は、単結晶１０の外周面に喰い込む突起を保持
プレート３４の内面に設けて、単結晶１０のスリップを
防止することより一層確実となる。

【００２５】保持プレート３４の大きさは、高さについ
ては３０ｍｍ〜１００ｍｍが望ましく、周方向の長さに
ついては単結晶１０の周長の0.１〜0.２倍が望ましい。
保持プレート３４が小さすぎると単結晶１０の傾きを阻
止する効果が小さいが、必要以上に大きくしてもその効
果は増大しない。

【００２６】保持プレート３４の個数、すなわち面支持
箇所数については、２以上あればよく、面支持箇所が多
くなるにつれて個々の支持面積を小さくすることができ
る。

【００２７】８インチのシリコン単結晶を育成する場合
に、図１〜図３に示す引上げ装置を用いた。比較のため
に落下防止対策のない一般の引上げ装置と、単結晶のト
ップ部に形成したクビレ部を４つの爪により点支持する
従来装置とを用いた。それぞれの場合の有転位化率およ
び結晶直径の最大誤差を表１に示す。有転位化率とは全
引上げ回数に対する有転位化発生引上げ回数の比であ
る。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１から分かるように、本引上げ装置を使
用しても有転位化率および最大誤差は対策なしの場合と
実質的に同じである。これに対しクビレ部をクランプす
る従来装置の場合は、これらが大幅に増大する。本引上
げ装置が単結晶落下防止に伴う悪影響を実質的に生じな
いことが明らかである。

【００３０】なお、上記した例は単結晶１０の直胴部１
２の最上部付近を保持するものであるが、単結晶１０の
トップ部に別途形成した小径の直胴部を保持するように
してもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の単結晶引
上げ装置は、種結晶に依存せずに単結晶を直接保持する
ので、２００ｋｇを超えると単結晶についてもその落下
を確実に防止することができる。また、その保持に際し
て単結晶の外周面を面支持するので、単結晶に形成した
クビレ部が引上げ軸に対して非対称であっても単結晶の
芯円性を維持することができ、これにより単結晶の落下
防止に伴う引上げへの悪影響を可及的に回避することが
できる。更にはクビレ部に依存しない保持も可能である
ので、クビレ部を小さくすることができ、最終的にはこ
れを省略することができる。従って、クビレ部の形成に
伴う歩留り低下も低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施した単結晶引上げ装置の１例につ
いてその主要部の構成を示す立面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図である。

【図３】単結晶の保持状態を示す立面図である。

【符号の説明】

１０ 単結晶 ２０ 引上げ装置本体 ２２ ワイヤ ２３ シードチャック ３０ 単結晶引上げ手段 ３１ ワイヤ ３２ 昇降ベース ３３ 保持アーム ３４ 保持プレート ３５ 操作用ブロック ４０ 種結晶

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣＺ法により原料融液から単結晶を回転
   させながら引上げる引上げ装置本体と、前記単結晶をそ
   の外周面の周方向複数箇所を面支持して引上げる第２の
   単結晶引上げ手段とを具備することを特徴とする単結晶
   引上げ装置。