JPH09249491A - 引き上げ軸と種結晶保持具との連結構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ネジ溝の螺合による引き上げ軸と種結晶保持
具との連結構造の場合、単結晶３６が大重量化した時
に、連結部の強度が十分でなく、引き上げ軸と種結晶保
持具との脱着の繰り返しによる摩擦で、連結部が摩耗・
欠損し易いため、単結晶３６の引き上げ途中でネジ溝が
破損し、種結晶保持具が引き上げ軸から落下する危険性
がある。 【解決手段】 引き上げ軸１４の下部１４Ａに貫通孔１
４ａが形成される一方、種結晶保持具１の上部に直線上
に位置する貫通孔１ｂが形成され、これら貫通孔１４
ａ、１ｂにピン体２が挿入されることにより、引き上げ
軸１４と種結晶保持具１との一体化が図られるように構
成されている、引き上げ軸１４と種結晶保持具１との連
結構造。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は種結晶保持具に関
し、より詳細には半導体材料として使用される単結晶を
育成する際に用いられる種結晶保持具に関する。

【０００２】

【従来の技術】単結晶を育成するには種々の方法がある
が、その一つにチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法と記
す）に代表される引き上げ法がある。図２は、従来のＣ
Ｚ法に用いられる単結晶引き上げ装置の要部を、模式的
に示した断面図であり、図中３１は坩堝を示している。

【０００３】この坩堝３１は、有底円筒形状の石英製坩
堝３１ａと、この石英製坩堝３１ａの外側に嵌合され
た、同じく有底円筒形状の黒鉛製坩堝３１ｂとから構成
されており、坩堝３１は、図中の矢印方向に所定の速度
で回転する、支持軸３９に支持されている。この坩堝３
１の外側には、抵抗加熱式のヒータ３２、及びヒータ３
２の外側には、坩堝３１への熱移動を促進する保温筒４
２が、同心円状に配置されており、坩堝３１内には、こ
のヒータ３２により溶融させられた単結晶用原料の溶融
液３３が充填されている。

【０００４】坩堝３１の中心軸上には、引き上げ棒ある
いはワイヤー等からなる引き上げ軸３４が吊設されてお
り、この引き上げ軸３４の先には、種結晶保持具１０を
介して種結晶３５が取り付けられるようになっている。

【０００５】図３は、種結晶３５が挿入された状態の種
結晶保持具１０と、引き上げ軸３４との連結構造を示し
た、模式的部分断面図である。

【０００６】種結晶３５の下部３５ａは、軸部３５ｂよ
りも細く、下部３５ａと軸部３５ｂとの間には、テーパ
部３５ｃが形成されている。

【０００７】引き上げ軸３４の下端部３４Ａは、本体部
３４Ｂよりも細い円柱形状となっており、下端部３４Ａ
の側面には、ネジ溝３４ａが形成されている。

【０００８】種結晶保持具１０は、全体的には筒形状を
しており、その下部には、テーパ面１０ａが形成されて
いる。種結晶保持具１０の下部の中空部１１ａには、種
結晶３５が挿入され、上部の中空部１１ｂには、引き上
げ軸３４の下端部３４Ａが取り付けられるようになって
いる。中空部１１ａ途中には、テーパ面１１ａ_-1が形成
されており、中空部１１ａの壁面形状は、種結晶３５の
外形に合わされており、テーパ面１１ａ_-1のテーパ角θ
₁ と、種結晶テーパ部３５ｃのテーパ角θ₂ とは、同一
角度に設定されている。また、中空部１１ｂの上部側壁
面には、ネジ溝１０ｂが形成されている。

【０００９】このように構成された種結晶保持具１０に
種結晶３５を保持させ、種結晶３５を保持させた種結晶
保持具１０を、引き上げ軸３４に連結するには、まず種
結晶３５を、種結晶保持具１０の上方から中空部１１ａ
内に挿入する。この時、種結晶３５のテーパ部３５ｃが
中空部１１ａに形成されたテーパ面１１ａ_-1と接合する
ことにより、種結晶３５は中空部１１ａから下方へ脱す
ることなく、種結晶保持具１０中に保持される。次に、
引き上げ軸３４の下端部３４Ａに種結晶保持具１０の中
空部１１ｂを位置合わせし、引き上げ軸３４に形成され
たネジ溝３４ａに種結晶保持具１０に形成されたネジ溝
１０ｂを螺合させることにより、引き上げ軸３４に種結
晶保持具１０を連結する。

【００１０】種結晶３５の溶融液３３（約１４００℃程
度）への着液時には、種結晶保持具１０の先端部もかな
りの高温に晒されるため、種結晶保持具１０の形成材料
としては、耐熱性に優れたものを用いる必要がある。ま
た、鉄等の金属では、重金属汚染発生の虞があるため、
金属性とすることは困難である。このため、種結晶保持
具１０は高い耐熱性を有するカーボン材や、カーボンメ
ッシュ（Ｃ／Ｃ）材等により形成されるのが一般的であ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】一般に、引き上げ軸３
４と種結晶保持具１０とは、図３で説明したように着脱
可能な構成となっており、種結晶３５の種結晶保持具１
０への装填の際には、種結晶保持具１０の上方から種結
晶３５を挿入してやる必要があり、種結晶３５の交換の
度に、引き上げ軸３４と種結晶保持具１０との脱着が繰
り返されることとなる。

【００１２】しかしながら、上記した種結晶保持具１０
は、カーボン材やＣ／Ｃ材等により形成されているた
め、比較的脆く、前記脱着の繰り返しにより、種結晶保
持具１０のネジ溝１０ｂが摩耗・欠損し易い。特に最近
では、直径約１２インチ、重量が３００ｋｇ程度の大重
量の単結晶３６の製造が望まれており、種結晶保持具１
０に掛かる負荷も増大する傾向にあり、単結晶３６の引
き上げを繰り返すうちにネジ溝１０ｂが欠損して、引き
上げ途中で種結晶保持具１０が引き上げ軸３４から落下
する危険性があるといった課題があった。

【００１３】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、引き上げ軸への種結晶保持具の脱着を繰り返して
もこれら部材の連結部の欠損を招くことがなく、安全に
単結晶を引き上げることができる引き上げ軸と種結晶保
持具との連結構造を提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段及びその効果】上記目的を
達成するために、本発明に係る引き上げ軸と種結晶保持
具との連結構造は、引き上げ軸の下部に貫通孔が形成さ
れる一方、種結晶保持具の上部に直線上に位置する貫通
孔が形成され、これら貫通孔にピン体が挿入されること
により、引き上げ軸と種結晶保持具との一体化が図られ
るように構成されていることを特徴としている。

【００１５】上記引き上げ軸と種結晶保持具との連結構
造によれば、単結晶による引っ張り応力が前記種結晶保
持具に加わった場合、前記ピン体に作用する剪断応力に
より、前記引っ張り応力を受け止めることができ、従来
のように螺合面で前記引っ張り応力を受け止める場合と
相違して、ネジ溝が欠損し易いといったことがなく、前
記ピン体の強度さえ確保しておけば、連結構造を強固な
ものとすることができる。

【００１６】また、前記連結構造は、前記貫通孔に前記
ピン体を挿入することにより形成されるものであり、単
純な構造であるため、脱着を繰り返しても摩耗・欠損す
ることがなく、長期に渡り連結構造の強度を維持するこ
とができ、しかも、製作が容易で、コストを削減するこ
とができる。

【００１７】よって、大重量の単結晶を引き上げる場合
等において、引き上げ軸と種結晶保持具との脱着を繰り
返しても、安全に単結晶を引き上げることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る引き上げ軸と
種結晶保持具との連結構造（以下、単に連結構造と記
す）の実施の形態を、図面に基づいて説明する。なお、
従来例と同一の機能を有する構成部品には、同一の符号
を付してある。

【００１９】図１（ａ）は、実施の形態に係る、種結晶
３５が挿入された状態の種結晶保持具１と引き上げ軸１
４との、連結前の構造を示した模式的部分断面図であ
り、（ｂ）は、連結後の構造を示した模式的部分断面図
である。

【００２０】種結晶３５に関しては、従来の場合と同様
であり、ここではその説明を省略する。

【００２１】引き上げ軸１４は、その下端部１４Ａが本
体部１４Ｂよりも細い円柱形状となっており、下端部１
４Ａの所定箇所には、所望の直径φ₁ を有する貫通孔１
４ａが、水平方向に形成されている。

【００２２】種結晶保持具１は、下部にテーパ面１ａを
有する筒形状となっており、カーボン材やＣ／Ｃ材等を
用いて構成されている。種結晶保持具１下部の中空部１
１ａには、種結晶３５が挿入され、上部の中空部１１ｂ
には、引き上げ軸１４の下端部１４Ａが取り付けられる
ようになっている。また、上部の所定箇所には、水平方
向に、しかも直線上に位置する２つの貫通孔１ｂが形成
されている。貫通孔１ｂの直径φ₂ は、貫通孔１４ａの
直径φ₁ と同一に設定されており、貫通孔１ｂと貫通孔
１４ａとは、下端部１４Ａを中空部１１ｂに挿入した時
に、同一直線上にくるように形成されている。その他の
構成に関しては従来の場合と同様である。

【００２３】ピン体２は、例えばステンレス等により構
成されており、その直径φ₃ は貫通孔１４ａ及び貫通孔
１ｂの直径φ₁ 、φ₂ よりもやや小さく設定されてい
る。ピン体２の長さｌ₁ は、種結晶保持具１の上部直径
ｌ₂ と等しいか、もしくは直径ｌ₂ よりもやや長く設定
されている。

【００２４】このように構成された種結晶保持具１の、
引き上げ軸１４への連結は、まず種結晶保持具１の中空
部１１ａに種結晶３５を挿入した後、中空部１１ｂに引
き上げ軸１４の下端部１４Ａを挿入する。この時、下端
部１４Ａに形成された貫通孔１４ａと、種結晶保持具１
に形成された貫通孔１ｂとが同一直線上になるように、
双方を位置合わせする。この後、ピン体２の一端２ａ_-1
を、貫通孔１ｂの一端１ｂ_-1から挿入し、貫通孔１４ａ
を通過させて、貫通孔１ｂの他端１ｂ_-2近傍へ位置させ
る。この時ピン体２の他端２ａ_-2は、貫通孔１ｂの一端
１ｂ_-1近傍に位置する（図１（ｂ））。

【００２５】上記した連結構造によれば、引き上げ軸１
４と種結晶保持具１との一体化は、貫通孔１４ａと貫通
孔１ｂとが同一直線上にくるように位置合わせした後、
これら貫通孔１４ａ、１ｂにピン体２を挿入することに
より、容易に行うことができる。また、引き上げ軸１４
から種結晶保持具１を分離させる場合には、ピン体２を
抜き取ることにより、容易に分離させることができる。

【００２６】また、上記した連結構造によれば、単結晶
３６による引っ張り応力が種結晶保持具１に加わった場
合、ピン体２に作用する剪断応力により前記引っ張り応
力を受け止めることができ、従来のように、螺合面で前
記引っ張り応力を受け止める場合と相違して、ネジ溝１
０ｂが欠損し易いといったことがなく、ピン体２の強度
さえ確保しておけば、連結構造を強固なものとすること
ができる。

【００２７】また、前記連結構造は、貫通孔１ｂにピン
体２を挿入することにより形成されるものであり、単純
な構造であるため、脱着を繰り返しても摩耗・欠損する
ことがなく、長期に渡り連結構造の強度を維持すること
ができ、しかも製作が容易でコストを削減することがで
きる。

【００２８】よって、大重量の単結晶３６を引き上げる
場合等において、引き上げ軸１４と種結晶保持具１との
脱着を繰り返しても、安全に単結晶を引き上げることが
できる。

【００２９】

【実施例及び比較例】以下、実施例及び比較例に係る連
結構造の引っ張り強度を調べるため、約３００ｋｇの荷
重で５分間の引っ張り試験を行い、破断あるいは欠損の
発生状況について調べた結果を説明する。

【００３０】実施例、比較例共に２０個の試料に対し
て、前記試験を１５回ずつ行い、各試験毎に引き上げ軸
と種結晶保持具との脱着を繰り返した。

【００３１】実施例では、図１に示した連結構造を、比
較例では、図３に示した連結構造をそれぞれ作製した。
各作製条件を下記の表１に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】また、引っ張り試験を行った結果を下記の
表２に示す。

【００３４】

【表２】

【００３５】表２から明らかなように、実施例に係る連
結構造によれば、２０個の試料全てにおいて、引っ張り
試験を１５回繰り返しても連結部が破断、欠損すること
はなかった。

【００３６】これに対して比較例に係る連結構造によれ
ば、２０個中５個の試料においては、５回めの引っ張り
試験以前に連結部に欠損が生じ、２０個中１２個の試料
においては、６〜１０回めの引っ張り試験で連結部に欠
損が生じ、２０個中３個の試料においては、１１〜１５
回めの引っ張り試験で連結部に欠損が生じた。

【図面の簡単な説明】

【図１】種結晶が挿入された状態の、実施の形態に係る
連結構造を示した、模式的部分断面図である。

【図２】ＣＺ法で使用される、単結晶引き上げ装置の要
部を示した、模式的断面図である。

【図３】種結晶が挿入された状態の、従来の連結構造を
示した、模式的部分断面図である。

【符号の説明】

１、１０ 種結晶保持具 １ｂ 貫通孔 １４、３４ 引き上げ軸 １４Ａ、３４Ａ 引き上げ軸の下部 １４ａ 貫通孔 ２ ピン体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 引き上げ軸の下部に貫通孔が形成される
   一方、種結晶保持具の上部に直線上に位置する貫通孔が
   形成され、これら貫通孔にピン体が挿入されることによ
   り、引き上げ軸と種結晶保持具との一体化が図られるよ
   うに構成されていることを特徴とする引き上げ軸と種結
   晶保持具との連結構造。