JPH10310491A - 単結晶の取り出し装置および取り出し方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】単結晶の長尺化に際して、引上げ装置の改造を
必要とせず、安全作業上も支障を生ずることがない。 【解決手段】(1)単結晶を昇降させる装置７と、前記プ
ルチャンバーを昇降および旋回させる装置６と、引上げ
装置を設置する固定床10と、その固定床の上方であって
プルチャンバーの旋回位置に開口部12を設けた作業架台
11と、この作業架台上で前記単結晶を運搬する手段とを
備え、プルチャンバー４によって作業架台11に設けられ
た開口部12を通して保持された単結晶を冷却することを
特徴とする単結晶の取り出し装置である。 (2)引上げ装置の上部に配設されたプルチャンバー４に
単結晶を収容してのち、作業架台11に設けられた開口部
12に単結晶が対向するようにプルチャンバー４を旋回お
よび下降させ、次いで単結晶を開口部12を通して下降さ
せて単結晶を作業架台下に保持する状態で冷却し、冷却
後に単結晶を搬出することを特徴とする単結晶の取り出
し方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チョクラルスキー
法（以下、単に「ＣＺ法」という）によって成長された
単結晶を引上げ装置から取り出す装置および取り出し方
法に関し、さらに詳しくは、単結晶の長尺化に際して
も、引上げ装置の改造を必要とせず、安全作業上も支障
を生ずることがない単結晶の取り出す装置および取り出
し方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シリコン単結晶の製造に関して種々の方
法があるが、なかでも工業的に量産が可能で広く応用さ
れている製造方法としてＣＺ法がある。この方法による
単結晶の製造は、坩堝内に収容された結晶原料の溶融液
の表面に種結晶を接触させ、坩堝を回転させるととも
に、この種結晶を反対方向に回転させながら引上げるこ
とによって、種結晶の下端に溶融液が凝固した単結晶を
育成していく。この方法は、引上げ装置内に密閉され、
減圧下のアルゴン雰囲気中で行われるため、単結晶の引
上げ終了とともに引上げ装置は開放され、単結晶が取り
出される。

【０００３】従来から、単結晶の取り出しに際し、作業
の安全性を確保するため機械的手段を用いて引上げ装置
から取り出す方法が提案されている（例えば、特公昭60
-41038号公報参照）。提案された方法では、引上げられ
た単結晶を旋回させる手段と単結晶の運搬台車が有効に
使用される。

【０００４】図３は、提案された単結晶の取り出し方法
とこの方法が適用される装置構成を説明する図である。
図から明らかなように、固定床10上に引上げ装置のメイ
ンチャンバー３と運搬台車21が配置されており、引上げ
られた単結晶１が旋回装置６によって旋回され、引上げ
装置から運搬台車21まで直接取り出すことができる。

【０００５】具体的には、引上げ装置のメインチャンバ
ー３内で成長した単結晶１は、引上げ終了とともに坩堝
２に残留する溶液から切り離されて、プルチャンバー４
内に上昇して収容される。そののち、旋回装置６が駆動
して、プルチャンバー４は引上げ装置の位置から旋回し
て、所定の取り出し位置まで移動する。一方、この取り
出し位置には予め単結晶の運搬台車21を配置させてお
り、プルチャンバー４の旋回移動によって単結晶１の下
端と運搬台車21とが合致する。次いで、プルチャンバー
４から単結晶１を降下させ、単結晶を運搬台車21に挿入
することによって、引上げ装置から単結晶１を取り出
す。上述の通り、提案された取り出し方法では、引上げ
装置から単結晶を取り出す際に機械化が図れ、危険作業
が回避できる。

【０００６】ところで、近年において半導体製造の効率
化の要請が強く、生産能率および歩留まり向上の観点か
ら、単結晶の大径化とともに長尺化の傾向が顕著にな
る。このため、引上げられる単結晶の重量が200Kgを超
え、引上げ長さが２ｍを超える場合も想定される。この
ように単結晶が長尺化すると、前記図３で提案された取
り出し方法では、取り出すことができる単結晶の長さが
メインチャンバー３の高さに限定されて、取り出しが行
えない事態も発生する。すなわち、プルチャンバー４に
収容された単結晶１を下降させようとしても、その下降
ストロークはメインチャンバー３の高さ、すなわち、固
定床10からメインチャンバー３の上端までの高さに限定
されるから、プルチャンバー４内の単結晶１がメインチ
ャンバー３内の高さより長尺である場合には、単結晶を
取り出せないことになる。

【０００７】例えば、引上げ長さが２ｍの単結晶を取り
出そうとすると、プルチャンバーの高さは、単結晶シー
ドの切断作業でのスペース確保を勘案して2.2ｍ程度が
必要になる。しかし、通常の引上げ装置の設計におい
て、メインチャンバーの高さはそれほど確保されておら
ず、１〜1.4ｍ程度に留まっている。このため、前記提
案のあった単結晶の取り出し装置および取り出し方法で
は、引上げられる単結晶の長尺化にともなって、その作
業が困難になる。

【０００８】上記の問題を解決するには、プルチャンバ
ーの上昇ストロークを確保するためにプルチャンバー高
さを高めるか、または設計思想を切り換えてメインチャ
ンバーの高さを確保する等の手段を選択することができ
る。確かに、いずれの手段を採用しても、長尺化した単
結晶の上昇・下降ストロークを確保することができる
が、引上げ装置全体の高さを嵩上げすることになって、
装置全体を収容するクリーンルームの容量を大幅に増大
させることが必要になる。クリーンルームの容量増加
は、設備費のみでなく、空調費用も含めたランニングコ
スト増加の要因となる。したがって、単結晶の上昇・下
降ストロークを確保するため、引上げ装置の高さを高め
ることは、製造コストの増大に結びつくことから有効な
対策とはならない。

【０００９】さらに作業安全上の問題もある。前記方法
で提案された取り出し方法では、プルチャンバー内に収
容されている単結晶は高温ままの状態であり、プルチャ
ンバーから単結晶を引き下げてそのまま運搬台車に挿入
すると、高温の単結晶と常温の運搬台車が接触すること
で、単結晶の表面にサーマルショックを生じて割れが発
生することがある。このようなサーマルショックを防止
するには、運搬台車に挿入する際に単結晶を十分に冷却
する必要がある。そのため、提案された方法で単結晶を
取り出そうとすると、プルチャンバーに収容された単結
晶を、プルチャンバーの外に降下させ、大気中で一定温
度になるまで放冷しなければならない。しかし、作業者
が実際に作業を行う作業領域で長時間にわたり高温の単
結晶を自然冷却することは、作業環境の悪化要因となる
だけでなく、災害発生の原因ともなっていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の単結晶取り出し方法での問題点を勘案し、単結晶の長
尺化に対して引上げ装置等の大型化を必要とせず、比較
的低廉な製造コストで対応でき、しかも作業の安全性に
優れた単結晶の取り出し装置および取り出し方法を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、図２に
示すように、下記(1)の単結晶の取り出し装置および(2)
の単結晶の取り出し方法にある。

【００１２】(1)チョクラルスキー法によって成長され
た単結晶１をメインチャンバー３およびプルチャンバー
４から構成される引上げ装置から取り出す装置であっ
て、前記単結晶を昇降させる装置７と、前記プルチャン
バーを昇降および旋回させる装置６と、引上げ装置を設
置する固定床10と、その固定床の上方であってプルチャ
ンバーの旋回位置に開口部12を設けた作業架台11と、こ
の作業架台上で前記単結晶を運搬する手段とを備え、プ
ルチャンバー４によって作業架台11に設けられた開口部
12を通して保持された単結晶を冷却することを特徴とす
る単結晶の取り出し装置である。

【００１３】上記の取り出し装置において、単結晶を運
搬する手段を単結晶を保持および運搬する台車22と、こ
の台車を昇降および移動するフォークリフト23とから構
成するのが望ましい。

【００１４】(2)チョクラルスキー法によって成長され
た単結晶１を引上げ装置から取り出す方法であって、前
記引上げ装置の上部に配設されたプルチャンバー４に単
結晶を収容してのち、作業架台11に設けられた開口部12
に単結晶が対向するようにプルチャンバー４を旋回およ
び下降させ、次いで単結晶を作業架台11に設けられた開
口部12を通して下降させて単結晶を作業架台下に保持す
る状態で冷却し、冷却後に単結晶を搬出することを特徴
とする単結晶の取り出し方法である。

【００１５】上記の取り出し方法において、冷却後に単
結晶を搬出するに際し、冷却された単結晶１を台車22で
把持し、この台車を昇降させ、移動させるようにするの
が望ましい。

【００１６】

【発明の実施の態様】本発明の単結晶の取り出し装置
は、固定床に設置される引上げ装置に付帯するものとし
て単結晶を昇降させる装置とプルチャンバーを昇降およ
び旋回させる装置を設ける他に、その固定床の上方であ
ってプルチャンバーの旋回位置に開口部を設けた作業架
台と、この作業架台上で前記単結晶を運搬する手段とを
備え、プルチャンバーによって作業架台に設けられた開
口部を通して保持された単結晶を冷却することを主な特
徴としている。

【００１７】本発明の単結晶取り出し方法は、上記の装
置を前提とするものであり、引上げの終了にともなっ
て、引上げ装置の上部に配設されたプルチャンバーに単
結晶を収容してのち、作業架台に設けられた開口部に単
結晶が対向するようにプルチャンバーを旋回、下降さ
せ、次いで単結晶を下降させ作業架台に設けられた開口
部を通して保持する状態で単結晶を冷却させ、冷却後に
単結晶を搬出する方法である。

【００１８】本発明においては、上記の構成を採用する
ものであるから、引上げられる単結晶が長尺になれば、
作業架台に設けられた開口部に単結晶を挿通することに
よって、プルチャンバーの昇降ストロークを稼ぐ必要が
なくなる。このため、単結晶の長尺化に対応して、プル
チャンバーのストロークおよびメインチャンバーの高さ
の改造を要しない。さらに高温の単結晶を自然冷却する
に際して、単結晶は固定床の上方に保持されるようにな
るので、単結晶の大半は作業架台の下方に位置すること
になり、作業架台上で作業する作業者は単結晶と接触す
る恐れがなくなる。このため、安全作業の確保も図れ
る。

【００１９】さらに、本発明においては、単結晶を運搬
する手段として、単結晶を保持および運搬する台車とこ
の台車を昇降および移動するフォークリフトとを設け
て、冷却後に単結晶を搬出する際に、冷却された単結晶
を台車で把持し、この台車を昇降させ、移動させるよう
にするのが望ましい。これは、装置構成が簡単である上
に、取り出し後の単結晶の傾転、運搬、計量および移載
等が簡易に行えるからである。

【００２０】以下、実施例を挙げて本発明の効果を具体
的に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例にすぎ
ず、本発明の技術的範囲を何ら限定するものでない。

【００２１】

【実施例】図１および図２は本発明の具体的な構成例を
示す図であり、各図において共通する部材は同じ符号を
用いる。

【００２２】図１は本発明の単結晶の取り出し装置の全
体構成の一例を説明する図であり、単結晶を作業架台に
設けられた開口部を通して保持し冷却している状態を示
している。同図に示すように、引上げ装置はメインチャ
ンバー３とプルチャンバー４とで構成される。引上げ装
置の下部を構成するメインチャンバー３の内部で単結晶
が育成され、その中心部には結晶原料の溶融液を収容す
る坩堝が配置される。メインチャンバー３は、下部に制
御装置８を設けて固定床10上に配置される。メインチャ
ンバー３の下部に設けられる制御装置８には、坩堝１の
回転昇降駆動装置、坩堝内の溶融液を加熱するヒータ電
源装置、さらに後述するプルチャンバー用昇降旋回装置
６の駆動装置などが配置されている。

【００２３】メインチャンバー３の上方にはプルチャン
バー４が配置され（図では一点鎖線で表示）、プルチャ
ンバー用昇降旋回装置６によって上昇・下降および旋回
動作が可能となる。メインチャンバー３とプルチャンバ
ー４の間には、密閉性を確保するためのアイソレーショ
ンバルブ５が設けられている。プルチャンバー４の上部
には単結晶を昇降させる装置７が設けられ、引上げワイ
ヤー等を介して単結晶１を昇降させるとともに、単結晶
１の回転駆動も行う。単結晶の引上げ終了後、単結晶１
は上昇してプルチャンバー４内に収容され、その後、図
に示すように、作業架台11に設けられた開口部12に単結
晶が対向する位置まで、プルチャンバー４は旋回され
る。

【００２４】作業者の作業領域となる作業架台11は固定
床10の上方に設けられ、ハニカム構造またはパンチング
メタル等のクリーンルーム内のエヤー流れを妨げない材
料で構成される。単結晶１の冷却は、プルチャンバーに
よって作業架台11に設けられた開口部12を通して保持さ
れた状態で行われる。通常、作業架台11に設けられる開
口部12には蓋が設置されており、開口部12が使用されな
い場合には、蓋が閉じられている。

【００２５】図２は、本発明の単結晶の取り出し装置の
全体構成の他の例を説明する図である。この例では、台
車22およびフォークリフト23が設けられている。この台
車22によって単結晶１の保持および運搬が行われ、この
フォークリフト23によって単結晶を保持した台車22の昇
降および移動が行われる。このように台車およびフォー
クリフトを設ける理由は、前述の通り、装置構成が簡単
である上に、取り出し後の単結晶の移載等が簡易に行え
るからである。

【００２６】図２では、冷却された単結晶を運搬する手
段として、台車22およびフォークリフト23を設けた場合
の構成を示している。本発明においては、これらの手段
には限定されず、例えば、上記の台車自体に昇降機能を
持たせたものでもよく、また、固定床に単結晶をリフト
アップする昇降装置を配設してもよい。

【００２７】次に、図２に示す装置によって単結晶を引
き出す際の具体的な動作を、例えば、外径８インチ、長
さ２ｍの単結晶を想定して説明する。

【００２８】メインチャンバー３内で引上げられた単結
晶１は、プルチャンバーの上部に設けた昇降装置７によ
って上昇され、プルチャンバー４内に収容される。この
とき、単結晶の保持は、昇降装置７から垂下するワイヤ
ーにより保持される。その後、メインチャンバー３の密
閉性を確保するため、アイソレーションバルブ５を閉じ
たのち、プルチャンバー４をプルチャンバー用昇降旋回
装置６によって旋回させるとともに下降させて、所定の
単結晶取り出し位置まで移動する。

【００２９】作業架台11上の単結晶取り出し位置には、
成長した単結晶の通過が可能な開口部12が設けられてい
る。上記寸法の単結晶を取り出す場合を想定すると、開
口部12の寸法は0.4ｍ×0.4ｍで、作業架台11の固定床10
からの高さは1.5ｍとするのが望ましい。

【００３０】プルチャンバー４を旋回させたのち、作業
架台11に設けられた開口部12に単結晶１が対向する位置
までプルチャンバー４を下降させて、作業架台11の直上
に位置させる。次いで、プルチャンバー４内に収容され
た単結晶１を、開口部12を通して、先端部が固定床10に
達するほどに降下させる。この状態で単結晶１を自然冷
却する。このとき、単結晶１の上部長さ0.5ｍ程度がプ
ルチャンバー４内に残留することになるが（図１参
照）、冷却時間には問題を生じない。

【００３１】単結晶が十分に冷却されたのち、プルチャ
ンバー４を上昇させて台車22を単結晶１に固定させる。
その後、単結晶のネック部を切断し、プルチャンバー４
を旋回させてメインチャンバー３の上方に戻し、次回の
単結晶引上げ作業の準備に移行する。一方、台車22は開
口部12を通して昇降できるように、フォークリフト23に
よって保持される。そして単結晶１を保持した台車22を
フォークリフト23によって上昇させて、単結晶１を作業
架台11上に取り出す。

【００３２】以上説明したように、本発明の単結晶取り
出し装置および取り出し方法では、プルチャンバーの下
端と作業架台との間に十分な間隔が確保されない場合で
あっても、長尺化された単結晶を取り出すことが可能で
あり、引上げ装置およびクリーンルームを新たに大型化
する必要がない。また、単結晶のサーマルショックを防
止するため放冷するに当たって、単結晶は固定床および
作業架台の間で確実に冷却することができ、作業者の接
触によるトラブルを解消することができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明の単結晶取り出し装置および取り
出し方法によれば、引上げ装置およびクリーンルームの
大型化を図ることなく長尺化した単結晶を取り出すこと
ができ、シリコン単結晶の製造コストの低減が図れる。
しかも、作業者と放冷中の単結晶との接触を回避できる
ので、作業の安全性も確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の単結晶の取り出し装置の全体構成の一
例を説明する図である。

【図２】本発明の単結晶の取り出し装置の全体構成の他
の例を説明する図である。

【図３】従来の単結晶取り出し方法とこの方法が適用さ
れる装置構成を説明する図である。

【符号の説明】

１：単結晶、 ２：坩堝 ３：メインチャンバー、 ４：プルチャンバー ５：アイソレーションバルブ ６：プルチャンバー用昇降旋回装置 ７：単結晶昇降装置、 ８：制御装置 10：固定床、 11：作業架台 12：開口部 21、22：台車、 23：フォークリフト

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チョクラルスキー法によって成長された単
   結晶をメインチャンバーおよびプルチャンバーから構成
   される引上げ装置から取り出す装置であって、前記単結
   晶を昇降させる装置と、前記プルチャンバーを昇降およ
   び旋回させる装置と、引上げ装置を設置する固定床と、
   その固定床の上方であってプルチャンバーの旋回位置に
   開口部を設けた作業架台と、この作業架台上で前記単結
   晶を運搬する手段とを備え、プルチャンバーによって作
   業架台に設けられた開口部を通して保持された単結晶を
   冷却することを特徴とする単結晶の取り出し装置。
2. 【請求項２】上記単結晶を運搬する手段が、単結晶を保
   持および運搬する台車と、この台車を昇降および移動す
   るフォークリフトとから構成されることを特徴とする請
   求項１記載の単結晶の取り出し装置。
3. 【請求項３】チョクラルスキー法によって成長された単
   結晶を引上げ装置から取り出す方法であって、前記引上
   げ装置の上部に配設されたプルチャンバーに単結晶を収
   容してのち、作業架台に設けられた開口部に単結晶が対
   向するようにプルチャンバーを旋回および下降させ、次
   いで単結晶を作業架台に設けられた開口部を通して下降
   させて単結晶を作業架台下に保持する状態で冷却し、冷
   却後に単結晶を搬出することを特徴とする単結晶の取り
   出し方法。
4. 【請求項４】冷却後に単結晶を搬出するに際し、冷却さ
   れた単結晶を台車で把持し、この台車を昇降させ、移動
   させることを特徴と請求項３記載の単結晶の取り出し方
   法。