JPH11217293A - 単結晶製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単結晶に形成したくびれ部を保持する保持具
が高温に曝されず、保持具の爪閉じ動作による振動によ
り育成中の単結晶が有転位化するおそれがなく、必要に
応じて閉じた爪を開くことができるようにする。 【解決手段】 単結晶保持具（１０）は、保持具本体
（１３）を昇降させる複数本の第１ワイヤユニット（１
７）と、保持具本体（１３）に揺動自在に取着した複数
の爪（１６）を開閉させる複数本の第２ワイヤユニット
（１８）とを有し、第２ワイヤユニット（１８）は単結
晶保持具（１０）によってくびれ部（９ｂ）を保持した
後、結晶引上軸として機能させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＺ法による半導
体単結晶の製造に用いられ、特に大重量の単結晶の引き
上げに好適な単結晶製造装置に関する。

【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、シードホルダに取り付
けた種結晶を融液に浸漬し、シードホルダおよび石英る
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
ドホルダ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、無転位化が確認された後、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、安全な単結晶
育成ができない。この対策として、単結晶育成中にその
荷重をネック部から保持具へ移し換える装置や方法が提
案されている。このような装置、方法によれば単結晶重
量の大部分を保持具で支えるため、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具により単結
晶の落下を防止することができる。

【０００５】上記単結晶保持具を用いる各種の単結晶引
上装置のうち、特公平７−１０３０００で開示された結
晶引上装置は、複数の把持レバーをそれぞれワイヤで吊
り下げ、ワイヤの昇降により把持レバーを開閉して単結
晶のくびれ部を保持する構造になっている。また、把持
レバーが閉じるにつれてスライドリングが自重により下
降し、把持レバーの開きを阻止している。一方、特開平
５−２７０９７５で開示された単結晶引上装置は、シー
ドホルダの上方に設けた昇降用リングが上フックを押し
上げると、これに連動して下フックが閉じて単結晶を保
持する構造になっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記単
結晶引上装置には、それぞれ次のような問題点がある。 （１）特公平７−１０３０００による結晶引上装置は、
シードホルダが保持具の位置決め機能を兼ねているた
め、保持具は炉内における位置を任意に選択することが
できず、シードホルダに追従して昇降せざるを得ない。
従って、種結晶を融液に浸漬する際に把持レバーの下端
が融液に近接し、高温に曝されるため、把持レバーやス
ライドリングの焼き付きによる作動不良を起こしたり、
育成中の単結晶を汚染させるおそれがある。また、シー
ドホルダの下端からくびれ部までの寸法が目標値を逸脱
すると、所定の保持動作を行うことができない。更に、
保持動作を開始するとスライドリングが下降するため、
炉内で再度把持レバーを開くことができなくなる。従っ
て、育成中に単結晶が有転位化した場合に、単結晶を保
持具から外して再溶解することができず、炉外に取り出
す以外に対処方法がない。 （２）特開平５−２７０９７５による単結晶引上装置
は、下フックを閉じる動作をばねの張力に依存してい
る。このため、昇降用リングが上フックを押し上げると
下フックが最終位置まで瞬時に移動してしまい、このと
きに発生する振動により育成中の単結晶が有転位化する
おそれがある。また、特公平７−１０３０００による結
晶引上装置と同様に、保持位置に移動した下フックを炉
内で開くことができない。

【０００７】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、単結晶に形成したくびれ部を保持する保持
具が高温に曝されず、保持具の爪閉じ動作による振動に
より育成中の単結晶が有転位化するおそれがなく、必要
に応じて閉じた爪を開くことが可能な単結晶保持具を備
えた単結晶製造装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る単結晶製造装置は、単結晶に形成した
くびれ部を保持しつつ単結晶を引き上げる単結晶保持具
を備えた単結晶製造装置において、単結晶保持具の保持
具本体を昇降させる複数本の第１ワイヤユニットと、保
持具本体に揺動自在に取着した複数の爪を開閉させる複
数本の第２ワイヤユニットとを有し、第２ワイヤユニッ
トは単結晶保持具によってくびれ部を保持した後、結晶
引上軸として機能することを特徴とする。上記構成によ
れば、単結晶に形成したくびれ部を保持する単結晶保持
具の保持具本体は複数本の第１ワイヤユニットによって
昇降するので、単結晶保持具をシードホルダの昇降にか
かわらず独立に昇降させることが可能である。従って、
単結晶にくびれ部を形成し、更に直胴部が所定の長さに
成長するまでの間は、単結晶保持具を融液面から離れた
高い位置に待機させておくことができる。また、複数本
の第２ワイヤユニットを操作すれば、任意の時期に単結
晶保持具の爪を開閉することができ、くびれ部への爪の
係合は自在である。単結晶保持具によってくびれ部を保
持した後は第２ワイヤユニットを所定の速度で巻き取る
ことにより、単結晶の育成が継続される。

【０００９】

【発明の実施の形態および実施例】次に、本発明に係る
単結晶製造装置の実施例について図面を参照して説明す
る。図１は、本発明の第１実施例による単結晶製造装置
を模式的に示す断面図である。この単結晶製造装置は図
示しないプルチャンバの上方に真空容器１を備え、真空
容器１内には結晶引上ワイヤ巻取装置２と、単結晶保持
具１０を昇降させる複数のワイヤ巻取装置１１及びワイ
ヤ巻取装置１２とが設置されている。結晶引上ワイヤ巻
取装置２から炉体中心に垂下する結晶引上ワイヤ３の下
端には種結晶４を取着したシードホルダ５が繋着され、
融液６を貯留するるつぼ７は図示しないメインチャンバ
内に回転ならびに昇降可能に設置されている。

【００１０】単結晶保持具１０は、リング状の板からな
る保持具本体１３と、保持具本体１３の下面から突出す
る複数の支持部材１４に一端を回動自在に取着された複
数のリンク１５と、各リンク１５の他端に揺動自在に取
着された爪１６とを備えている。爪１６は、揺動中心に
対して内側部分すなわち炉体中心側の部分よりも外側部
分が重くなるように製作されている。また、保持具本体
１３はワイヤ巻取装置１１から垂下する複数の第１ワイ
ヤユニット１７によって釣支され、爪１６の外側部分上
面にはワイヤ巻取装置１２から垂下する複数の第２ワイ
ヤユニット１８の下端が繋着されている。

【００１１】第１実施例の単結晶保持具１０の動作は下
記の通りである。通常の単結晶引き上げと同様に結晶引
き上げワイヤ３を巻き戻し、シードホルダ５に装着した
種結晶４を融液６に浸漬してなじませた後、結晶引き上
げワイヤ３を巻き取ることによりネック部８が形成され
る。更に、単結晶９の拡径部９ａとくびれ部９ｂとを形
成した後、肩部９ｃ及び直胴部９ｄの形成に移行する。
この間、単結晶保持具１０は第１ワイヤユニット１７に
よってメインチャンバの上部に釣支され、結晶引き上げ
ワイヤ３と同一の回転速度で同じ方向に回転している。
第２ワイヤユニット１８は弛められているため、図１に
示すように爪１６の外側部分が下がり、内側部分が開い
た状態を保っている。従って、拡径部９ａは爪１６の内
側先端に触れることなく通過することができる。

【００１２】育成中の単結晶９があらかじめ設定した長
さに育成されると、ワイヤ巻取装置１１及びワイヤ巻取
装置１２が駆動して第１ワイヤユニット１７及び第２ワ
イヤユニット１８が巻き戻され、単結晶保持具１０が下
降する。爪１６の内側先端が拡径部９ａを通過した後、
ワイヤ巻取装置１１の駆動が停止され、ワイヤ巻取装置
１２が巻き取り側に駆動されて第２ワイヤユニット１８
が巻き取られる。これにより爪１６の外側端部が引き上
げら、リンク１５の他端すなわち爪１６との連結部が上
方に向かって変位するため、図２に示すように爪１６の
内側先端が炉体中心方向に押し出され、爪を閉じた状態
となる。爪１６は、外側部分の上面が支持部材１４の下
面に当接した位置で固定され、更に第２ワイヤユニット
１８が巻き取られると、単結晶保持具１０全体が上昇す
る。第１ワイヤユニット１７及び第２ワイヤユニット１
８は結晶引き上げワイヤ３より速い速度で巻き取られ、
閉じた爪１６の内側先端が拡径部９ａの下側円錐面に当
接して単結晶９を保持する。単結晶保持具１０で単結晶
９を保持した後、第１ワイヤユニット１７及び第２ワイ
ヤユニット１８は結晶引き上げワイヤ３と同じ上昇速度
で巻き取られる。

【００１３】単結晶保持具１０によって単結晶９を保持
した後、単結晶９の重量の大部分を第２ワイヤユニット
１８によって保持し、一部を結晶引上ワイヤ３によって
保持しつつ単結晶９の育成を継続する。前記両者の荷重
負担割合は任意に定めるものとする。

【００１４】図３は、本発明の第２実施例による単結晶
製造装置における単結晶保持具を説明する模式図で、中
心線の左側は爪を開いた状態を示し、右側は爪を閉じて
単結晶を保持した状態を示している。この単結晶保持具
２０は、リング状の板からなる保持具本体２１と、保持
具本体２１の下面から突出する複数の支持部材２２及び
ストッパ２３と、支持部材２２に揺動自在に取着された
複数の爪２４とを備えている。保持具本体２１は第１実
施例の場合と同様に、真空容器１内に設置された複数の
ワイヤ巻取装置（図示せず）から垂下する第１ワイヤユ
ニット１７によって釣支されている。また、複数のワイ
ヤ巻取装置から垂下する第２ワイヤユニット１８の下端
は、爪２４の揺動中心と先端との中間部上面に繋着され
ている。

【００１５】次に、第２実施例の単結晶保持具２０の動
作について説明する。第１実施例の場合と同様に、ネッ
ク部８に続いて拡径部９ａ、くびれ部９ｂ、肩部９ｃ及
び直胴部９ｄの一部が形成される。単結晶保持具２０は
第１ワイヤユニット１７によってメインチャンバの上部
に釣支され、結晶引き上げワイヤ３と同一の回転速度で
同じ方向に回転している。第２ワイヤユニット１８は弛
められているため、爪２４の先端は下向きとなり、拡径
部９ａが通過したときこれに接触しない。

【００１６】育成中の単結晶９があらかじめ設定した長
さに育成されると、第１ワイヤユニット１７及び第２ワ
イヤユニット１８が巻き戻され、単結晶保持具２０が下
降する。爪２４の先端が拡径部９ａを通過した後、第１
ワイヤユニット１７及び第２ワイヤユニット１８の巻き
戻しが停止され、第２ワイヤユニット１８が巻き取られ
る。これにより爪２４の先端が内側に引き上げられ、爪
２４の側面がストッパ２３に当接した後は単結晶保持具
２０全体が上昇する。これにより、閉じた爪２４の先端
は拡径部９ａの下側円錐面に当接して単結晶９を保持す
る。その後、第１ワイヤユニット１７及び第２ワイヤユ
ニット１８は結晶引き上げワイヤ３と同じ速度で巻き取
られるため、単結晶保持具２０によって単結晶９が引き
上げられる。単結晶９の重量の大部分は単結晶保持具２
０によって保持される。

【００１７】上記第１実施例及び第２実施例において、
結晶引上ワイヤ巻取装置２、ワイヤ巻取装置１２を荷重
センサの上に載置し、荷重検出値に基づいて結晶引上ワ
イヤ巻取装置２、ワイヤ巻取装置１２の駆動トルクを制
御すれば、結晶引き上げワイヤ３と単結晶保持具１０
（または単結晶保持具２０）との荷重配分を所望の比率
に制御することができる。

【００１８】上記第１実施例及び第２実施例ではワイヤ
方式の単結晶製造装置について説明したが、本発明はシ
ャフト方式の単結晶製造装置に対しても適用可能であ
る。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
の効果が得られる。 （１）単結晶保持具を炉内の任意の位置に自在に移動可
能としたので、育成中の単結晶の温度や重量を考慮した
最適の保持タイミングを選択することができるととも
に、保持具が高温に曝されることがない。 （２）単結晶保持具の爪閉じ動作と単結晶保持後の引上
げ動作とを同一の昇降機構によって行うようにし、専用
のワイヤ巻取装置を設置したので、これらの一連の動作
を確実に遂行することができる。また、爪閉じ動作によ
る振動が発生せず、育成中の単結晶が有転位化するおそ
れがない。 （３）単結晶保持具により単結晶を保持した後において
も、閉じた爪を開くことが可能であるから、単結晶保持
具で保持した単結晶が有転位化した場合はこれをるつぼ
内に戻し、爪を開いて再溶解することが容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による単結晶製造装置の模
式的断面図で、単結晶保持具の爪が開いた状態を示す。

【図２】図１の単結晶保持具で単結晶を保持した状態を
示す模式図である。

【図３】第２実施例の単結晶保持具で、爪の開閉状態を
示す模式図である。

【符号の説明】

１ 真空容器 ２ 結晶引上ワイヤ巻取装置 ３ 結晶引上ワイヤ ９ 単結晶 ９ａ 拡径部 ９ｂ くびれ部 １０，２０ 単結晶保持具 １１，１２ ワイヤ巻取装置 １３，２１ 保持具本体 １５ リンク １６，２４ 爪 １７ 第１ワイヤユニット １８ 第２ワイヤユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨岡 純輔 神奈川県平塚市四之宮2612 コマツ電子金 属株式会社内 (72)発明者 小林 正和 神奈川県平塚市四之宮2612 コマツ電子金 属株式会社内 (72)発明者 義本 明広 石川県小松市符津町ツ23 コマツ工機株式 会社内 (72)発明者 大司 成俊 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 (72)発明者 三村 和弘 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 (72)発明者 門田 浩 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 (72)発明者 吉灘 裕 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 (72)発明者 岡村 健治 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単結晶(9) に形成したくびれ部(9b)を保
   持しつつ単結晶(9)を引き上げる単結晶保持具(10)を備
   えた単結晶製造装置において、 単結晶保持具(10)の保持具本体(13)を昇降させる複数本
   の第１ワイヤユニット(17)と、保持具本体(13)に揺動自
   在に取着した複数の爪(16)を開閉させる複数本の第２ワ
   イヤユニット(18)とを有し、第２ワイヤユニット(18)は
   単結晶保持具(10)によってくびれ部(9b)を保持した後、
   結晶引上軸として機能することを特徴とする単結晶製造
   装置。