JPH11240791A - 単結晶保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単結晶の肩部上方に形成したくびれ部を保持
して単結晶を引き上げる単結晶保持装置において、保持
手段を待機姿勢から保持姿勢に移行させる際に特別な駆
動装置が不要で、保持手段が単結晶等に接触せず、か
つ、簡素な構造とする。 【解決手段】 この単結晶保持装置は、育成中の単結晶
（９）の肩部（９ｃ）によって押し上げられるプッシュ
ロッド（１７）と、プッシュロッド（１７）の上昇に伴
って待機姿勢から保持姿勢に変化する爪（１５）とを備
えている。

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保持装置に関する。

【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装置へ移し換える引上げ装置や引
上げ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装置で支えるため、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
持装置により単結晶の落下を防止することができる。

【０００５】たとえば、特開平５−２７０９７５で開示
された単結晶引上げ装置は、単結晶の直胴部上端に形成
した凸部を保持する保持機構を、結晶引上げワイヤ巻取
装置とは別個の独立したワイヤ巻取装置によって引き上
げる構成とし、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。また、特
公平７−１０３０００で開示された結晶引上げ装置は、
単結晶のくびれ部を保持する爪を有し、ワイヤの巻き取
りまたは巻き戻しにより開閉する複数の把持レバーと、
把持レバーの開きを防止するリングとを用いて前記単結
晶を保持する構成としている。一方、特公平７−５１５
で開示された結晶引上げ装置は、シードホルダに連結さ
れた引上げ軸に沿って上下動可能な把持ホルダの下端
に、下方への回転が一定角度で停止する複数の爪を設
け、これらの爪を単結晶のくびれ部に掛止させて前記単
結晶を保持する構成である。把持ホルダを引上げ軸に沿
って下降させることにより、前記爪の先端が単結晶の拡
径部に接触しながら上方に開き、拡径部を通過すると爪
の自重で閉じ姿勢に戻るようにしている。この結晶引上
げ装置では、爪がくびれ部の上側に形成した拡径部に倣
って開閉するため、特別な爪開閉駆動装置を必要としな
い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記結
晶引上げ装置には、それぞれ次のような問題点がある。 （１）上記単結晶保持装置には、保持手段を単結晶のく
びれ部の高さまで移動し、くびれ部を保持した後引き上
げるための駆動装置と、保持爪等の保持手段を待機姿勢
すなわち開姿勢から保持姿勢すなわち閉姿勢に変化させ
るための駆動装置とが必要である。特開平５−２７０９
７５及び特公平７−１０３０００による単結晶引上げ装
置は、保持手段を昇降させるための駆動装置と、保持爪
等の保持手段を待機姿勢すなわち開姿勢から保持姿勢す
なわち閉姿勢に変えるための駆動装置とを兼用させてい
るが、両者の兼用は操作制御が複雑化して信頼性、確実
性の面から好ましくない。 （２）特公平７−５１５による結晶引上げ装置は、保持
手段を開閉する駆動装置が不要であるが、拡径部あるい
はシードホルダの表面を爪が滑りながら保持姿勢をとる
ことになる。従って、爪が拡径部あるいはシードホルダ
の表面を擦ることによる発塵の可能性が高く、育成中の
単結晶が汚染されるおそれがある。

【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、単結晶保持手段を待機姿勢から保持姿勢に
移行させる際に特別な保持手段駆動装置を必要とせず、
保持手段と単結晶等との接触による発塵がなく、かつ、
簡素な構造の単結晶保持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保持装置の第１は、単結晶の肩
部上方に形成したくびれ部を保持しつつ単結晶を引き上
げる単結晶保持装置であって、育成中の単結晶の肩部に
よって押し上げられる駆動力伝達手段と、駆動力伝達手
段の上昇に伴って待機姿勢から保持姿勢に変化するくび
れ部保持手段とを備えていることを特徴とする。上記構
成によれば、単結晶の育成に伴って上昇する肩部が駆動
力伝達手段を押し上げると、くびれ部保持手段が保持姿
勢をとる。従って、待機姿勢のくびれ部保持手段を保持
姿勢に変換させる手段として、肩部の上昇に伴って上昇
する駆動力伝達手段以外に特別な駆動機構を必要とせ
ず、単結晶が所定の高さまで成長すればくびれ部保持手
段を自動的に保持姿勢とすることができる。前記くびれ
部保持手段の姿勢変換は、単結晶保持装置を所定の高さ
に静止させた場合、単結晶のくびれ部高さまで下降させ
た場合のいずれにおいても達成可能である。

【０００９】本発明に係る単結晶保持装置の第２は、単
結晶の肩部上方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装置であって、育成中の単結晶
の肩部で押し上げられることにより、待機姿勢から保持
姿勢に変化するくびれ部保持手段を備えていることを特
徴とする。上記構成によれば、くびれ部保持手段は肩部
で押し上げられることにより、待機姿勢から保持姿勢に
変化する。従って、待機姿勢のくびれ部保持手段を保持
姿勢に変換させるための特別な駆動手段は何も必要とせ
ず、単結晶が所定の高さに引き上げられたとき、あるい
は単結晶保持装置をくびれ部高さまで下降させたとき
に、くびれ部保持手段を自動的に保持姿勢にすることが
できる。

【００１０】

【発明の実施の形態および実施例】次に、本発明に係る
単結晶保持装置の実施例について図面を参照して説明す
る。図１、図２に単結晶保持装置の第１実施例を示す。
単結晶製造装置の図示しないプルチャンバ上方に設けら
れた真空容器１内に、結晶引上げワイヤ巻取り装置２と
単結晶保持装置１０を昇降させる複数のワイヤ巻取り装
置１１とが設置されている。結晶引上げワイヤ巻取り装
置２から炉体中心に垂下する結晶引上げワイヤ３の下端
にはシードホルダ４が繋着され、複数のワイヤ巻取り装
置１１から垂下する保持装置引上げワイヤ１２の下端に
は単結晶保持装置１０の保持装置本体１３が繋着されて
いる。また、図示しないメインチャンバ内に融液５を貯
留するるつぼ６が回転ならびに昇降可能に設置され、る
つぼ６の周囲には図示しないヒータ、断熱筒が設置され
ている。

【００１１】単結晶保持装置１０は、リング状の板から
なる保持装置本体１３と、保持装置本体１３の下側に設
置された複数の軸１４の回りに垂直面内で回動するくび
れ部保持手段、すなわち爪１５と、保持装置本体１３の
下側に設置された複数の円筒状のガイド１６と、駆動力
伝達手段としてガイド１６内を上下方向に摺動可能なプ
ッシュロッド１７とを備えている。前記軸１４の端部に
は、軸心と直角方向に突出するピン１８が固着されてい
る。

【００１２】上記構成の単結晶保持装置１０の動作につ
いて、図１、図２を参照して説明する。通常の単結晶引
き上げと同様に結晶引上げワイヤ３を巻き戻し、シード
ホルダ４に装着した種結晶７を融液５に浸漬してなじま
せた後、結晶引上げワイヤ３を巻き取りながらネック部
８を形成する。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、単結晶保持装置１０は保持装置引上
げワイヤ１２によって結晶引上げワイヤ３と同一の回転
速度で同じ方向に回転しながら、メインチャンバ内の上
部に吊り下げられて待機している。このとき、爪１５の
先端は上方を指し、下限位置にあるプッシュロッド１７
の上端にピン１８が当接して安定した姿勢を保ってい
る。従って、シードホルダ４や拡径部９ａは爪１５の内
側部分先端に触れることなく通過することができる。

【００１３】単結晶９の育成が進み、拡径部９ａが爪１
５の先端位置を通過した後、プッシュロッド１７の下端
が肩部９ｃに当接する。待機中の単結晶保持装置１０
を、プッシュロッド１７の下端が肩部９ｃに近接する高
さまで下降させた後、肩部９ｃをプッシュロッド１７に
当接させるようにしてもよい。プッシュロッド１７は肩
部９ｃによって押し上げられ、図２の左半分に示すよう
にピン１８を押し上げる。これにより、爪１５の先端は
垂直面内で内側に回転し、爪１５の後端部側面が保持装
置本体１３の下面に当接すると回転を停止する。爪１５
は図２の右半分に示すように先端が単結晶９の中心方向
を向く姿勢となるが、爪１５の前記回転はくびれ部９ｂ
の近傍で行われるため、単結晶９のどの部分にも接触せ
ず、爪１５は閉じた状態となる。

【００１４】次に、ワイヤ巻取り装置１１が駆動され、
保持装置引上げワイヤ１２が結晶引上げワイヤ３より速
い速度で巻き取られる。爪１５の先端は図２の右半分に
示すように拡径部９ａの下側円錐面に当接して単結晶９
を保持する。以後、保持装置引上げワイヤ１２の巻き取
り速度は結晶引上げワイヤ３の巻き取り速度と一致する
ように制御され、結晶引上げワイヤ３による単結晶引き
上げから保持装置引上げワイヤ１２による単結晶引き上
げに移行する。なお、プッシュロッド１７は、単結晶保
持装置１０が上昇したとき自重により下限位置に戻る。

【００１５】図３及び図４に単結晶保持装置の第２実施
例を示す。この単結晶保持装置２０の保持装置本体２１
は、対向する一対の側板２２、２２と、側板２２、２２
を連結する２枚の上板２３、２３及び下板２４、２４と
によって、単結晶９の拡径部９ａを取り囲む枠形となる
ように構成されている。側板２２には、単結晶９のくび
れ部９ｂを保持する２本の保持ロッド２５を待機位置ま
たは保持位置に駐止させ、必要に応じて前記位置間を移
動させるための切り欠き穴２２ａが設けられている。上
板２３には保持装置引上げワイヤ１２が繋着され、保持
装置本体２１は昇降自在である。下板２４の上面は側板
２２に設けられた保持ロッド２５の待機位置と一致し、
下板２４の中央部にはプッシュロッド２６を垂直に保持
する段付き穴が設けられている。前記プッシュロッド２
６は、単結晶９の軸心に向かって下降する傾斜面をもつ
頭部と、角柱状で先端に球面をもつロッド部とからなっ
ている。また、保持ロッド２５は円柱状で、両端に脱落
防止のためのフランジが設けられている。

【００１６】上記構成の単結晶保持装置２０の動作につ
いて、図４を参照して説明する。単結晶９の拡径部９ａ
が側板２２の切り欠き穴２２ａ上端の位置に到達するま
での間、単結晶保持装置２０は保持装置引上げワイヤ１
２によって単結晶９と同一の回転速度で同じ方向に回転
しつつ、炉内の所定位置に待機している。保持ロッド２
５は切り欠き穴２２ａ内の待機位置、すなわちプッシュ
ロッド２６の直上に置かれ、プッシュロッド２６は下限
位置に静止している。

【００１７】拡径部９ａが側板２２の切り欠き穴２２ａ
上端の位置近傍に到達すると、プッシュロッド２６が肩
部９ｃによって押し上げられ、図４の左半分に示すよう
に保持ロッド２５を押し上げる。あるいは、プッシュロ
ッド２６の下端が肩部９ｃに近接する高さまで単結晶保
持装置２０を下降させてもよい。プッシュロッド２６の
上面は傾斜しているため、押し上げられた保持ロッド２
５は内側に向かって転動し、保持位置に落ち込む。ここ
で、保持装置引上げワイヤ１２が結晶引上げワイヤ３よ
り速い速度で巻き取られると、図４の右半分に示すよう
に保持ロッド２５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。以後、保持装置引上げワイヤ１２
の巻き取り速度は結晶引上げワイヤ３の巻き取り速度と
一致するように制御され、結晶引上げワイヤ３による単
結晶引き上げから保持装置引上げワイヤ１２による単結
晶引き上げに移行する。なお、プッシュロッド２６は、
単結晶保持装置２０が上昇したとき自重により下限位置
に戻る。

【００１８】本実施例では２枚の側板を対向させ、２本
の保持ロッドで単結晶のくびれ部を保持する構成とした
が、これに限るものではなく、たとえば３枚の側板を用
いて正三角形の枠体を形成し、この枠体に装着した３本
の保持ロッドで３方向からくびれ部を保持するようにし
てもよい。

【００１９】図５及び図６に単結晶保持装置の第３実施
例を示す。この単結晶保持装置３０は、円筒状の保持装
置本体３１と、保持装置本体３１の内側に軸３２によっ
て揺動自在に取着された複数の爪３３と、爪３３の近傍
に取着され、爪３３の揺動範囲を制限するストッパピン
３４及びストッパピン３５とによって構成され、保持装
置引上げワイヤ１２によって吊り下げられている。

【００２０】上記構成の単結晶保持装置３０の動作につ
いて、図５、図６を参照して説明する。単結晶に形成さ
れた拡径部９ａが単結晶保持装置３０の中に進入するま
での間、単結晶保持装置３０の保持装置本体３１は、図
５に示すように保持装置引上げワイヤ１２によって単結
晶と同一の回転速度で同じ方向に回転しつつ、炉内の所
定位置に待機している。爪３３の重心位置は軸３２の中
心を通る鉛直線よりも外側にあるため、爪３３の先端は
上方を指し、爪３３の側面がストッパピン３４に当接し
た位置で静止している。従って、シードホルダや拡径部
９ａは爪３３に接触することなく通過することができ
る。

【００２１】単結晶９の育成が進み、くびれ部９ｂが爪
３３の先端位置近傍まで上昇すると、図６の左半分に示
すように肩部９ｃが爪３３の下端に当接する。あるい
は、爪３３の下端が肩部９ｃに近接する高さまで単結晶
保持装置３０を下降させてもよい。爪３３の下端には、
肩部９ｃの斜面に垂直で上向きの押し上げ力Ｆが作用
し、爪３３の先端は内側に回転する。そして、爪３３の
側面がストッパピン３５に当接した位置で回転を停止す
る。次に、保持装置引上げワイヤ１２が結晶引上げワイ
ヤより速い速度で巻き取られると、図６の右半分に示す
ように爪３３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。以後、保持装置引上げワイヤ１２の巻
き取り速度は結晶引上げワイヤの巻き取り速度と一致す
るように制御され、結晶引上げワイヤによる単結晶引き
上げから保持装置引上げワイヤ１２による単結晶引き上
げに移行する。

【００２２】上記の各実施例において、単結晶保持装置
が融液、ヒータ等による高温に曝されて劣化しないよ
う、待機高さを任意に調節することができる。また、単
結晶保持装置で単結晶を保持した後は、単結晶重量の大
部分を保持装置引上げワイヤによって負担し、一部を結
晶引上げワイヤによって負担しつつ単結晶の育成を継続
するが、保持装置引上げワイヤと結晶引上げワイヤとの
荷重負担割合は任意に定めるものとする。なお、上記の
各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。

【００２３】

【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）単結晶保持手段を待機姿勢から保持姿勢に変換さ
せるための駆動装置を必要とせず、単結晶保持装置を昇
降させる駆動装置を昇降専用装置として使用することに
したので、装置の信頼性や動作の確実性の高い単結晶保
持装置とすることができる。 （ａ）単結晶保持装置を昇降させるための駆動装置以外
に、単結晶を保持するための駆動装置を必要としないの
で、装置の信頼性や動作の確実性の高い単結晶保持装置
とすることができる。 （２）単結晶のくびれ部を保持するまでは単結晶保持装
置のいかなる部分も単結晶に接触しないので、従来技術
のように単結晶あるいはシードホルダ等の表面をなぞる
ことによる発塵が皆無となる。 （３）単結晶保持時及びその後の荷重増加に対応する爪
の開き防止機構（または保持ロッドの移動防止機構）を
特に設ける必要がなく、構造の簡素な単結晶保持装置で
あるため、取扱いが容易である。

【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保持装置の正
面図で、爪が開いている状態を示す。

【図２】図１の単結晶保持装置の説明図で、左半分は爪
が閉じ始めた状態、右半分は単結晶のくびれ部を保持し
た状態を示す。

【図３】本発明の第２実施例による単結晶保持装置の側
面図である。

【図４】図３の単結晶保持装置の説明図で、左半分はプ
ッシュロッドが上昇を開始した状態、右半分は単結晶の
くびれ部を保持した状態を示す。

【図５】本発明の第３実施例による単結晶保持装置の説
明図で、爪が開いている状態を示す。

【図６】図５の単結晶保持装置の説明図で、左半分は爪
の下端が単結晶の肩部に当接した状態、右半分は単結晶
のくびれ部を保持した状態を示す。

【符号の説明】

２ 結晶引上げワイヤ巻取り装置 ３ 結晶引上げワイヤ ９ 単結晶 ９ａ 拡径部 ９ｂ くびれ部 ９ｃ 肩部 １０，２０，３０ 単結晶保持装置 １１ ワイヤ巻取り装置 １２ 保持装置引上げワイヤ １３，２１，３１ 保持装置本体 １５，３３ 爪 １６ ガイド １７，２６ プッシュロッド １８ ピン ２２ 側板 ２２ａ 切り欠き穴 ２５ 保持ロッド ３４，３５ ストッパピン

───────────────────────────────────────────────────── 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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単結晶(9) の肩部(9c)上方に形成したく
   びれ部(9b)を保持しつつ単結晶(9) を引き上げる単結晶
   保持装置(10,20) であって、 育成中の単結晶(9) の肩部(9c)によって押し上げられる
   駆動力伝達手段(17,26) と、駆動力伝達手段(17,26) の
   上昇に伴って待機姿勢から保持姿勢に変化するくびれ部
   保持手段(15,25) とを備えていることを特徴とする単結
   晶保持装置。
2. 【請求項２】 単結晶(9) の肩部(9c)上方に形成したく
   びれ部(9b)を保持しつつ単結晶(9) を引き上げる単結晶
   保持装置(30)であって、 育成中の単結晶(9) の肩部(9c)で押し上げられることに
   より、待機姿勢から保持姿勢に変化するくびれ部保持手
   段(33)を備えていることを特徴とする単結晶保持装置。