JP2000247783A - 単結晶引き上げ装置及び単結晶引き上げ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 晶癖線を係止することなく単結晶を係止して
引き上げ可能にする。 【解決手段】 半導体単結晶２の径大部２ｂの近傍をＣ
ＣＤカメラ２０により撮像して画像処理ユニット２１に
より晶癖線２ｄを判定し、回転中の晶癖線２ｄの円周方
向の位置を測定する。次いでくびれ係止部１５をＣＣＤ
カメラ２０により撮像して画像処理ユニット２１により
くびれ係止部１５の円周方向の位置を判定して溝１５ｂ
の円周方向の位置を測定して、回転中の溝１５ｂの回転
方向の位置が晶癖線２ｄと一致するように、くびれ係止
部１５の回転速度を制御して位置合わせし、位置合わせ
が完了すると、くびれ係止部１５の回転速度を半導体単
結晶２と同じにしてくびれ係止部１５の先端を閉じる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、引上げＣＺ（Czoc
hralski）法によりＳｉ（シリコン）の無転位の単結晶
を製造するための単結晶引き上げ装置及び単結晶引き上
げ方法に関し、特に単結晶を係止して引き上げる技術に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、引上げＣＺ法による単結晶製造
装置（単結晶引き上げ装置）では、高耐圧気密チャンバ
内を１０torr程度に減圧して新鮮なＡｒ（アルゴン）ガ
スを流すとともに、チャンバ内の下方に設けられた石英
るつぼ内の多結晶を加熱して溶融し、この溶融液の表面
に種結晶を上から浸漬し、種結晶と石英るつぼを回転、
上下移動させながら種結晶を引き上げることにより、種
結晶の下に上端が突出した円錐形の上部コーン部と、円
筒形のボディ部と下端が突出した円錐形の下部コーン部
より成る単結晶（いわゆるインゴット）を成長させるよ
うに構成されている。

【０００３】また、近年では、単結晶が大口径化してそ
の分、重量も重くなり、種結晶を引き上げるのみではダ
ッシュネック部がその重量に耐えきれないので、ダッシ
ュネック部の下に「径大部」を形成してその下に「径小
部」を形成することにより「環状のくびれ」を形成し、
この「環状のくびれ」を別の係止部材（以下、くびれ係
止部材）で係止して引き上げる方式が知られている。ま
た、くびれの代わりに円筒形のボディ部を係止して引き
上げる方式も提案されている。そして、このような係止
部材は、単結晶が軸の回りを回転しながら軸方向に上昇
するので、これに追従するように垂直軸の回りを回転可
能にかつ軸方向に昇降可能に構成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、単結晶の無
転位化が発生すると単結晶の表面には単結晶に応じた数
の晶癖線が引き上げ方向に形成され、この晶癖線を誤っ
て把持すると応力集中が発生し破断しやすくなるので、
晶癖線を把持しないように注意を払う必要がある。ここ
で、垂直軸の回りを回転しながら垂直方向に上昇してい
る単結晶の晶癖線を作業員が目視して、晶癖線を把持し
ないように単結晶を把持する場合には、ある程度容易で
ある。しかしながら、ＣＣＤカメラなどの撮像手段と画
像処理を用いた場合には、把持爪がＣＣＤカメラの視野
を妨害するので位置合わせすることが困難であるという
問題点がある。また、手動で位置合わせ作業を行う場合
にも、観測窓の位置によっては作業が困難となる場合が
ある。

【０００５】本発明は上記の問題点に鑑み、晶癖線を把
持しないように位置合わせする作業を簡単にすることが
できる単結晶引き上げ装置及び単結晶引き上げ方法を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、単結晶を把持する部材の回転を結晶の回転
と独立して行うことにより、把持前に係止部材の回転速
度を制御して円周方向の位置を晶癖線に位置合わせし、
位置合わせ完了後に同一速度で係止するようにしたもの
である。

【０００７】すなわち本発明によれば、単結晶を回転さ
せながら引き上げる引き上げ手段と、単結晶の表面に引
き上げ方向に沿って形成される晶癖線に当接しないよう
に対向して設けられた複数の把持部を有し、前記把持部
が開閉可能な係止手段と、前記係止手段が開いた状態で
回転中及び引き上げ中の単結晶の表面上の晶癖線の円周
方向の位置に対して前記把持部が一致するように前記係
止手段の回転速度を制御して位置合わせを行い、位置合
わせ完了後に前記係止手段が単結晶と同一速度で回転す
るように制御し、同一速度状態で前記係止手段を閉じる
制御手段とを、有する単結晶引き上げ装置が提供され
る。

【０００８】また、本発明によれば単結晶を回転させな
がら引き上げる単結晶引き上げ方法において、単結晶の
表面に引き上げ方向に沿って形成される晶癖線に当接し
ないように溝が設けられた複数の把持部、あるいは前記
晶癖線に当接しないように前記晶癖線のない部分のみを
把持する複数に分割された把持部を有する開閉可能な係
止手段が開いた状態で回転中及び引き上げ中の単結晶の
表面上の晶癖線の円周方向の位置に対して前記把持部が
一致するように前記係止手段の回転速度を制御して位置
合わせを行うステップと、前記係止手段が単結晶と同一
速度状態となったとき前記係止手段を閉じるステップと
を、有する単結晶引き上げ方法が提供される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明に係る単結晶引き上
げ装置及び単結晶引き上げ方法の一実施形態を示す正面
断面図、図２は図１のくびれ係止部と晶癖線の円周方向
の位置を示す説明図、図３は晶癖線の円周方向の位置と
時間の関係を示す説明図、図４は図１のくびれ係止部と
晶癖線の円周方向の位置合わせを示す説明図である。

【００１０】図１において、略円筒形の結晶格納チャン
バ１内には、図示省略されているが原料が収容された石
英るつぼが配置され、石英るつぼの回りにはヒータが配
置され、ヒータの回りには断熱材などが配置されてい
る。結晶格納チャンバ１の側壁には外部のＣＣＤカメラ
２０により内部を撮像するための観測窓１ａが設けられ
ている。

【００１１】結晶格納チャンバ１の上には、半導体単結
晶２を引き上げるために垂直軸方向（半導体単結晶２の
軸方向）に伸縮可能なベロー式のチャンバ３が配置さ
れ、チャンバ３の上にはベース４が固定されている。ま
た、ベース４の上には軸受け５ａ、磁気シール５ｂ、軸
受け５ｃを介して単結晶係止部材（結晶保持装置）用チ
ャンバ５が垂直軸の回りを回転可能に取り付けられ、単
結晶係止部材用チャンバ５の上には軸受け６ａ、磁気シ
ール６ｂ、軸受け６ｃを介してワイヤ巻き取りドラム用
チャンバ６が垂直軸の回りを回転可能に取り付けられて
いる。ベース４にはまた、単結晶係止部材用チャンバ５
とワイヤ巻き取りドラム用チャンバ６をそれぞれ回転す
るための保持装置回転ドライブ７、ワイヤ回転ドライブ
８が固定され、ドライブ７、８の各モータ（Ｍ）の回転
はそれぞれモータコントローラ２３、２４により制御さ
れる。

【００１２】ワイヤ巻き取りドラム用チャンバ６内に
は、種結晶昇降用のワイヤ１１を巻き取るためのワイヤ
巻き取りドライブ１２が配置され、ワイヤ１１の先端は
結晶ホルダ１３を介して種結晶１４が取り付けられて結
晶格納チャンバ１内に吊り下げられている。したがっ
て、ワイヤ１１はワイヤ巻き取りドライブ１２とベロー
式チャンバ３により昇降可能であり、また、ワイヤ回転
ドライブ８により垂直軸の回りを回転可能である。単結
晶係止部材用チャンバ５内には、半導体単結晶２のくび
れを係止するためのくびれ係止部（結晶保持装置）１５
が配置され、くびれ係止部１５の先端は油圧ピストン１
６により開閉可能である。したがって、くびれ係止部１
５はベロー式チャンバ３より昇降可能であり、また、保
持装置回転ドライブ７により垂直軸の回りを回転可能で
ある。

【００１３】ここで、半導体単結晶２を製造する場合に
は、垂直方向については種結晶１４の下にダッシュネッ
ク部２ａを形成し、ダッシュネック部２ａの下に径大部
２ｂを形成し、径大部２ｂの下にくびれ２ｃを形成し
て、くびれ係止部１５の先端の閉じることによりくびれ
２ｃを支持（把持）する。なお、ここで支持あるいは把
持される「くびれ」とは、単に細い部分という意味では
なく、径拡大部２ｂの下方部分からその下の細い部分へ
かかる部分である。このとき、半導体単結晶２は引き上
げ時に常に垂直軸の回りを回転し、また、半導体単結晶
２の表面には複数の晶癖線２ｄが引き上げ方向に形成さ
れるので、くびれ係止部１５の先端が係止時に晶癖線２
ｄに接触しないように回転方向を位置合わせする必要が
ある。

【００１４】図２は一例として、４本の晶癖線２ｄが形
成された半導体単結晶２を係止するためのくびれ係止部
１５の一対の先端部１５ａを示し、この先端部１５ａに
は、晶癖線２ｄに対向するように円周方向に４つの溝１
５ｂが形成された一対の溝入り緩衝材１５ｃが取り付け
られている。溝入り緩衝材１５ｃは先端部１５ａが完全
に閉じたときに半導体単結晶２の全周（晶癖線２ｄを除
く）を支持するようにリング状に形成されている。

【００１５】次に半導体単結晶２の引き上げ動作、特に
晶癖線２ｄとくびれ係止部１５の溝１５ｂとの回転方向
の位置合わせ動作について説明する。まず、図１におい
て、くびれ係止部１５の回転を停止し、また、上下方向
についてはＣＣＤカメラ２０の視野を妨げない位置で停
止させた状態で、ワイヤ１１を引き上げて種結晶１４の
下にダッシュネック部２ａを形成し、ダッシュネック部
２ａの下に径大部２ｂを形成し、径大部２ｂの下にくび
れ２ｃを形成する。そして、この回転中及び上昇中の径
大部２ｂの近傍をＣＣＤカメラ２０により撮像して画像
処理ユニット２１により径大部２ｂの直径や輝度を測定
することにより回転中の晶癖線２ｄを判定し、次いでＣ
ＰＵ／人間２２によりこの晶癖線２ｄの角度と絶対時間
の関係を把握することにより回転中の晶癖線２ｄの円周
方向の位置を測定する。ここで、半導体単結晶２が５ｒ
ｐｍで回転している場合には晶癖線２ｄの回転方向の位
置と時間の関係は、図３に示すようなサインカーブで表
すことができる。

【００１６】次いでくびれ係止部１５を半導体単結晶２
と同じ速度で回転させ、ＣＣＤカメラ２０の視野まで下
降させてカメラ２０により撮像して画像処理ユニット２
１により回転中のくびれ係止部１５の円周方向の位置を
判定し、次いでＣＰＵ／人間２２により溝１５ｂの回転
方向の位置を測定する。このとき、晶癖線２ｄと溝１５
ｂの回転方向の位置は一致していることは殆どない。そ
こで、溝１５ｂの回転方向の位置が晶癖線２ｄと一致す
るようにくびれ係止部１５の回転速度をモータコントロ
ーラ２３、保持装置回転ドライブ７を介して制御して位
置合わせを行い、位置合わせが完了するとくびれ係止部
１５の回転速度を半導体単結晶２と同じにする。ここ
で、溝１５ｂが図４において破線で示すサインカーブの
ように位置ずれがある場合には、回転速度を調整するこ
とにより実線のサインカーブで示す晶癖線２ｄに対して
位置合わせすることができる。

【００１７】位置合わせが完了すると、くびれ係止部１
５の先端部１５ａを徐々に閉じる。このとき、半導体単
結晶２の上昇速度を一定にするために、先端部１５ａが
くびれ２ｃに当接する前にくびれ係止部１５の上昇を開
始し、先端部１５ａがくびれ２ｃに当接するとワイヤ１
１による引き上げをモータコントローラ２４、ワイヤ回
転ドライブ８を介して停止する。

【００１８】なお、くびれ係止部１５が晶癖線２ｄに当
接しない構造としては、上記のような溝入り緩衝材１５
ｃの代わりに、図５に示すようにくびれ係止部１５の先
端を４分割して、この４本の先端１５−１〜１５−４が
閉じた状態でその間が晶癖線２ｄに当接しないように隙
間１５−５を設けるようにしてもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、単
結晶を係止する部材の回転を種結晶の回転と独立して行
うことにより係止前に係止部材と晶癖線の円周方向の位
置合わせを行い、位置合わせ完了後に同一速度で係止す
るようにしたので、晶癖線を係止することなく単結晶を
係止して引き上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る単結晶引き上げ装置及び単結晶引
き上げ方法の一実施形態を示す正面断面図である。

【図２】図１のくびれ係止部と晶癖線の円周方向の位置
を示す説明図である。

【図３】晶癖線の円周方向の位置と時間の関係を示す説
明図である。

【図４】図１のくびれ係止部と晶癖線の円周方向の位置
合わせを示す説明図である。

【図５】図１のくびれ係止部の変形例を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

２ 半導体単結晶 ２ｄ 晶癖線 ７ 保持装置回転ドライブ ８ ワイヤ回転ドライブ １１ ワイヤ １５ くびれ係止部（結晶保持装置） １５ｂ 溝 １５ｃ 溝入り緩衝材 １５−５ 隙間 ２０ ＣＣＤカメラ ２１ 画像処理ユニット

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単結晶を回転させながら引き上げる引き
   上げ手段と、 単結晶の表面に引き上げ方向に沿って形成される晶癖線
   に当接しないように対向して設けられた複数の把持部を
   有し、前記把持部が開閉可能な係止手段と、 前記係止手段が開いた状態で回転中及び引き上げ中の単
   結晶の表面上の晶癖線の円周方向の位置に対して前記把
   持部が一致するように前記係止手段の回転速度を制御し
   て位置合わせを行い、位置合わせ完了後に前記係止手段
   が単結晶と同一速度で回転するように制御し、同一速度
   状態で前記係止手段を閉じる制御手段とを、 有する単結晶引き上げ装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、単結晶の表面上の晶癖
   線と前記係止手段を撮像して画像処理により前記位置合
   わせを行うことを特徴とする請求項１記載の単結晶引き
   上げ装置。
3. 【請求項３】 前記把持部が半径方向に開閉可能な複数
   の部材を有し、かつ各部材が前記晶癖線に当接しないよ
   うに溝を有する請求項１記載の単結晶引き上げ装置。
4. 【請求項４】 前記把持部が半径方向に開閉可能な４個
   以上の部材を有し、かつ各部材が前記晶癖線に当接しな
   いように前記晶癖線のない部分のみを把持するよう構成
   されている請求項１記載の単結晶引き上げ装置。
5. 【請求項５】 単結晶を回転させながら引き上げる単結
   晶引き上げ方法において、 単結晶の表面に引き上げ方向に沿って形成される晶癖線
   に当接しないように溝が設けられた複数の把持部、ある
   いは前記晶癖線に当接しないように前記晶癖線のない部
   分のみを把持する複数に分割された把持部を有する開閉
   可能な係止手段が開いた状態で回転中及び引き上げ中の
   単結晶の表面上の晶癖線の円周方向の位置に対して前記
   把持部が一致するように前記係止手段の回転速度を制御
   して位置合わせを行うステップと、 位置合わせ完了後に前記係止手段が単結晶と同一速度で
   回転するように制御するステップと、 前記係止手段が単結晶と同一速度状態となったとき前記
   係止手段を閉じるステップとを、 有する単結晶引き上げ方法。