JP2000344591A

JP2000344591A - 単結晶製造装置

Info

Publication number: JP2000344591A
Application number: JP11153458A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Akashi; 義弘明石; Teruo Kageyama; 輝男蔭山
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2000-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】単結晶の上端部に形成したノブ部で単結晶を
機械的に保持して引上げる場合に、その保持を確実にす
る。【解決手段】単結晶１０のノブ部１２を把持して引上
げる保持器６を、保持器本体８と把持ユニット９とで構
成する。把持ユニット９は、保持器本体８内を水平方向
に自由に移動し得るスライド板９ａと、スライド板９ａ
上に取付けられた複数の爪部材９ｂ，９ｂとからなる。
複数の爪部材９ｂ，９ｂでノブ部１２を把持する動作に
伴い、把持ユニット９がノブ部１２に対して芯合わせさ
れるため、保持器６による結晶保持が確実なものとな
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法による引上
げを用いた単結晶製造装置に関し、更に詳しくは、単結
晶の上端部に形成されたノブ部で単結晶を機械的に保持
しつつ引上げる単結晶製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造に使用されるシリ
コンウエーハの素材としては、ＣＺ法により製造された
シリコン単結晶が多用されている。ＣＺ法によるシリコ
ン単結晶の製造では、周知の通り、引上げ軸の下端に保
持された種結晶を、坩堝内に形成されたシリコン融液に
漬け、この状態から引上げ軸を回転させながら上昇させ
ることにより、種結晶の下方にシリコンの単結晶を育成
する。

【０００３】ここで種結晶は、シリコン単結晶からなる
直径が１０数ｍｍ程度の細い棒体であり、上部が種ホル
ダーに連結され、下部がシリコン融液に浸漬される。こ
のような種結晶を高温のシリコン融液に浸漬すると、熱
衝撃により転位が導入されるため、種結晶をシリコン融
液に浸漬した後に種結晶の直径を絞り、しばらくの間こ
の状態を維持して結晶の無転位化を図る、いわゆる種絞
りが実施される。種絞り部の直径は無転位化の点から５
ｍｍ以下が必要とされ、３ｍｍ以下が望ましいとされて
いる。

【０００４】一方、ＣＺ法によって製造されるシリコン
単結晶は、これまでは直径が８インチで重量が１００ｋ
ｇ前後のものが主流であった。しかし、最近になって単
結晶の更なる大径化が進み、直径が１２インチのシリコ
ン単結晶の試験製造も始まっている。

【０００５】単結晶の直径が大きくなると、その重量は
飛躍的に増え、直径が１２インチの場合で重量は２００
〜３００ｋｇに達する。この重量は、単結晶の上端部に
位置し且つ最小径部である種絞り部に最も集中すること
になるが、シリコンの破壊強度は２０ｋｇ／ｍｍ²程度
であるため、２００ｋｇのシリコン単結晶でさえこれを
確実に保持するためには少なく見積もっても５ｍｍを超
える直径が種絞り部に必要になる。従って、結晶保持の
点からは、１２インチ単結晶の安定な引上げは不可能と
いうことなる。

【０００６】この矛盾を解消するとりわけ有効な技術の
一つとして、種絞り部に依存しない結晶保持引上げがあ
る。特公平５−６５４７７号公報等に記載されているこ
の技術では、図５に示すように、単結晶１０の種絞り部
１１の下に、種絞り部１１より大径で且つ機械的な保持
が可能な被係止部１２を形成し、その下に従来どおりの
本体部１３を形成する。被係止部１２が形成されると、
保持器６により被係止部１２を把持して単結晶１０を機
械的に保持する。

【０００７】被係止部１２は、チャック機構等による機
械的な保持のために、通常は上部が太く、下部が細い形
状とされ、下の細い部分でも、その外径は種絞り径より
十分に大きく設定される。上の太い部分は、ノブ形状に
類似し、その下の部分はくびれていることから、この被
係止部１２はノブ部或いはくびれ部と呼ばれている。以
下の説明では、この被係止部をノブ部と称する。

【０００８】ところで、保持器６の具体的な構造は、例
えば特開平１０−８１５８１号公報、特開平１０−８１
５８３号公報等に記載されている。特開平１０−８１５
８３号公報に記載された保持器６は、ワイヤにより吊り
下げられ内側を引上げ軸が通る環状の保持器本体６ａ
と、保持器本体６ａ内の定位置に取付けられた複数の爪
部材６ｂ，６ｂとを備えている。複数の爪部材６ｂ，６
ｂは上方へ回動可能であり、その内側をノブ部１２の最
大外径部分が通過した後、保持器本体６ａを引き上げる
ことにより、単結晶１０の自重を利用してノブ部１２を
周囲から把持する。把持後は、保持器本体６ａを引上げ
軸１と同期して回転させながら引上げることにより、単
結晶１０が保持され続ける。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】種絞り部に依存しない
結晶保持技術によれば、１２インチ単結晶の育成も可能
となる。

【００１０】しかし、単結晶１０の育成では、結晶形状
が本質的に不安定である。このため、ノブ部１２は引上
げ軸に対して点対称な形状にならず、周方向で変形す
る。しかも、その変形程度は一定しない。また、保持器
６の引上げ軸に対する位置関係も、機械的な誤差等のた
めに、完全な点対称にはならない。

【００１１】種絞り部に依存しない結晶保持引上げで
は、保持器６の爪部材６ｂ，６ｂは、保持器６及びノブ
部１２が共に引上げ軸に対して点対称であることを前提
として設計されているが、実際の育成では、上述した非
対称による不安定なズレが重なるため、保持器６の爪部
材６ｂ，６ｂがノブ部１２に片当たりし、爪部材６ｂ，
６ｂによる把持が不確実になり、結晶保持に失敗する事
態も少なからず発生することが、本発明者らによる実験
操業から判明した。

【００１２】本発明の目的は、単結晶の上端部に形成さ
れたノブ部で単結晶を機械的に保持しつつ引上げる場合
に、その結晶保持を確実に行うことができる、生産性に
優れた単結晶製造装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の単結晶製造装置は、ＣＺ法により坩堝内の
原料融液から単結晶を引上げる際に育成結晶の上端部に
形成されたノブ部で育成結晶を機械的に保持して引上げ
る単結晶製造装置において、育成結晶の機械的な保持の
ために上昇及び回転を行う保持器本体内に、前記ノブ部
を周囲から把持する複数の爪部材をユニット化して取付
け、そのユニットを保持器本体に対して水平方向へ移動
自在としたものである。

【００１４】これによれば、保持器やノブ部が引上げ軸
に対して点対称でない場合にも、複数の爪部材でノブ部
を把持することにより、ユニット化された爪部材は、互
いの位置関係を維持しつつ、ノブ部に追従して水平方向
に移動する。つまり、複数の爪部材は、保持器やノブ部
の絶対的な位置関係に影響されることなく、ノブ部に対
して自動的に芯合わせされ、水平方向位置の自己調整機
能を有することになる。このため、ノブ部は複数の爪部
材により常に確実に把持され、結晶保持は確実なものと
なる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明の実施形態を示す単結
晶製造装置の概略構成図、図２は保持器の斜視図、図３
は保持器の縦断面図である。

【００１６】本単結晶製造装置は、図１に示すように、
メインチャンバ１とその上に連結されたプルチャンバ２
とを備えている。メインチャンバ１内の中心部には坩堝
３が配置されている。坩堝３は内側の石英坩堝を外側の
黒鉛坩堝で保持する２重構造である。この坩堝３は、ペ
ディスタルと呼ばれる支持軸の上に支持されている。支
持軸は、坩堝３の回転及び昇降のために、軸方向及び周
方向に駆動される。

【００１７】坩堝３の外側には環状のヒータなどが配置
されている。一方、プルチャンバ２の上方には、引上げ
軸５及び保持器６の回転及び引上げを行う回転引上げ機
構４が設けられている。

【００１８】保持器６は、図２及び図３に示すように、
２本のワイヤ７，７によってプルチャンバ２内に吊り下
げられた保持器本体８と、保持器本体８内に設けられた
把持ユニット９とを備えている。

【００１９】保持器本体８は、円筒状の周壁部８ａと、
円板状の天板部８ｂと、鍔状の底板部８ｃとを有してい
る。ワイヤ７，７の下端部に結合された円板状の天板部
８ｂは、周壁部８ａの上端部内に隙間をあけて収容さ
れ、その上端部とは一対の軸体８ｅ，８ｅにより回動自
在に連結されている。軸体８ｅ，８ｅは、ワイヤ７，７
の配列方向に直角な線上に位置している。これにより、
保持器本体８の周壁部８ａ及び底板部８ｃは、ワイヤ
７，７の配列方向に直角な方向だけでなく、ワイヤ７，
７の配列方向にも自由に傾動し得る。

【００２０】天板部８ｂの中心部分には、引上げ軸５が
通る開口部８ｄが設けられている。鍔状の底板部８ｃ
は、周壁部８ａの下端部に固着されている。

【００２１】保持器本体８内に設けられた把持ユニット
９は、保持器本体８の底板部８ｃ上に載置された環状の
スライド板９ａと、スライド板９ａの上面複数位置に取
付けられた複数の爪部材９ｂ，９ｂとを有している。ス
ライド板９ａは、保持器本体８の底板部８ｃ上を周囲全
方向へ自由に移動し得る。

【００２２】複数の爪部材９ｂ，９ｂ・・は、スライド
板９ａの中心回りに周方向に等間隔で点対称的に配置さ
れている。各爪部材９ｂは、スライド板９ａ上からその
中心に向かって突出しており、その基部は、スライド板
９ａ上のブラケットに水平な軸体９ｃにより回動自在に
連結されている。これにより、各爪部材９ｂは、ほぼ水
平な初期位置から上方へ自由に回動し得る。また、上方
へ回動した状態で単結晶１０の自重を受けて下方へ同期
的に回動することにより、単結晶１０のノブ部１２を把
持する。

【００２３】保持器本体８の底板部８ｃの内径及び把持
ユニット９のスライド板９ａの内径は、単結晶１０の上
端部に形成されるノブ部１２を通過させるために、その
ノブ部１２の最大外径より十分に大きく設定されてい
る。

【００２４】回転引上げ機構４は、引上げ軸５の回転及
び引上げを行うと共に、保持器６を懸吊するワイヤ７，
７を巻き上げながら引上げ軸５の周囲を回転させること
により、保持器６の回転及び引上げを行う。

【００２５】次に、本単結晶製造装置を使用して単結晶
１０を育成する方法について説明する。

【００２６】インチャンバ１内及びプルチャンバ２内を
所定の雰囲気に保持した状態で、坩堝３内にシリコンの
原料融液１０′を形成する。次いで、引上げ軸５の下端
部に連結された種結晶を原料融液１０′に漬け、この状
態から引上げ軸５を上昇させつつ回転させることにより
種結晶の下方にシリコンの単結晶１０を育成する。単結
晶１０の育成中は、坩堝３を引上げ軸５と逆方向に回転
させる。また、原料融液１０′の液面レベルを一定に維
持するために、坩堝３を徐々に上昇させる。

【００２７】単結晶１０の育成では、先ず、種絞りを行
うべく、引上げ軸５の上昇速度等を制御する。種絞りが
終わると、その種絞り部１１の下にノブ部１２を形成す
る。ノブ部１２の形成が終わると、引上げ速度を十分に
遅くし、ノブ部１２の下に本体部１３を形成する。この
とき、保持器６はプルチャンバ２内の上部に待機してい
る。

【００２８】本体部１３の形成がある程度進行すると、
保持器６を降下させる。この降下に伴って、保持器６内
にノブ部１２が下方から挿入される。即ち、ノブ部１２
は、下降する保持器本体８の底板部８ｃの内側及び把持
ユニット９のスライド板９ａの内側を順に通過し、更に
複数の爪部材９ｂ，９ｂ・・を上方へ押し上げてその内
側に挿入される。

【００２９】ノブ部１２の最大外径部が爪部材９ｂ，９
ｂ・・の内側を通過し、爪部材９ｂ，９ｂ・・がノブ部
１２の所定位置に当接すると、保持器６の下降を停止
し、保持器６の回転及び引上げを開始する。保持器６の
回転及び引上げは、引上げ軸５の回転及び引上げと同期
して行われる。

【００３０】これにより、単結晶１０は保持器６により
ノブ部１２で把持され、育成終了まで機械的に保持され
続ける。かくして、１２インチの単結晶１０の育成も可
能になる。

【００３１】ここで、保持器本体８の周壁部８ａ及び底
板部８ｃは、２方向に傾動し得る。加えて、爪部材９
ｂ，９ｂ・・は、スライド板９ａと共に、保持器本体８
から独立した把持ユニット９を形成し、保持器本体８内
で周囲全方向に移動自在である。このため、引上げ軸５
に対してノブ部１２が点対称でない場合、或いは引上げ
軸５に対して保持器本体８が点対称でない場合、更には
これらが重なった場合も、爪部材９ｂ，９ｂ・・はノブ
部１２の把持に伴い、そのノブ部１２に自動的に芯合わ
せされ、両者の位置関係は常にほぼ点対称となる。この
ため、ノブ部１２は爪部材９ｂ，９ｂ・・によって確実
に把持され、保持器６による単結晶１０の保持は確実な
ものになる。

【００３２】このような方法により、直径が１２イン
チ、長さが約２ｍのシリコン単結晶を製造した。使用し
た坩堝は直径３０インチ、多結晶シリコン原料は３００
ｋｇである。このときの結晶保持成功率を、従来例と比
較して図４に示す。

【００３３】複数の爪部材が保持器本体内の定位置に固
定された従来例（図５参照）では、結晶保持成功率は約
７０％であったが、複数の爪部材をユニット化して周囲
全方向に移動自在とした本発明例では、この結晶保持成
功率はほぼ１００％にまで向上した。即ち、保持器やノ
ブ部の非対称性に起因する結晶保持の失敗はほぼ完全に
回避された。

【００３４】なお、上記実施形態では、複数の爪部材は
回動形式とされているが、特開平１０−８１５８１号公
報に記載されているようなリンク利用の平行移動形式で
もよく、その形式は限定されない。同様に、爪部材の個
数等についても適宜選択することが可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の単結晶製
造装置は、育成結晶を機械的に保持するために上昇及び
回転を行う保持器本体に、ノブ部を周囲から把持する複
数の爪部材をユニット化して取付け、そのユニットを保
持器本体に対して水平方向へ移動自在としたことによ
り、保持器やノブ部の絶対的な位置関係に影響されるこ
となく、複数の爪部材をノブ部に対して自動的に芯合わ
せすることができる。従って、保持器による結晶保持が
確実なものとなり、結晶保持の失敗による生産性の低下
が回避されることにより、生産性が著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す単結晶製造装置の概略
構成図である。

【図２】同単結晶製造装置に装備されている保持器の斜
視図である。

【図３】同保持器の縦断面図である。る。

【図４】結晶保持の成功率を本発明例と従来例について
示すグラフである。

【図５】従来の単結晶製造装置に装備されている保持器
の縦断面図である。

【符号の説明】

３坩堝４回転引上げ機構５引上げ軸６保持器７ワイヤ８保持器本体９把持ユニット９ａスライド板９ｂ爪部材１０単結晶１２ノブ部（被係止部）１０′ 原料融液

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G077 AA02 BA04 CF10 EG12 EG13 EG14 EG27 PA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣＺ法により坩堝内の原料融液から単結
晶を引上げる際に、育成結晶の上端部に、種絞り部より
大径で且つ機械的な保持が可能な被係止部を形成し、こ
の被係止部で育成結晶を機械的に保持して引上げる単結
晶製造装置において、育成結晶の機械的な保持のために
上昇及び回転を行う保持器本体内に、前記被係止部を周
囲から把持する複数の爪部材をユニット化して取付け、
そのユニットを保持器本体に対して水平方向へ移動自在
としたことを特徴とする単結晶製造装置。