JP2004352520A

JP2004352520A - 単結晶成長装置

Info

Publication number: JP2004352520A
Application number: JP2003148941A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Akashi; 義弘明石; Naohiro Takaoka; 尚宏高岡
Original assignee: Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】単結晶成長時のワイヤの振れを図ることにある。
【解決手段】回転駆動される上部ハウジング１に設置された巻取ドラム２によってワイヤ３を巻き上げることにより、ワイヤ３とともに融液から単結晶Ｓを引き上げながら成長させるものであり、上部ハウジング１の回動中心Ｃを挟んで巻取ドラム２とは反対側の位置にカウンターウエイト４を設け、巻取ドラム２からのワイヤ３の吊り下げ位置を一定の位置に維持すべく巻取ドラム２が軸方向に移動するのに伴って、回転中心Ｃを挟んで巻取ドラム２の移動方向とは反対方向にカウンターウエイト４を移動駆動する駆動手段７を設けた構成になっている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チョクラルスキー法を用いて坩堝内に収納された融液から単結晶を引き上げながら成長させる単結晶成長装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の単結晶成長装置としては、回転駆動される上部ハウジングに設置された巻取ドラムによってワイヤを巻き上げることにより、坩堝内で溶融された半導体（例えばシリコン）の融液から単結晶を引き上げながら成長させる装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
巻取ドラムは、ワイヤの吊り下げ位置を一定の位置に維持すべく、軸方向に移動駆動されるように構成されている。また、ワイヤは、単結晶の成長時には上部ハウジングとともに所定の方向に回転するのに対して、上記坩堝は、ワイヤとは逆の方向に回転駆動されるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−４７０９１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の単結晶成長装置においては、ワイヤの巻き取りに伴って、巻取ドラムの位置が随時変化するので、上部ハウジングの回転中心回りの静的および動的な荷重のバランスも随時変化することになる。このため、例えば単結晶の引き上げ開始時に、上部ハウジングの回転中心回りの静的および動的バランスをとるべく巻取ドラムの位置を設定した場合には、引き上げが進行するにしたがって、静的および動的バランスがくずれ、上部ハウジングの回動中心位置を半径方向（遠心方向）に変位させる方向の起振力が生じる。また、単結晶の引き上げの終了時に、静的および動的バランスをとるべく設定した場合には、単結晶の引き上げの初期に上記起振力が生じることになる。
【０００６】
上記起振力が作用した場合には、上部ハウジングの回転中心位置が半径方向に変位することになるが、その変位量は、上部ハウジングが回転中心回りに回転すべく支持されていることから微小であり、この変位量によって上記ワイヤが振れる量も微小である。
ただし、ワイヤの振れは、成長中の単結晶に欠陥を生じさせる要因となることから、微小であっても極力消滅させることが好ましい。
【０００７】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、上部ハウジングの回転中心回りの荷重の釣り合いを向上させることにより、単結晶成長時のワイヤの振れの低減を図ることのできる単結晶成長装置を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、回転駆動される上部ハウジングに設置された巻取ドラムによってワイヤを巻き上げることにより、当該ワイヤとともに融液から単結晶を引き上げながら成長させる単結晶成長装置であって、上記上部ハウジングの回動中心を挟んで上記巻取ドラムとは反対側の位置にカウンターウエイトを設け、上記巻取ドラムからの上記ワイヤの吊り下げ位置を一定の位置に維持すべく上記巻取ドラムが軸方向に移動するのに伴って、上記回転中心を挟んで上記巻取ドラムの移動方向とは反対方向に上記カウンターウエイトを移動駆動する駆動手段を設けたことを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記駆動手段は、上記巻取ドラムの移動に伴って、上記回転中心回りの荷重を釣り合わせるべく上記カウンターウエイトを移動駆動するように構成されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項１および２に記載の発明においては、上部ハウジングの回動中心を挟んで巻取ドラムとは反対側の位置にカウンターウエイトを設け、巻取ドラムからのワイヤの吊り下げ位置を一定の位置に維持すべく巻取ドラムが軸方向に移動するのに伴って、上部ハウジングの回転中心を挟んで巻取ドラムの移動方向とは反対方向にカウンターウエイトを移動する駆動手段を設けているので、単結晶の引き上げに伴って巻取ドラムが軸方向に移動しても、上部ハウジングの回転中心回りの荷重のバランスを高水準に維持することができる。
【００１１】
したがって、上部ハウジングの回転中心位置を半径方向に変位させる方向の起振力が微小になるので、上部ハウジングの回転中心位置の変位量を低減することができ、単結晶の引き上げ時におけるワイヤの振れを低減することができる。よって、高品質の単結晶を得ることができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明においては、駆動手段を、巻取ドラムの移動に伴って、上部ハウジングの回転中心回りの荷重を釣り合わせるべくカウンターウエイトを移動駆動するように構成しているので、上部ハウジングの回転中心回りの荷重のバランスをより高水準に維持することができる。したがって、単結晶の引き上げ時におけるワイヤの振れをより確実に低減することができ、極めて高品質の単結晶を得ることができる。
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図１〜図４を参照して説明する。
【００１３】
この実施の形態で示す単結晶成長装置は、図１および図２に示すように、回転駆動される上部ハウジング１に設置された巻取ドラム２によってワイヤ３を巻き上げることにより、当該ワイヤ３とともに融液（図示せず）から単結晶Ｓを引き上げながら成長させるものであり、上部ハウジング１の回動中心Ｃを挟んで巻取ドラム２とは反対側の位置にカウンターウエイト４を設け、巻取ドラム２からのワイヤ３の吊り下げ位置を一定の位置に維持すべく巻取ドラム２が軸方向に移動するのに伴って、回転中心Ｃを挟んで巻取ドラム２の移動方向とは反対方向にカウンターウエイト４を移動駆動する駆動手段７を設けた構成になっている。また、駆動手段７は、巻取ドラム２の移動に伴って、回転中心Ｃ回りの荷重を釣り合わせるべくカウンターウエイト４を移動駆動するように構成されている。
【００１４】
また、図１において、５は、円筒状の外周面を有するプルチャンバー５であり、このプルチャンバー５の下方には図示しない坩堝が設けられているとともに、この坩堝内にはヒータ（図示せず）によって溶融された例えばシリコンの融液が収容されている。坩堝は、図示しない駆動機構によってワイヤ３と同軸状に支持されているとともに、当該ワイヤ３とは逆方向に回転駆動されるようになっている。
【００１５】
上部ハウジング１は、プルチャンバー５の垂直方向の上端部に位置し、この位置において、回転中心Ｃの回りに回転自在に支持されている。このハウジング１は、底板部１１、天板部１２および側壁部１３によって密閉された容器状に構成されている。また、底板部１１および天板部１２は円板状に形成されており、側壁部１３は円筒状に形成されている。
【００１６】
底板部１１には、その中心に回転中心Ｃと同軸状に形成されたワイヤ３の挿通孔１１ａが形成されている。また、底板部１１の下面には、プルチャンバー５の上端部と回転自在にかつ気密に連結される継手部１１ｂが設けられており、この継手部１１ｂには、外周部にタイミングベルト１４が巻回されるプーリ１ｃが設けられている。タイミングベルト１４は、さらに図示しない上部回転モータのプーリに巻回されており、この上部回転モータの回転を継手部１１ｂに伝えて、上部ハウジング１を回転中心Ｃ回りに回転駆動するようになっている。
【００１７】
底板部１１の上側には、巻取ドラム２が第１スプライン軸２１に沿って軸方向に移動自在に配置されているとともに、カウンターウエイト４が第２スプライン軸４１に沿って軸方向に移動自在に配置されている。
【００１８】
巻取ドラム２は、円筒外周面の軸方向の両端部に鍔部を備えたもので構成されており、円筒外周面にはワイヤ３を案内する断面半円状の溝２ａが螺旋状に形成されている。
カウンターウエイト４は、重さおよび軸方向の長さが巻取ドラム２とほぼ等しく円柱状のもので構成されており、外周面には巻取ドラム２の溝２ａと同ピッチの雄ねじ４ａが形成されている。
【００１９】
第１スプライン軸２１は、巻取ドラム２の軸心部に嵌合することによって、巻取ドラム２と一体的に回転するとともに、当該巻取ドラム２を軸方向に移動自在に支持するようになっている。同様に、第２スプライン軸４１は、カウンターウエイト４の軸心部に嵌合することによって、カウンターウエイト４と一体的に回転するとともに、当該カウンターウエイト４を軸方向に移動自在に支持するようになっている。
【００２０】
また、第１スプライン軸２１は、両端部が一対のドラム支持部材２２、２２によって回転自在に支持されおり、第２スプライン軸４１は、両端部が一対のウエイト支持部材４２、４２によって回転自在に支持されている。
【００２１】
ドラム支持部材２２、２２は、巻取ドラム２から吊り下げられたワイヤ３が回転中心Ｃに一致した状態となるように底板部１１上に立設されている。また、ウエイト支持部材４２、４２は、第２スプライン軸４１を第１スプライン軸２１に平行に位置させるべく、底板部１１上に立設されている。さらに、ウエイト支持部材４２、４２は、第２スプライン軸４１が回転中心Ｃを挟んで第１スプライン軸２１とほぼ対称となる位置に設置されている。また、ウエイト支持部材４２、４２自体も、回転中心Ｃを挟んでドラム支持部材２２、２２とほぼ対称となる位置に設けられている。
【００２２】
また、底板部１１上には、巻取ドラム２の溝２ａに係合する複数の突条を有する第１ナット部材２３が設置されているとともに、カウンターウエイト４の雄ねじ４ａに係合する雌ねじ部を有する第２ナット部材４３が設置されている。これらの第１および第２ナット部材２３、４３も、回転中心Ｃの回りにほぼ対称となる位置に設置されている。
【００２３】
さらに、第１スプライン軸２１は、その一端部に傘歯車２５が設けられている。また、第１スプライン軸２１および第２スプライン軸４１の他端部のそれぞれには、互いに噛み合って回転を伝達する平歯車２４、４４が設けられている。
【００２４】
天板部１２上には、ドラム回転モータ６が設けられている。このドラム回転モータ６は、出力軸６ａが天板部１２から下方に突出しており、その出力軸６ａの先端部には、傘歯車２５と噛み合う傘歯車６１が設けられている。すなわち、ドラム回転モータ６の出力軸６ａの回転が傘歯車２５、６１を介して第１スプライン軸２１から巻取ドラム２に伝達されるようになっている。
【００２５】
ワイヤ３は、基端部が巻取ドラム２の外周面の一方の端部に固定され、当該外周面の溝２ａに沿って巻回されるようになっており、先端部には種結晶Ｓ０を把持するホルダ３１が設けられている。
また、上記駆動手段７は、少なくとも第１スプライン軸２１、平歯車２４、４４、第２スプライン軸４１、第２ナット部材４３を備え、これによってカウンターウエイト４を軸方向に駆動するようになっている。
【００２６】
さらに、巻取ドラム２およびカウンターウエイト４は、それぞれ第１および第２スプライン軸２１、４１における回転中心Ｃを挟んでほぼ対称となる位置に設置されことになる。
そして、上部ハウジング１に設置された各部材によって、当該上部ハウジング１の回転中心Ｃ回りの静的な荷重が釣り合うようになっている。
【００２７】
上記のように構成された単結晶成長装置においては、ドラム回転モータ６によって第１スプライン軸２１を回転駆動すると、巻取ドラム２が回転するとともに、平歯車２４、４４を介して第２スプライン軸４１が回転駆動され、カウンターウエイト４が回転する。
【００２８】
例えば、ワイヤ３を巻き解く方向に第１スプライン軸２１を回転すると、巻取ドラム２は、その溝２ａが第１ナット部材２３に係合していることから、図２中の矢印Ａとは逆の方向に移動する。この際、巻取ドラム２が移動するピッチと、ワイヤ３が巻き解されるピッチとが等しいため、巻取ドラム２から吊り下げられたワイヤ３は常に回転中心Ｃに維持されることになる。また、カウンターウエイト４は、雄ねじ４ａが第２ナット部材４３に係合していることから、図２中の矢印Ｂとは逆の方向であって、巻取ドラム２の移動方向と反対の方向に移動する。この場合のカウンターウエイト４は、溝２ａのピッチと雄ねじ４ａのピッチとが等しいことから、巻取ドラム２と同じ速さで移動するとともに、回転中心Ｃを挟んで巻取ドラム２とほぼ対称の位置となるように移動する。すなわち、カウンターウエイト４は、回転中心Ｃ回りの荷重を釣り合わせるべく移動することになる。
【００２９】
一方、単結晶Ｓを成長させる場合には、上部ハウジング１を回転中心Ｃ回りに回転駆動しながら、ワイヤ３を巻き上げるべく第１スプライン軸２１を回転駆動する。この際には、巻取ドラム２が矢印Ａ方向に移動するとともに、カウンターウエイト４が矢印Ｂ方向に移動する。すなわち、カウンターウエイト４は、回転中心Ｃ回りの荷重を釣り合わせるべく移動することになる。
【００３０】
このため、単結晶Ｓの引き上げに伴って巻取ドラム２が軸方向に移動しても、上部ハウジング１の回転中心Ｃ回りの静的および動的な荷重の釣り合いを高水準に維持することができる。
【００３１】
なお、回転中心Ｃ回りの静的な荷重の釣り合いがとれておらず偏心荷重がある場合には、上部ハウジング１が回転すると、その偏心荷重に起因して、半径方向に起振力が発生する。すなわち、動的な荷重の釣り合いもとれなくなる。また、ワイヤ３の引き上げ率（引き上げ速度）（単位：ｍ／ｍｉｎ）を増加する場合には、これに比例して上部ハウジング１の回転速度も増加することになることから、従来のカウンターウエイト４を用いていない場合には、上記起振力が図３の記号Ｃで示すように、引き上げ率に比例して増大することになる。これに対して、本実施の形態においては、カウンターウエイト４を備え、回転中心Ｃ回りの静的な荷重の釣り合いがほぼとれていることから、引き上げ率を増加した場合（すなわち、上部ハウジング１の回転速度を増加した場合）でも、図３の記号Ｄで示すように、起振力が増加するのを防止することができる。
【００３２】
なお、図３の記号Ｃで示すように、比較的大きな起振力が発生した場合でも、上部ハウジング１が回転中心Ｃ回りに回転すべく支持されているので、上記起振力によって上部ハウジング１の回転中心Ｃの位置が変位する量は微小である。ただし、上部ハウジング１の回転中心Ｃの位置が変位すれば、ワイヤ３は、図４の（ａ）に示すような振り子状の振れや、（ｂ）に示す弦振動状の振れを生じることになる。なお、図４において、ワイヤ３の振れを大きく記載しているが、実際には図３の記号Ｃにおける最大の起振力が作用した場合でも目視で確認できない程度の振幅である。
【００３３】
しかし、本実施の形態においては、上記起振力を従来例に比べて極めて低く維持することができるので、上部ハウジング１の回転中心Ｃの位置が変位するのをほぼ防止することができる。したがって、単結晶Ｓの引き上げ時にワイヤ３が振れるのをほぼ防止することができるので、欠陥のない極めて高品質の単結晶Ｓを得ることができる。
【００３４】
なお、上記実施の形態においては、少なくとも第１スプライン軸２１、平歯車２４、４４、第２スプライン軸４１、第２ナット部材４３を備えたいわゆるねじ式のものによって駆動手段７を構成したが、例えばリンク機構によって、回転中心Ｃを挟んで巻取ドラムの移動方向とは反対方向にカウンターウエイトを移動駆動して、上部ハウジングにおける回転中心回りの荷重を釣り合わせるわゆるリンク式のもので構成してもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１および２に記載の発明によれば、上部ハウジングの回転中心位置を半径方向に変位させる方向の起振力が微小になるので、上部ハウジングの回転中心位置の変位量を低減することができ、単結晶の引き上げ時におけるワイヤの振れを低減することができる。よって、高品質の単結晶を得ることができる。
【００３６】
また、請求項２に記載の発明によれば、駆動手段を、巻取ドラムの移動に伴って、上部ハウジングの回転中心回りの荷重を釣り合わせるべくカウンターウエイトを移動駆動するように構成しているので、上部ハウジングの回転中心回りの荷重のバランスをより高水準に維持することができる。したがって、単結晶の引き上げ時におけるワイヤの振れをより確実に低減することができ、極めて高品質の単結晶を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態として示した単結晶成長装置の説明図である。
【図２】同単結晶成長装置の上部ハウジング内の平面説明図である。
【図３】同単結晶成長装置における引き上げ率と起振力との関係を示す説明図である。
【図４】同単結晶成長装置の説明内で示した従来の場合における上部ハウジングの変位の増大によって生じるワイヤの振れを示す説明図である。
【符号の説明】
１上部ハウジング
２巻取ドラム
３ワイヤ
４カウンターウエイト
７駆動手段
Ｃ回動中心
Ｓ単結晶

Claims

回転駆動される上部ハウジングに設置された巻取ドラムによってワイヤを巻き上げることにより、当該ワイヤとともに融液から単結晶を引き上げながら成長させる単結晶成長装置であって、
上記上部ハウジングの回動中心を挟んで上記巻取ドラムとは反対側の位置にカウンターウエイトを設け、
上記巻取ドラムからの上記ワイヤの吊り下げ位置を一定の位置に維持すべく上記巻取ドラムが軸方向に移動するのに伴って、上記回転中心を挟んで上記巻取ドラムの移動方向とは反対方向に上記カウンターウエイトを移動駆動する駆動手段を設けたことを特徴とする単結晶成長装置。
上記駆動手段は、上記巻取ドラムの移動に伴って、上記回転中心回りの荷重を釣り合わせるべく上記カウンターウエイトを移動駆動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の単結晶成長装置。