JP2628370B2 - 単結晶引上装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は単結晶引上装置に関し、詳しくは、単結晶引
上装置においてルツボを収納するメインチャンバー（以
下、単にチャンバーと記載することがある）の上端開口
部を開閉するためのシャッター構造、すなわちアイソレ
ーションバルブに関する。

（従来の技術） 単結晶引上装置は、CZ法（Czochralski法）によって
単結晶融液から単結晶棒を引き上げるものであって、こ
れはチャンバー内に、結晶原料を収容するルツボ、該ル
ツボの周囲に配されるヒータ、該ヒータの周囲に配され
る断熱材等を収納して構成され、チャンバーの上端には
引き上げられた単結晶棒を取り出すためのプルチャンバ
ーが接続されている。そして、チャンバーの上端部とプ
ルチャンバーとの間には、チャンバーの上端開口部を開
閉するアイソレーションバルブが設けられている。

ところで、当該単結晶引上装置においては、例えば融
液と石英ルツボとの反応によって生じたシリコン酸化物
の炉内析出と、この落下による単結晶の乱れを防止する
こと、及び不活性ガスの節約のため、単結晶の引き上げ
は減圧状態の不活性ガス雰囲気中で行なわれ、従って、
引上げ時においてはアイソレーションバルブは開状態に
あって、チャンバー及びプルチャンバー内は減圧状態に
保たれ、Arガス等の不活性ガスで満たされている。

而して、該引上装置によって引き上げられた単結晶棒
は、プルチャンバーの扉を開けてここから取り出される
が、この際チャンバー内の加熱状態は継続されたまま行
なわれることがあり、このときにはアイソレーションバ
ルブは閉じられており、従って、チャンバー内は引上時
と同様の減圧状態の不活性ガス雰囲気に保たれている
が、プルチャンバーは大気状態となる。

そこで、引き上げを再開する前にプルチャンバー内の
空気を減圧下の不活性ガスで置換する作業が必要となる
が、このガス置換作業は次の手順でなされる。即ち、プ
ルチャンバーの扉を閉じた後、該プルチャンバー内を内
圧が例えば0.1mbar（絶対圧力）になるまで真空引き
し、このプルチャンバー内に不活性ガスを封入して内圧
を例えば200mbarに保つ。この作業を２〜５回繰り返し
てプルチャンバー内の空気を不活性ガスで置換し、プル
チャンバーの内圧をチャンバーの内圧（例えば、100mba
r）に等しく保った後、アイソレーションバルブを開く
と、チャンバー及びプルチャンバー内は再び所定の減圧
状態（100mbarの圧力状態）の不活性ガス雰囲気で満た
され、単結晶の引き上げが可能となる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来のアイソレーションバルブにおい
ては、第６図（ａ），（ｂ）に示すように閉時のシャッ
ター115とチャンバー開口部102aとの間のシールは、チ
ャンバー開口部102aの上端に設けられたＯリング等のシ
ールリング117又はシャッター115の下面に設けられたシ
ールリング117によってなされていたが、シャッター115
は下方向に例えば60Kg/cm²の圧力で押えられており、前
記ガス置換作業においてチャンバーの内圧がプルチャン
バーのそれより大きくなると、シャッター115が上方の
力を受けて図示のように持ち上がり、チャンバー内の不
活性ガスの漏れが生じてチャンバー内圧の異常低下が起
き、更にプルチャンバー内の置換途中のガスが逆拡散し
てチャンバー内を汚染する。因に、前記数値例では、図
示の直径ｄ＝250mmの場合にはシャッター115に作用する
上方の力Ｆは49kgとなる。

本発明の上記問題に鑑みてなされたもので、その目的
とする処は、チャンバー（メインチャンバー）内のガス
の漏れを防いでチャンバー内圧の異常低下や内部雰囲気
の空気汚染を防ぐことができる単結晶引上装置に提供す
ること、具体的には、シャッターによるチャンバー上端
開口部のシール機能に優れたアイソレーションバルブを
提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するべく本発明の単結晶引上装置は、
ルツボを収納するメインチャンバー２と、メインチャン
バー２の上部に連通して設けられ、メインチャンバー２
とともに気密な引上室を構成するプルチャンバー７とを
備え、これらのチャンバーがメインチャンバー２の上端
開口部を開閉するシャッターを介して連通自在に接続さ
れてなる、２室構造の単結晶引上装置において、シャッ
ター15は、単結晶引上方向に上下動可能に設けた回動軸
13に、支持部材14を介して取り付けるとともに、下方に
突出する鍔部を有する逆皿構造として、メインチャンバ
ー２の上方に突出する鍔部を有する上端開口部2aの鍔部
を上方、かつ外側から覆うようにし、上端開口部2aの鍔
部、シャッター15の鍔部のいずれか一つには、これらの
対向部分に形成した溝にシールリングを挿入して取り付
けたことを特徴とする。

（作用） 本発明に係るアイソレーションバルブを閉じる（シャ
ッター15を閉める）には、回動軸13の回動によりシャッ
ター15をチャンバー２の上端開口部2aの直上に位置させ
る。次いで回動軸13を降下させ、シャッター15の鍔部内
周面を上端開口部2aの鍔部（上端開口部2aの上方に突出
する部分）の外周面と対向させる。

これにより、シールリングを上端開口部2aの鍔部に形
成された溝に挿入した場合には、シャッター15の鍔部15
b内周面によってシールリングの外周端部を押し潰して
シール状態を維持する。また、シールリングをシャッタ
ー15の鍔部15bに形成された溝に挿入した場合には、上
端開口部2aの鍔部の外周面によってシールリングの内周
端部を押し潰してシール状態を維持する。アイソレーシ
ョンバルブを開くには、シャッター15を回動軸13と一体
に上昇させてチャンバー２の上端開口部2aから離した
後、回動軸13を回動させる。

このように、本発明のアイソレーションバルブでは、
所謂サイドシール方式を採るため、チャンバー２の内圧
がプルチャンバー７のそれより高くなってシャッター15
が多少持ち上がっても、該バルブ（すなわちシャッター
15）のシール機能が損なわれることはなく、ガスの逆流
によるチャンバー２内圧の異常低下や内部雰囲気の空気
による汚染が効果的に防がれる。

（実施例） 以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図は本発明に係るアイソレーションバルブの側断
面図、第２図は同バルブの平面図、第３図は閉状態を示
す第１図Ａ部の拡大図、第４図は単結晶引上装置の縦断
面図である。

先ず、第４図に基づいて単結晶引上装置１の既略構成
を説明するに、図中、２はステンレス製円筒から成るチ
ャンバー（メインチャンバー）であって、これの内部に
は石英製のルツボ３が支持軸４上に載置されて収納され
ている。又、このチャンバー２内の上記ルツボ３の周囲
には、炭素材から成る円筒状のヒータ５が配され、この
ヒータ５の周囲には同じく炭素材から成る円筒状の断熱
部材６が配されている。

ところで、上記チャンバー２の上端開口部2aには、該
開口部2aを開閉すべきアイソレーションバルブ10が設け
られており、該アイソレーションバルブ10の上方にはス
テンレス製円筒から成るプルチャンバー７がチャンバー
２の開口部2aと同心的に起立して設けられている。尚、
このプルチャンバー７の側部には開閉扉８が設けられて
いる。

ここで、上記アイソレーションバルブ10の構成の詳細
を第１図及び第２図に基づいて説明する。

第１図中、９は前記チャンバー２の上端開口部2a（第
４図参照）の上端に結着されたフランジであって、該フ
ランジ９にはアイソレーションバルブ10のボックス状の
本体11が取り付けられている。そして、この本体11の上
面には、フランジ12が前記フランジ９の上方にこれと同
心的に設けられており、該フランジ12に上記プルチャン
バー７（第４図参照）の下端部が結着されている。

又、本体11には回動軸13が上下動、且つ回動自在に挿
通しており、この軸13の中間部には、本体11内に収納さ
れるアーム部材（支持部材）14の一端が該軸13と一体に
回動すべく結着されており、同アーム部材14の他端の下
面には逆皿状に成形されたシャッター15がボルト16…に
て取付支持されている。

ところで、上記シャッター15は後述のように第１図に
示す状態から下動してチャンバー２の上端開口部2a（フ
ランジ９の開口部）を閉じるが、このとき該シャッター
15の下端外周にリング状に成形された鍔部15bは第３図
に示すようにフランジ９の段部外周9bにリング状に成形
された溝9cに嵌め込まれたフッ素ゴム製のＯリング17を
押し潰し、このＯリング17によって該シャッター15のシ
ール機能が果たされる。尚、シャッター15の鍔部15bの
内周端縁15cは面取りされており、この面取りによって
Ｏリング17が損傷を免れる。

又、前記軸13の上方にはエアシリンダ18が本体11上に
円筒状の台19を介して固設されており、該エアシリンダ
18から下方へ延出するロッド18aは軸13に連結されてい
る。そして該ロッド18aにはレバー20の一端が連結され
ている。尚、前記台19にはレバー20の回動及び上下動を
許容する切欠き19aが形成されている。

更に、本体11の側端には、第２図に示すように開状態
にある前記シャッター15（同図中、鎖線にて示す）を収
容すべきカバー21が結着されている。

次に、本アイソレーションバルブ10の作用を説明す
る。

第１図に示すシャッター15がフランジ９から離れて浮
いた状態からレバー20を第２図の破線矢印方向に回動せ
しめれば、軸13はアーム部材14及びシャッター15と共に
破線矢印方向に回動し、シャッター15は第２図中、鎖線
位置に退避してカバー21内に収容され、チャンバー２の
上端開口部2aを開く。

上記のようにアイソレーションバルブ10が開いた状態
では第４図に示すチャンバー２とプルチャンバー７とは
連通状態にあり、これらチャンバー2,7はArガスで満た
され、内圧100mbarの減圧状態に保たれている。

而して、上記状態の下でヒータ５によってルツボ３内
に収容された単結晶原料を溶融し、この溶融された原料
に上方から回転自在に吊下された種結晶を浸して引き上
げることによって第４図に鎖線にて示す単結晶棒Ｗが引
き上げられる。そして、この引き上げられた単結晶棒Ｗ
はプルチャンバー７内から外へ取り出されるが、取り出
し前に先ずアイソレーションバルブ10が閉じられ、チャ
ンバー２とプルチャンバー７との連通が遮断される。

ここで、アイソレーションバルブ10の閉じ動作を第１
図及び第２図に基づいて説明するに、第２図の鎖線位置
にあるレバー20を実線矢印方向に回動せしめてこれを元
の実線位置に戻すと、軸13はアーム部材14及びシャッタ
ー15と共に実線矢印方向に回動し、この結果、アーム部
材14とシャッター15は実線位置に戻り、このとき第１図
に示すようにシャッター15はフランジ９の真上に位置
し、該フランジ９から離れて浮いた状態で待機してい
る。

上記状態においてエアシリンダ18を駆動してこれのロ
ッド18aを第１図の実線矢印方向へ下動せしめると、軸1
3はレバー20、アーム部材14及びシャッター15と共に一
体に下動し、チャンバー２の上端開口部2a（フランジ９
の開口部）はシャッター15によって閉じられる。このと
き、前述のようにシャッター15の鍔部15bはＯリング17
を押し潰すため（第３図参照）、このＯリング17によっ
て所謂サイドシール機能が果たされ、該アイソレーショ
ンバルブ10からのArガスの漏れが確実に防がれる。

斯くてアイソレーションバルブ10を閉じた後、第４図
に示す開閉扉８を開いて引き上げられた単結晶棒Ｗを取
り出すが、開閉扉８を開くとプルチャンバー７内は大気
状態に保たれる。尚、チャンバー２内は引き上げ時と同
じ状態に保たれている。

その後、当該引上装置１にて引き上げを再開するに
は、前述のガス置換作業が必要であるが、この作業の過
程でチャンバー２の内圧（200mbar）がプルチャンバー
７の内圧（0.1mbar）を超え、アイソレーションバルブ1
0のシャッター15が第３図に鎖線にて示すように幾分持
ち上がっても、Ｏリング17は依然としてシャッター鍔部
15bの内周に密着してシール機能を果たしているため、
チャンバー２内のArガスがプルチャンバー７側へ漏出す
ることがなく、ガスの置換作業が効率良くなされる。

ガス置換作業が終了すると、アイソレーションバルブ
10が開かれてチャンバー２とプルチャンバー７とが相連
通せしめられるが、アイソレーションバルブ10の開動作
は次のようになされる。即ち、エアシリンダ18が駆動さ
れてこれのロッド18aが第１図の破線矢印方向に上動せ
しめられると、軸13がレバー20、アーム部材14及びシャ
ッター14と共に一体に押し上げられるため、シャッター
15は第１図に示すようにフランジ９から離れて浮いた状
態となる。そして、この状態からレバー20を前述のよう
に第２図の破線矢印方向に回動させれば、シャッター15
が第１図の鎖線位置に退避してカバー21内に収容され、
この結果、チャンバー開口部2aが完全に開かれる。

尚、以上の実施例ではＯリング17をフランジ９側に設
けたが、第５図に示すようにこれをシャッター15側（正
確には、鍔部15bの内周）に設けても当該アイソレーシ
ョンバルブ10のサイドシール機能は維持されることは勿
論である。

（発明の効果） 以上の説明で明らかな如く本発明の単結晶引上装置で
は、アイソレーションバルブを構成するシャッター構造
として、サイドシール方式を採用したので、チャンバー
（メインチャンバー）の内圧がプルチャンバーのそれよ
り高くなってシャッターが多少持ち上がっても、該シャ
ッターによるシール機能が損なわれることがなく、チャ
ンバー内のガスの漏れが確実に防がれ、チャンバー内圧
の異常低下や内部雰囲気の空気汚染が防止されるという
効果が得られる。

また、本発明によれば、プルチャンバーの真空度が高
められるため、プルチャンバー内の空気を不活性ガスで
置換するガス置換操作の回数を減らすことができ、作業
時間の短縮が図れる。

さらに本発明によれば、シールリング（Ｏリング）が
シャッターに膠着し難いので、従来装置と違ってシール
リングを再度セットし直すなどの必要がなく、作業性が
大幅に改善されるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るアイソレーションバルブの側断面
図、第２図は同バルブの平面図、第３図は閉状態を示す
第１図Ａ部の拡大図、第４図は単結晶引上装置の縦断面
図、第５図はシール構造の別実施例を示す第３図と同様
の図、第６図（ａ），（ｂ）は従来のシール方式を示す
部分断面図である。 １……単結晶引上装置、２……チャンバー（メインチャ
ンバー）、2a……上端開口部、７……プルチャンバー、
10……アイソレーションバルブ、13……回動軸、14……
アーム部材（支持部材）、15……シャッター、15b……
鍔部、17……Ｏリング（シールリング）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小田 道明 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越 半導体株式会社磯部工場内 (56)参考文献 特開 昭61−117192（ＪＰ，Ａ) 実願 昭62−88225号（実開 昭63− 199166号）の願書に添付した明細書及び 図面の内容を撮影したマイクロフィルム （ＪＰ，Ｕ) Ｏリング技術研究会編「Ｏリング」増 補版（昭49．５−25）近代編集社 Ｐ. 141

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ルツボを収納するメインチャンバー（２）
   と、 メインチャンバー（２）の上部に連通して設けられ、メ
   インチャンバー（２）とともに気密な引上室を構成する
   プルチャンバー（７）とを備え、 これらのチャンバーがメインチャンバー（２）の上端開
   口部を開閉するシャッターを介して連通自在に接続され
   てなる、２室構造の単結晶引上装置において、 シャッター（15）は、単結晶引上方向に上下動可能に設
   けた回動軸（13）に、支持部材（14）を介して取り付け
   るとともに、下方に突出する鍔部を有する逆皿構造とし
   て、メインチャンバー（２）の上方に突出する鍔部を有
   する上端開口部（2a）の鍔部を上方、かつ外側から覆う
   ようにし、 上端開口部（2a）の鍔部、シャッター（15）の鍔部のい
   ずれか一つには、これらの対向部分に形成した溝にシー
   ルリングを挿入して取り付けたことを特徴とする単結晶
   引上装置。