JP2855498B2 - 半導体単結晶引上げ装置 - Google Patents

半導体単結晶引上げ装置

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JP2855498B2
JP2855498B2 JP8218692A JP8218692A JP2855498B2 JP 2855498 B2 JP2855498 B2 JP 2855498B2 JP 8218692 A JP8218692 A JP 8218692A JP 8218692 A JP8218692 A JP 8218692A JP 2855498 B2 JP2855498 B2 JP 2855498B2
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俊郎 梅木
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Komatsu Electronic Metals Co Ltd
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、るつぼ内の原料融液か
ら、均質な半導体単結晶を製造する半導体単結晶製造装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体単結晶の育成には、るつぼ内の原
料融液から円柱状の結晶を育成するCZ(チョクラルス
キー引上げ)法が広く用いられている。
【0003】通常、半導体単結晶の育成に際し、育成さ
れる単結晶を高品質に維持するために、所定の真空度に
真空排気されたチャンバー内にるつぼを設置し、このる
つぼ内の原料融液から結晶を引き上げつつ育成するとい
う方法がとられている。
【0004】このような装置においては、その引上げ方
法によってシャフトを引き上げるシャフト方式と、ワイ
ヤを巻き取るワイヤ方式とにわけられる。
【0005】引上げ単結晶の直径を制御するために引上
げ速度を制御しなければならないが、これらのうちシャ
フト方式では、カメラを用いて引上げ単結晶の直径を検
出する光学式制御方法と、重量センサを用いて引上げ単
結晶の重量を検出する重量式制御方法とがある。
【0006】例えば、光学式制御方法を用いた従来の光
学式半導体単結晶育成装置は、図5に示すように、カメ
ラ11を用いて引上げ単結晶の直径を検出するようにし
たもので、減圧下に保持されたチャンバー1内に設置さ
れた石英るつぼ2内に収容した原料3をヒータ4によっ
て加熱溶融し、この融液に引上げ軸5にとりつけた種結
晶を浸漬し、これを回転させつつ上方に引き上げて単結
晶(図示せず)を成長せしめるように構成されている。
ここでは、ヒータ4内に、ペディスタル(るつぼ支持
台)7に装着されたるつぼ受け8によって支持された黒
鉛るつぼ9内にさらに石英るつぼ2を装着し、この石英
るつぼ2内部でシリコン原料を溶融せしめ原料融液とし
て保持するようになっている。そして、この光学式制御
方法では、引上げ軸5は引上げ軸ガイドを介して引上げ
装置本体に取り付けられており、その引上げ軸5は長さ
方向に対し単一直径の細い丸棒で構成されその先端にシ
ードアダプター16と呼ばれる種結晶17の取り付け部
が連結されている。またこのシードアダプタ−が2種以
上の異なった部品で構成されたものもある。しかしなが
ら、これは光学的に引上げ単結晶の直径を検出するもの
であるため、カメラの位置に制限があり装置が大型化す
る上、反射などによる誤差が生じやすいという問題があ
った。
【0007】これに対し、重量式の直径制御方式は、図
6に示すように重量センサ12を用いて引上げ単結晶の
重量を検出するもので、上述したような問題はない。し
かしながら近年引上げ単結晶の直径は太くなる一方であ
り、このような重量式の直径制御方式では、その引上げ
軸は下方で石英るつぼ2内の溶融液3やヒータ14から
の輻射熱を多く受けるが、引上げ軸5は単一の丸棒で構
成されているため、この熱が上方の駆動部にも伝達さ
れ、シャフトの機械的精度を長時間保持することができ
なくなり、半導体単結晶の製造が不安定となるという問
題が出てきている。ここで10は保温筒である。
【0008】また、引上げ軸に熱的耐久性を持たせるた
めに長さ方向に対し直径を太くすることも考えられる
が、この場合は引上げ駆動軸の重量が著しく増加するた
めメンテナンスなどを容易にすることができなくなると
いう問題点があった。
【0009】そこでこの問題を解決すべく、太径の半導
体単結晶を引上げる場合はワイヤ方式が多く採用されて
いる。しかしながら、ワイヤ方式は位置ずれが生じ易い
という問題がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】このように太径の半導
体単結晶を引上げる場合、重量式の直径制御方式では、
その引上げ軸は単一の丸棒であるために、石英るつぼ内
の溶融液やヒータからの輻射熱を多く受け、この熱が上
方の駆動部にも伝達され、シャフトの機械的精度を長時
間保持することができなくなり、半導体単結晶の製造が
不安定となるという問題が出てきている。また太径の半
導体単結晶を引上げるために引上げ軸の機械的強度およ
び熱的強度を大きくしなければならないが、太くすると
重量が増大しメンテナンスが困難となるという問題があ
った。
【0011】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、引上げ軸の熱的安定性を向上し、メンテナンスが容
易で長期にわたって安定した太径の半導体単結晶を形成
することのできる単結晶引上げ装置を提供することを目
的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】そこで本発明では、引上
げ軸を上部シャフトと下部シャフトとの連結体で構成
し、この連結部は保護筒内に位置するようにしている。
【0013】また望ましくはこの上部シャフトと下部シ
ャフトを着脱自在に装着している。さらに望ましくはこ
の、下部シャフトは上部シャフトよりも径大であるよう
に構成している。
【0014】
【作用】上記構成によれば、引上げ軸を上部シャフトと
下部シャフトとの連結体で構成するようにしているた
め、この連結部で一旦熱が遮断される状態になるため、
上部シャフトへの熱伝導は小さい。従って熱による劣化
は防止される。
【0015】また、引上げ軸の上部シャフトと下部シャ
フトを着脱自在に装着することにより、熱輻射により下
部シャフトが劣化すれば下部シャフトのみを取り替えれ
ばよく、また、引上げ単結晶の直径に応じて下部シャフ
トの太さあるいは材質を変えるようにすれば、引上げ軸
の熱的安定性を向上することができる。
【0016】また、引上げ軸を上部シャフトと前記上部
シャフトよりも径大の下部シャフトとの連結体で構成す
るようにすれば、熱輻射を受けるため、熱的耐久性の必
要な下部シャフトのみを径大にすれば、重量の増大を低
減し耐久性を持たせることが可能となる。また、引上げ
軸自体の重量を低減することにより、引上げ単結晶の直
径の制御のために引上げ軸に支持された引上げ単結晶の
重量を検出する重量センサの検出精度の必要範囲が小さ
くなる。
【0017】
【実施例】以下、本発明実施例について図面を参照しつ
つ詳細に説明する。
【0018】本発明の第1の実施例の単結晶育成装置
は、図1に断面図を示すように、単結晶引上げ軸15が
ステンレス棒からなる上部シャフト15aと、この上部
シャフトよりも径大のステンレス棒からなる下部シャフ
ト15bとから構成され、これらの連結部Rがステンレ
ス製の保温筒10の下端よりも上にくるようにし、るつ
ぼ上に露呈する部分はすべて径大部であるように構成さ
れていることを特徴とする。
【0019】ここで下部シャフト15bの下にはカーボ
ン製のシードアダプター16が設置され種結晶17を支
持している。
【0020】他の部分は図6に示した従来例の装置と同
様に形成されており、減圧下に保持したチャンバー1内
の石英るつぼ2内に収容した単結晶原料3をヒータ4に
よって加熱溶融し、この融液に引上げ軸5にとりつけた
種結晶を浸漬し、これを回転させつつ上方に引き上げて
単結晶6を成長せしめるように構成されている。
【0021】次に、この単結晶製造装置を用いてシリコ
ン単結晶の育成を行う方法について説明する。
【0022】まず、チャンバー1を真空排気し、10-2
〜10-3Torrとする。
【0023】そして、ガス導入口(図示せず)からチャ
ンバー内にアルゴンガスを導入し、さらにチャンバー1
内の石英るつぼ2を加熱するためのヒータ4をオンし、
原料融液を得る。
【0024】そして、この原料融液内に種結晶を浸漬
し、重量センサ12で引上げ軸を含めた成長単結晶の重
量を測定し、引上げ速度を調整しながら引上げ軸15に
よって引き上げることにより単結晶を育成するようにな
っている。
【0025】この装置を用いることにより、長期にわた
って安定で信頼性の高い良好な結晶を得ることができ
る。
【0026】さらに、本発明は前記実施例に限定される
ことなく、種々の応用例、例えば、シリコン以外の単結
晶の育成等においても適用可能である。
【0027】次に、本発明の第2の実施例として図2に
示すように、引上げ軸の上部シャフト25aと径大の下
部シャフト25bとが取り付け金具25cによって着脱
自在に取り付けられていることを特徴とするものであ
る。このようにすれば、熱輻射により下部シャフト25
bが劣化すれば下部シャフトのみを取り替えればよく、
また、引上げ単結晶の直径に応じて下部シャフトの太さ
あるいは材質を変えるようにすれば、引上げ軸の熱的安
定性を向上することができる。
【0028】また、本発明の第3の実施例として図3に
示すように、ステンレス製の上部シャフト35aと同径
の下部シャフト35bとを連結するようにしてもよい。
この場合同径でかつ同一材料で構成されているが、一体
的に形成するのに比べ、連結界面で一旦熱が遮断される
ため、大幅に上部シャフトの劣化は少なくて済む。
【0029】また前記第3の実施例では同一材料で構成
したが、下部シャフトをより耐熱性の高い材料で構成す
ればなおよくなる。
【0030】さらに本発明の第4の実施例として図4に
示すように、熱絶縁性の材料からなる連結部材45Cを
介して上部シャフト45aと下部シャフト45bとを連
結するようにしてもよい。
【0031】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、チャンバーの下方から導入されたアルゴンガスがメ
インヒータの下方から上端部に向かって上昇する流れを
形成し、酸化シリコンの付着により消耗品であるカーボ
ン炉内品の寿命を伸ばすことができ、また引上げ単結晶
の製造歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の単結晶製造装置の断面
【図2】本発明の第2の実施例の単結晶製造装置の要部
【図3】本発明の第3の実施例の単結晶製造装置の要部
【図4】本発明の第4の実施例の単結晶製造装置の要部
【図5】従来例の単結晶製造装置の断面図
【図6】従来例の単結晶製造装置の断面図
【符号の説明】
1 チャンバー 2 石英るつぼ 3 融液 4 ヒータ 5 引上げ軸 7 ペディスタル 8 るつぼ受け 9 黒鉛るつぼ 10 保温筒 11 カメラ 12 重量センサ 15a 上部シャフト 15b 下部シャフト 16 シードアダプタ 17 種結晶 25a 上部シャフト 25b 下部シャフト 25c 連結金具 35a 上部シャフト 35b 下部シャフト 45a 上部シャフト 45b 下部シャフト 45c 連結金具

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原料を充填するるつぼと、 前記るつぼの周りに近接して設置され、前記るつぼ内の
    原料を溶融し原料融液を形成する加熱ヒータとを具備し
    たチャンバーと、 前記るつぼ内の原料融液に引上げ軸の先端に取り付けら
    れた種結晶を浸漬して単結晶を引き上げる引き上げ部
    と、 前記引上げ軸に取り付けられ引上げ単結晶の重量を測定
    する重量センサと、 前記重量センサの測定値に基づいて引上げ速度を制御す
    る制御部とを備えた半導体単結晶製造装置において、 前記引き上げ軸は、 上部シャフトと下部シャフトの連結体から構成され、 前記上部シャフトと下部シャフトは着脱自在に装着され
    ていることを特徴とする半導体単結晶引き上げ装置。
  2. 【請求項2】 原料を充填するるつぼと、 前記るつぼの周りに近接して設置され、前記るつぼ内の
    原料を溶融し原料融液を形成する加熱ヒータとを具備し
    たチャンバーと、 前記るつぼ内の原料融液に引上げ軸の先端に取り付けら
    れた種結晶を浸漬して単結晶を引き上げる引き上げ部
    と、 前記引上げ軸に取り付けられ引上げ単結晶の重量を測定
    する重量センサと、 前記重量センサの測定値に基づいて引上げ速度を制御す
    る制御部とを備えた半導体単結晶製造装置において、 前記引き上げ軸は、 上部シャフトと下部シャフトの連結体から構成され、 前記下部シャフトは、前記上部シャフトよりも径大であ
    ることを特徴とする半導体単結晶引き上げ装置。
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