JP2937102B2

JP2937102B2 - 単結晶成長用種結晶の保持治具

Info

Publication number: JP2937102B2
Application number: JP607696A
Authority: JP
Inventors: 輝郎和泉
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-01-17
Filing date: 1996-01-17
Publication date: 1999-08-23
Anticipated expiration: 2016-01-17
Also published as: JPH09194292A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶成長におけ
る種結晶の保持治具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】結晶成長法には種々の方法があるが、そ
の一つにチョクラルスキー法（ＣＺ法）がある。図５は
従来のＣＺ法による結晶成長装置を模式的に示した図で
あり、図５中の１はチャンバー内等に配置される坩堝で
ある。この坩堝１は、有底円筒状を有する石英製の内層
保持容器１ａと、この内層保持容器１ａの外側を保持す
べく適合された同じく有底円筒状を有する黒鉛製の外側
保持容器１ｂとで構成されている。そして、前記した構
成の坩堝１の外側には、抵抗加熱式ヒーター２が同心円
状に配設されており、このヒーター２によって坩堝１内
に充填された所定重量の原料を溶融し、融液３となして
いる。

【０００３】ところで、前記坩堝１の中心軸上には、矢
印方向に所定速度で回転する引き上げ棒又はワイヤー
（以下、両者を併せて「引き上げ棒」という）４が配置
されており、この引き上げ棒４の先端には、種結晶の保
持治具５が設置されている。また、坩堝１は、引き上げ
棒４と同一軸心で、引き上げ棒４と逆方向又は同方向に
所定速度で回転する坩堝支持軸６に支持されており、結
晶成長に合わせて引き上げ棒４を回転させつつ上方へ引
き上げてゆくことで、融液３を凝固させ、単結晶７を成
長させる。

【０００４】前記種結晶の保持治具５として、例えば実
開昭５６−４２９７８号で図６に示すような構造のもの
が提案されている。この実開昭５６−４２９７８号で提
案されたものは、その上部に、機械的にテーパ加工した
テーパ部８ａを有する種結晶８を、保持治具５の下端か
ら挿入し、前記テーパ部８ａの最大切り込み部が保持治
具５の横孔５ａに達した状態で、金属製のピン９を保持
治具５の外側から挿入し、その後、種結晶８を下方に引
き下げることで、テーパ部８ａとピン９とで結晶重量を
保持しようとするものである。

【０００５】このような保持構造では、結晶重量を種結
晶８のテーパ部８ａとピン９が接した線で保持する構造
であるので、応力が集中して種結晶８が破損し、保持部
から結晶が落下するという問題がある。成長中に結晶が
落下すると危険であり、さらに、引き上げを継続するこ
とが困難となるばかりでなく、落下した結晶が炉体に衝
突して炉体の断熱材等を損傷させるので、生産性を著し
く低下させることになる。

【０００６】この問題を解決するために、特開昭５８−
２０８１９４号や特開平６−１１６０８５号では、種結
晶及びその保持治具の径を一様に減ずるテーパ面部を有
した保持方法やホルダーを提案している。このうち、特
開昭５８−２０８１９４号で提案しているものは、種結
晶保持治具の減径テーパ部を二分割し、その外周を金属
線で固縛するものであり、また、特開平６−１１６０８
５号で提案しているものは、円筒状の種結晶保持治具
に、この形状に係合した種結晶を挿入するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
５８−２０８１９４号で提案しているものは、二分割し
た種結晶保持治具の外周を金属線で固縛するものである
から、設置に時間がかかることに加え、設置時に分割し
た保持治具を損傷するおそれがある。また、金属線と保
持治具の熱膨張差によって固縛が緩み、結晶が落下する
という問題がある。さらに、金属線が露出しているの
で、融液原料が金属汚染するという問題もある。

【０００８】また、特開平６−１１６０８５号で提案し
ているものでは、結晶成長中に保持治具内のテーパ部に
沿って種結晶が保持治具内に埋め込まれて固着し、離脱
するのが困難であるという問題がある。

【０００９】本発明は、上記した従来の問題点に鑑みて
なされたものであり、結晶が落下することなく安全に保
持できるとともに、金属汚染もなく、また種結晶と保持
治具が固着することのない単結晶成長用種結晶の保持治
具を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明の単結晶成長用種結晶の保持治具は、筒
状をなす保持治具本体の内周中央部に段差平坦部を形成
するとともに、この段差平坦部より下方に減径部及び下
部直胴部を順次連続して形成し、種結晶を上方から挿入
し、前記段差平坦部で種結晶を保持するように構成して
いるのであり、さらに、段差平坦部の上方に形成した上
部直胴部に、外周面より貫通孔を穿設し、この貫通孔に
種結晶の回転防止用のねじ軸又はピンを挿入するのであ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の単結晶成長用種結晶の保
持治具は、円筒状をなす高純度カーボンや炭素繊維強化
炭素材料製の保持治具本体の内周中央部に、円柱形状の
種結晶を保持する段差平坦部を形成する。そして、この
段差平坦部より下方に減径部及び下部直胴部を順次連続
して形成する。従って、本発明の保持治具では、種結晶
の保持に際し、金属線で固縛することなく、種結晶を上
方から挿入し、段差平坦部で保持するような構成であ
る。また、段差平坦部の上方に形成した上部直胴部に、
外周面より貫通孔を穿設し、この貫通孔にねじ軸又はピ
ンを挿入することで、種結晶の回転を効果的に防止でき
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係る単結晶成長用種結晶の保
持治具を図１に示す一実施例に基づいて説明する。図１
は本発明に係る単結晶成長用種結晶の保持治具の半断面
図である。

【００１３】図１において、１１は本発明に係る単結晶
成長用種結晶の保持治具であり、円筒状をなす例えば炭
素繊維強化炭素材料製の保持治具本体１１ａの内周部
を、次のように形成しているのである。すなわち、保持
治具本体１１ａの内周部は、上方から引き上げ棒との接
続部１１ｂ，上部直胴部１１ｃが連続して形成され、こ
の上部直胴部１１ｃの下端に、種結晶を保持する段差平
坦部１１ｄを形成している。そして、さらに、この段差
平坦部１１ｄより下方に減径部１１ｅ及び下部直胴部１
１ｆを順次連続して形成している。

【００１４】このような本発明の保持治具１１にあって
は、種結晶１２の保持に際しては、図２に示すような形
状の種結晶１２、すなわち、上端から前記保持治具１１
の上部直胴部１１ｃに嵌入する上部直胴部１２ａと、こ
の上部直胴部１２ａの下端に前記段差平坦部１１ｄ上に
載る段差平坦部１２ｂが形成されるとともに、この段差
平坦部１２ｂより下方に、前記減径部１１ｅ及び下部直
胴部１１ｆに嵌入する減径部１２ｃ及び下部直胴部１２
ｄが形成された種結晶１２を上方から挿入し、段差平坦
部１１ｄで保持する構成である。本発明の保持治具１１
では、減径部１１ｅで種結晶１２の保持を補佐するの
で、仮に種結晶１２の段差平坦部１２ｂで結晶が破断し
た場合でも、減径部１１ｅで保持することが可能であ
る。

【００１５】そして、この時、種結晶１２の上部直胴部
１２ａに回転防止用平坦部１２ｅを設けておき、かつ、
図１に示すように、種結晶１２を保持治具１１内に上方
から挿入した状態において、保持治具１１の上部直胴部
１１ｃにおける前記平坦部１２ｅと相対する位置に、そ
の外周面より貫通孔１１ｇを穿設し、この貫通孔１１ｇ
に例えば雌ねじを設け、この雌ねじにねじ軸１１ｈを螺
合すれば、種結晶１２の回転を効果的に防止できる。

【００１６】なお、本実施例では、保持治具１１の接続
部１１ｂをねじ構造としたものを開示しているが、これ
に限るものではなく、例えば外周より貫通ピンを挿入し
て接続する構造でもよい。また、保持治具１１及び種結
晶１２の減径部１１ｅ，１２ｃは、応力の集中を避ける
ために曲率を有したものを開示しているが、直線的に減
径するものであってもよい。

【００１７】次に本発明の効果を確認するために行った
実験結果に付いて説明する。実験に供した保持治具の各
部の寸法を下記表１に、また、種結晶の各部の寸法を下
記表２に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】上記表２の各部寸法を有する図２に示す形
状の種結晶を、表１の各部寸法を有する図１に示す形状
の本発明の保持治具に、その上方から挿入して保持した
後、引き上げを行い、直径が３００ｍｍで長さが１２０
０ｍｍのシリコン単結晶を成長させた。この際、２０セ
ットの種結晶と保持治具を用意して、最大各セット１０
回で、合計２００回の引き上げを行った。また、比較の
ために、段差平坦部を有しない種結晶及びその保持治具
（Ａ型）と、Ａ型と同様の種結晶及び保持治具の減径部
を二分割し、モリブデン鋼の線にて固縛するもの（Ｂ
型）に関して同様の実験を行った。

【００２１】その結果、本発明の保持治具を用いた場合
には全て結晶落下は起こらず、また、種結晶と保持治具
の固着も見受けられずに２００回の引き上げを行うこと
ができた。また、引き上げた結晶中の金属汚染はいずれ
も検出限界以下であった。

【００２２】一方、Ａ型では、図３に示すように、各引
き上げ回で、種結晶とその保持治具との間で２０本もの
固着が発生し、その際、種結晶若しくは保持治具が破損
して次回からの結晶が不可能であった。そして、最終的
な合計引き上げ回数は４７回であった。

【００２３】また、Ｂ型では、固着による保持治具破損
は発生しなかったものの、図４に示すように、モリブデ
ン製の緩みや保持治具破損により２０本もの結晶落下が
発生した。そして、その結晶落下時に種結晶が破損し、
次回以降の引き上げは困難であった。最終的な合計引き
上げ回数は、前記結晶落下したものを加えて１１６回で
あった。また、９６本の結晶中で８５本の結晶におい
て、検出限界以上のモリブデン不純物が見られた。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の単結晶成
長用種結晶の保持治具では、筒状をなす保持治具本体の
内周中央部に、段差平坦部を形成するとともに、この段
差平坦部より下方に減径部及び下部直胴部を順次連続し
て形成し、種結晶を上方から挿入し、前記段差平坦部で
種結晶を保持するように構成したので、種結晶を安定保
持できると共に、種結晶と保持治具が固着することがな
い。また、金属線で固縛しないので、金属汚染がなく、
安全に大型結晶を保持することができる。さらに、段差
平坦部の上方に形成した上部直胴部に、外周面より貫通
孔を穿設し、この貫通孔に種結晶の回転防止用のねじ軸
又はピンを挿入した場合には、種結晶の回転を効果的に
防止でき、結晶引き上げ時の安全性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る単結晶成長用種結晶の保持治具の
半断面図である。

【図２】本発明に係る単結晶成長用種結晶の保持治具に
保持される種結晶の形状を示す図面であり、（ａ）は平
面図、（ｂ）は正面図である。

【図３】Ａ型における引き上げ回と、各回での種結晶と
保持治具の固着個数を示す図である。

【図４】Ｂ型における引き上げ回と、各回での結晶落下
個数を示す図である。

【図５】従来のＣＺ法による結晶成長装置の模式図であ
る。

【図６】実開昭５６−４２９７８号で提案された種結晶
保持治具の構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１１保持治具１１ａ保持治具本体１１ｃ上部直胴部１１ｄ段差平坦部１１ｅ減径部１１ｆ下部直胴部１１ｇ貫通孔１１ｈねじ軸１２種結晶

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】筒状をなす保持治具本体の内周中央部に
段差平坦部を形成するとともに、この段差平坦部より下
方に減径部及び下部直胴部を順次連続して形成し、種結
晶を上方から挿入し、前記段差平坦部で種結晶を保持す
るように構成したことを特徴とする単結晶成長用種結晶
の保持治具。
【請求項２】段差平坦部の上方に形成した上部直胴部
に、外周面より貫通孔を穿設し、この貫通孔に種結晶の
回転防止用のねじ軸又はピンを挿入したことを特徴とす
る請求項１記載の単結晶成長用種結晶の保持治具。