JP3076488B2 - 半導体単結晶育成装置 - Google Patents

半導体単結晶育成装置

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JP3076488B2
JP3076488B2 JP05287621A JP28762193A JP3076488B2 JP 3076488 B2 JP3076488 B2 JP 3076488B2 JP 05287621 A JP05287621 A JP 05287621A JP 28762193 A JP28762193 A JP 28762193A JP 3076488 B2 JP3076488 B2 JP 3076488B2
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純輔 冨岡
信幸 福田
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コマツ電子金属株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ケーブル巻き上げ機構
を持たないシャフト方式の半導体単結晶育成装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の基板となるシリコン単結晶
の育成方法の一つとして、るつぼ内の原料融液から円柱
状の単結晶を引き上げるチョクラルスキー法(以下CZ
法という)が用いられている。CZ法においては、単結
晶育成装置のチャンバ内に設置したるつぼに原料である
多結晶シリコンを充填し、前記るつぼの外周に設けたヒ
ータによって原料を加熱溶解した上、シードホルダに取
り付けた種子結晶を融液に浸漬し、シードホルダおよび
るつぼを同方向または逆方向に回転しつつシードホルダ
を引き上げて単結晶を成長させる。単結晶の直径制御に
は、一般に、ロードセルによる結晶重量式直径制御シス
テムまたはテレビカメラ等で直径を測定する光学式直径
制御システムが用いられている。
【0003】図7は、シャフト方式による従来の半導体
単結晶育成装置の主要部分について、その概略構成を模
式的に示したものである。引き上げシャフト21は、ガ
イドレール22に沿って上下動するキャリッジ23に軸
受を介して回転自在に取り付けられ、前記引き上げシャ
フト21の下端にはシードホルダ3が取着されている。
前記引き上げシャフト21の上端には歯車24が嵌着さ
れ、駆動軸25によって駆動される歯車列を介して歯車
24および引き上げシャフト21が回転し、最終的には
種子結晶から成長した単結晶4に回転運動を与える。な
お、26は融液、10はるつぼ、27はるつぼ10を回
転ならびに昇降させるるつぼ軸である。結晶重量式直径
制御システムを有するシャフト方式の半導体単結晶育成
装置の場合は、中空の引き上げシャフトにフォースバー
が遊貫され、このフォースバーの上端はロードセルの荷
重印加部に連結され、下端にはシードホルダが取着され
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記シャフト方式の半
導体単結晶育成装置においては、キャリッジを上昇させ
ることによって引き上げシャフトとともに単結晶を引き
上げる。従って、単結晶の直胴部長さを従来のものより
長くしようとすると、半導体単結晶育成装置自体の全高
を高くしなければならず、設備コストの上昇を招く。こ
れに伴って育成装置を収容するクリーンルームの高さも
高くする必要があり、単結晶の原価に占める設備コスト
の割合は極めて高いものとなる。本発明は上記従来の問
題点に着目してなされたもので、ケーブル巻き上げ機構
を持たないシャフト方式の半導体単結晶育成装置におい
て、従来よりも長尺の単結晶を引き上げるためシード移
動ストロークを延長させることができるような半導体単
結晶育成装置を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体単結晶育成装置の第1の発明で
は、シャフト方式の半導体単結晶育成装置において、全
長を短くした引き上げシャフトまたはフォースバーの下
端あるいは、ロードセルの下端にワイヤを介してシード
ホルダを取着した上、前記ワイヤの一部をシードホルダ
の上方で横方向にたぐり寄せる機構を設けたことを特徴
としている。また第2の発明では、シャフト方式の半導
体単結晶育成装置において、全長を短くした引き上げシ
ャフトまたはフォースバーの下端あるいは、ロードセル
の下端にワイヤ引張り機構を設け、一端にシードホルダ
を釣支したワイヤの他端を前記ワイヤ引張り機構に掛止
したことを特徴とし、第3の発明では、シャフト方式の
半導体単結晶育成装置において、全長を短くした引き上
げシャフトまたはフォースバーの下端あるいは、ロード
セルの下端にワイヤを介してシードホルダを取着した
上、前記シードホルダを上方に吊り上げる機構を設けた
ことを特徴としている。
【0006】
【作用】シャフト方式の半導体単結晶育成装置におい
て、上記第1の発明は、光学式直径制御システムを用い
る単結晶育成装置の場合は全長を短くした引き上げシャ
フトの下端あるいは、ロードセルの下端、結晶重量式直
径制御システムを用いる単結晶育成装置の場合は全長を
短くしたフォースバーの下端あるいは、ロードセルの下
端にワイヤを介してシードホルダを取着し、従来のシャ
フトまたはフォースバーの大部分あるいは、全体をワイ
ヤに置き換えたものである。このワイヤの一部をシード
ホルダの上方で水平方向にたぐり寄せることにより、単
結晶育成装置の全高を高くしなくてもシード移動ストロ
ークを従来よりも長くすることができ、単結晶はより上
方に引き上げられる。従って、従来よりも長尺の単結晶
を取り出すことができる。
【0007】第2の発明では、引き上げシャフトまたは
フォースバーの下端あるいは、ロードセルの下端にワイ
ヤ引張り機構を設け、シードホルダを釣支するワイヤの
端末を前記ワイヤ引張り機構に掛止したので、ワイヤ引
張り手段を用いて前記ワイヤの端末を引っ張ることによ
り、単結晶を従来よりも上方まで引き上げることができ
る。また第3の発明では、引き上げシャフトまたはフォ
ースバーの下端にワイヤを連結した上、前記ワイヤの下
端に取着したシードホルダを上方に吊り上げる機構を設
けたので、前記吊り上げ機構を駆動することにより単結
晶を従来よりも上方まで引き上げることができる。
【0008】
【実施例】以下に、本発明に係る半導体単結晶育成装置
の実施例について、図面を参照して説明する。図1は請
求項1の第1実施例に基づく半導体単結晶育成装置の概
略構成を示す模式図で、育成の完了した単結晶をチャン
バ上方に引き上げて冷却している状態を示している。こ
の単結晶育成装置は結晶重量式直径制御システムを有
し、装置頂部にロードセル1が設けられている。前記ロ
ードセル1に連結されたフォースバーの長さは極めて短
いものであり、その下端にワイヤ2が接続されている。
また、ロードセル下端に直接ワイヤ2を接続してもい
い。前記ワイヤ2の下端にはシードホルダ3が取着さ
れ、種子結晶の下端には育成された単結晶4が釣支され
ている。また、チャンバ5の上方空間はベローズ6によ
って被包され、減圧状態が維持されている。前記ベロー
ズ6の左外側には2個のプーリ7,8が配設され、右外
側にはプーリ9が配設されている。これらのプーリ7,
8,9はいずれも図示しない手段によって水平方向に移
動可能である。なお、10は融液を貯留するるつぼであ
る。
【0009】冷却した単結晶4を炉外に取り出すに当た
り、ベローズ6を上方に圧縮する。このとき、プーリ
7,8,9から下方が露出される。次に、図2に示すよ
うにプーリ7,8をワイヤ2に当接するまで右方に水平
移動させ、プーリ9をワイヤ2に当接した後も更に左方
に水平移動させる。これによりワイヤ2の一部は、プー
リ7から上方の部分とプーリ8から下方の部分とを垂直
に保ちながらその中間の部分が横方向にたぐり寄せら
れ、その分だけ単結晶4が上方に引き上げられることに
なる。従って、従来よりも直胴部長さの長い単結晶を取
り出すことができる。
【0010】図3は請求項1の第2実施例に基づく半導
体単結晶育成装置の概略構成を示す模式図で、育成の完
了した単結晶を冷却中の状態を示している。この単結晶
育成装置は結晶重量式直径制御システムを有し、第1実
施例と同様にロードセル1には長さの短いフォースバー
を介してワイヤ2が接続されている。また、ロードセル
下端に直接ワイヤ2を接続してもいい。また、磁性流動
体ケース11とベローズ6との間にプーリケース12が
設けられ、このプーリケース12内にはワイヤ2の近傍
左側に2個のプーリ7,8が、右側にはプーリ9がいず
れも水平方向に移動自在に収容されている。
【0011】育成の完了した単結晶4はベローズ6に囲
まれた空間内に引き上げられるが、従来よりも長尺の単
結晶の場合は、シード移動ストローク限度まで引き上げ
ても単結晶の下端がゲートバルブよりも上方に上がらな
い場合がある。しかし本実施例の場合はプーリ7,8を
ワイヤ2に当接するまで右方に水平移動させ、プーリ9
をワイヤ2に当接した後も更に左方に水平移動させるこ
とにより、ワイヤ2の一部がプーリケース12内で横方
向にたぐり寄せられるので、単結晶4の下端をゲートバ
ルブよりも上方に引き上げることができる。冷却済みの
単結晶4はベローズ6を上方に圧縮した後、取り出され
る。
【0012】図4は請求項2の第1実施例に基づく半導
体単結晶育成装置において、育成した単結晶を取り出す
場合を示す模式図である。長さの短い引き上げシャフト
またはフォースバー13の下端にはプーリ14が軸着さ
れ、ワイヤ2の上端は前記プーリ14から外れないよう
にストッパによって掛止されている。ワイヤ2の下端に
はシードホルダ3が取着され、プーリ14は、単結晶育
成時にワイヤ2が引き上げシャフトまたはフォースバー
13の中心を通る鉛直線と一致する位置を維持するよう
に取り付けられている。
【0013】冷却した単結晶4を炉外に取り出す際、ベ
ローズ6を上方に圧縮し、引き上げシャフトまたはフォ
ースバー13の下端から下の部分を露出する。次に、ワ
イヤ2上端のストッパに図示しないワイヤ引張り手段を
連結してワイヤ2を引っ張り、単結晶4を取り出し可能
な高さまで引き上げる。この操作により、従来よりも長
尺の単結晶を取り出すことができる。
【0014】図5は請求項2の第2実施例に基づく半導
体単結晶育成装置において、育成した単結晶を取り出す
場合を示す模式図で、長さの短い引き上げシャフトまた
はフォースバー13の下端に2個のプーリ15が軸着さ
れ、シードホルダ3の上端にもプーリ16が軸着されて
いる。ワイヤ2は、一側のプーリ15からプーリ16を
介して他側のプーリ15に張架され、左右両端末にはそ
れぞれストッパが取着されていて、前記プーリ15から
脱落することを防止している。図示しないワイヤ引張り
手段によりワイヤ2の両端を引っ張ることにより、単結
晶4を取り出し可能な高さまで引き上げることができ
る。
【0015】図6は請求項3の実施例に基づく半導体単
結晶育成装置において、育成した単結晶を取り出す場合
を示す模式図である。シードホルダ3の上部にはくびれ
が設けられ、このくびれの部分に引き上げ金具17が嵌
着されている。前記引き上げ金具17の左右両端と単結
晶育成装置の頂部に設置された2個のワイヤ巻き取りド
ラム18との間にそれぞれワイヤ19が張架されてい
る。前記ワイヤ19は単結晶4の育成中はたるませてお
き、ロードセルにフォースバーを介して連結されたワイ
ヤ2のみに荷重がかかるようにしておく。ワイヤ2は直
接ロードセルに連続してもいい。育成が完了した単結晶
4は、前記ワイヤ巻き取りドラム18を駆動して2本の
ワイヤ19を巻き取ることにより、ベローズ6で囲まれ
た空間内にシードホルダ3とともに引き上げられ、冷却
される。単結晶4の冷却が完了したら、ベローズ6を上
方に圧縮して炉外に取り出す。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、引
き上げシャフトまたはフォースバーの長さを短くしてそ
の下端にワイヤを連結し、このワイヤを横方向または上
方向にたぐり寄せる機構を設けて単結晶をより上方に引
き上げられるようにしたので、ケーブル巻き上げ機構を
持たないシャフト方式の半導体単結晶育成装置を用い
て、従来よりも長尺の単結晶を引き上げることが可能と
なる。従って、下記の効果が得られる。 (1)半導体単結晶育成装置の高さと、前記育成装置を
収容するクリーンルームの高さを、従来のシャフト方式
の場合に比べて低くすることができ、設備コストの低
減、ひいては単結晶製造コストの低減が可能となる。ま
た、既存のシャフト方式の単結晶育成装置に小規模の改
良を施すことにより、従来よりも長尺の単結晶を引き上
げることができるようになる。 (2)本発明を適用すればシード移動ストロークに余裕
ができるので、るつぼの大口径化すなわちチャージ量の
増大が可能となり、単結晶生産効率を向上させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1の第1実施例に基づく半導体単結晶育
成装置の概略構成を示す模式図である。
【図2】図1の半導体単結晶育成装置において、単結晶
を取り出す場合を示す模式図である。
【図3】請求項1の第2実施例に基づく半導体単結晶育
成装置の概略構成を示す模式図である。
【図4】請求項2の第1実施例に基づく半導体単結晶育
成装置において、単結晶を取り出す場合を示す模式図で
ある。
【図5】請求項2の第2実施例に基づく半導体単結晶育
成装置において、単結晶を取り出す場合を示す模式図で
ある。
【図6】請求項3の実施例に基づく半導体単結晶育成装
置において、単結晶を取り出す場合を示す模式図であ
る。
【図7】シャフト方式による従来の半導体単結晶育成装
置の主要部分について、その概略構成を示す模式図であ
る。
【符号の説明】
1 ロードセル 2,19 ワイヤ 3 シードホルダ 4 単結晶 7,8,9,14,15,16 プーリ 12 プーリケース 13 フォースバー 17 引き上げ金具 18 ワイヤ巻き取りドラム

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シャフト方式の半導体単結晶育成装置に
    おいて、全長を短くした引き上げシャフトまたはフォー
    スバーの下端あるいは、ロードセルの下端にワイヤを介
    してシードホルダを取着した上、前記ワイヤの一部をシ
    ードホルダの上方で横方向にたぐり寄せる機構を設けた
    ことを特徴とする半導体単結晶育成装置。
  2. 【請求項2】 シャフト方式の半導体単結晶育成装置に
    おいて、全長を短くした引き上げシャフトまたはフォー
    スバーの下端あるいは、ロードセルの下端にワイヤ引張
    り機構を設け、一端にシードホルダを釣支したワイヤの
    他端を前記ワイヤ引張り機構に掛止したことを特徴とす
    る半導体単結晶育成装置。
  3. 【請求項3】 シャフト方式の半導体単結晶育成装置に
    おいて、全長を短くした引き上げシャフトまたはフォー
    スバーの下端あるいは、ロードセルの下端にワイヤを介
    してシードホルダを取着した上、前記シードホルダを上
    方に吊り上げる機構を設けたことを特徴とする半導体単
    結晶育成装置。
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