JP3474076B2 - 単結晶引上げ装置 - Google Patents

単結晶引上げ装置

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JP3474076B2 JP09678697A JP9678697A JP3474076B2 JP 3474076 B2 JP3474076 B2 JP 3474076B2 JP 09678697 A JP09678697 A JP 09678697A JP 9678697 A JP9678697 A JP 9678697A JP 3474076 B2 JP3474076 B2 JP 3474076B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、引上げCZ(Czoc
hralski)法によりSi(シリコン)の無転位の単結晶
を製造するための単結晶引上げ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、引上げCZ法による単結晶製造
装置では、高耐圧気密チャンバ内を10torr程度に減圧
して新鮮なAr(アルゴン)ガスを流すとともに、チャ
ンバ内の下方に設けられた石英るつぼ内の多結晶を加熱
して溶融し、この融液の表面に種結晶を上から浸漬し、
種結晶と石英るつぼを回転、上下移動させながら種結晶
を引き上げることにより、種結晶の下に上端が突出した
円錐形の上部コーン部と、円筒形のボディー部と下端が
突出した円錐形の下部コーン部より成る単結晶(いわゆ
るインゴット)を成長させるように構成されている。
【0003】また、この成長方法として、種結晶を融液
の表面に浸漬したときの熱衝撃により種結晶に発生する
転位を除去(無転位化)するために、種結晶を融液の表
面に浸漬した後、引上げ速度を比較的速くすることによ
り種結晶より小径の、例えば直径が3〜4mmのネック
部を形成した後に、上記の上部コーン部の引上げを開始
するダッシュ(Dash)法が知られている。
【0004】さらに、この小径のネック部を介しては、
大径、大重量(150〜200kg以上)の単結晶を引
き上げることができないので、例えば特公平5−654
77号公報に示されるようにDash法により小径のネック
部を形成した後、引上げ速度を比較的遅くして大径を形
成し、次いで引上げ速度を比較的速くして小径を形成す
ることにより「球状のくびれ」を形成し、このくびれを
把持具で把持することにより大径、高重量の単結晶を引
き上げる方法が提案されている。また、くびれを把持す
る従来の装置としては、上記公報の他に、例えば特公平
7−103000号公報、特公平7−515号公報に示
されているものがある。
【0005】また、他の従来例としては、例えば特開平
5−270974号公報、特開平7−172981号公
報に示されるように上記「くびれ」を形成しないでボデ
ィー部をそのまま把持する方法や、特開昭63−252
991号公報、特開平5−270975号公報に示され
るように上記「球状のくびれ」の代わりに、上部コーン
部とボディー部の間にボディー部より径が大きい「環状
のくびれ」を形成し、この「環状のくびれ」を把持する
方法が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単結晶
の引上げ中に上記「くびれ」などを把持具により把持す
るタイミングは微妙であり、把持タイミングがずれると
引上げ中の単結晶が多結晶化するという問題点がある。
また、製造工場では通常、複数の単結晶製造装置が配列
されているので、少ない作業員が把持作業を行うと作業
性が悪いばかりか、把持タイミングを逸するおそれがあ
るという問題点がある。
【0007】本発明は上記従来の問題点に鑑み、引上げ
中の単結晶を把持具により把持するときに引上げ中の単
結晶が多結晶化することを防止することができ、また、
自動的に把持することができる単結晶引上げ装置を提供
することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、種結晶の下に形成される単結晶の径拡大部
の上面に接触して、径拡大部を上から押さえつける接触
部材を設け、この接触部材と、径拡大部の下に形成され
る単結晶のくびれを把持する把持部材により上下両方向
から支持するようにしたものである。すなわち本発明に
よれば、種結晶を支持する種結晶ホルダを回転させなが
ら引き上げる種結晶引上げ手段と、前記種結晶ホルダと
共に回転可能で、かつ上下方向に移動可能であって、前
記種結晶引上げ手段による引上げにより前記種結晶の下
に形成される単結晶の径拡大部の上面が接触可能に配置
され、かつ前記径拡大部が接触した後、前記径拡大部を
上方から抑えつける機能を有する接触部材と、前記種結
晶ホルダ及び前記接触部材と共に回転可能で、かつ上下
方向に移動可能であって、前記種結晶引上げ手段による
引上げにより前記径拡大部の下に形成される単結晶のく
びれを把持するために先端が開閉可能な把持部材と、引
上げ中の単結晶の前記径拡大部の上面が前記接触部材に
接触したときに、前記把持部材の先端を閉じて前記接触
部材との相互作用により前記くびれを把持するよう前記
径拡大部の下面に前記把持部材の先端を移動させる移動
手段とを有する単結晶引上げ装置が提供される。
【0009】また本発明によれば、種結晶を支持する種
結晶ホルダを回転させながら引き上げる種結晶引上げ手
段と、前記種結晶ホルダと共に回転可能で、かつ上下方
向に移動可能であって、前記種結晶引上げ手段による引
上げにより前記種結晶の下に形成される単結晶の径拡大
部の上面が接触可能に配置され、かつ前記径拡大部が接
触した後、前記径拡大部を上方から抑えつける機能を有
する接触部材と、前記種結晶ホルダ及び前記接触部材と
共に回転可能で、かつ上下方向に移動可能であって、前
記種結晶引上げ手段による引上げにより前記径拡大部の
下に形成される単結晶のくびれを把持するために先端が
開閉可能な把持部材と、引上げ中の単結晶の前記径拡大
部の上面が所定位置に引き上げられたことを検出する位
置検出手段と、前記位置検出手段による検出に応答し、
前記把持部材の先端を閉じて前記接触部材との相互作用
により前記くびれを把持するよう、前記径拡大部の下面
に前記把持部材の先端を移動させる移動手段とを、有す
る単結晶引上げ装置が提供される。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1は本発明に係る単結晶引上げ
装置の一実施形態及びその引上げ工程を示す説明図であ
る。
【0011】図1において、ワイヤ1(シャフトでもよ
い)の先端には種結晶ホルダ2が取り付けられ、種結晶
ホルダ2には種結晶3が取り付けられる。ワイヤ1は図
示省略のワイヤ巻き取りドラム及びワイヤ巻き取りモー
タにより上方に巻き取られるように構成され、また、ワ
イヤ巻き取りドラム及びワイヤ巻き取りモータは同じく
図示省略のドラム回転モータにより回転可能に構成され
ている。そして、種結晶3を石英るつぼ内10のSi融
液11に浸漬させた後、引き上げることにより種結晶3
の下にネック部4、支持用の径拡大部5、くびれ部6、
結晶本体部分7を形成する。
【0012】また、ワイヤ1の周りには径拡大部5の下
のくびれ部6を把持するための2以上の把持アーム12
と、径拡大部5の上面に接触して検出するための接触/
検出アーム13がワイヤ1と共に回転するように配置さ
れている。把持アーム12はその先端がくびれ部6を把
持するために開閉可能であるとともに、把持状態でくび
れ部6を引き上げるために上下移動可能に構成され、接
触/検出アーム13はこの引上げとともに上下移動可能
に構成されている。把持アーム12を開閉させる機構と
しては、モータで駆動されるラックアンドピニオン機構
やエアシリンダなどのアクチュエータを用いることがで
きる。また、接触/検出アーム13には、その先端が引
上げ中の径拡大部5の上面が接触したことを検出するた
めのセンサ14が接続されている。センサ14として
は、例えば電気抵抗式や電流検知式、重量負荷検知方式
のものを用いることができる。また、ワイヤ1とアーム
12、13は一体で回転可能に支持されている。
【0013】図2は、センサ14による検出により、ア
ーム12を閉じるよう制御する装置の模式的ブロック図
である。センサ14は各アーム13の動きなどを検知す
るセンサ素子14A、14Bを有し、それらの出力信号
は増幅・検出回路15A、15Bにてそれぞれ所定のス
レッショルドと比較され、検出信号が得られ、OR回路
16を介してスイッチ回路17に入力される。よって、
スイッチ回路17は、センサ素子14A、14Bのいず
れか一方が、その接続されたアーム13の径拡大部5と
の接触を検出すると、モータ18に通電し、よってアク
チュエータ19が駆動されてアーム12が移動し、図1
の(b)から(c)の閉じた状態となる。
【0014】このような構成において、単結晶本体7を
製造する場合、図示省略のチャンバ内を10torr程度に
減圧して新鮮なAr(アルゴン)ガスを流すとともに、
チャンバ内の下方に設けられた石英るつぼ10内の多結
晶を加熱して溶融し、また、図1(a)に示すようにワ
イヤ1を矢印M1方向に引き下げて種結晶3を石英るつ
ぼ10内のSi融液11の表面に対して浸漬させてなじ
ませる。このとき、アーム12、13は先端がSi融液
11に接触しない位置に待機し、また、把持アーム12
の先端は、引上げ中の径拡大部5に接触しないように開
いている(矢印M2、M3)。
【0015】次いで図1(b)に示すように、所定時間
経過後に種結晶3を比較的速い速度で矢印M4方向に引
き上げることにより、種結晶3の下に直径が3〜4mm
の小径のネック部4を形成させ、次いで引上げ速度を比
較的遅くしてネック部4の下に支持用の径拡大部5を形
成した後、引上げ速度を比較的速くして、径拡大部5の
下にくびれ部6を形成させ、次いで結晶本体部分7の形
成を開始させる。
【0016】この引上げ中に図1(b)に示すように、
径拡大部5の上面が接触/検出アーム13の先端に接触
したことがセンサ14により検出されると、矢印M5、
M6で示すように、把持アーム12の先端が閉じるよう
にアクチュエータ19により駆動される。その結果、図
1(c)に示すように、把持アーム12の先端は径拡大
部5の下方に入り込み、くびれ部6を把持する。この場
合、結晶本体部分7がこの把持による振動などにより多
結晶化しないように、接触/検出アーム13は把持アー
ム12による把持が完了するまで上方に移動しないこと
が望ましい。すなわち、接触部材としての接触/検出ア
ーム13は径拡大部5を上方から下方へ向って抑えつけ
る機能を有し、一方、把持アーム12は径拡大部5を下
方から上方へ持ち上げるように把持するので、両アーム
12、13にて上下から径拡大部5を挟み込んだ形とな
る。把持が完了するとワイヤ1とアーム12、13を一
体で回転させながら引き上げる。
【0017】なお、上記実施形態では、センサ14を接
触/検出アーム13側に設けたが、種結晶昇降機構を構
成するワイヤ1(又はシャフト)側に設け、アーム13
は径拡大部5の上面を押さえ付ける接触機能のみを持た
せるようにしてもよい。さらに、アーム13と径拡大部
5が接触する位置関係にあることを、非接触型のセンサ
である、光センサや、撮像装置と画像処理装置を組み合
わせた装置などで検出して、把持アーム12の駆動タイ
ミングを決定するようにしてもよい。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、種
結晶の下に形成される単結晶の径拡大部の上面に接触し
て押さえつける接触部材を設け、この接触部材と、径拡
大部の下に形成される単結晶のくびれを把持する把持部
材により上下両方向から、接触部材と把持部材との相互
作用により支持するようにしたので、引上げ中の単結晶
を把持具により把持するときに、確実かつ安定して把持
し、引上げ中の単結晶が多結晶化することを防止するこ
とができる。また、引上げ中の単結晶の径拡大部の上面
が前記接触部材に接触したこと、あるいは接触するよう
な位置関係にあることをセンサにより検出して、くびれ
を把持することにより、自動的に把持することができ
る。よって、径拡大部の把持のタイミングの決定に人手
を煩わすことがなく、大径、大重量の単結晶を安全・確
実に引き上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る単結晶引上げ装置の一実施形態及
びその引上げ工程を示す説明図である。
【図2】図1の把持部材としのアームの開閉を制御する
装置の模式的ブロック図である。
【符号の説明】
1 ワイヤ 2 種結晶ホルダ 3 種結晶 5 径拡大部 6 くびれ部 7 単結晶本体 10 石英るつぼ 11 Si融液 12 把持アーム(把持部材) 13 接触/検出アーム(接触部材) 14 センサ 14A、14B センサ素子 15A、15B 増幅・検出回路 16 OR回路 17 スイッチ回路 18 モータ 19 アクチュエータ(移動手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−273378(JP,A) 特開 平10−273389(JP,A) 特開 平9−2893(JP,A) 特開 平5−65477(JP,A) 特開 平5−270974(JP,A) 特開 平7−172981(JP,A) 特開 昭63−252991(JP,A) 特開 平5−270975(JP,A) 特開 平10−273388(JP,A) 特公 平7−103000(JP,B2) 特公 平7−515(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C30B 15/32 C30B 29/06 502 H01L 21/208

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 種結晶を支持する種結晶ホルダを回転さ
    せながら引き上げる種結晶引上げ手段と、 前記種結晶ホルダと共に回転可能で、かつ上下方向に移
    動可能であって、前記種結晶引上げ手段による引上げに
    より前記種結晶の下に形成される単結晶の径拡大部の上
    面が接触可能に配置され、かつ前記径拡大部が接触した
    後、前記径拡大部を上方から抑えつける機能を有する接
    触部材と、 前記種結晶ホルダ及び前記接触部材と共に回転可能で、
    かつ上下方向に移動可能であって、前記種結晶引上げ手
    段による引上げにより前記径拡大部の下に形成される単
    結晶のくびれを把持するために先端が開閉可能な把持部
    材と、 引上げ中の単結晶の前記径拡大部の上面が前記接触部材
    に接触したときに、前記把持部材の先端を閉じて前記接
    触部材との相互作用により前記くびれを把持するよう前
    記径拡大部の下面に前記把持部材の先端を移動させる移
    動手段とを、 有する単結晶引上げ装置。
  2. 【請求項2】 引上げ中の単結晶の径拡大部の上面が前
    記接触部材に接触したことを検出するセンサを前記接触
    部材に設け、前記センサの検出信号に基づいて前記移動
    手段を制御する構成としたことを特徴とする請求項1記
    載の単結晶引上げ装置。
  3. 【請求項3】 引上げ中の単結晶の径拡大部の上面が前
    記接触部材に接触したことを検出するセンサを前記種結
    晶引上げ手段に設け、前記センサの検出信号に基づいて
    前記移動手段を制御する構成としたことを特徴とする請
    求項1記載の単結晶引上げ装置。
  4. 【請求項4】 前記センサは、電気抵抗又は電流を検出
    する電気式のセンサであることを特徴とする請求項2又
    は3記載の単結晶引上げ装置。
  5. 【請求項5】 前記センサは、前記種結晶引上げ手段の
    荷重を検出するセンサであることを特徴とする請求項2
    又は3記載の単結晶引上げ装置。
  6. 【請求項6】 種結晶を支持する種結晶ホルダを回転さ
    せながら引き上げる種結晶引上げ手段と、 前記種結晶ホルダと共に回転可能で、かつ上下方向に移
    動可能であって、前記種結晶引上げ手段による引上げに
    より前記種結晶の下に形成される単結晶の径拡大部の上
    面が接触可能に配置され、かつ前記径拡大部が接触した
    後、前記径拡大部を上方から抑えつける機能を有する接
    触部材と、 前記種結晶ホルダ及び前記接触部材と共に回転可能で、
    かつ上下方向に移動可能であって、前記種結晶引上げ手
    段による引上げにより前記径拡大部の下に形成される単
    結晶のくびれを把持するために先端が開閉可能な把持部
    材と、 引上げ中の単結晶の前記径拡大部の上面が所定位置に引
    き上げられたことを検出する位置検出手段と、 前記位置検出手段による検出に応答し、前記把持部材の
    先端を閉じて前記接触部材との相互作用により前記くび
    れを把持するよう、前記径拡大部の下面に前記把持部材
    の先端を移動させる移動手段とを、 有する単結晶引上げ装置。
  7. 【請求項7】 前記位置検出手段が前記径拡大部が前記
    接触部材に接触する位置にあることを検出する検出手段
    を有することを特徴とする請求項6記載の単結晶引上げ
    装置。
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