JP3850500B2 - 磁場印加単結晶引上げ装置用種結晶保持器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、シリコン等の溶湯に磁場を印加して引き上げるにあたり、種結晶を保持するために単結晶引上げ装置に設けられた種結晶保持器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコン等の単結晶インゴットを引き上げるに当たっては、図５に示すように溶湯６に側方からマグネット８により磁場を印加して、種結晶１０をこの溶湯６に接触させて、この種結晶１０を回転させながら半導体インゴット６０を引き上げている。
【０００３】
この種結晶を保持する種結晶保持器の要件としては、耐熱性に優れ、育成単結晶に汚染等の影響を与える危険がなく、種結晶の回転を安定して得られるものであることなどである。これらの要件を満たす素材としては、例えばモリブデンやグラファイトといったものがある。
【０００４】
ところが、これらモリブデンやグラファイトといった導電性を有する材質の弊害として、磁場との相互作用により誘導される電流により、種結晶保持器の回転を制止しようとするトルクが生じる。この電流の大きさは、マグネットの磁束密度の高さと、種結晶回転速度の速さにより左右され、磁束密度が高く、回転速度が早いほど、電流も大きくなりトルクも強くなる。
【０００５】
このトルクを解消する手段としては、例えば特公平５−１１０７７号公告公報に示された「磁場印加単結晶引上げ装置用種結晶保持器」があり、これは保持器本体をセラミックなどの非導電性材料で形成することにより、磁場との相互作用による誘導を引き起こさないようにしたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したように保持器本体をセラミックなどの非導電性材料で形成すると、モリブデン等に比べるとその比重が小さく、従来の種結晶保持器の重量の約１／３程度となってしまう。この軽量な種結晶保持器では近年の半導体インゴットの大口径化に伴う重量の増加に対応できず、安定した回転を得ることができないという問題点があった。
すなわち、半導体インゴットの大口径化に伴い種結晶保持器を吊り下げているケーブルも太くなり、この従来より太いケーブルに軽い種結晶保持器を取り付けると、ケーブルが鉛直に垂下した状態を保持できず、ケーブルの巻き癖や縒り戻しにより種結晶の回転にブレを生じて、その結果、インゴットが曲がったり、直径の制御に不具合が生じたりする。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、半導体インゴットの大口径化に伴い保持器吊り下げケーブルが太くなるのに対応して、安定した回転を確保できる磁場印加単結晶引上げ装置用種結晶保持器を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため本発明では、磁場を印加して単結晶を引き上げるにあたり種結晶を保持するために単結晶引上げ装置に設けられた種結晶保持器において、該種結晶保持器が口径の異なる複数の円筒により構成され、それぞれの該円筒が種結晶の回転軸を同心として多層構造になるように配置したものである。
【０００８】
また、磁場を印加して単結晶を引き上げるにあたり種結晶を保持するために単結晶引上げ装置に設けられた種結晶保持器において、該種結晶保持器が複数の円盤により構成され、それぞれの該円盤の中心が種結晶の回転軸を中心として積層されて形成するようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は従来の種結晶保持器では半導体インゴットの大口径化に対応できないことから、磁場によるブレーキトルクを解消すると共に、種結晶の安定した回転を確保するために発明されたもので、その素材を従来と同様の比重の大きい金属で形成する一方、その形状を円柱または円盤が多層構造になるように設けて、磁場による誘導を抑えるようにしたものである。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の各実施例を図面に基づいて説明する。
実施例１
図１は本発明に係る実施例１の保持器の一部断面側面図である。
図１に示すように、本実施例１の種結晶保持器１は、下端に種結晶１０を保持する保持部１１と、この上部周囲に巻回するように多層構造に配置された口径の異なる内円筒１２および外円筒１３とから構成され、保持部１１上端はワイヤ７により固定して吊り下げるように設けられている。
【００１１】
保持部１１は、上部が下部に比べ直径の小さい小口径部１１ａと、下部が上部に比べ直径の大きい大口径部１１ｂとから構成され、この小口径部１１ａと大口径部１１ｂとの段差面１１ｃに口径の小さい方の内円筒１２が載置されるように設けられている。内円筒１２の内周面はその下端内周面１２ａのみ小口径部１１ａの外周面と接するように設けられ、この下端内周面１２ａより上の部分の内円筒内周面１２ｂの内径は小口径部１１ａの直径より大きく形成され、小口径部１１ａと内円筒１２との間に間隙１４ａが形成されるように設けられている。また、内円筒１２の外周面上部には内円筒係止部１２ｃが設けられ、外円筒１３の内周面上部の外円筒係止部１３ａが係止して保持される。外円筒１３の内周面は外円筒係止部１３ａ以外の部分はその内径が内円筒１２の外径より大きく形成され、間隙１４ｂ、１４ｃが形成される。
【００１２】
この間隙１４ａ、１４ｂ、１４ｃの厚さは約１mmであり、少なくとも0.05mm以上あれば実用的には十分な絶縁性を得ることができる。
【００１３】
この種結晶保持器１による回転を検証した結果、磁束密度が4,000 ガウスの磁場において重量が７ｋｇである種結晶保持器１は、回転速度が１２rpm に達するまで円滑な回転を得られた。
【００１４】
ここで、次に示す比較例により従来の種結晶保持器による回転と上記各実施例の種結晶保持器による回転とを比較する。
比較例１
重量が上記実施例１と同様であり、しかも本発明の積層構造を有しない単層構造のモリブデン製の種結晶保持器による回転を検証した結果は、磁束密度が4,000 ガウスの磁場において重量 7.2ｋｇの種結晶保持器は、回転速度が４rpm 以下でその回転に安定を失い、これにより実行上引き上げは困難であることがわかった。
【００１５】
比較例２
形状が上記実施例１とほぼ同様の種結晶保持器をセラミックにより製造すると、その重量は僅か 2.4kgであり、ワイヤは鉛直に垂下しないため、当初から安定した回転を得ることはできなかった。
【００１６】
実施例２
図２は本発明に係る実施例２の種結晶保持器の一部断面側面図である。
図２に示すように本実施例の種結晶保持器２においては、下端に種結晶１０を保持する保持部１１は、上記実施例１と同様の形状であり、これに最下段に一枚の円盤２ｂと、その上に複数の円盤２ａとが積層されている。それぞれの円盤はその中心に保持部１１の小口径部１１ａが貫通されるようなドーナッツ状に形成され、段差面１１ｃに載った状態で保持される。
【００１７】
円盤２ａの底面には環状の突起２１が形成され、この突起２１により間隙２２が形成される。この間隙２２により、積層された円盤２ａ、２ｂの間を保持部１１の回転軸方向で誘導される電流は僅かな量となり、これによる種結晶１０の回転は阻害されることなく安定した回転を得られる。
【００１８】
この間隙２２の厚さは約１mmであり、少なくとも0.05mm以上あれば実用的には十分な絶縁性を得ることができる。
【００１９】
この種結晶保持器２による回転を検証した結果、磁束密度が4,000 ガウスの磁場において重量 7.2ｋｇの種結晶保持器２は、回転速度が１０rpm に達するまで円滑な回転を得られた。
【００２０】
実施例３
図３は本発明に係る実施例３の種結晶保持器の一部断面側面図である。
図３に示すように本実施例の種結晶保持器３においては、上記実施例１と同様に口径の異なる内円筒３１、外円筒３２を配置し、これらの間には実施例１の間隙に替わり絶縁物、例えば絶縁性のセラミック３３を介在させたものである。これによると実施例１と同様に種結晶１０の安定した回転を得られた。
【００２１】
この種結晶保持器３による回転を検証した結果、磁束密度が4,000 ガウスの磁場において重量 7.1ｋｇの種結晶保持器３は、回転速度が１３rpm に達するまでは円滑な回転を得られた。
【００２２】
実施例４
図４は本発明に係る実施例４の種結晶保持器の一部断面側面図である。
尚、上記実施例１、２においては、円筒または円盤の積層により間隙が形成されるように設けられていたが、これに限られるものではなく、積層されるもの同士の間に間隙が形成されるものであれば、同様の効果を得られる。したがって、本実施例４の種結晶保持器４においては、図４に示すように円筒４１ａ、４１ｂと円盤４２ａ、４２ｂを組み合わせて形成している。
【００２３】
また、上記各実施例の種結晶保持器の材質としては、導電性はあってもよいことから、加工しやすく耐熱性の金属を使用でき、従来技術に示された絶縁セラミックよりはるかに安価に製造できる。この金属としては、例えばモリブデン、タングステン、タンタル、ステンレス、インコネル等が好適である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明では以上のように構成したので、種結晶保持器が加工しやすく耐熱性の高いモリブデンといった金属で製造されるため、安定した回転を得るための十分な重量を得ることができ、しかも磁場印加による誘導電流を最小限に抑えることができる。したがって、大口径の半導体インゴットの引き上げも十分に対応できるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例１の種結晶保持器の一部断面側面図である。
【図２】本発明に係る実施例２の種結晶保持器の一部断面側面図である。
【図３】本発明に係る実施例３の種結晶保持器の一部断面側面図である。
【図４】本発明に係る実施例４の種結晶保持器の一部断面側面図である。
【図５】単結晶引上げ装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１‥‥‥種結晶保持器
１１‥‥保持部
１１ａ‥小口径部
１１ｂ‥大口径部
１２‥‥内円筒
１２ａ‥下端内周面
１２ｂ‥内円筒内周面
１２ｃ‥内円筒係止部
１３‥‥外円筒
１３ａ‥外円筒係止部
１４ａ‥間隙
１４ｂ‥間隙
１４ｃ‥間隙
２‥‥‥種結晶保持器
２ａ‥‥円盤
２ｂ‥‥円盤
２１‥‥突起
２２‥‥間隙
３‥‥‥種結晶保持器
３１‥‥内円筒
３２‥‥外円筒
３３‥‥セラミック
５‥‥‥種結晶保持器
６‥‥‥溶湯
７‥‥‥ワイヤ
８‥‥‥マグネット
１０‥‥種結晶
６０‥‥半導体インゴット
【発明の属する分野】
本発明は、シリコン等の溶湯に磁場を印加して引き上げるにあたり、種結晶を保持するために単結晶引上げ装置に設けられた種結晶保持器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコン等の単結晶インゴットを引き上げるに当たっては、図５に示すように溶湯６に側方からマグネット８により磁場を印加して、種結晶１０をこの溶湯６に接触させて、この種結晶１０を回転させながら半導体インゴット６０を引き上げている。
【０００３】
この種結晶を保持する種結晶保持器の要件としては、耐熱性に優れ、育成単結晶に汚染等の影響を与える危険がなく、種結晶の回転を安定して得られるものであることなどである。これらの要件を満たす素材としては、例えばモリブデンやグラファイトといったものがある。
【０００４】
ところが、これらモリブデンやグラファイトといった導電性を有する材質の弊害として、磁場との相互作用により誘導される電流により、種結晶保持器の回転を制止しようとするトルクが生じる。この電流の大きさは、マグネットの磁束密度の高さと、種結晶回転速度の速さにより左右され、磁束密度が高く、回転速度が早いほど、電流も大きくなりトルクも強くなる。
【０００５】
このトルクを解消する手段としては、例えば特公平５−１１０７７号公告公報に示された「磁場印加単結晶引上げ装置用種結晶保持器」があり、これは保持器本体をセラミックなどの非導電性材料で形成することにより、磁場との相互作用による誘導を引き起こさないようにしたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したように保持器本体をセラミックなどの非導電性材料で形成すると、モリブデン等に比べるとその比重が小さく、従来の種結晶保持器の重量の約１／３程度となってしまう。この軽量な種結晶保持器では近年の半導体インゴットの大口径化に伴う重量の増加に対応できず、安定した回転を得ることができないという問題点があった。
すなわち、半導体インゴットの大口径化に伴い種結晶保持器を吊り下げているケーブルも太くなり、この従来より太いケーブルに軽い種結晶保持器を取り付けると、ケーブルが鉛直に垂下した状態を保持できず、ケーブルの巻き癖や縒り戻しにより種結晶の回転にブレを生じて、その結果、インゴットが曲がったり、直径の制御に不具合が生じたりする。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、半導体インゴットの大口径化に伴い保持器吊り下げケーブルが太くなるのに対応して、安定した回転を確保できる磁場印加単結晶引上げ装置用種結晶保持器を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため本発明では、磁場を印加して単結晶を引き上げるにあたり種結晶を保持するために単結晶引上げ装置に設けられた種結晶保持器において、該種結晶保持器が口径の異なる複数の円筒により構成され、それぞれの該円筒が種結晶の回転軸を同心として多層構造になるように配置したものである。
【０００８】
また、磁場を印加して単結晶を引き上げるにあたり種結晶を保持するために単結晶引上げ装置に設けられた種結晶保持器において、該種結晶保持器が複数の円盤により構成され、それぞれの該円盤の中心が種結晶の回転軸を中心として積層されて形成するようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は従来の種結晶保持器では半導体インゴットの大口径化に対応できないことから、磁場によるブレーキトルクを解消すると共に、種結晶の安定した回転を確保するために発明されたもので、その素材を従来と同様の比重の大きい金属で形成する一方、その形状を円柱または円盤が多層構造になるように設けて、磁場による誘導を抑えるようにしたものである。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の各実施例を図面に基づいて説明する。
実施例１
図１は本発明に係る実施例１の保持器の一部断面側面図である。
図１に示すように、本実施例１の種結晶保持器１は、下端に種結晶１０を保持する保持部１１と、この上部周囲に巻回するように多層構造に配置された口径の異なる内円筒１２および外円筒１３とから構成され、保持部１１上端はワイヤ７により固定して吊り下げるように設けられている。
【００１１】
保持部１１は、上部が下部に比べ直径の小さい小口径部１１ａと、下部が上部に比べ直径の大きい大口径部１１ｂとから構成され、この小口径部１１ａと大口径部１１ｂとの段差面１１ｃに口径の小さい方の内円筒１２が載置されるように設けられている。内円筒１２の内周面はその下端内周面１２ａのみ小口径部１１ａの外周面と接するように設けられ、この下端内周面１２ａより上の部分の内円筒内周面１２ｂの内径は小口径部１１ａの直径より大きく形成され、小口径部１１ａと内円筒１２との間に間隙１４ａが形成されるように設けられている。また、内円筒１２の外周面上部には内円筒係止部１２ｃが設けられ、外円筒１３の内周面上部の外円筒係止部１３ａが係止して保持される。外円筒１３の内周面は外円筒係止部１３ａ以外の部分はその内径が内円筒１２の外径より大きく形成され、間隙１４ｂ、１４ｃが形成される。
【００１２】
この間隙１４ａ、１４ｂ、１４ｃの厚さは約１mmであり、少なくとも0.05mm以上あれば実用的には十分な絶縁性を得ることができる。
【００１３】
この種結晶保持器１による回転を検証した結果、磁束密度が4,000 ガウスの磁場において重量が７ｋｇである種結晶保持器１は、回転速度が１２rpm に達するまで円滑な回転を得られた。
【００１４】
ここで、次に示す比較例により従来の種結晶保持器による回転と上記各実施例の種結晶保持器による回転とを比較する。
比較例１
重量が上記実施例１と同様であり、しかも本発明の積層構造を有しない単層構造のモリブデン製の種結晶保持器による回転を検証した結果は、磁束密度が4,000 ガウスの磁場において重量 7.2ｋｇの種結晶保持器は、回転速度が４rpm 以下でその回転に安定を失い、これにより実行上引き上げは困難であることがわかった。
【００１５】
比較例２
形状が上記実施例１とほぼ同様の種結晶保持器をセラミックにより製造すると、その重量は僅か 2.4kgであり、ワイヤは鉛直に垂下しないため、当初から安定した回転を得ることはできなかった。
【００１６】
実施例２
図２は本発明に係る実施例２の種結晶保持器の一部断面側面図である。
図２に示すように本実施例の種結晶保持器２においては、下端に種結晶１０を保持する保持部１１は、上記実施例１と同様の形状であり、これに最下段に一枚の円盤２ｂと、その上に複数の円盤２ａとが積層されている。それぞれの円盤はその中心に保持部１１の小口径部１１ａが貫通されるようなドーナッツ状に形成され、段差面１１ｃに載った状態で保持される。
【００１７】
円盤２ａの底面には環状の突起２１が形成され、この突起２１により間隙２２が形成される。この間隙２２により、積層された円盤２ａ、２ｂの間を保持部１１の回転軸方向で誘導される電流は僅かな量となり、これによる種結晶１０の回転は阻害されることなく安定した回転を得られる。
【００１８】
この間隙２２の厚さは約１mmであり、少なくとも0.05mm以上あれば実用的には十分な絶縁性を得ることができる。
【００１９】
この種結晶保持器２による回転を検証した結果、磁束密度が4,000 ガウスの磁場において重量 7.2ｋｇの種結晶保持器２は、回転速度が１０rpm に達するまで円滑な回転を得られた。
【００２０】
実施例３
図３は本発明に係る実施例３の種結晶保持器の一部断面側面図である。
図３に示すように本実施例の種結晶保持器３においては、上記実施例１と同様に口径の異なる内円筒３１、外円筒３２を配置し、これらの間には実施例１の間隙に替わり絶縁物、例えば絶縁性のセラミック３３を介在させたものである。これによると実施例１と同様に種結晶１０の安定した回転を得られた。
【００２１】
この種結晶保持器３による回転を検証した結果、磁束密度が4,000 ガウスの磁場において重量 7.1ｋｇの種結晶保持器３は、回転速度が１３rpm に達するまでは円滑な回転を得られた。
【００２２】
実施例４
図４は本発明に係る実施例４の種結晶保持器の一部断面側面図である。
尚、上記実施例１、２においては、円筒または円盤の積層により間隙が形成されるように設けられていたが、これに限られるものではなく、積層されるもの同士の間に間隙が形成されるものであれば、同様の効果を得られる。したがって、本実施例４の種結晶保持器４においては、図４に示すように円筒４１ａ、４１ｂと円盤４２ａ、４２ｂを組み合わせて形成している。
【００２３】
また、上記各実施例の種結晶保持器の材質としては、導電性はあってもよいことから、加工しやすく耐熱性の金属を使用でき、従来技術に示された絶縁セラミックよりはるかに安価に製造できる。この金属としては、例えばモリブデン、タングステン、タンタル、ステンレス、インコネル等が好適である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明では以上のように構成したので、種結晶保持器が加工しやすく耐熱性の高いモリブデンといった金属で製造されるため、安定した回転を得るための十分な重量を得ることができ、しかも磁場印加による誘導電流を最小限に抑えることができる。したがって、大口径の半導体インゴットの引き上げも十分に対応できるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例１の種結晶保持器の一部断面側面図である。
【図２】本発明に係る実施例２の種結晶保持器の一部断面側面図である。
【図３】本発明に係る実施例３の種結晶保持器の一部断面側面図である。
【図４】本発明に係る実施例４の種結晶保持器の一部断面側面図である。
【図５】単結晶引上げ装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１‥‥‥種結晶保持器
１１‥‥保持部
１１ａ‥小口径部
１１ｂ‥大口径部
１２‥‥内円筒
１２ａ‥下端内周面
１２ｂ‥内円筒内周面
１２ｃ‥内円筒係止部
１３‥‥外円筒
１３ａ‥外円筒係止部
１４ａ‥間隙
１４ｂ‥間隙
１４ｃ‥間隙
２‥‥‥種結晶保持器
２ａ‥‥円盤
２ｂ‥‥円盤
２１‥‥突起
２２‥‥間隙
３‥‥‥種結晶保持器
３１‥‥内円筒
３２‥‥外円筒
３３‥‥セラミック
５‥‥‥種結晶保持器
６‥‥‥溶湯
７‥‥‥ワイヤ
８‥‥‥マグネット
１０‥‥種結晶
６０‥‥半導体インゴット
Claims (8)
- 磁場を印加して単結晶を引き上げるにあたり種結晶を保持するために単結晶引上げ装置に設けられた種結晶保持器において、該種結晶保持器が口径の異なる複数の円筒により構成され、それぞれの該円筒が種結晶の回転軸を同心として多層構造になるように配置したことを特徴とする磁場印加単結晶引上げ装置用種結晶保持器。
- 磁場を印加して単結晶を引き上げるにあたり種結晶を保持するために単結晶引上げ装置に設けられた種結晶保持器において、該種結晶保持器が複数の円盤により構成され、それぞれの該円盤の中心が種結晶の回転軸を中心として積層されて形成されたことを特徴とする磁場印加単結晶引上げ装置用種結晶保持器。
- 円筒と隣接する他の円筒との間に間隙を形成するように設けたことを特徴とする請求項１記載の磁場印加単結晶引上げ装置用種結晶保持器。
- 円盤と隣接する他の円盤との間に間隙を形成するように設けたことを特徴とする請求項２記載の磁場印加単結晶引上げ装置用種結晶保持器。
- 円筒と他の円筒との間に絶縁質の円筒を配置したことを特徴とする請求項１記載の磁場印加単結晶引上げ装置用種結晶保持器。
- 円盤と他の円盤との間に絶縁質の円盤を配置したことを特徴とする請求項２記載の磁場印加単結晶引上げ装置用種結晶保持器。
- 下端に種結晶を保持し、上部が小口径で下部が大口径な円柱状に形成された保持部が設けられ、該保持部の小口径部分と大口径部分の段差により複数の円筒または円盤を保持するように設けられたことを特徴とする請求項１または２記載の磁場印加単結晶引上げ装置用種結晶保持器。
- 円筒または円盤がモリブデン、タングステン、タンタル、ステンレス、インコネルからなる群から選ばれた耐熱性金属材料により形成されたことを特徴とする請求項１または２記載の磁場印加単結晶引上げ装置用種結晶保持器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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