JP3995863B2 - 単結晶引き上げ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコン等の半導体単結晶を製造する単結晶引き上げ装置、さらに詳しくは坩堝の回転中心と単結晶の引き上げ中心との間に生じることのあるズレを装置外部から補正して合わせる調整機構を備えた、単結晶引き上げ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンなど半導体単結晶の製造には種々の方法が提案され実施されているが、高耐圧気密チャンバ内の石英製の坩堝で高温加熱溶融された多結晶シリコンの融液にシード（種結晶）を浸漬し、坩堝とシードを回転させながらシードを低速で引き上げてシリコンの単結晶を成長させるチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法と呼ぶ。）が、一般的な方法となっている。
図６は、ＣＺ法による従来の単結晶引き上げ装置を模式的に示すものであり、メインチャンバ１並びにその上部に連通して設けられたプルチャンバ２を積み上げて高耐圧で密閉可能な炉体が構成され、該炉体上部に軸受機構３とこれにより回転自在に支持された巻き上げ機構４とが下部から順次積み上げ構成されている。
メインチャンバ１には、石英製の坩堝１１と高温加熱用のヒーター１３、遮熱板１４等が設けられており、坩堝１１に高純度の多結晶シリコンを充填し、ヒーター１３により１４２０度以上の高温で加熱して、シリコンの融液が得られる。
炉体上部に位置し、軸受機構３に支持された巻き上げ機構４は、回転板４１と該回転板４１に載置された巻き上げドラム４２並びにプーリー４３からなり、巻き上げドラム４２にワイヤ１５の一端側を巻回すると共に、該ワイヤ１５の支点位置を支持するプーリー４３に懸掛し、回転板４１の回転中心（巻き上げ機構４の回転中心）とワイヤ１５の支点位置を合わせて炉体内に吊り下げている。
図示装置による単結晶の製造は、巻き上げ機構４から吊り下げられたワイヤ１５の下端部にシードホルダ１６を取り付けると共に、該シードホルダ１６先端にシリコンのシード（種結晶）１７を付け、これを坩堝１１内のシリコン融液１２に浸漬して単結晶を析出させ、坩堝１１と巻き上げ機構４の回転によってシード１７を回転させながら徐々に引き上げ、シリコンの単結晶１８を成長させて所定の口径のインゴットを得ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＺ法によるシリコン単結晶製造の概略は上記の通りであり、高品質の単結晶を得るためには原料融液を保持して回転する坩堝１１の回転中心と単結晶１８の引き上げ中心を正確に一致させることが求められる。
この坩堝１１の回転中心と単結晶１８の引き上げ中心の一致は、坩堝１１の回転中心と巻き上げ機構４の回転中心を一致させると共に、巻き上げ機構４の回転中心に吊り下げられるワイヤ１５の支点（軸心を決定する）を一致させることにより確保される。
このため、単結晶製造の場に於いては、装置の組立と設定に際してこれらの正確な芯合わせが入念に行われているが、単結晶引き上げ作業の伸展に伴って、坩堝１１の回転中心と単結晶の引き上げ中心の一致を損ねるズレが生じてしまっている。
【０００４】
その一つは、装置構造に起因する巻き上げ機構４の回転中心と坩堝１１の回転中心とのズレである。
即ち、図４に示すように、単結晶の製造装置はメインチャンバ１、プルチャンバ２、軸受機構３、巻き上げ機構４の各部が積み上げ構成され、さらに各部が分割され或いは内部施設用部材やバルブ類を支持するブロックやプレートを介設した積み上げ構造となっている。
このため、積み上げられた各分割面をシールしているＯリングなどの変形が不均一になると、分割面に傾きが生じて組み立て位置が狂い、下部構造と上部構造の間に位置ズレが生じる。
また、単結晶の引き上げ中はヒーター１３が高温に保持され、ヒーター１３の熱量とシリコン融液１２の輻射熱でメインチャンバ１に熱歪みが生じ、これも下部構造と上部構造に位置ズレをもたらす原因となる。
このように上部構造と下部構造の間に位置ズレが生じた場合、下部構造であるメインチャンバ１に位置する坩堝１１と上部構造として位置する巻き上げ機構４との回転中心も、ズレたものとならざるを得ない。
【０００５】
また、坩堝１１の回転中心に芯合わせされた巻き上げ機構４の回転中心とワイヤ１５の支点の間にズレが生じた場合にも、単結晶１８を引き上げているワイヤ１５の軸心と坩堝１１の回転中心とが乖離することとなり、坩堝１１の回転中心と引き上げ中心の一致は損なわれざるを得ない。
【０００６】
上記のように、単結晶引き上げ作業の開始後に巻き上げ機構４の回転中心と坩堝１１の回転中心やワイヤ１５の支点との間にズレが生じてしまった場合、単結晶引き上げが減圧された高温下の装置内で行われているだけに、適時に芯合わせを行うことが困難である。原則的には、引き上げ操作を中断し、装置内部を大気圧に戻し冷却を待って芯合わせを行わなければならないが、作業効率を著しく損ね経済性にも大きく反することとなる。
この問題に対しては、装置内部に各種補正・調整機構を付設する提案もなされているが、装置内に本来の作業目的外の機構や部材を組み入れることは好ましいものではない。作業を中断することなく、装置外部から簡便に芯合わせをすることが望ましいが、これに応える提案は著しく乏しいのが実情である。
僅かに、特開平９−２６３４８７号が、巻き上げ機構４と坩堝１１の回転中心の芯合わせについて、上部構造を炉体と独立した支持構造からなるコラムに着座させ装置外部から位置ズレを調整する方法を開示している。
しかし、該方法による場合、炉体とコラムの独立した基礎が異なる振動などを受け、却って下部構造（メインチャンバ並びにプルチャンバ）と上部構造（軸受機構並びに巻き上げ機構）の位置ズレをもたらすものと考えられる。
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、単結晶引き上げの作業中に巻き上げ機構の回転中心と坩堝の回転中心やワイヤの支点との間にズレが生じた場合に、装置外部から簡便に芯合わせをすることができる単結晶引き上げ装置を提供するところにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はこの課題を解決し目的を達成するために、以下に掲げる構成とした。請求項１記載の発明は、メインチャンバ、プルチャンバ、軸受機構、巻き上げ機構を下部から順次積み上げて構成し、メインチャンバの坩堝内で溶融されたシリコンの融液に巻き上げ機構から吊り下げられたワイヤに取り付けたシードを浸漬し、これを回転させながら引き上げてシリコンの単結晶を析出させる単結晶引き上げ装置において、巻き上げ機構の下部に位置する軸受機構からプルチャンバに亘る装置部分の適宜位置で装置を横断状に分割し、分割位置から下部に位置する装置の上端部に上部構造部分用の支持プレートを取り付け固定すると共に、分割位置から上部に位置する装置の下端部を上部構造部分用の芯出しプレートに載置固定し、該上部構造部分用の芯出しプレートを前記上部構造部分用の支持プレートの上面に水平移動可能に着座させて上部構造部分用の芯出し調整機構を設けた、ことを特徴とする。このように構成することにより、最上部の巻き上げ機構を含む装置の上部構造部分を上部構造部分用の芯出し調整機構によって支持し、下部構造部分に対する上部構造部分の相対位置を移動調整して、下部構造部分に位置する坩堝の回転中心と最上部に位置する巻き上げ機構の回転中心を芯合わせ可能とする。請求項２記載の発明は、前記巻き上げ機構がワイヤを巻回する巻き上げドラムとワイヤの支点を支持するプーリーと該プーリーに付設された調整ロッドとを有してなり、該巻き上げ機構の適宜位置に巻き上げ機構用の支持プレートを配設し、前記調整ロッドを巻き上げ機構用の芯出しプレートに固定すると共に、該巻き上げ機構用の芯出しプレートを前記巻き上げ機構用の支持プレートに着座させた巻き上げ機構用の芯出し調整機構を設けた、ことを特徴とするこのように構成することにより、単結晶を引き上げるワイヤの支点を調整ロッドによって調整可能とすると共に、該調整ロッドを巻き上げ機構用の芯出し調整機構に取り付け固定して支持し、巻き上げ機構用の芯出し調整機構によるワイヤ支点の調整を可能とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明係る単結晶引き上げ装置の一実施形態につき、図面に基づいて説明する。図１は、装置の概略構成を示す断面図、図２及び３は装置の軸受機構部分に設けた上部構造部分用の芯出し調整機構を示す説明図、図４及び５は巻き上げ機構部分に設けた巻き上げ機構用の芯出し調整機構を示す説明図である。図１に示すように、本装置も従来例と同様に、メインチャンバ１、プルチャンバ２、軸受機構３、巻き上げ機構４を下部から順次積み上げて構成されており、メインチャンバ１の坩堝１１内で高温溶融されたシリコンの融液１２に、最上部の巻き上げ機構４から吊り下げたワイヤ１５下端のシードホルダ１６に付けられたシード１７を浸漬し、坩堝１１を回転させると共に巻き上げ機構を回転させることで、シード１７を回転させながら低速で引き上げてシリコンの単結晶１８を析出させるものである。
【０００９】
ここで、図示装置では、坩堝１１の回転中心と巻き上げ機構４の回転中心を一致させ、また巻き上げ機構４の回転中心とワイヤ１５の支点（ワイヤ軸心）を一致させ、単結晶引き上げの作業中に坩堝１１の回転中心と単結晶１８の引き上げ中心を調整して併せることを可能にするため、軸受機構３と巻き上げ機構４に２つの上部構造部分用の芯出し調整機構６，巻き上げ機構用の芯出し調整機構７を設けている。軸受機構３部分の上部構造部分用の芯出し調整機構６は、プルチャンバ２の上部に積み上げ組立された軸受機構３の基部近傍位置に設けている。図２及び３に示すように、軸受機構３のネック３１を基部で横断状に分割し、分割位置より下部のネック３１上端に略同一内径の上部構造部分用の支持プレート６１を固定すると共に、分割位置の上部をなす軸受機構３から巻き上げ機構４に至る構造部分をネック３１と略同一内径の上部構造部分用の芯出しプレート６２上に載置固定し、これを上部構造部分用の支持プレート６１上に水平移動可能に着座させている。上部構造部分用の芯出しプレート６２は上部構造部分用の支持プレート６１よりやや小径に形成されており、固定ネジ６４によってその周縁部で上部構造部分用の支持プレート６１に螺着固定されているが、上部構造部分用の支持プレート６１に固定ネジ６４のネジ孔が螺設されているのに対して、上部構造部分用の芯出しプレート６２の照応位置にはバカ孔６３が穿設されており、該バカ孔６３より大径な固定ネジ６４のネジ頭で押圧固定されるよう構成されている。また、上部構造部分用の支持プレート６１の上面周縁には載置された上部構造部分用の芯出しプレート６２の外周と間隔を以て対向する台座６６が設けられており、該台座６６のネジ孔を介して調整ネジ６５の先端が上部構造部分用の芯出しプレート６２の外周に押接している。さらに、上下部分に分割され上部構造部分用の芯出し調整機構６によって離隔されたネック３１，３１の間は、上部構造部分用の支持プレート６１と上部構造部分用の芯出しプレート６２の間に張られたベローズ６７によって気密に連接させている。
【００１０】
また、図示装置の巻き上げ機構４では、巻き上げドラム４２によって巻回されるワイヤ１５の支点位置を画するプーリー４３に調整ロッド４５が付設され、該調整ロッド４５によってワイヤ１５の支点位置を調整することができるよう構成されている。巻き上げ機構４の部分に設けられた巻き上げ機構用の芯出し調整機構７は、この調整ロッド４５を利用してワイヤ１５の支点の調整を図るものである。即ち、図４及び５に示すように、図示装置では、プーリー４３に付設されワイヤ１５の支点を調整することのできる調整ロッド４５の開放端部を、巻き上げ機構４を覆うカバーの天板部４４から外部に突出させ、この天板部４４に巻き上げ機構用の芯出し調整機構７を設けている。巻き上げ機構４の天板部４４には、巻き上げ機構用の芯出し調整機構７の巻き上げ機構用の支持プレート７１がその中央開口部に突出した調整ロッド４５の端部を貫挿させた状態で設置されており、調整ロッド４５の端部を取り付け固定した巻き上げ機構用の芯出しプレート７２が、巻き上げ機構用の支持プレート７１の上面に水平移動可能に着座されている。巻き上げ機構用の芯出しプレート７２は巻き上げ機構用の支持プレート７１より小径に形成されており、固定ネジ７４によってその周縁部で巻き上げ機構用の支持プレート７１に螺着固定されているが、巻き上げ機構用の支持プレート７１にネジ孔が螺設されているのに対して、巻き上げ機構用の芯出しプレート７２の照応位置にはバカ孔７３が穿設されており、該バカ孔７３より大径な固定ネジ７４のネジ頭で押圧固定されるよう構成されている。また、巻き上げ機構用の支持プレート７１の上面周縁には載置された巻き上げ機構用の芯出しプレート７２の外周と間隔を以て対向する台座７６が設けられており、該台座７６のネジ孔を介して調整ネジ７５の先端が巻き上げ機構用の芯出しプレート７２の外周に押接している。さらに、巻き上げ機構用の芯出しプレート７２と巻き上げ機構用の支持プレート７１の内周部の間にベローズ７７を設け、調整ロッド４５の突出によって形成された天板部４４の開口部を気密に
【００１１】
図示装置は以上の構成を有してなるものであり、単結晶の引き上げ操作中に装置の上部構造と下部構造の位置ズレが生じ、坩堝１１の回転中心と巻き上げ機構４の回転中心を合わせる必要が生じた場合には、軸受機構３の部分に設けた上部構造部分用の芯出し調整機構６を用いて上部構造部分（軸受機構３と巻き上げ機構４）の位置調整を行い、坩堝１１の回転中心に対する巻き上げ機構４の回転中心位置を相対移動させて両者の芯合わせを行う。具体的には、図面上省略した覗き窓を介して外部から視認しながら、上部構造部分用の芯出しプレート６２を固定する固定ネジ６４を緩め、上部構造部分用の芯出しプレート６２を上部構造部分用の支持プレート６１上で水平移動可能な状態とする。続いて、上部構造部分用の芯出しプレート６２の外周に当接している所要の調整ネジ６５を操作し、上部構造部分用の芯出しプレート６２を所望方向に移動させて坩堝１１の回転中心と巻き上げ機構４の回転中心を一致させ、しかる後に固定ネジ６４を締め直して上部構造部分用の芯出しプレート６２を当該調整位置に固定する。このように、単結晶製造の作業中に坩堝１１の回転中心と巻き上げ機構４の回転中心がズレを生じた場合にも、その作業を中断することなく、外部から簡便に芯合わせをすることができる。
【００１２】
単結晶の引き上げ作業中にワイヤ１５の支点が巻き上げ機構４の回転中心とズレを生じ、坩堝１１の回転中心と単結晶１８の引き上げ中心の一致が妨げられた場合にも、巻き上げ機構４に設けた巻き上げ機構用の芯出し調整機構７を用い、巻き上げ機構用の芯出しプレートに７２に固定された調整ロッド４５とこれが付設されたプーリー４３を動作させることによって、ワイヤ１５の支点位置を調整移動し巻き上げ機構４の回転中心に合わせることができる。即ち、覗き窓から視認しながら、巻き上げ機構用の芯出しプレート７２を固定する固定ネジ７４を緩め、巻き上げ機構用の芯出しプレート７２を巻き上げ機構用の支持プレート７１上で水平移動可能な状態とする。続いて、巻き上げ機構用の芯出しプレート７２の外周に当接している所要の調整ネジ７５を操作し、巻き上げ機構用の芯出しプレート７２を所望方向に移動させて、巻き上げ機構用の芯出しプレート７２に取り付け固定された調整ロッド４５とこれが付設されたプーリー４３を動作させ、プーリー４３によって支持されたワイヤ１５の支点を巻き上げ機構４の回転中心に一致させる。しかる後に固定ネジ６４を締め直して上部構造部分用の芯出しプレート６２を当該調整位置に固定する。このように、単結晶製造の作業中にワイヤ１５の支点が巻き上げ機構４の回転中心とズレた場合であっても、単結晶製造の作業を中断することなく、外部から簡便に芯合わせをすることができる。
【００１３】
なお、上記の巻き上げ機構用の芯出し調整機構７は、装置外部からの手動操作によってワイヤ１５支点と巻き上げ機構４の回転中心を合わせるものであるが、さらに各種検知機構と自動機構を加えることによって、単結晶引き上げ作業中に生じることのあるワイヤの振れを検知してこれを解消することも可能である。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、以下に掲げる効果を奏する。
（１）請求項１記載の発明によれば、装置本体に最上部構造部分である巻き上げ機構を位置調整自在に支持する上部構造部分用の芯出し調整機構を設けたから、単結晶引き上げ作業中に巻き上げ機構の回転中心を坩堝の回転中心のズレが生じた場合にも、その作業を中断することなく、装置外部から簡便に芯合わせをすることができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、巻き上げ機構のプーリーに付設された調整ロッドを機構外部に突出させ、これを利用して巻き上げ機構用の芯出し調整機構を設けたから、単結晶引き上げ作業中に巻き上げ機構の回転中心をワイヤ支点のズレが生じた場合にも、その作業を中断することなく、装置外部から簡便に芯合わせをすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態に係る装置の概略構成を示す断面図。
【図２】 軸受機構に設けた上部構造部分用の芯出し調整機構を示す断面図。
【図３】 同平面図。
【図４】 巻き上げ機構に設けた巻き上げ機構用の芯出し調整機構を示す断面図。
【図５】 同平面図。
【図６】 従来の装置の概略構成を示す断面図。
【符号の説明】
１ メインチャンバ
２ プルチャンバ
３ 軸受機構
４ 巻き上げ機構
６ 巻き上げ機構用の芯出し調整機構
７ 巻き上げ機構用の芯出し調整機構
１１ 坩堝
１２ シリコン融液
１３ ヒーター
１４ 遮熱板
１５ ワイヤ
１６ シードホルダ
１７ シード
１８ 単結晶
３１ ネック
４１ 回転板
４２ 巻き上げドラム
４３ プーリー
４４ 天板部
４５ 調整ロッド
６１ 上部構造部分用の支持プレート
７１ 巻き上げ機構用の支持プレート
６２ 上部構造部分用の芯出しプレート
７２ 巻き上げ機構用の芯出しプレート
６３，７３ 長孔
６４，７４ 固定ネジ
６５，７５ 調整ネジ
６６，７６ 台座
６７，７７ ベローズ

Claims (2)

1. メインチャンバ、プルチャンバ、軸受機構、巻き上げ機構を下部から順次積み上げて構成し、メインチャンバの坩堝内で溶融されたシリコンの融液に巻き上げ機構から吊り下げられたワイヤに取り付けたシードを浸漬し、これを回転させながら引き上げてシリコンの単結晶を析出させる単結晶引き上げ装置において、
   巻き上げ機構の下部に位置する軸受機構からプルチャンバに亘る装置部分の適宜位置で装置を横断状に分割し、
   分割位置から下部に位置する装置の上端部に上部構造部分用の支持プレートを取り付け固定すると共に、分割位置から上部に位置する装置の下端部を上部構造部分用の芯出しプレートに載置固定し、
   該上部構造部分用の芯出しプレートを前記上部構造部分用の支持プレートの上面に水平移動可能に着座させて上部構造部分用の芯出し調整機構を設けた、
   ことを特徴とする単結晶引き上げ装置。
2. 前記巻き上げ機構がワイヤを巻回する巻き上げドラムとワイヤの支点を支持するプーリーと該プーリーに付設された調整ロッドとを有してなり、
   該巻き上げ機構の適宜位置に巻き上げ機構用の支持プレートを配設し、
   前記調整ロッドを巻き上げ機構用の芯出しプレートに固定すると共に、
   該巻き上げ機構用の芯出しプレートを前記巻き上げ機構用の支持プレートに着座させて巻き上げ機構用の芯出し調整機構を設けた、
   ことを特徴とする請求項１記載の単結晶引き上げ装置。

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