JP4626291B2

JP4626291B2 - 単結晶引上げ装置

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Publication number: JP4626291B2
Application number: JP2004363045A
Authority: JP
Inventors: 孝司水石; 泉布施川
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2024-12-15
Also published as: JP2006169034A

Description

本発明は、シリコン等の半導体の多結晶材料を融解して種結晶を原料融液から引上げることにより単結晶を得る単結晶引上げ装置に関するものである。

近年、半導体集積回路の世界的波及と需要の拡大により、半導体集積回路等のデバイスを作製するために用いられるシリコンウェーハは、多様な形で、高品質のものが大量かつ安定的に要求されるに至った。シリコンウェーハの原料であるシリコン等の多結晶材料から単結晶を得る方法として、チョクラルスキー法（ＣｚｏｃｈｒａｌｓｋｉＭｅｔｈｏｄ、引上げ法ともいう。以下、「ＣＺ法」という。）と、浮遊帯法（ＦｌｏａｔｉｎｇＺｏｎｅＭｅｔｈｏｄ）が知られている。ＣＺ法では、多結晶材料をいったん融解し、種結晶を原料融液から引き上げることにより単結晶を得る方法であり、種結晶を引き上げる手段としてシャフトを用いる方法とケーブルを用いる方法とがある。

ケーブルを用いた単結晶引上げ装置の構成の例を図７に示す。この単結晶引上げ装置１００は、チャンバ１０１と、チャンバ１０１中に設けられたルツボ１０２と、ルツボ１０２の周囲に配置されたヒータ１０５と、ルツボ１０２を回転させるルツボ保持軸１０７及び回転機構１０８と、シリコンの種結晶Ｓを保持するシードチャック２２と、シードチャック２２を引き上げるケーブル１と、ケーブル１を回転又は巻き取る巻き取り機構１０９を備えて構成されている。ルツボ１０２の内側の融液Ｌを収容する側には石英部１０３が設けられ、石英部１０３の外側には黒鉛部１０４が設けられている。また、ヒータ１０５の外側周囲には断熱材１０６が配置されている。

次に、上記に単結晶引上げ装置１００による単結晶育成方法について説明する。まず、ルツボ１０２でシリコン高純度多結晶材料を融点（１４２０℃）以上に加熱して融解する。次に、ケーブル１を巻きだすことにより融液Ｌの表面略中心部に種結晶Ｓの先端を接触又は浸漬させる。その後、ルツボ保持軸１０７を適宜の方向に回転させるとともに、ケーブル１を回転させながら巻き取り種結晶Ｓを引き上げることにより、単結晶育成が開始される。以後、引上げ速度と温度を適切に調整することにより略円柱形状の単結晶インゴットＣを得ることができる。

従来、単結晶引き上げ中のケーブルの振れを防止するため、例えば図８または図９に示す特許文献１に開示されているような単結晶引上げ装置のシードチャックが用いられてきた。これらの単結晶引上げ装置では、シードチャック２Ｃ、２Ｄと、該シードチャック２Ｃ、２Ｄを支持するために、ケーブル１の先端に取り付ける取付金具９を備えている。シードチャック２Ｃ、２Ｄは、少なくとも、種ホルダー３と、金属ホルダー５とを有して構成されている。種ホルダー３は、ほぼ円柱状に形成されており、底部には上方に向け盲孔状に形成された種結晶挿入用凹部３Ｈ３が設けられており、この種結晶挿入用凹部３Ｈ３に種結晶Ｓを挿入した後、シードピン４を挿入することにより、種結晶Ｓが種ホルダー３に係止される。

ここで、引上げ単結晶の金属汚染を防止するために、シードピン４は、例えば炭素繊維強化炭素複合材料等により形成され、種ホルダー３は、図８のように全体が炭素材からなるものとされる。さらに、特許文献１では、より高重量の単結晶を持ち上げ、かつ単結晶の引上げ時における「振れ」を確実に防止する等のために、図９のような種ホルダー上部３Ｂをモリブデン等の金属からなるものとし、種ホルダー下部３Ａを炭素材からなり、上部３Ｂと螺合等によって着脱可能とし、種ホルダー３を上部３Ｂと下部３Ａとに分離することが可能なものも開示されている。

さらに、ケーブル１の先端部において取付金具９が取り付けられている。取付金具９は、金属例えばステンレス等からなり、前記ケーブル１の中心線を回転対称軸とする回転曲面を有する球状部および該球状部の下に円筒状部が一体形成され、前記球状部および前記円筒状部に上下に貫通する貫通孔が設けられ、カシメによりケーブル１に固定されている。シードチャック２Ｃ，２Ｄは、取付金具９により、金属ホルダー５を介して接触支持される。

しかし、これらの方法では、ケーブル１の材質がタングステン、取付金具９の材質がステンレスというように、ケーブルと取付金具９で異なる材質を使用していた場合、熱膨張率の違い（タングステン：４．５×１０^−６、ステンレス：１７．３×１０^−６）が約３．８倍あり、この熱膨張率の違いにより、例えば取付金具９のカシメ面積を大きくしたとしても、近年の大直径、高重量の単結晶の引上げにおいては繰り返し使用により取付金具が徐々にずれてしまい、取付金具９がケーブル先端から脱落して、引き上げ中の単結晶が突然落下するという危険があった。

特開平９−１７５８９４号公報

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、引上げるシリコン単結晶の高重量化に伴う、取付金具のケーブルからのはずれを防止でき、シリコン単結晶落下の危険とそれに伴う生産性、歩留まり低下を回避できる単結晶引上げ装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明によれば、少なくとも、チョクラルスキー法において加熱融解された原料融液上で上下移動可能に構成されたケーブルと、該ケーブルに取り付けられるとともに種結晶を保持するシードチャックとを有し、前記ケーブルを下降することにより前記種結晶を前記原料融液に接触させた後にケーブルを引き上げて単結晶を育成する単結晶引上げ装置であって、前記ケーブルの先端部には、少なくとも前記ケーブルの中心線を回転対称軸とする回転曲面を有する取付金具が取り付けられたチャック支持部を有し、前記シードチャックは、前記取付金具の回転曲面により接触支持されかつ前記チャック支持部を収納する中空構造を有し、前記シードチャックの下端から前記チャック支持部を引き出すことが可能なものであることを特徴とする単結晶引上げ装置が提供される。

このように、シードチャック下端からケーブル先端部のチャック支持部を引き出すことができる構造とすれば、簡単にケーブル先端部の取付金具等の状態を目視確認できるので、例えば単結晶の引上げを開始する前に取付金具等の状態を目視確認すれば、作業の負担とはならずに、取付金具のずれを確実に発見することができるので、取付金具等がケーブル先端から脱落して、引き上げ中の単結晶が突然落下するという危険を防止することができる。また、ケーブルの先端付近のチャック支持部が、前記ケーブルの中心線を回転対称軸とする回転曲面を有する取付金具を有し、かつ、シードチャックが、前記回転曲面により接触支持されることにより、接触点において、ケーブル中心線を回転中心とする回転方向に「滑り」が可能な構成となって、単結晶引上げ装置の各部に有害な損傷等を与えることを防止することができる。

また、前記チャック支持部は、前記取付金具の下方に、所定の間隔をおいて少なくとも一つのストッパーが設けられたものであることが好ましい。
このように、取付金具の下方に、所定の間隔をおいて少なくとも一つのストッパーを設けることにより、引き上げ中に単結晶の重量が掛かって、取付金具が突然はずれた場合もストッパーにより落下を防止することができる。また、取付金具と最上部のストッパーとの間隔から取付金具のずれ量を測定し、これを基準として、落下未然防止のためのケーブル交換等をすることができる。

さらに、前記回転曲面を有する取付金具および／または前記ストッパーは、カシメによりケーブルに固定されたものであることが好ましい。
このように、取付金具およびストッパーは、ケーブルに密着金属加工されるカシメであることとすることにより、ケーブルに簡単かつ強固に固定することができ、単結晶が突然落下する危険をより確実に防止することができる。

さらに、前記シードチャックは、少なくとも、前記取付金具の回転曲面により接触支持される金属製の金属ホルダーと、該金属ホルダーの下部に連結され種結晶を保持する種ホルダーとからなり、前記取付金具により接触支持される前記金属ホルダーの内側の中空空間が円錐台形状であることが好ましい。

このように、前記取付金具の回転曲面により接触支持される部分を金属製の金属ホルダーとすることにより、シリコン単結晶の高重量化に、より確実に対応することができ、また、金属ホルダーを、種結晶を保持する種ホルダーと別部分とすることにより、引上げ単結晶の金属汚染を防止することができる。さらに、前記取付金具の回転曲面により接触支持される前記中空構造の上部付近となる中空空間を円錐台形状とすることにより、接触点において、ケーブル中心線を回転中心とする回転方向への「滑り」がより良いものとなって、単結晶引上げ装置の各部に有害な損傷等を与えることをより確実に防止することができる。仮にケーブルに「曲がり」があったり、シードチャックが垂直方向に対し若干傾斜していたとしても、シードチャックを下方に引く垂直方向の力が作用すれば、取付金具と、金属ホルダーの円錐台形状孔部の内面との接触面における力の釣り合いから、シードチャックは、つねに垂直方向に向くようにその位置や方向が修正される。

また、前記金属ホルダーは、２分割されたカップリングであり、前記カップリングの上部を、キャップを嵌めることにより固定したものであることが好ましい。
このように、金属ホルダーは、２分割されたカップリングであり、前記カップリングの上部を、キャップを嵌めることにより固定したものであることで、金属ホルダーの製造コストが小さく簡易で、かつ、確実にチャック支持部の取付金具からくさび状に作用する水平分力に対応することができ、安全性がさらに向上する。また、分割できるのでチャック支持部の取付金具がずれた際のケーブルの交換を容易に行うことができる。

以上のように、本発明によれば、引上げるシリコン単結晶の高重量化に伴う、取付金具のケーブルからのはずれを防止でき、結晶落下の危険とそれに伴う生産性、歩留まり低下を回避することができる。

以下、本発明に係る単結晶の引上げ装置の実施の形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。
図１または図２の断面図に例を示すように、本発明に係る単結晶引上げ装置においては、加熱融解された原料融液上で上下移動可能に構成されたケーブル１と、該ケーブル１に取り付けられるとともに種結晶Ｓを保持するシードチャック２Ａあるいは２Ｂとを有し、図３に示すような、該ケーブル１の中心線を回転対称軸とする回転曲面を有する取付金具９が取り付けられたチャック支持部６を備え、前記シードチャック２Ａ、２Ｂは、前記取付金具９の回転曲面により支持され、かつ前記チャック支持部６を収納する中空構造を備えている。

該中空構造により形成される中空空間は、前記チャック支持部６を収納する収納孔部１２Ｈと、収納孔部１２Ｈと連通する貫通孔３Ｈ１（図２においては、貫通孔３Ｈ１、８Ｈ１）とからなり、種結晶Ｓを取り外した状態で、前記シードチャック２Ａ、２Ｂの下端から前記チャック支持部６を引き出すことが可能である。これにより、簡単にケーブル先端部の取付金具９等の状態を目視確認できるので、例えば単結晶の引上げを開始する前に取付金具等の状態を目視確認すれば、作業の負担とはならずに、取付金具９のずれを確実に発見することができるので、取付金具９等がケーブル１の先端から脱落して、引き上げ中の単結晶が突然落下するという危険を防止することができる。

図３に示すように、チャック支持部６は、金属例えばステンレス等からなり、回転曲面を有する球状部および該球状部の下に円筒状部が一体形成され、前記球状部および前記円筒状部に上下に貫通する貫通孔９Ｈが設けられている取付金具９、および該取付金具９の下方に所定の間隔をおいて、金属例えばステンレス等からなる上下に貫通する貫通孔１０Ｈを有するストッパー１０が設けられ、取付金具９およびストッパー１０がカシメによりケーブル１に固定されたチャック支持部６が形成されている。チャック支持部６は、取付金具９およびストッパー１０に設けられた上下に貫通する貫通孔９Ｈ、１０Ｈに、ケーブル１の先端を通し、工具等によって押し潰して固着させるカシメによって形成される。

単結晶引上げ時には、取付金具９のみに単結晶の荷重が掛かるので、ケーブル１を繰り返し使用すると、ケーブル１と取付金具９との材質の違いによる熱膨張率の違いにより、取付金具９は徐々に下方にずれるようになる。そこで、上記のように新たにストッパー１０を所定の間隔をおいて、１箇所以上設けていれば、ケーブル１を繰り返し使用して、取付金具９が下方にずれたとしても、ストッパーに接触するようになり、今度はストッパー１０に引上げ時中の単結晶の荷重が掛かるようになるので、大直径、高重量の単結晶を引き上げたとしても、単結晶引き上げ中に取付金具９がケーブル１から突然抜け落ちる危険性を確実に防止することができる。

なお、取付金具９は、前記ケーブル１の中心線を回転対称軸とする回転曲面を有する球状部および該球状部の下に円筒状部が一体形成されものを説明したが、上部のケーブル１付近の一部が球面であれば足り、例えば上部のみが球面の半球体であってもよい。あるいは、球状部が、ケーブル中心線を回転対称軸とする回転楕円体や、ケーブル中心線を回転対称軸とする他の凸型回転曲面体であってもよい。さらに、円筒状部が別体で製作されてもよい。例えば、円筒状部を球状部と別体で作製して、ストッパー１０と同様のものとして、球状部を接触支持するものとしてもよい。また、取付金具９は、前記ケーブル１の中心線を回転対称軸とする回転曲面を有すれば足りるため、単結晶の重量を支えるために取付金具９の強度等が十分であれば、円筒状部がなく球状部のみのものとしてもよい。ストッパー１０は、一箇所だけでなく複数箇所固定されてもよく、その形状は、円筒状に限らず、三角形、四角形、または五角形以上の多角形断面を有する筒状体であってもよいし、楕円断面や他の断面形状の筒状体であってもよい。また、該筒状体は、底部が開放されていてもよいし、底面が閉塞されていてもよい。さらに、取付金具９およびストッパー１０をケーブル１に固定する方法は、カシメに限定されず、例えばボルト接合や螺合等の他の機械的接合、溶着等であってもよい。

また、シードチャック２Ａ、２Ｂは、前記取付金具の回転曲面により接触支持される金属製の金属ホルダー５と、該金属ホルダー５の下部に連結され種結晶を保持する種ホルダー３とからなる。例えば図４に示すように金属ホルダー５は、ケーブル孔１１Ｈと、ケーブル孔１１Ｈと連通する円錐台形状孔部１１Ｃと、円錐台形状孔部１１Ｃとを連通する収納孔部１２Ｈが設けられている。種ホルダー３は、ほぼ円柱状に形成され、中心軸を上下に貫通する貫通孔３Ｈ１が設けられており、この貫通孔３Ｈ１に種結晶Ｓを挿入した後、シードピン４を挿入することにより、種結晶Ｓが種ホルダー３に係止される。

取付金具９により接触支持される前記金属ホルダー５の内側の中空空間を円錐台形状とすることにより、取付金具９の球状部は円錐台形状孔部１１Ｃの内面に線で接触し、接触線は円弧状をなす。このため、仮にケーブル１に「曲がり」があったり、シードチャック２Ａ、２Ｂが垂直方向に対し若干傾斜していたとしても、シードチャック２Ａ、２Ｂを下方に引く垂直方向の力が作用すれば、取付金具９の球状部と、円錐台形状孔部１１Ｃの内面との接触面における力の釣り合いから、シードチャック２Ａ、２Ｂは、つねに垂直方向に向くようにその位置や方向が修正される。

なお、取付金具９により接触支持される前記金属ホルダー５の内側の中空空間を円錐台形状の空間とする円錐台形状孔部１１Ｃを設けることを例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、取付金具９により接触支持される前記金属ホルダー５の内側は、例えば、半球面であってもよいし、ケーブル中心線を回転対称軸とする回転楕円面や、ケーブル中心線を回転対称軸とする他の回転曲面であってもよく、特に、接触面における力の釣り合いからその位置や方向が修正されるものが望ましい。

また、金属ホルダー５は、２分割されたカップリング５Ａであり、カップリング５Ａの上部にキャップ７を嵌めることにより固定する。カップリング５Ａは、略ボルト状の部材を２つの等しい部分に分割した形状となっている。両者は全く同一の構成を有しており、金属例えばモリブデン等からなり、それぞれ、半円柱状の頭部と該頭部よりも小径の半円柱状に形成された尾部を有し、該尾部において略半円柱状の側面の円柱曲面側に雄ネジが形成された雄ネジ部１２Ｓとを有する。カップリング５Ａの略半円柱状の側面のうちの平坦な側には、ケーブル孔１１Ｈと、ケーブル孔１１Ｈと連通する円錐台形状孔部１１Ｃと、円錐台形状孔部１１Ｃと連通する収納孔部１２Ｈが設けられている。ケーブル孔１１Ｈは、断面形状が半円状の溝になっている。この半円の中心は頭部の半円の中心と同軸で、半円の径はケーブル１の外径よりやや大きく設定されている。円錐台形状孔部１１Ｃは、ケーブル孔１１Ｈから直線状に拡径する溝になっており、円錐台形状の溝を２等分割した形状となっている。また、収納孔部１２Ｈは、断面形状が半円状の溝になっている。この半円の中心は、尾部の半円の中心と同軸で、半円の径は円錐台形状孔部１１Ｃの底面の径と等しく設定されている。

このような構成により、図１または図２に示すように、ケーブル１とシードチャック２Ａ、２Ｂの接続部は、ケーブル１の中心線に対して対称になっており、また、取付金具９の球状部は円錐台形状孔部１１Ｃの内面に線で接触し、接触線は円弧状をなす。このため、仮にケーブル１に「曲がり」があったり、シードチャック２Ａ、２Ｂが垂直方向に対し若干傾斜していたとしても、シードチャック２Ａ、２Ｂを下方に引く垂直方向の力が作用すれば、取付金具９の球状部と、円錐台形状孔部１１Ｃの内面との接触面における力の釣り合いから、シードチャック２Ａ、２Ｂは、つねに垂直方向に向くようにその位置や方向が修正される。従って、単結晶引上げの際のケーブル回転時において、「振れ」の発生を防止することができる。また、仮に単結晶引上げ時に融液Ｌが固化して単結晶インゴットＣも固着したような場合であっても、取付金具９の球状部と、円錐台形状孔部１１Ｃの内面との接触点においては、ケーブル中心線を回転中心とする回転方向には「滑り」が可能な構成となっているため、単結晶引上げ装置の各部に有害な損傷等を与えることを防止することができる。

上記した一組のカップリング５Ａには、引き上げられる単結晶の重量により、垂直方向分力だけでなく、取付金具９の球状部をケーブル孔１１Ｈ内へクサビのように割り込ませカップリング５Ａを水平方向へ引き離そうとする水平方向分力も作用し、破断の可能性もある。このため、図１または図２に示すように、貫通したケーブル孔７Ｈ１と、皿状又はリング状の下方を向いた凹部７Ｈ２を有するキャップ７を、組み合わせた一組のカップリングの上部に嵌めて固定し、上記のクサビ状に作用する水平分力を受けるようにすれば、安全性がさらに向上する。キャップ７を装着する場合には、まず最初にキャップ７のケーブル孔７Ｈ１にケーブル１の先端部のチャック支持部６を通した後に、上記の一組のカップリングにより挟み込みを行う必要がある。

次に、上記の一組のカップリング５Ａの製作方法について図５および図６により説明する。まず、丸棒状素材Ｍ１（図５（Ａ））から削り出して略ボルト状の中間体Ｍ２（図５（Ｂ））を製作し、この中間体Ｍ２をカッタ等を用いて中心から２等分割し、分割された部分の各平坦面側にケーブル孔、円錐台形状孔部、収納孔部を形成することにより２つのカップリングを製作する方法を示している（図５（Ｃ））。

しかしながら、この方法で製作すると、カッタの厚みｔの部分は切削粉等となって失われるため、一組のカップリング５Ａを密接させた場合に、切削の影響を受けない部分では直径がＤとなるのに対し、切削により削られた部分では直径が（Ｄ−ｔ）となり、完全な円にはならない（図５（Ｄ））。このように、合体させたカップリング５Ａが真円にならないと、カップリングとチャック本体の間でガタつきが生じたり、カップリング５Ａの雄ネジ部１２Ｓをチャック本体にねじ込めなくなるほか、ねじ山やねじ谷の損傷、さらにはシードチャックの脱落等の原因となる。

上記の問題を解消するため、次に説明する図６に示すような方法で製作するのが望ましい。まず、２つの角柱状素材Ｍ３，Ｍ４を用意し、それぞれのうちの１面Ｓ３とＳ４とを鏡面仕上げする（図６（Ａ））。次に、面Ｓ３とＳ４とを密接させ、この状態を保持しつつ一端を把持するなどして、接触させた面Ｓ３とＳ４の中心と円の中心が一致するようにして丸棒状に削り（図６（Ｂ））、次に略ボルト状の中間体を削り出し、密着させていた２つの部分を離し、各平坦面側にケーブル孔１１Ｈ、円錐台形状孔部１１Ｃ、収納孔部１２Ｈを形成する（図６（Ｃ））。このような方法で製作すると、一組のカップリング５Ａを密接させた場合に、いずれの部分においても直径がＤとなり、完全な円形断面とすることができる（図６（Ｄ））。

なお、金属ホルダー５は、２分割されたカップリング５Ａであって、カップリング５Ａの上部にキャップ７を嵌めることにより固定されることが、金属ホルダーの製造コストが低く、かつケーブル取替えが容易になるため最も好ましいが、分割できない一体構造のものであってもよく、３分割以上にして上部にキャップを嵌めることにより固定してもよい。固定は、必ずしも、キャップによらず、部分的に接着部材や粘着材等により行うものであってもよい。

次に、種ホルダー３の上部には、中心軸において、種ホルダー３の下部から連通する貫通孔３Ｈ１、８Ｈ１が形成され、該貫通孔３Ｈ１、８Ｈ１の内側には、雌ネジが形成された雌ネジ部３Ｈ２が設けられている（図１または図２参照）。カップリング５Ａの、円錐台形状孔部１１Ｃと収納孔部１２Ｈとが形成する略円柱状空間内に、チャック支持部６を挟み込むようにして収納した後、一組のカップリング５Ａを密着させ、雄ネジが形成された雄ネジ部１２Ｓを、種ホルダー３の雌ネジが形成された雌ネジ部３Ｈ２に螺合させてねじ込むことにより、金属ホルダー５を種ホルダー３に取り付けることができるとともに、ケーブル１の先端をシードチャックに取り付けることができる。

また、種ホルダー３には、中心軸を上下に貫通する貫通孔３Ｈ１が設けられているので、この貫通孔３Ｈ１からケーブル先端部にあるチャック支持部６を引き出して観察することがきわめて容易にできるようになる。従って、単結晶製造を開始する前に貫通孔３Ｈ１からケーブル先端部を引き出して所定の間隔で設けられた取付金具９とストッパー１０との間隔を測定し、所定の間隔より小さければケーブル１を交換するといった管理を行えば、単結晶引き上げ中に取付金具９がケーブル１から抜け落ちる危険性を確実に防止することができる。

ここで、引上げ単結晶の金属汚染を防止するために、シードピン４は、例えば炭素繊維強化炭素複合材料等により形成されるものとし、種ホルダー３は、炭素材からなるものとするのが好ましい。また、より高重量の単結晶を持ち上げ、かつ単結晶の引上げ時における「振れ」を確実に防止したい場合は、図２のような種ホルダー上部３Ｂをモリブデン等の金属からなる第２実施形態のものとし、種ホルダー下部３Ａを炭素材からなり、上部３Ｂと螺合等によって着脱可能とし、種ホルダー３を上部３Ｂと下部３Ａとに分離することが可能なものとすることができる。螺合により着脱可能とする場合は、例えば、種ホルダーの上部３Ｂの下端に雄ネジ部８Ｓを設け、種ホルダーの下部３Ａの上部に雌ネジ部８Ｈ２を設ける。

図２のように、ケーブル１の下端の取付金具９を収納する金属ホルダー５の収納孔部１２Ｈは、種ホルダー上部３Ｂの貫通孔８Ｈ１と連通し、種ホルダー下部３Ａを貫通する貫通孔３Ｈ１と連通するので、種ホルダー下部３Ａの下端からケーブル１の下端の取付金具９を引き出して観察することが容易にできるようになる。また、金属性の種ホルダー上部３Ｂによりシードチャック２Ｂに重量を加えることができるため、単結晶があまり成長していない引上げ初期の段階において、仮にケーブル１に「曲がり」等があったとしても、シードチャック２Ｂを垂直下方へ引くことができ、シードチャック２Ｂがつねに垂直方向を向くように維持することができる。

図１および図２のような本発明にかかるシードチャック等は、図７に示すような単結晶引上げ装置においてそのケーブル１の先端に取り付けられることによって使用される。この単結晶引上げ装置１００は、チャンバ１０１と、チャンバ１０１中に設けられたルツボ１０２と、ルツボ１０２の周囲に配置されたヒータ１０５と、ルツボ１０２を回転させるルツボ保持軸１０７及び回転機構１０８と、シリコンの種結晶Ｓを保持するシードチャック２２として本発明にかかるシードチャック２Ａまたは２Ｂを使用し、シードチャック２Ａまたは２Ｂを引き上げるケーブル１の先端部に本発明にかかるチャック支持部６を有するケーブル１と、ケーブル１を回転又は巻き取る巻き取り機構１０９を備えて構成されている。ルツボ１０２の内側の融液Ｌを収容する側には石英部１０３が設けられ、石英部１０３の外側には黒鉛部１０４が設けられている。また、ヒータ１０５の外側周囲には断熱材１０６が配置されている。

本発明に係る単結晶引上げ装置を上記の単結晶引上げ装置１００において繰り返し使用する際、まず、各単結晶引上げ開始前において、本発明のシードチャック２Ａ、２Ｂの中心軸を上下に貫通して設けられている貫通孔３Ｈ１からチャック支持部６を引き出して観察し、取付金具９とストッパー１０との間隔を測定し、所定の間隔より小さければケーブル１を交換する管理を行い、単結晶引き上げ中に取付金具９がケーブルから抜け落ちる危険性を確実に未然防止する。もちろん、この時、取付金具とストッパーの間隔のみならず、ずれ量や劣化の度合い等により管理してもよい。

次に、ルツボ１０２でシリコン高純度多結晶材料を融点（１４２０℃）以上に加熱して融解する。ケーブル１を巻きだすことにより融液Ｌの表面略中心部に種結晶Ｓの先端を接触又浸漬させる。その後、ルツボ保持軸１０７を適宜の方向に回転させるとともに、ケーブル１を回転させながら巻き取り種結晶Ｓを引き上げることにより、単結晶育成が開始される。単結晶の育成が進むにつれて、シードチャック２Ａ、２Ｂおよび取付金具９にかかる負担が大きくなり、取付金具９がずれる可能性が大きくなるが、ずれたとしても次の引上げの前に発見することができ、また、ストッパー１０が設けられていれば、取付金具９がケーブルから抜け落ちる危険性を確実に防止することができる。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
まず、チョクラルスキー法において加熱融解された原料融液Ｌ上で上下移動可能に構成されたケーブル１と、該ケーブル１に取り付けられるとともに種結晶Ｓを保持するシードチャック２Ａとを有する図１に示すような本発明に係る第１実施形態の単結晶引上げ装置を作製した。具体的には、次のような構成の単結晶引上げ装置を作製した。タングステン製のケーブル１の先端部において、ステンレス製の取付金具９および該取付金具９と所定の間隔をおいてステンレス製のストッパー１０をカシメにより固定した図３に示すようなチャック支持部６を介して、シードチャック２Ａを支持する。シードチャック２Ａは、前記取付金具の回転曲面により接触支持される金属ホルダー５と、該金属ホルダー５の下部に連結され種結晶Ｓを保持する炭素製の種ホルダー３とからなり、前記取付金具により接触支持される前記金属ホルダー５の内側の中空空間を円錐台形状とした。前記金属ホルダー５は、モリブデン製の２分割されたカップリング５Ａであり、前記カップリング５Ａの上部にモリブデン製のキャップ７を嵌めることにより固定した。

この単結晶引上げ装置を用いて、直径２０ｃｍで直胴部の長さが１００ｃｍである無欠陥ウェーハ用の単結晶の引上げを繰り返し行ったところ、各バッチごとに、引上げ開始前において、簡単にチャック支持部６の状態を目視確認できて、作業の負担とはならずに、取付金具９のずれを確実に発見することができたため、取付金具９がケーブル先端から脱落して引き上げ中の単結晶が突然落下するという危険を未然に防止することができ、引き上げた単結晶からは満足な品質の無欠陥ウェーハを切り出すことができた。

（実施例２）
次に、図２に示すように種ホルダーの上部３Ｂがモリブデン製の金属からなり、それ以外の部分が実施例１と同様であるシードチャック２Ｂと、実施例１と同様のケーブル１とを有する本発明に係る第２実施形態の単結晶引上げ装置を作製し、直径３０ｃｍで直胴部の長さが１５０ｃｍである実施例１に比べてより高重量の無欠陥ウェーハ用の単結晶を実施例１とほぼ同程度の引上げ速度で繰り返し引き上げた。

このように、単結晶の高い生産性が要求されて単結晶引上げ装置にかかる負担が大きくなる場合でも対応でき、種ホルダーの上部３Ｂが金属製であるため、その重量等により引き上げ開始時の単結晶「振れ」を確実に防止することができ、また、実施例１と同様に、各バッチごとに、引上げ開始前において簡単にチャック支持部６の状態を目視確認できて、作業の負担とはならずに、取付金具９のずれを確実に発見することができたため、引き上げ中の単結晶が突然落下する危険を未然防止でき、引き上げた単結晶からは満足な品質の無欠陥ウェーハを得ることができた。

（比較例１）
さらに、図８または図９のように、種ホルダー３の底部には上方に向け盲孔状に形成された種結晶挿入用凹部３Ｈ３が設けられており、ケーブル１の先端部において取付金具９のみがとりつけられ、それ以外の部分は実施例１または実施例２と同様に作製した従来の単結晶引上げ装置を作製した。図８に示すように作製した従来の第一実施形態の単結晶引上げ装置で、実施例１のように、直径２０ｃｍで直胴部の長さが１００ｃｍである無欠陥ウェーハ用の単結晶の引上げを行い、図９に示すように作製した従来の第２実施形態の単結晶引上げ装置で、実施例２のように直径３０ｃｍで直胴部の長さが１５０ｃｍを行った。

その結果、いずれの場合においても、種結晶挿入部が盲孔状の凹部として形成されているため、取付金具９の状態を観察するには、金属ホルダー５と種ホルダー３を分離する必要があり、取付金具９のずれの確認が容易ではなく、さらに、ストッパー１０が無いために、繰り返し使用により、取付金具９がケーブル先端から脱落して、引き上げ中の単結晶が突然落下するという危険があった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

例えば、上記実施形態においては、単結晶を得るための材料としてシリコン等の半導体を例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の結晶材料であってもよい。また、単結晶引上げ装置を構成する各部材の材質について、具体的なものを挙げて説明してきたが、融液の高温に耐えることができ、引き上げる単結晶体の重量等を支持し得る強度を有し、かつ融液や単結晶体に不純物を与えたり有害な反応を生じたりしない性質を有するものであれば他の材料で形成してもよい。例えば、金属材料としてはモリブデン、タングステン等であり、その他としては黒鉛、炭素繊維強化炭素複合材料等の炭素系材料、窒化物セラミックス、炭化物セラミックス等のセラミックス材料などを使用することが好ましい。

種結晶を装着した本発明に係る単結晶引上げ装置のシードチャック等の第１実施形態における構成例を示す断面図である。種結晶を装着した本発明に係る単結晶引上げ装置のシードチャック等の第２実施形態における詳細構成を示す断面図である。図１に示すチャック支持部の構成を示す拡大側面図である。図１に示す金属ホルダーが２分割可能なカップリングである場合における該カップリングの構成を示す斜視図である。（Ａ）〜（Ｄ）は、図１に示すカップリングの作製方法を説明する図の１つ目である。（Ａ）〜（Ｄ）は、図１に示すカップリングの作製方法を説明する図の２つ目である。ケーブルを用いた単結晶引上げ装置の全体構成を示す断面図である。種結晶を装着した従来の単結晶引上げ装置のシードチャック等の構成例を示す断面図である。種結晶を装着した従来の単結晶引上げ装置の別のシードチャック等の構成例を示す断面図である。

符号の説明

１…ケーブル、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ…シードチャック、
３、３Ａ、３Ｂ…種ホルダー、３Ｈ１…貫通孔、３Ｈ２…雌ネジ部、
３Ｈ３…種結晶挿入用凹部、４…シードピン、
５…金属ホルダー、５Ａ…カップリング６…チャック支持部、
７…キャップ、７Ｈ１…ケーブル孔、７Ｈ２…凹部、
８Ｈ１…貫通孔、８Ｈ２…雌ネジ部８Ｓ…凸型雄ネジ部、
９…取付金具、９Ｈ…貫通孔、１０…ストッパー、１０Ｈ…貫通孔、
１１Ｃ…円錐台形状孔部、１１Ｈ…ケーブル孔、
１２Ｈ…収納孔部、１２Ｓ…雄ネジ部、１３…支持部、
２２…シードチャック、１００…単結晶引上げ装置、１０１…チャンバ、
１０２…ルツボ、１０３…石英部、１０４…黒鉛部、１０５…ヒータ、
１０６…断熱材、１０７…ルツボ保持軸、１０８…回転機構、
１０９…巻取機構、Ｃ…単結晶インゴット、Ｌ…シリコン融液、Ｓ…種結晶。

Claims

少なくとも、チョクラルスキー法において加熱融解された原料融液上で上下移動可能に構成されたケーブルと、該ケーブルに取り付けられるとともに種結晶を保持するシードチャックとを有し、前記ケーブルを下降することにより前記種結晶を前記原料融液に接触させた後にケーブルを引き上げて単結晶を育成する単結晶引上げ装置であって、前記ケーブルの先端部には、少なくとも前記ケーブルの中心線を回転対称軸とする回転曲面を有する取付金具が取り付けられたチャック支持部を有し、前記シードチャックは、前記取付金具の回転曲面により接触支持されかつ前記チャック支持部を収納する中空構造を有し、前記シードチャックの下端から前記チャック支持部を引き出すことが可能なものであり、前記チャック支持部は、前記取付金具の下方に、所定の間隔をおいて少なくとも一つのストッパーが設けられたものであることを特徴とする単結晶引上げ装置。
前記回転曲面を有する取付金具および／または前記ストッパーは、カシメによりケーブルに固定されたものであることを特徴とする請求項１に記載の単結晶引上げ装置。
前記シードチャックは、少なくとも、前記取付金具の回転曲面により接触支持される金属製の金属ホルダーと、該金属ホルダーの下部に連結され種結晶を保持する種ホルダーとからなり、前記取付金具により接触支持される前記金属ホルダーの内側の中空空間が円錐台形状であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の単結晶引上げ装置。
前記金属ホルダーは、２分割されたカップリングであり、前記カップリングの上部に、キャップを嵌めることにより固定したものであることを特徴とする請求項３に記載の単結晶引上げ装置。