JP7439250B2 - 半導体材料の単結晶を引き上げるための装置および方法 - Google Patents

半導体材料の単結晶を引き上げるための装置および方法 Download PDF

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Description

本発明は、坩堝に収容された融液から半導体材料の単結晶を引き上げるための装置、およびこの装置を使用して半導体材料の単結晶を引き上げるための方法を提供する。
先行技術／問題
半導体材料の単結晶は、種結晶上に成長する単結晶を坩堝に収容された融液から上方に引き上げるＣＺ法により製造されることが多い。工業規模では、特にシリコンなどの半導体材料の単結晶はこのようにして製造され、その後さらに半導体ウエハに加工され、その後電子部品に加工される。
ＣＺ法を用いる装置は、一般に、昇降可能な坩堝軸によって保持される坩堝と、成長する単結晶を融液から引き離すために使用される昇降可能な引き上げ軸とを備える。そのような装置の構成要素はさらに、各々、引き上げ軸を回転させるための、および坩堝軸を回転させるための、１つの装置を含む。単結晶成長は、超低ジッタ環境を必要とし、これが、引き上げ軸および坩堝軸の回転運動を行うための装置に特に重要性が加えられる理由である。
ＥＰ ０ ４６６ ４５７ Ａ１に示される装置は、引き上げ軸を回転させるための装置が、歯車を駆動するモータを備え、この歯車が、引き上げ軸上に取り付けられるウォームホイールに係合する。坩堝軸を回転させるための装置は、坩堝軸を直接駆動するモータを備える。
この種の装置は、もはや超低ジッタ環境の提供に対する今日の要求を満たしていない。特に、比較的長波の振動が適切に抑制される保証はない。
本発明の目的は、半導体材料の単結晶を引き上げるための装置および方法を提供することであり、半導体材料の単結晶を引き上げるための装置の、引き上げ軸および坩堝軸を回転させるための装置は、これらの装置の低ジッタ動作の保証を与えるような態様で設計される。
本発明の目的は、坩堝内に収容された融液から半導体材料の単結晶を引き上げるための装置であって、引き上げ軸を回転させるための装置を有し、坩堝軸を回転させるための装置を有し、駆動部と引き上げ軸との間のダブルウォームギアと、さらなる駆動部と坩堝軸との間のさらなるダブルウォームギアとによって特徴付けられる、装置によって達成される。
この装置は、この目的を達成するだけでなく、引き上げ軸および坩堝軸の回転をもたらすための省スペースで保守にやさしい解決策も提供する。２つのダブルウォームギアは、比較的小さい遊び、および比較的顕著な滑らかな走行のため、注目に値する。特に、１ｒｐｍ未満の坩堝軸の低い回転速度によって、および／または坩堝軸の回転方向の変化に続いてもたらされ得る長波振動は、効果的に抑制される。
本発明者らは、引き上げ軸と引き上げ軸を回転させる駆動部との間、および坩堝軸と坩堝軸を回転させるさらなる駆動部との間に、各々、１つのダブルウォームギアを設置する必要があることを見出した。この種の構成では、それぞれの駆動部、好ましくは電気モータは、その軸がそれぞれのダブルウォームギアの第１のウォームを駆動し、引き上げ軸の回転軸の側方（または坩堝軸の回転軸の側方）において（それぞれ）、それぞれの回転軸から充分な距離を置いた位置を有する。それぞれの駆動部は、好ましくは、それぞれのダブルウォームギアのハウジングプレートに堅固に取り付けられる。したがって、それぞれの駆動部のばね取り付けはない。それぞれの駆動部の軸は、好ましくは、引き上げ軸（または坩堝軸）と（それぞれ）平行に配置される。それぞれのダブルウォームギアの第１のウォームは、それぞれのダブルウォームギアの第２のウォームの軸上に同軸に取り付けられるそれぞれの第１のウォームホイールに係合する。それぞれのダブルウォームギアの第２のウォームは、それぞれのダブルウォームギアの第２のウォームホイールに係合し、それぞれの第２のウォームホイールは、引き上げ軸（または坩堝軸）上に（それぞれ）同軸に取り付けられる。
さらに、引き上げ軸および坩堝軸は、それぞれ、上部および下部に分割され、２つの部分は、各々、連結ベローを介して接続されることが好ましい。さらに、少なくとも引き上げ軸の場合、連結ベローは、引き上げ軸の上部を引き上げ軸の下部から電気的に絶縁するように構成される。これは、坩堝軸の下部を含む電流回路を介した融液の表面の検出の簡単な実現を可能にする。
坩堝軸の駆動部は、好ましくは、坩堝軸の回転方向を逆転できるようにも設計される。
以下、２つの図面を参照しながら本発明をより詳細に説明する。
一例として、本発明を実施するために利用することができるＣＺ法による単結晶の引き上げのための装置を示す。 本発明による装置の特徴を示す。
図１は、一例として、本発明において利用することができる、融液７から半導体材料の単結晶１を引き上げるための装置１０を示す。この装置は、チャンバ２と、ヒータ６と、坩堝８と、坩堝軸１３と、引上げ軸１４と、磁界発生コイル１８とを備える。チャンバ２の一方の内壁には断熱材３が設けられている。チャンバ２の上部にはガス入口４があり、それを通してアルゴンなどの不活性ガスが導入され、チャンバ２の下部にはガス出口５がある。坩堝８は、半導体材料の融液７で満たされた内部坩堝を支持する。坩堝８の周囲には、固体半導体材料を溶融して溶融状態に維持するためのヒータ６が設けられている。坩堝軸１３は、坩堝８の下端からチャンバの基部まで延在し、支持装置１２によって取り付けられる。坩堝軸１３は、支持装置１２によって昇降および回転可能となっている。引き上げ軸１４は、保持装置１５によって上端で保持され、保持装置１５の支援により、昇降、および回転軸Ｄの周りで回転させることができる。支持装置１２および保持装置１５は、コントローラ１９によって制御される。磁界発生コイル１８に電流を流すことによって、磁界、例えば水平磁界を融液７に印加できる。さらに、成長中の単結晶１１の周囲に熱シールド（図示せず）を配置することもできる。参照符号１６および１７は種結晶ホルダおよび種結晶である。
図２の例示によれば、保持装置１５は引き上げ軸１４を回転させるための装置２０を備え、支持装置１２は坩堝軸１３を回転させるための装置２１を備える。装置２０および２１は、本発明に従って設計される。
引き上げ軸１４を回転させるための装置２０は、第１のウォーム２４を駆動する駆動軸２３を有する駆動部２２を備える。第１のウォーム２４は、第２のウォーム２６の軸上に同軸に固定された第１のウォームホイール２５に係合する。第２のウォーム２６は、引き上げ軸１４の上部２８に同軸に固定された第２のウォームホイール２７に係合する。第１および第２のウォーム２４、２６ならびに第１および第２のウォームホイール２５、２７はともにダブルウォームギヤを形成する。駆動部２２は、ダブルウォームギアのハウジングプレート９に堅固に取り付けられる。引き上げ軸１４の上部２８と引き上げ軸１４の下部２９との間には、引き上げ軸１４の上部２８を引き上げ軸１４の下部２９から電気的に絶縁する第１のベローズカップリング３０が配置されている。
坩堝軸１３を回転させるための装置２１は、さらなる第１のウォーム３３を駆動するさらなる駆動軸３２を有するさらなる駆動部３１を備える。さらなる第１のウォーム３３は、さらなる第２のウォーム３５の軸上に同軸に固定されたさらなる第１のウォームホイール３４に係合する。さらなる第２のウォーム３５は、坩堝軸１３の下部３７に同軸に固定されたさらなる第２のウォームホイール３６に係合する。さらなる第１および第２のウォーム３３、３５ならびにさらなる第１および第２のウォームホイール３４、３６は、ともに、さらなるダブルウォームギアを形成する。さらなる駆動部３１は、さらなるダブルウォームギアのさらなるハウジングプレート４０に堅固に取り付けられる。坩堝軸１３の下部３７と坩堝軸１３の上部３８との間には、さらなるベローズカップリング３９が配置されている。
例示的な実施形態の上記の説明は、例の説明として理解されるべきである。それに応じてなされる開示は、一方では、当業者が本発明およびそれに関連付けられる利点を理解することを可能にし、他方では、当業者の理解は、記載される方法および構造の明白な変更ならびに修正も包含する。したがって、本発明は、すべてのそのような変更および修正、ならびに均等物も、特許請求の範囲の保護の範囲に包含される。
使用される参照符号のリスト
１ 単結晶
２ チャンバ
３ 断熱材
４ ガス入口
５ ガス出口
６ ヒータ
７ 融液
８ 坩堝
９ ハウジングプレート
１０ 引き上げ装置
１１ 成長する単結晶
１２ 支持装置
１３ 坩堝軸
１４ 引き上げ軸
１５ 取付装置
１６ 種結晶ホルダ
１７ 種結晶
１８ 磁界発生コイル
１９ コントローラ
２０ 引き上げ軸を回転させるための装置
２１ 坩堝軸を回転させるための装置
２２ 駆動部
２３ 駆動軸
２４ 第１のウォーム
２５ 第１のウォームホイール
２６ 第２のウォーム
２７ 第２のウォームホイール
２８ 引き上げ軸の上部
２９ 引き上げ軸の下部
３０ ベローズカップリング
３１ さらなる駆動部
３２ さらなる駆動軸
３３ さらなる第１のウォーム
３４ さらなる第１のウォームホイール
３５ さらなる第２のウォーム
３６ さらなる第２のウォームホイール
３７ 坩堝軸の下部
３８ 坩堝軸の上部
３９ さらなるベローズカップリング
４０ さらなるハウジングプレート
Ｄ 回転軸

Claims (8)

  1. 坩堝（８）内に収容された融液（７）から半導体材料の単結晶（１）を引き上げるための装置であって、引き上げ軸（１４）を回転させるための装置（２０）を有し、坩堝軸（１３）を回転させるための装置（２１）を有し、駆動部（２２）と前記引き上げ軸（１４）との間のダブルウォームギアと、さらなる駆動部（３１）と前記坩堝軸（１３）との間のさらなるダブルウォームギアとによって特徴付けられる。装置。
  2. 前記引き上げ軸の上部（２８）と下部（２９）との間のベローズカップリング（３０）を特徴とする、請求項１に記載の装置。
  3. 前記坩堝軸（１３）の上部（３８）と下部（３７）との間のさらなるベローズカップリング（３９）を特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
  4. 前記駆動部（２２）の駆動軸（２３）は、前記引き上げ軸（１４）と平行に配置されていることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の装置。
  5. 前記駆動部（２２）は、前記ダブルウォームギアのハウジングプレート（９）に堅固に取り付けられることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の装置。
  6. 前記さらなる駆動部（３１）のさらなる駆動軸（３２）が、前記坩堝軸（１３）と平行に配置されることを特徴とする、請求項１～５のいずれか１項に記載の装置。
  7. 前記さらなる駆動部（３１）は、前記さらなるダブルウォームギアのさらなるハウジングプレート（４０）に堅固に取り付けられることを特徴とする、請求項１～６のいずれか１項に記載の装置。
  8. ＣＺ法による融液からの半導体材料の単結晶の引き上げるための方法であって、請求項１～７のいずれか１項に記載の装置を用いて前記半導体材料の単結晶を引き上げることを特徴とする、方法。
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