JPH05270974A

JPH05270974A - 単結晶引上装置

Info

Publication number: JPH05270974A
Application number: JP9341092A
Authority: JP
Inventors: Michio Kida; 道夫喜田; Takeshi Sato; 武佐藤; Tateaki Sahira; 健彰佐平
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1992-03-19
Filing date: 1992-03-19
Publication date: 1993-10-19
Anticipated expiration: 2014-09-13
Also published as: JP2946933B2

Abstract

(57)【要約】【目的】シリコン単結晶棒にくびれを形成することな
くシリコン単結晶棒を支持することができる機構を備え
た単結晶引上装置を提供する。【構成】シリコン融液４を保持する石英坩堝３を回
転、昇降自在に設ける。このシリコン融液４から、その
半径が略一定のシリコン単結晶棒４０を引き上げる引上
機構６を設ける。この引上機構６と連動し単結晶棒４０
を支持する保持機構２０を設ける。この保持機構２０
は、単結晶棒の長さ方向に延在する結晶係合装置２１
と、単結晶棒４０のボディ面４１を係止し、単結晶棒４
０を支持する下フック２７と、結晶係合装置２１の一部
に回動自在に設けられ、引上機構６の昇降用リング１８
に連動し、上槓杆２５，下槓杆２６のてこ運動を介して
下フック２７を動作させる上フック２４と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＺ（Czochralski）
法による単結晶引上装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、大口径の円柱状シリコン単結晶棒
の製造に適したＣＺ法は、シリコン融液にシリコン単結
晶の種子結晶を浸し、この種子結晶を回転させながら徐
々に引き上げ、種子結晶と同じ結晶方位の大口径のシリ
コン単結晶棒を成長させるものである。この場合、種子
結晶に存在していた転位がシリコン単結晶棒中に伝播し
ないように、種子結晶から成長させるときシリコン単結
晶棒を一旦細く絞ってから太らせる、いわゆるダッシュ
ズネック（Dash's neck）を形成してシリコン単結晶棒
を無転位化させることが行われている。そして、このダ
ッシュズネックの直径は３〜４ｍｍ、その長さは数１０
ｍｍ、その機械的強度は１００〜２００ｋｇｆであっ
た。この強度はシリコン単結晶棒の引張強度である。引
上中のシリコン単結晶棒に、捩れまたは横方向の力が加
わった場合には、ダッシュズネックが破損し、シリコン
単結晶棒がシリコン融液中に落下してしまい、単結晶引
上装置の破損、シリコン融液の流出、水蒸気爆発などの
危険が生じ、人身事故を招来する恐れもあった。

【０００３】そこで、このような危険を防止するための
単結晶引上装置として、例えば、特開昭６３−２５２９
９１号公報、または、特開昭６２−２８８１９１号公報
に記載されたものがある。特開昭６２−２８８１９１号
公報の単結晶引上装置は、図４に示すように、シリコン
単結晶棒１００のショルダ１０１にくびれ１０２を形成
した後、このくびれ１０２を把持することができるクラ
ンプアーム１０３を備えているものである。このクラン
プアーム１０３の先端をくびれ１０２に係止させながら
シリコン単結晶棒１００を引き上げることにより、大重
量の大口径のシリコン単結晶棒を安全に製造するもので
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のＣＺ法の単結晶引上装置にあっては、クラン
プアーム１０３の先端をシリコン単結晶棒１００のくび
れ１０２に係止させて、シリコン単結晶棒１００を支持
しているので、予めシリコン単結晶棒１００のショルダ
１０１にくびれ１０２を形成しなければならない。この
ため、シリコン単結晶棒１００の引上速度、シリコン融
液１０４の温度などの制御をくびれ１０２の形成時に、
変更しなければならず、この変更が大変困難であるとい
う課題があった。

【０００５】そこで、本発明は、シリコン単結晶棒にく
びれを形成することなくシリコン単結晶棒を支持するこ
とができる機構を備えた単結晶引上装置を提供すること
を、その目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の単結晶
引上装置においては、結晶融液を保持する坩堝と、この
結晶融液からその半径が略一定の単結晶棒を引き上げる
引上機構と、この引上機構と連動し上記単結晶棒を支持
する保持機構と、を備えた単結晶引上装置において、上
記保持機構は、上記単結晶棒の側壁に係合して、この単
結晶棒を支持する第１てこユニットと、上記引上機構に
連動し、上記第１てこユニットを動作させる第２てこユ
ニットと、を有するものである。

【０００７】また、請求項２に記載の単結晶引上装置に
おいては、上記保持機構は、倍力ユニットを有し、この
倍力ユニットを介して、上記第２てこユニットの動作を
上記第１てこユニットに伝達するものである。

【０００８】また、請求項３に記載の単結晶引上装置に
おいては、上記引上機構は、単結晶棒のダッシュズネッ
クに連結され昇降可能な第１引上ユニットと、この第１
引上ユニットから独立して昇降可能であり、上記第２て
こユニットを動作させる第２引上ユニットと、を含むも
のである

【０００９】また、請求項４に記載の単結晶引上装置に
おいては、上記引上機構は、上記単結晶棒をその軸線回
りに回転させる回転手段を有するとともに、上記第１引
上ユニットおよび上記第２引上ユニットは、それぞれ引
上原動機を有し、これらの引上原動機は、上記回転手段
に保持されているものである。

【００１０】また、請求項５に記載の単結晶引上装置に
おいては、上記第１引上ユニットおよび上記第２引上ユ
ニットはそれぞれワイヤを有し、これらのワイヤ同士の
捩れを防止する捩れ防止体を設けたものである。

【００１１】また、請求項６に記載の単結晶引上装置に
おいては、上記保持機構は、水平面内で回動可能に設け
られた支持部材を有し、この支持部材に上記第１てこユ
ニットおよび上記第２てこユニットが支持されたもので
ある。

【００１２】

【作用】請求項１に記載の発明に係る単結晶引上装置に
あっては、単結晶棒は引上機構により引き上げられる。
この引き上げの際には、保持機構の第２てこユニットが
引上機構の動作に連動する。この第２てこユニットのて
こ運動により、第１てこユニットが連動して動作する。
この第１てこユニットはてこ運動をして単結晶棒の側壁
に係合して、単結晶棒を保持する。

【００１３】また、請求項２に記載の発明にあっては、
保持機構の第２てこユニットが引上機構の動作に連動す
る。この第２てこユニットのてこ運動により、倍力ユニ
ットが連動し、第２てこユニットのてこ運動の力を数倍
にする。この倍力ユニットの動作に第１てこユニットが
連動する。この結果、単結晶棒の保持する力をより安定
化することができる。また、倍力ユニットの倍力率を変
更することにより、引き上げる単結晶棒の重さに対応し
た保持が実現できる。

【００１４】また、請求項３に記載の発明に係る単結晶
引上装置にあっては、第２引上ユニットは第１引上ユニ
ットの昇降運動に影響されることなく昇降する。そし
て、この第２引上ユニットの動作に基づいて第２てこユ
ニットが作動し、単結晶棒が保持される。この結果、単
結晶棒の引き上げと単結晶棒の保持とを互いに独立に制
御することができる。したがって、単結晶棒の引き上げ
を妨げることなく、単結晶棒を保持することができる。

【００１５】また、請求項４に記載の発明に係る単結晶
引上装置にあっては、第１引上ユニットおよび第２引上
ユニットのそれぞれの回転速度および回転方向を同じに
することができる。したがって、単結晶棒の引き上げに
悪影響を及ぼすことなく、単結晶棒を保持することがで
きる。

【００１６】また、請求項５に記載の発明に係る単結晶
引上装置にあっては、捩れ防止体を設けたため、第１引
上ユニットのワイヤと第２引上ユニットのワイヤとが絡
み合うことがない。第１引上ユニットによる単結晶棒の
引き上げは、第２引上ユニットを介しての単結晶棒の保
持に、左右されない。また、単結晶棒の引き上げによっ
て、第１てこユニットが単結晶棒に係止する位置がずれ
ることはない。よって第１てこユニットの単結晶棒の保
持が弱くなることはない。その結果、結晶融液中に単結
晶棒が落下することはない。

【００１７】また、請求項６に記載の発明に係る単結晶
引上装置にあっては、引上機構による単結晶棒の軸線回
りの回転に連動して、保持機構の第１てこユニットおよ
び第２てこユニットを回動させることができる。この結
果、単結晶棒および第１てこユニットの回転速度および
回転方向が同じになる。したがって、単結晶棒を第１て
こユニットにより支持するとき、第１引上ユニットのワ
イヤは捩れることがない。この捩れによる単結晶棒の横
ゆれが防止できる。したがって、単結晶棒の引き上げに
悪影響を及ぼすことなく、単結晶棒を支持することがで
きる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の一実施例に係る単結晶引上装置の
断面図である。

【００１９】この図に示すように、チャンバ（図示略）
内には回転自在であって、かつ、昇降自在に坩堝軸１が
直立した状態で設けられている。この坩堝軸１の上端に
は、有底円筒状の黒鉛サセプタ２が固定されている。こ
の黒鉛サセプタ２内には、石英坩堝３が着脱可能に保持
されている。この石英坩堝３も有底円筒状をなしてい
る。この石英坩堝３内には、メルト状態のシリコン融液
４が注入、保持されている。黒鉛サセプタ２の外側に
は、シリコン融液４の加熱用ヒータ５がこの黒鉛サセプ
タ２を取り囲むように配設されている。さらに、石英坩
堝３の上方には、その半径が略一定の（例えば口径８イ
ンチ）シリコン単結晶棒を引き上げるための引上機構６
が設けられている。

【００２０】この引上機構６は、上記石英坩堝３の上方
に設けられて、回転自在なヘッド７を有している。この
ヘッド７には、１本の主ワイヤ８を巻取るための主モー
タ９と、２本の副ワイヤ１０をそれぞれ巻取るための副
モータ１１と、が固設されている。この主ワイヤ８は、
主ローラ１２で方向を変え下方のシリコン融液４に向か
って下降するものである。このように垂下された主ワイ
ヤ８の一部（中間部分）は円板状の捩れ防止リング１６
の中心部に固定され、さらに、この主ワイヤ８の固定部
より下側の部分は昇降用リング１８の孔１９に遊貫して
下方に垂下されている。そして、主ワイヤ８の下端に
は、シードチャック１３を介してシリコン単結晶の種子
結晶１４が取り付けられている。

【００２１】図３に示すように、この捩れ防止リング１
６は円板状で、副ワイヤ１０に対応して２個の孔１７が
形成されている。この捩れ防止リング１６の中心部にお
いて上記のように主ワイヤ８は固着されるものであり、
この中心部（ワイヤ８の固着部）を挟んで対向するよう
に上記２個の孔１７は形成されている。この捩れ防止リ
ング１６は、ヘッド７と昇降用リング１８との間で副ワ
イヤ１０が主ワイヤ８に対して捩れないようにするもの
である。主ワイヤ８は石英坩堝３の上方で、石英坩堝３
と反対方向に回転しつつ上下動するものである。

【００２２】そして、副ワイヤ１０も、それぞれ副モー
タ１１により副ローラ１５を介して石英坩堝３に向かっ
て下降するものである。これらの副ワイヤ１０は、捩れ
防止リング１６の上記２個の孔１７をそれぞれ遊貫し
て、副ワイヤ１０と共に回転自在の昇降用リング１８の
上端に、主ワイヤ８と接触することなく固定されてい
る。すなわち、主ワイヤ８に対してはこの昇降用リング
１８は自由な動作ができ、副ワイヤ１０に対しては捩れ
防止リング１６は自由な動作ができるものである。

【００２３】石英坩堝３の上方でヘッド７の下方には、
シリコン単結晶棒の重量を支える保持機構２０が設けら
れている。この保持機構２０は、後述するように、上記
引上機構６の昇降用リング１８と連動する構成である。
すなわち、この保持機構２０は、鉛直方向に延在する軸
線を有する円筒体からなる結晶係合装置２１を有してい
る。この結晶係合装置２１は、チャンバに固定された水
平な支え板２３に、ベアリング２２を介してその軸線回
りに回転自在に支持されている。

【００２４】図２に示すように、この結晶係合装置２１
の内周壁には、上から下に向かって所定間隔離れて支持
部材２８，３１，３４，３７が順番に固着されている。
これらの支持部材２８，３１，３４，３７には、棒状の
上フック２４、上槓杆２５、下槓杆２６、棒状の下フッ
ク２７が、軸心２９，３２，３５，３８を回動中心とし
てそれぞれ軸着されている。詳しくは、上フック２４は
その一端部が支持部材２８に軸着されているとともに、
その他端部には第１ワイヤ３０の一端が固定、連結され
ている。第１ワイヤ３０の他端部は上槓杆２５の一端部
に連結されている。上槓杆２５の他端部は剛体であるリ
ンク３３の一端部に軸着されている。リンク３３の他端
部は下槓杆２６の一端部に軸着されている。そして、下
槓杆２６の他端部には第２ワイヤ３６の一端が連結さ
れ、この第２ワイヤ３６の他端は下フック２７の一端部
に連結されている。下フック２７の他端部は上述したよ
うに軸心３８を介して支持部材３７に回動自在に支持さ
れている。

【００２５】さらに、上槓杆２５にあっては、軸心３２
から第１ワイヤ３０との連結部までの間の距離に比べ
て、軸心３２からリンク３３までの連結部との距離が大
きく設定され、そのてこ比によって倍力が可能となって
いる。同様に、下槓杆２６も、軸心３５に対するリンク
３３との連結部までの距離と、軸心３５から第２ワイヤ
３６との連結部までの距離と、の比に応じて倍力作用を
有するものである。すなわち、この保持機構２０にあっ
て、上槓杆２５および下槓杆２５のてこ比を適宜設定す
ることにより、所望の倍力によりシリコン単結晶棒４０
を支持可能とするものである。

【００２６】これらの動きは、まず、上フック２４が軸
心２９を中心に図２にて時計回り方向に回動すると、上
槓杆２５は、第１ワイヤ３０を介して軸心３２を中心に
同図にて反時計回り方向に回動する。この結果、リンク
３３を介して下槓杆２６が軸心３５を中心に図２にて時
計回り方向に回動する。よって、第２ワイヤ３６を介し
て下フック２７も軸心３８を中心に図２にて時計回り方
向に回動する。このとき、下フック２７の一端部（先端
部）の突起３９はシリコン単結晶棒４０のボディ面４１
に下方から接触、係合してこれを完全に保持する。この
シリコン単結晶棒４０を保持する力は、上槓杆２５およ
び下槓杆２６のそれぞれのてこ作用により、上フック２
４が回転する力を数倍化したものとなっている。

【００２７】また、上述したように、シリコン単結晶棒
４０を下フック２７により保持するとき、ベアリング２
２を介して結晶係合装置２１は鉛直方向の軸線回りに回
転自在に支持されている。このため、上記昇降用リング
１８に対してこの結晶係合装置２１、保持機構２０は全
体として一体に回転し、その回転速度および回転方向は
同じである。よって、この保持機構２０によるシリコン
単結晶棒４０の保持により主ワイヤ８が捩れたりするこ
とがない。また、この捩れによるシリコン単結晶棒４０
の横ゆれが防止できる。なお、保持機構２０は、シリコ
ン単結晶棒４０を支持する上フック２４と、この上フッ
ク２４を動作させる下フック２７と、この下フック２７
の動作を上フック２４に伝達する倍力ユニットの上槓杆
２５、下槓杆２６と、これらの上フック２４、上槓杆２
５、下槓杆２６、下フック２７が支持され、水平面内で
回動可能に設けられた結晶係合装置２１と、を有するも
のである。

【００２８】次に、シリコン単結晶棒の引き上げ方法を
説明する。引き上げに先立って、黒鉛サセプタ２内にあ
る石英坩堝３内に高純度多結晶シリコン、および、ボロ
ンを高濃度にドープしたシリコン結晶の小片を入れる。
これら全体を坩堝軸１に取り付ける。チャンバ内を真空
装置で真空にした後これにアルゴンガスを供給し、チャ
ンバ内を１０〜２０Ｔｏｒｒのアルゴン雰囲気にする。
ヒータ５に通電して石英坩堝３を加熱し原料のシリコン
等を溶融する。そして、シードチャック１３にシリコン
単結晶の種子結晶１４を取り付け、この種子結晶１４を
シリコン融液４の液面の中心に接触させる。この接触と
同時に、モータで坩堝軸１を所定の坩堝回転速度で一方
向に回転させるともに、引上機構６のヘッド７により、
所定の結晶回転速度で種子結晶１４を、他方向に回転さ
せながらゆっくり上昇させる。

【００２９】そして、種子結晶１４の下端に連続してダ
ッシュズネックを形成する。このダッシュズネックの大
径部の直径は１０ｍｍ、その小径部の直径は３ｍｍとす
る。この後、主ワイヤ８の引上速度を遅くし、シリコン
単結晶棒４０の直径を増大してショルダを形成する。こ
の後、引上速度等を変化させて、シリコン単結晶棒４０
のボディ（例えば口径２００ｍｍ）を形成する。この引
き上げに際しては、シリコン単結晶棒４０の引上成長に
伴って、副ワイヤ１０に固着された捩れ防止リング１６
と、主ワイヤ８に固着された昇降リング１８と、は所定
間隔を保って、同じ回転速度、同じ方向に回転しながら
上昇する。このとき、保持機構２０の上フック２４は水
平になるように位置させている。次いで、昇降リング１
８の下部が保持機構２０の上フック２４の他端部に当
接、係合すると、上フック２４はその軸心２９を中心に
して図２にて時計回り方向に回転し始める。この回転に
連動し、上槓杆２５は反時計回り方向に、下槓杆２６は
時計回り方向に、下フック２７も時計回り方向にそれぞ
れ回転する。

【００３０】そして、上フック２４の他端部は昇降リン
グ１８の下部に係止し続けるので、結晶係合装置２１は
昇降リング１８と共に回転しながら上昇する。この副ワ
イヤ１０による結晶係合装置２１の上昇速度は、主ワイ
ヤ８によるシードリフトレートよりも速く設定する。結
晶係合装置２１を上昇させる速度は、下フック２７の突
起３９がシリコン単結晶棒４０のボディ面４１と接触す
る１〜３ｍｍ程度手前で、シードリフトレートの１．０
２〜１．２倍程度に減速させる。そして、下フック２７
の突起３９が、シリコン単結晶棒４０のボディ面４１に
接触する。この接触面には、シリコン単結晶棒４０の重
さと、上フック２４，上槓杆２５，下槓杆２６，下フッ
ク２７等による引上力と、が加わり、シリコン単結晶棒
４０のボディ面４１と下フック２７の突起３９との係合
が確実に保持され外れることがない。この係合した後
は、結晶係合装置２１を上昇させる速度をシードリフト
レートと同じにする。この結果、結晶係合装置２１は、
シリコン単結晶棒４０を支持しながら回転上昇する。

【００３１】したがって、シリコン単結晶棒４０のショ
ルダに予め突部または係合部を形成することなく、シリ
コン単結晶棒４０を引き上げながら保持することができ
る。倍力ユニットを構成する上槓杆２５または下槓杆２
６のてこ比を変更することにより、シリコン単結晶棒４
０の重さに対応した力で保持することができる。また、
シリコン単結晶棒４０の引き上げと、シリコン単結晶棒
４０の保持とを互いに独立にして制御することができ
る。したがって、シリコン単結晶棒４０の引き上げ動作
を妨げることなく、下フック２７を回動させて、シリコ
ン単結晶棒４０を保持することができる。また、主ワイ
ヤ８および副ワイヤ１０のそれぞれの回転速度および回
転方向を同じにすることができる。したがって、シリコ
ン単結晶棒４０の引き上げに悪影響を及ぼすことなく、
シリコン単結晶棒４０を保持することができる。また、
捩れ防止リング１６を用いたので、主ワイヤ８と副ワイ
ヤ１０とが絡み合うことがない。よって、結晶係合装置
２１の下フック２７がシリコン単結晶棒４０のボディ面
４１に係止する位置がずれることはない。これらの結
果、下フック２７のシリコン単結晶棒４０の保持が弱く
なることはない。したがって、シリコン単結晶棒４０が
シリコン融液４中に落下することはない。また、直径８
インチ、長さ２０００ｍｍ、重さ１５０ｋｇｆのシリコ
ン単結晶棒４０を安全に引き上げ成長させることができ
る。引き上げたシリコン単結晶棒は、無転位で、歪もな
い。なお、上フック２４、上槓杆２５、下槓杆２６を用
いないで、昇降リング１８と下フック２７とをワイヤで
連結して、シリコン単結晶棒４０を引き上げることも可
能である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明に係る単
結晶引上装置によれば、単結晶棒に突部または係合部を
予め形成することなく、単結晶棒を引き上げながら保持
することができる。また、引き上げる単結晶棒の重さに
対応した力で保持することができる。さらに、単結晶棒
の引き上げと単結晶棒の保持とを互いに独立に制御する
ことができ、かつ、引上機構および保持機構を同じ回転
速度、同じ方向に回動させながら昇降させることによ
り、単結晶棒の引き上げを妨げることなく、単結晶棒を
保持することができる。また、第１引上ユニットと第２
引上ユニットの各引上用のワイヤ同士が捻れないので、
第１引上ユニットによる単結晶棒の引き上げにおいて、
第２引上ユニットを介して第１てこユニットによる単結
晶棒に対する係止位置がずれない。さらに、第１てこユ
ニットの単結晶棒の保持が弱くなることはない。したが
って、結晶融液中に単結晶棒が落下することはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る単結晶引上装置の断面
図である。

【図２】本発明の一実施例に係る単結晶引上装置の断面
図である。

【図３】本発明の一実施例に係る単結晶引上装置の要部
斜視図である。

【図４】従来例に係る単結晶引上装置の断面図である。

【符号の説明】

３石英坩堝４シリコン融液（結晶融液）６引上機構７ヘッド（回転手段）８主ワイヤ（第１引上ユニットのワイヤ）９主モータ（第１引上ユニットの引上原動機）１０副ワイヤ（第２引上ユニットのワイヤ）１１副モータ（第２引上ユニットの引上原動機）１６捩れ防止リング２０保持機構２１結晶係合装置（支持部材）２４上フック（第２てこユニット）２５上槓杆（倍力ユニット）２６下槓杆（倍力ユニット）２７下フック（第１てこユニット）４０シリコン単結晶棒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶融液を保持する坩堝と、この結晶融液からその半径が略一定の単結晶棒を引き上
げる引上機構と、この引上機構と連動し上記単結晶棒を支持する保持機構
と、を備えた単結晶引上装置において、上記保持機構は、上記単結晶棒の側壁に係合して、この
単結晶棒を支持する第１てこユニットと、上記引上機構に連動し、上記第１てこユニットを動作さ
せる第２てこユニットと、を有することを特徴とする単
結晶引上装置。
【請求項２】上記保持機構は、倍力ユニットを有し、この倍力ユニットを介して、上記第２てこユニットの動
作を上記第１てこユニットに伝達する請求項１に記載の
単結晶引上装置。
【請求項３】上記引上機構は、単結晶棒のダッシュズネックに連結され昇降可能な第１
引上ユニットと、この第１引上ユニットから独立して昇降可能であり、上
記第２てこユニットを動作させる第２引上ユニットと、
を含む請求項１または請求項２に記載の単結晶引上装
置。
【請求項４】上記引上機構は、上記単結晶棒をその軸
線回りに回転させる回転手段を有するとともに、上記第１引上ユニットおよび上記第２引上ユニットは、
それぞれ引上原動機を有し、これらの引上原動機は、上
記回転手段に保持されている請求項３に記載の単結晶引
上装置。
【請求項５】上記第１引上ユニットおよび上記第２引
上ユニットはそれぞれワイヤを有し、これらのワイヤ同
士の捩れを防止する捩れ防止体を設けた請求項３または
請求項４に記載の単結晶引上装置。
【請求項６】上記保持機構は、水平面内で回動可能に
設けられた支持部材を有し、この支持部材に上記第１てこユニットおよび上記第２て
こユニットが支持された請求項１〜請求項５のいずれか
１項に記載の単結晶引上装置。