JPH07103000B2 - 結晶引上装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、シリコン等の単結晶の成長の際、該単結晶
を引き上げる引上装置に関し、特に径の大きい単結晶、
すなわち重量の重い単結晶を安全に引き上げる引上装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、シリコン等の単結晶を引上法（CZ法）によって製
造する場合、チャンバー内に配設した石英ルツボ内で塊
粒状多結晶シリコンを抵抗加熱あるいは高周波加熱等に
よって加熱溶融する一方、石英ルツボの上方に配設され
回転及び昇降可能に駆動される引上軸あるいは引上ワイ
ヤーの下端に種結晶を固定取り付けし、該種結晶の下端
を融解液に接触させた後、種結晶を所定の速度で回転さ
せつつ上昇させ、種結晶の下端にシリコン単結晶を成長
せしめ、製造するのが一般的に行われている方法であ
る。

しかして、このようにして製造される従来の成品として
の単結晶の直径は５インチ〜６インチ位のもので重量に
して20〜30kg程度であったが、近年歩留りの向上、半導
体の製造の高効率化を図るため単結晶は大径化（例えば
直径７インチ以上のもの）されるとともに、長寸法化さ
れる傾向にあり、単結晶の重量が100kg以上に達する場
合も少なくない。

しかし、前述のごとくこの単結晶の重量は種結晶及び小
径部分であるネック部に集中的に荷重が掛かることとな
るが、特に該ネック部は１〜4mmの直径しかないため、
この部分でその耐荷重には限界があり、単結晶の成長
中、あるいは単結晶の取り扱い中の僅かなねじり応力、
衝撃が加わると小径部分が破断するおそれがあり、成長
装置の破壊、融解液の流出、さらには水蒸気爆発等の危
険があり、人身事故を招来するおそれがある。

そこでこのような危険性を防止する技術として、単結晶
の上部に径大部と径小部であるクビレ部とを形成するこ
とにより係合段部を形成し、該係合段部を介して下端に
フックからなる爪部を有する挟持部材（把持手段）であ
るクランプアームあるいは係合突起を有する昇降軸で挟
持し、重量のある単結晶を引き上げる方式のものが知ら
れている（特開昭62−288191号、特開昭63−252991号、
特開昭55−167200号）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、これら従来の装置は、いずれも係合段部と挟持
部材との保持力が確実ではなく、すなわち単結晶が非常
に重い（100kg以上）場合、前記一対の把持手段が拡開
する方向に作用するため、その係合が外れてしまうおそ
れがあるという課題を有している。

また、単結晶の上部に形成されている係合段部であるク
ビレ部が成長の際完全に対称とはならず、従って前記係
合段部に把持手段が均等に係合保持されず、係合してい
る把持手段にのみ単結晶の重量の負荷が掛かることとな
り、極めて安定性が悪く、係合が外れてしまうおそれが
あり、前述したような成長装置の破壊等の危険性があ
り、安全性に欠けるという課題をも有しているものであ
る。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、径
の大きい、すなわち重量の重い単結晶の引上げに際して
も係合段部との係合が外れることなく、確実に引き上げ
ることができ、安全性の高い単結晶の引上装置を提供す
ることを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明の結晶引上装置は、
種結晶に成長させるべき単結晶に径大部と径小部である
クビレ部により係合段部を形成させる引上手段と、該係
合段部に係脱する爪を有し上下動することにより開閉す
る複数の把持手段と、該把持手段により単結晶を支持し
た際にその支持が外れないよう保持する保持手段とを備
え、該把持手段がくの字状のレバーであり、該レバーの
下端には前記爪が一体に形成されるようにした。そし
て、爪は少なくともその先端にチッ化珪素を使用すれ
ば、汚染防止となるので好ましい。前記保持手段は把持
手段に対して上下にスライドするリングを使用すれば、
簡単な構成で把持手段が拡開するのが確実に防止され
る。

また前記把持手段が各々別に上下動調整できるようにす
ることにより、単結晶の係合段部が成長の際にずれた場
合、把持手段を微調整することができ、確実に係合段部
と爪との係合が行える。

〔作用〕

このような構成とすることにより、本発明は、単結晶に
係合段部が形成された後、把持手段である把持レバーが
自重により下降しながら閉じていき、それにつれて保持
手段であるリングが自重にりスライド下降し、第３図に
示すように係合段部と爪との係合を確実にする。

また各把持レバーが独自にそれぞれ上下動するようにな
っているので、単結晶の係合段部が非対称に形成されて
も各把持レバーを調整することにより確実に係合段部と
爪とを係止させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を添付図面に示す一実施例に基づいて詳細
に説明する。

第１図及び第３図は、本発明装置の第１実施例を示した
引上装置（10）の断面略図であり、図中（12）は石英ル
ツボ、（14）は種ホルダーであり、これらはいずれも図
示しないチャンバー内に配置せしめられており、石英ル
ツボ（12）の周辺に配置された抵抗加熱用ヒータあるい
は高周波加熱にて原料である例えば粒状多結晶を融解す
るようになっている。

（16）は種結晶で、（18）は単結晶、（20）は支持手段
である。

一方、種ホルダー（14）は石英ルツボ（12）の上方にあ
って回転及び昇降機構である引上手段（22）に連繋せし
められ、その下端部において着脱自在に種結晶（16）が
固定されるようになっている。該種結晶（16）は、前記
引上手段（22）によって下降せしめられ、その下端を石
英ルツボ（12）内の溶解液（24）に浸漬した後、引上手
段（22）により回転させつつ上昇させ、先ず単結晶（1
8）の小径部分であるネック部（26）を結晶成長せしめ
る。すなわち融解液温度を低下させ、あるいは引上速度
を速くして種結晶（16）の直径よりも小さい直径のネッ
ク部（26）を形成する。

次いで引上速度を遅くして単結晶（18）の直径を増大せ
しめ、径大部（28）を形成した後、再び引上速度を速く
して該径大部（28）よりも直径の小さいクビレ部（30）
を形成することにより係合段部（32）を形成する。その
後単結晶の直結にまで急拡大しコーン部（34）を形成
し、一定の引上速度により一定の直径の単結晶に成長さ
せる。

この係合段部（32）が形成された際、前記支持手段（2
0）が作動し、引上手段（22）と同期して単結晶を引き
上げる。支持手段（20）は、前記種ホルダー（14）に対
して上下にスライド可能に取り付けられた可動部材（3
6）と、該可動部材（36）が回転可能に取り付けられ下
方に延び下端に内方に突出する爪（38）を有する複数の
くの字状の把持レバー（39,39）と、該把持レバー（3
9）を取り巻くように上下にスライド可能なリング（4
0）とから成っている。把持レバー（39）の上部にはワ
イヤー（42）を介してそれぞれモータ（44）が連結され
ている。この把持レバー（39）は単結晶（18）を安定に
引き上げるためには３〜４本が好ましいが、２本であっ
てもよく、また５本以上であってもよい。更に爪（38）
は第１図に示すように把持レバー（39）と一体的に形成
してもよいが、第２図に示すように別体としてねじ（4
6）で止め付けるようにしてもよい。また爪（38）の材
質としては、汚染防止のためチッカ珪素が好ましく、ま
た爪（38）の先端にのみ前記チッカ珪素を使用するよう
にしてもよい。また、前記種ホルダー（14）、把持レバ
ー（39）、リング（40）の材質はモリブデンあるいはモ
リブデンメッキされたものが用いられる。

次にこの動作について説明すると、単結晶（18）の係合
段部（32）が形成された後、モータ（44）が作動してワ
イヤー（42）の張力が緩むことにより支持手段（20）の
可動部材（36）、把持レバー（39）が自重により下降す
る。そしてこの下降と同時に各把持レバー（39）の下端
側が自重により閉じる方向に作用し、これと同時にリン
グ（40）も把持レバー（39）に沿ってその下方側に自重
によりスライド下降する。そして把持レバー（39）の爪
（38）が第３図に示すように係合段部（32）に位置した
とき、モータ（44）を作動させワイヤー（42）に張力を
与え、爪（38）を係合段部（32）に係止させる。この
際、把持レバー（39）には、単結晶（18）の重量により
外側に開こうとする力が働くが、リング（40）により阻
止され把持レバー（39）は拡開されず、係合段部（32）
と爪（38）との係合が確実に保持され、外れることがな
い。この後、引上手段（22）と支持手段（20）の駆動手
段であるモータ（44）とが同期して単結晶（18）を成長
させながら引き上げていく。

第５図は本発明の第２実施例を示す概略断面図であり、
第４図に示すように径大部（28）とクビレ部（30）とを
形成することにより係合段部（32）を形成する際、径大
部（28）及びクビレ部（30）が対称に形成されないこと
があり、この場合、各把持レバー（39）の各爪（38）と
係合段部（32）とが均一に係合せず、係合した爪（38）
の把持レバー（39）にのみ単結晶（18）の荷重が掛かる
こととなり、把持レバー（39）の破損につながるおそれ
がある。

そこで第５図に示すように各把持レバー（39）を可動部
材（40）に対してそれぞれ別個に上下動できるようにし
て、各把持レバー（39）を調整できるようにした。すな
わち、可動部材（36）に対して上下動するスライダ（4
8）を設け、該スライダ（48）に前記把持レバー（39）
を回動自在に取り付けることによって各把持レバー（3
9）はそれぞれ上下に調整できるようになっている。例
えば第５図において左側の把持レバー（39）の爪（38）
と単結晶（18）の係合段部（32）とが係止し、右側の把
持レバー（39）の爪（38）と係合段部（32）とが係止し
ていない場合、右側の把持レバー（39）のモータ（44）
を作動させてスタイダ（48）を介して右側の把持レバー
（39）を僅かに引き上げることによって係合段部（32）
と爪（38）とを係合させる。このように全ての把持レバ
ー（39）の爪（38）と係合段部（32）とを係合させた後
に単結晶（18）を成長させながら引き上げていくので、
クビレ部（30）が対称に形成されていなくても確実、か
つ安全に単結晶（18）を引き上げていくことができる。

なお、引上の際、スライダ（48）の下端部にフランジ部
（50）を形成することにより該フランジ部（50）により
可動部材（36）も引き上げられる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、重量の重い単結晶であっ
ても該単結晶の上部に形成された係合段部と係合する爪
を有する複数の把持レバーの外側を取り巻くようにリン
グをスライド可能に設けたので、把持レバーで単結晶を
支持して引き上げるに際しても把持レバーがリングによ
り拡開するのを阻止し、単結晶の保持が確実になされ安
全である。

また把持レバーをスライダを介してそれぞれ単独に上下
動するよう調整可能としたので、単結晶の係合段部がず
れていても確実に爪と係合段部とを係合させることがで
き、単結晶の引上が確実に行われるという本発明特有の
効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る引上装置の第１実施例を示す概
略断面図、 第２図は、爪の別の取り付けを示した拡大図、 第３図は、第１図に基づき引上装置の動作状態を示した
概略断面図、 第４図は、単結晶の係合段部がずれた状態を示した図、 第５図は、第４図に示す単結晶を引き上げる第２実施例
を示した概略断面図である。 （10）：引上装置、（18）：単結晶、 （20）：支持手段、（22）：引上手段、 （28）：径大部、（30）：クビレ部、 （32）：係合段部、（36）：可動部材、 （38）：爪、（39）：把持レバー、 （40）：リング、（42）：ワイヤー、 （44）：モータ、（48）：スライダ、 （50）：フランジ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】種結晶に成長させるべき単結晶に径大部と
   径小部であるクビレ部とにより係合段部を形成させる引
   上手段と、該係合段部に係脱する爪を有し上下動するこ
   とにより開閉する複数の把持手段と、該把持手段により
   単結晶を支持した際にその支持が外れないよう保持する
   保持手段とを備え、該把持手段がくの字状のレバーであ
   り、該レバーの下端には前記爪が一体に形成されること
   を特徴とする結晶引上装置。
2. 【請求項２】前記爪は少なくともその先端がチッ化珪素
   から成る請求項（１）記載の結晶引上装置。
3. 【請求項３】前記保持手段が把持手段に対して上下にス
   ライドするリングからなる請求項（１）又は（２）記載
   の結晶引上装置。
4. 【請求項４】前記把持手段の上端にはワイヤーを介して
   単結晶を引き上げる駆動手段であるモータを連結してな
   る請求項（１）〜（３）のいずれか１項に記載の結晶引
   上装置。
5. 【請求項５】前記把持手段が各々別に上下動調整できる
   ようにした請求項（１）〜（４）のいずれか一項に記載
   の結晶引上装置。
6. 【請求項６】前記把持手段の上下動調整は種結晶を保持
   する種ホルダーに対して上下動可能に設けられた可動部
   材にスライド可能なスライダに把持手段を回動自在に設
   けてなる請求項（５）に記載の結晶引上装置。