JPH07172981A - 半導体単結晶の製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＣＺ法を用いて大口径、大重量の単結晶を引
き上げる際に、ネック部の破断を防止し、安全かつ効率
的に単結晶を引き上げることができるようにする。 【構成】 引き上げシャフト１の周囲に環状の配管６
と、放射状に配設された複数個の空圧シリンダ７とを配
設し、前記配管６と各シリンダ７とをベローズ８とバル
ブ９とを介して接続する。各シリンダ７のピストンロッ
ドに、支持部材１１の先端を支点とする把持アーム１２
の上端を軸着する。ネック部１７の温度が８５０°Ｃ〜
６００°Ｃになったとき昇降装置に釣支された単結晶把
持装置を下降させ、配管５から空圧シリンダ７に不活性
ガスを供給し、把持アーム１２を動かして単結晶１８を
把持する。把持部材１３が単結晶１８に近接したら空圧
シリンダ７の作動速度を下げ、単結晶１８に衝撃を与え
ないように制御する。単結晶１８は把持したまま引き上
げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体単結晶の製造装
置および製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の基板には主としてシリコン
単結晶が用いられているが、前記単結晶の製造方法の一
つとして、るつぼ内の原料融液から円柱状の単結晶を引
き上げるチョクラルスキー法（以下ＣＺ法という）が用
いられている。ＣＺ法においては、単結晶製造装置のチ
ャンバ内に設置したるつぼに原料である多結晶を充填
し、前記るつぼの周囲に設けたヒータによって原料を加
熱溶解した上、シードチャックに取り付けた種子結晶を
融液に浸漬し、シードチャックおよびるつぼを同方向ま
たは逆方向に回転しつつシードチャックを引き上げて単
結晶を成長させる。単結晶の引き上げ開始に当たり、種
子結晶に存在する転位が単結晶に伝播することを防止す
るため、結晶を細く絞って成長させ、ネック部を形成し
た後、肩部、直胴部を形成する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年は半導体ウェーハ
の直径が大型化し、６インチを超える大口径ウェーハが
要求されるようになっているが、これに伴って単結晶の
重量が増大するため、るつぼから引き上げる途中でネッ
ク部が破断して単結晶が落下することがあり、ネック部
の引張強さが課題となっている。図９はネック部の温度
と引張強さとの相関を示す図で、ネック部は室温から５
００°Ｃまでは脆性破壊をし、このときの引張強さは１
４ｋｇ／ｍｍ² である。６００°Ｃ〜８５０°Ｃにおい
ては引張強さが増大し、その最高値は３０ｋｇ／ｍｍ²
に達する。８５０°Ｃを超えると引張強さは急激に低下
し、９００°Ｃを超えると１０ｋｇ／ｍｍ² 未満とな
る。

【０００４】上記課題を解決するため、特開昭６２−２
８８１９１では単結晶の直径を一旦縮小させて係合段部
を形成し、この係合段部に吊持手段を係止させることに
より、ネック部の破断に伴う単結晶の落下、倒壊等を防
止する単結晶成長方法が開示されている。また、特開昭
６３−２５２９９１では、単結晶の直胴部の最上部に直
胴部より径が太い肩部を形成して落下防止保持部とする
ＣＺ単結晶が開示されている。その他、特開平３−２８
５８９３、特開平３−２９５８９によれば、肩部形成の
際くびれ部を形成し、このくびれ部に把持手段を係合さ
せて大重量の単結晶を引き上げる結晶引き上げ装置が開
示されている。しかし、係合段部形成のため一旦大きく
した単結晶の直径を縮小させると単結晶に熱応力による
歪みが発生し、単結晶崩れが起こりやすくなる。また、
ネック部と直胴部との間に製品として使用できない係合
段部を形成する必要があるため、引き上げ作業が複雑化
し、材料の歩留りが悪くなる。

【０００５】特開平４−３２１５８３による化合物半導
体単結晶の引き上げ法は、引き上げ軸に設けた開閉自在
な単結晶支えで単結晶を支持して引き上げることを特徴
としている。しかし、この引き上げ法は化合物半導体単
結晶の引き上げに限定されており、シリコン単結晶の製
造に適用した場合は次のような問題点がある。 （１）支持装置にステンレス製の足を用いているが、シ
リコン単結晶の製造工程においては温度が１４００°Ｃ
以上に上昇するため、ステンレス鋼では強度的に耐えら
れない。 （２）ステンレス製のはさみリングの先端にジルコニア
ウールを付けたものを用いているが、使用中に前記ウー
ルの細片が落下して単結晶崩れの原因となる。 （３）鉄系構造材を用いているので、ＯＳＦの発生ある
いはデバイスのライフタイム低下など単結晶の品質に悪
影響を与える。

【０００６】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、大口径、大重量の単結晶を引き上げる際に
ネック部の破断あるいは係合段部形成による単結晶崩れ
の発生を防止し、安全かつ効率的に単結晶を引き上げる
ことができるような半導体単結晶の製造装置および製造
方法を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体単結晶の製造装置は、単結晶の
直胴部を把持する把持装置と、前記把持装置を引き上げ
シャフトに沿って上下に駆動する昇降装置とを備えたこ
とを特徴とし、前記把持装置は、引き上げシャフトの周
囲に配設した複数個の把持アームの下端に、高融点で、
かつ軟らかい材料からなる把持部材をそれぞれ取着し、
前記把持アームを駆動して把持部材を単結晶の直胴部に
圧接させることによって単結晶を把持するものとし、具
体的には、不活性ガスによって作動する複数個の空圧ア
クチュエータを引き上げシャフトの周囲に放射状に配設
し、前記空圧アクチュエータの端部に上端を軸着した把
持アームを駆動して単結晶の直胴部を把持する把持装置
としてもよく、引き上げシャフトの周囲に配設した複数
個の把持アームにそれぞれワイヤを連結し、ＤＣまたは
ＡＣモータを駆動して前記ワイヤに引張力を加えること
により、把持アームが単結晶の直胴部に押しつけられて
前記単結晶を把持する把持装置としてもよい。また、引
き上げシャフトの周囲に複数個のねじ軸を放射状に配設
し、これらのねじ軸に螺合したワイヤドラム付きナット
に巻き付けた把持用ワイヤをＤＣまたはＡＣモータが巻
き取ることによって前記ねじ軸上を移動するワイヤドラ
ム付きナットが、引き上げシャフトの周囲に配設した複
数個の把持アームをそれぞれ単結晶の直胴部に押しつけ
て前記単結晶を把持する把持装置でもよく、引き上げシ
ャフトの周囲に配設した複数個の把持アームの上端にそ
れぞれラックを軸着し、ＤＣまたはＡＣモータの駆動力
で回転するピニオンが前記ラックを動かすことにより、
把持アームが単結晶の直胴部に押しつけられて前記単結
晶を把持する把持装置としてもよい。これらの把持装置
は、光センサまたはタッチセンサにより単結晶の直胴部
に対する把持アームの近接または接触を検出し、前記検
出から把持完了までの間は把持アームを低速で駆動して
単結晶に与える衝撃を緩和することを特徴としている。

【０００８】また、本発明に係る半導体単結晶の製造方
法は、チョクラルスキー法による単結晶の引き上げにお
いて、ネック部の温度が８５０°Ｃ〜６００°Ｃになっ
たときに単結晶の直胴部を把持することにより、ネック
部の破断を防止することを特徴としている。

【０００９】

【作用】上記構成によれば、単結晶の直胴部を把持する
単結晶把持装置と、前記把持装置を引き上げシャフトに
沿って上下に駆動する昇降装置とを半導体単結晶製造装
置に備えたので、単結晶把持装置を使用しない原料溶解
工程や絞り工程、肩部形成工程においては、前記昇降装
置により単結晶把持装置を上方に退避させておくことが
でき、前記各工程の障害とならない。単結晶を把持する
把持部材には、高融点で、かつ軟らかい材料を用いたの
で、単結晶との密着性を高め、単結晶の滑りを防止する
とともに、高温のもとでの使用に耐えることができる。
また、把持力を発生させる手段として、不活性ガスによ
って駆動される空圧アクチュエータ、ＤＣまたはＡＣモ
ータの駆動力とワイヤの張力、ピニオンとラックとによ
る押し出しまたは引き込み力などを利用したので、簡単
な構造で把持力を得ることが可能である。

【００１０】ネック部の引張強さは６００°Ｃ〜８５０
°Ｃで最も大きく、この時点で単結晶把持操作を行うこ
とにしたので、前記把持操作に伴う単結晶の横揺れを生
じた場合でもネック部の破断を避けることができる。ま
た、単結晶と把持部材との接触時の衝撃を緩和する手段
として、光センサまたはタッチセンサにより単結晶に対
する把持部材の近接または接触を検出し、前記検出から
把持完了までの間は把持アームを低速で駆動させるよう
にすれば、ネック部に加わる振動、衝撃負荷が著しく軽
減され、ネック部の破断を更に確実に防止することが可
能となる。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明に係る半導体単結晶の製造装
置および製造方法の実施例について、図面を参照して説
明する。図１は請求項３に基づく空圧アクチュエータ駆
動方式の単結晶把持装置を備えた半導体単結晶製造装置
の部分模式図である。単結晶把持装置を上下動させる昇
降装置は、引き上げシャフト１に取着された円板２と、
この円板２の上面に取着された昇降用モータ３と、前記
モータ３によって駆動される巻き取りドラムに取着され
た昇降用ワイヤ４とによって構成されている。前記巻き
取りドラムにはエンコーダが装着されていて、単結晶把
持装置の昇降量を検出できるようになっている。また単
結晶把持装置は、半導体単結晶製造装置の上端外部から
引き上げシャフト１に沿って設けられた配管５と、この
配管５に接続され、前記引き上げシャフト１を取り囲む
環状の配管６と、前記配管６に接続し、引き上げシャフ
ト１の周囲に放射状に配設された複数個たとえば４個の
空圧シリンダ７にベローズ８とバルブ９とを介して接続
された４本の配管１０と、前記空圧シリンダ７にそれぞ
れ取着された支持部材１１と、空圧シリンダ７のピスト
ンロッドに上端を軸着され、前記支持部材１１との軸着
部を支点として揺動する把持アーム１２とによって構成
されている。前記空圧シリンダ７は、配管５から供給さ
れる不活性ガスたとえばアルゴンガスによって作動す
る。

【００１２】半導体単結晶製造装置には、各把持アーム
１２の上端近傍の位置を検出する光センサとして、水平
方向に発振されるレーザ光発光素子と受光素子とが設け
られ、上記空圧シリンダ７により把持アーム１２の上端
が所定の量だけ押し出されるとレーザ光が遮断され、こ
れに連動してバルブ９が作動し、空圧シリンダ７の作動
すなわち把持操作が一時停止するようになっている。次
にバルブ９は半開し、空圧シリンダ７の作動速度が極め
て遅くなるようにアルゴンガスの流量が調節される。ま
た、各把持アーム１２の下端には、タンタル、ニッケ
ル、銅など高融点で、かつ軟らかい材料、望ましくはこ
れらの金属のなまし材からなる把持部材１３がそれぞれ
取着されている。なお、前記配管５には半導体単結晶製
造装置の上端外部に露出した部分にフローメータ１４と
バルブ１５とが装着されている。１６は熱電対などの温
度センサを内蔵したシードチャックで、前記温度センサ
は種子結晶を介してネック部１７の温度を検出すること
ができる。１８は育成中の単結晶、１９はるつぼ内に貯
留された融液である。

【００１３】単結晶の育成に当たり、種子結晶を融液１
９に浸漬してなじませた後、絞り工程に入り、ネック部
１７を形成した後、肩部を形成する。この間は昇降装置
の昇降用ワイヤ４を巻き上げ、単結晶把持装置を上方に
退避させておく。また、上記シードチャック１６に内蔵
した温度センサにより絶えずネック部温度をモニタし、
この温度が８５０°Ｃ〜６００°Ｃになったとき、すな
わちネック部の引張強さが最大値付近に到達したとき、
昇降用モータ３を駆動して単結晶把持装置を下降させ、
複数個の把持アーム１２で直胴部を把持する。

【００１４】直径２４インチのるつぼを含むホットゾー
ンパーツを用いて直径８インチのシリコン単結晶を育成
した具体例について説明する。第１具体例では請求項３
に基づく空圧アクチュエータによる駆動方式の単結晶把
持装置（図１参照）を備えた半導体単結晶製造装置を用
い、石英るつぼにシリコン多結晶１２０ｋｇを装填し、
溶解した。種子結晶を融液に浸漬した後引き上げてネッ
ク部１７を形成し、無転位化した。次に肩部を形成し、
直胴部の形成工程に移行した。シードチャック１６に装
着した熱電対によりネック部１７の温度を検出し、この
温度が８５０°Ｃに低下したとき昇降用モータ３を駆動
して単結晶把持装置の把持部材１３上端を単結晶１８の
直胴部上端から約５０ｍｍ下がった位置まで下降させ
た。把持装置の下降量は前記モータ３に配設されたエン
コーダによりモニタし、更にチャンバの窓から目視によ
り確認した。単結晶把持装置を下降させると、アルゴン
ガス通路を接続するベローズ８は圧縮状態から伸長状態
となる。

【００１５】次に、空圧シリンダ７内に５ｋｇ／ｃｍ²
のアルゴンガスを充填して単結晶１８の直胴部を把持し
た。把持に当たり、レーザ光発光素子から受光素子に向
けてレーザ光を発振しておく。把持アーム１２の上端が
レーザ光を遮ったときにバルブ９が閉じられ、把持操作
は一時停止する。このときの単結晶１８直胴部外周面と
把持部材１３との隙間は５±１ｍｍである。その後、単
結晶１８に衝撃を与えないようにするため、把持部材１
３の移動速度が１ｍｍ／分となるようにアルゴンガスの
流量を調節し、単結晶１８を把持した。

【００１６】このようにして把持装置で単結晶を把持し
たまま、結晶長１６００ｍｍ、重量１１５ｋｇのシリコ
ン単結晶を引き上げ、所定の高さに到達後バルブ１５を
大気開放して把持アームを開き、前記単結晶を取り出し
た。

【００１７】単結晶直胴部に対する複数の把持部材の接
触を同期させるには、図１に示した環状の配管６と各空
圧シリンダ７に設けたバルブ９とを廃止し、各空圧シリ
ンダ７にそれぞれ独立に配管して不活性ガスを供給す
る。その場合、半導体単結晶製造装置の上端外部に露出
した各配管にバルブ、圧力コントローラ、流量コントロ
ーラを装着し、さきに述べた光センサによる把持アーム
位置検出機構により、単結晶１８の直胴部外周面と把持
部材１３との隙間が所定の寸法になった時点で前記バル
ブを作動させて把持操作を一時停止する。すべてのバル
ブが閉鎖された後各バルブを同時に開放し、把持部材１
３の移動速度が等しく、かつ遅くなるように制御された
圧力および流量の不活性ガスを各空圧シリンダ７に供給
する。あるいは、位置センサを装着して各空圧シリンダ
に対するそれぞれのピストンロッドの位置を検出し、そ
の値から把持部材の位置を算出・制御する方式でもよ
い。

【００１８】図２は請求項４に基づくＤＣ／ＡＣモータ
駆動方式の単結晶把持装置を備えた半導体単結晶製造装
置の第１実施例の部分模式図、図３は図２のＡ−Ａ断面
図である。図２以降の各図においては、図１と同一構成
要素について図１と同一符号を付し、説明を省略する。
単結晶把持装置を上下動させる昇降装置は、図１と同一
である。単結晶把持装置は、昇降用ワイヤ４に釣支さ
れ、引き上げシャフト１を取り巻く把持装置本体２１
と、この把持装置本体２１の上端に取着された複数個の
把持用ステップモータ２２と、前記把持装置本体２１の
下端に設けられた切り欠き円板２１ａに回動自在に軸着
されたプーリ２３と、一端を前記把持用ステップモータ
２２によって駆動される巻き取りドラムに固着され、他
端は前記プーリ２３を介して把持アーム２４に取着され
た把持用ワイヤ２５とによって構成されている。把持ア
ーム２４は、前記切り欠き円板２１ａに設けられた切り
欠き溝２１ｂ内を滑動自在である。

【００１９】第２具体例では、上記ＤＣ／ＡＣモータに
よる駆動方式の単結晶把持装置（図２参照）を備えた半
導体単結晶製造装置を用い、第１具体例と同様の単結晶
引き上げを行った。シードチャック１６に装着した熱電
対によりネック部１７の温度を検出し、この温度が８５
０°Ｃに低下したとき昇降用モータ３を駆動して単結晶
把持装置を下降させた。前記把持装置の把持部材１３上
端が単結晶１８の直胴部上端から約５０ｍｍ下がった位
置に下降したとき把持用ステップモータ２２を駆動さ
せ、把持用ワイヤ２５を巻き上げて把持アーム２４を内
側に引き寄せ、単結晶１８の直胴部を把持した。この単
結晶把持装置により、結晶長１６００ｍｍ、重量１１５
ｋｇのシリコン単結晶を引き上げることができた。

【００２０】単結晶直胴部に対する各把持部材の接触を
同期させるには、把持用ステップモータ２２にアブソリ
ュート型のエンコーダを装着し、把持用ワイヤ２５を巻
き取るときの把持用ステップモータ２２の巻き取りドラ
ムの回転数をセンシングして把持部材１３の位置を算出
する。そして、算出された位置情報に基づいて把持用ス
テップモータ２２の駆動を制御すればよい。

【００２１】図４は請求項４に基づくＤＣ／ＡＣモータ
駆動方式の単結晶把持装置を備えた半導体単結晶製造装
置の第２実施例の部分模式図、図５は図４のＡ−Ａ断面
図である。単結晶把持装置を上下動させる昇降装置は、
図１と同一である。単結晶把持装置は、昇降用ワイヤ４
に釣支され、引き上げシャフト１を取り巻く把持装置本
体３１と、この把持装置本体３１の上部に取着した少な
くとも１個の把持用ステップモータ２２と、前記把持装
置本体３１の胴部に遊嵌された回転筒３２と、把持装置
本体３１の上部に揺動自在に軸着された把持アーム３３
と、前記回転筒３２と把持アーム３３とを連結する把持
用ワイヤ３４とによって構成されている。また、前記把
持装置本体３１の下端には切り欠き円板３１ａが設けら
れ、回転筒３２は切り欠き円板３１ａに載置されてい
る。把持アーム３３は、前記切り欠き円板３１ａに設け
られた切り欠き溝３１ｂ内を滑動自在である。

【００２２】把持用ステップモータ２２によって駆動さ
れるピニオンは、回転筒３２の外周に設けられた歯車部
と噛み合い、前記回転筒３２を任意の方向に回転させ
る。回転筒３２の回転に伴って図５に示すように把持用
ワイヤ３４が引っ張られ、把持アーム３３が前記切り欠
き溝３１ｂ内を中心に向かって引き寄せられて単結晶１
８を把持する。単結晶１８を製造装置から取り出すため
把持装置を開放する際には、把持用ステップモータ２２
を逆回転させ、把持アーム３３を戻しばねによって戻し
てもよく、前記把持用ワイヤ３４に剛性の高いものを使
用してもよい。

【００２３】第３具体例では、上記ＤＣ／ＡＣモータに
よる駆動方式の単結晶把持装置（図４参照）を備えた半
導体単結晶製造装置を用い、第１具体例と同様の単結晶
引き上げを行った。把持部材１３の上端が直胴部上端か
ら約５０ｍｍ下がった位置に下降したとき把持用ステッ
プモータ２２を駆動させ、回転筒３２を回して把持アー
ム３３を内側に引き寄せることにより、単結晶１８を把
持した。この方式では、把持力は把持用ステップモータ
の駆動力によった。

【００２４】図６は請求項５に基づくＤＣ／ＡＣモータ
駆動方式の単結晶把持装置を備えた半導体単結晶製造装
置の実施例の部分模式図、図７は図６のＡ−Ａ断面図で
ある。単結晶把持装置を上下動させる昇降装置は、図１
と同一である。単結晶把持装置の把持装置本体４１は、
引き上げシャフト１を取り巻く円筒の上端に環状の板を
有し、前記円筒の下端には放射状に複数個（本実施例の
場合は４個）のねじ軸４１ａを備えており、昇降用ワイ
ヤ４に釣支されいる。単結晶把持装置は、前記把持装置
本体４１と、この把持装置本体４１の上面に取着した複
数個の把持用ステップモータ２２と、上端を把持装置本
体４１に揺動自在に軸着された把持アーム４２と、ねじ
軸４１ａに螺合されたワイヤドラム付きナット４３と、
一端を前記把持用ステップモータ２２のワイヤドラム
に、他端をワイヤドラム付きナット４３にそれぞれ固着
された把持用ワイヤ４４とによって構成されている。な
お、前記ねじ軸４１ａは把持アーム４２に設けたキリ穴
に遊嵌されている。

【００２５】単結晶１８を把持する場合、昇降装置を駆
動して単結晶把持装置を所定の位置に下降させる。次
に、把持用ステップモータ２２を駆動すると、把持用ス
テップモータ２２の巻き取りドラムがワイヤドラム付き
ナット４３のドラムから把持用ワイヤ４４を巻き取る。
これにより、ワイヤドラム付きナット４３がねじ軸４１
ａ上を回転、移動し、把持アーム４２を内側に押しつけ
るので、所定の把持力が得られる。また、前記把持装置
を開放する場合は、把持用ステップモータ２２を逆回転
させた上、ワイヤドラム付きナット４３を手でゆるめ
る。

【００２６】単結晶直胴部に対する各把持部材の接触を
同期させるには、把持用ステップモータ２２にアブソリ
ュート型のエンコーダを装着し、把持用ワイヤ４４を巻
き取るときの把持用ステップモータ２２の巻き取りドラ
ムの回転数をセンシングして把持部材１３の位置を算出
する。そして、算出された位置情報に基づいて把持用ス
テップモータ２２の駆動を制御すればよい。

【００２７】第４具体例では請求項５に基づくＤＣ／Ａ
Ｃモータによる駆動方式の単結晶把持装置（図６参照）
を備えた半導体単結晶製造装置を用い、第１例と同様の
単結晶引き上げを行った。把持部上端が直胴部上端から
約５０ｍｍ下がった位置に下降したとき把持用ステップ
モータ２２を駆動させ、ワイヤドラム付きナット４３を
回転させることにより把持アーム４２を内側に押して単
結晶１８を把持した。この単結晶把持装置においても、
結晶長１６００ｍｍ、重量１１５ｋｇのシリコン単結晶
を引き上げることができた。

【００２８】図８は、請求項６に基づくＤＣ／ＡＣモー
タ駆動方式の単結晶把持装置を備えた半導体単結晶製造
装置の実施例を示す部分模式図である。単結晶把持装置
を上下動させる昇降装置は、図１と同一である。単結晶
把持装置は、把持装置本体５１と、この把持装置本体５
１の上部に取着した複数個たとえば４個の把持用ステッ
プモータ２２と、前記把持用ステップモータ２２によっ
て駆動されるピニオンと噛み合うラック５２と、４個の
把持アーム５３とからなる。把持アーム５３の上端は前
記ラック５２に、把持アーム５３の中間部は前記把持装
置本体５１の下端にそれぞれ軸着されている。

【００２９】把持アーム５３の下端に取着した把持部材
１３の単結晶１８に対する位置を算出するため、各把持
用ステップモータ２２にはアブソリュート型のエンコー
ダが装着されている。各把持部材１３が同期するよう
に、前記エンコーダが出力する位置情報に基づいて各把
持用ステップモータ２２が制御される。把持装置本体５
１に対するラック５２の位置を位置センサによって検出
し、これに基づいて把持部材１３の位置を算出してもよ
い。

【００３０】各把持アームによる把持動作を同期させる
手段としてタッチセンサを用いる場合について、図８を
例にとって説明する。把持アーム５３の上端近傍の動き
は、さきに述べた光センサによって検出され、把持部材
１３と単結晶１８の直胴部との距離が所定の寸法に達す
ると、各ステップモータ２２の回転速度が低下して把持
部材１３を徐々に接近させるようになっている。ラック
５２と把持アーム５３との軸着部および把持装置本体５
１下端と把持アーム５３中間部との軸着部の双方にそれ
ぞれ絶縁体を配設して電気的に絶縁し、引き上げシャフ
ト１に取着された昇降装置の円板２と把持アーム５３と
を電気的に接続する。引き上げシャフト１と把持アーム
５３との間にたとえば１００Ｖの電圧を印加すると、把
持部材１３が単結晶１８に接触したときのみ回路が形成
され、電気信号が出力される。この出力信号により把持
用ステップモータ２２の駆動が停止され、複数個の把持
用ステップモータ２２の駆動がすべて停止するまで、再
駆動されない。そして、すべての把持用ステップモータ
２２が停止した後、すなわち各把持部材１３がすべて単
結晶１８に接触した後、各ステップモータ２２を同時に
再駆動し、単結晶１８に振動や衝撃を与えることなく、
確実に把持する。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、空
圧アクチュエータまたはＤＣ／ＡＣモータを利用して複
数個の把持アームで育成中の単結晶の直胴部を把持する
こととし、把持操作のタイミングを単結晶のネック部温
度が８５０°Ｃ〜６００°Ｃに下がったとき、すなわち
ネック部の引張強さが最大になったときとしたので、ネ
ック部を破断させることなく、確実に把持することがで
きる。更に、光センサやタッチセンサを利用して複数個
の把持アームの単結晶に対する近接または接触を検出
し、前記検出から把持完了までの間は把持アームを低速
で駆動することにより、単結晶に与える振動、衝撃を著
しく緩和することができる。本発明による単結晶製造装
置および製造方法を用いて単結晶を把持したまま単結晶
の引き上げを行えば、安全かつ効率的に大口径、大重量
の単結晶を引き上げることができ、単結晶インゴットの
生産性の向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】空圧アクチュエータ駆動方式の単結晶把持装置
を備えた半導体単結晶製造装置の部分模式図である。

【図２】ＤＣ／ＡＣモータ駆動方式の単結晶把持装置を
備えた半導体単結晶製造装置の第１実施例を示す部分模
式図である。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】ＤＣ／ＡＣモータ駆動方式の単結晶把持装置を
備えた半導体単結晶製造装置の第２実施例を示す部分模
式図である。

【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。

【図６】ＤＣ／ＡＣモータ駆動方式の単結晶把持装置を
備えた半導体単結晶製造装置の第３実施例を示す部分模
式図である。

【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。

【図８】ＤＣ／ＡＣモータ駆動方式の単結晶把持装置を
備えた半導体単結晶製造装置の第４実施例を示す部分模
式図である。

【図９】ネック部の温度と引張強さとの相関を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 引き上げシャフト ７ 空圧シリンダ １２，２４，３３，４２，５３ 把持アーム １３ 把持部 １７ ネック部 １８ 単結晶 ２２ 把持用ステップモータ ２５，３４，４４ 把持用ワイヤ ４１ａ ねじ軸 ４３ ワイヤドラム付きナット ５２ ラック

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単結晶の直胴部を把持する把持装置と、
   前記把持装置を引き上げシャフトに沿って上下に駆動す
   る昇降装置とを備えたことを特徴とする半導体単結晶の
   製造装置。
2. 【請求項２】 引き上げシャフトの周囲に配設した複数
   個の把持アームの下端に、高融点で、かつ軟らかい材料
   からなる把持部材をそれぞれ取着し、前記把持アームを
   駆動して把持部材を単結晶の直胴部に圧接させることに
   よって単結晶を把持する把持装置を備えたことを特徴と
   する請求項１の半導体単結晶の製造装置。
3. 【請求項３】 不活性ガスによって作動する複数個の空
   圧アクチュエータを引き上げシャフトの周囲に放射状に
   配設し、前記空圧アクチュエータの端部に上端を軸着し
   た把持アームを駆動して単結晶の直胴部を把持する把持
   装置を備えたことを特徴とする請求項２の半導体単結晶
   の製造装置。
4. 【請求項４】 引き上げシャフトの周囲に配設した複数
   個の把持アームにそれぞれワイヤを連結し、ＤＣまたは
   ＡＣモータを駆動して前記ワイヤに引張力を加えること
   により、把持アームが単結晶の直胴部に押しつけられて
   前記単結晶を把持する把持装置を備えたことを特徴とす
   る請求項２の半導体単結晶の製造装置。
5. 【請求項５】 引き上げシャフトの周囲に複数個のねじ
   軸を放射状に配設し、これらのねじ軸に螺合したワイヤ
   ドラム付きナットに巻き付けた把持用ワイヤをＤＣまた
   はＡＣモータが巻き取ることによって前記ねじ軸上を移
   動するワイヤドラム付きナットが、引き上げシャフトの
   周囲に配設した複数個の把持アームをそれぞれ単結晶の
   直胴部に押しつけて前記単結晶を把持する把持装置を備
   えたことを特徴とする請求項２の半導体単結晶の製造装
   置。
6. 【請求項６】 引き上げシャフトの周囲に配設した複数
   個の把持アームの上端にそれぞれラックを軸着し、ＤＣ
   またはＡＣモータの駆動力で回転するピニオンが前記ラ
   ックを動かすことにより、把持アームが単結晶の直胴部
   に押しつけられて前記単結晶を把持する把持装置を備え
   たことを特徴とする請求項２の半導体単結晶の製造装
   置。
7. 【請求項７】 光センサまたはタッチセンサにより単結
   晶の直胴部に対する把持アームの近接または接触を検出
   し、前記検出から把持完了までの間は把持アームを低速
   で駆動して単結晶に与える衝撃を緩和することを特徴と
   する請求項２の半導体単結晶の製造装置。
8. 【請求項８】 チョクラルスキー法による単結晶の引き
   上げにおいて、ネック部の温度が８５０°Ｃ〜６００°
   Ｃになったときに単結晶の直胴部を把持することによ
   り、ネック部の破断を防止することを特徴とする半導体
   単結晶の製造方法。