JPH07515B2 - 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、該単結晶の下端を
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で受けることとなるが、特に該ネ
ック部は１〜4mmの直径しかないため、この部分でのそ
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
小型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
フック部を有する挟持部材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62−28
8191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、前記一対の挟持部材が開く
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クビレ部が成長の
際に完全に対称とはならず、従って前記係合段部に挟持
手段が均等に係合保持されず、係合している挟持手段に
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。

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き上げに際し
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本発明は、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とにより係
合段部を形成させる引上手段と、外周に雄ねじを有し駆
動手段により回転するロータと、該ロータの雄ねじに螺
合しロータの回転により上下動のみする筒状の把持ホル
ダーと、該把持ホルダーの下端に回動可能に設けられ下
方への回転が一定角度で停止させられる複数の爪とを備
えてなり、該爪が前記係合段部と係止するようにした結
晶引上装置とした。

そして前記爪の下方への回転を阻止する手段を把持ホル
ダーの内方に突出するストッパとすることにより構成が
簡単となる。また前記爪の数は２個でもよいが、好まし
くは安定感の上で３個がよいが、これ以上であってもよ
い。

前記爪は汚染防止のため少なくともその先端がモリブデ
ンから成ることが好ましい。

前記駆動手段がモータであり、該モータは赤外線あるい
は超音波の送信を受ける受信手段により作動するように
することにより送信手段としてリモコンを使用すること
ができ、操作が簡単となり好ましい。

また本発明の支持部を有し分割された複数の把持部材
と、該把持部材の下端に回動可能に設けられ下方への回
転が一定角度で停止させられる複数の爪と、前記各支持
部に貫通するよう螺合し駆動手段により回転するネジ棒
とを備えてなり、該ネジ棒の回転により前記把持部材を
上下動するようにした結晶引上装置とすることにより、
係合段部が非対称に形成されても各把持部材を上下に調
整することができ、各爪を確実に係合段部に係止させる
ことができる。

〔作用〕

リモコン等の送信手段を操作することにより受信手段を
介して駆動手段であるモータを作動させると、ロータは
回転し把持ホルダーは下降する。そして単結晶の径大部
のところに爪がくると、該爪は上方に回転させられ、こ
れを通過すると爪は下方に回転しストッパにより一定角
度で停止させられ、その状態で前記モータを逆回転させ
ることにより把持ホルダーを僅かに上昇させ、単結晶の
係合段部に爪を係止させる。そしてこの状態で引上手段
を作動させて単結晶を成長させながら引き上げていく。

〔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具体
的に説明する。

第１図乃至第３図は、本発明装置の第１実施例を示した
引上装置（10）の概略断面図であり、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）は重量の重
い単結晶を支持する把持手段である。

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）内の融解液（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
（18）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
後製造すべき単結晶（18）の直径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、後述するように前
記把持手段（20）が作動し係合段部（32）と係合した
後、引上手段（22）により単結晶（18）を引き上げる。

前記把持部材は（20）は、前記種ホルダー（14）に連結
された引上軸（36）に対して回転可能なロータ（38）を
駆動する駆動手段であるモータ（40）を有しており、該
ロータ（38）の外周には雄ねじ（42）が形成されてい
る。（44）は引上軸（36）とロータ（38）との間に介在
されたベアリングである。前記モータ（40）には受信手
段（46）が設けられており、該受信手段（46）は赤外線
を受光する受光素子であってもよく、高周波を受信する
ものであってもよい。この受信手段（46）は図示しない
送信手段により作動するようになっており、該送信手段
はリモコン装置が好ましく、前述の赤外線あるいは高周
波を発光、送信するものである。赤外線を使用する場合
はノイズにより前記モータ（40）が誤動作するのを防止
するためある程度強いものを使用するのがよく、また高
周波の場合はノイズに強いので好ましい。また受信手段
（46）は受信に指向性を持たせるのが好ましい。このよ
うにモータ（40）は送信手段（リモコン）により遠隔制
御することができるようになっている。

前記ロータ（38）には筒状の把持ホルダー（48）が上下
動可能なように取り付けられている。すなわち把持ホル
ダー（48）の上部には支持部（50）を有しており、該支
持部（50）に前記ロータ（38）の雄ねじ（42）と螺合す
る雌ねじ（52）が形成されており、ロータ（38）の回転
により把持ホルダー（48）は上下動するようになってい
る。前記種ホルダー（14）には第２図に示すようにその
下部にフランジ（54）を有しており、該フランジ（54）
の外周縁が前記把持ホルダー（48）の内面に設けられた
上下に延びるキー溝（56）に嵌合し、ロータ（38）の回
転により把持ホルダー（48）が上下動する際、該把持ホ
ルダー（48）が回転しないようになっており、フランジ
（54）はキー溝（56）に沿うようになっている。

前記把持ホルダー（48）の下端部には、内方向に向く爪
（58）が複数設けられており、該爪（58）は軸（60）を
介して把持ホルダー（48）に対してフリーな状態で回動
可能に取り付けられている。該爪（58）は相対向する位
置に２個設けてもよいが、重量のあ単結晶を支持するに
は安定感の上で３個が好ましく、またそれ以上であって
もよいことは勿論のことである。この爪（58）は把持ホ
ルダー（48）の上方に向かっては略垂直にまで回転する
ようになっているが、下方に向かっては把持ホルダー
（48）の下端に内方向に突出するよう設けられたストッ
パ（62）により所定角度で回動を阻止されるようになっ
ている。

本発明は以上のような構成をしており、その動作は、把
持ホルダー（48）はロータ（38）の上方位置にあり、送
信手段を作動させることにより受信手段（46）を介して
モータ（40）を作動させ、ロータ（38）が引上軸（36）
に対して回転する。すると把持ホルダー（48）はロータ
（38）及び種ホルダー（14）のフランジ（54）に沿って
下降してくる。そして把持ホルダー（48）の爪（58）が
第３図に示すように単結晶（18）の径大部（28）に衝突
すると、該爪（58）は（イ）、（ロ）の順に上方に回転
し、（ハ）に示すように径大部（28）を通過してクビレ
部（30）の位置に達すると爪（58）は下方に回転しスト
ッパ（62）により回転を阻止され所定角度で保持され
る。その後、送信手段であるリモコンを操作してモータ
（40）を逆回転させることによって、把持ホルダー（4
8）を僅かに上昇させ、（ニ）に示すように爪（58）を
係合段部（32）に係止させる。この際、把持ホルダー
（48）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、該把持ホルダー（48）は円筒状の一体
物であり、係合段部（32）と爪（58）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）
により単結晶（18）を成長させながら引き上げていく。

第５図は本発明に係る第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）
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、把持ホルダー
（48）の各爪（58）と係合段部（32）とが均一に係合せ
ず、係合した爪（58）のみに単結晶（18）の荷重が掛か
ることとなり、爪（58）が破損することとなり、その結
果、装置が破壊するという危険が生じるおそれがある。

そこで第５図に示すように、把持ホルダー（48）を爪
（58）の数だけ分割したようにし、各爪（58）をそれぞ
れ独自に上下動するようにして、各爪（58）の上下動の
調整をできるようにした。すなわち上下に延びる棒状あ
るいは板状の複数の把持部材（64）の下端に第１実施例
と同様に爪（58）を設け、上端には内方に突出する支持
部（66）を形成し、該支持部（66）には上下に貫通する
ネジ棒（68）を螺合させ、各ネジ棒（68）に駆動手段で
あるモータ（70）を連結させ、該モータ（70）を固定
し、かつ前記各把持部材（64）を径方向に拘束する円筒
状のガイド部材（72）を設けた構成とすることにより、
各把持部材（64）をモータ（70）の作動によりそれぞれ
ガイド部材（72）に沿って上下に調整できるようにし
た。例えば、第５図において左側の把持部材（64）の爪
（58）と単結晶（18）の係合段部（32）とが係止し、右
側の把持部材（64）の爪（58）と前記係合段部（32）と
が係止していない場合、右側の把持部材（64）のモータ
（70）を作動させてネジ棒（68）を回転させると右側の
把持部材（64）はガイド部材（72）に沿ってを僅かに上
方に引き上げられ、係合段部（32）と爪（58）とが係合
する。このように全ての把持部材（64）の爪（58）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。

〔発明の効果〕

以上説明した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
合する複数の爪を下端に有する筒状の把持ホルダーを駆
動手段であるモータの作動により上下動するようにした
ので、重量の重い単結晶であっても単結晶の保持が簡単
な構成で確実になされ、単結晶の引上げが安全に行え
る。

また爪をそれぞれ単独の把持部材で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止することができ、単結晶の引上
げ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、第１図のII−II線断面図、 第３図は、単結晶の係合段部と爪との係合の仕方を示す
説明図、 第４図は、単結晶の係合段部がずれた状態を示す説明
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、（14）：種ホルダー、 （18）：単結晶、（20）：把持手段、 （22）：引上手段、（28）：径大部、 （30）：クビレ部、（32）：係合段部、 （38）：ロータ、（40）：モータ、 （42）：雄ねじ、（48）：把持ホルダー、 （50）：支持部、（52）：雌ねじ、 （54）：フランジ、（56）：キー溝、 （58）：爪、（62）：ストッパ、 （64）：把持部材、（68）：ネジ棒、 （70）：モータ、（72）：ガイド部材。

Claims (5)

【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、外周に雄ねじを有し駆動手段により回転する
   ロータと、該ロータの雄ねじに螺合しロータの回転によ
   り上下動のみする筒状の把持ホルダーと、該把持ホルダ
   ーの下端に回動可能に設けられ下方への回転が一定角度
   で停止させられる複数の爪とを備えてなり、該爪が前記
   係合段部と係止するようにしたことを特徴とする結晶引
   上装置。
2. 【請求項２】前記爪の下方への回転を阻止する手段が把
   持ホルダーの内方に突出するストッパである請求項
   （１）に記載の結晶引上装置。
3. 【請求項３】前記爪は少なくともその先端がモリブデン
   から成る請求項（１）又は（２）に記載の結晶引上装
   置。
4. 【請求項４】前記駆動手段がモータであり、該モータは
   赤外線あるいは超音波の送信を受ける受信手段により作
   動する請求項（１）に記載の結晶引上装置。
5. 【請求項５】支持部を有し分割された複数の把持部材
   と、該把持部材の下端に回動可能に設けられ下方への回
   転が一定角度で停止させられる複数の爪と、前記各支持
   部に貫通するよう螺合し駆動手段により回転するネジ棒
   とを備えてなり、該ネジ棒の回転により前記把持部材を
   上下動するようにしたことを特徴とする結晶引上装置。