JPH09263487A - 単結晶製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】軸受機構およびワイヤ巻取機構から構成される
上部構造の位置ずれを無くし、結晶の振れを防いで、結
晶品質に優れる単結晶を製造するのに適する製造装置を
提供する。 【解決手段】装置を設置する基礎となるベースフレーム
15の上方に坩堝１を収納したメインチャンバー11と、ゲ
ートバルブ７を介在させるプルチャンバー12と、軸受機
構13と、さらにワイヤ巻取機構14とを具備し、坩堝１内
の溶融液３の表面に種結晶４を接触させて単結晶５を成
長させる単結晶製造装置10において、前記ワイヤ巻取機
構14が軸受機構13の上部に回転可能に設けられ、この軸
受機構13には前記メインチャンバーおよびプルチャンバ
ーから独立した支持構造からなるコラム21上に着座され
る支持プレート23が設けられていることを特徴とする単
結晶製造装置である。上記の単結晶製造装置において、
支持プレートには上部構造の芯出し調整機構を設けるの
が望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン等の半導
体用単結晶の製造装置に関し、さらに詳しくは、軸受機
構およびワイヤ巻取機構の位置ずれを無くし、結晶品質
に優れる単結晶を製造するのに適する製造装置を提供す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】チョクラルスキー法（以下、単に「ＣＺ
法」という）によって製造された単結晶は、石英製坩堝
内のシリコン溶融液から引上げて育成させるため、成長
した結晶は坩堝の石英(SiO₂)から溶出した多くの酸素を
含んでいる。このため、ＩＣやＬＳＩの製造プロセスに
おいて繰り返し熱処理を受けても、スリップや反りを発
生しにくいという特徴がある。さらに、内部の酸素析出
物は、1000℃近傍の熱処理で高密度欠陥層を形成し、ウ
エーハの表面領域に存在する不純物を低減するという作
用 (いわゆるイントリンシックゲッタリング) もある。
このような特徴から、ＣＺ法は半導体用単結晶の工業的
な量産方式として多用されている。

【０００３】図３は、シリコン単結晶をＣＺ法によって
製造する装置を説明する一部縦断面図である。同図で示
すように、ベースフレーム15を基礎として設置された単
結晶製造装置10の下部にはメインチャンバー11が設けら
れ、このメインチャンバー11の中心位置には坩堝１が収
容され、坩堝１の外側にはこれを囲んで加熱ヒーター２
が配設されている。通常、シリコン単結晶の製造に使用
される坩堝１は二重構造であって、内側は石英製坩堝で
構成される。坩堝１内には加熱ヒーター２によって溶融
された結晶形成用材料、すなわち、シリコン原料の溶融
液３が収容されている。その溶融液３の表面に引上げワ
イヤ６の先端に取り付けた種結晶４の下端を接触させ、
この種結晶４を上方に引き上げることによってその下端
に溶融液３が凝固した単結晶５を成長させていく。

【０００４】このとき溶融液３を収容した坩堝１は回転
軸上に載置され、回転および昇降が可能となる。一方、
引上げられる単結晶５は、製造装置10の上部に設けられ
た軸受機構13およびワイヤ巻取機構14（以下、両者を総
称する場合には「上部機構」という）によって、回転し
ながら巻き上げ、または巻き下げされる。シリコン単結
晶の引上げ中には単結晶５と坩堝１とは互いに反対方向
に回転させられ、シリコン単結晶の育成が行われる。図
３には、単結晶５および坩堝１の回転方向を矢印で示
す。さらに、メインチャンバー11およびプルチャンバー
12内に、ガス供給口（図示せず）から不活性ガスとして
アルゴンガスが供給され、また、ガス排気口（図示せ
ず）から排出されることによって、製造装置の内部はア
ルゴンガスで置換される。

【０００５】シリコン単結晶５は所定の直径で引上げら
れ、所定の結晶長さに育成されたのち、坩堝１内の溶融
液３の残液から切り離され、単結晶の引上げ工程を終了
する。次に後処理として、単結晶５を残液から遠ざけ、
プルチャンバー12に引き上げてのち、プルチャンバー内
に配されるゲートバルブ７を閉じ、プルチャンバー12内
で冷却される。さらに、ゲートバルブ７が閉じられた状
態でプルチャンバー１２が開放されて、単結晶５が製造
装置から取り出される。

【０００６】ワイヤ巻取機構１４は、軸受機構13を介し
てプルチャンバー12の上部に配置されて、単結晶の引上
げ軸とメインチャンバー11の中心軸、すなわち、坩堝１
の中心位置とが一致するように引上げワイヤ６を巻き取
っている。引上げワイヤ６の巻取りは、ワイヤ巻取機構
14内に収納される駆動装置によって、引上げワイヤ６を
回転ドラムに巻取りながら行われる。このとき、引上げ
ワイヤ６の巻取りは軸受機構13を介して行われる。

【０００７】シリコン単結晶の製造装置は単結晶の引上
げ毎に組立・解体が行われるものであり、製造装置の組
立のため、単結晶の回転および引上げを行う上部機構は
メインチャンバーおよびプルチャンバーの上方に積み上
げられる構造になっている。すなわち、上部構造は、自
重でプルチャンバー上に載置されている。このため、装
置内のシール性を確保するため設けられたＯリングに不
均一な変形が生じたり、さらに他の要因から製造装置の
組立位置に狂いが生じると、上部構造に位置ずれが発生
する。例えば、メインチャンバーには水冷装置が施され
ているが、単結晶の製造にともないメインチャンバーお
よびプルチャンバーの部位に熱歪が発生する場合があ
る。このようにメインチャンバー等の部位に熱歪が発生
すると、上部構造に位置ずれが生じ、単結晶の引上げ軸
とメインチャンバーの中心軸とがずれることになる。こ
のずれが著しい場合には、引上げられる単結晶の中心と
坩堝の中心位置が大きく外れ、結晶の振れ原因となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の単結晶の製造装
置では、前述の通り、装置の下部で発生する組立位置の
狂いによって、単結晶の引上げ軸とメインチャンバーの
中心軸とがずれて、引上げられる結晶に振れが発生する
という問題がある。その結果、単結晶の有転位化の問題
があり、また、単結晶の有転位化しない場合であっても
単結晶の長さ方向においてうねりが発生するという問題
がある。

【０００９】本発明は、このような従来の製造装置の問
題に鑑み、軸受機構およびワイヤ巻取機構から構成され
る上部構造の位置ずれを無くし、引上げられる結晶に発
生する振れを防ぎ、結晶品質の優れる単結晶を製造する
のに適する製造装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、図１および図
２に示すように、下記の単結晶製造装置を要旨としてい
る。

【００１１】すなわち、装置を設置する基礎となるベー
スフレーム15の上方に坩堝１を収納したメインチャンバ
ー11と、ゲートバルブ７を介在させるプルチャンバー12
と、軸受機構13と、さらにワイヤ巻取機構14とを具備
し、坩堝１内の溶融液３の表面に種結晶４を接触させて
単結晶５を成長させる単結晶製造装置10において、前記
ワイヤ巻取機構14が軸受機構13の上部に回転可能に設け
られ、この軸受機構13には前記メインチャンバーおよび
プルチャンバーから独立した支持構造からなるコラム21
上に着座される支持プレート23が設けられていることを
特徴とする単結晶製造装置である。

【００１２】上記の単結晶製造装置において、支持プレ
ートには上部構造の芯出し調整機構を設けるのが望まし
い。

【００１３】

【発明の実施の形態】従来の単結晶製造装置において、
軸受機構およびワイヤ巻取機構から構成される上部構造
がプルチャンバー上で位置ずれを発生するのは、単結晶
製造装置における積み上げ構造に起因する。前述の通
り、単結晶製造装置はメインチャンバーおよびプルチャ
ンバーの間で分割されるだけでなく、メインチャンバー
においても３分割程度に区分され、それらが順々に下方
から上方に積み上げられる構造になっている。したがっ
て、製造装置の組立の際には、シール性を確保するため
それぞれの分割面にはＯリングが施されるが、このと
き、Ｏリングの変形が不均一になると、分割面に傾きが
生じる場合がある。さらに、単結晶の引上げ中は、坩堝
内に収容される溶融液を加熱ヒーターによって高温に保
持するため、メインチャンバー内には多くの熱量が投入
される。このため、メインチャンバーの内面は、常時、
加熱ヒーターおよび溶融液の表面から輻射熱を照射され
ることになり、この輻射熱の作用によってメインチャン
バー等に熱歪が発生する。通常、輻射熱の影響を軽減す
るため、メインチャンバーには水冷装置が設けられる
が、水冷能力の増大には一定の限界がある。すなわち、
水冷装置の能力増大には設備費用の高騰をきたすだけで
なく、過大な能力向上は引上げられる単結晶の熱履歴に
影響を及ぼすことになるからである。そのため、単結晶
の製造装置では、メインチャンバー等の部位に或る程度
の熱歪が発生することが前提となる。

【００１４】本発明の製造装置では、メインチャンバー
およびプルチャンバーの分割面における傾き並びにメイ
ンチャンバーに発生する熱歪による組立位置の狂いと上
部構造の位置ずれとを切り離すため、独立した支持構造
からなるコラムを設けて、このコラム上に上部構造を配
置することとした。このような構成を採用することによ
って、製造装置の上部機構の位置は配置されるコラムに
よって決定され、メインチャンバー等で発生する組立位
置の狂いの影響を受けることが無くなる。このとき、上
部機構が配置されるコラムの独立する支持構造として
は、例えば、製造装置の設置基礎となるベースフレーム
に直接コラムを設けて支持構造としても良いし、製造装
置の他に新たに基礎を設けて独立支持させる構造として
も良い。

【００１５】また、上部機構は、製造装置の単結晶の引
上げ毎に行われる組立・解体にあわせて旋回、組立等が
行われるが、その都度、コラム上で正確な位置合わせが
必要になる。そのため、上部機構の位置合わせを容易に
するため、後述する芯出し調整機構を設けるのが望まし
い。

【００１６】また、従来の製造装置において、装置内の
シール性を確保するため、プルチャンバーと軸受機構と
の間に、例えばＯリング等を設けて、これらをボルトで
締めつける方式を採っている。しかし、本発明の製造装
置では、製造装置の上部機構とメインチャンバーおよび
プルチャンバーの部位とは独立のものになるので、その
間のシール性を確保するため、プルチャンバーと軸受機
構との間に密閉手段としてベローズ等を設けることが望
ましい。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の製造装置の一実施例を、図１
および図２に基づいて説明する。

【００１８】図１は、本発明の単結晶製造装置の構成例
を示す一部縦断面図である。単結晶製造装置10は、装置
の基礎となるベースフレーム15の上方にメインチャンバ
ー11と、ゲートバルブ７を下部に介在させるプルチャン
バー12と有している。また、ベースフレーム15に独立し
た支持機構として、新たにコラム21を設けて、コラム21
の上方に軸受機構13およびワイヤ巻取機構14を配置して
いる。

【００１９】メインチャンバー11は、単結晶の引上げ軸
を中心として配される円筒状の真空容器であり、その中
央位置に坩堝１が収納され、その外周にはこれを囲んで
坩堝内の溶融液３を加熱するヒーター２が配設されてい
る。一方、坩堝１の上方には、引上げワイヤー６が回転
および昇降可能に垂設され、その下端には種結晶４が装
着されている。種結晶４は引上げワイヤ６によって回転
しつつ上昇し、溶融液３との接触面である下端部に単結
晶５が成長する。引上げワイヤー６は、プルチャンバー
12を通して、コラム21の上に配置された軸受機構13およ
びワイヤ巻取機構14からなる上部機構によって、回転し
ながら巻き上げ、または巻き下げされる。

【００２０】図２は、軸受機構およびワイヤ巻取機構か
らなる上部機構がコラム上に配置される状況を説明する
要部断面図であって、上記図１のＡ−Ａ矢視に基づいて
示している。図に示すように、ワイヤ巻取機構14の回転
運動は、ターンテーブル25を介して軸受機構13の回転支
持部24で支持される。これらの上部機構の位置ずれは、
前述の通り、上部機構を直接独立した支持構造からなる
コラム21上に配置することによって皆無にすることがで
きる。このため、コラム21上に着座される支持プレート
23を軸受機構13に設けられる。

【００２１】上部機構をコラム上に配置する場合には、
予め軸受機構13とワイヤ巻取機構14とを組み立てた上部
機構を、図示しない旋回・昇降手段によってコラムの配
置位置まで旋回され、そののち所定位置まで下降され
る。図２では、旋回移動および昇降移動の方向を矢印で
示している。上部機構の下降にともなって、支持プレー
ト23に設けられた組立座金26と、コラム側の芯出しプレ
ート22に設けられた組立座金26とが対向して着座する。
この場合に、上部機構の位置合わせを容易にするため、
位置決めピン27によって支持プレート23の芯出し調整が
簡易に行われる。さらにコラム側で芯出しプレート22の
芯出しが必要になる場合には、芯出しプレート22の端部
に芯出し調整ボルト28を設けて、微細な芯出し調整を行
うことにしている。

【００２２】また、本発明の製造装置では、軸受機構13
の下端とプルチャンバー12の間にはベローズ29を設けて
いる。製造装置の上部機構とメインチャンバーおよびプ
ルチャンバーの部位とが独立のものになっても、その間
のシール性を確保するためである。

【００２３】

【発明の効果】本発明の単結晶製造装置によれば、装置
の下部で発生する組立位置の狂いによる、軸受機構およ
びワイヤ巻取機構の位置ずれを無くし、結晶の有転位化
および長さ方向におけるうねりのない単結晶を製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の単結晶製造装置の構成例を示す一部縦
断面図である。

【図２】軸受機構およびワイヤ巻取機構からなる上部機
構がコラム上に配置される状況を説明する要部断面図で
ある

【図３】シリコン単結晶をＣＺ法によって製造する装置
を説明する一部縦断面図である。

【符号の説明】

１…坩堝、 ２…加熱ヒーター、 ３…溶融液、 ４…
種結晶 ５…単結晶、 ６…引上げワイヤ、 ７…ゲートバルブ 10…単結晶製造装置、 11…メインチャンバー、 12…
プルチャンバー 13…軸受機構、 14…ワイヤ巻取機構、 15…ベースフ
レーム 21…コラム、 22…芯出しプレート、 23…支持プレー
ト、 24…回転支持部 25…ターンテーブル、 26…組立座金、 27…位置決め
ピン 28…芯出し調整ボルト、 29…ベローズ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】装置を設置する基礎となるベースフレーム
   の上方に坩堝を収納したメインチャンバーと、ゲートバ
   ルブを介在させるプルチャンバーと、軸受機構と、さら
   にワイヤ巻取機構とを具備し、坩堝内の溶融液の表面に
   種結晶を接触させて単結晶を成長させる単結晶製造装置
   において、前記ワイヤ巻取機構が軸受機構の上部に回転
   可能に設けられ、この軸受機構には前記メインチャンバ
   ーおよびプルチャンバーから独立した支持構造からなる
   コラム上に着座される支持プレートが設けられているこ
   とを特徴とする単結晶製造装置。
2. 【請求項２】上記の支持プレートには軸受機構およびワ
   イヤ巻取機構の芯出し調整機構が設けられていることを
   特徴とする請求項１記載の単結晶製造装置。