JPH10265291A - 単結晶引き上げ装置及び引き上げ方法 - Google Patents
単結晶引き上げ装置及び引き上げ方法Info
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- JPH10265291A JPH10265291A JP9089987A JP8998797A JPH10265291A JP H10265291 A JPH10265291 A JP H10265291A JP 9089987 A JP9089987 A JP 9089987A JP 8998797 A JP8998797 A JP 8998797A JP H10265291 A JPH10265291 A JP H10265291A
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Abstract
の下方に形成したくびれ部を確実に把持し、かつ、把持
手段により単結晶の軸方向長さが制限されない単結晶引
き上げ装置及び引き上げ方法を提供する。 【解決手段】 引き上げ機構1からワイヤを介して結晶
把持治具30を吊り下げる。結晶把持治具30は、種結
晶5の下端に形成した絞り部2a、拡径部2b、くびれ
部2cが通過できる開口部を上下両面に有し、側面にS
字状の溝31a、31bを備えたボックス31と、両端
をS字状の溝に挿通することによりボックス内で水平に
支持され、前記溝に沿って転動可能な複数の把持棒32
とからなる。前記溝の上端に静止した把持棒は、拡径部
2b上側の円錐面に当接して押され、前記溝内を下降し
て下端に移動する。結晶把持治具30を上昇させると把
持棒32が拡径部2bとくびれ部2cとの間に形成した
円錐面に当接し、単結晶2を把持する。
Description
晶の製造装置に装着され、特に大重量の単結晶の引き上
げに好適な単結晶引き上げ装置及び引き上げ方法に関す
る。
製造されている。CZ法は、単結晶製造装置内に設置し
た石英るつぼに多結晶シリコンを充填し、石英るつぼの
周囲に設けたヒータによって前記多結晶シリコンを加熱
溶解した上、シードホルダに取り付けた種結晶を融液に
浸漬する。そして、シードホルダ及び石英るつぼを互い
に同方向または逆方向に回転させながらシードホルダを
引き上げて単結晶シリコンを所定の直径及び長さに成長
させる方法である。
で転位が発生する。この転位を単結晶に伝播させないよ
うにするため、単結晶を直径3〜5mmに成長させた絞
り部を種結晶の下方に形成し、転位を絞り部の表面に逃
がす。そして、無転位化が確認された後、肩部を形成し
て単結晶を所定の直径まで拡大させ、次いで直胴部形成
に移行する。
てその重量が増大し、絞り部の強度が限界に近づいてい
る。この対策として、絞り工程によって無転位化した
後、図11に示すように絞り部2aと肩部2dとの間に
拡径部2bとこれより小径のくびれ部2cとを形成し、
くびれ部2cに把持具を掛止して単結晶2を把持する工
夫がなされている。単結晶重量の大部分を把持具で支え
るため、絞り部2aの破断が防止され、絞り部2aが破
断した場合でも単結晶2の落下を防止することができ
る。たとえば特公平5−65477号公報で開示された
単結晶成長装置は、単結晶に形成したくびれ部に掛止さ
せて前記単結晶を吊り下げる開閉可能なクランプアーム
を備えている。また、特公平7−515号公報で開示さ
れた結晶引上装置は、上下動可能な把持ホルダの下端に
一定の角度で停止する複数の爪を備え、これらの爪を単
結晶のくびれ部に掛止させて前記単結晶を吊り下げる構
成としている。更に、特公平7−103000号公報で
開示された結晶引上装置は、単結晶のくびれ部に掛止す
る爪を有し、上下動することにより開閉する複数の把持
レバーと、把持レバーの開きを防止するリングとを用い
て前記単結晶を吊り下げる構成としている。
公平5−65477号公報で開示された単結晶成長装置
は、単結晶の重量が大きくなるとクランプアームが開く
方向に作動するため、引き上げ中に単結晶が落下する危
険性がある。これに対し、特公平7−515号公報、特
公平7−103000号公報で開示された結晶引上装置
では単結晶落下の危険性はないが、シードホルダ、絞り
部及びくびれ部を上方から抱え込む構造であるため、把
持手段として用いる把持ホルダあるいは把持レバーが長
くなる。また、絞り部を形成する際、把持ホルダあるい
は把持レバーを種結晶の上方に待機させておく必要があ
り、これらの点が単結晶引き上げストロークを短くして
いる。従って、単結晶の軸方向長さが制限されるととも
に、把持手段が大がかりなものになっている。
れたもので、CZ法で製造する単結晶の重量増加に対応
して、絞り部の下方に形成するくびれ部を確実に把持す
ることができ、かつ、単結晶の軸方向長さが制限される
ことのない把持手段を備えた単結晶引き上げ装置及び引
き上げ方法を提供することを目的としている。
め、本発明に係る単結晶引き上げ装置は、単結晶の引き
上げに際して種結晶の下端に形成する絞り部とこれに続
く拡径部及びくびれ部とが通過できる開口部を上下両面
に有し、側面にS字状の溝を備え、昇降手段を有するボ
ックスと、両端をS字状の溝に挿通することにより前記
ボックス内で水平に支持され、前記溝に沿って転動可能
な複数の把持棒とからなる結晶把持治具を備えているこ
とを特徴とする。
設けたS字状の溝は、単結晶を把持する前に把持棒を待
機させる上端と、単結晶を把持する下端とを結ぶ溝で、
把持棒が溝内を下降するとき、単結晶の拡径部及びくび
れ部に干渉しないような曲線形状を備えた溝であること
を特徴とする。
把持治具は、把持棒を水平に保ち、かつ、軸方向の変位
を防止する位置決め手段を把持棒及びボックスに設けた
ことを特徴とする。
把持治具は、単結晶の拡径部とくびれ部との間に形成し
た円錐面に当接して単結晶を把持する放射状の突起を有
するカラー、円筒状のカラー、もしくは球状のカラーの
いずれかを把持棒の中央部に取着したことを特徴とす
る。
具は、ボックスの昇降手段とボックスとを球面で連結し
たことを特徴とする。
は、CZ法による単結晶の製造において、融液に種結晶
を浸漬して絞り部を形成した後、結晶把持手段を掛止す
るための拡径部とこれに続くくびれ部とを形成し、結晶
把持治具に設けたS字状の溝の上端に保持した複数の把
持棒を前記拡径部上側の円錐面に当接させて押し出し、
前記溝の下端に移動させた後、結晶把持治具を上昇させ
ることによって、前記把持棒を拡径部とくびれ部との間
に形成した円錐面に当接させて単結晶を把持することを
特徴とする。
き上げ装置の構成によれば、結晶把持治具のボックス内
に配設された複数の把持棒は、常に水平姿勢を保ちつつ
S字状の溝内を転動することができ、かつ、ボックス内
に上昇した拡径部やくびれ部に干渉することなく溝の上
端から下端まで円滑に移動可能である。また、把持棒は
位置決め手段により軸方向変位の発生が防止されるの
で、把持棒の中央部に取着したカラーは単結晶の拡径部
円錐面に正しく当接する。一方、ボックスの昇降手段と
ボックスとは球面で連結されているので、結晶把持治具
のバランスが取りやすい。
によれば、結晶把持治具を所定位置に静止させ、単結晶
の拡径部とこれに続くくびれ部とが形成されるのを待
つ。そして、単結晶が引き上げられ、結晶把持治具内に
上昇した拡径部の上側円錐面が複数の把持棒に当接する
と、これらの把持棒は押し出され、自重によりS字状の
溝内を転動しつつ下降し、溝の下端に至る。その後、結
晶把持治具を僅かに上昇させると、前記把持棒は拡径部
とくびれ部との間に形成した円錐面に当接するので、単
結晶を複数の把持棒によって把持することができる。
施例について図面を参照して説明する。図1は結晶引き
上げ装置の概略構成を示す模式的縦断面図である。同図
において、結晶引き上げ装置の上端には引き上げ機構1
が設置され、この引き上げ機構1は、単結晶2及び結晶
把持治具30を回転させつつ引き上げる手段を備えてい
る。引き上げ機構1によって昇降する結晶引き上げワイ
ヤ3の下端にはシードホルダ4が釣支され、シードホル
ダ4に取り付けられた種結晶5を石英るつぼ6内の融液
7に浸漬した後、シードホルダ4を回転させつつ引き上
げることによって、種結晶5の下端に絞り部2a、拡径
部2b、くびれ部2cとこれに続く肩部2d、直胴部2
eを順次形成する。結晶把持治具30は3本の治具引き
上げワイヤ8、9、10によって釣支され、治具引き上
げワイヤ8、9、10は結晶把持治具30の把持棒32
で単結晶2を把持した後、結晶引き上げワイヤ3に同期
して巻き上げられる。なお、図1において治具引き上げ
ワイヤ10は結晶引き上げワイヤ3と重なり合う位置に
設けられ、結晶把持治具30の把持棒32は拡径部2b
とくびれ部2cとの間に形成された円錐面に当接して単
結晶2を把持している。
視図、図3は結晶把持治具の上面に取着された球座の断
面図、図4は把持棒の斜視図である。結晶把持治具30
は、図2に示すように六面体のボックス31と、2本の
把持棒32、32とを備えている。ボックス31はモリ
ブデン等の高融点金属を用いて製作され、その対向する
2つの垂直面にはそれぞれS字状の溝31a、31bが
設けられている。把持棒32はこれらの溝に両端を支持
され、かつ、溝31aまたは溝31bに沿って自在に転
動することができる。前記溝31a、31bの上下両端
には把持棒32をその位置に安定して保持するためのポ
ケットが設けられている。図2は、把持棒32が溝31
a、31bの上端のポケットに静止した状態を示してい
る。
部が容易に通過できる穴31cが設けられている。ま
た、図2及び図3に示すように、治具引き上げワイヤ
8、9、10とボックス31との連結は、単結晶を把持
したとき結晶把持治具30のバランスを取りやすくする
ため、ワイヤ8、9、10の下端に取着した球11をボ
ックス31の上面に取着した球座33が把持する構造と
している。なお、ボックス31の上面に設けた穴31c
は、球座33の取り付けスペースを確保する必要があれ
ば下面に設けた穴より小径としても差し支えない。
に、ボックス31の外側面と接触する位置決めカラー3
4が取り付けられ、把持棒32の軸方向の位置ずれを防
止している。図2では位置決めカラー34と接触するボ
ックス31の外側面がボックス側の位置決め手段を兼ね
ているが、S字状の溝31a、31bに沿う位置決めボ
スをボックス31の外側面に突出させてもよい。把持棒
32の中央部には、図4(a)に示すように、外周に放
射状の凸部を備えたカラー35が嵌着され、このカラー
35が単結晶の拡径部とくびれ部との間に形成された円
錐面に当接して単結晶を把持する。ただし、カラー35
の形状はこれに限るものではなく、図4(b)のように
円筒状でも、また、図4(c)のように球状でもよい。
把持棒32、位置決めカラー34及びカラー35は炭素
強化型炭素繊維等からなる。また、カラー35を嵌着せ
ず、単結晶の拡径部とくびれ部との間に形成された円錐
面に直接把持棒32を当接させるようにしてもよい。
斜視図である。この結晶把持治具40のボックス41
は、上下面が正三角形の頂角部を切り落とした形状から
なる不等辺六角柱の箱で、単結晶の拡径部とくびれ部と
の間に形成された円錐面を3本の把持棒42、42、4
2で3方向から把持する。ボックス41の垂直面には1
面おきにS字状の溝41a、41bが設けられている。
把持棒42はこれらの溝に両端を支持され、かつ、溝4
1aまたは溝41bに沿って自在に転動することができ
る。図5では3本の把持棒42、42、42がS字状の
溝41a、41bの下端に静止した状態を示している。
ボックス41の上下両面には単結晶の拡径部が容易に通
過できる穴41cが設けられている。また、治具引き上
げワイヤ8、9、10とボックス41との連結は、図2
に示した第1実施例の結晶把持治具と同様に、ボックス
41の上面に取着された3個の球座43が治具引き上げ
ワイヤ8、9、10の下端に取着された球をそれぞれ把
持する構造となっている。
部分断面図で、把持棒42の支持方法を示す。把持棒4
2の支持方法は図6(a)、図6(b)のいずれでもよ
い。図6(a)は、把持棒42の位置決め手段としてボ
ックス41の内部に対向する平行平面をもつ突起部41
d、41dを溝41a及び溝41bの全長にわたって設
け、把持棒42に取り付けた2個の位置決めカラー4
4、44が前記平行平面にそれぞれ接触することにより
把持棒42の軸方向の位置ずれを防止している。また、
把持棒42の中央部には、第1実施例の結晶把持治具と
同様にカラー45が嵌着されている。図6(b)は、ボ
ックス41の外部に互いに平行な平面をもつ2個の突起
部41e、41eを設け、これらの突起部の平行平面に
位置決めカラー44、44を接触させて把持棒42の軸
方向の位置ずれを防止している。なお、把持棒42の中
央部に嵌着したカラー45は円筒状である。
的縦断面図である。引き上げ機構1は、結晶巻き取りモ
ータ12により回転する結晶巻き取りドラム13と、治
具巻き取りモータ14により回転する3個の治具巻き取
りドラム15、16、17と、プーリ18とを備え、ベ
ルト19を介して結晶・治具回転モータ20により水平
面内で回転する。結晶引き上げワイヤ3の上端は結晶巻
き取りドラム13に取着され、治具引き上げワイヤ8、
9、10の上端はそれぞれ治具巻き取りドラム15、1
7、16に取着されている。治具巻き取りドラム15、
17、16の上下には治具引き上げワイヤ8、9、10
のたるみを防止するワイヤ押さえ21、22が設けられ
ている。
7の上面図、図9(a)は図8における治具巻き取りド
ラム15、17のZ視図、図9(b)は図8における治
具巻き取りドラム16のZ視図である。治具巻き取りド
ラム15、16、17は治具巻き取りモータ14の軸心
上に直列に配置され、治具引き上げワイヤ8、9、10
はそれぞれプーリ23、25、24を介して結晶把持治
具に連結されている。
引き上げワイヤで釣支し、前記治具引き上げワイヤを巻
き取る巻き取りドラムを1個の治具巻き取りモータで駆
動する構成としたが、これに限るものではなく、治具巻
き取りドラムごとに治具巻き取りモータを設け、各モー
タを同期駆動させてもよい。
て、図2に示した結晶把持治具30を備えた単結晶引き
上げ装置を使用する場合を例にとり説明する。なお、単
結晶引き上げ方法に関しては図5に示した結晶把持治具
40の場合も結晶把持治具30を使用する場合と同一で
ある。単結晶の引き上げに当たり、図1に示したシード
ホルダ4に取り付けた種結晶5を融液7に浸漬してなじ
ませた後、引き上げて、絞り部2a、拡径部2b、くび
くびれ部2c、肩部2dを形成する。この間、結晶把持
治具30は、S字状の溝31a、31bの上端に形成さ
れたポケットに把持棒32、32を保持した状態で、シ
ードホルダ4の上方に待機させておく。くびれ部2cに
続いて単結晶の肩部2dが形成され、図10(a)に示
すように拡径部2bが結晶把持治具30内を上昇してい
く。そして、拡径部2bが更に上昇すると、あるいは治
具巻き取りモータを駆動して結晶把持治具30を僅かに
下降させると、図10(b)に示すように拡径部2bの
上側円錐面2fに把持棒32のカラー35が当接する。
側円錐面2fに当接すると、カラー35に上向きの力と
外側に向かう水平方向の力が作用するため、把持棒32
はS字状の溝31a、31bの上端に形成されたポケッ
トから押し出される。そして、自重により前記溝内を転
動しながら下降し、図10(c)に示すように拡径部2
bやくびれ部2cに干渉することなく溝31a、31b
の下端に到達する。ここで治具巻き取りモータを駆動
し、結晶把持治具30を僅かに上昇させると、図10
(d)に示すように把持棒32のカラー35が拡径部2
bの下側円錐面2gに当接し、把持棒32に下向きの力
と外側に向かう水平方向の力が作用する。これにより、
把持棒32はS字状の溝31a、31bの下端に形成さ
れたポケットに押し込められ、同時に単結晶の重量を支
えることになる。把持棒32は、単結晶の重量のうち絞
り部2aで保持しうる重量を除いた分を保持する。
Z法により単結晶を育成する際に種結晶の絞り部下端に
形成する拡径部及びくびれ部を収容できる程度の容積を
もつ結晶把持治具を単結晶製造装置内に吊り下げ、この
結晶把持治具内に設けた複数の把持棒で前記くびれ部を
把持する構成としたので、本把持治具は従来技術による
単結晶把持機構に比べて著しく容積が小さい。特に垂直
方向の長さが短いため、育成する単結晶の軸方向長さが
本把持治具によって制限されることがない。また、把持
構造そのものに特別な駆動手段を用いず、極めて簡素な
構造でありながら単結晶を確実に把持することができ、
引き上げ過程で単結晶を落下させるおそれがない。更
に、結晶把持治具の操作が極めて簡単である。これらの
点から、本発明の単結晶引き上げ装置及び引き上げ方法
は、単結晶の直径及び長さの増大に十分に対応すること
ができる。
面図である。
る。
の凸部を備えたカラー、(b)は円筒形状のカラー、
(c)は球形状のカラーを嵌着した図である。
る。
(a)は内側に突起部を設けた場合、(b)は外側に突
起部を設けた場合を示す。
である。
(a)は両端に設置された治具巻き取りドラムを示し、
(b)は中央に設置された治具巻き取りドラムを示す。
(a)は待機状態、(b)は把持棒に単結晶が当接した
状態、(c)は把持棒が下降した状態、(d)は把持棒
で単結晶を把持した状態を示す。
れ部を形成した単結晶の部分模式図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 単結晶の引き上げに際して種結晶の下端
に形成する絞り部とこれに続く拡径部及びくびれ部とが
通過できる開口部を上下両面に有し、側面にS字状の溝
を備え、昇降手段を有するボックスと、両端をS字状の
溝に挿通することにより前記ボックス内で水平に支持さ
れ、前記溝に沿って転動可能な複数の把持棒とからなる
結晶把持治具を備えていることを特徴とする単結晶引き
上げ装置。 - 【請求項2】 ボックスの側面に設けたS字状の溝は、
単結晶を把持する前に把持棒を待機させる上端と、単結
晶を把持する下端とを結ぶ溝で、把持棒が溝内を下降す
るとき、単結晶の拡径部及びくびれ部に干渉しないよう
な曲線形状を備えた溝であることを特徴とする請求項1
記載の単結晶引き上げ装置。 - 【請求項3】 把持棒を水平に保ち、かつ、軸方向の変
位を防止する位置決め手段を把持棒及びボックスに設け
たことを特徴とする請求項1記載の単結晶引き上げ装
置。 - 【請求項4】 単結晶の拡径部とくびれ部との間に形成
した円錐面に当接して単結晶を把持する放射状の突起を
有するカラー、円筒状のカラー、もしくは球状のカラー
のいずれかを把持棒の中央部に取着したことを特徴とす
る請求項1記載の単結晶引き上げ装置。 - 【請求項5】 ボックスの昇降手段とボックスとを球面
で連結したことを特徴とする請求項1記載の単結晶引き
上げ装置。 - 【請求項6】 CZ法による単結晶の製造において、融
液に種結晶を浸漬して絞り部を形成した後、結晶把持手
段を掛止するための拡径部とこれに続くくびれ部とを形
成し、結晶把持治具に設けたS字状の溝の上端に保持し
た複数の把持棒を前記拡径部上側の円錐面に当接させて
押し出し、前記溝の下端に移動させた後、結晶把持治具
を上昇させることによって、前記把持棒を拡径部とくび
れ部との間に形成した円錐面に当接させて単結晶を把持
することを特徴とする単結晶の引き上げ方法。
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