JPH10273389A

JPH10273389A - 単結晶引上げ装置

Info

Publication number: JPH10273389A
Application number: JP9490697A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kuramoto; 誠蔵本
Original assignee: Super Silicon Crystal Research Institute Corp
Current assignee: Super Silicon Crystal Research Institute Corp
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】引上げ中の単結晶を把持具により把持すると
きに引上げ中の単結晶が多結晶化することを防止する。【解決手段】左右一対の把持部２１Ｌ、２１Ｒ内には
単結晶の径拡大部５の中心に向かって多数の穴が形成さ
れ、この穴の中にはコイルスプリング２２が配置され、
コイルスプリング２２の先端にはボールベアリング２３
が取り付けれている。ボールベアリング２３はコイルス
プリング２２により径拡大部５の中心に向かって付勢さ
れており、把持部２１Ｌ、２１Ｒが閉じて径拡大部５を
把持する際に、コイルスプリング２２が伸縮してボール
ベアリング２３が径拡大部５の表面に当接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、引上げＣＺ（Czoc
hralski）法によりＳｉ（シリコン）の無転位の単結晶
を製造するための単結晶引上げ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、引上げＣＺ法による単結晶製造
装置では、高耐圧気密チャンバ内を１０torr程度に減圧
して新鮮なＡｒ（アルゴン）ガスを流すとともに、チャ
ンバ内の下方に設けられた石英るつぼ内の多結晶を加熱
して溶融し、この融液の表面に種結晶を上から浸漬し、
種結晶と石英るつぼを回転、上下移動させながら種結晶
を引き上げることにより、種結晶の下に上端が突出した
円錐形の上部コーン部と、円筒形のボディー部と下端が
突出した円錐形の下部コーン部より成る単結晶（いわゆ
るインゴット）を成長させるように構成されている。

【０００３】また、この成長方法として、種結晶を融液
の表面に浸漬したときの熱衝撃により種結晶に発生する
転位を除去（無転位化）するために、種結晶を融液の表
面に浸漬した後、引上げ速度を比較的速くすることによ
り種結晶より小径の、例えば直径が３〜４ｍｍのネック
部を形成した後に、上記の上部コーン部の引上げを開始
するダッシュ(Dash)法が知られている。

【０００４】さらに、この小径のネック部を介しては、
大径、大重量（１５０〜２００ｋｇ以上）の単結晶を引
き上げることができないので、例えば特公平５−６５４
７７号公報に示されるようにDash法により小径のネック
部を形成した後、引上げ速度を比較的遅くして大径を形
成し、次いで引上げ速度を比較的速くして小径を形成す
ることにより「球状のくびれ」を形成し、このくびれを
把持具で把持することにより大径、大重量の単結晶を引
き上げる方法が提案されている。また、くびれを把持す
る従来の装置としては、上記公報の他に、例えば特公平
７−１０３０００号公報、特公平７−５１５号公報に示
されているものがある。

【０００５】また、他の従来例としては、例えば特開平
５−２７０９７４号公報、特開平７−１７２９８１号公
報に示されるように上記「くびれ」を形成しないでボデ
ィー部をそのまま把持する方法や、特開昭６３−２５２
９９１号公報、特開平５−２７０９７５号公報に示され
るように上記「球状のくびれ」の代わりに、上部コーン
部とボディー部の間にボディー部より径が大きい「環状
のくびれ」を形成し、この「環状のくびれ」を把持する
方法が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単結晶
の引上げ中に上記「くびれ」などを把持具により把持す
る方法では、把持が必ずしも確実でなく、安定せず、単
結晶の成長中の落下などの事故を生じる可能性もあり、
さらに把持の際の衝撃により引上げ中の単結晶が多結晶
化するという問題点がある。また、上記「くびれ」の大
きさが引上げる度の単結晶毎に微妙に異なるので、一定
の形状・サイズの把持具の爪により把持すると、把持が
安定せず、かつ衝撃の差により引上げ中の単結晶が多結
晶化することがあった。

【０００７】本発明は上記従来の問題点に鑑み、引上げ
中の単結晶を把持具により把持するときに、確実にかつ
安定して単結晶を把持でき、さらに引上げ中の単結晶が
多結晶化することを防止することができる単結晶引上げ
装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、径拡大部の軸から最も離れた最大径の外周
近傍を包み込むよう径拡大部を把持する少なくとも２以
上の治具、又は径拡大部の軸から最も離れた最大径の赤
道部分の少なくとも下方と上方とで径拡大部を把持する
少なくとも２以上の治具、あるいは径拡大部の表面積の
６０％以上の領域で径拡大部を包み込むように把持する
少なくとも２以上の治具を設けたものである。

【０００９】すなわち本発明によれば、種結晶を支持す
る種結晶ホルダを回転させながら引き上げる種結晶引上
げ手段と、前記種結晶ホルダと共に回転可能で、上下方
向に移動可能であって、前記種結晶引上げ手段による引
上げにより前記種結晶の下方に形成される単結晶の径拡
大部を把持するために先端が開閉可能な把持機構とを有
する単結晶引上げ装置において、前記把持機構が前記径
拡大部の軸から最も離れた最大径の外周近傍を包み込む
よう前記径拡大部を把持する少なくとも２以上の治具を
有することを特徴とする単結晶引上げ装置が提供され
る。

【００１０】また本発明によれば、種結晶を支持する種
結晶ホルダを回転させながら引き上げる種結晶引上げ手
段と、前記種結晶ホルダと共に回転可能で、上下方向に
移動可能であって、前記種結晶引上げ手段による引上げ
により前記種結晶の下方に形成される単結晶の径拡大部
を把持するために先端が開閉可能な把持機構とを有する
単結晶引上げ装置において、前記把持機構が前記径拡大
部の軸から最も離れた最大径の赤道部分の少なくとも下
方と上方とで前記径拡大部を把持する少なくとも２以上
の治具を有することを特徴とする単結晶引上げ装置が提
供される。

【００１１】また本発明によれば、種結晶を支持する種
結晶ホルダを回転させながら引き上げる種結晶引上げ手
段と、前記種結晶ホルダと共に回転可能で、上下方向に
移動可能であって、前記種結晶引上げ手段による引上げ
により前記種結晶の下方に形成される単結晶の径拡大部
を把持するために先端が開閉可能な把持機構とを有する
単結晶引上げ装置において、前記把持機構が前記径拡大
部の表面積の６０％以上の領域で前記径拡大部を包み込
むように把持する少なくとも２以上の治具を有すること
を特徴とする単結晶引上げ装置が提供される。

【００１２】また、治具が径拡大部に接触するときに振
動を与えないように、治具に緩衝材又は緩衝装置を設け
ることは好ましい態様である。すなわち本発明によれ
ば、種結晶を支持する種結晶ホルダを回転させながら引
き上げる種結晶引上げ手段と、前記種結晶ホルダと共に
回転可能で、上下方向に移動可能であって、前記種結晶
引上げ手段による引上げにより前記種結晶の下に形成さ
れる単結晶の径拡大部を把持するために先端が開閉可能
な把持機構とを有する単結晶引上げ装置において、前記
把持機構は、前記径拡大部に当接する多数のボールベア
リングと、前記ボールベアリングを前記径拡大部に向か
って付勢して、前記径拡大部に前記ボールベアリングが
当接するときに緩衝材となる緩衝手段とを有する単結晶
引上げ装置が提供される。

【００１３】さらに、治具を開閉させる把持機構の動作
のタイミングを制御すべく径拡大部の位置や形状（サイ
ズ）を検出するための測定手段を設けることも好ましい
態様である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明に係る単結晶引上げ
装置の一実施形態の引上げ工程を示す説明図、図２は図
１の単結晶引上げ装置の要部である把持機構を構成する
把持具を示す側面断面図、図３は図２の線Ａ−Ａに沿っ
た水平断面図である。

【００１５】先ず、図１を参照して引上げ工程を簡単に
説明する。ワイヤ１（シャフトでもよい）の先端には種
結晶ホルダ２が取り付けられ、種結晶ホルダ２には種結
晶３が取り付けられる。ワイヤ１は図示省略のワイヤ巻
き取りドラム及びワイヤ巻き取りモータにより上方に巻
き取られるように構成され、また、ワイヤ巻き取りドラ
ム及びワイヤ巻き取りモータは同じく図示省略のドラム
回転モータにより回転可能に構成されている。そして、
種結晶３を石英るつぼ内１０のＳｉ融液１１に浸漬させ
て、なじませた後、引き上げることにより種結晶３の下
にネック部４、支持用の径拡大部５、くびれ部６、結晶
本体部分７を形成する。

【００１６】また、ワイヤ１の周りには図２、図３に示
すように径拡大部５を把持するために、把持具２０（把
持機構）が開閉可能に配置され、把持具２０はまた、把
持状態で径拡大部５を引き上げるために上下移動可能
に、かつワイヤ１と共に回転可能に構成されている。な
お、把持具２０を開閉させる機構は図示省略している
が、モータで駆動されるラックアンドピニオン機構やエ
アシリンダなどを用いることができる。また、その開閉
のタイミングは径拡大部５を目視して操作員が決定する
か、あるいは後述するように径拡大部５の位置や形状を
測定して自動的に行うことができる。

【００１７】このような構成において、単結晶本体７を
製造する場合、図示省略のチャンバ内を１０torr程度に
減圧して新鮮なＡｒ（アルゴン）ガスを流すとともに、
チャンバ内の下方に設けられた石英るつぼ１０内の多結
晶を加熱して溶融し、また、図１（ａ）に示すようにワ
イヤ１を引き下げて種結晶３を石英るつぼ１０内のＳｉ
融液１１の表面に対して浸漬させる。このとき、把持具
２０は先端がＳｉ融液１１に接触しない最下方位置に待
機し、また、先端が引上げ中の径拡大部５に接触しない
ように開いている。

【００１８】次いで図１（ｂ）に示すように、所定時間
の経過後に種結晶３を比較的速い速度で引き上げること
により、種結晶３の下に直径が３〜４ｍｍの小径のネッ
ク部４を形成させ、次いで引上げ速度を比較的遅くして
ネック部４の下に径拡大部５を形成した後、引上げ速度
を比較的速くして径拡大部５の下にくびれ部６を形成さ
せ、次いで結晶本体部分７の形成を開始させる。この引
上げ中に図１（ｂ）に示すように、径拡大部５が把持位
置まで上昇すると、図１（ｃ）に示すように、把持具２
０が閉じるように駆動されて径拡大部５を把持する。そ
して、把持が完了するとワイヤ１と把持具２０を一体で
回転させながら引き上げる。

【００１９】次に、図２、図３を参照して把持具２０の
構成を説明する。把持具２０は開閉可能な左右一対の治
具とての把持部２１Ｌ、２１Ｒを有している。把持部２
１Ｌ、２１Ｒの各々は、金属のブロックに略半球状の凹
部を有し、この凹部を形成する面に開口するよう、各金
属ブロック内には径拡大部５の中心に向かって多数の穴
が形成されている。この穴の中にはコイルスプリング２
２が伸縮可能に配置され、コイルスプリング２２の先端
にはボールベアリング２３が取り付けれている。なお、
図２の断面図からわかるように、この例では、上記のよ
うに各穴は、その軸方向が径拡大部５の中心に向かって
いるが、径拡大部５の形状によっては、当接する径拡大
部５の曲面に直交する方向とすることもできる。

【００２０】図２、図３の例では、ボールベアリング２
３はコイルスプリング２２により径拡大部５の中心に向
かって付勢されており、コイルスプリング２２は緩衝装
置を構成している。また、ボールベアリング２３は緩衝
装置としのコイルスプリング２２が径拡大部５に円滑に
接触可能なように設けられている。したがって、把持部
２１Ｌ、２１Ｒが閉じて径拡大部５を把持する際に、コ
イルスプリング２２が伸縮してボールベアリング２３が
径拡大部５の表面に円滑、かつ柔らかく当接するので、
当接の際の衝撃を和らげて、不要な振動を与えることを
防止することができる。よって、引上げ中の単結晶が多
結晶化することを防止することができる。また、径拡大
部５の大きさや、表面の形状が単結晶毎に微妙に異なる
場合にも柔軟に対応することができる。

【００２１】以上説明したように、本発明における把持
具は径拡大部を確実に保持できるよう、径拡大部の軸か
ら最も離れた最大径の外周近傍を包み込むよう径拡大部
を把持する少なくとも２以上の治具を設けている。ま
た、本発明は径拡大部の軸から最も離れた最大径の赤道
部分の少なくとも下方と上方とで径拡大部を把持する少
なくとも２以上の治具を設けている。さらに径拡大部の
表面積の６０％以上の領域で径拡大部を包み込むように
把持する少なくとも２以上の治具を設けている。

【００２２】なお、径拡大部５を把持するタイミング
は、ＣＣＤカメラなどのイメージセンサにより径拡大部
５を撮像して、その画像を解析して引上げ方向の位置と
形状（サイズ）を測定することにより決定することがで
きる。また、コイルスプリング２２の代わりに板バネな
どを用いてボールベアリング２３を径拡大部５の中心に
向かって付勢するようにしてもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、単
結晶の引上げプロセスで形成される径拡大部の軸から最
も離れた最大径の外周近傍を包み込むよう径拡大部を把
持する少なくとも２以上の治具、又は径拡大部の軸から
最も離れた最大径の赤道部分の少なくとも下方と上方と
で径拡大部を把持する少なくとも２以上の治具、あるい
は径拡大部の表面積の６０％以上の領域で径拡大部を包
み込むように把持する少なくとも２以上の治具を設けた
ので、大径、大重量の単結晶の引上げ時に径拡大部を確
実にかつ安定して把持することができる。よって、単結
晶の落下の心配がなく、把持による振動も抑えられるの
で、引上げ中の単結晶が多結晶化することを防止するこ
とができる。また、把持具に緩衝材又は緩衝装置を用い
ることで、操業毎に形状やサイズが微妙に異なる径拡大
部に適用可能で、確実にかつ安定して、振動を抑えて把
持することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る単結晶引上げ装置の一実施形態の
引上げ工程を示す説明図である。

【図２】図１の単結晶引上げ装置の要部である把持具を
示す側面断面図である。

【図３】図２の線Ａ−Ａに沿った水平断面図である。

【符号の説明】

１ワイヤ２種結晶ホルダ３種結晶４ネック部５径拡大部６くびれ部７単結晶本体１０石英るつぼ１１Ｓｉ融液２０把持具（把持機構）２１Ｌ、２１Ｒ把持部（治具）２２コイルスプリング２３ボールベアリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】種結晶を支持する種結晶ホルダを回転さ
せながら引き上げる種結晶引上げ手段と、前記種結晶ホ
ルダと共に回転可能で、上下方向に移動可能であって、
前記種結晶引上げ手段による引上げにより前記種結晶の
下方に形成される単結晶の径拡大部を把持するために先
端が開閉可能な把持機構とを有する単結晶引上げ装置に
おいて、前記把持機構が前記径拡大部の軸から最も離れた最大径
の外周近傍を包み込むよう前記径拡大部を把持する少な
くとも２以上の治具を有することを特徴とする単結晶引
上げ装置。
【請求項２】種結晶を支持する種結晶ホルダを回転さ
せながら引き上げる種結晶引上げ手段と、前記種結晶ホ
ルダと共に回転可能で、上下方向に移動可能であって、
前記種結晶引上げ手段による引上げにより前記種結晶の
下方に形成される単結晶の径拡大部を把持するために先
端が開閉可能な把持機構とを有する単結晶引上げ装置に
おいて、前記把持機構が前記径拡大部の軸から最も離れた最大径
の赤道部分の少なくとも下方と上方とで前記径拡大部を
把持する少なくとも２以上の治具を有することを特徴と
する単結晶引上げ装置。
【請求項３】種結晶を支持する種結晶ホルダを回転さ
せながら引き上げる種結晶引上げ手段と、前記種結晶ホ
ルダと共に回転可能で、上下方向に移動可能であって、
前記種結晶引上げ手段による引上げにより前記種結晶の
下方に形成される単結晶の径拡大部を把持するために先
端が開閉可能な把持機構とを有する単結晶引上げ装置に
おいて、前記把持機構が前記径拡大部の表面積の６０％以上の領
域で前記径拡大部を包み込むように把持する少なくとも
２以上の治具を有することを特徴とする単結晶引上げ装
置。
【請求項４】前記治具が、それ自体の本体が直接前記
径拡大部に当接しないよう、緩衝材又は緩衝装置を有す
ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに
記載の単結晶引上げ装置。
【請求項５】前記緩衝装置が、バネである請求項４記
載の単結晶引上げ装置。
【請求項６】前記バネが前記治具に設けられた穴の軸
方向に伸縮可能に装填された複数のコイルスプリングで
あることを特徴とする請求項４記載の単結晶引上げ装
置。
【請求項７】前記緩衝材又は緩衝装置が前記径拡大部
に円滑に接触可能なように前記緩衝材又は緩衝装置の前
記径拡大部に当接する部分に円滑手段を設けたことを特
徴とする請求項４記載の単結晶引上げ装置。
【請求項８】前記円滑手段がボールベアリングである
ことを特徴とする請求項１記載の単結晶引上げ装置。
【請求項９】種結晶を支持する種結晶ホルダを回転さ
せながら引き上げる種結晶引上げ手段と、前記種結晶ホ
ルダと共に回転可能で、上下方向に移動可能であって、
前記種結晶引上げ手段による引上げにより前記種結晶の
下に形成される単結晶の径拡大部を把持するために先端
が開閉可能な把持機構とを有する単結晶引上げ装置にお
いて、前記把持機構は、前記径拡大部に当接する多数のボール
ベアリングと、前記ボールベアリングを前記径拡大部の
に向かって付勢して、前記径拡大部に前記ボールベアリ
ングが当接するときに緩衝材となる緩衝手段とを有する
単結晶引上げ装置。
【請求項１０】前記径拡大部の位置及び形状を測定す
る測定手段と、前記測定手段による測定結果を用いて、
前記把持機構とを制御する制御手段とを更に有すること
を特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の
単結晶引上げ装置。
【請求項１１】前記測定手段が、撮像装置と前記撮像
装置で撮像された前記径拡大部の画像を処理する画像処
理手段とを有することを特徴とする請求項１０記載の単
結晶引上げ装置。