JPH10279384A

JPH10279384A - 結晶体の引上げ装置

Info

Publication number: JPH10279384A
Application number: JP2136498A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Hiraishi; 石吉信平; Mitsunori Kawabata; 畑光徳川; Hideki Tsuji; 英樹辻
Original assignee: Komatsu Electronic Metals Co Ltd
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 1997-02-04
Filing date: 1998-02-03
Publication date: 1998-10-20
Anticipated expiration: 2018-02-03
Also published as: JP4056603B2

Abstract

(57)【要約】【目的】大気圧以下の雰囲気下における結晶体の引き
上げを行うにあたり、引上げ装置を大型化することなく
簡単な構造を有し、しかも引き上げ中の結晶体の重量を
高精度に計測できる引上げ装置を提供する。【解決手段】ケーブル巻上げ装置２の巻上げドラム２
１を密閉容器３により密封する。密閉容器３と回転テー
ブル５との間に下部ベローズ１ａを設ける。密閉容器３
と、下部ベローズ１ａと、チャンバー６内とを気密連通
する。密閉容器３内とチャンバー６内とを大気圧以下の
不活性ガス雰囲気下におく。回転テーブル５にアーム５
１を立設する。アーム先端５１ａと密閉容器３との間に
上部ベローズ１ｂを設ける。密閉容器３内と上部ベロー
ズ１ｂ内とを連通孔３２により気密連通する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、引上げ装置により半導
体等の結晶体を融液から引き上げる結晶体の引上げ装置
であり、特に大気圧以下の雰囲気下で半導体インゴット
を成長させる結晶体の引上げ装置において、引き上げ中
の結晶体の直径を算出するために、その結晶体の重量を
高精度に測定できる単結晶体の引上げ装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】ＣＺ法により半導体の単結晶インゴット
を引き上げるにあたっては、引き上げ中の結晶体の直径
を所定の値に制御するために、その直径を正確に計測し
なければならない。必要以上に大きな直径の結晶体を引
き上げた場合、所定の値にするために削り落とさなけれ
ばならなく、損失が多くなるだけである。結晶体の直径
を計測する方法としては、画像により計測する方法と、
引き上げ中の結晶体の重量の増加分を計測することによ
り直径を算出する方法とがある。この内、重量の増加分
を計測する方法としては特開平８−２６１９０３号公開
公報に示されたものがある。これは、モーターやギアと
いった索引上げ手段を重量センサーの上に載置して、索
引上げ手段全体の重量と結晶体の重量とを重量センサー
により計量することにより結晶体の重量の増加分を計測
するものである。

【０００３】半導体、例えば単結晶シリコンの引上げ
は、大気圧以下の不活性ガス雰囲気下で行われる。この
不活性ガスを用いるのは、シリコン融液が極めて高活性
であり、酸素や窒素と容易に反応してしまうためであ
る。また、減圧状態にするのは、不活性ガスの体積が減
圧膨張することにより、そのシリコン融液表面付近の流
速が増大するためである。この流速の増大により、シリ
コン融液を保持している石英ガラス製ルツボとシリコン
融液とが反応して発生するSi0 アモルファスを速やかに
除去することができる。Si0 アモルファスを除去する目
的は、Si0 アモルファスが気相中で凝集してダストとな
り、融液表面上に落下して成長中の結晶に付着すること
により、多結晶化してしまうことを防止することにあ
る。これらの理由から単結晶シリコンの引き上げは、減
圧状態の不活性ガス雰囲気中で行うのが一般的である
が、この場合、上記した重量センサーによる引き上げを
行おうとすると、ケーブル巻上装置および重量センサー
を全て密閉し、これをチャンバー内と連通した状態にし
なくてはならない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ケーブ
ル巻上装置および重量センサーの全てを密閉するために
は巨大な密閉容器が必要になるという問題点がある。ま
た、密閉容器が巨大になるばかりではなく、ケーブル巻
上装置を大気圧以下でも正確に作動させるために、モー
ターやギアの潤滑手段等は非常に特殊なものを使用しな
くてはならず、そのため製造コストが非常に高くなると
いう問題点があった。本発明は、上記問題に鑑みてなさ
れたもので、大気圧以下の雰囲気下における結晶体の引
き上げを行うにあたり、引上げ装置を大型化することな
く簡単な構造を有し、しかも引き上げ中の結晶体の重量
を高精度に計測できる引上げ装置を提供することを目的
とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため本発明では、チ
ャンバーと、該チャンバーの上に設けられた回転テーブ
ルと、該回転テーブルの上面に立設された重量センサー
と、該重量センサーの上に載置されたケーブル巻上げ装
置とからなる結晶体の引上げ装置において、前記ケーブ
ル巻上げ装置の巻上げドラムを密封する密閉容器と、前
記巻上げドラムから前記チャンバー内へと垂下するケー
ブルを囲繞し、前記密閉容器内と前記チャンバーとを気
密連通する下部弾性シール材と、前記回転テーブルの上
面から前記密閉容器の上方に伸長するアームと、前記密
閉容器の上面と該アームとの間に設けられ、前記密閉容
器内と気密連通する上部弾性シール材とを備えるように
したものである。

【０００６】また、チャンバーと、該チャンバーの上に
設けられた回転テーブルと、該回転テーブルの上面に立
設された重量センサーと、該重量センサーの上に載置さ
れたワイヤ巻上げ装置とからなる結晶体の引上げ装置に
おいて、前記ワイヤ巻上げ装置の少なくとも巻上げドラ
ムを密閉容器により密封し、該密閉容器の底面と前記回
転テーブルとの間に下部ベローズを設け、これにより前
記密閉容器と前記チャンバーとを連通させ、前記回転テ
ーブルの上面に立設されたアームにより支持された上部
ベローズを前記密閉容器の上面に固定し、該上部ベロー
ズ内部を前記密閉容器内部に連通させるようにしたもの
である。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明は、重量を計測することに
より成長する結晶体を監視し、その値により引き上げを
制御する結晶体の引上げ装置であって、特に大気圧以下
の雰囲気下における半導体インゴットの引き上げをする
ために、チャンバー内へと垂下するケーブルとそれを巻
き取る巻上ドラムのみを密閉し、モーターやギアといっ
たそれ以外の部材及び重量センサーは大気圧下に設置で
きるようにしたものである。この密閉は、巻上ドラムを
密閉した密閉容器を回転テーブルの上に立設された重量
センサーの上に載置し、回転テーブルと密閉容器との間
に、ケーブルを囲繞する下部弾性シール材を設けて密閉
容器とチャンバー内を気密連通させるようにしたもので
ある。

【０００８】これにより、本発明の引上げ装置では特殊
なモーター等は必要がなく、ケーブルの巻き上げ装置を
従来と同様のモーターやギアなどにより構成でき、引上
げ装置を大型化することがなく、安価に製造することが
できる。

【０００９】また、回転テーブルの上面に、密閉容器の
直上に達するアームを立設し、これにより中空状の上部
弾性シール材を気密保持し、上部弾性シール材を密閉容
器上面の連通孔と気密連通したものである。したがっ
て、密閉容器の上下にそれぞれ弾性シール材を気密連通
して設けることにより、チャンバー内の圧力変化を原因
とする重量測定の誤差を解消できる。

【００１０】この弾性シール材の配置位置の条件につい
て説明する。上記したように上下部の各弾性シール材に
より密閉容器に作用する力を互いに打ち消すためには、
その力が同等で、しかもその方向が対向していなくては
ならない。この条件を密閉容器内部の気相における圧力
作用という面から考えるものとする。まず、密閉容器の
内壁であって、その内部気相の圧力を受ける面を気相接
触面と定義する。したがって、すべての気相接触面に対
する圧力が釣り合っていれば、気相の圧力が変化しても
密閉容器から重量センサーに負荷する力は変化しない。

【００１１】これを、それぞれの関係を示す模式図によ
り説明すると次のようになる。図３に示すように、密閉
容器３ａの上下の対向した位置に下部弾性シール材１１
ａと上部弾性シール材１１ｂとを配置し、密閉容器３ａ
内からチャンバー（図示せず）内へと垂下するケーブル
垂下軸およびその延長軸をＺ軸とすると、下部弾性シー
ル材１１ａと上部弾性シール材１１ｂとはこのＺ軸方向
と同一軸で配置されていることになる。

【００１２】ここでは、説明しやすいように密閉容器３
ａを直方体と仮定して、Ｚ軸に対して傾斜することなく
配置されているものとする。したがって、その内部気相
の圧力変化により密閉容器３ａが重量センサーへ負荷す
る力はＺ軸に対して直角な気相接触面、すなわち、下部
気相接触面１３ａと上部気相接触面１３ｂとの面積の相
違に比例する。

【００１３】結論からいうなれば、内部気相圧力が変化
しても下部気相接触面１３ａと上部気相接触面１３ｂと
の水平面への投影面積が互いに一致していれば重量セン
サーへの負荷の変化は生じない。そのためには、相違点
となる各弾性シール材の下部中空部分１２ａ、上部中空
部分１２ｂのＺ軸に対して直角な断面、水平投影面が同
一面積（この説明では同形状）で、これらの投影面がＺ
軸で一致していれば、その要件を満たすことになる。

【００１４】ところで、弾性シール材はその一端を密閉
容器とは剛性的連結を有しない支持部材（本発明では
「回転テーブル」と「アーム」を示す）と結合すること
よって、内部気相圧力の影響を受けない気相非接触面
（図３「１４ａ、１４ｂ」）を形成する。弾性シール材
の種類によっては、その水平面への投影面の面積と実効
的な気相非接触面の面積との間に差が生じるものがあ
る。たとえばベローズの場合、実効的な面積はその平均
直径により算出されるため、その上下部気相接触面の弾
性シール材に対応した気相非接触面との周縁部分は内径
の外側に位置することになる。

【００１５】尚、各弾性シール材の剛性を重量センサー
の剛性の１００分の１以下といった低いものを用いるこ
とにより、重量センサーによる測定誤差を実用上問題な
い大きさにすることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本実施例の引上げ装置の構造を示す一部断
面部分側面図、図２は本実施例の引上げ装置の精度を示
すグラフである。本実施例の引上げ装置は、重量センサ
ーにより引き上げ中の結晶体の重量を計測し、その直径
を算出することにより結晶体の直径を制御するものであ
る。図１に示すように、この引上げ装置は、チャンバー
６と、チャンバー６の上にプーリー６１を介して設けら
れた回転テーブル５と、回転テーブル５の上面に立設さ
れた重量センサー４と、重量センサー４の上に載置され
たケーブル巻上げ装置２とから構成されている。

【００１７】ケーブル巻上げ装置２は、ケーブル２２を
引き上げる巻上げドラム２１と、巻上げドラム２１を回
転させる駆動モーター２４と、駆動モーター２４の回転
を巻上げドラム２１に伝導するギア２３とからなり、巻
上げドラム２１は密閉容器３により密封されている。

【００１８】密閉容器３の底面と回転テーブル５の上面
との間には下部弾性シール材としての下部ベローズ１ａ
が設けられ、密閉容器３の底面のケーブル挿通孔３１
と、プーリー６１および回転テーブル５にそれぞれ設け
られたケーブル挿通孔（図示せず）と連通しており、ケ
ーブル２２はこれにより囲繞されてチャンバー６内に垂
下している。

【００１９】したがって、密閉容器３内とチャンバー６
内とは外気より隔てて気密に連通しており、引上げのた
めに大気圧以下の不活性ガス雰囲気下にある。一方、回
転テーブル５、重量センサー４、駆動モーター２４、ギ
ア２３はそれぞれ密閉容器３およびチャンバー６の外に
あり、大気圧下に置かれている。

【００２０】また、回転テーブル５の周縁部には逆Ｌ字
状のアーム５１が立設され、そのアーム先端部５１ａは
密閉容器３の上方に達し、このアーム先端５１ａと密閉
容器３の上面との間には、上部弾性シール材としての上
部ベローズ１ｂが設けられ、密閉容器３の気相部と上部
ベローズ１ｂの中空部とは連通孔３２により気密連通し
ている。したがって、チャンバー６内における圧力の変
化は、下部ベローズ１ａと同様に、この上部ベローズ１
ｂにも影響を与える。

【００２１】尚、下部ベローズ１ａおよび上部ベローズ
１ｂには同様のものが使用されているため、上下部ベロ
ーズの水平断面の平均面積は互いに同じである。したが
って、チャンバー６の圧力変化により密閉容器の上下部
気相接触面にかかる力は同等であり、それらの取付位置
から後述するように密閉容器に加わる上下方向の力は打
ち消し合う。

【００２２】また、本実施例では上部ベローズ１ｂが設
けられた位置が下部ベローズ１ａの直上である。このよ
うに設置することにより、チャンバー６内の圧力変化が
それぞれの重量センサー４に不均等に荷重を与えること
を防止できる。したがって、それぞれの重量センサー４
の測定値のバラツキによる重量測定誤差を最小限におさ
えることができる。

【００２３】さらに、本実施例に弾性シール材に使用さ
れている各ベローズとしては、ステンレス製の溶接ベロ
ーズなどが好適である。その剛性は上記したように重量
センサーの剛性の１００分の１以下であることが望まし
く、このようなベローズではその剛性がたとえば１２０
g/mmであり、重量センサーの剛性の 1.6×10^-5倍とな
る。

【００２４】つぎに、本実施例の引上げ装置の作動につ
いて説明する。図１に示すように、重量センサー４はケ
ーブル巻上げ装置２およびこれに巻回されたケーブル２
２の全重量がかかるように設けられている。ケーブル巻
上げ装置２とケーブル２２の全重量は予め分かっている
ため、引上げにおいて計測される重量からこれらの全重
量を減ずることにより結晶体の重量が算出される。

【００２５】下部ベローズ１ａは、それ自体が重量セン
サー４による重量測定に影響を与えないように、チャン
バー６と密閉容器３とを気密に連通している。しかしな
がら、チャンバー６内または密閉容器３内の気相に圧力
変化があった場合、下部ベローズ１ａに対応した気相非
接触面（図３参照）により、重量センサー４の計測値に
誤差を生じる。そこで、この誤差を打ち消す手段として
設けられたのが上部ベローズ１ｂである。

【００２６】この上部ベローズ１ｂは、上記したように
下部ベローズ１ａと略同形状のものが使われているた
め、圧力変化により密閉容器３の内部気相に影響する力
は下部ベローズ１ａと同等である。また、回転テーブル
５に立設されたアーム５１により支持されているため、
その基準は重量センサー４と同じ回転テーブル５上にあ
り、気相圧力の変化により密閉容器３に作用する力の方
向は、下部ベローズ１ａと反対方向である。したがっ
て、圧力変化により同時に作用して、上下方向の力が互
いに打ち消すことになり、圧力変化により発生する力は
重量センサー４に及ばないことになる。すなわち、圧力
変化は結晶体の重量測定値に影響しないわけである。
尚、この力の打ち消しをより確実にするためには、上下
の各ベローズが同一鉛直線上で且つ同軸であるように配
置されることが望ましい。本実施例においては、ケーブ
ル２２の垂下方向であるＺ軸まわりに同心円で配置され
ている。

【００２７】ここで、本発明の引上げ装置による引上げ
の精度を示す。本引上げ装置の精度を検証するために、
ケーブルに一定重量を印加し、１mm／分の速度でこのケ
ーブルを巻き上げ、その巻き上げ中においてチャンバー
内圧力を１０Torrから３０Torrに増加させて、その重量
センサーの表示の変化をグラフに表している。すなわ
ち、図２に示すようにチャンバー内圧力を変動させた場
合における重量センサーからの出力電圧の変動は最高で
0.2 mVであり、この数値はわずか３ｇにしか相当せず、
この３ｇという値は１５０Ｋｇ程度のシリコンインゴッ
トを引き上げる上では略無視できる数値である。

【００２８】尚、上記実施例では各弾性シール材として
ベローズを使用していたが、これに限られるものではな
く、たとえばＯリング等をシール材として使用したシリ
ンダーやダイヤフラムといった前記Ｚ軸方向に弾性を有
するシール材であれば良い。

【００２９】

【発明の効果】本発明では以上のように構成したので、
大気圧以下の雰囲気下において結晶体を引き上げるにあ
たり、ケーブル巻上装置のモーターやギアの潤滑手段な
どについて大気圧下で正確に作動する安価なものを使用
でき、これによりケーブル巻上装置を巨大にする必要も
なく、また製造コストを抑えることができるという優れ
た効果がある。また、上下弾性シール材の作用により巻
上げ装置の重量を正確に計測でき、これにより、精度の
高い引上げの制御を行うことができるという優れた効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る引上げ装置の構造を示す一部断面
部分側面図である。

【図２】本実施例の引上げ装置の精度を示すグラフであ
る。

【図３】本発明の密閉容器と上下部弾性シール材の配置
位置を示す模式図である。

【符号の説明】

１ａ‥‥下部ベローズ１ｂ‥‥上部ベローズ２‥‥‥ケーブル巻上げ装置２１‥‥巻上げドラム２２‥‥ケーブル２３‥‥ギア２４‥‥駆動モーター３‥‥‥密閉容器３１‥‥ケーブル挿通孔３２‥‥連通孔３３‥‥オイルシール４‥‥‥重量センサー５‥‥‥回転テーブル５１‥‥アーム５１ａ‥アーム先端部６‥‥‥チャンバー６１‥‥プーリー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チャンバーと、該チャンバーの上に設け
られた回転テーブルと、該回転テーブルの上面に立設さ
れた重量センサーと、該重量センサーの上に載置された
ケーブル巻上げ装置とからなる結晶体の引上げ装置にお
いて、前記ケーブル巻上げ装置の巻上げドラムを密封す
る密閉容器と、前記巻上げドラムから前記チャンバー内
へと垂下するケーブルを囲繞し、前記密閉容器内と前記
チャンバーとを気密連通する下部弾性シール材と、前記
回転テーブルの上面から前記密閉容器の上方に伸長する
アームと、前記密閉容器の上面と該アームとの間に設け
られ、前記密閉容器内と気密連通する上部弾性シール材
とを備えたことを特徴とする結晶体の引上げ装置。
【請求項２】密閉容器は、その上部に垂直方向で内部
気相と接触する上部気相接触面と、その下部に前記垂直
方向で内部気相と接触する下部気相接触面とを有し、前
記上部気相接触面と前記下部気相接触面との水平投影面
の面積が一致することを特徴とする請求項１記載の結晶
体の引上げ装置。
【請求項３】上下部それぞれの気相接触面が、弾性シ
ール材の内径位置またはそれより外側で、密閉容器の内
部気相と接触するように形成したことを特徴とする請求
項２記載の結晶体の引上げ装置。
【請求項４】上下部それぞれの弾性シール材の断面で
あって、ケーブル垂下方向である垂直方向に対して直角
な断面の水平投影面の面積が一致するように形成された
ことを特徴とする請求項１記載の結晶体の引上げ装置。
【請求項５】それぞれの弾性シール材の剛性が重量セ
ンサーの剛性の１００分の１以下であることを特徴とす
る請求項１乃至４いずれかに記載の結晶体の引上げ装
置。
【請求項６】チャンバーと、該チャンバーの上に設け
られた回転テーブルと、該回転テーブルの上面に立設さ
れた重量センサーと、該重量センサーの上に載置された
ワイヤ巻上げ装置とからなる結晶体の引上げ装置におい
て、前記ワイヤ巻上げ装置の少なくとも巻上げドラムを
密閉容器により密封し、該密閉容器の底面と前記回転テ
ーブルとの間に下部ベローズを設け、これにより前記密
閉容器と前記チャンバーとを連通させ、前記回転テーブ
ルの上面に立設されたアームにより支持された上部ベロ
ーズを前記密閉容器の上面に固定し、該上部ベローズ内
部を前記密閉容器内部に連通させたことを特徴とする結
晶体の引上げ装置。