JPH10279388A - 単結晶把持装置及び単結晶の把持部育成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＺ法による大重量の単結晶引き上げにおい
て、単結晶を把持する把持具が単結晶と点接触すること
によって起こる応力集中を回避することができるような
単結晶把持装置及び単結晶の把持部育成方法を提供す
る。 【解決手段】 単結晶１８の肩部２１上端に形成したく
びれ部２０を把持する場合、単結晶把持装置の把持爪８
の水平断面形状を、把持しようとする部分の単結晶１８
の半径に等しい曲率半径をもつ円弧状とし、くびれ部２
０と線接触させる。また、単結晶１８を育成する際、少
なくとも把持装置により把持される部分の育成時には融
液１６に磁場を印加して固液界面直下の温度変動を抑制
し、直径変動の小さいなめらかな表面が得られるように
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、ＣＺ法による単結
晶の製造装置に装着され、特に大重量の単結晶の引き上
げに好適な単結晶把持装置及び単結晶の把持部育成方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】単結晶シリコンは一般にＣＺ法を用いて
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。

【０００３】種結晶には、融液に浸漬した時の熱衝撃で
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、単結晶を細く長く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。

【０００４】近年、単結晶の直径及び長さの増大に伴っ
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、絞り部と肩部との間に拡径部とこれより小径のくび
れ部とを形成し、くびれ部に把持具を掛止して単結晶を
把持する種々の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、絞り部の破断が防止され、絞
り部が破断した場合でも把持治具により単結晶の落下を
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７−５
１５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７−１
０３０００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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の単結晶把持装置では、単結晶を把持するクランプア
ームまたは爪が単結晶に点接触した状態で単結晶重量を
支える構造であるため、単結晶を把持する際、あるいは
把持した後単結晶重量が増加した時、接触点に応力が集
中し、単結晶にワレ、カケが発生する。そして、融液に
落下した単結晶の破片が結晶成長界面に達すると、育成
中の単結晶が多結晶化する不具合が発生する。また、前
記ワレ、カケ部を起点として破壊が進展すると、育成中
の単結晶が破断して融液に落下し、単結晶製造装置を破
壊したり、人身事故を起こす危険性がある。

【０００６】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、単結晶を把持する把持具が単結晶と点接触
することによって起こる応力集中を回避することができ
るような単結晶把持装置及び単結晶の把持部育成方法を
提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る単結晶把持装置は、ＣＺ法による単結
晶製造装置に装着され、単結晶の肩部上端に形成したく
びれ部または単結晶の直胴部を把持する把持装置におい
て、把持しようとする部分の単結晶半径に等しい曲率半
径をもつ把持部材を備えていることを特徴とする。

【０００８】また、本発明に係る単結晶の把持部育成方
法は、ＣＺ法による単結晶の育成において、少なくとも
単結晶把持装置により単結晶を把持する部分の育成時に
は、融液に磁場を印加することを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態及び実施例】上記本発明の単結晶把
持装置によれば、単結晶の把持部半径に等しい曲率半径
をもつ円弧状の把持部材を把持装置に設けたので、単結
晶の肩部上端に形成したくびれ部を把持する場合、前記
把持部材は単結晶と線接触する。また、単結晶の直胴部
を把持する場合、把持部材はほぼ全面で単結晶と接触す
る。いずれの場合も従来に比べて把持部材接触部位にお
ける単結晶の応力集中が緩和される。

【００１０】単結晶と把持部材との点接触を回避するに
は、単結晶把持装置の把持部材形状のみならず、単結晶
の表面形状も正確に制御しなければならない。単結晶の
育成時に、石英るつぼ内の融液に横磁場またはカスプ磁
場を印加すると、融液の上下方向の対流が抑制されるた
め、融液中心部の温度変動が小さくなり、単結晶の直径
の変動が抑制される。従って、単結晶の半径が円弧状の
把持部材の曲率半径にほぼ等しい寸法で、凹凸の小さい
なめらかな表面となるように制御することができる。

【００１１】次に、本発明に係る単結晶把持装置及び単
結晶の把持部育成方法の実施例について図面を参照して
説明する。図１は単結晶の肩部上端に形成したくびれ部
を把持する単結晶把持装置の概略構成を示す模式図であ
る。この単結晶把持装置は、特開平７−１７２９８１号
公報で開示されているシャフト方式の半導体単結晶製造
装置に装着された把持装置の応用例である。

【００１２】単結晶把持装置は、引き上げシャフト１に
固定された図示しない昇降用モータにより駆動される複
数の巻き取りドラム２と、前記巻き取りドラム２に巻き
付けられたワイヤ３の下端に釣支された把持機構４とを
備えている。把持機構４は、引き上げシャフト１の周囲
に放射状に配設された複数個たとえば４個の空圧シリン
ダ５と、これらの空圧シリンダ５にそれぞれ取着された
支持部材６と、上端を空圧シリンダ５のピストンロッド
に枢着され、前記支持部材６との枢着部を支点として回
動する把持アーム７と、各把持アーム７の下端に取着さ
れた把持爪８とによって構成されている。空圧シリンダ
５は、単結晶製造装置の上端外部から引き上げシャフト
１に沿って下降した後空圧シリンダごとに分岐する配管
９にベローズ１０を介して接続され、配管９から供給さ
れる不活性ガスたとえばアルゴンガスによって作動す
る。把持機構４は巻き取りドラム２の駆動とベローズ１
０の伸縮とにより、引き上げシャフト１に沿って昇降す
る。引き上げシャフト１の上端及び各把持アーム７には
重量センサ１１が装着され、配管９には単結晶製造装置
の上端外部に露出した部分にフローメータ１２とバルブ
１３とが装着されている。

【００１３】引き上げシャフト１の下端に取着したシー
ドホルダ１４に種結晶１５を取り付け、種結晶１５を図
示しない石英るつぼ内の融液１６に浸漬して引き上げ、
絞り部１７を形成しつつ無転位化した後、単結晶１８を
育成する。単結晶１８の育成は拡径部１９、くびれ部２
０、肩部２１の順に行った後、所定の直径を有する直胴
部２２の形成に移行する。くびれ部２０の形成後、所定
の時期に把持機構４を下降させ、空圧シリンダ５を押し
出し側に駆動すると、把持爪８がくびれ部２０の上側に
当接して単結晶１８を把持する。絞り部１７及び各把持
爪８が負担する単結晶重量は、各重量センサ１１の検出
値に基づいて制御される。

【００１４】図２は単結晶の直胴部を把持する単結晶把
持装置の概略構成を示す模式図である。この単結晶把持
装置は、特開平７−１７２９８１号公報で開示されてい
る半導体単結晶製造装置に装着されているもので、支持
部材２３、把持アーム２４と、直胴部２２に当接する把
持部材２５とを除いて図１に示した単結晶把持装置と同
一構成であるため、同一構成要素に対して図１と同一の
符号を付し、説明を省略する。

【００１５】図３は図１における単結晶把持部分の拡大
図、図４は図３のＡ−Ａ断面図である。単結晶把持装置
の把持アーム７の下端に取着された把持爪８は、単結晶
のくびれ部２０と接触する先端部の垂直断面が図３に示
すように半径ｒの円弧状で、水平断面は図４に示すよう
に単結晶１８の半径Ｒに等しい曲率半径Ｒをもつ円弧状
の部材である。これにより、把持爪８は単結晶１８に線
接触してくびれ部２０の上側円錐面を把持する。把持爪
８は、タングステン、モリブデン、タンタル等の耐熱金
属からなる。

【００１６】図５は図２における把持アーム下端部分の
斜視図である。単結晶の直胴部に当接する把持部材２５
は円筒の一部を切り取った形状で、把持面の曲率半径は
直胴部半径に等しい。把持部材２５はタングステン、モ
リブデン、タンタル等からなり、把持アーム２４の下部
に嵌着されている。

【００１７】上記実施例で説明した把持爪あるいは把持
部材は、特開平７−１７２９８１号公報で開示されてい
るシャフト方式の半導体単結晶製造装置に用いられる把
持装置またはその応用例に装着したが、本発明はこれに
限るものではなく、複数の把持アームが回動して単結晶
を挟持する構造の単結晶把持装置全般に対して適用する
ことができる。

【００１８】次に、本発明による単結晶の把持部育成方
法について説明する。この方法は、少なくとも前述した
単結晶把持装置により把持される部分、すなわち単結晶
の肩部上端に形成するくびれ部あるいは直胴部の上端部
分を育成する場合、融液に横磁場またはカスプ磁場を印
加するものである。実験例として、直径２４インチの石
英るつぼに１２５ｋｇの多結晶シリコンを装填して溶解
し、直径２１２ｍｍの単結晶を育成した。この時、磁場
強度４０００ガウスの横磁場を印加した。また、これと
比較するため、磁場を印加せずに直径２１２ｍｍの単結
晶を育成した。

【００１９】図６は、融液の温度変動の測定結果を示す
図で、測定位置は石英るつぼの中心、結晶の固液界面下
３０ｍｍである。同図で明らかなように、横磁場印加時
は融液の温度変動が小さい。これに対し、磁場を印加し
ない場合は温度変動が大きく、融液の上下方向対流が抑
制されないため磁場印加時よりも融液温度が約１０℃低
い。また、図７は単結晶の直径の変動を示す図で、磁場
を印加しない場合は直径の変動が激しく、単結晶の表面
に凹凸ができた。これに対し横磁場印加時は直径の変動
が極めて小さく、単結晶の表面がなめらかとなった。従
って、把持爪が当接する単結晶のくびれ部あるいは把持
部材が当接する直胴部形成時に融液に横磁場またはカス
プ磁場を印加することにより、直径変動の小さいなめら
かな表面をもつ単結晶を育成することができ、把持爪と
くびれ部との線接触あるいは把持部材と直胴部との面接
触が可能となる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、育
成する単結晶の肩部上端に形成したくびれ部あるいは直
胴部を把持することにより、絞り部の破断を防止する単
結晶把持装置において、把持部材に関しては単結晶と線
接触あるいは面接触するように形状を改良し、単結晶に
ついては少なくとも把持部材との接触部育成時に融液に
磁場を印加して直径の変動を抑制することにしたので、
把持部の点接触による応力集中を回避することができ
る。従って、育成中に単結晶のワレ、カケが発生せず、
多結晶化する問題や単結晶の破壊事故発生を防止して生
産性を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】単結晶の肩部上端に形成したくびれ部を把持す
る単結晶把持装置の概略構成を示す模式図である。

【図２】単結晶の直胴部を把持する単結晶把持装置の概
略構成を示す模式図である。

【図３】図１における単結晶把持部分の拡大図である。

【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。

【図５】図２における単結晶把持部分の斜視図である。

【図６】融液に対する磁場印加の有無と、融液の温度変
動との関係を示す図である。

【図７】融液に対する磁場印加の有無と、単結晶の直径
の変動との関係を示す図である。

【符号の説明】

１…引き上げシャフト、２…巻き取りドラム、３…ワイ
ヤ、４…把持機構、５…空圧シリンダ、６，２３…支持
部材、７，２４…把持アーム、８…把持爪、１６…融
液、１７…絞り部、１８…単結晶、１９…拡径部、２０
…くびれ部、２１…肩部、２２…直胴部、２５…把持部
材。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣＺ法による単結晶製造装置に装着さ
   れ、単結晶の肩部上端に形成したくびれ部または単結晶
   の直胴部を把持する把持装置において、把持しようとす
   る部分の単結晶半径に等しい曲率半径をもつ把持部材を
   備えていることを特徴とする単結晶把持装置。
2. 【請求項２】 ＣＺ法による単結晶の育成において、少
   なくとも単結晶把持装置により単結晶を把持する部分の
   育成時には、融液に磁場を印加することを特徴とする単
   結晶の把持部育成方法。