JPH11100291A - 単結晶保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダッシュネック法を用いて無転位化した後、
拡径部およびくびれ部を形成した単結晶を保持する単結
晶保持装置において、保持前および保持時に単結晶に振
動や衝撃を与えず、かつ、単結晶の落下を防止すること
ができるようにする。 【解決手段】 単結晶保持治具１０の保持治具本体１３
および複数の保持爪１６は、単結晶製造装置上端のワイ
ヤ巻き取り機構にワイヤ１１、１２で釣支され、昇降す
る。保持爪１６は保持治具本体１３にリンク１４、１５
を介して連結され、保持爪１６を開いたとき保持爪の先
端は単結晶の拡径部よりも外側の位置で停止し、保持爪
を閉じたとき保持爪の先端はくびれ部よりも外側の位置
で停止する。従って、保持時を除き単結晶との接触が回
避される。治具本体、保持爪に作用する荷重は、重量セ
ンサで検出される。また、開き止め１７の自由端がリン
ク１４のくぼみ１４ａに掛止して保持爪１６の開きを防
止する。

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
に好適な単結晶保持装置に関する。

【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、シードホルダおよび石英るつぼを互
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および長さに
成長させる方法である。

【０００３】種結晶には、融液に浸漬したときの熱衝撃
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、ダッシュネック法を用いて直径数ｍｍ程
度のネック部を種結晶の下方に形成し、転位をネック部
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、単結晶の直径および長さの増大に伴
ってその重量が増大し、ネック部の強度が限界に近づい
ている。この対策として、ダッシュネック法によって無
転位化した後、ネック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、くびれ部に保持具を掛止
して単結晶を保持する種々の工夫がなされている。単結
晶重量の大部分を保持具で支えるため、ネック部の破断
が防止され、ネック部が破断した場合でも保持具により
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７−５１５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、ワイ
ヤの巻き取りまたは巻き戻し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、上記特
公平５−６５４７７号公報で開示された単結晶成長装置
では、単結晶の重量が増大したときクランプアームが開
いて単結晶が落下する危険性がある。また、特公平７−
５１５号公報で開示された結晶引上装置は、単結晶を吊
り下げる前に把持爪が単結晶に接触して回動するため、
単結晶が揺れて単結晶化率を低下させるおそれがある。
そのほか、特公平７−５１５号公報あるいは特公平７−
１０３０００号公報で開示された結晶引上装置では、把
持爪の昇降ストロークが大きいため、引き上げ可能な結
晶長が制限されてしまう。

【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、保持装置により単結晶のネック部と肩部と
の間に形成したくびれ部を保持する際に単結晶に衝撃や
振動を与えず、かつ、保持爪の開きによる単結晶落下を
防止することができる単結晶保持装置を提供することを
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保持装置の第１の発明は、種結
晶の下端にネック部と、これに続く拡径部と、拡径部よ
り小径のくびれ部とを形成した単結晶を保持する単結晶
保持装置において、昇降手段を有する保持治具本体と、
前記治具本体にリンクを介して開閉自在に連結され、単
結晶のくびれ部を保持するときを除いて単結晶との接触
を回避することが可能な複数の保持爪とを備えているこ
とを特徴とする。上記構成によれば、単結晶のくびれ部
を保持する直前まで保持爪が単結晶に接触しないので、
育成中の単結晶に無用の振動、衝撃等が加えられず、多
結晶化するおそれがない。従って、単結晶の育成を安定
して継続することができる。

【０００８】また、第１の発明を主体とする第２の発明
は、保持爪を開いたとき保持爪の爪部は拡径部よりも外
側の位置で停止し、保持爪を閉じたとき保持爪の爪部は
くびれ部よりも外側の位置で停止することを特徴とす
る。上記構成によれば、保持爪を開いた状態のまま単結
晶保持装置を下降させれば、単結晶の拡径部に保持爪が
干渉することなく所定の位置に達する。また、単結晶の
くびれ部を保持するため保持爪を閉じてもくびれ部に衝
突しない。従って、育成中の単結晶に振動や衝撃を与え
ず、スムーズに単結晶を保持することができる。

【０００９】また、第１の発明を主体とする第３の発明
は、単結晶製造装置に用いられ、育成中の単結晶のくび
れ部を保持して引き上げる単結晶保持装置において、中
空円筒形状もしくは中空多角形状の筒とこの筒の任意の
複数部位にそれぞれ上端部を固定して垂下させた支持棒
とからなる保持治具本体と、前記支持棒の任意の高さに
枢着した複数のリンクに連結され、内側に向けて屈曲し
た爪部を下端に有する保持爪と、この保持爪を前記支持
棒に対して相対的に上下動させることにより保持爪を開
閉する開閉手段と、この開閉手段とは別に前記保持爪を
単結晶のくびれ部に位置決めするために前記筒に連結し
た昇降手段とによって構成されていることを特徴とす
る。上記構成によれば、単結晶保持装置は、具体的には
保持治具本体の中空円筒形状もしくは中空多角形状の筒
に垂下させた支持棒に複数のリンクを介して保持爪を連
結したもので、支持棒、リンク、保持爪により四節リン
ク機構が形成される。従って、保持爪開閉手段により保
持爪を上下動させれば、複数の保持爪が同時に開閉し、
開時には保持爪の下端にある爪部が単結晶の拡径部に干
渉せずに拡径部の外側を通過することができ、閉時には
爪部でくびれ部を保持することができる。また、保持治
具本体の中空円筒形状もしくは中空多角形状の筒に連結
した昇降手段により保持治具の位置決めならびに単結晶
の引き上げを行うことができる。

【００１０】第４の発明は、単結晶製造装置に用いら
れ、引き上げ中の単結晶のくびれ部を保持して上方に引
き上げる単結晶保持装置において、中空円筒形状もしく
は中空多角形状の筒と、この筒の任意の複数部位にそれ
ぞれ上端部を固定して垂下させた支持棒と、この支持棒
の任意の高さに一端が回動自在に取着された複数のリン
クと、複数のリンクの他端部に回動自在に取着され、か
つ、先端が内側に向けて屈曲した爪部を有する保持爪
と、この保持爪に連結され、前記支持棒に対して相対的
に上下動させるとともにリンクにより保持爪を開閉する
開閉手段と、この開閉手段とは別で、かつ、前記筒に連
結されて筒を昇降し前記保持爪を単結晶のくびれ部に位
置決めする昇降手段とからなることを特徴とする。上記
構成によれば、第３発明と同様に、作動し効果が得られ
る。

【００１１】また、第３の発明はあるいは第４の発明を
主体とする第５の発明は、保持爪の爪部間隔をそれぞれ
所定値に保つとともに、保持爪の開閉を防止するストッ
パを設けたことを特徴とする。上記構成によれば、単結
晶保持治具を待機位置から単結晶のくびれ部まで下降さ
せる場合には保持爪が拡径部に接触せず、単結晶保持時
および保持後は保持爪がくびれ部を確実に保持する。そ
して、単結晶の育成により単結晶保持装置に加わる荷重
が増加しても、保持爪が開いて単結晶が落下することが
なく、安定した単結晶の引き上げが可能となる。

【００１２】また、第１の発明はあるいは第４の発明を
主体とする第６の発明は、保持治具本体および保持爪に
作用する荷重を検出する重量センサを設けたことを特徴
とする。本発明による単結晶保持装置で単結晶を保持す
る際に、各保持爪に作用する荷重を重量センサでモニタ
リングし、各保持爪が同時に単結晶に接触するように保
持爪の上昇速度を制御する。前記保持装置で単結晶を保
持した後は、各保持爪が常に均等の荷重で単結晶を保持
するように保持治具本体および保持爪を昇降制御する。
これらの制御は、保持治具本体と保持爪とに重量センサ
を設けることにより可能となり、単結晶のネック部と単
結晶保持装置との荷重配分を所望の状態に調節すること
もできる。

【００１３】

【発明の実施の形態および実施例】次に、本発明に係る
単結晶保持装置の実施例について図面を参照して説明す
る。図１は単結晶製造装置に装着した単結晶保持装置の
概略構成を示す模式図で、単結晶保持治具が育成中の単
結晶を保持している状態を示す。単結晶製造装置の上端
にはワイヤ巻き取り機構１が設けられ、ワイヤ巻き取り
機構１に結晶引き上げワイヤ２を介してシードホルダ３
が吊り下げられている。シードホルダ３に取り付けられ
た種結晶を石英るつぼ４内の融液５に浸漬した後、ネッ
ク部６が形成され、これに続いて単結晶７の拡径部７
ａ、くびれ部７ｂ、肩部７ｃ、直胴部７ｄが形成され
る。

【００１４】単結晶保持治具１０は単結晶７のくびれ部
７ｂを３方向から保持するもので、前記ワイヤ巻き取り
機構１から結晶引き上げワイヤ２を囲むように垂れ下が
る３本のワイヤ１１および３本のワイヤ１２を介して吊
り下げられている。シードホルダ３は、後述する単結晶
保持治具１０の中空円筒状の筒１３Ａ内を自在に通過す
ることができる。

【００１５】図２は単結晶保持装置の下端に吊り下げら
れた単結晶保持治具の斜視図で、保持姿勢の状態を示
す。単結晶保持治具１０は、３本のワイヤ１１に吊り下
げられた保持治具本体１３と、リンク１４、１５と、３
本のワイヤ１２にそれぞれ１個ずつ吊り下げられた保持
爪１６と、開き止め１７とによって構成されている。保
持治具本体１３は、中空円筒形状で構成された筒１３Ａ
と、この筒１３Ａの下面に１２０°ピッチで垂直に３本
の支持棒１３Ｂとを固着した形状で構成され、各支持棒
１３Ｂの下端には外側に向かって水平に突出するストッ
パ１３ａが設けられている。この保持治具本体１３の筒
１３Ａは、本実施例では中空円筒形状で構成している
が、中空の多角形状の筒で構成しても良い。前記ストッ
パ１３ａは、保持姿勢としたとき保持爪１６下端の爪部
位置を規制する。各支持棒には上下のリンク１４、１５
を介して保持爪１６が連結され、保持治具本体１３の支
持棒と上下のリンク１４、１５と保持爪１６とによって
四節リンク機構を構成している。また、保持治具本体１
３の筒１３Ａの外周面には開き止め１７が回動自在に取
着され、上側のリンク１４の上面には前記開き止め１７
の自由端を掛止するくぼみ１４ａが設けられている。開
き止め１７の自由端は、保持治具本体１３に対して保持
爪１６が所定の位置まで下降したとき、くぼみ１４ａに
掛止され、保持爪１６の動きを抑止する。単結晶保持治
具１０はモリブデン、タングステン等の耐熱金属からな
る。なお、保持爪１６は３個に限定されるものではな
く、４個または２個としてもよい。

【００１６】図３はワイヤ巻き取り機構の説明図、図４
はワイヤ巻き取り機構の上面図である。ワイヤ巻き取り
機構１は、結晶引き上げワイヤ２の巻き取りドラム２１
および図示しないモータを中央に設置し、その周囲に保
持治具本体を昇降させるワイヤ１１の巻き取りドラム２
２および図示しないモータ３組と、保持爪を昇降させる
ワイヤ１２の巻き取りドラム２３および図示しないモー
タ３組とを等ピッチに配設したもので、各巻き取りドラ
ム２１、２２、２３はそれぞれ重量センサ２４、２５、
２６の上に載置されている。ワイヤ巻き取り機構１には
プーリ２７が取着され、結晶回転用モータ２８およびベ
ルト２９により回転する。

【００１７】次に、単結晶保持装置の動作について図５
〜図８を参照して説明する。なお、図を見やすくするた
め、図５〜図８では保持爪を２個とし、治具本体および
保持爪を釣支するワイヤを各２本として表示する。単結
晶の育成が直胴工程まで進み、単結晶重量が所定の値に
達するまでの間、単結晶保持治具１０は図５に示すよう
に育成中の単結晶７の上方で待機する。このとき、くぼ
み１４ａをもつ上側のリンク１４および下側のリンク１
５はほぼ水平に維持され、開き止め１７の自由端は保持
爪１６の上部内側に当接している。この状態で単結晶保
持治具１０は“開”となり、保持爪１６の下端の間隔は
最大となる。前記間隔は単結晶７の拡径部７ａの直径よ
り十分に大きく、開き止め１７により保持爪１６の動き
が抑止されているため、単結晶保持治具１０が下降した
とき保持爪１６が拡径部７ａに接触することはない。

【００１８】単結晶７の育成が進んでその重量が所定の
値に達すると、単結晶７の重量を検出する重量センサか
ら制御装置に検出信号が入力される。制御装置は前記検
出信号に基づいて単結晶保持治具１０を釣支するワイヤ
の巻き取りドラムを駆動し、保持治具本体１３を釣支す
るワイヤ１１と保持爪１６を釣支するワイヤ１２とが同
時に等速度で巻き戻される。これにより、単結晶保持治
具１０は図６に示すように“開”のまま所定の位置まで
下降する。保持爪１６の先端は拡径部７ａに接触するこ
となく拡径部７ａのやや下方まで下降する。その後、前
記ワイヤ１１、１２は結晶引き上げワイヤ２と等速で巻
き上げられ、単結晶７と単結晶保持治具１０との相対位
置は一定に維持される。

【００１９】次いで、保持爪１６の巻き取りドラムが駆
動して保持爪１６を釣支するワイヤ１２が同時に等速度
で巻き戻される。これにより、図７に示すように保持爪
１６のみが下降し、保持爪１６が保持治具本体１３下端
のストッパ１３ａに当接すると下降が停止する。このと
き、保持爪１６の先端の高さはくびれ部７ｂの高さとほ
ぼ一致する。また、保持爪１６の下降に伴って開き止め
１７の自由端は上側のリンク１４の上面をすべってくぼ
み１４ａ（図５参照）に落ち込むため、保持爪１６の開
きが抑止される。この状態で単結晶保持治具１０は
“閉”となり、保持爪１６の下端の間隔は最小となる。
前記間隔は単結晶７のくびれ部７ｂの直径より大きく、
ストッパ１３ａの先端が保持爪１６に当接しているた
め、保持爪１６の先端がくびれ部７ｂに衝突することは
ない。

【００２０】その後、保持治具本体１３を釣支するワイ
ヤ１１と保持爪１６を釣支するワイヤ１２とを同時に等
速度で巻き上げると、単結晶保持治具１０が上昇し、保
持爪１６の先端がくびれ部７ｂの上側円錐面に当接して
単結晶７を保持する。この場合、単結晶保持治具１０の
上昇速度は単結晶７の引き上げ速度を僅かに上回るよう
に制御され、各保持爪１６に加えられる荷重を検出する
重量センサの検出値に基づいて各保持爪の単結晶７への
接触の有無の確認と負荷の均等化の制御が行われる。そ
して、各保持爪１６の負荷が均等になった後、単結晶保
持治具１０の上昇速度を単結晶７の引き上げ速度と同一
に制御する。

【００２１】単結晶保持治具１０で単結晶７を保持した
後、ネック部は所定の荷重を負担し、残りの単結晶重量
は単結晶保持治具１０が負担する。単結晶保持治具１０
が単結晶の全重量を負担することは容易であるが、一部
をネック部に負担させることにより単結晶保持治具１０
の負担能力を増加させることができる。単結晶保持治具
１０が負担している重量は保持治具本体１３に加えられ
る荷重を検出する重量センサにより検出され、保持爪１
６に加えられる荷重を検出する重量センサは各保持爪の
荷重の均一化制御に用いられる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
の効果を発揮する。 （１）単結晶保持治具を待機位置から保持位置に下降さ
せるときおよび保持爪を閉じて保持姿勢にしたときのい
ずれの場合も保持爪が単結晶に接触せず、単結晶を保持
する場合は各保持爪に加わる荷重を重量センサで検出し
て荷重が均等になるようにワイヤ巻き取り量を調節する
ため、育成中の単結晶に振動あるいは衝撃を与えずに保
持することができ、多結晶化を防止することができる。 （２）単結晶保持治具に保持爪の開きを防止する手段を
設けたので、保持後の単結晶重量の増加にかかわらず保
持治具から単結晶が落下しない。 （３）単結晶保持治具の垂直方向長さが短いので、育成
する単結晶の軸方向長さを制限しない。 （４）上記各項により、大径かつ軸方向長さの長い単結
晶の製造において品質および生産性を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】単結晶製造装置に装着した単結晶保持装置の概
略構成を示す模式図である。

【図２】単結晶保持治具の斜視図である。

【図３】ワイヤ巻き取り機構の説明図である。

【図４】ワイヤ巻き取り機構の上面図である。

【図５】単結晶保持治具が育成中の単結晶の上方で待機
している状態を示す模式図である。

【図６】単結晶保持治具が所定の位置に下降した状態を
示す模式図である。

【図７】単結晶保持治具を保持姿勢にした状態を示す模
式図である。

【図８】単結晶保持治具で単結晶を保持した状態を示す
模式図である。

【符号の説明】

１…ワイヤ巻き取り機構、２…結晶引き上げワイヤ、６
…ネック部、７…単結晶、７ａ…拡径部、７ｂ…くびれ
部、１０…単結晶保持治具、１１，１２…ワイヤ、１３
…保持治具本体、１３ａ…ストッパ、１４，１５…リン
ク、１６…保持爪、１７…開き止め、２１，２２，２３
…巻き取りドラム、２４，２５，２６…重量センサ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 種結晶の下端にネック部と、これに続く
   拡径部と、拡径部より小径のくびれ部とを形成した単結
   晶を保持する単結晶保持装置において、昇降手段に連結
   された保持治具本体と、前記保持治具本体にリンクを介
   して開閉自在に連結され、単結晶のくびれ部を保持する
   ときを除いて単結晶との接触を回避することが可能な複
   数の保持爪とを備えていることを特徴とする単結晶保持
   装置。
2. 【請求項２】 保持爪を開いたとき保持爪の爪部は拡径
   部よりも外側の位置で停止し、保持爪を閉じたとき保持
   爪の爪部はくびれ部よりも外側の位置で停止することを
   特徴とする請求項１記載の単結晶保持装置。
3. 【請求項３】 単結晶製造装置に用いられ、育成中の単
   結晶のくびれ部を保持して引き上げる単結晶保持装置に
   おいて、中空円筒形状もしくは中空多角形状の筒とこの
   筒の任意の複数部位にそれぞれ上端部を固定して垂下さ
   せた支持棒とからなる保持治具本体と、前記支持棒の任
   意の高さに枢着した複数のリンクに連結され、内側に向
   けて屈曲した爪部を下端に有する保持爪と、この保持爪
   を前記支持棒に対して相対的に上下動させることにより
   保持爪を開閉する開閉手段と、この開閉手段とは別に前
   記保持爪を単結晶のくびれ部に位置決めするために前記
   筒に連結した昇降手段とによって構成されていることを
   特徴とする請求項１記載の単結晶保持装置。
4. 【請求項４】 単結晶製造装置に用いられ、引き上げ中
   の単結晶のくびれ部を保持して上方に引き上げる単結晶
   保持装置において、中空円筒形状もしくは中空多角形状
   の筒と、この筒の任意の複数部位にそれぞれ上端部を固
   定して垂下させた支持棒と、この支持棒の任意の高さに
   一端が回動自在に取着された複数のリンクと、複数のリ
   ンクの他端部に回動自在に取着され、かつ、先端が内側
   に向けて屈曲した爪部を有する保持爪と、この保持爪に
   連結され、前記支持棒に対して相対的に上下動させると
   ともにリンクにより保持爪を開閉する開閉手段と、この
   開閉手段とは別で、かつ、前記筒に連結されて筒を昇降
   し前記保持爪を単結晶のくびれ部に位置決めする昇降手
   段とからなることを特徴とする単結晶保持装置。
5. 【請求項５】 保持爪の爪部間隔をそれぞれ所定値に保
   つとともに、保持爪の開閉を防止するストッパを設けた
   ことを特徴とする請求項３あるいは請求項４記載の単結
   晶保持装置。
6. 【請求項６】 保持治具本体および保持爪に作用する荷
   重を検出する重量センサを設けたことを特徴とする請求
   項１あるいは請求項４記載の単結晶保持装置。