JPH11106281A - 単結晶引上げ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 引上げ中の単結晶を把持具などにより把持す
るときに単結晶の自重の移動をスムーズに行い、自重移
動後の引上げ駆動を単一の駆動源で行い、全ての駆動装
置を単結晶を格納する真空チャンバの外部に配置して単
結晶の汚染、有転移化を防止する。 【解決手段】 種結晶３の下方の径拡大部５を側面から
把持するエアシリンダ１４Ａ、１４Ｂが設けられ、上下
方向に移動可能である。エアシリンダ１４Ａ、１４Ｂを
種結晶ホルダ２に対して上下方向に位置制御し、かつ上
下方向の位置制御中以外のときは、無転位化軸用の種結
晶引上げ手段２０の動力を伝達することによりエアシリ
ンダ１４Ａ、１４Ｂを種結晶ホルダ２と一体的に上下動
させるよう構成し、かつこれらの駆動源を単結晶を格納
する真空チャンバ１８の外部に配置している。

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、高重量の単結晶を引
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
の引上げプロセスは外部からの振動に非常に敏感で、容
易に多結晶化しやすい工程である。したがって、単結晶
の引上げに際し、外乱を与えることなく、かつ結晶の自
重をネッキング部からくびれなどの把持位置にいかにス
ムーズかつソフトに移動させるかという点が問題となっ
ている。また、引上げ炉内は高温であるので、把持機構
などに耐熱性が求められ、さらに微小なパーティクル
（粉塵）の混入は結晶品質を劣化させるので極力排除し
なければならない。従来の技術ではこれらの問題全てを
明確に解決しているものはない。特開平５−２７０９７
４号公報、特開平５−２７０９７５号公報、特開平５−
３０１７９３号公報では、種結晶の引上げ機構と把持装
置の引上げ機構は異なる駆動源からなり、これらをどの
ように同期運転するかの開示あるいは示唆がない。

【０００７】特開平９−２８９３号公報では、種結晶の
引上げ機構と把持装置の引上げ機構は異なる駆動源から
なり、これらは同期運転あるいは独立して運転される旨
の開示があるが、同期運転の場合その制御工程が複雑で
あり、制御に要する装置も複雑かつ高コストである。さ
らに、特公平７−５１５号公報では、把持装置を単結晶
のくびれに係合させるための上下動機構が種結晶の引上
げ機構を形成するシャフトに設けられ、係合後は種結晶
の引上げ機構の制御のみで把持装置をも種結晶と同期し
て引き上げる構成が開示されてはいるが、係合部を停止
させるための有効な手段についての開示や示唆がなく、
実現性に乏しいと言わざるを得ない。また、特公平７−
５１５号公報及び特開平７−１７２９８１号公報では、
駆動機構などの金属同士が接触するネジ部や機械駆動部
を高温の引上げ炉内に配置しているので、耐熱対策が困
難であったり、高温下において機械的機構が十分に機能
しないことがあるなどの不具合があるのみならず、機械
的接触部分から発生するパーティクルによる悪影響を受
けやすく単結晶の引上げが阻害されることがあるという
問題点がある。

【０００８】また、特開平９−２８９３号公報では、駆
動機構をすべて真空チャンバの外部に配置し、高温下の
環境及び引上げ炉内へのパーティクルの混入の問題を回
避し、かつ種結晶の引上げ速度と把持機構の引上げ速度
を同期制御することにより、上記従来の問題点をすべて
同時に解決しようとの試みがなされている。しかし、こ
の同期制御は、種結晶の引上げ用ワイヤを巻き取るワイ
ヤドラムと把持手段が連結された引上げドライブの２つ
の引上げ速度を相互に調整することで実現しているもの
であり、制御機構と制御プロセスが複雑で装置の設計、
製造のコストが高くまた保守を容易に行うことが困難で
あるという問題がある。

【０００９】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、また、
単結晶の引上げに際し、結晶の自重をネッキング部から
くびれなどの把持位置にスムーズかつソフトに移動させ
ることができ、かつ高温下の影響及びパーティクル混入
の問題を回避した単結晶引上げ装置を比較的簡単な構成
と低コストで実現することを目的とする。

【００１０】

【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、種結晶の下方に形成される径拡大部の側面
に係合する把持部材を種結晶ホルダに対して上下方向に
位置制御し、かつ上下方向の位置制御中以外のときは、
種結晶引上げ手段の動力を伝達することにより把持部材
を種結晶ホルダと一体的に上下動させるよう構成すると
ともに、各駆動機構をルツボ及び成長させる単結晶を格
納する真空チャンバの外部に配置している。

【００１１】すなわち本発明によれば、溶融結晶を保持
可能なルツボの上方で種結晶を支持する種結晶ホルダを
回転させる回転手段と、前記種結晶ホルダを速度制御し
つつ引き上げることにより前記種結晶を引き上げる種結
晶引上げ手段と、前記種結晶ホルダと共に回転可能で、
かつ前記種結晶ホルダの上下方向の移動に伴って上下方
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でかつ、直胴部の上に形成
される一定の径を有する径拡大部の側面を把持するため
に先端が開閉可能な把持部材と、前記把持部材を前記種
結晶ホルダに対して上下方向に位置制御し、かつ前記上
下方向の位置制御中以外のときは、前記種結晶引上げ手
段の動力を伝達することにより前記把持部材を前記種結
晶ホルダと一体的に上下動させる結晶保持位置制御手段
と、前記把持部材の先端を開閉させ、前記把持部材の先
端が閉じたとき前記径拡大部の側面を把持するよう前記
径拡大部の側面に前記把持部材の先端を移動させる把持
部材開閉手段とを、有し、前記各手段の駆動機構が前記
ルツボ及び成長させる単結晶を格納する真空チャンバの
外部に位置する単結晶引上げ装置が提供される。

【００１２】また本発明によれば、溶融結晶を保持可能
なルツボの上方で種結晶を支持する種結晶ホルダに連結
されたシャフトと、前記シャフトを回転させる回転手段
と、前記シャフトを速度制御しつつ引き上げることによ
り前記種結晶を引き上げる種結晶引上げ手段と、前記シ
ャフトと共に回転可能で、かつ前記シャフトの上下方向
の移動に伴って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でか
つ、直胴部の上に形成される一定の径を有する径拡大部
の側面を把持するために先端が開閉可能な把持部材と、
前記把持部材を前記シャフトに対して上下方向に位置制
御し、かつ前記上下方向の位置制御中以外のときは、前
記種結晶引上げ手段の動力を伝達することにより前記把
持部材を前記シャフトと一体的に上下動させる結晶保持
位置制御手段と、前記把持部材の先端を開閉させ、前記
把持部材の先端が閉じたとき前記径拡大部の側面を把持
するよう前記径拡大部の側面に前記把持部材の先端を移
動させる把持部材開閉手段とを、有し、前記各手段の駆
動機構が前記ルツボ及び成長させる単結晶を格納真空チ
ャンバの外部に位置する単結晶引上げ装置が提供され
る。

【００１３】

【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
装置の第１実施形態及びその引上げ工程を示す説明図で
ある。図１において、引上げシャフト１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。引上げシャフト１は成長させる単
結晶７と石英ルツボ１０を格納する真空室を構成し、か
つ静止部分であるメカニカルチャンバ１８に対して上下
動可能な円板状の第１構造体２４に設けられたモータ２
８により回転可能に配されている。すなわち、モータ２
８は図示省略のプーリ、ベルト２６、引上げシャフト１
に取り付けられたプーリ２７を介して引上げシャフト１
を回転させる構造となっている。この引上げシャフト１
は、いわゆる無転位化のための引上げを行うもので、無
転位化軸ともいわれる。第１構造体２４は雌ネジが内部
に設けられている図示省略のネジ部（ナット部）を有
し、このネジ部はメカニカルチャンバ１８に取り付けら
れている第１モータ２０により回転する雄ネジ付きロッ
ド２２Ａ（ボールネジ）と螺合している。したがって、
第１モータ２０の回転により、第１構造体２４及び、こ
れに取り付けられているモータ２８とシャフト１は石英
ルツボ１０に対して上下に移動可能である。なお、引上
げシャフト１は第１構造体２４に対してベアリング２４
Ｂを介して回転可能に支持されている。

【００１４】第１構造体２４には雄ネジ付きロッド３２
Ａ（ボールネジ）とガイドロッド３２Ｂの上端が固定さ
れていて、雄ネジ付きロッド３２Ａは円板状第２構造体
３４に設けられている雌ネジが内部に設けられている図
示省略のネジ部に螺合している。雄ネジ付きロッド３２
Ａは第２構造体３４に設けられている第２モータ３０に
より回転可能であり、その回転により、第２構造体３４
は第１構造体２４に対して上下に移動可能である。さら
に、第２構造体３４には圧縮ガス導入部３６が設けられ
ている。圧縮ガス導入部３６はベアリング３６Ｂを介し
て引上げシャフト１の外周に接していて、図示省略のポ
ンプから供給される圧縮ガスを受け入れる。また、第２
構造体３４はベアリング３４Ｂを介して引上げシャフト
１の周囲に同軸で配されているシリンダ５０の外周に接
している。雄ネジ付きロッド３２Ａとガイドロッド３２
Ｂは、それぞれ第２構造体３４から下方に伸長して、そ
れらの下端は第３構造体４０に固定されている。また、
第３構造体４０はシリンダ５０の外周に対してベアリン
グ４０Ｂを介して接している。したがって、シリンダ５
０は第２構造体３４と第３構造体４０に対して回転可能
である。第３構造体４０には、それ自体を補強し、かつ
ベアリング４０Ｂを保持する環状板４２が設けられてい
る。

【００１５】図２は、図１中の線ＩＩ−ＩＩ’での断面
図である。シリンダ５０は二重構造であり、圧縮ガス導
入部３６から導入される圧縮ガスを導く環状通路５０Ｐ
を有している。すなわち、シリンダ５０は内シリンダ５
０Ｂと外シリンダ５０Ａを有し、これらは、引上げシャ
フト１に同軸に配されている。また、引上げシャフト１
の外周には軸方向に伸長する突起１Ａが設けられ、一
方、内シリンダ５０Ｂの内周部には、この突起１Ａを受
入れる凹部５０Ｃが設けられている。よって、引上げシ
ャフト１の回転により、シリンダ５０は同期回転可能で
ある。シリンダ５０の下端からは引上げシャフト１が露
出している。また、シリンダ５０の下端近傍には、下方
に伸長する２本のアーム１２Ａ、１２Ｂが取り付けられ
ている。シリンダ５０はボールベアリング１８Ｂを介し
てメカニカルチャンバ１８に対して回動可能とされ、か
つシール部材５９にてメカニカルチャンバ１８の内部は
真空あるいは不活性ガスが気密に保たれる。なお、引上
げシャフト１とシリンダ５０の間の空間もすべて図示省
略のシール部材により気密に保たれる。

【００１６】把持アーム１２Ａ、１２Ｂの下端は、それ
ぞれＬ字の形状となって、その先端には径拡大部５の側
面を把持するエアシリンダ１４Ａ、１４Ｂが取り付けら
れている。図１では２つのエアシリンダ１４Ａ、１４Ｂ
が示されているが、図３に示すように把持アーム１２
Ａ、１２Ｂの下端に取り付けられたリング状部材１６に
放射状に４つのエアシリンダ１４Ａ〜１４Ｄを設けるこ
とができる。なお、複数のエアシリンダ１４Ａ〜１４Ｄ
をリング状部材１６により放射方向に配置して固定する
ことにより、各エアシリンダ１４Ａ〜１４Ｄのピストン
５２の軸は放射方向（半径方向）に配置され、かつ水平
方向（単結晶の引き上げ方向に垂直な方向）に配置され
ることとなる。かかるリング状部材１６を用いることに
より、ピストン５２による水平方向の反作用が補償され
る。

【００１７】把持アームは図１では２つが示されている
が、必要に応じて３個以上設けることができる。メカニ
カルチャンバ１８の上部に配されている各機構や部材は
すべて、真空チャンバ外であり、よって、可動部の運動
による真空チャンバ（メカニカルチャンバ）１８内への
粉塵の影響を極めて少なくすることができる。

【００１８】図４はエアシリンダ１４Ｂの構造を示す模
式的断面図である。エアシリンダ１４Ｂは固定支持部５
３に対して垂直に移動可能なピストン５２を有し、ピス
トン５２の先端にはヘッド５６が取り付けられ、保持部
の外縁部とヘッド５６の外縁部はベローズ５４により接
続されてピストン室５７が画定されている。ベローズ５
４は、それ自体の収縮力により、ガス圧がピストン室５
７に加わらない状態では、縮んだ状態である。ヘッド５
６の先端には径拡大部５の側面に接触可能な接触部材５
８が取り付けられている。固定支持部５３にはシリンダ
５０の環状通路５０Ｐと、把持アーム１２Ａ、１２Ｂの
図示省略の内部空間を通って供給される圧縮ガスをピス
トン室５７に導く連通孔５５が設けられている。なお、
径拡大部５に体して開閉するのは、複数の接触部材５８
であって、把持アーム１２Ａ、１２Ｂ自体は径拡大部５
半径方向に移動するものではない。

【００１９】次に図１の単結晶引上げ装置の動作につい
て説明する。単結晶本体７を製造する場合、メカニカル
チャンバ１８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、メカニカルチャンバ
１８内の下方に設けられた石英ルツボ１０内の多結晶を
加熱して溶融する。引上げの準備が完了すると、まず、
第１モータ２０を運転して、第１構造体２４を下降さ
せ、よって無転位化軸である引上げシャフト１を図中下
方に引き下げて種結晶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てなじませる。このとき、
把持アーム１２Ａ、１２Ｂは先端のエアシリンダ１４Ａ
〜１４ＤがＳｉ融液１１に接触しない位置に待機し、ま
た、エアシリンダ１４Ａ〜１４Ｄの接触部材５８は、引
上げ中の径拡大部５に接触しないように開いている（図
１は閉じた状態を示している）。

【００２０】次いで所定時間経過後に第１モータ２０を
先程とは逆回転させて、第１構造体２４を上昇させ、種
結晶３を比較的速い速度で上方に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
（ダッシュネック）４を形成させる。次いで引上げ速度
を比較的遅くしてネック部４の下に支持用の径拡大部５
を所定長さにわたって形成した後、引上げ速度を比較的
遅くして、径拡大部５の下に単結晶本体部分７の形成を
開始させる。

【００２１】前述の径拡大部５の側面を把持するための
エアシリンダ１４Ａ〜１４Ｄに圧縮ガス導入部３６、シ
リンダ５０の環状通路５０Ｐ、把持アーム１２Ａ、１２
Ｂ内にある図示省略の通路を介して圧縮ガスを供給する
ことにより、接触部材５８が径拡大部５の側面を放射方
向の４方向から挟み込むように把持する。接触部材５８
が径拡大部５の側面を把持するのは、引上げシャフト１
にかかる単結晶７の荷重が１００ｋｇ程度となったとき
である。把持アーム１２Ａ、１２Ｂがシリンダ５０によ
り回転することにより、エアシリンダ１４Ａ〜１４Ｄは
径拡大部５と共に回転する。また、把持アーム１２Ａ、
１２Ｂは、把持状態で径拡大部５を引き上げるために第
２構造体３４により上下移動可能に構成されている。

【００２２】上記エアシリンダ１４Ａ〜１４Ｄによる径
拡大部５の側面の把持について詳しく説明する。引上げ
シャフト１の引上げにより径拡大部５が所定の高さまで
上昇すると、エアシリンダ１４Ａ〜１４Ｄの接触部材５
８が径拡大部５の側面に位置するように、第２モータ３
０を運転して第２構造体３４を下降させて所定位置で第
２モータ３０を停止する。次いで、径拡大部５の側面を
把持するためのエアシリンダ１４Ａ〜１４Ｄに圧縮ガス
を供給することにより、ピストン５２が移動して、ベロ
ーズ５４が伸び、接触部材５８が径拡大部５の側面を放
射方向の４方向から挟み込むように把持する。その結
果、接触部材５８は径拡大部５の側面を４方向から挟み
込んだ状態となる。ガス圧が所定となると、図示省略の
バルブが閉じ、加圧状態、すなわち把持状態が維持され
る。この状態で第１モータ２０を運転し、第１構造体２
４、第２構造体３４を一体的に引き上げることにより、
引上げシャフト１と接触部材５８を同期して引き上げ
る。この段階で、結晶本体部分７がこの把持による振動
などにより多結晶化しないように、把持後の単結晶荷重
の移動をスムーズかつソフトに実行する必要がある。な
お、バネなどで構成される図示省略の緩衝装置を引上げ
シャフト１の途中に設けることは、この移動が衝撃を伴
わずに行われるので好ましい。

【００２３】上記説明からわかるように、エアシリンダ
１４Ａ〜１４Ｄの駆動により径拡大部５が把持された状
態では、第２モータ３０は停止し、第２構造体３４は第
１構造体２４に対して固定される。この状態で、第１モ
ータ２０による駆動のみで第１構造体２４と第２構造体
３４が一体となって上昇する。したがって、種結晶３と
接触部材５８は完全に同一の速度にて上昇することとな
る。第１モータ２０の速度制御は成長させる単結晶７の
直径の観測や融液１１の温度測定結果などを用いて自動
制御することができる。換言すれば、本実施形態では無
転位化軸である引上げシャフト１と径拡大部５を把持す
る部材、すなわちシリンダ５０、接触部材５８などが一
体となって単一の駆動源、すなわち第１モータ２０によ
り引き上げられるので、引上げ速度の制御は、無転位化
軸のみについて行えばよく、制御が簡単で、かつ容易に
単結晶の自重を移動させて、無転位化を実現することが
できる。この機能は以下の実施形態にも共通である。な
お、停電時などに、ガス圧が低下して、径拡大部５の把
持力が弱まることは単結晶の落下事故につながる可能性
があるので、圧縮ガスの通路にバルブを設け、一旦、加
圧状態、すなわち、図４のピストン５２が接触部材５８
を閉じた状態となると、このバルブが自動的に閉じて、
所定値以上の把持力を継続する構成とすることが好まし
い。

【００２４】次に図５により本発明の単結晶引上げ装置
の第２実施形態について説明する。第２実施形態は第１
実施形態の変形例である。図５において、引上げシャフ
ト１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が取り付けられている点などは第
１実施形態と同様である。シャフト１は、静止部分であ
るメカニカルチャンバ１８に対して上下動可能な第１構
造体２４に設けられたモータ２８により回転可能に配さ
れている。第１構造体２４は雌ネジが内部に設けられて
いるネジ部２５（ナット部）を有し、このネジ部２５は
メカニカルチャンバ１８に取り付けられている第１モー
タ２０により回転する雄ネジ付きロッド２２と螺合して
いる。したがって、第１モータ２０の回転により、第１
構造体２４及び、これに取り付けられているモータ２８
とシャフト１は石英ルツボ１０に対して上下に移動可能
である。

【００２５】第１構造体２４には雄ネジ付きロッド３２
の下端が固定されていて、雄ネジ付きロッド３２は第２
構造体３４に設けられている雌ネジが内部に設けられて
いるネジ部３３に螺合している。雄ネジ付きロッド３２
は第２構造体３４に取り付け部材３１により設けられて
いる第２モータ３０により回転可能であり、その回転に
より、第２構造体３４は第１構造体２４に対して上下に
移動可能である。さらに、第２構造体３４は下方に伸長
する伸長部３５と、伸長部３５の下端から水平に伸長す
る板部３７を有し、これらは第２構造体３４と一体とな
って上下動するものである。板部３７の上面にはシリン
ダ５０のフランジ５０Ｆがベアリング３７Ｂを介して回
動可能に支持されている。シリンダ５０は、上記フラン
ジ５０Ｆを除き、第１実施形態のシリンダ５０と同様、
圧縮ガスを導く二重構造となっていて、引上げシャフト
１に同軸に配されている。また、シリンダ５０は第１実
施形態同様、図２の構造により引上げシャフト１の回転
に同期して回転する。シリンダ５０の下方には、第１実
施形態同様、把持アーム１２Ａ、１２Ｂと、その先端に
取り付けられたエアシリンダ１４Ａ〜１４Ｄが設けられ
ている。

【００２６】シリンダ５０は図示省略のボールベアリン
グを介してメカニカルチャンバ１８に対して回動可能と
され、かつシール部材５９にてメカニカルチャンバ１８
の内部は真空あるいは不活性ガスが気密に保たれる。な
お、シャフト１とシリンダ５０の間の空間もすべて図示
省略のシール部材により気密に保たれる。

【００２７】次に図５の単結晶引上げ装置の動作につい
て第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。メカニ
カルチャンバ１８内の下方に設けられた石英ルツボ１０
内の多結晶を加熱して溶融し、引上げの準備が完了する
と、まず、第１モータ２０を運転して、第１構造体２４
を下降させ、よって引上げシャフト１を図中下方に引き
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てなじませる。このとき、アーム１
２Ａ、１２Ｂは先端のエアシリンダ１４Ａ〜１４ＤがＳ
ｉ融液１１に接触しない位置に待機し、また、エアシリ
ンダ１４Ａ〜１４Ｄは、引上げ中の径拡大部５に接触し
ないように開いている（図５の状態）。

【００２８】次いで所定時間経過後に第１モータ２０を
先程とは逆回転させて、第１構造体２４を上昇させ、種
結晶３を比較的速い速度で上方に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の下に支持用の径拡大部５を所定長にわたって形
成した後、引上げ速度を比較的遅くて、結晶本体部分７
の形成を開始させる。

【００２９】径拡大部５が所定の高さまで上昇すると、
エアシリンダ１４Ａ〜１４Ｄの接触部材把持アーム５８
が径拡大部５の側面近傍に位置するように、第２モータ
３０を運転して第２構造体３４を下降させて所定位置で
第２モータ３０を停止する。次いで、ポンプ６２を運転
して圧縮ガスをエアシリンダ１４Ａ〜１４Ｄに送り込
み、接触部材５８が閉じて径拡大部５を側面から保持す
るようにする。図５中、ポンプ６２から圧縮ガスはバル
ブ６４と配管６６を介してシリンダ５０のガス通路５０
Ｐに導かれる。この状態で接触部材５８は径拡大部５を
把持している。その後、第１モータ２０を回転させるこ
とにより、第１構造体２４と第２構造体３４は一体的に
上昇し、よって引上げシャフト１と接触部材５８は同期
して上昇する。なお、バルブ６４は第１実施形態で説明
したように自動的に閉じることにより圧力を維持するも
のである。

【００３０】次に図６により本発明の単結晶引上げ装置
の第３実施形態について説明する。第３実施形態は第２
実施形態の変形例である。図６において、引上げシャフ
ト１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が取り付けられている点などは第
２実施形態と同様である。シャフト１は、静止部分であ
るメカニカルチャンバ１８に対して上下動可能な第１構
造体２４に設けられたモータ２８により回転可能に配さ
れている。第１構造体２４は雌ネジが内部に設けられて
いるネジ部２４Ａ（ナット部）を有し、このネジ部２４
Ａはメカニカルチャンバ１８に取り付けられている第１
モータ２０により回転する雄ネジ付きロッド２２Ａと螺
合している。したがって、第１モータ２０の回転によ
り、第１構造体２４及び、これに取り付けられているモ
ータ２８とシャフト１は石英ルツボ１０に対して上下に
移動可能である。２２Ｂはガイドロッドであり、スライ
ダ２４Ｂを介して摺動可能に第１構造体２４に取り付け
られている。

【００３１】第１構造体２４から引上げシャフト１が下
方に伸長しているが、引上げシャフト１の外周には第２
構造体３４が固定されている。第２構造体３４は雄ネジ
付きロッド３２を回転させる第２モータ３０が取り付け
られている。また、結晶保持部シャフト６０がスライダ
３８を介して摺動可能に第２構造体３４に支持されてい
る。結晶支持シャフト６０には雄ネジ付きロッド３２に
螺合するナット部材３２Ａが固定されている。第２構造
体３４にはバランスウエイト４４が支持台４２、バラン
スウエイト位置調整部材４３を介して第２構造体３４に
取り付けられている。

【００３２】引上げシャフト１と結晶支持シャフト６０
は平行に配され、回転板４６を貫通してメカニカルチャ
ンバ１８内へ伸長している。回転板４６はベアリング４
６Ｂを介してメカニカルチャンバ１８の上に回転可能に
支持されている。１８Ｓ、４６Ｓ、６０Ｓはそれぞれシ
ール部材である。結晶支持シャフト６０の下端には複数
のエアシリンダ１４Ａ、１４Ｂが取り付けられている。
これらのエアシリンダ１４Ａ、１４Ｂの構造は、本質的
に第１及び第２実施形態のものと同様であり、図３に示
すように放射状に配された４つのエアシリンダ１４Ａ〜
１４Ｄが設けられている。第３実施形態では、結晶支持
シャフト６０が引上げシャフト１とは同軸ではなく、引
上げシャフト１の周囲を回転するものであり、また結晶
支持シャフト６０が中空構造で、その中空部が圧縮空気
流路６０Ｃを形成し、この圧縮空気流路６０Ｃが各エア
シリンダ１４Ａ、１４Ｂに圧縮空気を供給する構造とな
っている。なお、結晶支持シャフト６０は第２構造体３
４と共に、すなわち引上げシャフト１とともに回転する
ので、各エアシリンダ１４Ａ、１４Ｂの先端の接触部材
５８は径拡大部５と同期回転することとなる。

【００３３】次に図６の単結晶引上げ装置の動作につい
て第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。メカニ
カルチャンバ１８内の下方に設けられた石英ルツボ１０
内の多結晶を加熱して溶融し、引上げの準備が完了する
と、まず、第１モータ２０を運転して、第１構造体２４
を下降させ、よってシャフト１を図中下方に引き下げて
種結晶３を石英るつぼ１０内のＳｉ融液１１の表面に対
して浸漬させてなじませる。このとき、結晶支持シャフ
ト６０はエアシリンダ１４Ａ〜１４ＤがＳｉ融液１１に
接触しない位置に待機し、また、接触部材５８は、引上
げ中の径拡大部５に接触しないように開いている。

【００３４】次いで所定時間経過後に第１モータ２０を
先程とは逆回転させて、第１構造体２４を上昇させ、種
結晶３を比較的速い速度で上方に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を形成させる。次いで引上げ速度を比較的遅くしてネ
ック部４の下に支持用の径拡大部５を所定長にわたって
形成した後、引上げ速度を比較的遅くて、結晶本体部分
７の形成を開始させる。

【００３５】径拡大部５が所定の高さまで上昇すると、
エアシリンダ１４Ａ〜１４Ｄの接触部材把持アーム５８
が径拡大部５の側面近傍に位置するように、第２モータ
３０を運転して第２構造体３４を下降させて、所定位置
で第２モータ３０を停止する。次いで、圧縮ガスをエア
シリンダ１４Ａ〜１４Ｄに送り込み、接触部材５８が閉
じて径拡大部５を側面から保持するようにする。この状
態で接触部材５８は径拡大部５を把持している。その
後、第１モータ２０を回転させることにより、第１構造
体２４と第２構造体３４は一体的に上昇し、よって引上
げシャフト１と接触部材５８は同期して上昇する。

【００３６】上記各実施形態において、第２構造体３４
を下降させるタイミングやエアシリンダ１４Ａ〜１４Ｄ
を作動させるタイミングの決定は、目視によることもで
きるが、例えばＣＣＤカメラなどで単結晶の径を撮像
し、出力信号を画像処理することによりこれらのタイミ
ングを決定して自動的に制御することが可能である。あ
るいは、かかる自動制御にてタイミングを決定してか
ら、操作員による目視確認を併用することもできる。ま
た、接触部材５８が径拡大部５に接触したことを光セン
サで検出したり、あるいは、エアシリンダ１４Ａ〜１４
Ｄとこれに接続された部材を電流経路として用いること
により、径拡大部５との接触を検出することもできる。

【００３７】上記各実施形態では、エアシリンダを用い
て単結晶の径拡大部５の側面を把持しているが、空気以
外のガスを用いることができる。また、ガス圧駆動のみ
ならず、油圧駆動装置を用いても同様の効果を得ること
ができる。また、上記各実施形態では、引上げシャフト
１と接触部材５８が同期回転するための構成が示されて
いるが、これらに限らず、ギヤやベルトとプーリなどを
組み合わせたものを用いることもできる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、種
結晶の下に形成される単結晶の径拡大部の側面を把持す
る機構が一端径拡大部を把持した後は、種結晶の引上げ
のための動力を径拡大部を把持する機構に伝達し、無転
位化軸用の単一の引上げ駆動源により、種結晶と径拡大
部を把持する機構を上昇させるようにしているので、制
御が簡単であり、単結晶の自重の移動がスムーズかつソ
フトに行え、かつ構成が複雑でなく低コストで安定した
引上げを実現することができる。また、各駆動機構を真
空チャンバの外部に配置したので、高温下の影響を受け
ることがなく、かつ真空チャンバ内へのパーティクル混
入の問題を回避することができる。さらに、引上げシャ
フトに緩衝装置を設けることにより、単結晶の自重の移
動の際、よりスムーズかつソフトな移動が可能となる。

【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第１実施形態
を模式的に示す部分断面図である。

【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ’線での断面図である。

【図３】第１実施形態におけるアームとエアシリンダの
関係を示す斜視図である。

【図４】第１実施形態におけるエアシリンダと径拡大部
との関係を示す断面図である。

【図５】本発明に係る単結晶引上げ装置の第２実施形態
を模式的に示す部分断面図である。

【図６】本発明に係る単結晶引上げ装置の第３実施形態
を模式的に示す部分断面図である。

【符号の説明】

１ 引上げシャフト ２ 種結晶ホルダ ３ 種結晶 ４ ダッシュネック（ネック部） ５ 径拡大部 ７ 単結晶本体 １０ 石英ルツボ １１ Ｓｉ融液 １２Ａ、１２Ｂ 把持アーム １４Ａ〜１４Ｄ エアシリンダ（把持部材開閉手段：ガ
ス圧駆動装置） １６ リング状部材 １８ メカニカルチャンバ（真空チャンバ） ２０ 第１モータ（第１駆動部） ２８ 引上げシャフト回転モータ ３０ 第２モータ（第２駆動部） ２２、２２Ａ、３２ ネジ付きロッド ２４ 第１構造体 ２４Ａ、２５、３２Ａ 雌ネジ部（ナット部） ３４ 第２構造体（第２モータ、シリンダ５０、アーム
１２Ａ、１２Ｂと共に結晶位置制御手段を構成する：第
２モータ、結晶支持シャフト６０と共に結晶位置制御手
段を構成する） ４０ 第３構造体 ４４ バランスウエイト ４６ 回転板 ５０ シリンダ ５８ 接触部材（把持部材） ６０ 結晶支持シャフト ６２ ポンプ ６４ バルブ ６６ 配管 １８Ｓ、４６Ｓ、６０Ｓ シール部材

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融結晶を保持可能なルツボの上方で種
   結晶を支持する種結晶ホルダを回転させる回転手段と、 前記種結晶ホルダを速度制御しつつ引き上げることによ
   り前記種結晶を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、かつ前記種結晶ホ
   ルダの上下方向の移動に伴って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
   結晶の下方でかつ、直胴部の上に形成される一定の径を
   有する径拡大部の側面を把持するために先端が開閉可能
   な把持部材と、 前記把持部材を前記種結晶ホルダに対して上下方向に位
   置制御し、かつ前記上下方向の位置制御中以外のとき
   は、前記種結晶引上げ手段の動力を伝達することにより
   前記把持部材を前記種結晶ホルダと一体的に上下動させ
   る結晶保持位置制御手段と、 前記把持部材の先端を開閉させ、前記把持部材の先端が
   閉じたとき前記径拡大部の側面を把持するよう前記径拡
   大部の側面に前記把持部材の先端を移動させる把持部材
   開閉手段とを、 有し、前記各手段の駆動機構が前記ルツボ及び成長させ
   る単結晶を格納する真空チャンバの外部に位置する単結
   晶引上げ装置。
2. 【請求項２】 溶融結晶を保持可能なルツボの上方で種
   結晶を支持する種結晶ホルダに連結されたシャフトと、 前記シャフトを回転させる回転手段と、 前記シャフトを速度制御しつつ引き上げることにより前
   記種結晶を引き上げる種結晶引上げ手段と、 前記シャフトと共に回転可能で、かつ前記シャフトの上
   下方向の移動に伴って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
   方でかつ、直胴部の上に形成される一定の径を有する径
   拡大部の側面を把持するために先端が開閉可能な把持部
   材と、 前記把持部材を前記シャフトに対して上下方向に位置制
   御し、かつ前記上下方向の位置制御中以外のときは、前
   記種結晶引上げ手段の動力を伝達することにより前記把
   持部材を前記シャフトと一体的に上下動させる結晶保持
   位置制御手段と、 前記把持部材の先端を開閉させ、前記把持部材の先端が
   閉じたとき前記径拡大部の側面を把持するよう前記径拡
   大部の側面に前記把持部材の先端を移動させる把持部材
   開閉手段とを、 有し、前記各手段の駆動機構が前記ルツボ及び成長させ
   る単結晶を格納真空チャンバの外部に位置する単結晶引
   上げ装置。
3. 【請求項３】 前記種結晶引上げ手段が前記ルツボの上
   下方向位置に対して固定された静止部分に対して上下方
   向に移動可能な第１構造体と、前記第１構造体を前記静
   止部分に対して上下方向に駆動する第１駆動部とを有
   し、かつ前記回転手段が前記第１構造体に設けられてい
   る請求項１又は２記載の単結晶引上げ装置。
4. 【請求項４】 前記結晶保持位置制御手段が前記第１構
   造体に対して上下方向に移動可能な第２構造体と、前記
   第２構造体を前記第１構造体に対して上下方向に駆動す
   る第２駆動部とを有し、かつ前記把持部材が前記第２構
   造体に連結されている請求項３記載の単結晶引上げ装
   置。
5. 【請求項５】 前記把持部材開閉手段が前記把持部材を
   前記径拡大部の半径方向に移動せしめる駆動装置である
   請求項４記載の単結晶引上げ装置。
6. 【請求項６】 前記駆動装置がガス圧駆動装置又は油圧
   駆動装置である請求項５記載の単結晶引上げ装置。
7. 【請求項７】 前記駆動装置がガス圧駆動装置であり、
   その可動ピストンが水平方向に移動するよう前記ガス圧
   駆動装置が配されている請求項５記載の単結晶引上げ装
   置。
8. 【請求項８】 前記ガス圧駆動装置が複数設けられ、前
   記複数のガス圧駆動装置がリング状部材により放射方向
   に配置されて固定されている請求項５記載の単結晶引上
   げ装置。
9. 【請求項９】 前記結晶保持位置制御手段が前記シャフ
   トと同軸なシリンダを有する請求項２記載の単結晶引上
   げ装置。
10. 【請求項１０】 前記シリンダが二重構造であり、前記
    把持部材開閉手段に用いる圧縮ガスを前記シリンダの内
    部空間を介して導く構造である請求項９記載の単結晶引
    上げ装置。
11. 【請求項１１】 前記結晶保持位置制御手段が前記シャ
    フトの周囲を回転可能で、かつ前記シャフトに対して略
    平行に伸長する部材を有する請求項２記載の単結晶引上
    げ装置。
12. 【請求項１２】 前記伸長する部材が管状であり、前記
    把持部材開閉手段に用いる圧縮ガスを前記伸長する部材
    の内部空間を介して導く構造である請求項１１記載の単
    結晶引上げ装置。
13. 【請求項１３】 前記第１構造体の一部にバランスウエ
    イトを配した請求項１１又は１２記載の単結晶引上げ装
    置。
14. 【請求項１４】 前記シャフトの回転を前記把持部材に
    伝達して、これを同期回転させる手段を更に有する請求
    項２記載の単結晶引上げ装置。
15. 【請求項１５】 前記同期回転させる手段が前記シャフ
    ト及びこれと同軸に配された部材との間に設けられた突
    起あるいは段差部により前記シャフトの回転を前記同軸
    に配された部材に伝達するものである請求項１４記載の
    単結晶引上げ装置。
16. 【請求項１６】 前記同期回転させる手段が前記シャフ
    トに固定された前記第２構造体を有し、前記結晶保持位
    置制御手段が前記シャフトの周囲を回転可能で、かつ前
    記シャフトに対して略平行に伸長する部材を有し、前記
    伸長する部材が前記第２構造体に上下方向に移動可能に
    取り付けられている請求項１４記載の単結晶引上げ装
    置。
17. 【請求項１７】 前記同期回転させる手段がギヤ又はベ
    ルトとプーリにより構成されている請求項１４記載の単
    結晶引上げ装置。
18. 【請求項１８】 前記ガス圧駆動装置又は油圧駆動装置
    から供給されるガス圧又は油圧が所定値以上となると、
    その値を維持すべく自動的に通路を閉じるバルブを有す
    る請求項５記載の単結晶引上げ装置。