JPH11171688A - 単結晶引上げ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶引上げ手段の位置決め精度が悪いため、
品質の良好な半導体インゴットが得られない。 【解決手段】 真空室４の上部に切離し自在に接続さ
れ、かつ真空室４の近傍に立設されたコラム１ａに旋回
手段６を介して旋回自在に支持されていると共に、リフ
ト手段８により上記旋回手段６の旋回軸６ａに沿って昇
降自在なプルチャンバ５と、上記プルチャンバ５の上部
に設けられ、かつ回転手段１３により回転されながら、
上記プルチャンバ５内を経て真空室４内へ垂下させた索
条１５を巻き上げることにより、単結晶を引上げる結晶
引上げ手段１４と、上記プルチャンバ５の上部に設けら
れた結晶引上げ手段１４を結晶引上げ位置Ａに位置決め
する位置決め手段１７とより構成したもので、結晶引上
げ手段１４の位置決め精度が向上するため、品質の良好
な半導体インゴットが得られるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は引き上げられた半
導体インゴットの取出しが容易な半導体単結晶引上げ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来集積回路などに使用するシリコンウ
エハは、単結晶引上げ装置により引上げられた半導体イ
ンゴットを薄くスライスすることにより製作している
が、近年では、集積回路の大容量化に伴い半導体インゴ
ットも大口径なものを、安定して引上げられる単結晶引
上げ装置の要求があり、これら要求に応じて種々の単結
晶引上げ装置が提案され、実用化されている。

【０００３】例えば特公昭６０−４１０３８号公報に
は、メインチャンバ及びトップチャンバよりなる真空室
内に、溶解したシリコンが収容されたインゴットが設置
され、トップチャンバの上方には、引上げられた半導体
インゴットを収容するプルチャンバが旋回自在に設けら
れた単結晶引上げ装置が開示されている。

【０００４】上記公報の単結晶引上げ装置では、プルチ
ャンバの上部に引上げ機構が設けられていて、この引上
げ機構よりプルチャンバ内に垂下されたワイヤの下端に
種結晶を取付けて、これを溶解したシリコン融液中に浸
漬し、引上げ機構によりワイヤを巻き上げながら、種結
晶に付着したシリコン単結晶を成長させて、プルチャン
バ内に半導体インゴットを引上げ、引上げた半導体イン
ゴットは、プルチャンバとトップチャンバの間を切離し
た後、プルチャンバを旋回させて、プルチャンバ内より
回収するように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来の単結
晶引上げ装置では、プルチャンバの上部に設けられた引
上げ機構を引上げ位置に位置決めするための位置決め手
段を有しないため、プルチャンバを引上げ位置に旋回さ
せて下端をトップチャンバに接続して、単結晶の引上げ
を開始する際、引上げ機構の位置にバラツキが発生して
精度のよい単結晶の引上げができない不具合がある。特
にメインチャンバ内やプルチャンバ内を真空にした場
合、メインチャンバの接地面の影響や、真空引きにより
コラムが変形するなどして、引上げ機構の位置が安定せ
ず、その結果精度のよい半導体インゴットが得られなか
ったり、不良品が発生するなどの不具合があった。

【０００６】また引上げた半導体インゴットは、プルチ
ャンバ内に収容した状態でプルチャンバを回収位置に手
動で旋回させて回収しているが、プルチャンバを旋回す
る際に発生する衝撃や慣性により、ワイヤと半導体イン
ゴットの接続部にある結晶のネック部が折損して、半導
体インゴットが落下する危険があった。

【０００７】特に近年のように、半導体インゴットが大
口径化すると重量も重いため、ネック部の折損による落
下事故が頻発するなどの不具合もあった。この発明はか
かる従来の不具合を改善するためになされたもので、引
上げ手段の位置決めが精度よく行え、かつプルチャンバ
の旋回時半導体インゴットを落下させる虞れも少ない単
結晶引上げ装置を提供することを目的とするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用効果】上記目的を
達成するため請求項１記載の発明は、真空室の上部に切
離し自在に接続され、かつ真空室の近傍に立設されたコ
ラムに旋回手段を介して旋回自在に支持されていると共
に、リフト手段により上記旋回手段の旋回軸に沿って昇
降自在なプルチャンバと、上記プルチャンバの上部に設
けられ、かつ回転手段により回転されながら、上記プル
チャンバ内を経て真空室内へ垂下させた索条を巻き上げ
ることにより、単結晶を引上げる結晶引上げ手段と、上
記プルチャンバの上部に設けられた結晶引上げ手段を結
晶引上げ位置に位置決めする位置決め手段とより構成し
たものである。

【０００９】上記構成により、結晶取出し位置より結晶
引上げ位置に旋回されたプルチャンバ及び結晶引上げ手
段を引上げ位置に精度よく位置決めすることができるた
め、従来の結晶引上げ手段が固定されている単結晶引上
げ装置と同等の精度で単結晶の引上げが可能となり、こ
れによって高品質の半導体インゴットが得られるように
なる。

【００１０】上記目的を達成するため請求項２記載の発
明は、旋回手段を、旋回軸に回転不能に支承された大ギ
ヤと、プルチャンバを上記旋回軸に旋回自在に支承する
支持部材側に設けられ、かつ上記大ギヤと噛合する小ギ
ヤ及びこの小ギヤを回転駆動するサーボモータよりなる
旋回モータとより構成したものである。

【００１１】上記構成により、単結晶引上げ後、プルチ
ャンバを結晶取出し位置へ旋回する際、サーボモータよ
りなる旋回モータを加減速制御することにより、ショッ
クを発生することなくプルチャンバを結晶取出し位置ま
で旋回させることができるため、旋回時のショックで結
晶のネック部が折損して半導体インゴットが落下するの
を未然に防止することができる。

【００１２】上記目的を達成するため請求項３記載の発
明は、位置決め手段をコラム上部の結晶引上げ手段の近
傍に設置したものである。

【００１３】上記構成により、結晶引上げ手段の近傍で
結晶引上げ手段の位置決めが可能になるため、位置決め
精度が大幅に向上する。

【００１４】上記目的を達成するため請求項４記載の発
明は、位置決め手段をコラム側及びプルチャンバ側の一
方に回転自在に支承された基準ローラと、他方に設けら
れ、かつ上記基準ローラの外径を規定する基準面を有す
る基準ガイドより構成したものである。

【００１５】上記構成により、簡単な構成で高精度の位
置決めが可能になると共に、単結晶の引上げ中も、はじ
めの位置決め精度を維持することができる。

【００１６】上記目的を達成するため請求項５記載の発
明は、位置決め手段の基準ローラを上下方向に摺動自在
に設けられたスライド部材に回転自在に支承すると共
に、上記スライド部材を付勢手段により下方へ付勢した
ものである。

【００１７】上記構成により、結晶引上げ手段の旋回位
置がずれて、基準ローラが基準ガイドの上面などに当接
した場合、プルチャンバの下降とともに付勢手段が収縮
するため、過大な外力により位置決め手段が破損するの
を未然に防止することができる。

【００１８】上記目的を達成するため請求項６記載の発
明は、位置決め手段の近傍に、旋回方向のずれを検出す
るずれ検出器と、上下方向のずれを検出するずれ検出器
をそれぞれ設けたものである。

【００１９】上記構成により、ずれ検出器からの信号に
より、結晶引上げ手段が正しく位置決めされたかを容易
に確認することができると共に、異常が確認された場
合、装置を自動停止させることにより、装置に致命的に
事故が発生するのを未然に防止することができる。

【００２０】上記目的を達成するため請求項７記載の発
明は、リフト手段を油圧シリンダよりなるリフトシリン
ダと、このリフトシリンダへ油圧を供給するサーボ弁よ
り構成したものである。

【００２１】上記構成により、プルチャンバを昇降させ
る際に発生するショックを緩和することができるため、
ショックにより半導体インゴットのネック部が折損し
て、半導体インゴットが落下するのを未然に防止するこ
とができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図面を参
照して詳述する。図１は単結晶引上げ装置の側面図、図
２以下は各部の詳細図を示す。

【００２３】これら図において１は装置本体で、床面Ｆ
Ｌより低い位置に設置された基礎２上に架台３を介して
真空室４が設置されている。上記真空室４は、底面が床
面ＦＬとほぼ同じ高さに位置するメインチャンバ４ａ
と、このメインチャンバ４ａの上面開口を開閉自在に閉
鎖するトップチャンバ４ｂより構成されており、トップ
チャンバ４ｂは、メインチャンバ４ａ内に設けられた。
ルツボ（図示せず）内にシリコンなどの材料を投入する
際、水平方向に旋回自在となっている。

【００２４】上記トップチャンバ４ｂの上部に開口され
た開口部４ｃには、筒状をなすプルチャンバ５の下端が
切離し自在に接続されている。上記プルチャンバ５は、
トップチャンバ４ｂの上方にほぼ垂直に設けられてい
て、外周部が支持部材５ｂを介して旋回手段６の旋回軸
６ａに旋回自在に支持されている。上記旋回手段６は、
架台３に下端部が固着されたコラム１ａの上部側に、上
下端がブラケット１ｂを介して固着された垂直な旋回軸
６ａを有していて、この旋回軸６ａに旋回筒６ｂが旋回
及び上下摺動自在に支承されている。

【００２５】上記旋回筒６ｂには、支持部材５ｂを介し
て上記プルチャンバ５が取付けられていると共に、支持
部材５ｂの下部には、上記旋回手段６の駆動源である旋
回モータ７が取付けられている。上記旋回モータ７はサ
ーボモータより構成されていて、回転軸７ａがタイミン
グベルトなどの動力伝達手段６ｃを介して中間軸６ｄの
上端部に接続されており、中間軸６ｄの下端にはリフト
手段８を構成するリフト部材８ａに固着された大ギヤ６
ｅに噛合する小ギヤ６ｆが固着されている。

【００２６】上記リフト部材８ａは旋回軸６ａに上下摺
動自在に支承されていて、上面に旋回軸６ａが中心部を
貫通する上記大ギヤ６ｅが固着されており、この大ギヤ
６ｅの上面に、上記旋回筒６ｂの下端が上方より当接さ
れている。上記リフト手段６は、リフト部材８ａと、こ
のリフト部材８ａを介して上記旋回筒６ｂを上下動する
油圧シリンダよりなるリフトシリンダ８ｂよりなり、リ
フトシリンダ８ｂの上部は、旋回軸６ａの下端をコラム
１ａに固定しているブラケット１ｂに取付けられてい
る。

【００２７】上記リフトシリンダ８ｂより上方へ突出さ
れたピストン杆８ｃの先端は、上記リフト部材８ａの外
周部に固着されていると共に、リフト部材８ａは、外周
面の一部がコラム１ａに布設された回り止めガイド１ｃ
に当接されていて、リフトシリンダ８ｂにより旋回軸６
ａに沿って上下動される際回転しないよう回り止めがな
されている。

【００２８】一方プルチャンバ５の上部には、支持台１
２及び回転手段１３を介して結晶引上げ手段１４が設置
されている。上記結晶引上げ手段１４は、上部に開閉自
在なカバー１４ａを有する筐体１４ｂ内に、ワイヤやケ
ーブルよりなる索条１５を巻き上げる巻き上げ機（図示
せず）が収容されている。そしてこの巻上げ機より繰り
出された索条１５は、回転手段１３及び支持台１２内を
通ってプルチャンバ５内へ垂下され、先端部に結着され
た種結晶（図示せず）が取付けられている。

【００２９】上記回転手段１３は、結晶引上げ手段１４
を下方より支持する回転軸１３ａに、無端ベルト１３ｂ
を介して接続された回転駆動源１３ｃを有していて、こ
の回転駆動源１３により結晶引上げ手段１４を回転させ
るようになっている。

【００３０】また上記支持台１２とコラム１ａの上端間
には、結晶引上げ手段１４を結晶引上げ位置Ａに精度よ
く位置決めする位置決め手段１７が設けられている。上
記位置決め手段１７は、図５ないし図８に示すように、
コラム１ａより突設された固定ブラケット１ｄの先端に
基準ガイド１７ａが、そして支持台１２側に基準ローラ
１７ｂが設けられている。

【００３１】上記基準ガイド１７ａは、図７に示すよう
に基準ローラ１７ｂよりやや大径な円孔１７ｃを有して
いて、この円孔１７ｃは基準ローラ１７ｂの直径にほぼ
等しい基準面１７ｄを経て上辺に開口するテーパ部１７
ｅに連通されていると共に、円孔１７ｃ内には下方より
ストッパ１７ｆが突設されていて、このストッパ１７ｆ
の先端により基準ローラ１７ｂを上記基準面１７ｄの間
に停止させることにより、結晶引上げ手段１４を結晶引
上げ位置Ａに正確に位置決めできるようになっている。

【００３２】さらに上記基準ローラ１７ｂは、外周面が
円弧状に形成されていて、軸１７ｇを介してスライド部
材１７ｈに回転自在に支持されている。上記スライド部
材１７ｈは、支持台１２に固着されたスライドガイド１
７ｉに上下摺動自在に支承されていると共に、スライド
部材１７ｈの上方には圧縮ばね１９ａと、ばね調整ねじ
１９ｂよりなる付勢手段１９が設けられていて、この付
勢手段１９によりスライド部材１７ｈが下方へ付勢され
ていると共に、スライド部材１７ｈの下部には、ドグ１
８が連結部材１８ａを介して取付けられていて、このド
グ１８がリミットスイッチよりなる位置ずれ検出器２０
を動作することにより、結晶引上げ手段１４の上下方向
の位置ずれが検出されるようになっている。

【００３３】なお支持台１２側には、これとは別に円柱
状をなす一対のドグ２１，２２が設けられていて、これ
らドグ２１，２２がプルチャンバ５の旋回半径の外周側
近傍に設置されたリミットスイッチよりなる旋回位置ず
れ検出器２３，２４を動作することにより、結晶引上げ
手段１４の旋回位置ずれが検出されるようになってい
る。

【００３４】次に上記構成された単結晶引上げ装置の作
用を説明すると、単結晶の引上げに当っては、まず旋回
手段６の旋回モータ７を回転させて、図９のインゴット
取出し位置Ｂにあるプルチャンバ５を、旋回軸６ａを中
心に旋回軌跡Ｃに沿って真空室４側へ旋回させる。

【００３５】プルチャンバ５が真空室４の上方に達した
ら、リフト手段８のリフトシリンダ８ｂを収縮して、プ
ルチャンバ５を下降させると、プルチャンバ５上部の支
持台１２に設けられた基準ローラ１７ｂが固定ブラケッ
ト１ｄに設けられた基準ガイド１７ａのテーパ部１７ｅ
を経て基準面１７ｄ間に上方より嵌入し、真空室４に対
してプルチャンバ５の上部に設置された結晶引上げ手段
１４が精度よく位置決めされる。

【００３６】またこのとき支持台１２側に設けられた円
柱状のドグ２１，２２が旋回半径の外周側近傍に設けら
れた旋回位置検出器２３，２４を動作させるため、旋回
位置検出器２３，２４からの信号により結晶引上げ手段
１４が正しい旋回位置に位置決めされたが検出されると
同時に、ドグ１８が位置ずれ検出器２０を動作させるこ
とにより、上下方向の位置ずれが検出される。

【００３７】以上のようにしてトップチャンバ４ｂにプ
ルチャンバ５の接続が完了すると、真空室４及びプルチ
ャンバ５内が減圧され、結晶引上げ手段１４より垂下さ
れた索条１５の先端に結着された種結晶が回転手段１３
により回転されながら、真空室４内の溶解したシリコン
融液内に浸漬されて、単結晶の引上げが開始される。ま
た単結晶の引上げ中は、位置決め手段１７により結晶引
上げ手段１４が常に結晶引上げ位置Ａに位置決めされて
いるため、従来の結晶引上げ手段が固定された単結晶引
上げ装置と同等の精度で単結晶の引上げが可能になる。

【００３８】一方単結晶の引上げが完了して、引上げら
れた半導体インゴット１０がプルチャンバ５内に収容さ
れたら、まず真空室４及びプルチャンバ５内を大気圧に
した後、プルチャンバ５の下端とトップチャンバ４ｂの
間を切離すと、リフト手段８のリフトシリンダ８ｂによ
り、位置決め手段１７の基準ローラ１７ｂが基準ガイド
１７ａより抜け出る高さまでプルチャンバ５を上昇させ
る。このときショックにより索条１５と半導体インゴッ
ト１０の間を接続している結晶のネック部１６が折損し
ないよう、サーボ弁（図示せず）を使用することによ
り、弁切換え時サージ圧等により発生するショックを最
小限にして、プルチャンバ５を上昇させる。

【００３９】そしてプルチャンバ５が所定高さに達した
ら、旋回手段６の旋回モータ７を回転させて、旋回軸６
ａを中心にプルチャンバ５をインゴット取出し位置Ｂま
で旋回させる。このときも、結晶のネック部１６がショ
ックにより折損して半導体インゴット１０が落下しない
よう、旋回開始時と旋回時（等速）及び旋回停止時にシ
ョックが発生しないようサーボモータよりなる旋回モー
タ７を加減速制御すると共に、プルチャンバ５がインゴ
ット取出し位置Ｂに達すると、旋回筒６ａ側に設けられ
たドグ２５がリミットスイッチよりなる取出し位置検出
器２６を動作させるため、旋回モータ７が停止されて、
プルチャンバ５はインゴット取出し位置Ｂに停止され
る。なおこのときの停止位置はあまり精度を必要としな
いため、取出し位置検出器２６は旋回軸６ａの近傍に設
置してある。

【００４０】以上のようにしてプルチャンバ５がインゴ
ット取出し位置Ｂに停止されたら、結晶引上げ手段１４
より索条１５を繰出して半導体インゴット１０を下降さ
せ、プルチャンバ５内より取出すもので、作業しやすい
低い位置で半導体インゴット１０を取出すことができる
ため、真空室４より上方で取出す従来のものに比べて、
取出し作業も容易にかつ安全に行える。

【００４１】そして半導体インゴット１０の取出しが完
了したら、プルチャンバ５内などを清掃した後、新たな
種結晶（図示せず）を索条１５に取付けて索条１５を巻
き上げ、次の引上げのための準備をするもので、以下上
記動作を繰返すことにより、連続して単結晶の引上げが
行えるようになる。

【００４２】なお上記動作中基準ローラ１７ｂが基準ガ
イド１７ａに嵌入されないと、ドグ１８が位置ずれ検出
器２０を動作させるため、この位置ずれ検出器２０から
の信号により動作を非常停止させることにより、装置が
誤動作したり、破損されるのを未然に防止することもで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態になる単結晶引上げ装置
の側面図である。

【図２】この発明の実施の形態になる単結晶引上げ装置
の旋回手段付近の拡大図である。

【図３】図２のＤ方向からの矢視図である。

【図４】図１のＥ円内の拡大図である。

【図５】図４のＦ方向からの矢視図である。

【図６】図５のＧ方向からの矢視図である。

【図７】図６のＨ方向からの矢視図である。

【図８】図６のＩ方向からの矢視図である。

【図９】この発明の実施の形態になる単結晶引上げ装置
の作用説明図である。

【符号の説明】

１ａ…コラム ４…真空室 ５…プルチャンバ ５ｂ…支持部材 ６…旋回手段 ６ａ…旋回軸 ６ｅ…大ギヤ ６ｆ…小ギヤ ７…旋回モータ ８…リフト手段 ８ｂ…リフトシリンダ １３…回転手段 １４…結晶引上げ手段 １５…索条 １７…位置決め手段 １７ａ…基準ガイド １７ｂ…基準ローラ １７ｄ…基準面 １７ｈ…スライド部材 １８…ドグ １９…付勢手段 ２０，２３，２４…ずれ検出器 ２１，２２…ドグ Ａ…結晶引上げ位置 Ｂ…インゴット取出し位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須田 歩 神奈川県平塚市四之宮2612 コマツ電子金 属株式会社内 (72)発明者 角鹿 俊明 神奈川県平塚市四之宮2612 コマツ電子金 属株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空室（４）の上部に切離し自在に接続
   され、かつ真空室（４）の近傍に立設されたコラム（１
   ａ）に旋回手段（６）を介して旋回自在に支持されてい
   ると共に、リフト手段（８）により上記旋回手段（６）
   の旋回軸（６ａ）に沿って昇降自在なプルチャンバ
   （５）と、上記プルチャンバ（５）の上部に設けられ、
   かつ回転手段（１３）により回転されながら、上記プル
   チャンバ（５）内を経て真空室（４）内へ垂下させた索
   条（１５）を巻き上げることにより、単結晶を引上げる
   結晶引上げ手段（１４）と、上記プルチャンバ（５）の
   上部に設けられた結晶引上げ手段（１４）を結晶引上げ
   位置（Ａ）に位置決めする位置決め手段（１７）とを具
   備したことを特徴とする単結晶引上げ装置。
2. 【請求項２】 旋回手段（６）を、旋回軸（６ａ）に回
   転不能に支承された大ギヤ（６ｅ）と、プルチャンバ
   （５）を上記旋回軸（６ａ）に旋回自在に支承する支持
   部材（５ａ）側に設けられ、かつ上記大ギヤ（６ｅ）と
   噛合する小ギヤ（６ｆ）及びこの小ギヤ（６ｆ）を回転
   駆動するサーボモータよりなる旋回モータ（７）とより
   構成してなる請求項１記載の単結晶引上げ装置。
3. 【請求項３】 位置決め手段（１７）を、コラム（１
   ａ）上部の結晶引上げ手段（１４）の近傍に設置してな
   る請求項１または２記載の単結晶引上げ装置。
4. 【請求項４】 位置決め手段（１７）をコラム（１ａ）
   側及びプルチャンバ（５）側の一方に回転自在に支承さ
   れた基準ローラ（１７ｂ）と、他方に設けられ、かつ上
   記基準ローラ（１７ｂ）の外径を規定する基準面（１７
   ｄ）を有する基準ガイド（１７ａ）より構成してなる請
   求項１または２記載の単結晶引上げ装置。
5. 【請求項５】 位置決め手段（１７）の基準ローラ（１
   ７ｂ）を上下方向に摺動自在に設けられたスライド部材
   （１７ｈ）に回転自在に支承すると共に、上記スライド
   部材（１７ｈ）を付勢手段（１９）により下方へ付勢し
   てなる請求項４記載の単結晶引上げ装置。
6. 【請求項６】 位置決め手段（１７）の近傍に、旋回方
   向のずれを検出するずれ検出器（２３），（２４）と、
   上下方向のずれを検出するずれ検出器（２０）をそれぞ
   れ設けてなる請求項１ないし５の何れか１項記載の単結
   晶引上げ装置。
7. 【請求項７】 リフト手段（８）を油圧シリンダよりな
   るリフトシリンダ（８ｂ）と、このリフトシリンダ（８
   ｂ）へ油圧を供給するサーボ弁より構成してなる請求項
   １ないし６の何れか１項記載の単結晶引上げ装置。