JPH11199374A

JPH11199374A - 単結晶の引き上げ装置および落下防止装置

Info

Publication number: JPH11199374A
Application number: JP10001679A
Authority: JP
Inventors: Narutoshi Oji; 成俊大司; Yutaka Yoshinada; 裕吉灘; Kazuhiro Mimura; 和弘三村
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1998-01-07
Filing date: 1998-01-07
Publication date: 1999-07-27
Also published as: US6077347A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】単結晶の倒れ（アームの開き）防止機構を不要
とするコンパクトな引き上げ装置を提供する。【解決手段】単結晶６の被係合部８に係合し引き上げた
際に、単結晶６が倒れない形状の係合部材１７を有し、
中心軸が単結晶６の鉛直中心軸６ｃと同軸上に位置する
アーム１５を設ける。アーム１５は、回動支点１５ａを
回動中心にして矢印Ｅ2方向に回動されることで、係合
位置まで姿勢変化する。単結晶６に被係合部８が形成さ
れると、アーム１５が、矢印Ｅ2に示すように姿勢変化
し、アーム１５の係合部材１７が単結晶６の被係合部８
に係合し得る位置に到達し係合部材１７が単結晶６の被
係合部８に係合された状態で、このアーム１５が、単結
晶６の引き上げ動作に同期して、矢印Ｊ1方向に上昇す
る。アーム１５の姿勢としては鉛直姿勢を維持したまま
上昇しアーム１５から単結晶６が外れるようにアーム１
５の姿勢が変化することはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、融液に種子結晶を
接触させてからこの種子結晶を融液から引き上げること
によって単結晶を成長させる際に使用される単結晶の引
き上げ装置または単結晶引き上げ時の落下を防止する落
下防止装置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】近年
の超ＬＳＩの進歩に伴い、超ＬＳＩを製造する際のコス
トダウンが要請されている。このコストダウンを実現す
るには、シリコンウエハの大口径化が不可欠である。大
口径のウエハを数多く効率よく採取するためには、半導
体シリコン単結晶を、いわゆるチョクラルスキー法（Ｃ
Ｚ法）によって単結晶を引き上げ成長させる際に、結晶
径を太くすればするほど、長くすればするほどよいこと
がわかっている。

【０００３】ただし、無転位の良質な単結晶を引き上
げ、成長させることが前提となる。

【０００４】このために、通常、種子結晶から所望の結
晶径にシリコン単結晶を太らせる前に、種子結晶から成
長させた結晶の径を一度細く絞るネッキングと呼ばれる
操作が行われる。

【０００５】ここで、無転位化を実現するためのネッキ
ングの太さ、つまりダッシュズネック部の太さには上限
があり、この上限の太さのダッシュズネック部の径をも
って単結晶を引き上げるには、引張り強度の点からいっ
て問題があった。

【０００６】すなわち、大きな結晶径で大重量となって
いるシリコン単結晶を引き上げるときに、径が細く機械
的強度が不足しているダッシュズネック部（以下、適
宜、ネック部という）が破損してしまい、単結晶を引き
上げ、成長させるという所期の目的が達成できなくなる
虞がある。

【０００７】そこで、こうした事態を回避するために、
図１に示すように、単結晶６のネック部７に下に、こぶ
状の部分を形成し、機械的強度として余裕のある、くび
れ形状の被係合部８を形成し、この被係合部８を、アー
ム先端に設けた係合部材で係合しつつ、このアームを引
き上げるという方法が、提案されている。

【０００８】この場合、最初は、アームの係合部材は、
炉体内の融液面から離れた場所で待機しており、ワイヤ
先端の種子結晶が融液に接触してネック部が形成され、
ついで被係合部が形成された時点で、アームの係合部材
が単結晶の被係合部に係合されるように、アームが姿勢
変化される。こうしてアームによって単結晶が係合され
た後は、アームによって単結晶を把持しつつ、上記ワイ
ヤとともにアームを上昇させ、単結晶を引き上げるよう
にしている。

【０００９】この種の装置として、特開平９−２８９３
号公報に開示されたものがある。

【００１０】この公報記載の発明では、一対の互いに交
差したアームが使用される。アクチュエータによって一
対のアームを閉じさせ、アーム先端の係合爪によって単
結晶を挟持するようにしている。

【００１１】しかし、この一対の交差アームは、アクチ
ュエータによってアーム先端に力が付与されていなけれ
ば、単結晶を挟持することができない。

【００１２】すなわち、仮にアクチュエータの作動を解
除して、アームを上昇させたとすれば、アームには曲げ
モーメントが、アームを開かせる方向に作用する。この
ため、この曲げモーメントに打ち勝つだけの逆向きの曲
げモーメントを、アクチュエータを介して付与し、アー
ム先端の係合爪によって単結晶を挟持しなければならな
い。

【００１３】このように、従来のアームの形状は、アー
ム自体の自重で、アームの係合爪が、単結晶の被係合部
に係合できる姿勢に維持されない（アクチュエータによ
って力を加えていなければアームが開いてしまう）形状
となっており、単結晶の係合状態を維持したままアーム
を上昇させるためには、常にアームに対して係合させる
ための力（アームの開きを防止するための力）を伝達し
ていなければならなかった。

【００１４】したがって、このようにアクチュエータの
作動に伴いアームに加わる力、つまりアームにかかる曲
げモーメントに対処するために、アームの機械的強度を
上げる必要があり、アーム部材として太く、大きくせざ
るを得ない。このため、重量が増大するとともに場積が
かさんでしまい、アームの製造コストが増大するととも
に、引上装置が大型化するという問題が招来する。

【００１５】また、この種の一対の交差アームで、単結
晶を挟持するタイプのものは、両側から単結晶を挟持す
るという構造となっているため、アームの上昇に伴い、
アーム先端が容易に開いてしまい、単結晶が係合爪から
外れてしまうことが多い。

【００１６】そこで、特開平９−１８３６９４号公報記
載の発明では、アーム先端が開いてしまうことを防止す
るために、アーム先端に、係合爪とは別に、アームの開
き止めの機構を設けるようにしている。つまり、アーム
の開き止め機構を、炉体内に設けるようにしている。

【００１７】しかし、炉体内は、高温でほぼ真空に近い
状態であり、その中に、こうしたアームの開き止め機構
といった複雑な機構を設けることは、機構の信頼性、耐
久性の点で問題がある。

【００１８】しかも、炉体内は、単結晶を成長させる場
所であるので、その中は環境的に清浄な状態を維持する
必要がある。

【００１９】ここで、上記アームの開き止め機構といっ
た作動に伴い発塵の虞のある機構を設けることは、環境
的に清浄な状態を維持することができない虞があること
を意味する。

【００２０】以上のように、単結晶を係合する従来のア
ームは、アクチュータが常に力を付与していなくては、
アーム上昇時に単結晶の係合状態を維持することができ
ない形状になっていた。

【００２１】このため、アクチュータの作動に伴いアー
ムに作用する曲げモーメントに対処するために、アーム
の機械的強度を向上させる必要があり、アーム製作にか
かるコストが増大するとともに、アームが大きくなり引
き上げ装置のコンパクト化を図ることができなかった。

【００２２】また、従来のアーム先端の係合爪は、その
ままアームを上昇させた場合には、単結晶が倒れてしま
う（アーム先端が開いてしまう）形状となっていた。

【００２３】このため、アーム上昇時の単結晶の倒れ
（アームの開き）を防止するために、別途アームの開き
を防止するためのアーム開き防止機構を設ける必要があ
り、このアーム開き防止機構の作動に伴う発塵が、単結
晶成長時の清浄な環境に悪影響を与え兼ねないことにな
っていた。また、炉体内に複雑な機構を設ける必要があ
るために、信頼性、耐久性の点でも問題があった。

【００２４】本発明は、こうした実状に鑑みてなされた
ものであり、これらの問題を解決し、アームに要求され
る機械的強度を小さくできるようにして、アーム製造の
コスト低下、引き上げ装置のコンパクト化を図ることが
できるようにするとともに、単結晶の倒れ（アームの開
き）を防止するための機構を別途設けることを不要とし
て、単結晶成長時の清浄な環境に悪影響を及ぼさないよ
うにし、信頼性、耐久性を高くすることを解決課題とす
るものである。

【００２５】

【課題を解決するための手段および効果】そこで、この
発明の第１発明では、融液に種子結晶を接触させてから
前記種子結晶を前記融液から引き上げることによって単
結晶を成長させる際に使用される単結晶の引き上げ装置
において、前記単結晶に被係合部を形成するとともに、
前記被係合部に係合され、前記単結晶を引き上げた際
に、前記単結晶が倒れない形状の係合部材を有し、前記
単結晶を引き上げた際に、中心軸が前記単結晶の鉛直中
心軸と同軸上に位置される形状のアームを設けるととも
に、前記アームの長手方向の所定位置に、当該アームの
係合部材が前記単結晶の被係合部に係合し得る位置まで
前記アームを回動させる回動支点を設け、前記アームの
係合部材が前記単結晶の被係合部に係合し得る位置ま
で、前記アームを姿勢変化させ、その後、前記アームの
係合部材を前記単結晶の被係合部に係合させた状態で、
前記アームを上昇させるようにしている。

【００２６】すなわち、かかる構成によれば、図１に示
すように、単結晶６の被係合部８に係合され、単結晶６
を引き上げた際に、単結晶６が倒れない形状の係合部材
１７を有し、単結晶６を引き上げた際に、中心軸１５ｃ
が単結晶６の鉛直中心軸６ｃと同軸上に位置される形状
のアーム１５が設けられる。アーム１５は、回動支点１
５ａを回動中心にして矢印Ｅ2方向に回動されること
で、係合位置まで姿勢変化されるアームである。

【００２７】そして、単結晶６に被係合部８が形成され
ると、アーム１５が、矢印Ｅ2に示すように姿勢変化さ
れ、アーム１５の係合部材１７が単結晶６の被係合部８
に係合し得る位置までに到達する（図２参照）。そし
て、アーム１５の係合部材１７が単結晶６の被係合部８
に係合された状態で、このアーム１５が、単結晶６の引
き上げ動作（ワイヤ１０による巻き上げ動作）に同期さ
れて、矢印Ｊ1方向に上昇される。このとき、アーム１
５の姿勢としては鉛直姿勢を維持したまま、アーム１５
が上昇される（アーム１５から単結晶６が外れるように
アーム１５の姿勢が変化することはない）。具体的に
は、図２に示すように、アーム１５の中心軸１５ｃが、
単結晶６の鉛直中心軸６ｃに一致しているので、アーム
１５の中心軸１５ｃ上に、単結晶６の重心が位置された
状態で、単結晶６が引き上げられる。

【００２８】このように、第１発明では、単結晶６を係
合するアーム１５は、アーム１５を上昇させたとしても
（アーム１５に単結晶６による力が作用しても）、中心
軸が単結晶６の鉛直中心軸６ｃと同軸上に位置される形
状になっているので、アクチュータ１４が、係合させる
に必要な力を付与していなくても、単結晶６の係合状態
を維持したままアーム１５を上昇させることができる。

【００２９】このため、アーム１５の上昇時に、アーム
１５にかかる力は、単結晶６の重量に応じた引張り力だ
けであり、アームには、過大な曲げモーメントはかから
なくなる。この結果、アームに要求される機械的強度は
小さく、アーム製作にかかるコストを抑えることができ
るとともに、アームを小さく軽量にでき、単結晶引上装
置のコンパクト化を図ることが可能となる。

【００３０】また、アーム１５の係合部材１７を、単結
晶６の被係合部８に係合し、単結晶６を引き上げた際
に、単結晶６が倒れない形状にしたので、アーム上昇時
の単結晶アーム１５の倒れ（アームの開き）を防止する
ために、別途アーム１５の開きを防止するためのアーム
開き防止機構を設ける必要はなくなる。つまり、可動部
を有しない係合部材１７だけで、単結晶６を確実に係合
でき、引き上げ時の倒れを防止できる。

【００３１】このように、係合部材１７に可動部を設け
る必要がないので、係合の際に発塵が発生することな
く、単結晶成長時の清浄な環境を維持することができ
る。また、炉体内に複雑な機構を設ける必要がないの
で、信頼性、耐久性を向上させることができる。

【００３２】また、第２発明では、第１発明において、
前記アームに接続されたアクチュエータを作動させるこ
とにより、前記アームの係合部材が前記単結晶の被係合
部に係合し得る位置まで、前記アームを姿勢変化させる
ようにしている。

【００３３】第２発明によれば、アーム１５は、アクチ
ュエータ１４の作動によって、矢印Ｅ2に示すように係
合位置まで姿勢変化される。

【００３４】また、第３発明では、第１発明において、
前記アームに作用する重力によって、前記アームの係合
部材が前記単結晶の被係合部に係合し得る位置まで、前
記アームを姿勢変化させるようにしている。

【００３５】第３発明によれば、図８に示すように、ア
ーム１５が、アーム１５に作用する重力によって、矢印
Ｅ2に示すように係合位置まで姿勢変化される。

【００３６】また、第４発明では、第１発明において、
アーム１５を、一体形成されたアームであるとしてい
る。

【００３７】また、第５発明では、第１発明において、
前記アームの長手方向の所定位置に、当該アームの係合
部材が前記単結晶の被係合部に係合し得る位置まで前記
アームを回動させる回動支点を設け、この回動支点を、
前記単結晶の引き上げ動作に同期させて上昇させるよう
にしている。

【００３８】第５発明によれば、アーム１５は、回動支
点１５ａを回動中心にして矢印Ｅ2方向に回動されるこ
とで、係合位置まで姿勢変化される。そして、回動支点
１５ａが、矢印Ｊ1に示すように、単結晶６のワイヤ１
０による引き上げ動作に同期して上昇され、単結晶６が
引き上げられる。

【００３９】また、第６発明では、第２発明において、
前記アームは、２つのアーム部材からなり、上側のアー
ム部材は、前記アクチュータに接続されており、下側の
アーム部材は、前記係合部材を有しており、かつ、下側
のアーム部材は、前記単結晶の被係合部に係合し得る位
置に姿勢変化された状態で、自重で鉛直姿勢を維持し得
るように、前記上側のアーム部材に対して揺動自在に吊
り下げられるようにしている。

【００４０】第６発明によれば、図８に示すように、下
側のアーム部材１５Ｔは、揺動自在に上側のアーム部材
１５Ｕに吊り下げられているので、アクチュエータの制
御力を要することなく自重だけで、鉛直姿勢を維持する
ことができる。

【００４１】また、第７発明では、第１発明において、
前記係合部材は、前記単結晶の被係合部を、直径方向に
２点支持することで係合する形状となっている。

【００４２】第７発明によれば、図３（ａ）に示すよう
に、単結晶６の被係合部８は、係合部材１７によって、
直径方向に２点支持されている。このため、係合時に、
最適な係合位置に対するずれがあったとしても、上記２
点の係合点を通る軸を揺動中心にして、単結晶６が揺動
され、そのずれが矯正される。

【００４３】また、第８発明では、第１発明において、
前記係合部材は、前記単結晶の被係合部を、３点以上で
支持することで係合する形状となっている。

【００４４】第８発明によれば、図３（ｂ）に示すよう
に、単結晶６の被係合部８は、係合部材１７によって、
３点以上で支持されている。このため、単結晶６は係合
部材１７によって確実に係合され、単結晶引き上げ時
に、単結晶６の姿勢が安定する。

【００４５】また、第９発明では、第１発明において、
前記係合部材は、前記単結晶の被係合部を、対向する２
つの部材によって係合するものであり、前記単結晶を引
き上げる際に、これら対向する２つの部材の間隔が開か
ないように、これら対向する２つの部材を連結する部材
を設けるようにしている。

【００４６】第９発明によれば、図３（ａ）に示すよう
に、係合部材１７の対向する２つの部材１７Ｒ、１７Ｌ
の間隔が、単結晶６引き上げ時に、開かないように、こ
れら対向する２つの部材１７Ｒ、１７Ｌを連結する部材
１７Ｍが設けられる。図３（ａ）のように部材１７Ｒ、
１７Ｌ、１７Ｍは一体に構成してもよく、図１０に示す
ように別体に構成してもよい。図１０では、連結部材１
７Ｍにより、係合部材１７近傍のアーム１５Ｒ、１５Ｌ
間が連結される。また、図９（ａ）に示すように、係合
部材１７から離れたアーム１５の根元部分を、連結部材
１７Ｍと兼用してもよい。図９（ａ）で係合部材１７の
代わりに図５（ａ）に示す対向部材１７Ｒ、１７Ｌが別
体の係合部材１７´を使用することができる。

【００４７】このため、単結晶６の引き上げ時に、係合
部材１７の対向部材１７Ｒ、１７Ｌの開きが防止され、
単結晶６が係合部材１７から外れてしまうことが防止さ
れる。

【００４８】また、上記第１発明は、単結晶６をワイヤ
１０によって引き上げるときに、落下してしまうことを
防止するための装置に適用することができる。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る装置の実施形態について説明する。

【００５０】図１は、本実施形態の単結晶引上装置１
（単結晶成長装置）の構成を示している。なお、本実施
形態では、単結晶として、シリコン（Ｓi）単結晶を想
定している。

【００５１】図１は、単結晶引上げ用のアームとして、
一体形成されたアームが使用される第１の実施形態を示
している。

【００５２】同図１に示すように、本実施形態装置は、
大きくは、炉体２と、この炉体２に対して相対的に上下
方向位置が変化し得る架台３とから成っている。

【００５３】炉体２内には、シリコン融液５が内部に満
たされているルツボ４が配設されている。なお、図面で
は、シリコン融液５を溶融するヒータ、ルツボ４を回転
させる機構等は省略している。そして、炉体２内は、数
１０torr程度まで真空引きされており、アルゴンガスが
満たされている。このように、炉体２内は、ほぼ真空に
近く、高温の状態となっている。

【００５４】この炉体２内で、単結晶６が成長される。
この単結晶６の中心軸６ｃ（結晶中心軸）は、炉体２の
中心軸、あるいは架台３の中心軸に一致している。

【００５５】この単結晶６は、索状体としてのワイヤ１
０によって引き上げられ、成長される。なお、このワイ
ヤ１０の代わりに他の索状体、たとえばチェーンなどを
使用してもよい。

【００５６】これに対して、架台３は、伸縮自在のベロ
ーズ１９を介して炉体２に連結されている。

【００５７】架台３内には、上記ワイヤ１０を巻き取る
ワイヤ巻取部１３が配設されている。

【００５８】また、架台３内には、後述するアーム１５
の回動姿勢を変化させるためのアーム回動用アクチュエ
ータ１４が配設されている。

【００５９】アーム１５の全体形状を図９（ａ）に示
す。

【００６０】この図に示すように、アーム１５の長手方
向の所定位置には、回動支点軸１５ａが設けられおり、
この回動支点軸１５ａは、アーム支持部１６に設けられ
た軸穴１６ａに回動自在に挿通されている。つまり、ア
ーム１５は、アーム支持部１６によって、回動支点１５
ａ回りに、回動自在に支持されている。

【００６１】このアーム支持部１６は、架台３に接続さ
れており、シール部材１８を介して炉体２に対して上下
方向（Ｊ1、Ｊ2方向）に移動自在に、また結晶中心軸６
ｃ回りに旋回自在に（旋回方向Ｂ）に、配設されてい
る。

【００６２】アーム昇降用アクチュエータ２０は、アー
ム１５を、上記アーム支持部１６とともに、Ｊ1方向に
上昇させ、またＪ2方向に下降させるためのアクチュエ
ータであり、そのロッド先端は、テーブル２１に接続さ
れている。架台３は、このテーブル２１に対して、図示
せぬ旋回機構によって、結晶中心軸６ｃ回りに（旋回方
向Ｂ）、旋回されるようになっている。

【００６３】したがって、かかる旋回機構が作動される
と、アーム支持部１６は、架台３とともに旋回される。

【００６４】また、ワイヤ１０の先端には、種子結晶１
２を固定保持する保持治具であるシードチャック１１が
吊り下げられている。

【００６５】つぎに、アーム１５の構造について、より
詳細に説明する。

【００６６】アーム１５の全体形状を示す図９（ａ）を
併せ参照して説明する。これら図に示すように、直動ア
クチュエータであるアーム回動用アクチュエータ１４の
ロッド１４ａ先端には、アーム１５の上端が接続されて
いる。

【００６７】そして、アーム１５の下端は、単結晶６に
形成される被係合部８を係合することができる係合部材
１７が備えられている。

【００６８】アーム１５と係合部材１７は一体で形成し
てもよく、長手形状のアーム１５と、係合部材１７を固
着させることにより構成してもよい。

【００６９】よって、アーム回動用アクチュエータ１４
が作動し、ロッド１４ａが矢印Ｄ1方向（ロッド伸長方
向）に伸長されると、アーム１５は、回動支点１５ａ回
りに、矢印Ｅ1方向に回動されて、単結晶６の被係合部
８から離れるように姿勢変化される。逆に、ロッド１４
ａが矢印Ｄ2方向（ロッド縮退方向）に縮退されると、
アーム１５は、回動支点１５ａ回りに、矢印Ｅ2方向に
回動されて、単結晶６の被係合部８に係合し得る位置ま
で姿勢変化される。

【００７０】ここで、図２は、アーム回動用アクチュエ
ータ１４の作動がオフされた状態、つまり、アーム１５
に重力だけが作用している状態のアーム姿勢を示してい
る。

【００７１】すなわち、このアーム１５は、自重によっ
てアーム１５下端の係合部材１７が、単結晶６の被係合
部８に係合し得る位置に位置される姿勢となり、さら
に、このままアーム１５を上昇させてもそのアーム姿勢
が維持される形状となっている。

【００７２】具体的には、アーム１５に、重力のみが作
用しているとき、単結晶６の鉛直中心軸６ｃは、アーム
１５の鉛直中心軸１５ｃに一致している。つまり、アー
ム１５の中心軸１５ｃ上に、単結晶６の重心が位置され
るようになっている。

【００７３】このため、アーム１５の係合部材１７を、
単結晶６の被係合部８に係合させた状態で、アーム１５
を鉛直方向に上昇させたとしても、アーム１５には鉛直
方向下向きの力しかかからず（係合部材１７から単結晶
６が外れる方向に力は作用せず）、安定して単結晶６を
引き上げることが可能となる。

【００７４】また、アーム１５の下端に備えられた係合
部材１７は、単結晶６の被係合部８に係合され、単結晶
６を引き上げた際に、単結晶６が倒れない形状になって
いる。

【００７５】具体的には、図３（ａ）に示すように、係
合部材１７には、２つの係合爪１７ａが設けられてお
り、これら２つの係合爪１７ａによって、単結晶６の被
係合部８が、直径方向に２点支持される。また、図３
（ｂ）に示すように、係合部材１７には、３つの係合爪
１７ａが設けられており、これら３つの係合爪１７ａに
よって、単結晶６の被係合部８が、円周均等位置で３点
支持される。なお、図３（ｂ）は一例であり、３点支持
位置は任意に設定可能である。また、４点以上支持する
実施も可能である。

【００７６】ここで、係合部材１７の開口部は、単結晶
６の被係合部８のうち、少なくとも最小径となっている
最小径部８ｂ（図２参照）が挿通され得るような幅を有
していることが必要である。

【００７７】また、係合部材１７に設けられた係合爪１
７ａは、図３の矢視Ａ図である図４に示すように、アー
ム１５が上昇されると、係合爪１７ａが、最小径部８ｂ
よりも上部にあるくびれ上部８ａに接触、係合すること
になる。最小径部８ｂからくびれ上部８ａにかけては逆
円錐形状になっている。

【００７８】なお、係合部材１７の形状は、任意であ
り、図３（ａ）、（ｂ）に示す円弧状（馬蹄形状）の係
合部材１７の代わりに、図５（ａ）に示す２本の棒状の
部材で構成された係合部材１７´を使用してもよく、図
５（ｂ）に示すＶ字状の係合部材１７″を使用してもよ
い。

【００７９】さて、アーム１５の全体形状を図９（ａ）
として示すように、このアーム１５は、一体形成された
アームであり、全体としてＵ字形状となっている。Ｕ字
の根元部分にアーム回動用アクチュエータ１４のロッド
１４ａが接続されている。そして、この根元から２叉の
アーム部材１５Ｒ、１５Ｌが分岐されており、これら２
叉のアーム部材１５Ｒ、１５Ｌの先端が、係合部材１７
に接続されている。

【００８０】このようにアーム１５を、２叉のアーム部
材１５Ｒ、１５Ｌで構成し、アーム部材１５Ｒ、１５Ｌ
間に空隙を設けているは、この空隙にワイヤ１０を通す
ためである。ここで、仮に、アーム１５を、１本のアー
ムで構成すると、ワイヤ１０と同軸上となり、アームに
干渉してしまう虞があるからである。なお、ワイヤ１０
とアーム１５の干渉の虞がないのであれば、アーム１５
を１本のアームで構成してもよい。

【００８１】また、アーム１５としては、Ｕ字形状では
なく、アーム回動用アクチュエータ１４のロッド１４ａ
接続位置から回動支点軸１５ａまでの部分を１本のアー
ム部材１５Ｕとし、回動支点軸１５ａから係合部材１７
接続位置までの部分を２本のアーム部材１５Ｒ、１５Ｌ
とする形状であってもよい。

【００８２】この場合、回動支点軸１５ａ中心には、ワ
イヤ１０を挿通させるための穴１５ｄが設けられてお
り、この穴１５ｄにオフセットされて、１本のアーム部
材１５Ｕが接続されている。

【００８３】つぎに、かかる単結晶引上装置１で、単結
晶６を成長させる場合の処理について説明する。

【００８４】まず、ワイヤ巻取部１３によって、ワイヤ
１０が巻き下げられ、ワイヤ１０先端のシードチャック
１１に保持された種子結晶１２が、融液５に接触する位
置まで下降される。

【００８５】つぎに、ワイヤ巻取部１３によって、ワイ
ヤ１０が巻き上げられ、種子結晶１２が、融液５の表面
から上昇される。

【００８６】なお、単結晶成長開始から単結晶成長終了
まで、架台３およびこれに接続されたアーム支持部１６
は、図示せぬ旋回機構によって、結晶中心軸６ｃ回りに
反時計方向Ｂに回転している。

【００８７】したがって、ワイヤ１０、アーム１５、お
よびこれらに吊り下げられた単結晶６は、単結晶成長開
始から単結晶成長終了まで、同方向Ｂに回転される。

【００８８】こうして、まず、ネック部７が形成され
る。ついで、このネック部７に下に、こぶ状の部分を形
成することで、ネック部７よりも、径が大きく機械的強
度の大きい、くびれ形状の被係合部８が形成される。

【００８９】このくびれ形状の被係合部８は、図２ある
いは図４に示すように、くびれ部分のうち径として最小
となっている最小径部８ｂと、この最小径部８ｂの上部
にあるくびれ上部８ａとからなっている。つまり、被係
合部８は、最小径部８ｂから上にいくほど徐々に径が大
きくなっていく逆円錐形状になっている。

【００９０】いま、アーム回動用アクチュエータ１４
は、ロッド１４ａを伸長させる方向Ｄ1に作動してお
り、アーム１５の係合部材１７は、単結晶６の被係合部
８から離れた位置に待避されている（図１参照）。

【００９１】そこで、上述したように単結晶６に被係合
部８が形成された時点で、アーム回動用アクチュエータ
１４は、ロッド１４ａを縮退させる方向Ｄ2に作動さ
れ、アーム１５は、回動支点１５ａ回りに、矢印Ｅ2方
向に回動されて、単結晶６の被係合部８に係合し得る位
置まで姿勢変化される。

【００９２】このときのアーム姿勢を図２に示す。

【００９３】つぎに、アーム昇降用アクチュエータ２０
が作動され、アーム支持部１６が、架台３とともに矢印
Ｊ1方向に上昇され、アーム１５が上昇される。このと
き、アーム１５は、ワイヤ巻取部１３によるワイヤ１０
の巻き上げ動作に同期して、上昇される。

【００９４】したがって、アーム１５の係合部材１７の
係合爪１７ａは、図４の矢印Ｆに示すように、アーム１
５の上昇に伴い、被係合部８のくびれ上部８ｂに確実に
係合された状態で上昇する。

【００９５】ここで、アーム１５は、当該アーム１５の
中心軸１５ｃ上に、単結晶６の重心が位置された姿勢を
維持したまま上昇していく。このため、アーム１５に単
結晶６の重量が作用したとしても、アーム１５には鉛直
方向下向きの力（下向きの引張り力）しかかからない。
つまり、アーム１５に対して、係合部材１７から単結晶
６が外れる方向への力は作用することがないので、安定
して単結晶６を引き上げることができる。

【００９６】また、アーム１５の係合部材１７の係合爪
１７ａによって、単結晶６の被係合部８を確実に係合し
た状態で、単結晶６が引き上げられる。したがって、単
結晶６の引き上げ時に、単結晶６が容易に倒れることは
ない。

【００９７】とりわけ、図３（ａ）に示すように、係合
部材１７の２つの係合爪１７ａによって、単結晶６の被
係合部８を、直径方向に２点支持した場合には、係合時
に、最適な係合位置（アーム１５の中心軸１５ｃ上に、
単結晶６の重心が位置された状態）に対するずれがあっ
たとしても、上記２点の係合点を通る軸を揺動中心にし
て、単結晶６が揺動されることで、そのずれが矯正され
るという効果が得られる。

【００９８】また、図３（ｂ）に示すように、係合部材
１７の３つの係合爪１７ａによって、単結晶６の被係合
部８を、３点支持した場合には、単結晶６は係合部材１
７によって確実に係合され、単結晶６の姿勢を固定位置
に安定させたままで、単結晶６を引き上げることができ
るという効果が得られる。

【００９９】以上のように、アーム１５は、当該アーム
１５の中心軸１５ｃ上に、単結晶６の重心が位置された
姿勢を維持したまま上昇していく。このため、アーム１
５に単結晶６の重量が作用したとしても、アーム１５に
は鉛直方向下向きの力（下向きの引張り力）しかかから
ない。つまり、アーム１５上昇時に、アーム１５には、
回動支点１５ａ回りの回転モーメント（係合部材１７か
ら単結晶６が外れる方向の回転モーメント）は作用しな
い。したがって、アーム回動用アクチュエータ１４を作
動させて、この回転モーメントを打ち消し、係合状態を
維持するための回転モーメントを、アーム１５に作用さ
せることは不要となる。よって、アーム１５を上昇させ
る際には、アクチュエータ１４の作動をオフしてもよ
い。

【０１００】ただし、本実施形態では、アーム１５を上
昇させる際に、単結晶６が揺動するので、その揺動を抑
制するために、アクチュエータ１４を作動させて、アー
ム１５の姿勢を制御している。この場合、アーム１５に
作用する力はごく微小である。

【０１０１】こうして、アーム１５の係合部材１７が、
機械的強度の大きいくびれ形状の被係合部８に係合し
て、単結晶６が引き上げられるので、単結晶６に破損を
生じさせることなく、単結晶６を成長させることができ
る。しかも、アーム上昇中に、アーム１５に過大な曲げ
モーメントを作用させる必要はないので、アームを小さ
く、軽量にでき、簡素な構造にすることができる。

【０１０２】なお、上記くびれ形状の被係合部８の形成
についで、肩付けがなされ、直胴部たる定径部９が形成
される。やがて、テール部絞りが行われ、単結晶６の引
き上げ処理が終了する（単結晶成長が終了する）。

【０１０３】なお、係合部材１７は、少なくとも単結晶
６に接触する部分が当該単結晶６の品質に影響を与えな
い材料で構成されていることが望ましい。

【０１０４】係合部材１７の材料としては、重金属のよ
うに、係合部材１７が単結晶６に接触することで単結晶
６の材料であるシリコン側に染み込んでいくものは不適
合であり、ステンレスのように、係合部材１７が単結晶
６に接触しても、単結晶６の材料であるシリコン側に染
み込んでいかないものが望ましい。

【０１０５】この場合、単結晶６の品質に悪影響は及ぼ
すことのない材料（ステンレス）は、係合部材１７のう
ち、係合爪１７ａのみという具合に部分的に、使用して
もよく、係合部材１７全体に使用してもよい。

【０１０６】さて、上述した実施形態では、アーム１５
を一体形成しているが、アーム１５を中折れ構造にして
もよい。

【０１０７】図６〜図８は、単結晶引上げ用のアームと
して、中折れ構造のアームが使用される第２の実施形態
を説明する図である。

【０１０８】図６は、この種の中折れ構造のアーム１５
の構成を示す斜視図である。図１と同一符号は同様のも
のとして適宜説明を省略する。このアーム１５は、図９
（ｂ）に示す一体形成のアーム１５と同様の形状であ
り、異なる点は、回動支点１５ａにおいて、中折れでき
るように構成したことである。

【０１０９】図６に示すように、この中折れ構造のアー
ム１５は、２つのアーム部材１５Ｕ、１５Ｔとからな
り、上側のアーム部材１５Ｕは、アーム回動用アクチュ
ータ１４に接続されている。下側のアーム部材１５Ｔ
は、２つのアーム部材１５Ｒ、１５Ｌとからなり、これ
ら２つのアーム部材１５Ｒ、１５Ｌは、回動支点軸１５
ａを回動中心に揺動自在に、コネクティングロッドであ
る上側のアーム部材１５Ｕに連結されている。この場
合、図９（ｂ）と同様に、回動支点軸１５ａの中心に
は、ワイヤ１０を挿通させるための穴１５ｄが設けられ
ており、この穴１５ｄにオフセットされて、上アーム部
材１５Ｕが連結されている（図７（ａ）参照）。

【０１１０】したがって、下アーム部材１５Ｔは、単結
晶６の被係合部８に係合した状態で、自重で鉛直姿勢を
維持できるように、上アーム部材１５Ｕに対して揺動自
在に吊り下げられていることになる。

【０１１１】ただし、アーム１５が図８の矢印Ｅ1方向
に姿勢変化された場合に、上アーム部材１５Ｕにアクチ
ュエータ１４から加えられた力が、下アーム部材１５Ｔ
に作用されるように、上アーム部材１５Ｕには、下アー
ム部材１５Ｔの動きを規制するストッパ１５ｂが設けら
れている。すなわち、図７（ｂ）に示すように、アーム
１５が鉛直姿勢に位置された状態で、下アーム部材１５
Ｔは矢印Ｇ方向に揺動することができるが、その揺動範
囲は、この下アーム部材１５Ｔに設けられた突起部１５
ｅが、上アーム部材１５Ｕのストッパ１５ｂに当接され
るまでの範囲（これをＨにて示す）に限定される。

【０１１２】このアーム１５が姿勢変化する様子は、図
８に示される。

【０１１３】単結晶６の被係合部８の係合を解除する場
合には、アーム回動用アクチュエータ１４は、ロッド１
４ａを伸長させる方向Ｄ1に作動される。

【０１１４】すると、アクチュエータ１４から上アーム
部材１５Ｕに加えられた力は、上アーム部材１５Ｕのス
トッパ１５ｂ、下アーム部材１５Ｔの突起部１５ｅを介
して下アーム部材１５Ｔに伝達され、下アーム部材１５
Ｔは、矢印Ｅ1方向に姿勢変化され、アーム１５の係合
部材１７は、単結晶６の被係合部８から離れた位置に待
避される（図８の実線参照）。

【０１１５】そこで、単結晶６の被係合部８に係合させ
る場合には、アーム回動用アクチュエータ１４は、ロッ
ド１４ａを縮退させる方向Ｄ2に作動される。

【０１１６】すると、上アーム部材１５Ｕは、アクチュ
エータ１４から加えられた力に応じて姿勢変化される
が、下アーム部材１５Ｔの突起部１５ｅは上アーム部材
１５Ｕのストッパ１５ｂに規制されなくなるので、自重
で、矢印Ｅ2方向に回動されて、係合部材１７が単結晶
６の被係合部８に係合し得る位置まで姿勢変化される。

【０１１７】このときのアーム姿勢は、一体形成された
アーム１５と同様に図２に示すような姿勢になってお
り、アーム１５は、当該アーム１５の中心軸１５ｃ上
に、単結晶６の重心が位置された姿勢を維持したまま上
昇していく。このため、アーム１５に単結晶６の重量が
作用したとしても、アーム１５には鉛直方向下向きの力
（下向きの引張り力）しかかからない。つまり、アーム
１５に対して、係合部材１７から単結晶６が外れる方向
への力は作用することがないので、安定して単結晶６を
引き上げることができる。

【０１１８】しかも、この中折れ構造のアーム１５で
は、下アーム部材１５Ｔは、揺動自在に上アーム部材１
５Ｕに吊り下げられているので、アクチュエータ１４の
制御力を要することなく自重だけで、単結晶６の揺動を
吸収して鉛直姿勢を維持することができる。

【０１１９】なお、本実施形態では、アーム１５を、直
動アクチュエータ１４の作動に応じて単結晶６に係合さ
せる場合を想定したが、アーム１５を回動動作させるた
めのアクチュエータを使用しないで、アーム１５の自重
だけで、単結晶６に係合させるような実施も可能であ
る。

【０１２０】たとえば、図１に示す一体形成されたアー
ム１５を姿勢変化させるに際して、アーム１５を鉛直姿
勢から傾斜させた状態でロックするロック機構を設け、
ロック機構のロックを解除することで、アーム１５を、
回動支点１５ａ回りに、自重だけで、係合方向Ｅ2に姿
勢変化させる実施が考えられる。

【０１２１】ところで、係合部材として、図５（ａ）に
示すように、被係合部８を係合する２つの対向部材１７
Ｒ、１７Ｌが別体となっている係合部材１７´を使用す
る場合は、強度不足などの理由で、これら対向する２つ
の部材１７Ｒ、１７Ｌの間隔が、単結晶６の引き上げ時
に、開いてしまう虞がある。

【０１２２】そこで、図１０（図１０（ｂ）は図１０
（ａ）の矢視Ａ図である）に示すように、これら対向す
る２つの部材１７Ｒ、１７Ｌ間の開きを防止するため、
これら対向する２つの部材１７Ｒ、１７Ｌを連結する連
結部材１７Ｍを設けるようにしてもよい。図１０では、
連結部材１７Ｍにより、係合部材１７´近傍のアーム１
５Ｒ、１５Ｌ間が連結される。このようにすることで、
単結晶６の引き上げ時に、係合部材１７´の対向部材１
７Ｒ、１７Ｌ間の開きが防止され、単結晶６が、係合部
材１７´から外れてしまうことが防止される。

【０１２３】また、これら各部材１７Ｒ、１７Ｌ、１７
Ｍは一体に構成してもよい。図３（ａ）に示す係合部材
１７は、対向する部材１７Ｒ、１７Ｌとこれらを連結す
る部材１７Ｍが一体に構成されており、対向する部材１
７Ｒ、１７Ｌ間の開きが防止され、単結晶６が係合部材
１７から外れてしまうことが防止される。

【０１２４】また、図９（ａ）に示すように、係合部材
１７から離れたアーム１５の根元部分を、連結部材１７
Ｍと兼用してもよい。図９（ａ）で係合部材１７の代わ
りに図５（ａ）に示す対向部材１７Ｒ、１７Ｌが別体と
なっている係合部材１７´を使用したとしても、アーム
１５の根元部分に、連結部材１７Ｍを付加して強度を上
げることで単結晶６が係合部材１７´から外れてしまう
ことが防止される。

【０１２５】なお、本実施形態では、アーム１５を積極
的に単結晶６を係合させて、ワイヤ１０よりもアーム１
５を主として、引き上げる場合を想定したが、本発明と
しては、ワイヤ１０を主として、単結晶６を引き上げる
際に、単結晶６が落下してしまうことを防止するため
に、アーム１５を使用してもよい。

【０１２６】すなわち、単結晶６は、ワイヤ１０により
吊り下げられており、このワイヤ１０を巻き上げること
によって、引き上げられる。この引上げ中に、たとえ
ば、単結晶６のネック部７が破損したとしても、そのネ
ック部７よりも下部の被係合部８を係合し得る位置に、
アーム１５の係合部材１７が位置されているので、ネッ
ク部７よりも下の部分が落下するようなことはなく、単
結晶６の被係合部８に、アーム１５の係合部材１７が確
実に係合されたまま引き上げを継続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１の実施形態の単結晶引上装
置の構成を示す図である。

【図２】図２はアームが単結晶が係合する様子を示す斜
視図である。

【図３】図３（ａ）、（ｂ）はアームの係合部材の係合
する部分の断面図である。

【図４】図４は図３（ａ）、（ｂ）の矢視Ａ図である。

【図５】図５（ａ）、（ｂ）はアームの係合部材の種類
を例示する図である。

【図６】図６は第２の実施形態の単結晶引上装置の部分
的な構成を示す図である。

【図７】図７（ａ）、（ｂ）はそれぞれアームの中折れ
部分の構造を説明するために用いた拡大斜視図、拡大側
面図である。

【図８】図８は中折れ構造のアームが姿勢変化する様子
を説明する図である。

【図９】図９（ａ）、（ｂ）は第１の実施形態のアーム
の形状を例示する図である。

【図１０】図１０（ａ）、（ｂ）は係合部材の開きを防
止するための構造を例示する図である。

【符号の説明】

５融液６単結晶６ｃ結晶中心軸８被係合部１０ワイヤ１２種子結晶１３ワイヤ巻取部１４アーム回動用アクチュエータ１５アーム１５ａ回動支点１５ｃアーム中心軸１５Ｕ上側のアーム部材１５Ｔ下側のアーム部材１６アーム支持部１７係合部材１７ａ係合爪２０アーム昇降用アクチュエータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】融液に種子結晶を接触させてから前
記種子結晶を前記融液から引き上げることによって単結
晶を成長させる際に使用される単結晶の引き上げ装置に
おいて、前記単結晶に被係合部を形成するとともに、前記被係合部に係合され、前記単結晶を引き上げた際
に、前記単結晶が倒れない形状の係合部材を有し、前記
単結晶を引き上げた際に、中心軸が前記単結晶の鉛直中
心軸と同軸上に位置される形状のアームを設けるととも
に、前記アームの長手方向の所定位置に、当該アームの
係合部材が前記単結晶の被係合部に係合し得る位置まで
前記アームを回動させる回動支点を設け、前記アームの係合部材が前記単結晶の被係合部に係合し
得る位置まで、前記アームを姿勢変化させ、その後、前
記アームの係合部材を前記単結晶の被係合部に係合させ
た状態で、前記アームを上昇させるようにしたことを特
徴とする単結晶の引き上げ装置。
【請求項２】前記アームに接続されたアクチュエー
タを作動させることにより、前記アームの係合部材が前
記単結晶の被係合部に係合し得る位置まで、前記アーム
を姿勢変化させるようにした請求項１記載の単結晶の引
き上げ装置。
【請求項３】前記アームに作用する重力によって、
前記アームの係合部材が前記単結晶の被係合部に係合し
得る位置まで、前記アームを姿勢変化させるようにした
請求項１記載の単結晶の引き上げ装置。
【請求項４】前記アームは、一体形成されたアー
ムである請求項１記載の単結晶の引き上げ装置。
【請求項５】前記アームの長手方向の所定位置
に、当該アームの係合部材が前記単結晶の被係合部に係
合し得る位置まで前記アームを回動させる回動支点を設
け、この回動支点を、前記単結晶の引き上げ動作に同期
させて上昇させるようにした請求項１記載の単結晶の引
き上げ装置。
【請求項６】前記アームは、２つのアーム部材か
らなり、上側のアーム部材は、前記アクチュータに接続
されており、下側のアーム部材は、前記係合部材を有し
ており、かつ、下側のアーム部材は、前記単結晶の被係
合部に係合し得る位置に姿勢変化された状態で、自重で
鉛直姿勢を維持し得るように、前記上側のアーム部材に
対して揺動自在に吊り下げられている請求項２記載の単
結晶の引き上げ装置。
【請求項７】前記係合部材は、前記単結晶の被係
合部を、直径方向に２点支持することで係合する形状と
なっている請求項１記載の単結晶の引き上げ装置。
【請求項８】前記係合部材は、前記単結晶の被係
合部を、３点以上で支持することで係合する形状となっ
ている請求項１記載の単結晶の引き上げ装置。
【請求項９】前記係合部材は、前記単結晶の被係合
部を、対向する２つの部材によって係合するものであ
り、前記単結晶を引き上げる際に、これら対向する２つ
の部材の間隔が開かないように、これら対向する２つの
部材を連結する部材を設けるようにしたことを特徴とす
る請求項１記載の単結晶の引き上げ装置。
【請求項１０】融液に種子結晶を接触させてから
前記種子結晶を前記融液から引き上げることによって単
結晶を成長させる際に、当該単結晶の落下を防止する単
結晶の落下防止装置において、前記単結晶に被係合部を形成するとともに、前記被係合部に係合され、前記単結晶を引き上げた際
に、前記単結晶が倒れない形状の係合部材を有し、前記
単結晶を引き上げた際に、中心軸が前記単結晶の鉛直中
心軸と同軸上に位置される形状のアームを設けるととも
に、前記アームの長手方向の所定位置に、当該アームの
係合部材が前記単結晶の被係合部に係合し得る位置まで
前記アームを回動させる回動支点を設け、前記アームの係合部材が前記単結晶の被係合部に係合し
得る位置まで、前記アームを姿勢変化させ、その後、前
記アームの係合部材を前記単結晶の被係合部に係合させ
た状態で、前記アームを上昇させるようにしたことを特
徴とする単結晶の落下防止装置。