JPH11217292A - 単結晶製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単結晶に形成したくびれ部を保持しつつ単結
晶を引き上げる単結晶保持装置が高温による機能劣化を
起こさず、単結晶保持後の引上げワイヤの制御が容易な
単結晶製造装置を提供する。 【解決手段】 この単結晶製造装置は、下端に所定の角
度範囲で上下方向に揺動可能な複数の爪（１５）を備
え、炉内の所定位置に吊り下げられた単結晶保持装置
（１３）と、結晶引上げワイヤ（４）に固着した保持装
置載置部材（１６）の下に弾性体（１７）を介して取着
したシードホルダ（５）とを有する。くびれ部（９ｂ）
の上方に形成した拡径部（９ａ）が爪（１５）を押し上
げて通過し、爪（１５）が下限位置に停止した後、保持
装置載置部材（１６）が単結晶保持装置（１３）の上部
に当接して単結晶保持装置（１３）を担持しつつ引き上
げる。

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法による半導
体単結晶の製造に用いられ、特に大重量の単結晶の引き
上げに好適な単結晶製造装置に関する。

【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法では、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
熱溶解して融液とする。そして、シードホルダに取り付
けた種結晶を融液に浸漬し、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。

【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。この転位を除去するため、ダッシュ
ネック法を用いて直径３〜４ｍｍ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、半導体デバイス生産の効率化、歩留
り向上等を目的とした単結晶の大径化あるいは軸方向長
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。そのため、従来の結晶引上げ方法
ではネック部が破断するおそれがあり、安全な単結晶育
成ができない。この対策として、単結晶育成中にその荷
重をネック部から保持装置へ移し換える引上げ装置や引
上げ方法が提案されている。このような装置、方法によ
れば単結晶重量の大部分を保持装置で支えるため、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
持装置により単結晶の落下を防止することができる。

【０００５】上記単結晶保持装置を用いる各種の単結晶
製造装置のうち、特公平７−５１５で開示された結晶引
上げ装置は、シードホルダに連結された引上げ軸に沿っ
て上下動可能な把持ホルダの下端に下方への回転が一定
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保持する構成であ
り、特公平７−１０３０００で開示された結晶引上げ装
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
記単結晶を保持する構成としている。また、特開平５−
２７０９７５で開示された単結晶引上げ装置は、単結晶
の直胴部上端に形成した突部を保持する保持機構を結晶
引上げワイヤ巻取装置とは別個の独立したワイヤ巻取装
置によって引き上げる構成としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記単
結晶引上げ装置には、それぞれ次のような問題点があ
る。 （１）特公平７−５１５は、種結晶を融液に浸漬する際
に、単結晶のくびれ部に掛止する爪が融液面に近づいて
高温に曝される。また、特公平７−１０３０００の場合
も前記と同様に把持レバーが高温に曝される。このた
め、爪の回動不良やリングの摺動不良を起こしたり、育
成中の単結晶を汚染したりするおそれがあり、好ましく
ない。 （２）特開平５−２７０９７５及び特公平７−１０３０
００の場合は、保持装置を昇降させる複数の引上げワイ
ヤ巻取り装置を結晶引上げワイヤ巻取り装置とは別に独
立して設けている。従って、保持装置引上げワイヤを結
晶主軸上に配置することができず、複数の保持装置引上
げワイヤ巻取り装置を精度良く制御して引き上げる必要
があり、制御が複雑化する。

【０００７】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、高温による機能劣化のおそれがなく、単結
晶を保持した後の引上げワイヤの制御が容易な単結晶保
持装置を備えた単結晶製造装置を提供することを目的と
している。

【０００８】

【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製造装置の第１は、単結晶に形
成したくびれ部を単結晶保持装置によって保持しつつ単
結晶を引き上げる単結晶製造装置において、炉内の所定
位置に吊り下げられ、下端に所定の角度範囲で上下方向
に揺動可能な複数の爪を備えた単結晶保持装置と、結晶
引上げワイヤに繋着したシードホルダの上方に固着した
保持装置載置部材とを有し、前記くびれ部の上方に形成
した拡径部が単結晶保持装置の爪を押し上げて通過し、
爪が下限位置に停止した後、保持装置載置部材が単結晶
保持装置の上部に当接して単結晶保持装置を担持しつつ
引き上げることを特徴とする。上記構成によれば、単結
晶保持装置は単結晶のくびれ部上方に形成した拡径部が
爪を押し上げて通過するまでの間、炉内の所定位置に吊
り下げられて待機しているので、高温に曝されず、機能
劣化や単結晶を汚染するおそれがない。また、単結晶保
持装置はくびれ部保持姿勢をとった後、結晶引上げワイ
ヤに固着した保持装置載置部材によって担持されるの
で、単結晶保持装置で保持された単結晶は引き続き結晶
引上げワイヤで引き上げられる。従って、単結晶育成の
全期間を通じて結晶引上げワイヤ以外のワイヤ等の他の
引き上げを制御する必要がなく、引き上げ制御が単純化
される。

【０００９】本発明に係る単結晶製造装置の第２は、上
記第１の構成において、結晶引上げワイヤに固着した保
持装置載置部材の下に弾性体を介してシードホルダを連
結し、保持装置載置部材が単結晶保持装置を担持した
後、単結晶の成長に伴う重量の増加によりくびれ部が徐
々に下降して単結晶保持装置の爪に当接し、単結晶を保
持するようにしたことを特徴とする。単結晶のくびれ部
上方に形成した拡径部が単結晶保持装置の爪を押し上げ
て通過すると、爪は自重で下限位置に戻り停止する。し
かし、この状態のままでは爪が拡径部下側の円錐面に当
接せず、単結晶を保持することができない。上記構成に
よれば、結晶引上げワイヤに固着した保持装置載置部材
の下に弾性体を介してシードホルダを連結したので、単
結晶の成長に伴う重量の増加により弾性体が伸び、くび
れ部が徐々に下降して爪に当接する。従って、単結晶は
単結晶保持装置により衝撃を伴うことなく保持される。

【００１０】本発明に係る単結晶製造装置の第３は、単
結晶に形成したくびれ部を単結晶保持装置によって保持
しつつ単結晶を引き上げる単結晶製造装置において、炉
内の任意の位置に昇降可能に吊り下げられ、下端に所定
の角度範囲で上下方向に揺動可能な複数の爪を備えた単
結晶保持装置と、結晶引上げワイヤの荷重を検出する荷
重センサと単結晶保持装置の荷重を検出する荷重センサ
とを有することを特徴とする。上記構成によれば、単結
晶保持装置を炉内に昇降可能に吊り下げたので、単結晶
保持前の待機位置及び保持開始位置を任意に設定するこ
とができる。また、単結晶の拡径部が単結晶保持装置の
爪を押し上げて通過し、爪が自重で下限位置に戻って停
止した後、単結晶保持装置を僅かに上昇させれば爪が拡
径部下側の円錐面に当接し、単結晶を保持することがで
きる。更に、結晶引上げワイヤ及び単結晶保持装置の荷
重を検出する荷重センサを設けたことにより、結晶引上
げワイヤから単結晶保持装置への荷重移動を明確に把握
することができるとともに、重量による直径制御方式を
用いる単結晶の製造にも適用可能である。

【００１１】

【発明の実施の形態および実施例】次に、本発明に係る
単結晶製造装置の実施例について図面を参照して説明す
る。図１に単結晶製造装置の第１実施例を示す。図示し
ないプルチャンバの上方に設けられた真空容器１内に取
付け板２が固着され、この取付け板２に結晶引上げワイ
ヤ巻取り装置３が設置されている。また、取付け板２の
下方には支持部材１１が設けられ、この支持部材１１に
取着された複数本の支持ワイヤ１２に単結晶保持装置１
３が吊り下げられている。なお、支持ワイヤ１２の代わ
りに支持ロッドを用いてもよい。

【００１２】単結晶保持装置１３は、上端を閉鎖した円
筒状の保持装置本体１４の下端に複数個の爪１５を揺動
自在に取着したものである。保持装置本体１４の上端を
閉鎖する天板１４ａの中心には、結晶引上げワイヤ巻取
り装置３から炉体中心に垂下する結晶引上げワイヤ４を
接触させずに通過させることが可能な穴１４ｂと、複数
本の支持ワイヤ１２を接触させずに通過させることが可
能な穴１４ｃとが設けられている。結晶引上げワイヤ４
は、取付け板２、支持部材１１にそれぞれ設けられた穴
を通過し、更に天板１４ａの中心に設けられた穴１４ｂ
を通過して保持装置載置部材１６の上端に繋着されてい
る。そして、保持装置載置部材１６の下端にはコイルス
プリング１７を介してシードホルダ５が連結されてい
る。また、天板１４ａの穴１４ｃを通過した複数本の支
持ワイヤ１２の下端には、それぞれ抜け止め１８が固着
され、保持装置本体１４は抜け止め１８によって所定の
高さに吊り下げられている。

【００１３】融液６を貯留するるつぼ７は図示しないメ
インチャンバ内に回転ならびに昇降可能に設置され、る
つぼ７の周囲には図示しないヒータ、断熱筒が設置され
ている。シードホルダ５に装着した種結晶８を融液６に
浸漬してなじませた後、結晶引上げワイヤ４を巻き取る
ことにより単結晶９が育成される。

【００１４】単結晶保持装置１３の爪１５は図２及び図
３に示すように、保持装置本体１４下端の突起１４ｄに
装着されたピン１９を中心として、突起１４ｄに設けた
溝１４ｅ内で揺動自在となるように取着され、爪１５の
外側端部１５ａの上面が溝１４ｅの天井面に当接すると
内側端部１５ｂの下方への揺動が阻止される。また、爪
１５の内側端部１５ｂの上面が突起１４ｄの内部斜面１
４ｆに当接すると内側端部１５ｂの上方への揺動が阻止
される。

【００１５】上記構成の単結晶保持装置１３の動作につ
いて、図１〜図４を参照して説明する。シードホルダ５
に装着した種結晶８を融液６に浸漬してなじませ、ダッ
シュネック法によって無転位化した後、ネック部１０の
下方に拡径部９ａとこれより小径のくびれ部９ｂとが形
成される。そして、肩部９ｃに続いて所定の直径の直胴
部９ｄの一部が育成される。この間、単結晶保持装置１
３は図１に示すように支持ワイヤ１２により炉内上方に
吊り下げられ、爪１５の内側先端は下限位置で静止して
いる。

【００１６】単結晶９の育成が進むと、拡径部９ａが単
結晶保持装置１３内に上昇する。このとき、図３に示す
ように爪１５の内側端部１５ｂは拡径部９ａの上面に当
接して上方に押し上げられ、拡径部９ａが通過した後、
自重によりくびれ部９ｂとの隙間を下方に回転し、単結
晶９に接触することなく下限位置に到達する。

【００１７】爪１５がくびれ部９ｂ内に入り込んだ直後
に、保持装置載置部材１６の上面が保持装置本体１４の
天板１４ａの下面に当接する。これにより、図４に示す
ように単結晶保持装置１３は保持装置載置部材１６に載
置された状態となり、以後単結晶保持装置１３は単結晶
９とともに結晶引上げワイヤ４によって引き上げられ
る。そして、単結晶９の育成進捗による重量増加に伴っ
てコイルスプリング１７が徐々に伸びると、爪１５に対
するくびれ部９ｂの位置が相対的に下降し、爪１５の内
側端部１５ｂの上面が拡径部９ａの下側円錐面に当接す
る。実際には、単結晶９の引き上げ速度を一定に維持す
るため、結晶引上げワイヤ４の巻き取り速度を制御する
ことによりコイルスプリング１７の伸び量を補正する。
爪１５がくびれ部９ｂを掛止した時点から単結晶９は単
結晶保持装置１３によって保持される。

【００１８】上記実施例では結晶引上げ軸としてワイヤ
を用いた単結晶製造装置について説明したが、本発明は
これに限るものではなく、シャフト方式の単結晶製造装
置に対しても適用可能である。

【００１９】図５に単結晶製造装置の第２実施例を示
す。なお、第１実施例における構成要素と同一の構成要
素については、第１実施例と同一の符号を用いて説明を
省略する。図示しないプルチャンバの上方に設けられた
真空容器１内に取付け板２が固着され、この取付け板２
に荷重センサ２１を介して結晶引上げワイヤ巻取り装置
３が設置されている。また、取付け板２の下面には、複
数本の保持装置引上げワイヤ２２を巻き取るための複数
のワイヤ巻取り装置２３が荷重センサ２４を介して取着
されている。前記保持装置引上げワイヤ２２の下端には
単結晶保持装置２５の保持装置本体２６が昇降自在に吊
り下げられている。なお、結晶引上げワイヤ４の下端に
はシードホルダ５のみが繋着されている。その他の構造
は図１に示した単結晶保持装置と同一である。

【００２０】上記構成の単結晶保持装置２５の動作は次
の通りである。単結晶９の拡径部９ａ、くびれ部９ｂ等
が形成され、更に直胴部９ｄの一部が育成されるまでの
間、単結晶保持装置２５は保持装置引上げワイヤ２２に
より炉内上方の任意の高さに吊り下げられ、爪１５の内
側先端は下限位置に静止している。

【００２１】単結晶９の育成が進み、拡径部９ａ、くび
れ部９ｂ等が形成されれば、ワイヤ巻取り装置２３によ
り任意の位置で単結晶保持装置２５を昇降させ、爪１５
をくびれ部９ｂに設置することができる。このとき、爪
１５がくびれ部９ｂに設置する動作は、前記の第１実施
例と同じである。

【００２２】爪１５がくびれ部９ｂ内に入り込んだ後
は、保持装置引上げワイヤ２２によって、単結晶保持装
置２５が上昇している間は、保持装置引上げワイヤ２２
は弛まない程度に巻き上げている。

【００２３】第２実施例の単結晶製造装置は、結晶引上
げワイヤから単結晶保持装置への荷重移動を荷重センサ
２１、２４により精度良く検知することができる。ま
た、重量式直径制御方式の単結晶製造装置に適用可能で
ある。なお、光学式直径制御方式の単結晶製造装置に適
用する場合は、真空容器内の荷重センサ２１、２４を取
り除き、結晶引上げワイヤ巻取り装置３及び保持装置引
上げワイヤ２２を巻き取る複数のワイヤ巻取り装置２３
のみを設置してもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
の効果が得られる。 （１）単結晶保持装置を高温の融液面近傍に近づけるこ
となく単結晶を保持することができ、保持装置構成部品
の機能劣化や単結晶の汚染を引き起こさない。また、そ
のための手段として複雑な機構を必要としない。 （２）結晶引上げワイヤに固着した保持装置載置部材に
より単結晶保持装置を担持する場合は、単結晶育成の全
工程にわたって結晶引上げワイヤのみを使用するので、
引上げ制御が容易である。 （３）保持装置載置部材に弾性体を介してシードホルダ
を連結すると、結晶引上げワイヤから単結晶保持装置へ
の荷重移動を衝撃を伴うことなく円滑に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による単結晶製造装置の模
式的断面図である。

【図２】単結晶保持装置の下部構造を示す斜視図であ
る。

【図３】単結晶保持装置の爪の揺動範囲を示す説明図で
ある。

【図４】単結晶保持装置で単結晶を保持した状態を示す
模式的断面図である。

【図５】本発明の第２実施例による単結晶製造装置の模
式的断面図である。

【符号の説明】 ４…結晶引上げワイヤ、５…シードホルダ、９…単結
晶、９ａ…拡径部、９ｂ…くびれ部、１０…ネック部、
１２…支持ワイヤ、１３，２５…単結晶保持装置、１
４，２６…保持装置本体、１５…爪、１６…保持装置載
置部材、１７…コイルスプリング、２１，２４…荷重セ
ンサ、２２…保持装置引上げワイヤ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨岡 純輔 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 小林 正和 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 義本 明広 石川県小松市符津町ツ23 コマツ工機株式 会社内 (72)発明者 大司 成俊 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 (72)発明者 三村 和弘 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 (72)発明者 門田 浩 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 (72)発明者 吉灘 裕 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 (72)発明者 岡村 健治 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単結晶に形成したくびれ部を単結晶保持
   装置によって保持しつつ単結晶を引き上げる単結晶製造
   装置において、 炉内の所定位置に吊り下げられ、下端に所定の角度範囲
   で上下方向に揺動可能な複数の爪(15)を備えた単結晶保
   持装置(13)と、結晶引上げワイヤ(4) に繋着したシード
   ホルダ(5) の上方に固着した保持装置載置部材(16)とを
   有し、 前記くびれ部(9b)の上方に形成した拡径部(9a)が単結晶
   保持装置(13)の爪(15)を押し上げて通過し、爪(15)が下
   限位置に停止した後、保持装置載置部材(16)が単結晶保
   持装置(13)の上部に当接して単結晶保持装置(13)を担持
   しつつ引き上げることを特徴とする単結晶製造装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の単結晶製造装置におい
   て、 結晶引上げワイヤ(4) に固着した保持装置載置部材(16)
   の下に弾性体(17)を介してシードホルダ(5) を連結し、
   保持装置載置部材(16)が単結晶保持装置(13)を担持した
   後、単結晶(9) の成長に伴う重量の増加によりくびれ部
   (9b)が徐々に下降して単結晶保持装置(13)の爪(15)に当
   接し、単結晶(9) を保持するようにしたことを特徴とす
   る単結晶製造装置。
3. 【請求項３】 単結晶に形成したくびれ部を単結晶保持
   装置によって保持しつつ単結晶を引き上げる単結晶製造
   装置において、 炉内の任意の位置に昇降可能に吊り下げられ、下端に所
   定の角度範囲で上下方向に揺動可能な複数の爪(15)を備
   えた単結晶保持装置(25)と、 結晶引上げワイヤ(4) の荷重を検出する荷重センサ(21)
   と単結晶保持装置(25)の荷重を検出する荷重センサ(24)
   とを有することを特徴とする単結晶製造装置。