JPH11217294A

JPH11217294A - 半導体単結晶引上げ装置及び単結晶引上げ方法

Info

Publication number: JPH11217294A
Application number: JP3061898A
Authority: JP
Inventors: Kiyotaka Takano; 清隆高野
Original assignee: Super Silicon Crystal Research Institute Corp
Current assignee: Super Silicon Crystal Research Institute Corp
Priority date: 1998-01-28
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】減圧されたチャンバ内において大径、大重量
の単結晶を確実にかつ安全に引き上げる。【解決手段】単結晶支持機構として、単結晶１０の直
胴部１０Ａの周囲で、その半径方向に移動可能な複数の
支持片５０であって、直胴部との摩擦により直胴部から
荷重を受けるほど、半径内方向に移動しようとするもの
を有するものを用いるようにしている。すなわち、単結
晶支持機構２０が、直胴部を囲むよう、その周囲に配さ
れる筒状部材２０Ｂと、直胴部を、その周囲から放射方
向に支持する複数の支持片５０と、支持片を筒状部材の
内部で支持片が上下方向に移動可能であり、下方に移動
するにつれ、直胴部に接近するように筒状部材に対して
係合させる係合手段とを有するよう構成している。

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、半導体単結晶引上げ装置及び単結晶
引上げ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、引上げＣＺ法による単結晶引上
げ装置では、グラファイトにより構成された高耐圧気密
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
れた石英ルツボ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、種結晶と石英ルツボを
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(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、上記の
ような従来の把持装置ではいずれも、真空ポンプにより
１０torr程度に減圧されたチャンバ内において、大径、
大重量（例えばボディー部の直径が４００ｍｍ、重量が
４００ｋｇ）の単結晶を吊り下げる把持具と駆動源の伝
達機構が現実的ではなく、実際的でないという問題点が
ある。なお、もし単結晶と把持具の係止が外れて単結晶
が落下すると、転位が発生して単結晶が商品とならない
ばかりか、石英ルツボが破損して最悪の場合には石英ル
ツボを回転、上下移動させるためのルツボ軸の内部の冷
却水と、高温の融液が反応して水蒸気爆発が発生するこ
ともあり得る。

【０００７】本発明は上記従来の問題点に鑑み、減圧さ
れたチャンバ内において大径、大重量の単結晶を確実に
かつ安全に引き上げることができる半導体単結晶引上げ
装置及び半導体単結晶引上げ方法を提供することを目的
とする。

【０００８】

【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、単結晶支持機構として、単結晶の直胴部の
周囲で、その半径方向に移動可能な複数の支持片であっ
て、直胴部との摩擦により直胴部から荷重を受けるほ
ど、半径内方向に移動しようとするものを有するものを
用いるようにしている。換言すれば、単結晶支持機構
が、直胴部を囲むよう、その周囲に配される筒状部材
と、直胴部を、その周囲から放射方向に支持する複数の
支持片と、支持片を筒状部材の内部で支持片が上下方向
に移動可能であり、下方に移動するにつれ、直胴部に接
近するように筒状部材に対して係合させる係合手段とを
有するよう構成している。

【０００９】すなわち本発明によれば、引上げＣＺ法に
より半導体単結晶を製造するための半導体単結晶引上げ
装置であって、種結晶を保持して上下方向に昇降させる
種結晶昇降機構と、前記種結晶の下に形成される単結晶
の直胴部を支持する単結晶支持機構とを有するものにお
いて、前記単結晶支持機構が、前記直胴部を囲むよう、
その周囲に配される筒状部材と、前記直胴部を、その周
囲から放射方向に支持する複数の支持片と、前記支持片
を前記筒状部材の内部で前記支持片が上下方向に移動可
能であり、下方に移動するにつれ、前記直胴部に接近す
るように前記筒状部材に対して係合させる係合手段と
を、有することを特徴とする半導体単結晶引上げ装置が
提供される。

【００１０】また本発明によれば、引上げＣＺ法により
半導体単結晶を製造するための半導体単結晶引上げ装置
であって、種結晶を保持して上下方向に昇降させる種結
晶昇降機構と、前記種結晶の下に形成される単結晶の直
胴部を支持する単結晶支持機構とを有するものにおい
て、前記単結晶支持機構が、前記単結晶の直胴部の周囲
で、その半径方向に移動可能な複数の支持片であって、
前記直胴部との摩擦により前記直胴部から荷重を受ける
ほど、半径内方向に移動しようとするものを有すること
を特徴とする半導体単結晶引上げ装置が提供される。

【００１１】また本発明によれば、引上げＣＺ法により
半導体単結晶を製造するための半導体単結晶引上げ方法
であって、種結晶を石英ルツボ内の溶融原料に浸漬して
から引き上げるステップと、前記種結晶の下に形成され
る単結晶の直胴部の周囲に、その半径方向に移動可能な
複数の支持片であって、前記直胴部との摩擦により前記
直胴部から荷重を受けるほど、半径内方向に移動しよう
とするものを配するステップと、前記支持片を前記直胴
部の周囲に接触させるステップと、前記支持片に前記単
結晶の荷重がかかった後は、前記支持片を引き上げるこ
とにより、その後の単結晶の成長・引上げを行うステッ
プとを、有する単結晶引上げ方法が提供される。

【００１２】

【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は本発明に係る半導体単結晶
引上げ装置の一実施形態の要部を示す側断面図、図２は
図１の単結晶引上げ装置内の単結晶支持機構近傍を詳細
に示す断面図、図３は図１の実施の形態における単結晶
支持機構の動作を示す側面図、図４は図１の単結晶引上
げ装置の動作を説明するためのグラフである。

【００１３】図１は、単結晶１０をチャンバ１２内に石
英ルツボ１８から引き上げる単結晶引上げ装置の要部を
模式的側断面図により示している。単結晶１０はワイヤ
１６の先端に取り付けられた種結晶１４の下方に形成さ
れる。ワイヤ１６は後述する種結晶昇降機構により図１
中の矢印Ｖ₁で示すように上下動する。単結晶１０の直
胴部１０Ａを外周から支持する単結晶支持機構２０は次
の構造を有する。すなわち、単結晶支持機構２０は種結
晶昇降機構と同期回転するよう、その上部円筒２０Ａが
モータ４０により回転する基板３０に係合している。ワ
イヤ１６は基板３０に取り付けられたドラム４６の回転
により昇降する。ドラム４６は図示省略のモータにより
駆動される。モータ４２Ａ、４２Ｂは駆動板３２を回転
させ、駆動板３２が回転することにより、単結晶支持機
構２０の上部円筒２０Ａが回転・駆動されて矢印Ｖ₂で
示すように上下に昇降可能である。

【００１４】単結晶支持機構２０は上部円筒２０Ａの下
方に上部円筒２０Ａの径より径が大きい下部円筒２０Ｂ
を有している。図２は図１中の線ＩＩ−ＩＩ’で切断し
て下方を見た断面図である。下部円筒２０Ｂの内部に
は、図２に示すように４つの支持片５０が上下に下部円
筒２０Ｂの中心軸に平行な方向に移動可能なように棒状
部材３４、３６により取り付けられている。支持片５０
の直胴部に面する側には、耐熱性で、かつ直胴部に対し
て摩擦力を発生する材料の接触部材５２が取り付けられ
ている。棒状部材３４は、その両端がボルト３４Ａ、３
４Ｂ（図１参照）でそれぞれ支持片５０と下部円筒２０
Ｂに回動可能に軸支されている。棒状部材３４の下方の
もう１つの棒状部材３６もその両端が同様にボルト３６
Ａ、３６Ｂによりそれぞれ支持片５０と下部円筒２０Ｂ
に回動可能に軸支されている。なお、図１と図２にわか
るように、支持片５０の両端に２本ずつの棒状部材（図
１では手前側の棒状部材３４、３６のみを示し、図２で
は上方に位置する棒状部材３４、３８のみを示してい
る）が設けられている。

【００１５】この構成により支持片５０は上下方向に移
動可能であり、下方に移動するにつれ、直胴部１０Ａに
接近する。この様子を示したのが図３である。図３のＡ
は、支持片５０が上方に位置する様子を、Ｂはやや下方
に下降した様子を、Ｃは棒状部材３４、３６が水平な状
態となるまで支持片５０が更に下降した様子を示してい
る。図３中、一点鎖線は図１、図２における直胴部１０
Ａの外周を示しており、図３のＡの状態では、支持片５
０は直胴部１０Ａに接触しない位置にある。図３のＢで
支持片５０は直胴部１０Ａに接触する位置まで半径内方
向に移動する。図３のＣの状態では、支持片５０は直胴
部１０Ａの外周より内部に位置することとなる。なお、
直胴部１０Ａが存在する単結晶引上げ時では、図３のＢ
に示すように直胴部１０Ａの外周に接触した状態より内
部に入り込むこと（図３のＣの状態）はない。

【００１６】このような構成において、単結晶１０を製
造する場合、チャンバ１２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
１２内の下方に設けられた石英ルツボ１８内の多結晶を
加熱して溶融し、また、単結晶支持機構２０と石英ルツ
ボ１８を回転させる。そして、チャンバ１２の下方の石
英ルツボ１８内のＳｉ融液の表面に対して単結晶支持機
構２０の下端は接触せず、種結晶１４が浸漬するよう
に、モータ４２Ａ、４２Ｂにより単結晶支持機構２０を
下降させるとともにシード昇降機構を構成するワイヤ巻
取りドラム４６により種結晶１４を下降させる。次いで
所定時間の経過後に種結晶１４を比較的速い速度で引き
上げることにより、種結晶１４の下に直径が３〜４ｍｍ
の小径のネック部１５を形成させ、次いで引上げ速度を
比較的遅くしてその速度を徐々に遅くすることにより上
部コーン部１０Ｂを形成させ、次いで一定の速度で引き
上げることにより円筒形のボディー部すなわち直胴部１
０Ａを形成させる。なお、引き上げ時には、石英ルツボ
１８はＳｉ融液の表面の高さ位置が常に一定になるよう
に上昇させる。このとき、支持片５０は上部コーン部１
０Ｂの外周に沿って下降し、直胴部１０Ａの外周に接触
部材５２が接触するようになる。

【００１７】直胴部１０Ａが形成され、所定距離引き上
げられると、支持片５０の内側の接触部材５２が図３の
Ｂに示すように全面的に直胴部１０Ａの外周に接触す
る。このとき、必要に応じて単結晶支持機構２０をわず
かに上昇させると、支持片５０は強く周囲から直胴部１
０Ａを把持することとなる。この点について詳しく説明
する。すなわち、支持片５０は直胴部１０Ａの周囲で、
その半径方向に移動可能であり、直胴部１０Ａの外周部
との摩擦により直胴部１０Ａから荷重を受けるほど、半
径内方向に移動しようとする。したがって、支持片５０
が直胴部１０Ａの外周に接触した後は、直胴部１０Ａの
荷重により支持片５０はより強く直胴部１０Ａを把持す
ることとなる。換言すれば、支持片５０に取り付けられ
た接触部材５２は単結晶１０の直胴部１０Ａの外周表面
との摩擦により下方に引下げる力を受け、この力によ
り、支持片５０はますます単結晶１０の中心軸へ向けて
押し込む力を単結晶１０に与えるのである。すなわち、
単結晶１０を放射状に周囲から把持する力は何の外力を
も必要とせず、単結晶１０の自重により発生するのであ
る。

【００１８】なお、接触部材５２が最初に直胴部１０Ａ
に触れる段階で、棒状部材３４、３６の傾斜角を制御す
るような図示省略の駆動手段あるいは保持手段を設ける
こともできる。すなわち、直胴部１０Ａが形成されるま
では、支持片５０をワイヤにて吊り上げて図３のＡの位
置に保持しておくことなどが可能である。図４は種結晶
１４を引上げるワイヤ１６の移動速度Ｖ₁と単結晶支持
機構２０の移動速度Ｖ₂の関係を示すグラフである。図
４からわかるように、単結晶支持機構２０の移動速度Ｖ
₂が大きくなり、ワイヤ１６の移動速度Ｖ₁と一致したと
きに単結晶１０の荷重はワイヤ１６から単結晶支持機構
２０に移る。その後は、単結晶支持機構２０により単結
晶１が引き上げられる。

【００１９】上記実施の形態では、図１に示すように直
胴部１０Ａを単に外周から半径内方向に押圧して把持す
る構成であるが、接触部材５２と直胴部１０Ａとの摩擦
が万一十分でないと、単結晶１０は十分に把持されない
ことも有り得る。かかる懸念が生じる場合は、上部コー
ン部１０Ｂのふもとであるショルダー部の径を、その下
に作る直胴部１０Ａよりやや大きくして、径拡大部を設
けておく。そして、支持片５０の上端が、この径拡大部
の下端に当接するようにして、周囲から把持するように
する。このように構成すれば、支持片５０が直胴部１０
Ａからずれたりせず、安全な引上げが期待できる。

【００２０】上記実施の形態では、単結晶支持機構２０
に単結晶１０の荷重を移動させるまでは種結晶を保持す
るワイヤ１６により単結晶を保持しているが、ワイヤ１
６の代わりにシャフトを用いることができる。また、単
結晶支持機構２０を上下動させるために、上記実施の形
態のようにシリンダ状部材を直接モータで駆動せずに単
結晶支持機構の下部円筒２０Ｂ部分をワイヤで昇降させ
るよう構成することもできる。なお、上記実施の形態で
は、放射状に配された４つの支持片５０により単結晶の
直胴部１０Ａを周囲から把持しているが、各々の支持片
をさらに複数に分割したり、４方向のみならず、５方向
やそれ以上の方向から把持するように構成してもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、単
結晶支持機構として、単結晶の直胴部の周囲で、その半
径方向に移動可能な複数の支持片であって、直胴部との
摩擦により直胴部から荷重を受けるほど、半径内方向に
移動しようとするものを有するものを用いるようにした
ので、単結晶の直胴部を外周から十分な力で確実に把持
することができる。その結果、単結晶への集中応力は発
生しにくく、転移しにくい。また、本発明における単結
晶支持機構では、単結晶を保持するための外力が不要で
あるため、把持するための動力源を必要としない。この
ため、機構が簡単で、設計、保守、整備が容易であり、
製造と維持におけるコストダウンに貢献できる。また、
単結晶の引上げにおいて、種結晶の引上げと、単結晶直
胴部の引上げが相互独立しているため、荷重移動に厳密
な速度制御などが不要である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体単結晶引上げ装置の一実施
形態の要部を示す側断面図である。

【図２】図１中の線ＩＩ−ＩＩ’で切断して下方を見た
断面図である図１の単結晶支持機構を詳細に示す正面拡
大断面図である。

【図３】図１の実施の形態における単結晶支持機構の動
作を示す側面図である。

【図４】図４は図１の単結晶引上げ装置の動作を説明す
るためのグラフである。

【符号の説明】

１０単結晶１２チャンバ１４種結晶１５ネック部１６ワイヤ１８石英ルツボ２０単結晶支持機構２０Ａ上部円筒２０Ｂ下部円筒（筒状部材）３０基板３２駆動板３４、３６、３８棒状部材４０、４２Ａ、４２Ｂモータ４６ワイヤ巻取りドラム５０支持片５２接触部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】引上げＣＺ法により半導体単結晶を製造
するための半導体単結晶引上げ装置であって、種結晶を保持して上下方向に昇降させる種結晶昇降機構
と、前記種結晶の下に形成される単結晶の直胴部を支持する
単結晶支持機構とを有するものにおいて、前記単結晶支持機構が、前記直胴部を囲むよう、その周
囲に配される筒状部材と、前記直胴部を、その周囲から
放射方向に支持する複数の支持片と、前記支持片を前記
筒状部材の内部で前記支持片が上下方向に移動可能であ
り、下方に移動するにつれ、前記直胴部に接近するよう
に前記筒状部材に対して係合させる係合手段とを、有することを特徴とする半導体単結晶引上げ装置。
【請求項２】前記係合手段が、前記筒状部材に対して
前記支持片を平行に移動可能なように支持する部材であ
ることを特徴とする請求項１記載の半導体単結晶引上げ
装置。
【請求項３】前記係合手段が、前記筒状部材と前記支
持片のそれぞれに回動可能に軸支された部材であること
を特徴とする請求項１又は２記載の半導体単結晶引上げ
装置。
【請求項４】引上げＣＺ法により半導体単結晶を製造
するための半導体単結晶引上げ装置であって、種結晶を保持して上下方向に昇降させる種結晶昇降機構
と、前記種結晶の下に形成される単結晶の直胴部を支持する
単結晶支持機構とを有するものにおいて、前記単結晶支持機構が、前記単結晶の直胴部の周囲で、
その半径方向に移動可能な複数の支持片であって、前記
直胴部との摩擦により前記直胴部から荷重を受けるほ
ど、半径内方向に移動しようとするものを有することを
特徴とする半導体単結晶引上げ装置。
【請求項５】前記支持片の前記直胴部に面する側に
は、耐熱性を有し、かつ摩擦係数の高い材質の部材が存
在することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１
つ記載の半導体単結晶引上げ装置。
【請求項６】前記複数の支持片が最上位置にあると
き、前記複数の支持片に囲まれる空間の直径は、前記直
胴部の直径より大であり、前記複数の支持片が下降して
前記複数の支持片に囲まれる空間の直径が最小となると
きの直径は、前記直胴部の直径より小であることを特徴
とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体
単結晶引上げ装置。
【請求項７】前記筒状部材を前記種結晶昇降機構と同
期して回転させる手段を有する請求項１ないし６のいず
れか１つに記載の半導体単結晶引上げ装置。
【請求項８】引上げＣＺ法により半導体単結晶を製造
するための半導体単結晶引上げ方法であって、種結晶を石英ルツボ内の溶融原料に浸漬してから引き上
げるステップと、前記種結晶の下に形成される単結晶の直胴部の周囲に、
その半径方向に移動可能な複数の支持片であって、前記
直胴部との摩擦により前記直胴部から荷重を受けるほ
ど、半径内方向に移動しようとするものを配するステッ
プと、前記支持片を前記直胴部の周囲に接触させるステップ
と、前記支持片に前記単結晶の荷重がかかった後は、前記支
持片を引き上げることにより、その後の単結晶の成長・
引上げを行うステップとを、有する単結晶引上げ方法。
【請求項９】前記直胴部を形成する前に、前記直胴部
より径の大きい径拡大部を形成するステップを有し、前
記支持片を前記直胴部の周囲に接触させるステップが、
前記径拡大部の下端に前記支持片を接触させるステップ
を含む請求項８記載の単結晶引上げ方法。