JPS6041038B2 - 結晶成長炉からの結晶の処理装置及び処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 シリコンの単結晶ィンゴットのような結晶は通常熔融液
を含有するるつぼを備えている結晶成長炉でチョクラル
スキー（Ｃｚ比ｍａｌｓｋｉ）法により成長されており
、るつぼは熔融液に関する成長結晶に対し垂直軸の周り
での相対的な回転を与えながら、一定の割合で垂直軸に
沿って熔融液から結晶を引出すための引張ヘッド装置を
有する汚染されていない低圧力のチャンバ内に配置され
ている。

この方法はるつぼが配置されている密閉された真空型の
チャンバで実行され、通常ハウジングは結晶受容チャン
バの結晶成長チャンバとしてるつぼの直上の一般に細長
いチャンバを備えている。このような結晶成長又は結晶
受容チャンバには真空シールされたドアが与えられてお
り、ここで成長後、結晶成長チャンバでの前面開きドア
を介して熱い結晶が移動され得る。結晶を処理し、結晶
成長炉からの結晶を移動させる該方法は、オペレータに
より結晶成長又は結晶受容チャンバを介してドアを開き
、機械的手段、例えばプラィャを用いて結晶のネック部
を素早く把持することにより種子ホルダから成長した結
晶を分離させることである。

次に熱く重い結晶は更に製造及び加工されるためオペレ
ータによりチャンバから移動される。純粋なシリコンの
ような成長した結晶は様々な長さと直径、例えば直径が
約１００ミリメートル以上で、長さが１０乃至６０イン
チ（約２５．４伽乃至約１５２．４仇）以上で、結晶の
ネック部が約２乃至３ミリメートルになるように成長さ
れる。成長後の結晶はいまいま非常に重く、例えば５０
乃至１５０ポンド（約滋．６ｋ９乃至約餓．ｌｋ９）で
ある。通常、結晶成長チャンバのドアはるつぼが保持さ
れているチャンバ上に床上数フィートの所に配置されて
おり、従ってオペレータは踏み台を用いてこのドァに達
しなければならない。このような装置と方法は完全に満
足すべきものではない。というのはこの結晶を処理し、
移動させる方法はオペレータによる熱く重い結晶の手作
業を必要としているからであり、その際、移動及び処理
中落下又は接触により結晶に損傷を与える可能性がある
。従って有効的な機械的手段および結晶成長炉からの結
晶を処理し移動させるための改良された方法を提供する
ことが望ましい。発明の概要本発明は結晶成長炉からの
結晶を処理するための装置及び方法に関するものであり
、特に、手動でない機械的手段を用いて、先行技術によ
る結晶の手動処理と関連した問題を回避しながら、結晶
成長炉の結晶成長チヤンバからの結晶を有効的に移動さ
せるためのシステム及び方法に関するものである。

本発明は結晶成長炉装置から結晶を処理し移動させるた
めの装置を含んでおり、この装置はるつぼと熔融液を含
有する下部の排気されたチャンバを備えており且つ、結
晶を成長させ受容するための移動可能な上部チャンバを
備えており、その際、上部チャンバは典型的には移動可
能なシリンダである。

上部チャンバの移動に先立ち真空シールされた分離バル
ブ又はドアを用いて下部炉チヤンバを上部チャンバから
分離させる手段が与えられている。装置は又結晶を保持
し、結晶を所定位直に支持する手段を備えており、他方
、例えば、上部チャンバ内の所定位直に成長した結晶を
保持及び支持するため、上部チャンバの基部に滑鰯可能
に挿入されたロックピンを用いて、上部チャンバは下部
チャンバから移動される。装置は、分離バルブを閉じた
後、例えば上部円節形チャンバを一方へ、下部チャンバ
及び炉から明確に離れるように動かすためデリック（ｄ
ｅｒｒｉｃｋ）又はホィスト装置を用いて、下部チャン
バから上部チャンバを移動させる手段を備えている。本
発明は、実質的に上部チャンバの寸法に整合するシリン
ダチャンバのような下部受容チャンバを含む車輪つきの
カードのような車両又は運搬装贋と、結晶の重量が上部
チャンバの保持手段から下部チャンバの特上げられたェ
レベータ手段に移されることを可能にするため、カート
チャンバ内でのプラットフオームを上下するェレベータ
菱贋を用いるような、下部チャンバ内での結晶受容プラ
ットフオームを上下する手段とを備えており、結晶はカ
ートの下部チャンバに静かに降下され、そこでチューブ
を受容し、従って熱い大きな結晶を結晶成長炉から移動
させるために有効的な手動でない装置を提供するもので
ある。

本発明は熱く極度に重いシリコン結晶ィンゴットを簡単
な機械的装置及び方法により移動させるという困難な問
題を解決する。

この方法では、一旦、結晶ィンゴットが成長され、上部
結晶成長チャンバに引き入れられると、下部チャンバを
密閉するため真空の分離バルブが閉じられ、次に上部円
筒形チャンバが大気に対し開かれる。上部受容チャンバ
の結晶が分離バルブから離されることをオペレータが確
認し得るように、石英の窓のようなボートが上部チャン
バに与えられる。一且、成長した結晶が受容チャンバ内
に入ると、上部チャンバの基部に滑動するように挿入さ
れた特別なロックピンのような保持手段が始動される。
次に上部チャンバ中の依然熱い結晶は引上げヘッド袋魔
によりロックピン保持手段上に下げられる。次に上部チ
ャンバは大気圧にさらされ、分離バルブから機械的に離
され、炉の下部チャンバからアセンブリを特上げるため
デリツク又はホイスト手段が用いられる。保持された結
晶を確実に中に含有する上部チャンバは次に炉の一側に
動かされる。下部結晶受容チャンバを含む結晶受容カー
ドはその側面位置で上部チャンバの下に配置されており
、カード中の受容チューブ又はチャンバは上部結晶チャ
ンバの底に接続されている。次にェレベータ装置は上部
チャンバの底部を介してプラットフオームを特上げ、結
晶の底部を係合させ、その後ロックピン又は保持手段が
引っ込められ、これにより結晶ィンゴットの重量が保持
手段から離れ、ヱレベータプラツトフオームに移される
ことが可能になる。次にプラットフオーム上の結晶がカ
ート上の結晶受容チューブに降下することを可能にする
ためェレベータ装置が始動される。ヱレベータ装置は結
晶が下部受容チヤンバにゆっくりと下ろされることを可
能にし、従って種子が依然完全であるかどうかには無関
係に、結晶が突然落下したり、破損したりすることはな
い。下部結晶受容チャンバ内に確保された結晶を含有す
るカートは車輪で動かされ得、処理のため或いは使用の
ため結晶成長炉部分から移動され得る。本発明による装
置及び方法は、上部結晶受容チャンバでの密閉された結
晶ドアの使用と関連する問題を避けながら、結晶成長炉
からの熱い大きな結晶の先行技術による手動処理と関連
する多くの問題点を克服する。本発明は、大きな軍童の
、特に６０キ。

グラム以上の結晶を容易に処理するための、又人間に与
える危険を最小限にしながら結晶の成長直後熱い結晶を
処理するための方法を提供するものである。上部及び下
部結晶受容チヤンバは簡単な円筒形チューブェレメント
であり得、他方下部結晶受容チューブは単に別の位置に
車輪で動かされ回転され得るカート又は車両上に配直さ
れ得る。本発明を特定の具体例に関してのみ説明するが
、しかし当業者は、本発明の主旨と範囲から外れること
なく装置と方法に様々な変化と変更をなし縛るというこ
とがわかるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による結晶成長炉装億の概略断面図であ
り、第２図は上部チャンバが下部チャンバ上の片寄った
位置にある第１図による結晶成長炉菱鷹の断面図であり
、第３図は成長した結晶の移動のため上部チャンバと下
部チャンバとが一列に配直されている本発明による結晶
成長炉装瞳の断面図であり、第４図は下部チャンバへ移
動された成長した結晶を示す断面図である。 具体例の説明 第１図は、特上げ旋回するようにされたホィスト又はデ
リック１２と、チェーン３２を有する引上げヘッド装置
１４と、中に石英のボートホール１８を有する移動可能
な円節形結晶受容上部チャンバ１６を有し、引っ込まれ
た、すなわち非結晶支持位置で示された糟動し得るロッ
クビン２０を備える本発明による結晶成長炉１０を示す
。 下部熔融液チャンバ２４を例えばシリコンの熔融液５０
を含有するるつぼ２６を備えており、このるつぼは回転
し得るリフト装置２８上の軸３０上で支持されており、
ここで熔融液のレベルを一定に維持するためるつぼは回
転され、上下され得る。所望の場合、軸３０とＩＪフト
装贋２８とはチャンバ２４の底のシールを介してチャン
バ２４の外側に伸張し得る。熔融液チャンバ２４と上部
チャンバ１６は、作動中、熔融液から結晶を成長させる
ために汚染されていない雰囲気を提供するよう、アルゴ
ンのような不活性ガスを持って真空状態で維持されるよ
うにされており、その際、成長結晶３４は上部チャンバ
１６で成長され受容される。分離バルブ２２は真空で熔
融液チャンバ２４と上部チャンバ１６を分離させる手段
を提供するものである。第２図は下部熔融液チャンバ２
４の一柳へホィスト１２により特上げられ旋回されて熔
融液チヤンバから解放される。 引上げヘッド袋魔１４を持ち上部結晶受容チャンバ１６
を有する菱直１０を示している。成長した結晶は、内側
支持位直に配遣された滑動し得るロックピン２０上で支
持されているのが示され、ロックピン２０上にまで下げ
られた成長した結晶を支持している。上部チヤンバ１６
は分離バルブ２２及び熔融液チャンバ２４から分離され
ており、底部分が開いている。第２図は又チャンバ支持
部４２を有する車輪つきのカート３８を含む結晶受容運
搬装置３６を示しており、このチャンバ支持部には上端
が開いた別個の直立の円筒形下部結晶受容チャンバ４０
が配置されている。上部及び下部結晶受容チャンバ４０
及び１６は同じ寸法で示されており、チャンバ１６及び
４川ま離間されているが、軸方向で一直線の位置に配置
されている。力−ト３８はホィスト又はェレベータ滑車
装置を含んでおり、この装瞳により別個の下部チャンバ
４０が支持チャンバ部４２中で上下される。更に結晶チ
ャンバ４０は中に、成長した結晶３４を支持するため特
上げられる支持バー４４と共にヱレベータ装置４６と、
プラツトフオーム４８を含んでおり、これによってプラ
ットフオーム４８は図示されたような下位層と特上げら
れた位置との間を動く。第３図は、チャンバ１６の開い
た下端と特上げられた位置での支持バー４４及びプラッ
トフオーム４８とを接続させるためェレベータ装置によ
り特上げられた、開いた上端を有する下部チャンバ４０
を示しており、バー４４は上部チャンバ１６で成長した
結晶３４の底を支持しており、ロックピンは引っ込めら
れた位置にある（図示されず）。 第４図は、上部チャンバ１６を分離し、移動させ、ェレ
ベータ４６により結晶３４を低い位置に下げた後下部チ
ャンバ４０内に固定された成長した結晶３４を示す。 成長した結晶は処理され或いは使用されるための次の位
直にまで運搬部材３６のチャンバ４０で運搬され、他方
上部チャンバ１６と引上げヘッド１４は分離バルブ２２
上で特上げられ、旋回させられ、再び降下され、別の結
晶を成長させるため熔融液チャンバ２４に接続される。
作動上、上部チヤンバ１６及び４０は簡単なチューブで
ある。 結晶３４が成長し、チャンバ１６に保持された後、引上
げヘッド装直１４は、結晶３４を、チャンバ１６の底部
の支持位置に挿入されたロックピン２０上に、チェーン
３２により下ろす。次に上部チャンバ１６は閉鎖バルブ
２２により離され、次に大気に対し開かれる。オペレー
タはボートホール１８により結晶３４がバルブ２２から
離れたことを観察し得る。次に上部チャンバ１６は分離
バルブ２２と熔融液チャンバ２４から分離される。次に
ホィスト１２は上部チャンバ１６と引上げヘッド１４を
僅かに、例えば１乃至６インチ、特上げ、上部チャンバ
１６と引上げヘッド１４を熔融液チャンバ２４のない床
空間上の１方の側へ動かす（第２図参照）。運搬装置３
６は次に、上部チャンバ１６の下端のすぐ下に位置する
別個の下部チャンバ４０の上端が開いている位置に回転
される。 下部チャンバ４０は特上げられ、上部チャンバ１６の底
に接続される。チャンバ４０内のェレベータ装置４６は
特上げられ、従ってプラットフオーム４８上の支持バー
４４はロックピン２０からの干渉を受けず、結晶３４の
下の支持位置に配置される（第３図参照）。糟勤し得る
ロックピン２０はバー４４を支持するため移動支持部材
に動かされる。ェレベータ４６は静かに下げられる。チ
ェーン３２は、ロックピン２０又は支持バー４４により
支持された後、離されるか、或いは結晶３４がチャンバ
４０に確保されるまで更にその確実性を高めるため用い
られ得る。即ち、ヱレベータ４６が下げられると、引上
げヘッドも始動され、結晶が下げられ、次チェーン３２
が離される。結晶３４は下部チャンバ４４内に確保され
（第４図参照）、上部チャンバ１６は下部チャンバ４０
から離される。 確保された結晶はカート３８で運び去られる。前記装置
及び方法は、オペレータと結晶に与える危険を最小にし
ながら、結晶成長炉からの熱い大きな結晶を処理し移動
させるのに有効的な、安全な方法を与えるものである。 （ンＧ ／ ‘ン６ ２ 斤ンＧ 子 斤ンＧ ３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 結晶成長炉装置で成長した結晶を処理するための装
   置であり、この装置は、ａ （i） 熔融液からの結晶
   の成長のため汚染されていない雰囲気を与えるようにさ
   れた下部熔融液チヤンバと、（ii） 熔融液を含有する
   ための下部チヤンバ中のるつぼと、（iii） 下部熔融
   液チヤンバから移動され得、下部チヤンバの熔融液から
   成長した結晶を受容するようにされた結晶受容位置にお
   ける上部結晶チヤンバと、（iv） 上部チヤンバの移動
   を許容すべく上部チヤンバと下部チヤンバを真空気密状
   態で分離する手段と、（v） 下部チヤンバの熔融液か
   らの種子結晶と成長した結晶を上部チヤンバに引上げる
   ための引上げヘツド手段と（vi） 結晶受容位置と下部
   チヤンバのない結晶放出位置との間で上部結晶チヤンバ
   を移動させる手段と、（vii） 上部結晶チヤンバ中の
   成長した結晶を、その移動中に支持し保持する手段と、
   を備える結晶成長炉装置と、 ｂ 上部結晶チヤンバから放出される成長した結晶を受
   容するために配置されるべく構成された別個の下部結晶
   チヤンバと、ｃ 結晶受容位置へ及びこの位置から下部
   チヤンバを運搬する手段と、を備える結晶成長炉装置か
   ら成長した結晶を処理するための装置。 ２ 上部結晶受容チヤンバ及び下部結晶受容チヤンバは
   、ほぼ同じ寸法の円筒形チユーブである請求の範囲第１
   項に記載の装置。 ３ 上部結晶チヤンバを移動させる手段は、熔融液チヤ
   ンバを分離した後、下部熔融液チヤンバ上の位置から上
   部チヤンバを持上げ、結晶成長炉の一側又は他側に持上
   げられた上部結晶チヤンバを動かして下部熔融液チヤン
   バから離す手段を備える請求の範囲第１項に記載の装置
   。 ４ 上部結晶チヤンバはチヤンバの下部分で滑動し得る
   ロツクピン手段を備え、このロツクピン手段は、引上げ
   ヘツド手段によりロツクピンへ下げられた成長した結晶
   のための支持及び保持位置と引き込まれた支持していな
   い位置との間で可動である請求の範囲第１項に記載の装
   置。 ５ 前記別個の下部結晶チヤンバは、該別個の下部結晶
   チヤンバ内で放出された結晶を支持するため、該別個の
   下部チヤンバ内の上部位置と下部位置との間で動く手段
   を有しており、この手段は該別個の下部チヤンバ内に配
   置され、該別個の下部チヤンバ内での上部結晶支持位置
   と下部結晶支持位置との間で可動な結晶支持プラツトフ
   オームを備える請求の範囲第１項に記載の装置。 ６ 下部チヤンバを運搬する手段は車輪のついた車両を
   備え、上部チヤンバから下部チヤンバへの成長した結晶
   の移動のため、下部結晶チヤンバの上端を上部結晶チヤ
   ンバの下端と一直線を成す位置にまで持上げる手段を備
   える請求の範囲第１項に記載の装置。 ７ 結晶成長炉装置で成長した結晶を処理するための装
   置であり、この装置は、ａ （i） 熔融液からの結晶
   の成長のため汚染されていない雰囲気を与えるようにさ
   れた下部溶融液チヤンバと、(ii） 熔融液を含有する
   ための下部チヤンバ中のるつぼと、（iii） 下部熔融
   液チヤンバから移動可能であり、下部チヤンバの熔融液
   から成長した結晶を受容するため、結晶受容位置におけ
   る下部チヤンバ上で及びこのチヤンバに固定される上部
   円筒形結晶チヤンバと、（iv） 上部チヤンバの移動を
   許容すべく真空気密状態で上部チヤンバと下部チヤンバ
   を分離するバルブ手段と、（v） 下部チヤンバの熔融
   液から垂直軸に沿つて種子結晶を引上げ、成長した結晶
   を上部チヤンバに引上げるための引上げヘツド手段と、
   （vi） 熔融液チヤンバを分離し、上部チヤンバと下部
   チヤンバを分離した後、下部熔融液チヤンバ上の位置か
   ら上部結晶チヤンバを持上げ、結晶成長炉の一側又は他
   側へ持上げられた上部結晶チヤンバを動かして下部熔融
   液チヤンバを離す手段と、（vii） 上部結晶チヤンバ
   の下部分で滑動し得るロツクピン手段を備え、このロツ
   クピン手段は、引上げヘツド手段によりロツクピンへ下
   げられた成長した結晶のための支持及び保持位置と引込
   まれた支持されていない位置との間で可動であるような
   、成長した結晶の移動中に上部結晶チヤンバで成長した
   結晶を支持及び保持する手段とを備える結晶成長炉装置
   と、 ｂ 上部結晶受容チヤンバと下部結晶受容チヤンバとは
   実質的に同じ寸法で、一端で開いた円筒形チユーブであ
   り、上部結晶チヤンバから放出された成長した結晶を受
   容するため、結晶受容位置に配置されるようにされた別
   個の下部円筒形結晶チヤンバと、ｃ 上部結晶チヤンバ
   の下端と下部結晶チヤンバの上端を接続及び分離する手
   段と、ｄ 下部チヤンバ内に配置され、下部結晶チヤン
   バで上部結晶支持位置と下部結晶支持位置との間で可動
   な結晶支持プラツトフオームを備え、下部結晶チヤンバ
   で放出された結晶を支持するため、下部チヤンバの上部
   位置と下部位置との間で動くエレベータ手段と、ｅ 車
   輪のついた車両を備え、上部チヤンバの下端と接続させ
   るため、及びエレベータ手段により上部チヤンバから下
   部チヤンバへ成長した結晶を移動させるため、下部結晶
   チヤンバの上端を上部結晶チヤンバの下端と、直線を成
   す位置に持上げる手段を備える結晶受容位置へ及びこの
   位置から下部チヤンバを運搬する手段とを備える結晶成
   長装置から成長した結晶を処理するための装置。 ８ チヨクラルスキー結晶成長炉で成長した結晶を処理
   する方法であつて、該方法はａ 汚染されていない雰囲
   気を有する下部熔融液チヤンバ中のるつぼ中の熔融液か
   ら種子結晶を上部結晶受容チヤンバへ引上げ、ｂ 成長
   した結晶を上部チヤンバで支持し、ｃ 上部チヤンバか
   ら下部熔融液チヤンバを密閉し、ｄ 大気に対し上部チ
   ヤンバを開放し、 ｅ 支持された結晶を有する上部結晶チヤンバを下部熔
   融液チヤンバから離し、結晶放出位置に移し、ｆ 別個
   の下部結晶受容チヤンバを上部結晶チヤンバから支持さ
   れた結晶を受容するための位置に配置し、ｇ 結晶を上
   部結晶チヤンバから下部結晶チヤンバに降下させ、ｈ
   成長した結晶を下部結晶チヤンバの新しい位置に運搬す
   るチヨクラルスキー結晶成長炉で成長した結晶を処理す
   る方法。 ９ 上部結晶チヤンバで成長した結晶を受容後、この結
   晶を、上部結晶チヤンバの下部分で支持部材上に支持さ
   れた位置に下す請求の範囲第８項に記載の方法。 １０ 下部熔融液チヤンバを密閉後、上部結晶チヤンバ
   を下部熔融液チヤンバから離す請求の範囲第８項に記載
   の方法。 １１ 下部熔融液チヤンバから上部結晶チヤンバを持上
   げることにより支持された結晶を有する上部結晶チヤン
   バを移動させ、持上げられた上部結晶チヤンバを下部熔
   融液チヤンバから離れるように動かす請求の範囲第８項
   に記載の方法。 １２ 別個の下部結晶チヤンバの開いた上端を、支持さ
   れた結晶を含む上部結晶チヤンバの開いた下端と一直線
   を成す合致する結晶移動位置に持上げる請求の範囲第８
   項に記載の方法。 １３ 下部結晶チヤンバの開いた上端で結晶の下端を支
   持することにより成長した結晶を下部結晶チヤンバに下
   げ、支持された結晶を静かに下部結晶チヤンバに下げ、
   この方法で再使用されるため空の上部結晶チヤンバを移
   動させる請求の範囲第８項に記載の方法。 １４ 上部結晶チヤンバ及び下部結晶チヤンバとしては
   実質的に均一の長さと巾を有する円筒形チユーブを用い
   る請求の範囲第８項に記載の方法。 １５ 下部チヤンバが支持されている車輪付きの車両を
   用いて下部結晶チヤンバを、移動された上部結晶チヤン
   バの下に配置する請求の範囲第８項に記載の方法。 １６ ａ 下部に配置された結晶チヤンバを持上げ、ｂ
   軸方向で一直線な位置で、下部チヤンバの上端を上部
   チヤンバの下端と接続させ、ｃ 成長した結晶の支持部
   材を下部結晶チヤンバの可動な支持部材に移送し、ｄ
   支持された結晶を下部結晶チヤンバ中に充分降下させ、
   ｅ 上部結晶チヤンバと下部結晶チヤンバとを分離させ
   る請求の範囲第８項に記載の方法。 １７ ａ 汚染されていない真空雰囲気を有する下部熔
   融液チヤンバ中のるつぼ中の熔融液からの種子シリコン
   結晶を上部可動な円筒形結晶受容チヤンバに引上げ、ｂ
   結晶の底部を上部チヤンバの下部支持部材上に下げる
   ことにより上部チヤンバの成長した結晶を支持し、ｃ
   下部熔融液チヤンバを上部チヤンバから密閉し、ｄ 上
   部チヤンバを大気に対し開放し、 ｅ 上部チヤンバの開い下端を与えるため上部チヤンバ
   を下部チヤンバから分離させ、ｆ 支持された結晶を有
   する上部結晶チヤンバを下部熔融液チヤンバのない結晶
   放出位置に持上げて旋回し、ｇ 開いた上端を有する別
   個の支持された円筒形下部結晶受容チヤンバを、上部結
   晶チヤンバから支持された結晶を受容するための位置に
   配置し、ｈ 下部チヤンバの上端を上部チヤンバの開い
   た下端と合致し一直線を成す位置に持上げ、ｉ チヤン
   バの開いた上端と下端を接続させ、ｊ 下部チヤンバの
   エレベータにより上部結晶チヤンバからの結晶を下部結
   晶チヤンバに下げ、ｋ 上部チヤンバと下部チヤンバの
   端を分離させ、ｌ 下部結晶チヤンバで成長した結晶を
   新しい位置に運搬し、ｍ 上部チヤンバを、結晶成長炉
   で再使用するための位置に戻すチヨクラルスキー結晶成
   長炉から成長したシリコン結晶を処理する方法。