(57)【要約】  把持部材に、係合部を弾性的に支持する線状ばねからなる支持体を設けたため、支持体の再使用が可能で、係合部の把持部分からの単結晶インゴットの破断、転位の発生を防止できる。
2012137822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
るつぼ内の融液に浸漬した種結晶を引き上げて単結晶インゴットを成長させる際、前記種結晶に連続したネック部から前記単結晶インゴットの上部までの間に形成され、かつ拡径部と該拡径部に連続する縮径部とから構成された係合部を、把持部材を用いて把持することで、前記単結晶インゴットを保持する単結晶引上げ装置の結晶保持機構において、
前記把持部材に、前記係合部を弾性的に支持する線状ばねからなる支持体を設けた単結晶引上げ装置の結晶保持機構。
【請求項２】
前記線状ばねは、複数本の素線を撚り合わせて子縄を形成し、さらに複数本の該子縄を撚り合わせたワイヤロープで構成された請求項１に記載の単結晶引上げ装置の結晶保持機構。
【請求項３】
前記把持部材には、上下面を貫通して対配置した長孔を離間して形成するとともに、この対配置した長孔間に形成された巻き芯部に、前記ワイヤロープを垂直方向へ長い楕円形状で、かつ上端部が前記巻き芯部の上面から突出するように複数回巻き掛けることで、前記支持体をコイル形状にした請求項２に記載の単結晶引上げ装置の結晶保持機構。
【請求項４】
るつぼ内の融液に浸漬した種結晶を引き上げて単結晶インゴットを成長させる際、結晶保持機構により前記単結晶インゴットを保持しながら、該単結晶インゴットを成長させる単結晶インゴット製造方法において、
前記種結晶に連続したネック部から前記単結晶インゴットの上部までの間に、拡径部と該拡径部に連続する縮径部とから構成される係合部を形成し、
前記結晶保持機構は、前記係合部を弾性的に支持する線状ばねからなる支持体が設けられて前記係合部を把持する把持部材を有し、
前記係合部の形成後、前記把持部材により前記係合部を把持することで、該係合部を前記支持体により弾性的に支持し、この状態で前記単結晶インゴットの成長を行う単結晶インゴット製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、単結晶引上げ装置の結晶保持機構および単結晶インゴット製造方法、詳しくはチョクラルスキー方式による単結晶インゴットの引き上げ、殊に大重量のものに好適な単結晶引上げ装置の結晶保持機構および単結晶インゴット製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、単結晶シリコンインゴットはチョクラルスキー法（ＣＺ法）により成長されている。ＣＺ法では、まず石英製のるつぼに充填した多結晶シリコンの塊をヒータ加熱して融解し、シリコンの融液を得る。その後、シードホルダに取り付けた種結晶の下端部をシリコン融液に浸漬し、シードホルダおよびるつぼを回転させながらシードホルダを徐々に上方に引き上げ、種結晶の下端に単結晶シリコンインゴットを成長させる。
ところで、種結晶には、融液への浸漬時の熱衝撃により転位が発生する。この転位を除去するため、ダッシュ・ネック法が採用されている。ダッシュ・ネック法では、浸漬後の種結晶の直径を細く絞って、直径３ｍｍ程度のネック部を種結晶に連続して形成し、このネック部の表面に転位を逃がす。こうしてインゴットを無転位化させた後、種結晶の引き上げ速度を適宜低下させ、インゴットの肩部および直胴部を順次引き上げている。
近年、デバイスの生産効率および歩留りを高めるため、単結晶シリコンインゴットの大径化および長大化が図られている。その結果、インゴットの重量が増大し、従来のダッシュ・ネック法のみでの単結晶インゴット引上げではネック部が破断し、安全なインゴットの育成ができないおそれがあった。【０００３】
そこで、これを解消する従来技術として、例えば特許文献１が知られている。特許文献１は、前記ネック部の直下に、拡径部と縮径部（クビレ部）とが連続した係合部を形成し、この係合部を保持機構の把持部材により機械的に把持することで、ネック部から把持機構にインゴットの荷重を移行させ、ネック部の強度不足を補うものである。
また、単結晶インゴットを育成する際、融液温度の変動や直径制御の精度ばらつきなどに起因し、インゴット外周面の形状を目標形状に完全に一致させることは不可能である。そのため、形成した係合部の外周面には、形状が異なる環状の凹凸が存在する。これにより、把持部材と係合部との接触は点接触または接触幅が短い線接触となってしまい、インゴットに対する単位面積当たりの応力が集中し、係合部の把持箇所でのインゴットの破断および転位が発生していた。単結晶インゴット育成中にインゴットが完全に破断した場合には、インゴット落下という大事故を招く恐れがあった。【０００４】
これを解消するため、特許文献１では、把持部材の係合部との接触部分に、インゴットの荷重を受けた際に塑性変形する耐熱性軟質材料からなるアタッチメント部材を設けている。塑性変形することにより、アタッチメント部材がインゴットの凹凸部分に密着する。これにより、把持部材と係合部との接触面積が大きくなり、インゴットに対する単位面積当たりの応力集中が緩和される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許３５９６２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された結晶保持機構では、アタッチメント部材が単結晶シリコンインゴットの荷重により、一度塑性変形してしまえば、その形状は元に戻らない。その結果、アタッチメント部材は１回のみの使用で廃棄処分される使い捨て品となっていた。よって、有転位化後の引き上げ再開を含むインゴットの引き上げを行う度にアタッチメント部材の交換が必要となり、単結晶シリコンインゴットの生産効率の低下およびコスト高を招いていた。【０００７】
そこで、本発明者らは鋭意研究の結果、素材の弾性変形領域内における変形が自在で、繰り返しての使用が可能な支持体を、結晶保持機構の把持部材のうち、縮径部との接触部分に設けるようにすれば、上述した問題を全て解消できることを知見し、この発明を完成させた。【０００８】
この発明は、把持部材の係合部への接触部分となる支持体の再使用が可能であるとともに、係合部の把持部分からの単結晶インゴットの破断および転位の発生を防止することができる単結晶引上げ装置の結晶保持機構および単結晶インゴット製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、るつぼ内の融液に浸漬した種結晶を引き上げて単結晶インゴットを成長させる際、前記種結晶に連続したネック部から前記単結晶インゴットの上部までの間に形成され、かつ拡径部と該拡径部に連続する縮径部とから構成された係合部を、把持部材を用いて把持することで、前記単結晶インゴットを保持する単結晶引上げ装置の結晶保持機構において、前記把持部材に、前記係合部を弾性的に支持する線状ばねからなる支持体を設けた単結晶引上げ装置の結晶保持機構である。【００１０】
また、この発明は、複数本の素線を撚り合わせて子縄を形成し、さらに複数本の該子縄を撚り合わせたワイヤロープにより前記線状ばねを構成した方が望ましい。【００１１】
さらに、この発明は、前記把持部材に、上下面を貫通して対配置した長孔を離間して形成するとともに、この対配置した長孔間に形成された巻き芯部に、前記ワイヤロープを垂直方向へ長い楕円形状で、かつ上端部が前記巻き芯部の上面から突出するように複数回巻き掛けることで、前記支持体をコイル形状とした方が望ましい。【００１２】
また、別の本発明は、るつぼ内の融液に浸漬した種結晶を引き上げて単結晶インゴットを成長させる際、結晶保持機構により前記単結晶インゴットを保持しながら、該単結晶インゴットを成長させる単結晶インゴット製造方法において、前記種結晶に連続したネック部から前記単結晶インゴットの上部までの間に、拡径部と該拡径部に連続する縮径部とから構成される係合部を形成し、前記結晶保持機構は、前記係合部を弾性的に支持する線状ばねからなる支持体が設けられて前記係合部を把持する把持部材を有し、前記係合部の形成後、前記把持部材により前記係合部を把持することで、該係合部を前記支持体により弾性的に支持し、この状態で前記単結晶インゴットの成長を行う単結晶インゴット製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
これらの発明によれば、チョクラルスキー法により融液から単結晶インゴットを引き上げる。その際、把持部材により係合部を把持することで、ネック部から結晶保持機構に単結晶インゴットの荷重（自重）の一部または全部が移行し、ネック部による単結晶インゴットの荷重負担が軽減される。このとき、単結晶インゴットの係合部（縮径部）は、対応する支持体を介して、把持部材により支持される。そのため、支持体は単結晶インゴットの荷重の作用により線状ばねの弾性変形領域内で、係合部との接触面積が増大するように変形（弾性変形）する。この接触面積は、単結晶インゴットの荷重が増大するほど大きくなる。その結果、係合部の把持部材との接触部分に作用する単位面積当たりの応力が低減し、係合部の把持部分からの単結晶インゴットの破断および転位の発生を防止することができる。
しかも、支持体は、塑性変形するものではなく、弾性変形領域内での形状復元が自在な線状ばねから構成されている。そのため、単結晶インゴットの成長後、別の単結晶インゴットを順次成長させる場合や、成長途中での単結晶インゴットの有転位化を原因とした単結晶インゴットの再成長作業を行う場合にも、支持体を新品に交換することなく、複数回にわたって再使用することができる。その結果、結晶保持機構のメンテナンスコストを低減化することができる。【００１４】
特に、支持体用の線状ばねとして、複数本の素線を撚り合わせて子縄とし、さらに複数本の子縄を撚り合わせたワイヤロープ構造のものを採用した場合には、単結晶インゴットの荷重による応力負荷が支持体に作用した際、支持体を単結晶インゴットの係合部の凹凸に合わせて、１本の線状ばねの中にあっても、子縄の撚り合わせ位置や素線の撚り合わせ位置が、微細に変化する。これにより、支持体と係合部との接触面積をさらに大きくすることができる。【００１５】
また、この発明は、把持部材に、上下面を貫通して対配置した長孔を離間して形成し、かつ長孔間の巻き芯部にワイヤロープを垂直方向へ長い楕円形状に、かつ上端部が巻き芯部の上面から突出するように複数回巻き掛けて支持体をコイル形状としてもよい。この場合には、ワイヤロープそのものの弾性変形作用に加え、支持体が把持爪部の上面から突出するようにワイヤロープを巻回するため、コイル形状の変形による弾性変形作用も得られる。その結果、接触部位における局所的な応力集中をより抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施例１に係る単結晶引上げ装置の結晶保持機構の要部拡大平面図である。
【図２】この発明の実施例１に係る単結晶引上げ装置の結晶保持機構の使用状態の正面図である。
【図３】この発明の実施例１に係る単結晶引上げ装置の結晶保持機構の使用状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図４】この発明の実施例１に係る単結晶引上げ装置の結晶保持機構の一部を構成する支持体の要部拡大断面図である。
【図５】この発明の実施例１に係る単結晶引上げ装置の結晶保持機構の一部を構成する支持体の使用状態を示す要部拡大断面図である。
【図６】この発明の実施例２に係る単結晶引上げ装置の結晶保持機構の一部を構成する支持体の使用状態を示す要部拡大平面図である。
【図７】この発明の実施例２に係る単結晶引上げ装置の結晶保持機構の使用状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図８】この発明の実施例２に係る別の単結晶引上げ装置の結晶保持機構の使用状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図９】この発明の実施例３に係る単結晶引上げ装置の結晶保持機構の使用状態を示す要部拡大正面図である。
【図１０】この発明の実施例３に係る単結晶引上げ装置の結晶保持機構の要部拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
この発明は、るつぼ内の融液に浸漬した種結晶を引き上げて単結晶インゴットを成長させる際、前記種結晶に連続したネック部から前記単結晶インゴットの上部までの間に形成され、かつ拡径部と該拡径部に連続する縮径部とから構成された係合部を、把持部材を用いて把持することで、前記単結晶インゴットを保持する単結晶引上げ装置の結晶保持機構において、前記把持部材に、前記係合部を弾性的に支持する線状ばねからなる支持体を設けた単結晶引上げ装置の結晶保持機構である。
【００１８】
また、別の発明は、るつぼ内の融液に浸漬した種結晶を引き上げて単結晶インゴットを成長させる際、結晶保持機構により前記単結晶インゴットを保持しながら、該単結晶インゴットを成長させる単結晶インゴット製造方法において、前記種結晶に連続したネック部から前記単結晶インゴットの上部までの間に、拡径部と該拡径部に連続する縮径部とから構成される係合部を形成し、前記結晶保持機構は、前記係合部を弾性的に支持する線状ばねからなる支持体が設けられて前記係合部を把持する把持部材を有し、前記係合部の形成後、前記把持部材により前記係合部を把持することで、該係合部を前記支持体により弾性的に支持し、この状態で前記単結晶インゴットの成長を行う単結晶インゴット製造方法である。
【００１９】
これらの発明によれば、係合部の縮径部は、対応する支持体を介して、把持部材により支持されるため、係合部の把持時に、支持体が単結晶インゴットの荷重によって、線状ばねの弾性変形領域内で、係合部への接触面積が増大するように変形（弾性変形）する。その結果、この把持部材との接触部分に作用する単位面積当たりの応力が小さくなり、係合部の把持部分からの単結晶インゴットの破断および転位の発生を防止することができる。
しかも、支持体は、塑性変形するものではなく、弾性変形領域内では形状の復元が自在な線状ばねから構成されている。そのため、単結晶インゴットの成長後、別の単結晶インゴットを順次成長させる場合や、成長途中での単結晶インゴットの有転位化を原因とした単結晶インゴットの再成長作業を行う場合にも、支持体を新しいものに交換することなく、何度でも再使用することができる。その結果、結晶保持機構のメンテナンスコストを低減化することができる。
【００２０】
単結晶インゴットとしては、例えば単結晶シリコンを採用することができる。その他、サファイア単結晶、フェライト単結晶、太陽電池用単結晶シリコンなどでもよい。
単結晶引上げ装置としては、各種のチョクラルスキー方式の単結晶引上げ装置を採用することができる。例えば、高磁界印加状態で単結晶インゴットを引き上げるＭＣＺ方式などでもよい。
ここでいう「ネック部と単結晶インゴットの上部との間」とは、種結晶の直下のネック部を基準として、このネック部から単結晶インゴットの肩部までの範囲、または、ネック部から直胴部の上部までの範囲をいう。
【００２１】
ここでいう「把持部材に、係合部を弾性的に支持する…支持体」とは、単結晶インゴットの荷重の作用によって係合部との接触面積が増大するように支持体が変形し、係合部を線状ばねからなる支持体により弾性的に支持することをいう。例えば、コイル形状の線状ばねからなる支持体の場合、単結晶インゴットの荷重が、コイルの半径方向からコイルを押しつぶすように作用することで、支持体の係合部との接触面積が増大する。
係合部とは、種結晶の引き上げ速度を調整することで得られる単結晶インゴットの上方に配置されたそろばんの珠形状の膨出部分である。具体的に係合部とは、ネック部より大径で、かつ上底の面積より下底の面積が大きく、下方に向かって徐々に拡径する円錐台形状の拡径部と、この拡径部に一体的に連続し、かつ下底の面積より上底の面積が大きく、下方に向かって徐々に縮径する逆円錐台形状の縮径部とから構成されている。また、ネック部のうち、係合部と単結晶インゴットとの間の部分は、単結晶インゴットが大重量化しても破断しないように、ネック部の種結晶と係合部との間の部分より大径となっている。
【００２２】
ここでいう「線状ばね」とは、長さ方向に直交する断面が円形で、かつ線のように細長い形状を有してエネルギーを吸収、蓄積する部材（線加工ばね）をいう。
線状ばねの素材としては、例えばばね鋼（ＳＵＰ）、硬鋼線（ＳＷＣ）、ステンレス線（ＳＵＳ）、ピアノ線（ＳＷＰ）などが挙げられる。
線状ばねとしては、コイルばねの他、円弧形状やリング形状などの各種形状の線加工ばねを採用することができる。
支持体の外観形状としては、例えば螺旋形状、円形状、円弧形状などを採用することができる。支持体の使用数は、１つでも２つ以上でもよい。例えば、多数本のリング形状の線状ばねを、その軸線を一致させて所定ピッチで並列したものでもよい。
【００２３】
把持部材の形状としては、複数本の把持部材を使用して係合部を把持できるように、例えばＹ字形状、Ｕ字形状などが挙げられる。
把持部材の使用数は、２本、３本またはそれ以上である。把持部材は、その先端部を係合部の縮径部に引っ掛けた状態で単結晶インゴットを引き上げるため、単結晶インゴットのほとんどの荷重が作用する箇所は、縮径部のうち、把持部材との接触部分である。
【００２４】
また、この発明では、線状ばねとして、複数本の素線を撚り合わせて子縄を形成し、さらに複数本の該子縄を撚り合わせたワイヤロープを採用した方が望ましい。この場合、線状ばね（ワイヤロープ）を構成する各素線の直径や本数を変更したり、素線の撚り合わせ方を変更することで、支持体の弾性力を任意に調整することができる。その結果、単結晶インゴットの荷重による応力負荷が支持体に作用した際、支持体を単結晶インゴットの係合部の凹凸に合わせて、線状ばねを構成する子縄や子縄を構成する素線が適宜移動し、支持体が微細に変形し易くなる。これにより、支持体と係合部との接触面積がさらに大きくなり、係合部の把持部材との接触部分に作用する単位面積当たりの応力が低減し、係合部の把持部分からの単結晶インゴットの破断および単結晶インゴットの転位の発生を防止することができる。
【００２５】
ワイヤロープの素線の素材としては、例えばタンタル、モリブデン、ステンレス、タングステン、これらの合金など、耐熱性に優れる高融点材料を採用することが望ましい。
ワイヤロープの撚り合わせ方法は任意である。例えば、７本線７本撚りや、１２本線６本撚りなど、子縄を構成する素線の本数や子縄の本数は任意に選定すればよく、ロープの束ね方も、フィラー形、ウォーリントン形、シール形、ナフレックス形、ヘルクレス形など公知のものを採用することができる。また、ワイヤロープの直径は、細すぎる場合に断線あるいは弾性変形力が十分でなく、直径が太すぎる場合には把持部材への取り付けが困難となるため、１ｍｍ〜１０ｍｍ程度のものを採用することが望ましい。
【００２６】
さらに、この発明では、把持部材に、上下面を貫通して対配置した長孔を離間して形成するとともに、この対配置した長孔間に形成された巻き芯部に、ワイヤロープを、垂直方向へ長い楕円形状にかつワイヤロープの上端部が巻き芯部の上面から突出するように複数回巻き掛けて、支持体をコイル形状にした方が望ましい。これにより、ワイヤロープそのものの弾性変形作用に加え、支持体が把持爪部の上面から突出するようにワイヤロープを巻回したことを原因とした、コイル形状の変形による弾性変形作用も得られる。その結果、接触部位における局所的な応力集中をより抑制することができる。
把持部材に形成される長孔は、１対でも２対または３対以上でもよい。
【実施例１】
【００２７】
次に、図１〜図５を参照して、この発明の実施例１に係る単結晶引上げ装置の結晶保持機構および単結晶インゴット製造方法を説明する。
図２において、１０はこの発明の実施例１に係る単結晶引上げ装置の結晶保持機構（以下、結晶保持機構）を示している。この結晶保持機構１０は、るつぼ内の融液に浸漬した種結晶１１を引き上げて単結晶シリコンインゴット（単結晶インゴット）Ｉを成長させる際、種結晶１１に連続して設けられて単結晶シリコンインゴットＩを無転位化するネック部１３から単結晶シリコンインゴットＩの上部までの間に形成され、かつ拡径部１４ａとこの拡径部１４ａに連続する縮径部１４ｂとから構成された係合部１４を、２つの把持部材１５を用いて把持することで、単結晶シリコンインゴットＩを保持するものである。【００２８】
以下、これらの構成体を具体的に説明する。
単結晶引上げ装置はチョクラルスキー方式を採用し、直胴部の直径が４５０ｍｍの単結晶シリコンインゴットＩを引き上げる。
単結晶引上げ装置は、中空円筒形状のメインチャンバと、メインチャンバ上に連設され、かつメインチャンバより小径なプルチャンバを備えている。メインチャンバ内の中心部には、るつぼが、回転および昇降が可能なペディスタルの上に固定されている。るつぼの外周にはヒータが配置されている。【００２９】
プルチャンバの内部空間の上部には、ワイヤＷのドラムからの繰り出しとドラムへの巻き上げとを行うワイヤ引上げ機構が設けられている。垂下されたワイヤＷの先端にはシードチャック２７が設けられ、シードチャック２７の下端部には種結晶１１の上部が着脱可能に固定されている。
また、プルチャンバの内部空間の上部には、結晶保持機構１０の昇降回転機構が収納され、この昇降回転機構によって、結晶保持機構１０は昇降するとともに所定方向へ所定速度で回転する。【００３０】
結晶保持機構１０は、インゴット引上げ用のワイヤＷが内側の空間を挿通し、単結晶シリコンインゴットＩの昇降および回転を行う円筒形状のフレーム２３を有している。フレーム２３の下端には、内側空間１８ａを有するドーナツ形状の昇降板１８が設けられている。昇降板１８の上面には、その周方向の対峙した２箇所に、前記係合部１４を把持する一対の把持部材１５が、短尺な水平軸２５を中心にして回動自在に離間して設けられている。これらの把持部材１５の先端部には、対向配置される把持爪部２８がそれぞれ一体的に形成されている。フレーム２３の上部には、一対のワイヤ巻取り装置により２本の操作ワイヤＷ１をそれぞれ昇降操作することで、一対の把持爪部２８を開状態から閉状態に移行させる爪部操作機構が設けられている。各操作ワイヤＷ１の下端部は、対応した把持部材１５の元部に連結されている。【００３１】
結晶保持機構１０の使用時には、必要によって爪部操作機構の２本の操作ワイヤＷ１を昇降操作し、まず一対の把持爪部２８を閉状態としておく。これらの把持爪部２８は、閉状態でも細いネック部１３に接触しない。その後、ワイヤ引上げ機構のドラムから繰り出されたワイヤＷを回転させながら所定速度で徐々に巻き取ることにより、把持爪部２８の内側の空間をシードチャック２７、種結晶１１およびネック部１３が順に非接触で通過する。その後、これらの把持爪部２８は、内側の空間を上昇する係合部１４の上端部の拡径部１４ａに当接し、その際、拡径部１４ａの徐々に拡径する滑らかな外面に沿って水平軸を中心にして開方向へ回動して行く。その後、これらの把持爪部２８は、拡径部１４ａを通過した時点で各把持爪部２８の自重により水平軸を中心にして閉方向に回動し、最終的にこれらの把持爪部２８は閉状態となる。その後、係合部１４の全体が把持爪部２８の上方まで引き上げられた時、結晶保持機構１０の昇降回転機構によりフレーム２３を介して昇降板１８を上昇させることで、一対の把持爪部２８により縮径部１４ｂの把持位置が把持される。これ以降、単結晶シリコンインゴットＩは、係合部１４がこれらの把持部材１５により機械的に保持されつつ、昇降回転機構により所定速度方向に所定速度で回転しながら低速度で引上げられる。【００３２】
これらの把持爪部２８は、平面視してＹ字形状の先端部２８ａを有している。その外周面には、ワイヤロープ（線状ばね）２９が垂直方向に何重にも巻き付けられることで、これらの把持爪部２８のうち、縮径部１４ｂとの接触面となる円弧形状の先端面の全域を被うコイル状の支持体３０が設けられている（図１および図３）。ワイヤロープ２９は、７本のタングステン製の素線２９ａを撚り合わせて１本の子縄２９ｂを形成し、子縄２９ｂを７本撚り合わせたものである（図４）。各素線２９ａの直径は０．１６ｍｍ、ワイヤロープ２９の直径は２．５ｍｍである。把持爪部２８の形状は、平面視してＵ字形状でもＣ字形状でもよい。【００３３】
以下、この発明の実施例１に係る単結晶インゴット製造方法を説明する。
図２に示すように、実施例１の単結晶引上げ装置によるインゴット成長では、まずワイヤ引上げ機構によりドラムから中央部のワイヤＷを繰出し、種結晶１１の下端部をるつぼ内の融液に浸漬してこれを溶解し、そのまま所定時間だけ種結晶１１を放置して融液に馴染ませる。その後、昇降回転機構およびワイヤ引上げ機構を介してワイヤＷを所定速度で所定方向へ回転させるとともに、るつぼを所定方向へ所定速度で回転させる。
次に、ワイヤ引上げ機構によりワイヤＷを徐々に引き上げて、種結晶１１の下端に単結晶シリコンインゴットＩを無転位化させるネック部１３を形成し、その後も引き上げを継続することで、単結晶シリコンインゴットＩの肩部３５、直胴部を順次成長させる。ここで、ネック部１３から肩部３５が成長されるまでの間に、ワイヤ引上げ機構によるワイヤＷの引き上げ速度を調整し、拡径部１４ａと縮径部１４ｂとからなる数珠玉形状の係合部１４を１つ育成する。なお、ネック部１３のうち、係合部１４と単結晶シリコンインゴットＩとの間の部分は、単結晶シリコンインゴットＩが大重量化しても破断しないように、種結晶１１と係合部１４の間のネック部１３の部分より大径となっている。【００３４】
次に、ワイヤ引上げ機構によりさらにワイヤＷを巻き取ることで、昇降板１８の内側空間１８ａおよび把持爪部２８の内側の空間をシードチャック２７、種結晶１１およびネック部１３が順に非接触で通過する。閉状態のこれらの把持爪部２８は、その後、内側の空間を上昇する係合部１４の上端部の拡径部１４ａに当接し、その際、拡径部１４ａの徐々に拡径する滑らかな外面に沿って水平軸を中心にして開方向へ回動して行く。その後、これらの把持爪部２８は、拡径部１４ａを通過した時点で各把持爪部２８の自重により水平軸を中心にして閉方向に回動し、最終的にこれらの把持爪部２８は閉状態となる。その後、係合部１４の全体が把持爪部２８の上方まで引き上げられた時、結晶保持機構１０の昇降回転機構によりフレーム２３を介して昇降板１８を上昇させることで、一対の把持爪部２８により縮径部１４ｂの把持位置が把持される。この状態でワイヤ引上げ機構により所定速度でワイヤＷをドラムに巻き上げるとともに、これと同一速度で単結晶シリコンインゴットＩが引き上げられるように昇降回転機構により操作ワイヤＷ１を操作し、フレーム２３を所定速度で上昇させるとともに、所定方向へ所定の回転速度で回転させながら、単結晶シリコンインゴットＩを成長させて行く。【００３５】
このように、係合部１４の縮径部１４ｂが、多数本のワイヤロープ２９からなる一対の支持体３０を介して、２本の把持部材１５により支持されるため、係合部１４の把持時に、支持体３０が単結晶シリコンインゴットＩの荷重によって、ワイヤロープ２９の弾性変形領域内で、コイル形状の支持体３０を半径方向から押しつぶすように変形（弾性変形）する。この変形は、単結晶シリコンインゴットＩの成長が進行してこれが重くなるほど大きくなる。その結果、従来の結晶保持機構の場合に比べて、これらの把持爪部２８の縮径部１４ｂへの接触面積が増大し、この把持爪部２８との接触部分に作用する単位面積当たりの応力が小さくなり、係合部１４の把持部分からの単結晶シリコンインゴットＩの破断および転位の発生を防止することができる。【００３６】
しかも、支持体３０は、従来の結晶保持機構のように塑性変形するものではなく、弾性変形領域内では形状の復元が自在なワイヤロープ２９から構成されている。そのため、単結晶シリコンインゴットＩの成長後、別の単結晶シリコンインゴットＩを順次成長させる場合や、成長途中での単結晶シリコンインゴットＩの有転位化を原因とした単結晶シリコンインゴットＩの再成長作業を行う場合にも、支持体３０を新しいものに交換することなく、何度でも再使用することができる。その結果、結晶保持機構１０のメンテナンスコストの低減化が図れる。【００３７】
また、支持体３０をワイヤロープ２９により構成しているため、ワイヤロープ２９を構成する各素線２９ａの直径の変更および素線２９ａの撚り合わせ方の変更を行うことで、支持体３０の弾性力を任意に変更することができる。その結果、単結晶シリコンインゴットＩの荷重による応力負荷が支持体３０に作用した際、支持体３０を単結晶シリコンインゴットＩの係合部１４の凹凸に合わせて、それぞれのワイヤロープ２９を構成する子縄２９ｂや素線２９ａを移動（横滑り）させて、支持体３０を微細に変形させることができる（図５）。これにより、支持体３０と係合部１４との接触面積をさらに大きくすることができる。しかも、縮径部１４ｂの周方向における縮径部１４ｂと支持体３０との接触割合も、従来品の場合（例えば４０〜６０％）に比べて大きくなり（例えば８０〜９０％）、接触部位における局所的な応力集中を抑制することができる。
【実施例２】
【００３８】
次に、図６〜図８を参照して、この発明の実施例２に係る単結晶引上げ装置の結晶保持機構を説明する。
図６および図７に示すように、この発明の実施例２の単結晶引上げ装置の結晶保持機構１０Ａの特徴は、平面視して略Ｙ字形状のこれらの把持爪部２８の先端部２８ａを、それぞれ先方へ向かって徐々に薄肉に形成するとともに、これらの把持爪部２８の先端部２８ａに、支持体３０Ａの一部を埋設した点である。
具体的には、先細りのこれらの把持爪部２８の先端部２８ａのうち、幅方向のこれらの端部分および中間部分に、内外方向へ平行に離間した合計３対の長孔２８ｂをそれぞれ形成するとともに、各対応する長孔２８ｂ間にワイヤロープ２９の巻き芯部２８ｃを、これらの把持爪部２８と同一素材で一体形成する。その後、各巻き芯部２８ｃにワイヤロープ２９を垂直方向へ長い楕円形状に何回も巻き掛けることで、支持体３０Ａをコイル形状にしたものである。このとき、ワイヤロープ２９の各巻きの上端部が把持爪部２８の上面から突出し、ワイヤロープ２９の各巻きの下端部が把持爪部２８の下面から突出している。【００３９】
単結晶シリコンインゴットＩの保持時には、係合部１４の縮径部１４ｂに、支持体３０Ａの上方へ突出した上端部が当接し、単結晶シリコンインゴットＩの荷重が加わることによって、縮径部１４ｂの外面形状に倣うように、支持体３０Ａはコイルを半径方向に押しつぶすように弾性変形する。これにより、接触部位における局所的な応力集中をさらに抑制することができる。しかも、ワイヤロープ２９そのものの弾性変形作用に加え、支持体３０Ａが把持爪部２８の上面から突出するようにワイヤロープ２９を巻回したことで、コイル形状の変形による弾性変形（クッション）作用も得られる。その結果、接触部位における局所的な応力集中をより抑制することができる。
また、図８に示すように、これらの把持爪部２８の先端部２８ａを、係合部１４の縮径部１４ｂの傾斜角度に合わせて斜め下方へ屈曲させることで、支持体３０Ａの上端部を、縮径部１４ｂの外周面に略直角に当接させて、これらの把持爪部２８の厚さを増大させてもよい。
その他の構成、作用および効果は、実施例１と同じであるので説明を省略する。
【実施例３】
【００４０】
次に、図９および図１０を参照して、この発明の実施例３に係る単結晶引上げ装置の結晶保持機構を説明する。
図９および図１０に示すように、この発明の実施例３の単結晶引上げ装置の結晶保持機構１０Ｂの特徴は、これらの把持爪部２８の先端上部に、先方へ向かって徐々に幅狭となるテーパ加工を施す点と、直径３ｍｍのタングステン製の線状ばね３２を、円形に何回も巻き付けて支持体３０Ｂを形成し、支持体３０Ｂの下半分を、これらの把持爪部２８の先端部２８ａの上面に、支持体３０Ｂの全長にわたって埋設した点である。具体的には、これらの把持爪部２８の平面視して円弧形状の先端部２８ａには、その内縁部分の上面に、平面視して円弧形状で、かつ長さ方向に直交する断面が略半円形状の嵌合溝２８ｄがそれぞれ形成されている。これらの嵌合溝２８ｄには、コイル状に巻回した線状ばね３２が、それぞれ押し縮められた状態で嵌め込まれている。これらの線状ばね３２は、コイル長さ方向へ伸長するばね力を利用し、対応する嵌合溝２８ｄに強固に固定されている。その結果、実施例２と同様の効果に加え、線状ばね３２からなるコイルの着脱が簡便となる。
その他の構成、作用および効果は、実施例２と略同じであるため説明を省略する。【００４１】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は把持爪部の先端部の構造を特徴とするものであって、把持爪部を除くその他の構成（把持爪部の開閉機構または単結晶インゴットの係合部の挟み込み機構、結晶保持機構の昇降機構、回転機構など）は限定されないのは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明によれば、例えば、直径４５０ｍｍの単結晶インゴットの育成など、育成する単結晶インゴットの重量が増大しても、単結晶インゴットに破断や転位を発生させることなく、安全に単結晶インゴット育成を行うことができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０，１０Ａ，１０Ｂ  単結晶引上げ装置の結晶保持機構、
１１  種結晶、
１３  ネック部、
１４  係合部、
１４ａ  拡径部、
１４ｂ  縮径部、
１５  把持部材、
２８ｂ  長孔、
２８ｃ  巻き芯部、
２９  ワイヤロープ（線状ばね）、
２９ａ  素線、
２９ｂ  子縄、
３０，３０Ａ，３０Ｂ  支持体、
３２  線状ばね、
Ｉ  単結晶シリコンインゴット（単結晶インゴット）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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