(57)【要約】【課題】単結晶支持部にかかる応力を分散させることによって種結晶の破損を防止し、種結晶の中心軸が容易にセットできる種結晶保持装置を得る。【解決手段】上部ホルダ１と下部ホルダ２とはいずれも略円筒状形状で、ネジ結合で嵌め込むことが可能となっている。下部ホルダ２は、種結晶３が挿通可能で、種結晶のテーパ部５で面接触するように一端側が縮径され、すぼまった形状を呈している。下部ホルダ２の他端側にはフランジ部２ａが形成されている。上部ホルダ１の上部は先細り形状となっており、結晶引上用ワイヤ７と連結する連結部１ａを有している。上部ホルダ１は、連結部１ａと連なる略断面ハ字形のフード体１ｂを成しており、このフード体１ｂの内周壁は傾斜面を有している。フード体１ｂの縁近傍には、ネジ１ｃが形成されている。種結晶保持装置は種結晶３の中心軸を鉛直方向に導く為、保持リング６を備えている。保持リング６は種結晶３の径大部を挿通し、下部ホルダ２のフランジ部２ａに載置され、略円錐台形を呈している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
径大部から径小部にかけてテーパ部を形成してなるシリコン単結晶引上用の種結晶保持装置であって、
前記種結晶が挿通可能で、前記種結晶のテーパ部で面接触するように一端側が縮径された円筒体で、他端側にフランジ部が形成され、外周部にネジが形成された下部ホルダと、
前記種結晶の径大部を挿通し、前記下部ホルダのフランジ部に載置される略円錐台形のリング体と、
結晶引上用ワイヤと連結する連結部を有し、この連結部と連なる略断面ハ字形のフード体を成し、このフード体の内周壁で前記リング体の錐面に接し、フード体の縁近傍に前記下部ホルダと螺嵌するネジが形成された上部ホルダと、から成ることを特徴とする種結晶保持装置。
【請求項２】
径大部から径小部にかけてテーパ部を形成してなるシリコン単結晶引上用の種結晶保持装置であって、
前記種結晶を挿通可能なる円筒体で、径大部、第１の縮径部、径小部、第２の縮径部が続いて成り、径大部の一端部内周にはネジが形成され、第２の縮径部で前記種結晶のテーパ部に面接触する下部ホルダと、
前記種結晶の径大部を挿通し、前記下部ホルダの第１の縮径部内に位置して接するように形成された略円錐台形のリング体と、
前記種結晶の径大部を挿入可能な有底円筒体で、一端部に前記リング体の錐面を前記第１の縮径部に押し付けるためのフランジ部を有し、フランジ部から離間した外周に下部ホルダと螺嵌するネジが形成され、結晶引上用ワイヤと連結する連結部が形成された上部ホルダと、から成ることを特徴とする種結晶保持装置。
【請求項３】
前記リング体が２つ以上の小片に分割して形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の種結晶保持装置。
【請求項４】
前記種結晶の径大部の外周を覆う緩衝材をさらに具備したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の種結晶保持装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の種結晶保装置を用いて、シリコン融液に種結晶を接触させシリコン単結晶を成長させることを特徴とするシリコン単結晶引上方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、チョクラルスキー法で結晶を融液から引き上げる際に使用される種結晶保持装置及びそれを用いたシリコン単結晶引上方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チョクラルスキー法（ＣＺ法）によるシリコン単結晶の育成は、石英ルツボに原料となるポリシリコンを入れ、加熱溶融し、このシリコン融液表面に種結晶を浸漬した後、これを徐々に引き上げてシリコン単結晶を成長させることにより行なわれる。
【０００３】
その際、種結晶は液面に正確な鉛直方向を保ちながら、液面に接触することが重要である。種結晶が液面に傾いて接触していると単結晶化率の減少の大きな要因となる。更に、次第に加重の掛かる種結晶によりホルダの接触部で応力の不均一が増加してしまい、シリコン単結晶の成長工程で種結晶が破損し落下してしまうという事故が起きていた。このため、上記問題を解決する種結晶支持方法あるいは支持装置について数多く提案されている。
【０００４】
従来多く用いられてきた種結晶支持方法は、種結晶中心軸上に孔を開け、支持ピンでホルダの孔と種結晶の孔に挿入し、種結晶を支持する方法であった。しかしながら、最近は単結晶の径が大きくなり、重量も増加している。その結果、種結晶先端への単結晶成長による重量増加によって単結晶成長工程または単結晶冷却工程中に、種結晶中心軸の孔部に荷重による応力が集中して、種結晶が破損し落下してしまうという事故が生じていた。
【０００５】
そこで、この問題を解決すべく支持ピン方法以外の種結晶支持装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
その一例として、特許文献１には第４頁の図１に示す単結晶引上装置が提案されている。
【０００７】
第５頁の図３に示すように、テーパ面１８を有する保持リング１５を嵌着したホルダ７の内部に種結晶８を挿入し、テーパ面１８と種結晶８の最小径部２２とが接触し、保持リング１５に種結晶８が支持される。このようにテーパ面で接触するために応力が分散され、大きな接触面で種結晶８が設定位置に安定支持される。
【特許文献１】特開平１０−２９８９２号公報（第３頁右欄第２６行乃至同欄第４４行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、この特許文献１に示された種結晶支持装置にあっては、種結晶および保持リング内周面テーパ部の現実的な加工精度を考慮し、種々の径をもつ種結晶に対する適応性を上げるために、保持リング内周面テーパ部は上方に向かって傾斜角度が大きくなる朝顔状テーパ面を形成することが好ましいとされている。
【０００９】
しかしながら、上方に向かって傾斜角度が大きくなる朝顔状テーパ付き内周面の場合には、種々の径をもつ種結晶との接触は良好になるが、と同時に、その自由度・柔軟性の増加によって、種結晶が傾く頻度も増加してしまい、その結果として、種結晶の傾斜に起因する応力集中が育成中のシリコン単結晶の落下を招いていた。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、大重量の単結晶引上げに対応できるように、単結晶支持部にかかる応力を分散させることによって種結晶の破損を防止し、種結晶の中心軸が容易にセットできる種結晶支持装置及びそれを用いたシリコン単結晶引上方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、径大部から径小部にかけてテーパ部を形成してなるシリコン単結晶引上用の種結晶保持装置であって、前記種結晶が挿通可能で、前記種結晶のテーパ部で面接触するように一端側が縮径された円筒体で、他端側にフランジ部が形成され、外周部にネジが形成された下部ホルダと、前記種結晶の径大部を挿通し、前記下部ホルダのフランジ部に載置される略円錐台形のリング体と、結晶引上用ワイヤと連結する連結部を有し、この連結部と連なる略断面ハ字形のフード体を成し、このフード体の内周壁で前記リング体の錐面に接し、フード体の縁近傍に前記下部ホルダと螺嵌するネジが形成された上部ホルダと、から成ることを特徴とする種結晶保持装置が提供される。
【００１２】
また、本発明の別の一態様によれば、径大部から径小部にかけてテーパ部を形成してなるシリコン単結晶引上用の種結晶保持装置であって、前記種結晶を挿通可能なる円筒体で、径大部、第１の縮径部、径小部、第２の縮径部が続いて成り、径大部の一端部内周にはネジが形成され、第２の縮径部で前記種結晶のテーパ部に面接触する下部ホルダと、前記種結晶の径大部を挿通し、前記下部ホルダの第１の縮径部内に位置して接するように形成された略円錐台形のリング体と、前記種結晶の径大部を挿入可能な有底円筒体で、一端部に前記リング体の錐面を前記第１の縮径部に押し付けるためのフランジ部を有し、フランジ部から離間した外周に下部ホルダと螺嵌するネジが形成され、結晶引上用ワイヤと連結する連結部が形成された上部ホルダと、から成ることを特徴とする種結晶保持装置が提供される。
【００１３】
また、本発明の別の一態様によれば、径大部から径小部にかけてテーパ部を形成してなるシリコン結晶引上用の種結晶保持装置であって、前記種結晶が挿通可能で、前記種結晶のテーパ部で面接触するように一端側が縮径された円筒体で、他端側にフランジ部が形成され、外周部にネジが形成された下部ホルダと、前記種結晶の径大部を挿通し、前記下部ホルダのフランジ部に載置される略円錐台形のリング体と、結晶引上用ワイヤと連結する連結部を有し、この連結部と連なる略断面ハ字形のフード体を成し、このフード体の内周壁で前記リング体の錐面に接し、フード体の縁近傍に前記下部ホルダと螺嵌するネジが形成された上部ホルダと、から成る種結晶保持装置を用い、シリコン融液に種結晶を接触させシリコン単結晶を成長させることを特徴とするシリコン単結晶引上方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかる種結晶保持装置によれば、単結晶支持部にかかる応力を分散させ、種結晶の破損を防止し、かつ、種結晶の中心軸傾斜ズレが修正できるので、大重量の単結晶引上げに対応でき単結晶の歩留りを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る種結晶保持装置の構成を示す略断面図である。本発明の実施形態に係る種結晶保持装置が保持する種結晶は、径の大きな径大部から径の小さな径小部にかけてテーパ部５が形成されている。図１において、種結晶保持装置は大別すると上部ホルダ１と下部ホルダ２とに分割されている。これら上部ホルダ１と下部ホルダ２とはいずれも略円筒状形状で、ネジ結合で嵌め込むことが可能となっている。下部ホルダ２は、上記した種結晶３が挿通可能で、種結晶３のテーパ部５で面接触するように一端側が縮径され、すぼまった形状を呈している。下部ホルダ２の他端側（図１では、上方側）にはフランジ部２ａが形成されている。下部ホルダ２の外周部には、ネジ２ｂが形成されている。また、上部ホルダ１の上部は先細り形状となっており、結晶引上用ワイヤ７と連結する連結部１ａを有している。上部ホルダ１は、連結部１ａと連なる略断面ハ字形のフード体１ｂを成しており、このフード体１ｂの内周壁は図１に示すように傾斜面を有している。さらに、フード体１ｂの縁近傍には、上記したネジ１ｃが形成されている。また、種結晶保持装置は上記種結晶３の中心軸を鉛直方向に導く為、保持リング６を備えている。保持リング６は上記種結晶３の径大部を挿通し、下部ホルダ２のフランジ部２ａに載置されるもので、略円錐台形を呈している。図１（ｄ）に示すように、保持リング６は３つの小片に分割されている。尚、小片の数は３に限られず、２以上であればよい。この保持リング６の外周部傾斜面と、上部ホルダ１の上部内周傾斜面とはほぼ同等の傾斜角を有している。このような構成になっているので、上部ホルダ１と下部ホルダ２とが嵌合するに従い、保持リング６の外周部傾斜面が上部ホルダ１の上部内周傾斜面に圧着され、上記種結晶３の中心軸を鉛直方向に導く。なお、保持リング６は分割体の方が種結晶径の多少のバラツキに対して自由度を持たせることができ、また、圧着の際に移動が容易となり好ましい。また、上部ホルダ１と下部ホルダ２と接合はネジ結合が圧着の度合いを調節し易く好ましいが、他の接合法を用いることができることはいうまでもない。
【００１７】
また、本発明の別の一実施形態を図２により説明する。図２に示すように、種結晶保持装置は大別すると、上部ホルダ１と下部ホルダ２とに分割されている。これら上部ホルダ１と下部ホルダ２とはいずれも筒状形状で、ネジ結合で嵌め込むことが可能となっている。下部ホルダ２は上記種結晶３を挿通可能な円筒体で、径大部２ａ、第１の縮径部２ｂ、径小部２ｃ、第２の縮径部２ｄが続いて成り、径大部２ａの一端部内周にはネジ２ｅが形成され、第２の縮径部２ｄで上記種結晶３のテーパ部５に面接触するように形成されている。また、上部ホルダ１は上記種結晶３の径大部を挿入可能な有底円筒体で、一端部に後述する保持リング６の錐面を上記第１の縮径部２ｂに押し付けるためのフランジ部１ｂを有し、フランジ部１ｂから離間した外周に下部ホルダ２と螺嵌するネジ１ｃが形成され、結晶引上用ワイヤ７と連結する連結部１ａが形成されている。保持リング６は、上記種結晶３の径大部を挿通し、上記下部ホルダ２の第１の縮径部２ｂ内に位置して接するように略円錐台の形に形成されている。
【００１８】
この保持リング６の外周部傾斜と、下部ホルダ２の第１の縮径部２ｂ内周傾斜とはほぼ同等の傾斜角を有している。このような構成になっているので、上部ホルダ１と下部ホルダ２とが嵌合するに従い、保持リング６の外周部傾斜面が下部ホルダ２の上端テーパ面に圧着され、上記種結晶３の中心軸を鉛直方向に導く。なお、保持リング６は分割体の方が種結晶径の多少のバラツキに対して自由度を持たせることができ、また、圧着の際に移動が容易となり好ましい。
【００１９】
さらに、本発明の別の一実施形態を図３により説明する。図３に示すように、保持リング６と上下ホルダに囲まれている上記種結晶３の径大部の周りに緩衝材８を介在させている。保持リング６と種結晶３が直接接触しないので、高温下での熱膨張による種結晶３の破損が防止できるとともに、保持リング６の外周部傾斜面が上部ホルダ１の上端テーパ面に圧着される際に、上記種結晶３の中心軸を鉛直方向に導くのが容易となる。
【００２０】
次に、本発明の一実施形態に係る種結晶保持装置のセット方法を図１（ｂ）、（ｃ）に従い詳しく説明する。
【００２１】
まず、上記種結晶３を筒状の下部ホルダ２の内部へ挿入する。この時点では上記種結晶３は種結晶テーパ部５と下部ホルダ２のテーパ部４とが接触することによって保持されるが、上記種結晶３の中心軸は傾き易い傾向がある。次に、下部ホルダ２の上端に保持リング６を径細部が上方になるように設置する。この状態で下部ホルダ２を上部ホルダ１の内部へネジ溝でねじ込んでいくと、保持リング６の外周傾斜部が上部ホルダ１の上部内周面と接触することで保持リング６が内側に押し出されていき、この保持リング６と上記種結晶３とが接触することで上記種結晶３の中心軸のズレが次第に補正されていくこととなる。
【００２２】
下部ホルダ２を上部ホルダ１へねじ込むことが出来なくなるまでねじ込むと、この時点で保持リング６と上部ホルダ１の上部内周面および上記種結晶３とがほぼ接触しており、それによって上記種結晶３の中心軸のズレが修正されている。
【実施例】
【００２３】
種結晶の径大部がφ３０ｍｍ，径小部φ２０ｍｍ，傾斜部長さ３０ｍｍについて、従来のテーパ面接触支持方法による種結晶支持治具と本発明の実施形態に係る種結晶支持装置とを使用して比較した。
【００２４】
比較例として曲率を有する傾斜部のみで支持する場合、種結晶の加工状態の個人差や取り付けごとの程度の差はあるものの、種結晶支持治具中心軸に対して最大２°の種結晶中心軸ズレが認められた。
【００２５】
これに対し、本発明の実施形態に係る種結晶支持装置では最大０．４°の傾斜で収まっていた。
【００２６】
本発明は上記した実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る種結晶保持装置の構成を示す略断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る種結晶保持装置の構成を示す略断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る種結晶保持装置の構成を示す略断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１・・・上部ホルダ、  ２・・・下部ホルダ、  ３・・・種結晶、  ４・・・テーパ部、
５・・・テーパ部、  ６・・・保持リング、  ７・・・引上ワイヤ、８・・・緩衝材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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