(57)【要約】      （修正有）【課題】  引上時工程中、単結晶を常時把持するのではなく、単結晶の揺れを検出した際、単結晶を保持するようになすと共に、支持手段の構成を簡略化し、応力集中を抑制した単結晶引上装置を提供する。【解決手段】  単結晶を引上げる引上手段６と、引上げられた単結晶の落下を防止する単結晶保持手段１０を含み、前記単結晶保持手段１０は、単結晶５のくびれ部５ｃを中心位置になるように配置されて円形形状のキャッチワイヤー１１と、前記キャッチワイヤーを保持する保持体１２と、前記保持体１２を前記引上手段の速度と同一速度で上昇させる保持体引上手段１３と、前記キャッチワイヤーの径を小さくする縮径手段１４とを備え、前記縮径手段１４によってキャッチワイヤー１１の径を小さくし、前記キャッチワイヤー１１で前記単結晶のくびれ部５ｃを保持する。【選択図】  図１
2006282416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法によって単結晶を引上げる単結晶引上装置において、単結晶を引上げる引上手段と、引上げられた単結晶の落下を防止する単結晶保持手段を含み、
前記単結晶保持手段は、単結晶のくびれ部を中心位置になるように配置されて円形形状のキャッチワイヤーと、前記キャッチワイヤーを保持する保持体と、前記保持体を前記引上手段の速度と同一速度で上昇させる保持体引上手段と、前記キャッチワイヤーの径を小さくする縮径手段とを備え、
前記縮径手段によってキャッチワイヤーの径を小さくし、前記キャッチワイヤーで前記単結晶のくびれ部を保持することを特徴とする単結晶引上装置。
【請求項２】
更に、振動検出手段を備え、
前記振動検出手段が、単結晶あるいは単結晶を引上げるワイヤー、もしくは装置基台の揺れを検出した場合に、縮径手段を動作させ、キャッチワイヤーの径を小さくし、前記キャッチワイヤーで前記単結晶のくびれ部を保持することを特徴とする請求項１記載の単結晶引上装置。
【請求項３】
前記キャッチワイヤーは、各先端部にリングが形成された、複数本のワイヤーからなり、前記リングにワイヤーを順次挿通し、全体形状として円形形状となし、前記各ワイヤーの後端部が引かれることによって、キャッチワイヤーの径が小さくなることを特徴する請求項１または請求項２記載の単結晶引上装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）によって単結晶を引上げる単結晶引上装置に関し、特に大重量の単結晶を引上げる際に単結晶の落下を防止する単結晶引上装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶の育成に関し、ＣＺ法が広く用いられている。この方法は、ルツボ内に収容されたシリコンの溶融液の表面に種結晶を接触させ、ルツボを回転させるとともに、この種結晶を反対方向に回転させながら上方へ引上げることによって、種結晶の下端に単結晶を育成していくものである。
このＣＺ法によって単結晶を引上げる際、種結晶を溶融液に接触させたときに発生する転位が単結晶の本体に及ばないように、直径を細長く絞る、いわゆるネックが形成される。このネックは、一般的に、直径が３〜４ｍｍで、その長さが３０〜４０ｍｍ以上必要とされている。
【０００３】
一方、ＣＺ法により製造される単結晶は、これまでは直径が８インチで、重量が１００ｋｇ前後のものが主流であった。しかし、最近になって更なる大口径化が求められ、１２インチ結晶では、２００ｋｇ以上に達する単結晶の製造が行われるようになってきている。
【０００４】
ところで、引上げられる単結晶の重量は、前記ネックに作用するため、単結晶の大径化にともなってその重量が重くなり、単結晶のネックが破損し、単結晶がルツボ内の溶融液に落下するおそれがある。また、この単結晶の落下は引上装置の損傷や溶融液の流出、水蒸気爆発等の事態を発生させ、人身事故を招く恐れもある。
【０００５】
そのため、例えば特開平３−２９５８９３号公報において、引上中の単結晶の落下事故を防止するための提案がなされている。この特開平３−２９５８９３号公報に示された提案を図５に基づいて説明する。
図において、符号２０はルツボであって、図示しないヒータによって、前記ルツボ２０内に収容された原料の多結晶シリコンを溶融するようになっている。また、符号２１は種ホルダーであり、この種ホルダー２１はルツボ２０の上方に配置された回転及び昇降機構である引上手段（図示せず）に取り付けられている。一方、種ホルダー２１の下端部には、種結晶２２が取り付けられている。
【０００６】
前記種結晶２２は図示しない引上手段によって下降せしめられ、その下端をルツボ２０内に浸漬した後、引上げ手段により回転させつつ上昇させ、先ず、単結晶２３の小径のネック２３ａを成長させる。
そして、続いて引上速度を遅くして単結晶２３の直径を増大せしめ、径大部２３ｂを形成した後、再び引上げ速度を速くして前記径大部２３ｂよりも直径の小さいくびれ部２３ｃが形成され、係合段部２３ｄが形成される。
その後、単結晶の直径にまで拡大（コーン部２３ｅの形成）し、一定の引上速度により一定の直径の単結晶に成長させる。
【０００７】
前記係合段部２３ｄが形成された際、支持手段３０が作動する。この支持手段３０は前記種ホルダー２１に対して上下にスライド可能に取り付けられた可動部材３１と、前記可動部材３１に回転可能に取り付けられた下方に延び下端に内方に突出する爪３２ａ，３３ａを有する複数のくの字状の把持レバー３２，３３と、前記把持レバー３２，３３を取り巻くように上下にスライド可能なリング３４と、前記把持レバー３２，３３の上部に取り付けられたワイヤー３５と、前記ワイヤー３５を巻取り、送り出しを行なうモータ（図示せず）と、から構成されている。
【０００８】
この支持手段３０は、単結晶２３の係合段部２３ｄが形成された後、モータが作動してワイヤー３５の張力を緩めることで、把持レバー３２，３３は自重により閉じる方向に作用し、またリング３４は把持レバー３２，３３に沿って、自重により下降する。そして、このリング３４によって、前記把持レバー３２，３３の開放が阻止される。
したがって、係合段部２３ｄと爪３２ａ，３３ｂとの係合が確実に保持され、外れることがなく、単結晶を安全、確実に引上げることができる。
【特許文献１】特開平３−２９５８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、単結晶の引上工程において、引上げられる単結晶の中心位置と引上軸とのズレをなくすことが、品質上重要な管理項目になる。
したがって、前記引上装置のように、爪を有する把持レバーで単結晶に形成された係合段部を把持する場合、その位置調整のために、爪を有する複数の把持レバーを微調整可能に構成しなければならず、構造が複雑になるという課題があった。
【００１０】
また、爪を有する把持レバーによって把持するため、爪と単結晶の係合段部とが点接触となり、係合部分に応力が集中する。その結果、前記応力集中によってくびれ部にクラック、破損等が発生し、爪と係合段部との係合が解かれ、引上げられた単結晶が落下する虞があった。
【００１１】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、引上工程中、単結晶を常時把持するのではなく、単結晶の揺れ等を検出した際、単結晶を把持するようになすと共に、支持手段の構成を簡略化し、応力集中を抑制した単結晶引上装置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】
【００１２】
上記目的を達成するためになされた本発明にかかる単結晶引上装置は、チョクラルスキー法によって単結晶を引上げる単結晶引上装置において、単結晶を引上げる引上手段と、引上げられた単結晶の落下を防止する単結晶保持手段を含み、前記単結晶保持手段は、単結晶のくびれ部を中心位置になるように配置されて円形形状のキャッチワイヤーと、前記キャッチワイヤーを保持する保持体と、前記保持体を前記引上手段の速度と同一速度で上昇させる保持体引上手段と、前記キャッチワイヤーの径を小さくする縮径手段とを備え、前記縮径手段によってキャッチワイヤーの径を小さくし、前記キャッチワイヤーで前記単結晶のくびれ部を保持することを特徴としている。
【００１３】
このように、キャッチワイヤーは円形形状に形成され、キャッチワイヤーの略中心に前記くびれ部が位置している。そして、縮径手段を動作させることにより、キャッチワイヤー１１の径を小さくし、くびれ部を保持するように構成されている。
したがって、キャッチワイヤーはくびれ部の全周囲に接触し、ワイヤーでくびれ部を締め付けるため、応力が分散され、前記応力集中によるくびれ部の破損、クラックの発生を防止でき、引上げられた単結晶の落下を防止できる。
【００１４】
ここで、更に、振動検出手段を備え、前記振動検出手段が、単結晶あるいは単結晶を引上げるワイヤー、もしくは装置基台の揺れを検出した場合に、縮径手段を動作させ、キャッチワイヤーの径を小さくし、前記キャッチワイヤーで前記単結晶のくびれ部を保持することが望ましい。
このように、振動検出手段を設け、単結晶自体の揺れ、単結晶を引上げるワイヤーの揺れ、装置基台の揺れ等を検出し、縮径手段を動作させ、キャッチワイヤーで前記単結晶のくびれ部を保持するため、引上げられた単結晶の落下を防止できる。
【００１５】
また、前記キャッチワイヤーは、各先端部にリングが形成された、複数本のワイヤーからなり、前記リングにワイヤーを順次挿通し、全体形状として円形形状となし、前記各ワイヤーの後端部が引かれることによって、キャッチワイヤーの径が小さくなることが望ましい。
このように、キャッチワイヤーは簡単な構成であり、しかも確実に単結晶のくびれ部を保持することできる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように本発明にかかる単結晶引上装置によれば、引上工程中、単結晶を常時把持するのではなく、単結晶の揺れ等を検出した際、単結晶を保持するため、引上げられた単結晶の落下を防止することができる。
また、支持手段を簡単な構成とし、しかも応力集中を緩和したため、応力集中によるくびれ部の破損等を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明にかかる単結晶引上装置の一実施形態について図１乃至図４に基づいて説明する。尚、図１は本発明にかかる単結晶引上装置の概略構成図、図２は図１に示す単結晶引上装置においてキャッチワイヤーが単結晶のくびれ部に合致する位置に下降した状態を示した状態図である。図３は、キャッチワイヤーの縮径手段を動作させ、キャッチワイヤーによって単結晶のくびれ部を保持した状態図、図４はキャッチワイヤーの平面図である。
【００１８】
図１に示すように、真空チャンバ（図示せず）内の中心位置にはルツボ１が配設され、その内部には、原料となる多結晶シリコンが溶融した溶融液２が収容されている。ルツボ１の上方には種結晶３を取り付けた種ホルダー４が配置され、前記種ホルダー４はルツボ１の上方に配置された回転及び昇降機構である引上手段６にワイヤー６ａを介して取り付けられている。
【００１９】
この引上手段６は、従来の引上手段と変わるところはなく、前記種結晶３は引上手段６によって下降せしめられ、その下端をルツボ１内に浸漬した後、引上手段６により回転させつつ上昇させ、先ず単結晶５の小径のネック５ａを成長させる。
そして、続いて引上速度を遅くして単結晶５の直径を増大せしめ、径大部５ｂを形成した後、再び引上げ速度を速くすることにより、前記径大部５ｂよりも直径の小さいくびれ部５ｃが形成され、係合段部５ｄが形成される。
その後、単結晶の直径にまで拡大（コーン部５ｅの形成）し、引上速度を調整して一定の直径の単結晶５に成長させる。
【００２０】
また、図中、符号１０は単結晶保持手段であって、この単結晶保持手段１０は、単結晶５の前記くびれ部５ｃに係合するキャッチワイヤー１１と、前記キャッチワイヤー１１を保持する保持体１２と、前記保持体１２を前記引上手段６の速度と同期させて上昇させる保持体引上手段１３と、前記キャッチワイヤー１１の径を小さくする縮径手段１４とを備えている。
【００２１】
前記保持体１２は天井部１２ｃを有する円筒形状に形成され、前記天井部１２ｃには、前記引上手段６のワイヤー６ａが挿通する開口部１２ａが設けられている。また前記天井部１２ｃには、保持体引上手段１３のワイヤー１３ａの一端が取り付けられ、前記ワイヤー１３ａの他端部はワイヤ巻取り装置１３ｂに取り付けられている。このワイヤー１３ａ及びワイヤ巻取り装置１３ｂによって、前記保持体引上手段１３が構成される。
また、保持体１２の側面の相対向する位置に貫通穴１２ｂが形成され、キャッチワイヤー１１が挿通可能に形成されている。
【００２２】
このキャッチワイヤー１１は、図４に示すように、先端部にリング１１ａ１を有する半円状のワイヤー１１ａと、先端部にリング１１ｂ１を有する半円状のワイヤー１１ｂとからなり、前記リング１１ａ１にワイヤー１１ｂを挿通し、かつ前記リング１１ｂ１にワイヤー１１ａを挿通させることにより、全体形状が円形形状に形成される。
そして、前記ワイヤー１１ａ，１１ｂの後端部はワイヤー巻取り装置である縮径手段１４に取り付けられている。
したがって、キャッチワイヤー１１はこのように構成されているため、前記縮径手段１４によって、前記ワイヤー１１ａ、ワイヤー１１ｂを引っ張ることにより、キャッチワイヤー１１の円形形状の径を小さくすることができる。
【００２３】
また、この単結晶保持手段は、前記引上手段６、保持体引上手段１３、縮径手段１４を制御する制御手段１５とを備え、この制御手段１５によって、キャッチワイヤー１１及び保持体１２が単結晶５の引上げ速度と同一速度で上昇するように制御される。
更に、前記制御手段１５には、振動センサー１６が接続され、例えば地震等の振動を検出した際に、検出信号を制御手段１５に送出するように構成されている。この検出信号を受けた制御手段１５は前記縮径手段１４を動作させ、キャッチワイヤー１１の径を小さくし、前記キャッチワイヤー１１をくびれ部５ｃに係合させ、単結晶５を保持するように構成されている。
【００２４】
次に具体的な操作手順を説明する。図１に示すように、単結晶の引上開始時には、単結晶保持手段１０は上方で待機する。そして、前記種結晶３は引上手段６によって下降せしめられ、その下端をルツボ１内に浸漬した後、引上手段６により回転させつつ上昇させ、先ず単結晶５の小径のネック５ａを成長させる。
そして、続いて引上速度を遅くして単結晶５の直径を増大せしめ、径大部５ｂを形成した後、再び引上げ速度を速くすることによって前記径大部５ｂよりも直径の小さいくびれ部５ｃが形成され、係合段部５ｄが形成される。その後、単結晶の直径にまで拡大（コーン部５ｅの形成）し、引上速度を調整して一定の直径の単結晶本体の引上げに移行する。
【００２５】
定常条件での単結晶引上に移行後、または、一定の引上長さになる時点で、図２に示すように、上方で待機していた単結晶保持手段１０の保持体１２を下降させ、キャッチワイヤー１１を単結晶のくびれ部５ｃに合致する位置まで下降させる。
このとき、キャッチワイヤー１１は円形形状に形成されているため、そのキャッチワイヤー１１の略中心に前記くびれ部５ｃが位置するが、前記キャッチワイヤー１１と前記くびれ部５ｃとが接触することはない。
【００２６】
また、前記保持体１２及びキャッチワイヤー１１は、引上げ手段１３，１４によって、前記単結晶の引上げ速度と同一速度で引上げられ、キャッチワイヤー１１の略中心に前記くびれ部５ｃが常に位置するように引上げられる。
この制御は制御手段１５が、引上げられた寸歩長さのワイヤーを保持体引上手段１３、縮径手段１４が巻取るように、保持体引上手段１３、縮径手段１４を制御することによって行なわれる。なお、前記縮径手段１４が保持体１２上に搭載されている場合には、縮径手段１４の制御を行なう必要がなく、保持体引上手段１３のみの制御を行なえば良い。
【００２７】
そして、例えば、地震等の揺れを振動センサー１６が検出した場合には、制御手段１５を介して縮径手段１４を動作させ、図３に示すように、キャッチワイヤー１１の径を小さくし、くびれ部５ｃを保持させる。
【００２８】
このとき、キャッチワイヤー１１はくびれ部５ｃの全周囲に接触し、ワイヤーでくびれ部５ｃを締め付けるため、応力が分散され、前記応力集中によるくびれ部５ｃの破損等を防止できる。その結果、単結晶を確実に保持でき、引上げられた単結晶の落下を防止できる。
【００２９】
上記実施形態にあっては、振動検出手段として振動センサーを用いて、例えば地震等の振動を検出した際に、検出信号を制御手段に送出するように構成した場合を示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、単結晶自体あるいは単結晶を引上げるワイヤーの揺れ、装置基台の揺れを、振動センサーを用いて検出するように構成しても良い。また、振動検出手段はこれに限定されることなく、画像解析が可能なカメラを設置し、この画像から揺れを検出し、検出信号を制御手段に送出するように構成しても良い。
【実施例】
【００３０】
図１に示す単結晶引上装置を用いて、直径１２インチで引上重量２００ｋｇのシリコン単結晶の育成を３回行い、夫々について単結晶育成が終了した段階で、意図的に引上ワイヤーを揺らし、キャッチワイヤーによる単結晶の保持の確認実験を行った。
その結果、すべての実験において、キャッチワイヤーによって自動的にくびれ部が締め付けられ、単結晶が保持され、単結晶の落下を防止できることを確認できた。更に、その後、意図的にネックを切断したところ全ての単結晶が落下することなく、本装置において保持されることが確認できた。
なお、爪を使用した従来の装置にみられた結晶のクラックは、まったく認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明にかかる単結晶引上装置は、半導体製造分野において広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は本発明の一実施形態にかかる単結晶引上装置の概略構成図である。
【図２】図２は図１に示す単結晶引上装置においてキャッチワイヤーが単結晶のくびれ部に合致する位置に下降した状態を示した状態図である。
【図３】図３は、キャッチワイヤーの縮径手段を動作させ、キャッチワイヤーによって単結晶のくびれ部を保持した状態図である。
【図４】図４はキャッチワイヤーの平面図である。
【図５】図５は従来の単結晶引上装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１        ルツボ
３        種結晶
４        種ホルダー
５        単結晶
５ｃ      くびれ部
６        引上手段
１０      単結晶保持手段
１１      キャッチワイヤー
１１ａ    ワイヤー
１１ａ１  リング
１１ｂ    ワイヤー
１１ｂ１  リング
１２      保持体
１３      保持体引上手段
１４      縮径手段
１５      制御手段
１６      振動センサー
【図１】
2006282416.tif 000003
【図２】
2006282416.tif 000004
【図３】
2006282416.tif 000005
【図４】
2006282416.tif 000006
【図５】
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