(57)【要約】      （修正有）【課題】単結晶引上装置の近傍に移動して引上装置に対してルツボを装着または撤去するルツボハンドリング装置において、単結晶引上後から次の単結晶引上開始までの時間を短縮することができ、コストを抑えつつ生産効率を向上することのできるルツボハンドリング装置及びルツボ交換方法を提供する。【解決手段】単結晶引上装置の近傍に移動して引上装置に対してルツボ３を装着または撤去するルツボハンドリング装置１９であって、引上装置に対し着脱自在な基台２１と、基台２１に対し回動自在に設けられルツボ３を把持可能に設けられたグリップ部材２２とを備え、グリップ部材２２におけるルツボ３との接触部には、炭素繊維強化炭素複合材料２３が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶引上装置の近傍に移動して前記引上装置に対してルツボを装着または撤去するルツボハンドリング装置であって、
前記引上装置に対し着脱自在な基台と、前記基台に対し回動自在に設けられ前記ルツボを把持可能に設けられたグリップ部材とを備え、
前記グリップ部材における前記ルツボとの接触部には、炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）が設けられていることを特徴とするルツボハンドリング装置。
【請求項２】
前記基台は、前記引上装置における単結晶引上用ワイヤの先端部に対し着脱自在であることを特徴とする請求項１に記載されたルツボハンドリング装置。
【請求項３】
前記炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）は、その曲げ強度が７０ＭＰａ以上であって、圧縮強度が１２０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたルツボハンドリング装置。
【請求項４】
単結晶引上装置の近傍に移動して前記引上装置に対してルツボを交換するルツボ交換方法であって、
前記請求項１または前記請求項２に記載のルツボハンドリング装置を用いて単結晶引上後のルツボを把持し、前記引上装置から撤去するステップと、
原料シリコンが充填された清掃済のルツボを前記ルツボハンドリング装置により把持し、前記引上装置内に装着するステップとを実行することを特徴とするルツボ交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予め定められた位置に設置された単結晶引上装置の近傍に移動し、前記引上装置に対して、ルツボを装着または撤去することができるルツボハンドリング装置及びルツボ交換方法に関する。
【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、石英ガラスルツボ内に収容されたシリコンの溶融液から単結晶を育成しながら引上げるものである。
具体的には、図７に示すように、炉体５０内に鉛直軸回りに回転可能なルツボ５１が設けられ、ルツボ５１の周囲にはシリコン溶融液Ｍを加熱するためのヒータ５２が設けられる。
【０００３】
そして、溶融液Ｍの表面に引上げ用ワイヤ５３に取り付けられた種結晶Ｐを接触させ、ルツボ５１を回転させるとともに、この種結晶Ｐ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Ｐの下端にシリコン単結晶Ｃが形成される。
【０００４】
一般に、引上げ開始に先立ち、溶融液Ｍの温度が安定した後、図８に示すように、種結晶Ｐを溶融液Ｍに接触させて種結晶Ｐの先端部を溶解するネッキングを行う。ネッキングとは、種結晶Ｐと溶融液Ｍとの接触で発生するサーマルショックによりシリコン単結晶に生じる転位を除去するための不可欠の工程である。このネッキングによりネック部Ｐ１が形成される。また、このネック部Ｐ１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。
【０００５】
また、引上げ開始後の工程としては、ネッキング終了後、直胴部直径にまで結晶を広げるクラウン工程、製品となる単結晶を育成する直胴工程、直胴工程後の単結晶直径を徐々に小さくするテール工程が行われる。
【０００６】
ところで、近年にあっては、引上げられる単結晶の大口径化が進み、例えば直径８インチ以上のシリコン単結晶育成用ルツボの直径サイズは２２インチ以上が必要であり、その周辺のホットゾーンも大型化している。
このため、従来の小口径引上炉に比べ炉内の保温効果が向上し、ヒータ電源をオフにしてからの自然冷却時間が長くなるため、生産効率が低下するという課題があった。
【０００７】
即ち、大口径のホットゾーンの場合、自然冷却時間は８時間から１２時間となり、操業時間の１割以上となる。さらに、清掃時間も増加し１〜３時間必要となるため、これらの時間短縮が望まれていた。
尚、自然冷却時間とは、ヒータ電源がオフになされた時から、作業者がルツボ等に付着したシリコン酸化物の除去等の作業が可能となるまでの時間であり、従来の作業においては、シリコン残渣表面温度が約１００℃以下になるまでに要する時間が目安となされている。
【０００８】
このような課題に対し、特許文献１（特開平９−２０２６９４号公報）には、熱伝導率が８００°Ｋにおいて、少なくとも約５５×１０-5ｇ．ｃａｌ．／（秒・ｃｍ2）（℃／ｃｍ）であるガス（例えばヘリウムガス）を炉内に流し、これにより炉内を冷却する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平９−２０２６９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示の引上炉の冷却方法にあっては、炉内に流すのに好ましいガスであるヘリウムガスが高価であることや、その供給装置を増設する必要があること等から、コストが嵩むという別の課題があった。
【００１０】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、単結晶引上装置の近傍に移動して前記引上装置に対してルツボを装着または撤去するルツボハンドリング装置において、単結晶引上後から次の単結晶引上開始までの時間を短縮することができ、コストを抑えつつ生産効率を向上することのできるルツボハンドリング装置及びルツボ交換方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記した課題を解決するために、本発明に係るルツボハンドリング装置は、単結晶引上装置の近傍に移動して前記引上装置に対してルツボを装着または撤去するルツボハンドリング装置であって、前記引上装置に対し着脱自在な基台と、前記基台に対し回動自在に設けられ前記ルツボを把持可能に設けられたグリップ部材とを備え、前記グリップ部材における前記ルツボとの接触部には、炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）が設けられていることに特徴を有する。
尚、前記基台は、前記引上装置における単結晶引上用ワイヤの先端部に対し着脱自在であることが望ましい。
また、前記炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）は、その曲げ強度が７０ＭＰａ以上であって、圧縮強度が１２０ＭＰａ以上であることが望ましい。
【００１２】
このような構成によれば、高温状態のルツボに対し炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット部材）を介して保持することができ、ルツボを容易にチャンバから搬出することができる。
また、搬出されたルツボが高温の状態であれば清掃作業をすぐに出来ないため、清掃済みであって原料シリコンを充填済みの別のルツボをチャンバ内にセットすることにより、その後の原料シリコン溶融作業にすぐに移行することができる。
これにより、単結晶引上後から次の単結晶引上開始までの時間を短縮することができ、生産効率を向上することができる。
また、ルツボとの接触部に前記炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）を用いるのみで、前記効果を得ることができるため、従来のヘリウムガス等を毎回使用する装置、方法よりもコスト増大を大幅に抑制することができる。
【００１３】
前記した課題を解決するために、本発明に係るルツボ交換方法は、単結晶引上装置の近傍に移動して前記引上装置に対してルツボを交換するルツボ交換方法であって、前記ルツボハンドリング装置を用いて単結晶引上後のルツボを把持し、前記引上装置から撤去するステップと、原料シリコンが充填された清掃済のルツボを前記ルツボハンドリング装置により把持し、前記引上装置内に装着するステップとを実行することに特徴を有する。
このようなステップを実行することにより、前記した本発明に係るルツボハンドリング装置による効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、予め定められた位置に設置された単結晶引上装置の近傍に移動して前記引上装置に対してルツボを装着または撤去するルツボハンドリング装置において、単結晶引上後から次の単結晶引上開始までの時間を短縮することができ、コストを抑えつつ生産効率を向上することのできるルツボハンドリング装置及びルツボ交換方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係るルツボハンドリング装置及びルツボ交換方法の実施の形態について図面に基づき説明する。図１は本発明に係るルツボハンドリング装置が適用される単結晶引上装置１の全体構成を示すブロック図である。
この単結晶引上装置１は、円筒形状のメインチャンバ２ａの上に着脱自在なプルチャンバ２ｂを重ねて形成された炉体２と、炉体２内において支持軸１５上に設けられたルツボ３と、ルツボ３に装填された半導体原料Ｍを溶融するヒータ４とを有している。
【００１６】
尚、ルツボ３は二重構造の組立体であり、内側が石英ガラスルツボ３ａ、外側が黒鉛ルツボ３ｂで構成されている。
また、前記のように、プルチャンバ２ｂはメインチャンバ２ａに対し着脱自在に構成されており、着脱時には、プルチャンバ２ｂに取り付けられたアーム１３を多関節ロボット等（図示せず）により把持し、プルチャンバ２ｂを旋回及び昇降移動させることで着脱がなされる。
【００１７】
また、炉体２の上方には、単結晶Ｃを引上げる引上げ機構５が設けられ、この引上げ機構５は、モータ駆動される巻取り機構５ａと、この巻取り機構５ａに巻き上げられる引上げワイヤ５ｂとにより構成される。そして、ワイヤ５ｂの先端にはシードチャック１４が設けられ、このシードチャック１４により種結晶Ｐが保持され、単結晶Ｃを育成しながら引上げがなされる。
また、炉体２内には、単結晶Ｃの引上工程中に亘り、上方から下方に向けて常に不活性ガスＧが流されるように構成されている。
【００１８】
また、単結晶引上装置１は、図１に示すようにシリコン融液Ｍの温度を制御するヒータ４の供給電力量を制御するヒータ制御部９と、ルツボ３（支持軸１５）を回転させるモータ１０と、モータ１０の回転数を制御するモータ制御部１０ａとを備えている。さらには、支持軸１５の昇降移動により石英ガラスルツボ３の高さを制御する昇降装置１１と、昇降装置１１を制御する昇降装置制御部１１ａと、成長結晶の引上げ速度と回転数を制御するワイヤリール回転装置制御部１２とを備えている。これら各制御部９、１０ａ、１１ａ、１２はコンピュータ８の演算制御装置８ｂに接続されている。
【００１９】
次に、本発明に係るルツボハンドリング装置について説明する。図２は、ルツボハンドリング装置１９の断面図である。
ルツボハンドリング装置１９は、図６に示すように、基台２１と、基台２１に対し間接部２１ａを軸に回動自在に設けられ、ルツボ３に対し所定幅の接触部を有する一対のグリップ部材２２とを備えている。
間接部２１ａには、一対のグリップ部材２２を、把持対象（ルツボ３）に対し開閉動作させるためのステッピングモータ（図示せず）が設けられ、このステッピングモータは、演算制御装置８ｂの指令により駆動制御がなされる。
【００２０】
また、グリップ部材２２の内側面、即ちルツボ３との接触部分には、炭素繊維強化炭素複合材料であるＣ／Ｃコンポジット部材２３が設けられ、このＣ／Ｃコンポジット部材２３により、高温（４００〜５５０℃）のルツボ３であっても、容易にグリップ２２で把持することが可能となされている。尚、ここで用いられるＣ／Ｃコンポジット部材は、その曲げ強度が７０ＭＰａ以上、圧縮強度が１２０ＭＰａ以上のものが必要とされる。
また、基台２１の上面中央には、突起部２０が設けられ、この突起部２０がシードチャック１４に着脱自在に保持されることにより、ワイヤ５ｂによってルツボハンドリング装置１９が支持され得るよう構成されている。
【００２１】
続いて、図１に示した単結晶引上装置１を用いた単結晶引上げ工程、及びその後のルツボ交換工程について説明する。
まず、単結晶引上工程においては、原料シリコンＭ１の溶融工程が行なわれる。
炉体２内には、不活性ガスＧが供給され、ルツボ３に原料シリコンが装填される。次いで、コンピュータ８の記憶装置８ａに記憶されたプログラムに基づき、先ず、演算制御装置８ｂの指令によりヒータ制御部９を作動させてヒータ４を加熱し、ルツボ３の原料シリコンの溶融作業が開始される。
尚、原料シリコンの溶融時においてはモータ制御部１０ａによりモータ１０の駆動が制御され、ルツボ３は所定の回転速度で回転する。
【００２２】
原料シリコンの溶融によりシリコン溶融液Ｍが生成されると、単結晶引上げ作業が開始される。
即ち、演算制御装置８ｂの指令により、さらに昇降装置制御部１１ａと、ワイヤリール回転装置制御部１２とが作動し、回転するルツボ３の高さ位置が調整されると共に、巻取り機構５ａが作動してワイヤ５ｂが降ろされる。
そして、ワイヤ５ｂの先端にシードチャック１４によって保持された種結晶Ｐがシリコン融液Ｍに接触させられ、種結晶Ｐの先端部を溶解するネッキングが行われてネック部Ｐ１が形成される。
【００２３】
しかる後、演算制御装置８ｂの指令によりヒータ４への供給電力や、単結晶引上げ速度（通常、毎分数ミリの速度）などをパラメータとして引上げ条件が調整され、クラウン工程、直胴工程、テール部工程等の単結晶引上工程が順に行われる。
【００２４】
次に、単結晶引上後のルツボ交換工程について、図３のフロー及び図４乃至図６の工程図に基づいて説明する。
先ず、図４（ａ）に示すように、単結晶Ｃの引上げ作業が終了すると、ヒータ４の電源がオフ状態となされる（図３のステップＳＴ１）。
【００２５】
次いで、シリコン残渣が４５０〜５５０℃となるまで自然冷却され（図３のステップＳＴ２）、図４（ｂ）に示すように、アーム１３が図示しない多関節ロボット等により把持されてプルチャンバ２ｂがメインチャンバ２ａから外される（図３のステップＳＴ３）。
次いで、図４（ｃ）に示すようにシードチャック１４にルツボハンドリング装置１９が保持され、このルツボハンドリング装置１９により高温のルツボ３が把持される。尚、このとき、ルツボ３の把持作業が容易となるよう、支持軸１５は上昇した状態となされている。そして、図４（ｄ）に示すようにルツボ３は支持軸１５から外され、図５（ａ）に示すように、台車３０の上方にプルチャンバ２ｂごと移動される。
【００２６】
そして、図５（ｂ）に示すようにワイヤ５ｂが降ろされて使用済みのルツボ３を把持するルツボハンドリング装置１９が台車３０上に移動し、ルツボハンドリング装置１９がルツボ３の把持を開放することにより、ルツボ３が台車３０上に載置され、台車３０により搬出される（図３のステップＳＴ４）。
【００２７】
使用済みのルツボ３が搬出されると、図６（ａ）に示すように、シリコン原料Ｍ１を充填済みの新たなルツボ３がルツボハンドリング装置１９により把持されて、プルチャンバ２ｂがメインチャンバ２ａ上方に移動される。
そして、図６（ｂ）に示すように、新たなルツボ３が支持軸１５上に載置され（図３のステップＳＴ５）、ルツボハンドリング装置１９がシードチャック１４から外されたプルチャンバ２ｂがメインチャンバ２ａ上に載置され、チャンバ２が閉じられた状態となされる（図３のステップＳＴ６）。これにより、次の単結晶引上げ作業に向けた原料シリコンＭ１の溶融作業が可能となる。
【００２８】
以上のように本発明に係る実施の形態によれば、単結晶引上げ後、プルチャンバ２ｂを持ち上げ、チャンバを開いた状態において、ルツボ３をＣ／Ｃコンポジット部材２３を介してルツボハンドリング装置１９で保持することにより、ルツボ３が未だ高温（４５０〜５５０℃）であっても容易にチャンバ２から搬出することができる。
また、搬出されたルツボ３が高温の状態であれば清掃作業をすぐに出来ないため、清掃済みであって原料シリコンＭ１を充填済みの別のルツボ３をルツボハンドリング装置１９で保持し、チャンバ２内にセットすれば、その後の原料シリコン溶融作業にすぐに移行することができる。
これにより、単結晶引上後から次の単結晶引上開始までの時間を短縮することができ、生産効率を向上することができる。
また、本発明に係るルツボハンドリング装置１９は、ルツボ３との接触部にＣ／Ｃコンポジット部材２３を用いるのみで、前記の効果を得ることができるため、従来のヘリウムガス等を毎回使用する装置、方法よりもコスト増大を大幅に抑制することができる。
【００２９】
尚、前記実施の形態においては、単結晶引上用のワイヤ５ｂの先端部に位置するシードチャック１４に、ルツボハンドリング装置１９の基台２１が着脱自在に保持される構成を示したが、本発明のハンドリング装置においては、その構成に限定されず、例えばプルチャンバ２ｂに基台２１が着脱自在となされる構成としてもよい。
【実施例】
【００３０】
続いて、本発明に係るルツボハンドリング装置について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に示した構成の単結晶引上装置及びルツボハンドリング装置を用い、実際に実験を行うことにより、その効果を検証した。
【００３１】
この実験では、直径２４インチの石英ガラスルツボに、１２０ｇの原料シリコン（多結晶シリコン）を充填し、直径２００ｍｍの単結晶を引き上げた。
炉内（チャンバ内）に流す不活性ガス（Ａｒガス）流量は、８０Ｌ／ｍｉｎで、炉内圧は９０Ｔｏｒｒ一定とした。
【００３２】
自然冷却開始から４．５時間後にチャンバを開き、ルツボが約５００℃の状態でプルチャンバを上昇させ、シードチャックに、ルツボとの接触部がＣ／Ｃコンポジットであるルツボハンドリング装置を取り付け、使用済みのルツボの撤去及び清掃済、且つ原料シリコン充填済のルツボの装着を行なった。
尚、使用したＣ／Ｃコンポジット部材は、その曲げ強度が７０ＭＰａ以上であって、圧縮強度が１２０ＭＰａ以上のものを使用した。
この実験の結果、使用済みのルツボの撤去に０．５時間、原料シリコン充填済ルツボの装着に０．５時間、装着後のルツボの軽い清掃に０．５時間を要し、自然冷却開始から６時間で作業を終了することができた。
【比較例】
【００３３】
比較例では、実施例と同様に、直径２４インチの石英ガラスルツボに、１２０ｇの原料シリコン（多結晶シリコン）を充填し、直径２００ｍｍの単結晶を引き上げた。
炉内（チャンバ内）に流す不活性ガス（Ａｒガス）流量は、８０Ｌ／ｍｉｎで、炉内圧は９０Ｔｏｒｒ一定とした。
単結晶引上後にヒータ電源をオフとして自然冷却を行い、シードチャック先端に取り付けた熱電対でシリコン残渣表面近傍の温度測定を行なった。
その結果、５００℃に達したのが自然冷却開始から４．５時間後、１００℃に達したのが１１時間後であった。
【００３４】
以上の実施例の実験結果から、本発明のルツボハンドリング装置を用いることにより、単結晶引上後から次の引上工程開始までの時間を大幅に短縮することができ、生産効率を向上することできると確認した。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、単結晶引上装置に対してルツボを装着または撤去するルツボハンドリング装置及びルツボ交換方法に関し、半導体製造業界等において好適に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明に係るルツボハンドリング装置が適用される単結晶引上装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明に係るルツボハンドリング装置の断面図である。
【図３】図３は、単結晶引上後のルツボ交換工程の手順を示すフローである。
【図４】図４は、単結晶引上後のルツボ交換工程の各状態を示す工程図である。
【図５】図５は、単結晶引上後のルツボ交換工程の各状態を示す工程図である。
【図６】図６は、単結晶引上後のルツボ交換工程の各状態を示す工程図である。
【図７】図７は、従来のＣＺ法を用いた引上げ法を説明するための図である。
【図８】図８は、従来のＣＺ法を用いた引上げ法においてネック部の形成を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３７】
１      単結晶引上装置
２      炉体
２ａ    メインチャンバ
２ｂ    プルチャンバ
３      ルツボ
４      ヒータ
５      引上げ機構
５ｂ    ワイヤ
８      コンピュータ
８ａ    記憶装置
８ｂ    演算記憶装置
１０    モータ
１０ａ  モータ制御部
１３    アーム
１４    シードチャック
１５    支持軸
１９    ルツボハンドリング装置
２１    基台
２２    グリップ部材
２３    Ｃ／Ｃコンポジット部材（炭素繊維強化炭素複合材料）
Ｃ      単結晶
Ｍ      シリコン融液
Ｐ      種結晶
Ｐ１    ネック部
Ｓ      原料シリコン
【図１】
2008297186.tif 000003
【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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