(57)【要約】【課題】  単結晶引上げ時の種結晶における応力集中によって、種結晶にチッピングや亀裂が発生し、これらに起因して、種結晶が破断したり、育成した単結晶が落下することを防止することができる単結晶の種結晶保持部材を提供する。【解決手段】  上部が大径、下部が小径であり、その中間部が逆円錐台状のテーパ部を有する棒状の種結晶１を保持する部材において、前記種結晶が内部に挿入されるソケット２を、その内面に種結晶のテーパ部との接触部分を有し、種結晶１の接触面の水平中心線のテーパ部の上端からの距離Ｃが２〜６ｍｍ、かつ、接触面の幅Ｗが前記種結晶のテーパ部の１０〜４０％となるように形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部が大径、下部が小径であり、その中間部が逆円錐台状のテーパ部を有する棒状の種結晶を保持する部材であって、
前記種結晶が内部に挿入されるソケットと、該ソケットが内部にはめ込まれる保持筒とを備え、
前記ソケットは、その内面に種結晶のテーパ部との接触部分を有し、種結晶の接触面の水平中心線がテーパ部の上端から２〜６ｍｍ、かつ、接触面の幅が前記種結晶のテーパ部の１０〜４０％となるように形成されていることを特徴とする単結晶の種結晶保持部材。
【請求項２】
前記ソケットの内面における種結晶のテーパ部との接触部分のみが、凸曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の単結晶の種結晶保持部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶の種結晶保持部材に関し、より詳細には、シリコン等の単結晶成長の引上げに使用される単結晶の種結晶保持部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
チョクラルスキー法等の単結晶引上げ法においては、吊るされた単結晶の種結晶が、引上げ炉内のルツボ中の原料融液に着液され、単結晶成長の進行とともに、回転させながら引上げられていく。
従来、このような単結晶引上げにおいては、種結晶を保持する部材として、種結晶の装着が簡単であり、かつ、センタリング精度が高い等の観点から、例えば、特許文献１に示すようなテーパ状内周面を有する種結晶ホルダーやリング等が用いられていた。
【特許文献１】特開平１０−２９８９２号公報
【０００３】
図４に、従来の種結晶保持部材の一例を示す。
図４において、シリコン単結晶の種結晶１１は、機械加工により、上部が直径２０〜４０ｍｍの円柱状、下部が直径１０〜２０ｍｍの円柱状であり、その中間部に逆円錐台が形成された全長１５０〜２５０ｍｍのテーパ部を有する棒状に成形されている。
前記種結晶１１は、通常、表面に付着した不純物の除去および機械加工による歪みの除去のため、フッ酸・硝酸混合液により表面処理した後、保持筒１３内部にはめ込まれるソケット１２の中に挿入されて、保持される。
前記保持筒１３の上方には、ワイヤロープ（図示せず）等が取り付けられ、回転させながら、前記種結晶１１の下端に単結晶が成長する速度で、全体が上方に引上げられる。
【０００４】
上記図４に示すような種結晶保持部材においては、ソケット１２および保持筒１３は、１３００℃において荷重５０〜１００Ｎ、５００℃において荷重２０００〜３０００Ｎという高温かつ高張力下での使用を余儀なくされている。
このため、これらの材質としては、鉄と比べて、線膨張係数が数分の１程度であり、かつ、高温下においても機械的強度を保持することができる繊維強化炭素材等が用いられている。
【０００５】
前記種結晶１１の下端に成長した単結晶の重量が種結晶保持部材にもたらす全荷重は、該種結晶１１とソケット１２との接触面、すなわち、該種結晶１１の中間部のテーパ部における接触面１１ａにかかる。
このため、前記ソケット１２の内面は、一般に、前記接触面１１ａ付近においては、鉛直方向に緩やかな凸面テーパ状に形成され、かつ、前記種結晶１１のテーパ部の全周面をカバーすることができる広さが確保されていた。
【０００６】
このような構造を有する種結晶保持部材においては、単結晶成長による荷重の増加に伴って、ソケット１２の凸面状の内面は弾性的に押しつぶされ、次第に前記接触面１１ａの面積が上下に拡大して、最終的には、種結晶１１のテーパ部の全周面が、ソケット１２の内面に接触することとなっていた。
【０００７】
上記のような従来の種結晶保持部材においては、成長したシリコン単結晶の荷重が増加するにつれて、種結晶１１のテーパ部と接触するソケット１２の内面の面積が増加するため、種結晶１１の内部応力が、接触面１１ａの拡大とともに分散されて、該種結晶１１の耐荷重性を向上させると考えられていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、計算機シミュレーションにより、前記接触面１１ａの面積変化による応力分散特性を解析したところ、必ずしも、接触面積が大きければよいとというものではなく、上記のような耐荷重性の向上が図られてはいないことが判明した。
すなわち、種結晶保持部材の設計寸法に対して、応力分散性が良好となる種結晶の接触面の最適範囲が存在し、また、種結晶のテーパ部の下部がソケットとの接触面となる場合には、応力分散性が低下することが認められた。
【０００９】
したがって、上記のように、単に凸面テーパ状に形成されたソケット内面と、種結晶のテーパ部とが、接触面を有するような構成の種結晶保持部材を用いても、単結晶の成長とともに荷重が増加していくにつれて、種結晶に生じる応力が急速に大きくなり、種結晶にチッピングや亀裂が発生し、さらには、育成した単結晶が落下するおそれがあった。
【００１０】
特に、近年、大口径シリコン単結晶の量産化が進んできており、直径３００ｍｍのシリコン単結晶の引上げ工程においては、種結晶に２０００〜３０００Ｎもの大きな荷重がかかる。
このため、種結晶の破断により、育成した単結晶が落下すると、単結晶を損なうだけでなく、場合によっては、原料融液を収容しているルツボまでも破損してしまうこともあり、製造コストのロスだけでなく、製造上の危険を招くおそれがあった。
【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、単結晶引上げ時の種結晶における応力集中によって、種結晶にチッピングや亀裂が発生し、これらに起因して、種結晶が破断したり、育成した単結晶が落下することを防止することができる単結晶の種結晶保持部材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】
本発明に係る単結晶の種結晶保持部材は、上部が大径、下部が小径であり、その中間部が逆円錐台状のテーパ部を有する棒状の種結晶を保持する部材であって、前記種結晶が内部に挿入されるソケットと、該ソケットが内部にはめ込まれる保持筒とを備え、前記ソケットは、その内面に種結晶のテーパ部との接触部分を有し、種結晶の接触面の水平中心線がテーパ部の上端から２〜６ｍｍ、かつ、接触面の幅が前記種結晶のテーパ部の１０〜４０％となるように形成されていることを特徴とする。
上記のように、ソケットと種結晶との接触面を特定することにより、種結晶の応力分散性を向上させ、チッピングや亀裂の発生を防止し、より安全かつ好適な状態で単結晶引上げを行うことが可能となる。
【００１３】
前記単結晶の種結晶保持部材においては、前記ソケットの内面における種結晶のテーパ部との接触部分のみが、凸曲面状に形成されていることが好ましい。
前記凸曲面状の接触部分は、種結晶にかかる荷重が増加すると、弾性変形によりたわみ、接触面の面積が増加するため、面圧力の増加が緩和され、種結晶の応力分散を図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
上述のとおり、本発明に係る単結晶の種結晶保持部材は、引上げる単結晶の重量増加によっても、ソケット内面と種結晶のテーパ部との全面接触が回避され、接触部の最適化が図られているため、種結晶にチッピングや亀裂が発生し、これらに起因して種結晶が破断したり、育成した単結晶が落下したりすることを防止することができる。
したがって、本発明に係る単結晶の種結晶保持部材を用いることにより、育成した単結晶を損なうことなく、製造コストにおけるロスを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を、図面を参照して、詳細に説明する。
図１および図２に、本発明に係る単結晶の種結晶保持部材の一例を示す。なお、ソケット２がはめ込まれる保持筒は、図３と同様のものでよく、図１および図２においては省略する。
本発明に係る単結晶の種結晶保持部材は、図１および図２に示すように、上部が大径、下部が小径であり、その中間部が逆円錐台状のテーパ部を有する棒状の種結晶１を保持する部材である。
【００１６】
図１に示した種結晶１は、代表的な形状のものであり、上部の直径Ｒ1が３０ｍｍ、下部の直径Ｒ2が１８ｍｍ、その中間部の逆円錐台部分の高さＬが３０ｍｍのものである。また、下部の小径円柱部分の長さは、上記直径に対して十分に長いものとする。
そして、前記種結晶１は、ソケット２の内部に挿入され、該ソケット２は、図４に示したものと同様に、保持筒（図示せず）の内部にはめ込まれた状態で、単結晶１を保持して、単結晶引上げが行われる。
【００１７】
図１においては、ソケット２の内面における種結晶１のテーパ部との接触部分は、種結晶１のテーパ部と同じテーパ角度で、かつ、テーパ部の上方に形成されている。
このような構成とすることにより、単結晶の成長に伴い、種結晶１にかかる荷重が増加しても、接触面１ａの面積は増加せず、面圧力が増加するのみであり、応力集中は回避される。
なお、図１に示すように、ソケット２の内面における種結晶１のテーパ部周囲の非接触部分も、該種結晶１のテーパ部と同じテーパ角度で形成しておくことにより、ソケット２の機械的強度を保持することができる。
【００１８】
また、図２においては、ソケット２の内面における種結晶１のテーパ部との接触部分のみが、凸曲面状に形成され、その下方におけるソケット２の内面は、種結晶１のテーパ部と接触しないように、円筒状に形成されている。
このような構成とすることにより、単結晶の成長に伴い、種結晶１にかかる荷重が増加すると、ソケット２の種結晶１との接触部分は、弾性変形によりたわみ、接触面１ａの面積は増加し、面圧力の増加が緩和される。これにより、種結晶１の応力分散を図ることができる。
【００１９】
そして、本発明に係る単結晶の種結晶保持部材においては、前記ソケット２の接触部分は、種結晶１のテーパ部の上端から接触面の水平中心線までの距離Ｃが２〜６ｍｍであり、かつ、接触部分の幅Ｗがテーパ部の１０〜４０％となるように形成される。
本発明においては、種結晶保持部材をこのような構成とすることにより、上記のような形状の種結晶とソケットとの接触面積の増加に伴う接触部分近傍への応力集中を回避し、応力分散させることにより、チッピングや亀裂の発生を抑制することができる。
【００２０】
図３に、種結晶のテーパ部の上端から接触面の水平中心線までの距離Ｃおよび接触部分の幅Ｗを変化させた場合の応力分布の数値解析シミュレーションによる種結晶に生じる最大応力σmaxをグラフとして示す。前記シミュレーションは、各種結晶について、２９４０Ｎ（＝３００ｋｇｆ）の荷重を種結晶の下端に鉛直下方向に掛けた場合のものである。
【００２１】
図３に示したように、種結晶とソケットとの接触部分の幅Ｗをある程度大きくしておけば、種結晶のテーパ部の上端から接触面の水平中心線までの距離Ｃが小さいほど、最大応力σmaxは小さくなり、水平中心線までの距離Ｃが大きいほど、最大応力σmaxは大きくなる。
特に、水平中心線までの距離Ｃが２〜６ｍｍであり、かつ、接触部分の幅Ｗが４〜１２ｍｍ、すなわち、接触部分の幅Ｗがテーパ部の１０〜４０％である場合、最大応力σmaxはいずれも１４ＭＰａ未満となり、応力は小さく安定した状態となる。
また、この場合、種結晶内部の応力は、テーパ部全体に分散され、応力集中が回避される。
ただし、接触部分の幅Ｗがテーパ部の１０％未満と小さい場合は、種結晶のテーパ部表面に応力が集中しやすくなる。
【００２２】
一方、水平中心線までの距離Ｃが８〜１０ｍｍの場合、すなわち、接触面の水平中心線の位置がテーパ部の下方である場合は、接触部分の幅Ｗが大きいほど、むしろ、最大応力σmaxは増大または不安定化する。
また、このように、接触面の水平中心線の位置がテーパ部の下方である場合は、種結晶内部の応力分散性も低い。
【００２３】
なお、上記図３に示したシミュレーション結果は、すべて同一荷重と仮定して、種結晶のテーパ部の上端から接触面の水平中心線までの距離Ｃと接触部分の幅Ｗのみを変化させたものであるが、実際の単結晶引上げにおいては、単結晶の成長とともに、種結晶にかかる荷重は大きくなる。
このとき、ソケット内面が該荷重により弾性的に押しつぶされて接触面の面積が増大し、最終的に接触部分の幅Ｗがテーパ部の４０％を超えるような状態となるものは、最大応力σmaxが増大または不安定化することから、チッピングや亀裂の発生の可能性が大きくなり好ましくない。
【００２４】
したがって、本発明に係る単結晶の種結晶保持部材は、ソケットと種結晶との接触面を特定することにより、種結晶の応力分散性を向上させ、チッピングや亀裂の発生を防止し、より安全かつ好適な状態で単結晶引上げを行うことを可能とするものである。
【００２５】
なお、上記図１および図２に示したようなソケットを種結晶の接触部分近傍のみとして、上下部分のないリング状のものとして構成した場合においても、上記と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る単結晶の種結晶保持部材の一例の内部構造を示した図である。
【図２】本発明に係る単結晶の種結晶保持部材の他の例の内部構造を示した図である。
【図３】種結晶のテーパ部の上端から接触面の水平中心線までの距離Ｃおよび接触部分の幅Ｗを変化させた場合のシミュレーションによる最大応力σmaxの変化を示したグラフである。
【図４】従来の単結晶の種結晶保持部材の内部構造を示した図である。
【符号の説明】
【００２７】
１、１１      種結晶
１ａ、１１ａ  接触面
２、１２      ソケット
１３          保持筒
【図１】
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【図２】
2005029434.tif 000004
【図３】
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【図４】
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