(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法により製造途中の単結晶に掛合段部を形成し、当該掛合段部を利用して当該単結晶の吊り下げを行う単結晶インゴット製造装置であって、
前記掛合段部を把持する把持体であって、当該掛合段部との接触点が２以上存在する把持体と、
この把持体の吊り下げを行う長材と、
所定の軸線回りに傾く複数個のシーソー部材の組み合わせからなり、前記複数個のシーソー部材の各所定の軸線どうしが非同軸に設定されているフレキシブル機構と、を備え、
前記フレキシブル機構は、前記長材の中途に設けられるか又は前記長材の端部に設けられるか又は前記把持体と一体化されるかの何れかの形態で設けられ、
また前記フレキシブル機構は、前記把持体による単結晶の把持が行われている状態を維持したままで傾くことができ、及び／または、前記長材による前記把持体の吊り下げが行われている状態を維持したままで傾くことができることを特徴とする単結晶インゴット製造装置。
【請求項２】
前記複数個のシーソー部材は２個である請求項１記載の単結晶インゴット製造装置。
【請求項３】
前記シーソー部材の軸線どうしが直交して設定されている請求項２記載の単結晶インゴット製造装置。
【請求項４】
前記長材は複数本の長材である請求項１から３いずれか記載の単結晶インゴット製造装置。
【請求項５】
前記複数本の長材は２本である請求項４記載の単結晶インゴット製造装置。
【請求項６】
チョクラルスキー法により製造途中の単結晶に掛合段部を形成し、当該掛合段部を利用して当該単結晶の吊り下げを行う単結晶インゴット製造装置であって、
前記掛合段部を把持する把持体であって、当該掛合段部との接触点が２以上の把持体と、
この把持体の吊り下げを行う複数本の長材と、
前記複数本の長材間のばらつきにより生ずる寸法上のずれ及び前記把持体の掛合段部における掛合位置のばらつきにより生ずる寸法上のずれを吸収するフレキシブル機構であって、回動軸どうしが非同軸に設定されている複数の滑車の組み合せを含むフレキシブル機構を備えることを特徴とする単結晶インゴット製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法）により原料融液から単結晶を引き上げて単結晶インゴットを製造する単結晶インゴット製造装置、特に大重量の単結晶の製造に好適なチョクラルスキー法単結晶インゴット製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
単結晶シリコンはー般にＣＺ法を用いて製造されている。ＣＺ法では、単結晶引き上げ装置内に設置した石英るつぼに多結晶シリコンを充填し、石英るつぼの周囲に設けたヒータによって前記多結晶シリコンを加熱溶解して融液とする。そして、シードチャックに取り付けた種結晶を融液に浸漬し、シードチャックおよび石英るつぼを互いに同方向または逆方向に回転させながらシードチャックを引き上げて単結晶シリコンを所定の直径及び長さに成長させる。
【０００３】
ここで、ＣＺ法では種結晶の転位を除去するため、ダッシュネック法を用いて直径3〜4mm程度のネック部を種結晶の下方に形成する必要がある。しかし、近年の半導体デバイス生産の効率化等に対応して、ＣＺ法で製造される単結晶の大径化が要求されるようになり、それに伴って単結晶の重量が増大するために、重量の大きい単結晶の引き上げに耐えることが可能なように、引き上げ中の単結晶に掛合段部を形成し、当該掛合段部を利用して当該単結晶の吊り下げを行う単結晶インゴット製造装置が提案されている（特開昭６２‐２８８１９１号公報、特開昭６３‐２５２９９１号公報等）。
【０００４】
図１８に、把持体を備えた単結晶インゴット製造装置の従来例を示す。この装置の上端部に回転自在に設けられたプルヘッド２内には、結晶引き上げワイヤ巻き取り装置３と、把持体５０を昇降させる複数のワイヤ巻き取り装置５１とが設置されている。結晶引き上げワイヤ巻き取り装置３から炉体中心に垂下する結晶引き上げワイヤ４の下端には種結晶５を取着したシードチャック６が繋着され、融液７は図示しないメインチャンバ内に回転ならびに昇降可能に設置された石英るつぼに貯留されている。
【０００５】
把持体５０は、円筒状の把持体本体５２の下端に複数個の爪５３を回動自在に取りつけたもので（爪５３は垂直面内で、かつ所定の角度範囲内で回動自在である）、爪５３を掛合段部1ａに掛止させる。そして、この状態でワイヤ巻き取り装置５１によりワイヤ５４が巻き取られると、単結晶１が引き上げられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような単結晶インゴット製造装置には、ワイヤ５４間の伸びのばらつきによる把持体５０の傾きが原因で（図１９）、または、把持体５０の掴み位置のずれが原因で（図２０）、単結晶１に傾きが生じてしまう場合がある。そして、単結晶1が傾いた状態で保持され、単結晶1の軸心が傾いた状態で回転させてしまうと、成長界面における心振れが大きくなって単結晶1の成長に悪影響を及ぼし、多結晶化を招いてしまうこととなる。
【０００７】
本発明は以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＣＺ法による製造途中の単結晶に形成する掛合段部に把持体を掛合させて当該単結晶の引き上げを行う単結晶インゴット製造装置において、ワイヤ間の伸びのばらつきや把持体の掴み位置のずれに影響されること無く、安定して単結晶インゴットの製造を行うことができる単結晶インゴット製造装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するために、本発明においては、把持体による単結晶の把持が行われている状態を維持したままで傾くことができる第１のフレキシブル部材を備えるフレキシブル機構を備えさせることにより、ワイヤ間の伸びのばらつきが生じた場合には、このフレキシブル機構でワイヤ間の伸びのばらつきを吸収させることによって、単結晶の垂直が保たれるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
また、以上のような目的を達成するために、本発明においては、長材による把持体の吊り下げが行われている状態を維持したままで傾くことができる第２のフレキシブル部材を備えるフレキシブル機構を備えさせることにより、掛合段部における掛止位置の不均衡が生じた場合には、このフレキシブル機構で当該不均衡により生ずるずれの吸収を行うことによって、単結晶の垂直が保たれるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
なお、第１のフレキシブル部材を備えるフレキシブル機構並びに第２のフレキシブル部材を備えるフレキシブル機構については、そのいずれか一方が単結晶インゴット製造装置に備えつけられていてもよく、また、両方が同時に単結晶インゴット製造装置に備えつけられていてもよい。
また、フレキシブル機構は、把持体とは別途に備えつけられていてもよく、或いは、一体化されていてもよい。
【００１１】
［フレキシブル機構の基本原理］
本発明に係るフレキシブル機構によれば、把持体は、引き上げ中の単結晶が把持されている状態を維持したままで、基本的には、当該単結晶に対して相対的に３６０度いずれの方向にも傾くことができる。
【００１２】
このような「フレキシブル機構」の例としては、例えば図２１に示されるようなものがある。図２１に示す「フレキシブル機構」においては、ワイヤ巻き取り装置５１に係るワイヤ５４と、把持体５０に繋がるワイヤ５４’とが、板状体５５に対して、それぞれ９０度ずらされて接続されている。ここで、ワイヤ５４と板状体５５の接続部位５４Ｐ、及び、ワイヤ５４’と板状体５５の接続部位５４’Ｐにおいては、ワイヤはそれぞれ板状体５５に対して回動自在に取りつけられている。従って、一対のワイヤ５４を固定した状態でワイヤ５４’をそれぞれを個々に下方に引くというような動作を行った場合には、板状体５５は、一対のワイヤ５４に支えられ、Ｘ軸を中心にして揺動することとなる。
【００１３】
この一方で、一対のワイヤ５４’を固定した状態でワイヤ５４をそれぞれを個々に上方に引くというような動作を行った場合には、板状体５５は、一対のワイヤ５４に支えられ、Ｙ軸を中心にして揺動することとなる。
【００１４】
従って、図２１に示す「フレキシブル機構」をワイヤ巻き取り装置５１と把持体５０の間に介在させた場合においては、ワイヤ５４間の伸びのばらつきが生じた場合には、板状体５５がＹ軸を中心に揺動するだけで、ワイヤ５４’は不動のままであるので、ワイヤ５４間の伸びのばらつきが生じた場合でも、それが把持体５０には伝達されないこととなり、引き上げられる単結晶が傾かない。一方、把持体５０の掴み位置のずれが生じた場合でも、板状体５５がＸ軸を中心に揺動して当該ずれが吸収され、ワイヤ５４は不動のままであることに加え、そのままの状態で何らの支障も無く単結晶を回転させることができるので、引き上げ中の単結晶の心振れは生じない。更にまた、ワイヤ５４間の伸びのばらつきと把持体５０の掴み位置のずれが同時に生じた場合でも、その双方ともに図２１の「フレキシブル機構」に吸収されてそれが打ち消されてしまう。
【００１５】
このように、図２１に示す「フレキシブル機構」を介在させるだけで、当該フレキシブル機構の上下で生じた不適切状態がいずれも当該フレキシブル機構で打ち消されてしまうこととなり、ワイヤ間の伸びのばらつきや把持体の掴み位置のずれに影響されること無く、安定して単結晶インゴットの製造を行うことができるようになる。
【００１６】
なお、このフレキシブル機構において、把持体５０による単結晶の把持が行われている状態もしくは長材による把持体５０の吊り下げが行われている状態を維持したままで傾くことができるフレキシブル部材は、板状体５５であり、このフレキシブル部材は、把持体５０による単結晶の把持が行われている状態を維持したままで傾くことができる第１のフレキシブル部材と長材による把持体５０の吊り下げが行われている状態を維持したままで傾くことができる第２のフレキシブル部材とを兼ねている。
【００１７】
［フレキシブル機構の変形例］
図２２（図２１と同様の構成要素に対しては、同一の符号を付してある）に示されるように、図２１に示す「フレキシブル機構」を連結ワイヤ５４”を介して２重にした場合には、上側の板状体５５及び下側の板状体５５’は、それぞれＹ軸及びＹ’軸を中心にしてそれぞれ独立に揺動できるので、この場合においてもフレキシブル機構の上下で生じた寸法的なずれがいずれも当該フレキシブル機構で打ち消されてしまうこととなり、ワイヤ間の伸びのばらつきや把持体の掴み位置のずれに影響されること無く、安定して単結晶インゴットの製造を行うことができるようになる。
【００１８】
なお、この図２２に示すフレキシブル機構においては、フレキシブル部材は、板状体５５及び５５’であり、把持体５０による単結晶の把持が行われている状態を維持したままで傾くことができる第１のフレキシブル部材は上側の板状体５５であり、長材による把持体５０の吊り下げが行われている状態を維持したままで傾くことができる第２のフレキシブル部材は下側の板状体５５’である。
また、この図２２に示すフレキシブル機構においては、ワイヤ５４’の下部に把持体５０を設けるような構造とせずに、下側の板状体５５’に直接的に把持体５０を設けるような構造とするようにしてもよい。
【００１９】
図２３（図２１、図２２と同様の構成要素に対しては、同一の符号を付してある）は、揺動する板状体５５の代わりに滑車５７及び５７’を用いてフレキシブル機構を構成した例を示す図である。まず、この例においては、図２３（Ａ）に示されるように、動滑車５７の車輪にワイヤ５４が通され、ワイヤ５４’が動滑車５７の軸に対して摺動可能なように（即ち、動滑車５７の軸に巻き取られないように）取りつけられている。そして、ワイヤ５４間の伸びのばらつきが生じた場合には、当該ばらつきが生じた分だけ動滑車５７が回転し、当該ばらつきが解消されることとなる。逆に、ワイヤ５４’のほうが滑車５７’の車輪に通され、ワイヤ５４が滑車５７’の軸に対して摺動可能なように取りつけられた場合でも、全く同様の原理により、把持体の掴み位置のずれが解消されることとなる。
【００２０】
従って、この例においても、図２１の例と同様に、フレキシブル機構の上下で生じた不適切状態（寸法上のずれ）がいずれも当該フレキシブル機構で打ち消されることとなる。そして、図２３（Ｃ）及び（Ｄ）に示されるように、両滑車の軸どうしを連結ワイヤ５４”で接続することによって動滑車５７と滑車５７’とを組み合わせることにより、それらの組み合せで一つのフレキシブル機構２６として構成した場合には、図２２の例とほぼ同じ作用・効果を得ることができる。
【００２１】
なお、上記のように、前記複数本の長材間のばらつきにより生ずる寸法上のずれ及び前記把持体の掛合段部における掛合位置のばらつきにより生ずる寸法上のずれを吸収するフレキシブル機構を、滑車の組み合せによって構成する場合には、図２３（Ｅ）に示されるように、軸持材５４’’’を使用することにより、回動軸どうしが非同軸に設定されることによるワイヤ５４’’のねじれを防止することができる。
【００２２】
上記の例の他にも、フレキシブル機構は、図２４（図２１〜２３と同様の構成要素に対しては、同一の符号を付してある）に示されるように、２枚の板状体５５及び５５’の間にバネ体５８を狭設するようにしても、ワイヤ５４間の伸びのばらつき等は、バネ体５８の弾性変形によって適宜吸収されることとなるので、これまでの例と同様の作用・効果を得ることができる。なお、この例によれば、２枚の板状体５５及び５５’は、微小変動の範囲内であれば、それぞれ独立に、３６０度の方向で自在に揺動可能である。
【００２３】
なお、この図２４に示すフレキシブル機構においても、図２２に示すフレキシブル機構と同様に、第１のフレキシブル部材は上側の板状体５５であり、第２のフレキシブル部材は下側の板状体５５’である。また、同様にして、この図２４に示すフレキシブル機構においても、ワイヤ５４’の下部に把持体５０を設けるような構造とせずに、下側の板状体５５’に直接的に把持体５０を設けるような構造とするようにしてもよい。
【００２４】
また、フレキシブル機構は、図２５（図２１〜２４と同様の構成要素に対しては、同一の符号を付してある）に示されるように、無限摺動ボールスプライン構造を採用しても構成することができる。即ち、この例によれば、ワイヤ５４が接続された外枠体５９”と、ワイヤ５４’が接続された内枠体５９’と、の間に形成された環状の軌道の中に複数個のボール５９が充填されており、ボール５９の転がりにより、外枠体５９”と内枠体５９’とはそれぞれ独立に傾くことができるので、ワイヤ５４間の伸びのばらつき等が生じた場合でも、それを解消する方向に外枠体５９”が傾いて、その不適切状態を解消することとなるので、この図２５のフレキシブル機構を採用した場合でも、これまでの例と同様に、ワイヤ間の伸びのばらつきや把持体の掴み位置のずれに影響されること無く、安定して単結晶インゴットの製造を行うことができるようになる。なお、この例の場合には、ワイヤ５４により外枠体５９”を回転させなくとも済む。即ち、ワイヤ４の回転により、単結晶１と接続状態にあるワイヤ５４’が回転すると、それに伴って内枠体５９’も回転するが、ボール５９の部分で空回りが生ずるので、外枠体５９”は静止していてもよいのである。
【００２５】
なお、この図２５に示すフレキシブル機構においては、第１のフレキシブル部材は外枠体５９”であり、第２のフレキシブル部材は内枠体５９’である。また、同様にして、この図２５に示すフレキシブル機構においても、ワイヤ５４’の下部に把持体５０を設けるような構造とせずに、内枠体５９’に直接的に把持体５０を設けるような構造とするようにしてもよい。
【００２６】
［権利範囲］
以上のような原理で所定の効果を奏する本発明の権利範囲に関する記述は、次の通りである。
【００２７】
（1） チョクラルスキー法により製造途中の単結晶に掛合段部を形成し、当該掛合段部を利用して当該単結晶の吊り下げを行う単結晶インゴット製造装置であって、前記掛合段部を把持する把持体であって、当該掛合段部との接触点が２以上存在する把持体と、この把持体の吊り下げを行う長材と、所定の軸線回りに傾く複数個のシーソー部材の組み合わせからなり、前記複数個のシーソー部材の各所定の軸線どうしが非同軸に設定されているフレキシブル機構と、を備え、前記フレキシブル機構は、前記長材の中途に設けられるか又は前記長材の端部に設けられるか又は前記把持体と一体化されるかの何れかの形態で設けられ、また前記フレキシブル機構は、前記把持体による単結晶の把持が行われている状態を維持したままで傾くことができ、及び／または、前記長材による前記把持体の吊り下げが行われている状態を維持したままで傾くことができることを特徴とする単結晶インゴット製造装置。
【００２８】
ここで、「長材」の典型例はワイヤであり、駆動部の典型例はワイヤ巻き取り装置であるが、本発明の要点は長材間の不均一な伸びや把持体の傾きからくる不適切状態の解消にあるのであるから、最終的にインゴットとなる単結晶を引き上げることができる所定の長さを有する部材であればよく、ワイヤには限られない。
【００２９】
また、後述の実施例に示されるように、長材は通常は複数本（特に２本）であるが、これは図２６に示されるように単数であってもよい。
【００３０】
フレキシブル機構は、上記機能を有する限り本発明を実施することができるのであるから、先に例示したものに限られず（図２１〜図２５）、上記機能と同様もしくは同等の機能を有するものであれば、これら以外のものでも本発明に係る「フレキシブル機構」の概念に含まれる。
【００３１】
また、本発明の主題は機構的な不適切状態（寸法上のずれ）の解消にあることから、融液から引き上げられる単結晶の物質の種類に無関係であることは明らかであり、従って「単結晶インゴット」はシリコンには限られない。
【００３２】
なお、フレキシブル機構は長材の中途に設けられても、長材の端部に設けられ、把持体と一体化されていてもよい。
【００３３】
ここで、第１のフレキシブル部材（シーソー部材）は、単結晶を把持しているままの状態で傾くことができるため、長材が複数本のときにこれら複数本の長材間の長さの不均一が生じた場合（図１９参照）には、当該不均一に追従して第１のフレキシブル部材（シーソー部材）が傾いて前記複数本の長材間の長さの不均一の吸収を行うことになる。
【００３４】
また、第２のフレキシブル部材（シーソー部材）は、前記長材による前記把持体の吊り下げが行われているままの状態で傾くことができるため、前記掛合段部において前記把持体の掴み位置のずれが生じてしまった場合（図２０参照）には、当該掴み位置のずれに追従して第２のフレキシブル部材（シーソー部材）が傾いて当該掴み位置のずれの吸収を行うことになる。
ここで、フレキシブル機構における「所定の軸線」は、採用するフレキシブル機構の構造により決定される。図２１及び図２２に示されるフレキシブル機構では、「所定の軸線」は、同図中のＸ軸及びＹ軸である。
【００３５】
このように、第１のフレキシブル部材（シーソー部材）は長材の寸法的なずれに対するフレキシブル部材として機能し、第２のフレキシブル部材（シーソー部材）は把持体の掴み位置のずれに対するフレキシブル部材として機能するため、これら両方のフレキシブル部材（シーソー部材）を備える場合には、複数本の長材間の寸法的なずれについても、把持体の掴み位置のずれについても、フレキシブル機構の部分で吸収することができる。
【００４４】
（２） 前記複数個のシーソー部材は２個である（１）記載の単結晶インゴット製造装置。
【００４５】
（３） 前記シーソー部材の軸線どうしが直交して設定されている（２）記載の単結晶インゴット製造装置。
【００４６】
（４） 前記長材は複数本の長材である（１）から（３）いずれか記載の単結晶インゴット製造装置。
【００４７】
（５） 前記複数本の長材は２本である（４）記載の単結晶インゴット製造装置。
【００４８】
（６） チョクラルスキー法により製造途中の単結晶に掛合段部を形成し、当該掛合段部を利用して当該単結晶の吊り下げを行う単結晶インゴット製造装置であって、前記掛合段部を把持する把持体であって、当該掛合段部との接触点が２以上の把持体と、この把持体の吊り下げを行う複数本の長材と、前記複数本の長材間のばらつきにより生ずる寸法上のずれ及び前記把持体の掛合段部における掛合位置のばらつきにより生ずる寸法上のずれを吸収するフレキシブル機構であって、回動軸どうしが非同軸に設定されている複数の滑車の組み合せを含むフレキシブル機構を備えることを特徴とする単結晶インゴット製造装置。
【００５０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る単結晶引き上げ装置の実施形態について図面を参照して説明する。
【００５１】
図1は、単結晶を保持する把持体の概念を示す説明図である。この把持体l0は、単結晶引き上げに伴って把持体10を上下方向に昇降させる把持体昇降手段（ここでは、複数本、たとえば3本の昇降ワイヤ11）により昇降するが、昇降ワイヤ（昇降手段）取り付け部12と、単結晶1のくびれている掛合段部１ａの部分を保持する爪の取り付け部、すなわち保持手段取り付け部（以後保持部と呼ぶ）13とを分離し、前記両者の間に結合部材14を介在させるとともに、全方位揺動中心点O1,O2を中心として昇降ワイヤ取り付け部12及び保持部13がそれぞれ独自に、かつ全方位に揺動できるような機構を設けている。全方位揺動中心点O1,O2の位置はほぼ単結晶1の回転軸Z-Z上にあり、かつ、全方位揺動中心点O1の位置は昇降ワイヤ11の各取り付け点のほぼ中心とし、全方位揺動中心点O2の位置は保持部13の結晶保持位置により形成する面と結晶回転軸の交点Gにほぼ一致する点かまたはその上方とする。全方位揺動中心点O1は昇降ワイヤ11の伸び量の差による長さのばらつきを吸収する機能を持ち、全方位揺動中心点O2は傾いて保持された単結晶1の傾きを修正する機能を持つ。
【００５２】
昇降ワイヤ11が2本の場合、O1は2本の昇降ワイヤを含む平面に直交する軸の回りに揺動する結合部材の揺動中心点であればよく、全方位に揺動可能とする必要はない。また、昇降手段がシャフト方式の把持体の場合、昇降ワイヤに代わる昇降部材の伸びのばらつきは無視できる程度に微小であるため、全方位揺動中心点O1は不要である。
【００５３】
全方位揺動中心点設定の具体例を図2に示す。枠形部材21は枠形部材22の中に、また、枠形部材22は枠形部材23の中にそれぞれ所定の隙間を保って収容可能である。前記枠形部材21及び枠形部材23には対向する一対の辺にピン穴21a、23aが設けられ、枠形部材22には対向する一対の辺にピン穴22a、対向する残りの一対の辺にピン穴22bが設けられている。そして、枠形部材21のピン穴21aと枠形部材22のピン穴22aとにピン24を挿通し、枠形部材22のピン穴22bと枠形部材23のピン穴23aとにピン25を挿通することにより、図3に示すように枠形部材21、22、23を一体に組み合わせることができる。
【００５４】
図3で、枠形部材21は枠形部材22に対してピン24の中心軸すなわち軸Xの回りに揺動可能であり、枠形部材22は枠形部材23に対してピン25の中心軸すなわち軸Yの回りに揺動可能である。これにより、枠形部材21は枠形部材23に対してX、Yの両軸の回りに揺動可能となる。
【００５５】
図3において、全方位揺動中心点は軸X、軸Yの交点Oである。ピン24とピン穴21a、22aとの嵌合及びピン25とピン穴22b、23aとの嵌合は、揺動を円滑化するためにベアリングを介してもよい。また、ピンとピン穴との嵌合でなく、たとえば図4に示すように枠形部材26の対向する一対の辺にそれぞれ設けた鋭角な凸部26aと、枠形部材27の対向する一対の辺からそれぞれ外方に突出する部分に設けられ、かつ前記凸部26aよりも角度の大きい凹部27aとの組み合わせによっても、枠形部材を揺動させることができる。
【００５６】
図1においては、全方位揺動中心点O1及びO2のそれぞれに対して、例えば図2に示した機構を用いる。すなわち、枠形部材23（または枠形部材21）を結合部材14と結合させ、残りの枠形部材21（または枠形部材23）にそれぞれワイヤ（またはリジッド部材）と保持部とを結合させる。また、全方位揺動中心点O1,  O2は図1の実施形態では別々に独立しているが、それぞれの位置関係が満たされれば共通にすることもできる。すなわち、全方位揺動中心点の位置はほぼ結晶回転軸上にあり、かつ、昇降ワイヤ取り付け部12に対しては昇降ワイヤ取り付け点間のほぼ中心とし、更に保持部に対しては保持部の結晶保持位置により形成する面と結晶回転軸の交点にほぼ一致する点かまたはその上方とすることができる点があれば、全方位揺動中心点は1つとなる。
【００５７】
図5は、上記条件を満たす把持体の第1実施形態を示す縦断面図である。この把持体30の構成は図2に示したものと同一で、環状の枠形部材31、32、33からなり、枠形部材31はピン34により枠形部材32内に揺動自在に枢支され、枠形部材32はピン35により枠形部材33内に揺動自在に枢支されている。枠形部材31の上面には3本の昇降ワイヤ36が繋着され、枠形部材33の下部には複数の爪37を備えた保持部38が枠形部材33と一体に形成されている。全方位揺動中心点はピン34の中心軸Yとピン35の中心軸Xとの交点であり、一つの全方位揺動中心点回りの揺動で昇降ワイヤ36の長さのばらつきを吸収し、かつ、単結晶の傾きを修正することができる。なお、爪37の形状、機能は従来の把持体と同一であってもよい。
【００５８】
図6及び図7は、一つの全方位揺動中心点をもつ把持体の第2実施形態を示している。この把持体40は、環状の枠形部材41と保持部42とからなっている。把持体40を吊り下げる2本の昇降ワイヤ43の端末には球面を有するシャンクボール44が取着され、このシャンクボール44は枠形部材41に設けた係止穴内に収容されている。従って、枠形部材41は2個のシャンクボール44,44の球体中心間を通る軸Xの回りに揺動自在である。また、保持部42には上面の外縁近傍に一対の突起42a,42aが上方に向けて設けられ、これらの突起42a,42aと枠形部材41とがピン45,45で連結されている。従って、保持部42はピン45の中心軸Yの回りに揺動することができる。爪46の形状、機能は従来の把持体と同一であってもよい。
【００５９】
この把持体40は2本の昇降ワイヤ43,43で昇降する。昇降ワイヤ43,43の伸び量のばらつきは枠形部材41がY軸回りに傾くことにより吸収され、よって保持部42の傾きを防止する。また、保持時の単結晶の傾きは、X,Y両軸の回りの保持部42の揺動によって結晶重心がX軸とY軸の交点、つまり結晶回転軸上に来るように修正される。
【００６０】
本実施形態においては、ワイヤ部をリジッドな部材に置き換えることによって、シャフト方式の場合でも保持時の単結晶の傾きを修正する手段として有効であることを示している。
【００６１】
次に、図8〜図13に基づいて第3実施形態を説明する。
【００６２】
図8は本実施形態に係わる単結晶引き上げ装置の斜視図であり、図9はその側面一部断面図である。把持体60は、把持部を有する枠形部材61と、1対の昇降ワイヤ63,63に接続された中継枠形部材62と、枠形部材61及び中継枠形部材62の間を接続する1対の中継ワイヤ64,64とを備えている。1対の昇降ワイヤ63,63と中継枠形部材62とのそれぞれの接続点間を結ぶ直線X1（以後、軸X1と呼ぶ）と、1対の中継ワイヤ64,64と中継枠形部材62とのそれぞれの接続点間を結ぶ直線Y1（以後、軸Y1と呼ぶ）とは直交している。また、枠形部材61は、1対の中継ワイヤ64,64と枠形部材61とのそれぞれの接続点間を結ぶ直線Y2（以後、軸Y2と呼ぶ）と、この軸Y2に直交する軸X2を有している。なお、これらの軸X1,Y1,X2,Y2については、後程詳細に説明する。
【００６３】
枠形部材61の内周面には、把持用の複数の爪65が所定の角度範囲で回動自在に取着されている。中継枠形部材62及び枠形部材61の中央開口部には結晶引き上げワイヤ4によってシードチャック6が吊り下げられている。また、シードチャック6の下端には種結晶5を取着しており、種結晶5を介して半導体の単結晶1が成長するようになっている。そして、単結晶1の上部近傍には掛合段部１ａが形成され、掛合段部１ａに前記複数の爪65が係合して単結晶が把持される。なお、中継枠形部材62及び枠形部材61は本実施形態では環状のリングにより形成しているが、本発明はこれに限定するものではない。
【００６４】
図10は中継枠形部材62の平面図であり、図11は図10のA-A断面図である。中継枠形部材62と1対の昇降ワイヤ63,63との接続点には、中継枠形部材62の上面側に開口し、かつ昇降ワイヤ63の直径より大きい径の係止穴63a,63aがそれぞれ設けられ、各係止穴63aの底には昇降ワイヤ63の直径と略同じ径の貫通孔63b,63bがそれぞれ設けられている。また、中継枠形部材62と1対の中継ワイヤ64,64との接続部には、中継枠形部材62の下面側に開口し、かつ中継ワイヤ64の直径より大きい径の係止穴64a,64aがそれぞれ設けられ、各係止穴64aの上部には中継ワイヤ64の直径と略同じ径の貫通孔64b,64bがそれぞれ設けられている。昇降ワイヤ63の下端部は係止穴63a及び貫通孔63bを貫通し、中継枠形部材62の下面側で係止部材66により係止されている。また、中継ワイヤ64の上端部は係止穴64a及び貫通孔64bを貫通し、中継枠形部材62の上面側で係止部材66により係止されている。このとき、昇降ワイヤ63の下端部を係止している係止部材66よりも所定長さ上方の、係止穴63a内の屈折点Pでそれぞれの昇降ワイヤ63,63は屈折するので、1対の屈折点P,P間を結ぶ軸X1が等価的に揺動軸として作用する。同様にして、中継ワイヤ64の上端部を係止している係止部材66よりも所定長さ下方の、係止穴64a内の屈折点Qでそれぞれの中継ワイヤ64,64は屈折するので、この1対の屈折点Q,Q間を結ぶ軸Y1が等価的に揺動軸として作用する。
【００６５】
また、図12は枠形部材61の平面図であり、図13は図12のB-B断面図である。枠形部材61と1対の中継ワイヤ64,64との接続部には、枠形部材61の上面側に開口し、かつ中継ワイヤ64の直径より大きい径の係止穴61a,61aがそれぞれ設けられ、各係止穴61aの底には中継ワイヤ64の直径と略同じ径の貫通孔61b,61bがそれぞれ設けられている。中継ワイヤ64の下端部は、係止穴61a及び貫通孔61bを貫通し、枠形部材61の下面側で係止部材66により係止されている。このとき、中継ワイヤ64の下端部を係止している係止部材66よりも所定長さ上方の、係止穴61a内の屈折点Rでそれぞれの中継ワイヤ64,64は屈折するので、1対の屈折点R,R間を結ぶ軸Y2が等価的に揺動軸として作用する。
【００６６】
本実施形態の構成によると、中継枠形部材62と枠形部材61は1対の中継ワイヤ64,64により接続されているので、中継枠形部材62は中継ワイヤ64,64のそれぞれの上部屈折点Q,Q間を結ぶ軸Y1の回りに揺動自在となり、枠形部材61は中継枠形部材62とは独立に中継ワイヤ64,64のそれぞれの下部屈折点R,R間を結ぶ軸Y2の回りに揺動自在となる。また、中継枠形部材62は、1対の昇降ワイヤ63,63のそれぞれの屈折点P,P間を結ぶ軸X1（これは、軸Y1に直交している）の回りに揺動自在となる。さらに、枠形部材61の前記軸Y2に直交している軸X2の回りの揺動は、中継ワイヤ64,64の上部（中継枠形部材62側）の屈折点Q,Qと下部（枠形部材61側）の屈折点R,Rとをそれぞれ節点とする平行4節りンクの作用により、軸X1の回りの揺動として伝達される。
【００６７】
従って、例えば1対の昇降ワイヤ63,63の長さにばらつきがあった時、あるいは使用中に重量負荷での伸びにより両者の長さに差が生じた時には、中継枠形部材62が軸Y1の回りに揺動して傾斜する。これによって、上記昇降ワイヤ63,63の長さのばらつきを吸収して、単結晶1の傾きを防止する。また、枠形部材61の保持部の爪65により単結晶1を保持した時、単結晶1が斜めに保持された場合には、枠形部材61が軸X2及び軸Y2の回りに揺動して傾斜することにより、単結晶1の傾きを防止する。この結果、単結晶1の心振れが小さく抑えられ、多結晶化する可能性がなくなり、単結晶の生産性を向上できる。
【００６８】
さらに、1対のワイヤの屈折により等価的に揺動させているので、軸受けのような揺動のための摺動部及び回転部が無い。これにより、塵埃を発生することがないので、単結晶成長工程でのクリーン度が向上する。また、軸受け部品等が不要となり、安価に構成できる。
【００６９】
次に、図14〜図17により第4実施形態を説明する。
【００７０】
本実施形態においては、第3実施形態と略同じ構成であり、ワイヤの係止の仕方が異なるので、ここでは異なる構成のみを説明する。なお、前実施形態と同一の構成部品は同一の符号を付す。
【００７１】
図14は本実施形態の中継枠形部材の平面図であり、図15は図14のC-C断面図である。1対の昇降ワイヤ63,63及び1対の中継ワイヤ64,64の端部には、それぞれ球状係止部材67が取着されている。中継枠形部材62と1対の昇降ワイヤ63,63との接続点には、中継枠形部材62の下面側に開口し、かつ球状係止部材67の直径より大きな径の係止穴63c,  63cがそれぞれ設けられ、各係止穴63cの上部には球状係止部材67の直径より小さく、かつ昇降ワイヤ63の径より所定長さ大きい径の貫通孔63d,63dがそれぞれ設けられている。また、中継枠形部材62と1対の中継ワイヤ64,64との接続点には、中継枠形部材62の上面側に開口し、かつ球状係止部材67の直径より大きな径の係止穴64c,64cがそれぞれ設けられ、各係止穴64cの下部には球状係止部材67の直径より小さく、かつ中継ワイヤ64の径より所定長さ大きい径の貫通孔64d,64dがそれぞれ設けられている。昇降ワイヤ63の下端部は貫通孔63dを貫通して係止穴63c内で球状係止部材67が取着され、球状係止部材67により係止されている。また、同様に、中継ワイヤ64の上端部は貫通孔64dを貫通して係止穴64c内で球状係止部材67が取着され、球状係止部材67により係止されている。1対の昇降ワイヤ63,63の各球状係止部材67の中心点P1,P1間を結ぶ軸X1、及び1対の中継ワイヤ64,64の各球状係止部材67の中心点Q1,Q1間を結ぶ軸Y1がそれぞれ揺動中心となる。なお、軸X1と軸Y1は直交している。
【００７２】
図16は本実施形態の枠形部材の平面図であり、図17は図16のD-D断面図である。枠形部材61と1対の中継ワイヤ64,64との接続部には、枠形部材61の下面側に開口し、かつ中継ワイヤ64の下端部に取着された球状係止部材67の直径より大きな径の係止穴61c,61cがそれぞれ設けられ、各係止穴61cの上部には球状係止部材67の直径より小さく、かつ中継ワイヤ64の径より所定長さ大きい径の貫通孔61d,61dがそれぞれ設けられている。中継ワイヤ64の下端部は、貫通孔61dを貫通して係止穴61c内で球状係止部材67により係止されている。このとき、1対の係止穴61c,61c内の各球状係止部材67の中心点R1,R1間を結ぶ軸Y2が揺動軸として作用する。
【００７３】
上記の構成にしたので、前実施形態と同様に、中継枠形部材62は中継ワイヤ64,64の上端部の球状係止部材67,67の中心点Q1,Q1間を結ぶ軸Y1の回りに揺動自在となり、枠形部材61は中継枠形部材62とは独立に中継ワイヤ64,64の下端部の球状係止部材67,67の中心点R1,R1間を結ぶ軸Y2の回りに揺動自在となる。また、中継枠形部材62は、昇降ワイヤ63,63の球状係止部材67,67の中心点P1,P1間を結ぶ軸X1（これは、軸Y1に直交する）の回りに揺動自在となる。さらに、枠形部材61の軸Y2に直交している軸X2の回りの揺動が、中継ワイヤ64,64の上端部の球状係止部材67,67の中心点Q1,Q1と、下端部の球状係止部材67,67の中心点R1,R1とを節点とする平行4節リンクの作用により、軸X1の回りの揺動として伝達される。
【００７４】
したがって、1対の昇降ワイヤ63,63のそれぞれの長さにばらつきがあったり、差が生じた時には、中継枠形部材62が軸Y1の回りに揺動して傾斜することにより、昇降ワイヤ63,63の長さの差を吸収するので、このワイヤ長の差による保持部（枠形部材61）の傾きを防止することができる。また、枠形部材61の保持部の爪65により単結晶1を保持した時、単結晶1が斜めに保持された場合には、枠形部材61が軸X2及び軸Y2の回りに揺動して傾斜するので、単結晶1の傾きを防止できる。この結果、単結晶1の心振れが小さく抑えられるので、多結晶化する可能性がなくなり、単結晶1の生産性を向上できる。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば次のような作用及び効果が得られる。
【００７６】
(1)把持体昇降手段がワイヤ方式の場合、負荷の増大に伴ってワイヤの伸び量がばらつき、ワイヤ取り付け面が傾いても保持部は水平を保つことができるので、単結晶は常に本来の結晶回転軸上において鉛直に保持される。
【００７７】
(2)単結晶の掛合段部の形状誤差等により単結晶が傾いて保持された場合も、全方位揺動中心点により単結晶の重心が常に本来の結晶回転軸上に来るように作用するので、単結晶の心振れが小さくなる。
【００７８】
(3)把持体昇降手段がシャフト方式の場合、ワイヤ方式のように伸びによるワイヤ取り付け面の傾きは無視できるほど小さいが、くびれ部の形状誤差や把持体の製作誤差等により単結晶が傾いた状態で保持される場合がある。このときは全方位揺動中心点が上記(2)のように作用し、単結晶の自動調心を行うことができる。
【００７９】
(4)単結晶の心振れが微小に抑えられるので、多結晶化する可能性が低く、単結晶の生産性を向上できる。
【００８０】
(5)ワイヤの屈折により等価的に機動させる方式の場合、軸受け等の摺動部や回動部を不要とするので、クリーンで安価な装置を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の単結晶引き上げ装置に用いられる保持装置の概念を示す説明図である。
【図２】全方位揺動中心点設定の具体例であり、構成部材の形状を示す斜視図である。
【図３】全方位揺動中心点設定の具体例であり、図２の各部材を組み合わせた状態を示す図である。
【図４】全方位揺動中心点を構成する１軸回り揺動の他の例を示す説明図である。
【図５】保持装置の第１実施形態を示す縦断面図である。
【図６】保持装置の第２実施形態を示す縦断面図である。
【図７】図６に示した保持装置の平面図である。
【図８】第３実施形態に係わる単結晶引き上げ装置の保持装置の斜視図である。
【図９】図８の側面一部断面図である。
【図１０】第３実施形態に係わる中継枠形部材の平面図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ断面図である。
【図１２】第３実施形態に係わる枠形部材の平面図である。
【図１３】図１２のＢ−Ｂ断面図である。
【図１４】第４実施形態に係わる中継枠形部材の平面図である。
【図１５】図１４のＣ−Ｃ断面図である。
【図１６】第４実施形態に係わる枠形部材の平面図である。
【図１７】図１６のＤ−Ｄ断面図である。
【図１８】保持装置を備えた従来の単結晶引き上げ装置の機能説明図である。
【図１９】従来の保持装置において、昇降ワイヤの伸び量の差異により単結晶が傾いた状態を示す説明図である。
【図２０】従来の保持装置によって単結晶が傾いて保持された状態を示す説明図である。
【図２１】本発明の基本的な原理を説明するための図である。ここで、図２１（Ａ）は斜視図、図２１（Ｂ）はＸ軸方向からの側面図、図２１（Ｃ）はＹ軸方向からの側面図である。
【図２２】図２１のフレキシブル機構を二重にした態様の原理を説明するための図である。ここで、図２２（Ａ）は斜視図、図２２（Ｂ）はＹ軸方向からの側面図、図２２（Ｃ）はＸ軸方向からの側面図である。
【図２３】滑車を応用したフレキシブル機構の原理を説明するための図である。ここで、図２３（Ａ）は上部長材における不適切解消を説明するための図、図２３（Ｂ）は下部長材における不適切解消を説明するための図、図２３（Ｃ）は２つの滑車を組み合せて構成したフレキシブル機構の原理を説明するための図、図２３（Ｄ）は図２３（Ｃ）の側面図である。
【図２４】バネを応用したフレキシブル機構の原理を説明するための図である。ここで、図２４（Ａ）は斜視図、図２４（Ｂ）はＹ軸方向からの側面図、図２４（Ｃ）は上面図である。
【図２５】無限摺動ボールスプライン構造を応用したフレキシブル機構の原理を説明するための図である。ここで、図２５（Ａ）は側断面図、図２５（Ｂ）は上面図である。
【図２６】長材が単数の場合の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１  単結晶
１ａ  掛合段部
２  プルヘッド
３，５１  ワイヤ巻き取り装置
５  種結晶
６  シードチャック
７  融液
１０，３０，４０，５０，６０  把持体
１１，３６，４３，５４，６３  昇降ワイヤ
１２  昇降ワイヤ（昇降手段）取り付け部
１３，３８，４２  保持部（保持手段取り付け部）
１４  結合部材
２１，２２，２３，２６，２７，３１，３２，３３，４１，６１  枠形部材
２１ａ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ  ピン穴
２４，２５，３４，３５，４５  ピン
２６ａ  凸部
２７ａ  凹部
３７，４６，５３，６５  爪
４２ａ  突起
６２  中継枠形部材
６１ａ，６１ｃ，６３ａ，６４ａ，６３ｃ，６４ｃ  係止穴
６１ｂ，６１ｄ，６３ｂ，６４ｂ，６３ｄ，６４ｄ  貫通孔
６４  中継ワイヤ
６６  係止部材
６７  球状係止部材
２６  フレキシブル機構
５０  把持体
５１  ワイヤ巻き取り装置
５２  把持体本体
４４  シャンクボール
４，５４，５４’，５４”  ワイヤ
５４’’’  軸持材
５４Ｐ  ワイヤ５４と板状体５５の接続部位
５４’Ｐ  ワイヤ５４’と板状体５５の接続部位
５５，５５’  板状体
５６  フレキシブル機構
５７，５７’  滑車
５８  バネ体
５９  ボール
５９’  内枠体
５９”  外枠体
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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