(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
くびれ部(9b)を保持しつつ単結晶(9) を引き上げる単結晶保持装置(10,20) であって、
前記単結晶(9) の肩部(9c)で下端が押し上げられることによって回動し、待機姿勢から前記くびれ部(9b)を挟み込む保持姿勢に変化する複数のくびれ部保持手段(33) を備えている
ことを特徴とする単結晶保持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＺ法による半導体単結晶の製造に用いられ、特に大重量の単結晶の引き上げに好適な単結晶保持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
単結晶シリコンは一般にＣＺ法を用いて製造されている。ＣＺ法では、単結晶製造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、シードホルダに取り付けた種結晶を融液に浸漬し、シードホルダ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ホルダを引き上げて単結晶シリコンを所定の直径および長さに成長させる。
【０００３】
種結晶には、融液に浸漬したときの熱衝撃で転位が発生する。こ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し、転位をネック部の表面に逃がす。そして、無転位化が確認された後、肩部を形成して単結晶を所定の直径まで拡大させ、次いで直胴部形成に移行する。
【０００４】
近年、半導体デバイス生産の効率化、歩留り向上等を目的とした単結晶の大径化あるいは軸方向長さの増大に伴ってその重量が増大し、ネック部の強度が限界に近づいている。そのため、従来の結晶引上げ方法ではネック部が破断するおそれがあり、安全な単結晶育成ができない。この対策として、単結晶育成中にその荷重をネック部から保持装置へ移し換える引上げ装置や引上げ方法が提案されている。このような装置、方法によれば単結晶重量の大部分を保持装置で支えるため、ネック部の破断が防止され、ネック部が破断した場合でも保持装置により単結晶の落下を防止することができる。
【０００５】
たとえば、特開平５−２７０９７５で開示された単結晶引上げ装置は、単結晶の直胴部上端に形成した凸部を保持する保持機構を、結晶引上げワイヤ巻取装置とは別個の独立したワイヤ巻取装置によって引き上げる構成とし、シードホルダの上方に設けた昇降用リングが上フックを押し上げると、これに連動して下フックが閉じて単結晶を保持する構造になっている。また、特公平７−１０３０００で開示された結晶引上げ装置は、単結晶のくびれ部を保持する爪を有し、ワイヤの巻き取りまたは巻き戻しにより開閉する複数の把持レバーと、把持レバーの開きを防止するリングとを用いて前記単結晶を保持する構成としている。一方、特公平７−５１５で開示された結晶引上げ装置は、シードホルダに連結された引上げ軸に沿って上下動可能な把持ホルダの下端に、下方への回転が一定角度で停止する複数の爪を設け、これらの爪を単結晶のくびれ部に掛止させて前記単結晶を保持する構成である。把持ホルダを引上げ軸に沿って下降させることにより、前記爪の先端が単結晶の拡径部に接触しながら上方に開き、拡径部を通過すると爪の自重で閉じ姿勢に戻るようにしている。この結晶引上げ装置では、爪がくびれ部の上側に形成した拡径部に倣って開閉するため、特別な爪開閉駆動装置を必要としない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記結晶引上げ装置には、それぞれ次のような問題点がある。
（１）上記単結晶保持装置には、保持手段を単結晶のくびれ部の高さまで移動し、くびれ部を保持した後引き上げるための駆動装置と、保持爪等の保持手段を待機姿勢すなわち開姿勢から保持姿勢すなわち閉姿勢に変化させるための駆動装置とが必要である。特開平５−２７０９７５及び特公平７−１０３０００による単結晶引上げ装置は、保持手段を昇降させるための駆動装置と、保持爪等の保持手段を待機姿勢すなわち開姿勢から保持姿勢すなわち閉姿勢に変えるための駆動装置とを兼用させているが、両者の兼用は操作制御が複雑化して信頼性、確実性の面から好ましくない。
（２）特公平７−５１５による結晶引上げ装置は、保持手段を開閉する駆動装置が不要であるが、拡径部あるいはシードホルダの表面を爪が滑りながら保持姿勢をとることになる。従って、爪が拡径部あるいはシードホルダの表面を擦ることによる発塵の可能性が高く、育成中の単結晶が汚染されるおそれがある。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点に着目してなされたもので、単結晶保持手段を待機姿勢から保持姿勢に移行させる際に特別な保持手段駆動装置を必要とせず、保持手段と単結晶等との接触による発塵がなく、かつ、簡素な構造の単結晶保持装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る単結晶保持装置の第１は、単結晶の肩部上方に形成したくびれ部を保持しつつ単結晶を引き上げる単結晶保持装置であって、育成中の単結晶の肩部によって押し上げられる駆動力伝達手段と、駆動力伝達手段の上昇に伴って待機姿勢から保持姿勢に変化するくびれ部保持手段とを備えていることを特徴とする。
上記構成によれば、単結晶の育成に伴って上昇する肩部が駆動力伝達手段を押し上げると、くびれ部保持手段が保持姿勢をとる。従って、待機姿勢のくびれ部保持手段を保持姿勢に変換させる手段として、肩部の上昇に伴って上昇する駆動力伝達手段以外に特別な駆動機構を必要とせず、単結晶が所定の高さまで成長すればくびれ部保持手段を自動的に保持姿勢とすることができる。前記くびれ部保持手段の姿勢変換は、単結晶保持装置を所定の高さに静止させた場合、単結晶のくびれ部高さまで下降させた場合のいずれにおいても達成可能である。
【０００９】
本発明に係る単結晶保持装置の第２は、単結晶の肩部上方に形成したくびれ部を保持しつつ単結晶を引き上げる単結晶保持装置であって、育成中の単結晶の肩部で押し上げられることにより、待機姿勢から保持姿勢に変化するくびれ部保持手段を備えていることを特徴とする。
上記構成によれば、くびれ部保持手段は肩部で押し上げられることにより、待機姿勢から保持姿勢に変化する。従って、待機姿勢のくびれ部保持手段を保持姿勢に変換させるための特別な駆動手段は何も必要とせず、単結晶が所定の高さに引き上げられたとき、あるいは単結晶保持装置をくびれ部高さまで下降させたときに、くびれ部保持手段を自動的に保持姿勢にすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態および実施例】
次に、本発明に係る単結晶保持装置の実施例について図面を参照して説明する。
図１、図２に単結晶保持装置の第１実施例を示す。単結晶製造装置の図示しないプルチャンバ上方に設けられた真空容器１内に、結晶引上げワイヤ巻取り装置２と単結晶保持装置１０を昇降させる複数のワイヤ巻取り装置１１とが設置されている。結晶引上げワイヤ巻取り装置２から炉体中心に垂下する結晶引上げワイヤ３の下端にはシードホルダ４が繋着され、複数のワイヤ巻取り装置１１から垂下する保持装置引上げワイヤ１２の下端には単結晶保持装置１０の保持装置本体１３が繋着されている。また、図示しないメインチャンバ内に融液５を貯留するるつぼ６が回転ならびに昇降可能に設置され、るつぼ６の周囲には図示しないヒータ、断熱筒が設置されている。
【００１１】
単結晶保持装置１０は、リング状の板からなる保持装置本体１３と、保持装置本体１３の下側に設置された複数の軸１４の回りに垂直面内で回動するくびれ部保持手段、すなわち爪１５と、保持装置本体１３の下側に設置された複数の円筒状のガイド１６と、駆動力伝達手段としてガイド１６内を上下方向に摺動可能なプッシュロッド１７とを備えている。前記軸１４の端部には、軸心と直角方向に突出するピン１８が固着されている。
【００１２】
上記構成の単結晶保持装置１０の動作について、図１、図２を参照して説明する。
通常の単結晶引き上げと同様に結晶引上げワイヤ３を巻き戻し、シードホルダ４に装着した種結晶７を融液５に浸漬してなじませた後、結晶引上げワイヤ３を巻き取りながらネック部８を形成する。更に、単結晶９の拡径部９ａとくびれ部９ｂとを形成した後、肩部９ｃ及び直胴部９ｄの形成に移行する。この間、単結晶保持装置１０は保持装置引上げワイヤ１２によって結晶引上げワイヤ３と同一の回転速度で同じ方向に回転しながら、メインチャンバ内の上部に吊り下げられて待機している。このとき、爪１５の先端は上方を指し、下限位置にあるプッシュロッド１７の上端にピン１８が当接して安定した姿勢を保っている。従って、シードホルダ４や拡径部９ａは爪１５の内側部分先端に触れることなく通過することができる。
【００１３】
単結晶９の育成が進み、拡径部９ａが爪１５の先端位置を通過した後、プッシュロッド１７の下端が肩部９ｃに当接する。待機中の単結晶保持装置１０を、プッシュロッド１７の下端が肩部９ｃに近接する高さまで下降させた後、肩部９ｃをプッシュロッド１７に当接させるようにしてもよい。プッシュロッド１７は肩部９ｃによって押し上げられ、図２の左半分に示すようにピン１８を押し上げる。これにより、爪１５の先端は垂直面内で内側に回転し、爪１５の後端部側面が保持装置本体１３の下面に当接すると回転を停止する。爪１５は図２の右半分に示すように先端が単結晶９の中心方向を向く姿勢となるが、爪１５の前記回転はくびれ部９ｂの近傍で行われるため、単結晶９のどの部分にも接触せず、爪１５は閉じた状態となる。
【００１４】
次に、ワイヤ巻取り装置１１が駆動され、保持装置引上げワイヤ１２が結晶引上げワイヤ３より速い速度で巻き取られる。爪１５の先端は図２の右半分に示すように拡径部９ａの下側円錐面に当接して単結晶９を保持する。以後、保持装置引上げワイヤ１２の巻き取り速度は結晶引上げワイヤ３の巻き取り速度と一致するように制御され、結晶引上げワイヤ３による単結晶引き上げから保持装置引上げワイヤ１２による単結晶引き上げに移行する。なお、プッシュロッド１７は、単結晶保持装置１０が上昇したとき自重により下限位置に戻る。
【００１５】
図３及び図４に単結晶保持装置の第２実施例を示す。この単結晶保持装置２０の保持装置本体２１は、対向する一対の側板２２、２２と、側板２２、２２を連結する２枚の上板２３、２３及び下板２４、２４とによって、単結晶９の拡径部９ａを取り囲む枠形となるように構成されている。側板２２には、単結晶９のくびれ部９ｂを保持する２本の保持ロッド２５を待機位置または保持位置に駐止させ、必要に応じて前記位置間を移動させるための切り欠き穴２２ａが設けられている。上板２３には保持装置引上げワイヤ１２が繋着され、保持装置本体２１は昇降自在である。下板２４の上面は側板２２に設けられた保持ロッド２５の待機位置と一致し、下板２４の中央部にはプッシュロッド２６を垂直に保持する段付き穴が設けられている。前記プッシュロッド２６は、単結晶９の軸心に向かって下降する傾斜面をもつ頭部と、角柱状で先端に球面をもつロッド部とからなっている。また、保持ロッド２５は円柱状で、両端に脱落防止のためのフランジが設けられている。
【００１６】
上記構成の単結晶保持装置２０の動作について、図４を参照して説明する。
単結晶９の拡径部９ａが側板２２の切り欠き穴２２ａ上端の位置に到達するまでの間、単結晶保持装置２０は保持装置引上げワイヤ１２によって単結晶９と同一の回転速度で同じ方向に回転しつつ、炉内の所定位置に待機している。保持ロッド２５は切り欠き穴２２ａ内の待機位置、すなわちプッシュロッド２６の直上に置かれ、プッシュロッド２６は下限位置に静止している。
【００１７】
拡径部９ａが側板２２の切り欠き穴２２ａ上端の位置近傍に到達すると、プッシュロッド２６が肩部９ｃによって押し上げられ、図４の左半分に示すように保持ロッド２５を押し上げる。あるいは、プッシュロッド２６の下端が肩部９ｃに近接する高さまで単結晶保持装置２０を下降させてもよい。プッシュロッド２６の上面は傾斜しているため、押し上げられた保持ロッド２５は内側に向かって転動し、保持位置に落ち込む。ここで、保持装置引上げワイヤ１２が結晶引上げワイヤ３より速い速度で巻き取られると、図４の右半分に示すように保持ロッド２５が拡径部９ａの下側円錐面に当接して単結晶９を保持する。以後、保持装置引上げワイヤ１２の巻き取り速度は結晶引上げワイヤ３の巻き取り速度と一致するように制御され、結晶引上げワイヤ３による単結晶引き上げから保持装置引上げワイヤ１２による単結晶引き上げに移行する。なお、プッシュロッド２６は、単結晶保持装置２０が上昇したとき自重により下限位置に戻る。
【００１８】
本実施例では２枚の側板を対向させ、２本の保持ロッドで単結晶のくびれ部を保持する構成としたが、これに限るものではなく、たとえば３枚の側板を用いて正三角形の枠体を形成し、この枠体に装着した３本の保持ロッドで３方向からくびれ部を保持するようにしてもよい。
【００１９】
図５及び図６に単結晶保持装置の第３実施例を示す。この単結晶保持装置３０は、円筒状の保持装置本体３１と、保持装置本体３１の内側に軸３２によって揺動自在に取着された複数の爪３３と、爪３３の近傍に取着され、爪３３の揺動範囲を制限するストッパピン３４及びストッパピン３５とによって構成され、保持装置引上げワイヤ１２によって吊り下げられている。
【００２０】
上記構成の単結晶保持装置３０の動作について、図５、図６を参照して説明する。
単結晶に形成された拡径部９ａが単結晶保持装置３０の中に進入するまでの間、単結晶保持装置３０の保持装置本体３１は、図５に示すように保持装置引上げワイヤ１２によって単結晶と同一の回転速度で同じ方向に回転しつつ、炉内の所定位置に待機している。爪３３の重心位置は軸３２の中心を通る鉛直線よりも外側にあるため、爪３３の先端は上方を指し、爪３３の側面がストッパピン３４に当接した位置で静止している。従って、シードホルダや拡径部９ａは爪３３に接触することなく通過することができる。
【００２１】
単結晶９の育成が進み、くびれ部９ｂが爪３３の先端位置近傍まで上昇すると、図６の左半分に示すように肩部９ｃが爪３３の下端に当接する。あるいは、爪３３の下端が肩部９ｃに近接する高さまで単結晶保持装置３０を下降させてもよい。爪３３の下端には、肩部９ｃの斜面に垂直で上向きの押し上げ力Ｆが作用し、爪３３の先端は内側に回転する。そして、爪３３の側面がストッパピン３５に当接した位置で回転を停止する。次に、保持装置引上げワイヤ１２が結晶引上げワイヤより速い速度で巻き取られると、図６の右半分に示すように爪３３が拡径部９ａの下側円錐面に当接して単結晶９を保持する。以後、保持装置引上げワイヤ１２の巻き取り速度は結晶引上げワイヤの巻き取り速度と一致するように制御され、結晶引上げワイヤによる単結晶引き上げから保持装置引上げワイヤ１２による単結晶引き上げに移行する。
【００２２】
上記の各実施例において、単結晶保持装置が融液、ヒータ等による高温に曝されて劣化しないよう、待機高さを任意に調節することができる。また、単結晶保持装置で単結晶を保持した後は、単結晶重量の大部分を保持装置引上げワイヤによって負担し、一部を結晶引上げワイヤによって負担しつつ単結晶の育成を継続するが、保持装置引上げワイヤと結晶引上げワイヤとの荷重負担割合は任意に定めるものとする。なお、上記の各実施例ではワイヤ方式の単結晶製造装置について説明したが、本発明はシャフト方式の単結晶製造装置に対しても適用可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、次の効果が得られる。
（１）単結晶保持手段を待機姿勢から保持姿勢に変換させるための駆動装置を必要とせず、単結晶保持装置を昇降させる駆動装置を昇降専用装置として使用することにしたので、装置の信頼性や動作の確実性の高い単結晶保持装置とすることができる。
（ａ）単結晶保持装置を昇降させるための駆動装置以外に、単結晶を保持するための駆動装置を必要としないので、装置の信頼性や動作の確実性の高い単結晶保持装置とすることができる。
（２）単結晶のくびれ部を保持するまでは単結晶保持装置のいかなる部分も単結晶に接触しないので、従来技術のように単結晶あるいはシードホルダ等の表面をなぞることによる発塵が皆無となる。
（３）単結晶保持時及びその後の荷重増加に対応する爪の開き防止機構（または保持ロッドの移動防止機構）を特に設ける必要がなく、構造の簡素な単結晶保持装置であるため、取扱いが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による単結晶保持装置の正面図で、爪が開いている状態を示す。
【図２】図１の単結晶保持装置の説明図で、左半分は爪が閉じ始めた状態、右半分は単結晶のくびれ部を保持した状態を示す。
【図３】本発明の第２実施例による単結晶保持装置の側面図である。
【図４】図３の単結晶保持装置の説明図で、左半分はプッシュロッドが上昇を開始した状態、右半分は単結晶のくびれ部を保持した状態を示す。
【図５】本発明の第３実施例による単結晶保持装置の説明図で、爪が開いている状態を示す。
【図６】図５の単結晶保持装置の説明図で、左半分は爪の下端が単結晶の肩部に当接した状態、右半分は単結晶のくびれ部を保持した状態を示す。
【符号の説明】
２  結晶引上げワイヤ巻取り装置
３  結晶引上げワイヤ
９  単結晶
９ａ  拡径部
９ｂ  くびれ部
９ｃ  肩部
１０，２０，３０  単結晶保持装置
１１  ワイヤ巻取り装置
１２  保持装置引上げワイヤ
１３，２１，３１  保持装置本体
１５，３３  爪
１６  ガイド
１７，２６  プッシュロッド
１８  ピン
２２  側板
２２ａ  切り欠き穴
２５  保持ロッド
３４，３５  ストッパピン
【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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