(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＺ法による単結晶製造装置において、上端に引き上げワイヤ(2) または引き上げシャフトとの連結部を備え、上部側面に設けたホルダ連結ピン穴と底面に設けた開口部とを有する筒状の外部材(11)と、外部材(11)に挿嵌可能で、上部側面にホルダ連結ピン穴を備え、種結晶(1) の大径部(1a)を挿嵌する大径穴(12a) と種結晶(1) のディップ部(1c)を挿通する小径穴(12b,12c) とを有する筒状の内部材(12)と、内部材(12)の大径穴底部に嵌着され、種結晶(1) のテーパ部(1b)と線接触する円弧部を内周に備えた環状部材(13)と、胴部(14a) 下端に種結晶の上端に設けた切り欠き溝(1d)と係合する突出部(14b) を有し、胴部(14a) にホルダ連結ピン(15)を挿通する縦長の穴(14c) を備えたウエイト(14)と、外部材(11)、内部材(12)及びウエイト(14)を連結するホルダ連結ピン(15)とからなるシードホルダ(10)を装着したことを特徴とする単結晶製造装置。
【請求項２】
ＣＺ法による単結晶製造装置において、上端に引き上げワイヤ(2) または引き上げシャフトとの連結部を備え、上部側面に設けたホルダ連結ピン穴と底面に設けた開口部とを有する筒状の外部材(21)と、外部材(21)に挿嵌可能で、上部側面にホルダ連結ピン穴を備え、ウエイト(23)を挿入する穴と種結晶(4) を挿嵌するテーパ穴とを有する筒状の内部材(22)と、胴部下端に種結晶の上端に設けた切り欠き溝と係合する突出部(23a) を有し、胴部にホルダ連結ピン(24)を挿通する縦長の穴を備えたウエイト(23)と、外部材(21)、内部材(22)及びウエイト(23)を連結するホルダ連結ピン(24)とからなるシードホルダ(20)を装着したことを特徴とする単結晶製造装置。
【請求項３】
請求項１記載の単結晶製造装置のシードホルダ(10)に装着する種結晶(1) を、内部材(12)の大径穴(12a) に挿嵌する大径部(1a)と、小径穴(12b,12c) に挿通するディップ部(1c)と、大径部(1a)とディップ部(1c)とを接続するテーパ部(1b)とによって構成するとともに種結晶(1) の上端に切り欠き溝(1d)を設け、種結晶(1) のテーパ部(1b)に薄膜シート(16)を巻き付けて内部材(12)に挿入し、薄膜シート(16)を介してテーパ部(1b)を環状部材(13)に当接させ、種結晶(1) の切り欠き溝(1d)にウエイト(14)の突出部(14b) を係合させた後、内部材(12)を外部材(11)に挿嵌し、外部材(11)、内部材(12)及びウエイト(14)に設けたホルダ連結ピン穴にホルダ連結ピン(15)を挿通して前記各部材を連結することにより種結晶(1) を保持することを特徴とする単結晶製造方法。
【請求項４】
請求項２記載の単結晶製造装置のシードホルダ(20)に装着する種結晶(4) にテーパ加工を施すとともに種結晶(4) の上端に切り欠き溝(4a)を設け、種結晶(4) のテーパ部大端側に薄膜シート(25)を巻き付けて内部材(22)に挿入し、薄膜シート(25)を介して種結晶(4) を内部材(22)のテーパ穴に当接させ、種結晶(4) の切り欠き溝(4a)にウエイト(23)の突出部(23a) を係合させた後、内部材(22)を外部材(21)に挿嵌し、外部材(21)、内部材(22)及びウエイト(23)に設けたホルダ連結ピン穴にホルダ連結ピン(24)を挿通して前記各部材を連結することにより種結晶(4) を保持することを特徴とする単結晶製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単結晶製造装置および単結晶製造方法に関する。
【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及び長さに成長させる。
【０００３】
種結晶をシードホルダに取り付けるため、たとえば実開昭５６−４２９７８で開示されているように、種結晶に設けた切り欠き部に結晶支持棒を挿入して種結晶を支持する方法が従来から用いられている。しかしこの方法は、単結晶の育成に伴って増加する重量負荷が支持部に集中するため、近年のように大径化、大重量化した単結晶を引き上げる場合、種結晶が破断してしまう。この問題を解決するため、特公平５−３６３９５で開示されている種結晶支持治具は、圧接面にテーパを有し種結晶に密着するコマを用いることにより種結晶との接触面積を増大させ、種結晶の単位面積当たりの荷重が低減する構成としている。また、実開平４−８９５５８で開示されている技術では、上下にテーパ部をもつ種結晶を分離可能な保持部材に収容し、前記保持部材をネジの締め付けで固定することにより良好な単結晶支持状態を作り、大重量の単結晶を支持するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、大重量の単結晶を引き上げる場合、特公平５−３６３９５による方法は、種結晶およびコマのテーパ面の加工精度が良くないと両者を密着させることができない。単結晶の重量が増加するにつれて種結晶の支持が一層堅固になるとしているが、テーパ面に高精度の加工がなされているか、または種結晶のテーパ面が重量増加に伴って変形しない限り確実に面接触させることは困難である。また、実開平４−８９５５８による方法は、良好な面接触の確保という点で特公平５−３６３９５と同様の困難さがあるとともに、ネジによる締め付けを多用しているので、単結晶引き上げによる温度の昇降が繰り返されるとネジの噛み込み等が起こって分解できなくなるおそれがある。
【０００５】
本発明は上記従来の問題点に着目してなされたもので、大重量の単結晶の引き上げに際し、種結晶を破断させずに確実に保持することができるとともに、反復使用の容易なシードホルダを備えた単結晶製造装置および単結晶製造方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【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製造装置の第１は、ＣＺ法による単結晶製造装置において、上端に引き上げワイヤまたは引き上げシャフトとの連結部を備え、上部側面に設けたホルダ連結ピン穴と底面に設けた開口部とを有する筒状の外部材と、外部材に挿嵌可能で、上部側面にホルダ連結ピン穴を備え、種結晶の大径部を挿嵌する大径穴と種結晶のディップ部を挿通する小径穴とを有する筒状の内部材と、内部材の大径穴底部に嵌着され、種結晶のテーパ部と線接触する円弧部を内周に備えた環状部材と、胴部下端に種結晶の上端に設けた切り欠き溝と係合する突出部を有し、胴部にホルダ連結ピンを挿通する縦長の穴を備えたウエイトと、外部材、内部材及びウエイトを連結するホルダ連結ピンとからなるシードホルダを装着したことを特徴とする。
上記構成によるシードホルダは、外部材の底面に設けた開口部から種結晶を装填した内部材を挿嵌し、前記両者及びウエイトにホルダ連結ピンを挿通するだけで容易に一体化することができ、分解も容易である。種結晶はテーパ部の全周で環状部材に線接触するので、単結晶引き上げ時に荷重が部分的に集中することはない。また、種結晶はウエイトの重量付加により一定の位置に固定され、融液浸漬時の浮力による種結晶の突き上げを防止することができるとともに、ウエイトとの係合によって単独の回転が阻止されるため、シードホルダと一体に回転することになる。
【０００７】
また、本発明に係る単結晶製造装置の第２は、ＣＺ法による単結晶製造装置において、上端に引き上げワイヤまたは引き上げシャフトとの連結部を備え、上部側面に設けたホルダ連結ピン穴と底面に設けた開口部とを有する筒状の外部材と、外部材に挿嵌可能で、上部側面にホルダ連結ピン穴を備え、ウエイトを挿入する穴と種結晶のテーパ部を挿嵌するテーパ穴とを有する筒状の内部材と、胴部下端に種結晶の上端に設けた切り欠き溝と係合する突出部を有し、胴部にホルダ連結ピンを挿通する縦長の穴を備えたウエイトと、外部材、内部材及びウエイトを連結するホルダ連結ピンとからなるシードホルダを装着したことを特徴とする。
このシードホルダの場合は、種結晶と内部材とがテーパ面で接触するので、線接触の場合よりも安定した保持状態を得ることができる。その他の作用については、第１の単結晶製造装置に装着するシードホルダと同様である。
【０００８】
本発明に係る単結晶製造方法の第１は、上記第１の単結晶製造装置のシードホルダに装着する種結晶を、内部材の大径穴に挿嵌する大径部と、小径穴に挿通するディップ部と、大径部とディップ部とを接続するテーパ部とによって構成するとともに種結晶の上端に切り欠き溝を設け、種結晶のテーパ部に薄膜シートを巻き付けて内部材に挿入し、薄膜シートを介してテーパ部を環状部材に当接させ、種結晶の切り欠き溝にウエイトの突出部を係合させた後、内部材を外部材に挿嵌し、外部材、内部材及びウエイトに設けたホルダ連結ピン穴にホルダ連結ピンを挿通して前記各部材を連結することにより種結晶を保持することを特徴とする。
上記構成によれば、種結晶は、内部材の大径孔に大径部が、小径孔にディップ部がそれぞれ保持されるので、種結晶の軸心はシードホルダの軸心に一致し、垂直に保持される。そして、内部材の大径孔底部に嵌着した環状部材の円弧部と種結晶のテーパ部との間に薄膜シートを介在させることにより、環状部材と種結晶との線接触をより良好な状態に導くことができる。また、ウエイトによる荷重を種結晶に加えることにしたので、前記線接触を良好な状態に維持するとともに、ディップ部を融液に浸漬したときの浮力により種結晶が突き上げられる現象の発生が防止される。種結晶の切り欠き溝にウエイトの突出部を係合させ、ウエイトをホルダ連結ピンで拘束しているので、種結晶は常にシードホルダと同一回転する。
【０００９】
また、本発明に係る単結晶製造方法の第２は、上記第２の単結晶製造装置のシードホルダに装着する種結晶にテーパ加工を施すとともに種結晶の上端に切り欠き溝を設け、種結晶のテーパ部大端側に薄膜シートを巻き付けて内部材に挿入し、薄膜シートを介して種結晶を内部材のテーパ穴に当接させ、種結晶の切り欠き溝にウエイトの突出部を係合させた後、内部材を外部材に挿嵌し、外部材、内部材及びウエイトに設けたホルダ連結ピン穴にホルダ連結ピンを挿通して前記各部材を連結することにより種結晶を保持することを特徴とする。
上記構成によれば、種結晶は内部材のテーパ孔に密接するので、種結晶の軸心はシードホルダの軸心に一致し、垂直に保持される。更に、前記密接部に薄膜シートを介在させることにより、種結晶と内部材との密接状態がより向上する。また、ウエイトによる荷重を種結晶に加えることにしたので、前記密接状態を良好に維持するとともに、種結晶の下端を融液に浸漬したときの浮力により種結晶が突き上げられる現象の発生が防止される。種結晶の切り欠き溝にウエイトの突出部を係合させ、ウエイトをホルダ連結ピンで拘束しているので、種結晶は常にシードホルダと同一回転する。
【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製造装置及び単結晶製造方法の実施例について図面を参照して説明する。図１及び図２に示すように第１実施例の単結晶製造装置に使用するシードホルダ１０は、外部材１１と、内部材１２と、環状部材１３と、ウエイト１４と、ホルダ連結ピン１５とによって構成されている。また、図３に示すように種結晶１は、大径部１ａと、テーパ部１ｂと、大径部１ａより小径のディップ部１ｃとをこの順に接続した形状で、大径部１ａの上端に切り欠き溝１ｄが設けられている。
【００１１】
外部材１１は上端部を閉鎖した円筒状の部材で、上端部には引き上げワイヤの端末を係止するためのワイヤ連結ピン穴１１ａが設けられ、上部側面にはホルダ連結ピン１５を挿通するホルダ連結ピン穴が設けられている。内部材１２は、外部材１１底面の開口部から挿嵌することにより外部材１１に内蔵される円筒状の部材で、上部に種結晶１の大径部１ａを挿嵌する大径穴１２ａが設けられ、下部に種結晶１のディップ部１ｃを挿通する小径穴１２ｂ及び１２ｃが設けられている。前記大径穴１２ａの底部には内周面が円弧状に形成された環状部材１３が嵌着され、種結晶１のテーパ部１ｂは環状部材１３の内周面に線接触する。また、内部材１２の上部側面にはホルダ連結ピン１５を挿通するホルダ連結ピン穴が設けられている。なお、前記環状部材１３の代わりに、小径穴１２ｂの上端に円弧状の面取り加工を施してもよい。
【００１２】
ウエイト１４は図２に示すように円柱状の胴部１４ａと、胴部１４ａの下端に設けた突出部１４ｂとを有し、胴部１４ａには図１に示したホルダ連結ピン１５を挿通する長穴１４ｃが設けられている。突出部１４ｂは、図３に示した種結晶１の上端に設けられた切り欠き溝１ｄに隙間なく嵌合する幅Ｗを有し、幅Ｗの中心線は長穴１４ｃの中心線と直交している。長穴１４ｃは軸方向に長い穴で、短径Ｄ1 はホルダ連結ピン１５を隙間なく挿通させる寸法になっている。
【００１３】
上記外部材１１、内部材１２、環状部材１３はモリブデン等の高融点金属または高純度黒鉛、炭素繊維強化炭素のいずれかを用いて製作され、ウエイト１４にはモリブデン等の高融点金属が用いられている。
【００１４】
上記シードホルダを用いて単結晶を引き上げる場合、種結晶にウエイト１４を載置し、種結晶のテーパ部に薄膜シートを巻着する。図４に示すように薄膜シート１６は、高純度黒鉛のシートまたは極薄布からなり、種結晶１のテーパ部１ｂに巻き付けたとき重なり合う部分がないように扇状に形成されている。
【００１５】
上記構成のシードホルダを備えた単結晶製造装置による単結晶製造方法について説明する。
（１）種結晶の製作
種結晶１は、通常、角柱状に切り出されるが、これを外周研削して図３に示したように大径部１ａ、テーパ部１ｂ、ディップ部１ｃからなる形状に加工し、上端面に切り欠き溝１ｄを設ける。
（２）種結晶の装着
図５に示すように、種結晶１のテーパ部１ｂに薄膜シート１６を巻き付け、テーパ部１ｂの大端部近傍を黒鉛製の糸で縛って薄膜シート１６をテーパ部１ｂに固定した後、内部材１２に種結晶１を挿入する。種結晶１の上下を逆にして倒立させ、内部材１２を種結晶１にかぶせるようにして挿入してもよい。種結晶１の挿入に際し、切り欠き溝１ｄの中心線が内部材１２の上部側面に設けられたホルダ連結ピン穴の中心線と直交するように挿入方向を調整する。種結晶１のテーパ部１ｂは薄膜シート１６を介して環状部材１３の内周に線接触する。また、種結晶１の軸心は大径部１ａ、ディップ部１ｃがそれぞれ図１に示した内部材１２の大径穴１２ａ、小径穴１２ｃに挿嵌されることにより内部材１２の軸心と一致する。
（３）ウエイトの装着
種結晶１を内部材１２に挿嵌した後、種結晶１の上にウエイト１４を載せる。このとき、ウエイト１４の突出部１４ｂを種結晶１の切り欠き溝１ｄに挿入して両者を係合させる。ウエイト１４は種結晶１に所定の荷重を付与し、種結晶１のテーパ部１ｂと環状部材１３との線接触を良好な状態に維持するとともに、種結晶１を融液に浸漬したときに生じる浮力によって種結晶１が突き上げられる不具合を防止する。
（４）内部材を外部材に連結
種結晶１、ウエイト１４を装填した内部材１２を外部材１１に挿嵌する。これにより、内部材１２の軸心は外部材１１の軸心と一致する。次に、外部材１１と内部材１２のホルダ連結ピン穴を合わせ、これらの穴とウエイト１４の長穴１４ｃとにホルダ連結ピン１５を挿通してシードホルダ１０を組み立てる。ホルダ連結ピン１５の挿通によりウエイト１４はシードホルダ１０と一体に回転するようになるので、ウエイト１４に係合された種結晶１もシードホルダ１０とともに回転し、種結晶１のみが空転することはない。また、ウエイト１４は長穴１４ｃにホルダ連結ピン１５を挿通させているので、ホルダ連結ピン１５の上下には隙間を生じている。従って、種結晶１の切り欠き溝１ｄの上端または下端位置にばらつきがあっても、これに応じてウエイト１４が上下し、常に種結晶１に一定の荷重を加えることができる。
（５）引き上げワイヤの係止
外部材１１の上端に設けられたワイヤ連結ピン穴と引き上げワイヤ２の端末とにワイヤ連結ピン３を挿通して、シードホルダ１０に引き上げワイヤ２を係止する。
（６）単結晶の育成
通常の単結晶引き上げ方法と同様にシードホルダ１０を下降させ、種結晶１のディップ部１ｃを融液に浸漬する。そして、ダッシュネック法によりディップ部１ｃを無転位化した後、所定の直径の単結晶を育成する。
【００１６】
図２においてウエイト１４は、突出部１４ｂの幅Ｗの中心線と長穴１４ｃの中心線とを直交させたが、これに限るものではなく、たとえば前記両者の中心線が並行になるように製作してもよい。また、図５において種結晶１とウエイト１４との係合は、種結晶１の上端面とウエイト１４の胴部の下端面とが当接する方式としたが、図６に示すように種結晶１の切り欠き溝１ｄの底面とウエイト１４の突出部１４ｂの下面とが当接する方式としてもよい。
【００１７】
種結晶１製作時の寸法誤差にかかわらず、ウエイト１４により常に一定の荷重を種結晶１に加えることができる。種結晶１のテーパ部１ｂ、環状部材１３のいずれか一方または両者の加工精度に多少の問題があっても薄膜シート１６を介在させることによって補完され、両者の線接触を良好に保つことができる。また、外部材１１と内部材１２との連結にネジを使用せず、単なるはめ合いとしたので組立、分解が容易である。このシードホルダは引き上げシャフト方式の単結晶製造装置にも使用可能である。
【００１８】
第２実施例の単結晶製造装置に使用するシードホルダ２０は、図７に示すように、外部材２１と、内部材２２と、ウエイト２３と、ホルダ連結ピン２４とによって構成されている。前記各部材の材質はシードホルダ１０と同一である。
【００１９】
外部材２１は円筒状で、第１実施例の単結晶製造装置で使用するシードホルダ１０と同様に上端部が閉鎖され、底面に開口部が設けられている。引き上げワイヤ２の端末は、前記上端部にワイヤ連結ピン３を用いて係止されている。また、上部側面にはホルダ連結ピン２４を挿通するホルダ連結ピン穴が設けられている。
【００２０】
内部材２２は円筒状で、上部に種結晶４の大端部を挿通可能な大径穴が設けられ、下部にテーパ穴が設けられている。また、上部側面にはホルダ連結ピン２４を挿通するホルダ連結ピン穴が設けられている。ウエイト２３は、図２に示したウエイト１４と同じ形状を備えている。
【００２１】
上記構成のシードホルダを備えた単結晶製造装置による単結晶製造方法は、次の通りである。
（１）種結晶の製作
種結晶４のほぼ全長にわたって内部材２２のテーパ穴と同一のテーパ加工を施し、大端部端面に切り欠き溝４ａを設ける。
（２）種結晶の装着
種結晶４の上部に薄膜シート２５を巻き付け、上端部近傍を黒鉛製の糸で縛って薄膜シート２５を固定した後、内部材２２に種結晶４を挿入する。薄膜シート２５は、高純度黒鉛のシートまたは極薄布を用いて図４に示した薄膜シート１６と同様に扇状に形成されている。前記種結晶４の挿入に際し、切り欠き溝４ａの中心線が内部材２２の上部側面に設けられたホルダ連結ピン穴の中心線と直交するように挿入方向を調整する。種結晶４は薄膜シート２５を介して内部材２２のテーパ穴に面接触し、その軸心は内部材２２の軸心と一致する。
（３）ウエイトの装着
種結晶４を内部材２２に挿嵌した後、種結晶４の上にウエイト２３を載せ、ウエイト２３の突出部２３ａを種結晶４の切り欠き溝４ａに挿入して両者を係合させる。
（４）内部材を外部材に連結
種結晶４、ウエイト２３を装填した内部材２２を外部材２１に挿嵌し、外部材２１と内部材２２のホルダ連結ピン穴を合わせた後、これらの穴とウエイト２３の長穴とにホルダ連結ピン２４を挿通してシードホルダ２０を組み立てる。種結晶１には常に一定の荷重か加えられる。また、内部材２２を外部材２１に挿嵌することにより内部材２２の軸心は外部材２１の軸心と一致する。
（５）引き上げワイヤの係止
外部材２１の上端に設けられたワイヤ連結ピン穴と引き上げワイヤ２の端末とにワイヤ連結ピン３を挿通して、シードホルダ２０に引き上げワイヤ２を係止する。
（６）単結晶の育成
通常の単結晶引き上げ方法と同様にシードホルダ２０を下降させ、種結晶４の下端を融液に浸漬してダッシュネック法により無転位化した後、所定の直径の単結晶を育成する。
【００２２】
第２実施例の単結晶製造方法では、テーパ加工した種結晶４を内部材２２のテーパ穴で保持するため、極めて安定した保持状態となり、テーパ面の加工精度は薄膜シート２５を介在させることにより補完される。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ＣＺ法による単結晶の製造において、種結晶とシードホルダとの接触状態が従来技術による種結晶保持方法よりも向上し、種結晶に偏荷重を加えない構造であるため、種結晶支持部における種結晶の破断を防止することができる。また、シードホルダを構成する部品点数が少なく、簡単な構造であるから組立・分解が容易で、単結晶の製造において反復使用が十分に可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の単結晶製造装置に使用するシードホルダの縦断面図である。
【図２】ウエイトの斜視図である。
【図３】第１実施例の単結晶製造装置に使用する種結晶の斜視図である。
【図４】薄膜シートの平面図である。
【図５】第１実施例の単結晶製造装置に使用するシードホルダに種結晶を装着した状態を示す縦断面図である。
【図６】種結晶とウエイトとの係合方法について他の例を示す説明図である。
【図７】第２実施例の単結晶製造装置に使用するシードホルダに種結晶を装着した状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１，４  種結晶
１ａ  大径部
１ｂ  テーパ部
１ｃ  ディップ部
１ｄ，４ａ  切り欠き溝
２  引き上げワイヤ
１０，２０  シードホルダ
１１，２１  外部材
１２，２２  内部材
１２ａ  大径穴
１２ｂ，１２ｃ  小径穴
１３  環状部材
１４，２３  ウエイト
１４ａ  胴部
１４ｂ，２３ａ  突出部
１４ｃ  長穴
１５，２４  ホルダ連結ピン
１６，２５  薄膜シート
【図１】
0003980136.tif 000002
【図２】
0003980136.tif 000003
【図３】
0003980136.tif 000004
【図４】
0003980136.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003980136.tif 000007
【図７】
0003980136.tif 000008