(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＺ法による単結晶引上げに使用される種結晶の上部を内側に保持し、周方向で複数部材に分割された分解式の内側筒体と、内側筒体を内側に合体状態で保持固定する一体式の外側筒体とを具備する種結晶保持具において、
前記内側筒体の軸方向中間部に形成され、下方に向かって内径が漸減するテーパ部に前記種結晶のテーパ部外面が当接することにより、前記内側筒体が前記種結晶の上部を保持し、前記内側筒体のテーパ部より下の部分が、内径一定のストレート部であり、
前記外側筒体の最小内径が、前記種結晶の下部に形成される大径部の外径より大である
ことを特徴とする種結晶保持具。
【請求項２】
ストレート部の内径が、内側に位置する種結晶の外径とほぼ同一である請求項１に記載の種結晶保持具。
【請求項３】
外側筒体の下部に形成され、下方に向かって内径が漸減するテーパ部により内側筒体を保持する請求項１または２に記載の種結晶保持具。
【請求項４】
テーパ部の最小内径が、内側筒体の最小内径より大で、かつ種結晶の下部に形成される大径部の外径より大である請求項３に記載の種結晶保持具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＺ法による単結晶引上げに使用される種結晶を引上げ軸の下方に吊り下げるために用いられる種結晶保持具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの素材として使用されるシリコン単結晶の製造には、ＣＺ法による回転引上げが多用されている。ＣＺ法によるシリコン単結晶の引上げでは、周知のとおり、ルツボ内に塊粒状の多結晶シリコンを初期チャージし、これを溶融してルツボ内にシリコン融液を形成する。その後、ルツボ内の融液にシリコンの種結晶を浸漬し、この状態から種結晶を回転させながら引上げることにより、種結晶の下方にシリコンの単結晶を育成する。
【０００３】
このようなＣＺ法によるシリコン単結晶の引上げでは、１個のルツボで引上げを繰り返して単結晶の製造能率を上げ、且つルツボコストを低減するために、引上げの後、炉内温度を低下させずにルツボ内に原料を追加供給するリチャージと呼ばれる技術が開発されている。
【０００４】
リチャージにおける原料供給の形態としては、塊粒状の多結晶シリコンを用いるものと、円柱形状の多結晶シリコンロッドを用いるものがあり、多結晶シリコンロッドを用いる場合は、単結晶の引上げの後、その単結晶に代えて円柱形状の多結晶シリコンロッドをルツボ上に吊り下げ、これを徐々に降下させてルツボ内の残液に浸漬し溶融させていく。
【０００５】
ここにおける多結晶シリコンロッドは、通常シーメンス法で製造された棒状の多結晶シリコンを所定長さに切断して得たカットロッドである。シーメンス法とは、高純度シリコンのシードを通電加熱し、そのシード表面でシラン系ガスと水素を反応させることにより、そのシードを成長させる気相成長による多結晶シリコンの製造方法である。シラン系ガスとしてはトリクロロシラン又はモノシリコン等が使用される。このカットロッドは、リチャージだけでなく、初期チャージにおける追加チャージ等にも使用される。
【０００６】
円柱形状の多結晶シリコンロッドを使用した原料チャージでは、そのチャージロッドをルツボ上に保持する技術が重要となり、その保持技術として、引上げ軸の下端部に取付けられた種結晶を用いてチャージロッドを保持する技術が開発されている（特願平１１−１５８４０１号等）。この保持技術では、図４に示すように、チャージロッドの端面に係合する大径部１４が下部に形成された所謂コブ付きの種結晶１０が使用される。種結晶１０の上部は、通常の種結晶と同様に、スリーブ状の保持具３０に保持される。
【０００７】
種結晶１０の保持に使用されるスリーブ状の保持具３０は、黒鉛等からなり、下方に向かって内径が漸減するテーパ部３１の内面で種結晶１０の上部を保持する。
【０００８】
チャージロッドの端面に係合する大径部が下部に形成されたコブ付きの種結晶によりチャージロッドを保持してリチャージや追加チャージを行うと、そのチャージに続いて種結晶をルツボ内の融液に浸漬して引上げを開始できる。このため、チャージロッドを溶け残りなくルツボ内に供給することができる。また、種結晶の装着作業を行わずに引上げ操作を開始することができる。これらのために、リチャージや追加チャージにおける操業効率を著しく高めることができ、更には保持具によるチャージロッドの汚染も効果的に回避することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このようなチャージロッドの保持技術では、単結晶の引上げに先立つ種絞り工程で、次回の原料チャージのための大径部を種結晶に形成しておく。こうすることにより、大径部を形成する手間を大幅に省略することができる。このようにして大径部を形成したコブ付きの種結晶は、通常は、保持具に装着されたまま次のチャージロッドの保持に使用される。しかしながら、実際の操業では、工程変更等のために、コブ付きの種結晶を保持具から取り外さなければならない場合が生じる。その場合、従来の保持具では、種結晶の大径部を削り取ったり溶融除去しなければ、種結晶の取り外しが不可能である。
【００１０】
これとは別に、通常の種結晶を使用する引上げでも、図５に示すように、種結晶１０の下部を不用意に太らせてしまう場合があり、その場合も保持具３０からの種結晶１０の取り外しが困難になる。
【００１１】
また、作業能率上、予め複数本のコブ付き種結晶を作製しておき、これらを必要に応じて順番に使用することが考えられるが、従来の保持具では、予め大径部を形成したコブ付き種結晶を保持具に取り付けることも不可能である。
【００１２】
このように、従来のスリーブタイプの保持具は、種結晶の下部がストレート形状の場合しか脱着が不可能であり、種結晶を用いるチャージロッドの保持技術では、このことが、操業の大きな妨げになるのである。
【００１３】
このような制約を取り除くための対策として、図６（ａ）に示すように、保持具３０の最小内径、即ちテーパ部３１の下方に形成されるストレート部３２の内径を種結晶１０の大径部１４の外径より大きくすることが考えられるが、このような対策では、ストレート部３２の内面と種結晶１０の外面との間に環状の隙間４０が形成される。この隙間４０は単結晶の引上げ中、蒸発したＳｉＯが付着して固化し、これが落下することにより、有転位化の原因になる。
【００１４】
一方、図６（ｂ）に示すように、隙間４０が形成されないように、保持具３０のストレート部３２を除去した場合は、テーパ部３１の下端部内縁３３が機械的に弱くなって破損しやすくなる。
【００１５】
また、いずれの対策の場合も、種結晶１０のテーパ部の一部のみが、テーパ部３１によって面支持される。このため、保持具による種結晶１０の保持が不安定になって、傾斜が生じやすくなり、種結晶１０が傾斜した場合は、製造される単結晶の結晶方位が大きく変化することなる。
【００１６】
本発明の目的は、スリーブタイプでありなから、下部が部分的に太った種結晶についても、簡単に着脱を行うことができ、しかも、種結晶のテーパ部を全長にわたって保持でき、且つ種結晶との間に隙間を生じないストレート部を下端部に形成できる種結晶保持具を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するたのに、本発明の種結晶保持具は、ＣＺ法による単結晶引上げに使用される種結晶の上部を内側に保持し、周方向で複数ピースに分割された分解式の内側筒体と、内側筒体を内側に合体状態で保持固定する一体式の外側筒体とを具備している。
【００１８】
本発明の種結晶保持具においては、内側筒体を分解式としたことにより、種結晶の下部が部分的に太っている場合も、その種結晶が内側筒体に着脱される。内側筒体より大径の外側筒体により、内側筒体が固定されるため、種結晶の下部が部分的に太っている場合も、その種結晶と共に内側筒体が外側筒体に挿入され、保持される。
【００１９】
即ち、内側筒体の間を通過し得ない、種結晶の下部に形成された大径部も、内側筒体より大径の外側筒体の内側を通過することにより、下部が部分的に太った種結晶についても、簡単に着脱を行うことが可能となる。
【００２０】
この観点から、外側筒体の最小内径は、種結晶の下部に形成される大径部の外径より大であることが重要である。
【００２１】
このように、本発明の種結晶保持具においては、保持具の最小内径（内側筒体の最小内径）を変更せずに大径部を通過させる構造により、種結晶のテーパ部を全長にわたって保持でき、且つ種結晶との間に隙間を生じない十分な高さのストレート部を、保持具の下端部に形成することが可能となる。
【００２２】
具体的には、内側筒体の軸方向中間部に形成され、下方に向かって内径が漸減するテーパ部により種結晶の上部を保持し、そのテーパ部より下の部分を内径一定のストレート部とする。また、ストレート部の内径を、内側に位置する種結晶の外径とほぼ同一の一定内径とする。こうすることにより、種結晶のテーパ部を全長にわたって保持できる十分な高さのストレート部を保持具の下端部に形成し、かつストレート部と内側の種結晶との間から隙間を排除することが可能となる。
【００２３】
内側筒体を保持する構造についても、外側筒体の下部に形成され、下方に向かって内径が漸減するテーパ部により内側筒体を保持するのが、構造が簡単で好ましい。テーパ部の最小内径を、内側筒体の最小内径より大で、かつ種結晶の下部に形成される大径部の外径より大とすることにより、種結晶の下部に形成される大径部が外側筒体の内側を通過することが可能となる。
【００２４】
種結晶保持具を内側筒体と外側筒体で構成する２筒構造は、特許第２９３７１１３号公報に記載されているが、ここにおける２筒構造は、保持具を異種材料で構成してその機械的強度を高めることを目的としており、種結晶の大径部を筒体内に通すための内側筒体の分割構造や外側筒体の最小内径については、全く考慮されていない。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す種結晶保持具の平面図及び縦断面図、図２は同種結晶保持具の使用方法を説明するための縦断面図である。
【００２６】
本実施形態の種結晶保持具は、図１及び図２に示すように、種結晶１０の保持に使用される。種結晶１０は、ＣＺ法によるシリコン単結晶の引上げに使用されるものであり、その上部には、断面が円形で外径が一定の第１ストレート部１１が設けられている。第１ストレート部１１の下方には、下方へ向かって外径が漸減するテーパ部１２を介して、第１ストレート部１１より小径の第２ストレート部１３が設けられており、第２ストレート部１３の下部には、多結晶シリコンからなるチャージロッドを掛け止めするために、球状の大径部１４が形成されている。
【００２７】
種結晶１０の保持に使用される種結晶保持具２０は、分解式の内側筒体２１と一体式の外側筒体２２とを組み合わせた２筒構造である。分解式の内側筒体２１は、周方向では円筒体を２分割して形成した２つの半円筒体２１Ａ，２１Ｂにより構成されており、軸方向の構成は以下のとおりである。
【００２８】
内側筒体２１の上部は、内径及び外径が一定のストレート部２１ａであり、種結晶１０の第１ストレート部１１が嵌合する。内側筒体２１の下部内面には、種結晶１０のテーパ部１２の外面に対応する逆錐状の第１テーパ面２１ｂが設けられると共に、種結晶１０の第２ストレート部１３の最上部外面に対応する内径が一定のストレート面２１ｃが、第１テーパ面２１ｂの下方に連続して設けられている。内側筒体２１の下部外面は、下方に向かって外径が漸減する第２テーパ面２１ｄである。
【００２９】
ストレート面２１ｃの内径は、内側を種結晶１０の第２ストレート部１３が通過し、且つ第２ストレート部１３との間に必要以上の隙間が生じないように、第２ストレート部１３の外径より僅かに大きく設定されている。
【００３０】
上記内側筒体２１は、半円筒体２１Ａ，２１Ｂを合体させた状態で、一体式の外側筒体２２の内側に嵌合する。外側筒体２２の下部を除く部分は、内側筒体２１のストレート部２１ａが嵌合する内径及び外径一定のストレート部２２ａである。外側筒体２２の下部内面は、内側筒体２１の第２テーパ面２１ｄに対応するテーパ面２２ｂである。外側筒体２２の上端部には、引上げ軸との連結のために、半径方向の貫通孔２２ｃ，２２ｃが設けられている。
【００３１】
外側筒体２２の最小内径、即ち下部に形成されたテーパ面２２ｂの最小内径は、内側筒体２１の最小内径より大きく、種結晶１０の下部に形成される大径部１４の最大外径より大きく設定されている。これにより、種結晶１０の大径部１４は、内側筒体２１の内側を挿通することは不可能であるが、外側筒体２２の内側を挿通することは可能となる。
【００３２】
種結晶保持具２０の材質としては、耐熱性に優れ、且つ汚染の危険性が少ない黒鉛等が適当である。
【００３３】
次に、本実施形態の種結晶保持具の使用方法について説明する。
【００３４】
先ず、図２（ａ）（ｂ）に示すように、内側筒体２１を半円筒体２１Ａ，２１Ｂに分解し、半円筒体２１Ａ，２１Ｂで種結晶１０の上部を挟み、半円筒体２１Ａ，２１Ｂを合体させる。これにより、種結晶１０の上部が内側筒体２１により保持される。
【００３５】
次いで、図２（ｃ）に示すように、種結晶１０を保持したまま、内側筒体２１を外側筒体２２内に上方から挿入する。外側筒体２２の最小内径、即ちテーパ面２２ｂの最小直径は、種結晶１０の下部に形成される大径部１４の最大外径より大きく設定されている。このため、種結晶１０の下部に大径部１４が形成されている場合も、大径部１４が外側筒体２２の内側を通り、その内側に内側筒体２１が合体状態で嵌合し、固定される。これにより、当該保持具に種結晶１０が装着される。
【００３６】
即ち、種結晶１０のテーパ部１２外面が内側筒体２１の第１テーパ面２１ｂに当接することにより、種結晶１０が内側筒体２１に保持される。また、内側筒体２１の第２テーパ面２１ｄが外側筒体２２のテーパ面２２ｂに当接することにより、内側筒体２１が外側筒体２２に保持される。
【００３７】
種結晶１０を当該保持具から取り外す場合は、逆に、内側筒体２１を外側筒体２２の上方へ引き抜く。内側筒体２１に保持された種結晶１０の大径部１４は、外側筒体２２の最小内径より小径であるので、外側筒体２２の内側を通って内側筒体２１と共に外側筒体２２の上方へ引き抜かれる。この引き抜きにより、内側筒体２１は半円筒体２１Ａ，２１Ｂに分解可能となる。そして、この引き抜き後、内側筒体２１を半円筒体２１Ａ，２１Ｂに分解することにより、種結晶１０から内側筒体２１が取り外される。
【００３８】
かくして、種結晶１０の下部に大径部１４が形成されている場合も、その種結晶１０が当該保持具から取り外される。
【００３９】
また、種結晶１０を保持する内側筒体２１の第１テーパ面２１ｂより下に、内面がストレート面２１ｃからなるストレート部が形成されている。このため、第１テーパ面２１ｂの下端部が割れるような事態が回避される。更に、ストレート面２１ｃとその内側を挿通する種結晶１０の第２ストレート部１３の外面との間から隙間が実質的に排除されている。このため、ＳｉＯが付着し落下する事態が回避される。
【００４０】
上記実施形態では、チャージロッドを掛け止めするための大径部が下部に意図的に形成された種結晶１０の着脱について説明したが、図３に示すように、ネッキング工程で下部を不用意に太らせてしまった種結晶１０についても、その太った下部が外側筒体２２の内側を通ることにより、保持具に対する着脱が可能になる。
【００４１】
内側筒体２１については、周方向で２分割されているが、３分割以上でもよく、内側に種結晶１０の上部を挟み込むことができる分割構造であれば、その分割数は特に問わない。
【００４２】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明の種結晶保持具は、分割式の内側筒体と一体式の外側筒体とを組み合わせた２筒構造により、下部が部分的に太った種結晶についても、簡単に着脱を行うことができる。これにより、種結晶を用いてチャージロッドを保持する操業をスムーズに行うことが可能となる。また保持具の下端部に、種結晶との間に隙間を生じない十分な高さのストレート部を形成できることにより、保持具の強度が上がると共に、単結晶引上げでのＳｉＯの付着落下による有転位化が抑制され、更には種結晶の正確な保持も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す種結晶保持具の平面図及び縦断面図である。
【図２】同種結晶保持具の使用方法を説明するための縦断面図である。
【図３】同種結晶保持具の別の使用方法を説明するための縦断面図である。
【図４】従来の種結晶保持具の使用方法を説明するための縦断面図である。
【図５】同種結晶保持具の別の使用方法を説明するための縦断面図である。
【図６】従来の対策を示す種結晶保持具の縦断面図である。
【符号の説明】
１０  種結晶
１１  第１ストレート部
１２  テーパ部
１３  第２ストレート部
１４  大径部
２０  種結晶保持具
２１  内側筒体
２１Ａ，２１Ｂ  半円筒体
２１ａ  ストレート部
２１ｂ  第１テーパ面
２１ｃ  ストレート面
２１ｄ  第２テーパ面
２２  外側筒体
２２ａ  ストレート部
２２ｂ  テーパ面
【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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