(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
くびれ部(9b)を保持して単結晶(9)を引き上げる単結晶保持具(10)を備えた単結晶製造装置において、
単結晶保持具(10)の保持具本体(13)を昇降させる複数本の第１ワイヤユニット(17)と、
保持具本体(13)に揺動自在に取着した複数の爪(16)を開閉させる複数本の第２ワイヤユニット(18)と
を有し、
単結晶保持具(10)は、爪(16)の向きを変更させて、くびれ部(9b)を保持し、
第２ワイヤユニット(18)は、単結晶保持具(10)によってくびれ部(9b) が保持された後、結晶引上軸として機能する
ことを特徴とする単結晶製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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製造装置に関する。
【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、従来の結晶引き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具へ移し換える装置や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具で支えるため、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具により単結晶の落下を防止することができる。
【０００５】
上記単結晶保持具を用いる各種の単結晶引上装置のうち、特公平７−１０３０００で開示された結晶引上装置は、複数の把持レバーをそれぞれワイヤで吊り下げ、ワイヤの昇降により把持レバーを開閉して単結晶のくびれ部を保持する構造になっている。また、把持レバーが閉じるにつれてスライドリングが自重により下降し、把持レバーの開きを阻止している。一方、特開平５−２７０９７５で開示された単結晶引上装置は、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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記単結晶引上装置には、それぞれ次のような問題点がある。
（１）特公平７−１０３０００による結晶引上装置は、シードホルダが保持具の位置決め機能を兼ねているため、保持具は炉内における位置を任意に選択することができず、シードホルダに追従して昇降せざるを得ない。従って、種結晶を融液に浸漬する際に把持レバーの下端が融液に近接し、高温に曝されるため、把持レバーやスライドリングの焼き付きによる作動不良を起こしたり、育成中の単結晶を汚染させるおそれがある。また、シードホルダの下端からくびれ部までの寸法が目標値を逸脱すると、所定の保持動作を行うことができない。更に、保持動作を開始するとスライドリングが下降するため、炉内で再度把持レバーを開くことができなくなる。従って、育成中に単結晶が有転位化した場合に、単結晶を保持具から外して再溶解することができず、炉外に取り出す以外に対処方法がない。
（２）特開平５−２７０９７５による単結晶引上装置は、下フックを閉じる動作をばねの張力に依存している。このため、昇降用リングが上フックを押し上げると下フックが最終位置まで瞬時に移動してしまい、このときに発生する振動により育成中の単結晶が有転位化するおそれがある。また、特公平７−１０３０００による結晶引上装置と同様に、保持位置に移動した下フックを炉内で開くことができない。
【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、単結晶に形成したくびれ部を保持する保持具が高温に曝されず、保持具の爪閉じ動作による振動により育成中の単結晶が有転位化するおそれがなく、必要に応じて閉じた爪を開くことが可能な単結晶保持具を備えた単結晶製造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製造装置は、単結晶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具を備えた単結晶製造装置において、単結晶保持具の保持具本体を昇降させる複数本の第１ワイヤユニットと、保持具本体に揺動自在に取着した複数の爪を開閉させる複数本の第２ワイヤユニットとを有し、第２ワイヤユニットは単結晶保持具によってくびれ部を保持した後、結晶引上軸として機能することを特徴とする。
上記構成によれば、単結晶に形成したくびれ部を保持する単結晶保持具の保持具本体は複数本の第１ワイヤユニットによって昇降するので、単結晶保持具をシードホルダの昇降にかかわらず独立に昇降させることが可能である。従って、単結晶にくびれ部を形成し、更に直胴部が所定の長さに成長するまでの間は、単結晶保持具を融液面から離れた高い位置に待機させておくことができる。また、複数本の第２ワイヤユニットを操作すれば、任意の時期に単結晶保持具の爪を開閉することができ、くびれ部への爪の係合は自在である。単結晶保持具によってくびれ部を保持した後は第２ワイヤユニットを所定の速度で巻き取ることにより、単結晶の育成が継続される。
【０００９】
【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の実施例について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施例による単結晶製造装置を模式的に示す断面図である。この単結晶製造装置は図示しないプルチャンバの上方に真空容器１を備え、真空容器１内には結晶引上ワイヤ巻取装置２と、単結晶保持具１０を昇降させる複数のワイヤ巻取装置１１及びワイヤ巻取装置１２とが設置されている。結晶引上ワイヤ巻取装置２から炉体中心に垂下する結晶引上ワイヤ３の下端には種結晶４を取着したシードホルダ５が繋着され、融液６を貯留するるつぼ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ている。
【００１０】
単結晶保持具１０は、リング状の板からなる保持具本体１３と、保持具本体１３の下面から突出する複数の支持部材１４に一端を回動自在に取着された複数のリンク１５と、各リンク１５の他端に揺動自在に取着された爪１６とを備えている。爪１６は、揺動中心に対して内側部分すなわち炉体中心側の部分よりも外側部分が重くなるように製作されている。また、保持具本体１３はワイヤ巻取装置１１から垂下する複数の第１ワイヤユニット１７によって釣支され、爪１６の外側部分上面にはワイヤ巻取装置１２から垂下する複数の第２ワイヤユニット１８の下端が繋着されている。
【００１１】
第１実施例の単結晶保持具１０の動作は下記の通りである。
通常の単結晶引き上げと同様に結晶引き上げワイヤ３を巻き戻し、シードホルダ５に装着した種結晶４を融液６に浸漬してなじませた後、結晶引き上げワイヤ３を巻き取ることによりネック部８が形成される。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、単結晶保持具１０は第１ワイヤユニット１７によってメインチャンバの上部に釣支され、結晶引き上げワイヤ３と同一の回転速度で同じ方向に回転している。第２ワイヤユニット１８は弛められているため、図１に示すように爪１６の外側部分が下がり、内側部分が開いた状態を保っている。従って、拡径部９ａは爪１６の内側先端に触れることなく通過することができる。
【００１２】
育成中の単結晶９があらかじめ設定した長さに育成されると、ワイヤ巻取装置１１及びワイヤ巻取装置１２が駆動して第１ワイヤユニット１７及び第２ワイヤユニット１８が巻き戻され、単結晶保持具１０が下降する。爪１６の内側先端が拡径部９ａを通過した後、ワイヤ巻取装置１１の駆動が停止され、ワイヤ巻取装置１２が巻き取り側に駆動されて第２ワイヤユニット１８が巻き取られる。これにより爪１６の外側端部が引き上げら、リンク１５の他端すなわち爪１６との連結部が上方に向かって変位するため、図２に示すように爪１６の内側先端が炉体中心方向に押し出され、爪を閉じた状態となる。爪１６は、外側部分の上面が支持部材１４の下面に当接した位置で固定され、更に第２ワイヤユニット１８が巻き取られると、単結晶保持具１０全体が上昇する。第１ワイヤユニット１７及び第２ワイヤユニット１８は結晶引き上げワイヤ３より速い速度で巻き取られ、閉じた爪１６の内側先端が拡径部９ａの下側円錐面に当接して単結晶９を保持する。単結晶保持具１０で単結晶９を保持した後、第１ワイヤユニット１７及び第２ワイヤユニット１８は結晶引き上げワイヤ３と同じ上昇速度で巻き取られる。
【００１３】
単結晶保持具１０によって単結晶９を保持した後、単結晶９の重量の大部分を第２ワイヤユニット１８によって保持し、一部を結晶引上ワイヤ３によって保持しつつ単結晶９の育成を継続する。前記両者の荷重負担割合は任意に定めるものとする。
【００１４】
図３は、本発明の第２実施例による単結晶製造装置における単結晶保持具を説明する模式図で、中心線の左側は爪を開いた状態を示し、右側は爪を閉じて単結晶を保持した状態を示している。この単結晶保持具２０は、リング状の板からなる保持具本体２１と、保持具本体２１の下面から突出する複数の支持部材２２及びストッパ２３と、支持部材２２に揺動自在に取着された複数の爪２４とを備えている。保持具本体２１は第１実施例の場合と同様に、真空容器１内に設置された複数のワイヤ巻取装置（図示せず）から垂下する第１ワイヤユニット１７によって釣支されている。また、複数のワイヤ巻取装置から垂下する第２ワイヤユニット１８の下端は、爪２４の揺動中心と先端との中間部上面に繋着されている。
【００１５】
次に、第２実施例の単結晶保持具２０の動作について説明する。
第１実施例の場合と同様に、ネック部８に続いて拡径部９ａ、くびれ部９ｂ、肩部９ｃ及び直胴部９ｄの一部が形成される。単結晶保持具２０は第１ワイヤユニット１７によってメインチャンバの上部に釣支され、結晶引き上げワイヤ３と同一の回転速度で同じ方向に回転している。第２ワイヤユニット１８は弛められているため、爪２４の先端は下向きとなり、拡径部９ａが通過したときこれに接触しない。
【００１６】
育成中の単結晶９があらかじめ設定した長さに育成されると、第１ワイヤユニット１７及び第２ワイヤユニット１８が巻き戻され、単結晶保持具２０が下降する。爪２４の先端が拡径部９ａを通過した後、第１ワイヤユニット１７及び第２ワイヤユニット１８の巻き戻しが停止され、第２ワイヤユニット１８が巻き取られる。これにより爪２４の先端が内側に引き上げられ、爪２４の側面がストッパ２３に当接した後は単結晶保持具２０全体が上昇する。これにより、閉じた爪２４の先端は拡径部９ａの下側円錐面に当接して単結晶９を保持する。その後、第１ワイヤユニット１７及び第２ワイヤユニット１８は結晶引き上げワイヤ３と同じ速度で巻き取られるため、単結晶保持具２０によって単結晶９が引き上げられる。単結晶９の重量の大部分は単結晶保持具２０によって保持される。
【００１７】
上記第１実施例及び第２実施例において、結晶引上ワイヤ巻取装置２、ワイヤ巻取装置１２を荷重センサの上に載置し、荷重検出値に基づいて結晶引上ワイヤ巻取装置２、ワイヤ巻取装置１２の駆動トルクを制御すれば、結晶引き上げワイヤ３と単結晶保持具１０（または単結晶保持具２０）との荷重配分を所望の比率に制御することができる。
【００１８】
上記第１実施例及び第２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。
【００１９】
【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）単結晶保持具を炉内の任意の位置に自在に移動可能としたので、育成中の単結晶の温度や重量を考慮した最適の保持タイミングを選択することができるとともに、保持具が高温に曝されることがない。
（２）単結晶保持具の爪閉じ動作と単結晶保持後の引上げ動作とを同一の昇降機構によって行うようにし、専用のワイヤ巻取装置を設置したので、これらの一連の動作を確実に遂行することができる。また、爪閉じ動作による振動が発生せず、育成中の単結晶が有転位化するおそれがない。
（３）単結晶保持具により単結晶を保持した後においても、閉じた爪を開くことが可能であるから、単結晶保持具で保持した単結晶が有転位化した場合はこれをるつぼ内に戻し、爪を開いて再溶解することが容易である。
【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製造装置の模式的断面図で、単結晶保持具の爪が開いた状態を示す。
【図２】図１の単結晶保持具で単結晶を保持した状態を示す模式図である。
【図３】第２実施例の単結晶保持具で、爪の開閉状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１  真空容器
２  結晶引上ワイヤ巻取装置
３  結晶引上ワイヤ
９  単結晶
９ａ  拡径部
９ｂ  くびれ部
１０，２０  単結晶保持具
１１，１２  ワイヤ巻取装置
１３，２１  保持具本体
１５  リンク
１６，２４  爪
１７  第１ワイヤユニット
１８  第２ワイヤユニット
【図１】
0004068711.tif 000002
【図２】
0004068711.tif 000003
【図３】
0004068711.tif 000004