(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
種結晶に結晶体を成長させるにあたり、該結晶体に径大部と径小部であるクビレ部とを形成し、その下部に所定の直径まで前記結晶体を成長させるための引上げ機構を備えた結晶体の引上げ装置に設けられ、前記クビレ部を把持する把持機構において、該把持機構がワイヤーケーブルにより吊下され、その一部が前記結晶体の肩部に接触することにより、前記クビレ部を把持するように前記把持機構が作動する構成としたことを特徴とする結晶体引上げ装置の結晶体把持機構。
【請求項２】
種結晶に結晶体を成長させるにあたり、該結晶体に径大部と径小部であるクビレ部とを形成し、その下部に所定の直径まで前記結晶体を成長させるための引上げ機構を備えた結晶体の引上げ装置に設けられ、前記クビレ部を把持する把持機構において、該把持機構が、吊懸部材により吊下された把持部と、該把持部の下方に位置し、前記結晶体の肩部に接触する接触部と、前記把持部と該接触部とを連結する機械的なリンケージとからなり、前記接触部が前記肩部に接触した際に、前記把持部が前記クビレ部を把持するように、リンケージが前記把持部を作動させることを特徴とする結晶体引上げ装置の結晶体把持機構。
【請求項３】
種結晶に結晶体を成長させるにあたり、該結晶体に径大部と径小部であるクビレ部とを形成し、その下部に所定の直径まで結晶を成長させるための引上げ機構を備えた結晶体の引上げ装置に設けられ、前記クビレ部を把持する把持機構において、該把持機構が、吊懸部材により吊下された把持部と、該把持部の下方に位置し、前記結晶体の肩部に接触する接触部と、前記把持部と該接触部とを連結するリンケージとからなり、前記把持部が略環状に形成され、その内周側に回動可能な円弧部材を有し、該円弧部材と前記リンケージとが連結され、前記接触部が前記肩部に接触することにより、前記リンケージが前記円弧部材を回動させるように設けたことを特徴とする結晶体引上げ装置の結晶体把持機構。
【請求項４】
種結晶に結晶体を成長させるにあたり、該結晶体に径大部と径小部であるクビレ部とを形成し、その下部に所定の直径まで前記結晶体を成長させるための引上げ機構を備えた結晶体の引上げ装置に設けられ、前記クビレ部を把持する把持機構において、該把持機構が、吊懸部材により吊下された把持部と、該把持部の下方に位置する接触部と、前記把持部と該接触部とを連結し、それぞれの一端が相互に連結された垂直部材と水平部材とからなるリンケージと、一端が軸支され、自由端が結晶体引き上げ域を囲う形状とした円弧部材と、該円弧部材の軸支端と前記水平部材の他端とを連結する回動軸とからなり、前記把持機構が前記引上げ装置の上部から降下し、前記接触部が前記結晶体の肩部に接触することで、前記リンケージの作動により前記円弧部材の自由端が前記結晶体のクビレ部包囲域に位置するように構成したことを特徴とする結晶体引上げ装置の結晶体把持機構。
【請求項５】
結晶体のクビレ部を把持する円弧部材の内周面および／または自由端が、凹状湾曲面に形成されたことを特徴とする請求項３または４に記載の結晶体引上げ装置の結晶体把持機構。
【請求項６】
結晶体のクビレ部を把持する円弧部材の自由端が、二股に分かれるように形成されていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の結晶体引上げ装置の結晶体把持機構。
【請求項７】
円弧部材が結晶体を把持する位置に回動した後に、吊懸部材を引き上げた際に前記円弧部材がこの把持位置からずれないように、係止手段を設けたことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の結晶体引上げ装置の結晶体把持機構。
【請求項８】
吊懸部材がワイヤーケーブルであることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか一項に記載の結晶体引上げ装置の結晶体把持機構。
【請求項９】
種結晶に結晶体を成長させるにあたり、該結晶体に径大部と径小部であるクビレ部とを形成し、その下部に所定の直径まで前記結晶体を成長させるための引上げ機構を備えた結晶体の引上げ装置に設けられ、前記クビレ部を把持する把持機構において、該把持機構が吊懸部材により吊下され、その一部が前記結晶体の肩部に接触することにより、重力によって前記クビレ部を把持するように前記把持機構が作動する構成としたことを特徴とする結晶体引上げ装置の結晶体把持機構。
【請求項１０】
種結晶に結晶体を成長させるにあたり、該結晶体に径大部と径小部であるクビレ部とを形成し、その下部に所定の直径まで結晶を成長させるための引上げ機構を備えた結晶体の引上げ装置に設けられ、前記クビレ部を把持する把持機構において、該把持機構が吊懸部材により吊下され、一端が軸支されて回動自在な円弧部材を少なくとも２本有し、重力によって該円弧部材が動かされ該円弧部材の自由端により前記クビレ部を把持するように設けたことを特徴とする結晶体引上げ装置の結晶体把持機構。
【請求項１１】
種結晶に結晶体を成長させるにあたり、該結晶体に径大部と径小部であるクビレ部とを形成し、その下部に所定の直径まで前記結晶体を成長させるための引上げ機構を備えた結晶体の引上げ装置に設けられ、前記クビレ部を把持する把持機構において、該把持機構の一部が前記結晶体の肩部に接触することにより、該一部の動きに対して機械的な機構により連動して前記クビレ部を把持するように前記把持機構が作動する構成としたことを特徴とする結晶体引上げ装置の結晶体把持機構。
【請求項１２】
種結晶に結晶体を成長させるにあたり、該結晶体に径大部と径小部であるクビレ部とを形成し、その下部に所定の直径まで結晶を成長させるための引上げ機構を備えた結晶体の引上げ装置に設けられ、前記クビレ部を把持する把持機構において、一端が軸支されて回動自在な円弧部材を少なくとも２本有し、該把持機構の一部が前記結晶体の肩部に接触することにより、該円弧部材の自由端により前記クビレ部を把持するように前記把持機構が作動する構成としたことを特徴とする結晶体引上げ装置の結晶体把持機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、シリコン等の単結晶をＣＺ法により引き上げる引上げ装置内に設けられ、特に径の大きい、すなわち重量の大きな結晶体を安全に引き上げるにあたり、結晶体の上部にクビレ部を形成し、このクビレ部を把持する結晶体引上げ装置の結晶体把持機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＺ法によるシリコン等の単結晶引き上げでは、種結晶把持部により種結晶を把持し、これを吊懸部材により吊下して、ルツボ中の原料融液面に接触させて徐々に吊懸部材を回転させながら上昇させ、種結晶下端部に単結晶を成長させていく。
１枚の半導体ウェハから取れる素子の割合は、物性が同一ならばウェハ径が大きいほど高くなるため、近年、経済性の面で大口径を望む声が高まっている。当然、この大口径化に伴って引き上げられる結晶体の重量は大きくなる。例えば、直径が３００mm、直胴部長さ７５０mmの結晶体では、その重量は１５０kgを越える。
従来の比較的重量の軽い結晶体の場合、引き上げる結晶体の重量は、引き上げ最大長であっても種結晶自身が有する荷重限界の範囲内に充分あって、ことさらの補強を要するようなことはなかった。しかし、前記のような重量になると種結晶の耐荷重強度だけでは、雰囲気の熱変動や、確率的に低いとはいっても何らかの振動、あるいは揺れが結晶体に加わるようなことがあると、結晶体全重量を支え、かつ安定的に維持することはかなり難しくなる。種結晶から転位を除去するために細く絞られたダッシュネックと呼ばれる径細部分に負荷が集中することにより、そこから破断して結晶体が落下し、引上げ装置に非常に大きな損害を与えかねない。もちろん、結晶体そのものも失うことになる。
【０００３】
この落下を防止する方法としては、特公平７−１０３０００号公告公報に開示された「結晶引上装置」や、特開平９−２８９３号の「単結晶の成長方法および装置」などがある。これらはいずれも結晶体の上部にクビレ部を予め形成し、このクビレ部を種結晶把持部から延びる把持レバーまたはアーム状部材により把持するようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば直径３００mmの結晶体の場合、種結晶把持部からクビレ部までの距離が５００mm以上となることから、前述した把持レバーやアーム状部材ではそれ以上の長さが必要になり、非常に大きなモーメントをこれらに与えなくてはならない。この大きなモーメントに耐えうる強度を、引上げ装置内の限られたスペースの中で確保できる機構にすることは困難である。
また、把持レバーやアーム状部材の場合、クビレ部を水平方向から大きな力で堅固に挟持しなければこの結晶体を把持できない。堅固な挟持は柔軟性に欠けるため、把持の瞬間、各把持部のタッチ時間や把持力に少しでもアンバランスがあると結晶体に水平方向の変動等を生じさせ、クビレ部から結晶体が破断し落下する危険性は払拭されない。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたもので、結晶体の上部にクビレ部を形成し、これを把持する把持機構を有するもので、この把持機構の作動が確実で、しかも結晶体に水平方向の無用な力を及ぼすことなく、大重量結晶体であっても安全に引き上げることのできる結晶体引上げ装置の結晶体把持機構を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため本発明では、種結晶に結晶体を成長させるにあたり、該結晶体に径大部と径小部であるクビレ部とを形成し、その下部に所定の直径まで前記結晶体を成長させるための引上げ機構を備えた結晶体の引上げ装置に設けられ、前記クビレ部を把持する把持機構において、該把持機構が吊懸部材により吊下され、その一部が前記結晶体の肩部に接触することにより、前記クビレ部を把持するように前記把持機構が作動するようにしたものである。
【０００６】
また、把持機構が、吊懸部材により吊下された把持部と、該把持部の下方に位置し、前記結晶体の肩部に接触する接触部と、前記把持部と該接触部とを連結するリンケージとからなり、前記接触部が前記肩部に接触した際に、前記把持部が前記クビレ部を把持するように、リンケージが前記把持部を作動させるようにしたものである。
【０００７】
さらに、把持機構が吊懸部材により吊下され、一端が軸支されて回動自在な円弧部材を少なくとも１対有し、該円弧部材の自由端によりクビレ部を把持するようにしたものである。
【０００８】
また、把持機構が、吊懸部材により吊下された把持部と、該把持部の下方に位置し、前記結晶体の肩部に接触する接触部と、前記把持部と該接触部とを連結するリンケージとからなり、前記把持部が略環状に形成され、その内周側に回動可能な円弧部材を有し、該円弧部材と前記リンケージとが連結され、前記接触部が前記肩部に接触することにより、前記リンケージが前記円弧部材を回動させるようにしたものである。
【０００９】
さらに、把持機構が、吊懸部材により吊下された把持部と、該把持部の下方に位置する接触部と、前記把持部と該接触部とを連結し、それぞれの一端が相互に連結された垂直部材と水平部材とからなるリンケージと、一端が軸支され、自由端である他端との間が結晶体引き上げ域を囲う形状とした円弧部材と、該円弧部材の軸支端と前記水平部材の他端とを連結する回動軸とからなり、前記把持機構が前記引上げ装置の上部から降下し、前記接触部が前記結晶体の肩部に接触することで、前記リンケージの作動により前記円弧部材の自由端が前記結晶体のクビレ部包囲域に位置するようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、半導体ウェハの大口径化に伴う、半導体インゴットの重量の増加に対応し、結晶体の上部に径大部と径小部であるクビレ部とを形成して、このクビレ部を把持することにより、結晶体の落下を防止するものである。
本出願人は同様の目的をもって、特願平９−７５３４４号の出願により『結晶体の引上げ装置』を示している。この先の出願の特徴は、クビレ把持部の回動部が結晶体の径大部をなぞりながら降下し、クビレ部に位置したときに回動部が閉じることにより結晶体を把持するように設けたものある。
【００１１】
本発明がこの先の出願の発明と大きく異なる点は、その把持機構が降下する際に径大部と接触することなく、その把持機構の下部が結晶体の肩部と接触することにより、把持機構の一部分が閉じてクビレ部に位置するように設けた構造にある。すなわち、吊懸部材により吊下された把持部と、この把持部の下方に接触部を設け、リンケージによりこれらを連結し、結晶体の肩部に接触部が接触すると、リンケージが前記把持部を作動させ、把持部がクビレ部を把持するものである。
【００１２】
把持部におけるクビレ部の把持は、その一端が軸支されて回動可能に設けられた円弧部材によりなされる。この円弧部材が結晶体を把持する際は、この円弧部材がほぼ垂直になった状態でその自由端が結晶体のクビレ部を把持する。したがって、円弧部材は一端が軸支され回動可能な状態であるため、結晶体に水平方向の変動等が発生した場合に、この円弧部材が回動してその変動を柔軟に受けることができる。
【００１３】
従来技術においては、結晶体から把持機構に荷重が移動する際に、偏荷重などにより結晶体自身が揺動して、結晶成長界面が回転中心からずれてしまい、結晶が曲がって成長したり、そのときの温度変動により単結晶状態が維持できなくなるなどの不具合が発生する危険があったが、本発明においてはこのような不具合を招くことがない。また、クビレ部への円弧部材の接触が、位置によって時間的にずれたとしても結晶体に対して大きな力を及ぼすことはない。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の各実施例を図面に基づいて説明する。
実施例１
図１は実施例１の引上げ装置の把持機構を示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線における把持機構の作動を示す側面断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線から見た把持機構の作動を示す側面図、図４は円弧部材の一形状例を示す部分斜視図、図５は円弧部材の他の形状例を示す部分斜視図である。
図１に示すように、引上げ装置の把持機構は、２本の吊懸部材たるワイヤーケーブル５により吊下された把持部２と、その下方に配置された接触部４と、この把持部２と接触部４とを連結するリンケージ３と、このリンケージ３の作動により回動して結晶体（図示せず）を把持する円弧部材１とから構成され、リンケージ３と円弧部材１とは２組が１対設けられて、結晶体の引上げ中心を挟んで対象に配置されている。
【００１５】
図２および図３の各図に示すように、円弧部材１は回動軸３３によりその一端が軸支されて回動可能に設けられ、リンケージ３の作動により上下に回動するように設けられている。
図１に示すように、このリンケージ３は略垂直でその下端部が接触部４に連結された垂直部材３１と、一端が回動軸３３に連結し、もう一端が垂直部材３１に連結され、水平に配置される水平部材３２とから構成されている。
下記詳述するように接触部４が結晶体と接触することにより、実質的に垂直部材３１が水平部材３２を持ち上げるように作動して、水平部材３２が回動軸３３を回転させ、これにより円弧部材１が下方に回動するものである。
【００１６】
図４に示すように、円弧部材１は、略４分の１円弧状に形成され、その内周面１１および自由端である下部先端面１２は湾曲して形成されると共に、連続した面に形成されており、結晶体の位置が引上げ中心から僅かにずれた場合においても、この湾曲面の中心位置に結晶体の外周面が戻ろうとする。
【００１７】
次に本実施例の把持機構の作動について説明する。
図２（ａ）および図３（ａ）に示すように、結晶体６の引き上げ当初においてその上部に径大部６１、ついでクビレ部６２、その下に肩部６３と所望直径の結晶体本体（図示せず）が成長する。結晶体本体が成長するに従って、種結晶把持具のみではその重量を支えきれなくなるため、把持機構を降下させる。
肩部６３が接触部４に接触しない状態においては、垂直部材３１はリンケージ３にかかる接触部４の下げ荷重により垂直状態を維持し、これに連結された円弧部材１は水平状態を維持している。
【００１８】
図２（ｂ）および図３（ｂ）に示すように、径大部６１は接触部４の内側に接触することなく通過し、やがて接触部４の底面が肩部６３に接触する。これにより、リンケージ３の垂直部材３１にかかっていた下げ荷重が無くなり、把持部２と円弧部材１はその自重により降下すると共に、水平部材３２の垂直部材３１側が持ち上げられ、回動軸３３が回転する。これにより円弧部材１が下方に回動して動き、円弧部材１の下部先端面１２がクビレ部６２を把持する。
【００１９】
また、上記した図４に示すように、円弧部材１の内周面１１および下部先端面１２が凹状湾曲面であるため、結晶体６の位置が僅かにずれてもこの湾曲面の中心に戻ろうとする。また、引き上げ中において水平方向の変動が生じた際においても同様に安定して把持できる。
【００２０】
上記実施例ではリンケージ３および円弧部材１が２組対になって、対抗した位置に配置されているが、これに限られるものではなく、各円弧部材にかかる結晶体の重量がワイヤーケーブル５と釣り合って、結晶体がその引上げ中心に把持されていればよい。したがって、３組が放射状、または４組が２対となって配置されたものでもよい。また、円弧部材の配置が可能であればそれ以上の数でもよい。
【００２１】
また、円弧部材１の内周面１１および下部先端面１２が凹状湾曲面であったが、これに限られるものではなく中心部分が低ければ同様の効果を得られる。したがって例えば図５に示すように、その断面形状がＶ字状などでもよく、また自由端の端面が実質的に二股に分かれた状態であればよい。
【００２２】
実施例２
図６は実施例２の把持機構を示す側面図である。
本実施例２の把持機構は、円弧部材が一旦回動した後に、ワイヤを引き上げて接触部の重量が再びリンケージにかかる際に、この円弧部材に逆転防止機構を設けて、円弧部材が回動して結晶体の把持からはずれることを防止するように設けたものである。
【００２３】
図６に示すように、把持部２ａの円弧部材１ａが結晶体６を把持した状態で水平部材３２ａがオーバーハングし、把持部２ａの外周面に設けられたストッパー３４ａに当接するように設ける。これによりワイヤーケーブル５ａにより引き上げられて接触部４ａの重量が垂直部材３１ａにかかっても、水平部材３２ａが元の方向に逆回転することはなく、このストッパー３４ａに当接した状態が維持される。
【００２４】
尚、円弧部材が回動して結晶体の把持からはずれることを防止する手段としては、これに限られるものではなく、例えば回動軸の形状を円筒ではなく板状等に形成し、円弧部材が把持位置に回動した際に、溝等に嵌合してそれ以後回動軸が回転しないように設けたものや、回動軸がラチェット機構により構成されたもの等でもよい。
【００２５】
実施例３
図７は実施例３の把持機構を示す斜視図である。
上記各実施例においては、リンケージが水平部材と垂直部材から構成されるように設けていたが、接触部の重量により円弧部材が水平状態に把持でき、接触部が結晶体の肩部に載ることによりその重量が円弧部材にかからなくなることにより、円弧部材の自重により下方に回動するように設けられていれば、同様の作用を得られる。
【００２６】
したがって、本実施例においては図７に示すように、接触部４ｂをリンケージケーブル３１ｂにより吊下げる。したがって、上記したように接触部４ｂが結晶体（図示せず）の肩部と接触していない間においては、その重量により円弧部材１ｂを水平状態に把持する。接触部４ｂが結晶体の肩部に載ることによりその重量が円弧部材１ｂにかからなくなり、円弧部材１ｂの自由端である下部先端面１２ｂの自重によりモーメント力で下方に回動し、結晶体を把持することができる。これにより実質的に上記実施例１のリンケージ３と同様の作動をする。
【００２７】
尚、上記各実施例に示したリンケージに限らず、ギアを利用したものなど、上記した各リンケージと同様の作動をするものであれば、様々な種類のリンケージを適用することは可能である。
【００２８】
また、上記の各実施例では接触部が環状に形成されているが、把持機構全体のバランスが取れるのであれば、この形状に限定されるものではない。
【００２９】
さらに、上記の各実施例では吊懸部材としてワイヤーケーブルを使用していたが、これに限られるものではなく、例えばボールチェーンやラダーチェーンといった各種チェーン、または各種ロッドなどでもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明では以上のように構成したので、次のような優れた効果がある。
(1) 把持機構の一部が結晶体の肩部に接触することによりその作動がなされることから、把持作動が確実であるため、大口径の結晶体であっても確実にその重量を支え、結晶体を安全に引き上げることができる。
(2) 円弧部材が回動可能であるため、その動きが結晶体の動きに追従しやすく、たとえ結晶体に水平方向の変動等が発生しても柔軟に対応してこれを確実に把持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の引上げ装置の把持機構を示す模式図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における把持機構の作動を示す側面断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線における把持機構の作動を示す側面断面図である。
【図４】円弧部材の一形状例を示す部分斜視図である。
【図５】円弧部材の他の形状例を示す部分斜視図である。
【図６】実施例２の把持機構の側面図である。
【図７】実施例３の把持機構の斜視図である。
【符号の説明】
１‥‥‥円弧部材
１１‥‥内周面
１２‥‥下部先端面
２‥‥‥把持部
３‥‥‥リンケージ
３１‥‥垂直部材
３２‥‥水平部材
３３‥‥回動軸
４‥‥‥接触部
５‥‥‥ワイヤーケーブル
６‥‥‥結晶体
６１‥‥径大部
６２‥‥クビレ部
６３‥‥肩部
【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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