(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プルチャンバを有する単結晶引上装置で引上げられた単結晶インゴットを、前記プルチャンバ内から取り出すインゴット取出治具において、
前記治具本体に、単結晶インゴットのコーンテール部を支持する受けユニットと、前記単結晶インゴットの直胴部側面を支持する支持ユニットとが設けられ、
前記受けユニットが、
単結晶インゴットのコーンテール部先端を挿通し、前記単結晶インゴットのコーンテール部周面を支持するリング状部材と、前記リング状部材の外周部を着脱自在に保持する座部材とからなることを特徴とするインゴット取出治具。
【請求項２】
前記支持ユニットが、帯状支持部とブロック支持部とからなり、
前記帯状支持部は、閉環帯状に形成されると共に、閉環帯の内側面の一部において前記単結晶インゴットの直胴部側面に当接し、
前記ブロック支持部は、前記帯状支持部の閉環帯内を移動可能に形成されると共に、前記帯状支持部の当接面と対向する側面を押圧し、
前記単結晶インゴットの直胴部を帯状支持部とブロック支持部とで挟み、支持することを特徴とする請求項１に記載されたインゴット取出治具。
【請求項３】
プルチャンバを有する単結晶引上装置で引上げられた単結晶インゴットを、前記プルチャンバ内から取り出すインゴット取出治具において、
前記治具本体に、単結晶インゴットのコーンテール部を支持する受けユニットと、前記単結晶インゴットの直胴部側面を支持する支持ユニットとが設けられ、
前記支持ユニットが、帯状支持部とブロック支持部とからなり、
前記帯状支持部は、閉環帯状に形成されると共に、閉環帯の内側面の一部において前記単結晶インゴットの直胴部側面に当接し、
前記ブロック支持部は、前記帯状支持部の閉環帯内を移動可能に形成されると共に、前記帯状支持部の当接面と対向する側面を押圧し、
前記単結晶インゴットの直胴部を帯状支持部とブロック支持部とで挟み、支持することを特徴とするインゴット取出治具。
【請求項４】
支持ユニットは、治具本体に上下動可能に取り付けられた基台と、前記基台上に設けられた回転可能なハンドルと、前記ハンドルの回転によって回転する右螺子部と左螺子部とを有する螺子部と、前記左右螺子部のいずれか螺子部と螺合するブロック支持部基台と、他の螺子部と螺合する帯状支持部基台と、前記ブロック支持部基台の先端部に設けられたブロック支持部と、帯状支持部基台の両端に端部が取り付けられた閉環した帯状支持部とを備え、
前記ブロック支持部基台の両端は、前記帯状支持部の内壁に設けられたガイド部上を摺動するように構成され、
前記帯状支持部基台は基台に設けられたガイド部によって案内され、移動するように構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載されたインゴット取出治具。
【請求項５】
前記左螺子部と前記右螺子部の螺子ピッチが同一に形成され、
ブロック支持部の移動量と帯状支持部の移動量を同一にし、挟持されるインゴットの横断面中心が、受けユニットのリング部材の中心と略同一垂直線上なすことを特徴とする請求項４に記載されたインゴット取出治具。
【請求項６】
前記リング状部材の少なくとも前記単結晶インゴットと接触する部分及び前記支持ユニットの前記単結晶インゴットの直胴部側面と当接する部分に設けられたパッドが、黒鉛、炭素繊維強化複合材から選ばれた一種からなることを特徴とする請求項２に記載されたインゴット取出治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単結晶引上装置で用いられるインゴット取出治具に関し、より詳細には、プルチャンバを有するチョクラルスキー法（ＣＺ法）単結晶引上装置のプルチャンバから、単結晶インゴットを滑落等の危険がなく、安全に取り出すことのできるインゴット取出治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の基板には、主として高純度の単結晶ウエハ、例えばシリコン単結晶ウエハ等が使用されている。これらのウエハ、例えば前記したシリコン単結晶ウエハは、そのほとんどが単結晶引上げ装置を用いた所謂チョクラルスキー法による単結晶インゴットから作製されている。
ところで、前記した単結晶引上げ装置は、一般的に、シリコン融液を貯留する石英坩堝と、それを支持するカーボン製受器と、前記カーボン製受器及び加熱用発熱体等を内部に収容した主チャンバと、前記主チャンバの上部に設けられ、引上げられた単結晶インゴットを収容するプルチャンバとから構成されている。
【０００３】
前記プルチャンバ１０は、図６に示すように、一般的にその前面が開閉自在なドア１０ｂになっており、引上げた単結晶インゴットＡは、このドアの開口部１０ａから、インゴット取出治具を用いて、取り出すように構成されている。なお、図６の符号１１は、前記カーボン製受器及び加熱用発熱体等を内部に収容した主チャンバである。
【０００４】
次に、図７に基づいて、従来のインゴット取出治具について説明する。なお、図７は、インゴット取出治具がプルチャンバ内に挿入された状態を示した横断面図である。
このインゴット取出治具２０は、一対の爪部２１ａ，２１ｂを備えている。この一対の爪部２１ａ，２１ｂの基部は、右ネジ２２ａと左ネジ２２ｂになっているネジ軸２２と螺合している。また、前記一対の爪部２１ａ，２１ｂの端部には貫通穴が形成され、ガイド棒２３が貫通している。
その結果、ハンドル２４を回転させるとネジ軸２２が回転し、一対の爪部２１ａ，２１ｂは閉じる方向に移動し、単結晶インゴットＡを左右方向から挟持する。なお、前記ハンドル２４を逆回転させることにより、一対の爪部２１ａ，２１ｂは開く方向に移動し、単結晶インゴットＡの挟持状態を解除するように構成されている。
【０００５】
このように構成されたインゴット取出治具２０を、開口部１０ａからプルチャンバ１０内に挿入し、爪部２１ａ，２１ｂを閉じて、インゴットＡの直胴部周側面Ａ１を掴む。
この状態でインゴットＡを吊り下げているシード部（図示せず）を折り、治具２０を移動させることによって、インゴットＡを取り出す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように、インゴット取出治具においては、単結晶インゴットは爪部との摩擦のみで把持されている。
しかしながら、単結晶インゴットの直胴部の周面（側面）には凹凸が存在し、この凹凸によって、単結晶インゴットを確実に把持できないという問題があった。かかる問題を解決するために、爪部のインゴットと接触する部分に、押圧により接触面積が大きくなる柔軟性のある物質、例えばフッ素系ゴムを設け、保持を確実にしている。
【０００７】
しかし、使用されるゴムの耐熱温度が低いため（例えば、フッ素系ゴムの場合耐用温度は３００℃以下）、単結晶インゴットがその耐熱温度以下に冷却されるのを待ってから取り出す必要があった。
また、ゴムの劣化や摩耗などによりその把持力が衰えてくることに加え、最悪の場合、単結晶インゴットの滑落事故などを引き起こし、多大な損害を被る虞があった。
【０００８】
更に、爪部の内幅が単結晶インゴットの直胴部径よりも大きく開き、かつ、爪部の外幅がドア開口部よりも狭くないと、インゴット取出治具をプルチャンバ内に挿入し、単結晶インゴットを把持できない。
即ち、プルチャンバの開口幅と爪部の幅から引上げ可能な単結晶インゴットの径が決定される。
従って、爪部の厚さが薄いほど取り扱える単結晶インゴット径を大きくできるため好ましいが、爪部は単結晶インゴットを挟持するのに必要な強度に設計しなければならないため、爪部の厚さを所定厚さ以下にすることはできないという課題があった。
【０００９】
近年、半導体素子のコストを低減するため、単結晶インゴットの大型化要求が強くなり、インゴットは大口径化すると共に長尺化し、インゴット重量は著しく重くなっている。
このため、従来から大口径で高重量の単結晶インゴットを安全、確実にプルチャンバ内から取り出せる、インゴット取出治具の出現が強く要望されていた。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、たとえプルチャンバの開口部の大きさが同一の場合であっても、より大口径で高重量の単結晶インゴットを、滑落や転倒等の不都合を引き起こすことなく、安全、確実に、しかも容易に取り出すことのできるインゴット取出治具を提供することを目的とする。
また、本発明は、高温でも単結晶インゴットをプルチャンバから取り出すことのできるインゴット取出治具を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明にかかるインゴット取出治具は、プルチャンバを有する単結晶引上装置で引上げられた単結晶インゴットを、前記プルチャンバ内から取り出すインゴット取出治具において、前記治具本体に、単結晶インゴットのコーンテール部を支持する受けユニットと、前記単結晶インゴットの直胴部側面を支持する支持ユニットとが設けられ、前記受けユニットが、単結晶インゴットのコーンテール部先端を挿通し、前記単結晶インゴットのコーンテール部周面を支持するリング状部材と、前記リング状部材の外周部を着脱自在に保持する座部材とからなることを特徴とする。
【００１２】
このように、受けユニットで単結晶インゴットのコーンテール部を支持し、支持ユニットで前記単結晶インゴットの直胴部側面を支持しているため、大口径で高重量の単結晶インゴットを、滑落や転倒等の不都合を引き起こすことなく、安全、確実に、しかも容易に取り出すことができる。
【００１３】
ここで、前記受けユニットが、単結晶インゴットのコーンテール部先端を挿通し、前記単結晶インゴットのコーンテール部周面を支持するリング状部材と、前記リング状部材の外周部を着脱自在に保持する座部材とからなることが望ましい。
このように、単結晶インゴットのコーンテール部先端を挿通させて前記単結晶インゴットのテール部周面を支持しているため、インゴットを確実に支持できる。また、リング状部材が座部材に対して着脱自在に保持されているため、単結晶インゴットの径に応じてリング状部材を適宜交換することができる。
【００１４】
また、前記支持ユニットが、帯状支持部とブロック支持部とからなり、前記帯状支持部は、閉環帯状に形成されると共に、閉環帯の内側面の一部において前記単結晶インゴットの直胴部側面に当接し、前記ブロック支持部は、前記帯状支持部の閉環帯内を移動可能に形成されると共に、前記帯状支持部の当接面と対向する側面を押圧し、前記単結晶インゴットの直胴部を帯状支持部とブロック支持部とで挟み、支持することが望ましい。
このように構成されているため、従来の治具の爪部に比べて厚さを薄することができ、把持のために爪部を広げる必要がないため、より大口径のインゴットを容易に取り扱うことができる。
【００１５】
また、支持ユニットは、治具本体に上下動可能に取り付けられた基台と、前記基台上に設けられた回転可能なハンドルと、前記ハンドルの回転によって回転する右螺子部と左螺子部とを有する螺子部と、前記左右螺子部のいずれか螺子部と螺合するブロック支持部基台と、他の螺子部と螺合する帯状支持部基台と、前記ブロック支持部基台の先端部に設けられたブロック支持部と、帯状支持部基台の両端に端部が取り付けられた閉環した帯状支持部とを備え、前記ブロック支持部基台の両端は、前記帯状支持部の内壁に設けられたガイド部上を摺動するように構成され、前記帯状支持部基台は基台に設けられたガイド部によって案内され、移動するように構成されていることが望ましい。
このように構成されているため、ハンドル操作で容易に単結晶インゴットを挟持ことができる。
【００１６】
また、前記左螺子部と前記右螺子部の螺子ピッチが同一に形成され、ブロック支持部の移動量と帯状支持部の移動量を同一にし、挟持されるインゴットの横断面中心が、受けユニットのリング部材の中心と略同一垂直線上なすことが望ましい。
このように構成されているため、インゴットをほぼ垂直状態にして保持でき、安定した取出操作を行うことができる。
【００１７】
また、前記リング状部材の少なくとも前記単結晶インゴットと接触する部分及び前記支持ユニットの前記単結晶インゴットの直胴部側面と当接する部分に設けられたパッドが、黒鉛、炭素繊維強化複合材から選ばれた一種からなることが望ましい。
このように、少なくとも単結晶インゴットと接触する部分が、黒鉛、炭素繊維強化複合材から選ばれた一種からなるため、耐熱性に優れ、高温状態でも取り出すことができる。
【００１８】
また、前記支持ユニットが治具本体の高さ方向に複数配備されていることがインゴットの保持安定性の観点からより望ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるインゴット取出治具の一実施形態を図１乃至図５に基づいて、詳細に説明する。
なお、図１は本発明にかかる一実施形態を示す斜視図であり、図２は、図１に示した支持ユニットの構造を説明するための平面図、図３乃至図５は本発明にかかる治具を用いたインゴット取出方法を説明するための概略図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明にかかるインゴット取出治具１は、その本体の下端部に単結晶インゴットＡを支持するための受けユニット２が配設されている。
前記受けユニット２は、リング状部材２ａとその外周縁を保持する座部材２ｂとから構成されている。前記座部材２ｂの一端部は本体のフレーム１ａに固定されると共に、その先端部において前記リング状部材２ａの周縁部を保持している。
そして、単結晶インゴット（図示せず）のコーンテール部先端を、前記座部材２ｂ内に配置されたリング状部材２ａの環状穴２ａ１内に挿入、挿通させて、該コーンテール部の底周面を環状穴周縁部２ａ２に当接させ、単結晶インゴットＡを支持するように構成されている。
【００２１】
このリング状部材２ａの少なくとも単結晶インゴットと接触する部分は、耐熱性に優れ、かつ、適度な硬度を有する材質、例えば黒鉛や炭素繊維強化複合材等によって形成されている。なお、リング状部材２ａ全体を耐熱性に優れ、かつ、適度な硬度を有する材質、例えば黒鉛や炭素繊維強化複合材等によって形成しても良い。
【００２２】
また、リング状部材２ａは、座部材２ｂに対して脱着自在に構成されている。具体的には、座部材２ｂに形成された貫通穴の側壁にリング状部材２ａの周縁部が係止されている。
このように、座部材２ｂにリング状部材２ａが脱着自在に取り付けられるため、単結晶インゴットの径やコーンテール部の形状に合わせて、リング状部材２ａを適宜交換することができる。
【００２３】
上記したように受けユニット２は、インゴットの下端部のコーンテール部を支持する。そのため、これにより生じる不安定性を回避するために、治具本体には、単結晶インゴットの直胴部Ａ１を係止する支持ユニット３を備えている。図１には、受けユニット２の上方に、前記支持ユニット３が２個設けられた場合が示されている。
【００２４】
この支持ユニット３は、一端部が本体１に上下動可能に取り付けられる基台３ａと、前記基台３ａ上に設けられた回転可能なハンドル３ｂと、前記ハンドル３ｂの回転によって、回転する右螺子部３Ｃ２と左螺子部３Ｃ１とを有する螺子部３ｃと、前記右螺子部３Ｃ２と螺合するブロック支持部基台３ｄと、左螺子部３Ｃ１と螺合する帯状支持部基台３ｅと、前記支持部基台３ｄの先端面に設けられたブロック支持部３ｆと、支持部基台３ｅの両端に端部が取り付けられた閉環した帯状支持部３ｇとを備えている。
【００２５】
また、ブロック支持部基台３ｄの両端は、前記帯状支持部３ｇの内壁に設けられたガイド部３ｈ上を摺動するように構成され、また帯状支持部基台３ｅは基台３ａに設けられたガイド部３ｉに沿って、移動するように構成されている。
【００２６】
このように構成されているため、ハンドル３ｂを回転させると、ブロック支持部３ｆは、帯状支持部３ｇ内側をガイド部３ｈに案内されながら、前方に移動する。一方、前記ハンドル３ｂの回転によって、帯状支持部基台３ｅは基台３ａに設けられたガイド部３ｉによって案内されながら、後退する。その結果、図２の仮想線で示すように、ブロック支持部３ｆと帯状支持部３ｇと間隔は狭まり、単結晶インゴットＡを挟持する。
また、前記ハンドル３ｂを逆回転させることによって、図２の実線で示すように、ブロック支持部３ｂと帯状支持部３ｇと間隔は拡がり、単結晶インゴット挟持状態を解除する。
【００２７】
なお、前記右螺子部３Ｃ２と左螺子部３Ｃ１との螺子ピッチを同一にすることにより、ブロック支持部３ｆの移動量と、帯状支持部３ｇの移動量を同一にし、挟持されたインゴットＡの横断面中心を、受けユニット２のリング部材２ａの中心と同一垂直線上にすることができる。これによって、インゴットＡをほぼ垂直な状態に保持することができる。
また、支持ユニット３を昇降させる手段は、特に限定されるものではないが、一例を挙げれば、本体１に螺子軸を立設し、該螺子軸と螺合する螺子を支持ユニット３に設け、該螺子軸を回転させることにより、支持ユニット３を上下動させる手段を用いることができる。
【００２８】
また、前記帯状支持部３ｇの内側面には、単結晶インゴットの直胴部側面に当接するパッド３ｊが複数設けられている。このパッド３ｊは、耐熱性に優れ、かつ、適度な硬度を有する材質、例えば黒鉛や炭素繊維強化複合材等によって形成されるのが好ましい。
また、前記したブロック支持部３ｆも単結晶インゴットの直胴部側面に当接するため、耐熱性に優れ、かつ、適度な硬度を有する材質、例えば黒鉛や炭素繊維強化複合材等によって形成されるのが好ましい。なお、単結晶インゴットの直胴部側面に当接する部分のみならず、ブロック支持部３ｆ全体を耐熱性に優れ、かつ、適度な硬度を有する材質、例えば黒鉛や炭素繊維強化複合材等によって形成しても良い。
【００２９】
また、本体１の帯状支持部３ｇ形成面側には、ストッパガイド４が設けられている。このストッパガイド４は、特に摺動性のある素材、例えばテフロン（登録商標）樹脂で構成することが好ましい。このストッパガイド４は開口部内面を摺動するガイド部４ａと、開口部前面の壁面に当接するストッパ部４ｂとを有している。
これにより、本体１の帯状支持部３ｇを開口部１０ａに挿入する際のガイド及びストッパ機能を有効に奏させ、受けユニット２および支持ユニット３を適正な位置に移動させることができる。
【００３０】
上記したように、本発明にかかるインゴット取出治具は、帯状支持部３ｇを用いているため、従来の爪部を有する治具に比べて横幅を小さくすることができ、同一幅のプルチャンバの開口部から取り出せる単結晶インゴットの径を大きくすることができる。
また、単結晶インゴットの直胴部側面に当接する部分を、耐熱性に優れ、かつ、適度な硬度を有する材質、例えば黒鉛や炭素繊維強化複合材等によって形成されているため、単結晶インゴットの温度が３００℃以上でも取り出すことができる。
【００３１】
次に、本発明にかかるインゴット取出治具を用いてプルチャンバから単結晶インゴットを取り出す方法について、図３乃至図５に基づいて説明する。
図３に示すように、先ず、引上げた単結晶インゴットＡをプルチャンバ１０内の上限位置まで上昇させる。
一方、インゴット取出治具１の支持ユニット３を、その下限位置に位置させ、また帯状支持部３ｇとブロック支持部３ｆとの間が、最大限若しくは少なくとも単結晶インゴットＡの径よりも大きくなるように、帯状支持部３ｇとブロック支持部３ｆを位置させる。
【００３２】
次いで、図４に示すように、プルチャンバ１０のドアを開放し、開口部１０ａの下部であって、インゴットＡの下端と開口１０ａ底部との間から、受けユニット２及び支持ユニット３を入れ、ストッパガイド４が当たる位置まで挿入する。
その後、単結晶インゴットＡを、前記上限位置から単結晶引上装置に設けられているロードセル５が０ｋｇになる位置まで降下させる（図４、図５参照）。
即ち、単結晶インゴットＡのコーンテール部Ａ２先端が、前記座部材２ｂ内に配置されたリング状部材２ａの環状穴２ａ１内を挿通し、該コーンテール部Ａ２の底周面が環状穴周縁部２ａ２に当接し、リング状部材２ａがインゴットＡを支持する位置まで降下させる。
【００３３】
その後、支持ユニット３を単結晶インゴットＡの搭載状態が最も安定すると考えられる位置まで上昇させる。
そして、ハンドル３ｂを回転させると、ブロック支持部３ｂは、帯状支持部３ｇ内側をガイド部３ｈに案内されながら、前方に移動する。一方、前記ハンドル３ｂの回転によって、支持部基台３ｅは基台３ａに設けられたガイド部３ｉによって案内されながら、後退する。その結果、ブロック支持部３ｂと帯状支持部３ｇと間隔は狭まり、単結晶インゴットの直胴部を挟み込み、インゴットＡが係止され倒れるのを防止する（図５参照）。
【００３４】
この状態でインゴットＡを吊り下げているシード部Ａ３を折り（図５参照）、インゴット取出治具を後方に引き出すことで単結晶インゴットＡを取り出す。
なお、前記ハンドル３ｂを逆回転させることによって、ブロック支持部３ｂと帯状支持部３ｇと間隔は拡がり、単結晶インゴット挟持状態を解除することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、引き上げた単結晶インゴットをプルチャンバ内から取り出す際に、インゴットの落下事故等を防止でき、またそれに伴う単結晶引上装置の破損、落下事故により起こり得る災害、操業ロス等を未然に防止することができる。
また、従来の治具が爪部でインゴットの直胴部を挟持するのに対して、本発明によれば、インゴットが倒れないように支持するため、インゴット直胴部を支持する支持部の強度、剛性を低くすることができる。その結果、支持部の横幅を小さくすることができ、取り出し可能な単結晶インゴットの径を大きくすることができる。
【００３６】
更に、本発明によれば、インゴットと接触する部分に耐熱性の良好な材料を使用しているため、操業時のプルチャンバ内におけるインゴットの冷却時間を短縮することができ、操業時のサイクルタイムを短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明にかかるインゴット取出治具の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示されたインゴット取出治具のインゴット支持ユニットの平面図である。
【図３】図３は、本発明にかかるインゴット取出治具を用いたインゴット取出方法を説明するための概略図である。
【図４】図４は、本発明にかかるインゴット取出治具を用いたインゴット取出方法を説明するための概略図であって、図３に続く工程を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明にかかるインゴット取出治具を用いたインゴット取出方法を説明するための概略図であって、図４に続く工程を示す概略図である。
【図６】図６は、プルチャンバを示す斜視図である。
【図７】図７は、従来のインゴット取出治具をプルチャンバ内に挿入した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１        インゴット取出治具
２        受けユニット
２ａ      リング状部材
２ｂ      座部材
３        支持ユニット
３ａ      基台
３ｂ      ハンドル
３ｃ      螺子部
３ｄ      ブロック支持部基台
３ｅ      帯状支持部基台
３ｆ      ブロック支持部
３ｇ      帯状支持部
３ｈ      ガイド部
３ｉ      ガイド部
３ｊ      パッド
４        ストッパガイド
５        ロードセル
１０      プルチャンバ
１０ａ    開口部
Ａ        単結晶インゴット
Ａ１      単結晶インゴット直胴部
Ａ２      コーンテール部
Ａ３      シード部
【図１】
0004189990.tif 000002
【図２】
0004189990.tif 000003
【図３】
0004189990.tif 000004
【図４】
0004189990.tif 000005
【図５】
0004189990.tif 000006
【図６】
0004189990.tif 000007
【図７】
0004189990.tif 000008