JP2956574B2

JP2956574B2 - 単結晶引上げ装置

Info

Publication number: JP2956574B2
Application number: JP6920396A
Authority: JP
Inventors: 正人白木
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 1999-10-04
Anticipated expiration: 2016-02-28
Also published as: JPH09227282A

Description

【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
の育成に使用される単結晶引上げ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ディバイスの製造に使用されるシ
リコンウェーハの素材としては、ＣＺ法により育成され
たシリコン単結晶が多用されている。ＣＺ法によるシリ
コン単結晶の育成では、周知の通り、引上げ軸の下端に
種結晶を装着し、石英坩堝内に生成されたシリコン融液
にこの種結晶を浸け、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単結
晶を育成する。

【０００３】ここで種結晶は、直径が１０数ｍｍ程度の
シリコン単結晶からなる細かい棒体であり、上端部がシ
ードチャックに連結され、下端部がシリコン融液に浸漬
される。種結晶をシリコン融液に浸漬すると、熱衝撃に
より転位が導入されるため、種結晶をシリコン融液に浸
漬した後に種結晶の直径を絞り、しばらくの間この状態
を維持して結晶の無転位化を図るいわゆる種絞りが実施
される。種絞り部の直径は無転位化の観点から５ｍｍ以
下が必要とされ、３ｍｍ以下が望ましいとされている。

【０００４】ところで、ＣＺ法により育成されるシリコ
ン単結晶は、これまでは直径が８インチで重量が１００
ｋｇ前後のものが主流であった。しかし、最近になって
更なる大径化が求められ、直径が１２インチ以上のシリ
コン単結晶の育成も企画されている。単結晶の直径が大
きくなると、当然その重量も増え、直径が１２インチの
場合で重量は２００ｋｇに達する。

【０００５】育成中の単結晶の重量は種結晶の特に種絞
り部に集中し、結晶重量が増大すると種絞り部にかかる
荷重も増大するが、シリコンの破壊強度は２０ｋｇ／ｍ
ｍ²程度であり、２００ｋｇのシリコン単結晶を確実に
保持するためには、少なく見積もっても５ｍｍを超える
直径が種絞り部に必要となる。ところが、５ｍｍを超え
る直径では種結晶を無転位化することが不可能である。
従って、現状の技術では２００ｋｇに達する単結晶の育
成は不可能である。

【０００６】このような問題を解決するために、特公平
５−６５４７７号公報等には単結晶のトップ部にクビレ
を形成し、そのクビレ部を複数の爪により周囲からクラ
ンプして、単結晶を引き上げる種結晶に依存しない引上
げ技術が示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】単結晶に形成したクビ
レ部を直接クランプする技術は、クランプ爪が不用意に
開かない限り、２００ｋｇを超える単結晶も確実に引上
げ、その落下を防止することができる。しかし、現状の
育成技術では、結晶引上げ軸に対して対称的なクビレ部
を形成することが困難である。そのため、クビレ部をク
ランプして単結晶の育成を行った場合には、単結晶が芯
円性を損ない、有転位化や直径制御精度の低下という問
題が生じる。また単結晶が引上げ軸方向においてくねっ
た形状になり、後工程の外周部切削による切削代の増大
も大きな問題となる。

【０００８】本発明の目的は、２００ｋｇを超える単結
晶についてもその落下を確実に防止し、且つその防止に
伴う引上げへの悪影響を可及的に回避することができる
単結晶引上げ装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の単結晶引上げ装
置は、ＣＺ法により原料融液から単結晶を回転させなが
ら引上げ、且つ単結晶のトップ部にクビレを形成する引
上げ装置本体と、内側に単結晶のトップ部が存在する状
態で単結晶と共に上昇する環状ベースと、環状ベースの
周方向複数位置に結晶半径方向を向けて配置され、且つ
その結晶半径方向に移動可能な複数の結晶保持ピンと、
環状ベースの荷重を複数の結晶保持ピンの結晶中心方向
の推進力に変換する手段とを具備する。

【００１０】本発明の単結晶引上げ装置においては、複
数の結晶保持ピンを結晶外面に非接触の状態でクビレ部
内に嵌合させ、この状態で環状ベースを上昇させること
により、単結晶が従来通り種結晶に保持されて引上げら
れる。種結晶の破壊により単結晶が落下すると、クビレ
部より上の大径部が複数の結晶保持ピンに引っ掛かる。
そうすると、単結晶の荷重が複数の結晶保持ピンを介し
て環状ベースに付加され、見掛け上、環状ベースの荷重
が増大する。その結果、複数の結晶保持ピンの結晶中心
方向への推進力が増大する。かくして、単結晶が複数の
結晶保持ピンにより確実に保持される。

【００１１】複数の結晶保持ピンを結晶外面に接触させ
て、引上げ中の単結晶を直接保持することも可能であ
る。その場合も単結晶をその荷重を利用して確実に保持
することができる。ただし、この場合は環状ベースを周
方向に回転させる必要がある。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図示
例に基づいて説明する。図１は本発明を実施した単結晶
引上げ装置の１例についてその主要部を示す立面図、図
２は図１のＡ−Ａ線矢視図である。

【００１３】本引上げ装置は、シリコンの原料融液から
シリコン単結晶１０を引き上げる引上げ装置本体３０
と、引上げ中の単結晶１０の落下を防止するために引上
げ装置本体３０のプルチャンバー３１内に設けられた単
結晶保持機構４０とを具備する。

【００１４】引上げ装置本体３０は、従来の引上げ装置
と基本的に同じであって、プルチャンバー３１内を通っ
てメインチャンバー内に垂下するワイヤ３２の下端にシ
ードチャック３３を取付け、これに装着した種結晶２０
を原料融液に浸漬した状態から、ワイヤ３２を回転させ
ながら上昇させることにより、種結晶２０の下方に単結
晶１０を育成し、プルチャンバー３１内に引込む。また
育成初期に引上げ速度等を制御することにより、単結晶
１０のトップ部にクビレ部１１を形成する。

【００１５】引上げ装置本体３０のプルチャンバー３１
内に設けられた単結晶保持機構４０は、内側中心部をワ
イヤ３２が挿通する環状ベース４１を有する。環状ベー
ス４１はプルチャンバー３１の内側にリング４２および
ベアリング４３により昇降自在かつ回転自在に支持され
ている。すなわち、リング４２はプルチャンバー３１の
内面に設けた複数の縦リブ４４に案内されて昇降可能で
あり、環状ベース４１はこのリング４２の内側にベアリ
ング４３を介して支持されている。そして、この環状ベ
ース４１はシードチャック３３に載って上昇する円形の
支持板４５の外周部複数箇所から垂下した複数のワイヤ
４６により懸吊支持される。

【００１６】環状ベース４１上の周方向複数位置にはワ
イヤ４６の配置位置に対応して複数本の結晶保持ピン４
７が配設されている。結晶保持ピン４７はいずれもプル
チャンバー３１の半径方向、すなわち結晶半径方向を向
き、且つその結晶半径方向に移動自在に支持されてい
る。そして、環状ベース４１の上に支持板４５が重なっ
た状態でワイヤ４６が環状ベース４１内のピニオンギア
に巻き取られることにより、結晶保持ピン４７は外周側
の退避位置に固定される。環状ベース４１の上に重なっ
た支持板４５が上昇し環状ベース４１から離れると、環
状ベース４１からワイヤ４６が引出されると共にピニオ
ンギアが回転することにより、結晶保持ピン４７は内周
側の結晶保持位置まで前進する。

【００１７】複数本の結晶保持ピン４７の各先端を通る
円の直径は、結晶保持ピン４７が外周側の退避位置に存
在する状態で、単結晶１０のクビレ部１１より上方の部
分の最大直径より大きく、結晶保持ピン４７が内周側の
結晶保持位置に存在する状態では、前記最大直径より小
さく且つクビレ部１１の最小直径より大きく設定されて
いる。

【００１８】次に、本引上げ装置を用いた単結晶１０の
育成方法について説明する。

【００１９】引上げ装置本体３０のシードチャック３３
に装着された種結晶２０をメインチャンバー内に設置さ
れた坩堝内の原料融液に漬け、ワイヤ３２を回転させな
がら上昇させることにより、種絞りを行い、引続き単結
晶１０のトップ部にクビレ部１１を形成し、その後にシ
ョルダー部および直胴部を順に形成する。

【００２０】このとき、単結晶保持機構４０の環状ベー
ス４１はプルチャンバー３１の下端部内に保持され、支
持板４５はこの環状ベース４１の上に載った状態にあ
る。従って、複数本の結晶保持ピン４７は外周側の退避
位置に存在する。

【００２１】単結晶１０の育成が進むと、シードチャッ
ク３３がプルチャンバー３１内の環状ベース４１の内側
を通過し、支持板４５に当たる。そうすると、支持板４
５はシードチャック３３の上に載りシードチャック３３
と共に回転しながら上昇し始める。これにより、環状ベ
ース４１からワイヤ４６が引出され、複数本の結晶保持
ピン４７が同時に前進し、ワイヤ４６の引出しが完了し
た時点で、可動ピン４７は内周側の結晶保持位置に到達
する。そして、この時点で複数本の結晶保持ピン４７の
内側に単結晶１０のクビレ部１１が位置するように、単
結晶１０の育成を行うことにより、複数本の結晶保持ピ
ン４７は単結晶１０のクビレ部１１内に、結晶外面に非
接触の状態で嵌合する。

【００２２】ワイヤ４６の引出しが完了すると、環状ベ
ース４１はワイヤ４６に引かれて単結晶１０と共に上昇
する。また、支持板４５がシードチャック３３と共に回
転することにより、単結晶１０と同じ速度で周方向に回
転する。

【００２３】単結晶１０の育成中あるいは育成後に種結
晶２０が破断した場合は、単結晶１０のクビレ部１１よ
り上方の部分が複数本の結晶保持ピン４７の各先端に引
っ掛かる。そうすると、単結晶１０の荷重が結晶保持ピ
ン４７を介して環状ベース４１に付加され、結果的に環
状ベース４１の荷重が増大する。この荷重はワイヤ４６
にかかるので、結晶保持ピン４７の内周側への推進力が
増大する。

【００２４】従って、単結晶１０の落下が確実に防止さ
れる。また、単結晶１０が通常に育成される場合は、結
晶保持ピン４７が結晶外面に接触せず、従来通りの種結
晶２０による引上げが行われるので、単結晶１０の落下
防止に伴う引上げへの悪影響が回避される。

【００２５】複数本の結晶保持ピン４７の各先端をクビ
レ部１１の結晶外面に接触させるようにした場合は、単
結晶１０の荷重の一部を利用したかたちで、クビレ部１
１が結晶保持ピン４７により保持され、単結晶１０が重
くなるにつれてその保持力が増すので、２００ｋｇを超
えるような単結晶１０についても育成が可能となる。

【００２６】直径８インチ、重量１５０ｋｇのシリコン
単結晶を育成する場合に、本引上げ装置を用いた。単結
晶保持機構４０における結晶保持ピン４７はクビレ部の
結晶外面に非接触とした。離液後の間欠引上げで意図的
に種結晶を破壊させたが、結晶保持ピン４７により確実
に単結晶が保持され、その落下が防止された。

【００２７】本引上げ装置を用いて直径８インチ、重量
１５０ｋｇの単結晶を育成する際に、最終引上げが不可
能な２ｍｍまで種結晶を絞る一方、単結晶保持機構４０
によりクビレ部を接触保持した。その結果、種結晶を破
損させることなく単結晶の育成を完了させることができ
た。

【００２８】結晶保持ピン４７は図示例では４個とした
が、３個以上であれば単結晶１０の落下を確実に防止す
ることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の単結晶引
上げ装置は、荷重を利用して駆動される複数本の結晶保
持ピンにより、結晶保持ピンが結晶外面に接触する場合
も非接触の場合も単結晶の落下を確実に防止することが
できる。そして、結晶保持ピンを結晶外面に対して非接
触とすることにより、単結晶の落下防止に伴う引上げへ
の悪影響を可及的に回避することができる。従って、大
径単結晶の育成技術の確立に大きな効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施した単結晶引上げ装置の１例につ
いてその主要部を示す立面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図である。

【符号の説明】

１０単結晶１１クビレ部２０種結晶３０引上げ装置本体３１プルチャンバー３２ワイヤ３３シードチャック４０単結晶保持機構４１環状ベース４６ワイヤ４７結晶保持ピン

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣＺ法により原料融液から単結晶を回転
させながら引上げ、且つ単結晶のトップ部にクビレを形
成する引上げ装置本体と、内側に単結晶のトップ部が存
在する状態で単結晶と共に上昇する環状ベースと、環状
ベースの周方向複数位置に結晶半径方向を向けて配置さ
れ、且つその結晶半径方向に移動可能な複数の結晶保持
ピンと、環状ベースの荷重を複数の結晶保持ピンの結晶
中心方向の推進力に変換する手段とを具備することを特
徴とする単結晶引上げ装置。