JPH07277871A - 連続チャージ引上げ法の原料供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 原料棒を簡便な手段で水平的に回転させ、均
一な原料棒の融解を行うのに好適な連続チャージ引上げ
法の原料供給装置を提供する。 【構成】 チャンバ上部に昇降機能を有する釣支手段
と、原料融液を貯留するるつぼの上方の原料融解ヒータ
と、釣支手段に釣支されると共に原料融解ヒータにより
加熱される棒状の原料多結晶とを備える連続チャージ引
上げ法の原料供給装置において、釣支手段と棒状の原料
多結晶との間に、棒状の原料多結晶の融解に伴う重量軽
減により、棒状の原料多結晶を水平的に回転させる回転
手段を備える。また、回転手段は、重量軽減に伴い縒り
が戻り、縒りの戻りにて棒状の原料多結晶を回転させる
縒り線式ワイヤである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単結晶の引き上げ量に
対応して連続的に原料を供給する連続チャージ引上げ法
の原料供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、るつぼ内の原料融液から円柱状の
単結晶を引き上げるチョクラルスキー法において、引き
上げ量に対応して原料をるつぼに供給し、連続的な単結
晶引き上げを可能とする連続チャージ法の原料供給につ
いて、次のものが知られている。 （イ）半導体単結晶製造装置のチャンバ上部から釣支さ
れた棒状の原料多結晶（以下原料棒という）を、原料融
解ヒータ内に吊り降ろして加熱し、原料棒を融解して液
滴を原料融液に落下させつつ、るつぼに貯留されている
原料融液から単結晶を引上げる方法で、一般的に連続チ
ャージ引上げ法と呼ばれる。この方法では、原料棒の融
解が完了すると、別に設けられた原料棒を融解し、原料
融液を連続的に供給する。これにより、生産性向上、高
価なるつぼの効率的使用を可能とするとともに、原料融
液量を一定に保つことで高品質な単結晶を得ている。

【０００３】基本的には、前記（イ）の連続チャージ引
上げ法と同様であるが、釣支される原料棒を水平的に所
定の速度で回転させる機能を付加して、原料を供給する
方法を、本願出願人はすでに提案した（例えば特願平５
−２６４４０８号参照）。かかる構成により、原料棒は
ほぼ均一に加熱され、安定した融解状態を維持するの
で、るつぼへの原料供給量変動を最小限に抑え、安定し
た単結晶育成を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には次のような問題点がある。すなわち、（イ）
においては、原料融解ヒータの温度分布、特に原料棒外
周と対応する円周上の温度分布が必ずしも均一でなく、
不均一な原料棒の融解が生じている。このため、原料供
給量が変動して単結晶の成長に悪影響を及ぼすことがあ
る。さらに、原料棒先端と原料融液表面との距離が変動
して液滴が飛び跳ね、場合によっては、液滴付着により
原料供給口を塞ぐという問題もある。次に、特願平５−
２６４４０８号においては、昇降および回転を原料棒釣
支機構により付与するので、通常はモータ等の駆動源を
使用して昇降および回転を制御する必要があり、複雑に
なると共に、この原料棒釣支機構への高温対策も必要と
なる。

【０００５】本発明は、上記従来技術の問題点に着目
し、原料棒を簡便な手段で水平的に回転させ、均一な原
料棒の融解を行うのに好適な連続チャージ引上げ法の原
料供給装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る連続チャージ引上げ法の原料供給装置
において、第１発明は、チャンバ上部に昇降機能を有す
る釣支手段と、原料融液を貯留するるつぼの上方の原料
融解ヒータと、前記釣支手段に釣支されると共に前記原
料融解ヒータにより加熱される棒状の原料多結晶（原料
棒）とを備える連続チャージ引上げ法の原料供給装置に
おいて、前記釣支手段と前記棒状の原料多結晶との間
に、前記棒状の原料多結晶の融解に伴う重量軽減によ
り、前記棒状の原料多結晶を水平的に回転させる回転手
段を備えることを特徴とする。

【０００７】第２発明は、第１発明において、前記回転
手段は、前記重量軽減に伴い縒りが戻り、前記縒りの戻
りにて前記棒状の原料多結晶を回転させる縒り線式ワイ
ヤである。第３発明は、第１発明において、前記回転手
段は、前記重量軽減に伴い昇降方向に収縮する弾性部材
と、前記弾性部材の伸縮により水平的に回転して前記棒
状の原料多結晶を回転させる回転部とを備える。第４発
明は、第３発明において、前記回転部は、外周にらせん
状の溝を形成する円柱と、前記円柱の外方向に設けら
れ、かつ、前記らせん状溝に係合する凸部を円状内面に
形成する保持部と、前記円柱と前記保持部との間に設け
られ、かつ、前記円柱の回転を可能とする回動自在部と
を備える。

【０００８】第５発明は、チャンバ上部に昇降機能を有
する釣支手段と、原料融液を貯留するるつぼの上方の原
料融解ヒータと、前記釣支手段に釣支されると共に前記
原料融解ヒータにより加熱される棒状の原料多結晶とを
備える連続チャージ引上げ法の原料供給装置において、
前記チャンバに固定されるガイドレールと、前記棒状原
料多結晶の融解に対応する前記釣支手段による下降によ
り、前記ガイドレールを転動しつつ前記棒状原料多結晶
を水平的に回転させる回転手段とを備えることを特徴と
する。第６発明は、第５発明において、前記回転手段
は、前記棒状の原料多結晶を水平的に回転する回転用ギ
ヤと、ガイドレールを昇降方向に転動可能な駆動用ギヤ
と、前記回転用ギヤと前記駆動用ギヤとを回動可能に当
接させる連結部材とを備える。

【０００９】

【作用】上記構成による本発明の作用を説明する。釣支
手段と原料棒との間に備えられる回転手段は、原料棒の
融解による重量変化を駆動源として水平的に回転、即ち
ほぼ水平面上を回転し、これにより原料棒が水平的に回
転するので、簡便な手段で原料棒を均一に加熱・融解さ
せることが可能になる。また、回転手段として縒り線式
ワイヤを使用する場合、融解前の原料棒を吊るすと、そ
の重量に対応して縒り線式ワイヤの縒り解けて原料棒が
回転し、この状態で原料融解ヒータに加熱される。加熱
により、原料棒は徐々に融解してその重量を軽減する
が、この重量軽減に対応して縒り線式ワイヤの縒りが戻
り、原料棒が回転する。さらに、回転手段として、弾性
部材と回転部とを備え、更にはこの回転部として、らせ
ん状溝の円柱と保持部と回動自在部とを備えることで、
まず、原料棒の融解に伴う重量軽減を駆動源として弾性
部材が昇降方向に収縮する。この収縮により、回転部が
水平的に回転、例えばらせん状溝が保持部の凸部に係合
しつつ円柱が水平的に回転し、これにより原料棒が回転
する。ここで、回動自在部は、円柱の水平的回転を可能
とするために設けられている。

【００１０】また、回転手段として、原料棒の融解に対
応する釣支手段による下降を駆動源として、原料棒を水
平的に回転させる回転手段、例えば、回転用ギヤ、駆動
用ギヤおよび連結部材とを備えることで、原料棒融解時
には、釣支手段により原料棒先端が原料融解ヒータ内の
所定位置になるように下降するが、この下降を駆動源と
して駆動用ギヤがガイドレール状を下方向に回転し、こ
の回転が当接する回転用ギヤに伝達され、回転用ギヤに
取り付けられる原料棒が水平的に回転する。これによ
り、原料棒を均一に加熱・融解させることが可能にな
る。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明に係る連続チャージ引上げ法
の原料供給装置の実施例につき、図面を参照しつつ詳述
する。 （実施例１）本実施例は、本発明に係る回転手段が縒り
線式ワイヤの場合であり、図１に適用例となる連続チャ
ージ引上げ法による半導体単結晶製造装置１０の模式的
断面図を示す。本装置１０は、チョクラルスキー法をベ
ースとして連続チャージを可能とする装置であり、従来
の一般的装置が適用可能である。雰囲気が所定の条件に
維持されるチャンバ７内部において、るつぼ１５は、る
つぼ軸１８に支持されるとともに、保温筒８の内部に設
けられるメインヒータ１７に加熱され、るつぼ１５内部
に原料融液１６を貯留している。また、棒状の原料多結
晶である原料棒４は、モータ等を備えて昇降機能を有す
る釣支手段１により釣支されると共に、原料溶解ヒータ
５により加熱され融解し、この液滴が保護筒６内部を落
下して原料融液１６として貯留される。

【００１２】この釣支手段１と原料棒４との間には、縒
り線部２ａと縒り線部２ａ両端部の非縒り線部２ｂとか
ら構成される縒り線式ワイヤ２、及び原料棒支持部材３
が設けられている。この縒り線式ワイヤ２の縒り線部２
ａは、長手方向の負荷の大小に対応して、縒りが解けた
り戻ったりすることで、長手方向に対して垂直な平面
上、即ち水平的に、ほぼ所定回数回転するように調整さ
れている。調整される回転数は必要に応じて設定してよ
いが、融解前後の原料棒４の重量軽減により、３〜１５
回程度回転するように設定するのが好ましい。さらに、
保護筒６は、上端側は原料溶解ヒータ５を保護し保温す
ると共に、下端側は原料融液１６内に浸漬しており、液
滴落下による原料融液１６への振動伝播防止等を行って
いる。また、原料棒４が融解して所定量を消耗しそうに
なると、別の釣支手段１１に釣支される原料棒１２が原
料溶解ヒータ１３の所定位置にセットされて融解し、原
料融液１６が一定量になるように補給する。この釣支手
段１１と原料棒１２との間には、上記と同様に、図示し
ない縒り線式ワイヤと原料棒支持部材が設けられてい
る。

【００１３】かかる構成により、単結晶１４を引き上げ
つつ、原料棒４は釣支手段１によりその先端部が所定の
高さ位置になるように制御され、融解して原料融液１６
を補給するが、原料棒４の融解に伴う重量軽減により、
縒り線式ワイヤ２の縒り線部２ａは縒りを戻すことで水
平的に回転する。従って、原料棒４は水平的に回転しな
がら原料溶解ヒータ５で加熱されるので、均一に加熱さ
れ、融解する液滴も一定量となって原料融液１６を補給
し、しかも原料棒４の先端位置が所定高さに制御される
ので、原料融液１６表面との距離が安定して液滴の飛び
跳ねが防止され、さらに、この液滴付着による原料供給
口が塞がれることも防止され、連続的に安定した単結晶
育成が可能となる。

【００１４】（実施例２）本実施例は、回転手段が、弾
性部材と回転部とを備える場合である。本実施例が適用
される半導体単結晶製造装置は、実施例１の図１に示す
装置１０と基本的には同様な構成であり、図１と異なる
回転手段部の模式的断面図を図２に示す。釣支手段１と
原料棒４との間に備えられる回転手段２０は、原料棒４
の重量変化に伴い昇降方向に伸縮可能な弾性部材２２
と、弾性部材２２の伸縮により水平的に回転して原料棒
４を回転させる回転部とを備えている。

【００１５】この回転部は、円筒状の保持部２１と、外
周にらせん状の溝２３ａを形成する円柱２３と、回動自
在部２７から構成される。この保持部２１は、下端側に
形成される穴には凸部２１ａ、２１ｂが形成され、円柱
２３の溝２３ａと係合すると共に、上端側が釣支手段１
により昇降する吊り部材２４に取り付けられている。こ
の溝２３ａのピッチ及び溝数、並びに弾性部材２２のバ
ネ定数等の弾性率及び寸法は、融解時における原料棒４
の所定回転数により決定される。また、回動自在部２７
は、凹球面部材２５と凸球面部材２６から構成され、自
在に回動可能であると共に、凹球面部材２５及び凸球面
部材２６は、それぞれ保持部２１及び弾性部材２２に取
り付けられている。さらに、円柱２３は、上端側が弾性
部材２２に取り付けられ、下端側が原料棒支持部材３を
介して原料棒４を吊り下げている。

【００１６】本実施例において、弾性部材として鋼製バ
ネを用いたが、鋼以外に、各種金属、金属系複合材料、
有機系複合材料、アルミナ等のセラミック等のバネでよ
く、更に、負荷の変化により伸縮可能な弾性部材とな
る、エアシリンダ等の空気式バネ、油圧式バネ等が適用
可能である。また、回動自在部は、回動自在な各種継手
で良く、鋼、銅等の金属線、ワイヤロープ等水平的な回
転可能な部材でよい。さらに、凸部は、１か所或いは３
か所以上でよく、その形状も、らせん状溝と連続して係
合する連続凸状でよい。

【００１７】かかる構成により、単結晶引き上げ時に
は、原料棒４の融解に伴う重量軽減により、弾性部材２
２が収縮しようとする。この収縮により、円柱２３は上
昇方向、即ち上方向に引っ張られ、この力で円柱２３の
溝２３ａが凸部２１ａ、２１ｂと摺動し、水平的に回転
する。ここで、回動自在部２７は、凹球面部材２５と凸
球面部材２６が回動可能であるので、凸球面部材２６か
ら原料棒４までの部分が水平的に回転する。また、この
回転に伴い原料棒４は上昇するが、釣支手段１の昇降機
能により、原料棒４の先端部が所定の高さ位置になるよ
うに制御される。これにより、実施例１と同様に、原料
棒４は均一に加熱され、融解する液滴も一定量となり、
連続的に安定した単結晶育成が可能となる。

【００１８】（実施例３）本実施例は、回転手段が、釣
支手段の昇降により原料棒を回転させる手段、例えばギ
ヤ等の組み合わせの場合である。本実施例が適用される
半導体単結晶製造装置は、実施例１の図１に示す装置１
０と基本的には同様な構成であり、図１と異なる回転手
段部の模式的正面図を図３に、図３におけるＺ視を図４
に示す。釣支手段１と原料棒４との間に備えられる回転
手段３０は、水平的に回動可能な回転用ギヤ４４と、釣
支手段１の昇降に対応してガイドレール３２を昇降方向
に転動可能な駆動用ギヤ３５と、連結部材とからなる。
本実施例では、回転用ギヤ４４としてかさ歯車、駆動用
ギヤ３５として平歯車を使用している。

【００１９】連結部材の主要部となる４枚の平面板から
構成される連結箱３３は、ガイドローラ５１、５２（５
１の背後）を固設するローラシャフト３４、３７と、伝
達用ギヤ４３と駆動用ギヤ３５とを固設する駆動シャフ
ト３６とをそれぞれ回動自在に取り付けている。また、
ローラシャフト３４、３７及び駆動シャフト３６の両端
部にそれぞれ取り付けられる摺動固定部材４５、４７及
び４６は、連結箱３３の穴と回動可能であると共に、各
シャフトの軸方向の移動を防止している。さらに、伝達
用ギヤ４３と回動可能に当接する回転用ギヤ４４は回転
シャフト４２に固設され、この回転シャフト４２の上端
側は、球面継ぎ手部４２ａを介して釣支手段１により昇
降する吊り部材４１と回動自在に取り付けられる。回転
シャフト４２の下端側は、原料棒支持部材３を介して原
料棒４を吊り下げると共に、回転シャフト４２は、連結
箱３３の穴の外側に摺動固定部材４２ｂ、４２ｃを備
え、連結箱３３に対して、回動可能で、かつ、昇降方向
に固定されている。また、ガイドレール３２は、駆動用
ギヤ３５を転動させる面には平歯車を形成すると共に、
裏面にはガイドローラ５１、５２を転動させる帯状凸部
を形成し、長手方向の両端部が取り付け部材３１、３８
を介してチャンバ７（図１参照）に固定されている。

【００２０】かかる構成により、単結晶引き上げ時に
は、原料融液１６（図１参照）を補給すべく原料棒４は
加熱されて融解し、原料棒４先端部分の融解に伴い原料
棒４は短くなるが、原料棒４の先端位置が所定位置とな
るように、釣支手段１により吊り部材４１が矢印５５方
向に吊り下ろされる。これにより、重量物の原料棒４を
吊り下ろしている回転シャフト４２と連結箱３３とが下
降し、さらに駆動用ギヤ３５は、ローラシャフト３４、
３７と共に挟持するガイドレール３２を矢印５６方向に
回転しつつ下降する。この回転が、伝達用ギヤ４３を介
して回転用ギヤ４４に伝達されるが、回転シャフト４２
と吊り部材４１とは回動自在であり、回転用ギヤ４４が
回転して、原料棒４が矢印５７の水平方向に回転する。
これにより、実施例１と同様に、原料棒４は均一に加熱
され、融解する液滴も一定量となり、連続的に安定した
単結晶育成が可能となる。なお、本実施例ではかさ歯
車、平歯車及び平歯車付ガイドレールを主構成とする回
転手段に付いて説明したが、これに限定されるものでは
なく、各種の歯車構成が適用される。

【００２１】以上本発明に係わる実施例を詳述したが、
本発明の連続チャージ引上げ法の原料供給装置は、シリ
コン単結晶半導体、化合物半導体等の半導体単結晶製造
装置、セラミック系超伝導材料引上げ等に適用される。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、釣支手段と棒状の原料多結晶
である原料棒との間に、原料棒を水平的に回転する回転
手段、例えば、原料棒の融解に伴う重量軽減により縒り
が戻ることで回転する縒り線式ワイヤ、原料棒の重量軽
減に伴い昇降方向に収縮してらせん状溝付きの円柱を回
転させる回転部、並びに、回転用ギヤ、駆動用ギヤと連
結部材からなる回転手段等を備える連続チャージ引上げ
法の原料供給装置であるので、簡便な手段で原料棒を水
平的に回転させ、均一な原料棒の融解を可能とし、しか
も、原料融液表面との距離を安定させて液滴の飛び跳ね
を防止し、さらに、この液滴付着による原料供給口が塞
がれることも防止し、連続的に安定した良好な単結晶引
上げが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係る連続チャージ引上げ法による半
導体単結晶製造装置の模式的断面図である。

【図２】実施例２に係る回転手段部の模式的断面図であ
る。

【図３】実施例３に係る回転手段部の模式的断面図であ
る。

【図４】図３におけるＺ視の図である。

【符号の説明】

１、１１ 釣支手段、２ 縒り線式ワイヤ、２ａ 縒り
線部、２ｂ 非縒り線部、４、１２ 原料棒、５、１３
原料溶解ヒータ、７ チャンバ、１４ 単結晶、１５
るつぼ、１６ 原料融液、２０、３０ 回転手段、２
１ 保持部、２２ 弾性部材、２３ 円柱、３２ ガイ
ドレール、３３ 連結箱、３５ 駆動用ギヤ、４３ 伝
達用ギヤ、４４ 回転用ギヤ、５１、５２ ガイドロー
ラ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャンバ上部に昇降機能を有する釣支手
   段と、原料融液を貯留するるつぼの上方の原料融解ヒー
   タと、前記釣支手段に釣支されると共に前記原料融解ヒ
   ータにより加熱される棒状の原料多結晶とを備える連続
   チャージ引上げ法の原料供給装置において、前記釣支手
   段と前記棒状の原料多結晶との間に、前記棒状の原料多
   結晶の融解に伴う重量軽減により、前記棒状の原料多結
   晶を水平的に回転させる回転手段を備えることを特徴と
   する連続チャージ引上げ法の原料供給装置。
2. 【請求項２】 前記回転手段は、前記重量軽減に伴い縒
   りが戻り、前記縒りの戻りにて前記棒状の原料多結晶を
   回転させる縒り線式ワイヤであることを特徴とする請求
   項１記載の連続チャージ引上げ法の原料供給装置。
3. 【請求項３】 前記回転手段は、前記重量軽減に伴い昇
   降方向に収縮する弾性部材と、前記弾性部材の伸縮によ
   り水平的に回転して前記棒状の原料多結晶を回転させる
   回転部とを備えることを特徴とする請求項１記載の連続
   チャージ引上げ法の原料供給装置。
4. 【請求項４】 前記回転部は、外周にらせん状の溝を形
   成する円柱と、前記円柱の外方向に設けられ、かつ、前
   記らせん状溝に係合する凸部を円状内面に形成する保持
   部と、前記円柱と前記保持部との間に設けられ、かつ、
   前記円柱の回転を可能とする回動自在部とを備えること
   を特徴とする請求項３記載の連続チャージ引上げ法の原
   料供給装置。
5. 【請求項５】 チャンバ上部に昇降機能を有する釣支手
   段と、原料融液を貯留するるつぼの上方の原料融解ヒー
   タと、前記釣支手段に釣支されると共に前記原料融解ヒ
   ータにより加熱される棒状の原料多結晶とを備える連続
   チャージ引上げ法の原料供給装置において、前記チャン
   バに固定されるガイドレールと、前記棒状原料多結晶の
   融解に対応する前記釣支手段による下降により、前記ガ
   イドレールを転動しつつ前記棒状原料多結晶を水平的に
   回転させる回転手段とを備えることを特徴とする連続チ
   ャージ引上げ法の原料供給装置。
6. 【請求項６】 前記回転手段は、前記棒状の原料多結晶
   を水平的に回転する回転用ギヤと、ガイドレールを昇降
   方向に転動可能な駆動用ギヤと、前記回転用ギヤと前記
   駆動用ギヤとを回動可能に当接させる連結部材とを備え
   ることを特徴とする請求項５記載の連続チャージ引上げ
   法の原料供給装置。