JPH0479997B2

JPH0479997B2 -

Info

Publication number: JPH0479997B2
Application number: JP61010261A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Hiraishi; Takashi Tobinaga
Original assignee: Komatsu Electronic Metals Co Ltd
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 1986-01-22
Filing date: 1986-01-22
Publication date: 1992-12-17
Also published as: JPS62171987A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明は、チヨクラルスキー法（以下CZ法と
いう）における成長単結晶の重量式直径制御装置
の改良に関り、特に、単結晶を吊り下げ引張力を
測定するロードセルへの伝達部、いわゆるフオー
スバーの支持装置に関するものである。［従来の技術］ CZ法単結晶の直径制御方式のひとつとして重
量式制御がある。これは、成長中の結晶重量を測定してモデル結
晶重量と比較し、その偏差の大きさにより結晶成
長炉内の温度及び結晶引上げ速度を変化させて、
結晶直径をモデル結晶の直径に近似させるように
制御するものである。この方式において成長中の結晶重量を測定する
ために、成長単結晶を引上げるキヤリツジに固定
されたロードセルを使用するが、このロードセル
の検出端と、種結晶を保持するシードチヤツク間
に設けられて、結晶重量による引張力をロードセ
ルに伝達する棒状の剛体を一般にフオースバーと
称する。通常、結晶は回転しながら成長するが、この回
転運動を付与するためロードセル、シードチヤツ
ク及びフオースバーは共に同一の回転軸上で回転
させる必要がある。また、フオースバーが成長結晶重量を正確にロ
ードセルに伝達するためには、ロードセル検出端
から吊り下げられた状態で他の固定部分に接触し
て摩擦を生じてはならない。この様な機構において、結晶を回転させた場合
ロードセル検出端を支点として、そこからフオー
スバー、シードチヤツク及び成長中の結晶の重量
で決まる重心位置までの長さを振り子長さとする
単振動の固有振動数が結晶回転数に近づき共振現
象を起こして、成長結晶がその回転に同期した振
幅の大きい歳差運動を始める。その結果、有害な
転位が発生したり、成長時の結晶の曲がりが起き
たりする。この固有振動数は、概略値として

【式】で与えられるが、通常のCZ法単結晶成長炉では、ｌ＝２(m)であるから、ｆ＝
21.1（min^-1）となり、結晶回転数範囲15〜30rpm
に入る。従来このような共振による歳差運動を防ぐた
め、第７図に示すように、フオースバー１とシー
ドチヤツク２の結合部近くに、カラー３と称され
るフオースバー直径よりわずかに大きな内径のリ
ング状の部品を、フオースバー、ロードセル４と
同一軸上で回転するガイドシヤフト５に取付け
て、フオースバーの振幅を機械的に規制してい
た。しかし、このような方法であるとカラーとフオ
ースバーが共振時に接触するため、前述の理由で
摩擦による重量測定の不安定を生じてロードセル
出力にノイズとして現れ、直径制御が却つて不正
確になるおそれがある。また、カラーとガイドシヤフトの結合部は比較
的高温に曝されやすいため、カラーの材質を通常
黒鉛にしなければならないが、フオースバーとカ
ラーが接触すると、カラーの一部が破壊されて原
料融液中に落下して成長中の結晶成長界面に付着
して単結晶化を妨げることも起こる。フオースバーもまた高温下での長期間の使用に
より変形することがある。この場合には、初期調
整時には、わずかにクリアランスを保つてカラー
と接触しないように維持されていたとしても、や
がて共振時以外でも、常に接触を起こしてしまう
ことになる。その結果はまた前記したのと同様で
ある。［発明が解決しようとする問題点］このように、単結晶の振れ防止のために設けた
前記のようなカラーは、フオースバーとの接触と
いうあらたな問題のために、却つて重量制御には
不安定さをもたらす。さらに、接触が起きてカラ
ーが破損すれば、この時落下した破損物は結晶成
長界面に付着して単結晶化を阻害してしまう。当
然のことながら、これによる収率の低下、製造効
率の低下は避けられない。また、従来からある引上げ時の成長単結晶の歳
差運動による結晶曲がりや転位の発生という現象
も収率低下や製造効率の悪化につながる。［問題点を解決するための手段］本発明は、以上のような問題点を解決するため
になされたもので、フオースバーの揺れの幅を強
制的に規制する方法とは異なり、チヨクラルスキー法による単結晶製造装置の単
結晶の重量式直径制御装置において、フオースバーの軸方向には剛性が小さく、直角
方向には剛性が大きくなるごとくフオースバーと
ガイドシヤフトを弾性体で連結するもので、ロードセル検出端から成長結晶重心までを振り
子長さとする単振動の固有振動数を、通常のCZ
法単結晶成長に使用される結晶回転数とは異なら
せることを特徴とする。また、前記弾性体にはスプリング、薄板、ゴム
等を用いることができる。フオースバーとガイド
シヤフト間を直接弾性体で連結してもいいが、一
旦フオースバー又はガイドシヤフトのいずれかに
弾性体保持器を固定し、この弾性体保持器とフオ
ースバー間、あるいは弾性体保持器とガイドシヤ
フト間を弾性体で結ぶ方法もある。さらにガイドシヤフトの上端は通常はロードセ
ル下面に取付けられているが、本発明の実施にお
いては成長単結晶の回転を行なうための回転伝達
用歯車下面に取付けてもいい。［作用］本発明は、フオースバーとガイドシヤフト間の
弾性体の連結形態、さらには弾性体の形状の作用
により、その弾性体のフオースバーの軸方向への
剛性を小さくして、ロードセルの重量検出には影
響をあたえないようにし、直角方向には剛性を大
きくすることで、フオースバーの直角方向への変
位量に比例した復元力を、重力だけの場合より増
加させる。さらにまた、所望のバネ定数を有する
弾性体の作用により、ロードセル検出端を支点と
して、そこからフオースバー、シードチヤツク及
び成長中の結晶の重量で決まる重心位置までの長
さを振り子長さとする単振動の固有振動数を成長
単結晶の回転数と異ならせる。すなわち、たとえば弾性体としてスプリングを
用いた場合、通常ロードセルのフルスパンでの変
位量は20μm以下と考えられるので、バネ定数
20000N／ｍ、長さ30mmのものを用いれば、スプ
リングによる軸方向の引張力は0.4Nとなる。これは、フルスパン重量を50Kgと考えると、
0.1％以下となり、実用的な範囲では直径制御精
度には影響を与えない。このように本発明は、弾性体のバネ定数に起因
する作用及びその取付け形態の作用により、ロー
ドセルの重量検出に影響を与えないようにして、
しかも成長単結晶の歳差運動を防止するのであ
る。［実施例１］第１図は本発明の一実施例を示す弾性体保持器
部分の一部断面拡大図。第２図は本発明の一実施例を示す要部の縦断面
図である。また、第３図には本実施例における弾性体保持
器部分の平面図を示す。第６図は通常のCZ法単結晶製造装置を示し、
第７図には従来CZ法のフオースバー支持装置の
縦断面図を示す。第１図および第２図に示す一実施例において、
成長単結晶６（第６図参照）の引上げを行なうキ
ヤリツジ７上にロードセル４は据えられており、
このキヤリツジを貫通してフオースバー１、ガイ
ドシヤフト５は結晶成長炉内８（第６図参照）中
に伸びている。フオースバー１の先端にはシードチヤツク２が
取付けられており、シード９を掴み結晶を引上げ
る。ガイドシヤフト５とキヤリツジ７間には軸受
１０が設けられている。ロードセル４を含めて本
装置全体は結晶成長炉内にある。ガイドシヤフト５の上端はロードセル下面に固
定され、下端はフオースバー長さの途中まで達し
ている。フオースバー１の、ガイドシヤフト下端
付近の位置には、弾性体保持器１１が取付けら
れ、弾性体保持器とガイドシヤフト５の下端はス
プリング止用のスペーサー２５を介してスプリン
グ１３で連結されている。ロードセル４は回転伝達用歯車１４に軸設され
ていて、成長単結晶６（第６図参照）の回転を行
なう。ガイドシヤフト５、フオースバー１も、し
たがつて同様に回転する。回点数は15〜30rpmで
ある。引上げ単結晶長さ700mm、重量Ｍは25Kg、結晶
長さの１／２の点に重心があると仮定すると、ロ
ードセル検出端１４からの成長単結晶を振子とす
る振子長さｌは２ｍである。またスプリングが取
付けられた位置までのロードセル検出端１５から
の長さｘは2/3ｍで、したがつてｌとの比率ａは
ｌ／ｘ＝３である。３本のスプリングの総合バネ定数ｋは
30000N／ｍである。したがつてスプリングを設
けたことによる前記成長単結晶を振子とした単振
動の固有振動数f′はより、f′＝112（min^-1）となる。結晶回転数は前記のとおり15〜30rpmである。こうして引上げを行なつたところ、回転に伴う
歳差運動及びロードセル出力のノイズは生じなか
つた。また、カラー等を使用していないので融体
中への異物の混入もなく容易に単結晶化した。本実施例においては、第１図ないし第２図に示
した機構を用いたがこれ以外に第４図に示した機
構でも同様の結果が得られた。［実施例２］第５図は本発明の一実施例を示す弾性体保持器
部分の平面図である。ガイドシヤフト５と弾性体保持器内側壁１２間
にはスリツト１６を有した薄板１７が設けられて
いる。実施例１におけるスプリングを薄板に換え
た構造となつている。バネ定数は実施例１同様30000N／ｍである。実施例１と同様の引上げ実験を行なつたとこ
ろ、回転に伴う歳差運動及びロードセル出力のノ
イズは生じなかつた。また、カラー等を使用して
いないので融体中への異物の混入もなく容易に単
結晶化した。［発明の効果］本発明によれば、ガイドシヤフトとフオースバ
ー間にカラーが無いのでフオースバーの振動接触
によりカラー破損物が単結晶成長界面に付着する
問題が生じなくなる。さらに、接触によるロードセル出力へのノイズ
の発生も無くなり、重量式直径制御が正確に行な
える。前記実施例からも分かるように従来法によるも
のであれば、成長単結晶を振子とした単振動の固
有振動数は通常のCZ法による結晶回転数の範囲
に入るため、共振により振幅の大きい歳差運動が
発生し、結晶が曲がつて成長したり転位が発生し
たりするが、本発明によれば、この範囲内に固有
振動数は入らないから以上のような問題は皆無と
なる。この結果、本発明はCZ法単結晶製造において
製品取得率を向上させ、作業の効率化を計るもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す弾性体保持器
部分の一部断面拡大図。第２図は本発明の一実施
例を示す要部の縦断面図。第３図乃至第５図は本
発明の一実施例を示した弾性体保持器部分の横断
面図。第６図は一般のCZ法単結晶製造装置の縦
断面図。第７図は従来CZ法のフオースバー支持
装置の縦断面図。１…フオースバー、２…シードチヤツク、３…
カラー、４…ロードセル、５…ガイドシヤフト、
６…成長単結晶、７…キヤリツジ、８…結晶成長
炉内、９…シード、１０…軸受、１１…弾性体保
持器、１２…スプリング支持棒、１３…スプリン
グ、１４…回転伝達用歯車、１５…ロードセル検
出端、１６…スリツト、１７…薄板、１８…石英
ルツボ、１９…黒鉛ヒーター、２０…黒鉛熱遮蔽
部、２１…上部スプリングマウント、２２…下部
スプリングマウント、２３…反射板、２４…風
防、２５…スペーサー。

Claims

【特許請求の範囲】１チヨクラルスキー法による単結晶製造装置の
の単結晶の重量式直径制御装置において、フオー
スバーの軸方向には剛性が小さく、直角方向には
剛性が大きくなるごとにフオースバーとガイドシ
ヤフトを弾性体で連結したことを特徴とするCZ
単結晶製造装置の直径制御装置。２前記ガイドシヤフトはロードセル本体下面又
はキヤリツジ下面にその一端が固定され、他端は
フオースバーの途中長さ又は下端長さまで達する
特許請求の範囲第１項記載のCZ単結晶製造装置
の直径制御装置。３前記ガイドシヤフトに弾性体保持器を固定
し、該弾性体保持器とフオースバー間を弾性体で
連結した特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
CZ単結晶製造装置の直径制御装置。４前記フオースバーに弾性体保持器を固定し、
該弾性体保持器とガイドシヤフト間を弾性体で連
結した特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
CZ単結晶製造装置の直径制御装置。５前記ガイドシヤフトはフオースバーを中心と
した管状体、又はフオースバーに沿う棒状もしく
は板状体である特許請求の範囲第１項乃至第４項
のいずれか一項に記載のCZ単結晶製造装置の直
径制御装置。６前記弾性体は、ロードセル検出端から成長結
晶重心までを振り子長さとする単振動の固有振動
数を、結晶回転数と異ならしめる作用を有する特
許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか一項に
記載のCZ単結晶製造装置の直径制御装置。７前記弾性体は、ロードセル検出端から成長結
晶重心までを振り子長さとする単振動の固有振動
数を、結晶回転数より高める作用を有する特許請
請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか一項に記
載のCZ単結晶製造装置の直径制御装置。８前記弾性体は、スプリングである特許請求の
範囲第１項乃至第７項のいずれか一項に記載の
CZ単結晶製造装置の直径制御装置。９前記弾性体は、薄板である特許請求の範囲第
１項乃至第７項のいずれか一項に記載のCZ単結
晶製造装置の直径制御装置。