JPH0519087B2

JPH0519087B2 -

Info

Publication number: JPH0519087B2
Application number: JP62204843A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Katsuoka; Koji Mizuishi; Yoshihiro Hirano; Kenichi Sato; Seiichiro Ootsuka
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1987-08-18
Filing date: 1987-08-18
Publication date: 1993-03-15
Also published as: US4916955A; EP0303977A3; DE3881606T2; DE3881606D1; EP0303977B1; JPS6447914A; EP0303977A2

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（CZ法）によ
り育成され引き上げられる単結晶棒の荷重を、ス
トレインゲージを用いて測定する結晶棒引上荷重
測定装置に関する。

［従来の技術］ CZ法を用いた単結晶製造装置では、結晶重量
の増分から、結晶棒の融液との界面における断面
積又は直径を求めて、結晶径の自動制御を行つた
り、また、結晶重量から融液面の位置を算出し、
坩堝を上下動させヒータに対する融液面の位置を
制御したりする。

このような制御において、結晶棒引上荷重測定
装置が用いられる。この結晶棒引上荷重測定装置
には、ロードセルを使用したものがある。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、ワイヤロープにより引き上げられる単
結晶棒の荷重を、電気抵抗線ひずみ計を用いたロ
ードセルで支持して検出すると、検出値に大きな
連続的波状ノイズが含まれ、測定誤差が大きくな
るため実用化できなかつた。このため、従来で
は、ロードセルは、引上棒により単結晶棒を引き
上げる単結晶製造装置にしか用いられなかつた。
電気抵抗線ひずみ計以外のストレインゲージを用
いた場合も同様である。

この引上棒を用いると、引上棒が上下方向へ数
ｍ移動するので、装置が大型になるという欠点が
ある。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、ワイヤロ
ープにより引き上げられる単結晶棒の荷重をスト
レインゲージを用いて精度よく測定することが可
能な結晶棒引上荷重測定装置を提供することにあ
る。

［問題点を解決するための手段］本発明は、モータで回転される巻胴にワイヤロ
ープの基端側が巻回され、該巻胴から引き出され
た該ワイヤロープがガイドプーリーのガイド溝に
巻き掛けられた後垂下し、垂下した該ワイヤロー
プの先端部にホルダが接続され、該ホルダに種結
晶が保持され、チヨクラルスキー法に基づいて該
ワイヤロープを引き上げることにより該種結晶に
連続して育成される単結晶棒の荷重を、該ガイド
プーリーを介しストレインゲージで受けて測定す
る結晶棒引上荷重測定装置であつて、該ガイドプ
ーリーのガイド溝の横断面の一部形状を、該ワイ
ヤロープに外接する円の半円に略等しくしたこと
を特徴としている。

［実施例］図面に基づいて本発明の実施例を説明する。第
１図は結晶棒支持回転部の平面図であり、第２図
は第１図の−線一部断面図である。

基板１０には、支柱１２，１４，１６が互いに
中心角120゜をなして立設されている。支柱１２，
１４は同一高さであり、これらの上端面には皿状
の凹部１８，１９が形成されている。支柱１６の
高さは支柱１２，１４よりも少し低い。支柱１６
の上端面にはストレインゲージの一種である電気
抵抗線ひずみ計を用いたロードセル２０が固着さ
れており、ロードセル２０の上端面は支柱１２，
１４の上端面と同一高さになつている。このロー
ドセル２０の上端面にも、荷重を受ける凹部２１
が形成されている。

一方、天板２２の下面各角部には、同一形状の
脚２４，２６，２８が立設されており、その各先
端がそれぞれ、凹部１８，１９，２１の中央に載
置されている。

天板２２には、一つの頂点と重心とを通る線の
方向を長手方向とする開口３０が刳り貫かれてい
る。この開口３０の長辺に沿つて、天板２２の下
面にブラケツト３２，３３が突設され、ブラケツ
ト３２，３３にガイドプーリー３４が軸支されて
いる。

基板１０上には、図示しないモータによつて回
転駆動される巻胴３６が固設されている。この巻
胴３６の外周面には図示しない螺旋溝が刻設され
ており、この螺旋溝に沿つてワイヤロープ３８が
巻回されている。ワイヤロープ３８は、巻胴３６
から巻き出され、ガイドプーリー３４の外周面に
刻設されたガイド溝４０に巻き掛けられた後、垂
下され、基板１０の中心に固着されたガイドブシ
ユ４２に挿通されている。

このワイヤロープ３８の下端には、ホルダ４４
を介して種結晶４６が保持されており、種結晶４
６が図示しない下方の原料融液に浸けられた後、
引き上げられて結晶棒４８が製造される。

巻胴３６は、回転駆動されるとともに、周知の
構成によりその軸方向へも駆動され、巻胴３６と
ガイドプーリー３４との間のワイヤロープ３８は
常に鉛直方向になつている。また、結晶育成中に
おいては、基板１０は、その中心の回りに回転さ
れ、これによつて、結晶棒４８がその軸を中心と
して回転される。

次に、ガイド溝４０及びこれに嵌入されるワイ
ヤロープ３８について詳説する。

第３〜６図において、ワイヤロープ３８は４本
のストランドａ，ｂ，ｃ，ｄから構成されてお
り、各スランドａ，ｂ，ｃ，ｄは図示しないＮ本
のストランドにより構成され、さらに各ストラン
ドは図示しないＭ本の素線により構成されてい
る。以下、このようなワイヤロープ３８を４×Ｎ
×Ｍのワイヤロープと称す。

従来では、第５図及び第６図に示す如く、横断
面半円形のガイド溝４０Ａにワイヤロープ３８が
嵌入されていた。ガイド溝４０Ａの直径Ａは、結
晶棒４８の回転中に垂下しているワイヤロープ３
８が揺れてガイド溝４０Ａの縁に当たらないよう
にするため、ワイヤロープ３８に外接する外接円
５０の直径Ｄよりも充分大きい。例えば、Ｄ＝
1.8mmに対し、Ａ＝2.4mmであつた。このようなガ
イド溝４０Ａが刻設されたガイドプーリー３４を
用いて、ロードセル２０の出力値をチヤート紙に
記録すると、第７図に示すような結果が得られ
た。

ところが、第３図及び第４図に示すような形状
のガイド溝４０が刻設されたガイドプーリー３４
を用いてロードセル２０の出力値をチヤート紙に
記録すると、第８図に示すような結果が得られ
た。

ここで、第７〜８図では、４×７×19のワイヤ
ロープ３８が用いられた。また、ワイヤロープ３
８の引き上げ速度は１mm／minである。さらに、
第７〜８図では、基板１０の回転により生ずる短
周期かつ小振幅のノイズが省略されているが、こ
のノイズはローパスフイルターを通すことにより
電気的に除くことができるので問題はない。

第７図と第８図を比較すると、ガイド溝４０の
横断面形状により連続的波状ノイズの出方が大き
く異なり、ガイド溝４０Ａよりガイド溝４０の方
がノイズが大分小さいことが分かる。

第３図及び第４図に示すガイド溝４０の横断面
形状PQRSTのうち、底部のQRSは半円であり、
その直径は外接円５０の直径Ｄと略同一である。
このため、ワイヤロープ３８が、基板１０の回転
に伴いこの回転に遅れた後不連続的にその中心Ｃ
の回りに急回転しても、中心Ｃとガイド溝４０の
中央底点Ｒとの間の距離は略一定である。これに
対し、第６図及び第７図に示す場合では、ワイヤ
ロープ３８がその中心Ｃの回りに回転すると、中
心Ｃと中央点Ｒの距離が最大Δ変化し、結晶棒４
８が僅かであるが急降下する。

また、結晶棒４８の偏心回転によりワイヤロー
プ３８が揺れたり、ワイヤロープ３８の回転速度
が乱れりするため、ガイド溝４０Ａの場合には、
ワイヤロープ３８の中心Ｃがガイド溝４０Ａの横
断面対称軸（中央底点Ｒを通る軸）上から一時的
にずれ、その後静止摩擦力に打ち勝つて不連続的
に該対称軸上にに戻つたりする。しかし、ガイド
溝４０の場合にはこのようなことがない。

本発明者は、各種実験により、上記Δ及びワイ
ヤロープ３８のずれが連続的波状ノイズの原因に
なつていることを発見した。

ガイド溝４０の側面上部であるPQ及びSTは、
直線QSに垂直な線に対し開口幅が広くなる方向
へθ゜傾斜している。このθの値は、例えば7.5で
ある。また、Ｐ，Ｔより上側はアールがつけられ
ている。したがつて、このアール部分を含めたガ
イド溝４０の開口幅は、ガイド溝４０Ａの開口幅
Ａに略等しくなつている。ガイド溝４０の深さ
は、角θの値に応じて決定される。

次に、ガイド溝４０が刻設されたガイドプーリ
ー３４及び19×19×１のワイヤロープ３８を用い
てロードセル２０の出力値をチヤートに記録した
ところ、第９図に示す如く、連続的波状ノイズが
極めて小さくなつた。

以上のことから、ガイド溝４０の一部を外接円
５０の半円に略一致させると連続的波状ノイズが
小さくなり、さらにストランドの本数を多くして
ワイヤロープ３８の包絡線を円形に近付ける程連
続的波状ノイズが小さくなることがわかる。

しかし、上記19×19×１のワイヤロープのよう
にストランドの本数が多いと、結晶棒４８を回転
させながら、すなわちワイヤロープを回転させな
ら引き上げるという特珠な使用条件の下では、使
用中にワイヤロープの縒が戻つて円滑な結晶棒４
８の回転が困難になるので、ストランドの本数に
は、ワイヤロープの回転速度及び結晶棒４８の最
大重量に応じた限度がある。

なお、上記実施例ではガイドプーリー３４を用
いた場合を説明したが、本発明はこれを用いず
に、巻胴３６から直接ワイヤロープ３８を巻き出
して垂下させてもよい。この場合には、請求の範
囲に記載されたガイド溝は、巻胴３６の外周面に
刻設された螺旋溝である。

また、上記実施例では天板２２を３点で支持し
た場合を説明したが、円筒状の部材により１面で
支持しても、または４点以上で支持してもよい。
しかし、力学的な安定性及び機械的精度上、３点
支持が好ましい。

また、上記実施例では天板２２の３点の支持点
の内、１点をロードセルで支持した場合を説明し
たが、多点をロードセルで支持してもよい。この
場合、引き上げ荷重が各々のロードセルに分散さ
れるので、１点の場合よりも測定精度が向上す
る。

さらに、上記実施例ではストレインゲージの一
種である電気抵抗線ひずみ計を用いた場合を説明
したが、本発明は、光学式、電気容量式または磁
歪式等のストレインゲージを用いてもよい。

また、引き上げられる単結晶棒はCZ法により
育成されるものであればよく、本発明はシリコン
半導体製造装置、化合物半導体製造装置のみなら
ず、あらゆる単結晶棒の製造装置に適用すること
ができる。

［発明の効果］本発明に係る結晶棒引上荷重測定装置では、垂
下するワイヤロープの基端側が巻き掛けられるガ
イドプーリーのガイド溝の横断面の一部形状を、
該ワイヤロープに外接する円の半円に略等しくし
ているので、ワイヤロープの回転角によらずワイ
ヤロープの横断面中心の位置が略一定になり、ワ
イヤロープにより引き上げられる単結晶棒の荷重
を、ストレインゲージを用いて精度よく測定する
ことができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜４，８及び９図は本発明の実施例に係
り、第１図はロードセルを備えた結晶棒支持回転
部の平面図、第２図は第１図の−線一部断面
図、第３図及び第４図はガイドプーリー３４の外
周面に刻設されたワイヤロープ３８が嵌入された
ガイド溝４０の横断面拡大図、第８図及び第９図
は時間に対するロードセル２０の検出値の線図で
ある。第５〜７図は従来例に係り、第５図及び第
６図はガイドプーリー３４の外周面に刻設されワ
イヤロープ３８が嵌入されたガイド溝４０Ａの横
断面拡大図、第７図は時間に対するロードセル２
０の検出値の線図である。２０……ロードセル、３４……ガイドプーリ
ー、３６……巻胴、３８……ワイヤロープ、４０
……ガイド溝、４２……ガイドブシユ、４４……
ホルダ、４６……種結晶、４８……結晶棒、５０
……外接円、ａ〜ｄ……ストランド。

Claims

【特許請求の範囲】１モータで回転される巻胴にワイヤロープの基
端側が巻回され、該巻胴から引き出された該ワイ
ヤロープがガイドプーリーのガイド溝に巻き掛け
られた後垂下し、垂下した該ワイヤロープの先端
部にホルダが接続され、該ホルダに種結晶が保持
され、チヨクラルスキー法に基づいて該ワイヤロ
ープを引き上げることにより該種結晶に連続して
育成される単結晶棒の荷重を、該ガイドプーリー
を介しストレインゲージで受けて測定する結晶棒
引上荷重測定装置であつて、該ガイドプーリーのガイド溝の横断面の一部形
状を、該ワイヤロープに外接する円の半円に略等
しくしたことを特徴とする結晶棒引上荷重測定装
置。