JPH10185545A - 石英ルツボの形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークを持ち運び移動することなく、一度測
定のベース上にセットすれば後は自動的にワークの形状
（外径、重量等）を測定する測定装置を提供する。 【解決手段】 ワークＡを載承保持するベース３に対し
て、ワークを跨ぐ間隔をおいてセンサー802 を対向配置
した測定ユニット８を、上下動且つ水平移動自在として
ワークの高さ，外径を測定し、更に前記ベース３の下方
に台秤11を設置して該ベースを下降させることで台秤11
のワーク受け12にワークＡを載せ換え、ワークの重量を
測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明はＣＺ単結晶シリコン
を製造するＣＺ法（チョクラルスキ法、又は引き上げ
法）で使用する石英ルツボの形状（外径、高さ、重量）
を測定する測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＺ法は多結晶を石英（ＳｉＯ₂ ）のル
ツボの中で、コントロール用活性不純物と共に熔融し、
種結晶棒で徐々に引き上げてＣＺ単結晶シリコンを製造
する。ところで、多結晶を溶かす石英のルツボから微量
の酸素が単結晶の中に入り込んでくる。この単結晶中の
酸素濃度は、ＩＣを製造する上できわめて重要な働きを
している。従って、ＣＺ単結晶の製造工程では、この酸
素濃度やＰ型・Ｎ型と呼ばれる導通型、電気抵抗率が厳
重に、しかもきめ細かくコントロールされ、結晶欠陥の
ない高純度な単結晶シリコンが製造される。

【０００３】その為、上記ＣＺ法に使用される石英ルツ
ボは成形された後、該ルツボの外径、高さ、重量及び肉
厚が測定され、その測定値が前記単結晶の製造過程にお
いて管理され、それにより製造される単結晶中の酸素濃
度等を管理するようにしている。そこで、上記単結晶の
製造を管理する上で必要となる石英ルツボの形状測定で
あるが、従来外径、高さ及び肉厚の測定は巻尺を用いて
手作業で行い、又、石英ルツボの重量は秤に載せて計測
しているのが実状である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、従来は石英ル
ツボの形状を測定するのに手数を要すると共に、得られ
る測定値は巻尺使用の為精度が低く、又、外径測定から
重量測定には石英ルツボを移動しなければならず、測定
作業に時間が掛かるといった問題点を有している。又、
最近はウエーハの口径が大きくなるに伴い、その元とな
る単結晶シリコンを製造する石英ルツボも大きく、且つ
重くなり、それら大型で重量が大なルツボを手作業で取
り扱って上記の形状測定を行うことは重労働で非常に大
変な作業である。

【０００５】本発明は、上記した従来の技術が有する問
題点に鑑みてなされたもので、ワーク（石英ルツボ）を
持ち運び移動することなく、一度測定のベース上にセッ
トすれば、後は自動的にワークの形状（外径、高さ、重
量）を測定することが出来る形状測定装置を提供するこ
とを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明が講じた技術的手段は、台板上面と所定の間隔
をおいてワークを載承保持するベースを上下動自在に取
り付けると共に、そのベース側近に位置させて支柱を鉛
直に起立取り付け、その支柱に、水平旋回手段を備えた
支持部材を上下案内手段を介して上下動自在に支持す
る。そして、その支持部材には、該支持部材の長手方向
にそって水平移動手段が取り付けられ、その水平移動手
段の可動部材に、ワークを跨ぐ間隔をおいてセンサーを
対向配置した測定ユニットを垂下取り付ける。更に、前
記台板の上面には台秤を載置し、その台秤のワーク受け
は上死点に位置するベースよりも下方に位置させ、ベー
スを下降させることでベース上に支持したワークを台秤
のワーク受けで受け取り支持するように構成したことを
特徴とする。

【０００７】上記ベースを上下させる手段としては、エ
アーシリンダ又は油圧シリンダが使用され、そのベース
には台秤のワーク受けが貫通突出する通孔が開設され、
ベースを下降させてワーク受けより下側に位置させる事
が出来るように構成されている。そして、前記ベースの
上面にはワーク載せ部が放射状に配置されると共に、そ
のワーク載せ部の上面に位置決め用突起が径方向に所定
間隔をおいて設けられている。上記ベース上に載置した
ワーク（石英ルツボ）の外径を測定する測定ユニット
は、門型をした枠体と、その枠体の対峙した垂直部にレ
ーザー式の光電センサーが複数個上下移動可能に取り付
けられて構成され、その測定ユニットは水平移動手段で
該測定ユニットを支持する支持部材の長手方向へ水平移
動される。上記水平移動手段は、ボールネジ機構及び直
線案内機構等によって構成されている。

【０００８】又、前記支持部材を支柱に沿って上下動さ
せる上下案内手段は、ボールネジ機構と直線案内手段に
よって構成される。上記の構成により、ワークをベース
上にセットし、次に測定ユニットを取り付けた支持部材
を、上下案内手段の作動によって下降させ、測定を開始
する。測定ユニットが下降する時、センサーはワークの
センターの位置にあり、最下部のセンサーがワークの底
面の頂部を検出した時のセンサーの位置からワークの高
さを測定する。そして、測定ユニットは下降を完了した
後ベースより外れた一方側の待機位置へ移動し、その位
置から外径の測定の為に反対側に向かって移動を開始す
る。この時、測定ユニットの複数個のセンサーを用いて
複数箇所のワークの外径を測定する。外径測定の原理
は、測定ユニットを一方から他方へ一定の速度で移動さ
せ、ベースにセットされたワークで測定ユニットに取り
付けられたセンサーが遮断された時の測定ユニットの位
置をリニアセンサーで読み取ることにより外径を測定す
る。次に、測定ユニットを支持した支持部材を水平旋回
手段によって９０゜回転し、その状態で前記したと同じ
ように測定ユニットを一方から他方へ移動させてワーク
の外径を測定する。以上の測定を終了したら、測定ユニ
ットは上下案内手段によって上方の待機位置へ移動させ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面に基づいて説明する。図１は本測定装置全体を示
す正面図で、図中、１は台板で、この台板１の上面に架
台101 が載置固定されると共に、その架台101 の上面に
ガイドポスト２が中心から等距離の位置に対角線状に起
立固定され、そのガイドポスト２に平面形状が円形をし
たベース３が上下動可能に支持され、且つそのベース３
は架台101 に取り付けたエアーシリンダ４のロッド401
に取り付けられ、エアーシリンダ４の作動でベース３は
上下動自在に構成されている。

【００１０】上記ベース３はワーク（石英ルツボ）Ａを
載承支持するもので、円板の上面にはワーク載せ部301
が放射状（十字状）に取り付けられ、そのワーク載せ部
301の上面に位置決め用突起302 が径方向に所定間隔を
置いて取り付けられている。この位置決め用突起302 に
よりワークＡはその中心をベース３の中心に合わせて正
確にセットすることが出来る。

【００１１】又、前記台板１の上面には前記したベース
３の側近に位置させて支柱５が鉛直に起立固定され、そ
の支柱５の前面（ベース３と対向する面）に水平旋回手
段10を備えた支持部材７が上下案内手段６を介して上下
動自在に支持され、その支持部材７に測定ユニット８が
水平移動手段９を介して取り付けられている。

【００１２】支柱５に装備される上下案内手段６は、支
柱５に沿って鉛直に架設されたボールネジ601 と、その
ボールネジ601 を駆動回転するサーボモータ602 と、前
記ボールネジ601 の左右両側に位置させて鉛直に取り付
けた直線ガイド（ＬＭガイド）603 と、前記ボールネジ
601 と螺合し直線ガイド（ＬＭガイド）603 と係合する
側面略逆Ｌ字形の可動体604 とで構成され、ボールネジ
601 とサーボモータ602 の回転軸はカップリング605 で
連結されている。それにより、サーボモータ602 を駆動
回転させるとボールネジ601 は回転され、ボールネジ60
1 と螺合する可動体604 は直線ガイド（ＬＭガイド）60
3 に沿って上下方向に案内される。

【００１３】上記可動体604 は前記したベース３の中心
に向けて前方に張り出し突出され、その可動体604 の先
部に水平旋回手段10を介して支持部材７が垂下取り付け
られ、その支持部材７に水平移動手段９を介してワーク
Ａの高さ及び外径を測定する測定ユニット８が支持部材
７の長手方向に沿って水平移動可能に取り付けられてい
る。支持部材７は長尺の平板にして前記可動体604 の先
部に水平旋回手段10を構成するロータリーアクチュエー
タで９０゜旋回するように構成され、その支持部材７の
下側に水平移動手段９が取り付けられている。

【００１４】水平移動手段９は、前記した支持部材７の
長手方向の両側に設けた軸受け701に亘って定位置回転
可能に架設したボールネジ901 と、そのボールネジ901
を駆動回転するサーボモータ902 と、前記ボールネジ90
1 に螺合する可動体903 と、その可動体903 を支持部材
７に沿って直線的に案内する直線ガイド（ＬＭガイド）
904 とで構成され、前記ボールネジ901 とサーボモータ
902 の回転軸はカップリング905 で連結されている。

【００１５】上記可動体903 に垂下取り付けられる測定
ユニット８は、ワークＡを跨ぐ幅を有する門型の枠体80
1 と、その枠体801 の相対峙した垂直部に対向して取り
付けた複数個のレーザー式の光電センサー802 とで構成
され、その光電センサー802は垂直部に上下移動可能に
取り付けられている。

【００１６】更に、前記した台板１の上面にはデジタル
台秤11が載置固定され、その台秤11のワーク受け12は支
持脚13を介して前記したベース３の最上位と最下位の間
に水平に配置され、且つそのワーク受け12は前記したベ
ース３のワーク載せ部301 の間に配置されると共に、ベ
ース３を下降させた時ワーク受け12をベース３より上方
に突出させる通孔14がベース３に開設されている。それ
により、ワークＡを載承支持したベース３をエアーシリ
ンダ４を作動させて下げると、ベース３は通孔14により
台秤11のワーク受け12を超えて該ワーク受け12より下側
に下がり、ベース３上のワークＡは台秤11のワーク受け
12に乗り移り、ワークＡの重量が測定される。尚、台秤
11のワーク受け12はベース３のワーク載せ部301 の間に
配置する関係で４個としたが、前記したベース３のワー
ク載せ部301 を、円周を三等分する３個とし、そのワー
ク載せ部の間に位置させてワーク受け12を３個設けるよ
うにしても勿論よいものである。

【００１７】次に、ワークＡの測定動作について説明す
る。 先ず、ワークＡをベース３上にセツトする前に測定
ユニット８を上下案内手段６を操作して上方に待機さ
せ、その後にワークＡをベース３のワーク載せ部301 に
載置セットする。 上下案内手段６を作動させて測定ユニット８を垂下
支持した支持部材７を下降させて測定を開始する。 支持部材７が下降する時、測定ユニット８はワーク
Ａの中心線上に位置しており、それにより測定ユニット
８の最下部のレーザー式の光電センサー802 が、ワーク
Ａの底面の頂部を検出した時の該センサーの位置からワ
ークＡの高さを測定する。 測定ユニット８を支持した支持部材７が下降を完了
すると、測定ユニット８は支持部材７の一方端（図１で
右端）の待機位置に移動し、その位置から支持部材７の
反対側に向かって水平移動手段９の作動により測定ユニ
ット８が移動を開始し、ワークＡの外径を測定する。外
径の測定は、レーザー式の光電センサー802 を備えた測
定ユニット８が一定の速度で移動し、ベース３上にセッ
トされたワークＡによって前記光電センサー802 が遮ら
れた時の測定ユニット８の位置をリニアセンサーで読み
取ることにより、外径の測定を行うことが出来る。 この時、測定ユニット８は複数個の光電センサー80
2 を備えている為、ワークＡにおける複数箇所の外径が
測定される。 次に測定ユニット８を支持した支持部材７を９０゜
回転させて（図２の二点鎖線（イ）の位置）、と同様
にワークＡの外径を測定する。 外径の測定が終了したら、測定ユニット８を支持部
材７の待機位置に移動させる。 次に、ベース３を支持するエアーシリンダ４を作動
させてベース３を下降させ、ワークＡを台秤11にセット
されているワーク受け12の上に降ろし、重量を測定す
る。 重量の測定が終了したらエアーシリンダ４を作動さ
せてベース３を上昇させ、ワークＡを台秤のワーク受け
12から浮かせてベース３上に乗り移す。そして、ワーク
Ａをベース３から取り外して測定を完了する。

【００１８】

【発明の効果】本発明の石英ルツボの形状測定装置は請
求項１に記載の構成により、石英ルツボをベース上にセ
ットするだけで、石英ルツボの高さ、外径、及び重量を
自動的に測定することが出来る。しかも、高さ及び外径
の測定はセンサーで測定する為、高精度の測定値を迅速
に得ることが出来る。従って、最近の大口径ウエーハの
製造に伴い石英ルツボも大型化するが、前記装置により
高精度の測定を容易に行うことができる。更に、請求項
２に記載の構成により、石英ルツボの複数箇所の外径を
測定できる為、外形をより正確に捉えることが出来る。
又、請求項３に記載の構成により、上記した外径の測定
をニ方向から行うことが出来る為、高精度の測定値を得
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る形状測定装置の実施の形態の一例
を示す正面図である。

【図２】図１の側面図である。

【図３】（ａ）は図１の（３）−（３）線に沿える横断
面図、（ｂ）は（ａ）の状態から支持部材を９０゜回転
した状態を示す同横断面図である。

【図４】ベースを下降させてワークを台秤のワーク受け
で支持し、重量を測定する状態を示す側面図である。

【符号の説明】

１…台板 ３…ベース ４…エアーシリンダ ５…支柱 ６…上下案内手段 ７…支持部材 ８…測定ユニット ９…水平移動手段 10…水平旋回手段 11…台秤 12…ワーク受け

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 台板上面に、ワークを載承保持するベー
   スを上下動自在に取り付けると共に、そのベース側近に
   位置させて支柱を鉛直に起立取り付け、その支柱に、水
   平旋回手段を備えた支持部材を上下案内手段を介して上
   下動自在に支持し、その支持部材に、ワークを跨ぐ間隔
   をおいてセンサーを対向配置した測定ユニットを水平移
   動手段を介して取り付け、更に前記台板上面には台秤を
   載置すると共に、前記ベースの下降により台秤のワーク
   受けに載承保持されるようにした石英ルツボの形状測定
   装置。
2. 【請求項２】 上記測定ユニットが門型をした枠体と、
   その枠体の対峙した垂直部に上下移動可能に取り付けた
   複数個のセンサーとで構成されている請求項1 記載の石
   英ルツボの形状測定装置。
3. 【請求項３】 上記支持部材に装備された水平旋回手段
   は、支持部材と水平移動手段と測定ユニットを一体化し
   て９０゜旋回させる請求項１又は２記載の石英ルツボの
   形状測定装置。