JPH10338598A - 単結晶保持装置及び単結晶保持方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大重量の単結晶の引き上げに当たり、形状、
寸法の再現性の良い部位を保持するとともに、単結晶の
収縮に伴う保持力の低下に対応できるようにする。 【解決手段】 結晶引き上げワイヤに同期して昇降なら
びに回転する単結晶保持装置の２本の保持ロッド１１の
下端に、複数の等辺リンク１４ａを連結してなり、リン
クピン１４ｂの位置を移動させることによって水平面内
で変形可能な多角形リンク体１４を連結する。単結晶９
を取り囲む多角形リンク体１４を所定の位置に設置した
後、保持ロッド１１を水平方向に移動させ、多角形リン
ク体１４を正方形から菱形に変形させて単結晶９の直胴
部を挟み込む。単結晶９が冷却して収縮し、多角形リン
ク体１４の保持力が低下した場合は、保持ロッド１１を
更に移動させて保持力を回復させる。また、多角形リン
ク体１４が単結晶９の稜線に当接しないように種結晶の
装着方向を選択する。

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
晶製造装置に装着され、特に大重量の単結晶の製造に好
適な単結晶保持装置及び単結晶保持方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】単結晶シリコンは一般にＣＺ法を用いて
製造されている。ＣＺ法は、単結晶製造装置内に設置し
た石英るつぼに多結晶シリコンを充填し、石英るつぼの
周囲に設けたヒータによって前記多結晶シリコンを加熱
溶解した上、シードホルダに取り付けた種結晶を融液に
浸漬する。そして、シードホルダ及び石英るつぼを互い
に同方向または逆方向に回転させながらシードホルダを
引き上げて単結晶シリコンを所定の直径及び長さに成長
させる方法である。

【０００３】種結晶には、融液に浸漬したときの熱衝撃
で転位が発生する。この転位を単結晶に伝播させないよ
うにするため、ダッシュネック法を用いて直径数ｍｍ程
度のネック部を種結晶の下方に形成し、転位をネック部
の表面に逃がす。そして、無転位化が確認された後、肩
部を形成して単結晶を所定の直径まで拡大させ、次いで
直胴部形成に移行する。

【０００４】近年、単結晶の直径及び長さの増大に伴っ
てその重量が増大し、ネック部の強度が限界に近づいて
いる。そのため、従来の結晶引き上げ方法ではネック部
が破断するおそれがあり、安全な単結晶育成ができな
い。この対策として、ダッシュネック法によって無転位
化した後の拡径工程において単結晶の直径をいったん絞
り込んでくびれ部を形成し、このくびれ部に保持具を掛
止して単結晶を保持する種々の工夫がなされている。単
結晶重量の大部分を保持具で支えるため、ネック部の破
断が防止され、ネック部が破断した場合でも保持具によ
り単結晶の落下を防止することができる。

【０００５】たとえば特公平５−６５４７７号公報で開
示された単結晶成長装置は、単結晶に形成したくびれ部
に掛止させて前記単結晶を吊り下げる開閉可能なクラン
プアームを備えている。また、特公平７−５１５号公報
で開示された結晶引上装置は、上下動可能な把持ホルダ
の下端に一定の角度で停止する複数の爪を備え、これら
の爪を単結晶のくびれ部に掛止させて前記単結晶を吊り
下げる構成としている。更に、特公平７−１０３０００
号公報で開示された結晶引上装置は、単結晶のくびれ部
に掛止する爪を有し、ワイヤの巻き取りまたは巻き戻し
により開閉する複数の把持レバーと、把持レバーの開き
を防止するリングとを用いて前記単結晶を吊り下げる構
成としている。その他、特開平９−２８９３号公報、特
開平５−２７０９３４号公報等が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単結晶
に形成したくびれ部を各種の保持具で保持する場合、下
記の問題点がある。 （１）くびれ部を形成する場合、結晶引き上げ速度や融
液温度を調整して形状を制御するため、ねらいの形状を
再現性良く形成することが困難で、保持具の掛止具合が
単結晶ごとに異なってしまう。 （２）保持具に機械的な圧力を加えて単結晶を保持する
場合、単結晶の冷却に伴う収縮により保持力が低下し、
単結晶を確実に保持することができなくなるが、この問
題を解決する方策は確立されていない。 （３）一般的に、単結晶の外周面には結晶方位による晶
癖線（稜線）が発生し、この稜線は単結晶の外周面から
突起している。そのため、単結晶を保持する保持具が稜
線に当接して保持力が加えられると、稜線が欠けること
がある。そして、欠落した単結晶の破片が融液に落下す
ると、育成中の単結晶を有転位化させてしまう。また、
前記稜線の欠けた部位が破壊起点となって単結晶が破壊
し、融液に落下することも起こり得る。従って、保持具
と単結晶の稜線とが一致しないように制御する必要があ
るが、この点を明確化した単結晶保持方法は開示されて
いない。

【０００７】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、大重量の単結晶を保持する際に、形状、寸
法の再現性の良い部位を保持し、単結晶の冷却に伴う収
縮による保持力の低下に対応することが可能で、かつ、
保持部位が単結晶の稜線と一致しないように制御するこ
とができる単結晶保持装置及び単結晶保持方法を提供す
ることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る単結晶保持装置は、複数のリンクを連
結してなり、リンクピンの位置を移動させることにより
水平面内で変形可能な多角形リンク体と、単結晶を挟持
するために多角形リンク体を変形させる手段と、多角形
リンク体を結晶引き上げワイヤと同期して回転及び昇降
させる手段と、結晶引き上げワイヤに加わる荷重を検出
する引き上げワイヤ用ロードセルと、結晶引き上げワイ
ヤに加わる荷重と多角形リンク体に加わる荷重との合計
荷重を検出する合計荷重用ロードセルと、前記の各手段
を制御する制御装置とを備えていることを特徴とする。
本発明の単結晶保持装置は、単結晶を取り囲むように配
置した多角形リンク体を変形させて単結晶を挟持するも
のである。上記構成によれば、多角形リンク体の変形に
より対向位置にあるリンクの間隔が狭くなるので、単結
晶を前記リンクで挟み込むことができる。多角形リンク
体は、結晶引き上げワイヤと同期して回転及び昇降する
ので、単結晶を挟持する際に結晶引き上げワイヤと多角
形リンク体との回転速度差あるいは上昇速度差による摩
擦が起こらない。多角形リンク体で単結晶を挟持した後
の結晶引き上げ速度は、結晶引き上げワイヤのみによる
引き上げ速度と同一である。また、結晶引き上げワイヤ
に加わる荷重すなわちネック部に加わる荷重は引き上げ
ワイヤ用ロードセルが検出し、多角形リンク体に加わる
荷重は合計荷重用ロードセルの検出値と引き上げワイヤ
用ロードセルの検出値との差として検出され、これらの
値に基づいて制御装置が単結晶の育成及び荷重配分の制
御を行う。

【０００９】上記単結晶保持装置は、結晶引き上げワイ
ヤ巻き取り機構と、引き上げワイヤ用ロードセルと、多
角形リンク体駆動機構とを単結晶製造装置の上部に設け
た真空容器に収納し、前記真空容器と、真空容器に加わ
る荷重を検出する合計荷重用ロードセルと、真空容器回
転機構とを昇降自在のキャリッジに搭載したことを特徴
とする。上記構成によれば、結晶引き上げワイヤ巻き取
り機構、多角形リンク体駆動機構及び前記２種類のロー
ドセルを昇降自在のキャリッジに搭載したので、単結晶
の引き上げは結晶引き上げワイヤの巻き取り、キャリッ
ジの上昇のいずれによっても可能となる。

【００１０】本発明の単結晶保持装置における多角形リ
ンク体駆動機構の第１は、モータまたは流体圧アクチュ
エータと、単結晶製造装置内に垂直に保持され、前記モ
ータまたは流体圧アクチュエータにより水平方向に移動
する２本の保持ロッドとからなる多角形リンク体駆動機
構を有し、前記保持ロッドの下端に多角形リンク体の対
向位置にあるリンクピンを連結したことを特徴とする。
上記構成によれば、保持ロッドは垂直姿勢を維持しつつ
水平方向に動くので、保持ロッドの下端に連結された多
角形リンク体が変形して単結晶を保持する。

【００１１】本発明の単結晶保持装置における多角形リ
ンク体駆動機構の第２は、２個のワイヤ巻き取りドラム
と、前記ワイヤ巻き取りドラムから垂下する２本の多角
形リンク体駆動ワイヤと、真空容器の下端に設置した複
数個の滑車と、多角形リンク体駆動ワイヤの巻き取りに
伴って多角形リンク体のリンクピンを横方向に移動させ
るガイドプレートとからなる多角形リンク体駆動機構を
有し、前記ワイヤの下端に多角形リンク体の対向位置に
あるリンクピンを連結したことを特徴とする。多角形リ
ンク体の対向位置にあるリンクピンにそれぞれ多角形リ
ンク体駆動ワイヤを連結し、これらのワイヤをワイヤ巻
き取り機構で巻き取るようにすれば、前記リンクピンが
横方向に移動するので、多角形リンク体が変形して単結
晶を保持する。

【００１２】また、本発明の単結晶保持装置は、冷却に
より単結晶が収縮し、単結晶保持装置の保持力が低下し
た場合の保持力回復機能を有し、引き上げた単結晶を単
結晶製造装置から取り出すまで保持力を維持することを
特徴とする。単結晶が収縮すると、結晶引き上げワイヤ
に加わる荷重が異常に増加し、単結晶保持装置に加わる
荷重が減少する。引き上げワイヤ用ロードセルの検出値
があらかじめ定められた設定荷重を超えると、制御装置
の指令信号により保持ロッドを更に移動させ、あるいは
多角形リンク体駆動ワイヤを更に巻き取るので、多角形
リンク体の単結晶保持力が回復し、その状態を常に維持
することができる。

【００１３】更に、本発明の単結晶保持装置は、多角形
リンク体を構成するリンクの内側面に、単結晶のくびれ
部を保持するための円弧状の断面をもつ保持部材を取着
したことを特徴とする。多角形リンク体に単結晶のくび
れ部を包囲する保持部材を取着すれば、単結晶の直胴部
のみならずくびれ部を保持することも可能である。その
場合、円弧状の断面をもつ保持部材がくびれ部近傍の円
錐面を担持し、くびれ部を締めつけないので、くびれ部
の損傷、破壊が防止される。

【００１４】次に、本発明に係る単結晶保持方法は、単
結晶を取り囲む多角形リンク体を所定の位置に下降させ
た後、保持ロッドの水平方向移動または多角形リンク体
駆動ワイヤの巻き上げにより多角形リンク体を変形させ
て単結晶の直胴部を挟持することを特徴とする。上記構
成によれば、多角形リンク体を変形させて単結晶の直胴
部を挟み込み、所定の力で締めつけることにより、単結
晶を保持することができる。

【００１５】また、単結晶を保持する別の方法として、
ネック部と単結晶の肩部との間に形成したくびれ部また
は単結晶の直胴部に形成したくびれ部を、多角形リンク
体の内側面に取着した保持部材で保持することを特徴と
する。多角形リンク体を変形させ、保持部材で単結晶の
くびれ部を包囲した後、多角形リンク体を僅かに上昇さ
せてくびれ部に当接させれば、くびれ部を締めつけるこ
となく単結晶を保持することができる。

【００１６】本発明の単結晶保持方法は、多角形リンク
体が単結晶に当接する位置と単結晶の稜線とが一致しな
いように、種結晶または単結晶保持装置を設置すること
を特徴とする。稜線の発生位置、本数は結晶方位によっ
て異なるが、上記構成によれば、多角形リンク体で単結
晶を締め付けても稜線の圧壊が回避され、育成中の単結
晶に悪影響を及ぼさない。

【００１７】更に、本発明の単結晶保持方法では、単結
晶の育成中に、単結晶重量の一部または全部を単結晶保
持装置に負担させ、重量の一部を負担させる場合はネッ
ク部が破断しない重量をネック部に負担させることを特
徴とする。上記構成によれば、単結晶保持装置とネック
部とに対する負担重量をあらかじめ定めておき、引き上
げワイヤ用ロードセル及び合計荷重用ロードセルの検出
信号に基づいて制御装置が前記重量配分を制御するの
で、大重量の単結晶引き上げにおいてもネック部の破断
が起こらない。

【００１８】

【発明の実施の形態及び実施例】次に、本発明に係る単
結晶保持装置及び単結晶保持方法の実施例について図面
を参照して説明する。図１は単結晶保持装置の第１実施
例の概略構造を示す模式的縦断面図である。単結晶製造
装置１の上端に設置された真空容器２は、支持板２ａ、
２ｂにより３分割され、支持板２ｂ上に結晶引き上げワ
イヤ３の巻き取りを行うワイヤ巻き取りドラム４と、結
晶引き上げワイヤ３にかかる荷重を検出する引き上げワ
イヤ用ロードセル５とが設置されている。結晶引き上げ
ワイヤ３は単結晶製造装置１の中心を垂下してその下端
にシードホルダ６が釣支され、シードホルダ６に取着さ
れた種結晶７の下端にダッシュネック法によるネック部
８を形成した後、単結晶９が育成される。

【００１９】また、支持板２ａ上には、単結晶保持装置
１０の構成部材である２本の柱状の保持ロッド１１を水
平方向に移動させる保持ロッド駆動モータ１２が設置さ
れている。前記保持ロッド駆動モータ１２の左右両端か
ら水平方向に突出するモータ軸１３は同期回転するボー
ルネジを有し、モータ軸１３には保持ロッド１１の上端
が螺合されている。保持ロッド１１は単結晶製造装置１
内に垂直に設置され、下端には多角形リンク体１４が装
着されている。なお、保持ロッド１１の駆動手段として
左右両方向に伸縮する油圧シリンダまたは空圧シリンダ
を用いてもよい。

【００２０】上記真空容器２の下部にはプーリ１５が取
着され、支持板２ｂは前記プーリ１５上に設置された合
計荷重用ロードセル１６に担持されている。合計荷重用
ロードセル１６は、結晶引き上げワイヤ３にかかる荷重
と単結晶保持装置１０にかかる荷重との合計荷重を検出
して図示しない制御装置に入力する。制御装置は、前記
合計荷重検出値と引き上げワイヤ用ロードセル５の検出
値とに基づいて、単結晶保持装置１０が負担している荷
重を算出する。真空容器２は、真空シール１７を介して
キャリッジ１８に搭載され、キャリッジ１８に設置され
た回転用モータ１９により回転する。また、前記プーリ
１５はキャリッジ１８に設置された支持筒２０にスラス
ト軸受２１を介して担持されている。前記キャリッジ１
８は図示しない昇降手段、たとえばボールネジ軸の回転
により昇降可能で、キャリッジ１８とともに真空容器２
が昇降する。更に、キャリッジ１８とゲートチャンバ２
２とは伸縮自在のベローズ２３で連結され、ゲートチャ
ンバ２２の下端はトップチャンバ２４を介して図示しな
いメインチャンバに連結されている。

【００２１】図２は多角形リンク体の斜視図である。こ
の多角形リンク体１４は４個の等辺リンク１４ａをリン
クピン１４ｂで互いに連結したもので、対角線上の２本
のリンクピンにそれぞれ保持ロッド１１の下端が連結さ
れている。２本の保持ロッド１１が中心側に移動したと
き多角形リンク体１４は正方形となり、保持ロッド１１
が外方に移動したとき多角形リンク体１４は菱形に変形
して単結晶９を挟み込む。保持ロッド１１、等辺リンク
１４ａ、リンクピン１４ｂはモリブデン等の耐熱金属を
用いて製作されている。なお、保持ロッド１１が中心側
に移動したとき多角形リンク体１４が菱形に変形する構
造としてもよい。

【００２２】単結晶を保持する多角形リンク体の保持能
力を高めるため、図３に示すように等辺リンク１４ａの
内側面に凹凸１４ｃを設けてもよく、図４に示すように
円弧上の凸部１４ｄを設けてもよい。

【００２３】以下、単結晶の保持方法について説明す
る。図１に示した種結晶７をシードホルダ６に装着する
際、多角形リンク体１４が単結晶９に発生する稜線に当
接しないように種結晶の装着方向を選択する。絞り工
程、肩部形成及び直胴部形成の途中までの育成は、結晶
引き上げワイヤ３の巻き取り制御により行う。このとき
の単結晶成長は、引き上げワイヤ用ロードセル５の検出
値に基づいて図示しない制御装置により制御される。単
結晶９が保持に適した位置まで成長した後、単結晶保持
装置１０の多角形リンク体１４と単結晶９との位置合わ
せを行う。第１の単結晶保持方法として、保持に最適な
位置に多角形リンク体１４を待機させて単結晶９の成長
を待ち、単結晶９が最適位置まで成長したとき結晶引き
上げワイヤ３の巻き取りを停止し、前記停止直前の結晶
引き上げワイヤ３の巻き取り速度でキャリッジ１８の上
昇を開始する。結晶引き上げワイヤ３からキャリッジ１
８への移行は瞬時に行う。単結晶９の直径は引き上げワ
イヤ用ロードセル５、合計荷重用ロードセル１６の検出
値によって制御しているので、結晶引き上げワイヤ３か
らキャリッジ１８への移行はスムーズに行うことができ
る。また、前記移行後の単結晶育成は重量検出信号を制
御装置がキャリッジ１８の上昇速度にフィードバックし
て制御する。

【００２４】多角形リンク体１４が待機姿勢のとき、図
５（ａ）に示すように４個の等辺リンク１４ａで形成さ
れる四辺形は正方形で、等辺リンク１４ａに囲まれた単
結晶の直胴部９ａ外周面と各等辺リンク１４ａの内側面
との間には一定の隙間が確保されている。結晶引き上げ
ワイヤ３からキャリッジ１８への移行時には、図１に示
した保持ロッド駆動モータ１２が回転して保持ロッド１
１を外方に移動させる。これにより多角形リンク体１４
が菱形に変形し、図５（ｂ）に示すように直胴部９ａを
等辺リンク１４ａで挟み込んで締めつける。多角形リン
ク体１４が変形して直胴部９ａに当接するとき単結晶に
振動、衝撃を与えず、また、締めつけにより単結晶に過
度の面圧が発生しないようにするため、制御装置が保持
ロッド駆動モータ１２の回転速度及びトルクを制御す
る。

【００２５】第２の単結晶保持方法として、たとえば図
１に示したベローズ２３の下端よりも上方の任意の位置
で多角形リンク体１４を単結晶９に係合させるため、多
角形リンク体１４を速度Ｖa （ｍｍ／ｍｉｎ）で上昇さ
せる場合、引き上げワイヤ用ロードセル５の検出信号に
基づいて制御装置が指令する結晶引き上げワイヤ３の巻
き取り速度をＶb （ｍｍ／ｍｉｎ）とすると、ワイヤ巻
き取り速度をＶb −Ｖa （ｍｍ／ｍｉｎ）に制御する。
これとは逆に、多角形リンク体１４を速度Ｖa（ｍｍ／
ｍｉｎ）で下降させる場合は、ワイヤ巻き取り速度をＶ
b ＋Ｖa （ｍｍ／ｍｉｎ）に制御する。

【００２６】上記の通り単結晶に対して多角形リンク体
１４を相対的に移動させることにより、任意の位置で直
胴部を挟み込むことができる。炉内における単結晶の温
度プロファイルをあらかじめ把握しておき、材料力学的
にシリコンが安定する温度帯で単結晶を保持したり、汚
染を防止する等、温度に対する保持位置の制御が可能で
ある。多角形リンク体１４を単結晶に係合した後、結晶
引き上げワイヤ３を巻き戻して単結晶重量の一部を単結
晶保持装置側に移す。結晶引き上げワイヤ側にはたとえ
ば５ｋｇ前後の荷重を残し、結晶引き上げワイヤ３のた
るみによるワイヤ巻き取りドラム４からの外れを防止す
る。引き上げ可能重量を大きくするには、ネック部８が
破断しない程度の荷重を結晶引き上げワイヤ側に残しつ
つ引き上げを行うのが有利である。従って、結晶引き上
げワイヤ３にかかる荷重を引き上げワイヤ用ロードセル
５でモニタリングし、設定荷重より検出荷重が増えた場
合はワイヤ巻き取りドラム４にフィードバックして結晶
引き上げワイヤ３を巻き戻し、常に一定の荷重がネック
部８にかかるように制御する。

【００２７】単結晶が冷えて収縮すると、単結晶保持装
置と単結晶との係合状態がゆるむので、結晶引き上げワ
イヤ側に荷重が移動する。図１において、引き上げワイ
ヤ用ロードセル５による検出値が結晶引き上げワイヤ３
の設定荷重を超えた場合、制御装置の指令信号により保
持ロッド駆動モータ１２が回転して保持ロッド１１が更
に外方に移動し、多角形リンク体１４を更に偏平にさせ
る。このときの保持ロッド駆動モータ１２のトルクは、
単結晶９が欠損しない程度の大きさで与えられる。この
ような単結晶の収縮に対する多角形リンク体１４の増し
締め機能は、単結晶の育成中のみならず、冷却工程でチ
ャンバ内が解体可能な温度まで下がり、単結晶が搬出装
置に保持されるまでの間継続して維持される。

【００２８】図６は単結晶保持装置の第２実施例の下部
構造を示す模式図である。この単結晶保持装置は、図１
に示した保持ロッド駆動モータ１２及びモータ軸１３の
上方に９０°ずらして保持ロッド駆動モータと１対のモ
ータ軸及び保持ロッドを増設したもので、単結晶９を上
下２個の多角形リンク体１４、２５で保持する。これに
より、単結晶保持能力を高めることができる。

【００２９】図７は単結晶保持装置の第３実施例とし
て、単結晶の肩部上端に形成したくびれ部を保持する単
結晶保持装置の下部構造の説明図、図８（ａ）は図７に
示した多角形リンク体の上面図、図８（ｂ）は図８
（ａ）のＡ−Ａ断面図である。この単結晶保持装置で
は、多角形リンク体１４を構成する４個の等辺リンク１
４ａの内側面に円弧状の保持部材１４ｅが取着されてお
り、形状再現性精度の劣るくびれ部９ｂ近傍の外周面を
複数箇所で保持することができる。

【００３０】さきに述べた直胴部保持と異なり、くびれ
部９ｂを保持する場合は、４個の保持部材１４ｅによっ
て囲まれた部分の内径がくびれ部の最大径と最小径との
間の任意の値となるように多角形リンク体１４を変形さ
せればよく、くびれ部を締めつける必要はない。そこ
で、この単結晶保持装置では２本の保持ロッド１１が開
き防止板２６で連結され、保持ロッド１１に取着したガ
イドピン２７が前記開き防止板２６に設けたガイド溝２
６ａ内をスライドして保持ロッド１１の移動量を制限し
ている。そして、ガイドピン２７がガイド溝２６ａの両
端に当接すると２本の保持ロッド１１の間隔が最大とな
り、保持部材１４ｅの内径はくびれ部の最大径と最小径
との間の所定値となる。開き防止板２６は、保持部材１
４ｅによるくびれ部９ｂの圧壊を防止するとともに、く
びれ部７ｂを保持したときの多角形リンク体１４の剛性
を確保する。

【００３１】上記くびれ部９ｂに多角形リンク体１４を
係合させる場合、多角形リンク体１４を速度Ｖa （ｍｍ
／ｍｉｎ）で下降させ、ワイヤ巻き取り速度をＶb ＋Ｖ
a （ｍｍ／ｍｉｎ）に制御して、制御装置が指令する結
晶引き上げ速度Ｖb （ｍｍ／ｍｉｎ）を維持する。そし
て、多角形リンク体１４をくびれ部９ｂの最小径の位置
に合わせ、保持ロッド１１を外方に駆動して保持部材１
４ｅの内径を所定値Ｄとした後、単結晶保持装置を単結
晶に対して相対的に上昇させる。これにより、保持部材
１４ｅはくびれ部９ｂの上側円錐面に当接する。このと
きの速度操作は第１実施例の場合と同じである。そし
て、所望の荷重を結晶引き上げワイヤに負荷した時点で
単結晶成長速度の制御はキャリッジ上昇手段に瞬時に切
り換えられる。

【００３２】図９、図１０は本発明による単結晶保持装
置を用いる単結晶保持方法の他の実施例を示す説明図で
ある。図９は単結晶の育成に当たり、ネック部８の下端
に拡径部９ｃを形成し、これに続いて拡径部９ｃより小
径の直胴部９ｄを形成した後、所定の直径に拡大する単
結晶の製造において、前記直胴部９ｄを多角形リンク体
１４で保持する方法を示す。また、図１０はネック部８
の下端に所定寸法の直胴部より小径の直胴部９ｄを形成
した後、所定の直径に拡大する単結晶の製造において、
前記直胴部９ｄを多角形リンク体１４で保持する方法を
示している。いずれの場合も、形状、寸法の再現性の良
い直胴部を保持する方法であるため、直胴部９ｄの寸法
制御が容易で、かつ、単結晶を確実に保持することがで
きる。また、図９、図１０に示した単結晶保持装置の場
合は、多角形リンク体を小型化することができる。

【００３３】図１１は単結晶保持装置の第４実施例とし
て、保持ロッドごとに独立した駆動モータを用い、上下
２組の多角形リンク体を装着した単結晶保持装置におけ
る保持ロッド駆動機構の平面図、図１２は図１１のＺ視
図である。制御装置の指令信号により同期回転する４個
の保持ロッド駆動モータ２８が真空容器２の外部に真空
シール２９を介して９０°ピッチに取着され、各保持ロ
ッド駆動モータ２８に取着されたボールネジ軸３０はス
ライドブロック３１に螺合されている。前記スライドブ
ロック３１は、図１２に示すように支持板２ａ上に敷設
されたスライドガイド３２によって拘束されながら支持
板２ａ上を滑動する。保持ロッド１１の上端は前記スラ
イドブロック３１に結合され、支持板２ａに設けられた
切り欠き穴２ｃ内を外方または内方に移動する。対向す
る２個のスライドブロックに結合された１対の保持ロッ
ドの下端に１個の多角形リンク体が連結され、対向する
他の２個のススライドブロックに結合された１対の保持
ロッドの下端に他の１個の多角形リンク体が連結されて
いる。前記保持ロッド駆動モータ２８及び保持ロッド１
１を真空容器２の対向する位置に１対だけ設け、保持ロ
ッドの下端に１個の多角形リンク体のみを連結する構成
としてもよい。

【００３４】図１３は単結晶保持装置の第５実施例を示
す模式的縦断面図、図１４は図１３のＺ視図、図１５は
ガイドプレートの平面図で、この保持装置は多角形リン
ク体をワイヤの操作で変形させて単結晶を保持する構成
である。図１３に示すように、真空容器２内には、結晶
引き上げワイヤ３の巻き取りを行うワイヤ巻き取りドラ
ム４の上方にモータ３４が設置され、このモータ３４の
両側にそれぞれワイヤ巻き取りドラム３５が取着されて
いる。また、真空容器２の下面の左右両側には図１３、
図１４に示すように、滑車押さえ板３６が取着され、こ
れらの滑車押さえ板３６に挟まれて左右各３個の滑車３
７、３８、３９が取着されている。前記ワイヤ巻き取り
ドラム３５に巻き付けられたワイヤ４０は真空容器２内
を垂下し、滑車３７、３８、３９を介してブロック４１
に繋着され、このブロック４１はリンクピン延長軸４２
を介して多角形リンク体１４のリンクピン１４ｂに連結
している。前記ブロック４１には左右方向に水平に突出
する移動軸４３が取着されている。

【００３５】前記滑車押さえ板３６の外側には２枚のガ
イドプレート４４、４４が取着されている。ガイドプレ
ート４４は図１５に示すように、中央部にガイド溝４４
ａを備えている。このガイド溝４４ａは図１３、図１４
に示した移動軸４３がスライドする溝で、多角形リンク
体１４が待機姿勢のとき、移動軸４３はガイド溝４４ａ
内のＡ位置に静止している。この単結晶保持装置では上
記以外の構造は図１に示した単結晶保持装置と同一であ
り、同一構成要素には図１と同一符号を付して説明を省
略する。

【００３６】単結晶保持装置の多角形リンク体１４を単
結晶に係合させる場合、制御装置の指令信号によりモー
タ３４が回転してワイヤ４０が所定量だけ巻き取られ、
ブロック４１が滑車３９の方向に引き寄せられる。この
とき、移動軸４３はガイドプレート４４のガイド溝４４
ａをＡ位置からＢ位置にスライドし、ブロック４１とと
もにリンクピン延長軸４２及びリンクピン１４ｂも外方
に移動するため、多角形リンク体１４が正方形から菱形
に変形して単結晶を保持する。

【００３７】第５実施例の単結晶保持装置では、第１実
施例の単結晶保持装置における保持ロッドに代えてワイ
ヤを用いて多角形リンク体を駆動する方式としたので、
単結晶保持装置の重量を軽減することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の単結晶保持
装置及び保持方法によれば、次の効果が得られる。 （１）従来の単結晶保持装置のように、形状、寸法の再
現性が劣るくびれ部を保持せず、単結晶の直胴部を多角
形リンク体で挟み込んで保持することにしたので、保持
状態が一定し、大重量の単結晶をより確実に保持するこ
とができる。また、くびれ部を保持する場合に比べて保
持装置の上下方向の位置調整が著しく容易である。 （２）単結晶を保持する際に、多角形リンク体の変形速
度を制御することにより、単結晶との接触時に振動、衝
撃を与えず、円滑に保持することができる。 （３）多角形リンク体を駆動するモータのトルクまたは
流体圧アクチュエータの流体圧を制御することにより、
常に所望の締めつけ力で単結晶を保持することができ、
単結晶を損傷させない。 （４）ロードセルの検出値に基づいてネック部に加わる
荷重と多角形リンク体に加わる荷重とを配分し、ネック
部荷重を許容範囲内に制御するようにしたので、ネック
部の破断が確実に防止される。また、ネック部荷重を許
容範囲内で任意に設定することができるので、単結晶保
持装置の許容荷重を考慮しつつ前記両者の荷重配分を設
定することにより、引き上げ可能な単結晶重量を増加す
ることが可能である。 （５）結晶引き上げワイヤと多角形リンク体とを同一の
モータで回転させるので、両者の回転速度が正確に一致
する。従って、単結晶を多角形リンク体で保持する際
に、回転速度の微妙な相違によって生じる単結晶と多角
形リンク体との摩擦が起こり得ず、円滑かつ安全に保持
することができる。 （６）結晶引き上げワイヤと単結晶保持装置とを併用し
た単結晶引き上げにおいて、結晶引き上げワイヤのみに
よる単結晶引き上げ時と同様に、単結晶の育成速度を所
望の値に制御しつつ単結晶を保持することが可能のた
め、従来から行われている高精度の結晶育成技術を容易
に適用することができる。 （７）種結晶をシードホルダに装着する際に、多角形リ
ンク体が単結晶の稜線に当接しないように装着方向を選
択することにしたので、稜線の欠損を避けることがで
き、育成中の単結晶に悪影響を与えない。 （８）単結晶の収縮により保持力が低下した場合、保持
力を回復させることができるので、単結晶が落下するお
それがなく、安全性が高い。 （９）多角形リンク体にアタッチメントとして保持部材
を取着すれば、形状、寸法にバラツキをもつくびれ部を
保持することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】単結晶保持装置の第１実施例の概略構造を示す
模式的縦断面図である。

【図２】多角形リンク体の斜視図である。

【図３】多角形リンク体を構成する等辺リンクの内側面
形状の一例を示す説明図である。

【図４】多角形リンク体を構成する等辺リンクの内側面
形状の他の例を示す説明図である。

【図５】多角形リンク体の変形状態を示す説明図で、
（ａ）は単結晶保持前、（ｂ）は単結晶保持後を示す。

【図６】単結晶保持装置の第２実施例の下部構造を示す
模式図である。

【図７】単結晶保持装置の第３実施例の下部構造を示す
説明図である。

【図８】第３実施例の単結晶保持装置に装着する多角形
リンク体を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ
−Ａ断面図である。

【図９】本発明の単結晶保持装置を用いる単結晶保持方
法の他の実施例を示す説明図である。

【図１０】本発明の単結晶保持装置を用いる単結晶保持
方法の他の実施例を示す説明図である。

【図１１】単結晶保持装置の第４実施例の上部構造を示
す平面図である。

【図１２】図１１のＺ視図である。

【図１３】単結晶保持装置の第５実施例の概略構造を示
す模式的縦断面図である。

【図１４】図１３のＺ視図である。

【図１５】位置決めプレートの平面図である。

【符号の説明】

１…単結晶製造装置、２…真空容器、３…結晶引き上げ
ワイヤ、４，３５…ワイヤ巻き取りドラム、５…引き上
げワイヤ用ロードセル、７…種結晶、８…ネック部、９
…単結晶、９ａ，９ｄ…直胴部、９ｂ…くびれ部、１０
…単結晶保持装置、１１…保持ロッド、１２，２８…保
持ロッド駆動モータ、１４，２５…多角形リンク体、１
４ａ…等辺リンク、１４ｂ…リンクピン、１４ｅ…保持
部材、１６…合計荷重用ロードセル、１８…キャリッ
ジ、２６…開き防止板、３７，３８，３９…滑車、４０
…多角形リンク体駆動ワイヤ、４４…ガイドプレート。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のリンクを連結してなり、リンクピ
   ンの位置を移動させることにより水平面内で変形可能な
   多角形リンク体と、単結晶を挟持するために多角形リン
   ク体を変形させる手段と、多角形リンク体を結晶引き上
   げワイヤと同期して回転及び昇降させる手段と、結晶引
   き上げワイヤに加わる荷重を検出する引き上げワイヤ用
   ロードセルと、結晶引き上げワイヤに加わる荷重と多角
   形リンク体に加わる荷重との合計荷重を検出する合計荷
   重用ロードセルと、前記の各手段を制御する制御装置と
   を備えていることを特徴とする単結晶保持装置。
2. 【請求項２】 結晶引き上げワイヤ巻き取り機構と、引
   き上げワイヤ用ロードセルと、多角形リンク体駆動機構
   とを単結晶製造装置の上部に設けた真空容器に収納し、
   前記真空容器と、真空容器に加わる荷重を検出する合計
   荷重用ロードセルと、真空容器回転機構とを昇降自在の
   キャリッジに搭載したことを特徴とする請求項１記載の
   単結晶保持装置。
3. 【請求項３】 モータまたは流体圧アクチュエータと、
   単結晶製造装置内に垂直に保持され、前記モータまたは
   流体圧アクチュエータにより水平方向に移動する２本の
   保持ロッドとからなる多角形リンク体駆動機構を有し、
   前記保持ロッドの下端に多角形リンク体の対向位置にあ
   るリンクピンを連結したことを特徴とする請求項１記載
   の単結晶保持装置。
4. 【請求項４】 ２個のワイヤ巻き取りドラムと、前記ワ
   イヤ巻き取りドラムから垂下する２本の多角形リンク体
   駆動ワイヤと、真空容器の下端に設置した複数個の滑車
   と、多角形リンク体駆動ワイヤの巻き取りに伴って多角
   形リンク体のリンクピンを横方向に移動させるガイドプ
   レートとからなる多角形リンク体駆動機構を有し、前記
   ワイヤの下端に多角形リンク体の対向位置にあるリンク
   ピンを連結したことを特徴とする請求項１記載の単結晶
   保持装置。
5. 【請求項５】 冷却により単結晶が収縮し、単結晶保持
   装置の保持力が低下した場合の保持力回復機能を有し、
   引き上げた単結晶を単結晶製造装置から取り出すまで保
   持力を維持することを特徴とする請求項１記載の単結晶
   保持装置。
6. 【請求項６】 多角形リンク体を構成するリンクの内側
   面に、単結晶のくびれ部を保持するための円弧状の断面
   をもつ保持部材を取着したことを特徴とする請求項１記
   載の単結晶保持装置。
7. 【請求項７】 単結晶を取り囲む多角形リンク体を所定
   の位置に下降させた後、保持ロッドの水平方向移動また
   は多角形リンク体駆動ワイヤの巻き上げにより多角形リ
   ンク体を変形させて単結晶の直胴部を挟持することを特
   徴とする単結晶保持方法。
8. 【請求項８】 ネック部と単結晶の肩部との間に形成し
   たくびれ部または単結晶の直胴部に形成したくびれ部
   を、多角形リンク体の内側面に取着した保持部材で保持
   することを特徴とする請求項７記載の単結晶保持方法。
9. 【請求項９】 多角形リンク体が単結晶に当接する位置
   と単結晶の稜線とが一致しないように、種結晶または単
   結晶保持装置を設置することを特徴とする請求項７記載
   の単結晶保持方法。
10. 【請求項１０】 単結晶の育成中に、単結晶重量の一部
    または全部を単結晶保持装置に負担させ、重量の一部を
    負担させる場合はネック部が破断しない重量をネック部
    に負担させることを特徴とする請求項７記載の結晶製造
    方法。