JPS62171987A - Ｃｚ単結晶製造装置及び直径制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、チョクラルスキー法（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、いわゆるフォースバーの支持装置及びその方
法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ャリッ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
保持するシードチャック間に設けられて、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
ォースバーと称する。

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、シードチャック及びフォース
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、フォ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、そこからフォースバー、シード
チャッ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。

で与えられるが、通常のＣＺ法単結晶成長炉では、Ｍ＝
２（ｍ）であるから、ｆ＝２１．１　（ｍｉｎ−’）と
なり、結晶回転数範囲１５〜３０　ｒｐＩｌｌ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、フォースバー１とシードチャック２の結
合部近くに、カラー３と称されるフォースバー直径より
わずかに大きな内径のリング状の部品を、フォースバー
、ロードセル４と同一軸上で回転するガイドシャフト５
に取付けて、フォ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ォースバー
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、直径制御が却って不正確になるおそれがある。

また、カラーとガイドシャフトの結合部は比較的高温に
曙されやすいため、カラーの材質を通常黒鉛にしなけれ
ばならないが、フォ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
。

フォ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っ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ｔｌ−のために設けた前記
のようなカラーは、フォースバーとの接触というあらた
か問題のために、却って重量制御に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
よる結晶量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−１−のような問題点を解決するためにな
されたもので、フォ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、 チョクラルスキー法による単結晶製造装置のｍ結晶の重
量式直径制御装置において、 フォ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にフォースバーとガイドシャツ
ｉ・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。フォースバーとガイドシャフト間を直
接弾性体で連結してもいいが、一旦フオースバー又はガ
イドシャフトのいずれかに弾性体保持器を固定し、この
弾性体保持器とフォースバー間、あるいは弾性体保持器
とガイドシャフト間を弾性体で結ぶ方法もある。

さらにガイドシャフトの」一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、フォースバーとガイドシャフト間の弾性体の
連結形態、さらには弾性体の形状の作用により、その弾
性体のフォ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、フォースバーの直
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、
そこからフォースバー、シードチャック及び成長中の結
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２０００ＯＮ／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
及びその取付は形態の作用により、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コ 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法のフォ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ャリッジ７上に
ロードセル４は据えられており、このキャリッジを貫通
してフォースバー１、ガイドシャフト５は結晶成長炉内
８（第６図参照）中に伸びている。

フォースパー１の先端にはシードチャック２が取付けら
れており、シード９を掴み結晶を引上げる。ガイドシャ
フト５とキャリッジ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果成長炉内にあ
る。

ガイドシャフト５の」二端はロードセル下面に固定され
、下端はフォースパー長さの途中まで達している。フォ
ースパー１の、ガイドシャ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
ャフト５の下端はスプリング正月のスペーサー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に輔設されていて、
成長単結晶６（第６図参照）の回転を行なう。

ガイドシャフト５、フォースパー１も、したがって同様
に回転する。回転数は１５〜３０ｒｐｍである。

引上げ単結晶長さ７００ｍｍ、重量Ｍは２５ｋｇ、結晶
長さの１７２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Ω
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χは２ノ３ｍで、し
たがってΩとの比率ａはＱ／χ・３である。

３本のスプリングの総合バネ定数には３０００ＯＮ／ｍ
である。したがっ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より、ｆ’＝
１１２　（ｍｉｎ−’）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ったところ、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った。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コ 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。

ガイドシャフト５と弾性体保持器内側壁１２間にはスリ
ット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っ
ている。

バネ定数は実施例１同様３０００ＯＮ／ｍである。

実施例１と同様の引上げ実験を行なったところ、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っ
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、ガイドシャフトとフォースバー間にカ
ラーが無いのでフォースパ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、結晶が曲がって成長
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図は一部のＣＺ法単結晶製造装置の縦断面図。 第７図は従来ＣＺ法のフォースバー支持装置の縦断面図
。 １・・・・・フォースバー ２・・・・・シードチャック ３・・・・・カラー ４・・・・・　ロードセル ５・・・・・ガイドシャフト ６・・・・・成長単結晶 ７・・・・・ギヤリッジ 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 〕３・・・・・スプリング １４・・・・・回転伝達用歯車 １５・・・・・　ロードセル検出端 １６・・・・・スリット １７・・・・・薄板 １８・・・・・石英ルツボ １９・・・・・黒鉛ヒーター ２０・・・・・黒鉛熱遮蔽部 ２ト・・・・」二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 特許出願人　　小松電子金属株式会社 第２図 第５図 第６図 −ｚｙ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、チョ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
   くにフオースバーとガイドシャフトを弾性体で連結した
   ことを特徴とする直径制御装置。 ２、前記ガイドシャフトはロードセル本体下面又はキャ
   リッジ下面にその一端が固定され、他端はフォースバー
   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
   項記載の直径制御装置。 ３、前記ガイドシャ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ャ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項記載の直径制御装置。 ５、前記ガイドシャフトはフォ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求の範囲第１項乃至
   第５項のいずれか一項に記載の直径制御装置。 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直径制御装置。 １０、チョクラルスキー法による単結晶製造装置の単結
   晶重量式直径制御方法において、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ことを特徴とする直径
   制御方法。 １１、フオースバーとガイドシャフト間に弾性体を設け
   ることにより、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
   と異ならせた特許請求の範囲第１０項記載の直径制御方
   法。 １２、前記弾性体により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
   晶回転数より高めた特許請求の範囲第１０項記載の直径
   制御方法。