JP2000344597A - 単結晶引上機における結晶重量測定方法および測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 引上げ動作に影響を与えることがなく、荷重
測定手段の容量が小さくてすむとともに、結晶重量を精
度良くかつ円滑に測定することができる簡単な構造の単
結晶引上機における結晶重量測定方法および測定装置の
提供。 【解決手段】 ワイヤ１４が水平に張り渡された領域に
測定用滑車３０を設けることにより、測定用滑車３０が
振れることがなく、したがって、ワイヤ１４が振れて引
上げ動作に悪影響を与えることがないとともに、測定用
滑車３０にかかる力Ｆの方向とワイヤ１４にかかる力Ｗ
の方向とのなす角度θを適宜調整することにより、荷重
測定手段３３が測定する測定用滑車３０にかかる力を小
さくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤ引上機構に
よって引き上げられるワイヤの下端に吊持された単結晶
を融液中から引上げ成長させる単結晶引上機において、
この結晶重量を測定する結晶重量測定方法および測定装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の単結晶引上機としては、
図２に示すようなものが知られている。この図におい
て、符号１は炉本体であり、この炉本体１内の中央部に
石英ルツボ２が設けられている。そして、石英ルツボ２
は、黒鉛サセプタ３によって保持されており、この黒鉛
サセプタ３の下端部には下軸４が取り付けられている。
また、上記下軸４の下端部には結合機構５を介してルツ
ボ回転モータ６およびルツボ昇降モータ７が連結されて
おり、これらのモータ６、７により、石英ルツボ２は所
定方向に回転するとともに、上下方向に移動するように
なっている。そして、上記黒鉛サセプタ３の周囲には、
上記石英ルツボ２内のシリコン融液８の温度を制御する
ヒータ９が設置されるとともに、このヒータ９と炉本体
１との間には、保温材１０が配置されている。さらに、
上記炉本体１の上端には、円筒状の上部チャンバー１１
が着脱自在に連結されており、この上部チャンバー１１
の上端には引上ヘッド１２が水平旋回自在に設けられて
いる。そして、上記引上ヘッド１２内には、ワイヤ引上
機構１３が設けられており、ワイヤ引上機構１３からは
ワイヤ（上軸）１４が吊り上げられている。このワイヤ
引上機構１３には引上モータ１５が連結されているとと
もに、上記引上ヘッド１２にはヘッド回転モータ１６が
連結されている。また、上記ワイヤ１４の下端には種結
晶１７を保持するためのホルダ１８が取り付けられてい
る。

【０００３】上記のように構成された単結晶引上機にあ
っては、上記種結晶１７をシリコン融液８に浸漬させた
後に、ヘッド回転モータ１６および引上モータ１５を駆
動すると、ワイヤ１４が回転しながら引き上げられてい
き、この種結晶１７の上昇にともなってシリコン単結晶
１９が成長していく。この場合、下軸４はルツボ回転モ
ータ６により上記ワイヤ１４と逆方向に回転させられ、
またシリコン単結晶１９の成長にともない、石英ルツボ
２内のシリコン融液８の液面が低下するため、下軸４は
ルツボ昇降モータ７の駆動により適宜上昇させられ、上
記液面レベルを一定に保つように操作されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
単結晶引上機にあっては、単結晶の直径を制御する場合
などに用いるために、単結晶の重量を測定する装置が組
み込まれている（たとえば、特開平６ー２３４５９３号
公報、実開平７ー４３７６７号公報、特開平９ー１７５
８９３号公報、特開平９ー１８３６９４号公報参照）。
これらの従来の結晶重量測定装置は、大別すると以下の
２つのタイプに分けられる。すなわち、 （ａ）カンチレバー方式 この方式の結晶重量測定装置は、図３に示すように、支
点２０を中心に上下方向に回動自在な測定用レバー２１
の中間部に滑車２２が回転自在に設けられ、ワイヤ引上
機構の巻取りドラム２３に巻き掛けられたワイヤ１４
が、この滑車２２を介して吊り下げられ、上記測定用レ
バー２１の先端下部にロードセル２４が配置されてなる
ものである。そして、この結晶重量測定装置にあって
は、測定用レバー２１に設置された滑車２２およびロー
ドセル２４と支点２０との距離の比に応じて、結晶重量
を測定するようにしているから、ロードセル２４の容量
が実際の結晶重量に比べて小さくてすむ反面、構造が複
雑になるという問題や、ロードセル２４において重量を
測定する際にノイズが大きく、測定精度が悪化するとい
う問題がある。 （ｂ）滑車による直接測定方式 この方式の結晶重量測定装置は、図４に示すように、ワ
イヤ引上機構の巻取りドラム２３に巻き掛けられたワイ
ヤ１４が、滑車２５を介して吊り下げられ、この滑車２
５にロードセル２６が設けられたものである。そして、
この結晶重量測定装置にあっては、滑車２５にかかる力
を直接ロードセル２６によって測定するようにしている
から、大容量（結晶重量の２倍）のロードセルが必要
で、測定誤差が大きくなるという問題や滑車２５が振れ
るためにワイヤ１４が振れて引上げ動作に悪影響を及ぼ
すという問題がある。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、引上げ動作に影響を与え
ることがなく、荷重測定手段の容量が小さくてすむとと
もに、結晶重量を精度良くかつ円滑に測定することがで
きる簡単な構造の単結晶引上機における結晶重量測定方
法および測定装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１は、ワ
イヤ引上機構によって引き上げられるワイヤの下端に吊
持された単結晶を融液中から引上げ成長させる単結晶引
上機であって、上記ワイヤが水平に張り渡された領域に
おいて、このワイヤを測定用滑車に卷き掛け、かつ上記
測定用滑車にこの測定用滑車にかかる力を測定する荷重
測定手段を設けるとともに、上記測定用滑車にかかる力
の方向とワイヤにかかる力の方向とのなす角度および上
記荷重測定手段が測定した測定値に基づいて、結晶重量
を算出するものである。本発明の請求項２は、ワイヤ引
上機構によって引き上げられるワイヤの下端に吊持され
た単結晶を融液中から引上げ成長させる単結晶引上機で
あって、上記ワイヤ引上機構の卷取りドラムとガイド用
滑車との間に測定用滑車が配置され、これらの卷取りド
ラム、測定用滑車およびガイド用滑車に上記ワイヤが卷
き掛けられ、かつ上記測定用滑車にこの測定用滑車にか
かる力を測定する荷重測定手段が設けられるとともに、
上記測定用滑車にかかる力の方向とワイヤにかかる力の
方向とのなす角度および上記荷重測定手段が測定した測
定値に基づいて、結晶重量を算出する算出手段が上記荷
重測定手段に設けられたものである。本発明の請求項３
は、測定用滑車にかかる力の方向とワイヤにかかる力の
方向とのなす角度が６０〜８５度に設定されたものであ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態
を示す説明図である。この結晶重量測定装置は、たとえ
ば、図２に示す上記従来の単結晶引上機に設置されるも
のである。

【０００８】図１中符号３０は測定用滑車であり、この
測定用滑車３０は、ワイヤ引上機構１３の巻取りドラム
３１と、この巻取りドラム３１から所定間隔離間されて
配置されたガイド用滑車３２との間に設けられている。
そして、これらの卷取りドラム３１、測定用滑車３０お
よびガイド用滑車３２には上記ワイヤ１４が卷き掛けら
れている。また、上記測定用滑車３０には、この測定用
滑車３０にかかる力Ｆを測定する荷重測定手段（ロード
セル）３３が設けられるとともに、上記測定用滑車３０
にかかる力Ｆの方向と、測定用滑車３０においてワイヤ
１４にかかる力（結晶重量）Ｗの方向とのなす角度θお
よび上記荷重測定手段３３が測定した測定値に基づい
て、結晶重量を算出する算出手段（図示せず）が上記荷
重測定手段３３に設けられている。そして、上記測定用
滑車３０にかかる力Ｆの方向とワイヤ１４にかかる力
（結晶重量）Ｗの方向とのなす角度θは、６０〜８５度
に設定されている。

【０００９】上記のように構成された結晶重量測定装置
を備えた単結晶引上機にあっては、引上げ動作中のワイ
ヤ１４にかかる力Ｗの分力が測定用滑車３０にかかる。
すなわち、測定用滑車３０にかかる力Ｆは、 Ｆ＝２・Ｗ・ＣＯＳθ で表せる。したがって、上記角度θを６０〜８５度の範
囲内の適当な値に設定することによって、測定用滑車３
０にかかる力Ｆを実際の結晶重量Ｗ以下にできて、荷重
測定手段３３の容量を小さくすることができる上に、精
度の高い重量測定を行うことができる。また、測定用滑
車３０は、卷取りドラム３１とガイド用滑車３２との間
に水平に張り渡されたワイヤ１４に設けられているか
ら、ガイド用滑車３２に案内されて吊り下げられている
ワイヤ１４がワイヤ振れを起こすことがなく、引上げ動
作を安定的に継続することができる。

【００１０】

【発明の効果】本発明の請求項１は、ワイヤ引上機構に
よって引き上げられるワイヤの下端に吊持された単結晶
を融液中から引上げ成長させる単結晶引上機であって、
上記ワイヤが水平に張り渡された領域において、このワ
イヤを測定用滑車に卷き掛け、かつ上記測定用滑車にこ
の測定用滑車にかかる力を測定する荷重測定手段を設け
るとともに、上記測定用滑車にかかる力の方向とワイヤ
にかかる力の方向とのなす角度および上記荷重測定手段
が測定した測定値に基づいて、結晶重量を算出するもの
であるから、ワイヤが張り渡された領域に測定用滑車を
設けることにより、測定用滑車が振れることがなく、し
たがって、ワイヤが振れて引上げ動作に悪影響を与える
ことがないとともに、測定用滑車にかかる力の方向とワ
イヤにかかる力の方向とのなす角度を適宜調整すること
により、荷重測定手段が測定する測定用滑車にかかる力
を小さくできて、測定に必要とされる荷重測定手段の容
量を小さいものとすることができる。本発明の請求項２
は、ワイヤ引上機構によって引き上げられるワイヤの下
端に吊持された単結晶を融液中から引上げ成長させる単
結晶引上機であって、上記ワイヤ引上機構の卷取りドラ
ムとガイド用滑車との間に測定用滑車が配置され、これ
らの卷取りドラム、測定用滑車およびガイド用滑車に上
記ワイヤが卷き掛けられ、かつ上記測定用滑車にこの測
定用滑車にかかる力を測定する荷重測定手段が設けられ
るとともに、上記測定用滑車にかかる力の方向とワイヤ
にかかる力の方向とのなす角度および上記荷重測定手段
が測定した測定値に基づいて、結晶重量を算出する算出
手段が上記荷重測定手段に設けられたものであるから、
卷取りドラムとガイド用滑車との間に配置された測定用
滑車によって、ワイヤにかかる結晶重量の分力を測定
し、この測定値に基づいて算出手段によって結晶重量を
算出することにより、引上げ動作に悪影響を及ぼすこと
を防止でき、かつ荷重測定手段の容量を小さくすること
ができるとともに、構造が簡単で容易に製作することが
できる。本発明の請求項３は、測定用滑車にかかる力の
方向とワイヤにかかる力の方向とのなす角度が６０〜８
５度に設定されたものであるから、測定用滑車にかかる
力を実際の結晶重量（ワイヤにかかる力）より小さくす
ることにより、荷重測定手段の容量を低減させることが
できる。この場合、上記角度が６０度未満であれば、測
定用滑車にかかる力が実際の結晶荷重より大きくなっ
て、荷重測定手段の容量が大きくなるとともに、８５度
を越えると、測定用滑車にかかる力が小さくなりすぎ
て、測定精度に影響を及ぼす。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態を示す説明図である。

【図２】 従来の単結晶引上機の概略構成図である。

【図３】 従来の結晶重量測定装置の一例を示す説明図
である。

【図４】 従来の結晶重量測定装置の他の一例を示す説
明図である。

【符号の説明】

８ シリコン融液 １３ ワイヤ引上機構 １４ ワイヤ １９ シリコン単結晶 ３０ 測定用滑車 ３１ 巻取りドラム ３２ ガイド用滑車 ３３ 荷重測定手段（ロードセル）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワイヤ引上機構によって引き上げられる
   ワイヤの下端に吊持された単結晶を融液中から引上げ成
   長させる単結晶引上機であって、 上記ワイヤが水平に張り渡された領域において、このワ
   イヤを測定用滑車に卷き掛け、かつ上記測定用滑車にこ
   の測定用滑車にかかる力を測定する荷重測定手段を設け
   るとともに、 上記測定用滑車にかかる力の方向とワイヤにかかる力の
   方向とのなす角度および上記荷重測定手段が測定した測
   定値に基づいて、結晶重量を算出することを特徴とする
   単結晶引上機における結晶重量測定方法。
2. 【請求項２】 ワイヤ引上機構によって引き上げられる
   ワイヤの下端に吊持された単結晶を融液中から引上げ成
   長させる単結晶引上機であって、 上記ワイヤ引上機構の卷取りドラムとガイド用滑車との
   間に測定用滑車が配置され、これらの卷取りドラム、測
   定用滑車およびガイド用滑車に上記ワイヤが卷き掛けら
   れ、かつ上記測定用滑車にこの測定用滑車にかかる力を
   測定する荷重測定手段が設けられるとともに、上記測定
   用滑車にかかる力の方向とワイヤにかかる力の方向との
   なす角度および上記荷重測定手段が測定した測定値に基
   づいて、結晶重量を算出する算出手段が上記荷重測定手
   段に設けられたことを特徴とする単結晶引上機における
   結晶重量測定装置。
3. 【請求項３】 測定用滑車にかかる力の方向とワイヤに
   かかる力の方向とのなす角度が６０〜８５度に設定され
   たことを特徴とする請求項２記載の単結晶引上機におけ
   る結晶重量測定装置。