JP2001080999A - 繊維状結晶製造装置 - Google Patents
繊維状結晶製造装置Info
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 結晶成長時における曲がりや歪みを防止し、
引き下げによる欠陥が少ない長尺の繊維状結晶の製造装
置を提供する。 【解決手段】 種結晶の保持具に自動調心機能を有する
コレットチャックを用いることとし、更に固液境界面近
傍と中心として引き下げ方向の角度調整を可能とした。
引き下げによる欠陥が少ない長尺の繊維状結晶の製造装
置を提供する。 【解決手段】 種結晶の保持具に自動調心機能を有する
コレットチャックを用いることとし、更に固液境界面近
傍と中心として引き下げ方向の角度調整を可能とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、欠陥の少ない高品
位な、例えばシリコン、ニオブ酸リチュウム（ＬＮ）、
タンタル酸リチュウム（ＬＴ）、イットリウム−アルミ
ニュウムガーネット（ＹＡＧ）、サファイヤ、共晶体等
の繊維状材料を製造する装置に関する。より詳細には、
ＦＺ法、ブリッジマン法、ＣＺ法等では製造が困難であ
った、エレクトロニクス或いはオプトエレクトロニクス
分野で用いられる機能性材料として、或いは高温環境下
等で用いられる構造材料としての繊維状結晶を製造する
装置に関する。
位な、例えばシリコン、ニオブ酸リチュウム（ＬＮ）、
タンタル酸リチュウム（ＬＴ）、イットリウム−アルミ
ニュウムガーネット（ＹＡＧ）、サファイヤ、共晶体等
の繊維状材料を製造する装置に関する。より詳細には、
ＦＺ法、ブリッジマン法、ＣＺ法等では製造が困難であ
った、エレクトロニクス或いはオプトエレクトロニクス
分野で用いられる機能性材料として、或いは高温環境下
等で用いられる構造材料としての繊維状結晶を製造する
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】繊維状の単結晶として、その優れた機械
的強度により各種複合材料の補強素材として用いされる
ウィスカーが知られている。ウィスカーの製造方法は種
々検討がなされているが、商業ベースにのるレベルにお
いては直径で数１０μｍ、長さで数１０ｍｍの補強素
材、即ち構造用としてのウィスカーを提供するにとどま
っている。
的強度により各種複合材料の補強素材として用いされる
ウィスカーが知られている。ウィスカーの製造方法は種
々検討がなされているが、商業ベースにのるレベルにお
いては直径で数１０μｍ、長さで数１０ｍｍの補強素
材、即ち構造用としてのウィスカーを提供するにとどま
っている。
【０００３】単結晶材料を製造する方法としては、シリ
コン単結晶或いはＬＮ単結晶等を得るＣＺ法が知られて
いる。ＣＺ法は、昨今の半導体製造工程における基板の
大型化に対応し、良好な結晶性を有するバルク結晶を提
供する。しかし、繊維状の単結晶を製造する方法として
みた場合には、溶融された結晶材料（以下溶融材料と呼
ぶ。）を保持するルツボの半径及び深さ、炉内の温度勾
配条件及びこれらに見合った引き上げ速度を同時に最適
化することは困難である。
コン単結晶或いはＬＮ単結晶等を得るＣＺ法が知られて
いる。ＣＺ法は、昨今の半導体製造工程における基板の
大型化に対応し、良好な結晶性を有するバルク結晶を提
供する。しかし、繊維状の単結晶を製造する方法として
みた場合には、溶融された結晶材料（以下溶融材料と呼
ぶ。）を保持するルツボの半径及び深さ、炉内の温度勾
配条件及びこれらに見合った引き上げ速度を同時に最適
化することは困難である。
【０００４】以上の状況に鑑み、構造材料のみならず機
能性材料にも使用しうる長さ数１００ｍｍ且つ直径５０
〜数１００μｍの繊維状単結晶を製造する方法として、
溶融材料を保持するルツボの下部に細孔を形成し、該細
孔から重力により漏洩する微少量の溶融材料を順次結晶
化させていくことによって、繊維状の単結晶を製造する
方法が提案されている。
能性材料にも使用しうる長さ数１００ｍｍ且つ直径５０
〜数１００μｍの繊維状単結晶を製造する方法として、
溶融材料を保持するルツボの下部に細孔を形成し、該細
孔から重力により漏洩する微少量の溶融材料を順次結晶
化させていくことによって、繊維状の単結晶を製造する
方法が提案されている。
【０００５】上記製造に用いる装置の模式図を図６に示
す。ルツボ１０は垂直に保持されており、ルツボ１０下
部の細孔１１より漏洩する溶融材料１０に種結晶３（以
下シードと述べる。）を接触させる。溶融材料１０の結
晶化に合わせて該シード３を回転させながら引き下げる
ことで、繊維状の結晶２を製造する。また、この引き下
げの速度及びルツボ１０から結晶部までの温度勾配の最
適化を図ることにより、該繊維状の結晶の単結晶化を図
っている。
す。ルツボ１０は垂直に保持されており、ルツボ１０下
部の細孔１１より漏洩する溶融材料１０に種結晶３（以
下シードと述べる。）を接触させる。溶融材料１０の結
晶化に合わせて該シード３を回転させながら引き下げる
ことで、繊維状の結晶２を製造する。また、この引き下
げの速度及びルツボ１０から結晶部までの温度勾配の最
適化を図ることにより、該繊維状の結晶の単結晶化を図
っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ＣＺ法のように、バル
ク材を製造する場合においては、バルク材の単位長さあ
たりの潜熱が大きく且つ引き上げ方向における結晶成長
速度も遅いために、シードを回転させるだけでも結晶成
長部、即ち固液境界面の平坦性は容易に維持できる。
ク材を製造する場合においては、バルク材の単位長さあ
たりの潜熱が大きく且つ引き上げ方向における結晶成長
速度も遅いために、シードを回転させるだけでも結晶成
長部、即ち固液境界面の平坦性は容易に維持できる。
【０００７】これに対して、単位長さあたりの潜熱が非
常に小さい繊維状結晶を製造する場合であっても、結晶
成長部周辺を非常に緩やかな温度勾配となる条件下に長
時間保持すれば、固液境界面の平坦性は維持可能であ
る。しかしながら、溶融材料の粘度によっては、溶融部
分が自重により切れる或いはいわゆる液垂れによって結
晶の直径が大きくなってしまう等の問題があることか
ら、結晶成長部の温度勾配をあまりに緩やかにすること
は実際的ではない。
常に小さい繊維状結晶を製造する場合であっても、結晶
成長部周辺を非常に緩やかな温度勾配となる条件下に長
時間保持すれば、固液境界面の平坦性は維持可能であ
る。しかしながら、溶融材料の粘度によっては、溶融部
分が自重により切れる或いはいわゆる液垂れによって結
晶の直径が大きくなってしまう等の問題があることか
ら、結晶成長部の温度勾配をあまりに緩やかにすること
は実際的ではない。
【０００８】従って、溶融材料の粘度に応じて、適当な
温度勾配となる条件を選択し、引き下げ速度を大きく
し、ある程度の結晶成長速度を維持する必要がある。し
かし、固液境界面の平坦性を維持することは困難な場合
が多く、このため引き下げ方向に対して結晶の配向性が
異なったり、曲がり、歪み、或いは欠陥が生じ易く、極
端な場合には引き下げ中に結晶が切れる等、所要の特性
を有する結晶が得られない場合もあった。
温度勾配となる条件を選択し、引き下げ速度を大きく
し、ある程度の結晶成長速度を維持する必要がある。し
かし、固液境界面の平坦性を維持することは困難な場合
が多く、このため引き下げ方向に対して結晶の配向性が
異なったり、曲がり、歪み、或いは欠陥が生じ易く、極
端な場合には引き下げ中に結晶が切れる等、所要の特性
を有する結晶が得られない場合もあった。
【０００９】本発明は、上記問題に鑑み、結晶成長時に
おける繊維状結晶の曲がりや歪みを防止した、欠陥が少
なく且つ十分な長さを有する繊維状結晶の製造装置を提
供することを目的とする。
おける繊維状結晶の曲がりや歪みを防止した、欠陥が少
なく且つ十分な長さを有する繊維状結晶の製造装置を提
供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、容器内に保持された結晶材料を融解して該容器に設
けられた細孔より融解された結晶材料を種結晶を介して
引き下げることにより繊維状の結晶を生成する本発明に
係る繊維状結晶製造装置は、先端部に結合された把持手
段によって種結晶を保持するシード保持具と、上部をシ
ード保持具に連結するシード軸と、シード軸と連結して
シード軸を引き下げ方向に垂直な平面上で移動可能とす
る調整系と、シード軸及び調整系を略鉛直方向に引き下
げる駆動機構とからなる装置であって、更に、引き下げ
方向を中心軸として該シード軸を回転させる回転装置
と、前記引き下げ方向の鉛直方向に対する角度を調整す
る角度調整手段とを有することを特徴としている。
に、容器内に保持された結晶材料を融解して該容器に設
けられた細孔より融解された結晶材料を種結晶を介して
引き下げることにより繊維状の結晶を生成する本発明に
係る繊維状結晶製造装置は、先端部に結合された把持手
段によって種結晶を保持するシード保持具と、上部をシ
ード保持具に連結するシード軸と、シード軸と連結して
シード軸を引き下げ方向に垂直な平面上で移動可能とす
る調整系と、シード軸及び調整系を略鉛直方向に引き下
げる駆動機構とからなる装置であって、更に、引き下げ
方向を中心軸として該シード軸を回転させる回転装置
と、前記引き下げ方向の鉛直方向に対する角度を調整す
る角度調整手段とを有することを特徴としている。
【００１１】更に、本発明に係る繊維状結晶製造装置に
おいては、駆動機構は、駆動源としてのモータと、モー
タの回転を減速する減速機と、減速されたモータの回転
を直線運動に変換してシード軸を引き下げる変換器とか
らなることを特徴としている。
おいては、駆動機構は、駆動源としてのモータと、モー
タの回転を減速する減速機と、減速されたモータの回転
を直線運動に変換してシード軸を引き下げる変換器とか
らなることを特徴としている。
【００１２】更に、本発明に係る繊維状結晶製造装置に
おいては、把持手段はシード保持具に対して任意の方向
に指向可能な結合具を介してシード保持具に結合され、
角度調整手段は少なくとも一つのゴニオ調整機構を有す
ることを特徴とする。
おいては、把持手段はシード保持具に対して任意の方向
に指向可能な結合具を介してシード保持具に結合され、
角度調整手段は少なくとも一つのゴニオ調整機構を有す
ることを特徴とする。
【００１３】更に、本発明に係る繊維状結晶製造装置に
おいては、容器、把持手段、シード保持具、シード軸、
及び繊維状結晶は、任意のガスが導入可能である真空容
器内に保持されることを特徴としている。また、把持手
段は、コレットチャックであることが好ましい。
おいては、容器、把持手段、シード保持具、シード軸、
及び繊維状結晶は、任意のガスが導入可能である真空容
器内に保持されることを特徴としている。また、把持手
段は、コレットチャックであることが好ましい。
【００１４】更に、本発明に係る繊維状結晶製造装置
は、繊維状結晶の引き下げ方向に対するずれを検出する
ずれ検出手段を有することが好ましい。更に、ずれ検出
手段の検出結果に基づいて角度調整手段を駆動する駆動
回路を設けるとより好ましい。
は、繊維状結晶の引き下げ方向に対するずれを検出する
ずれ検出手段を有することが好ましい。更に、ずれ検出
手段の検出結果に基づいて角度調整手段を駆動する駆動
回路を設けるとより好ましい。
【００１５】
【実施例】本発明に係る繊維状結晶製造装置の概略構成
を図１に示す。本装置は、シード３を直接移動させるシ
ード保持具４１及びシード軸４０、これらを上下方向に
移動させる駆動機構１００及び駆動方向の調整系３０、
ルツボ１０内の溶融材料１を所定の温度とするための加
熱系５０及び温度測定系６０、ルツボ１０及びシード保
持具４１等を収容する減圧容器７２、必要に応じて減圧
容器７２内の雰囲気制御を行える真空排気系７０及びガ
ス導入系７６、結晶の成長状態をモニターするモニター
装置８０とを主たる構成要素としている。
を図１に示す。本装置は、シード３を直接移動させるシ
ード保持具４１及びシード軸４０、これらを上下方向に
移動させる駆動機構１００及び駆動方向の調整系３０、
ルツボ１０内の溶融材料１を所定の温度とするための加
熱系５０及び温度測定系６０、ルツボ１０及びシード保
持具４１等を収容する減圧容器７２、必要に応じて減圧
容器７２内の雰囲気制御を行える真空排気系７０及びガ
ス導入系７６、結晶の成長状態をモニターするモニター
装置８０とを主たる構成要素としている。
【００１６】次に上述の構成要素各々について説明す
る。図２は、シード保持具を上下方向に移動するための
駆動機構（引き下げ機構）１００の概略を示している。
中速度用サーボモータ１０１は減速機１０４及びクラッ
チ１０７を介して、低速度用サーボモータ１０２は減速
機１０５を介して、高速度用サーボモータ１０３は減速
機１０６及びクラッチ１０８を介してギヤシステム１１
０に回転を伝達する。
る。図２は、シード保持具を上下方向に移動するための
駆動機構（引き下げ機構）１００の概略を示している。
中速度用サーボモータ１０１は減速機１０４及びクラッ
チ１０７を介して、低速度用サーボモータ１０２は減速
機１０５を介して、高速度用サーボモータ１０３は減速
機１０６及びクラッチ１０８を介してギヤシステム１１
０に回転を伝達する。
【００１７】引き下げステージ１６の上下駆動は、ギヤ
システム１１０とボールネジ軸１４とからなる変換器に
よって、ギヤシステム１１０に伝達された回転を、更に
ボールネジ軸１４に伝達することにより行われる。これ
らサーボモーターと減速機との組み合わせの中から適当
なものを選択することにより、繊維状結晶の成長速度に
応じたステージ１６の引き下げ速度を得ることが可能と
なる。
システム１１０とボールネジ軸１４とからなる変換器に
よって、ギヤシステム１１０に伝達された回転を、更に
ボールネジ軸１４に伝達することにより行われる。これ
らサーボモーターと減速機との組み合わせの中から適当
なものを選択することにより、繊維状結晶の成長速度に
応じたステージ１６の引き下げ速度を得ることが可能と
なる。
【００１８】具体的には、繊維状単結晶を製造する場合
においては、引き下げ速度は０．１乃至１．０ｍｍ／ｍ
ｉｎの範囲とすることが望ましく、繊維状共晶体を製造
する場合においては、１．０乃至３０ｍｍ／ｍｉｎの範
囲とすることが望ましい。上記構成とすることにより、
いずれの繊維状結晶を製造する場合においても、設定速
度に対しての速度の変動を±１．０％以下とすることが
可能である。
においては、引き下げ速度は０．１乃至１．０ｍｍ／ｍ
ｉｎの範囲とすることが望ましく、繊維状共晶体を製造
する場合においては、１．０乃至３０ｍｍ／ｍｉｎの範
囲とすることが望ましい。上記構成とすることにより、
いずれの繊維状結晶を製造する場合においても、設定速
度に対しての速度の変動を±１．０％以下とすることが
可能である。
【００１９】なお、本実施例においては、高速度用サー
ボモータ１０３及び付随する減速機１０６は、実際の引
き下げ工程以外の、例えばシードの交換作業等で用いて
いる。しかし、サーボモータ及び減速機の組み合わせ
は、上述の組み合わせ及び速度範囲に限定されず、繊維
状結晶の製造条件等に応じて適切なサーボモータ及び適
当な減速比を有する減速機を用いることが望ましい。
ボモータ１０３及び付随する減速機１０６は、実際の引
き下げ工程以外の、例えばシードの交換作業等で用いて
いる。しかし、サーボモータ及び減速機の組み合わせ
は、上述の組み合わせ及び速度範囲に限定されず、繊維
状結晶の製造条件等に応じて適切なサーボモータ及び適
当な減速比を有する減速機を用いることが望ましい。
【００２０】一般的に、サーボモータの回転速度は、回
転角の検出によりフィードバック制御されるが減速時の
回転速度のむら、減速機のバックラッシュ等によるロス
トモーション、及びサーボモータ自体の回転むら等は調
整できない。本実施例においては、シード保持具４１の
上下の移動量をシード軸４０と平行に取り付けたリニア
スケール１１５によって直接検知、測定し更に該移動量
をサーボモータの回転に対してフィードバックすること
により引き下げ速度の安定化を図っている。
転角の検出によりフィードバック制御されるが減速時の
回転速度のむら、減速機のバックラッシュ等によるロス
トモーション、及びサーボモータ自体の回転むら等は調
整できない。本実施例においては、シード保持具４１の
上下の移動量をシード軸４０と平行に取り付けたリニア
スケール１１５によって直接検知、測定し更に該移動量
をサーボモータの回転に対してフィードバックすること
により引き下げ速度の安定化を図っている。
【００２１】また、結晶成長の状態をモニターすること
により繊維状結晶２の直径を所定の時間間隔で計測し、
その直径を所定範囲にするために引き下げ速度を随時変
更しても良い。なお、上記引き下げ機構１００は、高剛
性直動ガイド１１３によって上下方向の直進性を確保し
ているが、同時に結晶成長部の固液境界面の平坦化を図
るために、シード保持具及びシード軸を６乃至６０ｒｐ
ｍで回転させながら引き下げ工程を行うことも可能であ
る。
により繊維状結晶２の直径を所定の時間間隔で計測し、
その直径を所定範囲にするために引き下げ速度を随時変
更しても良い。なお、上記引き下げ機構１００は、高剛
性直動ガイド１１３によって上下方向の直進性を確保し
ているが、同時に結晶成長部の固液境界面の平坦化を図
るために、シード保持具及びシード軸を６乃至６０ｒｐ
ｍで回転させながら引き下げ工程を行うことも可能であ
る。
【００２２】図２に示したステージ１１６には、更に駆
動方向の調整系３０が取り付けられる。調整系３０の概
略構成を図３に示す。シード軸４０を回転させる回転装
置としてのサーボモータ３５は、Ｘ軸及びＹ軸方向に対
して位置調整を行うＸテーブル３１及びＹテーブル３２
上に設置されており、サーボモータ３５の回転中心はＸ
Ｙテーブル３１、３２それぞれの中心に対してそれぞれ
±２０ｍｍの範囲での調整を可能としている。
動方向の調整系３０が取り付けられる。調整系３０の概
略構成を図３に示す。シード軸４０を回転させる回転装
置としてのサーボモータ３５は、Ｘ軸及びＹ軸方向に対
して位置調整を行うＸテーブル３１及びＹテーブル３２
上に設置されており、サーボモータ３５の回転中心はＸ
Ｙテーブル３１、３２それぞれの中心に対してそれぞれ
±２０ｍｍの範囲での調整を可能としている。
【００２３】シード保持具４１はシード軸４０の先端に
取り付けられているが、実際にシード保持具４１にシー
ド３を取り付ける場合には、シード軸４１の回転を考慮
して、その回転中心とシード先端に取り付けられたシー
ド３の回転中心とが合致していることが必要がある。本
実施例においては、シード保持具４１先端に自動調心性
のコレットチャック４３を把持手段として設置すること
により、この調心作業及びシード交換の容易化及び簡略
化を図っている。
取り付けられているが、実際にシード保持具４１にシー
ド３を取り付ける場合には、シード軸４１の回転を考慮
して、その回転中心とシード先端に取り付けられたシー
ド３の回転中心とが合致していることが必要がある。本
実施例においては、シード保持具４１先端に自動調心性
のコレットチャック４３を把持手段として設置すること
により、この調心作業及びシード交換の容易化及び簡略
化を図っている。
【００２４】しかし、シード軸４０の回転時に、固液境
界面が平坦とならなずに結晶成長の方向に傾きが生じた
場合には、上記ＸＹテーブル３１，３２のみによる調整
では、シード軸４０の回転中心がルツボ下部の細孔との
位置ずれ（偏心）が生じる。結晶成長の方向に傾きが生
じた場合には、引き下げ方向を鉛直方向に対して傾けて
対処することにより上記位置ずれを防止することができ
る。
界面が平坦とならなずに結晶成長の方向に傾きが生じた
場合には、上記ＸＹテーブル３１，３２のみによる調整
では、シード軸４０の回転中心がルツボ下部の細孔との
位置ずれ（偏心）が生じる。結晶成長の方向に傾きが生
じた場合には、引き下げ方向を鉛直方向に対して傾けて
対処することにより上記位置ずれを防止することができ
る。
【００２５】そこで、本実施例においてはＸＹテーブル
３１，３２上に、更に、角度調整手段としてゴニオＸテ
ーブル３３、ゴニオＹテーブル３４を設置することによ
り、ルツボ下部の細孔近傍、即ち固液境界面を中心とし
て引き下げ方向の角度調整を可能としている。更に、コ
レットチャック４３を任意の方向に指向可能な結合具と
してのボール継手４４を介してシード保持具４１と結合
することとして、角度調整操作による繊維状結晶に対す
る付加の緩和を図っている。
３１，３２上に、更に、角度調整手段としてゴニオＸテ
ーブル３３、ゴニオＹテーブル３４を設置することによ
り、ルツボ下部の細孔近傍、即ち固液境界面を中心とし
て引き下げ方向の角度調整を可能としている。更に、コ
レットチャック４３を任意の方向に指向可能な結合具と
してのボール継手４４を介してシード保持具４１と結合
することとして、角度調整操作による繊維状結晶に対す
る付加の緩和を図っている。
【００２６】具体的には、ゴニオＸＹテーブル３３，３
４を不図示のマイクロメータヘッドによって、鉛直方向
に対して±３゜の角度調整を可能としている。結晶成長
時に、引き下げ方向に対する繊維状結晶のずれをずれ検
出手段により検出し、上述の調整機構により引き下げ方
向の調整を行うこととする。ずれ検出手段としては、例
えばＣＣＤ等により結晶の成長部分を画像として読みと
り、読みとった画像を信号化し、更に該信号を用いて演
算処理を行なうことでずれ状態を検出する構成からなる
ものが好ましい。
４を不図示のマイクロメータヘッドによって、鉛直方向
に対して±３゜の角度調整を可能としている。結晶成長
時に、引き下げ方向に対する繊維状結晶のずれをずれ検
出手段により検出し、上述の調整機構により引き下げ方
向の調整を行うこととする。ずれ検出手段としては、例
えばＣＣＤ等により結晶の成長部分を画像として読みと
り、読みとった画像を信号化し、更に該信号を用いて演
算処理を行なうことでずれ状態を検出する構成からなる
ものが好ましい。
【００２７】これにより、製造中の繊維状結晶の曲がり
や歪みを防止し、所定の長さの繊維状結晶を得ることが
可能となる。なお、上述の調整は、固液境界面近傍の結
晶２の成長状態をモニターし、結晶成長状態に応じて随
時行われることが望ましい。更に、モニター結果に基づ
いて調整機構を自動的に駆動する駆動回路を設けるとよ
り好ましい。
や歪みを防止し、所定の長さの繊維状結晶を得ることが
可能となる。なお、上述の調整は、固液境界面近傍の結
晶２の成長状態をモニターし、結晶成長状態に応じて随
時行われることが望ましい。更に、モニター結果に基づ
いて調整機構を自動的に駆動する駆動回路を設けるとよ
り好ましい。
【００２８】製造に用いる溶融材料によっては、酸化、
還元等の防止のために不活性ガス雰囲気下或いは真空中
での引き下げを行うことが望ましい場合、或いは酸化性
ガス、還元性ガス等を用いた雰囲気制御を行うことが望
ましい場合がある。本実施例においては、ルツボ１０、
溶融材料１、繊維状結晶２、シード３、シード保持具４
１、及びシード軸４０をガス導入可能な減圧容器７２内
に配置し、雰囲気制御を可能としている。
還元等の防止のために不活性ガス雰囲気下或いは真空中
での引き下げを行うことが望ましい場合、或いは酸化性
ガス、還元性ガス等を用いた雰囲気制御を行うことが望
ましい場合がある。本実施例においては、ルツボ１０、
溶融材料１、繊維状結晶２、シード３、シード保持具４
１、及びシード軸４０をガス導入可能な減圧容器７２内
に配置し、雰囲気制御を可能としている。
【００２９】具体的には、減圧容器７２は、透明石英チ
ャンバー７３及び金属製のベローズ７４とから構成され
る。ルツボ１０、溶融材料１、結晶成長部分及びその近
傍は、外部から結晶成長状態をモニターするために透明
石英チャンバー７３内に保持することとしている。ま
た、繊維状結晶製造初期には透明石英チャンバー７３内
にあるシード保持具４１及びシード軸４０は、繊維状結
晶２の成長と共に引き下げられ、透明石英チャンバー７
３に連結された伸縮自在のべローズ７４の内部に収納さ
れる。
ャンバー７３及び金属製のベローズ７４とから構成され
る。ルツボ１０、溶融材料１、結晶成長部分及びその近
傍は、外部から結晶成長状態をモニターするために透明
石英チャンバー７３内に保持することとしている。ま
た、繊維状結晶製造初期には透明石英チャンバー７３内
にあるシード保持具４１及びシード軸４０は、繊維状結
晶２の成長と共に引き下げられ、透明石英チャンバー７
３に連結された伸縮自在のべローズ７４の内部に収納さ
れる。
【００３０】減圧容器７２は、透明石英チャンバー７３
と金属製ベローズ７４との連結部に接続された真空排気
系７０によって排気され、これによって所定の真空度で
の結晶成長を可能とする。また、減圧容器７２に対して
は、連結部に接続されたガス導入系７６により任意のガ
スの導入が可能となっている。この場合、減圧容器７２
内部の圧力は、コンダクタンスバルブ等による真空排気
系７０の排気速度の調整と、流量調節器によるガス導入
系７６からのガス導入量の調整とによって調整されるこ
とが好ましい。
と金属製ベローズ７４との連結部に接続された真空排気
系７０によって排気され、これによって所定の真空度で
の結晶成長を可能とする。また、減圧容器７２に対して
は、連結部に接続されたガス導入系７６により任意のガ
スの導入が可能となっている。この場合、減圧容器７２
内部の圧力は、コンダクタンスバルブ等による真空排気
系７０の排気速度の調整と、流量調節器によるガス導入
系７６からのガス導入量の調整とによって調整されるこ
とが好ましい。
【００３１】なお、減圧容器７２を真空排気する際の到
達真空度は、製造する繊維状結晶に対してのコンタミネ
ーションを防止するために、１０-2Ｔｏｒｒ以下とする
ことが望ましい。また、繊維状結晶を製造する上で雰囲
気制御を要する場合には、製造条件に応じて、結晶成長
部近傍或いはシード軸４０の下部近傍等、ガス導入の位
置を変更することが望ましい。
達真空度は、製造する繊維状結晶に対してのコンタミネ
ーションを防止するために、１０-2Ｔｏｒｒ以下とする
ことが望ましい。また、繊維状結晶を製造する上で雰囲
気制御を要する場合には、製造条件に応じて、結晶成長
部近傍或いはシード軸４０の下部近傍等、ガス導入の位
置を変更することが望ましい。
【００３２】本実施例における結晶材料の溶解に用いる
加熱系５０には、間接加熱用として加熱有効長さの異な
る２種類の白金系金属発熱体をルツボ１０の周囲に配置
し、これらに通電することで１５００℃までの加熱を可
能としている。この場合、温度測定系６０には熱電対を
用いることとし、温度の制御は該熱電対による直接測定
により得られたルツボ近傍の温度に基づきＰＩＤ制御に
より行っている。
加熱系５０には、間接加熱用として加熱有効長さの異な
る２種類の白金系金属発熱体をルツボ１０の周囲に配置
し、これらに通電することで１５００℃までの加熱を可
能としている。この場合、温度測定系６０には熱電対を
用いることとし、温度の制御は該熱電対による直接測定
により得られたルツボ近傍の温度に基づきＰＩＤ制御に
より行っている。
【００３３】また、直接加熱に用いる加熱系５０とし
て、高周波コイルを用いることとし、これを透明石英チ
ャンバー７３外周に設置し、高周波発信によって２４０
０℃までの加熱を可能としている。この場合、温度測定
計６０には、デジタル赤外線２色温度計を用い、これに
よって溶融材料の温度を直接測定し、温度制御を行って
いる。
て、高周波コイルを用いることとし、これを透明石英チ
ャンバー７３外周に設置し、高周波発信によって２４０
０℃までの加熱を可能としている。この場合、温度測定
計６０には、デジタル赤外線２色温度計を用い、これに
よって溶融材料の温度を直接測定し、温度制御を行って
いる。
【００３４】
【本発明の効果】 本発明に係る装置によって、繊維状
結晶を製造する際に、結晶成長時における結晶の曲がり
や歪みを防止し、欠陥が少なく且つ十分な長さを有する
繊維状結晶を提供することが可能となる。
結晶を製造する際に、結晶成長時における結晶の曲がり
や歪みを防止し、欠陥が少なく且つ十分な長さを有する
繊維状結晶を提供することが可能となる。
【図１】本発明に係る繊維状結晶製造装置の概略構成を
示す図である。
示す図である。
【図２】図１における駆動機構の構成を示す図である。
【図３】図１における駆動方向の調整系の構成を示す図
である。
である。
【図４】図１における間接加熱方式による加熱、測定及
びこの場合の減圧容器の一部の概略を示す図である。
びこの場合の減圧容器の一部の概略を示す図である。
【図５】図１における直接加熱方式による加熱、測定及
びこの場合の減圧容器の一部の概略を示す図である。
びこの場合の減圧容器の一部の概略を示す図である。
【図６】従来技術における繊維状結晶の製造方法の概略
を示す図である。
を示す図である。
１： 溶融材料 ２： 繊維状結晶 ３： 種結晶 １０： ルツボ １１： 細孔 ３０： 駆動方向の調整系 ３１： Ｘテーブル ３２： Ｙテーブル ３３： ゴニオＸテーブル ３４： ゴニオＹテーブル ３５： サーボモータ ４０： シード軸 ４１： シード保持具 ４３： コレットチャック ５０： 加熱系 ６０： 温度測定系 ７０： 排気系 ７２： 減圧容器 ７３： 透明石英チャンバー ７４： 金属ベローズ ７６： ガス導入系 １００： 駆動機構 １０１、１０２、１０３ ： サーボモータ １０４、１０５、１０６ ： 減速機 １０７、１０８ ： クラッチ １１０： ギヤシステム １１３： 直動ガイド １１４： ボールネジ軸 １１５： リニアスケール １１６： ステージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗本 哲 東京都中央区日本橋一丁目13番１号 ティ ーディーケイ株式会社内 Ｆターム(参考） 4G077 AA04 BA04 BB01 BC24 BC32 BC37 CF01 CF04 EG11 EG12 5F053 AA50 BB04 DD01 FF10 GG01 HH04 LL10 RR01 RR03
Claims (7)
- 【請求項１】 容器内に保持された結晶材料を融解し、
該容器に設けられた細孔より融解された前記結晶材料を
種結晶を介して引き下げることにより、前記結晶材料か
ら繊維状の結晶を生成する繊維状結晶製造装置におい
て、 先端部に結合された把持手段によって該種結晶を保持す
るシード保持具と、上部を該シード保持具に連結するシ
ード軸と、該シード軸と連結して該シード軸を引き下げ
方向に垂直な平面上で移動可能とする調整系と、該シー
ド軸及び該調整系を略鉛直方向に引き下げる駆動機構と
からなる装置であって、更に前記繊維状結晶製造装置
は、 前記引き下げ方向を中心軸として該シード軸を回転させ
る回転装置と、前記引き下げ方向の鉛直方向に対する角
度を調整する角度調整手段とを有することを特徴とする
繊維状結晶製造装置。 - 【請求項２】 前記駆動機構は、駆動源としてのモータ
と、該モータの回転を減速する減速機と、減速された該
モータの回転を直線運動に変換して該シード軸を引き下
げる変換器とからなる請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 前記把持手段は、該シード保持具に対し
て任意の方向に指向可能な結合具を介して該シード保持
具に結合され、前記角度調整手段は、少なくとも一つの
ゴニオ調整機構を有することを特徴とする請求項１記載
の装置。 - 【請求項４】 前記容器、把持手段、シード保持具、シ
ード軸、及び繊維状結晶は、任意のガスが導入可能であ
る真空容器内に保持されることを特徴とする請求項３記
載の装置。 - 【請求項５】 前記把持手段は、コレットチャックであ
ることを特徴とする請求項３又は４記載の装置。 - 【請求項６】 前記装置は、更に前記繊維状結晶の前記
引き下げ方向に対するずれを検出するずれ検出手段を有
することを特徴とする請求項３又は５記載の装置。 - 【請求項７】 前記装置は、更に前記ずれ検出する手段
の検出結果に基づいて前記角度調整手段を駆動する駆動
回路を有することを特徴とする請求項６記載の装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25373699A JP3521070B2 (ja) | 1999-09-08 | 1999-09-08 | 繊維状結晶製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25373699A JP3521070B2 (ja) | 1999-09-08 | 1999-09-08 | 繊維状結晶製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001080999A true JP2001080999A (ja) | 2001-03-27 |
| JP3521070B2 JP3521070B2 (ja) | 2004-04-19 |
Family
ID=17255434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25373699A Expired - Lifetime JP3521070B2 (ja) | 1999-09-08 | 1999-09-08 | 繊維状結晶製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3521070B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001316196A (ja) * | 2000-03-03 | 2001-11-13 | Ngk Insulators Ltd | 酸化物単結晶の製造方法および装置 |
| EP1686201A1 (en) | 2005-01-26 | 2006-08-02 | TDK Corporation | Pulling-down apparatus and container therefor |
| CN102830132A (zh) * | 2012-08-28 | 2012-12-19 | 郑州大学 | 基于应力监控的纤维/聚合物界面剪切结晶在线检测仪 |
| CN114525590A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-24 | 深圳先进电子材料国际创新研究院 | 一种多功能晶体生长装置 |
-
1999
- 1999-09-08 JP JP25373699A patent/JP3521070B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001316196A (ja) * | 2000-03-03 | 2001-11-13 | Ngk Insulators Ltd | 酸化物単結晶の製造方法および装置 |
| JP4548952B2 (ja) * | 2000-03-03 | 2010-09-22 | 日本碍子株式会社 | 酸化物単結晶の製造方法および装置 |
| EP1686201A1 (en) | 2005-01-26 | 2006-08-02 | TDK Corporation | Pulling-down apparatus and container therefor |
| US7323053B2 (en) | 2005-01-26 | 2008-01-29 | Tdk Corporation | Pulling-down apparatus and container therefor |
| CN102830132A (zh) * | 2012-08-28 | 2012-12-19 | 郑州大学 | 基于应力监控的纤维/聚合物界面剪切结晶在线检测仪 |
| CN114525590A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-24 | 深圳先进电子材料国际创新研究院 | 一种多功能晶体生长装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3521070B2 (ja) | 2004-04-19 |
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