JP2011037680A - Apparatus for producing single crystal and method for producing single crystal - Google Patents

Apparatus for producing single crystal and method for producing single crystal Download PDF

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直司 三谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for producing a single crystal and a method for producing a single crystal by which the rotation of a grown crystal can be safely stopped while preventing wire cut or breakage of a wire rope even when abnormality occurs such as electric power failure or machine failure. <P>SOLUTION: The apparatus for producing a single crystal includes: a first rotating means for rotating a wire rope 19 having a seed crystal 17 at the tip thereof by using a rotation output of a first power supply; a first rotation stopping means for decelerating and stopping rotation of the wire rope 19; an abnormality occurrence detecting means detecting an occurrence of abnormality while the wire rope 19 is rotated; a second rotating means for rotating the wire rope 19 by using a rotation output of a second power supply; a second rotation stopping means for decelerating and stopping rotation of the wire rope 19; and a switching means that switches, upon detecting abnormality, the rotation output to be used for rotation of the wire rope 19 from the rotation output of the first power supply to the rotation output of the second power supply. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、チョクラルスキー法で単結晶を製造するための装置および方法に関し、特には、停電時や機械故障発生時などでも単結晶の回転を制御することができる単結晶製造装置および単結晶製造方法に関するするものである。   The present invention relates to an apparatus and a method for manufacturing a single crystal by the Czochralski method, and more particularly to a single crystal manufacturing apparatus and a single crystal capable of controlling the rotation of the single crystal even when a power failure occurs or a mechanical failure occurs. It relates to a manufacturing method.

従来、るつぼ中の原料物質の融液に種結晶を接触させ、該種結晶を回転させながら引き上げて単結晶を育成するチョクラルスキー法(CZ法、MCZ法)で単結晶を製造する場合、引き上げた結晶の回転の停止については制御がなされていなかった。そして、特に停電時や機械故障発生時などの異常発生時については、異常発生時用の対策を講じることなく、結晶の回転を急停止させていた。   Conventionally, when a single crystal is produced by the Czochralski method (CZ method, MCZ method) in which a seed crystal is brought into contact with a melt of a raw material substance in a crucible and the seed crystal is rotated and pulled to grow a single crystal, There was no control of stopping the rotation of the pulled crystal. In particular, when an abnormality such as a power failure or a mechanical failure occurs, the rotation of the crystal is suddenly stopped without taking measures for the occurrence of the abnormality.

しかしながら、本発明者が結晶回転の停止について検討したところ、異常発生時等に結晶回転を急停止させると、特に、ワイヤーロープの自転モーメントや自転角が大きい場合には、育成した結晶が懸吊されているワイヤーロープに過度の撚り締りや撚り戻りが発生し、最悪の場合には、ワイヤーロープの素線切れや破断が生じて引き上げた結晶が落下する恐れがあることが明らかとなった。   However, when the present inventor examined the stopping of crystal rotation, when the crystal rotation is suddenly stopped when an abnormality occurs, the grown crystal is suspended especially when the rotation moment or rotation angle of the wire rope is large. It has been clarified that excessive twisting and untwisting occur in the wire rope being used, and in the worst case, the wire rope may be broken or broken, and the pulled crystal may fall.

そのため、チョクラルスキー法による単結晶の製造において、停電時や機械故障発生時などの異常発生時でも、ワイヤーロープの素線切れや破断の発生を防止しつつ、育成した結晶の回転を安全に停止することができる単結晶製造装置を開発する必要があった。また、停電時や機械故障発生時などの異常発生時でも、育成した結晶の回転を安全に停止することができる単結晶製造方法を開発することが求められていた。   Therefore, in the production of a single crystal by the Czochralski method, even when an abnormality such as a power failure or mechanical failure occurs, the wire crystal can be safely rotated while preventing the wire rope from breaking or breaking. There was a need to develop a single crystal production device that could be stopped. Further, it has been demanded to develop a single crystal manufacturing method that can safely stop the rotation of the grown crystal even when an abnormality such as a power failure or a mechanical failure occurs.

この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の単結晶製造装置は、第1のクラッチを介して伝達される第1の動力源の回転出力を利用して、先端に種結晶を有するワイヤーロープを回転させるための第1の回転手段と、前記種結晶上に単結晶を成長させながら該種結晶および単結晶を引き上げるための引き上げ手段と、前記第1の動力源の回転出力を利用して回転させている前記ワイヤーロープの回転を減速して停止させるための第1の回転停止手段とを具える単結晶製造装置において、該単結晶製造装置は、前記ワイヤーロープの回転時に異常の発生を検出する異常発生検出手段と、前記異常発生検出手段が異常の発生を検出した際に、第2のクラッチを介して伝達される第2の動力源の回転出力を利用して、前記ワイヤーロープを回転させるための第2の回転手段と、前記第2の動力源の回転出力を利用して回転させている前記ワイヤーロープの回転を減速して停止させるための第2の回転停止手段と、前記異常発生検出手段が異常を検出したとき、前記ワイヤーロープを回転させるために利用する回転出力を、前記第1の動力源の回転出力から前記第2の動力源の回転出力へと切り替える切替手段とを更に備えることを特徴とする。このように、異常発生時に第2の動力源の回転出力を利用してワイヤーロープを回転させる機構を設ければ、停電時や機械故障発生時などの異常発生時でも結晶(ワイヤーロープ)の回転が急停止することがなく、必要に応じて結晶の育成を続けることができると共に、育成した結晶の回転を安全に停止することができる。   An object of the present invention is to advantageously solve the above-described problems, and the single crystal manufacturing apparatus of the present invention uses the rotational output of the first power source transmitted through the first clutch. A first rotating means for rotating a wire rope having a seed crystal at a tip thereof, a pulling means for pulling up the seed crystal and the single crystal while growing the single crystal on the seed crystal, and the first A single crystal production apparatus comprising first rotation stopping means for decelerating and stopping the rotation of the wire rope being rotated using the rotational output of the power source. An abnormality occurrence detecting means for detecting the occurrence of an abnormality when the wire rope is rotated, and a rotation of the second power source transmitted via the second clutch when the abnormality occurrence detecting means detects the occurrence of the abnormality. Using output , Second rotation means for rotating the wire rope, and second rotation for decelerating and stopping the rotation of the wire rope rotating using the rotation output of the second power source When the stopping means and the abnormality occurrence detecting means detect an abnormality, the rotation output used to rotate the wire rope is changed from the rotation output of the first power source to the rotation output of the second power source. And a switching means for switching between. In this way, if a mechanism that rotates the wire rope using the rotation output of the second power source when an abnormality occurs is provided, the crystal (wire rope) can rotate even when an abnormality such as a power failure or mechanical failure occurs. However, the crystal growth can be continued if necessary, and the rotation of the grown crystal can be stopped safely.

ここで、本発明の単結晶製造装置において、前記第2の回転停止手段は、0.53rad/s以下の角減速度で前記ワイヤーロープの回転を減速して停止させても良い。このようにすれば、ワイヤーロープの素線切れや破断の発生をより確実に防止することができる。 Here, in the single crystal manufacturing apparatus of the present invention, the second rotation stop means may decelerate and stop the rotation of the wire rope at an angular deceleration of 0.53 rad / s 2 or less. If it does in this way, generation | occurrence | production of the strand break of a wire rope and a fracture | rupture can be prevented more reliably.

更に、本発明の単結晶製造装置は、引き上げた前記種結晶および前記単結晶の質量を測定する結晶質量測定手段と、引き上げた前記種結晶および前記単結晶を懸吊しているワイヤーロープの長さを測定するワイヤーロープ長測定手段と、前記結晶質量測定手段で測定した種結晶および単結晶の質量と、前記ワイヤーロープ長測定手段で測定したワイヤーロープの長さとを用いてワイヤーロープの自転モーメントMおよびワイヤーロープの自転角θを演算する演算手段とを更に備え、前記第2の回転停止手段は、前記ワイヤーロープが、前記自転モーメントM:23.5N・mm以上(M≧23.5N・mm)と、前記自転角θ:40°以上(θ≧40°)との少なくとも一方を満たす条件で回転している場合には、0.53rad/s以下の角減速度で前記ワイヤーロープの回転を減速して停止させることが好ましい。このように、自転モーメントMが23.5N・mm以上の場合と、自転角θが40°以上の場合との少なくとも一方に該当する場合に、ワイヤーロープの回転速度を0.53rad/s以下の角減速度で減少させれば、ワイヤーロープの素線切れや破断の発生をより確実に防止することができる。従って、例えば直径が450mmである重量物のシリコンインゴットを製造する際にも、育成した結晶の回転を安全に停止することができる。なお、ワイヤーロープの自転モーメントMが23.5N・mm未満(M<23.5N・mm)、且つ、ワイヤーロープの自転角θが40°未満(θ<40°)の場合には、そもそも結晶回転停止時にワイヤーロープの素線切れ等は生じ難いので、任意の角減速度でワイヤーロープの回転速度を減少させて結晶(ワイヤーロープ)の回転を停止させることができる。 Furthermore, the apparatus for producing a single crystal of the present invention includes a crystal mass measuring means for measuring the mass of the pulled seed crystal and the single crystal, and a length of a wire rope that suspends the pulled seed crystal and the single crystal. Wire rope length measuring means for measuring the thickness, the mass of the seed crystal and single crystal measured by the crystal mass measuring means, and the wire rope length measured by the wire rope length measuring means, and the rotation moment of the wire rope M and a calculation means for calculating the rotation angle θ of the wire rope, and the second rotation stop means is configured such that the wire rope has a rotation moment M of 23.5 N · mm or more (M ≧ 23.5 N · and mm), the rotation angle theta: the 40 ° or more (theta ≧ 40 °) when rotating at conditions satisfying at least one of, 0.53rad / s 2 or less of It is stopped by decelerating the rotation of the wire rope in the deceleration is preferred. As described above, when the rotation moment M is 23.5 N · mm or more and when the rotation angle θ is 40 ° or more, the rotation speed of the wire rope is 0.53 rad / s 2 or less. If the angular deceleration is reduced, wire breakage and breakage of the wire rope can be more reliably prevented. Therefore, for example, when a heavy silicon ingot having a diameter of 450 mm is manufactured, rotation of the grown crystal can be safely stopped. If the wire rope rotation moment M is less than 23.5 N · mm (M <23.5 N · mm) and the wire rope rotation angle θ is less than 40 ° (θ <40 °), the crystal Since the wire rope is not easily broken when the rotation is stopped, the rotation speed of the wire rope can be reduced at an arbitrary angular deceleration to stop the rotation of the crystal (wire rope).

また、本発明の単結晶製造方法は、原料物質の融液に対しワイヤーロープの先端に設置した種結晶を接触させ、該種結晶を、第1のクラッチを介して伝達される第1の動力源の回転出力を利用して前記ワイヤーロープを回転させることで回転させると共に、引き上げ機構で引き上げる工程と、前記種結晶の引き上げ中に、異常発生検出手段で異常の発生の有無を検出する工程とを含む単結晶製造方法であって、前記種結晶の引き上げ中に前記異常発生検出手段で異常の発生が検出されなかった場合には、第1の回転停止手段で、前記第1の動力源の回転出力を利用して回転させている前記ワイヤーロープの回転を減速して停止させ、前記種結晶の引き上げ中に前記異常発生検出手段で異常の発生が検出された場合には、前記ワイヤーロープを回転させるために利用する回転出力を、前記第1の動力源の回転出力から、第2のクラッチを介して伝達される第2の動力源の回転出力へと切り替え、その後、第2の回転停止手段で、前記第2の動力源の回転出力を利用して回転させている前記ワイヤーロープの回転を減速して停止させることを特徴とする。このように、異常発生時に第2の動力源の回転出力を利用してワイヤーロープを回転させれば、停電時や機械故障発生時などの異常発生時でも結晶(ワイヤーロープ)の回転が急停止することがなく、必要に応じて結晶の育成を続けることができると共に、育成した結晶の回転を安全に停止することができる。   In the method for producing a single crystal of the present invention, the seed crystal installed at the tip of the wire rope is brought into contact with the melt of the raw material, and the seed crystal is transmitted through the first clutch. A step of rotating the wire rope using a rotation output of a source and rotating the wire rope with a pulling mechanism; a step of detecting whether or not an abnormality has occurred with the abnormality occurrence detecting means during the pulling of the seed crystal; In the method for producing a single crystal, the first rotation stop means detects the first power source when no abnormality is detected by the abnormality detection means during the pulling of the seed crystal. If the occurrence of an abnormality is detected by the abnormality detection means during the pulling up of the seed crystal, the wire rope is rotated when the rotation of the wire rope being rotated using the rotation output is decelerated and stopped. The rotation output used for rotation is switched from the rotation output of the first power source to the rotation output of the second power source transmitted via the second clutch, and then the second rotation stop The means is characterized by decelerating and stopping the rotation of the wire rope that is rotated using the rotation output of the second power source. In this way, if the wire rope is rotated using the rotation output of the second power source when an abnormality occurs, the rotation of the crystal (wire rope) stops suddenly even when an abnormality such as a power failure or mechanical failure occurs. The crystal growth can be continued as needed, and the rotation of the grown crystal can be safely stopped.

ここで、本発明の単結晶製造方法においては、前記第2の回転停止手段で、0.53rad/s以下の角減速度で前記ワイヤーロープの回転を減速して停止させても良い。このようにすれば、ワイヤーロープの素線切れや破断の発生をより確実に防止することができる。 Here, in the single crystal manufacturing method of the present invention, the rotation of the wire rope may be decelerated and stopped at an angular deceleration of 0.53 rad / s 2 or less by the second rotation stopping means. If it does in this way, generation | occurrence | production of the strand break of a wire rope and a fracture | rupture can be prevented more reliably.

また、本発明の単結晶製造方法においては、前記第2の回転停止手段で前記ワイヤーロープの回転を停止させる際に、ワイヤーロープの自転モーメントM:23.5N・mm以上(M≧23.5N・mm)と、ワイヤーロープの自転角θ:40°以上(θ≧40°)との少なくとも一方を満たす条件でワイヤーロープが回転している場合には、0.53rad/s以下の角減速度で前記ワイヤーロープの回転を減速して停止させても良い。このように、自転モーメントMが23.5N・mm以上の場合と、自転角θが40°以上の場合との少なくとも一方に該当する場合に、ワイヤーロープの回転速度を0.53rad/s以下の角減速度で減少させれば、ワイヤーロープの素線切れや破断の発生をより確実に防止することができる。従って、例えば直径が450mmである重量物のシリコンインゴットを製造する際にも、育成した結晶の回転を安全に停止することができる。なお、ワイヤーロープの自転モーメントMが23.5N・mm未満(M<23.5N・mm)、且つ、ワイヤーロープの自転角θが40°未満(θ<40°)の場合には、そもそも結晶回転停止時にワイヤーロープの素線切れ等は生じ難いので、任意の角減速度でワイヤーロープの回転速度を減少させて結晶(ワイヤーロープ)の回転を停止させることができる。 In the method for producing a single crystal of the present invention, when the rotation of the wire rope is stopped by the second rotation stopping means, the rotation moment M of the wire rope is 23.5 N · mm or more (M ≧ 23.5 N). Mm) and the wire rope rotation angle θ: 40 ° or more (θ ≧ 40 °) When the wire rope is rotating under the condition that satisfies at least one of the following, the angle reduction is 0.53 rad / s 2 or less. The rotation of the wire rope may be decelerated and stopped at a speed. As described above, when the rotation moment M is 23.5 N · mm or more and when the rotation angle θ is 40 ° or more, the rotation speed of the wire rope is 0.53 rad / s 2 or less. If the angular deceleration is reduced, wire breakage and breakage of the wire rope can be more reliably prevented. Therefore, for example, when a heavy silicon ingot having a diameter of 450 mm is manufactured, rotation of the grown crystal can be safely stopped. If the wire rope rotation moment M is less than 23.5 N · mm (M <23.5 N · mm) and the wire rope rotation angle θ is less than 40 ° (θ <40 °), the crystal Since the wire rope is not easily broken when the rotation is stopped, the rotation speed of the wire rope can be reduced at an arbitrary angular deceleration to stop the rotation of the crystal (wire rope).

更に、本発明の単結晶製造方法においては、前記角減速度は一定であることが好ましい。   Furthermore, in the method for producing a single crystal of the present invention, it is preferable that the angular deceleration is constant.

なお、本発明において、「異常」には、停電や第1の動力源の故障といった第1の動力源の回転出力の異常の他、第1の回転手段の故障などの機械故障も含まれる。また、本発明において、ワイヤーロープの自転モーメントMは、下記式(I)に従い算出することができ、ワイヤーロープの自転角θは、下記式(II)に従い算出することができる。
M=α×W×sin(a)・・・(I)
θ=M×l/(Gr×Ip)・・・(II)
[式中、αは定数、Wは育成した結晶(種結晶+単結晶)の質量、aはワイヤーロープの撚り線角度、lはワイヤーロープの長さ、Grはワイヤーロープの横弾性係数、Ipはワイヤーロープの断面二次極モーメントである。]
In the present invention, “abnormality” includes not only abnormalities in the rotation output of the first power source such as a power failure or failure of the first power source, but also mechanical failures such as failure of the first rotating means. In the present invention, the rotation moment M of the wire rope can be calculated according to the following formula (I), and the rotation angle θ of the wire rope can be calculated according to the following formula (II).
M = α × W × sin (a n ) (I)
θ = M × l / (Gr × Ip) (II)
Wherein, alpha is a constant, W is the mass of the crystals grown (seed crystal + single crystal), a n is twisted angle of wire rope, l is the wire rope length, Gr is modulus of transverse elasticity of the wire rope, Ip is the cross-sectional secondary pole moment of the wire rope. ]

本発明によれば、チョクラルスキー法による単結晶の製造において、停電時や機械故障発生時などの異常発生時でも、ワイヤーロープの素線切れや破断の発生を防止しつつ、育成した結晶の回転を安全に停止することができる。   According to the present invention, in the production of a single crystal by the Czochralski method, even when an abnormality such as a power failure or a mechanical failure occurs, the wire rope can be prevented from being broken or broken while being grown. The rotation can be stopped safely.

本発明の単結晶製造装置の一例の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of an example of the single crystal manufacturing apparatus of this invention. (a)は、図1に示す単結晶製造装置のワイヤーロープの一部を正面から見た説明図であり、(b)は、図2(a)のA−A線に沿う断面図である。(A) is explanatory drawing which looked at a part of wire rope of the single-crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1 from the front, (b) is sectional drawing which follows the AA line of Fig.2 (a). . 図1に示す単結晶製造装置のワイヤーロープ回転機構の構成を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the structure of the wire rope rotation mechanism of the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 図1に示す単結晶製造装置を用いて単結晶を製造する際に、停電が発生した場合の制御フローを説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control flow at the time of a power failure generate | occur | producing when manufacturing a single crystal using the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 図1に示す単結晶製造装置を用いて単結晶を製造する際に、第1モータの故障が発生した場合の制御フローを説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control flow in case the failure of a 1st motor generate | occur | produces when manufacturing a single crystal using the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を詳細に説明する。ここに、本発明の単結晶製造装置の一例は、例えば直径450mmの円柱状のシリコンインゴットをチョクラルスキー法(CZ法またはMCZ法(磁場印加式チョクラルスキー法))により製造するための単結晶製造装置10であり、図1に示すように、チャンバ11内に、単結晶シリコンの原料物質となる多結晶シリコンを収容するためのるつぼ12と、該るつぼ12内の原料物質を加熱して融液13とするためのヒーター14と、るつぼ12の下部に設けられてるつぼ12を円周方向(図1では装置上方から見て時計回り)に回転させるるつぼ回転機構15と、単結晶16を育成するための種結晶17を保持する種結晶保持器(シードチャック)18が先端に取り付けられているワイヤーロープ19と、該ワイヤーロープ19をるつぼ12の回転方向とは反対の方向(図1では装置上方から見て反時計回り)に回転させながら巻き取って単結晶16、種結晶17および種結晶保持器18を回転させつつ引き上げる結晶回転・引き上げ機構20とを有している。また、この単結晶製造装置10は、停電検出機構、動作異常(停止や異常高温発生)検出機構およびレーザーセンサ等の、停電や機械故障の発生を検出する異常発生検出手段としての各種機構またはセンサ(図示せず)や、引き上げた種結晶17および単結晶16の質量を測定する結晶質量測定手段としての結晶質量センサ(図示せず)や、引き上げた種結晶17および単結晶16を懸吊しているワイヤーロープの長さを測定するワイヤーロープ長測定手段としてのエンコーダ(図示せず)も備えている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, an example of the single crystal production apparatus of the present invention is, for example, a single crystal for producing a cylindrical silicon ingot having a diameter of 450 mm by the Czochralski method (CZ method or MCZ method (magnetic field application type Czochralski method)). As shown in FIG. 1, a crystal manufacturing apparatus 10, a crucible 12 for containing polycrystalline silicon as a raw material material for single crystal silicon, and a raw material material in the crucible 12 are heated in a chamber 11. A heater 14 for forming the melt 13, a crucible rotating mechanism 15 that rotates the crucible 12 provided in the lower part of the crucible 12 in the circumferential direction (clockwise as viewed from above the apparatus in FIG. 1), and a single crystal 16 A wire rope 19 to which a seed crystal holder (seed chuck) 18 for holding a seed crystal 17 for growing is attached at the tip, and the wire rope 19 to the crucible 1 The crystal is rotated and pulled up while rotating the single crystal 16, the seed crystal 17 and the seed crystal holder 18 while rotating in the direction opposite to the rotation direction (counterclockwise in FIG. 1 when viewed from above the apparatus). Mechanism 20. The single crystal manufacturing apparatus 10 includes various mechanisms or sensors as abnormality occurrence detection means for detecting occurrence of a power failure or mechanical failure, such as a power failure detection mechanism, an operation abnormality (stop or abnormally high temperature occurrence) detection mechanism, and a laser sensor. (Not shown), a crystal mass sensor (not shown) as a crystal mass measuring means for measuring the mass of the pulled seed crystal 17 and single crystal 16, and the pulled seed crystal 17 and single crystal 16 are suspended. An encoder (not shown) is also provided as a wire rope length measuring means for measuring the length of the wire rope.

ここで、ワイヤーロープ19は、例えば図2(a)に示すような撚り線角度aの同心撚り構造を有している。具体的には、ワイヤーロープ19は、図2(b)に図2(a)のA−A線に沿う断面を示すように、1本のコア素線24(素線径:d)の周囲に6本の素線25(素線径:d)を撚り合わせた構造を有している。 Here, the wire rope 19 has, for example, a concentric twisted structure twisted angle a n as shown in FIG. 2 (a). Specifically, as shown in FIG. 2B, the wire rope 19 has a single core wire 24 (wire diameter: d 1 ) as shown in a cross section along the line AA in FIG. It has a structure in which six strands 25 (element diameter: d 2 ) are twisted around.

結晶回転・引き上げ機構20は、ワイヤーロープ19を巻き取って単結晶16、種結晶17および種結晶保持器18を引き上げる、引き上げ手段としてのワイヤーロープ巻き取り器21と、そのワイヤーロープ巻き取り器21が内部に設置された筐体22を回転させてワイヤーロープ19を回転させる、図3に示すようなワイヤーロープ回転機構23(図1には図示せず)とからなる。   The crystal rotation / pull-up mechanism 20 winds up the wire rope 19 to pull up the single crystal 16, the seed crystal 17 and the seed crystal holder 18, and a wire rope winder 21 as a pulling means, and the wire rope winder 21. 3 comprises a wire rope rotating mechanism 23 (not shown in FIG. 1) as shown in FIG. 3, which rotates the wire rope 19 by rotating the housing 22 installed therein.

ワイヤーロープ回転機構23は、筐体22の回転軸30を介して筐体22へ動力源の回転出力を伝達させることにより筐体22を回転させるものである。そして、ワイヤーロープ回転機構23は、図3に示すように、通常運転時用の動力機構と、異常発生時(例えば、停電時や機械故障発生時)用の動力機構との2系統の動力機構を有しており、これらの動力機構の動作は、コントローラ31により制御されている。なお、ワイヤーロープ回転機構23には、回転軸30の回転速度を検出するための図示しないエンコーダが設けられている。   The wire rope rotation mechanism 23 rotates the housing 22 by transmitting the rotation output of the power source to the housing 22 via the rotation shaft 30 of the housing 22. As shown in FIG. 3, the wire rope rotating mechanism 23 is a two-system power mechanism including a power mechanism for normal operation and a power mechanism for when an abnormality occurs (for example, when a power failure occurs or when a mechanical failure occurs). The operation of these power mechanisms is controlled by the controller 31. The wire rope rotation mechanism 23 is provided with an encoder (not shown) for detecting the rotation speed of the rotation shaft 30.

具体的には、ワイヤーロープ回転機構23は、通常運転時用の動力機構として、第1モータ33と、第1モータ33と該第1モータ33の回転出力が入力される第1入力プーリ35との間に設けられた第1電磁クラッチ34と、回転軸30と一体となって回転する第1出力プーリ37と、第1入力プーリ35と第1出力プーリ37との間に巻き掛けられた第1ベルト36とを備えている。また、ワイヤーロープ回転機構23は、異常発生時用の動力機構として、第2モータ38と、第2モータ38と該第2モータ38の回転出力が入力される第2入力プーリ40との間に設けられた第2電磁クラッチ39と、回転軸30と一体となって回転する第2出力プーリ42と、第2入力プーリ40と第2出力プーリ42との間に巻き掛けられた第2ベルト41と、停電時にもコントローラ31、エンコーダ(図示せず)、第2モータ38、第2電磁クラッチ39等へ電力を供給し得る無停電電源装置(UPS)43とを備えている。   Specifically, the wire rope rotation mechanism 23 includes a first motor 33, a first motor 33, and a first input pulley 35 to which a rotation output of the first motor 33 is input as a power mechanism for normal operation. A first electromagnetic clutch 34 provided between the first output pulley 37, the first output pulley 37 that rotates together with the rotary shaft 30, and a first input pulley 35 and a first output pulley 37 that are wound around the first output pulley 37. 1 belt 36. The wire rope rotation mechanism 23 is a power mechanism for occurrence of abnormality between the second motor 38 and the second motor 38 and the second input pulley 40 to which the rotation output of the second motor 38 is input. A second electromagnetic clutch 39 provided, a second output pulley 42 that rotates integrally with the rotary shaft 30, and a second belt 41 that is wound between the second input pulley 40 and the second output pulley 42. And an uninterruptible power supply (UPS) 43 that can supply power to the controller 31, encoder (not shown), second motor 38, second electromagnetic clutch 39, etc. even in the event of a power failure.

そして、このワイヤーロープ回転機構23では、通常運転時には、第1の動力源としての第1モータ33の回転出力が、第1のクラッチとしての第1電磁クラッチ34、並びに、第1の回転手段としての第1入力プーリ35、第1ベルト36および第1出力プーリ37を介して回転軸30へと伝達され、異常発生時には、第2の動力源としての第2モータ38の回転出力が、第2のクラッチとしての第2電磁クラッチ39、並びに、第2の回転手段としての第2入力プーリ40、第2ベルト41および第2出力プーリ42を介して回転軸30へと伝達される。   In the wire rope rotation mechanism 23, during normal operation, the rotation output of the first motor 33 as the first power source is converted into the first electromagnetic clutch 34 as the first clutch and the first rotation means. Is transmitted to the rotary shaft 30 via the first input pulley 35, the first belt 36, and the first output pulley 37, and when an abnormality occurs, the rotational output of the second motor 38 as the second power source is the second output power. Is transmitted to the rotary shaft 30 via the second electromagnetic clutch 39 as the second clutch, and the second input pulley 40, the second belt 41 and the second output pulley 42 as the second rotating means.

ここで、この単結晶製造装置10を用いて単結晶16を製造する際のワイヤーロープ回転機構23の制御の例を以下に説明する。   Here, the example of control of the wire rope rotation mechanism 23 at the time of manufacturing the single crystal 16 using this single crystal manufacturing apparatus 10 is demonstrated below.

ワイヤーロープ回転機構23は、るつぼ12中の原料物質の融液13に接触させた種結晶17の引き上げ(ワイヤーロープ巻き取り器21でのワイヤーロープ19の巻き取り)が開始されると同時に、通常運転時用の動力機構、即ち第1モータ33、第1電磁クラッチ34、第1入力プーリ35、第1ベルト36および第1出力プーリ37を用いて筐体22を回転させ、それによりワイヤーロープ19を例えば10rpmで回転させる。なお、筐体22およびワイヤーロープ19の回転速度は、コントローラ31で第1モータ33の回転出力を調整することにより制御することができる。   At the same time as the wire rope rotating mechanism 23 starts pulling up the seed crystal 17 brought into contact with the raw material melt 13 in the crucible 12 (winding the wire rope 19 with the wire rope winder 21), The casing 22 is rotated by using a power mechanism for operation, that is, the first motor 33, the first electromagnetic clutch 34, the first input pulley 35, the first belt 36, and the first output pulley 37, and thereby the wire rope 19 is rotated. For example at 10 rpm. Note that the rotation speeds of the housing 22 and the wire rope 19 can be controlled by adjusting the rotation output of the first motor 33 by the controller 31.

そして、異常(停電や、第1モータ33の故障、第1電磁クラッチ34の故障、第1ベルト36の破断といった機械故障など)の発生が検出されることなく、単結晶16の引き上げが終了した場合には、以下のようにしてワイヤーロープ19の回転を停止させて、単結晶16の回転を安全に停止させる。   The pulling up of the single crystal 16 was completed without detecting any abnormalities (such as a power failure, mechanical failure such as failure of the first motor 33, failure of the first electromagnetic clutch 34, breakage of the first belt 36). In that case, the rotation of the wire rope 19 is stopped as follows, and the rotation of the single crystal 16 is safely stopped.

まず、結晶質量センサで、引き上げた単結晶16および種結晶17の質量Wを測定すると共に、エンコーダで、種結晶17および単結晶16を懸吊しているワイヤーロープ19の長さlを求める。   First, the mass W of the pulled single crystal 16 and the seed crystal 17 is measured by the crystal mass sensor, and the length l of the wire rope 19 that suspends the seed crystal 17 and the single crystal 16 is obtained by the encoder.

次に、演算手段としても機能するコントローラ31において、結晶の質量Wおよびワイヤーロープの長さlを用いてワイヤーロープの自転モーメントMおよび自転角θを演算する。
ここで、結晶(種結晶+単結晶)の質量:W、ワイヤーロープの有効断面積:A(本例の場合、(d/2)π+6×(d/2)π)、ワイヤーロープの撚り線角度:aとすると、ワイヤーロープの引張応力σは、
σ=W/A
となり、ワイヤーロープの垂直荷重Wは、
=σ×A×cos(a
となり、ワイヤーロープの自転力Tは、
T=W×tan(a
となる。
従って、ワイヤーロープの自転モーメントMは、定数:α、モーメント半径:R(ワイヤーロープの半径:D/2)とすると、コントローラ31において、下記式:
M=α×T×R=α×W×sin(a
を用いて算出することができる。
また、ワイヤーロープの自転角θは、ワイヤーロープの横弾性率:Gr、ワイヤーロープの断面二次極モーメント:Ip、ワイヤーロープの長さ:lとすると、コントローラ31において、下記式:
θ=M×l/(Gr×Ip)
を用いて算出することができる。
なお、ワイヤーロープの断面二次極モーメントIpは、素線径:d(=d=d)、ワイヤーロープの撚り構成により定まる定数:γとすると、下記式:
Ip=γ×π×d/32
で表すことができる。因みに、素線径dとdとが異なる場合(d≠dの場合)には、dを用いて断面二次極モーメントIpを求めることができる。
Next, in the controller 31 that also functions as a calculation means, the rotation moment M and the rotation angle θ of the wire rope are calculated using the mass W of the crystal and the length l of the wire rope.
Here, the mass of crystals (seed crystals + single crystal): W, the effective cross-sectional area of the wire rope: A (in the present embodiment, (d 1/2) 2 π + 6 × (d 2/2) 2 π), the wire Twisted wire angle of rope: If an is assumed, the tensile stress σ of the wire rope is
σ = W / A
The vertical load W n of the wire rope is
W n = σ × A × cos (a n )
The rotation force T of the wire rope is
T = W n × tan (a n )
It becomes.
Therefore, if the rotation moment M of the wire rope is constant: α and moment radius: R (wire rope radius: D / 2), the controller 31 represents the following formula:
M = α × T × R = α × W × sin (a n )
Can be used to calculate.
Further, the rotation angle θ of the wire rope is expressed by the following equation in the controller 31 when the transverse elastic modulus of the wire rope is Gr, the cross-sectional secondary pole moment of the wire rope is Ip, and the length of the wire rope is l.
θ = M × l / (Gr × Ip)
Can be used to calculate.
The cross-sectional secondary pole moment Ip of the wire rope is expressed by the following formula when the wire diameter: d (= d 1 = d 2 ) and the constant determined by the twist configuration of the wire rope: γ
Ip = γ × π × d 4 /32
Can be expressed as Incidentally, when the wire diameters d 1 and d 2 are different (when d 1 ≠ d 2 ), the cross-sectional secondary pole moment Ip can be obtained using d 2 .

そして、ワイヤーロープ19が、自転モーメントM≧23.5N・mmと、自転角θ≧40°との少なくとも一方を満たす条件で回転している場合には、0.53rad/s以下の角減速度となるように回転軸30(ワイヤーロープ19)の回転速度を減少させ(コントローラ31が第1の回転停止手段として機能し、第1モータ33の回転出力を減少させ)、ワイヤーロープ19の回転を停止させる。他方、ワイヤーロープ19が、自転モーメントM<23.5N・mm、且つ、自転角θ<40°を満たす条件で回転している場合には、コントローラ31が第1の回転停止手段として機能し、任意の角減速度で回転軸30(ワイヤーロープ19)の回転速度を減少させてワイヤーロープ19の回転を停止させる。なお、角減速度とは、負の加速度、即ち単位時間当たりの角速度の減少率である。 When the wire rope 19 is rotated under a condition that satisfies at least one of the rotation moment M ≧ 23.5 N · mm and the rotation angle θ ≧ 40 °, the angle reduction is 0.53 rad / s 2 or less. The rotation speed of the rotating shaft 30 (wire rope 19) is decreased so as to be the speed (the controller 31 functions as a first rotation stopping means, and the rotation output of the first motor 33 is decreased), and the rotation of the wire rope 19 is achieved. Stop. On the other hand, when the wire rope 19 is rotated under the condition that the rotation moment M <23.5 N · mm and the rotation angle θ <40 °, the controller 31 functions as the first rotation stop means, The rotation speed of the rotating shaft 30 (wire rope 19) is decreased at an arbitrary angular deceleration to stop the rotation of the wire rope 19. The angular deceleration is a negative acceleration, that is, a rate of decrease in angular velocity per unit time.

このように、ワイヤーロープ19の自転モーメントMおよび自転角θを考慮して結晶回転を停止すれば、ワイヤーロープ19の素線切れが生じてワイヤーロープ19の寿命が短縮されることを防止し得ると共に、ワイヤーロープ19の破断を防止して安全に結晶回転を停止することができる。   As described above, if the crystal rotation is stopped in consideration of the rotation moment M and the rotation angle θ of the wire rope 19, it is possible to prevent the wire rope 19 from being cut and the life of the wire rope 19 from being shortened. At the same time, breakage of the wire rope 19 can be prevented and the crystal rotation can be stopped safely.

一方、単結晶16の引き上げ中に、異常発生検出手段としての各種センサで異常の発生が検出された場合には、切替手段および第2の回転停止手段としても機能するコントローラ31を用いて、例えば以下のようにしてワイヤーロープ19の回転を停止させて、単結晶16の回転を安全に停止させることができる。   On the other hand, when the occurrence of abnormality is detected by various sensors as abnormality occurrence detection means during the pulling of the single crystal 16, using the controller 31 that also functions as the switching means and the second rotation stop means, for example, The rotation of the wire rope 19 can be stopped as follows, and the rotation of the single crystal 16 can be stopped safely.

一例として、異常発生検出手段が停電の発生を検出した場合には、図4に示すように、まず、ワイヤーロープ回転機構23への電力供給源が無停電電源装置(UPS)43に切り替わる(S1)。この際、第1モータ33および第1電磁クラッチ34には電力が供給されないので、第1モータ33は停止すると共に、第1電磁クラッチ34は解放される。   As an example, when the abnormality occurrence detection means detects the occurrence of a power failure, as shown in FIG. 4, first, the power supply source to the wire rope rotation mechanism 23 is switched to the uninterruptible power supply (UPS) 43 (S1). ). At this time, since electric power is not supplied to the first motor 33 and the first electromagnetic clutch 34, the first motor 33 is stopped and the first electromagnetic clutch 34 is released.

次に、UPS43からの電力で第2モータ38を起動し、コントローラ31が、エンコーダで検出した回転軸30の回転速度(ワイヤーロープ19の回転速度)を維持できる回転出力まで第2モータ38の回転出力を増加させる(S2)。そして、第2モータ38の回転出力が増加したら、第2電磁クラッチ39を励磁して、第2モータ38と第2入力プーリ40とを連結する(S3)。   Next, the second motor 38 is activated by the electric power from the UPS 43, and the controller 31 rotates the second motor 38 to a rotation output at which the rotation speed of the rotating shaft 30 (the rotation speed of the wire rope 19) detected by the encoder can be maintained. The output is increased (S2). When the rotation output of the second motor 38 increases, the second electromagnetic clutch 39 is excited to connect the second motor 38 and the second input pulley 40 (S3).

そして、コントローラ31で第2モータ38の回転出力を制御し、0.53rad/s以下の角減速度となるように回転軸30(ワイヤーロープ19)の回転速度を減少させ、ワイヤーロープ19の回転を停止させる(S4)。ここで、本発明においては、角減速度一定でワイヤーロープの回転速度を減少させることが好ましい。 Then, the controller 31 controls the rotation output of the second motor 38 and decreases the rotation speed of the rotary shaft 30 (wire rope 19) so that the angular deceleration is 0.53 rad / s 2 or less. The rotation is stopped (S4). Here, in the present invention, it is preferable to reduce the rotational speed of the wire rope with a constant angular deceleration.

また、他の例として、異常発生検出手段が第1モータ33の故障の発生を検出した場合には、図5に示すように、まず、コントローラ31が第1電磁クラッチ34を解放させる(S1’)。   As another example, when the abnormality occurrence detection unit detects the occurrence of the failure of the first motor 33, first, as shown in FIG. 5, the controller 31 releases the first electromagnetic clutch 34 (S1 ′). ).

次に、コントローラ31が第2モータ38を起動し、エンコーダで検出した回転軸30の回転速度(ワイヤーロープ19の回転速度)を維持できる回転出力まで第2モータ38の回転出力を増加させる(S2’)。そして、第2モータ38の回転出力が増加したら、第2電磁クラッチ39を励磁して、第2モータ38と第2入力プーリ40とを連結する(S3’)。   Next, the controller 31 activates the second motor 38 and increases the rotational output of the second motor 38 to a rotational output that can maintain the rotational speed of the rotating shaft 30 (rotational speed of the wire rope 19) detected by the encoder (S2). '). When the rotational output of the second motor 38 increases, the second electromagnetic clutch 39 is excited to connect the second motor 38 and the second input pulley 40 (S3 ').

その後、第2モータ38の回転出力を用いてワイヤーロープ19を回転させつつ、単結晶16の引き上げを続ける。そして、単結晶の引き上げが終了したら(S4’)、前述した通常運転時に単結晶16の回転を停止させる場合と同様にして、ワイヤーロープ19の回転を停止させて、単結晶16の回転を安全に停止させる。具体的には、演算手段として機能するコントローラ31で、結晶(単結晶+種結晶)の質量Wおよびワイヤーロープの長さlを用いてワイヤーロープの自転モーメントMおよび自転角θを演算し、自転モーメントM≧23.5N・mmと、自転角θ≧40°との少なくとも一方を満たす条件でワイヤーロープが回転しているかを判断し(S5’)、M≧23.5N・mmと、θ≧40°との少なくとも一方を満たしている場合には、0.53rad/s以下の角減速度となるように回転軸30(ワイヤーロープ19)の回転速度を減少させ(コントローラ31が第2モータ38の回転出力を減少させ)、ワイヤーロープ19の回転を停止させる(S6’)。他方、ワイヤーロープ19が、自転モーメントM<23.5N・mm、且つ、自転角θ<40°を満たす条件で回転している場合には、コントローラ31が任意の角減速度で回転軸30(ワイヤーロープ19)の回転速度を減少させてワイヤーロープ19の回転を停止させる。 Thereafter, the single crystal 16 is continuously pulled up while rotating the wire rope 19 using the rotation output of the second motor 38. When the pulling of the single crystal is completed (S4 ′), the rotation of the wire rope 19 is stopped in the same manner as in the case of stopping the rotation of the single crystal 16 during the normal operation described above, so that the rotation of the single crystal 16 is safe. To stop. Specifically, the controller 31 functioning as a calculation means calculates the rotation moment M and the rotation angle θ of the wire rope using the mass W of the crystal (single crystal + seed crystal) and the length l of the wire rope, and the rotation It is determined whether the wire rope is rotated under a condition satisfying at least one of moment M ≧ 23.5 N · mm and rotation angle θ ≧ 40 ° (S5 ′), and M ≧ 23.5 N · mm, θ ≧ When at least one of 40 ° is satisfied, the rotational speed of the rotating shaft 30 (wire rope 19) is decreased so that the angular deceleration is 0.53 rad / s 2 or less (the controller 31 causes the second motor to 38), the rotation of the wire rope 19 is stopped (S6 ′). On the other hand, when the wire rope 19 rotates under the condition that the rotation moment M <23.5 N · mm and the rotation angle θ <40 °, the controller 31 rotates the rotation shaft 30 ( The rotation speed of the wire rope 19) is decreased and the rotation of the wire rope 19 is stopped.

このように、単結晶製造装置10では、停電時や機械故障発生時などの異常発生時でも、第2モータ38等を利用してワイヤーロープ19の回転速度を制御することができるので、ワイヤーロープ19の素線切れや破断の発生を防止しつつ、育成した単結晶16の回転を安全に停止することができる。   As described above, in the single crystal manufacturing apparatus 10, the rotation speed of the wire rope 19 can be controlled using the second motor 38 or the like even when an abnormality occurs such as a power failure or a mechanical failure. It is possible to safely stop the rotation of the grown single crystal 16 while preventing the 19 wires from being cut or broken.

なお、本発明の単結晶製造装置は、上記一例に限定されることなく、適宜変更を加えることができる。具体的には、本発明の単結晶製造装置は、磁場印加器を備えていても良い。また、クラッチとしては、電磁クラッチ以外にも油圧クラッチを用いることができる。   In addition, the single crystal manufacturing apparatus of this invention is not limited to the said example, A change can be added suitably. Specifically, the single crystal manufacturing apparatus of the present invention may include a magnetic field applicator. In addition to the electromagnetic clutch, a hydraulic clutch can be used as the clutch.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to the following Example at all.

(実施例1)
図1に示す単結晶製造装置において、停電発生時に、ワイヤーロープの自転モーメントM=69.6N・mm、ワイヤーロープの自転角θ=86°で回転しているシリコン単結晶の結晶回転速度を角減速度0.52rad/sで減少させ、結晶の回転を停止させた。結晶の回転停止後にワイヤーロープの状態を目視で観察したところ、素線切れ等は発生していなかった。
Example 1
In the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1, when a power failure occurs, the rotation speed M of the wire rope M = 69.6 N · mm and the rotation speed of the silicon single crystal rotating at the rotation angle θ = 86 ° of the wire rope The deceleration was reduced at 0.52 rad / s 2 to stop the rotation of the crystal. When the state of the wire rope was visually observed after the rotation of the crystal was stopped, no wire breakage or the like occurred.

(実施例2)
図1に示す単結晶製造装置において、停電発生時に、ワイヤーロープの自転モーメントM=69.6N・mm、ワイヤーロープの自転角θ=86°で回転しているシリコン単結晶の結晶回転速度を角減速度0.58rad/sで減少させ、結晶の回転を停止させた。結晶の回転停止後にワイヤーロープの状態を目視で観察したところ、素線切れ等は殆ど発生していなかった。
(Example 2)
In the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1, when a power failure occurs, the rotation speed M of the wire rope M = 69.6 N · mm and the rotation speed of the silicon single crystal rotating at the rotation angle θ = 86 ° of the wire rope The deceleration was reduced at 0.58 rad / s 2 to stop the rotation of the crystal. When the state of the wire rope was visually observed after the rotation of the crystal was stopped, almost no wire breakage occurred.

(実施例3)
図1に示す単結晶製造装置において、停電発生時に、ワイヤーロープの自転モーメントM=13.9N・mm、ワイヤーロープの自転角θ=17°で回転しているシリコン単結晶の結晶回転速度を角減速度0.73rad/sで減少させ、結晶の回転を停止させた。結晶の回転停止後にワイヤーロープの状態を目視で観察したところ、素線切れ等は発生していなかった。
(Example 3)
In the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1, when a power failure occurs, the rotation speed M of the wire rope M = 13.9 N · mm and the rotation speed of the silicon single crystal rotating at the rotation angle θ = 17 ° of the wire rope Deceleration was reduced at 0.73 rad / s 2 to stop crystal rotation. When the state of the wire rope was visually observed after the rotation of the crystal was stopped, no wire breakage or the like occurred.

(実施例4)
図1に示す単結晶製造装置において、停電発生時に、ワイヤーロープの自転モーメントM=13.9N・mm、ワイヤーロープの自転角θ=17°で回転しているシリコン単結晶の結晶回転速度を角減速度1.05rad/sで減少させ、結晶の回転を停止させた。結晶の回転停止後にワイヤーロープの状態を目視で観察したところ、素線切れ等は発生していなかった。
Example 4
In the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1, when a power failure occurs, the rotation speed M of the wire rope M = 13.9 N · mm and the rotation speed of the silicon single crystal rotating at the rotation angle θ = 17 ° of the wire rope The deceleration was reduced to 1.05 rad / s 2 and the rotation of the crystal was stopped. When the state of the wire rope was visually observed after the rotation of the crystal was stopped, no wire breakage or the like occurred.

(実施例5)
図1に示す単結晶製造装置において、停電発生時に、ワイヤーロープの自転モーメントM=13.9N・mm、ワイヤーロープの自転角θ=17°で回転しているシリコン単結晶の結晶回転速度を角減速度1.57rad/sで減少させ、結晶の回転を停止させた。結晶の回転停止後にワイヤーロープの状態を目視で観察したところ、素線切れ等は発生していなかった。
(Example 5)
In the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1, when a power failure occurs, the rotation speed M of the wire rope M = 13.9 N · mm and the rotation speed of the silicon single crystal rotating at the rotation angle θ = 17 ° of the wire rope The deceleration was reduced at 1.57 rad / s 2 to stop the rotation of the crystal. When the state of the wire rope was visually observed after the rotation of the crystal was stopped, no wire breakage or the like occurred.

(実施例6)
図1に示す単結晶製造装置において、停電発生時に、ワイヤーロープの自転モーメントM=164.2N・mm、ワイヤーロープの自転角θ=46°で回転しているシリコン単結晶の結晶回転速度を角減速度0.05rad/sで減少させ、結晶の回転を停止させた。結晶の回転停止後にワイヤーロープの状態を目視で観察したところ、素線切れ等は発生していなかった。
(Example 6)
In the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1, when a power failure occurs, the rotation speed M of the wire rope is 164.2 N · mm and the rotation speed of the silicon single crystal rotating at the rotation angle θ of the wire rope is 46 °. The deceleration was reduced at 0.05 rad / s 2 to stop the rotation of the crystal. When the state of the wire rope was visually observed after the rotation of the crystal was stopped, no wire breakage or the like occurred.

(実施例7)
図1に示す単結晶製造装置において、停電発生時に、ワイヤーロープの自転モーメントM=164.2N・mm、ワイヤーロープの自転角θ=46°で回転しているシリコン単結晶の結晶回転速度を角減速度0.52rad/sで減少させ、結晶の回転を停止させた。結晶の回転停止後にワイヤーロープの状態を目視で観察したところ、素線切れ等は発生していなかった。
(Example 7)
In the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1, when a power failure occurs, the rotation speed M of the wire rope is 164.2 N · mm and the rotation speed of the silicon single crystal rotating at the rotation angle θ of the wire rope is 46 °. The deceleration was reduced at 0.52 rad / s 2 to stop the rotation of the crystal. When the state of the wire rope was visually observed after the rotation of the crystal was stopped, no wire breakage or the like occurred.

(実施例8)
図1に示す単結晶製造装置において、停電発生時に、ワイヤーロープの自転モーメントM=23.0N・mm、ワイヤーロープの自転角θ=29°で回転しているシリコン単結晶の結晶回転速度を角減速度0.58rad/sで減少させ、結晶の回転を停止させた。結晶の回転停止後にワイヤーロープの状態を目視で観察したところ、素線切れ等は発生していなかった。
(Example 8)
In the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1, when a power failure occurs, the rotation speed of the wire rope is M = 23.0 N · mm, the rotation speed of the wire rope is θ = 29 °, and the rotation speed of the silicon single crystal is angular. The deceleration was reduced at 0.58 rad / s 2 to stop the rotation of the crystal. When the state of the wire rope was visually observed after the rotation of the crystal was stopped, no wire breakage or the like occurred.

(実施例9)
図1に示す単結晶製造装置において、停電発生時に、ワイヤーロープの自転モーメントM=23.0N・mm、ワイヤーロープの自転角θ=38°で回転しているシリコン単結晶の結晶回転速度を角減速度0.58rad/sで減少させ、結晶の回転を停止させた。結晶の回転停止後にワイヤーロープの状態を目視で観察したところ、素線切れ等は発生していなかった。
Example 9
In the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1, when a power failure occurs, the rotation speed M of the wire rope is 23.0 N · mm and the rotation speed of the silicon single crystal rotating at the rotation angle θ of the wire rope is 38 °. The deceleration was reduced at 0.58 rad / s 2 to stop the rotation of the crystal. When the state of the wire rope was visually observed after the rotation of the crystal was stopped, no wire breakage or the like occurred.

(比較例1)
単結晶製造装置において、停電発生時に、ワイヤーロープの自転モーメントM=69.6N・mm、ワイヤーロープの自転角θ=86°で回転しているシリコン単結晶の回転を急停止させたところ、ワイヤーロープが破断した。
(Comparative Example 1)
In a single crystal manufacturing device, when a power failure occurred, the rotation of the silicon single crystal rotating at a wire rope rotation moment M = 69.6 N · mm and a wire rope rotation angle θ = 86 ° was suddenly stopped. The rope broke.

本発明の単結晶製造装置および単結晶製造方法によれば、チョクラルスキー法による単結晶の製造において、停電時や機械故障発生時などの異常発生時でも、ワイヤーロープの素線切れや破断の発生を防止しつつ、育成した結晶の回転を安全に停止することができる。   According to the single crystal production apparatus and the single crystal production method of the present invention, in the production of a single crystal by the Czochralski method, even when an abnormality such as a power failure or a mechanical failure occurs, the wire rope is broken or broken. The rotation of the grown crystal can be safely stopped while preventing the occurrence.

10 単結晶製造装置
11 チャンバ
12 るつぼ
13 融液
14 ヒーター
15 るつぼ回転機構
16 単結晶
17 種結晶
18 種結晶保持器
19 ワイヤーロープ
20 結晶回転・引き上げ機構
21 ワイヤーロープ巻き取り器
22 筐体
23 ワイヤーロープ回転機構
24 コア素線
25 素線
30 回転軸
31 コントローラ
33 第1モータ
34 第1電磁クラッチ
35 第1入力プーリ
36 第1ベルト
37 第1出力プーリ
38 第2モータ
39 第2電磁クラッチ
40 第2入力プーリ
41 第2ベルト
42 第2出力プーリ
43 無停電電源装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Single crystal production apparatus 11 Chamber 12 Crucible 13 Melt 14 Heater 15 Crucible rotation mechanism 16 Single crystal 17 Seed crystal 18 Seed crystal holder 19 Wire rope 20 Crystal rotation and pulling mechanism 21 Wire rope winder 22 Case 23 Wire rope Rotation mechanism 24 Core strand 25 Strand 30 Rotating shaft 31 Controller 33 First motor 34 First electromagnetic clutch 35 First input pulley 36 First belt 37 First output pulley 38 Second motor 39 Second electromagnetic clutch 40 Second input Pulley 41 Second belt 42 Second output pulley 43 Uninterruptible power supply

Claims (7)

第1のクラッチを介して伝達される第1の動力源の回転出力を利用して、先端に種結晶を有するワイヤーロープを回転させるための第1の回転手段と、
前記種結晶上に単結晶を成長させながら該種結晶および単結晶を引き上げるための引き上げ手段と、
前記第1の動力源の回転出力を利用して回転させている前記ワイヤーロープの回転を減速して停止させるための第1の回転停止手段と
を具える単結晶製造装置において、
該単結晶製造装置は、
前記ワイヤーロープの回転時に異常の発生を検出する異常発生検出手段と、
前記異常発生検出手段が異常の発生を検出した際に、第2のクラッチを介して伝達される第2の動力源の回転出力を利用して、前記ワイヤーロープを回転させるための第2の回転手段と、
前記第2の動力源の回転出力を利用して回転させている前記ワイヤーロープの回転を減速して停止させるための第2の回転停止手段と、
前記異常発生検出手段が異常を検出したとき、前記ワイヤーロープを回転させるために利用する回転出力を、前記第1の動力源の回転出力から前記第2の動力源の回転出力へと切り替える切替手段と
を更に備えることを特徴とする単結晶製造装置。
A first rotating means for rotating a wire rope having a seed crystal at a tip using a rotation output of a first power source transmitted through a first clutch;
A pulling means for pulling up the seed crystal and the single crystal while growing the single crystal on the seed crystal;
In a single crystal manufacturing apparatus comprising a first rotation stopping means for decelerating and stopping the rotation of the wire rope that is rotated using the rotation output of the first power source,
The single crystal production apparatus comprises:
An abnormality occurrence detection means for detecting the occurrence of an abnormality during rotation of the wire rope;
A second rotation for rotating the wire rope using the rotation output of the second power source transmitted through the second clutch when the abnormality detection means detects the occurrence of the abnormality. Means,
Second rotation stopping means for decelerating and stopping the rotation of the wire rope being rotated using the rotation output of the second power source;
Switching means for switching the rotation output used for rotating the wire rope from the rotation output of the first power source to the rotation output of the second power source when the abnormality occurrence detection means detects an abnormality. And a single crystal manufacturing apparatus.
前記第2の回転停止手段は、0.53rad/s以下の角減速度で前記ワイヤーロープの回転を減速して停止させることを特徴とする、請求項1に記載の単結晶製造装置。 2. The single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the second rotation stopping means decelerates and stops the rotation of the wire rope at an angular deceleration of 0.53 rad / s 2 or less. 引き上げた前記種結晶および前記単結晶の質量を測定する結晶質量測定手段と、
引き上げた前記種結晶および前記単結晶を懸吊しているワイヤーロープの長さを測定するワイヤーロープ長測定手段と、
前記結晶質量測定手段で測定した種結晶および単結晶の質量と、前記ワイヤーロープ長測定手段で測定したワイヤーロープの長さとを用いてワイヤーロープの自転モーメントMおよびワイヤーロープの自転角θを演算する演算手段と、
を更に備え、
前記第2の回転停止手段は、前記ワイヤーロープが、前記自転モーメントM:23.5N・mm以上(M≧23.5N・mm)と、前記自転角θ:40°以上(θ≧40°)との少なくとも一方を満たす条件で回転している場合には、0.53rad/s以下の角減速度で前記ワイヤーロープの回転を減速して停止させることを特徴とする、請求項1に記載の単結晶製造装置。
Crystal mass measuring means for measuring the mass of the seed crystal and the single crystal pulled up;
Wire rope length measuring means for measuring the length of the wire rope that suspends the pulled seed crystal and the single crystal;
The rotation moment M of the wire rope and the rotation angle θ of the wire rope are calculated using the masses of the seed crystal and single crystal measured by the crystal mass measuring means and the length of the wire rope measured by the wire rope length measuring means. Computing means;
Further comprising
In the second rotation stopping means, the wire rope has the rotation moment M: 23.5 N · mm or more (M ≧ 23.5 N · mm) and the rotation angle θ: 40 ° or more (θ ≧ 40 °). The rotation of the wire rope is decelerated and stopped at an angular deceleration of 0.53 rad / s 2 or less when rotating under a condition that satisfies at least one of the following. Single crystal manufacturing equipment.
原料物質の融液に対しワイヤーロープの先端に設置した種結晶を接触させ、該種結晶を、第1のクラッチを介して伝達される第1の動力源の回転出力を利用して前記ワイヤーロープを回転させることで回転させると共に、引き上げ機構で引き上げる工程と、
前記種結晶の引き上げ中に、異常発生検出手段で異常の発生の有無を検出する工程と、
を含む単結晶製造方法であって、
前記種結晶の引き上げ中に前記異常発生検出手段で異常の発生が検出されなかった場合には、第1の回転停止手段で、前記第1の動力源の回転出力を利用して回転させている前記ワイヤーロープの回転を減速して停止させ、
前記種結晶の引き上げ中に前記異常発生検出手段で異常の発生が検出された場合には、前記ワイヤーロープを回転させるために利用する回転出力を、前記第1の動力源の回転出力から、第2のクラッチを介して伝達される第2の動力源の回転出力へと切り替え、その後、第2の回転停止手段で、前記第2の動力源の回転出力を利用して回転させている前記ワイヤーロープの回転を減速して停止させる
ことを特徴とする、単結晶製造方法。
A seed crystal placed at the tip of the wire rope is brought into contact with the melt of the raw material, and the wire rope is utilized by utilizing the rotational output of the first power source transmitted through the first clutch. A step of rotating by rotating and lifting with a pulling mechanism,
During the pulling of the seed crystal, a step of detecting the presence or absence of an abnormality with an abnormality occurrence detection means;
A method for producing a single crystal comprising:
If no abnormality is detected by the abnormality occurrence detecting means during the pulling of the seed crystal, the first rotation stopping means rotates using the rotation output of the first power source. Decelerate and stop the rotation of the wire rope,
If an abnormality occurrence is detected during the pulling of the seed crystal, the rotation output used to rotate the wire rope is changed from the rotation output of the first power source to the first output. The wire that is switched to the rotation output of the second power source that is transmitted through the clutch of 2 and then rotated by the second rotation stop means using the rotation output of the second power source A method for producing a single crystal, wherein the rotation of the rope is decelerated and stopped.
前記第2の回転停止手段で、0.53rad/s以下の角減速度で前記ワイヤーロープの回転を減速して停止させることを特徴とする、請求項4に記載の単結晶製造方法。 5. The method for producing a single crystal according to claim 4, wherein the second rotation stopping means decelerates and stops the rotation of the wire rope at an angular deceleration of 0.53 rad / s 2 or less. 前記第2の回転停止手段で前記ワイヤーロープの回転を停止させる際に、ワイヤーロープの自転モーメントM:23.5N・mm以上(M≧23.5N・mm)と、ワイヤーロープの自転角θ:40°以上(θ≧40°)との少なくとも一方を満たす条件でワイヤーロープが回転している場合には、0.53rad/s以下の角減速度で前記ワイヤーロープの回転を減速して停止させることを特徴とする、請求項4に記載の単結晶製造方法。 When the rotation of the wire rope is stopped by the second rotation stopping means, the rotation moment M of the wire rope is 23.5 N · mm or more (M ≧ 23.5 N · mm), and the rotation angle θ of the wire rope is: When the wire rope is rotating under a condition satisfying at least one of 40 ° or more (θ ≧ 40 °), the rotation of the wire rope is decelerated and stopped at an angular deceleration of 0.53 rad / s 2 or less. The method for producing a single crystal according to claim 4, wherein: 前記角減速度は一定であることを特徴とする、請求項5または6に記載の単結晶製造方法。   The single crystal manufacturing method according to claim 5, wherein the angular deceleration is constant.
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