JP2624803B2 - 引上軸の偏心量測定方法及びその装置 - Google Patents

引上軸の偏心量測定方法及びその装置

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宏幸 伊部
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、チャンバ内で育成結晶を鉛直方向に引き上
げる引上軸の偏芯量を測定する引上軸の偏芯量測定方法
及びその装置に関する。
[従来の技術] チョクラルスキー法による単結晶製造装置では、育成
された単結晶棒の回転及び引上のための力を伝達する方
式には、ワイヤ引上げ方式及びシャフト引上方式があ
る。シャフト引上方式は単結晶製造装置の高さが大きく
なる点でワイヤ引上方式に劣るが、単結晶棒に対し駆動
力を正確に伝達できるという点でワイヤ引上方式に勝れ
ているので、現在これら両方式が並行して使用されてい
る。
シャフト引上方式においては、引上軸はチャンバ上端
に備えられたシール筒に貫通させており、引上軸中心が
シール筒中心からずれると、気密が不充分となったり、
引上軸及び湯面の異常振動が発生したりして正常な単結
晶引上げが困難となる。
したがって、結晶製造装置の組立時における引上軸の
取り付け調整及び使用による引上軸の偏芯量の測定が重
要となる。
ワイヤ引上げ方式においては、チャンバ側面に覗き窓
を形成し、この覗き窓に対応してイメージセンサをチャ
ンバ外に配置し、イメージセンサ上にチャンバ内のワイ
ヤの像を結像させ、そのデータをイメージセンサから読
み出して画像処理によりワイヤの振れを測定する方法が
開示されている(特開昭62−252369号公報)。この方法
は、シャフト引上方式にも適用可能である。
[発明が解決しようとする課題] しかし、チャンバ側面に覗き窓を形成し、かつ、画像
処理をしなければならないので、構成が複雑になり、か
つ、装置が大型となる。また、シャフト引上方式に適用
した場合、引上軸(シャフト)の振れを測定できてもシ
ール筒中心を通る鉛直線(基準鉛直線)からの引上軸の
偏芯量を測定できない。傾斜した直線(振れ基準直線)
の回りに引上軸が振れていると、振れ基準直線からの偏
芯量しか測定できない。基準鉛直線からの引上軸の偏芯
量を測定するには、結像面上の基準鉛直線を決定する必
要がある。このためには、例えば、引上軸取付前に、重
錘を下端に付けたワイヤをシール筒中心に通して垂下さ
せ、画像処理する必要があり、また、長期間の使用によ
るチャンバ等の機械的変形により結像面上の振れ基準直
線及び基準鉛直線がずれるので、定期的に引上軸を取り
外して結像面上の基準鉛直線を再決定する必要がある。
したがって、偏芯量測定装置の偏芯基準位置調整が煩雑
である。
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、構成が簡単で小
型であり、かつ、偏芯基準位置調整が容易な引上げ軸の
偏芯量測定装置及びこれを用いた引上げ軸の偏芯量測定
方法を提供することにある。
[課題を解決するための手段及び作用効果] この目的を達成するために、本第1発明では、チャン
バ内で育成結晶を鉛直方向に引き上げる引上軸(24)の
偏芯量を測定する偏芯量測定装置において、 該チャンバの上部中央に固定され、該引上軸が通され
る貫通孔(20c)が軸芯部に形成された偏芯検出筒(2
0)と、 軸方向を該引上軸へ向けて該偏芯検出筒に取り付けら
れた検出コイル(22A,22B)と、 該検出コイルと該引上軸との間の距離に応じて変化す
る該検出コイルのインダクタンスに基づき周波数及び振
幅が変化する発振回路(36A,36B)と、 を有し、該発振回路の出力に基づいて引上軸の偏芯量を
求めることを特徴とする。
この偏芯量測定装置によれば、チャンバに覗き窓を設
けたり、画像処理をしたりする必要がないので、構成が
簡単であり、また、小型であるという効果を奏する。さ
らに、偏芯検出筒をチャンバの上部中央に固定する際に
その取付位置を調整すれば、長期間の使用によりチャン
バ等の機械的変形に伴う再調整が不要であるので、偏芯
基準位置調整が容易であるという効果を奏する。
引上軸の偏芯量は、発振回路の周波数又は振幅に基づ
いて求めることができるが、第2発明の引上軸の偏芯量
測定装置では発振回路の周波数に基づいて引上軸の偏芯
量を求めるために、上記第1発明の構成にさらに、 上記発振回路(36A,36B)の出力を検波する検波回路
(38A,38B)と、 該検波回路の出力に基づいて、該引上軸の水平面内基
準位置からの偏芯量を求めるデータ処理手段(44)と、 を有する。
第3発明では、上記検出コイル(22A,22B)は、上記
偏芯検出筒(20)に2個取り付けられ、2個の該検出コ
イルの軸心方向が上記貫通孔(20c)の中心を通り且つ
両方向のなす中心角が90゜である。
第4発明の引上げ軸の偏芯量測定方法では、上記いず
れかの偏芯量測定装置を用いて、前記引上軸(24)をそ
の軸方向へ移動させながら該軸方向の位置に対する前記
偏芯量を測定することを特徴とする。
この第4発明によれば、結晶製造装置組立の際に引上
軸取付調整を容易かつ適正に行うことが可能となる。
[実施例] 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。
第2図に示す如く、チャンバ10の首部10aの上端に下
板16の下面が固着されている。下板16上には、下板16の
中央に穿設された孔16aの部分に、内周面にシールリン
グ18aが取り付けられたシール筒18が嵌合固定されてい
る。
第3図に示す如く、シール筒18の上端部に形成された
嵌合孔18bには、円柱状の頭部20aと首部20bとが一体成
形されその軸心部に貫通孔20cが形成された偏芯検出筒2
0の首部20bが嵌着されている。この嵌着状態では、シー
ル筒18の中心軸と偏芯検出筒20の中心軸とが一致する。
偏芯検出筒20の頭部20aには、その側面に垂直に穿設さ
れた孔に同一構成の検出コイル22A及び22Bが嵌入固着さ
れている。貫通孔20cの中心に対し、検出コイル22Aと22
Bは中心角90゜をなしている。
孔16a、18b及び20cには、第2図に示す如く、育成さ
れた結晶棒を引き上げる為の引上軸24が貫通されてい
る。この引上軸24の上部は更に、下板16の上方に配置さ
れたスライダ26の中央部を貫通している。引上軸24の上
端部には係止スリーブ28が固着されている。スライダ26
の上端面及び下端面には、該中央部にそれぞれ軸調整リ
ング30A及び30Bが固着されている。引上軸24はこれら軸
調整リング30A及び30Bの孔を、第4B図に示す如く、軸受
31を介して貫通している。
第4A図及び第4B図に示す如く、軸調整リング30A及び3
0Bには、その側面に垂直に、中心角120゜をなす3個の
螺孔が貫通され、その各々に6角孔付ねじ32が螺入さ
れ、3本のねじ32の先端面により軸受31が固定されてい
る。したがって、合計6本のねじ32により、引上軸24の
傾斜角及び引上軸24の所定位置での偏芯量、換言すれ
ば、引上軸24の軸方向に沿っての偏芯量を調整可能とな
っている。
第2図に示す如く、引上軸24はモータ33によりベルト
を介し回転される。
下板16の側部には、下端が下板16に固着支持されたガ
イド棒34A及び34Bが立設されている。ガイド棒34A及び3
4Bの上端は、不図示の水平な上板に固着支持されてい
る。ガイド棒34A及び34Bは、スライダ26の側部に形成さ
れた案内孔を貫通しており、スライダ26はこれらガイド
棒34A及び34Bに案内されて上下動される。スライダ26
は、スライド26を上下方向に貫通する螺孔にねじ棒が螺
入されこのねじ棒がモータで回転されることにより上下
方向へ駆動される(不図示)。
次に、第1図に基づいて引上軸偏芯量測定装置の構成
を説明する。
検出コイル22Aは発振回路36Aに、検出コイル22Aと発
振回路36AとでLC発振回路を構成するように接続されて
おり、検出コイル22Aに高周波電流を流すと、検出コイ
ル22Aと引上軸24との間の距離に応じた量の誘導電流
(渦電流)が引上軸24に流れ、この渦電流は検出コイル
22Aが作る磁界を打ち消す向きの磁界を生じさせるの
で、検出コイル22Aのインダクタンスが変化する。した
がって、検出コイル22Aと引上軸24との間の距離に応じ
て、発振回路36Aの発信周波数及び発信振幅が変化す
る。この高周波は検波回路38Aにより検波され、その振
幅値が検波回路38Aから取り出される。検出コイル22Bも
22Aと同様に、発振回路36Bを介して検波回路38Bに接続
されている。発振回路36B及び検波回路38Bはそれぞれ発
振回路36A及び検波回路38Aと同一構成である。検波回路
38A及び38Bの出力はマルチプレクサ40を介し例えば100m
sec毎に交互に選択されてA/D変換器42に供給され、デ
ジタル変換される。A/D変換器42の出力値は該選択に同
期して、データ処理手段としてのデータ処理回路44にお
り読み取られる。
データ処理回路44は、検波回路38A(又は38B)の出力
値と、引上軸24の側面から検出コイル22A(又は22B)ま
での距離との対応関係から、偏芯検出筒20の中心を原点
とする引上軸24の中心座標(X,Y)を求め、さらに偏芯
距離D=(X2+Y21/2を演算し、この偏芯座標(X,
Y)、偏芯距離D及び当該結晶製造開始時から現時刻ま
での間の偏芯距離Dの最大値Dmaxを表示器46に表示させ
る。データ処理回路44は、この偏芯距離Dと、上限値設
定器48により設定された上限値DULと比較し、D≦DUL
あれば、警報器50を動作状態にさせて警報音を放出させ
ると共に、一定時間、例えば引上軸24の2回転に相当す
る時間の間、レコーダ54にデータを供給して記録紙上に
引上軸の中心のX座標、Y座標及び偏芯距離Dのグラフ
を作成させる。また、データ処理回路44は記録スイッチ
52がオンになっている間、レコーダ54を動作させて前記
グラフを作成させる。
次に、上記の如く構成された本実施例の動作を説明す
る。
最初に、本装置の組立ての際に、紐の一端に重錘を付
けてこれを垂下させ、シール筒18の軸中心の垂直下方に
坩堝回転軸(不図示)の中心が位置するように坩堝回転
軸又はシール筒18の水平方向取付位置を調整しておく。
次に、引上軸24を第2図に示す如く取り付け、記録スイ
ッチ52をオンにすると共に、スライダ26を上端から下端
までまたは下端から上端まで移動させて、記録紙上に引
上軸の中心のX座標(第5図)、Y座標及び偏芯距離D
のグラフを作成させる。この記録の際に、データ処理回
路44は偏芯座標(X,Y)を記憶しておき、最小二乗法に
より各曲線を直線で近似する。そして、この直線から、
引上軸に沿っての積分値∫X2dH及び∫Y2dHが最小とな
る、軸調整リング30A、30Bに対する引上軸24の中心位置
座標を求め、この値をレコーダ54に供給して記録紙に記
録させる。ここにHは、検出コイル22A、22Bの位置に対
する引上軸24の特定点の高さである。また、調整前及び
この調整を正確に行った後の、引上軸に沿っての積分値
∫X2dH、∫Y2dH及び偏芯距離最大値Dmaxを記録紙に印字
させる。このデータは、引上軸24の取付位置を変える必
要があるかどうかの判断資料となる。作業者は記録結果
を見て、引上軸24の直線度が適当であるかどうかを判断
し、直線度がもし悪ければ、軸調整リング30A及び30Bの
6角孔付ねじ32を回転させて、軸調整リング30Aまたは3
0Bの高さでの引き上げ軸24の中心位置及び引上軸24の傾
きを調整する。
この結晶製造装置を長期間使用すると、例えばガイド
棒34A、34B等の機械的変形により 引上軸の偏芯量が増大し、これにより、正常な単結晶引
上げが困難となる。このような問題は上記組立時の正確
な調整により生じ難くなるが、完全には消失しない。
そこで、使用中には、常時この引上軸偏芯量測定装置
を動作状態にしておく。データ処理回路44は偏芯距離D
がD≧DULであることを検知すると、警報器50を動作さ
せて警報を鳴らせ、その後一定時間、例えば引上軸24が
2回転する時間について記録データをレコーダ54へ供給
し、日付及び時刻を記録紙に印字させるとともに、記録
紙上に引上軸の中心のX座標(第6図)、Y座標及び偏
芯距離Dのグラフを作成させる。作業者はその後適当な
時期に引上軸24を上限から下限まで又は下限から上限ま
で移動させて、上記組立時と同一の記録処理を行い、引
上軸24の取付位置を変える必要があるかどうかを判断
し、必要あれば調整を行う。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第6図は本発明の一実施例に係り、 第1図は引上軸偏芯量測定装置の構成を示すブロック
図、 第2図は偏芯検出筒20の取付位置及び引上軸24の調整位
置を示す結晶製造装置の部分図、 第3図はシール筒18の上端部及び偏芯検出筒20の斜視
図、 第4A図は引上軸24の取付位置調整構造を示す軸調整リン
グの横断面図、 第4B図はこの軸調整リングの縦断面図、 第5図は引上軸の軸方向に対する偏芯X座標の変化及び
その近似直線を示す線図、 第6図は引上軸の回転の際の時間に対する偏芯X座標の
変化を示す線図である。 図中、 10はチャンバ 16は下板 18はシール筒 20は偏芯検出筒 22A、22Bは検出コイル 24は引上軸 26はスライダ 30A、30Bは軸調整リング 31は軸受 32は6角孔付ねじ 33は引上軸回転モータ 34A、34Bはガイド棒

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】チャンバ内で育成結晶を鉛直方向に引き上
    げる引上軸(24)の偏芯量を測定する偏芯量測定装置に
    おいて、 該チャンバの上部中央に固定され、該引上軸が通される
    貫通孔(20c)が軸芯部に形成された偏芯検出筒(20)
    と、 軸方向を該引上軸へ向けて該偏芯検出筒に取り付けられ
    た検出コイル(22A,22B)と、 該検出コイルと該引上軸との間の距離に応じて変化する
    該検出コイルのインダクタンスに基づき周波数及び振幅
    が変化する発振回路(36A,36B)と、 を有し、該発振回路の出力に基づいて引上軸の偏芯量を
    求めることを特徴とする引上軸の偏芯量測定装置。
  2. 【請求項2】前記発振回路(36A,36B)の出力を検波す
    る検波回路(38A,38B)と、 該検波回路の出力に基づいて、該引上軸の水平面内基準
    位置からの偏芯量を求めるデータ処理手段(44)と、 を有することを特徴とする請求項1記載の引上軸の偏芯
    量測定装置。
  3. 【請求項3】前記検出コイル(22A,22B)は、前記偏芯
    検出筒(20)に2個取り付けられ、2個の該検出コイル
    の軸心方向が前記貫通孔(20c)の中心を通り且つ両方
    向のなす中心角が90゜である、 ことを特徴とする請求項1又は2記載の引上げ軸の偏芯
    量測定装置。
  4. 【請求項4】請求項1乃至3のいずれか1つに記載の引
    上げ軸の偏芯量測定装置を用いて、前記引上軸(24)を
    その軸方向へ移動させながら該軸方向の位置に対する前
    記偏芯量を測定することを特徴とする引上げ軸の偏芯量
    測定方法。
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