JP2937110B2 - 単結晶支持装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は単結晶支持装置に関
し、より詳細には単結晶成長装置に装備され、該単結晶
成長装置を使用して成長させた単結晶を冷却する際に用
いられる単結晶支持装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、単結晶を成長させる場合、坩堝内
に充填された単結晶原料の溶融液に種結晶を接触させて
引き上げ、所定長さの単結晶を成長させ、次に所定時間
冷却した後、前記単結晶を前記単結晶成長装置から取り
出している。しかしながら近年、引き上げる単結晶の大
形化が図られ、この重量が次第に重くなってきており、
冷却中に地震等の振動が加わると、ネック部で単結晶が
折れて落下し易い。単結晶が落下すると該単結晶自体は
もちろん、坩堝や前記単結晶成長装置、及びその付属機
器が破壊されたり、あるいは前記溶融液が漏れて冷却水
と反応すると水蒸気爆発が発生するおそれがあるという
問題があった。この問題に対処するため、単結晶支持装
置が組み込まれた単結晶成長装置が開発されている。

【０００３】図３は従来のこの種単結晶支持装置が組み
込まれた単結晶成長装置を模式的に示した断面図であり
（特公平７−５１５号公報）、図中１１は坩堝を示して
いる。略有底円筒形状の坩堝１１内には単結晶原料を溶
融させた溶融液１７ａが充填されるようになっている。
坩堝１１の上方にはワイヤ駆動部１６ａが配設され、ワ
イヤ駆動部１６ａにはワイヤ１６ｂが吊設されており、
このワイヤ１６ｂはワイヤ駆動部１６ａにより上下方向
に移動させられると共に、矢印Ａ方向に回転させられる
ようになっている。ワイヤ１６ｂ下端部には略丸棒形状
の引き上げ軸３１が接続され、引き上げ軸３１の外方に
は略パイプ形状のロータ３２がベアリング３２ａを介し
て回動可能に配設されている。また引き上げ軸３１上部
にはモータ３３が取り付けられ、モータ３３はロータ３
２上部に連結される一方、受信部３３ａと電気的に接続
されている。そして送信手段（図示せず）を用いて単結
晶成長装置３０の外方から送信された信号を受信部３３
ａにおいて受信すると、モータ３３が駆動してロータ３
２が矢印ＢまたはＣ方向に回動するようになっている。
またロータ３２の外周には雄ねじ部３２ｂが形成され、
雄ねじ部３２ｂには略円板形状の支持部３４ａが螺合さ
れ、支持部３４ａ下部からは略円筒形状の把持ホルダ３
４ｂが延設され、把持ホルダ３４ｂの内面には上下方向
のガイド溝３４ｃが対向して形成されている。また把持
ホルダ３４ｂ下部には複数個の切り欠き部３４ｄが形成
され、切り欠き部３４ｄ内には爪部３４ｅが回動可能に
枢支され、把持ホルダ３４ｂ下端部にはストッパ部３４
ｆが形成されており、爪部３４ｅは上方への回転が可能
である一方、下方への回転がストッパ部３４ｆにより規
制されるようになっている。これら支持部３４ａ、把持
ホルダ３４ｂ、爪部３４ｅ、ストッパ部３４ｆ等を含ん
で把持手段３４が構成されている。他方、引き上げ軸３
１下端部には種ホルダ１６ｃが連結され、種ホルダ１６
ｃの外周にはフランジ３５が固定され、このフランジ３
５先端部はガイド溝３４ｃ内に上下方向摺動可能に係合
しており、ロータ３２が回転すると、把持手段３４の回
転が規制されつつ、把持手段３４が上下方向に移動する
ようになっている。これら引き上げ軸３１、ロータ３
２、モータ３３、把持手段３４、フランジ３５等を含ん
で単結晶支持装置３０ａが構成されている。また種ホル
ダ１６ｃ下端部には種結晶１６ｄが取り付けられてお
り、これら坩堝１１、ワイヤ駆動部１６ａ、ワイヤ１６
ｂ、種ホルダ１６ｃ、単結晶支持装置３０ａ等を含んで
単結晶成長装置３０が構成されている。

【０００４】このように構成された単結晶成長装置３０
を用いて単結晶３６を引き上げる場合、モータ３３を正
転駆動させてロータ３２を例えば矢印Ｂ方向に回転さ
せ、これに螺合された把持手段３４を上方に移動させて
おく。次にワイヤ駆動部１６ａを駆動させ、ワイヤ１６
ｂ、引き上げ軸３１を介して種ホルダ１６ｃを下方に移
動させ、種結晶１６ｄを溶融液１７ａに浸漬する。次に
ワイヤ駆動部１６ａを駆動させ、ワイヤ１６ｂを回転さ
せつつ比較的速い速度で引き上げてゆくと、種結晶１６
ｄ下端部から溶融液１７ａが凝固・成長してネック部３
６ａが形成される。次に速度を次第に遅くしながらワイ
ヤ１６ｂを引き上げてゆくと、次第に大きい直径を有す
る段部３６ｂがネック部３６ａの下方に形成される。こ
の後再び比較的速い速度でワイヤ１６ｂを引き上げる
と、段部３６ｂよりも小さい直径のクビレ部３６ｃがこ
の下方に形成され、次に速度を次第に遅くしながら引き
上げてゆくと、次第に大きい直径を有するショルダ部３
６ｄがクビレ部３６ｃの下方に形成される。このとき前
記送信手段を用いて受信部３３ａに信号を送信すると、
モータ３３が逆転駆動してロータ３２が矢印Ｃ方向に回
転し、把持手段３４が下方に移動させられ、爪部３４ｅ
が段部３６ｂ先端に当接して相対的に上方へ回転させら
れた後、クビレ部３６ｃに係合する。次にモータ３３を
停止させた後、所定速度でワイヤ１６ｂを引き上げてゆ
くと、単結晶支持装置３０ａにより把持された状態で、
所定直径の単結晶本体３６ｅがショルダ部３６ｄの下方
に形成されてゆく。次に坩堝１１内の溶融液１７ａが所
定量以下になったところで、比較的速い速度でワイヤ１
６ｂを引き上げると、テール部（図示せず）が形成され
て溶融液１７ａから切り離され、単結晶３６の引き上げ
が終了する。この後、単結晶支持装置３０ａにより把持
した状態で、プルチャンバ（図示せず）内において単結
晶３６を所定時間冷却すると、単結晶３６が前記プルチ
ャンバから取り出し可能となる。

【０００５】図４は従来の別の単結晶支持装置が組み込
まれた単結晶成長装置を模式的に示した断面図であり
（特公昭６０−４１０３８号公報）、図中１１は坩堝を
示している。略有底円筒形状の坩堝１１内には単結晶原
料をヒータ（図示せず）により溶融させた溶融液１７ａ
が充填されるようになっており、坩堝１１は支持台１２
ａを介して支持軸１２ｂに支持され、支持軸１２ｂは駆
動部１２ｃにより上下方向に移動させられると共に矢印
Ｄ方向に回転させられるようになっている。これら支持
台１２ａ、支持軸１２ｂ、駆動部１２ｃを含んで支持手
段１２が構成されており、支持手段１２、坩堝１１等は
メインチャンバ１４内に配設されている。メインチャン
バ１４上部にはバルブ１４ａが接続され、バルブ１４ａ
上には一点鎖線で示したプルチャンバ１５が着脱可能に
取り付けられており、バルブ１４ａを閉じておくと、プ
ルチャンバ１５を取り外す際、メインチャンバ１４内へ
の大気の流入が防止されるようになっている。またプル
チャンバ１５上部にはワイヤ駆動部１６ａが配設され、
ワイヤ駆動部１６ａにはチェン４８ｂが吊設されてお
り、このチェン４８ｂはワイヤ駆動部１６ａにより上下
方向に移動させられると共に、矢印Ａ方向に回転させら
れるようになっている。またチェン４８ｂ下端部には種
ホルダ１６ｃが接続され、種ホルダ１６ｃには種結晶１
６ｄが取り付けられるようになっており、これらワイヤ
駆動部１６ａ、種ホルダ１６ｃ、チェン４８ｂを含んで
引き上げ手段４８が構成されている。またプルチャンバ
１５にはアーム部４９ａの一端部が取り付けられ、アー
ム部４９ａの他端部は回転軸４９ｂの上端部に固定さ
れ、回転軸４９ｂの下端部は駆動部（図示せず）に接続
されている。これらアーム部４９ａ、回転軸４９ｂ、前
記駆動部等を含んで旋回手段４９が構成され、旋回手段
４９はメインチャンバ１４上に設置されており、前記駆
動部を駆動させると、回転軸４９ｂ、アーム部４９ａを
介してプルチャンバ１５が持ち上げられると共に、矢印
ＥまたはＦ方向に回転させられるようになっている。ま
たプルチャンバ１５側壁の開放端１５ａ近傍には孔部４
１が形成され、孔部４１内にはロックピン４２が挿脱可
能に配設されており、これら孔部４１、ロックピン４２
を含んで単結晶支持装置４０ａが構成されている。これ
ら坩堝１１、支持手段１２、メインチャンバ１４、プル
チャンバ１５、単結晶支持装置４０ａ、引き上げ手段４
８、旋回手段４９等を含んで単結晶成長装置４０が構成
されている。

【０００６】このように構成された単結晶成長装置４０
を用いて単結晶を引き上げる場合、坩堝１１内に単結晶
原料を充填した後、一点鎖線で示したようにバルブ１４
ａ上にプルチャンバ１５をセットする。次にバルブ１４
ａを開き、排気手段（図示せず）を用いてプルチャンバ
１５及びメインチャンバ１４内を所定の真空度に設定し
た後、支持手段１２を回転させつつ、前記ヒータにより
前記単結晶原料を加熱・溶融させ、坩堝１１内に溶融液
１７ａを形成する。次にこの溶融液１７ａに種結晶１６
ｄを接触させ、引き上げ手段４８を用いてそれぞれの工
程ごとに所定速度で引き上げると、ネック部４６ａ、シ
ョルダ部４６ｂ、単結晶本体４６ｃ、テール部４６ｄを
含んで構成された単結晶４６が形成される。次にバルブ
１４ａを閉じ、孔部４１を介してプルチャンバ１５内に
ロックピン４２を挿入した後、ワイヤ駆動部１６ａを駆
動させて単結晶４６を下方に移動させると、ロックピン
４２上に単結晶４６が支持される。次に旋回手段４９を
矢印Ｅ方向に旋回させ、プルチャンバ１５を実線で示し
た位置に移動させた後、ロックピン４２を抜き取り、ワ
イヤ駆動部１６ａを駆動させて単結晶４６を下方に移動
させ、プルチャンバ１５の下方に配置した運搬手段５０
の受容器５１内に単結晶４６を移して冷却する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記した単結晶支持装
置３０ａにおいては、構造が複雑であると共に、単結晶
３６を引き上げる際、段部３６ｂ、クビレ部３６ｃを形
成しなければならず、これら各部の形成が面倒であり、
コストが高く付くという課題があった。

【０００８】また上記した単結晶支持装置４０ａは、プ
ルチャンバ１５を旋回手段４９により旋回移動させる際
に用いられる装置であって、単結晶４６はロックピン４
２により単に支持されているだけであり、地震等により
横揺れが発生すると、単結晶４６が水平方向に移動して
プルチャンバ１５側壁部に容易に衝突し、プルチャンバ
１５等が破損するおそれがあるという課題があった。

【０００９】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、プルチャンバ内で単結晶を冷却する間、単結晶の水
平方向の移動を規制しつつ、通常の成長方法により形成
した単結晶を確実に支持することができ、しかも構造が
簡単でコストを削減することができる単結晶支持装置を
提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段及びその効果】上記目的を
達成するために本発明に係る単結晶支持装置は、引き上
げた単結晶を収容するプルチャンバの内側に支持板が回
動可能に枢支され、該支持板が冷却中の単結晶の下方に
配置されることを特徴としている。

【００１１】上記単結晶支持装置によれば、前記支持板
が前記プルチャンバの内周面に接近して収容され、前記
支持板に接触させることなく前記単結晶を前記プルチャ
ンバ内の上方に容易に引き上げることができる。一方、
例えばワイヤ巻き取り手段等を用いて前記ワイヤを所定
長さほど繰り出すと、該ワイヤの一端部と前記枢支部と
により前記支持板が略水平に維持され、該支持板により
前記単結晶の下端部を支持することができる。また、前
記ワイヤ巻き取り手段以外には、前記支持板にギアを具
備させ、該ギアとウォームギアとにより該支持板が略水
平に維持されるようにし、該支持板により前記単結晶の
下端部を支持してもよい。また前記支持板に前記単結晶
の外径よりも小さい形状の孔部を形成しておき、この孔
部に前記単結晶のテール部を挿入すると、該単結晶の水
平方向の移動を前記孔部により規制することができる。
この結果、通常の成長方法により形成した単結晶を前記
プルチャンバ内で確実に支持しつつ冷却することがで
き、しかも構造が簡単であるため、コストを削減するこ
とができる。

【００１２】また本発明に係る単結晶支持装置は、単結
晶支持装置（１）において、支持板の枢支部と対向する
プルチャンバの内側に、前記支持板の支持手段を配置し
てもよい。

【００１３】上記単結晶支持装置によれば、前記支持手
段が前記プルチャンバの内周面近傍に配設されている
と、前記支持手段に接触させることなく単結晶を前記プ
ルチャンバ内の上方に容易に引き上げることができる。
一方、ワイヤ巻き取り手段やウォームギア手段を用いた
場合であっても前記支持板が略水平に維持され、ワイヤ
の切断やウォームギアの故障等の事故が発生した場合に
おいても前記単結晶を確実に支持することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る単結晶支持装
置の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、従来
例と同一機能を有する構成部品には同一の符号を付すこ
ととする。図１は実施の形態に係る単結晶支持装置が組
み込まれた単結晶成長装置を概略的に示した断面図であ
り、また図２は図１におけるＧ−Ｇ線断面図である。メ
インチャンバ１４は略中空円柱形状に形成され、メイン
チャンバ１４内の略中央部には略有底円筒形状をした石
英坩堝１１ａが配設され、石英坩堝１１ａの外周には略
有底円筒形状の黒鉛坩堝１１ｂが配設されている。これ
ら石英坩堝１１ａ、黒鉛坩堝１１ｂを含んで坩堝１１が
構成されており、坩堝１１内には単結晶原料を溶融させ
た溶融液１７ａが充填されるようになっている。また坩
堝１１の下方には支持台１２ａが配設され、支持台１２
ａの凹部には黒鉛坩堝１１ｂの凸部が嵌合されている。
支持台１２ａ下部は支持軸１２ｂの上端部に固定され、
支持軸１２ｂの下端部は駆動部（図示せず）に接続され
ており、この駆動部を駆動すると支持軸１２ｂ、支持台
１２ａを介して坩堝１１が上下方向に移動させられると
共に、矢印Ｄ方向に回転させられるようになっている。
これら支持台１２ａ、支持軸１２ｂ等を含んで支持手段
１２が構成されている。坩堝１１の外方にはこれと同心
上に略円筒形状のヒータ１３が配設され、またメインチ
ャンバ１４側壁には断熱部材１３ａが配設されており、
この断熱部材１３ａによりヒータ１３の熱の外方への放
散が防止されるようになっている。一方、メインチャン
バ１４上部にはバルブ１４ａが接続され、バルブ１４ａ
上には略円筒形状のプルチャンバ１５が取り付けられて
いる。プルチャンバ１５の上方にはワイヤ駆動部１６ａ
が配設され、ワイヤ駆動部１６ａにはワイヤ１６ｂが吊
設されており、このワイヤ１６ｂはワイヤ駆動部１６ａ
により上下方向に移動させられると共に、矢印Ａ方向に
回転させられるようになっている。またワイヤ１６ｂ下
端部には種ホルダ１６ｃが接続され、種ホルダ１６ｃに
は種結晶１６ｄが取り付けられるようになっており、こ
れらワイヤ駆動部１６ａ、ワイヤ１６ｂ、種ホルダ１６
ｃを含んで引き上げ手段１６が構成されている。

【００１５】プルチャンバ１５外壁部には２個の軸受部
２１ａが接近して水平に取り付けられ、軸受部２１ａに
はこれらを通る１個の軸２１ｂが回動可能に配設されて
おり、これら軸受部２１ａ、軸２１ｂを含んで枢支部２
１が構成されている。また軸２１ｂには平面視略太鼓形
状をした支持板２２の一端部が固定され、この支持板２
２の略中央部には単結晶本体２６ｃの外径よりも小さい
径の孔部２２ａが形成され、支持板２２両側端部の下面
には２個のバランスウエイト２２ｂが取り付けられてい
る。一方、支持板２２の他端部側のプルチャンバ１５内
壁部には円板の一部を切り取った形状の支持手段２３が
取り付けられており、支持手段２３の上面に支持板２２
の下面が当接した状態で、支持板２２が略水平になるよ
うに支持手段２３の位置が設定されている。他方、軸受
部２１ａ上方のプルチャンバ１５外壁部の所定箇所には
ブラケット２４ａが取り付けられ、ブラケット２４ａに
はウインチ２４ｂ、モータ２４ｃが取り付けられてお
り、ウインチ２４ｂはモータ２４ｃにより駆動されるよ
うになっている。このウインチ２４ｂにはワイヤ２４ｄ
の一端部が巻き取られ、ワイヤ２４ｄの他端部はプルチ
ャンバ１５に形成されたワイヤ挿通孔２４ｅを通り、支
持板２２両側端部に取り付けられている。またプルチャ
ンバ１５内壁の所定箇所にはストッパ部２４ｆが形成さ
れており、ストッパ部２４ｆにより支持板２２が過剰に
回転するのが防止されるようになっている。これらウイ
ンチ２４ｂ、モータ２４ｃ等を含んでワイヤ巻き取り手
段２４が構成され、これら軸２１、支持板２２、支持手
段２３、ワイヤ巻き取り手段２４、ワイヤ２４ｄ等を含
んで単結晶支持装置２０ａが構成されている。

【００１６】このように構成された単結晶支持装置２０
ａが組み込まれた単結晶成長装置を用いて単結晶２６を
引き上げる場合、ワイヤ巻き取り手段２４を駆動させて
ワイヤ２４ｄを巻き取り、一点鎖線で示したように支持
板２２を立てておく。次に坩堝１１内に単結晶原料を充
填し、メインチャンバ１４にプルチャンバ１５を取り付
けてバルブ１４ａを開いた後、排気手段（図示せず）を
用いてプルチャンバ１５及びメインチャンバ１４内を所
定の真空度に設定する。次に支持手段１２を回転させつ
つ、ヒータ１３により前記単結晶原料を加熱・溶融さ
せ、坩堝１１内に一点鎖線で示した溶融液１７ａを形成
する。次にこの溶融液１７ａに種結晶１６ｄを接触さ
せ、引き上げ手段１６を用いてそれぞれの工程ごとに所
定速度で引き上げ、ネック部２６ａ、ショルダ部２６
ｂ、単結晶本体２６ｃ、テール部２６ｄを含んで構成さ
れた単結晶２６を引き上げる。次にバルブ１４ａを閉じ
た後、ワイヤ巻き取り手段２４を駆動させてワイヤ２４
ｄを繰り出すと、バランスウエイト２２ｂの作用により
支持板２２が反時計方向に回転する。次に支持板２２が
支持手段２３に当接したとき、ワイヤ巻き取り手段２４
の駆動を停止させ、支持板２２を支持手段２３と枢支部
２１とにより水平に維持させる。次にワイヤ駆動部１６
ａを駆動させて単結晶２６を下方に移動させると、テー
ル部２６ｄが孔部２２ａに嵌合し、単結晶２６が支持板
２２上に支持される。この後プルチャンバ１５下部に設
けられたドア（図示せず）を開放し、単結晶２６を冷却
する。

【００１７】上記説明から明らかなように、実施の形態
に係る単結晶支持装置２０ａでは、支持手段２３がプル
チャンバ１５の内周壁面近傍に配設されており、またワ
イヤ巻き取り手段２４を用いてワイヤ２４ｄを巻き取る
と、支持板２２がプルチャンバ１５の内周壁面に接近し
て収容される。このため支持手段２３や支持板２２に接
触させることなく単結晶２６をプルチャンバ１５に容易
に引き上げることができる。

【００１８】また支持手段２３が所定高さに設定されて
おり、ワイヤ巻き取り手段２４を用いてワイヤ２４ｄを
繰り出すと、支持手段２３と枢支部２１とにより支持板
２２が略水平に維持される。また支持板２２に単結晶本
体２６ｃの外径よりも小さい径の孔部２２ａが形成され
ており、孔部２２ａに単結晶２６のテール部２６ｄを挿
入すると、水平方向の移動が孔部２２ａにより規制され
つつ、単結晶２６が支持板２２により支持される。この
結果、通常の成長方法により引き上げた単結晶２６をプ
ルチャンバ１５内で確実に支持しながら冷却することが
でき、ワイヤ２４ｄに切断等の事故が発生した場合にお
いても単結晶２６を確実に支持することができ、また構
造が簡単であるため、コストを削減することができる。

【００１９】なお、実施の形態に係る単結晶支持装置で
はワイヤ巻き取り手段２４による支持板２２の回動につ
いて説明したが、図３に示すように、ギア２９とウォー
ムギア２８とによる支持板２２の回動も可能である。

【００２０】なお、実施の形態に係る単結晶支持装置２
０ａでは、支持板２２に孔部２２ａが形成されている場
合について説明したが、孔部２２ａが形成されてない支
持板上に単結晶２６が載置されてもよい。

【００２１】また、実施の形態に係る単結晶支持装置２
０ａでは、支持手段２３が形成されている場合について
説明したが、支持手段２３は形成されていなくともよ
く、この場合、ワイヤ巻き取り手段２４を用いてワイヤ
２４ｄを所定長さほど繰り出すと、ワイヤ２４ｄの一端
部と枢支部２１とにより支持板２２が略水平に維持さ
れ、支持板２２により単結晶２６のテール部２６ｄを支
持することができる。

【００２２】また、実施の形態に係る単結晶支持装置２
０ａでは、テール部２６ｄを有する単結晶２６を支持す
る場合について説明したが、球面形状の下端部を有する
単結晶を支持することも可能である。

【００２３】また、実施の形態に係る単結晶支持装置２
０ａでは、固定されたプルチャンバ１５の場合について
説明したが、図４に示したように旋回手段４９に取り付
けられたプルチャンバ１５であってもよい。

【００２４】

【実施例】以下、実施例に係る単結晶支持装置を用いた
結果について説明する。図１、図２及び図３に示した単
結晶支持装置２０ａを用い、重量が約３００ｋｇの単結
晶２６を支持させつつ冷却を行なった。このとき単結晶
２６に意図的に横揺れを与えたが、単結晶２６の落下事
故は発生しなかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る単結晶支持装置が組み込まれた単
結晶成長装置の実施の形態を概略的に示した縦断面図で
ある。

【図２】実施例の形態に係る単結晶支持装置を概略的に
示した水平断面図である。

【図３】本発明に係る単結晶支持装置が組み込まれた単
結晶成長装置の別の実施の形態を概略的に示した縦断面
図である。

【図４】従来の単結晶支持装置が組み込まれた単結晶成
長装置を模式的に示した断面図である。

【図５】従来の別の単結晶支持装置が組み込まれた単結
晶成長装置を模式的に示した断面図である。

【符号の説明】

１５ プルチャンバ ２０ａ 単結晶支持装置 ２２ 支持板 ２３ 支持手段 ２４ ワイヤ巻き取り手段 ２４ｄ ワイヤ ２６ 単結晶

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 引き上げた単結晶を収容するプルチャン
   バの内側に支持板が回動可能に枢支され、該支持板が冷
   却中の単結晶の下方に配置されることを特徴とする単結
   晶支持装置。