JP3615291B2 - 引上げ結晶重量測定装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ケーブル方式の単結晶引上げ機のケーブル巻取り機構に組込まれるロードセルによって結晶重量を測定する技術の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ケーブル方式の単結晶引上げ機において、ケーブル巻取り機構にロードセルを組込み、結晶重量の変化によって直径制御や引上げられた結晶重量の測定を行うような技術が知られている。この際、ロードセルの精度は通常フルスケールに対する誤差で表わされるため、例えば結晶重量が重くなってロードセルのフルスケールをそれに合せて高荷重用のものにするとそれだけ精度が低下し、これに対して大容量高精度のロードセルを使用しようとすると、それだけコスト高になるという問題がある。
【０００３】
そこでケーブル巻取り機構にロードセルを組込む技術として、例えば特公平５−１９０８７号の図面とか特開平７−１７２９８０号のような技術が開示されている。
そして前者の場合は、図３に示すように、結晶を引上げるケーブル５１をガイドプーリ５２を介して巻取りドラム５３で巻取るようにしたケーブル巻取り回転機構において、結晶重量（Ｗ）の２倍の荷重（２Ｗ）が加わるガイドプーリ５２を負荷板５４で支持し、この負荷板５４を複数の支柱５５、５６、…で支えて荷重を均一に分散させ、そのうち１ヵ所の支柱５５にロードセル５７を設置して重量を検出するようにしている。
【０００４】
また、後者の場合は、図４に示すように、一端側が支柱５８に枢支される水平アーム５９の先端にガイドプーリ５２を枢着するとともに、このアーム５９先端をロードセル５７を介して真上に懸吊支持し、ガイドプーリ５２によって水平に方向変換されたケーブル５１を巻取りドラム５３で水平に巻取ることで、結晶重量（Ｗ）と同じ荷重のフルスケールのロードセル５７を使用することが出来るようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前者のように負荷板５４を複数の支柱５５、５６、…で支えて荷重を分散させ、そのうち１箇所のロードセル５７で測定する方法は、各支柱５５、５６、…に均等に荷重を分散させることが前提になっており、誤差が出やすいという難点があった。
また、後者の場合は結晶重量と同じ荷重のフルスケースのロードセルを使用出来るものの、結晶重量が重くなると大容量高精度のロードセルが必要となり、しかもリンク機構を採用しているため機構が複雑で、組立精度の維持、メインテナンス性等に問題があった。
【０００６】
そこで、近年の半導体技術の進歩によって、ますます大径高重量結晶が要求されるなか、構成が簡単で安価であり、しかも精度の良い測定技術が望まれていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、ケーブル方式の単結晶引上げ機のケーブル巻取り機構に引上げ荷重を検出するロードセルを組込み、このロードセルの検出値によって結晶直径制御又は引上げ結晶重量の測定を行うようにした引上げ結晶重量測定装置において、前記ロードセルを、引上げ荷重を同時に受ける複数の小荷重用ロードセルにて構成するようにした。
【０００８】
この際、ロードセルａのフルスケールをＡとし、この誤差をフルスケールＡのε％とした場合に、結晶重量を単体のロードセルａで測定すると、誤差σａ は下記数式１の▲１▼で表わされる。また、ロードセルｂのフルスケールをＢとし、このロードセルｂの単体誤差をσｂ とすると、同一容量、同一形式のロードセルｂをｎ個同時に使用して測定した場合に、総合誤差σｔ は下記の数式１の▲２▼で表わされることが知られている。
【０００９】
【数１】
Figure 0003615291
【００１０】
このため、ロードセルｂのフルスケールＢが、ロードセルａのフルスケールＡの１／ｎである場合、すなわち、Ｂ＝Ａ／ｎの場合、このロードセルｂの誤差をε％とすると、個々のロードセルｂ、…の誤差σｂ は下記数式２の▲３▼のように表わされ、このロードセルｂをｎ個同時に併用した場合、前記総合誤差σｔ は下記数式２の▲４▼のように纏められる。
すなわち、小容量のロードセルｂをｎ個併用して測定した場合の総合誤差σｔ の方が、大容量のロードセルａ単体で測定する場合の誤差σａ よりも小さくなり測定精度が増す。
【００１１】
【数２】
Figure 0003615291
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例について添付した図面に基づき説明する。ここで図１は本発明の引上げ結晶重量測定装置の平面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図である。本発明の引上げ結晶重量測定装置は、例えばシリコン単結晶の製造方法として知られるチョクラルスキー法の単結晶引上げ機等に適用され、ケーブル巻取り機構にロードセルを組込んで結晶重量を測定し、重量偏差によって結晶引上げ速度とか炉内温度等を調整して結晶直径を制御したり、或いは引上げられた結晶重量を炉内で測定する等のため使用される。
【００１３】
この引上げ結晶重量測定装置は、図１及び図２に示すように、引上げケーブル１下端のシードチャック２が保持する種結晶３の下方に成長する結晶４の重量を測定することが出来るようにされ、ベースプレート５の上方のケーブル巻取り機構６に複数のロードセル７、…を組込んで構成するようにしている。
【００１４】
すなわち、前記巻取り機構６は、ベースプレート５によって支持されるケーブル巻取りドラム８と、このケーブル巻取りドラム８の上方に位置するガイドプーリ１０を備え、前記ケーブル１はガイドプーリ１０を介して方向を１８０度変換して巻取りドラム８によって巻取ることが出来るようにされるとともに、前記ベースプレート５にはケーブル１を挿通させるための貫通孔が設けられ、この貫通孔にはケーブルガイドスリーブ１１が装着されている。
【００１５】
そして、前記巻取りドラム８は、シャフト９に対して回転自在とされており、このシャフト９は、ベースプレート５から上方に向けて突設されたブラケット５ａに軸受けされている。
【００１６】
また、前記ガイドプーリ１０は、平面視略三角形状の負荷板１２の略中央部に回転可能に取付けられている。すなわち、負荷板１２の中央には、ガイドプーリ１０の上端の一部を突出させることの出来る切欠き孔１２ａを形成しており、この切欠き孔１２ａの長辺側の内面に接するよう下方に向けて一対のブラケット１２ｂ、１２ｂを突設するとともに、このブラケット１２ｂ、１２ｂにガイドプーリ１０の回転軸１３を枢着している。
そしてこの負荷板１２の略三角形の頂点附近には、下方に向けて突出するピボット１２ｃ、‥を設けている。
【００１７】
一方、ベースプレート５上には、前記負荷板１２のピボット１２ｃ、‥に対応して３本の支柱１４、‥を立設しており、各支柱１４、‥の上部にはロードセル７、‥を取付けている。そしてこのロードセル７、‥によってピボット１２ｃ、‥の下端部を支えることが出来るようにされるとともに、図１に示すような状態にセットした際、ガイドプーリ１０の中心Ｐから各ピボット１２ｃ、‥の支持点までの距離がいずれも同じ距離ｓになるようにしている。
【００１８】
このため、例えば結晶４の重量がＷであればガイドプーリ１０を介して負荷板１２に２Ｗの下向き荷重が加わり、各ロードセル７、‥には均等に２Ｗ／３の荷重が分散されて加わる。
【００１９】
このような結晶重量測定装置において、例えば１５０ｋｇの結晶重量を引上げる時の作用について従来例と比較しつつ説明する。
結晶重量が１５０ｋｇである場合、負荷板１２には３００ｋｇの荷重がかかり、単一のロードセル７には３００×１／３＝１００ｋｇが加わる。従って、フルスケールが１００ｋｇ（実際は余裕を持たせる必要があるが、説明上限度一杯の１００ｋｇとする）のロードセルを使用し、このロードセル単体の精度がフルスケールの０．０２％である場合、結晶重量測定精度ωは、下記の数式３のように１１．６ｇとなる。
【００２０】
【数３】
Figure 0003615291
【００２１】
これに対して、例えば図３に示す従来技術で測定する場合を考えると、この時の支柱５５、５６、…が３本であればロードセルのフルスケールは１００ｋｇで良いが、結晶重量測定精度ωは１００×０．０００２＝０．０２ｋｇ、すなわち２０ｇとなり本発明の場合の約１／２の精度となる。しかもこの精度は各支柱に荷重が均等に分散された場合であり、荷重の分散精度が狂うと測定誤差は一層増す。
【００２２】
また、例えば図４に示す従来技術で測定する場合を考えると、このロードセルのフルスケールは結晶重量と同じ１５０ｋｇが必要となり、ロードセル単体の精度を同様に０．０２％とすると、結晶重量測定精度ωは１５０×０．０００２＝０．０３ｋｇ、すなわち３０ｇの精度になり、本発明の精度の約１／３である。
【００２３】
そして、引上げ結晶重量の測定精度を向上させることが出来れば、このロードセルの検出値で制御される結晶直径の精度も向上し、或いは引上げられた結晶重量の測定精度も向上する。尚、ロードセルの数は実施例のように３個に限られるものではなく、２個、或いは３個以上であっても良いことはいうまでもない。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ケーブル方式の単結晶引上げ機で引上げ荷重を測定するようにした引上げ結晶重量測定装置において、引上げ荷重を同時に受ける複数の小荷重用ロードセルを配設するようにしたため、構造が簡単で且つ安価なロードセルを使用しながらも測定精度を高めることが出来、このロードセルの検出値で制御される結晶直径、又は引上げ後の重量測定の精度を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の引上げ結晶重量測定装置の平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】第１の従来例を示した図である。
【図４】第２の従来例を示した図である。
【符号の説明】
１ ケーブル ２ シードチャック
３ 種結晶 ４ 結晶
５ ベースプレート ５ａ ブラケット
６ ケーブル巻取り機構 ７ ロードセル
８ ケーブル巻取りドラム ９ シャフト
１０ ガイドプーリ １１ ケーブルガイドスリーブ
１２ 負荷板 １２ａ 切欠き孔
１２ｂ ブラケット １２ｃ ピボット
１３ 回転軸 １４ 支柱
５１ ケーブル ５２ ガイドプーリ
５３ 巻取りドラム ５４ 負荷板
５５、５６、５８ 支柱 ５７ ロードセル
５９ 水平アーム
Ｗ 結晶重量 Ｐ ガイドプーリ中心

Claims (1)

  1. ケーブル方式の単結晶引上げ機のケーブル巻取り機構に引上げ荷重を検出するロードセルを組込み、このロードセルの検出値によって結晶直径制御又は引上げた結晶重量の測定を行うようにした引上げ結晶重量測定装置において、前記ロードセルを、引上げ荷重の全てを同時に受ける複数の同一容量の小荷重用ロードセルにて構成し、前記各ロードセルは荷重中心から支持点までの距離が同じ距離になるよう配置し、前記各ロードセルには均等に荷重が加わるものとしたことを特徴とする引上げ結晶重量測定装置。
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