JP3799911B2 - シードチャック - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はシードチャック、詳しくはチョクラルスキー法により単結晶を引き上げ成長させる単結晶引き上げ装置に使用されるシードチャックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
単結晶シリコンを製造する方法として、ルツボ内の多結晶シリコンを溶融させて、この溶融液に棒状の種結晶であるシードを接触させ、その後、これをワイヤによりゆっくりと回転させながら引き上げることで、単結晶シリコンを引き上げ成長させる、いわゆるチョクラルスキー法が知られている。
この方法では、シードをワイヤに連結させる治具として、シードチャックが用いられている。
【０００３】
以下、図４に基づいて、この従来手段のシードチャックを説明する。
図４は、従来手段に係るシードチャックの使用状態を示す一部断面図を含む正面図である。
図４に示すように、シードチャック１００は、円柱形状のステンレス製のチャック本体１００ａを有している。このチャック本体１００ａの先端面（図４中では下側の端部）には、シード装着部１０１が陥没形成されている。また、このシード装着部１０１には、シード１０２が固着されたシード連結部材１０３が装着されている。一方、チャック本体１００ａの元部（図４中では上側の端部）には、ワイヤ連結シャフト１０４が一体的に設けられている。
【０００４】
ワイヤ連結シャフト１０４の先端部には、その外周面の一部からシャフト中心部まで達するワイヤ連結溝１０５が、その溝長さ方向をチャック軸線に合致させて刻設されている。なお、このワイヤ連結溝１０５の奥部は、略球状をしたボール溝部１０５ａとなっている。
ワイヤ連結溝１０５には、ワイヤ１０６の先端部をかしめたカシメ部１０７が収納される。なお、このカシメ部１０７の先部には、小径な鋼球１０７ａが一体形成されている。
さらに、このワイヤ連結シャフト１０４の先端部には、単結晶シリコンＩの引き上げ成長中に、ワイヤ１０６がワイヤ連結溝１０５から抜けてしまうのを防ぐ抜け止めキャップ１０８が螺合されている。したがって、ワイヤ連結シャフト１０４の先端部の外周面には外ねじが刻設され、抜け止めキャップ１０８の内周面には、これに応じた内ねじが刻設されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のシードチャック１００にあっては、このように抜け止めキャップ１０８が、ワイヤ連結シャフト１０４の先端部に螺合によって装着されていた。しかも、シードチャック１００は、使用中、１０００℃前後の高温にさらされるため、数回の単結晶の引き上げ成長を実施しただけで、その内ねじおよび外ねじの螺合部分に焼きつきが発生し、これにより、シードチャックからワイヤが外れなくなってしまっていた。その結果、比較的頻繁にシードチャック１００を廃棄処分しなければならないという問題があった。
【０００６】
【発明の目的】
そこで、この発明は、再利用の回数を増やすことができ、しかも抜け止めキャップのワイヤ連結シャフトへの着脱を容易にすることができるシードチャックを提供することを、その目的としている。
また、この発明は、単結晶引き上げ成長中のワイヤのがたつきを防止することができるシードチャックを提供することを、その目的としている。
さらに、この発明は、単結晶引き上げ成長時に、抜け止めキャップがワイヤ連結シャフトから抜けにくいシードチャックを提供することを、その目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、チャック本体と、このチャック本体の一端部に設けられて、シードが着脱自在に装着されるシード装着部と、上記シードを種にして成長させられた単結晶の引き上げ用のワイヤが内挿されるワイヤ連結溝がシャフト先端部に形成されて、上記チャック本体の他端部に設けられるワイヤ連結シャフトと、このワイヤ連結シャフトの先端部に外方から着脱自在に取り付けられて、単結晶引き上げ成長中に、上記ワイヤがワイヤ連結溝から離脱するのを防ぐ抜け止めキャップとを備えたシードチャックにおいて、上記ワイヤ連結シャフトの先端部の形状を、その外周面がテーパ面となった先細り形状とし、上記抜け止めキャップの内周面を、上記ワイヤ連結シャフトの外周面のテーパ角に合致させたテーパ面とすることで、この内周面と外周面とを面接触させて、上記抜け止めキャップをワイヤ連結シャフトの先端部に着脱自在に外嵌させたシードチャックである。
【０００８】
引き上げられる単結晶の種類は限定されない。例えばシリコン、ガリウムヒ素などが挙げられる。
抜け止めキャップの形状は限定されない。ただし、請求項３の円筒状にした方が、熱膨張によるキャップの変化量が大きくなるので好ましい。
ワイヤ連結シャフトおよび抜け止めキャップの各装着面のテーパ角は限定されない。通常は、２゜〜４゜である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、上記ワイヤ連結溝に内挿されるワイヤの先端部にはカシメ部が設けられ、上記抜け止めキャップの内周面には、上記ワイヤ連結溝に内挿されたカシメ部をチャック軸線上に位置決めさせる位置決め突起が設けられた請求項１に記載のシードチャックである。
この位置決め突起の形状、大きさ、材質などは限定されない。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、上記抜け止めキャップが、両端面が開放された円筒キャップである請求項１または請求項２に記載のシードチャックである。
【００１１】
【作用】
この発明によれば、単結晶の引き上げ成長中、ワイヤ連結シャフトと、このワイヤ連結シャフトの先端部に取り付けられた抜け止めキャップとは、高温雰囲気にさらされて熱膨張するので、この抜け止めキャップはワイヤ連結シャフトにしっかりと圧着させられる。
一方、使用後は、シードチャックが高温の雰囲気から解放させられて冷やされることで、両部材は本来の寸法に戻る。この結果、抜け止めキャップは、簡単にワイヤ連結シャフトから外れる。
このように、抜け止めキャップの取り付け方式に、熱膨張を利用した圧着方式を採用したので、使用中、キャップの焼きつきが起きにくくなる。その結果、シードチャックの再利用回数を増やすことができる。また、従来のように抜け止めキャップをねじらなくてもよいので、抜け止めキャップのワイヤ連結シャフトへの着脱作業も容易になる。
【００１２】
特に、請求項２に記載の発明によれば、抜け止めキャップをワイヤ連結シャフトに取り付けると、この抜け止めキャップに形成した位置決め突起がワイヤ連結溝に内挿される。その結果、この位置決め突起により自動的にワイヤのカシメ部が、チャック軸線上に位置決めされて固定される。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明によれば、抜け止めキャップが、両端面が開放された円筒キャップであるので、片面が端板で塞がれた容器状のキャップに比べて、熱膨張によるキャップの変化量が大きくなる。これにより、単結晶引き上げ成長時に、抜け止めキャップがワイヤ連結シャフトから抜けにくい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例に係るシードチャックを説明する。
図１は、この発明の一実施例に係るシードチャックの使用状態を示す一部断面図を含む正面図である。図２は、この発明の一実施例に係るシードチャックに使用される抜け止めキャップの拡大斜視図である。図３は、この発明の一実施例に係るシードチャックに使用される抜け止めキャップの拡大平面図である。
【００１５】
図１において、１０は単結晶シリコンを引き上げ成長させる単結晶引き上げ装置に組み込まれたシードチャックであり、このシードチャック１０は、円柱形状のステンレス製のチャック本体１０ａを有している。このチャック本体１０ａの先端面には、シード装着部１１が陥没形成されている。また、このシード装着部１１には、先端部にシード１２が固着されたシード連結部材１３を装着させている。一方、チャック本体１０ａの元部には、ワイヤ連結シャフト１４が一体的に設けられている。
【００１６】
ワイヤ連結シャフト１４の先端部は、やや先細りとなっている。なお、この先細り部のテーパ角θは３゜である。また、このワイヤ連結シャフト１４には、その外周面の一部からシャフト中心部まで達するワイヤ連結溝１５が、その溝長さ方向をチャック軸線に合致させて刻設されている。なお、このワイヤ連結溝１５の奥部は、断面長穴形状をしたボール溝部１５ａとなっている。
また、ワイヤ１６の先端部はかしめられて、先部に小径な鋼球１７ａが一体化されたカシメ部１７となっている。ワイヤ連結溝１５には、このカシメ部１７が収納される。
また、ワイヤ連結シャフト１４の先端部には、単結晶シリコンＩの引き上げ成長中に、ワイヤ１６がワイヤ連結溝１５から離脱するのを防ぐための抜け止めキャップ１８が着脱自在に外嵌されている。この抜け止めキャップ１８の内周面は、ワイヤ連結シャフト１４の外周面のテーパ角θと同じテーパ角を有するテーパ面となっている。したがって、抜け止めキャップ１８の装着時、この抜け止めキャップ１８は、ワイヤ連結シャフト１４にがたつきなく外嵌される。また、このキャップ１８の内周面の小径側の部分には、ワイヤ連結溝１５に内挿されて、カシメ部１７をチャック軸線上に位置決めさせる厚肉小片状の位置決め突起１８ａが一体形成されている（図２，図３参照）。
【００１７】
次に、このシードチャック１０の使用にあっては、まず、ワイヤ１６のカシメ部１７を、ワイヤ連結シャフト１４のワイヤ連結溝１５に挿着させる。このとき、鋼球１７ａがボール溝部１５ａに配置される。次いで、あらかじめワイヤ１６に遊挿されていた抜け止めキャップ１８をシードチャック１０側へ移動させ、これをワイヤ連結シャフト１４の先細り化された先端部に外方から嵌め込む。その際、ワイヤ連結シャフト１４の外周面および抜け止めキャップ１８の内周面は、互いの面と面とが接触させられるような同一のテーパ角θとなっている。その結果、抜け止めキャップ１８は、ワイヤ連結シャフト１４にがたつきなく外嵌される。
また、抜け止めキャップ１８をワイヤ連結シャフト１４に外嵌させたとき、このキャップ１８に形成された位置決め突起１８ａがワイヤ連結溝１５に内挿される。これにより、この位置決め突起１８ａによって、自動的にカシメ部１７がチャック軸線上に位置決めされる。
その際、抜け止めキャップ１８が、両端面が開放された円筒キャップであるので、従来の片面が端板で塞がれた容器状のキャップと比較して、熱膨張によるキャップの変化量が大きくなる。これにより、単結晶引き上げ成長時に、抜け止めキャップ１８がワイヤ連結シャフト１４から外れにくい。
【００１８】
その後、図示しない単結晶引き上げ装置において、単結晶シリコンのチョクラルスキー法による引き上げ成長が行われる。
すなわち、例えばアルゴンガスが充填された高温のチャンバ内のルツボで多結晶シリコンをヒータ加熱により溶融させ、この溶融液にシード１２を接触させた後、ワイヤ回転引き上げ手段によってワイヤ１６をゆっくりと回転させながら引き上げることで、単結晶シリコンが引き上げ成長させられる。
この際、ワイヤ連結シャフト１４と抜け止めキャップ１８とは、高温雰囲気にさらされて、互いに熱膨張する。これにより、このキャップ１８はワイヤ連結シャフト１４にしっかりと圧着される。
【００１９】
一方、使用後は、シードチャック１０が高温の雰囲気から解放されることとなる。よって、その温度が低下し、それまで熱膨張していたワイヤ連結シャフト１４と抜け止めキャップ１８とは、本来の寸法に戻っていく。この結果、抜け止めキャップ１８は、簡単にワイヤ連結シャフト１４から外すことができる。
このように、抜け止めキャップ１８の取り付け方式に、熱膨張を利用した圧着方式を採用したので、使用中、このキャップ１８の焼き付きが起きにくくなる。これにより、シードチャック１０の再利用の回数を増やすことができる。もちろん、抜け止めキャップ１８の着脱時には、従来のようにキャップをひねらなくてもよいので、抜け止めキャップ１８のワイヤ連結シャフト１４への着脱が容易になる。
【００２０】
【発明の効果】
この発明によれば、抜け止めキャップのワイヤ連結シャフトへの取り付け方式として、両部材の接合面を同じテーパ角のテーパ面（傾斜面）とし、かつ単結晶引き上げ成長時の熱膨張を利用した圧着方式を採用したので、使用中は、抜け止めキャップがワイヤ連結シャフトにしっかりと圧着される一方、使用後は、シードチャックが高温の雰囲気から解放されて冷やされることで、簡単に抜け止めキャップを外すことができる。しかも、抜け止めキャップの着脱が容易になる。
【００２１】
特に、請求項２の発明によれば、抜け止めキャップの内周面に位置決め突起を設けたので、抜け止めキャップをワイヤ連結シャフトに装着するだけで、自動的にワイヤのカシメ部をチャック軸線上に位置決めさせることができる。
【００２２】
また、請求項３の発明によれば、抜け止めキャップが、両端面を開放させた円筒キャップとしたので、片面が端板で塞がれた容器状のキャップに比べて、熱膨張によるキャップの変化量が大きくなる。これにより、単結晶引き上げ成長時に、抜け止めキャップをワイヤ連結シャフトから抜けにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係るシードチャックの使用状態を示す一部断面図を含む正面図である。
【図２】この発明の一実施例に係るシードチャックに使用される抜け止めキャップの拡大斜視図である。
【図３】この発明の一実施例に係るシードチャックに使用される抜け止めキャップの拡大平面図である。
【図４】従来手段に係るシードチャックの使用状態を示す一部断面図を含む正面図である。
【符号の説明】
１０ シードチャック、
１０ａ チャック本体、
１１ シード装着部、
１２ シード、
１４ ワイヤ連結シャフト、
１５ ワイヤ連結溝、
１６ ワイヤ、
１７ カシメ部、
１８ 抜け止めキャップ、
１８ａ 位置決め突起、
θ テーパ角。

Claims (3)

1. チャック本体と、
   このチャック本体の一端部に設けられて、シードが着脱自在に装着されるシード装着部と、
   上記シードを種にして成長させられた単結晶の引き上げ用のワイヤが内挿されるワイヤ連結溝がシャフト先端部に形成されて、上記チャック本体の他端部に設けられるワイヤ連結シャフトと、
   このワイヤ連結シャフトの先端部に外方から着脱自在に取り付けられて、単結晶引き上げ成長中に、上記ワイヤがワイヤ連結溝から離脱するのを防ぐ抜け止めキャップとを備えたシードチャックにおいて、
   上記ワイヤ連結シャフトの先端部の形状を、その外周面がテーパ面となった先細り形状とし、
   上記抜け止めキャップの内周面を、上記ワイヤ連結シャフトの外周面のテーパ角に合致させたテーパ面とすることで、この内周面と外周面とを面接触させて、上記抜け止めキャップをワイヤ連結シャフトの先端部に着脱自在に外嵌させたシードチャック。
2. 上記ワイヤ連結溝に内挿されるワイヤの先端部にはカシメ部が設けられ、
   上記抜け止めキャップの内周面には、上記ワイヤ連結溝に内挿されたカシメ部をチャック軸線上に位置決めさせる位置決め突起が設けられた請求項１に記載のシードチャック。
3. 上記抜け止めキャップが、両端面が開放された円筒キャップである請求項１または請求項２に記載のシードチャック。

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