JP3986622B2

JP3986622B2 - 単結晶保持装置及び単結晶保持方法

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Publication number: JP3986622B2
Application number: JP15921197A
Authority: JP
Inventors: 昇栄黒坂; 宏稲垣; 茂樹川島
Original assignee: Sumco Techxiv Corp
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 1997-06-02
Filing date: 1997-06-02
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2017-06-02
Also published as: JPH10338598A; TW482830B

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＺ法による単結晶製造装置に装着され、特に大重量の単結晶の製造に好適な単結晶保持装置及び単結晶保持方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
単結晶シリコンは一般にＣＺ法を用いて製造されている。ＣＺ法は、単結晶製造装置内に設置した石英るつぼに多結晶シリコンを充填し、石英るつぼの周囲に設けたヒータによって前記多結晶シリコンを加熱溶解した上、シードホルダに取り付けた種結晶を融液に浸漬する。そして、シードホルダ及び石英るつぼを互いに同方向または逆方向に回転させながらシードホルダを引き上げて単結晶シリコンを所定の直径及び長さに成長させる方法である。
【０００３】
種結晶には、融液に浸漬したときの熱衝撃で転位が発生する。この転位を単結晶に伝播させないようにするため、ダッシュネック法を用いて直径数ｍｍ程度のネック部を種結晶の下方に形成し、転位をネック部の表面に逃がす。そして、無転位化が確認された後、肩部を形成して単結晶を所定の直径まで拡大させ、次いで直胴部形成に移行する。
【０００４】
近年、単結晶の直径及び長さの増大に伴ってその重量が増大し、ネック部の強度が限界に近づいている。そのため、従来の結晶引き上げ方法ではネック部が破断するおそれがあり、安全な単結晶育成ができない。この対策として、ダッシュネック法によって無転位化した後の拡径工程において単結晶の直径をいったん絞り込んでくびれ部を形成し、このくびれ部に保持具を掛止して単結晶を保持する種々の工夫がなされている。単結晶重量の大部分を保持具で支えるため、ネック部の破断が防止され、ネック部が破断した場合でも保持具により単結晶の落下を防止することができる。
【０００５】
たとえば特公平５−６５４７７号公報で開示された単結晶成長装置は、単結晶に形成したくびれ部に掛止させて前記単結晶を吊り下げる開閉可能なクランプアームを備えている。また、特公平７−５１５号公報で開示された結晶引上装置は、上下動可能な把持ホルダの下端に一定の角度で停止する複数の爪を備え、これらの爪を単結晶のくびれ部に掛止させて前記単結晶を吊り下げる構成としている。更に、特公平７−１０３０００号公報で開示された結晶引上装置は、単結晶のくびれ部に掛止する爪を有し、ワイヤの巻き取りまたは巻き戻しにより開閉する複数の把持レバーと、把持レバーの開きを防止するリングとを用いて前記単結晶を吊り下げる構成としている。その他、特開平９−２８９３号公報、特開平５−２７０９３４号公報等が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単結晶に形成したくびれ部を各種の保持具で保持する場合、下記の問題点がある。
（１）くびれ部を形成する場合、結晶引き上げ速度や融液温度を調整して形状を制御するため、ねらいの形状を再現性良く形成することが困難で、保持具の掛止具合が単結晶ごとに異なってしまう。
（２）保持具に機械的な圧力を加えて単結晶を保持する場合、単結晶の冷却に伴う収縮により保持力が低下し、単結晶を確実に保持することができなくなるが、この問題を解決する方策は確立されていない。
（３）一般的に、単結晶の外周面には結晶方位による晶癖線（稜線）が発生し、この稜線は単結晶の外周面から突起している。そのため、単結晶を保持する保持具が稜線に当接して保持力が加えられると、稜線が欠けることがある。そして、欠落した単結晶の破片が融液に落下すると、育成中の単結晶を有転位化させてしまう。また、前記稜線の欠けた部位が破壊起点となって単結晶が破壊し、融液に落下することも起こり得る。従って、保持具と単結晶の稜線とが一致しないように制御する必要があるが、この点を明確化した単結晶保持方法は開示されていない。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点に着目してなされたもので、大重量の単結晶を保持する際に、形状、寸法の再現性の良い部位を保持し、単結晶の冷却に伴う収縮による保持力の低下に対応することが可能で、かつ、保持部位が単結晶の稜線と一致しないように制御することができる単結晶保持装置及び単結晶保持方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る単結晶保持装置は、複数のリンクを連結してなり、リンクピンの位置を移動させることにより水平面内で変形可能な多角形リンク体と、単結晶を挟持するために多角形リンク体を変形させる手段と、多角形リンク体を結晶引き上げワイヤと同期して回転及び昇降させる手段と、結晶引き上げワイヤに加わる荷重を検出する引き上げワイヤ用ロードセルと、結晶引き上げワイヤに加わる荷重と多角形リンク体に加わる荷重との合計荷重を検出する合計荷重用ロードセルと、前記の各手段を制御する制御装置とを備えていることを特徴とする。
本発明の単結晶保持装置は、単結晶を取り囲むように配置した多角形リンク体を変形させて単結晶を挟持するものである。上記構成によれば、多角形リンク体の変形により対向位置にあるリンクの間隔が狭くなるので、単結晶を前記リンクで挟み込むことができる。多角形リンク体は、結晶引き上げワイヤと同期して回転及び昇降するので、単結晶を挟持する際に結晶引き上げワイヤと多角形リンク体との回転速度差あるいは上昇速度差による摩擦が起こらない。多角形リンク体で単結晶を挟持した後の結晶引き上げ速度は、結晶引き上げワイヤのみによる引き上げ速度と同一である。また、結晶引き上げワイヤに加わる荷重すなわちネック部に加わる荷重は引き上げワイヤ用ロードセルが検出し、多角形リンク体に加わる荷重は合計荷重用ロードセルの検出値と引き上げワイヤ用ロードセルの検出値との差として検出され、これらの値に基づいて制御装置が単結晶の育成及び荷重配分の制御を行う。
【０００９】
上記単結晶保持装置は、結晶引き上げワイヤ巻き取り機構と、引き上げワイヤ用ロードセルと、多角形リンク体駆動機構とを単結晶製造装置の上部に設けた真空容器に収納し、前記真空容器と、真空容器に加わる荷重を検出する合計荷重用ロードセルと、真空容器回転機構とを昇降自在のキャリッジに搭載したことを特徴とする。
上記構成によれば、結晶引き上げワイヤ巻き取り機構、多角形リンク体駆動機構及び前記２種類のロードセルを昇降自在のキャリッジに搭載したので、単結晶の引き上げは結晶引き上げワイヤの巻き取り、キャリッジの上昇のいずれによっても可能となる。
【００１０】
本発明の単結晶保持装置における多角形リンク体駆動機構の第１は、モータまたは流体圧アクチュエータと、単結晶製造装置内に垂直に保持され、前記モータまたは流体圧アクチュエータにより水平方向に移動する２本の保持ロッドとからなる多角形リンク体駆動機構を有し、前記保持ロッドの下端に多角形リンク体の対向位置にあるリンクピンを連結したことを特徴とする。
上記構成によれば、保持ロッドは垂直姿勢を維持しつつ水平方向に動くので、保持ロッドの下端に連結された多角形リンク体が変形して単結晶を保持する。
【００１１】
本発明の単結晶保持装置における多角形リンク体駆動機構の第２は、２個のワイヤ巻き取りドラムと、前記ワイヤ巻き取りドラムから垂下する２本の多角形リンク体駆動ワイヤと、真空容器の下端に設置した複数個の滑車と、多角形リンク体駆動ワイヤの巻き取りに伴って多角形リンク体のリンクピンを横方向に移動させるガイドプレートとからなる多角形リンク体駆動機構を有し、前記ワイヤの下端に多角形リンク体の対向位置にあるリンクピンを連結したことを特徴とする。多角形リンク体の対向位置にあるリンクピンにそれぞれ多角形リンク体駆動ワイヤを連結し、これらのワイヤをワイヤ巻き取り機構で巻き取るようにすれば、前記リンクピンが横方向に移動するので、多角形リンク体が変形して単結晶を保持する。
【００１２】
また、本発明の単結晶保持装置は、冷却により単結晶が収縮し、単結晶保持装置の保持力が低下した場合の保持力回復機能を有し、引き上げた単結晶を単結晶製造装置から取り出すまで保持力を維持することを特徴とする。
単結晶が収縮すると、結晶引き上げワイヤに加わる荷重が異常に増加し、単結晶保持装置に加わる荷重が減少する。引き上げワイヤ用ロードセルの検出値があらかじめ定められた設定荷重を超えると、制御装置の指令信号により保持ロッドを更に移動させ、あるいは多角形リンク体駆動ワイヤを更に巻き取るので、多角形リンク体の単結晶保持力が回復し、その状態を常に維持することができる。
【００１３】
更に、本発明の単結晶保持装置は、多角形リンク体を構成するリンクの内側面に、単結晶のくびれ部を保持するための円弧状の断面をもつ保持部材を取着したことを特徴とする。
多角形リンク体に単結晶のくびれ部を包囲する保持部材を取着すれば、単結晶の直胴部のみならずくびれ部を保持することも可能である。その場合、円弧状の断面をもつ保持部材がくびれ部近傍の円錐面を担持し、くびれ部を締めつけないので、くびれ部の損傷、破壊が防止される。
【００１４】
次に、本発明に係る単結晶保持方法は、単結晶を取り囲む多角形リンク体を所定の位置に下降させた後、保持ロッドの水平方向移動または多角形リンク体駆動ワイヤの巻き上げにより多角形リンク体を変形させて単結晶の直胴部を挟持することを特徴とする。
上記構成によれば、多角形リンク体を変形させて単結晶の直胴部を挟み込み、所定の力で締めつけることにより、単結晶を保持することができる。
【００１５】
また、単結晶を保持する別の方法として、ネック部と単結晶の肩部との間に形成したくびれ部または単結晶の直胴部に形成したくびれ部を、多角形リンク体の内側面に取着した保持部材で保持することを特徴とする。
多角形リンク体を変形させ、保持部材で単結晶のくびれ部を包囲した後、多角形リンク体を僅かに上昇させてくびれ部に当接させれば、くびれ部を締めつけることなく単結晶を保持することができる。
【００１６】
本発明の単結晶保持方法は、多角形リンク体が単結晶に当接する位置と単結晶の稜線とが一致しないように、種結晶または単結晶保持装置を設置することを特徴とする。
稜線の発生位置、本数は結晶方位によって異なるが、上記構成によれば、多角形リンク体で単結晶を締め付けても稜線の圧壊が回避され、育成中の単結晶に悪影響を及ぼさない。
【００１７】
更に、本発明の単結晶保持方法では、単結晶の育成中に、単結晶重量の一部または全部を単結晶保持装置に負担させ、重量の一部を負担させる場合はネック部が破断しない重量をネック部に負担させることを特徴とする。
上記構成によれば、単結晶保持装置とネック部とに対する負担重量をあらかじめ定めておき、引き上げワイヤ用ロードセル及び合計荷重用ロードセルの検出信号に基づいて制御装置が前記重量配分を制御するので、大重量の単結晶引き上げにおいてもネック部の破断が起こらない。
【００１８】
【発明の実施の形態及び実施例】
次に、本発明に係る単結晶保持装置及び単結晶保持方法の実施例について図面を参照して説明する。図１は単結晶保持装置の第１実施例の概略構造を示す模式的縦断面図である。単結晶製造装置１の上端に設置された真空容器２は、支持板２ａ、２ｂにより３分割され、支持板２ｂ上に結晶引き上げワイヤ３の巻き取りを行うワイヤ巻き取りドラム４と、結晶引き上げワイヤ３にかかる荷重を検出する引き上げワイヤ用ロードセル５とが設置されている。結晶引き上げワイヤ３は単結晶製造装置１の中心を垂下してその下端にシードホルダ６が釣支され、シードホルダ６に取着された種結晶７の下端にダッシュネック法によるネック部８を形成した後、単結晶９が育成される。
【００１９】
また、支持板２ａ上には、単結晶保持装置１０の構成部材である２本の柱状の保持ロッド１１を水平方向に移動させる保持ロッド駆動モータ１２が設置されている。前記保持ロッド駆動モータ１２の左右両端から水平方向に突出するモータ軸１３は同期回転するボールネジを有し、モータ軸１３には保持ロッド１１の上端が螺合されている。保持ロッド１１は単結晶製造装置１内に垂直に設置され、下端には多角形リンク体１４が装着されている。なお、保持ロッド１１の駆動手段として左右両方向に伸縮する油圧シリンダまたは空圧シリンダを用いてもよい。
【００２０】
上記真空容器２の下部にはプーリ１５が取着され、支持板２ｂは前記プーリ１５上に設置された合計荷重用ロードセル１６に担持されている。合計荷重用ロードセル１６は、結晶引き上げワイヤ３にかかる荷重と単結晶保持装置１０にかかる荷重との合計荷重を検出して図示しない制御装置に入力する。制御装置は、前記合計荷重検出値と引き上げワイヤ用ロードセル５の検出値とに基づいて、単結晶保持装置１０が負担している荷重を算出する。真空容器２は、真空シール１７を介してキャリッジ１８に搭載され、キャリッジ１８に設置された回転用モータ１９により回転する。また、前記プーリ１５はキャリッジ１８に設置された支持筒２０にスラスト軸受２１を介して担持されている。前記キャリッジ１８は図示しない昇降手段、たとえばボールネジ軸の回転により昇降可能で、キャリッジ１８とともに真空容器２が昇降する。更に、キャリッジ１８とゲートチャンバ２２とは伸縮自在のベローズ２３で連結され、ゲートチャンバ２２の下端はトップチャンバ２４を介して図示しないメインチャンバに連結されている。
【００２１】
図２は多角形リンク体の斜視図である。この多角形リンク体１４は４個の等辺リンク１４ａをリンクピン１４ｂで互いに連結したもので、対角線上の２本のリンクピンにそれぞれ保持ロッド１１の下端が連結されている。２本の保持ロッド１１が中心側に移動したとき多角形リンク体１４は正方形となり、保持ロッド１１が外方に移動したとき多角形リンク体１４は菱形に変形して単結晶９を挟み込む。保持ロッド１１、等辺リンク１４ａ、リンクピン１４ｂはモリブデン等の耐熱金属を用いて製作されている。なお、保持ロッド１１が中心側に移動したとき多角形リンク体１４が菱形に変形する構造としてもよい。
【００２２】
単結晶を保持する多角形リンク体の保持能力を高めるため、図３に示すように等辺リンク１４ａの内側面に凹凸１４ｃを設けてもよく、図４に示すように円弧上の凸部１４ｄを設けてもよい。
【００２３】
以下、単結晶の保持方法について説明する。図１に示した種結晶７をシードホルダ６に装着する際、多角形リンク体１４が単結晶９に発生する稜線に当接しないように種結晶の装着方向を選択する。絞り工程、肩部形成及び直胴部形成の途中までの育成は、結晶引き上げワイヤ３の巻き取り制御により行う。このときの単結晶成長は、引き上げワイヤ用ロードセル５の検出値に基づいて図示しない制御装置により制御される。単結晶９が保持に適した位置まで成長した後、単結晶保持装置１０の多角形リンク体１４と単結晶９との位置合わせを行う。第１の単結晶保持方法として、保持に最適な位置に多角形リンク体１４を待機させて単結晶９の成長を待ち、単結晶９が最適位置まで成長したとき結晶引き上げワイヤ３の巻き取りを停止し、前記停止直前の結晶引き上げワイヤ３の巻き取り速度でキャリッジ１８の上昇を開始する。結晶引き上げワイヤ３からキャリッジ１８への移行は瞬時に行う。単結晶９の直径は引き上げワイヤ用ロードセル５、合計荷重用ロードセル１６の検出値によって制御しているので、結晶引き上げワイヤ３からキャリッジ１８への移行はスムーズに行うことができる。また、前記移行後の単結晶育成は重量検出信号を制御装置がキャリッジ１８の上昇速度にフィードバックして制御する。
【００２４】
多角形リンク体１４が待機姿勢のとき、図５（ａ）に示すように４個の等辺リンク１４ａで形成される四辺形は正方形で、等辺リンク１４ａに囲まれた単結晶の直胴部９ａ外周面と各等辺リンク１４ａの内側面との間には一定の隙間が確保されている。結晶引き上げワイヤ３からキャリッジ１８への移行時には、図１に示した保持ロッド駆動モータ１２が回転して保持ロッド１１を外方に移動させる。これにより多角形リンク体１４が菱形に変形し、図５（ｂ）に示すように直胴部９ａを等辺リンク１４ａで挟み込んで締めつける。多角形リンク体１４が変形して直胴部９ａに当接するとき単結晶に振動、衝撃を与えず、また、締めつけにより単結晶に過度の面圧が発生しないようにするため、制御装置が保持ロッド駆動モータ１２の回転速度及びトルクを制御する。
【００２５】
第２の単結晶保持方法として、たとえば図１に示したベローズ２３の下端よりも上方の任意の位置で多角形リンク体１４を単結晶９に係合させるため、多角形リンク体１４を速度Ｖa （ｍｍ／ｍｉｎ）で上昇させる場合、引き上げワイヤ用ロードセル５の検出信号に基づいて制御装置が指令する結晶引き上げワイヤ３の巻き取り速度をＶb （ｍｍ／ｍｉｎ）とすると、ワイヤ巻き取り速度をＶb −Ｖa （ｍｍ／ｍｉｎ）に制御する。これとは逆に、多角形リンク体１４を速度Ｖa （ｍｍ／ｍｉｎ）で下降させる場合は、ワイヤ巻き取り速度をＶb ＋Ｖa （ｍｍ／ｍｉｎ）に制御する。
【００２６】
上記の通り単結晶に対して多角形リンク体１４を相対的に移動させることにより、任意の位置で直胴部を挟み込むことができる。炉内における単結晶の温度プロファイルをあらかじめ把握しておき、材料力学的にシリコンが安定する温度帯で単結晶を保持したり、汚染を防止する等、温度に対する保持位置の制御が可能である。多角形リンク体１４を単結晶に係合した後、結晶引き上げワイヤ３を巻き戻して単結晶重量の一部を単結晶保持装置側に移す。結晶引き上げワイヤ側にはたとえば５ｋｇ前後の荷重を残し、結晶引き上げワイヤ３のたるみによるワイヤ巻き取りドラム４からの外れを防止する。引き上げ可能重量を大きくするには、ネック部８が破断しない程度の荷重を結晶引き上げワイヤ側に残しつつ引き上げを行うのが有利である。従って、結晶引き上げワイヤ３にかかる荷重を引き上げワイヤ用ロードセル５でモニタリングし、設定荷重より検出荷重が増えた場合はワイヤ巻き取りドラム４にフィードバックして結晶引き上げワイヤ３を巻き戻し、常に一定の荷重がネック部８にかかるように制御する。
【００２７】
単結晶が冷えて収縮すると、単結晶保持装置と単結晶との係合状態がゆるむので、結晶引き上げワイヤ側に荷重が移動する。図１において、引き上げワイヤ用ロードセル５による検出値が結晶引き上げワイヤ３の設定荷重を超えた場合、制御装置の指令信号により保持ロッド駆動モータ１２が回転して保持ロッド１１が更に外方に移動し、多角形リンク体１４を更に偏平にさせる。このときの保持ロッド駆動モータ１２のトルクは、単結晶９が欠損しない程度の大きさで与えられる。このような単結晶の収縮に対する多角形リンク体１４の増し締め機能は、単結晶の育成中のみならず、冷却工程でチャンバ内が解体可能な温度まで下がり、単結晶が搬出装置に保持されるまでの間継続して維持される。
【００２８】
図６は単結晶保持装置の第２実施例の下部構造を示す模式図である。この単結晶保持装置は、図１に示した保持ロッド駆動モータ１２及びモータ軸１３の上方に９０°ずらして保持ロッド駆動モータと１対のモータ軸及び保持ロッドを増設したもので、単結晶９を上下２個の多角形リンク体１４、２５で保持する。これにより、単結晶保持能力を高めることができる。
【００２９】
図７は単結晶保持装置の第３実施例として、単結晶の肩部上端に形成したくびれ部を保持する単結晶保持装置の下部構造の説明図、図８（ａ）は図７に示した多角形リンク体の上面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。この単結晶保持装置では、多角形リンク体１４を構成する４個の等辺リンク１４ａの内側面に円弧状の保持部材１４ｅが取着されており、形状再現性精度の劣るくびれ部９ｂ近傍の外周面を複数箇所で保持することができる。
【００３０】
さきに述べた直胴部保持と異なり、くびれ部９ｂを保持する場合は、４個の保持部材１４ｅによって囲まれた部分の内径がくびれ部の最大径と最小径との間の任意の値となるように多角形リンク体１４を変形させればよく、くびれ部を締めつける必要はない。そこで、この単結晶保持装置では２本の保持ロッド１１が開き防止板２６で連結され、保持ロッド１１に取着したガイドピン２７が前記開き防止板２６に設けたガイド溝２６ａ内をスライドして保持ロッド１１の移動量を制限している。そして、ガイドピン２７がガイド溝２６ａの両端に当接すると２本の保持ロッド１１の間隔が最大となり、保持部材１４ｅの内径はくびれ部の最大径と最小径との間の所定値となる。開き防止板２６は、保持部材１４ｅによるくびれ部９ｂの圧壊を防止するとともに、くびれ部７ｂを保持したときの多角形リンク体１４の剛性を確保する。
【００３１】
上記くびれ部９ｂに多角形リンク体１４を係合させる場合、多角形リンク体１４を速度Ｖa （ｍｍ／ｍｉｎ）で下降させ、ワイヤ巻き取り速度をＶb ＋Ｖa （ｍｍ／ｍｉｎ）に制御して、制御装置が指令する結晶引き上げ速度Ｖb （ｍｍ／ｍｉｎ）を維持する。そして、多角形リンク体１４をくびれ部９ｂの最小径の位置に合わせ、保持ロッド１１を外方に駆動して保持部材１４ｅの内径を所定値Ｄとした後、単結晶保持装置を単結晶に対して相対的に上昇させる。これにより、保持部材１４ｅはくびれ部９ｂの上側円錐面に当接する。このときの速度操作は第１実施例の場合と同じである。そして、所望の荷重を結晶引き上げワイヤに負荷した時点で単結晶成長速度の制御はキャリッジ上昇手段に瞬時に切り換えられる。
【００３２】
図９、図１０は本発明による単結晶保持装置を用いる単結晶保持方法の他の実施例を示す説明図である。図９は単結晶の育成に当たり、ネック部８の下端に拡径部９ｃを形成し、これに続いて拡径部９ｃより小径の直胴部９ｄを形成した後、所定の直径に拡大する単結晶の製造において、前記直胴部９ｄを多角形リンク体１４で保持する方法を示す。また、図１０はネック部８の下端に所定寸法の直胴部より小径の直胴部９ｄを形成した後、所定の直径に拡大する単結晶の製造において、前記直胴部９ｄを多角形リンク体１４で保持する方法を示している。いずれの場合も、形状、寸法の再現性の良い直胴部を保持する方法であるため、直胴部９ｄの寸法制御が容易で、かつ、単結晶を確実に保持することができる。また、図９、図１０に示した単結晶保持装置の場合は、多角形リンク体を小型化することができる。
【００３３】
図１１は単結晶保持装置の第４実施例として、保持ロッドごとに独立した駆動モータを用い、上下２組の多角形リンク体を装着した単結晶保持装置における保持ロッド駆動機構の平面図、図１２は図１１のＺ視図である。制御装置の指令信号により同期回転する４個の保持ロッド駆動モータ２８が真空容器２の外部に真空シール２９を介して９０°ピッチに取着され、各保持ロッド駆動モータ２８に取着されたボールネジ軸３０はスライドブロック３１に螺合されている。前記スライドブロック３１は、図１２に示すように支持板２ａ上に敷設されたスライドガイド３２によって拘束されながら支持板２ａ上を滑動する。保持ロッド１１の上端は前記スライドブロック３１に結合され、支持板２ａに設けられた切り欠き穴２ｃ内を外方または内方に移動する。対向する２個のスライドブロックに結合された１対の保持ロッドの下端に１個の多角形リンク体が連結され、対向する他の２個のススライドブロックに結合された１対の保持ロッドの下端に他の１個の多角形リンク体が連結されている。前記保持ロッド駆動モータ２８及び保持ロッド１１を真空容器２の対向する位置に１対だけ設け、保持ロッドの下端に１個の多角形リンク体のみを連結する構成としてもよい。
【００３４】
図１３は単結晶保持装置の第５実施例を示す模式的縦断面図、図１４は図１３のＺ視図、図１５はガイドプレートの平面図で、この保持装置は多角形リンク体をワイヤの操作で変形させて単結晶を保持する構成である。図１３に示すように、真空容器２内には、結晶引き上げワイヤ３の巻き取りを行うワイヤ巻き取りドラム４の上方にモータ３４が設置され、このモータ３４の両側にそれぞれワイヤ巻き取りドラム３５が取着されている。また、真空容器２の下面の左右両側には図１３、図１４に示すように、滑車押さえ板３６が取着され、これらの滑車押さえ板３６に挟まれて左右各３個の滑車３７、３８、３９が取着されている。前記ワイヤ巻き取りドラム３５に巻き付けられたワイヤ４０は真空容器２内を垂下し、滑車３７、３８、３９を介してブロック４１に繋着され、このブロック４１はリンクピン延長軸４２を介して多角形リンク体１４のリンクピン１４ｂに連結している。前記ブロック４１には左右方向に水平に突出する移動軸４３が取着されている。
【００３５】
前記滑車押さえ板３６の外側には２枚のガイドプレート４４、４４が取着されている。ガイドプレート４４は図１５に示すように、中央部にガイド溝４４ａを備えている。このガイド溝４４ａは図１３、図１４に示した移動軸４３がスライドする溝で、多角形リンク体１４が待機姿勢のとき、移動軸４３はガイド溝４４ａ内のＡ位置に静止している。この単結晶保持装置では上記以外の構造は図１に示した単結晶保持装置と同一であり、同一構成要素には図１と同一符号を付して説明を省略する。
【００３６】
単結晶保持装置の多角形リンク体１４を単結晶に係合させる場合、制御装置の指令信号によりモータ３４が回転してワイヤ４０が所定量だけ巻き取られ、ブロック４１が滑車３９の方向に引き寄せられる。このとき、移動軸４３はガイドプレート４４のガイド溝４４ａをＡ位置からＢ位置にスライドし、ブロック４１とともにリンクピン延長軸４２及びリンクピン１４ｂも外方に移動するため、多角形リンク体１４が正方形から菱形に変形して単結晶を保持する。
【００３７】
第５実施例の単結晶保持装置では、第１実施例の単結晶保持装置における保持ロッドに代えてワイヤを用いて多角形リンク体を駆動する方式としたので、単結晶保持装置の重量を軽減することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の単結晶保持装置及び保持方法によれば、次の効果が得られる。
（１）従来の単結晶保持装置のように、形状、寸法の再現性が劣るくびれ部を保持せず、単結晶の直胴部を多角形リンク体で挟み込んで保持することにしたので、保持状態が一定し、大重量の単結晶をより確実に保持することができる。また、くびれ部を保持する場合に比べて保持装置の上下方向の位置調整が著しく容易である。
（２）単結晶を保持する際に、多角形リンク体の変形速度を制御することにより、単結晶との接触時に振動、衝撃を与えず、円滑に保持することができる。
（３）多角形リンク体を駆動するモータのトルクまたは流体圧アクチュエータの流体圧を制御することにより、常に所望の締めつけ力で単結晶を保持することができ、単結晶を損傷させない。
（４）ロードセルの検出値に基づいてネック部に加わる荷重と多角形リンク体に加わる荷重とを配分し、ネック部荷重を許容範囲内に制御するようにしたので、ネック部の破断が確実に防止される。また、ネック部荷重を許容範囲内で任意に設定することができるので、単結晶保持装置の許容荷重を考慮しつつ前記両者の荷重配分を設定することにより、引き上げ可能な単結晶重量を増加することが可能である。
（５）結晶引き上げワイヤと多角形リンク体とを同一のモータで回転させるので、両者の回転速度が正確に一致する。従って、単結晶を多角形リンク体で保持する際に、回転速度の微妙な相違によって生じる単結晶と多角形リンク体との摩擦が起こり得ず、円滑かつ安全に保持することができる。
（６）結晶引き上げワイヤと単結晶保持装置とを併用した単結晶引き上げにおいて、結晶引き上げワイヤのみによる単結晶引き上げ時と同様に、単結晶の育成速度を所望の値に制御しつつ単結晶を保持することが可能のため、従来から行われている高精度の結晶育成技術を容易に適用することができる。
（７）種結晶をシードホルダに装着する際に、多角形リンク体が単結晶の稜線に当接しないように装着方向を選択することにしたので、稜線の欠損を避けることができ、育成中の単結晶に悪影響を与えない。
（８）単結晶の収縮により保持力が低下した場合、保持力を回復させることができるので、単結晶が落下するおそれがなく、安全性が高い。
（９）多角形リンク体にアタッチメントとして保持部材を取着すれば、形状、寸法にバラツキをもつくびれ部を保持することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】単結晶保持装置の第１実施例の概略構造を示す模式的縦断面図である。
【図２】多角形リンク体の斜視図である。
【図３】多角形リンク体を構成する等辺リンクの内側面形状の一例を示す説明図である。
【図４】多角形リンク体を構成する等辺リンクの内側面形状の他の例を示す説明図である。
【図５】多角形リンク体の変形状態を示す説明図で、（ａ）は単結晶保持前、（ｂ）は単結晶保持後を示す。
【図６】単結晶保持装置の第２実施例の下部構造を示す模式図である。
【図７】単結晶保持装置の第３実施例の下部構造を示す説明図である。
【図８】第３実施例の単結晶保持装置に装着する多角形リンク体を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図９】本発明の単結晶保持装置を用いる単結晶保持方法の他の実施例を示す説明図である。
【図１０】本発明の単結晶保持装置を用いる単結晶保持方法の他の実施例を示す説明図である。
【図１１】単結晶保持装置の第４実施例の上部構造を示す平面図である。
【図１２】図１１のＺ視図である。
【図１３】単結晶保持装置の第５実施例の概略構造を示す模式的縦断面図である。
【図１４】図１３のＺ視図である。
【図１５】位置決めプレートの平面図である。
【符号の説明】
１…単結晶製造装置、２…真空容器、３…結晶引き上げワイヤ、４，３５…ワイヤ巻き取りドラム、５…引き上げワイヤ用ロードセル、７…種結晶、８…ネック部、９…単結晶、９ａ，９ｄ…直胴部、９ｂ…くびれ部、１０…単結晶保持装置、１１…保持ロッド、１２，２８…保持ロッド駆動モータ、１４，２５…多角形リンク体、１４ａ…等辺リンク、１４ｂ…リンクピン、１４ｅ…保持部材、１６…合計荷重用ロードセル、１８…キャリッジ、２６…開き防止板、３７，３８，３９…滑車、４０…多角形リンク体駆動ワイヤ、４４…ガイドプレート。

Claims

複数のリンクを連結してなり、リンクピンの位置を移動させることにより水平面内で変形可能な多角形リンク体と、単結晶を挟持するために多角形リンク体を変形させる手段と、多角形リンク体を結晶引き上げワイヤと同期して回転及び昇降させる手段と、結晶引き上げワイヤに加わる荷重を検出する引き上げワイヤ用ロードセルと、結晶引き上げワイヤに加わる荷重と多角形リンク体に加わる荷重との合計荷重を検出する合計荷重用ロードセルと、前記の各手段を制御する制御装置とを備えていることを特徴とする単結晶保持装置。
結晶引き上げワイヤ巻き取り機構と、引き上げワイヤ用ロードセルと、多角形リンク体駆動機構とを単結晶製造装置の上部に設けた真空容器に収納し、前記真空容器と、真空容器に加わる荷重を検出する合計荷重用ロードセルと、真空容器回転機構とを昇降自在のキャリッジに搭載したことを特徴とする請求項１記載の単結晶保持装置。
モータまたは流体圧アクチュエータと、単結晶製造装置内に垂直に保持され、前記モータまたは流体圧アクチュエータにより水平方向に移動する２本の保持ロッドとからなる多角形リンク体駆動機構を有し、前記保持ロッドの下端に多角形リンク体の対向位置にあるリンクピンを連結したことを特徴とする請求項１記載の単結晶保持装置。
２個のワイヤ巻き取りドラムと、前記ワイヤ巻き取りドラムから垂下する２本の多角形リンク体駆動ワイヤと、真空容器の下端に設置した複数個の滑車と、多角形リンク体駆動ワイヤの巻き取りに伴って多角形リンク体のリンクピンを横方向に移動させるガイドプレートとからなる多角形リンク体駆動機構を有し、前記ワイヤの下端に多角形リンク体の対向位置にあるリンクピンを連結したことを特徴とする請求項１記載の単結晶保持装置。
冷却により単結晶が収縮して単結晶保持装置の保持力が低下し、前記引き上げワイヤ用ロードセルによる検出値が所定の設定荷重を超えたときには、前記多角形リンク体を変形させる手段に対し前記制御装置から指令信号を出し、単結晶を挟持する力が増加する方向に前記多角形リンク体を変形させることを特徴とする請求項１記載の単結晶保持装置。
多角形リンク体を構成するリンクの内側面に、単結晶のくびれ部を保持するための円弧状の断面をもつ保持部材を取着したことを特徴とする請求項１記載の単結晶保持装置。
複数のリンクを連結してなり、リンクピンの位置を移動させることにより水平面内で変形可能な多角形リンク体と、単結晶を挟持するために多角形リンク体を変形させる手段と、多角形リンク体を結晶引き上げワイヤと同期して回転及び昇降させる手段と、結晶引き上げワイヤに加わる荷重を検出する引き上げワイヤ用ロードセルと、結晶引き上げワイヤに加わる荷重と多角形リンク体に加わる荷重との合計荷重を検出する合計荷重用ロードセルと、前記の各手段を制御する制御装置とを備えている単結晶保持装置を使用する単結晶保持方法であって、
単結晶を取り囲む多角形リンク体を所定の位置に下降させた後、前記多角形リンク体を変形させる手段により多角形リンク体を変形させて単結晶の直胴部を挟持する工程と、
単結晶が冷えて収縮し、多角形リンク体と単結晶の係合状態がゆるむことにより、引き上げワイヤ用ロードセルによる検出値が結晶引き上げワイヤの設定荷重を超えた場合には、単結晶の挟持力を増加させる方向に多角形リンク体を更に変形させる工程と、
を含むことを特徴とする単結晶保持方法。
前記単結晶保持装置は多角形リンク体の内側面に保持部材を取着しており、ネック部と単結晶の肩部との間に形成したくびれ部または単結晶の直胴部に形成したくびれ部を、多角形リンク体の内側面に取着した前記保持部材で保持することを特徴とする請求項７記載の単結晶保持方法。
多角形リンク体が単結晶に当接する位置と単結晶の稜線とが一致しないように、種結晶または単結晶保持装置を設置することを特徴とする請求項７記載の単結晶保持方法。
単結晶の育成中に、単結晶重量の一部または全部を単結晶保持装置に負担させ、重量の一部を負担させる場合はネック部が破断しない重量をネック部に負担させることを特徴とする請求項７記載の結晶製造方法。