JP5483591B2 - 単結晶引上装置および坩堝支持装置 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば、シリコンやサファイアなどの単結晶をチョクラルスキー法により製造する際に用いられる単結晶引上装置および坩堝支持装置に関する。

従来において、引上軸にかかる重量から単結晶の径を随時算出し、その算出結果に基づいて単結晶の径が所望の値となるように調整する方法が知られている（特許文献１および特許文献２）。これらの方法を実行するには、重量の測定を行いつつ単結晶の引き上げを行うことができる単結晶引上装置が必要となる。図５には、そのような単結晶引上装置の一例を示している。

図５に示す単結晶引上装置Ｘ１は、単結晶９１を気密容器９２内に設置された坩堝９２ａから引き上げるためのものであり、引上軸９３と、引上軸９３を支持する軸支持部９４と、軸支持部９４を支持する支持部９５と、支持部９５を移動させる駆動機構９６とを備えている。支持部９５には軸支持部９４にかかる重量を随時測定するロードセル９５ａが設置されている。このようにロードセル９５ａを気密容器９２の外側に設置する場合、気密容器９２の構造を簡略化しやすくコストの削減を図りやすい利点がある。

気密容器９２内の気圧を保つために、気密容器９２の引上軸９３との接触部分には、たとえばシールリング９２ｂが設けられている。このシールリング９２ｂと引上軸９３との間の摩擦により、ロードセル９５ａで検出される重量が不正確になることがあった。

このため、たとえば、図６に示すような単結晶引上装置Ｘ２が用いられることもあった。単結晶引上装置Ｘ２は、気密容器９２と軸支持部９４との間に、ベローズなどの上下に伸縮可能な筒体９７が設けられている。このような構成によれば、単結晶引上装置Ｘ１とは異なり、引上軸９３に軸方向の摩擦力がかかるのを防ぐことができる。

しかしながら、たとえばサファイア単結晶を製造する際には、気密容器９２内の気圧を大幅に下げることがある。このような場合、単結晶引上装置Ｘ１，Ｘ２の双方において、軸支持部９４には気密容器９２内と大気圧との気圧の差に応じた力が加わり、ロードセル９５ａで検出される重量が不正確になることがあった。

また、たとえば坩堝９２ａ内に単結晶９１の原料がどの程度残っているかを確認するために、坩堝９２ａが重量の測定を行える坩堝支持装置に支持されている場合がある。このような場合おいても、気密容器９２内の気圧と外気圧との差が大きいと上記の問題と同様の問題が生じることがあった。

さらに、軸方向に長い単結晶を引き上げようとする場合、単結晶引上装置Ｘ２においては、筒体９７が長く引き伸ばされることになる。このとき、筒体９７が軸支持部９４を引っ張る力が無視できない大ききになることがあった。このような場合にもロードセル９５ａで検出される重量が不正確となる問題が生じていた。

特開２０１０−１２０７８９号公報 特開２００５−２３１９５８号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、より正確に重量を測定することが可能な単結晶引上装置および坩堝支持装置を提供することを課題としている。

本発明の第１の側面によって提供される単結晶引上装置は、気密容器と、上記気密容器内で育成された単結晶を引き上げる引上軸と、上記引上軸を支持する軸支持部と、上記軸支持部にかかる重量を検出する重量検出手段を具備し、上記軸支持部を支持する支持体と、を備えており、上記支持体を上記引上軸の軸方向に沿って移動させることにより上記単結晶の引き上げを行う単結晶引上装置であって、上記軸支持部は、上記引上軸を支持する本体部と、上記本体部と連結された被支持部とを具備しており、上記支持体は、上記被支持部を支持する支持部と、上記被支持部よりも上記軸方向上方に配置された延出部と、を具備しており、上記延出部と上記被支持部との間に設けられ、上記軸方向に伸縮可能な第１の筒体と、上記引上軸を囲むように構成され、上記軸方向に伸縮可能であり、上記軸方向における上端が上記本体部に固定された第２の筒体と、上記第１の筒体と上記第２の筒体とを連結する配管を備えていることを特徴とする。

好ましい実施形態においては、上記第１の筒体は、上記被支持部に固定される第１の固定環を有しており、上記第２の筒体は、上記本体部に固定される第２の固定環を有しており、上記第１と第２の固定環の内径が同一である。

好ましい実施形態においては、上記支持体は、上記引上軸を挿通させる開口を有する台部を具備しており、上記第２の筒体の上記軸方向における下端が上記台部に固定されており、上記台部と上記気密容器との間に設けられており、かつ上記引上軸を囲むように構成された第３の筒体を備えている。

好ましい実施形態においては、上記配管は、上記延出部と上記第２の固定環とを繋ぐように設けられている。

別の好ましい実施形態においては、上記第３の筒体は、上記台部に固定される第３の固定環を有しており、上記配管は、上記延出部と上記第３の固定環とを繋ぐように設けられている。

より好ましい実施形態においては、上記第１の筒体は、上記軸方向視において上記引上軸と重なる位置に配置されている。

本発明の第２の側面によって提供される坩堝支持装置は、気密容器と、上記気密容器内に収容された坩堝と、上記坩堝を支持する支持軸と、上記支持軸を支持する軸支持部と、上記軸支持部にかかる重量を検出する重量検出手段を具備し、上記軸支持部を支持する支持体と、を備えた坩堝支持装置であって、上記軸支持部は、上記支持軸を支持する本体部と、上記本体部と連結された被支持部とを具備しており、上記支持体は、上記被支持部を支持する支持部と、上記被支持部よりも上記軸方向下方に配置された延出部とを具備しており、上記延出部と上記被支持部との間に設けられ、上記軸方向に伸縮可能な第１の筒体と、上記支持軸を囲むように構成され、上記軸方向に伸縮可能であり、上記軸方向における下端が上記本体部に固定された第２の筒体と、上記第１の筒体と上記第２の筒体とを連結する配管と、を備えていることを特徴とする。

好ましい実施形態においては、上記第１の筒体は、上記被支持部に固定される第１の固定環を有しており、上記第２の筒体は、上記本体部に固定される第２の固定環を有しており、上記第１と第２の固定環の内径が同一である。

好ましい実施形態においては、上記支持体は、上記支持軸を挿通させる開口を有する台部を具備しており、上記第２の筒体の上記軸方向における上端が上記台部に固定されており、上記台部と上記気密容器との間に設けられており、かつ上記支持軸を囲むように構成された第３の筒体を備えている。

好ましい実施形態においては、上記配管は、上記延出部と上記第２の固定環とを繋ぐように設けられている。

別の好ましい実施形態においては、上記第３の筒体は、上記台部に固定される第３の固定環を有しており、上記配管は、上記延出部と上記第３の固定環とを繋ぐように設けられている。

より好ましい実施形態においては、上記第１の筒体は、上記軸方向視において上記支持軸と重なる位置に配置されている。

このような構成によれば、上記気密容器内の気密性を確保するためには、上記引上軸ないし支持軸を囲む上記第２の筒体および上記第２の筒体に上記配管で連結された上記第１の筒体の内側を外気と遮断する必要がある。このため、上記第１の筒体および上記第２の筒体の内部の気圧は上記機密容器内の気圧と等しくなる。上記気密容器内の気圧と外気圧との間に差が生じた場合、上記被支持体には上記第１の筒体の内側の気圧と外気圧との差に応じた力が加わる。上記第１の筒体内の気圧が外気圧よりも小さい場合には、上記被支持体は外気により押し上げられることになる。同時に、上記本体部には上記第２の筒体の内側の気圧と外気圧との差に応じた力が加わる。上記第２の筒体内の気圧が外気圧よりも小さい場合には、上記本体部が外気により押し下げられることになる。すなわち、外気から上記軸支持部にかかる力は上下で打ち消しあうことになる。好ましい実施の形態におけるように、第１，第２の固定環の内径が等しい場合には、上記本体部にかかる力と上記被支持部にかかる力とが完全に相殺し合い、上記軸支持部にかかる大気の影響を無視することができる。このため、本発明によれば、上記気密容器内の気圧が変動しても、その影響を受けることなく上記軸支持部にかかる重量を検出することができる。従って、本発明により提供される単結晶引上装置は、上記単結晶の重量をより正確に測定できるため、より確実に上記単結晶の直径を所望の値に近付けることができる。また、本発明により提供される坩堝支持装置はより正確に坩堝の重量を測定することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明の第１の実施形態に基づく単結晶引上装置を示す構成図である。 本発明の第２の実施形態に基づく単結晶引上装置を示す構成図である。 本発明の第３の実施形態に基づく坩堝支持装置を示す構成図である。 本発明の第４の実施形態に基づく坩堝支持装置を示す構成図である。 従来の単結晶引上装置の一例を示す構成図である。 従来の単結晶引上装置の別の例を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に基づく単結晶引上装置を示している。図１に示す単結晶引上装置Ａ１は、単結晶１、気密容器２、引上軸３、軸支持部４、支持体５、駆動機構６、筒体７１，７２，７３、および、配管７４を備えている。図１におけるｚ方向は、引上軸３の軸方向であり、単結晶引上装置Ａ１はｚ方向に沿って単結晶１を引き上げるものである。ｘ方向はｚ方向と直交する方向であり、図１におけるｘ方向右側の端には単結晶引上装置Ａ１を保持する基柱（図１中斜線部）がある。基柱は、たとえば単結晶引上装置Ａ１を回転あるいは水平に移動させることが可能な大型機材に固定されているものである。本実施形態では、単結晶１がサファイア単結晶である場合について説明を行う。

単結晶１は、引上軸３の先端に取り付けられた種結晶を成長させることにより形成されるものであり、引上軸３から遠ざかるにつれてその径が徐々に大きくなる首部１１と、直径がほぼ一定となる直胴部１２とを備えている。

気密容器２は、引上軸３を通すための開口部２１を有しており、坩堝２２を収容している。坩堝２２は、たとえばイリジウム製であり、サファイアの原料であるアルミナが充填されている。坩堝２２は、たとえば気密容器２の外側に設置される図示しない抵抗加熱装置により加熱され、アルミナの融点を上回る２０００〜２２００℃となる。抵抗加熱装置は、たとえば図示しない演算装置に接続されており、単結晶１の重量に応じた制御を受ける。この演算装置は、直胴部１２の直径が所望の値となるように、坩堝２２内のアルミナの温度の調整を行う。この気密容器２の内側の圧力は、たとえば０．１ｋＰａ〜３ｋＰａとなる。

引上軸３は、単結晶１を回転させつつ引き上げるためのものであり、ｚ方向における上端部には下の部分よりも太くなるように形成された太径部３１が設けられている。この太径部３１は、図示しない回転モータにベルトを介して連結されている。さらに、太径部３１は軸支持部４に支持されている。なお回転モータも上述の演算手段により制御されるものである。

軸支持部４は、ｚ方向に対して直交する板面を有する板状に形成された本体部４１と、本体部４１からｚ方向に起立する連結部４２と、連結部４２のｚ方向上端からｘ方向に突出する被支持部４３とを備えている。本体部４１は、引上軸３の細い部分を挿通させる貫通孔を有している。この貫通孔は引上軸３の太径部３１を通さない径となるように形成されており、本体部４１は引上軸３を回転可能に支持している。連結部４２は、本体部４１のｘ方向における図１中左端と、被支持部４３の図１中左端とを繋ぎ合わせるように形成された板状あるいは棒状の部材である。被支持部４３は、本体部４１と平行な板状に形成されている。

支持体５は、駆動機構６に連結された台部５１、台部５１からｚ方向に起立する支柱５２、支柱５２の図１中上端から延出する延出部５３、および、軸支持部４を支持する支持部５４を備えている。台部５１には、引上軸３を通すための開口が形成されている。台部５１は駆動機構６の動作に従いｚ方向に上下する。支柱５２のｚ方向における下端は台部５１に固定されており、支柱５２は台部５１と一体となって上下に移動する。延出部５３は、本体部４１と対向する板状に形成されている。延出部５３には、ｚ方向に貫通する細孔５３１が形成されている。支持部５４は、本体部４１と対向する板状に形成されており、図１に示すように被支持部４３をｚ方向下側から支持する部分である。この支持部５４の上面にはロードセル５４１が搭載されている。ロードセル５４１は、本発明における重量検出手段であり、本体部４１にかかる重量を随時測定する。上述した演算装置は、このロードセル５４１が測定する重量を用いて発熱抵抗装置等の制御を行う。

駆動機構６は、たとえばサーボモータによって回転させられるスクリューシャフトを有するものであり、スクリューシャフトの回転に伴ってｚ方向に上下する可動部６１を備えている。可動部６１は支持体５に連結されている。このような駆動機構６では、サーボモータの動作を制御することで、支持体５の上昇速度は自在に調整することが可能である。上述した演算装置は、直胴部１２の直径が所望の値となるように、駆動機構６の動作も調整する。

筒体７１は、たとえばベローズであり、延出部５３と被支持部４３との間に設けられている。筒体７１のｚ方向上端には固定環７１１が設けられており、延出部５３の下面に気密を保つように固定されている。筒体７１のｚ方向下端には固定環７１２が設けられており、被支持部４３の上面に気密を保つように固定されている。この筒体７１は、固定環７１１，７１２の間の部分が上下に伸縮可能に構成されている。なお、筒体７１は、ロードセル５４１がｚ方向に変形する長さ分だけ伸縮可能であればよく、具体的には、その伸縮幅は１〜２ｍｍ程度である。

筒体７２は、たとえばベローズであり、引上軸３を囲むように本体部４１と台部５１との間に設けられている。筒体７２のｚ方向上端には固定環７２１が設けられており、本体部４１の下面に気密を保つように固定されている。筒体７２のｚ方向下端には固定環７２２が設けられており、台部５１の開口を囲み気密を保つように台部５１に固定されている。この筒体７２は、固定環７２１，７２２の間の部分が上下に伸縮可能に構成されている。なお、筒体７２は、ロードセル５４１がｚ方向に変形する長さ分だけ伸縮可能であればよく、具体的には、その伸縮幅は０．１ｍｍ程度である。

固定環７１１，７１２，７２１，７２２は、いずれもｚ方向視円環状であり、その内径は一致しているのが望ましい。

筒体７３は、たとえばベローズであり、引上軸３を囲むように気密容器２と台部５１との間に設けられている。筒体７３は、ｚ方向における上下に固定環７３１，７３２を有しており、固定環７３１，７３２の間の部分が上下に伸縮可能に構成されている。筒体７３は、坩堝２２から引き上げられる単結晶１の長さ分だけ伸縮可能であり、具体的には、その伸縮幅は３００ｍｍ程度である。

固定環７３１は、台部５１の下面に気密を保つように固定されており、固定環７３２は気密容器２の開口部２１に気密を保つように固定されている。固定環７３１には内部に繋がる細孔７３３が設けられている。この細孔７３３は配管７４に接続されている。

筒体７２および筒体７３の内側の空間は外気から遮断されており、気密容器２の内部空間と同じ気圧となる。

配管７４は、細孔７３３と細孔５３１との間を繋ぐように設けられている。この配管７４により、筒体７１の内側の気圧は、筒体７２および筒体７３の内側の空間と同じ、すなわち、気密容器２内の気圧と同じとなる。

次に、本実施形態の単結晶引上装置Ａ１の作用について説明する。

このような単結晶引上装置Ａ１においては、軸支持部４の下端には筒体７２が、軸支持部４の上端には筒体７１が取り付けられており、筒体７１，７２の内圧が同一となっている。本実施形態では、筒体７１，７２の内圧は気密容器２内の気圧と同じであり、大気圧に比べて小さくなっている。このため、本体部４１には、筒体７２の内側の空間との接触面積に、大気圧と気密容器２内の気圧との差をかけただけの力がｚ方向下方に向けて加わることになる。逆に、被支持部４３には、筒体７１の内側の空間との接触面積に、大気圧と気密容器２内の気圧との差をかけただけの力がｚ方向上方に向けて加わることになる。本実施形態では、固定環７１２，７２１は同じ内径を有するため、これらの上下にかかる力は等しい大きさのものとなる。従って、本発明によれば、大気圧と気密容器２内の気圧との差が軸支持部４に及ぼす力を相殺することができ、ロードセル５４１に予期せぬ力がかかるのを防ぎ、より正確に単結晶１の重量を測定することができる。本発明は、気密容器２内の気圧が変動する場合には特に有用である。

本実施形態によれば、筒体７１，７２は、ロードセル５４１が被支持体４３にかかる重みによりｚ方向に縮むように変形する分の長さだけ伸縮する。この変形量は微小であり、筒体７１，７２が軸支持部４に及ぼす力は小さく、単結晶１の重量測定を妨げるものとはならない。筒体７３は軸支持部４ではなく台部５１に固定されているため、その変形により軸支持部４が力を受けることはない。

本発明により提供される単結晶引上装置Ａ１は、気密容器２内の気圧にも筒体７３の伸縮にも影響されずに単結晶１の重量を正確に測定できるため、単結晶１の直胴部１２の直径を正確に算出することができる。このため、単結晶１の形状を左右する坩堝２２の温度、駆動機構６による引き上げ速度、および引上軸３の回転速度を適切に調整することができ、より確実に望む形状の単結晶１を引き上げることが可能である。

図２〜図４は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

図２には、本発明の第２の実施形態に基づく単結晶引上装置を示している。図２に示す単結晶引上装置Ａ２は、筒体７２，７３のかわりに筒体７５が設けられており、その他の主たる構成は単結晶引上装置Ａ１と同様である。以下、単結晶引上装置Ａ２の単結晶引上装置Ａ１との異なる部分について説明を行う。

筒体７５は、たとえばベローズであり、引上軸３を囲むように本体部４１と気密容器２との間に設けられている。筒体７５は、ｚ方向における上下に固定環７５１，７５２を有しており、固定環７５１，７５２の間の部分が上下に伸縮可能に構成されている。筒体７５は、坩堝２２から引き上げられる単結晶１の長さ分伸縮可能であり、具体的には、その伸縮幅は１〜２ｍｍ程度である。

固定環７５１は、本体部４１の下面に気密を保つように固定されており、固定環７５２は気密容器２の開口部２１に気密を保つように固定されている。固定環７５１には内部に繋がる細孔７５３が設けられている。この細孔７５３は配管７４に接続されている。固定環７５１は、ｚ方向視円環状に形成されており、その内径は固定環７１１の内径と一致しているのが望ましい。

本実施形態では、台部５１には引上軸３だけでなく筒体７５を挿通させる開口が設けられている。

このような構成においても、筒体７１，７５の内圧は機密容器２の内圧と等しくなっている。このため、大気圧と気密容器２内の気圧との差が軸支持部４に及ぼす力を相殺することができ、ロードセル５４１に予期せぬ力がかかるのを防ぎ、より正確に単結晶１の重量を測定することができる。

このような単結晶引上装置Ａ２は、たとえば、比較的短い単結晶１を引き上げる際に有用である。

図３には、本発明の第３の実施形態に基づく坩堝支持装置を示している。図３に示す坩堝支持装置Ａ３は、たとえば上述した単結晶引上装置Ａ１，Ａ２と併用されるものである。図３に示す坩堝支持装置Ａ３は、気密容器２内に設置された坩堝２２の重量を測定しつつ支持するためのものである。坩堝支持装置Ａ３は、支持軸３’、軸支持部４’、支持体５’、駆動機構６’、筒体７６，７７、および、配管７４’を備えている。この坩堝支持装置Ａ３は、たとえば、基柱に固定されている。

本実施形態における気密容器２は、単結晶引上装置Ａ１における気密容器２の構成に加え、坩堝２２を支持するための支持軸３’を通すための開口部２４を備えている。なお、図３では、引上軸３に支持された種結晶１３を坩堝２２に浸す前の状態を示している。種結晶１３はたとえばサファイア単結晶である。

支持軸３’は、坩堝２２を支持するためのものであり、ｚ方向における下端部にフランジ３２が設けられている。このフランジ３２は、たとえばネジにより、軸支持部４’に固定されている。

軸支持部４’は、ｚ方向に対して直交する板面を有する板状に形成された本体部４４と、本体部４４からｚ方向に突出する連結部４５と、連結部４５の下端からｘ方向に突出する被支持部４６とを備えている。本体部４４は、支持軸３’を挿通させる貫通孔を有しており、ｚ方向下面がフランジ３２のｚ方向上面に当接している。連結部４５は、本体部４４のｘ方向における図３中左端と、被支持部４６の図３中左端とを繋ぎ合わせるように形成された板状あるいは棒状の部材である。被支持部４６は、本体部４４と平行な板状に形成されている。

支持体５’は、駆動機構６’に連結された台部５５、台部５５からｚ方向に突出する支柱５６、支柱５６の図３中下端から延出する延出部５７、および、軸支持部４’を支持する支持部５８を備えている。台部５５には、支持軸３’を通すための開口が形成されている。台部５５は駆動機構６’の動作に従いｚ方向に上下する。支柱５６のｚ方向における上端は台部５５に固定されており、支柱５６は台部５５と一体となって上下に移動する。延出部５７は、本体部４４と対向する板状に形成されている。延出部５７には、ｚ方向に貫通する細孔５７１が形成されている。支持部５８は、本体部４４と対向する板状に形成されており、その下面にはロードセル５８１が設けられている。支持部５８は、ロードセル５８１を介して被支持部４６を保持している。ロードセル５８１は、本発明における重量検出手段であり、吊り下げている本体部４４にかかる重量を随時測定する。ロードセル５８１が測定した重量から、図示しない演算手段は坩堝２２の重量を算出し、さらに坩堝２２内に残留しているアルミナの量を算出することができる。

駆動機構６’は、たとえばサーボモータによって回転させられるスクリューシャフトを有するものであり、スクリューシャフトの回転に伴ってｚ方向に上下する可動部６２を備えている。可動部６２は支持体５’に連結されている。なお、坩堝２２を上下に移動させる必要が無い場合には、駆動機構６’を用いずに支持体５’を直接に基柱に固定しても構わない。

筒体７６は、たとえばベローズであり、延出部５７と被支持部４６との間に設けられている。筒体７６のｚ方向上端には固定環７６１が設けられており、被支持部４６の下面に気密を保つように固定されている。筒体７６のｚ方向下端には固定環７６２が設けられており、延出部５７の上面に気密を保つように固定されている。この筒体７６は、固定環７６１，７６２の間の部分が上下に伸縮可能に構成されている。なお、筒体７６は、ロードセル５８１がｚ方向に変形する長さ分だけ伸縮可能であればよく、具体的には、その伸縮幅は１〜２ｍｍ程度である。

筒体７６の内側の空間は外気から遮断されており、気密容器２の内部空間と同じ気圧となる。

筒体７７は、たとえばベローズであり、支持軸３’を囲むよう気密容器２と本体部４４との間に設けられている。筒体７７のｚ方向上端には固定環７７１が設けられており、下端には固定環７７２が設けられている。固定環７７１は、気密容器２内部の気密を保つように開口部２４の外側に固定されている。固定環７７２は、本体部４４の貫通孔を囲み気密を保つように本体部４４に固定されている。筒体７７は、固定環７７１，７７２の間の部分が上下に伸縮可能に構成されている。なお、筒体７７の伸縮幅は、駆動機構６’が上下動する長さに応じて定められる。駆動機構６’を用いずに支持体５’を直接基柱に固定する場合には、ロードセル５８１がｚ方向に変形する長さ分だけ伸縮可能であればよい。

固定環７６１，７６２，７７１，７７２は、いずれもｚ方向視円環状であり、その内径は一致しているのが望ましい。

固定環７７２には、内部に繋がる細孔７７３が設けられている。この細孔７７３は、配管７４’に接続されている。

配管７４’は、細孔７７３と細孔５７１との間を繋ぐように設けられている。この配管７４’により、筒体７６の内側の気圧は、筒体７７の内側の空間と同じ、すなわち、気密容器２内の気圧と同じとなる。

次に、本実施形態の坩堝支持装置Ａ３の作用について説明する。

このような坩堝支持装置Ａ３においては、軸支持部４’の上端には筒体７７が、軸支持部４’の下端には筒体７６が取り付けられており、筒体７６，７７の内圧が同一となっている。本実施形態では、筒体７６，７７の内圧は気密容器２内の気圧と同じであり、大気圧に比べて小さくなっている。このため、被支持部４６には、筒体７６の内側の空間との接触面積に、大気圧と気密容器２内の気圧との差をかけただけの力がｚ方向上方に向けて加わることになる。逆に、本体部４４には、筒体７７の内側の空間との接触面積に、大気圧と気密容器２内の気圧との差をかけただけの力がｚ方向下方に向けて加わることになる。本実施形態では、固定環７６１，７６２，７７１，７７２は同じ内径を有するため、これらの上下にかかる力は等しい大きさのものとなる。従って、本発明によれば、大気圧と気密容器２内の気圧との差が軸支持部４’に及ぼす力を相殺することができ、ロードセル５８１に予期せぬ力がかかるのを防ぎ、より正確に坩堝２２の重量を測定することができる。本発明は、気密容器２内の気圧が変動する場合には特に有用である。

このような坩堝支持装置Ａ３を用いると、坩堝２２の重量を正確に測定することができるため、坩堝２２内に残留する材料の量をより正確に算出することができる。このため、坩堝２２内の材料の量が想定外のタイミングで足りなくなることがなく、円滑に単結晶の育成を進めることができる。

図４には、本発明の第４の実施形態に基づく坩堝支持装置を示している。図４に示す坩堝支持装置Ａ４は、筒体７７のかわりに筒体７８，７９が設けられており、その他の主たる構成は坩堝支持装置Ａ３と同様である。以下、坩堝支持装置Ａ４の坩堝支持装置Ａ３との異なる部分について説明を行う。

本実施形態では、気密容器２内でシリコン単結晶を育成する場合を例示する。坩堝２２はたとえば石英製であり、シリコン原料融液が充填される。引上軸３に取り付けられる種結晶１３はシリコンである。なお、引上軸３を引き上げるための装置として単結晶引上装置Ａ１，Ａ２を用いても構わない。

筒体７８は、たとえばベローズであり、支持軸３’を囲むように本体部４４と台部５５の間に設けられている。筒体７８のｚ方向上端には固定環７８１が設けられており、台部５５の開口を囲み気密を保つように固定されている。筒体７８のｚ方向下端には固定環７８２が設けられており、本体部４４の上面に気密を保つように固定されている。この筒体７８は、固定環７８１，７８２の間の部分が上下に伸縮可能に構成されている。なお、筒体７８は、ロードセル５８１がｚ方向に変形する長さ分だけ伸縮可能であればよく、具体的には、その伸縮幅は０．１ｍｍ程度である。

筒体７９は、たとえばベローズであり、支持軸３’を囲むように気密容器２と台部５５との間に設けられている。筒体７９は、ｚ方向における上下に固定環７９１，７９２を有しており、固定環７９１，７９２の間の部分が上下に伸縮可能に構成されている。なお、筒体７９の伸縮幅は、駆動機構６’が上下動する長さに応じて定められる。

固定環７９１は、気密容器２の開口部２４に気密を保つように固定されており、固定環７９２は台部５５の上面に気密を保つように固定されている。固定環７９２には内部に繋がる細孔７９３が設けられている。この細孔７９３は配管７４’に接続されている。

本実施形態では、固定環７６１，７６２，７８１，７８２がいずれもｚ方向視円環状であり、その内径は一致しているのが望ましい。

筒体７８および筒体７９の内側の空間は外気から遮断されており、気密容器２の内部空間と同じ気圧となる。さらに、それらの空間と筒体７６の内側とは配管７４’を通じて繋がっているため、筒体７６の内部空間も気密容器２の内部と同じ気圧となる。

このような構成の坩堝支持装置Ａ４は、坩堝支持装置Ａ３と同様に、軸支持部４’にかかる外気からの圧力を相殺することが可能であり、ロードセル５８１に予期せぬ力がかかるのを防ぎ、より正確に坩堝２２の重量を測定することができる。

本実施形態の構成によると、駆動機構６’がｚ方向に移動する場合には筒体７９が変形する。筒体７９の変形よる力は台部５５に掛かり、軸支持部４’には掛からない。このため、ロードセル５８１は駆動機構６’を上下させた場合にも正確に坩堝２２の重量を測定することができる。

本発明の範囲は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る単結晶引上装置および坩堝支持装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。たとえば、上述した単結晶引上装置Ａ１，Ａ２および坩堝支持装置Ａ３では、サファイアの単結晶を成長させる場合を示しているが、シリコンなどの単結晶を成長させる装置においても本発明は利用可能である。また、坩堝支持装置Ａ４ではシリコン単結晶を成長させる場合を示しているが、サファイアなどの他の単結晶を成長させる場合にも利用可能である。

また、図１および図２においては、簡略化のためにロードセル５４１を単体しか示していないが、ロードセルは支持部５４上に何個配置されていても構わない。なお、図３および図４におけるロードセル５８１についても同様である。

さらに、上述した実施形態では、連結部４２が本体部４１から起立するように形成されているが、連結部４２が本体部４１から水平に延びていても構わない。この場合、被支持部４３が本体部４１と同じ高さ位置となることも有り得る。このとき、延出部５３および支持部５４をｚ方向視において本体部４１と重ならない位置に形成することで、好ましく被支持部４３を支持部５４で支持することが可能である。このような構成は、たとえば支持体５のｚ方向長さを短縮したいときなどに有効である。

またさらに、坩堝支持装置Ａ３，Ａ４においては、種結晶１３を坩堝２２に浸すことにより単結晶を育成する場合を示しているが、本発明にかかる坩堝支持装置はこの場合に限定されず、坩堝を気密容器内で用いる構成であれば利用可能である。

Ａ１，Ａ２ 単結晶引上装置
Ａ３，Ａ４ 坩堝支持装置
ｘ 方向
ｚ （軸）方向
１ 単結晶
１１ 首部
１２ 直胴部
１３ 種結晶
２ 気密容器
２１，２４ 開口部
２２ 坩堝
３ 引上軸
３’ 支持軸
３１ 太径部
３２ フランジ
４，４’ 軸支持部
４１，４４ 本体部
４２，４５ 連結部
４３，４６ 被支持部
５，５’ 支持体
５１，５５ 台部
５２，５６ 支柱
５３，５７ 延出部
５３１，５７１ 細孔
５４，５８ 支持部
５４１，５８１ ロードセル（重量検出手段）
６，６’ 駆動機構
６１，６２ 可動部
７１，７６ （第１の）筒体
７１１，７１２，７６１，７６２ 固定環
７２，７８ （第２の）筒体
７２１，７２２，７８１，７８２ 固定環
７３，７９ （第３の）筒体
７３１，７３２，７９１，７９２ 固定環
７３３，７９３ 細孔
７４，７４’ 配管
７５，７７ （第２の）筒体
７５１，７５２，７７１，７７２ 固定環
７５３，７７３ 細孔

Claims (12)

1. 気密容器と、
   上記気密容器内で育成された単結晶を引き上げる引上軸と、
   上記引上軸を支持する軸支持部と、
   上記軸支持部にかかる重量を検出する重量検出手段を具備し、上記軸支持部を支持する支持体と、
   を備えており、
   上記支持体を上記引上軸の軸方向に沿って移動させることにより上記単結晶の引き上げを行う単結晶引上装置であって、
   上記軸支持部は、上記引上軸を支持する本体部と、上記本体部と連結された被支持部とを具備しており、
   上記支持体は、上記被支持部を支持する支持部と、上記被支持部よりも上記軸方向上方に配置された延出部とを具備しており、
   上記延出部と上記被支持部との間に設けられ、上記軸方向に伸縮可能な第１の筒体と、
   上記引上軸を囲むように構成され、上記軸方向に伸縮可能であり、上記軸方向における上端が上記本体部に固定された第２の筒体と、
   上記第１の筒体と上記第２の筒体とを連結する配管と、を備えていることを特徴とする、単結晶引上装置。
2. 上記第１の筒体は、上記被支持部に固定される第１の固定環を有しており、
   上記第２の筒体は、上記本体部に固定される第２の固定環を有しており、
   上記第１と第２の固定環の内径が同一である、請求項１に記載の単結晶引上装置。
3. 上記支持体は、上記引上軸を挿通させる開口を有する台部を具備しており、
   上記第２の筒体の上記軸方向における下端が上記台部に固定されており、
   上記台部と上記気密容器との間に設けられており、かつ上記引上軸を囲むように構成された第３の筒体を備えている、請求項１または２に記載の単結晶引上装置。
4. 上記配管は、上記延出部と上記第２の固定環とを繋ぐように設けられている、請求項２に記載の単結晶引上装置。
5. 上記第３の筒体は、上記台部に固定される第３の固定環を有しており、
   上記配管は、上記延出部と上記第３の固定環とを繋ぐように設けられている、請求項３に記載の単結晶引上装置。
6. 上記第１の筒体は、上記軸方向視において上記引上軸と重なる位置に配置されている、請求項１ないし５のいずれかに記載の単結晶引上装置。
7. 気密容器と、
   上記気密容器内に収容された坩堝と、
   上記坩堝を支持する支持軸と、
   上記支持軸を支持する軸支持部と、
   上記軸支持部にかかる重量を検出する重量検出手段を具備し、上記軸支持部を支持する支持体と、
   を備えた坩堝支持装置であって、
   上記軸支持部は、上記支持軸を支持する本体部と、上記本体部と連結された被支持部とを具備しており、
   上記支持体は、上記被支持部を支持する支持部と、上記被支持部よりも上記軸方向下方に配置された延出部とを具備しており、
   上記延出部と上記被支持部との間に設けられ、上記軸方向に伸縮可能な第１の筒体と、
   上記支持軸を囲むように構成され、上記軸方向に伸縮可能であり、上記軸方向における下端が上記本体部に固定された第２の筒体と、
   上記第１の筒体と上記第２の筒体とを連結する配管と、を備えていることを特徴とする、坩堝支持装置。
8. 上記第１の筒体は、上記被支持部に固定される第１の固定環を有しており、
   上記第２の筒体は、上記本体部に固定される第２の固定環を有しており、
   上記第１と第２の固定環の内径が同一である、請求項７に記載の坩堝支持装置。
9. 上記支持体は、上記支持軸を挿通させる開口を有する台部を具備しており、
   上記第２の筒体の上記軸方向における上端が上記台部に固定されており、
   上記台部と上記気密容器との間に設けられており、かつ上記支持軸を囲むように構成された第３の筒体を備えている、請求項７または８に記載の坩堝支持装置。
10. 上記配管は、上記延出部と上記第２の固定環とを繋ぐように設けられている、請求項８に記載の坩堝支持装置。
11. 上記第３の筒体は、上記台部に固定される第３の固定環を有しており、
    上記配管は、上記延出部と上記第３の固定環とを繋ぐように設けられている、請求項９に記載の坩堝支持装置。
12. 上記第１の筒体は、上記軸方向視において上記支持軸と重なる位置に配置されている、請求項７ないし１１のいずれかに記載の坩堝支持装置。

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