JPH05885A - 単結晶引上げ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 単結晶引上げ時におきる単結晶の振動を抑制
する。 【構成】 巻き取り手段を備えワイヤを回転させつつ巻
き取ってルツボから単結晶を引上げる構成の単結晶引上
げ装置において、ルツボ１１と巻き取り手段１８の間に
振動抑制手段２０を設け、振動抑制手段２０が、ワイヤ
１６に摺動可能に係合しワイヤ１６に沿って移動可能な
ワイヤホルダ２１と、ワイヤホルダ２１動させるための
昇降手段２３と、を備え、ワイヤ１６の所定位置におけ
る半径方向の振れをワイヤホルダ２１によって抑制する
構成にしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、巻き取り手段を備えワ
イヤを回転させつつ巻き取ってルツボから単結晶を引上
げる構成の単結晶引上げ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】単結晶引上げ装置は、鉛直軸回りに回転
可能なルツボと、その上方に配置され鉛直軸回りに旋回
（回転）可能な巻き取り手段を備えている。ルツボには
例えば溶融シリコンを入れる。そして、先端に種結晶を
つけたワイヤを巻き取り手段で巻き取ってルツボからシ
リコンインゴット（単結晶）を引き上げる。この際、巻
き取り機を旋回させ、ワイヤを軸回りに回転し、ワイヤ
と共にインゴットも回転させつつ引き上げる構成になっ
ている。

【０００３】インゴットの引き上げ時には、ワイヤとイ
ンゴットはいわゆる単振り子となる。この単振り子の固
有振動数ｗ１は、ワイヤ上端とインゴット重心との距離
をＬ（ｍ）、動力加速度をｇ（ｍ／ｓ² ）とすると、
（Ｌ／ｇ）の平方根で近似できる。この固有振動数ｗ１
を回転数Ｎに換算するとｗ１／（２π）（ｒｐｓ）とな
る。この回転数Ｎにインゴット回転数ｎが近づくと共振
によってインゴットの振動、特に円錐振動が起きる危険
がある。

【０００４】さて、単振り子の長さＬは単結晶製造装置
の構成によってほぼ決定される。一例をあげると、最初
Ｌは約２．０〜２．５ｍに設定でき、ワイヤを巻き上げ
ることによってＬは約１．４〜２．５ｍの範囲を変化す
る。従って、ワイヤとインゴットからなる単振り子の固
有振動数ｗ１は約２．０〜２．６となりこれを回転数Ｎ
に換算すると約１１８〜１５８ｒｐｓとなる。この回転
数Ｎが危険回転数Ｎである。従来、単結晶を引き上げる
際には、この危険回転数Ｎを考慮し、インゴットの回転
数ｎを危険回転数Ｎよりも小さめに設定している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、インゴット
の回転数ｎは、インゴット中の酸素濃度に影響を与える
ためインゴット中の好しい酸素濃度を得るためにはイン
ゴット回転数ｎを任意の値に設定できることが望まし
い。

【０００６】しかし、従来の単結晶引上げ装置において
は、インゴット回転数ｎを自由に設定することができな
かった。例えば、インゴット中の酸素濃度を調整するた
めにインゴット回転数ｎを危険回転数Ｎに近い値に設定
することが望ましい場合にも、そうすることができなか
った。

【０００７】本発明の目的は、単結晶引き上げ時に発生
するインゴットの振動、特に円錐振動を抑制できる単結
晶引上げ装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、巻き取
り手段を備えワイヤを回転させつつ巻き取ってルツボか
ら単結晶を引上げる構成の単結晶引上げ装置において、
ルツボ１１と巻き取り手段１８の間に振動抑制手段２０
を設け、振動抑制手段２０が、ワイヤ１６に摺動可能に
係合しワイヤ１６に沿って移動可能なワイヤホルダ２１
と、ワイヤホルダ２１を移動させるための昇降手段３２
と、を備え、ワイヤ１６の所定位置における半径方向の
振れをワイヤホルダ２１によって抑制する構成にしたこ
とを特徴とする単結晶引上げ装置である。

【０００９】

【作用】振動抑制手段２０のワイヤホルダ２１がワイヤ
１６に摺動可能に係合し、ワイヤ１６の所定位置におけ
る半径方向の振れを抑制する。ワイヤホルダ２１がワイ
ヤ１６に摺動可能に係合しているので、ワイヤ１６はワ
イヤホルダ２１と相対的に長さ方向及び周方向にスライ
ド及び回転移動可能である。従って、ワイヤホルダ２１
は単結晶９の引き上げの妨げにならない。

【００１０】昇降手段３２によってワイヤホルダ２１を
ワイヤ１６の所定位置に移動させて、ワイヤ１６の実質
的つり下げ長さｌを変えることができる。このように、
ワイヤ１６と引き上げ中の単結晶９からなる単振り子の
固有振動数を自由に変化させることができる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は本発明の単結晶引上げ装置を概念的に示す
断面図、図２は振動抑制手段を示す拡大斜視図である。

【００１２】単結晶引上げ装置１０は減圧容器１４を有
する。減圧容器１４は、下部が大径、上部が小径の円筒
状容器で形成されている。減圧容器１４の上には回転部
材１７が気密にかつ減圧容器１４に対して回転可能に設
定されている。減圧容器１４と回転部材１７の中心軸は
一致していて、回転部材１７は両者に共通の中心軸回り
に回転する構成になっている。減圧容器１４には排気手
段（図示せず）が設けてあり、排気手段によって減圧容
器１４内雰囲気を所望の減圧状態に保つことができる。

【００１３】減圧容器１４の下部にはルツボ１１が軸１
５を中心に回転可能（矢印Ａ）に設けられている。軸１
５は回転部材１７の回転軸に一致している。ルツボ１１
は内側に配置された薄肉の石英ルツボと、その外側に配
置された厚肉のカーボンルツボから構成されている。ル
ツボ１１は上下移動可能な構成にしてもよい。

【００１４】ルツボ１１の外側にはヒータ１２が設けら
れている。ヒータ１２は例えばグラファイトやＭｏで構
成する。ヒータ１２のまわりには保温筒１６が設けられ
ている。保温筒１６は例えばＳｉＣ多孔体で構成する。

【００１５】回転部材１７にはワイヤ１６を巻き取るた
めの巻き取り装置１８が設けられている。ワイヤ１６を
巻き取るための巻き取り装置１８は、回転部材１７を回
転させた時に、鉛直下方に伸びたワイヤ１６を中心軸と
して回転又は旋回可能な位置に配置されている。

【００１６】単結晶引上げ時には、回転部材１７を回転
させ、巻き取り装置１８を駆動して、ワイヤ１６をその
軸回りに回転（矢印Ｃ）させつつ上方に巻上げる（矢印
Ｂ）。図１ではルツボ１１内に溶融シリコン８が入れて
あり、そこからシリコン単結晶９が引き上げられてい
る。なお、ワイヤの先端には予めシリコンの種結晶を固
定しておき、これを利用してシリコン単結晶を育成する
のである。

【００１７】ルツボ１１と巻き取り装置１８の間には振
動抑制機構２０が設けられている。以下、振動抑制機構
２０について詳細に説明する。

【００１８】減圧容器１４の小径部の内壁には断面円形
で細長いガイドシャフト２６が鉛直方向に、すなわちワ
イヤ１６と平行に設けられている。ガイドシャフト２６
は両端の支持部材２６ａを介して減圧容器１４の内壁に
固定してあり、シャフト自体は内壁からわずかに距離を
おいて配置されている。ガイドシャフト２６には円環状
のスライド体２５が係合している。スライド体２５はガ
イドシャフト２６にそって鉛直方向に移動可能である。
ガイドシャフト２６の断面形状は矩形状でもよい。その
場合にはスライド体２５を円環でなく角環状にする。

【００１９】ワイヤ１６をはさんでガイドシャフト２６
の対向位置には昇降手段３２が設けられている。昇降手
段３２は送りネジ２３、スリーブ２２、サーボモータ２
４を備えている。送りネジ２３はワイヤ１６及びガイド
シャフト２６と平行に、すなわち鉛直方向に配置されて
いる。送りネジ２３の下端は、減圧容器内壁に設けられ
たスラストベアリング及びラジアルベアリング２７で支
持されている。送りネジ２３の上端は、減圧容器内壁に
固定関係に設けられたサーボモータ２４の出力軸に接続
されている。サーボモータ２４を駆動することによっ
て、送りネジ２３を回転させることができる。

【００２０】円筒状のスリーブ２２が送りネジ２３に設
定されている。スリーブ２２の内面にはメネジが形成さ
れていて、これが送りネジ２３に係合している。送りネ
ジ２３が回転するとスリーブ２２が送りネジ２３にそっ
て鉛直方向に移動する。

【００２１】ワイヤ１６には円環状のワイヤホルダ２１
がゆるく係合されている。ワイヤホルダ２１はワイヤ１
６に摺動可能である。ワイヤホルダ２１はアーム３１，
３１を介してスリーブ２２とスライド体２５に接続され
ている。スリーブ２２、ワイヤホルダ２１及びスライド
体２５は同じ高さで一直線状に配置されている。スリー
ブ２２が送りネジ２３にそって鉛直方向に移動するとワ
イヤホルダ２１とスライド体２５もそれぞれワイヤ１６
とガイドシャフト２６にそって鉛直方向に移動する。ワ
イヤホルダ２１はアーム３１，３１を介してスリーブ２
２とスライド体２５にガイドされる。

【００２２】ワイヤホルダ２１の貫通穴にはワイヤ１６
が通っているが、この貫通穴の径はワイヤ１６の径より
も幾分大きめである。ワイヤ１６はワイヤホルダ２１に
ゆるく係合しているので、矢印Ｂ方向に移動可能であ
り、また矢印Ｃ方向に回転可能でもある。一方、ワイヤ
の半径方向の移動は、ワイヤホルダ２１によって抑制さ
れる。

【００２３】インゴット引上げ時には、ワイヤホルダ２
１より下側の部分のワイヤとインゴットがいわゆる単振
り子になる。昇降手段３２によってワイヤホルダ２１を
鉛直方向に移動し、単振り子の腕の長さｌを変えること
ができる。このように、腕の長さｌを変えることによっ
て単振り子の固有振動数を調整することができる。

【００２４】例えば、インゴットの回転数を単振り子の
固有振動数（危険回転数）より小さめに設定しておく。
次に、ワイヤホルダ２１を短時間で下降させて危険回転
数を短時間で下げる。この場合、瞬間的に危険回転数が
インゴットの回転数に等しくなるが短時間であれば問題
がない。このようにすれば、インゴット回転数を任意の
値に設定できる。もちろん、危険回転数をインゴット回
転数から終始隔った値に設定してもよい。

【００２５】本発明は前述の実施例に限定されない。例
えば、昇降装置はピニオン・ラック機構やその他の移動
機構によっても構成できる。また、ガイドシャフトを２
本以上設けてワイヤホルダを案内してもよい。さらに、
ワイヤホルダは円環でなく断面矩形状の貫通穴を持って
いてもよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明の単結晶引上げ装置によれば、巻
き取り手段を備えワイヤを回転させつつ巻き取ってルツ
ボから単結晶を引上げる構成の単結晶引上げ装置におい
て、ルツボ１１と巻き取り手段１８の間に振動抑制手段
２０を設け、振動抑制手段２０が、ワイヤ１６に摺動可
能に係合しワイヤ１６に沿って移動可能なワイヤホルダ
２１と、ワイヤホルダ２１を移動させるための昇降手段
２３と、を備え、ワイヤ１６の所定位置における半径方
向の振れをワイヤホルダ２１によって抑制する構成にな
っているので、ワイヤの実質的なつり下げ長さｌを変え
ることによってワイヤと育成中の単結晶からなる単振り
子の固有振動数を変化させ、単結晶の振動、特に、円錐
振動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の単結晶引上げ装置を概念的に示した断
面図。

【図２】図１に示した単結晶引上げ装置の昇降手段を示
す拡大斜視図である。

【符号の説明】

１０ 単結晶引上げ装置 １１ ルツボ １６ ワイヤ １８ 巻取り手段 ２０ 振動抑制手段 ２１ ワイヤホルダ ３２ 昇降手段 ◆

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 巻き取り手段を備えワイヤを回転させつ
   つ巻き取ってルツボから単結晶を引上げる構成の単結晶
   引上げ装置において、ルツボ（１１）と巻き取り手段
   （１８）の間に振動抑制手段（２０）を設け、振動抑制
   手段（２０）が、ワイヤ（１６）に摺動可能に係合しワ
   イヤ（１６）に沿って移動可能なワイヤホルダ（２１）
   と、ワイヤホルダ（２１）を移動させるための昇降手段
   （３２）と、を備え、ワイヤ（１６）の所定位置におけ
   る半径方向の振れをワイヤホルダ（２１）によって抑制
   する構成にしたことを特徴とする単結晶引上げ装置。