JPH10185546A - 石英ルツボの形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークを持ち運び移動することなく、一度測
定のテーブル上にセットすれば後は自動的にワークの形
状（高さ、外径、重量等）を測定する測定装置を提供す
る。 【解決手段】 水平方向と鉛直方向に位置決めが可能
で、且つワークを保持し回転させることができるテーブ
ル６と、基台１に固定された光電センサーからなる測定
ユニット９と、台秤10とで構成し、テーブルを水平、鉛
直方向に移動させることでワークＡの高さ、外径、重量
を自動的に測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明はＣＺ単結晶シリコン
を製造するＣＺ法（チョクラルスキ法、又は引き上げ
法）で使用する石英ルツボの形状（外径、高さ、重量）
を測定する測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＺ法は多結晶を石英（ＳｉＯ₂ ）のル
ツボの中で、コントロール用活性不純物と共に熔融し、
種結晶棒で徐々に引き上げてＣＺ単結晶シリコンを製造
する。ところで、多結晶を溶かす石英のルツボから微量
の酸素が単結晶の中に入り込んでくる。この単結晶中の
酸素濃度は、ＩＣを製造する上できわめて重要な働きを
している。従って、ＣＺ単結晶の製造工程では、この酸
素濃度やＰ型・Ｎ型と呼ばれる導通型、電気抵抗率が厳
重に、しかもきめ細かくコントロールされ、結晶欠陥の
ない高純度な単結晶シリコンが製造される。

【０００３】その為、上記ＣＺ法に使用される石英ルツ
ボは成形された後、該ルツボの外径（外径）、高さ、重
量、及び肉厚が測定され、その測定値が前記単結晶の製
造過程において管理され、それにより製造される単結晶
中の酸素濃度等を管理するようにしている。そこで、上
記単結晶の製造を管理する上で必要となる石英ルツボの
形状測定であるが、従来外径、及び高さの測定は巻尺を
用いて手作業で行い、又、石英ルツボの重量は秤に載せ
て計測しているのが実状である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、従来は石英ル
ツボの形状を測定するのに手数を要すると共に、得られ
る測定値は巻尺使用の為精度が低く、又、外径測定から
重量測定には石英ルツボを移動しなければならず、測定
作業に時間が掛かるといった問題点を有している。又、
最近はウエーハの口径が大きくなるに伴い、その元とな
る単結晶シリコンを製造する石英ルツボも大きく、且つ
重くなり、それら大型で重量が大なルツボを手作業で取
り扱って上記の形状測定を行うことは重労働で非常に大
変な作業である。

【０００５】本発明は、上記した従来の技術が有する問
題点に鑑みてなされたもので、ワーク（石英ルツボ）を
持ち運び移動することなく、一度測定のテーブル上にセ
ットすれば、後は自動的にワークの形状（外径、高さ、
重量）を測定することが出来る形状測定装置を提供する
ことを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明が講じた技術的手段は、基台上にその長手方向
に沿って水平移動手段を取付、その水平移動手段の可動
部材に支持台を取り付けて該支持台を水平移動自在と
し、その支持台に上下案内手段を鉛直に取り付ける。そ
して、その上下案内手段にテーブル取付台を水平に取り
付けて上下動自在とし、その上下するテーブル取付台
に、水平旋回手段を介してワークを載承保持するテーブ
ルを取り付ける。これにより、ワークは水平方向に直線
移動し、且つ鉛直方向に上昇及び下降する。上記の水平
方向及び鉛直方向に移動するワークに対し、該ワークの
直径、高さを測定する複数個のセンサーからなる測定ユ
ニットを、前記基台上の支持台を挟む位置に対向して起
立取り付け、更にその測定ユニットから離れた基台上に
ワークの重量を測定する台秤を設置し、その台秤のワー
ク受けは、上下するテーブルの最下位の位置よりも上方
に位置させ、テーブルを下降させることでテーブル上に
支持したワークを台秤のワーク受けで受け取り支持する
ように構成する。

【０００７】上記支持台を水平移動させる水平移動手
段、そしてテーブル取付台を上下させる上下案内手段と
しては、ボールネジ機構及び直線案内機構等によって構
成されたものが挙げられる。又、上記テーブル取付台に
水平旋回可能に支持されるテーブルには台秤のワーク受
けが貫通突出する通孔が開設され、テーブルを下降させ
てワーク受けより下側に位置させる事が出来るように構
成されている。そして、前記テーブルの上面にはワーク
載せ部が放射状に配置されると共に、そのワーク載せ部
の上面に位置決め用突起が径方向に所定間隔をおいて設
けられている。上記テーブル上に載置したワーク（石英
ルツボ）の外径及び高さを測定する測定ユニットは、支
持台を挟むごとく対向して起立取り付けた枠体の垂直部
に、レーザー式の光電センサーが相対向して複数個上下
移動可能に取り付けられて構成されている。

【０００８】上記の構成により、ワークを載承保持する
テーブルは水平方向（Ｘ軸）と鉛直方向（Ｚ軸）に位置
決めが可能で、且つワークを保持し回転（θ軸）させる
ことができる。そして、水平方向又は鉛直方向の一方の
軸を固定した状態でワークをもう一方の移動可能な軸方
向に一定の速度で移動し、基台に固定された測定ユニッ
トのセンサーをワークが遮断する時のテーブルの位置を
リニアセンサーで読み取ることにより、外径を測定する
ことができる。この時、測定ユニットの複数個のセンサ
ーを用いて複数箇所のワークの外径を測定する。又、ワ
ークを載せたテーブルを水平旋回手段によって90゜回転
し、その状態で前記したと同じようにテーブルを一方か
ら他方へ移動させてワークの外径を測定する。次に、ワ
ークを載承支持したテーブルを台秤上に位置させ、その
位置からテーブル取付台を上下案内手段によって下降さ
せ、テーブルに開設した通孔から台ばかりのワーク受け
が貫通突出することでテーブル上のワークはワーク受け
で支持され、ワークの重量が測定される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面に基づいて説明する。図１は本測定装置全体を示
す正面図で、図中、１は基台で、この基台１の長手方向
に沿って水平移動手段２が取り付けられ、その水平移動
手段２に支持台３が水平移動可能に取り付けられてい
る。そして、その支持台３には上下案内手段４が鉛直に
起立固定され、その上下案内手段４にテーブル取付台５
が水平状態で上下動自在に取り付けられており、そのテ
ーブル取付台５の上方にワーク（石英ルツボ）Ａを載承
保持するテーブル６が水平旋回手段７を介して水平に支
持されている。又、上記基台１上には前記した支持台３
の移動路を挟む如く対峙して枠体８が起立固定され、そ
の枠体８の垂直部にワークＡの外径及び高さを測定する
測定ユニット９が対向して設置されている。更に、基台
１の上面には前記した水平移動手段２の前方に位置させ
てワークＡの重量を測定する台秤10が設置されている。

【００１０】上記水平移動手段２は、基台１の幅方向中
央位置に該基台１の長手方向に沿って回転可能に架設し
たボールネジ 201と、このボールネジ 201と平行に架設
した直線ガイド（ＬＭガイド） 202と、前記ボールネジ
201と螺合し且つ直線ガイド（ＬＭガイド） 202と係合
して水平移動する可動体 203と、ボールネジ 201を駆動
回転させる減速機付モータ 204とで構成され、その減速
機付モータ 204の回転軸とボールネジ 201はカップリン
グ 205で連結されている。そして、上記可動体 203に支
持台３が載置固定され、支持台３は水平移動手段２によ
って基台１の長手方向に沿って水平移動することにな
る。尚、前記した水平移動手段２の移動方向の両側に位
置させて基台１上に取り付け片11を介してストッパ12が
取り付けられ、これに衝合することで支持台３の移動範
囲が規制されている。

【００１１】上記支持台３は基台１の短手方向の横幅よ
り一側方に突出する幅を有した平板で構成され、その支
持台３の基台１より外方に突出する突出部と前記基台１
側面とに亘って支持台３の移動距離（絶対値）を計測す
る距離計測手段（リニアセンサ）13が設けられている。
又、支持台３の上面には門型に形成した支持枠14が起立
固定され、その支持枠14の上辺14a と支持台３との間、
及び支持枠14の左右側辺14b ，4cに上下案内手段４が取
り付けられている。

【００１２】その上下案内手段４は、支持枠14の上辺14
a と支持台３とに亘って回転可能に架設したボールネジ
401と、支持枠14の左右側辺14b ，14c の内側面に相対
峙して且つ前記ボールネジ 401と平行に架設固定した直
線ガイド（ＬＭガイド） 402と、前記ボールネジ 401と
螺合し且つ直線ガイド（ＬＭガイド） 402と係合して上
下移動する可動体 403と、ボールネジ 401を駆動回転さ
せる減速機付モータ 404とで構成され、その減速機付モ
ータ 404の回転軸とボールネジ 401はカップリング 405
で連結されている。即ち、上記可動体 403はボールネジ
401と螺合する螺子筒を有した水平部403aと、その水平
部403aの両側に直角に起立する左右起立部403b，403cと
で上方が開放された逆門型形状に構成され、その水平部
403aにテーブル取付台５が水平に固着されている。又、
支持台３と支持枠14の上辺14a とに亘ってテーブル取付
台５の移動距離（絶対値）を計測する距離計測手段（リ
ニアセンサ）15が設けら、その距離計測手段15の移動部
材が上記可動体 403における左右起立部403b，403cに亘
って取り付けた背板16に取り付けられている。それによ
り、テーブル取付台５の上下方向の移動距離が計測され
る。

【００１３】上記のテーブル取付台５は支持台３の上面
に起立固定した門型の支持枠14より一側方に突出する長
さを有した矩形板で構成され、そのテーブル取付台５の
枠体14より突出する部分の上面に、ワークＡを載承保持
するテーブル６が水平旋回手段７を介して水平に支持さ
れている。テーブル６はワーク（石英ルツボ）Ａを載承
支持するもので、円板 601の上面にワーク載せ部 602が
放射状（十字状）に取り付けられ、そのワーク載せ部 6
02の上面に位置決め用突起 603が径方向に所定間隔を置
いて取り付けられており、この位置決め用突起 603によ
りワークＡはその中心をテーブル６の中心に合わせて正
確にセットすることが出来る。そして、上記したテーブ
ル６を水平旋回する水平旋回手段７は、ブレーキ付ギヤ
ードモータ 701と、前記テーブル６の下面中心に固着し
たギヤ 702と、前記ギヤードモータ 701の出力ギヤとギ
ヤ 702とに亘って巻回したタイミングベルト 703とで構
成され、テーブル６が左右方向に旋回するように構成さ
れている。

【００１４】又、前記した基台１上には前記した水平移
動手段２と上下案内手段４とによって水平方向及び上下
方向に移動するテーブル６上面に載承保持されるワーク
Ａの外径及び高さを測定する測定ユニット９が、基台１
を挟む如く対峙して固定された枠体８の垂直部に対向し
て設置されている。その測定ユニット９は、水平移動手
段２の外側に相対峙して起立固定した枠体８の垂直部に
固定した取付杆 901と、その取付杆 901に対向して取り
付けた複数個のレーザー式の光電センサー 902とで構成
され、その光電センサー 902は取付杆 901に上下移動可
能に取り付けられている。上記光電センサー 902の取付
形態の一例を挙げれば、取付杆 901の上方に高さ測定用
の光電センサー902aを、その下方に外径測定用の光電セ
ンサー902bが所定間隔をおいて複数個（図面では３個）
取付けられている。

【００１５】更に、前記した基台１の上面には前記した
水平移動手段２の前方に位置させてワークＡの重量を測
定する台秤10が設置されている。その台秤10は上面にワ
ーク受け16が起立取り付けられ、そのワーク受け16はテ
ーブル６に放射状に設けたワーク載せ部 602の間に位置
するように配置されている。そして、テーブル６におけ
るワーク受け16と対応する位置、即ちワーク載せ部 602
の相互間に位置してワーク受け16が貫通突出する通孔17
が開設されている。それにより、テーブル取付台５を上
下案内手段４によって下降させると、テーブル６は通孔
17により台秤10のワーク受け16を越えて該ワーク受け16
より下側に下がり、テーブル６上のワークＡは台秤10の
ワーク受け16に乗り移り、ワークＡの重量が測定され
る。尚、台秤10のワーク受け16はテーブル６のワーク載
せ部 602の間に配置する関係で４個としたが、前記した
テーブル６のワーク載せ部 602の数を、円周を三等分す
る３個とし、そのワーク載せ部の間に位置させてワーク
受け16を３個設けるようにしても勿論よいものである。

【００１６】次に、ワークＡの測定動作について説明す
る。 （Ａ）高さ及び外径測定 先ず、ワークＡをテーブル６上にセツトする前に、
テーブル６を取り付けたテーブル取付台５を水平移動手
段２によって測定ユニット９から外れた原点位置に移動
させると共に、上下案内手段４を作動させて該テーブル
６が台秤10のワーク受16より上方に位置させ、その後に
ワークＡをテーブル６のワーク載せ部 602に載置セット
する。 水平移動手段２を作動させてワークＡの中心が測定
ユニット９の光電センサー 902の線上に位置させ、次に
上下案内手段４を作動させてテーブル６を上昇させて測
定を開始する。 テーブル６が上昇する時、ワークＡの中心は測定ユ
ニット９の線上に位置しており、それにより測定ユニッ
ト９の最上部のレーザー式の光電センサー902aが、ワー
クＡの底面の頂部を検出した時のテーブルＡの位置から
ワークＡの高さを測定する。 テーブル６を支持したテーブル取付台５が上昇を完
了すると、上下案内手段４を起立取付けた支持台３を水
平移動手段２によって測定ユニット９から外れた位置、
即ち水平移動手段２の一方端（図１で右端）の待機位置
に移動し、その位置から上下案内手段４によって所定位
置まで下降させ、その位置から反対側に向かって水平移
動手段２の作動により支持台３を移動させる。それによ
り、テーブル６を支持したテーブル取付台５が移動を開
始し、ワークＡの外径を測定する。外径の測定は、ワー
クＡを載承保持したテーブル６が一定の速度で移動し、
基台１に固定された測定ユニット９の光電センサー 902
をワークＡが遮断する時のテーブル６の位置を距離計測
手段（リニアセンサー）13で読み取ることにより、外径
を測定することが出来る。 この時、測定ユニット９は複数個の光電センサー 9
02を備えている為、ワークＡにおける複数箇所の外径が
測定される。 次にワークＡを載承保持したテーブル６を水平旋回
手段７によって９０゜回転させ、その位置から元の位置
に向かって水平移動させてと同様にワークＡの外径を
測定する。 外径の測定が終了したら、テーブル取付台５を待機
位置に移動させる。

【００１７】（Ｂ）重量測定 次に、テーブル６を支持するテーブル取付台５を上
下案内手段４を作動させてテーブル取付台５を下降さ
せ、テーブル６上のワークＡを台秤10のワーク受け16の
上に降ろし、重量を測定する。 重量の測定が終了したら上下案内手段４を作動させ
てテーブル取付台５を上昇させ、ワークＡを台秤10のワ
ーク受け16から浮かせてテーブル６上に乗り移す。そし
て、ワークＡをテーブル６から取り外して測定を完了す
る。

【００１８】

【発明の効果】本発明の石英ルツボの形状測定装置は請
求項１に記載の構成により、石英ルツボをテーブル上に
セットするだけで、石英ルツボの高さ、外径、及び重量
を自動的に測定することが出来る。しかも、高さ及び外
径の測定はセンサーで測定する為、高精度の測定値を迅
速に得ることが出来る。従って、最近の大口径ウエーハ
の製造に伴い石英ルツボも大型化するが、前記装置によ
り高精度の測定を容易に行うことができる。更に、請求
項２に記載の構成により、石英ルツボの複数箇所の外径
を測定できる為、外径をより正確に捉えることが出来
る。又、請求項３に記載の構成により、外径測定から重
量の測定へワークを移し変える事なく自動的に移し換え
て測定することが出来る為、迅速に高精度の測定値を得
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る形状測定装置の実施の形態の一例
を示す正面図である。

【図２】上下案内手段を省略して示す図１の平面図であ
る。

【図３】図１の同側面図である。

【図４】図１の状態から支持台を反対側に移動させてワ
ークＡの外径を測定する状態を示す同正面図である。

【図５】テーブルを下降させてワークを台秤のワーク受
けで支持し、重量を測定する状態を示す正面図である。

【符号の説明】

１…基台 ２…水平移動手段 ３…支持台 ４…上下案内手段 ５…テーブル取付台 ６…テーブル ７…水平旋回手段 ８…枠体 ９…測定ユニット 10…台秤 16…台秤のワーク受け 17…通孔 Ａ…ワーク

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台上に支持台を水平移動手段によって
   水平移動自在に取り付け、その支持台に上下案内手段を
   鉛直に起立取り付けると共に、その上下案内手段にワー
   クを載承保持するテーブルを旋回自在に取り付けたテー
   ブル取付台を上下動自在に取付、更に前記支持台の移動
   経路を挟む位置に、ワークの高さ，外径を計測するセン
   サーを対向配置した測定ユニットを起立取り付けると共
   に、その測定ユニットから離れた基台上に、前記テーブ
   ルの下降によりテーブル上に支持されたワークを受取り
   支持してワークの重量を測定する台秤を設置した石英ル
   ツボの形状測定装置。
2. 【請求項２】 上記測定ユニットに装備される外径を測
   定するセンサーが上下方向に間隔をおいて複数個設けら
   れている請求項１記載の石英ルツボの形状測定装置。
3. 【請求項３】 上記テーブルに、台秤に取り付けられた
   ワーク受けが通過する通孔が開設されている請求項１記
   載の石英ルツボの形状測定装置。