KR100216360B1 - 성장결정체의 중량측정장치 - Google Patents

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오카모토 마사아키
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Abstract

개시된 장지는 그의 용융체로부터 인상되는 성장결정체의 중량을 측정 한다. 알려진 중량의 로프의 하부 끝단은 결정성에 접속되는 반면, 로프의 상부 끝단은 로프 권취 유니트의 드럼에 접속된. 로프권취 유니트는 드럼에 결합되어 드럼을 회전시키고 로프를 권취하는 구동기를 포함하며, 드럼및 구동기를 포함한 로프권취 유니트익 중량은 알러져 있다. 적어도 한개의 중량센서가 로프권취 유니트에 결합되어 로프권취 유니트에 작용하는 중력의 양을 측정한다. 그에 의하여, 성장결정체의 중량은, 로프권취 유니트상에 작용하는 중력의 측정된 양으로부터 로프권취 유니트및 로프의 알러진 중량의 함을 감산함으로써 결정된다.

Description

[발명의 명칭]
성장결정체의 중략측정장치
[기술분야]
본 발명은 성장결정체(成長結晶休)의 중량측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그의 용융체로는 인산(引上)됨으로써 성장되는 결성체의 중량을 측정하기 위한 장지에 관한 것이다.
[배경기술]
실리콘 반도체의 단결정을 제조하기 위한 방법으로서, 종자결정(種子結晶)실리콘 반도체의 재료의 용융체등의 안에 담그고, 단결정을 성장시키도록 회전하면서 인상하는 초크라스키(Cozochralski)법이 사용되고 있다. 초크랄스키법에 기초하여 결정을 제조하는 장치에 있어서, 인상을 통하여 성장되는 단결정(이하 성장결정체이라 함)의 크기를 제어하기 위하여는, 용융체와 성장결정체 사이의 경계면(이하, 경계면일 함)에서의 성장결정체의 단면적 또는 직경이 측정된다. 단면적 또는 직경의 측정치에 근거하여, 종자결정의 인상속도 및 용융체의 온도가 제어되고, 성장 결정체의 원하는 직경을 산출하게 된다.
경계면에서 성장결정체의 직경을 측정하기 위한 종래의 방법으로는, 예를 들면, 성장결정체의 직경이 텔리비젼(TV) 카메라에 의하여 얻어진 그의 화상에 근거하여 성장결정체의 직경이 결정되는 화상측정법이나, 또는 성장결정체의 중량측정기를 측정하고 그 측정된 중량증가에 기초하여 그의 직경이 계산되는 방법이 있다.
제9(a)도는 종래의 단결정 제조용 와이어형 장치(41)의 예를 나타낸다. 제9(a)도의 장치(41)에 있어서, 히터(42)는 도가니(44)내의 용융체(1)를 가열하고, 상부끝단이 드럼(48)에 접속된 와이어 로프(46)의 하부끝단에 유지된 종자결정이 도가니(44)의 위에 위치하는 풀리(47)의 수단에 의하여 매달려서 용융체(1)내에 담그어진다. 와이어로프(46)는 드럼(48)에 느리게 감겨지기 때문에 점차적으로 성장결정체(3)를 형성 및 성장시키게 된다.
도시된 예에 있어서, 온도센서(43)는 히터(42)의 온도를 측정한다. 제9(a)도의 장치(41)는 도가니(44)의 내부, 특히 용융체(1)와 성장결정체(3)사이의 경계의 화상을 촬영하기 위한 TV 카메라(45)를 가지며, 이는 TV 카메라(45)에 의하여 얻은 사진 또는 화상에 근거한 성장결정체(3)의 직경의 측정을 의한 것이다.
종래의 성장결성체(3)의 직경을 결성하는 화상법은, 성장 결성(3)의 발전과 더불어, 도가니(44)에의 용융체(l)의 꼭대기면의 높이가 제9(b)도 및 제9(c)도에 나타낸 바와 같이 점자적으로 낮아진다는 결점을 가진다. 고정된 위치에 있는 TV 카메라(45)로는, 표면의 높이가 낮아짐에 따라서, 상술한 경계면 또는 용융체의 화상을 찍는 것이 점차적으로 어려워진다. 경계면의 화상없이는, 결정화점에서의 성장결정체(3)의 직경을 측정하는 화상법이 불가능해진다.
상술한 화상법의 결점을 회피하기 위하여, 제10(a)도에서 나타낸 바와 같이, 로드셀(load cell : 49)을 이용하여 제9도의 폴리(47)상에 작용하는 성장결정체(3)의 중량을 측정하는 것이 제안되고 있다. 만약 풀리(47)의 중량이 무시되는 것이고 풀리(47)가 2개의 아암길이 L1및 L2와 함께 지렛대로서 작용한다고 가정하면, 로드셀(49)의 출력은 성장결정체(3)의 중량 Mg의 함수로서 이하의 식(1)과 같이 주어질 수 있다. 아암의 길이의 비가 알려져 있다면, 식(1)의 관계를 사용함으로써 로드셀(49)의 출력으로부터 성장결정체(3)의 중량 Mg 을 얻을 수 있다. 식(1)에 있어서, F는 드럼(48)의 권취력을 나타내면, L1및 L2는 각각 성장결정체(3)와 드럼(48)측에서의 풀리(47)의 수평반지름을 나타낸다.
(로드셀 출력) = Mg + F = Mg + (Mg×L2/L1) = MG (1 + L2/L1)·· (1)
그러나, 제10(a)도의 방법은, 비교적 큰 측정오차가 불가피하다는 결점을 가진다. 그러한 오차를 분석하기 위하여, 제10(a)도의 성장결정체(3) 대신에 60㎏의 중량부재를 와이어로프(45)의 하부끝단에 접속하고, 악 5㎜/분 의 속도를 중량부재를 감아올리는 측정을 행하였으며, 로드셀(49)로부터의 출력을 측정하였다. 그 결과를 제11도에 나타내었다. 제11도로부터 제10(a)의 로드셀(49)로부터의 출력은, 고주파 및 중간자파의 파형 잡음을 포함하고 있으며, 그러한 잡음을 와이어 로드(46)의 권취가 진행함에 따라서 점차적으로 감소하는 것이 관찰되었다. 고주파의 파형의 잡음의 원인은 감아올림시에 와이어 로프(46)의 불규칙한 엉킴이나 변의에 있는 것으로 보이며, 이는 식(1)에 있어서의 (L2/L1)의 비율에 있어서의 변화를 가져오게 한다. 한편, 중간주파수의 파형의 잡음은, 폴리(47)의 둘레가 진정한 원에서 벗어나는 것 및 폴리(47)의 중심과 폴리(47)를 굴리는 샤프트의 축 사이의 변위와 같은 기계적인 오류에 있는 것으로 보인다. 중량부재의 감아올림에 따른 상술한 파형 오차의 점진적인 감소는, 폴리(47)의 중량부재측상의 와이어로프(46)의 길이가 드럼(48)에 의하여 와이어로프(46)가 감겨짐에 따라 감소한다는 사실에 기인하는 것으로 나타났다.
단적으로 말해서, 제10(a)는 도의 측정밥은, 큰 측정오차를 내포하는 것이며, 성장결정체(3)의 정확한 측정을 기대할 수 없는 것이다. 그러한 결점을 감안하여, 종래의 초크라스키법은, 와이어 로프(46) 대신에 성장결정체93)를 인상하기 위하여 실제적으로는 인상로드를 사용하고 있다. 그러나, 인상로드의 사용은 로드의 운동을 수행하기 위하여 장치크기의 증가를 초래하게 된다.
고주파 파형의 오차에 대처하기 위하여, 일본국 공개특허공부 제 047914/1989호에서는, 성장결정체 또는 결정막대의 인상부하를 측정하기 위한 장치로서, 결정막대를 매달고 있는 와이어 로프와 걸어맞추어지는 폴리의 안내홈의 단면형상이 와이이로프의 외접원의 반경으로서의 곡률반경과 실질적으로 동일하게 만곡되도록 한 장치가 개시되어 있다.
특히, 제10(b)도 및 10(c)도를 참조하면, 상술한 공보 제 047914/1989호의 발명은 폴리(47)의 안내홈 단면의 곡률반경을 와이어로프(46)의 외접원의 반경과 동일하게 함으로서, 다수개의 가닥(50)을 가지는 와이어 로프(46)의 불규칙한 엉킴이나 변위에 기인한 로드셀(49)의 측정오차를 피하기 위한 것이다. 그러나, 상술한 제 47914/1989호 공보의 발명에 의하여는 제11도의 전체 파형잡음의 제거를 기대할 수 없는데, 이는 고주파 파형의 잡음만을 제거할 수 있을 뿐이지, 중간주파 파형의 잡음은 제거할 수 없기 때문이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 와이어에 의하여 인상됨에 따른 결정설장을 정확하게 측정하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
[발명의 개시]
본 발명에 따른 장치는 그의 용융체로부터 인상되는 성장결정체의 중량을 측정한다.
본 장치는 그의 하부끝단이 성장결정체에 접속되는 알려진 중량의 로프와, 로프의 상부끝단부에 접속된 드럼을 포함하는 알려진 중량의 로플권취 유니트 및, 드럼에 결합되어 드럼을 회전하고 권취하는 구동기를 사용한다. 적어도 한개의 중량센서를 가지는 중량측정수단이 로프권취 유니트상에 작용하는 중력의 양을 측정하기 위하여 로프권취 유니트에 결합된다. 본 발명의 장치에 있어서는 로프권취 유니트상에 작용하는 측정된 중력의 양으로부터 로프 및 로프권취 유니트의 알려진 중량의 합을 감산함으로서 성장결정체의 중량을 측정한다. 따라서, 본 발명은 어떠한 폴리 또는 와이어 로프의 형상 및 규격등에 의존하지 않으므로, 그러한 폴리 및 와이어로프의 규격에 기인한 모든 파형 오차가 완전히 제거될 수 있다.
[도면의 간단한 설명]
본 발명의 보다 나은 이해를 위하여, 첨부된 도면을 참조하면,
제1도는 본 발명에 따른 성장결정체의 중량을 측정하기 위한 장치의 일 실시예의 구성을 나타내는 모식적 단면도이다,
제2도는 중량센서에 의하여 지지되는 유지테이블상에 홈이 형성된 본 발명장치의 일실시예를 나타낸다,
제3도는 유지테이블에 하나 또는 그 이상의 로딩 유니트가 부착되는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다,
제4도는 적어도 한개의 접근 제한기를 사용하는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다,
제5도는 본 발명의 장치내에서의 동작제한 유니트가 작동하는 방식을 나타내는 도면,
제6도는 본 발명의 장치내에서의 다양한 구성부의 조립상태를 나타내는 모식적 사이도이다,
제7도는본 발명의 장치를 사용하는 결정제조용 기계의 블록도이다.
제8도는 본 발명의 장치를 사용함으로서 수행된 측정검사의 결과를 나타내는 그래프이다,
제9도는 결정제조용의 종래의 와이어형 장치를 나타낸다.
제10도는 성장결정체의 중량을 측정하기 위한 종래의 장치의 작동원리를 나타낸다,
제11도는 제10도의 종래의 장치를 사용함으로써 어어진 측정검사의 결과를 나타내는 그래프이다. 전체의 상이한 도면을 통하여 동일한 부분에는 동일한 참조부호를 사용하였다.
[발명을 수행하기 위한 최량의 실시예]
제1도는 실시예를 나타내는 것으로서, 본 발명의 따른 장치는 그의 용융체(1)로부터 인상되는 성장결정체(1)로부터 인상되는 성장결정체(3)의 중량을 측정한다(제9도). 본 장치는, 한끝단이 성장결정체(3)에 접속된 중량을 알고 있는 로프(4)와, 로프(4)를 권취하기 위한 드럼(6) 및 드럼(6)을 구동하기 위한 구동기(7)를 포함하는 중량을 알고 있는 로프권취 유니트(5) 및, 로프권취 유니트(5)에 결합됨으로써 그에 작용하는 중력의 양을 측정하는 적어도 한개의 중량센서(9)를 포함하는 중략측정수단으르 포함하여 구성된다. 제1도 및 제2도에 나타낸 예에서는, 중량측정수단으로 3개의 중량센서(9)가 사용된다. 성장결정체(3)의 중량은 그 중량측정수단에 의하여 측정된 중력량으로부터 로프(4) 및 로프권취 유니트(5)의 알려져 있는 중량의 합을 감산함으로써 측성된다.
바람직하게는, 유지테이블이 로프귄취 유니트(5)에 마린됨으로서 드럼(6)및 구동기(7)의 양자를 유지하게 되며, 유지테이블(10)은 중랑측정수단의 하나 또는 그 이상의 중량센서(9)에 의하여 아래쪽으부터 지지된다.
제1도의 실시예에서, 중량측정수단에 의하여 측정된 중력은 로프(4)와, 로프권취 유니트(5) 및 로프(4)의 하부끝단에 접속된 성장결정체(3)의 전체 중량을 나타낸다. 만약, 로프(4) 및 로프권취 유니트(5)의 중량의 합을 α로 나타낸고, 성장결정체의 중량을 Mg로 나타낸다면, 중량 측정수단으로부터의 출력은 이하의 식 (2)으로 주어진다. 로프(4)및 로프권취 유니트(5)의 중량의 합 α는 이미 알고 있거나 또는 설장결정체의 중략측정 개시전에 알수 있으므로, 성장결정체(3)의 중량 Mg 은 중량 측정수단으로부터의 출력 및 식 (2)를 사용함으로서 측정될 수 있다.
(중량측정수단으로부터의 출력)=Mgh + α…(2)
중략측정수단의 중량센서(9)로서는 로드셀을 사용하는 것이 바람직하다. 제1도 및 제2도에서 나타낸 바와 같이, 로프권취 유니트(5)는 다수개의 중량센서(9)에 의하여 지지될 수 있으며, 이 경우에, 식(2)에서 로프권취 유니트(5)상에서 작용하는 중력의 양 Mg은 그를 지지하는 모든 중량센서(9)의 출력합계에 의하여 주어진다. 제1도의 실시예에 있어서, 유지테이블(10)이 로프권취 유니트(5)에 마련되어, 드럼(6) 및 구동기(7)를 유지하며, 중량센서(9)는 아래쪽으로부터 유지테이블(10)을 지지한다. 그러나, 본 발명은 그와 같이 아래쪽으로부터 로프권취 유니트(5)를 지지하는 유지테이블(10)에만 한정되지는 않는다. 예를 들어, 로프권취 유니트(5)는 하나 또는 그 이상의 중량센서(9)를 포함하는 적절한 매달리기구(도시않됨)에 의하여 매달릴 수도 있다.
[검사측정]
제1도의 중량측정 장치에서, 로프(4)의 아래끝단의 성정결정체93)을 60㎏의 중량부재로 대체하고, 중량부재를 로프(4)의 권취에 의하여 약 5㎜/분의 속도로 인상하였다. 중량센서(9)로 구성되는 중량측정수단으로부터의 출력은 플로팅에 의하여 기록도었다. 결과를 제8도의 그래프에 나타내었다. 제8도 및 제11도의 그래프를 비교하면, 제1도에 나타낸 본 발명의 장치의 중량센서(9)로부터의 출력은 로프(4)의 불규칙한 엉킴이나 변위, 또는 폴리(47)의 기계적인 오류에 기인한 파형상의 잡음이 없는 것을 나타내고 있다. 또한, 본 발명의 장치는 로프(4)의 전체 길이의 중량을 측정하며, 중량센서(9)로부터의 출력은 드럼(6)에 매달리는 로프(4)의 길이가 감소함에 따른 점전적인 감소는 포함하지 않는다. 제8도의 그래프에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 장치는 성장결정체(3)의 중량의 정확한 측정이 가능하게 하며, 그와 같이 측정된 중량은 용융체(1)와의 경계면에서의 성장결정체(3)의 반경의 정확한 측정에 사용될 수 있다.
따라서, 와이어에 의하여 인상되는 성장결정체의 중량을 정확하게 측정할 수 있는 장치가 제공됨으로서 본 발명의 목적이 달성된다.
이하, 여러개의 실시예를 참조함으로서 본 발명은 보다 상세하게 기술한다. 제1도의 실시예에 있어서, 중량센서(9)는 장착 플랫폼(13)의 장착면(14)에 유지되며, 장착플랫폼(13)을 관통하는 구멍(15)이 뚫려 있어서, 그 구멍(15)을 통하여 로프(4)의 매달린 부분이 와복할 수 있도록 되어 있다. 용융체(1)의 액면높이 위쪽에 고정된 프레임체(20)는, 장착플랫폼(13)이 관통구멍(15)의 중앙을 통과하는 수직축을 중심으로 회전할 수 있도록 하는 방식으로 베어링(52)을 개재하여 장착 플랫폼(13)을 지지한다.
바람직하게는, 적절한 형상의 접촉면들이 제2도의 방사형 홈(19)와 같이 장착 테이블(10)의 하부면의 부분에 형성되며, 각 중량센서(9)의 꼭대기 끝단은 홈(19)과 직접 또는 간접으로 걸어맞추어진다. 제2도의 실시예에 있어서, 유지 테이블(10)은 중량센서(9)에 의하여 간접적으로 지지된다. 보다 상세하게는, 구형면 부분을 가지는 삽입물(17)이 중량센서(19)의 윗쪽 끝단과 유지 테이블(10)의 바닥면(11)의 사이에 놓여 지며, 삽입물(17)의 구형면 부분이 중량센서(9)의 위쪽 끝단과 테이블 바닥면(11)의 어느 하나 또는 양자와 미끄럼가능하게 접촉하게 된다.
제1도의 실시예에서의 로프권취 유니트(5)는 유지 테이블(10)의 꼭대기면상에 장착된 구동기(7) 및 드러(6)을 포함하며, 로프(4)는 테이블(10)을 가로질러 뚫린 구멍(16)을 통하여 아래쪽으로 연장된다. 드럼(6) 및 구동기(7)의 장착은 테이블(10)의 꼭대기면에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 드럼(6) 및 구동기(7)를 유지 테이블(10)의 바닥에 유지하는 것도 가능하며, 이 경우에는 테이블을 관통하는 구멍(16)의 생략 될 수 있다. 제2도의 실시예에서는, 구멍(16)이 없는 경우에는, 테이블(10)과 로프(4)의 당김방향의 교차점이 회전중심으로서 지정될 수 있다.
제2도의 (a)도 내지 (c)도는 장착 플랫폼(13)의 중심에 로프(4)의 매달림부분을 유지하는 방식을 나타낸다. 원호형상의 단면부분을 가지는 3개의홈(19)이 유지테이블(10)의 바닥면(11)상에 구멍(16)의 중심 0에 대하여 방사방향으로 연장되도록 형성된다. 유지테이블(10)은 삽입물(17)의 구형면 부분이 테이블(l0)의 3개의 방사홈(19)의 각각의 윈호면과 미끄럼 접촉하는 방식으로 각 센서(9)및 테이블(10)의 사이에 놓이는 삽입물(17)과 3개의 중량센서(9)에 의하여 지지된다.
구형면 부분이 있는 삽입물(17)이 사용되지 않을 때, 유지테이블(10)의 홈(l9)과 중량센서(9) 사이의 상대위치가 홈(l9)의 방사방향을 가로지르는 방향으로 어긋나 있으면, 유지테이블(10)이 경사진 형태로 지지된다.
그러한 유지테이블(10)의 경사진 지지상태는 중량센서(9), 예를 들여 로드셀에 대한 부하에 있어서 수평방향의 성분을 생서하게 되며, 이는 센서(9)의 측정오류 또는 실패를 유발할 수 있다. 한편, 제2도에서 나타낸 바와 갈이 구성면 부분이 있는 삽입물(17)이 유지테이블(10)과 중량센서(9)의 사이에 놓여질 때, 유지테이블(10)의 위치는 그의 중량에 의하여 자동적으로 조성되며, 따라서 삽입물(l7)의 구행면 부분은 원호형 홈(19)의 바닥부와 안정된 접촉을 이루게 되고, 상술한 부하의 수평방향 성분은 방지된다.
만약 중량센서(9)의 꼭대기 끝단이 상술한 홈(19)및 삽입물(l7)의 조합을 사용하지 않고서 유지테이블(l0)의 구멍(도시않됨)에 의하여 수납되면, 중량센서(9)의 위지는 예를 들어 약 10㎛ 이하의 허용오차로 매우 정확하게 조정되어야 한다. 유지테이블(10센서(9)의 위치맞춤을 위하여, 중량센서(9)가 장삭 플랫폼(13)상에 장착되는 곳에 적절한 조정나사수단(도시않됨)이 마련될 수 있다.
제3도의 실시예는, 각 중량센서(9)용 유지테이블(l0)의 바닥면(11)상에 형성된 로딩유니트(24)를 사용한다. 로딩유니트(24)는 테이블(10)의 바닥면(11)과 로프(4)의 당김방향의 교차점 0 주위의 원에 접선방향인 축의 둘레를 회돌할 수 있도륵 유지테이블(10)에 의하여 이동되는 수평방향 회동축(2l)및, 회동축(21)의 하부에 일체적으로 유지된 회동불록(22)을 포함한다. 제3도의 실시예에 있어서, 삽입물(7)은 중량센서(9)와 로딩 유니트(24)의 사이에 위치되며, 삽입물(l7)의 구형면 부분은 로딩 유니트(24)의 회동블록(22)의 바닥면과 접촉하게 된다. 구명홈(도시않됨)이 회동블록(22)의 바닥면상에 형성될 수 있으며, 이는 삽입물(l7)의 구형면 부분이 그러한 구성홈과 미끄럼가능하게 걸어맞춤될 수 있도록 한다. 또한, 중량센서(9)의 꼭때기 끝단이 회동블록(22)과 직접 접속할 수 있도록 하는 것도 가능하다. 제3도의 회동축(21)은 유지테이블(10)의 바닥면(11)에 일체적으로 유지된 하나 또는 그 이상의 브라켓(23)에 의하여 저널맞춤되어 있다.
제3(a)도는 중량센서(9)와 수직정렬상태의 위치에 있는 로딩 유니트(24)를 나타낸 반면, 제3(b)도및 제3(c)도는 수직정렬상태에 대하여
각각 바깥쪽및 안쪽으로 변위된 위치에서의 도면이다. 상기 제3(b)도 및 제3(c)도에서의 변위는 상당한 정도로 과정되게 나타낸 것이며, 실제의 장치에 있어서는, 장치의 다양한 부분들이 정교하게 제작되고 정확하게 조립되므로, 상기 수직정렬상태로부터의 범위로 좁은 범위로 한정된다. 로딩유니트(24)가 없는 유지 테이블(l0)과 중량센서(9)의 직접접촉이 있는 경우와 비교할 때, 로딩 유니트(24)의 삽입은 제3(a) 도의 수직정렬상태가 제3(b)도및 제3(c)도에서 예상되는 바와 같이 벗어날 때에도 중량센서(9)에 대한 수직부하의 수평성분의 양을 감소한다. 따라서, 로드실과 같은 중량센서(9)로부터의 출력의 정확도가 높개 유지될 수 있으며 긴 내구성이 보장될 수 있다. 센서(9)로부터의 출력의 부여된 정확성을 위하여, 로딩 유니트(24)와 중량센서(9) 사이의 수직정렬의 허용편차는 매우 커서, 예를 들어 0.5 내지 1㎜ 이며, 관련된 부품들의 가공이 따라서 용이하게 된다. 본 실시예에서는, 중랑센서(9)의 유지위치를 장착 플랫폼(13)상에서 조성가능하게 하는 것이 바람적하며, 따라서 유지테이블(10)과 중량센서(9)의 정렬은 로딩 유니트(24)의 방사방향조성및 중령센서(9)의 유지위치 조정의 조합에 의하여 달성될 수 있다.
비록 제3도의 로딩유니트(24)의 회동블록(22)이, 상술한 중심 0 에 대한 반사 방향에 있어서의 중량센서(9)로 향하는 부하의 수평방향 성분을 억제하는 데는 효과적이지만, 방사방향에 수직인 방향으로 중량센서(9)상에 수평방향의 힘이 작용하는 것을 방지하는 것은 종종 어렵다. 제5도를 참조하면, 모든 방향에서의 수평방향의 힘을 억제하기 위하여, 동작제한 유니트(36)에 의하여 지지된 중간부재(34)가 중량센서(9)와 유지테이블(10)의 사이에 삽입될 수 있다. 동작제한 유니트(36)는 제5(a)도의 두꺼운 화살표및 제5(d)도의 백색 화살표 U 및 D 로 나타낸 바와 같이, 장착 플랫폼(l3)의 장착면(14)에 수직인 상아방향에서만의 중간부 재(34)의 움직임을 허용한다. 도시된 동작제한 유니트(36)는 한쌍의 컬럼(37a), (37b)및, 수직방향에서의 변위만을 허용하는 판스프링(38)에 의하여 컬럼(37a), (37b)에 강고하게 접속된 중간부재(34)를 포함하여 구성된다. 한쌍의 컬럼(37a), (37b)은 중량센서(9)의 대향측에서 장착플랫폼(13)으로부터 세워지며, 컬럼의 사이에 지지된 중량센서(9)를 통과하는 상술한 방사방향과 정렬된다. 판스프링(38)은 장착플랫폼(13)의 장삭면(14)과 평행하게 연장되어, 중간부재(34)를 수평하게 지지하며, 따라서 그의 중앙홈(35)은 수직방향으로 위쪽을 바라보게 되며 삽입물(17)의 구형면 부분과 걸어맞춤가능해진다. 중간부재(34)의 하부면은 삽입면(17)을 통하여 구형면 부분과 함께 중량센서(9)와 결합되는 반면, 중간부재(34)의 하부면은 제3도의 회동블록(22)을 통하여 유지 테이블(l0)에 결합된다. 동작제한 유니트(36)의 판 스프링(38)은 방사방향및 그에 수직인 수평방향으로의 중간부재(34)의 이동을 금지하므로, 제5(a)도의 화살표 FB 및 LR 과 제5(c)도의 화살표 R 및 L 에 의하여 나타낸 바와 같이, 중량센서(9)는 방사방향및 그에 수직인 수평방향에서의 힘의 인가에 대하여 보호된다.
제4도의 실시예에서는, 중량센서(9)를 과도하게 큰 부하로부터 보호하기 위하여, 접근 제한기(25)가 마련되며, 이는 유지테이블(10)과 장착플랫폼(13) 사이의 공간의 감소를 일정한 크기로 제한한다. 제4(a)도 또는 제4(b)도의 접근 제한기(25)는 한쌍의 대향하는 제한기(25), 즉, 유지테이블(10)의 바닥면(11)에 유지된 제한기(25)및 장착 플랫폼(l3)의 장착면(14)으로부터 세워지는 다른 제한기(25)를 포함하여 구성되며, 이들 대향하는 제한기(25)는 상호간을 향하여 연장되지만, 그들의 연장된 끝단 사이에 어느 정도의 양에 대응하는 공간을 두고 끝나도륵 되어 있다. 유지테이블(10)과 장착플랫폼(13) 사이의 공간의 감소가 상기 특정한 양을 초과할 때에는, 상술한 대향하는 한쌍의 제한기(25)가 충돌하게 되며, 상술한 특정한 양을 넘는 공간의 감소를 유발하는 어떠한 접근도 금지된다. 그러나, 상술한 접근 제한기(25)의 상세한 사항은 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니다.
제4(a)도의 실시예에 있어서, 유지테이블(l0)과 중량센서(9)의 사이에는 리미터(26)가 마련되며, 이는 유지테이블(10)의 바닥에 접속되며 상기 특정한 양을 넘는 길이에 의하여 압축되는 탄성부재(27)와, 탄성부재(27)의 하부끝단에 접속되며 중량센서(9)와 대향하는 피스톤(29)및, 피스톤(29)과 탄성부재(27)의 양자를 수납하는 스프링실(28)를 포함하여 구성된다. 접근 제한기(25)및 리미터(26)의 조합으로, 중량센서(9)는 상기 특정량을 넘는 길이에 의하여 탄성부재(27)의 압축을 유발할 수 있는 과도하게 큰 부하의 인가에 대하여 보호된다. 제4(b)도는 제4(a)도의 리미터(26)가 회동축(21)에 접속된 다른 실시예를 나타내며, 즉, 제3도의 회동부재(22)가 리미터(26)로 대체된 것이다.
제4(c)도의 실시예에 있어서는, 적어도 한개의 연장부재(30)가 유지테이블(10)의 꼭대기면(12) 위에 마련되며, 연장부재(30)의 중간부는 상기 특정양을 넘어서는 길이에 의하여 연장가능한 탄성부재(3l)에 의하여 유지테이블(10)에 접속되며, 연장부재(30)의 바깥쪽 끝단은 유지 테이블(10)의 바깥쪽 모서리를 넘어 바깔쪽을 연장되어 중량센서(9)의 꼭대기와 마주보게 된다. 제4(c)도및 제3도를 참조하면, 연장부재(30)는 탄성부재(31)에 의하여 유지테이블(10)에 결합되며, 제3도의 로딩 유니트(24)는 연장부재(30)의 연장된 끝단의 바닥면에 고정외에 중량센서(9)에 걸어맞춤하게 된다. 따라서, 유지테이블(10)상에 작용하는 중력이 연장부재(30)를 통하여 중량센서(9)에 전달된다. 제4(c)의 연장부재(30)의 내부 끝단은 유지 테이블(10)로부터 세워진 못에 의하여 형성 되는 지지점(32)에 지지됨으로서, 연장부재(30)는 탄성부재(31)와의 연결점에서 는 조작력을 가지며, 로딩 유니트(24)와익 연결점에서 부하를 가지는 지렛대로서 취급될 수 있다. 그러한 지렛대는, 이 겨우에는 스프링인 탄성부재(3l)로서, 조작력상에 작용하는 힘이 증가함에 따라 연장되며, 그에 따라서 중량센서(9)에 작용하는 부하도 증가한다. 그러나, 탄성부재(31)의 연장은 접근 제한기(25)에 의하여 제한되며, 중량센서(9)상에 작동하는 부하는 과도하게 커지는 것이 방지된다. 또한, 유지테이블(10)의 바깥쪽 모서리에 의하여 연장부재(30)의 베이스측을 피버트식으로 지지하고, 유지테이블(l0)의 중앙부재를 향하여 연장부재(30)가 연장하도륵 함으로써 그와 갈이 연장된 연장부재(30)가 중량센서(9)와 마주보도록 하는 것도 가능하다.
제6도는 본 발명의 중랑측정장치의 다양한 구성부의 조립상태를 나타내는 사시도이다. 이 조립체내의 구동기(7)는, 모우터(8a)와, 기어열(8b)과, 토르크 리미터(8c)및 웜기어 (8d)를 포함하며, 모우터(8a)의 구동력은 그것이 회전함에 따라서 드럼(6)으로 연속적으로 전달된다. 구동기(7)및 드럼(6)은 디스크 형상의 유지테이블(10)에 장착되며, 유지테이블(10)의 바닥면(11)은 디스크 형상 장착 플랫폼(l3)에 유지된 중량센서(9a), (9b)및 (9c)와 걸어맞추어진다. 관통구멍(16)및 (15)이 각각 유지테이블(10)및 장착 플랫픔(l3)을 통하여 뚫어진다. 드럼(6)으로부터 나온 로프(4)는 폴리를 통과하고, 구멍(15)및 (16)을 통하여 수직으로 매달린다.
제7도는 제6도의 결성 중량측성 장치를 사용하는 결성제조장치의 예를 나타낸 블륵도이다. 중량센서(9a), (9b) 및 (9c)로부터의 측정된 값의 결과가 증폭기(57)및 A/C 콘버터(58)를 통하여 컴퓨터(60)로 보내지고, 성장결정체(3)의 직경이 연상에 의하여 결성된다. 메모리(59)는 연산 프로그램및 속성된 데이타를 저장한다. 컴퓨터(60)는 구동신호를 모우터(8a)로 보내고, 이 신호는 인터페이스(54)를 통하여 모우터 제어기(53)로 보내진다. 결과적으로, 드럼(6)의 회전, 즉, 성장결정체(3)의 인상속도가 제어된다. 기어열(8b)의 회전이 엔코더(55)및 리시버(56)를 통하여 인터페이스(54)로 피드백된다.
[산업상의 이용가능성]
상술한 바와 같이, 성장결정체의 중량을 측정하기 위한 본 발명의 장치는 그의 하부 끝단에서 성장결정체에 접속된 로프와, 그 로프를 권취하는 드럼및 드럼을 구동아기 의한 구동기를 포함하는 로프권취 유니트 및, 로프권취 유니트에 작용하는 중력의 크기를 측정하기 위한 중량측정 수단을 이용하며, 본 장치는 중량측정 수단에 의하여 측정된 바와 갈은 중력량으로부터 로프권취 유니트및 로프의 중량의 합을 감산함으로써 성장결정체의 중량을 결정하고, 따라서 이하의 뛰어난 효과를 달성할 수 있다.
(l) 성장결정체가 로프에 의하억 인상됨에 따른 성장결정체의 중량이 정확하게 측성될 수 있다.
(2) 결정의 중랴의 증가가 정확하게 측정될 수 있기 때문에, 그의 용융체와의 경계면에서의 성장결성체의 직경이 정확하게 결정될 수 있다.
(3) 로프에 의하여 인상되는 성장결정체의 중량이 정확하게 측정될 수 있으며, 결정을 제조하기 위한 장치의 크기가 인상로드를 사용하는 종래의 장치와 비교할때 감속될 수 있기 때문에, 초크랄스키법의 실제적인 사용이 용이해진다.

Claims (10)

  1. 성장결정체의 접속된 하부끝단을 가지는 알려진 중량의 로프와, 로프의 상부끝단에 접속된 드럼및 드럼에 결합되어 로프를 권취하기 위한 구동기를 포함하는 알려진 중량의 로프권취 유니트 및, 로프권취 유니트에 결합되어 로프권취 유니트상에 작용하는 중력의 양을 측정하는 중량측정수단을 포함하여 구성되며, 로프권취 유니트상에 작용하는 측정된 중력의 양으로부터 로프및 로프권취 유니트의 알려진 중량의 합을 감산함으로서 성장결정체의 중량을 측정하는 것을 특징으로 하는 용융체로부터 인상되는 성장결정체의 중량측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 로프권취 유니트는, 드럼및 구동기의 양자를 유지하는 유지테이블을 더욱 포함하며, 상기 중량측정수단은 유지테이블을 아래쪽으로부터 지지하는 것을 특징으로 하는 성장결정체의 중량측정장치.
  3. 제2항에 있어서, 유지테이블의 바닥면을 마주보는 장착면과 로프의 매달림부분이 연장되어 수직으로 왕복할 수 있는 관통구멍을 가지는 장착플랫폼을 더욱 포함하여 구성되며, 중량측정수단은, 로프가 장착플랫폼의 관통구멍의 중심에 일치하는 위치에서 유지테일블을 지지하도록 장착 플랫폼상에 장착되는 다수개의 중량센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 성장결정체의 중량측정장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 중량센서와 동일한 수의 구형면 부분이 있는 삽입물을 더욱 포함하여 구성되며, 삽입물의 각각은 유지테이블의 바닥면과 중량센서중의 대응하는 한개의 사이에 위치되어, 각 삽입물의 구형면 부분이 중량센서 또는 유지테이블의 바닥면과 미끄럼가능하게 접촉하는 것을 특징으로 하는 설장결정체의 중량측정장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 중량센서와 같은 수의 방사 방향 홈이 유지테이블의 바닥면과 로프의 인상방향과의 교차점으로부터 방사방향으로 상기 바닥면상에 형성되며, 중량센서의 꼭대기 끝단 또는 삽입물의 구형면 부분이 방사방향 홈중의 대응하는 한개의 홈안에 위치하는 것을 특징으로 하는 성장결정정체의 중량측정장치.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서, 중량센서와 같은 수의 로딩유니트가 유지테이블의 바닥면상에 형성되며, 각 로딩유니트는 상기 바닥면과 로프의 인사방향과의 교차점을 중심으로 하는 원에 접선방향인 축의 주위로 회동가능하도록 상기 유지테이블에 의하여 운반되는 수평방향 회동축과, 회동축의 하부에 일체적으로 유지된 회동블럭을 포함하며, 중량센서의 꼭대기 끝단 또는 삽입물의 구형면 부분이 로딩 유니트의 회동블록과 미끄럼가능하게 접촉하는 것을 특징으로 하는 성장결정체의 중량측정장치.
  7. 제3항 또는 제4항에 있어서, 장착 플랫폼상의 중량센서의 위치 또는 유지테이블상의 로딩유니트의 위치가 조절가능한 것을 특징으로 하는 성장결정체의 중량측정장치.
  8. 제3항 또는 제4항에 있어서, 접근 제한기가 유지테이블 또는 장착 플랫폼에 고정되어 유지테이블과 장착 플랫폼사이의 공간의 감소를 특정량 내에서 제한하며, 탄성부재가 유지테이블및 장착플랫폼의 사이에 접속되며, 탄성 부재는 상기 특정량보다 긴 길이에 의하여 압축되는 것을 특징으로 하는 성장결정체의 중량측정장치.
  9. 제3항 또는 제4항에 있어서, 접근 제한기가 유지테이블 또는 장착 플랫폼에 고정되어 유지테이블과 장착 플랫폼사이의 공간의 감소를 특정량 내에서 제한하며, 중량센서의 수와 동일한 수의 연장 지렛대들이 유지테이블의 꼭대기면으로부터 세워진 못에 의하여 그의 내부끝단에서 피버트식으로 지지되며, 각 연장 지렛대는 유지테이블의 모서리를 지나서 수평방향으로 연장되고 그의 외부끝단에서 중량센서중의 대응하는 한개와 걸어맞추어지며, 탄성부재가 연장 지렛대 및 유지테이블의 중간부의 사이에 접속되며, 탄성부재는 상기 특정량보다 긴 길이에 의하여 압축되는 것을 특징으로 하는 성장결정체의 중량측정장치.
  10. 제3항 또는 제4항에 있어서, 중간부재가 각 중량센서의 꼭대기상에 위치됨으로써 유지테이블상에 작용하는 중력이 중간부재를 통하여 중랸센서에 가해지며, 중간부재는 장착 플랫폼상에 장착된 운동제한 유니트에 의하여 유지되어 중간부재의 운동이 실질적으로 수직방향에서만 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 성장결정체의 중량측정장치.
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