KR20120036744A

KR20120036744A - 단결정 인상장치 및 도가니 지지장치

Info

Publication number: KR20120036744A
Application number: KR1020110095879A
Authority: KR
Inventors: 토시후미 코즈마; 켄 이소베
Original assignee: 스미토모 긴조쿠 파인테크 가부시키가이샤
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2012-04-18
Also published as: KR101353477B1; JP2012082087A; CN102443847B; JP5483591B2; CN102443847A; TW201231743A; TWI426163B

Abstract

단결정 인상장치(A1)는, 중량검출수단(541)을 구비하는 지지체(5)를 움직임으로써 인상축(3) 및 축지지부(4)를 움직여, 기밀용기(2) 내의 단결정(1)의 인상을 행하는 것으로, 축지지부(4)는 인상축(3)을 지지하는 본체부(41)와, 본체부(41)와 연결된 피지지부(43)를 구비하고 있고, 지지체(5)는 피지지부(43)를 지지하는 지지부(54)와, 피지지부(43)보다 축선 방향(z) 위쪽에 배치된 연출부(53)를 구비하고 있으며, 상기 단결정 인상장치는, 연출부(53)와 피지지부(43) 사이에 설치되어, 축선 방향(z)으로 신축 가능한 동시에, 내부공간이 기밀화된 제1통체(71)와, 인상축(3)을 둘러싸도록 구성되고, 축선 방향(z)으로 신축가능하며, 축선 방향(z)에 있어서의 상단부가 본체부(41)에 고정되어 있는 동시에, 내부공간이 기밀화되어 있어, 기밀용기(2)의 내부공간과 통하는 제2통체(72)와, 제1통체(71)와 제2통체(72)를 연결하는 배관(74)을 포함하고 있다. 이러한 구성에 의해, 단결정(1)의 중량을 보다 정확하게 측정할 수 있다.

Description

단결정 인상장치 및 도가니 지지장치{APPARATUS FOR PULLING SINGLE CRYSTAL AND APPARATUS FOR SUPPORTING CRUCIBLE}

본 발명은, 예를 들어, 실리콘이나 사파이어 등의 단결정을 초코랄스키법(Czochralski method)에 의해 제조할 때 이용되는 단결정 인상장치 및 도가니 지지장치에 관한 것이다.

종래에 있어서, 인상축에 가해지는 중량으로부터 단결정의 직경을 수시 산출하고, 그 산출 결과에 의거해서 단결정의 직경이 소망의 값으로 되도록 조정하는 방법이 알려져 있다(예를 들어, 일본국 공개 특허 제2010-120789호 공보 및 일본국 공개 특허 제2005-231958호 공보 참조). 이들 방법을 실행하기 위해서는, 중량의 측정을 행하면서 단결정의 인상을 행할 수 있는 단결정 인상장치가 필요해진다. 도 5에는 그러한 단결정 인상장치의 일례를 나타내고 있다.

도 5에 나타낸 단결정 인상장치(X1)는, 단결정(91)을 기밀용기(92) 내에 설치된 도가니(92a)로부터 끌어올리기 위한 것으로, 인상축(93)과, 인상축(93)을 지지하는 축지지부(94)와, 축지지부(94)를 지지하는 지지부(95)와, 지지부(95)를 이동시키는 구동기구(96)를 구비하고 있다. 지지부(95)에는 축지지부(94)에 가해지는 중량을 수시 측정하는 로드 셀(95a)이 설치되어 있다. 이와 같이 로드 셀(95a)을 기밀용기(92)의 외측에 설치할 경우, 기밀용기(92)의 구조를 간략화하기 쉬워 비용의 삭감을 도모하기 쉬운 이점이 있다.

기밀용기(92) 내의 기압을 유지하기 위해서, 기밀용기(92)의 인상축(93)과의 접촉 부분에는, 예를 들어, 밀봉 링(92b)이 설치되어 있다. 이 밀봉 링(92b)과 인상축(93) 사이의 마찰에 의해, 로드 셀(95a)에 의해 검출되는 중량이 부정확하게 되는 일이 있었다.

이 때문에, 예를 들어, 도 6에 나타낸 바와 같은 단결정 인상장치(X2)가 이용되는 일도 있었다. 단결정 인상장치(X2)에는, 기밀용기(92)와 축지지부(94) 사이에, 벨로즈(bellows) 등의 상하로 신축가능한 통체(97)가 설치되어 있다. 이러한 구성에 따르면, 단결정 인상장치(X1)와는 달리, 인상축(93)에 축선 방향의 마찰력이 가해지는 것을 방지할 수 있다.

그러나, 예를 들어, 사파이어 단결정을 제조할 때는, 기밀용기(92) 내의 기압을 대폭 내리는 일이 있다. 이러한 경우, 단결정 인상장치(X1), (X2)의 쌍방에 있어서, 축지지부(94)에는 기밀용기(92) 내와 대기압과의 기압차에 따른 힘이 가해져, 로드 셀(95a)에 의해 검출되는 중량이 부정확해지는 일이 있었다.

또, 예를 들어, 도가니(92a) 내에 단결정(91)의 원료가 어느 정도 남아있는지를 확인하기 위하여, 도가니(92a)가 중량의 측정을 행할 수 있는 도가니 지지장치에 지지되어 있는 경우가 있다. 이러한 경우에 있어서도, 기밀용기(92) 내의 기압과 바깥쪽의 기압과의 차이가 크다면 상기 문제와 마찬가지의 문제가 생기는 일이 있었다.

또한, 축선 방향으로 긴 단결정을 끌어올리고자 할 경우, 단결정 인상장치(X2)에 있어서는, 통체(97)가 길게 잡아늘려지게 된다. 이때, 통체(97)가 축지지부(94)를 잡아당기는 힘이 무시할 수 없는 크기로 되는 일이 있었다. 이러한 경우에도 로드 셀(95a)에 의해 검출되는 중량이 부정확해지는 문제가 생기고 있었다.

본 발명은, 전술한 사정에 의거해서 창안된 것으로, 보다 정확하게 중량을 측정하는 것이 가능한 단결정 인상장치 및 도가니 지지장치를 제공하는 것을 과제로 하고 있다.

본 발명의 제1측면에 의해서 제공되는 단결정 인상장치는, 기밀용기와, 상기 기밀용기 내에서 육성된 단결정을 끌어올리는 인상축과, 상기 인상축을 지지하는 축지지부와, 상기 축지지부에 가해지는 중량을 검출하는 중량검출수단을 구비한 동시에 또한 상기 축지지부를 지지하는 지지체를 포함하고 있고, 상기 지지체를 상기 인상축의 축선 방향을 따라서 이동시킴으로써 상기 단결정의 인상을 행하는 단결정 인상장치로서, 상기 축지지부는 상기 인상축을 지지하는 본체부와, 상기 본체부와 연결된 피지지부를 구비하고 있고, 상기 지지체는 상기 피지지부를 지지하는 지지부와, 상기 피지지부보다도 상기 축선 방향 위쪽에 배치된 연출부(延出部)를 구비하고 있으며, 상기 단결정 인상장치는, 상기 연출부와 상기 피지지부 사이에 설치되어, 상기 축선 방향으로 신축 가능한 동시에, 내부공간이 기밀화된 제1통체와, 상기 인상축을 둘러싸도록 구성되고, 상기 축선 방향으로 신축가능하며, 상기 축선 방향에 있어서의 상단부가 상기 본체부에 고정된 동시에, 내부공간이 기밀화되어 있어, 상기 기밀용기의 내부공간과 통하는 제2통체와, 상기 제1통체와 상기 제2통체를 연결하는 배관을 추가로 포함하고 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 제1통체는 상기 피지지부에 고정되는 제1고정환을 지니고 있고, 상기 제2통체는 상기 본체부에 고정되는 제2고정환을 지니고 있으며, 상기 제1고정환과 제2고정환의 내경이 동일하다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 지지체는 상기 인상축을 삽입?통과시키는 개구부를 지니는 대부(台部)를 구비하고 있으며, 상기 제2통체의 상기 축선 방향에 있어서의 하단부가 상기 대부에 고정되어 있고, 상기 대부와 상기 기밀용기 사이에 설치되어 있으며, 또한 상기 인상축을 둘러싸도록 구성되고, 상기 기밀용기의 내부공간과 통하는 제3통체를 추가로 포함하고 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 배관은 상기 연출부와 상기 제2고정환을 연결시키도록 설치되어 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 제3통체는 상기 대부에 고정되는 제3고정환을 지니고 있고, 상기 배관은 상기 연출부와 상기 제3고정환을 연결시키도록 설치되어 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 제1통체는 상기 축선 방향에서 보아서 상기 인상축과 겹치는 위치에 배치되어 있다.

본 발명의 제2측면에 의해서 제공되는 단결정 인상장치는, 기밀용기와, 상기 기밀용기 내에 수용된 도가니와, 상기 도가니를 지지하는 지지축과, 상기 지지축을 지지하는 축지지부와, 상기 축지지부에 가해지는 중량을 검출하는 중량검출수단을 구비한 동시에 상기 축지지부를 지지하는 지지체를 포함하는 도가니 지지장치로서, 상기 축지지부는 상기 지지축을 지지하는 본체부와, 상기 본체부와 연결된 피지지부를 구비하고 있고, 상기 지지체는 상기 피지지부를 지지하는 지지부와, 상기 피지지부보다도 상기 축선 방향 아래쪽으로 배치된 연출부를 구비하고 있으며, 상기 도가니 지지장치는 상기 연출부와 상기 피지지부 사이에 설치되어, 상기 축선 방향으로 신축 가능함과 동시에, 내부공간이 기밀화된 제1통체와, 상기 지지축을 둘러싸도록 구성되고, 상기 축선 방향으로 신축가능하며, 상기 축선 방향에 있어서의 하단부가 상기 본체부에 고정된 동시에, 내부공간이 기밀화되어 있어, 상기 기밀용기의 내부공간과 통하는 제2통체와, 상기 제1통체와 상기 제2통체를 연결하는 배관을 추가로 포함하고 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 지지체는 상기 지지축이 삽입?통과시키는 개구부를 지니는 대부를 구비하고 있고, 상기 제2통체의 상기 축선 방향에 있어서의 상단부가 상기 대부에 고정되어 있으며, 상기 도가니 지지장치는, 상기 대부와 상기 기밀용기 사이에 설치되어 있고, 또한 상기 지지축을 둘러싸도록 구성되며, 상기 기밀용기의 내부공간과 통하는 제3통체를 추가로 포함하고 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 제1통체는 상기 축선 방향에서 보아서 상기 지지축과 겹치는 위치에 배치되어 있다.

본 발명의 그 밖의 특징 및 이점에 대해서는, 이하에 행하는 발명의 실시형태의 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시형태에 의거한 단결정 인상장치를 나타낸 구성도;
도 2는 본 발명의 제2실시형태에 의거한 단결정 인상장치를 나타낸 구성도;
도 3은 본 발명의 제3실시형태에 의거한 도가니 지지장치를 나타낸 구성도;
도 4는 본 발명의 제4실시형태에 의거한 도가니 지지장치를 나타낸 구성도;
도 5는 종래의 단결정 인상장치의 일례를 나타낸 구성도;
도 6은 종래의 단결정 인상장치의 다른 예를 나타낸 구성도.

도 1은 본 발명의 제1실시형태에 의거한 단결정 인상장치를 나타내고 있다. 도 1에 나타낸 단결정 인상장치(A1)는 기밀용기(2), 인상축(3), 축지지부(4), 지지체(5), 구동기구(6), 제1통체(71), 제2통체(72), 제3통체(73) 및 배관(74)을 구비하고 있다. 도 1에 있어서의 z방향은 인상축(3)의 축선 방향이며, 단결정 인상장치(A1)는 연직 방향인 z방향을 따라서 인상축(3)을 개재해서 단결정(1)을 끌어올리는 것이다. x방향은 z방향과 직교하는 방향이며, 도 1에 있어서의 x방향 오른쪽 단부에는 단결정 인상장치(A1)를 유지하는 기주(基柱)(8)가 있다. 기주(8)는, 예를 들어, 단결정 인상장치(A1)를 z축선 방향 둘레에 회전 혹은 수평으로 이동시키는 것이 가능한 대형 기재에 고정되어 있는 것이다. 본 실시형태에서는, 단결정(1)이 사파이어 단결정인 경우에 대해서 설명을 행한다.

단결정(1)은, 인상축(3)의 선단에 부착된 종자 결정(seed crystal)을 성장시킴으로써 형성되는 것으로, 인상축(3)으로부터 멀어짐에 따라서 그 직경이 서서히 커지는 견부(肩部)(11)와, 직경이 거의 일정하게 되는 곧은 몸통부(直胴部)(12)를 구비하고 있다.

기밀용기(2)는, 인상축(3)을 통과시키기 위한 개구부(21)를 지니고 있어, 도가니(22)를 수용하고 있다. 도가니(22)는, 예를 들어, 이리듐제이며, 사파이어의 원료인 알루미나가 충전되어 있다. 도가니(22)는, 예를 들어, 기밀용기(2) 내에 설치되는 저항가열장치(25)에 의해 가열되어, 알루미나의 융점을 상회하는 2000 내지 2200℃로 된다. 저항가열장치(25)는, 예를 들어, 도시하지 않은 연산장치에 접속되어 있어, 단결정(1)의 중량에 따른 제어를 받는다. 이 연산장치는, 단결정(1)의 견부(11) 및 곧은 몸통부(12)의 직경이 소망의 값으로 되도록, 도가니(22) 내의 알루미나 융액(23)의 온도의 조정을 행한다. 이 기밀용기(2)의 내측의 압력은, 예를 들어, 0.1㎪ 내지 3㎪로 된다.

인상축(3)은, 단결정(1)을 회전시키면서 끌어올리기 위한 것으로, z방향에 있어서의 상단부에는 아래 부분보다도 굵어지도록 형성된 대 직경부(31)가 마련되어 있다. 이 대 직경부(31)는, 회전 모터(311)에 벨트(312)를 개재해서 연결되어 있다. 또, 대 직경부(31)는 축지지부(4)에 지지되어 있다. 회전 모터(311)도 전술한 연산 수단에 의해 제어되는 것이다.

축지지부(4)는, z방향에 대해서 직교하는 평면을 따르는 판 형상으로 형성된 본체부(41)와, 본체부(41)로부터 z방향으로 기립하는 연결부(42)와, 연결부(42)의 z방향 상단으로부터 x방향으로 돌출하는 피지지부(43)를 구비하고 있다. 본체부(41)는 인상축(3)의 가는 부분을 삽입?통과시키는 관통 구멍(411)을 지니고 있다. 이 관통 구멍(411)의 내경은 인상축(3)의 대 직경부(31)의 외경보다도 작은 직경으로 되도록 형성되어 있고, 본체부(41)는 인상축(3)을 회전가능하게 지지하고 있다. 연결부(42)는 본체부(41)의 x방향에 있어서의 도 1 중 좌측 단부와 피지지부(43)의 도 1 중 좌측 단부를 연결시키도록 형성된 판 형상 혹은 봉 형상의 부재이다. 피지지부(43)는 본체부(41)와 평행한 판 형상으로 형성되어 있다.

지지체(5)는 구동기구(6)에 연결된 대부(51), 대부(51)로부터 z방향으로 기립하는 지주(52), 지주(52)의 도 1 중 상단부로터 뻗어나가는 연출부(53) 및 축지지부(4)를 지지하는 지지부(54)를 구비하고 있다. 대부(51)에는 인상축(3)을 통과시키기 위한 개구부(511)가 형성되어 있다. 대부(51)는 구동기구(6)의 동작에 따라 z방향으로 상하 이동한다. 지주(52)의 z방향에 있어서의 하단부는 대부(51)에 고정되어 있어, 지주(52)는 대부(51)와 일체로 되어서 상하로 이동한다. 연출부(53)는 z방향에 있어서 피지지부(43)와 대향하는 판 형상으로 형성되어 있다. 연출부(53)에는 z방향으로 관통하는 제1의 가는 구멍(531)이 형성되어 있다. 지지부(54)는, 아래쪽에 본체부(41)와, 위쪽에 피지지부(43)와 대향하는 판 형상으로 형성되어 있고, 도 1에 나타낸 바와 같이 피지지부(43)를 z방향 아래쪽으로부터 지지하는 부분이다. 이 지지부(54)의 상부면에는 로드 셀(541)이 탑재되어 있다. 로드 셀(541)은 본 발명에 있어서의 중량검출수단이며, 축지지부(4)를 구성하는 본체부(41)에 가해지는 중량을 수시 측정한다. 전술한 연산장치는 이 로드 셀(541)이 측정하는 중량을 이용해서 발열저항장치(25) 등의 제어를 행한다.

구동기구(6)는, 예를 들어, 서보모터에 의해서 회전되는 스크루 샤프트를 지니는 것으로, 스크루 샤프트의 회전에 따라서 z방향으로 상하 이동하는 가동부(61)를 구비하고 있다. 가동부(61)는 지지체(5)에 연결되어 있다. 이러한 구동기구(6)에서는, 서보모터의 동작을 제어함으로써, 지지체(5)의 상승 속도는 자유롭게 조정하는 것이 가능하다. 전술한 연산장치는, 곧은 몸통부(12)의 직경이 소망의 값으로 되도록, 구동기구(6)의 동작도 조정한다.

제1통체(71)는, 예를 들어, 벨로즈이며, 연출부(53)와 피지지부(43) 사이에 설치되어 있다. 제1통체(71)의 z방향 상단부에는 고정환(711)이 설치되어 있어, 연출부(53)의 하부면에 기밀을 유지하도록 고정되어 있다. 제1통체(71)의 z방향 하단부에는 고정환(712)이 설치되어 있어, 피지지부(43)의 상부면에 기밀을 유지하도록 고정되어 있다. 제1통체(71)는 고정환(711), (712) 사이의 부분이 상하로 신축가능하게 구성되어 있다. 또한, 제1통체(71)는 로드 셀(541)이 z방향으로 변형되는 길이 분만큼 신축가능하면 되며, 구체적으로는, 그 신축폭은 1 내지 2㎜ 정도이다.

제2통체(72)는, 예를 들어, 벨로즈이며, 인상축(3)을 둘러싸도록 본체부(41)와 대부(51) 사이에 설치되어 있다. 제2통체(72)의 z방향 상단부에는 고정환(721)이 설치되어 있어, 본체부(41)의 하부면에 기밀을 유지하도록 고정되어 있다. 제2통체(72)의 z방향 하단부에는 고정환(722)이 설치되어 있어, 대부(51)의 개구부를 둘러싸서 기밀을 유지하도록 대부(51)에 고정되어 있다. 이 제2통체(72)는 고정환(721), (722) 사이의 부분이 상하로 신축가능하게 구성되어 있다. 또한, 제2통체(72)는 로드 셀(541)이 z방향으로 변형되는 길이 분만큼 신축가능하면 되며, 구체적으로는, 그 신축폭은 0.1㎜ 정도이다.

상기 4개의 고정환(711), (712), (721), (722)은, 모두 z방향에서 보아서 원환 형상으로, 그들의 내경은 일치하고 있는 것이 바람직하다.

제3통체(73)는, 예를 들어, 벨로즈이며, 인상축(3)을 둘러싸도록 기밀용기(2)와 대부(51) 사이에 설치되어 있다. 제3통체(73)는, z방향에 있어서의 상하에 고정환(731), (732)을 지니고 있어, 고정환(731), (732) 사이의 부분이 상하로 신축가능하게 구성되어 있다. 제3통체(73)는, 도가니(22)로부터 끌어올릴 수 있는 단결정(1)의 길이 분만큼 신축가능하며, 구체적으로는, 그 신축폭은 300㎜ 정도이다.

제3통체(73)의 상부에 고정되는 고정환(731)은, 대부(51)의 하부면에 기밀을 유지하도록 고정되고 있고, 제3통체(73)의 하부에 고정되는 고정환(732)은 기밀용기(2)의 개구부(21)에 기밀을 유지하도록 고정되어 있다. 제3통체(73)의 상부에 고정되는 고정환(731)에는 반경 방향으로 관통하여 내부에 연결되는 제2의 가는 구멍(733)이 형성되어 있다. 이 제2의 가는 구멍(733)은 배관(74)에 접속되어 있다.

제2통체(72) 및 제3통체(73)의 내측의 공간은 외기로부터 차단되어 있어, 기밀용기(2)의 내부 공간과 동일한 기압으로 된다.

배관(74)은, 제2의 가는 구멍(733)과 제1의 가는 구멍(531) 사이를 연결하도록 설치되어 있다. 이 배관(74)에 의해, 통체(71)의 내측의 기압은 통체(72) 및 통체(73)의 내측의 공간과 같은, 즉, 기밀용기(2) 내의 기압과 같게 된다.

다음에, 본 실시형태의 단결정 인상장치(A1)의 작용에 대해서 설명한다.

이러한 단결정 인상장치(A1)에 있어서는, 축지지부(4)의 하단부에는 제2통체(72) 및 제3통체(73)가 부착되어 있고, 축지지부(4)의 상단부에는 제1통체(71)가 부착되어 있으며, 배관(74)에 의해서 제1통체(71), 제2통체(72) 및 제3통체(73)의 내압이 동일하게 되어 있다. 본 실시형태에서는, 제1통체(71), 제2통체(72) 및 제3통체(73)의 내압은 0.1㎪ 내지 3㎪로 될 수 있는 기밀용기(2) 내의 기압과 동일하며, 대기압에 비해서 작게 되어 있다. 이 때문에, 본체부(41)에는 제2통체(72)의 내측의 공간과의 접촉 면적에 대기압과 기밀용기(2) 내의 기압과의 차이를 곱한 만큼의 힘이 z방향 아래쪽을 향해서 가해지게 된다. 반대로, 피지지부(43)에는 통체(71)의 내측의 공간과의 접촉 면적에 대기압과 기밀용기(2) 내의 기압과의 차이를 곱한 만큼의 힘이 z방향 위쪽을 향해서 가해지게 된다.

본 실시형태에서는, 제1통체(71)의 하부에 설치되는 고정환(712)과, 제2통체(72)의 상부에 설치되는 고정환(721)은 같은 내경을 지니므로, 이들의 상하에 가해지는 힘은 동등한 크기의 것으로 된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 대기압과 기밀용기(2) 내의 기압과의 차이가 축지지부(4)에 미치는 z방향의 힘을 상쇄할 수 있다. 이것에 의해, 로드 셀(541)에 예기치 않은 힘이 소요되는 것을 방지하여, 보다 정확하게 단결정(1)의 중량을 측정할 수 있다. 본 발명은, 기밀용기(2) 내의 기압이 변동할 경우에는 특히 유용하다.

본 실시형태에 따르면, 제1통체(71) 및 제2통체(72)는, 로드 셀(541)이 피지지체(43)에 가해지는 무게에 의해 z방향으로 줄어드는 것과 같이 변형되는 분량의 길이만큼 신축된다. 이 변형량은 미소해서, 제1통체(71) 및 제2통체(72)가 축지지부(4)에 미치는 힘은 작고, 단결정(1)의 중량 측정을 방해하는 것으로는 되지 않는다. 제3통체(73)는 축지지부(4)가 아니라 대부(51)에 고정되어 있기 때문에, 그 변형에 의해 축지지부(4)가 힘을 받는 일은 없다.

본 발명에 의해 제공되는 단결정 인상장치(A1)는, 기밀용기(2) 내의 기압에도 제3통체(73)의 신축에도 영향을 주지 않고 단결정(1)의 중량을 정확하게 측정할 수 있으므로, 단결정(1)의 견부(11) 및 곧은 몸통부(12)의 직경을 정확하게 산출할 수 있다. 이 때문에, 단결정(1)의 형상을 좌우하는 도가니(22)의 온도, 구동기구(6)에 의한 인상 속도 및 인상축(3)의 회전속도를 적절하게 조정할 수 있고, 보다 확실하게 요망되는 형상의 단결정(1)을 끌어올리는 것이 가능하다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 다른 실시형태를 나타내고 있다. 또, 이들 도면에 있어서, 상기 실시형태와 동일 또는 유사한 요소에는 상기 실시형태와 동일한 부호를 붙이고 있다.

도 2에는 본 발명의 제2실시형태에 의거한 단결정 인상장치를 나타내고 있다. 도 2에 나타낸 단결정 인상장치(A2)에는, 전술한 도 1의 단결정 인상장치(A1)에 있어서의 제2통체(72) 및 제3통체(73)를 대신하는 새로운 제2통체(75)가 설치되어 있고, 그 밖의 주된 구성은 단결정 인상장치(A1)와 마찬가지이다. 이하, 단결정 인상장치(A2)의 단결정 인상장치(A1)와의 다른 부분에 대해서 설명을 행한다.

본 실시형태에 있어서의 제2통체(75)는, 예를 들어, 벨로즈이며, 인상축(3)을 둘러싸도록 본체부(41)와 기밀용기(2) 사이에 설치되어 있다. 제2통체(75)는, z방향에 있어서의 상하에 고정환(751), (752)을 지니고 있고, 고정환(751), (752) 사이의 부분이 상하로 신축가능하게 구성되어 있다. 제2통체(75)는 도가니(22)로부터 끌어올릴 수 있는 단결정(1)의 길이 분만큼 신축가능하며, 구체적으로는, 그 신축폭은 1 내지 2㎜ 정도이다.

제2통체(75)의 상부에 고정되는 고정환(751)은, 본체부(41)의 하부면에 기밀을 유지하도록 고정되어 있고, 제2통체(75)의 하부에 고정되는 고정환(752)은 기밀용기(2)의 개구부(21)에 기밀을 유지하도록 고정되어 있다. 제2통체(75)의 상부에 고정되는 고정환(751)에는 반경방향으로 관통하여 내부에 연결되는 제3의 가는 구멍(753)이 형성되어 있다. 이 제3의 가는 구멍(753)은 배관(74)에 접속되어 있다. 고정환(751)은 z방향에서 보아서 원환 형상으로 형성되어 있고, 그 내경은 제1통체(71)의 상부에 고정되는 고정환(711)의 내경과 일치하고 있는 것이 바람직하다.

배관(74)은 제3의 가는 구멍(753)과 제1의 가는 구멍(531) 사이를 연결하도록 설치되어 있다. 이 배관(74)에 의해, 제1통체(71)의 내측의 기압은 제2통체(75)의 내측의 공간과 같은, 즉, 기밀용기(2) 내의 기압과 같게 된다.

본 실시형태에서는, 대부(51)에는 인상축(3)뿐만 아니라 통체(75)를 삽입?통과시키는 개구부(512)가 형성되어 있다.

이러한 구성에 있어서도, 제1통체(71) 및 제2통체(75)의 내압은 기밀용기(2)의 내압과 동등하게 되어 있다. 이 때문에, 대기압과 기밀용기(2) 내의 기압과의 차이가 축지지부(4)에 미치는 힘을 상쇄할 수 있어, 로드 셀(541)에 예기치 않은 힘이 소요되는 것을 방지하여, 보다 정확하게 단결정(1)의 중량을 측정할 수 있다.

이러한 단결정 인상장치(A2)는, 예를 들어, 비교적 짧은 단결정(1)을 끌어올릴 때 유용하다.

도 3에는 본 발명의 제3실시형태에 의거한 도가니 지지장치를 나타내고 있다. 도 3에 나타낸 도가니 지지장치(A3)는, 예를 들어, 전술한 단결정 인상장치(A1), (A2)와 병용되는 것이어도 된다. 도 3에 나타낸 도가니 지지장치(A3)는 기밀용기(2) 내에 설치된 도가니(22)의 중량을 측정하면서 지지하기 위한 것이다. 도가니 지지장치(A3)는 지지축(3'), 축지지부(4'), 지지체(5'), 구동기구(6'), 제1통체(76), 제2통체(77) 및 배관(74')을 구비하고 있다. 이 도가니 지지장치(A3)는, 예를 들어, 기주(8)에 고정되어 있다.

본 실시형태에 있어서의 기밀용기(2)는, 단결정 인상장치(A1)에 있어서의 기밀용기(2)의 구성에 부가해서, 도가니(22)를 지지하기 위한 지지축(3')을 통과시키기 위한 개구부(24)를 구비하고 있다. 또한, 도 3에서는, 인상축(3)에 지지된 종자 결정(13)을 도가니(22)에 담그기 전의 상태를 나타내고 있다. 종자 결정(13)은, 예를 들어, 사파이어 단결정이다.

지지축(3')은 도가니(22)를 지지하기 위한 것으로, z방향에 있어서의 하단부에 플랜지(32)가 설치되어 있다. 이 플랜지(32)는, 예를 들어, 나사에 의해, 축지지부(4')에 고정되어 있다.

축지지부(4')는, z방향에 대해서 직교하는 평면을 따르는 판 형상으로 형성된 본체부(44)와, 본체부(44)로부터 z방향으로 돌출하는 연결부(45)와, 연결부(45)의 하단부로부터 x방향으로 돌출하는 피지지부(46)를 구비하고 있다. 본체부(44)는, 지지축(3')을 삽입?통과시키는 관통 구멍(441)을 지니고 있고, z방향 하부면이 플랜지(32)의 z방향 상부면에 맞닿고 있다. 연결부(45)는 본체부(44)의 x방향에 있어서의 도 3 중 좌단부와 피지지부(46)의 도 3 중 좌단부를 서로 연결시키도록 형성된 판 형상 혹은 봉 형상의 부재이다. 피지지부(46)는 본체부(44)에 평행한 판 형상으로 형성되어 있다.

지지체(5')는 구동기구(6')에 연결된 대부(55), 대부(55)로부터 z방향으로 돌출하는 지주(56), 지주(56)의 도 3 중 하단부로부터 뻗어나가는 연출부(57) 및 축지지부(4')를 지지하는 지지부(58)를 구비하고 있다. 대부(55)에는 지지축(3')을 통과시키기 위한 개구부(551)가 형성되어 있다. 대부(55)는 구동기구(6')의 동작에 따라 z방향으로 상하 이동한다. 지주(56)의 z방향에 있어서의 상단부는 대부(55)에 고정되어 있고, 지주(56)는 대부(55)와 일체로 되어서 상하로 이동한다. 연출부(57)는 위쪽에 피지지부(46)와 대향하는 판 형상으로 형성되어 있다. 연출부(57)에는 z방향으로 관통하는 제1의 가는 구멍(571)이 형성되어 있다. 지지부(58)는 아래쪽으로 피지지부(46)와 대향하는 판 형상으로 형성되어 있고, 그 하부면에는 로드 셀(581)이 설치되어 있다. 지지부(58)는 로드 셀(581)을 개재해서 피지지부(46)를 유지하고 있다. 로드 셀(581)은 본 발명에 있어서의 중량검출수단이며, 매달려 있는 본체부(44)에 가해지는 중량을 수시 측정한다. 로드 셀(581)이 측정한 중량으로부터, 도시하지 않은 연산 수단은 도가니(22)의 중량을 산출하고, 또한 도가니(22) 내에 잔류하고 있는 알루미나의 양을 산출할 수 있다.

구동기구(6')는, 예를 들어, 서보모터에 의해서 회전되는 스크루 샤프트를 지니는 것으로, 스크루 샤프트의 회전에 따라서 z방향으로 상하 이동하는 가동부(62)를 구비하고 있다. 가동부(62)는 지지체(5')에 연결되어 있다. 또한, 도가니(22)를 상하로 이동시킬 필요가 없을 경우에는, 구동기구(6')를 이용하지 않고 지지체(5')를 직접 기주에 고정해도 무방하다.

제1통체(76)는, 예를 들어, 벨로즈이며, 연출부(57)와 피지지부(46) 사이에 설치되어 있다. 통체(76)의 z방향 상단부에는 고정환(761)이 설치되어 있어, 피지지부(46)의 하부면에 기밀을 유지하도록 고정되어 있다. 제1통체(76)의 z방향 하단부에는 고정환(762)이 설치되어 있어, 연출부(57)의 상부면에 기밀을 유지하도록 고정되어 있다. 제1통체(76)는 고정환(761), (762) 사이의 부분이 상하로 신축가능하게 구성되어 있다. 또한, 제1통체(76)는, 로드 셀(581)이 z방향으로 변형되는 길이 분만큼 신축가능하면 되고, 구체적으로는, 그 신축폭은 1 내지 2㎜ 정도이다.

제2통체(77)는, 예를 들어, 벨로즈이며, 지지축(3')을 둘러싸도록 기밀용기(2)와 본체부(44) 사이에 설치되어 있다. 제2통체(77)의 z방향 상단부에는 고정환(771)이 설치되어 있고, 하단부에는 고정환(772)이 설치되어 있다. 고정환(771)은 기밀용기(2) 내부의 기밀을 유지하도록 개구부(24)의 외측에 고정되어 있다. 고정환(772)은 본체부(44)의 관통 구멍을 둘러싸서 기밀을 유지하도록 본체부(44)에 고정되어 있다. 제2통체(77)는 고정환(771), (772) 사이의 부분이 상하로 신축가능하게 구성되어 있다. 또한, 제2통체(77)의 신축폭은 구동기구(6')가 상하 이동하는 길이에 따라서 정해진다. 구동기구(6')를 이용하지 않고 지지체(5')를 직접 기주(8)에 고정할 경우에는, 로드 셀(581)이 z방향으로 변형되는 길이 분만큼 신축가능하면 된다.

4개의 고정환(761), (762), (771), (772)은, 모두 z방향에서 보아서 원환 형상이며, 그들의 내경은 일치하고 있는 것이 바람직하다.

제2통체(77)의 하부에 고정되는 고정환(772)에는 반경방향으로 관통하여 내부에 연결되는 제2의 가는 구멍(773)이 형성되어 있다. 이 제2의 가는 구멍(773)은 배관(74')에 접속되어 있다.

배관(74')은 제2의 가는 구멍(773)과 제1의 가는 구멍(571) 사이를 연결하도록 설치되어 있다. 이 배관(74')에 의해, 제1통체(76)의 내측의 기압은 제2통체(77)의 내측의 공간과 같은, 즉, 기밀용기(2) 내의 기압과 같게 된다.

다음에, 본 실시형태의 도가니 지지장치(A3)의 작용에 대해서 설명한다.

이러한 도가니 지지장치(A3)에 있어서는, 축지지부(4')의 상단부에는 제2통체(77)가 부착되어 있고, 축지지부(4')의 하단부에는 제1통체(76)가 부착되어 있으며, 제1통체(76) 및 제2통체(77)의 내압이 동일하게 되어 있다. 본 실시형태에서는, 제1통체(76) 및 제2통체(77)의 내압은, 0.1㎪ 내지 3㎪로 될 수 있는 기밀용기(2) 내의 기압과 동일하고, 대기압에 비해서 작게 되어 있다. 이 때문에, 피지지부(46)에는 제1통체(76)의 내측의 공간과의 접촉 면적에 대기압과 기밀용기(2) 내의 기압과의 차이를 곱한 만큼의 힘이 z방향 위쪽을 향해서 가해지게 된다. 역으로, 본체부(44)에는 제2통체(77)의 내측의 공간과의 접촉 면적에 대기압과 기밀용기(2) 내의 기압과의 차이를 곱한 만큼의 힘이 z방향 아래쪽을 향해서 가해지게 된다. 본 실시형태에서는, 제1통체(76)의 상하에 각각 설치되는 고정환(761), (762)과 제2통체(77)의 상하에 각각 설치되는 고정환(771), (772)은 같은 내경을 지니므로, 이들의 상하에 가해지는 힘은 마찬가지의 크기의 것으로 된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 대기압과 기밀용기(2) 내의 기압과의 차이가 축지지부(4')에 미치는 z방향의 힘을 상쇄할 수 있어, 로드 셀(581)에 예기치 않은 힘이 가해지는 것을 방지하여, 보다 정확하게 도가니(22)의 중량을 측정할 수 있다. 본 발명은, 기밀용기(2) 내의 기압이 변동할 경우에는 특히 유용하다.

이러한 도가니 지지장치(A3)를 이용하면, 도가니(22)의 중량을 정확하게 측정할 수 있으므로, 도가니(22) 내에 잔류하는 재료의 양을 보다 정확하게 산출할 수 있다. 이 때문에, 도가니(22) 내의 재료의 양이 상정한 범위를 초과한 타이밍에서 부족하게 되는 일이 없어, 원활하게 단결정의 육성을 진행시킬 수 있다.

도 4에는 본 발명의 제4실시형태에 의거한 도가니 지지장치를 나타내고 있다. 도 4에 나타낸 도가니 지지장치(A4)에는, 제2통체(77) 대신에 새로운 제2통체(78) 및 제3통체(79)가 설치되어 있고, 그 밖의 주된 구성은 도가니 지지장치(A3)와 마찬가지이다. 이하, 도가니 지지장치(A4)의 도가니 지지장치(A3)와의 다른 부분에 대해서 설명을 행한다.

본 실시형태에서는, 기밀용기(2) 내에서 실리콘 단결정을 육성할 경우를 예시한다. 도가니(22)는, 예를 들어, 석영제로 되어 있고, 실리콘 원료 융액이 충전된다. 인상축(3)에 부착되는 종자 결정(13)은 실리콘이다. 또한, 인상축(3)을 끌어올리기 위한 장치로서 단결정 인상장치(A1), (A2)를 이용해도 무방하다.

새로운 제2통체(78)는, 예를 들어, 벨로즈이며, 지지축(3')을 둘러싸도록 본체부(44)와 대부(55) 사이에 설치되어 있다. 제2통체(78)의 z방향 상단부에는 고정환(781)이 설치되어 있어, 대부(55)의 개구부(551)를 둘러싸서 기밀을 유지하도록 고정되어 있다. 제2통체(78)의 z방향 하단부에는 고정환(782)이 설치되어 있어, 본체부(44)의 상부면에 기밀을 유지하도록 고정되어 있다. 이 제2통체(78)는 고정환(781), (782) 사이의 부분이 상하로 신축가능하게 구성되어 있다. 또, 제2통체(78)는, 로드 셀(581)이 z방향으로 변형되는 길이 분만큼 신축가능하면 되고, 구체적으로는, 그 신축폭은 0.1㎜ 정도이다.

제3통체(79)는, 예를 들어, 벨로즈이며, 지지축(3')을 둘러싸도록 기밀용기(2)와 대부(55) 사이에 설치되어 있다. 제3통체(79)는, z방향에 있어서의 상하에 고정환(791), (792)을 지니고 있고, 고정환(791), (792) 사이의 부분이 상하로 신축가능하게 구성되어 있다. 또한, 제3통체(79)의 신축폭은 구동기구(6')가 상하 이동하는 길이에 따라서 정해진다.

제3통체(79)의 상단부에 설치되는 고정환(791)은 기밀용기(2)의 개구부(24)에 기밀을 유지하도록 고정되어 있고, 제3통체(79)의 하단부에 설치되는 고정환(792)은 대부(55)의 상부면에 기밀을 유지하도록 고정되어 있다. 제3통체(79)의 하단부에 설치되는 고정환(792)에는 반경방향으로 관통하여 내부에 연결되는 제2의 가는 구멍(793)이 형성되어 있다. 이 제2의 가는 구멍(793)은 배관(74')에 접속되어 있다.

본 실시형태에서는, 4개의 고정환(761), (762), (781), (782)이 모두 z방향에서 보아서 원환 형상이며, 그들의 내경은 일치하고 있는 것이 바람직하다.

제2통체(78) 및 제3통체(79)의 내측의 공간은 외기로부터 차단되어 있어, 기밀용기(2)의 내부공간과 동일한 기압으로 된다. 또한, 그들 공간과 통체(76)의 내측은 배관(74')을 통해서 연결되어 있기 때문에, 제1통체(76)의 내부공간도 기밀용기(2)의 내부와 동일한 기압으로 된다.

이러한 구성의 도가니 지지장치(A4)는, 도가니 지지장치(A3)와 마찬가지로, 축지지부(4')에 가해지는 외기로부터의 압력을 상쇄하는 것이 가능해서, 로드 셀(581)에 예기치 않은 힘이 가해지는 것을 방지하여, 보다 정확하게 도가니(22)의 중량을 측정할 수 있다.

본 실시형태의 구성에 의하면, 구동기구(6')가 z방향으로 이동할 경우에는 제3통체(79)가 변형된다. 제3통체(79)의 변형에 따른 힘은 대부(55)에 가해지고, 축지지부(4')에는 가해지지 않는다. 이 때문에, 로드 셀(581)은 구동기구(6')를 상하 이동시켰을 경우에도 정확하게 도가니(22)의 중량을 측정할 수 있다.

본 발명의 범위는, 전술한 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 단결정 인상장치 및 도가니 지지장치의 각 부의 구체적인 구성은, 다양하게 설계 변경가능하다. 예를 들어, 전술한 단결정 인상장치(A1), (A2) 및 도가니 지지장치(A3)에서는, 사파이어의 단결정을 성장시킬 경우를 나타내고 있지만, 실리콘 등의 단결정을 성장시키는 장치에 있어서도 본 발명은 이용가능하다. 또, 도가니 지지장치(A4)에서는 실리콘 단결정을 성장시킬 경우를 나타내고 있지만, 사파이어 등의 다른 단결정을 성장시킬 경우에도 이용가능하다.

또, 도 1 및 도 2에 있어서는, 간략화를 위하여 로드 셀(541)을 하나밖에 나타내고 있지 않지만, 로드 셀은 지지부(54) 상에 몇 개 배치되어 있어도 무방하다. 또한, 도 3 및 도 4에 있어서의 로드 셀(581)에 대해서도 마찬가지이다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 연결부(42)가 본체부(41)로부터 기립하도록 형성되어 있지만, 연결부(42)가 본체부(41)로부터 수평으로 연장되어 있어도 무방하다. 이 경우, 피지지부(43)가 본체부(41)와 같은 높이 위치로 되는 일도 있을 수 있다. 이때, 연출부(53) 및 지지부(54)를 z방향에서 보아서 본체부(41)와 겹치지 않는 위치에 형성함으로써, 바람직하게 피지지부(43)를 지지부(54)에 의해 지지하는 것이 가능하다. 이러한 구성은, 예를 들어, 지지체(5)의 z방향 길이를 단축하고 싶을 때 등에 유효하다.

게다가, 도가니 지지장치(A3), (A4)에 있어서는, 종자 결정(13)을 도가니(22)에 담그는 것에 의해 단결정을 육성할 경우를 나타내고 있지만, 본 발명에 따른 도가니 지지장치는 이 경우로 한정되지 않고, 도가니를 기밀용기 내에서 이용하는 구성이면 이용가능하다.

Claims

기밀용기;
상기 기밀용기 내에서 육성된 단결정을 끌어올리는 인상축;
상기 인상축을 지지하는 축지지부; 및
상기 축지지부에 가해지는 중량을 검출하는 중량검출수단을 구비하고, 상기 축지지부를 지지하는 지지체를 포함하되,
상기 지지체를 상기 인상축의 축선 방향을 따라서 이동시킴으로써 상기 단결정의 인상을 행하는 단결정 인상장치로서,
상기 축지지부는 상기 인상축을 지지하는 본체부와, 해당 본체부와 연결된 피지지부를 구비하고 있고,
상기 지지체는 상기 피지지부를 지지하는 지지부와, 상기 피지지부보다도 상기 축선 방향 위쪽에 배치된 연출부(延出部)를 구비하고 있으며,
상기 단결정 인상장치는,
상기 연출부와 상기 피지지부 사이에 설치되어, 상기 축선 방향으로 신축 가능한 동시에, 내부공간이 기밀화된 제1통체;
상기 인상축을 둘러싸도록 구성되고, 상기 축선 방향으로 신축가능하며, 상기 축선 방향에 있어서의 상단부가 상기 본체부에 고정된 동시에, 내부공간이 기밀화되어 있어, 상기 기밀용기의 내부공간과 통하는 제2통체; 및
상기 제1통체와 상기 제2통체를 연결하는 배관을 추가로 포함하고 있는 단결정 인상장치.
제1항에 있어서, 상기 제1통체는 상기 피지지부에 고정되는 제1고정환을 구비하고 있고,
상기 제2통체는 상기 본체부에 고정되는 제2고정환을 구비하고 있으며,
상기 제1고정환과 제2고정환의 내경이 동일한 것인 단결정 인상장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지체는 상기 인상축을 삽입?통과시키는 개구부를 지니는 대부(台部)를 구비하고 있고,
상기 제2통체의 상기 축선 방향에 있어서의 하단부가 상기 대부에 고정되고 있으며,
상기 단결정 인상장치는, 상기 대부와 상기 기밀용기 사이에 설치되어 있고, 또한 상기 인상축을 둘러싸도록 구성되며, 상기 기밀용기의 내부공간과 통하는 제3통체를 추가로 포함하고 있는 것인 단결정 인상장치.
제2항에 있어서, 상기 배관은 상기 연출부와 상기 제2고정환을 연결시키도록 설치되어 있는 것인 단결정 인상장치.
제3항에 있어서, 상기 제3통체는 상기 대부에 고정되는 제3고정환을 구비하고 있고,
상기 배관은 상기 연출부와 상기 제3고정환을 연결시키도록 설치되어 있는 것인 단결정 인상장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1통체는 상기 축선 방향에서 보아서 상기 인상축과 겹치는 위치에 배치되어 있는 것인 단결정 인상장치.
기밀용기;
상기 기밀용기 내에 수용된 도가니;
상기 도가니를 지지하는 지지축;
상기 지지축을 지지하는 축지지부; 및
상기 축지지부에 가해지는 중량을 검출하는 중량검출수단을 구비하고, 상기 축지지부를 지지하는 지지체를 포함하는 도가니 지지장치로서,
상기 축지지부는 상기 지지축을 지지하는 본체부와, 해당 본체부와 연결된 피지지부를 구비하고 있고,
상기 지지체는 상기 피지지부를 지지하는 지지부와, 상기 피지지부보다도 상기 축선 방향 아래쪽으로 배치된 연출부를 구비하고 있으며,
상기 도가니 지지장치는,
상기 연출부와 상기 피지지부 사이에 설치되어, 상기 축선 방향으로 신축 가능한 동시에, 내부공간이 기밀화된 제1통체;
상기 지지축을 둘러싸도록 구성되고, 상기 축선 방향으로 신축가능하며, 상기 축선 방향에 있어서의 하단부가 상기 본체부에 고정된 동시에, 내부공간이 기밀화되어 있어, 상기 기밀용기의 내부공간과 통하는 제2통체; 및
상기 제1통체와 상기 제2통체를 연결하는 배관을 추가로 포함하고 있는 것인 도가니 지지장치.
제7항에 있어서, 상기 제1통체는 상기 피지지부에 고정되는 제1고정환을 구비하고 있고,
상기 제2통체는 상기 본체부에 고정되는 제2고정환을 구비하고 있으며,
상기 제1고정환과 제2고정환의 내경이 동일한 것인 도가니 지지장치.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 지지체는 상기 지지축을 삽입?통과시키는 개구부를 지니는 대부를 구비하고 있고,
상기 제2통체의 상기 축선 방향에 있어서의 상단부가 상기 대부에 고정되고 있으며,
상기 도가니 지지장치는, 상기 대부와 상기 기밀용기 사이에 설치되어 있고, 또한 상기 지지축을 둘러싸도록 구성되며, 상기 기밀용기의 내부공간과 통하는 제3통체를 추가로 포함하고 있는 도가니 지지장치.
제8항에 있어서, 상기 배관은 상기 연출부와 상기 제2고정환을 연결시키도록 설치되어 있는 것인 도가니 지지장치.
제9항에 있어서, 상기 제3통체는 상기 대부에 고정되는 제3고정환을 구비하고 있고,
상기 배관은 상기 연출부와 상기 제3고정환을 연결시키도록 설치되어 있는 것인 도가니 지지장치.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1통체는 상기 축선 방향에서 보아서 상기 지지축과 겹치는 위치에 배치되어 있는 것인 도가니 지지장치.