JP2013147387A - Single crystal manufacturing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、単結晶製造装置に関する。 The present invention relates to a single crystal manufacturing apparatus.
図１１は、従来の単結晶製造装置の一例を示している（たとえば、特許文献１）。同図に示された単結晶製造装置９１０は、坩堝９１２、抵抗加熱部９１４、引上軸９１６、重量検出部９１７および制御部９２１を備えている。坩堝９１２は、たとえばサファイアを成長させるための原料となるアルミナを収容する。抵抗加熱部９１４は、坩堝９１２内のアルミナを融点以上に加熱するためのものである。これにより、坩堝９１２内には、原料融液９１３が生成される。引上軸９１６は、モータ９２２によって駆動されるボールねじ軸９２３によって上昇および下降が可能となっている。引上軸９１６の先端には、たとえばサファイアの種結晶が取り付けられ、この種結晶を坩堝９１２内の原料融液９１３に漬けた状態から引き上げる。これにより、単結晶９１１が成長する。
FIG. 11 shows an example of a conventional single crystal manufacturing apparatus (for example, Patent Document 1). The single
重量検出部９１７は、引上軸９１６および単結晶９１１の重量を検出する。重量検出部９１７には、低負荷用ロードセル９１８および高負荷用ロードセル９１９が備えられている。低負荷用ロードセル９１８は、単結晶９１１の成長初期段階における重量を検出するために用いられる。高負荷用ロードセル９１９は、単結晶９１１が所定以上の重量に成長した後の段階における重量を検出するために用いられる。低負荷用ロードセル９１８および高負荷用ロードセル９１９の出力信号は、平均化処理部９２０に送られる。平均化処理部９２０においては、低負荷用ロードセル９１８および高負荷用ロードセル９１９それぞれについて、所定個数のデータを用いた平均化処理がなされる。平均化された重量は、制御部９２１へと送られる。制御部９２１は、平均化された重量から引上軸９１６の重量を引くことにより、単結晶９１１の重量を把握し、これに応じて抵抗加熱部９１４およびモータ９２２を制御する。
The
単結晶製造装置９１０においては、結晶成長を開始した後に重量検出部９１７が検出する重量は、引上軸９１６と単結晶９１１とを合計した重量である。一般的に成長初期において検出することが好ましい単結晶９１１の重量が数ｋｇ程度であるのに対し、引上軸９１６の重量は数十ｋｇ程度と重い。検出する重量が所定重量よりも軽い場合に、低負荷用ロードセル９１８による検出を選択したとしても、低負荷用ロードセル９１８の定格重量は、引上軸９１６を含んだ重量よりも大きい必要がある。一般的なロードセルの検出精度は定格重量が大きいほど低下するため、低負荷用ロードセル９１８の検出精度を十分に高めることが困難であった。また、操業中に意図しない過大な重量が重量検出部９１７に作用すると、低負荷用ロードセル９１８が破損してしまう恐れがある。この対策として低負荷用ロードセル９１８の定格重量を大きくすると、やはり検出精度の低下を招いてしまう。
In the single
図１２は、従来の秤量装置の一例を示している（たとえば、特許文献２）。同図に示された秤量装置９３０は、計量皿部９３１、ストッパ部９３２、緩衝機構部９３３および複合ロードセル部９３４を備えている。以下に述べる秤量装置９３０の検出原理は、単結晶製造装置９１０における重量検出部９１７の具体的な内部機構として採用しうる。秤量皿部９３１は、秤量対象物が置かれる部位である。複合ロードセル部９３４は、柱状部９３５、複数の低負荷用ロードセル９３８および複数の高負荷用ロードセル９３９を有している。柱状部９３５は、たとえば四角柱状のアルミからなる部材である。柱状部９３５は、水平方向に延びており、長手方向一端が固定されている。
FIG. 12 shows an example of a conventional weighing device (for example, Patent Document 2). The
柱状部９３５には、２つの開孔９３６，９３７が形成されている。２つの開孔９３６，９３７は、柱状部９３５の長手方向に互いに離間しており、それぞれが略Ｈ形状とされている。また、開孔９３６の大きさは、開孔９３７よりも大とされている。このような構成により、柱状部９３５は、開孔９３６が形成された部位と開孔９３７が形成された部位とが、これら以外の部位よりも曲げ剛性が小さいものとなっている。また、開孔９３６が形成された部位は、開孔９３７が形成された部位よりも曲げ剛性が小さい。複数の低負荷用ロードセル９３８は、開孔９３６を挟んで柱状部９３５の上面および下面に設けられている。複数の高負荷用ロードセル９３９は、開孔９３７を挟んで柱状部９３５の上面および下面に設けられている。
Two
緩衝機構部９３３は、秤量皿部９３１の下面中央と柱状部９３５の自由端とに取り付けられており、秤量対象物の重量を秤量皿部９３１から柱状部９３５の自由端に伝達する。ストッパ部９３２は、秤量皿部９３１と柱状部９３５との間に設けられており、水平方向に広がる本体と、この本体の端部付近において上方に突出する複数の突起とを有している。ストッパ部９３２の下面中央は、柱状部９３５のうち長手方向において開孔９３６と開孔９３７との間に位置する部位に連結されている。また、ストッパ部９３２には、緩衝機構部９３３を挿通させる開口部が形成されている。
The
秤量皿部９３１に秤量対象物が置かれると、その重量によって秤量皿部９３１が下降する。これにより、柱状部９３５の自由端が緩衝機構部９３３を介して秤量皿部９３１によって押し下げられる。柱状部９３５が曲げモーメントを受けると、相対的に曲げ剛性が小である開孔９３６が形成された部位が選択的に変形する。秤量対象物が所定重量よりも軽い場合、秤量皿部９３１は下降するものの、ストッパ部９３２には接しない。この際の柱状部９３５の歪を複数の低負荷用ロードセル９３８によって検出することにより、秤量対象物を秤量することができる。
When an object to be weighed is placed on the weighing
一方、秤量対象物が所定重量よりも重い場合、柱状部９３５の変形量が所定量よりも大となり、秤量皿部９３１の下面がストッパ部９３２の前記複数の突起に当接する。すると、秤量対象物の重量は、秤量皿部９３１からストッパ部９３２を介して柱状部９３５のうち長手方向において開孔９３６と開孔９３７との間に位置する部位に負荷され、柱状部９３５の自由端には負荷されない状態となる。これにより、柱状部９３５のうち開孔９３７が形成された部位が選択的に変形する。この際の歪を複数の高負荷用ロードセル９３９によって検出することにより、秤量対象物を秤量することができる。
On the other hand, when the weighing object is heavier than the predetermined weight, the deformation amount of the
しかしながら、たとえばストッパ部９３２の前記突起が使用に伴って摩耗したり、意図せず折損したりすると、所定重量以上の秤量対象物の重量が緩衝機構部９３３を介して柱状部９３５の自由端に負荷されてしまう。これにより、低負荷用ロードセル９３８が破損するおそれがある。このような事態に備えるためには、低負荷用ロードセル９３８の定格重量に相応の余裕を持たせる必要がある。これは、低負荷用ロードセル９３８の検出精度の低下を招いてしまう。
However, for example, if the protrusion of the
本発明は、前記した事情のもとで考え出されたものであって、重量の検出精度を適切に高めることが可能な単結晶製造装置を提供することをその課題とする。 The present invention has been conceived under the circumstances described above, and it is an object of the present invention to provide a single crystal manufacturing apparatus capable of appropriately increasing the weight detection accuracy.
本発明の第１の側面によって提供される単結晶製造装置は、気密容器と、前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、前記引上軸を支持する上方支持部と、少なくとも前記引上軸に保持された前記単結晶の重量を検出する上方重量検出手段と、を具備し、前記上方支持部を前記引上軸の軸線方向に沿って移動させることにより前記単結晶の引き上げを行う単結晶製造装置であって、前記上方支持部は、前記引上軸を直接支持する上方直接支持部と、一端が前記上方直接支持部に取り付けられた上方弾性体と、前記上方弾性体の他端が取り付けられており、前記上方弾性体を介して前記引上軸の重量を負担する上方間接支持部と、を有しており、前記上方重量検出手段は、前記上方直接支持部と前記上方間接支持部との間に介在し、前記上方直接支持部が前記上方間接支持部に対して下降すると小となる圧縮力を検出する第１検出部を有し、前記第１検出部が初期重量を検出し、かつ前記上方弾性体が前記初期重量および前記引上軸の重量を負担した状態で、前記単結晶を成長させるべく前記引上軸の引き上げを開始することを特徴としている。 The single crystal production apparatus provided by the first aspect of the present invention includes an airtight container, a pulling shaft that pulls up the single crystal grown in the airtight container, an upper support portion that supports the pulling shaft, Upper weight detecting means for detecting the weight of the single crystal held at least on the pulling shaft, and by moving the upper support portion along the axial direction of the pulling shaft. In the single crystal manufacturing apparatus for pulling up, the upper support portion includes an upper direct support portion that directly supports the pulling shaft, an upper elastic body having one end attached to the upper direct support portion, and the upper elastic portion. And an upper indirect support portion that bears the weight of the pull-up shaft via the upper elastic body, and the upper weight detecting means is the upper direct support portion. And the upper indirect support part , A first detection unit that detects a compressive force that becomes small when the upper direct support unit is lowered with respect to the upper indirect support unit, the first detection unit detects an initial weight, and the upper elastic body In the state where the initial weight and the weight of the pulling shaft are borne, the pulling of the pulling shaft is started to grow the single crystal.
このような構成によれば、前記単結晶の重量が前記初期重量に達するまでの間は、前記第１検出部が検出する重量の減少分が、前記単結晶の重量の増加分と等しくなる。前記単結晶の重量が前記初期重量を超えた後は前記第１検出部には重量が負荷されないため、前記第１検出部の定格重量を前記初期重量に対応させて比較的小さくすることが可能である。これにより、前記第１検出部の検出精度を高めることが可能であり、成長初期の前記単結晶の重量をより正確に検出することができる。 According to such a configuration, until the weight of the single crystal reaches the initial weight, the decrease in the weight detected by the first detection unit is equal to the increase in the weight of the single crystal. After the weight of the single crystal exceeds the initial weight, the first detection unit is not loaded with weight, so that the rated weight of the first detection unit can be made relatively small corresponding to the initial weight. It is. As a result, the detection accuracy of the first detection unit can be increased, and the weight of the single crystal at the initial stage of growth can be detected more accurately.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記上方重量検出手段は、前記引上軸と前記上方直接支持部との間に介在し、前記引上軸の重量を検出するとともに、前記第１検出部よりも定格重量が大である第２検出部を有する。 In a preferred embodiment of the present invention, the upper weight detection means is interposed between the pull-up shaft and the upper direct support portion, detects the weight of the pull-up shaft, and the first detection portion. A second detector having a rated weight greater than that of the second detector.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記上方直接支持部と前記上方間接支持部との間に設けられ、前記引上軸の軸線方向に伸縮可能であるとともに、内部空間が気密された第１の上方筒体と、前記引上軸を囲むように構成され、前記引上軸の軸線方向に伸縮可能であり、前記引上軸の軸線方向における上端が前記上方直接支持部に固定されるとともに、内部空間が気密されており、かつ前記気密容器の内部空間と通ずる第２の上方筒体と、前記第１の上方筒体と前記第２の上方筒体とを連結する上方配管と、を備えている。 In a preferred embodiment of the present invention, a first member is provided between the upper direct support portion and the upper indirect support portion, is extendable in the axial direction of the pull-up shaft, and has an airtight inner space. The upper cylinder body is configured to surround the pull-up shaft, and can be expanded and contracted in the axial direction of the pull-up shaft, and the upper end in the axial direction of the pull-up shaft is fixed to the upper direct support portion A second upper cylinder that communicates with the internal space of the hermetic container, and an upper pipe that connects the first upper cylinder and the second upper cylinder. I have.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記気密容器内に収容され、前記単結晶の原料を収容する坩堝と、前記坩堝を支持する支持軸と、前記支持軸を介して前記坩堝を支持する下方支持部と、前記坩堝の重量を検出する下方重量検出手段と、をさらに備えており、前記下方支持部は、前記支持軸を直接支持する下方直接支持部と、一端が前記下方直接支持部に取り付けられた下方弾性体と、前記下方弾性体の他端が取り付けられており、前記下方弾性体を介して前記支持軸および前記坩堝の重量を負担する下方間接支持部と、を有しており、前記下方重量検出手段は、前記下方直接支持部と前記下方間接支持部との間に介在し、前記下方直接支持部が前記下方間接支持部に対して下降すると小となる圧縮力を検出し、前記坩堝に原料が投入されていない状態で前記下方重量検出手段が所定の投入原料重量を検出し、かつ前記下方弾性体が前記投入原料重量と前記坩堝および前記支持軸の重量とを負担した状態で、前記原料の投入を開始する。 In a preferred embodiment of the present invention, the crucible is contained in the hermetic container and contains the raw material of the single crystal, the support shaft that supports the crucible, and the lower part that supports the crucible via the support shaft. And a lower weight detecting means for detecting the weight of the crucible. The lower support portion includes a lower direct support portion that directly supports the support shaft, and one end at the lower direct support portion. An attached lower elastic body, and the other end of the lower elastic body is attached, and has a lower indirect support portion that bears the weight of the support shaft and the crucible via the lower elastic body. The lower weight detecting means is interposed between the lower direct support portion and the lower indirect support portion, and detects a compressive force that becomes small when the lower direct support portion is lowered with respect to the lower indirect support portion. The raw material is thrown into the crucible In the state where the lower weight detecting means detects a predetermined input raw material weight and the lower elastic body bears the input raw material weight and the weight of the crucible and the support shaft in a state where the raw material is not charged. To start.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記下方直接支持部と前記下方間接支持部との間に設けられ、前記支持軸の軸線方向に伸縮可能であるとともに、内部空間が気密された第１の下方筒体と、前記支持軸を囲むように構成され、前記支持軸の軸線方向に伸縮可能であり、前記支持軸の軸線方向における下端が前記下方直接支持部に固定されるとともに、内部空間が気密されており、かつ前記気密容器の内部空間と通ずる第２の下方筒体と、前記第１の下方筒体と前記第２の下方筒体とを連結する下方配管と、を備えている。 In a preferred embodiment of the present invention, the first direct-current support portion is provided between the lower direct support portion and the lower indirect support portion, and is extendable in the axial direction of the support shaft, and the internal space is hermetically sealed. The lower cylindrical body is configured to surround the support shaft, and is extendable in the axial direction of the support shaft. The lower end of the support shaft in the axial direction is fixed to the lower direct support portion, and the internal space is A second lower cylinder that is hermetically sealed and communicates with the internal space of the hermetic container, and a lower pipe that connects the first lower cylinder and the second lower cylinder.
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
図１および図２は、本発明の第１実施形態に基づく単結晶製造装置を示している。本実施形態の単結晶製造装置１０１は、気密容器２００、坩堝２２０、抵抗加熱部２３０、引上軸３１０、上方支持部４００、駆動機構６１０、第１の上方筒体７１０、第２の上方筒体７２０、第３の上方筒体７３０、上方配管７４１および上方重量検出手段８００を備えている。上方重量検出手段８００は、低負荷用ロードセル８１０および高負荷用ロードセル８２０からなる。
1 and 2 show a single crystal manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention. The single
図１においては、鉛直方向に沿う引上軸３１０の軸線方向Ｌ３１０をｚ方向とする。単結晶製造装置１０１はｚ方向に沿って引上軸３１０を介して単結晶１１０を引き上げるものである。鉛直方向に沿うｚ方向に対して直角である水平方向をｘ方向としており、図１におけるｘ方向右側の端には基柱６５０がある。本実施形態では、単結晶１１０がサファイア単結晶である場合について説明を行う。
In FIG. 1, the axial direction L310 of the pulling-up
単結晶１１０は、引上軸３１０の先端に取り付けられたあらかじめ定められた結晶方位を有する単結晶、たとえばサファイアからなる種結晶を坩堝２２０に収納される原料融液１２０に漬けて成長させることにより形成されるものであり、引上軸３１０から遠ざかるにつれてその径が徐々に大きくなる肩部１１１と、直径がほぼ一定となる直胴部１１２とを備えている。
The
気密容器２００は、引上軸３１０を通すための開口部２１１を有しており、坩堝２２０を収容している。坩堝２２０は、たとえばイリジウム、モリブデンおよびモリブデン−タングステン合金などからなり、サファイアの原料であるアルミナが充填される。坩堝２２０は、たとえば気密容器２００内に設置される抵抗加熱部２３０により加熱され、アルミナの融点を上回る２０００〜２２００℃となる。抵抗加熱部２３０は、制御部８５０に接続されており、単結晶１１０の重量に応じた制御を受ける。この制御部８５０は、単結晶１１０の肩部１１１および直胴部１１２の直径が所望の値となるように、坩堝２２０内のアルミナの原料融液１２０の温度の調整を行う。この気密容器２００の内側の圧力は、気密容器２００内の断熱材中や空気中に含まれる酸素を除去する際などには、たとえば０．１ｋＰａ〜３ｋＰａとなる。
The
引上軸３１０は、単結晶１１０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３１１が設けられている。この太径部３１１は、回転モータ３１２にベルト３１３を介して軸線方向Ｌ３１０回りに回転可能に連結されている。さらに、太径部３１１は上方支持部４００に支持されている。回転モータ３１２も制御部８５０により制御されるものである。引上軸３１０の上端付近には、高負荷用ロードセル８２０が設けられている。高負荷用ロードセル８２０は、引上軸３１０の重量および単結晶１１０の重量を検出するものであり、本発明で言う第２検出部に相当する。高負荷用ロードセル８２０の定格重量は、たとえば１５０〜２００ｋｇ程度である。制御部８５０は、高負荷用ロードセル８２０が測定する重量を用いて抵抗加熱部２３０や駆動機構６１０の制御を行う。引上軸３１０の重量は、たとえば２０〜５０ｋｇ程度である。
The pulling-up
上方支持部４００は、引上軸３１０を支持する部位であり、上方直接支持部４１０、上方間接支持部４３０および複数のばね４５１を具備している。
The
上方直接支持部４１０は、引上軸３１０を直接支持する部位であり、主板部４１１、連結部４１２および天板部４１３を有する。主板部４１１は、開口部４２１を有する。開口部４２１には、引上軸３１０が挿通されている。引上軸３１０は、主板部４１１によって回転可能に直接支持されている。連結部４１２は、主板部４１１からｚ方向に沿って起立した部位である。天板部４１３は、連結部４１２によって主板部４１１と連結されており、主板部４１１に対して平行な姿勢で、主板部４１１および引上軸３１０のｚ方向直上に配置されている。
The upper
上方間接支持部４３０は、上方直接支持部４１０および複数のばね４５１を介して引上軸３１０を支持する部位であり、主板部４３１、連結部４３２、天板部４３３および可動調整部４３４を有する。主板部４３１は、上方直接支持部４１０の主板部４１１に対して平行な姿勢でｚ方向下方に配置されている。主板部４３１には、開口部４４１が形成されている。開口部４４１には、引上軸３１０が挿通されている。主板部４３１は、駆動機構６１０に連結されている。これにより、上方支持部４００全体がｚ方向に移動可能となっている。
The upper
主板部４３１と主板部４１１との間には、複数のばね４５１が配置されている。複数のばね４５１は、本発明で言う上方弾性体の一例に相当し、主板部４１１と主板部４３１とのｚ方向距離が増減することにより、弾性力を発揮する。本実施形態においては、複数のばね４５１は、引上軸３１０を中心として同心円状に配置されている。
A plurality of
連結部４３２は、主板部４３１からｚ方向に起立した部位である。天板部４３３は、連結部４３２によって主板部４３１に連結されており、上方直接支持部４１０の天板部４１３に対して平行な姿勢で天板部４１３のｚ方向直上に配置されている。天板部４３３には、厚さ方向に貫通する細孔４３５が形成されている。
The connecting
可動調整部４３４は、連結部４３２に対してｚ方向位置を調整可能に取り付けられた部位である。可動調整部４３４のｚ方向位置を調整するための機構としては、たとえばねじを用いた締結機構が挙げられる。可動調整部４３４は、ｚ方向において上方直接支持部４１０の主板部４１１の上方に配置されており、ｘ方向において主板部４１１の一部と重なっている。可動調整部４３４の下面には、低負荷用ロードセル８１０が設けられている。低負荷用ロードセル８１０は、可動調整部４３４と主板部４１１とに挟まれた格好となっており、本発明で言う第１検出部に相当する。低負荷用ロードセル８１０としては、圧縮型のロードセルが採用されている。制御部８５０は、低負荷用ロードセル８１０が測定する重量を用いて抵抗加熱部２３０や駆動機構６１０の制御を行う。低負荷用ロードセル８１０の定格重量は、たとえば目標とする単結晶１１０の完成重量、あるいは高負荷用ロードセル８２０の定格重量の０．１〜５％程度であり、高負荷用ロードセル８２０の定格重量よりも顕著に小である。
The
駆動機構６１０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６１１を備えている。駆動機構６１０は、基柱６５０に取り付けられている。可動部６１１は上方支持部４００に連結されている。このような駆動機構６１０では、サーボモータの動作を制御することで、上方支持部４００の上昇速度を自在に調整することが可能である。制御部８５０は、直胴部１１２の直径が所望の値となるように、駆動機構６１０の動作を調整する。
The
第１の上方筒体７１０は、たとえばベローズ型伸縮管であり、天板部４１３と天板部４３３との間に設けられている。第１の上方筒体７１０のｚ方向上端には固定環７１１が設けられており、天板部４３３の下面に気密を保つように固定されている。第１の上方筒体７１０のｚ方向下端には固定環７１２が設けられており、天板部４１３の上面に気密を保つように固定されている。第１の上方筒体７１０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。第１の上方筒体７１０の固定環７１１，７１２との接合部分においては、第１の上方筒体７１０の内径と固定環７１１，７１２の内径とが同一とされている。なお、第１の上方筒体７１０は、上方直接支持部４１０が上方間接支持部４３０に対して相対動する分だけ伸縮可能であればよい。第１の上方筒体７１０の内部空間には、天板部４３３の細孔４３５が通じている。
The first
第２の上方筒体７２０は、たとえばベローズ型伸縮管であり、引上軸３１０を囲むように主板部４１１と主板部４３１との間に設けられている。第２の上方筒体７２０のｚ方向上端には固定環７２１が設けられており、主板部４１１の下面に気密を保つように固定されている。第２の上方筒体７２０のｚ方向下端には固定環７２２が設けられており、主板部４３１の開口部４４１を囲み気密を保つように主板部４３１の上面に固定されている。この第２の上方筒体７２０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。第２の上方筒体７２０の固定環７２１，７２２との接合部分においては、第２の上方筒体７２０の内径と固定環７２１，７２２の内径とが同一とされている。なお、第２の上方筒体７２０は、上方直接支持部４１０が上方間接支持部４３０に対して相対動する分だけ伸縮可能であればよい。また、第２の上方筒体７２０は、主板部４１１と主板部４３１とが相対動すると、その移動量に応じた弾性力を生じる。このため、第２の上方筒体７２０は、複数のばね４５１とともに、本発明で言う上方弾性体を構成するものであるといえる。ただし、本実施形態においては第２の上方筒体７２０は、気密性を確保することを主目的として設けられており、弾性力を積極的に発揮することは意図されていない。このため、第２の上方筒体７２０のばね定数は、複数のばね４５１のばね定数よりも顕著に小であり、本発明で言う上方弾性体に期待される機能は、ほとんどが複数のばね４５１によって果たされている。
The second upper
固定環７１１，７１２，７２１，７２２は、いずれも円環状であり、それらの内径は一致しているのが望ましい。これにより、第１の上方筒体７１０の固定環７１１，７１２との接合部分の内径と、第２の上方筒体７２０の固定環７２１，７２２との接合部分の内径とが、一致した構成となっている。
The fixed rings 711, 712, 721, 722 are all annular and their inner diameters are preferably the same. Accordingly, the inner diameter of the joint portion of the first
第３の上方筒体７３０は、たとえばベローズ型伸縮管であり、引上軸３１０を囲むように気密容器２００と主板部４３１との間に設けられている。第３の上方筒体７３０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。第３の上方筒体７３０は、坩堝２２０から引き上げられる単結晶１１０の長さ分だけ伸縮可能である。第３の上方筒体７３０は、第２の上方筒体７２０の内部空間と気密容器２００の内部空間とを通じさせるために設けられている。
The third upper
固定環７３１は、第３の上方筒体７３０の上部に固定されており、主板部４３１の下面に気密を保つように固定されている。固定環７３２は、第３の上方筒体７３０の下部に固定されており、気密容器２００の開口部２１１に気密を保つように固定されている。第３の上方筒体７３０の上部に固定される固定環７３１には、半径方向に貫通し第３の上方筒体７３０の内部空間に繋がる細孔７３３が設けられている。
The fixed
第２の上方筒体７２０および第３の上方筒体７３０の内側空間は外気から遮断されており、気密容器２００の内部空間と同じ気圧となる。
The inner space of the second
上方配管７４１は、固定環７３１の細孔７３３と天板部４３３の細孔４３５との間を繋ぐように設けられている。この上方配管７４１により、第１の上方筒体７１０の内側の気圧は、第２の上方筒体７２０および第３の上方筒体７３０の内側の空間と同じ、すなわち、気密容器２００内の気圧と同じとなる。
The
次に、単結晶製造装置１０１における重量検出を、図３〜図６を参照しつつ以下に説明する。
Next, weight detection in the single
図３は、単結晶１１０の成長に伴う重量検出の経過を示している。横軸は、単結晶１１０の重量である単結晶重量Ｗ２である。縦軸は、検出重量、重量あるいは弾性力である。検出重量Ｗ１は、低負荷用ロードセル８１０の検出重量である。検出重量Ｗ３は、高負荷用ロードセル８２０の検出重量である。弾性力Ｗ４は、複数のばね４５１および第２の上方筒体７２０が発揮する弾性力の合計である。なお、第２の上方筒体７２０のばね定数は、複数のばね４５１のばね定数よりも顕著に小さいため、以下の説明においては、弾性力Ｗ４と複数のばね４５１との関係について述べる。
FIG. 3 shows the process of weight detection accompanying the growth of the
図４は、引上軸３１０が上方直接支持部４１０の主板部４１１に設置された、単結晶１１０の製造を開始する前の状態を示している。高負荷用ロードセル８２０には、引上軸３１０の重量が作用するため、検出重量Ｗ３は、引上軸３１０の重量に相当する重量Ｗｓ３となる。また、複数のばね４５１には、引上軸３１０および上方直接支持部４１０の重量が作用するため、複数のばね４５１の長さは、自然長よりも短い長さＬ１となり、弾性力Ｗ４は、引上軸３１０および上方直接支持部４１０の重量の合計であるＷｓ３’となる。
FIG. 4 shows a state before the production of the
図５は、図４に示した状態から、可動調整部４３４によって低負荷用ロードセル８１０を主板部４１１に押し付けた状態を示している。可動調整部４３４を所定量だけ下方に移動させることにより、複数のばね４５１をさらに圧縮する。これにより、複数のばね４５１の長さは、長さＬ１よりも短い長さＬ２となる。この圧縮により発生した弾性力は、低負荷用ロードセル８１０に作用する。このときの検出重量Ｗ１が、所望の初期重量Ｗｓ１となるように可動調整部４３４の位置を調整する。初期重量Ｗｓ１は、単結晶１１０の成長初期段階において、特に綿密な制御が求められる時期における単結晶１１０の重量に相当するものである。たとえば完成品としての単結晶１１０の重量が８０〜１００ｋｇ程度であるのに対し、初期重量Ｗｓ１は５ｋｇ程度とされる。弾性力Ｗ４は、重量Ｗｓ３’＋初期重量Ｗｓ１となる。この状態が、単結晶製造装置１０１における重量検出の初期状態である。
FIG. 5 shows a state in which the low-
図３において、横軸の左端は、単結晶重量Ｗ２が０であり、単結晶１１０の引上開始時点である。この状態から単結晶１１０の成長が進行すると、単結晶重量Ｗ２が徐々に増加する。すると、高負荷用ロードセル８２０には、引上軸３１０の重量Ｗｓ３と単結晶重量Ｗ２とが作用するため、検出重量Ｗ３は徐々に増加する。一方、単結晶重量Ｗ２が増加すると、この増加した重量は複数のばね４５１を圧縮する方向に作用する。しかしながら、図５に示した初期状態において、可動調整部４３４が初期重量Ｗｓ１に相当する分だけ複数のばね４５１を圧縮している格好となっている。したがって、単結晶重量Ｗ２の増加分が、可動調整部４３４が複数のばね４５１を圧縮していた力に代わって、複数のばね４５１を圧縮することとなる。このため、図３に示すように、低負荷用ロードセル８１０の検出重量である検出重量Ｗ１が徐々に減ることとなる。単結晶重量Ｗ２が初期重量Ｗｓ１以下である間は、複数のばね４５１の長さは長さＬ２のままであり、弾性力Ｗ４は変化しない。
In FIG. 3, the left end of the horizontal axis is the time when the single crystal weight W2 is 0 and the pulling of the
やがて、単結晶重量Ｗ２が初期重量Ｗｓ１を超えると、重量Ｗｓ３’と単結晶重量Ｗ２を合計した重量が、図５において複数のばね４５１が発揮していた弾性力Ｗ４を超えることとなる。これにより、複数のばね４５１が長さＬ２の状態から圧縮され、図６に示すように長さＬｉとなる。これに伴い、低負荷用ロードセル８１０から主板部４１１が離れる。すなわち、図３に示すように、単結晶重量Ｗ２が初期重量Ｗｓ１となった時点で検出重量Ｗ１は０となる。これ以降は、単結晶１１０が成長することにより単結晶重量Ｗ２が増加すると、それに応じて複数のばね４５１が圧縮され、高負荷用ロードセル８２０の検出重量である検出重量Ｗ３が増加していく。そして、単結晶１１０が完成品となると単結晶重量Ｗ２が完成重量Ｗｆ１となり、検出重量Ｗ３が重量Ｗｓ３と完成重量Ｗｆ１とを合計したものとなる。以上によって、単結晶製造装置１０１における重量検出が完了する。
When the single crystal weight W2 eventually exceeds the initial weight Ws1, the total weight of the weight Ws3 'and the single crystal weight W2 exceeds the elastic force W4 exhibited by the plurality of
次に、単結晶製造装置１０１の作用について説明する。
Next, the operation of the single
本実施形態によれば、図３を参照して説明したように、単結晶重量Ｗ２がたとえば５ｋｇ程度の初期重量Ｗｓ１に達するまでの間は、低負荷用ロードセル８１０が検出する検出重量Ｗ１の減少分が、単結晶重量Ｗ２の増加分と等しくなる。単結晶重量Ｗ２が初期重量Ｗｓ１を超えた後は低負荷用ロードセル８１０は重量を検出しない。また、低負荷用ロードセル８１０には、引上軸３１０の重量は負荷されない。このため、低負荷用ロードセル８１０の定格重量を初期重量Ｗｓ１に対応させて比較的小さくすることが可能である。これにより、低負荷用ロードセル８１０の検出精度を高めることが可能であり、成長初期の単結晶重量Ｗ２をより正確に検出することができる。単結晶１１０の成長初期は、成長現象が不安定である傾向があり、抵抗加熱部２３０や駆動機構６１０および回転モータ３１２の制御を比較的きめ細かく、高精度で行う必要がある。単結晶重量Ｗ２をより正確に検出可能であることは、これらの制御をより高精度で行うことに資する。
According to this embodiment, as described with reference to FIG. 3, the detected weight W1 detected by the low
単結晶１１０の成長初期の小さい荷重は低負荷用ロードセル８１０によって検出するためは、高負荷用ロードセル８２０には、それほど高い検出精度は必要ない。高負荷用ロードセル８２０には、引上軸３１０の重量Ｗｓ３と単結晶１１０の完成重量Ｗｆ１とが作用する。これらの重量に対応して高負荷用ロードセル８２０の定格重量を大きくすることによって高負荷用ロードセル８２０の検出精度が低下したとしても、単結晶１１０の成長初期の制御にはなんら影響を及ぼさない。
Since a small load at the initial stage of growth of the
単結晶１１０の成長過程において、予期しない現象により引上軸３１０に過大な荷重が作用しても、複数のばね４５１が圧縮され、低負荷用ロードセル８１０は主板部４１１から離れる。このため、定格重量が比較的小さい低負荷用ロードセル８１０が過大な荷重によって破損することを防止することができる。高負荷用ロードセル８２０は、定格重量を十分に大きくしておくことが可能であるため、過大な荷重によって破損しにくいという利点がある。
In the process of growing the
また、主板部４１１の下面には第２の上方筒体７２０が取り付けられており、天板部４１３の上面には第１の上方筒体７１０が取り付けられている。第１の上方筒体７１０と第２の上方筒体７２０との内圧は、上方配管７４１によって同一となっている。これにより、上方直接支持部４１０は、ｚ方向上方および下方からいずれもが気密容器２００内の気圧と同じ２つの空間によって挟まれる格好となっている。このため、気密容器２００内の気圧が０．１ｋＰａ〜３ｋＰａ程度と大気圧よりも顕著に低い気圧とされた場合であっても、気密容器２００内の気圧と大気圧との差圧に起因して上方直接支持部４１０に作用する力を相殺することが可能である。これにより、低負荷用ロードセル８１０に予期せぬ力がかかるのを防ぎ、より正確に単結晶１１０の重量Ｗ２を測定することができる。本実施形態は、気密容器２００内の気圧が変動する場合には特に有用である。固定環７１１，７１２，７２１，７２２の内径が一致していることによって、第１の上方筒体７１０の固定環７１１，７１２との接合部分の内径と、第２の上方筒体７２０の固定環７２１，７２２との接合部分の内径とが、一致した構成であることは、気圧差によって上方直接支持部４１０に作用する力をより小さくするのに好適である。
A second
図７〜図１０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、前記実施形態と同一または類似の要素には、前記実施形態と同一の符号を付している。 7 to 10 show other embodiments of the present invention. In these drawings, the same or similar elements as those of the above embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the above embodiment.
図７および図８は、本発明の第２実施形態に基づく単結晶製造装置を示している。本実施形態の単結晶製造装置１０２は、前述した単結晶製造装置１０１の構成に加えて、支持軸３２０、下方支持部５００、駆動機構６２０、第１の下方筒体７６０、第２の下方筒体７８０、第３の下方筒体７９０、下方配管７４２および下方ロードセル８３０を備えている。
7 and 8 show a single crystal manufacturing apparatus based on the second embodiment of the present invention. In addition to the configuration of the single
本実施形態における気密容器２００は、単結晶製造装置１０１における気密容器２００の構成に加えて、坩堝２２０を支持するための支持軸３２０を通すための開口部２１２を有する。なお、図７では、引上軸３１０に種結晶１１３が取り付けられ、坩堝２２０に原料１２１が投入された状態を示している。種結晶１１３は、あらかじめ定められた結晶方位を有する単結晶、たとえばサファイア単結晶である。
In addition to the configuration of the
支持軸３２０は、坩堝２２０を支持するためのものであり、本実施形態においては、その軸線方向Ｌ３２０が引上軸３１０の軸線方向Ｌ３１０と一致している。支持軸３２０のｚ方向における下端部には、フランジ３２１が設けられている。このフランジ３２１は、たとえばねじにより、後述する下方支持部５００の主板部５１１に固定されている。
The
下方支持部５００は、支持軸３２０を支持する部位であり、下方直接支持部５１０、下方間接支持部５３０および複数のばね４５２を具備している。
The
下方直接支持部５１０は、支持軸３２０を直接支持する部位であり、主板部５１１、連結部５１２および底板部５１３を有する。主板部５１１は、開口部５２１および複数の開口部５２２を有する。開口部５２１には、支持軸３２０が挿通されている。複数の開口部５２２は、たとえば開口部５２１を中心として同心円状に配置されている。連結部５１２は、主板部５１１からｚ方向に沿って下向きに延びる部位である。底板部５１３は、連結部５１２によって主板部５１１と連結されており、主板部５１１に対して平行な姿勢で、主板部５１１および支持軸３２０のｚ方向直下に配置されている。
The lower
下方間接支持部５３０は、下方直接支持部５１０および複数のばね４５２を介して支持軸３２０を支持する部位であり、主板部５３１、連結部５３２、底板部５３３、可動調整部５３４および複数のロッド５３６を有する。主板部５３１は、下方直接支持部５１０の主板部５１１に対して平行な姿勢でｚ方向上方に配置されている。主板部５３１には、開口部５４１が形成されている。開口部５４１には、支持軸３２０が挿通されている。主板部５３１は、駆動機構６２０に連結されている。これにより、下方支持部５００全体がｚ方向に移動可能となっている。
The lower
下方間接支持部５３０の複数のロッド５３６と下方直接支持部５１０の主板部５１１との間には、複数のばね４５２が配置されている。複数のばね４５２は、本発明で言う下方弾性体の一例に相当し、主板部５１１と主板部５３１とのｚ方向距離が増減することにより、弾性力を発揮する。本実施形態においては、複数のばね４５２は、支持軸３２０を中心として同心円状に配置されている。各ばね４５２には、ロッド５３６が挿通されている。ロッド５３６は、上端が主板部５３１の下面に固定されており、下端部分がフランジ状とされている。ばね４５２は、主板部５１１とロッド５３６の下端部分とに挟まれた格好となっている。各ロッド５３６は、主板部５１１の開口部５２２に挿通されている。
A plurality of
連結部５３２は、主板部５３１からｚ方向下向きに延びる部位である。底板部５３３は、連結部５３２によって主板部５３１に連結されており、下方直接支持部５１０の底板部５１３に対して平行な姿勢で底板部５１３のｚ方向直下に配置されている。底板部５３３には、厚さ方向に貫通する細孔５３５が形成されている。
The connecting
可動調整部５３４は、連結部５３２に対してｚ方向位置を調整可能に取り付けられた部位である。可動調整部５３４のｚ方向位置を調整するための機構としては、たとえばねじを用いた締結機構が挙げられる。可動調整部５３４は、ｚ方向において下方直接支持部５１０の底板部５１３の上方に配置されており、ｘ方向において底板部５１３の一部と重なっている。可動調整部５３４の下面には、下方ロードセル８３０が設けられている。下方ロードセル８３０は、可動調整部５３４と底板部５１３とに挟まれた格好となっており、本発明で言う下方重量検出手段に相当する。下方ロードセル８３０としては、圧縮型のロードセルが採用されている。下方ロードセル８３０の定格重量は、投入される原料１２１の総重量に相当する重量とされ、たとえば８０〜１００ｋｇ程度である。下方ロードセル８３０は、制御部８５０に接続されており、その検出信号が制御部８５０に送られる。
The
駆動機構６２０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６２１を備えている。駆動機構６２０は、基柱６６０に取り付けられている。可動部６２１は下方支持部５００に連結されている。駆動機構６２０は、制御部８５０に接続されており、制御部８５０によって昇降動作が制御される。なお、坩堝２２０を上下に移動させる必要が無い場合には、駆動機構６２０を用いずに下方支持部５００を直接に基柱６６０に固定しても構わない。
The
第１の下方筒体７６０は、たとえばベローズ型伸縮管であり、底板部５１３と底板部５３３との間に設けられている。第１の下方筒体７６０のｚ方向上端には固定環７６１が設けられており、底板部５１３の下面に気密を保つように固定されている。第１の下方筒体７６０のｚ方向下端には固定環７６２が設けられており、底板部５３３の上面に気密を保つように固定されている。第１の下方筒体７６０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。第１の下方筒体７６０の固定環７６１，７６２との接合部分においては、第１の下方筒体７６０の内径と固定環７６１，７６２の内径とが同一とされている。なお、第１の下方筒体７６０は、下方直接支持部５１０と下方間接支持部５３０とが相対動する分だけ伸縮可能であればよい。第１の下方筒体７６０の内部空間には、底板部５３３の細孔５３５が通じている。
The first
第２の下方筒体７８０は、たとえばベローズ型伸縮管であり、支持軸３２０を囲むように主板部５３１と主板部５１１の間に設けられている。第２の下方筒体７８０のｚ方向上端には固定環７８１が設けられており、主板部５３１の開口部５４１を囲み気密を保つように固定されている。第２の下方筒体７８０のｚ方向下端には固定環７８２が設けられており、主板部５１１の上面において開口部５２１を囲む位置に気密を保つように固定されている。この第２の下方筒体７８０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。第２の下方筒体７８０の固定環７８１，７８２との接合部分においては、第２の下方筒体７８０の内径と固定環７８１，７８２の内径とが同一とされている。なお、第２の下方筒体７８０は、下方直接支持部５１０と下方間接支持部５３０とが相対動する分だけ伸縮可能であればよい。また、第２の下方筒体７８０は、複数のばね４５２とともに、本発明で言う下方弾性体を構成するものであるといえる。ただし、本実施形態においては第２の下方筒体７８０は、気密性を確保することを主目的として設けられており、弾性力を積極的に発揮することは意図されていない。このため、第２の下方筒体７８０のばね定数は、複数のばね４５２のばね定数よりも顕著に小であり、本発明で言う下方弾性体に期待される機能は、ほとんどが複数のばね４５２によって果たされている。
The second lower
第３の下方筒体７９０は、たとえばベローズ型伸縮管であり、支持軸３２０を囲むように気密容器２００と主板部５３１との間に設けられている。第３の下方筒体７９０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。第３の下方筒体７９０は、第２の下方筒体７８０の内部空間と気密容器２００の内部空間とを通じさせるために設けられている。なお、第３の下方筒体７９０の伸縮幅は、駆動機構６２０が上下動する長さに応じて定められる。
The third
固定環７９１は、第３の下方筒体７９０の上端部に設けられており、気密容器２００の開口部２１２に気密を保つように固定されている。固定環７９２は、第３の下方筒体７９０の下端部に設けられており、主板部５３１の上面に気密を保つように固定されている。第３の下方筒体７９０の下端部に設けられる固定環７９２には半径方向に貫通し第３の下方筒体７９０の内部空間に繋がる細孔７９３が設けられている。この細孔７９３は下方配管７４２に接続されている。
The fixed
固定環７６１，７６２，７８１，７８２は、いずれも円環状であり、それらの内径は一致しているのが望ましい。これにより、第１の下方筒体７６０の固定環７６１，７６２との接合部分の内径と、第２の下方筒体７８０の固定環７８１，７８２との接合部分の内径とが、一致した構成となっている。
The fixed rings 761, 762, 781, 782 are all annular, and it is desirable that their inner diameters coincide. Accordingly, the inner diameter of the joint portion of the first
第２の下方筒体７８０および第３の下方筒体７９０の内部空間は外気から遮断されており、気密容器２００の内部空間と同じ気圧となる。下方配管７４２は、細孔７９３と細孔５３５との間を繋ぐように設けられている。この下方配管７４２により、第１の下方筒体７６０の内部空間の気圧は、第３の下方筒体７９０の内部空間の気圧と同じ、すなわち、気密容器２００内の気圧と同じとなる。
The internal spaces of the second
次に、単結晶製造装置１０２における下方ロードセル８３０を用いた重量検出について、以下に説明する。
Next, weight detection using the
まず、坩堝２２０を空の状態とする。このとき、複数のばね４５２および第２の下方筒体７８０には、坩堝２２０および支持軸３２０の重量が負荷されている。この状態から、可動調整部５３４を下降させ、下方ロードセル８３０を下方直接支持部５１０の底板部５１３に押し付ける。さらに可動調整部５３４を下降させることにより、複数のばね４５２を圧縮するとともに、第２の下方筒体７８０を伸長させる。これにより、複数のばね４５２および第２の下方筒体７８０の弾性力が増加する。この増加した弾性力は下方ロードセル８３０に作用する。下方ロードセル８３０の検出重量が、坩堝２２０に投入される原料１２１の重量となるまで、可動調整部５３４を下降させる。想定される原料１２１の重量は、たとえば８０〜１００ｋｇ程度である。
First, the
次いで、坩堝２２０への原料１２１の投入を開始する。投入された原料１２１の重量の分だけ、下方ロードセル８３０に作用する前記弾性力が減少する。そして、すべての原料１２１の投入が完了した時点では、下方ロードセル８３０の検出重量は、ほぼ０となる。
Next, the charging of the
次いで、抵抗加熱部２３０によって原料１２１を溶融させることにより、前述した実施形態で述べた原料融液１２０を生成する。次いで、引上軸３１０に取り付けた種結晶１１３を原料融液１２０に一旦漬けた後に、引上軸３１０の引き上げを開始する。これにより、単結晶１１０の成長が開始する。単結晶１１０の成長が進行するにつれ、原料融液１２０は減少する。この減少した原料融液１２０の重量、すなわち単結晶１１０の重量に相当する分だけ、下方ロードセル８３０の検出重量が増加する。そして、単結晶１１０の成長が完了すると、下方ロードセル８３０の検出重量は、単結晶１１０の完成重量とほぼ同じ重量となる。
Next, the
このような実施形態によれば、下方ロードセル８３０には、坩堝２２０や支持軸３２０の重量は作用しない。このため、原料１２１、原料融液１２０および単結晶１１０の重量をより正確に検出することができる。また、たとえば、単結晶１１０の成長過程において、予期しない現象により支持軸３２０に過大な荷重が作用しても、下方ロードセル８３０は下方直接支持部５１０の底板部５１３から離れる。したがって、下方ロードセル８３０の破損を防止することができる。
According to such an embodiment, the weight of the
前述した高負荷用ロードセル８２０に加えて、下方ロードセル８３０によって単結晶１１０の重量を検出することができる。この重量検出の二重化によって、単結晶１１０の重量をより正確に検出することができる。なお、本実施形態とは異なり、高負荷用ロードセル８２０を備えず、低負荷用ロードセル８１０および下方ロードセル８３０によって単結晶１１０の重量を検出する構成としてもよい。
In addition to the high
また、下方直接支持部５１０を第１の下方筒体７６０と第２の下方筒体７８０とによって挟む構成とすることにより、気密容器２００内の気圧が０．１ｋＰａ〜３ｋＰａ程度と大気圧よりも顕著に低い気圧とされた場合であっても、気密容器２００内の気圧と大気圧との差圧に起因して下方直接支持部５１０に作用する力を相殺することが可能である。これにより、下方ロードセル８３０に予期せぬ力がかかるのを防ぎ、より正確に単結晶１１０の重量を測定することができる。本実施形態は、気密容器２００内の気圧が変動する場合には特に有用である。固定環７６１，７６２，７８１，７８２の内径が一致していることによって、第１の下方筒体７６０の固定環７６１，７６２との接合部分の内径と、第２の下方筒体７８０の固定環７８１，７８２との接合部分の内径とが、一致した構成であることは、気圧差によって下方直接支持部５１０に作用する力をより小さくするのに好適である。
Further, by adopting a configuration in which the lower
図９および図１０は、本発明の第３実施形態に基づく単結晶製造装置を示している。本実施形態の単結晶製造装置１０３は、上述した単結晶製造装置１０２における第２の下方筒体７８０とは異なる構成とされた第２の下方筒体７７０が設けられており、その他の主たる構成は単結晶製造装置１０２と同様である。以下、単結晶製造装置１０３の単結晶製造装置１０２との異なる部分について説明を行う。
9 and 10 show a single crystal manufacturing apparatus based on the third embodiment of the present invention. The single
第２の下方筒体７７０は、たとえばベローズ型伸縮管であり、支持軸３２０を囲むように主板部５３１の開口部５４１に挿通されており、気密容器２００と主板部５１１との間に設けられている。第２の下方筒体７７０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２００内部の気密を保つように開口部２１２に固定されている。固定環７７２は、主板部５１１の開口部５２１を囲み、かつ気密を保つように主板部５１１に固定されている。第２の下方筒体７７０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。第２の下方筒体７７０の固定環７７１，７７２との接合部分においては、第２の下方筒体７７０の内径と固定環７７１，７７２の内径とが同一とされている。なお、第２の下方筒体７７０の伸縮幅は、駆動機構６２０が上下動する長さに応じて定められる。駆動機構６２０を用いずに下方支持部５００を直接基柱６６０に固定する場合には、伸縮量はより小さくてよい。
The second lower
固定環７６１，７６２，７７１，７７２は、いずれも円環状であり、それらの内径は一致しているのが望ましい。これにより、第１の下方筒体７６０の固定環７６１，７６２との接合部分の内径と、第２の下方筒体７７０の固定環７７１，７７２との接合部分の内径とが、一致した構成となっている。
The fixed rings 761, 762, 771, 772 are all annular and their inner diameters are preferably the same. Accordingly, the inner diameter of the joint portion of the first
第２の下方筒体７７０の下部に固定される固定環７７２には、半径方向に貫通する細孔７７３が設けられている。この細孔７７３は、第２の下方筒体７７０の内部空間に通じており、下方配管７４２に接続されている。
A fixed
下方配管７４２は、細孔７７３と細孔５３５との間を繋ぐように設けられている。この下方配管７４２により、第１の下方筒体７６０の内部空間の気圧は、第２の下方筒体７７０の内部空間の気圧と同じ、すなわち、気密容器２００内の気圧と同じとなる。
The
このような実施形態によっても、下方ロードセル８３０によって、単結晶１１０の重量をより正確に検出することができる。また、下方ロードセル８３０の破損を防止することが可能である。また、気密容器２００内の気圧と大気圧との差圧に起因して下方ロードセル８３０に予期せぬ力がかかるのを防ぎ、より正確に単結晶１１０の重量を測定することができる。また、高負荷用ロードセル８２０を備えず、低負荷用ロードセル８１０および下方ロードセル８３０によって単結晶１１０の重量を検出する構成としてもよい。
Even in such an embodiment, the weight of the
本発明に係る単結晶製造装置は、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製造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。 The single crystal manufacturing apparatus according to the present invention is not limited to the above-described embodiment. The specific configuration of each part of the single crystal manufacturing apparatus according to the present invention can be varied in design in various ways.
本発明で言う上方弾性体としては、上方直接支持部および下方直接支持部に上下から挟まれた複数のばねが好適な構成であるが、これに限定されない。たとえば、水平方向に離間した上方直接支持部および下方直接支持部に連結された板ばねまたはゴムによって上方弾性体を構成してもよい。このような構成であっても、上方直接支持部と下方直接支持部とが上下方向に相対動すると、前記板ばねには曲げ変形による弾性力が生じ、前記ゴムにはせん断変形による弾性力が生じる。これらの弾性力を利用して、本発明が意図する効果を奏することができる。下方弾性体についても同様に、複数のばねに限定されず、板ばねまたはゴムなどによって構成してもよい。 As the upper elastic body referred to in the present invention, a plurality of springs sandwiched from above and below by the upper direct support portion and the lower direct support portion are suitable, but the upper elastic body is not limited thereto. For example, the upper elastic body may be constituted by a leaf spring or rubber connected to the upper direct support portion and the lower direct support portion that are spaced apart in the horizontal direction. Even in such a configuration, when the upper direct support portion and the lower direct support portion move relative to each other in the vertical direction, an elastic force due to bending deformation is generated in the leaf spring, and an elastic force due to shear deformation is generated in the rubber. Arise. By utilizing these elastic forces, the effects intended by the present invention can be achieved. Similarly, the lower elastic body is not limited to a plurality of springs, and may be constituted by a leaf spring or rubber.
１０１，１０２，１０３ 単結晶製造装置
１１０ 単結晶
１２１ 原料
２００ 気密容器
２２０ 坩堝
３１０ 引上軸
３２０ 支持軸
４００ 上方支持部
４１０ 上方直接支持部
４３０ 上方間接支持部
４５１ ばね（上方弾性体）
４５２ ばね（下方弾性体）
５００ 下方支持部
５１０ 下方直接支持部
５３０ 下方間接支持部
７１０ 第１の上方筒体
７２０ 第２の上方筒体
７６０ 第１の下方筒体
７７０，７８０ 第２の下方筒体
７４１ 上方配管
７４２ 下方配管
８００ 上方重量検出手段
８１０ 低負荷用ロードセル（第１検出部）
８２０ 高負荷用ロードセル（第２検出部）
８３０ 坩堝用ロードセル（下方重量検出手段）
101, 102, 103 Single
452 Spring (lower elastic body)
500
820 Load cell for high load (second detector)
830 crucible load cell (lower weight detection means)
Claims (5)
前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、
前記引上軸を支持する上方支持部と、
少なくとも前記引上軸に保持された前記単結晶の重量を検出する上方重量検出手段と、を具備し、
前記上方支持部を前記引上軸の軸線方向に沿って移動させることにより前記単結晶の引き上げを行う単結晶製造装置であって、
前記上方支持部は、前記引上軸を直接支持する上方直接支持部と、一端が前記上方直接支持部に取り付けられた上方弾性体と、前記上方弾性体の他端が取り付けられており、前記上方弾性体を介して前記引上軸の重量を負担する上方間接支持部と、を有しており、
前記上方重量検出手段は、前記上方直接支持部と前記上方間接支持部との間に介在し、前記上方直接支持部が前記上方間接支持部に対して下降すると小となる圧縮力を検出する第１検出部を有し、
前記第１検出部が初期重量を検出し、かつ前記上方弾性体が前記初期重量および前記引上軸の重量を負担した状態で、前記単結晶を成長させるべく前記引上軸の引き上げを開始することを特徴とする、単結晶製造装置。 An airtight container,
A pulling shaft for pulling up the single crystal grown in the airtight container;
An upper support for supporting the pulling shaft;
An upper weight detecting means for detecting the weight of the single crystal held on at least the pull-up shaft,
A single crystal manufacturing apparatus for pulling up the single crystal by moving the upper support portion along the axial direction of the pull-up shaft;
The upper support part includes an upper direct support part that directly supports the pull-up shaft, an upper elastic body having one end attached to the upper direct support part, and the other end of the upper elastic body, An upper indirect support portion that bears the weight of the pull-up shaft via an upper elastic body,
The upper weight detecting means is interposed between the upper direct support portion and the upper indirect support portion, and detects a compressive force that becomes small when the upper direct support portion is lowered with respect to the upper indirect support portion. 1 detection unit,
In the state where the first detector detects the initial weight and the upper elastic body bears the initial weight and the weight of the pulling shaft, the pulling up of the pulling shaft is started to grow the single crystal. An apparatus for producing a single crystal characterized by the above.
前記引上軸を囲むように構成され、前記引上軸の軸線方向に伸縮可能であり、前記引上軸の軸線方向における上端が前記上方直接支持部に固定されるとともに、内部空間が気密されており、かつ前記気密容器の内部空間と通ずる第２の上方筒体と、
前記第１の上方筒体と前記第２の上方筒体とを連結する上方配管と、を備えている、請求項１または２に記載の単結晶製造装置。 A first upper cylinder that is provided between the upper direct support portion and the upper indirect support portion, is extendable in the axial direction of the pull-up shaft, and has an internal space hermetically sealed;
It is configured to surround the pull-up shaft, and can be expanded and contracted in the axial direction of the pull-up shaft. The upper end of the pull-up shaft in the axial direction is fixed to the upper direct support portion, and the internal space is hermetically sealed. And a second upper cylinder that communicates with the internal space of the hermetic container;
The single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising an upper pipe that connects the first upper cylindrical body and the second upper cylindrical body.
前記坩堝を支持する支持軸と、
前記支持軸を介して前記坩堝を支持する下方支持部と、
前記坩堝の重量を検出する下方重量検出手段と、をさらに備えており、
前記下方支持部は、前記支持軸を直接支持する下方直接支持部と、一端が前記下方直接支持部に取り付けられた下方弾性体と、前記下方弾性体の他端が取り付けられており、前記下方弾性体を介して前記支持軸および前記坩堝の重量を負担する下方間接支持部と、を有しており、
前記下方重量検出手段は、前記下方直接支持部と前記下方間接支持部との間に介在し、前記下方直接支持部が前記下方間接支持部に対して下降すると小となる圧縮力を検出し、
前記坩堝に原料が投入されていない状態で前記下方重量検出手段が所定の投入原料重量を検出し、かつ前記下方弾性体が前記投入原料重量と前記坩堝および前記支持軸の重量とを負担した状態で、前記原料の投入を開始する、請求項１ないし３のいずれかに記載の単結晶製造装置。 A crucible housed in the hermetic container and housing the raw material of the single crystal;
A support shaft for supporting the crucible;
A lower support part for supporting the crucible via the support shaft;
Further comprising a lower weight detection means for detecting the weight of the crucible,
The lower support portion includes a lower direct support portion that directly supports the support shaft, a lower elastic body having one end attached to the lower direct support portion, and the other end of the lower elastic body. A lower indirect support portion that bears the weight of the support shaft and the crucible via an elastic body,
The lower weight detecting means is interposed between the lower direct support portion and the lower indirect support portion, and detects a compressive force that becomes small when the lower direct support portion is lowered with respect to the lower indirect support portion,
A state in which the lower weight detecting means detects a predetermined input raw material weight while the raw material is not input to the crucible, and the lower elastic body bears the input raw material weight and the weight of the crucible and the support shaft. The single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, wherein charging of the raw material is started.
前記支持軸を囲むように構成され、前記支持軸の軸線方向に伸縮可能であり、前記支持軸の軸線方向における下端が前記下方直接支持部に固定されるとともに、内部空間が気密されており、かつ前記気密容器の内部空間と通ずる第２の下方筒体と、
前記第１の下方筒体と前記第２の下方筒体とを連結する下方配管と、を備えている、請求項４に記載の単結晶製造装置。 A first lower cylindrical body provided between the lower direct support portion and the lower indirect support portion, capable of expanding and contracting in an axial direction of the support shaft, and having an internal space hermetically sealed;
It is configured to surround the support shaft, is extendable in the axial direction of the support shaft, the lower end in the axial direction of the support shaft is fixed to the lower direct support portion, and the internal space is airtight, And a second lower cylindrical body communicating with the internal space of the airtight container;
The single crystal manufacturing apparatus according to claim 4, further comprising a lower pipe that connects the first lower cylindrical body and the second lower cylindrical body.
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|---|---|---|---|---|
| CN104451866A (en) * | 2015-01-07 | 2015-03-25 | 杭州晶一智能科技有限公司 | Weighing self-unloading device of kyropoulos method sapphire automatic crystal growth equipment |
| KR101616463B1 (en) | 2013-12-23 | 2016-05-02 | 주식회사 엘지실트론 | Apparatus for growing a sapphire single crystal ingot |
| CN112831831A (en) * | 2021-01-08 | 2021-05-25 | 浙江旭盛电子有限公司 | Seeding device and seeding method for producing czochralski silicon |
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| CN117888196A (en) * | 2023-12-29 | 2024-04-16 | 连城凯克斯科技有限公司 | Continuous feeding device of photovoltaic single crystal furnace |
-
2012
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