(57)【要約】【課題】金属や酸化物など種々の無機材料単結晶をＦＺ法で育成する単結晶成長装置において、原料棒の取り付け及び調芯を容易に短時間で行えるようにし、作業能率を向上させる。【解決手段】上部回転軸５１の軸芯Ｏに対して調芯可能に取り付けたスライド軸１と、スライド軸１に揺動自在に吊り下げた吊下軸２と、スライド軸１の回転を吊下軸２に伝達する回転伝達スプリング３と、吊下軸２に原料棒５３を鉛直方向に向けて取り付ける原料棒ホルダー４とを備え、原料棒ホルダー４で原料棒５３の傾きを、スライド軸１で原料棒５３の上部回転軸５１の軸芯Ｏに対するずれをそれぞれ独立に調整する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部回転軸の軸芯に対して調芯可能に取り付けたスライド軸と、スライド軸に揺動自在に吊り下げた吊下軸と、スライド軸の回転を吊下軸に伝達する回転伝達部材と、吊下軸に原料棒を鉛直方向に向けて取り付ける原料棒ホルダーとを備えた単結晶成長装置の原料棒保持装置。
【請求項２】
回転伝達部材がスプリングである請求項１記載の単結晶成長装置の原料棒保持装置。
【請求項３】
吊下軸が揺動したとき吊下軸を上部回転軸の軸芯に戻す軸芯復帰部材を有する請求項１又は２記載の単結晶成長装置の原料棒保持装置。
【請求項４】
軸芯復帰部材がスプリングである請求項３記載の単結晶成長装置の原料棒保持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属や酸化物など種々の無機材料単結晶をフローティングゾーン法（以下ＦＺ法という）で育成する単結晶成長装置の原料棒保持装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
単結晶をＦＺ法で成長させる場合、図５に示すように、上部回転軸５１の吊り下げ具５２で原料棒５３を石英管５４内に吊り下げ、下部回転軸５５に固定された種結晶支持棒５６に種結晶５７を白金線６２で取り付ける。
石英管５４の外側には、ハロゲンランプ５８等の光源を備えた回転楕円体の反射鏡５９が設けられており、石英管５４の中央部に赤外線６０を集中させて原料棒５４を溶融し、種結晶５７上に単結晶を成長させる（特許文献１参照）。
【０００３】
単結晶をＦＺ法で成長させるとき、原料棒５３を吊り下げている上部回転軸５１と種結晶５７を取り付けている下部回転軸５５の下方への移動速度は任意の速度で制御するとともに、加熱温度を制御しながら種結晶上に成長した単結晶と原料棒５３とが溶融帯を介して接続されるようにする。溶融帯内で単結晶の先端と原料棒５３の先端とが接触すると、揺動によって溶融帯を形成する融液が脱落し単結晶の成長が阻害されるため、速やかに離す必要がある。
【０００４】
そこで、原料棒５３の揺れを目視観察またはカメラで感知し、揺れが設定値を超えた場合には移動速度、あるいは加熱温度の変更等を行うような制御を行っている。
原料棒５３の保持にはこのように外力が加わった場合に揺動する機能が必要であるが、それとは逆に単結晶成長時、軸回転に伴う原料棒の芯振れは溶融帯の維持を困難にするため、原料棒５３は揺動が起きても速やかに元に戻る保持機構で保持しなければならない。
これらを満足させる方法として、従来は原料棒５３を吊り下げ具５２に白金線６１で吊り下げていた。
【０００５】
【特許文献１】
特公平５−３４３１８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＦＺ法で単結晶の育成を行うためには、原料からのアプローチとして原料棒５３をできるかぎり左右対称に成形することが重要であるが、原料棒５３取り付け時において白金線６１で吊り下げた原料棒５３が回転状態で鉛直方向を向いていること、回転軸に対して振れが生じないことが必要であり、このための調整は、原料棒５３を吊り下げた白金線６１を変形させることにより行っていた。
【０００７】
しかし、この調整は白金線６１の微妙な変形だけで行わねばならないので、熟練を要する難しい作業であり、作業者の経験に大きく依存し、また、その調整に時間を要する。
本発明は、単結晶をＦＺ法で育成する単結晶成長装置における上記問題を解決するものであって、原料棒の取り付け及び調芯を容易に短時間で行うことができ、作業能率を向上させることのできる単結晶成長装置の原料棒保持装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の単結晶成長装置の原料棒保持装置は、上部回転軸の軸芯に対して調芯可能に取り付けたスライド軸と、スライド軸に揺動自在に吊り下げた吊下軸と、スライド軸の回転を吊下軸に伝達する回転伝達部材と、吊下軸に原料棒を鉛直方向に向けて取り付ける原料棒ホルダーとを備えている。
この単結晶成長装置の原料棒保持装置は、原料棒ホルダーで原料棒の傾きを、スライド軸で原料棒の上部回転軸の軸芯に対するずれをそれぞれ独立に調整できるので、原料棒の取り付け及び調芯を容易に短時間で行うことができる。
【０００９】
スライド軸の回転を吊下軸に伝達する回転伝達部材をスプリングとすれば、スライド軸の回転を吊下軸に伝達することができるとともに、揺動も可能となる。
吊下軸が揺動したとき吊下軸を上部回転軸の軸芯に戻す軸芯復帰部材が有れば、原料棒に揺れが生じても吊下軸を上部回転軸の軸芯に戻すことができる。
軸芯復帰部材がスプリングであれば、原料棒に揺れが生じたとき、スプリングの力により吊下軸を上部回転軸の軸芯に戻すことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態を示す単結晶成長装置の原料棒保持装置の構成図、図２はスライド軸の支持ケースと吊下軸の揺動部材の構成を示す部分拡大断面図、図３は原料棒ホルダーの構成を示す部分拡大断面図、図４は図１のＣ−Ｃ線断面図である。
この原料棒保持装置は、上部回転軸５１の軸芯Ｏに対して調芯可能に取り付けたスライド軸１と、スライド軸１に揺動自在に吊り下げた吊下軸２と、スライド軸１の回転を吊下軸２に伝達するための回転伝達スプリング３と、吊下軸２に原料棒５３を鉛直方向に向けて取り付ける原料棒ホルダー４とを備えており、図５に示す従来の単結晶成長装置の吊り下げ具５２に代えて上部回転軸５１に連結され、原料棒５３を保持するために使用される。
【００１１】
スライド軸１の上部にはスライドプレート５が形成されており、このスライドプレート５が上部回転軸５１の下端に固定されたスライドケース６内にスライド可能に収容されていて、スライドプレート５を前後左右にスライドさせることによりスライド軸１を上部回転軸５１の軸芯Ｏに対して調芯することができる。スライドプレート５は押さえスプリング７と押さえプレート８とでスライドケース６の底面に押し付けられ、摩擦力により調芯位置に保持され、上部回転軸５１から回転が伝達される。
【００１２】
スライド軸１の下部には吊下軸２を支持するための支持ケース９が設けられている。支持ケース９は円筒状で、中央部に吊下軸２上部の揺動部材１０を揺動自在に支持する支持部材１１を備えている。支持部材１１が揺動部材１０を支持する支持接触点Ｐと同一水平面上には回転伝達スプリング３が配置され、揺動部材１０を支持ケース９の側方から中心側に押し付け、揺動部材１０に回転を伝達する。回転伝達スプリング３はスクリュー１２で適宜押し付け力を調整することができる。
【００１３】
揺動部材１０の上端と支持ケース９との間には、揺動部材１０を支持接触点Ｐ側へ押し下げ、確実に接触させる接触保持スプリングリング１３が設けられている。また、支持ケース９の下部には吊下軸２が揺動したとき吊下軸２を支持ケース９の側方から中心側に押し付け、上部回転軸５１の軸芯Ｏに戻すための軸芯復帰スプリング１４とガイド１５が設けられている。軸芯復帰スプリング１４は、スクリュー１６で適宜押し付け力を調整することができる。
【００１４】
吊下軸２の下部には、原料棒ホルダー４が取り付けられている。
原料棒ホルダー４は、その下端部に原料棒５３の上端部を保持し、取付ボルト１７と取付ナット１８とで固定する原料棒保持部１９が設けられている。
原料棒ホルダー４の上部は、原料棒５３の鉛直方向の芯合わせの際の角度調整が可能なように、球面ナット２０、球面ワッシャ２１、及び調整ナット２２で吊下軸２に連結されている。
【００１５】
この原料棒保持装置に原料棒５３を取り付け、調整する場合の作業は次のようにして行う。
まず、調整ナット２２を弛めた状態で原料棒５３を原料棒保持部１９に取り付け、上部回転軸５１をゆっくり回転させる。鉛直指示器４１を原料棒５３の近くに設置し、原料棒５３の鉛直度を確認し、鉛直でない場合には上部回転軸５１の回転を止めて球面ナット２０及び球面ワッシャ２１の接触面を動かすことにより、原料棒５３が鉛直になるように調整する。同様に原料棒５３を回転させながら原料棒５３の全周での鉛直度を出す。
【００１６】
原料棒５３の鉛直度が出ていることが確認された後、調整ナット２２を固定し、再び原料棒５３をゆっくり回転させながら鉛直指示器４１と原料棒５３間の隙間の距離の最大値と最小値を測定する。鉛直指示器４１と原料棒５３間の隙間が最小となる位置で回転を止め、鉛直指示器４１から原料棒５３の中心方向へ、最大値と最小値の差の１／２の距離だけスライド軸１を移動させることにより調芯を行う。
【００１７】
従来は原料棒５３を白金線６１で吊り下げ、白金線６１を変形することにより調芯を行っていたので自由度が大きく、回転時の芯振れをなくすように調整するには熟練を要し、調整に時間を要していた。また、単結晶育成時、溶融帯内で単結晶先端と原料棒５３の先端とが接触した際に原料棒５３が揺れても強制的に元の位置に戻す機構がないため白金線６１が変形し芯振れを起こし易かった。
【００１８】
しかし、この単結晶成長装置の原料棒保持装置は、原料棒ホルダー４で原料棒５３の傾きを、スライド軸１で原料棒５３の上部回転軸５１の軸芯Ｏに対するずれをそれぞれ独立に調整できるので、原料棒５３の取り付け及び調芯を容易に短時間で行うことができる。
そして、ＦＺ法で単結晶の育成を行うとき、原料棒５３は回転状態で鉛直方向に保持され、回転軸に対して振れを生じない。種結晶５７上に成長した単結晶と原料棒５３とが接触して原料棒５３に揺れが生じても、軸芯復帰スプリング１４で吊下軸２を上部回転軸５１の軸芯Ｏに戻すことができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の単結晶成長装置の原料棒保持装置は、ＦＺ法で単結晶を育成するとき、原料棒の取り付け及び調芯を容易に短時間で行うことができ、作業能率と単結晶の品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す単結晶成長装置の原料棒保持装置の構成図である。
【図２】スライド軸の支持ケースと吊下軸の揺動部材の構成を示す部分拡大断面図である。
【図３】原料棒ホルダーの構成を示す部分拡大断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】従来の単結晶成長装置の概要構成図である。
【符号の説明】
１      スライド軸
２      吊下軸
３      回転伝達スプリング
４      原料棒ホルダー
５      スライドプレート
６      スライドケース
７      押さえスプリング
８      押さえプレート
９      支持ケース
１０    揺動部材
１１    支持部材
１２    スクリュー
１３    接触保持スプリング
１４    軸芯復帰スプリング
１５    ガイド
１６    スクリュー
１９    原料棒保持部
２０    球面ナット
２１    球面ワッシャ
２２    調整ナット
４１    鉛直指示器
５１    上部回転軸
５３    原料棒
Ｏ      軸芯
Ｐ      支持接触点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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