(57)【要約】【課題】低速引上時のワイヤの速度の精度を向上させることにより、単結晶成長中の欠陥を確実に抑制することにある。【解決手段】巻取ドラム３１を回転駆動する第１モータ３２から巻取ドラム３１に回転を伝達する回転軸の一部として設けられ、第１モータ３２に比して低速領域で回転速度の精度に優れた第２モータ３３の回転を制御することによって、第２モータ３３における巻取ドラム３１側への出力軸３３ｂと一体的に回転する回転系の低速回転領域における回転微速度制御による低速度引上を実現するように構成している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
融液から単結晶を引き上げるワイヤの速度を、当該ワイヤを巻回する巻取ドラムの回転速度によって制御する単結晶引上ワイヤの速度制御方法であって、
上記巻取ドラムを回転駆動する第１モータから上記巻取ドラムに回転を伝達する回転軸の一部として設けられ、上記第１モータに比して低速領域で回転速度の精度に優れた第２モータを制御することによって、当該第２モータの上記巻取ドラム側への出力軸と一体的に回転する回転系の低速回転領域における回転微速度制御による低速度引上を実現することを特徴とする単結晶引上ワイヤの速度制御方法。
【請求項２】
融液から単結晶を引き上げるワイヤの速度を、当該ワイヤを巻回する巻取ドラムの回転速度によって制御する単結晶引上ワイヤの速度制御方法であって、
上記巻取ドラムを回転駆動する第１モータから上記巻取ドラムに回転を伝達する回転軸の一部として設けられ、上記第１モータに比して低速領域で回転速度の精度に優れた第２モータを制御することによって、上記巻取ドラムと一体的に回転する回転系の低速回転領域における回転微速度制御による低速度引上を実現することを特徴とする単結晶引上ワイヤの速度制御方法。
【請求項３】
上記単結晶の外径を目標外径に近似させるべく設定された上記ワイヤの目標引上速度を上記回転系の回転速度に換算して目標回転速度とし、上記回転系の回転速度に換算した回転速度が上記目標回転速度より高くかつ回転速度の精度に優れた安定回転領域で上記第１モータを回転制御するとともに、上記第１モータによる上記回転系の回転方向とは逆方向に上記第２モータを回転制御することにより上記回転系の回転速度を上記目標回転速度に近似させることを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶引上ワイヤの速度制御方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の単結晶引上ワイヤの速度制御方法を用いた単結晶引上工程を有することを特徴とする単結晶の製造方法。
【請求項５】
融液から単結晶を引き上げるワイヤの速度を、当該ワイヤを巻回する巻取ドラムの回転速度によって制御する単結晶引上ワイヤの速度制御装置であって、
上記巻取ドラムを回転駆動する第１モータと、
この第１モータから上記巻取ドラムに回転を伝達する回転軸の一部として設けられ、上記第１モータに比して低速領域で回転速度の精度に優れた第２モータと、
この第２モータにおける巻取ドラム側への出力軸と一体的に回転する回転系の回転速度の変動を低減すべく、上記第２モータの回転を制御する制御装置とを備えていることを特徴とする単結晶引上ワイヤの速度制御装置。
【請求項６】
融液から単結晶を引き上げるワイヤの速度を、当該ワイヤを巻回する巻取ドラムの回転速度によって制御する単結晶引上ワイヤの速度制御装置であって、
上記巻取ドラムを回転駆動する第１モータと、
この第１モータから上記巻取ドラムに回転を伝達する回転軸の一部として設けられ、上記第１モータに比して低速領域で回転速度の精度に優れた第２モータと、
上記巻取ドラムと一体的に回転する回転系の回転速度の変動を低減すべく、上記第２モータの回転を制御する制御装置とを備えていることを特徴とする単結晶引上ワイヤの速度制御装置。
【請求項７】
上記制御装置は、
上記単結晶の外径を検出するセンサと、
このセンサで検知された上記単結晶の外径を目標外径に近似させるべく設定される上記ワイヤの目標引上速度を演算するとともに、この目標引上速度を上記回転系の回転速度に換算することによって当該回転系の目標回転速度を演算する演算手段と、
上記回転系の回転速度に換算した回転速度が上記目標回転速度より高くかつ回転速度の精度に優れた安定回転領域で上記第１モータを回転制御するとともに、上記第１モータによる上記回転系の回転方向とは逆方向に上記第２モータを回転制御することにより上記回転系の回転速度を上記目標回転速度に近似させるモータ制御手段とを備えていることを特徴とする請求項５または６に記載の単結晶引上ワイヤの速度制御装置。
【請求項８】
上記第２モータは、上記回転系に作用する負荷によるスリップ動作を防止するブレーキ機構を備えていることを特徴とする請求項５〜７に記載の単結晶引上ワイヤの速度制御装置。
【請求項９】
請求項５〜８の何れかに記載の単結晶引上ワイヤの速度制御装置を用いて製造したことを特徴とする単結晶。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チョクラルスキー法を用いて坩堝内に収納された融液から単結晶を引き上げる単結晶引上ワイヤの速度制御方法、単結晶の製造方法、単結晶引上ワイヤの速度制御装置および単結晶に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の単結晶引上ワイヤの速度制御方法としては、チョクラルスキー法（ＣＺ法）を用いて坩堝内に収納されたシリコンの融液から単結晶をワイヤで引き上げる際に、ワイヤの引き上げ速度を制御することによって、単結晶の外径を一定に維持する方法が知られている（例えば、特許文献１）。
この場合、ワイヤは、巻取ドラムから吊り下げられた状態で坩堝と逆方向に回転しながら、巻取ドラムによって巻き取られることにより、その下端部に設けた種結晶を介して単結晶を育成する。
【０００３】
巻取ドラムは通常モータによって回転駆動されるようになっており、例えば巻取ドラムとモータとの間には高速、低速の二段切り換えの変速機が設けられている。
このためワイヤは、高速昇降（例えば５０〜１２００ｍｍ／ｍｉｎ）および低速昇降（例えば０〜１０ｍｍ／ｍｉｎ）が可能であり、高速昇降を利用して、種結晶の位地決め等を効率的に行うことができるとともに、低速昇降を利用して、単結晶の外径を一定に維持すべく、当該単結晶を低速で引き上げることができるようになっている。
【０００４】
近年、単結晶成長中の欠陥を抑制するため、単結晶を引き上げる速度をより低速化することが要求されてきている（例えば、特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０１−３１７１９１号公報
【特許文献２】
特許第２７４５０９４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のワイヤの速度制御方法においては、低速昇降に切り換えることによって、ワイヤの最大昇降速度を１０ｍｍ／ｍｉｎに設定した場合でも、モータによる速度制御可能な最低速度は最大速度の１／１００程度であることから、例えば０．１ｍｍ／ｍｉｎ以下の速度で制御した場合、ワイヤの移動が間欠的になるおそれがある。
【０００７】
このため、ワイヤの引上速度を単に低下させるだけでは、その引上速度の変動が大きくなることから、単結晶成長中の欠陥を十分に抑制することができないという問題があった。
【０００８】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、低速引上時のワイヤの巻取速度の精度を向上させることにより、単結晶成長中の欠陥を確実に抑制することのできる単結晶引上ワイヤの速度制御方法および装置を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の単結晶引上ワイヤの速度制御方法は、融液から単結晶を引き上げるワイヤの速度を、当該ワイヤを巻回する巻取ドラムの回転速度によって制御する単結晶引上ワイヤの速度制御方法であって、上記巻取ドラムを回転駆動する第１モータから上記巻取ドラムに回転を伝達する回転軸の一部として設けられ、上記第１モータに比して低速領域で回転速度の精度に優れた第２モータを制御することによって、当該第２モータの上記巻取ドラム側への出力軸と一体的に回転する回転系の低速回転領域における回転微速度制御による低速度引上を実現することを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の単結晶引上ワイヤの速度制御方法は、融液から単結晶を引き上げるワイヤの速度を、当該ワイヤを巻回する巻取ドラムの回転速度によって制御する単結晶引上ワイヤの速度制御方法であって、上記巻取ドラムを回転駆動する第１モータから上記巻取ドラムに回転を伝達する回転軸の一部として設けられ、上記第１モータに比して低速領域で回転速度の精度に優れた第２モータを制御することによって、上記巻取ドラムと一体的に回転する回転系の低速回転領域における回転微速度制御による低速度引上を実現することを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の単結晶引上ワイヤの速度制御方法は、請求項１または２に記載の発明において、上記単結晶の外径を目標外径に近似させるべく設定された上記ワイヤの目標引上速度を上記回転系の回転速度に換算して目標回転速度とし、上記回転系の回転速度に換算した回転速度が上記目標回転速度より高くかつ回転速度の精度に優れた安定回転領域（トルク特性の良い領域）で上記第１モータを回転制御するとともに、上記第１モータによる上記回転系の回転方向とは逆方向に上記第２モータを回転制御することにより上記回転系の回転速度を上記目標回転速度に近似させることを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載の単結晶の製造方法は、請求項１〜３の何れかに記載の単結晶引上ワイヤの速度制御方法を用いた単結晶引上工程を有することを特徴としている。
【００１３】
請求項５に記載の単結晶引上ワイヤの速度制御装置は、融液から単結晶を引き上げるワイヤの速度を、当該ワイヤを巻回する巻取ドラムの回転速度によって制御する単結晶引上ワイヤの速度制御装置であって、上記巻取ドラムを回転駆動する第１モータと、この第１モータから上記巻取ドラムに回転を伝達する回転軸の一部として設けられ、上記第１モータに比して低速領域で回転速度の精度に優れた第２モータと、この第２モータにおける巻取ドラム側への出力軸と一体的に回転する回転系の回転速度の変動を低減すべく、上記第２モータの回転を制御する制御装置とを備えていることを特徴としている。
【００１４】
請求項６に記載の単結晶引上ワイヤの速度制御装置は、融液から単結晶を引き上げるワイヤの速度を、当該ワイヤを巻回する巻取ドラムの回転速度によって制御する単結晶引上ワイヤの速度制御装置であって、上記巻取ドラムを回転駆動する第１モータと、この第１モータから上記巻取ドラムに回転を伝達する回転軸の一部として設けられ、上記第１モータに比して低速領域で回転速度の精度に優れた第２モータと、上記巻取ドラムと一体的に回転する回転系の回転速度の変動を低減すべく、上記第２モータの回転を制御する制御装置とを備えていることを特徴としている。
【００１５】
請求項７に記載の単結晶引上ワイヤの速度制御装置は、請求項５または６に記載の発明において、上記制御装置は、上記単結晶の外径を検出するセンサと、このセンサで検知された上記単結晶の外径を目標外径に近似させるべく設定される上記ワイヤの目標引上速度を演算するとともに、この目標引上速度を上記回転系の回転速度に換算することによって当該回転系の目標回転速度を演算する演算手段と、上記回転系の回転速度に換算した回転速度が上記目標回転速度より高くかつ回転速度の精度に優れた安定回転領域（トルク特性の良い領域）で上記第１モータを回転制御するとともに、上記第１モータによる上記回転系の回転方向とは逆方向に上記第２モータを回転制御することにより上記回転系の回転速度を上記目標回転速度に近似させるモータ制御手段とを備えていることを特徴としている。
すなわち、第１モータの引上速度領域を、第１モータのトルク特性の良い安定引上速度（安定回転領域）に設定し、第２モータは第１モータと逆方向動作させることができ、正確な差動動作によって、低速度引上における安定引上を実現するものである。
【００１６】
請求項８に記載の単結晶引上ワイヤの速度制御装置は、請求項５〜７の何れかに記載の発明において、上記第２モータは、上記回転系に作用する負荷によるスリップ動作を防止するブレーキ機構を備えていることを特徴としている。
【００１７】
請求項９に記載の単結晶は、請求項５〜８の何れかに記載の単結晶引上ワイヤの速度制御装置を用いて製造したことを特徴としている。
【００１８】
請求項１および５に記載の発明においては、第１モータから出力される回転が第２モータを介して巻取ドラムに伝達されることになる。このため、第１モータの回転速度を下げることによって、巻取ドラムの回転速度が低下し、ワイヤによる単結晶の引上速度が低下することになる。ただし、第１モータの制御可能な回転速度は通常最大回転速度の約１／１００であることから、当該第１モータの回転速度が所定の速度以下に低下すると、その速度の変動が大きくなって、巻取ドラムの回転速度の精度が低下することになる。
【００１９】
このため、第１モータの回転速度を精度の高い所定の回転速度の水準（トルク特性の良い領域）に維持しておき、低速領域で精度の高い第２モータを逆転制御することにより回転速度を下げてから、巻取ドラム側に出力することによって、当該巻取ドラムを精度の高い微小回転速度で駆動することができる。これにより、低速引上時のワイヤの速度の精度を向上させることができる。
【００２０】
したがって、単結晶を低速で、安定かつ精度よく引き上げることができるので、単結晶成長中の欠陥を確実に抑制すること、また結晶欠陥のない結晶を再現性良く育成することができる。すなわち、無欠陥領域を得るマージン改善を図ることができる。
【００２１】
請求項２および６に記載の発明においては、第２モータの回転を制御することによって、巻取ドラムと一体的に回転する回転系の低回転領域における回転速度の変動を低減することができるので、低速領域における巻取ドラムの回転速度の精度をより直接的に向上させることができる。したがって、単結晶成長中の欠陥をより確実に抑制することができる。
【００２２】
請求項３および７に記載の発明においては、目標外径に近似させるべくワイヤの目標引上速度を設定し、この目標引上速度が回転系の目標回転速度に変換され、回転系の回転速度に換算した回転速度が目標回転速度より高くかつ回転速度の精度に優れた安定回転領域で第１モータを回転制御するとともに、第１モータによる回転系の回転方向とは逆方向に第２モータを回転制御することにより回転系の回転速度を目標回転速度に近似させるようになっていることから、第１モータが精度の高い回転速度に維持され、かつ低速領域で精度の高い第２モータが逆方向に回転制御されるとともに、正逆の方向に微妙に回転制御されて、回転系の回転速度を目標回転速度に極めて精度よく近似させることになる。すなわち、目標回転速度が低速であっても、回転系の回転速度を目標回転速度に極めて精度よく近似させることができる。したがって、ワイヤの引き上げ速度を低速度で極めて精度の高い状態に一定に維持することができるので、欠陥の極めて少ない単結晶を安定的に得ることができる。
【００２３】
請求項４に記載の発明においては、上記請求項１〜３の何れかに記載の単結晶引上ワイヤの速度制御方法を用いた単結晶引上工程を有しているので、欠陥のない結晶を安定的に製造することができる。
【００２４】
請求項８に記載の発明においては、単結晶の成長に伴って、回転系に作用する負荷が増大するが、第２モータにブレーキ機構が設けられているので、当該第２モータが上記負荷によって回転駆動されるスリップ動作を防止することができる。例えば、４００ｋｇの単結晶を高速昇降させても、停止時のスリップ動作を防止することができる。
【００２５】
請求項９に記載の発明においては、上記請求項５〜８の何れかに記載の単結晶引上ワイヤの速度制御装置を用いて製造されているので、結晶欠陥のない高品質のものを安定的に得ることができる。
【発明の実施の形態】
以下、この発明の単結晶引上ワイヤの速度制御方法および装置の実施の形態について図１および図２を参照して説明する。
【００２６】
まず、単結晶引上ワイヤの速度制御装置を説明してからその方法について説明する。
【００２７】
この実施の形態で示す単結晶引上ワイヤの速度制御装置は、図１および図２に示すように、シリコンの融液Ｍから単結晶Ｓを引き上げるワイヤ１１の速度を当該ワイヤ１１を巻回する巻取ドラム３１の回転速度によって制御するものであり、巻取ドラム３１を回転駆動する第１モータ３２と、この第１モータ３２から巻取ドラム３１に回転を伝達する回転軸の一部として設けられた第２モータ３３と、この第２モータ３３における巻取ドラム３１側への出力軸３３ｂと一体的に回転する回転系の回転速度の変動を低減すべく、第２モータ３３等の回転を制御する制御装置４とを備えている。
【００２８】
融液Ｍは、図１に示すように、坩堝５１に収容された多結晶シリコン塊がヒータ５２によって溶解されたものである。
坩堝５１は、下軸５３、伝達機構５４および坩堝回転モータ５５によって軸回りに回転駆動されるとともに、坩堝昇降モータ５６によって上下方向に移動するようになっている。
【００２９】
坩堝５１の上方には、当該坩堝５１と同軸状に回転する回転巻上げヘッド３が設けられている。この回転巻上げヘッド３は、ヘッド回転モータ３ａによって回転駆動されるようになっている。
回転巻上げヘッド３上には、上述した巻取ドラム３１、第１モータ３２、第２モータ３３等が設けられている。
【００３０】
巻取ドラム３１は、図２に示すように、回転軸３１ａに同軸状に設けられており、回転軸３１ａは、その両端部が回転巻上げヘッド３上に設置された一対の支持部材３１ｂによって回転自在に支持され、これによって水平に保持されている。すなわち、巻取ドラム３１は、回転巻上げヘッド３上にあって、その回転中心線が回転軸３１ａとともに水平方向に保持されている。
【００３１】
第１モータ３２は、減速ギヤ３２ａを内蔵した例えばステッピングモータあるいはサーボモータによって構成されており、回転巻上げヘッド３上に設置されている。この第１モータ３２の出力軸３２ｂは、変速機３４の第１平歯車３４ａに同軸状に連結されるようになっている。
【００３２】
変速機３４は、第１モータ３２の出力軸３２ｂから入力された回転を、第１平歯車３４ａ、第１クラッチ３４ｂ、第２平歯車３４ｃ、第１傘歯車３４ｄ、第２傘歯車３４ｅ、第３平歯車３４ｆおよび第４平歯車３４ｇを介して出力軸３４ｈに伝達する減速率の小さな高速ライン３４Ａと、出力軸３２ｂから入力された回転を、第１平歯車３４ａ、第５平歯車３４ｉ、第２クラッチ３４ｊおよび第６平歯車３４ｋを介して第２平歯車３４ｃに伝達した後に第１傘歯車３４ｄ等を介して出力軸３４ｈに伝達する減速率の大きな低速ライン３４Ｂとの二段階の速度切換が可能な構成になっている。
【００３３】
すなわち、変速機３４は、第１クラッチを伝達可能なＯＮ状態にし、第２クラッチを伝達不能なＯＦＦ状態にすることによって、高速ライン３４Ａに切り換えることが可能になっているとともに、第１クラッチ３４ｂをＯＦＦ状態にし、第２クラッチ３４ｊをＯＮ状態にすることによって、減速率の大きな低速ライン３４Ｂに切り換えることが可能になっている。
【００３４】
この実施の形態では、高速ライン３４Ａに切り換えた場合は第１モータ３２の回転速度の制御によりワイヤ１１の速度換算で５０〜１２００ｍｍ／ｍｉｎが得られるようになっており、低速ライン３４Ｂに切り換えた場合には同ワイヤ１１の速度換算で０〜１０ｍｍ／ｍｉｎが得られるようになっている。
また、上記変速機３４における各歯車３４ａ、３４ｃ等やクラッチ３４ｂ、３４ｊなどに連結された軸は、変速機３４の外観を構成するボックスに設けられた軸受によって回転自在に支持されるようになっている。
【００３５】
第２モータ３３は、出力軸３４ｈと一体に回転すべく、当該出力軸３４ｈの先端部に同軸状に連結されるようになっており、これにより第１モータ３２から巻取ドラム３１に回転を伝達する回転軸の一部として設けられた状態になっている。この第２モータ３３としては、ステッピングモータあるいはサーボモータが用いられており、そのロータの周囲を覆うハウジングの基端部が出力軸３４ｈに同軸状に連結されるようになっている。また、第２モータ３３は、ロータの回転が内蔵された減速ギヤ３３ａを介して出力軸３３ｂから出力されるようになっている。すなわち、第２モータ３３は、ギヤ付きのステッピングモータによって構成されているが、ギヤ付きのサーボモータによって構成してもよい。
【００３６】
しかも、第２モータ３３は、巻取ドラム３１等を介して出力軸３３ｂに作用する単結晶Ｓの荷重（負荷）によるスリップ動作を防止する電磁ブレーキユニット（ブレーキ機構）３３ｆを装着したもので構成されており、大型の単結晶Ｓとして例えば４００ｋｇの単結晶Ｓを高速昇降させても、電磁ブレーキユニット３３ｆが作動し、スリップ動作することがない構造となっている。
【００３７】
また、第２モータ３３の出力軸３３ｂの回転速度は、ワイヤ１１の速度換算で０〜１ｍｍ／ｍｉｎが得られるようになっている。すなわち、第２モータ３３は、第１モータ３２に比して低速領域で回転速度の精度に優れたものとなっており、０．０１ｍｍ／ｍｉｎの高精度の引上速度制御ができるようになっている。
【００３８】
第２モータ３３への通電は、スリップリング３３ｃを介して行われるようになっている。スリップリング３３ｃの周囲は、防塵カバー３３ｄによって覆われており、スリップリング３３ｃによって生じた粉塵等が外部に漏れるのを防止するようになっている。
【００３９】
第２モータ３３の出力軸３３ｂの回転は、当該出力軸３３ｂの先端部に設けられた第３傘歯車３３ｅと、この第３傘歯車３３ｅに噛み合うべく回転軸３１ａに設けられた第４傘歯車３１ｃとによって、巻取ドラム３１に伝えられるようになっている。この場合、第２モータ３３の出力軸３３ｂと一体的に回転する回転系は、出力軸３３ｂおよび第３傘歯車３３ｅとなり、その回転系の一つである出力軸３３ｂの回転速度を検出すべく、当該出力軸３３ｂの位置に回転速度検出センサとして例えばロータリーエンコーダ４５が設けられている。
【００４０】
なお、この場合、巻取ドラム３１と一体的に回転する回転系は、巻取ドラム３１、回転軸３１ａおよび第４傘歯車３１ｃとなる。
【００４１】
ワイヤ１１は、その先端部に種結晶１２を保持するホルダ１３が設けられており、回転巻上げヘッド３および巻取ドラム３１によって、種結晶１２を坩堝５１の回転方向とは逆方向に回転しながら引き上げることにより、単結晶Ｓを成長させるようになっている。
【００４２】
制御装置４は、ＣＣＤカメラ（センサ）４１と、Ａ／Ｄコンバータ（あるいは外径（直径）に関する信号を直接デジタル制御として伝達する回路）４２と、演算手段４３と、モータ制御手段４４と、上述のロータリーエンコーダ４５とを備えた構成になっている。
ＣＣＤカメラ４１は、融液Ｍから成長直後の単結晶Ｓの外径（直径）に関するデータを検出するようになっている。
【００４３】
Ａ／Ｄコンバータ（あるいは外径に関する信号を直接デジタル制御として伝達する回路）４２は、ＣＣＤカメラ４１で得られたデータをＡ／Ｄ変換（あるいは直接外径制御のためのデジタル信号と）するようになっている。
演算手段４３は、上記Ａ／Ｄ変換（あるいは直接外径制御のためのデジタル信号とした）後のデータに基づいて単結晶Ｓに成長直後の外径を演算し、この外径を目標外径に近似させるべく設定されるワイヤ１１の目標引上速度を演算するとともに、この目標引上速度を第２モータ３３の出力軸３３ｂの回転速度に換算することによって当該出力軸３３ｂの目標回転速度を演算するようになっている。
【００４４】
モータ制御手段４４は、ロータリーエンコーダ４５によって検出された出力軸３３ｂの回転速度を上記目標回転速度に近似させるべく、変速機３４の第１クラッチ３４ｂおよび第２クラッチ３４ｊのＯＮ、ＯＦＦの制御、第１モータ３２および第２モータ３３の回転速度の制御をするようになっている。
【００４５】
次ぎに、単結晶引上ワイヤの速度制御方法について説明する。
まず、種結晶１２を位置決めする場合には、変速機３４が高速ライン３４Ａに切り換えられ、ワイヤ１１の高速移動が可能とされた上で、例えば種結晶１２が融液Ｍ内に移動される。ただし、種結晶１２が融液Ｍに入る直前では、第１モータ３２によりワイヤ１１の速度が減速される制御がなされる。
そして、ワイヤ１１を坩堝５１の回転する方向と逆方向に回転させながら、引き上げることにより種結晶１２を徐々に太らせ単結晶Ｓを成長させる。
【００４６】
この単結晶Ｓの成長育成の際には、ＣＣＤカメラ４１によって、単結晶Ｓの融液Ｍからの成長直後の外径に関するデータを連続的に検出することになる。
そして、演算手段４３では、上記データに基づいて単結晶Ｓに成長直後の外径を演算し、この外径を目標外径に近似させるべく設定されるワイヤ１１の目標引上速度を演算するとともに、この目標引上速度を第２モータ３３の出力軸３３ｂの回転速度に換算することによって当該出力軸３３ｂの目標回転速度を演算する。
【００４７】
モータ制御手段４４では、上記演算結果に基づいて、ロータリーエンコーダ４５によって検出された出力軸３３ｂの回転速度を上記目標回転速度に近似させるべく、変速機３４の第１クラッチ３４ｂおよび第２クラッチ３４ｊのＯＮ、ＯＦＦの制御、第１モータ３２および第２モータ３３の回転速度の制御をすることになる。
【００４８】
例えば、ワイヤ１１の目標引上速度が０．４ｍｍ／ｍｉｎの低速である場合には、変速機３４を低速ライン３４Ｂに切り換える指令が変速機３４に出力されるとともに、第１モータ３２の回転速度をその精度が十分に得られる最低限度である例えばワイヤ１１の速度換算で第１モータ３２の安定的トルク特性領域、例えば１ｍｍ／ｍｉｎまで下げる指令が当該第１モータ３２に出力され、さらに第２モータ３３の回転速度をワイヤ１１の速度換算で０．４ｍｍ／ｍｉｎにすべき指令が当該第２モータ３３に出力されることになる。そして、出力軸３３ｂの回転速度がロータリーエンコーダ４５で検出されて演算手段４３にフィードバックされることにより、上記０．４ｍｍ／ｍｉｎの速度を±０．０１ｍｍ／ｍｉｎの精度で制御、維持する制御が連続的に行われることになる。この場合、第２モータ３３は、０．４ｍｍ／ｍｉｎの目標引上速度に近づけるべく、変速機３４の出力軸３４ｈの回転の方向に対して逆方向に回転制御された状態で、さらに正逆の方向に微妙に回転制御されることになる。
【００４９】
この場合、第１モータ３２の制御可能な回転速度が最大速度の１／１００程度であることから、ワイヤ１１の引上速度を低下させると、±０．１ｍｍ／ｍｉｎ程度の速度の変動の影響を受け、当該ワイヤ１１の移動が間欠的になるおそれがある。しかし、回転速度の精度が十分に得られる回転速度で第１モータ３２を駆動することができることから、上記±０．１ｍｍ／ｍｉｎ程度の速度変動がワイヤ１１に作用することがない。
【００５０】
一方、第２モータ３３は、最大回転速度がワイヤ１１の速度換算で１ｍｍ／ｍｉｎであることから、制御可能な最低速度が±０．０１ｍｍ／ｍｉｎ（最大回転速度の１／１００）程度と推定される。このため、この第２モータ３３の速度変動である±０．０１ｍｍ／ｍｉｎがそのまま作用したとしても、ワイヤ１１の引上速度を０．４±０．０１ｍｍ／ｍｉｎの精度で制御することができる。
【００５１】
したがって、上記のように構成された単結晶引上ワイヤの速度制御装置および速度制御方法によれば、ワイヤ１１の引上速度を例えば０．４ｍｍ／ｍｉｎまで下げた場合でも、その速度の精度を変動幅で±０．０１ｍｍ／ｍｉｎ以下の極めて高い値に維持することができるので、単結晶Ｓの成長中の欠陥を確実に抑制することができる。また、ワイヤ１１の引上速度を０．４ｍｍ／ｍｉｎ以下に下げることによって、単結晶Ｓ成長中の欠陥をさらに抑制することも可能である。
【００５２】
また、上記単結晶引上ワイヤの速度制御装置を備えた単結晶の製造装置あるいは上記単結晶引上ワイヤの速度制御方法を単結晶引上工程として有する単結晶の製造方法を用いることにより、欠陥のない高品質の単結晶Ｓを安定的に製造することができる。
【００５３】
なお、上記実施の形態では、ロータリーエンコーダ４５を、第２モータ３３の出力軸３３ｂの回転速度を検出すべく設けた例を示したが、このロータリーエンコーダ４５は、巻取ドラム３１と一体的に回転する回転系の一つである例えば巻取ドラム３１や回転軸３１ａの回転速度を検出すべく設けるように構成してもよい。この場合には、実際のワイヤ１１の移動速度により近い値を検出することができるので、ワイヤ１１の引上速度の変動をより低減する上で効果がある。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１および５に記載の発明によれば、第１モータの回転速度を精度の高い所定の水準（安定的トルク領域）に維持しておき、低速領域で精度の高い第２モータを逆転制御することにより回転速度を下げてから、巻取ドラム側に出力することにより、当該巻取ドラムを精度の高い微小回転速度で駆動することができ、これにより、低速引上時のワイヤの速度の精度を向上させることができる。
【００５５】
したがって、単結晶を低速で、安定かつ精度よく引き上げることができるので、単結晶成長中の欠陥を確実に抑制することができる。
【００５６】
請求項２および６に記載の発明によれば、第２モータの回転を制御することによって、巻取ドラムと一体的に回転する回転系の低回転領域における回転速度の変動を低減することができるので、低速領域における巻取ドラムの回転速度の精度をより直接的に向上させることができる。したがって、単結晶成長中の欠陥をより確実に抑制することができる。
【００５７】
請求項３および７に記載の発明によれば、目標外径に近似させるべくワイヤの目標引上速度を設定し、この目標引上速度が回転系の目標回転速度に変換され、回転系の回転速度に換算した回転速度が目標回転速度より高くかつ回転速度の精度に優れた安定回転領域で第１モータを回転制御するとともに、第１モータによる回転系の回転方向とは逆方向に第２モータを回転制御することにより回転系の回転速度を目標回転速度に近似させるようになっていることから、第１モータが精度の高い回転速度に維持され、かつ低速領域で精度の高い第２モータが逆方向に回転制御されるとともに、正逆の方向に微妙に回転制御されて、回転系の回転速度を目標回転速度に極めて精度よく近似させることになる。すなわち、目標回転速度が低速であっても、回転系の回転速度を目標回転速度に極めて精度よく近似させることができる。したがって、ワイヤの引き上げ速度を低速度で極めて精度の高い状態に一定に維持することができるので、欠陥の極めて少ない単結晶を安定的に得ることができる。
【００５８】
請求項４に記載の発明によれば、上記請求項１〜３の何れかに記載の単結晶引上ワイヤの速度制御方法を用いた単結晶引上工程を有しているので、欠陥のない結晶を安定的に製造することができる。
【００５９】
請求項８に記載の発明によれば、単結晶の成長に伴って、回転系に作用する負荷が増大するが、第２モータにブレーキ機構が設けられているので、当該第２モータが上記負荷によって回転駆動されるスリップ動作を防止することができる。例えば、４００ｋｇの単結晶を高速昇降させても、停止時のスリップ動作を防止することができる。
【００６０】
請求項９に記載の発明によれば、上記請求項５〜８の何れかに記載の単結晶引上ワイヤの速度制御装置を用いて製造されているので、結晶欠陥のない高品質のものを安定的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態として示した単結晶引上ワイヤの速度制御装置の説明図である。
【図２】同単結晶引上ワイヤの速度制御装置を示す要部説明図である。
【符号の説明】
４  制御装置
１１  ワイヤ
３１  巻取ドラム
３２  第１モータ
３３  第２モータ
３３ｂ  出力軸
３３ｆ  電磁ブレーキユニット（ブレーキ機構）
４１  ＣＣＤカメラ（センサ）
４３  演算手段
４４  モータ制御手段
４５  ロータリーエンコーダ（回転速度検出センサ）
Ｍ  融液
Ｓ  単結晶
【図１】
2004277231.tif 000003
【図２】
2004277231.tif 000004