特許 6949300 単結晶固定用冶具、及び単結晶の固定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6949300

(24)【登録日】2021年9月27日

(45)【発行日】2021年10月13日

(54)【発明の名称】単結晶固定用冶具、及び単結晶の固定方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 33/00 20060101AFI20210930BHJP

   C30B 29/30 20060101ALN20210930BHJP

   C30B 29/28 20060101ALN20210930BHJP

【ＦＩ】

   C30B33/00

   !C30B29/30 A

   !C30B29/30 B

   !C30B29/28

【請求項の数】8

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-120641(P2017-120641)

(22)【出願日】2017年6月20日

(65)【公開番号】特開2019-6609(P2019-6609A)

(43)【公開日】2019年1月17日

【審査請求日】2020年3月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107836

【弁理士】

【氏名又は名称】西 和哉

(74)【代理人】

【識別番号】100185018

【弁理士】

【氏名又は名称】宇佐美 亜矢

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 彰

【審査官】 今井 淳一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０１０４３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ３０Ｂ ３３／００

Ｃ３０Ｂ ２９／３０

Ｃ３０Ｂ ２９／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チョクラルスキー法で育成され、肩部と直胴部とを含む単結晶を、前記直胴部の側面における前記単結晶の中心軸よりも下側の部分を保持する結晶ホルダと、
隣接するアーム同士が回転可能に接続され、前記中心軸と直交する面方向に移動する３つ以上の前記アーム、及び隣接する前記アーム同士のうち少なくとも１つの前記アーム同士を係合する係合部を含み、両端の前記アームがそれぞれ前記結晶ホルダの両端に接続され、前記３つ以上のアームの少なくとも１つにより前記中心軸よりも上側の前記直胴部の側面を保持するアーム部と、
前記肩部を固定する肩部固定部と、を備える単結晶固定用治具。

【請求項2】

前記アーム部は、
その基端側が、前記結晶ホルダの一端側に回転可能に接続される第１アームと、
その基端側が、前記第１アームの先端側に回転可能に接続される第２アームと、
その基端側が、前記結晶ホルダの他端側に回転可能に接続される第３アームと、
前記第２アームの先端側の一部と前記第３アームの先端側の一部とを係合する前記係合部と、を含む、請求項１に記載の単結晶固定用冶具。

【請求項3】

前記係合部は、前記第２アームの先端側の一部と前記第３アームの先端側の一部とを係合する位置を変更可能である、請求項２に記載の単結晶固定用冶具。

【請求項4】

前記係合部は、球冠状のナットと、前記球冠状のナットを回転可能に支持するナット受けと、を含む、請求項２又は請求項３に記載の単結晶固定用冶具。

【請求項5】

前記第１アーム及び前記第３アームは、それぞれ、水平面に対して傾斜し、且つ前記中心軸を含む鉛直面に対して対称に配置され、
前記第２アームは、略水平に配置され、
前記第１アーム及び前記第３アームにより、前記直胴部の側面における前記中心軸よりも上側の部分を保持する、請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の単結晶固定用冶具。

【請求項6】

前記結晶ホルダは、前記単結晶を、前記直胴部の下端を浮かせた状態で保持する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の単結晶固定用冶具。

【請求項7】

前記結晶ホルダは、水平面に対して傾斜し、前記中心軸を含む鉛直面に対して対称に配置される一対の支持面を備え、
前記一対の支持面により、前記直胴部の側面における前記中心軸よりも下側の部分を保持する、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の単結晶固定用冶具。

【請求項8】

チョクラルスキー法で育成され、肩部と直胴部とを含む単結晶を、前記直胴部の下端を浮かせた状態で、前記直胴部の側面における前記単結晶の中心軸よりも下側の部分を保持することと、
前記肩部を固定することと、
前記直胴部の側面における前記中心軸よりも上側の部分を保持し、前記直胴部の側面を上下方向から挟みこんで固定することと、を備える単結晶の固定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、単結晶固定用治具、及び単結晶の固定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

単結晶の育成方法として、従来からチョクラルスキー法が知られている（例えば、特許文献１参照）。このチョクラルスキー法と呼ばれる単結晶の育成方法では、ある結晶方位に従って切り出された種と呼ばれる、通常、その断面の一辺が数ｍｍ程度の直方体の単結晶の先端を、坩堝内の同一組成の原料融液の上方から接触させ、回転しながら徐々に上昇させることにより、単結晶を育成する。育成された単結晶は、マルチワイヤーソー等の切断装置により複数枚同時に切断されてウエハに加工される。単結晶をウエハにする加工は、育成した単結晶に対して、端面切断や円筒研削を施した後に行われるのが一般的である。単結晶の端面切断を行う際には、冶具などにより単結晶を固定する必要がある。例えば、単結晶の固定は、直胴部の下側を凹形状の支持台で固定し、直胴部の上側を金属製のバンドで固定する冶具を用いて行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０−２９６７１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記した冶具による単結晶の固定では、単結晶の直胴部の直径は均一ではなく、かつ、育成直後の単結晶の表面が滑面であるため、単結晶を固定する際に労力がかかることがある。例えば、単結晶の上側を金属製のバンドで固定する場合、上記のように単結晶の表面が滑面で直胴部の直径が変動していると、金属製のバンドが固定時に径の小さい方に移動して、固定位置がずれることがある。特に、近年、単結晶の大口径化により、単結晶は直径がφ２００ｍｍ程度で直胴部の長さが５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の場合もある。このような単結晶は直径に対して直胴部が比較的短いため、上記の金属製のバンドを用いた冶具で固定すると、固定位置が顕著にずれやすく単結晶が倒れて固定できない、あるいは、単結晶の固定に時間がかかる等の問題があった。さらに、上記の金属製のバンドを用いた冶具は、バンドの締付に用いる締結部材などの部材が劣化するため、使用回数に応じて交換の必要があり、労力がかかる。

【0005】

そこで、上記状況に鑑み、本発明は、単結晶の固定位置のずれが抑制され、直胴部が短い単結晶でも確実かつ簡単に固定することができる単結晶固定用治具、及び単結晶の固定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記した課題を解決するため、本発明者が鋭意研究を重ねたところ、単結晶の直胴部を所定の方法により固定することで、単結晶の固定位置のずれが抑制され、直胴部が短い単結晶でも確実かつ簡単に固定できることを見出すに至った。本発明はこのような技術的発見に基づき完成されている。

【0007】

本発明の第１の態様によれば、チョクラルスキー法で育成され、肩部と直胴部とを含む単結晶を、直胴部の側面における単結晶の中心軸よりも下側の部分を保持する結晶ホルダと、隣接するアーム同士が互いに回転可能に接続され、前記中心軸と直交する面方向に移動する３つ以上のアーム、及び隣接するアーム同士のうち少なくとも１つのアーム同士を係合する係合部を含み、両端のアームがそれぞれ結晶ホルダの両端に接続され、３つ以上のアームの少なくとも１つにより前記中心軸よりも上側の直胴部の側面を保持するアーム部と、肩部を固定する肩部固定部と、を備える、単結晶固定用治具が提供される。

【0008】

また、本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、アーム部が、その基端側が、結晶ホルダの一端側に回転可能に接続される第１アームと、その基端側が、第１アームの先端側に回転可能に接続される第２アームと、その基端側が、結晶ホルダの他端側に回転可能に接続される第３アームと、第２アームの先端側の一部と第３アームの先端側の一部とを係合する係合部と、を含む単結晶固定用治具が提供される。

【0009】

また、本発明の第３の態様によれば、第２の態様において、係合部が、第２アームの先端側の一部と第３アームの先端側の一部とを係合する位置を変更可能である単結晶固定用治具が提供される。

【0010】

また、本発明の第４の態様によれば、第２または第３の態様において、係合部が、球冠状のナットと、球冠状のナットを回転可能に支持するナット受けと、を含む、単結晶固定用治具が提供される。

【0011】

また、本発明の第５の態様によれば、第２から第４のいずれかの態様において、第１アーム及び第３アームは、それぞれ、水平面に対して傾斜し、且つ中心軸を含む鉛直面に対して対称に配置され、第２アームは、略水平に配置され、第１アーム及び第３アームにより、直胴部の側面における中心軸よりも上側の部分を保持する、単結晶固定用治具が提供される。

【0012】

また、本発明の第６の態様によれば、第１から第５のいずれかの態様において、結晶ホルダが、単結晶を、直胴部の下端を浮かせた状態で保持する、単結晶固定用治具が提供される。

【0013】

また、本発明の第７の態様によれば、第１から第６のいずれかの態様において、結晶ホルダが、水平面に対して傾斜し、前記中心軸を含む鉛直面に対して対称に配置される一対の支持面を備え、一対の支持面により、直胴部の側面における前記中心軸よりも下側の部分を保持する、単結晶固定用治具が提供される。

【0015】

また、本発明の第８の態様によれば、チョクラルスキー法で育成され、肩部と直胴部とを含む単結晶を、直胴部の下端を浮かせた状態で、直胴部の側面における単結晶の中心軸よりも下側の部分を保持することと、肩部を固定することと、直胴部の側面における前記中心軸よりも上側の部分を保持し、直胴部の側面を上下方向から挟みこんで固定することと、を備える単結晶の固定方法が提供される。

【発明の効果】

【0016】

本発明の単結晶固定用治具、及び単結晶の固定方法は、単結晶の固定位置のずれが抑制され、直胴部が短い単結晶でも確実かつ簡単に固定することができ、単結晶の端面加工において好適に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本実施形態の単結晶固定用冶具の斜視図である。

【図2】本実施形態の単結晶固定用冶具の上面図である。

【図3】本実施形態の単結晶固定用冶具の正面図である。

【図4】本実施形態の単結晶固定用冶具の側面図である。

【図5】図２に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図6】図５に示す「Ｂ」の部分の拡大図である。

【図7】単結晶を説明する図である。

【図8】本実施形態の単結晶の固定方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、図面においては実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。また、以下の各図において、ＸＹＺ座標系を用いて図中の方向を説明する。このＸＹＺ座標系においては、鉛直方向をＺ方向とし、水平方向をＸ方向、Ｙ方向とする。また、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向のそれぞれについて、適宜、矢印の先の側を＋側（例、＋Ｘ側）と称し、その反対側を−側（例、−Ｘ側）と称する。

【0019】

図１から図６は、本実施形態の単結晶固定用冶具（以下、単に「固定治具」と称す。）を示す図である。図１は斜視図である。図２は＋Ｚ側から見た上面図である。図３は−Ｙ側から見た正面図である。図４は＋Ｘ側から見た側面図である。図５は、図２に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。図６は、図５に示す「Ｂ」の部分（係合部１８）の拡大図である。

【0020】

本実施形態の固定治具１は、図１等に示すように、単結晶Ｃを固定する冶具である。まず、固定治具１で固定する単結晶Ｃについて説明する。固定治具１で固定する単結晶Ｃは、特に限定されない。例えば、単結晶Ｃは、ニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ_３（ＬＮ）、タンタル酸リチウムＬｉＴａＯ_３（ＬＴ）、イットリウムアルミニウムガーネットＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２（ＹＡＧ）などの酸化物の単結晶である。単結晶Ｃの育成方法は、特に限定されない。単結晶Ｃの育成方法は、一般にチョクラルスキー法（回転引き上げ法）が用いられる。チョクラルスキー法は、ある結晶方位に従って切り出された種（種結晶）Ｃａ（図１参照）と呼ばれる、通常は断面の一辺が数ｍｍ程度の直方体状の単結晶の先端を、同一組成の融液に浸潤し、回転しながら徐々に引き上げることによって、種結晶Ｃａの性質を伝播しながら大口径化して単結晶を製造する方法である。

【0021】

図７は、単結晶の一例を示す図である。チョクラルスキー法で育成された単結晶Ｃは、図７に示すように、通常、肩部Ｃｓ、直胴部Ｃｂ、及び結晶下端部Ｃｔで構成される。肩部Ｃｓは、種結晶Ｃａを原料融液に接触させて、同時に引き上げ軸で回転させながら徐々に引き上げることにより、種結晶Ｃａの下部側において原料融液を順次結晶化させて形成される、種結晶Ｃａを頂点とする円錐状の部分である。直胴部Ｃｂは、肩部Ｃｓに続く部分であり、引き上げ速度、回転数等を調整することで円柱状に育成する部分である。直胴部Ｃｂはウエハに用いられる部分である。結晶下端部Ｃｔは、直胴部Ｃｂに続く部分であり、単結晶Ｃの育成が終了したときに、原料融液面から単結晶Ｃを切り離すことにより形成され、高さが低い円錐状の形状となる。上記のように育成された単結晶Ｃは、肩部Ｃｓ及び結晶下端部Ｃｔを直胴部Ｃｂから切り離して、円柱状の直胴部Ｃｂを形成する端面加工が施される。そして、円柱状の直胴部Ｃｂは、例えばマルチワイヤーソー等の切断装置によりウエハに切断される。

【0022】

本実施形態の固定治具１は、上記の端面加工を行う際に、単結晶Ｃを固定する治具である。固定治具１は、図１に示すように、単結晶Ｃの中心軸ＡＸ１（結晶軸）を略水平方向（Ｙ方向）の向きにして、直胴部Ｃｂを固定することにより、単結晶Ｃを固定する。なお、固定冶具１で固定する単結晶Ｃの向きは略水平方向に限定されない。固定治具１で固定した単結晶Ｃは、固定治具１で固定した状態で、その両端部分（＋Ｙ側および−Ｙ側の端部分）に位置する肩部Ｃｓと結晶下端部Ｃｔを直胴部Ｃｂから切断する端面加工を施すことができる。端面加工の方法は、特に限定されない。端面加工は、一般的にシングルワイヤーソーを用いて行われる。

【0023】

以下、本実施形態の固定治具１について詳細に説明する。本実施形態の固定治具１は、図１から図６に示すように、ベース２、直胴部固定部３、肩部固定部４、結晶下端部固定部５（図４参照）、及び把持部６を備える。ベース２は、固定治具１の下部に配置され、固定治具１の各部を支持する。

【0024】

直胴部固定部３は、直胴部Ｃｂを固定する。直胴部固定部３は、結晶ホルダ８、及びアーム部９を備える。

【0025】

結晶ホルダ８は、図１に示すように、ベース２に設けられる溝部１１の溝に位置決めされて固定される。結晶ホルダ８は、肩部Ｃｓ及び直胴部Ｃｂを含む単結晶Ｃを、中心軸ＡＸ１を略水平方向（Ｙ方向）の向きで保持する。結晶ホルダ８は、直胴部Ｃｂの中心軸ＡＸ１よりも下側（−Ｚ側）の側面Ｓ（円柱側面、外周面）を保持する。結晶ホルダ８は、中心軸ＡＸ１と直交する面（ＸＺ平面と平行な面）の断面が略Ｕ字状の形状である（図５参照）。結晶ホルダ８は、水平面（ＸＹ平面）に対して所定の角度で傾斜し、中心軸ＡＸ１を含む鉛直面ＰＬ１（ＹＺ平面と平行な平面）に対して対称に配置される一対の支持面１３を備える（図５参照）。一対の支持面１３は、それぞれ、直胴部Ｃｂの中心軸ＡＸ１よりも下側の側面Ｓを、斜め下方から保持する（図５参照）。各支持面１３は、直胴部Ｃｂの側面Ｓに、中心軸ＡＸ１（Ｙ方向）と平行な接線ＴＬ１、接線ＴＬ２で接する。結晶ホルダ８は、一対の支持面１３で直胴部Ｃｂを保持することにより、直胴部Ｃｂにおける、水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）のうちの中心軸ＡＸ１と直交する方向（Ｘ方向）の移動、及び下方（−Ｚ方向）の移動を規制する。これにより、直胴部Ｃｂを確実に保持することができる。

【0026】

一対の支持面１３は、図５に示すように、直胴部Ｃｂの中心軸ＡＸ１と直交する面（ＸＺ平面と平行な面）内において、中心軸ＡＸ１を通る鉛直方向と平行な直線Ｌ１と、単結晶Ｃの中心軸ＡＸ１と接点Ｐ１、接点Ｐ２とを通る直線Ｌ２、直線Ｌ３と、がなす角をθ１、θ２とした場合、θ１及びθ２は、３０°以上４５°以下とすることが好ましい。これにより、直胴部Ｃｂを確実に保持することができる。

【0027】

結晶ホルダ８は、単結晶Ｃを、直胴部Ｃｂの下端を浮かせた状態で保持する（図５参照）。この場合、単結晶Ｃの下方に空間（スペース）ができるので、上記した単結晶Ｃの端面加工の際、ワイヤー等の切断部材を、ベース２に接触させることなく単結晶Ｃの下方に移動させることができ、端面加工を簡単かつ確実に行うことができる。

【0028】

各支持面１３の直胴部Ｃｂと接触する部分には、弾性部材１５が設けられている。弾性部材１５は、弾力性があり耐久性があればよく、例えば、ウレタンゴム等が使用される。これにより、直胴部Ｃｂを支持面１３で支持させるときに生じるおそれがある破損を抑制し、直胴部Ｃｂを確実に保持することができる。

【0029】

なお、上記した結晶ホルダ８は、一例であって、他の形態でもよい。例えば、一対の支持面１３が、それぞれ、ベース２に対して移動可能であり、水平面に対する傾斜の角度、あるいは一対の支持面１３どうしの間隔を設定可能な構成にしてもよい。

【0030】

次に、アーム部９を説明する。アーム部９は、隣接するアーム同士が回転可能に接続され、中心軸ＡＸ１と直交する面（ＸＺ平面と平行な面）方向に移動する３つ以上のアーム、及び隣接するアーム同士のうち少なくとも１つのアーム同士を係合する係合部１８を含み、両端のアームがそれぞれ結晶ホルダ８の両端に接続され、３つ以上のアームの少なくとも１つにより中心軸ＡＸ１よりも上側の直胴部Ｃｂの側面Ｓを保持する。例えば、アーム部９は、第１アーム１７ａ、第２アーム１７ｂ、第３アーム１７ｃ、及び係合部１８を含む。本実施形態のアーム部９は、単結晶Ｃの中心軸ＡＸ１方向（Ｙ方向）に並んで、２つ設けられる。＋Ｙ側のアーム部９及び−Ｙ側のアーム部９の構成は同様である。

【0031】

第１アーム１７ａの基端側（−Ｘ側）は、結晶ホルダ８の一端側（−Ｘ側）の上部に、中心軸ＡＸ１と平行な軸周り方向に回転可能に接続（連結）される。詳細には、第１アーム１７ａの基端側（−Ｘ側）は、第１アーム１７ａの先端側（＋Ｘ側）が直胴部Ｃｂの中心軸ＡＸ１と直交する面（ＸＺ平面と平行な面）内を第１アーム１７ａの基端側（−Ｘ側）の接続部を中心に回転可能になるように、結晶ホルダ８の一端側（−Ｘ側）の上部に接続される。第２アーム１７ｂの基端側（−Ｘ側）は、第１アーム１７ａの先端側（＋Ｘ側）に、中心軸ＡＸ１と平行な軸周り方向に回転可能に接続される。詳細には、第２アーム１７ｂの基端側（−Ｘ側）は、第２アーム１７ｂの先端側（＋Ｘ側）が直胴部Ｃｂの中心軸ＡＸ１と直交する面（ＸＺ平面と平行な面）内を第２アーム１７ｂの基端側（−Ｘ側）の接続部を中心に回転可能になるように、第１アーム１７ａの先端側（＋Ｘ側）に接続される。第３アーム１７ｃの基端側（＋Ｘ側）は、結晶ホルダ８の他端側（＋Ｘ側）に、中心軸ＡＸ１と平行な軸周り方向に回転可能に接続される。詳細には、第３アーム１７ｃの基端側（＋Ｘ側）は、第３アーム１７ｃの先端側（−Ｘ側）が直胴部Ｃｂの中心軸ＡＸ１と直交する面（ＸＺ平面と平行な面）内を第３アーム１７ｃの基端側（＋Ｘ側）の接続部を中心に回転可能になるように、結晶ホルダ８の他端側（＋Ｘ側）に接続される。すなわち、各アーム（第１アーム１７ａ、第２アーム１７ｂ、第３アーム１７ｃ）は、リンク機構により接続されている。なお、上記の各接続部の構造は、それぞれ、ピン等により構成される。各アーム（第１アーム１７ａ、第２アーム１７ｂ、第３アーム１７ｃ）は、上記の構成により、それぞれ、中心軸ＡＸ１方向（Ｙ方向）の移動が規制される。これにより、単結晶Ｃを固定するときの固定位置の中心軸ＡＸ１方向のずれを抑制することができる。

【0032】

係合部１８は、第２アーム１７ｂの先端側（＋Ｘ側）の一部と第３アーム１７ｃの先端側（−Ｘ側）の一部とを係合する（図５等参照）。本実施形態の係合部１８は、図６に示すように、球冠状のナット１８ａと、球冠状のナット１８ａを回転可能に支持するナット受け１８ｂと、を備えている。第２アーム１７ｂの先端側（＋Ｘ側）には、ネジ山１９（ネジ部）が形成される。第３アーム１７ｃの先端側（−Ｘ側）には、ナット受け１８ｂが形成される。ナット受け１８ｂは、球冠状のナット１８ａの球冠状の部分の一部がはめ込まれ、回転可能に支持する。ナット受け１８ｂは、第３アーム１７ｃの先端側（−Ｘ側）において、長穴２１または一方が開放された長穴２１（図２参照）上に、長穴２１と連続した構造で形成される。この長穴２１は、第２アーム１７のネジ山１９を通すために形成されている。

【0033】

上記の係合部１８による第２アーム１７ｂと第３アーム１７ｃとの係合は、第２アーム１７ｂのネジ山１９（図６参照）を、第３アーム１７ｃの長穴２１（図２参照）に差し込み、第２アーム１７ｂのネジ山１９に球冠状のナット１８ａを取り付け、球冠状のナット１８ａをナット受け１８ｂで係合することにより行う。球冠状のナット１８ａの球冠状の部分の反対側の部分１８ｃは、６角ナット状に形成されている。球冠状のナット１８ａは、６角ナット状の部分１８ｃと一体に形成される。球冠状のナット１８ａは、６角ナット状の部分１８ｃを回転させることで、球冠状のナット１８ａとネジ山１９とのねじ作用が生じ、球冠状のナット１８ａを第２アーム１７ｂの軸方向（図６の＋Ｘ方向、−Ｘ方向）に移動させることができる。すなわち、係合部１８は、第２アーム１７ｂの先端側（＋Ｘ側）の一部と第３アーム１７ｃの先端側（−Ｘ側）の一部とを係合する位置Ｐｘ（図６参照）を変更可能である。

【0034】

上記のように係合部１８による係合する位置Ｐｘ（球冠状のナット１８ａ）を移動させることにより、各アーム（第１アーム１７ａ、第２アーム１７ｂ、第３アーム１７ｃ）が変形して直胴部Ｃｂと接触し、アーム部９と結晶ホルダ８とにより直胴部Ｃｂの側面を上下方向から挟みこんで、単結晶Ｃを固定することができる。上記の各アームが変形する際、第１アーム１７ａの先端側（＋Ｘ側）と第２アーム１７ｂの基端側（−Ｘ側）とのなす角θ４（図５参照）と、第２アーム１７ｂの先端側（＋Ｘ側）と第３アーム１７ｃの先端側（−Ｘ側）とのなす角θ５（図５参照）とは、同じ角度になる。また、この際、本実施形態では、球冠状のナット１８ａを回転させる（移動させる）ことにより、球冠状のナット１８ａの締め付けの強さ、係合位置Ｐｘ、上記のθ４、θ５を調整することができる。これにより、アーム部９で単結晶Ｃを挟み込む（固定する）ときの強さ、係合位置Ｐｘ、上記のθ４、θ５を簡単に調整できる。

【0035】

本実施形態では、上記のように、第２アーム１７ｂと第３アーム１７ｃとを上記の係合部１８により係合するので、単結晶Ｃの直胴部Ｃｂの直径が変動する場合であっても、適正な角度を保った状態で固定することが可能となる。例えば、直胴部Ｃｂの直径で１０ｍｍ程度の変動であれば、上記した係合部１８等の機構を用いて対応（調整）が可能である。また、本実施形態では、アーム部９が、球冠状のナット１８ａとナット受け１８ｂとにより係合されるので、アーム部９が左右方向（±Ｘ方向）にずれた場合においても、適切な角度で係合することができ、これにより、アーム部９が直胴部Ｃｂからずれて外れることを防止できる。

【0036】

本実施形態では、第１アーム１７ａ及び第３アーム１７ｃは、それぞれ、水平面に対して所定の角度（θ４、θ５）で傾斜し、且つ鉛直面ＰＬ１に対して対称に配置される（図５参照）。また、第２アーム１７ｂは、略水平方向（Ｘ方向）に沿って配置される。本実施形態では、第１アーム１７ａ及び第３アーム１７ｃにより、直胴部Ｃｂの側面Ｓにおける中心軸ＡＸ１よりも上側の部分を斜め上方から保持する。第１アーム１７ａ及び第３アーム１７ｃは、直胴部Ｃｂの側面Ｓに対して、中心軸ＡＸ１（Ｙ方向）と平行な接線ＴＬ３、接線ＴＬ４で接する。第１アーム１７ａ及び第３アーム１７ｃで直胴部Ｃｂを保持することにより、直胴部Ｃｂにおける、水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）のうちの中心軸ＡＸ１と直交する方向（Ｘ方向）の移動、及び上方（＋Ｚ方向）の移動が規制される。これにより、直胴部Ｃｂを確実に保持することができる。

【0037】

第１アーム１７ａ及び第３アーム１７ｃは、直胴部Ｃｂの中心軸ＡＸ１と直交する面（ＸＺ平面と平行な面）内において、それぞれの中央部近傍と中心軸ＡＸ１とを結ぶ線Ｌ４、線Ｌ５がなす角θ３を６０°〜１２０°として、直胴部Ｃｂに接触するように設定することが好ましく、９０°がより好ましい（図５参照）。この場合、直胴部Ｃｂを確実に保持することができる。

【0038】

また、上記のように構成される各アーム（第１アーム１７ａ、第２アーム１７ｂ、第３アーム１７ｃ）は、それぞれ、直胴部Ｃｂの側面Ｓに対して、接平面となる面方向（法線方向）にのみ可動するように設定されている。これにより、単結晶Ｃを簡単かつ確実に固定することができる。

【0039】

なお、各アーム（第１アーム１７ａ、第２アーム１７ｂ、第３アーム１７ｃ）の長さは、固定する単結晶Ｃの大きさに応じて適宜設定され、特に制限されない。

【0040】

第１アーム１７ａ及び第３アーム１７ｃと直胴部Ｃｂとが接触する部分には、上記した弾性部材１５が設けられている（図５等参照）。これにより、直胴部Ｃｂを第１アーム１７ａ及び第３アーム１７ｃで保持させるときに生じるおそれがある破損を抑制し、確実に直胴部Ｃｂを保持することができる。

【0041】

なお、アーム部９は、上記の例では、単結晶Ｃの中心軸方向（Ｙ方向）に２つ設けられる例を説明したが、これに限定されない。例えば、アーム部９は、１つでもよいし、３つ以上設けられてもよい。例えば、単結晶Ｃの直径がφ２００ｍｍ以上で直胴部Ｃｂの長さが５０ｍｍ前後のような、直胴部Ｃｂが比較的短い単結晶Ｃである場合、上記したように直胴部Ｃｂの固定が難しくなるが、本実施形態のように２組以上のアーム部９を設けることで、直胴部Ｃｂの直径変動があっても個別に調整が可能となるので、単結晶Ｃを確実に固定することができる。

【0042】

なお、上記したアーム部９の構成は一例であって、他の態様でもよい。また、例えば、係合部１８の形状は、上記した第２アーム１７ｂの先端側（＋Ｘ側）と第３アーム１７ｃの先端側（−Ｘ側）との形状が反対でもよい。すなわち、第３アーム１７ｃの先端側（−Ｘ側）にネジ山１９が設けられ、第２アーム１７ｂの先端側（＋Ｘ側）に上記した長穴２１及びナット受け１８ｂが設けられてもよい。

【0043】

また、アーム部９は、４つ以上のアームで構成されてもよい。この場合、例えば、アーム部９は、隣接するアーム同士が互いに回転可能に接続され、中心軸ＡＸ１と直交する面（ＸＺ平面）方向に移動する４つ以上のアーム、及び隣接するアーム同士のうち少なくとも１つのアーム同士を係合する係合部１８を含み、両端のアームがそれぞれ結晶ホルダ８の両端に接続され、４つ以上のアームの少なくとも１つにより中心軸ＡＸ１よりも上側の直胴部Ｃｂの側面Ｓを保持する構成でもよい。例えば、第１アーム１７ａ、第２アーム１７ｂ、及び第３アーム１７ｃのいずれかのアームに代えて、相対的に中心軸ＡＸ１と平行な軸周り方向に回転可能な２つのアームを用いてもよい。

【0044】

また、アーム部９は、第２アーム１７ｂが直胴部Ｃｂの側面Ｓと接触して、直胴部Ｃｂを保持してもよい。この場合、第１アーム１７ａ及び第３アーム１７ｃは、直胴部Ｃｂを保持しなくてもよいし、直胴部Ｃｂを保持してもよい。

【0045】

ところで、前述したように単結晶Ｃ（直胴部Ｃｂ）の表面は滑面であるため、直胴部Ｃｂの直径が変動している単結晶Ｃを金属製のバンド等で固定する場合、固定部分がずれやすい。本実施形態の固定治具１は、各アーム（第１アーム１７ａ、第２アーム１７ｂ、第３アーム１７ｃ）の可動方向が、中心軸ＡＸ１方向に可動しないように規制されているので、上記のようなアーム部９で直胴部Ｃｂを固定するときに生じる固定位置のずれを防止できる。

【0046】

以上のように、本実施形態の単結晶固定治具１では、上記した結晶ホルダ８及びアーム部９により、直胴部Ｃｂを上下方向から挟みこんで固定する。この場合、単結晶Ｃにおける肩部Ｃｓと直胴部Ｃｂの境界周辺、及び直胴部Ｃｂと結晶下端部Ｃｔの境界周辺を固定せずにスペースを空けているので、上記した端面加工の際に容易に切断装置で切断することができる。また、本実施形態の単結晶固定治具１では、上記した結晶ホルダ８及びアーム部９により、直胴部Ｃｂを、斜め上方及び斜め下方から対角線方向に挟みこんで固定している。これにより、直胴部Ｃｂにおける中心軸ＡＸ１方向（Ｙ方向）及び水平方向（Ｘ方向）のずれを抑制することができ、直胴部Ｃｂを確実に保持することができる。

【0047】

次に、肩部固定部４について説明する。肩部固定部４は、図１に示すように、単結晶Ｃの肩部Ｃｓを固定する。ところで、単結晶Ｃは、前述したように、肩部Ｃｓ、直胴部Ｃｂ及び結晶下端部Ｃｔに分かれている（図７参照）。このような単結晶Ｃを、単結晶Ｃの中心軸ＡＸ１を水平方向に向けて固定する場合、肩部Ｃｓの方向に単結晶Ｃが倒れやすくなることがある。特に、単結晶Ｃの直径がφ２００ｍｍ以上であり、直胴部Ｃｂの長さが５０ｍｍ前後等の直胴部Ｃｂの長さが比較的短い単結晶Ｃの場合、上記の単結晶Ｃの肩部Ｃｓ方向への倒れやすさは顕著となる。本実施形態の固定治具１では、肩部Ｃｓを固定する肩部固定部４を設けて、上記の直胴部Ｃｂを固定する前に、肩部固定部４で肩部Ｃｓを固定することで、肩部Ｃｓ側への単結晶Ｃの転倒を防止することができる。

【0048】

肩部固定部４は、固定する単結晶Ｃの肩部Ｃｓ側（図１の例では−Ｙ側）に配置される。肩部固定部４は、図１に示すように、中心軸ＡＸ１を含む鉛直面ＰＬ１（ＹＺ平面と平行な平面、図５参照）に対して対称に、２つ設けられる。各肩部固定部４（＋Ｘ側及び−Ｘ側の肩部固定部４）は、同様に構成され、それぞれ、支柱スタンド２２、接続部２３、及びシャフト２４（固定部）を備える。支柱スタンド２２は、ベース２上に、上方に延びて起立するように設けられている。支柱スタンド２２は、例えば、棒状（管状、円柱状を含む）の部材である。支柱スタンド２２には、接続部２３が取り付けられている。接続部２３は、支柱スタンド２２の外周面を挟みこむことにより、支柱スタンド２２の上下方向の任意の位置に取り付けることができる。接続部２３は、シャフト２４の外周面を挟み込むことにより、シャフト２４を支持する。シャフト２４は、例えば、棒状（管状、円柱状を含む）の部材である。シャフト２４は、中心軸ＡＸ１方向に沿って配置される。シャフト２４と肩部Ｃｓとの接触部分には、上記した弾性部材１５が設けられている。これにより、肩部固定部４で肩部Ｃｓを固定するときに生じるおそれがある破損を抑制し、確実に肩部Ｃｓを固定することができる。

【0049】

肩部固定部４は、支柱スタンド２２に接続部２３を介してシャフト２４を取り付け、シャフト２４の＋Ｙ側の端部を肩部Ｃｓに接触させることにより、肩部Ｃｓを固定する。シャフト２４は、結晶軸ＡＸ１方向に沿って、肩部Ｃｓに対して離間する方向（−Ｙ方向）から、肩部Ｃｓに対して近接する方向（＋Ｙ方向）に付勢して肩部Ｃｓを押さえることにより、肩部Ｃｓを固定する。シャフト２４を肩部Ｃｓに接触させる位置の高さは、肩部Ｃｓの中心軸ＡＸ１より上側が好ましく、中心軸ＡＸ１の上側における中心軸ＡＸから単結晶Ｃの結晶径の３／４までの高さであることがより好ましい。また、シャフト２４を肩部Ｃｓに接触させる水平方向の位置は、単結晶Ｃの径方向（Ｘ方向）における中央部近傍、すなわち、単結晶Ｃの中心軸ＡＸ１と外周との中央部付近であることが好ましい。シャフト２４を肩部Ｃｓに接触させる高さあるいは水平方向の位置が上記の場合、肩部Ｃｓを効率よく固定することができる。

【0050】

なお、本実施形態の肩部固定部４は、肩部Ｃｓを切断時まで保持することができる。これにより、肩部Ｃｓを切断した時に、肩部Ｃｓの重さで肩部Ｃｓが倒れることを防止することもできる。なお、肩部固定部４を備えるか否かは、任意である。

【0051】

次に、結晶下端部固定部５（図４参照）について説明する。結晶下端部固定部５は、固定する単結晶Ｃの結晶下端部Ｃｔ側（図４の例では＋Ｙ側）に配置される。結晶下端部固定部５は、ベース２上に、上方に延びて起立するように設けられている。結晶下端部固定部５と結晶下端部Ｃｔとの接触部分には、上記した弾性部材１５が設けられている。これにより、結晶下端部固定部５で結晶下端部Ｃｔを固定するときに生じるおそれがある破損を抑制し、確実に結晶下端部固定部５を固定することができる。なお、結晶下端部固定部５を備えるか否かは、任意である。

【0052】

次に、把持部６について説明する。把持部６は、図１に示すように、単結晶固定治具１を手で移動させる際に用いられる、容易に把持可能なハンドル形状の部材である。把持部６は、結晶ホルダ８の＋Ｘ側及び−Ｘ側に設けられる。把持部６を備える場合、単結晶固定治具１を簡単に移動させることができる。なお、把持部６を備えるか否かは、任意である。

【0053】

次に、本実施形態の単結晶の固定方法について説明する。図８は、本実施形態の単結晶の固定方法を示すフローチャートである。本実施形態の単結晶の固定方法は、上記した肩部Ｃｓ及び結晶下端部Ｃｔを直胴部Ｃｂから切り離して、円柱状の直胴部Ｃｂを形成する端面加工を行う際に用いる単結晶Ｃを固定する方法である。このため、単結晶Ｃにおける肩部Ｃｓと直胴部Ｃｂの境界周辺、及び直胴部Ｃｂと結晶下端部Ｃｔの境界周辺は、切断するため固定せず、直胴部Ｃｂ及び肩部Ｃｓを固定する。本単結晶の固定方法は、図８に示すように、下部固定工程（ステップＳ１）と、肩部固定工程（ステップＳ２）と、上部固定工程（ステップＳ３）と、を備える。本単結晶の固定方法は、上記した単結晶固定治具１により簡単に行うことができる。以下、本単結晶の固定方法を、上記した単結晶固定治具１の動作に基づいて説明する。なお、本単結晶の固定方法の説明において、上述の単結晶固定治具１の部分で説明した部分については、適宜適用することができ、その説明については省略または簡略化する。

【0054】

下部固定工程（ステップＳ１）では、肩部Ｃｓと直胴部Ｃｂとを含む単結晶Ｃを、中心軸ＡＸ１を略水平方向（Ｙ方向）の向きにして、直胴部Ｃｂの側面Ｓにおける中心軸ＡＸ１よりも下側の部分を保持する。例えば、上記したように、結晶ホルダ８の一対の支持面１３に、単結晶Ｃを、中心軸ＡＸ１を略水平方向（Ｙ方向）の向きにして載置することにより、直胴部Ｃｂの側面Ｓにおける中心軸ＡＸ１よりも下側の部分を保持する。

【0055】

続いて、肩部固定工程（ステップＳ２）では、肩部Ｃｓを固定する。例えば、上記したように、肩部固定部４の一対のシャフト２４の＋Ｙ側の端部を肩部Ｃｓに接触させることにより、肩部Ｃｓを固定する。なお、肩部固定工程は、下部固定工程と同時に行ってもよい。上記したように、単結晶Ｃを、単結晶Ｃの中心軸ＡＸ１を水平方向に向けて固定する場合、肩部Ｃｓの方向に単結晶Ｃが倒れやすくなることがあるが、直胴部Ｃｂの固定の前に、肩部固定部４で単結晶Ｃの肩部Ｃｓを固定（支持）することで、肩部Ｃｓ側への単結晶Ｃの転倒を防止することができる。また、肩部Ｃｓを固定することにより、肩部Ｃｓを切断した時に、肩部Ｃｓの重さで肩部Ｃｓが倒れることを防止することもできる。

【0056】

続いて、上部固定工程（ステップＳ３）では、直胴部Ｃｂの側面Ｓにおける中心軸ＡＸ１よりも上側の部分を保持し、直胴部Ｃｂの側面Ｓを上下方向から挟みこんで固定する。例えば、上記したように、アーム部９の第１アーム１７ａ及び第３アーム１７ｃにより、直胴部Ｃｂの側面Ｓにおける中心軸ＡＸ１よりも上側の部分を保持する。第１アーム１７ａ及び第３アーム１７ｃは、直胴部Ｃｂの中心軸ＡＸ１よりも上側の側面Ｓを斜め上方から保持する。この際、上記のように、各アーム（第１アーム１７ａ、第２アーム１７ｂ、第３アーム１７ｃ）がリンク機構により、リンクして所定の動作をするので、簡単かつ確実に単結晶Ｃを固定することができる。

【実施例】

【0057】

以下に、本発明の実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。

【0058】

[実施例]
本実施例では、図１に示す単結晶固定治具１を用いて、単結晶Ｃを固定した。その結果、単結晶Ｃを固定した際、単結晶Ｃの直径がφ２００ｍｍ以上であり、直胴部Ｃｂの長さが５０ｍｍ前後の直胴部Ｃｂの長さが比較的短い単結晶Ｃにおいても、簡単且つ強固に固定できた。

【0059】

以上のように、本実施形態の単結晶固定治具１、及び単結晶の固定方法は、単結晶Ｃの固定位置のずれが抑制され、直胴部Ｃｂが短い単結晶Ｃでも確実かつ簡単に固定することができ、単結晶Ｃの端面加工において好適に用いることができる。

【0060】

なお、本発明の技術範囲は、上述の実施形態などで説明した態様に限定されるものではない。上述の実施形態などで説明した要件の１つ以上は、省略されることがある。また、上述の実施形態などで説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態などで引用した全ての文献の開示を援用して本文の記載の一部とする。

【符号の説明】

【0061】

１…固定治具（単結晶固定用治具）
２…ベース
３…直胴部固定部
４…肩部固定部
５…結晶下端部固定部
６…把持部
８…結晶ホルダ
９…アーム部
１３…支持面（結晶ホルダ）
１５…弾性部材
１７ａ…第１アーム（アーム部）
１７ｂ…第２アーム（アーム部）
１７ｃ…第３アーム（アーム部）
１８…係合部
１８ａ…球冠状のナット（係合部）
１８ｂ…ナット受け（係合部）
２２…支柱スタンド（肩部固定部）
２３…接続部（肩部固定部）
２４…シャフト（肩部固定部）
Ｃ…単結晶
Ｃａ…種結晶
Ｃｂ…直胴部
Ｃｓ…肩部
Ｃｔ…結晶下端部
ＡＸ１…中心軸（結晶軸）
Ｓ…側面（単結晶）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】