JP2007254178A - Method for growing single crystal and single crystal growing device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for growing a single crystal to optimally control a top portion of a crystal into a desired shape in the growth of a single crystal by a floating zone melt method (FZ method). <P>SOLUTION: The method includes: a crystal diameter detection step of detecting a crystal diameter at the solid-liquid interface in the crystal side; a crystal diameter change rate calculation step (ST310) of calculating a crystal diameter change rate as a change rate of the crystal diameter per unit time; a crystal diameter change rate comparing step of comparing the change rate in the crystal diameter to a preliminarily determined range of the change rate in the crystal diameter; and a material feed speed commanding step of keeping the material feed speed (ST313) if the change rate of the crystal diameter exceeds the upper limit of the determined range (ST312) and of increasing the material feed speed (ST315) when the change rate is lower than the lower limit of the determined range (ST314). <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、単結晶育成方法および単結晶育成装置に関する。具体的には、浮遊帯域溶融法(FZ法)による単結晶育成において結晶のトップ部を所望の形状に形成する際の自動制御に関する。   The present invention relates to a single crystal growth method and a single crystal growth apparatus. Specifically, the present invention relates to automatic control when a crystal top portion is formed in a desired shape in single crystal growth by a floating zone melting method (FZ method).

従来、半導体単結晶を育成する方法として、浮遊帯域溶融法(フローティングゾーン法、FZ法)が知られている。浮遊帯域溶融法によって単結晶を育成する単結晶育成装置10を図17に示す。
単結晶育成装置10は、上軸側に配設され素材600を所定の速度で下方に供給する素材送り機構11と、下軸側に配設され晶出した結晶500を所定の速度で引き下げる結晶引下げ機構12と、素材600の先端部を加熱する加熱コイル13と、を備えている。そして、加熱コイル13によって素材600を溶融させながら、素材送り機構11による素材送り速度と結晶引下げ機構12による結晶引下げ速度とをそれぞれ所定の速度に制御することにより、所定形状の半導体単結晶500を製造する。
Conventionally, a floating zone melting method (floating zone method, FZ method) is known as a method for growing a semiconductor single crystal. A single crystal growth apparatus 10 for growing a single crystal by the floating zone melting method is shown in FIG.
The single crystal growing apparatus 10 includes a material feeding mechanism 11 that is disposed on the upper shaft side and supplies the material 600 downward at a predetermined speed, and a crystal that is disposed on the lower shaft side and pulls down the crystal 500 that is crystallized at a predetermined speed. A pulling mechanism 12 and a heating coil 13 for heating the tip of the material 600 are provided. Then, while the material 600 is melted by the heating coil 13, the material feed speed by the material feed mechanism 11 and the crystal pulling speed by the crystal pulling mechanism 12 are controlled to predetermined speeds, respectively, so that the semiconductor single crystal 500 having a predetermined shape is formed. To manufacture.

ここで、半導体単結晶500の先端部にあたるトップ部510の育成にあたっては、種結晶の径から目標の径(直胴部の径)まで滑らかに太っていくように形状を整える必要がある。そのため、加熱コイル13への印加電圧、素材送り速度および結晶引下げ速度がそれぞれ適切に制御されなければならない。   Here, in growing the top portion 510 corresponding to the tip portion of the semiconductor single crystal 500, it is necessary to arrange the shape so as to smoothly increase from the diameter of the seed crystal to the target diameter (the diameter of the straight body portion). Therefore, the voltage applied to the heating coil 13, the material feed rate, and the crystal pulling rate must be appropriately controlled.

特許文献1においては、加熱コイル13と固液界面Ifとの距離であるゾーン長Lと、素材径Pdと、結晶径Sdと、に応じて上記の印加電圧や各速度(素材送り速度、結晶引下げ速度)を制御することにより、トップ部510を所望の形状に形成することが開示されている。
特に、ゾーン長Lの増減に応じて加熱コイル13への印加電圧を制御することが開示されている。ゾーンが長過ぎるとゾーンが切れてしまうという問題が生じ、また、ゾーンが短すぎると急な温度勾配のために結晶が乱れるなどの問題が生じるところ、ゾーン長Lを適切な長さに制御することにより、結晶の形状を間接的に制御することができる。そして、素材径Pd、結晶径Sdおよびゾーン長Lの計測にあたっては、加熱コイル13の近傍にCCDカメラ14を設置し、このCCDカメラ14による撮像画像から素材径Pd、結晶径Sdおよびゾーン長Lが求められる。
In Patent Document 1, the above-described applied voltage and each speed (material feed speed, crystal It is disclosed that the top portion 510 is formed in a desired shape by controlling the pulling-down speed.
In particular, it is disclosed that the voltage applied to the heating coil 13 is controlled in accordance with the increase or decrease of the zone length L. When the zone is too long, there is a problem that the zone is cut, and when the zone is too short, there is a problem that crystals are disturbed due to a steep temperature gradient. Therefore, the zone length L is controlled to an appropriate length. As a result, the crystal shape can be indirectly controlled. In measuring the material diameter Pd, the crystal diameter Sd, and the zone length L, a CCD camera 14 is installed in the vicinity of the heating coil 13, and the material diameter Pd, crystal diameter Sd, and zone length L are taken from an image captured by the CCD camera 14. Is required.

特開平9−77588JP-A-9-77588

たしかに、素材径Pd、結晶径Sdおよびゾーン長Lに基づいた適切な制御が実行されるならば、育成される単結晶の形状を所望の形状に成形することは可能である。
しかしながら、加熱コイル13は、育成する単結晶の種類に応じて交換が必要であるが、加熱コイル13の交換を行うとCCDカメラ14に対する加熱コイル13の相対位置が変化してしまう。加熱コイル13と固液界面との距離をゾーン長Lとして検出するところ、CCDカメラ14と加熱コイル13との相対位置が変化すると、検出されるゾーン長Lに違いが生じてしまう。そのために、加熱コイル13の交換前後において同じ設定で制御を行っていたのでは、所望の形状の単結晶を得ることができない。また、加熱コイル13の交換を行うたびにゾーン長Lを正確に検出するための調整を行うことも考えられるが、コイル交換のたびに微妙な調整を行うことには時間とコストがかかりすぎるので現実的ではない。
Certainly, if appropriate control based on the material diameter Pd, the crystal diameter Sd, and the zone length L is executed, the shape of the grown single crystal can be formed into a desired shape.
However, the heating coil 13 needs to be replaced depending on the type of single crystal to be grown. However, if the heating coil 13 is replaced, the relative position of the heating coil 13 with respect to the CCD camera 14 changes. When the distance between the heating coil 13 and the solid-liquid interface is detected as the zone length L, if the relative position between the CCD camera 14 and the heating coil 13 changes, the detected zone length L differs. Therefore, if the control is performed with the same setting before and after the heating coil 13 is replaced, a single crystal having a desired shape cannot be obtained. Although it is conceivable to make an adjustment for accurately detecting the zone length L every time the heating coil 13 is replaced, it takes too much time and cost to make a fine adjustment each time the coil is replaced. Not realistic.

本発明の目的は、コイル交換に関係なく、最適制御ができる単結晶育成方法および単結晶育成装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a single crystal growth method and a single crystal growth apparatus that can be optimally controlled regardless of coil replacement.

本発明の単結晶育成方法は、素材を下方に送る素材送り機構と、前記素材の下方側の端部を加熱して素材を溶融させる加熱手段と、前記素材送り機構と同軸線上に配設され溶融した素材を原料として成長した結晶を下方に引き下げる結晶引下げ機構と、を備えた単結晶育成装置を用いて浮遊帯域溶融法にて単結晶を育成する単結晶育成方法であって、前記加熱手段による加熱にて素材が溶融した溶融部と前記溶融部が結晶化した結晶との固液界面である結晶側固液界面における結晶径を検出する結晶径検出工程と、前記素材送り機構による素材送り速度を制御する素材送り速度制御工程と、を備え、前記素材送り速度制御工程は、前記結晶径の単位時間当たりの変化量である結晶径変化率を算出する結晶径変化率算出工程と、前記結晶径変化率算出工程にて算出された前記結晶径変化率を予め設定された結晶径変化率の設定範囲に対比する結晶径変化率比較工程と、前記結晶径変化率比較工程における比較結果に応じて前記素材送り機構の素材送り速度を指令する素材送り速度指令工程と、を備えることを特徴とする。   The method for growing a single crystal according to the present invention includes a material feeding mechanism that feeds a material downward, a heating unit that heats a lower end portion of the material to melt the material, and a coaxial line with the material feeding mechanism. A crystal pulling mechanism for pulling down a crystal grown using a molten material as a raw material, and a single crystal growing method for growing a single crystal by a floating zone melting method using a single crystal growing apparatus, the heating means A crystal diameter detection step for detecting a crystal diameter at a crystal-side solid-liquid interface, which is a solid-liquid interface between a melted portion where the material is melted by heating by the crystal and a crystal where the melted portion is crystallized, and material feed by the material feed mechanism A material feed rate control step for controlling a speed, wherein the material feed rate control step calculates a crystal diameter change rate that is a change amount per unit time of the crystal diameter; and Crystal diameter change A crystal diameter change rate comparison step for comparing the crystal diameter change rate calculated in the calculation step with a preset range of the crystal diameter change rate, and the material according to a comparison result in the crystal diameter change rate comparison step A material feed speed commanding step for commanding a material feed speed of the feed mechanism.

このような構成において、まず、素材送り機構に素材をセットし、結晶引下げ機構には種結晶をセットする。そして、素材送り機構によって素材を下方に送りながら加熱手段によって素材の下方側端部を溶融させ、溶融した素材を種結晶に付着させる。すると、溶融した素材を原料として種結晶が成長していき、単結晶が育成されていくので、単結晶の育成に応じて結晶引下げ機構によって結晶を下方に引下げていく。   In such a configuration, first, a material is set in the material feeding mechanism, and a seed crystal is set in the crystal pulling mechanism. Then, while the material is fed downward by the material feeding mechanism, the lower end portion of the material is melted by the heating means, and the melted material is adhered to the seed crystal. Then, the seed crystal grows using the molten material as a raw material, and the single crystal is grown, so that the crystal is pulled downward by the crystal pulling mechanism according to the growth of the single crystal.

ここで、単結晶を所望の形状に育成することが必要である。特に、単結晶のトップ部においては種結晶の径から目標の径(直胴部の径)まで滑らかに成長させ、さらに、直胴部においては径を一定に保った状態で結晶を成長させなければならない。この点、素材送り速度が速すぎると結晶が太りすぎ、また逆に、素材送りの速度が遅すぎると結晶が細りすぎることになり、素材送りの速度を適切に制御することが単結晶の形状制御にあっては重要である。   Here, it is necessary to grow the single crystal into a desired shape. In particular, the top part of the single crystal must be grown smoothly from the seed crystal diameter to the target diameter (straight body part diameter), and the crystal should be grown with the diameter kept constant in the straight body part. I must. In this respect, if the material feed rate is too fast, the crystal will be too thick, and conversely if the material feed rate is too slow, the crystal will be too thin. It is important for control.

本発明の構成では、まず、結晶径検出工程において結晶径が検出される。結晶径検出工程にて検出された結晶径に基づいて結晶径変化率算出工程により結晶径の単位時間あたりの変化量である結晶径変化率が算出される。単結晶を所定形状にするための結晶径変化率の範囲が設定範囲として設定されており、結晶径変化率算出工程にて算出された結晶径変化率が結晶径変化率比較工程において設定範囲と比較される。そして、結晶径変化率比較工程における比較結果に応じて、素材送り速度指令工程により素材送り速度が指令される。例えば、結晶径変化率が設定範囲から外れてしまっている場合には、結晶径変化率が設定範囲内に入るように素材送り速度を増速、減速、あるいは維持する。例えば、結晶径変化率が設定範囲よりも大きい場合には、結晶が予定よりも早く太りすぎているということであるから、素材送り速度を増速させずにそのまま維持するかあるいは減速することが例として挙げられる。または、結晶径変化率が設定範囲よりも小さい場合には、結晶が予定よりも太っていないということであるから、素材送り速度を増速することが例として挙げられる。このように、結晶径変化率が設定範囲に入るように素材送り速度を制御して素材供給量を調整することにより結晶を所望の形状にすることができる。   In the configuration of the present invention, first, the crystal diameter is detected in the crystal diameter detection step. Based on the crystal diameter detected in the crystal diameter detection step, the crystal diameter change rate which is the amount of change per unit time of the crystal diameter is calculated in the crystal diameter change rate calculation step. The range of the crystal diameter change rate for making the single crystal into a predetermined shape is set as the set range, and the crystal diameter change rate calculated in the crystal diameter change rate calculating step is the set range in the crystal diameter change rate comparing step. To be compared. And according to the comparison result in the crystal diameter change rate comparison process, the material feed speed is commanded by the material feed speed command process. For example, when the crystal diameter change rate is out of the set range, the material feed speed is increased, decelerated, or maintained so that the crystal diameter change rate falls within the set range. For example, if the crystal diameter change rate is larger than the set range, it means that the crystal is overweight earlier than planned, so that the material feed rate can be maintained as it is without increasing or decelerated. Take as an example. Alternatively, when the crystal diameter change rate is smaller than the set range, it means that the crystal is not thicker than planned, and therefore the material feed speed is increased as an example. As described above, the crystal can be formed into a desired shape by adjusting the material supply rate by controlling the material feed rate so that the crystal diameter change rate falls within the set range.

このような構成によれば、結晶径の変化に基づいて素材送り速度を制御するので、結晶径を正確に検出することにより適切に素材送り速度を制御することができる。
従来は、結晶側の固液界面と加熱手段(例えば加熱コイル)との距離であるゾーン長を計測して、このゾーン長を所定範囲に入れるように素材送り速度をはじめとして各種制御対象の制御を行っていた。しかし、加熱手段は育成する単結晶の種類やサイズによって交換され、加熱手段を交換した場合に加熱手段の取付位置がずれてしまう。例えば、取付孔の遊びにより約1mm程度の誤差が生じ、さらに、製品個体差や径年変化などによる加熱手段の誤差を含めると、場合によっては約2mm程度のずれが生じる。このように加熱手段の取付位置が異なってくると、結晶側固液界面と加熱手段との距離であるゾーン長を計測する際に誤差が生じることになる。このように誤差を含んで計測されたゾーン長に基づく制御では単結晶を所望の形状に成長させることは不可能である。また、仮に、ゾーン長を正確に計測するとなれば加熱手段(例えば加熱コイル)を交換するたびに加熱手段の取付誤差分を校正しなければならないという手間が生じる。
According to such a configuration, since the material feed speed is controlled based on the change in the crystal diameter, the material feed speed can be appropriately controlled by accurately detecting the crystal diameter.
Conventionally, the zone length, which is the distance between the solid-liquid interface on the crystal side and the heating means (for example, heating coil), is measured, and control of various control targets including the material feed speed is performed so that this zone length is within a predetermined range. Had gone. However, the heating means is exchanged depending on the type and size of the single crystal to be grown, and when the heating means is exchanged, the attachment position of the heating means is shifted. For example, an error of about 1 mm occurs due to the play of the mounting hole, and if an error of the heating means due to individual differences in products or changes in diameter is included, a deviation of about 2 mm occurs in some cases. Thus, when the attachment position of the heating means is different, an error occurs when measuring the zone length, which is the distance between the crystal-side solid-liquid interface and the heating means. As described above, it is impossible to grow a single crystal into a desired shape by the control based on the zone length measured with an error. Further, if the zone length is accurately measured, there is a trouble that the mounting error of the heating means must be calibrated every time the heating means (for example, a heating coil) is replaced.

この点、本発明においては、結晶径に基づいて素材送り速度を制御するところ、加熱手段の取付誤差と関係なく結晶径は正確に検出できる。そして、このように正確に検出できる結晶径に基づいて結晶径変化率を所定の設定範囲に入るように素材送り速度を制御することにより単結晶を所望の形状に育成することができる。また、加熱手段の交換は結晶径の検出に影響ないので、結晶の種類やサイズに応じて適切な加熱手段を使用することができる。加えて、従来のようにゾーン長を所定長さに制御することで結晶の形状を間接的に制御していたことに比べて、本発明では結晶径の変化率を所定範囲に入れることとするので、結晶の形状を制御するという制御目標を直接的に確実に達成することができる。   In this regard, in the present invention, when the material feed rate is controlled based on the crystal diameter, the crystal diameter can be accurately detected regardless of the attachment error of the heating means. A single crystal can be grown into a desired shape by controlling the material feed rate so that the crystal diameter change rate falls within a predetermined setting range based on the crystal diameter that can be accurately detected in this way. Further, since the exchange of the heating means does not affect the detection of the crystal diameter, an appropriate heating means can be used according to the type and size of the crystal. In addition, compared to the case where the crystal shape is indirectly controlled by controlling the zone length to a predetermined length as in the prior art, in the present invention, the change rate of the crystal diameter is set within a predetermined range. Therefore, the control goal of controlling the crystal shape can be achieved directly and reliably.

本発明では、前記結晶径変化率の設定範囲は、上限値と下限値とを閾値とする設定範囲であり、前記素材送り速度指令工程は、前記結晶径変化率比較工程における結晶径変化率と設定範囲との比較により前記結晶径変化率が設定範囲の下限値を下回っていた場合には素材送り速度を増速させ、前記結晶径変化率が設定範囲の上限値を超えていた場合には素材送り速度を維持させることが好ましい。   In the present invention, the setting range of the crystal diameter change rate is a set range having an upper limit value and a lower limit value as threshold values, and the material feed speed command step includes the crystal diameter change rate in the crystal diameter change rate comparison step and If the crystal diameter change rate is below the lower limit value of the set range by comparison with the set range, the material feed speed is increased, and if the crystal diameter change rate exceeds the upper limit value of the set range, It is preferable to maintain the material feed speed.

このような構成において、結晶径変化率比較工程により結晶径変化率を設定範囲の下限値と比較する。
結晶径変化率が設定範囲の下限値を下回っていた場合には、素材送り速度を増速させる。結晶径変化率が設定範囲の下限値よりも下回っているということは、結晶が予定よりも細っているということなので、素材送り速度を増速させて素材供給量を増加させることにより結晶径変化率を設定範囲内に入れることができる。また、結晶径変化率を設定範囲の上限値と比較して、結晶径変化率が設定範囲の上限値を上回っていた場合には、素材送り速度を増速させずに維持する。結晶径変化率が設定範囲の上限値を上回っているということは、結晶が予定よりも太りすぎているということであり、素材供給量が過多であるので、素材送り速度を増速させることなく素材送り速度を維持する。これにより、結晶の太りを抑制し、結晶径変化率を設定範囲内に入れることができる。
このように結晶径変化率と設定範囲との比較に応じて素材送り速度を調整することにより、結晶を所望の形状に育成することができる。
In such a configuration, the crystal diameter change rate is compared with the lower limit value of the setting range in the crystal diameter change rate comparison step.
If the crystal diameter change rate is below the lower limit of the setting range, the material feed speed is increased. The fact that the crystal diameter change rate is below the lower limit of the setting range means that the crystal is thinner than planned, so changing the crystal diameter by increasing the material feed rate by increasing the material feed rate The rate can be within the set range. Further, the crystal diameter change rate is compared with the upper limit value of the setting range. If the crystal diameter change rate exceeds the upper limit value of the setting range, the material feed speed is maintained without increasing. If the crystal diameter change rate exceeds the upper limit of the setting range, it means that the crystal is too thick than planned, and the material supply amount is excessive, so without increasing the material feed rate. Maintain the material feed rate. Thereby, the thickness of the crystal can be suppressed and the change rate of the crystal diameter can be within the set range.
In this way, the crystal can be grown into a desired shape by adjusting the material feed rate according to the comparison between the crystal diameter change rate and the set range.

本発明では、前記結晶径検出工程は、一定時間ごとに前記結晶径を検出し、前記結晶径変化率算出工程は、一定時間ごとに検出される結晶径のうち直近の所定個数についての平均値と過去の所定個数についての平均値との差を結晶径変化率として算出することが好ましい。   In the present invention, the crystal diameter detection step detects the crystal diameter at regular time intervals, and the crystal diameter change rate calculation step calculates an average value for the nearest predetermined number of crystal diameters detected at regular time intervals. It is preferable to calculate the difference between the average value for the predetermined number in the past and the crystal diameter change rate.

このような構成において、結晶径検出工程により結晶径を一定時間ごとに検出する。例えば、2秒間隔で結晶径を検出することが例として挙げられる。結晶径変化率算出工程は、結晶径のデータに基づいて過去の所定個数データの平均値を算出し、さらに、直近の所定個数データの平均値を算出する。
例えば、直近の20秒における10個の結晶径データの平均値を算出し、100秒前から80秒前までの20秒間における10個の結晶径データの平均値を算出することが例として挙げられる。そして、結晶径変化率算出工程において、直近の平均値と過去の平均値との差を算出して結晶径変化率とする。
このような構成によれば、単発のデータではなくて、所定個数の平均値に基づいた結晶径変化率を算出するので、一回一回の結晶径検出工程における結晶径の検出誤差に大きな影響を受けることがなく、制御を安定させることができる。
In such a configuration, the crystal diameter is detected at regular intervals by the crystal diameter detection step. For example, detecting the crystal diameter at intervals of 2 seconds is an example. The crystal diameter change rate calculating step calculates an average value of past predetermined number data based on the crystal diameter data, and further calculates an average value of the latest predetermined number data.
For example, an average value of 10 crystal diameter data in the latest 20 seconds is calculated, and an average value of 10 crystal diameter data in 20 seconds from 100 seconds to 80 seconds before is calculated as an example. . Then, in the crystal diameter change rate calculating step, the difference between the latest average value and the past average value is calculated to obtain the crystal diameter change rate.
According to such a configuration, since the crystal diameter change rate is calculated based on an average value of a predetermined number instead of single data, it greatly affects the detection error of the crystal diameter in a single crystal diameter detection process. The control can be stabilized without being subjected to the above.

本発明では、前記加熱手段による加熱にて素材が溶融した溶融部と前記素材との固液界面である素材側固液界面における素材径を検出する素材径検出工程を備え、前記素材送り速度制御工程は、素材送り速度および素材径に基づく素材供給量と結晶引下げ速度および結晶径に基づく結晶化量との差を供給バランスとして算出する供給バランス算出工程と、予め設定された供給バランスの設定範囲に対して前記供給バランスを対比する供給バランス比較工程と、を備え、前記素材送り速度指令工程は、前記供給バランス比較工程における比較結果に応じて前記素材送り機構の素材送り速度を指令することが好ましい。   In the present invention, the material feed rate control includes a material diameter detection step of detecting a material diameter at a material-side solid-liquid interface, which is a solid-liquid interface between the melted portion where the material is melted by heating by the heating means and the material. The process includes a supply balance calculation step for calculating a difference between a material supply amount based on the material feed speed and the material diameter and a crystallization amount based on the crystal pulling speed and the crystal diameter as a supply balance, and a preset supply balance setting range. A supply balance comparison step that compares the supply balance with respect to the supply balance comparison step, wherein the material feed speed command step commands the material feed speed of the material feed mechanism according to a comparison result in the supply balance comparison step. preferable.

このような構成において、素材送り機構により素材が加熱手段に送られ、結晶引下げ機構により結晶が引下げられるところ、素材の供給量と結晶引下げ量との供給バランスを供給バランス算出工程により算出する。すなわち、素材径検出工程により素材径が検出され、結晶径検出工程により結晶径が検出される。そして、供給バランス算出工程は、素材送り機構による素材送り速度と素材径とに基づいて素材供給量を算出し、結晶引下げ機構による結晶引下げ速度と結晶径とに基づいて結晶化量を算出し、素材供給量と結晶化量との差を算出する。例えば、素材送り速度をZp、素材径をPd、結晶引下げ速度をRe、結晶径をSdとするとき、供給バランスを次の式によって算出する。   In such a configuration, when the material is fed to the heating means by the material feeding mechanism and the crystal is pulled down by the crystal pulling mechanism, the supply balance between the material supply amount and the crystal pulling amount is calculated by the supply balance calculating step. That is, the material diameter is detected by the material diameter detection process, and the crystal diameter is detected by the crystal diameter detection process. The supply balance calculation step calculates the material supply amount based on the material feed speed and the material diameter by the material feed mechanism, calculates the crystallization amount based on the crystal pulling speed and the crystal diameter by the crystal pulling mechanism, The difference between the material supply amount and the crystallization amount is calculated. For example, when the material feed speed is Zp, the material diameter is Pd, the crystal pulling speed is Re, and the crystal diameter is Sd, the supply balance is calculated by the following equation.

Figure 2007254178
Figure 2007254178

算出された供給バランスは供給バランス比較工程において予め設定された設定範囲に比較される。そして、供給バランス比較工程における比較結果に応じて、素材送り速度指令工程により素材送り速度が指令される。例えば、供給バランスが所定の下限値を下回っている場合には、素材供給量が結晶化量に比べて少なすぎるということであるので、供給バランスが設定範囲に入るように素材送り速度を上昇させる。すると、素材供給量と結晶化量とのバランスを保ちながら単結晶を成長させることができる。   The calculated supply balance is compared with a preset setting range in the supply balance comparison step. Then, according to the comparison result in the supply balance comparison process, the material feed speed is commanded by the material feed speed command process. For example, when the supply balance is below a predetermined lower limit, the material supply amount is too small compared to the crystallization amount, so the material feed speed is increased so that the supply balance falls within the set range. . Then, a single crystal can be grown while maintaining a balance between the material supply amount and the crystallization amount.

本発明では、前記供給バランスの設定範囲は、下限値を閾値とする設定範囲であり、前記素材送り速度指令工程は、前記供給バランス比較工程における供給バランスと設定範囲との比較により前記供給バランスが設定範囲の下限値を下回っていた場合には素材送り速度を増速させ、前記供給バランスが前記下限値以上である場合には素材送り速度を維持させることが好ましい。   In the present invention, the setting range of the supply balance is a setting range having a lower limit value as a threshold value, and the material feed speed command step is performed by comparing the supply balance and the setting range in the supply balance comparison step. It is preferable to increase the material feed speed when it is below the lower limit value of the setting range, and to maintain the material feed speed when the supply balance is equal to or higher than the lower limit value.

このような構成において、供給バランス比較工程により供給バランスを設定範囲の下限値と比較する。供給バランスが設定範囲の下限値を下回っていた場合には素材供給量が結晶化量に比べて少なすぎるということであるので、供給バランスが設定範囲に入るように素材送り速度を上昇させる。すると、素材供給量と結晶化量とのバランスを保ちながら単結晶を成長させることができる。また、供給バランスが設定範囲の下限値以上である場合には、素材供給量が十分に足りているということであるので、素材送り速度を増速させずに維持する。
このように、供給バランスを設定範囲に入るように素材送り速度を制御することにより、例えば、溶融部が切れてしまうなどの不都合を回避して適切に単結晶の育成を進行することができる。
In such a configuration, the supply balance is compared with the lower limit value of the setting range in the supply balance comparison step. If the supply balance is below the lower limit value of the setting range, the material supply amount is too small compared to the crystallization amount. Therefore, the material feed speed is increased so that the supply balance falls within the setting range. Then, a single crystal can be grown while maintaining a balance between the material supply amount and the crystallization amount. Further, when the supply balance is equal to or higher than the lower limit value of the setting range, it means that the material supply amount is sufficient, and the material feed speed is maintained without increasing.
In this way, by controlling the material feed rate so that the supply balance falls within the set range, for example, it is possible to appropriately grow single crystals while avoiding inconveniences such as the melting part being cut.

本発明では、前記素材送り速度指令工程は、まず、前記結晶径変化率比較工程における比較結果に基づいて素材送り速度を決定し、前記結晶径変化率が結晶径変化率の設定範囲内である場合には、さらに、前記供給バランス比較部における比較結果に基づいて素材送り速度を決定することが好ましい。   In the present invention, in the material feed rate command step, first, a material feed rate is determined based on the comparison result in the crystal diameter change rate comparison step, and the crystal diameter change rate is within a set range of the crystal diameter change rate. In this case, it is preferable to further determine the material feed speed based on the comparison result in the supply balance comparison unit.

このような構成において、素材送り速度は結晶径変化率に基づいた制御と供給バランスに基づいた制御とを受ける。まず、素材送り速度は、結晶径変化率がその設定範囲に入るように調整され、結晶径変化率がその設定範囲に入っている場合に、さらに、供給バランスがその設定範囲に入るように制御される。結晶径変化率が設定範囲から外れてしまうと単結晶の形状が予定からずれてしまうので、結晶径変化率を設定範囲にいれることが優先的に実行される。
ただし、結晶径変化率が設定範囲に入ってはいても、供給バランスが適切でないと結晶が育たないので、さらに供給バランスを設定範囲にいれることにより単結晶の育成を適切に進行することができる。
In such a configuration, the material feed rate is subjected to control based on the crystal diameter change rate and control based on the supply balance. First, the material feed rate is adjusted so that the crystal diameter change rate is within the set range, and when the crystal diameter change rate is within the set range, the supply balance is further controlled to be within the set range. Is done. If the crystal diameter change rate deviates from the set range, the shape of the single crystal deviates from the schedule, so that the crystal diameter change rate is preferentially executed within the set range.
However, even if the change rate of the crystal diameter is within the set range, the crystal does not grow unless the supply balance is appropriate. Therefore, the growth of the single crystal can be appropriately advanced by setting the supply balance within the set range. .

本発明では、前記加熱手段による加熱にて素材が溶融した溶融部と前記素材との固液界面である素材側固液界面における素材径を検出する素材径検出工程と、前記加熱手段への印加電圧を制御する印加電圧制御工程と、を備え、前記素材は、先端部から徐々に拡径していくテーパ部と、一定の径を有する直胴部と、を有し、前記印加電圧制御工程は、前記加熱手段にて溶融される素材がテーパ部である場合には前記印加電圧を前記素材径に相関する値とし、前記加熱手段にて溶融される素材が直胴部である場合には前記印加電圧を前記結晶径に相関する値とし、前記印加電圧が予め設定された目標電圧に達した場合には前記目標電圧を維持することが好ましい。   In the present invention, a material diameter detecting step for detecting a material diameter at a material-side solid-liquid interface, which is a solid-liquid interface between the melted portion where the material is melted by heating by the heating means and the material, and application to the heating means An applied voltage control step for controlling a voltage, and the material includes a tapered portion that gradually increases in diameter from a tip portion, and a straight body portion having a constant diameter, and the applied voltage control step When the material melted by the heating means is a tapered portion, the applied voltage is set to a value that correlates with the material diameter, and when the material melted by the heating means is a straight body portion, It is preferable that the applied voltage is a value correlated with the crystal diameter, and the target voltage is maintained when the applied voltage reaches a preset target voltage.

このような構成において、加熱手段の加熱温度は溶融させる素材の量や結晶化量に応じて適切に変化させる。まず、加熱手段によって素材のテーパ部を溶融させる場合には、加熱手段によって溶融させる素材量が素材径によって変化するので、加熱温度は素材径に相関させる。そして、加熱手段によって溶融させる部分が素材径のテーパ部から径が一定の直胴部に移行した場合には、加熱手段によって溶融させる素材の量は結晶化量によって変化するので、加熱温度は結晶径に相関する値とする。このように適切に加熱手段の加熱温度を制御することによって結晶化の原料となる溶融した素材を結晶に供給することができ、適切に単結晶育成を進行することができる。   In such a configuration, the heating temperature of the heating means is appropriately changed according to the amount of material to be melted and the amount of crystallization. First, when the taper portion of the material is melted by the heating means, the amount of the material melted by the heating means varies depending on the material diameter, so the heating temperature is correlated with the material diameter. And when the part melted by the heating means shifts from the taper part of the material diameter to the straight body part having a constant diameter, the amount of the material melted by the heating means varies depending on the amount of crystallization, so the heating temperature is the crystal The value correlates with the diameter. As described above, by appropriately controlling the heating temperature of the heating means, it is possible to supply a melted material as a crystallization raw material to the crystal, and it is possible to appropriately grow a single crystal.

本発明では、結晶引下げ機構による結晶引下げ速度を制御する結晶引下げ速度制御工程を備え、結晶径に応じた結晶引下げ速度が予め設定されており、前記結晶引下げ速度制御工程は、前記結晶径検出工程にて検出された結晶径に基づいて結晶引下げ速度を決定することが好ましい。   In the present invention, a crystal pulling rate control step for controlling the crystal pulling rate by the crystal pulling mechanism is provided, and the crystal pulling rate according to the crystal diameter is preset, and the crystal pulling rate control step is the crystal size detecting step. It is preferable to determine the crystal pulling speed based on the crystal diameter detected in (1).

このような構成において、結晶引下げ機構による結晶引下げ速度は予め設定されており、結晶引下げ速度制御工程では、この予め決められた設定速度に従って結晶引下げ速度を制御する。
単結晶を所望の形状に育成したいところ、予め決められた設定速度によって段階的に滑らかに結晶引下げ速度を増速させていくことが、安定して所望形状の結晶を育成する観点からは望ましい。そして、結晶を所定形状に制御するにあたっては、素材送り速度の制御によって対応することができる。
In such a configuration, the crystal pulling speed by the crystal pulling mechanism is set in advance, and in the crystal pulling speed control step, the crystal pulling speed is controlled according to the predetermined set speed.
When it is desired to grow a single crystal into a desired shape, it is desirable from the viewpoint of stably growing a crystal having a desired shape that the crystal pulling rate is increased gradually and smoothly at a predetermined set speed. And in controlling a crystal | crystallization to a predetermined shape, it can respond by control of a raw material feed rate.

本発明の単結晶育成装置は、素材を下方に送る素材送り機構と、前記素材の下方側の端部を加熱して素材を溶融させる加熱手段と、前記素材送り機構と同軸線上に配設され溶融した素材を原料として成長した結晶を下方に引き下げる結晶引下げ機構と、を備えた単結晶育成装置において、前記加熱手段による加熱にて素材が溶融した溶融部と前記溶融部が結晶化した結晶との固液界面である結晶側固液界面における結晶径を検出する結晶径検出手段と、前記素材送り機構による素材送り速度を制御する素材送り速度制御部と、を備え、前記素材送り速度制御部は、前記結晶径の単位時間当たりの変化量である結晶径変化率を算出する結晶径変化率算出部と、前記結晶径変化率算出部にて算出された前記結晶径変化率を予め設定された結晶径変化率の設定範囲に対比する結晶径変化率比較部と、前記結晶径変化率比較部における比較結果に応じて前記素材送り機構の素材送り速度を指令する素材送り速度指令部と、を備えることを特徴とする。   The single crystal growing apparatus of the present invention is disposed on a coaxial line with a material feeding mechanism for feeding the material downward, a heating means for heating the lower end of the material to melt the material, and the material feeding mechanism. A crystal pulling mechanism that pulls down a crystal grown using a molten material as a raw material, and a crystal growth device that includes a molten portion in which the material is melted by heating by the heating means, and a crystal in which the molten portion is crystallized. A crystal diameter detecting means for detecting a crystal diameter at a crystal-side solid-liquid interface that is a solid-liquid interface of the material, and a material feed speed control unit that controls a material feed speed by the material feed mechanism, and the material feed speed control unit Is a crystal diameter change rate calculation unit that calculates a crystal diameter change rate that is a change amount per unit time of the crystal diameter, and the crystal diameter change rate that is calculated by the crystal diameter change rate calculation unit is preset. Crystal diameter change A crystal diameter change rate comparison unit that compares with a set range of the rate, and a material feed speed command unit that commands a material feed speed of the material feed mechanism according to a comparison result in the crystal diameter change rate comparison unit. Features.

このような構成によれば、上記発明と同様の作用効果を奏することができる。
すなわち、結晶径に基づいて素材送り速度を制御するので、加熱手段の取付誤差と関係なく結晶径を正確に検出できる。そして、正確に検出できる結晶径に基づいて結晶径変化率を所定の設定範囲に入るように素材送り制御することにより単結晶を所望の形状に育成することができる。
According to such a configuration, the same effects as those of the above-described invention can be achieved.
That is, since the material feed speed is controlled based on the crystal diameter, the crystal diameter can be accurately detected regardless of the attachment error of the heating means. The single crystal can be grown into a desired shape by controlling the material feed so that the crystal diameter change rate falls within a predetermined setting range based on the crystal diameter that can be accurately detected.

本発明では、前記結晶径検出手段は、前記加熱手段による加熱にて素材が溶融した溶融部と前記溶融部が結晶化した結晶との固液界面である結晶側固液界面を撮像する撮像手段と、前記撮像手段にて撮像された撮像データに基づいて固液界面における結晶径を算出する結晶径算出部と、を備えていることが好ましい。   In the present invention, the crystal diameter detecting means picks up an image of a crystal-side solid-liquid interface that is a solid-liquid interface between a melted portion where a material is melted by heating by the heating means and a crystal where the melted portion is crystallized. And a crystal diameter calculator that calculates the crystal diameter at the solid-liquid interface based on the imaging data imaged by the imaging means.

このような構成において、撮像手段にて結晶側固液界面を撮像し、この撮像データに基づいて結晶径算出部により固液界面における結晶径が算出される。以後、この結晶径に基づいて素材送り速度をはじめとする各種の制御対象の制御が行われる。このような構成によれば、撮像手段によって連続的に撮像データを取得することができるので、微小な時間間隔(例えば2秒間隔)で結晶径をサンプリングすることができる。   In such a configuration, the crystal-side solid-liquid interface is imaged by the imaging means, and the crystal diameter at the solid-liquid interface is calculated by the crystal diameter calculation unit based on this imaging data. Thereafter, various control objects including the material feed speed are controlled based on the crystal diameter. According to such a configuration, since the imaging data can be continuously acquired by the imaging means, the crystal diameter can be sampled at a minute time interval (for example, every 2 seconds).

なお、素材径を検出する素材径検出手段を設ける場合、素材径検出手段は、溶融部と素材との固液界面を撮像する撮像手段と、撮像データに基づいて素材径を算出する素材径算出部と、を備えて構成されることが例として挙げられる。そして、結晶径検出手段と素材径検出手段とでは一つの撮像手段を共用できる。   When providing a material diameter detecting means for detecting the material diameter, the material diameter detecting means includes an imaging means for imaging the solid-liquid interface between the melted part and the material, and a material diameter calculation for calculating the material diameter based on the imaging data. It is mentioned as an example that it is provided with a part. The crystal diameter detecting means and the material diameter detecting means can share one imaging means.

以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
(第1実施形態)
本発明の単結晶育成装置に係る第1実施形態について説明する。
最初に本発明の単結晶育成装置100によって育成する半導体単結晶500について説明する。
図1は、単結晶育成装置100によって育成する半導体単結晶500の形状を示す図である。
図2は、種結晶540と溶融まえの素材600とをそれぞれ結晶引下げ機構120と素材送り機構110とにセットした状態を示す図である。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be illustrated and described with reference to reference numerals attached to respective elements in the drawings.
(First embodiment)
1st Embodiment which concerns on the single-crystal growth apparatus of this invention is described.
First, a semiconductor single crystal 500 grown by the single crystal growth apparatus 100 of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram showing the shape of a semiconductor single crystal 500 grown by the single crystal growing apparatus 100.
FIG. 2 is a diagram showing a state in which the seed crystal 540 and the material 600 before melting are set in the crystal pulling mechanism 120 and the material feeding mechanism 110, respectively.

半導体単結晶500は、図1に示されるように、先端部から徐々に拡径して太っていくトップ部510と、目標の径に達したところで略一定の径で成長する直胴部520と、直胴部520から急激に径が減少し端部が切断されたボトム部530と、を有する。素材600は、図2に示されるように、先端部から徐々に拡径していくテーパ部610と、一定の径を有する直胴部620と、を有する。   As shown in FIG. 1, the semiconductor single crystal 500 includes a top portion 510 that gradually increases in diameter from the tip portion and becomes thicker, and a straight body portion 520 that grows with a substantially constant diameter when the target diameter is reached. , And a bottom portion 530 whose diameter is abruptly reduced and the end portion is cut from the straight body portion 520. As shown in FIG. 2, the material 600 includes a tapered portion 610 that gradually increases in diameter from the distal end portion, and a straight body portion 620 having a constant diameter.

そして、素材600の先端を加熱コイル130の間に差し入れた状態で加熱して溶融状態とし、素材送り機構110によって溶融した素材600を下方に送って種結晶540と付着させる。すると、溶融した素材600を原料として種結晶540が成長していき、単結晶500が育成されていく。素材600の送り速度と結晶500の引下げ速度を適切に制御して、図1に示される形状の単結晶500に育成していく。特に、単結晶500のトップ部510において種結晶540の径から目標の径(直胴部520の径)まで滑らかに太っていくように形状を整える必要がある。このために、加熱コイル130への印加電圧、素材送り速度および結晶引下げ速度がそれぞれ適切に制御されなければならない。
以下、本実施形態の説明においては、単結晶500のトップ部510を形成するための自動制御について説明する。
Then, the material 600 is heated to a molten state with the tip of the material 600 inserted between the heating coils 130, and the material 600 melted by the material feeding mechanism 110 is sent downward to adhere to the seed crystal 540. Then, the seed crystal 540 grows using the molten material 600 as a raw material, and the single crystal 500 is grown. The feed rate of the material 600 and the pulling rate of the crystal 500 are appropriately controlled to grow the single crystal 500 having the shape shown in FIG. In particular, it is necessary to arrange the shape so that the top portion 510 of the single crystal 500 smoothly increases from the diameter of the seed crystal 540 to the target diameter (the diameter of the straight body portion 520). For this reason, the voltage applied to the heating coil 130, the material feed rate, and the crystal pulling rate must be appropriately controlled.
Hereinafter, in the description of the present embodiment, automatic control for forming the top portion 510 of the single crystal 500 will be described.

本発明の単結晶育成装置100について説明する。
図3は、単結晶育成装置100の構成を示す図である。
The single crystal growth apparatus 100 of the present invention will be described.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the single crystal growing apparatus 100.

単結晶育成装置100は、上軸側に配設され素材600を所定の速度で下方に供給する素材送り機構110と、下軸側に配設され晶出した結晶500を所定の速度で引き下げる結晶引下げ機構120と、素材600の先端部を加熱する加熱コイル(加熱手段)130と、素材側と結晶側の固液界面を視野に入れて撮像するCCDカメラ(撮像手段)140と、CCDカメラ140からの撮像データに基づいて加熱コイル130への印加電圧および素材送り機構110と結晶引下げ機構120の駆動速度を制御する制御部200と、を備えている。   The single crystal growing apparatus 100 includes a material feeding mechanism 110 that is disposed on the upper shaft side and supplies the material 600 downward at a predetermined speed, and a crystal that is disposed on the lower shaft side and pulls down the crystal 500 that is crystallized at a predetermined speed. A pulling mechanism 120, a heating coil (heating means) 130 for heating the front end portion of the material 600, a CCD camera (imaging means) 140 for imaging with a solid-liquid interface between the material side and the crystal side in view, and a CCD camera 140 And a control unit 200 that controls the applied voltage to the heating coil 130 and the driving speed of the material pulling mechanism 110 and the crystal pulling mechanism 120 based on the imaging data from.

素材送り機構110と結晶引下げ機構120とは同軸上に配設されている。
素材送り機構110は、下端側に素材600を保持する保持部111を有し、上から下に向けて素材600を送り出す。
結晶引下げ機構120は、上端側に結晶500を保持する保持部121を有し、上から下に向けて結晶500を引き下げる。
加熱コイル130は、素材送り機構110と結晶引下げ機構120との間に配設されてその位置が固定されている。
加熱コイル130は、素材送り機構110によって下方に送られてくる素材600の先端を環囲した状態で加熱し、素材600の先端を溶融させる。
The material feeding mechanism 110 and the crystal pulling mechanism 120 are arranged coaxially.
The material feeding mechanism 110 has a holding unit 111 that holds the material 600 on the lower end side, and feeds the material 600 from top to bottom.
The crystal pulling mechanism 120 has a holding portion 121 that holds the crystal 500 on the upper end side, and pulls down the crystal 500 from top to bottom.
The heating coil 130 is disposed between the material feeding mechanism 110 and the crystal pulling mechanism 120, and its position is fixed.
The heating coil 130 heats the front end of the raw material 600 fed downward by the raw material feed mechanism 110 in a state of surrounding the front end of the raw material 600 to melt the front end of the raw material 600.

CCDカメラ140は、加熱コイル130の近傍に配設されている。そして、CCDカメラ140は、加熱コイル130によって溶融された溶融部を略中心として、素材600の先端(下端)から結晶500の先端(上端)を視野に含む。   The CCD camera 140 is disposed in the vicinity of the heating coil 130. Then, the CCD camera 140 includes from the front end (lower end) of the material 600 to the front end (upper end) of the crystal 500 in the visual field, with the melted portion melted by the heating coil 130 as the center.

制御部200は、CCDカメラ140の撮像データを処理する画像処理部210と、撮像データに基づいて素材径および結晶径を算出する径算出部220と、加熱コイル130への印加電圧を制御する電圧制御部230と、結晶引下げ機構120の駆動速度を制御する結晶引下げ速度制御部240と、素材送り機構110の駆動速度を制御する素材送り速度制御部300と、を備えている。   The control unit 200 includes an image processing unit 210 that processes imaging data of the CCD camera 140, a diameter calculation unit 220 that calculates a material diameter and a crystal diameter based on the imaging data, and a voltage that controls an applied voltage to the heating coil 130. A control unit 230, a crystal pulling speed control unit 240 that controls the driving speed of the crystal pulling mechanism 120, and a material feed speed control unit 300 that controls the driving speed of the material feeding mechanism 110 are provided.

画像処理部210は、CCDカメラ140からの撮像データを取り込んで径算出部220に出力する。
径算出部220は、撮像データに基づいて固液界面における素材600の径(直径)を算出する素材径算出部221と、撮像データに基づいて固液界面における結晶500の径(直径)を算出する結晶径算出部222と、を備える。
素材径算出部221および結晶径算出部222は、所定時間間隔(例えば2秒間隔)で素材径および結晶径を算出する。なお、素材径算出部221および結晶径算出部222において素材径および結晶径を算出する方法は特に限定されるものではないが、例えば、撮像データからエッジ検出を行うことによって実現できる。
The image processing unit 210 takes in the image data from the CCD camera 140 and outputs it to the diameter calculation unit 220.
The diameter calculation unit 220 calculates the diameter (diameter) of the material 600 at the solid-liquid interface based on the imaging data, and calculates the diameter (diameter) of the crystal 500 at the solid-liquid interface based on the imaging data. And a crystal diameter calculation unit 222.
The material diameter calculator 221 and the crystal diameter calculator 222 calculate the material diameter and the crystal diameter at a predetermined time interval (for example, every 2 seconds). Note that the method of calculating the material diameter and the crystal diameter in the material diameter calculation unit 221 and the crystal diameter calculation unit 222 is not particularly limited, and can be realized by, for example, performing edge detection from imaging data.

ここに、CCDカメラ140と素材径算出部221とにて素材径検出手段が構成されており、素材径検出工程が実行される。また、CCDカメラ140と結晶径算出部222とにて結晶径検出手段が構成されており、結晶径検出工程が実行される。   Here, the CCD camera 140 and the material diameter calculation unit 221 constitute material diameter detection means, and the material diameter detection process is executed. The CCD camera 140 and the crystal diameter calculation unit 222 constitute a crystal diameter detection unit, and a crystal diameter detection process is executed.

電圧制御部230は、素材径と結晶径とに基づいて加熱コイル130への印加電圧を制御する(加熱温度制御工程)。加熱コイル130への印加電圧値が制御されることにより素材600の溶融量が変化するので、結晶500に供給される原料の量が変化する。そして、例えば、素材600のテーパ部610の先端のように素材600の単位長さあたりの体積が小さければ加熱温度は低くてもよく、その一方、直胴部620のように長さあたりの体積が大きくなると加熱温度を高くして素材600を十分に溶融させることになる。   The voltage control unit 230 controls the voltage applied to the heating coil 130 based on the material diameter and the crystal diameter (heating temperature control process). Since the amount of melting of the material 600 is changed by controlling the voltage applied to the heating coil 130, the amount of the raw material supplied to the crystal 500 is changed. For example, if the volume per unit length of the material 600 is small, such as the tip of the tapered portion 610 of the material 600, the heating temperature may be low, while the volume per length as in the straight body 620. When the temperature increases, the heating temperature is raised and the material 600 is sufficiently melted.

図4は、加熱コイル130への印加電圧の一例を示す図である。
電圧制御部230は、加熱コイル130への印加電圧を2段階に分けて制御する。素材600は、先端から徐々に拡径していくテーパ部610と、径が一定である直胴部620と、を有するところ、加熱コイル130の間に送られる素材600がテーパ部610であるとき、電圧制御部230は、素材径に基づいて決定される電圧値を加熱コイル130に印加する。そして、加熱コイル130の間に送られる素材600がテーパ部610から直胴部620に移行すると、電圧制御部230は、次は、素材径ではなく、結晶径に基づいて決定される電圧値を加熱コイル130に印加する。印加電圧値が予め設定された目標値に達したところで、この目標値の値をキープする。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a voltage applied to the heating coil 130.
The voltage controller 230 controls the voltage applied to the heating coil 130 in two stages. The material 600 includes a taper portion 610 that gradually increases in diameter from the tip and a straight body portion 620 having a constant diameter. When the material 600 fed between the heating coils 130 is the taper portion 610. The voltage controller 230 applies a voltage value determined based on the material diameter to the heating coil 130. When the material 600 sent between the heating coils 130 moves from the taper portion 610 to the straight body portion 620, the voltage control unit 230 next sets a voltage value determined based on the crystal diameter, not the material diameter. Apply to heating coil 130. When the applied voltage value reaches a preset target value, the target value is kept.

すなわち、電圧制御部230には素材600の直胴部620の径が定値として予め設定されており、素材径算出部221にて算出される素材径が定値以下であるときは、素材径に基づく電圧値を加熱コイル130に印加し、素材径が定値を超えたときは、結晶径に基づく電圧値を加熱コイル130に印加する。   In other words, the diameter of the straight body 620 of the material 600 is preset as a constant value in the voltage control unit 230, and when the material diameter calculated by the material diameter calculation unit 221 is equal to or less than the constant value, it is based on the material diameter. When a voltage value is applied to the heating coil 130 and the material diameter exceeds a fixed value, a voltage value based on the crystal diameter is applied to the heating coil 130.

なお、素材径あるいは結晶径に基づいて電圧値を決定するにあたっては、素材径や結晶径をパラメータとする一次関数の式を予め設定しておき、この式に基づいて電圧値を決定することが例として挙げられる。
電圧制御部230による加熱コイル130への電圧制御の具体的手順については、後述する。
In determining the voltage value based on the material diameter or the crystal diameter, an equation of a linear function using the material diameter or the crystal diameter as a parameter is set in advance, and the voltage value can be determined based on this equation. Take as an example.
A specific procedure for controlling the voltage to the heating coil 130 by the voltage controller 230 will be described later.

結晶引下げ速度制御部240は、結晶径算出部222にて算出された結晶径に基づいて結晶引下げ機構120の駆動速度を制御する(結晶引下げ速度制御工程)。結晶引下げ速度制御部240には、結晶径と引下げ速度との関係が予め設定されており、結晶径算出部222にて算出された結晶径に応じて引下げ速度を決定する。
図5は、結晶引下げ速度の変化の一例を示す図である。
結晶径引下げ速度制御部は、4段階に分けて結晶引下げ速度を段階的に目標速度まで上昇させていく。
すなわち、結晶引下げ速度制御部240には、3段階の結晶径の値が設定値として設定されているとともに、各設定値に応じた引下げ速度が設定されている。そして、結晶径が各設定値に達したところで引下げ速度が段階的に上昇される。結晶引下げ速度制御部240による結晶引下げ機構120を制御する具体的手順については後述する。
The crystal pulling speed controller 240 controls the driving speed of the crystal pulling mechanism 120 based on the crystal diameter calculated by the crystal diameter calculator 222 (crystal pulling speed control step). In the crystal pulling speed control unit 240, the relationship between the crystal diameter and the pulling speed is set in advance, and the pulling speed is determined according to the crystal diameter calculated by the crystal diameter calculating unit 222.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a change in the crystal pulling rate.
The crystal diameter reduction speed control unit increases the crystal reduction speed step by step to the target speed in four stages.
That is, in the crystal pulling speed control unit 240, three stages of crystal diameter values are set as set values, and pulling speeds corresponding to the respective set values are set. Then, when the crystal diameter reaches each set value, the pulling speed is increased stepwise. A specific procedure for controlling the crystal pulling mechanism 120 by the crystal pulling speed control unit 240 will be described later.

素材送り速度制御部300は、素材600のテーパ部610においては予め設定された設定値に基づいて素材送り機構110の駆動速度を制御するとともに、素材径が定値に達した後は、結晶径の変化率と素材600の供給バランスとに基づいて素材送り機構110の駆動速度を制御する(素材送り速度制御工程)。
図6は、素材送り速度制御部300の構成を示す図である。
素材送り速度制御部300は、結晶径の変化率に基づいて素材送り機構110の駆動速度を判断する結晶径変化率判断部310と、素材600の供給量と結晶化量とのバランスに基づいて素材送り機構110の駆動速度を判断する供給バランス判断部350と、結晶径変化率判断部310および供給バランス判断部350による判断に基づいて素材送り機構110に駆動速度を指令する素材送り速度指令部380と、を備える。
In the taper portion 610 of the material 600, the material feed speed control unit 300 controls the driving speed of the material feed mechanism 110 based on a preset value, and after the material diameter reaches a fixed value, the crystal diameter is adjusted. The driving speed of the material feeding mechanism 110 is controlled based on the rate of change and the supply balance of the material 600 (material feeding speed control step).
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the material feed speed control unit 300.
The material feed speed control unit 300 determines the driving speed of the material feed mechanism 110 based on the change rate of the crystal diameter, and based on the balance between the supply amount of the material 600 and the crystallization amount. A supply balance determination unit 350 that determines the drive speed of the material feed mechanism 110, and a material feed speed command unit that commands the drive speed to the material feed mechanism 110 based on the determination by the crystal diameter change rate determination unit 310 and the supply balance determination unit 350. 380.

結晶径変化率判断部310は、結晶径算出部222にて算出された結晶径を一時的に記憶する結晶径記憶部320と、一定時間間隔における結晶径の変化に基づいて結晶径変化率を算出する結晶径変化率算出部330と、設定された閾値と結晶径変化率とを比較する結晶径変化率比較部340と、を備える。   The crystal diameter change rate determination unit 310 includes a crystal diameter storage unit 320 that temporarily stores the crystal diameter calculated by the crystal diameter calculation unit 222, and a crystal diameter change rate based on the change of the crystal diameter at a certain time interval. A crystal diameter change rate calculating unit 330 to calculate, and a crystal diameter change rate comparing unit 340 for comparing the set threshold value with the crystal diameter change rate.

結晶径記憶部320は、結晶径算出部222にて算出された結晶径の値を順次記憶していく。
ここで、結晶径算出部222は2秒後ごとに結晶径を算出するところ、結晶径記憶部320は、結晶径の値を100秒間記憶しておく。
すなわち、結晶径記憶部320は最も古い結晶径の値から最新の結晶径の値まで50個の結晶径データを記憶する。
図7に、結晶径記憶部320に記憶する結晶径データの一例を示す。
The crystal diameter storage unit 320 sequentially stores the crystal diameter values calculated by the crystal diameter calculation unit 222.
Here, the crystal diameter calculation unit 222 calculates the crystal diameter every 2 seconds, and the crystal diameter storage unit 320 stores the value of the crystal diameter for 100 seconds.
That is, the crystal diameter storage unit 320 stores 50 pieces of crystal diameter data from the oldest crystal diameter value to the latest crystal diameter value.
FIG. 7 shows an example of crystal diameter data stored in the crystal diameter storage unit 320.

結晶径変化率算出部330は、一定時間間隔の結晶径の変化率を算出する(結晶径変化率算出工程)。単結晶500を所望の形状に育成するにあたって、トップ部510においては先端の種結晶540から直胴部520に向けて徐々に太らせ、直胴部520にあっては一定の径を維持しなければならない。このように単結晶500を所望の形状に育成するには、結晶500の太り具合である結晶径の変化率を所定の範囲にして、急激に太りすぎたり、急激に細り過ぎたりしないようにする。ここで、直近の20秒間における結晶径データの平均値と、80秒前から100秒前の20秒間における結晶径データの平均値と、の差を結晶径変化率とする。すなわち、結晶径変化率算出部330は、直近の10個で結晶径データの平均値を新結晶径平均値として算出し、さらに、80秒前から100秒前における10個の結晶径データの平均値を過去結晶径平均値として算出する。そして、新結晶径平均値と過去結晶径平均値との差を求めて結晶径変化率とする。   The crystal diameter change rate calculating unit 330 calculates the change rate of the crystal diameter at regular time intervals (crystal diameter change rate calculating step). In growing the single crystal 500 into a desired shape, the top portion 510 is gradually thickened from the seed crystal 540 at the tip toward the straight body portion 520, and the straight body portion 520 must maintain a constant diameter. I must. In order to grow the single crystal 500 in a desired shape in this way, the change rate of the crystal diameter, which is the degree of weight of the crystal 500, is set within a predetermined range so that the crystal 500 does not become too thick or too thin. . Here, the difference between the average value of the crystal diameter data in the latest 20 seconds and the average value of the crystal diameter data in 20 seconds from 80 seconds to 100 seconds ago is defined as the crystal diameter change rate. That is, the crystal diameter change rate calculation unit 330 calculates the average value of the crystal diameter data for the latest 10 as the new crystal diameter average value, and further calculates the average of the 10 crystal diameter data from 80 seconds to 100 seconds ago. The value is calculated as an average value of past crystal diameters. Then, the difference between the new crystal diameter average value and the past crystal diameter average value is obtained and used as the crystal diameter change rate.

結晶径変化率比較部340は、結晶径の値に応じて予め設定された結晶径変化率の上限値と下限値とを閾値とする設定範囲に対して結晶径変化率を比較する(結晶径変化率比較工程)。
図8は、結晶径変化率の設定範囲である。
結晶径に相関して結晶径変化率の所定範囲が設定されている。そして、結晶径変化率比較部340は、結晶径変化率算出部330にて算出された結晶径変化率を設定範囲の上限値および下限値に比較し、比較結果を素材送り速度指令部380に出力する。
The crystal diameter change rate comparison unit 340 compares the crystal diameter change rate with respect to a set range in which the upper limit value and lower limit value of the crystal diameter change rate set in advance according to the crystal diameter value are set as threshold values (crystal diameter Change rate comparison process).
FIG. 8 shows a setting range of the crystal diameter change rate.
A predetermined range of the crystal diameter change rate is set in correlation with the crystal diameter. Then, the crystal diameter change rate comparison unit 340 compares the crystal diameter change rate calculated by the crystal diameter change rate calculation unit 330 with the upper limit value and the lower limit value of the setting range, and the comparison result is sent to the material feed speed command unit 380. Output.

供給バランス判断部350は、素材600の供給量と結晶化量との差である供給バランスを算出する供給バランス算出部360と、設定された閾値と供給バランスとを比較する供給バランス比較部370と、を備える。   The supply balance determination unit 350 includes a supply balance calculation unit 360 that calculates a supply balance that is the difference between the supply amount of the material 600 and the crystallization amount, and a supply balance comparison unit 370 that compares the set threshold value with the supply balance. .

供給バランス算出部360は、素材径Pd、素材送り速度Zp、結晶径Sdおよび結晶引下げ速度Reに基づいて供給バランスを算出する(供給バランス算出工程)。
供給バランスは、素材600の供給量(〜Pd×Zp)と結晶化量(〜Sd×Re)と関係で求められ、次の式によって表される。
The supply balance calculation unit 360 calculates a supply balance based on the material diameter Pd, the material feed speed Zp, the crystal diameter Sd, and the crystal pulling speed Re (supply balance calculation step).
Supply balance is sought in relation supply amount of the material 600 and (~Pd 2 × Zp) and crystallization amount (~Sd 2 × Re), represented by the following equation.

Figure 2007254178
Figure 2007254178

供給バランス比較部370は、結晶径の値に応じて予め設定された供給バランスの下限値を閾値とする設定範囲に対して供給バランスを比較する(供給バランス比較工程)。
図9は、供給バランスの設定範囲である。そして、供給バランス比較部370は、供給バランス算出部360にて算出された供給バランスを設定範囲に比較し、比較結果を素材送り速度指令部380に出力する。
The supply balance comparison unit 370 compares the supply balance with a set range having a lower limit value of the supply balance that is set in advance according to the value of the crystal diameter as a threshold (supply balance comparison process).
FIG. 9 shows a setting range of supply balance. Then, the supply balance comparison unit 370 compares the supply balance calculated by the supply balance calculation unit 360 with the set range, and outputs the comparison result to the material feed speed command unit 380.

素材送り速度指令部380は、素材600のテーパ部においては予め設定された設定値に基づいて素材送り機構110の駆動速度を制御するとともに、素材径が定値に達した後は、結晶径変化率比較部340および供給バランス比較部370における比較結果に基づいて素材送り機構110の駆動速度を制御する(素材送り速度指令工程)。
素材送り速度指令部380は、加熱コイル130の間に送られる素材600がテーパ部610であるときは、素材送り速度を予め決められた値にキープする。
そして、素材径が定値を超えて加熱コイル130の間に送られる素材600が直胴部620となったとき、素材送り速度指令部380は、結晶径変化率比較部340および供給バランス比較部370における比較結果に基づいて素材送り機構110の駆動速度を制御する。
The material feed speed command unit 380 controls the driving speed of the material feed mechanism 110 based on a preset value in the taper portion of the material 600, and after the material diameter reaches a constant value, the crystal diameter change rate. Based on the comparison results in the comparison unit 340 and the supply balance comparison unit 370, the drive speed of the material feed mechanism 110 is controlled (material feed speed command step).
When the material 600 fed between the heating coils 130 is the taper portion 610, the material feed speed command unit 380 keeps the material feed speed to a predetermined value.
When the material diameter exceeds the fixed value and the material 600 fed between the heating coils 130 becomes the straight body 620, the material feed speed command unit 380 includes the crystal diameter change rate comparison unit 340 and the supply balance comparison unit 370. The driving speed of the material feeding mechanism 110 is controlled based on the comparison result in.

このとき、素材送り速度指令部380は、まず、結晶径変化率比較部340における比較結果に基づいて素材送り機構110の駆動速度を制御する。
図10は、結晶径変化率と設定範囲との関係の一例を示す図である。
素材送り速度指令部380は、結晶径変化率比較部340における比較結果により、結晶径変化率が設定範囲の下限値を下回っている場合には(図10中の符号344)、素材送り速度を上昇させる。
ここで、結晶径変化率が設定範囲の下限値を下回っているということは、結晶500が所望の通りに太っておらず細りすぎであるということなので、素材送り速度を上昇させて素材600の供給量を増加させて結晶500を太らせる。
At this time, the material feed speed command unit 380 first controls the driving speed of the material feed mechanism 110 based on the comparison result in the crystal diameter change rate comparison unit 340.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the relationship between the crystal diameter change rate and the setting range.
When the crystal diameter change rate is below the lower limit value of the setting range according to the comparison result in the crystal diameter change rate comparison unit 340 (reference numeral 344 in FIG. 10), the material feed speed command unit 380 sets the material feed speed. Raise.
Here, the fact that the crystal diameter change rate is below the lower limit value of the setting range means that the crystal 500 is not as fat as desired and is too thin. The supply amount is increased to thicken the crystal 500.

また、素材送り速度指令部380は、結晶径変化率比較部340における比較結果により、結晶径変化率が設定範囲の上限値を超えている場合には(図10中の符号345)、素材送り速度を上昇させずにキープする。
ここで、結晶径変化率が設定範囲の上限値を超えているということは、結晶500が予定よりも太りすぎであるということなので、素材600の供給量を増加させないでしばらくは素材送り速度をキープする。
In addition, the material feed speed command unit 380 determines that the material feed rate command unit 380 has a material feed rate when the crystal diameter change rate exceeds the upper limit of the set range (reference numeral 345 in FIG. 10). Keep without increasing speed.
Here, the fact that the crystal diameter change rate exceeds the upper limit value of the setting range means that the crystal 500 is too thicker than planned, so the material feed speed is increased for a while without increasing the supply amount of the material 600. Keep it.

そして、素材送り速度指令部380は、結晶径変化率が設定範囲のなかに入っている場合、次に、供給バランス比較部370における比較結果に基づいて素材送り機構110の駆動速度を制御する。
図11は、供給バランスと設定範囲との関係の一例を示す図である。
素材送り速度指令部380は、供給バランス比較部370における比較結果により、供給バランスが下限値よりも高い場合には、素材送り速度をキープする。供給バランスが下限値よりも高いということは、素材600の供給量が結晶化量に対して足りているということなので、素材送り速度をキープする。その一方、供給バランスが下限値を下回っている場合には(図11中の符号372)、素材送り速度を上昇させる。供給バランスが下限値を下回っているということは、素材600の供給量が結晶化量に対して不足しているということなので、素材送り速度を上昇させる。
ここで、図12は、上記のような制御を行った場合における素材送り速度の変化の一例を示す図である。
Then, when the crystal diameter change rate is within the set range, the material feed speed command unit 380 next controls the driving speed of the material feed mechanism 110 based on the comparison result in the supply balance comparison unit 370.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the relationship between the supply balance and the setting range.
The material feed speed command unit 380 keeps the material feed speed when the supply balance is higher than the lower limit value based on the comparison result in the supply balance comparison unit 370. The fact that the supply balance is higher than the lower limit means that the supply amount of the material 600 is sufficient with respect to the crystallization amount, so the material feed speed is kept. On the other hand, when the supply balance is below the lower limit (reference numeral 372 in FIG. 11), the material feed speed is increased. The fact that the supply balance is below the lower limit means that the supply amount of the material 600 is insufficient with respect to the crystallization amount, so the material feed speed is increased.
Here, FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a change in the material feed speed when the above control is performed.

このような構成を備える第1実施形態の動作(単結晶育成方法)について説明する。
単結晶育成装置100によって単結晶500を育成するにあたっては、育成する結晶500の種類やサイズに合わせて加熱コイル130を交換し、さらに、加熱コイル130の近傍にCCDカメラ140をセットする。
そして、結晶引下げ機構120の保持部121に種結晶540をセットし、素材送り機構110の保持部111に素材600をセットする(図2参照)。
この状態で単結晶500の育成を開始する。
まず、素材送り速度制御部300と結晶引下げ速度制御部240による素材送りおよび結晶引下げの速度を所定の駆動速度に設定する。
また、電圧制御部230による加熱コイル130への電圧印加を所定の印加電圧に設定する。
この状態で素材の溶融および結晶の育成を例えば手動で開始し、CCDカメラ140による素材径および結晶径の撮像が可能となったところで制御部200による自動制御を開始する。例えば、結晶長が40mmに達したあたりから制御部200による自動制御を開始する。
The operation (single crystal growth method) of the first embodiment having such a configuration will be described.
When growing the single crystal 500 using the single crystal growing apparatus 100, the heating coil 130 is replaced according to the type and size of the crystal 500 to be grown, and the CCD camera 140 is set in the vicinity of the heating coil 130.
Then, the seed crystal 540 is set in the holding unit 121 of the crystal pulling mechanism 120, and the material 600 is set in the holding unit 111 of the material feeding mechanism 110 (see FIG. 2).
In this state, the growth of the single crystal 500 is started.
First, the material feeding speed and the crystal pulling speed by the material feeding speed controller 300 and the crystal pulling speed controller 240 are set to a predetermined driving speed.
Moreover, the voltage application to the heating coil 130 by the voltage controller 230 is set to a predetermined applied voltage.
In this state, the melting of the material and the growth of the crystal are started manually, for example, and automatic control by the control unit 200 is started when the material diameter and the crystal diameter can be imaged by the CCD camera 140. For example, automatic control by the control unit 200 is started when the crystal length reaches 40 mm.

また、CCDカメラ140による撮像が開始され、撮像データは画像処理部210から径算出部220に送られる。撮像データに基づいて所定時間(2秒)ごとに素材径算出部221および結晶径算出部222により素材径Pdおよび結晶径Sdが算出される。算出された素材径Pdおよび結晶径Sdは、電圧制御部230、結晶引下げ速度制御部240および素材送り速度制御部300に出力される。そして、電圧制御部230による加熱コイル130への印加電圧の制御、結晶引下げ速度制御部240による結晶引下げ機構120の駆動速度制御および素材送り速度制御部300による素材送り機構110の駆動速度制御がそれぞれ実行される。
以下、図13〜図15を参照して各制御動作について説明する。
Further, imaging by the CCD camera 140 is started, and imaging data is sent from the image processing unit 210 to the diameter calculating unit 220. The material diameter Pd and the crystal diameter Sd are calculated by the material diameter calculator 221 and the crystal diameter calculator 222 every predetermined time (2 seconds) based on the imaging data. The calculated material diameter Pd and crystal diameter Sd are output to the voltage controller 230, the crystal pulling speed controller 240, and the material feed speed controller 300. The voltage control unit 230 controls the voltage applied to the heating coil 130, the crystal pulling speed control unit 240 drives the crystal pulling mechanism 120, and the material feeding speed control unit 300 drives the material feeding mechanism 110. Executed.
Hereinafter, each control operation will be described with reference to FIGS.

まず、電圧制御部230による加熱コイル130への印加電圧制御について説明する。
図13は、電圧制御部230による加熱コイル130への印加電圧制御の手順を示すフローチャートである。
なお、図4は、加熱コイル130への印加電圧の一例を示す図である。
加熱コイル130の電圧制御にあたっては、まず、ST100において、素材径算出部221にて算出された素材径を読み込む。そして、ST101において、算出された素材径を電圧制御部230に設定された定値に比較する。
なお、前述の通り、この定値は、素材600の直胴部620の直径である。
素材径の値が定値に達していない場合には(ST101:NO)、素材径に基づく電圧値を加熱コイル130に印加する。すなわち、ST102において素材径に所定係数を乗算して電圧値を算出し、ST103において加熱コイル130に電圧を印加する。素材径は2秒ごとに算出されるので、ST100に戻って素材径が定値に達するまでST100からST103を繰り返す。
First, voltage control applied to the heating coil 130 by the voltage controller 230 will be described.
FIG. 13 is a flowchart showing a procedure for controlling the voltage applied to the heating coil 130 by the voltage controller 230.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a voltage applied to the heating coil 130.
In the voltage control of the heating coil 130, first, in ST100, the material diameter calculated by the material diameter calculation unit 221 is read. In ST101, the calculated material diameter is compared with a constant value set in the voltage control unit 230.
As described above, this fixed value is the diameter of the straight body portion 620 of the material 600.
When the value of the material diameter does not reach the constant value (ST101: NO), a voltage value based on the material diameter is applied to the heating coil 130. That is, a voltage value is calculated by multiplying the material diameter by a predetermined coefficient in ST102, and a voltage is applied to the heating coil 130 in ST103. Since the material diameter is calculated every 2 seconds, the process returns to ST100 and repeats ST100 to ST103 until the material diameter reaches a constant value.

ST101において、素材径の値が定値に達している場合には(ST101:YES)、結晶径に基づいて印加電圧値の制御を行い、印加電圧値を目標値まで上昇させていく。すなわち、素材送り機構110による素材送りによって加熱コイル130の間に送られる素材600がテーパ部610から直胴部620に移って素材径が定値に達したところで(ST101:YES)、ST110において、結晶径算出部222により算出された結晶径を読み込む。そして、ST111において、結晶径に所定係数を乗算して電圧値を算出し、ST112において加熱コイル130に電圧を印加する。   In ST101, when the value of the material diameter has reached a constant value (ST101: YES), the applied voltage value is controlled based on the crystal diameter, and the applied voltage value is increased to the target value. That is, when the material 600 fed between the heating coils 130 by the material feeding by the material feeding mechanism 110 moves from the tapered portion 610 to the straight body portion 620 and the material diameter reaches a constant value (ST101: YES), in ST110, the crystal The crystal diameter calculated by the diameter calculator 222 is read. In ST111, a voltage value is calculated by multiplying the crystal diameter by a predetermined coefficient, and a voltage is applied to the heating coil 130 in ST112.

なお、育成する単結晶500のトップ部510において結晶径は次第に太っていくように制御されるので、結晶径に対して正の相関を有する加熱コイル130の電圧を制御すると、印加電圧値は次第に上昇する。次第に上昇していく電圧値を予め設定された目標値に対比し(ST113)、電圧値が目標値に達していない場合には(ST113:NO)、ST110からST113を繰り返して結晶径に基づく電圧値を加熱コイル130に印加する。   Since the crystal diameter is controlled to gradually increase at the top portion 510 of the single crystal 500 to be grown, when the voltage of the heating coil 130 having a positive correlation with the crystal diameter is controlled, the applied voltage value is gradually increased. To rise. The voltage value that gradually increases is compared with a preset target value (ST113), and when the voltage value does not reach the target value (ST113: NO), the voltage based on the crystal diameter is repeated by repeating ST110 to ST113. A value is applied to the heating coil 130.

ST113において、印加電圧値が目標値に達した場合には(ST113:YES)、目標電圧値をキープして加熱コイル130に目標電圧値を印加する。
終了条件(ST121)を満たすまで目標電圧値の印加を継続し、終了条件を満たしたところで終了する。なお、終了条件としては、育成する単結晶500の長さが設計値に達した場合とすることが例として挙げられる。
When the applied voltage value reaches the target value in ST113 (ST113: YES), the target voltage value is kept and the target voltage value is applied to the heating coil 130.
The application of the target voltage value is continued until the end condition (ST121) is satisfied, and the process ends when the end condition is satisfied. An example of the termination condition is that the length of the single crystal 500 to be grown reaches a design value.

次に、結晶引下げ速度制御部240による結晶引下げ速度の制御について説明する。
図14は、結晶引下げ速度制御部240による結晶引下げ速度制御の手順を示すフローチャートである。
なお、図5は、結晶引下げ速度の変化の一例を示す図である。
結晶引下げ速度の制御にあたっては、まず、ST200において、結晶径算出部222にて算出された結晶径を読み込む。
結晶引下げ速度は、結晶径の変化に応じて4段階で上昇するように制御されるところ、結晶引下げ速度制御部240には、3段階の結晶径の設定値(第1設定値〜第3設定値)と結晶径に応じた引下げ速度(第1速度〜目標速度)とが予め設定されている。尚、結晶引下げ速度は、例として4段階で上昇するように設定したに過ぎず、速度設定は製造条件に応じて自由に段数設定をすることができる。
読み込んだ結晶径を第1設定値に対比して(ST201)、結晶径が第1設定値に達していない場合には(ST201:NO)、第1速度で結晶引下げを実行する(ST202)。
Next, control of the crystal pulling speed by the crystal pulling speed control unit 240 will be described.
FIG. 14 is a flowchart showing a procedure for controlling the crystal pulling speed by the crystal pulling speed controller 240.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a change in the crystal pulling rate.
In controlling the crystal pulling speed, first, in ST200, the crystal diameter calculated by the crystal diameter calculating unit 222 is read.
The crystal pulling speed is controlled so as to increase in four steps according to the change in crystal diameter. The crystal pulling speed control unit 240 has three crystal diameter setting values (first setting value to third setting). Value) and a lowering speed (first speed to target speed) according to the crystal diameter are preset. Note that the crystal pulling speed is merely set to increase in four steps as an example, and the speed setting can be freely set according to the manufacturing conditions.
The read crystal diameter is compared with the first set value (ST201). If the crystal diameter does not reach the first set value (ST201: NO), crystal pulling is executed at the first speed (ST202).

結晶径が第1設定値に達するまでST200からST202を繰り返し、結晶径が第1設定値に達した場合には(ST201:YES)、結晶引下げ速度を一段階上昇させて第2速度で結晶引下げ実行する(ST211)。そして、結晶径が第2設定値に達するまで結晶径算出部222にて算出される結晶径を読み込みながら(ST212)、第2速度にて結晶引下げを実行する(ST210〜ST212)。
結晶径が第2設定値に達した場合(ST210:YES)、結晶引下げ速度を一段階上昇させて第3速度で結晶引下げを実行する。そして、結晶径が第3設定値に達するまで結晶径算出部222にて算出される結晶径を読み込みながら(ST222)、第3速度にて結晶引下げを実行する(ST220〜ST222)。
結晶径が第3設定値に達した場合(ST220:YES)、結晶引下げ速度を一段階上昇させて目標速度で結晶引下げを実行する(ST230)。
ここで、第3設定値は結晶径の目標値よりもわずかに小さい値に設定する。なお、結晶径の目標値とは、育成する単結晶500の直胴部520の径である。
終了条件を満たすまで、目標速度で結晶引下げを実行し、終了条件を満たしたところで終了する。
終了条件としては、育成する単結晶500の長さが設計値に達した場合とすることが例として挙げられる。
ST200 to ST202 are repeated until the crystal diameter reaches the first set value. When the crystal diameter reaches the first set value (ST201: YES), the crystal pulling rate is increased by one step and the crystal is pulled down at the second rate. Execute (ST211). Then, while reading the crystal diameter calculated by the crystal diameter calculator 222 until the crystal diameter reaches the second set value (ST212), crystal pulling is executed at the second speed (ST210 to ST212).
When the crystal diameter reaches the second set value (ST210: YES), the crystal pulling speed is increased by one step and the crystal pulling is executed at the third speed. Then, while reading the crystal diameter calculated by the crystal diameter calculator 222 until the crystal diameter reaches the third set value (ST222), the crystal pulling is executed at the third speed (ST220 to ST222).
When the crystal diameter reaches the third set value (ST220: YES), the crystal pulling speed is increased by one step and the crystal pulling is executed at the target speed (ST230).
Here, the third set value is set to a value slightly smaller than the target value of the crystal diameter. The target value of the crystal diameter is the diameter of the straight body 520 of the single crystal 500 to be grown.
The crystal pulling is executed at the target speed until the end condition is satisfied, and the process ends when the end condition is satisfied.
An example of the termination condition is that the length of the single crystal 500 to be grown reaches a design value.

次に、素材送り速度制御部300による素材送り速度の制御について説明する。
図15は、素材送り速度制御部300による素材送り速度制御の手順を示すフローチャートである。
なお、図12は、素材送り速度の変化の一例を示す図である。
素材送り速度の制御にあたっては、まず、加熱コイル130の間に送られる素材600がテーパ部610であるとき、素材送り速度は予め設定された設定値でキープされる。
すなわち、素材径算出部221にて算出される素材径を読み込んで(ST300)、素材径が定値以下であって素材600のテーパ部610である場合(ST301:NO)、素材送り速度は設定値でキープされる。素材径が定値に達して素材600が直胴部620となったとき(ST301:YES)、以後、素材送り速度は結晶径変化率および供給バランスに基づいて制御される。
ST310において、結晶径変化率算出部330にて結晶径変化率を算出する(結晶径変化率算出工程)。
Next, control of the material feed speed by the material feed speed control unit 300 will be described.
FIG. 15 is a flowchart illustrating a procedure of material feed speed control by the material feed speed control unit 300.
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a change in the material feed speed.
In controlling the material feed speed, first, when the material 600 fed between the heating coils 130 is the tapered portion 610, the material feed speed is kept at a preset value.
That is, when the material diameter calculated by the material diameter calculation unit 221 is read (ST300) and the material diameter is equal to or smaller than a fixed value and the taper portion 610 of the material 600 (ST301: NO), the material feed speed is set to the set value. It is kept with. When the material diameter reaches a constant value and the material 600 becomes the straight body 620 (ST301: YES), thereafter, the material feed rate is controlled based on the crystal diameter change rate and the supply balance.
In ST310, the crystal diameter change rate calculating unit 330 calculates the crystal diameter change rate (crystal diameter change rate calculating step).

ここで、前述の通り、結晶径変化率は、一定の時間間隔における結晶径の変化であり、結晶径記憶部320に記憶された結晶径に基づいて算出される。ST311において、算出された結晶径変化率を結晶径変化率比較部340において設定範囲(図8)に対比する(結晶径変化率比較工程)。そして、まず、ST312において結晶径変化率を設定範囲の上限と対比して、結晶径変化率が上限を超えている場合には(ST312:NO、図10の符号345を参照)、素材送り速度を上昇させずにキープする(素材送り速度指令工程)。ST312において、結晶径変化率が設定範囲の上限以下である場合には(ST312:YES)、ST314において結晶径変化率を設定範囲の下限値と比較する。
ST314において、結晶径変化率が設定範囲の下限値を下回っている場合には(ST314:NO、図10の符号344参照)、素材送り速度を上昇させる(素材送り速度指令工程)。
Here, as described above, the crystal diameter change rate is a change in crystal diameter at a constant time interval, and is calculated based on the crystal diameter stored in the crystal diameter storage unit 320. In ST311, the calculated crystal diameter change rate is compared with the set range (FIG. 8) in the crystal diameter change rate comparison unit 340 (crystal diameter change rate comparison step). First, in ST312, when the crystal diameter change rate is compared with the upper limit of the setting range and the crystal diameter change rate exceeds the upper limit (ST312: NO, see reference numeral 345 in FIG. 10), the material feed speed Is kept without raising (material feed speed command process). In ST312, when the crystal diameter change rate is equal to or lower than the upper limit of the set range (ST312: YES), in ST314, the crystal diameter change rate is compared with the lower limit value of the set range.
In ST314, when the crystal diameter change rate is below the lower limit value of the setting range (ST314: NO, see reference numeral 344 in FIG. 10), the material feed speed is increased (material feed speed command process).

ST314において、結晶径変化率が設定範囲の下限値以上である場合(ST314:YES)、すなわち、結晶径変化率が設定範囲内である場合には(ST312、ST314:YES)、
供給バランスに基づいて素材送り速度が制御されるところ、供給バランス算出部360にて供給バランスを算出する(ST320、供給バランス算出工程)。
なお、供給バランスは、前述の通り、素材600の供給量(〜Pd×Zp)と結晶化量(〜Sd×Re)と関係で求められる値である。
算出された供給バランスを供給バランス比較部370において設定範囲の下限値に比較する(ST321、供給バランス比較工程)。
供給バランスが下限値を下回っている場合には(ST322:NO)、素材送り速度を上昇させる(素材送り速度指令工程)。
これに対し、供給バランスが下限値以上であって設定範囲内に入っている場合には(ST322:YES)、素材送り速度をキープする(素材送り速度指令工程)。
In ST314, when the crystal diameter change rate is equal to or higher than the lower limit value of the setting range (ST314: YES), that is, when the crystal diameter change rate is within the setting range (ST312 and ST314: YES),
When the material feed speed is controlled based on the supply balance, the supply balance calculation unit 360 calculates the supply balance (ST320, supply balance calculation step).
As described above, the supply balance is a value obtained in relation to the supply amount (˜Pd 2 × Zp) of the material 600 and the crystallization amount (˜Sd 2 × Re).
The calculated supply balance is compared with the lower limit value of the setting range in the supply balance comparison unit 370 (ST321, supply balance comparison process).
If the supply balance is below the lower limit (ST322: NO), the material feed speed is increased (material feed speed command process).
On the other hand, when the supply balance is equal to or greater than the lower limit value and within the set range (ST322: YES), the material feed speed is kept (material feed speed command process).

このように結晶径変化率と供給バランスに基づく素材送り速度の制御を実行し(ST310〜ST330)、終了条件を満たしたところ(ST340)で制御を終了する。
終了条件としては、育成する単結晶500の長さが設計値に達した場合とすることが例として挙げられる。
In this way, control of the material feed rate based on the crystal diameter change rate and the supply balance is executed (ST310 to ST330), and when the end condition is satisfied (ST340), the control is ended.
An example of the termination condition is that the length of the single crystal 500 to be grown reaches a design value.

このように、結晶径変化率と供給バランスを設定範囲におさめるように素材送り速度を制御することにより、図16に示されるように、表面が微小に波打ちながらも単結晶500が所望の形状に育成される。   In this way, by controlling the material feed speed so as to keep the crystal diameter change rate and the supply balance within the set range, as shown in FIG. 16, the single crystal 500 has a desired shape even though the surface is slightly waved. Be nurtured.

このような第1実施形態によれば次の効果を奏することができる。
(1)結晶径および素材径の変化に基づいて素材送り速度をはじめとして、結晶引下げ速度、加熱コイル130への印加電圧を制御するので、結晶径および素材径を正確に検出することにより最適に単結晶育成の自動制御を実行することができる。正確に検出できる結晶径および素材径に基づいて自動制御を実行することにより、安定して単結晶500を所望の形状に育成することができる。
According to such 1st Embodiment, there can exist the following effects.
(1) Since the material pulling speed, the crystal pulling speed, and the voltage applied to the heating coil 130 are controlled based on the change in the crystal diameter and the material diameter, it is optimal by accurately detecting the crystal diameter and the material diameter. Automatic control of single crystal growth can be performed. By executing automatic control based on the crystal diameter and material diameter that can be accurately detected, the single crystal 500 can be stably grown into a desired shape.

(2)従来のようにゾーン長を所定長さに制御することで結晶500の形状を間接的に制御していたことに比べて、本実施形態では素材送り速度を制御して結晶径の変化率を所定範囲に入れることとするので、結晶500の形状を制御するという制御目標を直接的に確実に達成することができる。 (2) Compared to the case where the shape of the crystal 500 is indirectly controlled by controlling the zone length to a predetermined length as in the prior art, in this embodiment, the material feed rate is controlled to change the crystal diameter. Since the rate is set within a predetermined range, the control target of controlling the shape of the crystal 500 can be directly and reliably achieved.

(3)結晶径および素材径に基づいて自動制御を実行するところ、制御性能に加熱コイル130の取付誤差は関係ない。加熱コイル130の交換は結晶径および素材径の検出に影響しないので、結晶500の種類やサイズに応じて適切な加熱コイル130に交換することができる。 (3) When automatic control is executed based on the crystal diameter and the material diameter, the mounting error of the heating coil 130 is not related to the control performance. Since the replacement of the heating coil 130 does not affect the detection of the crystal diameter and the material diameter, the heating coil 130 can be replaced with an appropriate heating coil 130 according to the type and size of the crystal 500.

(4)結晶径変化率算出部330において、直近の平均値と過去の平均値との差を算出して結晶径変化率とする。単発のデータではなくて、所定個数の平均値に基づいた結晶径変化率を算出するので、一回一回における結晶径の検出誤差に大きな影響を受けることがなく、制御を安定させることができる。 (4) The crystal diameter change rate calculation unit 330 calculates the difference between the latest average value and the past average value to obtain the crystal diameter change rate. Since the crystal diameter change rate is calculated based on an average value of a predetermined number instead of single data, the control can be stabilized without being greatly affected by the detection error of the crystal diameter at a time. .

(5)供給バランス算出部360によって供給バランスを算出するとともに、供給バランス比較部370における比較結果に応じて供給バランスが設定範囲に入るように素材送り速度を制御するので、素材供給量と結晶化量とのバランスを保ちながら単結晶500を成長させることができる。例えば、溶融部が切れてしまうなどの不都合を回避して適切に単結晶500の育成を進行することができる。 (5) Since the supply balance is calculated by the supply balance calculation unit 360 and the material feed speed is controlled so that the supply balance falls within the set range according to the comparison result in the supply balance comparison unit 370, the material supply amount and crystallization The single crystal 500 can be grown while maintaining a balance with the amount. For example, it is possible to appropriately grow the single crystal 500 while avoiding inconvenience such as the melting part being cut.

(6)素材送り速度は結晶径変化率に基づいた制御と供給バランスに基づいた制御とを受けるところ、結晶径変化率を設定範囲にいれることを優先的に実行するので、単結晶500の形状を所定形状に制御することができる。さらに、結晶径変化率が設定範囲に入ってはいても、供給バランスが適切でないと結晶500が育たないところ、供給バランスを設定範囲にいれることにより単結晶500の育成を適切に進行することができる。 (6) The material feed rate is subjected to control based on the crystal diameter change rate and control based on the supply balance, and therefore, it preferentially executes the crystal diameter change rate within the set range. Can be controlled to a predetermined shape. Furthermore, even if the crystal diameter change rate is within the set range, the crystal 500 cannot be grown unless the supply balance is appropriate. However, the growth of the single crystal 500 can be appropriately advanced by setting the supply balance within the set range. it can.

(7)加熱コイル130への印加電圧を素材径または結晶径に応じて適切に制御するので、結晶化の原料となる溶融した素材600を適切に結晶500に供給することができ、単結晶育成を安定に進行させることができる。 (7) Since the voltage applied to the heating coil 130 is appropriately controlled according to the material diameter or the crystal diameter, the melted material 600 as a crystallization raw material can be appropriately supplied to the crystal 500, and single crystal growth Can proceed stably.

(8)結晶引下げ機構120による結晶引下げ速度は予め設定されており、予め決められた設定速度によって段階的に滑らかに結晶引下げ速度を増速させていくので、安定して所望形状の結晶500を育成することができる。そして、結晶を所定形状に制御するにあたっては、素材送り速度の制御によって対応することができる。 (8) The crystal pulling speed by the crystal pulling mechanism 120 is set in advance, and the crystal pulling speed is increased stepwise and smoothly at a predetermined setting speed. Can be trained. And in controlling a crystal | crystallization to a predetermined shape, it can respond by control of a raw material feed rate.

次に、実験例1、2について図18〜図21を参照して説明する。
実験例1、2においては、加熱コイルの位置が異なっている。
ずなわち、図18、図19に示す実験例1においては加熱コイルの位置が76.98mmであり、図20、図21に示す実験例2においては加熱コイルの位置が74.80mmである。
なお、加熱コイル130の位置は、CCDカメラ140による撮像画面において、撮像領域の上端から加熱コイル130の上面までの距離で表されている。
Next, Experimental Examples 1 and 2 will be described with reference to FIGS.
In Experimental Examples 1 and 2, the position of the heating coil is different.
That is, in the experimental example 1 shown in FIGS. 18 and 19, the position of the heating coil is 76.98 mm, and in the experimental example 2 shown in FIGS. 20 and 21, the position of the heating coil is 74.80 mm.
Note that the position of the heating coil 130 is represented by the distance from the upper end of the imaging region to the upper surface of the heating coil 130 on the imaging screen by the CCD camera 140.

ここで、実験例1および実験例2において、結晶長が100mm程度までは、素材のテーパ部を原料にして結晶が成長するので、素材送り速度は予め決められた設定値である。
また、結晶径は130mmに達すると、単結晶のトップ部の形成は終了して、引き続き単結晶の直胴部において結晶径が一定に制御される。
図18〜図20では、結晶のトップ部形成のデータを抜き出して示す。
Here, in Experimental Example 1 and Experimental Example 2, since the crystal grows using the taper portion of the material as a raw material until the crystal length is about 100 mm, the material feeding speed is a predetermined set value.
When the crystal diameter reaches 130 mm, the formation of the top portion of the single crystal is finished, and the crystal diameter is continuously controlled in the straight body portion of the single crystal.
18 to 20, the data for forming the top portion of the crystal are extracted and shown.

図18においては、加熱コイルの位置を76.98cmとして単結晶を育成した場合に、横軸に結晶長をとって、縦軸に結晶径と結晶径変化率との変化を示している。結晶の変形は、結晶径変化率の変動によって読み取ることができるところ、結晶長100mmから200mmの範囲においては結晶径変化率が安定しており、結晶が一定の割合で安定して拡径しつつトップ部を形成していることがわかる。そして、図19には、結晶径変化率と素材送り速度の変化を示すところ、結晶径変化率を安定に保ちながら素材送り速度が徐々に増速されていることがわかる。   In FIG. 18, when the position of the heating coil is 76.98 cm and a single crystal is grown, the horizontal axis indicates the crystal length, and the vertical axis indicates the change between the crystal diameter and the crystal diameter change rate. The deformation of the crystal can be read by the fluctuation of the crystal diameter change rate. The crystal diameter change rate is stable in the range of the crystal length of 100 mm to 200 mm, and the crystal is stably expanded at a constant rate. It turns out that the top part is formed. FIG. 19 shows changes in the crystal diameter change rate and the material feed rate. It can be seen that the material feed rate is gradually increased while the crystal diameter change rate is kept stable.

次に、図20においては、加熱コイルの位置を74.8cmとして単結晶を育成した場合に、結晶径と結晶径変化率との変化を示している。
加熱コイルの位置は実験例1とは異なっているが、実験例2においても結晶長100mmから200mmの範囲においては結晶径変化率が安定しており、結晶が一定の割合で安定して拡径しつつトップ部を形成していることがわかる。同様に、図21に示されるように、結晶径変化率を安定に保ちながら素材送り速度が徐々に増速されていることが分かる。
以上のように、実験例1および実験例2からわかるように、本発明の単結晶育成方法、単結晶育成装置によれば、加熱コイルの位置に関わらず、結晶径変化率を安定させて、単結晶を所望の形状に育成することができる。
Next, FIG. 20 shows changes in crystal diameter and crystal diameter change rate when a single crystal is grown with the position of the heating coil being 74.8 cm.
The position of the heating coil is different from Experimental Example 1, but also in Experimental Example 2, the crystal diameter change rate is stable in the crystal length range of 100 mm to 200 mm, and the crystal is stably expanded at a constant rate. However, it turns out that the top part is formed. Similarly, as shown in FIG. 21, it can be seen that the material feed rate is gradually increased while the crystal diameter change rate is kept stable.
As described above, as can be seen from Experimental Example 1 and Experimental Example 2, according to the single crystal growth method and the single crystal growth apparatus of the present invention, regardless of the position of the heating coil, the crystal diameter change rate is stabilized, A single crystal can be grown into a desired shape.

なお、本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
加熱手段としては加熱コイルとしたが、素材を加熱して溶融させるものであれば限定されないのはもちろんである。
素材径および結晶径を検出する手段としては、CCDカメラとその撮像データ処理手段とによって構成する例を示したが、径を検出する手段は特に限定されるものではない。
供給バランスを求める式として式2を示したが、素材の供給量と結晶化量とのバランスを表す値であれば特に限定されない。また、供給バランスの設定範囲も適宜設定すればよい。
結晶径変化率が設定範囲の上限値を超えていた場合に素材送り速度をキープするとしたが、例えば、素材送り速度を減速させてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
Although the heating means is a heating coil, it is of course not limited as long as the material is heated and melted.
As the means for detecting the material diameter and the crystal diameter, an example in which the CCD camera and its imaging data processing means are used has been shown, but the means for detecting the diameter is not particularly limited.
Although Formula 2 was shown as a formula for obtaining the supply balance, there is no particular limitation as long as it represents a balance between the supply amount of the material and the crystallization amount. The supply balance setting range may be set as appropriate.
Although the material feed speed is kept when the crystal diameter change rate exceeds the upper limit value of the setting range, for example, the material feed speed may be reduced.

本発明は、浮遊帯域溶融法による単結晶育成に利用できる。   The present invention can be used for single crystal growth by a floating zone melting method.

単結晶育成装置によって育成する半導体単結晶の形状を示す図。The figure which shows the shape of the semiconductor single crystal grown with a single crystal growth apparatus. 種結晶と溶融まえの素材とをそれぞれ結晶引下げ機構と素材送り機構とにセットした状態を示す図。The figure which shows the state which set the seed crystal and the raw material before melting to the crystal pulling-down mechanism and the raw material feeding mechanism, respectively. 単結晶育成装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of a single crystal growth apparatus. 加熱コイルへの印加電圧の一例を示す図。The figure which shows an example of the voltage applied to a heating coil. 結晶引下げ速度の変化の一例を示す図。The figure which shows an example of the change of a crystal pulling speed. 素材送り速度制御部の構成を示す図。The figure which shows the structure of a raw material feed speed control part. 結晶径記憶部に記憶する結晶径データの一例を示す図。The figure which shows an example of the crystal diameter data memorize | stored in a crystal diameter memory | storage part. 結晶径変化率の設定範囲を示す図。The figure which shows the setting range of a crystal diameter change rate. 供給バランスの設定範囲を示す図。The figure which shows the setting range of supply balance. 結晶径変化率と設定範囲との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between a crystal diameter change rate and a setting range. 供給バランスと設定範囲との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between a supply balance and a setting range. 素材送り速度の一例を示す図。The figure which shows an example of a raw material feed speed. 電圧制御部による加熱コイルへの印加電圧制御の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the applied voltage control to the heating coil by a voltage control part. 結晶引下げ速度制御部による結晶引下げ速度制御の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the crystal pulling speed control by a crystal pulling speed control part. 素材送り速度制御部による素材送り速度制御の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the material feed speed control by a material feed speed control part. 単結晶の表面を拡大して示す図。The figure which expands and shows the surface of a single crystal. 従来の単結晶育成装置を示す図。The figure which shows the conventional single crystal growth apparatus. 実験例1において、結晶径と結晶径変化率との変化を示す図。FIG. 3 is a graph showing changes in crystal diameter and crystal diameter change rate in Experimental Example 1; 実験例1において、結晶径変化率と素材送り速度の変化を示す図。The figure which shows the change of a crystal diameter change rate and a raw material feed rate in Experimental example 1. FIG. 実験例2において、結晶径と結晶径変化率との変化を示す図。In Experimental example 2, the figure which shows the change of a crystal diameter and a crystal diameter change rate. 実験例2において、結晶径変化率と素材送り速度の変化を示す図。In Experimental example 2, the figure which shows the change of a crystal diameter change rate and a raw material feed rate.

符号の説明Explanation of symbols

10…単結晶育成装置、11…素材送り機構、12…結晶引下げ機構、13…加熱コイル、14…CCDカメラ、100…単結晶育成装置、110…素材送り機構、111…保持部、120…結晶引下げ機構、121…保持部、130…加熱コイル、140…CCDカメラ、200…制御部、210…画像処理部、220…径算出部、221…素材径算出部、222…結晶径算出部、230…電圧制御部、240…結晶引下げ速度制御部、300…素材送り速度制御部、310…結晶径変化率判断部、320…結晶径記憶部、330…結晶径変化率算出部、340…結晶径変化率比較部、350…供給バランス判断部、360…供給バランス算出部、370…供給バランス比較部、380…素材送り速度指令部、500…結晶、510…トップ部、520…直胴部、530…ボトム部、540…種結晶、600…素材、610…テーパ部、620…直胴部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Single crystal growing apparatus, 11 ... Material feeding mechanism, 12 ... Crystal pulling mechanism, 13 ... Heating coil, 14 ... CCD camera, 100 ... Single crystal growing apparatus, 110 ... Material feeding mechanism, 111 ... Holding part, 120 ... Crystal Pull-down mechanism, 121 ... holding unit, 130 ... heating coil, 140 ... CCD camera, 200 ... control unit, 210 ... image processing unit, 220 ... diameter calculation unit, 221 ... material diameter calculation unit, 222 ... crystal diameter calculation unit, 230 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Voltage control part 240 ... Crystal pulling-down speed control part 300 ... Material feed speed control part 310 ... Crystal diameter change rate judgment part 320 ... Crystal diameter storage part 330 ... Crystal diameter change rate calculation part 340 ... Crystal diameter Change rate comparison unit 350 ... Supply balance determination unit 360 ... Supply balance calculation unit 370 ... Supply balance comparison unit 380 ... Material feed speed command unit 500 ... Crystal, 510 ... Top Department, 520 ... straight body, 530 ... bottom section, 540 ... seed crystal, 600 ... material, 610 ... tapered portion, 620 ... straight body.

Claims (10)

素材を下方に送る素材送り機構と、前記素材の下方側の端部を加熱して素材を溶融させる加熱手段と、前記素材送り機構と同軸線上に配設され溶融した素材を原料として成長した結晶を下方に引き下げる結晶引下げ機構と、を備えた単結晶育成装置を用いて浮遊帯域溶融法にて単結晶を育成する単結晶育成方法であって、
前記加熱手段による加熱にて素材が溶融した溶融部と前記溶融部が結晶化した結晶との固液界面である結晶側固液界面における結晶径を検出する結晶径検出工程と、
前記素材送り機構による素材送り速度を制御する素材送り速度制御工程と、を備え
前記素材送り速度制御工程は、
前記結晶径の単位時間当たりの変化量である結晶径変化率を算出する結晶径変化率算出工程と、
前記結晶径変化率算出工程にて算出された前記結晶径変化率を予め設定された結晶径変化率の設定範囲に対比する結晶径変化率比較工程と、
前記結晶径変化率比較工程における比較結果に応じて前記素材送り機構の素材送り速度を指令する素材送り速度指令工程と、を備える
ことを特徴とする単結晶育成方法。
A material feed mechanism that feeds the material downward, a heating means that heats the lower end of the material to melt the material, and a crystal that is grown on the melted material disposed on the same axis as the material feed mechanism A single crystal growth method for growing a single crystal by a floating zone melting method using a single crystal growth apparatus equipped with a crystal pulling mechanism for lowering
A crystal diameter detecting step of detecting a crystal diameter at a crystal-side solid-liquid interface, which is a solid-liquid interface between a melted portion where the material is melted by heating by the heating means and a crystal where the melted portion is crystallized;
A material feed speed control step for controlling a material feed speed by the material feed mechanism, and the material feed speed control step comprises:
A crystal diameter change rate calculating step of calculating a crystal diameter change rate that is a change amount per unit time of the crystal diameter;
A crystal diameter change rate comparison step for comparing the crystal diameter change rate calculated in the crystal diameter change rate calculation step with a preset range of the crystal diameter change rate;
A material feed speed commanding step for commanding a material feed rate of the material feed mechanism according to a comparison result in the crystal diameter change rate comparison step.
請求項1に記載の単結晶育成方法において、
前記結晶径変化率の設定範囲は、上限値と下限値とを閾値とする設定範囲であり、
前記素材送り速度指令工程は、
前記結晶径変化率比較工程における結晶径変化率と設定範囲との比較により前記結晶径変化率が設定範囲の下限値を下回っていた場合には素材送り速度を増速させ、
前記結晶径変化率が設定範囲の上限値を超えていた場合には素材送り速度を維持させる
ことを特徴とする単結晶育成方法。
The method for growing a single crystal according to claim 1,
The setting range of the crystal diameter change rate is a setting range having an upper limit value and a lower limit value as threshold values,
The material feed speed command process includes:
If the crystal diameter change rate is lower than the lower limit value of the setting range by comparing the crystal diameter change rate and the setting range in the crystal diameter change rate comparison step, increase the material feed speed,
A single crystal growth method characterized by maintaining a material feed rate when the crystal diameter change rate exceeds an upper limit of a set range.
請求項1または請求項2に記載の単結晶育成方法において、
前記結晶径検出工程は、一定時間ごとに前記結晶径を検出し、
前記結晶径変化率算出工程は、一定時間ごとに検出される結晶径のうち直近の所定個数についての平均値と過去の所定個数についての平均値との差を結晶径変化率として算出する
ことを特徴とする単結晶育成方法。
In the method for growing a single crystal according to claim 1 or claim 2,
In the crystal diameter detection step, the crystal diameter is detected at regular intervals,
The crystal diameter change rate calculating step calculates a difference between an average value of the most recent predetermined number of crystal diameters detected at fixed time intervals and an average value of the past predetermined number as a crystal diameter change rate. A single crystal growth method characterized.
請求項1から請求項3のいずれかに記載の単結晶育成方法において、
前記加熱手段による加熱にて素材が溶融した溶融部と前記素材との固液界面である素材側固液界面における素材径を検出する素材径検出工程を備え、
前記素材送り速度制御工程は、
素材送り速度および素材径に基づく素材供給量と結晶引下げ速度および結晶径に基づく結晶化量との差を供給バランスとして算出する供給バランス算出工程と、
予め設定された供給バランスの設定範囲に対して前記供給バランスを対比する供給バランス比較工程と、を備え、
前記素材送り速度指令工程は、
前記供給バランス比較工程における比較結果に応じて前記素材送り機構の素材送り速度を指令する
ことを特徴とする単結晶育成方法。
In the method for growing a single crystal according to any one of claims 1 to 3,
A material diameter detecting step of detecting a material diameter at a material-side solid-liquid interface, which is a solid-liquid interface between the melted portion where the material is melted by heating by the heating means and the material,
The material feed speed control step includes:
A supply balance calculation step of calculating a difference between a material supply amount based on the material feed speed and the material diameter and a crystallization amount based on the crystal pulling speed and the crystal diameter as a supply balance;
A supply balance comparison step for comparing the supply balance with respect to a preset supply balance setting range,
The material feed speed command process includes:
A single crystal growth method characterized by instructing a material feed speed of the material feed mechanism according to a comparison result in the supply balance comparison step.
請求項4に記載の単結晶育成方法において、
前記供給バランスの設定範囲は、下限値を閾値とする設定範囲であり、
前記素材送り速度指令工程は、
前記供給バランス比較工程における供給バランスと設定範囲との比較により前記供給バランスが設定範囲の下限値を下回っていた場合には素材送り速度を増速させ、
前記供給バランスが前記下限値以上である場合には素材送り速度を維持させる
ことを特徴とする単結晶育成方法。
The method for growing a single crystal according to claim 4,
The setting range of the supply balance is a setting range having a lower limit value as a threshold,
The material feed speed command process includes:
If the supply balance is below the lower limit value of the setting range by comparing the supply balance and the setting range in the supply balance comparison step, increase the material feed speed,
A material growth rate is maintained when the supply balance is greater than or equal to the lower limit value.
請求項5に記載の単結晶育成方法において、
前記素材送り速度指令工程は、
まず、前記結晶径変化率比較工程における比較結果に基づいて素材送り速度を決定し、
前記結晶径変化率が結晶径変化率の設定範囲内である場合には、さらに、前記供給バランス比較部における比較結果に基づいて素材送り速度を決定する
ことを特徴とする単結晶育成方法。
The method for growing a single crystal according to claim 5,
The material feed speed command process includes:
First, the material feed speed is determined based on the comparison result in the crystal diameter change rate comparison step,
When the crystal diameter change rate is within a set range of the crystal diameter change rate, a material feed rate is further determined based on a comparison result in the supply balance comparison unit.
請求項1から請求項6のいずれかに記載の単結晶育成方法において、
前記加熱手段による加熱にて素材が溶融した溶融部と前記素材との固液界面である素材側固液界面における素材径を検出する素材径検出工程と、
前記加熱手段への印加電圧を制御する印加電圧制御工程と、を備え、
前記素材は、先端部から徐々に拡径していくテーパ部と、一定の径を有する直胴部と、を有し、
前記印加電圧制御工程は、
前記加熱手段にて溶融される素材がテーパ部である場合には前記印加電圧を前記素材径に相関する値とし、
前記加熱手段にて溶融される素材が直胴部である場合には前記印加電圧を前記結晶径に相関する値とし、
前記印加電圧が予め設定された目標電圧に達した場合には前記目標電圧を維持する
ことを特徴とする単結晶育成方法。
In the method for growing a single crystal according to any one of claims 1 to 6,
A material diameter detecting step of detecting a material diameter at a material-side solid-liquid interface that is a solid-liquid interface between the melted portion where the material is melted by heating by the heating means and the material;
An applied voltage control step for controlling an applied voltage to the heating means,
The material has a tapered portion that gradually increases in diameter from the tip portion, and a straight body portion having a constant diameter,
The applied voltage control step includes
When the material melted by the heating means is a tapered portion, the applied voltage is a value correlated with the material diameter,
When the material melted by the heating means is a straight body part, the applied voltage is a value correlated with the crystal diameter,
A method for growing a single crystal, comprising maintaining the target voltage when the applied voltage reaches a preset target voltage.
請求項1から請求項7のいずれかに記載の単結晶育成方法において、
結晶引下げ機構による結晶引下げ速度を制御する結晶引下げ速度制御工程を備え、
結晶径に応じた結晶引下げ速度が予め設定されており、
前記結晶引下げ速度制御工程は、前記結晶径検出工程にて検出された結晶径に基づいて結晶引下げ速度を決定する
ことを特徴とする単結晶育成方法。
In the method for growing a single crystal according to any one of claims 1 to 7,
A crystal pulling rate control step for controlling the crystal pulling rate by the crystal pulling mechanism,
The crystal pulling speed according to the crystal diameter is preset,
The crystal pulling speed control step determines the crystal pulling speed based on the crystal diameter detected in the crystal diameter detecting step.
素材を下方に送る素材送り機構と、前記素材の下方側の端部を加熱して素材を溶融させる加熱手段と、前記素材送り機構と同軸線上に配設され溶融した素材を原料として成長した結晶を下方に引き下げる結晶引下げ機構と、を備えた単結晶育成装置において、
前記加熱手段による加熱にて素材が溶融した溶融部と前記溶融部が結晶化した結晶との固液界面である結晶側固液界面における結晶径を検出する結晶径検出手段と、
前記素材送り機構による素材送り速度を制御する素材送り速度制御部と、を備え
前記素材送り速度制御部は、
前記結晶径の単位時間当たりの変化量である結晶径変化率を算出する結晶径変化率算出部と、
前記結晶径変化率算出部にて算出された前記結晶径変化率を予め設定された結晶径変化率の設定範囲に対比する結晶径変化率比較部と、
前記結晶径変化率比較部における比較結果に応じて前記素材送り機構の素材送り速度を指令する素材送り速度指令部と、を備える
ことを特徴とする単結晶育成装置。
A material feed mechanism that feeds the material downward, a heating means that heats the lower end of the material to melt the material, and a crystal that is grown on the melted material disposed on the same axis as the material feed mechanism In a single crystal growth apparatus equipped with a crystal pulling mechanism that pulls down
A crystal diameter detecting means for detecting a crystal diameter at a crystal-side solid-liquid interface that is a solid-liquid interface between a melted portion where the material is melted by heating by the heating means and a crystal where the melted portion is crystallized;
A material feed speed control unit that controls a material feed speed by the material feed mechanism, and the material feed speed control unit includes:
A crystal diameter change rate calculating unit for calculating a crystal diameter change rate that is a change amount per unit time of the crystal diameter;
A crystal diameter change rate comparison unit that compares the crystal diameter change rate calculated by the crystal diameter change rate calculation unit with a preset range of the crystal diameter change rate;
A material feed rate command unit that commands a material feed rate of the material feed mechanism according to a comparison result in the crystal diameter change rate comparison unit.
請求項9に記載の単結晶育成装置において、
前記結晶径検出手段は、
前記加熱手段による加熱にて素材が溶融した溶融部と前記溶融部が結晶化した結晶との固液界面である結晶側固液界面を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段にて撮像された撮像データに基づいて固液界面における結晶径を算出する結晶径算出部と、を備えている
ことを特徴とする単結晶育成装置。
In the single crystal growth apparatus according to claim 9,
The crystal diameter detecting means includes
Imaging means for imaging a crystal-side solid-liquid interface that is a solid-liquid interface between a melted portion where the material is melted by heating by the heating means and a crystal where the melted portion is crystallized;
A single crystal growth apparatus, comprising: a crystal diameter calculation unit that calculates a crystal diameter at a solid-liquid interface based on imaging data imaged by the imaging means.
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