JP2627696B2 - Ｃｚ法における融液レベル制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＺ法による単結晶製
造装置に使用する融液レベル制御装置および制御方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の基板となる単結晶をＣＺ法
によって製造する場合、単結晶の成長に伴ってるつぼ内
の融液レベルが降下するが、良質の単結晶を得るためる
つぼ軸を駆動してるつぼを上昇させ、ヒータに対する融
液レベルの相対的な位置を一定に制御する必要がある。
前記融液レベルの制御に当たり、まず融液レベルを測定
する必要があるが、測定装置として下記のものが知られ
ている。 （１）実開平３−１８１７１に示されるように、融液面
に向けて斜方から検出光を投射し、融液面からの反射光
を受光素子で検出して融液レベルを演算する測定装置。 （２）特開平１−８３５９５に示されるように、基準位
置検出器と融液面との距離を測定後、テレビカメラのイ
メージセンサと融液面との距離が設定値になるようにる
つぼ軸を上下動させる装置。 （３）特開昭６０−４２２９４に示されるように、融液
面に垂直に投射した光の反射光強度をホトダイオードで
検出し、その出力が一定になるようにるつぼ軸を制御す
る装置。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】るつぼの加熱により融
液面は絶えず振動しているため、融液面に投射した光の
反射光は各方向に散乱する。これに対して上記測定装置
はいずれも直径１ｍｍ程度の光束であるため、前記散乱
によって検出精度が低くなり、融液レベルを正確に制御
することが困難である。そこで本発明は上記従来の問題
点に着目し、融液面の振動にかかわらず融液レベルを常
に高精度で検出し、制御することができるようなＣＺ法
における融液レベル制御装置および制御方法を提供する
ことを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るＣＺ法における融液レベル制御装置
は、ＣＺ法を用いる単結晶製造装置において、コヒーレ
ント光を光走査器により所定周波数、所定走査角の走査
光に変換してチャンバ上方から融液面に投射する光学系
と、前記走査光の融液面における走査幅を検出して制御
部に入力する検出系と、所定のるつぼ位置指令信号を前
記制御部に出力するるつぼ位置指令部と、前記検出系が
検出した走査光の幅と、所定のるつぼ位置指令信号に基
づく走査光の幅の目標値とを比較し、その結果に基づい
てサーボモータ用パワーアンプに駆動速度指令信号を出
力する制御系とを備える構成とし、前記融液レベル制御
装置を用いる場合の融液レベル制御方法は、チャンバ上
方から融液面に投射する走査光の融液面における走査幅
Ｌf と、るつぼ位置指令部が出力するるつぼ位置指令信
号Ｘ0 に基づく走査幅の目標値Ｌ0 とを比較し、その差
が制御限界値以下であれば、前記るつぼ位置指令信号Ｘ
0 に基づくるつぼ軸昇降用サーボモータの駆動速度指令
信号ｖ0 をサーボモータ用パワーアンプに出力し、その
差が限界値を超えたときは、前記るつぼ位置指令信号Ｘ
0 の補正値△Ｘを演算した上、Ｘ0 ±△Ｘに基づく前記
サーボモータの駆動速度指令信号ｖ1をサーボモータ用
パワーアンプに出力し、前記サーボモータの回転角から
演算したるつぼ位置Ｘf と前記Ｘ0 とを比較して、その
差が限界値以下となるように制御するものとした。

【０００５】

【作用】上記構成によれば、コヒーレント光を所定周波
数、所定走査角の走査光に変換してチャンバ上方から融
液面に投射することにしたので、融液面には従来の検出
光によって形成されるスポット径に比べて著しく長い光
走査幅を形成することができる。従ってこのような光走
査幅は、るつぼの加熱による融液面の振動の影響を受け
にくくすることができ、融液レベルの測定精度を高める
ことができる。そして、融液面に形成される前記走査光
の走査幅を測定して、この走査幅が常に一定の値を維持
するようにるつぼ軸昇降用サーボモータの駆動を制御す
ることにより、ヒータに対して融液レベルが常に最適位
置になるようにるつぼ位置を制御することが可能とな
る。

【０００６】

【実施例】以下に本発明に係るＣＺ法における融液レベ
ル制御装置の実施例について、図面を参照して説明す
る。図１において、チャンバ１の上部外側にコヒーレン
トな検出光を発振するたとえばレーザ光発振器２と、こ
のレーザ光発振器２の下方に所定の揺動角θでかつ所定
の周波数でミラーを駆動する光走査器３とが設けられ、
前記チャンバ１内にベンダーミラー４が設けられてい
る。また、チャンバ１の外壁には光透過窓１ａが取着さ
れ、前記レーザ光発振器２から発振されるレーザ光は、
光走査器３と光透過窓１ａとを経てベンダーミラー４で
屈折して、るつぼ５内の融液面６に投射される。

【０００７】前記融液面６に形成される光走査幅を検出
するＣＣＤカメラ７は、チャンバ１に設けられた光透過
窓１ｂの外側に固着され、ＣＣＤカメラ７の出力配線７
ａは制御部８に接続されている。なお、るつぼ位置指令
部９の出力配線９ａも前記制御部８に接続されている。
制御部８の出力配線８ａは、光走査器用パワーアンプ１
０を介して光走査器３に接続され、光走査器３の出力配
線３ａは前記パワーアンプ１０に接続されている。また
前記制御部８の出力配線８ｂは、サーボモータ用パワー
アンプ１１を介してるつぼ軸昇降用サーボモータ１２に
接続され、るつぼ５を昇降するるつぼ軸１３は図示しな
い昇降機構を介して前記るつぼ軸昇降用サーボモータ１
２によって昇降する。なお、前記サーボモータ１２の回
転角を検出してパルス値に変換するエンコーダの出力配
線１２ａは、前記制御部８に接続されている。

【０００８】前記光走査器３とベンダーミラー４とを介
して融液面６に投射される走査レーザ光の、融液面６に
おける光走査幅Ｌは、図２および図３に示すように融液
面に形成される複数の振動波形にまたがる長いものとな
り、従来の融液レベル測定装置が融液面に形成するスポ
ット径に比べて著しく大きい。また、融液面の振動数２
Ｈｚ前後に対して前記走査レーザ光の所定周波数はたと
えば２０Ｈｚに設定されている。ＣＣＤカメラ７はこの
走査幅Ｌを検出して制御部８に出力する。

【０００９】図４は本実施例における融液レベル制御装
置の構成を示すブロック図である。るつぼ位置指令信号
Ｘ0 出力手段すなわち図１に示するつぼ位置指令部９が
出力する指令信号Ｘ0 は、制御部８内の光走査幅の目標
値Ｌ0 設定・記憶手段２１に入力され、前記目標走査幅
Ｌ0 と実走査幅Ｌf との差の限界値すなわち制御限界値
△ｌ記憶手段２２によって前記限界値△ｌが記憶され
る。

【００１０】一方、走査ミラー揺動角θ・周波数ω指令
信号出力手段２０から光走査用パワーアンプ１０に出力
される指令信号によって、光走査器３の走査ミラーは揺
動角θ、周波数ωで駆動する。そして、ベンダーミラー
４を介して融液面６に投射される走査レーザ光の融液面
６に形成される走査幅Ｌf は、光走査幅Ｌf 検出手段す
なわちＣＣＤカメラ７によって検出され、｜Ｌ0 −Ｌf
｜演算手段２３に入力される。この演算結果と前記制御
限界値△ｌ記憶手段２２の出力とにより、△ｌと｜Ｌ0
−Ｌf ｜との比較・判定手段２４が△ｌと｜Ｌ0 −Ｌf
｜とを比較する。そして｜Ｌ0 −Ｌf ｜が△ｌ以下であ
れば、サーボモータ駆動速度指令信号ｖ0 出力手段２５
が、前記Ｘ0 に基づくｖ0 をサーボモータ用パワーアン
プ１１に出力し、｜Ｌ0 −Ｌf ｜が△ｌを超えたとき
は、Ｘ0 の補正値±△Ｘ演算手段２６を経て、サーボモ
ータ駆動速度指令信号ｖ1 出力手段２７が、前記Ｘ0 ±
△Ｘに基づくｖ1 をサーボモータ用パワーアンプ１１に
出力する。るつぼ軸昇降用サーボモータ１２は、サーボ
モータ用パワーアンプ１１によって駆動され、るつぼ軸
１３が昇降する。

【００１１】また、前記サーボモータ１２の回転角を検
出してパルス値に変換するサーボモータ回転角検出手段
すなわちエンコーダ１４の出力に基づいて、るつぼ位置
Ｘf演算手段２８がＸf を演算し、｜Ｘ0 −Ｘf ｜演算
手段２９の演算結果と、るつぼ位置の差の限界値△ＸL
記憶手段３０が出力するＸ0 とＸf との差の限界値△Ｘ
L とから、△ＸL と｜Ｘ0 −Ｘf ｜との比較・判定手段
３１で前記両者の比較が行われる。この結果はサーボモ
ータ駆動速度指令信号ｖ0 出力手段２５またはサーボモ
ータ駆動速度指令信号ｖ1 出力手段２７にフィードバッ
クされる。

【００１２】次に、本融液レベル制御装置による融液レ
ベル制御方法について、図５のフローチャートと図１と
を参照して説明する。図５において各ステップの左上に
記載した数字はステップ番号である。まず、ステップ１
でるつぼ位置指令信号Ｘ0 が読み込まれ、ステップ２で
前記指令信号Ｘ0 に基づく目標走査幅Ｌ0 、ＣＣＤカメ
ラ７が検出した実走査幅Ｌf 、前記Ｌ0 とＬf との差の
制御限界値△ｌが読み込まれる。ステップ３では、｜Ｌ
0 −Ｌf ｜の演算結果と前記制御限界値△ｌとを比較す
る。そして、△ｌ≧｜Ｌ0 −Ｌf ｜ならばステップ４に
進み、るつぼ位置指令信号Ｘ0 に基づくサーボモータ駆
動速度指令信号ｖ0 をサーボモータ用パワーアンプ１１
に出力する。また、ステップ３で△ｌ＜｜Ｌ0 −Ｌf ｜
の場合はステップ５に進み、るつぼ位置指令信号Ｘ0 を
Ｘ0 ±△Ｘに補正した上、前記Ｘ0 ±△Ｘに基づくサー
ボモータ駆動速度指令信号ｖ1 をサーボモータ用パワー
アンプ１１に出力する。

【００１３】ステップ６では、サーボモータ駆動速度指
令信号ｖ0 またはｖ1 によって変位したるつぼ位置を、
るつぼ軸昇降用サーボモータ１２の回転角で検出してエ
ンコーダ１４が出力するパルス信号により演算し、るつ
ぼ位置Ｘf として読み込む。次にステップ７でＸ0 とＸ
f との差と、前記差の限界値△ＸL とを比較する。そし
て△ＸL ≧｜Ｘ0 −Ｘf ｜ならば、融液レベル判定スタ
ートとなり、ステップ２に戻る。また、△ＸL ＜｜Ｘ0
−Ｘf ｜の場合はステップ５に戻る。

【００１４】本実施例ではチャンバ内部上方にベンダー
ミラーを設置したが、これに限るものではなく、ベンダ
ーミラーを含む光学系をチャンバ外部上方に設け、チャ
ンバ上面に設けた光透過窓から走査レーザ光を融液面に
投射する構成としてもよい。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、単
結晶製造装置における融液レベルの制御に当たり、コヒ
ーレント光を光走査器により所定周波数、所定走査角の
走査光に変換してチャンバ上方から融液面に投射し、融
液面に形成される前記走査光の走査幅を検出してるつぼ
の昇降を制御する融液レベル制御装置および制御方法と
したので、従来の測定装置と異なり、融液面の振動に影
響されることなく融液レベルを高精度に制御することが
できる。従って、ヒータに対する融液レベルを一定に維
持することが容易にできるようになり、成長結晶内に取
り込まれるＯｉ濃度の変動を低減させることができ、高
品質の単結晶を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】融液レベル制御装置の概略構成を示す説明図で
ある。

【図２】融液面に投射される走査光の側面説明図であ
る。

【図３】融液面に形成される光走査幅の平面説明図であ
る。

【図４】融液レベル制御装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図５】融液レベル制御装置の制御を実行するフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１ チャンバ ２ レーザ光発振器 ３ 光走査器 ６ 融液面 ７ ＣＣＤカメラ ８ 制御部 ９ るつぼ位置指令部 １１ サーボモータ用パワーアンプ １２ るつぼ軸昇降用サーボモータ １３ るつぼ軸

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣＺ法を用いる単結晶製造装置におい
   て、 コヒーレント光を光走査器により所定周波数、所定走査
   角の走査光に変換してチャンバ上方から融液面に投射す
   る光学系と、 前記走査光の融液面における走査幅を検出して制御部に
   入力する検出系と、 所定のるつぼ位置指令信号を前記制御部に出力するるつ
   ぼ位置指令部と、 前記検出系が検出した走査光の幅と、所定のるつぼ位置
   指令信号に基づく走査光の幅の目標値とを比較し、その
   結果に基づいてサーボモータ用パワーアンプに駆動速度
   指令信号を出力する制御系とを備えたことを特徴とす
   る、ＣＺ法における融液レベル制御装置。
2. 【請求項２】 チャンバ上方から融液面に投射する走査
   光の融液面における走査幅Ｌf と、るつぼ位置指令部が
   出力するるつぼ位置指令信号Ｘ0 に基づく走査幅の目標
   値Ｌ0 とを比較し、その差が制御限界値以下であれば、
   前記るつぼ位置指令信号Ｘ0 に基づくるつぼ軸昇降用サ
   ーボモータの駆動速度指令信号ｖ0 をサーボモータ用パ
   ワーアンプに出力し、その差が限界値を超えたときは、
   前記るつぼ位置指令信号Ｘ0 の補正値△Ｘを演算した
   上、Ｘ0 ±△Ｘに基づく前記サーボモータの駆動速度指
   令信号ｖ1 をサーボモータ用パワーアンプに出力し、前
   記サーボモータの回転角から演算したるつぼ位置Ｘf と
   前記Ｘ0 とを比較して、その差が限界値以下となるよう
   に制御することを特徴とする請求項１の融液レベル制御
   装置を用いる融液レベル制御方法。