JP2638299B2 - 結晶成長装置制御システムおよびそのメルト補充システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の背景） 本願は、1987年５月５日出願の米国特許出願第046,99
1号、現在の米国特許第4936947号に基く一部継続出願で
ある。

本発明は、結晶を成長させる装置に関し、得にメルト
から結晶体心を成長させる装置のための制御システムに
関する。

半導体デバイスの製造において使用されるシリコン板
は、多角形の断面形状を持つ管状の結晶体心、例えば中
空の八角または九角形状の体心の平坦側面から得ること
ができる。この管状の体心は、その隅部で切られて実質
的に同じ大きさの複数の平坦板を得る。

米国特許第4,544,528号に記載される形式の装置は、
エッジ残し薄膜成長法（edge−defined,film−fed grow
th process）により、中空の結晶体心を製造するため使
用されてきた。要約すれば、通常このような装置は、成
長させる材料（例えば、シリコン）のメルトを保持する
ためのるつぼと、成長した結晶の形態および形状を決定
する毛管ダイと、るつぼおよびダイを加熱してダイおよ
びメルトの温度を制御する加熱手段と、結晶を成長させ
る際使用される種を支持する種支持組立体と、この種支
持組立体に結合されて管状結晶体心をメルトから引き出
す引出し機構とを含む。

商業的に良好なシリコン基板を製造し、結晶成長過程
がダイにより供給されるメルトから取外すことによる
か、あるいは管状結晶体心の凝固により時期尚早に終了
されないことを保証するためには、成長する体心の肉厚
が厳密に制御されることが重要である。米国特許第4,54
4,528号に開示される形式の毛管ダイ装置の使用に関し
て、成長する結晶体心の肉厚がダイの頂部と成長する体
心の底部との間に形成されるメニスカスの大きさおよび
形状と共に変化することがよく知られている。肉厚とメ
ニスカスの幾何学的特性との間のこのような関係を用い
て、米国特許第4,239,583号に開示されたものの如き光
学系を内蔵する種々のデバイスが結晶成長装置の動作を
制御するために開発されてきた。これらの光学系に基く
システムは、メニスカスの高さおよび形状を観察するた
めの光学組立体を含んでいる。光学系に基くシステムに
より得られるメニスカスの形態についての情報を用い
て、オペレータは、所要の肉厚を持つ結晶体心を生じる
ように結晶成長装置の動作を調整することができる。

このような光学的監視システムの使用に関しては、幾
つかの制約が存在する。第１に、オペレータは、メニス
カスの形態を連続的に監視して、観察するものに基いて
結晶成長装置の動作を調整しなければならない。人間の
誤りを避け、結晶の成長速度を上げ、技術者の起用と関
連するコストを減少するためには、結晶成長操作全体を
自動化することが望ましい。第２に、公知の光学的制御
システムによれば、メニスカス全体の比較的小さな部分
のみが観察可能である。この小さな部分の形態は、必ず
しもメニスカス全体の全形態を表わすものではない。

米国特許第4,544,528号に示された形式の公知の結晶
成長装置においては、約2mより大きな長さを持つ結晶体
心を成長させることは難しく実用的でなかった。このよ
うな問題は、一部は、結晶体心をアルゴンの如き不活性
気体で充填することにより成長する管状結晶体心の内部
から空気を抜くことを必要とすること、また一部は、内
部に存在する大きな温度差により成長する体心の内容積
内に対流が生じる事実が原因である。

更に、周囲の空気を体心の内部から除くように、典型
的にはアルゴンである不活性気体が成長する結晶体心内
部に注入される。アルゴンの如き不活性気体は周囲空気
より重いため、約2mより大きな長さを持つ結晶体心にお
いては、体心内部の不活性気体柱が充分な長さ（従っ
て、充分な重さ）となり、その結果この気体柱は吸い込
み（sink）を生じようとし、これにより周囲空気が体心
の頂部から体心内に引込まれることを許容する。

結晶体心の頂端部に蓋をするなどによる周囲空気が結
晶体心に流入することを阻止する手段がとられる時は、
体心内部に生じる対流の有害な効果は著しく増大する。
チューブが蓋をされると、このような対流は結晶体心内
部の圧力の変動を生じ、これが結晶成長装置の動作の制
御を困難にする。その結果、均一な肉厚および約2mより
大きな長さを持つ結晶体心の成長は問題を生じる。結晶
体心を成長させるに要する全時間の大半が、成長工程の
ための結晶成長装置の準備において消費される。その結
果、プロセスの効率を改善するためには、約2mより大き
な長さを持つ結晶体心を成長させることが望ましい。長
い中空の結晶体心、例えば2mより大きい長さを持つ体心
を成長させることは、成長中にるつぼ内のメルトの補充
が行われなければ達成不能である。

米国特許第4,544,528号に開示される形式の結晶成長
装置におけるメルトの補充を行うシステムは公知であ
る。このようなシステムについては、「地上用太陽電池
のためのEFG結晶成長技術の現状（The Current Status
of EFG Crystal Growth Technology for Terrestrial S
olar cells）」なる論文（J.Kalejs、T.SurekおよびV.T
atarchenko編集、North Holland Publishing Co.、アム
ステルダム、1987年）においてTaylor等によって記載さ
れている。このTaylor等のシステムは、成長する結晶体
心の重さを測定する第１の秤量トランスジューサと、原
料物質の中実粒子、例えばシリコン粒子を貯蔵する容器
と、原料物質粒子をこの容器から結晶成長装置のるつぼ
へ選択的に送る分配器組立体と、前記容器内のシリコン
粒子の重さを測定する第２の秤量トランスジューサと、
差信号を生じるように前記第１および第２の秤量トラン
スジューサの出力を合成するコントローラとを含んでい
る。このコントローラは、差信号を予め定めた設定点と
比較し、この比較に基いて、コントローラが制御信号を
分配器組立体へ送出し、ある期間中この組立体に選定量
のシリコン粒子をるつぼへ分配させる。

Taylor等により開示される形式のメルト補充システム
は、公知の結晶成長装置に関して先に述べた圧力の変動
問題から免れない。特に、成長する結晶体心における対
流は、瞬間的にこの体心を僅かに持ち上げ、これにより
第１の秤量トランスジューサ（成長する結晶体心の重量
を測定する）をして体心の真の重さを表わさない出力信
号を生じさせる。この出力信号がシリコン分配器組立体
に与えられる制御信号の生成に用いられるため、誤った
制御信号がしばしば分配器組立体へ与えられるおそれが
ある。その結果、分配器組立体は、与えられた期間中に
多すぎるあるいは少なすぎるシリコン粒子を供給するお
それがあり、これが更に最適でない特性を持つ結晶体心
の生成を招き、あるいは極端な場合には、不適性なメル
トの補充速度により結晶の成長プロセスの停止を招くこ
とがあり得る。

（発明の目的および要約） 本発明の一目的は、管状結晶を成長させる装置におけ
るメルトの補充を行う機構を制御するための公知の制御
システムと関連する上記の短所を克服することにある。

本発明の別の目的は、管状結晶体心を成長させる装置
におけるメルトの補充を制御する改善されたシステムの
提供にある。

本発明の更に別の目的は、（１）管状結晶体心成長装
置、および（２）同装置におけるメルトの補充機構の動
作を制御する改善された制御システムの提供にある。

本発明の他の目的は、結晶体心の重量および結晶体心
の内部における圧力に関してセンサにより与えられる情
報に基いて、管状結晶体心成長装置におけるメルトを補
充する機構の動作を制御する改善された制御システムの
提供にある。

本発明の上記および他の目的は、成長する中空の結晶
体心における圧力の変動を補償する制御システムを備え
た結晶成長装置を提供することにより達成される。本発
明の望ましい実施態様においては、制御システムは、管
状結晶シリコン体心の内部における圧力を測定する圧力
センサと、管状シリコン体心およびこの体心が支持され
る種ホルダー組立体の組合わせ重量を測定する重さセン
サと、管状体心の長さを測定する長さセンサと、圧力セ
ンサおよび重さセンサと接続されて管状体心の真の重量
を計算する真重量回路と、長さセンサおよび真重量回路
により与えられる情報に応答するように接続されたコン
トローラとを含む。

上記の制御システムは、粒状形態の別の原料物質（例
えば、シリコン粒子）を結晶成長装置のメルト支持るつ
ぼへ供給するメルト補充システムを制御するために使用
される。このメルト補充システムは、ある量の原料物質
を蓄える容器即ち貯溜手段と、この容器手段から原料物
質を正確量分配する電気的に制御される分配手段と、こ
の分配手段から原料物質を受取りこの受取った原料物質
を前記るつぼへ送るように構成された供給機構と、前記
容器手段に蓄えられた原料物質の重量を測定してこの重
量を表わす信号を生じる秤量手段と、この秤量手段の信
号出力を前記コントローラへ与える手段とを含む。この
コントローラは、更に、真の重量回路および秤量手段の
信号出力を合成して分配手段の動作を制御するため使用
される制御信号を生じる。

構造に応じて、メルト補充システムは、連続モードあ
るいは間欠即ち不連続モードで動作することができる。
メルト補充システムが連続モードで動作する時、分配手
段がシリコン粒子を分配する速度を制御する供給速度情
報を含むように制御信号が生成される。メルト補充シス
テムが不連続モードで動作する時は、制御信号が分配手
段を固定された期間だけ間欠的にトリガーし、これによ
りこの分配手段がトリガーされる都度固定量のシリコン
粒子を分配させられる。

更にまた、本制御システムは、結晶成長装置の加熱手
段の動作を制御するために使用することもできる。制御
システムの信号出力を用いて加熱手段の熱出力を制御す
ることにより、成長する結晶体心とFEGダイとの間に存
在するメニスカスの形態を制御することが可能であり、
またこれにより、（１）成長する結晶体心の肉厚を制御
し、また（２）比較的長い（即ち、6m以上）体心が成長
し得るように連続的な成長を保証することが可能であ
る。

本発明の性質および目的を更によく理解するために、
添付図面に関して以降の詳細な説明を参照されたい。

（図面の簡単な説明） 図１は、本発明の望ましい実施態様の一部断面による
概略図、 図２は、結晶の真重量に関する本発明の圧力センサお
よび重量センサの時間的な出力を示すチャート、 図３は、本発明の望ましい実施態様において用いられ
た真重量回路の回路図、 図４は、結晶成長装置で使用されるよう設計されたメ
ルト補充システムの動作の制御において本発明の制御シ
ステムにより使用される１つのプログラムのソフトウエ
アのフロー図、 図５は、結晶成長装置で使用されるよう設計されたメ
ルト補充システムの動作の制御において本発明の制御シ
ステムにより使用される別のプログラムのソフトウエア
のフロー図、 図６は、本発明の別の実施態様の一部断面による概略
図、および 図７は、結晶成長装置の動作の制御において本発明の
制御システムにより行われる種々の動作を示すソフトウ
エアのフロー図である。

（実施例） 図１において、本発明は、（１）半導体材料の管状結
晶体心22を成長させる装置20におけるメルトを補充する
システム18の動作、および（２）装置20のるつぼヒータ
を制御する制御システムを含む。

詳細には示さないが、本装置20は、米国特許第4,544,
528号、同第4,239,583号、同第4,267,151号および同第
4,318,769号において記載され示される形式の炉を含
む。更に、装置20は、結晶させるべき半導体物質のメル
トを保有するるつぼ24と、メルトを加熱するヒータ・コ
イル26と、結晶体心22を形成するための所要の形状の毛
管ダイ28とを含む。この毛管ダイは色々な形態をとり得
るが、丸いあるいは選定された多角形、例えば９角また
は８角の形状の中空の体心を成長させるように整形され
たことを除いて、米国特許第4,544,528号の図１に示さ
れる形状であることが望ましい。固定された１対の平行
レール29とこの上を摺動運動するように取付けられたフ
レーム30とが、メルトから結晶体心22を引出す際に使用
されるように設けられている。フレーム30には孔32（図
参照）が設けられ、取付け板34がこの孔に隣接してフレ
ームに対して固定されている。当技術において周知の形
式の引張り機構35が、これから軸方向に離れた固定位置
でるつぼ24上方に支持され、またこのケーブルをレール
29に沿ってるつぼ24から遠去かるように略々一定の速度
で引張るように、取付け板34およびケーブル37を介して
フレーム30に対して結合されている。フレーム30には、
種ホルダー36が結合されている。このホルダーは、結晶
体心22が成長させられる種結晶39（図１）と機械的に結
合されている。

装置20の上記の簡単な説明は、本発明の制御システム
およびメルト補充システム18の以降の記述のための背景
として行った。適当な装置20の事例のこれ以上詳細な説
明については、参考のため本文に引用されるStormont等
に発行された前掲の米国特許第4,544,528号を参照され
たい。

更に図１によれば、本発明の制御システムの望ましい
実施態様は、重さセンサ100と、長さセンサ101と、圧力
センサ102と、真重量回路104と、コントローラ105とを
含む。この望ましい実施態様において、種ホルダー36
は、成長する中空の体心の内部からその上端部を経て漏
れ得る流体量を制限するようこの体心の上端部を実質的
に流体圧で閉鎖するように構成される。種ホルダー36
は、管状結晶体心22の軸心と直角に延びる面37と、結晶
体心22の内部を種ホルダーの外部と流通自在に結合する
導管路38とを含む。

種ホルダー36および種結晶39が上記の如く結晶体心22
の端部をほとんど完全に閉鎖するように種ホルダーを構
成することにより、体心内部の圧力の変動の大きさは、
前掲の米国特許第4,544,528号に開示された装置による
成長する形式の非密閉結晶の内部に生じる変動と比較し
て非常に増加させられる。このような圧力変動の結果の
重量測定における誤差は、圧力センサ102および真重量
回路104の必要ならびに使用を動機付ける。

重量センサ100は、取付け板34に対して固定され、ま
た種ホルダー36に対して軸方向に延長し得るロッド106
により結合されかつこの種ホルダーを支持している。重
量センサ100は、ロッド106および種結晶39を含む結晶体
心22および種ホルダー36の重量を測定する。重量センサ
100の出力は、真重量回路104に対して線108により送ら
れる。重量センサ100は、従来の歪み計ロード・セルで
よい。

限定しない事例として、固定されたるつぼ24に対する
フレーム30の変位を測定するため長さセンサ101が設け
られる。長さセンサ101は、固定された対象物、望まし
くはるつぼ24上方に配置された引張り機構35に対して取
付けられる。長さセンサ101は、フレーム30に接続され
たケーブル103を持つ従来のドラム／ケーブル長さ測定
トランスジューサを含む。引張り機構35がケーブル37を
介してフレーム30をレール29に沿って引張るように働く
時、ケーブル103はドラム（図示せず）の周囲に巻取ら
れる。ドラムに巻き付けられるケーブル量は、結晶の長
さに対応し、ドラムと結合されたポテンショメータによ
りドラムの回転に対して測定される。長さセンサ101の
ポテンショメータの出力は、線109によりコントローラ1
05へ送られる。

圧力センサ102は、種ホルダーの面37に対して上方向
に働く結晶体心22の内部圧力を測定するため設けられ
る。圧力センサ102は、チューブ116により種ホルダー36
に設けられた導管路38と、従って結晶体心22の内部と流
通するように接続される。圧力センサ102は、取付け板3
4または他の適当な要素に取付けることができる。圧力
センサ102の出力は、線118により真重量回路104へ送ら
れる。必ずしもそうでなくてもよいが、圧力センサ102
は容量型センサであることが望ましく、真重量回路にお
いて使用される電気信号を生じる。

次に図１乃至図３において、真重量回路104は、結晶
成長過程において選定された間隔で成長する結晶体心22
の真の重量を表わす信号を連続的に生じるために設けら
れている。簡単に述べれば、真重量回路104は、重量セ
ンサ100および圧力センサ102の出力を合成して、成長す
る結晶体心22、種ホルダー36および種結晶39の真の重量
を表わす「真の重量」信号を生じる。次に、オフセット
電圧信号（以下において説明する）が真の重量信号から
差し引かれて、成長する結晶体心22のみの「真の重量」
を表わす信号を生じる。

成長する結晶体心22の真の重量は、種ホルダーの面37
に対して上方向に働く体心内部に生じる流体圧力によ
り、重量センサ100では直接測定することができない。
面37に働く圧力が増加すると、成長する結晶体心22は重
力の作用に抗して押し上げられて重量センサ100の出力
信号を生じ、これは図２において下方への山132Aにより
示される如く減少する結晶体心22の重量を表わす。同様
に、面37上に働く作用力が減少すると、重量センサ100
は、図２における上方への山132Bにより示される如く、
結晶体心22の重量における増加を検出する。重量センサ
100の出力信号におけるこのような変動は、コントロー
ラ105へ送られる制御情報の精度を低下させる。圧力セ
ンサ102により測定される結晶体心22の内部の圧力の変
動は、重量センサ100により行われる重量の測定とは逆
の関係で変化する。いかに更に詳細に述べるように、重
量センサ100押し上げ圧力センサ102の信号出力をそれぞ
れ合計することにより、図２の線133により示される結
晶体心22の真の重量を表わす「真の重量」信号は、真重
量回路104により生成することができる。

次に図３において、重量センサ100の出力は、線108を
介して演算増幅器134に接続される。増幅器134は、線13
6により重量較正ポテンショメータ138に接続される。こ
のポテンショメータは、加算増幅器146の負の接合点に
接続される。抵抗148の１つの端子は、線152により増幅
器146の正の入力接合点に接続され、抵抗148の他方の端
子は接地される。抵抗150の１つの端子もまた、線152を
介して増幅器146の正の接合点と接続される。抵抗150の
他方の端子は、以下に述べるように真重量回路104の別
の部分と接続される。増幅器146の出力は、線156により
フィルタ158と接続され、このフィルタの出力は線160上
をコントローラ105へ送られる。フィードバック抵抗162
は、加算増幅器に対する従来の形態における増幅器146
の負の入力端子と出力線156の間に接続される。

上記の要素134〜162は、当技術において周知のとお
り、重量センサ100の出力の信号条件付けを行う。重量
較正ポテンショメータ138は、重量センサ100の感度出力
を較正して、重量センサ100の感度における変動を許容
するように真重量回路104の出力の較正のため使用され
る。

圧力センサ102の出力は、線118により演算増幅器170
へ供給される。この増幅器は、線172により較正ポテン
ショメータ174と接続され、このポテンショメータは加
算増幅器182の負の入力接合点と接続されている。増幅
器182の正の接合点は接地されている。オフセット電圧
ソース192は、加算増幅器182の負の入力接合点と抵抗18
6により接続されている。オフセット電圧ソース192は、
従来のポテンショメータ193と適当な電位195を含む。抵
抗194は、抵抗186を増幅器182の出力端子と、また加算
増幅器の従来の形態における増幅器146の正の入力端子
と抵抗150を介して接続している。オフセット電圧ソー
ス192の出力信号の極性は、前者の信号が増幅器182およ
び関連する抵抗186、194および150を経て重量センサ100
の出力信号に加算される時、以下本文において更に詳細
な述べるように、後者の信号の大きさは減少させられ
る。線200上の増幅器182の出力は、線202を介して接地
され、また抵抗150の一方の端子とも接続されている。
上記の通り、抵抗150の端子は、線152を介して増幅器14
6の正の接合点と接続される。

電圧ソース192から抵抗186を介してえられるオフセッ
ト信号は、圧力センサ102の出力信号と組合わされ、結
果として得る信号は増幅器182により増幅される。増幅
器182の出力信号は、加算増幅器146において重量センサ
100の出力信号と加算される。重量較正ポテンショメー
タ138および圧力較正ポテンショメータ174は、それぞれ
重量センサ100および圧力センサ102の出力信号のスケー
ル変更のため調整され、如何なる時点においても線172
上の圧力信号の大きさが種ホルダー面37に働く圧力の結
果として生じる線136上の重量信号の部分と方向が反対
で等しくなるようにする。例えば、選定された測定間隔
においては、増幅器134およびポテンショメータ138によ
りスケール変更される如く重量センサ100の出力信号は
＋1.5Vとなり、増幅器170、182および関連する抵抗によ
りスケール変更される如き圧力センサ102の出力信号
は、−0.5Vとなる。増幅器146における重量センサ100お
よび圧力センサ102の出力を加算することにより、出力
信号の和が得られ、即ち＋1.0Vであり、これは選定され
た測定間隔における結晶体心22、種結晶39および種ホル
ダー36の真の重量を表わしている。

増幅器182により増幅されるオフセット電圧ソース192
の出力信号は、結果として一定のバイアス補正信号を生
じ、これは、増幅器146に加えられると、その出力を種
結晶39および種ホルダー36の重量に相当する量だけ減少
させる。その結果、増幅器146の出力信号は、結晶体心2
2の真の重量を表わす。

線156上の真の重量信号は、フィルタ回路158を介して
処理され、この回路は重量センサ内に生じた機械的振動
および電気的なノイズから生じる望ましくない成分を減
衰させる。次に、この信号は、線160を介してコントロ
ーラ105と接続される。以下本文において更に詳細に述
べるように、コントローラ105（例えば、産業プロセス
・ディジタル・ミニコンピュータを含む種々の形態の１
つをとり得る）は、この真の重量信号をメルト補充組立
体の動作の制御において使用する。

続いて図１において、メルト補充システム18は、中実
シリコン粒子を貯蔵する容器302を含む。容器302は、導
管304と前記容器の底壁における開口（図示せず）を介
する結合されている。導管304は、その全長に沿って中
空であり両端で開口している。

システム18はまた、選定された期間中容器内に貯蔵さ
れた選定量のシリコン粒子を前記容器の底部開口を経て
導管304内へ送らせるため容器302と結合された分配器30
6を含む。分配器306は、例えば、振動フィーダ、空圧フ
ィーダあるいは他の公知のフィーダ・システムを含み、
唯１つの要件は、分配器306によりある期間にわたり分
配される粒子量が正確に制御可能であることである。分
配器306は、線308を介してコントローラ105と接続され
ている。

周知のとおり、中実粒子、例えばシリコン粒子用の振
動フィーダは、一般に連続モードで作動され、フィーダ
により単位時間当たり分配される粒子量はこれに与えら
れる制御信号と共に変化し、即ち、振動フィーダに対す
る電気制御信号の振幅が変化させられて粒子を供給する
速度を変化する。あるいはまた、フィーダは、予め定め
た値の動作信号が与えられる毎に固定量のシリコン粒子
が振動フィーダにより供給される不連続モードで動作さ
せてもよい。このため、不連続モードにおいては、選定
された間隔で振動フィーダにより供給されるシリコン粒
子の総量は、この選定間隔において振動フィーダにより
受取られる動作信号の数に依存し得る。

容器302に貯蔵された中実シリコン粒子の重量を表わ
す出力信号を生じる電子秤量器312が設けられている。
容器302、ならびに典型的には分配器306は、秤量器312
により支持される。秤量器312は、容器302に貯蔵された
中実シリコン粒子の重量のみを表わし、かつ容器および
分配器306の重量は表わさないように、その出力信号の
値を調整するための調整手段（図示せず）を含む。秤量
器312により生成される出力信号は、線314上でコントロ
ーラ105へ送られる。

メルト補充システム18は更に、中実シリコン粒子をる
つぼ24へ送るためのフィーダ機構320を含む。フィーダ
機構302は、フィーダ機構の側壁の開口（図示せず）を
介して導管304の内部と結合される中空内部322を有す
る。フィーダ機構320は容器302の下方に配置され、その
結果導管304が容器302からフィーダ機構に対して下方へ
傾斜している。フィーダ機構320は、その頂壁部に取付
けられた中空パイプ324を含み、フィーダ機構の頂壁部
の開口（図示せず）を介してフィーダ機構の内部322と
接続されている。パイプ324がるつぼの中央を経て上方
へ伸びるつぼ24に含まれるメルトの面上で終ることを可
能にするように、パイプのサイズが決められ、フィーダ
機構320がるつぼ24の真下に配置されている。

フィーダ機構320は、中実シリコン粒子がパイプの頂
端部から排出即ち放出されるように、その内部322に存
在する中実シリコン粒子をパイプ324を通って上方に搬
送する。次いで、重力の作用により放出された粒子がる
つぼ24に保有されるメルト中に落下する。フィーダ機構
320として異なる多数の装置が使用でき、その一例は米
国特許第4,661,324号に開示されている（以下、‘324フ
ィーダと呼ぶ。）'324フィーダは、その粒子受取りチャ
ンバに存在するシリコン粒子を規則的な間隔でパイプ32
4を介して上方に機械的に放出する。フィーダ機構がシ
リコン粒子をるつぼ24へ分配器306から受取る速度と一
致する速度で供給する限り、他のフィーダ機構も良好に
使用できる。

次に、コントローラ105は、図１乃至図５において、
与えられる入力信号情報を用いて、結晶体心22の成長の
結果として溶解シリコンがるつぼ24から消費されると略
々同じ速度で中実シリコン粒子がメルトへ供給されるよ
うに、２つの機械制御ソフトウエア・プログラムの１つ
に従ってメルト補充システム18の動作を制御する。図４
および図５のフロー図により示されるこれらのソフトウ
エア・プログラムは、このソフトウエア・プログラムに
より行われる諸動作の論理的概要を提供する。ソフトウ
エア・プログラムのライン毎のコーディングは、通常の
実施知識内に含まれるものと見做され、またソフトウエ
アを実行するため使用されるコンピュータに従って異な
るため、本文には示さない。

図４に示されるソフトウエア・プログラムは、連続モ
ードで動作されるシリコン分配器を備えたメルト補充シ
ステムを制御するように設計される。図５に示されるソ
フトウエア・プログラムは、不連続モードで動作される
シリコン分配器を備えたメルト補充システムを制御する
ように設計されている。

図４に示されるソフトウエア・フロー図について最初
に説明し、次いで図５に示されるソフトウエア・フロー
図の説明を行う。

メルト補充システム18が図４に示されたソフトウエア
・フロー図に従って動作される時、分配器306は振動フ
ィーダに与えられる制御信号におけるフィーダの速度情
報に依存する速度で容器302から原料物質を連続的に供
給する振動フィーダであることが望ましい。あるいはま
た、分配器306は、空圧作動フィーダへ与えられる制御
信号における供給速度情報に依存する速度で容器302か
ら原料物質を連続的に供給する空圧作動フィーダでもよ
い。

図４に示されるソフトウエアのフロー図における最初
のステップとして、本発明の制御システムは、ステップ
400により示される如くメルト補充システム18の動作の
制御を開始するように操作される。同時に、装置20は結
晶体心22の成長を開始するように操作される。

次いで、ステップ401において、コントローラ105は初
期制御信号を分配器306へ送る。この制御信号を受取る
と同時に、分配器306は選定された速度で容器302から原
料物質（例えば、中実シリコン粒子）を供給する。この
初期制御信号における供給速度情報は、装置20が結晶体
心22の形成において溶解シリコンを消費すると予期され
る速度に関する実験データに基いて選定される。ステッ
プ401で与えられる制御信号に含まれる供給速度情報が
不正確でありかつ装置20が溶解シリコンを消費する速度
を越えるかあるいはこれより小さい速度で分配器306に
より原料物質が与えられる場合は、このような不正確さ
は以下に述べるように、プログラムの以降のステップに
おいて訂正される。

次に、ステップ402において、コントローラ105は線16
0上で真重量回路104により与えられる結晶体心22のその
時の真の重量を読出す。この回路の構造および動作は先
に述べた。その時の真の重量値は、ステップ403により
示される如く次のサイクルのため記憶される。

その後、容器302内の原料物質、例えばシリコン粒子
のその時の重量を表わす秤量器312の出力は、ステップ4
04により示されるように、コントローラ105により線314
上で読み込まれる。次にステップ405において、原料物
質のその時の重量は次のサイクルのため記憶される。

ステップ402および404は、有意義な真の重量データお
よび供給材料の重量データが以下に述べるようにステッ
プ406〜420に示されるソフトウエア・プログラムの最初
の反復中分配器306の動作を制御する制御信号を生成す
る際に使用するように与えられることを保証するため提
供される初期化ルーチンの一部である。

次に、ステップ406において、選定量の結晶成長が生
じる時間的遅延が導入される。この時間的遅延は、全て
の実際の目的のため、分配器に対する制御信号を生成す
る際使用される重量データの連続的な読取り間の測定間
隔と等しい。この間隔は、以下本文では、「時間間隔
ｘ」または「測定間隔ｘ」と呼ぶ。

次に、ステップ407においては、真重量回路104により
与えられる結晶体心22のその時の真の重量が読み込まれ
る。この時の真の重量値は、ステップ402において読み
込まれた真の重量値とは異なるが、これはステップ406
における時間的遅延に生じた結晶の成長の間に結晶体心
22が重量を増やした故である。ステップ407において読
み込まれたその時の真の重量情報は、ステップ403によ
り示される如く次のサイクルのため記憶される。ステッ
プ407において読み込まれステップ403において記憶され
たその時の真の重量情報は、ステップ403において前に
記憶されたステップ402で与えられるその時の真の重量
情報と共に記憶される。

その後、ステップ408において、秤量器312により生成
された供給材料重量値が読み込まれる。この供給材料の
重量は、ステップ404において生じた供給材料重量とは
異なるが、これはステップ406における時間的遅延にお
いて生じる結晶の成長中にある供給材料が消費された故
である。ステップ408において生じた供給材料重量情報
は、ステップ405で示される如く、次のサイクルのため
記憶される。ステップ408において読み込まれステップ4
05で記憶されたこの供給材料重量情報は、ステップ404
において生じステップ405において前に記憶された供給
材料重量情報と共に記憶される。

次に、ステップ410において、測定間隔ｘ中の結晶体
心22の真の重量の変化が計算される。この導出過程は、
ステップ407で読み込まれたその時の真の重量データ、
およびステップ402で読み込まれた前の測定サイクルか
らの真の重量データを用いて行われる。その時の真の重
量データは直接真重量回路104から与えられ、前のサイ
クルの真の重量データはステップ412に示される如く、
ステップ403で記憶されたデータを用いて読み込まれ
る。結晶体心22が常に重量を増しつつあるため、真の重
量の計算におけるこのような変化の結果は常に正とな
る。測定間隔ｘは、約10秒と３分の間におよびことが望
ましい。測定間隔ｘは、固定された設定点としてコント
ローラ1405において記憶することができ、あるいはこの
間隔は結晶成長操作の始めにおける制御変数として入力
することができる。

次に、ステップ414に示されるように時間間隔ｘにお
ける容器302における原料物質の重量の変化が計算され
る。この導出過程はステップ404で読み込まれたその時
の原料物質重量データ、およびステップ404で読み込ま
れた前の測定サイクルからの原料物質重量データを用い
て行われる。その時の原料物質重量データは、中の秤量
器312から与えられ、前のサイクルからの原料物質重量
データは、ステップ416により示されるように、ステッ
プ405で記憶されたデータを用いて読み込まれる。容器3
02における原料物質の重量は常に減少しつつあり、原料
物質の重量におけるこの変化の結果は常に負となる。ス
テップ414において使用された時間間隔ｘは、ステップ4
10において使用された時間間隔ｘと同じであり、即ちＸ
は約10秒から３分にわたることが望ましい。

ステップ418においては、ステップ414で計算された原
料物質の重量の変化はステップ410で計算された真の重
量における変化に加算される。時間間隔ｘにおける結晶
体心22の重量の増加が時間間隔ｘにおける容器302の原
料物質の重量の減少に等しい時、この計算の結果はゼロ
となる。結晶体心22が時間間隔ｘにおいて間隔ｘにおけ
る容器302における原料物質の減少より多いか少ない重
量を増やす時、ステップ418において行われた計算結果
は正または負の符号となり、ゼロではない大きさを持つ
ことになる。

次に、ステップ420においては、コントローラ105は制
御信号を分配器306へ送る。この制御信号は、ステップ4
18において行われた計算結果の符号および大きさと共に
変化する供給速度情報を含む。ステップ418で行われた
計算結果がゼロに等しい時、分配器306に与えられた制
御信号に含まれる供給速度情報は、その時の供給速度に
おける原料物質の供給を継続することを指令する。ステ
ップ418で行われた計算結果が負の符号を持つ時、制御
信号に含まれる供給速度情報は、分配器306に対して減
少した供給速度で原料物質を供給することを指令し、こ
の減少した供給速度はステップ418において得た結果の
大きさに比例する。ステップ418で行われた計算結果が
正の符号を持つ時、制御信号に含まれる供給速度情報
は、分配器306に対して増加した供給速度で原料物質を
供給することを指令し、この増加した供給速度はステッ
プ418において生じた結果の大きさに比例する。

分配器306により容器302から供給される供給材料は、
導管304を経てフィーダ機構320の内部322に向かって下
方へ移動する。次いで、粒子は中空パイプ324を通って
上方へ強制的に送られ、このパイプの頂端部から放出さ
れる。重力の作用下で、放出された粒子はるつぼ24に支
持された溶解シリコン中へ落下する。

ステップ420の後、プログラムは再びステップ406へ戻
り、時間的遅延が再び生じる。

上記は、図４に示されたソフトウエアのフロー図によ
り示されるプログラムの最初の繰返しの説明である。こ
のプログラムの２回目および以降の繰返しは、幾つかの
観点において最初の繰返しとは異なる。第１に、２回目
および以降の繰返しにおいては、ステップ410で計算さ
れた真の重量における変化は、ステップ407でその時生
じつつある真の重量の情報、およびステップ407におい
て前に生じ、ステップ403において記憶され、ステップ4
12において与えられた真の重量の情報に基いて計算され
る。第２に、この２回目および以降の繰返しにおいて、
ステップ414で計算される供給材料重量における変化
は、（１）ステップ408でその時生じつつある供給材料
の重量情報、および（２）ステップ405で記憶されたソ
フトウエアの前の繰返しの間ステップ408で生じる供給
材料の重量情報に基いて計算され、ステップ416におい
て与えられる。このため、２回目および以降の繰返しに
おいて、ステップ402および404で生じた情報は使用され
ない。

メルト補充システム18が不連続モードで動作される
時、図５のフロー図により示されるソフトウエア・プロ
グラムが用いられる。メルト補充システム300が図５に
示されたソフトウエアのフロー図に従って動作される
時、分配器306は、コントローラ105からの操作信号の受
取りと同時に、容器302から固定量の原料物質を供給す
る空圧作動フィーダであることが望ましい。あるいはま
た、分配器306は、コントローラ105からの操作信号の受
取りと同時に容器302から固定量の原料物質を供給する
振動フィーダでもよい。

図５に示されたソフトウエアのフロー図における最初
のステップとして、本発明の制御システムは、ステップ
400により示されるように、メルト補充システム18の動
作制御を開始するように操作される。このステップは、
図４に示され先に述べたプログラムの最初のステップと
同じものである。同時に、装置20は、るつぼ24内のメル
トからの結晶体心22の成長を開始するように操作され
る。

次いで、ステップ501において、コントローラ105は、
初期動作信号の受取りと同時に、分配器306は容器302か
ら固定量の原料物質を供給する。この固定量の原料物質
の重量は、るつぼ24内のメルトの体積、原料物質がメル
トに送られる方法および他の要因を考慮に入れることに
より選定される。いずれの場合も、固定量の原料物質の
重量は比較的小さく、従ってこの量の物質の装置20のメ
ルトへの追加がメルトにおける許容し得ない大きな熱的
な摂動を生じることはない。

次に、図５に示されたソフトウエア・プログラムは、
図４に示されたソフトウエア・プログラムにおいて使用
されるステップ402〜418を含み、これに従う。ステップ
402〜418の説明については、図４に示されたソフトウエ
ア・プログラムの前の説明を参照されたい。

次いで、ステップ418に続いて、ステップ520により示
されるように、ステップ418で計算された和がゼロより
小さいかあるいはこれと等しいかについて判定が行われ
る。もしステップ418で計算された和がゼロより小さい
かあるいはこれと等しければ、コントローラ105は動作
信号を線308により分配器306へ送り、これがステップ52
2において示されるように分配器を作動させて固定量の
原料物質を容器302から導管304へ送らせる。もしステッ
プ418で計算された和がゼロより小さいかあるいは等し
ければ、ステップ524で示されるように、コントローラ1
05は動作信号を分配器306へ送らない。その結果、原料
物質は容器302から供給されない。

最後に、図５のソフトウエアのフロー図は、図４のソ
フトウエア・フロー図と同様に終了する。即ち、プログ
ラムはステップ406へ戻り時間的遅延を生じる。

図６および図７に示される別の実施例においては、本
発明の制御システムは、装置20メルト補充システム18な
らびにるつぼヒータ26を制御するようになっている。

図３、図６および図７に関して、この別の実施例で
は、るつぼヒータ26および温度コントローラ582として
図６に示される従来の閉ループ温度制御システムは、線
580を介してコントローラ105と接続される。線580上の
コントローラ105からの出力信号に基いて、温度コント
ローラ582は、装置20における温度を結晶体心22が略々
均一な肉厚を持つことを保証するように選定される正確
な基準値に維持するようにるつぼヒータ26に対する電力
入力を変化させる。

望ましい実施態様の目的のためには、ヒータ26に対す
る電力入力はまた従来の電力コントローラ（図示せ
ず）、即ち制御信号に比例するヒータ26への電力入力を
変化させるデバイスによって制御することができる。電
力コントローラがヒータ26の制御のため用いられる時
は、この電力コントローラは温度コントローラ582に代
わり、温度コントローラと同じようにコントローラ105
およびヒータ26と接続される。電力コントローラおよび
温度コントローラ582の双方は同様な結果を達成する。
即ち、これらはヒータ26の熱出力従って装置20の加熱さ
れた部分の温度をコントローラ105により与えられる制
御信号に基いて変化させて、成長する結晶体心22が略々
均一な肉厚を持つことを保証するようにする。

本発明のこの代替例においては、制御システムが図１
乃至図５に示された望ましい実施態様に関して先に述べ
た方法でメルト補充システム18の動作を制御する。従っ
て、この代替例の以降の記述は、望ましい実施態様の動
作モードの先に述べた記述を参照して行う。

本発明の代替例によれば、引張り機構35は、一定の速
度でるつぼ24から結晶体心22を引出すように制御され
る。このため、装置20から成長させられる結晶の肉厚は
専らるつぼヒータ26の出力を調整することにより制御す
ることができ、これが更に成長区間即ちメニスカスにお
ける温度を制御する。

コントローラ105は、るつぼヒータ26のこのような調
整を行うため使用される温度制御信号を提供する。

コントローラ105は、これに与えられる入力信号情報
を用いて、機械の制御ソフトウエア・プログラムに従っ
てるつぼヒータ26の動作を制御する。図７に示されたソ
フトウエアのフロー図は、ソフトウエア・プログラムに
より行われる諸動作の論理的輪郭を提供する。ソフトウ
エア・プログラムの行単位のコーディングは、このよう
なコーディングが充分に当技術の通常の知識内にあるも
のと見做されかつソフトウエアの実行に用いられるコン
ピュータに従って変化するため、本文では示さない。

フロー図における最初のステップとして、本発明の制
御システムは、ステップ600により示されるように、装
置20の動作の制御を開始するように作動される。次に、
コントローラ105が、ステップ601により示されるよう
に、結晶体心22のその時の長さを読み込む。長さトラン
スジューサ101が、この時の長さの情報を線109によりコ
ントローラ105へ送る。次に、ステップ602において、そ
の時の長さ情報が次のサイクルのため記憶される。その
後、コントローラ105は、ステップ603で示されるよう
に、結晶体心のその時の重量を読み込む。この時の重量
の情報は、真の重量回路104により生成され、線160によ
りコントローラ105へ与えられる。次に、ステップ604に
おいて、その時の重さ情報は次のサイクルのため記憶さ
れる。

ステップ601および603は、以下本文に述べるように、
ステップ606〜628に示されるソフトウエア・プログラム
の最初の繰返しの間、その時の全長さ測定データおよび
真の重量データがるつぼヒータ26の動作を制御する制御
信号を生成する際に使用されるように与えられることを
保証するため設けられる初期化ルーチンの一部である。

次に、ステップ605において、選定された量の結晶の
成長が生じる間に時間的遅延が生じる。この時間的遅延
は、るつぼヒータに対する制御信号の生成時に使用され
るようにデータが収集される測定間隔ｘと略々等しい。

次いで、ステップ606において、結晶体心22のその時
の長さが読み込まれる。この時の長さ情報は、結晶体心
22がステップ605における時間的遅延の間に生じた結晶
成長中に長さが増したため、ステップ601において読み
込まれた長さの情報とは異なる。ステップ606において
読み込まれたその時の長さ情報は、ステップ602に示さ
れるように、次のサイクルのため記憶される。ステップ
606で読み込まれステップ602で記憶されたその時の長さ
情報は、ステップ602において前に記憶されたステップ6
01で与えられるその時の長さ情報と共に記憶される。

その後、ステップ608において、結晶体心22のその時
の真の重量が読み込まれる。その時の真の重量は、結晶
体心22の重量がステップ605における時間的遅延の間に
生じる結晶の成長中に増えるため、ステップ603におい
て生成された真の重量とは異なることになる。ステップ
608において生成した真の重量情報は、ステップ604に示
されるように、次のサイクルのため記憶される。ステッ
プ608で読み込まれステップ604において記憶されたこの
真の重量の情報は、ステップ603で生成されステップ604
で前に記憶された真の重量の情報と共に記憶される。

その後、ステップ612により示されるように、測定間
隔ｘにおける結晶体心22の長さの変化が計算される。こ
の誘導は、ステップ606において読み込まれたその時の
長さデータおよびステップ601において読み込まれた前
の測定サイクルからの長さデータを用いて行われる。そ
の時の長さデータは中に長さトランスジューサ101から
与えられ、前サイクルの長さデータは、ステップ614に
示されるように、ステップ602で記憶されたデータを用
いて読み込まれる。測定間隔ｘは、約30秒乃至３分の範
囲にわたることが望ましい。測定間隔ｘは、固定された
設定点としてコントローラ105に記憶することができ、
あるいはこの間隔は結晶の成長操作の初めにおける制御
変数として入力することができる。

次に、測定間隔ｘにわたる結晶体心22の重量の変化
は、ステップ616に示されるように計算される。この誘
導は、ステップ608で読み込まれたその時の重量デー
タ、およびステップ603で読み込まれた前の測定サイク
ルからの重量データを用いて行われる。その時の重量デ
ータは、真重量回路104から直接与えられ、前のサイク
ルの重量データは、ステップ604で記憶されたデータを
用いてステップ618により示されるように読み込まれ
る。ステップ616において用いられた測定間隔ｘは、ス
テップ612で用いられた測定間隔ｘと同じであり、即
ち、Ｘが約30秒乃至３分の範囲にあることが望ましい。

次いで、ステップ620において、結晶体心22の実際の
肉厚は、定数Ｋをステップ616で計算された結晶体心の
重量の変化で乗じ、次いでこの積をステップ612で計算
された体心22の長さの変化で除すことにより計算され
る。当業者には認識されるように、Ｋは、物質の密度、
成長する結晶体心の周囲および重量センサ100および真
重量回路104の出力信号の大きさに基いて選定される肉
厚の変換係数である。

次に、所要の肉厚情報がステップ622により示される
ようにメモリーから読出される。その後、ステップ624
において、ステップ620で計算された実際の肉厚がステ
ップ622で読み込まれた所要の肉厚と比較されて、実際
の肉厚が所要の肉厚より大きいかあるいはこれと等しい
かを判定する。もし実際の肉厚が所要の肉厚より大きい
か等しければ、フロー図はステップ626へ進み、ここで
コントローラ105が線580によりるつぼヒータ26へ与えら
れる温度上昇信号を生じる。この上昇信号の受取りと同
時に、るつぼヒータ26はメルトの温度を上昇させるよう
に動作し、これが更に結晶体心22の肉厚を減少させるこ
とになる。もし実際の肉厚が所要の肉厚より大きくない
かあるいはこれと等しくなければ、フロー図はステップ
628へ進み、ここでコントローラは線630によりるつぼヒ
ータ26へ与えられる温度低下信号を生じる。この低下信
号の受取りと同時に、るつぼヒータ26はメルトの温度を
低下させるように動作し、これが更に結晶体心22の肉厚
を増加させることになる。

結果に従ってステップ626または623のいずれかの後、
プログラムはステップ605へ戻り、別の時間的遅延が生
じる。

上記は、図７に示されるソフトウエアのフロー図によ
り示されるプログラムの最初の繰返しの説明である。こ
のプログラムの２回目および以降の繰返しは、幾つかの
観点において最初の繰返しとは異なる。第１に、２回目
および以降の繰返しにおいては、ステップ612において
計算された長さの変化は、ステップ602で記憶されたソ
フトウエアの前の繰返しにおいてステップ606でその時
生じつつある長さの情報に基いて計算され、ステップ61
4において与えられる。第２に、この２回目および以降
の繰返しの間、ステップ616で計算されたその時の重量
の変化は、ステップ608でその時生じつつある真の重量
情報およびステップ604において記憶されたソフトウエ
アの前の繰返しの間ステップ608で生成された真の重量
情報に基いて計算され、ステップ618において与えられ
る。このため、この２回目および以降の繰返しの間に、
ステップ601および603で生成された情報は使用されな
い。

Taylor等により開示されたメルト補充システムが、種
ホルダーが成長する中空の結晶体心の上端部を実質的に
空圧により閉鎖するように修正された米国特許第4,544,
528号に記載された形式の結晶成長装置と接続される
と、大半の状況においては、溶解シリコンが消費されつ
つあると同じ速度で中実シリコンをメルトに添加するこ
とは略々不可能である。このようなメルトの補充は、成
長する結晶体心の重量を測定するセンサにより生じる誤
りのある重量情報の故に問題を生じる。先に述べたよう
に、このような誤った情報は、成長する体心内部の圧力
の変動により生じる。重量センサにより生じる重量情報
が分配器306により単位時間当たり供給される中実シリ
コン量を計算する際使用される限り、この重量情報が不
正確であると、メルトへ供給されるシリコン量は要求さ
れるものにはならない。このため、要求量以上あるいは
以下のシリコンが添加され、メルトに受入れ得ない大き
な熱変位をもたらす結果となる。周知のように、熱変位
は最適ではない物理的および電気的特性をもつ結晶体心
の生成が結果として生じ、極端な場合には、結晶の成長
プロセスの停止を招くおそれがある。

対照的に、本発明によれば、溶解シリコンがメルトか
ら消費されると同じ速度でシリコン粒子がるつぼ24に供
給される。このため、熱的な摂動の形成が最小限に抑え
られて、結晶体心の物理的および電気的な特性が最適化
される結果となる。

メルト補充システム18を制御することに加えて、図６
および図７に示した本発明の代替例は、公知の制御シス
テムにより典型的に達成され得るよりも高い精度で公知
の結晶成長装置20の動作を制御するようになっている。
公知の結晶成長装置の動作を正確に制御することによ
り、幾つかの重要な利点が達成される。第１に、結晶体
心22がダイから外れるかあるいはこれに膠着する頻度は
非常に減少する。第２に、管状結晶体心の肉厚が更に正
確に制御される。第３に、6m以上の長さをもつ結晶体心
22が、本発明により制御される公知の結晶成長装置を用
いて比較的均一な肉厚で成長させることができ、かつ成
長される結晶の頂端部を実質的に空圧的に封止するよう
に修正することができる。例えば6mの長さの長い結晶体
心から生成されるシリコン板の材料コストは、成長した
結晶の長さに対する装置の始動時間の短縮により、公知
の結晶成長装置で成長させた比較的短い結晶体心から作
られる板よりも著しく少ない。

図６および図７に示される本発明の代替例は、肉厚を
制御する（引上げ速度が略々一定に保持される）ためる
つぼの加熱を変化させるように設計されるが、本発明
は、加熱即ち温度が一定に保持され引上げ速度が肉厚を
制御するため変更されるように設計することができる。
あるいはまた、加熱および引上げ速度の双方は、略々均
一な肉厚を持つ結晶を生じるように変化させることもで
きる。

本発明の他にない有利な特徴は、るつぼ内のメルトの
長さが略々均等な大きさおよび肉厚の管状結晶体心の成
長中に予め定めた限度内に保持できるように、メルト補
充システムが制御されることである。

本発明の範囲から逸脱することなく上記の装置におい
て変更が可能であるため、本文に記し添付図面に示され
る全てのものは例示であって限定の意図はないものとす
る。

フロントページの続き (72)発明者 エリス，ローレンス アメリカ合衆国マサチューセッツ州 01776，サドバリー，ムーア・ロード 112 (56)参考文献 特公 昭59−10960（ＪＰ，Ｂ２) 特表 平１−503137（ＪＰ，Ａ)

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】選定された材料の管状結晶体心を成長させ
   る装置におけるメルトを補充するためのメルト補充装置
   であって、前記選定された材料のメルトを含むるつぼ
   と、該るつぼを加熱する加熱手段と、前記メルトから管
   状結晶体心を成長させる成長手段とを含み、該成長手段
   は、（１）前記管状結晶体心と連絡する前記るつぼにお
   いて前記管状結晶体心の形状を制御する形成手段と、
   （２）前記管状結晶体心が成長される主を支持する種保
   持手段と、（３）該種保持手段と、前記種と、前記管状
   結晶体心を前記るつぼおよび前記形成手段から引上げる
   引上手段とを含み、 前記メルト補充装置は、 前記選定された材料の中実粒子を貯蔵する容器と、 該容器と結合されて、分配手段制御信号に応答して選定
   された時間間隔の間前記選定された材料粒子の選定量を
   前記容器から前記るつぼへ移動する分配手段と、 前記容器内に貯蔵された前記選定された料粒子の重量を
   表わす出力信号を生じる重量値生成手段と、 前記成長する管状結晶体心と、前記種と、前記種保持手
   段の重量を表わす出力信号を生じる重量センサ手段と、 前記管状結晶体心内部の圧力を表わす出力信号を生じる
   圧力センサ手段と、 前記重量値生成手段と、前記重量センサ手段と、前記圧
   力センサ手段と、前記分配手段とに接続されて、前記る
   つぼ内の選定された材料の量が前記管状結晶体心の継続
   した成長を支持するために適切であるように、前記重量
   値生成手段、前記重量センサ手段および前記圧力センサ
   手段の出力信号に応答して前記分配手段の動作を制御す
   るコントローラ手段と、 を含むことを特徴とするメルト補充装置。
2. 【請求項２】（ａ）前記管状結晶体心の真の重量を計算
   し、かつ前記管状結晶体心の真の重量を表わす補正され
   た出力信号を生成する手段を更に含み、更に前記コント
   ローラ手段が、前記重量値生成手段の出力信号および前
   記補正出力信号に応答して前記分配手段の動作を制御す
   る前記制御信号を生成し、前記計算手段が、 （ｉ）前記管状結晶体心、前記種および前記種保持手段
   の真の重量を表わす組合せ信号を生じるように、前記重
   量センサ手段および前記圧力センサ手段の出力信号を組
   合せる手段と、 （ii）前記種および前記種保持手段の真の重量を表わす
   オフセット出力信号を生じる手段と、 （iii）前記補正出力信号を生じるように前記組合せ信
   号および前記オフセット出力信号を組合せる手段とを含
   み、 （ｂ）選定された時間間隔Ｘにわたる前記重量値生成手
   段により生成された前記出力信号における変化の関数と
   して選定された時間間隔Ｘにわたる前記るつぼに蓄積さ
   れた前記粒子の重量の変化を計算する手段と、 （ｃ）前記選定された時間間隔Ｘにわたる前記補正出力
   信号における変化の関数として前記選定された時間間隔
   Ｘにわたる前記管状結晶体の重量の変化を計算する手段
   と、 （ｄ）前記るつぼに蓄積された前記粒子の重量の変化と
   前記管状結晶体心の重量の変化とを加算して重量値にお
   ける組合わせの変化を生じる手段と、 を含む請求項１に記載のメルト補充置。
3. 【請求項３】選定された材料の管状結晶体心を成長させ
   る装置におけるメルトを補充するメルト補充装置であっ
   て、前記選定された材料のメルトを保有するるつぼと、
   該るつぼを加熱する加熱手段と、前記メルトから管状結
   晶体心を成長させる成長手段とを含み、該成長手段が、
   （１）前記メルトと連絡する前記るつぼにおいて前記管
   状結晶体心の形状を制御する形成手段と、（２）前記結
   晶体心が成長させられる種を支持する種保持手段と、
   （３）該種保持手段、前記種および前記管状結晶体心を
   前記るつぼと前記形成手段から引上げる引上手段とを含
   むメルト補充装置において、 前記選定された材料の中実粒子を貯蔵する容器と、 前記容器と結合されて、分配手段制御信号に応答して前
   記容器から前記るつぼへ前記選定された材料粒子の選定
   量を移動する分配手段と、 前記容器内に貯蔵された前記選定材料の粒子の量の重量
   を表わす出力信号を生じる重量値生成手段と、 前記成長下の管状結晶体心、前記種および前記種保持手
   段の重量を表わす出力信号を生じる重量センサ手段と、 前記管状結晶体心内の圧力を表わす出力信号を生じる圧
   力センサ手段と、 前記重量値生成手段と、前記重量センサ手段と、前記圧
   力センサ手段と、前記分配手段とに接続され、前記るつ
   ぼにおけるメルトのレベルが前記管状結晶体心の成長の
   間所定の制限内に留めることを保証するように、前記重
   量値生成手段、前記重量センサ手段および前記圧力セン
   サ手段の出力信号に応答して前記分配手段の動作を制御
   するコントローラ手段と、 を設けることを特徴とするメルト補充装置。
4. 【請求項４】前記コントローラ手段が、前記管状結晶体
   心の真の重量を計算して前記管状結晶体心の真の重量を
   表わす補正出力信号を生じる手段を含み、更に前記コン
   トローラ手段が、前記重量値生成手段の出力信号と前記
   補正出力信号に応答して前記制御信号を生成することを
   特徴とする請求項３記載のメルト補充装置。
5. 【請求項５】前記計算手段が、 前記管状結晶体心、前記種および前記種保持手段の真の
   重量を表わす組合せ信号を生じるように、前記重量セン
   サ手段および前記圧力センサ手段の出力信号を組合わせ
   る手段と、 前記種および前記種保持手段の真の重量を表わすオフセ
   ット出力信号を生じる手段と、 前記補正出力信号を生じるように、前記組合せ信号と前
   記オフセット出力信号を組合わせる手段とを含むことを
   特徴とする請求項４記載のメルト補充装置。
6. 【請求項６】前記コントローラ手段が、（ａ）選定され
   た測定間隔Ｘにわたり前記重量値生成手段により生成さ
   れる前記出力信号における変化の関数として、選定され
   た時間間隔Ｘにわたり前記容器に貯蔵された前記粒子の
   重量の変化を計算する手段と、（ｂ）前記選定された時
   間間隔Ｘにわたる前記補正出力信号における変化の関数
   として、前記選定された時間間隔Ｘにわたる前記管状結
   晶体心の重量の変化を計算する手段と、（ｃ）に重量値
   の合成変化を生じるように前記容器に貯蔵された前記粒
   子の重量の前記変化および前記管状結晶体心の重量の前
   記変化を加算する手段とを含むことを特徴とする請求項
   ４記載のメルト補充装置。
7. 【請求項７】前記分配手段が、前記制御信号の受取りと
   同時に固定量の粒子を前記容器から前記るつぼへ移動す
   るように設計され、前記コントローラが、 前記重量値の合成変化をゼロ値と比較して、該重量値の
   合成変化が前記ゼロ値より大きい時のみ前記制御信号を
   前記分配手段へ与える手段を含むことを特徴とする請求
   項３から６のいずれかに記載のメルト補充装置。
8. 【請求項８】前記コントローラ手段が、重量値における
   前記合成変化の符号と大きさの関数として変化する供給
   速度情報を含むように前記制御信号を発生し、前記選定
   された時間間隔Ｘの間に前記容器から前記るつぼへ前記
   分配手段により移動された前記粒子の選定された量が前
   記制御信号に含まれる前記供給速度情報の関数として変
   化することを特徴とする請求項３から６のいずれかに記
   載のメルト補充装置。
9. 【請求項９】選定材料のメルトを保有するるつぼと、該
   るつぼを加熱する加熱手段と、前記メルトから管状結晶
   体心を成長させる成長手段を含む形式の結晶成長装置に
   おけるメルトを補充するためのメルト補充装置の動作を
   制御する方法であって、前記成長手段が、（１）前記メ
   ルトと連通する前記るつぼにあって前記管状結晶体心の
   形状を制御する形成手段と、（２）前記管状結晶体心が
   成長させられる種を支持する種保持手段と、（３）前記
   管状結晶体心、前記種および前記種保持手段を前記るつ
   ぼおよび前記形成手段から引上げる引上手段とを含み、
   前記メルト補充装置が、前記選定材料の中実粒子を貯蔵
   する容器と、動作信号の受取りと同時に前記粒子の固定
   量を該容器から前記るつぼ内のメルトへ移動する分配手
   段とを含む方法において、 前記メルトからの前記管状結晶体心の成長を開始するよ
   うに前記装置を動作させ、 前記管状結晶体心の重量を測定し、 前記管状結晶体心の内部の圧力を測定し、 前記管状結晶体心の測定された重量および該結晶体心内
   部の測定された圧力に基づいて管状結晶体心の真の重量
   を計算して、時間間隔Ｘにわたる前記管状結晶体心の真
   の重量における変化を表わす真の重量値における変化を
   与え、 前記メルト補充装置の前記容器に貯蔵された中実粒子の
   重量を測定して前記時間間隔Ｘにわたる前記容器内に貯
   蔵された前記中実粒子の重量における変化を表わす粒子
   の重量値における変化を与え、 合成値を発生するように粒子重量値における前記変化
   に、真の重量値における前記変化を加算し、 該合成値をゼロ値と比較し、 前記合成値が前記ゼロ値より大きい場合のみ、動作信号
   を生成して該動作信号を前記分配手段へ与え、 前記動作信号に応答して前記るつぼ中のメルトに前記固
   定量の粒子を送るように、前記分配手段を動作させるこ
   とを含む、 ことを特徴とする方法。
10. 【請求項１０】選定材料のメルトを保有するるつぼと、
    該るつぼを加熱する加熱手段と、前記メルトから管状結
    晶体心を成長させる成長手段を含む形式の結晶成長装置
    におけるメルトを補充するためのメルト補充装置の動作
    を制御する方法であって、前記成長手段が、（１）前記
    メルトと連通する前記るつぼにあって前記管状結晶体心
    の形状を制御する形成手段と、（２）前記管状結晶体心
    が成長させられる種を支持する種保持手段と、（３）前
    記管状結晶体心、前記種および前記種保持手段を前記る
    つぼおよび前記形成手段から引上げる引上手段とを含
    み、前記メルト補充装置が、前記選定材料の中実粒子を
    貯蔵する容器と、動作信号の受取りと同時に選定された
    時間間隔の間前記粒子の選定量を該容器から前記るつぼ
    内のメルトへ移動する分配手段とを含む方法において、 前記メルトから前記管状結晶体心の成長を開始するよう
    に前記装置を動作させ、 前記管状結晶体心の重量を測定し、 前記管状結晶体心の内部の圧力を測定し、 前記管状結晶体心の測定された重量および該管状結晶体
    心内部の測定された圧力に基いて管状結晶体心の真の重
    量を計算して、時間間隔Ｘにわたる管状結晶体心の真の
    重量における変化を表わす真の重量値における変化を与
    え、 前記メルト補充装置の前記容器に貯蔵された中実粒子の
    重量を測定して、前記時間間隔Ｘにわたる前記容器に貯
    蔵された前記中実粒子の重量における変化を表わす粒子
    の重量値における変化を与え、 真の重量値における前記変化を粒子の重量値における前
    記変化に加算して合成値を生成し、 前記合成値の符号および大きさの関数として変化する供
    給速度情報を含む制御信号を生成し、 前記選定時間間隔において前記分配手段により送られる
    前記中実粒子の前記選定量が前記制御信号における前記
    供給速度情報の関数として変化するように、前記分配手
    段を動作させることを含む、 ことを特徴とする方法。
11. 【請求項１１】（ａ）選定された材料の管状結晶体心を
    成長させる装置と、（ｂ）該装置におけるメルトを補充
    するメルト補充装置と、の動作を制御する制御装置であ
    って、該メルト補充装置は、前記選定された材料のメル
    トを保有するるつぼと、該るつぼを加熱する加熱手段
    と、前記メルトから管状結晶体心を成長させる成長手段
    とを含み、該成長手段は、（１）前記メルトと連通する
    前記るつぼにあって前記管状結晶体心の形状を制御する
    形成手段と、（２）前記管状結晶体心が成長させられる
    種を支持する種保持手段と、（３）前記管状結晶体心、
    前記種および前記種保持手段を前記るつぼおよび前記形
    成手段から引上げる引上手段とを含み、前記メルト補充
    装置が、前記選定材料の中実粒子を貯蔵する容器と、動
    作信号の受取りと同時に選定された時間間隔の間前記選
    定材料の粒子の選定量を該容器から前記るつぼへ移動す
    る分配手段とを含む制御装置において 前記容器に貯蔵された選定材料の中実粒子の重量を表わ
    す出力信号を生成する重量値生成手段と、 前記成長する管状結晶体心の長さを表わす出力信号を生
    じる長さセンサ手段と、前記成長下の管状結晶体心、前
    記種および前記種保持手段の重量を表わす出力信号を生
    じる重量センサ手段と、 前記管状結晶体心内部の圧力を表わす出力信号を生じる
    圧力センサ手段と、 前記重量値生成手段、前記長さセンサ手段、前記重量セ
    ンサ手段、前記圧力センサ手段、前記るつぼ加熱手段お
    よび前記分配手段と接続されて、（ａ）前記成長する管
    状結晶体心が実質的に均一な肉厚を持つこと、および
    （ｂ）前記容器から前記るつぼへ移動される前記選定量
    の中実粒子が連続する結晶の成長を支持し、かつメルト
    における受入れられない大きな熱的変位を生じないこと
    を保証するように、前記重量値生成手段、前記長さセン
    サ千段、前記重量センサ手段および前記圧力センサ手段
    の出力信号に応答して前記結晶成長装置および前記メル
    ト補充装置の動作を制御するコントローラー手段と、 を設けてなることを特徴とする制御装置。
12. 【請求項１２】前記コントローラ手段が前記管状結晶体
    心の真の重量を計算する手段を含み、該計算手段は、 前記管状結晶体心、前記種および前記種保持手段の真の
    重量を表わす組合せの信号を生じるように、前記重量セ
    ンサ手段および前記圧力センサ手段の出力信号を組合わ
    せる手段と、 前記種および前記種保持手段の真の重量を表わすオフセ
    ット出力信号を生じる手段と、 前記管状結晶体心の真の重量を表わす補正出力信号を生
    じるように、前記組合せ信号および前記オフセット出力
    信号を組合わせる手段と、 を含むことを特徴とする請求項11記載の装置。
13. 【請求項１３】前記コントローラ手段が、全ての選定さ
    れた測定間隔の間に成長された前記管状結晶体心の平均
    実際肉厚を計算する手段と、 所要の肉厚値を与える手段と、 前記所要の肉厚値を前記平均実際肉厚と比較する手段
    と、 （１）該所要の肉厚値が前記平均実際肉厚より小さい
    時、前記加熱手段に対して第１の信号を、また（２）前
    記所要の肉厚値が前記平均実際肉厚より大きいかあるい
    はこれと等しい時、前記加熱手段に対して第２の信号を
    供給する手段と、を含むことを特徴とする請求項11記載
    の装置。
14. 【請求項１４】前記コントローラ手段が、 （ａ）前記選定された測定間隔Ｘにわたる前記重量値生
    成手段により生成された前記出力信号における変化の関
    数として、選定された時間間隔Ｘにわたる前記容器に貯
    蔵された前記粒子の重量の変化を計算する手段と、 （ｂ）前記選定された時間間隔Ｘにわたる前記補正出力
    信号における変化の関数として、前記選定された時間間
    隔Ｘにわたる前記管状結晶体心の重量の変化を計算する
    手段と、 （ｃ）重量値の合成の変化を生じるように、前記選定材
    料の粒子の重量の前記変化および前記管状結晶体心の重
    量の前記変化を加算する手段と、 を含むことを特徴とする請求項12記載の装置。
15. 【請求項１５】前記コントローラ手段が、 重量値における前記合成変化を前記ゼロ値と比較して、
    前記重量値の合成変化が前記ゼロ値よりも大きい時の
    み、前記動作信号を前記分配手段に与える手段、 を含むことを特徴とする請求項14記載の装置。
16. 【請求項１６】メルトを保有するるつぼと、 前記るつぼを加熱する加熱手段と、 前記メルトから管状結晶体心を形成する手段であって、
    （１）前記メルトと連絡する前記るつぼにおいて前記管
    状結晶体心の形状を制御する形成手段と、（２）前記結
    晶体心が成長させられる種を支持する種保持手段と、
    （３）該種保持手段、前記種および前記管状結晶体心を
    前記るつぼから引上げる引上手段とを含む手段と、 前記選定材料の中実粒子を貯蔵する容器と、 動作信号の受信と同時に選定時間間隔の間、前記容器か
    ら前記るつぼ内のメルトへ前記るつぼに貯蔵された前記
    粒子の選定量を移動する分配手段と、 前記形成手段に接続され、前記成長する管状結晶体心の
    長さを表わす出力信号を与える長さ測定手段と、 前記種保持手段に対して上方に動作する前記成長する管
    状結晶体心の内部の圧力を表わす出力信号を与える圧力
    測定手段と、 前記形成手段に接続され、前記成長下の管状結晶体心の
    重量を表わす出力信号を与える重量測定手段と、 前記容器に接続され、前記容器に貯蔵された前記粒子の
    重量を表す出力信号を与える重量値生成手段と、 （１）前記長さ測定手段と、（２）前記圧力測定手段
    と、（３）前記重量測定手段と、（４）前記重量値生成
    手段と、（５）前記分配手段と、そして（６）前記加熱
    手段とに接続され、（ａ）前記管状結晶体心が実質的に
    均一の平均肉厚を持ち、そして（ｂ）前記メルトに移動
    された前記選定材料の前記選定量の粒子が前記管状結晶
    体心の継続する成長を支持するために適合されることを
    保証するように、前記長さ測定手段、前記圧力測定手
    段、前記重量測定手段、および前記重量値生成手段の出
    力信号に基づいて前記分配手段および前記加熱手段の動
    作を制御するコントローラ手段と、 を設けることを特徴とする選定された材料の管状結晶体
    心を成長させる装置。
17. 【請求項１７】前記形成手段は、キャピラリ・ダイを含
    むことを特徴とする請求項１から８および請求項11から
    16のいずれかに記載の装置。
18. 【請求項１８】前記形成手段は、キャピラリ・ダイを含
    むことを特徴とする請求項９または10のいずれかに記載
    の方法。
19. 【請求項１９】前記上端部を通り前記管状結晶体心の内
    側から漏出可能な流体の量を制限するように前記成長す
    る管状結晶体心の上端部を実質的に閉塞する手段を含む
    ことを特徴とする請求項１から８および請求項11から16
    のいずれかに記載の装置。
20. 【請求項２０】前記上端部を通り前記管状結晶体心の内
    側から漏出可能な流体の量を制限するように前記成長す
    る管状結晶体心の上端部を実質的に閉塞する手段を含む
    ことを特徴とする請求項９または10のいずれかに記載の
    方法