JP2732723B2 - 液面温度制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、チョクラルスキー方式
（以下ＣＺ方式と略記する）による単結晶の製造方法に
係り、特に溶融液面の温度を正確に制御することによ
り、種結晶を溶融液に浸け細く引き上げるシード工程に
おいて無転位結晶を自動で製造できるようにした方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコン等の単結晶を製造する方法とし
ては、加熱炉内に収納された単結晶原料を溶融させ、こ
の溶融液から単結晶を引き上げ成長させる、いわゆるＣ
Ｚ方式が一般的に採用されている。

【０００３】このＣＺ方式においては、原料溶解後の液
面の温度がわすかでも異なれば、種結晶を溶融液に浸け
細く引き上げるシード工程により無転位結晶とすること
が出来ない。このため、このＣＺ方式において原料を完
全に溶解し１５００℃位までオーバーシュートさせた
後、鎮静化を行いルツボ内の溶融液流を定常化させ引き
上げ開始面の溶融液中の酸素濃度を一定にする必要があ
り、所定の温度に設定することは非常に重要であった。
しかしながら、加熱炉内は非常に高温であり温度計等は
設置できないため、従来は、作業者の勘に頼って炉内の
液面温度を検知し、実際に種結晶を浸けて細く引き上げ
ることが行われてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
作業者の勘に頼って炉内の液面温度を検知する方法で
は、液面温度の正確な検知は難しく、前記シード工程に
入るまでに大幅な時間が掛かり、また初期の酸素濃度を
目標値に入れて自動化するのが難しいという課題があっ
た。

【０００５】また、溶融液の温度を測定する方法として
は、加熱炉の外周容器に透視窓を設け、この透視窓を介
してカーボン製ヒータの温度を測定することにより、液
面温度を間接的に推定する方法も用いられている（特開
昭６３−１０７８８８号公報）。しかしながら液面の温
度がヒータの温度と等しくなるには多少の時間を要する
ため（すなわちタイムラグがあるため）、この方法では
設定した時間と温度のプロファイル通りに実際の液面温
度を制御し所定に温度に設定することは困難であった。
さらに別の方法として、単一スペクトル放射温度計を用
い加熱炉の容器上面に設けられた透視窓を介して溶融液
面の温度を直接測定する方法がある。しかしながらこの
方法では、溶融面の温度のゆらぎや溶融時に液面から発
生する原料ガスにより生じる窓のくもりのために放射ス
ペクトルの強度が変動し易く、誤差が生じ易いという課
題があった。

【０００６】また、液面温度を設定温度に制御する方法
としてＰＩＤ制御（比例積分微分制御）方法があるが、
このＰＩＤ制御ではまず仮に設定されたパラメータに基
づいて検出温度がヒータ電力にフィードバックされ、そ
のパラメータでの制御結果からさらにパラメータが調整
される。このため、ＰＩＤ制御を開始する最初の状態が
不安定であれば、制御がうまくいかない場合があった
り、最適なパラメータを求めるのに時間がかかってしま
い、その間設定温度から液面温度が大きくはずれたり、
オーバシュートが生じ易くなってしまうという不満があ
った。

【０００７】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、溶融時における液面の温度を正確に測定し、溶融液
流が定常状態にあることを検知し、さらにこの温度に基
づいて溶融液面の温度を設定温度に正確に制御すること
により、種結晶を溶融液に浸け細く引き上げるシード工
程において無転位結晶を自動で製造できるようにするこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の液面温度
制御方法では、溶融時に溶融液面から放射される赤外線
の２つの波長の放射エネルギーの比率から液面温度を測
定し、設定値からのずれに応じて加熱ヒータの電力を調
整して液面温度を制御する電力調整工程を備え、該電力
調整工程を、所定時間毎に液面温度が設定値と等しくな
るまで複数回行うとともに、ｎ回目の電力調整工程で
は、実際に測定された液面温度に補償値を加算した修正
液面温度と設定温度との偏差に応じて前記電力を算出す
るように設定されてなり、前記補償値は、ｎ−１回目の
電力調整工程における電力調整で得られると推算される
液面温度の温度変化分であることを課題解決の手段とし
た。

【０００９】ここで、前記の溶融液面から放射される赤
外線の２つの波長の放射エネルギーの比率から液面温度
を測定するためには、この原理を利用して温度を計測す
る二色温度計を用いることが望ましい。

【００１０】

【００１１】

【作用】本発明の液面温度制御方法では、溶融時に溶融
液面から放射される赤外線の２つの波長の放射エネルギ
ーの比率から液面温度を測定しているため、溶融液面か
ら発生する原料ガスにより窓にくもりを生じて放射強度
が変動しても、２つの波長は同じ影響を受け、２つの波
長の放射エネルギーの比率は変動しない。このため溶融
液面の温度が窓のくもり等による外的要因によらず正確
に測定される。また、溶融時に溶融液面から放射される
赤外線の２つの波長の放射エネルギーの比率から液面温
度を測定し、設定値からのずれに応じて加熱ヒータの電
力を調整して液面温度を制御する電力調整工程を備え、
該電力調整工程を、所定時間毎に液面温度が設定値と等
しくなるまで複数回行うとともに、ｎ回目の電力調整工
程では、実際に測定された液面温度に補償値を加算した
修正液面温度と設定温度との偏差に応じて前記電力を算
出するように設定され、前記補償値を、ｎ−１回目の電
力調整工程における電力調整で得られると推算される液
面温度の温度変化分としているので、オーバーシュート
による過加熱を防ぐことができる。

【００１２】なお、予め液面温度の制御に関係する制御
パラメータの適正値を決定しておき、この制御パラメー
タの値を用いて溶解工程で溶解終了前に投入電力を低下
させ液面温度を制御すると、液面温度制御中に最適なパ
ラメータを求めるためのロス時間を最小限にすることが
出来るため、タイムラグがなく液面温度が正確に設定温
度に制御される。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の液面温度制御
方法について詳しく説明する。

【００１４】（実施例１）図１は、本発明の液面温度制
御方法を実施するための単結晶引上げ装置の一例を示す
ものである。この図において符号１は炉本体であり、こ
の炉本体１のほぼ中央部には石英ルツボ２が設けられて
いる。この石英ルツボ２の内部には単結晶原料が配さ
れ、溶解中は融液６となっている。そしてこの石英ルツ
ボ２は、黒鉛サセプタ３を介して昇降自在かつ回転自在
な下軸４に取り付けられている。また上記石英ルツボ２
の周囲には、この石英ルツボ２内の融液６の温度を制御
するカーボン製ヒータ７が設置されている。さらにこの
ヒータ７と炉本体１との間には保温筒８が配置されてい
る。この保温筒８の内部には、複数の係止部によって、
筒状の輻射熱遮蔽体１１が支持されており、この輻射熱
遮蔽体１１は下方に向かうに従って縮径して形成されて
いる。この輻射熱遮蔽体１１は引き上がった結晶の熱履
歴の変動を防止すると共に、ヒータ７等から発生したＣ
Ｏガス等が不純物として単結晶に導入されないような機
能を有している。

【００１５】また、炉本体１の首部１４には水冷された
単結晶冷却筒１０が嵌め込まれている。この単結晶冷却
筒１０は炉本体１内に突出しており、引上げ中のシリコ
ン単結晶５の熱履歴を制御するためのものである。前記
単結晶冷却筒１０と炉本体１の首部１４との間には、筒
状のガス流路が形成されている。また、この単結晶冷却
筒１０および炉本体１の首部１４の内部には、シリコン
単結晶５を保持して引き上げるワイヤ９が昇降自在にか
つ回転自在に吊設されている。さらに、前記首部１４の
上端には、アルゴンガスを単結晶冷却筒１０内に供給す
る導入管１９が連結されている。この連結管１９は、途
中でバルブ２０を備えた分岐管２１と連結しており、こ
の分岐管２１は前記炉本体１の単結晶冷却筒１０の上方
に連結されている。さらに炉本体１の肩部には窓１２、
１２が設けられ、側部には窓１３が設けられている。

【００１６】また上記炉本体１の外部には、窓１２を介
して引き上げられたシリコン単結晶９の直径を測定する
ためのＡＤＣセンサ１５とラインカメラ１６とが設けら
れ、窓１３を介してヒータ７の温度を測定するＡＴＣセ
ンサ１８が配されている。さらに炉本体１の首部１４の
上部には、融液６の温度を測定する二色温度計１７が設
けられている。そしてこの二色温度計１７には、さらに
測定温度と設定温度とのずれを算出しこの結果に応じて
ＰＩＤ制御によりヒータ７に供給する電力を決定するコ
ンピュータシステム２２、およびヒータ７に加える電力
を調整するＳＣＲコントローラ２４が接続されている。

【００１７】上記のように構成された単結晶引上げ装置
を用いて単結晶を製造する場合には、まず、バルブ２０
を操作して所定の開度に調整した状態で、前記導入管１
９及び分岐管２１を介してアルゴンガスを炉本体１内に
導入して炉本体１内の雰囲気をアルゴンガスに置換する
と共に、予め石英ルツボ２内に収納した単結晶原料をヒ
ータ７により溶解する（溶解工程）。ここで、単結晶原
料溶解時の石英ルツボ２内の温度コントロールは以下の
ように行った。

【００１８】まず、炉本体１の外部に設置された二色温
度計１７により、溶融時に溶融液面から放射される赤外
線の２つの波長の放射エネルギーの比率から液面温度が
測定される。さらにコンピュータシステム２２内で、Ｐ
ＩＤ制御により、ＳＣＲコントローラ２４から液面温度
と設定温度とのずれに応じたヒータ電力がヒータ７に加
えられて、液面温度は設定温度に調整される。

【００１９】そして溶解した融液６の温度を単結晶引上
げに適した設定温度に維持した後、ワイヤ９を下降させ
て、ワイヤ１１の下端に保持された種結晶を融液６に浸
漬させる。さらに石英ルツボ２と種結晶とを互いに逆方
向に回転させると共に、種結晶を引上げることにより、
この種結晶の下端にシリコン単結晶５を成長させる（シ
ード工程）。

【００２０】このようにして、シリコン単結晶５を引き
上げていくと、シリコン単結晶５の上部の肩部が輻射熱
遮蔽体１１の縮径された開口部および単結晶冷却筒１０
の下端に接近することにより、単結晶冷却筒１０の内部
を流下するアルゴンガスの流路抵抗が増大するが、その
分、分岐管２１に流れるアルゴンガスの流量が増え融液
と輻射熱遮蔽体１１の間にある加熱されたＳｉＯを含む
ガスが吸い出される量が増えるため、結果として、結晶
成長面に供給されるアルゴンガスの流れが急激に変動す
ることが抑制される。従って、石英ルツボ２内の結晶成
長界面付近の急激な温度変化が生じることなく、かつ融
液６からのＳｉＯの排気が円滑に行われ、結晶欠陥がな
く、酸素濃度の変化も小さいシリコン単結晶５を引き上
げ成長させることができる。

【００２１】以上のようにして特性の優れたシリコン単
結晶５を成長させることができるが、種結晶を融液６に
浸漬する前の液面温度を設定温度に制御する手順につい
て、図２および図３のフローチャートに沿ってさらに詳
しく説明する。

【００２２】まず、単結晶原料を溶解する溶解工程につ
いて、図２のフローチャートに沿って説明する。

【００２３】まず溶解工程のＳＷをＯＮにし（ステップ
３０）、ヒータ電源をＯＮにしてヒータ７の電力を所定
の値にまで上昇させる。また、ヒータ電源をＯＮにした
時間を０時間に設定する（ステップ３２）。

【００２４】次に二色温度計１７を用いて液面温度のス
ムージングを開始する（図２のステップ３４）。さらに
ルツボ回転開始時間が経過したかどうか判定され（ステ
ップ３６）、ＹＥＳの場合は、ルツボ回転を開始する
（ステップ４４）。ＮＯの場合は、液面温度がルツボを
回転できる設定温度に達したかどうかが判定され（ステ
ップ３８）、ＹＥＳの場合は、さらにルツボ回転を行え
るまでの待ち時間が経過したかどうかが判定される（ス
テップ４０）。ステップ４０でＹＥＳの場合は、ステッ
プ４４に進行して、ルツボ回転を開始する。一方、ステ
ップ３８でＮＯの場合はステップ３４に戻され、ステッ
プ４０でＮＯの場合は、ルツボ回転を行えるまでの待ち
時間を経過させた後（ステップ４２）、ステップ４４に
進行する。

【００２５】ステップ４４では、以下の手順で石英ルツ
ボ２の回転数を設定回転数にまで上げる。 まず、設定時間からさらにルツボ回転開始時間が経過
したことを確認したら、回転開始問い合わせのメッセー
ジを出力し、ルツボ回転スイッチＯＮ検出によりルツボ
回転開始の確認を行う。 ルツボ回転スイッチＯＮ後、ルツボ回転モータを制御
することにより、ルツボの回転数を設定回転数まで徐々
に回転数を上げる。

【００２６】ルツボ回転数が設定回転数に達したら、ル
ツボを上昇させるための待ち時間が経過したかどうかが
判定される（ステップ４６）。ＹＥＳの場合は、ステッ
プ５６に進み、ルツボの上昇を開始する。ＮＯの場合
は、ルツボを上昇できる設定温度確認のための待ち時間
が経過したかどうかが判定され（ステップ４８）、ＹＥ
Ｓの場合はさらにルツボを上昇できる温度に達したかど
うかが判定される（ステップ５２）。ステップ５２でＹ
ＥＳの場合は、ステップ５６の進み、ルツボ上昇を開始
する。一方、ステップ４８でＮＯの場合は、ルツボを上
昇できる設定温度確認のための待ち時間を経過させ（ス
テップ５０）た後、ステップ５２に進む。また、ステッ
プ５２でＮＯの場合は、ルツボを上昇できる設定温度に
到達するまで待った（ステップ５４）後、ステップ５６
に進行する。

【００２７】ステップ５６で、ルツボの上昇が開始さ
れ、予め設定されたルツボ上昇距離まで上昇される。次
いで、ヒータ７を所定のパワーにまで下げ（ステップ５
８）、液面温度を二色温度計１７により検出して溶解終
了温度を越えているかどうかが確認される（ステップ６
０）。

【００２８】ステップ６０でＹＥＳの場合は、設定工程
のスイッチがＯＮかどうかが確認され（ステップ６
４）、ＹＥＳの場合は後述する設定工程を実行する。Ｎ
Ｏの場合は終了のメッセージを出力する（ステップ６
６）。

【００２９】ステップ６０でＮＯの場合は、溶解終了温
度に到達するまで待った（ステップ６２）後、ステップ
６４に進行する。

【００３０】次に設定工程を図３のフローチャートに沿
って詳しく説明する。

【００３１】まず、ステップ８０で、ＡＴＣセンサ１８
が正常かどうかがチェックされる。このチェックは、Ａ
ＴＣセンサ１８によりヒータ７の温度を検出することに
より行われ、検出された温度がＡＴＣセンサ１８の下限
値より低い場合は（ステップ８０でＮＯ）、故障通知の
メッセージを出力する（ステップ８２）。ＡＴＣセンサ
１８により検出された温度がＡＴＣセンサ１８の下限値
より高い場合は（ステップ８０でＹＥＳ）、ステップ８
４に進んで、二色温度計１７が正常かどうかがチェック
される。このチェックは、二色温度計１７により液面温
度を検出することにより行われ、検出された温度が設定
液面温度と異なる場合は（ステップ８４でＮＯ）、故障
通知のメッセージを出力する（ステップ８６）。検出さ
れた温度が設定液面温度と等しい場合は（ステップ８４
のＹＥＳ）、ステップ８８に進み、石英ルツボ２の位置
の設定が行われる。

【００３２】ステップ８８終了後、液面温度の設定が行
われる（ステップ９０）。この設定は以下のようにして
行われる。 まず、二色温度計１７により液面温度を検出し、設定
液面温度との偏差を、ＳＣＲコントローラ２４を制御す
ることにより、ヒータ７の電力にフィードバックする。
ただし、液面温度は０．５秒に１回入力し、以下のよう
な計算によりＰＩＤ制御を行う。 液面温度ｎ（修正液面温度）＝（（Σ液面温度／スムー
ジング回数）×（７００／４０９５）＋９００）＋むだ
時間補償値 ヒータ電力＝−（Ｐ定数×（偏差ｎ＋Ｉ定数×Σ（（偏
差ｎ-１＋偏差ｎ）／２）×△ｔ＋Ｄ定数×（（偏差ｎ
−偏差ｎ−１）／△ｔ）×ＥＸＰ（−ｔ／時定数）））
＋バイアス ここで、 偏差ｎ＝液面温度ｎ−設定液面温度 Ｐ定数＝（設定工程パラメータのＰ定数）／１００ Ｉ定数＝１００００／（設定工程パラメータのＩ定数） Ｄ定数＝（設定工程パラメータのＤ定数）／１０ 時定数＝（設定工程パラメータの時定数）／１００ △ｔ ＝（設定工程パラメータのサンプリング時間）／
１００ ｔ ＝０〜△ｔ むだ時間補償値（補償値）の計算方法を以下に示す。 Ｆ1,n＝Ｆ1,n-1＋（ＴS／Ｔ）×（Ｃn−Ｆ1,n-1） Ｆ2,n＝Ｆ2,n-1＋２×（ＴS／Ｌ）×（Ｆ1,n−Ｆ2,n-
1） Ｆ3,n＝Ｆ3,n-1＋２×（ＴS／Ｌ）×（Ｆ2,n−Ｆ3,n-
1） Ｃn：ヒータ電力ｎ−バイアス Ｔs：（設定工程パラメータのサンプリング時間）／１
００ Ｔ：（設定工程パラメータのプロセス時定数）／１００
×６０ Ｌ：（設定工程パラメータのプロセスむだ時間）／１０
０×６０ むだ時間補償値＝Ａ×（Ｆ1,n−Ｆ3,n） Ａ：設定工程パラメータのプロセスゲイン／１００ 次に再結晶を検出するために、液面温度が１４００℃
より小さい場合、異常通知のメッセージを出力する。 液面温度が、終了判定時間および設定液面温度±１℃
になることを確認して設定終了とする。

【００３３】ステップ９０終了後、シード工程のスイッ
チがＯＮかどうかが判定され（ステップ９２）、ＹＥＳ
の場合はシード工程を実行する。ＮＯの場合は終了メッ
セージを出力する（ステップ９４）。

【００３４】以上のようにしてシード工程（種結晶を融
液６に浸漬する工程）の前の液面温度が設定温度に制御
される。

【００３５】この液面温度制御方法では、溶融時に溶融
液面から放射される赤外線の２つの波長の放射エネルギ
ーの比率から液面温度を測定する二色温度計１７を用い
ているため、窓のくもり等による外的要因の影響を受け
ず原料溶解後の溶融液面の温度を正確に測定することが
できる。従ってこの測定温度と設定温度とのずれに応じ
て加熱ヒータの電力を調整することにより、オーバーシ
ュートによる過加熱が生じることがなく、融液が過度に
蒸発することがない。

【００３６】またこの液面温度制御方法によれば、前述
した理由により液面の温度を正確に制御できるため、形
状および品質が一定な単結晶を製造することができる。

【００３７】さらにこの液面温度制御方法によれば、原
料溶解後の液面の温度−時間管理を厳密に制御できるた
め、種結晶を溶融液に浸けるタイミングを自動設定で
き、シード工程の自動化が可能となる。

【００３８】またこの液面温度制御方法では、溶解工程
終了前に電力を予め下げているため、ＰＩＤ制御を開始
する最初の状態が安定し、以下の制御を安定して行うこ
とができる。以下の実施例２ないし実施例４に液面制御
パラメータをシミュレーションにより決定する方法につ
いてさらに説明する。

【００３９】（実施例２）図４に、むだ時間＋一次遅れ
プロセスステップ応答（ＰＲＯＣ）によるシミュレーシ
ョンの方法について示す。

【００４０】図４に示したようにプロセスの伝達関数
を、 （Ａｅ-LS）／（１＋ＴＳ） （ここで、Ａ：プロセスゲイン，Ｌ：プロセスむだ時
間，Ｔ：プロセス時定数，Ｓ：ラプラス演算子であ
る。）として、操作量（Ｃ）を入力した時のプロセス変
数（ＰＶ）を計算し、単位時間毎に繰り返し回数分出力
する。

【００４１】なお、計算はラプラス記述の伝達関数を以
下のように差分形に置換して行った。 ・プロセス Ｆ1,n＝Ｆ1,n-1＋（ＴS／Ｔ）×（Ｃ−Ｆ1,n-1） Ｆ2,n＝Ｆ2,n-1＋２×（ＴS／Ｌ）×（Ｆ1,n−Ｆ2,n-
1） Ｆ3,n＝Ｆ3,n-1＋２×（ＴS／Ｌ）×（Ｆ2,n−Ｆ3,n-
1） ＰＶ＝ＡＦ3,n ここで、Ｔsはサンプリング時間である。

【００４２】図７に、Ｔs＝３０sec，Ｌ＝６００sec，
Ｔ＝１５００sec，Ａ＝０．３とした場合のシミュレー
ション結果について示す。

【００４３】この結果、得られた時間−プロセス変数の
グラフは、オーバーシュートがなく、目標値までの設定
時間は約１００分となった。

【００４４】（実施例３）図５に、むだ時間＋一次遅れ
プロセスフィードバックシミュレーション（ＦＥＥＤ）
による方法について示す。

【００４５】図５に示したようにプロセスの伝達関数
を、 （Ａｅ-LS）／（１＋ＴＳ） ＰＩＤコントローラの伝達関数を、 Ｋ（１＋（１／ＴIＳ）＋ＴDＳ） （ここで、Ｋ：比例ゲイン，ＴI：積分時間，ＴD：微分
時間である。）として、プロセス変数（ＰＶ）が目標値
（ＳＰ）と一致するようにフィードバック制御した時
の、操作量（Ｃ）とプロセス変数（ＰＶ）を計算し、単
位時間毎に繰り返し回数分出力する。

【００４６】なお、計算はラプラス記述の伝達関数を以
下のように差分形に置換して行った。 ．ＰＩＤコントローラ Ｅn＝ＰＶ−ＳＰ Ｖn＝（ＴS／２）×（Ｅn＋Ｅn-1）＋Ｖn-1 Ｃ＝Ｋ（（Ｅn＋（Ｖn／ＴI）＋（ＴD／ＴS）×（Ｅn−
Ｅn-1）） ・プロセス Ｆ1,n＝Ｆ1,n-1＋（ＴS／Ｔ）×（Ｃ−Ｆ1,n-1） Ｆ2,n＝Ｆ2,n-1＋２×（ＴS／Ｌ）×（Ｆ1,n−Ｆ2,n-
1） Ｆ3,n＝Ｆ3,n-1＋２×（ＴS／Ｌ）×（Ｆ2,n−Ｆ3,n-
1） ＰＶ＝ＡＦ3,n

【００４７】図８に、Ｋ＝−２０，ＴI＝７１４sec，Ｔ
D＝３６０とした場合のシミュレーション結果について
示す。

【００４８】この結果、得られた時間−プロセス変数の
グラフは、目標値までの設定時間が約８０分と実験例１
に比べてやや短いものの、オーバーシュートが認められ
た。

【００４９】（実施例４）図６に、むだ時間補償フィー
ドバックシミュレーション（ＣＯＭＰ）による方法につ
いて示す。

【００５０】図６に示したようにプロセスの伝達関数
を、 （Ａｅ-LS）／（１＋ＴＳ） ＰＩＤコントローラの伝達関数を、 Ｋ（１＋（１／ＴIＳ）＋ＴDＳ） むだ時間補償の伝達関数を、 （Ａ′（１−ｅ-L′S））／（１＋Ｔ′Ｓ） （ここで、Ａ′：モデルプロセスゲイン，Ｌ′：モデル
プロセスむだ時間，Ｔ′：モデルプロセス時定数であ
る。）として、プロセス変数（ＰＶ）が目標値（ＳＰ）
と一致するようにフィードバック制御した時の、操作量
（Ｃ）とプロセス変数（ＰＶ）を計算し、単位時間毎に
繰り返し回数分出力する。

【００５１】なお、計算はラプラス記述の伝達関数を以
下のように差分形に置換して行った。 ．ＰＩＤコントローラ Ｅn＝ＰＶ＋Ｄ−ＳＰ Ｖn＝（ＴS／２）×（Ｅn＋Ｅn-1）＋Ｖn-1 Ｃ＝Ｋ（（Ｅn＋（Ｖn／ＴI）＋（ＴD／ＴS）×（Ｅn−
Ｅn-1）） ・プロセス Ｆ1,n＝Ｆ1,n-1＋（ＴS／Ｔ）×（Ｃ−Ｆ1,n-1） Ｆ2,n＝Ｆ2,n-1＋２×（ＴS／Ｌ）×（Ｆ1,n−Ｆ2,n-
1） Ｆ3,n＝Ｆ3,n-1＋２×（ＴS／Ｌ）×（Ｆ2,n−Ｆ3,n-
1） ＰＶ＝ＡＦ3,n ．むだ時間補償 Ｆ′1,n＝Ｆ′1,n-1＋（ＴS／Ｔ′）×（Ｃ−Ｆ′1,n-
1） Ｆ′2,n＝Ｆ′2,n-1＋２×（ＴS／Ｌ′）×（Ｆ′1,n−
Ｆ′2,n-1） Ｆ′3,n＝Ｆ′3,n-1＋２×（ＴS／Ｌ′）×（Ｆ′2,n−
Ｆ′3,n-1） Ｄ＝Ａ′（Ｆ′1,n−Ｆ′3,n）

【００５２】図９に、Ｌ′＝３００sec,Ｔ′＝９００se
c,Ａ′＝０．１,Ｋ＝−２０,ＴI＝５２６sec，ＴD＝１
５０secとした場合のプロセス変数のシミュレーション
結果について、さらに図１０に、Ｌ′＝６００sec,Ｔ′
＝１５００sec,Ａ′＝０．３,Ｋ＝−５０,ＴI＝４００s
ec，ＴD＝１０secとした場合のプロセス変数のシミュレ
ーション結果について示す。

【００５３】図９に示す結果では、プロセス変数に変動
が見られたものの、図１０に示す結果では、オーバーシ
ュートがなく、約３０分で設定値に飽和する結果が得ら
れた。

【００５４】（実施例５）実施例１で説明した単結晶引
上げ装置を用い、チャージ量４０ｋｇ、ルツボ位置＋３
５、ルツボ回転数５ｒｐｍとし、図１０のシミュレーシ
ョン結果が得られたパラメータを用いて温度設定試験を
行った。この結果、ヒータ電力に０〜１００ｋＷと制限
があるため、設定値に達するまでの時間は６９分と図１
０のシミュレーション結果より長くなったが、オーバシ
ュートのない結果を得ることができた。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の液面温度
制御方法では、溶融時に溶融液面から放射される赤外線
の２つの波長の放射エネルギーの比率から液面温度を測
定しているため、溶融液面から発生する原料ガスにより
窓にくもりを生じて放射強度が変動しても、２つの波長
は同じ影響を受け、２つの波長の放射エネルギーの比率
は変動しない。

【００５６】従って本発明の液面温度制御方法によれ
ば、窓のくもり等による外的要因の影響を受けず原料溶
解後の溶融液面の温度を正確に測定することができる。

【００５７】

【００５８】また溶融時に溶融液面から放射される赤外
線の２つの波長の放射エネルギーの比率から液面温度を
測定し、設定値からのずれに応じて加熱ヒータの電力を
調整して液面温度を制御する電力調整工程を備え、該電
力調整工程を、所定時間毎に液面温度が設定値と等しく
なるまで複数回行うとともに、ｎ回目の電力調整工程で
は、実際に測定された液面温度に補償値を加算した修正
液面温度と設定温度との偏差に応じて前記電力を算出す
るように設定されてなり、前記補償値を、ｎ−１回目の
電力調整工程における電力調整で得られると推算される
液面温度の温度変化分としているので、オーバーシュー
トによる過加熱が生じることがなく、融液が過度に蒸発
することがない。

【００５９】また本発明の液面温度制御方法によれば、
前述した理由により液面の温度を正確に制御できるた
め、形状および品質が一定な単結晶を製造することがで
きる。

【００６０】さらに本発明の液面温度制御方法によれ
ば、原料溶解後の液面の温度−時間管理を厳密に制御で
きるため、種結晶を溶融液に浸けるタイミングを自動設
定でき、シード工程の自動化が可能となる。

【００６１】また引き上げ中にも液面温度を測定し制御
することにより、引き上げ速度を安定化することがで
き、より高品質のシリコン単結晶を製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液面温度制御方法を実施するための単
結晶引上げ装置の一例を示す概略図である。

【図２】溶解工程の手順を説明するためのフローチャー
トである。

【図３】設定工程の手順を説明するためのフローチャー
トである。

【図４】むだ時間＋一次遅れプロセスステップ応答（Ｐ
ＲＯＣ）によるシミュレーションの方法を説明するため
のブロック図である。

【図５】むだ時間＋一次遅れプロセスフィードバックシ
ミュレーション（ＦＥＥＤ）によるシミュレーションの
方法を説明するためのブロック図である。

【図６】むだ時間補償フィードバックシミュレーション
（ＣＯＭＰ）によるシミュレーションの方法を説明する
ためのブロック図である。

【図７】むだ時間＋一次遅れプロセスステップ応答（Ｐ
ＲＯＣ）によるシミュレーションの結果を示すグラフで
ある。

【図８】むだ時間＋一次遅れプロセスフィードバックシ
ミュレーション（ＦＥＥＤ）によるシミュレーションの
結果を示すグラフである。

【図９】むだ時間補償フィードバックシミュレーション
（ＣＯＭＰ）によるシミュレーションの結果を示すグラ
フである。

【図１０】同むだ時間補償フィードバックシミュレーシ
ョン（ＣＯＭＰ）によるシミュレーションの結果を示す
グラフである。

【符号の説明】

２ 石英ルツボ ６ 融液 ７ ヒータ １７ 二色温度計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−122940（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−26996（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−191716（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−106732（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単結晶原料の溶融液面の温度を制御する
   際に、溶融液面から放射される赤外線の２つの波長の放
   射エネルギーの比率から液面温度を測定し、設定温度と
   のずれに応じて加熱ヒータの電力を調整して液面温度を
   制御する電力調整工程を備え、 該電力調整工程を、所定時間毎に液面温度が設定値と等
   しくなるまで複数回行うとともに、ｎ回目の電力調整工
   程では、実際に測定された液面温度に補償値を加算した
   修正液面温度と設定温度との偏差に応じて前記電力を算
   出するように設定されてなり、 前記補償値は、ｎ−１回目の電力調整工程における電力
   調整で得られると推算される液面温度の温度変化分であ
   る ことを特徴とする液面温度制御方法。