JP4138970B2 - 結晶体の製造装置および方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶体の製造装置および方法に関し、特に、結晶体が成長した長さの正確な検出と、所望の形状および品質を有する結晶体の製造に有効な結晶体の製造装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
単結晶シリコンを製造する技術の一つとして、ＣＺ（ＣｚｏｃｈｒａｌｓｋｉＭｅｔｈｏｄ）法が従来から知られている。このＣＺ法は、ルツボ内にチャージされたシリコン融液にシードを浸漬し、該シードをワイヤーで引き上げながら該シードの下に単結晶シリコンを成長させる技術である。
【０００３】
単結晶シリコンの形状や品質は、近年の半導体技術の進歩に伴って、多様化している。例えば、単結晶シリコンの直径は、代表的なもので、４インチ、５インチ、６インチ、８インチ、１２インチが製造されている。また、不純物のゲッタリングを目的とした高酸素濃度の単結晶シリコンや酸素濃度の低い高純度の単結晶シリコンが製造されている。
【０００４】
上記のような多彩な結晶体の形状および品質は、結晶体の引き上げ条件によって決まるため、従来から、様々な引き上げ条件が考えられている。
【０００５】
例えば、炉内の熱環境が理想的であると仮定した場合、長手方向に一定の直径を有する結晶体は、該結晶体の品質に応じて決定された速度で引き上げることによって製造される。また、長手方向に一定の酸素濃度を有する結晶体は、ルツボ内のシリコン融液の残量に応じて、ルツボの回転速度を変化させることによって製造される。
【０００６】
これらの引き上げ条件は、結晶体が成長した長さに応じて制御する必要があるため、従来は、ワイヤーを巻き取るワイヤードラムの回転量に基づいて、結晶体が成長した長さを算出し、該算出した長さに基づいて、各種引き上げ条件を決定していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、結晶体を引き上げるワイヤーには、該結晶体が成長した重量に応じて伸びが生じるため、ワイヤードラムの回転量から算出した結晶体の成長長さと、実際に結晶体が成長した長さとの間に誤差が生じるという問題があった。この誤差は、結晶体の成長に応じて実行する各種制御の制御タイミングがずれる原因となり、その結果、所望の結晶体が得られないという問題が生じている。
【０００８】
具体的には、以下のような問題点が報告されている：
（１）引き上げ速度が設定値からずれると、結晶欠陥のコントロールと直径制御が十分に行えない；
（２）ルツボ送り速度と引き上げ速度とのマッチングがとりにくく、液位を一定にする制御が困難である；
（３）結晶体の抵抗率が該結晶体の長手方向にずれ、結晶体から切断取得するウェハの取得率が低下する。
【０００９】
そこで、本発明は、結晶体が成長した長さの正確な検出と、所望の形状および品質を有する結晶体の製造に有効な結晶体の製造装置および方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、ワイヤー（１０）に接続されたシード（１２）をメルト（１４）に浸漬し、該ワイヤー（１０）をワイヤードラム（１６）で巻きとって、該シード（１２）の下に結晶体（１８）を成長させる結晶体の製造装置において、前記シード（１２）を浸漬したときに、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した長さ、即ち、ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）を記憶するワイヤー初期垂下長記憶手段（Ｍ１０）と、前記ワイヤー（１０）の伸び率（ε）を記憶する伸び率記憶手段（Ｍ１１）と、前記結晶体（１８）が成長した重量、即ち、結晶成長重量（ＧＷ）を検出する結晶成長重量検出手段（Ｍ１２）と、前記ワイヤードラム（１６）が回転した角度、即ち、ドラム回転角度（θ）を検出するドラム回転角度検出手段（Ｍ１４）と、前記伸び率（ε）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）に巻き取られた部分の伸び長、即ち、巻き取り部伸び長（ＷＥＬＷ）を算出する巻き取り部伸び長算出手段（Ｍ１６）と、前記伸び率（ε）と、前記ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した部分の伸び長、即ち、垂下部伸び長（ＷＥＬＳ）を算出する垂下部伸び長算出手段（Ｍ１８）と、前記ドラム回転角度（θ）と、前記巻き取り部伸び長（ＷＥＬＷ）と、前記垂下部伸び長（ＷＥＬＳ）とを用いて、前記結晶体（１８）が成長した長さ、即ち、結晶成長長さ（ＧＬ）を算出する結晶成長長さ算出手段（Ｍ２０）とを具備することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ドラム回転角度検出手段（Ｍ１４）は、
ここで：θ［ｉ−１］＝区間ｉ−１のドラム回転角度；ｔ［ｎ］＝接点ｎの時間；ｔ［ｎ−１］＝接点ｎ−１の時間；ω（ｔ）＝ワイヤードラムの回転角速度；
上式を実行し、前記巻き取り部伸び長算出手段（Ｍ１６）は、
ここで：ΔＷＥＬＷ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の巻き取り部伸び長の変化量；ｒＤ＝ワイヤードラムの半径；ｒＷ＝ワイヤーの半径；φ＝トラバース角；θ［ｉ−１］＝区間ｉ−１のドラム回転角度；ε（ＧＷ［ｎ］）＝接点ｎの伸び率；ＧＷ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長重量；ε（ＧＷ［ｎ−１］）＝接点ｎ−１の伸び率；
ＧＷ［ｎ−１］＝接点ｎ−１の結晶成長重量；
ここで：ＷＥＬＷ［ｎ］＝接点ｎの巻き取り部伸び長；ΔＷＥＬＷ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の巻き取り部伸び長の変化量；上式を実行し、前記垂下部伸び長算出手段（Ｍ１８）は、
ここで：ＷＥＬＳ［ｎ］＝接点ｎの垂下部伸び長；ｒＤ＝ワイヤードラムの半径；ｒＷ＝ワイヤーの半径；φ＝トラバース角；θ［ｋ］＝区間ｋのドラム回転角度；ＷＥＬＷ［ｎ］＝接点ｎの巻き取り部伸び長；ε（ＧＷ［ｎ］）＝接点ｎの伸び率；ＧＷ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長重量；上式を実行し、前記結晶成長長さ算出手段（Ｍ２０）は、
ここで：ＧＬ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長長さ；ｒＤ＝ワイヤードラムの半径；ｒＷ＝ワイヤーの半径；φ＝トラバース角；θ［ｋ］＝区間ｋのドラム回転角度；ＷＥＬＷ［ｎ］＝接点ｎの巻き取り部伸び長；ＷＥＬＳ［ｎ］＝接点ｎの垂下部伸び長；上式を実行することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の発明において、前記結晶体（１８）の成長界面における直径、即ち、結晶成長直径（ＧＤ）を検出する結晶成長直径検出手段（Ｍ２２）をさらに具備し、前記結晶成長重量検出手段（Ｍ１２）は、前記結晶体（１８）の比重と、前記結晶成長直径（ＧＤ）とを用いて、前記結晶成長重量（ＧＷ）を算出することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記結晶成長重量検出手段（Ｍ１２）は、
ここで：ＧＷ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長重量；Ｄｃｒｙｓｔａｌ＝結晶体の比重；π＝円周率；ＧＬ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長長さ；ＧＤ＝結晶成長直径；上式を実行することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明において、前記メルト（１４）が変化した高さ、即ち、メルト変化高さ（ΔＭＰ）を検出するメルト変化高さ検出手段をさらに具備し、前記結晶成長長さ算出手段（Ｍ２０）は、前記メルト変化高さ（ΔＭＰ）をさらに用いて、前記結晶成長長さ（ＧＬ）を算出することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記結晶成長長さ算出手段（Ｍ２０）は、
ここで：ＧＬ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長長さ；ｒＤ＝ワイヤードラムの半径；ｒＷ＝ワイヤーの半径；φ＝トラバース角；θ［ｋ］＝区間ｋのドラム回転角度；ＷＥＬＷ［ｎ］＝接点ｎの巻き取り部伸び長；ＷＥＬＳ［ｎ］＝接点ｎの垂下部伸び長；ΔＭＰ［ｎ］＝接点ｎのメルト変化高さ；上式を実行することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７記載の発明は、ワイヤー（１０）に接続されたシード（１２）をメルト（１４）に浸漬し、該ワイヤー（１０）をワイヤードラム（１６）で巻きとって、該シード（１２）の下に結晶体（１８）を成長させる結晶体の製造装置において、前記シード（１２）を浸漬したときに、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した長さ、即ち、ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）を記憶するワイヤー初期垂下長記憶手段（Ｍ１０）と、前記ワイヤー（１０）の伸び率（ε）を記憶する伸び率記憶手段（Ｍ１１）と、前記結晶体（１８）が成長した重量、即ち、結晶成長重量（ＧＷ）を検出する結晶成長重量検出手段（Ｍ１２）と、前記ワイヤードラム（１６）が回転した角度、即ち、ドラム回転角度（θ）を検出するドラム回転角度検出手段（Ｍ１４）と、前記伸び率（ε）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）に巻き取られた部分の伸び長の変化量、即ち、巻き取り部伸び長変化量（ΔＷＥＬＷ）を算出する巻き取り部伸び長変化量算出手段（Ｍ２６）と、前記伸び率（ε）と、前記ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した部分の伸び長の変化量、即ち、垂下部伸び長変化量（ΔＷＥＬＳ）を算出する垂下部伸び長変化量算出手段（Ｍ２８）と、前記巻き取り部伸び長変化量（ΔＷＥＬＷ）と、前記垂下部伸び長変化量（ΔＷＥＬＳ）とを用いて、前記シードを上昇させる速度の操作量を算出するシード上昇速度操作量算出手段（Ｍ３０）とを具備することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記ドラム回転角度検出手段（Ｍ１４）は、
ここで：θ［ｉ−１］＝区間ｉ−１のドラム回転角度；ｔ［ｎ］＝接点ｎの時間；ｔ［ｎ−１］＝接点ｎ−１の時間；ω（ｔ）＝ワイヤードラムの回転角速度；
上式を実行し、前記巻き取り部伸び長変化量算出手段（Ｍ２６）は、
ここで：ΔＷＥＬＷ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の巻き取り部伸び長変化量；ｒＤ＝ワイヤードラムの半径；ｒＷ＝ワイヤーの半径；φ＝トラバース角；θ［ｉ−１］＝区間ｉ−１のドラム回転角度；ε（ＧＷ［ｎ］）＝接点ｎの伸び率；ＧＷ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長重量；ε（ＧＷ［ｎ−１］）＝接点ｎ−１の伸び率；ＧＷ［ｎ−１］＝接点ｎ−１の結晶成長重量；上式を実行し、前記垂下部伸び長変化量算出手段（Ｍ２８）は、
ここで：ＷＥＬＳ［ｎ］＝接点ｎの垂下部伸び長；ｒＤ＝ワイヤードラムの半径；ｒＷ＝ワイヤーの半径；φ＝トラバース角；θ［ｋ］＝区間ｋのドラム回転角度；ＷＥＬＷ［ｎ］＝接点ｎの巻き取り部伸び長；ε（ＧＷ［ｎ］）＝接点ｎの伸び率；ＧＷ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長重量；
ここで：ΔＷＥＬＳ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の垂下部伸び長変化量；ＷＥＬＳ［ｎ］＝接点ｎの垂下部伸び長；ＷＥＬＳ［ｎ−１］＝接点ｎ−１の垂下部伸び長；上式を実行し、前記シード上昇速度操作量算出手段（Ｍ３０）は、
ここで：ＳＬＣ［ｎ］＝接点ｎのシード上昇速度操作量；ΔＷＥＬＷ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の巻き取り部伸び長変化量；ΔＷＥＬＳ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の垂下部伸び長変化量；Δｔ［ｉ−１］＝区間ｉ−１内の時間；上式を実行することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項９記載の発明は、ワイヤー（１０）に接続されたシード（１２）をメルト（１４）に浸漬し、該ワイヤー（１０）をワイヤードラム（１６）で巻きとって、該シード（１２）の下に結晶体（１８）を成長させる結晶体の製造方法において、前記ワイヤー（１０）の伸び率（ε）を予め記憶しておき、前記シード（１２）を浸漬したときに、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した長さ、即ち、ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）を記憶し、前記シード（１２）を上昇させながら、前記結晶体（１８）が成長した重量、即ち、結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ワイヤードラム（１６）が回転した角度、即ち、ドラム回転角度（θ）とを検出し、前記伸び率（ε）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）に巻き取られた部分の伸び長、即ち、巻き取り部伸び長（ＷＥＬＷ）を算出し、前記伸び率（ε）と、前記ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した部分の伸び長、即ち、垂下部伸び長（ＷＥＬＳ）を算出し、前記ドラム回転角度（θ）と、前記巻き取り部伸び長（ＷＥＬＷ）と、前記垂下部伸び長（ＷＥＬＳ）とを用いて、前記結晶体（１８）が成長した長さ、即ち、結晶成長長さ（ＧＬ）を算出することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１０記載の発明は、ワイヤー（１０）に接続されたシード（１２）をメルト（１４）に浸漬し、該ワイヤー（１０）をワイヤードラム（１６）で巻きとって、該シード（１２）の下に結晶体（１８）を成長させる結晶体の製造方法において、前記ワイヤー（１０）の伸び率（ε）を予め記憶しておき、前記シード（１２）を浸漬したときに、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した長さ、即ち、ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）を記憶し、前記シードを上昇させながら、前記結晶体（１８）が成長した重量、即ち、結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ワイヤードラム（１６）が回転した角度、即ち、ドラム回転角度（θ）とを検出し、前記伸び率（ε）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）に巻き取られた部分の伸び長の変化量、即ち、巻き取り部伸び長変化量（ΔＷＥＬＷ）を算出し、前記伸び率（ε）と、前記ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した部分の伸び長の変化量、即ち、垂下部伸び長変化量（ΔＷＥＬＳ）を算出し、前記巻き取り部伸び長変化量（ΔＷＥＬＷ）と、前記垂下部伸び長変化量（ΔＷＥＬＳ）とを用いて、前記シードを上昇させる速度の操作量を算出することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
（発明の概要）
上記課題を解決する本発明の特徴は、結晶成長重量ＧＷと、ワイヤー１０の伸び率εと、ドラム回転角度θを利用して、ワイヤー１０が伸びた量を算出し、該算出した値を考慮して結晶成長長さＧＬ（図１参照）またはシード上昇速度操作量ＳＬＣ（図８参照）を算出することにある。これにより、結晶体１８が成長した長さが正確に得られ、所望の形状および品質を有する結晶体を製造することができる。
【００２２】
（第１の形態）
本発明の第１の形態は、結晶体が成長した長さの検出に関する発明である。
結晶体を引き上げるワイヤーの伸びは、該ワイヤーにかかる荷重、即ち、結晶体が成長した重量（以下、「結晶成長重量ＧＷ」という）と、該ワイヤーの伸び率εに応じて発生する。従って、ワイヤーにかかる荷重は、結晶体の成長に伴って刻々と変化することになる。そこで、本発明者は、まず、結晶成長重量ＧＷを検出し、該検出した値を用いて、ワイヤーの伸びを随時算出する構成を検討した。このような構成により、時間とともに変化するワイヤーの伸び量を正確に捉えることができる。
さらに、本発明者は、同じワイヤーであっても、ワイヤードラムに巻き取られた部分（以下、「巻き取り部」という）と、ワイヤードラムから垂下した部分（以下、「垂下部」という）とでは、伸び量に差があることに着目した。即ち、垂下部には、結晶成長重量ＧＷが直接かかるため、垂下部の伸びは、該結晶成長重量に対応したものとなる反面、巻き取り部には、結晶体の重量が直接かからないため、巻き取り部の伸びは、巻き取り時の結晶成長重量ＧＷに応じて伸びた量の積算値に対応したものとなる。
そこで、本発明者は、垂下部と巻き取り部の長さ変化と、これらにかかる荷重変化を時間軸上で捉えて、巻き取り部と垂下部の伸び量を各々求め、該求めた伸び量を用いて、ワイヤードラムの回転量を補正する構成を想到した。
本発明の第１の形態は、上記観点から構成された発明であり、ワイヤーの伸びを正確に求める技術を提供する。
【００２３】
図１は、本発明の第１の形態に係る結晶体の製造装置の構成を示す概念図である。以下、同図に基づいて、本発明の第１の形態の構成を説明する。
【００２４】
結晶体１８は、本発明によって製造される目的物であり、単結晶シリコンやその他、引き上げによって製造される各種結晶体が該当する。
【００２５】
メルト１４は、結晶体１８の原料を溶融させた原料融液であり、例えば、単結晶シリコンを製造する場合には、多結晶シリコンを溶融して生成する。このメルト１４は、例えば、黒鉛るつぼの内側に石英るつぼを積層して構成されたルツボ２０に収容される。
【００２６】
シード１２は、結晶体１８の種となる結晶であり、結晶体１８を成長させる際には、このシード１２をメルト１４の表面に浸漬し、該浸漬したシード１２を静かに回転させながら上方に引き上げるいわゆるネッキングによって無転位化した後、所定の引き上げ条件で引き上げることによって、該シード１２の下に結晶体１８を成長させる。結晶体１８は、シード１２がメルト１４に触れた際に、メルト１４が該シード１２を通して熱を失い、その結果、シード１２の下にメルト１４が凝固して成長する。このとき、結晶体１８は、シード１２の結晶方位に従って成長する。このシード１２は、シードチャック２２を介してワイヤー１０に固定され、ワイヤードラム１６の巻き取り動作によって上昇する。
【００２７】
ワイヤー初期垂下長記憶手段Ｍ１０は、前記シード１２を浸漬したときに、前記ワイヤー１０が前記ワイヤードラム１６から垂下した長さ（以下、「ワイヤー初期垂下長ＷＩＬ」という）を記憶し、該記憶した値を垂下部伸び長算出手段Ｍ１８に出力する。ワイヤー初期垂下長は、結晶体１８の成長を開始する前に予め測定しておくことが好ましい。
【００２８】
伸び率記憶手段Ｍ１１は、ワイヤー１０の伸び率εを記憶し、該記憶した内容を巻き取り部伸び長算出手段Ｍ１６と、垂下部伸び長算出手段Ｍ１８に出力する。ワイヤー１０の伸び率εは、ワイヤーにかかる荷重の関数として記憶しておくことが好ましい。
【００２９】
図２は、ワイヤー１０の伸び率εを測定する方法の一例を示す概念図である。同図に示す伸び率εの測定は、以下の手順で実行する：
（１）シードチャック２２と同一の重量を有する荷重治具２４をワイヤー１０の下端に固定し、該荷重治具２４の先端を水平面に接触させる。このとき、ワイヤー１０は、垂直状態となる；
（２）荷重治具２４の先端が水平面に接触した状態での垂下部の長さＷＬ（０）を、例えば、ワイヤードラム１６の回転量を検出するカウンタを用いて測定する；
（３）荷重治具２４を一旦引き上げて、該荷重治具２４に荷重２６を載置し、再び、荷重治具２４の先端を水平面に接触させる；
（４）荷重治具２４の先端が水平面に接触した状態での垂下部の長さＷＬ（Ｗ）を測定する；
（５）荷重２６を適当な間隔（例えば５０ｋｇごと５００ｋｇまで）で変化させながら、該各荷重２６に対応する垂下部の長さＷＬ（Ｗ）を測定する；
（６）下式を実行し、前記各荷重２６ごとの伸び率ε（Ｗ）を算出する；
ここで：ＷＬ（０）＝荷重治具２４のみで測定した垂下部の長さ；ＷＬ（Ｗ）＝Ｗキログラムの荷重２６を載置したときの垂下部の長さ；Ｗ＝荷重２６の重量；
（７）上式を実行した得られた値をＸＹ平面上にプロットしてグラフを作成し、該グラフの近似曲線を求める。
【００３０】
図３は、図２に示す方法によって測定した伸び率の測定結果を示すグラフである。各荷重ごとに算出した伸び率をＸＹ平面上にプロットすると、同図のようになり、このプロットしたデータを曲線または直線で近似すれば、伸び率の算出に使用できる関数が得られる。
【００３１】
図１に示す結晶成長重量検出手段Ｍ１２は、結晶成長重量ＧＷを検出し、該検出した値を巻き取り部伸び長算出手段Ｍ１６と、垂下部伸び長算出手段Ｍ１８に出力する。結晶成長重量ＧＷの検出は、重量センサを用いた公知技術を用いて行えばよい。この結晶成長重量検出手段Ｍ１２が検出した値は、ワイヤー１０の伸びの算出に使用される。好ましくは、シード１２およびシードチャック２２の重量を該結晶成長重量ＧＷに加算した値をワイヤー１０の伸びの算出に使用する。
【００３２】
ドラム回転角度検出手段Ｍ１４は、ワイヤードラム１６が回転した角度（以下、「ドラム回転角度θ」という）を検出し、該検出した値を巻き取り部伸び長算出手段Ｍ１６と、垂下部伸び長算出手段Ｍ１８と、結晶成長長さ算出手段Ｍ２０に出力する。ドラム回転角度θの検出は、ワイヤードラム１６の回転速度に応じたパルスを発生するロータリーエンコーダと、該ロータリーエンコーダが発生したパルスを計数するカウンタと用いて行えばよい。ドラム回転角度θの検出動作を式で表すと以下のようになる：
ここで：θ［ｉ−１］＝区間ｉ−１のドラム回転角度；ｔ［ｎ］＝接点ｎの時間；ｔ［ｎ−１］＝接点ｎ−１の時間；ω（ｔ）＝ワイヤードラムの回転角速度；図４は、演算タイミングの基準となる接点と区間との関係を示す概念図である。同図に示すように、接点ｎは、時間ｔの経過とともに、接点０、接点１、・・・、接点ｎ−１、接点ｎ、接点ｎ＋１、・・・と変化し、時間軸上の演算タイミングを示す。一方、区間ｉ−１は、接点ｎ−１と接点ｎとの間隔を示し、接点と同様に、時間ｔの経過とともにカウントさせる。接点および区間がカウントされる間隔は、所望の演算タイミング（例えば、１秒、６０秒等）に設定する。
【００３３】
図５は、ドラム回転角度θの概念を示す概念図である。同図に示すように、ドラム回転角度θは、区間ｉ−１の間にワイヤードラム１６が回転した角度として定義する。ここで、巻き取り部と垂下部の定義について説明する。
【００３４】
図６は、ワイヤー１０の巻き取り構造を示す側面図である。同図に示すように、ワイヤードラム１６は、トラバース角φでワイヤー１０を巻き取り、シード１２を上昇させる。このような巻取り構造においては、ワイヤードラム１６とワイヤー１０との接点が巻き取り部と垂下部との境界となる。ここで、ｒＷは、巻き取り部のワイヤー半径であり、通常、巻き取り時に締め付けられるため、垂下部の半径よりも小さくなる。この値は、実測して求める。
【００３５】
巻き取り部伸び長算出手段Ｍ１６は、伸び率εと、結晶成長重量ＧＷと、ドラム回転角度θとを用いて、ワイヤー１０がワイヤードラム１６に巻き取られた部分の伸び長（以下、「巻き取り部伸び長ＷＥＬＷ」という）を算出し、該算出した値を結晶成長長さ算出手段Ｍ２０に出力する。巻き取り部伸び長ＷＥＬＷの算出は、
ここで：ΔＷＥＬＷ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の巻き取り部伸び長の変化量；ｒＤ＝ワイヤードラムの半径；ｒＷ＝ワイヤーの半径；φ＝トラバース角；θ［ｉ−１］＝区間ｉ−１のドラム回転角度；ε（ＧＷ［ｎ］）＝接点ｎの伸び率；ＧＷ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長重量；ε（ＧＷ［ｎ−１］）＝接点ｎ−１の伸び率；
ＧＷ［ｎ−１］＝接点ｎ−１の結晶成長重量；
ここで：ＷＥＬＷ［ｎ］＝接点ｎの巻き取り部伸び長；ΔＷＥＬＷ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の巻き取り部伸び長の変化量；
上式を実行して行えばよい。
【００３６】
垂下部伸び長算出手段Ｍ１８は、伸び率εと、ワイヤー初期垂下長ＷＩＬと、結晶成長重量ＧＷと、ドラム回転角度θとを用いて、ワイヤー１０がワイヤードラム１６から垂下した部分の伸び長（以下、「垂下部伸び長ＷＥＬＳ」という）を算出し、該算出した値を結晶成長長さ算出手段Ｍ２０に出力する。垂下部伸び長ＷＥＬＳの算出は、
ここで：ＷＥＬＳ［ｎ］＝接点ｎの垂下部伸び長；ｒＤ＝ワイヤードラムの半径；ｒＷ＝ワイヤーの半径；φ＝トラバース角；θ［ｋ］＝区間ｋのドラム回転角度；ＷＥＬＷ［ｎ］＝接点ｎの巻き取り部伸び長；ε（ＧＷ［ｎ］）＝接点ｎの伸び率；ＧＷ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長重量；
上式を実行して行えばよい。
【００３７】
結晶成長長さ算出手段Ｍ２０は、ドラム回転角度θと、巻き取り部伸び長ＷＥＬＷと、垂下部伸び長ＷＥＬＳとを用いて、結晶体１８が成長した長さ（以下、「結晶成長長さＧＬ」という）を算出する。該算出された結晶成長長さＧＬは、引き上げ条件を決定する際に使用される。結晶成長長さＧＬの算出は、
ここで：ＧＬ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長長さ；ｒＤ＝ワイヤードラムの半径；ｒＷ＝ワイヤーの半径；φ＝トラバース角；θ［ｋ］＝区間ｋのドラム回転角度；ＷＥＬＷ［ｎ］＝接点ｎの巻き取り部伸び長；ＷＥＬＳ［ｎ］＝接点ｎの垂下部伸び長；
上式を実行して行えばよい。
【００３８】
ここで、メルト１４の液位が一定でなく、変化する場合には、液位センサを用いて液位を検出し、
ここで：ＧＬ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長長さ；ｒＤ＝ワイヤードラムの半径；ｒＷ＝ワイヤーの半径；φ＝トラバース角；θ［ｋ］＝区間ｋのドラム回転角度；ＷＥＬＷ［ｎ］＝接点ｎの巻き取り部伸び長；ＷＥＬＳ［ｎ］＝接点ｎの垂下部伸び長；ΔＭＰ［ｎ］＝接点ｎのメルト変化高さ；
上式を実行する。
【００３９】
以上説明した本発明の第１の形態に係る発明によれば、結晶体を引き上げるワイヤーの伸びが巻き取り部と垂下部とに分けて算出されるため、ワイヤーの伸びが正確に求まる。その結果、結晶体が実際に成長した長さを正確に知ることができ、高精度の制御が実行可能となる。
【００４０】
（第２の形態）
本発明の第２の形態は、結晶成長重量ＧＷの検出に関する発明である。
前述した第１の形態では、例えば、重量センサを使用して結晶成長重量ＧＷを検出する構成を例として説明したが、結晶成長重量ＧＷは、結晶直径から算出することも可能である。このように、結晶直径から算出した結晶成長重量ＧＷは、前述した第１の形態で使用することができる。
本発明の第２の形態は、上記観点から構成された発明であり、結晶直径から結晶成長重量ＧＷを算出し、巻き取り部伸び長ＷＥＬＷおよび垂下部伸び長ＷＥＬＳを算出する技術を提供する。
【００４１】
図７は、本発明の第２の形態に係る結晶体の製造装置の構成を示す概念図である。以下、同図に基づいて、本発明の第２の形態の構成を説明する。
【００４２】
結晶成長直径検出手段Ｍ２２は、結晶体１８の成長界面における直径（以下、「結晶成長直径ＧＤ」を検出し、該検出した値を結晶成長重量検出手段Ｍ１２に出力する。結晶成長直径ＧＤは、光学センサを用いて結晶体１８の成長界面を走査すれば検出できる。
【００４３】
結晶成長重量検出手段Ｍ１２は、結晶体１８の比重と、結晶成長直径ＧＤとを用いて、結晶成長重量ＧＷを算出し、該算出した値を巻き取り部伸び長算出手段Ｍ１６と、垂下部伸び長算出手段Ｍ１８に出力する。結晶成長重量ＧＷの算出は、
ここで：ＧＷ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長重量；Ｄｃｒｙｓｔａｌ＝結晶体の比重；π＝円周率；ＧＬ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長長さ；ＧＤ＝結晶成長直径；
上式を実行して行えばよい。
【００４４】
その他の構成は、前述した第１の形態と同じである。
【００４５】
以上説明した本発明の第２の形態によれば、結晶成長直径ＧＤから結晶成長重量ＧＷが算出されるため、光学式の装置に本発明を適用することができる。
【００４６】
（第３の形態）
本発明の第３の形態は、シード上昇速度の操作に関する発明である。
結晶体の製造においては、結晶体の成長速度が該結晶体の直径および品質に大きく影響する。この結晶体の成長速度は、シードを上昇させる速度に基づいて制御するのが一般的である。従って、ワイヤーに伸びが生じ、垂下部の長さが時間とともに変化すると、シード上昇速度が所望の設定値からずれてしまう。
そこで、本発明者は、前述した巻き取り部の伸びと、垂下部の伸びの時間的変化量に着目し、該変化量に基づいて、シード上昇速度を操作する構成を想到した。
【００４７】
本発明の第３の形態は、上記観点から構成された発明であり、ワイヤーの伸びに応じてシード上昇速度を操作する技術を提供する。
【００４８】
図８は、本発明の第３の形態に係る結晶体の製造装置の構成を示す概念図である。以下、同図に基づいて、本発明の第３の形態の構成を説明する。
【００４９】
巻き取り部伸び長変化量算出手段Ｍ２６は、伸び率εと、結晶成長重量ＧＷと、ドラム回転角度θとを用いて、ワイヤー１０がワイヤードラム１６に巻き取られた部分の伸び長の変化量（以下、「巻き取り部伸び長変化量ΔＷＥＬＷ」という）を算出し、該算出した値をシード上昇速度操作量算出手段Ｍ３０に出力する。巻き取り部伸び長変化量ΔＷＥＬＷの算出は、
ここで：ΔＷＥＬＷ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の巻き取り部伸び長変化量；ｒＤ＝ワイヤードラムの半径；ｒＷ＝ワイヤーの半径；φ＝トラバース角；θ［ｉ−１］＝区間ｉ−１のドラム回転角度；ε（ＧＷ［ｎ］）＝接点ｎの伸び率；ＧＷ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長重量；ε（ＧＷ［ｎ−１］）＝接点ｎ−１の伸び率；ＧＷ［ｎ−１］＝接点ｎ−１の結晶成長重量；
上式を実行して行えばよい。
【００５０】
垂下部伸び長変化量算出手段Ｍ２８は、伸び率εと、ワイヤー初期垂下長ＷＩＬと、結晶成長重量ＧＷと、ドラム回転角度θとを用いて、ワイヤー１０がワイヤードラム１６から垂下した部分の伸び長の変化量（以下、「垂下部伸び長変化量ΔＷＥＬＳ」という）を算出し、該算出した値をシード上昇速度操作量算出手段Ｍ３０に出力する。垂下部伸び長変化量ΔＷＥＬＳの算出は、
ここで：ＷＥＬＳ［ｎ］＝接点ｎの垂下部伸び長；ｒＤ＝ワイヤードラムの半径；ｒＷ＝ワイヤーの半径；φ＝トラバース角；θ［ｋ］＝区間ｋのドラム回転角度；ＷＥＬＷ［ｎ］＝接点ｎの巻き取り部伸び長；ε（ＧＷ［ｎ］）＝接点ｎの伸び率；ＧＷ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長重量；
ここで：ΔＷＥＬＳ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の垂下部伸び長変化量；ＷＥＬＳ［ｎ］＝接点ｎの垂下部伸び長；ＷＥＬＳ［ｎ−１］＝接点ｎ−１の垂下部伸び長；
上式を実行して行えばよい。
【００５１】
シード上昇速度操作量算出手段Ｍ３０は、巻き取り部伸び長変化量ΔＷＥＬＷと、垂下部伸び長変化量ΔＷＥＬＳとを用いて、シードを上昇させる速度の操作量（以下、「シード上昇速度操作量ＳＬＣ」という）を算出する。シード上昇速度操作量ＳＬＣの算出は、
ここで：ＳＬＣ［ｎ］＝接点ｎのシード上昇速度操作量；ΔＷＥＬＷ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の巻き取り部伸び長変化量；ΔＷＥＬＳ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の垂下部伸び長変化量；Δｔ［ｉ−１］＝区間ｉ−１内の時間；
上式を実行して行えばよい。このシード上昇速度操作量算出手段Ｍ３０が算出したシード上昇速度操作量ＳＬＣは、シード上昇速度の設定値に加算される。
【００５２】
以上説明した本発明の第３の形態によれば、巻き取り部伸び長変化量ΔＷＥＬＷと垂下部伸び長変化量ΔＷＥＬＳに基づいて、シード上昇速度操作量ＳＬＣが算出されるため、実際にシードが上昇する速度を所望の設定値に維持することができる。
【００５３】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００５４】
（実施例の要約）
直径センサ５６が検出した結晶成長直径ＧＤを主制御部４２に入力し、該主制御部４２内に設けられた第２演算実行部４６−２が該結晶成長直径ＧＤに基づいて、結晶成長重量ＧＷを算出する。第４演算実行部４６−４および第５演算実行部４６−５は、該結晶成長重量ＧＷに基づいて、巻き取り部伸び長ＷＥＬＷと垂下部伸び長ＷＥＬＳをそれぞれ算出し、第６演算実行部４６−６に出力する。第６演算実行部４６−６は、該巻き取り部伸び長ＷＥＬＷと垂下部伸び長ＷＥＬＳとを用いて、結晶成長長さＧＬを算出する（図１０参照）。
【００５５】
（好適な実施例）
図９は、本発明の好適な実施例に係る結晶体製造装置の構成を示すブロック図である。以下、同図に基づいて、この結晶体製造装置の構成を説明する。尚、以下の説明において、信号名の後ろに付加した＜＞は、単位を示すものとする。
【００５６】
ルツボ２０は、黒鉛るつぼと石英るつぼの積層構造からなり、結晶体１８の原料となるメルト１４を収容する。このルツボ２０は、ルツボシャフト３０に接続されたルツボ支持台２８の上に載置され、第２モーターアンプ３６−２から供給された動力によって、ルツボ支持台２８およびルツボシャフト３０とともに昇降および回転する。
【００５７】
結晶体１８は、シード１２の上昇とともにメルト１４の表面から固化し、所定の形状および品質を有する結晶体として成長する。結晶体１８の種結晶となるシード１２は、シードチャック２２を介してワイヤー１０に固定される。シード１２は、ワイヤードラム１６の巻き取り作用によって上昇する。
【００５８】
液位センサ５４は、メルト１４の上方に配設され、該メルト１４の液位を検出し、該検出した値をＭＰ＜ｖｏｌｔ＞信号として、主制御部４２に出力する。直径センサ５６も液位センサ５４と同様に、メルト１４の上方に配設され、結晶成長直径ＧＤを検出し、該検出した値をＧＤ＜ｖｏｌｔ＞信号として、主制御部４２に出力する。
【００５９】
第１モーターアンプ３６−１は、主制御部４２の出力ＳＬ＜ｖｏｌｔ＞信号を設定信号として受け取り、該設定信号に対応したモーター駆動電力ＳＣＮＴを第１モーター３２−１に出力して、シード１２の上昇速度を制御する。この第１モーターアンプ３６−１には、第１ギア３４−１の回転速度が入力され、フィードバック系を構成する。
【００６０】
第１モーター３２−１は、第１モーターアンプ３６−１の出力ＳＣＮＴに応じた動力を第１ギア３４−１を介してワイヤードラム１６に供給し、該ワイヤードラム１６を回転させる。その結果、ワイヤー１０が巻き取られ、シード１２が上昇する。尚、シード１２を下降させる場合には、第１モーター３２−１を逆回転させる。
【００６１】
ロータリーエンコーダ３８は、第１モーター３２−１の回転速度をパルス信号に変換し、該パルス信号をパルスカウンタ４０に出力する。パルスカウンタ４０は、ロータリーエンコーダ３８から受信したパルス信号を計数し、該計数した結果をＰ［ｉ−１］信号として主制御部４２に出力する。尚、シード１２が下降しているときは、パルスカウンタ４０の計数値がデクリメントされる。
【００６２】
第２モーターアンプ３６−２は、主制御部４２の出力ＣＬ＜ｖｏｌｔ＞信号を設定信号として受け取り、該設定信号に対応したモーター駆動電力ＣＣＮＴを第２モーター３２−２に出力して、ルツボ２０の上昇速度を制御する。この第２モーターアンプ３６−２には、第２ギア３４−２の回転速度が入力され、フィードバック系を構成する。
【００６３】
第２モーター３２−２は、第２モーターアンプ３６−２の出力ＣＣＮＴに応じた動力を第２ギア３４−２を介して、ルツボシャフト３０に供給し、該ルツボシャフト３０を昇降させる。
【００６４】
上述した主制御部４２の構成を図１０および図１１に示す。以下、これらの図に基づいて、主制御部４２の構成を説明する。尚、以下の説明において、本装置の演算のタイミングを明確にするため、ｎのタイミングで演算される信号の後ろには、［ｎ］を付加し、ｎの一つ前のタイミングで演算される信号の後ろには、［ｎ−１］を付加する。また、区間ｉ−１に関する信号の後ろには、［ｉ−１］を付加する。
【００６５】
図１０は、図９に示す主制御部４２の第１ブロックの構成を示すブロック図である。以下、同図に基づいて、この第１ブロックの構成を説明する。
【００６６】
第１アンプ４４−１は、デジタル入力信号Ｐ［ｉ−１］をＰ［ｉ−１］＜ｃｏｕｎｔｓ＞に変換し、このＰ［ｉ−１］＜ｃｏｕｎｔｓ＞を第１演算実行部４６−１に出力する。尚、この第１アンプ４４−１の後段は、ソフトウェアで構成する。
【００６７】
第１演算実行部４６−１は、
ここで：π＝円周率；Ｐ［ｉ−１］＝パルスカウンタ４０が計数した区間ｉ−１のパルス発生数；ＰＲ＝ワイヤードラム１６が１回転したときに発生するパルス数ＰＲ；
上記演算を実行し、算出した区間ｉ−１のドラム回転角度θ［ｉ−１］＜ｒａｄ＞を第４演算実行部４６−４と、第５演算実行部４６−５と、第６演算実行部４６−６に出力する。
【００６８】
第２アンプ４４−２は、アナログ入力信号ＧＤ＜ｖｏｌｔ＞をＧＤ＜ｍｍ＞信号に変換し、第２演算実行部４６−２と、シード上昇速度決定部５２と、第９演算実行部４６−９に出力する。尚、この第２アンプ４４−２の後段は、ソフトウェアで構成する。
【００６９】
第２演算実行部４６−２は、
ここで：ＧＷ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長重量；Ｄｃｒｙｓｔａｌ＝結晶体の比重；π＝円周率；ＧＬ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長長さ；ＧＤ＝結晶成長直径；
上式を実行し、得られたＧＷ［ｎ］＜ｇ＞を第４演算実行部４６−４と、第５演算実行部４６−５と、第１フリップフロップ４８−１に出力する。
【００７０】
第１フリップフロップ４８−１は、図示しない発振器が生成したクロックｎに同期して、ＧＷ［ｎ］＜ｇ＞をラッチし、このＧＷ［ｎ］＜ｇ＞の１クロック前の結晶成長重量を示すＧＷ［ｎ−１］＜ｇ＞を生成する。そして、当該生成したＧＷ［ｎ−１］＜ｇ＞を第４演算実行部４６−４に出力する。
【００７１】
第４演算実行部４６−４は、
ここで：ΔＷＥＬＷ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の巻き取り部伸び長変化量；ｒＤ＝ワイヤードラムの半径；ｒＷ＝ワイヤーの半径；φ＝トラバース角；θ［ｉ−１］＝区間ｉ−１のドラム回転角度；ε（ＧＷ［ｎ］）＝接点ｎの伸び率；ＧＷ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長重量；ε（ＧＷ［ｎ−１］）＝接点ｎ−１の伸び率；ＧＷ［ｎ−１］＝接点ｎ−１の結晶成長重量；
上式を実行し、得られたΔＷＥＬＷ［ｉ−１］＜ｍｍ＞を積算器５０と、第８演算実行部４６−８に出力する。
【００７２】
積算器５０は、ΔＷＥＬＷ［ｉ−１］＜ｍｍ＞を積算し、即ち、
ここで：ＷＥＬＷ［ｎ］＝接点ｎの巻き取り部伸び長；ΔＷＥＬＷ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の巻き取り部伸び長の変化量；
上式を実行し、得られたＷＥＬＷ［ｎ］＜ｍｍ＞を第５演算実行部４６−５と第６演算実行部４６−６に出力する。
【００７３】
第５演算実行部４６−５は、
ここで：ＷＥＬＳ［ｎ］＝接点ｎの垂下部伸び長；ｒＤ＝ワイヤードラムの半径；ｒＷ＝ワイヤーの半径；φ＝トラバース角；θ［ｋ］＝区間ｋのドラム回転角度；ＷＥＬＷ［ｎ］＝接点ｎの巻き取り部伸び長；ε（ＧＷ［ｎ］）＝接点ｎの伸び率；ＧＷ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長重量；
上式を実行し、得られたＷＥＬＳ［ｎ］＜ｍｍ＞を第６演算実行部４６−６と、第３フリップフロップ４８−３と、第７演算実行部４６−７に出力する。
【００７４】
第３アンプ４４−３は、アナログ入力信号ＭＰ＜ｖｏｌｔ＞をＭＰ＜ｍｍ＞信号に変換し、第３演算実行部４６−３に出力する。尚、この第３アンプ４４−３の後段は、ソフトウェアで構成する。
【００７５】
第３演算実行部４６−３は、
ここで：ΔＭＰ［ｎ］＝接点ｎのメルトの高さの変化量；ＭＰ［ｎ］＝接点ｎのメルト位置；ＭＰ０＝シード１２をメルト１４に浸漬したときのメルト位置；
上式を実行し、得られたΔＭＰ［ｎ］＜ｍｍ＞を第６演算実行部４６−６に出力する。
【００７６】
第６演算実行部４６−６は、
ここで：ＧＬ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長長さ；ｒＤ＝ワイヤードラムの半径；ｒＷ＝ワイヤーの半径；φ＝トラバース角；θ［ｋ］＝区間ｋのドラム回転角度；ＷＥＬＷ［ｎ］＝接点ｎの巻き取り部伸び長；ＷＥＬＳ［ｎ］＝接点ｎの垂下部伸び長；ΔＭＰ［ｎ］＝接点ｎのメルト変化高さ；
上式を実行し、得られたＧＬ［ｎ］＜ｍｍ＞を第２フリップフロップ４８−２と、シード上昇速度決定部５２に出力する。
【００７７】
第２フリップフロップ４８−２は、クロックｎに同期して、ＧＬ［ｎ］＜ｍｍ＞をラッチし、このＧＬ［ｎ］＜ｍｍ＞の１クロック前の結晶成長重量を示すＧＬ［ｎ−１］＜ｍｍ＞を生成する。そして、当該生成したＧＬ［ｎ−１］＜ｍｍ＞を第２演算実行部４６−２に出力する。
【００７８】
図１１は、図９に示す主制御部４２の第２ブロックの構成を示すブロック図である。以下、同図に基づいて、この第２ブロックの構成を説明する。
【００７９】
第３フリップフロップ４８−３は、クロックｎに同期して、ＷＥＬＳ［ｎ］＜ｍｍ＞をラッチし、このＷＥＬＳ［ｎ］＜ｍｍ＞の１クロック前の結晶成長重量を示すＷＥＬＳ［ｎ−１］＜ｍｍ＞を生成する。そして、当該生成したＷＥＬＳ［ｎ−１］＜ｍｍ＞を第７演算実行部４６−７に出力する。
【００８０】
第７演算実行部４６−７は、
ここで：ΔＷＥＬＳ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の垂下部伸び長変化量；ＷＥＬＳ［ｎ］＝接点ｎの垂下部伸び長；ＷＥＬＳ［ｎ−１］＝接点ｎ−１の垂下部伸び長；
上式を実行し、得られたΔＷＥＬＳ［ｉ−１］＜ｍｍ＞を第８演算実行部４６−８に出力する。
【００８１】
第８演算実行部４６−８は、
ここで：ＳＬＣ［ｎ］＝接点ｎのシード上昇速度操作量；ΔＷＥＬＷ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の巻き取り部伸び長変化量；ΔＷＥＬＳ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の垂下部伸び長変化量；Δｔ［ｉ−１］＝区間ｉ−１内の時間；
上式を実行し、得られたＳＬＣ［ｎ］＜ｍｍ／ｍｉｎ＞を加算器５８に出力する。
【００８２】
シード上昇速度決定部５２は、ＧＬ［ｎ］＜ｍｍ＞およびＧＤ＜ｍｍ＞に基づいて、シード１２を上昇させる速度ＳＬ［ｎ］＜ｍｍ／ｍｉｎ＞を決定し、加算器５８と第９演算実行部４６−９に出力する。ＳＬ［ｎ］＜ｍｍ／ｍｉｎ＞の決定は、所望の目標値を結晶成長長さＧＬに対応させて予めテーブルに格納しておき、入力されたＧＬ［ｎ］＜ｍｍ＞に基づいて、該テーブルに格納した値を読み出すことにより行う。さらに、入力されたＧＤ＜ｍｍ＞が所望の結晶成長直径ＧＤからずれている場合には、この偏差をシード上昇速度の操作量としてフィードバックする。
【００８３】
加算器５８は、ＳＬ［ｎ］＜ｍｍ／ｍｉｎ＞にＳＬＣ［ｎ］＜ｍｍ／ｍｉｎ＞を加算し、第４アンプ４４−４に出力する。
【００８４】
第４アンプ４４−４は、上記加算器５８の出力をアナログ信号ＳＬ＜ｖｏｌｔ＞に変換し、図９に示す第１モーターアンプ３６−１に出力する。尚、この第４アンプ４４−４の後段は、ハードウェアで構成する。
【００８５】
第９演算実行部４６−９は、
ここで：ＣＬ＝ルツボ上昇速度；Ｄｃｒｙｓｔａｌ＝結晶体の比重；ＧＤ＝結晶成長直径；Ｄｍｅｌｔ＝メルトの比重；ＣＩ＝ルツボ２０の内径；ＳＬ＝シード上昇速度；
上式を実行し、得られた値を第５アンプに出力する。
【００８６】
第５アンプ４４−５は、第９演算実行部４６−９から入力された値をアナログ信号ＣＬ＜ｖｏｌｔ＞に変換し、図９に示す第２モーターアンプ３６−２に出力する。尚、この第５アンプ４４−５の後段は、ハードウェアで構成する。
【００８７】
以上説明した結晶体製造装置による結晶体１８の製造手順は、以下の手順で行う：
（１）ワイヤーの伸び率εおよびワイヤー初期垂下長ＷＩＬを予め測定し、該測定した値を記憶する；
（２）シード上昇速度および結晶成長直径ＧＤの目標値を設定し、該設定した値を記憶する；
（３）チャージする素材の重量を測定する；
（４）ルツボ２０内に原料を投入し、該投入した原料を溶融して、ルツボ２０内にメルト１４をチャージする；
（５）シード１２をメルト１４の表面に浸漬し、ネッキングにより無転位化する；
（６）シード１２を回転させながらゆっくりと引き上げ、結晶体１８の育成を開始する；
（７）結晶成長直径ＧＤ、メルト位置ＭＰおよびパルスカウンタ４０の計数値Ｐ［ｉ−１］を取りこむ；
（８）デジタル入力信号Ｐ［ｉ−１］、アナログ入力信号ＧＤ＜ｖｏｌｔ＞およびＭＰ＜ｖｏｌｔ＞をそれぞれ物理量Ｐ［ｉ−１］＜ｃｏｕｎｔｓ＞、ＧＤ＜ｍｍ＞およびＭＰ＜ｍｍ＞に変換する；
（９）式６および式１０を実行する；
（１０）式２を実行する；
（１１）式４を実行する；
（１２）式１１を実行する；
（１３）式７を実行する；
（１４）式８を実行する；
（１５）式９を実行する；
（１７）シード上昇速度を決定する；
（１８）式１２を実行する；
（１９）アナログ信号ＳＬ＜ｖｏｌｔ＞とＣＬ＜ｖｏｌｔ＞を生成し、それぞれ第１モーターアンプ３６−１および第２モーターアンプに出力する；
（２０）ＳＣＮＴ＜ｖｏｌｔ＞信号およびＣＣＮＴ＜ｖｏｌｔ＞信号を生成し、該各信号に基づいて、シード１２およびルツボ２０をそれぞれ移動させる；
（２１）結晶体１８の育成が終了するまで、上記（７）から（２０）までの手順を繰り返す。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、結晶体が成長した長さの正確な検出と、所望の形状および品質を有する結晶体の製造に有効な結晶体の製造装置および方法を提供することができる。
【００８９】
また、本発明の第１の形態に係る発明によれば、結晶体を引き上げるワイヤーの伸びが巻き取り部と垂下部とに分けて算出されるため、ワイヤーの伸びが正確に求まる。その結果、結晶体が実際に成長した長さを正確に知ることができ、高精度の制御が実行可能となる。
【００９０】
また、本発明の第２の形態によれば、結晶成長直径ＧＤから結晶成長重量ＧＷが算出されるため、光学式の装置に本発明を適用することができる。
【００９１】
また、本発明の第３の形態によれば、巻き取り部伸び長変化量ΔＷＥＬＷと垂下部伸び長変化量ΔＷＥＬＳに基づいて、シード上昇速度操作量ＳＬＣが算出されるため、実際にシードが上昇する速度を所望の設定値に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の形態に係る結晶体の製造装置の構成を示す概念図である。
【図２】ワイヤー１０の伸び率εを測定する方法の一例を示す概念図である。
【図３】図２に示す方法によって測定した伸び率の測定結果を示すグラフである。
【図４】演算タイミングの基準となる接点と区間との関係を示す概念図である。
【図５】ドラム回転角度θの概念を示す概念図である。
【図６】ワイヤー１０の巻き取り構造を示す側面図である。
【図７】本発明の第２の形態に係る結晶体の製造装置の構成を示す概念図である。
【図８】本発明の第３の形態に係る結晶体の製造装置の構成を示す概念図である。
【図９】本発明の好適な実施例に係る結晶体製造装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】図９に示す主制御部４２の第１ブロックの構成を示すブロック図である。
【図１１】図９に示す主制御部４２の第２ブロックの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０…ワイヤー、１２…シード、１４…メルト、１６…ワイヤードラム、１８…結晶体、２０…ルツボ、２２…シードチャック、２４…荷重治具、２６…荷重、２８…ルツボ支持台、３０…ルツボシャフト、３２−１…第１モーター、３２−２…第２モーター、３４−１…第１ギア、３４−２…第２ギア、３６−１…第１モーターアンプ、３６−２…第２モーターアンプ、３８…ロータリーエンコーダ、４０…パルスカウンタ、４２…主制御部、４４−１…第１アンプ、４４−２…第２アンプ、４４−３…第３アンプ、４４−４…第４アンプ、４４−５…第５アンプ、４６−１…第１演算実行部、４６−２…第２演算実行部、４６−３…第３演算実行部、４６−４…第４演算実行部、４６−５…第５演算実行部、４６−６…第６演算実行部、４６−７…第７演算実行部、４６−８…第８演算実行部、４６−９…第９演算実行部、４８−１…第１フリップフロップ、４８−２…第２フリップフロップ、４８−３…第３フリップフロップ、５０…積算器、５２…シード上昇速度決定部、５４…液位センサ、５６…直径センサ、５８…加算器、Ｍ１０…ワイヤー初期垂下長記憶手段、Ｍ１１…伸び率記憶手段、Ｍ１２…結晶成長重量検出手段、Ｍ１４…ドラム回転角度検出手段、Ｍ１６…巻き取り部伸び長算出手段、Ｍ１８…垂下部伸び長算出手段、Ｍ２０…結晶成長長さ算出手段、Ｍ２２…結晶成長直径検出手段、Ｍ２６…巻き取り部伸び長変化量算出手段、Ｍ２８…垂下部伸び長変化量算出手段、Ｍ３０…シード上昇速度操作量算出手段、ＧＤ…結晶成長直径、ＧＬ…結晶成長長さ、ＧＷ…結晶成長重量、ＳＬＣ…シード上昇速度操作量、ＷＥＬＳ…垂下部伸び長、ΔＷＥＬＳ…垂下部伸び長変化量、ＷＥＬＷ…巻き取り部伸び長、ΔＷＥＬＷ…巻き取り部伸び長変化量、ＷＩＬ…ワイヤー初期垂下長、θ…ドラム回転角度、ε…伸び率、ΔＭＰ…メルト変化高さ
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶体の製造装置および方法に関し、特に、結晶体が成長した長さの正確な検出と、所望の形状および品質を有する結晶体の製造に有効な結晶体の製造装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
単結晶シリコンを製造する技術の一つとして、ＣＺ（ＣｚｏｃｈｒａｌｓｋｉＭｅｔｈｏｄ）法が従来から知られている。このＣＺ法は、ルツボ内にチャージされたシリコン融液にシードを浸漬し、該シードをワイヤーで引き上げながら該シードの下に単結晶シリコンを成長させる技術である。
【０００３】
単結晶シリコンの形状や品質は、近年の半導体技術の進歩に伴って、多様化している。例えば、単結晶シリコンの直径は、代表的なもので、４インチ、５インチ、６インチ、８インチ、１２インチが製造されている。また、不純物のゲッタリングを目的とした高酸素濃度の単結晶シリコンや酸素濃度の低い高純度の単結晶シリコンが製造されている。
【０００４】
上記のような多彩な結晶体の形状および品質は、結晶体の引き上げ条件によって決まるため、従来から、様々な引き上げ条件が考えられている。
【０００５】
例えば、炉内の熱環境が理想的であると仮定した場合、長手方向に一定の直径を有する結晶体は、該結晶体の品質に応じて決定された速度で引き上げることによって製造される。また、長手方向に一定の酸素濃度を有する結晶体は、ルツボ内のシリコン融液の残量に応じて、ルツボの回転速度を変化させることによって製造される。
【０００６】
これらの引き上げ条件は、結晶体が成長した長さに応じて制御する必要があるため、従来は、ワイヤーを巻き取るワイヤードラムの回転量に基づいて、結晶体が成長した長さを算出し、該算出した長さに基づいて、各種引き上げ条件を決定していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、結晶体を引き上げるワイヤーには、該結晶体が成長した重量に応じて伸びが生じるため、ワイヤードラムの回転量から算出した結晶体の成長長さと、実際に結晶体が成長した長さとの間に誤差が生じるという問題があった。この誤差は、結晶体の成長に応じて実行する各種制御の制御タイミングがずれる原因となり、その結果、所望の結晶体が得られないという問題が生じている。
【０００８】
具体的には、以下のような問題点が報告されている：
（１）引き上げ速度が設定値からずれると、結晶欠陥のコントロールと直径制御が十分に行えない；
（２）ルツボ送り速度と引き上げ速度とのマッチングがとりにくく、液位を一定にする制御が困難である；
（３）結晶体の抵抗率が該結晶体の長手方向にずれ、結晶体から切断取得するウェハの取得率が低下する。
【０００９】
そこで、本発明は、結晶体が成長した長さの正確な検出と、所望の形状および品質を有する結晶体の製造に有効な結晶体の製造装置および方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、ワイヤー（１０）に接続されたシード（１２）をメルト（１４）に浸漬し、該ワイヤー（１０）をワイヤードラム（１６）で巻きとって、該シード（１２）の下に結晶体（１８）を成長させる結晶体の製造装置において、前記シード（１２）を浸漬したときに、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した長さ、即ち、ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）を記憶するワイヤー初期垂下長記憶手段（Ｍ１０）と、前記ワイヤー（１０）の伸び率（ε）を記憶する伸び率記憶手段（Ｍ１１）と、前記結晶体（１８）が成長した重量、即ち、結晶成長重量（ＧＷ）を検出する結晶成長重量検出手段（Ｍ１２）と、前記ワイヤードラム（１６）が回転した角度、即ち、ドラム回転角度（θ）を検出するドラム回転角度検出手段（Ｍ１４）と、前記伸び率（ε）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）に巻き取られた部分の伸び長、即ち、巻き取り部伸び長（ＷＥＬＷ）を算出する巻き取り部伸び長算出手段（Ｍ１６）と、前記伸び率（ε）と、前記ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した部分の伸び長、即ち、垂下部伸び長（ＷＥＬＳ）を算出する垂下部伸び長算出手段（Ｍ１８）と、前記ドラム回転角度（θ）と、前記巻き取り部伸び長（ＷＥＬＷ）と、前記垂下部伸び長（ＷＥＬＳ）とを用いて、前記結晶体（１８）が成長した長さ、即ち、結晶成長長さ（ＧＬ）を算出する結晶成長長さ算出手段（Ｍ２０）とを具備することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ドラム回転角度検出手段（Ｍ１４）は、
上式を実行し、前記巻き取り部伸び長算出手段（Ｍ１６）は、
ＧＷ［ｎ−１］＝接点ｎ−１の結晶成長重量；
【００１２】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の発明において、前記結晶体（１８）の成長界面における直径、即ち、結晶成長直径（ＧＤ）を検出する結晶成長直径検出手段（Ｍ２２）をさらに具備し、前記結晶成長重量検出手段（Ｍ１２）は、前記結晶体（１８）の比重と、前記結晶成長直径（ＧＤ）とを用いて、前記結晶成長重量（ＧＷ）を算出することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記結晶成長重量検出手段（Ｍ１２）は、
【００１４】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明において、前記メルト（１４）が変化した高さ、即ち、メルト変化高さ（ΔＭＰ）を検出するメルト変化高さ検出手段をさらに具備し、前記結晶成長長さ算出手段（Ｍ２０）は、前記メルト変化高さ（ΔＭＰ）をさらに用いて、前記結晶成長長さ（ＧＬ）を算出することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記結晶成長長さ算出手段（Ｍ２０）は、
【００１６】
また、請求項７記載の発明は、ワイヤー（１０）に接続されたシード（１２）をメルト（１４）に浸漬し、該ワイヤー（１０）をワイヤードラム（１６）で巻きとって、該シード（１２）の下に結晶体（１８）を成長させる結晶体の製造装置において、前記シード（１２）を浸漬したときに、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した長さ、即ち、ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）を記憶するワイヤー初期垂下長記憶手段（Ｍ１０）と、前記ワイヤー（１０）の伸び率（ε）を記憶する伸び率記憶手段（Ｍ１１）と、前記結晶体（１８）が成長した重量、即ち、結晶成長重量（ＧＷ）を検出する結晶成長重量検出手段（Ｍ１２）と、前記ワイヤードラム（１６）が回転した角度、即ち、ドラム回転角度（θ）を検出するドラム回転角度検出手段（Ｍ１４）と、前記伸び率（ε）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）に巻き取られた部分の伸び長の変化量、即ち、巻き取り部伸び長変化量（ΔＷＥＬＷ）を算出する巻き取り部伸び長変化量算出手段（Ｍ２６）と、前記伸び率（ε）と、前記ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した部分の伸び長の変化量、即ち、垂下部伸び長変化量（ΔＷＥＬＳ）を算出する垂下部伸び長変化量算出手段（Ｍ２８）と、前記巻き取り部伸び長変化量（ΔＷＥＬＷ）と、前記垂下部伸び長変化量（ΔＷＥＬＳ）とを用いて、前記シードを上昇させる速度の操作量を算出するシード上昇速度操作量算出手段（Ｍ３０）とを具備することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記ドラム回転角度検出手段（Ｍ１４）は、
上式を実行し、前記巻き取り部伸び長変化量算出手段（Ｍ２６）は、
【００１８】
また、請求項９記載の発明は、ワイヤー（１０）に接続されたシード（１２）をメルト（１４）に浸漬し、該ワイヤー（１０）をワイヤードラム（１６）で巻きとって、該シード（１２）の下に結晶体（１８）を成長させる結晶体の製造方法において、前記ワイヤー（１０）の伸び率（ε）を予め記憶しておき、前記シード（１２）を浸漬したときに、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した長さ、即ち、ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）を記憶し、前記シード（１２）を上昇させながら、前記結晶体（１８）が成長した重量、即ち、結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ワイヤードラム（１６）が回転した角度、即ち、ドラム回転角度（θ）とを検出し、前記伸び率（ε）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）に巻き取られた部分の伸び長、即ち、巻き取り部伸び長（ＷＥＬＷ）を算出し、前記伸び率（ε）と、前記ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した部分の伸び長、即ち、垂下部伸び長（ＷＥＬＳ）を算出し、前記ドラム回転角度（θ）と、前記巻き取り部伸び長（ＷＥＬＷ）と、前記垂下部伸び長（ＷＥＬＳ）とを用いて、前記結晶体（１８）が成長した長さ、即ち、結晶成長長さ（ＧＬ）を算出することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１０記載の発明は、ワイヤー（１０）に接続されたシード（１２）をメルト（１４）に浸漬し、該ワイヤー（１０）をワイヤードラム（１６）で巻きとって、該シード（１２）の下に結晶体（１８）を成長させる結晶体の製造方法において、前記ワイヤー（１０）の伸び率（ε）を予め記憶しておき、前記シード（１２）を浸漬したときに、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した長さ、即ち、ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）を記憶し、前記シードを上昇させながら、前記結晶体（１８）が成長した重量、即ち、結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ワイヤードラム（１６）が回転した角度、即ち、ドラム回転角度（θ）とを検出し、前記伸び率（ε）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）に巻き取られた部分の伸び長の変化量、即ち、巻き取り部伸び長変化量（ΔＷＥＬＷ）を算出し、前記伸び率（ε）と、前記ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した部分の伸び長の変化量、即ち、垂下部伸び長変化量（ΔＷＥＬＳ）を算出し、前記巻き取り部伸び長変化量（ΔＷＥＬＷ）と、前記垂下部伸び長変化量（ΔＷＥＬＳ）とを用いて、前記シードを上昇させる速度の操作量を算出することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
（発明の概要）
上記課題を解決する本発明の特徴は、結晶成長重量ＧＷと、ワイヤー１０の伸び率εと、ドラム回転角度θを利用して、ワイヤー１０が伸びた量を算出し、該算出した値を考慮して結晶成長長さＧＬ（図１参照）またはシード上昇速度操作量ＳＬＣ（図８参照）を算出することにある。これにより、結晶体１８が成長した長さが正確に得られ、所望の形状および品質を有する結晶体を製造することができる。
【００２２】
（第１の形態）
本発明の第１の形態は、結晶体が成長した長さの検出に関する発明である。
結晶体を引き上げるワイヤーの伸びは、該ワイヤーにかかる荷重、即ち、結晶体が成長した重量（以下、「結晶成長重量ＧＷ」という）と、該ワイヤーの伸び率εに応じて発生する。従って、ワイヤーにかかる荷重は、結晶体の成長に伴って刻々と変化することになる。そこで、本発明者は、まず、結晶成長重量ＧＷを検出し、該検出した値を用いて、ワイヤーの伸びを随時算出する構成を検討した。このような構成により、時間とともに変化するワイヤーの伸び量を正確に捉えることができる。
さらに、本発明者は、同じワイヤーであっても、ワイヤードラムに巻き取られた部分（以下、「巻き取り部」という）と、ワイヤードラムから垂下した部分（以下、「垂下部」という）とでは、伸び量に差があることに着目した。即ち、垂下部には、結晶成長重量ＧＷが直接かかるため、垂下部の伸びは、該結晶成長重量に対応したものとなる反面、巻き取り部には、結晶体の重量が直接かからないため、巻き取り部の伸びは、巻き取り時の結晶成長重量ＧＷに応じて伸びた量の積算値に対応したものとなる。
そこで、本発明者は、垂下部と巻き取り部の長さ変化と、これらにかかる荷重変化を時間軸上で捉えて、巻き取り部と垂下部の伸び量を各々求め、該求めた伸び量を用いて、ワイヤードラムの回転量を補正する構成を想到した。
本発明の第１の形態は、上記観点から構成された発明であり、ワイヤーの伸びを正確に求める技術を提供する。
【００２３】
図１は、本発明の第１の形態に係る結晶体の製造装置の構成を示す概念図である。以下、同図に基づいて、本発明の第１の形態の構成を説明する。
【００２４】
結晶体１８は、本発明によって製造される目的物であり、単結晶シリコンやその他、引き上げによって製造される各種結晶体が該当する。
【００２５】
メルト１４は、結晶体１８の原料を溶融させた原料融液であり、例えば、単結晶シリコンを製造する場合には、多結晶シリコンを溶融して生成する。このメルト１４は、例えば、黒鉛るつぼの内側に石英るつぼを積層して構成されたルツボ２０に収容される。
【００２６】
シード１２は、結晶体１８の種となる結晶であり、結晶体１８を成長させる際には、このシード１２をメルト１４の表面に浸漬し、該浸漬したシード１２を静かに回転させながら上方に引き上げるいわゆるネッキングによって無転位化した後、所定の引き上げ条件で引き上げることによって、該シード１２の下に結晶体１８を成長させる。結晶体１８は、シード１２がメルト１４に触れた際に、メルト１４が該シード１２を通して熱を失い、その結果、シード１２の下にメルト１４が凝固して成長する。このとき、結晶体１８は、シード１２の結晶方位に従って成長する。このシード１２は、シードチャック２２を介してワイヤー１０に固定され、ワイヤードラム１６の巻き取り動作によって上昇する。
【００２７】
ワイヤー初期垂下長記憶手段Ｍ１０は、前記シード１２を浸漬したときに、前記ワイヤー１０が前記ワイヤードラム１６から垂下した長さ（以下、「ワイヤー初期垂下長ＷＩＬ」という）を記憶し、該記憶した値を垂下部伸び長算出手段Ｍ１８に出力する。ワイヤー初期垂下長は、結晶体１８の成長を開始する前に予め測定しておくことが好ましい。
【００２８】
伸び率記憶手段Ｍ１１は、ワイヤー１０の伸び率εを記憶し、該記憶した内容を巻き取り部伸び長算出手段Ｍ１６と、垂下部伸び長算出手段Ｍ１８に出力する。ワイヤー１０の伸び率εは、ワイヤーにかかる荷重の関数として記憶しておくことが好ましい。
【００２９】
図２は、ワイヤー１０の伸び率εを測定する方法の一例を示す概念図である。同図に示す伸び率εの測定は、以下の手順で実行する：
（１）シードチャック２２と同一の重量を有する荷重治具２４をワイヤー１０の下端に固定し、該荷重治具２４の先端を水平面に接触させる。このとき、ワイヤー１０は、垂直状態となる；
（２）荷重治具２４の先端が水平面に接触した状態での垂下部の長さＷＬ（０）を、例えば、ワイヤードラム１６の回転量を検出するカウンタを用いて測定する；
（３）荷重治具２４を一旦引き上げて、該荷重治具２４に荷重２６を載置し、再び、荷重治具２４の先端を水平面に接触させる；
（４）荷重治具２４の先端が水平面に接触した状態での垂下部の長さＷＬ（Ｗ）を測定する；
（５）荷重２６を適当な間隔（例えば５０ｋｇごと５００ｋｇまで）で変化させながら、該各荷重２６に対応する垂下部の長さＷＬ（Ｗ）を測定する；
（６）下式を実行し、前記各荷重２６ごとの伸び率ε（Ｗ）を算出する；
（７）上式を実行した得られた値をＸＹ平面上にプロットしてグラフを作成し、該グラフの近似曲線を求める。
【００３０】
図３は、図２に示す方法によって測定した伸び率の測定結果を示すグラフである。各荷重ごとに算出した伸び率をＸＹ平面上にプロットすると、同図のようになり、このプロットしたデータを曲線または直線で近似すれば、伸び率の算出に使用できる関数が得られる。
【００３１】
図１に示す結晶成長重量検出手段Ｍ１２は、結晶成長重量ＧＷを検出し、該検出した値を巻き取り部伸び長算出手段Ｍ１６と、垂下部伸び長算出手段Ｍ１８に出力する。結晶成長重量ＧＷの検出は、重量センサを用いた公知技術を用いて行えばよい。この結晶成長重量検出手段Ｍ１２が検出した値は、ワイヤー１０の伸びの算出に使用される。好ましくは、シード１２およびシードチャック２２の重量を該結晶成長重量ＧＷに加算した値をワイヤー１０の伸びの算出に使用する。
【００３２】
ドラム回転角度検出手段Ｍ１４は、ワイヤードラム１６が回転した角度（以下、「ドラム回転角度θ」という）を検出し、該検出した値を巻き取り部伸び長算出手段Ｍ１６と、垂下部伸び長算出手段Ｍ１８と、結晶成長長さ算出手段Ｍ２０に出力する。ドラム回転角度θの検出は、ワイヤードラム１６の回転速度に応じたパルスを発生するロータリーエンコーダと、該ロータリーエンコーダが発生したパルスを計数するカウンタと用いて行えばよい。ドラム回転角度θの検出動作を式で表すと以下のようになる：
【００３３】
図５は、ドラム回転角度θの概念を示す概念図である。同図に示すように、ドラム回転角度θは、区間ｉ−１の間にワイヤードラム１６が回転した角度として定義する。ここで、巻き取り部と垂下部の定義について説明する。
【００３４】
図６は、ワイヤー１０の巻き取り構造を示す側面図である。同図に示すように、ワイヤードラム１６は、トラバース角φでワイヤー１０を巻き取り、シード１２を上昇させる。このような巻取り構造においては、ワイヤードラム１６とワイヤー１０との接点が巻き取り部と垂下部との境界となる。ここで、ｒＷは、巻き取り部のワイヤー半径であり、通常、巻き取り時に締め付けられるため、垂下部の半径よりも小さくなる。この値は、実測して求める。
【００３５】
巻き取り部伸び長算出手段Ｍ１６は、伸び率εと、結晶成長重量ＧＷと、ドラム回転角度θとを用いて、ワイヤー１０がワイヤードラム１６に巻き取られた部分の伸び長（以下、「巻き取り部伸び長ＷＥＬＷ」という）を算出し、該算出した値を結晶成長長さ算出手段Ｍ２０に出力する。巻き取り部伸び長ＷＥＬＷの算出は、
ＧＷ［ｎ−１］＝接点ｎ−１の結晶成長重量；
上式を実行して行えばよい。
【００３６】
垂下部伸び長算出手段Ｍ１８は、伸び率εと、ワイヤー初期垂下長ＷＩＬと、結晶成長重量ＧＷと、ドラム回転角度θとを用いて、ワイヤー１０がワイヤードラム１６から垂下した部分の伸び長（以下、「垂下部伸び長ＷＥＬＳ」という）を算出し、該算出した値を結晶成長長さ算出手段Ｍ２０に出力する。垂下部伸び長ＷＥＬＳの算出は、
上式を実行して行えばよい。
【００３７】
結晶成長長さ算出手段Ｍ２０は、ドラム回転角度θと、巻き取り部伸び長ＷＥＬＷと、垂下部伸び長ＷＥＬＳとを用いて、結晶体１８が成長した長さ（以下、「結晶成長長さＧＬ」という）を算出する。該算出された結晶成長長さＧＬは、引き上げ条件を決定する際に使用される。結晶成長長さＧＬの算出は、
上式を実行して行えばよい。
【００３８】
ここで、メルト１４の液位が一定でなく、変化する場合には、液位センサを用いて液位を検出し、
上式を実行する。
【００３９】
以上説明した本発明の第１の形態に係る発明によれば、結晶体を引き上げるワイヤーの伸びが巻き取り部と垂下部とに分けて算出されるため、ワイヤーの伸びが正確に求まる。その結果、結晶体が実際に成長した長さを正確に知ることができ、高精度の制御が実行可能となる。
【００４０】
（第２の形態）
本発明の第２の形態は、結晶成長重量ＧＷの検出に関する発明である。
前述した第１の形態では、例えば、重量センサを使用して結晶成長重量ＧＷを検出する構成を例として説明したが、結晶成長重量ＧＷは、結晶直径から算出することも可能である。このように、結晶直径から算出した結晶成長重量ＧＷは、前述した第１の形態で使用することができる。
本発明の第２の形態は、上記観点から構成された発明であり、結晶直径から結晶成長重量ＧＷを算出し、巻き取り部伸び長ＷＥＬＷおよび垂下部伸び長ＷＥＬＳを算出する技術を提供する。
【００４１】
図７は、本発明の第２の形態に係る結晶体の製造装置の構成を示す概念図である。以下、同図に基づいて、本発明の第２の形態の構成を説明する。
【００４２】
結晶成長直径検出手段Ｍ２２は、結晶体１８の成長界面における直径（以下、「結晶成長直径ＧＤ」を検出し、該検出した値を結晶成長重量検出手段Ｍ１２に出力する。結晶成長直径ＧＤは、光学センサを用いて結晶体１８の成長界面を走査すれば検出できる。
【００４３】
結晶成長重量検出手段Ｍ１２は、結晶体１８の比重と、結晶成長直径ＧＤとを用いて、結晶成長重量ＧＷを算出し、該算出した値を巻き取り部伸び長算出手段Ｍ１６と、垂下部伸び長算出手段Ｍ１８に出力する。結晶成長重量ＧＷの算出は、
上式を実行して行えばよい。
【００４４】
その他の構成は、前述した第１の形態と同じである。
【００４５】
以上説明した本発明の第２の形態によれば、結晶成長直径ＧＤから結晶成長重量ＧＷが算出されるため、光学式の装置に本発明を適用することができる。
【００４６】
（第３の形態）
本発明の第３の形態は、シード上昇速度の操作に関する発明である。
結晶体の製造においては、結晶体の成長速度が該結晶体の直径および品質に大きく影響する。この結晶体の成長速度は、シードを上昇させる速度に基づいて制御するのが一般的である。従って、ワイヤーに伸びが生じ、垂下部の長さが時間とともに変化すると、シード上昇速度が所望の設定値からずれてしまう。
そこで、本発明者は、前述した巻き取り部の伸びと、垂下部の伸びの時間的変化量に着目し、該変化量に基づいて、シード上昇速度を操作する構成を想到した。
【００４７】
本発明の第３の形態は、上記観点から構成された発明であり、ワイヤーの伸びに応じてシード上昇速度を操作する技術を提供する。
【００４８】
図８は、本発明の第３の形態に係る結晶体の製造装置の構成を示す概念図である。以下、同図に基づいて、本発明の第３の形態の構成を説明する。
【００４９】
巻き取り部伸び長変化量算出手段Ｍ２６は、伸び率εと、結晶成長重量ＧＷと、ドラム回転角度θとを用いて、ワイヤー１０がワイヤードラム１６に巻き取られた部分の伸び長の変化量（以下、「巻き取り部伸び長変化量ΔＷＥＬＷ」という）を算出し、該算出した値をシード上昇速度操作量算出手段Ｍ３０に出力する。巻き取り部伸び長変化量ΔＷＥＬＷの算出は、
上式を実行して行えばよい。
【００５０】
垂下部伸び長変化量算出手段Ｍ２８は、伸び率εと、ワイヤー初期垂下長ＷＩＬと、結晶成長重量ＧＷと、ドラム回転角度θとを用いて、ワイヤー１０がワイヤードラム１６から垂下した部分の伸び長の変化量（以下、「垂下部伸び長変化量ΔＷＥＬＳ」という）を算出し、該算出した値をシード上昇速度操作量算出手段Ｍ３０に出力する。垂下部伸び長変化量ΔＷＥＬＳの算出は、
上式を実行して行えばよい。
【００５１】
シード上昇速度操作量算出手段Ｍ３０は、巻き取り部伸び長変化量ΔＷＥＬＷと、垂下部伸び長変化量ΔＷＥＬＳとを用いて、シードを上昇させる速度の操作量（以下、「シード上昇速度操作量ＳＬＣ」という）を算出する。シード上昇速度操作量ＳＬＣの算出は、
上式を実行して行えばよい。このシード上昇速度操作量算出手段Ｍ３０が算出したシード上昇速度操作量ＳＬＣは、シード上昇速度の設定値に加算される。
【００５２】
以上説明した本発明の第３の形態によれば、巻き取り部伸び長変化量ΔＷＥＬＷと垂下部伸び長変化量ΔＷＥＬＳに基づいて、シード上昇速度操作量ＳＬＣが算出されるため、実際にシードが上昇する速度を所望の設定値に維持することができる。
【００５３】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００５４】
（実施例の要約）
直径センサ５６が検出した結晶成長直径ＧＤを主制御部４２に入力し、該主制御部４２内に設けられた第２演算実行部４６−２が該結晶成長直径ＧＤに基づいて、結晶成長重量ＧＷを算出する。第４演算実行部４６−４および第５演算実行部４６−５は、該結晶成長重量ＧＷに基づいて、巻き取り部伸び長ＷＥＬＷと垂下部伸び長ＷＥＬＳをそれぞれ算出し、第６演算実行部４６−６に出力する。第６演算実行部４６−６は、該巻き取り部伸び長ＷＥＬＷと垂下部伸び長ＷＥＬＳとを用いて、結晶成長長さＧＬを算出する（図１０参照）。
【００５５】
（好適な実施例）
図９は、本発明の好適な実施例に係る結晶体製造装置の構成を示すブロック図である。以下、同図に基づいて、この結晶体製造装置の構成を説明する。尚、以下の説明において、信号名の後ろに付加した＜＞は、単位を示すものとする。
【００５６】
ルツボ２０は、黒鉛るつぼと石英るつぼの積層構造からなり、結晶体１８の原料となるメルト１４を収容する。このルツボ２０は、ルツボシャフト３０に接続されたルツボ支持台２８の上に載置され、第２モーターアンプ３６−２から供給された動力によって、ルツボ支持台２８およびルツボシャフト３０とともに昇降および回転する。
【００５７】
結晶体１８は、シード１２の上昇とともにメルト１４の表面から固化し、所定の形状および品質を有する結晶体として成長する。結晶体１８の種結晶となるシード１２は、シードチャック２２を介してワイヤー１０に固定される。シード１２は、ワイヤードラム１６の巻き取り作用によって上昇する。
【００５８】
液位センサ５４は、メルト１４の上方に配設され、該メルト１４の液位を検出し、該検出した値をＭＰ＜ｖｏｌｔ＞信号として、主制御部４２に出力する。直径センサ５６も液位センサ５４と同様に、メルト１４の上方に配設され、結晶成長直径ＧＤを検出し、該検出した値をＧＤ＜ｖｏｌｔ＞信号として、主制御部４２に出力する。
【００５９】
第１モーターアンプ３６−１は、主制御部４２の出力ＳＬ＜ｖｏｌｔ＞信号を設定信号として受け取り、該設定信号に対応したモーター駆動電力ＳＣＮＴを第１モーター３２−１に出力して、シード１２の上昇速度を制御する。この第１モーターアンプ３６−１には、第１ギア３４−１の回転速度が入力され、フィードバック系を構成する。
【００６０】
第１モーター３２−１は、第１モーターアンプ３６−１の出力ＳＣＮＴに応じた動力を第１ギア３４−１を介してワイヤードラム１６に供給し、該ワイヤードラム１６を回転させる。その結果、ワイヤー１０が巻き取られ、シード１２が上昇する。尚、シード１２を下降させる場合には、第１モーター３２−１を逆回転させる。
【００６１】
ロータリーエンコーダ３８は、第１モーター３２−１の回転速度をパルス信号に変換し、該パルス信号をパルスカウンタ４０に出力する。パルスカウンタ４０は、ロータリーエンコーダ３８から受信したパルス信号を計数し、該計数した結果をＰ［ｉ−１］信号として主制御部４２に出力する。尚、シード１２が下降しているときは、パルスカウンタ４０の計数値がデクリメントされる。
【００６２】
第２モーターアンプ３６−２は、主制御部４２の出力ＣＬ＜ｖｏｌｔ＞信号を設定信号として受け取り、該設定信号に対応したモーター駆動電力ＣＣＮＴを第２モーター３２−２に出力して、ルツボ２０の上昇速度を制御する。この第２モーターアンプ３６−２には、第２ギア３４−２の回転速度が入力され、フィードバック系を構成する。
【００６３】
第２モーター３２−２は、第２モーターアンプ３６−２の出力ＣＣＮＴに応じた動力を第２ギア３４−２を介して、ルツボシャフト３０に供給し、該ルツボシャフト３０を昇降させる。
【００６４】
上述した主制御部４２の構成を図１０および図１１に示す。以下、これらの図に基づいて、主制御部４２の構成を説明する。尚、以下の説明において、本装置の演算のタイミングを明確にするため、ｎのタイミングで演算される信号の後ろには、［ｎ］を付加し、ｎの一つ前のタイミングで演算される信号の後ろには、［ｎ−１］を付加する。また、区間ｉ−１に関する信号の後ろには、［ｉ−１］を付加する。
【００６５】
図１０は、図９に示す主制御部４２の第１ブロックの構成を示すブロック図である。以下、同図に基づいて、この第１ブロックの構成を説明する。
【００６６】
第１アンプ４４−１は、デジタル入力信号Ｐ［ｉ−１］をＰ［ｉ−１］＜ｃｏｕｎｔｓ＞に変換し、このＰ［ｉ−１］＜ｃｏｕｎｔｓ＞を第１演算実行部４６−１に出力する。尚、この第１アンプ４４−１の後段は、ソフトウェアで構成する。
【００６７】
第１演算実行部４６−１は、
上記演算を実行し、算出した区間ｉ−１のドラム回転角度θ［ｉ−１］＜ｒａｄ＞を第４演算実行部４６−４と、第５演算実行部４６−５と、第６演算実行部４６−６に出力する。
【００６８】
第２アンプ４４−２は、アナログ入力信号ＧＤ＜ｖｏｌｔ＞をＧＤ＜ｍｍ＞信号に変換し、第２演算実行部４６−２と、シード上昇速度決定部５２と、第９演算実行部４６−９に出力する。尚、この第２アンプ４４−２の後段は、ソフトウェアで構成する。
【００６９】
第２演算実行部４６−２は、
上式を実行し、得られたＧＷ［ｎ］＜ｇ＞を第４演算実行部４６−４と、第５演算実行部４６−５と、第１フリップフロップ４８−１に出力する。
【００７０】
第１フリップフロップ４８−１は、図示しない発振器が生成したクロックｎに同期して、ＧＷ［ｎ］＜ｇ＞をラッチし、このＧＷ［ｎ］＜ｇ＞の１クロック前の結晶成長重量を示すＧＷ［ｎ−１］＜ｇ＞を生成する。そして、当該生成したＧＷ［ｎ−１］＜ｇ＞を第４演算実行部４６−４に出力する。
【００７１】
第４演算実行部４６−４は、
上式を実行し、得られたΔＷＥＬＷ［ｉ−１］＜ｍｍ＞を積算器５０と、第８演算実行部４６−８に出力する。
【００７２】
積算器５０は、ΔＷＥＬＷ［ｉ−１］＜ｍｍ＞を積算し、即ち、
上式を実行し、得られたＷＥＬＷ［ｎ］＜ｍｍ＞を第５演算実行部４６−５と第６演算実行部４６−６に出力する。
【００７３】
第５演算実行部４６−５は、
上式を実行し、得られたＷＥＬＳ［ｎ］＜ｍｍ＞を第６演算実行部４６−６と、第３フリップフロップ４８−３と、第７演算実行部４６−７に出力する。
【００７４】
第３アンプ４４−３は、アナログ入力信号ＭＰ＜ｖｏｌｔ＞をＭＰ＜ｍｍ＞信号に変換し、第３演算実行部４６−３に出力する。尚、この第３アンプ４４−３の後段は、ソフトウェアで構成する。
【００７５】
第３演算実行部４６−３は、
上式を実行し、得られたΔＭＰ［ｎ］＜ｍｍ＞を第６演算実行部４６−６に出力する。
【００７６】
第６演算実行部４６−６は、
上式を実行し、得られたＧＬ［ｎ］＜ｍｍ＞を第２フリップフロップ４８−２と、シード上昇速度決定部５２に出力する。
【００７７】
第２フリップフロップ４８−２は、クロックｎに同期して、ＧＬ［ｎ］＜ｍｍ＞をラッチし、このＧＬ［ｎ］＜ｍｍ＞の１クロック前の結晶成長重量を示すＧＬ［ｎ−１］＜ｍｍ＞を生成する。そして、当該生成したＧＬ［ｎ−１］＜ｍｍ＞を第２演算実行部４６−２に出力する。
【００７８】
図１１は、図９に示す主制御部４２の第２ブロックの構成を示すブロック図である。以下、同図に基づいて、この第２ブロックの構成を説明する。
【００７９】
第３フリップフロップ４８−３は、クロックｎに同期して、ＷＥＬＳ［ｎ］＜ｍｍ＞をラッチし、このＷＥＬＳ［ｎ］＜ｍｍ＞の１クロック前の結晶成長重量を示すＷＥＬＳ［ｎ−１］＜ｍｍ＞を生成する。そして、当該生成したＷＥＬＳ［ｎ−１］＜ｍｍ＞を第７演算実行部４６−７に出力する。
【００８０】
第７演算実行部４６−７は、
上式を実行し、得られたΔＷＥＬＳ［ｉ−１］＜ｍｍ＞を第８演算実行部４６−８に出力する。
【００８１】
第８演算実行部４６−８は、
上式を実行し、得られたＳＬＣ［ｎ］＜ｍｍ／ｍｉｎ＞を加算器５８に出力する。
【００８２】
シード上昇速度決定部５２は、ＧＬ［ｎ］＜ｍｍ＞およびＧＤ＜ｍｍ＞に基づいて、シード１２を上昇させる速度ＳＬ［ｎ］＜ｍｍ／ｍｉｎ＞を決定し、加算器５８と第９演算実行部４６−９に出力する。ＳＬ［ｎ］＜ｍｍ／ｍｉｎ＞の決定は、所望の目標値を結晶成長長さＧＬに対応させて予めテーブルに格納しておき、入力されたＧＬ［ｎ］＜ｍｍ＞に基づいて、該テーブルに格納した値を読み出すことにより行う。さらに、入力されたＧＤ＜ｍｍ＞が所望の結晶成長直径ＧＤからずれている場合には、この偏差をシード上昇速度の操作量としてフィードバックする。
【００８３】
加算器５８は、ＳＬ［ｎ］＜ｍｍ／ｍｉｎ＞にＳＬＣ［ｎ］＜ｍｍ／ｍｉｎ＞を加算し、第４アンプ４４−４に出力する。
【００８４】
第４アンプ４４−４は、上記加算器５８の出力をアナログ信号ＳＬ＜ｖｏｌｔ＞に変換し、図９に示す第１モーターアンプ３６−１に出力する。尚、この第４アンプ４４−４の後段は、ハードウェアで構成する。
【００８５】
第９演算実行部４６−９は、
上式を実行し、得られた値を第５アンプに出力する。
【００８６】
第５アンプ４４−５は、第９演算実行部４６−９から入力された値をアナログ信号ＣＬ＜ｖｏｌｔ＞に変換し、図９に示す第２モーターアンプ３６−２に出力する。尚、この第５アンプ４４−５の後段は、ハードウェアで構成する。
【００８７】
以上説明した結晶体製造装置による結晶体１８の製造手順は、以下の手順で行う：
（１）ワイヤーの伸び率εおよびワイヤー初期垂下長ＷＩＬを予め測定し、該測定した値を記憶する；
（２）シード上昇速度および結晶成長直径ＧＤの目標値を設定し、該設定した値を記憶する；
（３）チャージする素材の重量を測定する；
（４）ルツボ２０内に原料を投入し、該投入した原料を溶融して、ルツボ２０内にメルト１４をチャージする；
（５）シード１２をメルト１４の表面に浸漬し、ネッキングにより無転位化する；
（６）シード１２を回転させながらゆっくりと引き上げ、結晶体１８の育成を開始する；
（７）結晶成長直径ＧＤ、メルト位置ＭＰおよびパルスカウンタ４０の計数値Ｐ［ｉ−１］を取りこむ；
（８）デジタル入力信号Ｐ［ｉ−１］、アナログ入力信号ＧＤ＜ｖｏｌｔ＞およびＭＰ＜ｖｏｌｔ＞をそれぞれ物理量Ｐ［ｉ−１］＜ｃｏｕｎｔｓ＞、ＧＤ＜ｍｍ＞およびＭＰ＜ｍｍ＞に変換する；
（９）式６および式１０を実行する；
（１０）式２を実行する；
（１１）式４を実行する；
（１２）式１１を実行する；
（１３）式７を実行する；
（１４）式８を実行する；
（１５）式９を実行する；
（１７）シード上昇速度を決定する；
（１８）式１２を実行する；
（１９）アナログ信号ＳＬ＜ｖｏｌｔ＞とＣＬ＜ｖｏｌｔ＞を生成し、それぞれ第１モーターアンプ３６−１および第２モーターアンプに出力する；
（２０）ＳＣＮＴ＜ｖｏｌｔ＞信号およびＣＣＮＴ＜ｖｏｌｔ＞信号を生成し、該各信号に基づいて、シード１２およびルツボ２０をそれぞれ移動させる；
（２１）結晶体１８の育成が終了するまで、上記（７）から（２０）までの手順を繰り返す。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、結晶体が成長した長さの正確な検出と、所望の形状および品質を有する結晶体の製造に有効な結晶体の製造装置および方法を提供することができる。
【００８９】
また、本発明の第１の形態に係る発明によれば、結晶体を引き上げるワイヤーの伸びが巻き取り部と垂下部とに分けて算出されるため、ワイヤーの伸びが正確に求まる。その結果、結晶体が実際に成長した長さを正確に知ることができ、高精度の制御が実行可能となる。
【００９０】
また、本発明の第２の形態によれば、結晶成長直径ＧＤから結晶成長重量ＧＷが算出されるため、光学式の装置に本発明を適用することができる。
【００９１】
また、本発明の第３の形態によれば、巻き取り部伸び長変化量ΔＷＥＬＷと垂下部伸び長変化量ΔＷＥＬＳに基づいて、シード上昇速度操作量ＳＬＣが算出されるため、実際にシードが上昇する速度を所望の設定値に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の形態に係る結晶体の製造装置の構成を示す概念図である。
【図２】ワイヤー１０の伸び率εを測定する方法の一例を示す概念図である。
【図３】図２に示す方法によって測定した伸び率の測定結果を示すグラフである。
【図４】演算タイミングの基準となる接点と区間との関係を示す概念図である。
【図５】ドラム回転角度θの概念を示す概念図である。
【図６】ワイヤー１０の巻き取り構造を示す側面図である。
【図７】本発明の第２の形態に係る結晶体の製造装置の構成を示す概念図である。
【図８】本発明の第３の形態に係る結晶体の製造装置の構成を示す概念図である。
【図９】本発明の好適な実施例に係る結晶体製造装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】図９に示す主制御部４２の第１ブロックの構成を示すブロック図である。
【図１１】図９に示す主制御部４２の第２ブロックの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０…ワイヤー、１２…シード、１４…メルト、１６…ワイヤードラム、１８…結晶体、２０…ルツボ、２２…シードチャック、２４…荷重治具、２６…荷重、２８…ルツボ支持台、３０…ルツボシャフト、３２−１…第１モーター、３２−２…第２モーター、３４−１…第１ギア、３４−２…第２ギア、３６−１…第１モーターアンプ、３６−２…第２モーターアンプ、３８…ロータリーエンコーダ、４０…パルスカウンタ、４２…主制御部、４４−１…第１アンプ、４４−２…第２アンプ、４４−３…第３アンプ、４４−４…第４アンプ、４４−５…第５アンプ、４６−１…第１演算実行部、４６−２…第２演算実行部、４６−３…第３演算実行部、４６−４…第４演算実行部、４６−５…第５演算実行部、４６−６…第６演算実行部、４６−７…第７演算実行部、４６−８…第８演算実行部、４６−９…第９演算実行部、４８−１…第１フリップフロップ、４８−２…第２フリップフロップ、４８−３…第３フリップフロップ、５０…積算器、５２…シード上昇速度決定部、５４…液位センサ、５６…直径センサ、５８…加算器、Ｍ１０…ワイヤー初期垂下長記憶手段、Ｍ１１…伸び率記憶手段、Ｍ１２…結晶成長重量検出手段、Ｍ１４…ドラム回転角度検出手段、Ｍ１６…巻き取り部伸び長算出手段、Ｍ１８…垂下部伸び長算出手段、Ｍ２０…結晶成長長さ算出手段、Ｍ２２…結晶成長直径検出手段、Ｍ２６…巻き取り部伸び長変化量算出手段、Ｍ２８…垂下部伸び長変化量算出手段、Ｍ３０…シード上昇速度操作量算出手段、ＧＤ…結晶成長直径、ＧＬ…結晶成長長さ、ＧＷ…結晶成長重量、ＳＬＣ…シード上昇速度操作量、ＷＥＬＳ…垂下部伸び長、ΔＷＥＬＳ…垂下部伸び長変化量、ＷＥＬＷ…巻き取り部伸び長、ΔＷＥＬＷ…巻き取り部伸び長変化量、ＷＩＬ…ワイヤー初期垂下長、θ…ドラム回転角度、ε…伸び率、ΔＭＰ…メルト変化高さ
Claims (10)
- ワイヤー（１０）に接続されたシード（１２）をメルト（１４）に浸漬し、該ワイヤー（１０）をワイヤードラム（１６）で巻きとって、該シード（１２）の下に結晶体（１８）を成長させる結晶体の製造装置において、
前記シード（１２）を浸漬したときに、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した長さ、即ち、ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）を記憶するワイヤー初期垂下長記憶手段（Ｍ１０）と、
前記ワイヤー（１０）の伸び率（ε）を記憶する伸び率記憶手段（Ｍ１１）と、
前記結晶体（１８）が成長した重量、即ち、結晶成長重量（ＧＷ）を検出する結晶成長重量検出手段（Ｍ１２）と、
前記ワイヤードラム（１６）が回転した角度、即ち、ドラム回転角度（θ）を検出するドラム回転角度検出手段（Ｍ１４）と、
前記伸び率（ε）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）に巻き取られた部分の伸び長、即ち、巻き取り部伸び長（ＷＥＬＷ）を算出する巻き取り部伸び長算出手段（Ｍ１６）と、
前記伸び率（ε）と、前記ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した部分の伸び長、即ち、垂下部伸び長（ＷＥＬＳ）を算出する垂下部伸び長算出手段（Ｍ１８）と、
前記ドラム回転角度（θ）と、前記巻き取り部伸び長（ＷＥＬＷ）と、前記垂下部伸び長（ＷＥＬＳ）とを用いて、前記結晶体（１８）が成長した長さ、即ち、結晶成長長さ（ＧＬ）を算出する結晶成長長さ算出手段（Ｍ２０）と
を具備することを特徴とする結晶体の製造装置。 - 前記ドラム回転角度検出手段（Ｍ１４）は、
ここで：θ［ｉ−１］＝区間ｉ−１のドラム回転角度；ｔ［ｎ］＝接点ｎの時間；ｔ［ｎ−１］＝接点ｎ−１の時間；ω（ｔ）＝ワイヤードラムの回転角速度；
上式を実行し、
前記巻き取り部伸び長算出手段（Ｍ１６）は、
ここで：ΔＷＥＬＷ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の巻き取り部伸び長の変化量；ｒＤ＝ワイヤードラムの半径；ｒＷ＝ワイヤーの半径；φ＝トラバース角；θ［ｉ−１］＝区間ｉ−１のドラム回転角度；ε（ＧＷ［ｎ］）＝接点ｎの伸び率；ＧＷ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長重量；ε（ＧＷ［ｎ−１］）＝接点ｎ−１の伸び率；
ＧＷ［ｎ−１］＝接点ｎ−１の結晶成長重量；
ここで：ＷＥＬＷ［ｎ］＝接点ｎの巻き取り部伸び長；ΔＷＥＬＷ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の巻き取り部伸び長の変化量；
上式を実行し、
前記垂下部伸び長算出手段（Ｍ１８）は、
ここで：ＷＥＬＳ［ｎ］＝接点ｎの垂下部伸び長；ｒＤ＝ワイヤードラムの半径；ｒＷ＝ワイヤーの半径；φ＝トラバース角；θ［ｋ］＝区間ｋのドラム回転角度；ＷＥＬＷ［ｎ］＝接点ｎの巻き取り部伸び長；ε（ＧＷ［ｎ］）＝接点ｎの伸び率；ＧＷ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長重量；
上式を実行し、
前記結晶成長長さ算出手段（Ｍ２０）は、
ここで：ＧＬ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長長さ；ｒＤ＝ワイヤードラムの半径；ｒＷ＝ワイヤーの半径；φ＝トラバース角；θ［ｋ］＝区間ｋのドラム回転角度；ＷＥＬＷ［ｎ］＝接点ｎの巻き取り部伸び長；ＷＥＬＳ［ｎ］＝接点ｎの垂下部伸び長；
上式を実行する
ことを特徴とする請求項１記載の結晶体の製造装置。 - 前記結晶体（１８）の成長界面における直径、即ち、結晶成長直径（ＧＤ）を検出する結晶成長直径検出手段（Ｍ２２）をさらに具備し、
前記結晶成長重量検出手段（Ｍ１２）は、
前記結晶体（１８）の比重と、前記結晶成長直径（ＧＤ）とを用いて、前記結晶成長重量（ＧＷ）を算出する
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の結晶体の製造装置。 - 前記結晶成長重量検出手段（Ｍ１２）は、
ここで：ＧＷ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長重量；Ｄｃｒｙｓｔａｌ＝結晶体の比重；π＝円周率；ＧＬ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長長さ；ＧＤ＝結晶成長直径；
上式を実行する
ことを特徴とする請求項３記載の結晶体の製造装置。 - 前記メルト（１４）が変化した高さ、即ち、メルト変化高さ（ΔＭＰ）を検出するメルト変化高さ検出手段をさらに具備し、
前記結晶成長長さ算出手段（Ｍ２０）は、
前記メルト変化高さ（ΔＭＰ）をさらに用いて、前記結晶成長長さ（ＧＬ）を算出する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の結晶体の製造装置。 - 前記結晶成長長さ算出手段（Ｍ２０）は、
ここで：ＧＬ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長長さ；ｒＤ＝ワイヤードラムの半径；ｒＷ＝ワイヤーの半径；φ＝トラバース角；θ［ｋ］＝区間ｋのドラム回転角度；ＷＥＬＷ［ｎ］＝接点ｎの巻き取り部伸び長；ＷＥＬＳ［ｎ］＝接点ｎの垂下部伸び長；ΔＭＰ［ｎ］＝接点ｎのメルト変化高さ；
上式を実行する
ことを特徴とする請求項５記載の結晶体の製造装置。 - ワイヤー（１０）に接続されたシード（１２）をメルト（１４）に浸漬し、該ワイヤー（１０）をワイヤードラム（１６）で巻きとって、該シード（１２）の下に結晶体（１８）を成長させる結晶体の製造装置において、
前記シード（１２）を浸漬したときに、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した長さ、即ち、ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）を記憶するワイヤー初期垂下長記憶手段（Ｍ１０）と、
前記ワイヤー（１０）の伸び率（ε）を記憶する伸び率記憶手段（Ｍ１１）と、
前記結晶体（１８）が成長した重量、即ち、結晶成長重量（ＧＷ）を検出する結晶成長重量検出手段（Ｍ１２）と、
前記ワイヤードラム（１６）が回転した角度、即ち、ドラム回転角度（θ）を検出するドラム回転角度検出手段（Ｍ１４）と、
前記伸び率（ε）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）に巻き取られた部分の伸び長の変化量、即ち、巻き取り部伸び長変化量（ΔＷＥＬＷ）を算出する巻き取り部伸び長変化量算出手段（Ｍ２６）と、
前記伸び率（ε）と、前記ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した部分の伸び長の変化量、即ち、垂下部伸び長変化量（ΔＷＥＬＳ）を算出する垂下部伸び長変化量算出手段（Ｍ２８）と、
前記巻き取り部伸び長変化量（ΔＷＥＬＷ）と、前記垂下部伸び長変化量（ΔＷＥＬＳ）とを用いて、前記シードを上昇させる速度の操作量を算出するシード上昇速度操作量算出手段（Ｍ３０）と
を具備することを特徴とする結晶体の製造装置。 - 前記ドラム回転角度検出手段（Ｍ１４）は、
ここで：θ［ｉ−１］＝区間ｉ−１のドラム回転角度；ｔ［ｎ］＝接点ｎの時間；ｔ［ｎ−１］＝接点ｎ−１の時間；ω（ｔ）＝ワイヤードラムの回転角速度；
上式を実行し、
前記巻き取り部伸び長変化量算出手段（Ｍ２６）は、
ここで：ΔＷＥＬＷ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の巻き取り部伸び長変化量；ｒＤ＝ワイヤードラムの半径；ｒＷ＝ワイヤーの半径；φ＝トラバース角；θ［ｉ−１］＝区間ｉ−１のドラム回転角度；ε（ＧＷ［ｎ］）＝接点ｎの伸び率；ＧＷ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長重量；ε（ＧＷ［ｎ−１］）＝接点ｎ−１の伸び率；ＧＷ［ｎ−１］＝接点ｎ−１の結晶成長重量；
上式を実行し、
前記垂下部伸び長変化量算出手段（Ｍ２８）は、
ここで：ＷＥＬＳ［ｎ］＝接点ｎの垂下部伸び長；ｒＤ＝ワイヤードラムの半径；ｒＷ＝ワイヤーの半径；φ＝トラバース角；θ［ｋ］＝区間ｋのドラム回転角度；ＷＥＬＷ［ｎ］＝接点ｎの巻き取り部伸び長；ε（ＧＷ［ｎ］）＝接点ｎの伸び率；ＧＷ［ｎ］＝接点ｎの結晶成長重量；
ここで：ΔＷＥＬＳ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の垂下部伸び長変化量；ＷＥＬＳ［ｎ］＝接点ｎの垂下部伸び長；ＷＥＬＳ［ｎ−１］＝接点ｎ−１の垂下部伸び長；
上式を実行し、
前記シード上昇速度操作量算出手段（Ｍ３０）は、
ここで：ＳＬＣ［ｎ］＝接点ｎのシード上昇速度操作量；ΔＷＥＬＷ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の巻き取り部伸び長変化量；ΔＷＥＬＳ［ｉ−１］＝区間ｉ−１の垂下部伸び長変化量；Δｔ［ｉ−１］＝区間ｉ−１内の時間；
上式を実行する
ことを特徴とする請求項７記載の結晶体の製造装置。 - ワイヤー（１０）に接続されたシード（１２）をメルト（１４）に浸漬し、該ワイヤー（１０）をワイヤードラム（１６）で巻きとって、該シード（１２）の下に結晶体（１８）を成長させる結晶体の製造方法において、
前記ワイヤー（１０）の伸び率（ε）を予め記憶しておき、
前記シード（１２）を浸漬したときに、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した長さ、即ち、ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）を記憶し、
前記シード（１２）を上昇させながら、前記結晶体（１８）が成長した重量、即ち、結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ワイヤードラム（１６）が回転した角度、即ち、ドラム回転角度（θ）とを検出し、
前記伸び率（ε）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）に巻き取られた部分の伸び長、即ち、巻き取り部伸び長（ＷＥＬＷ）を算出し、
前記伸び率（ε）と、前記ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した部分の伸び長、即ち、垂下部伸び長（ＷＥＬＳ）を算出し、
前記ドラム回転角度（θ）と、前記巻き取り部伸び長（ＷＥＬＷ）と、前記垂下部伸び長（ＷＥＬＳ）とを用いて、前記結晶体（１８）が成長した長さ、即ち、結晶成長長さ（ＧＬ）を算出する
ことを特徴とする結晶体の製造方法。 - ワイヤー（１０）に接続されたシード（１２）をメルト（１４）に浸漬し、該ワイヤー（１０）をワイヤードラム（１６）で巻きとって、該シード（１２）の下に結晶体（１８）を成長させる結晶体の製造方法において、
前記ワイヤー（１０）の伸び率（ε）を予め記憶しておき、
前記シード（１２）を浸漬したときに、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した長さ、即ち、ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）を記憶し、
前記シードを上昇させながら、前記結晶体（１８）が成長した重量、即ち、結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ワイヤードラム（１６）が回転した角度、即ち、ドラム回転角度（θ）とを検出し、
前記伸び率（ε）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）に巻き取られた部分の伸び長の変化量、即ち、巻き取り部伸び長変化量（ΔＷＥＬＷ）を算出し、
前記伸び率（ε）と、前記ワイヤー初期垂下長（ＷＩＬ）と、前記結晶成長重量（ＧＷ）と、前記ドラム回転角度（θ）とを用いて、前記ワイヤー（１０）が前記ワイヤードラム（１６）から垂下した部分の伸び長の変化量、即ち、垂下部伸び長変化量（ΔＷＥＬＳ）を算出し、
前記巻き取り部伸び長変化量（ΔＷＥＬＷ）と、前記垂下部伸び長変化量（ΔＷＥＬＳ）とを用いて、前記シードを上昇させる速度の操作量を算出する
ことを特徴とする結晶体の製造方法。
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