JP4293393B2 - 結晶体の製造装置および製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶体の製造装置に関し、特に、結晶体の制御性維持に有効なメルト移動手段を具備する結晶体の製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
チョクラルスキー法(以下、「CZ法」という)は、ルツボに収容されたメルトにシードを浸漬し、該シードを上昇させて結晶体を成長させる技術である。このCZ法では、一般に、メルトの液位を一定に制御しながら結晶体の引き上げが行われる。これは、メルトと結晶体の界面固定や結晶体の酸素濃度制御および結晶熱履歴制御を目的としたものである。
【0003】
上記液位一定制御によれば、結晶体の制御を容易かつ好適に行うことができるため、現在この液位一定制御は、結晶体製造の基幹技術となっている。
【0004】
しかし、近年、結晶体に要求される酸素濃度および結晶熱履歴の多様化により、上記液位一定制御のみでは、この多様化に対応できなくなりつつある。また、上記液位一定制御は、熱によるルツボの変形や結晶体の直径変化等の影響を受けるため、この影響を補正して、より厳密な制御を達成したい場合がある。
【0005】
特開平6−92784号公報は、上記課題の解決を目的とした技術を開示している。この従来技術は、液位の変動分だけルツボを上昇させて、液位の変動を補正する技術である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載された方法に従って、結晶体の成長中にルツボを上昇させると、結晶体の直径制御が不安定になるという問題が発生する。この問題は、ルツボの上昇時だけでなく、ルツボの上昇を停止したときにも同様に発生する。即ち、ルツボの上昇が結晶成長の外乱として作用し、結晶直径の制御性に影響するのである。このような制御性への影響は、所望の結晶体が得られず歩留まりが低下するといった問題を引き起こす原因となる。
【0007】
従って、液位を変化させる場合には、結晶体の制御性に配慮する必要がある。しかし、今までに、結晶体の制御性を維持しつつ、液位を移動させる技術は知られておらず、結晶体の製造分野では、このような技術が強く求められていた。
【0008】
そこで、本発明は、結晶体の制御性維持に有効なメルト移動手段を具備する結晶体の製造装置を提供することを目的とする。
【0009】
上記目的を達成するため、請求項1に係る第1発明は、
ルツボに収容されたメルトにシードを浸漬し、シードを上昇させて結晶体を成長させる結晶体の製造装置であって、
前記シードを制御して昇降させるシード制御部と、
前記ルツボを制御して昇降させるルツボ制御部と、
目標結晶成長速度を結晶成長速度操作量として出力する目標速度決定部と、
結晶体の成長長さの増加量とメルトの液位の降下量とに応じた値と前記結晶成長速度操作量とを演算してルツボ速度操作量を算出する比率演算部と、
結晶成長長さに対応する目標液位を算出する目標液位決定部と、
前記目標液位に基づいて液位移動のための液位移動速度操作量を算出する液位移動速度操作量算出手段と、
前記結晶成長速度操作量に前記液位移動速度操作量を加算し、結晶成長速度操作量を算出する加算部と、
最後に演算して算出した結晶成長速度操作量を信号処理し、その信号処理した信号を前記シード制御部に出力するための第1の信号処理部と、
前記ルツボ速度操作量に前記液位移動速度操作量を加算し、ルツボ速度操作量を算出する加算部と、
最後に演算して算出したルツボ速度操作量を信号処理し、その信号処理した信号を前記ルツボ制御部に出力するための第2の信号処理部と
を具備することを特徴とする。
請求項2に係る第2発明は、
シードを制御して昇降させるシード制御部と、
ルツボを制御して昇降させるルツボ制御部と、
目標結晶成長速度を結晶成長速度操作量として出力する目標速度決定部と、
結晶体の成長長さの増加量とメルトの液位の降下量とに応じた値と前記結晶成長速度操作量とを演算してルツボ速度操作量を算出する比率演算部とを具える結晶体の製造装置を用い、
前記ルツボに収容されたメルトにシードを浸漬し、シードを上昇させて結晶体を成長させる結晶体の製造方法において、
結晶成長長さに対応する目標液位を算出し、
前記目標液位に基づいて液位移動のための液位移動速度操作量を算出し、
前記結晶成長速度操作量に前記液位移動速度操作量を加算し、結晶成長速度操作量を算出し、
前記ルツボ速度操作量に前記液位移動速度操作量を加算し、ルツボ速度操作量を算出し、
最後に演算して算出した結晶成長速度操作量を信号処理し、その信号処理した信号を前記シード制御部に出力してシード制御を行い、
最後に演算して算出したルツボ速度操作量を信号処理し、その信号処理した信号を前記ルツボ制御部に出力してルツボ制御を行う
ことを特徴とする。
請求項3に係る第3発明は、第2発明において、
前記目標液位は、酸素蒸発量の制御または酸素溶解量の制御または結晶温度勾配の制御のいずれかの制御においてそれぞれ決定される目標液位であることを特徴とする。
請求項4に係る第4発明は、
結晶成長速度を決定する結晶成長速度決定部と、
結晶体の成長長さの増加量とメルトの液位の降下量との比率を前記結晶成長速度に乗じる比率演算部と、
液位移動速度を前記比率演算部の乗算結果と前記結晶成長速度の双方に加算する液位移動速度加算部と
を具備することを特徴とする。
第5発明は、第4発明において、
前記メルトの液位変動量を検出する液位変動量検出部と、前記液位変動量を速度量に変換して、前記液位移動速度を算出する速度変換部とをさらに具備することを特徴とする。
第6発明は、第1発明において、
前記目標液位決定部は、
結晶成長長さに対応する目標液位をプログラムパターンとして予め記憶するプログラムパターン記憶手段と、
前記記憶したプログラムパターンに基づき結晶成長長さに対応する目標液位を決定する目標液位決定手段と
を具備することを特徴とする。
第7発明は、第1発明または第6発明において、
前記液位移動速度操作量算出手段は、前記目標液位の変化量と目標液位の変化に要する時間とに応じて液位移動速度操作量を算出する演算部を具備することを特徴とする。
第8発明は、第1発明または第6発明または第7発明のいずれかにおいて、
酸素蒸発量の制御または酸素溶解量の制御または結晶温度勾配または液位ズレの補正を行う制御に用いられる液位変動量検出部であって、前記各制御に応じて液位変動量を検出する液位変動量検出部をさらに具備することを特徴とする。
第9発明は、第1発明および第6発明乃至第8発明のいずれかにおいて、
前記液位変動検出部が検出した前記液位変動量に基づく速度の操作量を、前記ルツボ速度操作量に加算し、ルツボ速度操作量を算出する加算部を具備することを特徴とする。
第10発明は、第1発明および第6発明乃至第9発明のいずれかにおいて、
前記結晶成長速度の操作量に前記液位変動量に基づく速度の操作量を加算し、結晶成長速度操作量を算出する加算部を具備することを特徴とする。
第11発明は、第1発明および第6発明乃至第10発明のいずれかにおいて、
結晶体の結晶直径偏差または結晶重量偏差を減少すべく算出されるシード上昇速度操作量を算出するPID演算部と、
前記PID演算部で算出された前記シード上昇速度操作量と前記目標速度決定部が出力した前記結晶成長速度操作量を加算する加算器を具備し、
前記加算した操作量を結晶成長速度操作量として前記比率演算部に出力することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
(発明の概要)
本発明の一の特徴は、シードおよびルツボを等量上昇させて、メルトの液位移動を行うことにある。液位移動とは、結晶体とメルトとの界面位置(以下、「液位」という)を積極的に移動させることである。液位移動は、公知の液位一定制御とは別の制御である。
【0011】
公知の液位一定制御は、結晶体の成長長さの増加量と液位の降下量との比率に従って、ルツボを上昇させる制御である。この制御により、メルトの量が減少しても液位は一定の高さに維持される。これに対し、液位移動は、液位一定制御の結果成立した液位を故意に移動させて、酸素蒸発量の制御や酸素溶解量の制御や結晶温度勾配の制御や液位ズレの補正を行う制御である。
【0012】
本発明では、液位を移動させる際に、シードおよびルツボを等量上昇させる。シードおよびルツボを等量上昇させる技術的意義は、結晶体の成長長さの増加量と液位の降下量との比率を維持した状態で、液位移動を行うことにある。即ち、液位一定制御の下で、シードとルツボを同じ量だけ上昇させると、上記比率を維持したまま液位のみがシフトする。その結果、液位一定制御は、液位の移動中だけでなく液位の移動後も継続して実行される。
【0013】
(発明プロセス)
本発明者は、前述した課題を解決すべく、以下に示す過程を経て本発明を完成させるに至った。
まず、本発明者は、ルツボの上昇が結晶体の成長に影響を与える原因を次のように考えた。即ち、液位一定制御が成り立つ状態では、たとえルツボが上昇していても結晶体は、所定の制御アルゴリズムに従って成長する。しかし、液位一定制御とは別の要因に従ってルツボを上昇させると、一定であった液位が上昇する。その結果、液位が上昇した分だけ結晶体の成長速度が遅くなり、結晶体の直径が大きくなる。
【0014】
上記現象は、液位一定制御を狂わせるものとして捉えることができる。換言すると、液位一定制御を外れたところでのルツボの上昇は、結晶体の成長長さの増加量と液位の降下量との比率を故意に変化させる要因と考えることができる。従って、結晶体の制御性を維持するためには、液位一定制御が成り立つ条件下で液位を移動させる必要がある。液位一定制御を常に成立させるためには、結晶体の成長長さの増加量と液位の降下量との比率を常に維持させておく必要がある。
【0015】
上記のように考えた本発明者は、ルツボだけでなくシード側も上昇させるという発想を見出した。ルツボと同時にシード側も上昇させれば、上記比率を維持したまま液位を上昇させることができる。従って、この発想は、液位移動を組み込んだ結晶体の製造分野に有用である。
【0016】
本発明者は、上記発想を既存の結晶体製造装置に適用し、従来にない新規な構成を完成させた。以下、この特徴ある新規な構成を詳細に説明する。
【0017】
(発明の形態)
図1は、本発明に係る結晶体の製造装置の構成を示す概念ブロック図である。以下、同図に基づいて、本発明の一実施形態を説明する。尚、同図中の結晶体10、メルト12、ルツボ14、シード18、シードチャック20およびワイヤー22は、CZ法において周知の構成要素であるため、説明を省略する。
【0018】
結晶成長速度決定部100は、結晶体10を成長させる速度(以下、「結晶成長速度GR」という)を決定し、該決定した結晶成長速度GRを液位移動速度加算部104と比率演算部102に出力する。液位移動速度加算部104に出力された結晶成長速度GRは、シード18を上昇させる速度(以下、「シード上昇速度SL」という)の基本量となる。
【0019】
結晶成長速度GRは、結晶体10の直径やその他の品質を決定する重要な制御パラメータである。結晶成長速度GRの決定は、結晶体10が成長した長さに基づいて行うのが一般的である。この詳細は、後述の実施例にて説明する。
【0020】
比率演算部102は、結晶体10の成長長さの増加量とメルト12の液位の降下量との比率を結晶成長速度GRに乗じ、その結果を液位移動速度加算部104に出力する。比率演算部102は、前述した液位一定制御を達成する公知の技術であり、その一実施例を後述の実施例で説明する。この比率演算部102の出力は、ルツボ14を上昇させる速度(以下、「ルツボ上昇速度CL」という)の基本量となる。
【0021】
液位移動速度加算部104は、液位を移動させる速度(以下、「液位移動速度ML」という)を比率演算部102の乗算結果と結晶成長速度GRの双方にそれぞれ加算する。同図に示すように、結晶成長速度GRに液位移動速度MLが加算されたものがシード上昇速度SLとなり、比率演算部102の乗算結果に液位移動速度MLが加算されたものがルツボ上昇速度CLとなる。尚、実際の結晶体製造装置では、液位移動速度ML以外の操作量、例えば、重量偏差を収束させるための操作量も加算される。この周辺の詳細については後述の実施例で説明する。
【0022】
液位移動速度MLをシード上昇速度SLおよびルツボ上昇速度CLの両者に加算する理由は、前述した通り液位一定制御を実質的に維持した状態での液位移動を達成するためである。液位移動速度MLは、同図に示した液位ズレに基づくものの他、酸素蒸発量の制御や酸素溶解量の制御、結晶温度勾配の制御等においても発生する。以下に説明する構成要素は、液位ズレの補正を行う場合に組み込まれる要素である。
【0023】
液位変動量検出部106は、メルト12の液位が変動した量、即ち、目標液位と検出液位との差(以下、「液位変動量ΔMP」という)を検出し、該検出した液位変動量ΔMPを速度変換部108に出力する。液位変動量ΔMPの検出は、光学的手法によって行うことができる。この部分の詳細例は、後述の実施例で示す。
【0024】
速度変換部108は、液位変動量ΔMPを速度量に変換して、液位移動速度MLを算出する。位置情報である液位変動量ΔMPの速度量への変換は、該液位変動量ΔMPが発生した時間を用いて行うことができる。即ち、距離÷時間=速度の基本定理を適用して速度量を求める。後述の実施例では、サンプリング区間という概念を利用して上記速度変換を行う。
【0025】
尚、液位の移動を所定のパターンに従って行う場合には、該パターンを液位移動速度加算部104に出力する手段を設ければよい。このような手段は、上記液位変動量検出部106および速度変換部108と併用することもできる。後述の実施例では、この併用した場合の例を説明する。
【0026】
以上説明したように構成される本発明によれば、シードおよびルツボに対して等量の操作が行われるため、液位一定制御が維持された状態で液位移動を行うことができる。その結果、より厳格な液位一定制御や酸素蒸発量の制御や酸素溶解量の制御や結晶温度勾配の制御が期待できる。
【0027】
【実施例】
(要約)
目標液位に基づく液位移動量MC(MP)<mm/min>と、液位変動量ΔMPに基づく液位移動量MC(ΔMP)<mm/min>をシード側とルツボ側の双方に加算して、シード上昇速度SLおよびルツボ上昇速度CLを決定する(図7参照)。
【0028】
(好適な実施例)
シードとルツボを等量上昇させるという前記技術思想は、結晶製造の分野において、非常に有用な考え方である。ここでは、この特徴ある技術思想を産業上好ましいと思われる態様で具現化した例を示す。尚、以下に示す実施例は、本発明の一具現化例であり、本発明を限定するものではない。
【0029】
図2は、本発明の好適な実施例に係る結晶体の製造装置の構成を示す一部断面図である。以下、同図に基づいて、該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、物理量の単位を示すものとする。
【0030】
主制御部30は、シード制御部32と、ルツボ制御部48と、ヒーター制御部34とを駆使して、結晶成長直径GDとシード上昇速度SLの2値制御を実行する。この主制御部30は、該2値制御を達成するために、シード上昇速度SLと、ルツボの上昇速度と、ヒーターの温度を決定し、該決定した値をシード制御部32と、ルツボ制御部48と、ヒーター制御部34にそれぞれ出力する。さらに、この主制御部30は、メルト12の液位を一定にするために、結晶体10の成長に伴って、ルツボ14を所定の比率で上昇させる液位一定制御を行う。この液位一定制御により、シード18の上昇高さと結晶成長長さGLが等しいものとして扱うことができる。尚、目標液位が一定でない場合には、シード18の上昇高さから目標液位の変化量ΔMP(GL)を減算して、これを結晶成長長さGLとする。
【0031】
シード制御部32は、シード18の昇降および回転に関する制御機構と結晶成長重量GWを測定する重量センサ26を有し(図3参照)、主制御部30が決定したシード上昇速度SLでシード18を上昇させる。
【0032】
ルツボ制御部48は、ルツボ14の昇降および回転に関する制御機構を有し(図3参照)、主制御部30が決定した速度でルツボ14を上昇させる。
【0033】
ヒーター制御部34は、主制御部30の出力HPWR<volt>信号に基づいて、HCNT<W/h>信号を生成し、該生成した信号をヒーター16に出力する。その結果、ヒーター16は、HCNT<W/h>に応じて発熱し、ルツボ14に熱量が供給される。
【0034】
液位センサ28は、メルト12の上方に配設され、液位MPを光学的に検出する。そして、該検出した値をMP<volt>信号として主制御部30に出力する。
【0035】
保温筒40は、ヒーター16の外周に配設され、ヒーター16から放出された熱をその内側に保持し、ルツボ14への供熱効率を向上させる。
【0036】
温度センサ42は、保温筒40の内部に配設され、保温筒40周辺温度を検出する。そして、該検出した温度をTMP<volt>信号として主制御部30に出力する。尚、この温度センサ42に代えて、保温筒40の周辺に放射温度計を配設し、保温筒40の内側を構成するシールド材の温度を測定してもよい。
【0037】
チャンバー38は、結晶体10と、ルツボ14やヒーター16等のホットゾーン部品をその内部に気密収容する。このチャンバー38内には、アルゴンガスが供給される。
【0038】
ルツボシャフト46は、ルツボ支持台44の下面に固定され、ルツボ制御部48から供給された動力によって、昇降および回転する。ルツボ支持台44は、ルツボ14をその上面に載置し、ルツボシャフト46の上下動および回転に追従して移動する。その結果、ルツボ14が昇降および回転する。
【0039】
図3は、図2に示したシード制御部32とルツボ制御部48の構成を示すブロック図である。以下、同図に基づいて、シード制御部32とルツボ制御部48の構成を説明する。
【0040】
第1モーターアンプ54−1は、主制御部30の出力SL<volt>信号を設定信号として受け取り、第1ギア52−1の回転速度を参照しながらモーター駆動電力SCNT<volt>を生成する。そして、該生成した信号を第1モーター50−1に出力する。
【0041】
第1モーター50−1は、第1モーターアンプ54−1の出力SCNTに応じて第1ギア52−1を回転させる。その結果、ワイヤードラム24が回転して、ワイヤー22が巻き取られ、シード18が上昇する。尚、シード18を下降させる場合には、第1モーター50−1を逆回転させる。
【0042】
第1ロータリーエンコーダ56−1は、第1ギア52−1の回転速度をパルス信号に変換して、第1パルスカウンタ58−1に出力する。第1パルスカウンタ58−1は、第1ロータリーエンコーダ56−1から受信したパルス信号を計数し、この計数した結果をSLH信号(シード上昇高さ)として主制御部30に出力する。尚、シード18が下降しているときは、第1パルスカウンタ58−1の計数値がデクリメントされる。
【0043】
シード制御部32内には、同図に示した構成の他、シード18を回転させる構成が設けられる。この構成は、上述したシード18を上昇させる構成に準ずるものであり、ここでは説明を省略する。
【0044】
第2モーターアンプ54−2は、主制御部30の出力CL<volt>信号を設定信号として受け取り、第2ギア52−2の回転速度を参照しながらモーター駆動電力CCNT<volt>を生成する。そして、該生成した信号を第2モーター50−2に出力する。
【0045】
第2モーター50−2は、第2モーターアンプ54−2の出力CCNTに応じて第2ギア52−2を回転させる。その結果、ルツボシャフト46が上方向に移動して、ルツボ14が上昇する。尚、ルツボ14を下降させる場合には、第2モーター50−2を逆回転させる。
【0046】
ルツボ制御部48内には、同図に示した構成の他、ルツボ14を回転させる構成が設けられる。この構成は、上述したルツボ14を上昇させる構成に準ずるものであり、ここでは説明を省略する。
【0047】
図4は、図2に示したヒーター制御部34の構成を示すブロック図である。同図に示すように、ヒーター制御部34は、サイリスタと電力センサを用いたフィードバック制御系で構成される。このような構成は、周知の技術であるため、詳細な説明は省略する。
【0048】
図5は、図2に示した主制御部30の第1ブロックの構成を示すブロック図である。以下、同図を用いて、該第1ブロックの構成を説明する。尚、以下の説明では、伝達関数に含まれるパラメータを次のように統一して使用する。
【0049】
KV=速度変換定数、KT=温度変換定数、TDV=速度制御系微分時間、TDT=温度制御系微分時間、TIV=速度制御系積分時間、TIT=温度制御系積分時間、αV=速度制御系微分係数、αT=温度制御系微分係数、PV=速度制御系比例ゲイン、PT=温度制御系比例ゲイン。
【0050】
第1アンプ66−1は、デジタル入力信号SLHをSLH<mm>に変換し、第1減算器70−1は、該SLH<mm>から目標液位の変化量ΔMP(GL)を減算して、結晶成長長さGL<mm>を生成し、該生成した値を第1演算実行部68−1と、目標直径決定部78と、図6に示す目標液位決定部81と、図7に示す目標速度決定部80に出力する。尚、上記第1アンプ66−1の後段は、ソフトウェアで構成する。
【0051】
目標直径決定部78は、結晶成長長さGLに対応する目標直径をプログラムパターンとして予め記憶し、GL<mm>を該プログラムパターンに当てはめて、該当する目標直径を決定する。そして、該決定した値をGD(GL)<mm>として第1演算実行部68−1と、図7に示す第4演算実行部68−4に出力する。
【0052】
第1演算実行部68−1は、
ここで:Dcrystal=結晶体10の比重;π=円周率;GL=結晶成長長さ;GD(GL)=目標直径;
上記演算を実行して、前記目標直径に対応する目標重量を予測する。そして、該予測した重量GPW<g>を第2減算器70−2に出力する。
【0053】
第3アンプ66−3は、アナログ入力信号GW<volt>をGW<g>に変換し、該GW<g>を第2減算器70−2および図7に示すルツボ直径決定部82に出力する。この第3アンプ66−3の後段は、ソフトウェアで構成する。
【0054】
第2減算器70−2は、GPW<g>とGW<g>の差をとって、重量偏差GWD<g>を生成し、該生成した値をD型速度操作アンプ72と、PID型温度操作アンプ74に出力する。
【0055】
D型速度操作アンプ72は、
上記伝達関数でGWD<g>を処理して、シード上昇速度操作量SLC<mm/min>を生成する。そして、該生成した値を図7に示す第4減算器70−4に出力する。
【0056】
PID型温度操作アンプ74は、
上記伝達関数でGWD<g>を処理して、温度操作量TC<℃>を生成する。そして、該生成した値を図8に示す第5減算器70−5に出力する。
【0057】
図6は、図2に示した主制御部30の第2ブロックの構成を示すブロック図である。以下、同図を用いて、該第2ブロックの構成を説明する。
【0058】
目標液位決定部81は、結晶成長長さGLに対応する目標液位をプログラムパターンとして予め記憶し、GL<mm>を該プログラムパターンに当てはめて、該当する目標液位を決定する。そして、該決定した値をMP(GL)<mm>として第2演算実行部68−2と第3減算器70−3に出力する。また、結晶成長開始後の目標液位の変化量を算出し、これを目標液位の変化量ΔMP(GL)<mm>として第1減算器70−1に出力する。
【0059】
第2演算実行部68−2は、
ここで:MC(MP)=目標液位に基づく操作量;MP(GL)[n]=サンプリング区間Tの終点におけるMP(GL);MP(GL)[n−1]=サンプリング区間Tの始点におけるMP(GL);T=サンプリング間隔;
上式を実行して得られたMC(MP)<mm/min>を図7に示す第1加算器71−1および第3加算器71−3に出力する。上記サンプリング間隔Tは、各演算処理が行われる間隔であり、本実施例では1分とする。
【0060】
第7アンプ66−7は、図2に示した液位センサ28のアナログ出力MP<volt>をMP<mm>に変換し、該MP<mm>を第3減算器70−3に出力する。この第7アンプ66−7の後段は、ソフトウェアで構成する。
【0061】
第3減算器70−3は、MP(GL)<mm>とMP<mm>との差をとって、液位変動量ΔMP<mm>を生成する。そして、該生成した値を第3演算実行部68−3に出力する。
【0062】
第3演算実行部68−3は、
ここで:MC(ΔMP)=液位変動量に基づく操作量;ΔMP=液位変動量;T=サンプリング間隔;
上式を実行して得られたMC(ΔMP)<mm/min>を図7に示す第2加算器71−2および第4加算器71−4に出力する。
【0063】
図7は、図2に示した主制御部30の第3ブロックの構成を示すブロック図である。以下、同図を用いて、該第3ブロックの構成を説明する。
【0064】
目標速度決定部80は、結晶成長長さGLに対応する目標速度をプログラムパターンとして予め記憶し、GL<mm>を該プログラムパターンに当てはめて、該当する目標速度を決定する。そして、該決定した値をSL(GL)<mm>として第4減算器70−4に出力する。このSL(GL)<mm/min>が結晶成長速度GRの目標値となる。
【0065】
第4減算器70−4は、SL(GL)<mm/min>とSLC<mm/min>との差をとって、その結果を第1加算器71−1と第4演算実行部68−4に出力する。
【0066】
第1加算器71−1は、第4減算器70−4の出力にMC(MP)<mm/min>を加えて、その結果を第2加算器71−2に出力し、第2加算器71−2は、第1加算器71−1の出力にMC(ΔMP)<mm/min>を加えて、その結果を第4アンプ66−4に出力する。
【0067】
第4アンプ66−4は、上記第2減算器70−2の出力をアナログ信号SL<volt>に変換し、図3に示す第1モーターアンプ54−1に出力する。この第4アンプ66−4の後段は、ハードウェアで構成する。また、公知の結晶把持装置を併用して結晶引き上げを行う場合には、第2加算器71−2の出力SL<mm/min>を結晶把持装置の基本移動操作量として用いればよい。
【0068】
ルツボ直径決定部82は、ルツボ14の深さと該深さにおけるルツボ14の直径とを対応させて予め記憶し、該記憶内容に基づいて、メルト12の液面と接する部分のルツボ直径を決定する。具体的には、第3アンプ66−3の出力GW<g>を前記記憶したルツボ14の深さに対応させて、該当するルツボ14の直径を割り出す。そして、該決定した直径CI(GL)<mm>を第4演算実行部68−4に出力する。
【0069】
第4演算実行部68−4は、
ここで:Dcrystal=結晶体10の比重;GD(GL)=目標直径;Dmelt=メルト12の比重;CI(GL)=メルト12の液面が接触した部分のルツボ14の直径;SL(GL)=目標速度決定部80が出力した結晶成長速度;SLC=重量偏差に基づく操作量;
上記比率演算を実行して、その結果を第3加算器71−3に出力する。
【0070】
第3加算器71−3は、第4演算実行部68−4の出力にMC(MP)<mm/min>を加えて、その結果を第4加算器71−4に出力し、第4加算器71−4は、第3加算器71−3の出力にMC(ΔMP)<mm/min>を加えて、その結果を第5アンプ66−5に出力する。この第4加算器71−4の出力が液位を目標値に合わせるために必要なルツボ上昇速度CL<mm/min>となる。
【0071】
第5アンプ66−5は、CL<mm/min>をアナログ信号CL<volt>に変換し、図3に示す第2モーターアンプ54−2に出力する。この第5アンプ66−5の後段は、ハードウェアで構成する。
【0072】
図8は、図2に示した主制御部30の第4ブロックの構成を示すブロック図である。以下、同図を用いて、この第4ブロックの構成を説明する。
【0073】
第5減算器70−5は、ヒーター16の設定温度Tset<℃>とTC<℃>との差をとって、ヒーター温度HT<℃>を生成する。そして、該生成した値を第6アンプ66−6に出力する。
【0074】
第6アンプ66−6は、HT<℃>をアナログ信号HT<volt>に変換し、第6減算器70−6に出力する。この第6アンプ66−6の後段は、ハードウェアで構成する。
【0075】
第6減算器70−6は、HT<volt>信号と温度センサ42の出力TMP<volt>との差をとって、温度偏差HTD<volt>を生成する。そして、該生成した信号をPID型温度制御アンプ84に出力する。
【0076】
PID型温度制御アンプ84は、
上記伝達関数でHTD<volt>を処理して、電力信号HPWR<volt>を生成する。そして、該生成した値を図2に示すヒーター制御部34に出力する。
【0077】
以上の構成により、液位一定制御が成立した状態で液位の移動が行われる。
【0078】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、結晶体の制御性維持に有効なメルト移動手段を具備する結晶体の製造装置を提供することができる。
【0079】
また、本発明によれば、シードおよびルツボに対して等量の操作が行われるため、液位一定制御が維持された状態で液位移動を行うことができる。その結果、より厳格な液位一定制御や酸素蒸発量の制御や酸素溶解量の制御や結晶温度勾配の制御が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る結晶体の製造装置の構成を示す概念ブロック図である。
【図2】本発明の好適な実施例に係る結晶体の製造装置の構成を示す一部断面図である。
【図3】図2に示したシード制御部32とルツボ制御部48の構成を示すブロック図である。
【図4】図2に示したヒーター制御部34の構成を示すブロック図である。
【図5】図2に示した主制御部30の第1ブロックの構成を示すブロック図である。
【図6】図2に示した主制御部30の第2ブロックの構成を示すブロック図である。
【図7】図2に示した主制御部30の第3ブロックの構成を示すブロック図である。
【図8】図2に示した主制御部30の第4ブロックの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
10…結晶体、12…メルト、14…ルツボ、16…ヒーター、18…シード、20…シードチャック、22…ワイヤー、24…ワイヤードラム、26…重量センサ、28…液位センサ、30…主制御部、32…シード制御部、34…ヒーター制御部、38…チャンバー、40…保温筒、42…温度センサ、44…ルツボ支持台、46…ルツボシャフト、48…ルツボ制御部、50−1…第1モーター、50−2…第2モーター、52−1…第1ギア、52−2…第2ギア、54−1…第1モーターアンプ、54−2…第2モーターアンプ、56−1…第1ロータリーエンコーダ、58−1…第1パルスカウンタ、60…サイリスタコントローラ、62…交流直流変換器、64…電力センサ、66−1…第1アンプ、66−3…第3アンプ、66−4…第4アンプ、66−5…第5アンプ、66−6…第6アンプ、66−7…第7アンプ、68−1…第1演算実行部、68−2…第2演算実行部、68−3…第3演算実行部、68−4…第4演算実行部、70−1…第1減算器、70−2…第2減算器、70−3…第3減算器、70−4…第4減算器、70−5…第5減算器、70−6…第6減算器、71−1…第1加算器、71−2…第2加算器、71−3…第3加算器、71−4…第4加算器、72…D型速度操作アンプ、74…PID型温度操作アンプ、78…目標直径決定部、80…目標速度決定部、81…目標液位決定部、82…ルツボ直径決定部、84…PID型温度制御アンプ、86…PD型速度操作アンプ、88…I型温度操作アンプ、100…結晶成長速度決定部、102…比率演算部、104…液位移動速度加算部、106…液位変動量検出部、108…速度変換部、CL…ルツボ上昇速度、GD…結晶成長直径、GL…結晶成長長さ、GR…結晶成長速度、GW…結晶成長重量、GWD…重量偏差、ML…液位移動速度、MP…液位、ΔMP…液位変動量、SL…シード上昇速度、
Claims (11)
- ルツボに収容されたメルトにシードを浸漬し、シードを上昇させて結晶体を成長させる結晶体の製造装置であって、
前記シードを制御して昇降させるシード制御部と、
前記ルツボを制御して昇降させるルツボ制御部と、
目標結晶成長速度を結晶成長速度操作量として出力する目標速度決定部と、
結晶体の成長長さの増加量とメルトの液位の降下量とに応じた値と前記結晶成長速度操作量とを演算してルツボ速度操作量を算出する比率演算部と、
結晶成長長さに対応する目標液位を算出する目標液位決定部と、
前記目標液位に基づいて液位移動のための液位移動速度操作量を算出する液位移動速度操作量算出手段と、
前記結晶成長速度操作量に前記液位移動速度操作量を加算し、結晶成長速度操作量を算出する加算部と、
最後に演算して算出した結晶成長速度操作量を信号処理し、その信号処理した信号を前記シード制御部に出力するための第1の信号処理部と、
前記ルツボ速度操作量に前記液位移動速度操作量を加算し、ルツボ速度操作量を算出する加算部と、
最後に演算して算出したルツボ速度操作量を信号処理し、その信号処理した信号を前記ルツボ制御部に出力するための第2の信号処理部と
を具備することを特徴とする結晶体の製造装置。 - シードを制御して昇降させるシード制御部と、
ルツボを制御して昇降させるルツボ制御部と、
目標結晶成長速度を結晶成長速度操作量として出力する目標速度決定部と、
結晶体の成長長さの増加量とメルトの液位の降下量とに応じた値と前記結晶成長速度操作量とを演算してルツボ速度操作量を算出する比率演算部とを具える結晶体の製造装置を用い、
前記ルツボに収容されたメルトにシードを浸漬し、シードを上昇させて結晶体を成長させる結晶体の製造方法において、
結晶成長長さに対応する目標液位を算出し、
前記目標液位に基づいて液位移動のための液位移動速度操作量を算出し、
前記結晶成長速度操作量に前記液位移動速度操作量を加算し、結晶成長速度操作量を算出し、
前記ルツボ速度操作量に前記液位移動速度操作量を加算し、ルツボ速度操作量を算出し、
最後に演算して算出した結晶成長速度操作量を信号処理し、その信号処理した信号を前記シード制御部に出力してシード制御を行い、
最後に演算して算出したルツボ速度操作量を信号処理し、その信号処理した信号を前記ルツボ制御部に出力してルツボ制御を行う
ことを特徴とする結晶体の製造方法。 - 前記目標液位は、酸素蒸発量の制御または酸素溶解量の制御または結晶温度勾配の制御のいずれかの制御においてそれぞれ決定される目標液位であることを特徴とする請求項2記載の結晶体の製造方法。
- 結晶成長速度を決定する結晶成長速度決定部と、
結晶体の成長長さの増加量とメルトの液位の降下量との比率を前記結晶成長速度に乗じる比率演算部と、
液位移動速度を前記比率演算部の乗算結果と前記結晶成長速度の双方に加算する液位移動速度加算部と
を具備することを特徴とする結晶体の製造装置。 - 前記メルトの液位変動量を検出する液位変動量検出部と、前記液位変動量を速度量に変換して、前記液位移動速度を算出する速度変換部とをさらに具備することを特徴とする請求項4記載の結晶体の製造装置。
- 前記目標液位決定部は、
結晶成長長さに対応する目標液位をプログラムパターンとして予め記憶するプログラムパターン記憶手段と、
前記記憶したプログラムパターンに基づき結晶成長長さに対応する目標液位を決定する目標液位決定手段と
を具備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。 - 前記液位移動速度操作量算出手段は、前記目標液位の変化量と目標液位の変化に要する時間とに応じて液位移動速度操作量を算出する演算部を具備することを特徴とする請求項1または請求項6記載の結晶体の製造装置。
- 酸素蒸発量の制御または酸素溶解量の制御または結晶温度勾配または液位ズレの補正を行う制御に用いられる液位変動量検出部であって、前記各制御に応じて液位変動量を検出する液位変動量検出部をさらに具備することを特徴とする請求項1または請求項6または請求項7いずれか記載の結晶体の製造装置。
- 前記液位変動検出部が検出した前記液位変動量に基づく速度の操作量を、前記ルツボ速度操作量に加算し、ルツボ速度操作量を算出する加算部を具備することを特徴とする請求項1および請求項6から請求項8いずれか記載の結晶体の製造装置。
- 前記結晶成長速度の操作量に前記液位変動量に基づく速度の操作量を加算し、結晶成長速度操作量を算出する加算部を具備することを特徴とする請求項1および請求項6から請求項9いずれか記載の結晶体の製造装置。
- 結晶体の結晶直径偏差または結晶重量偏差を減少すべく算出されるシード上昇速度操作量を算出するPID演算部と、
前記PID演算部で算出された前記シード上昇速度操作量と前記目標速度決定部が出力した前記結晶成長速度操作量を加算する加算器を具備し、
前記加算した操作量を結晶成長速度操作量として前記比率演算部に出力することを特徴とする請求項1および請求項6から請求項10いずれか記載の結晶体の製造装置。
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