JP4484268B2

JP4484268B2 - 結晶体の製造方法

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Publication number: JP4484268B2
Application number: JP10966199A
Authority: JP
Inventors: 修治尾上
Original assignee: Sumco Techxiv Corp
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 1999-04-16
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2019-04-16
Also published as: JP2000302590A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶体の製造方法に関し、特に、引き上げバッチごとのバラツキ防止に有効な結晶体の製造方法に関する。
【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。この液位一定制御は、結晶体の成長長さの増加量とメルトの液位降下量との比率に基づいてルツボを上昇させる比率制御によって達成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の比率制御では、実際に液位を一定にすることが困難であり、引き上げバッチごとに制御結果が異なるといった問題があった。このような液位一定制御の誤差は、結晶体の成長速度に影響するため、場合によっては所望の直径や酸素濃度や結晶熱履歴が得られず歩留まりの低下原因となっていた。
【０００５】
特に、近年、結晶体の直径や酸素濃度や結晶熱履歴の厳密な制御が要求されており、歩留まりの低下を避けてこのような要求を満たすためには、上記のような引き上げバッチごとのバラツキを低減させる必要がある。
【０００６】
そこで、本発明は、引き上げバッチごとのバラツキ防止に有効な結晶体の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、標準ルツボ（２００）の形状データ（Ｐ［ｎ］）に基づいて、使用ルツボ（２０２）内に収容されたメルト（１２）の挙動を把握しながら、結晶体（１０）を製造する方法において、前記標準ルツボと使用ルツボの重量差（ΔＷ）に基づいて両者の肉厚差（Δｔ）を概算し、この概算した肉厚差を用いて前記形状データを補正することを特徴とする。
請求項２記載の発明は、標準ルツボ（２００）の形状データ（Ｐ［ｎ］）を作成する工程と、前記標準ルツボの重量を示す標準ルツボ重量（Ｗ_Ｓ）を測定する工程と、使用ルツボ（２０２）の重量を示す使用ルツボ重量（Ｗ_Ｃ）を測定する工程と、前記標準ルツボ重量（Ｗ_Ｓ）と使用ルツボ重量（Ｗ_Ｃ）の差を示す重量差（ΔＷ）を算出する工程と、前記重量差（ΔＷ）を肉厚差（Δｔ）に変換する工程と、前記形状データ（Ｐ［ｎ］）を法線方向に前記肉厚差（Δｔ）分シフトして、補正データ（Ｐ’［ｎ］）を作成する工程と、前記補正データ（Ｐ’［ｎ］）に基づいてメルト（１２）の挙動を把握する工程とを具備する。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記肉厚差（Δｔ）は、［式２］

ここで：Δｔ＝標準ルツボと使用ルツボの肉厚差；ΔＷ＝標準ルツボと使用ルツボの重量差；Ｓ＝標準ルツボの表面積；ρ＝標準ルツボの密度；ｋ＝気泡率；上式を用いて求める。
請求項４記載の発明は、請求項２または請求項３記載の発明において、前記形状データ（Ｐ［ｎ］）および補正データ（Ｐ’［ｎ］）は、Ｘ座標およびＹ座標を示す座標データで構成され、前記補正データ（Ｐ’［ｎ］）を作成する工程は、前記形状データ（Ｐ［ｎ］）中の隣接点Ｐ［ｎ−１］とＰ［ｎ］とを結ぶ直線の傾きを示す区間傾き（ａ［ｎ］）を算出する工程と、前記算出した区間傾き（ａ［ｎ］）中の隣接データａ［ｎ］とａ［ｎ＋１］の平均値を示す平均傾き（ａ’［ｎ］）を算出する工程と、前記肉厚差（Δｔ）をスカラ量として有し前記平均傾き（ａ’［ｎ］）と垂直方向に向くベクトルをＸ成分とＹ成分に分解して、前記形状データ（Ｐ［ｎ］）のＸ座標およびＹ座標にそれぞれ加算する工程とを具備する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（発明の概要）
本発明の一の特徴は、標準ルツボと使用ルツボの重量差ΔＷに基づいて両者の肉厚差Δｔを概算し、この概算した肉厚差を用いて形状データを補正することにある。標準ルツボとは、例えば、ルツボの設計図に示されたような典型的な形状を有するルツボを意味し、使用ルツボとは、引き上げバッチごとに使用するルツボを意味する。
【０００９】
標準ルツボと使用ルツボの重量差ΔＷを求める理由は、引き上げバッチごとに生じる誤差成分を捉えるためである。そして、この重量差ΔＷを肉厚差Δｔという幾何情報に変換し、ルツボの形状データに反映させる。これにより、比率演算時に参照される形状データが使用ルツボの形状に近くなるため、実質的に各バッチごとの誤差が吸収されることになる。
【００１０】
（発明プロセス）
以下、本発明に至った過程を説明する。
まず、引き上げバッチごとに液位一定制御にバラツキが生じる原因としては、メルトを収容する石英ルツボの形状差が考えられる。つまり、ＣＺ法では、結晶体を１本引き上げるごとに、石英ルツボが交換されるため、個々の石英ルツボに形状差があると、同じ量のメルトを使用した場合でも、充填される深さやメルト表面の径に差が生じることになる。
【００１１】
この石英ルツボは、サセプターである黒鉛ルツボ内に収容され、この状態で素材が充填される。この充填された素材は、ヒーターによって加熱されるため、石英ルツボは、この加熱時に軟化し、黒鉛ルツボの内周面にフィットする。従って、石英ルツボの形状は、この段階で決まる。
【００１２】
黒鉛ルツボの形状は、加熱によってそれ程変形しないため、黒鉛ルツボの内周形状が一定であれば、石英ルツボの外縁形状も一定になる。従って、外縁形状に関しては、引き上げバッチことのバラツキが問題になることはないと考えられる。これに対し、石英ルツボの内周形状は、該石英ルツボの肉厚によって決まるため、バラツキが生じ易い。石英ルツボの肉厚のバラツキは、製造過程で必然的に生じるものであるため、全ての石英ルツボの肉厚を一定にすることは困難である。このような石英ルツボの内周形状のバラツキは、次のような問題を引き起こすと考えられる。
【００１３】
液位一定制御の基本処理である比率演算は、メルトの表面が位置した部分のルツボの内径（以下、「ルツボ内径ＣＩ」という）を演算パラメータとして用いるため、比率演算を正確に行うためには、メルト表面の径を正確に把握する必要がある。
【００１４】
しかし、メルト表面の径を光学的手法等で測定することは困難であるため、ルツボ内径ＣＩは、一般に、メルト表面の位置の変化量（以下、液位ＭＰという）を測定し、この測定した値と石英ルツボ充填時の初期深さ（以下、「メルト初期深さＭＤ_０」という）との加算値から、ルツボを上昇させた高さ（以下、「ルツボ上昇高さＣＬＨ」という）を減じて、メルト深さＭＤを算出し、このメルト深さＭＤを石英ルツボの形状に当てはめて求められる。
【００１５】
このため、引き上げバッチごとに石英ルツボの内周形状が異なると、上記のようにして求められたルツボ内径ＣＩに誤差が生じることになる。反面、各バッチごとに使用される石英ルツボ、即ち、使用ルツボの個々の形状、特に軟化後の形状を測定することは事実上困難であり、また、煩雑でもある。
【００１６】
従って、引き上げバッチごとの誤差成分を別の観点から捉える必要がある。このように考えた本発明者が個々の使用ルツボの違いを調べた結果、各使用ルツボの重量に±１５％程度のバラツキがあることが明らかになった。
【００１７】
この±１５％程度の重量のバラツキは、各使用ルツボの肉厚のバラツキに起因または誘起するものと考えられる。そこで、本発明者は、この重量のバラツキを利用して、各使用ルツボの形状を捉えるという観点から創作行為を繰り返し、引き上げバッチごとのバラツキ防止に有効な構成を想到した。以下、この特徴ある新規な構成を詳細に説明する。
【００１８】
（発明の形態）
以下、図１乃至図５を使用して、本発明の構成を説明する。
図１は、標準ルツボの形状を示す斜視図である。同図に示すように、標準ルツボ２００は、ｔ_ｓの肉厚とＳの表面積を有する石英ルツボである。尚、以下の説明では、メルトが収容される内周面の表面積をＳとして説明するが、標準ルツボ２００の外壁の表面積をＳとしてもよい。
【００１９】
この標準ルツボ２００は、前述したように、例えば、設計図に示されたような典型的な形状を有するルツボを意味する。従って、この標準ルツボ２００の肉厚ｔ_ｓおよび表面積Ｓは、当該設計図から設計上のデータとして求めることができる。尚、標準ルツボ２００は、このような設計上のものに限定されるものではなく、実際に製造された一のルツボを標準ルツボ２００としてもよい。
【００２０】
図２は、使用ルツボの形状を示す斜視図である。前述したように、引き上げ開始時の石英ルツボは、軟化して黒鉛ルツボの内周面にフィットした状態であるため、その外縁形状は一定と考えることができる。しかし、同図に示すように、使用ルツボ２０２は、ｔｃの肉厚を有し、標準ルツボ２００との間にはΔｔの肉厚差がある。この肉厚差Δｔは、主に、製造誤差によって発生し、石英ルツボの厚さは、一般に、ルツボの壁面に沿って不均一である。従って、この肉厚差Δｔを正確に測定することは困難である。結晶体の製造時には、この使用ルツボ２０２にメルト１２が収容される。
【００２１】
図３は、図１に示した標準ルツボ２００の形状データの作成概念を示す概念図である。同図に示すように、まず、標準ルツボ２００の内周形状を複数の形状データＰ［ｎ］で近似する。この形状データの基になる曲線ｘ＝ｆ（ｙ）は、標準ルツボ２００の中心断面とする。各形状データＰ［ｎ］は、直交座標系で表現された座標データであり、各データ点の末尾に付した［ｎ］の記号は、各データの識別子を意味する。
【００２２】
次に、標準ルツボ２００の重量（以下、「標準ルツボ重量Ｗ_Ｓ」という）を測定し、これを記憶しておく。ここまでの工程は、少なくとも一度行っておけばよく、引き上げバッチごとに行う必要はない。
【００２３】
次に、結晶体の引き上げ前に、使用ルツボ２０２の重量（以下、「使用ルツボ重量Ｗ_Ｃ」という）を測定し、標準ルツボ重量Ｗ_Ｓと使用ルツボ重量Ｗ_Ｃの重量差ΔＷを算出する。この重量差ΔＷが引き上げバッチごとの誤差成分を示すパラメータとなる。重量差ΔＷの算出は、
［式１］

上式を用いて行えばよい。
【００２４】
続いて、上記算出した重量差ΔＷを肉厚差Δｔに変換する。肉厚差Δｔへの変換は、標準ルツボ２００または使用ルツボ２０２の密度（石英ガラスの場合２．２）と気泡率ｋを用いて行うことができる。気泡率ｋは石英ルツボの製造方法に依存するバラメータであり、製造方法に合わせて決定する。
【００２５】
重量差ΔＷの肉厚差Δｔへの変換は、
［式２］

ここで：Δｔ＝標準ルツボと使用ルツボの肉厚差；ΔＷ＝標準ルツボと使用ルツボの重量差；Ｓ＝標準ルツボの表面積；ρ＝標準ルツボの密度；ｋ＝気泡率；上式を用いて行えばよい。尚、気泡率ｋがわからない場合には、気泡率ｋ＝０と仮定すればよい。あるいは、上式中のρ（１−ｋ）を石英ルツボのカサ密度としてもよい。
【００２６】
上式による変換は、重量差ΔＷが発生する原因を肉厚差Δｔの合計として捉えたものである。即ち、肉厚差Δｔがルツボの壁面に沿って均一に発生しているものと仮定した場合の概算値である。これにより、重量差ΔＷという物理量が肉厚差Δｔという座標情報に変換されるため、形状データの補正に利用できる状態となる。
【００２７】
図４は、図３に示した形状データＰ［ｎ］のシフト概念を示す概念図である。同図に示すように、肉厚差Δｔの概算後、図３に示した形状データＰ［ｎ］を法線方向に該肉厚差Δｔ分だけシフトして、これを補正データＰ’［ｎ］とする。
【００２８】
各データ点の法線方向は、同図に示すように、曲線ｘ＝ｆ（ｙ）の接線と直交する方向である。各データ点における接線は、曲線ｘ＝ｆ（ｙ）の微分によって求めることができる。従って、スカラ量Δｔを有し、当該接線と直交する方向に向くベクトルをＸ成分とＹ成分に分解して、形状データＰ［ｎ］のＸ座標およびＹ座標にそれぞれ加算すれば、補正データＰ’［ｎ］を求めることができる。
【００２９】
形状データＰ［ｎ］のシフト方向は、式２の算出結果がプラス、即ち、標準ルツボ２００の肉厚の方が使用ルツボ２０２の肉厚よりも大きいの場合には（ｔ_ｓ＞ｔ_ｃ）、同図に示す方向となり、式２の算出結果がマイナス、即ち、標準ルツボ２００の肉厚の方が使用ルツボ２０２の肉厚よりも小さい場合には（ｔ_ｓ＜ｔ_ｃ）、同図に示す方向と逆の方向になる。
【００３０】
図５は、形状データＰ［ｎ］をシフトして得られた補正データＰ’［ｎ］によって表されるルツボの形状を示す概念図である。同図に示すように、使用ルツボ２０２の形状は、補正データＰ’［ｎ］の集合によって近似的に表現され、これらの補正データＰ’［ｎ］で構成される近似曲線は、ｘ＝ｆ’（ｙ）となる。このような近似曲線を導出しておけば、引き上げ時のメルト１２の挙動が容易に把握できる。
【００３１】
即ち、同図に示すように、使用ルツボ２０２内のメルト１２の深さ（以下、「メルト深さＭＤ」という）は、曲線ｘ＝ｆ’（ｙ）のＹ座標に相当するため、例えば、前述した方法等によって検出したメルト深さＭＤをこの曲線の変数ｙに代入すれば、当該使用ルツボ２０２のルツボ内径ＣＩが求まる。
【００３２】
尚、Ｐ［０］＝（０，０）とした場合には、上記補正処理によってＰ’［０］＝（０，−Δｔ）となり、補正後の基準点がΔｔずれることになる。補正後の基準点Ｐ’［０］を（０，０）に設定したい場合には、全ての補正データＰ’［ｎ］のＹ座標にΔｔを加算すればよい。
【００３３】
以上説明したように構成される本発明によれば、引き上げバッチごとの誤差を示す重量差ΔＷというパラメータを利用して、形状データＰ［ｎ］が補正されるため、石英ルツボの形状バラツキが吸収され、各バッチ間の制御性向上が期待できる。
【００３４】
【実施例】
（要約）
標準ルツボと使用ルツボの重量差ΔＷに基づいて、両者の肉厚差Δｔを概算し、この肉厚差Δｔ分だけルツボの形状データＰ［ｎ］をシフトして、補正データＰ’［ｎ］を作成する。そして、この作成した補正データＰ’［ｎ］を使用して結晶体の引き上げを行う（図４参照）。
【００３５】
（好適な実施例）
重量差ΔＷを利用して肉厚差Δｔを求めるという前述した技術思想は、引き上げバッチごとに石英ルツボが交換される結晶体の製造において、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、前述した構成要素のうち、特に説明を加える必要がないと思われるものについては、同一名称および同一符号を付してその詳細な説明を省略する。また、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。
【００３６】
図６は、形状データＰ［ｎ］の格納例を示す概念図である。同図に示すように、標準ルツボ２００の形状から求めた形状データＰ［ｎ］は、Ｘ座標およびＹ座標からなる直交座標系の座標データとして格納する。同図に示すように、データ点Ｐ［ｎ］は、該データ点のＸ座標を示すＸ［ｎ］とＹ座標を示すＹ［ｎ］とで構成される。
【００３７】
図７は、標準ルツボ２００の内周面の表面積を算出する方法を示す平面図である。同図に示すように、標準ルツボ２００の表面積Ｓは、形状データＰ［ｎ］で区分された複数面の合計値として求める。即ち、Ｐ［ｎ−１］点とＰ［ｎ］点との間に位置する各領域の面積Ｓ［ｎ］は、ｉ＝１、２≦ｉ＜ｎ、ｉ＝ｎ＋１の場合についてそれぞれ、
［式３］

ここで：Ｘ［ｉ］＝データ点Ｐ［ｉ］のＸ座標；Ｙ［ｉ］＝データ点Ｐ［ｎ］のＹ座標；
［式４］

［式５］

上記各式を実行して求める。
【００３８】
そして、上記算出した各領域の面積Ｓ［ｎ］を用いて、
［式６］

上式を実行し、その結果得られた値を標準ルツボ２００の表面積Ｓとする。
【００３９】
そして、前述した式２の実行後、上記式６を実行して得られた表面積Ｓを前述した式３に代入して、肉厚差Δｔを算出する。
【００４０】
図８は、図６に示した形状データＰ［ｎ］の補正方法を示す概念図である。同図に示すように、まず、形状データＰ［ｎ］中の隣接点Ｐ［ｎ−１］とＰ［ｎ］とを結ぶ直線の傾き（以下、「区間傾きａ［ｎ］」という）を各データ点について算出する。この区間傾きａ［ｎ］は、
［式７］

ここで：Ｙ［ｎ］＝データ点Ｐ［ｎ］のＹ座標；Ｙ［ｎ−１］＝データ点Ｐ［ｎ−１］のＹ座標；Ｘ［ｎ］＝データ点Ｐ［ｎ］のＸ座標；Ｘ［ｎ−１］＝データ点Ｐ［ｎ−１］のＸ座標；
上式を実行して算出する。
【００４１】
次に、前記算出した区間傾きａ［ｎ］中の隣接データａ［ｎ］とａ［ｎ＋１］の平均値（以下、「平均傾きａ’［ｎ］」という）を算出する。この平均傾きａ’［ｎ］は、
［式８］

上式を実行して算出する。
【００４２】
続いて、肉厚差Δｔをスカラ量として有し平均傾きａ’［ｎ］と垂直方向に向くベクトルをＸ成分とＹ成分に分解
する。当該ベクトルのＸ成分は同図中のΔＸで示した成分あり、Ｙ成分はΔＹで示した成分である。これらΔＸおよびΔＹは、各データ点について存在し、ｎ番目のデータに関する成分をΔＸ［ｎ］およびΔＹ［ｎ］と表記する。
【００４３】
ΔＸ［ｎ］は、
［式９］

上式を用いて算出し、同様に、ΔＹ［ｎ］は、
［式１０］

上式を用いて算出する。
【００４４】
従って、補正データＰ’［ｎ］のＸ成分Ｘ’［ｎ］は、
［式１１］

上式を用いて算出され、補正データＰ’［ｎ］のＹ成分Ｙ’［ｎ］は、
［式１２］

上式を用いて算出される。
【００４５】
ここで注目すべきは、ルツボの底面を示すデータ点Ｐ［０］とルツボの壁面が垂直になっている部分のデータ点についてである。即ち、ルツボの底面を示すデータ点Ｐ［０］の接線は、傾きが０°であるため、補正データＰ’［ｎ］は、Ｙ座標にΔｔシフトし、Ｘ座標にはシフトしない。一方、ルツボの壁面が垂直になっている部分のデータ点の接線は、傾きが９０°であるため、当該部分の補正データＰ’［ｎ］は、Ｘ座標にΔｔシフトし、Ｙ座標にはシフトしない。
【００４６】
これは、ルツボの底面に近づくに従って肉厚差が該ルツボの深さに影響し、ルツボの開口部に近づくに従って肉厚差が該ルツボの内径に影響することを示す。本発明では、各データ点のシフト方向を該各データ点の法線方向とすることで、肉厚差がルツボの深さおよび内径に与える影響が実質的に補正される。
【００４７】
図９は、補正データＰ’［ｎ］の格納例を示す概念図である。同図に示すように、形状データＰ［ｎ］をシフトして得られた補正データＰ’［ｎ］は、Ｘ座標およびＹ座標からなる直交座標系の座標データ（Ｘ’［ｎ］，Ｙ’［ｎ］）として格納される。結晶体の引き上げ時には、この同図に示すように格納された座標データが使用される。以下、このように補正されたデータが実際の引き上げ時にどのように使用されるかを説明する。
【００４８】
図１０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。
【００４９】
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。
【００５０】
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１１参照）、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。
【００５１】
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１１参照）、主制御部３０が決定した速度でルツボ１４を上昇させる。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
図１１は、図１０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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
第２ロータリーエンコーダ５６−２は、第２ギア５２−２の回転速度をパルス信号に変換して、第２パルスカウンタ５８−２に出力する。第２パルスカウンタ５８−２は、第２ロータリーエンコーダ５６−２から受信したパルス信号を計数し、この計数した結果をＣＬＨ信号（ルツボ上昇高さ）として主制御部３０に出力する。尚、ルツボ１４が下降しているときは、第２パルスカウンタ５８−２の計数値がデクリメントされる。
【００６６】
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。
【００６７】
図１２は、図１０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。
【００６８】
図１３は、図１０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。
【００６９】
Ｋ_Ｖ＝速度変換定数、Ｋ_Ｔ＝温度変換定数、Ｔ_ＤＶ＝速度制御系微分時間、Ｔ_ＤＴ＝温度制御系微分時間、Ｔ_ＩＶ＝速度制御系積分時間、Ｔ_ＩＴ＝温度制御系積分時間、α_Ｖ＝速度制御系微分係数、α_Ｔ＝温度制御系微分係数、Ｐ_Ｖ＝速度制御系比例ゲイン、Ｐ_Ｔ＝温度制御系比例ゲイン。
【００７０】
第１アンプ６６−１は、デジタル入力信号ＳＬＨをＳＬＨ＜ｍｍ＞に変換し、このＳＬＨ＜ｍｍ＞を結晶成長長さＧＬ＜ｍｍ＞として、第１演算実行部６８−１と、目標直径決定部７８と、図１５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。
【００７１】
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１５に示す第４演算実行部６８−４に出力する。
【００７２】
第１演算実行部６８−１は、
［式１３］

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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
Ｄ型速度操作アンプ７２は、
［式１４］

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１５に示す第４減算器７０−４に出力する。
【００７６】
ＰＩＤ型温度操作アンプ７４は、
［式１５］

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１６に示す第５減算器７０−５に出力する。
【００７７】
図１４は、図１０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。
【００７８】
第２アンプ６６−２は、デジタル入力信号ＣＬＨをＣＬＨ＜ｍｍ＞に変換し、このＣＬＨ＜ｍｍ＞を第３減算器７０−３に出力する。尚、この第２アンプ６６−２の後段は、ソフトウェアで構成する。
【００７９】
第７アンプ６６−７は、図１０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。
【００８０】
第３減算器７０−３は、ＭＤ_０とＭＰ＜ｍｍ＞の加算値からＣＬＨ＜ｍｍ＞を減じて、メルト深さＭＤ＜ｍｍ＞を生成する。そして、該生成した値を図１５に示す第２演算実行部６８−２に出力する。
【００８１】
図１５は、図１０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。
【００８２】
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。
【００８３】
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４アンプ６６−４と第４演算実行部６８−４に出力する。
【００８４】
第４アンプ６６−４は、上記第４減算器７０−４の出力をアナログ信号ＳＬ＜ｖｏｌｔ＞に変換し、図１１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。
【００８５】
第２演算実行部６８−２は、図９に示す値を格納したルツボ形状テーブル８２を参照しながら、以下に示す手順で入力されたメルト深さＭＤに対応するルツボ内径ＣＩを算出する。
【００８６】
（１）図１４に示した第３減算器７０−３が出力したメルト深さＭＤを検索キーとして、ルツボ形状テーブル８２から以下の条件を満たすデータ点ｎ−１とｎとを検索する。
【００８７】
Ｙ’［ｎ−１］≦ＭＤ＜Ｙ［ｎ］
ここで：Ｙ［ｎ−１］＝データ点ｎ−１におけるルツボ深さ；ＭＤ＝第３減算器７０−３が出力したメルト深さ；Ｙ［ｎ］＝データ点ｎにおけるルツボ深さ
（２）上記検索の結果得られたデータ点ｎ−１およびｎの値を用いて、
［式１６］

上式を実行し、得られたＣＩ＜ｍｍ＞を第４演算実行部６８−４に出力する。
【００８８】
第３演算実行部６８−３は、
［式１７］

ここで：Ｗ_０＝初期チャージ重量；ＭＤ_０＝メルト初期深さ；ＣＩ（ｙ）＝ルツボの深さｙに対応したルツボ内径；
上式を実行して得られたＭＤ_０＜ｍｍ＞を図１４に示す第３減算器７０−３に出力する。このメルト初期深さＭＤ_０は、引き上げ開始時に算出して記憶しておき、後は、この記憶した値を使用する。
【００８９】
第４演算実行部６８−４は、
［式１８］

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（ＭＤ）＝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５アンプ６６−５に出力する。
【００９０】
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１１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。
【００９１】
図１６は、図１０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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
ＰＩＤ型温度制御アンプ８４は、
［式１９］

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１０に示すヒーター制御部３４に出力する。
【００９６】
以上の構成により、液位一定制御が安定し、結晶体の製造が好適に行われる。尚、上述した実施例は、液位一定制御を行う場合の例であるが、本発明は、液位を移動させる場合にも適用でき、同様の効果が期待できることは言うまでもない。また、本発明は、実際のチャージ重量をデータ化する技術やワイヤーの伸びを補正する技術と組み合わせることにより、より好適な結晶体の製造が期待できる。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、引き上げバッチごとのバラツキ防止に有効な結晶体の製造方法を提供することができる。
【００９８】
また、本発明によれば、引き上げバッチごとの誤差を示す重量差ΔＷというパラメータを利用して、形状データＰ［ｎ］が補正されるため、石英ルツボの形状バラツキが吸収され、各バッチ間の制御性向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】標準ルツボの形状を示す斜視図である。
【図２】使用ルツボの形状を示す斜視図である。
【図３】図１に示した標準ルツボ２００の形状データの作成概念を示す概念図である。
【図４】図３に示した形状データＰ［ｎ］のシフト概念を示す概念図である。
【図５】形状データＰ［ｎ］をシフトして得られた補正データＰ’［ｎ］によって表されるルツボの形状を示す概念図である。
【図６】形状データＰ［ｎ］の格納例を示す概念図である。
【図７】標準ルツボ２００の内周面の表面積を算出する方法を示す平面図である。
【図８】図６に示した形状データＰ［ｎ］の補正方法を示す概念図である。
【図９】補正データＰ’［ｎ］の格納例を示す概念図である。
【図１０】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１１】図１０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１２】図１０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１３】図１０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１４】図１０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１５】図１０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１６】図１０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、５６−２…第２ロータリーエンコーダ、５８−１…第１パルスカウンタ、５８−２…第２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、６６−２…第２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、７０−２…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、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、８２…ルツボ形状テーブル、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、２００…標準ルツボ、２０２…使用ルツボ、ａ［ｎ］…区間傾き、ａ’［ｎ］…平均傾き、ＣＩ…ルツボ内径、ＣＬ…ルツボ上昇速度、ＣＬＨ…ルツボ上昇高さ、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、ＭＤ…メルト深さ、ＭＤ_０…メルト初期深さ、ＭＰ…液位、Ｐ［ｎ］…形状データ、Ｐ’［ｎ］…補正データ、ＳＬ…シード上昇速度、ＳＬＨ…シード上昇高さ、Δｔ…肉厚差、ΔＷ…重量差、Ｗ_Ｃ…使用ルツボ重量、Ｗ_Ｓ…標準ルツボ重量、

Claims

黒鉛ルツボ内に収容された石英ルツボに充填された初期チャージ重量が溶かされて生成されたメルトから結晶体を成長させるＣＺ法で結晶体を製造する方法において、
標準石英ルツボと使用石英ルツボの重量差に基づいて両者の肉厚差を概算し、この概算した肉厚差を用いて前記標準石英ルツボの形状データを補正し、補正データに基づいて初期メルト深さ、ルツボ内径、を算出する工程を持つことを特徴とする結晶体の製造方法。
標準石英ルツボの形状データ（Ｐ［ｎ］）を作成する工程と、前記標準石英ルツボの重量を示す標準石英ルツボ重量を測定する工程と、使用石英ルツボの重量を示す使用石英ルツボ重量を測定する工程と、前記標準石英ルツボ重量と前記使用石英ルツボ重量の差を示す重量差を算出する工程と、前記重量差を肉厚差に変換する工程と、前記標準石英ルツボ形状データ（Ｐ［ｎ］）を法線方向に前記肉厚差分シフトして、補正データ（Ｐ’［ｎ］）を作成する工程と、前記補正データ（Ｐ’［ｎ］）に基づいて初期メルト深さ、ルツボ内径、を算出する工程を持つことを特徴とする請求項１に記載の結晶体の製造方法。
前記肉厚差（Δｔ）は、［式２］

ここで：Δｔ＝標準石英ルツボと使用石英ルツボの肉厚差；ΔＷ＝標準石英ルツボと使用石英ルツボの重量差；Ｓ＝標準石英ルツボの表面積；ρ＝標準石英ルツボの密度；ｋ＝気泡率；上式を用いて求める請求項２記載の結晶体の製造方法。
前記標準石英ルツボ形状データ（Ｐ［ｎ］）および補正データ（Ｐ’［ｎ］）は、Ｘ座標およびＹ座標を示す座標データで構成され、前記補正データ（Ｐ’［ｎ］）を作成する工程は、前記標準石英ルツボ形状データ（Ｐ［ｎ］）中の隣接点Ｐ［ｎ−１］とＰ［ｎ］とを結ぶ直線の傾きを示す区間傾き（ａ［ｎ］）を算出する工程と、前記算出した区間傾き（ａ［ｎ］）中の隣接データａ［ｎ］とａ［ｎ＋１］の平均値を示す平均傾き（ａ’［ｎ］）を算出する工程と、前記肉厚差（Δｔ）をスカラ量として有し前記平均傾き（ａ’［ｎ］）と垂直方向に向くベクトルをＸ成分とＹ成分に分解して、前記標準石英ルツボ形状データ（Ｐ［ｎ］）のＸ座標およびＹ座標にそれぞれ加算する工程とを具備する請求項２または３記載の結晶体の製造方法。
初期チャージ重量と補正データとに応じて演算された石英ルツボに充填された初期のメルト深さである初期メルト深さと、メルトセンサでメルト表面の位置の変化量を測定した液位変化量と、ルツボ軸の動いた距離であるルツボ上昇高さとを用いて、
ルツボ内のメルト深さを算出する工程を持つことを特徴とする請求項１に記載の結晶体の製造方法。
前記メルト深さを補正データに当てはめてルツボ内径を算出する工程と、
結晶体の成長長さに応じて目標速度決定部が算出した目標速度とシード上昇速度操作量とを演算してシード上昇速度を算出する工程と、
該ルツボ内径と結晶体の直径と該シード上昇速度に応じて演算してルツボ上昇速度を算出する工程を持つことを特徴とする請求項１または５に記載の結晶体の製造方法。