JP5181187B2

JP5181187B2 - 結晶体の製造装置および製造方法

Info

Publication number: JP5181187B2
Application number: JP2008230114A
Authority: JP
Inventors: 修治尾上
Original assignee: Sumco Techxiv Corp
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 2008-09-08
Filing date: 2008-09-08
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2019-03-29
Also published as: JP2009007249A

Description

本発明は、結晶体の製造装置および製造方法に関する。

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。

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。

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。

下記特許文献１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。
特開平６−９２７８４号公報

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。

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。

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し、メルトの液位移動をしながら、正しく結晶成長長さを演算し、結晶体の制御をする結晶体の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、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、該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において、
前記メルトの液位変位量を検出する液位変位量検出部と、
シード上昇高さを検出するシード上昇高さ検出部と、
前記シード上昇高さと前記メルトの液位変位量を演算して結晶成長長さを算出する制御手段と
を具備することを特徴とする。
第2発明は、第1発明において、前記制御手段は、結晶成長長さ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、前記結晶成長長さ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目標直径決定部を具備することを特徴とする。
第3発明は、第1発明において、前記制御手段は、前記結晶成長長さ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、前記結晶成長長さ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目標速度決定部を具備することを特徴とする。
第4発明は、第1発明において、前記制御手段は、前記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し、前記結晶成長長さ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目標液位決定部を具備することを特徴とする。
第5発明は、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結晶体の製造方法において、
前記メルトの液位変位量を検出し、
シード上昇高さを検出し、
前記シード上昇高さと前記メルトの液位変位量を演算して結晶成長長さを算出し、
該結晶成長長さを目標直径プログラムパターンおよび目標速度プログラムパターンおよび目標液位プログラムパターンのうち少なくとも１つに当てはめて、前記目標直径および目標速度および目標液位のうち少なくとも１つを決定すること
を特徴とする。

（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。

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。

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。
あとで述べる好適な実施例においては、液位を移動させる際に、シード上昇量とメルトの液位の変位量によって結晶成長長さを演算し、該結晶成長長さを目標直径プログラムパターン、目標液位プログラムパターン、目標速度プログラムパターンにあてはめて、各目標値を決定し結晶体の成長を制御する。

（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。

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。

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。従来の液位一定制御におけるシード上昇量が結晶成長長さに等しいとする考えは、液位移動があれば成り立たないことになる。そこで本発明では、液位の変位量を結晶成長長さに組み入れた。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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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）。メルトの液位変位量を検出し、シード上昇高さを検出し、前記シード上昇高さと前記メルトの液位変位量を演算して結晶成長長さを算出し、該結晶成長長さを目標直径プログラムパターンに当てはめて目標直径を決定し、該結晶成長長さを目標速度プログラムパターンに当てはめて目標速度を決定し、該結晶成長長さを目標液位プログラムパターンに当てはめて目標液位を決定する。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。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、△MP・・・液位変動量、SL・・・シード上昇速度

Claims

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結晶体の製造装置において、
前記結晶体の成長長さの増加量と前記メルトの液位の降下量との比率を維持した状態で、前記メルトの液位が目標液位となるように、前記ルツボおよび前記シードを等量上昇させる制御を行う主制御部を備えた結晶体の製造装置であって、
前記メルトの目標変位と実際の変位との差である前記メルトの液位変位量を検出する液位変位量検出部と、
シード上昇高さを検出するシード上昇高さ検出部と、
前記シード上昇高さから前記メルトの液位変位量を減算した値を結晶成長長さとして算出して、当該算出された結晶成長長さに応じて前記ルツボおよび前記シードを等量上昇させる制御を行う制御手段と
を具備することを特徴とする結晶体の製造装置。
前記制御手段は、結晶成長長さ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、前記結晶成長長さ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し、当該目標直径が得られるように制御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。
前記制御手段は、前記結晶成長長さ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、前記結晶成長長さ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し、当該目標速度が得られるように制御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。
前記制御手段は、前記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し、前記結晶成長長さ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し、当該目標液位が得られるように制御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。
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結晶体の製造方法において、
前記結晶体の成長長さの増加量と前記メルトの液位の降下量との比率を維持した状態で、前記メルトの液位が目標液位となるように、前記ルツボおよび前記シードを等量上昇させる制御を行うに際して、
前記メルトの目標変位と実際の変位との差である前記メルトの液位変動量を検出し、
シード上昇高さを検出し、
前記シード上昇高さと前記メルトの液位変位量を演算して結晶成長長さを算出し、
前記シード上昇高さから前記メルトの液位変位量を減算した値を結晶成長長さとして算出して、当該算出された結晶成長長さを目標直径プログラムパターンおよび目標速度プログラムパターンおよび目標液位プログラムパターンのうち少なくとも１つに当てはめて、前記目標直径および目標速度および目標液位のうち少なくとも１つの目標値を決定して、決定した目標値が得られるように前記ルツボおよび前記シードを等量上昇させる制御を行うこと
を特徴とする結晶体の製造方法。