JPH01503137A - 管状結晶体成長装置を制御するための制御システム - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 “８　するための　′システム ｌ豆工１１ １更立豆１ 本発明は結晶成長装置に関し、より詳しくは、管状結晶体成長装置を制御するた めの制御システムに関する。

良米且ｌ 半導体デバイスの製造に用いられるシリコン板は、しばしば、例えば九角形等の 複数の辺を有する種類の管状の結晶体の、その平坦な側壁部分から形成される。

このような結晶体を、エツジ・デファインド・フィルム・フエｙド・グロース法 （ｅｄｇｅ−ｄｅｆｉｎｅｄ、　ｆｉｌｍ−ｆｅｄ　ｇｒｏｗｔｈｐｒｏｃｅｓ ｓ　：　Ｅ　Ｆ　Ｇ法）によって製造するために、米国特許第４５４４５２８号 に記載されている種類の装置がこれまで使用されてきた。簡単に説明するならば 、この種の装置は、成長させる材料（例えばシリコン）の溶融物を収容するため のるつぼと、成長する結晶の形状を制御するためのキャピラリ・ダイ（＝毛管現 象（キャピラリ）を利用したダイ）と、これらのダイ及び溶融物の温度を制御す るためのヒータと、結晶の成長に用いられる種結晶を支持するための種結晶支持 アセンブリと、この種結晶支持アセンブリに連結された、溶融物から管状結晶体 を引上げるための引上げ機構とを含んで成るものである。

商業的に満足すべきシリコン基板を製造するためには、しかも管状結晶体の中途 分離（ｄｅｔａｃｈ＋ｅｅｎｔ）や凝固固＠（ｆｒｅｅｚｅ−ｕｐ　）によって 結晶成長プロセスが早々に中断されることがないようにするためには、成長下に ある結晶体の壁部の厚さが精密に制御されていることが重要である。米国特許第 ４５４４５２８号に開示されている種類のキャピラリ・ダイ装置においては、ダ イの上端と成長下にある結晶体の下端との間に形成されているメニスカス（＝表 面張力によって形を保っている部分）の寸法及び形状に応じて、この成長下にあ る結晶体の壁部の厚さが変化することが知られている。壁部厚さとメニスカスの 種々の形状特性との間のこのような関係を利用して、例えば米国特許第４２３９ ５８３号、同第４２６７１５１号、それに同第４３１８７６９号等　。

に開示されているような光学機構を組込んだ様々なシステムが、結晶成長装置の 動作を制御するためにこれまでに開発されてきた。これらの光学機構に基づいた システムは、メニスカスを観察するための光学アセンブリを含んでいる。この光 学アセンブリを介して得られたメニスカスの形状に関する情報を利用して、オペ レータが結晶成長装置の動作を調節し、それによって所望の壁部厚さを有する結 晶体を製造している。

以上の光学的制御システムを使用することにより充分な壁部厚さ制御を達成する ことはできるのであるが、しかしながら、それらの装置の使用に関する制約が存 在し・ている、第１には、オペレータがメニスカスの形状な連続して監視し続け 、その観察したところに基づいて結晶成長装置の動作なｗ４Ｂしなければならな いということがある５人為的エラーを回避し、結晶成長速度を高め、また技術者 を配置することに伴なうコストを低減するためには、結晶成長操作の全体を自動 化することが望ましい、第２には、公知の光学的制御システムでは、メニスカス の全体のうちの、比較的小さな部分しか観察することができないということがあ る。この小さな部分の形状は、必ずしもメニスカス全体の形状を代表していると は限らない。

米国特許第４５４４５２８号に図示されている種類の公知の結晶成長装置では、 長さが約２メートルを超える結晶体を成長させることは困難であり、実際的でな かった。この困難は、その一部は、成長下にある管状結晶体、にアルゴン等の不 活性ガスを充填することによりこの管状結晶体の内部から空気を排除する必要が あるということに起因しており、またその一部は、この結晶体内部の空間に存在 する大きな温度差によってこの空間内部に対流が発生するという事実に起因して いる。

更に詳しく説明すると、不活性ガスが、これは典型的な一例としてはアルゴンで あるが、これが成長下にある結晶体の内部へ注入されることによって、この結晶 体の内部から大気が排除される。不活性ガスは大気より重いため、長さが約２メ ートルを超えるば結晶体の内部においてはこの結晶体内部の不活性ガスの柱が充 分に長く、従って充分に重くなり、そのためこの不活性ガスの柱が沈み込もうと する傾向を持ち、これにより周囲の空気が結晶体の上端部を通って、この結晶体 の内部に引き込まれ得るようになる。

例えば結晶体の上端部にキャップをかぶせる等の、周囲の空気が結晶体の内部へ 侵入することを防止するための手段が用いられた場合には、結晶体の内部に発生 している対流による有害な影響が著しく増大する。管状結晶体にキャップがかぶ せられた場合には、それらの対流がこの結晶体の内部の圧力の変動を引き起こし 、それが結晶成長装置の動作の制御を困難にする。結局のところ、壁部厚さが一 様で長さが約２メートルを超える結晶体を成長させることには問題が多いのであ る。

結晶体を成長させるために必要とされる全時間のうちのかなりの部分は、成長プ ロセスに備えて結晶成長装置の準備を整えるために費やされている。従って、プ ロセス効率を改善するためには、長さが約２メートルを超える結晶体を成長させ ることが望まれる。

の　・並びに　６ 本発明の１つの主要な目的は、管状結晶体成長装置の動作を制御する公知の制御 システムに付随する以上の不都合な点を、克服することにある。

本発明のもう１つの主要な目的は、長さが約２メートルを超える管状結晶体を成 長させる管状結晶体成長装置の動作を制御するための、改良された制御システム な提供することにある。

本発明の更なる目的は、センサによって提供される結晶体の重量及び長さ、並び に結晶体の内部の圧力に関する情報に基づいて管状結晶体成長装置の動作を制御 する、改良された制御システムを提供することにある。

本発明の更にもう１つの目的は、結晶体成長装置を制御して壁部厚さが実質的に 一様な結晶体を製造する方法を、提供することにある。

本発明の以上の目的並びにその他の目的は、公知の管状結晶体成長装置であって 該装置の種結晶ホルダが周囲の空気の結晶体の内部への侵入を実質的に阻止する ように構成されている管状結晶体成長装置と、共に用いるのに適するようにした 制御システムによって達成される。

本システムの一好通実施例は、管状シリコン結晶体の内部の圧力を測定するため の圧力センサと、該管状シリコン結晶体と該管状結晶体が支持されている種結晶 ホルダ・アセンブリとの合計重量を測定するための重量センサと、該管状結晶体 の長さを測定するための長さセンサと、前記圧力センサ並びに前記重量センサと 接続された、前記管状結晶体の真正の重量を算出するための真正重量回路と、前 記長さセンサ並びに前記真正重量回路と接続されたコントローラとを含んで成る 。該コントローラは、長さセンサ並びに真正重量回路によって提供される情報を 利用して、結晶成長装置のるつばヒータの動作を制御する。このるつぼヒータの 出力を精密に制御することによって、（り成長下にあるシリコン結晶体が確実に 略々均一な壁部厚さを持つようになり、また、（２）　この結晶体が確実に６メ ートルないしそれ以上の長さに成長することが可能なように、結晶成長装置の動 作が制御される。

ｌ１ｌＬｉ岸」０１里 本発明の特質並びに目的のより良い理解のために、以下の詳細な説明を添付図面 と共に参照されたい、尚、添付図面において、 第１図は、本発明の好適実施例の、一部所面図とした模式的な説明図、 第２図は、本発明の圧力センサ及び重量センサの出力を、結晶体の真正重量と関 連させて、ある時間に亙ってグラフで表わしたチャート、 第３図は、本発明の好適実施例に用いられている真正重量回路の回路図、 第４図は、結晶成長装置の動作の制御に際して本発明の制御システムが実行する 種々の動作を図示した、ソフトウェア・フロー・ダイアグラムである。

の・　な暦 第１図に関し、本発明は、半導体材料の管状の結晶体２２を成長させる装置２０ の動作を制御するための、制御システムから成っている。詳細には図示されてい ないが、装置２０は、米国特許第４５４４５２８号、同第４２３９５８３号、同 第４２６７１５１号、並びに同第４３１８７６９号に記載され図示されている種 類の炉を含んで成るものと理解されたい、更に詳しく説明すると、装置２０は、 結晶化される半導体材料の溶融物を収容するためのるつぼ２４と、溶融物を過熱 するためのヒータ２６と、結晶体２２を形成するための所望の形状のキャピラリ ・ダイ２８とを含んでいる。このキャピラリ・ダイは種々の形状とすることがで きるが、米国特許第４５４４５２８号の第１図に図示されている形状であること が望ましく、ただしそれは、円形ないし九角形または六角形等の所定の多角形の 結晶体を成長させるような形状とされている。一対の固定された並行レール２９ と、これらのレールの上に摺動自在に載置されたフレーム３０とが、結晶体２２ を溶融物から引上げるために備えられている。開口３２（図面委照）がフレーム ３０に設けられており、取付板３４がこの開口の近傍においてこのフレームに止 着されている。この分野においては公知となっている種類の引上げ機構３５が、 るつぼ２４の上方の、このるつぼ２４から軸方向に離隔した所定の位ｌに支持さ れており、この引上げ機構はフレーム３０を略々一定の速度でレール２９に沿っ てるつぼ２４から引上げるために、このフレーム３０に連結されている。フレー ム３０には種結晶ホルダ３６が連結されている。この種結晶ホルダ３６は種結晶 ３９（第１図）に機械的に連結されており、この種結晶３９から結晶体２２が成 長する。

本発明の制御システムと同システムが制御する装置との間の関連を理解するため には、装置２０についての以上の簡単な説明で充分である。この装置２０の一具 体例についての更に詳細な説明は、Ｓｔｏｒｍｏｎｔ等に対して付与された前述 の米国特許第４５４４５２８号を誉照されたい、同米国特許はここに言及された ことにより本開示に包含される。

本発明の制御システムの好適実施例は、重置センサ１００、長さセンサ１０１． 圧力センサ１０２、真正重量回路１０４、及びコントローラ１０５を含んで成る 。

この好適実施例においては１種結晶ホルダ３６は、結晶体の上端部を気体圧力的 に実質的に遮断することによって、結晶体の内部からこの結晶体の上端部を通っ て漏出可能な流体の量を制限するように構成されている０種結晶ホルダ３６は、 管状結晶体２２の軸に対して垂直に延びる表面３７と、結晶体２２の内部をこの 種結晶ホルダ３６の外部に対し流体的に接続している連通路３８とを含んでいる 。

重量センサ１００は取付板３４に固設されており、また、軸方向に伸長自在なロ ッド１０６を介して種結晶ホルダ３６に連結されている。このロッド１０６はフ レーム３０に形成された開口３２を貫通して延伸している。

重量センサ１００は結晶体２２及び種結晶ホルダ３６の重量を測定し、この重量 には種結晶３９の重量も含まれる０重量センサ１００の出力は、ライン１０８に よって真正重量回路１０４へ伝達されている。この重量センサ１００は一般的な ストレイン・ゲージ型の荷重セルである。

長さセンサ１０１は、固定されているるつぼ２４に対する、フレーム３０の相対 的な変位量を測定するために備えられている。長さセンサ１０１は固定物に取付 けられ、好ましくはるつぼ２４の上方に位置している引上げ機構３５に取付けら れる。長さセンサ１０１は一般的なドラム／ケーブル型長さ測定トランスデユー サから成っている。引上げ機構３５がフレーム３０をレール２９に沿って引上げ るとケーブル１０３がドラムの周囲に巻取られる。ドラム上に巻取られたケーブ ルの量は結晶体の長さに対応しており、このケーブル巻取り量がドラムの内部に 収容されているポテンショメータによって測定される。長さセンサ１０１のこの ポテンショメータの出力は、ライン１０９によってコントローラ１０５へ伝達さ れる。

圧力センサ１０２は、種結晶ホルダ３６の表面３７へ上向きに作用する結晶体２ ２の内部の圧力を測定するために備えられている。圧力センサ１０２は連通路３ ８と流体的に接続されており、従って管路１１６を介して結晶体２２の内部と流 体的に接続されている。圧力センサ１０２は取付板３４に載置しても良く、また 、その他の適当な構成部品に載置しても良い、圧力センサ１０２の出力は、ライ ン１１８によって真正重量回路１０４へ伝達されている。この圧力センサ１０２ は容量型のセンサである。

次に第１図ないし第３図に関し、真正重量回路１０４は、成長下にある結晶体２ ２の真正の重量を表わす信号を、結晶成長プロセスの間、任意に選択された間隔 で連続的に発生するために備えられている１手短に述べるならば、真正重量回路 １０４は重量センサ１００の出力と圧力センサ１０２の出力とを組合わせること によって、成長下にあるシリコン結晶体２２５種結晶ホルダ３６゜及び種結晶３ ９の真正の重量を表わす信号を発生する。

次に、この真正重量信号からオフセット電圧信号が差引かれ、それによって成長 下にある結晶体２２のみの真正の重量を表わす信号が発生される。

即ち、重量センサ１００によって、成長下にある結晶体２２の真正の重量を直接 的に測定することは不可能なのであり、その原因は、結晶体内部に発生する、種 結晶ホルダの表面３７へ上向きに作用する圧力による力にある０表面３７へ作用 しているこの力が増大すると、成長下にある結晶体２２は地球の引力に抗して持 ち上げられ、そのため結晶体２２の重量を゛表わす重置センサ１００の出力信号 は減少し、これは、第２図の折線１３２の中の下方へ尖っている部分によって示 されている。同様に、表面３７へ作用しているこの力が減少すると、重量センサ １００は結晶体２２の重量の増加を検出し、これは、第２図の折線１３２の中の 上方へ尖っている部分によって示されている０重置センサ１００のこれらの出力 信号の変動はコントローラ１０５によって発生される制御情報の正確度を低下さ せる。圧力センサ１０２によって測定されている結晶体２２の内部の圧力変動は 、重置センサ１００によって行なわれている重量測定に対して、丁度裏返しの関 係をもって変動している。後に更に詳細に説明するように、これらの圧力信号と 重量信号とを合算することによって、第２図の線１３３によって示されるように 結晶体２２の真正の重量を確定することができる。真正重量回路１０４は、重量 を表わすこの真正の表示を発生させるために備えられているのである。

既に述べたように、種結晶ホルダ３６と種結晶３９とが結晶体２２の端部な実質 的に完全に閉塞するようにこの種結晶ホルダ３６を構成することによって、結晶 体の内部の圧力変動は、前述の米国特許第４５４４５２８号に開示されている装 置を用いて成長させた種類の非密閉型の結晶体の内部に発生する圧力変動と比較 して、著しくその変動の大きさが増大される。斯かる圧力変動の結果として発生 する重量測定上の誤差が、圧力センサ１０２並びに真正重量回路１０４を用いる 理由となっているのである。

第３図に示されている真正重量回路１０４の詳細な構成について説明すると、重 量センサ１００の出力はライン１０８を介して増幅器１３４に接続されている。

増幅器１３４はライン１３６を介して重量キャリブレーション・ポテンショメー タ１３８に接続されている。このポテンショメータは加算増幅器１４６の負入力 端子に接続されている。抵抗器１４８の一方の端子がライン１５２を介して増幅 器１４６の正入力端子に接続されており、この抵抗器１４８の他方の端子は接地 されている。抵抗器１５０の一方の端子が同じくライン１５２を介して増幅器１ ４６の正入力端子に接続されている。この抵抗器１５０の他方の端子は、後に説 明するように、真正重量回路１０４のもう一方の部分に接続されている。増幅器 １４６の出力はライン１５６を介してフィルタ１５８に１４６の出力ライン１５ ６と負入力端子との間には、一般的な加算増幅器を構成するように、抵抗器１６ ２が接続されている。

以上の素子１３４〜１６４は、重量センサ１００の出力信号を整える、信号コン ディショニングを実行しており、これはこの分野においては公知のことである０ 重量キャリブレーション・ポテンショメータ１３８が用いられているのは、真正 重量回路１０４の出力にキャリブレーションを施すことによって重量センサ１０ ０の感度の変動に対処するためである。

圧力センサ１０２の出力はライン１１８を介して増幅器１７０へ供給されている 。増幅器１７０はライン１７２を介して圧力キャリブレーション・ポテンショメ ータ１７４に接続されており、このポテンショメータは加算増幅器１８２の負入 力端子に接続されている。増幅器１８２の正入力端子は接地されている。オフセ ット電圧源１９２が、抵抗器１８６を介して加算増幅器１８２の負入力端子に接 続されている。オフセット電圧源１９２は一般的なポテンショメータ１９３と適 当な電位１９５とから成っている。抵抗器１９４が、抵抗器１５０を介して、抵 抗器１８６を増幅器１４６の正入力端子に、一般的な加算増幅器を構成するよう に接続している。オフセット電圧源１９２の出力信号の掻性は、以下に更に詳細 に説明するように、このオフセット電圧信号が増幅器１８２並びにそれに付随す る抵抗器１８６．１９４及び１５０を介して重置センサ１００の出力信号に加算 されたときに、この重量センサの信号の大きさが減少するように定められている 。ライン２００上の増幅器１８２の出力は、ライン２０２を介して抵抗器１５０ の一方の端子に接続されている。既に述べたように、この抵抗器１５０の他方の 端子はライン１５２を介して増幅器１４６の正入力端子に接続されている。

電圧源１９２から得られるオフセット信号は圧力センサ１０２の出力信号と組合 わされ、この組合わされた合成信号が増幅器１８２によって増幅される。増幅器 １８２の出力信号は、加算増幅器１４６において重量センサ１００の出力信号と 合算される０重量キャリブレーション・ポテンショメータ１３８と圧力キャリブ レーション・ポテンショメータ１７４とを調節することによって重量センサ１０ ０の出力信号と圧力センサ１０２の出力信号との夫々のスケーリングが行なわれ 、それにより、ライン１７２の上の圧力信号が、ライン１３６の上の重量信号の うちの、種結晶ホルダ、３６の表面３７へ作用している圧力により生じた部分と 、いかなる時点においても大きさが等しく向きが逆となるようにされる。

−例を挙げれば、ある選択された測定期間において、増幅器１３４及びポテンシ ョメータ１３８によってスケーリングされた重量センサ１００の出力信号が◆１ ．５ボルトであり、また、増幅器１７０と１８２、及びそれらに付随する抵抗器 によってスケーリングされた圧力センサ１０２の出力信号が〜０．５ボルトであ ったとする０重量センサ１００の出力と圧力センサ１０２の出力とを、増幅器１ ４６において合算することによって、それらの出力信号の和、即ち＋１．０ボル トが得られ、この電圧が、この選択された測定期間における結晶体２２、種結晶 ３９、及び種結晶ホルダ３６の真正重量を表わすものとなっている。

オフセット電圧源１９２の出力信号は、増幅器１８２によって増幅されることに よって付加的な一定値信号となり、この一定値信号は、増幅器１４６に供給され るとこの増幅器１４６の出力を種結晶３９及び種結晶ホルダ３６の重量に相当す る量だけ低下させる。その結果、増幅器１４６の出力信号は、結晶体２２の真正 重量を表わすことになる。

ライン１５６上の真正重量信号は最後にフィルタ回路１５８によって処理され、 それにより、重量センサ１００の内部で発生する機械的な変動並びに電気的なノ イズによって生じる、望ましくない成分が減衰される０次にこの信号はライン１ ６０を介してコントローラ１０５へ伝達される。

コントローラ１０５は結晶成長装置２０の動作を制御するために備えられている ８本発明の好適実施例においては、引上げ機構３５は、結晶体２２をるつぼ２４ から一定の速度で引上げるように運転される。従って、この装置２０の動作の制 御を、るつぼヒータ２６の出力の調節のみによって行なうことができる。コント ローラ１０５は、このるつぼヒータ２６の調節を行なうために用いられる温度制 御信号を提供する。コントローラ１０５は、例えば工業用プロセス・デジタル・ コンピュータ等をはじめとする種々の形態のうちの、いずれかのものとすること ができる。

次に第１図及び第４図に関し、コントローラ１０５は同コントローラへ供給され る入力信号情報を用いて、マシン制御ソフトウェア・プログラムに従って、るつ ぼヒータ２６の動作を制御する。第４図に図示されているソフトウェア・フロー ・ダイアグラムは、このソフトウェア・プログラムによって実行される動作のロ ジック上の概要を示している。ソフトウェア・プログラムの１行毎のコーディン グについては、図示もせず、また本明細書中で説明することもしないが、それは 、そのようなコーディングは当業者の技術範囲に充分に包含されるものと考えら れるからである。

このフロー・ダイアグラムの中の最初のステップでは、本発明の制御システムが 操作されて装置２０の動作の制御を開始し、これはステップ２００で示されてい る０次に、ステップ２０４に示されているように、コントローラ１０５が結晶体 ２２の現在長さを読取る。長さトランスデユーサ１０１が、ライン１０９を介し てこの現在長さ情報をコントローラ１０５へ供給する０次にステップ２０６にお いて、この現在長さ情報が次回のサイクルに備えて格納される。この後、ステッ プ２０８に示されているように、コントローラ１０５が結晶体の現在重量を読取 る。この現在重量情報は真正重量回路１０４によって発生され、ライン１６０を 介してコントローラ１０５へ供給される０次にステップ２１０において、この現 在重量情報が次回のサイクルに備えて格納される。

この後、ステップ２１２に示されているように、測定間隔Ｘに亙る結晶体２２の 長さの変化が算出される。この差分の算出は、現在長さデータと前回の測定サイ クルで得られた長さデータとを用いて実行される。現在長さデータは長さトラン スデユーサ１０１から直接に供給され、また、前回サイクルの長さデータはステ ップ２１４に示されているように、ステップ２０６で格納されたデータを利用し て読取りが行なわれる。明らかに、このフロー・ダイアグラムの反復動作の第１ 回が行なわれている間は、発生される長さ差分情報は無意味なものであり、その 理由は、前回サイクルの長さデータがその時点では未だ発生されていないからで ある。測定間隔Ｘは、約３０秒から３分までの間の値とすることが望ましい。

この測定間隔Ｘは一定の設定値としてコントローラ１０５の内部に格納しておく こともでき、また、この間隔を制御変数として結晶成長操作の開始時に入力する ようにすることもできる。

次に、ステップ２１６に示されているように、測定間隔Ｘに亙る結晶体２２の重 量の変化が算出される。この差分の算出は、現在重量データと前回の測定サイク ルで得られた重量データとを用いて実行される。現在重量データは真正重量回路 １０４から直接に供給され、また、前回サイクルの重量データはステップ２１８ に示されているように、ステップ２１０で格納されたデータを利用して読取りが 行なわれる。ステップ２１２の場合と同様に、反復動作の第１回が行なわれてい る間に発生される重量差分情報は無意味なものである。ステップ２１６で用いら れる測定間隔Ｘはステップ２１２で用いられる測定間隔Ｘと同一であり、即ち、 Ｘは約３０秒から３分までの間の値とすることが望ましい。

続いてステップ２２０において、定数Ｋにステップ２１６で算出された結晶体の 重量の変化分が乗じられ、更にこの積がステップ２１２で算出された結晶体２２ の長さの変化分で除されることによって、この結晶体２２の実際の壁部厚さが算 出される。当業者には理解される如く、このＫは、成長させる結晶体の所望の壁 部厚さと、長さセンサ１００及び真正重量回路１０４の出力信号の大きさとに基 づいて選択される、壁部厚さ変換定数である。

次に、ステップ２２２に示されているように、所望の壁部厚さ情報がメモリから 読取られる。この後、ステップ２２４において、ステップ２２０で算出された実 際の壁部厚さがステップ２２２で読取られた所望の壁部厚さと比較され、実際の 壁部厚さが所望の壁部厚さより大きいかまたはそれと等しいか、否かの判定が行 なわれる。

実際の壁部厚さが所望の壁部厚さより大きいかまたはそれと等しい場合には、フ ロー・ダイアグラムはステップ２２６へ進み、そこでコントローラ１０５が温度 上昇信号を発生し、この信号がライン２３０を介してるつぼヒータ２６へ供給さ れる。この温度上昇信号を受取ったならば、るつぼヒータ２６は溶融物の温度を 上昇させるように動作し、これによって結晶体２２の壁部厚さが減少されること になる。実際の壁部厚さが所望の壁部厚さより大きくなく、またそれと等しくも ない場合には、フロー・ダイアグラムはステップ２２８へ進み、そこではコ・ン トローラが温度低下信号を発生し、この信号がライン２３０を介してるつぼヒー タ２６へ供給される。この温度低下信号を受取ったならば、るつぼヒータ２６は 溶融物の温度が低下可能なように動作し、これによって結晶体２２の壁部厚さが 増大されることになる。実際には、結晶体２２の壁部厚さはこの結晶体の長さが 増加するにつれて減少する傾向にあるため、ダイ２８の温度は、典型的な例とし ては、この結晶体が長く成長するにつれて、るつぼヒータ２６の出力が低減され るために低下される。

コントローラ１０５によって供給される信号の性質、それに、このコントローラ から供給された信号をるつぼヒータ２６がどのように処理してダイ及び溶融物の 温度を調節するのかという方法、それらは本発明にとっては重要なことではない 、しかしながら、例えばるつぼヒータ２６は、出力が段階的にＨ節自在な段階的 ヒータとすることができる。そのようにすることにより、コントローラ１０５か ら正の信号を受取ったときにはヒータ２６の熱出力があるｊｉＹだけ増加し、ま た、コントローラ１０５から負の信号を受取ったときにはヒータ２６の熱出力が ｉｉＹだけ減少することになる。一般的な温度コントローラ２３４を、第１図に 示すようにるつぼヒータ２６と出力ライン２３０°との間に接続することは、任 意である。コントローラ１０５からライン２３０°を介し、そして温度コントロ ーラ２３４から出力される出力信号に基づいて、この温度コントローラ２３４が るつぼヒータ２６への電力入力を変化させ、これにより、壁部厚さが略々一様な 結晶体２２が確実に成長するようにしている。

第４図中、最後のステップ２３２においては、現在長さ及び現在重量の値の次回 の読取りの前に１次回測定サイクルの遅延が行なわれる。ステップ２０４〜２２ ８は、典型的な一例としては測定間隔の中に存在する時間より短い時間で実行さ れるため、長さ及び重量の値の次回の読取りの前に測定間隔の中の残りの時間が 経過し得るように、ステップ２３２が設けられているのである。

この遅延の終了時に、以上に説明したソフトウェア・フロー・プログラムの諸ス テップが、ステップ２０４から反復される。

本発明は、公知の結晶成長装置の動作を、公知の制御システムを用いた場合に典 型的に得られる正確度と比較して、より正確に制御するのに適している。公知の 結晶成長装置の動作を正確に制御することにより、幾つかの重要な利点が得られ ている。第１には、成長下にある結晶体２２がダイから中途分離したり５ダイに 凝固固着してしまう頻度が減少されている。第２には、管状結晶体の壁部厚さが 、より正確に制御される。第３には、本発明によって制御され、且つ、成長下に ある結晶体の上端部が気体圧力的に実質的に密閉されるように改変されている公 知の結晶成長装置を使用して、長さが６メートルないしはそれ以上の結晶体２２ を、比較的一定の壁部厚さで成長させることができる。長尺の、例えば長さが６ メートルの結晶体から製造されるシリコン板の材料コストは、公知の結晶成長装 置を用いて成長させた比較的短尺の結晶体から製造されるシリコン板と比較して 著しくコストが低く、それは、凝固固着並びに中途分離に起因する損失が回避で きることと、更には、成長させた結晶体の長さに対する、相対的な装置始動時所 要時間の長さが減少することとに依るものである。

本発明は先に言及した米国特許第４５４４５２８号に開示されている種類のＥＦ Ｇ法結晶成長炉装置の動作を制御するように構成されているが、しかしながら、 本発明を、中空の結晶体を成長させるための他の種類の炉装置の動作の制御に適 合させることも可能であることを、理解されたい。

本発明は、るつぼの加熱率を変化させることによって壁部厚さを制御する（引上 げ速度は実質的に一定に保たれる）という好適な構成とされているが、しかしな がら、本発明を、加熱率は一定に保ち、引上げ速度を変化させて壁部厚さを制御 するように構成することも、可能である。また、これとも別に、加熱率と引上げ 速度との双方を変化させて壁部厚さが略々一様な結晶体を製造するようにするこ とも可能である。

以上に説明した装置に対しては、本発明の範囲から逸脱することなく変更を加え ることが可能であることから、以上の記載に含まれている、ないしは添付図面に 示されているあらゆる事項は、具体例を示すためのものとして理解されるへきで あり、限定的な意味を持つものとして理解されるべきではないということは、当 然である。

浄書（内容に変更なし） 手続補正書 １、事件の表示 ＰＣＴ／ＵＳ８ｇ１０１３５３ ２、発明の名称 管状結晶体成長装置を制御するための制御システム３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 国際調査報告　−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．溶融物を収容するためのるつぼと、前記るつぼを加熱するための加熱手段と 、前記溶融物から管状結晶体を成長させるための成長手段を含む手段とを備え、 前記成長手段が、 （１）その上に前記結晶体が成長する種結晶を、支持するための種結晶ホルタ手 段と、（２）前記管状結晶体と前記種結晶ホルダ手段とを前記るつぼから引上げ るための引上げ手段とを備えている、管状結晶体成長装置の動作を制倒するため の制御システムであって、該システムは、 成長下にある前記管状結晶体の長さを表わす出力信号を発生する、長さセンサ手 段と、 成長下にある前記管状結晶体、前記種結晶、及び前記種結晶ホルタ手段の重量を 表わす出力信号を発生する、重量センサ手段と、 前記結晶体の内部の圧力を表わす出力信号を発生する、圧力センサ手段と、 前記長さセンサ手段、前記重量センサ手段、前記圧力センサ手段、並びに前記加 熱手段に接続され、前記長さセンサ手段の出力信号、前記重量センサ手段の出力 信号、及び前記圧力センサ手段の出力信号に応答して前記管状結晶体成長装置の 動作を制御することにより、成長下にある前記管状結晶体が確実に、略々一様な 壁部厚さを持つようにする、コントローラ手段と、を更に備える前記システム。 ２．前記コントローラ手段が前記加熱手段の動作を制御することを特徴とする、 請求項１記載のシステム。 ３．前記コントローラ手段が、前記管状結晶体の真正の重量を算出する算出手段 を含み、更に、該コントローラ手段が、前記長さセンサ手段の出力信号と前記算 出手段の出力信号とに応答して前記るつぼ加熱手段の動作を制御することを特徴 とする、請求項２記載のシステム。 ４．前記算出手段が、 前記重量センサ手段の出力信号と前記圧力センサ手段の出力信号とを組合わせる ことによって、前記管状結晶体及び前記種結晶ホルダ手段の真正の重量を表わす 合成信号を発生する手段と、 前記種結晶ホルダ手段の真正の重量を表わすオフセット出力信号を発生する手段 と、 前記合成信号と前記オフセット出力信号とを組合わせることによって、前記管状 結晶体の真正の重量を表わす修正出力信号を発生する手段と、 から成ることを特徴とする、請求項３記載のシステム。 ５．前記コントローラ手段が、前記管状結晶体の実際の壁部厚さを任意に選択さ れた測定間隔で算出する手段から成ることを特徴とする、請求項２記載のシステ ム。 ６．前記コントローラが、 所望の壁部厚さ値を提供する手段と、 前記所望の壁部厚さ値を実際の壁部厚さと比較して、（１）前記所望の壁部厚さ 値が前記実際の壁部厚さより小さいときには前記加熱手段へ第１信号を送出し、 又（２）前記所望の壁部厚さ値が前記実際の壁部厚さより大きいかまたはそれと 等しいときには前記加熱手段へ第２信号を送出する、手段と、 から成ることを特徴とする、請求項５記載のシステム。 ７．前記種結晶ホルダ手段が前記管状結晶体の上端部を気体圧力的に実質的に閉 塞するように構成されており、且つ、前記圧力センサ手段が、前記種結晶ホルダ 手段に対し上向きに作用している前記管状結晶体の内部の圧力による力を、測定 するように構成されている、ことを特徴とする請求項１記載のシステム。 ８．前記コントローラ手段が、前記管状結晶体が６メートルないしそれ以上の長 さに成長できるように、前記るつぼ加熱手段の動作を制御することを特徴とする 、請求項１記載のシステム。 ９．更に、前記引上げ手段が、前記管状結晶体、前記種結晶、及び前記種結晶ホ ルダ手段を、略々一様な速度で前記溶融物から引上げることを特徴とする、請求 項１記載のシステム。 １０．管状結晶体を成長させるための装置であって、溶融物を収容するためのる つぼと、 前記るつぼを加熱するための加熱手段と、前記溶融物から前記管状結晶体を形成 するための形成手段であって、（１）そこから前記結晶体が成長する種結晶を支 持すると共に、前記結晶体の上端部を気体圧力的に実質的に閉塞する種結晶ホル ダ手段と、（２）前記結晶体、前記種結晶、及び前記種結晶ホルダ手段を前記る つぼから引上げるための引上げ手段と、を含む前記結晶体形成手段と、 成長下にある前記管状結晶体の長さを表わす出力信号を送出する、前記形成手段 に接続された長さ測定手段と、 前記種結晶ホルダに対し上向きに作用している成長下にある前記管状結晶体の内 部の圧力を、表わす出力信号を送出する、前記形成手段に接続された圧力測定手 段と、 成長下にある前記管状結晶体の重量を表わす出力信号を送出する、前記形成手段 に接続された重量測定手段と、 前記長さ測定手段、前記圧力測定手段、前記重量測定手段、並びに前記加熱手段 に接続され、前記長さ測定手段の出力信号、前記圧力測定手段の出力信号、及び 前記重量測定手段の出力信号に基づいて前記加熱手段の動作を制御することによ り、前記結晶体が確実に、略々一様な壁部厚さを持つようにする、コントローラ 手段と、を備える前記装置。 １１．更に、前記コントローラ手段が、前記結晶体の形成が行なわれている間に 任意の測定間隔で、該管状結晶体の実際の壁部厚さを算出する手段を、含んでい ることを特徴とする、請求項１０記載の装置。 １２．溶融物を収容するためのるつぼと、前記るつぼを加熱するための加熱手段 と、前記溶融物から管状結晶体を成長させるための成長手段を含む手段とを備え 、 前記成長手段が、 （１）前記溶融物とつながった、前記るつぼ内の形成手段と、（２）その上に前 記結晶体が成長する種結晶を、支持するための種結晶ホルダ手段と、（３）前記 管状結晶体、前記種結晶、及び前記種結晶ホルダ手段を前記形成手段から引上げ るための引上げ手段とを備えている、型の装置を用いて、略々一様な壁部厚さを 有する管状結晶体を成長させる方法であって、 前記装置を操作して、前記形成手段によって支持された前記管状結晶体の、前記 溶融物からの成長を開始し、前記管状結晶体の現在長さを測定して、測定間隔Ｘ に亙る前記管状結晶体の長さの変化分を表わす長さ値の変化を出力し、 前記管状結晶体の現在重量を測定して、前記測定間隔Ｘに亙る前記管状結晶体の 重量の変化分を表わす重量値の変化を出力し、 前記長さ値の変化、前記重量値の変化、及びスケーリング定数Ｋを用いて、前記 管状結晶体の実際の壁部厚さを表わす壁部厚さ値を算出して出力し、前記壁部厚 さ値を所望の壁部厚さ値と比較し、前記実際の壁部厚さ値が前記所望の壁部厚さ 値より大きい場合には前記加熱手段の温度を上昇させ、又、前記実際の壁部厚さ が前記所望の壁部厚さ値より小さい場合には前記加熱手段の温度を低下させる、 ことから成る、前記方法。 １３．溶融物を収容するためのるつぼと、前記るつぼを加熱するための加熱手段 と、前記溶融物から中空結晶体を成長させるための形成手段を含む手段とを備え 、 前記成長手段が、 （１）その上に前記中空結晶体が成長する種結晶を、支持するための種結晶ホル ダ手段と、（２）前記中空結晶体、前記種結晶、及び前記種結晶ホルダ手段を前 記形成手段から選択された速度で引上げるための引上げ手段とを備えており、 前記種結晶ホルダ手段が、前記中空結晶体の上端部を気体圧力的に実質的に閉塞 するように構成されている、中空結晶体成長装置の動作を制御するための制御シ ステムであって、 成長下にある前記中空結晶体の長さを表わす出力信号を発生する、長さセンサ手 段と、 前記中空結晶体、前記種結晶、及び前記種結晶ホルダ手段の重量を表わす出力信 号を発生する、重量センサ手段と、 前記種結晶ホルダ手段へ上向きに作用している前記中空結晶体の内部の圧力によ る力を表わす出力信号を発生する、圧力センサ手段と、 前記長さセンサ手段、前記重量センサ手段、前記圧力センサ手段、並びに前記加 熱手段に接続され、前記長さセンサ手段の出力信号、前記重量センサ手段の出力 信号、及び前記圧力センサ手段の出力信号に応答して前記加熱手段の動作を制御 することにより、成長下にある前記中空結晶体が確実に、略々一様な壁部厚さを 持つようにする、コントローラ手段とを備え、 前記コントローラ手段が、 前記重量センサ手段の出力信号と前記圧力センサ手段の出力信号とに応動して前 記中空結晶体、前記種結晶、及び前記種結晶ホルダの真正の重量を表わす合成信 号を発生する算出手段と、 前記種結晶及び前記種結晶ホルダ手段の真正の重量を表わすオフセット出力信号 を出力する手段と、前記合成信号と前記オフセット出力信号とを組合わせること によって、前記管状結晶体の真正の重量を表わす修正出力信号を発生する手段と 、 前記修正出力信号と前記長さセンサ手段の出力信号とに応答して前記管状結晶体 の実際の壁部厚さを表わす実際壁部厚さ信号を選択された時点において発生する 手段と、 所望の壁部厚さ値を表わす基準信号を提供する手段と、 前記基準壁部厚さ信号を前記実際壁部厚さ信号と比較し、（１）前記所望の壁部 厚さ値が前記実際の壁部厚さより小さいときには前記加熱手段へ第１制御信号を 出力し、（２）前記所望の壁部厚さ値が前記実際の壁部厚さより大きいときには 前記加熱手段へ第２制御信号を出力する手段とを備える、 前記システム。