JPH04149092A - コーン部育成制御方法及び装置 - Google Patents
コーン部育成制御方法及び装置Info
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- JPH04149092A JPH04149092A JP2274124A JP27412490A JPH04149092A JP H04149092 A JPH04149092 A JP H04149092A JP 2274124 A JP2274124 A JP 2274124A JP 27412490 A JP27412490 A JP 27412490A JP H04149092 A JPH04149092 A JP H04149092A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/20—Controlling or regulating
- C30B15/22—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10S117/901—Levitation, reduced gravity, microgravity, space
- Y10S117/902—Specified orientation, shape, crystallography, or size of seed or substrate
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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- Y10T117/10—Apparatus
- Y10T117/1004—Apparatus with means for measuring, testing, or sensing
- Y10T117/1008—Apparatus with means for measuring, testing, or sensing with responsive control means
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- Materials Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、チョクラルスキー法により、原料融液から単
結晶棒のコーン部を引上、育成する、コーン部育成制御
方法及び装置に関する。
結晶棒のコーン部を引上、育成する、コーン部育成制御
方法及び装置に関する。
この種のコーン部育成制御方法及び装置では、直径１０
ｍｍ程度の種結晶を融液に漬け、種結晶を引き」二げ
ることにより単結晶を育成する。すなわち、結晶直径を
３１１１．［１１程度まで絞って転位を無くした後、結
晶直径を増大させでて、目的とする円柱状の直胴部を育
成する。 この結晶直径増大部（コーン部）は製品として使用され
ないので、できるだけ短くして単結晶製造コストを低減
する必要がある。しかし、コー＝ン部を短くし過ぎると
、すなわち結晶直径を急に増大させると、結晶が乱れて
、直胴部を育成することが不可能となる。 ここで、融液温度を下げたり、結晶用」−げ速度を下げ
たりすると、結晶直径が増大する。結晶弓トげ速度の変
化に対する結晶直径の変化の応答性は、融液温度の変化
に対する結晶直径の変化の応答性よりも相当速いが、結
晶が乱れ易い。一方、コーン部の目標形状を設定してお
き、結晶直径を測定し、目標形状になるように、融液を
加熱するし−タに供給Ａ−る電力を制御すると、ハンチ
ングが大きくて、結晶表面に大きな凹凸が形成される。 このたｙ〕、目標形状の傾斜を、コーン部をできるだけ
短くするだめの理想的な形状の傾斜よりも緩やかにして
、結晶が乱れるのを防止する必要がある。換言すれば、
コーン部の長さが必要以上に長くなる。 そこで、従来では、時間の経過とともに融液温度が低く
なる目標温度パターンを設定しでおき、この目標温度に
なるように、融液を加熱するヒタへの供給電力を調節し
ていた。この制御方法によれば、ハンチングが小さいの
で、結晶表面に形成される凹凸が小さくなる。
ｍｍ程度の種結晶を融液に漬け、種結晶を引き」二げ
ることにより単結晶を育成する。すなわち、結晶直径を
３１１１．［１１程度まで絞って転位を無くした後、結
晶直径を増大させでて、目的とする円柱状の直胴部を育
成する。 この結晶直径増大部（コーン部）は製品として使用され
ないので、できるだけ短くして単結晶製造コストを低減
する必要がある。しかし、コー＝ン部を短くし過ぎると
、すなわち結晶直径を急に増大させると、結晶が乱れて
、直胴部を育成することが不可能となる。 ここで、融液温度を下げたり、結晶用」−げ速度を下げ
たりすると、結晶直径が増大する。結晶弓トげ速度の変
化に対する結晶直径の変化の応答性は、融液温度の変化
に対する結晶直径の変化の応答性よりも相当速いが、結
晶が乱れ易い。一方、コーン部の目標形状を設定してお
き、結晶直径を測定し、目標形状になるように、融液を
加熱するし−タに供給Ａ−る電力を制御すると、ハンチ
ングが大きくて、結晶表面に大きな凹凸が形成される。 このたｙ〕、目標形状の傾斜を、コーン部をできるだけ
短くするだめの理想的な形状の傾斜よりも緩やかにして
、結晶が乱れるのを防止する必要がある。換言すれば、
コーン部の長さが必要以上に長くなる。 そこで、従来では、時間の経過とともに融液温度が低く
なる目標温度パターンを設定しでおき、この目標温度に
なるように、融液を加熱するヒタへの供給電力を調節し
ていた。この制御方法によれば、ハンチングが小さいの
で、結晶表面に形成される凹凸が小さくなる。
しかし、コーン部の形状は、絞り部の直径、直胴部の目
標直径、結晶引上げ速度、引上げ軸回転速度、坩堝回転
速度、ヒータに対する坩堝の上下方向位置、坩堝の内径
及び坩堝内の融液の量等にも依存するので、再現性の良
いコーン部形状が得られない。このた杓、経過時間に対
する目標温度パターンの傾斜を、コーン部をできるだけ
短くするための理想的な温度パターンの傾斜よりも緩や
かにして、結晶が乱れるのを防止する必要があり、コー
ン部の長さが必要以上に長くなる。 本発明の目的は、このような問題点に鑑み、コーン部形
状の再現性を向上させてコーン部を短くすることができ
るコーン部育成制御方法及び装置を提供することにある
。
標直径、結晶引上げ速度、引上げ軸回転速度、坩堝回転
速度、ヒータに対する坩堝の上下方向位置、坩堝の内径
及び坩堝内の融液の量等にも依存するので、再現性の良
いコーン部形状が得られない。このた杓、経過時間に対
する目標温度パターンの傾斜を、コーン部をできるだけ
短くするための理想的な温度パターンの傾斜よりも緩や
かにして、結晶が乱れるのを防止する必要があり、コー
ン部の長さが必要以上に長くなる。 本発明の目的は、このような問題点に鑑み、コーン部形
状の再現性を向上させてコーン部を短くすることができ
るコーン部育成制御方法及び装置を提供することにある
。
本方法発明では、チョクラルスキー法により、ヒータで
加熱された融液から単結晶棒のコーン部を引上育成する
コーン部育成制御方法において、該融液に関する温度の
目標値（Ｔｏ又はＴ。＋△Ｔｏ）及び該結晶の育成部の
直径変化率の目標値を予め設定しておき、該結晶の育成
部の直径を測定し、該直径の変化率を算出し、該融液に
関する温度を測定し、該直径変化率の算出値と目標値と
の差に基づいて、該目標温度を補正し、該測定温度が補
正された該目標温度になるように、該ヒタに供給する電
力を調節するステップを有している。 また、本装置発明では、チョクラルスキー法により、ヒ
ータで加熱された融液から単結晶棒のコーン部を引上育
成するコーン部育成制御装置において、該結晶の育成部
の直径を測定する手段と、該直径の変化率を算出する手
段と、該直径の変化率の目標値が設定された第１設定手
段と、該融液に関する温度を測定する手段と、該融液に
関する温度の目標値が設定された第２設定手段と、該直
径変化率の算出値と目標値との差に基づいて、該目標温
度を補正する目標温度補正手段と、該測定温度が補正さ
れた該目標温度になるように、該ヒ夕に供給する電力を
調節するヒータ電力調節手段と、を有している。 上記方法及び装置の発明において、前記温度及びの直径
変化率の目標値は、時間、引上げ長さ又は直径の関数と
して設定されるが、コーン部形状の再現性向上のために
は、直径変化率の目標値は直径の関数で設定するのが最
も好ましい。この再現性の向上により、温度の目標値は
、最も構成が簡単になる時間の関数で充分となる。 前記温度は、例えば、前記ヒータを囲繞する断熱材に形
成した凹部の温度又は融液表面温度である。 前記目標温度の補正は、好ましくは、前記直径変化率の
算出値と目標値との差に関する比例成分と微分成分と積
分成分との和を前記目標温度に加えることにより行う。 また、前記電力調節は、例えば、前記測定温度と前記補
正された目標温度との差に関しＰＩＤ動作を行う調節で
ある。
加熱された融液から単結晶棒のコーン部を引上育成する
コーン部育成制御方法において、該融液に関する温度の
目標値（Ｔｏ又はＴ。＋△Ｔｏ）及び該結晶の育成部の
直径変化率の目標値を予め設定しておき、該結晶の育成
部の直径を測定し、該直径の変化率を算出し、該融液に
関する温度を測定し、該直径変化率の算出値と目標値と
の差に基づいて、該目標温度を補正し、該測定温度が補
正された該目標温度になるように、該ヒタに供給する電
力を調節するステップを有している。 また、本装置発明では、チョクラルスキー法により、ヒ
ータで加熱された融液から単結晶棒のコーン部を引上育
成するコーン部育成制御装置において、該結晶の育成部
の直径を測定する手段と、該直径の変化率を算出する手
段と、該直径の変化率の目標値が設定された第１設定手
段と、該融液に関する温度を測定する手段と、該融液に
関する温度の目標値が設定された第２設定手段と、該直
径変化率の算出値と目標値との差に基づいて、該目標温
度を補正する目標温度補正手段と、該測定温度が補正さ
れた該目標温度になるように、該ヒ夕に供給する電力を
調節するヒータ電力調節手段と、を有している。 上記方法及び装置の発明において、前記温度及びの直径
変化率の目標値は、時間、引上げ長さ又は直径の関数と
して設定されるが、コーン部形状の再現性向上のために
は、直径変化率の目標値は直径の関数で設定するのが最
も好ましい。この再現性の向上により、温度の目標値は
、最も構成が簡単になる時間の関数で充分となる。 前記温度は、例えば、前記ヒータを囲繞する断熱材に形
成した凹部の温度又は融液表面温度である。 前記目標温度の補正は、好ましくは、前記直径変化率の
算出値と目標値との差に関する比例成分と微分成分と積
分成分との和を前記目標温度に加えることにより行う。 また、前記電力調節は、例えば、前記測定温度と前記補
正された目標温度との差に関しＰＩＤ動作を行う調節で
ある。
本発明では、結晶直径を直接制御せずに、（１）融液温
度が目標温度Ｔ０になるように制御し、かつ、 （２）直径自体ではなく、直径変化率 △Ｄ／Δｔとその目標値（ΔＤ／Δｔ）。との差に基づ
いて、目標温度Ｔ。を補正しているので、コーン部形状
の再現性を向上させることができ、これにより、結晶の
乱れを生じさせずにコーン部の長さを従来よりも短くす
ることができる。
度が目標温度Ｔ０になるように制御し、かつ、 （２）直径自体ではなく、直径変化率 △Ｄ／Δｔとその目標値（ΔＤ／Δｔ）。との差に基づ
いて、目標温度Ｔ。を補正しているので、コーン部形状
の再現性を向上させることができ、これにより、結晶の
乱れを生じさせずにコーン部の長さを従来よりも短くす
ることができる。
以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。
第１図は、コーン部育成制御装置が適用された、チョク
ラルスキー法による結晶育成装置を示す。 黒鉛坩堝１０内に嵌合された石英坩堝１２内には、シリ
コーン多結晶の塊が収容され、これは、黒鉛坩堝１０を
囲繞するヒータ１４に電力を供給することにより、加熱
溶融されて融液１６になる。 ヒータ１４は黒鉛の断熱材１８で囲繞され、これら構成
要素１０〜１８は、真空吸引されるチャンバ２０内に収
容されている。 黒鉛坩堝１０は、これと同心の坩堝回転軸２２を介し不
図示のモータで、矢印方向に回転、昇降される。一方、
黒鉛坩堝１０の上方には、これと同心の引上軸２６の下
端に、ホルダ２８を介して種結晶３０が保持されている
。 種結晶３０の下端を融液１６に漬けて矢印方向に引き上
げながら回転させることにより、単結晶３２が育成され
る。この単結晶３２は、結晶を無転位にするための絞り
部３２Ａ１結晶を目標直径ＤＢまで増大させるためのコ
ーン部３２Ｂ、目標直径ＤＢの直胴部３２Ｃの順に育成
される。 チャンバ２０の肩部には、単結晶３２と融液１６との界
面に形成された輝環３４を撮像するた約に、覗き窓３６
が設けられ、かつ、この覗き窓３６に対向して撮像装置
３８がチャンバ２０に固定されている。撮像装置３８か
ら出力される複合映像信号は直径計測器４０に供給され
、直径計測器４０は画像処理により輝厖：３４の直径を
計測する。 一方、融液１６に関する温度を測定するために、チャン
バ２０の側面に覗き窓４４が設けられ、断熱材１８の側
面に凹部４６が形成され、かつ、覗き窓４４を通し凹部
４６を覗くようにして放射温度計４８がチャンバ２０に
固定されている。 放射温度計４８で検出された温度Ｔの目標値Ｔｏは、マ
イクロコーンピュータ５（］で決定される。 このマイクロコーンピュータ５０は、周知の如く、ＣＰ
Ｔ、Ｊ ５２、ＲＯＭ５４、ＲＡＭ５６、人カボト５
８及び出力ポートロ０を備えて構成されている。人力ボ
ート５８には、直径計測器４０から直径りが供給される
。また、例えば、絞り部３２Ａを手動制御で育成した後
、自動制御に切換えると、コーン部育成開始信号が人力
ボート５８に供給される。入力ポート５８にはまた、磁
気ディスクドライバ６２及びキーボード６３が接続され
ている。 この磁気ディスクドライバ６２を介して、目標直径突化
率ファイル６４及び目標温度ファイル６６がマイクロコ
ーンピュータ５０に読み込まれ、ＲＡＭ５６に格納され
る。目標直径変化率ファイル６４は、図示の如く、結晶
直径りの時間ｔに関する変化率の目標値（ΔＤ／Δｔ）
ｏを直径りの関数で表したデータファイルである。また
、目標温度ファイル６６は、図示の如く、凹部４６の温
度の目標値Ｔ。を時間ｔの関数で表したデータファイル
である。 ＣＰＵ５２は、ＲＯＭ５４に格納さｔ１７’ａグラノ４
に従って、キーボード６３から人力ボート５８を介し後
述する初期補正値ΔＴ、を読み込み、直径計測器４０か
ら入力ポート５８を介し直径りを読み込み、ＲＡＭ５６
に格納された目標直径変化率ファイル６４及び目標温度
ファイル６６を参照して、補正した目標温度Ｔ、。を算
出し、この目標温度Ｔ。０を、出カポ−）６０及びＤ／
Ａ変換器６８を介して温度調節器７０に供給する。 温度調節器７０は、例えばＰＩＤ動作を行ってＴが目標
温度Ｔ。ｆｌになるように、駆動回路７２を介しヒータ
１４に電力を供給する。 次に、第２図に基づいてマイクロフンピユータ５０の処
理を説明する。 （９８）絞り部最終時点での結晶直径り及び弓Ｆげ速度
をそれぞれ標準的な値と比較し、これらの差に基づいて
、目標温度Ｔ、の初期補正値Δ１゛。を算出し、キーボ
ード６３を操作してマイクロコーンピュータ５０に入力
する。 （１００）直径計測器４０から直径りを一定時間Δτ毎
にに回読ろ込ろ、その平均値をり、とする。 （１０２＞直径Ｄ、が設定値ＤＡに達したかどうかを判
定する。単結晶３２が乱れないようにするために、ＤＩ
＜ＤＡでは、直径変゛イヒ率の目標値が比較的小さな値
に設定されているので、目標温度Ｔ。の補正の必要性は
少ないと考えられる。 （１０４）Ｄ、＜［）Ａであれば、ＲＡＭ５６に格納さ
れている目標温度ファイル６６から、時刻ｔ ＝＝ ｉ
△ｔにおける目標温度Ｔ。を読ろ出し、Ｔ、＋ΔＴｏを
Ｔｏ。とする。ここに、Δｔ＝にΔτである。 Ｄ、≧ＤＡであれば、 （１０６）直径り、が直胴部３２Ｃの目標直径Ｄ３に達
したかどうかを判定する。 （１０８）Ｄ、＜Ｄ、であれば、直径り、の時間に対す
る変化率△Ｄ／△ｔを算出する。ここに、ΔＤ−（Ｄ、
−Ｄ、、）７ｍである。 （１］、Ｏ）ＲＡＭ５６に格納されている目標直径変化
率ファイル６４及び目標温度ファイル６６から、時刻ｔ
＝ｉ△ｔにおける目標直径変化率（△Ｄ／△ｔ）。及び
目標温度Ｔ。を読み出す。 （１１２）ｄ、＝△Ｄ／△ｔ （△Ｄ／△ｔ） ・ （１） を算出する。 （１１，４＞コーン部３２Ｂの凹凸を大きくすることな
くコーン部３２Ｂの形状の再現性を向上させるための、
目標温度Ｔ。の補正値Ｓを算出する例えば、前記ｄ、に
関する比例成分と微分成分と積分成分との和を補正値Ｓ
とする。この場合、５＝Ｋｐｄ＋ＫＩΣｄ、△ｔ ＋
Ｋ ｎ△ｄ／△ｔとなる。 ここに、Ｋ−、Ｋ＋ 、Ｋｎは、補正が最も効果的に行
われるように経験的に選定される定数であり、また、Δ
ｄ ＝ ｄ １ｄ ｉ−＋である。 （１１６）Ｔ、＋ΔＴｏ＋ＳをＴ。ｏとする。 （１１８）Ｄ／Ａ変換器６８を介し温度調節器７０に、
補正された目標温度Ｔ。０を供給する。そして、ｌをイ
ンクリメントし、上記ステップ１００へ戻る。 第３図乃至第５図は本装置を用いてコーン部３２Ｂを実
際に育成したときの、直径り、直径変化率△Ｄ／△ｔ１
目標直径変化率（ΔＤ／△ｔ）ｏ。 目標温度Ｔ０及び石英坩堝１２の回転速度ＣＲの時間１
（１＝０でコーン部自動育成制御開始）に対する変化
を示す。コーン部３２Ｂの育成の際の試験条件は次の通
りである。 石英坩堝１２：上下方向位置一定 引上軸２６：引上げ速度一定 温度調節器７０：ＰＩＤｌｉ節器 Δτ＝６秒、Δｔ＝１分、ｍ＝２ ＤＡ ：８０ｍｍ Ｄａ：１５８ｍｍ ｍ△ｔは、短か過ぎると目標温度Ｔ０゜がハンチングし
、長ずぎると補正が不正確になるので、ｍ△ｔの選定は
重要である。ｍ△ｔの好ましい範囲は１〜３分であった
。 第３〜５図において、ダイアル（ｄｉａｌ）値は温度と
線形の関係にある。ｔ＜２分でＴ。が急降下しているの
はコーン部育成速度を速めるためである。また、ｔ＜２
分でＴ０＋ΔＴｏくＴ。０となっているのは、次の理由
である。すなわち、駆動回路７２がダイアルをモータで
回転させてヒータ１４に供給する電力を調整しており、
目標温度の変化率があまり大きいとこのモータの回転速
度が上限値に達して追従が遅れるためである。 第３図では、直径変化率の目標値に対する偏差ｄがＤ≧
ＤＡにおいて比較的小さい。ｔ−６０〜６５分で目標温
度Ｔ。が＋側に補正されている。 第４図では、ｔ−４５〜５０分でｄが比較的大きくなり
、目標温度Ｔ０が＋側に補正されている。 ｔ〉５０では、積分定数が補正値として残っており、Ｔ
ｏ、ｌ！：Ｔｏｏの傾きが等しくなっている。 第５図では、ｔ〉４０でｄが負になったために、目標温
度Ｔ。が−側に補正されている。 目標温度Ｔ。を補正しない従来法でコーン部３２Ｂを育
成した場合と、目標温度Ｔ０を補正した本方法でコーン
部３２Ｂを育成した場合とを、それぞれ４０本の単結晶
棒について比較した結果は次の通りであった。 コーン部長さの平均値 従来法：１（］、’１ｃｍ 本方法：］、０．１ｃ
ｍコーン部長さの標準偏差 従来法：１．４９ 本方法：０．６５不良品発生
率（転位発生本数／４０本）従来法：０，４５
本方法：０．１０なお、不良品とは、転位が発生したた
め結晶を降下・させて融液中で溶融し、再度引上げ直す
ものをいう。 従来力で不良品発生率が大きいのは、コーン部長さを短
くし目標直径変化率（ΔＤ／Δｔ）。を比較的大きくし
たことと、表面形状の再現性が悪いことのだ約に、実際
の直径変化率ΔＤ／Δｔが部分的に大きくなり過ぎ％転
位が発生したと考えられる。、−のような厳１−い条件
下においては、本実施例のように、温度の自動補正を行
うこ１！−により、表面形状の再現性が向上し２て、不
良発生軍人きく低下することがわかった。
ラルスキー法による結晶育成装置を示す。 黒鉛坩堝１０内に嵌合された石英坩堝１２内には、シリ
コーン多結晶の塊が収容され、これは、黒鉛坩堝１０を
囲繞するヒータ１４に電力を供給することにより、加熱
溶融されて融液１６になる。 ヒータ１４は黒鉛の断熱材１８で囲繞され、これら構成
要素１０〜１８は、真空吸引されるチャンバ２０内に収
容されている。 黒鉛坩堝１０は、これと同心の坩堝回転軸２２を介し不
図示のモータで、矢印方向に回転、昇降される。一方、
黒鉛坩堝１０の上方には、これと同心の引上軸２６の下
端に、ホルダ２８を介して種結晶３０が保持されている
。 種結晶３０の下端を融液１６に漬けて矢印方向に引き上
げながら回転させることにより、単結晶３２が育成され
る。この単結晶３２は、結晶を無転位にするための絞り
部３２Ａ１結晶を目標直径ＤＢまで増大させるためのコ
ーン部３２Ｂ、目標直径ＤＢの直胴部３２Ｃの順に育成
される。 チャンバ２０の肩部には、単結晶３２と融液１６との界
面に形成された輝環３４を撮像するた約に、覗き窓３６
が設けられ、かつ、この覗き窓３６に対向して撮像装置
３８がチャンバ２０に固定されている。撮像装置３８か
ら出力される複合映像信号は直径計測器４０に供給され
、直径計測器４０は画像処理により輝厖：３４の直径を
計測する。 一方、融液１６に関する温度を測定するために、チャン
バ２０の側面に覗き窓４４が設けられ、断熱材１８の側
面に凹部４６が形成され、かつ、覗き窓４４を通し凹部
４６を覗くようにして放射温度計４８がチャンバ２０に
固定されている。 放射温度計４８で検出された温度Ｔの目標値Ｔｏは、マ
イクロコーンピュータ５（］で決定される。 このマイクロコーンピュータ５０は、周知の如く、ＣＰ
Ｔ、Ｊ ５２、ＲＯＭ５４、ＲＡＭ５６、人カボト５
８及び出力ポートロ０を備えて構成されている。人力ボ
ート５８には、直径計測器４０から直径りが供給される
。また、例えば、絞り部３２Ａを手動制御で育成した後
、自動制御に切換えると、コーン部育成開始信号が人力
ボート５８に供給される。入力ポート５８にはまた、磁
気ディスクドライバ６２及びキーボード６３が接続され
ている。 この磁気ディスクドライバ６２を介して、目標直径突化
率ファイル６４及び目標温度ファイル６６がマイクロコ
ーンピュータ５０に読み込まれ、ＲＡＭ５６に格納され
る。目標直径変化率ファイル６４は、図示の如く、結晶
直径りの時間ｔに関する変化率の目標値（ΔＤ／Δｔ）
ｏを直径りの関数で表したデータファイルである。また
、目標温度ファイル６６は、図示の如く、凹部４６の温
度の目標値Ｔ。を時間ｔの関数で表したデータファイル
である。 ＣＰＵ５２は、ＲＯＭ５４に格納さｔ１７’ａグラノ４
に従って、キーボード６３から人力ボート５８を介し後
述する初期補正値ΔＴ、を読み込み、直径計測器４０か
ら入力ポート５８を介し直径りを読み込み、ＲＡＭ５６
に格納された目標直径変化率ファイル６４及び目標温度
ファイル６６を参照して、補正した目標温度Ｔ、。を算
出し、この目標温度Ｔ。０を、出カポ−）６０及びＤ／
Ａ変換器６８を介して温度調節器７０に供給する。 温度調節器７０は、例えばＰＩＤ動作を行ってＴが目標
温度Ｔ。ｆｌになるように、駆動回路７２を介しヒータ
１４に電力を供給する。 次に、第２図に基づいてマイクロフンピユータ５０の処
理を説明する。 （９８）絞り部最終時点での結晶直径り及び弓Ｆげ速度
をそれぞれ標準的な値と比較し、これらの差に基づいて
、目標温度Ｔ、の初期補正値Δ１゛。を算出し、キーボ
ード６３を操作してマイクロコーンピュータ５０に入力
する。 （１００）直径計測器４０から直径りを一定時間Δτ毎
にに回読ろ込ろ、その平均値をり、とする。 （１０２＞直径Ｄ、が設定値ＤＡに達したかどうかを判
定する。単結晶３２が乱れないようにするために、ＤＩ
＜ＤＡでは、直径変゛イヒ率の目標値が比較的小さな値
に設定されているので、目標温度Ｔ。の補正の必要性は
少ないと考えられる。 （１０４）Ｄ、＜［）Ａであれば、ＲＡＭ５６に格納さ
れている目標温度ファイル６６から、時刻ｔ ＝＝ ｉ
△ｔにおける目標温度Ｔ。を読ろ出し、Ｔ、＋ΔＴｏを
Ｔｏ。とする。ここに、Δｔ＝にΔτである。 Ｄ、≧ＤＡであれば、 （１０６）直径り、が直胴部３２Ｃの目標直径Ｄ３に達
したかどうかを判定する。 （１０８）Ｄ、＜Ｄ、であれば、直径り、の時間に対す
る変化率△Ｄ／△ｔを算出する。ここに、ΔＤ−（Ｄ、
−Ｄ、、）７ｍである。 （１］、Ｏ）ＲＡＭ５６に格納されている目標直径変化
率ファイル６４及び目標温度ファイル６６から、時刻ｔ
＝ｉ△ｔにおける目標直径変化率（△Ｄ／△ｔ）。及び
目標温度Ｔ。を読み出す。 （１１２）ｄ、＝△Ｄ／△ｔ （△Ｄ／△ｔ） ・ （１） を算出する。 （１１，４＞コーン部３２Ｂの凹凸を大きくすることな
くコーン部３２Ｂの形状の再現性を向上させるための、
目標温度Ｔ。の補正値Ｓを算出する例えば、前記ｄ、に
関する比例成分と微分成分と積分成分との和を補正値Ｓ
とする。この場合、５＝Ｋｐｄ＋ＫＩΣｄ、△ｔ ＋
Ｋ ｎ△ｄ／△ｔとなる。 ここに、Ｋ−、Ｋ＋ 、Ｋｎは、補正が最も効果的に行
われるように経験的に選定される定数であり、また、Δ
ｄ ＝ ｄ １ｄ ｉ−＋である。 （１１６）Ｔ、＋ΔＴｏ＋ＳをＴ。ｏとする。 （１１８）Ｄ／Ａ変換器６８を介し温度調節器７０に、
補正された目標温度Ｔ。０を供給する。そして、ｌをイ
ンクリメントし、上記ステップ１００へ戻る。 第３図乃至第５図は本装置を用いてコーン部３２Ｂを実
際に育成したときの、直径り、直径変化率△Ｄ／△ｔ１
目標直径変化率（ΔＤ／△ｔ）ｏ。 目標温度Ｔ０及び石英坩堝１２の回転速度ＣＲの時間１
（１＝０でコーン部自動育成制御開始）に対する変化
を示す。コーン部３２Ｂの育成の際の試験条件は次の通
りである。 石英坩堝１２：上下方向位置一定 引上軸２６：引上げ速度一定 温度調節器７０：ＰＩＤｌｉ節器 Δτ＝６秒、Δｔ＝１分、ｍ＝２ ＤＡ ：８０ｍｍ Ｄａ：１５８ｍｍ ｍ△ｔは、短か過ぎると目標温度Ｔ０゜がハンチングし
、長ずぎると補正が不正確になるので、ｍ△ｔの選定は
重要である。ｍ△ｔの好ましい範囲は１〜３分であった
。 第３〜５図において、ダイアル（ｄｉａｌ）値は温度と
線形の関係にある。ｔ＜２分でＴ。が急降下しているの
はコーン部育成速度を速めるためである。また、ｔ＜２
分でＴ０＋ΔＴｏくＴ。０となっているのは、次の理由
である。すなわち、駆動回路７２がダイアルをモータで
回転させてヒータ１４に供給する電力を調整しており、
目標温度の変化率があまり大きいとこのモータの回転速
度が上限値に達して追従が遅れるためである。 第３図では、直径変化率の目標値に対する偏差ｄがＤ≧
ＤＡにおいて比較的小さい。ｔ−６０〜６５分で目標温
度Ｔ。が＋側に補正されている。 第４図では、ｔ−４５〜５０分でｄが比較的大きくなり
、目標温度Ｔ０が＋側に補正されている。 ｔ〉５０では、積分定数が補正値として残っており、Ｔ
ｏ、ｌ！：Ｔｏｏの傾きが等しくなっている。 第５図では、ｔ〉４０でｄが負になったために、目標温
度Ｔ。が−側に補正されている。 目標温度Ｔ。を補正しない従来法でコーン部３２Ｂを育
成した場合と、目標温度Ｔ０を補正した本方法でコーン
部３２Ｂを育成した場合とを、それぞれ４０本の単結晶
棒について比較した結果は次の通りであった。 コーン部長さの平均値 従来法：１（］、’１ｃｍ 本方法：］、０．１ｃ
ｍコーン部長さの標準偏差 従来法：１．４９ 本方法：０．６５不良品発生
率（転位発生本数／４０本）従来法：０，４５
本方法：０．１０なお、不良品とは、転位が発生したた
め結晶を降下・させて融液中で溶融し、再度引上げ直す
ものをいう。 従来力で不良品発生率が大きいのは、コーン部長さを短
くし目標直径変化率（ΔＤ／Δｔ）。を比較的大きくし
たことと、表面形状の再現性が悪いことのだ約に、実際
の直径変化率ΔＤ／Δｔが部分的に大きくなり過ぎ％転
位が発生したと考えられる。、−のような厳１−い条件
下においては、本実施例のように、温度の自動補正を行
うこ１！−により、表面形状の再現性が向上し２て、不
良発生軍人きく低下することがわかった。
第１図乃至第５図１ｉ本発明に係る二）−ン部育成制御
方法及び装置の一実施例に係り、 第１図はコーン部育成制御方法及び装置が適用された結
晶育成装置の概略構成図、 第２図は第１図のマイクロコーンピュータ５０の処理手
厘を示すフローチャー １−１第３図乃至第５図は本実
施例装置を実際に用いた結果を示す線図である。 図中、 １０は黒鉛坩堝 １２は石英用鍋 １４はヒータ １６は融液 １８は断熱材 ２０１よＪヤンバ ２２は坩堝回転軸 ２日は引上軸 ２８はホルダ ３０は種結晶 ；３２１ま単結晶 ３２Ａは絞り部 ３２Ｆ３はコーン部 ３２ Ｃは直胴部 ３４は輝環 ３６．４４は覗き窓 ３８は撮像装置 ４８は放射温度計 ５（］はマイクロコーンピュータ ６４は目標直径変化Ｗファイル ６６は目標温度ファイル
方法及び装置の一実施例に係り、 第１図はコーン部育成制御方法及び装置が適用された結
晶育成装置の概略構成図、 第２図は第１図のマイクロコーンピュータ５０の処理手
厘を示すフローチャー １−１第３図乃至第５図は本実
施例装置を実際に用いた結果を示す線図である。 図中、 １０は黒鉛坩堝 １２は石英用鍋 １４はヒータ １６は融液 １８は断熱材 ２０１よＪヤンバ ２２は坩堝回転軸 ２日は引上軸 ２８はホルダ ３０は種結晶 ；３２１ま単結晶 ３２Ａは絞り部 ３２Ｆ３はコーン部 ３２ Ｃは直胴部 ３４は輝環 ３６．４４は覗き窓 ３８は撮像装置 ４８は放射温度計 ５（］はマイクロコーンピュータ ６４は目標直径変化Ｗファイル ６６は目標温度ファイル
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）、チョクラルスキー法により、ヒータ（１４）で加
熱された融液（１６）から単結晶棒（３２）のコーン部
（３２Ｂ）を引上育成するコーン部育成制御方法におい
て、 該融液に関する温度の目標値（６６）及び該結晶の育成
部の直径変化率の目標値（６４）を予め設定しておき、 該結晶の育成部の直径を測定し（１００）、該直径の変
化率を算出し（１０８）、 該融液に関する温度を測定し、 該直径変化率の算出値と目標値との差に基づいて、該目
標温度を補正し（１１２〜１１６）、該測定温度が補正
された該目標温度になるように、該ヒータに供給する電
力を調節する、 ステップを有することを特徴とするコーン部育成制御方
法。 ２）、前記温度の前記目標値（６４）は時間の関数であ
り、前記直径変化率の前記目標値（６６）は直径の関数
であることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３）、前記温度は、前記ヒータ（１４）を囲繞する断熱
材（１８）に形成した凹部（４６）の温度であることを
特徴とする請求項１又は２に記載の方法。 ４）、前記目標温度の補正は、前記直径変化率の算出値
と目標値との差に関する比例成分と微分成分と積分成分
との和を前記目標温度に加えることを特徴とする請求項
１乃至３のいずれか１つに記載の方法。 ５）、前記電力調節は、前記測定温度と前記補正された
目標温度との差に関しＰＩＤ動作を行う調節であること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の方
法。 ６）、チョクラルスキー法により、ヒータ（１４）で加
熱された融液（１６）から単結晶棒（３２）のコーン部
（３２Ｂ）を引上育成するコーン部育成制御装置におい
て、 該結晶の育成部の直径を測定する手段（３８、４０）と
、 該直径の変化率を算出する手段（５０、１０８）と、 該直径の変化率の目標値が設定された第１設定手段（６
４）と、 該融液に関する温度を測定する手段（４８）と、該融液
に関する温度の目標値が設定された第２設定手段（６６
）と、 該直径変化率の算出値と目標値との差に基づいて、該目
標温度を補正する目標温度補正手段（５０、１１２〜１
１６）と、 該測定温度が補正された該目標温度になるように、該ヒ
ータに供給する電力を調節するヒータ電力調節手段（７
０、７２）と、 を有することを特徴とするコーン部育成制御装置。 ７）、前記第１設定手段で設定された前記目標値（６４
）は直径の関数であり、前記第２設定手段で設定された
前記目標値（６６）は時間の関数であることを特徴とす
る請求項６記載の装置。 ８）、前記温度測定手段（４８）は、前記ヒータ（１４
）を囲繞する断熱材（１８）に形成した凹部（４６）の
温度を検出することを特徴とする請求項６又は７に記載
の装置 ９）、前記目標温度補正手段（５０、１１２〜１１６）
は、前記直径変化率の算出値と目標値との差に関する比
例成分と微分成分と積分成分との和を前記目標温度に加
えることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１つに
記載の方法。 １０）、前記ヒータ電力調節手段（７０、７２）は、前
記測定温度と前記補正された目標温度との差に関しＰＩ
Ｄ動作を行う調節器であることを特徴とする請求項６乃
至８のいずれか１つに記載の装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2274124A JPH0777996B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | コーン部育成制御方法及び装置 |
| DE69103119T DE69103119T2 (de) | 1990-10-12 | 1991-10-10 | Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Züchtung eines Kegelförmigen Teiles eines Einkristalles. |
| EP91117283A EP0482438B1 (en) | 1990-10-12 | 1991-10-10 | Single crystal conical portion growth control method and apparatus |
| US07/776,774 US5223078A (en) | 1990-10-12 | 1991-10-15 | Conical portion growth control method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2274124A JPH0777996B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | コーン部育成制御方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04149092A true JPH04149092A (ja) | 1992-05-22 |
| JPH0777996B2 JPH0777996B2 (ja) | 1995-08-23 |
Family
ID=17537359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2274124A Expired - Fee Related JPH0777996B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | コーン部育成制御方法及び装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5223078A (ja) |
| EP (1) | EP0482438B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0777996B2 (ja) |
| DE (1) | DE69103119T2 (ja) |
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| CN110004492A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-07-12 | 苏州新美光纳米科技有限公司 | 长晶炉内监测方法及长晶炉 |
| JP2020083714A (ja) * | 2018-11-28 | 2020-06-04 | 住友金属鉱山株式会社 | 酸化物単結晶の製造方法及び結晶育成装置 |
| JP2020132483A (ja) * | 2019-02-21 | 2020-08-31 | 信越半導体株式会社 | Ｃｚシリコン単結晶製造方法 |
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| JPH09221386A (ja) * | 1996-02-08 | 1997-08-26 | Komatsu Electron Metals Co Ltd | 単結晶引上装置 |
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