JPH05148085A - 単結晶引上げ装置における直径制御方法 - Google Patents
単結晶引上げ装置における直径制御方法Info
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- JPH05148085A JPH05148085A JP31723691A JP31723691A JPH05148085A JP H05148085 A JPH05148085 A JP H05148085A JP 31723691 A JP31723691 A JP 31723691A JP 31723691 A JP31723691 A JP 31723691A JP H05148085 A JPH05148085 A JP H05148085A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ＬＥＣ法により、特に化合物半導体の単結晶を
引き上げる際に、肩部, 直胴部, テイル部の順序で育成
される単結晶の軸方向各部の直径を、設定された目標値
に精度よく一致させることのできる直径制御方法を得
る。 【構成】直径制御のための被検出量がそれぞれ異なる複
数の直径制御系を並列運転し、単結晶の育成段階に応じ
ていずれか１つの直径制御系を選択して該段階の直径制
御を行うようにする。複数の直径制御系は、少なくと
も、被検出量を単結晶の重量としたものと、原料融液温
度または単結晶の直径としたものとを含むものとし、１
つの直径制御系選択時に生じる, 原料融液温度制御のた
めの制御信号の急変は、バンプレス手段を用いて一定レ
ベル以下に抑える。
引き上げる際に、肩部, 直胴部, テイル部の順序で育成
される単結晶の軸方向各部の直径を、設定された目標値
に精度よく一致させることのできる直径制御方法を得
る。 【構成】直径制御のための被検出量がそれぞれ異なる複
数の直径制御系を並列運転し、単結晶の育成段階に応じ
ていずれか１つの直径制御系を選択して該段階の直径制
御を行うようにする。複数の直径制御系は、少なくと
も、被検出量を単結晶の重量としたものと、原料融液温
度または単結晶の直径としたものとを含むものとし、１
つの直径制御系選択時に生じる, 原料融液温度制御のた
めの制御信号の急変は、バンプレス手段を用いて一定レ
ベル以下に抑える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、高ガス圧下にあるる
つぼ中で、表面封止液体で覆われた原料融液に種結晶を
接触させ、この種結晶を引き上げつつ単結晶を種結晶の
鉛直下方に成長させる, いわゆるＬＥＣ法 (液体封止チ
ョコラルスキー法) による単結晶引上げ装置を用いて単
結晶を引上げる際の単結晶鉛直方向各部の直径を設定さ
れた目標値に一致させるための直径制御方法に関する。
つぼ中で、表面封止液体で覆われた原料融液に種結晶を
接触させ、この種結晶を引き上げつつ単結晶を種結晶の
鉛直下方に成長させる, いわゆるＬＥＣ法 (液体封止チ
ョコラルスキー法) による単結晶引上げ装置を用いて単
結晶を引上げる際の単結晶鉛直方向各部の直径を設定さ
れた目標値に一致させるための直径制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＥＣ法による単結晶の引上げは、シリ
コンや酸化物のほか、化合物半導体の単結晶引上げにも
用いられる。しかし、通常のＬＥＣ法で引き上げられる
シリコンや酸化物の単結晶と比べ、化合物半導体では、
例えば化合物半導体がＧａＡｓの場合、原料融液の熱応
答度もしくは熱慣性、引上げ時の高温におけるＧａＡｓ
中のＡｓの離脱やＧａとＡｓとの成分比の変化等、直径
を変動させる複雑な要因が存在し、直径制御がむずかし
いという問題がある。すなわち、従来からシリコンで用
いられている，以下に順次説明する重量法や光学法によ
る自動直径制御方法は、そのままでは化合物半導体単結
晶引上げ時の直径制御方法としては適用できない。
コンや酸化物のほか、化合物半導体の単結晶引上げにも
用いられる。しかし、通常のＬＥＣ法で引き上げられる
シリコンや酸化物の単結晶と比べ、化合物半導体では、
例えば化合物半導体がＧａＡｓの場合、原料融液の熱応
答度もしくは熱慣性、引上げ時の高温におけるＧａＡｓ
中のＡｓの離脱やＧａとＡｓとの成分比の変化等、直径
を変動させる複雑な要因が存在し、直径制御がむずかし
いという問題がある。すなわち、従来からシリコンで用
いられている，以下に順次説明する重量法や光学法によ
る自動直径制御方法は、そのままでは化合物半導体単結
晶引上げ時の直径制御方法としては適用できない。
【０００３】従来、化合物半導体への適用が可能な方法
の１つに、原料融液温度の時間経過が化合物半導体に即
するように温度プログラムを工夫し、この温度プログラ
ムに従って原料融液温度を制御する温度プログラム法が
ある。また、別の方法として、コラクルと称する板状の
治具を原料融液と封止液との間に配置し、中心の孔を通
して結晶を引き上げることにより、所定の直径の単結晶
を得る直径制御方法もとられている。
の１つに、原料融液温度の時間経過が化合物半導体に即
するように温度プログラムを工夫し、この温度プログラ
ムに従って原料融液温度を制御する温度プログラム法が
ある。また、別の方法として、コラクルと称する板状の
治具を原料融液と封止液との間に配置し、中心の孔を通
して結晶を引き上げることにより、所定の直径の単結晶
を得る直径制御方法もとられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】結晶は、種結晶を首部
として、肩部, 直胴部, テイル部の順序に育成される。
通常シリコンで用いられている重量法, すなわち単位時
間当たりの成長重量が、設定された目標値に一致するよ
うに原料融液の温度を制御する重量法では、結晶の直胴
部, テイル部では精度よく直径を制御できる一方、肩部
の直径制御に難点がある。なぜなれば、種結晶に近い,
目標直径が小さい所では、直胴部に近い所と比べ、装置
運転上の各種制御パラメータは桁違いの高精度が要求さ
れ、かつ、わずかなノイズで制御不能も発生するからで
ある。化合物半導体では、高精度の制御ができず、原料
融液の温度を過剰に低下させるようなことがあると、こ
れによる結晶成長速度が急増し、この速度が限界速度を
こえた場合、原料融液の熱慣性のため、急速な直径増大
化が生起し、ひいては単結晶からはずれた結晶が成長す
る。
として、肩部, 直胴部, テイル部の順序に育成される。
通常シリコンで用いられている重量法, すなわち単位時
間当たりの成長重量が、設定された目標値に一致するよ
うに原料融液の温度を制御する重量法では、結晶の直胴
部, テイル部では精度よく直径を制御できる一方、肩部
の直径制御に難点がある。なぜなれば、種結晶に近い,
目標直径が小さい所では、直胴部に近い所と比べ、装置
運転上の各種制御パラメータは桁違いの高精度が要求さ
れ、かつ、わずかなノイズで制御不能も発生するからで
ある。化合物半導体では、高精度の制御ができず、原料
融液の温度を過剰に低下させるようなことがあると、こ
れによる結晶成長速度が急増し、この速度が限界速度を
こえた場合、原料融液の熱慣性のため、急速な直径増大
化が生起し、ひいては単結晶からはずれた結晶が成長す
る。
【０００５】これに対し、温度プログラム法では、上記
の欠点がない反面、特に直径の精度を必要とする直胴部
の育成時に目標の直径に仕上がらないという難点があ
る。また、コラクルの中心孔を通して結晶を引き上げる
直径制御方法では、Ｂ2 Ｏ3 からなる封止液が常温では
固体であり、ＳｉＣからなるコラクルの板を封止液と原
料融液との間に配置するためには、単結晶原料を入れた
るつぼの内壁面にコラクルの板と，固定である封止液原
料とをガラス材で支持し、ガラス材を熱で溶かしてコラ
クルの板を原料融液上に浮かべる等、ガラス細工の工程
を含んだ作業を必要とし、単結晶引上げ開始時点までの
準備段階での装置の操作が繁雑で熟練を要し、自動化が
むずかしいという問題がある。
の欠点がない反面、特に直径の精度を必要とする直胴部
の育成時に目標の直径に仕上がらないという難点があ
る。また、コラクルの中心孔を通して結晶を引き上げる
直径制御方法では、Ｂ2 Ｏ3 からなる封止液が常温では
固体であり、ＳｉＣからなるコラクルの板を封止液と原
料融液との間に配置するためには、単結晶原料を入れた
るつぼの内壁面にコラクルの板と，固定である封止液原
料とをガラス材で支持し、ガラス材を熱で溶かしてコラ
クルの板を原料融液上に浮かべる等、ガラス細工の工程
を含んだ作業を必要とし、単結晶引上げ開始時点までの
準備段階での装置の操作が繁雑で熟練を要し、自動化が
むずかしいという問題がある。
【０００６】なお、化合物半導体単結晶固有の直径変動
要因である，原料融液の熱応答性もしくは熱慣性や、固
体である単結晶が原料融液より比重が小さいことに基づ
く浮力の補正等を配慮した，改良された重量法が一部の
化合物半導体単結晶において実用化されているが、この
方法が適用できない半導体もある。この発明の目的は、
前記問題点を解消した，形状制御のすぐれた，自動化の
容易な，化合物半導体単結晶引上げ時の直径制御方法を
提供することである。
要因である，原料融液の熱応答性もしくは熱慣性や、固
体である単結晶が原料融液より比重が小さいことに基づ
く浮力の補正等を配慮した，改良された重量法が一部の
化合物半導体単結晶において実用化されているが、この
方法が適用できない半導体もある。この発明の目的は、
前記問題点を解消した，形状制御のすぐれた，自動化の
容易な，化合物半導体単結晶引上げ時の直径制御方法を
提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明においては、ＬＥＣ法による単結晶引上げ
装置を用いて単結晶を引上げる際の単結晶鉛直方向各部
の直径を設定された目標値に一致させるための直径制御
方法として、直径制御のための被検出量がそれぞれ異な
る複数の直径制御系を並列運転し、単結晶の成長段階ご
とにいずれか１つの直径制御系を選択して該段階の直径
制御を行う方法をとる。
に、この発明においては、ＬＥＣ法による単結晶引上げ
装置を用いて単結晶を引上げる際の単結晶鉛直方向各部
の直径を設定された目標値に一致させるための直径制御
方法として、直径制御のための被検出量がそれぞれ異な
る複数の直径制御系を並列運転し、単結晶の成長段階ご
とにいずれか１つの直径制御系を選択して該段階の直径
制御を行う方法をとる。
【０００８】ここで、直径制御のための被制御量がそれ
ぞれ異なる複数の直径制御系は、少なくとも、原料融液
表面上部に成長している単結晶の重量を被検出量とし、
該成長途中の重量を検出する重量検出器と、該重量検出
器が検出した各瞬時の重量から該各瞬時の単位時間当た
りの増加重量を演算する重量増加率演算器と、種付けか
ら引抜きまでの各瞬時ごとの目標直径の信号を出力する
目標直径信号発生器と、目標直径信号発生器の出力信号
から各瞬時の単位時間当たりの増加重量目標値を演算す
る目標重量増加率演算器と、前記重量増加率演算器と目
標重量増加率演算器との出力信号値の差から原料融液温
度を該出力信号値の差がなくなるように制御するための
制御信号を出力するコントローラと、このコントローラ
が出力する制御信号により原料融液加熱電源装置の出力
を制御する電力調整器とを備えてなる直径制御系と、原
料融液温度を被制御量とし、種付けから引き抜きまでの
各瞬時ごとの目標直径の信号を出力する目標直径信号発
生器と、該各瞬時ごとの原料融液温度目標値の信号を出
力する温度プログラム信号発生器と、原料融液温度を計
測する温度計測手段と、温度計測手段が計測した温度と
原料融液温度目標値との差から原料融液温度を該計測さ
れた温度と温度目標値との差がなくなるように制御する
ための制御信号を出力するコントローラと、このコント
ローラが出力する制御信号により原料融液加熱電源装置
の出力を制御する電力調整器とを備えてなる直径制御系
または原料融液表面上部の単結晶の直径を被検出量と
し、単結晶の画像を捉えてるつぼ上方鉛直方向の定位置
における各瞬時の直径を算出する直径算出手段と、種付
けから引き抜きまでの各瞬時ごとの目標直径の信号を出
力する目標直径信号発生器と、直径算出手段と目標直径
信号発生器との出力信号値の差から原料融液温度を該出
力信号値の差がなくなるように制御するための制御信号
を出力するコントローラと、このコントローラが出力す
る制御信号により原料融液加熱電源装置の出力を制御す
る電力調整器とを備えてなる直径制御系とを含むものと
し、かつ、単結晶の成長段階ごとにいずれか１つの直径
制御系を選択する際の前段階の直径制御系から次段階の
直径制御系への切替え時に、該切替えに伴う電力調整器
への制御信号の急変を所定のレベル以下に抑えるバンプ
レス手段を電力調整器への制御信号を切替える制御信号
切替え手段に内蔵させるようにする。
ぞれ異なる複数の直径制御系は、少なくとも、原料融液
表面上部に成長している単結晶の重量を被検出量とし、
該成長途中の重量を検出する重量検出器と、該重量検出
器が検出した各瞬時の重量から該各瞬時の単位時間当た
りの増加重量を演算する重量増加率演算器と、種付けか
ら引抜きまでの各瞬時ごとの目標直径の信号を出力する
目標直径信号発生器と、目標直径信号発生器の出力信号
から各瞬時の単位時間当たりの増加重量目標値を演算す
る目標重量増加率演算器と、前記重量増加率演算器と目
標重量増加率演算器との出力信号値の差から原料融液温
度を該出力信号値の差がなくなるように制御するための
制御信号を出力するコントローラと、このコントローラ
が出力する制御信号により原料融液加熱電源装置の出力
を制御する電力調整器とを備えてなる直径制御系と、原
料融液温度を被制御量とし、種付けから引き抜きまでの
各瞬時ごとの目標直径の信号を出力する目標直径信号発
生器と、該各瞬時ごとの原料融液温度目標値の信号を出
力する温度プログラム信号発生器と、原料融液温度を計
測する温度計測手段と、温度計測手段が計測した温度と
原料融液温度目標値との差から原料融液温度を該計測さ
れた温度と温度目標値との差がなくなるように制御する
ための制御信号を出力するコントローラと、このコント
ローラが出力する制御信号により原料融液加熱電源装置
の出力を制御する電力調整器とを備えてなる直径制御系
または原料融液表面上部の単結晶の直径を被検出量と
し、単結晶の画像を捉えてるつぼ上方鉛直方向の定位置
における各瞬時の直径を算出する直径算出手段と、種付
けから引き抜きまでの各瞬時ごとの目標直径の信号を出
力する目標直径信号発生器と、直径算出手段と目標直径
信号発生器との出力信号値の差から原料融液温度を該出
力信号値の差がなくなるように制御するための制御信号
を出力するコントローラと、このコントローラが出力す
る制御信号により原料融液加熱電源装置の出力を制御す
る電力調整器とを備えてなる直径制御系とを含むものと
し、かつ、単結晶の成長段階ごとにいずれか１つの直径
制御系を選択する際の前段階の直径制御系から次段階の
直径制御系への切替え時に、該切替えに伴う電力調整器
への制御信号の急変を所定のレベル以下に抑えるバンプ
レス手段を電力調整器への制御信号を切替える制御信号
切替え手段に内蔵させるようにする。
【０００９】なお、バンプレス手段を備えた制御信号切
替え手段はコントローラの出力側に配置するか、あるい
は入力側に配置して、被検出量を単結晶の重量とした直
径制御系のコントローラと、被検出量を原料融液温度ま
たは単結晶の直径とした直径制御系のコントローラとを
１つのコントローラに集約する。
替え手段はコントローラの出力側に配置するか、あるい
は入力側に配置して、被検出量を単結晶の重量とした直
径制御系のコントローラと、被検出量を原料融液温度ま
たは単結晶の直径とした直径制御系のコントローラとを
１つのコントローラに集約する。
【００１０】
【作用】本発明によれば、被検出量が異なる直径制御方
法のそれぞれの利点が発揮され、かつ広範囲の種類の半
導体に共通に適用することができる。すなわち、結晶の
肩部は、被検出量を原料融液温度とした直径制御方法に
より、あるいは被検出量を原料融液表面上部の単結晶直
径そのものとして、この直径を設定された目標値に一致
させる直径制御方法により、形状, 寸法を精度よく育成
することができ、直胴部およびテイル部は、被検出量を
原料融液表面上部に成長している単結晶の重量とした直
径制御方法により、設定された目標寸法, 形状に精度よ
く一致させる育成が可能になる。
法のそれぞれの利点が発揮され、かつ広範囲の種類の半
導体に共通に適用することができる。すなわち、結晶の
肩部は、被検出量を原料融液温度とした直径制御方法に
より、あるいは被検出量を原料融液表面上部の単結晶直
径そのものとして、この直径を設定された目標値に一致
させる直径制御方法により、形状, 寸法を精度よく育成
することができ、直胴部およびテイル部は、被検出量を
原料融液表面上部に成長している単結晶の重量とした直
径制御方法により、設定された目標寸法, 形状に精度よ
く一致させる育成が可能になる。
【００１１】ここで、単結晶の成長段階ごとに、被検出
量がそれぞれ異なる複数の直径制御系中のいずれか１つ
を選択してその段階の直径制御を行う場合、前段階の直
径制御に用いられた直径制御系と直径制御系が異なる場
合に最も問題となる, 融液加熱電源装置出力制御用電力
調整器への制御信号値の急変(この急変は、直径制御系
が異なるため当然発生し、特に新たな直径制御系におけ
る制御信号が原料融液温度を低下させる方向の信号であ
った場合、急変の程度が大きいと、化合物半導体の原料
融液がその大きい熱慣性により、一旦温度が低下する
と、制御信号が元に戻っても温度がすぐには元に戻ら
ず、単結晶の成長速度が増加の一途を辿り、成長速度が
ある値をこえると成長結晶が単結晶からはずれる) は、
バンプレス手段を用い、成長結晶が単結晶からはずれ出
す温度以上に原料融液温度が維持できるレベル以下に抑
えるようにする。バンプレス手段は種々の回路構成のも
のが可能であり、例えば、２つのコントローラから出力
される制御信号値の差があるレベル以下であることを偏
差検出回路で確認して切替えを実行するとか、両制御信
号の一方をα (α＜１) 倍し、他方を (１−α) 倍して
加算するとともにαを階段的に変化させて信号を一方か
ら他方へ切り替える等により、変動幅を一定以下に抑え
ることが可能である。
量がそれぞれ異なる複数の直径制御系中のいずれか１つ
を選択してその段階の直径制御を行う場合、前段階の直
径制御に用いられた直径制御系と直径制御系が異なる場
合に最も問題となる, 融液加熱電源装置出力制御用電力
調整器への制御信号値の急変(この急変は、直径制御系
が異なるため当然発生し、特に新たな直径制御系におけ
る制御信号が原料融液温度を低下させる方向の信号であ
った場合、急変の程度が大きいと、化合物半導体の原料
融液がその大きい熱慣性により、一旦温度が低下する
と、制御信号が元に戻っても温度がすぐには元に戻ら
ず、単結晶の成長速度が増加の一途を辿り、成長速度が
ある値をこえると成長結晶が単結晶からはずれる) は、
バンプレス手段を用い、成長結晶が単結晶からはずれ出
す温度以上に原料融液温度が維持できるレベル以下に抑
えるようにする。バンプレス手段は種々の回路構成のも
のが可能であり、例えば、２つのコントローラから出力
される制御信号値の差があるレベル以下であることを偏
差検出回路で確認して切替えを実行するとか、両制御信
号の一方をα (α＜１) 倍し、他方を (１−α) 倍して
加算するとともにαを階段的に変化させて信号を一方か
ら他方へ切り替える等により、変動幅を一定以下に抑え
ることが可能である。
【００１２】
【実施例】以下本発明の一実施例を図面により説明す
る。図１は本発明が対象とする単結晶引上げ装置を含
む, 直径制御のための機能ブロック図である。図におい
て、符号１は原料融液、２はＢ2 Ｏ3 からなる封止液
体、３は種結晶、４は引上げ途中の単結晶、５は石英,
アルミナ等からなるるつぼ、６はるつぼ５を内壁面に密
着状態に保持する, グラファイト, ＳｉＣ等からなる支
持部材、７は回転しつつ上昇する引上げ軸、９は支持部
材６, るつぼ５を介して原料融液を加熱する加熱ヒー
タ、１０は導入された不活性ガスが３０〜７０気圧の高
圧に維持される高圧容器、１１はのぞき窓、１２は原料
融液温度を測定する熱電対であり、支持部材６の壁面上
の原料融液表面近傍に取り付けられている。さらに、符
号１３は制御信号を受けて必要なサイリスタ点弧角信号
を出力する電力調整器、１４は入力されたサイリスタ点
弧角信号により出力電力が調整される加熱電源装置であ
る。
る。図１は本発明が対象とする単結晶引上げ装置を含
む, 直径制御のための機能ブロック図である。図におい
て、符号１は原料融液、２はＢ2 Ｏ3 からなる封止液
体、３は種結晶、４は引上げ途中の単結晶、５は石英,
アルミナ等からなるるつぼ、６はるつぼ５を内壁面に密
着状態に保持する, グラファイト, ＳｉＣ等からなる支
持部材、７は回転しつつ上昇する引上げ軸、９は支持部
材６, るつぼ５を介して原料融液を加熱する加熱ヒー
タ、１０は導入された不活性ガスが３０〜７０気圧の高
圧に維持される高圧容器、１１はのぞき窓、１２は原料
融液温度を測定する熱電対であり、支持部材６の壁面上
の原料融液表面近傍に取り付けられている。さらに、符
号１３は制御信号を受けて必要なサイリスタ点弧角信号
を出力する電力調整器、１４は入力されたサイリスタ点
弧角信号により出力電力が調整される加熱電源装置であ
る。
【００１３】このように構成される単結晶引上げ装置で
の結晶直径を制御するために、本実施例では、２つのフ
ィードバックループが構成されている。その一つは前記
の重量法に相当するものであり、もう一つは温度プログ
ラム法に相当するものである。符号２０で示す目標直径
信号発生器では設定された引き上げ速度、目標形状すな
わち肩部の長さ, 直胴部の径と長さ, テイル部の長さを
もとに種付けから引き抜きまでの各瞬時に対応する直径
信号が発信される。この信号をベースにして目標重量増
加率演算器２１では各時刻に対応する目標単位時間当た
り重量信号が発信される。この目標値と、重量検出器２
２で検出された各瞬時の重量から重量増加率演算器２３
が演算した実際の単位時間当たり重量値との偏差信号が
コントローラ２４の入力に加えられ、コントローラ２４
からはこの偏差がプラスの時は原料融液の温度を下げ、
マイナスの時は温度を上げるように制御信号が出され
る。その結果として実際の重量値は目標値に一致し、ひ
いては結晶の直径は目標値になる。なお、２の封止液体
による浮力の補正は目標重量増加率演算器２１で実行さ
れる。また温度プログラム法では直径制御のための原料
融液温度の時間経過が与えられる。図２にその例を示
す。図に示すように、融液温度の時間経過は、種付け終
了後、融液温度が直胴部温度へあるスロープで降下する
よう設定されている。このときのＴ1 −Ｔ2 の値として
はプロセスデータの実績値が適用され目標温度プログラ
ムが設定される。この値と熱電対１０で検出された融液
温度との差がコントローラ２７の入力に加えられ、コン
トローラ２７から出力される制御信号により、電力調整
器１３を介して融液温度が目標の温度になり、結晶の直
径は目標値になる。
の結晶直径を制御するために、本実施例では、２つのフ
ィードバックループが構成されている。その一つは前記
の重量法に相当するものであり、もう一つは温度プログ
ラム法に相当するものである。符号２０で示す目標直径
信号発生器では設定された引き上げ速度、目標形状すな
わち肩部の長さ, 直胴部の径と長さ, テイル部の長さを
もとに種付けから引き抜きまでの各瞬時に対応する直径
信号が発信される。この信号をベースにして目標重量増
加率演算器２１では各時刻に対応する目標単位時間当た
り重量信号が発信される。この目標値と、重量検出器２
２で検出された各瞬時の重量から重量増加率演算器２３
が演算した実際の単位時間当たり重量値との偏差信号が
コントローラ２４の入力に加えられ、コントローラ２４
からはこの偏差がプラスの時は原料融液の温度を下げ、
マイナスの時は温度を上げるように制御信号が出され
る。その結果として実際の重量値は目標値に一致し、ひ
いては結晶の直径は目標値になる。なお、２の封止液体
による浮力の補正は目標重量増加率演算器２１で実行さ
れる。また温度プログラム法では直径制御のための原料
融液温度の時間経過が与えられる。図２にその例を示
す。図に示すように、融液温度の時間経過は、種付け終
了後、融液温度が直胴部温度へあるスロープで降下する
よう設定されている。このときのＴ1 −Ｔ2 の値として
はプロセスデータの実績値が適用され目標温度プログラ
ムが設定される。この値と熱電対１０で検出された融液
温度との差がコントローラ２７の入力に加えられ、コン
トローラ２７から出力される制御信号により、電力調整
器１３を介して融液温度が目標の温度になり、結晶の直
径は目標値になる。
【００１４】この２つのフィードバックループの１つが
信号切替え器２５により選択される。コントローラ２
４, ２７は常に運転状態にしてあるので、オペレータの
判断により、両コントローラのいずれか一方の出力信号
が電力調整器１３に入力されるように２５により切り替
えることが常に可能である。基本的には目標は同じなの
で各時点での２４と２７の両コントローラから出力され
る制御信号値は同じはずであるが、状況に応じて両方式
の特質が発揮される。本発明の方法では、オペレータは
制御信号を確認しながらこれを使い分けることができる
のである。すでに述べたように、切替え時の制御信号値
の急激な変動はこの装置では禁物である。そのため、こ
の切替え器にはバンプレス機能を付与する。例えば、両
制御信号値の差があるレベル以下であることを偏差検出
回路で確認して切替えを実行するとか、両信号値の一方
をα (α＜１) 倍し、他方を (１−α) 倍して加算する
とともにαを段階的に変化させて信号を一方から他方へ
切り替える方法などがある。
信号切替え器２５により選択される。コントローラ２
４, ２７は常に運転状態にしてあるので、オペレータの
判断により、両コントローラのいずれか一方の出力信号
が電力調整器１３に入力されるように２５により切り替
えることが常に可能である。基本的には目標は同じなの
で各時点での２４と２７の両コントローラから出力され
る制御信号値は同じはずであるが、状況に応じて両方式
の特質が発揮される。本発明の方法では、オペレータは
制御信号を確認しながらこれを使い分けることができる
のである。すでに述べたように、切替え時の制御信号値
の急激な変動はこの装置では禁物である。そのため、こ
の切替え器にはバンプレス機能を付与する。例えば、両
制御信号値の差があるレベル以下であることを偏差検出
回路で確認して切替えを実行するとか、両信号値の一方
をα (α＜１) 倍し、他方を (１−α) 倍して加算する
とともにαを段階的に変化させて信号を一方から他方へ
切り替える方法などがある。
【００１５】前述の実施例の説明では、温度プログラム
法と重量法との２方法を用いて直径を精度よく制御する
方法を説明したが、温度プログラム法を、融液表面上部
の単結晶の直径そのものを被検出量とする直径検出法と
入れ換えてもよい。この種の検出法としては図１ののぞ
き窓１１を通して得られる単結晶の画像をイメージセン
サで捉え画像処理を行って直径を算出する方法が公知で
あり、本目的に有効に使える。
法と重量法との２方法を用いて直径を精度よく制御する
方法を説明したが、温度プログラム法を、融液表面上部
の単結晶の直径そのものを被検出量とする直径検出法と
入れ換えてもよい。この種の検出法としては図１ののぞ
き窓１１を通して得られる単結晶の画像をイメージセン
サで捉え画像処理を行って直径を算出する方法が公知で
あり、本目的に有効に使える。
【００１６】以上の実施例では、被検出量がそれぞれ異
なる直径制御系を２つ並列運転して直径を制御する場合
について述べたが、被検出量がそれぞれ異なる直径制御
系を３つ並列運転して直径を制御するようにしてもよ
い。なお、図１の実施例では、信号切替え器２５をコン
トローラ２４, ２７の後段に配置したが、コントローラ
２４, ２７の入力側に接続することも可能である。この
場合には、コントローラを１台ですませることが可能と
なる。
なる直径制御系を２つ並列運転して直径を制御する場合
について述べたが、被検出量がそれぞれ異なる直径制御
系を３つ並列運転して直径を制御するようにしてもよ
い。なお、図１の実施例では、信号切替え器２５をコン
トローラ２４, ２７の後段に配置したが、コントローラ
２４, ２７の入力側に接続することも可能である。この
場合には、コントローラを１台ですませることが可能と
なる。
【００１７】
【発明の効果】本発明の方法によれば、被検出量が異な
る直径制御方法の利点が発揮でき、かつ広範囲の種類の
半導体に共通に適用できる。また直径制御系の切替えそ
のものも装置の運転パラメータの一つとみなしプログラ
ム可能にできるので装置をさらに容易に自動運転可能に
でき、装置の生産性が向上する。化合物半導体の場合、
直径制御系の切替えに際して最も問題となる，電力調整
器への制御信号の急変も、バンプレス手段により一定レ
ベル以下に抑えられるため、成長結晶が単結晶から外れ
ることがなくなり、装置の生産性がさらに向上する。ま
た、２つ以上の直径制御系を備えているので、いずれか
１つの直径制御系に障害が発生した場合、残りの直径制
御系を用いて運転を継続することができ、装置の運転信
頼性すなわち稼働率が向上する。また、当然のことなが
ら、各直径制御方式による各種データの比較が容易で、
結晶成長プロセスの知見を増すことが容易となる。
る直径制御方法の利点が発揮でき、かつ広範囲の種類の
半導体に共通に適用できる。また直径制御系の切替えそ
のものも装置の運転パラメータの一つとみなしプログラ
ム可能にできるので装置をさらに容易に自動運転可能に
でき、装置の生産性が向上する。化合物半導体の場合、
直径制御系の切替えに際して最も問題となる，電力調整
器への制御信号の急変も、バンプレス手段により一定レ
ベル以下に抑えられるため、成長結晶が単結晶から外れ
ることがなくなり、装置の生産性がさらに向上する。ま
た、２つ以上の直径制御系を備えているので、いずれか
１つの直径制御系に障害が発生した場合、残りの直径制
御系を用いて運転を継続することができ、装置の運転信
頼性すなわち稼働率が向上する。また、当然のことなが
ら、各直径制御方式による各種データの比較が容易で、
結晶成長プロセスの知見を増すことが容易となる。
【図１】本発明が対象とする単結晶引上げ装置を含む,
直径制御のための機能ブロック図
直径制御のための機能ブロック図
【図２】温度プログラム法における温度プログラムの一
例を示す線図
例を示す線図
１ 原料融液 ２ 封止液体 ３ 種結晶 ４ 単結晶 ５ るつぼ ７ 引上げ軸 ９ 加熱ヒータ １０ 高圧容器 １１ のぞき窓 １２ 熱電対（温度計測手段） １３ 電力調整器 １４ 加熱電源装置（原料融液加熱電源装置） ２０ 目標直径信号発生器 ２１ 目標重量増加率演算器 ２２ 重量検出器 ２３ 重量増加率演算器 ２４ コントローラ ２５ 信号切替え器 ２５ａ バンプレス回路（バンプレス手段） ２６ 温度プログラム信号発生器 ２７ コントローラ
Claims (5)
- 【請求項１】高ガス圧下にあるるつぼ中で、表面封止液
体で覆われた原料融液に種結晶を接触させ、この種結晶
を引き上げつつ単結晶を種結晶の鉛直下方に成長させる
単結晶引上げ装置を用いて単結晶を引上げる際の単結晶
鉛直方向各部の直径を設定された目標値に一致させるた
めの直径制御方法において、直径制御のための被検出量
がそれぞれ異なる複数の直径制御系を並列運転し、単結
晶の成長段階ごとにいずれか１つの直径制御系を選択し
て該段階の直径制御を行うことを特徴とする単結晶引上
げ装置における直径制御方法。 - 【請求項２】請求項第１項に記載の直径制御方法におい
て、直径制御のための被検出量がそれぞれ異なる複数の
直径制御系は、少なくとも、原料融液表面上部に成長し
ている単結晶の重量を被検出量とし、該成長途中の重量
を検出する重量検出器と、該重量検出器が検出した各瞬
時の重量から該各瞬時の単位時間当たりの増加重量を演
算する重量増加率演算器と、種付けから引抜きまでの各
瞬時ごとの目標直径の信号を出力する目標直径信号発生
器と、目標直径信号発生器の出力信号から各瞬時の単位
時間当たりの増加重量目標値を演算する目標重量増加率
演算器と、前記重量増加率演算器と目標重量増加率演算
器との出力信号値の差から原料融液温度を該出力信号値
の差がなくなるように制御するための制御信号を出力す
るコントローラと、このコントローラが出力する制御信
号により原料融液加熱電源装置の出力を制御する電力調
整器とを備えてなる直径制御系と、原料融液温度を被制
御量とし、種付けから引き抜きまでの各瞬時ごとの目標
直径の信号を出力する目標直径信号発生器と、該各瞬時
ごとの原料融液温度目標値の信号を出力する温度プログ
ラム信号発生器と、原料融液温度を計測する温度計測手
段と、温度計測手段が計測した温度と原料融液温度目標
値との差から原料融液温度を該計測された温度と温度目
標値との差がなくなるように制御するための制御信号を
出力するコントローラと、このコントローラが出力する
制御信号により原料融液加熱電源装置の出力を制御する
電力調整器とを備えてなる直径制御系とを含むととも
に、単結晶の成長段階ごとにいずれか１つの直径制御系
を選択する際の前段階の直径制御系から次段階の直径制
御系への切替え時に、該切替えに伴う電力調整器への制
御信号の急変を所定のレベル以下に抑えるバンプレス手
段を電力調整器への制御信号を切替える制御信号切替え
手段に内蔵させることを特徴とする単結晶引上げ装置に
おける直径制御方法。 - 【請求項３】請求項第１項に記載の直径制御方法におい
て、直径制御のための被検出量がそれぞれ異なる複数の
直径制御系は、少なくとも、原料融液表面上部に成長し
ている単結晶の重量を被検出量とし、該成長途中の重量
を検出する重量検出器と、該重量検出器が検出した各瞬
時の重量から該各瞬時の単位時間当たりの増加重量を演
算する重量増加率演算器と、種付けから引抜きまでの各
瞬時ごとの目標直径の信号を出力する目標直径信号発生
器と、目標直径信号発生器の出力信号から各瞬時の単位
時間当たりの増加重量目標値を演算する目標重量増加率
演算器と、前記重量増加率演算器と目標重量増加率演算
器との出力信号値の差から原料融液温度を該出力信号値
の差がなくなるように制御するための制御信号を出力す
るコントローラと、このコントローラが出力する制御信
号により原料融液加熱電源装置の出力を制御する電力調
整器とを備えてなる直径制御系と、原料融液表面上部の
単結晶の直径を被検出量とし、単結晶の画像を捉えてる
つぼ上方鉛直方向の定位置における各瞬時の直径を算出
する直径算出手段と、種付けから引き抜きまでの各瞬時
ごとの目標直径の信号を出力する目標直径信号発生器
と、直径算出手段と目標直径信号発生器との出力信号値
の差から原料融液温度を該出力信号値の差がなくなるよ
うに制御するための制御信号を出力するコントローラ
と、このコントローラが出力する制御信号により原料融
液加熱電源装置の出力を制御する電力調整器とを備えて
なる直径制御系とを含むとともに、単結晶の成長段階ご
とにいずれか１つの直径制御系を選択する際の前段階の
直径制御系から次段階の直径制御系への切替え時に、該
切替えに伴う電力調整器への制御信号の急変を所定のレ
ベル以下に抑えるバンプレス手段を電力調整器への制御
信号を切替える制御信号切替え手段に内蔵させることを
特徴とする単結晶引上げ装置における直径制御方法。 - 【請求項４】請求項２または３に記載の直径制御方法に
おいて、バンプレス手段を備えた制御信号切替え手段が
コントローラの出力側に配置されていることを特徴とす
る単結晶引上げ装置における直径制御方法。 - 【請求項５】請求項２または３に記載の直径制御方法に
おいて、バンプレス手段を備えた制御信号切替え手段が
コントローラの入力側に配置され、被検出量を単結晶の
重量とした直径制御系のコントローラと、被検出量を原
料融液温度または単結晶の直径とした直径制御系のコン
トローラとが１つのコントローラに集約されていること
を特徴とする単結晶引上げ装置における直径制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31723691A JPH05148085A (ja) | 1991-12-02 | 1991-12-02 | 単結晶引上げ装置における直径制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31723691A JPH05148085A (ja) | 1991-12-02 | 1991-12-02 | 単結晶引上げ装置における直径制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05148085A true JPH05148085A (ja) | 1993-06-15 |
Family
ID=18086001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31723691A Pending JPH05148085A (ja) | 1991-12-02 | 1991-12-02 | 単結晶引上げ装置における直径制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05148085A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101540235B1 (ko) * | 2013-08-16 | 2015-07-29 | 주식회사 엘지실트론 | 단결정 잉곳제조장치 및 단결정 잉곳제조방법 |
| JP2017507109A (ja) * | 2014-11-26 | 2017-03-16 | ユニオンライト テクノロジー カンパニー リミテッド | サファイア単結晶成長のｐｌｃ閉ループ制御方法 |
-
1991
- 1991-12-02 JP JP31723691A patent/JPH05148085A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101540235B1 (ko) * | 2013-08-16 | 2015-07-29 | 주식회사 엘지실트론 | 단결정 잉곳제조장치 및 단결정 잉곳제조방법 |
| JP2017507109A (ja) * | 2014-11-26 | 2017-03-16 | ユニオンライト テクノロジー カンパニー リミテッド | サファイア単結晶成長のｐｌｃ閉ループ制御方法 |
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