JPH05238877A - Melt level control unit in cz process - Google Patents

Melt level control unit in cz process

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JPH05238877A
JPH05238877A JP7552792A JP7552792A JPH05238877A JP H05238877 A JPH05238877 A JP H05238877A JP 7552792 A JP7552792 A JP 7552792A JP 7552792 A JP7552792 A JP 7552792A JP H05238877 A JPH05238877 A JP H05238877A
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melt
melt surface
shaft
crucible
position detector
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Kazuo Ota
一男 太田
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Sumco Techxiv Corp
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Komatsu Electronic Metals Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide the subject control unit designed to detect in high accuracy the level of a melt irrespective of melt surface vibration and, based on the result, maintain the melt at a specified level at all times. CONSTITUTION:(A) A position detector 4 to measure the distance between a melt surface 3 and a light-intercepting surface using the regular reflection of laser beams and (B) a light shutter 5 actuating synchronously with the vibration frequency of the melt surface 3 are installed outside an oven to be put to vertical motion together with a pull shaft 6. A control section 13 operates the difference between the detection data from the position detector 4 and a specified melt level data set in advance, and then gives instruction signals to the servo-motor 9 for the pull shaft's vertical motion and the servo-motor 11 for the crucible shaft's vertical motion to control these drivings, thus maintaining the melt at a specified level at all times.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、CZ法による単結晶製
造装置に使用する融液レベル制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a melt level control device used in a single crystal manufacturing apparatus by the CZ method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子の基板となる単結晶をCZ法
によって製造する場合、単結晶の成長に伴ってるつぼ内
の融液レベルが下降するが、良質の単結晶を得るためる
つぼ軸を駆動してるつぼを上昇させ、ヒータに対する融
液レベルの相対的な位置を一定に制御する必要がある。
前記融液レベルの制御に当たり、まず融液レベルを測定
しなければならないが、その測定装置として下記のもの
が知られている。 (1)実開平3−18171に示されるように、融液面
に向けて斜方から検出光を投射し、融液面からの反射光
を受光素子で検出して融液レベルを演算する測定装置。 (2)特開平1−83595に示されるように、基準位
置検出器と融液面との距離を測定後、テレビカメラのイ
メージセンサと融液面との距離が設定値になるようにる
つぼ軸を上下動させる装置。 (3)特開昭60−42294に示されるように、融液
面に垂直に投射した光の反射光強度をホトダイオードで
検出し、その出力が一定になるようにるつぼ軸を制御す
る装置。
2. Description of the Related Art When a single crystal to be a substrate of a semiconductor device is manufactured by the CZ method, the melt level in the crucible decreases as the single crystal grows, but the crucible shaft is driven to obtain a good quality single crystal. It is necessary to raise the crucible and control the position of the melt level relative to the heater to be constant.
In controlling the melt level, the melt level must first be measured. The following measuring devices are known. (1) As shown in Japanese Utility Model Laid-Open No. 3-18171, a detection light is projected obliquely toward the melt surface, the reflected light from the melt surface is detected by a light-receiving element, and the melt level is calculated. apparatus. (2) As disclosed in JP-A-1-83595, after measuring the distance between the reference position detector and the melt surface, the crucible shaft is set so that the distance between the image sensor of the TV camera and the melt surface becomes a set value. A device for moving up and down. (3) As disclosed in JP-A-60-42294, a device for detecting the reflected light intensity of light projected perpendicularly to the melt surface with a photodiode and controlling the crucible axis so that the output becomes constant.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記測定装置は、るつ
ぼの加熱による融液面の振動によって融液面に投射した
光の反射光が各方向に散乱するため、検出精度が低くな
り、融液レベルを正確に制御することが困難である。ま
た、特開平1−83595、特開昭60−42294に
よる測定装置は、いずれもチャンバ内に基準位置検出器
あるいは反射鏡を配設する必要があり、これらの受光面
がアモルファスの付着等によって汚染されると、検出光
の強度が減衰し、融液レベル検出精度を著しく低下させ
る。そこで本発明は上記従来の問題点に着目し、融液面
の振動にかかわらず融液レベルを常に高精度で検出し、
制御することができるようなCZ法における融液レベル
制御装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In the above measuring device, since the reflected light of the light projected on the melt surface is scattered in each direction by the vibration of the melt surface due to the heating of the crucible, the detection accuracy becomes low, and the melt It is difficult to control the level accurately. Further, in the measuring devices according to JP-A-1-83595 and JP-A-60-42294, it is necessary to dispose a reference position detector or a reflecting mirror in the chamber, and the light receiving surface of these is contaminated by adhesion of amorphous substance or the like. If so, the intensity of the detection light is attenuated, and the melt level detection accuracy is significantly reduced. Therefore, the present invention focuses on the above conventional problems, always detects the melt level with high accuracy regardless of the vibration of the melt surface,
An object of the present invention is to provide a melt level control device in the CZ method that can be controlled.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るCZ法における融液レベル制御装置
は、CZ法を用いる単結晶製造装置において、シード軸
の昇降に伴って昇降する炉外部分に設けられ、レーザ光
の正反射を用いて融液面と受光面との距離を計測する位
置検出部と、前記位置検出部と融液面との間に設けら
れ、任意の周期でレーザ光をシャッタリングする光シャ
ッタと、あらかじめ設定した融液面位置と前記位置検出
部が検出した融液面位置との差を演算し、この演算結果
に基づいてシード軸およびるつぼ軸を昇降させるサーボ
モータにそれぞれ制御信号を出力する制御部とからなる
ものとし、このような構成において、位置検出部と光シ
ャッタとを炉外上方の絶対固定位置に設けてもよい。
In order to achieve the above object, a melt level control device in the CZ method according to the present invention moves up and down as a seed shaft moves up and down in a single crystal manufacturing device using the CZ method. Provided in the outside of the furnace, a position detection unit that measures the distance between the melt surface and the light-receiving surface using specular reflection of laser light, and is provided between the position detection unit and the melt surface, and any cycle Calculates the difference between the optical shutter that shutters the laser beam and the preset melt surface position and the melt surface position detected by the position detector, and moves the seed axis and crucible axis up and down based on this calculation result. A servo motor and a control unit for outputting a control signal to each servo motor may be provided. In such a configuration, the position detection unit and the optical shutter may be provided at an absolutely fixed position outside the furnace.

【0005】[0005]

【作用】上記構成によれば、レーザ光の正反射を用いて
融液面と受光面との距離を計測する位置検出部を、シー
ド軸の昇降に伴って昇降する炉外部分に設け、前記位置
検出部と融液面との間に任意の周期でレーザ光をシャッ
タリングする光シャッタを設けたので、融液面の振動周
期とシャッタリング周期とを同調させることにより、融
液面の振動による反射光強度のばらつきを除去すること
ができる。従って、安定した反射光を検出することによ
り、高精度の融液面位置データを得ることができる。そ
して制御部において、前記位置検出部による検出データ
とあらかじめ設定した融液面位置データとの差を演算し
た上、シード軸昇降用サーボモータおよびるつぼ軸昇降
用サーボモータの駆動を制御することにしたので、融液
面位置を常に所定の位置に維持することができる。ま
た、位置検出部と光シャッタとを炉外上方の絶対固定位
置に設けた場合も、前記と同様に高精度の融液面位置デ
ータを得ることができる。
According to the above construction, the position detecting section for measuring the distance between the melt surface and the light receiving surface by using the regular reflection of the laser light is provided in the outer portion of the furnace which is elevated as the seed shaft is elevated. Since the optical shutter for shuttering the laser light at an arbitrary cycle is provided between the position detection unit and the melt surface, the vibration of the melt surface is synchronized by synchronizing the vibration cycle of the melt surface and the shuttering cycle. It is possible to eliminate variations in the intensity of reflected light due to. Therefore, by detecting stable reflected light, it is possible to obtain highly accurate melt surface position data. Then, in the control unit, after calculating the difference between the detection data by the position detection unit and the preset melt surface position data, it is decided to control the drive of the seed shaft lifting servomotor and the crucible shaft lifting servomotor. Therefore, the melt surface position can always be maintained at a predetermined position. Also, when the position detector and the optical shutter are provided at an absolutely fixed position above the outside of the furnace, it is possible to obtain highly accurate melt surface position data as in the above case.

【0006】[0006]

【実施例】以下に本発明に係るCZ法における融液レベ
ル制御装置の実施例について、図面を参照して説明す
る。図1は、引上シャフトの上昇によって単結晶を引き
上げるシャフト方式のSi単結晶製造装置に装着した、
請求項1記載の融液レベル制御装置の概略構成を示す説
明図である。同図において、チャンバ1の上端外側に、
レーザ光をるつぼ2内の融液面3に対して垂直に投射す
るレーザ光発振器と、レーザ光の融液面3からの反射光
を受光する受光器とからなる位置検出部4および光シャ
ッタ5が設けられている。前記位置検出部4および光シ
ャッタ5は、引上シャフト6の上下動に伴って上下動す
る。また、引上シャフト6を昇降させるスクリューシャ
フト7は前記チャンバ1の外側に設けられ、タイミング
ベルト8を介して引上シャフト昇降用サーボモータ9が
設置されている。るつぼ2を昇降させるるつぼ軸10
は、図示しない昇降機構を介してるつぼ軸昇降用サーボ
モータ11によって昇降する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a melt level control device in the CZ method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is attached to a shaft type Si single crystal manufacturing apparatus for pulling a single crystal by raising a pulling shaft.
It is explanatory drawing which shows schematic structure of the melt level control apparatus of Claim 1. In the figure, outside the upper end of the chamber 1,
A position detecting unit 4 and an optical shutter 5 each including a laser light oscillator that projects laser light perpendicularly to the melt surface 3 in the crucible 2 and a light receiver that receives reflected light of the laser light from the melt surface 3. Is provided. The position detector 4 and the optical shutter 5 move up and down as the pulling shaft 6 moves up and down. A screw shaft 7 for raising and lowering the pulling shaft 6 is provided outside the chamber 1, and a servomotor 9 for raising and lowering the pulling shaft is installed via a timing belt 8. Crucible shaft 10 for raising and lowering the crucible 2
Is moved up and down by a crucible shaft up / down servomotor 11 via an up / down mechanism (not shown).

【0007】指令部12の出力配線12aは制御部13
に接続され、所定の融液面位置および光シャッタタイミ
ングに関する指令信号を制御部13に伝達する。また、
制御部13の出力配線13aは前記光シャッタ5に接続
され、出力配線13bはパワーアンプ14を介して前記
引上シャフト昇降用サーボモータ9に接続され、出力配
線13cは、パワーアンプ15を介して前記るつぼ軸昇
降用サーボモータ11に接続されている。また、前記位
置検出部4の出力配線4a、引上シャフト昇降用サーボ
モータ9に装着されたエンコーダ16の出力配線16
a、るつぼ軸昇降用サーボモータ11に装着されたエン
コーダ17の出力配線17aはいずれも制御部13に接
続されている。なお、融液面3に投射されるレーザ光
は、融液面3の振動に同調させるため、たとえば融液面
3の振動周波数が約2Hzの場合、前記光シャッタ5の
作動周波数も2Hzに設定される。
The output wiring 12a of the command unit 12 is connected to the control unit 13
And transmits a command signal relating to a predetermined melt surface position and optical shutter timing to the control unit 13. Also,
The output wiring 13a of the controller 13 is connected to the optical shutter 5, the output wiring 13b is connected to the pull-up shaft lifting servomotor 9 via a power amplifier 14, and the output wiring 13c is connected to a power amplifier 15. It is connected to the crucible shaft lifting servomotor 11. In addition, the output wiring 4a of the position detector 4 and the output wiring 16 of the encoder 16 mounted on the lifting shaft lifting servomotor 9
The output wiring 17a of the encoder 17 mounted on the servo motor 11 for moving the crucible shaft up and down is connected to the control unit 13. Since the laser beam projected onto the melt surface 3 is synchronized with the vibration of the melt surface 3, for example, when the vibration frequency of the melt surface 3 is about 2 Hz, the operating frequency of the optical shutter 5 is also set to 2 Hz. To be done.

【0008】図2は本実施例における融液レベル制御装
置の制御部の構成を示すブロック図である。所定融液面
位置指令信号Xmc、光シャッタタイミング指令信号VDC
出力手段すなわち図1に示した指令部12が出力する指
令信号Xmcは、制御部13内の所定融液面位置Xmc記憶
手段21に入力、記憶され、指令信号VDCは光シャッタ
駆動指令信号VD 出力手段22に入力された上、光シャ
ッタ5に出力される。また、現在の融液面位置Xmf検出
手段すなわち図1の位置検出部4による融液面位置検出
データはXmfの平均値演算手段23に入力されて、Xmf
の平均値xmfが演算される。引上シャフト昇降用サーボ
モータエンコーダ16による検出データP1 は、シード
移動距離(P1 −P10)k1 演算手段24に入力され、
るつぼ軸昇降用サーボモータエンコーダ17による検出
データP2 は、るつぼ移動距離(P2 −P20)k2 演算
手段25に入力される。ここで、P10とは溶融完了時す
なわちシード軸引き上げ開始直前の、Xmcに対応した引
上シャフト昇降用サーボモータパルス値であり、P20と
は溶融完了時の、Xmcに対応したるつぼ軸昇降用サーボ
モータパルス値である。そして、前記演算手段24,2
5に、あらかじめ設定、記憶させておいた定数k1 ,k
2 設定・記憶手段26の定数k1 ,k2 が出力され、シ
ード移動距離(P1 −P10)k1 およびるつぼ移動距離
(P2 −P20)k2 が演算される。
FIG. 2 is a block diagram showing the structure of the control unit of the melt level control device in this embodiment. Predetermined melt surface position command signal Xmc, optical shutter timing command signal VDC
The command signal Xmc output by the output unit, that is, the command unit 12 shown in FIG. 1 is input to and stored in the predetermined melt surface position Xmc storage unit 21 in the control unit 13, and the command signal VDC is the optical shutter drive command signal VD output. It is input to the means 22 and then output to the optical shutter 5. Further, the current melt surface position Xmf detecting means, that is, the melt surface position detection data by the position detecting section 4 in FIG. 1 is inputted to the average value calculating means 23 of Xmf, and Xmf is calculated.
The average value xmf of is calculated. The detection data P1 by the servo motor encoder 16 for raising and lowering the lifting shaft is input to the seed moving distance (P1-P10) k1 calculating means 24,
The detection data P2 by the crucible shaft raising / lowering servomotor encoder 17 is input to the crucible movement distance (P2-P20) k2 computing means 25. Here, P10 is a servo motor pulse value for raising / lowering shaft corresponding to Xmc at the time of completion of melting, that is, immediately before the start of raising the seed axis, and P20 is a servo motor for raising / lowering the crucible axis corresponding to Xmc at the time of completion of melting. It is a motor pulse value. Then, the calculation means 24, 2
5, the constants k1 and k set and stored in advance are stored.
2 The constants k1 and k2 of the setting / storing means 26 are output, and the seed moving distance (P1-P10) k1 and the crucible moving distance (P2-P20) k2 are calculated.

【0009】前記xmf,(P1 −P10)k1 ,(P2 −
P20)k2 およびXmcの各数値は、所定融液面位置と現
在の融液面位置との差ΔX演算手段27に入力され、Δ
Xの演算値はΔXと0との比較・判定手段28に入力さ
れる。ここでΔX=0の場合は、引上シャフト昇降用サ
ーボモータ回転速度v1 指令信号出力手段29およびる
つぼ軸昇降用サーボモータ回転速度v2 指令信号出力手
段30から、引上シャフト昇降用サーボモータ9および
るつぼ軸昇降用サーボモータ11にそれぞれ指令信号v
1 ,v2 が出力される。またΔX≠0の場合は、引上シ
ャフト昇降用サーボモータ回転速度補正値v1 ´演算手
段31およびるつぼ軸昇降用サーボモータ回転速度補正
値v2 ´演算手段32と、速度補正係数k3 ,k4 設定
・記憶手段33とによってv1 ´, v2 ´が演算され、
補正回転速度v1 ´指令信号出力手段34および補正回
転速度v2 ´指令信号出力手段35から、引上シャフト
昇降用サーボモータ9およびるつぼ軸昇降用サーボモー
タ11にそれぞれ指令信号v1 ´, v2 ´が出力され
る。
The above xmf, (P1-P10) k1, and (P2-
The respective values of P20) k2 and Xmc are input to the difference ΔX calculating means 27 between the predetermined melt surface position and the current melt surface position, and Δ
The calculated value of X is input to the comparison / determination means 28 for ΔX and 0. When .DELTA.X = 0, the pulling shaft raising / lowering servo motor rotation speed v1 command signal output means 29 and the crucible shaft raising / lowering servo motor rotation speed v2 command signal output means 30 are used to pull up shaft raising / lowering servo motors 9 and A command signal v is sent to each of the crucible shaft lifting servomotors 11.
1 and v2 are output. Further, when ΔX ≠ 0, the pulling shaft lifting servo motor rotation speed correction value v1 ′ calculating means 31 and the crucible shaft lifting servo motor rotation speed correction value v2 ′ calculating means 32, and the speed correction coefficients k3 and k4 are set. V1 ', v2' are calculated by the storage means 33,
The correction rotation speed v1 'command signal output means 34 and the correction rotation speed v2' command signal output means 35 output command signals v1 ', v2' to the lifting shaft lifting servomotor 9 and the crucible shaft lifting servomotor 11, respectively. To be done.

【0010】次に、本融液レベル制御装置による融液レ
ベル制御方法について、図3のフローチャートを参照し
て説明する。図3において各ステップの左肩に記載した
数字はステップ番号である。ステップ1で引上シャフト
昇降用サーボモータ回転速度v1 、るつぼ軸昇降用サー
ボモータ回転速度v2 の指令信号が出力され、ステップ
2で光シャッタ駆動指令信号VD が出力される。ステッ
プ3で融液面位置データXmf、サーボモータエンコーダ
データP1 ,P2 および定数k1 ,k2 が読み込まれ、
これに基づいてステップ4でXmfの平均値xmf、シード
軸移動距離(P1 −P10)k1 、るつぼ移動距離(P2
−P20)k2 の演算が行われる。ステップ5では所定融
液面位置Xmcが読み込まれ、ステップ6で所定融液面位
置と現在の融液面位置との差ΔX=Xmc−{xmf+(P
2 −P20)k2 −(P1 −P10)k1 }の演算が行われ
る。そして、ステップ7で前記ΔXが0に等しいかどう
かの判定が行われ、ΔX=0ならばステップ1に戻り、
引上シャフト昇降用サーボモータ回転速度v1 、るつぼ
軸昇降用サーボモータ回転速度v2 をそのまま維持す
る。また、ΔX≠0の場合はステップ8で速度補正係数
k3 ,k4 を読み込んだ上、ステップ9で引上シャフト
昇降用サーボモータ回転速度の補正値v1 ´=v1 ±Δ
X・k3 と、るつぼ軸昇降用サーボモータ回転速度の補
正値v2 ´=v2 ±ΔX・k4 とが演算される。次に、
ステップ10で前記補正回転速度v1 ´, v2 ´の指令
信号が出力され、ステップ2に戻る。
Next, a melt level control method by this melt level control device will be described with reference to the flow chart of FIG. The numbers on the left shoulder of each step in FIG. 3 are step numbers. In step 1, command signals of the pull shaft raising / lowering servo motor rotation speed v1 and the crucible shaft raising / lowering servo motor rotation speed v2 are output, and in step 2, the optical shutter drive instruction signal VD is output. In step 3, melt surface position data Xmf, servo motor encoder data P1 and P2, and constants k1 and k2 are read,
Based on this, in step 4, the average value xmf of Xmf, the seed axis moving distance (P1-P10) k1, and the crucible moving distance (P2
-P20) k2 is calculated. In step 5, the predetermined melt surface position Xmc is read, and in step 6, the difference between the predetermined melt surface position and the current melt surface position ΔX = Xmc- {xmf + (P
2−P20) k2− (P1−P10) k1} is calculated. Then, in step 7, it is judged whether or not ΔX is equal to 0. If ΔX = 0, the process returns to step 1,
The servomotor rotation speed v1 for raising and lowering the pulling shaft and the servomotor rotation speed v2 for raising and lowering the crucible shaft are maintained as they are. If .DELTA.X.noteq.0, the speed correction coefficients k3 and k4 are read in step 8 and the correction value v1 '= v1. +-.. DELTA.
X · k3 and a correction value v2 ′ = v2 ± ΔX · k4 of the rotation speed of the crucible shaft lifting servomotor are calculated. next,
In step 10, the command signals for the corrected rotational speeds v1 'and v2' are output, and the process returns to step 2.

【0011】図4は、請求項2記載の融液レベル制御装
置の概略構成を示す説明図である。同図において、レー
ザ光をるつぼ2内の融液面3に対して垂直に投射するレ
ーザ光発振器と、レーザ光の融液面3からの反射光を受
光する受光器とからなる位置検出部4および光シャッタ
5は、チャンバ1上方の、引上シャフト6の最大伸長時
においても干渉しない絶対固定位置に設置されている。
前記位置検出部4の出力配線4aと、るつぼ軸昇降用サ
ーボモータ11に装着されたエンコーダ17の出力配線
17aとは、制御部13に接続されている。その他の構
成については請求項1と同一であるので、説明を省略す
る。
FIG. 4 is an explanatory view showing a schematic structure of the melt level control device according to the second aspect. In the figure, a position detector 4 including a laser light oscillator that projects laser light perpendicularly to the melt surface 3 in the crucible 2 and a light receiver that receives the reflected light from the melt surface 3 of the laser light. The optical shutter 5 is installed above the chamber 1 at an absolute fixed position that does not interfere even when the pulling shaft 6 is maximally extended.
The output wiring 4 a of the position detection unit 4 and the output wiring 17 a of the encoder 17 mounted on the crucible shaft lifting servomotor 11 are connected to the control unit 13. The rest of the configuration is the same as that of claim 1, and therefore its explanation is omitted.

【0012】図5は請求項2の実施例における融液レベ
ル制御装置の制御部の構成を示すブロック図である。こ
のブロック図の構成は図2と共通する部分が多いが、引
上シャフト昇降用サーボモータのデータ入力がないた
め、図2に示したブロック図よりも簡素化されている。
すなわち、現在の融液面位置Xmf検出手段4からの入力
によってXmfの平均値演算手段23がxmfの演算を行
い、るつぼ軸昇降用サーボモータエンコーダ17からの
入力と定数k2 設定・記憶手段26aの出力とによっ
て、るつぼ移動距離(P2 −P20)k2 演算手段25が
(P2 −P20)k2 の演算を行う。これらの値は所定融
液面位置と現在の融液面位置との差ΔX演算手段27に
入力され、ΔXの演算値はΔXと0との比較・判定手段
28に入力される。ここでΔX=0の場合は、るつぼ軸
昇降用サーボモータ回転速度v2 指令信号出力手段30
から、るつぼ軸昇降用サーボモータ11に指令信号v2
が出力される。またΔX≠0の場合は、るつぼ軸昇降用
サーボモータ回転速度補正値v2´演算手段32と、速
度補正係数k4 設定・記憶手段33aとによってv2 ´
が演算され、補正回転速度v2 ´指令信号出力手段35
から、るつぼ軸昇降用サーボモータ11に指令信号v2
´が出力される。なお引上シャフト昇降用サーボモータ
9に対しては、引上シャフト昇降用サーボモータ回転速
度v1 指令信号出力手段29から指令信号v1 が出力さ
れる。
FIG. 5 is a block diagram showing the structure of the control unit of the melt level control device according to the second embodiment. Although the configuration of this block diagram has many parts in common with FIG. 2, it is simpler than the block diagram shown in FIG. 2 because there is no data input for the servomotor for raising and lowering the shaft.
That is, the average value calculating means 23 of Xmf calculates xmf by the input from the current melt surface position Xmf detecting means 4, and the input from the crucible shaft lifting servomotor encoder 17 and the constant k2 setting / storing means 26a. Based on the output, the crucible movement distance (P2-P20) k2 calculating means 25 calculates (P2-P20) k2. These values are input to the difference ΔX calculation means 27 between the predetermined melt surface position and the current melt surface position, and the calculated value of ΔX is input to the comparison / determination means 28 between ΔX and 0. If .DELTA.X = 0, the crucible shaft raising / lowering servomotor rotation speed v2 command signal output means 30
From the command signal v2 to the servomotor 11 for raising and lowering the crucible axis.
Is output. When ΔX ≠ 0, the crucible shaft ascending / descending servo motor rotation speed correction value v2 ′ calculating means 32 and the speed correction coefficient k4 setting / storing means 33a produce v2 ′.
Is calculated, and the corrected rotational speed v2 'command signal output means 35 is calculated.
From the command signal v2 to the servomotor 11 for raising and lowering the crucible axis.
'Is output. A command signal v1 is output from the lifting shaft lifting servo motor rotation speed v1 command signal output means 29 to the lifting shaft lifting servo motor 9.

【0013】図6は、請求項2の実施例における融液レ
ベル制御装置において、制御を実行するフローチャート
である。図6において各ステップの左肩に記載した数字
はステップ番号である。ステップ1でるつぼ軸昇降用サ
ーボモータ回転速度v2 の指令信号が出力され、ステッ
プ2で引上シャフト昇降用サーボモータ回転速度v1の
指令信号と、光シャッタ駆動指令信号VD とが出力され
る。ステップ3で融液面位置データXmf、サーボモータ
エンコーダデータP2 および定数k2 が読み込まれ、こ
れに基づいてステップ4でXmfの平均値xmf、るつぼ移
動距離(P2 −P20)k2 の演算が行われる。ステップ
5では所定融液面位置Xmcが読み込まれ、ステップ6で
所定融液面位置と現在の融液面位置との差ΔX=Xmc−
{xmf+(P2 −P20)k2 }の演算が行われる。そし
て、ステップ7で前記ΔXが0に等しいかどうかの判定
が行われ、ΔX=0ならばステップ1に戻り、引上シャ
フト昇降用サーボモータ回転速度v1 、るつぼ軸昇降用
サーボモータ回転速度v2をそのまま維持する。また、
ΔX≠0の場合はステップ8で速度補正係数k4 を読み
込んだ上、ステップ9でるつぼ軸昇降用サーボモータ回
転速度の補正値v2´=v2 ±ΔX・k4 が演算され
る。次に、ステップ10で前記補正回転速度v2 ´の指
令信号が出力され、ステップ2に戻る。
FIG. 6 is a flow chart for executing control in the melt level control device according to the second embodiment. The numbers on the left shoulder of each step in FIG. 6 are step numbers. In step 1, a command signal of the crucible shaft raising / lowering servo motor rotation speed v2 is output, and in step 2, a command signal of the pulling shaft raising / lowering servo motor rotation speed v1 and an optical shutter drive command signal VD are output. At step 3, melt surface position data Xmf, servo motor encoder data P2 and constant k2 are read, and at step 4, the average value xmf of Xmf and crucible moving distance (P2-P20) k2 are calculated. In step 5, the predetermined melt surface position Xmc is read, and in step 6, the difference ΔX = Xmc− between the predetermined melt surface position and the current melt surface position.
The calculation of {xmf + (P2-P20) k2} is performed. Then, in step 7, it is judged whether or not ΔX is equal to 0. If ΔX = 0, the process returns to step 1, and the pulling shaft lifting servomotor speed v1 and the crucible shaft lifting servomotor speed v2 are set. Keep it as it is. Also,
If .DELTA.X.noteq.0, the speed correction coefficient k4 is read in step 8, and in step 9, the correction value v2 '= v2. +-.. DELTA.X.k4 of the crucible shaft lifting servomotor speed is calculated. Next, in step 10, the command signal of the corrected rotational speed v2 'is output, and the process returns to step 2.

【0014】上記実施例は、いずれもシャフト方式のS
i単結晶製造装置に関するものであるが、本発明はシャ
フト方式に限定されるものではなく、請求項2はケーブ
ル等による巻き上げ方式の単結晶製造装置に対しても適
用することができる。
In each of the above embodiments, the shaft type S is used.
Although the present invention relates to a single crystal manufacturing apparatus, the present invention is not limited to the shaft method, and claim 2 can also be applied to a winding single crystal manufacturing apparatus using a cable or the like.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、C
Z法を用いる単結晶製造装置において、シード軸ととも
に昇降する炉外部分または炉外上方の絶対固定部分に、
レーザ光の正反射による融液面位置検出部と、光シャッ
タとを設け、融液面の振動の影響を除去した計測を可能
としたので、単結晶引き上げに際して融液面の振動にか
かわらず常に高精度の融液面位置を検出することができ
る。この検出結果に基づいてシード軸およびるつぼ軸の
移動速度を制御することにより、融液面が所定位置に維
持されるので、成長結晶内に取り込まれるOi濃度の変
動を低減させることができ、高品質の単結晶を得ること
が可能となる。また本発明においては、位置検出部と光
シャッタとを炉外に設けたので、アモルファス付着等に
よる光学系の汚染を完全に防止することができる。
As described above, according to the present invention, C
In the single crystal manufacturing apparatus using the Z method, the outer part of the furnace that moves up and down together with the seed axis or the absolutely fixed part above the outer part of the furnace,
Since the melt surface position detection unit by specular reflection of laser light and an optical shutter are provided to enable measurement without influence of vibration of the melt surface, it is always possible to pull the single crystal regardless of vibration of the melt surface. It is possible to detect the melt surface position with high accuracy. By controlling the moving speeds of the seed axis and the crucible axis based on the detection result, the melt surface is maintained at a predetermined position, so that the fluctuation of the Oi concentration taken into the grown crystal can be reduced, It becomes possible to obtain a high quality single crystal. Further, in the present invention, since the position detector and the optical shutter are provided outside the furnace, it is possible to completely prevent the optical system from being contaminated due to adhesion of amorphous material.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】請求項1記載の融液レベル制御装置の概略構成
を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a melt level control device according to claim 1.

【図2】図1に示した融液レベル制御装置の制御部の構
成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control unit of the melt level control device shown in FIG.

【図3】図1に示した融液レベル制御装置において、制
御を実行するフローチャートである。
FIG. 3 is a flow chart for executing control in the melt level control device shown in FIG.

【図4】請求項2記載の融液レベル制御装置の概略構成
を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a melt level control device according to claim 2;

【図5】図4に示した融液レベル制御装置の制御部の構
成を示すブロック図である。
5 is a block diagram showing a configuration of a control unit of the melt level control device shown in FIG.

【図6】図4に示した融液レベル制御装置において、制
御を実行するフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart for executing control in the melt level control device shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 るつぼ 3 融液面 4 位置検出部 5 光シャッタ 6 引き上げシャフト 9 引き上げシャフト昇降用サーボモータ 10 るつぼ軸 11 るつぼ軸昇降用サーボモータ 13 制御部 2 crucible 3 melt surface 4 position detector 5 optical shutter 6 pulling shaft 9 pulling shaft up / down servo motor 10 crucible shaft 11 crucible shaft up / down servo motor 13 control unit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 CZ法を用いる単結晶製造装置におい
て、シード軸の昇降に伴って昇降する炉外部分に設けら
れ、レーザ光の正反射を用いて融液面と受光面との距離
を計測する位置検出部と、前記位置検出部と融液面との
間に設けられ、任意の周期でレーザ光をシャッタリング
する光シャッタと、あらかじめ設定した融液面位置と前
記位置検出部が検出した融液面位置との差を演算し、こ
の演算結果に基づいてシード軸およびるつぼ軸を昇降さ
せるサーボモータにそれぞれ制御信号を出力する制御部
とからなることを特徴とするCZ法における融液レベル
制御装置。
1. In a single crystal manufacturing apparatus using the CZ method, the distance between the melt surface and the light receiving surface is measured by using specular reflection of laser light, which is provided in an outer portion of the furnace that moves up and down as the seed axis moves up and down. Position detector, an optical shutter provided between the position detector and the melt surface, for shuttering the laser light at an arbitrary cycle, and the preset melt surface position and the position detector detected A melt level in the CZ method, which comprises: a controller for calculating a difference from the melt surface position, and for outputting a control signal to each of servo motors for raising and lowering the seed axis and the crucible axis based on the result of the operation. Control device.
【請求項2】 請求項1記載の融液レベル制御装置にお
いて、位置検出部と光シャッタとを炉外上方の絶対固定
位置に設けたことを特徴とするCZ法における融液レベ
ル制御装置。
2. The melt level control device according to claim 1, wherein the position detector and the optical shutter are provided at absolutely fixed positions above the outside of the furnace.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6994748B2 (en) 2000-05-01 2006-02-07 Komatsu Denshi Kinzoku Kabushiki Kaisha Method and apparatus for measuring melt level
CN116288662A (en) * 2023-05-18 2023-06-23 内蒙古中环领先半导体材料有限公司 Method for controlling surface distance of Czochralski single crystal liquid

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