JPH06102590B2 - Ｃｚ法による単結晶ネック部育成自動制御方法 - Google Patents
Ｃｚ法による単結晶ネック部育成自動制御方法Info
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- JPH06102590B2 JPH06102590B2 JP2048934A JP4893490A JPH06102590B2 JP H06102590 B2 JPH06102590 B2 JP H06102590B2 JP 2048934 A JP2048934 A JP 2048934A JP 4893490 A JP4893490 A JP 4893490A JP H06102590 B2 JPH06102590 B2 JP H06102590B2
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- 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
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- 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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- Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- 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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Description
【産業上の利用分野】 本発明は、CZ法による単結晶育成装置に適用される単結
晶ネック部育成自動制御方法に関する。
晶ネック部育成自動制御方法に関する。
CZ法による単結晶育成装置では、コーン部以降は自動制
御方法が確立されているが、結晶育成開始後コーン部育
成に移るまでのネック部分については、熟練者による手
動制御が行なわれている。これは、ネック部では転移を
結晶表面から排出させるために、例えば育成結晶の直径
を２〜5mm程度に絞り、2mm/min以上の比較的高速度で結
晶を引上げ、しかも、直径制御偏差の絶対値を0.5mm程
度以下にし、絞り部分をその直径の10倍以上の長さ育成
しなければならないなど、高度の制御を必要とするため
である。この絞り工程及び次に結晶直径を再び増大させ
る工程にわたって、結晶の形状を所望の形状にしかつ結
晶を無転移化することは、熟練者でさえもその試しみの
約10％は失敗に終わる程度に難しい。結晶直径を絞りす
ぎると、湯面と育成結晶下端との間が切れて育成続行不
可能となったり、強度が弱くてその後育成される直胴部
を支持できなくなったりする。また、結晶直径が太すぎ
ると、転移が充分に排出されず、コーン部の育成に移る
ことができない。
御方法が確立されているが、結晶育成開始後コーン部育
成に移るまでのネック部分については、熟練者による手
動制御が行なわれている。これは、ネック部では転移を
結晶表面から排出させるために、例えば育成結晶の直径
を２〜5mm程度に絞り、2mm/min以上の比較的高速度で結
晶を引上げ、しかも、直径制御偏差の絶対値を0.5mm程
度以下にし、絞り部分をその直径の10倍以上の長さ育成
しなければならないなど、高度の制御を必要とするため
である。この絞り工程及び次に結晶直径を再び増大させ
る工程にわたって、結晶の形状を所望の形状にしかつ結
晶を無転移化することは、熟練者でさえもその試しみの
約10％は失敗に終わる程度に難しい。結晶直径を絞りす
ぎると、湯面と育成結晶下端との間が切れて育成続行不
可能となったり、強度が弱くてその後育成される直胴部
を支持できなくなったりする。また、結晶直径が太すぎ
ると、転移が充分に排出されず、コーン部の育成に移る
ことができない。
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、CZ法による
単結晶ネック部育成自動制御方法を提供することにあ
る。
単結晶ネック部育成自動制御方法を提供することにあ
る。
結晶引き上げ速度により結晶直径を制御する方法は、コ
ーン部や直胴部と同様の方法を用いることができるが、
融液温度により結晶直径を制御する方法は、コーン部や
直胴部と同様の方法を用いることができない。これは、
融液温度に対する結晶直径の応答性が、結晶引き上げ速
度に対する結晶直径の応答性よりも相当小さいので、コ
ーン部や直胴部の場合と同様の方法で、融液温度により
結晶直径を制御すると、直径制御偏差が絞り部分で許容
値を越えてしまうからである。 しかし、結晶直径は結晶引き上げ速度と融液温度の両方
に大きくする依存するので、ネック部直径制御の成功率
を高くするためには、結晶引き上げ速度のみならず、な
んらかの方法で融液温度を直径制御に寄与させるべきで
ある。 そこで、本発明では、次の（１）又は（２）の方法のよ
うに、融液温度を直径制御に緩やかに取り入れることに
より、上記目的を達成している。（１）坩堝内融液表面
に接触している種結晶を定速で設定時間引き上げて単結
晶を育成するステップと、該設定時間経過後に、該単結
晶の下端直径を測定するステップと、該測定直径の期待
値からのずれに応じて、該融液を加熱するためのヒータ
に供給する電力を修正するステップと、を有する方法。 （２）坩堝内融液を加熱するためのヒータに供給する電
力を、設定時間の間、一定にして、該融液から引き上げ
育成される単結晶の下端直径が目標値に近づくように単
結晶引き上げ速度を制御し、この設定時間の間に、該単
結晶の引上げ速度を繰り返し測定するステップと、該引
上げ速度の平均値の目標値（目標値は目標範囲を含む）
からのずれに応じて、該供給電力を修正するステップ
と、を交互に繰り返す方法。 （１）の方法を実行した後に、（２）の方法を実行する
ことにより、ネック部自動制御の成功率を高くすること
ができる。 この場合、（１）の方法を実行完了した時点では、直径
の細い絞り部分にまだ移っていないので、（１）の方法
から直ちに（２）の方法に移ることもできるが、（１）
と（２）の間で、設定時間、例えば５分経過するのを待
つようにすれば、ヒータへの供給電力修正による融液温
度が安定し、（２）の方法がより効果的に実行される。
ーン部や直胴部と同様の方法を用いることができるが、
融液温度により結晶直径を制御する方法は、コーン部や
直胴部と同様の方法を用いることができない。これは、
融液温度に対する結晶直径の応答性が、結晶引き上げ速
度に対する結晶直径の応答性よりも相当小さいので、コ
ーン部や直胴部の場合と同様の方法で、融液温度により
結晶直径を制御すると、直径制御偏差が絞り部分で許容
値を越えてしまうからである。 しかし、結晶直径は結晶引き上げ速度と融液温度の両方
に大きくする依存するので、ネック部直径制御の成功率
を高くするためには、結晶引き上げ速度のみならず、な
んらかの方法で融液温度を直径制御に寄与させるべきで
ある。 そこで、本発明では、次の（１）又は（２）の方法のよ
うに、融液温度を直径制御に緩やかに取り入れることに
より、上記目的を達成している。（１）坩堝内融液表面
に接触している種結晶を定速で設定時間引き上げて単結
晶を育成するステップと、該設定時間経過後に、該単結
晶の下端直径を測定するステップと、該測定直径の期待
値からのずれに応じて、該融液を加熱するためのヒータ
に供給する電力を修正するステップと、を有する方法。 （２）坩堝内融液を加熱するためのヒータに供給する電
力を、設定時間の間、一定にして、該融液から引き上げ
育成される単結晶の下端直径が目標値に近づくように単
結晶引き上げ速度を制御し、この設定時間の間に、該単
結晶の引上げ速度を繰り返し測定するステップと、該引
上げ速度の平均値の目標値（目標値は目標範囲を含む）
からのずれに応じて、該供給電力を修正するステップ
と、を交互に繰り返す方法。 （１）の方法を実行した後に、（２）の方法を実行する
ことにより、ネック部自動制御の成功率を高くすること
ができる。 この場合、（１）の方法を実行完了した時点では、直径
の細い絞り部分にまだ移っていないので、（１）の方法
から直ちに（２）の方法に移ることもできるが、（１）
と（２）の間で、設定時間、例えば５分経過するのを待
つようにすれば、ヒータへの供給電力修正による融液温
度が安定し、（２）の方法がより効果的に実行される。
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、本発明方法が適用された単結晶ネック部自動
育成装置の要部を示す。 軸10の上端に固着されたテーブル12上には、黒鉛坩堝14
が載置され、黒鉛坩堝14内に石英坩堝16が嵌合されてい
る。この黒鉛坩堝14はヒータ18に囲繞され、ヒータ18は
黒鉛断熱材20に囲繞されている。石英坩堝16内に多結晶
シリコンの塊を入れ、ヒータ18に電力を供給すると、こ
の多結晶シリコンは融液22になる。 一方、融液22の上方に配置されたモータ24により昇降さ
れるワイヤ26の下端には、種ホルダ28を介して種結晶30
が取り付けられている。この種結晶30の下端を融液22の
湯面22Sに接触させて引き上げると、種結晶30の先端に
シリコン単結晶32が育成される。シリコン単結晶32の育
成は、アルゴンガスで空気がパージされるチャンバ34内
で行われる。 シリコン単結晶32の下端直径Ｄを測定するために、チャ
ンバ34の肩部に設けられた窓36の上方には、光軸を湯面
22Sの中心に向けてCCDカメラ38が配置されている。CCD
カメラ38から出力されるビデオ信号は直径計測器40へ供
給され、直径計測器40は、画像処理により、シリコン単
結晶32と湯面22Sとの界面に形成された輝環の直径Ｄ、
すなわちシリコン単結晶32の下端直径Ｄを測定する。シ
リコン単結晶32の絞り部分の直径は小さいので、測定精
度を高めるために、１本の走査線幅が例えば実物の0.05
mmに対応するように、CCDカメラ38の拡大倍率を大きく
している。 この結晶直径Ｄの目標値D0は、シリコン単結晶32の長さ
Ｌの関数として、メモリで構成された直径設定器42に格
納されている。結晶長Ｌと目標直径D0との関係は、例え
ば第３図に示す如くなっている。直径設定器42は、入力
された結晶長Ｌに対し、目標直径D0を出力する。この結
晶長Ｌは、回転軸がモータ24の駆動軸に連結されたロー
タリエンコーダ44から出力されるパルスを、アップダウ
ンカウンタ46で計数することにより得られる。アップダ
ウンカウンタ46の計数値は、種結晶30が上限位置にある
とき及び種結晶30が湯面22Sに接触したときにクリアさ
れる。この接触は、例えば、ワイヤ26と軸10との間に電
圧を印加しておき、これらの間に流れる電流を検出する
ことにより知ることができる。 本単結晶育成装置は、結晶直径Ｄが目標値D0に近づくよ
うにワイヤ26の引き上げ速度Ｖをカスケード制御する構
成を備えている。 すなわち、結晶直径Ｄ及び目標直径D0はPIDコントロー
ラ48へ供給され、PIDコントローラ48の出力電圧EV0がモ
ータ24の回転速度の目標値として可変速モータコントロ
ーラ50へ供給される。一方、ロータリエンコーダ44の出
力は、F/V変換器52により、周波数に比例した電圧EVに
変換され、この電圧EVがフィードバック量として可変速
モータコントローラ50へ供給される。可変速モータコン
トローラ50は通常PIDコントローラであり、EVがEV0に近
づくように、可変速モータコントローラ50はアナログ切
換スイッチ54及びドライバ56を介しモータ24の回転速
度、すなわちワイヤ26の引き上げ速度Ｖを制御する。こ
のアナログ切換スイッチ54は、可変速モータコントロー
ラ50の出力とマイクロコンピュータ58の出力とを選択的
にドライバ56へ供給するためのものであり、モータ24の
回転速度を一定に閉ループ制御する場合には、マイクロ
コンピュータ58の出力が用いられる。 結晶直径Ｄは融液22の温度にも大きく依存するが、結晶
直径Ｄの応答速度は単結晶引上げ速度よりも融液温度の
方が相当遅い。したがって、細くて直径制御偏差の許容
範囲が±0.5mm程度の狭いネック部において融液温度を
結晶直径Ｄの制御に用いるには、コーン部や直胴部の場
合とは異なる特殊な制御方法を用いる必要がある。そこ
で、本単結晶育成装置は、結晶直径Ｄが目標値D0に近づ
くようにヒータ18へ供給する電力を制御する次のような
構成を備えている。 すなわち、チャンバ34の肩部に設けられた窓60の上方
に、湯面22Sの中心から第１図左方に少しずれた位置に
光軸を向けて２色放射温度計62を配置している。２色放
射温度計62の出力は、A/D変換器64でデジタル化されて
マイクロコンピュータ58へ供給される。マイクロコンピ
ュータ58は、後述の如く、直径計測器40からの結晶直径
Ｄ、ロータリエンコーダ44からの引き上げ速度Ｖ（Ｖは
ロータリエンコーダ44の出力パルスの周期に反比例する
ので、ソフトウェアでこの周期を測定して速度Ｖを算出
する）及びA/D変換器64からの湯面温度Ｔを用いて、ヒ
ータ18へ供給する電力の修正量を算出し、ドライバ66を
介してヒータ18へ供給する電力を調整する。 次に、第2A〜2C図に示す。マイクロコンピュータ58によ
る単結晶ネック部育成制御手順を説明する。この手順
は、第2A〜2C図にそれぞれ対応した以下のＡ）．〜
Ｃ）．に大別される。 Ａ）．引き上げ開始迄の制御 （100）種結晶30は、最初、上限位置にあり、この時、A
/D変換器64から湯面温度Ｔを読み込み、この湯面温度Ｔ
が設定温度になるように、ドライバ66を介しヒータ18へ
電力を供給する。この設定温度は、例えば種結晶30を定
速2mm/minで引き上げたときにシリコン単結晶32の直径
を種結晶30の直径、例えば10mmに等しくするための温度
であり、経験的に決定される。 （102）アナログ切換スイッチ54をマイクロコンピュー
タ58側にし、モータ24をオンにしてワイヤ26を定速降下
させる。種結晶30の下端が湯面22Sに接する少し前に、
モータ24をオフにする。この種結晶30の停止位置は、ア
ップダウンカウンタ46の計数値が設定値になったことで
判定する。 （104）種結晶30を予熱するために、設定時間、例えば
７分経過するのを待つ。 （106）種結晶30の下端が融液22に接する迄、モータ24
をオンにして種結晶30を降下させる。 （108）種結晶30の下端を湯面22Sに馴染ませるために、
設定時間、例えば５分間経過するのを待つ。 以上のステップ100〜108は、公知の方法である。 Ｂ）．定速引き上げ （110）次に、モータ24をオンにして種結晶30を定速、
例えば2mm/minで引き上げる。 （112）融液22の温度が適当であるかどうかを見るため
に、設定時間、例えば５分間経過するのを待つ。 （113）モータ24をオフにし、直径計測器40から結晶直
径Ｄを読み込む。 （114）結晶直径Ｄの期待値（これは、本例では、この
時の直径設定器42の出力D0に等しい）からのずれに応じ
た、ヒータ18に供給する電力の修正量ΔＰを算出し、ヒ
ータ18へ供給する電力を現在値からこのΔＰだけ変化さ
せる。このΔＰは、例えば、次式で算出される。 ΔＰ＝Ｋ（Ｄ−D0） ……（１） （116）融液22の温度が安定するのを待つために、設定
時間、例えば５分間経過するのを待つ。 Ｃ）．絞り部直径制御 （118）アナログ切換スイッチ54を可変速モータコント
ローラ50側にして、モータ24をオンし、ワイヤ26の引上
げ速度をPID動作で制御する。 （120）設定時間t0、例えば10分間における引上げ速度
Ｖの平均値を求めるために、総和Ｓに現在の引上げ速度
Ｖを加えた値を新たな総和Ｓとする。総和Ｓの初期値は
０である。 （122）結晶長ＬとL0の値を比較する。このL0は、ネッ
ク部育成終了時点を判定するためのものであり、例えば
150mmである。Ｌ＜L0のときは、次のステップ124へ進
む。 （124）ステップ118からの経過時間ｔとt0の値を比較
し、ｔ＜t0であればステップ118へ戻り、ｔ≧t0であれ
ば次のステップ126へ進む。t0の初期値は後述のｔに等
しく、例えば10分である。 （126）引上げ速度Ｖの平均値＝S/Nを求める。このＮ
は、ステップ118〜124の繰り返し実行回数である。 （128）｜−Vs｜とΔＶの値を比較するこのVsは、絞
り部分の目標引上げ速度であり、第３図の場合には3.5m
m/minである。また、ΔＶは例えば0.5mm/minである。｜
−Vs｜≧ΔＶであれば、次のステップ130へ進み、そ
うでなければ、温度変動を緩やかにして直径制御偏差を
小さくするために、ステップ130を飛ばしてステップ132
へ進む。 （130）｜−Vs｜の値に応じた、ヒータ18への供給電
力修正量ΔＰを算出し、ヒータ18へ供給する電力を現在
値からこのΔＰだけ変化させる。この算出式は、例えば
次式で表される。 ΔＰ＝Ｋ（−Vs） ……（２） （132）t0にt1、例えば10分を加えた値を新たなt0と
し、Ｓを０とする。そして、上記ステップ120へ戻る。 ステップ122でＬ≧L0と判定された場合には、ネック部
育成制御を終了し、コーン部育成制御に移行する。 このような制御により、高い成功率でネック部を自動育
成することができる。 第４図は、上記制御を実行した場合の、単結晶引上げ開
始時点からの経過時間ｔに対する結晶直径Ｄ、引き上げ
速度Ｖ及び湯面温度Ｔの変化の一例を示す。この例は、
ステップ112及び116での設定時間を５分とし、結晶長Ｌ
に対する目標直径D0を第３図と同一にし、ステップ128
でのVsを3.5mm/minとし、ΔＶを0.5mm/minとしたもので
ある。 ネック部育成制御をこれと同一条件化で170回行ったと
ころ、成功率は約90％となり、熟練者が手動制御を行っ
た場合とほぼ同率になった。
育成装置の要部を示す。 軸10の上端に固着されたテーブル12上には、黒鉛坩堝14
が載置され、黒鉛坩堝14内に石英坩堝16が嵌合されてい
る。この黒鉛坩堝14はヒータ18に囲繞され、ヒータ18は
黒鉛断熱材20に囲繞されている。石英坩堝16内に多結晶
シリコンの塊を入れ、ヒータ18に電力を供給すると、こ
の多結晶シリコンは融液22になる。 一方、融液22の上方に配置されたモータ24により昇降さ
れるワイヤ26の下端には、種ホルダ28を介して種結晶30
が取り付けられている。この種結晶30の下端を融液22の
湯面22Sに接触させて引き上げると、種結晶30の先端に
シリコン単結晶32が育成される。シリコン単結晶32の育
成は、アルゴンガスで空気がパージされるチャンバ34内
で行われる。 シリコン単結晶32の下端直径Ｄを測定するために、チャ
ンバ34の肩部に設けられた窓36の上方には、光軸を湯面
22Sの中心に向けてCCDカメラ38が配置されている。CCD
カメラ38から出力されるビデオ信号は直径計測器40へ供
給され、直径計測器40は、画像処理により、シリコン単
結晶32と湯面22Sとの界面に形成された輝環の直径Ｄ、
すなわちシリコン単結晶32の下端直径Ｄを測定する。シ
リコン単結晶32の絞り部分の直径は小さいので、測定精
度を高めるために、１本の走査線幅が例えば実物の0.05
mmに対応するように、CCDカメラ38の拡大倍率を大きく
している。 この結晶直径Ｄの目標値D0は、シリコン単結晶32の長さ
Ｌの関数として、メモリで構成された直径設定器42に格
納されている。結晶長Ｌと目標直径D0との関係は、例え
ば第３図に示す如くなっている。直径設定器42は、入力
された結晶長Ｌに対し、目標直径D0を出力する。この結
晶長Ｌは、回転軸がモータ24の駆動軸に連結されたロー
タリエンコーダ44から出力されるパルスを、アップダウ
ンカウンタ46で計数することにより得られる。アップダ
ウンカウンタ46の計数値は、種結晶30が上限位置にある
とき及び種結晶30が湯面22Sに接触したときにクリアさ
れる。この接触は、例えば、ワイヤ26と軸10との間に電
圧を印加しておき、これらの間に流れる電流を検出する
ことにより知ることができる。 本単結晶育成装置は、結晶直径Ｄが目標値D0に近づくよ
うにワイヤ26の引き上げ速度Ｖをカスケード制御する構
成を備えている。 すなわち、結晶直径Ｄ及び目標直径D0はPIDコントロー
ラ48へ供給され、PIDコントローラ48の出力電圧EV0がモ
ータ24の回転速度の目標値として可変速モータコントロ
ーラ50へ供給される。一方、ロータリエンコーダ44の出
力は、F/V変換器52により、周波数に比例した電圧EVに
変換され、この電圧EVがフィードバック量として可変速
モータコントローラ50へ供給される。可変速モータコン
トローラ50は通常PIDコントローラであり、EVがEV0に近
づくように、可変速モータコントローラ50はアナログ切
換スイッチ54及びドライバ56を介しモータ24の回転速
度、すなわちワイヤ26の引き上げ速度Ｖを制御する。こ
のアナログ切換スイッチ54は、可変速モータコントロー
ラ50の出力とマイクロコンピュータ58の出力とを選択的
にドライバ56へ供給するためのものであり、モータ24の
回転速度を一定に閉ループ制御する場合には、マイクロ
コンピュータ58の出力が用いられる。 結晶直径Ｄは融液22の温度にも大きく依存するが、結晶
直径Ｄの応答速度は単結晶引上げ速度よりも融液温度の
方が相当遅い。したがって、細くて直径制御偏差の許容
範囲が±0.5mm程度の狭いネック部において融液温度を
結晶直径Ｄの制御に用いるには、コーン部や直胴部の場
合とは異なる特殊な制御方法を用いる必要がある。そこ
で、本単結晶育成装置は、結晶直径Ｄが目標値D0に近づ
くようにヒータ18へ供給する電力を制御する次のような
構成を備えている。 すなわち、チャンバ34の肩部に設けられた窓60の上方
に、湯面22Sの中心から第１図左方に少しずれた位置に
光軸を向けて２色放射温度計62を配置している。２色放
射温度計62の出力は、A/D変換器64でデジタル化されて
マイクロコンピュータ58へ供給される。マイクロコンピ
ュータ58は、後述の如く、直径計測器40からの結晶直径
Ｄ、ロータリエンコーダ44からの引き上げ速度Ｖ（Ｖは
ロータリエンコーダ44の出力パルスの周期に反比例する
ので、ソフトウェアでこの周期を測定して速度Ｖを算出
する）及びA/D変換器64からの湯面温度Ｔを用いて、ヒ
ータ18へ供給する電力の修正量を算出し、ドライバ66を
介してヒータ18へ供給する電力を調整する。 次に、第2A〜2C図に示す。マイクロコンピュータ58によ
る単結晶ネック部育成制御手順を説明する。この手順
は、第2A〜2C図にそれぞれ対応した以下のＡ）．〜
Ｃ）．に大別される。 Ａ）．引き上げ開始迄の制御 （100）種結晶30は、最初、上限位置にあり、この時、A
/D変換器64から湯面温度Ｔを読み込み、この湯面温度Ｔ
が設定温度になるように、ドライバ66を介しヒータ18へ
電力を供給する。この設定温度は、例えば種結晶30を定
速2mm/minで引き上げたときにシリコン単結晶32の直径
を種結晶30の直径、例えば10mmに等しくするための温度
であり、経験的に決定される。 （102）アナログ切換スイッチ54をマイクロコンピュー
タ58側にし、モータ24をオンにしてワイヤ26を定速降下
させる。種結晶30の下端が湯面22Sに接する少し前に、
モータ24をオフにする。この種結晶30の停止位置は、ア
ップダウンカウンタ46の計数値が設定値になったことで
判定する。 （104）種結晶30を予熱するために、設定時間、例えば
７分経過するのを待つ。 （106）種結晶30の下端が融液22に接する迄、モータ24
をオンにして種結晶30を降下させる。 （108）種結晶30の下端を湯面22Sに馴染ませるために、
設定時間、例えば５分間経過するのを待つ。 以上のステップ100〜108は、公知の方法である。 Ｂ）．定速引き上げ （110）次に、モータ24をオンにして種結晶30を定速、
例えば2mm/minで引き上げる。 （112）融液22の温度が適当であるかどうかを見るため
に、設定時間、例えば５分間経過するのを待つ。 （113）モータ24をオフにし、直径計測器40から結晶直
径Ｄを読み込む。 （114）結晶直径Ｄの期待値（これは、本例では、この
時の直径設定器42の出力D0に等しい）からのずれに応じ
た、ヒータ18に供給する電力の修正量ΔＰを算出し、ヒ
ータ18へ供給する電力を現在値からこのΔＰだけ変化さ
せる。このΔＰは、例えば、次式で算出される。 ΔＰ＝Ｋ（Ｄ−D0） ……（１） （116）融液22の温度が安定するのを待つために、設定
時間、例えば５分間経過するのを待つ。 Ｃ）．絞り部直径制御 （118）アナログ切換スイッチ54を可変速モータコント
ローラ50側にして、モータ24をオンし、ワイヤ26の引上
げ速度をPID動作で制御する。 （120）設定時間t0、例えば10分間における引上げ速度
Ｖの平均値を求めるために、総和Ｓに現在の引上げ速度
Ｖを加えた値を新たな総和Ｓとする。総和Ｓの初期値は
０である。 （122）結晶長ＬとL0の値を比較する。このL0は、ネッ
ク部育成終了時点を判定するためのものであり、例えば
150mmである。Ｌ＜L0のときは、次のステップ124へ進
む。 （124）ステップ118からの経過時間ｔとt0の値を比較
し、ｔ＜t0であればステップ118へ戻り、ｔ≧t0であれ
ば次のステップ126へ進む。t0の初期値は後述のｔに等
しく、例えば10分である。 （126）引上げ速度Ｖの平均値＝S/Nを求める。このＮ
は、ステップ118〜124の繰り返し実行回数である。 （128）｜−Vs｜とΔＶの値を比較するこのVsは、絞
り部分の目標引上げ速度であり、第３図の場合には3.5m
m/minである。また、ΔＶは例えば0.5mm/minである。｜
−Vs｜≧ΔＶであれば、次のステップ130へ進み、そ
うでなければ、温度変動を緩やかにして直径制御偏差を
小さくするために、ステップ130を飛ばしてステップ132
へ進む。 （130）｜−Vs｜の値に応じた、ヒータ18への供給電
力修正量ΔＰを算出し、ヒータ18へ供給する電力を現在
値からこのΔＰだけ変化させる。この算出式は、例えば
次式で表される。 ΔＰ＝Ｋ（−Vs） ……（２） （132）t0にt1、例えば10分を加えた値を新たなt0と
し、Ｓを０とする。そして、上記ステップ120へ戻る。 ステップ122でＬ≧L0と判定された場合には、ネック部
育成制御を終了し、コーン部育成制御に移行する。 このような制御により、高い成功率でネック部を自動育
成することができる。 第４図は、上記制御を実行した場合の、単結晶引上げ開
始時点からの経過時間ｔに対する結晶直径Ｄ、引き上げ
速度Ｖ及び湯面温度Ｔの変化の一例を示す。この例は、
ステップ112及び116での設定時間を５分とし、結晶長Ｌ
に対する目標直径D0を第３図と同一にし、ステップ128
でのVsを3.5mm/minとし、ΔＶを0.5mm/minとしたもので
ある。 ネック部育成制御をこれと同一条件化で170回行ったと
ころ、成功率は約90％となり、熟練者が手動制御を行っ
た場合とほぼ同率になった。
第１図乃至第３図は本発明に係る、CZ法による単結晶ネ
ック部育成自動制御方法が適用された一実施例に係り、 第１図は単結晶ネック部自動育成装置の要部構成図、 第2A〜2C図はマイクロコンピュータ58によるネック部育
成制御手順を示すフローチャート、 第３図は直径設定器42の入出力関係の一例を示す線図で
ある。 第４図は本実施例実行データに係り、単結晶引上げ開始
時点からの経過時間ｔに対する引き上げ速度Ｖ、結晶直
径Ｄ及び湯面温度Ｔの変化を示すグラフである。 図中、 14は黒鉛坩堝 16は石英坩堝 18はヒータ 20は黒鉛断熱材 22は融液 28は種ホルダ 30は種結晶 32はシリコン単結晶 38はCCDカメラ 44はロータリエンコーダ 62は２色放射温度計
ック部育成自動制御方法が適用された一実施例に係り、 第１図は単結晶ネック部自動育成装置の要部構成図、 第2A〜2C図はマイクロコンピュータ58によるネック部育
成制御手順を示すフローチャート、 第３図は直径設定器42の入出力関係の一例を示す線図で
ある。 第４図は本実施例実行データに係り、単結晶引上げ開始
時点からの経過時間ｔに対する引き上げ速度Ｖ、結晶直
径Ｄ及び湯面温度Ｔの変化を示すグラフである。 図中、 14は黒鉛坩堝 16は石英坩堝 18はヒータ 20は黒鉛断熱材 22は融液 28は種ホルダ 30は種結晶 32はシリコン単結晶 38はCCDカメラ 44はロータリエンコーダ 62は２色放射温度計
Claims (4)
- 【請求項１】坩堝（16）内融液（22）表面（22S）に接
触している種結晶（30）を定速で設定時間引き上げて単
結晶（32）を育成するステップ（110、112）と、 該設定時間経過後に、該単結晶の下端直径を測定するス
テップ（113）と、 該測定直径の期待値からのずれに応じて、該融液を加熱
するためのヒータ（18）に供給する電力を修正するステ
ップ（114）と、 を有することを特徴とする、CZ法による単結晶ネック部
育成自動制御方法。 - 【請求項２】坩堝内融液を加熱するためのヒータに供給
する電力を、設定時間の間、一定にして、 該融液から引き上げ育成される単結晶の下端直径が目標
値に近づくように単結晶引き上げ速度を制御し、 この設定時間の間に、該単結晶の引上げ速度を繰り返し
測定するステップ（118〜124）と、 該引上げ速度の平均値の目標値からのずれに応じて、該
供給電力を修正するステップ（126〜130）と、 を交互に繰り返すことを特徴とするCZ法による単結晶ネ
ック部育成自動制御方法。 - 【請求項３】請求項１の方法を実行した後に、請求項２
の方法を実行することを特徴とする、CZ法による単結晶
ネック部育成自動制御方法。 - 【請求項４】請求項１の方法を実行した後、設定時間経
過（116）した後に、請求項２の方法を実行することを
特徴とする、CZ法による単結晶ネック部育成自動制御方
法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2048934A JPH06102590B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | Ｃｚ法による単結晶ネック部育成自動制御方法 |
| EP91102879A EP0444628B1 (en) | 1990-02-28 | 1991-02-27 | Method of automatic control of growing neck portion of a single crystal by the CZ method |
| DE69104517T DE69104517T2 (de) | 1990-02-28 | 1991-02-27 | Verfahren zur automatischen Steuerung der Züchtung des Halsteiles eines Einkristalles nach dem Czochralski-Verfahren. |
| US07/661,348 US5183528A (en) | 1990-02-28 | 1991-02-28 | Method of automatic control of growing neck portion of a single crystal by the cz method |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2048934A JPH06102590B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | Ｃｚ法による単結晶ネック部育成自動制御方法 |
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|---|---|
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| JPH06102590B2 true JPH06102590B2 (ja) | 1994-12-14 |
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Family Applications (1)
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| JP2048934A Expired - Fee Related JPH06102590B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | Ｃｚ法による単結晶ネック部育成自動制御方法 |
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| JP (1) | JPH06102590B2 (ja) |
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