JPH0651599B2 - 浮遊帯域制御方法 - Google Patents
浮遊帯域制御方法Info
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- JPH0651599B2 JPH0651599B2 JP62308277A JP30827787A JPH0651599B2 JP H0651599 B2 JPH0651599 B2 JP H0651599B2 JP 62308277 A JP62308277 A JP 62308277A JP 30827787 A JP30827787 A JP 30827787A JP H0651599 B2 JPH0651599 B2 JP H0651599B2
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- 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
- C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
- C30B13/28—Controlling or regulating
- C30B13/30—Stabilisation or shape controlling of the molten zone, e.g. by concentrators, by electromagnetic fields; 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
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- 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
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はＦＺ法による結晶製造装置に適用され、浮遊帯
域の軸方向長及び晶出結晶径を制御する浮遊帯域制御方
法に関する。
域の軸方向長及び晶出結晶径を制御する浮遊帯域制御方
法に関する。
［従来の技術及びその問題点］ この種の制御では、特に晶出結晶直径の制御が重要にな
る。晶出結晶直径の制御の速応性および安定性が悪い
と、育成結晶に乱れが発生して不良品となる。また、不
良品にならなくても、製品として用いられないコーン部
が長くなり過ぎたり、直胴部表面の軸方向に沿った凹凸
が大きくなって円筒研磨における削りしろが長くなり過
ぎたりし、ロスが大きくなる。
る。晶出結晶直径の制御の速応性および安定性が悪い
と、育成結晶に乱れが発生して不良品となる。また、不
良品にならなくても、製品として用いられないコーン部
が長くなり過ぎたり、直胴部表面の軸方向に沿った凹凸
が大きくなって円筒研磨における削りしろが長くなり過
ぎたりし、ロスが大きくなる。
一方、単に晶出結晶直径のみを制御しても、浮遊帯域の
軸方向長が短くなり過ぎると、浮遊帯域内部における原
料棒の下端面から突出した未熔コーンが結晶棒の上端面
に接近し、該上端面の中央部の温度が周囲部より低下し
て結晶が乱れたり、該未熔コーンの下端が原料棒の上端
面に固着して結晶の育成が不可能になったり、あるいは
ゾーン長が長くなりすぎて浮遊帯域が切断したりする。
軸方向長が短くなり過ぎると、浮遊帯域内部における原
料棒の下端面から突出した未熔コーンが結晶棒の上端面
に接近し、該上端面の中央部の温度が周囲部より低下し
て結晶が乱れたり、該未熔コーンの下端が原料棒の上端
面に固着して結晶の育成が不可能になったり、あるいは
ゾーン長が長くなりすぎて浮遊帯域が切断したりする。
ここで、加熱装置へ供給する電力Ｐを変化させると晶出
結晶直径Ｄs及びゾーン長Ｌ（浮遊帯域の軸方向長に比
例した長さ）が共に変化する。また、原料棒の加熱装置
側への相対速度Ｖpを変化させても、晶出結晶直径Ｄs及
びゾーン長Ｌが共に変化する。
結晶直径Ｄs及びゾーン長Ｌ（浮遊帯域の軸方向長に比
例した長さ）が共に変化する。また、原料棒の加熱装置
側への相対速度Ｖpを変化させても、晶出結晶直径Ｄs及
びゾーン長Ｌが共に変化する。
以上述べたことから、加熱装置へ供給する電力Ｐ及び加
熱装置側への原料棒の相対速度Ｖpをどのように調節し
たら、速応性及び安定性のあるゾーン長Ｌ及び晶出結晶
径Ｄsの制御を行うことができるかが問題となる。
熱装置側への原料棒の相対速度Ｖpをどのように調節し
たら、速応性及び安定性のあるゾーン長Ｌ及び晶出結晶
径Ｄsの制御を行うことができるかが問題となる。
本発明の目的は、安定性及び速応性にすぐれた、晶出結
晶径及びゾーン長の制御を行うことができる浮遊帯域制
御方法を提供することにある。
晶径及びゾーン長の制御を行うことができる浮遊帯域制
御方法を提供することにある。
［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するために、本発明に係る浮遊帯域制御
方法では、鉛直に配置された原料棒を加熱装置で熔融
し、その融液から結晶を析出させて鉛直の結晶棒を育成
し、該原料棒および該結晶棒を該加熱装置に対し相対的
に移動させて両棒間の浮遊帯域を軸方向へ移動させ、 該浮遊帯域を撮像カメラで撮像し、撮像した画像を処理
して、該浮遊帯域の軸方向長さに略比例したゾーン長Ｌ
または該浮遊帯域の融液ネック部径Ｄnである第１物理
量と、該浮遊帯域と該結晶棒との界面の径である晶出結
晶径Ｄsまたは該浮遊帯域の晶出側融液肩部径Ｄmである
第２物理量とを測定し、 該第１物理量の測定値Ｚiがその目標値Ｚoになるように
該原料棒の移動速度Ｖpを調節し、該第２物理量の測定
値Ｄiがその目標値Ｄoになるように該加熱装置に供給す
る電力Ｐを調節し、 （Ｚi−Ｚo）（Ｄi−Ｄo）の値をＭとしたときに、Ｍ＞
０の場合にはＭ＜０の場合よりも該原料棒の移動速度Ｖ
pの調節の寄与を小さくし、Ｍ＜０の場合にはＭ＞０の
場合よりも該電力Ｐの調節の寄与を小さくすることを特
徴とする。
方法では、鉛直に配置された原料棒を加熱装置で熔融
し、その融液から結晶を析出させて鉛直の結晶棒を育成
し、該原料棒および該結晶棒を該加熱装置に対し相対的
に移動させて両棒間の浮遊帯域を軸方向へ移動させ、 該浮遊帯域を撮像カメラで撮像し、撮像した画像を処理
して、該浮遊帯域の軸方向長さに略比例したゾーン長Ｌ
または該浮遊帯域の融液ネック部径Ｄnである第１物理
量と、該浮遊帯域と該結晶棒との界面の径である晶出結
晶径Ｄsまたは該浮遊帯域の晶出側融液肩部径Ｄmである
第２物理量とを測定し、 該第１物理量の測定値Ｚiがその目標値Ｚoになるように
該原料棒の移動速度Ｖpを調節し、該第２物理量の測定
値Ｄiがその目標値Ｄoになるように該加熱装置に供給す
る電力Ｐを調節し、 （Ｚi−Ｚo）（Ｄi−Ｄo）の値をＭとしたときに、Ｍ＞
０の場合にはＭ＜０の場合よりも該原料棒の移動速度Ｖ
pの調節の寄与を小さくし、Ｍ＜０の場合にはＭ＞０の
場合よりも該電力Ｐの調節の寄与を小さくすることを特
徴とする。
［作用］ 原料棒の加熱装置側への相対速度Ｖpの変化に対するＤi
の応答速度は、供給電力Ｐの変化に対するＤiの応答速
度よりもはるかに大きい。
の応答速度は、供給電力Ｐの変化に対するＤiの応答速
度よりもはるかに大きい。
（１）Ｚi＞ＺoかつＤi＞Ｄoの場合 Ｄiを減少させようとして供給電力Ｐが減少され、した
がってＺiも減少する。また、Ｚiを減少させようとして
相対速度Ｖpが増加されるが、相対速度調節の寄与が小
さくなるので、該相対速度Ｖpの増加（Ｄiの増加）が抑
制され、Ｄiに対する供給電力減少の影響が見掛上大き
くなる。したがって、速やかにＤiが減少して目標値に
収束することになる。
がってＺiも減少する。また、Ｚiを減少させようとして
相対速度Ｖpが増加されるが、相対速度調節の寄与が小
さくなるので、該相対速度Ｖpの増加（Ｄiの増加）が抑
制され、Ｄiに対する供給電力減少の影響が見掛上大き
くなる。したがって、速やかにＤiが減少して目標値に
収束することになる。
（２）Ｚi＞ＺoかつＤi＜Ｄoの場合 Ｚiを減少させようとして相対速度Ｖpが増加（原料供給
量が増加）され、Ｄiが速やかに増加する。また、Ｄiを
増加させようとして供給電力Ｐが増加されるが、電力調
節の寄与が小さくなるので、Ｄiの過剰な増加が抑制さ
れる。
量が増加）され、Ｄiが速やかに増加する。また、Ｄiを
増加させようとして供給電力Ｐが増加されるが、電力調
節の寄与が小さくなるので、Ｄiの過剰な増加が抑制さ
れる。
したがって、安定かつ速やかにＤiが目標値に収束する
ことになる。
ことになる。
（３）Ｚi＜ＺoかつＤi＞Ｄoの場合 Ｚiを増加させようとして相対速度Ｖpが減少（原料供給
量が減少）され、Ｄiが速やかに減少する。また、Ｄiを
減少させようとして供給電力Ｐが減少されるが、電力調
節の寄与が小さくなるので、供給電力Ｐの過剰な減少が
抑制される。
量が減少）され、Ｄiが速やかに減少する。また、Ｄiを
減少させようとして供給電力Ｐが減少されるが、電力調
節の寄与が小さくなるので、供給電力Ｐの過剰な減少が
抑制される。
したがって、安定かつ速やかにＤiが目標値に収束する
ことになる。
ことになる。
（４）Ｚi＜ＺoかつＤi＜Ｄoの場合 Ｄiを増加させようとして供給電力Ｐが増加され、した
がってＺiも増加する。また、Ｚiを増加させようとして
相対速度Ｖpが減少されるが、相対速度調節の寄与が小
さくなるので、相対速度Ｖpの減少（Ｄiの減少）が抑制
され、Ｄiに対する供給電力増加の影響が見掛上大きく
なる。
がってＺiも増加する。また、Ｚiを増加させようとして
相対速度Ｖpが減少されるが、相対速度調節の寄与が小
さくなるので、相対速度Ｖpの減少（Ｄiの減少）が抑制
され、Ｄiに対する供給電力増加の影響が見掛上大きく
なる。
したがって、速やかにＤiが増加して目標値に収束する
ことになる。
ことになる。
［実施例］ 図面に基づいて本発明の実施例を説明する。第１図には
ＦＺ法による結晶製造装置に用いられる浮遊帯域制御装
置の全体構成が示されている。
ＦＺ法による結晶製造装置に用いられる浮遊帯域制御装
置の全体構成が示されている。
本発明と直接関係する部分は、下記《積分感度制御》の
項であるが、これと関係した他の構成を先に説明する。
項であるが、これと関係した他の構成を先に説明する。
発振器１０から誘導加熱コイル１２へ高周波電流が供給
されて原料棒１６、たとえばシリコン多結晶棒が加熱熔
融され、その融液から結晶が析出して結晶棒１８、たと
えばシリコン単結晶棒が育成され、原料棒１６と結晶棒
１８との間に浮遊帯域２０が形成される。
されて原料棒１６、たとえばシリコン多結晶棒が加熱熔
融され、その融液から結晶が析出して結晶棒１８、たと
えばシリコン単結晶棒が育成され、原料棒１６と結晶棒
１８との間に浮遊帯域２０が形成される。
結晶棒１８は鉛直に配置されており、昇降用可変速モー
タ２２により下方へ速度Ｖsで移動される。また、結晶
棒１８は、図示しないモータにより一定速度で回転さ
れ、結晶棒１８と浮遊帯域２０の界面２４の付近の温度
分布が回転対称化される。
タ２２により下方へ速度Ｖsで移動される。また、結晶
棒１８は、図示しないモータにより一定速度で回転さ
れ、結晶棒１８と浮遊帯域２０の界面２４の付近の温度
分布が回転対称化される。
一方、原料棒１６も鉛直に配置されており、昇降用可変
速モータ２６により下方へ速度Ｖpで移動される。ま
た、原料棒１６は、図示しないモータにより一定速度で
回転され、原料棒１６と浮遊帯域２０との界面２８付近
の温度分布が回転対称化される。
速モータ２６により下方へ速度Ｖpで移動される。ま
た、原料棒１６は、図示しないモータにより一定速度で
回転され、原料棒１６と浮遊帯域２０との界面２８付近
の温度分布が回転対称化される。
浮遊帯域２０及びその周辺は、固定された工業用テレビ
カメラ３０により監視されており、その複合映像信号が
画像処理回路３２へ供給されて、熔出界面２８における
直径Ｄp、誘導加熱コイル１２の下面と晶出界面２４と
の間の長さであるゾーン長Ｌ及び晶出側融液急傾斜部３
８と晶出界面２４との間の晶出側融液肩部３４の直径Ｄ
mが測定される。
カメラ３０により監視されており、その複合映像信号が
画像処理回路３２へ供給されて、熔出界面２８における
直径Ｄp、誘導加熱コイル１２の下面と晶出界面２４と
の間の長さであるゾーン長Ｌ及び晶出側融液急傾斜部３
８と晶出界面２４との間の晶出側融液肩部３４の直径Ｄ
mが測定される。
このゾーン長Ｌは浮遊帯域２０の軸方向長に略比例す
る。したがって、ゾーン長としては、該軸方向長、また
は熔出界面２８から誘導加熱コイル１２までの長さであ
ってもよい。
る。したがって、ゾーン長としては、該軸方向長、また
は熔出界面２８から誘導加熱コイル１２までの長さであ
ってもよい。
この融液肩部直径Ｄmは、晶出界面２４から上方へ一定
距離ｈm離れた位置における晶出側融液肩部３４の直径
である。融液肩部直径Ｄmは、距離ｈm及び結晶棒１８の
下降速度Ｖsが一定であれば、一定時間後（通常、３０
〜１００秒後）の晶出結晶直径Ｄsと一定の関係にあ
り、その相関関係が大きい。
距離ｈm離れた位置における晶出側融液肩部３４の直径
である。融液肩部直径Ｄmは、距離ｈm及び結晶棒１８の
下降速度Ｖsが一定であれば、一定時間後（通常、３０
〜１００秒後）の晶出結晶直径Ｄsと一定の関係にあ
り、その相関関係が大きい。
これを概説すれば、例えば、 Ｄs＝１０１mm、Ｄm＝１００mmで安定しているときに、
融液ネック部直径Ｄnを一定に保っておき、Ｄmを１００
mmから１０２mmに増加させた場合、ｈm/Vs経過後には Ｄs＝１０１×１０２／１００＝１０３mmになる。一般
にＶs＝2.6〜5.0mm/minであるから、この場合、融液肩
部直径Ｄmにより３６〜６９sec経過後の晶出結晶径Ｄs
を予測できることになる。
融液ネック部直径Ｄnを一定に保っておき、Ｄmを１００
mmから１０２mmに増加させた場合、ｈm/Vs経過後には Ｄs＝１０１×１０２／１００＝１０３mmになる。一般
にＶs＝2.6〜5.0mm/minであるから、この場合、融液肩
部直径Ｄmにより３６〜６９sec経過後の晶出結晶径Ｄs
を予測できることになる。
また、晶出界面２４よりも晶出側融液肩部３４での横断
面の方が、融液の表面張力により、真円に近い。このた
め、晶出結晶直径Ｄsよりも融液肩部直径Ｄmを用いた方
が、より正確な結晶径制御を行うことができる。
面の方が、融液の表面張力により、真円に近い。このた
め、晶出結晶直径Ｄsよりも融液肩部直径Ｄmを用いた方
が、より正確な結晶径制御を行うことができる。
したがって、晶出結晶直径Ｄsを直接制御するよりも、
融液肩部直径Ｄmを制御することにより間接的に晶出結
晶直径Ｄsを制御した方が、応答性が速くなり、安定し
た結晶径制御を行うことができる。
融液肩部直径Ｄmを制御することにより間接的に晶出結
晶直径Ｄsを制御した方が、応答性が速くなり、安定し
た結晶径制御を行うことができる。
ここで、上述の距離ｈmの好ましい値は、実験の結果、
晶出結晶直径Ｄsの値に関係がなく、２〜５mmであり、
その前後の１〜７mmの範囲の値であってもある程度の効
果が得られる。
晶出結晶直径Ｄsの値に関係がなく、２〜５mmであり、
その前後の１〜７mmの範囲の値であってもある程度の効
果が得られる。
これら熔出界面直径Ｄp及び融液肩部直径Ｄmは、輝度が
基準値より大きい走査線の長さにより測定される。ま
た、熔出界面２８、晶出界面２４及び誘導加熱コイル１
２の下面の位置は、走査線の垂直方向の輝度が急変する
位置として検出される。さらに、距離ｈmは、晶出界面
２４に対応した走査線から上方へ一定本数離れた走査線
までの距離に対応している。
基準値より大きい走査線の長さにより測定される。ま
た、熔出界面２８、晶出界面２４及び誘導加熱コイル１
２の下面の位置は、走査線の垂直方向の輝度が急変する
位置として検出される。さらに、距離ｈmは、晶出界面
２４に対応した走査線から上方へ一定本数離れた走査線
までの距離に対応している。
《原料棒の下降速度制御》 次に、原料簿１６の下降速度Ｖpの制御について説明す
る。
る。
第１図において、原料棒下降速度演算器４０には、画像
処理回路３２から熔出直径Ｄpi及び融液肩部直径Ｄmiが
供給され、結晶棒１８の下降速度を検出する下降速度検
出器４２から下降速度Ｖsiが供給される。原料棒下降速
度演算器４０は、これらの値を用いてＶs・（Ｄmi／Ｄ
pi）2を演算し、これを目標下降速度ＶPAとして減算器
４４へ供給する。この目標下降速度ＶPAは、浮遊帯域２
０の体積が一定である場合の下降速度Ｖpの目標値であ
る。
処理回路３２から熔出直径Ｄpi及び融液肩部直径Ｄmiが
供給され、結晶棒１８の下降速度を検出する下降速度検
出器４２から下降速度Ｖsiが供給される。原料棒下降速
度演算器４０は、これらの値を用いてＶs・（Ｄmi／Ｄ
pi）2を演算し、これを目標下降速度ＶPAとして減算器
４４へ供給する。この目標下降速度ＶPAは、浮遊帯域２
０の体積が一定である場合の下降速度Ｖpの目標値であ
る。
浮遊帯域２０の体積が時間とともに変化する場合には、
次のような近似的な処理をし、ＶPBを補正値として減算
器４４へ加える。すなわち、減算器４８へ画像処理回路
３２、ゾーン長設定器４６からそれぞれ測定ゾーン長Ｌ
i、目標ゾーン長Ｌoが供給され、比較・増幅されてＰＩ
Ｄ調節器５０へ供給され、ＰＩＤ調節器５０の出力信号
がＶPBとして減算器４４へ供給される。このゾーン長設
定器４６は、プログラム設定器であり、画像処理回路３
２から供給される融液肩部直径Ｄmiに応答して、たとえ
ば第２図に示すような融液肩部直径Ｄmの関数である目
標ゾーン長Ｌoを出力する。
次のような近似的な処理をし、ＶPBを補正値として減算
器４４へ加える。すなわち、減算器４８へ画像処理回路
３２、ゾーン長設定器４６からそれぞれ測定ゾーン長Ｌ
i、目標ゾーン長Ｌoが供給され、比較・増幅されてＰＩ
Ｄ調節器５０へ供給され、ＰＩＤ調節器５０の出力信号
がＶPBとして減算器４４へ供給される。このゾーン長設
定器４６は、プログラム設定器であり、画像処理回路３
２から供給される融液肩部直径Ｄmiに応答して、たとえ
ば第２図に示すような融液肩部直径Ｄmの関数である目
標ゾーン長Ｌoを出力する。
目標ゾーン長Ｌoの値は、直胴部では一定であるが、コ
ーン部では一定でない。一定にしない理由は、コーン部
においては、晶出結晶直径Ｄsiより融液肩部直径Ｄmiを
大きくする必要があり、融液滴下が発生し易いので、特
に融液滴下が発生し易い部分で目標ゾーン長Ｌoを長く
して、融液滴下の発生を防止し、また、結晶に転位が生
じるのを避けるためである。ただし、ゾーン長Ｌをあま
り長くすると、融液部が保持されず切断したり、また、
誘導加熱コイル１２と浮遊帯域２０の両端部との電磁結
合の低下が起きるなど種々の問題が生じるので、適当な
値にする必要がある。
ーン部では一定でない。一定にしない理由は、コーン部
においては、晶出結晶直径Ｄsiより融液肩部直径Ｄmiを
大きくする必要があり、融液滴下が発生し易いので、特
に融液滴下が発生し易い部分で目標ゾーン長Ｌoを長く
して、融液滴下の発生を防止し、また、結晶に転位が生
じるのを避けるためである。ただし、ゾーン長Ｌをあま
り長くすると、融液部が保持されず切断したり、また、
誘導加熱コイル１２と浮遊帯域２０の両端部との電磁結
合の低下が起きるなど種々の問題が生じるので、適当な
値にする必要がある。
さて、減算器４４は、原料棒下降速度演算器４０、ＰＩ
Ｄ調節器５０からの目標下降速度ＶPAと補正値ＶPBの差
を原料棒目標下降速度Ｖpoとして差動増幅器５４へ供給
する。差動増幅器５４は、下降速度検出器５２により検
出される原料棒１６の下降速度Ｖpiと、減算器４４から
の原料棒目標下降速度Ｖpoを比較・増幅し、動作信号と
して、速度調節器５６へ供給する。これにより、駆動回
路５８を介して、昇降用可変速モータ２６による原料棒
１６の下降速度Ｖpが制御される。
Ｄ調節器５０からの目標下降速度ＶPAと補正値ＶPBの差
を原料棒目標下降速度Ｖpoとして差動増幅器５４へ供給
する。差動増幅器５４は、下降速度検出器５２により検
出される原料棒１６の下降速度Ｖpiと、減算器４４から
の原料棒目標下降速度Ｖpoを比較・増幅し、動作信号と
して、速度調節器５６へ供給する。これにより、駆動回
路５８を介して、昇降用可変速モータ２６による原料棒
１６の下降速度Ｖpが制御される。
《結晶棒の下降速度制御》 次に、結晶棒１８の下降速度Ｖsの制御について説明す
る。
る。
下降速度検出器４２により検出された結晶棒１８の下降
速度Ｖsiと、下降速度設定器６０からの結晶棒目標下降
速度Ｖsoとが、差動増幅器６２に供給されて比較・増幅
され、動作信号として速度調節器６４へ供給され、その
出力信号が駆動回路６６へ供給されて、昇降用可変速モ
ーター２２による結晶棒１８の下降速度Ｖsが制御され
る。この下降速度設定器６０は、プログラム設定器であ
り、画像処理回路３２からの融液肩部直径Ｄmiに応答し
て、融液肩部直径Ｄmiの関数である結晶棒目標下降速度
Ｖso出力する。
速度Ｖsiと、下降速度設定器６０からの結晶棒目標下降
速度Ｖsoとが、差動増幅器６２に供給されて比較・増幅
され、動作信号として速度調節器６４へ供給され、その
出力信号が駆動回路６６へ供給されて、昇降用可変速モ
ーター２２による結晶棒１８の下降速度Ｖsが制御され
る。この下降速度設定器６０は、プログラム設定器であ
り、画像処理回路３２からの融液肩部直径Ｄmiに応答し
て、融液肩部直径Ｄmiの関数である結晶棒目標下降速度
Ｖso出力する。
《晶出結晶直径制御》 次に、晶出結晶直径Ｄsの制御について説明する。
結晶棒下降速度Ｖsiは、積分器６８により積分され、積
分棒長ＹAとして減算器７０へ供給される。この積分棒
長ＹAは、Ｌi＝０の場合の結晶棒１８の長さであり、画
像処理回路３２からのゾーン長Ｌiによって補正され
る。すなわち、減算器７０は、積分棒長ＹAとゾーン長
Ｌiとの差を結晶棒長Ｙとして、基本供給電力設定器７
２へ供給する。基本供給電力設定器７２は、プログラム
設定器であり、結晶棒長Ｙの関数である基本供給電力値
を、加算器７８を介し発信器１０の電力制御入力端子へ
供給して、発信器１０から誘導加熱コイル１２へ供給さ
れる電力を調節する。この基本供給電力値により、融液
肩部測定直径Ｄmiをほぼ融液肩部目標直径Ｄmoに近付け
ることができる。
分棒長ＹAとして減算器７０へ供給される。この積分棒
長ＹAは、Ｌi＝０の場合の結晶棒１８の長さであり、画
像処理回路３２からのゾーン長Ｌiによって補正され
る。すなわち、減算器７０は、積分棒長ＹAとゾーン長
Ｌiとの差を結晶棒長Ｙとして、基本供給電力設定器７
２へ供給する。基本供給電力設定器７２は、プログラム
設定器であり、結晶棒長Ｙの関数である基本供給電力値
を、加算器７８を介し発信器１０の電力制御入力端子へ
供給して、発信器１０から誘導加熱コイル１２へ供給さ
れる電力を調節する。この基本供給電力値により、融液
肩部測定直径Ｄmiをほぼ融液肩部目標直径Ｄmoに近付け
ることができる。
一方、結晶棒長Ｙは、融液肩部直径設定器８０にも供給
される。この融液肩部直径設定器８０は、プログラム設
定器であり、結晶棒長Ｙの値に応答して、例えば第３図
に示すような結晶棒長Ｙの関数である融液肩部目標直径
Ｄmoを差動増幅器８２へ供給する。差動増幅器８２は、
融液肩部直径設定器８０から供給される融液肩部目標直
径Ｄmoと画像処理回路３２から供給される融液肩部測定
直径Ｄmiとの差を動作信号として、ＰＩＤ調節器８４へ
供給し、その出力を加算器７８へ加えて基本供給電力値
を補正する。ここで、ＰＩＤ動作の各ゲインを小さくし
て、ハンチングの幅を押さえることにより、融液滴下の
発生を防止する必要がある。しかし、該ゲインを小さく
すれば、ＰＩＤ調節器８４の出力では補正が不充分とな
る。そこで、本実施例では、Ｉ2調節器８６を用いてい
る。このＩ2調節器８６は、入力値（Ｄmo−Ｄmi）を時
間積分したものをさらに時間積分し、これを定数倍して
加算器７８へ供給し、基本供給電力値を補正する。
される。この融液肩部直径設定器８０は、プログラム設
定器であり、結晶棒長Ｙの値に応答して、例えば第３図
に示すような結晶棒長Ｙの関数である融液肩部目標直径
Ｄmoを差動増幅器８２へ供給する。差動増幅器８２は、
融液肩部直径設定器８０から供給される融液肩部目標直
径Ｄmoと画像処理回路３２から供給される融液肩部測定
直径Ｄmiとの差を動作信号として、ＰＩＤ調節器８４へ
供給し、その出力を加算器７８へ加えて基本供給電力値
を補正する。ここで、ＰＩＤ動作の各ゲインを小さくし
て、ハンチングの幅を押さえることにより、融液滴下の
発生を防止する必要がある。しかし、該ゲインを小さく
すれば、ＰＩＤ調節器８４の出力では補正が不充分とな
る。そこで、本実施例では、Ｉ2調節器８６を用いてい
る。このＩ2調節器８６は、入力値（Ｄmo−Ｄmi）を時
間積分したものをさらに時間積分し、これを定数倍して
加算器７８へ供給し、基本供給電力値を補正する。
このような補正を行ったところ、誘導加熱コイル１２を
取り替えて異なる特性の誘導加熱コイル１２を用いた
り、結晶膨１８の直径が異なる場合等であっても、基本
供給電力設定器７２に書き込まれる基本パターン（プロ
グラム設定パターン）を変更する必要がなくなった。
取り替えて異なる特性の誘導加熱コイル１２を用いた
り、結晶膨１８の直径が異なる場合等であっても、基本
供給電力設定器７２に書き込まれる基本パターン（プロ
グラム設定パターン）を変更する必要がなくなった。
《積分感度制御》 次に、本発明に直接関係した積分感度制御について説明
する。
する。
この制御は、マイクロコンピュータを用いた積分感度コ
ントローラ８８により行われる。積分感度コントローラ
８８には、画像処理回路３２からの測定ゾーン長Ｌi及
び融液肩部測定直径Ｄmi、ゾーン長設定器４６からの目
標ゾーン長Ｌo、並びに融液肩部直径設定器８０からの
融液肩部目標直径Ｄmoが供給されている。積分感度コン
トローラ８８は、これらの入力データに基づいてＰＩＤ
調節器５０及びＰＩＤ調節器８４の積分感度を制御す
る。
ントローラ８８により行われる。積分感度コントローラ
８８には、画像処理回路３２からの測定ゾーン長Ｌi及
び融液肩部測定直径Ｄmi、ゾーン長設定器４６からの目
標ゾーン長Ｌo、並びに融液肩部直径設定器８０からの
融液肩部目標直径Ｄmoが供給されている。積分感度コン
トローラ８８は、これらの入力データに基づいてＰＩＤ
調節器５０及びＰＩＤ調節器８４の積分感度を制御す
る。
その制御の手順は第４図に示されている。
図中、ＫIPはＰＩＤ調節器８４の積分感度であり、入力
値の時間積分値にこの積分感度ＫIPを乗じた値がＩ成分
の出力値になる。また、ＫIVはＰＩＤ調節器５０の積分
感度であり、入力値の時間積分値にこの積分感度ＫIVを
乗じた値がＩ成分の出力値になる。また、α及びβは定
数である。試験の結果、このα、βの値に好ましい範囲
は広く、最適値の±５０％の範囲であっても問題がない
ことが分かった。
値の時間積分値にこの積分感度ＫIPを乗じた値がＩ成分
の出力値になる。また、ＫIVはＰＩＤ調節器５０の積分
感度であり、入力値の時間積分値にこの積分感度ＫIVを
乗じた値がＩ成分の出力値になる。また、α及びβは定
数である。試験の結果、このα、βの値に好ましい範囲
は広く、最適値の±５０％の範囲であっても問題がない
ことが分かった。
最初に、ステップ９６において積分感度ＫIPをαに初期
設定し、積分感度ＫIVをβに初期設定する。
設定し、積分感度ＫIVをβに初期設定する。
次に、ステップ９８において、ΔをＤmoに比し充分小さ
な値としたときに、 ｜Ｌi−Ｌo｜＜Δかつ｜Ｄmi−Ｄmo｜＜Δ すなわち、ＬiがＬoに略等しく、かつ、ＤmiがＤmoに略
等しい場合には、制御条件を変えないで現状を維持す
る。
な値としたときに、 ｜Ｌi−Ｌo｜＜Δかつ｜Ｄmi−Ｄmo｜＜Δ すなわち、ＬiがＬoに略等しく、かつ、ＤmiがＤmoに略
等しい場合には、制御条件を変えないで現状を維持す
る。
次に、｜Ｌi−Ｌo｜＞Δまたは｜Ｄmi−Ｄmo｜＞Δとな
ったときの処理を以下の４つの場合に分けて説明する。
ったときの処理を以下の４つの場合に分けて説明する。
（１）Ｌi＞ＬoかつＤmi＞Ｄmoの場合 この場合、ＰＩＤ調節器５０は測定ゾーン長Ｌiを減少
（原料棒１６の下降速度Ｖpiを増加）させるように出力
し、ＰＩＤ調節器８４は融液肩部測定直径Ｄmiを減少
（誘導加熱コイル１２への供給電力Ｐを減少）させるよ
うに出力する。
（原料棒１６の下降速度Ｖpiを増加）させるように出力
し、ＰＩＤ調節器８４は融液肩部測定直径Ｄmiを減少
（誘導加熱コイル１２への供給電力Ｐを減少）させるよ
うに出力する。
ステップ１００、１０２を通ってステップ１０４へ進
み、積分感度ＫIPがαに設定され、積分感度ＫIVがλβ
に設定される。ここにλは定数であり、効果が得られる
その範囲はα及びβの値のとり方にもよるが、好ましく
は０〜0.2であることが分かった。これにより、測定ゾ
ーン長Ｌiを減少（Ｄmiを増大）させようとするＰＩＤ
調節器５０の出力が押さえられるが、融液肩部測定直径
Ｄmiを減少させようとするＰＩＤ調節器８４の出力は押
さえられない。
み、積分感度ＫIPがαに設定され、積分感度ＫIVがλβ
に設定される。ここにλは定数であり、効果が得られる
その範囲はα及びβの値のとり方にもよるが、好ましく
は０〜0.2であることが分かった。これにより、測定ゾ
ーン長Ｌiを減少（Ｄmiを増大）させようとするＰＩＤ
調節器５０の出力が押さえられるが、融液肩部測定直径
Ｄmiを減少させようとするＰＩＤ調節器８４の出力は押
さえられない。
したがって、原料棒１６の下降速度Ｖpiの増加が抑制さ
れ、これによって融液肩部測定直径Ｄmiの増加が速やか
に抑制される。
れ、これによって融液肩部測定直径Ｄmiの増加が速やか
に抑制される。
ここで、Ｖpiの変化に対するＤmiの応答速度は、供給電
力Ｐの変化に対するＤmiの応答速度よりもはるかに大き
い。
力Ｐの変化に対するＤmiの応答速度よりもはるかに大き
い。
このため、Ｄmiに対する、ＰＩＤ調節器８４の出力に基
づく供給電力減少の影響が見掛上極めて大きくなり、速
やかに融液肩部測定直径Ｄmiが融液肩部目標直径Ｄmoに
収束する。
づく供給電力減少の影響が見掛上極めて大きくなり、速
やかに融液肩部測定直径Ｄmiが融液肩部目標直径Ｄmoに
収束する。
次にステップ１０６において、融液肩部測定直径Ｄmiの
値が未だ前回の読込値以上であればステップ１０８へ進
み、一定時間経過するのを待ち、ステップ９８へ戻る。
この待時間はステップ９８〜１０８の１サイクル時間に
よっては、零であってもよい（以下、同様）。
値が未だ前回の読込値以上であればステップ１０８へ進
み、一定時間経過するのを待ち、ステップ９８へ戻る。
この待時間はステップ９８〜１０８の１サイクル時間に
よっては、零であってもよい（以下、同様）。
供給電力減少により融液肩部測定直径Ｄmiが減少に転じ
たときには、ステップ１０６から１１０へ進み、積分感
度ＫIPの値をναに減少させ、融液肩部測定直径Ｄmiが
過剰に減少するのを防止する。これは、供給電力Ｐの変
化に対するＤmiの応答速度が比較的遅いためである。こ
れにより、安定に融液肩部測定直径Ｄmiが融液肩部目標
直径Ｄmoに収束する。前記νは定数であり、結果が得ら
れるその範囲はα及びβの値のとり方にもよるが、０〜
0.5、好ましくは0.1〜0.3である。
たときには、ステップ１０６から１１０へ進み、積分感
度ＫIPの値をναに減少させ、融液肩部測定直径Ｄmiが
過剰に減少するのを防止する。これは、供給電力Ｐの変
化に対するＤmiの応答速度が比較的遅いためである。こ
れにより、安定に融液肩部測定直径Ｄmiが融液肩部目標
直径Ｄmoに収束する。前記νは定数であり、結果が得ら
れるその範囲はα及びβの値のとり方にもよるが、０〜
0.5、好ましくは0.1〜0.3である。
（２）Ｌi＞ＬoかつＤmi＜Ｄmoの場合 この場合、ＰＩＤ調節器５０は測定ゾーン長Ｌiを減少
（原料棒１６の下降速度Ｖpiを増加）させるように出力
し、ＰＩＤ調節器８４は融液肩部測定直径Ｄmiを増加
（誘導加熱コイル１２への供給電力Ｐを増加）させるよ
うに出力する。
（原料棒１６の下降速度Ｖpiを増加）させるように出力
し、ＰＩＤ調節器８４は融液肩部測定直径Ｄmiを増加
（誘導加熱コイル１２への供給電力Ｐを増加）させるよ
うに出力する。
ステップ１００、１０２を通ってステップ１１２へ進
み、積分感度ＫIPがμαに設定され、積分感度ＫIVがβ
に設定される。ここにμは定数であり、効果が得られる
その範囲はα及びβの値のとり方にもよるが、０〜0.
5、好ましくは０〜0.2である。これにより、測定ゾーン
長Ｌiを減少させようとするＰＩＤ調節器５０の出力は
押さえられないが、融液肩部測定直径Ｄmiを増加させよ
うとするＰＩＤ調節器８４の出力が押さえられる。
み、積分感度ＫIPがμαに設定され、積分感度ＫIVがβ
に設定される。ここにμは定数であり、効果が得られる
その範囲はα及びβの値のとり方にもよるが、０〜0.
5、好ましくは０〜0.2である。これにより、測定ゾーン
長Ｌiを減少させようとするＰＩＤ調節器５０の出力は
押さえられないが、融液肩部測定直径Ｄmiを増加させよ
うとするＰＩＤ調節器８４の出力が押さえられる。
したがって、原料棒１６の下降速度Ｖpiの増加により、
融液肩部測定直径Ｄmiが速やかに増加するが、供給電力
Ｐの増加が押さえられるので、融液肩部直径Ｄmiの過剰
な増加が押さえられる。これにより、速やかかつ安定に
融液肩部測定直径Ｄmiが融液肩部目標直径Ｄmoに収束す
る。
融液肩部測定直径Ｄmiが速やかに増加するが、供給電力
Ｐの増加が押さえられるので、融液肩部直径Ｄmiの過剰
な増加が押さえられる。これにより、速やかかつ安定に
融液肩部測定直径Ｄmiが融液肩部目標直径Ｄmoに収束す
る。
次に、ステップ１０８へ進み、一定時間経過するのを待
ち、ステップ９８へ戻る。
ち、ステップ９８へ戻る。
（３）Ｌi＜ＬoかつＤmi＞Ｄmoの場合 この場合、ＰＩＤ調節器５０は測定ゾーン長Ｌiを増加
（原料棒１６の下降速度Ｖpiを減少）させるように出力
し、ＰＩＤ調節器８４は融液肩部測定直径Ｄmiを減少
（誘導加熱コイル１２への供給電力Ｐを減少）させるよ
うに出力する。
（原料棒１６の下降速度Ｖpiを減少）させるように出力
し、ＰＩＤ調節器８４は融液肩部測定直径Ｄmiを減少
（誘導加熱コイル１２への供給電力Ｐを減少）させるよ
うに出力する。
ステップ１００、１１４を通ってステップ１１２へ進
み、積分感度ＫIPがμαに設定され、積分感度ＫIVがβ
に設定される。これにより、測定ゾーン長Ｌiを増加さ
せようとするＰＩＤ調節器５０の出力は押さえられない
が、融液肩部測定直径Ｄmiを減少させようとするＰＩＤ
調節器８４の出力が押さえられる。
み、積分感度ＫIPがμαに設定され、積分感度ＫIVがβ
に設定される。これにより、測定ゾーン長Ｌiを増加さ
せようとするＰＩＤ調節器５０の出力は押さえられない
が、融液肩部測定直径Ｄmiを減少させようとするＰＩＤ
調節器８４の出力が押さえられる。
したがって、原料棒１６の下降速度Ｖpiの減少により、
融液肩部測定直径Ｄmiが速やかに減少するが、供給電力
Ｐの減少が押さえられるので、融液肩部直径Ｄmiの過剰
な減少が押さえられる。これにより、速やかかつ安定に
融液肩部測定直径Ｄmiが融液肩部目標直径Ｄmoに収束す
る。
融液肩部測定直径Ｄmiが速やかに減少するが、供給電力
Ｐの減少が押さえられるので、融液肩部直径Ｄmiの過剰
な減少が押さえられる。これにより、速やかかつ安定に
融液肩部測定直径Ｄmiが融液肩部目標直径Ｄmoに収束す
る。
次に、ステップ１０８へ進み、一定時間経過するのを待
ち、ステップ９８へ戻る。
ち、ステップ９８へ戻る。
（４）Ｌi＜ＬoかつＤmi＜Ｄmoの場合 この場合、ＰＩＤ調節器５０は測定ゾーン長Ｌiを増加
（原料棒１６の下降速度Ｖpiを減少）させるように出力
し、ＰＩＤ調節器８４は融液肩部測定直径Ｄmiを増加
（誘導加熱コイル１２への供給電力Ｐを増加）させるよ
うに出力する。
（原料棒１６の下降速度Ｖpiを減少）させるように出力
し、ＰＩＤ調節器８４は融液肩部測定直径Ｄmiを増加
（誘導加熱コイル１２への供給電力Ｐを増加）させるよ
うに出力する。
ステップ１００、１１４を通ってステップ１１６へ進
み、積分感度ＫIPがαに設定され、積分感度ＫIVがλβ
に設定される。これにより、測定ゾーン長Ｌiを増加さ
せようとするＰＩＤ調節器５０の出力が押さえられる
が、融液肩部測定直径Ｄmiを増加させようとするＰＩＤ
調節器８４の出力は押さえられない。
み、積分感度ＫIPがαに設定され、積分感度ＫIVがλβ
に設定される。これにより、測定ゾーン長Ｌiを増加さ
せようとするＰＩＤ調節器５０の出力が押さえられる
が、融液肩部測定直径Ｄmiを増加させようとするＰＩＤ
調節器８４の出力は押さえられない。
したがって、原料棒１６の下降速度Ｖpiの減少が抑制さ
れ、これによって融液肩部測定直径Ｄmiのさらなる減少
が速やかに抑制される。
れ、これによって融液肩部測定直径Ｄmiのさらなる減少
が速やかに抑制される。
このため、Ｄmiに対する、ＰＩＤ調節器８４の出力に基
づく供給電力増加の影響が見掛上極めて大きくなり、速
やかに融液肩部測定直径Ｄmiが融液肩部目標直径Ｄmoに
収束する。
づく供給電力増加の影響が見掛上極めて大きくなり、速
やかに融液肩部測定直径Ｄmiが融液肩部目標直径Ｄmoに
収束する。
次にステップ１１８において、融液肩部測定直径Ｄmiの
値が未だ前回の読込値以下であればステップ１０８へ進
み、前回の読込値を超えておればステップ１２０で積分
感度ＫIPの値をναに減少させ、融液肩部測定直径Ｄmi
が過剰に減少するのを防止した後にステップ１０８へ進
み、一定時間経過するのを待ち、ステップ９８へ戻る。
値が未だ前回の読込値以下であればステップ１０８へ進
み、前回の読込値を超えておればステップ１２０で積分
感度ＫIPの値をναに減少させ、融液肩部測定直径Ｄmi
が過剰に減少するのを防止した後にステップ１０８へ進
み、一定時間経過するのを待ち、ステップ９８へ戻る。
以上の処理により、融液肩部直径Ｄmiは速やかかつ安定
に目標値に収束する。測定ゾーン長Ｌiも目標値に追従
するが、ゾーン長Ｌは原料棒１６の下降速度の変化に対
する応答速度が極めて速く、しかも、その制御は融液肩
部直径Ｄmiの制御より正確度が低くてもよいので問題は
ない。
に目標値に収束する。測定ゾーン長Ｌiも目標値に追従
するが、ゾーン長Ｌは原料棒１６の下降速度の変化に対
する応答速度が極めて速く、しかも、その制御は融液肩
部直径Ｄmiの制御より正確度が低くてもよいので問題は
ない。
本実施例では、融液肩部直径Ｄmiの制御の速応性及び安
定性を向上させるために、ゾーン長Ｌの制御の正確度を
多少犠牲にし、全体として好ましい結果を得ている。
定性を向上させるために、ゾーン長Ｌの制御の正確度を
多少犠牲にし、全体として好ましい結果を得ている。
したがって、コーン部の製造においては、商品として利
用できないコーン部の長さをできるだけ短くしつつ、浮
遊帯域の融液が滴下するのを防止することが可能とな
る。また、直胴部の製造においては、軸方向に沿っての
表面の凹凸を小さくすることができ、円筒形研磨をする
ときの削りしろを小さくできる。
用できないコーン部の長さをできるだけ短くしつつ、浮
遊帯域の融液が滴下するのを防止することが可能とな
る。また、直胴部の製造においては、軸方向に沿っての
表面の凹凸を小さくすることができ、円筒形研磨をする
ときの削りしろを小さくできる。
［融液ネック部直径Ｄn］ 上記実施例ではゾーン長Ｌを直接用いる場合を説明した
が、特に直胴部育成時には、このゾーン長Ｌの代わり
に、第１図に示す融液ネック部直径Ｄnを用いた方が好
ましい。
が、特に直胴部育成時には、このゾーン長Ｌの代わり
に、第１図に示す融液ネック部直径Ｄnを用いた方が好
ましい。
この融液ネック部直径Ｄnは、誘導加熱コイル１２の下
面から下方へ一定距離ｈn離れた位置に於ける晶出側融
液ネック部３６の直径である。融液ネック部直径Ｄ
nは、輝度が基準値より大きい水平走査線の長さに比例
した長さとして測定される。距離ｈnは、誘導加熱コイ
ル１２の下面に対応した水平走査線から一定本数離れた
水平走査線までの距離に対応している。
面から下方へ一定距離ｈn離れた位置に於ける晶出側融
液ネック部３６の直径である。融液ネック部直径Ｄ
nは、輝度が基準値より大きい水平走査線の長さに比例
した長さとして測定される。距離ｈnは、誘導加熱コイ
ル１２の下面に対応した水平走査線から一定本数離れた
水平走査線までの距離に対応している。
融液ネック部直径Ｄnは、融液肩部直径Ｄmを一定に制御
した場合には、一定時間後（通常、５〜１０秒後）のゾ
ーン長Ｌと一定の関係にあり、その相関関係が大きい。
した場合には、一定時間後（通常、５〜１０秒後）のゾ
ーン長Ｌと一定の関係にあり、その相関関係が大きい。
これを概説すれば、Ｄnが増加するとＤmが増加するの
で、Ｄmが増加しないよう誘導加熱コイル１２への供給
電力Ｐを減少させるとゾーン長Ｌが減少する。このＤn
の増加量ΔＤnは一定時間後のＬの減少量ΔＬに比例す
る。
で、Ｄmが増加しないよう誘導加熱コイル１２への供給
電力Ｐを減少させるとゾーン長Ｌが減少する。このＤn
の増加量ΔＤnは一定時間後のＬの減少量ΔＬに比例す
る。
また、実験の結果、距離ｈmが数mmの場合、ΔＬ／ΔＤn
の値は１０程度であり、ＬよりもＤnの方が１桁も感度
が高い。
の値は１０程度であり、ＬよりもＤnの方が１桁も感度
が高い。
さらに、工業用テレビカメラ３０で浮遊帯域２０及びそ
の周辺を映すと、材料棒１６、１８の直径が大きい場
合、例えば１５０mmもある場合には、晶出界面２４及び
熔出界面２８のラインが湾曲する。しかも、このライン
には晶癖等の存在により、凹凸がある。一方、融液ネッ
ク部３６についてはこのような問題がない。したがっ
て、フィードバック量としては、ＬよりもＤnを用いた
ほうが好ましい。
の周辺を映すと、材料棒１６、１８の直径が大きい場
合、例えば１５０mmもある場合には、晶出界面２４及び
熔出界面２８のラインが湾曲する。しかも、このライン
には晶癖等の存在により、凹凸がある。一方、融液ネッ
ク部３６についてはこのような問題がない。したがっ
て、フィードバック量としては、ＬよりもＤnを用いた
ほうが好ましい。
これらのことから、特に直胴部の製造においては、ゾー
ン長Ｌを直接制御するよりも、融液ネック部直径Ｄnを
制御することにより間接的にゾーン長Ｌを制御した方
が、安定した制御を行うことができる。
ン長Ｌを直接制御するよりも、融液ネック部直径Ｄnを
制御することにより間接的にゾーン長Ｌを制御した方
が、安定した制御を行うことができる。
ここで、上述の距離ｈnは、ΔＬ／ΔＤnの値が大きく、
すなわち感度が高く、かつ、測定値が安定しているとい
う条件のもとに決定される。具体的には、最小径である
くびれ部分に近い方が好ましく、誘導加熱コイル１２の
下面から数mm以内がよい。
すなわち感度が高く、かつ、測定値が安定しているとい
う条件のもとに決定される。具体的には、最小径である
くびれ部分に近い方が好ましく、誘導加熱コイル１２の
下面から数mm以内がよい。
なお、本発明にはほかにも種々の変形例が含まれること
は勿論である。
は勿論である。
たとえば、上記実施例ではゾーン長Ｌ及び融液肩部直径
Ｄmの制御偏差に応じて積分感度を変える場合を説明し
たが、比例感度もしくは微分感度を変え、またはこれら
の感度の組合わせを変えるようにしてもよい。
Ｄmの制御偏差に応じて積分感度を変える場合を説明し
たが、比例感度もしくは微分感度を変え、またはこれら
の感度の組合わせを変えるようにしてもよい。
また、制御方式はＰＩ、ＰＩＤなどに限定されない。
さらに、晶出結晶径に関する量として融液肩部直径Ｄm
を用いた場合を説明したが、この代わりに晶出結晶直径
Ｄsを用いてもよい。
を用いた場合を説明したが、この代わりに晶出結晶直径
Ｄsを用いてもよい。
また、基本供給電力値は、結晶棒長Ｙの代わりに、融液
肩部直径Ｄm又は晶出結晶直径Ｄsの関数であってもよ
い。
肩部直径Ｄm又は晶出結晶直径Ｄsの関数であってもよ
い。
［発明の効果］ 以上説明した如く、本発明に係る浮遊帯域制御方法によ
れば、ゾーン長制御の正確度が多少犠牲になるものの、
特に問題はなく、より重要な晶出結晶径制御の安定性及
び速応性に優れるという効果を奏し、商品として利用で
きないコーン部の長さをできるだけ短くしつつ浮遊帯域
の融液が滴下するのを防止し、また、軸方向に沿っての
直胴部表面の凹凸をできるだけ小さくして円筒形研磨の
削りしろを小さくするのに寄与するところが大きい。
れば、ゾーン長制御の正確度が多少犠牲になるものの、
特に問題はなく、より重要な晶出結晶径制御の安定性及
び速応性に優れるという効果を奏し、商品として利用で
きないコーン部の長さをできるだけ短くしつつ浮遊帯域
の融液が滴下するのを防止し、また、軸方向に沿っての
直胴部表面の凹凸をできるだけ小さくして円筒形研磨の
削りしろを小さくするのに寄与するところが大きい。
第１図乃至第４図は本発明の一実施例に係り、第１図は
浮遊帯域制御装置のブロック図、第２図はゾーン長設定
器４６の入出力特性を示す線図、第３図は融液肩部直径
設定器８０の入出力特性を示す線図、第４図は積分感度
コントローラ８８による制御の手順を示すフローチャー
トである。 １２：誘導加熱コイル、１６：原料棒 １８：結晶棒、２０：浮遊帯域 ２４：晶出界面、２８：熔出界面 ３０：工業用テレビカメラ、３２：画像処理回路 ３４：晶出側融液肩部、４６：ソーン長設定器 ５０：ＰＩＤ調節器、７０：減算器 ７２：基本供給電力設定器 ８０：融液肩部直径設定器、８４：ＰＩＤ調節器 ８６：Ｉ2調節器 ８８：積分感度コントローラ Ｄmi：融液肩部測定直径 Ｄmo：融液肩部目標直径 Ｄs：晶出結晶直径 Ｄp：熔出結晶直径 Ｌi：測定ゾーン長、Ｌo：目標ゾーン長 Ｙ：結晶棒長
浮遊帯域制御装置のブロック図、第２図はゾーン長設定
器４６の入出力特性を示す線図、第３図は融液肩部直径
設定器８０の入出力特性を示す線図、第４図は積分感度
コントローラ８８による制御の手順を示すフローチャー
トである。 １２：誘導加熱コイル、１６：原料棒 １８：結晶棒、２０：浮遊帯域 ２４：晶出界面、２８：熔出界面 ３０：工業用テレビカメラ、３２：画像処理回路 ３４：晶出側融液肩部、４６：ソーン長設定器 ５０：ＰＩＤ調節器、７０：減算器 ７２：基本供給電力設定器 ８０：融液肩部直径設定器、８４：ＰＩＤ調節器 ８６：Ｉ2調節器 ８８：積分感度コントローラ Ｄmi：融液肩部測定直径 Ｄmo：融液肩部目標直径 Ｄs：晶出結晶直径 Ｄp：熔出結晶直径 Ｌi：測定ゾーン長、Ｌo：目標ゾーン長 Ｙ：結晶棒長
Claims (2)
- 【請求項１】鉛直に配置された原料棒（１６）を加熱装
置（１２）で熔融し、その融液から結晶を析出させて鉛
直の結晶棒（１８）を育成し、該原料棒（１６）および
該結晶棒（１８）を該加熱装置（１２）に対し相対的に
移動させて両棒（１６、１８）間の浮遊帯域（２０）を
軸方向へ移動させ、 該浮遊帯域（２０）を撮像カメラ（３０）で撮像し、撮
像した画像を処理して、該浮遊帯域（２０）の軸方向長
さに略比例したゾーン長Ｌまたは該浮遊帯域（２０）の
融液ネック部径Ｄnである第１物理量と、該浮遊帯域
（２０）と該結晶棒（１８）との界面の径である晶出結
晶径Ｄsまたは該浮遊帯域（２０）の晶出側融液肩部径
Ｄmである第２物理量とを測定し、 該第１物理量の測定値Ｚiがその目標値Ｚoになるように
該原料棒の移動速度Ｖpを調節し、該第２物理量の測定
値Ｄiがその目標値Ｄoになるように該加熱装置に供給す
る電力Ｐを調節し、 （Ｚi−Ｚo）（Ｄi−Ｄo）の値をＭとしたときに、Ｍ＞
０の場合にはＭ＜０の場合よりも該原料棒の移動速度Ｖ
pの調節の寄与を小さくし、Ｍ＜０の場合にはＭ＞０の
場合よりも該電力Ｐの調節の寄与を小さくする、 ことを特徴とする浮遊帯域制御方法。 - 【請求項２】前記調節はＰＩ制御、ＰＩＩ2制御、ＰＩ
Ｄ制御またはＰＩＩ2Ｄ制御であり、積分感度の値を減
少させることにより前記調節の寄与を比較的小さくする
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の浮遊帯域
制御方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62308277A JPH0651599B2 (ja) | 1987-12-05 | 1987-12-05 | 浮遊帯域制御方法 |
| EP88120177A EP0319858B1 (en) | 1987-12-05 | 1988-12-02 | Method of controlling floating zone |
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