JPH07206573A - 浮遊帯域溶融法における晶出結晶径の制御方法 - Google Patents
浮遊帯域溶融法における晶出結晶径の制御方法Info
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 浮遊帯域溶融法による半導体単結晶の製造に
おいて、視覚センサの走査線のばらつきや設置角度誤差
の影響を受けずに高精度に晶出結晶径を制御することが
できるようにする。 【構成】 晶出結晶３の肩部に視覚センサの検出ウイン
ドウ４を設定し、晶出結晶上のメルト量を２次元の面積
として検出することにより、視覚センサの各走査線のば
らつきを平均化する。また、視覚センサの設置角度誤差
の影響を受けることがない。そして、前記メルト量の移
動平均とあらかじめ定めた標準メルト量から算出したメ
ルト量誤差と、溶融ゾーン長Ｌの移動平均とに基づいて
晶出結晶径の増減分を算出し、これを用いてＰＩＤ制御
のＤ制御を実行する。これにより、ノイズに強く、ダン
ピングの利いた制御系を構成することができるので、従
来のメルト肩部の角度を算出する方法よりも晶出結晶径
を高精度に制御することが可能となる。
おいて、視覚センサの走査線のばらつきや設置角度誤差
の影響を受けずに高精度に晶出結晶径を制御することが
できるようにする。 【構成】 晶出結晶３の肩部に視覚センサの検出ウイン
ドウ４を設定し、晶出結晶上のメルト量を２次元の面積
として検出することにより、視覚センサの各走査線のば
らつきを平均化する。また、視覚センサの設置角度誤差
の影響を受けることがない。そして、前記メルト量の移
動平均とあらかじめ定めた標準メルト量から算出したメ
ルト量誤差と、溶融ゾーン長Ｌの移動平均とに基づいて
晶出結晶径の増減分を算出し、これを用いてＰＩＤ制御
のＤ制御を実行する。これにより、ノイズに強く、ダン
ピングの利いた制御系を構成することができるので、従
来のメルト肩部の角度を算出する方法よりも晶出結晶径
を高精度に制御することが可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、浮遊帯域溶融法による
半導体単結晶の製造における晶出結晶径の制御方法に関
する。
半導体単結晶の製造における晶出結晶径の制御方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】浮遊帯域溶融法による半導体単結晶の製
造において、溶融帯域から晶出される結晶の直径を制御
する手段として、特公昭５２−３３０４２による帯域溶
融方法がある。この方法は図２に示すように、固液界面
付近のメルト角度αを用いるものである。前記メルト角
度αは、メルト面７と固液界面６との交点Ｐにおいて前
記メルト面７に接する接線Ａと結晶軸Ｙとのなす角度
で、晶出結晶径を予測するための状態量と考えられてい
る。なお、２はシリコン多結晶素材、３は晶出結晶であ
る。
造において、溶融帯域から晶出される結晶の直径を制御
する手段として、特公昭５２−３３０４２による帯域溶
融方法がある。この方法は図２に示すように、固液界面
付近のメルト角度αを用いるものである。前記メルト角
度αは、メルト面７と固液界面６との交点Ｐにおいて前
記メルト面７に接する接線Ａと結晶軸Ｙとのなす角度
で、晶出結晶径を予測するための状態量と考えられてい
る。なお、２はシリコン多結晶素材、３は晶出結晶であ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記メルト角度αの求
め方として、図２に示す固液界面６の近傍上方にメルト
径Ｄ2 を設定し、固液界面６の直径Ｄ1 と前記メルト径
Ｄ2 との差からメルト角度αを算出する方法が用いられ
ている。この場合、固液界径Ｄ1 とメルト径Ｄ2との差
が小さいため、視覚センサの各走査線のばらつきによっ
て検出精度が低下し、測定誤差が大きくなる。また、晶
出結晶の外面に発達するリッジも測定誤差を大きくし、
これらの誤差が晶出結晶径の制御精度を低下させる原因
となる。測定誤差を小さくするため視覚センサによる検
出部分を拡大して分解能を上げた場合は、視覚センサの
水平に対しての設置精度を上げないと、視覚センサの設
置誤差による影響が大きくなる。
め方として、図２に示す固液界面６の近傍上方にメルト
径Ｄ2 を設定し、固液界面６の直径Ｄ1 と前記メルト径
Ｄ2 との差からメルト角度αを算出する方法が用いられ
ている。この場合、固液界径Ｄ1 とメルト径Ｄ2との差
が小さいため、視覚センサの各走査線のばらつきによっ
て検出精度が低下し、測定誤差が大きくなる。また、晶
出結晶の外面に発達するリッジも測定誤差を大きくし、
これらの誤差が晶出結晶径の制御精度を低下させる原因
となる。測定誤差を小さくするため視覚センサによる検
出部分を拡大して分解能を上げた場合は、視覚センサの
水平に対しての設置精度を上げないと、視覚センサの設
置誤差による影響が大きくなる。
【０００４】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、視覚センサの走査線のばらつきや設置角度
誤差の影響を受けずに高精度に晶出結晶径を制御するこ
とができるような、浮遊帯域溶融法における晶出結晶径
の制御方法を提供することを目的としている。
れたもので、視覚センサの走査線のばらつきや設置角度
誤差の影響を受けずに高精度に晶出結晶径を制御するこ
とができるような、浮遊帯域溶融法における晶出結晶径
の制御方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る浮遊帯域溶融法における晶出結晶径の
制御方法は、浮遊帯域溶融法による半導体単結晶製造装
置を用い、視覚センサで溶融帯域の幾何学量を検出し、
その検出値に基づいて晶出結晶径を制御する半導体単結
晶の製造において、前記幾何学量が、視覚センサで取り
込んだ画像の晶出結晶肩部の設定領域内におけるメルト
面積から求めたメルト量を含むものであることを特徴と
し、このような構成において具体的には、視覚センサに
より溶融ゾーン長を検出するとともに、晶出結晶の肩部
に前記視覚センサの検出ウインドウを設定し、前記検出
ウインドウにおいて輝度が設定範囲内の画素数をカウン
トしてメルト量とし、前記メルト量の移動平均とあらか
じめ定めた標準メルト量から算出したメルト量誤差と、
前記溶融ゾーン長の移動平均とに基づいて晶出結晶径誤
差推定値を算出した上、ＰＩＤ制御動作の微分動作を行
うことによって加熱コイルの作動電圧を制御することと
した。
め、本発明に係る浮遊帯域溶融法における晶出結晶径の
制御方法は、浮遊帯域溶融法による半導体単結晶製造装
置を用い、視覚センサで溶融帯域の幾何学量を検出し、
その検出値に基づいて晶出結晶径を制御する半導体単結
晶の製造において、前記幾何学量が、視覚センサで取り
込んだ画像の晶出結晶肩部の設定領域内におけるメルト
面積から求めたメルト量を含むものであることを特徴と
し、このような構成において具体的には、視覚センサに
より溶融ゾーン長を検出するとともに、晶出結晶の肩部
に前記視覚センサの検出ウインドウを設定し、前記検出
ウインドウにおいて輝度が設定範囲内の画素数をカウン
トしてメルト量とし、前記メルト量の移動平均とあらか
じめ定めた標準メルト量から算出したメルト量誤差と、
前記溶融ゾーン長の移動平均とに基づいて晶出結晶径誤
差推定値を算出した上、ＰＩＤ制御動作の微分動作を行
うことによって加熱コイルの作動電圧を制御することと
した。
【０００６】
【作用】上記構成によれば、晶出結晶の肩部に視覚セン
サの検出ウインドウを設定し、晶出結晶上のメルト量を
２次元の面積として検出することにしたので、視覚セン
サの各走査線のばらつきが平均化され、その影響が小さ
くなる。そして、前記メルト量の移動平均とあらかじめ
定めた標準メルト量から算出したメルト量誤差と、前記
溶融ゾーン長の移動平均とに基づいて晶出結晶径の増減
分を算出し、これを用いてＰＩＤ制御のＤ制御を実行す
ることにより、ノイズに強く、ダンピングの利いた制御
系を構成することができる。従って、メルト肩部の角度
を算出する従来の方法よりも晶出結晶径を精度良く推定
し、制御することが可能となる。また、視覚センサの設
置角度誤差の影響を受けることがない。
サの検出ウインドウを設定し、晶出結晶上のメルト量を
２次元の面積として検出することにしたので、視覚セン
サの各走査線のばらつきが平均化され、その影響が小さ
くなる。そして、前記メルト量の移動平均とあらかじめ
定めた標準メルト量から算出したメルト量誤差と、前記
溶融ゾーン長の移動平均とに基づいて晶出結晶径の増減
分を算出し、これを用いてＰＩＤ制御のＤ制御を実行す
ることにより、ノイズに強く、ダンピングの利いた制御
系を構成することができる。従って、メルト肩部の角度
を算出する従来の方法よりも晶出結晶径を精度良く推定
し、制御することが可能となる。また、視覚センサの設
置角度誤差の影響を受けることがない。
【０００７】
【実施例】以下に、本発明に係る浮遊帯域溶融法におけ
る晶出結晶径の制御方法の実施例について、図面を参照
して説明する。図１は加熱コイル近傍の模式的説明図
で、１は高周波誘導加熱コイル、２はシリコン多結晶素
材、３は晶出された単結晶である。視覚センサの視野内
に、晶出結晶３の肩部を囲む長方形の検出ウインドウ４
を設定する。この検出ウインドウ４内で各画素の輝度が
設定範囲内のものをカウントし、その値をメルト量Ｍと
して検出する。図１では検出ウインドウ４内の斜線を施
した部分の面積がメルト量Ｍに相当する。この検出値Ｍ
から晶出するであろう結晶径を推定し、前記推定値を用
いて晶出結晶径を制御する。Ｌは溶融ゾーン長（以下ゾ
ーン長という）であり、視覚センサを用いて素材溶融面
５と固液界面６との間隔を測定することによって求めら
れる。
る晶出結晶径の制御方法の実施例について、図面を参照
して説明する。図１は加熱コイル近傍の模式的説明図
で、１は高周波誘導加熱コイル、２はシリコン多結晶素
材、３は晶出された単結晶である。視覚センサの視野内
に、晶出結晶３の肩部を囲む長方形の検出ウインドウ４
を設定する。この検出ウインドウ４内で各画素の輝度が
設定範囲内のものをカウントし、その値をメルト量Ｍと
して検出する。図１では検出ウインドウ４内の斜線を施
した部分の面積がメルト量Ｍに相当する。この検出値Ｍ
から晶出するであろう結晶径を推定し、前記推定値を用
いて晶出結晶径を制御する。Ｌは溶融ゾーン長（以下ゾ
ーン長という）であり、視覚センサを用いて素材溶融面
５と固液界面６との間隔を測定することによって求めら
れる。
【０００８】図３は晶出結晶径を制御する手順を示す図
である。上記メルト量Ｍおよびゾーン長ＬはＴ秒ごとに
検出するものとし、現時点ｋでの制御手順は次の通りで
ある。現時点ｋで検出されたメルト量をＭ（ｋ）とし、
ゾーン長をＬ（ｋ）とすれば、メルト量Ｍ（ｋ−１）、
ゾーン長Ｌ（ｋ−１）はそれぞれ現時点より１回前の検
出値ということになる。前記Ｍ（ｋ）、Ｌ（ｋ）につい
て移動平均を算出し、これを制御に用いる。現時点ｋで
のメルト量の移動平均をＭAV（ｋ）とすると、数１によ
り、
である。上記メルト量Ｍおよびゾーン長ＬはＴ秒ごとに
検出するものとし、現時点ｋでの制御手順は次の通りで
ある。現時点ｋで検出されたメルト量をＭ（ｋ）とし、
ゾーン長をＬ（ｋ）とすれば、メルト量Ｍ（ｋ−１）、
ゾーン長Ｌ（ｋ−１）はそれぞれ現時点より１回前の検
出値ということになる。前記Ｍ（ｋ）、Ｌ（ｋ）につい
て移動平均を算出し、これを制御に用いる。現時点ｋで
のメルト量の移動平均をＭAV（ｋ）とすると、数１によ
り、
【数１】 として算出することができる。同様に、現時点ｋでのゾ
ーン長の移動平均ＬAV（ｋ）、固液界面径の移動平均Ｄ
AV（ｋ）は下記の算式数２、数３によって求めることが
できる。
ーン長の移動平均ＬAV（ｋ）、固液界面径の移動平均Ｄ
AV（ｋ）は下記の算式数２、数３によって求めることが
できる。
【数２】
【数３】 ここで、ｎの選び方の例について説明する。晶出結晶が
結晶軸に対して対称であると考えれば、半回転分のメル
ト量の移動平均をとることにより、比較的正確な晶出結
晶径を推測することができる。そこで、晶出結晶が半回
転する間のメルト検出回数をｎとして用いる。ゾーン長
についても同じである。
結晶軸に対して対称であると考えれば、半回転分のメル
ト量の移動平均をとることにより、比較的正確な晶出結
晶径を推測することができる。そこで、晶出結晶が半回
転する間のメルト検出回数をｎとして用いる。ゾーン長
についても同じである。
【０００９】まず、晶出結晶の回転速度をω（ｒｐ
ｍ）、検出周期をＴ（秒）とすると、晶出結晶が半回転
する間のメルト量検出回数ｎは、
ｍ）、検出周期をＴ（秒）とすると、晶出結晶が半回転
する間のメルト量検出回数ｎは、
【数４】π＝２×π×ω×ｎ×Ｔ／６０
【数５】ｎ＝３０／（ω×Ｔ） として求めることができ、このｎを用いる。次に、求め
られた現時点でのメルト量の移動平均ＭAV（ｋ）と標準
メルト量ＭSTD.AVとから現時点でのメルト量誤差Ｍ
ER（ｋ）を求める。前記標準メルト量ＭSTD.AVは、晶出
結晶径とメルト量との相関実験から得られた実験値であ
る。
られた現時点でのメルト量の移動平均ＭAV（ｋ）と標準
メルト量ＭSTD.AVとから現時点でのメルト量誤差Ｍ
ER（ｋ）を求める。前記標準メルト量ＭSTD.AVは、晶出
結晶径とメルト量との相関実験から得られた実験値であ
る。
【数６】ＭER（ｋ）＝ＭAV（ｋ）−ＭSTD.AV また、現時点での固液界面径誤差をＤER（ｋ）、晶出結
晶狙い径をＤTGとすると、
晶狙い径をＤTGとすると、
【数７】ＤER（ｋ）＝ＤAV（ｋ）−ＤTG 前記ＭER（ｋ）と現時点でのゾーン長の移動平均Ｌ
AV（ｋ）とから晶出結晶径を推定し、晶出結晶径誤差推
定値ＤPE（ｋ）を算出する。
AV（ｋ）とから晶出結晶径を推定し、晶出結晶径誤差推
定値ＤPE（ｋ）を算出する。
【数８】ＤPE（ｋ）＝Ｆ（ ＭER（ｋ），ＬAV（ｋ）） ここで、関数Ｆ（ ＭER（ｋ），ＬAV（ｋ））は実験か
ら求めた非線形関数である。この晶出結晶径誤差推定値
ＤPE（ｋ）を用いてＰＩＤ制御動作のうちのＤ動作を行
う。Ｋp を比例ゲイン、Ｋi を積分ゲイン、Ｋd を微分
ゲイン、ｔを積分期間とすると、高周波加熱電圧指令値
Ｖｏｌｔ（ｋ）は、次の算式数９によって求めることが
できる。
ら求めた非線形関数である。この晶出結晶径誤差推定値
ＤPE（ｋ）を用いてＰＩＤ制御動作のうちのＤ動作を行
う。Ｋp を比例ゲイン、Ｋi を積分ゲイン、Ｋd を微分
ゲイン、ｔを積分期間とすると、高周波加熱電圧指令値
Ｖｏｌｔ（ｋ）は、次の算式数９によって求めることが
できる。
【数９】 本制御則によって算出された高周波加熱電圧指令値Ｖｏ
ｌｔ（ｋ）は高周波発振器に出力され、高周波誘導加熱
コイルの作動電圧が制御される。すなわち、シリコン多
結晶素材に供給される熱量を操作し、溶融するメルト量
を変化させることにより晶出結晶径を所定の値に制御す
るものである。この方法を用いれば、通常の晶出結晶径
の時間微分によるＤ動作よりもノイズに強く、径変動に
対してダンピングの利いた感度の良い制御系を構成する
ことができる。
ｌｔ（ｋ）は高周波発振器に出力され、高周波誘導加熱
コイルの作動電圧が制御される。すなわち、シリコン多
結晶素材に供給される熱量を操作し、溶融するメルト量
を変化させることにより晶出結晶径を所定の値に制御す
るものである。この方法を用いれば、通常の晶出結晶径
の時間微分によるＤ動作よりもノイズに強く、径変動に
対してダンピングの利いた感度の良い制御系を構成する
ことができる。
【００１０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、浮
遊帯域溶融法による半導体単結晶の製造において、視覚
センサを用いて単結晶直径を制御する際に、晶出結晶の
肩部に視覚センサの検出ウインドウを設定し、晶出結晶
上のメルト量を２次元の面積として検出することにした
ので、視覚センサの各走査線のばらつきが平均化され、
その影響が小さくなる。また、視覚センサの設置角度誤
差の影響を受けることがない。そして、晶出結晶径の増
減分を精度良く算出し、これを用いてＰＩＤ制御のＤ制
御を行うことにしたので、ノイズに強く、ダンピングの
利いた制御系を構成することができ、従来のメルト肩部
の角度を算出する方法よりも晶出結晶径を高精度に制御
することが可能となる。
遊帯域溶融法による半導体単結晶の製造において、視覚
センサを用いて単結晶直径を制御する際に、晶出結晶の
肩部に視覚センサの検出ウインドウを設定し、晶出結晶
上のメルト量を２次元の面積として検出することにした
ので、視覚センサの各走査線のばらつきが平均化され、
その影響が小さくなる。また、視覚センサの設置角度誤
差の影響を受けることがない。そして、晶出結晶径の増
減分を精度良く算出し、これを用いてＰＩＤ制御のＤ制
御を行うことにしたので、ノイズに強く、ダンピングの
利いた制御系を構成することができ、従来のメルト肩部
の角度を算出する方法よりも晶出結晶径を高精度に制御
することが可能となる。
【図１】加熱コイル近傍の模式的説明図である。
【図２】従来の晶出結晶径制御方法を説明する図であ
る。
る。
【図３】晶出結晶径を制御する手順を示す図である。
１ 高周波誘導加熱コイル ３ 晶出結晶 ４ 検出ウインドウ
Claims (2)
- 【請求項１】 浮遊帯域溶融法による半導体単結晶製造
装置を用い、視覚センサで溶融帯域の幾何学量を検出
し、その検出値に基づいて晶出結晶径を制御する半導体
単結晶の製造において、前記幾何学量が、視覚センサで
取り込んだ画像の晶出結晶肩部の設定領域内におけるメ
ルト面積から求めたメルト量を含むものであることを特
徴とする浮遊帯域溶融法における晶出結晶径の制御方
法。 - 【請求項２】 視覚センサにより溶融ゾーン長を検出す
るとともに、晶出結晶の肩部に前記視覚センサの検出ウ
インドウを設定し、前記検出ウインドウにおいて輝度が
設定範囲内の画素数をカウントしてメルト量とし、前記
メルト量の移動平均とあらかじめ定めた標準メルト量か
ら算出したメルト量誤差と、前記溶融ゾーン長の移動平
均とに基づいて晶出結晶径誤差推定値を算出した上、Ｐ
ＩＤ制御動作の微分動作を行うことによって加熱コイル
の作動電圧を制御することを特徴とする請求項１の浮遊
帯域溶融法における晶出結晶径の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1780294A JPH07206573A (ja) | 1994-01-17 | 1994-01-17 | 浮遊帯域溶融法における晶出結晶径の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1780294A JPH07206573A (ja) | 1994-01-17 | 1994-01-17 | 浮遊帯域溶融法における晶出結晶径の制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07206573A true JPH07206573A (ja) | 1995-08-08 |
Family
ID=11953860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1780294A Pending JPH07206573A (ja) | 1994-01-17 | 1994-01-17 | 浮遊帯域溶融法における晶出結晶径の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07206573A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011256086A (ja) * | 2010-06-10 | 2011-12-22 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 半導体単結晶棒の製造方法 |
| JP2014240338A (ja) * | 2013-06-12 | 2014-12-25 | 信越半導体株式会社 | 半導体単結晶棒の製造方法 |
| CN104711664A (zh) * | 2013-12-16 | 2015-06-17 | 有研新材料股份有限公司 | 一种提高大直径区熔硅单晶生产质量的方法 |
| JP2017193461A (ja) * | 2016-04-20 | 2017-10-26 | 株式会社Sumco | 単結晶の製造方法および装置 |
| WO2020100512A1 (ja) * | 2018-11-13 | 2020-05-22 | 信越半導体株式会社 | 単結晶の製造方法 |
-
1994
- 1994-01-17 JP JP1780294A patent/JPH07206573A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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