JPS5935876B2 - 単結晶自動径制御方法 - Google Patents
単結晶自動径制御方法Info
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- JPS5935876B2 JPS5935876B2 JP5864681A JP5864681A JPS5935876B2 JP S5935876 B2 JPS5935876 B2 JP S5935876B2 JP 5864681 A JP5864681 A JP 5864681A JP 5864681 A JP5864681 A JP 5864681A JP S5935876 B2 JPS5935876 B2 JP S5935876B2
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- JP
- Japan
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- crystal
- diameter
- pulling
- growth
- single crystal
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は単結晶自動育成方法に関するものである。
結晶の径制御育成は２つの方法に大別される。
ひとつは結晶整形用にリング状鋳型を用いる方法である
が、この方法は制御系に厳密な制御が要求されない方法
である（ Ｓ ｔｅｐａｎｏｖ法など）。
が、この方法は制御系に厳密な制御が要求されない方法
である（ Ｓ ｔｅｐａｎｏｖ法など）。
この方法は一定形状の結晶育成が精度良（行うことがで
きるが、種結晶直下からの自動育成は不可能である。
きるが、種結晶直下からの自動育成は不可能である。
また、鋳型と結晶による固着、汚染の問題があり、適用
範囲が限定される。
範囲が限定される。
とくに、高純度化が必要とされる結晶育成には鋳型材料
による結晶汚染は致命的である。
による結晶汚染は致命的である。
一方、他の方法としては設定値と結晶径の偏差を制御入
力として結晶の育成条件（成長温度、成長速度、種結晶
および結晶回転速度など）を厳密に制御して結晶径制御
を行う方法がある。
力として結晶の育成条件（成長温度、成長速度、種結晶
および結晶回転速度など）を厳密に制御して結晶径制御
を行う方法がある。
この方法は装置構成が複雑になるが、上記の問題がない
ので、あらゆる結晶の径制御に応用することができる。
ので、あらゆる結晶の径制御に応用することができる。
この方法は制御入力として直接または間接的に結晶の径
変化を検出することが必要である。
変化を検出することが必要である。
この径変化を検出する実用的な方法として、（１）光学
的径検出方法、（１１）重量検出法が用いられている。
的径検出方法、（１１）重量検出法が用いられている。
光学的検出法は結晶径を直接測定することが可能である
。
。
しかし、結晶固液界面の近傍が鮮明に観察できることが
前提条件であるため、特殊な結晶育成環境の場合にはこ
の方法は適用できない。
前提条件であるため、特殊な結晶育成環境の場合にはこ
の方法は適用できない。
たとえば、化合物半導体結晶の場合には融液に浮かぶ液
体カプセルを使用することおよび炉の構造上、光学的に
結晶径を検出することはほとんど不可能である。
体カプセルを使用することおよび炉の構造上、光学的に
結晶径を検出することはほとんど不可能である。
唯一、Ｘ線透過像による結晶径測定が試みられているが
、装置が複雑であること、人体に危険であることにより
実用化されるには至っていない。
、装置が複雑であること、人体に危険であることにより
実用化されるには至っていない。
一方、重量検出による方法は検出部が炉の外部にあるの
で、はとんどの結晶の引上げ法による結晶育成に用いる
ことができる。
で、はとんどの結晶の引上げ法による結晶育成に用いる
ことができる。
ただし、結晶径の直接測定はできない。
従来、重量検出法による径制御には結晶引上げ長と連動
して変化する結晶径設定用の可変基準電圧と結晶重量を
電圧に変換した出力との偏差を制御入力としていた。
して変化する結晶径設定用の可変基準電圧と結晶重量を
電圧に変換した出力との偏差を制御入力としていた。
すなわち、結晶径の変化を重量変化で間接的に定量して
径制御を行っていた。
径制御を行っていた。
したがって、結晶径が希望する値となる制御条件（特に
結晶径設定値となる基準電圧値）をつかむための育成デ
ータの蓄積が必要であり、結晶径設定変更が困難であっ
た。
結晶径設定値となる基準電圧値）をつかむための育成デ
ータの蓄積が必要であり、結晶径設定変更が困難であっ
た。
また、結晶肩部から定径部までも連続的に自動径制御す
るためには基準となる複雑な結晶径設定装置が必要であ
った。
るためには基準となる複雑な結晶径設定装置が必要であ
った。
本発明は重量検出法および精密測長法により結晶径の精
密測定を行うことを特徴として設定値との偏差を育成条
件にフィードバックし、引上げ法により種結晶直下から
結晶尾部までの全育成過程にわたって自動径制御育成を
行うことを目的とする。
密測定を行うことを特徴として設定値との偏差を育成条
件にフィードバックし、引上げ法により種結晶直下から
結晶尾部までの全育成過程にわたって自動径制御育成を
行うことを目的とする。
次に本発明を実施例について説明する。
実施例 １
第１図は本発明の第１の実施例を示すブロックダイアグ
ラムである。
ラムである。
ロードセル（重量センサー）ユニット１は結晶重量に比
例した電圧を発生する。
例した電圧を発生する。
この出力はアナログ出力であるので、Ａ／Ｄコンバータ
２によってディジタル出力に変換する。
２によってディジタル出力に変換する。
インターフェースユニット３はディジタル出力を計算機
に入力するためのコード変換およびＡ／Ｄコンバータの
制御を行う。
に入力するためのコード変換およびＡ／Ｄコンバータの
制御を行う。
マグネスケール（精密測長器）ユニット４は結晶、の引
上げ長を高精度でディジタル出力する。
上げ長を高精度でディジタル出力する。
こあ出力をインターフェースユニット３でコード変換す
る。
る。
計算機５は結晶重量データおよび引上げ長データより育
成中の結晶径を計算する。
成中の結晶径を計算する。
また、引上げ長の関数としての結晶肩部、直胴部、尾部
までの設定値がプログラム化しである。
までの設定値がプログラム化しである。
インターフェースユニット８は計算機出力のコード変換
を行い、９，１００ユニツトへデータを入力する。
を行い、９，１００ユニツトへデータを入力する。
９は温度制御器、また１０は引上げ速度制御器である。
６はＣＲＴ、７はキーボードである。
尚ロードセルユニット１は一般の重量センサを、又マグ
ネスケールユニットは長さ測定器を、温度制御器９は温
度コントロール装置を、引上げ速度制御器１０は速度制
御器を用いることかできる。
ネスケールユニットは長さ測定器を、温度制御器９は温
度コントロール装置を、引上げ速度制御器１０は速度制
御器を用いることかできる。
この装置による径制御の動作方法を第２図に示す。
次にこの装置により結晶径が測定できる原理について説
明する。
明する。
第３図は結晶引上げによる融液減少により成長界面が下
降する状態を示す。
降する状態を示す。
図に鉛いて１１は種結晶、１２は結晶、１３はるつぼ、
１４は結晶を△１引上げる前の成長界面の位置、１５は
液体カプセル剤（ｍ−■族化合物引上げの場合に用いる
）、１６は融液を示す。
１４は結晶を△１引上げる前の成長界面の位置、１５は
液体カプセル剤（ｍ−■族化合物引上げの場合に用いる
）、１６は融液を示す。
なお第３図において、破線すで示すレベルＩ・ま時間ｔ
における融液１６の上向のレベルであり、結晶が△Ｌだ
け成長して、この結晶を引き上げたとき融液１６の上面
のレベルはＣ線で示される。
における融液１６の上向のレベルであり、結晶が△Ｌだ
け成長して、この結晶を引き上げたとき融液１６の上面
のレベルはＣ線で示される。
ａ−ｂ−△１は結晶を引き上げるときの長さであり、ａ
−ｅ−ΔＬは結晶が成長した長さを示す。
−ｅ−ΔＬは結晶が成長した長さを示す。
育成中の結晶断面はほぼ円形となる。従って、結晶が引
上げ方向に対して微小長△したけ成長した時の重量変化
△Ｗは結晶密度をρＳとして（１）式％式％ ここでＤは結晶径 一般に結晶成長長△Ｌは結晶引上げ長△ｌとは一致しな
い。
上げ方向に対して微小長△したけ成長した時の重量変化
△Ｗは結晶密度をρＳとして（１）式％式％ ここでＤは結晶径 一般に結晶成長長△Ｌは結晶引上げ長△ｌとは一致しな
い。
なぜならば、第３図に示すように結晶成長により融液が
減少し成長界面が下降するためであり、△ＬとΔＨ慎２
）式の関係で表わせる。
減少し成長界面が下降するためであり、△ＬとΔＨ慎２
）式の関係で表わせる。
ここで、ρＬ：融液密度、ＤＣ＝るつぼ内径従って（１
）および（２）式より結晶径りは次式で求まる。
）および（２）式より結晶径りは次式で求まる。
すなわち、△Ｗと△ｌを精密に測定することによって結
晶径りが求まる。
晶径りが求まる。
本装置では△１を精密測長器で測定した。
また、計算機処理であるのでロードセルによる結晶重量
の測定回数を多（とることができ、これらの平均値を求
めることにより正確な△Ｗを検出することができた。
の測定回数を多（とることができ、これらの平均値を求
めることにより正確な△Ｗを検出することができた。
結晶径を求めることができるために本装置では結晶径設
定値は数値的に予めプログラム化することができた。
定値は数値的に予めプログラム化することができた。
本装置では設定値を引上げ長の関数としてプログラム化
しているので設定値の変更が容易であり、結晶径と設定
値との偏差を制御入力とすることにより肩部、定径部、
尾部を再現性良くひとつの計算機処理プロセスで育成す
ることができた。
しているので設定値の変更が容易であり、結晶径と設定
値との偏差を制御入力とすることにより肩部、定径部、
尾部を再現性良くひとつの計算機処理プロセスで育成す
ることができた。
実施例 ２
第４図は本発明の第２の実施例であって装置のブロック
ダイアグラムを示す。
ダイアグラムを示す。
図において１７はロードセルユニット、１８はＡ／Ｄコ
ンバータ、１９はインターフェースユニット、２０はタ
イマー、２１はタコジェネレータ（引上げ速度測定器）
２２は計算機、２３はＣＲＴ、２４はキーボード、２５
はインターフェースユニット、２６は温度制御器、２７
は引上げ速度制御器を示す。
ンバータ、１９はインターフェースユニット、２０はタ
イマー、２１はタコジェネレータ（引上げ速度測定器）
２２は計算機、２３はＣＲＴ、２４はキーボード、２５
はインターフェースユニット、２６は温度制御器、２７
は引上げ速度制御器を示す。
実施例１と異なるのは精密測長器のかわりにタイマー２
０と引上げ速度測定器２１（例えばタコジェネレーター
）点にある。
０と引上げ速度測定器２１（例えばタコジェネレーター
）点にある。
タイマーで時刻ｔ１．ｔ２を測定し△ｔ−ｔ２−ｔ１と
し、速度測定器で測定した引上げ速度をυとすれば、前
述の（３）式における△ｌは次式で表わせる。
し、速度測定器で測定した引上げ速度をυとすれば、前
述の（３）式における△ｌは次式で表わせる。
△ｌ−υ・△ｔ ・・・・・・（４）式
原理、動作は実施例１と同一であるので省略する。
原理、動作は実施例１と同一であるので省略する。
以上説明したように本装置では数量的に育成中の結晶径
を検出することができるので従来の装置にはない次の利
点がある。
を検出することができるので従来の装置にはない次の利
点がある。
（１）育成中の結晶径の精密測定を数量的に行える。
（２）育成中の結晶径をモニタ表示できる。
（３）肩部、定径部、尾部の径設定値を引上げ長の関数
としてプログラム化してお（ことにより同一のプロセス
で肩部かも尾部までの形状制御ができる。
としてプログラム化してお（ことにより同一のプロセス
で肩部かも尾部までの形状制御ができる。
（４）結晶径の設定値変更がきわめて容易である。
特にこの場合、結晶径設定のための結晶育成データの蓄
積を必要としないことが特徴である。
積を必要としないことが特徴である。
第１図は実施例１の装置ブロックダイアグラムである。
第２図は本装置構成により自動径制御育成を行うための
動作手続きを示す。 第３図は結晶引上げによる融液減少により成長界面が下
降する状態を示す。 第４図は実施例２の装置ブロックダイアグラムである。 １・・・・・・ロードセル（重量センサー）ユニット、
２・・・・・・Ａ／Ｄコンバータ、３・・・・・・イン
ターフェースユニット、４・・・・・・マグネスケール
（精密測定器〕ユニット、５・・・・・・計算機、６・
・・・・・ＣＲＴ、７・・・・・・キーボード、８・・
・・・・インターフェースユニット、９・・・・・・温
度制御器、１０・・・・・引上げ速度制御器、１１・・
・・・・種結晶、１２・・・・・・結晶、１３・・・・
・・るつぼ、１４・・・・・・結晶を△■引上げる前の
成長界面の位置、１５・・・・・・液体カプセル剤（ｍ
−ｖ族化合物引上げの場合に用いる）、１６・・・・・
・融液、１７・・・・・・ロードセルユニット、１８・
・・・・・Ａ／Ｄコンバータ、１９・・・・・・インタ
ーフェースユニット、２０・・・・・・タイマー、２１
・・・・・・タコジェネレータ（引上げ速度測定器）、
２２・・・・・・計算機、２３・・・・・・ＣＲＴ、２
４・・・・・・キーボード、２５・・・・・・インター
フェースユニット、２６・・・・・・温度制御器、２７
・・・・・・引上げ速度制御器。
動作手続きを示す。 第３図は結晶引上げによる融液減少により成長界面が下
降する状態を示す。 第４図は実施例２の装置ブロックダイアグラムである。 １・・・・・・ロードセル（重量センサー）ユニット、
２・・・・・・Ａ／Ｄコンバータ、３・・・・・・イン
ターフェースユニット、４・・・・・・マグネスケール
（精密測定器〕ユニット、５・・・・・・計算機、６・
・・・・・ＣＲＴ、７・・・・・・キーボード、８・・
・・・・インターフェースユニット、９・・・・・・温
度制御器、１０・・・・・引上げ速度制御器、１１・・
・・・・種結晶、１２・・・・・・結晶、１３・・・・
・・るつぼ、１４・・・・・・結晶を△■引上げる前の
成長界面の位置、１５・・・・・・液体カプセル剤（ｍ
−ｖ族化合物引上げの場合に用いる）、１６・・・・・
・融液、１７・・・・・・ロードセルユニット、１８・
・・・・・Ａ／Ｄコンバータ、１９・・・・・・インタ
ーフェースユニット、２０・・・・・・タイマー、２１
・・・・・・タコジェネレータ（引上げ速度測定器）、
２２・・・・・・計算機、２３・・・・・・ＣＲＴ、２
４・・・・・・キーボード、２５・・・・・・インター
フェースユニット、２６・・・・・・温度制御器、２７
・・・・・・引上げ速度制御器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 重量法を用いた引上げ法による単結晶径制御育成に
おいて、結晶の引上げ機構部に精密測長装置および重量
センサーを設け、所定の微小時間前後における前記精密
測長装置および重量センサーの検出値より微小結晶引上
げ距離△ｌおよび微小重量変化△Ｗを求め、この計測値
に基づきコンピュータによる数値計算により （ただし、ρｓ 二結晶密度、ρＬ：融液密度、Ｄｃ：
るつぼ内径） なる演算を行って実結晶径りを逐次計測し、この計測値
と設定結晶径とのずれを融液温度または引上げ速度にフ
ィードバックして補償することを特徴とする単結晶自動
径制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5864681A JPS5935876B2 (ja) | 1981-04-20 | 1981-04-20 | 単結晶自動径制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5864681A JPS5935876B2 (ja) | 1981-04-20 | 1981-04-20 | 単結晶自動径制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57175794A JPS57175794A (en) | 1982-10-28 |
| JPS5935876B2 true JPS5935876B2 (ja) | 1984-08-31 |
Family
ID=13090344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5864681A Expired JPS5935876B2 (ja) | 1981-04-20 | 1981-04-20 | 単結晶自動径制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5935876B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59184798A (ja) * | 1983-04-04 | 1984-10-20 | Agency Of Ind Science & Technol | ガリウム砒素単結晶の製造方法 |
| JPH0631194B2 (ja) * | 1984-02-22 | 1994-04-27 | 株式会社東芝 | 単結晶の製造方法 |
| CN110512279B (zh) * | 2019-10-15 | 2020-06-02 | 宁夏银和新能源科技有限公司 | 能够提高收尾成功率的单晶炉收尾方法 |
-
1981
- 1981-04-20 JP JP5864681A patent/JPS5935876B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57175794A (en) | 1982-10-28 |
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