JPS60200888A - Method for controlling diameter of melted zone in preparation of crystal by heating with infrared ray - Google Patents

Method for controlling diameter of melted zone in preparation of crystal by heating with infrared ray

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JPS60200888A
JPS60200888A JP5559784A JP5559784A JPS60200888A JP S60200888 A JPS60200888 A JP S60200888A JP 5559784 A JP5559784 A JP 5559784A JP 5559784 A JP5559784 A JP 5559784A JP S60200888 A JPS60200888 A JP S60200888A
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melted
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博 西村
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平井 博喜
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B13/00Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • C30B13/28Controlling or regulating
    • C30B13/30Stabilisation or shape controlling of the molten zone, e.g. by concentrators, by electromagnetic fields; Controlling the section of the crystal

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Abstract

PURPOSE:To maintain melting condition appropriately always and to grow a crystal by heating with infrared rays by measuring the diameter of a melted zone successively, by binarizing the measured values and allowing the values to be stored successively and then operating to control the quantity of electricity to be fed to an infrared ray lamp. CONSTITUTION:A line sensor 22 scans a melted zone 8 in response to clocks from a clock circuit 21 in a stage of crystal growth and outputs a signal corresponding to the dimension of the diameter of the melted zone. The output is amplified by an amplifier 23 and binarized by comparing with a referential voltage by a comparing means 24. The binarized signal is outputted to a controlling means 25. A timing pulse generator 18a generates a pulse signal for each one revolution of the melted zone 8, and the controlling means 25 stores successively the binarized measured signal. The controlling means 25 adopts the dimension of the diameter at the position of the angle of revolution corresponding to the largest rate of change, and operates basing on the measured data measured at preceding m times with the present data. The amt. of electric power to be fed to the infrared ray lamp is controlled through an electric power controller 28 basing on the result of the operation.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は、回転楕円面鏡の一方焦点に赤外線ランプを
配置し、他方焦点に素材棒および種結晶の溶融帯部を配
置してなる赤外線加熱結晶製造における溶融帯径の制御
技術に関Jる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to the production of infrared heated crystals by arranging an infrared lamp at one focal point of a spheroidal mirror and arranging a material rod and a molten zone of a seed crystal at the other focal point. Concerning technology for controlling the diameter of the molten zone.

従来技術の説明 第1図は、従来より用いられている単結晶製造装置の一
例を示す略図的正面断面図である。第1図を参照して、
この装置は半休に近い2個の回転楕円面鏡1,2を摺り
合わせ接続した双務円型加熱炉3の形態を有している。
DESCRIPTION OF THE PRIOR ART FIG. 1 is a schematic front sectional view showing an example of a conventional single crystal manufacturing apparatus. Referring to Figure 1,
This device has the form of a dual circular heating furnace 3 in which two semicircular spheroidal mirrors 1 and 2 are slid together and connected.

各回転楕円面鏡1゜2の一方焦点Fa、Fbには、熱源
である赤外線ランプの一例としてのハロゲンランプ4.
5が配置されている。また回転楕円面鏡1.2の互いに
近接した他方焦点F2.F2には、相互に同方向または
逆方向に回転する素材棒6および種結晶7の間に形成さ
れた溶融帯部8が配置されている。
At one focal point Fa, Fb of each spheroidal mirror 1°2 is a halogen lamp 4, which is an example of an infrared lamp serving as a heat source.
5 is placed. Also, the other focal point F2. of the spheroidal mirror 1.2 which is close to each other. A molten zone 8 formed between a raw material rod 6 and a seed crystal 7 that rotate in the same or opposite directions is disposed at F2.

この装置では、ハロゲンランプ4.5から輻射された光
が回転楕円面鏡1.2で溶融帯部8に集中され、それに
よって素材棒6が加熱溶融され、結晶成長が行なわれる
。、第1図に示した双楕円型加熱炉3のほか、1個の回
転楕円面鏡を用いた小楕円型加熱炉も広く用いられてい
るが、これらσ〕回転楕円面鏡を用いた赤外線加熱結晶
製造装百では、安定な出力を得ることができること、成
長方向の組成のずれが生じないこと、ならびに結晶成長
の状況が観察できることなどの優れた利点を右Jる。
In this device, light radiated from a halogen lamp 4.5 is focused on a melting zone 8 by a spheroidal mirror 1.2, thereby heating and melting the raw material rod 6 and causing crystal growth. In addition to the bielliptical heating furnace 3 shown in Fig. 1, small elliptical heating furnaces using a single spheroidal mirror are also widely used. The heating crystal manufacturing equipment has excellent advantages such as being able to obtain stable output, not causing any deviation in composition in the growth direction, and being able to observe the state of crystal growth.

しかしながら、第1図に示したような装置を使用して結
晶成長を持続させるには、第2図に部分正面図で示すよ
うに溶融帯部8がほぼさい頭内ω1E台に近い鼓形の形
状を持続させることが重要である。したがって、従来、
溶融帯部8を作業者が肉眼で観察しつつ、素材棒6の下
方への供給速度やハロゲンランプ4.5の電力を手動的
に制御していた。すなわち、溶融帯部8の形状が結晶成
長に好ま己りない形になったときには、素材棒6の供給
速度を増減し、あるいはハロゲンランプ4.5への供給
電力を調整していた。したがって単結晶を製造する際に
は、長時間、作業者が該装置に付きっきりで調整を行な
わなければならなかった。
However, in order to sustain crystal growth using the apparatus shown in FIG. 1, the molten zone 8 must be shaped like an hourglass, approximately close to the intracranial ω1E platform, as shown in a partial front view in FIG. It is important to maintain the shape. Therefore, conventionally,
While observing the melted zone 8 with the naked eye, the operator manually controlled the downward supply speed of the material rod 6 and the power of the halogen lamp 4.5. That is, when the shape of the molten zone 8 becomes unfavorable to crystal growth, the supply speed of the raw material rod 6 is increased or decreased, or the power supplied to the halogen lamp 4.5 is adjusted. Therefore, when producing a single crystal, an operator had to stay with the equipment for a long time to make adjustments.

しかも、ハロゲンランプ4.5への供給電力を調整した
場合、ハロゲンランプ4.5自身の光m(よ直ちに変化
するが、溶融帯部8の溶融状況はハロゲンランプ4,5
の光量の変化に迅速に追随するものではなく、かなりの
時間が経過した後初めて溶融帯部8に変化が生じる。し
たがって、作業者はこの溶融帯部8の溶融状況変化の時
間遅れを予め予想しつつ、ハロゲンランプ4.5へρ供
給電力を変更しなければならない。それゆえに、過大な
電力を供給してしまうと、溶融帯部8が不要に肥大化し
てしまうので、過剰な調整を行なう煩雑さが生じ過剰調
整を避けるあまり、ハロゲンランプ4,5への供給電力
を少なめに調整するのが常であり、その結果最適の溶融
状態を実現するために煩雑な調整操作が依然として必要
であるという問題があった。
Moreover, when the power supplied to the halogen lamp 4.5 is adjusted, the light m of the halogen lamp 4.5 itself (although it changes immediately, the melting state of the melting zone 8 is
It does not quickly follow changes in the amount of light, and changes occur in the melted zone 8 only after a considerable amount of time has passed. Therefore, the operator must change the power ρ supplied to the halogen lamp 4.5 while anticipating in advance the time delay in changing the melting state of the melting zone 8. Therefore, if excessive power is supplied, the melting zone 8 will become unnecessarily enlarged, resulting in the complication of making excessive adjustments. However, there is a problem in that complicated adjustment operations are still required to achieve the optimum melting state.

発明の目的 それゆえに、この発明の目的は、上述の問題点をy/i
!消し、作業者の煩雑な作業を省略することができ、か
つ溶融帯部の溶融状況を常に@適に肩1持し得る、赤外
線加熱結晶製造にお(プる溶融帯径の制御方法を提供す
ることにある。
OBJECT OF THE INVENTION Therefore, an object of the invention is to solve the above-mentioned problems y/i
! Provides a method for controlling the diameter of a molten zone for infrared heated crystal production, which eliminates the troublesome work of the operator, and allows the molten state of the molten zone to be kept at an appropriate level at all times. It's about doing.

発明の概要 この発明は、溶融帯部の溶融状況の変化が溶融帯部の径
寸法の変化として現われることに着目し、溶融帯部の径
を制御することにより、結晶成長に最適な溶融状況を実
現せんとするものである。この発明は、溶融帯部の径寸
法を測定するためのラインセンサと、該ラインセンサの
出力を2値化り−るための2値化手段と、溶融帯部の1
回転毎に所定の複数個の角度位置に達したとぎに、タイ
ミングパルスを発生するタイミングパルス発生手段と、
該タイミングパルス発生手段からのパルス信号に応じて
、前記2値化手段で21自化された測定信号を順次記憶
し、各回転毎に最も変化率の大きかった角度位置におけ
る溶融帯径寸法を測定データとして、m (mは整数)
回前の測定データと現在の測定データとに基づき、所定
の演算式に従って演算処理し、該演算結果に基づぎ赤外
線ランプへの供給電力や電圧等の電気量を制御する制御
手段とを用いて、赤外線加熱結晶製造における溶融帯部
径の制御を行なう方法である。
Summary of the Invention The present invention focuses on the fact that changes in the melting condition of the melting zone appear as changes in the diameter of the melting zone, and by controlling the diameter of the melting zone, the optimum melting condition for crystal growth is achieved. This is what we aim to achieve. The present invention provides a line sensor for measuring the diameter of a molten zone, a binarizing means for converting the output of the line sensor into two values, and a line sensor for measuring the diameter of a molten zone.
timing pulse generating means for generating a timing pulse when a plurality of predetermined angular positions are reached for each rotation;
In response to the pulse signal from the timing pulse generation means, the measurement signals converted into 21 signals by the binarization means are sequentially stored, and the molten zone diameter dimension at the angular position where the rate of change is the largest for each rotation is measured. As data, m (m is an integer)
A control means that performs calculation processing according to a predetermined calculation formula based on the previous measurement data and the current measurement data, and controls the amount of electricity such as power and voltage supplied to the infrared lamp based on the calculation result. This is a method for controlling the diameter of the molten zone in the production of infrared heated crystals.

この発明のその他の特徴は、以下の実施例の説明により
明らかとなろう。
Other features of the invention will become clear from the following description of the embodiments.

実施例の説明 上述のように、この発明は、溶融帯部の径を制御するこ
とにより、溶融帯部の溶融状況を結晶成長に最適なもの
とするものである。−すなわち第2図に示すように、溶
融帯部8がほぼさい頭内錐台に近い鼓形となっている場
合には結晶成長は最適な状態で持続される。ところが、
結晶成長の進行とともに溶融帯部8の温度が上昇し、ハ
ロゲンランプへの供給電力や電圧が過剰になったり、あ
るいは素材棒6の下方への供給速度が若干速くなると、
破線Aで示すように、より多くの結晶累月が必要以上に
多く溶解し溶融帯部8の下方の径間法が増大する。逆に
、素材棒6の下方への供給速度が遅い場合あるいはハロ
ゲンランプへの供給型ツノや電圧が僅少となった場合に
は、素材の供給が少なくなるため溶融帯部8は、破線B
で示すように、最適の状態よりも小さな径寸法を有する
ことになる。したがって、上記の事象を考慮して、1点
鎖線Cで示す部分の径寸法を最適の溶融状態の径に維持
すれば、安定に結晶成長を持続させることができる。
DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS As described above, the present invention optimizes the melting condition of the molten zone for crystal growth by controlling the diameter of the molten zone. - That is, as shown in FIG. 2, when the molten zone 8 has an hourglass shape that is approximately similar to an intracranial truncated cone, crystal growth is maintained in an optimal state. However,
As the crystal growth progresses, the temperature of the melting zone 8 increases, and the power and voltage supplied to the halogen lamp become excessive, or the downward supply speed of the material rod 6 becomes slightly faster.
As shown by the broken line A, more crystalline crystals are melted than necessary and the span below the melt zone 8 increases. On the other hand, if the downward supply speed of the material rod 6 is slow, or if the supply type horn or voltage to the halogen lamp is small, the supply of material will be reduced and the melted zone 8 will be moved along the broken line B.
As shown in , the diameter is smaller than the optimum state. Therefore, if the diameter of the portion indicated by the dashed-dotted line C is maintained at the optimum diameter in the molten state in consideration of the above phenomenon, crystal growth can be stably maintained.

ところで、溶融帯部8の横断面が真円であれば、一方向
から溶融帯部8の径寸法を測定するだtJでよいが、溶
融帯部8の横断面は通常真円では4にり楕円などの様々
な形状に変化している。したがって、溶融帯部8の溶融
状況を正確に把111−Slるには、複数の方向から溶
融帯部8の径寸法を測定づる必要がある。そこで、この
発明では複数個の角度位置で溶融帯部8の径寸法を測定
し、最も変化率の大きかった角度位置における径寸法を
測定データとして用い、ハロゲンランプへの供給電力や
電圧をめる。最も変化率の大きかった角度位置における
径寸法をデータとして採用することにより、溶融帯部8
の径の変化に正確かつ迅速に追随することが可能だから
である。
By the way, if the cross section of the melt zone 8 is a perfect circle, it is sufficient to measure the diameter of the melt zone 8 from one direction, but if the cross section of the melt zone 8 is a perfect circle, it is usually It changes into various shapes such as ellipses. Therefore, in order to accurately grasp the melting state of the melted zone 8, it is necessary to measure the diameter of the melted zone 8 from a plurality of directions. Therefore, in the present invention, the diameter of the molten zone 8 is measured at a plurality of angular positions, and the diameter at the angular position where the rate of change is the largest is used as measurement data to determine the power and voltage supplied to the halogen lamp. . By using the diameter dimension at the angular position where the rate of change was the largest as data, the molten zone 8
This is because it is possible to accurately and quickly follow changes in the diameter of.

この発明は、上述のように、溶融帯部8の径寸法を測定
し、この測定された径寸法の変化に基づきハロゲンラン
プの光量を変化させて最適の溶融状況を実現しようとす
るものである。
As described above, this invention attempts to achieve an optimal melting situation by measuring the diameter of the melting zone 8 and changing the light intensity of the halogen lamp based on the measured change in diameter. .

第3図は、この発明の一実施例の制御装置を示す略図的
斜視図である。溶融帯部8の径(第2図の1点鎖線Cで
示した部分の径)寸法は、光学レンズ11を介してCO
Dラインセンサを含むラインセンサ・カメラ12で測定
される。ラインセンサ・カメラ12には、ベローズ13
を介してハーフミラ−・ボックス14が設けられている
。溶融帯部8から入射された光は、ハーフミラ−・ボッ
クス14内のハーフミラ−15により一部が反射され、
ラインセンサ・カメラ本体部12a内のラインセンサに
導かれる。他方ハーフミラ−・ボックス14には、スク
リーン16も設りられており、肉眼でも溶融帯部8の状
態を観察することがでさるようにされている。
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a control device according to an embodiment of the present invention. The diameter of the melting zone 8 (the diameter of the portion indicated by the dashed line C in FIG. 2) is the diameter of the CO
It is measured by a line sensor camera 12 including a D line sensor. The line sensor/camera 12 has a bellows 13
A half-mirror box 14 is provided via. A portion of the light incident from the melting zone 8 is reflected by the half mirror 15 in the half mirror box 14.
It is guided to a line sensor inside the line sensor/camera main body part 12a. On the other hand, the half mirror box 14 is also provided with a screen 16 so that the state of the melted zone 8 can be observed with the naked eye.

ラインセンサ・カメラ12は、コン1ヘローラ17に接
続されてJ3す、ラインセンサの出力を2値化するため
の2値化手段を含み、コントに1−ラ17は2値化され
た測定データを順次記憶して後述のPIDi制御演算式
に従って演粋処理し、ハロゲンランプ(図示せず)への
供給電力を制御づる基準電力コントローラ(図示せず)
へ出力を与える。
The line sensor/camera 12 is connected to the control roller 17 and includes a binarization means for binarizing the output of the line sensor. A reference power controller (not shown) that sequentially stores and performs arithmetic processing according to the PIDi control formula described later to control the power supplied to the halogen lamp (not shown).
gives output to

コントローラ17には、タイミングパルス発生器18も
接続されている。このタイミングパルス発生器18は、
種結晶7の回転すなわち溶融帯部8の回転に応じてタイ
ミングパルスを発生さUるbのである。このタイミング
パルス発生器1Bからのタイミングパルスに基づき、コ
ントローラ17内の制御手段がラインセンサからの測定
18号を記憶するように構成されている。
A timing pulse generator 18 is also connected to the controller 17 . This timing pulse generator 18 is
A timing pulse is generated in accordance with the rotation of the seed crystal 7, that is, the rotation of the molten zone 8. Based on the timing pulse from the timing pulse generator 1B, the control means in the controller 17 is configured to store the measurement No. 18 from the line sensor.

第4図は、第3図に示した実施例を含む赤外線加熱単結
晶製造装置の概略ブロック図を示づ。第4図のブロック
図において、1点鎖線Eで囲まれる部分が、第3図に示
したラインセンサ・カメラに及びコントローラ17内に
含まれる回路を示す。
FIG. 4 shows a schematic block diagram of an infrared heating single crystal manufacturing apparatus including the embodiment shown in FIG. In the block diagram of FIG. 4, a portion surrounded by a chain line E shows a circuit included in the line sensor camera and controller 17 shown in FIG.

すなわち、第3図にお番プるラインセンサ・カメラ12
は、クロック回路21、ラインセンサ22からの出力を
増幅する増幅器23、増幅器23からの出力を2値化す
るための比較手段24を含み、またコントローラ17は
、上述の制御手段25、ならびにタイミングパルス発生
器18に接続されるプリセットカウンタ26を含む。制
御手段25は、クロック回路21からのクロックを基準
にして、予め内蔵されているプログラムに従って動作す
る。ラインセンサ22は、クロック回路21からのクロ
ックに応じて、溶融帯部8を走査し径間法に応じた信号
を出力する。ラインセンサ22の出力は、増幅器23で
増幅され、比較手段24において基準電圧と比較され、
2値化される。この2値化された信号が制御手段25に
与えられ、少述するPID演算式に従って演算処理され
、制御出力値が算出され、プログラム発生器27からの
一基準電力と加算されてハロゲンランプの電力コン]〜
ローラ28を介して供給電力が出力される。
That is, the line sensor camera 12 shown in FIG.
includes a clock circuit 21, an amplifier 23 for amplifying the output from the line sensor 22, and a comparison means 24 for binarizing the output from the amplifier 23, and the controller 17 includes the above-mentioned control means 25 and a timing pulse It includes a preset counter 26 connected to the generator 18. The control means 25 operates based on the clock from the clock circuit 21 according to a pre-installed program. The line sensor 22 scans the molten zone 8 in accordance with the clock from the clock circuit 21 and outputs a signal according to the span method. The output of the line sensor 22 is amplified by an amplifier 23 and compared with a reference voltage by a comparing means 24,
Binarized. This binarized signal is given to the control means 25, and is arithmetic-processed according to the PID calculation formula, which will be briefly described, to calculate a control output value, which is added to one reference power from the program generator 27 to power the halogen lamp. [Con] ~
Supply power is output via the roller 28.

この実施例では、タイミングパルス発生器18として2
つのタイミングパルス発生器188.18bを含み、一
方のタイミングパルス発生器18aは、溶融帯部8が1
回転するごとに、所定の位置で1つのパルス信号(以下
、原点信号と略J。)を発生し、制御手段25はこの原
点信号が与えられると、ラインセンサ22からの測定デ
ータを記憶する。
In this embodiment, two timing pulse generators 18 are used.
One timing pulse generator 18a includes two timing pulse generators 188.18b, and one timing pulse generator 18a has one timing pulse generator 188.
Each time it rotates, one pulse signal (hereinafter referred to as the origin signal) is generated at a predetermined position, and when the control means 25 receives this origin signal, it stores the measurement data from the line sensor 22.

また、使方のタイミングパルス発生器181)は、溶融
帯部8が1回転する際に例えば1201[1ilのパル
スを順次発生するものであり、ブリレットカウンタ26
はタイミングパルス発生器18aからの原点信号によっ
てリセットされ、制御手段25から与えられる所定の6
1数値をプリセットし、タイミングパルス発生器18b
から与えられるパルスを順次カウントして、カウント値
がプリセットされた所定の数値になったとき、出力信号
を制御手段25に与える。プリセットされた所定の数値
は、一種に限られるものではなく、複数個の値をプiノ
セットすることができ、それによって様々な角度位置に
おける溶融帯部8の径を測定することができる。 この
タイミングパルス発生器18b、およびプリセットカウ
ンタ26により与えられるパルス信号に応じて、制御手
段25はラインセンサからの測定データを記憶する。し
たがって、入力手段29により任意の値を設定し、プリ
セットカウンタ26が任意の値の数のタイミングパルス
を計数する毎に、溶融帯部8の任意の回転角度での径寸
法を測定データとして制御手段25に記憶させることが
できる。このようにして原点以外での溶融帯部8の径寸
法を測定するのは、溶融帯部8の横断面が実際には、前
述のように必ずしも真円ではなく、材料によっては、楕
円や長円などの様々な形状に変化することが多いからで
あり、複数の角度位置から溶融帯部8の径寸法を測定し
、最も変化率の大きかった角度位置における径寸法を測
定データとして採用すれば、溶融帯部8の(yの変化に
正確にかつ迅速に追随し得るからである。
The timing pulse generator 181) used is one that sequentially generates pulses of, for example, 1201 [1il] when the melting zone 8 rotates once, and the timing pulse generator 181) sequentially generates pulses of, for example, 1201 [1il] when the melting zone portion 8 rotates once.
is reset by the origin signal from the timing pulse generator 18a, and is set to a predetermined value of 6 given by the control means 25.
1 preset the numerical value, and the timing pulse generator 18b
It sequentially counts the pulses given from , and when the count value reaches a preset predetermined value, it gives an output signal to the control means 25 . The preset predetermined value is not limited to one type, and a plurality of values can be set, thereby making it possible to measure the diameter of the molten zone 8 at various angular positions. In response to the pulse signals provided by the timing pulse generator 18b and the preset counter 26, the control means 25 stores measurement data from the line sensor. Therefore, an arbitrary value is set by the input means 29, and each time the preset counter 26 counts timing pulses of an arbitrary value, the diameter dimension of the molten zone portion 8 at an arbitrary rotation angle is used as measurement data and the control means 25 can be stored. The reason for measuring the diameter of the molten zone 8 at a point other than the origin in this way is that the cross section of the molten zone 8 is not necessarily a perfect circle as mentioned above, and depending on the material, it may be elliptical or long. This is because the diameter of the melted zone 8 often changes to various shapes such as circles, and if the diameter of the melted zone 8 is measured from multiple angular positions and the diameter at the angular position where the rate of change is the largest is adopted as the measurement data. This is because changes in (y) of the melted zone portion 8 can be followed accurately and quickly.

入力手段29は、たとえばキーボードなどにより構成さ
れるものであり、結晶成長に最適な基準径の値、ならび
に後述のPID演算式におりる定数などを制御手段25
に入力するためのものである。
The input means 29 is constituted by, for example, a keyboard, and the control means 25 inputs the optimum reference diameter value for crystal growth, constants included in the PID calculation formula described later, etc.
It is for inputting.

上述したように、この実施例では、P■D演算式により
、ハロゲンランプへの供給電力を制御する。ここにPI
D演算式とは、微分形表現では、八 YN =I〕 (
△ e N +Ie N + D △ 2 ei+)・
・・(1) を言い、式(1)にt3イT:e N =S M (S
は溶融帯部8の最適の径を示し、Mは測定された溶融帯
部8の径の11回の平均値を示づ。)である。すなわら
式(1)は、溶融帯部8の最適の径寸法Sからの変化分
を基礎にハロゲンランプへの供給電力の制御分へVNを
めるものである。なお、式(1)において、P、I、D
はそれぞれ定数である。
As described above, in this embodiment, the power supplied to the halogen lamp is controlled by the P⊙D calculation formula. PI here
In the differential form expression, the D calculation formula is 8 YN = I] (
△ e N +Ie N + D △ 2 ei+)・
...(1), and in equation (1), t3iT:e N = S M (S
indicates the optimum diameter of the melted zone 8, and M indicates the average value of the measured diameters of the melted zone 8 over 11 times. ). In other words, equation (1) calculates VN to the control amount of power supplied to the halogen lamp based on the change from the optimum diameter S of the melting zone 8. In addition, in formula (1), P, I, D
are constants.

△ONおよびΔ2(3uは、次の式(2)および(3)
でめられるものである。
ΔON and Δ2(3u are the following equations (2) and (3)
It is something that can be deceived.

ΔeN=eIl−eo ・ (2) Δ2eN−ΔeN−Δeo ・ (3)なお、この発明
では、eN、ΔeNおよび△2eNとして、溶融帯部8
の複数個の回転角度位置における径のうち最も変化率の
大きがった角度位置における値を測定データとして採用
する。また、eNは、現在の測定データMを用いて計算
されたものであり、eoはm回前の測定データMを用い
てめられるものである。したがって、制御出力ΔYNは
、現在の測定データと、m回前の測定データをもとに算
出される。このようにm回前のデータを用いるのは、ハ
ロゲンランプへの供給電力を変化させても、溶融帯部8
にその変化の影響が現われるのはかなりの時間が経過し
てからであるという知見に基づくものである。すなわち
、この実施例では溶融帯部8の測定データがn回の値を
平均して採用され、さらに平均された測定径のうちm回
前の測定データと現在の測定データとを用いることによ
り、制御出力ΔyNをゆるやかに効かせようとするもの
である。
ΔeN=eIl−eo・(2) Δ2eN−ΔeN−Δeo・(3) In this invention, eN, ΔeN, and Δ2eN represent the melted zone 8
Among the diameters at a plurality of rotational angular positions, the value at the angular position where the rate of change is greatest is adopted as measurement data. Further, eN is calculated using the current measurement data M, and eo is calculated using the measurement data M m times ago. Therefore, the control output ΔYN is calculated based on the current measurement data and the measurement data m times ago. Using the data m times ago in this way means that even if the power supplied to the halogen lamp is changed, the molten zone 8
This is based on the knowledge that the effects of a change become apparent only after a considerable period of time has passed. That is, in this embodiment, the measurement data of the molten zone part 8 is adopted by averaging the values n times, and furthermore, by using the measurement data m times ago and the current measurement data of the averaged measurement diameter, This is intended to gently apply the control output ΔyN.

制御出力△yの値は、最大で5W<らいであり、電力制
御出力の変化が溶融帯部8の径に反映ツるまでの時間は
約5分くらいである。また、結晶成長全体にわたる総制
御出力は、−100W〜−1−300Wの範凹とされて
いる。
The value of the control output Δy is at most 5 W<5, and the time it takes for a change in the power control output to be reflected on the diameter of the melted zone 8 is about 5 minutes. Further, the total control output over the entire crystal growth ranges from -100W to -1-300W.

上述のようにして算出された制御出力Δyは、第4図の
ブロック図において制御手段25から出力され、プログ
ラム発生器27からの基準電力)10と加算されて電力
コントローラ28に入力され、ハロゲンランプの供給電
力が電力コントローラ28よりハロゲンランプに供給さ
れる。
The control output Δy calculated as described above is output from the control means 25 in the block diagram of FIG. Power is supplied from the power controller 28 to the halogen lamp.

第5図は、第3図および第4図に示した実施例を含む装
置の全体の動作を説明するためのフ]」−図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the overall operation of the apparatus including the embodiments shown in FIGS. 3 and 4. FIG.

次に、第3図ないし第5図を参照してこの実施例を含む
動作の説明を行なう。この発明の溶融帯径の制御方法は
、溶融帯部8の径を最適に維持するものである。したが
って、種結晶7(第4図を参照)上で最初に素材棒6を
溶融させ、溶融帯部8を形成するところまでは従来と同
じく手動で行なう。次に、形成された溶融帯部8の径寸
法がこの発明の制御方法により最適に維持される。まず
、タイミングパルス発生器18aは、溶融帯部8が1回
転するごとに回転信号すなわち原点信号を制御手段25
に与えている。制御手段25は、この回転信号が与えら
れたとき、ラインセンナ22、増幅器23および比較手
段24を経て2値化された溶融帯部8の測定データを取
込み記憶する。次に、回転信号がn回出力されたとぎ、
ずなわら制御手段25にn個の測定データが取込まれた
とき、制御手段25はn個の測定データの平均値を算出
し、これを測定データMとして記憶する。次に、制御手
段25は、予め入力手段29により設定された溶融帯部
8の最適径寸法Sと測定f−タMとの差eを演算し、e
を記憶する。したがって、測定データM1.”M2・・
・のそれぞれに対応して、順次e I + e 2・・
・が記憶される。
Next, the operation including this embodiment will be explained with reference to FIGS. 3 to 5. The method of controlling the diameter of the melted zone of the present invention maintains the diameter of the melted zone portion 8 at an optimal value. Therefore, the process of first melting the raw material rod 6 on the seed crystal 7 (see FIG. 4) and forming the molten zone 8 is performed manually as in the conventional method. Next, the diameter of the formed molten zone 8 is maintained optimally by the control method of the present invention. First, the timing pulse generator 18a sends a rotation signal, that is, an origin signal to the control means 25 every time the melting zone 8 rotates once.
is giving to When this rotation signal is applied, the control means 25 takes in and stores the binarized measurement data of the molten zone portion 8 via the line sensor 22, the amplifier 23, and the comparison means 24. Next, when the rotation signal is output n times,
When the n pieces of measurement data are taken in by the control means 25, the control means 25 calculates the average value of the n pieces of measurement data and stores this as measurement data M. Next, the control means 25 calculates the difference e between the optimum diameter size S of the molten zone 8 set in advance by the input means 29 and the measured f-ta M, and e
Remember. Therefore, the measurement data M1. "M2...
・Sequentially, e I + e 2 ・・
・is memorized.

上述のように測定データMおよび溶融帯部8の径寸法の
変化分eが順次記憶された状態で、制御手段25をコン
トロールモードにすると、制御手段25は現在の溶融帯
部8の径寸法変化分eN とm回前の径寸法変化分e。
When the control means 25 is set to the control mode with the measurement data M and the change e in the diameter of the melted zone 8 stored in sequence as described above, the control means 25 changes the current change in the diameter of the melted zone 8. minute eN and the change in diameter e from m times ago.

の差ΔeNを演算し、さらにΔeN−Δeoを演算して
Δ2 oNを算出する。このようにしてめられたeN、
△eNおよびΔ2 eNならびに予め設定された定数]
〕、1およびDにより、 ΔyN’=p(ΔeN+IeN+DΔ2 eN)の演算
が行なわれ、制御出力ΔVNがめられる。
The difference ΔeN is calculated, and ΔeN−Δeo is calculated to calculate Δ2oN. eN, which was captured in this way,
△eN and Δ2 eN and preset constant]
], 1, and D, the calculation ΔyN'=p(ΔeN+IeN+DΔ2 eN) is performed, and the control output ΔVN is obtained.

この制御出力ΔVyは制御手段25よりハロゲンランプ
の電力コントローラ28に与えられ、プログラム発生器
27からの基準電力YOに加算されてハロゲンランプの
供給電力Y、’−Y。十ΔVNが出力される。
This control output ΔVy is given from the control means 25 to the halogen lamp power controller 28, and is added to the reference power YO from the program generator 27 to provide the halogen lamp supply power Y,'-Y. 10ΔVN is output.

制御出力Δyが出力された後、演算に用いられた現在の
データずなわら(3N、ΔeN 、Δ2ONおよびYN
が、制御手段25に前回のデータどして記憶される。
After the control output Δy is output, the current data used for calculation (3N, ΔeN, Δ2ON and YN
is stored in the control means 25 as the previous data.

次に、入力する定数の変更があれば定数を入力手段によ
って設定し、再度演算処理が行なわれるが、定数の変更
がない場合にはそのまま次回の演算処理が行なわれる。
Next, if there is a change in the input constant, the constant is set by the input means and the calculation process is performed again, but if there is no change in the constant, the next calculation process is performed as is.

このようにして、ハロゲンランプへの供給電力が溶融帯
部8の径寸法に応じて制御されて与えられる。したがっ
て、作業者が単結晶製造装置につきつきゆで監視する必
要はなく、自動的に無人で単結晶を成長さけることが可
能となる。
In this way, the power supplied to the halogen lamp is controlled according to the diameter of the melting zone 8. Therefore, there is no need for an operator to attend to the single crystal production apparatus and monitor the boiling process, and it becomes possible to automatically and unattendedly grow a single crystal.

ところで、第4図に示したブロック図では、タイミング
パルス発生器18aのほかに、複数個の角度位置におけ
る溶融帯部8の径寸法をめるために、さらに別のタイミ
ングパルス発生器18bJ3よびプリセットカウンタ2
6が設番プられCいる。
In addition to the timing pulse generator 18a, in the block diagram shown in FIG. counter 2
6 is set number C.

このタイミングパルス発生器18bは上述のように1回
転あたり120個のパルス信号をブリセラ]・カウンタ
26に与える。ブリセット力・ウンタ26はパルス信号
をカランl−して、入力手段29を用いて制御手段25
に予め入力されたプリセット値にそのカウント値が達し
たとぎ、出力信号を制御手段25に与える。プリセット
カウンタ2Gのリセットは、上述の原点信号によりリセ
ッI〜される。プリセットカウンタ26がプリレットさ
れた値だけパルス信号をカウントしたとき、タイミング
パルス発生器18bからのパルス(i号は制御手段25
に与えられるが、この信号によってし制御手段25は、
比較手段24で2値化された信号を取込む。したがって
プリセットカウンタ2Gにおけるプリセット値を複数個
設定すれば、原点以外の複数個の箇所で1回転ごとに溶
融帯部8の径3」法の測定データを制御手段25に記憶
させることができる。
The timing pulse generator 18b provides 120 pulse signals per revolution to the Bricella counter 26 as described above. The preset force/counter 26 inputs a pulse signal to the control means 25 using the input means 29.
When the count value reaches the preset value input in advance, an output signal is given to the control means 25. The preset counter 2G is reset by the above-mentioned origin signal. When the preset counter 26 counts the pulse signal by the preset value, the pulse from the timing pulse generator 18b (number i is the pulse signal from the control means 25).
This signal causes the control means 25 to:
The comparison means 24 takes in the binarized signal. Therefore, by setting a plurality of preset values in the preset counter 2G, it is possible to store measurement data of the diameter 3'' method of the molten zone 8 in the control means 25 at a plurality of locations other than the origin for each rotation.

ところで第5図に示すフロー図では明らかではないが、
タイミングパルス発生器18bからのパルス信号に応じ
て原点以外の角度位置で制911手段25が取込むデー
タは、原点信号が与えられたときのデータとは独立に、
n回の値を平均化されe″、e″として制御手段25に
記憶される。制御手段25は、原点位置あるいは他の設
定された角度位置における各e 、 e l 、e I
+・・・を比較し、そのうち変化分すなわちΔe1Δe
′および八〇 JLの最も大きいものを測定径として採
用し、式(1)の演算を行なう。このように複数個の角
度位置で溶融帯部8の径寸法を測定することにより、横
断面視した溶融帯部8が真円でない場合でも、溶融帯部
8の径の変化を迅速に捉えることができ、したがって溶
融帯部8を最適の状態に制御することが可能である。
By the way, although it is not clear from the flow diagram shown in Figure 5,
The data taken in by the control means 25 at an angular position other than the origin in response to the pulse signal from the timing pulse generator 18b is independent of the data when the origin signal is given.
The values of n times are averaged and stored in the control means 25 as e'', e''. The control means 25 controls each of e , e l , e I at the origin position or other set angular position.
+..., of which the change is Δe1Δe
' and 80 JL is adopted as the measurement diameter, and the calculation of equation (1) is performed. By measuring the diameter of the molten zone 8 at multiple angular positions in this way, changes in the diameter of the molten zone 8 can be quickly detected even when the molten zone 8 is not a perfect circle when viewed in cross section. Therefore, it is possible to control the melting zone 8 in an optimal state.

発明の効果 以上のように、この発明によれば、溶融帯部の径寸法を
測定するためのラインセンサと、該ラインセンサの出力
を2値化するl〔めの2値化手段と、溶融帯部の1回転
毎に所定の複数個の角度位置に達したときにタイミング
パルスを発生づるタイミングパルス発生手段と、タイミ
ングパルス発生手段からのパルス信号に応じて、2値化
手段で2値化された測定信号を順次記憶し、各回転毎に
最も変化率の大ぎかった角度位置における溶融帯径寸法
を測定データとして、m (mは整数)回前の測定デー
タと現在の測定データとに基づいて、所定の演算式に従
って演算処理し、該演算結果に基づき前記ハロゲンラン
プへの供給電力を制till−Jる制御手段とを用いる
ため、溶融帯部の径寸法を結晶の成長に最適となるよう
に制御することができ、したがって作業者の煩雑な作業
を解消することができ、はぼ無人で結晶の成長を行なわ
せることが可能となる。また、複数個の角度位置で溶融
帯部の径寸法を測定するものであるため、回転原点と結
晶面との煩雑な位置決めも必要としない。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, there is provided a line sensor for measuring the diameter of the melted zone, a binarizing means for binarizing the output of the line sensor, and A timing pulse generating means generates a timing pulse when a plurality of predetermined angular positions are reached for each rotation of the band, and a binarizing means binarizes the pulse signal from the timing pulse generating means. The measured signals are stored sequentially, and the molten zone diameter dimension at the angular position where the rate of change was the largest for each rotation is used as the measurement data, and the measurement data m (m is an integer) times before and the current measurement data are combined. The diameter of the molten zone is optimized for crystal growth. Therefore, the complicated work of the operator can be eliminated, and crystal growth can be performed almost unattended. Furthermore, since the diameter of the molten zone is measured at a plurality of angular positions, there is no need for complicated positioning between the rotation origin and the crystal plane.

この発明は、双務円形赤外線加熱炉を用いる単結晶製造
に限らず、その他例えば小格円形赤外線加熱炉を用いる
単結晶製造装置にも適用し得るものである。
The present invention is applicable not only to single crystal manufacturing using a dual circular infrared heating furnace, but also to other single crystal manufacturing apparatuses using, for example, a small circular infrared heating furnace.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、この発明が適用される赤外線加熱単結晶製造
装置の一例を示す正面断面図である。第2図は、第1図
に示した赤外線加熱単結晶製造装置の溶融帯部を拡大し
て示ず部分正面図である。 第3図は、この発明の一実施例の椙成を示づ略図的斜視
図である。第4図は、第3図に示した実施例を含む赤外
線加熱単結晶製造装置のブロック図である。第5図は、
第3図および第4図に示した実施例を含む赤外線加熱単
結晶製造装置の全体の動作を説明するためのフロー図で
ある。 1.2・・・回転楕円面鏡、4.5・・・ハロゲンラン
プ、6・・・素材棒、7・・・秤結晶、8・・・溶融帯
部、12・・・ラインセンサ・カメラ、17・・・制御
手段を含むコントローラ、18a、18b・・・タイミ
ングパルス発生器、22・・・ラインセンサ、24・・
・2値化手段としての比較手段、25・・・制御手段。 特許出願人 二チデン機械株式会社 株式会社諏訪精工舎 代 理 人 弁理士 深 見 久 部 (ほか2名) 坑7図 集2図 第30 ] 第S図
FIG. 1 is a front sectional view showing an example of an infrared heating single crystal manufacturing apparatus to which the present invention is applied. FIG. 2 is a partial front view of the infrared heating single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1, without enlarging the melting zone. FIG. 3 is a schematic perspective view showing the construction of an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block diagram of an infrared heating single crystal manufacturing apparatus including the embodiment shown in FIG. 3. Figure 5 shows
FIG. 4 is a flowchart for explaining the overall operation of the infrared heating single crystal manufacturing apparatus including the embodiment shown in FIGS. 3 and 4. FIG. 1.2...Spheroidal mirror, 4.5...Halogen lamp, 6...Material rod, 7...Weighing crystal, 8...Melting zone, 12...Line sensor/camera , 17... Controller including control means, 18a, 18b... Timing pulse generator, 22... Line sensor, 24...
- Comparison means as a binarization means, 25... control means. Patent applicant Nichiden Kikai Co., Ltd. Suwa Seikosha Co., Ltd. Representative Patent attorney Kube Fukami (and 2 others) Pit 7 Diagram Collection 2 Figure 30 ] Figure S

Claims (1)

【特許請求の範囲】 回転楕円面鏡の一方焦点に、熱源として赤外線ランプを
配置し、他方焦点に、素材棒および種結晶を配置して溶
融帯部を形成してなる赤外線加熱結晶製造装置の溶融帯
径の制御方法であって、溶融帯部の径寸法を測定するた
めのラインセンサと、 該ラインセンサの出力を2値化
するための2値化手段と、 前記溶融帯部の1回転毎に所定の複数個の角度位置に達
したときに、タイミングパルスを発生りるタイミングパ
ルス発生手段と、 前記タイミングパルス発生手段からのパルス信号に応じ
て、前記2値化手段で2値化された測定信号を順次記憶
し、各回転毎に最も変化率の人きかった角度位置におけ
る溶融帯径寸法を測定データとして、m (mは整数)
回前の測定データと現在の測定データとに基づいて、所
定の演算式に従って演算処理し、該演算結果に基づき前
記赤外線ランプへの供給電気量を制御する制御手段とを
用いて、 それによって結晶の成長に最適の溶融帯部径を維持させ
ることを特徴とする、赤外線加熱結晶製造における溶融
帯部径の制御方法。
[Claims] An infrared heating crystal production device in which an infrared lamp is arranged as a heat source at one focal point of a spheroidal mirror, and a material rod and a seed crystal are arranged at the other focal point to form a molten zone. A method for controlling a diameter of a melted zone, the method comprising: a line sensor for measuring the diameter of a melted zone; a binarizing means for binarizing the output of the line sensor; and one revolution of the melted zone. timing pulse generating means for generating a timing pulse when a plurality of predetermined angular positions are reached; The measured signals are stored sequentially, and the diameter of the melted zone at the angular position where the rate of change is the most significant for each rotation is measured as m (m is an integer).
A control means performs calculation processing according to a predetermined calculation formula based on the previous measurement data and the current measurement data, and controls the amount of electricity supplied to the infrared lamp based on the calculation result. 1. A method for controlling a molten zone diameter in infrared heated crystal production, the method comprising maintaining a molten zone diameter optimal for the growth of crystals.
JP5559784A 1984-03-22 1984-03-22 Method for controlling diameter of melted zone in preparation of crystal by heating with infrared ray Granted JPS60200888A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103160932A (en) * 2011-12-18 2013-06-19 洛阳金诺机械工程有限公司 Uniform heating device of crucible when crystal materials are machined and method thereof

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103160932A (en) * 2011-12-18 2013-06-19 洛阳金诺机械工程有限公司 Uniform heating device of crucible when crystal materials are machined and method thereof

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