JPS6126520B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は所定の横断面を持つ結晶体の成長に関
し、特にかかる結晶体を成長させる工程の改善に
関する。

結晶体を成長させる工程についてはいろいろな
ものが既に知られている。以下「毛管ダイ工程」
と呼ぶかかる一つの工程は、一般に結晶体が成長
し得る毛管ダイすなわち形成部材を利用する。こ
の工程はいろいろ方法によつて実施することがで
きる。例えば一つのかかる方法は、結晶体がエツ
ジ・デフアインド、フイルム・フエド成長法
（EFG工程としても知られている）により成長さ
れる米国特許第3591348号に記載されている。こ
の方法では、結晶体の横断面形状は毛管ダイ部材
の上端部表面の外形すなわち縁形によつて一部定
められる。この工程は、成長体とダイ部材の上端
部表面との間にはさまれた供給材料の液体膜から
の種の成長を意味し、膜の液体は適当な溶融物の
貯蔵部からダイ部材の一つ以上の毛管を介して絶
えず補充されている。成長体の引上げ速度および
液体膜の温度を適当に制御することによつて、膜
はその表面とダイ部材の側面との交差によつて作
られる上端部表面の全広がりにわたるようにされ
る。（その周辺部に表面張力の影響を受けて）。成
長体は、ダイ部材の上端部表面の縁形に従う膜の
形に成長する。液体膜は外側の縁とダイの上端部
表面の内側の縁とを区別する術を持たないので、
その表面に結晶体に必要な穴と同じ形のめくら孔
を設けるとによつて毛管結晶体に連続孔を成長さ
せることができるが、ただしダイ部材の上端部表
面にあるこのような孔はどれも、表面張力によつ
て孔の回りの膜が孔に詰まらないようにするだけ
大きく作られる。

結晶体を成長させる毛管ダイ工程のもう一つの
例は、米国特許第3471266号に記載されている。
この方法は、結晶体が成長されかつ引き上げられ
る溶融物の柱を有する毛管を定める形成部材すな
わちダイ部材を使用する。毛管の横断面形状によ
り、また毛管に含まれる溶融物の柱の上方端にお
ける熱条件の適当な制御によつて、任意な選択さ
れた横断面形状を持つ選択された材料の結晶体を
成長させることができる。かくて、環状の毛管を
持つ形成ダイ部材を使用することによつて、中空
管を成長させることができる。形成部材は、毛管
が溶融物の貯蔵プールに接続されるように置か
れ、それによつて毛管は自己充填式となる。

前述の２種類のような毛管ダイ工程では、引上
げ速度および温度分布、すなわちダイ部材の上端
部における熱傾度の変化、ならびに固体／液体成
長境界面（成長結晶体が液体膜に接する場所に作
られる）の近くの溶融物における熱傾度の変化
は、成長体の横断面の大きさに影響することがあ
る。引上げ速度を一定に保つのは比較的やさしい
ので、いつたん結晶体が所望の形状に成長した
ら、通常実行することは引上げ速度を適当な速度
に固定するとともに、結晶体が所望の大きさに成
長するように境界面の温度傾度を（加熱速度を調
節することによつて）調節することである。

従つて、温度傾度および引上げ速度を規定の許
容範囲内に保つように、成長体を監視することが
望ましい。くつかの監視装置および方法が知られ
ている。例えば、LaBelleの米国特許第3870477号
に記載される方法は、成長結晶体の毛管ダイ工程
がダイ部材の縁と固体／液体成長境界面との間に
わたる溶融物のメニスカスを有することを特徴と
する事実に基づいている。メニスカスの高さ（お
よびくぼみの程度）は、動作条件の変化と共に変
わることがある。特に重要なことは、メニスカス
の高さが固体／液体成長境界面の領域内にある溶
融物の温度および引上げ速度によつて影響される
こと、ならびに中空管またはムク棒の外径または
平リボンの厚さと幅がメニスカス高さの増加につ
れて減少する（また外部メニスカスの高さが減少
すると同じ直径または幅に増加が生じる）ことで
ある。

1977年３月17日出願の米国特許第4185076号明
細書に記載され、請求された装置は、毛管ダイ工
程の際、メニスカスが識別し得るメニスカス角で
固体／液体／蒸気接合（固体／液体境界面と周囲
の蒸気との交差で作られる接合）において結晶体
に接するという発見を利用してメニスカス高さを
監視する。従つて以下φで表わされる「メニスカ
ス角」とは、メニスカスの表面（液体／蒸気境界
面）と固体／液体／蒸気接合における固体結晶体
の表面とによつて作られる角をいう。一様な寸法
の結晶体が成長する際、すなわち結晶体の引上げ
速度および固体／液体成長境界面付近の温度傾度
が実質的に一定である定常状態の条件の際、結晶
体の表面すなわち固体／蒸気境界面は引上げ軸に
平行である。このような定常状態の条件の際、シ
リコンおよびゲルマニウムのような少なくとも若
干の材料については、「定常状態メニスカス角」
φ_０は材料によりある独自な値で事実上一定であ
ることが判明している（Journal of Crystal
Growth第29巻第１頁〜第11頁（1975年）に記載
されたSurek，T.およびChalmere，Ｂの「溶融
物と接触した結晶表面の成長方向」参照）。

例えばシリコンの場合、定常状態のメニスカス
角は11゜±１゜であるが、ゲルマニウムの場合は
約８゜である。さらに観測されたところによれ
ば、少なくともシリコンの場合、定常状態のメニ
スカス角は、メニスカス高さに変化が生じても結
晶成長速度の約２のオーダーまたはマグニチユー
ドの変化による影響を認められない。

従つて米国特許第9185076号明細書の装置に
は、毛管ダイ工程の際に、定常状態の条件が存在
するとき固体／液体／蒸気接合で作られたメニス
カス表面に事実上垂直な方向に反射された放射線
（結晶体材料が少なくとも一部反射する波長を持
つ）の量について、固体結晶体および固体／液
体／蒸気接合を含むメニスカスの少なくとも一部
を観測する装置がある。反射された放射線に鋭い
変化（すなわちコントラスト）が生じる空間部分
を定めることによつて、またその位置をある基準
の空間位置に参照させることによつて、結晶体が
が引き上げられる速度または溶融物の成長プール
の温度は、鋭いコントラストを示す位置が基準位
置に対して制御されるように保つことができる。
最大のコントラストは接合においてメニスカスの
表面に垂直な角で固体／液体／蒸気接合を観測す
ることによつて得られるが、メニスカス高さ調節
法はメニスカスと結晶体の表面から反射された放
射線により生じる識別し得るコントラストが存在
する限り、垂直から変化するある角度で接合の表
面を観測することによつて達成される。

前述のメニスカス高さ調節法は、縁のない閉形
状（例えば円筒または棒）の成長結晶体、あるい
は安定縁を持つ成長薄板結晶に特に役立つ。

しかし観測されたところによれば、少なくと
も、成長されている結晶体が開放形である場合
（これらの結晶体は対向して配置された縁例えば
平リボンで構成される）、メニスカス高さの比較
的小さな変化は成長結晶体の横断面寸法に、最も
目立つて幅に、比較的大きな変化を作るという。
かくて、加熱または引上げ速度の増加はメニスカ
スの高さを増すとともに、結晶体の横断面寸法、
特に幅を減少させる。逆に、加熱または引上げ速
度の減少はメニスカスの高さを減少するととも
に、結晶体の横断面寸法を増加させる。従つて、
米国同時係属出願に説明されかつ以下に詳しく説
明される装置を用いて、たとえメニスカス高さが
極めて狭い許容範囲内で有効に制御し得るとして
も、少なくとも開放形の場合は、結晶体の横断面
寸法、特に幅の変化が依然として起こり得ること
が判明している。

従つて本発明の一つの目的は、成長結晶体の横
断面寸法が規定の制限範囲となるように結晶の成
長を監視・制御する改良された装置および方法を
得ることである。

本発明のもう一つの目的は、成長結晶体の横断
面寸法が実質的に一定となるように、シリコンの
ような結晶体の成長を自動的に監視・制御する改
良された装置および方法を得ることである。

本発明のもう一つの目的は、米国同時係属出願
第778577号に説明されかつ以下に説明されるメニ
スカス高さ調節装置および方法の利点をすべて有
する結晶体の成長を制御・監視する改良された装
置ならびに方法を得ることである。

本発明のもう一つの目的は、結晶体の横断面寸
法を監視することによつて結晶成長を制御・監視
する改良された方法および装置を得ることであ
る。

成長結晶体の幅を監視する装置が知られてい
る。例えばZwanehburgの米国特許第3449746号
は、炉のるつぼの中で溶融物を加熱する高周波コ
イル発熱体を持つ型式の炉において、結晶体
（Czochralski法により成長されたもの）の成長を
制御する装置を明らかにしている。この種の炉で
は、メニスカスとそれに接する結晶体の位置とを
目で観測するのは、不可能でなくとも困難であ
る。従つて、メニスカスがＸ線スクリーンに対し
て配置され、メニスカス溶融物および結晶体の可
視影像を作るようにされ、かつ成長中の結晶の直
径を測るように適当に較正される炉の部分にＸ線
またはガンマ線のビームが向けられる。溶融物の
温度または引上げ速度の手動調節は、結晶体の直
径に増減が生じるとき行なわれる。代替として、
正しい直径になるとき光電池が適当な制御回路に
よつて高周波コイルに供給される電流または引上
げ速度もしくはその両方も自動制御するように成
長部分のレベルでＸ線スクリーンのうしろに光電
池が置かれる。「光・電気変換器」は、これをＸ
線スクリーンの前に置くことにより、またはスク
リーンが一時取りはずされるときに、光電池の代
わりに使用される。この変換器は既知の方法で配
列されるものとして説明され、かつそれに使用さ
れる制御回路も既知であるが、本特許では変換器
のどのような配列についても、また特定の制御回
路のどのような提案についても触れない。

従つて本発明のもう一つの目的は、相互にかつ
所定の基準位置に関して結晶体の各縁の位置を別
個に、自主的に、そして正確に制御することによ
つて、開放形の結晶体の成長を監視・制御する改
良された正確な方法ならびに装置を得るとであ
る。

本発明のもう一つの目的は、毛管ダイ工程によ
り成長された結晶体の横断面の幅を監視・制御す
る改良された方法および装置を得ることである。

さらに本発明のもう一つの目的は、結晶体の成
長を制御するように複数個の各発熱体を選択制御
する改良された方法および装置を得ることであ
る。

本発明の上記その他の目的は、毛管ダイ工程の
際に、固体の結晶体およびメニスカスのすぐ上の
結晶体の対向配置された２個の各縁で結晶体を越
える目立つバツクグランド、の少なくとも一部を
観測することにより、またある固定基準位置に対
して縁の横方向位置を監視することによつて達成
される。対向縁の相対位置を別個にかつ自主的に
監視することによつて、結晶体が引き上げられる
速度または適当な熱条件は、成長結晶体の横断面
寸法が制御されるように保つことができる。

本発明の他の特徴および特定の詳細は、図面と
共に考えるべき下記の詳細な説明に示されてい
る。

第１図から毛管ダイ工程による開放幾可形状の
結晶体を成長させる型式の炉１０は、適当に支持
されたるつぼ１２を備えている。るつぼ１２には
結晶体１６が成長すべき結晶溶融物１４があり、
溶融物は１個以上の発熱体１８によつて所定の温
度に保たれている。図示された炉の型式では、発
熱体には主るつぼ発熱体１８Ｄ、表面発熱体１８
Ｃ（第１図では断面が、第５図では実体が示さ
れ、るつぼ１２の表面に水平にわたつている）、
および端部発熱体１８Ａと１８Ｂ（第５図で実体
が示される、るつぼ１２の端または頂部に水平に
わたつている）がある。適当な毛管ダイすなわち
形成部材２０は、ダイ部材の下部２４が溶融物１
４の中に入る一方、ダイ部材の上部２６が板２２
の上に出るように、るつぼ１２の上に置かれる板
２２によつて支持される。毛管ダイ部材２０は図
示のとおり、前述の米国特許第3591348号に詳し
く記載されたEFG工程に使用されるダイ部材の
型式に類似している。一般に、結晶体１６の断面
形状は、ダイ部材２０の上方端すなわち上端部２
６の外形すなわち縁の形によつて縁の形によつて
定めれる。例としては、ダイは開放幾何設計の薄
平形リボンを成長させるように設計することがで
き、この場合第１図はダイの側縁図を表わすもの
と考えられ、実際のリボンの寸法はもつと水平方
向に延び、すなわちリボンの幅は図面に対して垂
直である（第５図参照）。このようなダイ部材
は、平リボンが成長されるとき、リボンのより長
い寸法の側が一般平面に平行に置かれるように向
けられること望ましく、その場合表面発熱体１８
Ｃは一般にダイ部材の上部２６の表面を横切る一
様な熱を与えるように置かれる。同様に、端部発
熱体１８Ａと１８Ｂ（第５図）は、いずれもそれ
ぞれの発熱体に隣接するダイ部材の上部２６の上
縁とメニスカス膜の部分に対して熱が与えられる
ように、ダイ部材の上縁の対向縁に置かれる。か
くて、発熱体１８は固体／液体境界面３６に近に
メニスカスを形成する溶融物におけるダイ部材の
上部を横切る温度分布を制御するのに用いられ
る。

第２図にもつと詳しく示されるとおり、ダイ部
材２０には少なくとも１個の毛管２８があり、ダ
イ部材２０の上部と結晶体１６との間に作られる
メニスカス膜２９は結晶体１６が引き上げられる
につれて溶融物１４のたまりから絶えず補充され
るようなつている。結晶体１６は引き上げ機構３
２によつて、引き上げ軸に沿い定速で引き上げら
れる。定常状態の条件においてメニスカスの温度
をもつと一様にするため、ダイ部材２０の回りの
板２２の上に複数個の薄い放射線シールド３４が
備えられ、それによつて溶融物１４の温度が一様
に保たれる。

第２図にもつと詳しく示されるとおり、膜１９
のメニスカス３０は、順次固体／液体／蒸気接合
３８を形成する固体／液体境界面３６で結晶体１
６と交わる。前述のとおり、定常状態の条件では
（結晶体１６が定速で引き上げられかつ溶融物内
の温度分布が事実上一定であり、したがつて断面
寸法が事実上一定となるようなとき）、固体／蒸
気境界面４２、すなわち結晶体１６の表面が引上
げ軸４０に平行である。境界面４２を延長するこ
とによつて、メニスカス角φが図示のような接合
３８でメニスカス３０の表面に対して作られる。

米国特許第4185076号明細書のメニスカス高さ
調節装置を用いると、固体／液体／蒸気接合３８
を含む。結晶体１６とメニスカス３０との少なく
とも一部は、定常状態の条件の下で接合に作られ
たメニスカスの表面に垂直な角度で観測される。
したがつて、第１図の炉１０は、対応する窓４６
を備えかつ結晶体とメニスカスの一部が観測軸４
８に沿つてこの角度で見られるように置かれた１
個以上の観測口４４を備えている。引上げ軸４０
が垂直であるので観測軸は引上げ軸に対して定常
状態のメニスカス角φ_０の補角となるように向け
られるのが望ましいことが認められると思う。か
くて、シリコンが成長すべき炉の場合、各観測口
４４はその観測軸４８が水平に対し約11゜の角度
でまたは逆に引上げ軸に対し約79゜の角度でメニ
スカスに交わるように置かれる。すなわち固体／
液体／蒸気接合３８でコントラストの鋭い変化に
よつて作られる境界線は、その線がダイ部材２０
の上部のようなある固定基準位置に移動するかど
うかを知るために、対応する軸４８に沿つた口４
４の１個以上に備えられる適当な検出装置すなわ
ちセンサ５０によつて観測することができる。移
動が生じると、結晶体１６が引き上げられる速度
または溶融物１４の成長プールの温度は、固体／
液体／蒸気接合３８を示す境界線がその正しい位
置に戻るように調節される。

即ち、第１図に於いて、溶融物１４の成長プー
ル２９の温度を制御するため、端部発熱体１８Ａ
を制御線１１１を介して選択的に制御し固体／液
体／蒸気接合３８を示す境界線が正しい位置に戻
るように調節される。

第１図および特に第２図に示されるとおり、セ
ンサ５０には冷たい管５１（これは冷却液を流す
ことによつて冷却されることが望ましい）の中の
適当に置かれかつ観測軸４８に沿つて置かれるレ
ンズ５２がある。代替として、レンズ５２は光学
軸４８に沿つて炉の外側に置くことができる。レ
ンズ５２は影像面５３において結晶体１６とメニ
スカス３０の少なくとも１部の影像を作る。レン
ズは、所望の解像度および制御精度により結晶体
１６とメニスカス３０の部分影像の任意な所望倍
率を与えるように設計される。倍率２のレンズが
良いことが判明しているが、どのような場合でも
倍率１〜５を与えるレンズも同等にに良好であ
る。また各センサ５０には、固体／液体／蒸気接
合３８の垂直位置を観測するため影像面５３に対
して位置ぎめされる装置がある。

第２図から、接合３８を観測する装置には、観
測軸４８に対して垂直な方向にかつ影像面５３と
同平面内に、一般に垂直に置かれる線形アレイの
形で配置される複数個の放射線検出器５４があ
る。検出器５４はおのおの電気出力信号を出す型
式のものであり、その信号の大さは検出器で受信
される所定の波帯内の放射線の量に比例する。検
出器５４が検出する波帯には、結晶体１６とメニ
スカス３０が少なくとも一部反射する放射線が含
まれる。したがつて認められると思うが、本発明
の動作に必要な反射放射線の波帯の反射放射線の
量は、検出器５４の感度およびそれぞれの波長に
おける結晶材料の反射率に一部左右される。例え
ば、シリコンは高い反射率、すなわち0.5μで約
38％を示す。0.5μで放射線を検出する検出器を
使用することによつて、接合３８の位置は検出器
で受信される0.5μにおける放射線の量の不連続
な変化についてその位置を観測することによつて
確認される。このような検出器は市販で入手しう
る。例えば、カリフオルニア州マウンテン・ビユ
ーのフエアチヤイルド・カメラ・インストルーメ
ント・コーポレーシヨン製のCCD―110システム
のような「リニヤーイメージング・デバイス」
（LID）または「リニヤーイメージング・セン
サ」（LIS）が使用される。

一つの代替実施例では、レンズ５２はコヒレン
トな光学フアイバ束５７（第６図に実体図が示さ
れる）によつて置き替えられ、それによつて束の
各フアイバは一端に受けた放射線の量をその他端
に送る。束の各光学フアイバの後者の端は、検出
器５４の対応端に隣接して置かれることが望まし
い。

本好適実施例では、結晶体１６の成長を制御す
る装置と共に接合３８の垂直位置を観測する装置
が、第１図に示されるメニスカス高さ調節装置５
５の形で与えられる。

第３図から、メニスカス高さ調節装置の好適な
回路が、一般に検出ユニツト６０と呼ばれる
CCD―110システムを含むものとして示されてい
る。検出器５４のほかに、検出ユニツトには個個
の検出器の出力値を同時に蓄えるアナログ・シフ
ト・レジスタ（図示されていない）があり、これ
らの個々の検出器はすべて放射線を同時に検出す
るものである。ユニツトには自らのクロツク回路
があり、または代替としてクロツク６２は図示の
ように備えられる。ユニツト６０は４個の対応す
る出力端子から４個の出力信号を出す。第１出力
信号は以下トランスフア・パルスθ_Aと呼ぶ。第
２出力は以下クリア・パルスまたはリセツト・パ
ルスθ_Bと呼び、θ_Aに続いて与えられる。両パル
スは第４図のタイミング図に示されている。第２
出力パルスのあと、ユニツトはクロツク信号すな
わちストロープ信号θ_S（これは１組のパルスで
ある）およびビデオ出力信号を出すが、これらの
信号はいずれも第４図のタイミング図に示されて
いる。第４図は連続信号として示されるビデオ信
号は、実際には、アナログ・シフト・レジスタに
蓄えられる対応する検出器の出力を表わす１組の
パルス・アナログ信号である。しかし、信号の振
幅は極性が負であり（CDバイアスがないものと
する）、それぞれの検出器によつて検出される放
射線の強さに比例する。かくて、DCバイアスが
ないものとすれば、信号の振幅は放射線がないと
ゼロになり、かかる放射線があるとき放射線の強
さに比例する負の振幅となる。例として、第４図
に示されるとおり、21番目のクロツク・パルスが
与えられると、ビデオ信号の振幅は21番目の検出
器によつて検出される放射線の量に相当する。同
様に、22番目のクロツク・パルスの時間に生じる
ビデオ信号の振幅は、22番目の検出器によつて検
出される放射線の量に相当する。ユニツト６０の
ビデオ出力は比較器６４の正入力に接続される比
較器６４の負入力は調節式DC電圧源に接続され
る。このDC電圧源は比較器の限界レベルを与え
る。一般に、比較器６４の出力は、正入力の電圧
がその負入力の限界電圧より低い限り、低すなわ
ち負の論理状態にある。しかし、比較器６４の出
力はその正入力の電圧がその負入力の基準位置
（限界レベル）を越えるとき、高すなわち正の論
理状態に変わる。

クロツク信号θ_Sを受ける入力を持つワン・シ
ヨツト６５の出力は比較器６４のストローブ入力
に接続されるので、比較器６４はビデオ出力の各
パルス信号の振幅を基準電圧と比較するだけであ
る。比較器６４の出力はＪ―Ｋフリツプ・フロツ
プ６６のクリア入力すなわちリセツト入力に接続
され、フリツプ・フロツプ６６のセツト入力はユ
ニツト６０からθ_B出力パルスを受けるようにさ
れる。一般に、フリツプ・フロツプ６６はθ_Bパ
ルスがそのセツト入力に受信されると、そのＱ出
力７０は論理の高い状態（正電圧）になる。リセ
ツト入力が比較器６４の出力から正の電圧パルス
を受信するまでＱ出力は高い状態を保ち、受信す
ると同時にフリツプ・フロツプのＱ出力は論理の
低い状態（ゼロまたは負の電圧）になり、次のθ
_Bパルスがリセツト入力に受信されるまでその状
態を保つであろう。フリツプ・フロツプ６６のＱ
出力７０およびユニツト６０のクロツク出力は、
アンド・ゲート７４の２個の入力に接続される。
アンド・ゲート７４は、その２個の入力が高レベ
ルである限り高論理状態の出力を出し、さもなけ
れば出力は低論理状態である。ゲート７４の出力
はスケーラ７６の入力に接続される。スケーラに
クリア入力７８とトランスフア入力８０があり、
それぞれはユニツト６０からのクリア・パルスθ
_Bおよびトランスフア・パルスθ_Aを受けるように
接続される。スケーラは一般に技術的に良く知ら
れており、例えばスケーラ７６は２進出力を与え
る周波数計数器であることができる。一般にスケ
ーラ７６は、ゲート７４がフリツプ・フロツプ６
６のＱ出力によつて駆動されるときゲート７４の
出力から受けるクロツク信号のパルス数をカウン
トする。この数は、トランスフア・パルスθ_Aが
スケーラ７６のトランスフア入力８０で受信され
ると、ラツチ８２にジヤム転送される。

ラツチ８２は一般に、スケーラからの更新が受
信されるまで、スケーラから与えられるこの信号
を保持する。したがつてラツチ８２は、レジスタ
またはそれと同様な装置であることができる。ラ
ツチ８２のデイジタル出力は、デイジタル―アナ
ログ変換器８４によつてアナログ信号に変えられ
る。変換器８４のアナログ出力は、増幅器８６に
よつて整えられるスイツチ８８への信号である。
増幅器８６には加算増幅器９０があり、その一つ
の入力は変換器８４の出力を受けるように接続さ
れ、他の入力は増幅器９０の出力はゼロ・ボルト
まで手動でゼロ調節できるように可変電圧源９２
に接続される。加算増幅器９０はその入力の二つ
の電圧信号を加算するとともに、手動調節式利得
を持つ制御器９４の入力に特定の信号レベルの出
力を与える。制御器９４は本質的にその入力に比
例する出力信号を与えるが、その比例係数は利得
のセツト状態に左右される。制御器９４の出力は
スイツチ８８の自動端子９６に接続され、手動端
子９８は地気に接続される。スイツチ８８の共通
端子は第２加算増幅器１００の一つの入力に接続
される。加算増幅器１００の他の入力は電圧を変
えるための手動調節式電圧源１０２に接続され、
その出力はSCR制御器１０４の入力に接続され
る。SCR制御器１０４は、発熱体特に第１図に
示される表面発熱体１８Ｃを制御するのに適当な
電圧を与えるように、その入力に比例する出力を
作る。

一つの代替実施例では、スイツチの共通端子
は、ペンシルバニア州ノース・ウエールスのリー
ズ・アンド・ノースラツプ社製エレクトロマツク
スのような制御器の加算接合部に接続される
が、他の制御器は使用できない。このような制御
器の加算接合は、増幅器８６、るつぼ１２の中に
置かれる（また制御すべき溶融温度を測定するた
めにダイ部材２０の上端部２６の近くに置かれる
ことが望ましい）熱電対、および電圧バイアス式
手動調節ポテンシヨンメータのような手動制御装
置から与えられる信号、の出力を加算するのに利
用される。

動作の際、メニスカス高さ制御装置５５と共に
センサ５０は、軸４８に沿つて定常状態のメニス
カス角でメニスカス３０を観測するように、口４
４に対して正しく置かれる。シリコンが成長され
ている場合、軸４８は水平に対して11゜に置かれ
ることが望ましいが、ゲルマニウムは水平に対し
て約８゜に軸を向けることを要求する。結晶が成
長するにつれて、モニタ装置はダイ部材２０の上
部のようなある固定位置に対して固体／液体境界
面３６の位置を絶えず監視し、制御するように設
計されている。第４図のタイミング図から、供給
される第１パルスはトランスフア・パルスθ_Aで
ある。あとでさらに明らかになると思うが、トラ
ンスフア・パルスは前のスキヤンからのスケーラ
７６内にある値をラツチ８２にジヤム転送する。
次のパルスθ_Bは次のスキヤンでスケーラ７６を
クリアにし、かつフリツプ・フロツプ６６のＱ出
力が高レベルになつてゲート７４が駆動されよう
にフリツプ・フロツプ６６をリセツトする。前述
のとおり、検出器５４で受けた放射線の量を表わ
す信号は同時に検出ユニツト６０のアナログ・シ
フト・レジスタに蓄わえられ、引き続いてパル
ス・アナログ・ビデオ出力信号の組として供給さ
れる。スケーラ７６がクリアにされると、クロツ
ク・パルスθ_Sはアナログ・シフト・レジスタか
らシフトされた各ビデオ・パルス用に供給され、
かつユニツト６０のビデオ出力で供給される。こ
れらの各クロツク・パルスは、アンド・ゲート７
４が駆動される限り、スケーラ７６でカウントさ
れる。ビデオ信号の振幅は、比較器６４の負入力
でセツトされた限界レベルに絶えず比較される。
若干の反射された放射線が結晶体１６から反射れ
た放射線を受けるように置かれる検出器によつて
受けられるので、ビデオ信号の対応部分の振幅は
比較器６４の出力がゼロに保たれるように限界レ
ベル以下となり、Ｑ出力７０は高レベルに保た
れ、ゲート７４は駆動状態に保たれ、そしてスケ
ーラ７６はクロツク・パルスのカウントを続ける
であろう。

反射された放射線の実質的に減少された量が、
観測軸４８に沿つて見た結果として、接合３８の
すぐ下に与えられる。したがつてユニツト６０の
システム信号の振幅は上昇し始める。理論的には
この信号の振幅はほとんど瞬間的に増大するはず
であるが、実際にはこうならないのが普通であ
る。その代わり第４図に示されるとおり、振幅は
ストロープ信号の次の数個のパルスにわたつて増
大する（これは検出された放射線の減少を示す）
が、その理由として(1)使用レンズに色収差のよう
な光学欠陥があり得ること、(2)窓４６が光学装置
内に置かれるとき多重部反射のような反射が光学
装置内に生じ得ること、および(3)検出器が問題の
反射放射線として検出する他のソースから若干の
放射線散乱が存在することなどがあげられる。か
くて、例として第４図に示されるとおり、ビデオ
信号の振幅が変化し始めるようにt1で変化が生じ
る。ビデオ信号の振幅がt2で限界レベルを越える
と、比較的６４の正入力における信号の振幅は比
較器の出力がゼロまたは負の電圧から若干正の電
圧に変わるように限界レベルを越えるであろう。
フリツプ・フロツプ６６のリセツト入力に与えら
れる電圧の正進行推移により、Ｑ出力７０は高レ
ベル状態からアンド・ゲート７４を駆動しない低
レベル状態になるであろう。いつたんアンド・ゲ
ート７４が駆動を止められると、スケーラ７６は
ストローブ・パルスのカウントを中止するであろ
う。タイミング図に示される例では、このカウン
トは前の26個のストローブ・パルスに相当する26
となるであろう。ビデオ信号は、検出ユニツト６
０の全アナログ・シフト・レジスタがからになる
まで続くであろう。たとえビデオ信号の振幅が比
較器６４の限界レベル以下に降下しても境界面が
検出されると、比較器の出力はゼロまたは負の値
になつて、フリツプ・フロツプ６６のＱ出力７０
は低レベル状態に保たれ、アンド・ゲート７４は
非駆動状態に保たれるであろう。

ビデオ信号が終つてから（すべての検出器を表
わす値が得られると）、トランスフア・パルスθ_A
がスケーラ７６のトランスフア入力８０に給され
て、スケーラ７６からラツチ８２へ２進の形の値
がジヤム・トランスフアされる（第４図の例では
この値は26である）。ラツチ８２は、（アナログ・
レジスタから逐次与えられる読みの組の）次のス
キヤンが終りかつスケーラ７６の出力から更新が
得られるまで、この値を保持するであろう。ラツ
チ８２の値はデイジタル信号であり、デイジタル
―アナログ変換器８４の入力に加えられる。変換
器８４のアナログ出力は増幅器８６によつて整え
られ、形成され、かつスイツチ８８を通して加算
増幅器１００に加えられる。固体／液体／蒸気接
合３８がその正しい位置にあるならば、加算接合
の出力、すなわち制御器１０４の出力は発熱体に
加えられる信号が実質的に一定であり、かつ成長
境界面の温度傾度が所望の値に保たれるようなも
のである。最初に制御装置を使用するとき、スイ
ツチ８８はまず位置９８（地気）にセツトされ
て、SCR制御器および発熱体のみがポテンシヨ
メータ１０２の調節に応動する。引き上げ機構３
２を始動させることによつて定常状態の成長が得
られるが、ポテンシヨメータ１０２は発熱体の電
力を減少するように調節される。定常状態の成長
が得られると、引上げ速度および固体／液体境界
面３６の位置は一定になるであろう。次にゼロ・
ボルトが点９６に現われるように電圧源９２が調
節される。次にスイツチ８８は自動に切り替えら
れ、それによつて自動制御回路が接続される。最
初、両端子９６を９８は同じ電位、すなわち地気
であるので、何も起こらない。しかし装置の動揺
により境界面の位置が次第に上下するならば、信
号は自動的に端子９６に供給され、最初に選択さ
れた固体／液体境界面の位置まで修正されるよう
になるであろう。

装置はアナログ・レジスタ内の値のスキヤンを
絶えず繰り返し、したがつて周期的に更新が行な
われる。スケーラ７６においてカウントされたパ
ルス数の変化がアンド・ゲート７４の駆動を止め
られるときに生じる場合は、新しい値がラツチ８
２にジヤム転送され、変換器８４のアナログ出力
が増幅器１００の入力により大きな信号またはよ
り小さな信号を供給して、溶融物に加えられる熱
を昇降させるように制御器１０４に対する信号を
変化させるであろう。

上記の装置はメニスカス高さを有効に調節する
のに役立つ。この装置は特に、閉鎖形状たとえば
円筒または棒の形をした縁を持たない結晶体の成
長、あるいは安定した縁を持つ平らなシート結晶
の成長に役立つ。これらの場合に、結晶体の厚さ
を維持することが最も大切なことであり、制御さ
れる発熱体はダイ上部の周辺で普通等しく有効で
ある。代替として、厚さは引上げ速度を制御する
とによつて制御し得る。しかし平リボンのような
開放形状の結晶体の成長を観察したところでは、
リボンの縁の位置が維持されるべき場合、ダイン
の端付近の温度制御が極めて大切である。一つの
例として、定常状態の成長の間、結晶体の一つの
縁はダイ部材の上部の一つの縁から退くが、結晶
体の他の縁はダイ部材の上部の他の縁にかぶさる
ことが多い。一つのダイの上部縁における温度を
下げると結晶体の縁が退かなくなるが、ダイの上
部縁における温度を上げるとリボン縁のかぶさり
が止まる。この温度制御を得るために、特殊な端
部発熱体は開放形の結晶体を成長させるのに使わ
れる装置の設計に組み込まれるのが普通であつ
た。本発明により、ダイ部材２０の上部２６およ
びメニスカスにおける温度分布を制御するために
なるべく固体／液体境界面の近くで、特にリボン
の縁が成長される領域で、結晶体の断面寸法を監
視する縁制御・監視装置が備えられる。

この装置には、結晶体の成長を制御するよう
に、定常状態の成長の間における各縁の絶対位置
と共に、他のおのおのに対する結晶体１６の垂直
縁の相対位置を監視する装置が含まれる。

特に第５図および第６図から固体／液体境界面
３６のすぐ上の結晶体１６の少なくとも対向縁部
分１１０Ａと１１０Ｂの影像は、第１図で４４に
よつて示される型式の適当な観測口に備えられる
それぞれの縁制御センサ５０Ａと５０Ｂによつて
観測される。センサ５０Ａ，５０Ｂは、メニスカ
ス高さ監視・調節装置に用いられるセンサ５０と
同じであるが、ただし各センサ５０Ａと５０Ｂの
放射線検出器５４は、それぞれの影像面５３Ａお
よび５３Ｂと同一平面の、対応する観測軸４８Ａ
ならびに４８Ｂに垂直な、一般に水平方向にリニ
ア・アレイとして配列されることが望ましい。

各縁監視・制御装置の好適な制御回路は第３図
に示される回路と同じであるが、ただし比較器６
４に対する入力端子接続は負入力端子に接続され
るユニツト６０の出力および正入力に接続される
可変DC基準信号によつて逆にされる。入力端子
接続の逆転は、検出器５４が配列されてそれによ
り各検出器で受ける放射線を表わす値、ならびに
検出ユニツト６０のアナログ・シフト・レジスタ
に蓄えられる値がバツクグランドから縁部分１１
０Ａを通つて結晶体へ（第６図で左から右へ示さ
れる）縁制御センサ５０Ａの検出器５４によつて
受信される放射線、およびバツクグランドから縁
部分１１０Ｂを通つて結晶体へ（第６図で右から
左へ示される）センサ５０Ｂの検出器５４によつ
て受信される放射線に逐次対応するように、備え
られる。いずれの場合もバツクグランドに対応す
るパルスで始まることが望ましいが、その理由は
これが結晶体１６に対応するレジスタで順序を開
始するよりも安定した動作を与えるからである。
このようにバツクグランドに対応する影像面５３
Ａと５３Ｂで受けた影像の部分は暗くなるであろ
うが、メニスカスのすぐ上にある結晶体の部分が
冷却される前に依然として光と熱を照射すること
により、影像面にある結晶体１６の部分は明るく
なるであろう。

第８図は連続信号として示される、各監視セン
サ５０Ａと５０Ｂのユニツト６０のビデオ信号出
力は、したがつて、対応する検出器の出力を表わ
す１組のパルス・アナログ信号であり、その信号
は比較的暗いバツクグランドの部分に対応する比
較的小さな負（またはゼロ）振幅を有し、また観
測される結晶体の部分に対応する比較的大きな負
振幅をするであろう。したがつて第８図に示され
るとおり、アナログ信号の負振幅は、観測される
結晶体の蒸気／固体接合によつて作られる縁部分
１１０で増大する。一般に、比較器６４Ａは、負
入力の電圧がその正入力の限界電圧より大きい
（より多い正である）かぎり低レベルすなわち負
論理状態にある出力を与える。しかし比較器６４
Ａの出力は、その負入力の電圧がその正入力の基
準電圧以下に降下するとき高レベルすなわち正論
理状態に変わる。このように、比較器６４Ａの出
力は、縁部分の位置の関数である変換器８４から
のアナログ出力を与えるためにメニスカス高さ監
視・調節装置について前に説明したのと同様に図
示される制御論理で使用される。しかし図示のと
おり、アナログ信号の増大は、観測される縁部分
が定常状態の位置から（ダイ部材の中央に向つ
て）退くときに生じるであろう。この状況におい
ては、制御される特定の発熱体に電力の増大を与
えることが望ましい。加算増幅器９０Ａはしたが
つて、変換器８４からのアナログ入力信号を反転
させるインバータを含むように第３図に示される
増幅器９０から変形される。かくて、定常状態の
間に与えられる値から変換器８４の出力が増大す
ると、制御される発熱体への電力を減少するよう
に、増幅器９０Ａからの負進行出力信号が与えら
れるであろう。同様に、定常状態の間に与えられ
値から変換器８４の出力が減少すると、制御され
る発熱体への電力を増加するように正進行出力が
与えられるであろう。

動作の際、縁制御センサ５０Ａと５０Ｂはおの
おの、観測口４４に対して正しく置かれ、それぞ
れ対応する観測軸４８Ａと４８Ｂに沿つて対向す
る縁部分１１０Ａと１１０Ｂを観測するようにな
つている。監視によつて抵抗加熱炉にある結晶体
の成長を制御しようとする場合、センサ５０Ａを
含む装置に応動するSCR制御器１０４の出力は
端部発熱体１８Ａに接続されることが望ましく、
またセンサ５０Ｂを含む装置に応動するSCR制
御器１０４の出力は端部発熱体１８Ｂに接続され
ることが望ましい。結晶は成長しているので、監
視装置は定常状態の成長の間に各縁の絶対位置に
対するとともに相互に各縁部分１１０Ａと１１０
Ｂの水平位置を絶えず監視し、制御するように設
計されている。第８図のタイミング図から、第７
図の縁監視・制御装置の回路の動作は第３図に示
されるメニスカス高さ調節装置の回路の動作とほ
とんど同じである。特に、トランスフア・パルス
θ_Aは前のスキヤンからのスケーラ７６にある値
をラツチ８２にジヤム転送するために供給され
る。次にクリア・パルスθ_Bは次のスキヤンのた
めにスケーラ７６をクリアにしかつフリツプ・フ
ロツプ６６をセツトして、フリツプ・フロツプ６
６のＱ出力７０を高レベルにし、アンド・ゲート
を駆動させる。検出器５４が受ける放射線の量を
表わす信号は、同時に検出ユニツト６０のアナロ
グ・シフト・レジスタに蓄えられるとともに、引
き続き１組のパルス・アナログ・ビデオ出力信号
として供給される。バツクグランドを表わすビデ
オ信号の部分がまず供給されるので、比較器６４
の負入力に加えられるビデオ信号の値は、フリツ
プ・フロツプ６６のリセツト入力が低レベルに保
たれるように正入力端子の入力よりも大きくなる
であろう。こうしてアンド・ゲート７４が駆動さ
れると、各クロツク・パルスθ_Sはビデオ信号が
限界レベル以下に降下するまでスケーラ７６にク
ロツクされるであろう。これは、バツクグランド
と結晶体との間のコントラストに鋭い変化が生じ
る場合にそれぞれの縁部分１１０に生じるであろ
う。放射線のこの増加によつて、ビデオのアナロ
グ信号はもつと負になり、かつて図示のとおり限
界レベルのセツテイング以下に降下する。これ
は、バツクグランドと結晶体との間の放射線の急
変によつてバツクグラウンドと結晶体の縁との間
のコントラストの鋭い変化が生じる場合、影像の
このような部分に対して生じるであろう。放射線
のこの増加によつて、ビデオ出力のアナログ信号
は比較器６４の限界レベル以下に降下して、比較
器６４の出力はフリツプ・フロツプ６６のＱ出力
が低レベルになつてアンド・ゲート７４を非駆動
するように、フリツプ・フロツプ６６をリセツト
しながら比較器６４の出力を高レベルにする。こ
れで特定のスキヤンに対するスケーラのカウント
は終る。トランスフア・パルスθ_Aはスケーラの
カウントをラツチ８２にジヤム転送するが、ラツ
チはさらにデイジタル―アナログ変換器８４にデ
イジタル信号出力も供給する。変換器８４の出力
は前述の方法で整えられ、形成され、そして反転
され、さらにスイツチ８８を通して加算増幅器１
００に加えられる。くて、ダイ部材の上部端およ
びメニスカスの、特に結晶体の縁が成長している
場合ダイ部材の上部端の側縁付近の領域で、温度
分布を維持する制御動作が取られるが、これは縁
部分を固定させておくのに適している。

定常状態の成長を与える各制御器１０４の出力
の所望電力レベルをセツトするために、二つの縁
監視・制御装置用スイツチ８８は最初端子９８を
通して地気に手動位置で接続される。発熱体１８
（特に表面発熱体および端部発熱体１８Ａ，１８
Ｂおよび１８Ｃ）の電源入力を減少させる一方、
引き上げ機構３２によつて結晶体を引き上げ始め
ながら、ダイ部材の上部端で種結晶を溶融物と接
触させることによつて、成長が開始される。加算
増幅器１００からの出力は、増幅器の入力で特定
電圧源１０２からに信号を表わすであろう。いつ
たん所望の定常状態成長条件が得られると、増幅
器８６の出力は電圧源９２を調節することによつ
てゼロすなわち地気レベルまで移動式にオフセツ
トされ、スイツチ８８は増幅器の出力を接続する
ために加算増幅器１００に切り替えられる。これ
は二つの縁制御装置について行なわれる。次にこ
の装置は、前述の方法で自動的に動作し始める。
すなわち、結晶体のいずれかの縁部分１１０が端
部発熱体１８Ａまたは１８Ｂから離れてダイの縁
から退くとき、ダイの上部端の縁付近におけるダ
イ上部および溶融物の温度はあまりにも高く、当
該端部発熱体の電力減少が生じるであろう。同様
に、結晶体のいずれかの縁部分１１０が定常状態
位置からダイ部材の上部端の縁および端部発熱体
に向つて出ているとき、温度は所望温度以下であ
りかつ電力の増加が端部発熱体に供給される。結
晶体がダイ上部の上を水平に移動するならば、一
つのセンサはダイの縁から退く縁部分を見る一
方、他のセンサは隣りのダイ縁に向つて出る縁部
分を観測するであろうことが認められる。この状
況では、第１センサと組み合わされる装置は隣り
の端部発熱体に与える電力を減少させる一方、他
のセンサと組み合わされる装置は他の端部発熱体
に与える電力を増加させるであろう。

端部発熱体１８Ａがセンサ５０Ａ（以下左縁セ
ンサと呼ぶ）を含む装置によつて制御されかつ端
部発熱体１８Ｂがセンサ５０Ｂ（以下右縁センサ
と呼ぶ）を含む装置によつて制御される場合、表
面発熱体１８Ｃを制御することは、たぶん、二つ
の端の任意な温度差を制御するのに用いられる端
部発熱体と共にダイ上部に実質的に一定の熱を与
えるので必要ではない。成長されている結晶体が
開放型である場合は、上述の縁制御法はときどき
人間の介入によつて１時間までは自動制御を与え
ることが判明している。通常この介入は、表面発
熱体１８Ｃまたは引上げ速度に加えられる電力の
自主調節を行なう形をとる。

結晶体１６の成長をさらに大きく制御するため
には、したがつて、表面発熱体１８Ｃをも制御す
ることが望ましい。これは、たとえば(1)第９図に
示されるような縁制御装置およびメニスカス高さ
調節装置の両方を使用すること、(2)端部発熱体だ
けでなく第１０図に示されるような表面発熱体を
も制御する左右両縁の監視・制御装置を使用する
と、または(3)第１１図に示されるような縁制御器
の一つだけによつて制御される表面発熱体と共に
「不平衡」制御装置を使用することによつて、達
成することができる。

特に第９図から、左縁センサ５０Ａと右縁セン
サ５０Ｂはそれぞれ左右の縁部分１１０Ａと１１
０Ｂの水平位置を観測するが、メニスカス高さセ
ンサ５０Ｃは境界線３６の中央部付近でメニスカ
ス２９の固体／液体境界面３６の垂直位置を観測
する。前述のとおり各監視・制御装置は、観測さ
れていて引き続きアナログ信号に変換されかつ特
定の増幅器８６に加えられる特定位置を示すパル
ス・カウントに変換される）１１８で一般に示さ
れるような）ビデオ信号を供給する。いつたん定
常状態の成長が得られると、各増幅器８６の出力
はスイツチ８８を通して加算増幅器１００に加え
られる。かくて増幅器１００Ａ，１００Ｂおよび
１００Ｃの出力は対応するSCR制御器１０４
Ａ，１０４Ｂおよび１０４Ｃに加えられるが、こ
れらはさらに対応する端部および表面発熱体１８
Ａ，１８Ｂならびに１８Ｃにそれぞれの調整済の
電力レベルを供給する。

第１０図に示される実施例から、第９図の実施
例がメニスカス高さセンサ５０Ｃおよび制御回路
に組み合わされる部分１１８Ｃを削除することに
よつて簡潔化され、各増幅器８６Ａおよび８６Ｂ
の出力（加算増幅器１００Ａならびに１００Ｂの
入力で得られる）はそれぞれ加算増幅器１２０の
三つの入力二つに加えられる。加算増幅器１２０
の第３入力は、可変基準電圧源１２２から信号を
受ける。加算増幅器１２０は三つの入力に得られ
る信号を加算し、合成信号を低域遅延装置１２４
に加える前に増幅する。遅延装置１２４は、その
出力を受けるように接続されたSCR制御器１０
４Ｄが二つの増幅器８６Ａと８６Ｂの信号出力に
ある変動誤差を感じなくするように備えられる。
なるべく、遅延装置は増幅器１２０の信号出力に
ある誤差をならすように積分器の形をとることが
望ましい。遅延装置１２４の出力は、さらに表面
発熱体１８Ｃに電力を供給するSCR制御器１０
４Ｄに加えられる。動作の際、スイツチ８８Ａと
８８Ｂはいずれも手動位置に、すなわち端子９８
Ａと９８Ｂにそれぞれ接続され、定常状態の成長
は引上げ機構３２を動作しながらポテンシヨメー
タ１０２Ａと１０２Ｂおよび電圧源１２２を調節
することによつて得られる。増幅器８６Ａと８６
Ｂの出力は前述のとおりゼロまで調節され、スイ
ツチ８８Ａと８８Ｂは自動位置に移され、すなわ
ち自動制御が得られるように端子９６Ａと９６Ｂ
に接続される。一つの端部発熱体に対して電力の
増加を生ぜしめ、かつ他の端部発熱体に対して対
応する電力の減少を生ぜしめる結晶体１６の中の
移動が表面発熱体に対する電力に影響を及ぼさな
いのは、増幅器１２０の入力に得られる信号の合
計が同じ値に保たれるからである。しかし、ダイ
上部と近くの溶融物の温度があまり高い場合は、
両縁部分１１０Ａと１１０Ｂを退かせ、電力の減
少が端部発熱体１８Ａと１８Ｂに与えられるとと
もに、加算増幅器１２０の全入力の減少は表面発
熱体１８Ｃに電力の減少をもたらす。同様に、縁
部分１１０Ａと１１０Ｂがいずれもダイの端部に
移動する場合は、ダイの上部と近くの溶融物の温
度があまり低すぎることを示し、端部発熱体の電
力は増加されるとともに、増幅器１２０の入力は
増加されて表面発熱体にもつと多くの電力が供給
される。

第１１図に示される不平衡装置は、ダイ上部と
近くの溶融物の温度があまり高すぎるとき、メニ
スカス高さが増加するとともに縁部分１１０が退
く、という事実を利用している。一つの結果とし
て、縁制御器の一つは表面発熱体を制御するため
に使用することができる。例えば、図示の装置は
表面発熱体１８Ｃを制御する縁部分１１０Ａの位
置の変化および端部発熱体１８Ｂを制御する縁位
置１１０Ｂの変化を利用する。この状況では、残
りの端部発熱体１８Ａは、端部発熱体１８Ａを駆
動するSCR制御器１０４Ｅの一定な信号入力を
供給する一定の電圧源１２６によつて制御され
る。

本発明の好適実施例は、おのおのが同時に受け
る放射線を検出する検出器５４および逐次スキヤ
ンされるように信号を蓄えるアナログ・シフト・
レジスタを含むユニツト６０の使用について説明
されたが、代替として各検出器はアナログ・シフ
ト・レジスタを必要としないようにそれぞれの検
出器の出力をおのおの表わす１組のアナログ信号
パルスを供給するために逐次付勢させることがで
きるのが認められると思う。

本発明は溶融物の境界面温度の制御について説
明されているが、結晶の成長は機構によつて結晶
体の引上げ速度を調節することによつても制御す
ることができる。このような場合、第３図の制御
器１０４Ｄ、第９図の制御器１０４Ｃ、第１０図
の制御器１０４Ｄ、および第１１図の制御器１０
４Ａは引上げ速度を変えるように適当に接続する
ことができる。

かく説明された本発明はいくつかの利点を備え
ている。結晶体、特にシリコン体の成長は簡単か
つ容易に監視され、制御されるので、成長体の断
面寸法は規定の範囲内にある。結晶体の成長を電
子的に観測し、また結晶の引上げ速度や溶融物の
温度を制御する自動制御装置を利用することによ
つて、制御は人間の観測に左右されず、従つて
LaBelleの米国特許第3870477号に記載されるよう
な人間の目によるメニスカスの光学的観測という
精神的にストレスの多い状態から生じ得る人間に
よる誤差を受けない。結晶体を縁部分で観測する
ことによつて、特に成長中の結晶体が開放形であ
る場合、改善された制御装置が得られる。さらに
表面発熱体と共に両端部発熱体を制御するとによ
つて、成長体の断面幅をさらに大きく制御するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は略式で表わされるある部分を持つ結晶
成長炉の立断面図でありかつ本発明を組み込む毛
管ダイ工程による結晶体の成長を示し、第２図は
同時係属出願に説明されるメニスカス高さ調節装
置の一部を示す略式拡大図であり、第３図は同時
係属出願のメニスカス高さ調節装置の略式ブロツ
ク図であり、第４図は第３図のブロツク図の代表
的なタイミング図であり、第５図は第１図の炉と
組み合わされた本発明の好適な形を示す拡大略図
であり、第６図は第５図の線６―６に沿つて取ら
れた横断面図であり、第７図は本発明の好適実施
例の別な面を示す略式ブロツク図であり、第８図
は第７図のブロツク図の代表的はタイミング図で
あり、第９図〜第１１図は略式ブロツク図であつ
て各図は同時係属出願のメニスカス高さ監視・制
御装置および本発明の原理を両方使用する結晶成
長監視・制御装置の実施例を示す。 １０……炉、１２……るつぼ、１４……結晶溶
融物、１６……結晶体、１８，１８Ａ，１８Ｂ，
１８Ｃ……発熱体、２０……毛管ダイ部材、２２
……板、２４……下部、２６……上部、２８……
毛管、２９……メニスカス膜、３０……メニスカ
ス、３２……引上げ機構、３４……放射線シール
ド、３６……固体／液体境界面、３８……固体／
液体／蒸気接合、４０……引上げ軸、４２……固
体／蒸気境界面、４４……観測口、４６……窓、
４８，４８Ａ，４８Ｂ……観測軸、５０，５０
Ａ，５０Ｂ……センサ、５１……管、５２……レ
ンズ、５３，５３Ａ，５３Ｂ……影像面、５４…
…放射線検出器、５５……メニスカス高さ調節装
置、５７……光学フアイバ束、６０……検出ユニ
ツト、６２……クロツク、６４，６４Ａ……比較
器、６５……ワン・シヨツト、６６……フリツ
プ・フロツプ、７０……Ｑ出力、７４……アン
ド・ゲート、７６……スケーラ、７８……クリア
入力、８０……トランスフア入力、８２……ラツ
チ、８４……Ｄ―Ａ変換器、８６，８６Ａ，８６
Ｂ……増幅器、９０，９０Ａ，１００，１００
Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ……加算増幅器、９２，
１０２，１０２Ａ，１０２Ｂ，１２２……変電圧
源、９４……制御器、９６，９６Ａ，９６Ｂ……
自動端子、９８，９８Ａ，９８Ｂ……手動端子、
１０４，１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ，１０４
Ｄ，１０４Ｅ……SCR制御器、１１０，１１０
Ａ，１１０Ｂ……縁部分、１１８Ｃ……組合せ部
分、１２４……低域遅延装置、１２６……定電圧
源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 結晶体１６が本質的に矩形横断面形状を持つ
   とともにその長さ方向に沿つてある前もつて選択
   された距離の間対向して配置される縁１１０Ａ，
   １１０Ｂを備えるように、選択された材料の溶融
   物の成長プール２９から前記結晶体１６を成長さ
   せる方法であつて、前記成長プール２９は毛管ダ
   イ２０により供給され、また前記毛管ダイ２０上
   方の前記成長プール２９で固体／液体境界面３６
   を介して前記結晶体１６と接合するメニスカス３
   ０を有し、 前記結晶体１６の前記対向配置される各縁１１
   ０Ａ，１１０Ｂの影像が観測される影像面５３内
   に形成される位置から前記メニスカス３０の上で
   前記結晶体１６の少くとも一部を観測する工程
   と、 放射線の量のコントラストが前記影像面５３に
   供給されるような前記各縁１１０Ａ，１１０Ｂの
   位置を観測される影像面５３内で検出する工程
   と、 影像位置内の基準位置に関する前記各縁１１０
   Ａ，１１０Ｂの位置の像を前記影像面５３内で参
   照させる工程と、 前記影像面内の前記各縁１１０Ａ，１１０Ｂの
   像の位置が前記基準位置に対しておのおの制御さ
   れるように前記対向配置された縁１１０Ａ，１１
   ０Ｂの間で前記成長プールに存在する温度差を補
   償する工程とから成り、 前記温度差を補償する工程は、前記メニスカス
   が前記結晶体の対応する縁１１０Ａ，１１０Ｂと
   接合する前記メニスカス３０の各々の部分に選択
   的に熱を供給することを含むことを特徴とする結
   晶体を成長させる方法。 ２ その長さ方向に沿つて対向して配置される縁
   １１０Ａ，１１０Ｂをもつ、選択された材料のリ
   ボン状結晶体１６を成長させる装置であつて、前
   記装置が (i) 前記結晶体の前記縁に隣接する成長プール２
   ９のそれぞれの部分に選択的に熱を与えるため
   の第１及び第２の発熱体１８Ａ，１８Ｂを含
   み、毛管ダイ２０により供給される溶融物１４
   の前記成長プール２９から前記結晶体１６を成
   長させかつ引き上げる装置２０と、 (ii) 溶融物１４の貯蔵供給から得られる溶融物１
   ４によつて、固体／液体境界面３６で前記結晶
   体と接合するメニスカス３０を有する、前記成
   長プール２９を補充する装置２８とを有し、 前記影像面で受信される放射線のコントラスト
   によつて前記対向配置される各縁１１０Ａ，１１
   ０Ｂで前記メニスカス３０の上で前記結晶体の少
   くとも一部の像を前記影像面内で観測する装置５
   ０Ａ，５０Ｂと、 前記縁１１０Ａ，１１０Ｂの部分の前記観測さ
   れた各像が前記影像面内の所定の基準位置に対し
   てもまた相互にも選択された空間位置に独立的に
   維持されるように前記各縁１１０Ａ，１１０Ｂに
   隣接する溶融物１４の前記成長プール２９の部分
   の温度を制御するため前記第１及び第２の発熱体
   １８Ａ，１８Ｂを選択的に制御する装置を含む制
   御装置６０〜１０４とからなることを特徴とする
   結晶体を成長させる装置。 ３ 前記結晶体１６の各縁で前記結晶体の前記部
   分の像を観測する装置は、影像面５３の中で前記
   縁での前記部分の前もつて選ばれた点を影像する
   装置５２、及び検出器の一つと一致する前記点の
   各々からの放射線輻射を検出するために前記影像
   面の中に配置された前記検出器５４のアレイとを
   含むことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記
   載の結晶体を成長させる装置。 ４ その長さ方向に沿つてある選択された距離の
   間対向して配置される縁１１０Ａ，１１０Ｂを備
   えるリボン状結晶体を選択された材料の溶融物１
   ４の成長プール２９から成長させる装置であつ
   て、前記成長プール２９は前記プールで前記結晶
   体１６と結合するメニスカス３０とを有し、 前記結晶体１６の前記対向配置される各縁１１
   ０Ａ，１１０Ｂの影像が観測される影像面５３内
   に形成される位置から前記メニスカス３０の上で
   前記結晶体１６の少くとも一部を観測する装置５
   ０Ａ，５０Ｂと、 放射線の量のコントラストが前記影像面５３に
   供給されるような前記各縁１１０Ａ，１１０Ｂの
   位置を観測される影像面５３内で検出する装置
   と、 影像位置内の所定の基準位置に関する前記各縁
   １１０Ａ，１１０Ｂの空間位置の像を前記影像面
   ５３内で参照させる装置と、 前記各縁１１０Ａ，１１０Ｂの前記影像面５３
   内の前記基準位置に関する前記各縁１１０Ａ，１
   １０Ｂの位置の像の観測された空間位置を選択的
   に制御するために前記結晶体の縁１１０Ａ，１１
   ０Ｂの各々に近接する前記成長プールの各部に選
   択的に熱を与えるための第１及び第２の発熱体１
   ８Ａ，１８Ｂを含む制御装置６０〜１０４とから
   なることを特徴とする結晶体を成長させる装置。 ５ 結晶体１６が本質的に矩形の横断面形状をも
   つとともにその長さ方向にある選択された距離の
   間対向して配置される縁１１０Ａ，１１０Ｂを備
   えるように、選択された溶融物１４の成長プール
   ２９から前記結晶体を成長させる装置であつて、
   前記成長プール２９は毛管ダイ２０により供給さ
   れまた前記毛管ダイ２０の上方の前記成長プール
   ２９で前記結晶体と結合するメニスカス３０とを
   有し、 前記結晶体１６の前記対向配置される各縁１１
   ０Ａ，１１０Ｂの影像が観測される影像面５３内
   に形成される位置から前記メニスカス３０の上で
   前記結晶体１６の少くとも一部を観測する装置５
   ０Ａ，５０Ｂと、 放射線の量のコントラストが前記影像面５３に
   供給されるような前記各縁１１０Ａ，１１０Ｂの
   位置を観測される影像面５３内で検出する装置
   と、 影像位置内の所定の基準位置に関する前記各縁
   １１０Ａ，１１０Ｂの位置の像を前記影像面５３
   内で参照させる装置と、 前記縁１１０Ａ，１１０Ｂの各々での前記各像
   の位置を前記基準位置に対して制御できるために
   前記対向縁の間の前記成長プール２９に存在する
   温度差を補償するため前記プール２９に隣接する
   前記対向する縁１１０Ａ，１１０Ｂにそれぞれ近
   接して位置する第１及び第２の発熱体１８Ａ，１
   ８Ｂを含む補償装置とからなることを特徴とする
   結晶体を成長させる装置。