JPS6283393A - 単結晶引上装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、例えばノリコン単結晶等の引き上げに用い
て好適な単結晶引上装置に関する。

「従来の技術Ｊ 第５図は、一般的な単結晶引上装置の構成を示す断面図
である。第５図において、１は炉体であり、炉体１内の
ほぼ中央部に石英ルツボ２が設けられている。この石英
ルツボ２は黒鉛サセプタ３によって保持されており、黒
鉛サセプタ３の下端部は軸４の上端に所定の接合部材に
よって取り付けられている。この場合、軸４の下端部に
はルツボ回転モータおよびルツボ昇降モータの駆動力が
伝達されるようになっており、これにより、ルツボ２は
所定方向に回転し得るとともに、に下方向に昇降自在と
なっている。６，６は、ルツボ２内の溶湯（ノリコン多
結晶溶湯）７の温度を制御するヒータであり、ルツボ２
の外方に所定用離隔てて設けられており、このヒータ６
と炉体ｌとの間隙に保温材８が設けられている。

次に、１０は炉体Ｉの上端に接合されている中空円柱状
の上部ケーシングであり、この上部ケーシングの上端部
分に引上ヘッド１１が水平旋回自在に設けられている。

引上ヘッドｌｌ内には、ワイア引上機構１２が設けられ
ており、ワイア引上機構Ｉ２からはワイアケーブル１３
がルツボ２の回転中心に向って延びている。このワイア
引上機構１２には引上モータ１５の駆動力が伝達される
ようになっており、引上モータ１５の回転方向によって
、ワイアケーブル１３の引き上げ、または、引き下げを
行うようになっている。また、引上ヘッド１１は、ヘッ
ド回転モータ１６の駆動力が伝達されると矢印ＴＧ力方
向回転するようになっている。

次に、２０はワイアケーブル１３の下端に取り付けられ
ているシードホルダであり、図示のようにノード（単結
晶の種）２１を保持するものである。

上記構成において、シード２Ｉを溶湯７に浸漬させた後
に、ヘッド回転モータ１６を駆動し、かつ、引上モータ
１５を引上方向に駆動すると、ワイアケーブルＩ３は矢
印Ｔ　Ｇ方向に駆動されながら上方に引き上げられてゆ
き、このノード２１の上昇に伴って単結晶シリコン２２
が図示のように成長してゆく。また、この単結晶成長工
程においては、軸４が矢印ＴＧと逆方向に回転され、こ
れにより、単結晶シリコン２２と溶湯７とが互いに逆方
向に回転するように構成されている。さらに、単結晶シ
リコン２２が成長して行くと、ルツボ２内の溶湯液面が
低下するが、溶湯液面の低下は相対的な引上速度の変化
となって単結晶シリコン２２の成長形状に悪影響及ぼす
ので、軸４を上昇さ仕て液面レベルを保つようにしてい
る。

さて、引き上げられて行く単結晶シリコン２２の成長形
状は、上端部（以下、ｌ・ツブという）および下端部（
以下、ボトムという）においては各々目的とする形状に
一致させるのが望ましく、また、胴体部分においては均
一直径とするのか望ましい。

そして、成長形状を決定するのは、引上速度、溶湯温度
、単結晶シリコン２２の相対的回転速度、および溶湯液
面レベルなどであるから、これらのパラメータを調整し
ながら単結晶シリコン２２の形状か所望形状となるよう
に制御を行う必要がある。

そこで、従来装置においては、炉体【の上端部分に設け
た窓部１ａからテレビカメラ２５により溶湯７の上面を
撮影し、さらに、テレビカメラ２５の画像データを解析
して単結晶シリコン２２と溶湯液面との境界位置を検出
し、この検出結果に基づいて単結晶シリコン２２の外形
を求め、求めた外形が所定形状に沿うように上記各パラ
メータを制御している。

なお、テレビカメラ２５に代えて、撮像範囲がルツボ２
の回転中心から周縁に至るラインイメージセンサを使用
し、上記と同様の制御を行う場合ちあ、る。

「発明が解決しようとする問題点ヨ ところで、上述した従来の単結晶引上装置にあっては、
テレビカメラまたはラインイメージセンサの画像データ
を解析して成長単結晶の外形寸法を求めるようにしてい
るため、制御の応答が遅いという問題があった。このた
め、形状変化が著しいトップやボトムにおいては、画像
データを直接的なフィードバック信号として用いること
ができず、結局、フィードバックの無いプログラムによ
って形状制御を行なわなければならなかった。したがっ
て、これらの部分の形状制御にはオペレータの手動によ
る補助がどうしても必要となってしまい、成長結晶形状
の完全自動制御が行えないという問題があった。

また、従来の単結晶引上装置においては、画像データの
解析が極めて複雑な処理となるため、解析装置やこれら
の間のインターフェイスに多大な費用を要するという欠
点もあった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、形
状制御の完全自動化が行えるとともに、画像解析装置等
を不要とし、かつ、インターフェイスの構成ら極めて簡
素とすることができ、製造コストを大幅に削減すること
ができる単結晶引上装置を提供することを目的としてい
る。

「問題点を解決するための手段Ｊ この発明は、上述した問題点を解決するために、ルツボ
中の多結晶溶湯から単結晶を回転させながら引き上げて
成長させる単結晶引上装置において、前記溶湯表面であ
って前記単結晶の回転中心から外方に向かう仮想直線上
の点を温度検出点とし、その位置に応じて前記温度検出
点か移動する放射温度計と、この放射温度計の検出信号
に基づいて溶湯表面上のフュージョンリングを検出する
フユーンヨンリング検出手段と、このフユージョシリン
グ検出手段が常にフュージョンリングを検出するように
、前記放射温度計の位置を認識しながら移動させる放射
温度計移動手段とを具備するとと乙に、前記放射温度計
移動手段によって認識される前記放射温度計のフユージ
ョシリング検出位置から成長単結晶の外形を検出するよ
うにしている。

「作用　」 上記放射温度計移動手段からの位置情報が成長単結晶の
外形データとなる。

「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。

第１図は、この発明の〜実施例である単結晶引上装置の
構成を示す断面図であり、第２図は同実施例における電
気的構成を示すブロック図である。

なお、第１図、第２図において、前述した第５図の各部
と対応する部分には同一の符号を付しその説明を省略す
る。

第１図において、３０は放射温度計であり、溶湯表面か
らの放射熱を窓部１ａを介して検出するものである。こ
の場合、放射温度計３０の検出位置は、付設された光学
系の調整により溶湯７の表面上の一点に絞られている。

また、放射温度計３０は、スライド機構３１に図面左右
方向に移動自在に取り付けられており、スライド機構３
１にはパルスモータ３２の駆動力が伝達されるようにな
っている。

この場合、パルスモータ３２が駆動されると、放射温度
計３０は図面左右方向に移動し、これにより、その温度
検出点がルツボ２の回転中心と周縁とを結ぶ溶湯表面上
の経路で左右に移動する。

次に、第２図に示す３４は、放射温度計３０の出力信号
（温度計信号）を制御部３５に供給する絶縁増幅器であ
り、制御部３５は、マイクロプロセッサ、ブロクラムメ
モリ、ワークメモリおよび各種インターフェイスからな
り、装置各部を制御するものである。３６．３７は各々
正転パルス発生器および反転パルス発生器であり、制御
部３５からパルス発生指令が供給されると、各々正転パ
ルスＰｆおよび反転パルスＰｒをパルスモータ駆動装置
３８に供給する。パルスモータ駆動装置３８は、正転パ
ルスＰｒが供給されると、そのパルス数に対応するステ
ップたけパルスモータ３２を正転させ、反転パルスＰｒ
か供給されろと、そのパルス数に対応するステップだけ
パルスモータ３２を反転させる。

次に、４０．４１は各々制御部３５から供給される駆動
信号に括づいて、引上モータ１５およびルツボ回転モー
タ４５を駆動するモータ駆動回路であり、４６はサイリ
スク回路４７内の各サイリスクに４弧パルスを供給する
点弧パルス発生回路である。この場合、点弧パルス発生
回路４６には、点弧タイミング信号発生回路４２から点
弧タイミング信号が供給されるようになっており、点弧
タイミング信号発生回路４２には制御部３５かろ点弧角
指令信号が供給されるようになっている。そして、サイ
リスク回路４７の出力端には前述したヒータ６が接続さ
れており、また、このヒータ６の近傍の温度が温度セン
サ４８によって制御部３５にフィードバックされるよう
になっている。このような構成によれば、制御部３５は
温度センサ４８のフィードバック信号を確認しながら、
サイリスク回路４７の点弧角を制御することかでき、こ
れにより、ヒータ６の近傍の温度を所望の値に制御する
ことができる。

次に、上記構成によるこの実施例の動作について説明す
る。

始めに、この実施例における単結晶シリコン２２の外形
検出原理について説明する。

第３図は、単結晶シリコン引き上げ中における溶湯７の
表面の状態を示す断面図であり、図示のように、単結晶
シリコン２２の下端に接する部分は、北方に引かれてや
や浮き上がっている。そして、この浮き上がり部分（偏
平な円柱形）の下端外周部は、符号５０で示すように、
一般にフュージョンリングと呼ばれる高温の輪となって
いる。このフュージョンリング５０の位置は、図からも
容易に判るように、単結晶シリコン２２の外形にほぼ一
致する位置にあり、したがって、フュージョンリング５
０の位置を検出すれば単結晶シリコン２２の外形寸法を
検出することができる。この場合に問題となるのは、フ
ュージョンリング５０の検出位置と単結晶ソリコン２２
の外形位置とが精密に一致するか否かであるが、これは
、フユージョ７・リング５０を検出する際の温度しきい
値を適切な値に設定することにより解決することができ
る。

例えば、第４図（イ）は単結晶シリコン２２のトップ部
分が引き上げられた状態を示しており、同図（［７）は
この状態における表面検出温度を示している。この場合
において、心高７の表面の平均的な温度と、単結晶シリ
コン２２の外形位置にお（Ｊる温度との偏差へＴを予め
設定しておき、周縁から回転中心に向って検出点を移動
さけた際に、温度がΔＴ上昇した点を外形位置とすれば
、正確な外形位１斤を検出ずろことができろ。

次に、具体的な制御動作について説明する。

まず、制御部３５は放射温度計３０の検出点を所定の初
期位置（ルツボ２の周縁部近傍）に移動させる。すなわ
ち、正転または反転パルス発生器３Ｇ。

３７を制御してパルスモータ３２を正転または反転さ仕
、これにより、放射温度計３０をスライドさせて初期位
置に移動させる。ついで、単結晶引上動作が開始される
と、制御部３５は放射温度計３０の検出点を順次中心側
に移動さＵ−で行き、かつ、この時の放射温度計３０の
出力信号から溶を易７の表面温度をサンプリングする。

そして、サンプリング終了後において、放射温度計３０
をルツボ２の回転中心側にさらに移動させ、検出温度が
サンプリング値よりへＴ上昇した時点の放射温度計の位
置を調べる。この場合の位置認識は、放射温度計３０を
初期位置から何ステップ動かしたかを凋へることにより
容易に検出することができる。

例えば、正転パルスＰｆが出力されたときに放射温度計
３０か図面右方向（回転中心方向）に動くとすれば、制
御部３５は正転パルス発生回路３７に対して、何パルス
分の出力指令を出したかを、初期状態の時から累算し、
これによって放射温度計３０の現在位置を認識する。そ
して、放射温度計３０の現在位置は、前述したように温
度検出点の現在位置、すなわち、単結晶シリコン２２の
外形位置に対応する。

次に、制御部３５は検出した外形データをワークメモリ
の所定エリアに記憶するとともに、この外形が目標形状
に一致１．ているか否かを判定し、誤差がある場合には
目標形状に沿うように各種パラメータ、すなわち、溶湯
温度、引上速度等を調整する。例えば、溶湯温度を調整
するには、サイリスタ回路４７の点弧角を制御してヒー
タ６の発生熱を調整し、また、引上速度を調整するには
引１−〕モ・−タＩ５の回転速度を調整する。

ｆ−９ｌ　ｉ　　円２１ｐ　Ｉ＋ｌ−：六ｌ　＃−Ｌ！
１へ）−口ｊｍ　１．−１　フ當にフュージョンリング
を検出ずろように放射温度計３０を移動させ、また、放
射温度計３０の位置情報を単結晶２２の外形データとし
て用い、この外形データと目標形状とを逐次比較しなが
ら各種パラメータを調整し、これによって、単結晶２２
の形状を目標形状に自動的に追従させる。

上記構成によれば、放射温度計３０の位置情報を外形デ
ータとして直接用いているので、複雑な画像解析等に時
間を要さず、制御の応答が極めて速い。１．たがって、
形状変化の著しいトップやボトム部分てあっても目標形
状に自動追従する形状制御が行なわれる。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、ルツボ中の多
結晶溶湯から単結晶を回転させながら引き上げて成長さ
せる単結晶引上装置において、前記溶湯表面であって前
記単結晶の回転中心から外方に向かう仮想直線上の点を
温度検出点とし、その位置に応じて前記温度検出点が移
動する放射温度計と、この放射温度計の検出信号に基づ
いて溶湯表面上のフュージョンリングを検出するフュー
ジョンリング検出手段と、このフュージョンリング検出
手段が常にフュージョンリングを検出するように、前記
放射温度計の位置を認識しながら移動させる放射温度計
移動手段とを具備するとともに、前記放射温度計移動手
段によって認識される前記放射温度計のフュージョンリ
ング検出位置から成長単結晶の外形を検出するようにし
たので、形状制御の完全自動化が行えるとともに、画像
解析装置等を不要とし、かつ、インターフェイスの構成
も極めて簡素とすることができるから、コスト的に有利
となる利点も有している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の機械的構成を示す断面図
、第２図は同実施例の電気的構成を示すブロック図、第
３図は単結晶シリコン引き上げ中における溶湯７の表面
の状態を示す断面図、第４図（イ）は単結晶シリコン２
２のトップ部分が引き上げられた状態を示す断面図、同
図（ロ）は同図（イ）に示す状態における表面検出温度
を示す図、第５図は従来の！１１結晶引」−装置の構成
を示す断面図である。 ３０　・・放射温度計、３１・・・・スライド機構（放
射温度計移動手段）、３２・・・パルスモーク（放射温
度計移動手段）、３５・・・・制御部（放射温度計移動
手段：フコ−ジョンリング検出手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ルツボ中の多結晶溶湯から単結晶を回転させながら引き
   上げて成長させる単結晶引上装置において、前記溶湯表
   面であって前記単結晶の回転中心から外方に向かう仮想
   直線上の点を温度検出点とし、その位置に応じて前記温
   度検出点が移動する放射温度計と、この放射温度計の検
   出信号に基づいて溶湯表面上のフュージョンリングを検
   出するフュージョンリング検出手段と、このフュージョ
   ンリング検出手段が常にフュージョンリングを検出する
   ように、前記放射温度計の位置を認識しながら移動させ
   る放射温度計移動手段とを具備するとともに、前記放射
   温度計移動手段によって認識される前記放射温度計のフ
   ュージョンリング検出位置から成長単結晶の外形を検出
   することを特徴とする単結晶引上装置。