JPS63307186A - 晶出結晶径制御装置 - Google Patents
晶出結晶径制御装置Info
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- JPS63307186A JPS63307186A JP62141019A JP14101987A JPS63307186A JP S63307186 A JPS63307186 A JP S63307186A JP 62141019 A JP62141019 A JP 62141019A JP 14101987 A JP14101987 A JP 14101987A JP S63307186 A JPS63307186 A JP S63307186A
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Classifications
-
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- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-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
- C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
- C30B13/28—Controlling or regulating
- C30B13/30—Stabilisation or shape controlling of the molten zone, e.g. by concentrators, by electromagnetic fields; Controlling the section of the crystal
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/20—Controlling or regulating
- C30B15/22—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
- C30B15/26—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal using television detectors; using photo or X-ray detectors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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-
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- Y10T117/1024—Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state
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- Y10T117/1068—Seed pulling including heating or cooling details [e.g., shield configuration]
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明は、フローティングゾーン（ＦＺ）法またはヂョ
クラルスキ−（ＣＺ）法による結晶製造装置に用いられ
、晶出結晶径に関する量を制御する晶出結晶径制御装置
に関する。
クラルスキ−（ＣＺ）法による結晶製造装置に用いられ
、晶出結晶径に関する量を制御する晶出結晶径制御装置
に関する。
［従来の技術］
例えばシリコン半導体単結晶の製造においては、商品と
して利用されないコーン部の長さをできるだ１プ短くす
る必要があるが、短くしようとするほど結晶の乱れが生
じ易い。乱れの発生を防止するには、晶出結晶径制御に
おけるハンチングをできるだけ小さくする必要がある。
して利用されないコーン部の長さをできるだ１プ短くす
る必要があるが、短くしようとするほど結晶の乱れが生
じ易い。乱れの発生を防止するには、晶出結晶径制御に
おけるハンチングをできるだけ小さくする必要がある。
また、直胴部の周面の凹凸を小さくするためにも、この
ハンチングをできるだけ小さくする必要がある。
ハンチングをできるだけ小さくする必要がある。
そこで、従来では、加熱装置への平均的な供給型カバタ
ーン（基本パターン）を予めプログラム＝２− 設定器に書き込んでおき、この基本パターンの理想パタ
ーン（目標結晶直径パターンを得るための供給型カバタ
ーン）からのずれをＰＩ制御またはＰＩＤ制御で小さく
することにより、ＰＩ制御またはＰＩＤ制御の各ゲイン
を小さくして、すなわち、比例ゲインを小さくし、積分
時間を長くし、微分時間を短くして、ハンチングの振幅
を押さえていた。
ーン（基本パターン）を予めプログラム＝２− 設定器に書き込んでおき、この基本パターンの理想パタ
ーン（目標結晶直径パターンを得るための供給型カバタ
ーン）からのずれをＰＩ制御またはＰＩＤ制御で小さく
することにより、ＰＩ制御またはＰＩＤ制御の各ゲイン
を小さくして、すなわち、比例ゲインを小さくし、積分
時間を長くし、微分時間を短くして、ハンチングの振幅
を押さえていた。
［発明が解決しようとする問題点］
しかし、Ｆ’Ｚ法においては、単結晶製造装置毎に加熱
特性が異なり、同一装置であっても、経時的変化や誘導
加熱コイルの取り替えにより加熱特性が異なり、あるい
は各バッチにおける多結晶棒の直径や直径の増大のさせ
かた（コーン部の形状）が相違し、またはフローティン
グゾーンの長さが変動するので、この基本パターンと理
想パターンとの差が大きくなり、ＰＩＤ制御の各ゲイン
を大きくしなければならず、ハンチングを小さくするに
は限度があった。
特性が異なり、同一装置であっても、経時的変化や誘導
加熱コイルの取り替えにより加熱特性が異なり、あるい
は各バッチにおける多結晶棒の直径や直径の増大のさせ
かた（コーン部の形状）が相違し、またはフローティン
グゾーンの長さが変動するので、この基本パターンと理
想パターンとの差が大きくなり、ＰＩＤ制御の各ゲイン
を大きくしなければならず、ハンチングを小さくするに
は限度があった。
また、ＣＺ法においても同様に、例えばシリコン単結晶
製造装置毎に加熱特性が異なり、同一装置であっても、
経時的変化やヒータ、坩堝の取り替えにより加熱特性が
異なり、あるいは坩堝内のシリコン融液量が結晶の成長
につれて減少するので、基本パターンと理想パターンと
の差が大きくなり、ＰＩＤ制御の各ゲインを大きくしな
ければならず、ハンチングを小さくするには限度があっ
た。
製造装置毎に加熱特性が異なり、同一装置であっても、
経時的変化やヒータ、坩堝の取り替えにより加熱特性が
異なり、あるいは坩堝内のシリコン融液量が結晶の成長
につれて減少するので、基本パターンと理想パターンと
の差が大きくなり、ＰＩＤ制御の各ゲインを大きくしな
ければならず、ハンチングを小さくするには限度があっ
た。
このような問題はシリコン単結晶に限らず、ＣＺ法又は
ＦＺ法による単結晶化技術に共通している。
ＦＺ法による単結晶化技術に共通している。
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、調整量の基本パタ
ーンと理想パターンとの差がある程度化じても、結晶径
に関する量の制御におけるハンチングを小さくして、結
晶の乱れの発生を防止するし、かつ、結晶表面の凹凸を
小さくすることが可能な晶出結晶径制御装置を提供する
ことにある。
ーンと理想パターンとの差がある程度化じても、結晶径
に関する量の制御におけるハンチングを小さくして、結
晶の乱れの発生を防止するし、かつ、結晶表面の凹凸を
小さくすることが可能な晶出結晶径制御装置を提供する
ことにある。
［問題点を解決するための手段］
本発明では、ＦＺ法またはＣＺ法を用いて融液界面から
結晶を晶出させ、該融液を作る加熱装置への供給電力又
は該加熱装置に対する結晶棒の相対移動速度を調節量と
して核用を調節し、晶出結晶径に関する量の検出値が目
標値になるよう制御する品出結晶径制御装置において、 該晶出結晶径に関する量の検出値又は該結晶棒の長さの
検出値に応答して、予め定められた基本調節量を出力す
るプログラム設定手段と、該晶出結晶径に関する量の、
検出値と目標値との差に応答して、ＰＩ又はＰＩＤ動作
を行う第１調節手段と、 該晶出結晶径に関する量の、検出値と目標値との差に応
答して、Ｉ２動作を行う第２調節手段と、該プログラム
設定手段、該゛第１調節手段及び該第２調節手段の一次
結合値を調節量として出力する重ね合せ手段と、 を有することを特徴としている。
結晶を晶出させ、該融液を作る加熱装置への供給電力又
は該加熱装置に対する結晶棒の相対移動速度を調節量と
して核用を調節し、晶出結晶径に関する量の検出値が目
標値になるよう制御する品出結晶径制御装置において、 該晶出結晶径に関する量の検出値又は該結晶棒の長さの
検出値に応答して、予め定められた基本調節量を出力す
るプログラム設定手段と、該晶出結晶径に関する量の、
検出値と目標値との差に応答して、ＰＩ又はＰＩＤ動作
を行う第１調節手段と、 該晶出結晶径に関する量の、検出値と目標値との差に応
答して、Ｉ２動作を行う第２調節手段と、該プログラム
設定手段、該゛第１調節手段及び該第２調節手段の一次
結合値を調節量として出力する重ね合せ手段と、 を有することを特徴としている。
ここに、晶出結晶径に関する蛍は、たとえば晶出結晶径
自体であり、または、ＦＺ法を用いた場合における融液
肩部直径り、である。
自体であり、または、ＦＺ法を用いた場合における融液
肩部直径り、である。
［第１実施例］
図面に基づいて本発明の詳細な説明する。第１図にはＦ
Ｚ法による結晶製造装置に用いられる晶出結晶径・晶出
側ゾーン長制御装置の全体構成が示されている。
Ｚ法による結晶製造装置に用いられる晶出結晶径・晶出
側ゾーン長制御装置の全体構成が示されている。
発振器１０から誘導加熱コイル１２へ高周波電流が供給
されて、被結晶化材料棒１４の一部が加熱熔融され、熔
出側材料棒１６と晶出側材料棒１８との間に熔融帯域２
ｏが形成される。
されて、被結晶化材料棒１４の一部が加熱熔融され、熔
出側材料棒１６と晶出側材料棒１８との間に熔融帯域２
ｏが形成される。
晶出側材料棒１８は鉛直に配置されており、昇降用可変
速モータ２２により下方へ速度Ｖ８で移動される。また
、晶出側材料棒１８は、図示しないモータにより一定速
度で回転され、晶出側材料棒１８と熔融帯域２ｏの界面
２４の付近の温度分布が回転対称化される。
速モータ２２により下方へ速度Ｖ８で移動される。また
、晶出側材料棒１８は、図示しないモータにより一定速
度で回転され、晶出側材料棒１８と熔融帯域２ｏの界面
２４の付近の温度分布が回転対称化される。
一方、熔出側材料棒１６も鉛直に配置されており、昇降
用可変速モータ２６？こより下方へ速度Ｖｐで移動され
る。また、熔出側材料棒Ｉ６は、図示しないモータによ
り一定速度で回転され、熔出側材料棒１６と熔融帯域２
０との界面２８付近の温度分布が回転対称化される。
用可変速モータ２６？こより下方へ速度Ｖｐで移動され
る。また、熔出側材料棒Ｉ６は、図示しないモータによ
り一定速度で回転され、熔出側材料棒１６と熔融帯域２
０との界面２８付近の温度分布が回転対称化される。
熔融帯域２０及びその周辺は、固定された工業用テレビ
カメラ３０により監視されており、その合成映像信号が
画像処理回路３２へ供給されて、熔出界面２８、におけ
る直径Ｄｐ１誘導加熱コイル１２の下面と晶出界面２４
との間の長さである晶出側ゾーン長し及び晶出側融液急
傾斜部３８と晶出界面２４との間の晶出側融液肩部３４
の直径りゆが検出される。
カメラ３０により監視されており、その合成映像信号が
画像処理回路３２へ供給されて、熔出界面２８、におけ
る直径Ｄｐ１誘導加熱コイル１２の下面と晶出界面２４
との間の長さである晶出側ゾーン長し及び晶出側融液急
傾斜部３８と晶出界面２４との間の晶出側融液肩部３４
の直径りゆが検出される。
この、融液肩部直径りいは、晶出界面２４から上方へ一
定距離り、、離れた位置における晶出側融液肩部３４の
直径である。この融液肩部直径り。
定距離り、、離れた位置における晶出側融液肩部３４の
直径である。この融液肩部直径り。
は、一定時間後の晶出結晶直径Ｄ８との相関関係が特に
大きいことが判明した。距離ｈｍの値は、実験の結果、
好ましくは３〜５□□であるが、その前後の値であって
もよい。
大きいことが判明した。距離ｈｍの値は、実験の結果、
好ましくは３〜５□□であるが、その前後の値であって
もよい。
これら熔出界面直径Ｄ９及び融液肩部直径Ｄｗは、輝度
振幅が基準値より大きい走査線の長さにより測定される
。また、熔出界面２８、面晶出界面２４及び誘導加熱コ
イル１２の下面の位置は、走査線の垂直方向の輝度振幅
が急変する位置として検出される。さらに、距離り、、
は、晶出界面２４に対応した走査線から上方へ一定本数
離れた走査線までの距離に対応している。
振幅が基準値より大きい走査線の長さにより測定される
。また、熔出界面２８、面晶出界面２４及び誘導加熱コ
イル１２の下面の位置は、走査線の垂直方向の輝度振幅
が急変する位置として検出される。さらに、距離り、、
は、晶出界面２４に対応した走査線から上方へ一定本数
離れた走査線までの距離に対応している。
（熔出側材料棒の下降速度制御）
次に、熔出側材料棒１６の下降速度Ｖｐの制御について
説明する。
説明する。
第１図において、止棒下降速度演算器４０には、画像処
理回路３２から熔出直径Ｄｐｔ及び融液肩部直径Ｄｍｉ
が供給され、晶出側材料棒１８の下降速度を検出する下
降速度検出器４２から下降速度Ｖ、□が供給される。止
棒下降速度演算器４０は、これらの値を用いて■８・（
Ｄ□／Ｄｐｉ）”を演算し、これを算出目標下降速度Ｖ
ＰＡとして減算器４４へ供給する。この算出目標下降速
度ＶＰＡは、熔融帯域２０の体積が一定である場合の下
降速度Ｖｐの目標値である。
理回路３２から熔出直径Ｄｐｔ及び融液肩部直径Ｄｍｉ
が供給され、晶出側材料棒１８の下降速度を検出する下
降速度検出器４２から下降速度Ｖ、□が供給される。止
棒下降速度演算器４０は、これらの値を用いて■８・（
Ｄ□／Ｄｐｉ）”を演算し、これを算出目標下降速度Ｖ
ＰＡとして減算器４４へ供給する。この算出目標下降速
度ＶＰＡは、熔融帯域２０の体積が一定である場合の下
降速度Ｖｐの目標値である。
熔融帯域２０の体積が時間とともに変化する場合には、
次のような近似的な処理をし、補正目標下降速度ＶＰＢ
を補正値として減算器４４へ加える。すなわち、減算器
４８へ画像処理回路３２、＝７− 晶出側ゾーン長設定器４６からそれぞれ晶出側検出ゾー
ン長し８、晶出側目標ゾーン長Ｌ０が供給され、比較・
増幅されてＰ Ｉ’ Ｄ調節器５０へ供給され、ＰＩＤ
調節器５０の出力信号が補正目標下降速度ＶＰＢとして
減算器４４へ供給される。この晶出側ゾーン長設定器４
６は、プログラム設定器であり、画像処理回路３２から
供給される融液肩部直径Ｄ１に応答して、たとえば第２
図に示すような融液肩部直径り、の関数である晶出側目
標ゾーン長Ｌ０を出力する。
次のような近似的な処理をし、補正目標下降速度ＶＰＢ
を補正値として減算器４４へ加える。すなわち、減算器
４８へ画像処理回路３２、＝７− 晶出側ゾーン長設定器４６からそれぞれ晶出側検出ゾー
ン長し８、晶出側目標ゾーン長Ｌ０が供給され、比較・
増幅されてＰ Ｉ’ Ｄ調節器５０へ供給され、ＰＩＤ
調節器５０の出力信号が補正目標下降速度ＶＰＢとして
減算器４４へ供給される。この晶出側ゾーン長設定器４
６は、プログラム設定器であり、画像処理回路３２から
供給される融液肩部直径Ｄ１に応答して、たとえば第２
図に示すような融液肩部直径り、の関数である晶出側目
標ゾーン長Ｌ０を出力する。
晶出側目標ゾーン長Ｌ０の値は、直胴部では一定である
が、コーン部では一定でない。一定にしない理由は、コ
ーン部においては、晶出結晶直径Ｄｓｔより融液肩部直
径Ｄｍｉを大きくする必要があり、融液滴下が発生し易
いので、特に融液滴下が発生し易い部分で晶出側目標ゾ
ーン長し。を長くして、融液滴下の発生を防止するため
である。また、結晶に転位が生じるのを避けるためであ
る。
が、コーン部では一定でない。一定にしない理由は、コ
ーン部においては、晶出結晶直径Ｄｓｔより融液肩部直
径Ｄｍｉを大きくする必要があり、融液滴下が発生し易
いので、特に融液滴下が発生し易い部分で晶出側目標ゾ
ーン長し。を長くして、融液滴下の発生を防止するため
である。また、結晶に転位が生じるのを避けるためであ
る。
ただし、晶出側ゾーン長し、をあまり長くすると、融液
部が保持されず切断したり、またコイルと融液部の電磁
結合の低下が起きるなど種々の問題が生じるので、適当
な値にする必要がある。
部が保持されず切断したり、またコイルと融液部の電磁
結合の低下が起きるなど種々の問題が生じるので、適当
な値にする必要がある。
さて、減算器４４は、止棒下降速度演算器４０、ＰＩＤ
調節器５０からの算出目標下降速度Ｖｐ＾と補正目標下
降速度ｖＰＢの差を主棒目標下降速度Ｖ、。として差動
増幅器５４へ供給する。差動増幅器５４は、下降速度検
出器５２により検出される熔出側材料棒１６の下降速度
ＶｐＩと、減算器４４からの主棒目標下降速度Ｖｐｏを
比較・増幅し、動作信号として、速度調節器５６へ供給
する。これにより、駆動回路５８を介して、昇降用可変
速モータ２６による熔出側材料棒１６の下降速度ｖｐが
制御される。
調節器５０からの算出目標下降速度Ｖｐ＾と補正目標下
降速度ｖＰＢの差を主棒目標下降速度Ｖ、。として差動
増幅器５４へ供給する。差動増幅器５４は、下降速度検
出器５２により検出される熔出側材料棒１６の下降速度
ＶｐＩと、減算器４４からの主棒目標下降速度Ｖｐｏを
比較・増幅し、動作信号として、速度調節器５６へ供給
する。これにより、駆動回路５８を介して、昇降用可変
速モータ２６による熔出側材料棒１６の下降速度ｖｐが
制御される。
（晶出側材料棒の下降速度制御）
次に、晶出側材料棒１８の下降速度ｖ５の制御について
説明する。
説明する。
下降速度検出器４２により検出された晶出側材料棒１８
の下降速度Ｖｓ＋と、下降速度設定器６０からの下枠目
標下降速度Ｖ８゜とが、差動増幅器６２に供給されて比
較・増幅され、動作信号として速度調節器６４へ供給さ
れ、その出力信号が駆動回路６６へ供給されて、昇降用
可変速モーター２２による晶出側材料棒１８の下降速度
■８が制御される。この下降速度設定器６０は、プログ
ラム設定器であり、画像処理回路３２からの融液肩部直
径り、、、Ｉに応答して、融液肩部直径Ｄ１の関数であ
る下枠目標下降速度Ｖ ｎｏ出力する。
の下降速度Ｖｓ＋と、下降速度設定器６０からの下枠目
標下降速度Ｖ８゜とが、差動増幅器６２に供給されて比
較・増幅され、動作信号として速度調節器６４へ供給さ
れ、その出力信号が駆動回路６６へ供給されて、昇降用
可変速モーター２２による晶出側材料棒１８の下降速度
■８が制御される。この下降速度設定器６０は、プログ
ラム設定器であり、画像処理回路３２からの融液肩部直
径り、、、Ｉに応答して、融液肩部直径Ｄ１の関数であ
る下枠目標下降速度Ｖ ｎｏ出力する。
（晶出結晶直径制御）
次に、晶出結晶直径Ｄ８の制御について説明する。
下降速度検出器４２により検出された晶出側材料棒１８
の下降速度Ｖ□は、積分器６８により積分され、積分棒
長ＹＡとして減算器７０へ供給される。この積分棒長Ｙ
＾は、Ｌ Ｌ＝ ０の場合の晶出側材料棒１８の長さで
あり、画像処理回路３２からの晶出側ゾーン長Ｌ１によ
って補正される。すなわち、減算器７０は、積分棒長Ｙ
Ａと晶出側ゾーン長Ｌｌとの差を晶出側材料棒長Ｙとし
て、基本供給電力微分値設定器７２へ供給する。基本供
給電力微分値設定器７２は、プログラム設定器であり、
晶出側材料棒長Ｙの関数である基本供給電力微分値Ｅ９
を加算器７４へ供給する。この基本供給電力微分値Ｅｐ
は加算器７４を介し積分器７６へ供給されて積分され、
加算器７８を介し発信器ｌＯの電力制御入力端子へ供給
されて、発信器ＩＯから誘導加熱コイル１２へ供給され
る電力が調節される。この基本供給電力微分値Ｅｐによ
り、融液肩部検出直径り、、、Ｉをほぼ融液肩部目標直
径り、ｎｏに近付けることができる。
の下降速度Ｖ□は、積分器６８により積分され、積分棒
長ＹＡとして減算器７０へ供給される。この積分棒長Ｙ
＾は、Ｌ Ｌ＝ ０の場合の晶出側材料棒１８の長さで
あり、画像処理回路３２からの晶出側ゾーン長Ｌ１によ
って補正される。すなわち、減算器７０は、積分棒長Ｙ
Ａと晶出側ゾーン長Ｌｌとの差を晶出側材料棒長Ｙとし
て、基本供給電力微分値設定器７２へ供給する。基本供
給電力微分値設定器７２は、プログラム設定器であり、
晶出側材料棒長Ｙの関数である基本供給電力微分値Ｅ９
を加算器７４へ供給する。この基本供給電力微分値Ｅｐ
は加算器７４を介し積分器７６へ供給されて積分され、
加算器７８を介し発信器ｌＯの電力制御入力端子へ供給
されて、発信器ＩＯから誘導加熱コイル１２へ供給され
る電力が調節される。この基本供給電力微分値Ｅｐによ
り、融液肩部検出直径り、、、Ｉをほぼ融液肩部目標直
径り、ｎｏに近付けることができる。
一方、晶出側材料棒長Ｙは、融液肩部直径設定器８０に
も供給される。この融液肩部直径設定器８０は、プログ
ラム設定器であり、晶出側材料棒長Ｙの値に応答して、
例えば第３図に示すような晶出側材料棒長Ｙの関数であ
る融液肩部目標直径Ｄｆｆｉ。を差動増幅器８２へ供給
する。差動増幅器８２は、融液肩部直径設定器８０から
供給される融液肩部目標直径り、。と画像処理回路３２
から供給される融液肩部検出直径Ｄ１との差を動作信号
として、ＰＩＤ調節器８４へ供給し、その出力を加算器
７８へ加えて基本供給電力微分値Ｅ９の積分値を補正す
る。
も供給される。この融液肩部直径設定器８０は、プログ
ラム設定器であり、晶出側材料棒長Ｙの値に応答して、
例えば第３図に示すような晶出側材料棒長Ｙの関数であ
る融液肩部目標直径Ｄｆｆｉ。を差動増幅器８２へ供給
する。差動増幅器８２は、融液肩部直径設定器８０から
供給される融液肩部目標直径り、。と画像処理回路３２
から供給される融液肩部検出直径Ｄ１との差を動作信号
として、ＰＩＤ調節器８４へ供給し、その出力を加算器
７８へ加えて基本供給電力微分値Ｅ９の積分値を補正す
る。
ここで、ＰＩＤ動作の各ゲインを小さくして、ハンチン
グの幅を押さえることにより、融液滴下の発生を防止す
る必要がある。しかし、該ゲインを小さくすれば、ＰＩ
Ｄ調節器８４の出力では補正が不十分となる。そこで、
本実施例では、ＰＩＤ調節器８４の■動作成分出力を定
数倍器８６へ供給して定数倍し、これを加算器７４へ加
え、基本供給電力微分値Ｅ、とともに積分器７６により
積分し、加算器７８へ供給して補正するようになってい
る。
グの幅を押さえることにより、融液滴下の発生を防止す
る必要がある。しかし、該ゲインを小さくすれば、ＰＩ
Ｄ調節器８４の出力では補正が不十分となる。そこで、
本実施例では、ＰＩＤ調節器８４の■動作成分出力を定
数倍器８６へ供給して定数倍し、これを加算器７４へ加
え、基本供給電力微分値Ｅ、とともに積分器７６により
積分し、加算器７８へ供給して補正するようになってい
る。
このような補正を行ったところ、誘導加熱コイル１２を
取り替えて異なる特性の誘導加熱コイル１２を用いたり
、被結晶化材料棒１４の直径が異なる場合等であっても
、基本供給電力微分値設定器７２に書き込まれる基本パ
ターンを変更することなく、安定に、融液肩部検出直径
Ｄ１を融液肩部目標直径り、。に近づけることができた
。したがって、コーン部の長さを短くするとともに、融
液滴下の発生を防止することができ、しかも、材料棒１
８の外周面の凹凸を極めて小さくすることができた。
取り替えて異なる特性の誘導加熱コイル１２を用いたり
、被結晶化材料棒１４の直径が異なる場合等であっても
、基本供給電力微分値設定器７２に書き込まれる基本パ
ターンを変更することなく、安定に、融液肩部検出直径
Ｄ１を融液肩部目標直径り、。に近づけることができた
。したがって、コーン部の長さを短くするとともに、融
液滴下の発生を防止することができ、しかも、材料棒１
８の外周面の凹凸を極めて小さくすることができた。
本実施例では融液肩部直径り、により一定時間後の晶出
結晶直径Ｄ８を予測することができるので、連応性のあ
る゛晶出結晶直径り、の制御を行うことができ、さらに
ハンチングを小さくすることができる。
結晶直径Ｄ８を予測することができるので、連応性のあ
る゛晶出結晶直径り、の制御を行うことができ、さらに
ハンチングを小さくすることができる。
なお、上記実施例では、晶出結晶径に関する量として融
液肩部直径Ｄｍを用いた場合を説明したが、本発明はこ
れに限定されず、晶出結晶直径り。
液肩部直径Ｄｍを用いた場合を説明したが、本発明はこ
れに限定されず、晶出結晶直径り。
を用いてもよい。
また、誘導加熱コイル１２へ供給する電力を調節する代
わりに、被結晶化材料棒１４の下降速度Ｖｐを調節し、
あるいは該供給電力と下降速度Ｖ。
わりに、被結晶化材料棒１４の下降速度Ｖｐを調節し、
あるいは該供給電力と下降速度Ｖ。
の両方を調節することにより、晶出結晶直径Ｄ８を制°
御する構成であってもよい。
御する構成であってもよい。
さらに、基本供給電力微分値Ｅｐは、晶出側材料棒長Ｙ
の代わりに、融液肩部直径り、又は晶出結晶直径Ｄ８の
関数であってもよい。
の代わりに、融液肩部直径り、又は晶出結晶直径Ｄ８の
関数であってもよい。
［第２実施例コ
次に、第４図に基づいて本発明の第２実施例を説明する
。
。
この第２実施例では、融液肩部直径の目標値と検出値と
の差（Ｄ 、、。−、Ｄ 、、 ）がＰＩＤ調節器８４
、Ｉ２調節器８８へ供給され、ＰＩＤ調節器８４、Ｉ２
調節器８８、基本供給電力設定器９ｏの出力値が加算器
７８゛へ供給されて加算され、その加算値が発振器１０
へ供給される。
の差（Ｄ 、、。−、Ｄ 、、 ）がＰＩＤ調節器８４
、Ｉ２調節器８８へ供給され、ＰＩＤ調節器８４、Ｉ２
調節器８８、基本供給電力設定器９ｏの出力値が加算器
７８゛へ供給されて加算され、その加算値が発振器１０
へ供給される。
このＩ２調節器８８は、入力値を時間積分したものをさ
らに時間積分してこれを出力するようになっている。
らに時間積分してこれを出力するようになっている。
また、基本供給電力設定器９ｏはプログラム設定器であ
り、第１図に示す基本供給電力機・分値７２の設定値を
時間積分した値を設定するようになっている。他の点に
ついては第１実施例と同一になっている。
り、第１図に示す基本供給電力機・分値７２の設定値を
時間積分した値を設定するようになっている。他の点に
ついては第１実施例と同一になっている。
この第２実施例では、第１実施例よりも構成が簡単であ
る。
る。
［第３実施例］
次に、第５図に基づいて本発明の第３実施例を説明する
。第５図にはＣＺ法による結晶製造装置に用いられる晶
出結晶径制御装置の全体構成が示されている。第１．２
図に対応する構成要素には、同一番号を付し、ざらに“
を付している。
。第５図にはＣＺ法による結晶製造装置に用いられる晶
出結晶径制御装置の全体構成が示されている。第１．２
図に対応する構成要素には、同一番号を付し、ざらに“
を付している。
坩堝９２を囲繞するヒータ９４により、坩堝９２内の被
結晶化材料が熔融されて融液９６が形成され、種結晶を
融液９６に浸けて引き上げることにより単結晶棒９８が
製造される。単結晶棒９８は図示しないモータにより回
転され、モータ２６゛により速度Ｖｃで引き上げられる
。一方、融液９６の減少にともない、モータ２２°によ
り坩堝９２を速度ＶＦで上昇させて、融液９６とヒータ
９４との位置関係、すなわち融液９６内の温度分布を適
当にする。
結晶化材料が熔融されて融液９６が形成され、種結晶を
融液９６に浸けて引き上げることにより単結晶棒９８が
製造される。単結晶棒９８は図示しないモータにより回
転され、モータ２６゛により速度Ｖｃで引き上げられる
。一方、融液９６の減少にともない、モータ２２°によ
り坩堝９２を速度ＶＦで上昇させて、融液９６とヒータ
９４との位置関係、すなわち融液９６内の温度分布を適
当にする。
融液９６と単結晶棒９８との界面及びその周辺は、固定
された工業用テレビカメラ３０′により監視されており
、その合成映像信号が画像処理回路３２゛へ供給されて
、界面２８における晶出結晶直径Ｄ８が測定される。
された工業用テレビカメラ３０′により監視されており
、その合成映像信号が画像処理回路３２゛へ供給されて
、界面２８における晶出結晶直径Ｄ８が測定される。
（坩堝の上昇速度制御）
坩堝の上昇速度ｖＦは、モータ２２°、速度検出器４２
′、上昇速度検出器６０°、差動増幅器６２°、速度調
節器６４°、駆動回路６６″により制御される。上昇速
度設定器６０°はプログラム設定器であり、時間の関数
として坩堝」１昇速度が設定される。
′、上昇速度検出器６０°、差動増幅器６２°、速度調
節器６４°、駆動回路６６″により制御される。上昇速
度設定器６０°はプログラム設定器であり、時間の関数
として坩堝」１昇速度が設定される。
（単結晶棒の引上速度制御）
同様に、単結晶棒９８の引上速度Ｖｃは、モータ２６′
、速度検出器５２′、引上速度設定器１００、差動増幅
器５４°、速度調節器５６°、駆動回路５８゛により制
御される。引上速度設定器１００はプログラム設定器で
あり、時間の関数として引上速度が設定される。直胴部
製造時には、引上速度■。は一定である。
、速度検出器５２′、引上速度設定器１００、差動増幅
器５４°、速度調節器５６°、駆動回路５８゛により制
御される。引上速度設定器１００はプログラム設定器で
あり、時間の関数として引上速度が設定される。直胴部
製造時には、引上速度■。は一定である。
（晶出結晶直径制御）
次に、晶出結晶直径Ｄ８の制御について説明する。
速度検出器４２°により検出された坩堝坩堝９２の上昇
速度ＶＦＩは、積分器６８°により時間積分され、坩堝
上昇距離Ｘｐ□として減算器７０°へ供給される。一方
、速度検出器５２゛により検出された単結晶棒９８の引
き上げ速度Ｖｃｉは、積分器１０２により積分され、単
結晶引上距離Ｘｃｓとして減算器７０゛へ供給される。
速度ＶＦＩは、積分器６８°により時間積分され、坩堝
上昇距離Ｘｐ□として減算器７０°へ供給される。一方
、速度検出器５２゛により検出された単結晶棒９８の引
き上げ速度Ｖｃｉは、積分器１０２により積分され、単
結晶引上距離Ｘｃｓとして減算器７０゛へ供給される。
減算器７０°は、このＸｃ＋とＸＦＩとの差を単結晶棒
長Ｘとして、界面直径設定器８０’へ供給する。界面直
径設定器８０°は、プログラム設定器であり、単結晶引
上距離ＸＣ，の関数である晶出結晶目標直径Ｄ １１６
を差動増幅器８２゛へ供給する。差動増幅器８２°は、
この晶出結晶目標直径Ｄ ｓｏと画像処理回路３２′か
ら供給される晶出結晶検出直径Ｄ□との差を動作信号と
して、ＰＩＤ調節器８４”及びＩ２調節器８８°へ供給
し、第２実施例と同様にこれらの出力値及び基本供給電
力設定器９０′の出力値を加算器７８°へ加える。この
基本供給電力設定器９０゛はプログラム設定器であり、
晶出結晶目標直径Ｄ８゜の関数である。加算器７８”の
出力値に応じて、駆動回路１０゛を介しヒータ９４へ電
力が供給され、晶出結晶検出直径Ｉ）ｓｔが晶出結晶目
標直径Ｄ５゜になるよう制御される。この駆動回路１０
゛はトライアツク等により構成されている。
長Ｘとして、界面直径設定器８０’へ供給する。界面直
径設定器８０°は、プログラム設定器であり、単結晶引
上距離ＸＣ，の関数である晶出結晶目標直径Ｄ １１６
を差動増幅器８２゛へ供給する。差動増幅器８２°は、
この晶出結晶目標直径Ｄ ｓｏと画像処理回路３２′か
ら供給される晶出結晶検出直径Ｄ□との差を動作信号と
して、ＰＩＤ調節器８４”及びＩ２調節器８８°へ供給
し、第２実施例と同様にこれらの出力値及び基本供給電
力設定器９０′の出力値を加算器７８°へ加える。この
基本供給電力設定器９０゛はプログラム設定器であり、
晶出結晶目標直径Ｄ８゜の関数である。加算器７８”の
出力値に応じて、駆動回路１０゛を介しヒータ９４へ電
力が供給され、晶出結晶検出直径Ｉ）ｓｔが晶出結晶目
標直径Ｄ５゜になるよう制御される。この駆動回路１０
゛はトライアツク等により構成されている。
このような制御を行ったところ、坩堝９２やヒータ９４
が経時的変化をしたり、坩堝９２やヒータ９４を取り替
えたりしても、基本供給電力値設定器９０’に書き込ま
れる基本パターンを変更することなく、安定に、晶出結
晶検出直径Ｄｓ１を晶出結晶目標直径Ｄ８゜に近づける
ことができた。したがって、コーン部の長さを短くする
ことができともに、直胴部の凹凸を極めて小さくするこ
とができた。
が経時的変化をしたり、坩堝９２やヒータ９４を取り替
えたりしても、基本供給電力値設定器９０’に書き込ま
れる基本パターンを変更することなく、安定に、晶出結
晶検出直径Ｄｓ１を晶出結晶目標直径Ｄ８゜に近づける
ことができた。したがって、コーン部の長さを短くする
ことができともに、直胴部の凹凸を極めて小さくするこ
とができた。
１”■ｆｆｉ調節器の作用］
第４図を参照して説明する。
解析を簡単にするために、基本供給電力設定器の出力を
Ｋ Ａ ｔとする。ここに、ＫＡは定数であり、ｔは時
間である。また、制御対象に加えられる外乱は、加算器
７８に−ＫＢｔが加えられるのに等しいとする。ここに
ＫＢは定数である。このような外乱は、例えば、ＣＺ法
でモータ２２°を停止して坩堝９２を固定したときに、
単結晶棒９８の引上げにともなって、すなわち界面位置
の低下にともなってヒータ９４の融液９６に対する加熱
特性が変化するような場合に対応している。
Ｋ Ａ ｔとする。ここに、ＫＡは定数であり、ｔは時
間である。また、制御対象に加えられる外乱は、加算器
７８に−ＫＢｔが加えられるのに等しいとする。ここに
ＫＢは定数である。このような外乱は、例えば、ＣＺ法
でモータ２２°を停止して坩堝９２を固定したときに、
単結晶棒９８の引上げにともなって、すなわち界面位置
の低下にともなってヒータ９４の融液９６に対する加熱
特性が変化するような場合に対応している。
ｆ（ｔ）−り、。−り、、、ｉとおけば、加算器７８゛
の出力Ｚは次式で表せる。
の出力Ｚは次式で表せる。
Ｚ＝Ｋｐｆ（ｔ）十に□Ｓ ｆ （ｔ ）ｄｔ＋Ｋｎ
Ａ ｆ （ｔ ）＋ Ｋ ｚｘｌｌｆ （ｔ ）ｄｔｄ
ｔ＋Ｋ Ａｔ −Ｋ Ｂｔ・・・（１） ここに、ゲインＫｐ、に□、Ｋ、、に□□は定数である
。
Ａ ｆ （ｔ ）＋ Ｋ ｚｘｌｌｆ （ｔ ）ｄｔｄ
ｔ＋Ｋ Ａｔ −Ｋ Ｂｔ・・・（１） ここに、ゲインＫｐ、に□、Ｋ、、に□□は定数である
。
ここで、結晶径制御の場合は比例動作及び微分動作が他
の動作に比し非常に小さいので、式（１）を次式で近似
する。
の動作に比し非常に小さいので、式（１）を次式で近似
する。
Ｚ＝に□Ｓ ｆ （ｔ ）ｄｔ＋ Ｋ ｒｘｌｌｆ
（ｔ ）ｄｔｄｔ十ＫＡｔ−ＫＢｔ
・・・（２）出力Ｚが一定値で安定した場合に
ついて式（２）％式％ したがって、Ｉ２調節を行えば、持続的外乱が生じても
、Ｋ□／に、□の時定数で制御偏差が消滅することかわ
かる。
（ｔ ）ｄｔｄｔ十ＫＡｔ−ＫＢｔ
・・・（２）出力Ｚが一定値で安定した場合に
ついて式（２）％式％ したがって、Ｉ２調節を行えば、持続的外乱が生じても
、Ｋ□／に、□の時定数で制御偏差が消滅することかわ
かる。
しかし、Ｉ２調節を行わなかった場合には、すなわち式
（３）においてＫｓｘ＝０の場合には、ｒ （ｔ ）＝
（ＫＢ−ＫＡ） ／Ｋ Ｉ ・・・（４）
となり、制御偏差が０に収束しない。
（３）においてＫｓｘ＝０の場合には、ｒ （ｔ ）＝
（ＫＢ−ＫＡ） ／Ｋ Ｉ ・・・（４）
となり、制御偏差が０に収束しない。
以上のことから、持続的外乱が大きく生ずるような調節
の場合には Ｉ２調節を行うことにより、制御偏差を極
めて小さくすることができることがわかる。
の場合には Ｉ２調節を行うことにより、制御偏差を極
めて小さくすることができることがわかる。
なお、本発明は、シリコンのような単元素半導体の単結
晶化、ガリウム砒素のような化合物半導体の単結晶化あ
るいは各種セラミック等の単結晶化に利用可能であり、
結晶育成時の雰囲気は、常圧下は勿論、減圧、加圧下の
いずれであっても有効である。
晶化、ガリウム砒素のような化合物半導体の単結晶化あ
るいは各種セラミック等の単結晶化に利用可能であり、
結晶育成時の雰囲気は、常圧下は勿論、減圧、加圧下の
いずれであっても有効である。
「発明の効果コ
本発明に係る晶出結晶径制御装置では、理想調節量のパ
ターンとプログラム設定手段に予め書き込まれた基本調
節量のパターンとの差を埋めるように、第１調節手段が
ＰＩ動作またはＰＩＤ動作を行い、さらに、第２調節手
段が１′動作を行うようになっており、ＰＩ制御または
ＰＩＤ制御の各ゲインを小さくするこ−とができるので
、制御におけるハンチングの振幅を小さくして、融液滴
下の発生を防止することが可能であり、かつ、結晶棒表
面の凹凸を従来よりも小さくすることができるという優
れた効果がある。
ターンとプログラム設定手段に予め書き込まれた基本調
節量のパターンとの差を埋めるように、第１調節手段が
ＰＩ動作またはＰＩＤ動作を行い、さらに、第２調節手
段が１′動作を行うようになっており、ＰＩ制御または
ＰＩＤ制御の各ゲインを小さくするこ−とができるので
、制御におけるハンチングの振幅を小さくして、融液滴
下の発生を防止することが可能であり、かつ、結晶棒表
面の凹凸を従来よりも小さくすることができるという優
れた効果がある。
加うるに、■２動作を行っているので、加熱特性や結晶
棒の目標直径等が異なることＪこより、該基本調節量の
パターンと理想調節量のパターンとの差がある程度生じ
ても、この基本調節量のパターンを変更する必要がない
という優れた効果もある。
棒の目標直径等が異なることＪこより、該基本調節量の
パターンと理想調節量のパターンとの差がある程度生じ
ても、この基本調節量のパターンを変更する必要がない
という優れた効果もある。
第１図乃至第３図は本発明の第１実施例に係り、第１図
はＦＺ法に適用した晶出結晶径制御装置のブロック図、
第２図は晶出側ゾーン長設定器４６の入出力特性を示す
線図、第３図は融液肩部直径設定器８０の入出力特性を
示す線図である。 第４図は本発明の第２実施例を示す部分ブロツり図であ
る。 第５図は本発明をＣＺ法に適用した第３実施例を示ず晶
出結晶径制御装置のブロック図である。 １２：誘導加熱コイル １４：被結晶化材料棒１６：
熔出側材料棒 １８二晶出側材料棒２０：熔融帯域
２４：晶出界面２８：熔出界面 ３０：工業用テレビカメラ ３４：晶出側融液肩部 ７０．７０°：減算器７６：
積分器 ７８．７８°：加算器８２．８２”
：差動増幅器 ８４．８４’：ＰＩＤ調節器 ８８．８８’：Ｉ’調節器 ８６：定数倍器９０．９０
°：基本供給電力設定器 ９２：坩堝 ９４：ヒータ９６：融液
９８：単結晶棒Ｄ ｐＩ ：熔出直径
Ｄｌ：融液肩部直径Ｄｍｏ：融液肩部目標直径 ＤｓＩ：晶出結晶検出直径 Ｌｌ：晶出側ゾーン長 Ｙ：晶出鋼材料棒長Ｅｐ：
基本供給電力微分値
はＦＺ法に適用した晶出結晶径制御装置のブロック図、
第２図は晶出側ゾーン長設定器４６の入出力特性を示す
線図、第３図は融液肩部直径設定器８０の入出力特性を
示す線図である。 第４図は本発明の第２実施例を示す部分ブロツり図であ
る。 第５図は本発明をＣＺ法に適用した第３実施例を示ず晶
出結晶径制御装置のブロック図である。 １２：誘導加熱コイル １４：被結晶化材料棒１６：
熔出側材料棒 １８二晶出側材料棒２０：熔融帯域
２４：晶出界面２８：熔出界面 ３０：工業用テレビカメラ ３４：晶出側融液肩部 ７０．７０°：減算器７６：
積分器 ７８．７８°：加算器８２．８２”
：差動増幅器 ８４．８４’：ＰＩＤ調節器 ８８．８８’：Ｉ’調節器 ８６：定数倍器９０．９０
°：基本供給電力設定器 ９２：坩堝 ９４：ヒータ９６：融液
９８：単結晶棒Ｄ ｐＩ ：熔出直径
Ｄｌ：融液肩部直径Ｄｍｏ：融液肩部目標直径 ＤｓＩ：晶出結晶検出直径 Ｌｌ：晶出側ゾーン長 Ｙ：晶出鋼材料棒長Ｅｐ：
基本供給電力微分値
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 フローティングゾーン法またはチョクラルスキー法を用
いて融液界面から結晶を晶出させ、該融液を作る加熱装
置への供給電力又は該加熱装置に対する結晶棒の相対移
動速度を調節量として該量を調節し、晶出結晶径に関す
る量の検出値が目標値になるよう制御する晶出結晶径制
御装置において、 該晶出結晶径に関する量の検出値又は該結晶棒の長さの
検出値に応答して、予め定められた基本調節量を出力す
るプログラム設定手段と、 該晶出結晶径に関する量の、検出値と目標値との差に応
答して、ＰＩ又はＰＩＤ動作を行う第１調節手段と、 該晶出結晶径に関する量の、検出値と目標値との差に応
答して、Ｉ＾２動作を行う第２調節手段と、該プログラ
ム設定手段、該第１調節手段及び該第２調節手段の一次
結合値を調節量として出力する重ね合せ手段と、 を有することを特徴とする晶出結晶径制御装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62141019A JPS63307186A (ja) | 1987-06-05 | 1987-06-05 | 晶出結晶径制御装置 |
| US07/203,441 US4876438A (en) | 1987-06-05 | 1988-06-03 | Control of the power to the heater and the speed of movement of a crystal rod by control of the crystal rod diameter |
| EP88710012A EP0294311B1 (en) | 1987-06-05 | 1988-06-06 | Automatic control of crystal rod diameter |
| DE8888710012T DE3865243D1 (de) | 1987-06-05 | 1988-06-06 | Automatische steuerung des durchmessers eines kristallstabes. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62141019A JPS63307186A (ja) | 1987-06-05 | 1987-06-05 | 晶出結晶径制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63307186A true JPS63307186A (ja) | 1988-12-14 |
| JPH0571552B2 JPH0571552B2 (ja) | 1993-10-07 |
Family
ID=15282305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62141019A Granted JPS63307186A (ja) | 1987-06-05 | 1987-06-05 | 晶出結晶径制御装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4876438A (ja) |
| EP (1) | EP0294311B1 (ja) |
| JP (1) | JPS63307186A (ja) |
| DE (1) | DE3865243D1 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5089238A (en) * | 1989-10-20 | 1992-02-18 | Shin-Etsu Handotai Company Limited | Method of forming a temperature pattern of heater and silicon single crystal growth control apparatus using the temperature pattern |
| JPH04310591A (ja) * | 1991-04-10 | 1992-11-02 | Nittetsu Mining Co Ltd | Ｆｚ法による単結晶育成状態の異常を検出する方法およびその装置 |
| JP2007254178A (ja) * | 2006-03-20 | 2007-10-04 | Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 | 単結晶育成方法、単結晶育成装置 |
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