JPH06316484A - Ｃｚ法における融液レベル制御装置 - Google Patents
Ｃｚ法における融液レベル制御装置Info
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- JPH06316484A JPH06316484A JP12527493A JP12527493A JPH06316484A JP H06316484 A JPH06316484 A JP H06316484A JP 12527493 A JP12527493 A JP 12527493A JP 12527493 A JP12527493 A JP 12527493A JP H06316484 A JPH06316484 A JP H06316484A
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- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 78
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 6
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＣＺ法による単結晶製造において、融液面の
ゆらぎに影響されることなく融液面位置を検出し、所望
の位置に制御することができるようにする。 【構成】 レーザ光をチャンバ１上方から拡大された平
行光線３として融液面２に照射する。ＣＣＤカメラ４は
融液面２を斜め上方から捕捉し、前記レーザスポット光
の重心位置を現在値Ｖf として出力する。制御装置は、
指令部１１が所定の融液面位置として出力する指令値Ｖ
c と前記現在値Ｖf とを比較し、その差が許容値を超え
たときはるつぼ軸昇降用サーボモータのパワーアンプに
駆動速度指令信号を出力して、るつぼ軸の駆動を調節す
る。融液面上のスポット径が大きく、ＣＣＤカメラ４は
そのスポット光の重心位置を検出するものであるため、
融液面２のゆらぎにかかわらず融液面位置を高精度で制
御することができる。
ゆらぎに影響されることなく融液面位置を検出し、所望
の位置に制御することができるようにする。 【構成】 レーザ光をチャンバ１上方から拡大された平
行光線３として融液面２に照射する。ＣＣＤカメラ４は
融液面２を斜め上方から捕捉し、前記レーザスポット光
の重心位置を現在値Ｖf として出力する。制御装置は、
指令部１１が所定の融液面位置として出力する指令値Ｖ
c と前記現在値Ｖf とを比較し、その差が許容値を超え
たときはるつぼ軸昇降用サーボモータのパワーアンプに
駆動速度指令信号を出力して、るつぼ軸の駆動を調節す
る。融液面上のスポット径が大きく、ＣＣＤカメラ４は
そのスポット光の重心位置を検出するものであるため、
融液面２のゆらぎにかかわらず融液面位置を高精度で制
御することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＣＺ法による単結晶製
造装置に使用する融液レベル制御装置に関する。
造装置に使用する融液レベル制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の基板となる単結晶をＣＺ法
によって製造する場合、単結晶の成長に伴ってるつぼ内
の融液レベルが下降するが、良質の単結晶を得るためる
つぼ軸を駆動してるつぼを上昇させ、ヒータに対して融
液面が常に一定の位置に維持されるように制御する必要
がある。前記融液レベルの制御に当たり、まず融液面位
置を測定しなければならないが、その手段としてたとえ
ば下記のものが知られている。 （１）実開平３−１８１７１に示されるように、融液面
に向けて斜め上方から検出光を投射し、融液面からの反
射光を受光素子で検出して融液面位置を演算する。 （２）特開平２−１０２１８７に示されるように、単結
晶成長部に生じるフュージョンリングの位置をＣＣＤカ
メラにより計測して融液面位置を制御する。 （３）実開平３−９６３５６に示されるように、融液面
の上方に設けた部材の反射像をチャンバ外部に設けた望
遠鏡等で覗くことにより、融液面位置を計測する。
によって製造する場合、単結晶の成長に伴ってるつぼ内
の融液レベルが下降するが、良質の単結晶を得るためる
つぼ軸を駆動してるつぼを上昇させ、ヒータに対して融
液面が常に一定の位置に維持されるように制御する必要
がある。前記融液レベルの制御に当たり、まず融液面位
置を測定しなければならないが、その手段としてたとえ
ば下記のものが知られている。 （１）実開平３−１８１７１に示されるように、融液面
に向けて斜め上方から検出光を投射し、融液面からの反
射光を受光素子で検出して融液面位置を演算する。 （２）特開平２−１０２１８７に示されるように、単結
晶成長部に生じるフュージョンリングの位置をＣＣＤカ
メラにより計測して融液面位置を制御する。 （３）実開平３−９６３５６に示されるように、融液面
の上方に設けた部材の反射像をチャンバ外部に設けた望
遠鏡等で覗くことにより、融液面位置を計測する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の融液レベル
測定装置には、それぞれ下記の問題点がある。 （１）実開平３−１８１７１は、融液面のゆらぎによっ
て融液面に投射した光の反射光が各方向に散乱するため
検出精度が低くなり、前記ゆらぎが大きい場合は融液レ
ベルを検出することができない。従って、融液レベルを
正確に制御することが困難である。 （２）特開平２−１０２１８７は、引き上げ中の単結晶
が振れると測定精度が低下する。 （３）実開平３−９６３５６は、融液面のゆらぎにより
融液面上方に設けた部材の反射像が安定して見えないた
め融液レベル制御が不正確になるとともに、前記部材に
付着したアモルファスシリコンが落下することにより融
液が汚染されて単結晶化率を低下させる。 そこで本発明はこのような従来の問題点に着目し、融液
面のゆらぎに影響されることなく融液面位置を常に高精
度で検出し、所望の位置に制御することができるような
ＣＺ法における融液レベル制御装置を提供することを目
的としている。
測定装置には、それぞれ下記の問題点がある。 （１）実開平３−１８１７１は、融液面のゆらぎによっ
て融液面に投射した光の反射光が各方向に散乱するため
検出精度が低くなり、前記ゆらぎが大きい場合は融液レ
ベルを検出することができない。従って、融液レベルを
正確に制御することが困難である。 （２）特開平２−１０２１８７は、引き上げ中の単結晶
が振れると測定精度が低下する。 （３）実開平３−９６３５６は、融液面のゆらぎにより
融液面上方に設けた部材の反射像が安定して見えないた
め融液レベル制御が不正確になるとともに、前記部材に
付着したアモルファスシリコンが落下することにより融
液が汚染されて単結晶化率を低下させる。 そこで本発明はこのような従来の問題点に着目し、融液
面のゆらぎに影響されることなく融液面位置を常に高精
度で検出し、所望の位置に制御することができるような
ＣＺ法における融液レベル制御装置を提供することを目
的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るＣＺ法における融液レベル制御装置
は、ＣＺ法による単結晶製造装置において、レーザ光を
拡大スポット光として融液面に照射する光学系と、前記
拡大スポット光の融液面における照射位置およびその周
辺をＣＣＤカメラにより捕捉し、制御部に入力する検出
系と、所定の融液面位置指令信号を前記制御部に出力す
る指令部と、前記検出系が検出したスポット位置と所定
の融液面位置指令信号に基づく融液面位置の目標値とを
比較し、その結果に基づいてるつぼ昇降モータ駆動用パ
ワーアンプに駆動速度指令信号を出力する制御部とから
なる制御系を備える構成とし、このような構成におい
て、融液面に照射される拡大スポット光の重心の実測座
標と、所定の融液面位置におけるスポット光の重心に相
当する基準座標とを比較し、前記実測座標が基準座標に
一致するようにるつぼを上下動させることにより融液面
位置を制御するものとした。
め、本発明に係るＣＺ法における融液レベル制御装置
は、ＣＺ法による単結晶製造装置において、レーザ光を
拡大スポット光として融液面に照射する光学系と、前記
拡大スポット光の融液面における照射位置およびその周
辺をＣＣＤカメラにより捕捉し、制御部に入力する検出
系と、所定の融液面位置指令信号を前記制御部に出力す
る指令部と、前記検出系が検出したスポット位置と所定
の融液面位置指令信号に基づく融液面位置の目標値とを
比較し、その結果に基づいてるつぼ昇降モータ駆動用パ
ワーアンプに駆動速度指令信号を出力する制御部とから
なる制御系を備える構成とし、このような構成におい
て、融液面に照射される拡大スポット光の重心の実測座
標と、所定の融液面位置におけるスポット光の重心に相
当する基準座標とを比較し、前記実測座標が基準座標に
一致するようにるつぼを上下動させることにより融液面
位置を制御するものとした。
【０００５】
【作用】上記構成によれば、レーザ光を拡大スポット光
として融液面に照射することにしたので、融液面上にお
けるスポット径が大きくなり、融液面のゆらぎにかかわ
らずその映像をＣＣＤカメラで捕らえることができる。
ＣＣＤカメラは捕捉したスポット光の重心位置を検出し
て制御部に入力するので、融液面のゆらぎによってスポ
ット光映像が絶えず変動していても、融液面位置を常に
一定条件のもとで検出することができる。そして、前記
重心位置と、あらかじめ設定した重心位置とを比較し、
両者が一致するようにるつぼ昇降モータの駆動を調節す
ることにより、融液面を所定の位置に維持することがで
きる。
として融液面に照射することにしたので、融液面上にお
けるスポット径が大きくなり、融液面のゆらぎにかかわ
らずその映像をＣＣＤカメラで捕らえることができる。
ＣＣＤカメラは捕捉したスポット光の重心位置を検出し
て制御部に入力するので、融液面のゆらぎによってスポ
ット光映像が絶えず変動していても、融液面位置を常に
一定条件のもとで検出することができる。そして、前記
重心位置と、あらかじめ設定した重心位置とを比較し、
両者が一致するようにるつぼ昇降モータの駆動を調節す
ることにより、融液面を所定の位置に維持することがで
きる。
【０００６】
【実施例】以下に本発明に係るＣＺ法における融液レベ
ル制御装置の実施例について、図面を参照して説明す
る。図１は融液レベル制御装置の概略構成を示す説明図
で、チャンバ１の上方には図示しない、たとえばＨｅ−
Ｎｅレーザ等の発振器と、ビームエキスパンダとが設け
られている。前記レーザ光発振器から融液面２に向けて
垂直に発振されるレーザ光は、ビームエキスパンダによ
って任意のスポット径に拡大された平行光線３となり、
融液面２に照射される。また、ＣＣＤカメラ４はチャン
バ１の斜め上方に設置され、光透過窓１ａを介して前記
融液面２を観察している。５はるつぼ、６はるつぼ軸、
７はるつぼ昇降モータ、８は回転→直動変換部、１０は
制御装置本体である。この制御装置本体１０は、所定の
融液面高さにおけるスポット位置の値Ｖc を設定・出力
する指令部１１、前記指令値ＶcとＣＣＤカメラ４が出
力するスポット位置の現在値Ｖf とを比較してその偏差
ΔＶを出力する比較部１２、前記ΔＶの大きさに基づい
て指令信号Ｖout を出力する制御部１３、モータ駆動用
パワーアンプ１４からなっている。
ル制御装置の実施例について、図面を参照して説明す
る。図１は融液レベル制御装置の概略構成を示す説明図
で、チャンバ１の上方には図示しない、たとえばＨｅ−
Ｎｅレーザ等の発振器と、ビームエキスパンダとが設け
られている。前記レーザ光発振器から融液面２に向けて
垂直に発振されるレーザ光は、ビームエキスパンダによ
って任意のスポット径に拡大された平行光線３となり、
融液面２に照射される。また、ＣＣＤカメラ４はチャン
バ１の斜め上方に設置され、光透過窓１ａを介して前記
融液面２を観察している。５はるつぼ、６はるつぼ軸、
７はるつぼ昇降モータ、８は回転→直動変換部、１０は
制御装置本体である。この制御装置本体１０は、所定の
融液面高さにおけるスポット位置の値Ｖc を設定・出力
する指令部１１、前記指令値ＶcとＣＣＤカメラ４が出
力するスポット位置の現在値Ｖf とを比較してその偏差
ΔＶを出力する比較部１２、前記ΔＶの大きさに基づい
て指令信号Ｖout を出力する制御部１３、モータ駆動用
パワーアンプ１４からなっている。
【０００７】ＣＣＤカメラ４は、融液面２に垂直上方か
ら照射される拡大スポット光を含む融液面の状況を斜め
上方から捕捉する。そして、前記スポット光の映像の重
心位置を算出して出力する。スポット径が大きいことと
スポットの重心位置を算出することにより、融液面のゆ
らぎの影響をほぼ皆無にすることができる。
ら照射される拡大スポット光を含む融液面の状況を斜め
上方から捕捉する。そして、前記スポット光の映像の重
心位置を算出して出力する。スポット径が大きいことと
スポットの重心位置を算出することにより、融液面のゆ
らぎの影響をほぼ皆無にすることができる。
【０００８】図２は融液レベルの制御を実行するフロー
チャートで、各ステップの左上に記載した数字はステッ
プ番号を示す。ステップ１で、あらかじめ設定・入力し
ておいた融液面高さすなわち融液面上のスポット位置に
関する指令値Ｖc が読み込まれ、ステップ２で現在の融
液面高さすなわちＣＣＤカメラが検出したスポット重心
の現在値Ｖf が読み込まれる。次にステップ３で前記指
令値と現在値との偏差ΔＶ＝Ｖc −Ｖf の演算が行わ
れ、ステップ４で｜ΔＶ｜とあらかじめ設定・記憶させ
ておいた偏差の許容値Ｖe との比較が行われる。そして
｜ΔＶ｜≦Ｖe であれば、現在の融液面高さが所定の範
囲内にあるものと判定し、ステップ２に戻る。また、｜
ΔＶ｜＞Ｖe であればステップ５に進む。ステップ５で
は操作出力信号Ｖout ＝ｋ1 ・ΔＶ（ただしｋ1 はゲイ
ン定数）をモータ駆動用パワーアンプに出力する。前記
操作出力信号Ｖout を受けたモータ駆動用パワーアンプ
は、ステップ６でＶd ＝ｋ2 ・Ｖout （ただしｋ2 はゲ
イン定数）をるつぼ昇降モータに出力し、ステップ７で
回転→直動変換部が作動してるつぼ軸が上下動すること
によって、融液面高さを所定の位置に調節する。その後
ステップ２に戻る。
チャートで、各ステップの左上に記載した数字はステッ
プ番号を示す。ステップ１で、あらかじめ設定・入力し
ておいた融液面高さすなわち融液面上のスポット位置に
関する指令値Ｖc が読み込まれ、ステップ２で現在の融
液面高さすなわちＣＣＤカメラが検出したスポット重心
の現在値Ｖf が読み込まれる。次にステップ３で前記指
令値と現在値との偏差ΔＶ＝Ｖc −Ｖf の演算が行わ
れ、ステップ４で｜ΔＶ｜とあらかじめ設定・記憶させ
ておいた偏差の許容値Ｖe との比較が行われる。そして
｜ΔＶ｜≦Ｖe であれば、現在の融液面高さが所定の範
囲内にあるものと判定し、ステップ２に戻る。また、｜
ΔＶ｜＞Ｖe であればステップ５に進む。ステップ５で
は操作出力信号Ｖout ＝ｋ1 ・ΔＶ（ただしｋ1 はゲイ
ン定数）をモータ駆動用パワーアンプに出力する。前記
操作出力信号Ｖout を受けたモータ駆動用パワーアンプ
は、ステップ６でＶd ＝ｋ2 ・Ｖout （ただしｋ2 はゲ
イン定数）をるつぼ昇降モータに出力し、ステップ７で
回転→直動変換部が作動してるつぼ軸が上下動すること
によって、融液面高さを所定の位置に調節する。その後
ステップ２に戻る。
【０００９】図３はＣＣＤカメラの画像出力例を示す説
明図で、（ａ）は融液面位置の現在値が融液面高さ指令
値に一致した状態を示し、融液面におけるスポット光の
重心位置は座標（０，０）に一致している。（ｂ）は融
液面位置の現在値が融液面高さ指令値より２０ｍｍ上方
にある場合を示し、融液面におけるスポット光の重心位
置は座標（２０，０）の位置にある。また、（ｃ）は融
液面高さの現在値が融液面高さ指令値より２０ｍｍ下方
にある場合を示し、融液面におけるスポット光の重心位
置は座標（−２０，０）の位置にある。本実施例では融
液面高さの変動幅が±２０ｍｍまで対応可能であり、制
御精度は±１ｍｍ以下とすることができる。
明図で、（ａ）は融液面位置の現在値が融液面高さ指令
値に一致した状態を示し、融液面におけるスポット光の
重心位置は座標（０，０）に一致している。（ｂ）は融
液面位置の現在値が融液面高さ指令値より２０ｍｍ上方
にある場合を示し、融液面におけるスポット光の重心位
置は座標（２０，０）の位置にある。また、（ｃ）は融
液面高さの現在値が融液面高さ指令値より２０ｍｍ下方
にある場合を示し、融液面におけるスポット光の重心位
置は座標（−２０，０）の位置にある。本実施例では融
液面高さの変動幅が±２０ｍｍまで対応可能であり、制
御精度は±１ｍｍ以下とすることができる。
【００１０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、レ
ーザ光を拡大スポット光として融液面に照射し、斜め上
方に設置したＣＣＤカメラにより前記拡大スポット光の
重心位置を求めることにしたので、融液面のゆらぎに影
響されることなく融液面位置を常に高精度で検出するこ
とができる。そして、算出した実際の拡大スポット光重
心位置とあらかじめ設定した重心位置とを比較し、両者
が一致するようにるつぼ軸昇降用サーボモータの駆動を
調節することにより、融液面を容易に所定の位置に維持
することが可能となる。
ーザ光を拡大スポット光として融液面に照射し、斜め上
方に設置したＣＣＤカメラにより前記拡大スポット光の
重心位置を求めることにしたので、融液面のゆらぎに影
響されることなく融液面位置を常に高精度で検出するこ
とができる。そして、算出した実際の拡大スポット光重
心位置とあらかじめ設定した重心位置とを比較し、両者
が一致するようにるつぼ軸昇降用サーボモータの駆動を
調節することにより、融液面を容易に所定の位置に維持
することが可能となる。
【図１】融液レベル制御装置の概略構成を示す説明図で
ある。
ある。
【図２】融液レベル制御を実行するフローチャートであ
る。
る。
【図３】ＣＣＤカメラの画像出力例を示す説明図で、
（ａ）は融液面高さの現在値が融液面高さ指令値に一致
した状態、（ｂ）は前記現在値が前記指令値より高い状
態、（ｃ）は前記現在値が前記指令値より低い状態をそ
れぞれ示す。
（ａ）は融液面高さの現在値が融液面高さ指令値に一致
した状態、（ｂ）は前記現在値が前記指令値より高い状
態、（ｃ）は前記現在値が前記指令値より低い状態をそ
れぞれ示す。
２ 融液面 ４ ＣＣＤカメラ ７ るつぼ昇降モータ １１ 指令部 １２ 比較部 １３ 制御部 １４ るつぼ昇降モータ駆動用パワーアンプ
Claims (2)
- 【請求項１】 ＣＺ法による単結晶製造装置において、
レーザ光を拡大スポット光として融液面に照射する光学
系と、 前記拡大スポット光の融液面における照射位置およびそ
の周辺をＣＣＤカメラにより捕捉し、制御部に入力する
検出系と、 所定の融液面位置指令信号を前記制御部に出力する指令
部と、前記検出系が検出したスポット位置と所定の融液
面位置指令信号に基づく融液面位置の目標値とを比較
し、その結果に基づいてるつぼ昇降モータ駆動用パワー
アンプに駆動速度指令信号を出力する制御部とからなる
制御系を備えていることを特徴とするＣＺ法における融
液レベル制御装置。 - 【請求項２】 融液面に照射される拡大スポット光の重
心の実測座標と、所定の融液面位置におけるスポット光
の重心に相当する基準座標とを比較し、前記実測座標が
基準座標に一致するようにるつぼを上下動させることに
より融液面位置を制御することを特徴とする請求項１の
融液レベル制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05125274A JP3129571B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | Ｃｚ法における融液レベル制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05125274A JP3129571B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | Ｃｚ法における融液レベル制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06316484A true JPH06316484A (ja) | 1994-11-15 |
| JP3129571B2 JP3129571B2 (ja) | 2001-01-31 |
Family
ID=14906022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05125274A Expired - Lifetime JP3129571B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | Ｃｚ法における融液レベル制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3129571B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6994748B2 (en) | 2000-05-01 | 2006-02-07 | Komatsu Denshi Kinzoku Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for measuring melt level |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4734139B2 (ja) | 2006-02-27 | 2011-07-27 | Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 | 位置測定方法 |
| JP6075756B2 (ja) * | 2012-12-07 | 2017-02-08 | 株式会社Pfu | 照明装置及び撮像システム |
-
1993
- 1993-04-28 JP JP05125274A patent/JP3129571B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6994748B2 (en) | 2000-05-01 | 2006-02-07 | Komatsu Denshi Kinzoku Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for measuring melt level |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3129571B2 (ja) | 2001-01-31 |
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