JPH07277879A - Ｃｚ法による単結晶製造装置および融液レベル制御方法 - Google Patents
Ｃｚ法による単結晶製造装置および融液レベル制御方法Info
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- JPH07277879A JPH07277879A JP8602894A JP8602894A JPH07277879A JP H07277879 A JPH07277879 A JP H07277879A JP 8602894 A JP8602894 A JP 8602894A JP 8602894 A JP8602894 A JP 8602894A JP H07277879 A JPH07277879 A JP H07277879A
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Landscapes
- 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、融液面お
よび輻射防止筒を常に所定の位置に保持することができ
るようにする。 【構成】 るつぼ軸３を駆動してるつぼ４を所定の位置
に設置し、原料溶解完了時のるつぼ軸３の位置を記憶す
る。シード軸２に固定した種子結晶が融液５に接触した
ときのシード軸位置データに基づいて融液面位置を算出
する。次に、前記融液面位置データに基づいて、輻射防
止筒７の下面と融液面との隙間が所定の値になるように
輻射防止筒上下軸８を駆動し、輻射防止筒７を固定す
る。融液５の表面から反射する輻射防止筒７下面の写像
の特定部位をＣＣＤカメラ９で検出し、前記特定部位が
変位した場合はるつぼ軸３を駆動して融液面位置を調整
する。前記制御は、指令部１１、制御演算部１２により
行われる。これらの操作により、融液面および輻射防止
筒７は常に所定の位置に保持される。
よび輻射防止筒を常に所定の位置に保持することができ
るようにする。 【構成】 るつぼ軸３を駆動してるつぼ４を所定の位置
に設置し、原料溶解完了時のるつぼ軸３の位置を記憶す
る。シード軸２に固定した種子結晶が融液５に接触した
ときのシード軸位置データに基づいて融液面位置を算出
する。次に、前記融液面位置データに基づいて、輻射防
止筒７の下面と融液面との隙間が所定の値になるように
輻射防止筒上下軸８を駆動し、輻射防止筒７を固定す
る。融液５の表面から反射する輻射防止筒７下面の写像
の特定部位をＣＣＤカメラ９で検出し、前記特定部位が
変位した場合はるつぼ軸３を駆動して融液面位置を調整
する。前記制御は、指令部１１、制御演算部１２により
行われる。これらの操作により、融液面および輻射防止
筒７は常に所定の位置に保持される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＣＺ法による単結晶製
造装置に係り、詳しくは、融液面を所定の位置に保持す
るための位置検出・制御装置を備えた単結晶製造装置お
よび融液レベル制御方法に関する。
造装置に係り、詳しくは、融液面を所定の位置に保持す
るための位置検出・制御装置を備えた単結晶製造装置お
よび融液レベル制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の基板には主として高純度の
単結晶シリコンが用いられているが、この単結晶シリコ
ンの製造方法の一つにチョクラルスキー法（以下ＣＺ法
という）がある。ＣＺ法においては、半導体単結晶製造
装置のチャンバ内に設置したるつぼ軸の上端にるつぼ受
けを介して黒鉛るつぼを載置し、前記黒鉛るつぼ内に収
容した石英るつぼに多結晶シリコンを充填した上、前記
黒鉛るつぼの周囲に設けたヒータによって多結晶シリコ
ンを加熱溶解して融液とする。そして、シードチャック
に取り付けた種子結晶を前記融液に浸漬し、シードチャ
ックおよび黒鉛るつぼを同方向または逆方向に回転しつ
つシードチャックを引き上げて単結晶シリコンを成長さ
せる。
単結晶シリコンが用いられているが、この単結晶シリコ
ンの製造方法の一つにチョクラルスキー法（以下ＣＺ法
という）がある。ＣＺ法においては、半導体単結晶製造
装置のチャンバ内に設置したるつぼ軸の上端にるつぼ受
けを介して黒鉛るつぼを載置し、前記黒鉛るつぼ内に収
容した石英るつぼに多結晶シリコンを充填した上、前記
黒鉛るつぼの周囲に設けたヒータによって多結晶シリコ
ンを加熱溶解して融液とする。そして、シードチャック
に取り付けた種子結晶を前記融液に浸漬し、シードチャ
ックおよび黒鉛るつぼを同方向または逆方向に回転しつ
つシードチャックを引き上げて単結晶シリコンを成長さ
せる。
【０００３】単結晶シリコンをＣＺ法によって製造する
場合、前記単結晶シリコンの成長に伴ってるつぼ内の融
液が減少し、融液レベルが下降するが、良質の単結晶シ
リコン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保持され
るように融液レベルを制御する必要がある。前記融液レ
ベルの制御に当たり、まず融液面位置を把握しなければ
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などに示されているよう
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）特開昭６３−２７４６８７、特開平２−１０２１
８７に示されるように、単結晶成長部に生じるメニスカ
スリングの位置をＣＣＤカメラにより計測し、融液面位
置を演算する。 （３）特開平５−１９４０７９、特開平５−１９４０８
０に示されるように、レーザ光を融液面に投射し、融液
面上における前記レーザ光のスポット径あるいは融液面
上におけるレーザ光の走査幅を計測して融液面位置を演
算する。
場合、前記単結晶シリコンの成長に伴ってるつぼ内の融
液が減少し、融液レベルが下降するが、良質の単結晶シ
リコン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保持され
るように融液レベルを制御する必要がある。前記融液レ
ベルの制御に当たり、まず融液面位置を把握しなければ
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などに示されているよう
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）特開昭６３−２７４６８７、特開平２−１０２１
８７に示されるように、単結晶成長部に生じるメニスカ
スリングの位置をＣＣＤカメラにより計測し、融液面位
置を演算する。 （３）特開平５−１９４０７９、特開平５−１９４０８
０に示されるように、レーザ光を融液面に投射し、融液
面上における前記レーザ光のスポット径あるいは融液面
上におけるレーザ光の走査幅を計測して融液面位置を演
算する。
【０００４】
【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などによる測定方法は、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）特開昭６３−２７４６８７などによる測定方法
は、単結晶成長面が不安定になると測定精度が低下す
る。また、テール工程ではチャンバに設けた覗き窓から
メニスカスリングが見えなくなるため、融液レベルを制
御することができない。 （３）特開平５−１９４０７９などによる測定方法は、
レーザ投光用光学系が複雑になり、測定精度を上げるた
めには高価な光学系が必要である。 （４）これらの融液レベル測定装置には、融液面に対す
る輻射防止筒の位置を同期制御する手段が設けられてい
ない。そして、輻射防止筒の位置を同期制御するために
は、シード軸、るつぼ軸および輻射防止筒上下軸が絶対
座標系で制御されなければならない。
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などによる測定方法は、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）特開昭６３−２７４６８７などによる測定方法
は、単結晶成長面が不安定になると測定精度が低下す
る。また、テール工程ではチャンバに設けた覗き窓から
メニスカスリングが見えなくなるため、融液レベルを制
御することができない。 （３）特開平５−１９４０７９などによる測定方法は、
レーザ投光用光学系が複雑になり、測定精度を上げるた
めには高価な光学系が必要である。 （４）これらの融液レベル測定装置には、融液面に対す
る輻射防止筒の位置を同期制御する手段が設けられてい
ない。そして、輻射防止筒の位置を同期制御するために
は、シード軸、るつぼ軸および輻射防止筒上下軸が絶対
座標系で制御されなければならない。
【０００５】本発明はこのような従来の問題点に着目
し、バッチごとに変動する石英るつぼの容積や石英るつ
ぼの熱変形にかかわらず、融液面を所定の位置に保持す
るとともに、輻射防止筒を融液面に対して所定の位置に
保持することによって、育成される単結晶に対する不活
性ガスの流れ、炉内圧力、温度環境を常に一定の状態に
保つことができるようなＣＺ法による単結晶製造装置
と、融液レベルの制御方法とを提供することを目的とし
ている。
し、バッチごとに変動する石英るつぼの容積や石英るつ
ぼの熱変形にかかわらず、融液面を所定の位置に保持す
るとともに、輻射防止筒を融液面に対して所定の位置に
保持することによって、育成される単結晶に対する不活
性ガスの流れ、炉内圧力、温度環境を常に一定の状態に
保つことができるようなＣＺ法による単結晶製造装置
と、融液レベルの制御方法とを提供することを目的とし
ている。
【０００６】
【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法による単結晶製造装置は、シー
ド軸、るつぼ軸および輻射防止筒上下軸が、いずれも同
一基準に基づく絶対座標系における垂直方向変位量検出
手段と、変位量補正手段とを備えていることを特徴と
し、ヒータに対して所定の位置にるつぼを設置したとき
のるつぼ軸位置Ｐ3 を検出する手段と、るつぼ内に充填
した原料の溶解完了後の融液面位置を、種子結晶の下端
が融液面に接触したときのシード軸位置Ｐ1 として検出
する手段と、前記シード軸位置Ｐ1 に基づいて輻射防止
筒を融液面に対して所定の位置Ｐ2 に設置する手段と、
融液面における前記輻射防止筒下面の写像の特定部位を
検出し、前記特定部位が変位した場合に前記るつぼ軸位
置Ｐ3 を補正するためにるつぼ軸を昇降制御する手段と
を備える構成とした。
め、本発明に係るＣＺ法による単結晶製造装置は、シー
ド軸、るつぼ軸および輻射防止筒上下軸が、いずれも同
一基準に基づく絶対座標系における垂直方向変位量検出
手段と、変位量補正手段とを備えていることを特徴と
し、ヒータに対して所定の位置にるつぼを設置したとき
のるつぼ軸位置Ｐ3 を検出する手段と、るつぼ内に充填
した原料の溶解完了後の融液面位置を、種子結晶の下端
が融液面に接触したときのシード軸位置Ｐ1 として検出
する手段と、前記シード軸位置Ｐ1 に基づいて輻射防止
筒を融液面に対して所定の位置Ｐ2 に設置する手段と、
融液面における前記輻射防止筒下面の写像の特定部位を
検出し、前記特定部位が変位した場合に前記るつぼ軸位
置Ｐ3 を補正するためにるつぼ軸を昇降制御する手段と
を備える構成とした。
【０００７】上記の各手段を備えた単結晶製造装置にお
いて、るつぼの上方に設けた水平な基準面Ｆ1 と、るつ
ぼの下方に設けた水平な基準面Ｆ2 との距離をＨT と
し、前記基準面Ｆ1 から融液面までの距離をＰ1 、前記
基準面Ｆ2 からるつぼ底面までの距離をＰ3 、融液深さ
をＨM 、融液面と輻射防止筒の下面との距離をＨ0 、前
記基準面Ｆ2 から輻射防止筒の下面までの距離をＰ2 と
したとき、前記ＨT ，Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｈ0 は常に一定であ
り、かつ、 ＨT ＝Ｐ1 ＋ＨM ＋Ｐ3 ＝Ｐ1 −Ｈ0 ＋Ｐ2 が成立するように前記Ｐ3 を制御することにより、融液
面を所定の位置に保持するものとした。
いて、るつぼの上方に設けた水平な基準面Ｆ1 と、るつ
ぼの下方に設けた水平な基準面Ｆ2 との距離をＨT と
し、前記基準面Ｆ1 から融液面までの距離をＰ1 、前記
基準面Ｆ2 からるつぼ底面までの距離をＰ3 、融液深さ
をＨM 、融液面と輻射防止筒の下面との距離をＨ0 、前
記基準面Ｆ2 から輻射防止筒の下面までの距離をＰ2 と
したとき、前記ＨT ，Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｈ0 は常に一定であ
り、かつ、 ＨT ＝Ｐ1 ＋ＨM ＋Ｐ3 ＝Ｐ1 −Ｈ0 ＋Ｐ2 が成立するように前記Ｐ3 を制御することにより、融液
面を所定の位置に保持するものとした。
【０００８】また、本発明に係るＣＺ法による単結晶製
造装置の融液レベルの制御方法は、ヒータに対して融液
面が所定の位置に来るようにるつぼ軸を上昇させたとき
のるつぼ軸の位置Ｐ3 を検出した後、シード軸を下降さ
せ、シードチャックに取り付けた種子結晶の下端が融液
面に接触したときのシード軸の位置Ｐ1 を検出し、前記
Ｐ1 に対して輻射防止筒の下面と融液面との隙間が所定
の値Ｈ0 になるように輻射防止筒上下軸を下降させ、こ
のときの輻射防止筒上下軸の位置Ｐ2 を検出した後、融
液面から反射する輻射防止筒下面の特定部位の写像の変
位をＣＣＤカメラで検出し、前記変位量がしきい値を超
えないようにるつぼ軸を垂直方向に制御することによっ
て融液面を所定の位置に保持する構成とした。
造装置の融液レベルの制御方法は、ヒータに対して融液
面が所定の位置に来るようにるつぼ軸を上昇させたとき
のるつぼ軸の位置Ｐ3 を検出した後、シード軸を下降さ
せ、シードチャックに取り付けた種子結晶の下端が融液
面に接触したときのシード軸の位置Ｐ1 を検出し、前記
Ｐ1 に対して輻射防止筒の下面と融液面との隙間が所定
の値Ｈ0 になるように輻射防止筒上下軸を下降させ、こ
のときの輻射防止筒上下軸の位置Ｐ2 を検出した後、融
液面から反射する輻射防止筒下面の特定部位の写像の変
位をＣＣＤカメラで検出し、前記変位量がしきい値を超
えないようにるつぼ軸を垂直方向に制御することによっ
て融液面を所定の位置に保持する構成とした。
【０００９】
【作用】上記構成によれば、シード軸、るつぼ軸、輻射
防止筒上下軸のそれぞれの位置が同一基準に基づく絶対
座標系を有することになる。図２は絶対座標系における
融液面および輻射防止筒下面の位置を示す説明図で、る
つぼ４の上方に設けた水平な基準面Ｆ1 と、るつぼ４の
下方に設けた水平な基準面Ｆ2 との距離は、一定の長さ
ＨT として設定され、前記ＨT は融液面の位置を表す設
定値Ｐ1 と、るつぼ軸３の位置を表す設定値Ｐ3 と、融
液深さを表すＨM との和からなっている。また、Ｈ0 は
輻射防止筒下面と融液面との隙間の設定値であり、Ｐ3
＋ＨM ＋Ｈ0 ＝Ｐ2 は輻射防止筒７下面の位置を表す設
定値である。融液レベルの制御に当たり、まず原料溶解
完了時のるつぼ軸位置Ｐ3 を記憶し、シード軸に固定し
た所定の長さの種子結晶が融液面に接触したときのシー
ド軸位置データＰ1 に基づいて融液面位置を算出する。
次に、前記融液面位置データに基づいて、輻射防止筒下
面と融液面との隙間Ｈ0 が所定の値になるように輻射防
止筒上下軸を駆動することにより、輻射防止筒は所定の
位置にセットされる。すなわち、輻射防止筒を、単結晶
育成開始時の実際の融液面位置に対して所定の隙間を有
する位置に設置することができる。
防止筒上下軸のそれぞれの位置が同一基準に基づく絶対
座標系を有することになる。図２は絶対座標系における
融液面および輻射防止筒下面の位置を示す説明図で、る
つぼ４の上方に設けた水平な基準面Ｆ1 と、るつぼ４の
下方に設けた水平な基準面Ｆ2 との距離は、一定の長さ
ＨT として設定され、前記ＨT は融液面の位置を表す設
定値Ｐ1 と、るつぼ軸３の位置を表す設定値Ｐ3 と、融
液深さを表すＨM との和からなっている。また、Ｈ0 は
輻射防止筒下面と融液面との隙間の設定値であり、Ｐ3
＋ＨM ＋Ｈ0 ＝Ｐ2 は輻射防止筒７下面の位置を表す設
定値である。融液レベルの制御に当たり、まず原料溶解
完了時のるつぼ軸位置Ｐ3 を記憶し、シード軸に固定し
た所定の長さの種子結晶が融液面に接触したときのシー
ド軸位置データＰ1 に基づいて融液面位置を算出する。
次に、前記融液面位置データに基づいて、輻射防止筒下
面と融液面との隙間Ｈ0 が所定の値になるように輻射防
止筒上下軸を駆動することにより、輻射防止筒は所定の
位置にセットされる。すなわち、輻射防止筒を、単結晶
育成開始時の実際の融液面位置に対して所定の隙間を有
する位置に設置することができる。
【００１０】融液面に映る輻射防止筒下面の写像は、単
結晶製造装置のチャンバに取り付けたＣＣＤカメラによ
って検出される。図３は前記ＣＣＤカメラが検出した写
像の説明図で、前記写像１３に特定の部位を設定する。
特定部位は、たとえば写像１３の内周に接する水平軸Ｙ
0 と輻射防止筒の中心を通る垂直軸Ｘ0 との交点とす
る。水平軸Ｙ0 を写像１３の外周に接する位置に設定し
てもよい。融液面と輻射防止筒下面との隙間が拡がると
水平軸Ｙ0 は図３の上方に移動し、前記隙間が小さくな
ると水平軸Ｙ0 は図３の下方に移動する。これにより、
輻射防止筒に対する融液面の上下動を検出することがで
きる。輻射防止筒の下面は平坦で、かつ面積が大きいの
で、写像の白画素の重心をとれば融液面のゆらぎに関係
なく特定部位の検出が可能である。この検出データが所
定の値と一致するようにるつぼ軸を制御することによ
り、“融液レベル”と、“融液面と輻射防止筒下端との
距離”とを所定の値に維持することができる。
結晶製造装置のチャンバに取り付けたＣＣＤカメラによ
って検出される。図３は前記ＣＣＤカメラが検出した写
像の説明図で、前記写像１３に特定の部位を設定する。
特定部位は、たとえば写像１３の内周に接する水平軸Ｙ
0 と輻射防止筒の中心を通る垂直軸Ｘ0 との交点とす
る。水平軸Ｙ0 を写像１３の外周に接する位置に設定し
てもよい。融液面と輻射防止筒下面との隙間が拡がると
水平軸Ｙ0 は図３の上方に移動し、前記隙間が小さくな
ると水平軸Ｙ0 は図３の下方に移動する。これにより、
輻射防止筒に対する融液面の上下動を検出することがで
きる。輻射防止筒の下面は平坦で、かつ面積が大きいの
で、写像の白画素の重心をとれば融液面のゆらぎに関係
なく特定部位の検出が可能である。この検出データが所
定の値と一致するようにるつぼ軸を制御することによ
り、“融液レベル”と、“融液面と輻射防止筒下端との
距離”とを所定の値に維持することができる。
【００１１】以上説明したように、本発明による単結晶
製造装置および融液レベル制御方法は、種子結晶が接触
したときの実際の融液面位置を基準として輻射防止筒を
所定の位置に設置し、単結晶育成中は前記輻射防止筒下
面の位置を基準として融液面位置を制御することにした
ので、石英るつぼの容積変動や熱変形の発生にかかわら
ず、融液面を所定の位置に保持することができる。
製造装置および融液レベル制御方法は、種子結晶が接触
したときの実際の融液面位置を基準として輻射防止筒を
所定の位置に設置し、単結晶育成中は前記輻射防止筒下
面の位置を基準として融液面位置を制御することにした
ので、石英るつぼの容積変動や熱変形の発生にかかわら
ず、融液面を所定の位置に保持することができる。
【００１２】
【実施例】以下に本発明に係るＣＺ法による単結晶製造
装置の実施例について、図面を参照して説明する。図１
は、融液レベル測定・制御装置を取り付けた単結晶製造
装置の概略構成を示す説明図である。単結晶製造装置の
チャンバ１内には、シード軸２およびるつぼ軸３がそれ
ぞれ上下動自在、かつ回転自在に設けられている。前記
シード軸２の下端にはシードチャックを介して種子結晶
が取り付けられ、るつぼ軸３の上端にはるつぼ受けを介
してるつぼ４が載置されている。前記種子結晶をるつぼ
４内の融液５に浸漬して引き上げることによって単結晶
６が育成される。単結晶６を取り囲む輻射防止筒７は、
輻射防止筒上下軸８により上下動させることができる。
９はチャンバ１の外部から融液５の表面を観察し、その
映像を電気信号として出力するＣＣＤカメラである。
装置の実施例について、図面を参照して説明する。図１
は、融液レベル測定・制御装置を取り付けた単結晶製造
装置の概略構成を示す説明図である。単結晶製造装置の
チャンバ１内には、シード軸２およびるつぼ軸３がそれ
ぞれ上下動自在、かつ回転自在に設けられている。前記
シード軸２の下端にはシードチャックを介して種子結晶
が取り付けられ、るつぼ軸３の上端にはるつぼ受けを介
してるつぼ４が載置されている。前記種子結晶をるつぼ
４内の融液５に浸漬して引き上げることによって単結晶
６が育成される。単結晶６を取り囲む輻射防止筒７は、
輻射防止筒上下軸８により上下動させることができる。
９はチャンバ１の外部から融液５の表面を観察し、その
映像を電気信号として出力するＣＣＤカメラである。
【００１３】シード軸２、輻射防止筒上下軸８、るつぼ
軸３は、それぞれサーボモータＭ1、Ｍ2 、Ｍ3 の駆動
により上下動する。１１は指令部、１２は制御演算部
で、前記指令部１１から出力される指令信号は制御演算
部１２を介してモータアンプＡ1 、Ａ2 、Ａ3 に送ら
れ、それぞれサーボモータＭ1 、Ｍ2 、Ｍ3 を駆動す
る。これらのサーボモータの回転角は、前記サーボモー
タＭ1 、Ｍ2 、Ｍ3 にそれぞれ取り付けられたモータエ
ンコーダＥ1 、Ｅ2 、Ｅ3 からエンコーダデータＰ1、
Ｐ2 、Ｐ3 として制御演算部１２に入力される。また、
ＣＣＤカメラ９の出力信号（Ｘ0 ，Ｙ0 ）も前記制御演
算部１２に入力される。
軸３は、それぞれサーボモータＭ1、Ｍ2 、Ｍ3 の駆動
により上下動する。１１は指令部、１２は制御演算部
で、前記指令部１１から出力される指令信号は制御演算
部１２を介してモータアンプＡ1 、Ａ2 、Ａ3 に送ら
れ、それぞれサーボモータＭ1 、Ｍ2 、Ｍ3 を駆動す
る。これらのサーボモータの回転角は、前記サーボモー
タＭ1 、Ｍ2 、Ｍ3 にそれぞれ取り付けられたモータエ
ンコーダＥ1 、Ｅ2 、Ｅ3 からエンコーダデータＰ1、
Ｐ2 、Ｐ3 として制御演算部１２に入力される。また、
ＣＣＤカメラ９の出力信号（Ｘ0 ，Ｙ0 ）も前記制御演
算部１２に入力される。
【００１４】上記融液レベル測定・制御装置を取り付け
た単結晶製造装置を用いて単結晶を育成する場合の融液
レベル測定・制御手順を、図１および図２に基づいて説
明する。 （１）るつぼ４を上昇させ、るつぼ軸３を設定値Ｐ3 の
位置に固定する。るつぼ４内に充填した原料の溶解が完
了したとき、融液面はヒータ（図示せず）に対して所定
の位置にある。 （２）シード軸２を下降させて種子結晶を融液５に浸漬
する。種子結晶が融液５に接触した位置Ｐ1 ′を制御演
算部１２に記憶させる。 （３）つぎに、輻射防止筒７の下面と融液５の表面との
隙間が所定の値Ｈ0 になるように輻射防止筒上下軸８を
駆動する。そして、前記隙間がＨ0 になったときの輻射
防止筒上下軸８の位置Ｐ2 ′を制御演算部１２に記憶さ
せる。 （４）上記（３）の時点で、融液５の表面から反射する
輻射防止筒７の下面の写像の特定部位の座標データ（Ｘ
0 ，Ｙ0 ）をＣＣＤカメラ９により検出し、制御演算部
１２に入力する。 以上の（１）〜（４）の動作により、融液５に対する輻
射防止筒７の位置、すなわち輻射防止筒７の下面と融液
５の表面との隙間は所定の値Ｈ0 となる。この後、輻射
防止筒７の下面位置を基準として融液レベルを制御する
ことができる。
た単結晶製造装置を用いて単結晶を育成する場合の融液
レベル測定・制御手順を、図１および図２に基づいて説
明する。 （１）るつぼ４を上昇させ、るつぼ軸３を設定値Ｐ3 の
位置に固定する。るつぼ４内に充填した原料の溶解が完
了したとき、融液面はヒータ（図示せず）に対して所定
の位置にある。 （２）シード軸２を下降させて種子結晶を融液５に浸漬
する。種子結晶が融液５に接触した位置Ｐ1 ′を制御演
算部１２に記憶させる。 （３）つぎに、輻射防止筒７の下面と融液５の表面との
隙間が所定の値Ｈ0 になるように輻射防止筒上下軸８を
駆動する。そして、前記隙間がＨ0 になったときの輻射
防止筒上下軸８の位置Ｐ2 ′を制御演算部１２に記憶さ
せる。 （４）上記（３）の時点で、融液５の表面から反射する
輻射防止筒７の下面の写像の特定部位の座標データ（Ｘ
0 ，Ｙ0 ）をＣＣＤカメラ９により検出し、制御演算部
１２に入力する。 以上の（１）〜（４）の動作により、融液５に対する輻
射防止筒７の位置、すなわち輻射防止筒７の下面と融液
５の表面との隙間は所定の値Ｈ0 となる。この後、輻射
防止筒７の下面位置を基準として融液レベルを制御する
ことができる。
【００１５】本発明に係るＣＺ法による単結晶製造装置
の融液レベル制御方法について、図１、図２を参照しつ
つ図４に基づいて説明する。図４は融液レベルの測定・
制御を実行するフローチャートで、各ステップの左肩に
記載した数字はステップ番号である。ステップ１でるつ
ぼ位置指令信号Ｐ3 が制御演算部からモータアンプＡ 3
を介してサーボモータＭ3 に出力され、るつぼ軸を上昇
させる。これにより、るつぼ４はヒータ（図示せず）に
対して所定の位置に設置される。るつぼ４内の原料の溶
解が完了した後、ステップ２でシード軸下降指令信号Ｐ
1 が制御演算部からモータアンプＡ1 を介してサーボモ
ータＭ1 に出力され、シード軸２を下降させる。シード
軸２は種子結晶が融液５に接触すると下降を停止し、ス
テップ３で前記接触位置Ｐ1 ′がモータエンコーダＥ1
から制御演算部１２に入力される。次にステップ４で△
Ｐ1 ＝Ｐ1 −Ｐ1 ′が演算される。Ｐ1 は種子結晶が融
液５に接触したときのシード軸位置の設定値で、実測値
Ｐ1 ′との差が△Ｐ1 である。
の融液レベル制御方法について、図１、図２を参照しつ
つ図４に基づいて説明する。図４は融液レベルの測定・
制御を実行するフローチャートで、各ステップの左肩に
記載した数字はステップ番号である。ステップ１でるつ
ぼ位置指令信号Ｐ3 が制御演算部からモータアンプＡ 3
を介してサーボモータＭ3 に出力され、るつぼ軸を上昇
させる。これにより、るつぼ４はヒータ（図示せず）に
対して所定の位置に設置される。るつぼ４内の原料の溶
解が完了した後、ステップ２でシード軸下降指令信号Ｐ
1 が制御演算部からモータアンプＡ1 を介してサーボモ
ータＭ1 に出力され、シード軸２を下降させる。シード
軸２は種子結晶が融液５に接触すると下降を停止し、ス
テップ３で前記接触位置Ｐ1 ′がモータエンコーダＥ1
から制御演算部１２に入力される。次にステップ４で△
Ｐ1 ＝Ｐ1 −Ｐ1 ′が演算される。Ｐ1 は種子結晶が融
液５に接触したときのシード軸位置の設定値で、実測値
Ｐ1 ′との差が△Ｐ1 である。
【００１６】ステップ５では、輻射防止筒７の下端位置
の設定値Ｐ2 に対して、実際の融液面位置に基づく補正
値Ｐ2 ′が演算される。この演算は、Ｐ2 ′＝Ｐ2 ＋ｋ
1 ×△Ｐ1 の算式によって求められる。ここで、ｋ1 は
変換係数である。ステップ６では輻射防止筒上下軸８を
下降させるため、制御演算部１２からモータアンプＡ2
を介してサーボモータＭ2 に輻射防止筒上下軸下降指令
信号Ｐ2 ′が出力される。これにより輻射防止筒上下軸
８が下降し、輻射防止筒７の下端と融液面との距離がＨ
0 となる位置に輻射防止筒７が固定される。このとき融
液面から反射する輻射防止筒７下端の写像データ
（Ｘ0 ，Ｙ0 ）は、ステップ７でＣＣＤカメラ９から制
御演算部１２に入力され、記憶される。
の設定値Ｐ2 に対して、実際の融液面位置に基づく補正
値Ｐ2 ′が演算される。この演算は、Ｐ2 ′＝Ｐ2 ＋ｋ
1 ×△Ｐ1 の算式によって求められる。ここで、ｋ1 は
変換係数である。ステップ６では輻射防止筒上下軸８を
下降させるため、制御演算部１２からモータアンプＡ2
を介してサーボモータＭ2 に輻射防止筒上下軸下降指令
信号Ｐ2 ′が出力される。これにより輻射防止筒上下軸
８が下降し、輻射防止筒７の下端と融液面との距離がＨ
0 となる位置に輻射防止筒７が固定される。このとき融
液面から反射する輻射防止筒７下端の写像データ
（Ｘ0 ，Ｙ0 ）は、ステップ７でＣＣＤカメラ９から制
御演算部１２に入力され、記憶される。
【００１７】単結晶の育成中、上記輻射防止筒７下端の
写像データ（Ｘ0 ，Ｙ0 ）は常時制御演算部１２に入力
される。前記写像データが（Ｘ0 ′，Ｙ0 ′）に変化し
た場合、ステップ８で△Ｙ＝Ｙ0 −Ｙ0 ′の演算を行っ
た上、ステップ９でしきい値Ｙ1 が読み込まれる。ステ
ップ１０では前記△ＹとＹ1 とを比較し、△Ｙがしきい
値Ｙ1 以下であれば融液面の位置が許容範囲にあるもの
として、ステップ７に戻る。△Ｙがしきい値Ｙ1 を超え
ている場合は、ステップ１１で△Ｐ3 ＝ｋ2 ×△Ｙの演
算を行う。ここでｋ2 は変換係数である。そして、ステ
ップ１２でＰ3′＝Ｐ3 ＋△Ｐ3 の演算を行った上、ス
テップ１３でるつぼ位置をＰ3 からＰ3′に補正するた
めの指令信号Ｐ3 ′を出力し、ステップ７に戻る。前記
指令信号Ｐ3 ′はモータアンプＡ3 を介してサーボモー
タＭ3 に出力され、るつぼ軸３を上昇または下降させ
る。その結果、融液面位置が所定の位置に補正され、輻
射防止筒７の下端と融液面との距離は設定値Ｈ0 を維持
する。
写像データ（Ｘ0 ，Ｙ0 ）は常時制御演算部１２に入力
される。前記写像データが（Ｘ0 ′，Ｙ0 ′）に変化し
た場合、ステップ８で△Ｙ＝Ｙ0 −Ｙ0 ′の演算を行っ
た上、ステップ９でしきい値Ｙ1 が読み込まれる。ステ
ップ１０では前記△ＹとＹ1 とを比較し、△Ｙがしきい
値Ｙ1 以下であれば融液面の位置が許容範囲にあるもの
として、ステップ７に戻る。△Ｙがしきい値Ｙ1 を超え
ている場合は、ステップ１１で△Ｐ3 ＝ｋ2 ×△Ｙの演
算を行う。ここでｋ2 は変換係数である。そして、ステ
ップ１２でＰ3′＝Ｐ3 ＋△Ｐ3 の演算を行った上、ス
テップ１３でるつぼ位置をＰ3 からＰ3′に補正するた
めの指令信号Ｐ3 ′を出力し、ステップ７に戻る。前記
指令信号Ｐ3 ′はモータアンプＡ3 を介してサーボモー
タＭ3 に出力され、るつぼ軸３を上昇または下降させ
る。その結果、融液面位置が所定の位置に補正され、輻
射防止筒７の下端と融液面との距離は設定値Ｈ0 を維持
する。
【００１８】本実施例による単結晶製造装置および融液
レベル制御方法は、原料の溶解が完了して単結晶の育成
を開始するときの融液面がヒータに対して所定の位置と
なるようにるつぼ軸を制御し、この方法で位置決めされ
た融液面の実際の位置に対して輻射防止筒下面が所定の
位置となるように輻射防止筒を固定した後、融液面に映
る前記輻射防止筒下面の写像の特定部位を基準として融
液面位置を制御するものである。従って、制御手順が簡
単であるにもかかわらず、融液面を常に一定位置に保持
することができるとともに、融液面と輻射防止筒下面と
の隙間を所定の値に保持することが可能である。
レベル制御方法は、原料の溶解が完了して単結晶の育成
を開始するときの融液面がヒータに対して所定の位置と
なるようにるつぼ軸を制御し、この方法で位置決めされ
た融液面の実際の位置に対して輻射防止筒下面が所定の
位置となるように輻射防止筒を固定した後、融液面に映
る前記輻射防止筒下面の写像の特定部位を基準として融
液面位置を制御するものである。従って、制御手順が簡
単であるにもかかわらず、融液面を常に一定位置に保持
することができるとともに、融液面と輻射防止筒下面と
の隙間を所定の値に保持することが可能である。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｃ
Ｚ法による単結晶製造装置にシード軸、るつぼ軸、輻射
防止筒上下軸のそれぞれの位置が同一基準に基づいて制
御される絶対座標系による融液レベル検出・制御装置を
設け、種子結晶が接触したときの実際の融液面位置を検
出した上、前記融液面位置に対して輻射防止筒を所定の
位置に設置し、単結晶育成中は融液面に映る前記輻射防
止筒下面の写像の特定部位を基準として融液面位置を制
御することにしたので、つぎのような効果が得られる。 （１）ヒータに対する融液面の位置ならびに融液面に対
する輻射防止筒の位置を、あらかじめ設定した位置に保
持するための制御を容易に行うことができる。 （２）輻射防止筒は炉内圧力や不活性ガスの流れに影響
を与えるとともに、単結晶の品質、特に熱履歴に有効に
作用するが、この輻射防止筒の融液面に対する位置の正
確な制御が容易となる。 （３）バッチごとに変動する石英るつぼの容積あるいは
石英るつぼの熱変形に影響されずに融液レベルを所定の
位置に保持することができるので、安定した高品質の単
結晶育成が可能となる。
Ｚ法による単結晶製造装置にシード軸、るつぼ軸、輻射
防止筒上下軸のそれぞれの位置が同一基準に基づいて制
御される絶対座標系による融液レベル検出・制御装置を
設け、種子結晶が接触したときの実際の融液面位置を検
出した上、前記融液面位置に対して輻射防止筒を所定の
位置に設置し、単結晶育成中は融液面に映る前記輻射防
止筒下面の写像の特定部位を基準として融液面位置を制
御することにしたので、つぎのような効果が得られる。 （１）ヒータに対する融液面の位置ならびに融液面に対
する輻射防止筒の位置を、あらかじめ設定した位置に保
持するための制御を容易に行うことができる。 （２）輻射防止筒は炉内圧力や不活性ガスの流れに影響
を与えるとともに、単結晶の品質、特に熱履歴に有効に
作用するが、この輻射防止筒の融液面に対する位置の正
確な制御が容易となる。 （３）バッチごとに変動する石英るつぼの容積あるいは
石英るつぼの熱変形に影響されずに融液レベルを所定の
位置に保持することができるので、安定した高品質の単
結晶育成が可能となる。
【図１】融液レベル測定・制御装置を取り付けた単結晶
製造装置の概略構成を示す説明図である。
製造装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】絶対座標系における融液面および輻射防止筒下
面の位置を示す説明図である。
面の位置を示す説明図である。
【図３】ＣＣＤカメラが検出した写像の説明図である。
【図４】融液レベルの測定・制御を実行するフローチャ
ートである。
ートである。
２ シード軸 ３ るつぼ軸 ４ るつぼ ５ 融液 ７ 輻射防止筒 ８ 輻射防止筒上下軸 ９ ＣＣＤカメラ １３ 写像
Claims (4)
- 【請求項１】 シード軸、るつぼ軸および輻射防止筒上
下軸が、いずれも同一基準に基づく絶対座標系における
垂直方向変位量検出手段と、変位量補正手段とを備えて
いることを特徴とするＣＺ法による単結晶製造装置。 - 【請求項２】 ヒータに対して所定の位置にるつぼを設
置したときのるつぼ軸位置Ｐ3 を検出する手段と、るつ
ぼ内に充填した原料の溶解完了後の融液面位置を、種子
結晶の下端が融液面に接触したときのシード軸位置Ｐ1
として検出する手段と、前記シード軸位置Ｐ1 に基づい
て輻射防止筒を融液面に対して所定の位置Ｐ2 に設置す
る手段と、融液面における前記輻射防止筒下面の写像の
特定部位を検出し、前記特定部位が変位した場合に前記
るつぼ軸位置Ｐ3 を補正するためにるつぼ軸を昇降制御
する手段とを備えていることを特徴とする請求項１のＣ
Ｚ法による単結晶製造装置。 - 【請求項３】 るつぼの上方に設けた水平な基準面Ｆ1
と、るつぼの下方に設けた水平な基準面Ｆ2 との距離を
ＨT とし、前記基準面Ｆ1 から融液面までの距離を
Ｐ1 、前記基準面Ｆ2 からるつぼ底面までの距離を
Ｐ3 、融液深さをＨM、融液面と輻射防止筒の下面との
距離をＨ0 、前記基準面Ｆ2 から輻射防止筒の下面まで
の距離をＰ2 としたとき、前記ＨT ，Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｈ0
は常に一定であり、かつ、 ＨT ＝Ｐ1 ＋ＨM ＋Ｐ3 ＝Ｐ1 −Ｈ0 ＋Ｐ2 が成立するように前記Ｐ3 を制御することを特徴とする
請求項１のＣＺ法による単結晶製造装置。 - 【請求項４】 ヒータに対して融液面が所定の位置に来
るようにるつぼ軸を上昇させたときのるつぼ軸の位置Ｐ
3 を検出した後、シード軸を下降させ、シードチャック
に取り付けた種子結晶の下端が融液面に接触したときの
シード軸の位置Ｐ1 を検出し、前記Ｐ1 に対して輻射防
止筒の下面と融液面との隙間が所定の値Ｈ0 になるよう
に輻射防止筒上下軸を下降させ、このときの輻射防止筒
上下軸の位置Ｐ2 を検出した後、融液面から反射する輻
射防止筒下面の特定部位の写像の変位をＣＣＤカメラで
検出し、前記変位量がしきい値を超えないようにるつぼ
軸を垂直方向に制御することによって融液面を所定の位
置に保持することを特徴とするＣＺ法による単結晶製造
装置の融液レベル制御方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8602894A JPH07277879A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | Ｃｚ法による単結晶製造装置および融液レベル制御方法 |
| TW084109547A TW356553B (en) | 1994-03-31 | 1995-09-12 | Monocrystal producing device by using cz method and liquid's liquidic surface control process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8602894A JPH07277879A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | Ｃｚ法による単結晶製造装置および融液レベル制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07277879A true JPH07277879A (ja) | 1995-10-24 |
Family
ID=13875208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8602894A Pending JPH07277879A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | Ｃｚ法による単結晶製造装置および融液レベル制御方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07277879A (ja) |
| TW (1) | TW356553B (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006044972A (ja) * | 2004-08-03 | 2006-02-16 | Sumco Corp | シリコン単結晶製造装置及び製造方法並びにシリコン単結晶 |
| WO2008096518A1 (ja) * | 2007-02-08 | 2008-08-14 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | 遮熱部材下端面と原料融液面との間の距離の測定方法、及びその距離の制御方法 |
| WO2016038817A1 (ja) * | 2014-09-12 | 2016-03-17 | 信越半導体株式会社 | 単結晶の製造方法 |
| CN110273178A (zh) * | 2018-03-14 | 2019-09-24 | 胜高股份有限公司 | 单晶硅的提拉方法 |
| CN111020701A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-17 | 内蒙古中环光伏材料有限公司 | 一种快速确定稳温埚位的方法 |
| CN116288662A (zh) * | 2023-05-18 | 2023-06-23 | 内蒙古中环领先半导体材料有限公司 | 一种控制直拉单晶液面距的方法 |
-
1994
- 1994-03-31 JP JP8602894A patent/JPH07277879A/ja active Pending
-
1995
- 1995-09-12 TW TW084109547A patent/TW356553B/zh not_active IP Right Cessation
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006044972A (ja) * | 2004-08-03 | 2006-02-16 | Sumco Corp | シリコン単結晶製造装置及び製造方法並びにシリコン単結晶 |
| WO2008096518A1 (ja) * | 2007-02-08 | 2008-08-14 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | 遮熱部材下端面と原料融液面との間の距離の測定方法、及びその距離の制御方法 |
| JP2008195545A (ja) * | 2007-02-08 | 2008-08-28 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 遮熱部材下端面と原料融液面との間の距離の測定方法、及びその距離の制御方法 |
| KR101416093B1 (ko) * | 2007-02-08 | 2014-07-08 | 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 | 차열 부재 하단면과 원료 융액면 사이의 거리 측정방법 및 그 거리 제어방법 |
| US9260796B2 (en) | 2007-02-08 | 2016-02-16 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Method for measuring distance between lower end surface of heat insulating member and surface of raw material melt and method for controlling thereof |
| KR20170051441A (ko) | 2014-09-12 | 2017-05-11 | 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 | 단결정의 제조방법 |
| WO2016038817A1 (ja) * | 2014-09-12 | 2016-03-17 | 信越半導体株式会社 | 単結晶の製造方法 |
| CN106687625A (zh) * | 2014-09-12 | 2017-05-17 | 信越半导体株式会社 | 单晶的制造方法 |
| JPWO2016038817A1 (ja) * | 2014-09-12 | 2017-06-01 | 信越半導体株式会社 | 単結晶の製造方法 |
| US10094043B2 (en) | 2014-09-12 | 2018-10-09 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Method for producing single crystal with reduced number of crystal defects |
| DE112015003765B4 (de) | 2014-09-12 | 2022-02-03 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls |
| CN110273178A (zh) * | 2018-03-14 | 2019-09-24 | 胜高股份有限公司 | 单晶硅的提拉方法 |
| CN111020701A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-17 | 内蒙古中环光伏材料有限公司 | 一种快速确定稳温埚位的方法 |
| CN116288662A (zh) * | 2023-05-18 | 2023-06-23 | 内蒙古中环领先半导体材料有限公司 | 一种控制直拉单晶液面距的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW356553B (en) | 1999-04-21 |
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