JPH11236290A - 単結晶引上げ装置の原料追加システム - Google Patents
単結晶引上げ装置の原料追加システムInfo
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Abstract
原料を追加供給する際、残留する融液の表面を固化して
行う原料追加システムにおいて、固化状態を自動検知す
ることでオペレータの行動の自由度を高めることを目的
とする。 【解決手段】 ルツボ10内の融液11に固形原料15
を追加供給する際、融液11の表面を固化して固化面1
1kを形成し、この固化面11k上に固形原料15を供
給することで、飛沫等による不具合の発生を防止するよ
うにした原料追加システム1において、固化面11kの
固化状態をCCD等の視覚センサ2で検知し、固化完了
をオペレータに知らせるとともに、固形原料15の供給
を自動的に開始する。
Description
スキー法による単結晶引上げ装置において、ルツボ内の
融液原料に固形原料を追加供給するための原料追加シス
テムに関する。
引上げ装置において、最初の単結晶を育成して引上げた
後、融液原料の減少分に見合う量の固形原料をルツボ内
に追加供給(以下、リチャージという。)して溶融し、
再度次の単結晶を育成して引上げ、これを繰返すことで
同一のルツボから複数本の単結晶棒を製造する技術が知
られているが、このような固形原料が粒状或いは小塊状
の場合には、固形原料をルツボ内の融液に直接投入する
と融液飛沫が跳ね上がってルツボの外に飛出したり、供
給管等に付着するような不具合がある。
号のように、当初の単結晶を引上げた後、ルツボ内に残
留する融液原料の表面をある程度固化し、この固化面上
に固形原料を供給した後、溶融させるような技術が採用
され、この技術では融液の表面の固化状態をオペレータ
が目視で監視するようにしている。
にオペレータが目視で固化状態を監視する方法は、固化
が進行しすぎるとルツボを破損させる原因になり、また
その後の溶融段階で時間がかかったりするような不具合
があることから、これらの防止のためオペレータが固化
発生から適正な固化が形成されるまでを継続して監視す
る必要があり、この間、他の作業等を行うことが出来
ず、生産性向上の支障となっていた。
面を固化して固形原料を追加供給するにあたり、オペレ
ータの行動の制約度を少なくし、生産性の向上を図るこ
とが出来る原料追加システムの提供を目的とする。
本発明は、請求項1において、ルツボ内で溶融した多結
晶体の融液原料に多結晶体の固形原料を追加供給して所
望量にする際、ルツボ内の融液の表面を固化し、その上
から固形原料を供給するようにした単結晶引上げ装置の
原料追加システムにおいて、融液の表面の固化状態を視
覚センサで検知するようにした。
四面体構造をとる材料の融液が固化してくると固化物の
比重は融液よりも軽いため表面に固化面が形成され、ま
た固化した部分は固化の進行に連れて周囲の融液との間
に明暗の差があらわれ、固化した部分は暗部としてとら
えられるので、例えば白、黒の明度を検知する視覚セン
サで固化状態を判断する。ここで、視覚センサとして
は、CCD(電荷結合素子)、MOS(金属酸化膜半導
体)等の半導体イメージセンサ、またはその他のTVカ
メラ等が適用出来る。
し、例えばブザー等でオペレータに知らせれば、オペレ
ータが継続して監視しておく必要がなくなり労力が軽減
される。したがって、その間、他の作業を行うことが出
来るとともに、固化を進行させ過ぎてルツボを破損させ
るようなこともなくなり安全性も向上する。すなわち、
本発明のシステムは警報機としての機能をも有するもの
である。
給する場合として、バッチ方式で原料の追加を繰返し
て、1つのルツボから複数の単結晶棒を製造するいわゆ
るマルチプーリング法(Semiconductor Silicon Crysta
l Technology, Fumio Shimura,P178-P189,1989参照)に
おける追加供給の他、ルツボへの初期チャージ時に、融
液原料の不足分を補充して所望量に調整するため等の固
形原料を追加供給する場合も含まれる。
て、単結晶の直径制御用の視覚センサを兼用するように
した。ここで、単結晶の直径を制御するための視覚セン
サは、融液と接触する単結晶の結晶成長界面の撮像デー
タを出力し、直径制御の1手段である単結晶引上げ速度
等の制御因子とされるが、この視覚センサを利用して液
面の固化状態を判断することが可能である。この際、直
径制御用の視覚センサは、既存の単結晶引上げ装置で使
用されているため、既存設備の最大活用が図られる。
固化状態の検知信号によって固形原料の供給が自動的に
開始されるようにし、また請求項4では、ルツボ内の融
液表面に固化面が検知された以降、すべての処理が自動
化されるようにした。
号によって固形原料の供給が自動的に行われるようにす
れば、オペレータの作業を軽減することが出来、また、
ルツボ内の融液表面に固化面が検知された以降、すべて
の処理が自動化されるようにすれば、一層オペレータの
労力を軽減出来、生産性の向上に資することが出来る。
しては、例えば固形原料の供給開始の制御の他、融液の
温度制御等があり、この温度制御の一例は、固化面が形
成された後原料供給が開始されるまでは、固化状態をそ
れ以上進行させないよう一定の温度に保持し、供給が開
始されたら、ルツボ内の温度低下を防ぎ且つ速やかに供
給された固形原料を溶融させ得るよう温度を高めるよう
な制御である。
した図面に基づき説明する。ここで図1は本発明に係る
単結晶引上げ装置の原料追加システムのシステム概要
図、図2は本システムの固化面検知後の処理フローの一
例図、図3は本発明に係るリチャージ方法の説明図であ
る。
システムは、例えばチョクラルスキー法によって多結晶
体の融液原料から単結晶を製造するにあたり、本来1度
しか使えないルツボから複数本の単結晶を製造するいわ
ゆるマルチプーリング法の製造方法において、最初の単
結晶を引上げた後、ルツボ内の融液の表面を固化し、こ
の固化面上に減少した融液原料分に見合う量の粒状また
はナゲット状等の固形原料をリチャージするような時の
改良技術として提案されている。
明すると、図3(a)に示すように、ルツボ10内の多
結晶体原料を加熱溶融させて融液11とし、この融液1
1に(b)に示すような種結晶12を接触させて静かに
回転させながら引上げていくことで単結晶13を育成
し、(c)に示すような1本目の単結晶棒を製造する。
ボ10内の融液11が減少するため、次の単結晶育成の
ためのリチャージが行われる。このリチャージは、融液
減少分に見合う量の粒状またはナゲット状の固形原料を
ルツボ内に投入することで行い、この時の融液11から
の飛沫の発生等を防止するため、(d)に示すように、
予め融液11の表面に固化面11kを形成した後、
(e)に示すように、供給管14から固化面11k上に
固形原料15が投入される。
液11の固化を進行させ過ぎるとルツボ10を破壊させ
る原因になったり、次の溶融化に時間がかかったりする
不具合が生じるため、固化状態を一定に保持するための
温度制御等が行われる。
固形原料15は溶融化されて所望量の融液11となり、
(f)に示すように、この融液11に向けて次の種結晶
12による育成引上げが開始され、同様なサイクルが繰
返される。
発明の原料追加システム1は、図1に示すように、融液
11の固化状態をCCD等の視覚センサ2で検知し、こ
の信号を画像処理装置3で処理した後、供給装置駆動盤
4及び本体操作盤5を介して原料供給装置6及びヒータ
加熱装置7を制御し、固形原料15の供給を自動的に開
始するとともに、ヒータ8による融液11の加熱温度の
制御が行われるようにしている。
ッチを手動にすれば、ヒータ加熱装置7の制御を手動で
操作することが出来、本体操作盤5のスイッチを自動に
すれば、ヒータ加熱装置7の制御が自動で行われるよう
にしている。このため本体操作盤5には手動操作用のス
イッチ類を設けている。因みに、図1の番号16はチャ
ンバ17に設けられた正面角窓であり、この正面角窓1
6を通して視覚センサ2からルツボ10内の融液11を
覗けるようにしている。また番号18はルツボを保持す
るカーボン等よりなるサセプタである。そしてこのサセ
プタ18とルツボ10、及びヒータ8は不図示の昇降動
機構により上下動自在にしている。
降の処理を半自動化する場合の一例について説明する。
まず、融液を固化するにあたり、ルツボ10の位置(C
P)、ヒータ8の位置(HP)が所定の位置にセットさ
れ、ヒータ8の加熱パワーが減じられる。ここでルツボ
10の位置(CP)は融液11の残留量で算出され、視
覚センサ2から融液11面までの距離が一定になるよう
に図られる。またヒータ8の位置(HP)はゼロ位置に
セットされる。
1の一部が固化され始め、この固化物の比重は融液11
よりも低いため、融液表面に固化面11kが形成される
ようになる。すると、固化面11kの形成によって視覚
センサ2で検知される白黒の明度が黒ずんでくるように
なり、検知された明度を画像処理装置3で例えば電圧値
に置き換えて供給装置駆動盤4のシーケンサに出力す
る。
所定の固化レベルに応じるレベル値が記憶されており、
前記画像処理装置3から出力された出力値がレベル値に
一致した時点で固化完了とみなす。
オンとなり、ほぼ同時にブザーが吹鳴してオペレータに
知らせる。ここでTEMPモードがオンになると、現在
の温度を保持すべくサーモスタットが作動し、融液11
の固化をそれ以上進行させず、また溶融化も生じさせな
いよう制御される。
行うと、TEMPモードからVOLTモードに切換えら
れて温度一定制御のためのサーモスタットが切れ、手動
による温度制御が可能となる。そこで例えば固形原料の
供給に伴う融液温度の低下を防止し、また原料供給後、
速やかに溶融させる等の目的でオペレータはヒータ8の
加熱パワーを高める。
動信号により、原料供給装置6が作動し、供給管14が
所定位置にセットされるとともに、固形原料の供給が自
動的に開始される。このような処理によって、オペレー
タは融液11の固化面11kを継続監視しておく必要が
なくなるため、労力を軽減させることが出来る。
をオペレータが行っているが、これらの処理をすべて自
動化するよう制御することも可能である。この場合はオ
ペレータの作業を一層軽減することが出来、リチャージ
中に他の作業を行うことも可能となる。
の引上げ装置に設置されている直径制御用の視覚センサ
を利用するようにしても良い。この直径制御用の視覚セ
ンサは、融液11と接触する単結晶13の結晶成長界面
を監視し、その撮像データに基づいて単結晶引上げ速度
あるいはヒータ電力等を制御して直径制御を行うもので
あるが、この既存の視覚センサを利用すれば、より安価
に構成出来る。
ものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の
特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一
な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかな
るものであっても本発明の技術的範囲に包含される。例
えば上記実施形態では、適用される場合として1つのル
ツボから複数本の単結晶を引上げるマルチプーリング法
の場合を例にとって説明したが、最初に多結晶体原料を
ルツボ内に投入して溶融させる際、融液量の不足分を補
充して所望量にする時等の固形原料の追加供給時にも適
用出来る。また引上げる単結晶の種類等は任意であり、
更に視覚センサの種類、固化状態の検知方法等も任意で
ある。
装置の原料追加システムは、請求項1のように、ルツボ
内の融液の表面を固化し、その上から固形原料を供給す
るようにした原料追加システムにおいて、融液の表面の
固化状態を視覚センサで検知するようにしたため、オペ
レータが継続して監視する必要がなくなり、オペレータ
の行動の自由度を増やすことが出来る。また請求項2の
ように上記センサと、単結晶の直径制御用の視覚センサ
を兼用すれば、既存の設備を活用してより安価に且つ簡
易に構成できる。そして請求項3のように、視覚センサ
による固化状態の検知信号によって固形原料の供給が自
動的に開始されるようにし、また請求項4のように、ル
ツボ内の融液表面に固化面が検知された以降、すべての
処理が自動化されるようにすれば、オペレータの作業を
軽減することが出来、この間他の作業を行うことも可能
となって生産性の向上を図ることが出来る。
テムのシステム概要図である。
図である。
法の説明図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 ルツボ内で溶融した多結晶体の融液原料
に多結晶体の固形原料を追加供給して所望量にする際、
ルツボ内の融液の表面を固化し、その上から固形原料を
供給するようにした単結晶引上げ装置の原料追加システ
ムであって、前記融液の表面の固化状態を視覚センサで
検知するようにしたことを特徴とする単結晶引上げ装置
の原料追加システム。 - 【請求項2】 請求項1に記載の単結晶引上げ装置の原
料追加システムにおいて、前記視覚センサは、単結晶の
直径制御用の視覚センサを兼ねることを特徴とする単結
晶引上げ装置の原料追加システム。 - 【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載の単結晶引
上げ装置の原料追加システムにおいて、前記視覚センサ
による固化状態の検知信号によって固形原料の供給が自
動的に開始されるようにしたことを特徴とする単結晶引
上げ装置の原料追加システム。 - 【請求項4】 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に
記載の単結晶引上げ装置の原料追加システムにおいて、
前記ルツボ内の融液表面に固化面が検知された以降のす
べての処理が自動化されることを特徴とする単結晶引上
げ装置の原料追加システム。
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1998
- 1998-02-25 JP JP06052698A patent/JP3632427B2/ja not_active Expired - Fee Related
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