JPH0369876B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、例えばシリコン単結晶のボトム形
状を制御する際に用いて好適な引上単結晶のボト
ム形状制御方法に関する。

「従来の技術」 第２図は、一般的な単結晶製造装置の構成を示
す断面図である。この図において、１は炉体であ
り、この炉体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によつて保持されており、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つて取
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３２およびルツボ昇降モータ３
１の駆動力が伝達機構３３を介して伝達されるよ
うになつており、これにより、ルツボ２は所定方
向に回転し得るとともに、上下方向に昇降自在と
なつている。６，６は、ルツボ２内の溶湯（シリ
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の外方に所定距離隔てて設けられて
おり、このヒータ６と炉体１との間隙に保温材８
が設けられている。

次に、１０は炉体１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ツド１１が水平旋回自
在に設けられている。引上ヘツド１１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１２からワイアケーブル１３がルツボ２の回
転中心に向つて延びている。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
うになつており、引上モータ１５の回転方向によ
つて、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つている。また、引上ヘ
ツド１１は、ヘツド回転モータ１６の駆動力が伝
達されると矢印Ａ方向に回転するようになつてい
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
にシード（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２１を溶湯７に浸漬
させた後に、ヘツド回転モータ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１３は矢印Ａ方向に駆動されながら
上方に引き上げられてゆき、このシード２１の下
端部に単結晶シリコン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Ａ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。

また、第２図において、２９は引上モータ１５
の回転速度を検出する速度検出器、３０は装置各
部を制御する制御部である。この場合、速度検出
器２９の検出信号S₁（引上速度に対応）およびテ
レビカメラ２５の映像信号は、各々制御部３０に
供給されるようになつている。そして、制御部３
０の機能は、信号S₁に基づく結晶引上速度の検
出、テレビカメラ２５の画像信号に基づく成長単
結晶の直径測定、ヒータ６の発熱量制御、モータ
１５，１６の回転制御、およびルツボ回転モータ
３２、ルツボ昇降モータ３１の回転制御等であ
る。この制御部３０の各種制御は、内蔵ROM内
の所定プログラムに従つて行なわれる。

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、トツプという）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、直胴部分やシード部分においては目標値に
等しい均一直径とするのが望ましい。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の直径や形状
が所望の大きさとなるように制御を行う必要があ
る。

この場合シード部および直胴部の直径制御にお
いては、炉体１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の直径が所定の大きさに沿うように上記各パ
ラメータを制御している。また、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、溶湯液面の低下は単結晶シリコン２
２の直径を変化させてしまい成長形状に悪影響及
ぼすので、軸４を上昇させて液面レベルを一定を
保つようにしている。

「発明が解決しようとする問題点」 ところで、ボトムの形状制御は、引上が終了し
た直胴部を無転位の状態に保つために、結晶の直
径を除々に小さく絞つて行く形状制御を行う。

そして、従来におけるボトム形状制御は、熟練
作業者がボトム部を目視しながら、引上速度と溶
湯温度とを制御し、これにより、ボトム形状を制
御していた。すなわち、単結晶２２の直径は、引
上速度が速いと小さく、引上速度が遅いと大きく
なり、また、溶湯表面温度が高いと小さく、溶湯
表面温度が低いと大きくなるから、これらの値を
制御することによつて、ボトム形状を手動によつ
て制御していた。

しかしながら、手動による従来の方法にあつて
は、ボトム形状が一定せず、また、熟練を必要と
したり、人為的なミスによる形状の変形等の問題
があつた。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたも
ので、ボトム形状制御を人手を要せずに完全自動
化し、かつ、ボトム形状を目標形状に高精度に一
致させることができる引上単結晶のボトム形状制
御方法を提供することを目的とする。

「問題点を解決するための手段」 この発明は上述した問題点を解決するために、
成長中の単結晶の直径を検出する直径検出部と、
前記単結晶を引き上げる引上部と、この引上部の
引上速度を検出する引上速度検出部とを有する単
結晶引上装置における引上単結晶のボトム形状制
御方法において、前記単結晶の直胴部の引上工程
では、該直胴部の直径と所定の目標値との偏差が
０となるように前記引上部の引上速度を制御し、
前記単結晶のボトム部の引上工程では、この工程
に至る直前の規定時間における引上速度の平均値
を算出し、該平均値に基づいて前記単結晶の前記
ボトム部の引上動作を行うようにしている。な
お、前記ボトム部の引上工程に至る直前の規定時
間における前記引上速度の平均値の算出は、前記
引上工程に至る直前の規定時間を複数に分割し、
これら分割された時間毎の平均引上速度を算出
し、これら平均引上速度から平均値を算出するこ
とによつて行う。

「作 用」 ボトム工程における引上速度おおよび溶湯温度
が、ボトム工程に至る直前の規定時間における引
上速度の平均値に基づいて算出されるから、現時
点の単結晶引上状況に適合化したボトム工程が自
動的に行なわれる。

「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図はこの発明の一実施例を適用したボトム
形状制御方法を示すフローチヤートである。な
お、この実施例において用いられる単結晶引上装
置の構成は、前述した第２図に示す引上装置と同
様である。

まず、制御部３０は、シード２１をいつたん溶
湯７に浸漬すると、引上モータ１５の回転方向を
反転し、これにより、シード部の引上工程に入
り、以下、シード部、トツプ部、直胴部の引上を
順次行つてゆく。ここで、第１図に示す処理のう
ちステツプSP10〜ステツプSP15の処理は、直胴
部の直径制御処理であり、このうちステツプ
SP10は従来から行なわれている処理、ステツプ
SP11〜ステツプSP15はこの実施例において特に
行つている処理である。以下にこれらの処理につ
いて説明する。

まず、ステツプSP10の処理は、直胴部の直径
を目標値に一致させる処理である。この処理は、
テレビカメラ２５の画像信号の解析によつて得ら
れる直胴部の直径値が目標値に一致するように、
引上速度および溶湯２の表面温度等を制御する。
この場合の引上速度制御は、例えば、検出された
直径と目標値との偏差を検出し、この偏差を０と
するような引上速度をPID（比例・積分・微分）
演算等によつて求め、新たに求めた引上速度によ
つて引上を行う。また、溶湯表面温度の制御にお
いては、ヒータ供給電力やルツボ回転速度を制御
することにより、その温度を一定とするような制
御を行う。したがつて、ステツプSP10の処理に
よつて直胴部の直径は一定に制御されるが、引上
速度は、その時の条件に応じて変動する。

次に、ステツプSP11〜SP15の処理について説
明する。

ステツプSP11は、直胴部の引上時間が規定時
間Ｔ１に達したかどうかを判定する処理であり、
規定時間に達していればステツプSP12へ移り、
達していなければステツプSP14へ移る。この場
合の規定時間Ｔ１は、数mm程度の引上長に対応し
て数分単位で設定されている。

そして、引上時間が規定時間に達していない場
合は、ステツプSP11からステツプSP14へ移り、
ここで、引上速度を累計する処理を行う。この引
上速度累計処理は、現時点の引上速度を予め用意
したレジスタSUMに入れるとともに、以後この
ステツプSP14を実行する毎に、現時点引上速度
をレジスタSUMに加算してゆく処理である。こ
のステツプSP14の処理が終了すると、ステツプ
SP15に移り、平均化用のカウンタCOUNTの内
容をインクリメントする。この場合、カウンタ
COUNTの内容は、初期状態においてはクリアさ
れている。そして、ステツプSP15の処理が終了
すると、ステツプSP１６に移り、ボトム形状制
御の工程に入つたかどうか、すなわち、直胴部の
引上処理が終わつたかどうかが判定される。この
ステツプSP16における判定は、例えば、操作者
によつてボトム制御開始のボタンが押されたか、
あるいは、直胴部の引上長の累計値が予め設定さ
れている目標値に達したかどうかを判定すること
によつて行なわれる。そして、ステツプSP16で
「NO」と判定されると、再びステツプSP10へ戻
り、以後は、ステツプSP11で「YES」と判定さ
れるまで、すなわち、引上時間が規定長に達する
まで、ステツプSP10→SP11→SP14→SP15→
SP16→SP10なるループｌ１を循環する。したが
つて、このループｌ１を抜け出した時点における
レジスタSUMの内容は、規定時間Ｔ１における
引上速度の総和となり、また、カウンタCOUNT
のカウント内容は、ステツプSP15の実行回数、
すなわち、加算回数に対応する。

次に、ステツプSP11で「YES」と判定されて
ステツプSP12へ移ると、レジスタSUM内の累計
値をカウンタCOUNTのカウント値で除算し、こ
れにより、規定時間Ｔ１内における引上速度の平
均値を求め、この平均引上速度をレジスタAVE
〓SEに格納する。また、ステツプSP12において
はレジスタSUMとカウンタCOUNTの内容をク
リアするとともに、引上時間を計時するタイマも
クリアする。次に、ステツプSP13に移ると、レ
ジスタAVE〓SE内の平均速度データをシフトレ
ジスタに格納する。この場合、シフトレジスタは
数10〜100個程度のレジスタからなり、ステツプ
SP13においてデータ格納がある毎に、順次デー
タをシフトして行くとともに、終端のレジスタに
格納されているデータは次のデータ格納タイミン
グにおいて破棄するように構成されている。

ステツプSP13の処理が終わると、ステツプ
SP16へ移り、ボトム工程に入つたかどうかが判
定され、入つていなければ再びステツプSP10を
介してステツプSP11に至る。この際のステツプ
SP11の判定は、ステツプSP12の処理によつてタ
イマがクリアされているため「NO」となり、こ
の結果、再びループｌ１を循環する処理が開始さ
れる。

上述したことから判るように、ボトム工程に入
る前においては、規定時間Ｔ１毎に平均引上速度
が算出され、かつ、この平均引上速度が順次シフ
トレジスタに格納されて行く。

次に、ボトム工程が開始されると、ステツプ
SP16における判定が「YES」となつてステツプ
SP17に移り、シフトレジスタ内の全データをレ
ジスタ数で除算して規定時間Ｔ２における平均引
上速度を算出する。この場合の規定時間Ｔ２と
は、ボトム部の引上工程（ボトム工程）に至る直
前の規定時間であつて、上述したことから明らか
なように規定時間T1×レジスタ数となることか
ら、ほぼ１時間〜数時間の値となり、引上長で数
cm〜10cm程度に対応するものである。即ち、ステ
ツプ17の処理は、ボトム部の引上工程に至る直前
の規定時間における引上速度の平均値（平均引上
速度）を求める処理となる。

次いで、ステツプ18に移ると、ステツプ17で求
めた平均引上速度を基準データとし、この基準デ
ータに対して所定の演算を施して、ボトム部にお
ける引上速度の初期値を算出する。例えば、ステ
ツプSP17で得られた平均引上速度の1.2倍をボト
ム部における引上速度の初期値とするように設定
したとすると、平均引上速度が１mm／minのとき
は1.2mm／minとし、平均引上速度が1.2mm／min
のときは1.44mm／minとする演算を行う。

また、ステツプSP18においては、ステツプ
SP17において算出した平均引上速度を溶湯温度
のフイードバツク情報として用いたボトム部引上
工程における溶湯温度の制御も行う。これは、溶
湯温度の変動に引上速度が対応することを利用す
る処理であり、、対応する理由は以下の通りであ
る。すなわち、直胴部の引上処理（ステツプ
SP10〜SP15）は、溶湯温度が設定値より低い場
合は直径増加を抑制するために引上速度を上昇さ
せ、また、溶湯温度が設定値より高い場合の直径
減少を抑制するために引上速度を遅くする処理と
なるから、溶湯温度の変動は引上速度の変動に反
映されることとなる。そして、ステツプSP18で
はステツプSP17で算出した平均引上速度から平
均溶湯温度を解析し、この解析結果を基準とし
て、ボトム部引上処理における溶湯温度の初期値
を算出する。

次に、ステツプSP19に移ると、ボトムシーケ
ンスが開始される。この場合のボトムシーケンス
は、予め記憶されているプログラムに従い、ボト
ムの引上長に応じて引上速度、溶湯温度等を変化
させて行く処理である。ただし、ステツプSP19
における引上速度および溶湯温度の初期値はステ
ツプSP18において算出された値が設定される。
このステツプSP19における引上速度制御の一例
を示すと、例えば、ボトム部の引上が距離Ｌ１に
達するまでは、ステツプ18で算出した引上速度の
初期値で引き上げ、距離Ｌ２（Ｌ１＜Ｌ２）に達
するまでは、前記初期値の1.2倍の速度で引き上
げ、さらに、距離Ｌ３（Ｌ２＜Ｌ３）に達するま
では、前記初期値の1.4倍で引き上げるというよ
うに、引上速度初期値を順次所定の割合で増加さ
せる制御を行う。また、溶湯温度の制御も上記速
度制御と同様に行なわれる。

このように、ボトム部引上処理における引上速
度および溶湯温度が、ボトム工程に至る直前の規
定時間における引上速度の平均値に応じて設定さ
れると、現時点の単結晶引上状況に最も適したボ
トム引上処理とすることができるとともに、直胴
部引上処理からボトム部引上処理への移行を極め
て短時間に、かつ、スムーズに行うことがででき
る。したがつて、ボトム部引上処理の自動化を良
好に行うことができる。

一方、この場合において、ボトム部シーケンス
の引上速度初期値および溶湯温度初期値を各々固
定の値にしておくと、ボトム引上処理に入つた時
点における引上条件が想定した条件と異なつてい
た場合には、ボトム形状が予期した通りにならな
くなる不都合が発生する。また、この不都合を回
避するために、想定した引上条件一致させる中間
的な処理をボトム部の処理の前に行うとすると、
条件を合わせるために無駄な時間を要してしまう
問題が発生する。特に、溶湯温度は設定値に一致
させるために多くの時間（１〜２時間）を要して
しまうため、作業効率の点で極めて不利となる。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、単結
晶の直胴部の引上工程では、該直胴部の直径と所
定の目標値との偏差が０となるように引上部の引
上速度を制御し、前記単結晶のボトム部の引上工
程では、あらかじめ固定した引上速度ではなく、
この工程に至る直前の規定時間における引上速度
の平均値を算出し、該平均値に基づいて前記単結
晶の前記ボトム部の引上動作を行うようにしたの
で、直胴部引上処理中における引上条件の変動等
にかかわらず、単結晶引上状況に最も適したボト
ム引上処理とすることができるとともに、直胴部
引上処理からボトム部引上処理への移行を極めて
短時間に、かつ、スムーズに行うことができ、従
つて、ボトム部引上処理の自動化を良好に行うこ
とができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例における制御方法
を示すフローチヤート、第２図は一般的な単結晶
引上装置の構成を示す概略構成図である。 ２……ルツボ、４……軸、１０……上部ケーシ
ング、１３……ワイヤケーブル、１５……引上モ
ータ（引上部）、２０……シードホルダー、２１
……シード、２２……単結晶シリコン、２５……
テレビカメラ（直径検出部）、２９……速度検出
器（引上速度検出部）、３０……制御部（直径検
出部：引上速度検出部）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 成長中の単結晶の直径を検出する直径検出部
   と、前記単結晶を引き上げる引上部と、この引上
   部の引上速度を検出する引上速度検出部とを有す
   る単結晶引上装置における引上単結晶のボトム形
   状制御方法において、前記単結晶の直胴部の引上
   工程では、該直胴部の直径と所定の目標値との偏
   差が０となるように前記引上部の引上速度を制御
   し、前記単結晶のボトム部の引上工程では、この
   工程に至る直前の規定時間における引上速度の平
   均値を算出し、該平均値に基づいて前記単結晶の
   前記ボトム部の引上動作を行うことを特徴とする
   引上単結晶のボトム形状制御方法。 ２ 前記ボトム部の引上工程に至る直前の規定時
   間における前記引上速度の平均値の算出は、前記
   引上工程に至る直前の規定時間を複数に分割し、
   これら分割された時間毎の平均引上速度を算出
   し、これら平均引上速度から平均値を算出するこ
   とによつて行うことを特徴とする特許請求の範囲
   第１頁記載の単結晶引上装置の制御方法。