JPH04506202A

JPH04506202A - 結晶成長装置制御システムおよびそのメルト補充システム

Info

Publication number: JPH04506202A
Application number: JP3505364A
Authority: JP
Inventors: マッキントッシュ，ブライアン・エイチ; エリス，ローレンス
Original assignee: エイエスイー・アメリカス・インコーポレーテッド
Priority date: 1990-03-12
Filing date: 1991-02-21
Publication date: 1992-10-29
Anticipated expiration: 2012-08-06
Also published as: IL97470A; CN1026134C; US5085728A; IL97470A0; CA2053234A1; EP0474810A4; EP0474810B1; ZA911656B; ATE148508T1; EP0474810A1; JP2638299B2; AU7452991A; DE69124441D1; AU635125B2; DE69124441T2; WO1991014027A1; KR970005007B1; CN1054804A; KR920701532A

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。

Description

【発明の詳細な説明】結晶成長＝３￥置制御システムおよびそのメルト補充システム（発明の背景）本願は、１９８７年５月５日出願の米国特許出願第０４６，９９１号、現在の米国特許第、　号に基く一部継続出願である。

本発明は、結晶を成長させる装置に関し、特にメルトから結晶体心を成長させる装置のための制御システムに関する。

半導体デバイスの製造において使用されるシリコン板は、多角形の断面形状を持つ管状の結晶体心、例えば中空のへ角または九角形状の体心の平坦側面から得ることができる。この管状の体心は、その隅部で切られて実質的に同じ大きさの複数の平坦板を得る。

米国特許第４５４．５２８号に記載される形式の装置は、エツジ残し薄膜成長法（ｅｄｇｅ−ｄｅｆｉｎｅｄ、ｆｉｌｍ−ｆｅｄ　ｇｒｏｗｔｈ　ｐｒｏｃｅｓｓ）により、中空の結晶体心を製造するため使用されてきた。要約すれば、通常このような装置は、成長させる材料（例えば、シリコン）のメルトを保持するためのるつぼと、成長した結晶の形態および形状を決定する毛管ダイと、るつぼおよびダイを加熱してダイおよびメルトの温度を制御する加熱手段と、結晶を成長させる際使用される種を支持する種支持組立体と、この種支持組立体に結合されて管状結晶体心をメルトから引き出す引出し機構とを含む。

商業的に良好なシリコン基板を製造し、結晶成長過程がダイにより供給されるメルトから取外すことによるか、あるいは管状結晶体心の凝固により時期尚早に終了されないことを保証するためには、成長する体心の肉厚が厳密に制御されることが重要である。米国特許第４５４．５２８号に開示される形式の毛管ダイ装置の使用に関して、成長する結晶体心の肉厚がダイの頂部と成長する体心の底部との間に形成されるメニスカスの大きさおよび形状と共に変化することがよ（知られている。肉厚とメニスカスの幾何学的特性との間のこのような関係を用いて、米国特許第４，２３９，５８３号に開示されたものの如き光学系を内蔵する種々のデバイスが結晶成長装置の動作を制御するために開発されてきた。これらの光学系に基くシステムは、メニスカスの高さおよび形状を観察するための光学組立体を含んでいる。光学系に基くシステムにより得られるメニスカスの形態についての情報を用いて、オペレータは、所要の肉厚を持つ結晶体心を生じるように結晶成長装置の動作を調整することができる。

このような光学的監視システムの使用に関しては、幾つかの制約が存在する。

第１に、オペレータは、メニスカスの形態を連続的に監視して、観察するものに基いて結晶成長装置の動作を調整しなければならない。人間の誤りを避け、結晶の成長速度を上げ、技術者の起用と関連するコストを減少するためには、結晶成長操作全体を自動化することが望ましい。第２に、公知の光学的制御システムによれば、メニスカス全体の比較的小さな部分のみが観察可能である。この小さな部分の形態は、必ずしもメニスカス全体の全形態を表わすものではない。

米国特許第４５４．５２８号に示された形式の公知の結晶成長装置においては、約２ｍより大きな長さを持つ結晶体心を成長させることは難しく実用的でなかった。このような問題は、一部は、結晶体心をアルゴンの如き不活性気体で充填することにより成長する管状結晶体心の内部から空気を抜（ことを必要とすること、また一部は、内部に存在する大きな温度差により成長する体心の内容積内に対流が生じる事実が原因である。

更に、周囲の空気を体心の内部から除くように、典型的にはアルゴンである不活性気体が成長する結晶体心内部に注入される。アルゴンの如き不活性気体は周囲空気より重いため、約２ｍより大きな長さを持つ結晶体心においては、体心内部の不活性気体柱が充分な長さく従って、充分な重さ）となり、その結果この気体柱は吸い込み（ｓｉｎｋ）を生じようとし、これにより周囲空気が体心の頂部から体心内に引込まれることを許容する。

結晶体心の頂端部に蓋をするなどによる周囲空気が結晶体心に流入することを阻止する手段がとられる時は、体心内部に生じる対流の有害な効果は著しく増大する。チューブが蓋をされると、このような対流は結晶体心内部の圧力の変動を生じ、これが結晶成長装置の動作の制御を困難にする。その結果、均一な肉厚および約２ｍより大きな長さを持つ結晶体心の成長は問題を生じる。結晶体心を成長させるに要する全時間の大半が、成長工程のための結晶成長装置の準備において消費される。その結果、プロセスの効率を改善するためには、約２ｍより大きな長さを持つ結晶体心を成長させることが望ましい。長い中空の結晶体心、例えば２ｍより大きい長さを持つ体心を成長させることは、成長中にるつぼ内のメルトの補充が行われなければ達成不能である。

米国特許第４，５４４．５２８号に開示される形式の結晶成長装置におけるメルトの補充を行うシステムは公知である。このようなシステムについては、「地上用太陽電池のためのＥＦＧ結晶成長技術の現状（Ｔｈｅ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　５ｔａＬｕｓ　ｏｆ　ＥＦＧ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ　Ｔｅｃｈｎｏｌ。

ｇｙ　ｆｏｒ　Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ　５ｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ）Ｊなる論文Ｏ，Ｋａｌｅｊｓ、Ｔ、５ｕｒｅｋおよびＶ、Ｔａｔａｒｃｈｅｎｋ。

編集、Ｎｏｒｔｈ　Ｈｏ１ｌａｎｄ　Ｐｕｂｌｉｓｈｔｎｇ　Ｃｏ、、アムステルダ１−１１９８７年）においてＴａｙｌｏｒ等によって記載されている。このＴａｙｌｏｒ等のシステムは、成長する結晶体心の重さを測定する第１の秤量トランスジューサと、原料物質の中実粒子、例えばシリコン粒子を貯蔵する容器と、原料物質粒子をこの容器から結晶成長装置のるつぼへ選択的に送る分配器組立体と、前記容器内のシリコン粒子の重さを測定する第２の秤量トランスジューサと、差信号を生じるように前記第１および第２の秤量トランスジューサの出力を合成するコントローラとを含んでいる。このコントローラは、差信号を予め定めた設定点と比較し、この比較に基いて、コントローラが制御信号を分配器組立体へ送出し、ある期間中この組立体に選定量のシリコン粒子をるつぼへ分配させる。

Ｔａｙｌｏｒ等により開示される形式のメルト補充システムは、公知の結晶成長装置に関して先に述べた圧力の変動問題から免れない。特に、成長する結晶体心における対流は、瞬間的にこの体心を僅かに持ち上げ、これにより第１の秤量トランスジューサ（成長する結晶体心の重量を測定する）をして体心の真の重さを表わさない出力信号を生じさせる。この出力信号がシリコン分配器組立体に与えられる制御信号の生成に用いられるため、誤った制御信号がしばしば分配器組立体へ与えられるおそれがある。その結果、分配器組立体は、与えられた期間中に多すぎるあるいは少なすぎるシリコン粒子を供給するおそれがあり、これが更に最適でない特性を持つ結晶体心の生成を招き、あるいは極端な場合には、不適性なメルトの補充速度により結晶の成長プロセスの停止を招くことがあり得る。

（発明の目的および要約）本発明の一目的は、管状結晶を成長させる装置におけるメルトの補充を行う機構を制御するための公知の制御システムと関連する上記の短所を克服することにある。

本発明の別の目的は、管状結晶体心を成長させる装置におけるメルトの補充を制御する改善されたシステムの提供にある。

本発明の更に別の目的は、（１）管状結晶体心成長装置、および（２）同装置におけるメルトの補充機構の動作を制御する改善された制御システムの提供にある。

本発明の他の目的は、結晶体心の重量および結晶体心の内部における圧力に関してセンサにより与えられる情報に基いて、管状結晶体心成長装置におけるメルトを補充する機構の動作を制御する改善された制御システムの提供にある。

本発明の上記および他の目的は、成長する中空の結晶体心における圧力の変動を補償する制御システムを備えた結晶成長装置を提供することにより達成される。

本発明の望ましい実施態様においては、制御システムは、管状結晶シリコン体心の内部における圧力を測定する圧力センサと、管状シリコン体心およびこの体心が支持される種ホルダー組立体の組合わせ重量を測定する重さセンサと、管状体心の長さを測定する長さセンサと、圧力センサおよび重さセンサと接続されて管状体心の真の重量を計算する真重量回路と、長さセンサおよび真重量回路により与えられる情報に応答するように接続されたコントローラとを含む１゜上記の制御システムは、粒状形態の別の原料物質（例えば、シリコン粒子）を結晶成長装置のメルト支持るつぼへ供給するメルト補充システムを制御するために使用される。このメルト補充システムは、ある量の原料物質を蓄える容器即ち貯溜手段と、この容器手段から原料物質を正確量分配する電気的に制御される分配手段と、この分配手段から原料物質を受取りこの受取った原料物質を前記るつぼへ送るように構成された供給機構と、前記容器手段に蓄えられた原料物質の重量を測定してこの重量を表わす信号を生じる秤量手段と、この秤量手段の信号出力を前記コントローラへ与える手段とを含む。このコントローラは、更に、真の重量回路および秤量手段の信号出力を合成して分配手段の動作を制御するため使用される制御信号を生じる。

構造に応じて、メルト補充システムは、連続モードあるいは間欠即ち不連続モードで動作することができる。メルト補充システムが連続モードで動作する時、分配手段がシリコン粒子を分配する速度を制御する供給速度情報を含むように制御信号が生成される。メルト補充システムが不連続モードで動作する時は、制御信号が分配手段を固定された期間だけ間欠的にトリガーし、これによりこの分配手段がトリガーされる都度固定量のシリコン粒子を分配させられる。

更にまた、本制御システムは、結晶成長装置の加熱手段の動作を制御するために使用することもできる。制御システムの信号出力を用いて加熱手段の熱出力を制御することにより、成長する結晶体心とＥＦＧダイとの間に存在するメニスカスの形態を制御することが可能であり、またこれにより、（１）成長する結晶体心の肉厚を制御し、また（２）比較的長い（即ち、６ｍ以上）体心が成長し得るように連続的な成長を保証することが可能である。

本発明の性質および目的を更によく理解するために、添付図面に関して以降の詳細な説明を参照されたい。

（図面の簡単な説明）図１は、本発明の望ましい実施態様の一部断面による概略図、図２は、結晶の真重量に関する本発明の圧力センサおよび重量センサの時間的な出力を示すチャート、図３は、本発明の望ましい実施態様において用いられた真重量回路の回路図、図４は、結晶成長装置で使用されるよう設計されたメルト補充システムの動作の制御において本発明の制御システムにより使用される１つのプログラムの゛ノフトウエアのフロー図、図５は、結晶成長装置で使用されるよう設計されたメルト補充システムの動作の制御において本発明の制御システムにより使用される別のプログラムのソフｉ・ウェアのフロー図、図６は、本発明の別の実施態様の一部断面による概略図、および図７は、結晶成長装置の動作の制御において本発明の制御システムにより行われる種々の動作を示すソフトウェアのフロー図である。

（実施例）図１において、本発明は、（１）半導体材料の管状結晶体心２２を成長させる装置２０におけるメルトを補充するシステム１８の動作、および（２）装置２０のるつぼヒータを制御する制御システムを含む。

詳細には示さないが、本装置２０は、米国特許第４．５４４．５２８号、同第４．２３９，５８３号、同第４．２６７．１５１号および同第４．３１８．７６９号において記載され示される形式の炉を含む。更に、装置２０は、結晶させるべき半導体物質のメルトを保有するるつぼ２４と、メルトを加熱するヒータ・コイル２６と、結晶体心２２を形成するための所要の形状の毛管ダイ２８とを含む。

この０管ダイは色々な形態をとり得るが、丸いあるいは選定された多角形、例えば９角または８角の形状の中空の体心を成長させるように整形されたことを除いて、米国特許第４．５４４，５２８号の図１に示される形状であることが望ましい。固定された］対の平行レール２９とこの上を摺動運動するように取付けられたフレーム３０とが、メルトから結晶体心２２を引出す際に使用されるように設けられている。フレーム３０には孔３２（図参照）が設けられ、取付は板３４がこの孔に隣接してフレームに対して固定されている。当技術において周知の形式の引張り機構３５が、これから軸方向に離れた固定量ｌでるつぼ２４上方に支持され、またこのケーブルをレール２９に沿ってるつぼ２４から遠去かるよ引こ略々一定の速度で引張るように、取付は板３４およびケーブル３７を介してフレーム３０に対して結合されている。フレーム３０には、種ホルダー３６が結合されている。このホルダーは、結晶体心２２が成長させられる種結晶３９（図１）と機械的に結合されている。

装置２０の上記の簡単な説明は、本発明の制御システムおよびメルト補充システム１８の以降の記述のための背景として行った。適当な装ｆ１２０の事例のこれ以上詳細な説明については、参考のため本文に引用されるＳｔｏｒｍｏｎｔ等に発行された前掲の米国特許第４，５４４，５２８号を参照されたい。

更に図１によれば、本発明の制御システムの望ましい実施態様は、重さセンサ１００と、長さセンサ１０１と、圧力センサ１０２と、真重量回路１０４と、コントローラ１０５とを含む。この望ましい実施態様において、種ホルダー３６は、成長する中空の体心の内部からその上端部を経て漏れ得る流体量を制限するようこの体心の上端部を実質的に流体圧で閉鎖するように構成される。種ホルダー３６は、管状結晶体心２２の軸心と直角に延びる面３７と、結晶体心２２の内部を種ホルダーの外部と流通自在に結合する導管路３８とを含む。

種ホルダー３６および種結晶３９が上記の如（結晶体心２２の端部をほとんど完全に閉鎖するように種ホルダーを構成することにより、体心内部の圧力の変動の大きさは、前掲の米国特許第４．５４４，５２８号に開示された装置による成長する形式の非密閉結晶の内部に生じる変動と比較して非常に増加させられる。

このような圧力変動の結果の重量測定における誤差は、圧力センサ１０２および真重量回路１０４の必要ならびに使用を動機付ける。

重量センサ１００は、取付は板３４に対して固定され、また種ホルダー３６に対して軸方向に延長し得るロッド１０６により結合されかつこの種ホルダーを支持している。重量センサ１００は、ロッド１０６および種結晶３９を含む結晶体心２２および種ホルダー３６の重量を測定する。重量センサ１００の出力は、真重量回路１０４に対して線１０８により送られる。重量センサ１００は、従来の歪み計ロード・セルでよい。

限定しない事例として、固定されたるつぼ２４に対するフレーム３０の変位を測定するため長さセンサ１０１が設けられる。長さセンサ１０１は、固定された対象物、望ましくはるつぼ２４上方に配置された引張り機構３５に対して取付けられる。長さセンサ１０１は、フレーム３０に接続されたケーブル１０３を持つ従来のドラム／ケーブル長さ測定トランスジューサを含む。引張り機構３５がケーブル３７を介してフレーム３０をレール２９に沿って引張るように働く時、ケーブル１０３はドラム（図示せず）の周囲に巻取られる。ドラムに巻き付けられるケーブル量は、結晶の長さに対応し、ドラムと結合されたポテンショメータによりドラムの回転に対して測定される。長さセンサ１０１のポテンショメータの出力は、線１０９によりコントローラ１０５へ送られる。

圧力センサ１０２は、種ホルダーの面３７に対して上方向に働く結晶体心２２の内部圧力を測定するため設けられる。圧力センサ１０２は、チューブ１１６により種ホルダー３６に設けられた導管路３８と、従って結晶体心２２の内部と流通するように接続される。圧力センサ１０２は、取付は板３４または他の適当な要素に取付けることができる。圧力センサ１０２の出力は、線１１８により真重量回路１０４へ送られる。必ずしもそうでなくてもよいが、圧力センサ１０２は容量型センサであることが望ましく、真重量回路において使用される電気信号を生じる。

次に図１乃至図３において、真重量回路１０４は、結晶成長過程において選定された間隔で成長する結晶体心２２の真の重量を表わす信号を連続的に生じるために設けられている。簡単に述べれば、真ｎｕｔ回路１０４は、重量センサ１００および圧力センサ１０２の出力を合成して、成長する結晶体心２２、種ホルダー３６および種結晶３９の真の重量を表わす「真の重量」信号を生じる。次に、オフセット電圧信号（以下において説明する）が真の重量信号から差し引かれて、成長する結晶体心２２のみの「真の重量」を表わす信号を生じる。

成長する結晶体心２２の真の重量は、種ホルダーの面３７に対して上方向に慟（体心内部に生じる流体圧力により、重量センサ１００では直接測定することができない。面３７に働く圧力が増加すると、成長する結晶体心２２は重力の作用に抗して押し上げられて重量センサ１００の出力信号を生じ、これは図２において下方への山１３２Ａにより示される如く減少する結晶体心２２の重量を表わす、。

同様に、面３７上に働く作用力が減少すると、重量センサ１００は、図２における上方への山１３２Ｂにより示される如く、結晶体心２２の重量における増加を検出する。重量センサ１００の出力信号におけるこのような変動は、コントローラ１０５へ送られる制御情報の精度を低下させる。圧力センサ１０２により測定される結晶体心２２の内部の圧力の変動は、重量センサ１００により行われる重量の測定とは逆の関係で変化する。いかに更に詳細に述べるように、重量センサ１００押し上げ圧力センサ１０２の信号出力をそれぞれ合計することにより、図２の線１３３により示される結晶体心２２の真の重量を表わす「真の重量」信号は、真重量回路１０４により生成することができる。

次に図３において、重量センサ１００の出力は、線１０８を介して演算増幅器１３４に接続される。増幅器１３４は、線１３６により重量較正ポテンショメータ１３８に接続される。このポテンショメータは、加算増幅器１４６の負の接合点に接続される。抵抗１４８の１つの端子は、線１５２により増幅器１４６の正の入力接合点に接続され、抵抗１４８の他方の端子は接地される。抵抗１５０の１つの端子もまた、線１５２を介して増幅器１４６の正の接合点と接続される。

抵抗１５０の他方の端子は、以下に述べるように真重量回路１０４の別の部分と接続される。増幅器１４６の出力は、線１５６によりフィルタ１５８と接続され、このフィルタの出力は線１６０上をコントローラ１０５へ送られる。フィードバック抵抗１６２は、加算増幅器に対する従来の形態における増幅器１４６の負の入力端子と出力線１５６の間に接続される。

上記の要素１３４〜１６２は、当技術において周知のとおり、重量センサ１００の出力の信号条件付けを行う。重量較正ポテンショメータ１３８は、重量センサ１００の感度出力を較正して、重量センサ１００の感度における変動を許容するように真重量回路１０４の出力の較正のため使用される。

圧力センサ１０２の出力は、線１１８により演算増幅器１７０へ供給される。

この増幅器は、線１７２により較正ポテンショメータ１７４と接続され、このポテンショメータは加算増幅器１８２の負の入力接合点と接続されている。増幅器１８２の正の接合点は接地されている。オフセット電圧ソース１９２は、加算増幅器１８２の負の入力接合点と抵抗１８６により接続されている。オフセット電圧ソース１９２は、従来のポテンショメータ１９３と適当な電位１９５を含む。

抵抗１９４は、抵抗１８６を増幅器１８２の出力端子と、また加算増幅器の従来の形態における増幅器１４６の正の入力端子と抵抗１５０を介して接続している。

オフセット電圧ソース１９２の出力信号の極性は、前者の信号が増幅器１８２および関連する抵抗１８６．１９４および１５０を経て重量センサ１００の出力信号に加算される時、以下本文において更に詳細な述べるように、後者の信号の大きさは減少させられる。線２００上の増幅器１８２の出力は、線２０２を介して接地され、また抵抗１５０の一方の端子とも接続されている。上記の通り、抵抗１５０の端子は、線１５２を介して増幅器１４６の正の接合点と接続される。

電圧ソース１９２から抵抗１８６を介してえられるオフセット信号は、圧力センサ１０２の出力信号と組合わされ、結果として得る信号は増幅器１８２により増幅される。増幅器１８２の出力信号は、加算増幅器１４６において重量センサ１００の出力信号と加算される。重量較正ポテンショメータ１３８および圧力較正ポテンショメータ１７４は、それぞれ重量センサ１００および圧力センサ１０２の出力信号のスケール変更のため調整され、如何なる時点においても線１７２上の圧力信号の大きさが種ホルダー面３７に働く圧力の結果として生じる線１３６上の重量信号の部分と方向が反対で等しくなるようにする。例えば、選定された測定間隔においては、増幅器１３４およびポテンショメータ１３８によりスケール変更される如く重量センサ１００の出力信号は＋１．５ｖとなり、増幅器１７０．１８２および関連する抵抗によりスケール変更される如き圧力センサ１０２の出力信号は、−０，５Ｖとなる。増幅器１４６における重量センサ１００および圧力センサ１０２の出力を加算することにより、出力信号の和が得られ、即ち＋１．ＯＶであり、これは選定された測定間隔における結晶体心２２、種結晶３９および種ホルダー３６の真の　ｆｆｌを表わしている。

増幅器１８２により増幅されるオフセット電圧ソース１９２の出力信号は、結果として一定のバイアス補正信号を生じ、これは、増幅器１４６に加えられると、その出力を種結晶３９および種ホルダー３６の重量に相当する量だけ減少させる。

その結果、増幅器１４６の出力信号は、結晶体心２２の真の重量を表わす。

線１５６上の真の重量信号は、フィルタ回路１５８を介して処理され、この回路は重量センサ内に生じた機械的振動および電気的なノイズから生じる望ましくない成分を減衰させる。次に、この信号は、線１６０を介してコントローラ１０５と接続される。以下本文において更に詳細に述べるように、コントローラ１０５（例えば、産業プロセス・ディジタル・ミニコンピユータを含む種々の形態の１つをとり得る）は、この真の重量信号をメルト補充組立体の動作の制御において使用する１゜続いて図１において、メルト補充システム１８は、中実シリコン粒子を貯蔵する容器３０２を含む。容器３０２は、導管３０４と前記容器の底壁における開口（図示せず）を介する結合されている。導管３０４は、その全長に沿って中空であり両端で開口している。

システム１８はまた、選定された期間中容器内に貯蔵された選定量のシリコン粒子を前記容器の底部開口を経て導管３０４内へ送らせるため容器３０２と結合された分配器３０６を含む。分配器３０６は、例えば、振動フィーダ、空圧フィーダあるいは他の公知のフィーダ・システムを含み、唯１つの要件は、分配器３０６によりある期間にわたり分配される粒子量が正確に制御可能であることである。分配器３０６は、線３０８を介してコントローラ１０５と接続されている。

周知のとおり、中実粒子、例えばシリコン粒子用の振動フィーダは、一般に連続モードで作動され、フィーダにより単位時間当たり分配される粒子量はこれに与えられる制御信号と共に変化し、即ち、振動フィーダに対する電気制御信号の振幅が変化させられて粒子を供給する速度を変化する。あるいはまた、フィーダは、予め定めた値の動作信号が与えられる毎に固定量のシリコン粒子が振動フィーダにより供給される不連続モードで動作させてもよい。このため、不連続モードにおいては、選定された間隔で振動フィーダにより供給されるシリコン粒子の総量は、この選定間隔において振動フィーダにより受取られる動作信号の数に依存し得る。

容器３０２に貯蔵された中実シリコン粒子の重量を表わす出力信号を生じる電子秤量器３１２が設けられている。容器３０２、ならびに典型的には分配器３０６は、秤量器３１２により支持される。秤量器３１２は、容器３０２に貯蔵された中実シリコン粒子の重量のみを表わし、かつ容器および分配器３０６の重量は表わさないように、その出力信号の値を調整するための調整手段（図示せず）を含む。秤量器３１２により生成される出力信号は、線３１４上でコントローラ１０５へ送られる。

メルト補充システム１８は更に、中実シリコン粒子をるっぽ２４へ送るためのフィーダ機構３２０を含む。フィーダ機構３２０は、フィーダ機構の側壁の開口（図示せず）を介して導管３０４の内部と結合される中空内部３２２を有する。

フィーダ機構３２０は容器３０２の下方に配置され、その結果導管３０４が容器３０２からフィーダ機構に対して下方へ傾斜している。フィーダ機構３２０は、その頂壁部に取付けられた中空パイプ３２４を含み、フィーダ機構の頂壁部の開口（図示せず）を介してフィーダ機構の内部３２２と接続されている。パイプ３２４がるつぼの中央を経て上方へ延びるっぽ２４に含まれるメルトの面上で終ることを可能にするように、パイプのサイズが決められ、フィーダ機構３２０がるつぼ２４の真下に配置されている。

フィーダ機構３２０は、中実シリコン粒子がパイプの頂端部から排出即ち放出されるように、その内部３２２に存在する中実シリコン粒子をパイプ３２４を運って上方に搬送する１１次いで、重力の作用により放出された粒子がるっぽ２４に保有されるメルト中に落下する。フィーダ機構３２０として異なる多数の装置が使用でき、その−例は米国特許第４．６６１，３２４号に開示されている（以下、゛　３２４フイーダと呼ぶ）、’３２４フィーダは、その粒子受取りチャンバに存在するシリコン粒子を規則的な間隔でパイプ３２４を介して上方に機械的に放出する。フィーダ機構がシリコン粒子をるっぽ２４へ分配器３０６から受取る速度と一致する速度で供給する限り、他のフィーダ機構も良好に使用できる。

次に、コントローラ１０５は、図１乃至図５において、与えられる入力信号情報を用いて、結晶体心２２の成長の結果として溶解シリコンがるっぽ２４から消費されると略々同じ速度で中実シリコン粒子がメルトへ供給されるように、２っの機械制御ソフトウェア・プログラムの１つに従ってメルト補充システム１８の動作を制御する。図４および図５のフロー図により示されるこれらのソフトウェア・プログラムは、このソフトウェア・プログラムにより行われる諸動作の論理的概要を提供する。ソフトウェア・プログラムのライン毎のコーディングは、通常の実施知識内に含まれるものと見做され、またソフトウェアを実行するため使用されるコンピュータに従って異なるため、本文には示さない。

図４に示されるソフトウェア・プログラムは、連続モードで動作されるシリコン分配器を備えたメルト補充システムを制御するように設計される。図５に示されるソフトウェア・プログラムは、不連続モードで動作されるシリコン分配器を備えたメルト補充システムを制御するように設計されている。

図４に示されるソフトウェア・フロー図について最初に説明し、次いで図５に示されるソフトウェア・フロー図の説明を行う。

メルト補充システム１８が図４に示されたソフトウェア・フロー図に従って動作される時、分配器３０６は振動フィーダに与えられる制御信号におけるフィーダの速度情報に依存する速度で容器３０２から原料物質を連続的に供給する振動フィーダであることが望ましい。あるいはまた、分配器３０６は、空圧作動フィーダへ与えられる制御信号における供給速度情報に依存する速度で容器３０２から原料物質を連続的に供給する空圧作動フィーダでもよい。

図４に示されるソフトウェアのフロー図における最初のステップとして、本発明の制御システムは、ステップ４００により示される如くメルト補充システム１８の動作の制御を開始するように操作される。同時に、装置２０は結晶体心２２の成長を開始するように操作される。

次いで、ステップ４０１において、コントローラ１０５は初期制御信号を分配器３０６へ送る。この制御信号を受取ると同時に、分配器３０６は選定された速度で容器３０２から原料物質（例えば、中実シリコン粒子）を供給する。この初期制御信号における供給速度情報は、装置２０が結晶体心２２の形成において溶解シリコンを消費すると予期される速度に関する実験データに基いて選定される。

ステップ４０１で与えられる制御信号に含まれる供給速度情報が不正確でありかつ装置２０が溶解シリコンを消費する速度を越えるかあるいはこれより小さい速度で分配器３０６により原料物質が与えられる場合は、このような不正確さは以下に述べるように、プログラムの以降のステップにおいて訂正される。

次に、ステップ４０２において、コントローラ１０５は線１６０上で真重量回路１０４により与えられる結晶体心２２のその時の真の重量を読出す。この回路の構造および動作は先に述べた。その時の真の重量値は、ステップ４０３により示される如く次のサイクルのため記憶される。

その後、容器３０２内の原料物質、例えばシリコン粒子のその時の重量を表わす秤量器３１２の出力は、ステップ４０４により示されるように、コントローラ１０５により線３】４上で読み込まれる。次にステップ４０５において、原料物質のその時の重量は次のサイクルのため記憶される。

ステップ４０２および４０４は、有意義な真の重量データおよび供給材料の重量データが以下に述べるようにステップ４０６〜４２０に示されるソフトウェア・プログラムの最初の反復申分配器３０６の動作を制御する制御信号を生成する際に使用するように与えられることを保証するため提供される初期化ルーチンの一部である。

次に、ステップ４０６において、選定量の結晶成長が生じる時間的遅延が導入される。この時間的遅延は、全ての実際の目的のため、分配器に対する制御信号を生成する際使用される重量データの連続的な読取り間の測定間隔と等しい。この間隔は、以下本文では、「時間間隔Ｘ」または「測定間隔Ｘ」と呼ぶ。

次に、ステップ４０７においては、真重量回路１０４により与えられる結晶体心２２のその時の真の重量が読み込まれる。この時の真の重量値は、ステップ４０２において読み込まれた真の重量値とは異なるが、これはステップ４０６における時間的遅延に生じた結晶の成長の間に結晶体心２２が重量を増やした故である。、ステップ４０７において読み込まれたその時の真の重量情報は、ステップ４０３により示される如く次のサイクルのため記憶される。ステップ４０７において読み込まれステップ４０３において記憶されたその時の真の重量情報は、ステップ４０３において前に記憶されたステップ４０２で与えられるその時の真の重量情報と共に記憶される。

その後、ステップ４０８において、秤量器３１２により生成された供給材料重量値が読み込まれる。この供給材料の重量は、ステップ４０４において生じた供給材料重量とは異なるが、これはステップ４０６における時間的遅延において生じる結晶の成長中にある供給材料が消費された故である。ステップ４０８において生じた供給材料重量情報は、ステップ４０５で示される如く、次のサイクルのため記憶される。ステップ４０８において読み込まれステップ４０５で記憶されたこの供給材料重量情報は、ステップ４０４において生じステップ４０５において前に記憶された供給材料重量情報と共に記憶される。

次に、ステップ４１０において、測定間隙Ｘ中の結晶体心２２の真の重量の変化が計算される。この導出過程は、ステップ４０７で読み込まれたその時の真の重量データ、およびステップ４０２で読み込まれた前の測定サイクルからの真の重量データを用いて行われる。その時の真の重量データは直接真重量回路１０４から与えられ、前のサイクルの真の重量データはステップ４１２に示される如く、ステップ４０３で記憶されたデータを用いて読み込まれる。結晶体心２２が常に重量を増しつつあるため、真の重量の計算におけるこのような変化の結果は常に正となる。測定間隔Ｘは、約１０秒と３分の間におよぶことが望ましい。測定間隔Ｘは、固定された設定点としてコントローラ１０５において記憶することができ、あるいはこの間隔は結晶成長操作の始めにおける制御変数として入力することができる。

次に、ステップ４１４に示されるように時間間隔Ｘにおける容器３０２における原料物質の重量の変化が計算される。この導出過程はステップ４０４で読み込まれたその時の原料物質重量データ、およびステップ４０４で読み込まれた前の測定サイクルからの原料物質重量データを用いて行われる。その時の原料物質重量データは、中の秤量器３１２から与えられ、前のサイクルからの原料物質重量データは、ステップ４１６により示されるように、ステップ４０５で記憶されたデータを用いて読み込まれる。容器３０２における原料物質の重量は常に減少しつつあり、原料物質の重量におけるこの変化の結果は常に負となる。ステップ４１４において使用された時間間隔Ｘは、ステップ４１０において使用された時間間隔Ｘと同じであり、即ちＸは約１０秒から３分にわたることが望ましい。

ステップ４１８においては、ステップ４１４で計算された原料物質の重量の変化はステップ４１０で計算された真の重量における変化に加算される。時間間隔Ｘにおける結晶体心２２の重量の増加が時間間隔Ｘにおける容器３０２の原料物質の重量の減少に等しい時、この計算の結果はゼロとなる。結晶体心２２が時間間隔Ｘにおいて間隙Ｘにおける容器３０２における原料物質の減少より多いか少ない重量を増やす時、ステップ４１８において行われた計算結果は正または負の符号となり、ゼロではない大きさを持つことになる。

次に、ステップ４２０においては、コントローラ１０５は制御信号を分配器３０６へ送る。この制御信号は、ステップ４１８において行われた計算結果の符号および大きさと共に変化する供給速度情報を含む。ステップ４１８で行われた計算結果がゼロに等しい時、分配器３０６に与えられた制御信号に含まれる供給速度情報は、その時の供給速度における原料物質の供給を継続することを指令する。

ステップ４１８で行われた計算結果が負の符号を持つ時、制御信号に含まれる供給速度情報は、分配器３０６に対して減少した供給速度で原料物質を供給することを指令し、この減少した供給速度はステップ４１８において得た結果の大きさに比例する１、ステップ４１８で行われた計算結果が正の符号を持つ時、制御信号に含まれる供給速度情報は、分配器３０６に対して増加した供給速度で原料物質を供給することを指令し、この増加した供給速度はステップ４１８において生じた結果の大きさに比例する。

分配器３０６により容器３０２から供給される供給材料は、導管３０４を経てフィーダ機構３２０の内部３２２に向かって下方へ移動する。次いで、粒子は中空パイプ３２４を通って上方へ強制的に送られ、このパイプの頂端部から放出される３２重力の作用下で、放出された粒子はるつぼ２４に支持された溶解シリコン中へ落下する。

ステップ４２０の後、プログラムは再びステップ４０６へ戻り、時間的遅延が再び生じる。

上記は、図４に示されたソフトウェアのフロー図により示されるプログラムの最初の繰返しの説明である。このプログラムの２回目および以降の繰返しは、幾つかの観点において最初の繰返しとは異なる。第１に、２回目および以降の繰返しにおいては、ステップ４１０で計算された真の重量における変化は、ステップ４０７でその時生じつつある真の重量の情報、およびステップ４０７において前に生じ、ステップ４０３において記憶され、ステップ４１２において与えられた真の重量の情報に基いて計算される。第２に、この２回目および以降の繰返しにおいて、ステップ４１４で計算される供給材料重量における変化は、（１）ステップ４０８でその時生じつつある供給材料の重量情報、および（２）ステップ４０５で記憶されたソフトウェアの前の繰返しの間ステップ４０８で生じる供給材料の重量情報に基いて計算され、ステップ４１６において与えられる。このため、２回目および以降の繰返しにおいて、ステップ４０２および４０４で生じた情報は使用されない。

メルト補充システム１８が不連続モードで動作される時、図５のフロー図により示されるソフトウェア・プログラムが用いられる。メルト補充システム３００が図５に示されたソフトウェアのフロー図に従って動作される時、分配器３０６は、コントローラ１０５からの操作信号の受取りと同時に、容器３０２から固定量の原料物質を供給する空圧作動フィーダであることが望ましい。あるいはまた、分配器３０６は、コントローラ１０５からの操作信号の受取りと同時に容器３０２から固定量の原料物質を供給する振動フィーダでもよい。

図５に示されたソフトウェアのフロー図における最初のステップとして、本発明の制御システムは、ステップ４００により示されるように、メルト補充システム１８の動作制御を開始するように操作される。このステップは、図４に示され先に述べたプログラムの最初のステップと同じものである。同時に、装ｆｉｔ２０は、るつぼ２４内のメルトからの結晶体心２２の成長を開始するように操作される。

次いで、ステップ５０１において、コントローラ１０５は、初期動作信号の受取りと同時に、分配器３０６は容器３０２から固定量の原料物質を供給する。この固定量の原料物質の重量は、るつぼ２４内のメルトの体積、原料物質力くメルトに送られる方法および他の要因を考慮に入れることにより選定される。Ｌｌずれの場合も、固定量の原料物質の重量は比較的小さく、従ってこの量の物質の装置２０のメルトへの追加がメルトにおける許容し得ない大きな熱的な摂動を生じることはない、１次に、図５に示されたソフトウェア・プログラムは、図旧こ示された′メルトｒシェア・プログラムにおいて使用されるステップ４０２〜４１８を含み、これ曇こ従う。ステップ４０２〜４１８の説明については、図４に示された゛メルトｉシェア・プログラムの前の説明を参照されたい。

次いで、ステップ４１８に続いて、ステップ５２０により示されるように、ステップ４１８で計算された和がゼロより小さいかあるいはこれと等しも）力Ａｉこつし）て判定が行われる。もしステップ４１８で計算された和がゼロより小さく１力＼あるいはこれと等しければ、コントローラ１０５は動作信号を線３０８により分配器３０６へ送り、これがステップ５２２において示されるように分配器を作動させて固定量の原料物質を容器３０２から導管３０４へ送らせる。もしステップ４１８で計算された和がゼロより小さいかあるいは等しければ、ステップ５２４で示されるように、コントローラ１０５は動作信号を分配器３０６へ送らなシ１．．その結果、原料物質は容器３０２から供給されない。

最後に、図５のソフトウェアのフロー図は、図４のソフトウェア−フロー図と同様に終了する、即ち、プロゲラｔ、はステ・ンプ４０６へ戻り時間的遅延を生じる。

図６および図７に示される別の実施例においては、本発明の制御システムＬＬ、装置２０メルト補充システム１８ならびにるつぼヒータ２６を制御するようになっている。

図３、図６および図７に関して、この別の実施例では、るつ（ぼヒータ２６および温度コントローラ５８２として図６に示される従来の閉ル−プ温度制御システムは、線５８０を介してコントローラ１０５と接続される。線５８０１のコントローラ１０５からの出力信号に基いて、温度コントローラ５８２（ま、装置２０１こおける温度を結晶体心２２が略々均一な肉厚を持つことを保証するように選定される正確な基準値に維持するようにるつぼヒータ２６に対する電力入力を変化させる。

望ましい実施態様の目的のためには、ヒータ２６に対する電力入力はまた従来の電力コントローラ（図示せず）、即ち制御信号に比例するヒータ２６への電力入力を変化させるデバイスによって制御することができる。電力コントローラがヒータ２６の制御のため用いられる時は、この電力コントローラは温度コントローラ５８２に代わり、温度コントローラと同じようにコントローラ１０５およびヒータ２６と接続される。電力コントローラおよび温度コントローラ５８２の双方は同様な結果を達成する。即ち、これらはヒータ２６の熱出力従って装置２０の加熱された部分の温度をコントローラ１０５により与えられる制御信号に基いて変化させて、成長する結晶体心２２が略々均一な肉厚を持つことを保証するようにする。。

本発明のこの代替例においては、制御システムが図１乃至図５に示された望ましい実施態様に関して先に述べた方法でメルト補充システム１８の動作を制御する。従って、この代替例の以降の記述は、望ましい実施態様の動作モードの先に述べた記述を参照して行う、３本発明の代替例によれば、引張り機構３５は、一定の速度でるつぼ２４から結晶体心２２を引出すように制御される。このため、装置２０から成長させられる結晶の肉厚は専らるつぼヒータ２６の出力を調整することにより制御することができ、これが更に成長区間即ちメニスカスにおける温度を制御する。

コントローラ１０５は、るつぼヒータ２６のこのような調整を行うため使用される温度制御信号を提供する。

コントローラ１０５は、これに与えられる入力信号情報を用いて、機械の制御ソフトウェア・プログラムに従ってるつぼヒータ２６の動作を制御する５１図７に示されたソフトウェアのフロー図は、ソフトウェア・プログラムにより行われる諸動作の論理的輪郭を提供する。ソフトウェア・プログラムの行単位のコーディングは、このようなコーディングが充分に当技術の通常の知識内にあるものと見做されかつソフトウェアの実行に用いられるコンピュータに従って変化するため、本文では示さない。

フロー図における最初のステップとして、本発明の制御システムは、ステップ６００により示されるように、装置面２０の動作の制御を開始するように作動される。次に、コントローラ１０５が、ステップ６０１によ・り示されるように、結晶体心２２のその時の長さを読み込む。長さトランスジューサ１０１が、この時の長さの情報を線１０９によりコントローラ１０５へ送る。次に、ステップ６０２において、その時の長さ情報が次のサイクルのため記憶される。その後、コントローラ１０５は、ステップ６０３で示されるように、結晶体心のその時の重量を読み込む。この時の重量の情報は、真の重量回路１０４により生成され、線１６０によりコントローラ１０５へ与えられる。次に、ステップ６０４において、その時の重さ情報は次のサイクルのため記憶される。

ステップ６０１および６０３は、以下本文に述べるように、ステップ６０６〜６２８に示されるソフトウェア・プログラムの最初の繰返しの間、その時の全長さ測定データおよび真の重量データがるっぽヒータ２６の動作を制御する制御信号を生成する際に使用されるように与えられることを保証するため設けられる初期化ルーチンの一部である。

次に、ステップ６０５において、選定された量の結晶の成長が生じる間に時間的遅延が生じる。この時間的遅延は、るつぼヒータに対する制御信号の生成時に使用されるようにデータが収集される測定間隔Ｘと略々等しい。

次いで、ステップ６０６において、結晶体心２２のその時の長さが読み込まれる。この時の長さ情報は、結晶体心２２がステップ６０５における時間的遅延の間に生じた結晶成長中に長さが増したため、ステップ６０１において読み込まれた長さの情報とは異なる。ステップ６０６において読み込まれたその時の長さ情報は、ステップ６０２に示されるように、次のサイクルのため記憶される。ステップ６０６で読み込まれステップ６０２で記憶されたその時の長さ情報は、ステップ６０２において前に記憶されたステップ６０１で与えられるその時の長さ情報と共に記憶される。

その−、ステップ６０８において、結晶体心２２のその時の真の重量が読み込まれる。その時の真の重量は、結晶体心２２の重量がステップ６０５における時間的遅延の間に生じる結晶の成長中に増えるため、ステップ６０３において生成された真の重量とは異なることになる。ステップ６０８において生成した真の重量情報は、ステップ６０４に示されるように、次のサイクルのため記憶される。

ステップ６０８で読み込まれステップ６０４において記憶されたこの真の重量の情報は、ステップ６０３で生成されステップ６０４で前に記憶された真の重量の情報と共に記憶される。

その後、ステップ６１２により示されるように、測定間隔Ｘにおける結晶体心２２の長さの変化が計算される。この誘導は、ステップ６０６において読み込まれたその時の長さデータ却よびステップ６０１において読み込まれた前の測定サイクルからの長さデータを用いて行われる。その時の長さデータは中に長さトランスジューサ１０１から与えられ、前サイクルの長さデータは、ステップ６１４に示されるように、ステップ６０２で記憶されたデータを用いて読み込まれる。

測定間隔Ｘは、約３０秒乃至３分の範囲にわたることが望ましい。測定間隔Ｘは、固定された設定点としてコントローラ１０５に記憶することができ、あるいはこの間隔は結晶の成長操作の初めにおける制御変数として入力することができる１、次に、測定間隔Ｘにわたる結晶体心２２の重量の変化は、ステップ６１６に示されるように計算される。この誘導は、ステップ６０８で読み込まれたその時のｆｆ１ｆｆｉデータ、およびステップ６０３で読み込まれた前の測定サイクルからの重量データを用いて行われる。その時の重量データは、真重量回路１０４がら直接与えられ、前のサイクルの重量データは、ステップ６０４で記憶されたデータを用いてステップ６１８により示されるように読み込まれる。ステップ６１６において用いられた測定間隔Ｘは、ステップ６１２で用いられた測定間隔Ｘと同じであり、即ち、Ｘが約３０秒乃至３分の範囲にあることが望ましい。

次いで、ステップ６２０において、結晶体心２２の実際の肉厚は、定数Ｋをステップ６１６で計算された結晶体心の重量の変化で乗じ、次いでこの積をステップ６１２で計算された体心２２の長さの変化で除すことにより計算される。当業者には認識されるように、Ｋは、物質の密度、成長する結晶体心の周囲および重量センサ１００および真重量回路１０４の出力信号の大きさに基いて選定される肉厚の変換係数である。

次に、所要の肉厚情報がステップ６２２により示されるようにメモリーから読出される。その後、ステップ６２４において、ステップ６２０で計算された実際の肉厚がステップ６２２で読み込まれた所要の肉厚と比較されて、実際の肉厚が所要の肉厚より大きいかあるいはこれと等しいかを判定する。もし実際の肉厚が所要の肉厚より大きいか等しければ、フロー図はステップ６２６へ進み、ここでコントローラ１０５が線５８０によりるつぼヒータ２６へ与えられる温度上昇信号を生じる。この上昇信号の受取りと同時に、るつぼヒータ２６はメルトの温度を上昇させるように動作し、これが更に結晶体心２２の肉厚を減少させることになる。もし実際の肉厚が所要の肉厚より大きくないかあるいはこれと等しくなければ、フロー図はステップ６２８へ進み、ここでコントローラは線６３０によりるつぼヒータ２６へ与えられる温度低下信号を生じる。この低下信号の受取りと同時に、るつぼヒータ２６はメルトの温度を低下させるように動作し、これが更に結晶体心２２の肉厚を増加させることになる。

結果に従ってステップ６２６または６２３のいずれかの後、プログラムはステップ６０５へ戻り、別の時間的遅延が生じる。

上記は、図７に示されるソフトウェアのフロー図により示されるプログラムの最初の縁返しの説明である。このプログラムの２回目および以降の繰返しは、幾つかの観点において最初の繰返しとは異なる。第１に、２回目および以降の繰返しにおいては、ステップ６１２において計算された長さの変化は、ステップ６０２で記憶されたソフトウェアの前の繰返しにおいてステップ６０６でその時生じつつある長さの情報に基いて計算され、ステップ６１４において与えられる。第２に、この２回目および以降の繰返しの間、ステップ６１６で計算されたその時の重量の変化は、ステップ６０８でその時生じつつある真の重量情報およびステップ６０４において記憶されたソフトウェアの前の繰返しの間ステップ６０８で生成された真の重量情報に基いて計算され、ステップ６１８において与えられる。

このため、この２回目および以降の繰返しの間に、ステップ６０１および６０３で生成された情報は使用されない。　、Ｔａｙｌｏｒ等により開示されたメルト補充システムが、種ホルダーが成長する中空の結晶体心の上端部を実質的に空圧により閉鎖するように修正された米国特許第４．５４４．５２８号に記載された形式の結晶成長装置と接続されると、大半の状況においては、溶解シリコンが消費されつつあると同じ速度で中実シリコンをメルトに添加することは略々不可能である。このようなメルトの補充は、成長する結晶体心の重量を測定するセンサにより生じる誤りのある重量情報の故に問題を生じる。先に述べたように、このような誤った情報は、成長する体心内部の圧力の変動により生じる。重量センサにより生じる重量情報が分配器３０６により単位時間当たり供給される中実シリコン量を計算する際使用される限り、この重量情報が不正確であると、メルトへ供給されるシリコン量は要求されるものにはならない。このため、要求量以上あるいは以下のシリコンが添加され、メルトに受入れ得ない大きな熱変位をもたらす結果となる。周知のように、熱変位は最適ではない物理的および電気的特性をもつ結晶体心の生成が結果として生じ、極端な場合には、結晶の成長プロセスの停止を招くおそれがある。

対照的に、本発明によれば、溶解シリコンがメルトから消費されると同じ速度でシリコン粒子がるつぼ２４に供給される。このため、熱的な摂動の形成が最小限に抑えられて、結晶体心の物理的および電気的な特性が最適化される結果となる。

メルト補充システム１８を制御することに加えて、図６および図７に示した本発明の代習例は、公知の制御システムにより典型的に達成され得るよりも高い精度で公知の結晶成長装置２０の動作を制御するようになっている。公知の結晶成長装置の動作を正確に制御することにより、幾っがの重要な利点が達成される。

第１に、結晶体心２２がグイから外れるかあるいはこれに膠着する頻度は非常に減少する。第２に、管状結晶体心の肉厚が更に正確に制御される。第３に、６ｍ以上の長さをもつ結晶体心２２が、本発明により制御される公知の結晶成長装宜を用いて比較的均一な肉厚で成長させることができ、かつ成長される結晶の頂端部を実質的に空圧的に封止するように修正することができる。例えば６ｍの長さの長い結晶体心から生成されるシリコン板の材料コストは、成長した結晶の長さに対する装置の始動時間の短縮により、公知の結晶成長装置で成長させた比較的短い結晶体心から作られる板よりも著しく少ない。

図６および図７に示される本発明の代替例は、肉厚を制御する（引上げ速度が略々一定に保持される）ためるつぼの加熱を変化させるように設計されるが、本発明は、加熱即ち温度が一定に保持され引上げ速度が肉厚を制御するため変更されるように設計することができる。あるいはまた、加熱および弓しヒげ速度の双方は、略々均一な肉厚を持つ結晶を生じるように変化させることもできる。

本発明の他にない有利な特徴は、るつぼ内のメルトの長さが略々均等な大きさおよび肉厚の管状結晶体心の成長中に予め定めた限度内に保持できるように、メルト補充システムが制御されることである。

本発明の範囲から逸脱することなく上記の装置において変更が可能であるため、本文に記し添付図面に示される全てのものは例示であって限定の意図はないものとする。

旧１１１ｒＡ２］時間−→ １図７１１図６】要約書１Ｖ４１　１選択された材料の管状結晶体心（２２）を成長させる装置（２０）のるつぼ

Claims

【特許請求の範囲】

１．選定された材料の管状結晶体心を成長させる装置におけるメルトを補充するためのメルト補充システムであって、前記選定された材料のメルトを含むるつぼと、該るつぼを加熱する加熱手段と、前記メルトから管状結晶体心を成長させる成長手段とを含み、該成長手段は、（１）前記管状結晶体心が成長される種を支持する種保持手段と、（２）該種保持手段と前記管状結晶体心を前記るつぼから引上げる引上手段とを含むメルト補充システムにおいて、前記選定された材料の中実粒子を貯蔵する容器と、該容器と結合されて、制御信号に応答して前記選定された材料粒子の選定量を前記容器から前記るつぼへ移動する分配手段と、前記容器内に貯蔵された前記選定された材料粒子の重量を表わす出力信号を生じる重量値生成手段と、前記成長する管状結晶体心と、前記種と、前記種保持手段の重量を表わす出力信号を生じる重量センサ手段と、前記結晶体心内部の圧力を表わす出力信号を生じる圧力センサ手段と、前記重量値生成手段と、前記重量センサ手段と、前記圧力センサ手段と、前記分配手段とに接続されて、前記るつぼ内のメルトのレベルが前記管状結晶体心の成長中予め定めた限度内に止まることを保証するように、前記重量値生成手段、前記重量センサ手段および前記圧力センサ手段の出力信号に応答して前記メルト補充システムの動作を制御するコントローラ手段と、を含むことを特徴とするメルト補充システム。
２．前記コントローラ手段が、前記重量値生成手段、前記重量センサ装置および前記圧力センサ手段の出力信号に基いて前記制御信号を生成することを特徴とする請求項１記載のシステム。
３．前記コントローラ手段が、前記管状結晶体心の真の重量を計算して前記管状結晶体心の真の重量を表わす補正された出力信号を生じる手段を含み、更に前記コントローラ手段が、前記重量値生成手段の出力信号と前記補正出力信号に応答して前記制御信号を生成することを特徴とする請求項１記載のシステム。
４．前記計算手段が、前記管状結晶体心および前記種保持手段の真の重量を表わす結果の信号を生じるように、前記重量センサ手段および前記圧力センサ手段の出力信号を組合わせる手段と、前記種保持手段の真の重量を表わすオフセット出力信号を生じる手段と、前記管状結晶体心の真の重量を表わす前記補正出力信号を生じるように、前記結果の信号と前記オフセット出力信号を組合わせる手段とを含むことを特徴とする請求項３記載のシステム。
５．前記コントローラ手段が、（ａ）前記選定された測定間隔ｘにおいて前記重量信号生成手段により生成される前記出力信号における変化の関数として、選定された時間間隔Ｘにおける前記容器に貯蔵された前記粒子の重量の変化を計算する手段と、（ｂ）前記選定された時間間隔Ｘにおける前記補正出力信号における変化の関数として、前記選定された時間間隔Ｘにおける前記管状結晶体心の重量の変化を計算する手段と、（ｃ）重量値の結果の変化を生じるように前記シリコン粒子の重量の前記変化および前記管状結晶体心の重量の前記変化を加算する手段とを含むことを特徴とする請求項３記載のシステム。
６．前記分配手段が、前記制御信号の受取りと同時に固定量のシリコン粒子を前記容器から前記るつぼへ移動するように設計され、前記コントローラが、前記重量値の結果の変化をゼロ値と比較して、該重量値の結果の変化が前記ゼロ値より大きい時のみ前記制御信号を前記分配手段へ与える手段を含むことを特徴とする請求項５記載のシステム。
７．前記選定された時間間隔Ｘの間、前記分配手段により前記容器から前記るつぼへ送られる前記シリコン粒子の選定量が、前記制御信号に含まれる供給速度情報の関数として変化し、更に前記コントローラ手段が、重量値における前記結果の変化の符号および大きさの関数として変化する供給速度情報を含むようにを生じる前記制御信号を生じることを特徴とする請求項５記載のシステム。
８．選定された材料の管状結晶体心を成長させる装置におけるメルトを補充するメルト補充システムであって、前記選定された材料のメルトを保有するるつぼと、該るつぼを加熱する加熱手段と、前記メルトから管状結晶体心を成長させる成長手段とを含み、該成長手段が、（１）前記結晶体心が成長させられる種を支持する種支持手段と、（２）該種保持手段および前記管状晶体心を前記るつぼから引上げる引上手段とを含むメルト補充システムにおいて、中実シリコン粒子を貯蔵する容器と、前記容器と結合されて、制御信号に応答して選定された時間間隔の間、前記選定された材料粒子の選定量を前記容器からるつぼへ移動する分配手段と、前記容器内に貯蔵された前記選定された材料の重量を表わす出力信号を生じる重量値生成手段と、前記管状結晶体心、前記種および前記種保持手段の重量を表わす出力信号を生じる重量センサ手段と、前記結晶体心内の圧力を表わす出力信号を生じる圧力センサ手段と、前記重量値生成手段と、前記重量センサ手段と、前記圧力センサ手段と、前記分配手段とに接続され、前記選定された材料の量が前記管状結晶体心の連続的な成長を支持するに充分であることを保証するように、前記重量値生成手段、前記重量センサ手段および前記圧力センサ手段の出力信号に応答して前記分配手段の動作を制御するコントローラ手段とを設けることを特徴とするメルト補充システム。
９．前記管状結晶体心の真の重量を計算し、かつ前記管状結晶体心の真の重量を表わす補正された出力信号を生成する手段（ａ）を更に含み、更に前記コントローラ手段が、前記重量値生成手段の出力信号および前記補正出力信号に応答して前記分配手段の動作を制御する前記制御信号を生成し、前記計算手段が、前記管状結晶体心および前記種保持手段の真の重量を表わす結果の信号を生じるように、前記重量センサ手段および前記圧力センサ手段の出力信号を組合わせる手段（ｉ）と、前記管状結晶体心の真の重量を表わす前記補正出力信号を生じるように前記結果の信号および前記オフセット出力信号を生じる手段（ｉｉ）と、前記管状結晶体心の真の重量を表わす前記補正出力信号を生じるように前記結果の信号および前記オフセット出力信号を組合わせる手段（ｉｉｉ）とを含み、前記選定された時間間隔Ｘにわたる前記補正出力信号における変化の関数として前記選定された時間間隔Ｘにわたる前記管状結晶体心の加重における変化を計算する手段（ｃ）と、加重値における結果として得る変化を生じるように、前記重量シリコン粒子の加重における前記重量の変化および前記管状結晶体心の前記重量の変化を加算する手段（ｄ）とを更に含むことを特徴とする請求項８記載のメルト補充システム。
１０．選定された材料のメルトを保有するるつぼと、該るつぼを加熱する加熱手段と、前記メルトから管状結晶体心を成長させる成長手段を含む形式の結晶成長装置におけるメルトを補充するためのメルト補充システムの動作を制御する方法であって、前記成長手段が、前記メルトと連通する前記るつぼにあって前記管状結晶体心の形状を制御する形成手段（１）と、前記管状結晶体心が成長させられる種を支持する種支持手段（２）と、前記管状結晶体心、前記種および前記種保持手段を前記形成手段から引上げる引上手段（３）とを含み、前記メルト補充システムが、前記選定された材料の中実粒子を貯蔵する容器と、動作信号の受取りと同時に前記粒子の固定量を該容器から前記るつぼ内のメルトへ移動する分配手段とを含む方法において、前記メルトからの前記管状結晶体心の成長を開始するように前記装置を動作させ、前記管状結晶体心の重量を測定し、前記管状結晶体心の内部の圧力を測定し、前記管状結晶体心の測定された重量および該結晶体心内部の測定された圧力に基いて結晶体心の真の重量を計算して、時間間隔Ｘにわたる前記管状結晶体心の真の重量における変化を表わす真の重量値における変化を提供し、前記メルト補充システムの前記容器に貯蔵された中実シリコン粒子の重量を測定して、前記時間間隔Ｘにわたる前記容器内に貯蔵された前記シリコン粒子の重量における変化を表わす粒子の重量値における変化を提供し、真の重量値における前記変化を粒子の重量値における変化に加算して結果の値を生じ、該結果の値をゼロ値と比較し、前記結果の値が前記ゼロ値より大きい場合のみ、動作信号を生成して該動作信号を前記分配手段へ与え、前記動作信号の受取りと同時に前記固定量のシリコン粒子を送るように、前記分配手段を動作させることを含むことを特徴とする方法。
１１．選定された材料のメルトを保有するるつぼと、該るつぼを加熱する加熱手段と、前記メルトから管状結晶体心を成長させる成長手段を含む形式の結晶成長装置におけるメルトを補充するためのメルト補充システムの動作を制御する方法であって、前記成長手段が、前記メルトと連通する前記るつぼにあって前記管状結晶体心の形状を制御する形成手段（１）と、前記管状結晶体心が成長させられる種を支持する種支持手段（２）と、前記管状結晶体心、前記種および前記種保持手段を前記形成手段から引上げる引上手段（３）とを含み、前記メルト補充システムが、前記選定された材料の中実粒子を貯蔵する容器と、制御信号の受取りと同時に選定された時間間隔において前記シリコン粒子の固定量を前記容器から前記るつぼ内のメルトへ移動する分配手段とを含む方法において、前記メルトから前記管状結晶体心の成長を開始するように前記装置を動作させ、前記管状結晶体心の重量を測定し、前記管状結晶体心の内部の圧力を測定し、前記管状結晶体心の測定された重量および該結晶体心内部の測定された圧力に基いて結晶体心の真の重量を計算して、時間間隔Ｘにわたる結晶体心の真の重量における変化を表わす真の重量値における変化を提供し、前記メルト補充システムの前記容器に貯蔵された中実シリコン粒子の重量を測定して、前記時間間隔Ｘにわたる前記容器に貯蔵された前記中実シリコン粒子の重量における変化を表わす粒子の重量値における変化を提供し、真の重量値における前記変化を粒子の重量値における前記変化に加算して結果の値を生成し、前記結果の値の符号および大きさの関数として変化する供給速度情報を含む制御信号を生成し、前記選定時間間隔において前記分配手段により送られるシリコン粒子の前記選定量が前記制御信号における前記供給速度情報の関数として変化するように、前記分配手段を動作させることを含むことを特徴とする方法。
１２．選定された材料の管状結晶体心を成長させる装置（ａ）と該装置におけるメルトを補充するメルト補充装置（ｂ）の動作を制御する制御システムであって、前記選定された材料のメルトを保有するるつぼと、該るつぼを加熱する加熱手段と、前記メルトから管状結晶体心を成長させる成長手段とを含み、該成長手段は、前記結晶体心が成長させられる種を支持する種支持手段（１）と、前記るつぼから前記管状結晶体心および前記種支持手段を引上げる引上手段（２）とを含み、材料メルト補充装置は、中実シリコン粒子を貯蔵する容器と、該容器と結合されて動作信号の受取り同時に選定された時間間隔において前記選定された材料の選定量の粒子を容器からるつぼへ移動する分配手段とを含む制御システムにおいて、前記容器に貯蔵された中実シリコン粒子の重量を表わす出力信号を生成する重量値生成手段と、前記成長する管状結晶体心の長さを表わす出力信号を生じる長さセンサ手段と、前記管状結晶体心、前記種および前記種支持手段の重量を表わす出力信号を生じる重量センサ手段と、前記結晶体心内部の圧力を表わす出力信号を生じる圧力センサ手段と、前記重量値生成手段、前記長さセンサ手段、前記重量センサ手段、前記圧力センサ手段、前記るつぼ加熱手段および前記分配手段と接続されて、（ａ）前記成長する結晶体心が実質的に均一な肉厚を持つこと、および（ｂ）前記るつぼへ移動される前記選定量のシリコン粒子が連続する結晶の成長を支持し、かつメルトにおける受入れられない大きな熱的変位を生じないことを保証するように、前記重量値生成手段、前記長さセンサ手段、前記重量センサ手段および前記圧力センサ手段の出力信号に応答して前記結晶成長装置および前記メルト補充組立体の動作を制御するコントローラ手段とを設けてなることを特徴とする制御システム。
１３．前記コントローラ手段が前記管状結晶体心の真の重量を計算する手段を含み、該計算手段は、前記管状結晶体心および前記種支持手段の真の重量を表わす結果の信号を生じるように、前記重量センサ手段および前記圧力センサ手段の出力信号を組合わせる手段と、前記種支持手段の真の重量を表わすオフセット出力信号を生じる手段と、前記管状結晶体心の真の重量を表わす補正出力信号を生じるように、前記結果の信号および前記オフセット出力信号を組合わせる手段とを含むことを特徴とする請求項１２記載のシステム。
１４．前記コントローラ手段が、選定された測定間隔で前記管状結晶体心の実際の肉厚を計算する手段を含み、該コントローラ手段は、所要の肉厚値を提供する手段と、前記所要の肉厚値を前記実際の肉厚と比較して、該所要の肉厚値が前記実際の肉厚より小さい時、前記加熱手段に対して第１の信号（１）を、また前記第１の肉厚値が前記実際の肉厚より大きいかあるいはこれと等しい時、前記加熱手段に対して第２の信号（２）を与える手段とを含むことを特徴とする請求項１２記載のシステム。
１５．前記コントローラ手段が、前記選定された時間間隔Ｘにわたる秤量手段により生成される前記出力信号における変化の関数として選定された時間間隔Ｘにわたる前記容器に貯蔵されたシリコン粒子の重量における変化を計算する手段（ａ）と、前記選定された時間間隔Ｘにわたる前記補正出力信号における変化の機能として該選定された時間間隔Ｘにわたる前記管状結晶体心の重量における変化を計算する手段（ｂ）と、前記シリコン粒子の重量における前記変化および前記管状結晶体心の重量における前記変化を加算して重量値における結果としての変化を生じる手段とを含むことを特徴とする請求項１２記載のシステム。
１６．前記コントローラ手段が、重量値における前記結果として生じる変化を前記ゼロ値と比較して、前記重量値の結果として生じる変化が前記ゼロ値よりも大きい時のみ、前記動作信号を前記分配手段に与える手段を含むことを特徴とする請求項１５記載のシステム。
１７．選定された材料の管状結晶体心を成長させる装置において、メルトを保有するるつぼと、該るつぼを加熱する手段と、前記管状結晶体心が成長させられる種を支持して、管状結晶体心の上端部を実質的に空圧作用的に閉鎖する種支持手段（１）と、前記管状結晶体心、前記種および前記種支持手段を前記るつほから引上げる引上手段（２）とを含む、管状結晶体心を前記メルトから形成する手段と、前記選定された材料の中実粒子を貯蔵する容器と、動作信号の受取りと同時に、選定された時間間隔において前記容器に貯蔵された前記粒子の選定量を前記容器から前記るつぼ内のメルトへ移動する分配手段と、前記形成手段と接続されて、前記成長する管状結晶体心の長さを表わす出力信号を提供する長さ測定手段と、前記形成手段と接続されて、前記種支持手段に対して上方に作用する前記成長する管状結晶体心内部の圧力を表わす出力信号を提供する圧力測定手段と、前記形成手段と接続されて、前記成長する管状結晶体心の重量を表わす出力信号を提供する重量測定手段と、前記容器と接続されて、前記容器に貯蔵された前記シリコン粒子の重量を表わす出力信号を提供する重量値生成手段と、前記長さ測定手段（１）と、前記圧力測定手段（２）と、前記重量測定手段（３）と、前記重量値生成手段（４）と、前記分配手段（５）と、前記加熱手段（６）とに接続されて、（ａ）前記結晶体心が実質的に均一な肉厚を持つこと、（ｂ）前記メルトへ移動された前記選択量のシリコン粒子が前記管状結晶体心の連続的な成長を支持するに充分であることを保証するように、前記長さ測定手段、前記圧力測定手段、前記重量測定手段および前記重量値生成手段の出力信号に基いて、前記分配手段および前記加熱手段の動作を制御するコントローラ手段とを設けてなることを特徴とする装置。
１８．選定された材料の管状結晶体心を成長させる装置におけるメルトを補充する機構の動作を制御する制御システムであって、該装置が、シリコンのメルトを保有するるつぼと、制御信号に応答して選定された時間間隔において、前記選定された材料の中実粒子を貯蔵する容器と該容器に貯蔵された前記粒子の選定量を前記容器から前記るつぼ内のメルトへ移動する分配手段とを含む装置とを含む制御システムにおいて、前記形成手段と接続されて、前記種支持手段に対して上方に作用する前記成長する管状結晶体心内部の圧力を表わす出力信号を生じる圧力測定手段と、前記形成手段と接続されて、前記成長する管状結晶体心の重量を表わす出力信号を生じる重量測定手段と、前記容器と接続されて、前記容器に貯蔵された前記粒子の重量を表わす出力信号を生じる秤量手段と、前記圧力測定手段（１）と、前記重量測定手段（２）と、前記秤量手段（３）と、前記分配手段（４）とに接続されて、前記るつぼ内のメルトに移動された前記粒子の前記選定された量が前記メルトのレベルが前記管状結晶体心の成長中予め定めた限度内に止まることを保証するように、前記圧力測定手段と、前記重量測定手段と、前記秤量手段の出力信号に基いて前記秤量手段の動作を制御するコントローラ手段とを設けてなることを特徴とする制御システム。
１９．選定された材料のメルトを保有するるつぼと、該るつぼを加熱する加熱手段と、前記メルトから管状結晶体心を成長させる成長手段とを含む形式の結晶成長装置におけるメルトを補充するためのメルト補充システムの動作を制御する方法であって、前記成長手段が、前記メルトと連通する前記るつぼにあって前記管状結晶体心の形状を制御する形成手段（１）と、前記管状結晶体心が成長させられる種を支持する種支持手段（２）と、前記管状結晶体心、前記種および前記種保持手段を前記形成手段から引上げる引上手段（３）とを含み、前記メルト補充システムが、前記選定された材料の中実粒子を貯蔵する容器と、動作信号の受取りと同時に前記粒子の固定量を前記容器から前記るつぼ内のメルトへ移動する分配手段とを含む方法において、前記メルトからの前記管状結晶体心の成長を開始するように前記装置を動作させ、前記管状結晶体心の重量を測定し、前記管状結晶体心の内部の圧力を測定し、前記管状結晶体心の測定された重量および該結晶体心内部の測定された圧力に基いて結晶体心の真の重量を計算して、時間間隔Ｘにわたる前記管状結晶体心の真の重量における変化を表わす真の重量信号における変化を提供し、前記メルト補充システムの前記容器に貯蔵された中実シリコン粒子の重量を測定して、前記時間間隔Ｘにわたる前記容器に貯蔵された前記シリコン粒子の重量における変化を表わす粒子の重量値における変化を提供し、真の重量値における前記変化を粒子の重重値における前記変化に加算して結果の信号を生成し、前記結果の信号をゼロ信号と比較し、前記結果の信号が前記ゼロ信号よりも大きい場合のみ、動作信号を生成して該動作信号を前記分配手段に与え、前記動作信号の受取りと同時に前記固定量のシリコン粒子を移動するように、前記分配手段を動作させることを含むことを特徴とする方法。
２０．選定された材料のメルトを保有するるつぼと、該るつぼを加熱する加熱手段と、前記メルトから管状結晶体心を成長させる成長手段とを含む形式の結晶成長装置におけるメルトを補充するためのメルト補充システムの動作を制御する方法であって、前記成長手段が、前記メルトと連通する前記るつぼにあって前記管状結晶体心の形状を制御する形成手段（１）と、前記管状結晶体心が成長させられる種を支持する種支持手段（２）と、前記管状結晶体心、前記種および前記種保持手段を前記形成手段から引上げる引上手段（３）とを含み、前記メルト補充システムが、前記選定された材料の中実粒子を貯蔵する容器と、制御信号の受取りと同時に、選定された時間間隔において前記シリコン粒子の選定量を前記容器から前記るつぼ内のメルトへ移動する分配手段とを含む方法において、前記メルトからの前記管状結晶体心の成長を開始するように前記装置を動作させ、前記管状結晶体心の重量を測定し、前記管状結晶体心の内部の圧力を測定し、前記管状結晶体心の測定された重量および該結晶体心内部の測定された圧力に基いて結晶体心の真の重量を計算して、時間間隔Ｘにわたる前記管状結晶体心の真の重量における変化を表わす真の重量信号における変化を提供し、前記メルト補充システムの前記容器に貯蔵された中実シリコン粒子の重量を測定して、前記時間間隔Ｘにわたる前記容器に貯蔵された前記シリコン粒子の重量における変化を表わす粒子の重量信号における変化を提供し、真の重量値における前記変化を粒子の重量信号における前記変化に加算して結果の信号を生成し、該結果の信号の符号および大きさの関数として変化する供給速度情報を含む制御信号を生成し、前記選定された時間間隔において前記分配手段により移動されるシリコン粒子の前記選定量が前記制御信号における前記供給速度情報の関数としてが変化するように、前記分配手段を動作させることを含むことを特徴とする方法。