JPH0777996B2 - コーン部育成制御方法及び装置 - Google Patents
コーン部育成制御方法及び装置Info
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- JPH0777996B2 JPH0777996B2 JP2274124A JP27412490A JPH0777996B2 JP H0777996 B2 JPH0777996 B2 JP H0777996B2 JP 2274124 A JP2274124 A JP 2274124A JP 27412490 A JP27412490 A JP 27412490A JP H0777996 B2 JPH0777996 B2 JP H0777996B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/20—Controlling or regulating
- C30B15/22—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
-
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-
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Description
本発明は、チョクラルスキー法により、原料融液から単
結晶棒のコーン部を引上育成する、コーン部育成制御方
法及び装置に関する。
結晶棒のコーン部を引上育成する、コーン部育成制御方
法及び装置に関する。
この種のコーン部育成制御方法及び装置では、直径10mm
程度の種結晶を融液に漬け、種結晶を引き上げることに
より単結晶を育成する。すなわち、結晶直径を3mm程度
まで絞って転位を無くした後、結晶直径を増大させて
て、目的とする円柱状の直胴部を育成する。 この結晶直径増大部（コーン部）は製品として使用され
ないので、できるだけ短くして単結晶製造コストを低減
する必要がある。しかし、コーン部を短くし過ぎると、
すなわち結晶直径を急に増大させると、結晶が乱れて、
直胴部を育成することが不可能となる。 ここで、融液温度を下げたり、結晶引上げ速度を下げた
りすると、結晶直径が増大する。結晶引上げ速度の変化
に対する結晶直径の変化の応答性は、融液温度の変化に
対する結晶直径の変化の応答性よりも相当速いが、結晶
が乱れ易い。一方、コーン部の目標形状を設定してお
き、結晶直径を測定し、目標形状になるように、融液を
加熱するヒータに供給する電力を制御すると、ハンチン
グが大きくて、結晶表面に大きな凹凸が形成される。こ
のため、目標形状の傾斜を、コーン部をできるだけ短く
するための理想的な形状の傾斜よりも緩やかにして、結
晶が乱れるのを防止する必要がある。換言すれば、コー
ン部の長さが必要以上に長くなる。 そこで、従来では、時間の経過とともに融液温度が低く
なる目標温度パターンを設定しておき、この目標温度に
なるように、融液を加熱するヒータへの供給電力を調節
していた。この制御方法によれば、ハンチングが小さい
ので、結晶表面に形成される凹凸が小さくなる。
程度の種結晶を融液に漬け、種結晶を引き上げることに
より単結晶を育成する。すなわち、結晶直径を3mm程度
まで絞って転位を無くした後、結晶直径を増大させて
て、目的とする円柱状の直胴部を育成する。 この結晶直径増大部（コーン部）は製品として使用され
ないので、できるだけ短くして単結晶製造コストを低減
する必要がある。しかし、コーン部を短くし過ぎると、
すなわち結晶直径を急に増大させると、結晶が乱れて、
直胴部を育成することが不可能となる。 ここで、融液温度を下げたり、結晶引上げ速度を下げた
りすると、結晶直径が増大する。結晶引上げ速度の変化
に対する結晶直径の変化の応答性は、融液温度の変化に
対する結晶直径の変化の応答性よりも相当速いが、結晶
が乱れ易い。一方、コーン部の目標形状を設定してお
き、結晶直径を測定し、目標形状になるように、融液を
加熱するヒータに供給する電力を制御すると、ハンチン
グが大きくて、結晶表面に大きな凹凸が形成される。こ
のため、目標形状の傾斜を、コーン部をできるだけ短く
するための理想的な形状の傾斜よりも緩やかにして、結
晶が乱れるのを防止する必要がある。換言すれば、コー
ン部の長さが必要以上に長くなる。 そこで、従来では、時間の経過とともに融液温度が低く
なる目標温度パターンを設定しておき、この目標温度に
なるように、融液を加熱するヒータへの供給電力を調節
していた。この制御方法によれば、ハンチングが小さい
ので、結晶表面に形成される凹凸が小さくなる。
しかし、コーン部の形状は、絞り部の直径、直胴部の目
標直径、結晶引上げ速度、引上げ軸回転速度、坩堝回転
速度、ヒータに対する坩堝の上下方向位置、坩堝の内径
及び坩堝内の融液の量等にも依存するので、再現性の良
いコーン部形状が得られない。このため、経過時間に対
する目標温度パターンの傾斜を、コーン部をできるだけ
短くするための理想的な温度パターンの傾斜よりも緩や
かにして、結晶が乱れるのを防止する必要があり、コー
ン部の長さが必要以上に長くなる。 本発明の目的は、このような問題点に鑑み、コーン部形
状の再現性を向上させてコーン部を短くすることができ
るコーン部育成制御方法及び装置を提供することにあ
る。
標直径、結晶引上げ速度、引上げ軸回転速度、坩堝回転
速度、ヒータに対する坩堝の上下方向位置、坩堝の内径
及び坩堝内の融液の量等にも依存するので、再現性の良
いコーン部形状が得られない。このため、経過時間に対
する目標温度パターンの傾斜を、コーン部をできるだけ
短くするための理想的な温度パターンの傾斜よりも緩や
かにして、結晶が乱れるのを防止する必要があり、コー
ン部の長さが必要以上に長くなる。 本発明の目的は、このような問題点に鑑み、コーン部形
状の再現性を向上させてコーン部を短くすることができ
るコーン部育成制御方法及び装置を提供することにあ
る。
本方法発明では、チョクラルスキー法により、ヒータで
加熱された融液から単結晶棒のコーン部を引上育成する
コーン部育成制御方法において、該融液に関する温度の
目標値（TO又はTO＋ΔTO）及び該結晶の育成部の直径変
化率の目標値を予め設定しておき、該結晶の育成部の直
径を測定し、該直径の変化率を算出し、該融液に関する
温度を測定し、該直径変化率の算出値と目標値との差に
基づいて、該目標温度を補正し、該測定温度が補正され
た該目標温度になるように、該ヒータに供給する電力を
調節するステップを有している。 また、本装置発明では、チョクラルスキー法により、ヒ
ータで加熱された融液から単結晶棒のコーン部を引上育
成するコーン部育成制御装置において、該結晶の育成部
の直径を測定する手段と、該直径の変化率の目標値が設
定された第１設定手段と、該融液に関する温度を測定す
る手段と、該融液に関する温度の目標値が設定された第
２設定手段と、測定された該直径の変化率を算出し、そ
の算出値と該変化率の目標値との差に基づいて、該目標
温度を補正する目標温度補正手段と、該測定温度が補正
された該目標温度になるように、該ヒータに供給する電
力を調節するヒータ電力調節手段と、を有している。 上記方法及び装置の発明において、前記温度及びの直径
変化率の目標値は、時間、引上げ長さ又は直径の関数と
して設定されるが、コーン部形状の再現性向上のために
は、直径変化率の目標値は直径の関数で設定するのが最
も好ましい。この再現性の向上により、温度の目標値
は、最も構成が簡単になる時間の関数で充分となる。 前記温度は、例えば、前記ヒータを囲繞する断熱材に形
成した凹部の温度又は融液表面温度である。 前記目標温度の補正は、好ましくは、前記直径変化率の
算出値と目標値との差に関する比例成分と微分成分と積
分成分との和を前記目標温度に加えることにより行う。 また、前記電力調節は、例えば、前記測定温度と前記補
正された目標温度との差に関しPID動作を行う調節であ
る。
加熱された融液から単結晶棒のコーン部を引上育成する
コーン部育成制御方法において、該融液に関する温度の
目標値（TO又はTO＋ΔTO）及び該結晶の育成部の直径変
化率の目標値を予め設定しておき、該結晶の育成部の直
径を測定し、該直径の変化率を算出し、該融液に関する
温度を測定し、該直径変化率の算出値と目標値との差に
基づいて、該目標温度を補正し、該測定温度が補正され
た該目標温度になるように、該ヒータに供給する電力を
調節するステップを有している。 また、本装置発明では、チョクラルスキー法により、ヒ
ータで加熱された融液から単結晶棒のコーン部を引上育
成するコーン部育成制御装置において、該結晶の育成部
の直径を測定する手段と、該直径の変化率の目標値が設
定された第１設定手段と、該融液に関する温度を測定す
る手段と、該融液に関する温度の目標値が設定された第
２設定手段と、測定された該直径の変化率を算出し、そ
の算出値と該変化率の目標値との差に基づいて、該目標
温度を補正する目標温度補正手段と、該測定温度が補正
された該目標温度になるように、該ヒータに供給する電
力を調節するヒータ電力調節手段と、を有している。 上記方法及び装置の発明において、前記温度及びの直径
変化率の目標値は、時間、引上げ長さ又は直径の関数と
して設定されるが、コーン部形状の再現性向上のために
は、直径変化率の目標値は直径の関数で設定するのが最
も好ましい。この再現性の向上により、温度の目標値
は、最も構成が簡単になる時間の関数で充分となる。 前記温度は、例えば、前記ヒータを囲繞する断熱材に形
成した凹部の温度又は融液表面温度である。 前記目標温度の補正は、好ましくは、前記直径変化率の
算出値と目標値との差に関する比例成分と微分成分と積
分成分との和を前記目標温度に加えることにより行う。 また、前記電力調節は、例えば、前記測定温度と前記補
正された目標温度との差に関しPID動作を行う調節であ
る。
本発明では、結晶直径を直接制御せずに、 （１）融液温度が目標温度TOになるように制御し、か
つ、 （２）直径自体ではなく、直径変化率 ΔD/Δｔとその目標値（ΔD/Δｔ）Ｏとの差に基づい
て、目標温度TOを補正しているので、コーン部形状の再
現性を向上させることができ、これにより、結晶の乱れ
を生じさせずにコーン部の長さを従来よりも短くするこ
とができる。
つ、 （２）直径自体ではなく、直径変化率 ΔD/Δｔとその目標値（ΔD/Δｔ）Ｏとの差に基づい
て、目標温度TOを補正しているので、コーン部形状の再
現性を向上させることができ、これにより、結晶の乱れ
を生じさせずにコーン部の長さを従来よりも短くするこ
とができる。
以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。 第１図は、コーン部育成制御装置が適用された、チョク
ラルスキー法による結晶育成装置を示す。 黒鉛坩堝10内に嵌合された石英坩堝12内には、シリコン
多結晶の塊が収容され、これは、黒鉛坩堝10を囲繞する
ヒータ14に電力を供給することにより、加熱溶融されて
融液16になる。ヒータ14は黒鉛の断熱材18で囲繞され、
これら構成要素10〜18は、真空吸引されるチャンバ20内
に収容されている。 黒鉛坩堝10は、これと同心の坩堝回転軸22を介し不図示
のモータで、矢印方向に回転、昇降される。一方、黒鉛
坩堝10の上方には、これと同心の引上軸26の下端に、ホ
ルダ28を介して種結晶30が保持されている。 種結晶30の下端を融液16に漬けて矢印方向に引き上げな
がら回転させることにより、単結晶32が育成される。こ
の単結晶32は、結晶を無転位にするための絞り部32A、
結晶を目標直径DBまで増大させるためのコーン部32B、
目標直径DBの直胴部32Cの順に育成される。 チャンバ20の肩部には、単結晶32と融液16との界面に形
成された輝環34を撮像するために、覗き窓36が設けら
れ、かつ、この覗き窓36に対向して撮像装置38がチャン
バ20に固定されている。撮像装置38から出力される複合
映像信号は直径計測器40に供給され、直径計測器40は画
像処理により輝環34の直径を計測する。 一方、融液16に関する温度を測定するために、チャンバ
20の側面に覗き窓44が設けられ、断熱材18の側面に凹部
46が形成され、かつ、覗き窓44を通し凹部46を覗くよう
にして放射温度計48がチャンバ20に固定されている。 放射温度計48で検出された温度Ｔの目標値TOは、マイク
ロコンピュータ50で決定される。 このマイクロコンピュータ50は、周知の如く、CPU52、R
OM54、RAM56、入力ポート58及び出力ポート60を備えて
構成されている。入力ポート58には、直径計測器40から
直径Ｄが供給される。また、例えば、絞り部32Aを手動
制御で育成した後、自動制御に切換えると、コーン部育
成開始信号が入力ポート58に供給される。入力ポート58
にはまた、磁気ディスクドライバ62及びキーボード63が
接続されている。この磁気ディスクドライバ62を介し
て、目標直径変化率ファイル64及び目標温度ファイル66
がマイクロコンピュータ50に読み込まれ、RAM56に格納
される。目標直径変化率ファイル64は、図示の如く、結
晶直径Ｄの時間ｔに関する変化率の目標値（ΔD/Δｔ）
Ｏを直径Ｄの関数で表したデータファイルである。ま
た、目標温度ファイル66は、図示の如く、凹部46の温度
の目標値TOを時間ｔの関数で表したデータファイルであ
る。 CPU52は、ROM54に格納されたプログラムに従って、キー
ボード63から入力ポート58を介し後述する初期補正値Δ
TOを読み込み、直径計測器40から入力ポート58を介し直
径Ｄを読み込み、RAM56に格納された目標直径変化率フ
ァイル64及び目標温度ファイル66を参照して、補正した
目標温度TOOを算出し、この目標温度TOOを、出力ポート
60及びD/A変換器68を介して温度調節器70に供給する。 温度調節器70は、例えばPID動作を行って、Ｔが目標温
度TOOになるように、駆動回路72を介しヒータ14に電力
を供給する。 次に、第２図に基づいてマイクロコンピュータ50の処理
を説明する。 （98）絞り部最終時点での結晶直径Ｄ及び引上げ速度を
それぞれ標準的な値と比較し、これらの差に基づいて、
目標温度TOの初期補正値ΔTOを算出し、キーボード63を
操作してマイクロコンピュータ50に入力する。 （100）直径計測器40から直径Ｄを一定時間Δτ毎にｋ
回読み込み、その平均値をDiとする。 （102）直径Diが設定値DAに達したかどうかを判定す
る。単結晶32が乱れないようにするために、Di＜DAで
は、直径変化率の目標値が比較的小さな値に設定されて
いるので、目標温度TOの補正の必要性は少ないと考えら
れる。 （104）Di＜DAであれば、RAM56に格納されている目標温
度ファイル66から、時刻ｔ＝ｉΔｔにおける目標温度TO
を読み出し、TO＋ΔTOをTOOとする。ここに、Δｔ＝ｋ
Δτである。 Di≧DAであれば、 （106）直径Diが直胴部32Cの目標直径DBに達したかどう
かを判定する。 （108）Di＜DBであれば、直径Diの時間に対する変化率
ΔD/Δｔを算出する。ここに、ΔＤ＝（Di−Di-m）/mで
ある。 （110）RAM56に格納されている目標直径変化率ファイル
64及び目標温度ファイル66から、時刻ｔ＝ｉΔｔにおけ
る目標直径変化率（ΔD/Δｔ）Ｏ及び目標温度TOを読み
出す。 （112）di＝ΔD/Δｔ −（ΔD/Δｔ）Ｏ ・（１） を算出する。 （114）コーン部32Bの凹凸を大きくすることなくコーン
部32Bの形状の再現性を向上させるための、目標温度TO
の補正値Ｓを算出する例えば、前記diに関する比例成分
と微分成分と積分成分との和を補正値Ｓとする。この場
合、 Ｓ＝KPｄ＋KIΣdjΔｔ＋KDΔd/Δｔとなる。 ここに、KP、KI、KDは、補正が最も効果的に行われるよ
うに経験的に選定される定数であり、また、Δｄ＝di−
di-1である。 （116）TO＋ΔTO＋ＳをTOOとする。 （118）D/A変換器68を介し温度調節器70に、補正された
目標温度TOOを供給する。そして、ｉをインクリメント
し、上記ステップ100へ戻る。 第３図乃至第５図は本装置を用いてコーン部32Bを実際
に育成したときの、直径Ｄ、直径変化率ΔD/Δｔ、目標
直径変化率（ΔD/Δｔ）Ｏ、目標温度TO及び石英坩堝12
の回転速度CRの時間ｔ（ｔ＝０でコーン部自動育成制御
開始）に対する変化を示す。コーン部32Bの育成の際の
試験条件は次の通りである。 石英坩堝12:上下方向位置一定 引上軸26:引上げ速度一定 温度調節器70:PID調節器 Δτ＝６秒、Δｔ＝１分、ｍ＝２ DA:80mm DB:158mm ｍΔｔは、短か過ぎると目標温度TOOがハンチングし、
長すぎると補正が不正確になるので、ｍΔｔの選定は重
要である。ｍΔｔの好ましい範囲は１〜３分であった。 第３〜５図において、ダイアル（dial）値は温度と線形
の関係にある。ｔ＜２分でTOが急降下しているのはコー
ン部育成速度を速めるためである。また、ｔ＜２分でTO
＋ΔTO＜TOOとなっているのは、次の理由である。すな
わち、駆動回路72がダイアルをモータで回転させてヒー
タ14に供給する電力を調整しており、目標温度の変化率
があまり大きいとこのモータの回転速度が上限値に達し
て追従が遅れるためである。 第３図では、直径変化率の目標値に対する偏差ｄがＤ≧
DAにおいて比較的小さい。ｔ＝60〜65分で目標温度TOが
＋側に補正されている。 第４図では、ｔ＝45〜50分でｄが比較的大きくなり、目
標温度TOが＋側に補正されている。ｔ＞50では、積分定
数が補正値として残っており、TOとTOOの傾きが等しく
なっている。 第５図では、ｔ＞40でｄが負になったために、目標温度
TOが−側に補正されている。 目標温度TOを補正しない従来法でコーン部32Bを育成し
た場合と、目標温度TOを補正した本方法でコーン部32B
を育成した場合とを、それぞれ40本の単結晶棒について
比較した結果は次の通りであった。 コーン部長さの平均値 従来法:10.7cm 本方法:10.1cm コーン部長さの標準偏差 従来法:1.49 本方法:0.65 不良品発生率（転位発生本数/40本） 従来法:0.45 本方法:0.10 なお、不良品とは、転位が発生したため結晶を降下させ
て融液中で溶融し、再度引上げ直すものをいう。 従来方で不良品発生率が大きいのは、コーン部長さを短
くし目標直径変化率（ΔD/Δｔ）Ｏを比較的大きくした
ことと、表面形状の再現性が悪いことのために、実際の
直径変化率ΔD/Δｔが部分的に大きくなり過ぎ、転位が
発生したと考えられる。このような厳しい条件下におい
ては、本実施例のように、温度の自動補正を行うことに
より、表面形状の再現性が向上して、不良発生率大きく
低下することがわかった。
ラルスキー法による結晶育成装置を示す。 黒鉛坩堝10内に嵌合された石英坩堝12内には、シリコン
多結晶の塊が収容され、これは、黒鉛坩堝10を囲繞する
ヒータ14に電力を供給することにより、加熱溶融されて
融液16になる。ヒータ14は黒鉛の断熱材18で囲繞され、
これら構成要素10〜18は、真空吸引されるチャンバ20内
に収容されている。 黒鉛坩堝10は、これと同心の坩堝回転軸22を介し不図示
のモータで、矢印方向に回転、昇降される。一方、黒鉛
坩堝10の上方には、これと同心の引上軸26の下端に、ホ
ルダ28を介して種結晶30が保持されている。 種結晶30の下端を融液16に漬けて矢印方向に引き上げな
がら回転させることにより、単結晶32が育成される。こ
の単結晶32は、結晶を無転位にするための絞り部32A、
結晶を目標直径DBまで増大させるためのコーン部32B、
目標直径DBの直胴部32Cの順に育成される。 チャンバ20の肩部には、単結晶32と融液16との界面に形
成された輝環34を撮像するために、覗き窓36が設けら
れ、かつ、この覗き窓36に対向して撮像装置38がチャン
バ20に固定されている。撮像装置38から出力される複合
映像信号は直径計測器40に供給され、直径計測器40は画
像処理により輝環34の直径を計測する。 一方、融液16に関する温度を測定するために、チャンバ
20の側面に覗き窓44が設けられ、断熱材18の側面に凹部
46が形成され、かつ、覗き窓44を通し凹部46を覗くよう
にして放射温度計48がチャンバ20に固定されている。 放射温度計48で検出された温度Ｔの目標値TOは、マイク
ロコンピュータ50で決定される。 このマイクロコンピュータ50は、周知の如く、CPU52、R
OM54、RAM56、入力ポート58及び出力ポート60を備えて
構成されている。入力ポート58には、直径計測器40から
直径Ｄが供給される。また、例えば、絞り部32Aを手動
制御で育成した後、自動制御に切換えると、コーン部育
成開始信号が入力ポート58に供給される。入力ポート58
にはまた、磁気ディスクドライバ62及びキーボード63が
接続されている。この磁気ディスクドライバ62を介し
て、目標直径変化率ファイル64及び目標温度ファイル66
がマイクロコンピュータ50に読み込まれ、RAM56に格納
される。目標直径変化率ファイル64は、図示の如く、結
晶直径Ｄの時間ｔに関する変化率の目標値（ΔD/Δｔ）
Ｏを直径Ｄの関数で表したデータファイルである。ま
た、目標温度ファイル66は、図示の如く、凹部46の温度
の目標値TOを時間ｔの関数で表したデータファイルであ
る。 CPU52は、ROM54に格納されたプログラムに従って、キー
ボード63から入力ポート58を介し後述する初期補正値Δ
TOを読み込み、直径計測器40から入力ポート58を介し直
径Ｄを読み込み、RAM56に格納された目標直径変化率フ
ァイル64及び目標温度ファイル66を参照して、補正した
目標温度TOOを算出し、この目標温度TOOを、出力ポート
60及びD/A変換器68を介して温度調節器70に供給する。 温度調節器70は、例えばPID動作を行って、Ｔが目標温
度TOOになるように、駆動回路72を介しヒータ14に電力
を供給する。 次に、第２図に基づいてマイクロコンピュータ50の処理
を説明する。 （98）絞り部最終時点での結晶直径Ｄ及び引上げ速度を
それぞれ標準的な値と比較し、これらの差に基づいて、
目標温度TOの初期補正値ΔTOを算出し、キーボード63を
操作してマイクロコンピュータ50に入力する。 （100）直径計測器40から直径Ｄを一定時間Δτ毎にｋ
回読み込み、その平均値をDiとする。 （102）直径Diが設定値DAに達したかどうかを判定す
る。単結晶32が乱れないようにするために、Di＜DAで
は、直径変化率の目標値が比較的小さな値に設定されて
いるので、目標温度TOの補正の必要性は少ないと考えら
れる。 （104）Di＜DAであれば、RAM56に格納されている目標温
度ファイル66から、時刻ｔ＝ｉΔｔにおける目標温度TO
を読み出し、TO＋ΔTOをTOOとする。ここに、Δｔ＝ｋ
Δτである。 Di≧DAであれば、 （106）直径Diが直胴部32Cの目標直径DBに達したかどう
かを判定する。 （108）Di＜DBであれば、直径Diの時間に対する変化率
ΔD/Δｔを算出する。ここに、ΔＤ＝（Di−Di-m）/mで
ある。 （110）RAM56に格納されている目標直径変化率ファイル
64及び目標温度ファイル66から、時刻ｔ＝ｉΔｔにおけ
る目標直径変化率（ΔD/Δｔ）Ｏ及び目標温度TOを読み
出す。 （112）di＝ΔD/Δｔ −（ΔD/Δｔ）Ｏ ・（１） を算出する。 （114）コーン部32Bの凹凸を大きくすることなくコーン
部32Bの形状の再現性を向上させるための、目標温度TO
の補正値Ｓを算出する例えば、前記diに関する比例成分
と微分成分と積分成分との和を補正値Ｓとする。この場
合、 Ｓ＝KPｄ＋KIΣdjΔｔ＋KDΔd/Δｔとなる。 ここに、KP、KI、KDは、補正が最も効果的に行われるよ
うに経験的に選定される定数であり、また、Δｄ＝di−
di-1である。 （116）TO＋ΔTO＋ＳをTOOとする。 （118）D/A変換器68を介し温度調節器70に、補正された
目標温度TOOを供給する。そして、ｉをインクリメント
し、上記ステップ100へ戻る。 第３図乃至第５図は本装置を用いてコーン部32Bを実際
に育成したときの、直径Ｄ、直径変化率ΔD/Δｔ、目標
直径変化率（ΔD/Δｔ）Ｏ、目標温度TO及び石英坩堝12
の回転速度CRの時間ｔ（ｔ＝０でコーン部自動育成制御
開始）に対する変化を示す。コーン部32Bの育成の際の
試験条件は次の通りである。 石英坩堝12:上下方向位置一定 引上軸26:引上げ速度一定 温度調節器70:PID調節器 Δτ＝６秒、Δｔ＝１分、ｍ＝２ DA:80mm DB:158mm ｍΔｔは、短か過ぎると目標温度TOOがハンチングし、
長すぎると補正が不正確になるので、ｍΔｔの選定は重
要である。ｍΔｔの好ましい範囲は１〜３分であった。 第３〜５図において、ダイアル（dial）値は温度と線形
の関係にある。ｔ＜２分でTOが急降下しているのはコー
ン部育成速度を速めるためである。また、ｔ＜２分でTO
＋ΔTO＜TOOとなっているのは、次の理由である。すな
わち、駆動回路72がダイアルをモータで回転させてヒー
タ14に供給する電力を調整しており、目標温度の変化率
があまり大きいとこのモータの回転速度が上限値に達し
て追従が遅れるためである。 第３図では、直径変化率の目標値に対する偏差ｄがＤ≧
DAにおいて比較的小さい。ｔ＝60〜65分で目標温度TOが
＋側に補正されている。 第４図では、ｔ＝45〜50分でｄが比較的大きくなり、目
標温度TOが＋側に補正されている。ｔ＞50では、積分定
数が補正値として残っており、TOとTOOの傾きが等しく
なっている。 第５図では、ｔ＞40でｄが負になったために、目標温度
TOが−側に補正されている。 目標温度TOを補正しない従来法でコーン部32Bを育成し
た場合と、目標温度TOを補正した本方法でコーン部32B
を育成した場合とを、それぞれ40本の単結晶棒について
比較した結果は次の通りであった。 コーン部長さの平均値 従来法:10.7cm 本方法:10.1cm コーン部長さの標準偏差 従来法:1.49 本方法:0.65 不良品発生率（転位発生本数/40本） 従来法:0.45 本方法:0.10 なお、不良品とは、転位が発生したため結晶を降下させ
て融液中で溶融し、再度引上げ直すものをいう。 従来方で不良品発生率が大きいのは、コーン部長さを短
くし目標直径変化率（ΔD/Δｔ）Ｏを比較的大きくした
ことと、表面形状の再現性が悪いことのために、実際の
直径変化率ΔD/Δｔが部分的に大きくなり過ぎ、転位が
発生したと考えられる。このような厳しい条件下におい
ては、本実施例のように、温度の自動補正を行うことに
より、表面形状の再現性が向上して、不良発生率大きく
低下することがわかった。
第１図乃至第５図は本発明に係るコーン部育成制御方法
及び装置の一実施例に係り、 第１図はコーン部育成制御方法及び装置が適用された結
晶育成装置の概略構成図、 第２図は第１図のマイクロコンピュータ50の処理手順を
示すフローチャート、 第３図乃至第５図は本実施例装置を実際に用いた結果を
示す線図である。 図中、 10は黒鉛坩堝 12は石英坩堝 14はヒータ 16は融液 18は断熱材 20はチャンバ 22は坩堝回転軸 26は引上軸 28はホルダ 30は種結晶 32は単結晶 32Aは絞り部 32Bはコーン部 32Cは直胴部 34は輝環 36、44は覗き窓 38は撮像装置 48は放射温度計 50はマイクロコンピュータ 64は目標直径変化率ファイル 66は目標温度ファイル
及び装置の一実施例に係り、 第１図はコーン部育成制御方法及び装置が適用された結
晶育成装置の概略構成図、 第２図は第１図のマイクロコンピュータ50の処理手順を
示すフローチャート、 第３図乃至第５図は本実施例装置を実際に用いた結果を
示す線図である。 図中、 10は黒鉛坩堝 12は石英坩堝 14はヒータ 16は融液 18は断熱材 20はチャンバ 22は坩堝回転軸 26は引上軸 28はホルダ 30は種結晶 32は単結晶 32Aは絞り部 32Bはコーン部 32Cは直胴部 34は輝環 36、44は覗き窓 38は撮像装置 48は放射温度計 50はマイクロコンピュータ 64は目標直径変化率ファイル 66は目標温度ファイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−102896（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−242991（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−208392（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−159288（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−55290（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−88795（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−104474（ＪＰ，Ａ)
Claims (10)
- 【請求項１】チョクラルスキー法により、ヒータ（14）
で加熱された融液（16）から単結晶棒（32）のコーン部
（32B）を引上育成するコーン部育成制御方法におい
て、 該融液に関する温度の目標値（66）及び該結晶の育成部
の直径変化率の目標値（64）を予め設定しておき、 該結晶の育成部の直径を測定し（100）、 該直径の変化率を算出し（108）、 該融液に関する温度を測定し、 該直径変化率の算出値と目標値との差に基づいて、該目
標温度を補正し（112〜116）、 該測定温度が補正された該目標温度になるように、該ヒ
ータに供給する電力を調節する、 ステップを有することを特徴とするコーン部育成制御方
法。 - 【請求項２】前記温度の前記目標値（64）は時間の関数
であり、前記直径変化率の前記目標値（66）は直径の関
数であることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】前記温度は、前記ヒータ（14）を囲繞する
断熱材（18）に形成した凹部（46）の温度であることを
特徴とする請求項１又は２に記載の方法 - 【請求項４】前記目標温度の補正は、前記直径変化率の
算出値と目標値との差に関する比例成分と微分成分と積
分成分との和を前記目標温度に加えることを特徴とする
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の方法。 - 【請求項５】前記電力調節は、前記測定温度と前記補正
された目標温度との差に関しPID動作を行う調節である
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載
の方法。 - 【請求項６】チョクラルスキー法により、ヒータ（14）
で加熱された融液（16）から単結晶棒（32）のコーン部
（32B）を引上育成するコーン部育成制御装置におい
て、 該結晶の育成部の直径を測定する手段（38、40）と、 該直径の変化率の目標値が設定された第１設定手段（6
4）と、 該融液に関する温度を測定する手段（48）と、 該融液に関する温度の目標値が設定された第２設定手段
（66）と、 測定された該直径の変化率を算出し、その算出値と該変
化率の目標値との差に基づいて、該目標温度を補正する
目標温度補正手段（50、108、112〜116）と、 該測定温度が補正された該目標温度になるように、該ヒ
ータに供給する電力を調節するヒータ電力調節手段（7
0、72）と、 を有することを特徴とするコーン部育成制御装置。 - 【請求項７】前記第１設定手段で設定された前記目標値
（64）は直径の関数であり、前記第２設定手段で設定さ
れた前記目標値（66）は時間の関数であることを特徴と
する請求項６記載の装置。 - 【請求項８】前記温度測定手段（48）は、前記ヒータ
（14）を囲繞する断熱材（18）に形成した凹部（46）の
温度を検出することを特徴とする請求項６又は７に記載
の装置。 - 【請求項９】前記目標温度補正手段（50、108、112〜11
6）は、前記直径変化率の算出値とその目標値との差に
関する比例成分と微分成分と積分成分との和を前記目標
温度に加えることを特徴とする請求項６乃至８のいずれ
か１つに記載の装置。 - 【請求項１０】前記ヒータ電力調節手段（70、72）は、
前記測定温度と前記補正された目標温度との差に関しPI
D動作を行う調節器であることを特徴とする請求項６乃
至９のいずれか１つに記載の装置。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP2274124A JPH0777996B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | コーン部育成制御方法及び装置 |
| DE69103119T DE69103119T2 (de) | 1990-10-12 | 1991-10-10 | Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Züchtung eines Kegelförmigen Teiles eines Einkristalles. |
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| US07/776,774 US5223078A (en) | 1990-10-12 | 1991-10-15 | Conical portion growth control method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2274124A JPH0777996B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | コーン部育成制御方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04149092A JPH04149092A (ja) | 1992-05-22 |
| JPH0777996B2 true JPH0777996B2 (ja) | 1995-08-23 |
Family
ID=17537359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2274124A Expired - Fee Related JPH0777996B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | コーン部育成制御方法及び装置 |
Country Status (4)
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|---|---|
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| EP (1) | EP0482438B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0777996B2 (ja) |
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| JPH09221386A (ja) * | 1996-02-08 | 1997-08-26 | Komatsu Electron Metals Co Ltd | 単結晶引上装置 |
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| DE10025870A1 (de) | 2000-05-25 | 2001-12-06 | Wacker Siltronic Halbleitermat | Einkristallstab und Verfahren zur Herstellung desselben |
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| CN109183141A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-01-11 | 上海新昇半导体科技有限公司 | 一种晶体生长控制方法、装置、系统及计算机存储介质 |
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| DE2446293C2 (de) * | 1974-04-03 | 1986-01-30 | National Research Development Corp., London | Vorrichtung zur Regelung des Stabquerschnitts beim Czochralski-Ziehen |
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