JPS6049160B2 - 半導体棒のるつぼなし帯域溶解方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、半導体棒を同軸的に包囲する誘導加熱コイ
ルによつて作られた溶融帯域をテレビジョンカメラまた
はその他の適当なオプトエレクト２口ニツクセンサで監
視し、それによつて得られる情報を半導体棒中を移動す
る溶融帯域の晶出限界においての断面直径ｄの現実値の
決定に利用し、この現実値を目標値設定器から供給され
る予め定められた目標値と共にコンパレータに導いて調
整３′偏差Δｄを求め、コンパレータの出力端に現われ
る情報により、溶融帯域の晶出限界の断面直径を調整し
、それによつて溶融帯域から晶出する結晶棒の直径を調
整する半導体棒のるつぼなし帯域溶融法およびそれを実
施する装置に関するものであ３！る。

この種の帯域溶融法は例えば米国特許第 ３８１４８２７号明細書に記載されている。

この公知方法においてはコンパレータの出力端に現われ
る情報が第二のコンパレータの一つの入力端に加えら４
（れ、この第二コンパレータの第二人力端にはテレビジ
ョンカメラから送られる溶融帯域の容積に関する情報が
導かれる。第二コンパレータの出力端に現われる情報は
半導体棒の溶融帯域をはさむ両固体部分間の間隔を制御
するため負帰還結合されて間隔の目標値と現実値の間の
差を減少させる。この発明は冒頭に挙げた帯域溶融法に
おいて上記の米国特許明細書に記載されている方法に代
つて、コンパレータから供給される偏差Δｄの情報とコ
ンパレータに導かれた目標値Ｄｓとを使用して関係式Ｄ
ｓ＊＝ｋ−Ｄｓ±Δｄおよび０．３≦ｋ≦１．４により
かつｋに対してこの範囲内の一定の値を採つて新しい目
標値Ｄｓ＊を決定し、この新し゛い目標値を第二コンパ
レータにおいて溶融帯域の溶融限界と最大断面との間に
あつて誘導加熱コイルまたは相限界から一定の間隔にあ
る水平断面の直径の現実値Ｄ，水とを比較し、第二コン
パレータの出力端に現われる情報を溶融帯域の形状に影
響を及ぼす操作パラメータの制御に使用して現実値Ｄ，
＊を目標値Ｄｓ＊に近づけることを提案する。米国特許
第３８１４８２７号明細書の方法に対しては、溶融帯域
の容積がテレビジョンカメラが供給するパルスから導か
れ、後続する調整段において晶出限界においての直径ｄ
の調整偏差と比較される。

調整感度を高めるためには変化比率（Δａ／ａ）の大き
い調整量を使用するのが有利であるが、この発明の場合
この調整量は上記の直径ｄ＊で与えられる。このことは
、溶融帯域の容積が間接的に溶融帯域と誘導加熱コイル
の間の相互インダクタンスを介して捕捉され調整量とし
て使用される場合にも該当し、晶出限界から見て最大断
面部分の先にある溶融帯域断面直径ｄ＊を監視し調核す
ることが特に有利であることが明らかにされ１！０上記
の条件式の数係数ｋは溶融帯域の特定の断萌の直径ｄ＊
の晶出限界の断面直径の比ｋ＝■トヒして定義されるも
ので、最低値は０．３であり最ｅ値は１．４である。

この比の値は、溶融帯域を作３誘導加熱コイルの寸法の
外に、溶融する棒部分）直径、晶出した棒部分の直径ｄ
および直径ｄ水）断面の誘導加熱コイルあるいは相境界
からの距冫 ゛１によつて決まる。この距離は誘導加
熱コイルが晶界的の値を示す距離であるから、帯域溶融
の実鴛中一定に保持する必要がある。普通に行われてい
るように溶融帯域を棒に沿つ−下から上に向つて動かす
場合、溶融限界は溶融帯域の上方の境界であり、晶出限
界はその下方の境界である。

また溶融帯域はその下部がふくらみ、上部がしぼられて
いるが、大部分が誘導加熱コイルで覆われているから、
テレビジョンカメラまたはその他のセンサで捕えられる
溶融帯域像はｊ一部が現われるだけである。従つてテレ
ビジョンカメラをセンサとして使用する場合、誘導加熱
コイル像の下の縁端よりも下にある第一または第二の走
査線に一致する溶融帯域像直径またはそれに対応する実
際の溶融帯域の直径をこの発明の方法１においての直径
ｄ＊と定義するのが有利である。この場合テレビジョン
カメラ中の光像は充分大きくし、直径ｄ＊に対応する走
査線が溶融帯域の最大のふくらみよりも下にならないよ
うにしなければならない。実際上この条件はテレビジヨ
ンカメ１ラによる光源の拡大率を充分大きくすることに
より常に実現可能である。ｋ＝ｄ＊／ｄ＝Ｄ，木／Ｄ，
の関係から調整状態においてはＤ，＊＝ｄ林であること
は直ちに導かれる。

他方調整状態においてはＤｉ＊＝Ｄ５＊であ；り、この
発明の方法によりＤ，水をＤｓ＊に一致させる際の最高
の調整速度と調整感度とが徹底的に利用される。この発
明の方法を実施するためには適当に構成された装置を必
要とする。

従つてこのような装置もこの発明の対象となり、その一
つの実施例を図面について説明する。第１図は調整偏差
の構成過程を示す図式であり、第２図は装置の構成図で
ある。ます第２図について説明する。

通常の帯域溶融装置内に置かれた半導体棒例えばシリコ
ン棒は、誘導加熱によつて作られた溶融帯域Ｓをはさん
で溶融帯域中から晶出した再結晶部分Ｓｉｌとこれから
溶融する部分Ｓｊ２とに別れる。溶融帯域を作る誘導加
熱コイルＳｐは高周波発振器９に接続された振動回路１
０の一部である。溶融帯域にはこの発明の方法にとつて
重要な二つの直径ｄ（５ｄ木がある。ｄは溶融帯域の晶
出限界においての断面直径であり、再結晶部分Ｓｉｌの
直径と一致する。溶融帯域は再結晶部分の下にあつても
上にあつても常に中央部分がふくらみ、そこで最大の直
径を持つ。最大直径断面の上方では直径がまた低下する
。第２図に示した実施例では晶出限界が溶融帯域の下方
の境界になつているから、直径ｄ水はふくらみ部分の上
方にとらなければならない。直径ｄ＊の選ばれた断面の
誘導加熱コイルＳｐからの屯離はこの発明により変化し
ないようにされている。テレビジョンカメラ１は測定器
２に接続され、測定器２はテレビジョンカメラから与え
られた電気信号により直径ｄとｄ＊の現実値を導く。こ
の外に目標値Ｄｓを与える目標値設定器３とプログラム
制御装置４が設けられ、誘導加熱コイルを通過するシリ
コン棒の速度を主とする種々の操作条件を調整する。測
定器２から与えられる溶融帯域晶出限界の断面直径の現
実値Ｄ，は第一コンパレータ５に導かれ、同時に目標値
設定器３から第一コンパレータ５に導かれた直径ｄの目
標値Ｄｓと比較され、調整偏差Δｄが求められる。

計算機６にはこの調整偏差Δｄの外にテレビジョンカメ
ラの信号から計算されたｋ＝ｂ＊／ｂ＝Ｂｉ＊／Ｄｉの
値と目標値設定器３からの目標値Ｄ５が入れられ、新し
い目標値ｄ＊をＤ８＊／ｋ−Ｄｓ±Δｄの関係に基づい
て計算する。

その際＋Δｄと一Δｄのいずれか一方が採られるが、一
度選んだ符号はそのまま使用される。計算機によつて求
められた目標値Ｄｓ＊は第二コンパレータ７においてテ
レビジョンカメラの信号から求められた現実値Ｄｉ＊と
比較され、それによつて得られた調整偏差Δｄ）ｌ（は
溶融帯域Ｓの形状を制御する操作パラメータの調整に使
用される。これに対しては次の二つが考えられる。ノ１
半導体棒の固体部分ＳｉｌとＳｉ２の間隔を決定する収
縮伸張装置を使用する。

２誘導加熱コイルＳｐを流れる高周波電流の大きさを調
整する。

第二の方法による場合、調整偏差Δｄ＊により５駆動モ
ータ８を介して振動回路１０に高周波エネルギーを供給
する高周波発振器９の発振周波数を調整偏差Δｄ＊が小
さくなるように変え、この操作を繰り返して調整偏差を
零に近づけるようにする。

収縮伸張装置を使用して溶融帯域の両側にあＯる固体部
分の間隔を調整してもこの発明の目的を達成することが
できる。猶直径ｄを調整する別の方法、例えば西独国特
許第１１５３９０８号または第１１９８３２４号明細書
または米国特許第３８１４８２７号明細書に記載されて
いるものをこの発明による方法に対して付加的に使用す
ることも可能である。第１図にはこの発明の方法を実施
するための主要部であるコンパレータＡおよびＤ１第一
調整段の目標値設定器Ｂ、第二調整段の目標値設定器Ｃ
がその機能を表わす数式と共に示されている。これらは
総て計算機によつて実現されるものである。測定器２と
してはＡ−Ｄ変換器が適している。この場合測定器２は
Ｄ，，ｄ，水およびｋの値を数字として送り出すから、
直接第２図の計算機５，６および７または第１図のＡ，
ＣおよびＤに与えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法による調整過程を表わすブロッ
ク図、第２図はこの発明の方法を実施する装置のブロッ
ク接続図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 誘導加熱コイルによつて半導体棒に作られた溶融帯
   域をテレビジョンカメラその他のセンサで監視し、それ
   によつて得られた情報を半導体棒中を移動する溶融帯域
   の直径ｄの現実値としこの現実値を目標値設定器から与
   えられる目標値をコンパレータにおいて比較して溶融帯
   域の晶出限界においての断面直径の調整偏差Δｄを求め
   る方法において、コンパレータから供給される情報Δｄ
   とコンパレータに与えられた目標値ｄ＿ｓとを使用して
   次の関係式：（ａ）ｄ＿ｓ＊＝ｋ・ｄ＿ｓ±Δｄ （ｂ）０．３≦ｋ≦１．４ により一定のに値をとつて新しい目標値ｄ＿ｓ＊を決定
   し、この新しい目標値を第二のコンパレータにおいて溶
   融帯域の溶融限界と最大断面との間にあつて誘導加熱コ
   イルまたは相界面から一定の距離にある水平断面におい
   ての直径の現実値ｄ＿ｉ＊と比較し、第二コンパレータ
   の出力端に現われる情報を溶融帯域の形状に影響を与え
   る操作パラメータの制御に使用して現実値ｄ＿ｉ＊を目
   標値ｄ＿ｓ＊に近づけることを特徴とする半導体棒のる
   つぼなし溶融帯域方法。 ２ 溶融帯域の溶融限界と最大直径断面との間にあつて
   誘導加熱コイルから一定の距離にある断面を選び、その
   直径ｄ＊の溶融帯域晶出限界の直径ｄに対する比として
   ｋを定め、このｋの値を使用して第二コンパレータに与
   える目標値ｄ＿ｓ＊を計算することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ３ 第二コンパレータにおいて求められた偏差値を誘導
   加熱コイルに導かれる電力を通して溶融帯域の直径ｄ＊
   の調整に利用することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項または第２項記載の方法。 ４ 第二コンパレータにおいて求められた偏差値を半導
   体棒の溶融帯域を支える二つの固体部分の間の間隔を通
   して溶融帯域の直径の調整に利用することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法。 ５ 半導体棒を同軸的に包囲する誘導加熱コイルによつ
   て作られた溶融帯域がテレビジョンカメラその他のオプ
   トエレクトロニックセンサの監視範囲に置かれ、テレビ
   ジョンカメラその他のセンサは溶融帯域の晶出限界断面
   および少くとも一つの別の断面の直径ｄの現実値を求め
   る測定器に接続され、更に溶融帯域の晶出限界において
   の断面直径の目標値を与える目標値設定器が設けられ、
   溶融帯域の晶出限界の断面直径の目標値と現実値を比較
   する第一コンパレータが設けられている装置において、
   第一コンパレータの出力が次の式：ｄ＿ｓ＊＝ｋ・ｄ＿
   ｓ±Δｄに従つて第二コンパレータに対する目標値ｄ＿
   ｓ＊を決定する計算機に導かれること、第一コンパレー
   タを制御する目標値設定器が第一コンパレータに与える
   目標値ｄ＿ｓを同時に第二コンパレータに対する目標値
   ｄ＿ｓ＊を決定する計算機にも与えること、溶融帯域の
   断面直径の現実値を求める測定器が溶融帯域の特定の断
   面の直径ｄ＊の現実値ｄ＿１＊を求めこれを第二コンパ
   レータに供給すること、第二コンパレータの出力端が誘
   導加熱コイルに導かれる高周波電力を制御する調整ユニ
   ットに接続され第二コンパレータにおいて決定された調
   整偏差を低減させることを特徴とする半導体棒のるつぼ
   なし帯域溶融装置。 ６ 測定器がテレビジョンカメラその他のオプトエレク
   トロニックセンサから供給される情報から特定断面にお
   いての溶融帯域の直径ｄ＊と晶出限界においての断面直
   径ｄとの比ｋを決定し、これを第二コンパレータに対す
   る目標値ｄ＿ｓ＊を決定するために設けられた計算機に
   伝えることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の装
   置。