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JP2844032B2 - Melt level controller in CZ method - Google Patents
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JP2844032B2 - Melt level controller in CZ method - Google Patents

Melt level controller in CZ method

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JP2844032B2
JP2844032B2 JP7552792A JP7552792A JP2844032B2 JP 2844032 B2 JP2844032 B2 JP 2844032B2 JP 7552792 A JP7552792 A JP 7552792A JP 7552792 A JP7552792 A JP 7552792A JP 2844032 B2 JP2844032 B2 JP 2844032B2
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JP
Japan
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melt surface
shaft
melt
crucible
servomotor
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一男 太田
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Komatsu Electronic Metals Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、CZ法による単結晶製
造装置に使用する融液レベル制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a melt level control device used in a single crystal manufacturing apparatus by the CZ method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子の基板となる単結晶をCZ法
によって製造する場合、単結晶の成長に伴ってるつぼ内
の融液レベルが下降するが、良質の単結晶を得るためる
つぼ軸を駆動してるつぼを上昇させ、ヒータに対する融
液レベルの相対的な位置を一定に制御する必要がある。
前記融液レベルの制御に当たり、まず融液レベルを測定
しなければならないが、その測定装置として下記のもの
が知られている。 (1)実開平3−18171に示されるように、融液面
に向けて斜方から検出光を投射し、融液面からの反射光
を受光素子で検出して融液レベルを演算する測定装置。 (2)特開平1−83595に示されるように、基準位
置検出器と融液面との距離を測定後、テレビカメラのイ
メージセンサと融液面との距離が設定値になるようにる
つぼ軸を上下動させる装置。 (3)特開昭60−42294に示されるように、融液
面に垂直に投射した光の反射光強度をホトダイオードで
検出し、その出力が一定になるようにるつぼ軸を制御す
る装置。
2. Description of the Related Art When a single crystal serving as a substrate of a semiconductor element is manufactured by the CZ method, the melt level in the crucible drops as the single crystal grows, but the crucible shaft is driven to obtain a good single crystal. It is necessary to raise the crucible and control the position of the melt level relative to the heater to be constant.
In controlling the melt level, the melt level must first be measured, and the following measuring devices are known. (1) As shown in Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 3-18171, measurement in which detection light is projected obliquely toward the melt surface, and light reflected from the melt surface is detected by a light receiving element to calculate the melt level. apparatus. (2) As shown in JP-A-1-83595, after measuring the distance between the reference position detector and the melt surface, the crucible shaft is set so that the distance between the image sensor of the television camera and the melt surface becomes a set value. A device to move up and down. (3) As disclosed in JP-A-60-42294, a device that detects the intensity of reflected light of light projected perpendicularly to the surface of a melt with a photodiode and controls the crucible axis so that the output is constant.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記測定装置は、るつ
ぼの加熱による融液面の振動によって融液面に投射した
光の反射光が各方向に散乱するため、検出精度が低くな
り、融液レベルを正確に制御することが困難である。ま
た、特開平1−83595、特開昭60−42294に
よる測定装置は、いずれもチャンバ内に基準位置検出器
あるいは反射鏡を配設する必要があり、これらの受光面
がアモルファスの付着等によって汚染されると、検出光
の強度が減衰し、融液レベル検出精度を著しく低下させ
る。そこで本発明は上記従来の問題点に着目し、融液面
の振動にかかわらず融液レベルを常に高精度で検出し、
制御することができるようなCZ法における融液レベル
制御装置を提供することを目的とする。
In the above measuring apparatus, the reflected light of the light projected on the melt surface is scattered in each direction due to the vibration of the melt surface due to the heating of the crucible. It is difficult to control the level accurately. Further, in the measuring devices disclosed in JP-A-1-83595 and JP-A-60-42294, it is necessary to dispose a reference position detector or a reflecting mirror in the chamber, and the light-receiving surfaces of these measuring devices are contaminated by amorphous adhesion or the like. Then, the intensity of the detection light is attenuated, and the accuracy of detecting the melt level is significantly reduced. Therefore, the present invention focuses on the above conventional problems, and always detects the melt level with high accuracy regardless of the vibration of the melt surface,
It is an object of the present invention to provide a melt level control device in a CZ method that can control the melt level.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るCZ法における融液レベル制御装置
は、CZ法を用いる単結晶製造装置において、シード軸
の昇降に伴って昇降する炉外部分に設けられ、レーザ光
の正反射を用いて融液面と受光面との距離を計測する位
置検出部と、前記位置検出部と融液面との間に設けら
れ、任意の周期でレーザ光をシャッタリングする光シャ
ッタと、あらかじめ設定した融液面位置と前記位置検出
部が検出した融液面位置との差を演算し、この演算結果
に基づいてシード軸およびるつぼ軸を昇降させるサーボ
モータにそれぞれ制御信号を出力する制御部とからなる
ものとし、このような構成において、位置検出部と光シ
ャッタとを炉外上方の絶対固定位置に設けてもよい。
In order to achieve the above-mentioned object, a melt level control apparatus in a CZ method according to the present invention is a single crystal manufacturing apparatus using the CZ method, which moves up and down with the raising and lowering of a seed shaft. A position detection unit that is provided outside the furnace and measures the distance between the melt surface and the light receiving surface using regular reflection of laser light; and a position detection unit that is provided between the position detection unit and the melt surface and has an arbitrary period. Calculates the difference between a preset melt surface position and the melt surface position detected by the position detector, and moves the seed shaft and crucible shaft up and down based on the calculation result. In this configuration, the position detection unit and the optical shutter may be provided at an absolute fixed position above the outside of the furnace.

【0005】[0005]

【作用】上記構成によれば、レーザ光の正反射を用いて
融液面と受光面との距離を計測する位置検出部を、シー
ド軸の昇降に伴って昇降する炉外部分に設け、前記位置
検出部と融液面との間に任意の周期でレーザ光をシャッ
タリングする光シャッタを設けたので、融液面の振動周
期とシャッタリング周期とを同調させることにより、融
液面の振動による反射光強度のばらつきを除去すること
ができる。従って、安定した反射光を検出することによ
り、高精度の融液面位置データを得ることができる。そ
して制御部において、前記位置検出部による検出データ
とあらかじめ設定した融液面位置データとの差を演算し
た上、シード軸昇降用サーボモータおよびるつぼ軸昇降
用サーボモータの駆動を制御することにしたので、融液
面位置を常に所定の位置に維持することができる。ま
た、位置検出部と光シャッタとを炉外上方の絶対固定位
置に設けた場合も、前記と同様に高精度の融液面位置デ
ータを得ることができる。
According to the above construction, a position detecting section for measuring the distance between the melt surface and the light receiving surface by using regular reflection of a laser beam is provided on an outer portion of the furnace which moves up and down as the seed shaft moves up and down. Since an optical shutter for shuttering the laser light at an arbitrary cycle is provided between the position detection unit and the melt surface, the vibration period of the melt surface is synchronized with the oscillation period of the melt surface to oscillate the vibration of the melt surface. This makes it possible to eliminate the variation in the reflected light intensity due to the light. Therefore, by detecting stable reflected light, highly accurate melt surface position data can be obtained. Then, the control unit calculates the difference between the data detected by the position detection unit and the preset melt surface position data, and then controls the driving of the seed shaft elevating servomotor and the crucible shaft elevating servomotor. Therefore, the melt surface position can always be maintained at a predetermined position. Also, when the position detecting section and the optical shutter are provided at an absolute fixed position above the furnace, highly accurate melt surface position data can be obtained as described above.

【0006】[0006]

【実施例】以下に本発明に係るCZ法における融液レベ
ル制御装置の実施例について、図面を参照して説明す
る。図1は、引上シャフトの上昇によって単結晶を引き
上げるシャフト方式のSi単結晶製造装置に装着した、
請求項1記載の融液レベル制御装置の概略構成を示す説
明図である。同図において、チャンバ1の上端外側に、
レーザ光をるつぼ2内の融液面3に対して垂直に投射す
るレーザ光発振器と、レーザ光の融液面3からの反射光
を受光する受光器とからなる位置検出部4および光シャ
ッタ5が設けられている。前記位置検出部4および光シ
ャッタ5は、引上シャフト6の上下動に伴って上下動す
る。また、引上シャフト6を昇降させるスクリューシャ
フト7は前記チャンバ1の外側に設けられ、タイミング
ベルト8を介して引上シャフト昇降用サーボモータ9が
設置されている。るつぼ2を昇降させるるつぼ軸10
は、図示しない昇降機構を介してるつぼ軸昇降用サーボ
モータ11によって昇降する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a melt level control apparatus in the CZ method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a shaft type Si single crystal manufacturing apparatus that pulls a single crystal by raising a pulling shaft.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a melt level control device according to claim 1. In the same figure, outside the upper end of the chamber 1,
A position detector 4 and an optical shutter 5 each including a laser light oscillator for projecting a laser beam perpendicular to the melt surface 3 in the crucible 2, and a light receiver for receiving the reflected light of the laser light from the melt surface 3. Is provided. The position detector 4 and the optical shutter 5 move up and down with the up and down movement of the pulling shaft 6. A screw shaft 7 for raising and lowering the lifting shaft 6 is provided outside the chamber 1, and a servomotor 9 for raising and lowering the lifting shaft is provided via a timing belt 8. Crucible shaft 10 for raising and lowering crucible 2
Is moved up and down by a crucible shaft elevating servomotor 11 via an elevating mechanism (not shown).

【0007】指令部12の出力配線12aは制御部13
に接続され、所定の融液面位置および光シャッタタイミ
ングに関する指令信号を制御部13に伝達する。また、
制御部13の出力配線13aは前記光シャッタ5に接続
され、出力配線13bはパワーアンプ14を介して前記
引上シャフト昇降用サーボモータ9に接続され、出力配
線13cは、パワーアンプ15を介して前記るつぼ軸昇
降用サーボモータ11に接続されている。また、前記位
置検出部4の出力配線4a、引上シャフト昇降用サーボ
モータ9に装着されたエンコーダ16の出力配線16
a、るつぼ軸昇降用サーボモータ11に装着されたエン
コーダ17の出力配線17aはいずれも制御部13に接
続されている。なお、融液面3に投射されるレーザ光
は、融液面3の振動に同調させるため、たとえば融液面
3の振動周波数が約2Hzの場合、前記光シャッタ5の
作動周波数も2Hzに設定される。
The output wiring 12a of the command section 12 is connected to the control section 13
And transmits a command signal relating to a predetermined melt surface position and an optical shutter timing to the control unit 13. Also,
The output wiring 13a of the control unit 13 is connected to the optical shutter 5, the output wiring 13b is connected to the lifting shaft elevating servomotor 9 via the power amplifier 14, and the output wiring 13c is connected to the power amplifier 15 via the power amplifier 15. The crucible shaft elevating servomotor 11 is connected. Further, the output wiring 4a of the position detecting section 4 and the output wiring 16 of the encoder 16 mounted on the servomotor 9 for raising and lowering the pull-up shaft.
a, the output wiring 17 a of the encoder 17 mounted on the crucible shaft elevating servomotor 11 is connected to the control unit 13. Since the laser light projected on the melt surface 3 is synchronized with the vibration of the melt surface 3, for example, when the vibration frequency of the melt surface 3 is about 2 Hz, the operating frequency of the optical shutter 5 is also set to 2 Hz. Is done.

【0008】図2は本実施例における融液レベル制御装
置の制御部の構成を示すブロック図である。所定融液面
位置指令信号Xmc、光シャッタタイミング指令信号VDC
出力手段すなわち図1に示した指令部12が出力する指
令信号Xmcは、制御部13内の所定融液面位置Xmc記憶
手段21に入力、記憶され、指令信号VDCは光シャッタ
駆動指令信号VD 出力手段22に入力された上、光シャ
ッタ5に出力される。また、現在の融液面位置Xmf検出
手段すなわち図1の位置検出部4による融液面位置検出
データはXmfの平均値演算手段23に入力されて、Xmf
の平均値xmfが演算される。引上シャフト昇降用サーボ
モータエンコーダ16による検出データP1 は、シード
移動距離(P1 −P10)k1 演算手段24に入力され、
るつぼ軸昇降用サーボモータエンコーダ17による検出
データP2 は、るつぼ移動距離(P2 −P20)k2 演算
手段25に入力される。ここで、P10とは溶融完了時す
なわちシード軸引き上げ開始直前の、Xmcに対応した引
上シャフト昇降用サーボモータパルス値であり、P20と
は溶融完了時の、Xmcに対応したるつぼ軸昇降用サーボ
モータパルス値である。そして、前記演算手段24,2
5に、あらかじめ設定、記憶させておいた定数k1 ,k
2 設定・記憶手段26の定数k1 ,k2 が出力され、シ
ード移動距離(P1 −P10)k1 およびるつぼ移動距離
(P2 −P20)k2 が演算される。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the control unit of the melt level control device in the present embodiment. Predetermined melt surface position command signal Xmc, light shutter timing command signal VDC
The output signal, that is, the command signal Xmc output from the command unit 12 shown in FIG. 1 is input and stored in the predetermined melt surface position Xmc storage means 21 in the control unit 13, and the command signal VDC is the optical shutter drive command signal VD output. After being input to the means 22, it is output to the optical shutter 5. Further, the current melt surface position Xmf detection means, that is, the melt surface position detection data by the position detection unit 4 in FIG.
Is calculated. The data P1 detected by the servomotor encoder 16 for raising and lowering the pulling shaft is input to the seed moving distance (P1 -P10) k1 calculating means 24,
The detection data P2 from the crucible shaft raising / lowering servomotor encoder 17 is input to the crucible moving distance (P2-P20) k2 calculating means 25. Here, P10 is a servo motor pulse value for raising and lowering the lifting shaft corresponding to Xmc at the time of completion of melting, that is, immediately before the start of raising the seed shaft. This is the motor pulse value. And the calculating means 24, 2
5, constants k1 and k set and stored in advance
2 The constants k1 and k2 of the setting and storage means 26 are output, and the seed moving distance (P1-P10) k1 and the crucible moving distance (P2-P20) k2 are calculated.

【0009】前記xmf,(P1 −P10)k1 ,(P2 −
P20)k2 およびXmcの各数値は、所定融液面位置と現
在の融液面位置との差ΔX演算手段27に入力され、Δ
Xの演算値はΔXと0との比較・判定手段28に入力さ
れる。ここでΔX=0の場合は、引上シャフト昇降用サ
ーボモータ回転速度v1 指令信号出力手段29およびる
つぼ軸昇降用サーボモータ回転速度v2 指令信号出力手
段30から、引上シャフト昇降用サーボモータ9および
るつぼ軸昇降用サーボモータ11にそれぞれ指令信号v
1 ,v2 が出力される。またΔX≠0の場合は、引上シ
ャフト昇降用サーボモータ回転速度補正値v1 ´演算手
段31およびるつぼ軸昇降用サーボモータ回転速度補正
値v2 ´演算手段32と、速度補正係数k3 ,k4 設定
・記憶手段33とによってv1 ´, v2 ´が演算され、
補正回転速度v1 ´指令信号出力手段34および補正回
転速度v2 ´指令信号出力手段35から、引上シャフト
昇降用サーボモータ9およびるつぼ軸昇降用サーボモー
タ11にそれぞれ指令信号v1 ´, v2 ´が出力され
る。
The above-mentioned xmf, (P1−P10) k1, (P2−
P20) The numerical values of k2 and Xmc are input to the difference ΔX calculating means 27 between the predetermined melt surface position and the current melt surface position,
The calculated value of X is input to the comparing / determining means 28 for comparing ΔX and 0. Here, when ΔX = 0, the lifting shaft elevating servomotor rotation speed v1 command signal output means 29 and the crucible shaft elevating servomotor rotation speed v2 command signal output means 30 output the lifting shaft elevating servomotor 9 and A command signal v is sent to the crucible shaft elevating servomotor 11 respectively.
1 and v2 are output. When ΔX ≠ 0, the servomotor rotational speed correction value v1 ′ calculating means 31 for raising and lowering the shaft and the servomotor rotational speed correction value v2 ′ calculating means 32 for raising and lowering the crucible shaft, and the speed correction coefficients k3 and k4 are set. V1 'and v2' are calculated by the storage means 33,
Command signals v1 ', v2' are output from the corrected rotation speed v1 'command signal output means 34 and the corrected rotation speed v2' command signal output means 35 to the lifting shaft elevating servomotor 9 and the crucible shaft elevating servomotor 11, respectively. Is done.

【0010】次に、本融液レベル制御装置による融液レ
ベル制御方法について、図3のフローチャートを参照し
て説明する。図3において各ステップの左肩に記載した
数字はステップ番号である。ステップ1で引上シャフト
昇降用サーボモータ回転速度v1 、るつぼ軸昇降用サー
ボモータ回転速度v2 の指令信号が出力され、ステップ
2で光シャッタ駆動指令信号VD が出力される。ステッ
プ3で融液面位置データXmf、サーボモータエンコーダ
データP1 ,P2 および定数k1 ,k2 が読み込まれ、
これに基づいてステップ4でXmfの平均値xmf、シード
軸移動距離(P1 −P10)k1 、るつぼ移動距離(P2
−P20)k2 の演算が行われる。ステップ5では所定融
液面位置Xmcが読み込まれ、ステップ6で所定融液面位
置と現在の融液面位置との差ΔX=Xmc−{xmf+(P
2 −P20)k2 −(P1 −P10)k1 }の演算が行われ
る。そして、ステップ7で前記ΔXが0に等しいかどう
かの判定が行われ、ΔX=0ならばステップ1に戻り、
引上シャフト昇降用サーボモータ回転速度v1 、るつぼ
軸昇降用サーボモータ回転速度v2 をそのまま維持す
る。また、ΔX≠0の場合はステップ8で速度補正係数
k3 ,k4 を読み込んだ上、ステップ9で引上シャフト
昇降用サーボモータ回転速度の補正値v1 ´=v1 ±Δ
X・k3 と、るつぼ軸昇降用サーボモータ回転速度の補
正値v2 ´=v2 ±ΔX・k4 とが演算される。次に、
ステップ10で前記補正回転速度v1 ´, v2 ´の指令
信号が出力され、ステップ2に戻る。
Next, a method for controlling the melt level by the present melt level control device will be described with reference to the flowchart of FIG. In FIG. 3, the numbers described at the left shoulder of each step are step numbers. In step 1, a command signal of a servomotor rotation speed v1 for raising and lowering the shaft and a rotation speed v2 of servomotor for raising and lowering the crucible shaft is output. In step 2, an optical shutter drive command signal VD is output. In step 3, the melt surface position data Xmf, servo motor encoder data P1, P2 and constants k1, k2 are read.
On the basis of this, in step 4, the average value xmf of Xmf, the seed axis moving distance (P1-P10) k1, the crucible moving distance (P2)
-P20) The operation of k2 is performed. In step 5, the predetermined melt surface position Xmc is read, and in step 6, the difference ΔX between the predetermined melt surface position and the current melt surface position ΔX = Xmc− {xmf + (P
2-P20) k2- (P1-P10) k1} is calculated. Then, in step 7, it is determined whether or not ΔX is equal to 0. If ΔX = 0, the process returns to step 1, and
The rotation speed v1 of the servomotor for raising and lowering the lifting shaft and the rotation speed v2 of the servomotor for raising and lowering the crucible shaft are maintained. If .DELTA.X.noteq.0, the speed correction coefficients k3 and k4 are read in step 8, and in step 9, the correction value v1 '= v1. ± ..DELTA.
X · k3 and a correction value v2 '= v2 ± ΔX · k4 of the crucible shaft lifting / lowering servomotor rotation speed are calculated. next,
In step 10, command signals for the corrected rotational speeds v1 'and v2' are output, and the process returns to step 2.

【0011】図4は、請求項2記載の融液レベル制御装
置の概略構成を示す説明図である。同図において、レー
ザ光をるつぼ2内の融液面3に対して垂直に投射するレ
ーザ光発振器と、レーザ光の融液面3からの反射光を受
光する受光器とからなる位置検出部4および光シャッタ
5は、チャンバ1上方の、引上シャフト6の最大伸長時
においても干渉しない絶対固定位置に設置されている。
前記位置検出部4の出力配線4aと、るつぼ軸昇降用サ
ーボモータ11に装着されたエンコーダ17の出力配線
17aとは、制御部13に接続されている。その他の構
成については請求項1と同一であるので、説明を省略す
る。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the melt level control device according to the second aspect. In FIG. 1, a position detecting unit 4 including a laser light oscillator for projecting a laser beam perpendicular to a melt surface 3 in a crucible 2 and a light receiving device for receiving a laser beam reflected from the melt surface 3. The optical shutter 5 is installed at an absolutely fixed position above the chamber 1 so as not to interfere even when the lifting shaft 6 is fully extended.
The output wiring 4a of the position detector 4 and the output wiring 17a of the encoder 17 mounted on the crucible shaft elevating servomotor 11 are connected to the controller 13. The other configuration is the same as that of the first aspect, and the description is omitted.

【0012】図5は請求項2の実施例における融液レベ
ル制御装置の制御部の構成を示すブロック図である。こ
のブロック図の構成は図2と共通する部分が多いが、引
上シャフト昇降用サーボモータのデータ入力がないた
め、図2に示したブロック図よりも簡素化されている。
すなわち、現在の融液面位置Xmf検出手段4からの入力
によってXmfの平均値演算手段23がxmfの演算を行
い、るつぼ軸昇降用サーボモータエンコーダ17からの
入力と定数k2 設定・記憶手段26aの出力とによっ
て、るつぼ移動距離(P2 −P20)k2 演算手段25が
(P2 −P20)k2 の演算を行う。これらの値は所定融
液面位置と現在の融液面位置との差ΔX演算手段27に
入力され、ΔXの演算値はΔXと0との比較・判定手段
28に入力される。ここでΔX=0の場合は、るつぼ軸
昇降用サーボモータ回転速度v2 指令信号出力手段30
から、るつぼ軸昇降用サーボモータ11に指令信号v2
が出力される。またΔX≠0の場合は、るつぼ軸昇降用
サーボモータ回転速度補正値v2´演算手段32と、速
度補正係数k4 設定・記憶手段33aとによってv2 ´
が演算され、補正回転速度v2 ´指令信号出力手段35
から、るつぼ軸昇降用サーボモータ11に指令信号v2
´が出力される。なお引上シャフト昇降用サーボモータ
9に対しては、引上シャフト昇降用サーボモータ回転速
度v1 指令信号出力手段29から指令信号v1 が出力さ
れる。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the control unit of the melt level control device according to the second embodiment. The configuration of this block diagram has many parts in common with FIG. 2, but is simpler than the block diagram shown in FIG. 2 because there is no data input to the servomotor for lifting the shaft.
That is, the average value calculating means 23 of Xmf calculates xmf based on the current input from the melt surface position Xmf detecting means 4 and the input from the crucible shaft elevating servomotor encoder 17 and the constant k2 setting / storage means 26a. Based on the output, the crucible moving distance (P2-P20) k2 calculating means 25 calculates (P2-P20) k2. These values are input to the difference ΔX calculating means 27 between the predetermined melt surface position and the current melt surface position, and the calculated value of ΔX is input to the comparing / determining means 28 for comparing ΔX and 0. Here, when ΔX = 0, the crucible shaft elevating servomotor rotation speed v2 command signal output means 30
Command signal v2 to the crucible shaft lifting servomotor 11
Is output. If ΔX ≠ 0, then the crucible shaft lifting / lowering servomotor rotational speed correction value v2 ′ calculation means 32 and the speed correction coefficient k4 setting / storage means 33a provide v2 ′.
Is calculated, and the corrected rotation speed v2 'command signal output means 35
Command signal v2 to the crucible shaft lifting servomotor 11
Is output. A command signal v1 is output from the servomotor 9 for raising and lowering the lifting shaft to the servomotor 9 for raising and lowering the shaft.

【0013】図6は、請求項2の実施例における融液レ
ベル制御装置において、制御を実行するフローチャート
である。図6において各ステップの左肩に記載した数字
はステップ番号である。ステップ1でるつぼ軸昇降用サ
ーボモータ回転速度v2 の指令信号が出力され、ステッ
プ2で引上シャフト昇降用サーボモータ回転速度v1の
指令信号と、光シャッタ駆動指令信号VD とが出力され
る。ステップ3で融液面位置データXmf、サーボモータ
エンコーダデータP2 および定数k2 が読み込まれ、こ
れに基づいてステップ4でXmfの平均値xmf、るつぼ移
動距離(P2 −P20)k2 の演算が行われる。ステップ
5では所定融液面位置Xmcが読み込まれ、ステップ6で
所定融液面位置と現在の融液面位置との差ΔX=Xmc−
{xmf+(P2 −P20)k2 }の演算が行われる。そし
て、ステップ7で前記ΔXが0に等しいかどうかの判定
が行われ、ΔX=0ならばステップ1に戻り、引上シャ
フト昇降用サーボモータ回転速度v1 、るつぼ軸昇降用
サーボモータ回転速度v2をそのまま維持する。また、
ΔX≠0の場合はステップ8で速度補正係数k4 を読み
込んだ上、ステップ9でるつぼ軸昇降用サーボモータ回
転速度の補正値v2´=v2 ±ΔX・k4 が演算され
る。次に、ステップ10で前記補正回転速度v2 ´の指
令信号が出力され、ステップ2に戻る。
FIG. 6 is a flowchart for executing control in the melt level control device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 6, the numbers described at the left shoulder of each step are step numbers. In step 1, a command signal of the crucible shaft elevating servomotor rotation speed v2 is output, and in step 2, a command signal of the pulling shaft elevating servomotor rotation speed v1 and an optical shutter drive instruction signal VD are output. In step 3, the melt surface position data Xmf, the servo motor encoder data P2 and the constant k2 are read, and in step 4, the average value xmf of Xmf and the crucible movement distance (P2 -P20) k2 are calculated in step 4. In step 5, the predetermined melt surface position Xmc is read, and in step 6, the difference ΔX = Xmc− between the predetermined melt surface position and the current melt surface position.
An operation of {xmf + (P2-P20) k2} is performed. At step 7, it is determined whether or not the ΔX is equal to 0. If ΔX = 0, the process returns to the step 1, and the servomotor rotation speed v1 for raising and lowering the pulling shaft and the servomotor rotation speed v2 for raising and lowering the crucible shaft are determined. Keep it as it is. Also,
If .DELTA.X.noteq.0, a speed correction coefficient k4 is read in step 8, and in step 9, a correction value v2 '= v2. ± ..DELTA.X.k4 of the crucible shaft elevating servomotor rotational speed is calculated. Next, at step 10, a command signal for the corrected rotational speed v2 'is output, and the process returns to step 2.

【0014】上記実施例は、いずれもシャフト方式のS
i単結晶製造装置に関するものであるが、本発明はシャ
フト方式に限定されるものではなく、請求項2はケーブ
ル等による巻き上げ方式の単結晶製造装置に対しても適
用することができる。
In each of the above embodiments, the shaft type S
Although the present invention relates to an i-crystal manufacturing apparatus, the present invention is not limited to the shaft method, and claim 2 can also be applied to a winding-type single-crystal manufacturing apparatus using a cable or the like.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、C
Z法を用いる単結晶製造装置において、シード軸ととも
に昇降する炉外部分または炉外上方の絶対固定部分に、
レーザ光の正反射による融液面位置検出部と、光シャッ
タとを設け、融液面の振動の影響を除去した計測を可能
としたので、単結晶引き上げに際して融液面の振動にか
かわらず常に高精度の融液面位置を検出することができ
る。この検出結果に基づいてシード軸およびるつぼ軸の
移動速度を制御することにより、融液面が所定位置に維
持されるので、成長結晶内に取り込まれるOi濃度の変
動を低減させることができ、高品質の単結晶を得ること
が可能となる。また本発明においては、位置検出部と光
シャッタとを炉外に設けたので、アモルファス付着等に
よる光学系の汚染を完全に防止することができる。
As described above, according to the present invention, C
In a single crystal manufacturing apparatus using the Z method, an outer fixed part which rises and lowers together with a seed shaft or an absolute fixed part in an upper part outside the furnace,
A melt surface position detection unit based on regular reflection of laser light and an optical shutter are provided to enable measurement without the influence of the melt surface vibration. A highly accurate melt surface position can be detected. By controlling the moving speed of the seed axis and the crucible axis based on this detection result, the melt surface is maintained at a predetermined position, so that the fluctuation of the Oi concentration taken into the grown crystal can be reduced, A single crystal of high quality can be obtained. Further, in the present invention, since the position detecting unit and the optical shutter are provided outside the furnace, contamination of the optical system due to amorphous adhesion or the like can be completely prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】請求項1記載の融液レベル制御装置の概略構成
を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a melt level control device according to the first embodiment.

【図2】図1に示した融液レベル制御装置の制御部の構
成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control unit of the melt level control device shown in FIG.

【図3】図1に示した融液レベル制御装置において、制
御を実行するフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart for executing control in the melt level control device shown in FIG. 1;

【図4】請求項2記載の融液レベル制御装置の概略構成
を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a melt level control device according to claim 2;

【図5】図4に示した融液レベル制御装置の制御部の構
成を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a control unit of the melt level control device shown in FIG.

【図6】図4に示した融液レベル制御装置において、制
御を実行するフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart for executing control in the melt level control device shown in FIG. 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 るつぼ 3 融液面 4 位置検出部 5 光シャッタ 6 引き上げシャフト 9 引き上げシャフト昇降用サーボモータ 10 るつぼ軸 11 るつぼ軸昇降用サーボモータ 13 制御部 2 Crucible 3 Melt surface 4 Position detection unit 5 Optical shutter 6 Pull-up shaft 9 Servo motor for raising / lowering shaft 10 Crucible shaft 11 Servo motor for raising / lowering crucible shaft 13 Control unit

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 CZ法を用いる単結晶製造装置におい
て、シード軸の昇降に伴って昇降する炉外部分に設けら
れ、レーザ光の正反射を用いて融液面と受光面との距離
を計測する位置検出部と、前記位置検出部と融液面との
間に設けられ、任意の周期でレーザ光をシャッタリング
する光シャッタと、あらかじめ設定した融液面位置と前
記位置検出部が検出した融液面位置との差を演算し、こ
の演算結果に基づいてシード軸およびるつぼ軸を昇降さ
せるサーボモータにそれぞれ制御信号を出力する制御部
とからなることを特徴とするCZ法における融液レベル
制御装置。
In a single crystal manufacturing apparatus using a CZ method, a distance between a melt surface and a light receiving surface is measured using specular reflection of a laser beam, which is provided on an outer portion of the furnace that moves up and down as the seed axis moves up and down. A position detecting unit to be provided, provided between the position detecting unit and the melt surface, an optical shutter for shuttering the laser light at an arbitrary cycle, and a position of the melt surface set in advance and detected by the position detecting unit. And a controller for calculating a difference from the melt surface position and outputting a control signal to a servomotor for raising and lowering the seed shaft and the crucible shaft based on the calculation result. Control device.
【請求項2】 請求項1記載の融液レベル制御装置にお
いて、位置検出部と光シャッタとを炉外上方の絶対固定
位置に設けたことを特徴とするCZ法における融液レベ
ル制御装置。
2. The melt level control device according to claim 1, wherein the position detection unit and the optical shutter are provided at an absolute fixed position above the outside of the furnace.
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