JPH0717475B2

JPH0717475B2 - 単結晶ネック部育成自動制御方法

Info

Publication number: JPH0717475B2
Application number: JP3042640A
Authority: JP
Inventors: 謙治荒木
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1991-02-14
Filing date: 1991-02-14
Publication date: 1995-03-01
Anticipated expiration: 2010-03-01
Also published as: JPH04260688A; DE69202996T2; EP0499220B1; DE69202996D1; EP0499220A1; US5288363A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＺ法による単結晶ネ
ック部育成自動制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＺ法による単結晶育成装置では、コー
ン部以降は自動制御方法が確立されているが、結晶育成
開始後コーン部育成に移るまでのネック部分について
は、熟練者による手動制御が行なわれている。これは、
ネック部では転移を結晶表面から排出させるために、例
えば育成結晶の直径を２〜５mm程度に細く絞り、比較的
高速度で結晶を引上げ、しかも、直径制御偏差の絶対値
を０．５mm程度以下にし、絞り部分をその直径の１０倍
以上の長さ育成しなければならないなど、高度の制御を
必要とするためである。この絞り工程及び次に結晶直径
を再び増大させる工程にわたって、結晶の形状を所望の
形状にしかつ結晶を無転移化することは、熟練者でさえ
もその試みの約１０％は失敗に終わる程度に難しい。結
晶直径を絞りすぎると、湯面と育成結晶下端との間が切
れて育成続行不可能となったり、強度が弱くてその後育
成される直胴部を支持できなくなったりする。また、結
晶直径が太すぎると、転移が充分に排出されず、コーン
部又はこれに続く直胴部において結晶が有転移化し、不
良品となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、この
ような問題点に鑑み、ＣＺ法による単結晶ネック部育成
自動制御方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段及びその作用】ネック部育
成においては、結晶引き上げ速度により結晶直径を制御
する方法は、コーン部や直胴部と同様の方法を用いるこ
とができるが、融液温度により結晶直径を制御する方法
は、コーン部や直胴部と同様の方法を用いることができ
ない。これは、融液温度に対する結晶直径の応答速度
が、結晶引き上げ速度に対する結晶直径の応答速度より
も相当遅く、かつ、ネック部の許容直径偏差はコーン部
や直胴部よりも小さいので、コーン部や直胴部の場合と
同様の方法で、融液温度により結晶直径を制御すると、
直径制御偏差が絞り部分で許容値を越えてしまうからで
ある。

【０００５】しかし、結晶直径は結晶引き上げ速度と融
液温度の両方に大きく依存するので、ネック部直径制御
の成功率を高くするためには、結晶引き上げ速度のみな
らず、なんらかの方法で融液温度を直径制御に寄与させ
るべきである。

【０００６】そこで、本発明では、次の方法（１）によ
り上記目的を達成している。

【０００７】（１）結晶直径の制御偏差が零に近づくよ
うに該結晶の引上げ速度を調節し、該結晶直径の制御偏
差の大小と該引上げ速度の大小との組合わせをファジィ
推論条件とし、該条件に応じ、融液加熱用ヒータへ供給
する電力の補正値をファジィ推論に基づいて算出し、該
補正値に基づいて該ヒータ供給電力を補正するステップ
を有し、無転移にするために種結晶に続く細く絞った結
晶ネック部をＣＺ法により育成することを特徴とする方
法。

【０００８】従来の単結晶直胴部の直径制御は、直径制
御偏差が零に近づくように、引上げ速度及び融液温度を
ＰＩＤ制御するが、本方法は、直径制御偏差のみなら
ず、引上げ速度をも考慮して該ヒータ供給電力を補正す
る点で特徴を有する。

【０００９】従来のＰＩＤ制御を単結晶絞り部に拡張す
るのは、ＰＩＤの各制御定数を試行錯誤で多数回変更し
て決定しなければならず容易でない。しかも、ＰＩＤの
好ましい制御定数が求まったとしても、結晶育成条件が
少し変ると、求めたＰＩＤの制御定数が役に立たなくな
る。

【００１０】これに対し、本発明では、直径制御偏差の
大小と引上げ速度の大小との組合わせの条件に応じて、
ファジィ推論により、融液加熱用ヒータへ供給する電力
の補正値を算出し、該算出値に基づいてヒータ供給電力
を補正するので、引上げ速度を直径制御偏差と同じ考え
方で直径制御に容易に取り入れることができ、かつ、フ
ァジィ推論に熟練オペレータの経験則を容易に取入れる
ことができるので、制御パラメータを容易に決定するこ
とができる。

【００１１】ファジィ推論は、例えば、直径制御偏差が
負で絶対値が大きく、かつ、引上げ速度が遅い場合に、
ヒータ供給電力に対し負の補正をし、結晶直径の制御偏
差が正で絶対値が大きく、かつ、引上げ速度が速い場合
に、ヒータ供給電力に対し正の補正をするという規則を
有し、該規則に基づいて、該ヒータ供給電力の補正値を
算出する。

【００１２】引上げ速度が遅いほど、ヒータ供給電力が
小さいほど、結晶直径が大きくなるので、直径制御偏差
が負で絶対値が大きく、かつ、引上げ速度が遅い場合
に、ヒータ供給電力に対し負の補正をすれば、直径制御
偏差が小さくなり、また、結晶直径の制御偏差が正で絶
対値が大きく、かつ、引上げ速度が速い場合に、ヒータ
供給電力に対し正の補正をすれば、直径制御偏差が小さ
くなる。したがって、結晶直径が目標値に近づく。

【００１３】また、前回の実際のヒータ供給電力補正値
がΔＰ_1Bで、算出された今回のヒータ供給電力補正値が
ΔＰ₀の場合に、今回の実際のヒータ供給電力ΔＰ₁を、 ΔＰ₁＝ΔＰ₀−｛１−ｅｘｐ（−τ／ｔ）｝ΔＰ_1B ・・・（１）（但し、ｔは電力補正の時間間隔、τは時定数）として
算出すれば、過剰補正が防止され、結果として直径制御
偏差のハンチングが小さくなる。なぜならば、τは１０
分程度と比較的大きいので、前回の補正の現時点におけ
る影響｛１−ｅｘｐ（−τ／ｔ）｝ΔＰ_1Bが今回の補正
に影響するが、｛１−ｅｘｐ（−τ／ｔ）｝ΔＰ_1Bが今
回の補正ΔＰ₀から差引かれるからである。

【００１４】上記（１）の方法は、次の（２）の処理後
に行った方が好ましい。

【００１５】（２）坩堝内融液加熱用ヒータへの供給電
力を一定にし、かつ、該融液表面に接触している種結晶
を定速で設定時間引き上げて、単結晶を育成し、該設定
時間経過後に、該引上げを停止し、該単結晶の下端直径
を測定し、該測定直径の期待値からのずれに応じて、該
ヒータに供給する電力を修正し、該ずれが零になるよう
に結晶引上げ長さに対する目標直径のパターンを該引上
げ長さ方向にシフトさせ、一定時間経過するのを待つ。

【００１６】このようにすれば、湯面温度の初期値を適
当な値にすることができ、かつ、結晶直径の目標パター
ンを修正することができるので、（１）の方法による効
果が高められる。換言すれば、（１）の方法を実行した
場合に、ヒータ供給電力の変動が小さくなると、よい直
径制御結果が得られる。

【００１７】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説
明する。

【００１８】図１は、本発明方法が適用された単結晶ネ
ック部育成自動制御装置のブロック図であり、図２は、
制御対象の断面概略図である。

【００１９】軸１０の上端に固着されたテーブル１２上
には、黒鉛坩堝１４が載置され、黒鉛坩堝１４内に石英
坩堝１６が嵌合されている。この黒鉛坩堝１４はヒータ
１８に囲繞され、ヒータ１８は黒鉛断熱材２０に囲繞さ
れている。石英坩堝１６内に多結晶シリコンの塊を入
れ、ヒータ１８に電力を供給すると、この多結晶シリコ
ンは融液２２になる。

【００２０】一方、融液２２の上方に配置されたモータ
２４により昇降されるワイヤ２６の下端には、種ホルダ
２８を介して種結晶３０が取り付けられている。この種
結晶３０の下端を融液２２の湯面２２Ｓに接触させて引
き上げると、種結晶３０の先端からシリコン単結晶３２
が育成される。シリコン単結晶３２の育成は、チャンバ
３４内で行われる。チャンバ３４内には、上方からアル
ゴンガスが流下され、チャンバ３４内の空気がこのアル
ゴンガスでパージされる。このアルゴンガスは湯面２２
Ｓに吹き当てられるので、湯面２２Ｓが振動し、直径の
小さい単結晶絞り部の直径制御を一層困難にする。

【００２１】シリコン単結晶３２の下端直径Ｄを測定す
るために、チャンバ３４の肩部に設けられた窓３６の上
方には、光軸を湯面２２Ｓの中心に向けてＣＣＤカメラ
３８が配置されている。ＣＣＤカメラ３８から出力され
るビデオ信号は直径計測器４０へ供給され、直径計測器
４０は、画像処理により、シリコン単結晶３２と湯面２
２Ｓとの界面に形成された輝環の直径Ｄ、すなわちシリ
コン単結晶３２の下端直径Ｄを測定する。シリコン単結
晶３２の絞り部分の直径は小さいので、測定精度を高め
るために、１本の走査線幅が例えば実物の０．０５ｍｍ
に対応するように、ＣＣＤカメラ３８の拡大倍率を大き
くしている。

【００２２】目標直径は結晶長Ｌの関数であって、例え
ば図６に示す折れ線Ｐ₀Ｑ₀ＳＴの如くなっているが、直
径設定器４２に内蔵されたメモリには、折れ線ＰＳＴで
表される目標直径Ｄ₀（Ｌ）が格納されている。その理
由は後述する。直径設定器４２は、入力された結晶長Ｌ
に対し、目標直径Ｄ₀を出力する。この結晶長Ｌは、回
転軸がモータ２４の駆動軸に連結されたロータリエンコ
ーダ４４から出力されるパルスを、アップダウンカウン
タ４６で計数することにより得られる。アップダウンカ
ウンタ４６の計数値は、種結晶３０が上限位置にあると
き及び種結晶３０が湯面２２Ｓに接触したときにクリア
される。この接触は、例えば、ワイヤ２６と軸１０との
間に電圧を印加しておき、これらの間に流れる電流を検
出することにより知ることができる。

【００２３】本単結晶育成装置は、結晶直径Ｄが目標値
Ｄ₀に近づくようにワイヤ２６の引き上げ速度Ｖをカス
ケード制御する構成を備えている。

【００２４】すなわち、結晶直径Ｄ及び目標直径Ｄ₀は
減算器４７に供給され、減算器４７から出力される直径
制御偏差ΔＤ＝Ｄ−Ｄ₀がＰＩＤコントローラ４８へ供
給される。ＰＩＤコントローラ４８の出力電圧ＥＶ
₀は、モータ２４の回転速度の目標値として可変速モー
タコントローラ５０へ供給される。一方、ロータリエン
コーダ４４の出力は、Ｆ／Ｖ変換器５２により、周波数
に比例した電圧ＥＶに変換され、この電圧ＥＶがフィー
ドバック量として可変速モータコントローラ５０へ供給
される。可変速モータコントローラ５０は通常ＰＩＤコ
ントローラである。可変速モータコントローラ５０は、
ＥＶがＥＶ0 に近づくように、切換スイッチ５４及びド
ライバ５６を介し、モータ２４の回転速度、すなわちワ
イヤ２６の引き上げ速度Ｖを制御する。この切換スイッ
チ５４は、可変速モータコントローラ５０の出力とマイ
クロコンピュータ５８の出力とを選択的にドライバ５６
へ供給するためのものであり、モータ２４の回転速度を
一定に閉ループ制御する場合には、マイクロコンピュー
タ５８の出力が用いられる。

【００２５】結晶直径Ｄは融液２２の温度にも大きく依
存するが、ヒータ１８への供給電力の変化に対する結晶
直径Ｄの変化の応答時間は、結晶引上げ速度の変化に対
する結晶直径Ｄの変化の応答時間の数十〜数百倍であ
る。したがって、育成時間が短く、かつ、細くて直径制
御偏差の許容範囲が±０．５ｍｍ程度と狭いネック部に
おいて、融液温度を結晶直径Ｄの制御に用いるには、コ
ーン部や直胴部の場合とは異なる特殊な制御方法を用い
る必要がある。そこで、本単結晶育成装置は、結晶直径
Ｄが目標値Ｄ₀に近づくように、ヒータ１８へ供給する
電力を制御する次のような構成を備えている。

【００２６】すなわち、湯面２２Ｓの温度を検出するた
めに２色放射温度計６２を配置し、２色放射温度計６２
から出力される湯面温度Ｔを、マイクロコンピュータ５
８へ供給している。マイクロコンピュータ５８にはさら
に、直径制御偏差ΔＤ、ロータリエンコーダ４４からの
引上げ速度Ｖ（Ｖはロータリエンコーダ４４の出力パル
スの周期に反比例するので、ソフトウエアでこの周期を
測定して速度Ｖを算出する）、結晶長Ｌ及び直径設定器
４２からの後述するシフトΔＬが供給される。

【００２７】次に、図３〜５に示す、マイクロコンピュ
ータ５８による単結晶ネック部育成制御手順を説明す
る。この手順は、図３〜５にそれぞれ対応した以下の
Ａ）．〜Ｃ）．に大別される。

【００２８】Ａ）．引き上げ開始迄の制御（１００）種結晶３０は、最初、上限位置にあり、この
時、２色放射温度計６２から湯面温度Ｔを読み込み、こ
の湯面温度Ｔが初期設定温度になるように、ドライバ６
６を介しヒータ１８へ電力を供給する。この初期設定温
度は、例えば種結晶３０を定速２ｍｍ／ｍｉｎで引き上
げたときにシリコン単結晶３２の直径を種結晶３０の直
径、例えば１０ｍｍに保つ（図６の直線Ｐ₀Ｑ₀）ための
温度であり、経験的に決定される。

【００２９】（１０２）切換スイッチ５４をマイクロコ
ンピュータ５８側にし、モータ２４をオンにしてワイヤ
２６を定速降下させる。種結晶３０の下端が湯面２２Ｓ
に接する少し前に、モータ２４をオフにする。この種結
晶３０の停止位置は、アップダウンカウンタ４６の計数
値が設定値になったことで判定する。

【００３０】（１０４）種結晶３０を予熱するために、
設定時間、例えば７分経過するのを待つ。

【００３１】（１０６）種結晶３０の下端が融液２２に
接する迄、モータ２４をオンにして種結晶３０を降下さ
せる。

【００３２】（１０８）種結晶３０の下端を湯面２２Ｓ
に馴染ませるために、設定時間、例えば５分間経過する
のを待つ。

【００３３】以上のステップ１００〜１０８は、公知の
方法である。

【００３４】Ｂ）．定速引上げ（１１０）次に、モータ２４をオンにして種結晶３０を
定速、例えば２ｍｍ／ｍｉｎで引き上げる。

【００３５】（１１２）融液２２の温度が適当であるか
どうかを見るために、設定時間、例えば５分間経過する
のを待つ。換言すれば、ＬがＬ₀、例えば１０ｍｍ（図
６）になるのを待つ。

【００３６】（１１４）モータ２４をオフにし、直径計
測器４０から結晶直径Ｄを読み込む。初期設定温度が適
当な場合には、結晶直径Ｄは図６の直線Ｐ₀Ｑ₀のように
一定になる。しかし、初期設定温度が適当でない場合に
は、結晶直径Ｄは例えば直線Ｐ₀Ｑ₁又はＰ₀Ｑ₂のように
変化する。

【００３７】（１１６）直径設定器４２にシフトパルス
を供給する。直径設定器４２はこれに応答して、Ｄ
₀（Ｌ＋ΔＬ）＝Ｄが成立するように、目標直径パター
ンＤ₀（Ｌ）をＬ軸方向へΔＬシフトさせる。例えば、
結晶直径Ｄが直線Ｐ₀Ｑ₁のように変化した場合には、点
Ｑ₁が点Ｒ₁に一致するように目標直径パターンＤ
₀（Ｌ）をＬ軸方向へΔＬ₁シフトさせる。また、結晶直
径Ｄが直線Ｐ₀Ｑ₂のように変化した場合には、点Ｑ₂が
点Ｒ₂に一致するように目標直径パターンＤ₀（Ｌ）をＬ
軸方向へΔＬ₂シフトさせる。

【００３８】（１１８）直径設定器４２からこのシフト
ΔＬを読込む。

【００３９】（１２０）差Ｄ−Ｄ₀（Ｌ₀）に応じた、ヒ
ータ１８に供給する電力の補正ΔＰを算出し、ヒータ１
８へ供給する電力を現在値からこのΔＰだけ変化させ
る。このΔＰは、例えば次式で算出される。

【００４０】 ΔＰ＝Ｋ（Ｄ−Ｄ₀（Ｌ₀））（Ｋは定数）・・・（２）（１２２）融液２２の温度が安定するのを待つため
に、設定時間、例えば５分間経過するのを待つ。

【００４１】このような処理により、湯面２２Ｓの温度
の初期値を適当な値にすることができ、かつ、結晶直径
Ｄの目標パターンＤ₀を修正することができるので、以
下の絞り部直径制御の精度が高められる。

【００４２】Ｃ）．絞り部直径制御（１３０）モータ２４をオンし、切換スイッチ５４を可
変速モータコントローラ５０側にして、以下の処理と並
行してワイヤ２６の引上げ速度をＰＩＤ動作で制御す
る。

【００４３】（１３２）引上げ速度Ｖ、直径制御偏差Δ
Ｄ及び結晶長Ｌを読込む。

【００４４】（１３４）Ｌ＋ΔＬ≧Ｌ_maxであれば絞り
部直径制御を終了し、不図示のコーン部直径制御に移
る。Ｌ_maxは例えば１５０ｍｍである。Ｌ＋ΔＬ＜Ｌ_max
であれば次のステップ１３６に進む。

【００４５】（１３６）引上げ速度Ｖ及び直径制御偏差
ΔＤから、後述の如くファジィ推論により補正ΔＰ₀を
算出する。この補正ΔＰ₀は、前回の実際の補正ΔＰ_1B
の現時点における影響を考慮していない。

【００４６】（１３８）そこで、今回の実際の補正ΔＰ
₁を、上式（１）のようにして算出する。この補正ΔＰ₁
でヒータ供給電力を補正すれば、過剰補正が防止され、
結果として直径制御偏差のハンチングが小さくなる。な
ぜならば、時定数τは１０分程度と比較的大きいので、
前回の補正の現時点における影響｛１−ｅｘｐ（−τ／
ｔ）｝ΔＰ_1Bが今回の補正に影響するが、｛１−ｅｘｐ
（−τ／ｔ）｝ΔＰ_1Bが今回の補正ΔＰ₀から差引かれ
るからである。

【００４７】（１４０）ヒータ１８へ供給する電力を現
在値からこのΔＰ₁だけ変化させる。次に、上記ステッ
プ１３２に戻る。

【００４８】次に、上記ステップ１３６の処理を詳説す
る。

【００４９】図７（B）に示す如く、直径制御偏差ΔＤ
について、適当（適）、負で絶対値が大きい（負大）及
び正で絶対値が大きい（正大）の３つのメンバシップ関
数を用いる。なお、制御偏差は±３ｍｍ以内に抑えられ
るものとする。

【００５０】同様に、図７（Ａ）に示す如く、引上げ速
度Ｖについて、適当（適）、遅い（遅）及び速い（速）
の３つのメンバシップ関数を用いる。なお、引上げ速度
Ｖは、本実施例では１〜５［ｍｍ／ｓｅｃ］の範囲で制
御される。

【００５１】同様に、図７（Ｃ）に示す如く、電力補正
ΔＰについて、補正の必要なし（無補正）、負の補正が
必要（負補正）及び正の補正が必要（正補正）の３つの
メンバシップ関数を用いる。なお、電力補正ΔＰは、手
動操業の際に用いられる電力補正用ダイアルの目盛り−
３〜３の範囲で行われるものとする。

【００５２】ここで、引上げ速度Ｖが遅いほど、ヒータ
供給電力Ｐが小さいほど、結晶直径Ｄが大きくなる。そ
こで、これらのメンバシップ関数の間に、下表１に示す
ようなファジィ制御規則を適用する。すなわち、直径制
御偏差ΔＤが負で大きく、かつ、引上げ速度Ｖが遅い場
合（この条件を（ΔＤ：負大）ＡＮＤ（Ｖ：遅）と表
す。以下、他の条件についても同様に表す。）には、負
の電力補正を行い、直径制御偏差ΔＤが正で大きく、か
つ、引上げ速度Ｖが速い場合には、正の電力補正を行
い、その他の場合には、電力補正の必要がないというフ
ァジィ制御規則を適用する。

【００５３】

【表１】例えば、ΔＤ＝−１．５ｍｍ、Ｖ＝１．５ｍｍ／ｓｅｃ
の場合には、図７及び図８から、次のようにして電力補
正ΔＰ₀を算出する。

【００５４】負の電力補正については、（ΔＤ：負大）
ＡＮＤ（Ｖ：遅）＝０．５ＡＮＤ０．７５＝０．５とな
り、図８（Ａ）に示す斜線部の範囲を決定する。

【００５５】正の電力補正については、（ΔＤ：正大）
ＡＮＤ（Ｖ：速）＝０ＡＮＤ０＝０となり、無視する。

【００５６】電力補正不要については、（ΔＤ：負大）ＡＮＤ（Ｖ：適）＝０．５ＡＮＤ０．２５＝０．２５（ΔＤ：負大）ＡＮＤ（Ｖ：速）＝０．５ＡＮＤ０＝０（ΔＤ：適）ＡＮＤ（Ｖ：遅）＝０．５ＡＮＤ０．７５＝０．５（ΔＤ：適）ＡＮＤ（Ｖ：適）＝０．５ＡＮＤ０．２５＝０．２５（ΔＤ：適）ＡＮＤ（Ｖ：速）＝０．５ＡＮＤ０＝０（ΔＤ：正大）ＡＮＤ（Ｖ：遅）＝０ＡＮＤ０．７５＝０（ΔＤ：正大）ＡＮＤ（Ｖ：適）＝０ＡＮＤ０．２５＝０となり、最大値０．５をとって、図８（Ｂ）に示す斜線
部の範囲を決定する。

【００５７】次に、図８（Ａ）に示す面積と図８（Ｂ）
に示す面積との論理和を求める。この論理和は図８
（Ｃ）に示す如くなる。図８（Ｃ）の斜線部の面積の重
心−０．３７５（縦に分割して左右の面積が等しくなる
分割線の位置）がこの場合の電力補正ΔＰ0となる。す
なわち、負の電力補正のみを考えると、図８（Ａ）に示
す斜線部の面積の重心−１．８３となるが、図８（Ｂ）
に示す補正不要の大きさを考慮すると、結果として−
０．３７５となる。

【００５８】以上述べたようなファジィ制御を行えば、
引上げ速度を直径制御偏差と同じ考え方で直径制御に容
易に取り入れることができ、かつ、制御パラメータ（メ
ンバシップ関数の形状及びファジィ推論規則）を、ＰＩ
Ｄ制御において決定する制御定数よりも容易に決定する
ことができる。

【００５９】次に、本実施例の効果を、数値を挙げて説
明する。

【００６０】ここで、結晶絞り部育成の本来の成功率と
は、結晶絞り部を形成して無転移にすることができたも
のをいう。しかし、無転移にすることができるかどうか
は単結晶の形状以外の条件にも依存する。また、直径制
御を行う本実施例の効果は単結晶の形状に基づく効果の
みを考えるべきである。そこで、以下においては、絞り
部育成制御が成功とは、結晶直径２．５〜４ｍｍ以下の
部分が長さ１０ｍｍ以上続いたものをいうものとする。

【００６１】（Ａ）図３に示す処理並びに図４に示すス
テップ１１０〜１１４、１２０及び１２２の処理を行
い、図５に示すステップ１３０の処理を行った後、ヒー
タ供給電力Ｐを一定にする絞り部育成制御を、２０本の
種結晶３０について行った。この場合の成功率は４３％
（９本成功）であった。

【００６２】（Ｂ）図３に示す処理並びに図４に示すス
テップ１１０〜１１４、１２０及び１２２の処理を行
い、図６に示すステップ１３０〜１３６、１４０の処理
を行う絞り部育成制御を、２０本の種結晶３０について
行った。この場合の成功率は５５％（１１本成功）であ
った。

【００６３】（Ｃ）図３〜５に示す全処理を行う絞り部
育成制御を、２０本の種結晶３０について行った。この
場合の成功率は８０％（１６本成功）であった。上記
（Ｂ）の場合よりも成功率を相当高くすることができた
原因は、図４に示すステップ１１６及び１１８の処理を
行ったことと、図５に示すステップ１３８の処理を行っ
たことによるが、前者の処理の効果の方が後者の処理の
効果よりも大きいと思われる。

【００６４】なお、本発明には外にも種々の変形例が含
まれる。例えば、上記実施例では、メンバシップ関数の
形状が３角形である場合を説明したが、これはガウス分
布等の曲線であってもよい。また、ファジィ推論規則は
表１に示すものが好ましいが、本発明はファジィ制御を
ヒータ供給電力の補正に用いかつ引上げ速度をファジィ
制御に取入れた点に特徴があり、表１に示すものに限定
されない。同様に、ファジィ推論規則に従った上記計算
方法（図８）についても上記方法（ｍｉｎ−ｍａｘ法）
に限定されない。

【００６５】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明に係る方法で
は、直径制御偏差の大小と引上げ速度の大小との組合わ
せをファジィ推論条件とし、該条件に応じ、融液加熱用
ヒータへ供給する電力の補正値をファジィ推論に基づい
て算出し、該補正値に基づいてヒータ供給電力を補正す
るので、単結晶ネック部育成自動制御が可能となり、ま
た、引上げ速度を直径制御偏差と同じ考え方で直径制御
に容易に取り入れることができ、かつ、制御パラメータ
を容易に決定することができるという効果を奏する。

【００６６】前回の実際のヒータ供給電力補正値がΔＰ
_1Bで、算出された今回のヒータ供給電力補正値がΔＰ₀
の場合に、今回の実際のヒータ供給電力ΔＰ₁を、ΔＰ₁
＝ΔＰ₀−｛１−ｅｘｐ（−τ／ｔ）｝ΔＰ_1B（但し、
ｔは電力補正の時間間隔、τは時定数）として算出すれ
ば、過剰補正が防止され、結果として直径制御偏差のハ
ンチングが小さくなり、直径制御の精度がさらに向上す
るという効果を奏する。

【００６７】上記発明を解決するための手段及びその作
用の欄における（１）の方法を、同（２）の処理後に行
えば、湯面温度の初期値を適当な値にすることができ、
かつ、結晶直径の目標パターンを修正することができる
ので、（１）の方法による効果がさらに高められるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法が適用された単結晶ネック部育成自
動制御装置のブロック図である。

【図２】単結晶ネック部育成自動制御装置の適用対象の
断面概略図である。

【図３】図１に示すマイクロコンピュータ５８のソフト
ウエア構成を示すフローチャートである。

【図４】図１に示すマイクロコンピュータ５８のソフト
ウエア構成を示すフローチャートである。

【図５】図１に示すマイクロコンピュータ５８のソフト
ウエア構成を示すフローチャートである。

【図６】直径設定器４２に設定される結晶直径目標パタ
ーンＤ₀（Ｌ）を示す線図である。

【図７】（Ａ）は、直径制御偏差ΔＤについて、適当
（適）、負で絶対値が大きい（負大）及び正で絶対値が
大きい（正大）の３つのメンバシップ関数を示す線図で
あり、（Ｂ）は、引上げ速度Ｖについて、適当（適）、
遅い（遅）及び速い（速）の３つのメンバシップ関数を
示す線図であり、（Ｃ）は、電力補正ΔＰについて、補
正の必要なし（無補正）、負の補正が必要（負補正）及
び正の補正が必要（正補正）の３つのメンバシップ関数
を示す線図である。

【図８】ファジィ推論規則に従った電力補正計算説明図
である。

【符号の説明】

１６石英坩堝１８ヒータ２０黒鉛断熱材２２融液２６ワイヤ３０種結晶３２シリコン単結晶３４チャンバ３８ＣＣＤカメラ４４ロータリエンコーダ４７減算器６２２色放射温度計

【外１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶直径の制御偏差が零に近づくように
該結晶の引上げ速度を調節し（４０〜５６、１３０）、
該結晶直径の制御偏差（ΔＤ）の大小と該引上げ速度
（Ｖ）の大小との組合わせをファジィ推論条件とし、該
条件に応じ、融液加熱用ヒータ（１８）へ供給する電力
の補正値をファジィ推論に基づいて算出し（５８、１３
６）、該補正値に基づいて該ヒータ供給電力を補正する
（１４０）ステップを有し、無転移にするために種結晶
に続く細く絞った結晶ネック部をＣＺ法により育成する
ことを特徴とする単結晶ネック部育成自動制御方法。
【請求項２】前記ファジィ推論は、前記結晶直径の制
御偏差が負で絶対値が大きく、かつ、前記引上げ速度が
遅い場合に、前記ヒータ供給電力に対し負の補正をし、
該結晶直径の制御偏差が正で絶対値が大きく、かつ、該
引上げ速度が速い場合に、該ヒータ供給電力に対し正の
補正をするという規則を有し、該規則に基づいて、該ヒ
ータ供給電力の補正値を算出することを特徴とする、請
求項１記載の方法。
【請求項３】前回の実際の前記ヒータ供給電力補正値
がΔＰ_1Bで、算出された今回の該ヒータ供給電力補正値
がΔＰ₀の場合に、今回の実際の該ヒータ供給電力ΔＰ₁
をΔＰ₁＝ΔＰ₀−｛１−ｅｘｐ（τ／ｔ）｝ΔＰ_1Bとし
て算出する（１３８）ことを特徴とする請求項１又は２
記載の方法。
【請求項４】坩堝内融液加熱用ヒータ（１８）への供
給電力を一定にし、かつ、該融液表面（２２Ｓ）に接触
している種結晶（３０）を定速で設定時間引き上げて、
単結晶（３２）を育成し（１１０、１１２）、該設定時
間経過後に、該引上げを停止し、該単結晶の下端直径を
測定し、該測定直径の期待値からのずれに応じて、該ヒ
ータに供給する電力を補正し、該ずれが零になるように
結晶引上げ長さに対する目標直径のパターンを該引上げ
長さ方向にシフトさせ（１１４〜１２０）、一定時間経
過するのを待った後（１２２）、請求項１乃至３のいず
れかに記載の方法を実行することを特徴とする単結晶ネ
ック部育成自動制御方法。