(57)【要約】    【課題】  育成されるシリコン単結晶インゴットの大口径化・長尺化により引上げ重量が増加しても、安定にかつ信頼性高く引上げることが可能なシリコン単結晶引上方法を提供する。    【解決手段】  ＣＺ法によりシリコン単結晶を成長させ、引上げ途中において、育成したシリコン単結晶の所定部位を機械的把持手段により把持し、前記種結晶の引上軸による荷重支持からこの機械的把持手段の引上軸による荷重支持に切り換えて、その後のシリコン単結晶の育成を行う引上操作において、単結晶成長界面の直径計測値により引上速度を制御する直径制御システムの速度制御ループからの速度指示値に基づき、基本的に、種結晶引上軸の駆動モータの制御、および把持引上軸の駆動モータの制御の双方を行い、これに（ａ）直近の実績値に基づく指示値補正、（ｂ）引上げワイヤの長さ変動によるワイヤのバネ特性変化補正、（ｃ）引上げワイヤの熱膨張補正、（ｄ）指示値の急激な変化におけるスロープ制御補正などの補正制御を加えてシリコン単結晶の引上げを行う。【選択図】            図２
2006143486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン融液に種結晶を一旦浸漬しこの種結晶を引上げることにより種結晶後端部にシリコン単結晶を育成するシリコン単結晶の引上方法であって、シリコン単結晶の引上げ途中において、育成したシリコン単結晶の所定部位を機械的把持手段により把持し、前記種結晶の引上軸による荷重支持からこの機械的把持手段の引上軸による荷重支持に切り換えて、その後のシリコン単結晶の育成を行うにおいて、
単結晶成長界面における直径計測値と目標直径値とを比較し、その偏差の大きさにより目標直径値に近似するように引上速度を制御する直径制御システムの速度制御ループからの速度指示値に基づき、種結晶引上軸のマスター引上手段の駆動モータの制御、および把持引上軸のスレーブ引上手段の駆動モータの制御の双方を行う引上方法であって、
前記速度制御ループによる速度指示値をＳ／Ｌ（Ｔ）、マスター引上手段の速度制御サブループによる速度指示値をＳ／Ｌ（Ｍ）、スレーブ引上手段の速度制御サブループによる速度指示値をＳ／Ｌ（Ｓ）とした場合に、基本的に、
荷重乗り移り開始から荷重乗り移り完了までの荷重乗り移り期間を、Ｓ／Ｌ（Ｍ）＝β（Ｓ／Ｌ（Ｔ））、Ｓ／Ｌ（Ｓ）＝γ（Ｓ／Ｌ（Ｔ））  （但し、β＜１、１＜γ）とし、かつＳ／Ｌ（Ｍ）とＳ／Ｌ（Ｓ）の合成速度がＳ／Ｌ（Ｔ）に一致するようにし、
一方、これと並行して各軸の張力値を計測し、その比が所定値に達することによって、前記荷重の乗り移り完了のトリガとすることを特徴とするシリコン単結晶の引上方法。
【請求項２】
前記マスター引上手段の速度制御サブループによる速度指示値Ｓ／Ｌ（Ｍ）およびスレーブ引上手段の速度制御サブループによる速度指示値Ｓ／Ｌ（Ｓ）が、
（ａ）直近の実績値に基づく指示値補正サブループ、
（ｂ）引上進行に伴う引上げ線条体の長さ変動による、線条体のバネ特性変化補正サブループ、
（ｃ）引上げ線条体の暴露される温度域を考慮した熱膨張補正サブループ、および
（ｄ）指示値の急激な変化におけるスロープ制御による補正サブループ
からなる群より選択される少なくともいずれか１つのさらに下位のサブループによって補正されるものである請求項１に記載のシリコン単結晶の引上方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶の引上方法に関するものである。詳しく述べると本発明は、チョクラルスキー法に基づきシリコン単結晶を育成するにおいて、引上途中で単結晶インゴットの所定部位を側面より機械的に把持し、種結晶引上軸による引上げからこの把持軸による引上げに切替え、大重量化したインゴットを信頼性高く引上げる引上方法に関し、特にその引上における制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）、大規模集積回路（ＬＳＩ）等のデバイスにおける基本材料としてのシリコン単結晶の製造方法の１つとして、チョクラルスキー法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ法、ＣＺ法と略称される。）が知られている。この方法においては、多結晶原料を坩堝に入れて加熱溶融し、単結晶の種結晶を溶融液に浸漬してから引上げて種結晶後方に単結晶インゴットを成長させるものである。
【０００３】
近年、ＬＳＩ製造技術の進歩により１個の電子回路がますます微小化する一方、加工基板となる単結晶ウェハーの面積を大きくして１回のプロセスでウェハー中に形成される回路数の増大を図ることにより、１つの回路当たりのコストの低減が図られている。このため、単結晶製造技術に対し、大直径化が絶えず要求されており、同時に、単結晶製造時の時間当たりの生産性を高めるため、１本の単結晶インゴットの長さを長くする方法も追求されている。
【０００４】
ＣＺ法による引上げ装置においては、従来、融液面に対して種結晶を昇降する引上げワイヤー等の種結晶引上手段によって、種結晶後方に育成される単結晶インゴットをそのまま引上げる構成が取られていたが、この場合、この単結晶インゴットの重量は、前記種結晶ないしはその直下に結晶の無転位化を図るために形成されるダッシュネック（Ｄａｓｈ  ｎｅｃｋ）部と称される小口径部分によって受けることとなる。しかしながら、このダッシュネック部は、口径が３〜４ｍｍ程度であり、せいぜい２００ｋｇ程度の重量にしか耐えられないものであった。
【０００５】
このように従来の引上げ装置においては、インゴットの大口径化、長尺化に限界があった。
【０００６】
このため、単結晶インゴットの大口径化・長尺化に伴う重量増加に対処すべく、引上げ機構における改良が種々提案されている。
【０００７】
例えば、特許文献１特公平７−５１５号公報においては、ダッシュネック部による無転位化後、所望口径まで拡径していくいわゆるコーン部において、一旦縮径してクビレ部を形成し、この部位にツメ状の係止部材を引架けることによりインゴットを把持する把持手段を別途設け、この把持手段を昇降することで単結晶を引上げる方法が、さらに特許文献２特開平７−１７２９８１号公報においては、空圧シリンダによって開閉可能な複数のアームを有する把持手段を単結晶の成長軸方向から単結晶インゴットを囲撓するように配し、前記空圧シリンダを作動させてこの複数のアームのそれぞれ先端部に設けられた把持部を、単結晶インゴットの直胴部に押圧することでインゴットを把持し、この把持手段を昇降することで単結晶を引上げる方法が開示されている。また特許文献３特開平１０−２７３３８７号公報においては、ダッシュネック部を形成後、コーン部を形成する前に、ネック部に比して単結晶の重量保持に十分な大きさの口径を有する略円筒状の把持部（以下、「ミニ直胴部」とも称する。）を設け、この部位を側面側から機械的に把持してその後の単結晶を引上げる方法が開示されており、その把持機構としては、１対ないしは複数の開閉アームより構成されるもの、内周側に逆テーパ面を有するガイドリング（規制子）とこの逆テーパ面に対し上下方向にスライド可能に係止された複数の挟持用コマ（移動子）とから構成されるものなどが示されている。
【０００８】
しかしながら、このように、シリコン単結晶の引上途中において単結晶を機械的に把持し、種結晶引上軸によるシリコン単結晶の荷重支持から把持軸による荷重支持に切替える操作は、非常に微妙な制御が必要であり、何らかのズレ等が生じて成長界面に少しでもショックが伝わると、育成単結晶が有転位化してしまうといった事態が発生してしまうこととなる。このように、単結晶育成途中で機械的把持を行う引上方法においては、その把持手段の構造等もさることながら、その引上げの制御方法が、安定にかつ安全に単結晶を育成する上で非常に重要であるが、上記したような文献においてはこれらの点が何ら開示されていない。
【０００９】
また、特許文献４特開平１０−８１５８１号には、前記したようなミニ直胴部様の係合段部を機械的に把持する方法において、種結晶引上手段のモーターと把持引上手段のモーターとの、一方を速度制御方式とし、他方を張力制御方式として、双方を同調させて単結晶を引き上げる方法が開示されている。また、特許文献５特開平１０−１０１４７３号には、同様に単結晶育成途中に機械的に把持する方法において、種結晶引上軸から把持軸への荷重乗り移りの際の、種結晶引上軸と把持軸との速度制御パターンが示されている。すなわち、種結晶引上軸側の上昇速度をＶａ、この引上軸に対する把持軸の相対上昇速度をＶｂとした場合、把持軸側が上昇し始めた時点からＶａ＋Ｖｂが一定になるように制御され、引上軸側の減速分に応じた速度だけで把持軸側が増速され、Ｖａがゼロとなった時にＶｂが所定の引上速度に達し（乗り移り完了）、それ以降は把持軸側だけによる引上げに移行することが記載されている。
【特許文献１】特公平７−５１５号公報
【特許文献２】特開平７−１７２９８１号公報
【特許文献３】特開平１０−２７３３８７号公報
【特許文献４】特開平１０−８１５８１号
【特許文献５】特開平１０−１０１４７３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献４および５においても、開示されるところはごく概念的かつ抽象的なもののみである。さらに、特許文献４に記載される制御方法は、荷重乗り移り完了以降の定常的時期における制御を主とするものであり、把持開始から荷重乗り移り完了までの時期における制御については特段触れられいない。また特許文献５においても、開示される所定の関係を満たすように双方の引上軸の引上速度をいかにして制御するかは何ら開示されておらず、また同公報の図３に示されるような速度制御パターンでは、実際に操業する上で安定な引上操作を達成することは困難である。
【００１１】
このように、単結晶インゴットの大口径化・長尺化に伴う重量増加に対処するために、種々の方法が従来提唱されているものの、安定して操業することが可能という程度のものはなかった。
【００１２】
従って、本発明は、新規なシリコン単結晶の引上方法を提供することを課題とするものである。本発明はまた育成されるシリコン単結晶インゴットの大口径化・長尺化により引上げ重量が増加しても、安定にかつ信頼性高く引上げることが可能なシリコン単結晶の引上方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決する本発明は、（１）  シリコン融液に種結晶を一旦浸漬しこの種結晶を引上げることにより種結晶後端部にシリコン単結晶を育成するシリコン単結晶の引上方法であって、シリコン単結晶の引上げ途中において、育成したシリコン単結晶の所定部位を機械的把持手段により把持し、前記種結晶の引上軸による荷重支持からこの機械的把持手段の引上軸による荷重支持に切り換えて、その後のシリコン単結晶の育成を行うにおいて、
単結晶成長界面における直径計測値と目標直径値とを比較し、その偏差の大きさにより目標直径値に近似するように引上速度を制御する直径制御システムの速度制御ループからの速度指示値に基づき、種結晶引上軸のマスター引上手段の駆動モータの制御、および把持引上軸のスレーブ引上手段の駆動モータの制御の双方を行う引上方法であって、
前記速度制御ループによる速度指示値をＳ／Ｌ（Ｔ）、マスター引上手段の速度制御サブループによる速度指示値をＳ／Ｌ（Ｍ）、スレーブ引上手段の速度制御サブループによる速度指示値をＳ／Ｌ（Ｓ）とした場合に、基本的に、
荷重乗り移り開始から荷重乗り移り完了までの荷重乗り移り期間を、Ｓ／Ｌ（Ｍ）＝β（Ｓ／Ｌ（Ｔ））、Ｓ／Ｌ（Ｓ）＝γ（Ｓ／Ｌ（Ｔ））  （但し、β＜１、１＜γ）とし、かつＳ／Ｌ（Ｍ）とＳ／Ｌ（Ｓ）の合成速度がＳ／Ｌ（Ｔ）に一致するようにし、
一方、これと並行して各軸の張力値を計測し、その比が所定値に達することによって、前記荷重の乗り移り完了のトリガとすることを特徴とするシリコン単結晶の引上方法である。
【００１４】
また、本発明のシリコン単結晶の引上方法においては、（２）前記マスター引上手段の速度制御サブループによる速度指示値Ｓ／Ｌ（Ｍ）およびスレーブ引上手段の速度制御サブループによる速度指示値Ｓ／Ｌ（Ｓ）が、
（１）直近の実績値に基づく指示値補正サブループ、
（２）引上進行に伴う引上げ線条体の長さ変動による、線条体のバネ特性変化補正サブループ、
（３）引上げ線条体の暴露される温度域を考慮した熱膨張補正サブループ、および
（４）指示値の急激な変化におけるスロープ制御による補正サブループ
からなる群より選択される少なくともいずれか１つのさらに下位のサブループによって補正されるものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明においては、単結晶成長界面における直径計測値と目標直径値とを比較しその偏差の大きさにより目標直径値に近似するように引上速度を制御する直径制御システムの速度制御ループからの速度指示値に基づき、主軸引上手段の駆動モータの制御、および把持軸引上手段の駆動モータの制御の双方を行うものであるから、引上実績に即して追従性良く、双方の引上軸の駆動制御が可能である。従って、シリコン単結晶インゴット引上げ操作途中において、育成されるシリコン単結晶インゴットを機械的把持手段によって把持し、当該把持手段での把持による単結晶引上げに切り替える際の、主軸と把持軸との微妙な制御を可能とし、引上げ操作を安定にかつ安全に行うことができる。
【００１６】
このため、大口径大重量のシリコン単結晶インゴットの安定した引上げ操作が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を具体的実施態様に基づきより詳細に説明する。
【００１８】
本発明の単結晶引上方法においては、ＣＺ法に基づき、シリコン融液に種結晶を一旦浸漬しこの種結晶を引上げることにより種結晶後端部にシリコン単結晶を育成し、シリコン単結晶の引上げ途中において、育成したシリコン単結晶の所定部位を機械的把持手段により把持し、前記種結晶の引上軸（以下、「主軸」ないし「マスター」とも称する。）による荷重支持からこの機械的把持手段の引上軸（以下、「把持軸」ないし「スレーブ」とも称する。）による荷重支持に切り換えて、その後のシリコン単結晶の育成を行う方法において適用される。本発明において、前記機械的把持手段の構成およびその把持のために単結晶側に形成される把持部の構成としては特に限定されるものではなく、例えば、単結晶インゴットに形成されたクビレ状の係止部に引架けるツメ状の係止部材を有する把持手段、単結晶インゴットの半径方向に開閉可能な１対ないしは複数の開閉アームより構成される把持手段、内周側に逆テーパ面を有するガイドリング（規制子）とこの逆テーパ面に対し上下方向にスライド可能に係止された複数の挟持用コマ（移動子）とから構成される把持手段等によって、単結晶インゴットに形成されたくびれ状、ミニ直胴状等の把持部、あるいは単結晶インゴットの直胴部そのものを把持する等のいかなる態様においても適用可能である。
【００１９】
まず、本発明に係る引上制御法を説明するのに先立ち、このような機械的把持を行う引上操作の概要を、図面に基づき説明する。図７は、このような機械的把持を行う一態様例における引上状態の概略図である。この例においては、単結晶インゴットにミニ直胴部を形成し、これをガイドリングとその内部に配された挟持用コマからなる把持手段で把持する構成とされている。
【００２０】
単結晶引上操作は、まずＣＺ法における一般的手順に基づき、単結晶引上げ装置内に配置された坩堝１内に多結晶シリコンおよび必要に応じて添加されるドーパントなどの原料を所定量装填し、加熱ヒータ等によって加熱して原料を溶融して融液２を形成し、該融液に、種結晶保持手段４に保持された種結晶３を一旦浸漬し、その後、前記種結晶保持手段に連結された主軸引上手段のワイヤ５によって種結晶を軸回りに回転させながら引上げ、種結晶の下端に単結晶６を成長させていく。無転位化のために一旦径を直径３〜４ｍｍ程度まで絞ってダッシュネック部６ａを形成後、前記ダッシュネック部の直径よりも大きくかつ直胴部６ｄの直径より小さな所望直径にまで拡径したところで、この径を維持して所定長、例えば、１０〜１５０ｍｍだけ引上げ、把持部としてのミニ直胴部６ｂを形成する。このようにしてシリコン単結晶インゴットにミニ直胴部を形成したら、再度育成単結晶の口径を漸次拡径してコーン部６ｃを形成し、所望口径に達した後はその口径を維持して直胴部６ｄを形成する。その後、引上げを続行し、単結晶引上長が所定の長さとなったら、把持手段７を把持軸引上手段のワイヤ８によって、単結晶と係合し得る所期の位置まで下降させ待機させる。これにより、把持手段７とミニ直胴部６ｂとが接触可能となり、把持手段の内部開口部には、引上げられる単結晶インゴットのミニ直胴部が下方より突入してくる。次に、前記したように所定位置まで一旦下降させた把持手段７をワイヤ８によって反対に徐々に上昇させながら又は静止させて、把持手段７によるミニ直胴部６ｂの把持手段への圧入を完了させ、その後さらに把持軸側の引上げ速度を上げていき、主軸側の引上げ速度と等速以上とすることで、把持軸側による荷重支持に切替え、その後インゴットが所望の長さとなるまで引上操作を続行するものである。
【００２１】
しかして、本発明は、このような単結晶引上げ操作における主軸引上手段の駆動モータの制御、および把持軸引上手段の駆動モータの制御に関するものであって、基本的にこれら双方を速度制御方式により制御する。すなわち、単結晶成長界面における直径計測値と目標直径値とを比較しその偏差の大きさにより目標直径値に近似するように引上速度を制御する直径制御システムの速度制御ループによる速度指示値に基づき、主軸引上手段の駆動モータの制御、および把持軸引上手段の駆動モータの制御の双方を行うものである。
【００２２】
この直径制御システムの速度制御ループとしては、特に限定されるものではないが、例えば、図１に示すように、単結晶の成長界面をモニタリングする直胴制御カメラ（ＣＣＤカメラ）１０１、所期の直胴径を入力する操作パネル１０２、制御用自動演算器（以下、「制御ＰＣ」と記する。）１０３、操作用自動演算器（以下、「操作ＰＣ」と記する。）１０４、ハブユニット１０５、およびプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）１０６を備える構成とされ得る。
【００２３】
操作パネル１０２から操作ＰＣ１０４に所定のスポット径の目標値ｄ０が入力されており、直胴制御カメラ１０１により検出された計測値ｄｆが制御ＰＣ１０３に入力されると、目標値ｄ０と実測値ｄｆとの差分Δｄを図示しない差分演算回路により演算し、演算回路からの出力信号と目標値との比較により、引上速度の制御を実行する制御ロジック回路を備えたＰＬＣ１０６によって、単位時間当たりの速度指令に変換され、出力回路によってサーボドライブ（Ｓ／Ｄ）１０７へ速度指示値Ｓ／Ｌ（Ｔ）を出力する。
【００２４】
なお、シリコン単結晶引上げにおけるインゴットの直径制御は、このような速度制御系のみならず、融液温度制御系、結晶回転速度制御系等の他の数値制御系統を有し得る。このような場合、上記したような速度制御系の制御ロジックは、これらの他の数値制御系統における制御ロジックと協調するものとされ、かつ動作タイミングに合わせた系統間待ち合わせも行われる。
【００２５】
図１は、このような直径制御システムの速度制御ループにマスター引上手段の速度制御サブループを接続した状態を示すものであり、これによって、単結晶引上初期においてマスター引上手段のみによる単結晶引上げの制御を行う。
【００２６】
図１において、前記ＰＬＣ１０６にはマスター引上手段のサーボドライブ（Ｓ／Ｄ）１０７が接続され、該Ｓ／Ｄにはマスター引上軸のサーボモータ１０８が接続されている。なおこの例において、サーボモータ１０８には位置検出用のエンコーダ１０９および速度検出用のエンコーダ１１０が装備されている。そしてサーボモータ１０８によって引上軸ドラム１１１が回転され、ドラムに巻装されたワイヤ等の線条体が巻き上げられ、単結晶の引上がなされるようになっている。
【００２７】
またＳ／Ｄ１０７は、位置検出用エンコーダ１０９からの位置フィードバック信号による位置ループを有する。
【００２８】
また、図２は、このような直径制御システムの速度制御ループにマスター引上手段の速度制御サブループおよびスレーブ引上手段の速度制御サブループを接続した状態を示すものであり、これによって、単結晶引上中期以降においてマスター引上手段およびスレーブ引上手段による単結晶引上げの制御を行う。
【００２９】
図２において、図１に示したと同様のＰＬＣ１０６には、各系統のサーボドライブ（Ｓ／Ｄ）１０７、２０７が接続され、各Ｓ／Ｄには各引上軸のサーボモータ１０８、２０８が各々接続されている。サーボモータ１０８、２０８には位置検出用のエンコーダ１０９、２０９および速度検出用のエンコーダ１１０、２１０が装備されている。そして各サーボモータ１０８、２０８によって各引上軸ドラム１１１、２１１が回転され、それぞれのドラムに巻装されたワイヤ等の線条体による単結晶の引上がなされるようになっている。
【００３０】
またＳ／Ｄ１０７、２０７は、それぞれ位置検出用エンコーダ１０９、２０９からの位置フィードバック信号による位置ループを有する。
【００３１】
基本制御
図３は、本発明に基づく単結晶引上げ方法に関し、各フェーズにおける速度制御パターンの基本的な論理を示したものであり、また図４はこのような制御を行った場合の各速度の変化を示すグラフである。
【００３２】
（１）第１フェーズ
図３に示すように、第１フェーズにおいては、マスター引上手段により単結晶インゴット引き上げを行うために、マスターの引上速度Ｓ／Ｌ（Ｍ）は、図１に示したような制御ループによって、直胴制御ループの速度指令値Ｓ／Ｌ（Ｔ）により速度制御される。一方、スレーブは、マスターにより引き上げられる単結晶インゴットの頂部部分が把持開始位置近傍に来るまで、把持手段を単結晶引上装置の引上チャンバの上方空間に保持するために停止しているが、単結晶インゴットの頂部部分が把持開始位置近傍に来たら下降を開始する。ここでスレーブ制御ループには把持開始位置と下降速度が入力される。
【００３３】
（２）第２フェーズ
第２フェーズにおいては、マスターは第１フェーズと同様にＳ／Ｌ（Ｍ）＝Ｓ／Ｌ（Ｔ）により速度制御され、マスター引上手段による単結晶インゴット育成が進行する。一方、スレーブは前記第１フェーズにおいて入力された把持開始位置まで下降したところで、停止し、マスターが上昇してくるのをさらに待機する。
【００３４】
（３）第３フェーズ
第３フェーズは、把持手段にミニ直胴部を圧入し把持状態を形成する段階であるが、ここにおいてもマスターは第１フェーズと同様にＳ／Ｌ（Ｍ）＝Ｓ／Ｌ（Ｔ）により速度制御される。一方、マスターが把持開始位置まで上昇したら、スレーブの上昇速度をＳ／Ｌ（Ｓ）＝α（Ｓ／Ｌ（Ｔ））（なお、αは減速係数で、α＜１である。）ここで、減速係数αは事前の試験等の結果に基づき任意に定めることができる。なお、系全体の実績速度が指令値よりはずれた場合、結晶径の変動としてとらえられるため、Ｓ／Ｌ（Ｔ）が修正され、続いてＳ／Ｌ（Ｍ）、Ｓ／Ｌ（Ｓ）が修正され、系全体の速度は指令値に収束する。
【００３５】
（４）第４フェーズ
第４フェーズは、把持手段にミニ直胴部が圧入され所定の把持状態の形成が完了したと判断される段階であり、このトリガは、引上長さや、マスター、スレーブのロードセルの指示値等から判断する。
【００３６】
（５）第５フェーズ
第５フェーズは、マスターからスレーブへの荷重の乗り移りの段階である。ここにおいてマスターは、荷重の乗り移りを行うため、Ｓ／Ｌ（Ｍ）＝β（Ｓ／Ｌ（Ｔ））（なお、βは減速係数で、β＜１である。）とし、速度を変更（遅く）する。逆にスレーブは、Ｓ／Ｌ（Ｍ）＝γ（Ｓ／Ｌ（Ｔ））（なお、γは加速係数で、γ＞１である。）とし、速度を速くする。ここにおいても、系全体の実績速度が指令値よりはずれた場合、結晶径の変動としてとらえられるため、Ｓ／Ｌ（Ｔ）が修正され、続いてＳ／Ｌ（Ｍ）、Ｓ／Ｌ（Ｓ）が修正され、系全体の速度は指令値に収束する。
【００３７】
なお、前記係数βおよびγは、Ｓ／Ｌ（Ｍ）とＳ／Ｌ（Ｓ）の合成速度が、直胴制御システムの引上速度Ｓ／Ｌ（Ｔ）に一致し、結晶成長速度を所期のものとなるように決められる。
【００３８】
（６）第６フェーズ
第６フェーズは、荷重の乗り移りが完了したと判断される段階であり、少なくとも第５フェーズの後期より、マスターおよびスレーブの各ロードセルの指示値をモニターし、全重量Ｗ（Ｔ）＝Ｗ（Ｍ）＋ΣＷ（Ｓｎ）（なお、ｎはスレーブ引上軸の線条体の数である。）に対し、マスターの重量がＷ（Ｍ）＝ζ（Ｗ（Ｔ））となったときを把持完了のトリガとする。
【００３９】
（７）第７フェーズ
第７フェーズは、荷重の一部又は全体がスレーブ側で支持された状態でのその後の引上げの段階であり、ここにおいては、マスターの引上速度Ｓ／Ｌ（Ｍ）は、直胴制御ループの速度指令値Ｓ／Ｌ（Ｔ）に一致するように制御され、スレーブ側の速度をマスターと同期させる（Ｓ／Ｌ（Ｍ）＝Ｓ／Ｌ（Ｓ））。
【００４０】
補正制御
以上を基本とし、さらに各軸について補正制御を行うことが望ましい。補正制御としては例えば、次のような制御である。
【００４１】
（１）直近の指令値と実績値との比較から、指令値補正
（２）引上進行に伴う引上げ線条体の長さ変動による、線条体のバネ特性変化補正
（３）引上げ線条体の暴露される温度域を考慮した熱膨張補正
（４）指示値の急激な変化におけるスロープ制御による補正
これらの補正制御は、それぞれ独立してシーケンサまたはパーソナルコンピュータなどの自動演算装置等を用いて行うことができる。
【００４２】
まず、上記（１）の補正制御は、例えば、図５に示すような制御ループにより行われる。前記したように、サーボドライバー（Ｓ／Ｄ）は、サーボモーターの位置検出用エンコーダによるフィードバック回路を有するが、低速で結晶巻上げ用サーボモーターを動作させた場合、位置検出用エンコーダの応答性が悪く、また、伝達系（アナログ信号系）のロス、ノイズによりＰＬＣの指令値がＳ／Ｄにうまく伝わらないという事象が起こり得る。
【００４３】
この場合、図５に示すように、サーボモータの速度検出用エンコーダを用いた制御ループにより、ＰＬＣの指令値を補正する「補正係数」を作成し、ＰＬＣ指令値の補正を行う。
【００４４】
補正係数＝（直前の補正係数＋直前の指令値／実績値）／２
次に、上記（２）の補正制御につき説明する。引上げ操作の進行に伴なって引上げ線条体（ワイヤ）の長さが短くなると、線条体の見かけのバネ定数が大きくなって、線条体の伸びは減少する。このような引上げ線条体のバネ特性の変動によって、ＰＬＣの指令値に対する応答性が変化する。これを補正するために、引上げ線条体の長さをエンコーダーでとらえ（位置エンコーダーのパルス数からワイヤ長さを算出する。）、その時の張力指示値から速度補正を行う。
【００４５】
例えば、前記第５フェーズにおいては、前記したように、係数βおよびγは、Ｓ／Ｌ（Ｍ）とＳ／Ｌ（Ｓ）の合成速度が、直胴制御システムの引上速度Ｓ／Ｌ（Ｔ）に一致するように決められるが、引上げ線条体のバネ特性の変動を考慮し、次の式（１）を満たすようにβおよびγを決めることが望ましい。
【００４６】
（１−β）ｋＭ＋ｎ（１−γ）ｋＳ≒０        （１）
（但し、式中、ｋＭはマスター引上軸の線条体の見かけバネ定数、ｋＳはスレーブ引上軸の線条体の見かけバネ定数、ｎはスレーブ引上軸の線条体の数である。）  なお、線条体の見かけバネ定数ｋｉは荷重Ｗと線条体の長さｌｉとの関数ｋｉ＝ｆ（Ｗ，ｌｉ）で、実験式によって求める。
【００４７】
さらに荷重の乗り移りにおいては、マスターとスレーブの担保荷重の差から、両者に伸びの量の差が生じるので、式（２）により、その補正を加えることが望ましい。
【００４８】
ΔｌＳ−ΔｌＭ＝Ｓ／Ｌ（Ｔ）（γ−β）Δｔ      （２）
（但し、式中、ΔｌＭ、ΔｌＳは、荷重乗り移り開始から荷重乗り移り完了までの荷重乗り移り期間でのマスター及びスレーブの各線条体の長さの変化で、マスターは縮むのでΔｌＭ＜０、スレーブは伸びるのでΔｌＳ＞０である。これらの変化量は事前の試験により計算式で与えられる。またΔｔは制御単位時間である。）
更に具体的には、荷重乗り移り前のマスター引上軸の線条体にかかる荷重をＷＭ、各スレーブ引上軸の線条体にかかる荷重をＷｓとし、制御単位時間Δｔでのマスター及びスレーブの荷重変化をΔＷとすると、荷重乗り移り後のマスター引上軸の線条体にかかる荷重はＷＭ−ΔＷ、各スレーブ引上軸の線条体にかかる荷重はＷｓ＋ΔＷ／ｎとなり、マスター引上軸の線条体の見かけバネ定数ｋＭ及び、スレーブ引上軸の線条体の見かけバネ定数ｋＳは荷重乗り移りの前後で変化しないと近似できるとすれば、マスター及びスレーブの各線条体の長さの変化はΔｌＭ＝−ΔＷ／ｋＭ、Δｌｓ＝  ΔＷ／ｎ／ｋｓとなるので、マスター引上手段の速度制御サブループによる速度指示値Ｓ／Ｌ（Ｍ）及びスレーブ引上手段の速度制御サブループによる速度指示値Ｓ／Ｌ（Ｓ）は、速度制御ループによる速度指示値Ｓ／Ｌ（Ｔ）に対して、
Ｓ／Ｌ（Ｍ）＝Ｓ／Ｌ（Ｔ）−  ΔＷ      ／［ｋＭΔｔ］
Ｓ／Ｌ（Ｓ）＝Ｓ／Ｌ（Ｔ）＋［ΔＷ／ｎ］／［ｋｓΔｔ］
という関係となる。したがって、減速係数β及び加速係数γは、
β＝１−  ΔＷ      ／［ｋＭ（Ｓ／Ｌ（Ｔ））Δｔ］
γ＝１＋［ΔＷ／ｎ］／［ｋｓ（Ｓ／Ｌ（Ｔ））Δｔ］
と表すことができる。つまり、直胴制御システムの引上速度Ｓ／Ｌ（Ｔ）に対して、荷重変化ΔＷと制御時間単位Δｔを決めると、マスター及びスレーブの見かけバネ定数ｋＭ及びｋＳから、マスター引上速度Ｓ／Ｌ（Ｍ）及びスレーブ引上速度Ｓ／Ｌ（Ｓ）は予測できることになる。
【００４９】
次に、上記（３）の補正制御につき説明する。引上げ操作時における引上げ線条体が曝される温度条件によって、引上げ線条体の熱膨張による伸びが変動する。この場合も上記（２）の場合と同様に、この変動によってＰＬＣの指令値に対する応答性が変化する。これを補正するために、事前計測した温度条件に基づき、計算機上で熱膨張による線条体の伸び量を求め、張力指示値からＰＬＣの指令値に対する速度補正を行う。
【００５０】
次に、上記（４）の補正制御につき説明する。上記に説明した図１に示す把持シーケンスに基づく速度変更、あるいは直径測定値から指令される引上速度Ｓ／Ｌ（Ｔ）のフラクチュウエーションによる速度変更等の速度変更において、急激な速度変更を行うと、成長界面に悪影響を及ぼす。これを避けるために、下記の考え方によるスロープ制御を行う。
【００５１】
すなわち、ＰＬＣの前回の指令値をＳ／Ｌ（Ｔ）ｎ−１とし、今回の指令値をＳ／Ｌ（Ｔ）ｎとし、加減速時間をδｔとした場合に、Ｓ／Ｌ（Ｔ）ｎ−１に対するＳ／Ｌ（Ｔ）ｎの比が、定数μ以上であった場合に、ａ＝（Ｓ／Ｌ（Ｔ）ｎ−Ｓ／Ｌ（Ｔ）ｎ−１）／δｔとなる加速度ａを設定し、所望の速度へスロープ制御するものである。なお、ここにおいて、加減速時間δｔは経験的に求める。
【００５２】
さらに前記第７フェーズにおけるマスターとスレーブの引上速度の同期制御は、上記（１）の直近の指令値と実績値との比較による指令値補正制御の考え方に基づき、図６に示すように補正制御補助ループを有する制御ループにより行うことが望ましい。
【００５３】
ここで、図６におけるスレーブの設定値補正（Ｍ／Ｓ）は、マスターのサーボモータにおける位置検出用エンコーダとスレーブのサーボモータにおける位置検出用エンコーダとの同期開始後の積算パルスとの比を求め、スレーブのＳ／Ｌ設定値にこの比を乗じたものを、補正Ｓ／Ｌ設定値とするものである。
【００５４】
補正スレーブＳ／Ｌ設定値＝スレーブＳ／Ｌ設定値×
（同期開始後のマスター側積算パルス／同期開始後のスレーブ側積算パルス）
また、図６におけるマスターの設定値補正（Ｍ）ループおよびスレーブの設定値補正（Ｓ）ループは、上記図５に関して説明した、
補正係数＝（直前の補正係数＋直前の指令値／実績値）／２
を算出するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の単結晶引上げ方法のあるフェーズにおける、マスター引上軸速度の基本制御ロジックの一例の概略構成を示すブロック構成図、
【図２】本発明に係る単結晶引上げ方法の別のフェーズにおける、マスター引上軸速度制御およびスレーブ引上軸速度の基本制御ロジックの一例の概略構成を示すブロック構成図、
【図３】本発明の単結晶引上げ方法に関し、各フェーズにおける基本的な速度制御パターン例のロジックを示した表、
【図４】図３に示したようなロジックで制御を行った場合の各速度指令値の変化を示すグラフ、
【図５】本発明の単結晶引上げ方法において、基本制御ロジックでの速度指令値に対し、直近の指令値と実績値との比較から指令値補正を行う補助制御ロジックの一例の概略構成を示すブロック構成図、
【図６】本発明に係る単結晶引上げ方法のさらに別のフェーズにおける、マスター引上軸速度制御およびスレーブ引上軸速度の同期制御のための、補助制御ロジックの一例の概略構成を示すブロック構成図、
【図７】ＣＺ法に基づくシリコン単結晶の製造工程において、単結晶の機械的把持を行う一態様例における引上状態の概略図。
【符号の説明】
【００５６】
１  坩堝
２  融液
３  種結晶
４  種結晶保持手段
５  主軸引上手段のワイヤ
６  単結晶
６ａ  ダッシュネック部
６ｂ  ミニ直胴部
６ｃ  コーン部
６ｄ  直胴部
７  単結晶インゴット把持手段
８  把持軸引上手段のワイヤ
１０１  直胴制御カメラ
１０２  操作パネル
１０３  制御ＰＣ
１０４  操作ＰＣ
１０５  ハブユニット
１０６  ＰＬＣ
１０７  マスター引上手段のＳ／Ｄ
１０８  マスター引上手段のサーボモータ
１０９  位置検出用エンコーダ
１１０  速度検出用エンコーダ
１１１  引上軸ドラム
１１２  ペンダントスイッチ
２０７  マスター引上手段のＳ／Ｄ
２０８  マスター引上手段のサーボモータ
２０９  位置検出用エンコーダ
２１０  速度検出用エンコーダ
２１１  引上軸ドラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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