JP2003176199A - 単結晶引上げ装置および引上げ方法 - Google Patents
単結晶引上げ装置および引上げ方法Info
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】測定値を補正することにより正確に単結晶の重
量を測定して、所望の形状のテール部を育成することが
できる単結晶引上げ装置および引上げ方法を提供するも
のである。 【解決手段】チョクラルスキー法に用いる単結晶引上げ
装置において、単結晶の直胴部までの結晶直径制御は、
二次元カメラからの結晶直径画像信号に基づき制御装置
により引上げ速度を制御して行ない、テール部の結晶直
径制御は、ロードセルからの結晶重量信号に基づいて制
御装置により引上げ速度を制御して行う単結晶引上げ装
置。また、これを用いた引上げ方法。
量を測定して、所望の形状のテール部を育成することが
できる単結晶引上げ装置および引上げ方法を提供するも
のである。 【解決手段】チョクラルスキー法に用いる単結晶引上げ
装置において、単結晶の直胴部までの結晶直径制御は、
二次元カメラからの結晶直径画像信号に基づき制御装置
により引上げ速度を制御して行ない、テール部の結晶直
径制御は、ロードセルからの結晶重量信号に基づいて制
御装置により引上げ速度を制御して行う単結晶引上げ装
置。また、これを用いた引上げ方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は単結晶引上げ装置お
よび引上げ方法に係わり、特にチョクラルスキー法を用
い、ロードセルにより測定された単結晶重量値を補正し
て用いて結晶直径を制御する単結晶引上げ装置および引
上げ方法に関する。
よび引上げ方法に係わり、特にチョクラルスキー法を用
い、ロードセルにより測定された単結晶重量値を補正し
て用いて結晶直径を制御する単結晶引上げ装置および引
上げ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスに用いられるシリコンウ
ェーハは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）により引上げ
られたシリコン単結晶をスライスして製造される。この
単結晶引上げ時、結晶の形状制御は、引上げ装置の本体
に設けられたカメラポートを通して結晶成長領域を二次
元カメラ等で撮像し、その直径信号に基づいて、ヒータ
への供給電力や単結晶引上げ速度などをパラメータとす
る引上げ条件を調整することにより行われている。
ェーハは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）により引上げ
られたシリコン単結晶をスライスして製造される。この
単結晶引上げ時、結晶の形状制御は、引上げ装置の本体
に設けられたカメラポートを通して結晶成長領域を二次
元カメラ等で撮像し、その直径信号に基づいて、ヒータ
への供給電力や単結晶引上げ速度などをパラメータとす
る引上げ条件を調整することにより行われている。
【０００３】単結晶の引上げを終了するにあたっては、
熱歪による有位転化を防ぐ意味から、結晶径を漸次減少
させていくテール絞りと呼ばれる工程が必要とされる
が、二次元カメラを用いた光学系の条件調整では、大口
径化された単結晶の逆円錐形状をなすテール部の絞り工
程における結晶成長領域を確実に撮像することができ
ず、結晶重量を測定することで引上げ条件の調整が行わ
れている。
熱歪による有位転化を防ぐ意味から、結晶径を漸次減少
させていくテール絞りと呼ばれる工程が必要とされる
が、二次元カメラを用いた光学系の条件調整では、大口
径化された単結晶の逆円錐形状をなすテール部の絞り工
程における結晶成長領域を確実に撮像することができ
ず、結晶重量を測定することで引上げ条件の調整が行わ
れている。
【０００４】従来のシリコン単結晶の重量計測は、特開
昭６２−７２５８９号公報に記載された単結晶引上げ装
置のように、回転する引上げ軸を介してロードセルによ
り重量として捉え、引上げ条件を調整するのに利用して
いる。
昭６２−７２５８９号公報に記載された単結晶引上げ装
置のように、回転する引上げ軸を介してロードセルによ
り重量として捉え、引上げ条件を調整するのに利用して
いる。
【０００５】しかしながら、この公報記載の重量データ
の利用方法は、単なるモニターに過ぎず、正確に単結晶
の重量を測定して、所望の形状のテール部を育成するこ
とができない。
の利用方法は、単なるモニターに過ぎず、正確に単結晶
の重量を測定して、所望の形状のテール部を育成するこ
とができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで、測定値を補正
することにより正確に単結晶の重量を測定して、所望の
形状のテール部を育成することができる単結晶引上げ装
置および引上げ方法が要望されていた。本発明は上述し
た事情を考慮してなされたもので、測定値を補正するこ
とにより正確に単結晶の重量を測定して、所望の形状の
テール部を育成することができる単結晶引上げ装置およ
び引上げ方法を提供することを目的とする。
することにより正確に単結晶の重量を測定して、所望の
形状のテール部を育成することができる単結晶引上げ装
置および引上げ方法が要望されていた。本発明は上述し
た事情を考慮してなされたもので、測定値を補正するこ
とにより正確に単結晶の重量を測定して、所望の形状の
テール部を育成することができる単結晶引上げ装置およ
び引上げ方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の１つの態様によれば、チョクラルスキー法
を用いて単結晶の引上げを行う単結晶引上げ装置におい
て、シリコン融液と成長単結晶との境界部分を撮像する
二次元カメラと、単結晶引上げ用のワイヤーを介して単
結晶の重量を測定するロードセルと、このロードセルお
よび前記二次元カメラからの結晶情報信号を受信し単結
晶引上げ速度を制御する制御装置を有し、単結晶の直胴
部までの結晶直径制御は、二次元カメラからの結晶直径
画像信号に基づき前記制御装置により引上げ速度を制御
して行ない、テール部の結晶直径制御は、ロードセルか
らの結晶重量信号に基づいて前記制御装置により引上げ
速度を制御して行うことを特徴とする単結晶引上げ装置
が提供される。これにより、正確に単結晶の重量が測定
されて、所望の形状のテール部が育成され、単結晶全体
も所望の形状に育成される。
め、本発明の１つの態様によれば、チョクラルスキー法
を用いて単結晶の引上げを行う単結晶引上げ装置におい
て、シリコン融液と成長単結晶との境界部分を撮像する
二次元カメラと、単結晶引上げ用のワイヤーを介して単
結晶の重量を測定するロードセルと、このロードセルお
よび前記二次元カメラからの結晶情報信号を受信し単結
晶引上げ速度を制御する制御装置を有し、単結晶の直胴
部までの結晶直径制御は、二次元カメラからの結晶直径
画像信号に基づき前記制御装置により引上げ速度を制御
して行ない、テール部の結晶直径制御は、ロードセルか
らの結晶重量信号に基づいて前記制御装置により引上げ
速度を制御して行うことを特徴とする単結晶引上げ装置
が提供される。これにより、正確に単結晶の重量が測定
されて、所望の形状のテール部が育成され、単結晶全体
も所望の形状に育成される。
【０００８】好適な一例では、上記テール部の直径制御
は、制御装置に設けられたロードセル演算処理手段によ
り、ロードセルが計測した重量値から固液界面の表面張
力を減算した結晶重量データに基づき引上げ速度を制御
して行う。これにより、正確な重量値を用いることが可
能となり、所望のテール部が育成される。
は、制御装置に設けられたロードセル演算処理手段によ
り、ロードセルが計測した重量値から固液界面の表面張
力を減算した結晶重量データに基づき引上げ速度を制御
して行う。これにより、正確な重量値を用いることが可
能となり、所望のテール部が育成される。
【０００９】また、他の好適な一例では、上記テール部
の直径制御は、重量データよりテール直径を算出し、予
め設定されているテールの直径変化を参照して引上げ速
度を制御して行う。これにより、所望のテール部が育成
される。
の直径制御は、重量データよりテール直径を算出し、予
め設定されているテールの直径変化を参照して引上げ速
度を制御して行う。これにより、所望のテール部が育成
される。
【００１０】また、本発明の他の態様によれば、チョク
ラルスキー法を用いた単結晶引上げ方法において、単結
晶の直径制御はロードセルが計測した重量値から固液界
面の表面張力を減算した結晶重量データに基づき引上げ
速度を制御して行うことを特徴とする単結晶引上げ方法
が提供される。これにより、単結晶の直径制御は正確に
行われる。
ラルスキー法を用いた単結晶引上げ方法において、単結
晶の直径制御はロードセルが計測した重量値から固液界
面の表面張力を減算した結晶重量データに基づき引上げ
速度を制御して行うことを特徴とする単結晶引上げ方法
が提供される。これにより、単結晶の直径制御は正確に
行われる。
【００１１】好適な一例では、上記単結晶の直径制御
は、単結晶のテール部の直径制御である。これにより、
テール部の直径の制御は正確に行われる。
は、単結晶のテール部の直径制御である。これにより、
テール部の直径の制御は正確に行われる。
【００１２】さらに、本発明の他の態様によれば、チョ
クラルスキー法を用いた単結晶引上げ方法において、単
結晶の直胴部までの直径制御は、二次元カメラからの結
晶直径画像信号に基づき引上げ速度を制御して行ない、
テール部の直径制御は、ロードセルからの結晶重量信号
に基づいて行うことを特徴とする単結晶引上げ方法が提
供される。これにより、正確に単結晶の重量が測定され
て、所望の形状のテール部が育成され、単結晶全体も所
望の形状に育成される。
クラルスキー法を用いた単結晶引上げ方法において、単
結晶の直胴部までの直径制御は、二次元カメラからの結
晶直径画像信号に基づき引上げ速度を制御して行ない、
テール部の直径制御は、ロードセルからの結晶重量信号
に基づいて行うことを特徴とする単結晶引上げ方法が提
供される。これにより、正確に単結晶の重量が測定され
て、所望の形状のテール部が育成され、単結晶全体も所
望の形状に育成される。
【００１３】好適な一例では、上記テール部の直径制御
は、所定の形状に対して予め計測された計測重量値を参
照して引上げ速度を制御して行う。これにより、所望の
テール部が育成される。
は、所定の形状に対して予め計測された計測重量値を参
照して引上げ速度を制御して行う。これにより、所望の
テール部が育成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる単結晶引上
げ装置の実施の形態について添付図面を参照して説明す
る。
げ装置の実施の形態について添付図面を参照して説明す
る。
【００１５】図１は本発明に係わる単結晶引上げ装置の
概念図である。
概念図である。
【００１６】図１に示すように、本発明に係わる単結晶
引上げ装置１は、水冷された炉体２と、この炉体２に収
納され原料であるポリシリコンを溶融し溶融シリコンＭ
にする石英ルツボ３と、この石英ルツボ３を保持する黒
鉛ルツボ４と、この黒鉛ルツボ４を囲繞するヒータ５と
を有している。この黒鉛ルツボ４は炉体２を貫通し、ル
ツボ回転モータ６に結合されて回転され、かつ昇降装置
７によって昇降されるルツボ回転軸８に取り付けられて
いる。
引上げ装置１は、水冷された炉体２と、この炉体２に収
納され原料であるポリシリコンを溶融し溶融シリコンＭ
にする石英ルツボ３と、この石英ルツボ３を保持する黒
鉛ルツボ４と、この黒鉛ルツボ４を囲繞するヒータ５と
を有している。この黒鉛ルツボ４は炉体２を貫通し、ル
ツボ回転モータ６に結合されて回転され、かつ昇降装置
７によって昇降されるルツボ回転軸８に取り付けられて
いる。
【００１７】また、石英ルツボ３の上方には、単結晶引
上げのためのシード９を保持するシードチャック１０が
取り付けられた引上げ用のワイヤー１１が設けられてお
り、このワイヤー１１は、炉体２外上部に設けられモー
タ（図示せず）により回転され単結晶Ｉｇを回転させな
がら引上げるワイヤー巻取装置１２により巻取られるよ
うになっている。
上げのためのシード９を保持するシードチャック１０が
取り付けられた引上げ用のワイヤー１１が設けられてお
り、このワイヤー１１は、炉体２外上部に設けられモー
タ（図示せず）により回転され単結晶Ｉｇを回転させな
がら引上げるワイヤー巻取装置１２により巻取られるよ
うになっている。
【００１８】さらに、炉体２のショルダー２ａ外壁に
は、透孔を耐熱ガラスにより塞ぎ透光可能なカメラポー
ト１３が設けられている。このカメラポート１３を貫通
する光軸を有する二次元カメラ１４が炉体２外に設けら
れており、その焦点は単結晶成長領域に合わされて設置
されている。
は、透孔を耐熱ガラスにより塞ぎ透光可能なカメラポー
ト１３が設けられている。このカメラポート１３を貫通
する光軸を有する二次元カメラ１４が炉体２外に設けら
れており、その焦点は単結晶成長領域に合わされて設置
されている。
【００１９】この二次元カメラ１４はＡＤ変換回路１５
に接続され、二次元カメラ１４からの結晶直径信号がＡ
Ｄ変換回路１５に送信されるようになっている。このＡ
Ｄ変換回路１５により結晶直径信号は２値化され、画像
処理装置１６に送信され、画像処理装置１６により画像
処理されて結晶直径データとして切換スイッチ１７を介
して選択的に制御装置１８に出力される。
に接続され、二次元カメラ１４からの結晶直径信号がＡ
Ｄ変換回路１５に送信されるようになっている。このＡ
Ｄ変換回路１５により結晶直径信号は２値化され、画像
処理装置１６に送信され、画像処理装置１６により画像
処理されて結晶直径データとして切換スイッチ１７を介
して選択的に制御装置１８に出力される。
【００２０】また、ワイヤー巻取装置１２にはロードセ
ル１９が設けられており、このロードセル１９は、その
出力である結晶重量信号を増幅するアンプ２０に接続さ
れ、さらに、このアンプ２０はその出力をデジタル化す
るＡＤ変換回路２１に接続され、結晶重量データとして
切換スイッチ１７を介して選択的に制御装置１８に出力
される。
ル１９が設けられており、このロードセル１９は、その
出力である結晶重量信号を増幅するアンプ２０に接続さ
れ、さらに、このアンプ２０はその出力をデジタル化す
るＡＤ変換回路２１に接続され、結晶重量データとして
切換スイッチ１７を介して選択的に制御装置１８に出力
される。
【００２１】二次元カメラ１４から得られた結晶直径画
像信号は、図３に示す引上げ工程中のネック部Ｎ、クラ
ウン部Ｃ、および直胴部Ｂの引上げ時に制御装置１８に
出力され、テール部Ｔの育成時には、切換スイッチ１７
により切り換わって、ロードセル１９から得られた結晶
重量信号は制御装置１８に出力される。この制御装置１
８に出力される結晶直径画像信号から、結晶重量信号へ
の切り換は、事前に制御装置１８にプログラムされ、テ
ール部Ｔの育成工程の開始時に制御装置１８からスイッ
チ制御器１７ｃに切換え信号を送信することで行われ
る。
像信号は、図３に示す引上げ工程中のネック部Ｎ、クラ
ウン部Ｃ、および直胴部Ｂの引上げ時に制御装置１８に
出力され、テール部Ｔの育成時には、切換スイッチ１７
により切り換わって、ロードセル１９から得られた結晶
重量信号は制御装置１８に出力される。この制御装置１
８に出力される結晶直径画像信号から、結晶重量信号へ
の切り換は、事前に制御装置１８にプログラムされ、テ
ール部Ｔの育成工程の開始時に制御装置１８からスイッ
チ制御器１７ｃに切換え信号を送信することで行われ
る。
【００２２】制御装置１８は、一般的なコンピュータが
用いられ、二次元カメラ１４からの結晶直径データを処
理する二次元カメラ演算処理部５０ａと、ロードセル１
９からの結晶重量データを処理するロードセル演算部１
８ｂと、テーブルメモリ１８ｃが設けられたメモリ１８
ｄと、二次元カメラ演算部１８ａ、ロードセル演算部１
８ｂおよび後述する各制御器を制御する制御手段１８を
有し、テーブルメモリ１８ｃには、シリコンの密度情
報、結晶の形状情報、その形状にするのに必要な引上げ
速度、ヒータ入力、ルツボ回転数、ルツボ上昇速度の最
適な条件を予め設定し記憶させてある。この最適な引上
げ条件の各種のデータ等は、理論上からあるいは過去の
経験や実験等によって、種々の結晶形状に対応してそれ
ぞれ求められた最適な値で構成されたものである。
用いられ、二次元カメラ１４からの結晶直径データを処
理する二次元カメラ演算処理部５０ａと、ロードセル１
９からの結晶重量データを処理するロードセル演算部１
８ｂと、テーブルメモリ１８ｃが設けられたメモリ１８
ｄと、二次元カメラ演算部１８ａ、ロードセル演算部１
８ｂおよび後述する各制御器を制御する制御手段１８を
有し、テーブルメモリ１８ｃには、シリコンの密度情
報、結晶の形状情報、その形状にするのに必要な引上げ
速度、ヒータ入力、ルツボ回転数、ルツボ上昇速度の最
適な条件を予め設定し記憶させてある。この最適な引上
げ条件の各種のデータ等は、理論上からあるいは過去の
経験や実験等によって、種々の結晶形状に対応してそれ
ぞれ求められた最適な値で構成されたものである。
【００２３】これらを実際に制御するために制御系とし
て、制御装置１８には、切換スイッチ１７を制御する切
換スイッチ制御器１７ｃ、シリコン融液の温度を制御す
るヒータ５の供給電力量を制御するヒータ制御器５ｃ、
石英ルツボ３の回転数を制御するモータ制御器６ｃ、石
英ルツボ３の高さを制御する昇降装置制御器７ｃ、結晶
の引上げ速度と回転数を制御するワイヤー巻取装置制御
器１２ｃなどが接続されている。これら各制御器６ｃ、
７ｃ、１２ｃなどを制御して、引上げ条件を変更し、結
晶の直径を制御する。
て、制御装置１８には、切換スイッチ１７を制御する切
換スイッチ制御器１７ｃ、シリコン融液の温度を制御す
るヒータ５の供給電力量を制御するヒータ制御器５ｃ、
石英ルツボ３の回転数を制御するモータ制御器６ｃ、石
英ルツボ３の高さを制御する昇降装置制御器７ｃ、結晶
の引上げ速度と回転数を制御するワイヤー巻取装置制御
器１２ｃなどが接続されている。これら各制御器６ｃ、
７ｃ、１２ｃなどを制御して、引上げ条件を変更し、結
晶の直径を制御する。
【００２４】次に本発明に係わる単結晶引上げ装置を用
いたシリコン単結晶の引上げ方法について説明する。
いたシリコン単結晶の引上げ方法について説明する。
【００２５】ポリシリコンを石英ルツボ３に入れ、プロ
グラム化された引上げ工程により引上げが自動的に行わ
れる。このとき二次元カメラ１４は、ネック成長領域Ａ
ｎ、例えば、石英ルツボ３の中心から３ｍｍ外側に偏位
した位置に焦点を合わせ、かつ引上げの開始時点から撮
像可能な電源ＯＮの状態にしておく。
グラム化された引上げ工程により引上げが自動的に行わ
れる。このとき二次元カメラ１４は、ネック成長領域Ａ
ｎ、例えば、石英ルツボ３の中心から３ｍｍ外側に偏位
した位置に焦点を合わせ、かつ引上げの開始時点から撮
像可能な電源ＯＮの状態にしておく。
【００２６】引上げ準備完了後、例えばアルゴンガスを
炉体２の上方より炉体２内に流入させ、ヒータ５に通電
して石英ルツボ３を加熱し、ルツボ回転モータ６に通電
してこのルツボ回転モータ６に結合されたルツボ回転軸
８を回転させて石英ルツボ３を回転させる。
炉体２の上方より炉体２内に流入させ、ヒータ５に通電
して石英ルツボ３を加熱し、ルツボ回転モータ６に通電
してこのルツボ回転モータ６に結合されたルツボ回転軸
８を回転させて石英ルツボ３を回転させる。
【００２７】一定時間が経過した後、ワイヤー１１を下
ろし、シード９をシリコン融液Ｍの液面に接触させなじ
ませる。
ろし、シード９をシリコン融液Ｍの液面に接触させなじ
ませる。
【００２８】しかる後、引上げを開始し、図３（ａ）の
ように二次元カメラ１４でネック成長領域Ａｎをモニタ
する。
ように二次元カメラ１４でネック成長領域Ａｎをモニタ
する。
【００２９】図１に示すように、この二次元カメラ１４
の結晶直径画像情報はＡＤ変換回路１５に送信されて２
値化され、画像処理装置１６により画像処理され、切換
スイッチ２０を介して結晶直径画像データとして図２に
示す制御装置１８に送られ、この制御装置１８の通常用
いられる二次元カメラ演算部１８ａにより、直径の正味
値が算出され、直径の変化分が算出され、テーブルメモ
リ１８ｃに記憶された直径変化分との比較が行われ、制
御部１８ｅにより、ヒータ制御器５ｃ、モータ制御器６
ｃ、昇降装置制御器７ｃ、およびワイヤー巻取装置制御
器１２ｃを制御し、ネックＮが一定の長さ、例えば、３
００ｍｍまで引上げが継続される。
の結晶直径画像情報はＡＤ変換回路１５に送信されて２
値化され、画像処理装置１６により画像処理され、切換
スイッチ２０を介して結晶直径画像データとして図２に
示す制御装置１８に送られ、この制御装置１８の通常用
いられる二次元カメラ演算部１８ａにより、直径の正味
値が算出され、直径の変化分が算出され、テーブルメモ
リ１８ｃに記憶された直径変化分との比較が行われ、制
御部１８ｅにより、ヒータ制御器５ｃ、モータ制御器６
ｃ、昇降装置制御器７ｃ、およびワイヤー巻取装置制御
器１２ｃを制御し、ネックＮが一定の長さ、例えば、３
００ｍｍまで引上げが継続される。
【００３０】ネックＮが３００ｍｍになった時点でメモ
リ１８ｄに組み込まれた工程用のプログラムにより制御
装置１８を介してヒータ制御器５ｃ、モータ制御器６
ｃ、昇降装置制御器７ｃ、およびワイヤー巻取装置制御
器１２ｃを制御し、単結晶の引上げは、図３（ｂ）に示
すクラウンＣの育成工程に入る。
リ１８ｄに組み込まれた工程用のプログラムにより制御
装置１８を介してヒータ制御器５ｃ、モータ制御器６
ｃ、昇降装置制御器７ｃ、およびワイヤー巻取装置制御
器１２ｃを制御し、単結晶の引上げは、図３（ｂ）に示
すクラウンＣの育成工程に入る。
【００３１】引続き、二次元カメラ１４でクラウン成長
領域ＡＣをモニタし、上記同様に図１に示すように、二
次元カメラ１４からの画像信号はＡＤ変換回路１５、切
換スイッチ２０、画像処理装置１６を介して制御装置１
８に送られる。二次元カメラ演算制御手段５０ａによ
り、同様の演算処理が行われ、制御手段２０ｄからの出
力によりヒータ制御器５ｃ、モータ制御器６ｃ、昇降装
置制御器７ｃ、およびワイヤー巻取装置制御器１２ｃを
制御し、成長する結晶の直径が順次大きくなり、クラウ
ンＣを形成するように引上げ条件を制御する。
領域ＡＣをモニタし、上記同様に図１に示すように、二
次元カメラ１４からの画像信号はＡＤ変換回路１５、切
換スイッチ２０、画像処理装置１６を介して制御装置１
８に送られる。二次元カメラ演算制御手段５０ａによ
り、同様の演算処理が行われ、制御手段２０ｄからの出
力によりヒータ制御器５ｃ、モータ制御器６ｃ、昇降装
置制御器７ｃ、およびワイヤー巻取装置制御器１２ｃを
制御し、成長する結晶の直径が順次大きくなり、クラウ
ンＣを形成するように引上げ条件を制御する。
【００３２】さらに引上げを継続し、クラウンＣを成長
させ、クラウンＣの直径が、例えば、３１０ｍｍになっ
た時点で、二次元カメラ１４からの結晶直径画像情報に
基づき、ＡＤ変換回路１５、画像処理装置１６、切換ス
イッチ２０を介して、結晶直径画像データを二次元カメ
ラ演算制御手段５０ａに入力し、演算処理し、制御手段
２１を介してヒータ制御器５ｃ、モータ制御器６ｃ、昇
降装置制御器７ｃ、およびワイヤー巻取装置制御器１２
ｃを制御し、結晶の直径を一定にして、単結晶の引上げ
は、図３（ｃ）に示す直胴部Ｄの育成工程に入る。二次
元カメラ１４は直胴部成長領域ＡＤをモニタし、直胴部
Ｄの育成条件を維持し、所定の長さの直胴部を形成させ
引上げは完了する。
させ、クラウンＣの直径が、例えば、３１０ｍｍになっ
た時点で、二次元カメラ１４からの結晶直径画像情報に
基づき、ＡＤ変換回路１５、画像処理装置１６、切換ス
イッチ２０を介して、結晶直径画像データを二次元カメ
ラ演算制御手段５０ａに入力し、演算処理し、制御手段
２１を介してヒータ制御器５ｃ、モータ制御器６ｃ、昇
降装置制御器７ｃ、およびワイヤー巻取装置制御器１２
ｃを制御し、結晶の直径を一定にして、単結晶の引上げ
は、図３（ｃ）に示す直胴部Ｄの育成工程に入る。二次
元カメラ１４は直胴部成長領域ＡＤをモニタし、直胴部
Ｄの育成条件を維持し、所定の長さの直胴部を形成させ
引上げは完了する。
【００３３】直胴部を形成させ引上げが完了したら、テ
ール部Ｔの育成工程に入る。
ール部Ｔの育成工程に入る。
【００３４】テール部Ｔの育成工程は結晶直径を絞って
いく作業であるが、上記二次元カメラ２４では、テール
部成長領域ＡＴを撮像できない。そこでロードセル１９
を利用し結晶重量の変化をデータとして用い、結晶直径
を制御してテール部Ｔを育成する。
いく作業であるが、上記二次元カメラ２４では、テール
部成長領域ＡＴを撮像できない。そこでロードセル１９
を利用し結晶重量の変化をデータとして用い、結晶直径
を制御してテール部Ｔを育成する。
【００３５】従って、制御手段１０により二次元カメラ
１４をＯＦＦにし、切換スイッチ制御器１７ｃを制御し
て切換スイッチ１７を切換え、ロードセル１９によって
検知された結晶重量信号はアンプ２０、ＡＤ変換回路２
１を介して結晶重量データとして制御装置１８に出力さ
れる。引上速度をコントロールする制御方法としては、
ＰＩＤやファジー制御が好ましい。
１４をＯＦＦにし、切換スイッチ制御器１７ｃを制御し
て切換スイッチ１７を切換え、ロードセル１９によって
検知された結晶重量信号はアンプ２０、ＡＤ変換回路２
１を介して結晶重量データとして制御装置１８に出力さ
れる。引上速度をコントロールする制御方法としては、
ＰＩＤやファジー制御が好ましい。
【００３６】制御装置１８に出力された結晶重量データ
は、ロードセル演算処理手段２０ｂによって次のように
処理される。
は、ロードセル演算処理手段２０ｂによって次のように
処理される。
【００３７】例えば、石英ルツボ２内に溶けているシリ
コン融液Ｍと固体となった単結晶Ｉｇの境界部ｂ（固液
界面）では、融液Ｍの表面張力により吸引力が発生して
おり、実際の結晶重量値より大きい結晶重量値が、ロー
ドセル１９から出力される。
コン融液Ｍと固体となった単結晶Ｉｇの境界部ｂ（固液
界面）では、融液Ｍの表面張力により吸引力が発生して
おり、実際の結晶重量値より大きい結晶重量値が、ロー
ドセル１９から出力される。
【００３８】このときの表面張力は次のようにして求め
ることができる。
ることができる。
【００３９】図４に示すように、マニュアル操作により
引上げられた単結晶の、例えば１０ｍｍ毎における各部
位の直径をノギス等により計測する。式（１）により各
部位（間隔）毎の重量値を算出する。
引上げられた単結晶の、例えば１０ｍｍ毎における各部
位の直径をノギス等により計測する。式（１）により各
部位（間隔）毎の重量値を算出する。
【００４０】次に上記単結晶の引上げ時、ロードセルで
計測し記録した結晶重量値Ｗ（Ｔｎ ）から上記式（１）
で算出したＷ（ｎ）を減算し、各部位（間隔）毎の表面
張力γ（Ｔｎ）を算出する。
計測し記録した結晶重量値Ｗ（Ｔｎ ）から上記式（１）
で算出したＷ（ｎ）を減算し、各部位（間隔）毎の表面
張力γ（Ｔｎ）を算出する。
【００４１】上記のようにして求めた表面張力はテーブ
ルメモリ１８ｃに記憶される。
ルメモリ１８ｃに記憶される。
【００４２】このようにして記憶された表面表力を基に
テール部Ｔにおける正味重量を算出し、引上制御のフィ
ードバックを行う。
テール部Ｔにおける正味重量を算出し、引上制御のフィ
ードバックを行う。
【００４３】テールでの直径制御は、重量データを基に
結晶径を次に示す計算式を用いて計算し、予め設定して
おいたテール直径の変化と照らし合わせて、引上速度を
制御する。
結晶径を次に示す計算式を用いて計算し、予め設定して
おいたテール直径の変化と照らし合わせて、引上速度を
制御する。
【００４４】テールでの結晶直径は、重量の計算式
（１）
（１）
【数１】
より、ｒ１をテール移行時の半径（アナライザ（カメ
ラ）による計測値の１／２の値）として、半径ｒ２を求
める。
ラ）による計測値の１／２の値）として、半径ｒ２を求
める。
【００４５】
【数２】
テール部の成長に従い、式（２）から順次ｒ３、ｒ４を
算出する。
算出する。
【００４６】図５はロードセル１９を用いたテール部Ｔ
における直径制御のためのデータ処理の主なフローを示
し、この図５に沿って単結晶直径制御方法を説明する。
における直径制御のためのデータ処理の主なフローを示
し、この図５に沿って単結晶直径制御方法を説明する。
【００４７】ロードセル１９によりロードセル結晶重量
データＷ（Ｌｎ）を計測する（ＳＴ１）。
データＷ（Ｌｎ）を計測する（ＳＴ１）。
【００４８】テール部重量の正味重量値Ｗ（Ｔｎ）を算
出する（ＳＴ２）。
出する（ＳＴ２）。
【００４９】この正味重量値Ｗ（Ｔｎ）は、次に示す式
（３）を用いて算出される。
（３）を用いて算出される。
【００５０】
【数３】
この式（３）よりテール直径（Ｄ（Ｔｎ））を求める。
【００５１】テール直径Ｄ（Ｔｎ）＜設定値ＤＴなら、
制御装置１８が、ワイヤー巻取装置制御器１２ｃを介し
て巻取装置２０を制御して、引上げ速度を低下させる。
これに対して、テール直径Ｄ（Ｔｎ）＞設定値ＤＴな
ら、引上げ速度を増加させる。
制御装置１８が、ワイヤー巻取装置制御器１２ｃを介し
て巻取装置２０を制御して、引上げ速度を低下させる。
これに対して、テール直径Ｄ（Ｔｎ）＞設定値ＤＴな
ら、引上げ速度を増加させる。
【００５２】このようなテール部Ｔの育成工程において
も、メモリ１８ｄに組み込まれた工程用のプログラムに
より制御装置１８、ワイヤー巻取装置制御器１２ｃを介
して巻取装置２０を制御して引上げ速度を制御し、さら
に、必要に応じてヒータ制御器５ｃ、モータ制御器６
ｃ、昇降装置制御器７ｃを介して、ヒータ５、ルツボ回
転モータ６、昇降装置７を制御してテール部Ｔの育成が
行われる。
も、メモリ１８ｄに組み込まれた工程用のプログラムに
より制御装置１８、ワイヤー巻取装置制御器１２ｃを介
して巻取装置２０を制御して引上げ速度を制御し、さら
に、必要に応じてヒータ制御器５ｃ、モータ制御器６
ｃ、昇降装置制御器７ｃを介して、ヒータ５、ルツボ回
転モータ６、昇降装置７を制御してテール部Ｔの育成が
行われる。
【００５３】上記のようなテール部の育成工程におい
て、引上げられる単結晶の重量を、表面張力を加味して
補正することにより正確な重量値を用いることが可能と
なり、所望のテール部を育成することができる。
て、引上げられる単結晶の重量を、表面張力を加味して
補正することにより正確な重量値を用いることが可能と
なり、所望のテール部を育成することができる。
【００５４】なお、上記実施形態においては、単結晶の
直胴部までの直径制御は、二次元カメラからの結晶直径
画像信号に基づき引上げ速度を制御して行ない、テール
部の直径制御は、ロードセルからの結晶重量信号に基づ
いて行う例で説明したが、本発明に係わる単結晶引上げ
方法は、テール部の育成工程に限らず、必要に応じて、
単結晶引上げの育成工程においても用いることができ
る。二次元カメラを用いないで単結晶の直径を測定する
ことが可能になる。
直胴部までの直径制御は、二次元カメラからの結晶直径
画像信号に基づき引上げ速度を制御して行ない、テール
部の直径制御は、ロードセルからの結晶重量信号に基づ
いて行う例で説明したが、本発明に係わる単結晶引上げ
方法は、テール部の育成工程に限らず、必要に応じて、
単結晶引上げの育成工程においても用いることができ
る。二次元カメラを用いないで単結晶の直径を測定する
ことが可能になる。
【００５５】
【発明の効果】本発明に係わる単結晶引上げ装置および
引上げ方法によれば、測定値を補正することにより正確
に単結晶の重量を測定して、所望の形状のテール部を育
成することができる単結晶引上げ装置および引上げ方法
を提供することができる。
引上げ方法によれば、測定値を補正することにより正確
に単結晶の重量を測定して、所望の形状のテール部を育
成することができる単結晶引上げ装置および引上げ方法
を提供することができる。
【図１】本発明に係わる単結晶引上げ装置の概念図。
【図２】本発明に係わる単結晶引上げ装置に用いられる
制御装置の概念図。
制御装置の概念図。
【図３】本発明に係わる単結晶引上げ方法における結晶
情報信号取得方法を示す概念図。
情報信号取得方法を示す概念図。
【図４】本発明に係わる単結晶引上げ方法における単結
晶の各部位（間隔）毎の重量値を算出する方法示す概念
図。
晶の各部位（間隔）毎の重量値を算出する方法示す概念
図。
【図５】本発明に係わる単結晶引上げ方法におけるテー
ル部における直径制御のためのデータ処理の主なフロー
を示すフロー図。
ル部における直径制御のためのデータ処理の主なフロー
を示すフロー図。
１ 単結晶引上げ装置
２ 炉体
２ａ ショルダー
３ 石英ルツボ
４ 黒鉛ルツボ
５ ヒータ
５ｃ ヒータ制御器
６ ルツボ回転モータ
６ｃ モータ制御器
７ 昇降装置
７ｃ 昇降装置制御器
８ ルツボ回転軸
９ シード
１０ シードチャック
１１ ワイヤー
１２ ワイヤー巻取装置
１２ｃ ワイヤー巻取装置制御器
１３ カメラポート
１４ 二次元カメラ
１５ ＡＤ変換回路
１６ 画像処理装置
１７ 切換スイッチ
１７ｃ 切換スイッチ制御器
１８ 制御装置
１８ａ 二次元カメラ演算部
１８ｂ ロードセル演算部
１８ｃ テーブルメモリ
１８ｄ メモリ
１８ｅ 制御部
１９ ロードセル
２０ アンプ
２１ ＡＤ変換回路
Ｉｇ 単結晶
Ｍ 溶融シリコン
Claims (8)
- 【請求項１】 チョクラルスキー法を用いて単結晶の引
上げを行う単結晶引上げ装置において、シリコン融液と
成長単結晶との境界部分を撮像する二次元カメラと、単
結晶引上げ用のワイヤーを介して単結晶の重量を測定す
るロードセルと、このロードセルおよび前記二次元カメ
ラからの結晶情報信号を受信し単結晶引上げ速度を制御
する制御装置を有し、単結晶の直胴部までの結晶直径制
御は、二次元カメラからの結晶直径画像信号に基づき前
記制御装置により引上げ速度を制御して行ない、テール
部の結晶直径制御は、ロードセルからの結晶重量信号に
基づいて前記制御装置により引上げ速度を制御して行う
ことを特徴とする単結晶引上げ装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の単結晶引上げ装置にお
いて、上記テール部の直径制御は、制御装置に設けられ
たロードセル演算処理手段により、ロードセルが計測し
た重量値から固液界面の表面張力を減算した結晶重量デ
ータに基づき引上げ速度を制御して行うことを特徴とす
る単結晶引上げ装置。 - 【請求項３】 請求項２に記載の単結晶引上げ装置にお
いて、上記テール部の直径制御は、重量データよりテー
ル直径を算出し、予め設定されているテールの直径変化
を参照して引上げ速度を制御して行うことを特徴とする
単結晶引上げ装置。 - 【請求項４】 チョクラルスキー法を用いた単結晶引上
げ方法において、単結晶の直径制御は、ロードセルが計
測した重量値から固液界面の表面張力を減算した結晶重
量データに基づき引上げ速度を制御して行うことを特徴
とする単結晶引上げ方法。 - 【請求項５】 請求項４に記載の単結晶引上げ方法にお
いて、上記単結晶の直径制御は、単結晶のテール部の直
径制御であることを特徴とする単結晶引上げ方法。 - 【請求項６】 チョクラルスキー法を用いた単結晶引上
げ方法において、単結晶の直胴部までの直径制御は、二
次元カメラからの結晶直径画像信号に基づき引上げ速度
を制御して行ない、テール部の直径制御は、ロードセル
からの結晶重量信号に基づいて行うことを特徴とする単
結晶引上げ方法。 - 【請求項７】 請求項６に記載の単結晶引上げ方法にお
いて、上記テール部の直径制御は、ロードセルが計測し
た重量値から固液界面の表面張力を減算した結晶重量デ
ータに基づき引上げ速度を制御して行うことを特徴とす
る単結晶引上げ方法。 - 【請求項８】 請求項５ないし７のいずれか１項に記載
の単結晶引上げ方法において、上記テール部の直径制御
は、所定の形状に対して予め計測された計測重量値を参
照して引上げ速度を制御して行うことを特徴とする単結
晶引上げ方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001372905A JP2003176199A (ja) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | 単結晶引上げ装置および引上げ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001372905A JP2003176199A (ja) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | 単結晶引上げ装置および引上げ方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003176199A true JP2003176199A (ja) | 2003-06-24 |
Family
ID=19181713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001372905A Pending JP2003176199A (ja) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | 単結晶引上げ装置および引上げ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003176199A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005225741A (ja) * | 2004-02-16 | 2005-08-25 | Kashiwara Machine Mfg Co Ltd | 単結晶製造装置 |
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| JP2010132490A (ja) * | 2008-12-04 | 2010-06-17 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 単結晶直径の検出方法および単結晶引上げ装置 |
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| KR101496249B1 (ko) | 2013-07-05 | 2015-02-26 | 디케이아즈텍 주식회사 | 사파이어 잉곳 성장로의 오토시딩 방법 |
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| JP2022085482A (ja) * | 2020-11-27 | 2022-06-08 | 信越半導体株式会社 | シリコン単結晶の製造方法 |
| CN115369481A (zh) * | 2021-05-20 | 2022-11-22 | 隆基绿能科技股份有限公司 | 一种直拉单晶的收尾方法、设备以及计算机存储介质 |
-
2001
- 2001-12-06 JP JP2001372905A patent/JP2003176199A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2009028134A1 (ja) * | 2007-08-31 | 2009-03-05 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | 単結晶直径の検出方法および単結晶引上げ装置 |
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| KR101483435B1 (ko) * | 2007-08-31 | 2015-01-19 | 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 | 단결정 직경의 검출방법 및 단결정 인상장치 |
| JP2010132490A (ja) * | 2008-12-04 | 2010-06-17 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 単結晶直径の検出方法および単結晶引上げ装置 |
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| KR101496249B1 (ko) | 2013-07-05 | 2015-02-26 | 디케이아즈텍 주식회사 | 사파이어 잉곳 성장로의 오토시딩 방법 |
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| KR102137336B1 (ko) * | 2019-02-08 | 2020-07-23 | 에스케이실트론 주식회사 | 단결정잉곳성장장치 및 그 방법 |
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| JP7342847B2 (ja) | 2020-11-27 | 2023-09-12 | 信越半導体株式会社 | シリコン単結晶の製造方法 |
| CN115369481A (zh) * | 2021-05-20 | 2022-11-22 | 隆基绿能科技股份有限公司 | 一种直拉单晶的收尾方法、设备以及计算机存储介质 |
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