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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Siliciumeinkristallziehverfahren
mit genauem Kontrollieren des Durchmessers eines Siliciumeinkristalls, wenn
der Siliciumeinkristall aus einer Siliciumschmelze mittels eines
Czochralski-Verfahrens aufgezogen wird, wodurch ein Siliciumeinkristall
hoher Qualität mit geringen Kristalldefekten erhalten wird.
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STAND DER TECHNIK
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Verschiedene
Verfahren des Herstellens eines Siliciumeinkristalls wurden vorgeschlagen.
Darunter ist ein Czochralski-Verfahren (hierin nachstehend als ein
CZ-Verfahren bezeichnet) das üblichste Siliciumeinkristallherstellungsverfahren.
In dem CZ-Verfahren des Wachsenlassens bzw. Züchtens eines
Siliciumeinkristalls wird Polysilicium in einem Tiegel unter Bildung
einer Siliciumschmelze geschmolzen. Anschließend wird ein
Impfkristall auf der Siliciumschmelze platziert und der Impfkristall
wird mit einer zuvor festgelegten Rotationsgeschwindigkeit und einer
zuvor festgelegten Ziehgeschwindigkeit unter Wachsenlassen eines
zylindrischen Siliciumeinkristalls unterhalb des Impfkristalls aufgezogen.
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Ein
Siliciumwafer, welcher ein Material ist, das eine Halbleitervorrichtung
bildet, wird durch Schneiden und Polieren des Siliciumeinkristalls
erhalten. Um verschiedene Charakteristika des Siliciumwafers auf
einem zuvor festgelegten Level oder mehr zu halten, wird der Durchmesser
eines zylindrischen Teils des Siliciumeinkristalls so kontrolliert bzw.
gesteuert, dass er innerhalb eines zuvor festgelegten Bereichs liegt,
wenn der Siliciumeinkristall gezüchtet wird. Dies ist sehr
wichtig, um die Produktqualität zu verbessern und die Herstellungskosten
zu verringern.
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Zum
Beispiel wurde als ein Verfahren zum Kontrollieren des Durchmessers
des zylindrischen Teils beim Züchten des Siliciumeinkristalls
das Folgende vorgeschlagen. Ein Verfahren zum Berechnen einer Differenz
zwischen dem gemessenen Wert des Durchmessers eines Siliciumeinkristalls,
der tatsächlich aufgezogen wird, und einem zuvor festgelegten Durchmesserwert
und Rückkoppeln der Differenz mit der Temperatur einer
Siliciumschmelze und der Ziehgeschwindigkeit, um den Durchmesser
zu kontrollieren, wodurch der Durchmesser des Siliciumeinkristalls
dem zuvor festgelegten Durchmesser angenähert wird (siehe
japanisches Patent Nr. 2939920 und
japanisches Patent Nr. 2787042 ).
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Jedoch
macht es das oben genannte Verfahren des Messens des Durchmessers
des gezogenen Siliciumeinkristalls, des Berechnens der Differenz zwischen
dem gemessenen Wert und dem zuvor festgelegten Durchmesserwert und
des Rückkoppelns bzw. Rückmeldens der Differenz
schwierig, den Durchmesser des Siliciumeinkristalls genau zu kontrollieren.
Das heißt, dass sogar, obwohl eine Durchmessermessposition
in der Nachbarschaft einer Fest/Flüssig-Grenzfläche
festgesetzt ist, eine lange Zeit benötigt wird, um den
tatsächlichen Durchmesser des Siliciumeinkristalls dem
eingestellten Wert in dem Verfahren des Änderns der Temperatur
der Siliciumschmelze oder der Ziehgeschwindigkeit anzunähern,
nachdem eine Variation im Durchmesser des Siliciumeinkristalls,
der bereits aufgezogen wurde, detektiert wird. Daher tritt aufgrund
der Variation im Durchmesser des Siliciumeinkristalls eine Welle
auf und es ist schwierig, den Durchmesser des zylindrischen Teils
des Siliciumeinkristalls konstant zu halten.
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Darüber
hinaus wurde ein Verfahren des Verwendens einer Zone mit hoher Helligkeit
(welche als Schmelzring bezeichnet wird), erzeugt in einer Fest/Flüssig-Grenzfläche,
wenn ein Siliciumeinkristall aufgezogen wird, um den Durchmesser
des Siliciumeinkristalls zu kontrollieren, vorgeschlagen (siehe
JP-A-7-309694 ).
Der Schmelzring ist ein ringförmiger Bereich mit hoher
Helligkeit, der so erzeugt wird, dass er den Siliciumeinkristall
an der Fest/Flüssig-Grenzfläche umgibt, wenn Strahlungslicht
von der Wand eines Tiegels zu der Oberfläche einer Siliciumschmelze,
die durch die Oberflächenspannung des Siliciumeinkristalls
während eines Ziehverfahrens entsteht, reflektiert wird.
Daher wird der Schmelzring als eine geneigte Ebene angesehen und
der Winkel der geneigten Ebene wird kontinuierlich gemessen, um
eine Abweichung bei dem Neigungswinkel des Schmelzrings zu detektieren.
Auf diese Weise wird eine Abweichung bei dem Durchmesser des Siliciumeinkristalls
detektiert.
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Darüber
hinaus ist eine Struktur bekannt, die Strahlungslicht aus einem
Tiegel kontrolliert, um die Breite oder den Durchmesser eines Schmelzrings, der
als eine geneigte Ebene angesehen wird, zu detektieren (siehe
JP-A-2005-41705 ).
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Jedoch
ist in dem Verfahren des Messens des Winkels oder des Durchmessers
des Schmelzrings, der als eine geneigte Ebene angesehen wird, und
des Detektierens des Durchmessers des Siliciumeinkristalls auf der
Basis der gemessenen Ergebnisse, die Grenzfläche des Schmelzrings,
welche ein Detektionsziel ist, unklar und es ist schwierig, die Breite
oder den Durchmesser des Schmelzrings genau zu detektieren. Es ist
daher schwierig, eine Abweichung bzw. Variation in der Breite oder
dem Durchmesser des Schmelzrings rückzukoppeln bzw. rückzumelden,
um den Durchmesser des Siliciumeinkristalls genau zu kontrollieren.
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OFFENBARUNG DER VORLIEGENDEN
ERFINDUNG
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Probleme,
die durch die vorliegende Erfindung zu lösen sind Die vorliegende
Erfindung wurde gemacht, um die obigen Probleme zu lösen,
und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Siliciumeinkristallziehverfahren
des genauen Kontrollierens des Durchmessers eines Siliciumeinkristalls, wenn
der Siliciumeinkristall mittels eines Czochralski-Verfahrens aus
einer Siliciumschmelze aufgezogen wird, bereitzustellen, wodurch
ein Siliciumeinkristall hoher Qualität mit geringen Kristalldefekten
erhalten wird.
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Mittel zum Lösen
der Probleme
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Um
die obigen Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung
das folgende Siliciumeinkristallziehverfahren bereit.
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Das
heißt gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung schließt ein Siliciumeinkristallziehverfahren
Folgendes ein: Eine Schmelzstufe des Schmelzens von polykristallinem
Silicium in einem Tiegel unter Bildung einer Siliciumschmelze in
dem Tiegel; und eine Ziehstufe des Ziehens eines Siliciumeinkristalls
aus der Siliciumschmelze unter Verwendung eines Czochralski-Verfahrens.
Die Ziehstufe schließt Folgendes ein: Erfassen eines Bildes
des Siliciumeinkristalls unter Verwendung einer Bildgebungsvorrichtung;
Messen der Helligkeitsverteilung eines Schmelzrings, erzeugt in
der Nachbarschaft einer Fest/Flüssig-Grenzfläche
zwischen der Siliciumschmelze und dem Siliciumeinkristall, für
jede Bildabtastungslinie in dem Bild, das durch die Bildgebungsvorrichtung
erfasst wurde; Detektieren des Flüssigkeitsniveaus der
Siliciumschmelze und der Position der Fest/Flüssig-Grenzfläche;
und Kontrollieren des Durchmessers des Siliciumeinkristalls auf
der Basis einer Meniskushöhe, welche eine Differenz zwischen dem
Flüssig keitsniveau und der Position der Fest/Flüssig-Grenzfläche
ist.
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Gemäß dem
oben genannten Siliciumeinkristallziehverfahren wird eine Helligkeitsmesseinheit verwendet,
um die Helligkeitsverteilung des Schmelzrings in der Richtung, in
die der Siliciumeinkristall aufgezogen wird, für jede Bildabtastungslinie zu
messen und das Flüssigkeitsniveau der Siliciumschmelze
und die Position der Fest/Flüssig-Grenzfläche
werden auf der Basis der gemessenen Helligkeitsverteilung detektiert.
Anschließend wird eine Variation bzw. Abweichung in der
Höhe eines Meniskus, welche eine Differenz zwischen dem
Flüssigkeitsniveau und der Position der Fest/Flüssig-Grenzfläche ist,
kontinuierlich überwacht (gemessen). Daher ist es möglich,
eine Abweichung im Durchmesser des Siliciumeinkristalls früh
zu detektieren. Als ein Ergebnis ist es möglich, den Durchmesser
des Siliciumeinkristalls rasch und zuverlässig zu kontrollieren.
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Der
Schmelzring weist eine Ringform mit dem Einkristall als Zentrum
auf und ist eine unebene Oberfläche, deren Krümmung
radial von dem unteren Ende des Einkristalls mit einer im Wesentlichen zylindrischen
Form zu einer Schmelzoberfläche, welche eine horizontale
Ebene ist, leicht variiert. In dem Siliciumeinkristallziehverfahren
gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Höhe
des Schmelzrings in der Richtung, in die der Kristall aufgezogen
wird, das heißt eine Meniskushöhe, genau gemessen,
und es ist möglich, den Durchmesser des Kristalls auf der Basis
einer Variation bzw. Abweichung der Meniskushöhe genau
zu kontrollieren.
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Wie
oben beschrieben, kann das Verfahren des Verwendens der Helligkeitsverteilung
des Schmelzrings in der Richtung, in die der Siliciumeinkristall
aufgezogen wird, um den Durchmesser des Siliciumeinkristalls zu
kontrollieren, rasch und ge nau eine Abweichung im Durchmesser des
Siliciumeinkristalls, der aufgezogen wird, im Vergleich zu einem Verfahren
gemäß dem Stand der Technik, das eine Abweichung
im Neigungswinkel oder Durchmesser, welcher eine Länge
in der horizontalen Richtung ist, eines Schmelzrings, der als eine
geneigte Ebene angesehen wird und eine unklare Fest/Flüssig-Grenzfläche
aufweist, detektiert, detektieren.
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Um
eine Ziehkontrolle genau durchzuführen, wird in der vorliegenden
Erfindung ein Schmelzring mit einer Form, die einem Viertel der
inneren unteren Seite einer Doughnut-förmigen gekrümmten
Oberfläche entspricht, als eine gekrümmte Oberfläche
gemessen und die Abmessungen des Schmelzrings in der Ziehrichtung,
das heißt eine Meniskushöhe, werden als ein Parameter,
welcher im Stand der Technik noch nicht vorgeschlagen wurde, bezüglich
einer Durchmesserabweichung festgelegt.
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Es
ist daher möglich, zum Beispiel die Ziehgeschwindigkeit
des Siliciumeinkristalls und die Leistungsabgabe einer Heizvorrichtung
mit einem Mittel rückzukoppeln, das den Durchmesser eines
Siliciumeinkristalls kontrolliert, so dass der Durchmesser des Siliciumeinkristalls
in einen zuvor festgelegten Wertebereich fällt, bevor der
Durchmesser des Siliciumeinkristalls wesentlich von einem zuvor
festgelegten Wertebereich abweicht. Auf diese Weise ist es möglich,
einen Siliciumeinkristall hoher Qualität mit geringen Kristalldefekten
zu erhalten, der einen zylindrischen Teil mit einem konstanten Durchmesser
aufweist.
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Die
Meniskushöhe kann eine Differenz zwischen dem Flüssigkeitsniveau
und der Position der Fest/Flüssig-Grenzfläche
sein.
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Spezieller
wird die Position der Fest/Flüssig-Grenzfläche
durch Annähern der Graphform eines Helligkeitspeakanteils
des Schmelzrings an einen Kreis und Berechnen der zentralen Position
des näherungsweisen Kreises erhalten. Das Flüssigkeitsniveau
ist die zentrale Position eines näherungsweisen Kreises,
berechnet über einen Basisanteil des Schmelzrings, der
näher an der Seite der Siliciumschmelze als an dem Helligkeitspeakanteil
ist. Die Meniskushöhe ist die Differenz zwischen den zwei Positionen.
Um einen Basisanteil des Schmelzrings zu detektieren, der erforderlich
ist, um das Flüssigkeitsniveau zu berechnen, wird der Wert
des Helligkeitspeakanteils des Schmelzrings, der zur Detektion der
Fest/Flüssig-Grenzfläche verwendet wird, mit einem
zuvor festgelegten Schwellenwertprozentsatz multipliziert. Es ist
bevorzugt, dass der Schwellenwertprozentsatz in dem Bereich von
70% bis 90% liegt. Zusätzlich kann die Durchmesserkontrolle
des Siliciumeinkristalls durch Kontrollieren der Ziehgeschwindigkeit
des Siliciumeinkristalls und der Temperatur der Siliciumschmelze
durchgeführt werden.
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Spezieller
werden die Ziehgeschwindigkeit des Siliciumeinkristalls und die
Temperatur der Siliciumschmelze so kontrolliert, dass die Meniskushöhe gleich
einer Höhe ist, bei der die Durchmesserabweichung des Einkristalls
null ist. Im Allgemeinen wird ein PID-Kontrollverfahren verwendet,
um die Ziehgeschwindigkeit und die Temperatur zu kontrollieren, aber
andere Verfahren können (ebenfalls) verwendet werden. In
diesem Fall wird eine Zielmeniskushöhe benötigt.
Eine Höhe, bei welcher die Durchmesserabweichung null ist,
wird als die Zielmeniskushöhe im Voraus durch einen Test
eingestellt.
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Wenn
eine Kamera verwendet wird, um das Bild der Innenseite eines Ofens
während eines Ziehverfahrens zu erfassen, erfasst die Kamera
den Ofen in schräger Richtung von der oberen Seite und
die Fest/Flüssig-Grenzfläche eines zentralen Teils
des Kristalls ist aufgrund des Bildwinkels der Kamera verdeckt.
Es ist daher schwierig, den gesamten Schmelzring in der Nach barschaft
des zentralen Teils des Kristalls zu betrachten. In der vorliegenden
Erfindung kann der Bereich des Siliciumschmelzrings, der verwendet
wird, um das Flüssigkeitsniveau und die Position der Fest/Flüssig-Grenzfläche
zu messen, auf Schmelzringdaten begrenzt werden, die sich in einem
zuvor festgelegten Abstand entfernt von dem Zentrum des Kristalls,
der aufgezogen wird, befinden. Der zuvor festgelegte Abstand, der
während der Messung eingestellt ist, hängt von
den Kamerainstallationsbedingungen, den optischen Bedingungen, wie
der Brennweite einer Linse, und der Größe und Gestalt
eines zu messenden Kristalls ab. Tatsächlich ist es bevorzugt,
dass ein Versatz zu dem Abstand, der unter den oben genannten Bedingungen
bestimmt wurde, hinzugefügt wird und dass der Versatz etwa
10 mm beträgt. Auf diese Weise ist es möglich, die
Messgenauigkeit des Flüssigkeitsniveaus und der Position
der Fest/Flüssig-Grenzfläche zu verbessern. Wenn
der Versatz außerhalb des oben genannten Bereichs liegt,
ist es schwierig, das Flüssigkeitsniveau und die Position
der Fest/Flüssig-Grenzfläche genau zu messen,
was nicht zu bevorzugen ist.
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In
dem Fall, in dem die Kamera verwendet wird, um den Durchmesser zu
messen, variiert auch die Größe des Erscheinungsbildes
des Ziels, wenn der Abstand zu einem Messungsziel variiert. Es ist möglich,
eine Korrektur auf der Basis des Abstands zu dem Messungsabstand
durchzuführen, wenn die Größe des Erscheinungsbildes
in die tatsächliche Größe des Ziels umgewandelt
wird. Jedoch ist es in diesem Fall erforderlich, eine Abweichung
in dem Abstand des Ziels zu messen. In der vorliegenden Erfindung
ist es möglich, das Flüssigkeitsniveau durch Kontrollieren
der Position des Tiegels auf einer zuvor festgelegten Position auf
der Basis der Daten des gemessenen Flüssigkeitsniveaus
zu kontrollieren. Auf diese Weise ist es möglich, den Einfluss
des gemessenen Wertes der Meniskushöhe auf die Abweichung in
dem Flüssigkeitsniveau zu entfernen. Im Allgemeinen wird
die zuvor festgelegte Position des Tiegels durch die Ziehbedingungen
eines Kristalls bestimmt und die Position des Tiegels muss während
des Ziehverfahrens nicht fixiert sein.
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Vorteile der vorliegenden
Erfindung
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Gemäß dem
Siliciumeinkristallziehverfahren des oben genannten Aspekts der
vorliegenden Erfindung wird eine Meniskushöhe, welche eine
Differenz zwischen dem Flüssigkeitsniveau und der Position der
Fest/Flüssig-Grenzfläche, berechnet über
einen Schmelzring, ist, verwendet, um den Durchmesser eines Siliciumeinkristalls
zu kontrollieren. Gemäß dieser Struktur ist es
möglich, zum Beispiel die Ziehgeschwindigkeit des Siliciumeinkristalls
und die Temperatur einer Siliciumschmelze mit einem Mittel rückzukoppeln,
das den Durchmesser des Siliciumeinkristalls kontrolliert, so dass
der Durchmesser des Siliciumeinkristalls in einen zuvor festgelegten
Wertebereich fällt, bevor der Durchmesser des Siliciumeinkristalls
wesentlich von dem zuvor festgelegten Wertebereich abweicht. Zusätzlich
ist es möglich, das Flüssigkeitsniveau auf einer
zuvor festgelegten Höhe auf der Basis des bestimmten Flüssigkeitsniveaus
zu kontrollieren. Auf diese Weise ist es möglich, einen Siliciumeinkristall
hoher Qualität mit geringen Kristalldefekten, der einen
zylindrischen Teil mit einem konstanten Durchmesser aufweist, bei
einem zuvor festgelegten Flüssigkeitsniveau zu erhalten.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Schaubild, das ein Siliciumeinkristallziehverfahren gemäß der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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2 ist
ein Schaubild, das die Helligkeitsverteilung eines Schmelzrings
veranschaulicht;
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3 ist
ein Schaubild, das die Helligkeitsverteilung des Schmelzrings veranschaulicht;
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4 ist
ein Graph, der eine Durchmesservariation bzw. -abweichung und eine
Meniskushöhe in dem Siliciumeinkristallziehverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht;
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5 ist
ein Korrelationsschaubild, das eine Korrelation zwischen der Durchmesserabweichung bzw.
-variation und der Meniskushöhe in dem Siliciumeinkristallziehverfahren
gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
und
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6 ist
ein Graph, der ein Beispiel eines Verfahrens des Einstellens des
Schwellenwerts der Helligkeitsverteilung veranschaulicht.
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- 10
- Einkristallziehvorrichtung
- 11
- Tiegel
- 13
- Siliciumschmelze
- 15
- Siliciumeinkristall
- 16
- Helligkeitsmesseinheit
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BESTE WEISE ZUR DURCHFÜHRUNG
DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Hierin
nachstehend wird ein Siliciumeinkristallziehverfahren gemäß einer
exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden.
Diese Ausführungsform ist ein veranschau lichendes Beispiel
für das leichte Verständnis der vorliegenden Erfindung,
aber sie schränkt die vorliegende Erfindung nicht ein.
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1 ist
ein Schaubild, das ein Beispiel des Ziehens (Züchtens)
eines Siliciumeinkristalls unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens
veranschaulicht. In dem Siliciumeinkristallziehverfahren wird Polysilicium
in einen Tiegel 11, der zum Beispiel aus Quarz gebildet
ist, in eine Siliciumein(kristall)ziehvorrichtung gegeben und eine
Heizvorrichtung 12, die so angeordnet ist, dass sie den
Tiegel 11 umgibt, wird angeschaltet, um den Tiegel 11 zu
erhitzen. Anschließend wird das Polysilicium geschmolzen
und eine Siliciumschmelze 13 wird in dem Tiegel 11 gebildet
(Schmelzverfahren).
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Dann
kommt ein Impfkristall mit der Siliciumschmelze 13 in Kontakt
und der Impfkristall wird aufgezogen, während bei einer
zuvor festgelegten Rotationsgeschwindigkeit gedreht wird, wobei
ein Schulterteil 15a mit einem Durchmesser, der allmählich
zunimmt, gebildet wird. Anschließend wird ein zylindrischer
Teil 15b mit einem zuvor festgelegten Durchmesser wachsen
gelassen bzw. gezüchtet, um einen Siliciumeinkristall 15 mit
einer zuvor festgelegten Länge zu erhalten.
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Wenn
der Siliciumeinkristall 15 gezüchtet wird, ist
es wichtig, den Siliciumeinkristall aufzuziehen, während
der Durchmesser des zylindrischen Teils 15b konstant gehalten
wird, um einen Siliciumeinkristall hoher Qualität mit geringen
Kristalldefekten zu erhalten. In dem Siliciumeinkristallziehverfahren
gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wenn der
Siliciumeinkristall 15 aufgezogen (gezüchtet) wird,
eine Helligkeitsmesseinheit 16 verwendet, um die Helligkeit
eines Schmelzrings („fusion ring") FR, erzeugt in der Nachbarschaft einer
Fest/Flüssig-Grenzfläche zwischen der Siliciumschmelze 13 und
dem Siliciumeinkristall 15, zu messen.
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Der
Schmelzring FR ist ein ringförmiger Bereich mit hoher Helligkeit,
der so erzeugt wird, dass er den Siliciumeinkristall an der Fest/Flüssig-Grenzfläche
umgibt, wenn Strahlungslicht von der Wand des Tiegels auf die Oberfläche
der Siliciumschmelze reflektiert wird, die durch die Oberflächenspannung
des Siliciumeinkristalls während eines Ziehverfahrens entsteht.
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Während
der Siliciumeinkristall 15 gezüchtet wird, misst
in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die
Helligkeitsmesseinheit 16 kontinuierlich die Helligkeit
des Schmelzrings FR. In dem Messverfahren wird die Helligkeitsverteilung
des Schmelzrings FR in der horizontalen Richtung in einem Bild gemessen.
Anschließend werden das Flüssigkeitsniveau der
Siliciumschmelze 13 und die Position der Fest/Flüssig-Grenzfläche
auf der Basis der gemessenen Helligkeitsverteilung des Schmelzrings FR
detektiert.
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Zum
Beispiel zeigt ein Graph, der auf der rechten Seite von 2 gezeigt
ist, die Helligkeitsverteilung des Schmelzrings FR, gemessen mittels der
Helligkeitmesseinheit 16. Das heißt, der Peak bzw.
die Spitze der Helligkeit des Schmelzrings FR entspricht der Fest/Flüssig-Grenzfläche
des Siliciumeinkristalls 15 und ein Basisanteil der Helligkeit des
Schmelzrings FR entspricht einem geneigten Teil der Siliciumschmelze 13.
Daher entspricht die zentrale Position eines näherungsweisen
Kreises, berechnet mittels eines Peak-Helligkeitsanteils des Schmelzrings
FR, der Position der Fest/Flüssig-Grenzfläche
des Siliciumeinkristalls. Daten des Basisanteils des Schmelzrings
FR werden verwendet, um die Position eines Schmelzenanteils unterhalb
der Fest/Flüssig-Grenzfläche zu detektieren.
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Wenn
der Durchmesser des zylindrischen Teils 15b variiert, während
der Siliciumeinkristall 15 aufgezogen wird, dann variiert
auch die Position der Fest/Flüssig-Grenzfläche
des Einkristalls. Wenn zum Beispiel der Durchmesser des Siliciumeinkristalls während
des Ziehverfahrens verringert wird, wird die Fest/Flüssig-Grenzfläche
nach unten bewegt. Zu diesem Zeitpunkt, wie in 3 gezeigt,
variiert der Helligkeitspeak des Schmelzrings FR. An dem Helligkeitspeak
des Schmelzrings FR wird die Position der Fest/Flüssig-Grenzfläche
reflektiert, wenn der Durchmesser des Siliciumeinkristalls variiert.
Es ist daher möglich, eine Abweichung bzw. Variation in
der Höhe der Fest/Flüssig-Grenzfläche
zu detektieren, wenn der Durchmesser des Siliciumeinkristalls variiert,
indem die Messergebnisse der Helligkeit des Schmelzrings FR verwendet
werden, um die zentrale Position des näherungsweisen Kreises
in der Nachbarschaft des Helligkeitspeaks kontinuierlich oder mit
einem zuvor festgelegten Zeitintervall zu berechnen.
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Wie
oben beschrieben, wird die Helligkeitsmesseinheit 16 verwendet,
um die Helligkeitsverteilung des Schmelzrings FR in der Richtung,
in die der Siliciumeinkristall aufgezogen wird, zu messen, und das
Flüssigkeitsniveau der Siliciumschmelze und die Position
der Fest/Flüssig-Grenzfläche werden auf der Basis
der gemessenen Helligkeitsverteilung detektiert. Anschließend
wird eine Variation bzw. Abweichung in der Höhe eines Meniskus,
welche eine Differenz zwischen dem Flüssigkeitsniveau und
der Position der Fest/Flüssig-Grenzfläche ist, überwacht (gemessen)
und zwar kontinuierlich oder mit einem zuvor festgelegten Zeitintervall.
Daher ist es möglich, eine Variation bzw. Abweichung in
dem Durchmesser des Siliciumeinkristalls früh zu detektieren.
Als ein Ergebnis ist es möglich, den Durchmesser des Siliciumeinkristalls
rasch und zuverlässig zu kontrollieren.
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Das
Verfahren des Verwendens der Helligkeitsverteilung des Schmelzrings
FR in der Richtung, in die der Siliciumeinkristall aufgezogen wird,
um den Durchmesser des Siliciumeinkristalls zu kontrollieren, kann
rasch und genau eine Abweichung in dem Durchmesser des Siliciumeinkristalls,
der aufgezogen wird, im Vergleich zu einem Verfahren gemäß dem
Stand der Technik, das eine Abweichung in der Breite oder im Durchmesser
eines Schmelzrings mit einer unklaren Fest/Flüssig-Grenzfläche
detektiert, detektieren.
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Daher
ist es möglich, zum Beispiel die Ziehgeschwindigkeit des
Siliciumeinkristalls und die Temperatur der Siliciumschmelze mit
einem Mittel rückzukoppeln, das den Durchmesser des Siliciumeinkristalls
kontrolliert, so dass der Durchmesser des Siliciumeinkristalls in
einen zuvor festgelegten Wertebereich fällt, bevor der
Durchmesser des Siliciumeinkristalls merklich von dem zuvor festgelegten
Wertebereich abweicht. Auf diese Weise ist es möglich,
einen Siliciumeinkristall hoher Qualität mit geringen Kristalldefekten
zu erhalten, der den zylindrischen Teil 15b mit einem konstanten
Durchmesser aufweist.
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[Beispiele]
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4 ist
ein Graph, der den Durchmesser eines Siliciumeinkristalls, eine
Durchmesserabweichung bzw. -variation (der differentielle Wert bzw.
Differenzwert („differential value") des Durchmessers) und
die Meniskushöhe einer Siliciumschmelze, tatsächlich
gemessen mittels der Einkristallziehvorrichtung, veranschaulicht.
Die Messergebnisse, die in 4 gezeigt
sind, zeigen, dass die Variation im Durchmesser des Siliciumeinkristalls
und die Variation der Meniskushöhe im Wesentliche gegenläufig zueinander
in Phase waren.
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5 ist
ein Streuungsdiagramm, das die Korrelation zwischen der Variation
im Durchmesser des Siliciumeinkristalls und der Meniskushöhe,
gezeigt in 4, veranschaulicht. Wie aus 5 ersichtlich
ist, wird die Meniskushöhe verringert, wenn der Durchmesser
des Siliciumeinkristalls während des Ziehverfahrens erhöht
wird. Wenn andererseits der Durchmesser des Siliciumeinkristalls
verringert wird, wird die Meniskushöhe erhöht.
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Die
Einkristallziehvorrichtung gemäß dem Stand der
Technik führt einen Durchmesserwert ein und führt
einen PID-Vorgang durch, um die Ziehgeschwindigkeit und die Temperatur
einer Heizvorrichtung zu kontrollieren, und zwar auf der Basis einer Differenz
zwischen einem Zielwert und dem tatsächlich gemessenen
Durchmesserwert, wodurch der Durchmesser eines Einkristalls kontrolliert
wird. Wenn jedoch der Durchmesser des Siliciumeinkristalls erhöht
wird und die Einspeisung von Polysilicium in einer anfänglichen
Stufe erhöht wird, ist es schwierig, den Durchmesser des
Siliciumeinkristalls während eines Ziehverfahrens zu kontrollieren.
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Daher
wurde eine Durchmesservariation anstelle des gemessenen Durchmesserwertes
eingeführt. Das heißt, der Durchmesser wurde derart
kontrolliert, dass die Durchmesserabweichung bzw. -variation ein
Zielwert wurde (die Durchmesserabweichung bzw. -variation war in
dem zylindrischen Teil null). Auf diese Weise war es möglich,
den Durchmesser des Siliciumeinkristalls früher als das
Durchmesserkontrollverfahren gemäß dem Stand der Technik
zu kontrollieren und somit eine Durchmesserkontrolleigenschaft zu
verbessern.
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Wie
jedoch aus dem in 4 gezeigten Graph ersichtlich
ist, ist es erforderlich, SN zu verbessern, indem zum Beispiel ein
gleitender Durchschnitt verwendet wird, um die Durchmesservariation zu
berechnen, die tatsächlich zur Durchmesserkontrol le verwendet
werden kann. Daher wird die Wirkung des Durchführens einer
Durchmesserkontrolle zu einem frühen Zeitpunkt, erhalten
durch die Verwendung der Durchmesservariation, aufgehoben.
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Obwohl
die Meniskushöhe keinen gleitenden Durchschnittswert aufweist,
stellt die vorliegende Erfindung indessen im Wesentlichen gleiches
SN als Ergebnis der Durchmesservariation des Siliciumeinkristalls
sicher, und es ist nicht erforderlich, den gleitenden Durchschnitt
auszuführen. Daher ist es möglich, eine Durchmesserkontrolle
zu einem früheren Zeitpunkt als ein Durchmesserkontrollverfahren
unter Verwendung der Meniskushöhe durchzuführen.
Als ein Ergebnis ist es möglich, eine Durchmesserkontrolleigenschaft
signifikant zu verbessern.
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In
dem Durchmesserkontrollverfahren unter Verwendung der Meniskushöhe
wird eine Zielmeniskushöhe auf der Basis einer Durchmesserkorrelationsanalyse
für die Variation im Durchmesser, gezeigt in 5,
eingestellt. Zum Beispiel beträgt in dem in 4 gezeigten
Graph eine Zielmeniskushöhe 2,5 mm und eine Durchmesserabweichung
bzw. -variation ist 0 mm bei der Meniskushöhe von 2,5 mm.
Daher können die Ziehgeschwindigkeit und die Temperatur
der Heizvorrichtung (die Temperatur der Siliciumschmelze) mittels
eines PID-Vorgangs auf der Basis der Meniskushöhe derart
kontrolliert werden, dass der zylindrische Teil des Siliciumeinkristalls
eine Meniskushöhe von 2,5 mm aufweist.
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Wie
aus 5 ersichtlich ist, sind die Meniskushöhe
und die Durchmesservariation mit einer Steigung von –0,08
proportional zueinander und der Korrelationskoeffizient davon ist
größer oder gleich 0,8. Daher wird die Beziehung
zwischen der Meniskushöhe und der Durchmesservariation
durch y = –0,08x + 0,2 dargestellt. Das heißt,
es ist möglich, die Ziehgeschwin digkeit und die Temperatur
der Heizvorrichtung in Beziehung mit einer Variation in der Meniskushöhe
auf der Basis der Korrelation zu kontrollieren.
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Wenn
die Meniskushöhe erhöht wird, wird die Ziehgeschwindigkeit
gesenkt oder die Temperatur der Heizvorrichtung wird verringert.
Wenn andererseits die Meniskushöhe verringert wird, wird
die Ziehgeschwindigkeit erhöht oder die Temperatur der Heizvorrichtung
wird erhöht.
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Wenn
die Meniskushöhe berechnet wird, kann der Rand des Schmelzrings
FR, der das Flüssigkeitsniveau der Siliciumschmelze anzeigt,
auf einen Helligkeitsschwellenwert eingestellt werden, erhalten
durch Multiplizieren eines Helligkeitspeakwertes, der aus der Helligkeitsverteilung
des Schmelzrings erhalten wurde, mit einem zuvor festgelegten Schwellenwertprozentsatz.
Wie in dem Graph von 6 gezeigt, kann zum Beispiel
ein Schwellenwertprozentsatz von 90% bezüglich des Helligkeitspeakwertes
des Schmelzrings eingestellt werden und ein Schnittpunkt der horizontalen
Achse, die den Schwellenwertprozentsatz von 90% anzeigt, und einer
Verbindungslinie, die die Helligkeitsverteilung anzeigt, kann den
Helligkeitsschwellenwert, das heißt das Flüssigkeitsniveau
der Siliciumschmelze, anzeigen. Der Schwellenwertprozentsatz kann
in dem Bereich von 70 bis 95%, zum Beispiel 90%, bezüglich des
Helligkeitspeakwertes liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2939920 [0004]
- - JP 2787042 [0004]
- - JP 7-309694 A [0006]
- - JP 2005-41705 A [0007]