DE112008002237B4

DE112008002237B4 - Verfahren zur Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls

Info

Publication number: DE112008002237B4
Application number: DE112008002237.2T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Yanagimachi; Susumu Sonokawa
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2019-01-31
Anticipated expiration: 2028-07-31
Also published as: KR20100049062A; JP5104129B2; WO2009028134A1; KR101483435B1; CN101772595B; TW200930847A; DE112008002237T5; CN101772595A; US8441623B2; US20100128253A1; TWI413712B; JP2009057236A

Abstract

Verfahren zur Erfassung eines Durchmessers eines Einkristalls, der nach Czochralski-Methode gezüchtet wird, wobei ein Durchmesser eines Einkristalls sowohl von einer Kamera als auch von einer Wägezelle erfasst wird, wobei der von der Kamera erfasste Durchmesser korrigiert wird, basierend auf einer Differenz zwischen dem von der Kamera erfassten Durchmesser und dem durch die Wägezelle berechneten Durchmesser und einem Korrekturterm α, der im Voraus entsprechend einer Wachstumsgeschwindigkeit des Einkristalls erhalten wird, und ein Wert, der durch die Korrektur erhalten wird, als der Durchmesser des Einkristalls festgelegt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls, der nach der Czochralski-Methode gezogen wird.
HINTERGRUND
Als ein Züchtungsverfahren von Halbleiter-Silizium-Einkristallen, ist die Czochralski-Methode (im Folgenden die CZ Methode) bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Impfkristall in eine Schmelze getaucht und langsam, während er gedreht wird, nach oben gezogen, wobei ein Einkristall gezüchtet wird. Der Einkristall wird so hergestellt, dass er einen bestimmten Durchmesser hat. Zum Beispiel, wenn ein fertiges Produkt ein 8 inch (200 mm) Wafer ist, ist es üblich,dass ein Kristall mit einem Durchmesser von 200 bis 210 mm hergestellt wird, der geringfügig größer als der Durchmesser des Wafers ist. Danach wird der Kristall an dessen Außenumfang so angeschliffen, dass er eine zylindrische Form hat, und in Wafer geschnitten. Der Wafer wird dann einem Anfasen unterworfen und hat einen endgültigen Zielwaferdurchmesser. Der Zieldurchmesser bei der Herstellung eines Einkristalls muss größer als der Waferdurchmesser eines fertigen Produkts sein. Einen zu großen Durchmesser erhöht jedoch den Materialabtrag beim Schleifen/Polieren, so dass es unwirtschaftlich wird. Daher besteht eine Nachfrage nach einem Einkristall mit einem Durchmesser, der größer als der Durchmesser eines Wafers und so klein wie möglich ist.
Nach der CZ Methode gibt es hauptsächlich zwei Methoden zur Durchmesser-Kontrolle, von denen eine optische Methode (eine Kamera-Methode) ist und die andere eine Gewicht-Methode (eine Wägezelle-Methode) ist. In der optischen Methode, wird ein wachsender Kristall in einem Ofen durch Quarzglas mit einer außerhalb des Ofens angebrachten Kamera beobachtet. Die Position der Kristallkante wird durch Verarbeitung eines von der Kamera aufgenommen Bildes bestimmt, und die so ermittelte Position wird in einen Durchmesser durch Transformation der Position in Koordinaten umgerechnet. Darüber hinaus umfasst die optische Methode eine Methode zur Vermessung der Enden eines Kristalls, eine Methode zur Vermessung einer Seite eines Kristalls, eine Methode zur Bestimmung eines Durchmessers basierend auf der Krümmung eines Kreisbogens, und dergleichen.
Jedoch wird es mit der Methode zur Vermessung der Enden eines Kristalls mit einer Kamera schwierig, einen Durchmesser D, wie in 1 gezeigt, in seinem vollen Umfang zu erfassen, da der Durchmesser des Kristalls zunimmt. Darüber hinaus besteht das Problem darin, dass auch dann, wenn der Durchmesser in seinem vollen Umfang erfasst wird, eine Verschlechterung der Auflösung stattfindet. Ferner, wie zum Beispiel in JP-A-2004-35352 offenbart, gibt es eine Methode, in der zwei Kameras bereits in der Ziehvorrichtung vorgesehen sind und die Enden durch den Einsatz dieser Kameras beobachtet werden. In diesem Fall wird allerdings ein Fehler, der durch Verschiebung der relativen Positionen der Kameras verursacht wird, zum Problem.
Darüber hinaus kommt als eine Methode zur Vermessung einer Seite eines Kristalls eine Methode zur Bestimmung eines Durchmessers in Frage, basierend auf einer Entfernung R von einem virtuellen Mittelpunkt, wie in 2 gezeigt. Jedoch tritt ein Messfehler auf, der durch Verschiebung des virtuellen Mittelpunkts durch Verschiebung der Position einer Kamera verursacht wird.
Ferner gehört zu den optischen Methoden eine Methode zur Bestimmung eines Durchmessers durch Berechnung einer Entfernung R von einem Mittelpunkt basierend auf der Krümmung eines Kreisbogens, wie in 3 gezeigt. Das Problem dieser Methode ist jedoch, dass die Krümmung kleiner wird mit zunehmendem Durchmesser eines Kristalls, was zu einer Erhöhung der Messfehler führt.
Wie oben beschrieben, ist das Problem der Einkristalldurchmesser-Bestimmungssmethode unter Einsatz von optischen Methoden, dass ein Messfehler durch Zunahme des Durchmessers eines Kristalls oder durch Verschiebung einer Kamera für Erfassung auftritt. Wenn beispielsweise der Kristalldurchmesser von einem Ziel abweicht, ergibt sich ein Problem, wie etwa eine Verringerung der Ausbeute aufgrund des Produktausfalls, der durch einen unzureichenden Durchmesser verursacht wird, und ein Anstieg des Materialabtrags beim Schleifen, der durch einen zu großen Durchmesser verursacht wird. Darüber hinaus wird ein Qualitätausgleich durch die Änderung der Kristallwachstumsbedingungen in eine Kristallwachstumsrichtung erreicht. Jedoch besteht das Problem darin, dass wenn der Kristalldurchmesser von einem Ziel abweicht, weicht auch die Höhe der Silizium-Schmelze in einem Tiegel von einem Ziel ab, wodurch ein Qualitätsunterschied entsteht.
Andererseits ist es nach der Gewicht-Methode üblich, eine Methode (eine Wägezelle-Methode), wie beispielsweise in JP H09-175893 A offenbart, zur Bestimmung des Gewichts eines wachsenden Kristalls durch Befestigung einer als Wägezelle bezeichneten Waage auf einer Armwelle anzuwenden. Der Wägezelle-Methode ist eine Methode für die Berechnung des Durchmessers eines Kristalls basierend auf der Gewichtszunahme pro Längeneinheit. Diese Methode weist keinen Fehler auf, der in der optischen Methode eintreten würde, und wenn ein Fehler der Wägezelle allein festgehalten wird, wird es möglich, einen Durchmesser zu messen. Jedoch soll das maximal zulässige Gewicht der Wägezelle auf einen hohen Wert eingestellt werden, um ein zunehmendes Gewicht eines Kristalls auszugleichen, und dies wiederum führt zu einer Erhöhung der Messfehler oder zu einer Verringerung der Empfindlichkeit, so dass dadurch unmöglich wird, einen Durchmesser in kurzer Zeit zu berechnen. Wenn der Durchmesser in kurzer Zeit zunimmt, soll der Durchmesser durch Erhöhung des Kristallwachstums auf einen Zieldurchmesser verringert werden; jedoch besteht das Problem dabei darin, dass es unmöglich ist, eine solche Kontrolle in kurzer Zeit durchzuführen, was zur Herstellung eines Kristalls führt, der Erhebungen und Vertiefungen aufweist. Darüber hinaus ist das Problem dabei, dass wenn der gewachsene Einkristall ein Kristall mit Erhebungen und Vertiefungen ist, verstärken sich Qualitätsschwankungen in diesen Erhebungen und Vertiefungen oder wird ein Produktfehler durch einen nicht ausreichenden Durchmesser in Vertiefungen verursacht.
Die Druckschriften DE 11 2006 002 130 B4 , JP 2003-176199 A und JP S61-286 296 A beschreiben Czochralski (CZ)-Vorrichtungen und -Verfahren, bei denen der Durchmesser des gezogenen Einkristalls entweder durch optische Mittel oder durch die Bestimmung des Gewichts des Einkristalls bestimmt werden kann.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Um die genannten Probleme zu lösen, ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls bereitzustellen, welche die Messgenauigkeit des Durchmessers eines schweren Kristalls mit großem Durchmesser verbessern und die Ausbeute steigern und Qualitätsschwankungen verringen können.
Um das genannte Ziel zu erreichen, bietet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls, der nach der Czochralski-Methode gezüchtet wird, wobei der Durchmesser eines Einkristalls sowohl von einer Kamera als auch von einer Wägezelle erfasst wird, wobei der von der Kamera erfasste Durchmesser korrigiert wird, basierend auf der Differenz zwischen dem von der Kamera erfassten Durchmesser und dem von der Wägezelle berechneten Durchmesser und einem Korrekturterm α, der entsprechend einer Wachstumsrate des Einkristalls im voraus erhalten wurde, und wobei ein durch diese Korrektur erhaltener Wert als der Durchmesser des Einkristalls festgesetzt wird.
Wenn ein Einkristall nach der Czochralski-Methode gezüchtet wird, wie oben beschrieben, durch Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls sowohl von einer Kamera als auch von einer Wägezelle, durch Korrektur des von der Kamera erfassten Durchmessers, basierend auf der Differenz zwischen dem von der Kamera erfassten Durchmesser und dem durch die Wägezelle berechneten Durchmesser und einem Korrekturterm α, der entsprechend einer Wachstumsgeschwindigkeit des Einkristalls im Voraus erhalten wurde, und durch die Festlegung eines durch diese Korrektur erhaltenen Wertes als Durchmesser des Einkristalls, ist es möglich, die Messgenauigkeit des Durchmessers eines, schweren Kristalls mit großem Durchmesser zu verbessern und die Steigerung der Ausbeute und eine Verringerung von Qualitätsschwankungen zu erzielen.
Darüber hinaus erfolgt die Korrektur vorzugsweise durch Addition zu dem von der Kamera erfassten Durchmesser eines Wertes, der durch Multiplikation der Differenz zwischen dem von der Kamera erfassten Durchmesser und dem durch die Wägezelle berechneten Durchmesser mit dem Korrekturterm α oder durch Addition des Korrekturterms α zur Differenz zwischen dem von der Kamera erfassten Durchmesser und dem durch die Wägezelle berechneten Durchmesser.
Durch Korrektur des von der Kamera erfassten Durchmessers, wie oben beschrieben, durch Addition des von der Kamera erfassten Durchmessers zu einem Wert, der durch Multiplikation der Differenz zwischen dem von der Kamera erfassten Durchmesser und dem durch die Wägezelle berechneten Durchmesser mit dem Korrekturterm α oder durch Addition des Korrekturterms α zur Differenz zwischen dem von der Kamera erfassten Durchmesser und dem durch die Wägezelle berechneten Durchmesser, ist es möglich, die Genauigkeit des absoluten Wertes eines Durchmessers zu verbessern, die Messgenauigkeit des Durchmessers eines schweren Kristalls mit großem Durchmesser zu verbessern und die Steigerung der Ausbeute und eine Verringerung von Qualitätsschwankungen wirksam zu erzielen.
Darüber hinaus wird vorzugsweise durch das Verfahren zur Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls ein Durchmesser gemessen, der erhalten wird, wenn ein gerader Kristallkörper des Einkristalls 10 cm und mehr erreicht.
Durch Messen eines Durchmessers, der erhalten wird, wenn ein gerader Kristallkörper des Einkristalls 10 cm und mehr erreicht, wie oben beschrieben, durch das Verfahren zur Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls erfindungsgemäß, ist es möglich, das konventionelle Problem der Senkung der Genauigkeit in absolutem Wert eines erfassten Durchmessers mit Längenzunahme eines geraden Kristallkörpers zu lösen, die Messgenauigkeit des Durchmessers eines großdurchmessrigen, schweren Kristalls zu verbessern und die Steigerung der Ausbeute und eine Verringerung von Qualitätsschwankungen wirksamer zu erzielen.
Außerdem stellt vorzugsweise der durch eine Wägezelle berechnete Durchmesser ein Mittelwert von Durchmessern dar, der erhalten wurde, basierend auf Einkristallgewichten in einem mittleren Intervall eines geraden Kristallkörper des Einkristalls, und eine Region des mittleren Intervalls ist vorzugsweise auf 10 cm oder mehr eingestellt.
Durch Berechnung eines Mittelwertes des Durchmessers durch eine Wägezelle, wie oben beschrieben, basierend auf Einkristallgewichten in einem mittleren Intervall eines geraden Kristallkörper des Einkristalls, und durch Einstellung einer Region des mittleren Intervalls auf 10 cm oder mehr, werden die Genauigkeit eines Durchmessers, ermittelt basierend auf dem Wägezellegewicht, und die Genauigkeit der Korrektur eines von der Kamera erfassten Durchmessers erhöht. Dadurch wird ermöglicht, die Messgenauigkeit des Durchmessers eines großdurchmessrigen, schweren Kristalls wirksam zu verbessern und eine Steigerung der Ausbeute und eine Verringerung von Qualitätsschwankungen zu erzielen.
Darüber hinaus wird die Durchmessererfassung vorzugsweise mindestens einmal durchgeführt, nachdem ein gerader Kristallkörper des Einkristalls 10 cm erreicht.
Mit der Durchführung der Durchmessererfassung, wie oben beschrieben, durch das Verfahren zur Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls erfindungsgemäß mindestens einmal, nachdem ein gerader Kristallkörper des Einkristalls 10 cm erreicht, wird es möglich, den Durchmesser des Einkristalls mit einer extrem hohen Genauigkeit zu erfassen, die Messgenauigkeit des Durchmessers eines großdurchmessrigen, schweren Kristalls wirksamer zu verbessern, und die Steigerung der Ausbeute und eine Verringerung von Qualitätsschwankungen zu erzielen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls ist es möglich, ein Verfahren zur Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls bereitzustellen, das die Messgenauigkeit des Durchmessers eines großdurchmessrigen, schweren Kristalls verbessert, und eine Steigerung der Ausbeute und eine Verringerung von Qualitätsschwankungen erzielt.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine Methode zur Erfassung der Enden eines Kristalls von einer Kamera nach einer konventionellen optischen Methode zeigt;
2 ist ein Diagramm, das eine Methode zur Erfassung einer Seite eines Kristalls von einer Kamera nach einer konventionellen optischen Methode zeigt;
3 ist ein Diagramm, das eine Methode zur Bestimmung eines Durchmessers ba sierend auf der Krümmung eines Kreisbogens nach einer konventionellen optischen Methode zeigt;
4 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Einkristallziehvorrichtung zeigt;
5 ist ein Diagramm, das einen Ablauf des Verfahrens zur Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist ein Beispiel für die Form einer Kristallwachstumsgrenzfläche;
7 ist eine Grafik, die das Verhältnis zeigt zwischen einer Wachstumsrate und einem Korrekturterm in einer Einkristallziehvorrichtung, die in den Beispielen verwendet wird;
8 ist eine graphische Darstellung, die Durchmesservariation (Standardabweichung σ) in einem 40 cm langen Teil eines geraden Einkristallkörpers zeigt, wobei die Durchmesservariation (Standardabweichung σ) in den Beispielen 1 und 2 und Vergleichsbeispiel bewertet wird;
9 ist ein Diagramm, das ein Histogramm der Durchmesservariation (Standardabweichung σ) in einem 40 cm langen geraden Körperteil eines Einkristalls zeigt, wobei die Durchmesservariation (Standardabweichung σ) in den Beispielen 1 und 2 und Vergleichsbeispiel bewertet wird;
10 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen dem mittleren Intervall (L2-L1), in dem die Korrektur berechnet wird, und einem Durchmesserberechnungsfehler einer Wägezelle zeigt, wobei das Verhältnis in Beispiel 3 beobachtet wird; und
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Diagramms zeigt, das die Korrelation zwischen einem mittleren Durchmesser, der ein Mittelwert von tatsächlich beobachteten Durchmessern ist, und einem Durchmesser, der durch eine Wägezelle berechnet wird, zeigt.

BEST MODE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Wie oben beschrieben, gibt es üblicherweise hauptsächlich zwei Methoden zur Kontrolle eines Durchmessers, von denen eine optische Methode (eine Kamera-Methode) und die andere eine Gewicht-Methode (eine Wägezelle-Methode) ist. Wie oben erwähnt, besteht jedoch das Problem der optischen Methode darin, dass ein Messfehler durch Zunahme des Durchmessers eines Kristalls oder durch Verschiebung einer Kamera zur Durchmessererfassung auftritt. Ebenfalls besteht das Problem der Gewicht-Methode (einer Wägezelle-Methode) darin, dass das maximal zulässige Gewicht der Wägezelle auf einen hohen Wert eingestellt werden soll, um ein zunehmendes Gewicht eines Kristalls zu bewältigen, und dies wiederum zur Erhöhung des Messfehlers oder zur Verringerung der Empfindlichkeit führt, so dass es unmöglich wird, einen Durchmesser in kurzer Zeit zu berechnen. Wenn der Durchmesser in kurzer Zeit zunimmt, wird es unmöglich, eine solche Kontrolle in kurzer Zeit durchzuführen, um den Durchmesser durch Erhöhung des Kristallwachstums auf einen Zieldurchmesser zu verringern (wegen geringer Empfindlichkeit), was zur Herstellung eines Kristalls mit Erhebungen und Vertiefungen führt.
Um die oben genannten Probleme zu lösen, untersuchte der Erfinder zuerst Merkmale (Vorteile und Nachteile) der optischen Methode (der Kamera-Methode) und der Gewicht-Methode (der Wägezelle-Methode). Die Ergebnisse sind in einer nachstehenden Tabelle gezeigt (Tabelle 1).

[Tabelle 1]

Methode	Vorteile	Nachteile
Optische Methode	Diese Methode ist empfindlich für eine relative Veränderung und ist für die Kontrolle von Kurzzeitschwankunqen geeignet.	Diese Methode weist eine geringe Genauigkeit in absoluten Werten auf.
Gewicht-Methode	Diese Methode weist eine hohe Genauigkeit in absoluten Werten auf.	Diese Methode weist eine Verringerung der Empfindlichkeit in der Herstellung eines schweren Kristalls (da in den Standards die Genauigkeit in der Regel oo% der max beträgt) auf, und daher ist es schwierig, Kurzzeitschwankungen mit dieser Methode zu kontrollieren).

Tabelle 1 zeigt, dass obwohl die Kamera-Methode (die optische Methode) für die Kontrolle von Kurzzeitschwankungen in dem Einkristalldurchmesser geeignet ist, weist diese Methode eine geringe Genauigkeit in absolutem Wert eines erfassten Durchmessers auf. Andererseits, obwohl die Gewicht-Methode (die Wägezelle-Methode) eine hohe Genauigkeit in absolutem Wert aufweist, ist der Nachteil dieser Methode, dass es bei der Herstellung eines schweren Kristalls wegen einer Verringerung der Empfindlichkeit schwierig ist, Kurzzeitschwankungen in dem Einkristalldurchmesser zu kontrollieren.
Demzufolge wurde vom Erfinder, als ein Ergebnis intensiver Forschung, ein Verfahren zur Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls und ein Einkristallziehvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung durch Kombinieren der Kamera-Methode (der optischen Methode) und der Gewicht-Methode (der Wägezelle-Methode) fertiggestellt, wobei das Verfahren zur Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls und der Einkristallziehvorrichtung die Vorteile dieser Methoden nutzen und dadurch die Nachteile dieser Methoden ausgleichen können, und eine Verbesserung der Genauigkeit in absolutem Wert eines erfassten Einkristalldurchmessers erreicht.
Nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung spezifisch beschrieben, ohne die Erfindung dabei zu beschränken.
4 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Einkristallziehvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt. In dem Einkristallziehvorrichtung 11 wird eine Wägezelle (eine Waage) 10, die das Gewicht eines Einkristalls 4 messen kann, während der Einkristall durch Eintauchen in eine Schmelze 6 in einem Tiegel 5 gezüchtet wird, am oberen Ende des Drahtes 1 bereitgestellt, wobei ein Impfkristall 3 mit einer Impfkristall-Spannvorrichtung 2 an einem unteren Ende eines Drahtes 1 gehalten wird, und dann der Impfkristall nach oben gezogen wird, und eine Kamera 9 zur Erfassung eines Durchmessers, die das Innere eines Ofens durch Quarzglas beobachten kann, ist zusätzlich außerhalb des Ofens bereitgestellt. Wenn der Einkristall gewaschen ist, ist ferner ein wärmeisolierendes Teil 8 außerhalb einer Heizung 7 angebracht, um eine Kammer zu schützen.
Es ist möglich, den Durchmesser eines Einkristalls basierend auf der Gewichtszunahme pro Längeneinheit zu berechnen, wobei das Gewicht des Einkristalls 4 mit einer Wägezelle 10 gemessen wird. Darüber hinaus kann die Kamera 9 zur Erfassung eines Durchmessers den Durchmesser des Einkristalls 4 erfassen, wobei die Position des Endes des Einkristalls 4 durch die Verarbeitung eines von der Kamera aufgenommenen Bildes in dem Ofen bestimmt wird, und die Position in Koordinaten umgerechnet wird.
Folgend wird das Verfahren zur Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. 5 ist ein Diagramm, das einen Ablauf des Verfahrens zur Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls der vorliegenden Erfindung zeigt. Wenn ein gerader Kristallkörper eines Einkristalls L1 lang ist, beginnt die Berechnung und das Gewicht Wt1 des Einkristalls wird mit der Wägezelle gemessen. Das Einkristall wird nach oben gezogen, bis der gerade Kristallkörper L2 lang ist, und das Gewicht Wt2 des Einkristalls wird erneut mit der Wägezelle gemessen. Folgend wird der mittlere Durchmesser Dw in dem mittleren Intervall von L1 bis L2 berechnet, basierend auf den Gewichten Wt1 und Wt2 des Einkristalls, die mit der Wägezelle gemessen werden. Dabei ist die Gleichung für Berechnung des Durchmessers Dw, der von dem Wägezelle-Gewicht umgerechnet wird, wie folgt: Dw = 2 × √((Wt2 - Wt1) / (π × (L2 - L1) × 2,33)) (2,33: die Dichte eines Siliziumeinkristalls).
Andererseits wird gleichzeitig mit der Messung des Gewichtes des Einkristalls von der Wägezelle ein Durchmesser von der Kamera mehrfach zwischen L1 und L2 erfasst. Die so erhaltenen Durchmesser werden addiert, wobei ein kumulativer Gesamtwert T1 berechnet wird. Darüber hinaus wird folgend die Zahl der Additionen gezählt, und der berechnete kumulative Gesamtwert T1 wird durch die Zahl der Additionen C1 geteilt, wobei ein von der Kamera erfasster Durchmesser Do berechnet wird.
Folgend wird Korrektur des von der Kamera erfassten Durchmessers durchgeführt. Insbesondere wird eine Differenz zwischen dem von der Kamera erfassten Durchmesser Do und dem durch die Wägezelle berechneten Durchmesser Dw erhalten, und ein Wert, der sich aus Multiplikation der Differenz mit einem Korrekturterm α ergibt oder sich aus Addition des Korrekturterms α zur Differenz ergibt, wird zu dem von der Kamera erfassten Durchmesser addiert. Danach ist diese Korrektur abgeschlossen; der Einkristall wird so nach oben gezogen, dass der Durchmesser durch Kontrolle einem durch die Korrektur erhaltenem Wert gleich bleibt. Darüber hinaus werden die zweite und nachfolgenden Korrekturen durch die Wiederholung derselben Vorgängen durchgeführt, wenn der Einkristall die nächste Korrekturvorgangslänge erreicht.
Im Übrigen, ist der Korrekturterm α ein numerischer Wert, der im Voraus entsprechend einer Wachstumsgeschwindigkeit eines Einkristalls erhalten wird. Das Wägezelle-Gewicht ist ein Gewicht, das gemessen werden kann, wenn ein Kristall im ruhigen Zustand aufgehängt ist. Jedoch gibt es zum Zeitpunkt der tatsächlichen Herstellung eines Kristalls eine Diskrepanz zwischen einem Durchmesser, der durch das Wägezelle-Gewicht umgerechnet wird, und einem tatsächlichen Durchmesser, der durch die Form einer Kristallwachstumsgrenzfläche durch die Oberflächenspannung oder dergleichen entsteht. Das bedeutet, dass bei der Verwendung des gleichen Herstellungsverfahrens, wie mit einem Pfeil in der 6 gekennzeichnet ist, wird die konvexe Form einer Kristallwachstumsgrenzfläche desto deutlicher, je höher eine Kristallwachstumsgeschwindigkeit wird. Obwohl dieser Fehler bei der Herstellung eines eigentlichen Kristalls und durch Messung des Fehlers für jeden Ziehungsapparat bestimmt werden kann, kann eine Diskrepanz zwischen einem Durchmesser, der durch das Gewicht umgerechnet wird, und einem tatsächlichen Durchmesser zu einem gewissen Grad prognostiziert werden, wenn die konvexe Form vorausgesagt werden kann. Daher wird es notwendig, das Verhältnis zwischen einer Wachstumsgeschwindigkeit und einem Korrekturterm für jede Einkristallziehvorrichtung im Voraus zu erhalten, und die oben beschriebene Korrektur mittels des erhaltenen Korrekturterms α durchzuführen.
Es wird eine Änderung in der Form einer Wachstumsgrenzfläche verursacht, wenn sich eine Produktionsbedingung, beispielsweise ein Apparat, ändert, wie in der 6 gezeigt, wobei sich der Gradient des Verhältnises zwischen einer Wachstumsgeschwindigkeit und einem Korrekturterm auch ändert. Demzufolge muss das obige Verhältnis für jede einzelne Produktionsbedingung erhalten werden. Andererseits, weil sich das Verhältnis zwischen einer Wachstumsgeschwindigkeit und einem Korrekturterm nicht ändert, sofern sich die Produktionsbedingung nicht ändert, besteht auch keine Notwendigkeit, ein Experiment zu wiederholen, solange das Verhältnis vor Herstellung eines Produkts erhalten wird. Eine spezifische Methode zur Ermittlung eines Korrekturterms ist folgende. Ein Diagramm (z. B. 11) zeigt die Korrelation zwischen einem mittleren Durchmesser der tatsächliche Durchmesser und einem durch die Wägezelle berechneten Durchmesser, der durch tatsächliches Kristallwachstum entsteht, und die Korrelationsgerade anschließend gezogen wird, wobei ein Korrekturterm der Ziehgeschwindigkeiten zu diesem Zeitpunkt erhalten werden kann. Zu diesem Zeitpunkt kann ein Korrekturterm durch Herstellung von mindestens drei oder mehr Einkristallen genau bestimmt werden. In diesem Fall ist durch Verwendung einer Methode, mit welcher eine Achsenabschnittskonstante durch Festlegung des Gradients auf 1 erhalten wird, ist der so erhaltene Korrekturterm ein Korrekturterm, der in der Erfindung addiert wird; durch Verwendung einer Methode, mit welcher eine Achsenabschnittskonstante durch Festlegung des Gradients auf 0 erhalten wird, der so erhaltene Korrekturterm ein Korrekturterm, der in der Erfindung multipliziert wird. Korrektur mittels eines höheren Korrelationsfaktors ist ausreichend und es besteht keine Notwendigkeit, sowohl Addition als auch Multiplikation in einem begrenzten Intervall zu verwenden.
Darüber hinaus wird eine Grafik, wie beispielsweise in 7 gezeigt, durch Ermittlung eines Korrekturterms bei mindestens zwei Arten von Ziehgeschwindigkeit erzielt. 7 zeigt Korrekturterme, die addiert werden sollen, wobei die Korrelationsfaktoren bei diesen Ziehgeschwindigkeiten durch Erstellen eines Diagramms, das die Korrelation zwischen einem mittleren Durchmesser der tatsächlichen Durchmesser und einem durch Wägezelle berechneten Durchmesser wie in 11 zeigt, die durch tatsächliches Kristalwachstum entsteht, und dann duch Ziehen einer Korrelationsgerade erhalten werden. Wenn die Korrektur bei einer unbekannten Ziehgeschwindigkeit durchgeführt wird, ist es am besten, einen neuen Korrekturterm mittels der oben beschriebenen Methode zu erhalten. Jedoch kann ein Wert, der aus 7 geschätzt und durch diese Methode erhalten wird, eine Funktion angemessen erfüllen. Zu diesem Zeitpunkt kann die Korrektur genauer ausgeführt werden, wenn die zwei Arten von Ziehgeschwindigkeiten MAX und MIN von Anwendungsbedingungen sind.
Da die oben beschriebenen L1 und L2 Längen eines tatsächlichen Einkristalls sind, ist ferner die Korrektur des Wertes, um welchen sich der Draht 1 dehnt, gleichzeitig mit der oben beschriebenen Korrektur durchzuführen, wenn etwa ein Einkristallziehvorrichtung übernommen wird, mit einem Aufbau, in dem die Position eines Kristalls bezogen auf einen Zugweg des Drahtes 1 berechnet wird, an dem der Kristall aufgehängt wird.
Im Übrigen kann ein herzustellender Einkristall beispielsweise ein Siliziumeinkristall sein; jedoch ist ein herzustellender Einkristall nicht auf diesen bestimmten Kristalltyp beschränkt und kann auch ein anderer Halbleiter-Einkristall oder dergleichen sein.
Darüber hinaus stellt ein durch das Verfahren zur Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung erfasster Durchmesser vorzugsweise ein Durchmesser dar, der erhalten wird, wenn ein gerader Kristallkörper des Einkristalls 10 cm und mehr erreicht. Ein Durchmesser, der erhalten wird, bevor ein gerader Kristallkörper des Einkristalls 10 cm erreicht, kann nur mit der Kamera-Methode erfasst werden, die für Kurzzeit-Durchmesserkontrolle geeignet ist. Wie bereits erläutert, ist es bei der Anwendung der Kamera-Methode allein so, dass je länger der gerade Kristallkörper wird, desto geringer wird die Genauigkeit in absolutem Wert, verursacht durch Verschiebung der relativen Positionen der Kameras oder durch Zunahme des Durchmessers eines Kristalls. Demzufolge ist die vorliegende Erfindung bei der Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls besonders wirksam, wenn der gerade Kristallkörper eines Einkristalls 10 cm und mehr erreicht.
Darüber hinaus ist eine Region des mittleren Intervalls von L1 bis L2, wie oben beschrieben, vorzugsweise auf 10 cm oder mehr einzustellen. Der Grund dafür ist, dass je länger das Intervall ist, in dem Durchmesserkorrektur berechnet wird, desto höher ist die Genauigkeit eines mit dem Wägezelle-Gewicht erfassten Durchmessers. Dadurch wird es möglich, genauere Korrektur durchzuführen.
Die oben erwähnte Korrektur wird ferner vorzugsweise mindestens einmal durchgeführt, nachdem ein gerader Kristallkörper des Einkristalls 10 cm erreicht. Zwar kann die Durchmessergenauigkeit zufriedenstellend verbessert werden, auch wenn die oben erwähnte Korrektur nur einmal durchgeführt wird, nachdem ein gerader Kristallkörper des Einkristalls 10 cm erreicht. Wenn jedoch die oben erwähnte Korrektur wiederholt mit der Entwicklung des Kristalwachstums durchgeführt wird, ist es möglich, einen Durchmesser mit einer extrem hohen Genauigkeit zu erfassen.
Darüber hinaus wird das Verfahren zur Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise in dem Einkristallziehvorrichtung durchgeführt, wobei der Einkristallziehvorrichtung sowohl eine Kamera als auch eine Wägezelle umfasst, die zur Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls bereitgestellt werden, der nach oben gezogen werden soll. Kombination der Kamera-Methode (der optischen Methode) und der Wägezelle-Methode (der Gewicht-Methode) ermöglicht es, die Vorteile dieser Methoden zu nutzen und dadurch die Nachteile dieser Methoden auszugleichen.
Im Folgenden wird die Erfindung insbesondere mit den Beispielen der Erfindung erläutert; die Erfindung beschränkt sich jedoch auf diese Beispiele nicht.
(Beispiel 1)
Ein Einkristall wurde durch Verwendung des Einkristallziehvorrichtungs gemäß 4 hergestellt, wobei die Korrektur eines von der Kamera erfassten Durchmessers nach dem in der 5 gezeigten Ablauf, durchgeführt wurde und der Durchmesser so kontrolliert wurde, dass er einem durch die Korrektur erhaltenen Wert gleich wurde. Vor der Herstellung des Einkristalls wurde ein Verhältnis zwischen einer Wachstumsgeschwindigkeit und einem Korrekturfaktor in einem tatsächlich verwendeten Einkristallziehvorrichtung im Voraus erhalten (7). Durch die Einstellung der Länge L1 eines geraden Kristallkörpers zu Beginn der Erfassung auf 5 cm und durch die Einstellung der Länge L2 des geraden Kristallkörpers auf 15 cm, wurden ein von der Kamera zwischen 5 cm und 15 cm erfasster Durchmesser Do und ein bezogen auf das Ausmass der Gewichtsänderung zwischen 5 cm und 15 cm gemessener Durchmesser Dw erfasst. Nachdem der gerade Kristallkörper 15 cm erreicht hat, wurde die Korrektur des von der Kamera erfassten Durchmessers durch Addition, zu dem von der Kamera erfassten Durchmesser, eines Wertes durchgeführt, der durch Addition eines Korrekturfaktors von -1,5 entsprechend einer tatsächlichen Ziehgeschwindigkeit von 0,4 mm/min zu einer Differenz (Do - Dw) zwischen dem von der Kamera erfassten Durchmesser und dem durch die Wägezelle berechneten Durchmesser erhalten wurde, und der Durchmesser des Einkristalls wurde so kontrolliert, dass er einem durch Korrektur erhaltenen Wert gleich wurde, wobei der Einkristall hergestellt wurde. Der Durchmesser nach der Herstellung des Kristalls wurde an einem 40 cm langen Teil des geraden Kristallkörpers gemessen, und Durchmesservariation (Standardabweichung σ) wurde ausgewertet.
(Beispiel 2)
Ein Einkristall wurde unter Verwendung des gleichen Einkristallziehvorrichtungs, wie in Beispiel 1, und mit der gleichen Methode, wie in Beispiel 1, hergestellt, mit dem Unterschied, dass die Länge L1 eines geraden Kristallkörpers zu Beginn der Erfassung auf 5 cm eingestellt wurde, die Länge L2 des geraden Kristallkörpers auf 25 cm eingestellt wurde, und das mittlere Intervall, in dem Korrektur berechnet wurde, auf 20 cm eingestellt wurde, wobei die Korrektur des von der Kamera erfassten Durchmessers durch Addition, zu dem von der Kamera erfassten Durchmesser, eines Wertes durchgeführt wurde, der durch Addition eines Korrekturfaktors von -1,5 entsprechend einer tatsächlichen Ziehgeschwindigkeit von 0,4 mm/min erhalten wurde, und der Durchmesser des Einkristalls wurde so kontrolliert, dass er einem durch Korrektur erhaltenen Wert gleich wurde. Wie im Beispiel 1, wurde der Durchmesser nach der Herstellung des Kristalls an einem 40 cm langen Teil des geraden Kristallkörpers gemessen, und Durchmesservariation (Standardabweichung σ) wurde ausgewertet.
(Vergleichsbeispiel)
Ein Kristall wurde nach einer konventionellen Methode hergestellt, wobei die Position der Kante eines Kristalls von einer Kamera beobachtet wurde und ein Durchmesser ermittelt wurde, bezogen auf einen Abstand von einem virtuellen Mittelpunkt in einem Einkristallziehvorrichtung, der die gleiche Struktur, wie der Einkristallziehvorrichtung in 4 aufweist, außer dass die Wägezelle 10 nicht bereitgestellt wurde. Wie in Beispielen 1 und 2, wurde der Durchmesser nach der Herstellung des Kristalls an einem 40 cm langen Teil des geraden Kristallkörpers gemessen, und Durchmesservariation (Standardabweichung σ) wurde ausgewertet.
Im Übrigen, in allen der oben erläuterten Beispielen 1 und 2 und Vergleichsbeispiel, wurden ein 32 inch (800 mm) großen Tiegel eingesetzt, 300 kg Silizium-Rohmaterial darin eingefüllt, und ein 12 inch (308 mm) Einkristall hergestellt.
Tabelle 2 zeigt die Durchmesservariation (Standardabweichung σ), die an einem 40 cm langen Teil eines geraden Kristallkörpers erhalten und in den Beispielen 1 und 2 und Vergleichsbeispiel bewertet wurde. Im Vergleichsbeispiel, betrug die Durchmesservariation (Standardabweichung σ) 1,2 mm. Andererseits, gemäß Beispiel 1 (L2 - L1 = 10 cm) betrug die Durchmesservariation (Standardabweichung σ) 0,7 mm, und gemäß Beispiel 2 (L2 - L1 = 20 cm) betrug die Durchmesservariation (Standardabweichung σ) 0,6 mm.
[Tabelle 2]

Vergleichsbeispiel (konventionell) Beispiel 1 Beispiel 2

Durchmesservariation (Standardabweichung σ) 1,2 mm 0,7 mm 0,6 mm
8 ist eine Darstellung von Durchmesservariation (Standardabweichung σ) in einem 40 cm langen geraden Kristallkörper eines Einkristalls, wobei die Durchmesservariation (Standardabweichung σ) in Beispielen 1 und 2 und Vergleichsbeispiel bewertet wurde. Darüber hinaus ist 9 ein Diagramm, das ein Histogramm von Durchmesservariation (Standardabweichung σ) in einem 40 cm langen geraden Kristallkörper eines Einkristalls zeigt, wobei die Durchmesservariation (Standardabweichung σ) in Beispielen 1 und 2 und Vergleichsbeispiel bewertet wurde. Aus den 8 und 9 ist es ersichtlich, dass je länger das Intervall (von L1 bis L2) ist, in dem Durchmesserkorrektur berechnet wird, desto höher ist die Durchmessergenauigkeit.
(Beispiel 3)
Ein Einkristall wurde unter Verwendung der gleichen Einkristallziehvorrichtung, wie in Beispiel 1, hergestellt, wobei das mittlere Intervall (L2-L1), in dem Korrektur berechnet wurde, auf 5 cm, 10 cm, 15 cm, und 20 cm eingestellt wurde, und der Durchmesser eines Einkristalls mittels eines mit dem Verfahren in Beispiel 1 ähnlichen Verfahrens kontrolliert wurde, und ein Durchmesser-Berechnungsfehler der Wägezelle in einem 40 cm langen geraden Kristallkörper untersucht wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass ein tatsächlicher Fehler in den Gewichten, der mehrfach durch eine Wägezelle gemessen wurde, 100 g in jedem der 5 cm bis 20 cm mittleren Intervallen (L2-L1) betrug und ein Durchmesser-Umrechnungsfehler in einem Intervall von 10 cm oder länger etwa 1 mm oder weniger betrug.
10 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen dem mittleren Intervall (L2-L1), in dem Korrektur berechnet wird, und einem Durchmesser-Berechnungsfehler einer Wägezelle zeigt, wobei dieses Verhältnis in Beispiel 3 beobachtet wird. Aus 10 ist es ersichtlich, dass kein großer Unterschied zwischen dem 10 cm mittleren Intervall (L2-L1) und dem 20 cm mittleren Intervall (L2-L1) vorliegt. Der Grund dafür ist folgender. Je länger das mittlere Intervall ist, in dem Korrektur berechnet wird, desto höher ist die Genauigkeit der Durchmessererfassung von der Wägezelle. Andererseits, entwickelt sich jedoch eine Durchführungsverzögerung bei Korrektur. Dadurch wird die Erzielung der Wirkungen der vorliegenden Erfindung erschwert.
Demzufolge ist die Durchführung von Korrektur in einem kurzen Intervall unter Verwendung einer präzisen Wägezelle am effektivsten. Die Untersuchung ergab jedoch, dass soweit es die in allen Beispielen verwendete Wägezelle betrifft, kann keine signifikante Wirkung erwartet werden, auch wenn das mittlere Intervall, in dem Korrektur berechnet wird, auf ein Intervall von länger als 10 cm eingestellt wird, und eine ausreichende Wirkung in einem 10 cm mittleren Intervall erzielt weden kann. Jedoch kann dieses wirksame Intervall ferner verkürzt werden, wenn eine Verbesserung der Genauigkeit der Wägezelle ermöglicht wird.
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung in keiner Weise durch die oben beschriebene Ausführungsformen beschränkt wird. Die obige Ausführungsform stellt ein Beispiel dar, und alles, was im Wesentlichen die gleiche Struktur aufweist, wie der in den Patentansprüchen der vorliegenden Erfindung rezitierte technische Grundgedanke, und so auch ähnliche Vorteile bietet, fällt unter den technischen Bereich der vorliegenden Erfindung.
Die obigen Beschreibungen befassen sich beispielsweise mit Fällen, in denen Korrektur des von der Kamera erfassten Durchmessers durch Addition, zu dem von der Kamera erfassten Durchmesser, eines Wertes durchgeführt wird, der durch Addition eines Korrekturterms entsprechend einer tatsächlichen Ziehgeschwindigkeit zu einer Differenz zwischen dem von der Kamera erfassten Durchmesser und dem durch die Wägezelle berechneten Durchmesser erhalten wurde. Jedoch wird die Genauigkeit des erfassten Durchmessers eines Einkristalls verbessert, sogar mit Korrektur durch Addition, zu dem von der Kamera erfassten Durchmesser, eines Wertes, der durch Multiplikation der Differenz zwischen dem von der Kamera erfassten Durchmesser und dem durch die Wägezelle berechneten Durchmesser mit dem Korrekturterm α, wobei die gleichen Wirkungen erzielt werden können.

Claims

Verfahren zur Erfassung eines Durchmessers eines Einkristalls, der nach Czochralski-Methode gezüchtet wird, wobei ein Durchmesser eines Einkristalls sowohl von einer Kamera als auch von einer Wägezelle erfasst wird, wobei der von der Kamera erfasste Durchmesser korrigiert wird, basierend auf einer Differenz zwischen dem von der Kamera erfassten Durchmesser und dem durch die Wägezelle berechneten Durchmesser und einem Korrekturterm α, der im Voraus entsprechend einer Wachstumsgeschwindigkeit des Einkristalls erhalten wird, und ein Wert, der durch die Korrektur erhalten wird, als der Durchmesser des Einkristalls festgelegt wird.
Verfahren zur Erfassung eines Durchmessers eines Einkristalls nach Anspruch 1, wobei die Korrektur durch Addition, zu dem von der Kamera erfassten Durchmesser, eines Wertes durchgeführt wird, der durch Multiplikation der Differenz zwischen dem von der Kamera erfassten Durchmesser und dem durch die Wägezelle berechneten Durchmesser mit dem Korrekturterm α, oder durch Addition des Korrekturterms α zur Differenz zwischen dem von der Kamera erfassten Durchmesser und dem durch die Wägezelle berechneten Durchmesser erhalten wird.
Verfahren zur Erfassung eines Durchmessers eines Einkristalls nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren zur Erfassung eines Durchmessers eines Einkristalls einen Durchmesser misst, der erhalten wird, wenn ein gerader Kristallkörper des Einkristalls 10 cm und mehr erreicht.
Verfahren zur Erfassung eines Durchmessers eines Einkristalls nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der mit der Wägezelle berechnete Durchmesser ein mittlerer Durchmesser ist, der erhalten wird, bezogen auf die Einkristall-Gewichte in einem mittleren Intervall eines geraden Kristallkörpers des Einkristalls, und eine Region des mittleren Intervalls auf 10 cm oder mehr eingestellt wird.
Verfahren zur Erfassung eines Durchmessers eines Einkristalls, wobei Durchmessererfasssung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mindestens einmal durchgeführt wird, nachdem ein gerader Kristallkörper des Einkristalls 10 cm erreicht.