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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erfassung
des Durchmessers eines Einkristalls, der nach der Czochralski-Methode
gezogen wird, und eine Einkristallziehvorrichtung.
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HINTERGRUND
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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 Zieiwaferdurchmesser. 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.
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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 wach sender 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Andererseits
ist es nach der Gewicht-Methode üblich, eine Methode (eine
Wägezelle-Methode), wie beispielsweise in
JP-A-9-175893 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.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Um
die genannten Probleme zu lösen, ist daher ein Ziel der
vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erfassung des Durchmessers
eines Einkristalls und einen Einkristallziehvorrichtung bereitzustellen,
welche die Messgenauigkeit des Durchmessers eines schweren Kristalls
mit großem Durchmesser verbessern und die Ausbeute steigern
und Qualitätsschwankungen verringen können.
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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 Korrekturfaktor 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.
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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 Korrekturfaktor 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.
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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 Korrekturfaktor α oder durch Addition des Korrekturfaktors α zur
Differenz zwischen dem von der Kamera erfassten Durchmesser und
dem durch die Wägezelle berechneten Durchmesser.
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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 Korrekturfaktor α oder
durch Addition des Korrekturfaktors 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.
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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.
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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.
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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.
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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 die Steigerung der Ausbeute und eine Verringerung
von Qualitätsschwankungen zu erzielen.
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Darüber
hinaus wird die Durchmessererfassung vorzugsweise mindestens einmal
durchgeführt, nachdem ein gerader Kristallkörper
des Einkristalls 10 cm erreicht.
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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.
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Ferner
stellt die vorliegende Erfindung ein Einkristallziehvorrichtung
zur Züchtung eines Einkristalls nach der Czochralski-Methode
bereit, wobei der Einkristallziehvorrichtung mindestens sowohl eine
Kamera als auch eine Wägezelle zur Durchmessererfassung
eines Einkristalls, der nach oben gezogen wird, umfasst.
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Wenn
ein Einkristallziehvorrichtung zur Zuchtüng eines Einkristalls
nach der Czochralski-Methode, wie oben beschrieben, ein Einkristallziehvorrichtung
ist, der sowohl eine Kamera als auch eine Wägezelle zur Durchmessererfassung
eines Einkristalls, der nach oben gezogen wird, umfasst, ist es
möglich, eine Einkristallziehvorrichtung bereitzustellen,
die die Vorteile einer Kamera-Methode und einer Wägezelle-Methode
nutzen und dadurch die Nachteile dieser Methoden ausgleichen kann,
und einen Einkristalldurchmesser mit einem hohen Genauigkeitsgrad
erfassen kann.
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Darüber
hinaus ist der Einkristallziehvorrichtung vorzugsweise ein Einkristallziehvorrichtung,
in dem der Durchmesser eines Einkristalls durch das Verfahren zur
Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls erfindungsgemäß erfasst
wird.
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in
dem Einkristallziehvorrichtung, der sowohl eine Kamera als auch
eine Wägezelle umfasst, wie oben beschrieben, mit Durchmessererfassung
durch das Verfahren zur Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls
erfindungsgemäß, ist es möglich, die
Vorteile einer Kamera-Methode und einer Wägezelle-Methode
zu nutzen, wodurch die Nachteile dieser Methoden ausgegliechen werden
können, die Messgenauigkeit des Durchmessers eines großdurchmessrigen,
schweren Kristalls wirksamer zu verbessern, und die Steigerung der
Ausbeute und eine Verringerung von Qualitätsschwankungen
zu erzielen.
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Nach
dem Verfahren zur Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls
und dem Einkristallziehvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist
es möglich, ein Verfahren zur Erfassung des Durchmessers
eines Einkristalls und einen Einkristallziehvorrichtung bereitzustellen,
die die Messgenauigkeit des Durchmessers eines großdurchmessrigen,
schweren Kristalls verbessern können, und die Steigerung
der Ausbeute und eine Verringerung von Qualitätsschwankungen
erzielen können.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Diagramm, das eine Methode zur Erfassung der Enden eines Kristalls
von einer Kamera nach einer konventionellen optischen Methode zeigt;
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2 ist
ein Diagramm, das eine Methode zur Erfassung einer Seite eines Kristalls
von einer Kamera nach einer konventionellen optischen Methode zeigt;
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3 ist
ein Diagramm, das eine Methode zur Bestimmung eines Durchmessers
ba sierend auf der Krümmung eines Kreisbogens nach einer
konventionellen optischen Methode zeigt;
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4 ist
eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel für
Einkristallziehvorrichtung gemäß dieser Erfindung
zeigt;
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5 ist
ein Diagramm, das einen Ablauf des Verfahrens zur Erfassung des
Durchmessers eines Einkristalls der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist
ein Beispiel für die Form einer Kristallwachstumsgrenzfläche;
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7 ist
eine Grafik, die das Verhältnis zeigt zwischen einer Wachstumsrate
und einem Korrekturfaktor in einem Einkristallziehvorrichtung, der
in den Beispielen verwendet wird;
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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;
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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;
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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
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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.
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BEST MODE ZUR AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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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 Kurzzeitschwankungen 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). |
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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.
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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.
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Nachstehend
wird eine Ausführungsform der Erfindung spezifisch beschrieben,
ohne die Erfindung dabei zu beschränken.
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4 ist
eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel für
den Einkristallziehvorrichtung gemäß dieser Erfindung
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.
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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.
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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).
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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.
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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 Korrekturfaktor α ergibt oder sich
aus Addition des Korrekturfaktors 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.
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Im Übrigen,
ist der Korrekturfaktor 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 Kritallwachstumsgrenzfläche
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 Korrekturfaktor für jeden Einkristallziehvorrichtung im
Voraus zu erhalten, und die oben beschriebene Korrektur mittels
des erhaltenen Korrekturfaktors α druchzuführen.
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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 Korrekturfaktor auch ändert.
Demzufolge muss das obige Verhältnis für jede
einzelne Produktionsbedingung erhalten werden. Andererseits, weil
sich das Verhältnis zwi schen einer Wachstumsgeschwindigkeit
und einem Korrekturfaktor 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 Korrekturfaktors 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 Kristalwachstum entsteht, und die
Korrelationsgerade anschließend gezogen wird, wobei ein
Korrekturfaktor der Ziehgeschwindigkeiten zu diesem Zeitpunkt erhalten
werden kann. Zu diesem Zeitpunkt kann ein Korrekturfaktor 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 Korrekturfaktor ein Korrekturfaktor, 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 Korrekturfaktor ein Korrekturfaktor, 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.
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Darüber
hinaus wird eine Grafik, wie beispielsweise in 7 gezeigt,
durch Ermittlung eines Korrekturfaktors bei mindestens zwei Arten
von Ziehgeschwindigkeit erzielt. 7 zeigt
Korrekturfaktoren, 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 Korrekturfaktor
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im
Folgenden wird die Erfindung insbesondere mit den Beispielen der
Erfindung erläutert; die Erfindung beschränkt
sich jedoch auf diese Beispiele nicht.
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(Beispiel 1)
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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.
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(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.
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(Vergleichsbeispiel)
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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.
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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.
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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 |
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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.
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(Beispiel 3)
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Ein
Einkristall wurde unter Verwendung des gleichen Einkristallziehvorrichtungs,
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.
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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.
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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.
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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.
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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 Korrekturfaktors
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 Korrekturfaktor α, wobei die gleichen Wirkungen
erzielt werden können.
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Zusammenfassung
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Die
Erfindung ist ein Verfahren zur Erfassung der Durchmesser eines
Einkristalls gezüchtet nach Czochralski-Methode, wobei
der Durchmesser eines Einkristalls sowohl von einer Kamera als auch
von einer Wägezelle erfasst wird, und 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 Korrekturfactor α,
der im Voraus entsprechend einer Wachstumsgeschwindigkeit des Einkristalls
erhalten wird, und ein Wert, der durch die Korrektur erhalten wird,
wird als der Durchmesser des Einkristalls festgelegt und ein Einkristallziehvorrichtung,
der sowohl eine Kamera als auch eine Wägezelle zur Errfassung
eines Durchmessers eines Einkristalls umfasst, der nach oben gezogen
wird. Infolgedessen ist es möglich, die Messungsgenauigkeit
des Durchmessers eines großdurchmessrigen, schweren Kristalls
zu verbessern und die Verbesserung der Aubeute zu erreichen und
eine Qualitätsschankung zu verringern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2004-35352
A [0004]
- - JP 9-175893 A [0008]