DE112009002559B4

DE112009002559B4 - Verfahren zum Ermitteln des Durchmessers eines Einkristalls, Einkristall-Herstellungsverfahren und Einkristall-Herstellungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112009002559B4
Application number: DE112009002559.5T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Ohtsuna; Atsushi Iwasaki
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2019-08-14
Anticipated expiration: 2029-09-25
Also published as: DE112009002559T5; US20110146564A1; US8349074B2; WO2010047039A1; KR20110085992A; KR101579780B1; JP5109928B2; DE112009002559A5; JP2010100452A

Abstract

Verfahren zum Ermitteln des Durchmessers eines Einkristalls während des Ziehens des Einkristalls aus einer in einem Tiegel enthaltenen Siliziumschmelze gemäß dem Czochralski-Verfahren, wobei das Verfahren zumindest umfasst:
Verwenden von zwei Kameras, die derart angeordnet sind, dass die Kameras beim Bilden eines Geradkörperabschnitts des Einkristalls denselben Abstand voneinander wie ein Zieldurchmesser beibehalten und beiden Enden des Durchmessers des Einkristalls in einem Wachstumspunkt des Einkristalls entsprechend gegenüberliegen, um separat beide Enden des Wachstumspunkts des Einkristalls von außerhalb des Ofens aufzunehmen, wobei der Wachstumspunkt ein Kontaktpunkt zwischen dem Einkristall und einer Schmelzoberfläche ist; und
Ermitteln des Durchmessers des Einkristalls auf der Grundlage der aufgenommenen Bilder,
wobei der Durchmesser des Einkristalls durch Feststellen jedes Abstands in horizontaler Richtung zwischen dem Ende des Wachstumspunkts des Einkristalls in einem der von den zwei Kameras aufgenommenen Bilder und einem Mittelpunkt des einen der aufgenommenen Bildern und durch Zusammenfassen der festgestellten Abstände ermittelt wird, so dass eine Differenz zwischen dem Durchmesser des Einkristalls und dem Zieldurchmesser des Einkristalls erhalten wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Durchmessers eines Einkristalls während des Ziehens des Einkristalls aus einer in einem Tiegel enthaltenen Siliziumschmelze nach dem Czochralski-Verfahren (dem CZ-Verfahren), ein Einkristall-Herstellungsverfahren unter Verwendung desselben und eine Einkristall-Herstellu ngsvorrichtung.
STAND DER TECHNIK
In den letzten Jahren hat sich die Qualität eines Einkristalls nach dem CZ-Verfahren verbessert, zum Beispiel zu einem fehlerfreien Kristall hin, und seine Größe hat auch zugenommen, zum Beispiel auf einen Durchmesser von 300 mm oder mehr. Wenn insbesondere bei der Herstellung des Einkristalls mit großem Durchmesser der Durchmesser des Einkristalls im Vergleich zu einem Zieldurchmesser aufgrund eines Fehlers beim Ermitteln des Einkristalldurchmessers zu groß ist, beeinflusst dies die Endbearbeitung als Schnittverlust und führt zu einer großen Verschwendung an Rohstoffen.
Bei einem herkömmlichen Verfahren wird zum Ermitteln des Durchmessers des Einkristalls meist ein Meniskusring, der an der Grenze zwischen dem Kristall und einer Schmelzfläche in einem Ofen zu sehen ist, mittels einer TV-Kamera, die an einem Kammerfenster angebracht ist, aufgenommen. Der maximale Durchmesser (ein Durchmesser) oder die Position des Meniskusrings wird mit einer Bildverarbeitungseinheit von einem aufgenommenen Bild gemessen und der Wert des Durchmessers des Einkristalls wird auf der Grundlage eines Anordnungswinkels der Kamera, einer zu verwendenden Linse, eines Abstands zum Kristall und dergleichen berechnet.
Allerdings erzeugt in dem Fall, dass sich die relative Position der Kamera und des Kristalls ändert, zum Beispiel bei einem geringen Positionsunterschied der Kamera aufgrund einer erneuten Inbetriebnahme der Kammer nach der Endbearbeitung einer Charge oder bei einer Positionsabweichung der Schmelzoberfläche während des Ziehens des Kristalls von einer erwarteten Position, dieses Verfahren einen Fehler bei der Berechnung des Durchmesserwerts.
Zum Beispiel nimmt die Schmelze, die in dem Tiegel enthalten ist, während des Ziehens des Einkristalls um einen Betrag ab, der dem Betrag entspricht, um den ein Kristall wächst, und die Position bzw. Höhe der Schmelzoberfläche wird abgesenkt. Der Absenkbetrag wird entsprechend berechnet und der Tiegel wird mit einer Vorrichtung zum vertikalen Bewegen des Tiegels angehoben, um so die Position der Schmelzoberfläche in ihre ursprüngliche Position zu bringen. Der berechnete Wert kann sich allerdings von einem tatsächlichen Absenkbetrag unterscheiden, so dass sich die Position der Schmelzoberfläche manchmal ändert. Wie in 7 gezeigt ist, wird in dem Fall, in dem die Schmelzoberfläche sich allmählich absenkt, selbst bei gleichbleibendem Durchmesser des Einkristalls der Abstand von der Kamera zum Kristall größer und das aufgenommene Bild wird kleiner. Im Ergebnis wird ein kleinerer Durchmesser als der tatsächliche Durchmesser ermittelt und so ein Fehler erzeugt.
Durch den Fehler beim Ermitteln des Einkristalldurchmessers aufgrund der Position der Schmelzoberfläche, wie zuvor beschrieben, tritt eine Änderung des Durchmessers des hergestellten Einkristalls auf. Das heißt, wenn die Position der Schmelzoberfläche nicht die gewünschte Position ist, ändert sich der Durchmesser des zu züchtenden Kristalls während des Ziehens und demgemäß wird der untere Teil des Kristalls dicker oder dünner. Es gibt einen Unterschied im Hinblick auf die Wärmeumgebung über die Länge des Kristalls zwischen dem Kristall mit einem dickeren unteren Teil und dem Kristall mit einem dünneren unteren Teil, und der Unterschied führt zu einer Qualitätsänderung. Im Hinblick darauf wurde ein Verfahren zum Aufrechterhalten der anfänglichen Position der Schmelzoberfläche vorgeschlagen, um den Durchmesser des Kristalls zu stabilisieren (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1).
Es ist jedoch schwer, die Änderung des Einkristalldurchmessers mittels dieses Verfahrens auszuschalten, und ein vorher festgelegter Durchmesser wird auf einen größeren Durchmesser eingestellt, um die Änderung zu berücksichtigen. Dies führt zu dem Problem, dass die Ausbeute abnimmt.
REFERENZLISTE
PATENTLITERATUR
Patentliteratur 1: japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. JP H09-235182 A
Die US 6,030,451 A offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung und Steuerung des Durchmessers eines Siliziumeinkristalls, der mittels des Czochralskiverfahrens gezogen wird, unter Verwendung von zwei optischen Kameras, die auf entgegengesetzten Kanten des Meniskus eines wachsenden Kristalls fokussiert sind, um den tatsächlichen Kristalldurchmesser zu messen. Die Kristallwachstumsparameter können nach den Vorgaben des gemessenen Durchmessers angepasst werden, um einen konstanten gewünschten Durchmesser zu erhalten.
Die US 5,961,716 A offenbart die Verwendung einer CCD-Kamera zur Messung des Durchmessers eines wachsenden Kristalls, wobei ein leuchtender Ring an einer Kristall/Schmelze-Grenzfläche optisch aufgezeichnet wird. Im Ergebnis wird eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur optischen Bestimmung eines Durchmessers vorgesch lagen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Ermitteln des Durchmessers eines Einkristalls, mit dem die Ermittlungsgenauigkeit verbessert werden kann, und ein Einkristall-Herstellungsverfahren sowie eine Einkristall-Herstellungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit denen der Durchmesser auf der Grundlage des Ermittlungsergebnisses genau gesteuert werden kann und der Einkristall industriell mit guter Ausbeute stabil gezüchtet werden kann.
Um diese Aufgabe zu erzielen, sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln des Durchmessers eines Einkristalls während des Ziehens des Einkristalls aus einer in einem Tiegel enthaltenen Siliziumschmelze gemäß dem Czochralski-Verfahren vor, wobei das Verfahren zumindest umfasst: Verwenden von zwei Kameras, die so angeordnet sind, dass die Kameras denselben Abstand wie der Zieldurchmesser beim Bilden eines geraden Körperabschnitts des Einkristalls voneinander halten und den beiden Enden des Durchmessers des Einkristalls in einem Wachstumspunkt des Einkristalls entsprechend gegenüberliegen, um separat beide Enden des Wachstumspunkts des Einkristalls von außerhalb eines Ofens aufzunehmen, wobei der Wachstumspunkt ein Kontaktpunkt zwischen dem Einkristall und einer Schmelzoberfläche ist; und Ermitteln des Durchmessers des Einkristalls auf der Grundlage der aufgenommenen Bilder, wobei der Durchmesser des Einkristalls durch Feststellen jedes Abstands in horizontaler Richtung zwischen dem Ende des Wachstumspunkts des Einkristalls in einem der von den zwei Kameras aufgenommenen Bilder und einem Mittelpunkt des einen der aufgenommenen Bildern und durch Zusammenfassen der festgestellten Abstände ermittelt wird, so dass eine Differenz zwischen dem Durchmesser des Einkristalls und dem Zieldurchmesser des Einkristalls erhalten wird.
Wenn daher zwei Kameras verwendet werden, die so angeordnet sind, dass die Kameras denselben Abstand wie der Zieldurchmesser beim Bilden des geraden Körperabschnitts des Einkristalls voneinander halten und den beiden Enden des Durchmessers des Einkristalls im Wachstumspunkt des Einkristalls entsprechend gegenüberliegen, um separat beide Enden des Wachstumspunkts des Einkristalls von außerhalb des Ofens aufzunehmen; und der Durchmesser des Einkristalls auf der Grundlage der aufgenommenen Bilder ermittelt wird, kann der Durchmesser des Einkristalls mit Bezug auf den Zieldurchmesser des Einkristalls ermittelt werden. Der Durchmesser des Einkristalls kann dabei ermittelt werden, ohne dass er durch einen Ermittlungsfehler aufgrund der Änderung der relativen Position der Kameras und des Einkristalls beeinflusst wird, wobei der Fehler durch ein herkömmliches Ermittlungsverfahren verursacht wird. Darüber hinaus können die Genauigkeit zum Ermitteln des Einkristalldurchmessers und die Ausbeute des Einkristalls verbessert werden.
Wenn der Durchmesser des Einkristalls durch Erhalten der Differenz zwischen dem Durchmesser des Einkristalls und dem Zieldurchmesser des Einkristalls auf diese Weise ermittelt wird, kann der Durchmesser des Einkristalls mit Bezug auf den Zieldurchmesser des Einkristalls bestimmt werden. Das Größenverhältnis zwischen dem ermittelten Durchmesser und dem Zieldurchmesser des Einkristalls kann dadurch genau und schnell auf der Grundlage der Differenz des Einkristalldurchmessers erkannt werden.
Darüber hinaus kann durch das Erhalten der Differenz zwischen dem Durchmesser des Einkristalls und einem Abstand in horizontaler Richtung in den Bildern der Durchmesser des Einkristalls mit hoher Genauigkeit ermittelt werden, ohne dass er durch einen Ermittlungsfehler aufgrund der Änderung in der vertikalen Richtung in Bezug auf die relative Position der Kameras und des Einkristalls beeinflusst wird.
Weiterhin kann der Durchmesser des Einkristalls mittels einer Kamera oder zweier Kameras zum Feststellen eines Kegelabschnittsdurchmessers beim Bilden eines Kegelabschnitts des Einkristalls ermittelt werden und kann der Durchmesser des Einkristalls mittels der beiden Kameras zum Feststellen eines Geradkörperdurchmessers beim Bilden des Geradkörperabschnitts des Einkristalls ermittelt werden.
Wenn der Durchmesser des Einkristalls mittels unterschiedlicher Kameras beim Bilden des Kegelabschnitts und des Geradkörperabschnitts des Einkristalls auf diese Weise gemessen wird, können Kameras mit einer engen aufnehmenden Perspektive verwendet werden, und es kann ein großer Durchmesser eines Einkristalls sicher und genau ermittelt werden.
Außerdem sieht die vorliegende Erfindung ein Einkristall-Herstellungsverfahren vor, das zumindest umfasst: Ermitteln des Durchmessers eines Einkristalls mittels des Verfahrens nach einem der oben beschriebenen Verfahren; und Ziehen des Einkristalls zu dessen Herstellung, während der Durchmesser des Einkristalls auf der Grundlage des Ermittlungsergebnisses gesteuert wird.
Der Durchmesser des Einkristalls kann, wie oben beschrieben, durch das Verfahren zum Ermitteln des Durchmessers eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung genau ermittelt werden, ohne dass er durch die Änderung der relativen Position der Kameras und des Einkristalls beeinflusst wird. Die vorliegende Erfindung kann den Durchmesser des Einkristalls mit hoher Präzision auf der Grundlage dieses Ermittlungsergebnisses steuern, und der Einkristall mit stabilem Durchmesser kann daher mit guter Ausbeute hergestellt werden.
Darüber hinaus sieht die vorliegende Erfindung eine Einkristall-Herstellungsvorrichtung zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls durch Ziehen des Einkristalls aus einer in einem Tiegel enthaltenen Siliziumschmelze gemäß dem Czochralski-Verfahren vor, wobei die Einkristall-Herstellungsvorrichtung zumindest umfasst: einen Tiegel, zum Aufnehmen der Siliziumschmelze; Kameras zum Aufnehmen des Wachstumspunkts des Einkristalls von außerhalb eines Ofens, wobei der Wachstumspunkt ein Kontaktpunkt zwischen dem Einkristall und der Schmelzoberfläche ist; und eine Durchmessersteuereinheit zum Steuern des Durchmessers des Einkristalls, wobei die Kameras derart angeordnet sind, dass zwei Kameras beim Bilden eines Geradkörperabschnitts des Einkristalls denselben Abstand wie ein Zieldurchmesser voneinander halten und beiden Enden des Durchmessers des Einkristalls im Wachstumspunkt des Einkristalls entsprechend gegenüberliegen; der Durchmesser des Einkristalls auf der Grundlage von Bildern der beiden Enden des Wachstumspunkts des Einkristalls ermittelt wird, wobei die Bilder durch die beiden Kameras aufgenommen werden; und der Durchmesser des Einkristalls auf der Grundlage des Ermittlungsergebnisses durch die Durchmessersteuereinheit gesteuert wird, wobei der Durchmesser des Einkristalls durch Feststellen jedes Abstands in horizontaler Richtung zwischen einem Ende des Wachstumspunkts des Einkristalls in einem der durch die zwei Kameras aufgenommenen Bilder und der Mitte des einen der aufgenommenen Bilder und durch Zusammenfassen der festgestellten Abstände ermittelt wird, so dass die Differenz zwischen dem Durchmesser des Einkristalls und dem Zieldurchmesser des Einkristalls erhalten wird.
Bei der Einkristall-Herstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf diese Weise der Durchmesser des Einkristalls auf der Grundlage der Bilder von beiden Enden des Wachstumspunkts des Einkristalls ermittelt, wobei die Bilder mittels der beiden Kameras aufgenommen werden, die derart angeordnet sind, dass die beiden Kameras beim Bilden des Geradkörperabschnitts des Einkristalls denselben Abstand wie der Zieldurchmesser voneinander halten und beiden Enden des Durchmessers des Einkristalls im Wachstumspunkt des Einkristalls entsprechend gegenüberliegen, und der Durchmesser des Einkristalls auf der Grundlage des Ermittlungsergebnisses gesteuert wird. Die Einkristall-Herstellungsvorrichtung kann dabei den Durchmesser des Einkristalls mit Bezug auf den Zieldurchmesser des Einkristalls ermitteln und kann den Durchmesser des Einkristalls ohne Fehler genau bestimmen, selbst wenn sich die relative Position der Kameras und des Einkristalls ändert. Außerdem kann die Einkristall-Herstellungsvorrichtung genau den Durchmesser des Einkristalls auf der Grundlage des Ermittlungsergebnisses des Durchmessers des Einkristalls steuern und kann daher die Herstellungsausbeute des Einkristalls verbessern.
Ferner ermittelt die Einkristall-Herstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise den Durchmesser des Einkristalls, indem jeder Abstand in einer horizontalen Richtung zwischen einem Ende des Wachstumspunkts des Einkristalls in einem der von den beiden Kameras aufgenommenen Bilder und der Mitte des einen der aufgenommenen Bilder festgestellt wird und die festgestellten Abstände zusammengefasst werden, so dass die Differenz zwischen dem Durchmesser des Einkristalls und dem Zieldurchmesser des Einkristalls erhalten wird.
Der Durchmesser des Einkristalls kann dabei mit Bezug auf den Zieldurchmesser beim Bilden des Geradkörperabschnitts des Einkristalls ermittelt werden. Die Einkristall-Herstellungsvorrichtung kann dabei genau und schnell das Größenverhältnis zwischen dem ermittelten Durchmesser und dem Zieldurchmesser des Einkristalls erkennen. Außerdem kann die Einkristall-Herstellungsvorrichtung den Durchmesser des Einkristalls mit hoher Präzision ermitteln, ohne dass dieser durch den Ermittlungsfehler aufgrund der Änderung in einer vertikalen Richtung in Bezug auf die relative Position der Kameras und des Einkristalls beeinflusst wird, indem die Differenz zwischen dem Durchmesser des Einkristalls und dem Abstand in horizontaler Richtung in den Bildern erhalten wird.
Weiterhin ist es bei der Einkristall-Herstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die zwei Kameras so angeordnet sind, dass sie einen Geradkörperdurchmesser beim Bilden des Geradkörperabschnitts des Einkristalls ermitteln, und außer den zwei Kameras eine Kamera oder zwei Kameras so angeordnet sind, dass sie einen Kegelabschnittdurchmesser beim Bilden eines Kegelabschnitts des Einkristalls ermitteln.
Wenn auf diese Weise die Kameras getrennt zur Verwendung als Kameras zum Ermitteln des Kegelabschnittsdurchmessers und des Geradkörperdurchmessers des Einkristalls angeordnet sind, können Kameras mit einer engeren aufnehmenden Perspektive im Vergleich zum Fall des Messens des Durchmessers des Einkristalls mit einer Kamera ungeachtet der Verwendung angeordnet sein. Wenn darüber hinaus die Kameras mit einer engeren aufnehmenden Perspektive verwendet werden können, kann die Einkristall-Herstellungsvorrichtung sicher und genau einen großen Durchmesser des Einkristalls ermitteln.
Der Durchmesser des Einkristalls kann, wie oben erwähnt, präzise durch das Verfahren zum Ermitteln des Durchmessers eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung festgestellt werden. Der Durchmesser des Einkristalls kann mit hoher Präzision auf der Grundlage dieses Ermittlungsergebnisses gesteuert werden. Der Einkristall mit stabilem Durchmesser kann daher mit guter Ausbeute hergestellt werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel der Einkristall-Herstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine schematische Ansicht eines Aufnahmebereichs der Kameras und eines Kamerabilds in der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine schematische Ansicht eines Kamerabilds im Fall der Änderung eines Anordnungswinkels der Kameras in der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine schematische Ansicht eines Kamerabilds, wenn die Schmelzoberfläche abgesenkt wird, wobei der Durchmesser des Einkristalls derselbe wie der Zieldurchmesser ist, in der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine Ansicht, die das Ergebnis der Ermittlung und einen tatsächlichen Durchmesser des Einkristalls gemäß dem Beispiel zeigt;
6 ist eine Ansicht, die das Ergebnis der Ermittlung und einen tatsächlichen Durchmesser des Einkristalls gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt; und
7 ist eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Aufnahmebereichs und eines Bilds einer Kamera.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung ausführlicher erläutert.
Wie zuvor beschrieben, wird der Meniskusring, der an der Grenze zwischen dem Kristall und der Schmelzoberfläche zu sehen ist, in herkömmlicher Weise von einer Kamera aufgenommen, um den Durchmesser des Einkristalls auf der Grundlage des aufgenommenen Bilds zu ermitteln. Dieses Verfahren erzeugt den Fehler bei der Ermittlung des Einkristalldurchmessers durch Änderung der relativen Position der Kamera und des Einkristalls aufgrund eines Positionsunterschieds der Kamera oder der Änderung der Position der Schmelzoberfläche.
In Anbetracht dessen haben die vorliegenden Erfinder verstanden, dass, wenn der Durchmesser des Einkristalls mittels zweier Kameras ermittelt wird, die derart angeordnet sind, dass die Kameras beim Bilden des Geradkörperabschnitts des Einkristalls denselben Abstand wie der Zieldurchmesser voneinander halten und beiden Enden des Durchmessers des Einkristalls im Wachstumspunkt des Einkristalls entsprechend gegenüberliegen, der Durchmesser des Einkristalls ermittelt werden kann, ohne dass er durch die Änderung der relativen Position der Kameras und des Einkristalls beeinflusst wird. Darüber hinaus haben die vorliegenden Erfinder versucht, den Durchmesser des Einkristalls auf der Grundlage des Zieldurchmessers beim Bilden des Geradkörperabschnitts des Einkristalls zu ermitteln.
Insbesondere wurden zwei Kameras verwendet und so angeordnet, dass sie beim Bilden des Geradkörperabschnitts des Einkristalls denselben Abstand wie der Zieldurchmesser voneinander beibehielten und weiter beiden Enden des Durchmessers des Einkristalls im Wachstumspunkt des Einkristalls entsprechend gegenüberlagen. Das heißt, dass die zwei Kameras an den Stellen angeordnet wurden, an denen die zwei Kameras denselben Abstand wie der Zieldurchmesser des Einkristalls voneinander beibehielten, so dass eine gerade Linie, die die Kameras miteinander verbindet, und beide Enden des Wachstumspunkts des Einkristalls an der Oberfläche der in dem Tiegel enthaltenen Siliziumschmelze parallel waren. Mit diesen Kameras wurden beide Enden des Wachstumspunkts des Einkristalls getrennt von außerhalb des Ofens aufgenommen, und der Durchmesser des Einkristalls wurde auf der Grundlage der aufgenommenen Bilder ermittelt.
Im Ergebnis hat sich gezeigt, dass der ermittelte Durchmesser des Einkristalls derselbe wie der tatsächliche Durchmesser des Einkristalls war.
Durch die Verwendung eines Einkristalls mit demselben Durchmesser wie zuvor wurde der Durchmesser des Einkristalls anschließend nach Änderung eines Anordnungswinkels der Kameras ermittelt. Im Ergebnis hat sich gezeigt, dass der ermittelte Durchmesser derselbe wie der tatsächliche Durchmesser des Einkristalls war.
Hier ist 2 eine schematische Ansicht eines aufnehmenden Bereichs der Kamera und ein Kamerabild in der vorliegenden Erfindung. 3 ist eine schematische Ansicht eines Kamerabilds im Fall der Änderung des Anordnungswinkels der Kameras der Einkristall-Herstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
In diesem Fall kann, da die zwei Kameras an den Stellen angeordnet sind, an denen die zwei Kameras denselben Abstand wie der Zieldurchmesser voneinander halten, in Betracht gezogen werden, dass die Mittellinien der Bilder in 2 und 3 denselben Abstand wie die beiden Enden des Zieldurchmessers voneinander halten. Zum Beispiel kann, wie in 2 gezeigt ist, der Durchmesser des Einkristalls entsprechend als Zieldurchmesser + einer Differenz A + einer Differenz B ermittelt werden. In diesem Fall wird, selbst die Anordnungswinkel der Kameras geändert werden, wie in 3 gezeigt ist, der Durchmesser des Einkristalls durch den Zieldurchmesser + einer Differenz A + einer Differenz B dargestellt und ist derselbe wie der vor der Änderung des Anordnungswinkels der Kameras.
Es hat sich daher gezeigt, dass der Durchmesser des Einkristalls auf der Grundlage des Zieldurchmessers des Einkristalls ermittelt werden kann, indem jeder Abstand in horizontaler Richtung der Bilder ermittelt wird, und die Änderung der Position in der vertikalen Richtung ignoriert werden kann.
Darüber hinaus hat sich auch gezeigt, dass die Ermittlung des Durchmessers des Einkristalls nicht dadurch beeinflusst wird, dass der Abstand zwischen den zwei Kameras in demselben Abstand wie der Zieldurchmesser des Einkristalls gehalten wird, wobei der Zieldurchmesser die Basis ist, solange beide Enden des Wachstumspunkts des Einkristalls in dem Aufnahmebereich der Kameras aufgenommen werden können.
Weiterhin wurde in dem Fall, dass beide Enden des Wachstumspunkts des Einkristalls auf der Mittellinie von jedem der von den zwei Kameras aufgenommenen Bilder lagen, d.h. in dem Fall, dass der Durchmesser des Einkristalls derselbe wie der Zieldurchmesser war, der Durchmesser des Einkristalls nach der Änderung der relativen Position der Kameras und des Einkristalls durch Absenken der Schmelzoberfläche ermittelt. Eine schematische Ansicht der Bilder, die von den Kameras in diesem Fall aufgenommen wurden, ist in 4 gezeigt.
Wie in 4 veranschaulicht ist, hat sich gezeigt, dass der Einkristall aufgrund der Änderung der relativen Position der Kameras und des Einkristalls kleiner ausschaut, aber beide Enden des Wachstumspunkts des Einkristalls sich jeweils immer auf den Mittellinien der Bilder befinden. Der Durchmesser des Einkristalls kann daher ermittelt werden, ohne dass er durch die Änderung der relativen Position der Kameras und des Einkristalls beeinflusst wird. Das heißt, wenn der Abstand zwischen den Kameras und einem aufzunehmenden Objekt sich aufgrund der Änderung der relativen Position der Kameras und des aufzunehmenden Objekts ändert, ändert sich die Mittelstellung der Bilder des von den Kameras aufzunehmenden Objekts nicht und es ändert sich nur die Größe in den Bildern. Wenn daher der Durchmesser derselbe wie der Zieldurchmesser ist und selbst wenn sich die Position der Schmelzoberfläche ändert, befindet sich der Ermittlungspunkt auf der Mittellinie der Bilder der Kameras.
Es hat sich auch gezeigt, dass, wenn der Durchmesser des Einkristalls auf der Grundlage des Zieldurchmessers des Einkristalls ermittelt wird, wie zuvor beschrieben, das Größenverhältnis zwischen dem ermittelten Durchmesser und dem Zieldurchmesser präzise erkannt werden kann und der Einkristall mit stabilem Durchmesser dabei durch genaue und schnelle Steuerung des Durchmessers des Einkristalls hergestellt werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage der oben beschriebenen Entdeckung abgeschlossen. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel der Einkristall-Herstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Einkristall-Herstellungsvorrichtung 20 umfasst eine hohlzylindrische Kammer 1, und der Tiegel 5 ist an ihrem mittleren Abschnitt vorgesehen. Der Tiegel besitzt einen doppelten Aufbau, der aus einem inneren Haltegefäß aus Quarz, das unten eine Zylinderform hat (nachfolgend einfach als „Quarztiegel 5a“ bezeichnet), und einem äußeren Haltegefäß gebildet ist, das aus Graphit besteht und unten auch eine Zylinderform aufweist, wobei das äußere Haltegefäß so angepasst ist, dass es eine Außenfläche des Quarztiegels 5a hält („ein Graphittiegel 5b“).
Diese Tiegel 5 sind an einem oberen Ende einer Haltewelle 6 angebracht, damit sich die Tiegel drehen und sich nach oben und unten bewegen können. Eine Widerstandsheizeinrichtung 8 ist außerhalb der Tiegel im Wesentlichen konzentrisch vorgesehen. Ein wärmeisolierendes Material 9 ist weiter konzentrisch um das Äußere der Heizeinrichtung 8 herum vorgesehen. Die Siliziumschmelze 2, die durch Schmelzen eines Silizium-Rohstoffs mit der Heizeinrichtung 8 erhalten wird, ist in dem Tiegel enthalten.
Ein Ziehdraht (oder eine Ziehwelle, die nachfolgend als „Ziehelement 7“ bezeichnet werden), der so gestaltet ist, dass er sich um dieselbe Achse mit der Haltewelle 6 in einer vorbestimmten Geschwindigkeit in derselben Richtung oder in der entgegengesetzten Richtung wie die Haltewelle dreht, ist entlang der Mittelachse des Tiegels 5 vorgesehen, der mit der Siliziumschmelze 2 gefüllt ist, und ein Impfkristall 4 ist am unteren Ende des Ziehelements 7 gehalten. Der Silizium-Einkristall 3 wird an einer unteren Endfläche des Impfkristalls 4 gebildet.
Die Einkristall-Herstellungsvorrichtung 20 weist weiter die Kameras 11 auf, um den Wachstumspunkt des Einkristalls von außerhalb eines Ofens aufzunehmen, wobei es sich bei dem Wachstumspunkt um einen Kontaktpunkt zwischen dem Einkristall 3 und der Schmelzoberfläche handelt, sowie die Durchmessersteuerungseinheit 12 zum Steuern des Durchmessers des Einkristalls 3.
Die Durchmessersteuerungseinheit 12 gibt ein Signal an die Haltewelle 6 und das Ziehelement 7 oder die Heizeinrichtung 8 in Übereinstimmung mit dem Ermittlungsergebnis des Durchmessers des Einkristalls ab, das mittels der Kameras 11 erhalten wird, und der Durchmesser des Einkristalls wird durch Steuern der Tiegelposition, der Tiegelaufsteiggeschwindigkeit, der Impfkristallposition, der Ziehrate, der Heizeinrichtungsleistung oder dergleichen gesteuert.
Bei der Einkristall-Herstellungsvorrichtung 20 wird der Durchmesser des Einkristalls auf der Grundlage der Bilder von beiden Enden des Wachstumspunkts des Einkristalls ermittelt, wobei die Bilder von den zwei Kameras 11 aufgenommen werden, die derart angeordnet sind, dass die zwei Kameras beim Bilden des Geradkörperabschnitts des Einkristalls 3 denselben Abstand voneinander wie der Zieldurchmesser beibehalten und beiden Enden des Durchmessers des Einkristalls im Wachstumspunkt des Einkristalls entsprechend gegenüberliegen, und der Durchmesser des Einkristalls auf der Grundlage des Ermittlungsergebnisses gesteuert wird. Die Einkristall-Herstellungsvorrichtung kann dabei den Durchmesser des Einkristalls mit Bezug auf den Zieldurchmesser des Einkristalls 3 ermitteln und kann präzise den Durchmesser des Einkristalls ohne den Fehler feststellen, selbst wenn sich die relative Position der Kameras 11 und des Einkristalls 3 ändert. Darüber hinaus kann die Einkristall-Herstellungsvorrichtung präzise den Durchmesser des Einkristalls auf der Grundlage des Ergebnisses im Hinblick auf die Ermittlung des Einkristalldurchmessers steuern und kann demgemäß die Produktionsausbeute des Einkristalls verbessern.
In diesem Fall ermittelt, wie in 2 gezeigt ist, die Einkristall-Herstellungsvorrichtung vorzugsweise den Durchmesser des Einkristalls durch Feststellen jedes Abstands in horizontaler Richtung (Differenz A und B in 2) zwischen einem Ende des Wachstumspunkts des Einkristalls in einem der von den zwei Kameras aufgenommenen Bilder und der Mitte des einen der aufgenommenen Bilder und durch Zusammenfassen der ermittelten Abstände, so dass die Differenz zwischen dem Durchmesser des Einkristalls und dem Zieldurchmesser des Einkristalls erhalten wird.
Wie in 2 gezeigt ist, kann der Durchmesser des Einkristalls dabei mit Bezug auf den Zieldurchmesser beim Bilden des Geradkörperabschnitts des Einkristalls als Durchmesser des Einkristalls = Zieldurchmesser + einer Differenz A + einer Differenz B ermittelt werden. Daher kann die Einkristall-Herstellungsvorrichtung genau und schnell das Größenverhältnis zwischen dem ermittelten Durchmesser und dem Zieldurchmesser des Einkristalls erkennen. Darüber hinaus kann die Einkristall-Herstellungsvorrichtung den Durchmesser des Einkristalls mit hoher Präzision ermitteln, ohne dass dieser durch den Ermittlungsfehler aufgrund der Änderung in der vertikalen Richtung in Bezug auf die relative Position der Kameras und des Einkristalls beeinflusst wird, indem die Differenz zwischen dem Durchmesser des Einkristalls und einem Abstand in horizontaler Richtung in den Bildern erhalten wird.
Darüber hinaus können in der zuvor beschriebenen Herstellungsvorrichtung die zwei Kameras so angeordnet sein, dass der Geradkörperdurchmesser beim Bilden des Geradkörperabschnitts des Einkristalls ermittelt wird, wie oben beschrieben, und außer den zwei Kameras können eine Kamera oder zwei Kameras so angeordnet sein, dass sie den Kegelabschnittsdurchmesser beim Bilden eines Kegelabschnitts des Einkristalls ermitteln.
Wenn auf diese Weise die Kameras zum Ermitteln des Kegelabschnittsdurchmessers und des Geradkörperdurchmessers des Einkristalls zur Verwendung getrennt angeordnet sind, können Kameras mit einer engeren aufnehmenden Perspektive im Vergleich zu dem Fall des Messens des Durchmessers des Einkristalls durch eine Kamera ungeachtet der Verwendung angeordnet werden. Darüber hinaus kann, wenn die Kameras mit einer schmalen aufnehmenden Perspektive verwendet werden können, die Einkristall-Herstellungsvorrichtung sicher und genau einen großen Durchmesser des Einkristalls ermitteln.
In der vorliegenden Erfindung wird, wenn ein Silizium-Einkristall aus der in dem Tiegel enthaltenen Schmelze mittels des CZ-Verfahrens gezogen wird, zum Beispiel unter Anwendung des oben beschriebenen Einkristall-Herstellungsverfahrens, der Durchmesser des Einkristalls durch das folgende Verfahren ermittelt.
Zuerst werden, wie in 2 gezeigt ist, beide Enden des Wachstumspunkts des Einkristalls getrennt zum Erhalten von Bildern mittels der zwei Kameras rechts und links aufgenommen. Als Nächstes wird der Durchmesser des Einkristalls auf der Grundlage der Bilder ermittelt.
In diesem Fall werden, wie in 2 gezeigt ist, die beiden Kameras rechts und links an den Stellen angeordnet, an denen die Kameras denselben Abstand voneinander wie der Zieldurchmesser beibehalten, so dass sie beiden Enden des Wachstumspunkts des Einkristalls entsprechend gegenüberliegen, und die Kameras werden verwendet, um von außerhalb des Ofens aufzunehmen. Der Durchmesser des Einkristalls kann dabei mit Bezug auf den Zieldurchmesser des Einkristalls ermittelt werden. Der Durchmesser des Einkristalls kann daher ermittelt werden, ohne dass er durch den Ermittlungsfehler aufgrund der Änderung der relativen Position der Kameras und des Einkristalls beeinflusst wird, wobei der Fehler durch ein herkömmliches Ermittlungsverfahren bewirkt wurde. Die Ermittlungsgenauigkeit des Durchmessers des Einkristalls und die Ausbeute des Einkristalls können demgemäß verbessert werden.
In diesem Fall wird, wie in 2 gezeigt ist, der Durchmesser des Einkristalls vorzugsweise mittels des Feststellens jedes Abstands in horizontaler Richtung (Differenz A und B in 2) zwischen einem Ende des Wachstumspunkts des Einkristalls in einem der von den zwei Kameras aufgenommenen Bilder und der Mitte des einen der aufgenommenen Bilder und mittels des Zusammenfassens der festgestellten Abstände ermittelt, so dass die Differenz zwischen dem Durchmesser des Einkristalls und dem Zieldurchmesser des Einkristalls erhalten wird.
Wie in 2 gezeigt, ist es dadurch möglich, den Durchmesser des zu ermittelnden Einkristalls mit Bezug auf den Zieldurchmesser beim Bilden des Geradkörperabschnitts des Einkristalls als Durchmesser des Einkristalls = Zieldurchmesser + einer Differenz A + einer Differenz B zu ermitteln. Dabei kann das Größenverhältnis zwischen dem ermittelten Durchmesser und dem Zieldurchmesser des Einkristalls genau und schnell erkannt werden. Außerdem kann durch Erhalten der Differenz zwischen dem Durchmesser des Einkristalls und dem Abstand in horizontaler Richtung in den Bildern der Durchmesser des Einkristalls mit hoher Präzision ermittelt werden, ohne dass er durch den Ermittlungsfehler aufgrund der Änderung in der vertikalen Richtung in Bezug auf die relative Position der Kameras und des Einkristalls beeinflusst wird.
Darüber hinaus kann der Durchmesser des Einkristalls kann auch unter Verwendung von einer Kamera oder zwei Kameras zum Feststellen des Kegelabschnittdurchmessers beim Bilden des Kegelabschnitts des Einkristalls ermittelt werden, und der Durchmesser des Einkristalls kann ermittelt werden, indem die zwei Kameras zum Ermitteln des Geradkörperdurchmessers beim Bilden des Geradkörperabschnitts des Einkristalls verwendet werden.
Wie oben beschrieben, kann ein großer Durchmesser des Einkristalls präzise durch Messen des Durchmessers des Einkristalls mit unterschiedlichen Kameras beim Bilden des Kegelabschnitts und des Geradkörperabschnitts des Einkristalls ermittelt werden, selbst wenn Kameras mit einer engen aufnehmenden Perspektive zum Messen verwendet werden.
Der Durchmesser des Einkristalls kann genau ermittelt werden, indem der Durchmesser des Einkristalls wie oben beschrieben ermittelt wird. Darüber hinaus kann der Durchmesser mit hoher Präzision gesteuert werden, indem der Einkristall gezogen wird, wobei der Einkristalldurchmesser auf der Grundlage des Ermittlungsergebnisses gesteuert wird, und der Einkristall mit einem stabilen Durchmesser kann demgemäß mit guter Ausbeute hergestellt werden.
BEISPIEL
Als Nächstes wird die vorliegende Erfindung ausführlicher mit Bezug auf das Beispiel und das Vergleichsbeispiel erläutert, wobei die vorliegende Erfindung aber nicht darauf beschränkt ist.
(Beispiel)
Mit der Einkristall-Herstellungsvorrichtung, wie sie in 1 gezeigt ist, wurde ein Siliziumrohstoff in den Tiegel gegeben, und der Siliziumrohstoff wurde mit der Heizeinrichtung geschmolzen, um die Siliziumschmelze zu erhalten. Ein Silizium-Einkristall mit einem Durchmesser von 203 mm wurde zu dessen Herstellung gezogen, während der Durchmesser des Einkristalls mittels der beiden Kameras festgestellt wurde, wie in 2 gezeigt ist, und auf der Grundlage des Ermittlungsergebnisses gesteuert wurde. Der tatsächliche Durchmesser des hergestellten Einkristalls wurde anschließend nach seiner Entnahme aus dem Ofen heraus gemessen. Dabei sind der tatsächliche Durchmesser des Einkristalls und das Ermittlungsergebnis in 5 gezeigt.
Wie in 5 gezeigt ist, wird deutlich, dass das Ergebnis im Hinblick auf die Ermittlung des Einkristalldurchmessers während des Ziehens des Einkristalls ungefähr gleich dem tatsächlichen Durchmesser des Einkristalls war und dass der Durchmesser des Einkristalls stabil mit einer Genauigkeit von innerhalb 1 mm gesteuert werden konnte.
(Vergleichsbeispiel)
Während des Ziehens des Einkristalls im Beispiel wurde der Meniskusring, der an der Grenze zwischen dem Kristall und der Schmelzoberfläche zu sehen war, mittels einer Kamera aufgenommen, die keine der zwei Kameras für die Steuerung des Durchmessers war, und zwar nach einem herkömmlichen Verfahren zum Ermitteln des Durchmessers des Eikristalls. Der Durchmesser des Einkristalls wurde auf der Grundlage des aufgenommenen Bilds ermittelt. Hier sind der tatsächliche Durchmesser des Einkristalls und das Ermittlungsergebnis in 6 gezeigt.
Wie in 6 gezeigt ist, zeigt das Ermittlungsergebnis des Durchmessers des Einkristalls, dass mit dem Fortschreiten des Ziehens ein kleinerer Durchmesser festgestellt wird, und dadurch wird gezeigt, dass ein kegelförmiger Kristall, bei dem der Durchmesser in der Längsrichtung des Geradkörperabschnitts allmählich steigt, erhalten würde, wenn der Durchmesser des Einkristalls auf der Grundlage des Ermittlungsergebnisses gesteuert wird. Darüber hinaus gibt es einen Fehler von 2 mm oder mehr in Bezug auf den tatsächlichen Durchmesser des Einkristalls. Es kann in Betracht gezogen werden, dass dies durch einen Messfehler aufgrund der Änderung der Position der Schmelzoberfläche hervorgerufen wurde.
Es wird daher bestätigt, dass im Beispiel der Durchmesser des Einkristalls, der ungefähr gleich dem tatsächlichen Durchmesser war, vom Anfang an bis zum Ende des Geradkörperabschnitts des Einkristalls ermittelt werden konnte und ein Kristall mit einem stabilen Durchmesser mit einer Genauigkeit von innerhalb 1 mm im Hinblick auf einen gewünschten Durchmesser erhalten werden konnte. Andererseits betrug im Vergleichsbeispiel der Ermittlungsfehler des Durchmessers des Einkristalls 2 mm oder mehr, und der Kristall mit dem gewünschten Durchmesser konnte demgemäß nicht erhalten werden.
Wie zuvor erwähnt kann der Durchmesser des Einkristalls genau mittels des Verfahrens zum Ermitteln eines Durchmessers eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung ermittelt werden. Darüber hinaus kann mittels des Einkristall-Herstellungsverfahren und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung der Einkristall gezogen werden, während der Durchmesser des Einkristalls genau ermittelt und auf der Grundlage des Ermittlungsergebnisses gesteuert wird, und der Durchmesser des Einkristalls kann daher mit hoher Präzision gesteuert werden. Im Ergebnis kann der Einkristall mit guter Ausbeute hergestellt werden.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich nur um eine Veranschaulichung, und alle Beispiele, die weitgehend dieselben Merkmale haben und dieselben Funktionen und Wirkungen wie die im in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung beschriebenen technischen Konzept zeigen, sind vom technischen Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst.

Claims

Verfahren zum Ermitteln des Durchmessers eines Einkristalls während des Ziehens des Einkristalls aus einer in einem Tiegel enthaltenen Siliziumschmelze gemäß dem Czochralski-Verfahren, wobei das Verfahren zumindest umfasst: Verwenden von zwei Kameras, die derart angeordnet sind, dass die Kameras beim Bilden eines Geradkörperabschnitts des Einkristalls denselben Abstand voneinander wie ein Zieldurchmesser beibehalten und beiden Enden des Durchmessers des Einkristalls in einem Wachstumspunkt des Einkristalls entsprechend gegenüberliegen, um separat beide Enden des Wachstumspunkts des Einkristalls von außerhalb des Ofens aufzunehmen, wobei der Wachstumspunkt ein Kontaktpunkt zwischen dem Einkristall und einer Schmelzoberfläche ist; und Ermitteln des Durchmessers des Einkristalls auf der Grundlage der aufgenommenen Bilder, wobei der Durchmesser des Einkristalls durch Feststellen jedes Abstands in horizontaler Richtung zwischen dem Ende des Wachstumspunkts des Einkristalls in einem der von den zwei Kameras aufgenommenen Bilder und einem Mittelpunkt des einen der aufgenommenen Bildern und durch Zusammenfassen der festgestellten Abstände ermittelt wird, so dass eine Differenz zwischen dem Durchmesser des Einkristalls und dem Zieldurchmesser des Einkristalls erhalten wird.
Verfahren zum Ermitteln des Durchmessers eines Einkristalls nach Anspruch 1, wobei der Durchmesser des Einkristalls mittels einer Kamera oder zweier Kameras zum Feststellen eines Kegelabschnittdurchmessers beim Bilden eines Kegelabschnitts des Einkristalls ermittelt wird und der Durchmesser des Einkristalls mittels der zwei Kameras zum Feststellen eines Geradkörperdurchmessers beim Bilden des Geradkörperabschnitts des Einkristalls ermittelt wird.
Einkristall-Herstellungsverfahren, zumindest umfassend: Ermitteln des Durchmessers eines Einkristalls durch das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2; und Ziehen des Einkristalls zu dessen Herstellung, während der Durchmesser des Einkristalls auf der Grundlage des Ermittlungsergebnisses gesteuert wird.
Einkristall-Herstellungsvorrichtung zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls durch Ziehen des Einkristalls aus einer in einem Tiegel enthaltenen Siliziumschmelze nach dem Czochralski-Verfahren, wobei das Einkristall-Herstellungsverfahrens zumindest umfasst: einen Tiegel zum Aufnehmen der Siliziumschmelze; Kameras zum Aufnehmen eines Wachstumspunkts des Einkristalls von außerhalb eines Ofen, wobei der Wachstumspunkt ein Kontaktpunkt zwischen dem Einkristall und der Schmelzoberfläche ist; und eine Durchmessersteuereinheit zum Steuern des Durchmessers des Einkristalls, wobei die Kameras derart angeordnet sind, dass zwei Kameras beim Bilden eines Geradkörperabschnitts des Einkristalls denselben Abstand wie ein Zieldurchmesser voneinander halten und beiden Enden des Durchmessers des Einkristalls im Wachstumspunkt des Einkristalls entsprechend gegenüberliegen; der Durchmesser des Einkristalls auf der Grundlage von Bildern von beiden Enden des Wachstumspunkts des Einkristalls ermittelt wird, wobei die Bilder von den zwei Kameras aufgenommen werden; und der Durchmesser des Einkristalls auf der Grundlage des Ermittlungsergebnisses durch die Durchmessersteuereinheit gesteuert wird, wobei der Durchmesser des Einkristalls durch Feststellen jedes Abstands in horizontaler Richtung zwischen einem Ende des Wachstumspunkts des Einkristalls in einem der durch die zwei Kameras aufgenommenen Bilder und der Mitte des einen der aufgenommenen Bilder und durch Zusammenfassen der festgestellten Abstände ermittelt wird, so dass die Differenz zwischen dem Durchmesser des Einkristalls und dem Zieldurchmesser des Einkristalls erhalten wird.
Einkristall-Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die zwei Kameras so angeordnet sind, dass sie den Geradkörperdurchmesser beim Bilden des Geradkörperabschnitts des Einkristalls ermitteln und außer den zwei Kameras eine Kamera oder zwei Kameras so angeordnet sind, dass sie einen Kegelabschnittdurchmesser beim Bilden eines Kegelabschnitts des Einkristalls ermitteln.