JP2003026495A

JP2003026495A - 単結晶引き上げ装置および引き上げ方法

Info

Publication number: JP2003026495A
Application number: JP2001215548A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Miura; 博幸三浦
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2003-01-29
Anticipated expiration: 2021-07-16
Also published as: JP4109843B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】融液面振動の周期および振動の大きさが変動し
ても、安定した液面位置計測が可能な単結晶引き上げ装
置および引き上げ方法を提供する。【解決手段】半導体原料の融液面の高さを制御する液面
位置制御装置を有し、上記融液面に向けてスポット状の
レーザ光を照射するレーザ照射系と、上記融液面上の上
記レーザ光のスポット照射状況を撮像する撮像系と、上
記レーザ光のスポット座標を計測するスポット座標計測
手段と、このスポット座標計測手段による計測データか
らの上記融液液面位置を演算し、目標値との偏差をもと
に単結晶引き上げ条件を制御する制御手段とを備え、上
記スポット座標計測手段は、上記融液面の揺らぎに基づ
く上記レーザ光のスポット座標の計測データの変動が所
定の許容範囲内を超える場合と超えない場合に用いる２
つのスポット座標計測手段を備えた単結晶引き上げ装置
である。また、これを用いた単結晶引き上げ方法であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は単結晶引き上げ装置
および引き上げ方法に係わり、特にレーザ光により形成
された検出用スポットを撮像し、その撮像情報の処理方
法を引き上げ段階に応じて切り換えて処理し、撮像信号
を用いて融液表面の高さを制御する単結晶引き上げ装置
および引き上げ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にシリコンウェーハに用いられるシ
リコン単結晶インゴットは多結晶シリコンからチョクラ
ルスキー法（以下、ＣＺ法という。）により製造され
る。

【０００３】従来、ＣＺ法によるシリコン単結晶引き上
げにおいては、シリコン単結晶の成長に伴って、石英ガ
ラスルツボ内のシリコン融液表面が降下するため、ルツ
ボ軸を駆動して石英ガラスルツボを上昇させ、ヒータに
対するシリコン融液表面の相対的な位置を一定に制御し
て、良質の単結晶を得ている。融液表面を制御するに
は、この融液表面を測定する必要があり、種々の方法が
提案されている。

【０００４】多くの従来のＣＣＤカメラにより撮像測定
する融液表面の制御装置では、融液面の振動の影響を受
けるため常に高精度の溶液面の位置を測定することがで
きず、これを改良する制御装置として、特開平５―２３
８８７７号公報に記載されるような融液レベル制御装置
が提案されている。しかしながら、この公報記載の制御
装置は、融液面でのレーザ光の正反射を利用し、レーザ
光受光面と融液面の間に光シャッタを設け、融液面振動
周期とシャッタリング周期とを同調させることにより、
融液面振動による正反射光のバラツキを除去する装置で
ある。この装置の問題点として、融液面振動（揺らぎ）
の周期とシャッタリング周期を同調させることにより、
散乱するレーザ光の中から水平の融液面に反射したレー
ザ光を得ようとするものであるが、融液面に発生する振
動の周期および大きさは、炉内のガス流量をはじめとす
る様々なパラメータにより決定されるため、一定周期の
シャッタリングにより受光面に安定したレーザ光を得る
ことは難しい点が挙げられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、融液面振動の
周期および振動の大きさが変動しても、計測データのバ
ラツキを除去でき、引き上げの全工程において安定した
液面位置計測が可能な単結晶引き上げ装置および引き上
げ方法が要望されていた。

【０００６】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、融液面振動の周期および振動の大きさが変動し
ても、計測データのバラツキを除去でき、引き上げの全
工程において安定した液面位置計測が可能な単結晶引き
上げ装置および引き上げ方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本願請求項１の発明は、チャンバ内に設けら
れた石英ガラスルツボと、この石英ガラスルツボに装填
された半導体原料を加熱して溶融するヒータと、このヒ
ータにより溶融された半導体原料の融液面の高さを制御
する液面位置制御装置を有し、種結晶を半導体原料融液
に浸漬し単結晶を引き上げる単結晶引き上げ装置におい
て、前記融液面に向けてスポット状のレーザ光を照射す
るレーザ照射系と、このレーザ照射系により照射された
前記融液面上の前記レーザ光のスポット照射状況を撮像
する撮像系と、この撮像系により撮像された画像データ
をもとに予め設定された基準座標系上で前記レーザ光の
スポット座標を計測するスポット座標計測手段と、この
スポット座標計測手段による計測データからの前記融液
液面位置を演算し、その演算値と予め設定された液面位
置の目標値との偏差をもとに単結晶引き上げ条件を制御
する制御手段とを備え、前記スポット座標計測手段は、
前記融液面の揺らぎに基づく前記レーザ光のスポット座
標の計測データの変動が所定の許容範囲内を超える場合
に用いる第１のスポット座標計測手段と、前記融液面の
揺らぎに基づく前記レーザ光のスポット座標の計測デー
タの変動が所定の許容範囲内にある場合に用いる第２の
スポット座標計測手段とを備えたことを特徴とする単結
晶引き上げ装置であることを要旨としている。

【０００８】本願請求項２の発明では、上記第１のスポ
ット座標計測手段は、レーザ光のスポット座標の計測デ
ータが融液面の揺らぎで変動したときに、その状況に応
じてその変動を抑制するように前記計測データとして発
生前の計測データを用いる手段を備えたことを特徴とす
る請求項１に記載の単結晶引き上げ装置であることを要
旨としている。

【０００９】本願請求項３の発明では、上記第１のスポ
ット座標計測手段は、計測データが予め設定された計測
範囲を超えてエラーが発生した場合に、そのエラー直前
の計測データを用いて補間するエラー処理手段と、前記
計測データが予め設定された正常範囲を超えた所定の特
異点を示した場合に、その直前の正常範囲内の計測デー
タを用いて補間する特異点除去手段とを備えたことを特
徴とする請求項１または２に記載の単結晶引き上げ装置
であることを要旨としている。

【００１０】本願請求項４の発明では、上記第２のスポ
ット座標計測手段は、映像画像と過去の画像輝度レベル
とを加算平均する処理を行う手段を備えたことを特徴と
する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の単結晶引
き上げ装置であることを要旨としている。

【００１１】本願請求項５の発明では、上記第１のスポ
ット座標計測手段は、ネック部およびショルダ部の引き
上げ工程に用い、上記第２のスポット座標計測手段は直
胴部引き上げ工程に用いることを特徴とする請求項１な
いし４のいずれか１項に記載の単結晶引き上げ装置であ
ることを要旨としている。

【００１２】本願請求項６の発明では、スポットを撮像
する撮像装置は、単結晶成長領域を撮像する撮像装置を
兼ねることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１
項に記載の単結晶引き上げ装置であることを要旨として
いる。

【００１３】本願請求項７の発明は、チャンバに昇降可
能に設けられた石英ガラスルツボに装填された半導体原
料を加熱して溶融し、種結晶を原料融液に浸漬して単結
晶を引き上げる単結晶引き上げ方法において、レーザ光
により原料融液表面上に検出用のスポットを形成し、こ
のスポットを撮像してスポット画像信号を生成し、さら
に、単結晶引き上げ工程の進捗に応じて、前記レーザ光
のスポット座標の計測データが前記融液面の揺らぎで変
動したときにその状況に応じてその変動を抑制するよう
に前記計測データとして前記発生前の計測データを用
い、あるいは、映像画像と過去の画像輝度レベルとを加
算平均するデータを用いることを特徴とする単結晶引き
上げ方法であることを要旨としている。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる単結晶引き
上げ装置の実施形態について添付図面を参照して説明す
る。

【００１５】図１に示すような実施形態の単結晶引き上
げ装置１は、液面位置制御装置２を有し、さらに、水冷
された炉体３と、この炉体３内に収納され原料のポリシ
リコンを溶融し、シリコン融液Ｍにする石英ガラスルツ
ボ４と、この石英ガラスルツボ４を保持する黒鉛ルツボ
５と、この黒鉛ルツボ５を囲繞するヒータ６とを有して
いる。また、黒鉛ルツボ５は炉体３を貫通し、ルツボ回
転用モータ７に結合されて回転され、かつ液面位置制御
装置２により制御されるルツボ軸昇降装置８によって昇
降されるルツボ軸９に取り付けられている。

【００１６】さらに、石英ガラスルツボ４の上方には、
石英ガラスルツボ４やシリコン融液Ｍの表面から結晶へ
の輻射熱を遮蔽し、単結晶Ｉｇの引き上げ速度の低下を
防ぐ輻射シールド１０が設けられている。この輻射シー
ルド１０には、単結晶Ｉｇが貫通する開口部１０ｈが設
けられた円筒形状、例えば逆截頭円錐形状の円錐部１０
ｂと、この円錐部１０ｂの下端から同心円状に水平方
向、例えば水平内方に延びる水平部１０ｓが設けられて
いる。また、単結晶引き上げ用のシード１２を保持する
シードチャック１３が取り付けられた引き上げ用ワイヤ
１４が石英ガラスルツボ４の上方に設けられている。さ
らに、ワイヤ１４は、炉体３外に設けられモータ（図示
せず）により付勢され、ワイヤ１４を巻き取ると共に回
転させるワイヤ回転装置１５が取り付けられている。

【００１７】上記液面位置制御装置２は、炉体３外に配
置されており、かつ、コヒーレントな検出光を発振する
レーザ照射系としてのレーザ光発振器１６と、撮像系と
してのＣＣＤカメラ１７と、このＣＣＤカメラ１７に接
続されたＡＤ変換回路１８、単結晶引き上げ装置１用
で、モニタ１９ｍ、入力装置１９ｉを有する制御装置１
９に接続された画像処理装置２０および上記昇降装置制
御器８ｃにより制御されるルツボ軸昇降装置８を有し、
図３に示すように垂直面とβの角度を有して設置された
レーザ光発振器１６とαの角度を有して設置されたＣＣ
Ｄカメラ１７とは、レーザ光発振器１６から発振され、
炉体ショルダ部３ａに設けられた投光用光透過窓２１を
経たレーザ光により融液表面に形成されたスポットを炉
体ショルダ部３ａに設けられたカメラ用光透過窓２２を
経てＣＣＤカメラ１７で撮像できるように光学的に配置
されている。

【００１８】上記ＣＣＤカメラ１７は２通りの働きを有
し、前者の働きは、レーザ光発振器１６から発振される
レーザ光により形成されるスポットｐを撮像し、ＡＤ変
換回路１８、画像処理装置２０を介して制御装置１９に
入力し、この制御部１９は入力に基づき、昇降装置制御
器８ｃを介してルツボ軸昇降装置８の昇降速度を修正し
て、石英ガラスルツボ４の昇降速度を修正し、融液表面
の高さを制御するのに用いられる。

【００１９】また、後者の働きは、ヒータ６から発せら
れる光により照らされ図２に示すようなネック成長領域
ａ_ｎ、直胴部成長領域ａ_ｓ、およびテール部成長領域を
撮像し、制御装置１９を介してヒータ制御器６ｃ、モー
タ制御器７ｃおよびワイヤリール回転装置制御器１５ｃ
を制御し、引き上げ条件を変更し、成長結晶の直径を制
御するのに用いられる。

【００２０】ＣＣＤカメラ１７に上記２通りの働きをさ
せるため、ＣＣＤカメラ１７は撮像位置変更機構２３に
取り付けられ、この撮像位置変更機構２３は位置変更機
構制御器２３ｃを介して制御装置１９に接続され、制御
装置１９からの出力により、融液表面Ｓ上の一定範囲の
任意位置を撮像できるように、その光軸が垂直面および
水平面となす角度を変えられるようになっている。

【００２１】従って、ＣＣＤカメラ１７は、レーザ光発
振器１６から発振されるレーザ光により形成されるスポ
ットｐおよびヒータ６から発せられる光により照らされ
るネック成長領域、直胴部成長領域、またはテール部領
域を撮像させる。なお、本実施形態では、ＣＣＤカメラ
に２通りの働きを持たせる例で説明したが、後述する２
通りの計測方法を実施するためには、ＣＣＤカメラを２
個設け、スポットの撮像と、ネック成長領域、直胴部成
長領域、またはテール部領域の撮像を別々のＣＣＤカメ
ラで行ってもよい。

【００２２】なお、レーザ光発振器１６およびＣＣＤカ
メラ１７は、輻射シールド１０が光学系に支障にならな
いように、各々の光軸が開口部１０ｈとこの開口部１０
ｈを貫通する単結晶Ｉｇ間に形成される空隙を通り、シ
リコン融液Ｍの表面の外周よりに到達するような位置に
配置される。

【００２３】画像処理装置２０は記憶装置および演算制
御装置を有し、スポット座標計測手段、および、第１の
スポット座標計測手段と第２のスポット座標計測手段と
しての制御装置１９および画像処理装置２０により、図
２に示すように、予めプログラムされた手順に従って、
２通りの計測方法を実行する。

【００２４】すなわち、第１のスポット座標計測手段を
用い、例えば、融液面変動が比較的激しい引き上げ初期
工程（図１に１点鎖線で示す単結晶Ｉｇ_０の状態および
図２（ｂ）に示す状態）において使用される初期計測方
法と、第２のスポット座標計測手段を用い、例えば、融
液面変動が比較的少ない直胴部工程（図１に実線で示す
単結晶Ｉｇの状態および図２（ｃ）に示す状態）以降に
使用される安定期測定方法とに切り換えて測定が行われ
る。

【００２５】第１のスポット座標計測手段による初期測
定方法は、図３に示す次のようなステップにより行われ
る。

【００２６】（ＳＴ１）スポット座標計測：スポット
をＣＣＤカメラ１７によりを撮像し２値化後、画像処理
装置２０によりスポット座標の計測を行う。（ＳＴ２）エラー処理：計測用ウィンドウ内に測定対
象物（スポット）が無くなりエラーとなった場合に、エ
ラー直前の計測データを補間出力する。（ＳＴ３）特異点除去：直前の計測データに対するチ
ェック幅より正常データの範囲を求め、現在の計測デー
タがその範囲より外れた場合は、直前の正常データを補
間出力する。（ＳＴ４）区間平均：加算平均処理により計測データ
を平均化する。（ＳＴ５）ＬＰＦ処理：設定値より高い周波数変化の
計測データを除去し平坦化する（ローパスフィルタ処
理：低い周波数成分のデータのみ本フィルタを通過）。また、初期測定方法から切り替わって行われる第２のス
ポット座標計測手段による安定期測定方法は次のような
ステップにより行われる。（ＳＴ６）画像平均：入力画像と過去の画像輝度レベ
ルの加算平均処理を行う。（ＳＴ７）スポット座標計測：ウィンドウ内の安定し
たスポットにより座標計測を行う。上記初期計測方法あるいは安定期測定方法によりスポッ
ト座標計測を行った後、（ＳＴ８）液面位置偏差演算を
行い、（ＳＴ９）ルツボ昇降速度制御を行う。

【００２７】また、レーザ光発振器１６からＣＣＤカメ
ラ１７への光学系上で、輻射シールド１０の水平部１０
ｓには、この水平部１０ｓが光を透過させるように、例
えば、図３および図４に示すような石英ガラス製で直径
２〜４ｍｍ、長さ２０〜３０ｍｍを有し下端が半球形状
をなす柱体状の光透過性物体１０ｓ_１が設けられてい
る。従って、真空中の光の屈折率が１であるのに対して
光透過性物体１０ｓ_１を形成する石英ガラスの屈折率は
１．４〜１．５であり、光透過性物体１０ｓ_１の垂直軸
に対してθ１で入射したレーザ光は光透過性物体１０ｓ
_１でθ２に屈折されるため、レーザ光はθ１を有して光
透過性物体１０ｓ_１を透過するが、レーザ光の貫通によ
り光透過性物体１０ｓ_１の輝度が増し、融液Ｍ上に虚像
のスポットｐが形成され、このスポットｐを単結晶Ｉｇ
と水平部１０ｓ間の間隙を介してＣＣＤカメラ１７によ
り撮像することができる。

【００２８】上記レーザ光発振器１６は、ヒータ３６に
よりチャンバ内から発生する光の波長を避けた波長のレ
ーザ光、例えば、波長が５５０ｎｍ以下であるグリーン
レーザ光（波長４９０〜５５０ｎｍ）を発振し、出力は
３ｍＷである。これによって、チャンバ内ヒータの明る
さ（電力状況）に左右されず、スポットｐを確実に撮像
することができる。

【００２９】次に、本発明に係わる単結晶引き上げ装置
を用いたシリコン単結晶引き上げ方法を説明する。

【００３０】引き上げ工程は、制御装置１９の記憶装置
に記憶された引き上げ工程プログラムに基づき、引き上
げ作業を自動的に行う。

【００３１】（１）最初にＣＣＤカメラ１７を融液表面
検出に用いる場合について説明する。

【００３２】図１および図２（ａ）に示すように、シリ
コン単結晶を引き上げるには、ヒータ６を付勢し、ポリ
シリコンを溶融し、シリコン融液Ｍにする。しかる後、
レーザ光発信器１６、ＣＣＤカメラ１７、画像処理装置
２０および制御装置１９を有する液面位置制御装置２を
用い、シリコン融液Ｍの融液表面Ｓをヒータ６と相対的
関係で好ましい高さにする。

【００３３】図２および図３のスポット形成部分を拡大
して示す図４および図５に示すように、予め融液表面Ｓ
を照射するように配置されているレーザ光発振器１６
は、制御装置１９からの指令信号により、グリーンレー
ザ光を発振しグリーンレーザ光を光透過性物体１０ｓ_１
の上部に向けて照射する。レーザ光が光透過性物体１０
ｓ_１の上部に照射されると、石英ガラスの空気と石英ガ
ラス屈折率の違いにより透過性物体１０ｓ_１の垂直軸に
対してθ１で入射したレーザ光は光透過性物体１０ｓ_１
でθ２に屈折されるため、レーザ光はθ１を有して光透
過性物体１０ｓ_１を透過し、レーザ光の貫通により光透
過性物体１０ｓ_１の輝度が増し、乱反射された光でその
ほぼ垂直下方の融液Ｍ上に虚像のスポットｐが形成され
る。図２（ａ）および図４に示すように、このときの融
液表面Ｓの絶対高さを基準高さＺ_０とする。

【００３４】一方、ＣＣＤカメラ１７は、図３および図
４に示すように、シリコン融液Ｍのスポットｐ（特にス
ポットｐの中心座標）に焦点が合わされており、スポッ
トｐ _０を撮像し、スポット画像信号として取り込み、２
値化し、画像データを生成し、融液表面Ｓの基準高さＺ
_０の画像データとして制御装置１９の記憶装置に記憶
し、さらに、制御装置１９は回転装置制御器１５ｃを介
してワイヤ回転装置１５を動作させる。

【００３５】単結晶引き上げは、ネック部、ショルダ
部、そして直胴部と順に行われていくが、この引き上げ
工程に従って、融液表面Ｓの高さに変化が生じるので、
融液表面Ｓの高さＺの計測を行う。

【００３６】ネック部、ショルダ部の引き上げ工程のよ
うな初期工程（図２（ｂ）の状態）においては、融液面
変動が比較的激しいので、図３に示すようなステップに
従い、第１のスポット座標計測手段を用いて測定する。

【００３７】すなわち、図１に示すように、制御装置１
９からの指令信号により、レーザ光発振器１６はレーザ
光を発振させ、融液表面Ｓに検出用のスポットｐ_Ｚを形
成する。ＣＣＤカメラ１７は、スポットｐ_Ｚを光信号と
して撮像し、これに応じた電気量のスポット画像信号を
生成し、ＡＤ変換回路１８で２値化し、画像処理装置２
０にスポット画像信号として取り込んで画像データに生
成する（ＳＴ１）。

【００３８】ＳＴ１のＣＣＤカメラ１７によるスポット
の撮像時、計測用ウィンドウ内に測定対象物（スポッ
ト）が無くなりエラーとなった場合には、エラー直前の
計測データを補間出力する（エラー処理）（ＳＴ２）。

【００３９】次に、直前の計測データに対するチェック
幅より正常データの範囲を求め、現在の計測データがそ
の範囲より外れた場合は、直前の正常データを補間出力
する（特異点除去）（ＳＴ３）。

【００４０】さらに、加算平均処理により計測データを
平均化する（区間平均）（ＳＴ４）。

【００４１】また、設定値より高い周波数変化の計測デ
ータを除去し平坦化する（ローパスフィルタ処理：低い
周波数成分のデータのみ本フィルタを通過）（ＬＰＦ処
理）（ＳＴ５）。

【００４２】上記のように初期計測方法よりスポット座
標計測を行った後、液面位置偏差演算を行う（ＳＴ
６）。

【００４３】

【外１】

【００４４】

【外２】

【００４５】なお、モニタ１９ｍにはスポットｐ_０およ
びｐ_ｚの撮像例を示す。

【００４６】このような引き上げの初期工程において
は、融液面変動が比較的激しいが、第１のスポット座標
計測手段は計測速度が優れ、また、スポット座標測定後
の電気的フィルタ、データ平均演算等により行うので、
融液面の振動によるバラツキを効果的に除去することが
できる。

【００４７】引き上げが継続され、融液面変動が比較的
少ない直胴部工程（図２（ｃ）に示す状態）になると、
制御装置１９により画像処理装置２０を制御し、第１の
スポット座標計測手段から第２のスポット座標計測手段
に切り換えて測定が行われる。

【００４８】上記初期測定方法のＳＴ１と同様にして、
画像処理装置２０にスポット画像信号として取り込んで
画像データに生成する。

【００４９】この取り込まれた画像データは、図６に示
すように、変動が所定の許容範囲内にある入力画像と過
去の画像輝度レベルの加算平均処理が行われる（画像平
均）（ＳＴ６）。

【００５０】その後、ウィンドウ内の安定したスポット
により座標計測を行う（スポット座標計測）（ＳＴ
７）。

【００５１】さらに、上記ＳＴ８、ＳＴ９と同様に、第
２のスポット座標計測手段によりスポット座標計測を行
った後、液面位置偏差演算を行い、ルツボ昇降速度制御
を行う。

【００５２】このような引き上げの安定工程において
は、融液面変動が比較的少ないので、第２のスポット座
標計測手段により安定した融液面の高さの値を得ること
ができる。

【００５３】上記のように、初期工程には第１のスポッ
ト座標計測手段を用い、安定工程には第２のスポット座
標計測手段を用いるというように工程の進捗により切り
換えて測定を行うことにより、融液面振動の周期および
振動の大きさが変動しても、計測データのバラツキを除
去でき、引き上げの全工程において安定した液面位置計
測が可能となる。

【００５４】（２）次に、ＣＣＤカメラ１７を成長結晶
の直径を制御するのに用いる場合について説明する。

【００５５】図１に示すように、制御装置１９からの指
令信号によりワイヤリール回転装置制御器１５ｃを介し
てワイヤ回転装置１５を駆動させて、ワイヤ１４を降下
させ、シード１２をシリコン融液Ｍに浸し、なじませた
後、ワイヤ１４を上昇させて引き上げを行い、単結晶Ｉ
ｇのネック部を形成する。このネック部の形成時、図２
（ｂ）に示すように、制御装置１９からの指令信号によ
り撮像位置変更機構２３を動作させて、ＣＣＤカメラ１
７を回動させ、ネック成長領域ａ_ｎを撮像する。ネック
成長領域ａ_ｎの画像信号は上記同様に画像処理され、制
御装置１９に入力され、予め記憶されているネック部の
直径データと比較され、正常に引き上げが行われている
かチェックされる。

【００５６】さらに、引き上げが継続され、単結晶Ｉｇ
のショルダ部を形成するが、上記同様にＣＣＤカメラ１
７を回動させ、ショルダ部成長領域を撮像し、ショルダ
部成長領域の画像信号は上記同様に画像処理され、制御
装置１９に入力され、予め記憶されているショルダ部の
直径データと比較され、正常に引き上げが行われている
かチェックされる。

【００５７】ショルダ部の引き上げが完了し、直胴部の
引き上げが行われると、上述し図２（ｃ）に示すような
融液表面Ｓの高さに変化（低下）が生じるので、融液表
面Ｓの高さＺの検知を行う。

【００５８】さらに、引き上げを継続して、図２（ｄ）
に示すように、単結晶Ｉｇの直胴部を形成するが、上記
同様にＣＣＤカメラ１７を回動させ、直胴部成長領域ａ
_ｓを撮像し、直胴部成長領域ａ_ｓの画像信号は上記同様
に画像処理され、制御装置１９に入力され、予め記憶さ
れている直胴部の直径データと比較され、正常に引き上
げが行われているかチェックされる。さらに、上述した
図２（ｃ）に示すような融液表面Ｓの検知と直胴部成長
領域ａ_ｓの撮像が繰返し行われ、常に融液表面Ｓの高さ
Ｚが基準高さＺ_０になるように修正され、所定の直径の
単結晶Ｉｇが引き上げられるように引き上げ条件が修正
される。さらに、単結晶Ｉｇのテール部が形成されて単
結晶引き上げは完了する。

【００５９】なお、単結晶引き上げ速度は毎分数ｍｍで
あり、結晶の成長速度および融液表面Ｓの低下速度は遅
いので、１個のＣＣＤカメラ１７を用いて、単結晶Ｉｇ
の直径の画像信号の取込みと、融液表面Ｓに形成される
スポットｐの画像信号の取込みとを交互に行い、ヒータ
６の温度制御、ワイヤ回転装置１５によるワイヤ巻き取
り速度、ルツボ回転用モータ７によりルツボ回転数、ル
ツボ軸昇降装置８の速度制御等を行っても、直径の修
正、融液表面Ｓの高さの修正のタイミングを逸して、単
結晶Ｉｇの品質を低下させることはない。

【００６０】上述した単結晶引き上げ工程において、Ｃ
ＣＤカメラは融液表面の高さの制御および成長結晶の直
径の制御に用いるので、単結晶引き上げ装置のコストを
低減できる。

【００６１】

【発明の効果】本発明に係わる単結晶引き上げ装置によ
れば、融液面振動の周期および振動の大きさが変動して
も、計測データのバラツキを除去でき、引き上げの全工
程において安定した液面位置計測が可能な単結晶引き上
げ装置を提供することができる。

【００６２】また、本発明に係わる単結晶引き上げ方法
によれば、融液面振動の周期および振動の大きさが変動
しても、計測データのバラツキを除去でき、引き上げの
全工程において安定した液面位置計測が可能な単結晶引
き上げ方法を提供することができる。

【００６３】すなわち、融液面の高さを制御する液面位
置制御装置を有し、上記融液面に向けてスポット状のレ
ーザ光を照射するレーザ照射系と、このレーザ照射系に
より照射された上記融液面上の上記レーザ光のスポット
照射状況を撮像する撮像系と、この撮像系により撮像さ
れた画像データをもとに予め設定された基準座標系上で
上記レーザ光のスポット座標を計測するスポット座標計
測手段と、このスポット座標計測手段による計測データ
からの上記融液液面位置を演算し、その演算値と予め設
定された液面位置の目標値との偏差をもとに単結晶引き
上げ条件を制御する制御手段とを備え、上記スポット座
標計測手段は、上記融液面の揺らぎに基づく上記レーザ
光のスポット座標の計測データの変動が所定の許容範囲
内を超える場合に用いる第１のスポット座標計測手段
と、上記融液面の揺らぎに基づく上記レーザ光のスポッ
ト座標の計測データの変動が所定の許容範囲内にある場
合に用いる第２のスポット座標計測手段とを備えている
ので、融液面振動の周期および振動の大きさが変動して
も、計測データのバラツキを除去でき、引き上げの全工
程において安定した液面位置計測が可能となる。

【００６４】また、第１のスポット座標計測手段は、レ
ーザ光のスポット座標の計測データが融液面の揺らぎで
変動したときにその状況に応じてその変動を抑制するよ
うに上記計測データとして発生前の計測データを用いる
手段を備えているので、融液面変動が比較的激しくと
も、計測速度が優れ、融液面の振動によるバラツキを効
果的に除去することができる。

【００６５】また、第１のスポット座標計測手段は、計
測データが予め設定された計測範囲を超えてエラーが発
生した場合に、そのエラー直前の計測データを用いて補
間するエラー処理手段と、上記計測データが予め設定さ
れた正常範囲を超えた所定の特異点を示した場合に、そ
の直前の正常範囲内の計測データを用いて補間する特異
点除去手段とを備えているので、融液面変動が比較的激
しくとも、計測速度が優れ、融液面の振動によるバラツ
キを効果的に除去することができる。

【００６６】また、上記第２のスポット座標計測手段
は、映像画像と過去の画像輝度レベルとを加算平均する
処理を行う手段を備えているので、安定した融液面の高
さの値を得ることができる。

【００６７】また、第１のスポット座標計測手段は、ネ
ック部およびショルダ部の引き上げ工程に用い、第２の
スポット座標計測手段は直胴部引き上げ工程に用いるの
で、融液面振動の周期および振動の大きさが変動して
も、計測データのバラツキを除去でき、引き上げの全工
程において安定した液面位置計測が可能となる。

【００６８】また、スポットを撮像する撮像装置は、単
結晶成長領域を撮像する撮像装置を兼ねるので、単結晶
引き上げ装置のコストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる単結晶引き上げ装置の概念図。

【図２】図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係わる単結晶
引き上げ方法の各工程におけるスポット撮像状態を示す
概念図。

【図３】本発明に係わる単結晶引き上げ装置の液面位置
制御装置の作用を示す概念図。

【図４】本発明に係わる単結晶引き上げ装置に用いられ
る液面位置制御装置により液面基準高さからの偏差値を
求める方法を示す説明図。

【図５】図３に示すスポット形成部分を拡大し示す概念
図。

【図６】本発明に係わる単結晶引き上げ装置に用いられ
る第２のスポット座標計測手段による測定方法の概念
図。

【符号の説明】

１単結晶引き上げ装置２液面位置制御装置３炉体３ａ炉体ショルダ部４石英ガラスルツボ５黒鉛ルツボ６ヒータ６ｃヒータ制御器７ルツボ回転用モータ７ｃモータ制御器８ルツボ軸昇降装置８ｃ昇降装置制御器９ルツボ軸１０輻射シールド１０ｂ円錐部１０ｈ開口部１０ｓ水平部１０ｓ_１光透過性物体１２シード１３シードチャック１４ワイヤ１５ワイヤ回転装置１５ｃワイヤリール回転装置制御器１６レーザ光発振器１７ＣＣＤカメラ１８ＡＤ変換回路１９制御装置１９ｉ入力装置１９ｍモニタ２０画像処理装置２１投光用光透過窓２２カメラ用光透過窓２３撮像位置変更機構２３ｃ位置変更機構制御器ａ_ｎネック成長領域ａ_ｓ直胴部成長領域Ｉｇ単結晶Ｍシリコン融液Ｓ融液表面ｐ、ｐ_０、ｐ_Ｚスポット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チャンバ内に設けられた石英ガラスルツ
ボと、この石英ガラスルツボに装填された半導体原料を
加熱して溶融するヒータと、このヒータにより溶融され
た半導体原料の融液面の高さを制御する液面位置制御装
置を有し、種結晶を半導体原料融液に浸漬し単結晶を引
き上げる単結晶引き上げ装置において、前記融液面に向
けてスポット状のレーザ光を照射するレーザ照射系と、
このレーザ照射系により照射された前記融液面上の前記
レーザ光のスポット照射状況を撮像する撮像系と、この
撮像系により撮像された画像データをもとに予め設定さ
れた基準座標系上で前記レーザ光のスポット座標を計測
するスポット座標計測手段と、このスポット座標計測手
段による計測データからの前記融液液面位置を演算し、
その演算値と予め設定された液面位置の目標値との偏差
をもとに単結晶引き上げ条件を制御する制御手段とを備
え、前記スポット座標計測手段は、前記融液面の揺らぎ
に基づく前記レーザ光のスポット座標の計測データの変
動が所定の許容範囲内を超える場合に用いる第１のスポ
ット座標計測手段と、前記融液面の揺らぎに基づく前記
レーザ光のスポット座標の計測データの変動が所定の許
容範囲内にある場合に用いる第２のスポット座標計測手
段とを備えたことを特徴とする単結晶引き上げ装置。
【請求項２】上記第１のスポット座標計測手段は、レ
ーザ光のスポット座標の計測データが前記融液面の揺ら
ぎで変動したときに、その状況に応じてその変動を抑制
するように前記計測データとして発生前の計測データを
用いる手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の
単結晶引き上げ装置。
【請求項３】上記第１のスポット座標計測手段は、計
測データが予め設定された計測範囲を超えてエラーが発
生した場合に、そのエラー直前の計測データを用いて補
間するエラー処理手段と、前記計測データが予め設定さ
れた正常範囲を超えた所定の特異点を示した場合に、そ
の直前の正常範囲内の計測データを用いて補間する特異
点除去手段とを備えたことを特徴とする請求項１または
２に記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項４】上記第２のスポット座標計測手段は、映
像画像と過去の画像輝度レベルとを加算平均する処理を
行う手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし３の
いずれか１項に記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項５】上記第１のスポット座標計測手段は、ネ
ック部およびショルダ部の引き上げ工程に用い、上記第
２のスポット座標計測手段は直胴部引き上げ工程に用い
ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に
記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項６】スポットを撮像する撮像装置は、単結晶
成長領域を撮像する撮像装置を兼ねることを特徴とする
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の単結晶引き上
げ装置。
【請求項７】チャンバに昇降可能に設けられた石英ガ
ラスルツボに装填された半導体原料を加熱して溶融し、
種結晶を原料融液に浸漬して単結晶を引き上げる単結晶
引き上げ方法において、レーザ光により原料融液表面上
に検出用のスポットを形成し、このスポットを撮像して
スポット画像信号を生成し、さらに、単結晶引き上げ工
程の進捗に応じて、前記レーザ光のスポット座標の計測
データが前記融液面の揺らぎで変動したときにその状況
に応じてその変動を抑制するように前記計測データとし
て前記発生前の計測データを用い、あるいは、映像画像
と過去の画像輝度レベルとを加算平均するデータを用い
ることを特徴とする単結晶引き上げ方法。