JP2003083940A - 測定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶性物質の融液から固体に相変化する界面
及び結晶境界（の有無及び位置）を高精度に検出する測
定装置及び方法を提供する。 【解決手段】 被検出体の融液又は溶液から固体に相変
化をする界面及び／又は前記被検出体の結晶境界を検出
する測定装置であって、前記被検出体と非接触に配置さ
れ、前記被検出体を横切る磁束を発生させて電磁誘導に
より前記被検出体の内部に渦電流を発生させる渦電流発
生部と、前記界面及び／又は結晶境界を検出するために
前記渦電流の変化を検出する検出器とを有する測定装置
を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般には、測定装
置及び方法に関し、特に、結晶性物質の融液又は溶液と
結晶との界面位置及び多結晶のバウンダリ（結晶境界）
の有無を測定する測定装置及び方法に関する。本発明
は、例えば、（「ブリッジマン法」としても知られる）
坩堝降下法において、融液から固体へ相変化をする界面
位置を検出する測定装置に好適である。

【０００２】

【従来の技術】現在エレクトロニクス分野やハイテクノ
ロジー分野の様々な用途に対応した結晶材料の開発が進
んでいる。優れた電子物性や光学特性を有する結晶材料
としては、例えば、所定方位に成長した単結晶がある。
かかる単結晶を製造するためには、成長結晶内の歪みを
制御するために結晶性物質の融液又は溶液が固体に結晶
化する結晶境界が水平になるようにより高精度に制御す
ること、及び、多結晶の生成を防止し、面方位を制御す
るために結晶成長の起点を一点にするなどが必要であ
る。これらの条件を確認するために、界面及び結晶境界
（の有無及び位置）を検出すること必要となる。

【０００３】主な結晶成長技術としては従来からシリコ
ン単結晶を製造するのに使用される坩堝引き上げ法
（「ＣＺ法としても知られる」）やフッ化物単結晶を製
造するのに使用される坩堝引き下げ法などがある。かか
る方法は、結晶性物質の原料を坩堝内に充填し、ヒータ
による過熱により融解させた原料を坩堝を昇降又は降下
させて冷却することによって結晶化する方法である。

【０００４】従来の結晶成長法では、結晶成長が生じて
いる融液から固体に相変化する界面位置を検出する方法
として、測定者の目視によるその場観察や熱電対が利用
されてきた。目視は結晶製造装置に取り付けられた透明
な窓を利用して直接見ることで、熱電対は結晶成長時に
発生する潜熱を測定することで界面位置の検出を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、目視によるそ
の場観察は、坩堝引き上げ法のような結晶が生じる方向
である上部に開放構造を有する結晶製造装置には利用で
きるが、坩堝引き下げ法のような結晶の外側にヒータを
有する構造には不向きである。加えて、フッ化物の結晶
成長にはカーボン製の坩堝を用いるため直接目視を行う
ことは不可能である。

【０００６】また、熱電対による測定は、融液に直接熱
電対を接触させなければならないので坩堝内の状態が変
化したり、成長の度に熱電対を取り替える必要が生じた
りしてコストが高くなると共に不純物混入の問題が発生
する。加えて、フッ化物などの結晶では、融点が高すぎ
るために潜熱を完全に検出することができない。従っ
て、結晶性物質の融液が固体に結晶化する界面位置を高
精度に制御することができず、優れた電子物性や光学特
性を有する結晶を安定して提供することができない。

【０００７】一方、多結晶を検出する方法も、結晶成長
中は目視によるその場観察や熱電対を利用して行ってい
たため、結晶成長の生じている方向による判断しかでき
ず、特に、坩堝引き下げ法では、結晶を結晶製造装置か
ら取り出すまで多結晶の状態を確認することができなか
った。従って、多結晶の発生を早い段階で検出すること
ができず、歩留まりも向上できなかった。

【０００８】そこで、本発明は、結晶性物質の融液から
固体に相変化する界面及び結晶境界（の有無及び位置）
を高精度に検出する測定装置及び方法を提供することを
例示的目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の一側面としての測定装置は、被検出体の融
液又は溶液から固体に相変化をする界面及び／又は前記
被検出体の結晶境界を検出する測定装置であって、前記
被検出体と非接触に配置され、前記被検出体を横切る磁
束を発生させて電磁誘導により前記被検出体の内部に渦
電流を発生させる渦電流発生部と、前記界面及び／又は
結晶境界を検出するために前記渦電流の変化を検出する
検出器とを有する。かかる測定装置は、被検出体と非接
触に配置された渦電流発生部に発生する磁束が電磁誘導
によって被検出体に渦電流を生じ、この渦電流の大きさ
を検出器によって検出する。従って、被検出体の状態変
化、例えば、液体から固体へ相変化する界面、被検出体
内に存在する結晶境界を渦電流の変化として検出するこ
とができる。前記検出部は、前記渦電流の変化を前記磁
束を前記渦電流が切ることによるインピーダンスの変化
として検出する。これにより、被検出体の液体から固体
へ相変化する界面、被検出体内に存在する結晶境界をイ
ンピーダンスの変化として検出することができる。前記
渦電流発生部は、導電性金属、セラミック又はカーボン
からなるコイルを有する。前記渦電流発生部は、水冷又
は空冷の冷却手段を有する。これにより、被検出体のお
かれている環境、特に高温状態に影響されずに検出をす
ることが可能になる。前記渦電流発生部は、前記磁束を
発生する磁束発生部と、当該磁束発生部を移動させる駆
動装置とを有する。これにより、被検出体のおかれてい
る状態に応じて検出可能な位置に磁束発生部を移動させ
ることができる。また、被検出体が移動している場合に
おいても磁束発生部を同期移動させることで、事実上、
静止している状態と同様に検出することが可能となる。
前記渦電流発生部は、前記磁束を発生させるための周波
数を可変とする発振器を更に有する。これにより、被検
出体の材質に応じて磁束を発生させるための周波数を変
化させることが可能となる。前記検出器は、前記被検出
体の複数の位置における渦電流を測定し、当該渦電流の
変化した前記被検出体の位置を前記被検出体の前記界面
及び／又は前記結晶境界の位置として検出する。これに
より、被検出体の液体から固体へ相変化する界面及び／
又は被検出体内に存在する結晶境界の位置を検出するこ
とができる。

【００１０】本発明の別の側面としての測定方法は、被
検出体の融液又は溶液から固体に相変化をする界面位置
及び／又は結晶境界の有無を検出する測定方法であっ
て、前記被検出体と非接触に磁束を発生させて電磁誘導
により前記被検出体に渦電流を発生するステップと、前
記界面及び／又は結晶境界を検出するために前記渦電流
の変化を検出するステップとを有する。前記検出ステッ
プは、前記渦電流の変化を前記渦電流が前記磁束を切る
ことによるインピーダンスの変化として検出する。前記
検出ステップは、前記被検出体の複数の位置における渦
電流を測定し、当該渦電流の変化した前記被検出体の位
置を前記被検出体の前記界面及び／又は前記結晶境界の
位置として検出する。かかる測定方法は、上述の測定装
置と同様の作用を奏する。

【００１１】本発明の更に別の側面としての結晶製造装
置は、上述の測定装置と、結晶性物質の原料を収納して
結晶成長させる坩堝と、前記坩堝を介して、前記原料を
過熱する加熱装置と、前記測定装置の測定結果に基づき
前記原料の界面付近の温度を制御する制御装置とを有す
る。かかる結晶製造装置は、結晶成長中の融液から固体
に相変化をする界面位置を非接触に正確に検出すること
ができるので、（例えば、温度制御による）高精度な界
面制御を行うことが可能となり、結晶性に優れた結晶を
安定して提供することが可能となる。また、複数の箇所
から結晶成長の界面を検出した場合、成長中の結晶がバ
ウンダリを有する多結晶であることを早い段階で知るこ
とができるので、結晶を取り出す前に再溶解させて結晶
成長を行うことで歩留まりが向上する。

【００１２】本発明の更に別の側面としての結晶製造方
法は、坩堝に収納された結晶性物質の原料から結晶を製
造させる結晶製造方法において、成長されるべき前記結
晶に非接触に磁束を発生させて電磁誘導により前記被検
出体に渦電流を発生させ、当該渦電流の変化する位置を
検出するステップと、前記検出ステップで得た前記渦電
流の変化する位置を界面とみなして設定した界面位置と
一致するように前記坩堝の温度を制御するステップとを
有する。かかる結晶製造方法は、上述の結晶製造装置と
同様の作用を奏する。

【００１３】本発明の更に別の側面としての光学素子は
上述の結晶製造装置から得た結晶から製造される。かか
る光学素子は、レンズ、回折格子、光学膜体及びそれら
の複合体、例えば、レンズ、マルチレンズ、レンズアレ
イ、レンチキュラーレンズ、ハエの目レンズ、非球面レ
ンズ、回折格子、バイナリーオプティックス素子及びそ
れらの複合体を含む。

【００１４】本発明の更に別の側面としての露光装置
は、紫外光、遠紫外光及び真空紫外光を露光体として利
用し、当該露光光を、上述の光学素子を含む光学系を介
して被処理体に照射して当該被処理体を露光する。かか
る露光装置も光学素子と同様の作用を奏する。

【００１５】本発明の更に別の側面としてのデバイス製
造方法は、上述の露光装置を用いて前記被処理体を投影
露光するステップと、前記投影露光された前記被処理体
に所定のプロセスを行うステップとを有する。上述の露
光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の
請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にも
その効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、ＬＳＩやＶ
ＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気セン
サー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。

【００１６】本発明の更なる目的又はその他の特徴は、
以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によ
って明らかにされるであろう。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明者は、目視が不可能な場合
や目視による測定者の主観が含まれることなく、且つ、
結晶性物質の融液に直接触れずに客観的なデータとして
結晶性物質の界面を正確に測定する方法を鋭意検討した
結果、渦流探傷試験法を利用することを発見した。渦流
探傷試験法は、一般に、物質の傷の状態を非破壊的に検
査する手法（探傷試験）であり、他に、材質試験、膜圧
測定、距離形状試験などにも利用されている。

【００１８】ここで、渦流探傷試験法を以下に説明す
る。図２は、渦流探傷試験法を説明するための図であ
り、８１０は高周波数電源、８１２はコイル、８１４は
試験体である。

【００１９】高周波数電源８１０によって周波数が数Ｍ
Ｈｚ以下の交流電流をコイル８１２に流すと磁束８２０
が発生する。かかる磁束８２０は、時間的に変化するた
め導電性又は誘電性を有する物質である試験体８１４に
作用させると、試験体８１４の内部には渦電流８２２
（「誘導電流」とも呼ばれる）が誘導される。渦電流８
２２は、例えば、試験体８１４に割れ等の不連続な場所
があると、その大きさと分布が変化する。かかる渦電流
８２２の変化から試験体８１４の傷の状態を検査する。

【００２０】本発明では、この原理を結晶製造装置の固
液界面の測定に応用し、結晶成長において、結晶性物質
が融液から固体に相変化する界面の渦電流の変化、即
ち、インピーダンスの変化を検出する。従って、融液で
ある融解部と固体である凝固部との界面である界面位置
を目視以外のその場観察をすることができ、且つ、融液
に接触することなく正確に求めることができる。

【００２１】以下、添付図面を参照して、本発明の例示
的一様態である測定装置１について説明する。ここで、
図１は、本発明の測定装置１の概略ブロック図である。
測定装置１は、図１で示すように渦電流発生部１０と、
発振器２０と、検出器３０と、駆動装置４０と、制御装
置５０とを有する。本実施例では、測定装置１は、１つ
の渦電流発生部１０を有して結晶性物質である被検出体
１００の上部方向に配置しているが、かかる形態は例示
的であり、複数の渦電流発生部１０を有して被検出体１
００の上下部方向及び／又は側面方向に配置してもよ
い。本発明の測定装置１は、目視によるその場観察が極
めて困難な坩堝降下法の場合に、特に効果的である。但
し、本発明はこれらの実施例に限定をするものではな
く、本発明の目的が達成される範囲において、各構成要
素が置換されてもよい。

【００２２】渦電流発生部１０は、支持部１２に連結さ
れコイルを有する。コイルは、例えば、被検出体１００
が融解する高温に耐えられるようにカーボンで形成され
る。しかし、コイルの材料はこれに限定されず、周知の
いかなる部材、例えば、セラミック、電導性金属、中空
構造で冷水又は空冷可能な金属管等により形成されても
よい。渦電流発生部１０は発振器３０から供給された高
周波数の電気振動から磁束を発生させ、被検出体１００
に均一な磁界を印加できるように縦方向に短く、且つ、
検出感度を向上させるためにコイルの有効径を被検出体
１００に対して十分小さくして構成される。コイルの有
効径は、より好ましくは被検出体１００の直径の１／１
０程度である。渦電流発生部１０は発振器２０及び検出
器３０と協同し、後述する被検出体１００の融液である
融解部１００ａと結晶固体である凝固部１００ｂとの界
面である界面位置１００ｃを検出する。

【００２３】図３に、被検出体１００の融液部１００ａ
と凝固部１００ｂの界面付近の模式図を示す。図３を参
照するに、被検出体１００の融解部１００ａと凝固部１
００ｂの接合部である界面位置１００ｃにおいて結晶成
長が行われる。つまり、界面位置１００ｃが被検出体１
００の凝固点（融点）となる。

【００２４】支持部１２は、渦電流発生部１０を支持
し、駆動装置２０によって駆動されて渦電流発生部１０
を上下左右移動する。駆動装置２０は、支持部１２に接
続されたモータ２２と、モータ２２を通電する電源２４
とを有する。モータ２２への電源２４による通電を後述
する制御装置５０が制御することにより、渦電流発生部
１０と被検出体１００との位置関係（即ち、距離）を制
御することができる。例えば、駆動装置２０によって、
渦電流発生部１０と被検出体１００は同期移動され、両
者は一定の速度比率で駆動されることで位置関係を一定
に保つことができる。

【００２５】発振器３０は、一定周波数の電気振動を発
生させる回路を有し渦電流発生部１０に接続される。発
振器３０は図示しない電源から通電され、高周波数の電
気振動を渦電流発生部１０に供給する。発振器３０は被
検出体１００の材質に応じて発生させる周波数を変化さ
せることが可能であれば、当業界で周知のいかなる構成
をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及
び動作の説明は省略する。

【００２６】検出器４０は、磁束の変化を検出する検波
回路を有し渦電流発生部１０に接続される。検出器４０
は渦電流発生部１０が発生させた磁束の変化を検出し、
被検出体１００の界面位置１００ｃを測定する。測定さ
れた被検出体１００の界面位置１００ｃは、制御装置５
０に出力される。検出器４０は渦電流発生部１０からの
出力信号が小さくて検出が困難な場合は、出力信号を増
幅するアンプなどの増幅器を備えていてもよい。また、
検出器４０は渦電流発生部１０が発生させた磁束の変化
だけではなく、渦電流発生部１０のインピーダンスの変
化を検出することが可能であれば、当業界で周知のいか
なる構成をも適用することができるので、ここでは詳し
い構造及び動作の説明は省略する。

【００２７】制御装置５０は、移動装置２０及び検出器
４０に接続され、測定装置１の各部を制御する。また、
制御装置５０は、後述する結晶製造装置の温度制御機構
及び坩堝昇降部に接続され、検出器４０から受け取った
界面位置データを基に境界位置１００ｃの温度を制御す
る。制御装置５０は、設定した被検出体１００の界面位
置１００ｃ及び被検出体の融解温度など、予め分かって
いるものとする。詳細には、設定した被検出体１００の
界面位置１００ｃと実際に測定した被検出体１００の界
面位置１００ｃとが一致するように温度制御を行う。代
替的に、制御装置５０は、坩堝２００の高さを制御した
りして、界面位置１００ｃの温度を制御してもよい。

【００２８】坩堝２００は、結晶性物質である被検出体
１００を収納する。坩堝２００は、結晶性物質の被検出
体１００を溶解、保持及び結晶成長させるため、融液と
反応せず不純物含有量の少ない材質、例えば、カーボ
ン、プラチナ、石英ガラス、窒化ホウ素など、から構成
されることが好ましい。

【００２９】被検出体１００の界面位置１００ｃの測定
において、渦電流発生部１０に発振器３０を接続する
と、渦電流発生部１０から高周波数の磁束が発生し、発
生した磁束が電磁誘導作用により、導電性又は誘電性を
有する被検出体１００に渦電流を発生させる。更に、こ
の渦電流が渦電流発生部１０から発生した磁束を切るこ
とにより渦電流発生部１０のインピーダンスに変化が生
じる。かかるインピーダンスの変化を検出器４０を介し
て出力変位として計測する。ここで、発振器３０から発
生する周波数及び渦電流発生部１０と被検出体１００と
の距離を一定とすると、渦電流発生部１０のインピーダ
ンスは被検出体１００の導電率及び透磁率のみの関数と
なる。

【００３０】従って、被検出体１００の導電率及び透磁
率が一定であれば渦電流発生部１０のインピーダンスも
一定であり、被検出体１００の導電率及び透磁率が変化
する場所、即ち、被検出体１００の融液である融解部１
００ａと結晶固体である凝固部１００ｂとの界面である
界面位置１００ｃにおいて渦電流発生部１０のインピー
ダンスが変化する。換言すれば、駆動装置２０によって
渦電流発生部１０と被検出体１００との距離を一定に保
ち、渦電流発生部１０のインピーダンスを検出器４０で
測定することにより、被検出体１００の界面位置１００
ｃが測定できる。測定した界面位置１００ｃは制御装置
５０に出力され、設定した界面位置１００ｃと異なって
いれば、設定した被検出体１００の界面位置１００ｃと
実際に測定した被検出体１００の界面位置１００ｃとが
一致するように温度又は坩堝２００の高さ制御を行う。

【００３１】本発明者は上述の測定装置１を実施例１乃
至４の結晶製造装置に設置し、結晶性物質を変えて数多
くの結晶の製造を行った。

【００３２】なお、各図において、同一の参照番号を付
した部材は同一部材を表すものとし、重複説明は省略す
る。また、同一の参照番号にアルファベットを付した部
材は同種の部材であるがアルファベットによって区別さ
れ、また、単なる参照番号で総括されるものとする。

【００３３】

【実施例】

【実施例１】図４は、本発明における第１の実施例を示
す結晶製造装置４００の模式的な断面図である。結晶製
造装置４００は、結晶性物質１１０を坩堝２００内で溶
融し、次いで、冷却することで結晶性物質１１０を結晶
成長させる（結晶１１２とする）。結晶製造装置４００
は、坩堝２００と、坩堝引き上げ棒４１０と、ヒータ４
２０とを有する。

【００３４】坩堝引き上げ棒４１０は、坩堝２００の上
部に設置され、坩堝引き上げ棒４１０に接続された図示
しないモータ及びモータを通電する電源で構成される坩
堝昇降部に接続される。坩堝引き上げ棒４１０は、坩堝
２００と坩堝２００中の融液重量を支持し、坩堝昇降部
によって駆動されて坩堝２００を上下移動する。図示し
ないモータへの通電を上述の制御装置５０が制御するこ
とにより、坩堝２００をヒータ４２０の加熱領域から非
加熱領域へ移動して坩堝２００の温度を徐々に下げるこ
とができる。但し、坩堝昇降部の制御は測定装置１の制
御装置５０を用いるのではなく、結晶製造装置４００の
図示しない制御装置を用いても良い。その場合、上述し
たように設定した界面位置と実際の界面位置が異なって
いれば、一致するように坩堝２００の高さ制御を結晶製
造装置４００の図示しない制御装置が行う。

【００３５】ヒータ４２０は、図示しない電源と共に温
度制御機構を構成する。ヒータ４２０は図示しない電源
によって通電され、電源によるヒータ４２０の通電は制
御装置５０によって制御される。但し、温度制御機構の
制御は測定装置１の制御装置５０を用いるのではなく、
結晶製造装置４００の図示しない制御装置を用いても良
い。その場合、上述したように設定した界面位置と実際
の界面位置が異なっていれば、一致するように坩堝２０
０の温度制御を結晶製造装置４００の図示しない制御装
置が行う。ヒータ４２０は、坩堝２００に対向してリン
グ状に配置され、坩堝２００ごと結晶性物質１１０を加
熱し、これを溶融する。なお、坩堝２００内の結晶性物
質１１０温度の制御は、上述した温度制御機構を利用し
て当業界で周知のいかなる制御手段も適用することがで
きるので、その詳細はここでは省略する。

【００３６】本実施例では、まず、結晶性物質１１０と
してシリコンを室温中で図４の坩堝２００に入れた。そ
してヒータ４２０により坩堝２００内の温度を室温から
約１４００℃まで昇温して結晶性物質１１０を溶融させ
た。次に、坩堝２００を約１ｍｍ／ｈの速度で引き上
げ、（即ち、坩堝２００内の温度を徐々に降温させ）結
晶性物質１１０の成長を行い、結晶１１２を得た。

【００３７】この結晶化（降温）過程を目視によるその
場観察と渦電流を利用する上述の測定装置１によって測
定を行った。測定結果は、結晶性物質１１０の融液が完
全に凝固する状態のとき、渦電流発生部１０のインピー
ダンスに変化が生じた。従って、結晶成長（坩堝引き上
げ法）において結晶性物質１１０の融液から固体に相変
化する界面を正確に測定することができ、渦電流発生部
１０のインピーダンスの変化によるその場観察が有効で
あることがわかった。

【００３８】

【実施例２】図５は、本発明における第２の実施例を示
す結晶製造装置５００の模式的な断面図である。結晶製
造装置５００は、結晶性物質１１０ａを坩堝２００内で
溶融し、次いで、冷却することで結晶性物質１１０ａを
結晶成長させる。

【００３９】本実施例では、まず、室温中で結晶性物質
１１０ａとしてＫＤＰ（ＫＨ_２ＰＯ _４）を水で溶解し、
図５の坩堝２００に入れた。そして坩堝２００内の温度
を室温から約１００℃まで昇温した。次に、坩堝２００
内の温度を約２０℃まで徐々に降温させ結晶性物質１１
０ａの成長を行った。

【００４０】この溶液成長（降温）過程を目視によるそ
の場観察と渦電流を利用する上述の測定装置１によって
測定を行った。測定結果は、結晶性物質１１０ａの溶液
からＫＤＰが析出する状態のとき、渦電流発生部１０の
インピーダンスに変化が生じた。従って、溶液成長にお
いて結晶性物質１１０の溶液から固体が析出する界面を
正確に測定することができ、渦電流発生部１０のインピ
ーダンスの変化によるその場観察が有効であることがわ
かった。

【００４１】

【実施例３】図６は、本発明における第３の実施例を示
す結晶製造装置６００の模式的な断面図である。結晶製
造装置６００は、結晶性物質１１０ｂを坩堝２００内で
溶融し、次いで、冷却することで結晶性物質１１０ｂを
結晶成長させる。結晶製造装置６００は、２つの縦方向
に配置されたヒータ４２０を有する以外は結晶製造装置
４００と同様の構成要素を有する。

【００４２】図７は、第３の実施例による測定装置１の
検出器４０ａを下から見た模式的平面図である。図７に
良く示されるように、測定装置１の検出器４０ａは支持
部１２ａで支持された複数の渦電流発生部１０ａを有
し、結晶性物質１１０ｂの全面を覆うように渦電流発生
部１０ａが配置されている。

【００４３】本実施例では、まず、結晶性物質１１０ｃ
としてシリコンを室温中で図６の坩堝２００に入れた。
そしてヒータ４２０により坩堝２００内の温度を室温か
ら約１４００℃まで昇温して結晶性物質１１０ｃを溶融
させた。次に、坩堝２００を１ｍｍ／ｍｉｎの速度で引
き上げ、（即ち、坩堝２００内の温度を急激に降温さ
せ）結晶性物質１１０ｃの成長を行った。ここで、実施
例１とは異なり坩堝２００内の温度を急冷した理由は、
結晶性物質１１０ｃの結晶化を単結晶ではなく、バウン
ダリ（結晶境界）を有する多結晶とするためである。

【００４４】急冷して結晶化させた結晶性物質１１０ｃ
を渦電流を利用する上述の測定装置１によって測定を行
った。詳細には、急冷して結晶化させた結晶性物質１１
０ｃの各場所に渦電流発生部１０ａを配置し、インピー
ダンスの変化を測定した。測定結果は、多結晶化した結
晶性物質１１０ｃのバウンダリ（結晶境界）と渦電流発
生部１０ａのインピーダンスの変化が一致した。従っ
て、多結晶のバウンダリ（結晶境界）が渦電流発生部１
０のインピーダンスの変化で検出できることがわかっ
た。

【００４５】

【実施例４】図８は、本発明における第４の実施例を示
す結晶製造装置７００の模式的な断面図である。結晶製
造装置７００は、結晶性物質１１０ｃを坩堝２００内で
溶融し、次いで、冷却することで結晶性物質１１０ｃを
結晶成長させる。結晶製造装置７００は、坩堝２００
と、坩堝引き下げ棒７１０と、ヒータ４２０とを有す
る。

【００４６】坩堝引き下げ棒７１０は、坩堝２００の下
部に設置され、坩堝引き下げ棒７１０に接続された図示
しないモータ及びモータを通電する電源で構成される坩
堝昇降部に接続される。坩堝引き下げ棒４１０は、坩堝
２００と坩堝２００中の融液重量を支持し、坩堝昇降部
によって駆動され坩堝２００を上下移動する。図示しな
いモータへの通電を上述の制御装置５０が制御すること
により、坩堝２００をヒータ４２０の加熱領域から非加
熱領域へ移動して坩堝２００の温度を徐々に下げること
ができる。但し、坩堝昇降部の制御は測定装置１の制御
装置５０を用いるのではなく、結晶製造装置７００の図
示しない制御装置を用いてもよい。その場合、その場
合、上述したように設定した界面位置と実際の界面位置
が異なっていれば、一致するように坩堝２００の高さ制
御を結晶製造装置７００の図示しない制御装置が行う。

【００４７】図９は、第４の実施例を示す結晶製造装置
７００を上から見た模式的な平面透視図である。図９に
良く示されるように、測定装置１の渦電流発生部１０ｂ
は坩堝２００を取り巻くようにリング状に配置されてい
る。かかる配置により、坩堝２００の上下移動に対し
て、渦電流発生部１０ｂを同期移動させなくてよい。但
し、複数の渦電流発生部を坩堝２００の側面に配置して
も同様の効果が得られる。

【００４８】本実施例では、まず、結晶性物質１１０ｃ
としてシリコンを室温中で図８及び９の坩堝２００に入
れた。そしてヒータ４２０により坩堝２００内の温度を
室温から約１４００℃まで昇温して結晶性物質１１０ｃ
を溶融させた。次に、坩堝２００を約１ｍｍ／ｈの速度
で引き下げ、（即ち、坩堝２００内の温度を徐々に降温
させ）結晶性物質１１０の成長を行った。

【００４９】この結晶化（降温）過程を目視によるその
場観察と渦電流を利用する上述の測定装置１によって測
定を行った。測定結果は、結晶性物質１１０ｃの融液が
完全に凝固する状態のとき、渦電流発生部１０ｂのイン
ピーダンスに変化が生じた。従って、結晶成長（坩堝引
き下げ法）において結晶性物質１１０ｃの融液から固体
に相変化する界面を正確に測定することができ、渦電流
発生部１０ｂのインピーダンスの変化によるその場観察
が有効であることがわかった。

【００５０】以下、図１０を参照して、本発明の例示的
な露光装置１０００について説明する。ここで、図１０
は、露光装置１０００の概略ブロック図である。露光装
置１０００は、図１０に示すように、回路パターンが形
成されたマスク又はレチクル（本出願ではこれらの用語
を交換可能に使用する）１２００を照明する照明装置１
１００と、プレートを支持するステージ１４５０と、照
明されたマスクパターンから生じる回折光をプレート１
４００に投影する投影光学系１３００とを有する。

【００５１】露光装置１０００は、例えば、ステップア
ンドリピート方式やステップアンドスキャン方式でマス
ク１２００に形成された回路パターンをプレート１４０
０に露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、
サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィ
工程に好適であり、以下、本実施形態ではステップアン
ドスキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれ
る）を例に説明する。ここで、「ステップアンドスキャ
ン方式」は、マスクに対してウェハを連続的にスキャン
してマスクパターンをウェハに露光すると共に、１ショ
ットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次のショ
ットの露光領域に移動する露光方法である。「ステップ
アンドリピート方式」は、ウェハのショットの一括露光
ごとにウェハをステップ移動して次のショットを露光領
域に移動する露光方法である。

【００５２】照明装置１１００は、転写用の回路パター
ンが形成されたマスク１２００を照明し、光源部１１２
０と照明光学系１１４０とを有する。

【００５３】光源部１１２０は、例えば、光源としてレ
ーザーを使用する。レーザーは、波長約１９３ｎｍのＡ
ｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキ
シマレーザー、波長約１５３ｎｍのＦ_２エキシマレーザ
ーなどを使用することができるが、レーザーの種類はエ
キシマレーザーに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザー
を使用してもよいし、そのレーザーの個数も限定されな
い。例えば、独立に動作する２個の固体レーザーを使用
すれば固体レーザー間相互のコヒーレンスはなく、コヒ
ーレンスに起因するスペックルはかなり低減する。さら
にスペックルを低減するために光学系を直線的又は回転
的に揺動させてもよい。また、光源部１１２０にレーザ
ーが使用される場合、レーザー光源からの平行光束を所
望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレン
トなレーザー光束をインコヒーレント化するインコヒー
レント化光学系を使用することが好ましい。また、光源
部１１２０に使用可能な光源はレーザーに限定されるも
のではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプ
などのランプも使用可能である。

【００５４】照明光学系１１４０は、マスク１２００を
照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテ
グレーター、絞り等を含む。例えば、コンデンサーレン
ズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、
スリット、結像光学系の順で整列する等である。照明光
学系１１４０は、軸上光、軸外光を問わず使用すること
ができる。ライトインテグレーターは、ハエの目レンズ
や２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュ
ラーレンズ）板を重ねることによって構成されるインテ
グレーター等を含むが、光学ロッドや回折素子に置換さ
れる場合もある。かかる照明光学系１１４０のレンズな
どの光学素子に本発明の結晶製造装置から製造される光
学素子を使用することができる。

【００５５】マスク１２００は、例えば、石英製で、そ
の上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成
され、図示しないマスクステージに支持及び駆動され
る。マスク１２００から発せられた回折光は投影光学系
１３００を通りプレート１４００上に投影される。プレ
ート１４００は、ウェハや液晶基板などの被処理体であ
りレジストが塗布されている。マスク１２００とプレー
ト１４００とは共役の関係にある。スキャナーの場合
は、マスク１２００とプレート１４００を走査すること
によりマスク１２００のパターンをプレート１４００上
に転写する。ステッパーの場合は、マスク１２００とプ
レート１４００を静止させた状態で露光が行われる。

【００５６】投影光学系１３００は、複数のレンズ素子
のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一
枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光
学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォ
ームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型
の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必
要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラ
ス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学
素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成し
たりする。かかる投影光学系１３００のレンズなどの光
学素子に本発明の結晶製造装置から製造される光学素子
を使用することができる。

【００５７】プレート１４００にはフォトレジストが塗
布されている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、
密着性向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、
プリベーク処理とを含む。前処理は、洗浄、乾燥などを
含む。密着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地
との密着性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤
塗布による疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａ
ｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜を
コート又は蒸気処理する。プリベークは、ベーキング
（焼成）工程であるが現像後のそれよりもソフトであ
り、溶剤を除去する。

【００５８】ステージ１４５０は、プレート１４００を
支持する。ステージ１４５０は、当業界で周知のいかな
る構成をも適用することができるので、ここでは詳しい
構造及び動作の説明は省略する。例えば、ステージ１４
５０は、リニアモーターを利用してＸＹ方向にプレート
１４００を移動することができる。マスク１２００とプ
レート１４００は、例えば、同期走査され、ステージ１
４５０と図示しないマスクステージの位置は、例えば、
レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度
比率で駆動される。ステージ１４５０は、例えば、ダン
パを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設け
られ、マスクステージ及び投影光学系１３００は、例え
ば、鏡筒定盤は床等に載置されたベースフレーム上にダ
ンパ等を介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設け
られる。

【００５９】露光において、光源部１１２０から発せら
れた光束は、照明光学系１１４０によりマスク１２００
を、例えば、ケーラー照明する。マスク１２００を通過
してマスクパターンを反映する光は投影光学系１３００
によりプレート１４００に結像される。露光装置１００
０が使用する照明光学系１１４０及び投影光学系１３０
０は、本発明による結晶製造装置から製造される光学素
子を含んで紫外光、遠赤外光及び真空紫外光を高い透過
率で透過するので、高いスループットで経済性よくデバ
イス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤな
ど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。

【００６０】次に、図１１及び図１２を参照して、上述
の露光装置１０００を利用したデバイス製造方法の実施
例を説明する。図１１は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなど
の半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明する
ためのフローチャートである。ここでは、半導体チップ
の製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、
デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）
では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作す
る。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材
料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロ
セス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリ
ソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成す
る。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステ
ップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ
化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボ
ンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の
工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作
成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テス
トなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイ
スが完成し、それが出荷（ステップ７）される。

【００６１】図１２は、ステップ４のウェハプロセスの
詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）で
は、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶ
Ｄ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ
１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによ
って形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、
ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処
理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６
（露光）では、露光装置 によってマスクの回路パター
ンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露
光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）
では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステ
ップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不
要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰
り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターン
が形成される。

【００６２】以上、本発明の好ましい実施例を説明した
が、本発明はこれらに限定されずその趣旨の範囲内で様
々な変形や変更が可能である。

【００６３】

【発明の効果】本発明の測定装置及び方法によれば、結
晶性物質の融液から固体に相変化する界面位置を高精度
に検出し、正確に界面制御が行えるので優れた電子物性
や光学特性を有する結晶材料を提供することができる。
また、結晶成長中の早い段階でバウンダリを検出するこ
とが可能であるので、結晶を取り出す前に再溶解させて
結晶成長を行うことができ、歩留まりが向上する。更
に、高精度に検出した結晶性物質の融液から固体に相変
化する界面位置に基づいて、結晶製造装置の坩堝形状や
結晶成長プロセスを構築することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一側面としての測定装置の概略ブロ
ック図である。

【図２】 渦流探傷試験法を説明するための図である。

【図３】 被検出体の界面付近のブロック図である。

【図４】 本発明の第１の実施例による結晶製造装置の
模式的断面図である。

【図５】 本発明の第２の実施例による結晶製造装置の
模式的断面図である。

【図６】 本発明の第３の実施例による結晶製造装置の
模式的断面図である。

【図７】 本発明の第３の実施例による測定装置の検出
器を下から見た模式的平面図である。

【図８】 本発明の第４の実施例による結晶製造装置の
模式的断面図である。

【図９】 本発明の第４の実施例による結晶製造装置を
上から見た模式的平面透視図である。

【図１０】 本発明の露光装置の概略ブロック図であ
る。

【図１１】 本発明の露光工程を有するデバイス製造方
法を説明するためのフローチャートである。

【図１２】 図１１に示すステップ４の詳細なフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１ 測定装置 １０、１０ａ、１０ｂ 渦電流発生部 ２０ 駆動装置 ３０ 発振器 ４０、４０ａ 検出器 ５０ 制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿久津 新 茨城県取手市白山７丁目５番16号 株式会 社オプトロン内 Ｆターム(参考） 2G053 AA08 AA09 AB21 BA02 BC14 CA03 CB21 DA01 4G077 AA03 BA04 CD02 CF10 EH06 PF01 PF09 PF16

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出体の融液又は溶液から固体に相変
   化をする界面及び／又は前記被検出体の結晶境界を検出
   する測定装置であって、 前記被検出体と非接触に配置され、前記被検出体を横切
   る磁束を発生させて電磁誘導により前記被検出体の内部
   に渦電流を発生させる渦電流発生部と、 前記界面及び／又は結晶境界を検出するために前記渦電
   流の変化を検出する検出器とを有する測定装置。
2. 【請求項２】 前記検出部は、前記渦電流の変化を前記
   磁束を前記渦電流が切ることによるインピーダンスの変
   化として検出する請求項１記載の測定装置。
3. 【請求項３】 前記渦電流発生部は、導電性金属、セラ
   ミック又はカーボンからなるコイルを有する請求項１記
   載の測定装置。
4. 【請求項４】 前記渦電流発生部は、水冷又は空冷の冷
   却手段を有する請求項１記載の測定装置。
5. 【請求項５】 前記渦電流発生部は、 前記磁束を発生する磁束発生部と、 当該磁束発生部を移動させる駆動装置とを有する請求項
   １記載の測定装置。
6. 【請求項６】 前記渦電流発生部は、前記磁束を発生さ
   せるための周波数を可変とする発振器を更に有する請求
   項１記載の測定装置。
7. 【請求項７】 前記検出器は、前記被検出体の複数の位
   置における渦電流を測定し、当該渦電流の変化した前記
   被検出体の位置を前記被検出体の前記界面及び／又は前
   記結晶境界の位置として検出する請求項１記載の測定装
   置。
8. 【請求項８】 被検出体の融液又は溶液から固体に相変
   化をする界面位置及び／又は結晶境界の有無を検出する
   測定方法であって、 前記被検出体と非接触に磁束を発生させて電磁誘導によ
   り前記被検出体に渦電流を発生するステップと、 前記界面及び／又は結晶境界を検出するために前記渦電
   流の変化を検出するステップとを有する測定方法。
9. 【請求項９】 前記検出ステップは、前記渦電流の変化
   を前記渦電流が前記磁束を切ることによるインピーダン
   スの変化として検出する請求項８記載の測定方法。
10. 【請求項１０】 前記検出ステップは、前記被検出体の
    複数の位置における渦電流を測定し、当該渦電流の変化
    した前記被検出体の位置を前記被検出体の前記界面及び
    ／又は前記結晶境界の位置として検出する請求項８記載
    の測定方法。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至７記載のうちいずれか一
    項記載の測定装置と、 結晶性物質の原料を収納して結晶成長させる坩堝と、 前記坩堝を介して、前記原料を過熱する加熱装置と、 前記測定装置の測定結果に基づき前記原料の界面付近の
    温度を制御する制御装置とを有する結晶製造装置。
12. 【請求項１２】 坩堝に収納された結晶性物質の原料か
    ら結晶を製造させる結晶製造方法において、 成長されるべき前記結晶に非接触に磁束を発生させて電
    磁誘導により前記被検出体に渦電流を発生させ、当該渦
    電流の変化する位置を検出するステップと、 前記検出ステップで得た前記渦電流の変化する位置を界
    面とみなして設定した界面位置と一致するように前記坩
    堝の温度を制御するステップとを有する結晶製造方法。
13. 【請求項１３】 請求項１１記載の結晶製造装置を利用
    して結晶成長された結晶性物質からなる光学素子。
14. 【請求項１４】 レンズ、回折格子、光学膜体及びそれ
    らの複合体の一つである請求項１３記載の光学素子。
15. 【請求項１５】 紫外光、遠紫外光及び真空紫外光を露
    光体として利用し、当該露光光を、請求項１４記載の光
    学素子を含む光学系を介して被処理体に照射して当該被
    処理体を露光する露光装置。
16. 【請求項１６】 請求項１５記載の露光装置を用いて前
    記被処理体を投影露光するステップと、 前記投影露光された前記被処理体に所定のプロセスを行
    うステップとを有するデバイス製造方法。
17. 【請求項１７】 請求項１５記載の露光装置を用いて投
    影露光された被処理体より製造されるデバイス。