JP2010100452A - 単結晶直径の検出方法、及びこれを用いた単結晶の製造方法、並びに単結晶製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】チョクラルスキー法により、ルツボ5a内に収容したシリコン融液2から単結晶3を引き上げる際に、単結晶3の直径を検出する方法であって、少なくとも、単結晶3の直胴部形成時における目標直径と同じ距離だけ離れ、単結晶3と融液面との接点である単結晶3の成長点における単結晶3の直径の両端に、それぞれ正対して設置した2台のカメラ11を用いて、単結晶3の成長点の両端をそれぞれ炉外から撮影し、撮影した画像から単結晶3の直径を検出する。
【選択図】図1
Description
このように、単結晶の目標直径に対する単結晶の直径のずれ量を求めて、単結晶の直径を検出することで、単結晶の目標直径を基準にして、単結晶の直径を検出することができる。そのため、単結晶の直径のずれ量から、検出した単結晶直径と単結晶の目標直径との大小関係が正確かつ迅速に判別することができる。また、画像における水平方向の距離から、単結晶の直径のずれ量を求めることで、カメラと単結晶との相対位置の鉛直方向の変化に伴う検出誤差の影響を受けることがなく、高精度に単結晶の直径を検出することができる。
このように、単結晶のコーン部形成時と直胴部形成時において、異なるカメラを用いて単結晶の直径を測定することで、測定視野の狭いカメラを用いることができ、大口径の単結晶の直径を確実に精度良く検出することができる。
前述のように、本発明の単結晶直径の検出方法によれば、単結晶の直径をカメラと単結晶との相対位置の変化の影響を受けることがなく、精度良く検出することができる。そして、本発明では、この検出結果に基づいて、高精度に単結晶の直径を制御することができるため、直径の安定した単結晶を歩留まり良く製造することができる。
これにより、単結晶の直胴部形成時における目標直径を基準にして、単結晶の直径を検出することができる。そのため、検出した単結晶直径と単結晶の目標直径との大小関係が正確かつ迅速に判別可能な装置とすることができる。また、画像における水平方向の距離から、単結晶の直径のずれ量を求めることで、カメラと単結晶との相対位置の鉛直方向の変化に伴う検出誤差の影響を受けることがなく、高精度に単結晶の直径を検出することができる装置とすることができる。
このように、単結晶のコーン部直径検出用と直胴直径検出用として、用途別にカメラが設置されていることで、用途に関係なく1台のカメラで単結晶の直径を測定する場合と比較して、測定視野の狭いカメラを設置することが可能である。また、測定視野の狭いカメラを用いることができることで、大口径の単結晶の直径を確実に精度良く検出することができる装置とすることができる。
前述のように、従来は、1台のカメラで結晶と融液面との境界に見られるメニスカスリングを撮影して、その画像から単結晶の直径を検出していたが、この方法では、カメラの位置ずれや融液面位置の変化により、カメラと単結晶との相対位置が変化して、単結晶直径の検出に誤差が生じていた。
続いて、同一直径の単結晶を用いて、カメラの設置角度を変更して、単結晶の直径を検出したところ、実際の単結晶の直径と一致することがわかった。
ここで、図2は本発明におけるカメラの撮影範囲およびカメラ画像の概略図である。また、図3は本発明の単結晶製造装置のカメラの設置角度を変更した場合におけるカメラ画像の概略図である。
また、2台のカメラの距離が基準となる単結晶の目標直径に保たれていることで、カメラの撮影範囲内に単結晶の成長点の両端が撮影できれば、単結晶直径の検出には影響しないこともわかった。
カメラと単結晶との相対位置を変更したことで、図4に示すように、単結晶は小さく見えるが、単結晶の成長点の両端は、常に画像の中心線上に存在することがわかった。そのため、カメラと単結晶との相対位置の変化の影響を受けることなく、単結晶直径を検出することができることがわかった。すなわち、被写体とカメラの相対位置の変化で、カメラから被写体の距離が変化する場合、カメラに写る被写体は、画面中心位置は変化せず、像の大きさのみが変化する。したがって、直径が目標直径通りの場合、融液面の位置が変化しても、検出点はカメラの画像の中心線上に存在することになる。
図1は本発明の単結晶の製造装置の一例を示す概略図である。
これにより、図2に示すように、単結晶の直胴部形成時における目標直径を基準にして、単結晶の直径=目標直径+差分A+差分Bとして、検出することができる。そのため、検出した単結晶直径と単結晶の目標直径との大小関係が正確かつ迅速に判別可能な装置とすることができる。また、画像における水平方向の距離から、単結晶の直径のずれ量を求めることで、カメラと単結晶との相対位置の鉛直方向の変化に伴う検出誤差の影響を受けることがなく、高精度に単結晶の直径を検出することができる装置とすることができる。
このように、単結晶のコーン部直径検出用と直胴直径検出用として、用途別にカメラが設置されることで、用途に関係なく1台のカメラで単結晶の直径を測定する場合と比較して、測定視野の狭いカメラを設置することが可能である。また、測定視野の狭いカメラを用いることで、測定精度を向上させることができ、大口径の単結晶の直径を確実に精度良く検出することができる装置とすることができる。
このとき、図2に示すように、左右の2台のカメラは、目標直径分だけ離れた位置にあり、さらに単結晶の成長点の両端にそれぞれ正対して設置したものを用いて、炉外から撮影する。そのため、単結晶の目標直径を基準にして、単結晶の直径を検出することができる。従って、従来の検出方法で生じていたカメラと単結晶との相対位置の変化に伴う検出誤差の影響を受けることがなく、単結晶の直径を検出することができ、単結晶の直径の検出精度を向上して、また、単結晶の歩留まりを向上することができる。
これにより、図2に示すように、単結晶の直胴部形成時における目標直径を基準にして、単結晶の直径=目標直径+差分A+差分Bとして、検出することができる。そのため、検出した単結晶直径と単結晶の目標直径との大小関係が正確かつ迅速に判別することができる。また、画像における水平方向の距離から、単結晶の直径のずれ量を求めることで、カメラと単結晶との相対位置の鉛直方向の変化に伴う検出誤差の影響を受けることがなく、高精度に単結晶の直径を検出することができる。
このように、単結晶のコーン部形成時と直胴部形成時において、異なるカメラを用いて単結晶の直径を測定することで、測定視野の狭いカメラを用いて測定した場合であっても、大口径の単結晶の直径を精度良く検出することができる。
(実施例)
図1に示すような単結晶製造装置を用いて、ルツボ内にシリコン原料を充填し、そのシリコン原料をヒーターで溶解して、シリコン融液とした。そして、図2に示すように2台のカメラを使用して単結晶直径を検出し、その検出結果に基づいて、単結晶直径を制御しつつ、直径203mmのシリコン単結晶を引上げて製造した。その後、製造した単結晶の直径を炉外に出して実際に測定した。ここで、図5に単結晶の実直径と検出結果を示す。
実施例の単結晶の引上げ時において、直径制御用の2台のカメラとは別に従来の単結晶直径の検出方法のように1台のカメラを使用して、結晶と融液面との境界に見られるメニスカスリングを撮影し、その画像から単結晶の直径を検出した。ここで、図6に単結晶の実直径と検出結果を示す。
Claims (7)
- チョクラルスキー法により、ルツボ内に収容したシリコン融液から単結晶を引き上げる際に、単結晶の直径を検出する方法であって、少なくとも、前記単結晶の直胴部形成時における目標直径と同じ距離だけ離れ、前記単結晶と融液面との接点である単結晶の成長点における前記単結晶の直径の両端に、それぞれ正対して設置した2台のカメラを用いて、前記単結晶の成長点の両端をそれぞれ炉外から撮影し、該撮影した画像から前記単結晶の直径を検出することを特徴とする単結晶直径の検出方法。
- 前記単結晶の直径は、前記2台のカメラでそれぞれ撮影した画像における前記単結晶の成長点の一端と前記撮影した画像の中心との水平方向の距離をそれぞれ検出し、該検出した距離を合計して、前記単結晶の目標直径に対する前記単結晶の直径のずれ量を求めて検出することを特徴とする請求項1に記載の単結晶直径の検出方法。
- 前記単結晶のコーン部形成時には、コーン部直径検出用の1台または2台のカメラを用いて、前記単結晶の直径を検出し、前記単結晶の直胴部形成時には、直胴直径検出用の前記2台のカメラを用いて、前記単結晶の直径の検出を行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の単結晶直径の検出方法。
- 少なくとも、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の方法により単結晶の直径を検出し、該検出結果に基づいて、前記単結晶の直径を制御しつつ、単結晶を引き上げて製造することを特徴とする単結晶の製造方法。
- チョクラルスキー法により、ルツボ内に収容したシリコン融液から単結晶を引き上げてシリコン単結晶を製造する単結晶製造装置であって、少なくとも、前記シリコン融液を収容するルツボと、前記単結晶と融液面との接点である単結晶の成長点を炉外から撮影するカメラと、前記単結晶の直径を制御する直径制御装置とを備え、前記カメラが前記単結晶の直胴部形成時における目標直径と同じ距離だけ離れ、前記単結晶の成長点における前記単結晶の直径の両端に、それぞれ正対して2台設置されたものであり、該2台のカメラを用いて、前記単結晶の成長点の両端を撮影した画像から、前記単結晶の直径を検出し、該検出結果に基づいて、前記直径制御装置によって前記単結晶の直径を制御するものであることを特徴とする単結晶製造装置。
- 前記単結晶の直径は、前記2台のカメラでそれぞれ撮影した画像における前記単結晶の成長点の一端と前記撮影した画像の中心との水平方向の距離をそれぞれ検出し、該検出した距離を合計して、前記単結晶の目標直径に対する前記単結晶の直径のずれ量を求めて検出するものであることを特徴とする請求項5に記載の単結晶製造装置。
- 前記2台のカメラは、前記単結晶の直胴部形成時の直胴直径検出用に設置されたものであり、該カメラの他に、前記単結晶のコーン部形成時のコーン部直径検出用に1台または2台のカメラが設置されたものであることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の単結晶製造装置。
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