JP3628823B2 - 単結晶表面の温度測定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体用シリコンなどの単結晶をチョクラルスキー法(CZ法という。)により製造する際の単結晶表面の温度測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
IC、LSIなどの製造に用いるシリコンなどの単結晶は、通常CZ法により製造されている。CZ法は、図6に示すように高純度の石英坩堝2の中にシリコン多結晶を入れ、回転軸7により石英坩堝2を回転させながら外部からヒータにより加熱溶融し、このシリコン多結晶の溶融液9中に引き上げワイヤー6の先端部に支持されたシリコン多結晶(種結晶)を浸漬して、次いで引き上げワイヤー6をゆっくりと引き上げながら徐冷し、シリコンの多結晶を単結晶10に転化することによりシリコン単結晶を製造するものである。
【0003】
この場合、引き上げ時のシリコン単結晶表面温度を正確に求めることは、生産ロスを防止して製品歩留まりを高めるうえで極めて重要であり、信頼性の高い温度測定方法が求められている。
【0004】
従来、かかる測定方法としてはヒーター温度、溶融液内温度、溶融液と結晶との界面温度から結晶中の温度勾配を測定する方法(特開昭59−227797号公報)が提案されている。また、歩留まりを向上させるために結晶の直径、振れ幅、溶融液面の高さ及び振動等を検知する手段としてCCDカメラ等が用いられている(特開昭63−100097号公報、特開昭63−170296号公報、特開平2−102187号公報及び特開平4−12233号公報)。
しかしながら、図6に示すようにCZ炉内で成長中の単結晶表面温度をCCDカメラ3を用いて測定しようとしても、該単結晶表面の放射像と側面ヒーターからの放射の高輝度反射像等が重畳しているため複雑な補正が必要となるとともに正確な温度を求めることはできなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、CZ炉内で成長中の単結晶表面温度を簡易な方法で正確に求めることのできる方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者は鋭意検討を行った結果、意外にも単結晶表面部、すなわちブライトリング上方でかつ近傍の高放射率部とブライトリングの輝度温度分布の最高輝度部が外乱の反射光量を同一量受けていることを見い出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造する方法において、シリコン単結晶ロッドと溶融液との境界部に発現するブライトリング及び該ブライトリング上方でかつ近傍の単結晶ロッド表面を、近赤外までの感度を有する二次元CCD赤外線カメラを用いて観測し、ブライトリング及び該単結晶ロッド表面の放射輝度分布を求め、該放射輝度分布から求められるブライトリングの最高放射輝度と予め輝度−温度変換式から求められるシリコン単結晶の凝固点温度に対応する輝度との差を外乱光反射成分として求め、該単結晶ロッド表面の放射輝度から該外乱反射成分を差し引き、該単結晶ロッド表面の修正放射輝度を得、次いで該修正放射輝度を輝度−温度変換式から温度に変換することを特徴とする単結晶表面の温度測定方法を提供するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図1〜図5を参照しながら説明する。図1及び図2はブライトリングとその観測範囲を示した模式図である。図3はCCDカメラにより観測されるブライトリング近傍の輝度温度分布曲線を示し、横軸はY軸方向に沿う位置を、縦軸は放射輝度の強さを示す。CCDカメラの映像をパソコンに取り込み画像処理を行う場合の座標設定は通常画面の左から右へX軸(正)、画面上から下へY軸(正)にとるため、窓部の方がブライトリングよりもY軸上原点に近い位置となる。図4は単結晶の窓部の放射輝度とブライトリングの最高放射輝度の関係を示す図である。図5は単結晶窓部の温度分布を示す図である。図中、窓部とブライトリングの境界付近はヒーター等からの反射の影響が大きく窓部温度分布を計測する方法では正確な温度測定は行えないため、一部が破断した表示となる。図1に示すように観測するブライトリング13は、チョクラルスキー法により単結晶を製造する際、単結晶ロッド11と側面ヒーターからの熱反射像が重畳して形成されるものであり、単結晶ロッド11と溶融液12との界面部に発現するものである。
【0008】
本発明の方法では、近赤外までの感度を有する二次元CCD赤外線カメラを用いて上記ブライトリング13を観測する。これは、外乱光である黒鉛ヒーターなどの反射光の影響をできるだけ排除するためである。また、近赤外までの波長帯域としては、特に制限されないが、700〜1100nmとするのが好ましい。
【0009】
さらに、本発明は上記二次元CCDカメラを用いるため、ブライトリングの観測範囲16において、図1に示すように二次元で輝度を観測することができる。観測方向としては、特に制限されないが、矢印方向(Y軸方向)に観測することが好ましい。観測範囲16の一部を拡大したものを図2に、また、観測結果で得られたY軸方向の輝度温度の分布曲線を図3に示した。図3のブライトリングの輝度温度分布の最高放射輝度14は単結晶の凝固点と一致する。
図1及び図3から、単結晶の表面温度、すなわちブライトリングの上方でかつ近傍に位置し、外乱光が極めて少ない高放射率部15(図1中、一点鎖線で示された部分であり、以下説明の便宜上「窓部」という)とブライトリング部13は、後者が高い放射輝度勾配を示すことから、図3中の鉛直方向に描いた一点鎖線を境界として明確に区別できることがわかる。
【0010】
次に、本発明において、窓部15の温度分布は次の手順で求めることができる。まず、ブライトリング部における外乱光による反射成分を求める。すなわち、図3において、上記の如く、ブライトリング部の最高放射輝度14が単結晶の凝固点と一致するが、この凝固点温度は文献より明らかであるので(Si単結晶の凝固点は1420℃)、輝度−温度変換式によりこの凝固点に対応する輝度を求めておく。次いで、ブライトリング部の最高放射輝度14とこの凝固点に対応する輝度を比較し、その差を外乱光による反射成分として求めておく。
【0011】
次に、ブライトリング内の最高放射輝度と窓部の放射輝度の関係を求めたところ図4の破線で示されるように、その関係は比例関係にあることからブライトリングの部分と窓部では同量の外乱光を受け反射していることがわかる。従って、ブライトリングの温度変換より求められた反射光成分量が窓部にも加わっているとし、その成分を差し引いた輝度より温度変換を行うことにより、窓部の正確な温度が求められる。窓部全体についてこの計算を行えば、温度分布が求められY軸に沿った温度勾配も計算できる。
【0012】
ここで外乱光の反射成分とは、外乱光放射が単結晶に反射してカメラに入射する成分をいう。
【0013】
【実施例】
実施例1
CZ炉内で成長中のシリコン単結晶の表面温度を下記仕様のCCDカメラを用いて測定した。ブライトリングから窓部に至る放射輝度分布の結果は、前記図3のとおりであった。Si単結晶の凝固点温度を輝度−温度変換式から輝度に変換し、これと点14の最高放射輝度の差を外乱光による反射成分17として求めた。次に窓部の放射輝度分布B(Z)から縦軸の下方へ外乱光反射成分量を平行移動し、修正された輝度分布B′(Z)を求めた。このB′(Z)を輝度−温度変換式を用いて、図5に示す窓部の温度分布を求めた。
【0014】
(CCDカメラの仕様)
検出素子:Si−CCD(500×400画素)
視野:1mで5cm中(拡大倍率変更可能)
対物レンズ外径:40mm
測定波長:0.9〜1.1μm
温度範囲:1200〜1500℃
精度:0.5℃/cm
分解能:1.0℃
【0015】
【発明の効果】
本発明方法によれば、CZ炉内で成長中の単結晶表面温度を簡易な方法で直接的に正確に求めることができるため精密な制御が可能となり、品質向上が図れる。また、該CCDカメラは固定した状態で結晶の温度分布を測定できるため移動機構等の設置が不要であるとともに、非接触式であるため結晶ロッドや結晶溶融液を汚染しない。さらにまた、1台のCCDカメラで温度監視用と直径制御用の2種類の測定が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明におけるブライトリングとその観測範囲を示した模式図である。
【図2】図1の一部を拡大して示したブライトリングの観測範囲を示した模式図である。
【図3】本発明のCCDカメラにより観測される輝度温度の分布曲線を示す図である。
【図4】単結晶の窓部の放射輝度とブライトリングの最高放射輝度の関係を示す図である。
【図5】単結晶窓部の温度分布を示す図である。
【図6】単結晶の引き上げ装置とCCDカメラを示す図である。
【符号の説明】
1 CZ炉
2 石英坩堝
3 CCDカメラ
4 パソコン
9 シリコン単結晶の溶融液
10 単結晶
11 単結晶ロッド
12 溶融液
13 ブライトリング
14 ブライトリングの最高放射輝度部(凝固点)
15 窓部(ブライトリング上部の高放射率部)
16 観測範囲
Claims (1)
- チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造する方法において、シリコン単結晶ロッドと溶融液との境界部に発現するブライトリング及び該ブライトリング上方でかつ近傍の単結晶ロッド表面を、近赤外までの感度を有する二次元CCD赤外線カメラを用いて観測し、ブライトリング及び該単結晶ロッド表面の放射輝度分布を求め、該放射輝度分布から求められるブライトリングの最高放射輝度と予め輝度−温度変換式から求められるシリコン単結晶の凝固点温度に対応する輝度との差を外乱光反射成分として求め、該単結晶ロッド表面の放射輝度から該外乱反射成分を差し引き、該単結晶ロッド表面の修正放射輝度を得、次いで該修正放射輝度を輝度−温度変換式から温度に変換することを特徴とする単結晶表面の温度測定方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31879196A JP3628823B2 (ja) | 1996-11-14 | 1996-11-14 | 単結晶表面の温度測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31879196A JP3628823B2 (ja) | 1996-11-14 | 1996-11-14 | 単結晶表面の温度測定方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10142063A JPH10142063A (ja) | 1998-05-29 |
JP3628823B2 true JP3628823B2 (ja) | 2005-03-16 |
Family
ID=18102993
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31879196A Expired - Lifetime JP3628823B2 (ja) | 1996-11-14 | 1996-11-14 | 単結晶表面の温度測定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN112301421B (zh) * | 2019-07-31 | 2024-05-17 | 内蒙古中环光伏材料有限公司 | 一种适用于大尺寸单晶硅的感光快速收尾方法 |
-
1996
- 1996-11-14 JP JP31879196A patent/JP3628823B2/ja not_active Expired - Lifetime
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