JP4737105B2 - 単結晶製造装置及び単結晶製造方法 - Google Patents
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Description
図4は、ワイヤ巻取り方式の一般的な単結晶製造装置の概略を示した図である。この単結晶製造装置41は、引上げ用ワイヤ42の先端に種ホルダ43を取付け、種ホルダ43で保持した種結晶44をルツボ49内の原料融液50に接触させるとともに回転させる。そして、ワイヤ巻取り手段45は、ワイヤ巻取り駆動部51によりワイヤ巻取りドラム52を所定の速度で回転させてワイヤ42を巻取る。これにより、種結晶44に続いてシリコン単結晶46が育成されながら引上げられる。
ところが、近年のシリコン単結晶の製造はデバイス歩留を向上するため、大口径化しており、それに伴い高重量化(直径300mmでは200kg程度)や引上げ速度の低速化(直径300mmでは0.4〜0.9mm/分程度)している。これにより、単結晶引上げ時のワイヤの伸びが無視できない問題に発展し、より高精度に引上げ速度を制御することが必要となってきた。
従って、新品のワイヤに交換してシリコン単結晶を製造する場合、特に1回目から7回目ぐらいまでの引上げでは、引上げ毎に初期伸びを考慮して引上げ速度を調整しなければならず、非常に手間がかかるほか、予定した品質のシリコン単結晶を製造するのが難しいという問題があった。
前記種ホルダの位置をチャンバ上方に設置してある測定手段により測定し、
該得られた前記種ホルダの位置の変化量から実際の引上げ速度を算出し、
該算出した実際の引上げ速度と目標の引上げ速度から前記ワイヤの巻取り速度を制御し、前記ワイヤの伸びによる前記単結晶の引上げ速度の誤差を補正することを特徴とする単結晶製造方法を提供する(請求項1)。
前記種ホルダの位置を測定するためのチャンバ上方に設置された測定手段と、
該測定手段により得られた前記種ホルダの位置の変化量から実際の引上げ速度を算出し、該算出した実際の引上げ速度と目標の引上げ速度から前記ワイヤの巻取り速度を制御することで、前記ワイヤの伸びによる前記単結晶の引上げ速度の誤差を補正するための演算手段とを具備するものであることを特徴とする単結晶製造装置を提供する(請求項4)。
これにより、ワイヤの伸びによって生じるワイヤの巻取り速度と単結晶引上げ速度の誤差を解消でき、ワイヤの個体差、新旧の交換、熱変形等による伸び量の変化、製造する単結晶の高重量化、引上げ速度の低速化といった種々の要因に関係なく、さらに、ワイヤの伸び量を予想しなくても、確実に精度良く且つ簡単な手段で所望の引上げ速度に制御できるため、V/Gを高精度で制御でき、高品質の単結晶を効率よく製造することができる。
このように、測定手段と種ホルダまでの距離をレーザーで測定することにより、種ホルダに測定手段を接触させることなく、高温のチャンバの外から種ホルダの位置の変化量を測定することができる。また、測定手段としては、画像処理によって種ホルダの位置を測定してもよいが、レーザーで測定する方がより正確に測定手段と種ホルダまでの距離を測定することができる。このため、種ホルダの位置をさらに精度良く測定することができるため、該測定値によって制御されたワイヤ巻取り速度によって、さらに精度良くV/Gを制御でき、高品質の単結晶を効率よく製造することができる。
このように、演算手段によって実際の引上げ速度と目標の引上げ速度とが一致するようにワイヤの巻取り速度を補正することにより、簡単な手順で高品質のシリコン単結晶を育成することができる。
前述のように、従来、ワイヤの個体差、使用頻度、使用中の荷重等の要因で伸び量が変化し、単結晶の引上げ速度が遅延するといった問題に対処するため、単結晶の成長長さ、つまり単結晶による荷重や、単結晶の引上げ毎、つまりワイヤの使用頻度毎にワイヤの伸び量を予測してワイヤの巻取り速度を制御していた。
しかし、ワイヤには個体差があり、さらに、製造する単結晶の長さや直径は様々であるため、引上げ速度の調整は、非常に手間がかかるほか、予定していた品質のシリコン単結晶を製造するのが難しいという問題があった。
先ず、本発明に係る単結晶製造装置の一実施形態を説明する。
図1は、本発明に係るワイヤ巻取り方式の単結晶製造装置の概略を示した図である。
この単結晶製造装置1は、チャンバ15内に、シリコン単結晶を製造するための材料である原料多結晶を収容するためのルツボ9、該ルツボ9内の原料を加熱して原料融液10とするためのヒーター7、該ヒーターの熱がチャンバ15の外に逃げるのを防ぐための断熱材8、そして、原料融液10に接触させて単結晶を育成するための種結晶4を保持するための種ホルダ3、該種ホルダ3が先端に取付けられている引上げ用ワイヤ2、該ワイヤ2を巻取って単結晶を引上げるワイヤ巻取り手段5とを具備する。
このように、測定手段13がレーザー距離計であれば、種ホルダ3に測定手段13を接触させることなく、内部が高温のチャンバ15の外から種ホルダ3の位置を測定することができる。また、測定手段13は、画像処理によるものでもよいが、レーザーで測定することにより、さらに正確に測定手段13と種ホルダ3までの距離を測定することができる。これにより、種ホルダ3の位置を精度良く測定することができるため、該測定値によって制御されたワイヤ巻取り速度によって、さらに精度良くV/Gを制御でき、高品質の単結晶を効率よく製造することができる。
このように、演算手段14が、測定手段13から得た測定値により実際の引上げ速度を算出し、さらに該実際の引上げ速度と目標の引上げ速度とが一致するようにワイヤの巻取り速度を補正する補正値をワイヤ巻取り駆動部11に出力することにより、簡単な手順で高品質のシリコン単結晶を育成することができる。
図2は、本発明に係る単結晶の引上げ制御方法を説明する図であり、図5は、従来の単結晶の引上げ制御方法を説明する図である。
このシリコン単結晶の引上げは、所望の品質のシリコン単結晶を得られるように、引上げ速度(V)と結晶固液界面軸方向の温度勾配(G)との比(V/G)を制御することによって行われる。すなわち、単結晶の引上げ速度の目標値を成長結晶長さに合わせて予め設定しておき、その目標の引上げ速度となるように、ワイヤを巻取りドラム12によって巻き取ればよい。
すなわち、先ず、工程(A)では目標の引上げ速度を設定する。
次に、工程(B)では種ホルダ3の位置をチャンバ上方に設置してある測定手段13、特にはレーザー距離計により測定する。該測定方法は、単結晶引上げ中の種ホルダ3の上面にレーザー距離計13からレーザー光を照射し、種ホルダ3の上面から反射した反射光をレーザー距離計13により感知し、種ホルダ3の位置を測定する。
図3は、レーザー距離計をチャンバに取付けた本発明に係る他の実施形態を示す概略図である。このように、ワイヤを通すためのワイヤ貫通穴17を設けた鏡16を、チャンバ15内の上方に設置し、レーザー距離計13からレーザー光20Iを鏡16を介して種ホルダ(不図示)に照射し、種ホルダの上面で反射したレーザー光20Rを鏡16を介してレーザー距離計13で受光する。このとき、レーザー距離計13からレーザー光を送受光できるように、チャンバ15の上部には、窓18を設けておく。
そして、該得られた種ホルダ3の位置の変化量を所定の周期で割ることにより、実際の引上げ速度を算出する。
このように、ワイヤの巻取り長さではなく、実際の種ホルダの位置を測定することにより、ワイヤの伸びによる単結晶の引上げ速度の誤差を補正することができ、図2(D)のように、目標の引上げ速度と実際の引上げ速度を精度良く一致させることが可能となる。
これにより、ワイヤの個体差、新旧の交換、熱変形等による伸び量の変化といった要因に関係なく、確実に精度良く所望の引上げ速度に制御できるため、V/Gを高精度で制御でき、高品質の単結晶を効率的に高い生産性で製造することができる。
(実施例1〜3)
シリコン単結晶の製造装置として、図1の単結晶製造装置1を用いた。
先ず、予め所望のシリコン単結晶の品質を得るための目標の引上げ速度を演算手段14に設定しておく(表1参照)。そして、ルツボにシリコン多結晶原料を充填し、これをヒーターで溶解して原料融液とした後、種結晶を原料融液に接触させ、直径200mmのシリコン単結晶の引上げを開始した。
その算出方法は、所定の周期t(min)、周期tでの種ホルダの位置の変化量R(mm)とすると、実際の引上げ速度B(mm/min)は、B=R/tとなる。所定の周期内での目標引上げ速度をA(mm/min)とすると、ワイヤ伸びにより、絶えず速度誤差e(%)=(B−A)/A×100が発生している。この速度誤差eが0となるように、目標の引上げ速度A(mm/min)に速度補正率C(%)を与え、ワイヤの巻取り速度v(mm/min)を決定し、ワイヤの伸びによる速度誤差を補正する。v=A×(1+(C/100))。これを所定の周期(10分)毎に、速度誤差eより速度補正率Cを再計算することで、ワイヤの伸び分を補正した。
単結晶の引上げ速度の制御方法以外は実施例と同じ条件で、シリコン単結晶の引上げを行った。その結果を表2に示す。尚、ワイヤの伸びを見込む際、ワイヤの使用頻度や、単結晶成長による荷重のかかり具合でワイヤの伸びの変化量が変化するので、実験的に得られた大体のワイヤの伸び量からワイヤの伸びを見込んだ巻取り速度を予め設定してある。この見込みの速度も表2に示す。また、表2には実際の引上げ速度が示されているが、この実際の引上げ速度は、見込の速度とのずれを明確に示すため、本発明のレーザー距離計で実際の種ホルダの速度を測定したものを併記したものである。従って、あくまでも単結晶の引上げ速度の制御方法は、図5に示すとおりに行った。
3、43…種ホルダ、 4、44…種結晶、 5、45…ワイヤ巻取り手段、
6、46…(シリコン)単結晶、 7、47…ヒーター、
8、48…断熱材、 9、49…ルツボ、 10、50…原料融液、
11、51…ワイヤ巻取り駆動部、 12、52…ワイヤ巻取りドラム、
13…測定手段(レーザー距離計)、 14…演算手段、
15…チャンバ、 16…鏡、 17…ワイヤ貫通穴、 18…窓、
20I、20R…レーザー光。
Claims (6)
- チョクラルスキー法により種ホルダが保持している種結晶から単結晶を育成し、該育成されている単結晶を前記種ホルダが取付けられているワイヤの巻取り手段により引上げる単結晶製造方法において、少なくとも、
前記種ホルダの位置をチャンバ上方に設置してある測定手段により測定し、
該得られた前記種ホルダの位置の変化量から実際の引上げ速度を算出し、
該算出した実際の引上げ速度と目標の引上げ速度から前記ワイヤの巻取り速度を制御し、前記ワイヤの伸びによる前記単結晶の引上げ速度の誤差を補正することを特徴とする単結晶製造方法。 - 前記種ホルダの位置を前記測定手段により測定する際、該測定手段と前記種ホルダまでの距離をレーザーで測定することを特徴とする請求項1に記載の単結晶製造方法。
- 前記ワイヤの巻取り速度を制御する際、前記実際の引上げ速度が前記目標の引上げ速度と一致するように前記ワイヤの巻取り速度を補正することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の単結晶製造方法。
- 少なくとも、単結晶を育成するための種結晶を保持する種ホルダと、該種ホルダが取付けられているワイヤと、該ワイヤを巻取って前記単結晶を引上げるワイヤ巻取り手段とを具備するチョクラルスキー法で使用される単結晶製造装置であって、
前記種ホルダの位置を測定するためのチャンバ上方に設置された測定手段と、
該測定手段により得られた前記種ホルダの位置の変化量から実際の引上げ速度を算出し、該算出した実際の引上げ速度と目標の引上げ速度から前記ワイヤの巻取り速度を制御することで、前記ワイヤの伸びによる前記単結晶の引上げ速度の誤差を補正するための演算手段とを具備するものであることを特徴とする単結晶製造装置。 - 前記測定手段は、前記測定手段と前記種ホルダまでの距離をレーザーで測定するものであることを特徴とする請求項4に記載の単結晶製造装置。
- 前記演算手段は、前記実際の引上げ速度が前記目標の引上げ速度と一致するように前記ワイヤの巻取り速度を補正するものであることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の単結晶製造装置。
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