JP5104129B2 - 単結晶直径の検出方法および単結晶引上げ装置 - Google Patents

単結晶直径の検出方法および単結晶引上げ装置 Download PDF

Info

Publication number
JP5104129B2
JP5104129B2 JP2007225679A JP2007225679A JP5104129B2 JP 5104129 B2 JP5104129 B2 JP 5104129B2 JP 2007225679 A JP2007225679 A JP 2007225679A JP 2007225679 A JP2007225679 A JP 2007225679A JP 5104129 B2 JP5104129 B2 JP 5104129B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diameter
single crystal
camera
load cell
crystal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2007225679A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2009057236A (ja
Inventor
隆弘 柳町
将 園川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2007225679A priority Critical patent/JP5104129B2/ja
Application filed by Shin Etsu Handotai Co Ltd filed Critical Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority to US12/452,492 priority patent/US8441623B2/en
Priority to CN200880102139XA priority patent/CN101772595B/zh
Priority to PCT/JP2008/002038 priority patent/WO2009028134A1/ja
Priority to KR1020107003109A priority patent/KR101483435B1/ko
Priority to DE112008002237.2T priority patent/DE112008002237B4/de
Priority to TW097130085A priority patent/TWI413712B/zh
Publication of JP2009057236A publication Critical patent/JP2009057236A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5104129B2 publication Critical patent/JP5104129B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20Controlling or regulating
    • C30B15/22Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
    • C30B15/28Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal using weight changes of the crystal or the melt, e.g. flotation methods
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20Controlling or regulating
    • C30B15/22Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
    • C30B15/26Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal using television detectors; using photo or X-ray detectors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T117/00Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
    • Y10T117/10Apparatus
    • Y10T117/1004Apparatus with means for measuring, testing, or sensing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

本発明はチョクラルスキー法によって育成される単結晶の直径を検出する方法および単結晶引上げ装置に関する。
半導体シリコン単結晶育成方法としてチョクラルスキー法(Czochralski Method、以下CZ法)が知られている。この方法では、種結晶を融液につけ、回転させながらゆっくり上方に引き上げることにより、単結晶を育成する。単結晶は、ある口径を狙って製造される。例えば最終製品が8インチ(200mm)のウェーハであれば、その径より少し大きい200から210mmで結晶を製造するのが一般的である。その後、結晶は、円筒状に外周研削され、ウェーハ状にスライスされた後、面取り工程を経て、最終的な目標のウェーハ直径となる。単結晶製造における目標の直径は、最終製品のウェーハ直径より大きくなければならない。しかし、あまり大きいと、研削研磨しろが増えて、経済的ではなくなる。したがってウェーハより大きく、かつ、なるべく小さい直径の単結晶が求められる。
CZ法において直径を制御する方法として、主に光学式(カメラ方式)と重量方式(ロードセル方式)の2通りがある。光学式では、炉外に取り付けたカメラにより、石英ガラスを通して炉内の育成結晶を観測する。カメラで捉えた画像を処理し、結晶の端の位置を割り出し、その位置を座標化して直径に換算する。また、光学式には、結晶の両端をはかる方法、結晶の片側をはかる方法、円弧の曲率から直径を割り出す方法等がある。
しかし、カメラで結晶の両端をはかる方法は、結晶の大口径化に伴い、図1に示すような直径D全体を捉えることが困難となってくる。また、全体を捉えたとしても、解像度が劣化するという問題がある。また、例えば(特許文献1)に示されるように、引上げ装置に設置するカメラを2つとして、各々のカメラを用いて両端を見る方法もあるが、カメラの相対位置のずれによる誤差が問題となる。
また、結晶の片側をはかる方法として、図2に示すように仮想中心点からの距離Rで直径を割り出す方法が挙げられるが、カメラの位置ずれにより、仮想点がずれることにより、測定誤差を生じてしまう。
また、光学式には、図3に示すように円弧の曲率から中心点からの距離Rを算出し、直径を割り出す方法もあるが、この方法にも、結晶が大口径化に伴い、曲率が小さくなり、測定誤差が大きくなるという問題がある。
以上のように、光学式による単結晶直径の検出方法では、結晶の大口径化や、検出用カメラのずれにより、測定誤差が発生するという問題がある。例えば、結晶直径がずれた場合、直径不足による不良品の製造、直径過多による削り代の増加による歩留まりの低下という問題が発生する。また、結晶の成長条件は、結晶成長方向に条件を変化させながら品質の均一化を達成しているが、結晶の直径が目標からずれることにより、ルツボ内のシリコン融液の量が目標からずれ、それに伴う品質のずれという問題をも引きこす結果となる。
一方、重量方式では、例えば(特許文献2)に示されるようなロードセルと呼ばれる重量計を上軸につけ、成長する結晶の重量を測定する方法(ロードセル方式)が一般的である。ロードセル方式は、単位長さあたりの重量の増分から、結晶の直径を算出する方法である。この方法は、光学式のような誤差は発生せず、ロードセル単体の誤差を把握しておけば、直径の測定は可能である。しかし、結晶の高重量化により、ロードセルの最大許容重量を大きくとる必要があり、その際、測定誤差が増大してしまう、あるいは感度が低下し、短時間で直径を算出することが出来なくなり、短時間で直径が大きくなった場合、結晶の成長速度を上げて直径を目標に戻す必要があるが、短時間での制御ができず、凸凹の結晶を製造してしまうという問題がある。また、育成する単結晶が凸凹の結晶の場合、その凸凹の部分での品質のバラツキが大きくなる、あるいは、凹の部分で直径不足による不良品の製造という問題が発生する。
特開2004−35352号公報 特開平9−175893号公報
そこで、前記問題を解決するために、本発明は、大口径、高重量結晶の直径の測定精度を向上し、歩留まりの向上と品質ばらつきの低減を達成することができる単結晶直径の検出方法および単結晶引上げ装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明は、チョクラルスキー法により育成される単結晶の直径を検出する方法であって、カメラとロードセルの両方によってそれぞれ単結晶の直径を検出し、カメラ検出直径とロードセルにより算出した直径との差と、前記単結晶の成長速度に応じて予め求められた補正係数αとによって前記カメラ検出直径を補正し、該補正によって得られた値を前記単結晶の直径とすることを特徴とする単結晶直径の検出方法である(請求項1)。
このように、チョクラルスキー法により単結晶を育成する際に、カメラとロードセルの両方によってそれぞれ単結晶の直径を検出し、カメラ検出直径とロードセルにより算出した直径との差と、前記単結晶の成長速度に応じて予め求められた補正係数αとによって前記カメラ検出直径を補正し、該補正によって得られた値を前記単結晶の直径とすることで、大口径、高重量結晶の直径の測定精度を向上し、歩留まりの向上と品質ばらつきの低減を達成することができる。
また、前記補正は、前記カメラ検出直径とロードセルにより算出した直径との差に前記補正係数αを掛け合わせるか、加算した値を前記カメラ検出直径に加算して行うこととするのが好ましい(請求項2)。
このように、カメラ検出直径とロードセルにより算出した直径との差に補正係数αを掛け合わせるか、加算した値を前記カメラ検出直径に加算して該カメラ検出直径を補正することで、直径の絶対値の精度を向上させることができ、大口径、高重量結晶の直径の測定精度を向上し、効果的に歩留まりの向上と品質ばらつきの低減を達成することができる。
また、前記単結晶直径の検出方法は前記単結晶の直胴10cm以降の直径を測定することとするのが好ましい(請求項3)。
このように、単結晶の直胴10cm以降の直径を本発明の単結晶直径検出方法により測定することで、直胴が長くなるにつれ、検出する直径の絶対値の精度が低くなってしまうという従来の問題を解決し、大口径、高重量結晶の直径の測定精度を向上し、より効果的に歩留まりの向上と品質ばらつきの低減を達成することができる。
また、前記ロードセルにより算出する直径は、前記単結晶の直胴の平均区間内の単結晶重量から求めた直径の平均であって、前記平均区間の領域は10cm以上とするのが好ましい(請求項4)。
このように、ロードセルにより、単結晶の直胴の平均区間内の単結晶重量から求めた直径の平均値を算出し、前記平均区間の領域は10cm以上とすることで、ロードセル重量によって検出される直径の精度が上がり、カメラ検出直径の補正の精度が上がり、効果的に大口径、高重量結晶の直径の測定精度を向上し、歩留まりの向上と品質ばらつきの低減を達成することができる。
また、前記直径検出を前記単結晶の直胴10cm以降で少なくとも1回行うこととするのが好ましい(請求項5)。
このように、本発明の単結晶直径検出方法による直径検出を単結晶の直胴10cm以降で少なくとも1回行うことで、極めて高精度な単結晶の直径検出を行うことができ、より効果的に大口径、高重量結晶の直径の測定精度を向上し、歩留まりの向上と品質ばらつきの低減を達成することができる。
また、本発明では、チョクラルスキー法による単結晶育成のための単結晶引上げ装置であって、少なくとも引上げる単結晶の直径を検出するためのカメラとロードセルの両方を具備するものであることを特徴とする単結晶引上げ装置が提供される。
このように、チョクラルスキー法による単結晶育成のための単結晶引上げ装置が、少なくとも引上げる単結晶の直径を検出するためのカメラとロードセルの両方を具備するものであれば、カメラおよびロードセル方式のそれぞれの長所を生かし、相互の欠点を補うことができ、高精度で単結晶直径の検出を行うことができる単結晶引上げ装置を提供することができる。
また、前記単結晶引上げ装置は、該単結晶引上げ装置において、上記本発明の単結晶直径の検出方法によって単結晶の直径の検出が行われるものであるのが好ましい。

このように、前記のカメラとロードセルの両方を具備する単結晶引上げ装置において、本発明の単結晶直径の検出方法によって単結晶の直径の検出が行われることで、カメラおよびロードセル方式のそれぞれの長所を生かし、かつ、相互の短所を補うことができ、より効果的に大口径、高重量結晶の直径の測定精度を向上し、歩留まりの向上と品質ばらつきの低減を達成することができる。
本発明に係る単結晶直径の検出方法および単結晶引上げ装置であれば、大口径、高重量結晶の直径の測定精度を向上し、歩留まりの向上と品質ばらつきの低減を達成することができる単結晶直径の検出方法および単結晶引上げ装置を提供することができる。
前述のように、従来、直径を制御する方法には、主に光学式(カメラ方式)と重量方式(ロードセル方式)の2通りがあった。しかし、上述したように、光学式には、結晶の大口径化や、検出用カメラのずれにより、測定誤差が発生するという問題があり、重量方式(ロードセル方式)には、結晶の高重量化により、ロードセルの最大許容重量を大きくとる必要があり、その際、測定誤差が増大してしまう、あるいは感度が低下し、短時間で直径を算出することが出来なくなり、短時間で直径が大きくなった場合、結晶の成長速度を上げて、直径を目標に戻すといった短時間での制御ができず(すなわち、感度が低い)、凸凹の結晶を製造してしまうという問題があった。
本発明者は上記課題を解決するために、まず、光学式(カメラ方式)及び重量方式(ロードセル方式)のそれぞれの特性(長所・短所)を調査した。その結果を表にしたものを以下に示す(表1)。
Figure 0005104129
表1から、カメラ方式(光学式)は、短時間の単結晶直径の変動を制御するには適しているが、検出する直径の絶対値精度が低いことが判る。一方、重量方式(ロードセル方式)には、絶対値精度は高いが、高重量結晶製造では、感度が低下するため、短時間の単結晶直径の変動を制御するのが難しいという欠点がある。
そこで、本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、カメラ方式(光学式)とロードセル方式(重量方式)を組み合わせることにより、それぞれの長所を生かし、かつ、相互の短所を補うことができる本発明に係る単結晶直径の検出方法および単結晶引上げ装置を完成させ、検出する単結晶直径の絶対値の精度の向上を実現させた。
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図4は本発明における単結晶引上げ装置の一例を示す断面概略図である。この単結晶引上げ装置11には、ワイヤー1の下端にシードチャック2が保持する種結晶3をルツボ5内の融液6に浸し、その後前記種結晶を引上げることで単結晶4を育成する際に、前記単結晶4の重量を測定することができるロードセル(重量計)10がワイヤー1の上端に設けられており、さらに、炉外には、石英ガラスを通して炉内を観測することができる直径検出用カメラ9が設置されている。また、単結晶育成の際には、ヒーター7の外側に断熱部材8が設けられチャンバーを保護するようにしている。
前記ロードセル10によって測定された単結晶4の重量の単位長さあたりの増分から、単結晶の直径を算出することができる。また、前記直径検出用カメラ9は、該カメラによって捉えた炉内の画像を処理し、単結晶4の端の位置を割り出し、その位置を座標化することで単結晶4の直径を検出することができる。
次に、本発明にかかる単結晶直径の検出方法について説明する。図5は、本発明の単結晶直径の検出方法のフローを示す図である。計算を開始する単結晶の直胴長さL1においてロードセルによって単結晶の重量Wt1を測定する。直胴長L2まで単結晶を引上げ、再びロードセルによって単結晶の重量Wt2を測定する。次に、ロードセルによって測定した単結晶の重量Wt1、Wt2から、L1からL2までの平均区間内の直径の平均Dwを算出する。このとき、ロードセル重量からの換算直径Dwを算出するための計算式は、Dw=2×√((Wt2−Wt1)/(π×(L2−L1)×2.33))とすることができる(2.33:シリコン単結晶の比重)。
一方、ロードセルによる単結晶の重量測定と並行して、カメラによって、L1からL2まで数回直径を検出し、得られた直径を積算し、積算値T1を算出する。また、この時、積算した回数をカウントしておき、算出された積算値T1をカウントした積算回数C1で割ることでカメラ検出直径Doを算出する。
次に、カメラ検出直径の補正を行う。具体的には、前記カメラ検出直径であるDoとロードセルにより算出した直径Dwとの差を求め、その差に補正係数αを掛け合わせるか加算した値を前記カメラ検出直径に加算する。この補正を完了させ、補正によって得られた値に直径を制御して単結晶の引上げを行う。また、2回目以降の補正は、次の補正演算開始長さまで到達したら、同様の演算を繰り返すことで行う。
なお、補正係数αは単結晶の成長速度に応じて予め求められた数値である。ロードセル重量は、静止状態で結晶を吊下げたときに測定できる重量である。しかし、実際の結晶製造の際は、結晶成長界面形状や表面張力の存在等でロードセルによる重量からの換算直径と実際の直径との食い違いが生じる。すなわち図6中の矢印で示されるように、成長界面の形状は、同じ製造方法であれば、結晶成長速度が大きいほど、上凸形状が大きくなる。この誤差は、実際の結晶を製造し、引上げ装置ごとに測定することによって求めることができるが、この上凸形状さえ予想できれば、重量からの換算直径と実際の直径との食い違いはある程度予測することが可能である。そこで、引上げ装置ごとに、成長速度と補正係数の関係を予め求めておき、求められた補正係数αによって上述したような補正を行うことが必要となる。
また、図6のように、成長界面形状が変わるような装置などの製造条件の変更があれば、成長速度と補正係数の関係の傾きも変わるため、製造条件毎に、上記の関係を求める必要がある。一方、製造条件が変わらなければこの成長速度と補正係数の関係は変わらないので、製品製造前に一度この関係を明らかにすれば再度実験を行う必要は無い。具体的に補正係数を求める方法としては、実際に結晶を成長させ、実直径の平均直径とロードセルにより算出した直径の相関図(例えば図11)を作成し、それから相関線引くことでこのときの引上げ速度の補正係数を求めることができる。このとき、単結晶を少なくとも3本以上製造すれば補正係数を正確に求めることができる。この場合、傾きを1とし、切片を求めるやり方を行えば、補正係数は、本発明における加算する補正係数となり、切片をゼロとし傾きを求めるやり方を行えば、補正係数は掛け合わせた補正係数になる。相関係数の強い方での補正で十分であり、限られた区間では、加算と掛け算を両方併用する必要はない。
また、最低限2種類の引上げ速度で、補正係数を求めることにより、例えば図7におけるグラフが求められる。この図7は、実際に結晶を成長させ、実直径の平均直径と、ロードセルにより算出した直径の相関図を作成し、それから相関線を引くことにより、このときの引上げ速度における加算する補正係数を求めたものである。ある未知数の引上げ速度で補正を行う場合、上記の方法で新たに補正係数を求めるのが確実ではあるが、この方法で求めた図7より推定した値でも、十分その機能は果たすことができる。その際、2種類の引上げ速度は、使用条件のMAXとMINであればより正確な補正ができる。
また、前記L1、L2は実際の単結晶の長さであるため、例えば、結晶を吊下げているワイヤー1の引上げ距離から、結晶位置を算出する構造の引上げ装置を採用する場合は、ワイヤー1の伸び分による補正も上記補正と同時に行う必要がある。
なお、製造する単結晶は、例えばシリコン単結晶とすることができるが、他の半導体単結晶等でもよく、特に限定はされない。
また、本発明における単結晶直径の検出方法によって検出する直径は、前記単結晶の直胴10cm以降の直径であるのが好ましい。単結晶の直胴10cmまでの直径は、短時間の直径制御に適したカメラ方式のみにより検出することもできる。しかし、前述したように、直胴が長くなるにつれ、カメラ方式のみでは、カメラの相対位置のずれや、結晶の大口径化により、絶対値の精度が低くなってしまうため、直胴10cm以降の単結晶直径の検出には、本発明が特に有効である。
また、前記L1からL2までの平均区間の領域は、10cm以上とするのが好ましい。直径補正を算出する区間は長ければ長いほど、ロードセル重量によって検出される直径の精度が上がるからである。従ってより正確な補正ができる。
また、上記の補正は、前記単結晶の直胴10cm以降で少なくとも1回行うことが好ましい。直胴10cm以降で上記補正を1回のみ行っても、直径精度の向上に十分な効果が得られるが、上記補正を結晶成長の進行に伴い繰り返し行うことにより極めて高精度な直径検出を行うことができる。
また、本発明にかかる、引上げる単結晶の直径を検出するためのカメラとロードセルの両方を具備する単結晶引上げ装置において、本発明に係る単結晶直径の検出方法が行われることが好ましい。カメラ方式(光学式)とロードセル方式(重量方式)を組み合わせることにより、それぞれの長所を生かし、かつ、相互の短所を補うことができる。
以下に本発明の実施例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
図4の単結晶引上げ装置を用い、図5に示すフローに従った方法で、カメラ検出直径の補正を行い、補正によって得られた値に直径を制御して単結晶の製造を行った。単結晶の製造を行う前に、予め、実際に使用する単結晶引上げ装置における成長速度と補正係数の関係を求めた(図7)。計算開始時の直胴長さL1を5cm、直胴長さL2を15cmとし、5cm−15cmまでの間のカメラ検出直径Doと、その間の重量変化量から割り出した直径Dwを検出した。15cm以降は、カメラ検出直径とロードセルにより算出した直径との差(Do−Dw)に、実際の引上げ速度0.4mm/minに相対する補正係数−1.5を加算した値をカメラ検出直径に加算してカメラ検出直径の補正を行い、補正によって得られた値に単結晶の直径を制御して単結晶を製造した。結晶製造後の直径は、直胴40cmの部分で測定し、直径のバラツキ(標準偏差σ)を評価した。
(実施例2)
実施例1と同じ単結晶引上げ装置を用いて、計算開始時の直胴長さL1を5cm、直胴長さL2を25cmとし、補正を算出する平均区間を20cmとする以外は実施例1と同様の方法で実際の引上げ速度の0.4mm/minに相対する補正係数−1.5を加算した値をカメラ検出直径に加算してカメラ検出直径の補正を行い、補正によって得られた値に単結晶の直径を制御して、単結晶を製造した。結晶製造後の直径は、実施例1と同様に直胴40cmの部分で測定し、直径のバラツキ(標準偏差σ)を評価した。
(比較例)
図4の単結晶引上げ装置のうち、ロードセル10を具備していない以外は、全く同じ構成の単結晶引上げ装置において、カメラにより、結晶の端の位置を観察し、仮想中心点からの距離で直径を検出する従来の方法で、結晶製造を行った。結晶製造後の直径は、実施例1、2と同様に、直胴40cmの部分で測定し、直径のバラツキ(標準偏差σ)を評価した。
なお、上記の実施例1、2および比較例の全てにおいて、ルツボサイズは32インチ(800mm)、充填されたシリコン原料は300kgであり、製造する単結晶は12インチ(308mm)とした。
表2は、実施例1、2および比較例において評価した、単結晶直胴40cmにおける直径のバラツキ(標準偏差σ)をまとめたものである。直径バラツキ(標準偏差σ)は、比較例では、1.2mmであったのに対し、実施例1(L2−L1=10cm)では0.7mm、実施例2(L2−L1=20cm)では0.6mmであった。
Figure 0005104129
図8は、実施例1、2および比較例において評価した、単結晶直胴40cmにおける直径のバラツキ(標準偏差σ)をプロットした図である。また、図9は、実施例1、2および比較例において評価した、単結晶直胴40cmにおける直径のバラツキ(標準偏差σ)の発生率を示した図である。図8、図9から、直径補正を算出する区間(L1〜L2)は、長ければ長いほど、直径精度が上がることがわかる。
(実施例3)
実施例1と同じ単結晶引上げ装置を用いて、補正を算出する平均区間(L2−L1)を5cm、10cm、15cm、20cmとし、それぞれ実施例1と同様の方法で単結晶の直径を制御して単結晶を製造し、直胴40cmにおけるロードセルの直径算出誤差を調査した。その結果、実際のロードセルの繰り返し測定重量の誤差は平均区間(L2−L1)が5cm〜20cmのいずれにおいても100gであり、この場合、10cm以上の区間での直径換算誤差はおよそ1mm以下となった。
図10は、実施例3における、補正を算出する平均区間(L2−L1)とロードセルの直径算出誤差の関係を示す図である。図10より、平均区間(L2−L1)を10cmとしたものと20cmとしたものとでは、それほど大きな差は見られなかった。これは、補正を算出する平均区間は、長ければ長いほど、ロードセルによる直径検出の精度は上がるが、その一方で、補正のタイミングが遅れるため、本発明の効果が出にくくなったためと考えられる。
従って、精度のよいロードセルを使用し、短い区間で補正するのが最も有効的であるが、すべての実施例で使用したロードセルの場合は、補正を算出する平均区間を10cm区間より長く設定しても、大幅な効果は期待できず、10cmの区間での平均で十分な効果が得られることが判った。ただし、ロードセルの精度をさらに向上させることが可能となれば、この効果的な区間はさらに短くすることができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な効果を奏するいかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
例えば、上記では、カメラ検出直径とロードセルにより算出した直径との差に、実際の引上げ速度に相対する補正係数を加算した値をカメラ検出直径に加算してカメラ検出直径の補正を行っているが、この補正は、カメラ検出直径とロードセルにより算出した直径との差に、前記補正係数αを掛け合わせた値をカメラ検出直径に加算することで行われても検出される単結晶の直径精度は向上し、同様な効果を得ることができる。
従来の光学式によるカメラで結晶の両端をはかる方法を示す図である。 従来の光学式によるカメラで結晶の片側をはかる方法を示す図である。 従来の光学式による円弧の曲率から直径を割り出す方法を示す図である。 本発明における単結晶引上げ装置の一例を示す断面概略図である。 本発明の単結晶直径の検出方法のフローを示す図である。 結晶成長界面形状の一例である。 実施例で使用した単結晶引上げ装置における成長速度と補正係数の関係を示す図である。 実施例1、2および比較例において評価した、単結晶直胴40cmにおける直径のバラツキ(標準偏差σ)を示した図である。 実施例1、2および比較例において評価した、単結晶直胴40cmにおける直径のバラツキ(標準偏差σ)の発生率を示した図である。 実施例3における、補正を算出する平均区間(L2−L1)とロードセルの直径算出誤差の関係を示す図である。 実直径の平均直径とロードセルにより算出した直径の相関図の一例を示す図である。
符号の説明
1…ワイヤー 2…シードチャック、 3…種結晶、
4…単結晶、 5…ルツボ、 6…融液、
7…ヒーター、 8…断熱材、 9…直径検出用カメラ、
10…ロードセル(重量計)、 11…単結晶引上げ装置、 D…直径、
R…中心点からの距離。

Claims (6)

  1. チョクラルスキー法により育成される単結晶の直径を検出する方法であって、カメラとロードセルの両方によってそれぞれ単結晶の直径を検出し、カメラ検出直径とロードセルにより算出した直径との差と、前記単結晶の成長速度に応じて予め求められた補正係数αとによって前記カメラ検出直径を補正し、該補正によって得られた値を前記単結晶の直径とすることを特徴とする単結晶直径の検出方法。
  2. 前記補正は、前記カメラ検出直径とロードセルにより算出した直径との差に前記補正係数αを掛け合わせるか、加算した値を前記カメラ検出直径に加算して行う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。
  3. 前記単結晶直径の検出方法は前記単結晶の直胴10cm以降の直径を測定する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。
  4. 前記ロードセルにより算出する直径は、前記単結晶の直胴の平均区間内の単結晶重量から求めた直径の平均であって、前記平均区間の領域は10cm以上とすることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の単結晶直径の検出方法。
  5. 請求項1から請求項4のいずれか1項の直径検出を前記単結晶の直胴10cm以降で少なくとも1回行うことを特徴とする単結晶直径の検出方法。
  6. チョクラルスキー法による単結晶育成のための単結晶引上げ装置であって、少なくとも引上げる単結晶の直径を検出するためのカメラとロードセルの両方を具備し、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の単結晶直径の検出方法によって単結晶の直径の検出が行われるものであることを特徴とする単結晶引上げ装置。
JP2007225679A 2007-08-31 2007-08-31 単結晶直径の検出方法および単結晶引上げ装置 Active JP5104129B2 (ja)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007225679A JP5104129B2 (ja) 2007-08-31 2007-08-31 単結晶直径の検出方法および単結晶引上げ装置
CN200880102139XA CN101772595B (zh) 2007-08-31 2008-07-30 单晶直径的检测方法及单晶提拉装置
PCT/JP2008/002038 WO2009028134A1 (ja) 2007-08-31 2008-07-30 単結晶直径の検出方法および単結晶引上げ装置
KR1020107003109A KR101483435B1 (ko) 2007-08-31 2008-07-30 단결정 직경의 검출방법 및 단결정 인상장치
US12/452,492 US8441623B2 (en) 2007-08-31 2008-07-30 Method for detecting the diameter of a single crystal and single crystal pulling apparatus
DE112008002237.2T DE112008002237B4 (de) 2007-08-31 2008-07-30 Verfahren zur Erfassung des Durchmessers eines Einkristalls
TW097130085A TWI413712B (zh) 2007-08-31 2008-08-07 Detection method of single crystal diameter and single crystal pulling device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007225679A JP5104129B2 (ja) 2007-08-31 2007-08-31 単結晶直径の検出方法および単結晶引上げ装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009057236A JP2009057236A (ja) 2009-03-19
JP5104129B2 true JP5104129B2 (ja) 2012-12-19

Family

ID=40386877

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007225679A Active JP5104129B2 (ja) 2007-08-31 2007-08-31 単結晶直径の検出方法および単結晶引上げ装置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8441623B2 (ja)
JP (1) JP5104129B2 (ja)
KR (1) KR101483435B1 (ja)
CN (1) CN101772595B (ja)
DE (1) DE112008002237B4 (ja)
TW (1) TWI413712B (ja)
WO (1) WO2009028134A1 (ja)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI411709B (zh) * 2009-03-27 2013-10-11 Sumco Corp 單晶直徑的控制方法
JP6197680B2 (ja) 2014-02-12 2017-09-20 信越半導体株式会社 シリコン単結晶製造装置
KR101665827B1 (ko) 2014-12-30 2016-10-12 주식회사 엘지실트론 잉곳 계면의 형상을 제어할 수 있는 단결정 성장 방법
CN106637389A (zh) * 2016-12-07 2017-05-10 内蒙古中环光伏材料有限公司 一种直拉单晶产业化直径生长自控的工艺方法
JP6885301B2 (ja) * 2017-11-07 2021-06-09 株式会社Sumco 単結晶の製造方法及び装置
KR102065837B1 (ko) 2018-01-09 2020-01-13 에스케이실트론 주식회사 단결정 잉곳 성장용 온도제어장치 및 이에 적용된 온도제어방법
CN110528070B (zh) * 2018-05-25 2021-07-06 隆基绿能科技股份有限公司 直拉单晶直径测量方法
KR102244480B1 (ko) * 2019-07-22 2021-04-26 에스케이실트론 주식회사 구동부 계측 장치 및 그를 구비한 실리콘 단결정 성장 장치
US20230023541A1 (en) 2019-12-18 2023-01-26 Sumco Corporation System and method for producing single crystal
CN111593403B (zh) * 2020-05-07 2021-04-27 宁夏富乐德石英材料有限公司 间接控制拉晶直径的方法及直拉单晶晶棒的生产方法
CN112760706A (zh) * 2020-12-23 2021-05-07 西安奕斯伟硅片技术有限公司 等径生长控制系统和等径生长控制方法
KR102612255B1 (ko) * 2023-03-14 2023-12-11 비씨엔씨 주식회사 실린더 형상의 실리콘 잉곳 제조 장치 및 제조 방법

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61286296A (ja) * 1985-06-07 1986-12-16 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体単結晶の成長方法および装置
JPH0649631B2 (ja) * 1986-10-29 1994-06-29 信越半導体株式会社 結晶径測定装置
JP2742060B2 (ja) * 1988-08-29 1998-04-22 国際電気株式会社 単結晶引上げ装置の直径計測方法及び装置
JPH0785489B2 (ja) * 1991-02-08 1995-09-13 信越半導体株式会社 単結晶の直径計測方法
JP3109564B2 (ja) * 1995-03-27 2000-11-20 大倉電気株式会社 成長結晶体の重量測定装置
JP3615291B2 (ja) 1995-12-25 2005-02-02 信越半導体株式会社 引上げ結晶重量測定装置
US6241818B1 (en) * 1999-04-07 2001-06-05 Memc Electronic Materials, Inc. Method and system of controlling taper growth in a semiconductor crystal growth process
JP2003176199A (ja) * 2001-12-06 2003-06-24 Toshiba Ceramics Co Ltd 単結晶引上げ装置および引上げ方法
JP2004035352A (ja) 2002-07-05 2004-02-05 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp シリコン単結晶の引上げ装置
JP2004345907A (ja) * 2003-05-22 2004-12-09 Toshiba Ceramics Co Ltd 半導体単結晶成長装置
TW200706711A (en) 2005-08-12 2007-02-16 Komatsu Denshi Kinzoku Kk Control system and method for time variant system control object having idle time such as single crystal producing device by czochralski method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009057236A (ja) 2009-03-19
KR20100049062A (ko) 2010-05-11
TW200930847A (en) 2009-07-16
US8441623B2 (en) 2013-05-14
WO2009028134A1 (ja) 2009-03-05
CN101772595B (zh) 2012-07-25
DE112008002237B4 (de) 2019-01-31
KR101483435B1 (ko) 2015-01-19
DE112008002237T5 (de) 2010-07-08
CN101772595A (zh) 2010-07-07
TWI413712B (zh) 2013-11-01
US20100128253A1 (en) 2010-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5104129B2 (ja) 単結晶直径の検出方法および単結晶引上げ装置
TWI411709B (zh) 單晶直徑的控制方法
US9260796B2 (en) Method for measuring distance between lower end surface of heat insulating member and surface of raw material melt and method for controlling thereof
TWI588304B (zh) Single crystal manufacturing method
US8349074B2 (en) Method for detecting diameter of single crystal, single-crystal manufacturing method by using the same and single-crystal manufacturing apparatus
CN107109687A (zh) 能够控制锭界面形状的单晶生长系统和方法
TWI776373B (zh) 一種用於計算晶體生長過程中固液界面形狀的方法
JP2007261935A (ja) CZ法によるSi単結晶インゴットの製造方法
EP1997940A1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING Si SINGLE CRYSTAL INGOT BY CZ METHOD
JP6477356B2 (ja) 単結晶の製造方法および製造装置
JP5924090B2 (ja) 単結晶引き上げ方法
JP6939714B2 (ja) 融液面と種結晶の間隔測定方法、種結晶の予熱方法、及び単結晶の製造方法
JP4984091B2 (ja) 単結晶直径の検出方法および単結晶引上げ装置
JP4930488B2 (ja) 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
US20090293801A1 (en) Production method of silicon single crystal
KR101758983B1 (ko) 잉곳 성장장치 및 그 성장방법
JP3147069B2 (ja) 単結晶育成方法、該方法を用いて育成された単結晶、及び単結晶ウエハ
JP2876050B2 (ja) 結晶直径測定方法
CN110273178A (zh) 单晶硅的提拉方法
JP6090501B2 (ja) 単結晶引き上げ方法
JP3473313B2 (ja) 結晶直径測定方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090709

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120626

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120810

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120904

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120917

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5104129

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151012

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250