JP5720426B2

JP5720426B2 - 半導体単結晶の引上げ方法及びその引上げ装置

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Publication number: JP5720426B2
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Inventors: 匡彦水田
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Description

本発明は、シリコン単結晶等の半導体単結晶を引上げる方法と、その半導体単結晶を引上げる装置に関するものである。

従来、この種の半導体単結晶の引上げ方法として、ヒータにより溶融されたシリコン融液からチョクラルスキー法で種結晶を引上げてシリコン単結晶を製造する際に、シリコン単結晶の直径を検出し、この検出直径を引上げ速度とヒータの温度にフィードバックすることにより、シリコン単結晶をその直径を制御して引上げるシリコン単結晶の製造方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。このシリコン単結晶の製造方法では、シリコン単結晶の検出直径と設定直径とを比較することにより引上げ速度の制御値を演算し、この引上げ速度の制御値に引上げ速度のスパン制限を行い変動幅が制限された引上げ速度の出力を取得し、かつ上記演算された引上げ速度の制御値にスパン制限をする前に、引上げ速度の制御値と設定引上げ速度を比較することによりヒータの温度補正量を演算してヒータの温度設定出力を取得し、更に引上げ速度出力とヒータの温度設定出力にて引上げ速度及びヒータ温度を制御することによりシリコン単結晶の直径を制御するように構成される。

このように構成されたシリコン単結晶の製造方法では、シリコン単結晶の引上げ速度が制限されているにも拘らず、演算された温度補正量がダイナミックに変化するため、スパン設定された引上げ速度で制御できない分を補う。この結果、直径制御性が向上し、直径変動の少ない良好な単結晶が得られるようになっている。

一方、予め加熱温度パターンを設定してチョクラルスキー法により単結晶を育成するに際し、原料融液を加熱する加熱手段の加熱温度が単結晶の直径に及ぼす応答特性から、単結晶の育成過程で変化する加熱温度を一定時間毎に細分化して個々のステップ状変化量に対応する直径変化量を特定し、これらの直径変化量を重ね合わせてできる単結晶の直径と目標直径とを比較し、それらの誤差を解消するように調整することで、加熱温度パターンに対する単結晶の直径の経時変化を、少なくとも単結晶の育成装置毎、或いは単結晶の育成装置を構成する部品の履歴毎に予測し、この直径予測値と引上げ長若しくは引上げ時間に対して予め設定された直径目標値とが一致するように調整して決定した加熱温度パターンに基づいて原料融液を加熱する単結晶の育成方法が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。この単結晶の育成方法では、上記加熱温度パターンが、単結晶の育成過程で変化する加熱温度を一定時間毎に細分化して個々のステップ状変化量に対応する直径変化量を特定し、これらの直径変化量を重ね合わせてできる単結晶の直径と目標直径とを比較し、それらの誤差を解消するように調整することで、決定される。

このように構成された単結晶の育成方法では、予め決定された加熱温度パターンに基づいて原料融液を加熱することで、大口径の単結晶でもその直径を正確に制御しながら育成することができる。特に単結晶の目標直径となる直胴部までの肩部の形状制御に適している。また単結晶の育成装置毎、或いは単結晶の育成装置を構成する部品の履歴毎に異なる、加熱温度パターンの直径への影響を吸収できる。即ち、加熱温度を細分化して、個々の部分で変化した温度（ステップ状変化量）が単結晶の直径を変化させ、この単結晶の直径の変化を細かく測定することで、微調整が可能となる。この結果、個々の部分での直径変化量を重ね合わせてできる単結晶の直径を細かく調整することで、即ち目標直径との誤差を解消するように細かく調整することで、最良の加熱温度パターンを作成できるようになっている。

特開２００１−３１６１９９号公報（請求項１、段落［００１５］）特許第４０３９０５５号公報（請求項１及び２、段落［００１１］、［００１３］）

しかし、上記従来の特許文献１に示されたシリコン単結晶の製造方法では、シリコン単結晶の直径を制御するために、シリコン単結晶の引上げ速度を大きく操作する必要があり、これによりシリコン単結晶の引上げ速度Ｖとシリコン単結晶の引上げ方向の温度勾配Ｇとの比Ｖ／Ｇが変動して、シリコン単結晶の品質にバラツキが生じてしまう不具合があった。また、上記従来の特許文献２に示された単結晶の育成方法では、次に引上げる単結晶の引上げ中の外乱を予測しておらず、従って単結晶の引上げ中に予想される外乱を加熱温度パターンに加味していないため、単結晶の直胴部の直径が一定になるように引上げる制御に、特許文献２の単結晶の育成方法を適用すると、単結晶の直径変動が大きくなる場合があった。

本発明の目的は、半導体単結晶の直径変動が低減し、半導体単結晶の直径制御の操作量である引上げ速度の変動を抑制することができ、設定通りの半導体単結晶の引上げを実現することで、高品質な半導体単結晶を製造できる、半導体単結晶の引上げ方法及びその引上げ装置を提供することにある。

本発明の第１の観点は、半導体単結晶の引上げ装置のるつぼに供給された半導体原料をヒータにより融解してるつぼに半導体融液を貯留し、引上げ装置に予め設定され半導体単結晶の引上げ長に対するヒータの温度設定値の変化である温度プロファイルに基づいてヒータを制御しながらるつぼ内の半導体融液から半導体単結晶を引上げる半導体単結晶の引上げ方法において、ヒータの温度プロファイルの設定に寄与する過去の半導体単結晶の引上げデータをデータベースに蓄積する工程と、データベースに蓄積された過去の半導体単結晶の引上げデータから次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを特定の評価機能に基づいて評価する工程と、この特定の評価機能に基づいて次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを引上げ前に修正する工程と、この修正された温度プロファイルに基づいてヒータを制御しながらるつぼ内の半導体融液から半導体単結晶を引上げる工程とを含み、特定の評価機能が、次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルにフィードバックされる過去の半導体単結晶のヒータの温度プロファイルの設定値と実績値との近さから決定された信頼性と、次に引上げる半導体単結晶の設定引上げ条件と次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルにフィードバックされる過去の半導体単結晶の引上げデータのうち実績引上げ条件とを比較したときに設定引上げ条件及び実績引上げ条件の近さから決定された重み係数とを有し、過去に引上げた半導体単結晶のヒータの温度プロファイルにおける最小単位の温度傾きの設定値と実績値との差である温度傾き偏差を算出し、この温度傾き偏差にしきい値を設定し、温度傾き偏差をしきい値と比較して所定の判定条件に基づき合否を決定し、半導体単結晶の直胴部全長にわたって温度傾き偏差の合格率を算出し、この合格率に基づいて過去に引上げた半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを評価することにより、信頼性を決定し、重み係数が、次に引上げる半導体単結晶に使用される引上げ装置と過去に引上げた半導体単結晶に使用された引上げ装置を比較して、同一の装置構成である部分が多い程高く設定する係数、又は次に引上げる半導体単結晶の引上げ日時と過去に引上げた半導体単結晶の引上げ日時を比較して、日時が近い程高く設定する係数のいずれか一方又は双方の係数であり、信頼性を決定する合格率が高いときに次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルへのフィードバック量を１００％に近付け、信頼性を決定する合格率が低いときにフィードバック量を低くし、かつ重み係数が高いときにフィードバック量を１００％に近付け、重み係数が低いときにフィードバック量を低くして、次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを修正することを特徴とする。

本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルが連続性を保つように次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを修正する、ならし機能を有することを特徴とする。

本発明の第３の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、更に次に引上げる半導体単結晶の引上げデータと次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルにフィードバックされる過去の半導体単結晶の引上げデータとを比較したときに、半導体単結晶の引上げに用いられる構成部材又は半導体単結晶の引上げ条件のいずれか一方又は双方の相違を、次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度設定値に換算して次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを補正することを特徴とする。

本発明の第４の観点は、るつぼに供給された半導体原料をヒータにより融解してるつぼに半導体融液が貯留され、コントローラが予め設定され半導体単結晶の引上げ長に対するヒータの温度設定値の変化である温度プロファイルに基づいてヒータを制御しながらるつぼ内の半導体融液から半導体単結晶を引上げるように構成された半導体単結晶の引上げ装置において、コントローラは、ヒータの温度プロファイルの設定に寄与する過去の半導体単結晶の引上げデータをデータベースに蓄積し、データベースに蓄積された過去の半導体単結晶の引上げデータから次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを特定の評価機能に基づいて評価し、この特定の評価機能に基づいて次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを引上げ前に修正し、この修正された温度プロファイルに基づいてヒータを制御しながらるつぼ内の半導体融液から半導体単結晶を引上げるように構成され、特定の評価機能が、次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルにフィードバックされる過去の半導体単結晶のヒータの温度プロファイルの設定値と実績値との近さから決定された信頼性と、次に引上げる半導体単結晶の設定引上げ条件と次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルにフィードバックされる過去の半導体単結晶の引上げデータのうち実績引上げ条件とを比較したときに設定引上げ条件及び実績引上げ条件の近さから決定された重み係数とを有し、過去に引上げた半導体単結晶のヒータの温度プロファイルにおける最小単位の温度傾きの設定値と実績値との差である温度傾き偏差を算出し、この温度傾き偏差にしきい値を設定し、温度傾き偏差をしきい値と比較して所定の判定条件に基づき合否を決定し、半導体単結晶の直胴部全長にわたって温度傾き偏差の合格率を算出し、この合格率に基づいて過去に引上げた半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを評価することにより、信頼性が決定され、重み係数が、次に引上げる半導体単結晶に使用される引上げ装置と過去に引上げた半導体単結晶に使用された引上げ装置を比較して、同一の装置構成である部分が多い程高く設定する係数、又は次に引上げる半導体単結晶の引上げ日時と過去に引上げた半導体単結晶の引上げ日時を比較して、日時が近い程高く設定する係数のいずれか一方又は双方の係数であり、信頼性を決定する合格率が高いときに次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルへのフィードバック量を１００％に近付け、信頼性を決定する合格率が低いときにフィードバック量を低くし、かつ重み係数が高いときにフィードバック量を１００％に近付け、重み係数が低いときにフィードバック量を低くして、次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを修正するように構成されたことを特徴とする。

本発明の第５の観点は、第４の観点に基づく発明であって、更にコントローラは、次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルが連続性を保つように次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを修正する、ならし機能を有することを特徴とする。

本発明の第６の観点は、第４の観点に基づく発明であって、更にコントローラは、次に引上げる半導体単結晶の引上げデータと次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルにフィードバックされる過去の半導体単結晶の引上げデータとを比較し、半導体単結晶の引上げに用いられる構成部材又は半導体単結晶の引上げ条件のいずれか一方又は双方の相違を、次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度設定値に換算して次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを補正するように構成されたことを特徴とする。

本発明の第１の観点の引上げ方法及び第４の観点の引上げ装置では、ヒータの温度プロファイルの設定に寄与する過去の半導体単結晶の引上げデータをデータベースに蓄積し、この過去の半導体単結晶の引上げデータから次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを特定の評価機能に基づいて評価し、この特定の評価機能に基づいて次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを引上げ前に修正し、更にこの修正された温度プロファイルに基づいてヒータを制御しながら半導体単結晶を引上げるので、半導体単結晶の直径変動が低減し、半導体単結晶の直径制御の操作量である引上げ速度の変動を抑制することができる。この結果、設定通りの半導体単結晶の引上げを実現することで、高品質な半導体単結晶を製造できる。またシリコン単結晶の直径を制御するためにシリコン単結晶の引上げ速度を大きく操作する必要がある従来のシリコン単結晶の製造方法と比較して、本発明では、半導体単結晶の引上げ速度の操作を必要最小限に抑えることができるので、半導体単結晶の引上げ速度Ｖと半導体単結晶の引上げ方向の温度勾配Ｇとの比Ｖ／Ｇの変動が抑制され、半導体単結晶の品質のバラツキを低減できる。即ち、本発明では、直径変動が抑制されることにより、比Ｖ／Ｇの変動が抑制される。更に次に引上げる単結晶の引上げ中の外乱を予測しておらず、従って予想される外乱を加熱温度パターンに加味していないため、単結晶の直胴部を引上げる制御に適用すると、単結晶の直径変動が大きくなる場合がある従来の単結晶の育成方法と比較して、本発明では、過去の半導体単結晶の引上げデータから次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを特定の評価機能に基づいて評価し、この特定の評価機能に基づいて次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを引上げ前に修正することにより、次に引上げる半導体単結晶の引上げ中に予想される外乱が加熱温度パターンに加味されているため、半導体単結晶の直胴部を引上げてもその直径の変動が抑えられ、目標の直径を保つことができる。

更に、特定の評価機能の信頼性及び重み係数に基づいて次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを引上げ前に修正するので、上記と同様に、設定通りの半導体単結晶の引上げを実現することで、高品質な半導体単結晶を製造できるとともに、ヒータの温度プロファイルの高精度化を実現できる。

本発明の第２の観点の引上げ方法及び第５の観点の引上げ装置では、ならし機能により、次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルが連続性を保つようにこの温度プロファイルを修正するので、半導体単結晶の引上げ中のある区間でヒータの温度プロファイルの傾きが凹凸となる場合に、その凹凸を緩和して、その区間の温度プロファイルの傾きの平均値に近付ける。この結果、ヒータの温度プロファイルに生じた大きな凹凸を低減できる。

本発明の第３の観点の引上げ方法及び第６の観点の引上げ装置では、半導体単結晶の引上げに用いられる構成部材又は半導体単結晶の引上げ条件のいずれか一方又は双方の相違を、次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度設定値に換算することにより引上げ中に予想される外乱を高精度に予測して次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを補正するので、次に引上げる半導体単結晶の引上げ中に予想される外乱が加熱温度パターンに更に加味されることになり、ヒータの温度プロファイルを更に高精度化することができる。

本発明実施形態のシリコン単結晶の引上げ装置の縦断面構成図である。過去のシリコン単結晶の引上げ長の変化に対するヒータの温度傾き偏差（ヒータの温度傾きの設定値と実績値との差）の変化を示す図である。過去のシリコン単結晶の引上げ長の変化に対する合格率（ヒータの温度傾き偏差に設定されたしきい値に対する合格率）の変化を示す図である。ヒータ温度傾きをならし係数０．８でならす前後の状態を示す図である。ヒータ温度傾きをならし係数０．２でならす前後の状態を示す図である。そのシリコン単結晶を引上げる前にヒータ温度プロファイルを修正し決定する手順を示すフローチャート図である。実施例１のシリコン単結晶の引上げ率の変化に対するシリコン単結晶の直径標準化値［直径実績値／直径平均値］の変化を示す図である。比較例１のシリコン単結晶の引上げ率の変化に対するシリコン単結晶の直径標準化値［直径実績値／直径平均値］の変化を示す図である。

次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、シリコン単結晶１１の引上げ装置は、内部を真空可能に構成されたメインチャンバ１２と、このチャンバ１２内の中央に設けられたるつぼ１３とを備える。メインチャンバ１２は円筒状の真空容器である。またるつぼ１３は、石英により形成されシリコン融液１４が貯留される有底円筒状の内層容器１３ａと、黒鉛により形成され上記内層容器１３ａの外側に嵌合された有底円筒状の外層容器１３ｂとからなる。外層容器１３ｂの底部にはシャフト１６の上端が接続され、このシャフト１６の下端にはシャフト１６を介してるつぼ１３を回転させかつ昇降させるるつぼ駆動手段１７が設けられる。更にるつぼ１３の外周面は円筒状のヒータ１８によりるつぼ１３の外周面から所定の間隔をあけて包囲され、このヒータ１８の外周面は円筒状の保温筒１９によりヒータ１８の外周面から所定の間隔をあけて包囲される。

一方、メインチャンバ１２の上端には、内部が連通するようにメインチャンバ１２より小径の円筒状のプルチャンバ２１が接続される。このプルチャンバ２１の上端には引上げ回転手段２２が設けられる。この引上げ回転手段２２は、下端にシードチャック２３が取付けられた引上げ軸２４を昇降させるとともに、この引上げ軸２４をその軸線を中心に回転させるように構成される。また上記シードチャック２３には種結晶２６が着脱可能に装着される。この種結晶２６の下端をシリコン融液１４中に浸漬した後、種結晶２６を引上げ回転手段２２により回転させかつ引上げるとともに、るつぼ１３をるつぼ駆動手段１７により回転させかつ上昇させることにより、種結晶２６の下端からシリコン単結晶１１を引上げて引上げるように構成される。

メインチャンバ１２内にはアルゴンガス等の不活性ガスが流通される。プルチャンバ２１の側壁にはガス供給パイプ２７の一端が接続され、このガス供給パイプ２７の他端は不活性ガスを貯留するタンク（図示せず）に接続される。またメインチャンバ１２の下壁にはガス排出パイプ２８の一端が接続され、このガス排出パイプ２８の他端は真空ポンプ２９の吸入口に接続される。タンク内の不活性ガスは、ガス供給パイプ２７を通ってプルチャンバ２１内に導入され、メインチャンバ１２内を通った後、ガス排出パイプ２８を通ってメインチャンバ１２から排出されるように構成される。なお、ガス供給パイプ２７及びガス排出パイプ２８にはこれらのパイプを流れる不活性ガスの流量を調整する第１及び第２流量調整弁３１，３２がそれぞれ設けられる。

またメインチャンバ１２内には、シリコン単結晶１１外周面へのヒータ１８の輻射熱の照射を遮るとともに、上記不活性ガスを整流するための熱遮蔽体３３が設けられる。この熱遮蔽体３３は、下方に向うに従って直径が次第に小さくなりかつシリコン融液１４から引上げられるシリコン単結晶１１の外周面をこの外周面から所定の間隔をあけて包囲する円錐台状の筒体３３ａと、この筒体３３ａの上縁に連設され外方に略水平方向に張り出すフランジ部３３ｂとを有する。熱遮蔽体３３は、フランジ部３３ｂを保温筒１９上にリング板３３ｃを介して載置することにより、筒体３３ａの下縁がシリコン融液１４表面から所定のギャップをあけて上方に位置するようにメインチャンバ１２内に固定される。

一方、メインチャンバ１２の肩部には覗き窓１２ａが形成される。この覗き窓１２ａには、シリコン融液１４と種結晶２６との境界部、シリコン融液１４とシリコン単結晶１１のネック部１１ａとの境界部、シリコン融液１４とシリコン単結晶１１の肩部１１ｂとの境界部、或いはシリコン融液１４とシリコン単結晶１１の直胴部１１ｃとの境界部である固液界面３４を臨むようにＣＣＤカメラ３６が設置される。このＣＣＤカメラ３６は引上げ中のシリコン単結晶１１を撮影するように構成される。ここで、上記ＣＣＤカメラ３６は、シリコン基板上に酸化膜を介して金属膜の電極を並べて作製したコンデンサに、光により生じた信号電荷を蓄積して、画像処理手段３７からの駆動パルスにより一方向に順次転送させ、電気信号である画像信号を得るカメラであり、このＣＣＤカメラ３６の撮影した画像は画像処理手段３７により処理される。ＣＣＤカメラ３６の検出出力は画像処理手段３７のカメラ制御入力に接続され、画像処理手段３７のカメラ制御出力はＣＣＤカメラ３６の制御入力に接続される。また画像処理手段３７の制御入出力はコントローラ３８の制御入出力に接続され、コントローラ３８の制御出力はるつぼ駆動手段１７、ヒータ１８及び引上げ回転手段２２に接続される。なお、コントローラ３８の制御入出力には、型式の異同に拘らず同一直径のシリコン単結晶１１を引上げる全ての引上げ装置の画像処理手段３７の制御入出力が接続され、コントローラ３８の制御出力は、型式の異同に拘らず同一直径のシリコン単結晶１１を引上げる全ての引上げ装置のるつぼ駆動手段１７、ヒータ１８及び引上げ回転手段２２に接続される。

上記コントローラ３８には記憶媒体３９が接続される。この記憶媒体３９にはデータベースが記憶され、このデータベースにはヒータ１８の温度プロファイルの設定に寄与する過去のシリコン単結晶１１の引上げデータが蓄積される。過去のシリコン単結晶１１の引上げデータとしては、シリコン単結晶１１を引上げた日付、るつぼ１３へのシリコン融液１４の仕込み量、引上げ時における上記ＣＣＤカメラ３６で撮影されたシリコン単結晶１１の直径の変化、引上げ装置の型式、その引上げ装置によるシリコン単結晶１１の引上げ本数、次にシリコン単結晶１１を引上げる引上げ装置と同一であるか否か、その引上げ装置のヒータ１８等の部品交換した日付等の引上げデータが挙げられる。また記憶媒体３９としては、メモリの他に、ネットワークを通じた外部の記憶媒体などが挙げられる。

またコントローラ３８はデータベースに蓄積された過去のシリコン単結晶１１の引上げデータから次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルを特定の評価機能に基づいて評価するように構成される。この特定の評価機能は、次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルにフィードバックされる過去のシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルの設定値と実績値との近さから決定された信頼性と、次に引上げるシリコン単結晶１１の設定引上げ条件と次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルにフィードバックされる過去のシリコン単結晶１１の引上げデータのうち実績引上げ条件とを比較したときに上記設定引上げ条件と上記実績引上げ条件との近さから決定された重み係数とを有する。

上記信頼性は、過去に引上げたシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルにおける最小単位の温度傾きの設定値と実績値との差であるヒータ１８の温度傾き偏差が算出され、このヒータ１８の温度傾き偏差にしきい値が設定され、上記ヒータ１８の温度傾き偏差をしきい値と比較して合否が決定された後、シリコン単結晶１１の直胴部１１ｃ全長にわたってヒータ１８の温度傾き偏差の合格率が算出され、この合格率から過去に引上げたシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルが評価される機能である。具体的には、図２及び図３に示すように、引上げ長５ｍｍ（最小単位）毎のヒータ１８の温度傾き偏差が平均値として算出され、このヒータ１８の温度傾き偏差が複数のしきい値（第１しきい値：±０．００２℃／５ｍｍ、第２しきい値：±０．００３℃／５ｍｍ）より小さい場合に良好であると評価され、大きい場合に不良であると評価され、良好であると評価された割合が８０％以上であるときに合格とする合格率が引上げ長１００ｍｍ毎に算出され、最終的にシリコン単結晶１１の直胴部１１ｃ全長にわたって合格率が算出される。

図３の一点鎖線で囲んだ部分では、第１及び第２しきい値に対するヒータ１８の温度傾き偏差の合格率が低いため、設定不良であると評価され、図３の二点鎖線で囲んだ部分では、第１及び第２しきい値に対するヒータ１８の温度傾き偏差の合格率が高いため、設定良好であると評価される。このように過去に引上げたシリコン単結晶１１において、引上げ長のどの範囲でヒータ１８の温度プロファイルの合格率が良好であったか或いは不良であったかを捉えることができるので、次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルに、過去に引上げたシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルをフィードバックするときに、上記合格率が高ければフィードバック量を１００％に近付け、合格率が低ければフィードバック量を低くするように信頼性が決定される。即ち、合格率に対する信頼性が記憶媒体３９にマップとして記憶されており、コントローラ３８は合格率から信頼性を決定するように構成される。なお、この実施の形態では、引上げ長５ｍｍ毎のヒータの温度傾き偏差が平均値として算出されるとし、合格率が引上げ長１００ｍｍ毎に算出されるとし、良好であると評価された割合が８０％以上であるときに合格としたが、これらの値に限定されるものではない。また、この実施の形態では、２つのしきい値を設定したが、１つ又は３つ以上のしきい値を設定してもよい。

一方、重み係数は、次に引上げるシリコン単結晶１１の設定引上げ条件と、過去に引上げたシリコン単結晶１１の実績引上げ条件との近さから決定される機能である。例えば、次に引上げるシリコン単結晶１１に使用される引上げ装置と、過去に引上げたシリコン単結晶１１に使用された引上げ装置が同一である場合や、次に引上げるシリコン単結晶１１の引上げ日時と、過去に引上げたシリコン単結晶１１の引上げ日時が近い場合には、重み係数は高く設定される。また、次に引上げるシリコン単結晶１１に使用される引上げ装置と、過去に引上げたシリコン単結晶１１に使用された引上げ装置が同一であっても、ヒータ１８等の部品が交換されたり、或いは次に引上げるシリコン単結晶１１の引上げ日時と、過去に引上げたシリコン単結晶１１の引上げ日時が遠い場合には、重み係数は低く設定される。即ち、次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルに、過去に引上げたシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルをフィードバックするときに、上記重み係数が高ければフィードバック量を１００％に近付け、重み係数が低ければフィードバック量を低くするように決定される。そして上記設定引上げ条件及び実績引上げ条件に対する重み係数が記憶媒体３９にマップとして記憶されており、コントローラ３８は設定引上げ条件及び実績引上げ条件から重み係数を決定するように構成される。このように、コントローラ３８は、上記特定の評価機能の信頼性及び重み係数に基づいて、次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルを引上げ前に修正するように構成される。

一方、コントローラ３８は、次に引上げるシリコン単結晶１１の引上げデータと次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルにフィードバックされる過去のシリコン単結晶１１の引上げデータとを比較し、シリコン単結晶１１の引上げに用いられる構成部材又はシリコン単結晶１１の引上げ条件のいずれか一方又は双方の相違を、次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度設定値に換算して次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルを補正するように構成される。

またコントローラ３８は、次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルが連続性を保つように次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルを修正する、ならし機能を有する。上記ならし機能を用いてヒータ１８の温度プロファイルを修正するときのならし値をＮとするとき、Ｎ＝［Ｋ＋（Ｋ₀−Ｋ）×Ｒ］で算出される。この式において、Ｋは設定されたヒータ１８の温度プロファイルのうち凹凸を有する区間（以下、凹凸区間という）における最小単位のヒータ温度傾きであり、Ｋ₀は上記凹凸区間におけるヒータ温度傾きの平均値であり、Ｒはヒータ温度傾きの平均値Ｋ₀に近付ける割合（以下、ならし係数という）である。このならし係数は０〜１の範囲内の定数として設定される。ならし係数が『０』であるとき、ならしが実行されないことを示し、ならし係数が『１』であるとき、ヒータ温度傾きの平均値までならしが実行されることを示す。上記ならしを実行する凹凸区間は、最小単位のヒータ温度傾きが斜め上向きから斜め下向きになって再び斜め上向きに変化する区間や、最小単位のヒータ温度傾きが斜め下向きから斜め上向きになって再び斜め下向きに変化する区間である。またシリコン単結晶１１のネック部１１ａ及び肩部１１ｂの引上げ時はヒータ１８の温度プロファイルが不安定か或いは大きく変化するため、ならしが実行されず、シリコン単結晶１１の直胴部１１ｃの引上げ時にならしが実行されるように設定される。更に上記ならしは、ヒータ温度傾きの凹凸を完全になくすのではなくヒータ温度傾きの凹凸の割合を減じる形で実行されることが好ましい。例えば、ならし係数を０．８程度に設定すると、温度傾きの凹凸が緩和され過ぎてしまい（図４）、ならし係数を０．２程度に設定すると、手動設定でシリコン単結晶１１を引上げるときの設定者の設定に略一致することが試運用で判明している（図５）。

このように構成された引上げ装置を用いてシリコン単結晶１１を引上げる手順を図６のフローチャート図に基づいて説明する。先ずコントローラ３８は、次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルの設定対象となる引上げ装置を選択する。次いでコントローラ３８は、設定対象となる引上げ装置の引上げ条件に基づいて設定の参考とする過去の引上げデータを記憶媒体３９内のデータベースから選択する。そしてコントローラ３８は、設定の参考とする過去の引上げデータの引上げ条件から重み係数及び信頼性を算出する。このとき引上げデータが複数存在する場合、コントローラ３８はそれらのデータの平均値をそれぞれ算出する。次にコントローラ３８は、上記重み係数及び信頼性と設定の参考とする過去の引上げデータから、設定対象のヒータ１８の温度プロファイルを算出した後に、設定対象のシリコン単結晶１１の引上げに使用する構成部材又は引上げ条件のいずれか一方又は双方に基づいてヒータ１８の温度プロファイルの補正量を算出し、この補正量を設定対象のヒータ１８の温度プロファイルに加算又は減算する。更にコントローラ３８は、設定対象のシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルに、必要に応じてならし機能を適用し、最終のヒータ１８の温度プロファイルを決定する。

このように構成されたシリコン単結晶１１の引上げ装置では、次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルの設定に寄与する過去のシリコン単結晶１１の引上げデータをデータベースに蓄積し、この過去のシリコン単結晶１１の引上げデータから次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータの温度プロファイルを特定の評価機能に基づいて評価し、この特定の評価機能の信頼性及び重み係数に基づいて次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルを引上げ前に修正し、この修正された温度プロファイルに基づいてヒータ１８を制御しながらシリコン単結晶１１を引上げる。これによりシリコン単結晶１１の直径変動が低減し、シリコン単結晶１１の直径制御の操作量である引上げ速度の変動を抑制できる。この結果、設定通りのシリコン単結晶１１の引上げを実現することで、高品質なシリコン単結晶１１を製造できるとともに、ヒータ１８の温度プロファイルの高精度化を実現できる。またシリコン単結晶１１の引上げ速度を操作する必要がないので、シリコン単結晶１１の引上げ速度Ｖとシリコン単結晶１１の引上げ方向の温度勾配Ｇとの比Ｖ／Ｇが変動せず、シリコン単結晶１１の品質にバラツキが生じることはない。即ち、直径変動を低減できるため、比Ｖ／Ｇの変動が抑えられる。更に過去のシリコン単結晶１１の引上げデータから次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルを特定の評価機能に基づいて評価し、この特定の評価機能に基づいて次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルを引上げ前に修正することにより、次に引上げるシリコン単結晶１１の引上げ中に予想される外乱が加熱温度パターンに加味されているため、シリコン単結晶１１の直胴部１１ｃを引上げてもその直径が変動することはない。

一方、シリコン単結晶１１の引上げに用いられる構成部材又はシリコン単結晶１１の引上げ条件のいずれか一方又は双方の相違を、次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度設定値に換算して次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルを補正するので、次に引上げるシリコン単結晶１１の引上げ中に予想される外乱が加熱温度パターンに更に加味されることになり、ヒータ１８の温度プロファイルを更に高精度化することができる。また上記ならし機能により、次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルが連続性を保つようにこの温度プロファイルを修正するので、シリコン単結晶１１の引上げ中のある区間でヒータ１８の温度プロファイルの傾きが凹凸となる場合に、その凹凸を緩和して、その区間の温度プロファイルの傾きの平均値に近付ける。この結果、ヒータ１８の温度プロファイルに生じた大きな凹凸を低減できる。なお、上記実施の形態では、シリコン単結晶としてシリコン単結晶を挙げたが、ＧａＡｓ単結晶、ＩｎＰ単結晶、ＺｎＳ単結晶、ＺｎＳｅ単結晶等でもよい。

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
図１に示す引上げ装置を２０基用意し、これらの引上げ装置を第１〜第２０引上げ装置とし、これらの引上げ装置を用いて直径３００ｍｍのシリコンウェーハを製作するためのシリコン単結晶１１を引上げた。具体的には、るつぼ１３に多結晶シリコン原料を充填しヒータ１８により溶融し、このシリコン融液１４から直径３００ｍｍのシリコンウェーハを製作するためのシリコン単結晶１１をそれぞれ５回ずつ引上げた。これらの引上げデータを記憶媒体３９のデータベースに記憶した。そして第７引上げ装置を用いて次のシリコン単結晶１１を引上げる前に、コントローラ３８は、特定の評価機能の信頼性及び重み係数に基づいて、次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルを引上げ前に修正した。ここで、コントローラ３８は信頼性を次のようにして決定した。引上げ長５ｍｍ毎のヒータ１８の温度傾き偏差を平均値として算出し、このヒータ１８の温度傾き偏差を第１しきい値：±０．００２℃／５ｍｍと比較し、良好であると評価された割合が８０％以上であるときに合格とする合格率を引上げ長１００ｍｍ毎に算出し、シリコン単結晶１１の直胴部１１ｃ全長にわたって合格率を算出した後に、記憶媒体３９にマップとして記憶された合格率に対する信頼性の関係に基づいて信頼性を決定した。

またコントローラ３８は、次に引上げるシリコン単結晶１１の引上げデータと次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルにフィードバックされる過去のシリコン単結晶１１の引上げデータとを比較し、シリコン単結晶１１の引上げに用いられる構成部材又はシリコン単結晶１１の引上げ条件のいずれか一方又は双方の相違を、次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度設定値に換算して次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルを補正した。更にコントローラ３８は、次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルが連続性を保つように次に引上げるシリコン単結晶１１のヒータ１８の温度プロファイルを修正した。ここで、ならし係数を０．２に設定した。更にコントローラは、上記のように修正されかつ補正されたヒータの温度プロファイルに基づいてヒータ１８を制御しながらるつぼ１３内のシリコン融液１４からシリコン単結晶１１を引上げた。このシリコン単結晶を実施例１とした。

＜比較例１＞
特定の評価機能の信頼性及び重み係数を用いず、かつならし機能を用いなかったこと以外は、実施例１の第７引上げ装置と同型の第１０引上げ装置を用いて直径３００ｍｍのシリコンウェーハを製作するためのシリコン単結晶を引上げた。このシリコン単結晶を比較例１とした。

＜比較試験１及び評価＞
実施例１及び比較例１のシリコン単結晶の直胴部の引上げ率２０〜８０％に対する直径標準化値を求めた。その結果を図７及び図８に示す。ここで、るつぼに貯留されたシリコン融液を全てシリコン単結晶として引上げたときの引上げ率を１００％とした場合、引上げ率２０〜８０％の範囲はシリコン単結晶の直胴部を引上げている範囲となる。またシリコン単結晶の直径標準化値Ｚ_iは、シリコン単結晶の直径の実測値をｘ_iとし、シリコン単結晶の直径の平均値をＡとするとき、Ｚ_i＝ｘ_i／Ａで表される。このように直径標準化値を用いたのは、比較を容易にするためである。

図７及び図８から明らかなように、比較例１のシリコン単結晶では、その直径の変動が全長にわたって大きかったのに対し、実施例１のシリコン単結晶では、その直径の変動が全長にわたって小さくなったことが分かった。この結果、実施例１では、直径制御のために操作される引上げ速度のバラツキも低減し、比Ｖ／Ｇの変動が抑えられ、品質のバラツキも低減した。また、比較例１では結晶欠陥が発生したのに対し、実施例１では結晶欠陥の発生が抑えられた。この結果、実施例１では不良率が半減した。

１１シリコン単結晶（半導体単結晶）
１３るつぼ
１４シリコン融液（半導体融液）
１８ヒータ

Claims

半導体単結晶の引上げ装置のるつぼに供給された半導体原料をヒータにより融解して前記るつぼに半導体融液を貯留し、前記引上げ装置に予め設定され前記半導体単結晶の引上げ長に対する前記ヒータの温度設定値の変化である温度プロファイルに基づいて前記ヒータを制御しながら前記るつぼ内の半導体融液から前記半導体単結晶を引上げる半導体単結晶の引上げ方法において、
前記ヒータの温度プロファイルの設定に寄与する過去の半導体単結晶の引上げデータをデータベースに蓄積する工程と、
前記データベースに蓄積された過去の半導体単結晶の引上げデータから次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを特定の評価機能に基づいて評価する工程と、
前記特定の評価機能に基づいて次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを引上げ前に修正する工程と、
この修正された温度プロファイルに基づいて前記ヒータを制御しながら前記るつぼ内の半導体融液から半導体単結晶を引上げる工程と
を含み、
前記特定の評価機能が、前記次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルにフィードバックされる前記過去の半導体単結晶のヒータの温度プロファイルの設定値と実績値との近さから決定された信頼性と、前記次に引上げる半導体単結晶の設定引上げ条件と前記次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルにフィードバックされる前記過去の半導体単結晶の引上げデータのうち実績引上げ条件とを比較したときに前記設定引上げ条件及び前記実績引上げ条件の近さから決定された重み係数とを有し、
前記過去に引上げた半導体単結晶のヒータの温度プロファイルにおける最小単位の温度傾きの設定値と実績値との差である温度傾き偏差を算出し、この温度傾き偏差にしきい値を設定し、前記温度傾き偏差を前記しきい値と比較して所定の判定条件に基づき合否を決定し、前記半導体単結晶の直胴部全長にわたって前記温度傾き偏差の合格率を算出し、この合格率に基づいて前記過去に引上げた半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを評価することにより、前記信頼性を決定し、
前記重み係数が、前記次に引上げる半導体単結晶に使用される引上げ装置と前記過去に引上げた半導体単結晶に使用された引上げ装置を比較して、同一の装置構成である部分が多い程高く設定する係数、又は前記次に引上げる半導体単結晶の引上げ日時と前記過去に引上げた半導体単結晶の引上げ日時を比較して、日時が近い程高く設定する係数のいずれか一方又は双方の係数であり、
前記信頼性を決定する合格率が高いときに前記次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルへのフィードバック量を１００％に近付け、前記信頼性を決定する合格率が低いときに前記フィードバック量を低くし、かつ前記重み係数が高いときに前記フィードバック量を１００％に近付け、前記重み係数が低いときに前記フィードバック量を低くして、前記次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを修正する
ことを特徴とする半導体単結晶の引上げ方法。
前記次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルが連続性を保つように前記次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを修正する、ならし機能を有する請求項１記載の半導体単結晶の引上げ方法。
前記次に引上げる半導体単結晶の引上げデータと前記次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルにフィードバックされる前記過去の半導体単結晶の引上げデータとを比較したときに、前記半導体単結晶の引上げに用いられる構成部材又は前記半導体単結晶の引上げ条件のいずれか一方又は双方の相違を、前記次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度設定値に換算して前記次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを補正する請求項１記載の半導体単結晶の引上げ方法。
るつぼに供給された半導体原料をヒータにより融解して前記るつぼに半導体融液が貯留され、コントローラが予め設定され前記半導体単結晶の引上げ長に対する前記ヒータの温度設定値の変化である温度プロファイルに基づいて前記ヒータを制御しながら前記るつぼ内の半導体融液から半導体単結晶を引上げるように構成された半導体単結晶の引上げ装置において、
前記コントローラは、
前記ヒータの温度プロファイルの設定に寄与する過去の半導体単結晶の引上げデータをデータベースに蓄積し、
前記データベースに蓄積された過去の半導体単結晶の引上げデータから次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを特定の評価機能に基づいて評価し、
この特定の評価機能に基づいて次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを引上げ前に修正し、
この修正された温度プロファイルに基づいて前記ヒータを制御しながら前記るつぼ内の半導体融液から半導体単結晶を引上げるように構成され、
前記特定の評価機能が、前記次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルにフィードバックされる前記過去の半導体単結晶のヒータの温度プロファイルの設定値と実績値との近さから決定された信頼性と、前記次に引上げる半導体単結晶の設定引上げ条件と前記次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルにフィードバックされる前記過去の半導体単結晶の引上げデータのうち実績引上げ条件とを比較したときに前記設定引上げ条件及び前記実績引上げ条件の近さから決定された重み係数とを有し、
前記過去に引上げた半導体単結晶のヒータの温度プロファイルにおける最小単位の温度傾きの設定値と実績値との差である温度傾き偏差を算出し、この温度傾き偏差にしきい値を設定し、前記温度傾き偏差を前記しきい値と比較して所定の判定条件に基づき合否を決定し、前記半導体単結晶の直胴部全長にわたって前記温度傾き偏差の合格率を算出し、この合格率に基づいて前記過去に引上げた半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを評価することにより、前記信頼性が決定され、
前記重み係数が、前記次に引上げる半導体単結晶に使用される引上げ装置と前記過去に引上げた半導体単結晶に使用された引上げ装置を比較して、同一の装置構成である部分が多い程高く設定する係数、又は前記次に引上げる半導体単結晶の引上げ日時と前記過去に引上げた半導体単結晶の引上げ日時を比較して、日時が近い程高く設定する係数のいずれか一方又は双方の係数であり、
前記信頼性を決定する合格率が高いときに前記次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルへのフィードバック量を１００％に近付け、前記信頼性を決定する合格率が低いときに前記フィードバック量を低くし、かつ前記重み係数が高いときに前記フィードバック量を１００％に近付け、前記重み係数が低いときに前記フィードバック量を低くして、前記次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを修正するように構成された
ことを特徴とする半導体単結晶の引上げ装置。
前記コントローラは、前記次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルが連続性を保つように前記次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを修正する、ならし機能を有する請求項４記載の半導体単結晶の引上げ装置。
前記コントローラは、前記次に引上げる半導体単結晶の引上げデータと前記次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルにフィードバックされる前記過去の半導体単結晶の引上げデータとを比較し、前記半導体単結晶の引上げに用いられる構成部材又は前記半導体単結晶の引上げ条件のいずれか一方又は双方の相違を、前記次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度設定値に換算して前記次に引上げる半導体単結晶のヒータの温度プロファイルを補正するように構成された請求項４記載の半導体単結晶の引上げ装置。