JP6078974B2 - シリコン単結晶の製造方法 - Google Patents
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Description
つまり、これら先行技術文献記載の技術では、種結晶の長さのばらつき、ルツボの回転変動やガス流の変動等の原因による融液面の揺らぎなどよって、正確に引上げ開始時の液面位置を検出することは困難なため、これを改善したいという要求があった。
1.炉内に新たな汚染源となる部分を設けて汚染発生リスクを高めることなく、引き上げ開始前、および、直胴部引き上げより前の融液面高さをより正確に測定すること。
2.直胴部形成前におけるギャップ変動を防止して、結晶特性が変化して結晶品質が低下してしまうことを防止すること。
3.G/Vの変動を抑えることが可能なようにギャップの初期値を精度良く測定可能とすること。
4.初期酸素濃度の変動を一定値以内の範囲とすることが可能なようにギャップの初期値を精度良く測定可能とすること。
5.単結晶収率を向上可能とし製造コストの削減を図ること。
6.引き上げ炉ごとに異なるギャップの変動を一定にして、機差による引き上げ単結晶特性のばらつき発生を防止すること。
前記遮熱部材の円形開口の内径D(mm)と、引き上げ中の単結晶径寸法P(mm)と、前記ギャップ値Δt(mm)とが、式(0)
また、あらかじめ前記ギャップ値の目標となるギャップ目標値(mm)をあらかじめ設定するギャップ値設定工程と、
測定した前記ギャップ値が、設定した前記ギャップ目標値に対して上下1%以内の範囲になるよう制御する前記ギャップ値制御引き上げ工程と、
を有してなることがある。
本発明においては、前記ギャップ値制御引き上げ工程として、
種結晶をシリコン融液に接触させシリコン単結晶の引上げ開始するシード工程と、縮径するネック工程と、拡径しショルダー部を形成するショルダー工程と、直胴部を形成する直胴工程とから選択される1以上の工程が適用されてなることが好ましい。
本発明においては、前記ギャップ値制御引き上げ工程として、前記ショルダー工程における前記ギャップ値が、設定した前記ギャップ目標値に対して上下1%以内の範囲になるよう制御することができる。
また、あらかじめ前記ギャップ値の目標となるギャップ目標値(mm)をあらかじめ設定するギャップ値設定工程と、
測定したギャップ値が、設定した前記ギャップ目標値に対して上下1%以内の範囲、より好ましくは、上下0.3%以内の範囲になるよう制御するギャップ値制御引き上げ工程と、
を有してなることにより、結晶収率を向上することが可能となる。
図4の右側図は画像補正を行う際の座標系の模式図である。この座標系では、基準となる融液面位置(以後,基準面と記す)をxy平面としている。座標原点は、撮像装置を構成する撮像素子の中心位置Cからカメラレンズの中心を通るように引いた直線(図4中の点線)と基準面との交点にある。
レンズをピンホールと考え、撮像素子上の点P(xp,xy,xz)をF(0,yf,zf)を通して基準面上へ投影する。投影された点を(X,Y,0)とすると,(X,Y,0)は、以下の式(3)で示すことができる。
ここで最小二乗法での演算を簡易に行うために以下の式(5)に示す変形を行う。
このように、輝度微分は横方向の輝度の差分により算出されるが、この場合、画像に含まれるノイズの影響を大きく受ける。
本実施形態におけるアルゴリズムは、画像のスキャン回数を1回で済ませることが可能である。処理内容は、一般的なラベリングアルゴリズムと同様に画像左上からスキャンを始め、255となる画素を探す。255となった画素(図中1で示すマス)に出会うと、当該画素の左、左上、上、右上の画素(図中破線で囲んだ4マス)をチェックし、ラベル番号があればその番号と同じラベルをつけ、その後はスキャンを再開することとなる。したがって、図中1で示すマスのうち斜線を付した右上のマスは、別のラベリングされたものである。
その手段の一例としては、演算部24では、第2の機能(高輝度帯)として、シリコン単結晶15の引上げ中に、シリコン融液13とシリコン単結晶15との固液界面近傍に生じる高輝度帯(フュージョンリング)FRから融液面13a位置を設定する演算をおこなうことができる。この場合、高輝度帯(フュージョンリング)FRを、撮像装置18、例えばCCDカメラによって撮像する。そして、得られた高輝度帯FRの画像データを円近似、または楕円近似させ、シリコン単結晶15の中心位置を特定する。
図11は、演算部24での第2の機能による融液面の液面位置の設定を示す模式図である。
融液面13aと遮熱部材17とを、撮像装置18で撮像する。図2に示すように、遮熱部材17の実像Maと融液面13aに映った鏡像Mb,Mcとの中心位置の間隔(中心点Sa,Sb,Scの間隔)を、石英ルツボ11内の融液面13aを上下に移動させることによって変化させて、撮像素子18で撮影する。
これにより、ネック部終了時におけるギャップ値Δtの変動に起因する直胴部での欠陥分布の予期せぬ変動を防止することが可能となる。
これは、詳細は不明であるが、遮熱部材17と単結晶15への熱移動状態および雰囲気ガス流速変化によるシリコン融液面13aでの雰囲気状態が影響すると考えられるが、ネック部終了時におけるギャップ値Δtと結晶品質の許容範囲外となる単結晶が引き上げられる場合との相関があり、これを防止できる。特に、無欠陥結晶等、V/Gの許容幅が狭い結晶を引き上げる場合にその効果は顕著である。
なお、図16に示す例では、各バッチにおける引き上げにおいて、測定したギャップ値が、設定した前記ギャップ目標値に対して上下1%以内の範囲にある場合には図で○で示すように、結晶特性が低下せず出荷可能であったが、図に×で示すように、測定したギャップ値が、設定した前記ギャップ目標値に対して上下1%以内の範囲にない場合には図で左から2番目に示す2回目最後の例からわかるように結晶特性が低下した。
Claims (4)
- ルツボに形成したシリコン融液からシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶の製造方法であって、シリコン融液の液面とは離間して液面の上方部を覆うように配される遮熱部材の少なくとも円形の開口を含む実像と、該遮熱部材が前記シリコン融液の表面に映った遮熱部材の鏡像とを撮像し、前記実像と前記鏡像との間隔を算出して、前記シリコン融液の液面位置に換算する演算工程と、前記演算工程で得られたシリコン融液の液面位置情報を参照してシリコン単結晶の引上げ時のシリコン融液の液面と前記遮熱部材下端部との間隔であるギャップ値を制御するギャップ値制御引き上げ工程と、を有し、
前記遮熱部材の円形開口の内径D(mm)と、引き上げ中の単結晶径寸法P(mm)と、前記ギャップ値Δt(mm)とが、式(0)
- あらかじめ前記ギャップ値の目標となるギャップ目標値(mm)をあらかじめ設定するギャップ値設定工程と、
測定した前記ギャップ値が、設定した前記ギャップ目標値に対して上下1%以内の範囲になるよう制御する前記ギャップ値制御引き上げ工程と、
を有してなることを特徴とする請求項1記載のシリコン単結晶の製造方法。 - 前記ギャップ値制御引き上げ工程として、
種結晶をシリコン融液に接触させシリコン単結晶の引上げ開始するシード工程と、縮径するネック工程と、拡径しショルダー部を形成するショルダー工程と、直胴部を形成する直胴工程とから選択される1以上の工程が適用されてなることを特徴とする請求項2記載のシリコン単結晶の製造方法。 - 前記ギャップ値制御引き上げ工程として、前記ショルダー工程における前記ギャップ値が、設定した前記ギャップ目標値に対して上下1%以内の範囲になるよう制御することを特徴とする請求項3記載のシリコン単結晶の製造方法。
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