JP6651529B2

JP6651529B2 - インゴット界面の形状を制御することができる単結晶成長システム及び方法

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Description

本発明は、成長中のインゴット界面の形状を制御することができる単結晶成長システム及び方法に関するものであり、より詳細には、単結晶成長装置でインゴットの成長中に、インゴットの界面形状を把握して目標とする界面の形状に制御することができる単結晶成長システム及び方法に関するものである。

シリコンウェハー製造工程は、一般にチョクラルスキー（ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ、ＣＺ）法によってシリコン単結晶を成長させて成り立つ。チョクラルスキー法は、ポリシリコンを石英るつぼ内部に装入して高温を加えてシリコン融液を作った後、シリコン種結晶（ｓｅｅｄ）を、このシリコン融液に接触させてゆっくり回転させながらシリコン単結晶を成長させる方法である。

シリコン種結晶を引き上げることによってシリコンインゴットが形成され、シリコンウェハーは、このようなインゴットを結晶成長方向に垂直に切断するスライシング（ｓｌｉｃｉｎｇ）、スライシング中に加えられた損傷を緩和させるためのラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）、荒いウェハー表面の高さの平坦度を有するようにするポリッシング（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などの工程を通して製造される。

シリコンウェハーは、シリコンインゴットをスライシングして製造されるため、シリコンインゴットの品質が、すなわちシリコンウェハーの品質を示し得る。このため、インゴットの成長の際、インゴットの直径が一定となるように制御する方法など、シリコンインゴットの品質を向上させるための多くの方法が提案されている。

一つの例示として、シリコンインゴットの直径を一定に制御するための単結晶成長装置は、石英るつぼのシリコン融液と、成長中のインゴットの接触面である凝固界面の特性を感知するセンサー部とを具備し、センサー部によって感知された凝固界面の特性を通じてインゴットの直径を導出する直径導出部を具備する。そして、センサー部に連結されて、センサー部の感知領域を変更させる駆動部と、直径導出部を通じて導出されたインゴットの直径を基にしてインゴットの直径を増減させるように制御する制御部を含む。これに、センサーの感知領域を変化させたり、導出された直径を補正して、実際のインゴットの直径を算出して正確にインゴットの直径を制御することができる。

前述したように、インゴットの品質を向上させる方法が提案されているが、インゴットの成長中にインゴットの成長界面がどんな形状に成長しているか、を確認できる方法はないのが実情である。

図１は、成長中のインゴットのさまざまな界面形状を示したものである。

図１を参照すれば、インゴットの界面（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）は、(ａ)、(ｂ)のように成長方向を基準にへこんでいたり、(c)のように偏平であったり、(d)のように膨らんだ形状に成長することができる。従来では、このようなインゴットの界面をインゴットの成長工程中に確認することができず、インゴットの成長が完了した後にインゴットの品質結果を確認して、インゴットの界面が膨らんでいたか、へこんでいたかを確認することができた。

実際の単結晶成長中のインゴット界面の形状は、インゴットの最終品質に大きい影響を及ぼしており、成長中に界面の変化をリアルタイムで把握することができれば、ＲＲＧまたはＯＲＧなどの品質を改善することができ、インゴットに抜け出す熱均衡を制御して単結晶成長率も高めることができる。したがって、単結晶成長において、インゴットの成長中に界面の変化を把握する方法が必要である。

本発明は、前述した問題点を解決するためのものであり、インゴットの成長工程中にインゴットの界面形状を予測して、目標とするインゴットの界面形状に単結晶インゴットを製造することができる単結晶成長システム及び成長方法を提供することを目的とする。

本発明は、成長中のインゴットの実際の重さと、直径測定を通じた理論値とを比較するシステムを具備することにより、インゴットの現在の界面形状を予測してこれを制御することによって製造されたシリコンインゴットのＲＲＧ（ＲａｄｉａｌＲｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙＧｒａｄｉｅｎｔ）値またはＯＲＧ（ＯｘｙｇｅｎＲａｄｉａｌＧｒａｄｉｅｎｔ）値を制御することができる単結晶成長システム及び成長方法を提供することを目的とする。

本発明の実施例は、チョクラルスキー法によって単結晶インゴットを成長させながら成長界面の形状を制御する方法であって、インゴットの界面が目標とする形状になるように単結晶成長工程の制御条件を設定した後、単結晶インゴットの成長を始める段階と、前記単結晶インゴット上部に配置されたロードセルで一定時間の間に成長したインゴットの重量を測定して測定値を導出する段階と、一定時間の間に工程チャンバの外部に配置された直径測定カメラによって測定された単結晶インゴットの直径と、一定時間の間に成長した単結晶インゴットの高さを通じて前記単結晶インゴット重量の理論値を導出する段階と、前記測定値と理論値との差を導出し、成長中の単結晶インゴットの成長界面形状を予測する段階と、予測された単結晶インゴットの界面形状と目標とする単結晶インゴットの界面の形状とを比較し、単結晶インゴット成長中の工程条件を変更する段階とを含むことができる。

本発明によれば、成長中のインゴットの界面形状を、単結晶インゴットの成長工程中にリアルタイムで予測することができ、工程条件を制御して目標とする界面形状にシリコンインゴットを成長させることができる。したがって、実施例の単結晶成長方法は成長したインゴットのＲＲＧまたはＯＲＧの品質を改善することができ、これによって顧客の要求に合致するシリコンウェハーを提供することができる。

従来の成長したインゴットの界面形状のさまざまな例示を示した断面図である。実施例に係る単結晶成長装置を示した断面図である。実施例に係る単結晶成長システムを示した図面である。実施例による単結晶成長方法を示した流れ図である。実施例によって成長中のインゴット重量の測定値と理論値とを導出する方法を示した図である。実施例によって成長中のインゴットの界面形状を予測する方法を示した図である。実施例によって成長中のインゴットの界面形状による単結晶成長の制御方法を示した図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の実施例によって制限されたり限定されたりするものではない。本発明を説明するに際して、公知の機能あるいは構成についての具体的な説明は、本発明の要旨を明瞭にさせるために省略され得る。

本発明は、インゴットの成長工程中にインゴットの界面形状を予測して、目標とするインゴットの界面形状に単結晶インゴットを製造することができる単結晶成長方法を提供するものであり、単結晶成長装置の一実施例について開示する。

図２は、実施例に係る単結晶成長装置を示した断面図である。

図２を参照すると、実施例の単結晶成長装置は、ワイヤ１の下端にシードチャック２が設けられ、前記シードチャック２には種結晶３が結合され、前記種結晶３がシリコン融液６内にディーピングされる。ディーピングされた種結晶３を引き上げることによってシリコンインゴット４が形成される。前記シリコンインゴット４の重量を測定できるロードセル（Ｌｏａｄｃｅｌｌ）１１が、ワイヤ１の上端に具備される。そして、工程チャンバ外部には、石英硝子を通じてシリコン融液６とシリコンインゴット４の界面とを撮影して、シリコンインゴットの直径を検出するカメラ９が設けられる。そして、シリコン融液６に熱を印加するヒーター７が配置され、ヒーター７の外側に断熱部材８が設けられて工程チャンバを保護しながら、シリコン融液に一定の熱が加えられるようにする。

本発明において、前記ロードセル１１は、リアルタイムで成長中のインゴットの重量を測定するための部材であり、インゴット重量の実測値を導出するために具備され得る。

そして、カメラ９は、リアルタイムで成長中のインゴットの直径を測定するための部材であり、前記カメラ９で測定されたインゴットの直径と単位時間当りのインゴットの高さ変化量を通じて、単位時間当りのインゴットの重さ増加量を導出できる。前記単位時間当りの重さ増加量は、数学的に計算された理論値に該当する。

本発明の実施例は、前記インゴット重量の実測値と理論値とを比較することによって、現在のインゴットの界面形状を予測できる。インゴットの界面形状が目標とした形状と異なる場合、単結晶の結晶成長速度に影響を及ぼすパラメーターを調節し、成長界面を目標とする形状になるように調節することができる。本発明は、リアルタイムでインゴットの界面形状を予測できる単結晶成長方法であって、インゴットの成長が完了しない時点で界面を制御して、成長したインゴットが所望の品質を有するようにできる。

図３は、実施例に係る単結晶成長システムを示した図面である。

図３を参照すると、実施例の単結晶成長システムは、インゴット重量測定部１０、インゴット直径測定部２０、インゴット高さ測定部３０、比較部４０、制御部５０を含むことができる。

インゴット重量測定部１０は、単結晶成長装置の上部に設けられたロードセルによって遂行でき、一定時間（ｔ１からｔ２）の間にインゴットの重さ増加量を測定する。すなわち、ｔ２時点でのインゴットの重量からｔ１時点でのインゴットの重量を減算することによって、ｔ１からｔ２の時間の間のインゴットの重さ増加量である測定値を計算する。

インゴット直径測定部２０は、単結晶成長装置上部に設けられ、インゴットの界面を照らすカメラによって遂行でき、ｔ１からｔ２の時間の間に成長するインゴットの直径を算出する。

インゴット高さ測定部３０は、ｔ１からｔ２の時間の間に成長したインゴットの長さを測定する構成であり、成長したインゴットの長さは、現在のインゴットの引き上げ速度に所要時間ｔ２−ｔ１を掛けて算出できる。また、インゴットの引き上げ速度が変化する場合には、ｔ１とｔ２でのシードチャックの位置をチェックして成長したインゴットの長さを算出できる。

前記インゴット直径測定部２０とインゴット高さ測定部３０は、インゴットがｔ１からｔ２の時間（以下、単位時間と称する）の間に成長したときの理論値を導出するために設けられる。前記理論値は、成長したインゴットが同一の直径と一定の高さを有する円筒形状であると仮定したときに、求められるインゴットの重量である。すなわち、理論値は、単位時間の間に測定されたインゴットの長さ、インゴットの直径及びインゴットの密度に関する数学式を通じて算出できる。

比較部４０においては、単位時間の間にインゴットの重さ増加量を測定した実測値と、インゴットの高さと直径から算出した理論値とを比較する。

制御部５０は、前記測定値と理論値との比較結果によって単結晶成長装置の工程条件を変更して、成長するインゴットの界面形状を制御する。測定値と理論値が同一に現れる場合には、現在成長しているインゴットの形状が理想的な円筒形状であると推測でき、さらにインゴットの界面形状もフラット（ｆｌａｔ）なものと推測できる。すなわち、目標とするインゴットの界面形状がフラット（ｆｌａｔ）な形状の場合、比較部４０で現れた結果によって、制御部５０は、インゴットの引き上げ速度変更を実施して、目標とするインゴットの界面にインゴットを成長させることができる。また、変更される工程条件は、インゴットのシードローテーション速度を変更したり、メルトギャップを変更して実施され得る。

図４は、実施例による単結晶成長方法を示した流れ図である。図４を参照して、本発明のインゴット界面形状を制御できる単結晶成長方法について具体的に述べる。

まず、図２に開示された単結晶成長装置内部の工程条件を設定して単結晶成長工程を始める（Ｓ１０）。石英るつぼ内部にディーピングされた種結晶をワイヤを通じて引き上げることによって、所定の直径を有する単結晶インゴットが成長する（Ｓ２０）。

続いて、単結晶インゴットが成長している途中、ロードセルを通じて単位時間の間の単結晶インゴットの重量を測定して、これを測定値として設定する（Ｓ３０）。

そして、チャンバ外部に配置された直径測定カメラにより測定された前記単位時間の間のインゴットの直径値と、前記単位時間の間のインゴットの高さ変化値から単位時間の間の変化したインゴット重量の理論値を導出する（Ｓ４０）。

前記測定値と理論値とを求める方法について、図５を参照して説明する。

図５は、実施例において、成長中のインゴット重量の測定値と理論値とを導出する方法を示した図である。

測定値を求める方法は次のとおりである。図示されたように、インゴットの重量を測定しようとする時点ｔ１でのインゴットのボディ部の高さはｈ１であり、この時点でのインゴットの重量はロードセルによって測定されてｗ１値を示す。そして、一定の時間が経った後のｔ２の時点で測定されたインゴットのボディ部の高さはｈ２であり、インゴットの重さをロードセルで再測定してインゴット重量を示すｗ２値を求める。すなわち、ｔ１からｔ２の時間（以下、単位時間と称する）の間に成長したインゴットの重量の測定値は、ｗ２−ｗ１であることが分かる。

インゴット重量の理論値を求める方法は、次のとおりである。

単位時間が経った後のインゴットの高さは、ｈ１からｈ２に成長するため、ｈ２からｈ１を減算して単位時間の間に成長したインゴットの高さを求める。単位時間の間に成長したインゴット重量の理論値は、単位時間の間に変化したインゴットの高さｈ２−ｈ１と、直径測定カメラで測定された単位時間の間のインゴットの直径ｒに関する数学式から算出できる。ここで、単位時間の間に測定されたインゴットの直径ｒは、単結晶製造工程において直径が一定になるように制御されるため、一定な値を有するが、他の工程要因によって単位時間の間に直径が変化した場合、単位時間の間の直径の平均値を使用することができる。

単位時間の間に変化したインゴット重量の理論値は、次の数学式で算出され得る。

［数学式］
ΔＷ＝π（ｒ／２）^２×（ｈ２−ｈ１）×（Ｋ）

ここで、ΔＷは、単位時間の間に変化したインゴット重量の理論値であり、ｒは、直径測定カメラから測定されたインゴットの直径、ｈ２−ｈ１は、単位時間の間に変化したインゴットの高さ、Ｋは、インゴットの密度を示す。

続いて、前記数学式１から導出されたインゴット重量の理論値（ΔＷ）と、ロードセルによって測定された実際のインゴットの重さの変化量である測定値（ｗ２−ｗ１）を比較する（Ｓ５０）。

インゴット重量の測定値と理論値が等しく現れる場合は、現在成長しているインゴットの成長界面が、図１の（ｃ）に図示されたようにフラット（ｆｌａｔ）なものと判断することができる。成長界面がフラットなウェハーを製造する場合に、前記理論値と測定値が同一に現われたら、現在の状態の工程条件で単結晶インゴットの成長工程を継続して遂行する（Ｓ６０）。

もし、理論値が測定値と同一でない場合、理論値が測定値より大きく現れるか否かを判別し（Ｓ７０）、単結晶インゴット成長工程の制御値を変更する。本実施例において、単結晶成長速度に影響を及ぼす要素として、単結晶インゴットの引き上げ速度を制御ファクターとして使用する。理論値が測定値より大きく現われた場合、引き上げ速度を所定の値だけ減少させるように設定し（Ｓ８０）、単結晶インゴットの成長速度を減少させることができる。しかし、これに限定されず、本発明で提示した単結晶インゴットの引き上げ速度の制御以外にも、メルトギャップ（Ｍｅｌｔｇａｐ）制御、シードローテーション制御、るつぼの回転制御、アルゴンガス流量制御などを通じても、本発明のようなシリコンインゴットの界面形状を制御することができる。

一方、理論値が測定値より小さく現れる場合には、引き上げ速度を所定の値だけ増加させるように設定し（Ｓ９０）、単結晶インゴットの成長速度を増加させることができる。

図６は、実施例において成長中のインゴットの界面形状を予測する方法を示した図である。図６を参照すると、具体的にＳ５０段階とＳ７０段階で、インゴットの理論値と測定値とを比較し、これによるインゴットの界面形状を判断できる。

図６においては、インゴット界面の形状が上方向にへこんだり、偏平したり、下方向に膨らんで突き出た形状が開示されている。このように成長したインゴットをウェハーに製作すれば、ウェハーの中心部分とエッジ部分との比抵抗差に該当するＲＲＧの品質は、界面形状によって異なって現れる。

（ａ）に開示されたインゴットは、界面形状が上方向にへこんだ状態である。（ａ）のように界面が形成されたインゴットは、へこんだ部分が実際の測定値に反映されてインゴット重量の実際の測定値が理論値より小さく現れる。（ｂ）に開示されたインゴットは、界面形状が偏平な状態である。（ｂ）のような界面が形成されたインゴットは、インゴット重量の実際の測定値が理論値と同一に現れ得る。そして、（ｃ）に開示されたインゴットは、界面形状が下方向に膨らんで突き出た形状である。（ｃ）のような界面が形成されたインゴットは、膨らんで突き出た部分が実際の測定値に反映され、インゴット重量の実際の測定値が理論値より大きく現れ得る。

図７は、実施例によって成長中のインゴットの界面形状による、単結晶成長の制御方法の例示を示したものである。

図７を参照すると、（ａ）は、目標とするインゴットの成長界面形状であると仮定する。この際、実施例による単結晶インゴットの重量の測定値と理論値との差を比較し、予測された単結晶インゴットの成長界面の例示が（ｂ）と（ｃ）に開示されている。

（ｂ）の場合には、目標とする（ａ）の界面形状と一致するため、現在の工程条件をそのまま維持しながら単結晶インゴットを成長させる。一方、（ｃ）の場合には、予測された界面が偏平な形状を示すため、単結晶成長速度が、目標とする界面を形成するための成長速度より遅くなっていると判断できる。したがって、使用者は、単結晶成長速度を速く制御するために、測定値と理論値との差に依拠して、単結晶インゴットの引き上げ速度を所定の値だけ増加させて単結晶インゴットを成長させることができる。

実施例は、予測された単結晶インゴットの界面形状と、目標とする単結晶インゴットの界面の形状とを比較し、単結晶インゴット成長中の工程条件を変更する段階の後に、再び単位時間の間のインゴットの測定値と理論値とを導出及び比較し、引き上げ速度の変更の可否を決める段階を繰り返す。したがって、リアルタイムでインゴットの界面形状が予測され、これによってリアルタイムで引き上げ速度などの工程条件を変更して目標とする単結晶インゴットの界面に制御が可能になる。

単結晶インゴットの成長のためには、目標とする界面と所望のＲＲＧ値を得るため、以前に遂行された工程の結果のインゴットの品質結果を土台に、単結晶成長の制御値などを設定する。本発明は、前述したように設定された制御値によって、成長中のインゴットについてリアルタイムでインゴットの界面形状を予測することができる。

したがって、単結晶インゴットの成長工程中に、目標とする界面の形状で単結晶インゴットが成長するように工程条件を制御して、目標とする界面形状にシリコンインゴットを成長させることができる。したがって、実施例の単結晶成長方法は、成長したインゴットのＲＲＧまたはＯＲＧの品質を改善でき、これによって顧客の要求に合致するシリコンウェハーを提供することができる。

以上、本発明についてその望ましい実施例を中心に説明したがこれは単なる例示に過ぎず、本発明を限定するものではなく、本発明が属する分野の通常の知識を有した者であれば本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲で、以上で例示されていない様々な変形と応用が可能であることが理解できるだろう。例えば、本発明の実施例に具体的に示された各構成要素は、変形して実施することができる。そして、このような変形と応用に係る差異点は、添付された特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

［付記］
［付記１］
チョクラルスキー法によって工程チャンバ内部で単結晶インゴットを引き上げさせて成長させながら成長界面の形状を制御するシステムであって、
成長中のインゴットの重量を測定するインゴット重量測定部と、
成長中のインゴットの直径を測定するインゴット直径測定部と、
成長中のインゴットの高さを測定するインゴット高さ測定部と、
単位時間の間のインゴットの重量増加量を実測した測定値と、前記単位時間の間にインゴットの直径及び高さ変化を通じて導出されたインゴット重量増加量理論値を比較する比較部と、
前記比較部で導出された測定値と理論値の差によって、単結晶インゴット成長中の工程条件を変更する制御部と、
を含む単結晶成長システム。

［付記２］
前記インゴット重量測定部は、前記工程チャンバ上部に設けられ、単結晶インゴットが引き上げられるワイヤと繋がれたロードセルによって特定時点でのインゴットの重量を測定する、
付記１に記載の単結晶成長システム。

［付記３］
前記インゴット直径測定部は、前記工程チャンバ上部に設けられてインゴットの成長界面を照らすカメラによって測定する、
付記１に記載の単結晶成長システム。

［付記４］
前記インゴット高さ測定部は、単位時間の間にインゴットを支持するシードチャックの高さの変化を通じて、成長したインゴットボディーの長さを測定する、
付記１に記載の単結晶成長システム。

［付記５］
前記インゴットボディーの長さは、インゴットの現在の引き上げ速度と単位時間を掛けて算出される、
付記４に記載の単結晶成長システム。

［付記６］
前記比較部は、前記測定値と理論値との差異値を導出して、成長するインゴットの成長界面形状を予測することを特徴とする、
付記１に記載の単結晶成長システム。

［付記７］
前記制御部は、前記比較部から伝達された前記測定値と理論値の差によって、成長中のインゴットの引き上げ速度を変更することを特徴とする、
付記１に記載の単結晶成長システム。

［付記８］
前記測定値が前記理論値より大きい場合には、単結晶インゴットの界面形状が下方向に膨らんで突き出たものと予測し、前記制御部が単結晶インゴットの引き上げ速度を増加させることによって前記単結晶インゴットの成長速度を増加させることを特徴とする、
付記７に記載の単結晶成長システム。

［付記９］
前記測定値が前記理論値より小さな場合には、単結晶インゴットの界面形状が上方向にへこんで形成されたものと予測し、前記制御部が単結晶インゴットの引き上げ速度を減少させることによって前記単結晶インゴットの成長速度を減少させることを特徴とする、
付記７に記載の単結晶成長システム。

［付記１０］
チョクラルスキー法によって単結晶インゴットを成長させながら成長界面の形状を制御する方法であって、
インゴットの界面が目標とする形状になるように単結晶成長工程の制御条件を設定した後、単結晶インゴットの成長を始める段階と、
前記単結晶インゴット上部に配置されたロードセルで、一定時間の間に成長したインゴットの重量を測定して測定値を導出する段階と、
一定時間の間に工程チャンバの外部に配置された直径測定カメラによって測定された単結晶インゴットの直径と、前記一定時間の間に成長した単結晶インゴットの高さを通じて前記単結晶インゴット重量の理論値を導出する段階と、
前記測定値と理論値との差を導出し、成長中の単結晶インゴットの成長界面形状を予測する段階と、
予測された単結晶インゴットの界面形状と、目標とする単結晶インゴットの界面の形状とを比較し、単結晶インゴット成長中の工程条件を変更する段階と、
を含む単結晶成長方法。

［付記１１］
インゴットの界面が目標とする形状になるように単結晶成長工程の制御条件を設定した後、単結晶インゴットの成長を始める段階は、直前に遂行された単結晶インゴット成長工程の制御条件と、これによって成長した単結晶インゴットの品質を基礎に単結晶成長工程の制御条件を設定することを特徴とする、
付記１に記載の単結晶成長方法。

［付記１２］
一定時間の間に工程チャンバの外部に配置された直径測定カメラによって測定された単結晶インゴットの直径と、一定時間の間に成長した単結晶インゴットの高さを通じて前記単結晶インゴットの重量の理論値を導出する段階は、
次の数学式１によって導出される、付記１に記載の単結晶成長方法。
[数学式１]
ΔＷ＝π（ｒ／２）^２×（ｈ２−ｈ１）×（Ｋ）
{ｒ:直径測定カメラから測定されたインゴットの直径、ｈ１−ｈ２:単位時間の間に変化したインゴットの高さ、Ｋ:インゴットの密度}

［付記１３］
前記測定値と理論値との差を導出し、成長中の単結晶インゴットの成長界面形状を予測する段階は、
前記測定値と理論値が同一な場合、目標としたインゴットの界面形状と成長中のインゴットの界面形状が同一なものと予測することを特徴とする、
付記１に記載の単結晶成長方法。

［付記１４］
前記測定値より理論値が大きい場合には、目標としたインゴットの界面形状より成長中のインゴットの界面形状のほうが上方向にへこんで形成され、
前記測定値より理論値が小さい場合には、目標にしたインゴットの界面形状より成長中のインゴットの界面形状のほうが下方向に膨らんで形成されたものと予測することを特徴とする、
付記１３に記載の単結晶成長方法。

［付記１５］
予測された単結晶インゴットの界面形状と、目標とする単結晶インゴットの界面の形状とを比較し、単結晶インゴット成長中の工程条件を変更する段階は、
目標とした単結晶インゴットの界面形状と予測された単結晶インゴットの界面形状が同一な場合には、単結晶インゴットの引き上げ速度を現在と同一に維持することを特徴とする、
付記１に記載の単結晶成長方法。

［付記１６］
予測された単結晶インゴットの界面形状と、目標とする単結晶インゴットの界面の形状とを比較し、単結晶インゴット成長中の工程条件を変更する段階は、
目標とした単結晶インゴットの界面形状に比較して予測された単結晶インゴットの界面形状が上方向にへこんでいる場合には、単結晶インゴットの引き上げ速度を減少させて前記単結晶インゴットの成長速度を減少させることを特徴とする、
付記１に記載の単結晶成長方法。

［付記１７］
予測された単結晶インゴットの界面形状と、目標とする単結晶インゴットの界面の形状とを比較し、単結晶インゴット成長中の工程条件を変更する段階は、
目標とした単結晶インゴットの界面形状に比較して予測された単結晶インゴットの界面形状が下方向に膨らんで突き出た場合には、単結晶インゴットの引き上げ速度を増加させて前記単結晶インゴットの成長速度を増加させることを特徴とする、
付記１に記載の単結晶成長方法。

［付記１８］
予測された単結晶インゴットの界面形状と、目標とする単結晶インゴットの界面の形状とを比較し、単結晶インゴット成長中の工程条件を変更する段階後に、
再び単位時間の間のインゴットの測定値と理論値とを導出及び比較し、引き上げ速度の変更可否を決めることを特徴とする、
付記１に記載の単結晶成長方法。

Claims

チョクラルスキー法によって工程チャンバ内部で単結晶インゴットを引き上げさせて成長させながら成長界面の形状を制御するシステムであって、
成長中のインゴットの単位時間当たりの重量増加量を測定するインゴット重量測定部と、
成長中のインゴットの単位時間の間の直径変化を測定するインゴット直径測定部と、
成長中のインゴットの単位時間当たりの高さ増加量を測定するインゴット高さ測定部と、
前記インゴット直径測定部で測定された単位時間の間の直径変化と、前記インゴット高さ測定部で測定された単位時間当たりの高さ増加量を使用して、単位時間当たりのインゴットの重量増加量理論値を導出し、前記インゴット重量測定部により実測した単位時間当たりのインゴットの重量増加量測定値と、前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量理論値と、を比較する比較部と、
前記比較部で導出された前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量測定値と前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量理論値の差によって、単結晶インゴット成長中の工程条件を変更する制御部と、を含み、
前記インゴット高さ測定部は、
インゴットの引き上げ速度が一定であれば、インゴットの現在の引き上げ速度に前記単位時間を乗じて、前記単位時間当たりのインゴットの高さ増加量として提供し、
インゴットの引き上げ速度が変化すれば、成長中のインゴットを支持するシードチャックの位置を前記単位時間の前後でチェックして、前記位置の変化を前記単位時間当たりのインゴットの高さ増加量として提供する、
単結晶成長システム。
前記インゴット重量測定部は、前記工程チャンバ上部に設けられ、単結晶インゴットが引き上げられるワイヤと繋がれたロードセルによって特定時点でのインゴットの重量を測定する、
請求項１に記載の単結晶成長システム。
前記インゴット直径測定部は、前記工程チャンバ上部に設けられてインゴットの成長界面を照らすカメラによって測定する、
請求項１に記載の単結晶成長システム。
前記比較部は、前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量測定値と前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量理論値との差異値を導出して、成長するインゴットの成長界面形状を予測することを特徴とする、
請求項１に記載の単結晶成長システム。
前記制御部は、前記比較部から伝達された前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量測定値と前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量理論値の差によって、成長中のインゴットの引き上げ速度を変更することを特徴とする、
請求項１に記載の単結晶成長システム。
前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量測定値が前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量理論値より大きい場合には、単結晶インゴットの界面形状が目標とするインゴットの界面形状より下方向に膨らんで突き出たものと予測し、前記制御部が単結晶インゴットの引き上げ速度を増加させることによって前記単結晶インゴットの成長速度を増加させることを特徴とする、
請求項５に記載の単結晶成長システム。
前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量測定値が前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量理論値より小さな場合には、単結晶インゴットの界面形状が目標とするインゴットの界面形状より上方向にへこんで形成されたものと予測し、前記制御部が単結晶インゴットの引き上げ速度を減少させることによって前記単結晶インゴットの成長速度を減少させることを特徴とする、
請求項５に記載の単結晶成長システム。
チョクラルスキー法によって単結晶インゴットを成長させながら成長界面の形状を制御する方法であって、
インゴットの界面が目標とする形状になるように単結晶成長工程の制御条件を設定した後、単結晶インゴットの成長を始める段階と、
前記単結晶インゴット上部に配置されたロードセルで、成長中のインゴットの単位時間当たりの重量増加量を測定して単位時間当たりのインゴットの重量増加量測定値を導出する段階と、
工程チャンバの外部に配置された直径測定カメラによって測定された成長中のインゴット単位時間の間の直径変化と、成長中のインゴットの単位時間当たりの高さ増加量を通じて、単位時間当たりのインゴットの重量増加量理論値を導出する段階と、
前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量測定値と前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量理論値とを比較して、成長中の単結晶インゴットの成長界面形状を予測する段階と、
予測された単結晶インゴットの界面形状と、目標とする単結晶インゴットの界面の形状とを比較し、単結晶インゴット成長中の引き上げ速度を変更する段階と、を含み、
前記成長中のインゴットの単位時間当たりの高さ増加量の測定は、
インゴットの引き上げ速度が一定であれば、インゴットの現在の引き上げ速度に前記単位時間を乗じて、前記単位時間当たりのインゴットの高さ増加量として提供し、
インゴットの引き上げ速度が変化すれば、成長中のインゴットを支持するシードチャックの位置を前記単位時間の前後でチェックして、前記位置の変化を前記単位時間当たりのインゴットの高さ増加量として提供する、
単結晶成長方法。
インゴットの界面が目標とする形状になるように単結晶成長工程の制御条件を設定した後、単結晶インゴットの成長を始める段階は、直前に遂行された単結晶インゴット成長工程の制御条件と、これによって成長した単結晶インゴットの品質を基礎に単結晶成長工程の制御条件を設定することを特徴とする、
請求項８に記載の単結晶成長方法。
工程チャンバの外部に配置された直径測定カメラによって測定された前記成長中のインゴットの単位時間の間の直径変化と、前記成長中のインゴットの単位時間当たりの高さ増加量を通じて、前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量理論値を導出する段階は、
次の数学式１によって導出される、請求項８に記載の単結晶成長方法。
[数学式１]
ΔＷ＝π（ｒ／２）^２×（ｈ２−ｈ１）×（Ｋ）:
{ｒ:直径測定カメラから測定されたインゴットの単位時間の間の直径の平均値、ｈ２−ｈ１:単位時間の間に変化したインゴットの高さ、Ｋ:インゴットの密度}
前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量測定値と前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量理論値とを比較して、成長中の単結晶インゴットの成長界面形状を予測する段階は、
前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量測定値と前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量理論値が同一な場合、目標としたインゴットの界面形状と成長中のインゴットの界面形状が同一なものと予測することを特徴とする、
請求項８に記載の単結晶成長方法。
前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量測定値より前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量理論値が大きい場合には、目標としたインゴットの界面形状より成長中のインゴットの界面形状のほうが上方向にへこんで形成され、
前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量測定値より前記単位時間当たりのインゴットの重量増加量理論値が小さい場合には、目標にしたインゴットの界面形状より成長中のインゴットの界面形状のほうが下方向に膨らんで形成されたものと予測することを特徴とする、
請求項１１に記載の単結晶成長方法。
予測された単結晶インゴットの界面形状と、目標とする単結晶インゴットの界面の形状とを比較し、単結晶インゴット成長中の引き上げ速度を変更する段階は、
目標とした単結晶インゴットの界面形状と予測された単結晶インゴットの界面形状が同一な場合には、単結晶インゴットの引き上げ速度を現在と同一に維持することを特徴とする、
請求項８に記載の単結晶成長方法。
予測された単結晶インゴットの界面形状と、目標とする単結晶インゴットの界面の形状とを比較し、単結晶インゴット成長中の引き上げ速度を変更する段階は、
目標とした単結晶インゴットの界面形状に比較して予測された単結晶インゴットの界面形状が上方向にへこんでいる場合には、単結晶インゴットの引き上げ速度を減少させて前記単結晶インゴットの成長速度を減少させることを特徴とする、
請求項８に記載の単結晶成長方法。
予測された単結晶インゴットの界面形状と、目標とする単結晶インゴットの界面の形状とを比較し、単結晶インゴット成長中の引き上げ速度を変更する段階は、
目標とした単結晶インゴットの界面形状に比較して予測された単結晶インゴットの界面形状が下方向に膨らんで突き出た場合には、単結晶インゴットの引き上げ速度を増加させて前記単結晶インゴットの成長速度を増加させることを特徴とする、
請求項８に記載の単結晶成長方法。
予測された単結晶インゴットの界面形状と、目標とする単結晶インゴットの界面の形状とを比較し、単結晶インゴット成長中の引き上げ速度を変更する段階後に、
再び単位時間の間のインゴットの測定値と理論値とを導出及び比較し、引き上げ速度の変更可否を決めることを特徴とする、
請求項８に記載の単結晶成長方法。