JP6729470B2 - Single crystal manufacturing method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）による単結晶の製造方法及び装置に関し、特に、熱遮蔽体等の炉内構造物に対する融液の液面の位置を制御する方法に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for producing a single crystal by the Czochralski method (hereinafter, referred to as “CZ method”), and particularly to a method for controlling a position of a liquid surface of a melt with respect to a furnace internal structure such as a heat shield. Regarding
半導体デバイスの基板材料となるシリコン単結晶の多くはＣＺ法により製造されている。ＣＺ法では石英ルツボ内に収容されたシリコン融液に種結晶を浸漬し、種結晶及びルツボを回転させながら種結晶を徐々に上昇させることにより、種結晶の下端に大きな直径の単結晶を成長させる。 Most of the silicon single crystals that are substrate materials for semiconductor devices are manufactured by the CZ method. In the CZ method, a seed crystal is immersed in a silicon melt contained in a quartz crucible, and the seed crystal is gradually raised while rotating the seed crystal and the crucible to grow a single crystal having a large diameter at the lower end of the seed crystal. Let
ＣＺ法に関し、例えば特許文献１には、ヒータ等に対するシリコン融液の液面位置が常に一定の位置に保持されるようにルツボの位置を制御することによって高品質の単結晶を引き上げる方法が記載されている。この方法では、液面位置の測定値とルツボの上昇速度の補正値を算出し、液面位置を一定に維持するために必要なルツボの上昇速度の定量値に補正値を加算し、補正後の上昇速度を用いて液面位置を制御する。またこの方法では、一次元ＣＣＤカメラの出力から結晶直径を測定すると共に、融液面に写った基準反射体の鏡像から液面位置を算出する。 Regarding the CZ method, for example, Patent Document 1 describes a method of pulling a high-quality single crystal by controlling the position of the crucible so that the liquid surface position of the silicon melt with respect to the heater or the like is always maintained at a constant position. Has been done. In this method, the measured value of the liquid surface position and the correction value of the ascending speed of the crucible are calculated, and the correction value is added to the quantitative value of the ascending speed of the crucible necessary to maintain the liquid surface position at a constant value. The liquid level is controlled by using the ascending speed of. Further, in this method, the crystal diameter is measured from the output of the one-dimensional CCD camera, and the liquid surface position is calculated from the mirror image of the reference reflector reflected on the melt surface.
しかしながら、特許文献１に記載された基準遮蔽体の下端に対する液面位置を一定に維持する従来の制御方法では、シリコン単結晶のトップ（上部）からボトム（下部）まで結晶欠陥の面内分布を一定にすることが難しく、高品質なシリコン単結晶の製造歩留まりを高めることが困難であるという問題がある。 However, in the conventional control method described in Patent Document 1 for maintaining the liquid surface position with respect to the lower end of the reference shield constant, the in-plane distribution of crystal defects is distributed from the top (top) to the bottom (bottom) of the silicon single crystal. There is a problem that it is difficult to make it constant, and it is difficult to increase the manufacturing yield of high-quality silicon single crystals.
液面位置を一定に維持する従来の制御方法によって高品質なシリコン単結晶の製造歩留まりを高めることには限界があることから、単結晶の引き上げ中に液面位置を変化させることが考えられる。この制御方法によれば、これまで結晶熱履歴の安定化が難しかった部位においてもその安定化を実現し、単結晶のトップからボトムまで結晶欠陥の面内分布を一定にすることが可能である。しかし、液面位置を変化させる方法では、液面位置を変化させるためにルツボ上昇速度を変化させる必要があり、その際にルツボ上昇速度が大きく振動する現象が見られる。このような振動現象は、高品質な単結晶を製造する上で障害となるおそれがある。 Since there is a limit to increase the production yield of high-quality silicon single crystals by the conventional control method that maintains the liquid surface position constant, it is conceivable to change the liquid surface position during the pulling of the single crystal. According to this control method, it is possible to realize the stabilization even in the region where it was difficult to stabilize the crystal thermal history, and to make the in-plane distribution of crystal defects constant from the top to the bottom of the single crystal. .. However, in the method of changing the liquid surface position, it is necessary to change the crucible rising speed in order to change the liquid surface position, and at that time, there is a phenomenon that the crucible rising speed vibrates greatly. Such a vibration phenomenon may hinder the production of high quality single crystals.
したがって、本発明の目的は、単結晶のトップからボトムまで結晶欠陥の面内分布がほぼ一定である高品質な単結晶の製造歩留まりを高めることが可能な単結晶の製造方法及び装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a single crystal manufacturing method and apparatus capable of increasing the manufacturing yield of high quality single crystals in which the in-plane distribution of crystal defects is almost constant from the top to the bottom of the single crystal. Especially.
上記課題を解決するため、本発明による単結晶の製造方法は、ルツボ内の融液から単結晶を引き上げるチョクラルスキー法による単結晶の製造方法であって、前記融液の液面と前記融液の上方に配置された熱遮蔽体との間の間隔（以下、ギャップ若しくはGapと称す）を変化させながら前記単結晶を引き上げるギャップ可変制御を含み、前記ギャップ可変制御は、前記単結晶の引き上げに伴って変化する前記ギャップを一定の距離に維持するために必要なルツボ上昇速度の定量値と、前記ギャップの目標値の変化分から求められる前記ルツボ上昇速度の変動値と、前記ギャップの前記目標値と実際の計測値との差分から求められる前記ルツボ上昇速度の補正値との合計値を用いて前記ルツボ上昇速度を制御することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the method for producing a single crystal according to the present invention is a method for producing a single crystal by the Czochralski method of pulling a single crystal from a melt in a crucible, and the melt surface and the melt. It includes a variable gap control for pulling the single crystal while changing a gap (hereinafter, referred to as a gap or Gap) between the heat shield arranged above the liquid, and the variable gap control includes pulling the single crystal. Quantitative value of the crucible ascent rate necessary to maintain the gap changing with a constant distance, the fluctuation value of the crucible ascent rate obtained from the amount of change in the target value of the gap, and the target of the gap. The crucible rising speed is controlled by using a total value of a correction value of the crucible rising speed obtained from a difference between a value and an actual measured value.
また、本発明による単結晶製造装置は、チャンバー内で融液を保持するルツボと、前記ルツボを昇降駆動するルツボ駆動機構と、前記ルツボ内の前記融液から単結晶を引き上げる結晶引き上げ機構と、前記ルツボの上方に配置された熱遮蔽体と、前記融液の液面と前記熱遮蔽体との間のギャップを計測するギャップ計測部と、前記単結晶の引き上げに伴って変化する前記ギャップを一定に制御するために必要な前記ルツボ上昇速度の定量値を算出する定量値算出部と、前記ギャップの目標値の変化分から前記ルツボ上昇速度の変動値を算出する変動値算出部と、前記ギャップの前記目標値と実際の計測値との差分から前記ルツボ上昇速度の補正値を算出する補正値算出部とを備え、前記ルツボ駆動機構は、前記定量値、前記変動値及び前記補正値の合計値を用いて前記ルツボ上昇速度を制御することを特徴とする。 Further, the single crystal production apparatus according to the present invention, a crucible that holds a melt in a chamber, a crucible drive mechanism that drives the crucible up and down, a crystal pulling mechanism that pulls a single crystal from the melt in the crucible, A heat shield disposed above the crucible, a gap measuring unit that measures a gap between the liquid surface of the melt and the heat shield, and the gap that changes with the pulling of the single crystal. A quantitative value calculation unit that calculates a quantitative value of the crucible rising speed necessary for constant control, a fluctuation value calculation unit that calculates a fluctuation value of the crucible rising speed from the change amount of the target value of the gap, and the gap. And a correction value calculation unit that calculates a correction value of the crucible rising speed from the difference between the target value and the actual measurement value, the crucible drive mechanism, the total of the quantitative value, the fluctuation value and the correction value. The crucible rising speed is controlled by using a value.
本発明によれば、ルツボ上昇速度の補正値の役割がギャップの目標値と計測値の乖離をなくすための補正だけに特化したものとなるため、ルツボ上昇速度振幅量が大きくなることを防止することができる。したがって、シリコン単結晶のトップからボトムまでの結晶熱履歴の安定化を実現して、結晶欠陥の面内分布の変化を抑えることができ、高品質なシリコン単結晶の製造歩留まりを高めることができる。 According to the present invention, since the role of the correction value of the crucible rising speed is specialized only for the correction for eliminating the difference between the target value of the gap and the measured value, the crucible rising speed amplitude amount is prevented from increasing. can do. Therefore, it is possible to realize stabilization of the crystal thermal history from the top to the bottom of the silicon single crystal, suppress changes in the in-plane distribution of crystal defects, and increase the manufacturing yield of high-quality silicon single crystals. ..
本発明において、前記ギャップの目標値の変化分は、前記単結晶の引き上げに伴って変化する結晶長とギャップの目標値との関係を規定したギャッププロファイルから求めることが好ましい。これにより、ルツボ上昇速度の変動値を容易かつ正確に求めることができ、ルツボ上昇速度の安定性をさらに向上させることができる。 In the present invention, the amount of change in the target value of the gap is preferably obtained from a gap profile that defines the relationship between the crystal length that changes with the pulling of the single crystal and the target value of the gap. Accordingly, the fluctuation value of the crucible rising speed can be easily and accurately obtained, and the stability of the crucible rising speed can be further improved.
本発明において、前記補正値は、前記ギャッププロファイルから求められる前記ギャップの目標値と前記ギャップの計測値との差分から求めることが好ましい。これにより、ルツボ上昇速度の補正値を容易かつ正確に求めることができ、ルツボ上昇速度の安定性をさらに向上させることができる。 In the present invention, the correction value is preferably obtained from a difference between the target value of the gap obtained from the gap profile and the measured value of the gap. Thereby, the correction value of the crucible rising speed can be easily and accurately obtained, and the stability of the crucible rising speed can be further improved.
本発明による単結晶の製造方法は、前記単結晶の引き上げに伴う前記単結晶の体積の増加分から前記融液の体積の減少分を求め、前記融液の体積の減少分及び前記ルツボの内径から前記定量値を求めることが好ましい。これにより、ルツボ上昇速度の定量値を簡単かつ正確に求めることができる。 The method for producing a single crystal according to the present invention, a decrease in the volume of the melt is obtained from an increase in the volume of the single crystal due to the pulling of the single crystal, from the decrease in the volume of the melt and the inner diameter of the crucible. It is preferable to obtain the quantitative value. Thereby, the quantitative value of the crucible rising speed can be obtained easily and accurately.
本発明において、前記ギャッププロファイルは、前記ギャップを一定の距離に維持する少なくとも一つのギャップ一定制御区間と、前記ギャップを徐々に変化させる少なくとも一つのギャップ可変制御区間とを含むことが好ましい。この場合、前記ギャップ可変制御区間は、前記単結晶のボディ部育成工程の後半であって前記ギャップ一定制御区間の後に設けられていてもよく、前記単結晶のボディ部育成工程の前半であって前記ギャップ一定制御区間の前に設けられていてもよい。さらに、前記ギャッププロファイルは、前記ギャップを徐々に変化させる第１及び第２のギャップ可変制御区間を含み、前記第１のギャップ可変制御区間は、前記単結晶のボディ部育成工程の前半であって前記ギャップ一定制御区間の前に設けられており、前記第２のギャップ可変制御区間は、前記単結晶のボディ部育成工程の後半であって前記ギャップ一定制御区間の後に設けられていることが好ましい。これにより、単結晶のトップからボトムまで結晶欠陥の面内分布をほぼ一定にすることができ、これにより高品質な単結晶の製造歩留まりを高めることができる。なお、ボディ部育成工程の前半とは、単結晶のボディ部の全長を２等分して前記ボディ部の前半部分の単結晶を製造する工程を意味し、ボディ部育成工程の後半とは、前記ボディ部の後半部分の単結晶を製造する工程を意味する。 In the present invention, the gap profile preferably includes at least one constant gap control section that maintains the gap at a constant distance and at least one variable gap control section that gradually changes the gap. In this case, the gap variable control section may be provided in the latter half of the single crystal body portion growing step and after the constant gap control section, and in the first half of the single crystal body portion growing step. It may be provided before the constant gap control section. Further, the gap profile includes first and second gap variable control sections in which the gap is gradually changed, and the first gap variable control section is the first half of the body part growing step of the single crystal. It is preferable that the second gap variable control section is provided before the constant gap control section, and the second variable gap control section is provided in the latter half of the single crystal body part growing step and after the constant gap control section. .. As a result, the in-plane distribution of crystal defects can be made substantially constant from the top to the bottom of the single crystal, which can increase the production yield of high-quality single crystals. In addition, the first half of the body portion growing step means a step of manufacturing the single crystal of the first half portion of the body portion by dividing the entire length of the body portion of the single crystal into two equal parts, and the latter half of the body portion growing step means It means a step of manufacturing a single crystal of the latter half of the body portion.
本発明による単結晶の製造方法は、カメラで撮影した前記融液の液面に映る前記熱遮蔽体の鏡像の位置から前記ギャップの計測値を算出することが好ましい。これにより、ギャップの計測値を安価な構成により簡単かつ正確に求めることができる。 In the method for producing a single crystal according to the present invention, it is preferable that the measured value of the gap is calculated from the position of the mirror image of the heat shield, which is reflected on the liquid surface of the melt by a camera. As a result, the measured value of the gap can be easily and accurately obtained with an inexpensive configuration.
本発明によれば、単結晶のトップからボトムまで結晶欠陥の面内分布がほぼ一定である高品質な単結晶の製造歩留まりを高めることが可能な単結晶の製造方法及び装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a single crystal manufacturing method and apparatus capable of increasing the manufacturing yield of a high quality single crystal in which the in-plane distribution of crystal defects is substantially constant from the top to the bottom of the single crystal. it can.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図１は、本発明の好ましい実施の形態による単結晶製造装置の構成を模式的に示す側面断面図である。 FIG. 1 is a side sectional view schematically showing a configuration of a single crystal manufacturing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
図１に示すように、単結晶製造装置１は、水冷式のチャンバー１０と、チャンバー１０内においてシリコン融液２を保持する石英ルツボ１１と、石英ルツボ１１を保持する黒鉛ルツボ１２と、黒鉛ルツボ１２を支持する回転シャフト１３と、回転シャフト１３及び黒鉛ルツボ１２介して石英ルツボ１１を回転及び昇降駆動するルツボ駆動機構１４と、黒鉛ルツボ１２の周囲に配置されたヒータ１５と、ヒータ１５の外側であってチャンバー１０の内面に沿って配置された断熱材１６と、石英ルツボ１１の上方に配置された熱遮蔽体１７と、石英ルツボ１１の上方であって回転シャフト１３と同軸上に配置された結晶引き上げ軸であるワイヤー１８と、チャンバー１０の上方に配置された結晶引き上げ機構１９と、チャンバー１０内を撮影するカメラ２０と、カメラ２０の撮影画像を処理する画像処理部２１と、単結晶製造装置１内の各部を制御する制御部２２とを備えている。 As shown in FIG. 1, a single crystal manufacturing apparatus 1 includes a water-cooled chamber 10, a quartz crucible 11 that holds a silicon melt 2 in the chamber 10, a graphite crucible 12 that holds the quartz crucible 11, and a graphite crucible. A rotating shaft 13 that supports 12, a crucible driving mechanism 14 that rotates and raises and lowers the quartz crucible 11 through the rotating shaft 13 and the graphite crucible 12, a heater 15 disposed around the graphite crucible 12, and an outside of the heater 15. The heat insulating material 16 is arranged along the inner surface of the chamber 10, the heat shield 17 is arranged above the quartz crucible 11, and the heat shield 17 is arranged above the quartz crucible 11 and coaxially with the rotary shaft 13. A wire 18 as a crystal pulling axis, a crystal pulling mechanism 19 arranged above the chamber 10, a camera 20 for photographing the inside of the chamber 10, an image processing unit 21 for processing a photographed image of the camera 20, and a single crystal. A control unit 22 that controls each unit in the manufacturing apparatus 1 is provided.
チャンバー１０は、メインチャンバー１０ａと、メインチャンバー１０ａの上部開口に連結された細長い円筒状のプルチャンバー１０ｂとで構成されており、石英ルツボ１１、黒鉛ルツボ１２、ヒータ１５及び熱遮蔽体１７はメインチャンバー１０ａ内に設けられている。プルチャンバー１０ｂにはチャンバー１０内にアルゴンガス等の不活性ガス（パージガス）やドーパントガスを導入するためのガス導入口１０ｃが設けられており、メインチャンバー１０ａの下部にはチャンバー１０内の雰囲気ガスを排出するためのガス排出口１０ｄが設けられている。また、メインチャンバー１０ａの上部には覗き窓１０ｅが設けられており、シリコン単結晶３の育成状況を覗き窓１０ｅから観察可能である。 The chamber 10 is composed of a main chamber 10a and an elongated cylindrical pull chamber 10b connected to an upper opening of the main chamber 10a. The quartz crucible 11, the graphite crucible 12, the heater 15 and the heat shield 17 are the main chambers. It is provided in the chamber 10a. The pull chamber 10b is provided with a gas inlet 10c for introducing an inert gas (purge gas) such as argon gas or a dopant gas into the chamber 10, and an atmospheric gas inside the chamber 10 is provided below the main chamber 10a. A gas discharge port 10d for discharging is provided. Further, a viewing window 10e is provided above the main chamber 10a, and the growing state of the silicon single crystal 3 can be observed through the viewing window 10e.
石英ルツボ１１は、円筒状の側壁部と湾曲した底部とを有する石英ガラス製の容器である。黒鉛ルツボ１２は、加熱によって軟化した石英ルツボ１１の形状を維持するため、石英ルツボ１１の外表面に密着して石英ルツボ１１を包むように保持する。石英ルツボ１１及び黒鉛ルツボ１２はチャンバー１０内においてシリコン融液を支持する二重構造のルツボを構成している。 The quartz crucible 11 is a container made of quartz glass having a cylindrical side wall portion and a curved bottom portion. Since the graphite crucible 12 maintains the shape of the quartz crucible 11 softened by heating, the graphite crucible 12 is held in close contact with the outer surface of the quartz crucible 11 so as to wrap the quartz crucible 11. The quartz crucible 11 and the graphite crucible 12 form a double-structured crucible that supports the silicon melt in the chamber 10.
黒鉛ルツボ１２は回転シャフト１３の上端部に固定されており、回転シャフト１３の下端部はチャンバー１０の底部を貫通してチャンバー１０の外側に設けられたルツボ駆動機構１４に接続されている。黒鉛ルツボ１２、回転シャフト１３及びルツボ駆動機構１４は石英ルツボ１１の回転機構及び昇降機構を構成している。ルツボ駆動機構１４によって駆動される石英ルツボ１１の回転及び昇降動作は制御部２２によって制御される。 The graphite crucible 12 is fixed to the upper end of the rotary shaft 13, and the lower end of the rotary shaft 13 penetrates the bottom of the chamber 10 and is connected to a crucible drive mechanism 14 provided outside the chamber 10. The graphite crucible 12, the rotating shaft 13, and the crucible driving mechanism 14 constitute a rotating mechanism and a lifting mechanism of the quartz crucible 11. The rotation and elevating operation of the quartz crucible 11 driven by the crucible driving mechanism 14 are controlled by the controller 22.
ヒータ１５は、石英ルツボ１１内に充填されたシリコン原料を融解してシリコン融液２を生成すると共に、シリコン融液２の溶融状態を維持するために用いられる。ヒータ１５はカーボン製の抵抗加熱式ヒータであり、黒鉛ルツボ１２内の石英ルツボ１１を取り囲むように設けられている。さらにヒータ１５の外側には断熱材１６がヒータ１５を取り囲むように設けられており、これによりチャンバー１０内の保温性が高められている。ヒータ１５の出力は制御部２２によって制御される。 The heater 15 is used to melt the silicon raw material filled in the quartz crucible 11 to generate the silicon melt 2, and to maintain the molten state of the silicon melt 2. The heater 15 is a resistance heating type heater made of carbon, and is provided so as to surround the quartz crucible 11 in the graphite crucible 12. Further, a heat insulating material 16 is provided outside the heater 15 so as to surround the heater 15, so that the heat retaining property in the chamber 10 is enhanced. The output of the heater 15 is controlled by the controller 22.
熱遮蔽体１７は、シリコン融液２の温度変動を抑制して結晶成長界面近傍に適切な熱分布を与えるとともに、ヒータ１５及び石英ルツボ１１からの輻射熱によるシリコン単結晶３の加熱を防止するために設けられている。熱遮蔽体１７は略円筒状の黒鉛製の部材であり、シリコン単結晶３の引き上げ経路を除いたシリコン融液２の上方の領域を覆うように設けられている。 The heat shield 17 suppresses the temperature fluctuation of the silicon melt 2 to provide an appropriate heat distribution in the vicinity of the crystal growth interface, and also prevents the silicon single crystal 3 from being heated by the radiant heat from the heater 15 and the quartz crucible 11. It is provided in. The heat shield 17 is a substantially cylindrical member made of graphite, and is provided so as to cover a region above the silicon melt 2 excluding the pulling path of the silicon single crystal 3.
熱遮蔽体１７の下端の開口の直径はシリコン単結晶３の直径よりも大きく、これによりシリコン単結晶３の引き上げ経路が確保されている。また熱遮蔽体１７の下端部の外径は石英ルツボ１１の口径よりも小さく、熱遮蔽体１７の下端部は石英ルツボ１１の内側に位置するので、石英ルツボ１１のリム上端を熱遮蔽体１７の下端よりも上方まで上昇させても熱遮蔽体１７が石英ルツボ１１と干渉することはない。 The diameter of the opening at the lower end of the heat shield 17 is larger than the diameter of the silicon single crystal 3, whereby a pulling path for the silicon single crystal 3 is secured. Further, since the outer diameter of the lower end of the heat shield 17 is smaller than the diameter of the quartz crucible 11, and the lower end of the heat shield 17 is located inside the quartz crucible 11, the upper end of the rim of the quartz crucible 11 is fixed to the heat shield 17. The heat shield 17 does not interfere with the quartz crucible 11 even if the heat shield 17 is raised above the lower end of the quartz crucible 11.
シリコン単結晶３の成長と共に石英ルツボ１１内の融液量は減少するが、融液面と熱遮蔽体１７との間隔（ギャップ）が一定になるように石英ルツボ１１を上昇させることにより、シリコン融液２の温度変動を抑制すると共に、融液面近傍を流れるガスの流速を一定にしてシリコン融液２からのドーパントの蒸発量を制御する。このようなギャップ制御により、シリコン単結晶３の引き上げ軸方向の結晶欠陥分布、酸素濃度分布、抵抗率分布等の安定性を向上させることができる。 Although the amount of melt in the quartz crucible 11 decreases as the silicon single crystal 3 grows, by raising the quartz crucible 11 so that the distance (gap) between the melt surface and the heat shield 17 becomes constant, silicon The temperature fluctuation of the melt 2 is suppressed and the flow rate of the gas flowing near the melt surface is kept constant to control the evaporation amount of the dopant from the silicon melt 2. By such gap control, the stability of the crystal defect distribution, the oxygen concentration distribution, the resistivity distribution, etc. in the pulling axis direction of the silicon single crystal 3 can be improved.
石英ルツボ１１の上方には、シリコン単結晶３の引き上げ軸であるワイヤー１８と、ワイヤー１８を巻き取ることによってシリコン単結晶３を引き上げる結晶引き上げ機構１９が設けられている。結晶引き上げ機構１９はワイヤー１８と共にシリコン単結晶３を回転させる機能を有している。結晶引き上げ機構１９は制御部２２によって制御される。結晶引き上げ機構１９はプルチャンバー１０ｂの上方に配置されており、ワイヤー１８は結晶引き上げ機構１９からプルチャンバー１０ｂ内を通って下方に延びており、ワイヤー１８の先端部はメインチャンバー１０ａの内部空間まで達している。図１には、育成途中のシリコン単結晶３がワイヤー１８に吊設された状態が示されている。シリコン単結晶３の引き上げ時には石英ルツボ１１とシリコン単結晶３とをそれぞれ回転させながらワイヤー１８を徐々に引き上げることによりシリコン単結晶３を成長させる。結晶引き上げ速度は制御部２２によって制御される。 Above the quartz crucible 11, a wire 18 as a pulling shaft for the silicon single crystal 3 and a crystal pulling mechanism 19 for pulling up the silicon single crystal 3 by winding the wire 18 are provided. The crystal pulling mechanism 19 has a function of rotating the silicon single crystal 3 together with the wire 18. The crystal pulling mechanism 19 is controlled by the controller 22. The crystal pulling mechanism 19 is arranged above the pull chamber 10b, the wire 18 extends downward from the crystal pulling mechanism 19 through the pull chamber 10b, and the tip of the wire 18 reaches the inner space of the main chamber 10a. Has reached. FIG. 1 shows a state in which the silicon single crystal 3 being grown is suspended from a wire 18. When pulling up the silicon single crystal 3, the silicon single crystal 3 is grown by gradually pulling up the wire 18 while rotating the quartz crucible 11 and the silicon single crystal 3 respectively. The crystal pulling rate is controlled by the controller 22.
チャンバー１０の外側にはカメラ２０が設置されている。カメラ２０は例えばＣＣＤカメラであり、チャンバー１０に形成された覗き窓１０ｅを介してチャンバー１０内を撮影する。カメラ２０の設置角度は鉛直方向に対して所定の角度をなしており、カメラ２０はシリコン単結晶３の引き上げ軸に対して傾斜した光軸を有する。すなわち、カメラ２０は、熱遮蔽体１７の円形の開口及びシリコン融液２の液面を含む石英ルツボ１１の上面領域を斜め上方から撮影する。 A camera 20 is installed outside the chamber 10. The camera 20 is, for example, a CCD camera, and photographs the inside of the chamber 10 through a viewing window 10e formed in the chamber 10. The installation angle of the camera 20 is a predetermined angle with respect to the vertical direction, and the camera 20 has an optical axis inclined with respect to the pulling axis of the silicon single crystal 3. That is, the camera 20 photographs the upper surface region of the quartz crucible 11 including the circular opening of the heat shield 17 and the liquid surface of the silicon melt 2 from diagonally above.
カメラ２０は、画像処理部２１に接続されており、画像処理部２１は制御部２２に接続される。画像処理部２１は、カメラ２０の撮影画像に写る単結晶の輪郭パターンから固液界面近傍における結晶直径を算出し、また撮影画像中の融液面に映り込んだ熱遮蔽体１７の鏡像の位置から熱遮蔽体１７から液面位置までの距離であるギャップ（Gap）を算出する。ノイズの影響を除去するため、実際のギャップ制御に用いるギャップ計測値としては複数の計測値の移動平均値を用いることが好ましい。 The camera 20 is connected to the image processing unit 21, and the image processing unit 21 is connected to the control unit 22. The image processing unit 21 calculates the crystal diameter in the vicinity of the solid-liquid interface from the contour pattern of the single crystal shown in the captured image of the camera 20, and the position of the mirror image of the heat shield 17 reflected on the melt surface in the captured image. From the heat shield 17 to the liquid surface position, a gap (Gap) is calculated. In order to remove the influence of noise, it is preferable to use a moving average value of a plurality of measurement values as the gap measurement value used for actual gap control.
熱遮蔽体１７の鏡像の位置からギャップを算出する方法は特に限定されないが、例えば熱遮蔽体１７の鏡像の位置とギャップとの関係を直線近似することにより得られる換算式を予め用意しておき、結晶引き上げ工程中はこの換算式に熱遮蔽体の鏡像の位置を代入することによりギャップを求めることができる。また、撮影画像に写る熱遮蔽体１７の実像と鏡像との位置関係からギャップを幾何学的に算出することも可能である。 The method of calculating the gap from the position of the mirror image of the heat shield 17 is not particularly limited. For example, a conversion formula obtained by linearly approximating the relationship between the position of the mirror image of the heat shield 17 and the gap is prepared in advance. During the crystal pulling process, the gap can be obtained by substituting the position of the mirror image of the heat shield into this conversion formula. It is also possible to geometrically calculate the gap from the positional relationship between the real image and the mirror image of the heat shield 17 appearing in the captured image.
制御部２２は、カメラ２０の撮影画像から得られた結晶直径データに基づいて結晶引き上げ速度を制御することにより結晶直径を制御する。具体的には、結晶直径の計測値が狙いの直径よりも大きい場合には結晶引き上げ速度を大きくし、狙いの直径よりも小さい場合には引き上げ速度を小さくする。また制御部２２は、結晶引き上げ機構１９のセンサから得られたシリコン単結晶３の結晶長データと、カメラ２０の撮影画像から得られた結晶直径データに基づいて、石英ルツボ１１の移動量（ルツボ上昇速度）を制御する。 The control unit 22 controls the crystal diameter by controlling the crystal pulling rate based on the crystal diameter data obtained from the image captured by the camera 20. Specifically, when the measured value of the crystal diameter is larger than the target diameter, the crystal pulling rate is increased, and when it is smaller than the target diameter, the pulling rate is decreased. The control unit 22 also moves the quartz crucible 11 based on the crystal length data of the silicon single crystal 3 obtained from the sensor of the crystal pulling mechanism 19 and the crystal diameter data obtained from the image captured by the camera 20. Control the rising speed).
図２は、シリコン単結晶３の製造工程を示すフローチャートである。また、図３は、シリコン単結晶インゴットの形状を示す略断面図である。 FIG. 2 is a flowchart showing a manufacturing process of the silicon single crystal 3. FIG. 3 is a schematic sectional view showing the shape of the silicon single crystal ingot.
図２に示すように、本実施形態によるシリコン単結晶３の製造工程は、石英ルツボ１１内のシリコン原料をヒータ１５で加熱して融解することによりシリコン融液２を生成する原料融解工程Ｓ１１と、ワイヤー１８の先端部に取り付けられた種結晶を降下させてシリコン融液２に着液させる着液工程Ｓ１２と、シリコン融液２との接触状態を維持しながら種結晶を徐々に引き上げて単結晶を育成する結晶引き上げ工程（Ｓ１３〜Ｓ１６）を有している。 As shown in FIG. 2, in the manufacturing process of the silicon single crystal 3 according to the present embodiment, a raw material melting step S11 is performed in which the silicon raw material in the quartz crucible 11 is heated and melted by the heater 15 to generate the silicon melt 2. , A liquid deposition step S12 in which the seed crystal attached to the tip of the wire 18 is lowered to land on the silicon melt 2, and the seed crystal is gradually pulled up while maintaining the contact state with the silicon melt 2. It has a crystal pulling step (S13 to S16) of growing a crystal.
結晶引き上げ工程では、無転位化のために結晶直径が細く絞られたネック部３ａを形成するネッキング工程Ｓ１３と、結晶成長と共に結晶直径が徐々に増加したショルダー部３ｂを形成するショルダー部育成工程Ｓ１４と、一定の結晶直径に維持されたボディ部３ｃを形成するボディ部育成工程Ｓ１５と、結晶成長と共に結晶直径が徐々に減少したテール部３ｄを形成するテール部育成工程Ｓ１６とが順に実施される。 In the crystal pulling step, a necking step S13 for forming a neck portion 3a having a narrow crystal diameter for dislocation-free and a shoulder portion growing step S14 for forming a shoulder portion 3b in which the crystal diameter gradually increases with crystal growth. Then, a body portion growing step S15 for forming the body portion 3c maintained at a constant crystal diameter and a tail portion growing step S16 for forming the tail portion 3d in which the crystal diameter gradually decreases with crystal growth are sequentially performed. ..
その後、シリコン単結晶３を融液面から切り離して冷却を促進させる冷却工程Ｓ１７が実施される。以上により、図３に示すようなネック部３ａ、ショルダー部３ｂ、ボディ部３ｃ及びテール部３ｄを有するシリコン単結晶インゴット３Ｉが完成する。 After that, a cooling step S17 for separating the silicon single crystal 3 from the melt surface and promoting cooling is performed. As described above, the silicon single crystal ingot 3I having the neck portion 3a, the shoulder portion 3b, the body portion 3c and the tail portion 3d as shown in FIG. 3 is completed.
シリコン単結晶３に含まれる結晶欠陥の種類や分布は、結晶引き上げ速度Ｖと結晶内温度勾配Ｇとの比Ｖ／Ｇに依存するため、シリコン単結晶３中の結晶品質を制御するためにはＶ／Ｇを制御する必要がある。 Since the type and distribution of crystal defects contained in the silicon single crystal 3 depend on the ratio V/G of the crystal pulling rate V and the temperature gradient G in the crystal, it is necessary to control the crystal quality in the silicon single crystal 3. It is necessary to control V/G.
図４は、Ｖ／Ｇと結晶欠陥の種類及び分布との一般的な関係を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing a general relationship between V/G and the type and distribution of crystal defects.
図４に示すように、Ｖ／Ｇが大きい場合には空孔が過剰となり、空孔の凝集体であるボイド欠陥（ＣＯＰ）が発生する。一方、Ｖ／Ｇが小さい場合には格子間シリコン原子が過剰となり、格子間シリコンの凝集体である転位クラスターが発生する。さらに、ＣＯＰが発生する領域と転位クラスターが発生する領域との間には、Ｖ／Ｇが大きいほうから順に、ＯＳＦ領域、Ｐｖ領域、Ｐｉ領域の三つの領域が存在する。シリコン単結晶が無欠陥結晶であると言うためには、引き上げ軸方向と直交するシリコン単結晶の断面内の全面が無欠陥領域であることが必要である。ここで「無欠陥領域」とは、ＣＯＰや転位クラスターなどのＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を含まず、且つ、評価熱処理後にＯＳＦリングが発生しない領域のことを言い、Ｐｖ領域又はＰｉ領域であることを言う。 As shown in FIG. 4, when V/G is large, voids become excessive and void defects (COP), which are aggregates of voids, are generated. On the other hand, when V/G is small, interstitial silicon atoms are excessive, and dislocation clusters, which are aggregates of interstitial silicon, are generated. Further, between the region where the COP is generated and the region where the dislocation clusters are generated, there are three regions, in order from the largest V/G, the OSF region, the Pv region, and the Pi region. In order to say that the silicon single crystal is a defect-free crystal, it is necessary that the entire surface within the cross section of the silicon single crystal orthogonal to the pulling axis direction is a defect-free region. Here, the “defect-free region” refers to a region that does not include grown-in defects such as COPs and dislocation clusters and does not generate an OSF ring after the evaluation heat treatment, and is a Pv region or a Pi region. ..
結晶引き上げ速度Ｖを制御してＰｖ領域又はＰｉ領域からなる無欠陥結晶を高い歩留まりで育成するためには、ＰｖＰｉマージンができるだけ広いことが好ましい。ここでＰｖＰｉマージンとは、広義には、シリコン単結晶３中の任意の領域をＰｖ領域又はＰｉ領域とすることができる結晶引き上げ速度Ｖの許容幅のことを言い、狭義には、引き上げ軸方向と直交するシリコン単結晶の断面内のＰｖＰｉマージンの最小値（ＰｖＰｉ面内マージン）のことを言う。通常、結晶内温度勾配Ｇは一定であるため、ＰｖＰｉマージンは図４におけるＰｖ−ＯＳＦ境界からＰｉ−転位クラスター境界までのＶ／Ｇの幅の広さである。 In order to grow the defect-free crystal composed of the Pv region or the Pi region with a high yield by controlling the crystal pulling rate V, it is preferable that the PvPi margin is as wide as possible. Here, the PvPi margin is, in a broad sense, a permissible width of the crystal pulling speed V at which any region in the silicon single crystal 3 can be a Pv region or a Pi region, and in a narrow sense, the pulling axial direction. It means the minimum value of the PvPi margin (PvPi in-plane margin) in the cross section of the silicon single crystal orthogonal to. Since the in-crystal temperature gradient G is usually constant, the PvPi margin is the width of V/G from the Pv-OSF boundary to the Pi-dislocation cluster boundary in FIG.
シリコン単結晶３の直径制御は主に結晶引き上げ速度Ｖを調整することにより行われ、直径変動を抑えるために結晶引き上げ速度Ｖを適宜変化させているため、引き上げ速度Ｖの変動を完全になくすことはできない。そのため、速度変動をある程度許容するＰｖＰｉマージンが必要となる。 The diameter of the silicon single crystal 3 is controlled mainly by adjusting the crystal pulling speed V. Since the crystal pulling speed V is appropriately changed to suppress the diameter fluctuation, the fluctuation of the pulling speed V is completely eliminated. I can't. Therefore, a PvPi margin that allows the speed fluctuation to some extent is required.
一方、Ｖ／Ｇと結晶欠陥の種類及び分布は、結晶を取り巻く炉内熱環境、すなわち、ホットゾーンの影響を強く受けるため、結晶引き上げ工程の進行に伴ってホットゾーンが変化した場合には、たとえギャップを一定の距離に維持したとしても所望のＰｖＰｉ面内マージンを確保することができない場合がある。例えば、図１に示すボディ部育成工程Ｓ１５の中盤では、シリコン融液の上方の空間に十分な長さの単結晶インゴットが存在しているのに対し、ボディ部育成工程Ｓ１５の開始時にはそのような単結晶インゴットが存在しないため、たとえ熱遮蔽体１７が設けられていたとしても空間内の熱分布は多少異なるものとなる。またボディ部育成工程Ｓ１５の終盤では、ルツボ内のシリコン融液２の減少に伴うシリコン融液の固化を防止するためヒータ１５の出力を増加させるため、これにより、結晶周囲の熱分布も変化する。このようにホットゾーンが変化している場合には、ギャップを一定の距離に維持したとしても結晶中の熱履歴が変化するため、結晶欠陥の面内分布を一定に維持することができない。 On the other hand, since the V/G and the type and distribution of crystal defects are strongly influenced by the thermal environment in the furnace surrounding the crystal, that is, the hot zone, when the hot zone changes as the crystal pulling process progresses, Even if the gap is maintained at a constant distance, it may not be possible to secure a desired PvPi in-plane margin. For example, in the middle part of the body portion growing step S15 shown in FIG. 1, there is a single crystal ingot of sufficient length in the space above the silicon melt, whereas at the start of the body portion growing step S15, Since there is no single crystal ingot, even if the heat shield 17 is provided, the heat distribution in the space will be slightly different. Further, in the final stage of the body portion growing step S15, the output of the heater 15 is increased in order to prevent the solidification of the silicon melt due to the decrease of the silicon melt 2 in the crucible, so that the heat distribution around the crystal also changes. .. When the hot zone changes in this way, even if the gap is maintained at a constant distance, the thermal history in the crystal changes, so that the in-plane distribution of crystal defects cannot be maintained constant.
そこで本実施形態では、インゴットのトップからボトムまでギャップを常に一定の距離に維持するのではなく、結晶成長段階に合わせてギャップを変化させる。このようにギャップを変化させることにより、インゴットのトップからボトムまで結晶欠陥の面内分布を狙い通りに制御することができ、ＰｖＰｉ面内マージンの低下を抑制して無欠陥結晶の製造歩留まりを向上させることができる。ギャップをどのように変化させればＰｖＰｉ面内マージンの低下を抑制できるかは、ホットゾーンによって異なる。したがって、結晶のトップからボトムまで結晶欠陥の面内分布を一定にするためには、結晶引き上げ工程の進行に伴ってホットゾーンがどのように変化するかを考慮しながら、結晶成長段階に合わせたギャッププロファイルを適宜設定する必要がある。 Therefore, in the present embodiment, the gap is not always maintained at a constant distance from the top to the bottom of the ingot, but the gap is changed according to the crystal growth stage. By changing the gap in this way, it is possible to control the in-plane distribution of crystal defects from the top to the bottom of the ingot as desired, and to suppress the decrease of the PvPi in-plane margin and improve the production yield of defect-free crystals. Can be made. How the gap is changed to suppress the decrease of the PvPi in-plane margin depends on the hot zone. Therefore, in order to make the in-plane distribution of crystal defects constant from the top to the bottom of the crystal, it was adjusted according to the crystal growth stage while considering how the hot zone changes as the crystal pulling process progresses. It is necessary to set the gap profile appropriately.
図５及び図６は、結晶引き上げ工程中のギャッププロファイルと結晶欠陥分布との関係を説明するための模式図であって、図５は従来のギャップ一定制御の場合、図６は本発明のギャップ可変制御の場合をそれぞれ示している。 5 and 6 are schematic diagrams for explaining the relationship between the gap profile and the crystal defect distribution during the crystal pulling step. FIG. 5 shows the conventional gap constant control, and FIG. 6 shows the gap of the present invention. Each case of variable control is shown.
図５に示すように、結晶引き上げ工程中ギャップを常に一定の距離に維持するギャップ一定制御では、ホットゾーンが変化することにより結晶中の熱履歴が変化するため、結晶欠陥の面内分布を一定に維持することができない。すなわち、シリコン単結晶インゴット３Ｉのトップ（Top）、中央（Mid）、ボトム（Bot）において、結晶欠陥の面内分布が異なることにより、インゴット３Ｉの中央では所望のＰｖＰｉ面内マージンを確保することができるが、インゴット３Ｉのトップとボトムでは所望のＰｖＰｉ面内マージンを確保することができない。 As shown in FIG. 5, in the gap constant control for always maintaining the gap at a constant distance during the crystal pulling process, since the thermal history in the crystal changes due to the change in the hot zone, the in-plane distribution of the crystal defects becomes constant. Can't keep up. That is, a desired PvPi in-plane margin is secured at the center of the ingot 3I because the in-plane distribution of crystal defects is different at the top (Top), center (Mid), and bottom (Bot) of the silicon single crystal ingot 3I. However, a desired PvPi in-plane margin cannot be secured at the top and bottom of the ingot 3I.
これに対し、本発明では、図６に示すように、結晶引き上げ工程の進行に合わせてギャップが段階的に狭くなるようにギャッププロファイルを設定する。特に本実施形態によるギャッププロファイルは、結晶引き上げ工程の開始時からギャップを一定に維持する第１のギャップ一定制御区間Ｓ１、ボディ部育成工程の前半に設けられギャップを徐々に低下させる第１のギャップ可変制御区間Ｓ２、ギャップを一定に維持する第２のギャップ一定制御区間Ｓ３、ボディ部育成工程の後半に設けられギャップを徐々に低下させる第２のギャップ可変制御区間Ｓ４、結晶引き上げ工程の終了までギャップを一定に維持する第３のギャップ一定制御区間Ｓ５がこの順で設けられている。このようなギャッププロファイルはホットゾーンの変化に合わせて設定され、これにより図示のようにインゴット３Ｉのトップからボトムまで結晶欠陥の面内分布を一定に維持して無欠陥結晶の製造歩留まりを高めることが可能となる。 On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 6, the gap profile is set so that the gap becomes narrower stepwise as the crystal pulling process progresses. Particularly, the gap profile according to the present embodiment includes the first gap constant control section S1 for maintaining the gap constant from the start of the crystal pulling process, and the first gap provided in the first half of the body part growing process for gradually decreasing the gap. Variable control section S2, second gap constant control section S3 for maintaining the gap constant, second gap variable control section S4 provided in the latter half of the body part growing step for gradually decreasing the gap, until the end of the crystal pulling step A third gap constant control section S5 for maintaining the gap constant is provided in this order. Such a gap profile is set according to the change of the hot zone, so that the in-plane distribution of crystal defects is kept constant from the top to the bottom of the ingot 3I to increase the manufacturing yield of defect-free crystals as shown in the figure. Is possible.
なお上記のギャッププロファイルは一例であって、結晶引き上げ工程の進行に合わせてギャップが段階的に狭くなるプロファイルに限定されない。したがって、例えば第１のギャップ可変制御区間Ｓ２でギャップを徐々に低下させ、第２のギャップ可変制御区間Ｓ４でギャップを徐々に増加させることも可能である。 Note that the above gap profile is an example, and the gap is not limited to a profile in which the gap gradually narrows as the crystal pulling process progresses. Therefore, for example, it is possible to gradually decrease the gap in the first gap variable control section S2 and gradually increase the gap in the second gap variable control section S4.
しかし、本発明者らが鋭意検討した結果、このようにギャップ可変制御を行う場合、単にルツボ上昇速度を補正してギャップを可変するだけでは、ルツボ上昇速度が大きく振動する現象が起こることが分かった。このような振動現象は、ギャップ可変制御によりインゴット３Ｉのトップからボトムまで結晶欠陥の面内分布を一定に維持して無欠陥結晶の製造歩留まりを高めるという目的の障害となるおそれがある。そこで本発明では、このような振動現象を防止し、高品質な結晶を製造できるようにする。 However, as a result of diligent studies by the present inventors, it was found that, when performing the gap variable control in this manner, the crucible rising speed vibrates greatly by simply correcting the crucible rising speed and varying the gap. It was Such an oscillating phenomenon may hinder the purpose of maintaining a constant in-plane distribution of crystal defects from the top to the bottom of the ingot 3I by the gap variable control and increasing the production yield of defect-free crystals. Therefore, in the present invention, such a vibration phenomenon is prevented and a high quality crystal can be manufactured.
次に、図７の機能ブロック図を参照しながら、本発明のギャップ可変制御におけるルツボ上昇速度の算出方法について説明する。 Next, a method of calculating the crucible rising speed in the variable gap control according to the present invention will be described with reference to the functional block diagram of FIG. 7.
図７に示すように、ギャップ可変制御機能はルツボ上昇速度算出部３０を有している。ルツボ上昇速度算出部３０は、シリコン単結晶３の引き上げに伴って変化する液面位置及びギャップを一定に制御するために必要なルツボ上昇速度の定量値Vfを算出する定量値算出部３１と、ギャップの目標値の変化分からルツボ上昇速度の変動値Vaを算出する変動値算出部３２と、ギャップの目標値とギャップの計測値との差分からルツボ上昇速度の補正値Vadjを算出する補正値算出部３３とを有し、ルツボ駆動機構１４は、液面上昇速度VMを出力すると共に、定量値Vf、変動値Va及び補正値Vadjの合計値を用いてルツボの位置を制御する。また結晶引き上げ機構１９は、結晶長ΔLS（結晶引き上げ速度VS）を出力する。画像処理部２１は、カメラ２０の撮影画像からシリコン融液２の液面と熱遮蔽体１７との間のギャップ及び結晶直径を計測する。 As shown in FIG. 7, the variable gap control function has a crucible rising speed calculation unit 30. The crucible rising speed calculation unit 30 includes a quantitative value calculation unit 31 that calculates a quantitative value V f of the crucible rising speed necessary for controlling the liquid level position and the gap that change with the pulling of the silicon single crystal 3 to be constant. , A fluctuation value calculation unit 32 that calculates a fluctuation value V a of the crucible rising speed from the amount of change in the target value of the gap, and a correction value V adj of the crucible rising speed from the difference between the target value of the gap and the measured value of the gap. The crucible drive mechanism 14 includes a correction value calculation unit 33 and outputs the liquid level rising speed V M , and also uses the total value of the quantitative value V f , the variation value V a, and the correction value V adj to determine the position of the crucible. To control. The crystal pulling mechanism 19 outputs the crystal length ΔL S (crystal pulling speed V S ). The image processing unit 21 measures the gap between the liquid surface of the silicon melt 2 and the heat shield 17 and the crystal diameter from the image captured by the camera 20.
ギャップ可変制御では、以下に示す式(1)を用いて算出したルツボ上昇速度VCに基づいてルツボ上昇速度を制御周期ごとに制御する。 In the gap variable control, the crucible rising speed is controlled for each control cycle based on the crucible rising speed V C calculated using the following formula (1).
VC = Vf + Va + Vadj ・・・(1) V C = V f + V a + V adj・・・(1)
ここで、Vfはギャップを一定に維持するために必要なルツボ上昇速度の定量値であり、ギャップ一定制御に用いられるルツボ上昇速度である。またVaはギャップ目標値の変化分から求められるルツボ上昇速度の変動値であり、Vadjはギャップの現在の目標値と実際の計測値との差分から求められるルツボ上昇速度の補正値である。 Here, V f is a quantitative value of the crucible ascent rate required to keep the gap constant, and is the crucible ascent rate used for constant gap control. Further, V a is a fluctuation value of the crucible rising speed obtained from the amount of change in the gap target value, and V adj is a correction value of the crucible rising speed obtained from the difference between the current target value of the gap and the actual measured value.
ルツボ上昇速度の定量値Vfは、次の(2)式から求められる。 The quantitative value V f of the crucible ascent rate is obtained from the following equation (2).
Vf = ((PS × DS 2) ÷ (PL × DC 2)) × (VS - VM) + VM ・・・(2)
PS ：シリコン固体比重（= 2.33 × 10-3）
PL ：シリコン融液比重（= 2.53 × 10-3）
DS ：現在の結晶直径
DC ：現在の石英ルツボの内径
VS ：現在の結晶引き上げ速度
VM ：前回のルツボの上昇速度（液面上昇速度）
V f = ((P S × D S 2 ) ÷ (P L × D C 2 )) × (V S -V M ) + V M (2)
P S : Silicon solid specific gravity (= 2.33 × 10 -3 )
P L : Specific gravity of silicon melt (= 2.53 × 10 -3 )
D S : Current crystal diameter
D C : Current inner diameter of quartz crucible
V S : Current crystal pulling speed
V M : Previous crucible rising speed (Liquid level rising speed)
また液面上昇速度VMは、次の(3)式のようになる。 Further, the liquid level rising speed V M is expressed by the following equation (3).
VM = - ((PS × DS 2 ×ΔLS) ÷ (PL × DC 2 -PS × DS 2))
+ ((PL × DC 2 ×ΔLC) ÷ (PL × DC 2 -PS × DS 2)) ・・・(3)
ΔLS ：１制御周期当たりの結晶移動量
ΔLC ：１制御周期当たりのルツボ移動量
V M =-((P S × D S 2 × ΔL S )÷(P L × D C 2 -P S × D S 2 ))
+ ((P L × D C 2 × ΔL C )÷(P L × D C 2 -P S × D S 2 )) ・・・(3)
ΔL S : Crystal movement amount per control cycle ΔL C : Crucible movement amount per control cycle
このように、ルツボ上昇速度の定量値Vfの算出では、結晶引き上げ機構１９からの１制御周期当たりの結晶移動量（結晶長）ΔLSを取得し、結晶直径DSと結晶移動量ΔL S から結晶体積の増加分を求め、結晶体積の増加分及びルツボ内径DCから融液体積の減少分を算出し、さらに融液体積の減少分及びルツボ内径DCからルツボ上昇速度の定量値Vfを算出する。結晶直径DSは、カメラ２０の撮影画像中に写る単結晶を画像処理部２１が処理することにより求められる。ルツボ内径DCは石英ルツボ１１の設計寸法から求められる固定値である。
As described above, in the calculation of the quantitative value V f of the crucible ascent rate, the crystal movement amount (crystal length) ΔL S per control cycle from the crystal pulling mechanism 19 is acquired, and the crystal diameter D S and the crystal movement amount ΔL S are acquired. From the increase in crystal volume and the decrease in melt volume from the inner diameter D C of the crucible, calculate the decrease in melt volume from the decrease in melt volume and the inner diameter D C of the crucible. Calculate f . The crystal diameter D S is obtained by the image processing unit 21 processing the single crystal shown in the image captured by the camera 20. The crucible inner diameter D C is a fixed value obtained from the design dimensions of the quartz crucible 11.
液面上昇速度VMが現在の結晶引き上げ速度VSと釣り合っているとき、ルツボ上昇速度の定量値Vfは液面上昇速度VMと等しくなるので、ギャップは一定の距離に維持される。また液面上昇速度VMが現在の結晶引き上げ速度VSよりも大きければルツボ上昇速度の定量値Vfが液面上昇速度VMよりも小さくなり、逆に液面上昇速度VMが現在の結晶引き上げ速度VSよりも小さければルツボ上昇速度の定量値Vfが液面上昇速度VMよりも大きくなるので、ギャップを一定に保つことができる。 When the liquid surface rising speed V M is in balance with the current crystal pulling speed V S , the quantitative value V f of the crucible rising speed becomes equal to the liquid surface rising speed V M , so that the gap is maintained at a constant distance. The liquid level rising speed V M of the current crystal pulling speed V S is greater if the crucible ascent speed of the quantitative value V f than is smaller than the liquid level rise velocity V M, contrary to the liquid level rising speed V M is currently If it is smaller than the crystal pulling speed V S , the quantitative value V f of the crucible rising speed becomes larger than the liquid level rising speed V M , so that the gap can be kept constant.
ルツボ上昇速度の変動値Vaは、次の(4)式のようになる。 The fluctuation value V a of the crucible rising speed is as shown in the following expression (4).
Va = (Hpf_i - Hpf_i+1) ÷ T ・・・(4) V a = (H pf_i -H pf_i+1 ) ÷ T ・・・(4)
ここで、Hpf_iは現在（i回目）のギャップ目標値（mm）、Hpf_i+1は１制御周期後（i+1回目）のギャップ目標値（mm）である。このギャップ目標値は例えば結晶長に応じて設定され、１制御周期後の結晶長は現行の結晶引き上げ速度VSに制御周期T（min）を乗じて得られる結晶長の増分から求めることができる。制御周期Tは特に限定されないが、例えば２分に設定することができる。このように、ルツボ上昇速度の変動値Vaは、現在のギャップ目標値Hpf_iと１制御周期後のギャップ目標値Hpf_i+1との差分から求められるものである。ギャップの目標値が変化せず一定（Hpf_i+1＝Hpf_i）の場合、Ｖa＝０となる。例えば、ギャップを５０ｍｍから５１ｍｍにする場合、ギャップを１ｍｍ増加させる必要があるが、このようなギャップの目標値の変化分はギャッププロファイルから知ることができるので、ギャップを１ｍｍ増加させるために必要なルツボ上昇速度の変動値Vaを定量値Vfに加算する。
Here, H pf_i is the current (i-th) gap target value (mm), and H pf_i+1 is the gap target value (mm) after one control period (i+1 time). This target gap value is set, for example, according to the crystal length, and the crystal length after one control cycle can be obtained from the increment of the crystal length obtained by multiplying the current crystal pulling rate V S by the control cycle T (min). .. The control cycle T is not particularly limited, but can be set to 2 minutes, for example. In this way, the fluctuation value V a of the crucible rising speed is obtained from the difference between the current gap target value H pf_i and the gap target value H pf_i+1 after one control cycle. When the target value of the gap does not change and is constant (H pf_i+1 =H pf_i ), V a =0. For example, when the gap is changed from 50 mm to 51 mm, it is necessary to increase the gap by 1 mm. However, since such a change in the target value of the gap can be known from the gap profile, it is necessary to increase the gap by 1 mm. The fluctuation value V a of the crucible rising speed is added to the quantitative value V f .
ルツボ上昇速度の補正値Vadjは、次の(5)式のようになる。 The correction value V adj of the crucible rising speed is expressed by the following equation (5).
Vadj = (Hpf_i - Hi) ÷ T × k ・・・(5) V adj = (H pf_i -H i ) ÷ T × k ・・・(5)
ここで、Hiは現在のギャップ計測値（mm）であり、好ましくは最新の単一値でなく移動平均値である。またkはゲインであり、0.001以上0.1以下であることが好ましい。ｋを例えば0.05に設定した場合、ギャップ計測値のバラツキがルツボ上昇速度に与える影響が1/20に抑えられる。ギャップ計測値がギャップ目標値と等しい場合、ルツボ上昇補正速度Vadj＝０である。 Here, H i is the current gap measurement value (mm), and is preferably the moving average value instead of the latest single value. Further, k is a gain, and is preferably 0.001 or more and 0.1 or less. When k is set to, for example, 0.05, the influence of the variation in the gap measurement value on the crucible rising speed can be suppressed to 1/20. When the gap measurement value is equal to the gap target value, the crucible increase correction speed V adj =0.
上記のように、ルツボ上昇速度の定量値Vfの算出には石英ルツボ１１の内径DCの正確な値が必要である。しかし石英ルツボ１１はシリコンの融点付近では軟化し、引き上げ中に変形することがあるため、ギャップの値は目標値から乖離する。その他にもさまざまな要因でギャップの値は目標値から乖離する。そこで本実施形態においては、融液面に映り込んだ熱遮蔽体１７の鏡像の位置からギャップを実際に測定し、シリコン融液２の減少量から算出したルツボ上昇速度からギャップの制御誤差を算出し、この制御誤差を解消する石英ルツボ１１の上昇速度の補正値Vadjを定量値Vfに加算することにより、ギャップを高精度に制御する。 As described above, the accurate value of the inner diameter D C of the quartz crucible 11 is required to calculate the quantitative value V f of the crucible ascent rate. However, since the quartz crucible 11 softens in the vicinity of the melting point of silicon and may be deformed during pulling, the value of the gap deviates from the target value. Due to various factors, the gap value deviates from the target value. Therefore, in the present embodiment, the gap is actually measured from the position of the mirror image of the heat shield 17 reflected on the melt surface, and the gap control error is calculated from the crucible rising speed calculated from the decrease amount of the silicon melt 2. Then, the correction value V adj of the ascending speed of the quartz crucible 11 that eliminates this control error is added to the quantitative value V f to control the gap with high accuracy.
以上のように、ルツボ上昇速度VCは、ギャップを一定に維持するために必要なルツボ上昇速度の定量値Vfと、ギャップ目標値の変化分から求められるルツボ上昇速度の変動値Vaと、ギャップの目標値と実際の計測値との差分から求められるルツボ上昇速度の補正値Vadjとの合計値からなり、ギャッププロファイルから求めることができるギャップ目標値の変化分については定量値に準じた値としてギャップ計測値とは無関係にルツボ上昇速度に予め含めておくことで、ルツボ上昇速度の補正値Vadjの変動をできるだけ小さくすることができる。すなわち、ルツボ上昇速度の補正値Vadjが担う役割が、ギャップの目標値と計測値の乖離をなくすための補正だけに特化したものとなるため、ルツボ上昇速度振幅量が大きくなることを防止することができ、ルツボ上昇速度の安定した制御が可能となる。 As described above, the crucible rising speed V C is a quantitative value V f of the crucible rising speed necessary for maintaining the gap constant, and a fluctuation value V a of the crucible rising speed obtained from the change in the gap target value, It consists of the total value of the correction value V adj of the crucible ascent rate obtained from the difference between the target value of the gap and the actual measured value, and the change in the gap target value that can be obtained from the gap profile conforms to the quantitative value. By preliminarily including the value in the crucible rising speed regardless of the gap measurement value, the fluctuation of the crucible rising speed correction value V adj can be minimized . In other words, the role of the correction value V adj of the crucible rising speed is specialized only for the correction for eliminating the gap between the target value and the measured value of the gap, so that the crucible rising speed amplitude amount is prevented from increasing. Therefore, the crucible rising speed can be controlled stably.
以上説明したように、本実施形態によるシリコン単結晶の製造方法は、結晶長に応じてギャップ目標値が変化するギャッププロファイルを用意し、結晶育成中にギャップ計測値が前記ギャッププロファイルに従うようにルツボ上昇速度ＶCを制御するので、ルツボ上昇速度振幅量が大きくなることを防止することができ、その結果シリコン単結晶のトップからボトムまで結晶欠陥の面内分布の変化が少ない高品質なシリコン単結晶を歩留良く製造することができる。 As described above, in the method for manufacturing a silicon single crystal according to the present embodiment, the gap profile in which the target gap value changes according to the crystal length is prepared, and the crucible is measured so that the measured gap value follows the gap profile. Since the ascending rate V C is controlled, it is possible to prevent the crucible ascending rate amplitude from increasing, and as a result, there is little change in the in-plane distribution of crystal defects from the top to the bottom of the silicon single crystal. Crystals can be manufactured with good yield.
また、本実施形態においては、ギャップを一定に維持するために必要なルツボ上昇速度の定量値Vfと、ギャップの目標値の変化分からギャップを変化させるために必要なルツボ上昇速度の変動値Vaと、ギャップの目標値と計測値との差分を補正するために必要なルツボ上昇速度の補正値Vadjとの合計値をルツボ上昇速度ＶCとして用いるので、ギャップ可変制御によって生じるルツボ上昇速度の制御の不安定さを改善することができ、これにより結晶取得率を向上させることができる。 Further, in this embodiment, the quantitative value V f of the crucible ascent rate required to maintain the gap constant and the fluctuation value V of the crucible ascent rate required to change the gap from the change in the target value of the gap. Since the total value of a and the correction value V adj of the crucible rising speed required to correct the difference between the target value and the measured value of the gap is used as the crucible rising speed V C , the crucible rising speed generated by the gap variable control. Instability of control can be improved, and the crystal acquisition rate can be improved.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. It goes without saying that it is included in the range.
例えば、上記実施形態においては、ルツボ上昇速度の補正値として、ギャップ目標値Hpf_iとギャップ計測値Hiとの差分(Hpf_i - Hi)に制御周期の逆数1/T及びゲインkを乗じた値を用いているが、本発明はこのような値に限定されるものではなく、種々の計算方法によって計算した補正値を用いることができる。 For example, in the above embodiment, as the correction value of the crucible rising speed, the difference (H pf_i -H i ) between the gap target value H pf_i and the gap measurement value H i is multiplied by the reciprocal 1/T of the control period and the gain k. However, the present invention is not limited to such values, and correction values calculated by various calculation methods can be used.
また上記実施形態においてはシリコン単結晶の製造方法を例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、ＣＺ法により引き上げられる種々の単結晶を対象とすることができる。 Further, in the above-described embodiment, the method for manufacturing a silicon single crystal has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and various single crystals pulled by the CZ method can be targeted.
液面位置が一定となるように算出されるルツボ上昇速度の定量値Vfの算出式(2)を同様に使用し、さらにギャップの計測値が目標値に合致するようにルツボ上昇速度に補正値Vadjを加算するロジックを採用してシリコン単結晶の引き上げ工程を実施した。この比較例（従来技術）によるルツボ上昇速度の補正値Vadjは、ギャップの目標値と計測値との差分とした。ルツボ上昇速度VCは、次の(6)〜(8)式のようになる。 Using the formula (2) for the quantitative value V f of the crucible ascent rate calculated so that the liquid surface position is constant, the crucible ascent rate is corrected so that the measured gap value matches the target value. A logic for adding the value V adj was adopted to carry out the pulling process of the silicon single crystal. The correction value V adj of the crucible rising speed according to this comparative example (prior art) was the difference between the target value of the gap and the measured value. The crucible rising speed V C is expressed by the following equations (6) to (8).
VC = Vf + Vadj ・・・(6)
Vf = ((PS × DS 2) ÷ (PL × DC 2)) × (VS - VM) + VM ・・・(7)
Vadj = (Hpf_i - Hi) ÷ T ・・・(8)
Hpf_i ： ギャップ目標値(mm)
Hi : i 回目のギャップ計測値(mm)
V C = V f + V adj・・・(6)
V f = ((P S × D S 2 ) ÷ (P L × D C 2 )) × (V S -V M ) + V M・・・(7)
V adj = (H pf_i -H i ) ÷ T ・・・(8)
H pf_i : Target gap value (mm)
H i : i-th gap measurement value (mm)
なお補正値Vadjには所定の上限値Vadj_UL及び下限値Vadj_LLを超えないようにリミット機能が設けられている（Vadj_LL ≦ Vadj ≦ Vadj_UL）。 Note the correction value V adj is the limit function is provided so as not to exceed a predetermined upper limit value V Adj_UL and the lower limit value V adj_LL (V adj_LL ≦ V adj ≦ V adj_UL).
図８は、比較例（従来技術）によるギャップ制御の結果を示すグラフであり、横軸は融液の固化率、縦軸はツルボ上昇速度振幅量（相対値）をそれぞれ示している。ギャップ変更区間が100mm単位で設定運用されていることより、ルツボ上昇速度振幅量は100mm毎に数値化した。すなわち、ルツボ上昇速度振幅量は、100mm区間毎の最大ルツボ上昇速度実績値と最小ルツボ上昇速度実績値の差により算出した。 FIG. 8 is a graph showing the results of gap control according to a comparative example (prior art), in which the horizontal axis shows the solidification rate of the melt, and the vertical axis shows the amount of amplitude of the rise rate of the crucible (relative value). Since the gap change section is set and operated in units of 100 mm, the amount of crucible ascent rate was digitized every 100 mm. That is, the crucible rising speed amplitude amount was calculated by the difference between the maximum crucible rising speed actual value and the minimum crucible rising speed actual value for each 100 mm section.
図８から明らかなように、このギャップ制御では、ギャップ変更区間においてルツボ上昇速度振幅量が約5と大きくなり、ルツボ上昇速度の制御が不安定となった。その位置で欠陥分布を測定したところ、分布の変化が確認された。 As is clear from FIG. 8, in this gap control, the amount of crucible ascent rate increased in the gap changing section to about 5, and the control of the crucible ascent rate became unstable. When the defect distribution was measured at that position, a change in the distribution was confirmed.
上述した比較例（従来技術）によるギャップ制御においてルツボ上昇速度振幅量が増大し、目標値に対するオーバーシュート量が大きくなる理由は、ギャップを調整するためにギャップの目標値と計測値との偏差をルツボ上昇速度の補正値としてダイレクトに算出し、さらにこの偏差を１制御周期内で解消させようとすることが原因と考えられる。オーバーシュートの抑制策としてルツボ上昇速度の補正値に上下限値を設けているが、オーバーシュートを抑制する根本的な解決策になっていないと考えられる。 In the gap control according to the comparative example (prior art) described above, the amount of the crucible ascending speed amplitude increases and the amount of overshoot with respect to the target value increases. The reason for adjusting the gap is that the deviation between the target value of the gap and the measured value is It is considered that this is caused by directly calculating the correction value of the crucible rising speed and attempting to eliminate this deviation within one control cycle. Although upper and lower limits are set for the correction value of the crucible rising speed as a measure for suppressing overshoot, it is considered that this is not a fundamental solution for suppressing overshoot.
そこで、ギャップの目標値と計測値との偏差がダイレクトにルツボ上昇補正速度となることを回避するため、ルツボ上昇速度のロジックを変更し、(1)〜(5)式にしめした本発明によるギャップ可変制御方式を適用してルツボ上昇速度を制御した。ルツボ上昇速度の補正値のゲインk=０．０５とした。 Therefore, in order to avoid that the deviation between the target value of the gap and the measured value becomes the crucible rising correction speed directly, the logic of the crucible rising speed is changed, and according to the present invention shown in the equations (1) to (5). A variable gap control method was applied to control the crucible ascent rate. The gain k of the correction value of the crucible ascent rate was set to 0.05.
図９は、本発明の実施例によるギャップ可変制御の制御結果を示すグラフであり、横軸は融液の固化率、縦軸はツルボ上昇速度振幅量（相対値）をそれぞれ示している。 FIG. 9 is a graph showing the control results of the gap variable control according to the example of the present invention, in which the horizontal axis shows the solidification rate of the melt and the vertical axis shows the amount of amplitude of the rise rate of the crucible (relative value).
図９から明らかなように、ルツボ上昇速度振幅量はギャップ可変制御区間において大幅に低減した。変更前の従来技術によるギャップ制御ではルツボ上昇速度振幅量が約5となったのに対し、ルツボ上昇速度算出式を変更することにより、ルツボ上昇速度振幅量は約1.8となり、オーバーシュートが十分に抑制される結果となった。 As is apparent from FIG. 9, the amount of crucible ascending velocity amplitude was significantly reduced in the gap variable control section. In the gap control according to the conventional technology before the change, the amount of crucible ascent rate was about 5, whereas by changing the crucible ascent rate calculation formula, the amount of crucible ascent rate was about 1.8, and sufficient overshoot was achieved. The result was suppressed.
１ 単結晶製造装置
２ シリコン融液
３ シリコン単結晶（インゴット）
３ａ ネック部
３ｂ ショルダー部
３ｃ ボディ部
３ｄ テール部
３Ｉ シリコン単結晶インゴット
１０ チャンバー
１０ａ メインチャンバー
１０ｂ プルチャンバー
１０ｃ ガス導入口
１０ｄ ガス排出口
１０ｅ 覗き窓
１１ 石英ルツボ
１２ 黒鉛ルツボ
１３ 回転シャフト
１４ ルツボ駆動機構
１５ ヒータ
１６ 断熱材
１７ 熱遮蔽体
１８ ワイヤー
１９ 結晶引き上げ機構
２０ カメラ
２１ 画像処理部
２２ 制御部
３０ ルツボ上昇速度算出部
３１ 定量値算出部
３２ 変動値算出部
３３ 補正値算出部
Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５ ギャップ一定制御区間
Ｓ２，Ｓ４ ギャップ可変制御区間
Ｓ１１ 原料融解工程
Ｓ１２ 着液工程
Ｓ１３ ネッキング工程
Ｓ１４ ショルダー部育成工程
Ｓ１５ ボディ部育成工程
Ｓ１６ テール部育成工程
Ｓ１７ 冷却工程
1 Single Crystal Manufacturing Equipment 2 Silicon Melt 3 Silicon Single Crystal (Ingot)
3a neck part 3b shoulder part 3c body part 3d tail part 3I silicon single crystal ingot 10 chamber 10a main chamber 10b pull chamber 10c gas inlet 10d gas outlet 10e viewing window 11 quartz crucible 12 graphite crucible 13 rotating shaft 14 crucible driving mechanism 15 Heater 16 Insulation 17 Heat shield 18 Wire 19 Crystal pulling mechanism 20 Camera 21 Image processing unit 22 Control unit 30 Crucible ascent rate calculation unit 31 Quantitative value calculation unit 32 Variation value calculation unit 33 Correction value calculation unit S1, S3, S5 Gap Constant control section S2, S4 Gap variable control section S11 Raw material melting step S12 Liquid deposition step S13 Necking step S14 Shoulder part growing step S15 Body part growing step S16 Tail part growing step S17 Cooling step
Claims (11)
前記融液の液面と前記融液の上方に配置された熱遮蔽体との間のギャップを変化させながら前記単結晶を引き上げるギャップ可変制御を含み、
前記ギャップ可変制御は、
前記単結晶の引き上げに伴って変化する前記ギャップを一定の距離に維持するために必要なルツボ上昇速度の定量値と、
前記ギャップの目標値の変化分から求められる前記ルツボ上昇速度の変動値と、
前記ギャップの前記目標値と実際の計測値との差分及び0.001以上0.1以下であるゲインから求められる前記ルツボ上昇速度の補正値との合計値を用いて前記ルツボ上昇速度を制御することを特徴とする単結晶の製造方法。 A method for producing a single crystal by the Czochralski method of pulling a single crystal from a melt in a crucible,
Including a gap variable control for pulling the single crystal while changing the gap between the liquid surface of the melt and the heat shield disposed above the melt,
The gap variable control is
A quantitative value of the crucible ascent rate necessary to maintain the gap that changes with pulling of the single crystal at a constant distance,
A fluctuation value of the crucible rising speed obtained from a change in the target value of the gap,
Characterized in that the crucible rising speed is controlled using a total value of a difference between the target value of the gap and an actual measured value and a correction value of the crucible rising speed obtained from a gain of 0.001 or more and 0.1 or less. A method for producing a single crystal.
前記第１のギャップ可変制御区間は、前記単結晶のボディ部育成工程の前半であって前記ギャップ一定制御区間の前に設けられており、
前記第２のギャップ可変制御区間は、前記単結晶のボディ部育成工程の後半であって前記ギャップ一定制御区間の後に設けられている、請求項５に記載の単結晶の製造方法。 The gap profile includes first and second gap variable control sections that gradually change the gap,
The first gap variable control section is provided in the first half of the single crystal body part growing step and before the constant gap control section,
The method for producing a single crystal according to claim 5, wherein the second gap variable control section is provided in the latter half of the body part growing step of the single crystal and after the constant gap control section.
前記ギャップを第１の距離に維持する第１のギャップ一定制御区間と、A first gap constant control section for maintaining the gap at a first distance;
前記単結晶のボディ部育成工程の前半において、前記ギャップを前記第１の距離から前記第１の距離よりも小さい第２の距離まで徐々に低下させる第１のギャップ可変制御区間と、A first gap variable control section for gradually decreasing the gap from the first distance to a second distance smaller than the first distance in the first half of the single crystal body part growing step;
前記ギャップを前記第２の距離に維持する第２のギャップ一定制御区間と、A second gap constant control section for maintaining the gap at the second distance;
前記単結晶のボディ部育成工程の後半において、前記ギャップを前記第２の距離から前記第２の距離よりも小さい第３の距離まで徐々に低下させる第２のギャップ可変制御区間と、A second gap variable control section for gradually decreasing the gap from the second distance to a third distance smaller than the second distance in the latter half of the single crystal body part growing step;
前記ギャップを前記第３の距離に維持する第３のギャップ一定制御区間とを有する、請求項３又は４に記載の単結晶の製造方法。The method for producing a single crystal according to claim 3 or 4, further comprising a third gap constant control section for maintaining the gap at the third distance.
前記ルツボを昇降駆動するルツボ駆動機構と、
前記ルツボ内の前記融液から単結晶を引き上げる結晶引き上げ機構と、
前記ルツボの上方に配置された熱遮蔽体と、
前記融液の液面と前記熱遮蔽体との間のギャップを計測するギャップ計測部と、
前記単結晶の引き上げに伴って変化する前記ギャップを一定に制御するために必要なルツボ上昇速度の定量値を算出する定量値算出部と、
前記ギャップの目標値の変化分から前記ルツボ上昇速度の変動値を算出する変動値算出部と、
前記ギャップの前記目標値と実際の計測値との差分及び0.001以上0.1以下であるゲインから前記ルツボ上昇速度の補正値を算出する補正値算出部とを備え、
前記ルツボ駆動機構は、前記定量値、前記変動値及び前記補正値の合計値を用いて前記ルツボ上昇速度を制御することを特徴とする単結晶製造装置。 A crucible for holding the melt in the chamber,
A crucible drive mechanism for driving the crucible up and down,
A crystal pulling mechanism for pulling a single crystal from the melt in the crucible,
A heat shield disposed above the crucible,
A gap measuring unit that measures a gap between the liquid surface of the melt and the heat shield,
A quantitative value calculation unit that calculates a quantitative value of the crucible ascent rate necessary to control the gap that changes with the pulling of the single crystal to be constant,
A fluctuation value calculation unit that calculates a fluctuation value of the crucible rising speed from a change amount of the target value of the gap,
A difference between the target value and the actual measured value of the gap and a correction value calculation unit for calculating a correction value of the crucible rising speed from a gain of 0.001 or more and 0.1 or less ,
The said single crucible drive mechanism controls the said crucible rising speed using the total value of the said quantitative value, the said fluctuation value, and the said correction value, The single crystal manufacturing apparatus characterized by the above-mentioned.
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