JPH04257241A - 単結晶の直径計測方法 - Google Patents
単結晶の直径計測方法Info
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- JPH04257241A JPH04257241A JP3037894A JP3789491A JPH04257241A JP H04257241 A JPH04257241 A JP H04257241A JP 3037894 A JP3037894 A JP 3037894A JP 3789491 A JP3789491 A JP 3789491A JP H04257241 A JPH04257241 A JP H04257241A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01G—WEIGHING
- G01G9/00—Methods of, or apparatus for, the determination of weight, not provided for in groups G01G1/00 - G01G7/00
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/20—Controlling or regulating
- C30B15/22—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
- C30B15/28—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal using weight changes of the crystal or the melt, e.g. flotation methods
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/08—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters
- G01B11/10—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters of objects while moving
- G01B11/105—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters of objects while moving using photoelectric detection means
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- Y10T117/1004—Apparatus with means for measuring, testing, or sensing
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、CZ法(Czochr
alski 法)によって多結晶融液から単結晶を引き
上げる単結晶引上装置における単結晶の直径計測方法に
関する。
alski 法)によって多結晶融液から単結晶を引き
上げる単結晶引上装置における単結晶の直径計測方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】単結晶引上装置は、チャンバー内に、そ
の中心軸回りに回転駆動されるルツボ、該ルツボの周囲
に配されるヒーター等を収納して構成され、ルツボ内に
投入されたシリコン等の多結晶原料をヒーターによって
加熱して多結晶融液を得、この多結晶融液に、ワイヤー
等の上軸の下端に取り付けられた種結晶を浸漬し、該上
軸を回転させながらこれを所定の速度で引き上げること
によって、種結晶の下に所要の単結晶を成長させる装置
である。
の中心軸回りに回転駆動されるルツボ、該ルツボの周囲
に配されるヒーター等を収納して構成され、ルツボ内に
投入されたシリコン等の多結晶原料をヒーターによって
加熱して多結晶融液を得、この多結晶融液に、ワイヤー
等の上軸の下端に取り付けられた種結晶を浸漬し、該上
軸を回転させながらこれを所定の速度で引き上げること
によって、種結晶の下に所要の単結晶を成長させる装置
である。
【0003】ところで、引き上げられる単結晶の直径(
融液界面での直径)はイメージセンサー、ITV等の光
学センサーによってリアルタイムに計測されるが、単結
晶の直径を正確に計測するには、光学センサーと多結晶
融液面との間の距離が一定に保たれる必要がある。
融液界面での直径)はイメージセンサー、ITV等の光
学センサーによってリアルタイムに計測されるが、単結
晶の直径を正確に計測するには、光学センサーと多結晶
融液面との間の距離が一定に保たれる必要がある。
【0004】ところが、単結晶引上装置においては、ル
ツボ内の多結晶融液の液面は単結晶の引き上げの進行と
共に下がるため、光学センサーと融液面との間の距離を
一定に保つためには、融液面の低下分だけルツボを上動
せしめる必要があり、このために従来からルツボは上下
動自在に支持され、単結晶引き上げ時には融液面の位置
が一定になるように該ルツボは駆動手段によって所定の
速度で上動せしめられている。
ツボ内の多結晶融液の液面は単結晶の引き上げの進行と
共に下がるため、光学センサーと融液面との間の距離を
一定に保つためには、融液面の低下分だけルツボを上動
せしめる必要があり、このために従来からルツボは上下
動自在に支持され、単結晶引き上げ時には融液面の位置
が一定になるように該ルツボは駆動手段によって所定の
速度で上動せしめられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
上記のようなルツボの上動は単結晶の肩部及び直胴部の
引き上げ時のみに実施されており、しかもルツボの上動
速度は引き上げられている単結晶の実際の直径が設定直
径値に等しいとの仮定に基づいて上軸の上動速度と或る
一定比率で連動した速度に設定されているため、実際に
は単結晶のコーン部の引き上げ分に見合うルツボ内での
融液面の低下及び引き上げ時の単結晶の実際の直径と設
定直径値との誤差に起因する融液面の変化が発生し、こ
のために光学センサーと融液面との間の距離が変化し、
光学センサーによる単結晶の直径計測を正確に行なうこ
とができないという問題があった。
上記のようなルツボの上動は単結晶の肩部及び直胴部の
引き上げ時のみに実施されており、しかもルツボの上動
速度は引き上げられている単結晶の実際の直径が設定直
径値に等しいとの仮定に基づいて上軸の上動速度と或る
一定比率で連動した速度に設定されているため、実際に
は単結晶のコーン部の引き上げ分に見合うルツボ内での
融液面の低下及び引き上げ時の単結晶の実際の直径と設
定直径値との誤差に起因する融液面の変化が発生し、こ
のために光学センサーと融液面との間の距離が変化し、
光学センサーによる単結晶の直径計測を正確に行なうこ
とができないという問題があった。
【0006】本発明は上記問題に鑑みてなされたもので
、その目的とする処は、単結晶引上装置によって引き上
げられる単結晶の直径を正確に計測することができる単
結晶の直径計測方法を提供することにある。
、その目的とする処は、単結晶引上装置によって引き上
げられる単結晶の直径を正確に計測することができる単
結晶の直径計測方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく第
1発明は、単結晶引上装置によって引き上げられる単結
晶の直径を光学センサーによって計測する単結晶の直径
計測方法において、単結晶の引上重量を算出し、この引
上重量からルツボ内の湯面変化を算出し、この湯面変化
によって前記光学センサーによる単結晶の直径計測値を
補正するようにしたことを特徴とする。
1発明は、単結晶引上装置によって引き上げられる単結
晶の直径を光学センサーによって計測する単結晶の直径
計測方法において、単結晶の引上重量を算出し、この引
上重量からルツボ内の湯面変化を算出し、この湯面変化
によって前記光学センサーによる単結晶の直径計測値を
補正するようにしたことを特徴とする。
【0008】又、第2発明は、単結晶引上装置によって
引き上げられる単結晶の直径を光学センサーによって計
測する単結晶の直径計測方法において、単結晶の引上重
量を算出し、この引上重量からルツボ内の湯面変化を算
出し、この湯面変化分だけルツボを上動せしめるように
したことを特徴とする。
引き上げられる単結晶の直径を光学センサーによって計
測する単結晶の直径計測方法において、単結晶の引上重
量を算出し、この引上重量からルツボ内の湯面変化を算
出し、この湯面変化分だけルツボを上動せしめるように
したことを特徴とする。
【0009】
【作用】第1発明によれば、例えば従来考慮されていな
かった単結晶コーン部の引き上げに伴なうルツボ内での
融液面の位置の低下を算出し、これによって光学センサ
ーによる単結晶の直径計測値を補正するため、計測誤差
が最小限に抑えられ、単結晶の直径を正確に計測するこ
とができる。
かった単結晶コーン部の引き上げに伴なうルツボ内での
融液面の位置の低下を算出し、これによって光学センサ
ーによる単結晶の直径計測値を補正するため、計測誤差
が最小限に抑えられ、単結晶の直径を正確に計測するこ
とができる。
【0010】又、第2発明によれば、第1発明と同様に
して例えば従来考慮されていなかった単結晶コーン部の
引き上げに伴なうルツボ内での融液面位置の低下を算出
し、この低下分だけルツボを上げるため、光学センサー
と融液面との間の距離が一定に保たれ、第1発明と同様
に単結晶の直径を正確に計測することができる。
して例えば従来考慮されていなかった単結晶コーン部の
引き上げに伴なうルツボ内での融液面位置の低下を算出
し、この低下分だけルツボを上げるため、光学センサー
と融液面との間の距離が一定に保たれ、第1発明と同様
に単結晶の直径を正確に計測することができる。
【0011】
【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。
説明する。
【0012】図1は本発明方法を実施するための単結晶
引上装置1の構成を示す断面図であり、図中、2はステ
ンレス製円筒から成るメインチャンバーであって、これ
の内部には石英製のルツボ3が支持軸4によって上下動
自在に支持されて収納されている。そして、このルツボ
3の周囲には炭素材から成る円筒状のヒーター5が配さ
れ、該ヒーター5の周囲には同じく炭素材から成る円筒
状の断熱部材6が配されている。尚、前記ルツボ3は不
図示の駆動手段によって支持軸4の軸中心回りに速度C
Rで回転駆動され、速度CEにて昇降動せしめられる。
引上装置1の構成を示す断面図であり、図中、2はステ
ンレス製円筒から成るメインチャンバーであって、これ
の内部には石英製のルツボ3が支持軸4によって上下動
自在に支持されて収納されている。そして、このルツボ
3の周囲には炭素材から成る円筒状のヒーター5が配さ
れ、該ヒーター5の周囲には同じく炭素材から成る円筒
状の断熱部材6が配されている。尚、前記ルツボ3は不
図示の駆動手段によって支持軸4の軸中心回りに速度C
Rで回転駆動され、速度CEにて昇降動せしめられる。
【0013】又、メインチャンバー2の上部には、間に
アイソレーションバルブ7を介在せしめてプルチャンバ
ー8がメインチャンバー2と同心的に立設されており、
該プルチャンバー8の上部には巻上装置9が取り付けら
れている。尚、プルチャンバー8は、引き上げられた単
結晶を収容し、且つ取り出すための空間を形成するもの
であって、これはステンレス製円筒から成っている。
アイソレーションバルブ7を介在せしめてプルチャンバ
ー8がメインチャンバー2と同心的に立設されており、
該プルチャンバー8の上部には巻上装置9が取り付けら
れている。尚、プルチャンバー8は、引き上げられた単
結晶を収容し、且つ取り出すための空間を形成するもの
であって、これはステンレス製円筒から成っている。
【0014】上記巻上装置9のボックス10は、それ自
体がプルチャンバー8に対して回転可能に取り付けられ
ており、該ボックス10内には、不図示の駆動手段によ
って回転駆動される巻上ドラム11が回転自在に収容さ
れている。そして、巻上ドラム11には上軸であるワイ
ヤー12が巻回されており、巻上ドラム11から下方に
延出するワイヤー12の下端には種保持具13によって
種結晶14が取り付けられている。
体がプルチャンバー8に対して回転可能に取り付けられ
ており、該ボックス10内には、不図示の駆動手段によ
って回転駆動される巻上ドラム11が回転自在に収容さ
れている。そして、巻上ドラム11には上軸であるワイ
ヤー12が巻回されており、巻上ドラム11から下方に
延出するワイヤー12の下端には種保持具13によって
種結晶14が取り付けられている。
【0015】更に、メインチャンバー2の上部と側部に
はサイトグラス15,16が各々設けられており、メイ
ンチャンバー2外のこれらサイトグラス15,16の近
傍には光学式直径計測手段であるイメージセンサー17
、光学式温度センサー18がそれぞれ設けられている。
はサイトグラス15,16が各々設けられており、メイ
ンチャンバー2外のこれらサイトグラス15,16の近
傍には光学式直径計測手段であるイメージセンサー17
、光学式温度センサー18がそれぞれ設けられている。
【0016】而して、単結晶の引き上げに際しては、前
記アイソレーションバルブ7が開けられてメインチャン
バー2とプルチャンバー8とが連通せしめられ、両チャ
ンバー2,8内は減圧下の不活性ガスで満たされ、単結
晶の引き上げは不活性ガス雰囲気で行なわれる。
記アイソレーションバルブ7が開けられてメインチャン
バー2とプルチャンバー8とが連通せしめられ、両チャ
ンバー2,8内は減圧下の不活性ガスで満たされ、単結
晶の引き上げは不活性ガス雰囲気で行なわれる。
【0017】即ち、ルツボ3内にはシリコン等の多結晶
原料が投入され、この多結晶原料はヒーター5によって
加熱、溶融され、ルツボ3内には多結晶融液20が収容
される。その後、巻上装置9の巻上ドラム11が回転駆
動され、これに巻回されたワイヤー12が徐々に下げら
れてその下端に取り付けられた前記種結晶14がルツボ
3内の多結晶融液20内に浸漬される。
原料が投入され、この多結晶原料はヒーター5によって
加熱、溶融され、ルツボ3内には多結晶融液20が収容
される。その後、巻上装置9の巻上ドラム11が回転駆
動され、これに巻回されたワイヤー12が徐々に下げら
れてその下端に取り付けられた前記種結晶14がルツボ
3内の多結晶融液20内に浸漬される。
【0018】次に、支持軸4及びこれに支持されたルツ
ボ3がその軸中心回りに所定の速度CRで回転駆動され
る。これと同時に、巻上装置9の巻上ドラム11が回転
駆動されてこれに巻回されたワイヤー12が巻き取られ
るとともに、ボックス10が回転駆動されてワイヤー1
2も回転せしめられ、この結果、ワイヤー12は回転し
ながら上昇し、これの下端に取り付けられた種結晶14
には単結晶が成長して図示のように単結晶Wが引き上げ
られる。
ボ3がその軸中心回りに所定の速度CRで回転駆動され
る。これと同時に、巻上装置9の巻上ドラム11が回転
駆動されてこれに巻回されたワイヤー12が巻き取られ
るとともに、ボックス10が回転駆動されてワイヤー1
2も回転せしめられ、この結果、ワイヤー12は回転し
ながら上昇し、これの下端に取り付けられた種結晶14
には単結晶が成長して図示のように単結晶Wが引き上げ
られる。
【0019】ところで、融液20の界面で引き上げられ
る単結晶Wの直径はイメージセンサーやITV等の光学
センサー17によって計測されるが、この直径計測を正
確に行なうためには、光学センサー17と融液20の表
面(湯面)との間の距離Lが一定に保たれる必要がある
。然るに、単結晶Wの引き上げが進行するに伴ってルツ
ボ3内の融液20の表面(湯面)が下がるため、この下
がる分だけルツボ3を所定の速度CEで上動させ、光学
センサー17と融液20の表面(湯面)との間の距離L
が一定に保たれる。
る単結晶Wの直径はイメージセンサーやITV等の光学
センサー17によって計測されるが、この直径計測を正
確に行なうためには、光学センサー17と融液20の表
面(湯面)との間の距離Lが一定に保たれる必要がある
。然るに、単結晶Wの引き上げが進行するに伴ってルツ
ボ3内の融液20の表面(湯面)が下がるため、この下
がる分だけルツボ3を所定の速度CEで上動させ、光学
センサー17と融液20の表面(湯面)との間の距離L
が一定に保たれる。
【0020】ところが、従来は上述のようなルツボ3の
上動は単結晶Wの肩部Wb及び直胴部Wcの引き上げ時
にのみなされており、コーン部Waの引き上げ時にはな
されていなかったため、コーン部Waの引き上げ分に見
合うルツボ3内での融液20の表面(湯面)の低下が生
じ、これによって光学センサー17と融液20の面との
間の距離Lが変化(実際には、大きくなる。)し、正確
な直径計測ができなかった。
上動は単結晶Wの肩部Wb及び直胴部Wcの引き上げ時
にのみなされており、コーン部Waの引き上げ時にはな
されていなかったため、コーン部Waの引き上げ分に見
合うルツボ3内での融液20の表面(湯面)の低下が生
じ、これによって光学センサー17と融液20の面との
間の距離Lが変化(実際には、大きくなる。)し、正確
な直径計測ができなかった。
【0021】そこで、本実施例では、単結晶コーン部W
aの引上重量WE(n)を算出し、この引上重量WE(
n)をルツボ3内の多結晶融液20の単位深さ当りの重
量WE0で割ることによってルツボ3内の融液20の液
位の変化量(湯面変化量)ML(n)を算出し、この湯
面変化ML(n)によって光学センサー17による直径
計測値を補正するようにした。
aの引上重量WE(n)を算出し、この引上重量WE(
n)をルツボ3内の多結晶融液20の単位深さ当りの重
量WE0で割ることによってルツボ3内の融液20の液
位の変化量(湯面変化量)ML(n)を算出し、この湯
面変化ML(n)によって光学センサー17による直径
計測値を補正するようにした。
【0022】単結晶コーン部Waの引上重量WE(n)
は次のようにして求められる。
は次のようにして求められる。
【0023】即ち、単結晶引上開始から時間t=n(n
=1,2,3,…)後の単結晶Wの重量増加量をdWE
(n)、直径(これは光学センサー17によって計測さ
れる。)をD(n)、引上長さをL(n)、図2に破線
にて示す円錐の高さをl(n)とすれば、単位時間t=
(n−1)〜nまでの間に増加したコーン部Wa(図2
の斜線部分)の重量dWE(n)は、図2の斜線部分を
円錐台と仮定して、次式で求められる。
=1,2,3,…)後の単結晶Wの重量増加量をdWE
(n)、直径(これは光学センサー17によって計測さ
れる。)をD(n)、引上長さをL(n)、図2に破線
にて示す円錐の高さをl(n)とすれば、単位時間t=
(n−1)〜nまでの間に増加したコーン部Wa(図2
の斜線部分)の重量dWE(n)は、図2の斜線部分を
円錐台と仮定して、次式で求められる。
【0024】
【数1】
ここに、ρ0:単結晶Wの密度。
【0025】従って、コーン部Waの引上重量WE(n
)は次式で求められる。
)は次式で求められる。
【0026】
【数2】
そして、上記第(2)式で求められる引上重量WE(n
)をルツボ3内での多結晶融液20の単位深さΔh当り
の重量WE0で割れば、求める湯面変化量ML(n)が
得られる。
)をルツボ3内での多結晶融液20の単位深さΔh当り
の重量WE0で割れば、求める湯面変化量ML(n)が
得られる。
【0027】即ち、
【0028】
【数3】
ここに、Dc:ルツボ3の内径。
ρ1:多結晶融液20の密度。
【0029】
【数4】
而して、上記第(4)式によって算出される湯面変化M
L(n)によって、イメージセンサー17により計測さ
れた直径値が補正され、コーン部Waの引き上げ時の湯
面変化を考慮しなかったために生じていた誤差が解消さ
れて正確な直径計測を行なうことができるようになる。
L(n)によって、イメージセンサー17により計測さ
れた直径値が補正され、コーン部Waの引き上げ時の湯
面変化を考慮しなかったために生じていた誤差が解消さ
れて正確な直径計測を行なうことができるようになる。
【0030】次に、第2発明の実施例を説明する。
【0031】第2発明では、前記第(4)式によって湯
面変化量ML(n)を求めるまでの手法は前記第1発明
と同様であるが、この湯面変化量ML(n)分だけルツ
ボ3を上動せしめることによって光学センサー17と湯
面との間の距離Lを一定に保つようにした点が第1発明
と異なる。
面変化量ML(n)を求めるまでの手法は前記第1発明
と同様であるが、この湯面変化量ML(n)分だけルツ
ボ3を上動せしめることによって光学センサー17と湯
面との間の距離Lを一定に保つようにした点が第1発明
と異なる。
【0032】このように、第2発明では、光学センサー
17と湯面との間の距離Lが一定に保たれるため、光学
センサー17による単結晶Wの直径計測を正確に行なう
ことができる。
17と湯面との間の距離Lが一定に保たれるため、光学
センサー17による単結晶Wの直径計測を正確に行なう
ことができる。
【0033】
【発明の効果】以上の説明で明らかな如く、本発明によ
れば、単結晶引上装置によって引き上げられる単結晶の
直径を光学センサーによって計測する単結晶の直径計測
方法において、単結晶の引上重量を算出し、この引上重
量からルツボ内の湯面変化を算出し、この湯面変化によ
って前記光学センサーによる単結晶の直径計測値を補正
し、或は湯面変化分だけルツボを上動せしめるようにし
たため、単結晶引上装置によって引き上げられる単結晶
の直径を正確に計測することができるという効果が得ら
れる。
れば、単結晶引上装置によって引き上げられる単結晶の
直径を光学センサーによって計測する単結晶の直径計測
方法において、単結晶の引上重量を算出し、この引上重
量からルツボ内の湯面変化を算出し、この湯面変化によ
って前記光学センサーによる単結晶の直径計測値を補正
し、或は湯面変化分だけルツボを上動せしめるようにし
たため、単結晶引上装置によって引き上げられる単結晶
の直径を正確に計測することができるという効果が得ら
れる。
【図1】本発明方法を実施するための単結晶引上装置の
構成を示す断面図である。
構成を示す断面図である。
【図2】単結晶コーン部の引上重量を算出するためのモ
デルを示す図である。
デルを示す図である。
1 単結晶引上装置
3 ルツボ
17 光学センサー
20 多結晶融液
W 単結晶
Wa 単結晶コーン部
Claims (4)
- 【請求項1】 単結晶引上装置によって引き上げられ
る単結晶の直径を光学センサーによって計測する単結晶
の直径計測方法において、単結晶の引上重量を算出し、
この引上重量からルツボ内の湯面変化を算出し、この湯
面変化によって前記光学センサーによる単結晶直径の計
測値を補正するようにしたことを特徴とする単結晶の直
径計測方法。 - 【請求項2】 単結晶コーン部の引上重量を算出し、
この引上重量を、ルツボ内の融液の単位深さ当りの重量
で割ることによって、ルツボ内の湯面変化を算出するよ
うにしたことを特徴とする請求項1記載の単結晶の直径
計測方法。 - 【請求項3】 単結晶引上装置によって引き上げられ
る単結晶の直径を光学センサーによって計測する単結晶
の直径計測方法において、単結晶の引上重量を算出し、
この引上重量からルツボ内の湯面変化を算出し、この湯
面変化分だけルツボを上動せしめるようにしたことを特
徴とする単結晶の直径計測方法。 - 【請求項4】 単結晶コーン部の引上重量を算出し、
この引上重量を、ルツボ内の融液の単位深さ当りの重量
で割ることによって、ルツボ内の湯面変化を算出するよ
うにしたことを特徴とする請求項3記載の単結晶の直径
計測方法。
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