JPH06313736A - 半導体単結晶製造装置用融液面温度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＣＺ法による単結晶製造装置において、融液
面上の所望の位置における融液温度を容易に測定するこ
とができるようにする。 【構成】 融液面から上方に向かう放射光７を、プルチ
ャンバの上端外部に配設した全反射プリズム２と反射ミ
ラー３とを介して放射温度計に入射させる。前記全反射
プリズム２には一端にウォーム歯車２１を取着した軸２
２が固着され、ウォーム２３によって駆動されるウォー
ム歯車２１の回転により全反射プリズム２が軸２２の回
りに回動する。全反射プリズム２の回動により、融液面
上に直線状に並ぶ各点からの放射光が全反射プリズム２
に逐次入射し、全反射プリズム２と反射ミラー３とによ
って反射されて放射温度計に入射される。従って、直線
上の各点について任意に選択して融液面温度を測定する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体単結晶製造装置
用融液面温度測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の基本材料であるシリコ
ン単結晶の製造方法の一つとして、るつぼ内の原料融液
から円柱状の単結晶を引き上げるチョクラルスキー法
（以下ＣＺ法という）が用いられている。ＣＺ法におい
ては、単結晶製造装置のメインチャンバ内に設置した石
英るつぼに高純度の多結晶シリコンを充填し、前記るつ
ぼの外周に設けたヒータによって多結晶シリコンを加熱
溶解した上、種子結晶保持器に取り付けた種子結晶を融
液に浸漬し、種子結晶保持器およびるつぼを同方向また
は逆方向に回転しつつ種子結晶保持器を引き上げてシリ
コン単結晶を成長させる。図７は、ＣＺ法による従来の
一般的なシリコン単結晶製造装置の概略構成を模式的に
示したもので、１はプルチャンバ、８はメインチャン
バ、９は石英るつぼ、１０は石英るつぼ９を収容する黒
鉛るつぼ、１１は原料多結晶を加熱溶解する黒鉛ヒー
タ、１２は断熱筒、６は融液面である。シリコン単結晶
の引き上げに当たり、前記融液面６の温度が単結晶化や
結晶成長速度に影響を与えるので、融液面６の温度を検
出して黒鉛ヒータ１１に供給する電力を調節する必要が
ある。そして、種子結晶の引き上げ速度および融液温度
を制御して、引き上げ単結晶の直径を設定値に近づけ
る。

【０００３】市販されている単結晶製造装置、たとえば
フェローフルイデクス社製の単結晶製造装置では、図７
に示すようにプルチャンバ１の上部に全反射プリズム２
を取り付け、融液面６からの放射光７を前記プリズム２
で反射させ、レンズを介して光ファイバ１３に導入した
上、放射温度計４を用いて前記融液面６の温度を測定し
ている。また、特開平４−２５４４８８号公報による単
結晶引き上げ装置用湯面温度測定装置では、光ファイバ
の代わりに反射ミラーを用いて融液面からの放射光を放
射温度計に導入している。その際、温度測定点以外から
の放射光を遮るため、全反射プリズムの下方に制限筒を
装着している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の融液面温度
測定装置においては全反射プリズムや反射ミラーが固定
されているため、温度測定点は特定の位置に限定され、
測定点を変更することができない。たとえば仕様の異な
る単結晶を引き上げようとする場合、その単結晶仕様に
基づいて融液面位置が決定されるため、単結晶の仕様が
異なると融液面位置が変わることがある。そこで、融液
面位置を変更したとき融液面上の各点における温度分布
を把握しようとする場合、全反射プリズムや反射ミラー
が固定されていると、温度測定点を任意に選択すること
ができない。本発明はこのような従来の問題点に着目し
てなされたもので、融液面の所望の位置における温度を
容易に測定することができるような融液面温度測定手段
を備えた半導体単結晶製造装置用融液面温度測定装置を
提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る半導体単結晶製造装置用融液面温度測
定装置は、プルチャンバ内またはプルチャンバ上方に全
反射プリズムを設け、融液面から上方に進む放射光を前
記全反射プリズムを介してプルチャンバ外方に設けた放
射温度計に導入することによって前記融液面温度を測定
する融液面温度測定装置を備えた半導体単結晶製造装置
において、前記全反射プリズムを一つの軸の回りに回動
自在とする構成とし、または、プルチャンバ内またはプ
ルチャンバ上方に全反射プリズムを設け、融液面から上
方に進む放射光を前記全反射プリズムと、プルチャンバ
外方に設けた反射ミラーとを介して放射温度計に導入す
ることによって前記融液面温度を測定する融液面温度測
定装置を備えた半導体単結晶製造装置において、前記全
反射プリズムおよび反射ミラーのいずれか一方を一つの
軸の回りに回動自在とする構成としてもよい。あるい
は、プルチャンバ内またはプルチャンバ上方に全反射プ
リズムを設け、融液面から上方に進む放射光を前記全反
射プリズムを介してプルチャンバ外方に設けた放射温度
計に導入することによって前記融液面温度を測定する融
液面温度測定装置を備えた半導体単結晶製造装置におい
て、前記全反射プリズムを互いに直交する二つの軸の回
りにそれぞれ回動自在としてもよく、更に、プルチャン
バ内またはプルチャンバ上方に全反射プリズムを設け、
融液面から上方に進む放射光を前記全反射プリズムと、
プルチャンバ外方に設けた反射ミラーとを介して放射温
度計に導入することによって前記融液面温度を測定する
融液面温度測定装置を備えた半導体単結晶製造装置にお
いて、前記全反射プリズムを一つの軸の回りに回動自在
とし、前記反射ミラーを全反射プリズムの回動軸と直交
する軸の回りに回動自在としてもよい。

【０００６】

【作用】上記構成によれば、融液面からの放射光を放射
温度計に導入するために設置されている全反射プリズム
あるいは全反射プリズムと反射ミラーのいずれか一方を
一つの軸の回りに回動自在とする機構を設けたので、こ
れらの反射器を回動させることにより融液面上の一点の
みならず直線に沿って複数箇所の温度測定を行うことが
できる。また、全反射プリズムを互いに直交する２軸の
回りにそれぞれ回動自在とした場合、あるいは全反射プ
リズムを一つの軸の回りに回動自在とし、反射ミラーを
全反射プリズムの回動軸と直交する軸の回りに回動自在
とした場合は、融液面上の一定範囲内の各点について温
度測定を行うことができるようになる。

【０００７】

【実施例】以下に本発明に係る半導体単結晶製造装置用
融液面温度測定装置の実施例について、図面を参照して
説明する。図１は融液面温度測定装置を備えた半導体単
結晶製造装置の概略構成を示す模式図である。同図にお
いて、図７と同一構成要素には図７と同一符号を付して
説明を省略する。プルチャンバ１の上端外部に反射器と
して全反射プリズム２と反射ミラー３とが設置され、反
射ミラー３の下方に配設された放射温度計４は、プルチ
ャンバ１の外部に固定されたブラケット５に取着されて
いる。融液面６から上方に進む放射光７は全反射プリズ
ム２で全反射し、更に反射ミラー３で反射して放射温度
計４に入射し、融液面６の温度が測定される。全反射プ
リズム２を、図７に示したようにプルチャンバ１内に突
出させてプルチャンバ１の上部に設置してもよい。

【０００８】図２は請求項１の全反射プリズムの斜視図
である。この全反射プリズム２には一端にウォーム歯車
２１を取着した軸２２が各稜に平行に固着され、ウォー
ム２３によって駆動されるウォーム歯車２１の回動によ
り全反射プリズム２は軸２２の回りに回動することがで
きる。全反射プリズム２の回動により、図３に示すよう
に融液面上に直線状に並ぶ各点からの放射光が全反射プ
リズム２に逐次入射され、全反射プリズム２と反射ミラ
ー３とによって反射されて放射温度計に入射される。従
って、融液面温度を直線上の各点について測定すること
が可能となる。反射ミラー３を設けず、全反射プリズム
２によって反射された放射光を直接または光ファイバを
介して放射温度計に入射させるようにしてもよい。

【０００９】図４は請求項２の融液面温度測定装置の概
略構成を示す説明図である。反射ミラー３の背面には一
端にウォーム歯車２４を取着した軸２５が固着され、ウ
ォーム２６によって駆動されるウォーム歯車２４の回動
により反射ミラー３が軸２５の回りに回動する。この場
合も全反射プリズム２の回動（図３参照）と同様に、融
液面温度を直線上の各点について測定することができ
る。

【００１０】図５は請求項３の全反射プリズムの斜視図
である。この全反射プリズム２には２本の軸２２，２８
が互いに直交する方向に固着され、これらの軸２２，２
８の一端にはそれぞれウォーム歯車２１，２７が取着さ
れている。ウォーム２３，２９によって駆動されるウォ
ーム歯車２１，２７の回動により、全反射プリズム２は
軸２２および軸２８の回りに回動することができる。こ
のような全反射プリズム２の回動により、放射温度計に
は融液面上の一定面積内の各点からの放射光が入射され
る。

【００１１】図６は請求項４の融液面温度測定装置の概
略構成を示す説明図である。全反射プリズム２には図２
と同様に一端にウォーム歯車２１を取着した軸２２が固
着され、ウォーム２３によって駆動されるウォーム歯車
２１の回動により全反射プリズム２が軸２２の回りに回
動することができる。この全反射プリズム２と対向する
位置に設けられた反射ミラー３の背面には前記軸２２と
直交する軸２５が固着され、軸２５の一端にウォーム歯
車２４が取着されている。ウォーム２６によって駆動さ
れるウォーム歯車２４の回動により反射ミラー３は軸２
５の回りに回動する。全反射プリズム２と反射ミラー３
とがそれぞれ回動することにより、放射温度計には融液
面上の一定面積内の各点からの放射光が入射される。ま
た、これら実施例において全反射プリズムの変わりに反
射ミラーを使用してもなんら問題はない。

【００１２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、全
反射プリズムあるいは全反射プリズムと反射ミラーとを
介して融液面からの放射光を放射温度計に入射させて融
液面温度を測定する融液面温度測定装置を備えた半導体
単結晶製造装置において、全反射プリズムあるいは全反
射プリズムと反射ミラーとを回動自在としたので、これ
らの反射器を回動させることにより融液面上の一点のみ
ならず直線に沿ってあるいは一定範囲の面内について温
度測定点を任意に選択することができる。この改良によ
り、製造しようとする単結晶の仕様の相違等に伴って融
液面位置が変動したとき、最適測定位置を選択して融液
面温度を測定することができ、融液温度制御をより効果
的に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】融液面温度測定装置を備えた半導体単結晶製造
装置の概略構成を示す模式図である。

【図２】請求項１の全反射プリズムの斜視図である。

【図３】全反射プリズムと反射ミラーとによって反射さ
れる放射光の経路を説明する図である。

【図４】請求項２の融液面温度測定装置の概略構成を示
す説明図である。

【図５】請求項３の全反射プリズムの斜視図である。

【図６】請求項４の融液面温度測定装置の概略構成を示
す説明図である。

【図７】ＣＺ法による単結晶製造装置の概略構成を示す
模式図である。

【符号の説明】

１ プルチャンバ ２ 全反射プリズム ３ 反射ミラー ４ 放射温度計 ６ 融液面 ７ 放射光 ２２，２５，２８ 軸

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プルチャンバ内またはプルチャンバ上方
   に全反射プリズムを設け、融液面から上方に進む放射光
   を前記全反射プリズムを介してプルチャンバ外方に設け
   た放射温度計に導入することによって前記融液面温度を
   測定する融液面温度測定装置を備えた半導体単結晶製造
   装置において、前記全反射プリズムを一つの軸の回りに
   回動自在としたことを特徴とする半導体単結晶製造装置
   用融液面温度測定装置。
2. 【請求項２】 プルチャンバ内またはプルチャンバ上方
   に全反射プリズムを設け、融液面から上方に進む放射光
   を前記全反射プリズムと、プルチャンバ外方に設けた反
   射ミラーとを介して放射温度計に導入することによって
   前記融液面温度を測定する融液面温度測定装置を備えた
   半導体単結晶製造装置において、前記全反射プリズムお
   よび反射ミラーのいずれか一方を一つの軸の回りに回動
   自在としたことを特徴とする半導体単結晶製造装置用融
   液面温度測定装置。
3. 【請求項３】 プルチャンバ内またはプルチャンバ上方
   に全反射プリズムを設け、融液面から上方に進む放射光
   を前記全反射プリズムを介してプルチャンバ外方に設け
   た放射温度計に導入することによって前記融液面温度を
   測定する融液面温度測定装置を備えた半導体単結晶製造
   装置において、前記全反射プリズムを互いに直交する二
   つの軸の回りにそれぞれ回動自在としたことを特徴とす
   る半導体単結晶製造装置用融液面温度測定装置。
4. 【請求項４】 プルチャンバ内またはプルチャンバ上方
   に全反射プリズムを設け、融液面から上方に進む放射光
   を前記全反射プリズムと、プルチャンバ外方に設けた反
   射ミラーとを介して放射温度計に導入することによって
   前記融液面温度を測定する融液面温度測定装置を備えた
   半導体単結晶製造装置において、前記全反射プリズムを
   一つの軸の回りに回動自在とし、前記反射ミラーを全反
   射プリズムの回動軸と直交する軸の回りに回動自在とし
   たことを特徴とする半導体単結晶製造装置用融液面温度
   測定装置。