JPH0692783A - Apparatus for production of semiconductor single crystal and producing method therefor - Google Patents

Apparatus for production of semiconductor single crystal and producing method therefor

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JPH0692783A
JPH0692783A JP26810192A JP26810192A JPH0692783A JP H0692783 A JPH0692783 A JP H0692783A JP 26810192 A JP26810192 A JP 26810192A JP 26810192 A JP26810192 A JP 26810192A JP H0692783 A JPH0692783 A JP H0692783A
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Yoshinobu Hiraishi
吉信 平石
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Abstract

PURPOSE:To detect the conversion of a single crystal in the single crystal having dislocations in an early period by automatically and surely discriminating the presence or absence of the ridge line appearing on the outer periphery of the single crystal, in pulling up of the single crystal by a CZ method. CONSTITUTION:A television camera which observes the solid-liquid boundary is provided and the peak exceeding the threshold level is detected by a circuit 1 from the video signal of a horizontal scanning line crossing the meniscus ring generated on the solid-liquid boundary at the time of growing the single crystal. The clock pulses thereof are counted by a counter 3. The pulses corresponding to the width, i.e., ridge line, of the meniscus ring fluctuating at a specific period in proportion to the rotating speed of the single crystal are stored in a latching circuit 6 in synchronization with a vertical synchronizing pulse. These pulses are converted by a D/A converter 7 to an analog voltage, which is inputted to a voltage discriminating circuit 9. The ridge line disappears and judgment is made that the single crystal changes to the one having the dislocations when the voltage falls to the value smaller than the reference voltage for discrimination. An alarm device is then triggered.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、チョクラルスキー法に
よる半導体単結晶製造装置および製造方法に係り、特に
引き上げ単結晶の有転位化を自動的に検出する手段を備
えた単結晶製造装置および製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor single crystal manufacturing apparatus and manufacturing method by the Czochralski method, and more particularly to a single crystal manufacturing apparatus equipped with means for automatically detecting dislocation formation in a pulled single crystal. It relates to a manufacturing method.

【0002】[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、シードチャックに取り付けた種子結晶を融液に
浸漬し、シードチャックおよびるつぼを同方向または逆
方向に回転しつつシードチャックを引き上げてシリコン
単結晶を成長させる。図6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示し、31は
ワイヤ巻き上げモータ、32はワイヤ巻き上げドラムで
ある。33は前記ワイヤ巻き上げモータ31、ワイヤ巻
き上げドラム32を設置した真空容器に回転運動を与え
るモータであり、ワイヤケーブル34の回転を通じて最
終的には種子結晶から成長した単結晶に回転運動を与え
る。35はテレビカメラ、36は透明石英ガラス製の
窓、37は種子結晶を保持するシードチャックである。
また、38は融液面、39はるつぼ内の多結晶シリコン
材料を加熱溶解する黒鉛製ヒータ、40は黒鉛製断熱材
であり、41はるつぼペディスタルを介してるつぼに回
転運動を与えるモータ、42はるつぼ軸昇降装置であ
る。シリコン単結晶の引き上げに当たり、前記融液面3
8とシリコン単結晶との境界に発生するメニスカスリン
グがテレビカメラ35によって撮影され、得られた映像
信号はカメラコントロールユニット43を介して幅計測
ユニット44に入力され、メニスカスリングを横切る単
結晶の直径が算出される。そして、直径制御装置45に
より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。なお、
46はモニタテレビである。
2. Description of the Related Art The Czochralski method (hereinafter referred to as the CZ method) for pulling a cylindrical single crystal from a raw material melt in a crucible is used as one of methods for producing a silicon single crystal which is a basic material of a semiconductor integrated circuit. Has been. In the CZ method, a crucible installed in the main chamber of a single crystal manufacturing apparatus is filled with high-purity polycrystalline silicon, the polycrystalline silicon is heated and melted by a heater provided on the outer circumference of the crucible, and then attached to a seed chuck. The seed crystal is dipped in the melt, and the seed chuck is pulled up while rotating the seed chuck and the crucible in the same direction or opposite directions to grow a silicon single crystal. FIG. 6 shows a schematic configuration of a conventional general silicon single crystal manufacturing apparatus by the CZ method, in which 31 is a wire winding motor and 32 is a wire winding drum. Reference numeral 33 is a motor for imparting rotational movement to the vacuum container in which the wire winding motor 31 and the wire winding drum 32 are installed, and finally imparts rotational movement to the single crystal grown from the seed crystal through the rotation of the wire cable 34. Reference numeral 35 is a television camera, 36 is a transparent quartz glass window, and 37 is a seed chuck for holding a seed crystal.
Further, 38 is a melt surface, 39 is a graphite heater that heats and melts the polycrystalline silicon material in the crucible, 40 is a graphite heat insulating material, 41 is a motor that gives rotational motion to the crucible via a crucible pedestal, 42 It is a crucible shaft lifting device. When pulling a silicon single crystal, the melt surface 3
8 and the meniscus ring generated at the boundary between the silicon single crystal are photographed by the TV camera 35, and the obtained video signal is input to the width measurement unit 44 via the camera control unit 43, and the diameter of the single crystal that crosses the meniscus ring. Is calculated. Then, the diameter control device 45 controls the pulling rate of the seed crystal and the melt temperature to bring the diameter of the pulled single crystal close to the set value. In addition,
46 is a monitor television.

【0003】上記単結晶製造装置において、成長中の単
結晶が無転位であるか有転位であるかの判別は、従来、
オペレータの目視観察に基づいて行われていた。その方
法として、成長中の単結晶外周に現れる稜線の有無をチ
ャンバに設けられた覗き窓を通して目視確認し、前記稜
線が消滅したとき有転位化したと判断していた。そして
有転位化した場合は、単結晶を融液から切り離して成長
を中断させ、有転位化した単結晶は再度溶解する。しか
しながら、このような目視による判別方法は、単結晶製
造工程を自動化する上で大きな障害となっている。そし
て、前記目視判別作業を高精度で自動化することができ
れば、単結晶成長の中断や再溶解、単結晶成長の再開ま
ですべてを自動化することが可能となる。
In the above-described single crystal manufacturing apparatus, it has been conventionally discriminated whether the growing single crystal is dislocation-free or dislocation-free.
It was performed based on the visual observation of the operator. As the method, the presence or absence of a ridge line appearing on the outer periphery of the growing single crystal was visually confirmed through a peephole provided in the chamber, and it was judged that dislocation was generated when the ridge line disappeared. When dislocation occurs, the single crystal is separated from the melt to interrupt the growth, and the single crystal with dislocation dissolves again. However, such a visual discrimination method is a major obstacle in automating the single crystal manufacturing process. If the visual discrimination work can be automated with high accuracy, it is possible to automate all of the interruption of single crystal growth, remelting, and resumption of single crystal growth.

【0004】このような問題の解決策として、たとえば
特開昭58−194797によるシリコン単結晶の製造
方法が提案されている。この方法は、単結晶の直径を制
御するために設けられた直径偏差検出用の光検出器の出
力に現れる微弱な交流成分が、成長中の単結晶外周に現
れる稜線に対応していることを利用したものである。す
なわち、単結晶の成長方向によって特有の本数の稜線が
単結晶外周に、成長方向に平行に生じるが、これらの稜
線は単結晶の外周面よりごく僅かに凸状となっているた
め、前記光検出器の受光範囲に稜線が入ったとき、光検
出器の出力はごく僅かに増加する。単結晶を一般的な
〈100〉軸方向に成長させる場合は、4本の稜線が単
結晶外周に等間隔に発生する。このため、単結晶の回転
周期の1/4の周期で微弱な交流成分が発生する。この
交流成分を検出して、その振幅の大きさにより単結晶が
無転位か有転位かを判別しようとするものである。
As a solution to such a problem, for example, a method for producing a silicon single crystal has been proposed by Japanese Patent Laid-Open No. 58-194797. This method confirms that the weak AC component appearing in the output of the photodetector for detecting the diameter deviation provided for controlling the diameter of the single crystal corresponds to the ridge line appearing on the outer periphery of the growing single crystal. It was used. That is, a peculiar number of ridge lines are generated on the outer periphery of the single crystal in parallel with the growth direction depending on the growth direction of the single crystal, but since these ridge lines are slightly slightly convex from the outer peripheral surface of the single crystal, The output of the photodetector increases only slightly when the ridgeline enters the light-receiving range of the detector. When a single crystal is grown in the general <100> axis direction, four ridge lines are generated at equal intervals on the outer circumference of the single crystal. For this reason, a weak AC component is generated at a period of 1/4 of the rotation period of the single crystal. This alternating current component is detected to determine whether the single crystal is dislocation free or dislocation free, depending on the magnitude of the amplitude.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】単結晶の外周に現れる
稜線による単結晶の直径変動はごく僅かなものである。
従って、上記特開昭58−194797による判定方法
は、直径偏差のみを測定するための直径1〜2mmの極
めて狭い視野の光検出器を使用することによって始めて
可能となる。ところが最近では、単結晶の直径検出に一
次元リニアイメージセンサやテレビカメラを使用し、直
径偏差ではなく直径そのものを測定する例が多くなって
いる。しかも、直径が150〜200mmといった大型
の単結晶が一般的となっている。しかし稜線による直径
変動の大きさは直径の大小にかかわらずほぼ一定であ
る。そのため、直径測定出力に比較して稜線による交流
成分出力は極めて小さくなり、検出不可能になってしま
う。本発明は上記従来の問題点に着目してなされたもの
で、一次元リニアイメージセンサやテレビカメラを使用
した単結晶直径測定装置に改良を加えることにより、単
結晶の直径測定出力とともに稜線に対応する交流成分出
力を確実に検出し、単結晶の有転位化を迅速に判別する
ことができるような半導体単結晶製造装置および製造方
法を提供することを目的としている。
The fluctuation of the diameter of the single crystal due to the ridge line appearing on the outer periphery of the single crystal is very small.
Therefore, the determination method according to the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 58-194797 becomes possible only by using a photodetector with an extremely narrow field of view of 1 to 2 mm in diameter for measuring only the diameter deviation. However, recently, there are many examples of using a one-dimensional linear image sensor or a television camera to detect the diameter of a single crystal, and measuring the diameter itself instead of the diameter deviation. Moreover, a large single crystal having a diameter of 150 to 200 mm is generally used. However, the magnitude of the diameter variation due to the ridge is almost constant regardless of the size of the diameter. Therefore, the AC component output due to the ridgeline becomes extremely small as compared with the diameter measurement output, and cannot be detected. The present invention has been made by paying attention to the above-mentioned conventional problems, and by improving the single crystal diameter measuring device using a one-dimensional linear image sensor or a television camera, it corresponds to the ridgeline along with the diameter output of the single crystal. It is an object of the present invention to provide a semiconductor single crystal manufacturing apparatus and a manufacturing method capable of surely detecting the output of an alternating current component and rapidly discriminating the occurrence of dislocations in the single crystal.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体単結晶製造装置は、CZ法によ
る半導体単結晶製造装置において、るつぼ内の固液界面
を観察するテレビカメラと、前記固液界面に発生するメ
ニスカスリングを横断する水平走査線のビデオ信号を取
り出し、メニスカスリングに対応して前記ビデオ信号に
形成される二つのピークに対応するそれぞれのパルス幅
を測定する手段と、前記パルス幅が引き上げ単結晶の回
転数に比例する特定の周期で変動していることを検出す
る手段と、前記変動幅とあらかじめ設定した値とを比較
する手段と、変動幅が設定値より小さくなったとき警報
を発する手段とを備える構成とし、このような半導体単
結晶製造装置を用いる単結晶製造方法は、固液界面に発
生するメニスカスリングを横断する水平走査線のビデオ
信号を取り出し、あらかじめ設定したスレッショールド
レベルを超える二つのピークの幅に対応するクロックパ
ルスを計数した上、引き上げ単結晶の回転数に比例して
特定の周期で変動する前記パルス幅の変動を電圧として
取り出し、この電圧が判別基準電圧より小さくなったと
き単結晶が有転位化したものと判断して警報を発するこ
ととした。
In order to achieve the above object, a semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to the present invention is a semiconductor single crystal manufacturing apparatus by the CZ method, and a television camera for observing a solid-liquid interface in a crucible, Means for taking out a video signal of a horizontal scanning line which crosses a meniscus ring generated at the solid-liquid interface, and measuring respective pulse widths corresponding to two peaks formed in the video signal corresponding to the meniscus ring, A means for detecting that the pulse width fluctuates in a specific cycle proportional to the number of rotations of the pulled single crystal, a means for comparing the fluctuation width with a preset value, and the fluctuation width is smaller than a set value. When a semiconductor single crystal manufacturing apparatus such as the above is provided with a means for issuing an alarm when it becomes The video signal of the horizontal scan line that crosses the horizontal axis is extracted, the clock pulses corresponding to the widths of the two peaks that exceed the preset threshold level are counted, and the specific period is proportional to the rotation speed of the pulled single crystal. The fluctuation of the pulse width that fluctuates in step S1 is taken out as a voltage, and when this voltage becomes smaller than the discrimination reference voltage, it is determined that the single crystal has dislocations and an alarm is issued.

【0007】[0007]

【作用】上記構成によれば、固液界面を観察するテレビ
カメラを用いて、前記固液界面に発生するメニスカスリ
ングを横断する水平走査線のビデオ信号を取り出し、メ
ニスカスリングによる二つのピークに対応するそれぞれ
のパルス幅を測定し、引き上げ単結晶の回転数に比例す
る特定の周期で変動する前記パルス幅の変動を電圧とし
て取り出し、この電圧が判別基準電圧より小さくなった
とき単結晶が有転位化したものと判断することにしたの
で、メニスカス幅の変動の大小により単結晶の有転位化
を確実、かつ容易に検出することができる。また本発明
は、メニスカス幅の変動そのものを検出することによっ
て稜線の有無を判別する方式であるため、大径の単結晶
を育成する際にも十分に利用することができる。
According to the above construction, the video signal of the horizontal scanning line which crosses the meniscus ring generated at the solid-liquid interface is extracted by using the television camera for observing the solid-liquid interface, and the two peaks due to the meniscus ring are dealt with. Each pulse width is measured, and the fluctuation of the pulse width that fluctuates in a specific cycle proportional to the rotation speed of the pulled single crystal is taken out as a voltage, and when this voltage becomes smaller than the discrimination reference voltage, the single crystal has dislocations. Since it is determined that the single crystal has a dislocation, it is possible to reliably and easily detect the dislocation of the single crystal due to the variation in the meniscus width. Further, since the present invention is a method of determining the presence or absence of a ridge line by detecting the fluctuation itself of the meniscus width itself, it can be sufficiently used even when growing a single crystal having a large diameter.

【0008】図3は単結晶引き上げ時における直径測定
用テレビカメラのモニタ画面で、11は単結晶、12は
直径測定位置を示すライン、13は稜線である。この図
では、稜線の1本が正面にあり、2本が測定ライン12
上に、残りの1本は単結晶の裏側にある。また、図4は
図3のP部拡大図である。本発明は図4に示すように、
稜線部のメニスカス幅W1 が稜線部以外のメニスカス幅
W2 より少なくとも1.5倍以上であることを発見した
ことによりなされたものである。すなわち、測定ライン
12上で単結晶11の直径を測定するとともに、メニス
カス幅も測定する。単結晶の回転に伴う前記メニスカス
幅の変動は直径出力の変動に比べて著しく大きく、十分
に検出可能であり、メニスカス幅の変動の大小により単
結晶の有転位化を検出することができる。
FIG. 3 is a monitor screen of a television camera for measuring a diameter when pulling a single crystal, where 11 is a single crystal, 12 is a line indicating a diameter measuring position, and 13 is a ridge. In this figure, one of the ridge lines is on the front and two are on the measurement line 12
Above, the remaining one is on the backside of the single crystal. Further, FIG. 4 is an enlarged view of a P portion of FIG. The present invention, as shown in FIG.
It was made by discovering that the meniscus width W1 at the ridge portion is at least 1.5 times or more than the meniscus width W2 other than the ridge portion. That is, the diameter of the single crystal 11 is measured on the measurement line 12, and the meniscus width is also measured. The fluctuation of the meniscus width due to the rotation of the single crystal is significantly larger than the fluctuation of the diameter output and can be sufficiently detected, and the dislocation of the single crystal can be detected by the magnitude of the fluctuation of the meniscus width.

【0009】図5は、上記図3の測定ライン12上を走
査するビデオ信号波形を模式的に示したもので、21は
スレッショールドレベル、22は固液界面のビデオ信号
波形、23は水平同期パルスである。引き上げ単結晶の
直径を測定する場合には、前記ビデオ信号波形22の二
つのピークのそれぞれ外側がスレッショールドレベル2
1と交わる部分で波形整形したパルス24の幅Wd を求
める。メニスカス幅については、前記ビデオ信号波形2
2の二つのピークがスレッショールドレベル21以上に
なったときのおのおのの幅、すなわちパルス25の(a
+b)を測定する。(a+b)の大きさは稜線部とそれ
以外の部分とでは1.5倍以上異なるので、単結晶の回
転に伴うメニスカス幅の変動は十分に大きく、単結晶回
転周期の1/4の周期で発生するパルスを選択的に増幅
する回路を通し、それを直流電圧に変換することによっ
て、稜線の凸状レベルに対応させることができる。これ
によって、引き上げ中の単結晶が無転位状態にあるか否
かの判別を十分に明確に行うことが可能となる。
FIG. 5 schematically shows a video signal waveform for scanning the measurement line 12 shown in FIG. 3, where 21 is a threshold level, 22 is a video signal waveform at the solid-liquid interface, and 23 is horizontal. It is a sync pulse. When measuring the diameter of the pulled single crystal, the outside of each of the two peaks of the video signal waveform 22 is the threshold level 2
The width Wd of the pulse 24 whose waveform is shaped at the intersection with 1 is obtained. Regarding the meniscus width, the above-mentioned video signal waveform 2
The width of each of the two peaks of 2 becomes a threshold level of 21 or more, that is, (a of pulse 25).
+ B) is measured. Since the size of (a + b) differs by 1.5 times or more between the ridge and the other part, the fluctuation of the meniscus width due to the rotation of the single crystal is sufficiently large, and the fluctuation of the meniscus width is 1/4 of the single crystal rotation cycle. By passing it through a circuit for selectively amplifying the generated pulse and converting it into a DC voltage, it is possible to correspond to the convex level of the ridge. This makes it possible to sufficiently clearly determine whether the single crystal being pulled is in a dislocation-free state.

【0010】[0010]

【実施例】以下に本発明に係る半導体単結晶製造装置の
実施例について、図面を参照して説明する。本発明は、
通常の半導体単結晶製造装置が単結晶の直径測定用とし
て備えているテレビカメラを利用し、その出力信号に基
づいて単結晶回転に伴うメニスカス幅の変動量を測定し
ようとするものである。すなわち、図6に示した従来の
半導体単結晶製造装置のカメラコントロールユニット4
3の後に、図1に示す信号処理回路を装着する。テレビ
カメラ35は、たとえば焦点距離55mmのレンズを備
えたCCD固体撮像素子を有するもので、このテレビカ
メラ35の融液面上の視野は水平方向でほぼ200mm
であり、鉛直線に対して25°の角度で融液面を見てい
る。前記テレビカメラ35による映像の、測定ライン上
のビデオ信号は図5に示す通りであるが、このビデオ信
号の処理方法を図1により説明する。
Embodiments of the semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is
An attempt is made to measure the variation of the meniscus width associated with the rotation of a single crystal based on the output signal of a television camera provided in an ordinary semiconductor single crystal manufacturing apparatus for measuring the diameter of the single crystal. That is, the camera control unit 4 of the conventional semiconductor single crystal manufacturing apparatus shown in FIG.
After 3, the signal processing circuit shown in FIG. 1 is mounted. The television camera 35 has, for example, a CCD solid-state image pickup device equipped with a lens having a focal length of 55 mm, and the visual field on the melt surface of the television camera 35 is approximately 200 mm in the horizontal direction.
That is, the melt surface is viewed at an angle of 25 ° with respect to the vertical line. The video signal of the image by the television camera 35 on the measurement line is as shown in FIG. 5, and the processing method of this video signal will be described with reference to FIG.

【0011】図1において、1はビデオ信号をスレッシ
ョールドレベルによって2値化する回路であり、この部
分は従来の直径測定回路にも使用されているので、それ
を使用することも可能である。前記回路1の出力は、図
5のパルス25に整形され、ゲート回路2に加えられ
る。ゲート回路2は、パルス25のaおよびbのパルス
幅に比例する数のクロックパルスを通過させる。これを
カウンタ3で計数する。カウンタ3は、すべての走査線
について計数を行い、各走査の終了後にリセットする
が、測定ラインに相当する走査線の計数を行ったときだ
けゲート回路4により水平同期パルスと同期してラッチ
回路5に計数値が記憶される。このラッチ回路5に記憶
されたデータは、一画面の走査が終了したとき次のラッ
チ回路6に垂直同期パルスに同期して記憶される。ラッ
チ回路6に記憶されたデータは、D/Aコンバータ7に
よりアナログ電圧として出力される。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a circuit for binarizing a video signal according to a threshold level. This part is also used in a conventional diameter measuring circuit, so that it can be used. . The output of the circuit 1 is shaped into the pulse 25 of FIG. 5 and applied to the gate circuit 2. The gate circuit 2 passes a number of clock pulses which is proportional to the pulse width of the pulses 25 a and b. This is counted by the counter 3. The counter 3 counts all the scanning lines and resets after each scanning, but only when the scanning lines corresponding to the measurement lines are counted, the gate circuit 4 synchronizes with the horizontal synchronizing pulse and the latch circuit 5 The count value is stored in. The data stored in the latch circuit 5 is stored in the next latch circuit 6 in synchronization with the vertical synchronizing pulse when the scanning of one screen is completed. The data stored in the latch circuit 6 is output as an analog voltage by the D / A converter 7.

【0012】メニスカスの幅はビデオ信号の垂直同期パ
ルスに同期して1/60秒ごとに測定され、アナログ電
圧として出力される。この出力はフィルタ8に入力さ
れ、出力を更新する際の瞬間的なノイズや電圧の急激な
変化を減少させる。その後、前記出力は電圧判別回路9
に入力され、ピーク電圧レベルが計測される。そしてこ
の電圧が、有転位化したか否かを判定するためにあらか
じめ設定した判別基準電圧より低下したとき、警報指令
回路10を介して警報を発する。また、前記警報指令回
路10の出力信号を図6の直径制御装置45にも入力す
ることによってワイヤ巻き上げモータ31の回転速度を
増加させ、単結晶を融液から切り離すようにしてもよ
い。
The width of the meniscus is measured every 1/60 seconds in synchronization with the vertical synchronizing pulse of the video signal and output as an analog voltage. This output is input to the filter 8 to reduce instantaneous noise and abrupt changes in voltage when updating the output. Thereafter, the output is the voltage discrimination circuit 9
And the peak voltage level is measured. Then, when this voltage becomes lower than a determination reference voltage set in advance for determining whether or not dislocation has occurred, an alarm is issued via the alarm command circuit 10. The output signal of the alarm command circuit 10 may also be input to the diameter control device 45 of FIG. 6 to increase the rotation speed of the wire winding motor 31 to separate the single crystal from the melt.

【0013】本実施例で使用したCCDカメラの水平方
向画素数は768であるため、1クロックパルスが1画
素に対応するとして、メニスカス部分が水平方向視野の
10%を超えることがないため、カウンタ3は7ビット
以下で十分である。本実施例では8ビットのカウンタお
よびラッチ回路を使用したが、下位の6ビットを、8ビ
ットD/Aコンバータの上位6ビットに入力することに
よって、水平方向の8.3%の視野をD/Aコンバータ
のフルスケールとして測定することができる。この場
合、D/Aコンバータの出力分解能は1/64である
が、テレビ画面の垂直同期信号に同期して、メニスカス
幅の変動速度よりはるかに早い60回/秒で測定され
る。また、測定部の輝度が単結晶の回転や融液面のゆら
ぎにより絶えずランダムに変動しているため、D/Aコ
ンバータ出力の後にフィルタ8を設けて平滑化すること
により、出力分解能によるステップ的な変動のない波形
が得られる。
Since the number of pixels in the horizontal direction of the CCD camera used in this embodiment is 768, assuming that one clock pulse corresponds to one pixel, the meniscus portion does not exceed 10% of the horizontal field of view. 3 is less than 7 bits is sufficient. Although the 8-bit counter and the latch circuit are used in the present embodiment, the lower 6 bits are input to the upper 6 bits of the 8-bit D / A converter so that the horizontal field of view of 8.3% is D / A. It can be measured as the full scale of the A converter. In this case, the output resolution of the D / A converter is 1/64, but it is measured at 60 times / second, which is much faster than the fluctuation speed of the meniscus width, in synchronization with the vertical synchronizing signal of the television screen. In addition, since the brightness of the measurement unit constantly and randomly fluctuates due to the rotation of the single crystal and the fluctuation of the melt surface, by providing the filter 8 after the output of the D / A converter and smoothing it, a step-like step due to the output resolution can be achieved. A waveform with no significant fluctuation can be obtained.

【0014】図2は上記波形を模式的に示した図であ
る。本実施例では、〈100〉軸方向に成長する直径1
30mmのシリコン単結晶の育成時に測定を行った。こ
のとき測定ラインは図3に示すように、単結晶の回転軸
が融液面と交わる点を横切る位置に設定した。このた
め、図2の波形上のピーク間隔時間ti は単結晶回転周
期の1/4となる。本実施例では単結晶の回転速度は2
0rpmであったので、ti は0.75秒となった。ま
たD/Aコンバータは、フルスケール電圧が10Vのも
のを使用したが、本実施例では単結晶特有の成長稜によ
るピーク電圧はほぼ5Vであり、ベース電圧は2〜3V
であった。単結晶が有転位化すると前記成長稜が消滅す
るため電圧のピークも消滅し、2〜2.5Vのほぼ安定
した出力を発生した。本発明による方法は感度が高いた
め、特に単結晶回転数に比例して通過周波数を連続的に
変化させる同期検出器等を使用しなくてもよく、電圧判
別回路9だけで単結晶の有転位化を検出することができ
る。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the above waveform. In the present embodiment, the diameter 1 that grows in the <100> axis direction is 1
The measurement was performed during the growth of a 30 mm silicon single crystal. At this time, as shown in FIG. 3, the measurement line was set at a position crossing the point where the rotation axis of the single crystal intersects with the melt surface. Therefore, the peak interval time t i on the waveform of FIG. 2 is ¼ of the single crystal rotation period. In this embodiment, the rotation speed of the single crystal is 2
So was 0rpm, t i became 0.75 seconds. The D / A converter used has a full-scale voltage of 10 V, but in this embodiment, the peak voltage due to the growth edge peculiar to the single crystal is about 5 V, and the base voltage is 2 to 3 V.
Met. When the single crystal has dislocations, the growth edge disappears and the voltage peak also disappears, and a substantially stable output of 2 to 2.5 V was generated. Since the method according to the present invention has high sensitivity, it is not necessary to use a synchronous detector or the like which continuously changes the passing frequency in proportion to the number of rotations of the single crystal, and the voltage discriminating circuit 9 alone is used to dislocation of the single crystal. Can be detected.

【0015】図1に示した信号処理回路を組み込んだ単
結晶製造装置を用いて100回の単結晶育成を行った
が、このうちの9回は有転位化した。このとき信号処理
回路は9回とも有転位化直後に警報を発し、オペレータ
が有転位化を確認して育成を打ち切った。このように1
00%の確率で単結晶の有転位化を検出することができ
るので、育成の打ち切りと、有転位化した単結晶の再溶
解、再育成を含めた自動化を、高い信頼性で容易に実施
することができる。
Single crystal growth was carried out 100 times using the single crystal manufacturing apparatus incorporating the signal processing circuit shown in FIG. 1, and 9 times of this growth resulted in dislocation. At this time, the signal processing circuit issued an alarm immediately after the dislocation occurred nine times, and the operator confirmed that the dislocation occurred and stopped the growth. 1 like this
Since dislocation generation of a single crystal can be detected with a probability of 00%, growth abortion and automation including re-dissolution and re-growth of a single crystal having dislocations can be easily performed with high reliability. be able to.

【0016】本実施例では、メニスカス幅測定ラインを
単結晶の直径測定ライン上に共通に設定したが、これに
限るものではなく、直径測定ラインの手前(図3におい
て測定ライン12の下方)に設定することも可能であ
る。その場合、メニスカス幅の変動幅は本実施例に比べ
てやや小さくなるが、メニスカス幅測定ラインを適当な
位置に設定することによって変動の周波数を単結晶回転
数の8倍にすることができ、変動波形も正弦波に近づく
ため、無転位状態にあるか否かの判別が困難になること
はない。
In the present embodiment, the meniscus width measurement line is commonly set on the diameter measurement line of the single crystal. However, the present invention is not limited to this, and the meniscus width measurement line may be arranged in front of the diameter measurement line (below the measurement line 12 in FIG. 3). It is also possible to set. In that case, the fluctuation width of the meniscus width is slightly smaller than that of the present embodiment, but by setting the meniscus width measurement line at an appropriate position, the fluctuation frequency can be set to 8 times the single crystal rotation speed, Since the fluctuating waveform also approaches a sine wave, it is not difficult to determine whether or not there is a dislocation-free state.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、固
液界面を観察するテレビカメラを用いて、前記固液界面
に発生するメニスカスリングを横断する水平走査線のビ
デオ信号を取り出し、メニスカスリングによる二つのピ
ークに対応するそれぞれのパルス幅を測定し、引き上げ
単結晶の回転数に比例する特定の周期のパルス幅変動量
が設定値より小さくなったとき単結晶が有転位化したも
のと判断するシステムを構成したので、単結晶の有転位
化を確実、かつ容易に検出することができる。この装置
はテレビカメラを用いた直径測定装置によって単結晶の
直径を自動制御している単結晶製造装置に容易に取り付
けることができ、従来オペレータの目視観察に基づいて
判断していた単結晶の有転位化を自動的に検出すること
が可能となるので、有転位化を発見するために必要とさ
れていたオペレータの観察業務が不要となるとともに、
単結晶成長の中断や再溶解、単結晶成長の再開まですべ
てを自動化することができる。また本発明は、メニスカ
ス幅の変動そのものを検出することによって稜線の有無
を判別する方式であるため、大径の単結晶を育成する際
にも十分に利用することができる。
As described above, according to the present invention, the video signal of the horizontal scanning line which crosses the meniscus ring generated at the solid-liquid interface is extracted by using the television camera for observing the solid-liquid interface, and the meniscus is obtained. Each pulse width corresponding to the two peaks due to the ring was measured, and it was determined that the single crystal had dislocations when the amount of pulse width fluctuation in a specific period proportional to the number of revolutions of the pulled single crystal became smaller than the set value. Since the determination system is configured, it is possible to reliably and easily detect dislocations in the single crystal. This device can be easily attached to a single crystal manufacturing device in which the diameter of the single crystal is automatically controlled by a diameter measuring device using a television camera, and the existence of the single crystal, which was conventionally judged based on the operator's visual observation, was confirmed. Since it becomes possible to automatically detect the dislocation, the observation work of the operator, which was necessary for discovering the dislocation, becomes unnecessary, and
It is possible to automate everything from single crystal growth interruption and remelting to single crystal growth restart. Further, since the present invention is a method of determining the presence or absence of a ridge line by detecting the fluctuation itself of the meniscus width itself, it can be sufficiently used even when growing a single crystal having a large diameter.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】メニスカス幅を測定するための信号処理回路の
ブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of a signal processing circuit for measuring a meniscus width.

【図2】図1におけるモニタ出力波形を模式的に示す図
である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a monitor output waveform in FIG.

【図3】単結晶の直径測定用テレビカメラによる映像の
模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram of an image taken by a television camera for measuring the diameter of a single crystal.

【図4】図3のP部拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of part P of FIG.

【図5】直径測定ライン上の走査線を形成するビデオ信
号波形の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a video signal waveform forming a scanning line on a diameter measurement line.

【図6】テレビカメラによる単結晶直径検出手段を備え
た従来の単結晶製造装置の概略構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional single crystal manufacturing apparatus provided with a single crystal diameter detecting means by a television camera.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 2値化回路 2,4 ゲート回路 3 カウンタ 5,6 ラッチ回路 7 D/Aコンバータ 9 電圧判別回路 10 警報指令回路 13 稜線 21 スレッショールドレベル 22 ビデオ信号波形 24,25 パルス 35 テレビカメラ 1 Binarization circuit 2, 4 Gate circuit 3 Counter 5, 6 Latch circuit 7 D / A converter 9 Voltage discrimination circuit 10 Alarm command circuit 13 Ridge line 21 Threshold level 22 Video signal waveform 24, 25 pulse 35 Television camera

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チョクラルスキー法による半導体単結晶
製造装置において、るつぼ内の固液界面を観察するテレ
ビカメラと、前記固液界面に発生するメニスカスリング
を横断する水平走査線のビデオ信号を取り出し、メニス
カスリングに対応して前記ビデオ信号に形成される二つ
のピークに対応するそれぞれのパルス幅を測定する手段
と、前記パルス幅が引き上げ単結晶の回転数に比例する
特定の周期で変動していることを検出する手段と、前記
変動幅とあらかじめ設定した値とを比較する手段と、変
動幅が設定値より小さくなったとき警報を発する手段と
を備えていることを特徴とする半導体単結晶製造装置。
1. In a semiconductor single crystal manufacturing apparatus by the Czochralski method, a television camera for observing a solid-liquid interface in a crucible and a video signal of a horizontal scanning line which crosses a meniscus ring generated at the solid-liquid interface are taken out. , Means for measuring respective pulse widths corresponding to two peaks formed in the video signal corresponding to the meniscus ring, and the pulse width varying at a specific period proportional to the number of rotations of the pulling single crystal. A semiconductor single crystal comprising means for detecting that the fluctuation range is compared with a preset value, and means for issuing an alarm when the fluctuation range becomes smaller than a set value. Manufacturing equipment.
【請求項2】 固液界面に発生するメニスカスリングを
横断する水平走査線のビデオ信号を取り出し、あらかじ
め設定したスレッショールドレベルを超える二つのピー
クの幅に対応するクロックパルスを計数した上、引き上
げ単結晶の回転数に比例して特定の周期で変動する前記
パルス幅の変動を電圧として取り出し、この電圧が判別
基準電圧より小さくなったとき単結晶が有転位化したも
のと判断して警報を発することを特徴とする半導体単結
晶製造方法。
2. A video signal of a horizontal scanning line which crosses a meniscus ring generated at a solid-liquid interface is taken out, and clock pulses corresponding to the widths of two peaks exceeding a preset threshold level are counted and then pulled up. The fluctuation of the pulse width that fluctuates in a specific cycle in proportion to the rotation speed of the single crystal is taken out as a voltage, and when this voltage becomes smaller than the judgment reference voltage, it is judged that the single crystal has dislocations and an alarm is issued. A semiconductor single crystal manufacturing method, characterized in that
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010195627A (en) * 2009-02-25 2010-09-09 Shin Etsu Handotai Co Ltd Apparatus for producing single crystal and method for producing single crystal
JP2023509892A (en) * 2019-12-24 2023-03-10 シュージョウ シンジン セミコンダクター テクノロジー カンパニー リミテッド Temperature control system and method for semiconductor single crystal growth

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