JPH0692784A - 液面制御方法 - Google Patents
液面制御方法Info
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- JPH0692784A JPH0692784A JP9932991A JP9932991A JPH0692784A JP H0692784 A JPH0692784 A JP H0692784A JP 9932991 A JP9932991 A JP 9932991A JP 9932991 A JP9932991 A JP 9932991A JP H0692784 A JPH0692784 A JP H0692784A
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Abstract
において、溶融液面の位置を厳密に制御する。 【構成】 融液6の液面にレーザ発光装置13によりレ
ーザ光を入射させ、溶融液面からの反射光を受光センサ
16により検知することによって融液6の液面位置を測
定し、液面位置が設定値と等しい時はルツボ2をルツボ
制御装置19により所定速度で上昇させ、液面位置が設
定値より高い時は、前記所定速度から一定比率を減算し
たものをルツボ2の上昇速度とし、液面位置が設定値よ
り低い時は、前記所定速度に一定比率を加算したものを
ルツボ2の上昇速度として液面の位置を制御する。 【効果】 液面位置が設定値から外れても、直ちに設定
値に戻すことができるので、液面位置を正確に制御でき
る。このため、軸方向の特性が安定した単結晶を製造で
きる。
Description
より単結晶の引き上げ製造を行う際に溶融液面の位置を
制御するための方法に関する。
ては、ルツボ内に収納された単結晶原料を溶融させ、こ
の溶融液から単結晶を引き上げ成長させる、いわゆるチ
ョクラルスキー法が一般的に採用されている。ところで
この方法では、単結晶が引き上げられるに従って溶融液
面が低下すると溶融液表面すなわち単結晶成長面の状態
が変化してしまい、ついには単結晶が引上げられなくな
る。また溶融液面が変化すると溶融液からの酸素の蒸発
量が変化し得られる単結晶の軸方向の酸素濃度が変化す
る。さらに近年ウェーハの酸素析出を利用するIG(In
trinsic Gettering)処理が行われるようになり酸素濃
度の厳密な制御が求められている。
制御だけにより溶融液面の制御を行なっていた。この方
法は、単結晶の引き上げられる体積に相当する液面変位
分を補うようにルツボを引き上げ速度に対して一定速度
で上昇させることにより、溶融液面の位置を一定に保と
うとする方法である。
上げの際の自動直径制御装置では結晶が所定の直径にな
る定形部に入る前の肩作りの初期段階での液面の一定化
は比率が小さすぎ、比率制御による液面の一定化が出来
ないため、以後の厳密な液面位置を設定出来ず、また単
結晶の引き上げを行なう温度での熱変形によるルツボ内
容積の変化によっても液面の変動が生じることもある。
従って、上記比率制御だけによる溶融液面の制御方法に
おいても厳密に液面を制御することは出来なかった。ま
た単結晶の酸素濃度は液面の温度と結晶の冷却度に依存
し、液面に当たるアルゴンガスの流量と蒸発するSiO
の量を制御する必要があり、引上開始時から終了までの
全期間の液面の位置を正確に制御する必要がある。
で、溶融液面の位置をより厳密に制御できる方法を提供
することにより、軸方向における酸素濃度のバラツキを
押さえる事によるより均一な単結晶を製造できるように
することを目的とする。
では、溶融液の液面に信号を入射させ、その溶融液面か
らの反射信号を検知することによって溶融液面の位置を
測定し、設定値からの変位に応じてルツボを上昇させる
ことを課題解決の手段とした。
面にレーザー光を入射させ、溶融液面からの反射光を検
知し、この数値を演算することによって溶融液面の位置
を割り出し、溶融液面の位置が設定値と等しい時はルツ
ボを所定速度で上昇させ、溶融液面の位置が設定値より
高い時は、前記所定速度から一定比率を減算したものを
ルツボの上昇速度とし、溶融液面の位置が設定値より低
い時は、前記所定速度に一定比率を加算したものをルツ
ボの上昇速度として液面の位置を制御することを課題解
決の手段とした。
発によりさざなみをうっており、液面に信号を入射する
と入射信号は溶融液面で反射される。そしてこの反射信
号を一定時間演算することにより溶融液面の位置の設定
値からの変位分を正確に割り出せる。そしてこの変位分
に応じてルツボを上昇させると、溶融液面の位置を制御
できる。
せ、溶融液面からの反射光を検知することによって溶融
液面の位置を測定し、溶融液面の位置が設定値と等しい
時はルツボを所定速度で上昇させ、溶融液面の位置が設
定値より高い時は、前記所定速度から一定比率を減算し
たものをルツボの上昇速度とし、溶融液面の位置が設定
値より低い時は、前記所定速度に一定比率を加算したも
のをルツボの上昇速度として液面の位置を制御すると、
たとえ溶融液面の位置が設定値から外れたとしても液面
位置を直ちに設定値に戻すことができるため、液面位置
を正確に制御できる。
について詳しく説明する。
ために用いる単結晶引上装置の一例を示すものである。
の炉本体1のほぼ中央部には石英ルツボ2が設けられて
いる。この石英ルツボ2の内部には単結晶原料が配さ
れ、溶解中は融液6となっている。そしてこの石英ルツ
ボ2は、黒鉛サセプタ3を介して昇降自在かつ回転自在
な下軸4に取り付けられている。また上記石英ルツボ2
の周囲には、この石英ルツボ2内の融液6の温度を制御
するカーボン製ヒータ7が設置されている。さらにこの
ヒータ7と炉本体1との間には保温筒8が配置されてい
る。この保温筒8の内部には、複数の係止部によって、
筒状の輻射熱遮蔽体11が支持されており、この輻射熱
遮蔽体11は下方に向かうに従って縮径して形成されて
いる。この輻射熱遮蔽体11は引き上がった結晶の熱履
歴の変動を防止すると共に、ヒータ7等から発生したC
Oガス等が不純物として単結晶に導入されないような機
能を有しており、輻射熱遮蔽体11の先端と液面の距離
を厳密に設定しなければガス流路が一定とならない。
単結晶冷却筒10が嵌め込まれている。この単結晶冷却
筒10は炉本体1内に突出しており、引上げ中のシリコ
ン単結晶の熱履歴を制御するためのものである。前記単
結晶冷却筒10と炉本体1の首部14との間には、筒状
のガス流路が形成されている。また、この単結晶冷却筒
10および炉本体1の首部14の内部には、種結晶5を
保持して引き上げるワイヤ9が昇降自在にかつ回転自在
に吊設されている。さらに、前記首部14の上端には、
アルゴンガスを単結晶冷却筒10内に供給する導入管2
0が連結されている。さらに炉本体1の肩部には窓1
2、12が設けられている。
面にレーザー光を照射するためのレーザー発光装置1
3、液面6で反射したレーザー光を集光するための集光
レンズ15および集光した反射光を受光するための受光
センサ16が設置されている。さらに炉本体1の外部に
は、受光センサ16から出力された電流信号を液面位置
に直し設定値との変位を表示するモニタ17と、この変
位をフィードバックするフィードバック制御装置18
と、ルツボの位置を制御するルツボ制御装置19が設定
されている。
を用いて単結晶を製造する場合には、前記導入管20を
介してアルゴンガスを炉本体1内に導入して炉本体1内
の雰囲気をアルゴンガスに置換すると共に、予め石英ル
ツボ2内に収納した単結晶原料をヒータ7により溶解し
融液6とした後、この融液6の温度を単結晶引き上げに
適した温度に維持する(溶解工程)。
の下端に保持された種結晶5の下面を融液6に接触させ
る。この後、石英ルツボ2と種結晶5とを互いに逆方向
に回転させ、ワイヤ9を一定速度で引き上げることによ
り、種結晶5の下端に単結晶の成長を開始させる。この
間、一定時間間隔おきにレーザー発光装置13からレー
ザー光を発生させ、融液6の液面に入射する。液面で反
射したレーザー光は集光レンズ15で集光され、受光セ
ンサ16により電流信号として出力され、さらにこの電
流信号はその時間での液面位置に変換されモニタ17に
表示される。液面位置が設定値から外れている場合は、
フィードバック制御装置18によってルツボ制御装置1
9にフィードバックされ、ルツボ制御装置19によっ
て、石英ルツボ2を一定速度で上昇させ融液6の液面を
制御する(シード工程)。
る直前から、前記レーザ光により測定された液面位置が
設定値と等しい時はルツボ制御装置19により石英ルツ
ボ2を所定速度で上昇させ、溶融液面の位置が設定値よ
り高い時は、前記所定速度から一定比率を減算したもの
をルツボの上昇速度として石英ルツボ2を上昇させ、溶
融液面の位置が設定値より低い時は、前記所定速度に一
定比率を加算したものをルツボの上昇速度として石英ル
ツボ2を上昇させ、融液6の位置を制御する(肩工
程)。
しつつシリコン単結晶を引き上げていくと、シリコン単
結晶の上部の肩部が輻射熱遮蔽体11の縮径された開口
部および単結晶冷却筒10の下端に接近することによ
り、単結晶冷却筒10の内部を流下するアルゴンガスの
流路抵抗が増大するが、その分、分岐管21に流れるア
ルゴンガスの流量が増え融液と輻射熱遮蔽体11の間に
ある加熱されたSiOを含むガスが吸い出される量が増
えるため、結果として、結晶成長面に供給されるアルゴ
ンガスの流れが急激に変動することが抑制される。従っ
て、石英ルツボ2内の結晶成長界面付近の急激な温度変
化が生じることなく、かつ融液6からのSiOの排気が
円滑に行われ、結晶欠陥がなく、酸素濃度の変化も小さ
いシリコン単結晶を引き上げ成長させることができる。
き上げたら、液面制御を終了させ、ヒータ7の電源を切
って単結晶の引き上げを終了する(ボトム工程)。
2ないし図4に示すフローチャートに沿ってさらに詳し
く説明する。
ONにし(ステップ30)、石英ルツボ2内に収納して
ある単結晶材料をヒータ7により溶解し融液6とする。
次いで、ルツボ位置が0点より上に位置していることを
確認(ステップ32)した後、レーザ発光装置13の電
源がONになる(ステップ34)。ここで、炉本体1内
に設けられた真空計(図示せず)が常圧の場合はOFF
にする。さらに液面位置のモニタ17の表示を開始する
(ステップ36)。
された種結晶5の下面を融液6に接触させる。この後、
石英ルツボ2と種結晶5とを互いに逆方向に回転させ
(シード回転ON、ルツボ回転ON)、さらにワイヤ1
1を一定速度で引上げることにより、種結晶5の下端に
単結晶の成長を開始させる(シード遅送り上昇ON)。
(ステップ38)。ここで、上記シード回転、ルツボ回
転、シード遅送り上昇のうちいずれか一つでもOFFに
なると制御が中止され、の溶解工程のステップ32に
戻される。
れる(ステップ40)。この液面制御方法については図
3のフローチャートに沿ってさらに詳しく説明する。
の条件を満たしているかどうかがチェックされる(液面
制御開始条件)。 a レーザ液面制御フラグがセットされている。 b ヒータ7のパワーが入っている。 c 炉本体1内が所定の圧力以下に減圧されている。 d ルツボの位置が0点より上に位置している。 e シード回転ON、ルツボ回転ON、シード遅送り上
昇ON
の条件を満たしていることが確認されたら(ステップ4
1のY)、サンプリング時間を0.1秒としてこの間隔
置きにレーザー発光装置13から発光したレーザー光を
融液6の液面に入射し、液面で反射したレーザー光は集
光レンズ15で集光され、受光センサ16で受光された
値をサンプリングする。さらに液面位置をスムージング
するためにサンプリングデータ数を50として、この5
0回のデータの平均を取って液面位置をモニタ17に表
示する(ステップ42,ステップ43)。
合に液面制御が開始される(ステップ44のY)。
ードバックする時間の間隔)を10秒に設定し、この時
間が経過したら(ステップ45)、液面位置が液面変位
許容値0.1mm以内にあるかどうかが判別される(ス
テップ46)。液面位置が液面変位許容値の範囲外の時
(ステップ46のY)は、ルツボ上昇速度を0.05m
m/minとしてルツボを上昇させ(ステップ47)、
液面位置が液面変位許容値内にある時(ステップ46の
N)は、ルツボの上昇を停止させる(ステップ48)。
50に進行する。
件のうちのいずれかが満たされなくなった場合は、図2
に示すステップ30に戻される。またステップ44にお
いて、e条件が満たされなくなった場合は、図2に示す
ステップ38に戻される。
れ、ルツボ上昇開始を設定した直径になっているかどう
かが判別される(図2のステップ50)。設定された直
径になると、ルツボ上昇を開始し(ステップ52)、第
2の液面制御が行われる(ステップ60)。
ない場合(ステップ50のN)は、ステップ40の第1
液面制御の工程が繰り返される。
ーチャートに沿ってさらに詳しく説明する。
の条件を満たしているかどうかがチェックされる(液面
制御開始条件)(ステップ61)。 f 第1の液面制御を行っている。 g 肩直径が予め設定された直径になりルツボが上昇し
て第2液面制御の開始準備ができている。
いない場合(ステップ61のN)は図2におけるステッ
プ40に戻り、f,gの条件を満たしている場合(ステ
ップ61のY)は、レスポンス時間が10秒経過後(ス
テップ62)、液面位置が液面変位許容値0.1mm以
内にあるかどうかが判別される(ステップ63)。
場合(ステップ63のN)は、ステップ70に進み、
(シード上昇速度)×(ルツボ上昇比率)で算出される
ルツボ上昇速度(以下、標準ルツボ上昇速度という)で
ルツボを上昇させる。(すなわち、ルツボ上昇の比率補
正値は0である。)
ない場合(ステップ63のY)は、以下のようにして液
面制御を行う。
は、ルツボの上昇速度を補正比率(5%)だけ増加させて
上昇速度を補正する(ステップ64)。レスポンス時間
が10秒になり(ステップ65)、再び行われる液面測
定で変位許容値の範囲内にあるかどうかが判別され(ス
テップ66)、液面位置が再び液面設定値より低い場合
(ステップ66のY)には、補正比率をさらに加算して
標準ルツボ上昇速度に対して補正値2×5%分上昇速度
を増加させる。このようにして液面位置が液面設定値に
なるまでルツボ上昇速度に補正比率を加算する。すなわ
ち、この間、n回の補正を行うとルツボ上昇速度は補正
前より補正値n×5%分だけ増加する(ステップ6
8)。液面位置が変位許容値の範囲内に入ると(ステッ
プ66のN)、液面位置が0より下かどうかが判別され
(ステップ67)、液面位置が0より下の場合(ステッ
プ67のY)は、ステップ70に進行する。また液面位
置が0以上の場合(ステップ67のN)は、ステップ6
4に戻って再びルツボ上昇比率の補正が行われる。
高い時は、ルツボの上昇速度を補正比率(5%)づつ低下
させて上昇速度を低下させる。すなわち液面設定値に入
るまでn回補正するとルツボ上昇速度は補正前よりn×
5%低下する(ステップ68)。そして液面位置が変位
許容値に入り(ステップ66のN)液面位置が0より下
になると(ステップ67のY)、補正前の標準ルツボ上
昇速度に戻してルツボを上昇させる(ステップ70)。
0に進行する。
長さまで引き上げたかどうかが確認される(ステップ8
0)。所定の長さまで単結晶を引き上げていない場合
(ステップ80のN)はステップ60の第2液面制御工
程に戻される。所定の長さまで単結晶を引き上げた場合
(ステップ80のY)は、ボトム工程をONにし(ステ
ップ82)、その後、ボトム終了またはパワーOFFに
し(ステップ84)、レーザ電源をOFF(ステップ8
6)、液面位置モニタをOFFにして(ステップ88)
単結晶の引き上げを終了する。
長時にレーザー光を融液6の液面に入射し、液面からの
反射光を検知することにより液面位置の設定値からの変
位を測定し、この変位に応じてルツボを上昇させる方法
であるので、従来の液面位置制御が困難な肩作り工程
(シード工程)においても液面位置を正確に制御するこ
とができる。また石英ルツボ2の熱変形によって融液6
の液面位置の変動が生じても液面位置をより厳密に制御
でき、溶融液面すなわち単結晶成長面の状態を安定化さ
せることができる。また輻射熱遮蔽板を用いて単結晶引
上を行うことにより、軸方向における酸素濃度の変動が
より少ない単結晶を製造することができる。
単結晶を製造した。
スの流量を30Nl/minとして、直径16インチの石英ル
ツボ2内で50kgの多結晶シリコンを溶解した。石英ル
ツボ2内の融液6の温度が引上げ可能な温度に達した後
に、ワイヤ9を下降させ融液6中に種結晶5を接触させ
た。次いで種結晶5の回転数を22rpm、石英ルツボ2
の回転数を5rpmとして、シリコン単結晶を約1.5mm/
minの速度で引上げた。
ーザー発光装置13よりレーザー光を液面に照射し、融
液6の液面位置を0.1秒置きに50個サンプリング
し、液面位置をスムージングした。さらに変位許容範囲
を±0.1mmとし、この値から外れた場合、フィードバ
ック制御装置18を働かせた。1回のルツボ上昇速度の
補正を±0.5%とし、ルツボ上昇速度を補正できる限
界値を±20%とした。また液面計測からルツボ上昇速
度を調整するまでの時間間隔を10秒とした。このよう
にして融液6の液面位置を制御することにより、制御工
程期間中、液面位置と設定値の差を0.1mm以内に納め
ることができた。
方向の酸素濃度のバラツキを図5に示す。また比較例と
して従来の比率制御により製造したシリコン単結晶の軸
方向の酸素濃度のバラツキを図6に示した。
制御を行なうことにより、軸方向における酸素濃度のバ
ラツキを少なくできることが確認された。
法は、溶融液の液面に信号を入射させ、その溶融液面か
らの反射信号を検知することによって溶融液面の位置を
測定し、設定値からの変位に応じてルツボを上昇させる
方法であるので、液面初期位置の厳密な設定が可能とな
り、また従来の液面位置の制御が困難な肩作り工程(シ
ード工程)においても液面位置を正確に制御することが
できる。またルツボの熱変形によって溶融液面の変動が
生じても溶融液面の位置を厳密に制御でき、溶融液表面
すなわち単結晶成長面の状態を安定化することができ
る。
素濃度等の特性が軸方向で一定な単結晶を製造すること
ができる。
と、加熱炉の周囲に比較的簡易な装置を設けるだけで溶
融液面の位置を厳密に測定することができる。
せ、溶融液面からの反射光を検知することによって溶融
液面の位置を測定し、溶融液面の位置が設定値と等しい
時はルツボを所定速度で上昇させ、溶融液面の位置が設
定値より高い時は、前記所定速度から一定比率を減算し
たものをルツボの上昇速度とし、溶融液面の位置が設定
値より低い時は、前記所定速度に一定比率を加算したも
のをルツボの上昇速度として液面の位置を制御すると、
たとえ溶融液面の位置が設定値から外れたとしても液面
位置を直ちに設定値に戻すことができるため、液面位置
を正確に制御することが可能である。
引上げ装置の一例を示す概略図である。
る。
チャートである。
チャートである。
向の酸素濃度のバラツキを示すグラフである。
向の酸素濃度のバラツキを示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項1】 ルツボ内に収納された単結晶原料の溶融
液から単結晶を引き上げ成長させる際に溶融液面の位置
を制御する方法において、 溶融液の液面に信号を入射させ、その溶融液面からの反
射信号を検知することによって溶融液面の位置を測定
し、設定値からの変位に応じてルツボを上昇させること
を特徴とする液面制御方法。 - 【請求項2】 溶融液の液面にレーザー光を入射させ、
溶融液面からの反射光を検知することによって溶融液面
の位置を測定し、溶融液面の位置が設定値と等しい時は
ルツボを所定速度で上昇させ、溶融液面の位置が設定値
より高い時は、前記所定速度から一定比率を減算したも
のをルツボの上昇速度とし、溶融液面の位置が設定値よ
り低い時は、前記所定速度に一定比率を加算したものを
ルツボの上昇速度として液面の位置を制御することを特
徴とする請求項1記載の液面制御方法。
Priority Applications (10)
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DE69133236T DE69133236T2 (de) | 1991-04-26 | 1991-12-27 | Verfahren zur Einkristallzüchtung |
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