JPH07144993A - シリコン単結晶の接触検査方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 重量法を利用し、成長単結晶の落下や落下に
伴う装置の損傷を未然に防止し、常時監視するオペレー
タを不要とし、コストの低減及び歩留りの向上を図るシ
リコン単結晶の接触検査方法及びその装置を提供するこ
と。 【構成】 引上げ軸に設けられた種結晶をルツボ内の多
結晶シリコン融液に浸して前記種結晶及びルツボを回転
させながらシリコン単結晶を引上げる際に、シリコン単
結晶と固化した融液表面及び原料固体層との接触を検出
するシリコン単結晶の接触検査方法において、育成中の
シリコン単結晶の重量を重量計測手段により計測し、こ
の重量計測手段からの重量計測値に基づき単位時間当た
りの重量増加勾配を演算手段により算出し、この演算手
段により算出された重量増加勾配が予め設定された実績
値の所定範囲を超えたときに、前記シリコン単結晶が接
触したと判定するシリコン単結晶の接触検査方法及び装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＺ法によるシリコン
単結製造時に、Si融液表面固化に伴うシリコン単結晶と
固化表面との接触、又は、溶融液層法によるシリコン単
結製造時に、原料固体層とシリコン単結晶との接触を検
査するシリコン単結晶の接触検査方法及びその装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＣＺ炉を用いてシリコン単結晶
を製造するＣＺ引上げ法においては、反応容器（チャン
バ）内で、多結晶シリコンを融解した融液を入れたルツ
ボをヒータによって加熱しながら回転させるとともに、
ワイヤロープの下端に設けられた種結晶を回転させなが
らシリコン単結晶の製造が行われる。この場合、ルツボ
と種結晶の回転速度差やワイヤロープの引上げ速度を制
御しながら引上げが行われる。そして、前記種結晶の下
端面にシリコンが整列して固まると、育成されたシリコ
ン単結晶の下端面に次々とシリコンが整列して固まり、
円柱状のシリコン単結晶が得られる。

【０００３】ところで、通常、多結晶シリコンを半導体
基板として用いる場合には、単結晶シリコンの電気抵抗
率、電気電導型を調整するために、ルツボの溶融液中に
不純物が添加されるが、このような不純物はシリコン単
結晶の引上げ方向に偏析し、シリコン単結晶の成長方向
全長に亘って均一な濃度分布を維持することは難しいも
のであった。

【０００４】このため、この不純物の偏析を抑制するた
めに溶融液層による引上げ法が開発されている。この溶
融液層による引上げ法は、ルツボの周囲に設置したヒー
タの加熱制御を行うことにより、ルツボの下部に結晶用
原料の固体層を形成させ、その上部に結晶用原料の溶融
液層を形成させ、溶融液層中の不純物濃度を一定に保持
した状態で溶融液層からシリコン単結晶を引上げて成長
させるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のＣＺ
法によるシリコン単結晶の製造方法によれば、単結晶シ
リコンの引上げ後半時に、ルツボ内のシリコン融液表面
でルツボ壁から単結晶成長界面に向けて結晶が張り出
す、所謂、融液表面の固化が発生して成長単結晶に接触
し、単結晶の落下により引上げ装置を損傷させたりする
おそれがあった。これは、ルツボ内の融液量減少に伴っ
て融液自体の潜熱が奪われたり、また、ヒータ設置位置
から外れるルツボ面積が増加し融液温度が低下するため
であると思われる。

【０００６】このため、従来のＣＺ法においては、引上
げ後半時には、一定のプログラムに基づいてヒートパワ
ーを高めるように液温調整を行っていたが、それでも断
熱材やヒータの劣化に伴って融液表面の固化が発生する
ため、人による炉内目視によりシリコン単結晶の接触状
況を検出しており、コストが嵩むという不都合があっ
た。

【０００７】また、上述した従来の溶融液層法において
も、単結晶引上げ中に僅かな引上げ条件の違いにより、
液温が低下してルツボ内下部に滞在する原料固体層が成
長し、この成長する原料固体層が引上げ中のシリコン単
結晶と接触を起こしており、先のＣＺ法と同様の問題を
有し、常にオペレータにより炉内の監視が必要となりコ
ストが嵩む問題があった。

【０００８】ところで、引上げ単結晶シリコンの直径を
制御する方法として重量法が知られている。

【０００９】この重量法は、一定時間内に一定速度で引
上げられた単結晶シリコンの重量の変化で引上げ速度を
調整してシリコン単結晶の直径を制御するものであり、
引上げ中のシリコン単結晶の接触の検出に利用できるこ
とを見出した。

【００１０】そこで、本発明は、重量法を利用して引上
げ単結晶シリコンの接触を検出して制御することによ
り、成長単結晶の落下や落下に伴う装置の損傷を未然に
防止し、常時監視するオペレータを不要とし、製造コス
トの低減及び歩留りの向上を図ることができるシリコン
単結晶の接触検査方法及びその装置を提供することを目
的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、引上げ軸に設
けられた種結晶をルツボ内の多結晶シリコン融液に浸し
て前記種結晶及びルツボを回転させながらシリコン単結
晶を引上げる際に、シリコン単結晶と固化した融液表面
及び原料固体層との接触を検出するシリコン単結晶の接
触検査方法において、育成中のシリコン単結晶の重量を
重量計測手段により計測し、この重量計測手段からの重
量計測値に基づき単位時間当たりの重量増加勾配を演算
手段により算出し、この演算手段により算出された重量
増加勾配が予め設定された実績値の所定範囲を超えたと
きに、前記シリコン単結晶が接触したと判定するシリコ
ン単結晶の接触検査方法である。

【００１２】更に、本発明は、引上げ軸に設けられた種
結晶をルツボ内の多結晶シリコン融液に浸して前記種結
晶及びルツボを回転させながらシリコン単結晶を引上げ
る際に、シリコン単結晶と固化した融液表面及び原料固
体層との接触を検出するシリコン単結晶の接触検査方法
において、育成中のシリコン単結晶の重量を計測する重
量計測装置と、この重量計測手段からの重量計測値に基
づき単位時間当たりの重量増加勾配を算出しこの算出さ
れた重量増加勾配が予め設定された実績値の所定範囲を
超えたときに前記シリコン単結晶が接触したと判定する
演算手段と、を備え、加えて、この演算手段により前記
シリコン単結晶が接触したと判定されたときに前記シリ
コン単結晶の引上げを停止する引上げ停止手段又は前記
演算手段により前記シリコン単結晶が接触したと判定さ
れたときに警報を発する警報手段のいずれかを備えたシ
リコン単結晶の接触検査装置である。

【００１３】また、好ましくは、前記育成中のシリコン
単結晶の直径を光学的に計測する光学的直径計測手段を
備えたシリコン単結晶の接触検査装置である。

【００１４】

【作用】シリコン単結晶を製造時には、多結晶シリコン
を融解した融液を入れたルツボを、ヒータによって加熱
しながら、ルツボ駆動部により回転させるとともに、ワ
イヤロープの下端に設けられたシードを引上げ駆動部に
より回転させながら上昇することにより、シードの下端
にシリコン単結晶が育成される。

【００１５】この場合、引上げ中のシリコン単結晶の直
径は、光学的直径計測手段により計測され、この計測さ
れた直径値に基づいて引上げ駆動部によるシリコン単結
晶の引上げ速度と、ルツボ内を加熱するヒータのパワー
制御が行われる。

【００１６】また、育成中のシリコン単結晶の重量が重
量計測手段により計測され、この重量計測値に基づいて
演算手段において時間当たりの実際の重量増加勾配の演
算が行われ、実際の重量増加勾配が予め設定された実績
値の所定範囲を超えたときには、演算手段によりシリコ
ン単結晶が接触した異常状態であると判断し、シリコン
単結晶の引上げが停止され、又は、警報手段により警報
が発せられる。

【００１７】従って、育成中のシリコン単結晶の接触状
態が即座に検知され、また、通常はＣＣＤカメラによる
直径計測に基づいて引上げ速度やヒータのパワー制御が
行われるので、シリコン単結晶の直径制御も同時に行う
ことができる。

【００１８】この結果、シリコン単結晶の接触に伴う単
結晶落下による装置の損傷を未然に防止でき、接触状態
の発生を監視するオペレータを不要とすることが可能と
なり、製造コストの低減及び歩留りの向上を図ることが
できる。

【００１９】

【実施例】以下に、本発明の一実施例を図面に基づいて
説明する。図１は本実施例の単結晶シリコン引上げ装置
１の縦断面図であり、図中、２はチャンバ、３はチャン
バの上部に一体に設けられた筒部を示している。

【００２０】前記チャンバ２内の中心部には、ルツボ昇
降軸４が垂直に配設され、このルツボ昇降軸４の上部に
は融液５が入れられたルツボ６が取付けられ、ルツボ昇
降軸４の下部には、このルツボ昇降軸４を上下移動させ
るとともに回転させるルツボ駆動部７が設けられてい
る。前記ルツボ６の周囲にはヒータ８が円筒状に配設さ
れ、このヒータ８の周囲には円筒状の保温材９が配設さ
れている。

【００２１】前記筒部３内には、ワイヤ１１が垂下さ
れ、このワイヤ１１の下端にはシードチャック１２が取
付けられ、このシードチャック１２にはシード（種結
晶）１３が取付けられている。尚、図中、１４はシード
１３の下端に成長したシリコン単結晶を示す。

【００２２】前記ワイヤ１１の上端部は引上げ駆動部１
６に連結され、この引上げ駆動部１６により成長中のシ
リコン単結晶１４を、前記ルツボ６とは逆回転させなが
ら、所定の速度で引上げる。

【００２３】前記引上げ駆動部１６は、筒部３の上部に
配設され、一端部が固設された支持部材１７上に重量計
測装置（重量計測手段）１８を介して取付けられてお
り、重量計測装置１８により成長中のシリコン単結晶１
４の重量を測定できるようになっている。

【００２４】また、前記チャンバ２の上部には、監視用
の窓部１９が設けられ、この監視用窓部１９を通じて成
長中のシリコン単結晶１４を監視するＣＣＤカメラ（光
学的直径計測手段）２１が固設されている。

【００２５】前記ルツボ駆動部７、ヒータ８、ＣＣＤカ
メラ２１、引上げ駆動部１６は、それぞれマイクロコン
ピュータ２２に接続され、前記重量計測装置１８は比較
演算装置（演算手段）２３を通じてマイクロコンピュー
タ２２に接続されている。

【００２６】更に、前記比較演算装置２３には成長シリ
コン単結晶１４の接触異常を知らせる警報装置（警報手
段）２４が接続されている。

【００２７】そして、重量計測装置１８から得られる成
長シリコン単結晶１４の重量データや、ＣＣＤカメラ２
１から得られるシリコン単結晶１４の直径データに基づ
き、マイクロコンピュータ２２により、ルツボ駆動部７
の回転及び上昇速度が制御され、ヒータ８の加熱制御が
行われ、引上げ駆動部１６の回転及び引上げ速度の制御
が行われる構成となっている。

【００２８】尚、所マイクロコンピュータ２２によりシ
リコン単結晶１４の引上げを停止する停止手段が構成さ
れ、また、重量計測装置１８、比較演算装置２３、マイ
クロコンピュータ２２及び警報装置２４等によりシリコ
ン単結晶１４の接触検査装置が構成されている。

【００２９】次に、前記構成の引上げ装置によりシリコ
ン単結晶を製造する場合について説明する。尚、本実施
例では、６インチのシリコン単結晶を引上げるものとす
る。

【００３０】シリコン単結晶１４を製造するには、多結
晶シリコンを融解した融液５を入れたルツボ６を、ヒー
タ８によって加熱しながら、ルツボ駆動部７により回転
させるとともに、ワイヤ１１の下端に設けられたシード
１３を引上げ駆動部１６により回転させながら上昇する
ことにより、シード１３の下端にシリコン単結晶１４が
育成される。

【００３１】この場合、引上げ中のシリコン単結晶１４
の直径は、ＣＣＤカメラ２１により常時計測され、この
計測された直径値に基づいて引上げ駆動部１６によるシ
リコン単結晶１４の引上げ速度と、融液５を加熱するヒ
ータ８のパワー制御が行われる。尚、直径制御における
シリコン単結晶１４の引上げ速度としては、図２に示す
ように、１．０mm／minに設定され、この引上げ速度の
制御範囲としては、±０．５mm／minとしている。

【００３２】また、シリコン単結晶１４の引上げ速度
を、図２に示すように、１．０mm／minの引上げ速度と
した場合、この引上げ速度を基準とした上限と下限を設
け、±１０％の重量勾配の範囲を接触のない正常な範囲
として予め設定している。この範囲は、実績値に基づい
て設定したものである。この重量勾配の範囲内では、例
えば、図２に示すように、上限引上げ速度が１．５mm／
minとした場合、この上限引上げ速度がよしんば１分間
続いたとしても、実際の重量増加量としては、実質平均
速度の場合の５０ｇに対し、６３．７ｇ／min程度とな
り、接触が発生しない。

【００３３】更に、引上げ中のシリコン単結晶１４の接
触検出は、重量計測装置１８により計測された重量計測
値に基づいて比較演算装置２３により実際の重量増加量
の演算が行われ、比較演算装置２３の判定信号に基づい
てマイクロコンピュータ２２により引上げ駆動部１６が
制御される。

【００３４】すなわち、重量計測装置１８による重量測
定の時間間隔は１分毎とし、マイクロコンピュータ２２
から入力される１分間当たりの平均引上げ速度に基づい
て重量増加量が演算され、この演算値に対して、実際の
重量増加量が±１０％以内、つまり、前記上限と下限の
重量勾配の範囲内であれば正常と判定される。

【００３５】反対に、実際の重量増加量が±１０％の前
記重量勾配の範囲内を超えた場合、すなわち、図３の破
線で示すように、上限の重量勾配を超えた時には、シリ
コン単結晶１４と固体層との接触状態、或いは、シリコ
ン単結晶１４と融液面との固化による接触状態であると
判定される。そして、接触状態であると判定された時に
は、引上げ駆動部１６の駆動停止信号Ｔをマイクロコン
ピュータ２２から出力してシリコン単結晶１４の引上げ
を停止させるとともに、警報装置２４に警報信号を送出
して警報装置２４を駆動する。

【００３６】尚、図３中、Ａは設定平均束度（１．０mm
／min）、Ｂは実績平均速度（１．１７mm／min）、Ｃは
実績時の特性を示す。

【００３７】従って、１分間当たりの平均引上げ速度に
基づいて演算された重量増加量に対して、実際の重量増
加量が±１０％を超えた場合に、シリコン単結晶と固体
層との接触状態、或いは、シリコン単結晶と融液面との
固化による接触状態であると判定されて、引上げ駆動部
が駆動停止され、更に、警報装置が駆動されるので、育
成中のシリコン単結晶の接触状態が即座に検出でき、ま
た、ＣＣＤカメラによる直径計測に基づいて引上げ速度
やヒータのパワー制御が行われるので、シリコン単結晶
の直径制御も同時に行うことができる。

【００３８】この結果、シリコン単結晶の接触に伴う単
結晶落下による装置の損傷を未然に防止でき、接触状態
の発生を監視するオペレータを不要とすることが可能と
なり、製造コストの低減及び歩留りの向上を図ることが
できる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
予め設定された重量範囲に対して、実際の重量増加勾配
が超えたときに、シリコン単結晶と固体層との接触状
態、或いは、シリコン単結晶と融液面との固化による接
触状態であると判定され、シリコン単結晶の引上げが停
止され、又は警報が発せられるで、育成中のシリコン単
結晶の接触状態が即座に検知でき、また、光学的直径計
測手段により引上げ速度やヒータのパワー制御が行われ
るので、シリコン単結晶の直径制御も同時に行うことが
できる。

【００４０】この結果、シリコン単結晶の接触に伴う単
結晶落下による装置の損傷を未然に防止でき、接触状態
の発生を監視するオペレータを不要とすることが可能と
なり、製造コストの低減及び歩留りの向上を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係り、引上げ装置を示す縦
断面図である。

【図２】設定された平均引上げ速度に対する重量増加の
上限及び下限を示す図である。

【図３】シリコン単結晶の接触時の重量増加特性を示す
図である。

【符号の説明】

１４ シリコン単結晶 １８ 重量計測手段 ２１ 光学的直径計測手段 ２２ 引上げ停止手段 ２３ 演算手段 ２４ 警報手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 引上げ軸に設けられた種結晶をルツボ内
   の多結晶シリコン融液に浸して前記種結晶及びルツボを
   回転させながらシリコン単結晶を引上げる際に、シリコ
   ン単結晶と固化した融液表面及び原料固体層との接触を
   検出するシリコン単結晶の接触検査方法において、 育成中のシリコン単結晶の重量を重量計測手段により計
   測し、この重量計測手段からの重量計測値に基づき単位
   時間当たりの重量増加勾配を演算手段により算出し、こ
   の演算手段により算出された重量増加勾配が予め設定さ
   れた実績値の所定範囲を超えたときに、前記シリコン単
   結晶が接触したと判定することを特徴とするシリコン単
   結晶の接触検査方法。
2. 【請求項２】 引上げ軸に設けられた種結晶をルツボ内
   の多結晶シリコン融液に浸して前記種結晶及びルツボを
   回転させながらシリコン単結晶を引上げる際に、シリコ
   ン単結晶と固化した融液表面及び原料固体層との接触を
   検出するシリコン単結晶の接触検査方法において、 育成中のシリコン単結晶の重量を計測する重量計測装置
   と、この重量計測手段からの重量計測値に基づき単位時
   間当たりの重量増加勾配を算出しこの算出された重量増
   加勾配が予め設定された実績値の所定範囲を超えたとき
   に前記シリコン単結晶が接触したと判定する演算手段
   と、この演算手段により前記シリコン単結晶が接触した
   と判定されたときに前記シリコン単結晶の引上げを停止
   する引上げ停止手段と、を備えたことを特徴とするシリ
   コン単結晶の接触検査装置。
3. 【請求項３】 引上げ軸に設けられた種結晶をルツボ内
   の多結晶シリコン融液に浸して前記種結晶及びルツボを
   回転させながらシリコン単結晶を引上げる際に、シリコ
   ン単結晶と固化した融液表面及び原料固体層との接触を
   検出するシリコン単結晶の接触検査方法において、 育成中のシリコン単結晶の重量を計測する重量計測装置
   と、この重量計測手段からの重量計測値に基づき単位時
   間当たりの重量増加勾配を算出しこの算出された重量増
   加勾配が予め設定された実績値の所定範囲を超えたとき
   に前記シリコン単結晶が接触したと判定する演算手段
   と、この演算手段により前記シリコン単結晶が接触した
   と判定されたときに警報を発する警報手段と、を備えた
   ことを特徴とするシリコン単結晶の接触検査装置。
4. 【請求項４】 前記育成中のシリコン単結晶の直径を光
   学的に計測する光学的直径計測手段を備えた請求項２又
   は３記載のシリコン単結晶の接触検査装置。