JPH0774117B2 - ヒータの温度パターン作成方法及びこの温度パターンを用いたＳｉ単結晶育成制御装置 - Google Patents
ヒータの温度パターン作成方法及びこの温度パターンを用いたＳｉ単結晶育成制御装置Info
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- JPH0774117B2 JPH0774117B2 JP1273517A JP27351789A JPH0774117B2 JP H0774117 B2 JPH0774117 B2 JP H0774117B2 JP 1273517 A JP1273517 A JP 1273517A JP 27351789 A JP27351789 A JP 27351789A JP H0774117 B2 JPH0774117 B2 JP H0774117B2
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- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
本発明は、チョクラルスキー法によるSi単結晶製造装置
に用いられるSi加熱溶融用ヒータの温度パターン作成方
法、及び、この温度パターンを用いたSi単結晶育成制御
装置に関する。
に用いられるSi加熱溶融用ヒータの温度パターン作成方
法、及び、この温度パターンを用いたSi単結晶育成制御
装置に関する。
近年、半導体装置の高集積化、多品種化に伴い、半導体
単結晶の品質に対するデバイスメーカからの要求仕様が
多様化してきた。 一方、CZ法により石英坩堝内のSi融液からSi単結晶を引
き上げる場合、この要求仕様を満たすために、坩堝回転
速度、ヒータ温度、Si単結晶引上軸の引上速度及び回転
速度等の各種製造条件を変更する必要がある。
単結晶の品質に対するデバイスメーカからの要求仕様が
多様化してきた。 一方、CZ法により石英坩堝内のSi融液からSi単結晶を引
き上げる場合、この要求仕様を満たすために、坩堝回転
速度、ヒータ温度、Si単結晶引上軸の引上速度及び回転
速度等の各種製造条件を変更する必要がある。
しかし、１つの製造条件を変更すると、これが他の製造
条件に複雑に影響を及ぼすので、Si単結晶の形状及び品
質の制御は極めて複雑となる。 例えば、坩堝回転速度を増大させるとSi融液と石英坩堝
との反応が大きくなって、Si単結晶に取り込まれる酸素
量が増大するが、Si融液温度を高くしてもSi融液と石英
坩堝との反応が大きくなってSi単結晶内へ取り込まれる
酸素量が増大する。また、坩堝回転速度を増大させる
と、Si融液の対流によりSi単結晶育成部の温度が低くな
り、Si単結晶成長速度が増加する。さらに、Si融液温度
を低くするとSi単結晶成長速度が増加してSi単結晶の直
径が大きくなるが、Si単結晶引き上げ速度を遅くしても
Si単結晶の直径が大きくなる。 このため、多くの経験的事実（膨大なデータ）が必要と
なり、これを人の判断を介し制御にフィードバックさせ
る必要がある。この作業は煩雑であり、処理に長時間を
要する。 このような問題は、将来的には非ノイマン型のニューロ
コンピュータを用いることにより解決されるであろう
が、現在のところ、まだ実用的でない。 このような問題点に鑑み、本発明の目的は、短時間で比
較的容易に、要求仕様を満たすSi単結晶の製造条件を決
定することができる、ヒータの温度パターン作成方法及
びこの温度パターンを用いたSi単結晶育成制御装置を提
供することにある。
条件に複雑に影響を及ぼすので、Si単結晶の形状及び品
質の制御は極めて複雑となる。 例えば、坩堝回転速度を増大させるとSi融液と石英坩堝
との反応が大きくなって、Si単結晶に取り込まれる酸素
量が増大するが、Si融液温度を高くしてもSi融液と石英
坩堝との反応が大きくなってSi単結晶内へ取り込まれる
酸素量が増大する。また、坩堝回転速度を増大させる
と、Si融液の対流によりSi単結晶育成部の温度が低くな
り、Si単結晶成長速度が増加する。さらに、Si融液温度
を低くするとSi単結晶成長速度が増加してSi単結晶の直
径が大きくなるが、Si単結晶引き上げ速度を遅くしても
Si単結晶の直径が大きくなる。 このため、多くの経験的事実（膨大なデータ）が必要と
なり、これを人の判断を介し制御にフィードバックさせ
る必要がある。この作業は煩雑であり、処理に長時間を
要する。 このような問題は、将来的には非ノイマン型のニューロ
コンピュータを用いることにより解決されるであろう
が、現在のところ、まだ実用的でない。 このような問題点に鑑み、本発明の目的は、短時間で比
較的容易に、要求仕様を満たすSi単結晶の製造条件を決
定することができる、ヒータの温度パターン作成方法及
びこの温度パターンを用いたSi単結晶育成制御装置を提
供することにある。
これらの目的を達成するために、本発明に係るSi単結晶
育成制御装置では、ヒータで加熱された坩堝内Si融液か
ら引上育成されるSi単結晶の育成部付近を撮像し映像信
号を出力する装置と、該映像信号を処理して該Si単結晶
育成部の直径Diを測定する装置と、該Si単結晶の引き上
げ距離Ｘの関数として該直径の目標パターンDo（Ｘ）が
設定される手段と、該Si単結晶を引き上げるモータと、
該直径の制御偏差が零に近づくように該モータの回転速
度を制御する手段と、該ヒータの温度に対応した温度を
検出する手段と、該検出温度が目標温度になるように該
ヒータに供給する電力を制御する手段と、該引き上げ距
離Ｘの関数として温度パターンTB（Ｘ）を設定するため
の温度パターン設定手段と、手動設定された値を出力す
る手段と、少なくとも、該直径制御偏差に比例した値と
該温度パターン設定手段の出力値と該手動設定値との和
を実質的に含む値を、該目標温度として該電力制御手段
に供給する目標温度供給手段と、を備えている。 Si単結晶引上速度のみによりSi単結晶の直径制御を行っ
たのでは、応答速度が大き過ぎるので、Si単結晶の直胴
部が円柱形状にならず変形するという第１の問題があ
る。 一方、Si融液の温度が低いとSi単結晶の成長速度が速く
なり、Si融液の温度が高いとSi単結晶の成長速度が遅く
する。また、Si融液の温度による直径制御の応答性はSi
単結晶の引上速度による直径制御の応答性よりも緩慢で
ある。このようなことから、Si単結晶引上速度のみなら
ず温度をも制御することにより、Si単結晶の直径を正確
に制御して、直胴部形状を円柱形状に近づけることがで
き、第１の問題が解決される。 そこで、Si単結晶引上速度制御と同様に、Si単結晶の直
径制御偏差を温度調節器へ供給してヒータへの供給電力
を制御するのが一般的な方法である。 ところが、例えば、石英坩堝からSi融液内へ溶け出す酸
素の量及びこの酸素がSi単結晶に取り込まれる量は、石
英坩堝とSi融液の接触面積（すなわち、Si融液量又はSi
単結晶の引上量）、Si融液の温度及び石英坩堝の回転速
度CRに依存する。また、この回転速度CRによりSi融液の
対流状態が変化するので結晶育成界面での温度分布が変
化して、Si単結晶の成長速度が変化する。従って、上記
のようにヒータへの供給電力を単純に制御すれば、所望
の品質のSi単結晶を得ることは困難であるという第２の
問題が生ずる。 一方、Si単結晶の成長速度は、Si融液の温度を現在より
も高くすれば遅くなり、低くすれば速くなるという性質
がある。 そこで、本発明では、ヒータの目標温度に関し、一定の
温度パターンを与えて第２の問題を解決し、この温度パ
ターンを基準として上下に温度変動させることにより第
１の問題を解決する。すなわち、ヒータ温度を一定の温
度パターン成分とこれからの変動成分とに分け、両成分
を異なる目的に、すなわち２次元的に利用する。このよ
うな利用方法は、基本パターン成分に比し変動成分を小
さくすることにより実現できる。また、この利用方法に
より、すなわち、本発明に係るSi単結晶育成制御装置に
より、Si単結晶の形状及び品質の制御が極めて簡単化さ
れる。 本発明に係る、ヒータの上記温度パターンを作成する方
法は、上記装置を用いてSi単結晶を製造する際に各種操
業データを自動的に収集するステップと、該収集データ
及び該データに対応したSi単結晶の品質に関するデータ
を記憶装置に蓄積するステップと、これから製造しよう
とするとSi単結晶の品質に類似するデータを、コンピュ
ータを用いて該蓄積データから検索するステップと、検
索された該データを表示装置の画面にグラフ表示させ、
表示された該データの中から操作者がデータを選択する
ステップと、該選択されたデータを温度パターンの設定
画面にグラフ表示させるステップと、操作者が該設定画
面を見ながら該温度パターンを設定するステップと、を
有する。 この方法により、要求仕様を満たすように最終的に製造
条件を調整するための温度パターン設定作業が容易にな
り、短時間で比較的容易に、要求仕様を満たすSi単結晶
の製造条件を決定することができる。 この温度パターンの設定は、経験的事実に基づいて実行
されるので、前記設定画面において、温度パターンT
B（Ｘ）を構成する複数の点座標（X,TB）をマウスで設
定することにより該温度パターンがグラフ表示されるよ
うにすれば、温度パターン設定作業がさらに容易にな
る。 上記方法は、Si単結晶を製造する際に各種操業データを
自動的に収集するデータ収集装置と、該収集データ及び
該収集データに対応したSi単結晶の品質に関するデータ
が蓄積される記憶装置と、入力手段と、該入力手段から
入力された品質データに類似するデータを、該記憶装置
に蓄積されたデータから検索する検索する手段と、検索
された該データを画面にグラフ表示させるための表示装
置と、該表示装置に表示されたデータのうち該入力手段
で選択されたデータを温度パターンの設定画面にグラフ
表示させ、グラフ表示されたデータを該入力手段からの
入力に基づいて変更することにより前記設定のための温
度パターンを作成する温度パターン作成手段と、を備え
た温度パターン作成装置を用いて実施することができ
る。
育成制御装置では、ヒータで加熱された坩堝内Si融液か
ら引上育成されるSi単結晶の育成部付近を撮像し映像信
号を出力する装置と、該映像信号を処理して該Si単結晶
育成部の直径Diを測定する装置と、該Si単結晶の引き上
げ距離Ｘの関数として該直径の目標パターンDo（Ｘ）が
設定される手段と、該Si単結晶を引き上げるモータと、
該直径の制御偏差が零に近づくように該モータの回転速
度を制御する手段と、該ヒータの温度に対応した温度を
検出する手段と、該検出温度が目標温度になるように該
ヒータに供給する電力を制御する手段と、該引き上げ距
離Ｘの関数として温度パターンTB（Ｘ）を設定するため
の温度パターン設定手段と、手動設定された値を出力す
る手段と、少なくとも、該直径制御偏差に比例した値と
該温度パターン設定手段の出力値と該手動設定値との和
を実質的に含む値を、該目標温度として該電力制御手段
に供給する目標温度供給手段と、を備えている。 Si単結晶引上速度のみによりSi単結晶の直径制御を行っ
たのでは、応答速度が大き過ぎるので、Si単結晶の直胴
部が円柱形状にならず変形するという第１の問題があ
る。 一方、Si融液の温度が低いとSi単結晶の成長速度が速く
なり、Si融液の温度が高いとSi単結晶の成長速度が遅く
する。また、Si融液の温度による直径制御の応答性はSi
単結晶の引上速度による直径制御の応答性よりも緩慢で
ある。このようなことから、Si単結晶引上速度のみなら
ず温度をも制御することにより、Si単結晶の直径を正確
に制御して、直胴部形状を円柱形状に近づけることがで
き、第１の問題が解決される。 そこで、Si単結晶引上速度制御と同様に、Si単結晶の直
径制御偏差を温度調節器へ供給してヒータへの供給電力
を制御するのが一般的な方法である。 ところが、例えば、石英坩堝からSi融液内へ溶け出す酸
素の量及びこの酸素がSi単結晶に取り込まれる量は、石
英坩堝とSi融液の接触面積（すなわち、Si融液量又はSi
単結晶の引上量）、Si融液の温度及び石英坩堝の回転速
度CRに依存する。また、この回転速度CRによりSi融液の
対流状態が変化するので結晶育成界面での温度分布が変
化して、Si単結晶の成長速度が変化する。従って、上記
のようにヒータへの供給電力を単純に制御すれば、所望
の品質のSi単結晶を得ることは困難であるという第２の
問題が生ずる。 一方、Si単結晶の成長速度は、Si融液の温度を現在より
も高くすれば遅くなり、低くすれば速くなるという性質
がある。 そこで、本発明では、ヒータの目標温度に関し、一定の
温度パターンを与えて第２の問題を解決し、この温度パ
ターンを基準として上下に温度変動させることにより第
１の問題を解決する。すなわち、ヒータ温度を一定の温
度パターン成分とこれからの変動成分とに分け、両成分
を異なる目的に、すなわち２次元的に利用する。このよ
うな利用方法は、基本パターン成分に比し変動成分を小
さくすることにより実現できる。また、この利用方法に
より、すなわち、本発明に係るSi単結晶育成制御装置に
より、Si単結晶の形状及び品質の制御が極めて簡単化さ
れる。 本発明に係る、ヒータの上記温度パターンを作成する方
法は、上記装置を用いてSi単結晶を製造する際に各種操
業データを自動的に収集するステップと、該収集データ
及び該データに対応したSi単結晶の品質に関するデータ
を記憶装置に蓄積するステップと、これから製造しよう
とするとSi単結晶の品質に類似するデータを、コンピュ
ータを用いて該蓄積データから検索するステップと、検
索された該データを表示装置の画面にグラフ表示させ、
表示された該データの中から操作者がデータを選択する
ステップと、該選択されたデータを温度パターンの設定
画面にグラフ表示させるステップと、操作者が該設定画
面を見ながら該温度パターンを設定するステップと、を
有する。 この方法により、要求仕様を満たすように最終的に製造
条件を調整するための温度パターン設定作業が容易にな
り、短時間で比較的容易に、要求仕様を満たすSi単結晶
の製造条件を決定することができる。 この温度パターンの設定は、経験的事実に基づいて実行
されるので、前記設定画面において、温度パターンT
B（Ｘ）を構成する複数の点座標（X,TB）をマウスで設
定することにより該温度パターンがグラフ表示されるよ
うにすれば、温度パターン設定作業がさらに容易にな
る。 上記方法は、Si単結晶を製造する際に各種操業データを
自動的に収集するデータ収集装置と、該収集データ及び
該収集データに対応したSi単結晶の品質に関するデータ
が蓄積される記憶装置と、入力手段と、該入力手段から
入力された品質データに類似するデータを、該記憶装置
に蓄積されたデータから検索する検索する手段と、検索
された該データを画面にグラフ表示させるための表示装
置と、該表示装置に表示されたデータのうち該入力手段
で選択されたデータを温度パターンの設定画面にグラフ
表示させ、グラフ表示されたデータを該入力手段からの
入力に基づいて変更することにより前記設定のための温
度パターンを作成する温度パターン作成手段と、を備え
た温度パターン作成装置を用いて実施することができ
る。
以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。こ
の実施例では、Si単結晶のうち最も重要な直胴部の製造
についてのみ述べるが、その前部であるコーン部及び後
部であるテイル部についても直胴部の場合と同様であ
る。 第１図は、チョクラルスキー法によるSi単結晶引上装置
の要部構成を示す。 チャンバ10内には、モータ12により回転される坩堝回転
軸14の上端に受け部16が形成され、この受け部16上にテ
ーブル18を介して黒鉛坩堝20が載置されている。この黒
鉛坩堝20内には石英坩堝22が嵌合されている。黒鉛坩堝
20はヒータ24に囲繞され、ヒータ24は黒鉛断熱筒26によ
り囲繞されている。 一方、モータ28により昇降される引上軸30の下端には、
ホルダ32を介して種結晶34が取り付けられており、石英
坩堝22内のSi単結晶をヒータ24で加熱溶融してSi融液35
を形成し、種結晶34の下端部をSi融液35に漬けて引き上
げることにより、Si単結晶36が育成される。 なお、坩堝回転軸14は不図示のモータで昇降され、通常
はこれにより、Si単結晶製造中においてSi融液35の高さ
位置が一定に保たれる。また、引上軸30は不図示のモー
タで石英坩堝22と逆方向に回転される。 チャンバ10の肩部に設けられた窓38にはITVカメラ40が
固定され、ITVカメラ40によりSi融液35とSi単結晶36と
の間の結晶育成界面361の付近が撮像される。また、黒
鉛断熱筒26の外周面には孔42が形成され、これに補強筒
44が嵌合されている。この孔42に対応して、チャンバ10
の胴部には窓46が形成され、窓46に対向して、チャンバ
10の外部には、下端部が固定されたブラケット50の上端
に放射温度計48が固定されている。この放射温度計48
は、孔42の底面から放出される熱線を検出して、ヒータ
24の温度を間接的に検出する。 結晶育成界面361での目標直径Doは、Si単結晶36の結晶
育成界面361から直胴部始点362までの長さＬの関数とし
て、目標直径パターン発生器52に設定されている（直胴
部では一定値）。この直胴部長さＬは、Si融液35の表面
の初期高さ、石英坩堝22の直径、液晶育成界面361での
検出直径Di、引上軸30の引上げ距離及び坩堝回転軸14の
持ち上げ距離を用いて、不図示の構成により求められ、
目標直径パターン発生器52に供給される。一方、ITVカ
メラ40から出力される映像信号は、直径測定器54へ供給
され、直径測定器54は画像処理をして結晶育成界面361
での直径Diを検出する。これら目標直径Do及び検出直径
Diは減算器55へ供給され、減算器55の出力（Do−Di）は
制御偏差として速度調節器56へ供給される。速度調節器
56はこの制御偏差が零に近づくように、モータドライバ
58を介しモータ28の回転速度を制御する。 しかし、実際には、この制御のみでは、Si単結晶36を所
望の形状にすることは困難である。すなわち、この制御
のみでは、Si単結晶36の直胴部は円柱形状にならず変形
する。 ここで、Si融液35の温度は結晶成長速度に関係するの
で、この温度をも制御することにより、Si単結晶36の直
径をより正確に制御して直胴部形状を円柱形状に近づけ
ることができる。これは、Si融液35の温度が低いとSi単
結晶36の成長速度が速くなり、温度が高いとSi単結晶36
の成長速度が遅くなること、及び、Si融液35の温度によ
る直径制御の応答性がSi単結晶36の引上速度による直径
制御の応答性よりも緩慢であることによる。 そこで、引上軸30の引上速度制御と同様に、Si単結晶36
の直径制御偏差（Do−Di）を温度調節器65へ供給してヒ
ータ24への供給電力を制御するのが一般的な方法であ
る。 ところが、例えば、石英坩堝22からSi融液35内へ溶け出
す酸素の量及びこの酸素がSi単結晶36に取り込まれる量
は、石英坩堝22とSi融液35の接触面積、すなわちSi単結
晶36の直胴部長さＬ、Si融液温度、及び石英坩堝22の回
転速度CRに依存する。また、この回転速度CRによりSi融
液35の対流状態が変化するので結晶育成界面361での温
度分布が変化して、Si単結晶36の成長速度が変化する。
従って、ヒータ24への供給電力を上記のように単純に制
御しても、所望の品質のSi単結晶36を得ることは困難で
ある。 一方、Si単結晶36の成長速度は、Si融液35の温度を現在
よりも高くすれば遅くなり、低くすれば速くなるという
性質がある。 そこで、本実施例では、ヒータ24の温度を一定の温度パ
ターン成分とこれからの変動成分とに分け、両成分を異
なる目的に、すなわち２次元的に利用する。このような
利用方法は、基本パターン成分に比し変動成分を小さく
することにより実現できる。また、この方法により、Si
単結晶の形状及び品質の制御が極めて簡単化される。 上記目的を達成するために、温度パターン発生器60の出
力TB及び温度パターン修正器61の出力Δを加算器62へ供
給し、加算器62の出力（TB＋Δ）を加算器63へ供給し、
他方、減算器55個の出力（Di−Do）を定数倍器64に通し
てＫ倍した後、加算器63へ供給し、加算器63の出力｛TB
＋Δ＋Ｋ（Di−Do）｝を目標温度Toとして温度調節器65
へ供給している。温度パターン修正器61は、手動による
温度パターン修正用であり、例えばダイヤルを回した時
の回転角に比例した電圧Δを出力するようになってい
る。操作者は、制御偏差（Di−Do）が大きくなった時に
このダイヤルを回す。 温度調節器65は、放射温度計48からの検出温度Tiと加算
器63からの目標温度Toとの制御偏差（Ti−To）が零に近
づくように、ヒータドライバ66を介しヒータ24に供給す
る電力をPID制御する。 放射温度計48、目標直径パターン発生器52、直径測定器
54及び加算器62からの出力Ti、Do、Di及びTB＋Δはデー
タ記録装置68へ供給される。データ記録装置68にはま
た、モータ12の回転軸に連結されたロータリエンコーダ
69及びモータ28の回転軸に連結されたロータリエンコー
ダ70からそれぞれ坩堝回転速度CRi及びSi単結晶引上速
度Viが供給され、さらに上記直胴部長さＬが供給され
る。データ記録装置68はこれらのデータを操業データと
して、直胴部長さＬに対応させて記録する。 以上の構成のSi単結晶引上装置はＮ機あり、各該装置の
温度パターン発生器60をそれぞれ601、602、・・・60N
で表し、各該装置のデータ記録装置68を681、682、・・
・68Nで表す。第２図に示す如く、温度パターン発生器6
01〜60Nの入力端子及びデータ記録装置681〜68Nの出力
端子は共通に伝送路71に接続され、この伝送路71を介し
てワークステーション72のコンピュータ74に接続されて
いる。このワークステーション72のハードウエア構成
は、コンピュータ74にキーボード76、マウス78、CRTデ
ィスプレイ80及びハードディスク装置82が接続された周
知の構成である。 データ記録装置681〜68NはそれぞれIDコードを持ってお
り、例えばデータ記録装置682から伝送路71へデータ記
録装置682のIDコード及び送信要求を出力すると、コン
ピュータ74は受信準備ができておれば伝送路71へアクノ
リッジ信号及びデータ記録装置682のIDコードを出力す
る。データ記録装置682はこれを受けとると、自己のID
コード、単結晶引上げ装置名、データ収集日、バッチナ
ンバー及び上記操業データを伝送路71に出力し、コンピ
ュータ74はこれをデータ記録装置682からのデータとし
て受信する。一方、温度パターンは、キーボード76及び
マウス78を操作して後述の如く作成され、コンピュータ
74から伝送路71へ相手側IDコード及びこの温度パターン
が出力される。温度パターン発生器601〜60NはこのIDコ
ードが自己のIDコードと一致した場合には、この温度パ
ターンを読み込んで記憶する。このようにして温度パタ
ーンが温度パターン発生器60に設定される。 次に、この温度パターン作成手順を説明する。 第３図はこの作成手順を示し、第４図及び第５図はこの
作成の際にCRTディスプレイ80の画面81に表示される画
像を示す。 （100）キーボード76を操作して、Si単結晶36の直胴部
目標直径Do、酸素濃度、抵抗率等の要求仕様及び、この
要求仕様を満たすように、坩堝回転速度のパターンCRo
（Ｌ）を入力する。このパターンは、ハードディスク装
置82に蓄積されているデータを検索し、以下のような温
度パターン作成方法と同様の方法で作成して入力しても
よい。 （102）過去の実際の仕様（品質検査結果）は、データ
記録装置681〜68Nからの操業データと対応させてハード
ディスク装置82に記憶されている。コンピュータ74は、
ステップ100で入力されたデータをハードディスク装置8
2に記憶されているデータと比較し、類似するデータを
自動検索する。この検索には、例えば最小２乗法を用い
て類似度を定義しこの類似度を各蓄積データとの間で計
算することにより行なわれる周知の方法を用いることが
できる。 （104）次に、類似度が大きい順に一定数の検索データ
をCRTディスプレイ80に一覧表示させる。 （106）操作者は、マウス78を操作して、ステップ100で
入力した一組のデータと類似する複数組（１組でもよい
が、通常は複数組）のデータを前記一覧表示データの中
から自己の判断で粗選択する。 （108）すると、比較を容易にするために、CRTディスプ
レイ80の画面81が例えば第４図に示す如く４分割され
て、選択された４組の実際の仕様及びこれに関係した操
業データが同時にグラフ表示される。第４図は、引上装
置名、実際の仕様等の表示を図示省略している。 （110）図中、84はマウス矢印カーソルであり、操作者
はマウス78を操作して、全画面の中の分割画面のいずれ
かを指定することにより、最も類似するデータの組を選
択する。 （112）これにより、第５図に示すような設定画面が表
示される。図中のグラフは、第４図の左上分割画面を指
定したときの、操業データのグラフを拡大表示したもの
である。このグラフの右側には表86が表示されている。
この表86は、直胴部長さＬの欄（Leng）と、このＬに於
ける設定温度TB（Temp）の欄がある。両欄には、次に入
力すべき位置にカーソル88が表示されている。 （114）第５図から分かるように、Ｌ＝25mm付近で直径D
iが比較的大きく変動する。これに伴い、引上速度Viも
比較的大きく変動する。引上速度Viが大きく変動する
と、結晶欠陥の原因となるので、これを避けるように、
温度パターンTi及びTi−Toを参照して、経験に基づき温
度パターンTBを設定する。この場合、上述の如く坩堝回
転速度CRiも考慮する必要がある。他の部位についても
同様にして温度パターンTBを設定する。 この設定は次のようにして行う。グラフ上にはマウス十
字カーソ90が表示されており、マウス78を操作して座標
（L,TB）を指定する。これにより、指定されたＬとTBの
値がカーソル88の位置に表示される。このようにして、
温度パターンTB（Ｌ）の設定が容易に行なわれる。この
設定が終了すると、 （116）コンピュータ74は、温度パターン発生器601〜60
Nのうち、該当するものにそのIDコードと共にこの温度
パターンを、上記指定座標（L,TB）の集合の形で伝送す
る。なお、温度パターン発生器は、隣合う指定点を直線
で結んだ好ましい温度パターンを出力する。 以上のようにして、温度パターンが容易迅速に作成され
る。
の実施例では、Si単結晶のうち最も重要な直胴部の製造
についてのみ述べるが、その前部であるコーン部及び後
部であるテイル部についても直胴部の場合と同様であ
る。 第１図は、チョクラルスキー法によるSi単結晶引上装置
の要部構成を示す。 チャンバ10内には、モータ12により回転される坩堝回転
軸14の上端に受け部16が形成され、この受け部16上にテ
ーブル18を介して黒鉛坩堝20が載置されている。この黒
鉛坩堝20内には石英坩堝22が嵌合されている。黒鉛坩堝
20はヒータ24に囲繞され、ヒータ24は黒鉛断熱筒26によ
り囲繞されている。 一方、モータ28により昇降される引上軸30の下端には、
ホルダ32を介して種結晶34が取り付けられており、石英
坩堝22内のSi単結晶をヒータ24で加熱溶融してSi融液35
を形成し、種結晶34の下端部をSi融液35に漬けて引き上
げることにより、Si単結晶36が育成される。 なお、坩堝回転軸14は不図示のモータで昇降され、通常
はこれにより、Si単結晶製造中においてSi融液35の高さ
位置が一定に保たれる。また、引上軸30は不図示のモー
タで石英坩堝22と逆方向に回転される。 チャンバ10の肩部に設けられた窓38にはITVカメラ40が
固定され、ITVカメラ40によりSi融液35とSi単結晶36と
の間の結晶育成界面361の付近が撮像される。また、黒
鉛断熱筒26の外周面には孔42が形成され、これに補強筒
44が嵌合されている。この孔42に対応して、チャンバ10
の胴部には窓46が形成され、窓46に対向して、チャンバ
10の外部には、下端部が固定されたブラケット50の上端
に放射温度計48が固定されている。この放射温度計48
は、孔42の底面から放出される熱線を検出して、ヒータ
24の温度を間接的に検出する。 結晶育成界面361での目標直径Doは、Si単結晶36の結晶
育成界面361から直胴部始点362までの長さＬの関数とし
て、目標直径パターン発生器52に設定されている（直胴
部では一定値）。この直胴部長さＬは、Si融液35の表面
の初期高さ、石英坩堝22の直径、液晶育成界面361での
検出直径Di、引上軸30の引上げ距離及び坩堝回転軸14の
持ち上げ距離を用いて、不図示の構成により求められ、
目標直径パターン発生器52に供給される。一方、ITVカ
メラ40から出力される映像信号は、直径測定器54へ供給
され、直径測定器54は画像処理をして結晶育成界面361
での直径Diを検出する。これら目標直径Do及び検出直径
Diは減算器55へ供給され、減算器55の出力（Do−Di）は
制御偏差として速度調節器56へ供給される。速度調節器
56はこの制御偏差が零に近づくように、モータドライバ
58を介しモータ28の回転速度を制御する。 しかし、実際には、この制御のみでは、Si単結晶36を所
望の形状にすることは困難である。すなわち、この制御
のみでは、Si単結晶36の直胴部は円柱形状にならず変形
する。 ここで、Si融液35の温度は結晶成長速度に関係するの
で、この温度をも制御することにより、Si単結晶36の直
径をより正確に制御して直胴部形状を円柱形状に近づけ
ることができる。これは、Si融液35の温度が低いとSi単
結晶36の成長速度が速くなり、温度が高いとSi単結晶36
の成長速度が遅くなること、及び、Si融液35の温度によ
る直径制御の応答性がSi単結晶36の引上速度による直径
制御の応答性よりも緩慢であることによる。 そこで、引上軸30の引上速度制御と同様に、Si単結晶36
の直径制御偏差（Do−Di）を温度調節器65へ供給してヒ
ータ24への供給電力を制御するのが一般的な方法であ
る。 ところが、例えば、石英坩堝22からSi融液35内へ溶け出
す酸素の量及びこの酸素がSi単結晶36に取り込まれる量
は、石英坩堝22とSi融液35の接触面積、すなわちSi単結
晶36の直胴部長さＬ、Si融液温度、及び石英坩堝22の回
転速度CRに依存する。また、この回転速度CRによりSi融
液35の対流状態が変化するので結晶育成界面361での温
度分布が変化して、Si単結晶36の成長速度が変化する。
従って、ヒータ24への供給電力を上記のように単純に制
御しても、所望の品質のSi単結晶36を得ることは困難で
ある。 一方、Si単結晶36の成長速度は、Si融液35の温度を現在
よりも高くすれば遅くなり、低くすれば速くなるという
性質がある。 そこで、本実施例では、ヒータ24の温度を一定の温度パ
ターン成分とこれからの変動成分とに分け、両成分を異
なる目的に、すなわち２次元的に利用する。このような
利用方法は、基本パターン成分に比し変動成分を小さく
することにより実現できる。また、この方法により、Si
単結晶の形状及び品質の制御が極めて簡単化される。 上記目的を達成するために、温度パターン発生器60の出
力TB及び温度パターン修正器61の出力Δを加算器62へ供
給し、加算器62の出力（TB＋Δ）を加算器63へ供給し、
他方、減算器55個の出力（Di−Do）を定数倍器64に通し
てＫ倍した後、加算器63へ供給し、加算器63の出力｛TB
＋Δ＋Ｋ（Di−Do）｝を目標温度Toとして温度調節器65
へ供給している。温度パターン修正器61は、手動による
温度パターン修正用であり、例えばダイヤルを回した時
の回転角に比例した電圧Δを出力するようになってい
る。操作者は、制御偏差（Di−Do）が大きくなった時に
このダイヤルを回す。 温度調節器65は、放射温度計48からの検出温度Tiと加算
器63からの目標温度Toとの制御偏差（Ti−To）が零に近
づくように、ヒータドライバ66を介しヒータ24に供給す
る電力をPID制御する。 放射温度計48、目標直径パターン発生器52、直径測定器
54及び加算器62からの出力Ti、Do、Di及びTB＋Δはデー
タ記録装置68へ供給される。データ記録装置68にはま
た、モータ12の回転軸に連結されたロータリエンコーダ
69及びモータ28の回転軸に連結されたロータリエンコー
ダ70からそれぞれ坩堝回転速度CRi及びSi単結晶引上速
度Viが供給され、さらに上記直胴部長さＬが供給され
る。データ記録装置68はこれらのデータを操業データと
して、直胴部長さＬに対応させて記録する。 以上の構成のSi単結晶引上装置はＮ機あり、各該装置の
温度パターン発生器60をそれぞれ601、602、・・・60N
で表し、各該装置のデータ記録装置68を681、682、・・
・68Nで表す。第２図に示す如く、温度パターン発生器6
01〜60Nの入力端子及びデータ記録装置681〜68Nの出力
端子は共通に伝送路71に接続され、この伝送路71を介し
てワークステーション72のコンピュータ74に接続されて
いる。このワークステーション72のハードウエア構成
は、コンピュータ74にキーボード76、マウス78、CRTデ
ィスプレイ80及びハードディスク装置82が接続された周
知の構成である。 データ記録装置681〜68NはそれぞれIDコードを持ってお
り、例えばデータ記録装置682から伝送路71へデータ記
録装置682のIDコード及び送信要求を出力すると、コン
ピュータ74は受信準備ができておれば伝送路71へアクノ
リッジ信号及びデータ記録装置682のIDコードを出力す
る。データ記録装置682はこれを受けとると、自己のID
コード、単結晶引上げ装置名、データ収集日、バッチナ
ンバー及び上記操業データを伝送路71に出力し、コンピ
ュータ74はこれをデータ記録装置682からのデータとし
て受信する。一方、温度パターンは、キーボード76及び
マウス78を操作して後述の如く作成され、コンピュータ
74から伝送路71へ相手側IDコード及びこの温度パターン
が出力される。温度パターン発生器601〜60NはこのIDコ
ードが自己のIDコードと一致した場合には、この温度パ
ターンを読み込んで記憶する。このようにして温度パタ
ーンが温度パターン発生器60に設定される。 次に、この温度パターン作成手順を説明する。 第３図はこの作成手順を示し、第４図及び第５図はこの
作成の際にCRTディスプレイ80の画面81に表示される画
像を示す。 （100）キーボード76を操作して、Si単結晶36の直胴部
目標直径Do、酸素濃度、抵抗率等の要求仕様及び、この
要求仕様を満たすように、坩堝回転速度のパターンCRo
（Ｌ）を入力する。このパターンは、ハードディスク装
置82に蓄積されているデータを検索し、以下のような温
度パターン作成方法と同様の方法で作成して入力しても
よい。 （102）過去の実際の仕様（品質検査結果）は、データ
記録装置681〜68Nからの操業データと対応させてハード
ディスク装置82に記憶されている。コンピュータ74は、
ステップ100で入力されたデータをハードディスク装置8
2に記憶されているデータと比較し、類似するデータを
自動検索する。この検索には、例えば最小２乗法を用い
て類似度を定義しこの類似度を各蓄積データとの間で計
算することにより行なわれる周知の方法を用いることが
できる。 （104）次に、類似度が大きい順に一定数の検索データ
をCRTディスプレイ80に一覧表示させる。 （106）操作者は、マウス78を操作して、ステップ100で
入力した一組のデータと類似する複数組（１組でもよい
が、通常は複数組）のデータを前記一覧表示データの中
から自己の判断で粗選択する。 （108）すると、比較を容易にするために、CRTディスプ
レイ80の画面81が例えば第４図に示す如く４分割され
て、選択された４組の実際の仕様及びこれに関係した操
業データが同時にグラフ表示される。第４図は、引上装
置名、実際の仕様等の表示を図示省略している。 （110）図中、84はマウス矢印カーソルであり、操作者
はマウス78を操作して、全画面の中の分割画面のいずれ
かを指定することにより、最も類似するデータの組を選
択する。 （112）これにより、第５図に示すような設定画面が表
示される。図中のグラフは、第４図の左上分割画面を指
定したときの、操業データのグラフを拡大表示したもの
である。このグラフの右側には表86が表示されている。
この表86は、直胴部長さＬの欄（Leng）と、このＬに於
ける設定温度TB（Temp）の欄がある。両欄には、次に入
力すべき位置にカーソル88が表示されている。 （114）第５図から分かるように、Ｌ＝25mm付近で直径D
iが比較的大きく変動する。これに伴い、引上速度Viも
比較的大きく変動する。引上速度Viが大きく変動する
と、結晶欠陥の原因となるので、これを避けるように、
温度パターンTi及びTi−Toを参照して、経験に基づき温
度パターンTBを設定する。この場合、上述の如く坩堝回
転速度CRiも考慮する必要がある。他の部位についても
同様にして温度パターンTBを設定する。 この設定は次のようにして行う。グラフ上にはマウス十
字カーソ90が表示されており、マウス78を操作して座標
（L,TB）を指定する。これにより、指定されたＬとTBの
値がカーソル88の位置に表示される。このようにして、
温度パターンTB（Ｌ）の設定が容易に行なわれる。この
設定が終了すると、 （116）コンピュータ74は、温度パターン発生器601〜60
Nのうち、該当するものにそのIDコードと共にこの温度
パターンを、上記指定座標（L,TB）の集合の形で伝送す
る。なお、温度パターン発生器は、隣合う指定点を直線
で結んだ好ましい温度パターンを出力する。 以上のようにして、温度パターンが容易迅速に作成され
る。
以上説明した如く、本発明に係るヒータの温度パターン
作成方法及びこの温度パターンを用いたSi単結晶育成制
御装置によれば、ヒータ温度を一定の温度パターン成分
とこれからの変動成分とを異なる目的に２次元的に利用
しているので、Si単結晶の形状及び品質の制御が極めて
簡単化され、短時間で比較的容易に、要求仕様を満たす
Si単結晶の製造条件を決定することが可能になるという
優れた効果を奏し、作業性の向上及び製造コスト低減に
寄与するところが大きい。
作成方法及びこの温度パターンを用いたSi単結晶育成制
御装置によれば、ヒータ温度を一定の温度パターン成分
とこれからの変動成分とを異なる目的に２次元的に利用
しているので、Si単結晶の形状及び品質の制御が極めて
簡単化され、短時間で比較的容易に、要求仕様を満たす
Si単結晶の製造条件を決定することが可能になるという
優れた効果を奏し、作業性の向上及び製造コスト低減に
寄与するところが大きい。
第１図乃至第５図は本発明の一実施例に係り、 第１図はSi単結晶引上装置の要部構成図、 第２図は温度パターン設定のハードウエア構成図、 第３図は温度パターン設定手順を示すフローチャート、 第４図は第３図のステップ108で表示される画面を示す
図、 第５図は第３図のステップ112で表示される画面を示す
図である。 図中、 10はチャンバ 12、28はモータ 14は坩堝回転軸 20は黒鉛坩堝 22は石英坩堝 24はヒータ 26は黒鉛断熱筒 30は引上軸 32ホルダ 34は種結晶 35はSi融液 36はSi単結晶 361は結晶育成界面 362は直胴部始点 40はITVカメラ 44は補強筒 48は放射温度計 78はマウス 82はハードディスク装置
図、 第５図は第３図のステップ112で表示される画面を示す
図である。 図中、 10はチャンバ 12、28はモータ 14は坩堝回転軸 20は黒鉛坩堝 22は石英坩堝 24はヒータ 26は黒鉛断熱筒 30は引上軸 32ホルダ 34は種結晶 35はSi融液 36はSi単結晶 361は結晶育成界面 362は直胴部始点 40はITVカメラ 44は補強筒 48は放射温度計 78はマウス 82はハードディスク装置
Claims (4)
- 【請求項１】ヒータで加熱された坩堝内Si融液から引上
育成されるSi単結晶の育成部付近を撮像し映像信号を出
力する装置（40）と、 該映像信号を処理して該Si単結晶育成部の直径Diを測定
する装置（54）と、 該Si単結晶の引き上げ距離Ｘの関数として該直径の目標
パターンDo（Ｘ）が設定される手段（52）と、 該Si単結晶を引き上げるモータ（28）と、 該直径の制御偏差が零に近づくように該モータの回転速
度を制御する手段（55、56、58）と、 該ヒータ（24）の温度に対応した温度を検出する手段
（48）と、 該検出温度が目標温度になるように該ヒータに供給する
電力を制御する手段（65、66）と、 を有するSi単結晶育成制御装置において、 該引き上げ距離Ｘの関数として温度パターンTB（Ｘ）が
設定される温度パターン設定手段（60）と、 手動設定された値を出力する手段（61）と、 少なくとも、該直径制御偏差に比例した値と該温度パタ
ーン設定手段の出力値と該手動設定値との和を実質的に
含む値を、該目標温度として該電力制御手段に供給する
目標温度供給手段（62〜64）と、 を付設したことを特徴とするSi単結晶育成制御装置。 - 【請求項２】ヒータで加熱された坩堝内Si融液から引上
育成されるSi単結晶の育成部付近を撮像し映像信号を出
力する装置（40）と、 該映像信号を処理して該Si単結晶育成部の直径Diを測定
する装置（54）と、 該Si単結晶の引き上げ距離Ｘの関数として該直径の目標
パターンDo（Ｘ）が設定される手段（52）と、 該Si単結晶を引き上げるモータ（28）と、 該直径の制御偏差が零に近づくように該モータの回転速
度を制御する手段（55、56、58）と、 該ヒータ（24）の温度に対応した温度を検出する手段
（48）と、 該検出温度が目標温度になるように該ヒータに供給する
電力を制御する手段（65、66）と、 を有するSi単結晶育成制御装置において、 該引き上げ距離Ｘの関数として温度パターンTB（Ｘ）が
設定される温度パターン設定手段（60）と、 少なくとも、該直径制御偏差に比例した値と該温度パタ
ーン設定手段の出力値との和を実質的に含む値を、該目
標温度として該電力制御手段に供給する目標温度供給手
段（62〜64）と、 該温度パターン設定手段に設定される温度パターンを作
成する温度パターン作成装置と、を有し、該温度パター
ン作成装置は、 Si単結晶を製造する際に各種操業データを自動的に収集
するデータ収集装置と、 該収集データ及び該収集データに対応したSi単結晶の品
質に関するデータが蓄積される記憶装置と、 入力手段と、 該入力手段から入力された品質データに類似するデータ
を、該記憶装置に蓄積されたデータから検索する検索手
段と、 検索された該データを画面にグラフ表示させるための表
示装置と、 該表示装置に表示されたデータのうち該入力手段で選択
されたデータを温度パターンの設定画面にグラフ表示さ
せ、グラフ表示されたデータを該入力手段からの入力に
基づいて変更することにより前記設定のための温度パタ
ーンを作成する温度パターン作成手段と、 を有することを特徴とするSi単結晶育成制御装置。 - 【請求項３】請求項２記載の装置を用いてSi単結晶を製
造する際に各種操業データを自動的に収集するステップ
と、 該収集データ及び該データに対応したSi単結晶の品質に
関するデータを記憶装置に蓄積するステップと、 これから製造しようとするSi単結晶の品質に類似するデ
ータを、コンピュータを用いて該蓄積データから検索す
るステップ（100、102）と、 検索された該データを表示装置の画面にグラフ表示さ
せ、表示された該データの中から操作者がデータを選択
するステップ（104〜110）と、 該選択されたデータを温度パターンの設定画面にグラフ
表示させるステップ（112）と、 操作者が該設定画面を見ながら該温度パターンを設定す
るステップ（114）と、 を有することを特徴とする温度パターンを作成する方
法。 - 【請求項４】前記設定画面においては、温度パターンTB
（Ｘ）を構成する複数の点座標（X,TB）をマウスで設定
することにより該温度パターンがグラフ表示されること
を特徴とする請求項３記載の方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1273517A JPH0774117B2 (ja) | 1989-10-20 | 1989-10-20 | ヒータの温度パターン作成方法及びこの温度パターンを用いたＳｉ単結晶育成制御装置 |
| DE69016365T DE69016365T2 (de) | 1989-10-20 | 1990-10-19 | Vorrichtung und Verfahren zur Züchtung von Silizium-Einkristallen, die ein Temperaturmuster einer Heizung bilden und verwenden. |
| EP90120049A EP0429839B1 (en) | 1989-10-20 | 1990-10-19 | Silicon single crystal growth control apparatus and method forming and using a temperature pattern of heater |
| US07/601,096 US5089238A (en) | 1989-10-20 | 1990-10-22 | Method of forming a temperature pattern of heater and silicon single crystal growth control apparatus using the temperature pattern |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1273517A JPH0774117B2 (ja) | 1989-10-20 | 1989-10-20 | ヒータの温度パターン作成方法及びこの温度パターンを用いたＳｉ単結晶育成制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03137092A JPH03137092A (ja) | 1991-06-11 |
| JPH0774117B2 true JPH0774117B2 (ja) | 1995-08-09 |
Family
ID=17528963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1273517A Expired - Fee Related JPH0774117B2 (ja) | 1989-10-20 | 1989-10-20 | ヒータの温度パターン作成方法及びこの温度パターンを用いたＳｉ単結晶育成制御装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5089238A (ja) |
| EP (1) | EP0429839B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0774117B2 (ja) |
| DE (1) | DE69016365T2 (ja) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0476389A3 (en) * | 1990-08-30 | 1993-06-09 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Method of growing single crystal of compound semiconductors |
| JPH0777996B2 (ja) * | 1990-10-12 | 1995-08-23 | 信越半導体株式会社 | コーン部育成制御方法及び装置 |
| JPH0717475B2 (ja) * | 1991-02-14 | 1995-03-01 | 信越半導体株式会社 | 単結晶ネック部育成自動制御方法 |
| JP2613498B2 (ja) * | 1991-03-15 | 1997-05-28 | 信越半導体株式会社 | Ｓｉ単結晶ウエーハの熱処理方法 |
| KR100237848B1 (ko) * | 1991-04-26 | 2000-01-15 | 후루노 토모스케 | 단결정의 인상방법 |
| DE4123336A1 (de) * | 1991-07-15 | 1993-01-21 | Leybold Ag | Kristallziehverfahren und vorrichtung zu seiner durchfuehrung |
| JP2785532B2 (ja) * | 1991-08-24 | 1998-08-13 | 信越半導体株式会社 | 単結晶棒引上育成制御装置 |
| US5286461A (en) * | 1991-09-20 | 1994-02-15 | Ferrofluidics Corporation | Method and apparatus for melt level detection in czochralski crystal growth systems |
| DE4301072B4 (de) * | 1993-01-16 | 2006-08-24 | Crystal Growing Systems Gmbh | Verfahren zum Ziehen von Einkristallen aus einer Schmelze |
| US5846318A (en) * | 1997-07-17 | 1998-12-08 | Memc Electric Materials, Inc. | Method and system for controlling growth of a silicon crystal |
| JP3444178B2 (ja) * | 1998-02-13 | 2003-09-08 | 信越半導体株式会社 | 単結晶製造方法 |
| DE19806949A1 (de) * | 1998-02-19 | 1999-08-26 | Leybold Systems Gmbh | Verfahren zum Steuern von Kristallzüchtungsprozessen |
| US6776840B1 (en) * | 1999-03-22 | 2004-08-17 | Memc Electronic Materials, Inc. | Method and apparatus for controlling diameter of a silicon crystal in a locked seed lift growth process |
| JP2002005745A (ja) * | 2000-06-26 | 2002-01-09 | Nec Corp | 温度測定装置、および温度測定方法 |
| US20030051658A1 (en) * | 2001-07-27 | 2003-03-20 | Shigemasa Nakagawa | Method and apparatus for controlling the oxygen concentration of a silicon single crystal, and method and apparatus for providing guidance for controlling the oxygen concentration |
| EP2251462B1 (en) | 2001-09-28 | 2013-01-02 | Komatsu Denshi Kinzoku Kabushiki Kaisha | Single crystal semiconductor manufacturing apparatus and manufacturing method |
| JP5552891B2 (ja) | 2010-05-12 | 2014-07-16 | 信越半導体株式会社 | 単結晶製造装置および単結晶の製造方法 |
| JP5333396B2 (ja) * | 2010-09-27 | 2013-11-06 | 信越半導体株式会社 | 単結晶の製造方法及び単結晶製造装置 |
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