JPH08133887A - 半導体単結晶の直径検出装置 - Google Patents
半導体単結晶の直径検出装置Info
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- JPH08133887A JPH08133887A JP6301714A JP30171494A JPH08133887A JP H08133887 A JPH08133887 A JP H08133887A JP 6301714 A JP6301714 A JP 6301714A JP 30171494 A JP30171494 A JP 30171494A JP H08133887 A JPH08133887 A JP H08133887A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 連続チャージ法による半導体単結晶の製造に
おいて、融液面の変動に即応して単結晶直径を精度よく
検出できるようにする。 【構成】 原料の初期充填量、るつぼ送り量、原料供給
量、単結晶重量は公知の各検出手段で検出され、直径制
御装置に入力される。直径制御装置は、初期融液面位置
＋るつぼ送り量＋（原料供給量／るつぼ面積）−（単結
晶重量／るつぼ面積）により現在の融液面位置を算出す
る。初期融液面位置３ａに対するセンシング角度をθ、
初期融液面位置から１次元イメージセンサ２までの高さ
をｈ、スキャニングラインから１次元イメージセンサま
での水平距離をｒとする。融液面が３ａから３ｂにΔｈ
だけ下降したとき、調整後のセンシング角度θ′は、
θ′＝ｃｏｓ-1〔（ｈ＋Δｈ）／｛（ｈ＋Δｈ）2 ＋ｒ
2 ｝1/2 〕の算式を用いて演算され、これに基づくセン
シング角度の調整により直径検出精度が維持される。
おいて、融液面の変動に即応して単結晶直径を精度よく
検出できるようにする。 【構成】 原料の初期充填量、るつぼ送り量、原料供給
量、単結晶重量は公知の各検出手段で検出され、直径制
御装置に入力される。直径制御装置は、初期融液面位置
＋るつぼ送り量＋（原料供給量／るつぼ面積）−（単結
晶重量／るつぼ面積）により現在の融液面位置を算出す
る。初期融液面位置３ａに対するセンシング角度をθ、
初期融液面位置から１次元イメージセンサ２までの高さ
をｈ、スキャニングラインから１次元イメージセンサま
での水平距離をｒとする。融液面が３ａから３ｂにΔｈ
だけ下降したとき、調整後のセンシング角度θ′は、
θ′＝ｃｏｓ-1〔（ｈ＋Δｈ）／｛（ｈ＋Δｈ）2 ＋ｒ
2 ｝1/2 〕の算式を用いて演算され、これに基づくセン
シング角度の調整により直径検出精度が維持される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、連続チャージ法による
半導体単結晶の製造における単結晶の直径検出装置に関
する。
半導体単結晶の製造における単結晶の直径検出装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の基板には主として単結晶シ
リコンが用いられているが、前記単結晶シリコンの製造
方法の一つとして、るつぼ内の原料融液から円柱状の単
結晶シリコンを引き上げるチョクラルスキー法（以下Ｃ
Ｚ法という）が知られている。ＣＺ法においては、単結
晶製造装置のチャンバ内に設置したるつぼに原料である
多結晶シリコンを充填し、前記るつぼの周囲に設けたメ
インヒータによって原料を加熱溶解した上、シードチャ
ックに取り付けた種結晶を融液に浸漬し、シードチャッ
クおよびるつぼを互いに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単結晶シリコンを成長さ
せる。また、連続チャージ法では育成した単結晶シリコ
ンの量に応じて原料をるつぼ内に連続的に補給するの
で、大口径の半導体単結晶をＣＺ法によって効率よく生
産することができる。
リコンが用いられているが、前記単結晶シリコンの製造
方法の一つとして、るつぼ内の原料融液から円柱状の単
結晶シリコンを引き上げるチョクラルスキー法（以下Ｃ
Ｚ法という）が知られている。ＣＺ法においては、単結
晶製造装置のチャンバ内に設置したるつぼに原料である
多結晶シリコンを充填し、前記るつぼの周囲に設けたメ
インヒータによって原料を加熱溶解した上、シードチャ
ックに取り付けた種結晶を融液に浸漬し、シードチャッ
クおよびるつぼを互いに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単結晶シリコンを成長さ
せる。また、連続チャージ法では育成した単結晶シリコ
ンの量に応じて原料をるつぼ内に連続的に補給するの
で、大口径の半導体単結晶をＣＺ法によって効率よく生
産することができる。
【０００３】ＣＺ法を用いて半導体単結晶を引き上げる
場合、育成中の前記単結晶の直径が許容範囲に収まるよ
うに制御する必要がある。直径制御方式には結晶重量方
式、光学方式などが用いられているが、光学方式の場合
はイメージセンサ、ＩＴＶカメラなどを用いてリアルタ
イムに計測される。すなわち、単結晶と融液との界面に
形成されるメニスカスリングを横切り、前記メニスカス
リングの中心を通る直線またはメニスカスリングの中心
から一定の距離にある直線をイメージセンサのスキャニ
ングラインとし、これらに対応するイメージセンサの画
素位置を検出して相互間の距離を求めることにより、単
結晶の直径を検出していた。
場合、育成中の前記単結晶の直径が許容範囲に収まるよ
うに制御する必要がある。直径制御方式には結晶重量方
式、光学方式などが用いられているが、光学方式の場合
はイメージセンサ、ＩＴＶカメラなどを用いてリアルタ
イムに計測される。すなわち、単結晶と融液との界面に
形成されるメニスカスリングを横切り、前記メニスカス
リングの中心を通る直線またはメニスカスリングの中心
から一定の距離にある直線をイメージセンサのスキャニ
ングラインとし、これらに対応するイメージセンサの画
素位置を検出して相互間の距離を求めることにより、単
結晶の直径を検出していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ラインスキャン式ある
いはＣＣＤカメラを用いた１次元スキャン式による単結
晶直径の計測方式では、スキャニングラインが固定され
ているため、融液面が上下動すると、単結晶の直径を正
しく計測することができない。たとえば図５に示すよう
に、融液面が初期融液面位置３ａから下降して現在の融
液面位置３ｂに移動した場合、スキャニングラインＰに
よって検出される半導体単結晶１の直径の読みはＬ1 か
らＬ2 に変化する。特に連続チャージ法による半導体単
結晶の引き上げにおいては、融液面位置の変動要因とし
て単結晶育成による融液面下降、るつぼの上昇による融
液面上昇に加えて原料供給による融液面上昇が加わるた
め、これらの変動を正確に把握してスキャニングライン
の位置あるいはセンシング角度を適切に調整しないと単
結晶直径を精度よく検出することができない。また連続
チャージ法を用いる場合は、原料多結晶の供給を停止し
た後も暫くの間は単結晶引き上げ作業が続行されるが、
この間に融液面が次第に下降するため光学式センサによ
る直径制御ができない。そのため、従来からの経験に基
づいて直径を制御している。
いはＣＣＤカメラを用いた１次元スキャン式による単結
晶直径の計測方式では、スキャニングラインが固定され
ているため、融液面が上下動すると、単結晶の直径を正
しく計測することができない。たとえば図５に示すよう
に、融液面が初期融液面位置３ａから下降して現在の融
液面位置３ｂに移動した場合、スキャニングラインＰに
よって検出される半導体単結晶１の直径の読みはＬ1 か
らＬ2 に変化する。特に連続チャージ法による半導体単
結晶の引き上げにおいては、融液面位置の変動要因とし
て単結晶育成による融液面下降、るつぼの上昇による融
液面上昇に加えて原料供給による融液面上昇が加わるた
め、これらの変動を正確に把握してスキャニングライン
の位置あるいはセンシング角度を適切に調整しないと単
結晶直径を精度よく検出することができない。また連続
チャージ法を用いる場合は、原料多結晶の供給を停止し
た後も暫くの間は単結晶引き上げ作業が続行されるが、
この間に融液面が次第に下降するため光学式センサによ
る直径制御ができない。そのため、従来からの経験に基
づいて直径を制御している。
【０００５】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、連続チャージ法による半導体単結晶の製造
において、融液面の上下動に即応しつつ単結晶直径を精
度よく検出することができる半導体単結晶の直径検出装
置を提供することを目的としている。
れたもので、連続チャージ法による半導体単結晶の製造
において、融液面の上下動に即応しつつ単結晶直径を精
度よく検出することができる半導体単結晶の直径検出装
置を提供することを目的としている。
【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の直径検出装置は、連続チャ
ージ法による半導体単結晶の製造において、初期融液面
位置に対する変動要素であるるつぼ送り量、原料供給量
および引き上げ中の単結晶重量の各検出データを用いて
現在の融液面位置を計算し、この計算結果に対応して光
学式直径検出装置のスキャニングライン位置あるいはセ
ンシング角度を自動的に変更することを特徴としてい
る。
本発明に係る半導体単結晶の直径検出装置は、連続チャ
ージ法による半導体単結晶の製造において、初期融液面
位置に対する変動要素であるるつぼ送り量、原料供給量
および引き上げ中の単結晶重量の各検出データを用いて
現在の融液面位置を計算し、この計算結果に対応して光
学式直径検出装置のスキャニングライン位置あるいはセ
ンシング角度を自動的に変更することを特徴としてい
る。
【０００７】
【作用】連続チャージ法による半導体単結晶の製造にお
いては、通常のＣＺ法における融液面変動要素に原料多
結晶の供給による変動要素が加わる。上記構成によれ
ば、これらの変動要素の変化量から現在の融液面位置を
計算し、その値に基づいて光学式直径検出装置のスキャ
ニングライン位置あるいはセンシング角度を自動的に変
更することにしたので、融液面の上下動に即応してスキ
ャニングラインは常に最適位置に維持される。従って、
半導体単結晶の直径を精度よく検出することができる。
いては、通常のＣＺ法における融液面変動要素に原料多
結晶の供給による変動要素が加わる。上記構成によれ
ば、これらの変動要素の変化量から現在の融液面位置を
計算し、その値に基づいて光学式直径検出装置のスキャ
ニングライン位置あるいはセンシング角度を自動的に変
更することにしたので、融液面の上下動に即応してスキ
ャニングラインは常に最適位置に維持される。従って、
半導体単結晶の直径を精度よく検出することができる。
【０００８】
【実施例】以下に、本発明に係る半導体単結晶の直径検
出装置の実施例について、図面を参照して説明する。連
続チャージ法を用いる場合、融液面位置の変化はるつぼ
送り量、原料供給量、単結晶重量から算出することがで
きる。これらの値は公知の各検出手段により検出され、
直径制御装置に入力される。前記直径制御装置では図１
に示すように、原料多結晶の初期チャージ量に基づいて
決まる初期融液面位置の値に、るつぼ送り量と（原料供
給量／るつぼ面積）とを加え、（単結晶重量／るつぼ面
積）を差し引いた値を現在の融液面位置として算出す
る。計算により求めた融液面位置の値を用いてＣＣＤカ
メラのスキャニングライン位置をＰからＰ′に自動変更
し、１次元ラインスキャナの場合はセンシング角度をθ
からθ′に自動変更する。
出装置の実施例について、図面を参照して説明する。連
続チャージ法を用いる場合、融液面位置の変化はるつぼ
送り量、原料供給量、単結晶重量から算出することがで
きる。これらの値は公知の各検出手段により検出され、
直径制御装置に入力される。前記直径制御装置では図１
に示すように、原料多結晶の初期チャージ量に基づいて
決まる初期融液面位置の値に、るつぼ送り量と（原料供
給量／るつぼ面積）とを加え、（単結晶重量／るつぼ面
積）を差し引いた値を現在の融液面位置として算出す
る。計算により求めた融液面位置の値を用いてＣＣＤカ
メラのスキャニングライン位置をＰからＰ′に自動変更
し、１次元ラインスキャナの場合はセンシング角度をθ
からθ′に自動変更する。
【０００９】図２は、１次元ラインスキャナのセンシン
グ角度に関する説明図で、１は育成中の半導体単結晶、
２は１次元ラインスキャナを備えたイメージセンサであ
る。初期融液面位置３ａに対するセンシング角度をθ、
初期融液面位置３ａから１次元イメージセンサ２までの
高さをｈ、スキャニングラインから１次元イメージセン
サ２までの水平距離をｒとし、融液面が３ａから３ｂに
Δｈだけ下降したとすると、調整後のセンシング角度
θ′は次の算式に基づいて算出される。 θ′＝ｃｏｓ-1〔（ｈ＋Δｈ）／｛（ｈ＋Δｈ）2 ＋ｒ
2 ｝1/2 〕
グ角度に関する説明図で、１は育成中の半導体単結晶、
２は１次元ラインスキャナを備えたイメージセンサであ
る。初期融液面位置３ａに対するセンシング角度をθ、
初期融液面位置３ａから１次元イメージセンサ２までの
高さをｈ、スキャニングラインから１次元イメージセン
サ２までの水平距離をｒとし、融液面が３ａから３ｂに
Δｈだけ下降したとすると、調整後のセンシング角度
θ′は次の算式に基づいて算出される。 θ′＝ｃｏｓ-1〔（ｈ＋Δｈ）／｛（ｈ＋Δｈ）2 ＋ｒ
2 ｝1/2 〕
【００１０】図３は、１次元イメージセンサのセンシン
グ角度調整に伴うスキャニングライン位置の変更を示す
説明図で、１は育成中の半導体単結晶である。融液面下
降量Δｈに対応して１次元イメージセンサのセンシング
角度をθからθ′に調整することにより、初期融液面位
置に対するスキャニングラインＰはＰ′に移動し、育成
中の単結晶直径を正確に検出する。
グ角度調整に伴うスキャニングライン位置の変更を示す
説明図で、１は育成中の半導体単結晶である。融液面下
降量Δｈに対応して１次元イメージセンサのセンシング
角度をθからθ′に調整することにより、初期融液面位
置に対するスキャニングラインＰはＰ′に移動し、育成
中の単結晶直径を正確に検出する。
【００１１】図４は、１次元イメージセンサのセンシン
グ角度あるいは１次元スキャン式のＣＣＤカメラなどの
スキャニングライン位置の変更を実行するフローチャー
トで、各ステップの左端に記載した数字はステップ番号
を示す。図１に示した方法を用いてステップ１で現在の
融液面位置を計算し、ステップ２で現在の融液面位置が
初期融液面位置に対して下降しているか否かを判断す
る。融液面位置が下降しているときはステップ３に進
み、１次元イメージセンサ使用の場合はセンシング角度
θを小さくする。１次元スキャン式のＣＣＤカメラなど
を使用した場合はスキャニングライン位置を下げる。融
液面位置が下降していないときはステップ４に進み、現
在の融液面位置が初期融液面位置に対して上昇している
か否かを判断する。融液面位置が上昇していないときは
ステップ１に戻る。融液面位置が上昇しているときはス
テップ５に進み、１次元イメージセンサ使用の場合はセ
ンシング角度θを大きくし、１次元スキャン式のＣＣＤ
カメラなどを使用した場合はスキャニングライン位置を
上げる。
グ角度あるいは１次元スキャン式のＣＣＤカメラなどの
スキャニングライン位置の変更を実行するフローチャー
トで、各ステップの左端に記載した数字はステップ番号
を示す。図１に示した方法を用いてステップ１で現在の
融液面位置を計算し、ステップ２で現在の融液面位置が
初期融液面位置に対して下降しているか否かを判断す
る。融液面位置が下降しているときはステップ３に進
み、１次元イメージセンサ使用の場合はセンシング角度
θを小さくする。１次元スキャン式のＣＣＤカメラなど
を使用した場合はスキャニングライン位置を下げる。融
液面位置が下降していないときはステップ４に進み、現
在の融液面位置が初期融液面位置に対して上昇している
か否かを判断する。融液面位置が上昇していないときは
ステップ１に戻る。融液面位置が上昇しているときはス
テップ５に進み、１次元イメージセンサ使用の場合はセ
ンシング角度θを大きくし、１次元スキャン式のＣＣＤ
カメラなどを使用した場合はスキャニングライン位置を
上げる。
【００１２】上記ステップ３またはステップ５を経た
後、ステップ６でカセトメータによる単結晶直径の測定
値ＤC と、前記イメージセンサまたはＣＣＤカメラなど
（ここでは直径センサという）による単結晶直径の測定
値ＤS とを読み込み、ステップ７でＤC とＤS とを比較
する。ＤC ＝ＤS ならばステップ１に戻り、ＤC ≠ＤS
の場合はステップ８でセンシング角度θまたはスキャニ
ングライン位置の調整を行った上、ステップ６に戻る。
後、ステップ６でカセトメータによる単結晶直径の測定
値ＤC と、前記イメージセンサまたはＣＣＤカメラなど
（ここでは直径センサという）による単結晶直径の測定
値ＤS とを読み込み、ステップ７でＤC とＤS とを比較
する。ＤC ＝ＤS ならばステップ１に戻り、ＤC ≠ＤS
の場合はステップ８でセンシング角度θまたはスキャニ
ングライン位置の調整を行った上、ステップ６に戻る。
【００１３】本発明の直径検出装置は、連続チャージ法
による半導体単結晶の製造に限らず、通常のＣＺ法によ
る単結晶製造においても利用可能である。
による半導体単結晶の製造に限らず、通常のＣＺ法によ
る単結晶製造においても利用可能である。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、連
続チャージ法による半導体単結晶の製造において、融液
面位置を変化させる各種要素の変化量から現在の融液面
位置を計算し、その値に基づいて光学式直径検出装置の
スキャニングライン位置を自動的に変更できるようにし
たので、融液面の上下動ににかかわらず半導体単結晶の
直径を精度よく検出することができる。また、従来は光
学式センサによる直径制御ができなかった原料多結晶の
供給停止後の単結晶引き上げ作業においても、本発明の
適用により直径制御精度が向上する。
続チャージ法による半導体単結晶の製造において、融液
面位置を変化させる各種要素の変化量から現在の融液面
位置を計算し、その値に基づいて光学式直径検出装置の
スキャニングライン位置を自動的に変更できるようにし
たので、融液面の上下動ににかかわらず半導体単結晶の
直径を精度よく検出することができる。また、従来は光
学式センサによる直径制御ができなかった原料多結晶の
供給停止後の単結晶引き上げ作業においても、本発明の
適用により直径制御精度が向上する。
【図１】連続チャージ法による半導体単結晶の育成にお
ける融液面位置計算のブロック図である。
ける融液面位置計算のブロック図である。
【図２】１次元イメージセンサのセンシング角度調整に
関する説明図である。
関する説明図である。
【図３】１次元イメージセンサのセンシング角度調整に
伴うスキャニングライン位置の移動を示す説明図であ
る。
伴うスキャニングライン位置の移動を示す説明図であ
る。
【図４】１次元イメージセンサのセンシング角度あるい
はＣＣＤカメラなどのスキャニングライン位置の変更を
実行するフローチャートである。
はＣＣＤカメラなどのスキャニングライン位置の変更を
実行するフローチャートである。
【図５】従来の単結晶直径検出装置において、融液面の
変動による検出誤差の発生を説明する図である。
変動による検出誤差の発生を説明する図である。
１ 半導体単結晶 ２ １次元イメージセンサ ３ａ 初期融液面位置 ３ｂ 現在の融液面位置
Claims (1)
- 【請求項１】 連続チャージ法による半導体単結晶の製
造において、初期融液面位置に対する変動要素であるる
つぼ送り量、原料供給量および引き上げ中の単結晶重量
の各検出データを用いて現在の融液面位置を計算し、こ
の計算結果に対応して光学式直径検出装置のスキャニン
グライン位置あるいはセンシング角度を自動的に変更す
ることを特徴とする半導体単結晶の直径検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6301714A JPH08133887A (ja) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | 半導体単結晶の直径検出装置 |
| US08/649,266 US5660629A (en) | 1994-11-11 | 1996-05-17 | Apparatus for detecting the diameter of a single-crystal silicon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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