JPH08301689A - Detection of optimum melting liquid temperature in production process of semiconductor single crystal - Google Patents

Detection of optimum melting liquid temperature in production process of semiconductor single crystal

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JPH08301689A
JPH08301689A JP14380195A JP14380195A JPH08301689A JP H08301689 A JPH08301689 A JP H08301689A JP 14380195 A JP14380195 A JP 14380195A JP 14380195 A JP14380195 A JP 14380195A JP H08301689 A JPH08301689 A JP H08301689A
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crucible
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Abstract

PURPOSE: To enable high-accuracy detection without using a radiation thermometer or a dichromatic thermometer by using a phenomenon as an index in which a seed crystal and a highly bright ring-like part of melted liquid face are observed as concentric circles. CONSTITUTION: A seed crystal in a crucible and the solid-liquid interface of a melted liquid face are observed by a television camera and a video signal corresponding to horizontal scanning line crossing a meniscus ring generated on the solid-liquid interface is obtained and peak number corresponding to brightness of meniscus formed to video signal every one of horizontal line corresponding to each position of the meniscus ring is counted, and a process of decreasing number of peaks from four peaks through three peaks to two peaks, accompanied with the movement of horizontal scanning line from the upper end to the lower end of one television screen and the presence of a process of decreasing the number of peaks from four peaks to three peaks or from three peaks to two peaks are detected. Thereby, optimum temperature of melted liquid in the crucible is detected.

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
(CZ法)により半導体単結晶を製造する工程におい
て、テレビカメラによる映像からのビデオ信号を処理し
て半導体溶融液の温度を検知する方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for detecting the temperature of a semiconductor melt by processing a video signal from a video image from a television camera in the process of manufacturing a semiconductor single crystal by the Czochralski method (CZ method). It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、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、坩堝内の原料
溶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ー内に設置
した坩堝に高純度の多結晶シリコンを充填し、前記坩堝
の外周に設けたヒーター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結晶を溶融
液に浸漬し、シードチャック及び坩堝を同方向又は逆方
向に回転しながら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。
2. Description of the Related Art Conventionally, as one of methods for producing a silicon single crystal which is a basic material of a semiconductor integrated circuit, a Czochralski method (hereinafter referred to as CZ method) for pulling a cylindrical single crystal from a raw material melt in a crucible is used. Is used. 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 periphery of the crucible, and then attached to a seed chuck. The seed crystal is immersed in the melt, and the seed chuck is pulled up while the seed chuck and the crucible are rotated in the same direction or in the opposite direction to grow a silicon single crystal.

【0003】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すものである。31
はワイヤー巻き上げモーター、32はワイヤー巻き上げ
ドラムである。33は前記ワイヤー巻き上げモーター3
1、ワイヤー巻き上げドラム32を設置した真空容器に
回転運動を与えるモーターであり、ワイヤーケーブル3
4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は溶融液面、39は坩堝内
の多結晶シリコン材料を加熱溶解する黒鉛製ヒーター、
40は黒鉛製断熱材であり、41は坩堝ペディスタルを
介して坩堝に回転運動を与えるモーター、42は坩堝軸
昇降装置である。
FIG. 6 shows a schematic structure of a conventional general silicon single crystal manufacturing apparatus by the CZ method. 31
Is a wire winding motor, and 32 is a wire winding drum. 33 is the wire winding motor 3
1. A motor that gives rotary motion to a vacuum container in which the wire winding drum 32 is installed.
Finally, through the rotation of 4, the single crystal grown from the seed crystal is given a rotary motion. 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 for heating and melting the polycrystalline silicon material in the crucible,
Reference numeral 40 is a graphite heat insulating material, 41 is a motor that gives a rotational motion to the crucible via a crucible pedestal, and 42 is a crucible shaft lifting device.

【0004】シリコン単結晶の引き上げに当たり、前記
溶融面38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
て輻射計ユニット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及び溶融液温度を
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はテレビモニターである。
When pulling the silicon single crystal, the meniscus ring generated at the boundary between the melting surface 38 and the silicon single crystal is photographed by the television camera 35, and the obtained video signal is transmitted through the camera control unit 43 to the radiometer unit. Input to 44, the diameter of the single crystal crossing 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.
Reference numeral 46 is a television monitor.

【0005】上記単結晶製造装置において、単結晶を無
転位化するために、種子結晶から、結晶を成長させる際
には、まず直径を3〜4mmに制御しながら100〜1
50mmの長さに育成し、次いで所定の単結晶直径まで
拡大育成させる。この無転位化のために直径3〜4mm
の状態で結晶を育成させる工程を、ネッキングと称して
いる。
In the above-mentioned single crystal manufacturing apparatus, in order to make the single crystal dislocation-free, when growing the crystal from the seed crystal, first, the diameter is controlled to 3 to 4 mm and the diameter is set to 100 to 1
It is grown to a length of 50 mm, and then expanded and grown to a predetermined single crystal diameter. 3-4 mm diameter for this dislocation free
The process of growing a crystal in this state is called necking.

【0006】このネッキング工程においては、工程スタ
ート時の温度が適切でないと、ネッキング途中で結晶が
急激に細り、溶融液から切り離れたり、又は3〜4mm
の直径に維持できず必要以上に太くなり、無転位化が困
難になるという問題がある。すなわち、坩堝内の溶融液
温度が高い場合には、ネッキング部の結晶直径が急激に
減少して、瞬時に溶融液と結晶が分離してしまう。逆に
溶融液温度が低い場合には、直径が急激に増大して無転
位化が困難になる。このため、従来からネッキング時の
溶融液温度を精度良く測定する方法が種々提案されてい
る。例えば、特開平4−325488号では種子結晶浸
潰前に精度よく溶融液表面温度を制御することによっ
て、ネッキング工程の成功率を上げている。この場合、
溶融液面の温度を正確に測定するため、特開平4−25
4488号所載のように輻射温度計を溶融液面の垂直直
上に配置しなければならず、また、特開平4−3254
88所載のように2つの波長の放射エネルギーの比率か
ら液面温度を測定する2色温度計が必要とされる。
In this necking process, if the temperature at the start of the process is not appropriate, the crystals will suddenly thin during the necking and may be separated from the melt, or 3 to 4 mm.
However, there is a problem that it becomes difficult to make dislocation free. That is, when the temperature of the melt in the crucible is high, the crystal diameter of the necking portion is rapidly reduced, and the melt and the crystals are separated instantaneously. On the other hand, when the melt temperature is low, the diameter rapidly increases and it becomes difficult to eliminate dislocation. Therefore, various methods for accurately measuring the melt temperature during necking have been proposed. For example, in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 4-325488, the success rate of the necking step is increased by accurately controlling the surface temperature of the melt before immersing the seed crystals. in this case,
In order to accurately measure the temperature of the molten liquid surface, JP-A-4-25
The radiation thermometer must be arranged right above the surface of the molten liquid, as described in Japanese Patent No. 4488.
As described in 88, a two-color thermometer that measures the liquid surface temperature from the ratio of radiant energy of two wavelengths is required.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の技術によれば、実際にネッキングが行われる溶融
液面の位置が溶融液を収納する石英ガラス製の坩堝の中
心部であるため、輻射温度計を溶融液面に対して鉛直方
向から測定する様にセットすると、種子結晶保持器37
や、種子結晶上下動駆動装置32、種子結晶を回転させ
るための駆動装置33(以上、図6参照)等に干渉する
ため、中心部から少なくとも10cm以上離れた位置を
観察しなければならない。
However, according to these conventional techniques, since the position of the melt surface at which necking is actually performed is the center of the crucible made of quartz glass for containing the melt, the radiation temperature If the meter is set to measure vertically from the melt surface, the seed crystal holder 37
In addition, since it interferes with the seed crystal vertical movement drive device 32, the drive device 33 for rotating the seed crystal (see above, see FIG. 6), etc., it is necessary to observe a position at least 10 cm or more away from the center.

【0008】溶融液面の温度は、通常、径方向に大きな
温度勾配を持っており、坩堝の回転速度やヒーターとの
相対的な位置関係、炉内に導入するアルゴンガスの流量
によって、大きくその温度分布が変化することは当該業
者には良く知られていることである。従って、中心部か
ら離れた溶融液面の温度が正確に制御できたとしても実
際にネッキングが行われる中心部分の温度は炉内の状況
により大きく異なる。このため、炉の中心部分をネッキ
ングの適温に正確に制御することは困難であった。ま
た、2色温度計は通常の単一波長領域の輻射温度計と比
較して、2倍以上高価であり、溶融液面に対して鉛直方
向から観察できる様に取付けることも単結晶製造装置の
構造上難しい場合が多い。
The temperature of the molten liquid surface usually has a large temperature gradient in the radial direction, and largely depends on the rotational speed of the crucible, the relative positional relationship with the heater, and the flow rate of argon gas introduced into the furnace. It is well known to those skilled in the art that the temperature distribution changes. Therefore, even if the temperature of the melt surface distant from the central portion can be controlled accurately, the temperature of the central portion where necking is actually carried out varies greatly depending on the conditions inside the furnace. Therefore, it was difficult to accurately control the central portion of the furnace to an appropriate temperature for necking. In addition, the two-color thermometer is more than twice as expensive as a normal radiation thermometer in the single wavelength region, and it can be installed so that it can be observed from the vertical direction with respect to the melt surface. Often structurally difficult.

【0009】そこで本発明者らは、種子結晶と溶融液面
の接触部に形成されるメニスカスリングと称される部分
がネッキングに最適な溶融液温度の場合、高輝度のリン
グ状の部分が2重になることに着目し、この現象を最適
な溶融液温度の指標に用いることによりネッキングの安
定化を可能にした。本発明は上記問題点に鑑み、温度測
定が不安定な輻射温度計や2色温度計を使用することな
く、炉の中心部分のネッキング時の最適溶融液温度を精
度良く検知する方法を提供することを目的とするもので
ある。
Therefore, when the portion called a meniscus ring formed at the contact portion between the seed crystal and the melt surface has the optimum melt temperature for necking, the present inventors have found that a high brightness ring-shaped portion is Focusing on the overlap, we used this phenomenon as an index of the optimum melt temperature to stabilize necking. In view of the above problems, the present invention provides a method for accurately detecting the optimum melt temperature during necking of the central portion of the furnace without using a radiation thermometer or a two-color thermometer whose temperature measurement is unstable. That is the purpose.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】このため本発明では、チ
ョクラルスキー法(CZ法)により半導体単結晶を製造
する工程において、坩堝内の固液界面をテレビカメラに
より観察し、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に相当するビデオ信号を得て、メ
ニスカスリングのそれぞれの位置に対応する水平走査線
の1本毎のビデオ信号に形成されるメニスカスリングの
輝度に対応するピークの数を計数して、このピークの数
が一つのテレビ画面の上端から下端への水平走査線の移
動に伴って、4個から3個を経過して2個に減少する過
程、又は4個から3個へ、又は3個から2個へ減少する
過程が存在することを検出して坩堝内の溶融液の最適温
度を検知することを第1の特徴し、前記メニスカスの輝
度に対応するピークの数が、一つのテレビ画面の上端か
ら下端への水平走査線の移動に伴って、2個から3個を
経過して4個に増大する過程、又は3個から4個へ増大
する過程が存在することを検出して坩堝内の溶融液の最
適温度を検知することを第2の特徴とするものであり、
さらに、その製造装置にメニスカスの輝度に対応するピ
ークの数の検出頻度と、予め設定したしきい値と比較し
て、しきい値との差を減少させる様に半導体融液の温度
を自動的に調節する手段を設けたものである。
Therefore, according to the present invention, in the step of producing a semiconductor single crystal by the Czochralski method (CZ method), the solid-liquid interface in the crucible is observed by a television camera, and the solid-liquid interface is obtained. A video signal corresponding to a horizontal scanning line that crosses the meniscus ring is generated, and the luminance of the meniscus ring formed in each video signal of the horizontal scanning line corresponding to each position of the meniscus ring is obtained. The process of counting the number of peaks and decreasing the number of peaks from four to three with the movement of the horizontal scanning line from the upper end to the lower end of one television screen to two, or 4. The first feature is to detect the existence of the process of decreasing from three to three or from three to two and detect the optimum temperature of the molten liquid in the crucible, which corresponds to the brightness of the meniscus. Pee The number of the numbers increases from 4 to 3 after 2 to 3 with the movement of the horizontal scanning line from the upper end to the lower end of one TV screen, or from 3 to 4. The second characteristic is to detect the existence and detect the optimum temperature of the molten liquid in the crucible.
Furthermore, the temperature of the semiconductor melt is automatically adjusted to reduce the difference between the detection frequency of the number of peaks corresponding to the brightness of the meniscus and a preset threshold value in the manufacturing equipment. It is provided with a means for adjusting.

【0011】[0011]

【作用】本発明では、メニスカス部分をテレビカメラに
より観察し、その映像において、メニメニスカスの高輝
度のリング状部が2重であることを判断すると共に、テ
レビ画面のメニスカスと交わる水平走査線を構成するビ
デオ信号の輝度の高さに対応するピークの数が、一画面
の走査の進行に伴って特有の変化をすることを検出す
る。
In the present invention, the meniscus portion is observed by the television camera, it is determined that the high-luminance ring-shaped portion of the meniscus is double in the image, and the horizontal scanning line intersecting with the meniscus on the television screen is detected. It is detected that the number of peaks corresponding to the high luminance of the constituent video signals changes peculiarly as the scanning of one screen progresses.

【0012】図2に示すように、種結晶上部から走査を
開始した場合、一本の走査線上に現れるピークの数は、
0〜2〜4〜3〜2〜1〜0の順に変化する。しかしな
がら、実際には、種結晶の回転や、溶融液表面温度の局
所的な変動により、それぞれのピークの高さは個々に変
動するため、必ずしも全ての画面で上述のようなピーク
数の変化が検出されるとは限らない。
As shown in FIG. 2, when the scanning is started from the upper part of the seed crystal, the number of peaks appearing on one scanning line is
It changes in the order of 0 to 2 to 4 to 3 to 2-1 to 0. However, in reality, the height of each peak changes individually due to the rotation of the seed crystal and the local change of the surface temperature of the melt, so that the change in the number of peaks as described above is not necessarily observed on all screens. It is not always detected.

【0013】0〜2、1〜0の変化は、二重リングでな
く、一重リングの場合でも生じるので、実際には二重リ
ング独特の変化バターンとして、4〜3〜2の変化の
内、4〜3の変化又は3〜2の変化のどちらかを検出す
ることが望ましく且つ容易である。
Since the change of 0-2, 1-0 occurs not only in the double ring but also in the case of the single ring, actually, as a change pattern peculiar to the double ring, among the changes of 4-3-2, It is desirable and easy to detect either a 4-3 change or a 3-2 change.

【0014】この変化パターンの検出が一画面において
行われた時、一個のパルスを出力する様に回路を構成し
ておき、且つ安定に画面毎に検出されたならば、通常の
テレビカメラを使用した映像システムの場合、毎秒60
回画面を更新しているので、パルス出力の周波数は60
Hzとなる。
When the change pattern is detected on one screen, the circuit is configured to output one pulse, and if it is detected stably for each screen, a normal television camera is used. 60 seconds per second for a video system
The frequency of the pulse output is 60 because the screen is updated.
It becomes Hz.

【0015】この周波数は、上記した様に、二重リング
の明瞭さに、おおむね比例していると考えられるので、
この周波数をアナログ電圧に変換して、制御コンピュー
ターに入力することにより、最適温度の判断、最適温度
の調節を自動で行うことができる。また、この検出動作
はネッキングの直径制御に使用されているテレビカメラ
システムへの機能追加として、容易且つ安価に行うこと
ができる。
Since this frequency is considered to be roughly proportional to the clarity of the double ring, as described above,
By converting this frequency into an analog voltage and inputting it to the control computer, it is possible to automatically determine the optimum temperature and adjust the optimum temperature. Further, this detecting operation can be performed easily and inexpensively as a function addition to the television camera system used for controlling the necking diameter.

【0016】例えば、特開平2−164789号の図1
に記載されているパルスカウンター12により、走査線
1本毎のパルス数をカウントすることができ、このカウ
ンター部分に本発明機能を追加することにより、カウン
ト数の4〜3の変化を検出することができる。
For example, FIG. 1 of JP-A-2-164789.
The pulse counter 12 described in 1 can count the number of pulses for each scanning line. By adding the function of the present invention to this counter portion, it is possible to detect a change of 4 to 3 in the count number. You can

【0017】図3に示すように、パルス数検出のための
スレッショールドレベル(しきい値)を直径測定のため
のスレッショールドレベル(しきい値)とは別に独立さ
せて設定しておけば、従来の直径測定機能には影響を与
えずに、ネッキングの最適温度を検出することが可能で
ある。
As shown in FIG. 3, the threshold level (threshold value) for detecting the number of pulses may be set separately from the threshold level (threshold value) for measuring the diameter. For example, it is possible to detect the optimum necking temperature without affecting the conventional diameter measurement function.

【0018】[0018]

【実施例】以下、図1により、本発明に係る半導体単結
晶成長装置の好ましい実施例を詳述する。本実施例で
は、2次元CCDカメラを使用し、焦点距離200mm
のレンズを使用して種結晶の固液界面付近の影像及びそ
のビデオ信号を得ている。ビデオ信号は、スレッショー
ルドレベル設定回路1とコンパレーター2によりスレッ
ショールドレベル以上の輝度を示した波形について、波
形成形されたパルスを得て、パルス幅弁別回路3により
所定のパルス幅以上のパルスだけ通過される。これによ
って2次元CCDセンサーのビット不良によるノイズを
防ぐことができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of a semiconductor single crystal growth apparatus according to the present invention will be described in detail below with reference to FIG. In this embodiment, a two-dimensional CCD camera is used and the focal length is 200 mm.
The image of the vicinity of the solid-liquid interface of the seed crystal and its video signal are obtained using the lens. For the video signal, a waveform-shaped pulse is obtained by the threshold level setting circuit 1 and the comparator 2 with respect to the waveform showing the luminance above the threshold level, and the pulse width discrimination circuit 3 obtains a pulse having a predetermined pulse width or more. Only pulses are passed. This makes it possible to prevent noise due to bit defects in the two-dimensional CCD sensor.

【0019】水平同期パルスによりリセットされるカウ
ンター4は、走査線1本毎のパルスをカウントする。カ
ウンター4の出力は、走査終了時にデジタルコンパレー
ター5により、別に設定したデジタルスイッチ6のコー
ド(n=4)と比較され、その後、わずかに遅延された
水平同期パルスによりリセットされる。この時、カウン
ター4のカウント数が4であれば、コンパレーター5の
A=Bの出力は「Hレベル」となり、フィリップフロッ
プ7は、これを入力して「Hレベルを出力する状態」に
遷移する。
The counter 4 which is reset by the horizontal synchronizing pulse counts the pulse for each scanning line. The output of the counter 4 is compared with the code (n = 4) of the digital switch 6 set separately by the digital comparator 5 at the end of scanning, and then reset by the slightly delayed horizontal synchronizing pulse. At this time, if the count number of the counter 4 is 4, the output of A = B of the comparator 5 becomes “H level”, and the flip-flop 7 inputs this and transits to “state of outputting H level”. To do.

【0020】すなわち、1画面の中で、1本の走査線上
にスレッショールドレベル以上の輝度を示すピークが4
個以上あった時に、その画面の走査が終了するまで、フ
ィリップフロップ7は「Hレベル」を維持する。
That is, in one screen, there are four peaks showing brightness above the threshold level on one scanning line.
When there are more than one, the flip-flop 7 maintains "H level" until the scanning of the screen is completed.

【0021】一旦、カウンター4で、4個のパルスをカ
ウントした後に、同じ画面中で3個のパルスをカウント
すると、同様にコンパレーター8のA=Bの出力が「H
レベル」となり、この出力はゲート回路10に入力され
るが、すでに4個のパルスが検出されている場合にはゲ
ート回路10の入力12が「Hレベル」になっているた
め、その出力も「Hレベル」になり、フィリップフロッ
プ回路11の出力も「Hレベル」となる。
When the counter 4 once counts four pulses and then counts three pulses in the same screen, similarly, the output of A = B of the comparator 8 becomes "H".
This output is input to the gate circuit 10, but when four pulses have already been detected, the input 12 of the gate circuit 10 is at "H level", and therefore its output is also ""Hlevel", and the output of the flip-flop circuit 11 also becomes "H level".

【0022】一画面の走査終了時に、それぞれのフィリ
ップフロップ回路11は、垂直同期パルスVDからわず
かに遅延されたパルスVDDによりリセットされるが、
フィリップフロップ回路11の出力が「Hレベル」の
時、VDと同期した同一のパルス幅のパルスがゲート回
路13から出力される。ゲート回路13の出力は、F−
Vコンバーター14に入力され、パルス周波数に比例し
たアナログ電圧に変換される。従って、1画面の中で1
本の走査線に現れる輝度のピークが4個から3個に減少
する過程が存在することを確実に検出することが可能と
なる。
At the end of scanning one screen, each flip-flop circuit 11 is reset by the pulse VDD slightly delayed from the vertical synchronizing pulse VD.
When the output of the flip-flop circuit 11 is “H level”, the gate circuit 13 outputs a pulse having the same pulse width in synchronization with VD. The output of the gate circuit 13 is F-
It is input to the V converter 14 and converted into an analog voltage proportional to the pulse frequency. Therefore, 1 in 1 screen
It is possible to reliably detect that there is a process in which the number of luminance peaks appearing on one scanning line decreases from four to three.

【0023】以上、上述した方法を拡張して4〜3〜2
とパルス数が変化したときのみ、単発パルスを発生させ
ることも容易であるが、4〜3と3〜2の検出確率の積
になるため、単発パルスの発生頻度は小さくなる。
As described above, the above method is expanded to 4 to 3 to 2.
It is also easy to generate a single-shot pulse only when the number of pulses changes, but since the product of detection probabilities of 4 to 3 and 3 to 2, the single-shot pulse generation frequency decreases.

【0024】尚、テレビカメラを上下逆にして、テレビ
画面の操作順にカウントされるパルス数が2〜3〜4と
変化することを確認して、最適温度の指標とすることも
基本的には図1の装置構成で可能である。また、F−V
コンバーターを使用せずに、積分回路により、パルス数
に略比例したアナログ電圧を出力することも容易であ
る。
It is basically possible to turn the TV camera upside down and confirm that the number of pulses counted in the order of operation of the TV screen changes to 2 to 3 to 4 and use it as an index of the optimum temperature. This is possible with the device configuration shown in FIG. Also, F-V
It is also easy to output an analog voltage that is approximately proportional to the number of pulses by an integrating circuit without using a converter.

【0025】本実施例は、回路を構成する部品に、TT
Lと呼ばれる最も規模の小さいICを10数個使用する
ことで実現可能であり、機能追加を極めて安価に行うこ
とができる。
In this embodiment, the parts forming the circuit are
This can be realized by using ten or more ICs having the smallest scale called L, and the function can be added at an extremely low cost.

【0026】絞り直径制御に必要な直径測定は、別に設
定されたスレッショールドレベルにより波形成形された
パルスのパルス幅を測定することにより従来通り行われ
る。これらの詳細については本出願人が既に出願してい
る特開平2−164789号公報に記述されている。
The diameter measurement required for controlling the diameter of the aperture is conventionally performed by measuring the pulse width of the pulse waveform-shaped by the threshold level set separately. Details of these are described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-164789 filed by the present applicant.

【0027】以上の検出出力は、制御用コンピューター
に入力され、ネッキングに適当な温度であるか否かを判
断すと共に、不適当な場合には温度補正を行うことが可
能である。また、本発明装置により、ネッキングを自動
的に開始した後は、同時に得られる直径測定出力によ
り、ネッキングの自動直径制御を行うことができる。
The above detection output is input to the control computer to determine whether or not the temperature is appropriate for necking, and to correct the temperature if it is not appropriate. Further, after the necking is automatically started by the device of the present invention, the automatic diameter control of the necking can be performed by the diameter measurement output obtained at the same time.

【0028】図6に示したシリコン単結晶製造装置の中
で、44で示される幅計測ユニットを本発明構成の装置
(図1参照)に置き換えて、実際のネッキングを行っ
た。シリコン多結晶素材は60Kg使用した。シリコン
溶融液を保持する石英ルツボの直径は約460mmのも
のを使用した。
In the silicon single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 6, the width measuring unit indicated by 44 was replaced with the apparatus having the structure of the present invention (see FIG. 1) to perform actual necking. 60 kg of polycrystalline silicon material was used. A quartz crucible holding a silicon melt has a diameter of about 460 mm.

【0029】本実施例では、図1に示す構成中、F−V
コンバーターを用いて60Hzのパルス周波数で電圧を
10Volt出力するように調整した回路を用いたとこ
ろ、メニスカスが完全に2重リング状に見えた時、4.
5Volt〜6.5Volt付近の変動する電圧が得ら
れた。この変動は、溶融液の対流による局部的な温度変
動により、メニスカスの形状が変化し、輝度ピーク高さ
が変動して個々のピークの検出が不安定になったためと
考えられる。これらの変動は数秒周期のため、1分間程
度の平均化により実用上問題ない程度に小さくできる。
In the present embodiment, in the configuration shown in FIG.
When a circuit adjusted to output a voltage of 10 Volt at a pulse frequency of 60 Hz using a converter was used and the meniscus looked like a complete double ring, 4.
A varying voltage around 5 Volt to 6.5 Volt was obtained. It is considered that this fluctuation is due to the local temperature fluctuation due to convection of the molten liquid, the shape of the meniscus changed, the fluctuation of the luminance peak height, and the unstable detection of individual peaks. Since these fluctuations are every few seconds, averaging for about 1 minute can reduce the fluctuations to a practically acceptable level.

【0030】この後、温度を故意に下げて2重リングが
消滅した時には0.1Volt以下の出力電圧を示し
た。ネッキングの開始時のF−Vコンバーター出力電圧
とヒーター温度との関係が図4のように得られた。ま
た、F−Vコンバーター出力とヒーター温度との関係を
図5に示した。ヒーター温度は、F−Vコンバーター出
力の最適値(図4において最もネッキング成功率が高い
時の電圧)を与える温度を0℃として、その温度からの
偏差を示している。
After that, when the temperature was intentionally lowered and the double ring disappeared, the output voltage was 0.1 Volt or less. The relationship between the FV converter output voltage and the heater temperature at the start of necking was obtained as shown in FIG. Further, the relationship between the output of the FV converter and the heater temperature is shown in FIG. The heater temperature shows a deviation from the temperature when the temperature that gives the optimum value of the output of the FV converter (the voltage when the necking success rate is highest in FIG. 4) is 0 ° C.

【0031】図5より初期のヒーター温度設定が、最適
値の上下15℃以内にあればヒーター温度を制御するこ
とによってF−Vコンバーター出力を最適出力に制御で
きることが判る。
From FIG. 5, it can be seen that if the initial heater temperature setting is within 15 ° C. above and below the optimum value, the FV converter output can be controlled to the optimum output by controlling the heater temperature.

【0032】本実施例では、F−Vコンバーター出力と
その設定値(最適値)との偏差を積分してヒーター温度
設定値にフィードバックする、通称カスケード制御と呼
ばれる方法により、ネッキングに最適な温度に自動制御
した。
In this embodiment, the optimum temperature for necking is obtained by a method commonly called cascade control in which the deviation between the output of the FV converter and its set value (optimal value) is integrated and fed back to the heater temperature set value. It was automatically controlled.

【0033】もし、初期設定温度が最適値より15℃以
上高い場合には、種結晶の先端が完全に溶解して溶融液
面から切り離れてしまう。また、初期設定温度が最適値
より15℃以上低い場合には、種結晶から溶融液面に広
がって成長してしまう。いずれの場合も、テレビカメラ
による直径測定を並行して行っていれば、直径測定値の
急激な減少又は増大として検出され、それによって自動
的に作業者に警報を発することができる。しかしなが
ら、通常はヒーター温度の初期設定温度を前バッチの結
晶育成時の最適温度を得られた値に設定しておけば、最
適値のほぼ上下7℃以内に制御することは容易である。
その後、前述のカスケード制御により最適温度に自動的
に制御すれば良い。
If the initial set temperature is higher than the optimum value by 15 ° C. or more, the tip of the seed crystal is completely melted and separated from the melt surface. Further, when the initial set temperature is lower than the optimum value by 15 ° C. or more, the seed crystal grows to spread to the melt surface. In any case, if the diameter measurement by the television camera is performed in parallel, it can be detected as a sharp decrease or increase in the diameter measurement value, and the operator can be automatically alerted accordingly. However, usually, if the initial setting temperature of the heater temperature is set to a value that can obtain the optimum temperature during the crystal growth of the previous batch, it is easy to control the temperature within approximately 7 ° C. above or below the optimum value.
After that, the optimum temperature may be automatically controlled by the above-mentioned cascade control.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明は以上のように構成したので、温
度測定が不安定な輻射温度計や2色温度計を使用するこ
となく、炉の中心部分のネッキング時の最適溶融液温度
を精度良く検知することができる。その結果、ネッキン
グ工程の成功率を大幅に増大させ、失敗によるやり直し
や作業者の温度調整にかかる時間を削減して、単結晶の
生産性を向上させ製造コストを削減できるという優れた
効果がある。
Since the present invention is constructed as described above, it is possible to accurately determine the optimum melt temperature at the time of necking in the center of the furnace without using a radiation thermometer or a two-color thermometer whose temperature measurement is unstable. It can be detected well. As a result, there is an excellent effect that the success rate of the necking process is significantly increased, the time required for rework due to failure and the temperature adjustment of the operator is reduced, the productivity of the single crystal is improved, and the manufacturing cost can be reduced. .

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

【図1】本発明に係るビデオ信号処理回路を示すブロッ
ク図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a video signal processing circuit according to the present invention.

【図2】最適温度時のメニスカスのテレビ映像とビデオ
信号の波形の関係を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship between a television image of a meniscus and a waveform of a video signal at an optimum temperature.

【図3】パルス数検出及び直径測定のためのスレッショ
ールドレベル(しきい値)の設定を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing setting of threshold levels (threshold values) for pulse number detection and diameter measurement.

【図4】ネッキング成功率とF−Vコンバーター出力電
圧の関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the necking success rate and the FV converter output voltage.

【図5】F−Vコンバーター出力とヒーター設定温度の
関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between FV converter output and heater set temperature.

【図6】一般的なシリコン単結晶製造装置の概略構成図
である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a general silicon single crystal manufacturing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 スレッショールドレベル設定回路 2 コンパレーター 3 パルス幅弁別回路 4 カウンター 5 デジタルコンパレーター 6 デジタルスイッチ 7 フィリップフロップ回路 8 デジタルコンパレーター 9 デジタルスイッチ 10 ゲート回路 11 フィリップフロップ回路 12 ゲート信号 13 ゲート回路 14 F−Vコンバーター 1 Threshold level setting circuit 2 Comparator 3 Pulse width discrimination circuit 4 Counter 5 Digital comparator 6 Digital switch 7 Philip flop circuit 8 Digital comparator 9 Digital switch 10 Gate circuit 11 Philip flop circuit 12 Gate signal 13 Gate circuit 14 F -V converter

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】チョクラルスキー法(CZ法)により半導
体単結晶を製造する工程において、坩堝内の固液界面を
テレビカメラにより観察し、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に相当するビデオ
信号を得て、メニスカスリングのそれぞれの位置に対応
する水平走査線の1本毎のビデオ信号に形成されるメニ
スカスの輝度に対応するピークの数を計数して、このピ
ークの数が一つのテレビ画面の上端から下端への水平走
査線の移動に伴って、4個から3個を経過して2個に減
少する過程、又は4個から3個へ、又は3個から2個へ
減少する過程が存在することを検出して坩堝内の溶融液
の最適温度を検知することを特徴とする最適溶融液温度
の検知方法。
1. In a process of manufacturing a semiconductor single crystal by the Czochralski method (CZ method), a solid-liquid interface in a crucible is observed by a television camera, and horizontal scanning is performed across a meniscus ring generated at the solid-liquid interface. A video signal corresponding to a line is obtained, the number of peaks corresponding to the brightness of the meniscus formed in the video signal of each horizontal scanning line corresponding to each position of the meniscus ring is counted, and the number of peaks of this peak is counted. The number decreases from 4 to 3 with the movement of the horizontal scanning line from the upper end to the lower end of one TV screen, or decreases from 4 to 3 or from 3 to 2. A method for detecting an optimum melt temperature, which comprises detecting the existence of a process of decreasing to individual pieces and detecting the optimum temperature of the melt in the crucible.
【請求項2】前記メニスカスの輝度に対応するピークの
数が、一つのテレビ画面の上端から下端への水平走査線
の移動に伴って、2個から3個を経過して4個に増大す
る過程、又は3個から4個へ増大する過程が存在するこ
とを検出して坩堝内の溶融液の最適温度を検知すること
を特徴とする請求項1記載の溶融液温度の検知方法。
2. The number of peaks corresponding to the luminance of the meniscus increases from 2 to 3 to 4 with the movement of the horizontal scanning line from the upper end to the lower end of one television screen. 2. The method for detecting a melt temperature according to claim 1, wherein the optimum temperature of the melt in the crucible is detected by detecting the existence of a process or a process of increasing from three to four.
【請求項3】メニスカスの輝度に対応するピークの数の
検出頻度と、予め設定したしきい値と比較して、しきい
値との差を減少させる様に半導体融液の温度を自動的に
調節する手段を有することを特徴とする半導体単結晶の
製造装置。
3. The temperature of the semiconductor melt is automatically adjusted so as to reduce the difference between the detection frequency of the number of peaks corresponding to the brightness of the meniscus and a preset threshold value. An apparatus for producing a semiconductor single crystal, which has a means for adjusting.
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CN101824648A (en) * 2010-04-27 2010-09-08 中山大学 Error processing system of automatic photoelectric crystal furnace and method thereof
JP2011001248A (en) * 2009-06-22 2011-01-06 Sumco Corp Method for producing silicon single crystal

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