JPS6027686A - 単結晶製造装置 - Google Patents
単結晶製造装置Info
- Publication number
- JPS6027686A JPS6027686A JP13160583A JP13160583A JPS6027686A JP S6027686 A JPS6027686 A JP S6027686A JP 13160583 A JP13160583 A JP 13160583A JP 13160583 A JP13160583 A JP 13160583A JP S6027686 A JPS6027686 A JP S6027686A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- meniscus
- diameter
- pulling
- shape
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/20—Controlling or regulating
- C30B15/22—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
- C30B15/26—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal using television detectors; using photo or X-ray detectors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（ａ）発明の技術分野
本発明はチョクラルスキー法に用いる単結晶自動製造装
置に係り、とくに単結晶周囲における融液のメニスカス
部の光度を測定して該単結晶の直径制御を行う装置に関
する。
置に係り、とくに単結晶周囲における融液のメニスカス
部の光度を測定して該単結晶の直径制御を行う装置に関
する。
ｆｂ）技術の背景
シリコン単結晶等の工業的製造には、一般にチョクラル
スキー法に基づく単結晶製造装置が用いられており、こ
の際の単結晶の直径を自動制御するための原信号として
、該単結晶周囲における融液のメニスカス部の光度を用
いる方法がある。
スキー法に基づく単結晶製造装置が用いられており、こ
の際の単結晶の直径を自動制御するための原信号として
、該単結晶周囲における融液のメニスカス部の光度を用
いる方法がある。
すなわち、第１図に示すように、坩堝１の中の融液２か
ら回転しながら引き上げられつつある単結晶３の下端部
においては、該融液２がその表面張力によって引っ張り
あげられ、メニスカス４となっている。これを上方から
観測すると、その凹面鏡効果によって該メニスカス部に
環状の輝線が輝いて見える。
ら回転しながら引き上げられつつある単結晶３の下端部
においては、該融液２がその表面張力によって引っ張り
あげられ、メニスカス４となっている。これを上方から
観測すると、その凹面鏡効果によって該メニスカス部に
環状の輝線が輝いて見える。
単結晶の直径が変化すると該輝線の位置が変化するので
、この像を固定された光センサで検出すると、該光セン
サの出力が変化する。ずなわち、該光センサの出力変化
により単結晶の直径の変化を知ることができる。
、この像を固定された光センサで検出すると、該光セン
サの出力が変化する。ずなわち、該光センサの出力変化
により単結晶の直径の変化を知ることができる。
いま、単結晶の直径（Ｒｘ）に対して第２図のように出
力が変化するような位置に光センサが固定して設けられ
ているとする。すなわち、ある引き上げ中の単結晶が所
望の直径ＲＯである時、その周囲のメニスカスの光度が
最大となる。
力が変化するような位置に光センサが固定して設けられ
ているとする。すなわち、ある引き上げ中の単結晶が所
望の直径ＲＯである時、その周囲のメニスカスの光度が
最大となる。
いま仮に、該単結晶の直径がＲＯからずれて光センサの
検出光度が低下した場合、一時の間、例えば引き上げ速
度を増加し、この時に該光度が増加する方向に変化した
場合には該単結晶の直径が縮小傾向にあるとし”ζ、逆
に該光度がさらに減少する方向に変化した場合には該単
結晶の直径が増大傾向にあるとして、それぞれに対して
直径をＲｏ＆こ戻ずように、以後の引き上げ速度あるい
は融解炉の温度に対する制御が行われる。すなわち、こ
の場合にはメニスカスの光度が最大値Ｑｍａｘになるよ
うに制御が行われる。
検出光度が低下した場合、一時の間、例えば引き上げ速
度を増加し、この時に該光度が増加する方向に変化した
場合には該単結晶の直径が縮小傾向にあるとし”ζ、逆
に該光度がさらに減少する方向に変化した場合には該単
結晶の直径が増大傾向にあるとして、それぞれに対して
直径をＲｏ＆こ戻ずように、以後の引き上げ速度あるい
は融解炉の温度に対する制御が行われる。すなわち、こ
の場合にはメニスカスの光度が最大値Ｑｍａｘになるよ
うに制御が行われる。
所望の直径がＲ１の場合には、メニスカスの光度が一定
値Ｑ１になるように制御が行われる。
値Ｑ１になるように制御が行われる。
（Ｃ１従来技術と問題点
しかしながら、厳密にはメニスカスの形状（単結晶引き
上げ軸を含む断面の形状）は、該メニスカス部における
融液２の温度、引き上げ速度等によって変化するのであ
るが、従来の単結晶製造装置の制御においては、前記光
度に対するメニスカスの形状変化の影響までは考慮され
ていなかった。
上げ軸を含む断面の形状）は、該メニスカス部における
融液２の温度、引き上げ速度等によって変化するのであ
るが、従来の単結晶製造装置の制御においては、前記光
度に対するメニスカスの形状変化の影響までは考慮され
ていなかった。
このために、ある所望の直径に対応する光度値を中心に
制御しても、得られた単結晶の直径は必ずしも常に所望
の値にならない欠点があった。
制御しても、得られた単結晶の直径は必ずしも常に所望
の値にならない欠点があった。
（ｄ１発明の目的
本発明は、メニスカスの形状を制御パラメータに導入す
ることにより、正確な直径制御が可能な単結晶製造装置
を提供することを目的とする。
ることにより、正確な直径制御が可能な単結晶製造装置
を提供することを目的とする。
＋８＋発明の構成
本発明は、単結晶周囲における融液のメニスカスの位置
と該メニスカス部の光度から結晶の直ｉ菫を知り、該直
径を一定に制御する機構を備えたチョクラルスキー法単
結晶製造装置において、該メニスカス部における単結晶
の半径方向の光度分布を測定して該メニスカスの形状を
知り、該メニスカスの形状データを用いて当該時点にお
ける単結晶の直径検出値を補正して単結晶の直径制御を
行うことを特徴とする。
と該メニスカス部の光度から結晶の直ｉ菫を知り、該直
径を一定に制御する機構を備えたチョクラルスキー法単
結晶製造装置において、該メニスカス部における単結晶
の半径方向の光度分布を測定して該メニスカスの形状を
知り、該メニスカスの形状データを用いて当該時点にお
ける単結晶の直径検出値を補正して単結晶の直径制御を
行うことを特徴とする。
（ｆ）発明の実施例
以下に本発明の実施例を図面を参照して説明する。以下
の図面において既出の図面におけると同じものには同一
符号を付しである。
の図面において既出の図面におけると同じものには同一
符号を付しである。
いま、単結晶材料の融解炉温度および光度測定用のセン
サの位置が一定とすれば、該センサによる光度測定値は
該メニスカスの形状によって決められる。一方、該メニ
スカスの形状は、該メニスカス部における融液温度（Ｔ
ｍ） 、単結晶引き上げ速度（ＶＸ） 、該メニスカス
部における単結晶の直ｆ！ （Ｒｘ） 、および該単結
晶の直径の増加速度（［Ｉｘ＝ｄＲ／ｄｉ）によって与
えられる。
サの位置が一定とすれば、該センサによる光度測定値は
該メニスカスの形状によって決められる。一方、該メニ
スカスの形状は、該メニスカス部における融液温度（Ｔ
ｍ） 、単結晶引き上げ速度（ＶＸ） 、該メニスカス
部における単結晶の直ｆ！ （Ｒｘ） 、および該単結
晶の直径の増加速度（［Ｉｘ＝ｄＲ／ｄｉ）によって与
えられる。
上記の事柄は、例えばＲｘ、１ｊｘ−およびＴｍが同一
であってもＶｘが異なればメニスカスの形状が変わり、
異なる光度を与えることになり、このような状態で同一
光度になるように制御しても、得られる単結晶の直径は
等しくならないことを意味する。
であってもＶｘが異なればメニスカスの形状が変わり、
異なる光度を与えることになり、このような状態で同一
光度になるように制御しても、得られる単結晶の直径は
等しくならないことを意味する。
したがって、正確な直径制御を行うためには、制御パラ
メータの実用的な範囲のすべての値におけるメニスカス
の形状を考慮して光度の補正を行うことが必要なのであ
る。
メータの実用的な範囲のすべての値におけるメニスカス
の形状を考慮して光度の補正を行うことが必要なのであ
る。
ところで、単結晶製造中に実測可能な値はＶｘのみであ
る。ＲにおよびＯｘは得られた単結晶の引き上げ方向に
おける直径分布データから直接にめることはできる。し
かしながら、Ｔｌ１１を直接にめることは不可能で、他
のデータから推定する以外に方法がない。
る。ＲにおよびＯｘは得られた単結晶の引き上げ方向に
おける直径分布データから直接にめることはできる。し
かしながら、Ｔｌ１１を直接にめることは不可能で、他
のデータから推定する以外に方法がない。
シタ力って、本発明においては、メニスカスの形状（Ｐ
ｘ）を理論的に導出する代わりに実測により直接的にめ
、この形状データをもとに光度補正を行う。このための
メニスカスの形状は該メニスカス部における単結晶の半
径方向の光度分布を測定することによって近僚的にめら
れる。
ｘ）を理論的に導出する代わりに実測により直接的にめ
、この形状データをもとに光度補正を行う。このための
メニスカスの形状は該メニスカス部における単結晶の半
径方向の光度分布を測定することによって近僚的にめら
れる。
上記のようにして、あらかじめ種々の引き上げ条件にお
ける前記光度分布を測定し、その結果得られたメニスカ
スの形状データから光度の補正係数をめる。そして光度
分布と該補正係数とその他の制御パラメータとの関係を
テーブル化してお（。その結果、実際の引き上げ時にお
ける該光度分布測定値に基づき、単結晶の直径を所望の
値に正確に制御することが可能となる。
ける前記光度分布を測定し、その結果得られたメニスカ
スの形状データから光度の補正係数をめる。そして光度
分布と該補正係数とその他の制御パラメータとの関係を
テーブル化してお（。その結果、実際の引き上げ時にお
ける該光度分布測定値に基づき、単結晶の直径を所望の
値に正確に制御することが可能となる。
なお、上記光度分布を測定する手段としては、−次元方
向における光強度分布を測定可能なセンサならばとくに
限定はな（、例えばＣ’＜１，１） （電荷結合素子）
を用いたりニアセンサが好適であるＱ第３図は本発明に
係る単結晶製造装置の制御哉能ブロック図であって、従
来の単結晶製造装置Ｇこおけると同様にして矢印方向に
回転する坩堝１の内部には、例えばシリコン等が充填さ
れており、これば外部ヒータ２０により加熱されて融液
２となっている。一方、引き上げ用モータ３０によって
矢印方向に回転されながら上方に引き上げられている単
結晶３の下部は融液２の液面と接し、その周囲に融液２
のメニスカス４が生じている。該メニスカス４の上方に
はりニアセンサ５が、単結晶３の半径方向に平行に設り
られζおり、レンズ６によりその受光面にメニスカス４
の像が投影されている。
向における光強度分布を測定可能なセンサならばとくに
限定はな（、例えばＣ’＜１，１） （電荷結合素子）
を用いたりニアセンサが好適であるＱ第３図は本発明に
係る単結晶製造装置の制御哉能ブロック図であって、従
来の単結晶製造装置Ｇこおけると同様にして矢印方向に
回転する坩堝１の内部には、例えばシリコン等が充填さ
れており、これば外部ヒータ２０により加熱されて融液
２となっている。一方、引き上げ用モータ３０によって
矢印方向に回転されながら上方に引き上げられている単
結晶３の下部は融液２の液面と接し、その周囲に融液２
のメニスカス４が生じている。該メニスカス４の上方に
はりニアセンサ５が、単結晶３の半径方向に平行に設り
られζおり、レンズ６によりその受光面にメニスカス４
の像が投影されている。
まず、上記の装置により得た種々の単結晶について、そ
の軸方向における直径分布を測定し、直ｆ′ｆ：（Ｒｘ
）および該直径の増加速度（ＩＪｘ＝ｄＲ／ｄｔ）と、
これらの単結晶を得た時の引き上げ速度（Ｖｘ）、引き
上げ時のメニスカスの形状（Ｆに）データ（すなわちリ
ニアセン−’Ｊ−５の検出信号）等の総合的なテーブル
を得てお（。
の軸方向における直径分布を測定し、直ｆ′ｆ：（Ｒｘ
）および該直径の増加速度（ＩＪｘ＝ｄＲ／ｄｔ）と、
これらの単結晶を得た時の引き上げ速度（Ｖｘ）、引き
上げ時のメニスカスの形状（Ｆに）データ（すなわちリ
ニアセン−’Ｊ−５の検出信号）等の総合的なテーブル
を得てお（。
入力光強度の最大位置から単結晶３の直径（Ｒｘ）を、
またリニアセン号５上の入力光分布からメニスカス４の
形状データ（Ｐｘ）を算出する。暫時一定の引き上げ速
度においてこの測定を続け、この間における単結晶３の
直径変化を検出することによって、該直径の増加速度（
Ｕｘ）の平均値を得る。
またリニアセン号５上の入力光分布からメニスカス４の
形状データ（Ｐｘ）を算出する。暫時一定の引き上げ速
度においてこの測定を続け、この間における単結晶３の
直径変化を検出することによって、該直径の増加速度（
Ｕｘ）の平均値を得る。
以後、制御装置１０は上記のようにして得られる、単結
晶の直径（Ｒｘ） 、該直径の増加速度（Ｕｘ）および
メニスカスの形状（Ｆに）と、引き上げ用モータ３０に
よる引き上げ速度（Ｖｘ）等の必要なパラメータに基づ
き、その内部にあらかじめ格納されているテーブルを逐
次参照し、引き上げ用モータ３０および外部ヒータ制御
電源４０に対して、それぞれ引き上げ速度（ＶＸ）およ
び外部ヒータ２０の温度専の制御データを送出する。
晶の直径（Ｒｘ） 、該直径の増加速度（Ｕｘ）および
メニスカスの形状（Ｆに）と、引き上げ用モータ３０に
よる引き上げ速度（Ｖｘ）等の必要なパラメータに基づ
き、その内部にあらかじめ格納されているテーブルを逐
次参照し、引き上げ用モータ３０および外部ヒータ制御
電源４０に対して、それぞれ引き上げ速度（ＶＸ）およ
び外部ヒータ２０の温度専の制御データを送出する。
第４図は複数のリニアセンサ５を配置した平面図であっ
て、７は成長初期における直径が小さい小結晶の周囲の
メニスカス部の光度を測定するためのりニアセンサ、８
と９は単結晶の回転軸の偏心によるメニスカス４の位置
変動に起因するそれぞれのリニアセンサの出力変動を平
均化するために設けられた２つのリニアセンサである。
て、７は成長初期における直径が小さい小結晶の周囲の
メニスカス部の光度を測定するためのりニアセンサ、８
と９は単結晶の回転軸の偏心によるメニスカス４の位置
変動に起因するそれぞれのリニアセンサの出力変動を平
均化するために設けられた２つのリニアセンサである。
以上に述べた本発明による制御方法は、単結晶において
、その直径が急変化するショルダ部分の形成に対して特
に有効であり、本発明の装置により初めてプログラム通
りの形状に制御が可能となった。
、その直径が急変化するショルダ部分の形成に対して特
に有効であり、本発明の装置により初めてプログラム通
りの形状に制御が可能となった。
（ｇ１発明の効果
本発明によれば、単結晶の引き上げ時にメニスカスの形
状変化に起因する該メニスカス部の光度変化の影響を補
正することが可能となり、引き上げ中の単結晶を直径を
正確に把握でき、その結果、精密な直径制御を可能とし
、かつ単結晶製造の歩留り向上を可能とする効果がある
。
状変化に起因する該メニスカス部の光度変化の影響を補
正することが可能となり、引き上げ中の単結晶を直径を
正確に把握でき、その結果、精密な直径制御を可能とし
、かつ単結晶製造の歩留り向上を可能とする効果がある
。
第１図はチックラルスキー法による単結晶製造の概要を
説明するための図、第２図は単結晶の周囲における融液
のメニスカス部の光度により該単結晶の直径制御を行う
原理を説明するための図、第３図は本発明に係る単結晶
製造装置の制御機能ブロック図、第４図は複数のリニア
センサの配置例を示す図である。 ｌは坩堝、２は融液、３は単結晶、４はメニスカス、５
と７と８と９はりニアセンサ、６はレンズ、１０は制御
装置、２０は外部ヒータ、３０は引き上げ用モーフ、４
０は外部ヒータ制御電源である。 第 １ 図 第３ 図 躬２図 第４ 図
説明するための図、第２図は単結晶の周囲における融液
のメニスカス部の光度により該単結晶の直径制御を行う
原理を説明するための図、第３図は本発明に係る単結晶
製造装置の制御機能ブロック図、第４図は複数のリニア
センサの配置例を示す図である。 ｌは坩堝、２は融液、３は単結晶、４はメニスカス、５
と７と８と９はりニアセンサ、６はレンズ、１０は制御
装置、２０は外部ヒータ、３０は引き上げ用モーフ、４
０は外部ヒータ制御電源である。 第 １ 図 第３ 図 躬２図 第４ 図
Claims (1)
- 単結晶周囲における融液のメニスカスの位置と該メニス
カス部の光度から結晶の直径を知り、該直径を一定に制
御する機構を備えたチョクラルスキー法車結晶製造装置
において、該メニスカス部における単結晶の半径方向の
光度分布を測定して該メニスカスの形状を知り、該メニ
スカスの形状データを用いて当該時点における単結晶の
直径検出値を補正して単結晶の直径制御を行うことを特
徴とする単結晶製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13160583A JPS6027686A (ja) | 1983-07-19 | 1983-07-19 | 単結晶製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13160583A JPS6027686A (ja) | 1983-07-19 | 1983-07-19 | 単結晶製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6027686A true JPS6027686A (ja) | 1985-02-12 |
Family
ID=15061965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13160583A Pending JPS6027686A (ja) | 1983-07-19 | 1983-07-19 | 単結晶製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6027686A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61122188A (ja) * | 1984-11-20 | 1986-06-10 | Toshiba Mach Co Ltd | 半導体結晶引上機 |
| JPS63239181A (ja) * | 1987-03-26 | 1988-10-05 | Kyushu Denshi Kinzoku Kk | Ｃｚ炉内の結晶直径測定方法 |
| JPH01292016A (ja) * | 1988-05-19 | 1989-11-24 | Showa Highpolymer Co Ltd | ゲルコート用組成物および成形品の製造方法 |
-
1983
- 1983-07-19 JP JP13160583A patent/JPS6027686A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61122188A (ja) * | 1984-11-20 | 1986-06-10 | Toshiba Mach Co Ltd | 半導体結晶引上機 |
| JPS63239181A (ja) * | 1987-03-26 | 1988-10-05 | Kyushu Denshi Kinzoku Kk | Ｃｚ炉内の結晶直径測定方法 |
| JPH01292016A (ja) * | 1988-05-19 | 1989-11-24 | Showa Highpolymer Co Ltd | ゲルコート用組成物および成形品の製造方法 |
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