JPS62119190A - 単結晶の直径制御方法および装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はＣＺ法（チョクラルスキー法）による単結晶
の製造において、単結晶の直径を精度よく制御する方法
および装置に関する。

〔従来の技術〕

工Ｃ，ＬＳＩ等の製造に使用されるシリコン等の単結晶
の製造方法として、ＣＺ法がよく知られている。この方
法は、第８図の模式図に示すように、回転するルツボ（
２）に容れたシリコン等の結晶融液（５）全、ワイヤ（
６）によりルツボ（２１に対して回転させながら引き上
げ、凝固させて、柱状の単結晶（８）を製造するもので
ある。製造され几単結晶は、円柱状のインゴットに仕上
げられるが、その際の歩留υを上げるため、単結晶（８
）は各部分で同じ直径にすることが要求される。

従来から、特開昭４８−５０９８３、特開昭４８−５３
９７８等に提案されている様に、この直径を制御する方
法として、単結晶成長部αηの７ユージヨンリングを光
学的手段（９）で測光し、その値から単結晶（８）の直
径を推定し、推定された直径が目標値に一致するよう、
単結晶（８）の引き上げ速度を調整することが行われて
いる。フュージョンリングは単結晶成長部αηにおいて
結晶が凝固熱を発し、この部分が温度上昇して輝度を増
すことから生じる現象で、単結晶（８）の直径を比較的
正確に反映するといわれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、単結晶（８）ヲ引き上げる几めのワイヤ（６
）は、通常、種々の振れ止め対策が施されている。

しかし、完全に固定されているわけではなく、ま之それ
自体、弾性を有している。その几め、第９図に示すよう
に、単結晶（８）の回転中心○はルツボ（２）の回転中
心Ｏからずれ、ルツボ＜２１の回転に伴う結晶融液（５
）の流れによシ、単結晶（８）をルツボ（２）の回転中
心○の回υに回転させようとする力が生じる。その結果
、単結晶（８）は自転をしながら旋回運動を行うことに
なる。この運動は、光学的手段（９）から見た場合、第
３図に示すような揺動運動となり、単結晶（８）がＡ位
置にあるときは正確な改修測定が可能なものの、Ｂ位置
、Ｃ位置では実際の直径よシも小さく測定される。

直径を実際より小さく測定し友場合、その値を用いて直
径制御すると、目標値より大きい直径に仕上がる。単結
晶（８）の揺動量は、単結晶（８）が引き上げられてそ
の高さが大きくなるほど、増大するので、製造された単
結晶（８）は第１０図に示すようにボトムへ行くにし九
がって直径が大きくなり、その分、仕上げ加工によるロ
スが増大し、歩留シの低下を招く。この様に従来の方法
では１ケ所の光学的手段で直径全測定している為に、単
結晶の揺動による誤差を補正できない。

不発明の目的は、揺動による影響を排して、トップから
ボトムまで可及的正確な直径を保証し得る直径制御方法
および装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

単結晶の直径制御において、揺動による影響は従来は殆
ど見過されてき友。その原因は、１つには単結晶の揺動
量を測定するのが困難なことにある。また、たとえ測定
できたとしても精度が低く、実用に供し得ない。几とえ
ば、単結晶の引き上げ中、結晶融液は表面が波立ち、大
きな外乱を生じる。また引き上げられる単結晶も断面が
必ずしも真円とは限らない。本発明はこれらの影響を受
けることなく、正確に単結晶の揺動量を測定し、測定し
た揺動量に基づく補正を加えて高精度な直径制御を可能
ならしめるものである。

すなわち、不発明は口伝ルツボからその中の結晶部ｇ１
ヲルツポに対して逆回転させながら柱状に引き上げ凝固
させる単結晶の製造において、単結晶の回転軸回りに偏
位させて設けた２組の光学的手段で単結晶のフュージョ
ンリング部全測光し、第１の光学的手段の測光データか
ら単結晶の直径を検出するとともに、第２の光学的手段
の測光データから前記直径と直角な水平方向における単
結晶の揺動量を検出し、この揺動量による補正を前記検
出直径に加えて真の直径を算出し、この直径が目標値に
一致するよう単結晶の引き上げ速度を制御するものであ
る。

以下、図面を参照して不発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の方法を実施するための装置の一例を示
したものである。

図中、（１）は透明の窓を持ったチャンバーである。

その内部においてルツボ（２）が回転支持台（３）上に
載置されている。ルツボ（２１の周囲には、ルツボ内の
結晶融液（５）を適正温度に保持するためのヒータ（４
）が設けられている。チャンバー（１）の上部からチャ
ンバー内へ垂直に挿入されたワイヤ（６）は先端にシー
ド（７）を有し、これを結晶融液（５）に浸漬しｔ状態
から口伝させながら徐々に引き上げることにより、単結
晶（８）ｋ成長させる。単結晶（８）の回転はルツボ（
２）の回転に対して逆向きである（第８図参照）。

光学的手段は２台のＣＣＤカメラからなる。第１の光学
的手段としてのＣＣＤカメラ（９）は、チャンバー（１
）の右上方から結晶融液（５）と単結晶（８）との境界
面中央に向けて水平方向の輝度分布を測定するように設
置しである。測定フィンを第８図および第８図にＸ−Ｘ
で示す。第２の光学的手段としてのＣＣＤカメラは、第
１図に示されていないが、第１のＣＣＤカメラ（９）に
対して単結晶（８）の回転軸回りに９０°偏位した第１
図手曲側から、同じ様に境界面中央に向けて水平方向の
輝度分布を測定するように設置しである。第２のＣＣＤ
カメラの測定ラインを第３図および第８図にＹ−Ｙで示
す。

これらのカメラは、境界面に対する位置関係が変化しな
いよう、単結晶（８）の引き上げ量から結晶融液（５）
の液面位置を推定し、両カメラの高さを液面の変化位置
に追従させるようにしである。

００は第１のＣＣＤカメラ（９）の出力信号の処理装置
、０１）は処理装置αＯからの信号に基づいて単結晶（
８）のｘ−ｘ方向（第３図および第８図）の直径を計算
する直径計算装置、（２）は第２のＣＣＤカメラ（図示
せず）の出力信号の処理装置、０３は処理装置（２）か
らの信号に基づいて単結晶（８）のＹ−Ｙ方向（第８図
および第８図）の揺動量を計算する揺動量計算装置、α
弔は直径計算装置α１）の出力信号に揺動量計算装置盤
の出力信号に基づく補正を加えて真の直径を計算する直
径補正装置、０９は直径補正装置（１４）の計算した真
の直径が目標値に一致するよう、単結晶（８）の引き上
げ速度を制御する制御装置である。

第１図装置による本発明の方法は次のようにして行われ
る。

第１のＣＣＤカメラ（９）によシ単結晶（８）の成長部
Ｑのにおける７ユージヨンリングが第２図に示すような
形で検出される。すなわち、ＣＣＤカメラ（９）によれ
ば第８図および第８図に示すようにカメラの測定ライン
（Ｘ−Ｘ　）とフュージョンリングａ′７）の交点部分
（ト）θ枠が、第２図における高輝度部分０１ａすとな
って測定されるのである。

そこで今、単結晶（８）が第３図のＡ位置にあるときは
、ＣＣＤカメラ（９）は正確に単結晶（８）の直径ａ−
ａをとらえる（第４図の曲線ａ）。ところが、第３図の
Ｂ位置に来几ときは、ｂ−’ｂを測光し、実際の直径よ
シも小さく測定する（第４図の曲線ｂ）。逆に、第３図
のＣ位置に来たときは、Ｃ−Ｃを測光するが、実際には
単結晶（８）のやや冷え元画体部分にさえぎられて、第
４図に曲線Ｃで示すように、ピークが現われないことが
ある。

ＣＣＤカメラ（９）の測光データは処理装置ＯＱ′！ｉ
ｌ−経て直径計算装置０１Ｊに送られ、ここで測光デー
タを第２図および第４図に示すようなしきい値翰でもっ
て２値化し、単結晶（８）の直径を計算するが、曲線Ｃ
のようにピークがしきい値翰を超えないような場合は、
処理装置００において曲線Ｃの裾の広がり具合からピー
クを推定し、これを直径計算装置０］）に送る。

而して、この一連の直径計算処理と同期して第２のＣＣ
Ｄカメラにより単結晶（８）のＹ−Ｙ方向（第３図およ
び第８図）の動きをとらえる。第１図の手前側に設けた
この第２のＣＣＤカメラによれば、第５図に示すように
、単結晶（８）が第３図のＡ位置にあるときは曲線ａが
測定され、Ａ位置から図右方へ揺動し之ときは、揺動量
に応じた曲線Ｃが測定される。そして、これらの測光デ
ータを処理装置Ｑ２金経て揺動量計算装置ａりに送り、
ここで第４図の場合と同じ様に、測光データを適当なし
きい値ＣＩ）でもって２値化し、Ａ位置を基準とした単
結晶（８）の揺動量Ｘを計算する。処理装置Ｑ２は前記
処理装置（１（］と同じ機能を有するものである。

ＣＣＤカメラ（９）の方向から測定し几直径と、第２０
ＣＯＤカメラの方向から」り足した揺動量が算出される
と、これらのデータを直径補正装置（１蜀に送り、真の
直径を計算する。すなわち、上記直径がｙ、上記揺動量
がＸとすると、真の直径は第６図に示すように２・ｑ−
で求まる。

真の直径が求まると、これを制御装置αつに送りこの真
の直径が目標値に一致するよう、単結晶（８）の引き上
げ速度を制御する。

このようにして直径制御をした結果を、１台のＣＣＤカ
メラで直径計測のみを行った場合の結果と比較して第７
図に示す。単結晶の製造条件は第１表に示すとおシであ
る。

第　　　　１　　　　表 第７図から明らかなように、条件■、条件■とも本発明
の制御方法を実施した場合は、製造され友単結晶の直径
のバラツキが各々０．９Ｍと１．ＯＮに抑えられたが、
実施しなかつ定場合にはこのバラツキが、約２．０顕に
及ぶ。

ここには、２種の製造条件で本発明を実施し几場合の制
御結果を示し九が、他の製造条件の場合でも同様に制御
精度の向上が計られ九。

なお、上記実施例では光学的手段としてＣＣＤカメラを
用いたが、他の測光装置でもよく、ま几揺動量の測定を
１台のＣＣＤカメラで打ったが、２台以上のカメラを使
用してもよく、その場合はカメラの設置位置が、第１の
光学的手段に対して９０°以外の位置になシ得ることは
ごうまでもない。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明は第１の光学的
手段で単結晶の直径をとらえると同時に第２の光学的手
段で単結晶の揺動量をとらえ、この揺動量によって前記
直径に幾何学的な直接補正を加えるものであるから、揺
動による影響が排除されるのみならず、結晶融液表面の
光学的外乱や単結晶の偏平化による影響を受けにくく、
全体として極めて高精度の直径制御を可能ならしめる。

したがって、本発明によれば、製造された単結晶の寸法
精度が高く、仕上げ加工時の切削ロヌを可及的に抑え、
もって歩留シの向上に大きな効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の説明図で、第１図は本発明装
置の構成例を示す縦断正面図、第２図は光学的手段で測
定した輝度分布図、第３図は単結晶の冊動変化を示す模
式正面図および平面図、第４図は同変化を第１の光学的
手段でとらえたときの輝度分布図、第５図は同変化全第
２の光学的手段でとらえたときの輝度分布図、第６図は
直径補正の幾何学的説明図、第７図は本発明の効果を示
すヒヌトグラム。第８図はＣＺ法の基本概念を示す模式
図、第９図はルツボと単結晶の位置関係を示す模式平面
図、第１０図は従来法で得几単結晶の直径の長手方向分
布図。 １：チャンパー、２ニルツボ、３：回転支持台、４：ヒ
ータ、５：結晶融液、６：ワイヤ、７：ンード、８：単
結晶、９：光学的手段（ＣＣＤカメラ）、１０，１２：
処理装置、１１：直径計算装置、１３：謡勤量計算装置
、１４：直径補正装置、１５：制御装置、１７：単結晶
成長部（フュージョンリング）、２０，２１　：　Ｌき
い値。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転ルツボからその中の結晶融液をルツボに対し
   て回転させながら柱状に引き上げ凝固させる単結晶の製
   造において、単結晶の回転軸回りに偏位させて設けた２
   組の光学的手段で単結晶のフュージョンリング部を測光
   し、第１の光学的手段の測光データから単結晶の直径を
   検出するとともに、第２の光学的手段の測光データから
   前記直径と直角な水平方向における単結晶の揺動量を検
   出し、この揺動量による補正を前記検出直径に加えて真
   の直径を算出し、この直径が目標値に一致するより単結
   晶の引き上げ速度を制御することを特徴とする単結晶の
   直径制御方法。
2. （２）回転ルツボからその中の結晶融液をルツボに対し
   て回転させながら柱状に引き上げ凝固させる単結晶の製
   造装置において、単結晶の回転軸回りに偏位させて少な
   くとも２方向より単結晶のフュージョンリング部を測光
   するよう設けた２組の光学的手段と、第１の光学的手段
   の測光データから単結晶の直径を計算する直径計算手段
   と、第２の光学的手段の測光データから前記直径と直角
   な水平方向における単結晶の揺動量を計算する揺動量計
   算手段と、計算された揺動量による補正を前記計算直径
   に加えて真の直径を計算する直径補正手段と、計算され
   た真の直径が目標値に一致するよう単結晶の引き上げ速
   度を制御する制御手段とを備えることを特徴とする単結
   晶の直径制御装置。