TWI588304B - Single crystal manufacturing method - Google Patents

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TWI588304B
TWI588304B TW104133646A TW104133646A TWI588304B TW I588304 B TWI588304 B TW I588304B TW 104133646 A TW104133646 A TW 104133646A TW 104133646 A TW104133646 A TW 104133646A TW I588304 B TWI588304 B TW I588304B
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Keiichi Takanashi
Ken Hamada
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Description

單結晶之製造方法
本發明係有關於一種根據Czochralski法(以下稱為CZ法)之單結晶的製造方法，尤其係有關於一種在單結晶之拉升步驟測量熔液之液面位置或單結晶之直徑的方法。
作為使成為半導體之材料的矽單結晶成長的方法之一，有CZ法。在CZ法，在使懸吊於線之種結晶與坩堝內之熔液接觸下緩慢地拉升，並使熔液凝固，藉此，使圓柱形之單結晶成長。
坩堝內之熔液係隨著拉升之進展而逐漸減少，但是為了使加熱器對熔液的加熱量成為定值，而要以熔液的液面位置相對加熱器或熱遮蔽構造位於既定位置的方式使坩堝上升。這是由於在相對加熱器等之熔液的液面位置不是既定位置的情況，成長之單結晶的溫度履歷發生變化，發生結晶缺陷等，而無法製造良質的單結晶。
因此，提議一種方法(參照專利文獻1~4)，該方法係在單結晶之拉升中以光學式測量熔液的液面位置，再從此液面位置算出坩堝的上升量。因為此方法係直接求得熔液的液面位置，所以量測誤差小，而可提高單結晶的品質。
例如，在專利文獻1提議一種方法，該方法係從 在單結晶與熔液之固液界面附近所產生之熔合環的位置算出單結晶的中心位置，再從該中心位置測量液面位置。在此方法，將第1及第2量測線設置於使用影像檢測手段所檢測出之熔合環的影像。第1及第2量測線係設與環置於比在縮頸步驟之種結晶的著液位置更靠近垂直方向前面，並分別與著液位置僅相距第1及第2距離。然後，從各條量測量測線之兩側的交點間的2個間隔、以及第1及第2距離，算出在該影像中沿著垂直方向之單結晶的中心位置，再根據此中心位置測量熔液的液面位置。因為本方法係不會受到液面之傾斜的影響，所以作為熔液之液面位置的量測方法係有效。尤其，在單結晶之拉升步驟在只能觀察一部分之熔合環的情況，亦能以少的計算量算出單結晶的中心位置，結果，與習知法相比，能以高精度測量熔液的液面位置。
又，為了提高矽晶圓之製造良率，抑制單結晶的直徑變動亦係重要。作為將單結晶的直徑控制成定值的方法，已知檢測出拉升中之單結晶的直徑，再根據該檢測直徑控制拉升速度與加熱器供電力(加熱器溫度)的方法。又，例如在專利文獻5記載一種方法，該方法係從以攝像裝置所拍攝之矽熔液與單結晶之邊界部的影像，檢測出邊界部的直徑及中心，藉此，求得單結晶的直徑及中心位置，再根據此結果來調整單結晶成長條件，控制單結晶的直徑。
【先行專利文獻】 【專利文獻】
[專利文獻1]日本專利第4089500號公報
[專利文獻2]日本專利第4246561號公報
[專利文獻3]日本特開2007-290906號公報
[專利文獻4]日本特開2009-57216號公報
[專利文獻5]日本特開2003-12395號公報
若依據本發明者之實驗，發現在上述之習知方法，需要從攝影影像中之熔合環的位置算出單結晶的中心位置，但是在熔液附著於配置於熔液的上方之熱遮蔽體的表面而熔合環之亮度分布變化的情況，具有無法正確地算出單結晶的中心位置，亦無法正確地求得液面位置或單結晶之直徑的問題。
對熱遮蔽體之熔液的附著係在原料之追加投入時易發生。即使使預先被填滿於坩堝內的固態原料熔化，亦因原料的體積減少，而在坩堝內產生空的容量。因此，藉由進一步追加投入原料，可使坩堝內之原料熔液量增加。藉此，可有效地應用坩堝的容積，而可提高在單結晶成長之生產力。
可是，若在熔液中追加投入塊狀的原料，則因其撞擊而熔液的液沫飛濺而附著於熱遮蔽體的表面。在原料的追加投入所引起之熔液附著的情況，因為原料的投入方向係固定，所以觀察到熔液大量地附著於接近追加投入位置之熱遮蔽體的特定區域的傾向。又，最初被填入坩堝內之塊狀的原料在起始熔化的途中失去平衡而崩落，在此時，發生液濺而有熔液附著於熱遮蔽體的情況。在這種熔液附著無規則性，而附著於 熱遮蔽體之不特定的位置。這些原因係一例，熔液附著於熱遮蔽體之原因係各式各樣。依此方式，若熔液附著於熱遮蔽體的表面。受到其影響，熔合環的亮度分布變化，因此，矽熔液或單結晶之直徑的量測誤差變大。
熔液附著所造成的量測異常係可藉由更換熱遮蔽體來消除，但是一般因為熔液附著係在原料熔化步驟所發生，所以不僅無法在熔化步驟之進行中更換，而且在更換頻率高的情況，因為耗費上漲，所以期待不必更換熱遮蔽體亦可解決熔液附著所造成的量測異常。
因此，本發明的目的在於提供一種單結晶之製造方法，該方法係即使是熔液附著於熱遮蔽體的情況，亦可從熔合環正確地算出單結晶的中心位置，藉此，可高精度地測量並控制熔液的液面位準或單結晶的直徑。
為了解決該課題，本發明之單結晶的製造方法的特徵為：具有：熔化步驟，係使坩堝內之原料熔化而產生熔液；及拉升步驟，係根據Czochralski法從該熔液拉升單結晶；該拉升步驟係包含算出步驟，該算出步驟係從在該單結晶與該熔液之固液界面附近出現之熔合環的影像算出該單結晶的中心位置；該算出單結晶之中心位置的步驟係包含：檢測步驟，係檢測出該熔合環的邊緣線；除去步驟，係將該熔合環的該邊緣線近似成偶函數，求得該邊緣線的近似曲線，將位於比該近似曲線更靠近該熔液側，且與該近似曲線的偏差成為既定像素數以上之該熔合環的構成畫素當作雜訊，從該熔合環的影像除 去；以及算出步驟，係從已除去該雜訊之熔合環的邊緣線算出該單結晶的中心位置。
若依據本發明，即使是熔液附著於熱遮蔽體的下端部，而熔合環的亮度分布發生變化的情況，亦可除去熔液附著對熱遮蔽體的影響，而可正確地檢測出本來的熔合環。因此，可從熔合環更正確地求得單結晶的中心位置，最終可提高單結晶的品質。
在本發明，該拉升步驟係更包含求得步驟較佳，該求得步驟係根據該單結晶的中心位置，求得從該熔液的液面至位於該熔液的上方之熱遮蔽體之下端的距離。據此，可正確地求得對熱遮蔽體之熔液面的位置，而可高精度地控制熔液面的位置。因此，可提高單結晶的品質。
在本發明，該拉升步驟係更包含求得步驟較佳，該求得步驟係根據該單結晶的中心位置及已除去該雜訊的影響之熔合環的邊緣線，求得該單結晶的直徑。據此，可正確地求得單結晶的直徑，而可高精度地控制單結晶的直徑。因此，可提高單結晶晶圓的製造良率。
本發明之單結晶的製造方法係重複對已除去該雜訊之該熔合環再除去雜訊的步驟既定次數較佳。即，在本發明，更包含除去步驟較佳，該除去步驟係將已除去該雜訊之該熔合環的邊緣線近似成偶函數，求得該邊緣線的近似曲線，將位於比該近似曲線更靠近該熔液側，且與該近似曲線的偏差成為既定像素數以上之該熔合環的構成畫素當作雜訊，從該熔合環的影像除去。若依據本方法，可求得充分排除了熔液附著的 影響之熔合環的邊緣線。因此，可從熔合環的邊緣線更正確地求得單結晶的中心位置，而可更提高單結晶的品質。
在本發明，該既定像素數係一個像素較佳。若將與近似曲線之偏差成為一個像素數以上之熔合環的構成像素當作雜訊並除去，在一次之雜訊除去步驟可充分地排除熔液附著的影響。因此，可在極短時間內正確地求得單結晶的中心位置。
在本發明，該偶函數係2次函數，並使用最小平方法求得該近似曲線較佳。若依據本方法，能以比較簡單的計算求得近似曲線，藉此，可確實地排除熔液附著的影響。
在本發明，該最小平方法係該熔合環之像素與該近似曲線的偏差為正且具有偏差愈大加權愈小之非線性的加權較佳。若依據本方法，可易於特定已除去對熱遮蔽體之熔液附著的影響之熔合環的邊緣圖案，而可正確且容易地求得近似曲線。
在本發明，在檢測出該熔合環之邊緣線的檢測步驟，將對包含該熔合環之攝影影像中的最大亮度乘以既定係數所得的亮度設定為基準值，再檢測出具有與該基準值一致之亮度的像素中最接近該熔液側的像素，作為該邊緣線的構成像素較佳。若依據本方法，可正確地特定熔合環的形狀及位置，而可從熔合環的影像正確地特定單結晶的位置。
在本發明，最好該熔化步驟包含：產生步驟，係使填充於該坩堝內之起始原料熔化而產生熔液；及追加投入步驟，係對該熔液內追加投入原料。在對該熔液內追加投入原料 的情況，發生熔液的液濺，而大量之熔液易附著於熱遮蔽體。因此，熔合環的亮度分布大為變化，而要從熔合環的影像正確地測量單結晶的中心位置這件事變成很困難。可是，若依據本發明，可從熔合環的影像除去熔液附著的影響，而可正確地求得單結晶的中心位置。
在本發明，最好包含：算出步驟，係算出該單結晶的中心位置；設定步驟，係分別設定與通過該單結晶之中心位置的基準線正交，並自該中心位置僅相距第1及第2距離的第1及第2量測線；算出步驟，係檢測出該第1量測線與該熔合環之該邊緣線的2個交點，而且算出該第1量測線上之該2個交點間的第1間隔；算出步驟，係檢測出該第2量測線與該熔合環之該邊緣線的2個交點，而且算出該第2量測線上之該2個交點間的第2間隔；以及算出步驟，係根據該第1間隔、該第2間隔、該第1距離以及該第2距離，算出位於該基準線上之該單結晶的中心位置。若依據本方法，在拉升步驟只能觀察熔合環之一部分的情況，能以少的計算量算出單結晶的中心位置。因此，可高精度地測量熔液的液面位置，可易於特定已除去對熱遮蔽體之熔液附著的影響之熔合環的邊緣圖案，而可正確且容易地求得近似曲線。
若依據本發明，即使是因對熱遮蔽體之熔液附著的影響而熔合環的亮度分布變化的情況，亦可除去該影響而正確地檢測出本來的熔合環。因此，可從熔合環正確地求得單結晶的中心位置，而可從單結晶的中心位置正確地測量並控制熔 液的液面位置。
1‧‧‧熔液
2‧‧‧單結晶
3‧‧‧熔液的液面
3m‧‧‧彎月面部
4‧‧‧熔合環
10‧‧‧單結晶拉升裝置
11‧‧‧室
11a‧‧‧視窗
12‧‧‧坩堝
13‧‧‧石英坩堝
14‧‧‧石墨基座
15‧‧‧加熱器
16‧‧‧熱遮蔽體
18‧‧‧CCD相機
20‧‧‧隔熱材料
21‧‧‧軸
22‧‧‧軸驅動機構
23‧‧‧種結晶夾頭
24‧‧‧線
25‧‧‧線捲繞機構
26‧‧‧原料進給器
27‧‧‧原料供給管
30‧‧‧控制部
C0‧‧‧單結晶之中心位置
C1、C1’‧‧‧量測線L1與熔合環之2個交點
C2、C2’‧‧‧量測線L2與熔合環之2個交點
K1、K2‧‧‧參照值之係數
L0‧‧‧基準線
L1‧‧‧量測線
L2‧‧‧量測線
r‧‧‧箭號
△G‧‧‧液面位置(間隙)
第1圖係示意地表示本發明之較佳實施形態的單結晶拉升裝置之構成的側面剖面圖。
第2圖係在模式上表示以CCD相機所拍攝之固液界面附近之影像的立體圖，尤其係表示單結晶之中心位置與熔液的液面位置之關係的圖。
第3圖係用以說明使用第1圖所示之單結晶拉升裝置10測量熔液1之液面位置之方法的模式圖。
第4圖係表示熔合環之檢測方法的流程圖。
第5圖係用以說明熔合環之修正方法的圖形。
第6圖係用以說明進行液面位置控制之根據CZ法之單結晶拉升方法的流程圖。
以下，一面參照附加之圖面，一面詳細地說明本發明之較佳的實施形態。
第1圖係示意地表示本發明之較佳實施形態的單結晶拉升裝置之構成的側面剖面圖。
如第1圖所示，單結晶拉升裝置10包括：室11；坩堝12，係在室11內支撐熔液1；加熱器15，係設置於坩堝12的外周側；熱遮蔽體16，係用以防止來自加熱器15及坩堝12之輻射熱所造成之單結晶2的加熱，而且抑制熔液1之溫度變動；CCD相機18，係拍攝熔液1的液面；以及控制部30， 係控制各構成元件。
坩堝12係由石英坩堝13、與支撐石英坩堝13的石墨基座14所構成，係單結晶之原料的熔液1被收容於石英坩堝13內。石英坩堝13的口徑例如是800mm，使用很大型的坩堝。圓筒形之隔熱材料20設置於加熱器15的外側。坩堝12被固定於貫穿室11的底部中央並在鉛垂方向所設置之軸21的上端部，軸21係藉軸驅動機構22升降及驅動轉動。軸驅動機構22係根據來自控制部30的命令動作。
在坩堝12的上方，設置固持種結晶之種結晶夾頭23、懸吊種結晶夾頭23之線24、以及用以捲繞線24之線捲繞機構25。線捲繞機構25又具有使線24轉動的功能。在單結晶之拉升時種結晶被浸泡於熔液1，並一面使坩堝12與種結晶彼此在反方向轉動一面逐漸拉升。線捲繞機構25係根據來自控制部30的命令動作。
熱遮蔽體16係設置於坩堝12的上方之筒狀的構件，並具有直徑從上方朝向下方縮小之倒截圓錐形。熱遮蔽體16之下降的傾斜角度亦可是緩和，亦可例如是相對水平面10~45°。熱遮蔽體16係配置於坩堝12的內側，因為在使坩堝12上升時坩堝12的側壁部係位於熱遮蔽體16的外側，所以使坩堝12上升亦不會與熱遮蔽體16發生干涉。作為熱遮蔽體16的材料，可使用石墨。
熱遮蔽體16亦作用為對在熔液1的表面附近之氣體的流動進行整流的整流構件。藉由配合單結晶2的成長來適當地調整坩堝12的位置(上升速度)，可控制自熔液的液面至熱 遮蔽體16之下端部的距離(間隙△G)，並可將在熔液的表面附近(沖洗氣體引導路)流動之氣體的流速控制成定速。因此，可控制來自熔液之摻雜劑的蒸發量，而可提高在單結晶之拉升方向之電阻係數分布的穩定性。
在根據CZ法之單結晶的成長，在石英坩堝13內所起始填充的固態原料熔化時，因為熔化後之體積減少，所以所得之原料熔液量比石英坩堝13的容積不足。因此，在對石英坩堝13之起始填充後，進行固態原料之追加供給，但是因為熔液存在於坩堝12內，所以因固態原料之投入而發生液濺，而有熔液附著於熱遮蔽體之下端部的情況。這種熔液之附著係對後述之熔合環的亮度分布有影響。
在室11的上部，設置用以觀察熔液1之液面的視窗11a，CCD相機18設置於視窗11a的外側。CCD相機18係拍攝熔合環之影像的攝像裝置，拍攝從視窗11a透過熱遮蔽體16內可看到之坩堝12內的單結晶2及熔液1的液面。CCD相機18之影像係灰階較佳，但是亦可是彩色影像。CCD相機18係與控制部30連接，所拍攝之二維影像資料係輸入控制部30，並用於液面位置的控制。
CCD相機18係二維CCD相機較佳，但是亦可是一維CCD相機。在此情況，藉使一維CCD相機機械性地在水平方向移動的方法或改變一維CCD相機之量測角度並掃描熔合環之影像的方法，可得到二維影像。又，亦可使用CCD相機18來進行液面位置之量測與單結晶之直徑的量測之雙方。
藉CCD相機18所得之影像係因為從單結晶拉升 裝置10的斜上方觀察而變形。此變形係可使用從幾何光學所算出之理論數學式來修正。又，藉由利用使用已記入刻度之基準板所預先製作的修正表，亦可修正。此修正表係在垂直方向與水平方向分別求得在影像中表示平均一個像素數之距離的換算係數。
熔液1的液面位置具有2種意義，一種是坩堝12(尤其石英坩堝13內)之液面位置，這主要因單結晶的拉升所伴隨之熔液1的減少而變化，但是進而在因坩堝12的變形而其容積變化的情況亦可能變化。另一種係對加熱器15或熱遮蔽體16等之固定設備的液面位置(間隙△G)，這係不僅坩堝12內之液面位置的變化，而且因坩堝12之上下方向之位置(高度)的移動亦變化。此外，在本專利說明書意指「液面位置」時，係只要無特別告知，意指對固定設備，尤其熱遮蔽體16之液面位置。
第2圖係在模式上表示以CCD相機18所拍攝之固液界面附近之影像的立體圖，尤其係表示單結晶之中心位置與熔液的液面位置之關係的圖。
如第2圖所示，控制部30係從在單結晶2與熔液1之固液界面附近所產生的熔合環4算出單結晶2之中心C0的位置，再從此中心位置算出熔液的液面3的位置。單結晶2之中心C0的位置係單結晶2的拉升軸5與熔液的液面3的交點。只要CCD相機18或熱遮蔽體16以所決定的角度正確地設置於設計上之決定的位置，就可在幾何光學上從在影像內所出現之熔合環4的位置算出液面3的位置。
熔合環4係在單結晶2的全周所產生之環狀的高亮度區域，但是在從某一方向觀察時，無法看到位於單結晶2之背側的熔合環4，又位於最前側之熔合環4的一部分亦被熱遮蔽體16遮住而無法看到。因此，熔合環4之可看到的部分係只是相對看到方向左前側的一部分4L與右前側的一部分4R。本發明係即使是像這樣只能觀察熔合環之一部分4的情況，亦可測量熔液1的液面位置。
第3圖係用以說明使用第1圖所示之單結晶拉升裝置10測量熔液1之液面位置之方法的模式圖。
如第3圖所示，首先，在藉CCD相機18所拍攝之二維影像中設定兩條量測線L1、L2。量測線L1、L2係與通過單結晶之中心C0的基準線L0正交，並沿著二維影像之X座標方向之彼此平行的直線。基準線L0係沿著二維影像中之Y座標方向的直線，並與拉升軸5一致。
量測線L1(第1量測線)係設定於比單結晶之中心C0更外周側，即，在影像中係下側的位置。進而，量測線L2(第2量測線)係設定於比量測線L1更外周側，即，在影像中係比量測線L1更下側。量測線L1被設定成比量測線L2更靠近單結晶之中心C0。此外，若使量測線L1過度接近單結晶之中心C0，在單結晶3之直徑減少時，熔合環4成為單結晶的影子，因為無法檢測出中心C0，所以量測線L1係設定於稍微遠離中心C0的位置較佳。此外，在量測線L1、L2之起始設定時，因為應作為基準之單結晶之中心C0的位置不知道，所以將在縮頸步驟之種結晶的著液位置用作單結晶之中心C0的位置。
接著，檢測出量測線L1與熔合環4之2個交點C1、C1’及量測線L2與熔合環4之2個交點C2、C2’。在這些4個交點的檢測，使用熔合環4之亮度的基準值。此基準值係對攝影影像中的最大亮度乘以既定係數所得的值。基準值係需要設成可正確地特定熔合環4之適當的值，亦可因應於拉升狀況而變更。因此，係數係可因應於拉升狀況，從0.6~0.95的範圍適當地選擇。
攝影影像中的最大亮度係亦可將單獨具有最大亮度之一個像素作為對象，或者亦可為了防止雜訊之影響而將複數個連續之具有最大亮度或與其接近之亮度的像素作為對象。在來自突出至比液面位置更上方之坩堝的側壁部之光映入彎月面時，因為有檢測亮度之最大值係在複數個像素連續的傾向，所以藉由將這種亮度分布作為最大亮度的對象，可防止雜訊之影響。
若將交點C1、C1’間的間隔設定為W1、將交點C2、C2’間的間隔設定為W2、進而將單結晶之中心C0之Y座標的位置設定為Y0、將量測線L1Y；CK之Y座標的位置設定為Y1、將量測線L2之Y座標的位置設定為Y2、以及將熔合環之半徑設定為R，則得到數學式(1)及數學式(2)之關係。
R2=(W1/2)2+(Y0-Y1)2...(1)
R2=(W2/2)2+(Y0-Y2)2...(2)
從數學式(1)及數學式(2)之關係，在二維影像中的Y方向之單結晶的中心C0之Y座標的位置Y0係以數學式(3)表示。
Y0={Y1+Y2+(W1 2-W2 2)/4(Y1-Y2)}/2...(3)
進而，從單結晶的中心C0之Y座標的位置Y0求得熔液1的液面位置。熔液1的液面位置係使用表示從熔液1的液面至熱遮蔽體16之下端的距離(間隙△G)與影像中之Y座標的關係之一次回歸線(校正直線)，將位置Y0換算成間隙△G，藉此，可求得。
在本實施形態，將上述2條量測線L1、L2之組合設定2組以上(例如10組)，並將與各個組合對應之單結晶之中心位置的平均值作為最終之單結晶的中心位置C0較佳。在單結晶2之截面形狀係正圓的情況，量測誤差係極小。可是，根據研磨條件，單結晶2變形而不是正圓，量測誤差會變大。又，若單結晶之晶壁線出現於量測線上，則在該部分量測誤差變大。可是，藉由使用複數個量測值的平均值，可使量測誤差之影響變小。
在上述之測量單結晶之中心位置的方法，在算出量測線L1、L2與熔合環4的交點C1、C1’、C2、C2’時，使用亮度之基準值，檢測出熔合環4的邊緣，再將此邊緣與量測線L1、L2的交點作為熔合環4的交點。這是因為熔合環4係具有固定的寬度之帶狀的高亮度區域，所以為了正確地求得交點，而需要熔合環4亦作為線圖案的緣故。
可是，熔液附著於熱遮蔽體16的下端部時，在本來之熔合環的外側(熔液側)亦出現高亮度的區域，而熔合環整體的亮度分布發生變化。若使用像這樣受到熔液附著之影響之熔合環的邊緣圖案，求得單結晶的中心位置，則其量測誤差變 大。因此，在本實施形態，根據以下所示之方法，排除熔液附著之影響。
第4圖係表示熔合環之檢測方法的流程圖。
如第4圖所示，在熔合環之檢測，首先，拍攝包含彎月面之熔液面的影像(步驟S1)。彎月面係在單結晶之周圍因表面張力而傾斜的液面，熔合環係主要藉由在坩堝的內壁面或熱遮蔽體的下面所反射之光映入彎月面所產生。
接著，從攝影影像檢測出熔合環的邊緣圖案(步驟S2)。邊緣圖案係具有與基準值一致的亮度之像素的集合體。如第2圖所示，攝影影像中之熔合環4係在與拉升軸5平行之Y座標方向所延伸之帶狀的高亮度區域，該邊緣圖案成為在Y方向連接高亮度區域之最靠近熔液側之像素的線圖案(邊緣圖案)。
然後，使用最小平方法，將熔合環之邊緣圖案近似成偶函數(例如2次函數)，求得邊緣線的近似曲線(步驟S3)。熔合環之邊緣線的檢測誤差係因附著於熱遮蔽體16之熔液的影響，熔合環受到看起來高亮度之部分的影響，大為偏向熔液側地出現。為了高效率地消除像這樣脫離至熔液側的邊緣圖案，使用提供偏差愈大加權愈小之非線性的加權之最小平方法較佳。
接著，比較熔合環之邊緣線與近似曲線，將兩者之偏差成為例如在正側(熔液側)一個像素以上之熔合環的構成像素當作雜訊，從該熔合環除去(步驟S4)。藉由從依此方式修正之熔合環的影像再求得邊緣線，而得到已除去受到熔液附著 之影響的雜訊之熔合環的邊緣線(步驟S5)。進而，重複使用已除去雜訊之熔合環的邊緣線進一步修正該熔合環之影像的步驟既定次數(步驟S6N、S3~S5)，可求得充分排除了熔液附著的影響之熔合環的邊緣線。
然後，如參照第3圖之說明所示，使用已除去雜訊之熔合環的邊緣線，算出單結晶的中心位置(步驟S7)。依此方式所得之單結晶的中心位置係極正確，根據此單結晶的中心位置，算出熔液的液面位置，藉此，可正確地測量並控制液面位置。
第5圖係用以說明熔合環之修正方法的圖形。在第5圖，圖形之橫軸及左側縱軸分別表示攝影影像之縱向位置及橫向位置，圖形之右側縱軸表示熔合環之邊緣線與近似曲線的偏差。此外，縱向位置及橫向位置係分別對應於第2圖之Y方向及X方向。
如第5圖所示，除去熔液附著的影響之前之熔合環的邊緣線E1成為凹凸很激烈的曲線。這種邊緣線E1與近似曲線的偏差D1係因為配合邊緣線E1之凹凸變化，其橫向位置大為偏向正側，所以可易於推測是因熔液附著的影響而成為高亮度的部分。而且，藉該方法已除去熔液附著的影響後之邊緣線E2係如第5圖所示，成為很圓滑的曲線。依此方式，藉由除去熔液附著的影響，可更正確地求得熔合環之邊緣線。
進而，拉升中之單結晶的直徑係可從單結晶之中心C0的座標、與已除去熔液附著的影響之熔合環的邊緣線E2上之任一點的座標求得。這兩個座標間之距離的2倍係單結晶 的直徑。為了提高直徑之精度，求得複數個值的平均值較佳。所算出之單結晶的直徑係用於直徑控制。例如，在算出直徑比目標直徑更大的情況，只要使拉升速度變快，或者提高加熱器溫度，使直徑變小即可。又，在算出直徑比目標直徑更大的情況，只要使拉升速度變慢，或者降低加熱器溫度，使直徑變大即可。
第6圖係用以說明使用單結晶拉升裝置10之根據CZ法之單結晶拉升方法的流程圖。
如第6圖所示，在單結晶之拉升，首先，將大量之原料填充於坩堝12內，再將此坩堝12設置於室11內(步驟S11)。接著，將室11內設定成降壓下之Ar氣體周圍環境後，以加熱器15對坩堝12內的原料加熱，而熔化(步驟S12)。在此時，安裝於線24之前端的種結晶係位於遠高於坩堝12的位置，從熔化中之原料被分離。在坩堝12內之起始原料的熔化結束後，追加地投入原料，使熔液量增加(步驟S13)。
接著，將溫度調整至熔液1變成穩定後，調整坩堝12之上下方向的位置，設定熔液1的起始液面位置(步驟S14)。雖無特別限定，起始液面位置之設定亦可自動地進行，亦可作業員一面觀察熔液的液面一面使坩堝12升降，藉此進行。
然後，使單結晶之拉升開始(步驟S15)。在根據CZ法之單結晶的拉升，一面使軸21及線24彼此反向地轉動，一面緩慢地拉升種結晶，藉此，使在種結晶的下端使單結晶繼續成長。
在單結晶之成長，首先，為了使單結晶無差排化，根據Dash法進行種結晶縮小(縮頸)。接著，為了得到所需之直徑的單結晶，使肩部成長，在單結晶成為所要的直徑時在使直徑變成固定下使本體部成長。使本體部成長至既定長度後，為了在無差排之狀態下使單結晶從熔液分離，進行尾縮小(尾部的形成)。
在縮頸，為了消滅種結晶原本所含的差排、或著液時之熱衝擊而在種結晶中所產生之滑動差排，一面使種結晶相對地轉動，一面緩慢地拉升至上方，其最小直徑細小地縮小至約3~5mm。頸部的長度成為10~20mm，完全除去滑動差排後，調整種結晶之拉升速度與熔液1的溫度，而擴大頸部的直徑，轉移至肩部的成長。
肩部達到既定直徑時，這次轉移至本體部的成長。為了提高晶圓良率，需要本體部的直徑係定值，在單結晶成長中，以在本體部維持大致固定之直徑下成長的方式，控制加熱器15的輸出、拉升速度以及坩堝12的上升速度等。尤其，伴隨單結晶之成長，熔液1減少，因為液面下降，所以配合液面之降低，使坩堝12上升。
在單結晶之拉升中，為了控制液面位置，以CCD相機18拍攝液面的影像，並檢測出從攝影影像已修正之熔合環的邊緣線(步驟S16)。即，求得已除去由熔液附著於熱遮蔽體所引起的雜訊之熔合環的邊緣線。
然後，從已除去雜訊之熔合環的邊緣線算出單結晶的中心位置(步驟S17)。進而，從該單結晶的中心位置算出 熔液的液面位置(間隙)(步驟S18)。控制部30係根據所算出之液面位置，使坩堝12上升，控制成液面位置成為定值(步驟S19)。
本體部達到既定長度時，以後係轉移至尾部的形成。為了防止因存在於結晶成長界面的熔液1與單結晶2之間的熱平衡失衡而激烈的熱衝擊施加於結晶，而發生滑動差排或異常氧氣析出等之品質異常的發生，使直徑逐漸縮小，形成圓錐形的尾部，再從熔液1分離單結晶，而單結晶拉升結束(步驟S20)。然後，從熔液1所分離之單結晶鑄錠係在既定條件下被冷卻，從單結晶鑄錠所切出的晶圓係被用作各種半導體組件的基板材料。
如以上之說明所示，若依據本實施形態，在根據CZ法之單結晶拉升，可正確地控制熔液的液面位置，而可提高單結晶之製造良率。
本發明係未限定為以上的實施形態，可在不超出本發明之主旨的範圍施加各種變更，那些變更亦包含於本發明的範圍，這係理所當然。
例如，在上述之實施形態，重複修正熔合環之邊緣線的步驟複數次，提高熔合環之量測精度，但是在本發明，重複修正邊緣線之步驟複數次的動作不是必需，亦可是僅修正一次。
又，在上述之實施形態，作為用以得到熔合環之邊緣線的近似曲線之偶函數，使用2次函數，但是本發明係亦可使用2次函數以外之其他的函數。又，在上述之實施形態， 在熔合環之邊緣線與其近似曲線的偏差成為一個像素數以上的情況，將該部分當作雜訊，從熔合環的影像除去，但是本發明係未限定為一個像素以上的情況，亦可是2個像素以上，亦可是3個像素以上。
S1‧‧‧拍攝包含彎月面之熔液面的影像
S2‧‧‧從攝影影像檢測出熔合環的邊緣線
S3‧‧‧求得熔合環之邊緣線的近似曲線
S4‧‧‧除去與近似曲線之偏差在熔液側成為一個像素以上之熔合環的像素區域
S5‧‧‧檢測出修正後之熔合環的邊緣線
S6‧‧‧重複次數結束了嗎？
S7‧‧‧從修正後之熔合環的邊緣線算出單結晶的中心位置

Claims (9)

  1. 一種單結晶之製造方法，係根據CZ法之單結晶的製造方法，其特徵為：具有：熔化步驟，係使坩堝內之原料熔化而產生熔液；及拉升步驟，係從該熔液拉升單結晶；該拉升步驟係包含算出單結晶之中心位置的步驟，該算出單結晶之中心位置的步驟係從在該單結晶與該熔液之固液界面附近出現之熔合環的影像算出該單結晶的中心位置；該算出單結晶之中心位置的步驟係包含：檢測步驟，係檢測出該熔合環的邊緣線；除去步驟，係將該熔合環的該邊緣線近似成偶函數，求得該邊緣線的近似曲線，將位於比該近似曲線更靠近該熔液側，且與該近似曲線的偏差成為既定像素數以上之該熔合環的構成畫素當作雜訊，從該熔合環的影像除去；以及算出步驟，係從已除去該雜訊之熔合環的邊緣線算出該單結晶的中心位置。
  2. 如申請專利範圍第1項之單結晶的製造方法，其中該拉升步驟係更包含求得步驟，該求得步驟係根據該單結晶的中心位置，求得從該熔液的液面至位於該熔液的上方之熱遮蔽體之下端的距離。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之單結晶的製造方法，其中該拉升步驟係更包含求得步驟，該求得步驟係根據該單結晶 的中心位置及已除去該雜訊的影響之熔合環的邊緣線，求得該單結晶的直徑。
  4. 如申請專利範圍第1項之單結晶的製造方法，其中重複對已除去該雜訊之該熔合環再除去雜訊的步驟既定次數。
  5. 如申請專利範圍第1項之單結晶的製造方法，其中該偶函數係2次函數，並使用最小平方法求得該近似曲線。
  6. 如申請專利範圍第5項之單結晶的製造方法，其中該最小平方法係該熔合環之像素與該近似曲線的偏差為正且具有偏差愈大加權愈小之非線性的加權。
  7. 如申請專利範圍第1項之單結晶的製造方法，其中在檢測出該熔合環之邊緣線的檢測步驟，將對包含該熔合環之攝影影像中的最大亮度乘以既定係數所得的亮度設定為基準值，再檢測出具有與該基準值一致之亮度的像素中最接近該熔液側的像素，作為該邊緣線的構成像素。
  8. 如申請專利範圍第1項之單結晶的製造方法，其中該熔化步驟包含：產生步驟，係使填充於該坩堝內之起始原料熔化而產生熔液；及追加投入步驟，係對該熔液內追加投入原料。
  9. 如申請專利範圍第1項之單結晶的製造方法，其中包含：設定步驟，係分別設定與通過該單結晶之中心位置的基準線正交，並自該中心位置僅相距第1及第2距離的第1及第2量測線；算出步驟(a)，係檢測出該第1量測線與該熔合環之該邊 緣線的2個交點，而且算出該第1量測線上之該2個交點間的第1間隔；算出步驟(b)，係檢測出該第2量測線與該熔合環之該邊緣線的2個交點，而且算出該第2量測線上之該2個交點間的第2間隔；以及算出步驟(c)，係根據該第1間隔、該第2間隔、該第1距離以及該第2距離，算出位於該基準線上之該單結晶的中心位置。
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