TWI762268B - 單結晶製造裝置及單結晶的製造方法 - Google Patents

單結晶製造裝置及單結晶的製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI762268B
TWI762268B TW110112885A TW110112885A TWI762268B TW I762268 B TWI762268 B TW I762268B TW 110112885 A TW110112885 A TW 110112885A TW 110112885 A TW110112885 A TW 110112885A TW I762268 B TWI762268 B TW I762268B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
gap
measurement value
single crystal
gap measurement
shielding member
Prior art date
Application number
TW110112885A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202210666A (zh
Inventor
下崎一平
Original Assignee
日商Ｓｕｍｃｏ股份有限公司
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商Ｓｕｍｃｏ股份有限公司 filed Critical 日商Ｓｕｍｃｏ股份有限公司
Publication of TW202210666A publication Critical patent/TW202210666A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI762268B publication Critical patent/TWI762268B/zh

Links

Images

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
    • 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
    • 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
    • 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
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon

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

提高F ring(熔環)法的間隙測量精度。
單結晶製造裝置10，包括：單結晶提拉部，從融液13提拉單結晶15；運算部23，處理攝影機18的拍攝影像；以及控制部26，根據運算部23的處理結果，控制結晶提拉條件。運算部23具有：第1運算部24，根據攝影機18的拍攝影像中映現的遮熱構件17的開口實像與融液面上投射的遮熱構件17的開口鏡像之大小，算出遮熱構件17下端與融液面之間的第1間隙測量值；以及第2運算部25，根據從攝影機18的拍攝影像中映現單結晶與融液之邊界上產生的熔環求出的結晶中心位置高度方向變化量，相對算出遮熱構件17的下端與融液面之間的第2間隙測量值。第2運算部25，使用預先準備的間隙補正量表補正第2間隙測量值。

Description

單結晶製造裝置及單結晶的製造方法
本發明，係關於單結晶製造裝置及單結晶的製造方法，特別有關於柴可拉斯基法（CZ法 ）的單結晶提拉步驟中測量融液面位置的方法。
作為半導體元件的基板材料之單晶矽大多以CZ法製造。CZ法，浸泡晶種在石英坩堝內收納的矽融液中，旋轉晶種及石英坩堝的同時，透過慢慢提拉晶種，在晶種下方成長大直徑的單結晶。根據CZ法，可以以高良率製造高品質的單晶矽錠。
以CZ法生長的單晶矽內包含的缺陷種類或分布，依存於結晶提拉速度V與結晶提拉方向的結晶內溫度梯度G之比V/G是眾所周知的。V/G大時，空洞過剩，產生其凝集體的空洞。空洞係一般稱作COP(Crystal Originated Particle(結晶起因之微粒))的結晶缺陷。另一方面，V/G小時，格子間矽原子過剩，產生其凝集體的位錯簇。為了生長不包含COP或位錯簇等的Grown-in(內長)缺陷的單晶矽，必須嚴格控制V/G。
即使控制V/G提拉不包含COP或位錯簇的單晶矽，也包含其結晶品質不一定均質且熱處理時舉動不同的複數區域。例如，發生COP的區域與發生位錯簇的區域之間，從V/G大的一方開始依序，存在於稱作OSF區域、Pv區域、Pi區域的3個區域。
所謂OSF區域，是as-grown狀態(單結晶生長後不實行任何熱處理的狀態)下包含板狀氧析出物(OSF核)，且以高溫(一般1000℃到1200℃)熱氧化時發生OSF(Oxidation induced Stacking Fault(氧化誘發疊差))的區域。所謂Pv區域，係as-grown狀態下包含氧析出核，施行低溫及高溫(例如，800℃到1000℃)的2階段熱處理時容易產生氧析出物的區域。所謂Pi區域，是as-grown狀態下幾乎不包含氧析出物，且即使施行熱處理也難以產生氧析出物的區域。
分開製作這樣的Pv區域與Pi區域之高成份單晶矽(PvPi結晶)的生長中，必須更精密控制V/G，例如，查明必須使V/G的變動容許幅度在±0.5%以內。
單結晶在提拉軸方向的V/G，依存於單結晶的提拉速度V很大。因此，提拉軸方向的V/G控制，透過調整結晶提拉速度V實行。另一方面，單結晶在徑方向的V/G，依存於單結晶在徑方向的溫度梯度G很大。因此，為了控制單結晶中心部的溫度梯度G與外周部的溫度梯度G之差在既定範圍內，必須在小室內建構適當的高溫區域(hot zone)。單結晶在徑方向的溫度梯度G，由設置在矽融液上方的遮熱構件控制，藉此可以在固液界面附近建構適當的高溫區域(hot zone)。
如上述，V/G的控制主要透過調節結晶提拉速度V實行。又，結晶內溫度梯度G，受矽融液上方設置的遮熱構件下端到融液面的距離(gap)影響很大是已知的。為了高精度控制V/G，要求遮熱構件與融液面的間隔保持一定。
另一方面，CZ法中，隨著單結晶提拉進行，因為矽融液消耗而液面位置下降，為了保持遮熱構件與融液面的距離一定，配合液面位置下降，必須控制使石英坩堝上升。因此，必須正確測量液面位置。
如上述，為了精密控制間隙(gap)，從遮熱構件看的融液液面位置的精密測量是必不可缺的。關於融液液面位置的測量方法，例如專利文獻1中記載的方法，係根據遮熱構件的實像與鏡像，設定矽融液液面位置，單晶矽例如在移行至直筒部的階段，根據矽融液與單晶矽的邊界中產生的熔環影像得到的單晶矽中心位置，算出矽融液的液面位置。 [先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]專利公開第2012－126585號公報
[發明所欲解決的課題]
如上述，作為液面位置的測量方法，稱作「鏡像法」與「熔環法」的兩種方法是已知的。鏡像法，係根據攝影機拍攝爐內時拍攝影像中映現的遮熱構件實像與融液面上投射的遮熱構件鏡像之大小，幾何學算出液面位置的方法。又，熔環法(以下，稱作「F環法」)，係根據攝影機拍攝爐內時拍攝影像中映現單結晶與融液的邊界上產生的略環狀高亮度區域(熔環)在中心座標的變化量，算出液面位置變化量的方法。
但是，F環法具有間隙測量精度低且隨著結晶生長進行間隙測量誤差變大的問題。因為這樣的間隙測量誤差與單晶矽的品質保證問題有關聯，要求改善。
因此，本發明的目的，在於提供可以提高F環法的間隙測量精度之單結晶製造裝置及單結晶的製造方法。 [用以解決課題的手段]
本案發明者，關於F環法的間隙測量精度變差的原因反覆專心研究的結果，發現由於熱膨脹遮熱構件的高度位置變化是原因。尤其設置在堆起複數爐內元件構成的爐內構造物上端部時，受爐內構造物熱膨脹的影響，其上下方向的位置容易變化。在此，鏡像法的間隙測量中，為了直接捕捉遮熱構件的實像及鏡像求出這些高度位置，可以測量反映遮熱構件上下方向移動的間隙。但是，F環法的原則上求出融液面的相對高度位置，因為間隙以鏡像法等其它方法求出在某時刻的間隙測量值作為基準，透過此間隙的基準值加上液面位置的相對變化量求出，由於熱膨脹引起的遮熱構件上下方向移動，間隙的基準值變化時，不能得到正確的間隙測量值。即，F環法的間隙測量精度即使利用鏡像法也變差。
本發明係根據這樣的技術性見解，本發明的單結晶製造裝置，其特徵在於包括：單結晶提拉部，從坩堝內的融液提拉單結晶；遮熱構件，設置在上述融液上方，圍繞上述單結晶；攝影機，從斜上方拍攝上述融液與上述單結晶的邊界部；運算部，處理上述攝影機的拍攝影像；以及控制部，根據上述運算部的處理結果，控制結晶提拉條件；上述運算部具有：第1運算部，根據上述攝影機的拍攝影像中映現的上述遮熱構件開口實像與融液面上投射的上述遮熱構件開口鏡像之大小，算出上述遮熱構件下端與上述融液面之間的第1間隙測量值；以及第2運算部，根據從上述攝影機的拍攝影像中映現單結晶與融液之邊界上產生的熔環求出的結晶中心位置高度方向變化量，相對算出上述遮熱構件下端與上述融液面之間的第2間隙測量值；上述第2運算部，使用預先準備的間隙補正量表補正上述第2間隙測量值。
根據本發明，可以考慮F環法中熱膨脹影響引起的遮熱構件高度位置變化，藉此可以實現精密的間隙控制。
本發明中，上述控制部，根據上述第1間隙測量值控制結晶提拉條件的同時，開始結晶提拉步驟，上述單結晶的直筒部生長步驟開始後，理想是從根據上述第1間隙測量值的間隙控制轉換為根據上述第2間隙測量值的間隙控制。根據本發明，即使從鏡像法的間隙控制轉換為F環法的間隙控制的情況下，也可以防止間隙測量精度下降。
上述控制部，在上述單結晶的直筒部成長步驟中途，上述第1間隙測量值發生異常時或不能測量上述第1間隙測量值時，理想是從根據上述第1間隙測量值的間隙控制轉換為根據上述第2間隙測量值的間隙控制。又，上述單結晶的直筒部生長步驟中途，上述第1間隙測量值沒發生異常時，理想是繼續根據上述第1間隙測量值的間隙控制。這樣，根據本發明，可以使用F環法作為鏡像法的備用手段，即使從根據鏡像法的間隙控制轉換為根據F環法的間隙控制的情況下，也可以防止間隙測量精度下降。
上述控制部，為了使上述第1間隙測量值或補正後的上述第2間隙測量值接近目標值，理想是控制上述坩堝的上升速度。這樣，關於根據鏡像法的間隙測量值，原封不動地採用，關於根據F環法的間隙測量值，因為加上間隙補正量之後在間隙控制中採用，即使從根據鏡像法的間隙控制轉換為根據F環法的間隙控制的情況下，也可以防止間隙測量精度下降。
上述演算部，理想是根據過去的提拉批次中測量的上述第1間隙測量值與上述第2間隙測量值之差，作成上述間隙補正量表，特別理想是根據前次提拉批次中測量的上述第1間隙測量值與上述第2間隙測量值之差，作成上述間隙補正量表。這樣，根據本發明，根據不受從相同拍攝影像求出的遮熱構件位置變化影響之鏡像法的間隙測量值與受遮熱構件位置變化影響之F環法的間隙測量值之差，可以作成間隙補正量。
上述運算部，理想是根據過去的複數提拉批次中測量的上述第1間隙測量值與上述第2間隙測量值之差的平均值，作成上述間隙補正量表。藉此，平均化每提拉批次的測量偏差，可以求出可靠性高的間隙補正量。
又，本發明之單結晶的製造方法，係控制圍繞從坩堝內的融液提拉的單結晶設置在上述融液上方的遮熱構件下端與融液面之間的間隙的同時，提拉上述單結晶的柴可拉斯基法（CZ法）之單結晶的製造方法，其特徵在於：根據從攝影機的拍攝影像中映現的上述遮熱構件開口實像與融液面上投射的上述遮熱構件開口鏡像之大小算出的第1間隙測量值，控制上述間隙的同時，開始上述結晶提拉步驟，上述結晶提拉步驟開始後，轉換為根據從上述攝影機的拍攝影像中映現上述單結晶與上述融液之邊界上產生的熔環求出的結晶中心位置高度方向變化量算出的第2間隙測量值之間隙控制，根據上述第2間隙測量值的間隙控制，使用預先準備的間隙補正量表補正上述第2間隙測量值，控制結晶提拉條件，使補正後的第2間隙測量值接近目標值。
根據本發明，可以考慮F環法中熱膨脹影響引起的遮熱構件高度位置變化，藉此可以實現精密的間隙控制。
本發明之單結晶的製造方法，在上述結晶提拉步驟中途，上述第1間隙測量值發生異常時或不能測量上述第1間隙測量值時，理想是從根據上述第1間隙測量值的間隙控制轉換為根據上述第2間隙測量值的間隙控制。又，上述單結晶的直筒部生長步驟中途，上述第1間隙測量值沒發生異常時，理想是繼續根據上述第1間隙測量值的間隙控制。這樣，根據本發明，可以使用F環法作為鏡像法的備用手段，即使從根據鏡像法的間隙控制轉換為根據F環法的間隙控制的情況下，也可以防止間隙測量精度下降。
上述結晶提拉步驟中，為了使上述第1間隙測量值或補正後的上述第2間隙測量值接近目標值，理想是控制上述坩堝的上升速度。這樣，關於根據鏡像法的間隙測量值，原封不動地採用，關於根據F環法的間隙測量值，因為加上間隙補正量之後在間隙控制中採用，即使從根據鏡像法的間隙控制轉換為根據F環法的間隙控制的情況下，也可以防止間隙測量精度下降。
本發明之單結晶的製造方法，理想是根據過去的提拉批次中測量的上述第1間隙測量值與上述第2間隙測量值之差，作成上述間隙補正量表，特別理想是根據前次提拉批次中測量的上述第1間隙測量值與上述第2間隙測量值之差，作成上述間隙補正量表。這樣，根據本發明，根據不受從相同拍攝影像求出的遮熱構件位置變化影響之鏡像法的間隙測量值與受遮熱構件位置變化影響之F環法的間隙測量值之差，可以作成間隙補正量。
本發明之單結晶的製造方法，理想是根據過去的複數提拉批次中測量的上述第1間隙測量值與上述第2間隙測量值之差的平均值，作成上述間隙補正量表。藉此，平均化每提拉批次的測量偏差，可以求出可靠性高的間隙補正量。
還又，本發明之單結晶的製造方法，係測量圍繞從融液提拉的單結晶設置在上述融液上方的遮熱構件下端與融液面之間的間隙的同時，提拉上述單結晶的柴可拉斯基法（CZ法）之單結晶的製造方法，其特徵在於：利用根據攝影機拍攝爐內時拍攝影像中映現的上述遮熱構件實像與上述融液面上投射的上述遮熱構件鏡像幾何學算出液面位置的鏡像法，算出第1間隙測量值，根據上述第1間隙測量值，控制間隙的同時，開始結晶提拉步驟，根據上述攝影機拍攝上述爐內時拍攝影像中映現的上述單結晶與上述融液之邊界上產生的熔環在中心座標的變化量，利用算出液面位置變化量的F環法，算出第2間隙測量值，根據上述鏡像法的上述第1間隙測量值發生異常時或不能測量上述第1間隙測量值時，從根據上述第1間隙測量值的間隙控制轉換為根據上述F環法的上述第2間隙測量值的間隙控制，根據上述第2間隙測量值的間隙控制，使用預先準備的間隙補正量表補正上述第2間隙測量值，控制結晶提拉條件，使補正後的第2間隙測量值接近目標值。
根據本發明，可以考慮F環法中熱膨脹影響引起的遮熱構件高度位置變化，藉此可以實現精密的間隙控制。 [發明效果]
根據本發明，可以提供可提高F環法的間隙測量精度之單結晶製造裝置及單結晶的製造方法。
以下，參照附加圖面的同時，詳細說明關於本發明較佳實施形態。又，以下所示的實施形態，為了更理解發明的主旨而具體說明，只要不特別指定，就不限定本發明。又，以下的說明中使用的圖面，為了容易了解本發明的特徵，方便上，有時放大顯示作為主要部分的部分，各構成要素的尺寸比率等不一定與實際相同。
圖1，係顯示本發明實施形態之單結晶製造裝置構成的略剖面圖。
如圖1所示，單結晶製造裝置10，係用以成長單晶矽的裝置，包括略圓筒形的小室19，小室19內部設置存積融液13的石英坩堝11。小室19，例如只要是內部形成一定空隙的雙層壁構造即可，透過流動冷卻水至此空隙，加熱石英坩堝11之際，防止小室19高溫化。
這樣的小室19內部，在開始提拉單晶矽前到結束後導入氬等非活性氣體。小室19的頂部，包括提拉驅動裝置22。提拉驅動裝置22，旋轉作為單晶矽錠15的成長核之晶種14以及從該處生長的單晶矽錠15的同時，往上方提拉。這樣的提拉驅動裝置22中，只要形成根據單晶矽錠15的提拉量送出單晶矽錠15的結晶長資訊之感應器(未圖示)即可。提拉驅動裝置22，連接至控制部26，傳送結晶長資訊至控制部26。本實施形態中，石英坩堝11等的小室19內構成要素及提拉驅動裝置22，構成單結晶提拉部。
小室19的內部，包括圍繞石英坩堝11配置的略圓筒形加熱器12。加熱器12，加熱石英坩堝11。此加熱器12內側，容納坩堝支撐體(黑鉛坩堝)16及石英坩堝11。石英坩堝11，全體以石英一體形成，上方形成開放面的略圓筒形容器。
石英坩堝11內，存積熔化固形矽的矽融液13。坩堝支撐體16，例如全體以黑鉛形成，包圍石英坩堝11貼緊支撐。坩堝支撐體16，維持矽熔化時軟化的石英坩堝11形狀，起了支撐石英坩堝11的作用。
坩堝支撐體16下側包括坩堝升降裝置21。坩堝升降裝置21，從下側支撐坩堝支撐體16及石英坩堝11的同時，上下移動石英坩堝11，使隨著單晶矽錠15提拉變化的矽融液13在融液面13a的液面位置成為適當位置。藉此，控制矽融液13的融液面13a之位置。坩堝升降裝置21，同時，上升時以既定旋轉數可旋轉支撐坩堝支撐體16及石英坩堝11。
石英坩堝11的上面，覆蓋矽融液13的上面即融液面13a，形成遮熱構件(遮熱筒)17。遮熱構件17，例如以形成圓錐狀的斷熱板構成，其下端形成略圓形開口17a。又，遮熱構件17的上端外側緣部固定至小室19內面側。
這樣的遮熱構件17，防止提拉的單晶矽錠15從石英坩堝11內的融液13接受輻射熱改變熱履歷而品質惡化。又，這樣的遮熱構件17，透過從單晶矽錠15側誘導小室19內部導入的提拉環境氣體至矽融液13側，控制矽融液13的融液面13a附近的殘留氧量、從矽融液13蒸發的矽蒸氣或SiO等，使單晶矽錠15成為目的品質。這樣的提拉環境氣體控制，被認為依存於通過爐內壓及遮熱構件17下端與矽融液13之融液面13a的間隙之際的流速。為了使單晶矽錠15成為目的品質，必須正確設定從遮熱構件17下端到矽融液13之融液面13a的距離(間隙值)ΔG。又，作為提拉環境氣體，氬等非活性氣體中，可以含有氫、氮或此外的既定氣體作為摻雜氣體。
小室19外側設置攝影機18。攝影機18例如是CCD攝影機，經由小室19中形成的窺視窗拍攝小室19內。攝影機18的設置角度θc，對單晶矽錠15的提拉軸Z形成既定角度，攝影機18具有對鉛直方向傾斜的光軸L。換言之，所謂攝影機18的設置角度θc，係對鉛直方向傾斜的光軸L之傾斜角。攝影機18，從斜上方拍攝包含遮熱構件17的開口17a及融液面13a之石英坩堝11的上面區域。攝影機18，連接至運算部23，攝影機18的拍攝影像，在運算部23中用於結晶直徑及液面位置的檢出。
運算部23，包含處理攝影機18的拍攝影像之第1運算部24及第2運算部25。第1運算部24，根據包含攝影機18拍攝的遮熱構件17之實像以及矽融液13的融液面13a中映出的遮熱構件17之鏡像的影像，算出矽融液13的液面位置。又，第2運算部25，根據包含攝影機18拍攝的矽融液13與單晶矽錠15的邊境部之影像，算出矽融液13的液面位置及單晶矽錠15的直徑。運算部23，連接至控制部26，運算部23的處理結果送至控制部26。
控制部26，根據從提拉驅動裝置22的感應器得到的單晶矽錠15的結晶長資料以及以第2運算部25算出的結晶直徑資料，控制石英坩堝11的移動量(上升速度)。還有，因為控制石英坩堝11的移動量，控制部26，根據第1運算部24或第2運算部25算出之矽融液13的液面位置，實行石英坩堝11的位置補正控制。
圖2，係用以說明本發明實施形態之單晶矽製造方法的流程圖。圖3，係顯示利用本實施形態之單晶矽製造方法製造的單晶矽錠形狀之側面圖。
如圖2所示，單晶矽的製造中，首先石英坩堝11中投入原料的多晶矽，以加熱器12加熱熔化石英坩堝11內的多晶矽，產生矽融液13(步驟S11)。
其次，降下晶種14，接觸矽融液13(步驟S12)。之後，維持與矽融液13的接觸狀態的同時，慢慢提拉晶種14，實施成長單結晶之結晶提拉步驟(步驟S13〜S16)。
結晶提拉步驟中，依序實施：縮頸步驟S13，為了無位錯化形成結晶直徑縮細的頸部15a；肩部生長步驟S14，形成結晶直徑慢慢變大的頸部15b；直筒部生長步驟S15，結晶直徑維持在規定直徑(例如約300mm(毫米))的直筒部15c；以及尾部生長步驟S16，形成結晶直徑慢慢變小的尾部15d；最後從融液面切斷單結晶。根據上述，完成具有頸部15a、頸部15b、直筒部15c及尾部15d的圖3中所示之單晶矽錠15。
結晶提拉步驟中，根據攝影機18的拍攝影像算出矽融液13的融液面13a與遮熱構件17的間隙值ΔG，藉此算出矽融液13的液面位置。於是，根據此間隙值ΔG，控制坩堝的上升量。藉此，從開始提拉單晶矽到結束之間，不管矽融液13的減少，保持一定或改變對於加熱器12、遮熱構件17等爐內構造物之融液面13a的位置，藉此可以控制對於矽融液13的熱輻射分布。
又，結晶提拉步驟中，根據攝影機18的拍攝影像算出單結晶的直徑，控制結晶提拉條件，使結晶直徑成為對應結晶長的既定直徑。肩部生長步驟S14中控制結晶直徑慢慢變大，直筒部生長步驟S15中，控制使結晶直徑成為一定，尾部生長步驟S16中，控制結晶直徑慢慢變小。結晶提拉條件的控制對象，係石英坩堝11的高度位置、結晶提拉速度、加熱器輸出等。利用攝影機18的拍攝影像之結晶提拉條件控制，在結晶提拉步驟中實行。具體地，從圖2中的縮頸步驟S13開始到尾部生長步驟S16結束之間實行。
圖4，係用以說明結晶提拉步驟中間隙控制方法的流程圖。
如圖4所示，結晶提拉步驟開始時，開始鏡像法的間隙測量，實行根據此間隙測量值(第1間隙測量值)的間隙控制(步驟S21、S22)，之後詳述，但鏡像法，係根據攝影機18的拍攝影像中映現的遮熱構件實像與鏡像分別的大小與相對位置關係，幾何學算出遮熱構件下端與融液面間的間隙之方法。
接著，隨著開始直筒部生長步驟，也開始F環法的間隙測量，同時並進實施鏡像法的間隙測量與F環法的間隙測量(步驟S23、S24)。之後詳述，但F環法，係幾何學算出直筒部生長步驟中攝影機的拍攝影像中映現的熔環中心座標，根據中心座標的上下方向變化算出液面位置變化量，還根據此液面位置變化量算出間隙的方法。
直筒部生長步驟中沒問題可以繼續鏡像法的間隙測量時(步驟S25N)，結晶提拉步驟結束為止繼續鏡像法的間隙控制(步驟S26、S27)。此時，實行鏡像法的間隙控制的同時，透過同時並進取得鏡像法的間隙測量值(第1間隙測量值)與F環法的間隙測量值(第2間隙測量值)，可以求出以鏡像法的間隙測量值為基準之F環法的間隙測量誤差，可以使用此間隙測量誤差作為下一批次以後的間隙補正量表(間隙補正量量變曲線)。
根據鏡像法與F環法的間隙測量誤差，作成間隙補正量表時，理想是根據以過去的複數提拉批次測量之鏡像法的間隙測量值與F環法的間隙測量值之差的平均值，作成間隙補正量表，特別理想是使用3批次以上的實際成果值的平均值。藉此，比起考慮批次間的測量偏差，可以成為更正確的間隙補正。又，所謂「提拉批次」，係使用同一石英坩堝製造單結晶的一連串步驟。例如，使用同一石英坩堝製造1條單結晶時，所謂提拉批次意味製造1條單結晶需要的一連串步驟。又，使用同一石英坩堝例如製造3條單結晶的倍增法時，所謂提拉批次意味製造3條單結晶需要的一連串步驟。
另一方面，直筒部成長步驟中鏡像法的間隙測量變困難時(步驟S25Y)，從鏡像法轉換至F環法的間隙控制(步驟S28)。在此，所謂鏡像法的間隙測量困難，係由於難以預料的事件變得不能測量間隙的情況之外，結晶提拉步驟中途有時變得不一定可以利用鏡像法的間隙測量。所謂難以預料的事件，例如，融液飛濺附著至遮熱構件17的下端部，攝影機18的拍攝影像中映現之遮熱構件17的開口邊緣亮度分布變得異常，間隙測量誤差變大的情況。
又，所謂變得不一定可以利用鏡像法的間隙測量之情況，例如單晶矽錠15與遮熱構件17之間的空隙非常狹小，根據此空隙不能捕捉遮熱構件17的鏡像的情況。這樣，藉由從鏡像法的間隙控制轉換至F環法的間隙控制，從結晶提拉步驟的開始階段到最後階段可以繼續間隙控制。
其次，說明關於鏡像法的間隙測量方法。
圖5，係攝影機18的拍攝影像，用以說明遮熱構件17的實像與鏡像的關係圖。
如圖5所示，矽融液13，可以通過遮熱構件17的開口17a窺見，拍攝影像中投射遮熱構件17的實像17r。又，遮熱構件17的開口17a內側有矽融液13，因為矽融液13的融液面13a成為鏡面，融液面13a中投射遮熱構件17的鏡像17m。因為遮熱構件17固定至小室19內的爐內構造物，遮熱構件17的實像17r之位置不會大變化，但如上述受爐內構造物的熱膨脹影響少許變化。
另一方面，融液面13a中映現之遮熱構件17的鏡像17m，隨著遮熱構件17與融液面13a的距離變動明確變化。因此，遮熱構件17的實像17r與融液面13a中映現的鏡像17m之間隔D，聯動伴隨結晶生長的矽融液13消耗或石英坩堝11的升降引起的融液面13a上下變動。因為融液面13a的位置在此實像17r與鏡像17m的間隔D中點，使融液面13a與遮熱構件17的下端一致時，遮熱構件17的實像17r與鏡像17m的間隔D變成零，慢慢下降融液面13a過去時，遮熱構件17的下端到融液面13a的距離(間隙值)ΔG也慢慢擴大。此時的間隙值ΔG，可以算出作為遮熱構件17的實像17r與鏡像17m的間隔D之1/2值(即，D=ΔG×2)，可以使用攝影機18拍攝的影像之畫素尺寸及畫數素計算。
根據這樣的遮熱構件17的實像17r與鏡像17m的關係，測量液面位置之所謂的鏡像法中，根據攝影機18拍攝的影像，檢出遮熱構件17的實像17r與鏡像17m分別的邊緣圖案之後，算出各開口尺寸，根據這2個尺寸算出間隙值ΔG(遮熱構件17的下端與融液面13a之間隔：參照圖1)，詳細說來，根據遮熱構件17的實像17r之開口半徑r r，算出攝影機18到實像17r的垂直方向距離(第1距離)，根據遮熱構件17的鏡像17m之開口半徑r m，算出攝影機18到鏡像17m的垂直方向距離(第2距離)，根據這些距離的差，算出間隙值ΔG。這是因為，從攝影機18所見的遮熱構件17的鏡像17m開口在垂直方向的位置，可以看到比遮熱構件17的實像17r開口更遠2ΔG，對於遮熱構件17的實像17r開口之遮熱構件17的鏡像17m開口的縮小比與間隙值ΔG成比例，可以認為ΔG變得越大鏡像17m開口的尺寸變得越小。
但是，設置在小室19外側的攝影機18，因為從斜上方拍攝融液面13a，遮熱構件17的圓形開口17a在外觀上的形狀不成正圓，拍攝影像是歪斜的。為了正確算出遮熱構件17的實像17r及鏡像17m分別的開口尺寸，需要影像的歪斜補正，於是，本實施形態中，投影轉換攝影機18拍攝的遮熱構件17的實像17r及鏡像17m分別的開口至基準平面上，求出從正上方看時開口17a的尺寸。
又，作為遮熱構件17的實像17r及鏡像17m分別的開口尺寸(代表尺寸)，可以使用根據最小平方法將開口的邊緣圖案(樣品值)近似圓得到的圓半徑。以這樣求出的遮熱構件17的實像17r及鏡像17m之尺寸作為基準，明確指定實像17r及鏡像17m的間隔D=2ΔG。
具有任意開口形狀的遮熱構件17影像在垂直方向的位置，透過匹配遮熱構件17在設計上的開口形狀與以既定縮尺率縮小的基準圖案可以算出。即，準備根據離攝影機18的設置位置之距離改變縮小率的遮熱構件17開口形狀基準圖案，匹配遮熱構件17影像的邊緣圖案與基準圖案時，根據成為殘差最小(匹配率最大)的基準圖案縮小率，算出攝影機18的設置位置到遮熱構件17影像的距離作為實際距離。這樣，可以求出以攝影機18的設置位置為基準的遮熱構件17實像及鏡像分別在垂直方向的位置。
圖6(a)及(b)，係用以說明投影轉換拍攝影像的二次元座標至實空間座標的方法模式圖。
如圖6(a)所示，因為攝影機18從斜上方拍攝小室19內，拍攝影像中遮熱構件17的開口17a形狀歪斜，成為具有遠近感的影像。即，離攝影機18距離近的下側影像比上側更擴大。因此，為了可以正確算出遮熱構件17的實像及鏡像分別的開口尺寸，需要影像歪斜補正。於是，將攝影機18的拍攝影像座標，投影轉換至設定與遮熱構件17下端相同高度位置的基準面上之座標並補正歪斜。
如圖6(b)，顯示實行影像補正之際的座標系。此座標系中，以基準平面為xy平面，還有XY座標的原點Co，係從攝影機18的攝影元牛18a中心座標C通過攝影機18的鏡頭18b中心座標F(0, y f, z f)拉的直線(一點鎖線)與基準平面的交點。此直線是攝影機18的光軸。
又，單晶矽15的提拉方向是z軸的正方向，攝影元牛18a的中心座標C (0, y c, z c)與鏡頭18b的中心座標F(0, y f, z f)在yz平面內。圖6(a)所示影像中的座標(u, v)以攝影元牛18a的畫素表示，對應以下的式(1)所示的攝影元牛18a上任意一點P(x p, y p, z p)。
[數1]
Figure 02_image001
在此，α u與α v是攝影元牛18a在橫方向與縱方向的畫素尺寸，y c與z c是攝影元牛18a在中心座標C的y座標與z座標。還有，如圖6(b)所示，θc係攝影機18的光軸與z軸形成的角度，攝影機18的設置角度。
攝影元牛18a的中心座標C (0, y c, z c)，利用攝影機18的鏡頭18b之中心座標F(0, y f, z f)以及鏡頭的焦點距離f 1，以以下的式(2)表示。
[數2]
Figure 02_image003
把鏡頭18b當作小孔時，攝影元牛18a上的任意一點P(x p, y p, z p)通過F(0, y f, z f)投影在基準平面上，投影後的座標P(X, Y, 0)可以以以下的式(3)表示。
[數3]
Figure 110112885-A0305-02-0020-1
透過使用式(1)、式(2)及式(3)，可以求出基準平面上投影的遮熱構件17的圓形開口17a之實像及鏡像的座標。於是，根據基準平面上投影的遮熱構件17的圓形開口17a在邊緣位置的座標，可以求出圓形開口的中心座標。
其次，說明關於遮熱構件17的開口17a之半徑算出方法。根據基準平面上投影的遮熱構件17的圓形開口17a之實像及鏡像的座標，作為算出開口17a的中心座標(xO,yO)以及半徑r之方法，只要使用最小平方法即可。遮熱構件17的開口17a是圓形，開口17a的影像滿足以下式(4)所示的圓方程式。
[數4](x-x 0)2+(y-y 0)2=r 2 (4)
在此，式(4)中的(xO,yO)及r的算出中使用最小平方法。為了簡易進行最小平方法中的運算，實行以下式(5)所示的變形。
Figure 110112885-A0305-02-0020-2
將以最小平方法求出此式(5)中的變數a,b,c。這將得到式(5)與測量點之差的平方和成為最小的條件，這透過解以下式(6)所示的偏微分方程式得到。
Figure 110112885-A0305-02-0020-3
於是，此式(6)的解透過以下式(7)所示的聯立方程式可以算出。
[數7]
Figure 02_image013
透過這樣使用最小平方法，可以算出基準平面上投影的遮熱構件17之實像17r及鏡像17m分別的開口半徑r r, r m。
圖7，係根據鏡像法的間隙測量方法，用以說明根據遮熱構件17之實像17r及鏡像17m分別的開口半徑r r, r m算出間隙值ΔG的方法模式圖。
如圖7所示，水平設置遮熱構件17時，遮熱構件17的鏡像本來的中心座標P m(X mc, Y mc, Z gap)夾住融液面13a存在於與遮熱構件17之實像17r的中心座標P r(X hc, Y hc, 0)相反側，連接其2點的直線L Z通過遮熱構件17之實像中心座標P r(X hc, Y hc, 0)，成為與鉛直軸的Z軸平行的直線。
另一方面，基準平面上的遮熱構件17之鏡像17m的中心座標P m’(X mc, Y mc, 0)，因為成為遮熱構件17之鏡像的本來中心座標P m(X mc, Y mc, Z gap)投影在基準平面上的座標，遮熱構件17之鏡像的本來中心座標P m(X hc, Y hc, Z gap)，在通過基準平面上遮熱構件17之鏡像的中心座標P m’(X mc, Y mc, 0)與鏡頭的中心座標F(X f, Y f, Z f)的直線上。
因此，攝影元件的鏡頭中心座標F(X f, Y f, Z f)到遮熱構件17的實像17r開口中心座標P r(X hc, Y hc, 0)之距離為L r，攝影元件的鏡頭中心座標F(X f, Y f, Z f)到遮熱構件17的鏡像17m開口中心座標P m(X mc, Y mc, Z gap)之距離為L m時，距離L r、L m可以以以下的式(8)表示。
[數8]
Figure 02_image015
透過變形此式(8)，間隙值ΔG可以如以下式(9)所示。
[數9]
Figure 02_image017
這樣，為了算出間隙值ΔG，明白只要求出距離L f、L m即可。
可以當作融液面13a中映現的遮熱構件17鏡像比實際遮熱構件17再遠2ΔG，因此看到遮熱構件17的鏡像17m開口比實像17r的開口更小。還有，結晶提拉中的爐內溫度環境下，由於熱膨脹，明白熱構件17的開口尺寸變得比常溫下的尺寸更大。於是，假設考慮熱膨脹的開口半徑(理論值)為r actual、遮熱構件17的實像開口半徑測量值為r r、遮熱構件17的鏡像開口半徑測量值為r m時，距離L r、L m可以根據以下式(10)算出。又，Lc是攝影元件的鏡頭中心座標F(X f, Y f, Z f)到基準平面上的座標原點C O的距離。
[數10]
Figure 02_image019
根據上述式(9)、(10)，間隙值ΔG可以如以下式(11)算出。
[數11]
Figure 02_image021
這樣，間隙值ΔG，可以根據遮熱構件17的實像半徑r r以及鏡像半徑r m求出。
其次，說明關於F環法的間隙測量方法。
圖8，係攝影機18的拍攝影像，用以說明固液界面中產生的熔環圖。又，圖9係熔環的邊緣檢出方法的說明圖。
如圖8所示，拍攝影像中映現一部分遮熱構件17。又，遮熱構件17的開口17a內側存在單晶矽15。矽融液13通過遮熱構件17的開口17a可以窺見，但因為開口17a中存在單晶矽15，僅可以從遮熱構件17與單晶矽錠15之微小空隙窺見矽融液13。矽融液13的融液面13a中投射遮熱構件17的鏡像17m，但可以看的部分是極小部分，有時也不能根據結晶提拉條件明確指定鏡像17m。遮熱構件17的鏡像17m，根據遮熱構件17到融液面13a的距離變化。
單晶矽15與矽融液13的邊界部中產生熔環FR。熔環FR，係透過來自加熱器12等的輻射光在固液界面的凸凹透鏡反射產生的環狀高亮度區域。熔環FR的位置、大小根據結晶直、液面位置變化而變化。液面位置一定的情況下，結晶直徑變得越大，熔環FR也變得越大。又，結晶直徑一定的情況下，液面位置越下降，結晶直徑變越小。這樣，因為可以從熔環FR捕捉固液界面中的單結晶輪廓，可以算出單結晶直徑。
從熔環FR測量結晶中心位置及結晶直徑時，從攝影機18拍攝的影像檢出熔環FR的邊緣圖案，並根據熔環FR的邊緣圖案算出單結晶的中心座標及直徑。熔環FR的中心座標及直徑，根據以最小平方法近似其邊緣圖案(樣品值)得到的近似圓，可以求出。再透過補正這樣求出的熔環FR直徑，可以算出常溫下的單結晶直徑。
熔環FR的直徑一定時，拍攝影像中熔環FR的中心座標在上下方向的變化意味融液面在上下方向(高度方向)的變化。因此，根據熔環FR的中心座標位置變化量，可以求出融液面的相對位置。
測量液面位置及結晶直徑時，必須檢出熔環FR已穩定。作為從影像資料中檢出既定影像位置的手法，一般是根據其影像亮度值設定臨界值進行二值化處理的手法。但是，利用二值化處理實行熔環FR的邊緣檢出時，由於伴隨爐內溫度變化的亮度變化，檢出位置有可能偏離。
為了排除此影響，不是一般的二值化手法，求出拍攝影像中的亮度峰值(熔環FR的峰值亮度)，理想是從透過此峰值亮度乘以比1小的值決定的臨界值(截剪位準)檢出熔環FR的邊緣。即，熔環FR的邊緣圖案(輪廓線)檢出中，根據影像中熔環FR的亮度，透過改變臨界值(截剪位準)，縮小亮度變化影響引起的測量誤差，穩定檢出熔環FR的正確尺寸。具體地，如圖9所示，設定與熔環FR交叉的水平掃描線SL，檢出此水平掃描線SL上的亮度分布與臨界值(相當於圖9中的TH)的外側交點(靠近拍攝影像外周的一點)作為熔環FR的邊緣。
因為小室19外側設置的攝影機18從斜上方拍攝融液面13a，熔環FR在外觀上的形狀不成正圓而歪斜。為了正確算出熔環FR的直徑，需要影像的歪斜補正。於是，本實施形態中，投影轉換攝影機18拍攝的熔環FR之邊緣圖案至基準平面上，求出從正上方看時熔環FR的直徑。
圖10(a)及(b)，是間隙測量值補正方法的說明圖。如圖示，因為F環法是求出液面位置相對變化量ΔGs的方法，為了以F環法求出遮熱構件17下端與融液面13a的間隙ΔGf，根據F環法求出的液面位置相對變化量ΔGs必須加上間隙基準值ΔG0。
但是，間隙基準值ΔG0是某時刻的遮熱構件17下端到融液面13a的距離，由於熱膨，脹遮熱構件17的下端位置即使上升也沒加進其上升量。於是，本實施形態中，F環法的間隙測量值ΔGf加上間隙補正量ΔGc。假設F環法的間隙測量值為ΔGf、從間隙補正量表讀出的間隙補正量為ΔGc、根據F環法求出的液面位置相對變化量為ΔGs、測量基準時遮熱構件17下端到融液面13a的距離(間隙基準值)為ΔG0時，補正後(偏移處理)的間隙測量值ΔGfN成為以下式(12)。
[數12]
Figure 02_image023
這樣，透過F環法的間隙測量值ΔGf加上間隙補正量ΔGc，可以算出加進熱膨脹的遮熱構件17位置變化之間隙值。
如以上說明，本實施形態之單結晶的製造方法，根據F環法測量的液面位置變化量算出間隙測量值，使用預先準備的間隙補正量表補正上述間隙測量值，因為控制結晶提拉條件使補正後的間隙測量值接近目標值，考慮熱膨脹引起的遮熱構件高度位置變化的間隙測量成為可能，可以提高單結晶的品質保證可靠性。又，本實施形態之單結晶的製造方法，根據攝影機的拍攝影像同時算出鏡像法的間隙測量值與F環法的間隙測量值兩方，再根據鏡像法的間隙測量值與F環法的間隙測量值之差，因為求出對應結晶長度的間隙補正量表，F環法中考慮熱膨脹引起的遮熱構件高度位置變化的間隙測量成為可能。
又，本實施形態之單結晶的製造方法，結晶提拉步驟開始時，開始根據鏡像法的間隙測量結果之間隙控制，接著，單結晶的直筒成長步驟中開始F環法的間隙測量，上述F環法的間隙測量開始後，上述鏡像法的間隙測量變得困難時，因為從根據上述鏡像法的間隙測量結果之間隙控制轉換成根據上述F環法的間隙測量結果之間隙控制，結晶提拉步驟開始到結束可以確實且高精度實施間隙控制，可以防止間隙測量精度下降。
以上，說明關於本發明較佳實施形態，但本發明不限定於上述實施形態，在不脫離本發明主旨的範圍內可以作各種變更，當然這些也包含在本發明的範圍內。
例如，上述實施形態中說明單晶矽的製造方法，但本發明不限定於單晶矽的製造方法，可以以利用CZ法製造的各種單結晶製造方法作為對象。 [實施例]
直筒成長步驟中與鏡像法的間隙控制同時進行，實行F環法的間隙測量。結果，如圖11所示，看到F環法的間隙測量值變得比鏡像法的間隙測量值大的傾向。與間隙目標值量變曲線比較後，看到F環法比鏡像法可以更正確控制間隙，但因為F環法只控制液面位置，明顯實際上不能正確控制間隙。
＜實施例＞ 實行鏡像法的間隙控制中途，有意轉換至F環法的液面位置控制。間隙控制的轉換位置在離直筒部起始端900mm的位置。將間隙控制方法從鏡像法轉換至F環法後也繼續鏡像法的間隙測量。
F環法的間隙控制，使用補正量表補正間隙測量值，根據補正後的間隙測量值實行間隙控制，補正量表，係如上述與鏡像法的間隙控制同時進行，實行F環法的間隙測量之際得到鏡像法的間隙測量值與F環法的間隙測量值之差，特別使用最近3批次的實際成果值之平均值。
圖12，係顯示實施例的間隙測量結果之圖表。結晶長度900mm以前是鏡像法的間隙控制，結晶長度900mm以後是F環法的間隙控制，圖12所示的間隙測量值全部是鏡像法的測量值。根據圖12很明顯地，間隙測量值在結晶長度900mm前後不急劇變化，即使F環法也可以正確測量間隙。 ＜比較例＞
不使用補正量表補正間隙測量值的點之外與實施例相同，實行從鏡像法至F環法的間隙控制轉換。
圖13係顯示比較例的間隙測量結果之圖表。根據圖13很明顯地，由於熱膨脹的影響引起的遮熱構件下端位置上升，看到結晶長度900mm以後間隙測量值增加的傾向。
10:單結晶製造裝置 11:石英坩堝 12:加熱器 13:矽融液 13a:融液面 14:晶種 15:單晶矽(錠) 15a:頸部 15b:頸部 15c:直筒部 15d:尾部 16:坩堝支撐體(黑鉛坩堝) 17:遮熱構件(遮蔽筒) 17a:開口 17m:遮熱構件的鏡像 17r:遮熱構件的實像 18:攝影機 18a:攝影元牛 18b:鏡頭 19:小室 21:坩堝升降裝置 22:提拉驅動裝置 23:運算部 24:第1運算部 25:第2運算部 26:控制部
[圖1] 係顯示本發明實施形態之單結晶製造裝置構成的略剖面圖； [圖2] 係用以說明本發明實施形態之單晶矽製造方法的流程圖； [圖3] 係顯示利用本實施形態之單晶矽製造方法製造的單晶矽錠形狀之側面圖； [圖4] 係用以說明結晶提拉步驟中間隙控制方法的流程圖； [圖5] 係攝影機的拍攝影像，用以說明遮熱構件的實像與鏡像的關係圖； [圖6(a)及(b)] 係用以說明投影轉換拍攝影像的二次元座標至實空間座標的方法模式圖； [圖7] 係根據鏡像法的間隙測量方法，用以說明根據遮熱構件的實像與鏡像分別的開口半徑算出間隙值的方法模式圖； [圖8] 係攝影機的拍攝影像，用以說明固液界面中產生的熔環圖； [圖9] 係熔環的邊緣檢出方法的說明圖； [圖10(a)及(b)] 係間隙測量值補正方法的說明圖； [圖11] 係比較鏡像法的間隙測量結果與F環法的間隙測量結果所示的圖表，橫軸是結晶長度(相對值)、縱軸是間隙測量值(相對值)； [圖12] 係顯示實施例的間隙測量結果之圖表；以及 [圖13] 係顯示比較例的間隙測量結果之圖表。
10:單結晶製造裝置
11:石英坩堝
12:加熱器
13:矽融液
13a:融液面
14:晶種
15:單晶矽(錠)
16:坩堝支撐體(黑鉛坩堝)
17:遮熱構件(遮蔽筒)
17a:開口
18:攝影機
19:小室
21:坩堝升降裝置
22:提拉驅動裝置 23:運算部 24:第1運算部(實像與鏡像的間隔) 25:第2運算部(高亮度帶) 26:控制部 L:光軸 Z:提拉軸 θc:設置角度 ΔG:間隙值

Claims (15)

  1. 一種單結晶製造裝置，其特徵在於： 包括： 單結晶提拉部，從坩堝內的融液提拉單結晶； 遮熱構件，設置在上述融液上方，圍繞上述單結晶； 攝影機，從斜上方拍攝上述融液與上述單結晶的邊界部； 運算部，處理上述攝影機的拍攝影像；以及 控制部，根據上述運算部的處理結果，控制結晶提拉條件； 其中，上述運算部具有： 第1運算部，根據上述攝影機的拍攝影像中映現的上述遮熱構件開口實像與融液面上投射的上述遮熱構件開口鏡像之大小，算出上述遮熱構件下端與上述融液面之間的第1間隙測量值；以及 第2運算部，根據從上述攝影機的拍攝影像中映現上述單結晶與上述融液之邊界上產生的熔環求出的結晶中心位置高度方向變化量，相對算出上述遮熱構件下端與上述融液面之間的第2間隙測量值； 上述第2運算部，使用預先準備的間隙補正量表補正上述第2間隙測量值。
  2. 如請求項1所述之單結晶製造裝置，其中， 上述控制部，根據上述第1間隙測量值控制結晶提拉條件的同時，開始結晶提拉步驟，上述單結晶的直筒部生長步驟開始後，從根據上述第1間隙測量值的間隙控制轉換為根據上述第2間隙測量值的間隙控制。
  3. 如請求項2所述之單結晶製造裝置，其中， 上述控制部，在上述直筒部成長步驟中途，上述第1間隙測量值發生異常時或不能測量上述第1間隙測量值時，從根據上述第1間隙測量值的間隙控制轉換為根據上述第2間隙測量值的間隙控制。
  4. 如請求項1所述之單結晶製造裝置，其中， 上述控制部，為了使上述第1間隙測量值或補正後的上述第2間隙測量值接近目標值，控制上述坩堝的上升速度。
  5. 如請求項2所述之單結晶製造裝置，其中， 上述控制部，為了使上述第1間隙測量值或補正後的上述第2間隙測量值接近目標值，控制上述坩堝的上升速度。
  6. 如請求項3所述之單結晶製造裝置，其中， 上述控制部，為了使上述第1間隙測量值或補正後的上述第2間隙測量值接近目標值，控制上述坩堝的上升速度。
  7. 如請求項1～6中任一項所述之單結晶製造裝置，其中， 上述演算部，根據過去的提拉批次中測量的上述第1間隙測量值與上述第2間隙測量值之差，作成上述間隙補正量表。
  8. 如請求項7所述之單結晶製造裝置，其中， 上述運算部，根據過去的複數提拉批次中測量的上述第1間隙測量值與上述第2間隙測量值之差的平均值，作成上述間隙補正量表。
  9. 一種單結晶的製造方法，係控制圍繞從坩堝內的融液提拉的單結晶設置在上述融液上方的遮熱構件下端與融液面之間的間隙的同時，提拉上述單結晶的柴可拉斯基法（CZ法）之單結晶的製造方法，其特徵在於： 根據從攝影機的拍攝影像中映現的上述遮熱構件開口實像與融液面上投射的上述遮熱構件開口鏡像之大小算出的第1間隙測量值，控制上述間隙的同時，開始上述結晶提拉步驟； 上述結晶提拉步驟開始後，轉換為根據從上述攝影機的拍攝影像中映現上述單結晶與上述融液之邊界上產生的熔環求出的結晶中心位置高度方向變化量算出的第2間隙測量值之間隙控制； 根據上述第2間隙測量值的間隙控制，使用預先準備的間隙補正量表補正上述第2間隙測量值，控制結晶提拉條件，使補正後的第2間隙測量值接近目標值。
  10. 如請求項9所述之單結晶的製造方法，其中， 在上述結晶提拉步驟中途上述第1間隙測量值發生異常時或不能測量上述第1間隙測量值時，從根據上述第1間隙測量值的間隙控制轉換為根據上述第2間隙測量值的間隙控制。
  11. 如請求項9所述之單結晶的製造方法，其中， 上述結晶提拉步驟中，為了使上述第1間隙測量值或補正後的上述第2間隙測量值接近目標值，控制上述坩堝的上升速度。
  12. 如請求項10所述之單結晶的製造方法，其中， 上述結晶提拉步驟中，為了使上述第1間隙測量值或補正後的上述第2間隙測量值接近目標值，控制上述坩堝的上升速度。
  13. 如請求項9～12中任一項所述之單結晶的製造方法，其中， 根據過去的提拉批次中測量的上述第1間隙測量值與上述第2間隙測量值之差，作成上述間隙補正量表。
  14. 如請求項13所述之單結晶的製造方法，其中， 根據過去的複數提拉批次中測量的上述第1間隙測量值與上述第2間隙測量值之差的平均值，作成上述間隙補正量表。
  15. 一種單結晶的製造方法，係測量圍繞從融液提拉的單結晶設置在上述融液上方的遮熱構件下端與融液面之間的間隙的同時，提拉上述單結晶的柴可拉斯基法（CZ法）之單結晶的製造方法，其特徵在於： 利用根據攝影機拍攝爐內時拍攝影像中映現的上述遮熱構件實像與上述融液面上投射的上述遮熱構件鏡像幾何學算出液面位置的鏡像法，算出第1間隙測量值； 根據上述第1間隙測量值，控制間隙的同時，開始結晶提拉步驟； 根據上述攝影機拍攝上述爐內時拍攝影像中映現的上述單結晶與上述融液之邊界上產生的熔環在中心座標的變化量，利用算出液面位置變化量的F環法，算出第2間隙測量值； 根據上述鏡像法的上述第1間隙測量值發生異常時或不能測量上述第1間隙測量值時，從根據上述第1間隙測量值的間隙控制轉換為根據上述F環法的上述第2間隙測量值的間隙控制； 根據上述第2間隙測量值的間隙控制，使用預先準備的間隙補正量表補正上述第2間隙測量值，控制結晶提拉條件，使補正後的第2間隙測量值接近目標值。
TW110112885A 2020-09-03 2021-04-09 單結晶製造裝置及單結晶的製造方法 TWI762268B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020148041A JP7342822B2 (ja) 2020-09-03 2020-09-03 単結晶製造装置及び単結晶の製造方法
JP2020-148041 2020-09-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202210666A TW202210666A (zh) 2022-03-16
TWI762268B true TWI762268B (zh) 2022-04-21

Family

ID=80393716

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110112885A TWI762268B (zh) 2020-09-03 2021-04-09 單結晶製造裝置及單結晶的製造方法

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP7342822B2 (zh)
KR (1) KR102533979B1 (zh)
CN (1) CN114134559B (zh)
TW (1) TWI762268B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117782332B (zh) * 2024-02-26 2024-04-26 宝鸡鼎晟真空热技术有限公司 一种全自动真空熔炼智能监测方法及系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100319611A1 (en) * 2009-06-18 2010-12-23 Sumco Phoenix Corporation Method and apparatus for controlling the growth process of a monocrystalline silicon ingot
US20110259260A1 (en) * 2010-04-26 2011-10-27 Sumco Corporation Silicon single crystal pull-up apparatus and method of manufacturing silicon single crystal
US20170076437A1 (en) * 2015-09-15 2017-03-16 Sumco Corporation Method and apparatus for manufacturing single crystal

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4929817B2 (ja) * 2006-04-25 2012-05-09 信越半導体株式会社 基準反射体と融液面との距離の測定方法、及びこれを用いた融液面位置の制御方法、並びにシリコン単結晶の製造装置
KR101105588B1 (ko) * 2009-03-12 2012-01-17 주식회사 엘지실트론 고품질 실리콘 단결정 제조 방법 및 장치
JP5577873B2 (ja) * 2010-06-16 2014-08-27 信越半導体株式会社 遮熱部材下端面と原料融液面との間の距離の測定方法、遮熱部材下端面と原料融液面との間の距離の制御方法、シリコン単結晶の製造方法
JP5678635B2 (ja) 2010-12-13 2015-03-04 株式会社Sumco シリコン単結晶の製造装置、シリコン単結晶の製造方法
JP5664573B2 (ja) 2012-02-21 2015-02-04 信越半導体株式会社 シリコン融液面の高さ位置の算出方法およびシリコン単結晶の引上げ方法ならびにシリコン単結晶引上げ装置
JP6078974B2 (ja) * 2012-04-04 2017-02-15 株式会社Sumco シリコン単結晶の製造方法
JP6256284B2 (ja) * 2014-10-08 2018-01-10 信越半導体株式会社 遮熱部材下端面と原料融液面との間の距離の測定方法及びシリコン単結晶の製造方法
JP2016121023A (ja) 2014-12-24 2016-07-07 株式会社Sumco 単結晶の製造方法
JP6477356B2 (ja) * 2015-08-21 2019-03-06 株式会社Sumco 単結晶の製造方法および製造装置
JP6536345B2 (ja) * 2015-10-14 2019-07-03 信越半導体株式会社 単結晶製造装置及び融液面位置の制御方法
JP6465008B2 (ja) * 2015-12-07 2019-02-06 株式会社Sumco シリコン単結晶の製造方法
JP6627739B2 (ja) 2016-12-20 2020-01-08 株式会社Sumco 単結晶の製造方法
JP6729470B2 (ja) * 2017-04-14 2020-07-22 株式会社Sumco 単結晶の製造方法及び装置
JP6885301B2 (ja) * 2017-11-07 2021-06-09 株式会社Sumco 単結晶の製造方法及び装置
WO2020039553A1 (ja) * 2018-08-23 2020-02-27 株式会社Sumco シリコン単結晶の育成方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100319611A1 (en) * 2009-06-18 2010-12-23 Sumco Phoenix Corporation Method and apparatus for controlling the growth process of a monocrystalline silicon ingot
US20110259260A1 (en) * 2010-04-26 2011-10-27 Sumco Corporation Silicon single crystal pull-up apparatus and method of manufacturing silicon single crystal
US20170076437A1 (en) * 2015-09-15 2017-03-16 Sumco Corporation Method and apparatus for manufacturing single crystal

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220030882A (ko) 2022-03-11
TW202210666A (zh) 2022-03-16
JP7342822B2 (ja) 2023-09-12
CN114134559A (zh) 2022-03-04
CN114134559B (zh) 2023-10-31
JP2022042592A (ja) 2022-03-15
KR102533979B1 (ko) 2023-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101028684B1 (ko) 실리콘 단결정 인상 방법
TWI770661B (zh) 單結晶製造裝置及單結晶的製造方法
JP5678635B2 (ja) シリコン単結晶の製造装置、シリコン単結晶の製造方法
CN109750352B (zh) 单晶的制造方法及装置
JP6627739B2 (ja) 単結晶の製造方法
TWI651441B (zh) 單結晶之製造方法
TWI762268B (zh) 單結晶製造裝置及單結晶的製造方法
JP2010100451A (ja) 融液面と炉内構造物の下端部との距離の測定方法、及びこれを用いた融液面位置の制御方法、並びに単結晶の製造方法及び単結晶製造装置
JP6036709B2 (ja) シリコン単結晶の直径検出用カメラのカメラ位置の調整方法及びカメラ位置調整治具
TWI782726B (zh) 單結晶的製造方法
TWI828140B (zh) 單結晶的製造方法及單結晶製造裝置
JP7318738B2 (ja) 単結晶製造システム及び単結晶製造方法
CN116905083A (zh) 一种晶体生长装置及晶体生长方法