DE112016004171T5

DE112016004171T5 - Einkristall-Herstellvorrichtung und Verfahren zum Steuern einer Schmelzenoberflächen-Position

Info

Publication number: DE112016004171T5
Application number: DE112016004171.3T
Authority: DE
Inventors: Taiki Yamada; Naoki Masuda
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2015-10-14
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2018-05-24
Also published as: JP6536345B2; CN108138355B; KR20180063124A; US10233565B2; CN108138355A; US20180266011A1; JP2017075066A; WO2017064834A1; KR102357744B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Einkristall-Herstellvorrichtung bereit, umfassend: wenigstens zwei verschiedene Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel zum Messen einer Schmelzenoberflächen-Position einer Materialschmelze; Steuermittel zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position auf der Basis der gemessenen Schmelzenoberflächen-Position; und ein Ermittlungsmittel zum Ermitteln, ob eine Messabweichung in den Schmelzenoberflächen-Position-Messmitteln aufgetreten ist, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schmelzenoberflächen-Position von der Mehrzahl von Schmelzenoberflächen-Position-Messmitteln gleichzeitig gemessen wird, ein zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildetes Schmelzenoberflächen-Messmittel aus der Mehrzahl von Schmelzenoberflächen-Position-Messmitteln ausgewählt wird und das zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildete Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel zu einem anderen Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel wechselt, wenn das Ermittlungsmittel ermittelt, dass eine Messabweichung im ausgewählten Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel aufgetreten ist. Somit werden die Einkristall-Herstellvorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Schmelzenoberflächen-Position bereitgestellt, die ein stabiles Steuern einer Schmelzenoberflächen-Position ermöglichen, selbst wenn eine Messabweichung in der Messung der Schmelzenoberflächen-Position aufgetreten ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einkristall-Herstellvorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Schmelzenoberflächen-Position.
STAND DER TECHNIK
Beim Herstellen von Silicium-Einkristallen ist das stabile Herstellen von Silicium-Einkristallen mit der erwünschten Qualität wesentlich, um Produktionsverluste zu vermeiden und eine Produktausbeute zu verbessern. Insbesondere besteht aufgrund der hohen Integration von Halbleitervorrichtungen und dem damit verbundenen Fortschritt der Miniaturisierung in den letzten Jahren ein Problem darin, wie eingewachsene Fehler in einem Silicium-Einkristall verringert werden können und wie ein Silicium-Einkristall mit wenigen Fehlern stabil hergestellt werden kann.
Nach dem Stand der Technik wird der eingewachsene Fehler auf der Basis eines Temperaturgradienten eines Kristalls an einer Wachstumsgrenzfläche und einer Wachstumsgeschwindigkeit des Silicium-Einkristalls ermittelt und der Temperaturgradient des Kristalls an der Wachstumsgrenzfläche muss äußerst genau gesteuert werden.
Zum Steuern des Temperaturgradienten des Kristalls an der Wachstumsschnittfläche wird eine zylindrische Wärmedämmkomponente, die einen Umfang eines gezüchteten Silicium-Einkristalls oberhalb einer Schmelzenoberfläche umgibt und Strahlungswärme abschirmt, in Beispielen nach dem Stand der Technik bereitgestellt. Somit kann ein Kristalltemperaturgradient, wenn der Kristall eine hohe Temperatur aufweist, erhöht werden und ein fehlerfreier Kristall kann schnell bereitgestellt werden.
Wie zuvor beschrieben muss in der Silicium-Einkristall-Herstellvorrichtung mit der darin angeordneten Wärmedämmkomponente zum genauen Steuern des Kristalltemperaturgradienten an der Wachstumsgrenzfläche ein Spalt zwischen der Schmelzenoberfläche und einem unteren Ende der Wärmedämmkomponente genau auf einen vorgegebenen Spalt gesteuert werden.
Zum Zeitpunkt des Züchtens eines Silicium-Einkristalls nimmt eine in einem Tiegel enthaltene Siliciumschmelze mit dem Wachstum des Silicium-Einkristalls ab und eine Schmelzenoberflächen-Position sinkt ab. Somit wurde nach dem Stand der Technik ein Verfahren zum Steuern einer Schmelzenoberflächen-Position durch Schätzen einer Menge des Absinkens der Schmelzenoberflächen-Position entsprechend dem Wachstum eines Silicium-Einkristalls, Ausgeben einer Anstiegsanweisung an einen Tiegelhalteschaft entsprechend einem geschätzten Wert und Ansteigen einer Tiegelposition zum Verhindern des Absinkens der Schmelzenoberflächen-Position angewendet, so dass die Schmelzenoberflächen-Position konstant auf einer vorgegebenen Position gehalten werden kann.
Mit einer Zunahme des Durchmessers einer Tiegelform in Verbindung mit einer Zunahme des Kristalldurchmessers ändert sich jedoch aufgrund einer Variation der Wandstärke des Tiegels und der Verformung sowie Ausdehnung des Tiegels, die während eines Vorgangs auftreten, die Schmelzenoberflächen-Position wesentlich. Es ist somit ein genaues Steuern der Schmelzenoberflächen-Position zum Halten dieser auf der vorgegebenen Position durch ausschließliches Durchführen solch einer Anstiegssteuerung einer Tiegelposition entsprechend einem geschätzten Wert wie zuvor beschrieben schwierig.
Daher wurde ein Verfahren wie beispielsweise in Patentliteratur 1 oder Patentliteratur 2 beschrieben angewendet, wobei eine zum Messen einer Schmelzenoberflächen-Position von der Außenseite eines Ofens ausgebildete CCD-Kamera an einem äußeren Abschnitt einer Kammer angeordnet ist und die Schmelzenoberflächen-Position genau auf eine vorgegebene Position auf der Basis eines Messergebnisses von einem von der CCD-Kamera gelieferten Bild gesteuert wird.
Insbesondere offenbart Patentliteratur 1 ein Verfahren zur Bildgebung eines an einem unteren Ende einer oberhalb einer Siliciumschmelze befindlichen Wärmedämmkomponente angeordneten Referenzreflektors und des auf der Schmelzenoberfläche, die wie eine Spiegeloberfläche ist, reflektierten Referenzreflektors durch Verwenden einer optischen Vorrichtung wie einer CCD-Kamera und Messung eines Schmelzenoberflächenabschnitts von diesem Video.
Ferner offenbart Patentliteratur 3 ein Verfahren zum Vergleichen eines durch ein erstes Durchmessermessmittel mit einer in einem beliebigen Winkel zu einem Kristall installierten CCD-Kamera gemessenen Kristalldurchmessers mit einem von einem zweiten Durchmessermessmittel mit zwei nebeneinander an beiden Enden des Kristalls angeordneten CCD-Kameras gemessenen Kristalldurchmesser und Berechnen einer Schmelzenoberflächen-Position aus einem Unterschied zwischen dem ersten Kristalldurchmesser und dem zweiten Kristalldurchmesser.
Als ein Verfahren zum Einstellen einer durch jede solcher Messverfahren erfassten Schmelzenoberflächen-Position auf eine gewünschte Position wird ein Verfahren zum Berechnen einer Abweichung einer aktuellen Schmelzenoberflächen-Position von einer gemessenen Schmelzenoberflächen-Position und einer gewünschten Schmelzenoberflächen-Position und Korrigieren einer Tiegelanstiegsgeschwindigkeit angewendet, so dass die Schmelzenoberflächen-Position auf eine gewünschte Position gesteuert werden kann.
LISTE DER ANFÜHRUNGEN PATENTLITERATUR

Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte Patentschrift (Kokai) Nr. 2007-290906
Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte Patentschrift (Kokai) Nr. 2010-100452
Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte Patentschrift (Kokai) Nr. 2013-170097
Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte Patentschrift (Kokai) Nr. Hei 01-24089

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG DURCH DIE ERFINDUNG GELÖSTE AUFGABE
Zum stabilen und genauen Durchführen einer Steuerung einer Schmelzenoberflächen-Position wird eine Messung der Schmelzenoberflächen-Position wie zuvor beschrieben normalerweise immer als eine Voraussetzung durchgeführt. Bei der Herstellung nach dem Stand der Technik tritt jedoch häufig das Problem auf, dass eine stabile Messung aufgrund von verschiedenen Vorkommnissen, die während der Herstellung auftreten, nicht durchgeführt werden kann (was nachfolgend ebenfalls als Messabweichung bezeichnet wird), beispielsweise wenn eine Messung aufgrund eines Fehlers der Schmelzenoberflächen-Position-Messvorrichtung wie einer außerhalb eines Ofens installierten CCD-Kamera nicht durchgeführt werden kann, bei einer fehlerhaften Messung der Schmelzenoberflächen-Position aufgrund eines Defekts von Ofenbestandteilen wie eines Referenzreflektors zum Messen einer Schmelzenoberflächen-Position oder bei einem Haften von Siliciumschmelze an Bestandteilen in einem Ofen u. Ä.
Wenn solch eine Messabweichung auftritt, kann die Schmelzenoberflächen-Position nicht auf eine vorgegebene Position gesteuert werden. Somit können Silicium-Einkristalle mit der gewünschten Qualität nicht stabil hergestellt werden.
Aufgrund dieses Problems besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung im Bereitstellen einer Einkristall-Herstellvorrichtung und eines Verfahrens zum Steuern einer Schmelzenoberflächen-Position, die Abweichungen erfassen und eine Schmelzenoberflächen-Position steuern können, selbst wenn Messabweichungen in der Messung der Schmelzenoberflächen-Position auftreten.
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
Zum Erfüllen der Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Einkristall-Herstellvorrichtung bereitgestellt, die einen Silicium-Einkristall aus einer in einem Tiegel enthaltenen Materialschmelze durch ein Czochralski-Verfahren zieht, umfassend:

wenigstens zwei verschiedene Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel zum Messen einer Schmelzenoberflächen-Position der Materialschmelze; Steuermittel zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position auf der Basis der gemessenen Schmelzenoberflächen-Position; und ein Ermittlungsmittel zum Ermitteln, ob eine Messabweichung in den Schmelzenoberflächen-Position-Messmitteln aufgetreten ist,
wobei die Schmelzenoberflächen-Position von der Mehrzahl von Schmelzenoberflächen-Position-Messmitteln gleichzeitig gemessen wird, ein zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildetes Schmelzenoberflächen-Messmittel aus der Mehrzahl von Schmelzenoberflächen-Position-Messmitteln ausgewählt wird und das zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildete Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel zu einem anderen Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel wechselt, wenn das Ermittlungsmittel ermittelt, dass eine Messabweichung im ausgewählten Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel aufgetreten ist.

Bei solch einer Vorrichtung wechselt, wenn eine Messabweichung bei der Messung der Schmelzenoberflächen-Position aufgetreten ist, das zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildete Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel zu einem anderen Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel bei Erfassen dieser Abweichung und es kann somit eine Vorrichtung bereitgestellt werden, welche die Schmelzenoberflächen-Position stabil steuern kann.
Vorzugsweise ermittelt das Ermittlungsmittel, ob die Messabweichung aufgetreten ist, aus einer Menge der Änderung eines Werts der Schmelzenoberflächen-Position pro Zeiteinheit, wobei der Wert vom Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel gemessen wird.
Mit solch einer Vorrichtung kann ferner zuverlässig ermittelt werden, ob die Messabweichung im Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel aufgetreten ist.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer Schmelzenoberflächen-Position einer Materialschmelze, wenn ein Silicium-Einkristall aus der in einem Tiegel enthaltenen Materialschmelze durch ein Czochralski-Verfahren gezogen wird, bereitgestellt, umfassend:

das gleichzeitige Messen der Schmelzenoberflächen-Position durch wenigstens zwei verschiedene Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel; das Auswählen eines zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildeten Schmelzenoberflächen-Messmittels aus der Mehrzahl von Schmelzenoberflächen-Position-Messmitteln; das Ermitteln, ob eine Messabweichung im ausgewählten Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel aufgetreten ist; und das Wechseln des zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildeten Schmelzenoberflächen-Position-Messmittels zu einem anderen Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel, wenn ermittelt wird, dass die Messabweichung aufgetreten ist.

Bei solch einem Verfahren wechselt, wenn eine Messabweichung bei der Messung der Schmelzenoberflächen-Position aufgetreten ist, das zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildete Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel zu einem anderen Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel bei Erfassen dieser Abweichung und die Schmelzenoberflächen-Position kann somit stabil gesteuert werden.
Es ist vorzuziehen, dass beim Ermitteln, ob die Messabweichung aufgetreten ist,
aus einer Menge der Änderung eines Werts der Schmelzenoberflächen-Position pro Zeiteinheit ermittelt wird, ob die Messabweichung aufgetreten ist, wobei der Wert vom Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel gemessen wird.
Mit solch einem Verfahren kann ferner zuverlässig ermittelt werden, ob die Messabweichung im Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel aufgetreten ist.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Einkristall-Herstellvorrichtung und dem Verfahren zum Steuern einer Schmelzenoberflächen-Position der vorliegenden Erfindung wechselt, wenn eine Messabweichung bei der Messung einer Schmelzenoberflächen-Position aufgetreten ist, das zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildete Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel zu einem anderen Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel bei Erfassen dieser Abweichung und es kann somit die Schmelzenoberflächen-Position stabil gesteuert werden.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Ansicht zur Darstellung eines Beispiels einer Einkristall-Herstellvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine schematische Ansicht zur Darstellung eines Beispiels des ersten Schmelzenoberflächen-Position-Messmittels.
3 zeigt eine schematische Ansicht zur Darstellung eines Beispiels des zweiten Schmelzenoberflächen-Position-Messmittels.
4 zeigt eine erläuternde Zeichnung des zweiten Schmelzenoberflächen-Position-Messmittels.
5 zeigt eine Prozesszeichnung zur Darstellung eines Beispiels eines Verfahrens zum Steuern einer Schmelzenoberflächen-Position gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt ein Fließbild zur Darstellung eines Beispiels der Verarbeitung zum Ermitteln, ob eine Messabweichung aufgetreten ist, beim Ermitteln, ob eine Messabweichung aufgetreten ist.
7 zeigt einen Graphen zur Darstellung einer Tiegelanstiegsgeschwindigkeit im Beispiel.
8 zeigt einen Graphen zur Darstellung einer Tiegelanstiegsgeschwindigkeit im Vergleichsbeispiel.

BESTE ART(EN) ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben; die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf diese beschränkt.
Wie zuvor beschrieben tritt, wenn eine Messabweichung bei der Messung einer Schmelzenoberflächen-Position aufgetreten ist, ein Problem auf, dass die Schmelzenoberflächen-Position nicht auf eine vorgegebene Position gesteuert werden kann und Silicium-Einkristalle mit einer gewünschten Qualität somit nicht stabil hergestellt werden können.
Daher haben die vorliegenden Erfinder wiederholt umfassende Untersuchungen durchgeführt, um solch ein Problem zu lösen. Sie haben daher eine Lösung konzipiert, bei der die Messung einer Schmelzenoberflächen-Position einer Materialschmelze durch wenigstens zwei verschiedene Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel gleichzeitig durchgeführt wird und das zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildete Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel zu einem anderen Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel wechselt, wenn ermittelt wird, dass eine Messabweichung im zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildeten Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel aufgetreten ist. Sie haben somit herausgefunden, dass, wenn die Messabweichung bei der Messung der Schmelzenoberflächen-Position aufgetreten ist, das zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildete Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel zu einem anderen Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel bei Erfassen dieser Abweichung wechselt und somit die Schmelzenoberflächen-Position stabil gesteuert werden kann. Ferner haben sie die beste Weise zum Ausführen solcher Anordnungen umfassend untersucht, um die vorliegende Erfindung umzusetzen.
Nachfolgend ist zunächst eine Einkristall-Herstellvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie in 1 dargestellt besteht eine Einkristall-Herstellvorrichtung 1 aus einer Kammer 2, einem Tiegel 5 mit einer Doppelstruktur aus einem inneren Quarztiegel 3 und einem äußeren Graphittiegel 4, einem Tiegelhalteschaft 6, der den Tiegel 5 hält, einer an einem äußeren Umfang des Tiegels 5 angeordneten Heizung 7, einem an einem äußeren Umfang der Heizung 7 angeordneten Wärmedämmmaterial 8, einem Impfkristallhalter 10 zum Halten eines Impfkristalls 9 und einem Draht 11 zum Ziehen des Impfkristallhalters 10, die koaxial mit dem Tiegelhalteschaft 6 angeordnet sind, u. a. Ferner ist eine zylindrische Wärmedämmkomponente 14 zum Abschirmen von Strahlungswärme oberhalb der im Tiegel 5 enthaltenen Materialschmelze 12 angeordnet, um einen Umfang eines gezüchteten Silicium-Einkristalls 13 zu umgeben.
Ferner weist die Vorrichtung wenigstens zwei verschiedene Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel 15, die eine Schmelzenoberflächen-Position der Materialschmelze 12 messen, ein Steuermittel 16, das die Schmelzenoberflächen-Position auf der Basis einer gemessenen Schmelzenoberflächen-Position steuert, und ein Ermittlungsmittel 17, das ermittelt, ob eine Messabweichung im Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel 15 aufgetreten ist, auf.
Nachfolgend ist ein Beispiel beschrieben, bei dem zwei Mittel, das heißt ein erstes Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel 15a und ein zweites Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel 15b, als die wenigstens zwei verschiedenen Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel 15 verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt und die wenigstens zwei verschiedenen Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel 15 können beispielsweise drei oder mehr sein.
Als erstes und zweites Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel 15a und 15b können insbesondere beispielsweise solche Mittel wie nachfolgend beschrieben verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt und die wenigstens zwei verschiedenen Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel 15 können das gleiche Messverfahren oder verschiedene Messverfahren anwenden. Der Fall, bei dem voneinander verschiedene Messverfahren verwendet werden, ist vorzuziehen, da sich die zwei Mittel nicht gegenseitig beeinflussen, selbst wenn eine Messabweichung in einem von diesen aufgetreten ist; es kann aber ein Defekt einer Vorrichtung wie einer CCD-Kamera auch dann aufgefangen werden, wenn das gleiche Messverfahren angewendet wird.
Wie in 2 dargestellt wird bei der durch das erste Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel 15a durchgeführten Messung einer Schmelzenoberflächen-Position ein Referenzreflektor 18, der an einem unteren Ende der Wärmedämmkomponente 14 angeordnet ist und durch Verwenden eines Quarzmaterials o. Ä. hergestellt wird, verwendet. Wenn der Silicium-Einkristall 13 in diesem Zustand hergestellt wird, wird ein reflektiertes Bild 19 des Referenzreflektors 18 auf einer Oberfläche der Materialschmelze 12 dargestellt, die wie eine Spiegeloberfläche ist.
Vom Referenzreflektor 18 und reflektierten Bild 19 wird zu diesem Zeitpunkt eine Bildgebung durch eine außerhalb einer Kammer installierte CCD-Kamera 20a durchgeführt. Zusätzlich wird durch das Steuermittel 16 eine Bildverarbeitung dieses Bildgebungsergebnisses durchgeführt und es wird eine aktuelle Schmelzenoberflächen-Position aus von der Bildverarbeitung gelieferten Abständen von Referenzreflektor 18 und reflektiertem Bild 19 gemessen.
Wie in 3 dargestellt werden bei der durch das zweite Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel 15b durchgeführten Messung der Schmelzenoberflächen-Position eine zum Bilden eines beliebigen Winkels θ zum Silicium-Einkristall 13 ausgebildete CCD-Kamera 20b und zum Anordnen nebeneinander an beiden Enden des Silicium-Einkristalls 13 ausgebildete CCD-Kameras 20c und 20d verwendet.
Zu diesem Zeitpunkt ist wie in 4 dargestellt, wenn die Schmelzenoberflächen-Position von (x) zu (x') ansteigt oder zu (x") absinkt, ein von einem von der CCD-Kamera 20b erfassten Bild erhaltener erster Kristalldurchmesserwert (ein Kristallradius Ax2) von einer Änderung der Schmelzenoberflächen-Position betroffen und der erste Kristalldurchmesserwert ändert sich zu (einem Kristallradius A'x2) oder (einem Kristallradius A"x2). Andererseits bewegt sich in Bezug auf einen von jeweils von zwei CCD-Kameras 20c und 20d erfassten Bildern erhaltenen zweiten Kristalldurchmesser (B) ein Sichtfeld alleine in Bezug auf eine Änderung der Schmelzenoberflächen-Position nach oben oder unten und der zweite Kristalldurchmesserwert (B) ändert sich nicht (Patentliteratur 3).
Eine Menge der Änderung der Schmelzenoberflächen-Position während des Herstellens des Kristalls wird durch das Steuermittel 16 aus einem Unterschied zwischen den zwei Arten von erzeugten Kristalldurchmesserwerten aufgrund solch einer Änderung der Schmelzenoberflächen-Position und des Installationswinkels θ der CCD-Kamera 20b berechnet. Eine aktuelle Schmelzenoberflächen-Position kann durch Kombinieren dieser Änderungsmenge mit solch einem Schmelzenoberflächen-Position-Messergebnis vor dem Herstellen des Silicium-Einkristalls wie in Patentliteratur 4 beschrieben ermittelt werden.
Gemäß erstem und zweitem Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel 15a und 15b unterscheiden sich ihre Schmelzenoberflächen-Position-Messverfahren voneinander und beeinflussen sich daher nicht gegenseitig, selbst wenn eine Messabweichung in einem von diesen aufgetreten ist.
Zum Zeitpunkt des Ziehens des Silicium-Einkristalls wird die Schmelzenoberflächen-Position durch erstes und zweites Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel 15a und 15b gleichzeitig gemessen. Ferner wird ein zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildetes Schmelzenoberflächen-Messmittel aus erstem und zweitem Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel 15a und 15b ausgewählt.
Bezüglich der Auswahl zu diesem Zeitpunkt wird das Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel ermittelt, beispielsweise auf der Basis eines im Steuermittel 16 vorab eingestellten Anwendungsvorrangs von jedem Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel, der Stabilität der Messung gegenüber Vorkommnissen, die während der Herstellung von Einkristallen auftreten, u. a.
Zu diesem Zeitpunkt wird ein Vorgang eines Unterschieds zwischen einem Wert der vom ausgewählten Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel ermittelten Schmelzenoberflächen-Position und den vorgegebenen Schmelzenoberflächen-Position-Einstelldaten durchgeführt und der Unterschied wird somit vom Steuermittel 16 berechnet. Ein zu diesem Zeitpunkt ermittelter Wert des Unterschieds ist eine Abweichungsmenge der von der Messung ermittelten Schmelzenoberflächen-Position zu einer vorgegebenen Schmelzenoberflächen-Position und dieser wird zu einer Menge der Schmelzenoberflächen-Position-Korrektur, die zum Anpassen der Schmelzenoberflächen-Position an die vorgegebene Position durchgeführt wird.
Ferner wird eine Geschwindigkeitskorrekturmenge, die dem Tiegelhalteschaft 6 zum Korrigieren der Schmelzenoberflächen-Position zugeführt wird, durch einen Vorgang des Steuermittels 16 berechnet. Die Geschwindigkeitskorrekturmenge wird einer Anstiegsgeschwindigkeit der Tiegelposition so hinzugefügt, dass die Tiegelposition-Anstiegsgeschwindigkeit erhöht wird, wenn die Schmelzenoberflächen-Position niedriger ist als die vorgegebene Position, und dass diese Geschwindigkeit verringert wird, wenn die Schmelzenoberflächen-Position höher ist als die vorgegebene Position. Somit wird die Schmelzenoberflächen-Position durch Durchführen der Schmelzenoberflächen-Position-Korrekturverarbeitung zum Ändern der Tiegelposition-Anstiegsgeschwindigkeit entsprechend der Abweichungsmenge der Schmelzenoberflächen-Position auf der vorgegebenen Position gehalten.
Das Ermittlungsmittel 17 ermittelt durch Prüfen der Messergebnisdaten des entsprechend ausgebildeten Mittels sequentiell, ob eine Messabweichung im zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildeten Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel aufgetreten ist. Somit kann die Messabweichung schnell erfasst werden. Als ein Ergebnis der Ermittlung wechselt, wenn ein Auftreten der Messabweichung erfasst wurde, das Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel zum anderen Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel. Wenn beispielsweise der Anwendungsvorrang von jedem Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel vorab im Steuermittel 16 eingestellt ist, wechselt das Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel zu dem mit der zweiten Vorrangfolge und die Steuerung der Schmelzenoberflächen-Position wird fortgesetzt. Wenn kein Auftreten der Messabweichung erfasst wurde, wird die Steuerung der Schmelzenoberflächen-Position unverändert ohne Wechseln des Schmelzenoberflächen-Position-Messmittels fortgesetzt.
Ferner ist es vorzuziehen, dass das Ermittlungsmittel 17, ob eine Messabweichung aufgetreten ist, aus einer Menge der Änderung eines Werts der Schmelzenoberflächen-Position pro Zeiteinheit ermittelt, wobei der Wert vom Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel 15 gemessen wird. Mit solch einer Konfiguration kann ferner zuverlässig ermittelt werden, ob eine Messabweichung im Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel 15 aufgetreten ist.
Gemäß solch einer Einkristall-Herstellvorrichtung der vorliegenden Erfindung wechselt, wenn eine Messabweichung bei der Messung der Schmelzenoberflächen-Position aufgetreten ist, das zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildete Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel schnell zum anderen Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel und es kann somit die Schmelzenoberflächen-Position stabil gesteuert werden.
Nachfolgend ist ein Verfahren zum Steuern einer Schmelzenoberflächen-Position der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es ist zwar ein Beispiel unter Verwendung der Einkristall-Herstellvorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung wie in 1 dargestellt hier beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht hierauf beschränkt.
Zunächst wird ein hochreiner Silicium-Mehrkristall in den Tiegel 5 gegeben, von der Heizung 7 auf etwa 1420 °C, was den Schmelzpunkt von Silicium darstellt, erhitzt und zum Erzeugen der Materialschmelze 12 geschmolzen.
Anschließend wird der Draht 11 abgesenkt, um eine Spitze des vom Impfkristallhalter 10 gehaltenen Impfkristalls 9 in Kontakt mit einer Oberfläche der Materialschmelze 12 zu bringen. Anschließend wird der Draht 11 in einer vorgegebenen Geschwindigkeit unter Drehen des Tiegelhalteschafts 6 und des Drahts 11 in einer vorgegebenen Drehrichtung mit einer Drehzahl angehoben und der Impfkristall 9 wird dadurch zum Züchten des Silicium-Einkristalls 13 unterhalb des Impfkristalls 9 gezogen.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Schmelzenoberflächen-Position durch die wenigstens zwei verschiedenen Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel 15 (erstes und zweites Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel 15a und 15b) gleichzeitig gemessen (SP1 in 5).
Ferner wird ein zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildetes Schmelzenoberflächen-Messmittel aus der Mehrzahl von Schmelzenoberflächen-Position-Messmitteln ausgewählt (SP2 in 5).
Als ein Verfahren zum Anwenden von einem der Mehrzahl von jedem Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel kann ein beliebiges Verfahren verwendet werden und es ist wünschenswert, einen Anwendungsvorrang von jedem Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel vorab zu definieren, während beispielsweise eine Messgenauigkeit von jedem Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel, die Stabilität der Messung gegenüber Vorkommnissen, die während der Herstellung von Einkristallen auftreten u. a. berücksichtigt wird, und das Mittel auf der Basis hiervon zu ermitteln.
Es wird ermittelt, ob eine Messabweichung im ausgewählten Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel aufgetreten ist (SP 3 in 5).
Es ist vorzuziehen, sequentiell auf der Basis der Messergebnisdaten zu ermitteln, ob die Messabweichung im zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgewählten Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel aufgetreten ist. Beispielsweise ist es vorzuziehen, aus einer Menge der Änderung eines Werts der Schmelzenoberflächen-Position pro Zeiteinheit zu ermitteln, ob die Messabweichung aufgetreten ist, wobei der Wert vom Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel gemessen wird. Mit solch einer Anordnung kann schnell und zuverlässig ermittelt werden, ob die Messabweichung im Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel aufgetreten ist.
Insbesondere kann in SP3 die Ermittlungsverarbeitung zum Ermitteln, ob die Messabweichung im Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel aufgetreten ist, gemäß solch einem Fließbild wie in 6 dargestellt durchgeführt werden.
Wie in 6 dargestellt wird die Ermittlungsverarbeitung entsprechend jeder vorgegebenen Zeiteinheit in festgelegten Perioden durchgeführten. Bezüglich des Einstellens dieser Zeiteinheit ist es wünschenswert, eine Zeit, die so kurz wie möglich ist, etwa eine Minute oder weniger, in Bezug auf eine erforderliche Zeit zum Herstellen des Einkristalls einzustellen, so dass das Erfassen der Messabweichung durch die Ermittlungsverarbeitung und die Wechselverarbeitung unmittelbar nach dem Auftreten der Messabweichung durchgeführt werden.
In der Ermittlungsverarbeitung wird ein Unterschied zwischen einem unmittelbar vor dem Ausführen der Ermittlungsverarbeitung ermittelten Schmelzenoberflächen-Position-Messergebnis (nachfolgend ebenfalls als aktueller Wert bezeichnet) und einem zum Zeitpunkt der Ausführung der Ermittlungsverarbeitung in einem vorhergehenden Zyklus gespeicherten vorhergehenden Schmelzenoberflächen-Position-Messergebnis (nachfolgend ebenfalls als vorhergehender Wert bezeichnet) berechnet. Der berechnete Unterschied bedeutet eine Menge der Änderung der Schmelzenoberflächen-Position während des Verstreichens der eingestellten Zeiteinheit im Kristallherstellungsprozess (die ebenfalls als eine Menge der Änderung der Schmelzenoberflächen-Position bezeichnet wird).
Wenn diese Menge der Änderung der Schmelzenoberflächen-Position einen Ermittlungsschwellenwert überschreitet, der in Bezug auf Messergebnisdaten vorgegeben ist, wenn die Messung und Steuerung der Schmelzenoberflächen-Position ordnungsgemäß durchgeführt werden, das heißt im Bereich einer normalen Menge der Änderung der Schmelzenoberflächen-Position, kann ermittelt werden, dass die Messabweichung aufgetreten ist.
Ferner wechselt, wenn das Auftreten der Messabweichung ermittelt wurde, das zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildete Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel zum anderen Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel (SP4 in 5).
Wie zuvor beschrieben kann, wenn der Anwendungsvorrang des Schmelzenoberflächen-Position-Messmittels vorab definiert wurde, das zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildete Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel beim Ermitteln des Auftretens der Messabweichung auf diese Weise zu einem mit der zweiten Vorrangfolge wechseln. Ferner wird das Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel, zu dem gewechselt wurde, verwendet, um die Steuerung der Schmelzenoberflächen-Position fortzusetzen. Wenn kein Auftreten der Messabweichung erfasst wurde, wird die Steuerung der Schmelzenoberflächen-Position unverändert ohne Wechseln des Schmelzenoberflächen-Position-Messmittels fortgesetzt.
Auf diese Weise wird gemäß dem Verfahren zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position der vorliegenden Erfindung, wenn eine Messabweichung bei der Messung der Schmelzenoberflächen-Position aufgetreten ist, dies schnell erfasst, das zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildete Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel wechselt zum anderen Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel und es kann somit die Schmelzenoberflächen-Position stabil gesteuert werden.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend ausführlicher in Bezug auf ein Beispiel und ein Vergleichsbeispiel beschrieben; die vorliegende Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt.
(Beispiel)
Ein Silicium-Einkristall wurde durch Verwenden solch einer Einkristall-Herstellvorrichtung der vorliegenden Erfindung wie in 1 dargestellt hergestellt, während eine Schmelzenoberflächen-Position gemäß solch einem Verfahren zum Steuern einer Schmelzenoberflächen-Position der vorliegenden Erfindung wie in 5 dargestellt gesteuert wurde.
Als Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel 15, die eine Schmelzenoberflächen-Position in einem Kristallzüchtungsprozess messen, waren zwei Mittel mit verschiedenen Messverfahren, das heißt erstes und zweites Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel 15a und 15b, jeweils in der Einkristall-Herstellvorrichtung 1 installiert. Zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position wurde ein Messergebnis des ersten Schmelzenoberflächen-Position-Messmittels 15a zur Verwendung auf einer Vorrangbasis eingestellt.
Das erste Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel 15a war zum Verwenden eines Verfahrens wie in 2 dargestellt zur Bildgebung solch eines an einem unteren Ende einer Wärmedämmkomponente 14 angeordneten Referenzreflektors 18 und eines auf einer Schmelzenoberfläche, die wie eine Spiegeloberfläche ist, reflektierten Bilds 19 des Referenzreflektors 18 durch Verwenden einer optischen Vorrichtung wie einer CCD-Kamera 20a und Messung eines SchmelzenoberflächenAbschnitts von diesem Video ausgebildet. Ferner war das zweite Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel 15b zum Verwenden eines Verfahrens wie in 3 und 4 dargestellt zum Vergleichen eines vom ersten DurchmesserMessmittel mit einer in 45 ° zu einem Silicium-Einkristall 13 installierten CCD-Kamera 20b gemessen ersten Kristalldurchmessers mit einem vom zweiten Durchmessermessmittel mit zwei nebeneinander an beiden Enden des Einkristalls 13 angeordneten CCD-Kameras 20c und 20d gemessenen Kristalldurchmesser und Berechnen der Schmelzenoberflächen-Position aus diesem Unterschied ausgebildet.
Ferner wurden 360 kg eines Silicium-Mehrkristalls in einen Tiegel 5 mit einem Durchmesser von 812 mm gegeben und der Silicium-Mehrkristall wurde durch eine Heizung 7 erhitzt und geschmolzen, um eine Siliciumschmelze (eine Materialschmelze 12) zu erzeugen. Ein Durchmesser des herzustellenden Silicium-Einkristalls 13 wurde auf 300 mm eingestellt.
Ein Ermitteln von Messabweichungen der Schmelzenoberflächen-Position wurde in diesem Beispiel jede Minute durchgeführt und ein Ermittlungsschwellenwert wurde als 1 mm festgelegt, der eine Menge der Änderung der Schmelzenoberflächen-Position darstellt. Ferner wurde die Schmelzenoberflächen-Position-Korrekturverarbeitung im Kristallwachstumsprozess so eingestellt, dass die während der 50 mm Wachstum einer geraden Körperlänge durchgeführte Korrektur zweimal erfolgte, das heißt während des Wachstums der geraden Körperlänge des Kristalls von 50 mm bis 100 mm und während des gleichen von 100 mm bis 150 mm. Eine Tiegelanstiegsgeschwindigkeit wurde in diesem Beispiel auf 0,1 mm/min eingestellt und eine Menge der Korrektur einer Tiegelgeschwindigkeit wurde auf - 0,01 mm/min auf der Basis eines Messergebnisses der Schmelzenoberflächen-Position eingestellt.
Ferner wurde in einem Zustand, in dem die Schmelzenoberflächen-Position-Korrekturverarbeitung durchgeführt wurde, eine Messabweichung absichtlich am ersten Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel nach Abschluss der ersten Korrektur herbeigeführt und es wurden Änderungen der Tiegelanstiegsgeschwindigkeit vor und nach dem Auftreten der Messabweichung beobachtet, die in 7 dargestellt sind.
(Vergleichsbeispiel)
Ein Silicium-Einkristall wurde durch ein herkömmliches Verfahren hergestellt. Das heißt es wurde ein einziges Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel verwendet, und im Unterschied zum Beispiel wurde nicht ermittelt, ob Messabweichungen im Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel aufgetreten sind. Zusätzlich wurde wie beim Beispiel eine Messabweichung absichtlich herbeigeführt. Änderungen der Tiegelanstiegsgeschwindigkeit vor und nach dem Auftreten der Messabweichung im Vergleichsbeispiel wurden beobachtet und diese sind in 8 dargestellt.
Somit wurde im Vergleichsbeispiel wie in 8 dargestellt in der zweiten Korrekturverarbeitung, in der die Messabweichung absichtlich herbeigeführt wurde, da ein Messergebnis, das niedriger war als eine aktuelle Schmelzenoberflächen-Position aufgrund der Messabweichung, auf die Korrekturverarbeitung angewendet wurde, die Tiegelanstiegsgeschwindigkeits-Korrektur von +0,015 mm/min durchgeführt, obwohl eine Korrekturmenge von -0,01 mm/min angewendet werden hätte sollen.
Hingegen wurde im Beispiel wie in 7 dargestellt in der zweiten Korrekturverarbeitung, in der das erste Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel die Messabweichung aufwies, da die Steuerung zur Schmelzenoberflächen-Position-Steuerverarbeitung mit einem Messergebnis des zweiten Schmelzenoberflächen-Position-Messmittels wechselte, die Korrektur von -0,01 mm/min stabil angewendet, und es ist davon auszugehen, dass die Schmelzenoberflächen-Position-Korrekturverarbeitung durchgeführt wurde, ohne vom Auftreten der Messabweichung beeinflusst zu werden.
Wie zuvor beschrieben in Bezug auf das Verfahren zum Steuern einer Schmelzenoberflächen-Position ermöglichte das Verwenden der vorliegenden Erfindung das Steuern der Schmelzenoberflächen-Position, ohne von der Messabweichung beeinflusst zu werden, die beim Messen der Schmelzenoberflächen-Position auftritt. Somit konnte der einen fehlerfreien Bereich enthaltende Silicium-Einkristall mit hoher Qualität stabil und effizient bereitgestellt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform beschränkt. Die Ausführungsform stellt ein illustratives Beispiel dar und Beispiele, die im Wesentlichen die gleiche Struktur aufweisen und die gleichen Funktionen und Wirkungen zeigen wie im technischen Konzept, das in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, sind im technischen Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007290906 [0011]
JP 2010100452 [0011]
JP 2013170097 [0011]
JP 0124089 [0011]

Claims

Einkristall-Herstellvorrichtung, die einen Silicium-Einkristall aus einer in einem Tiegel enthaltenen Materialschmelze durch ein Czochralski-Verfahren zieht, umfassend: wenigstens zwei verschiedene Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel zum Messen einer Schmelzenoberflächen-Position der Materialschmelze; Steuermittel zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position auf der Basis der gemessenen Schmelzenoberflächen-Position; und ein Ermittlungsmittel zum Ermitteln, ob eine Messabweichung in den Schmelzenoberflächen-Position-Messmitteln aufgetreten ist, wobei die Schmelzenoberflächen-Position von der Mehrzahl von Schmelzenoberflächen-Position-Messmitteln gleichzeitig gemessen wird, ein zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildetes Schmelzenoberflächen-Messmittel aus der Mehrzahl von Schmelzenoberflächen-Position-Messmitteln ausgewählt wird und das zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildete Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel zu einem anderen Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel wechselt, wenn das Ermittlungsmittel ermittelt, dass eine Messabweichung im ausgewählten Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel aufgetreten ist.
Einkristall-Herstellvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ermittlungsmittel ermittelt, ob die Messabweichung aufgetreten ist, aus einer Menge der Änderung eines Werts der Schmelzenoberflächen-Position pro Zeiteinheit, wobei der Wert vom Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel gemessen wird.
Verfahren zum Steuern einer Schmelzenoberflächen-Position einer Materialschmelze, wenn ein Silicium-Einkristall aus der in einem Tiegel enthaltenen Materialschmelze durch ein Czochralski-Verfahren gezogen wird, umfassend: das gleichzeitige Messen der Schmelzenoberflächen-Position durch wenigstens zwei verschiedene Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel; das Auswählen eines zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildeten Schmelzenoberflächen-Messmittels aus der Mehrzahl von Schmelzenoberflächen-Position-Messmitteln; das Ermitteln, ob eine Messabweichung im ausgewählten Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel aufgetreten ist; und das Wechseln des zum Steuern der Schmelzenoberflächen-Position ausgebildeten Schmelzenoberflächen-Position-Messmittels zu einem anderen Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel, wenn ermittelt wird, dass die Messabweichung aufgetreten ist.
Verfahren zum Steuern einer Schmelzenoberflächen-Position nach Anspruch 3, wobei beim Bestimmen, ob die Messabweichung aufgetreten ist, aus einer Menge der Änderung eines Werts der Schmelzenoberflächen-Position pro Zeiteinheit ermittelt wird, ob die Messabweichung aufgetreten ist, wobei der Wert vom Schmelzenoberflächen-Position-Messmittel gemessen wird.