JP2003176199A - Apparatus and method for pulling single crystal - Google Patents
Apparatus and method for pulling single crystalInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は単結晶引上げ装置お
よび引上げ方法に係わり、特にチョクラルスキー法を用
い、ロードセルにより測定された単結晶重量値を補正し
て用いて結晶直径を制御する単結晶引上げ装置および引
上げ方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single crystal pulling apparatus and a single crystal pulling method, and more particularly to a single crystal for controlling a crystal diameter by correcting a single crystal weight value measured by a load cell by using the Czochralski method. The present invention relates to a pulling device and a pulling method.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体デバイスに用いられるシリコンウ
ェーハは、チョクラルスキー法(CZ法)により引上げ
られたシリコン単結晶をスライスして製造される。この
単結晶引上げ時、結晶の形状制御は、引上げ装置の本体
に設けられたカメラポートを通して結晶成長領域を二次
元カメラ等で撮像し、その直径信号に基づいて、ヒータ
への供給電力や単結晶引上げ速度などをパラメータとす
る引上げ条件を調整することにより行われている。2. Description of the Related Art Silicon wafers used for semiconductor devices are manufactured by slicing a silicon single crystal pulled by the Czochralski method (CZ method). When pulling this single crystal, the crystal shape is controlled by imaging the crystal growth region with a two-dimensional camera, etc. through the camera port provided in the body of the pulling device, and based on the diameter signal, the power supplied to the heater and the single crystal. This is done by adjusting the pulling conditions with the pulling speed as a parameter.
【0003】単結晶の引上げを終了するにあたっては、
熱歪による有位転化を防ぐ意味から、結晶径を漸次減少
させていくテール絞りと呼ばれる工程が必要とされる
が、二次元カメラを用いた光学系の条件調整では、大口
径化された単結晶の逆円錐形状をなすテール部の絞り工
程における結晶成長領域を確実に撮像することができ
ず、結晶重量を測定することで引上げ条件の調整が行わ
れている。To finish pulling a single crystal,
A process called a tail diaphragm that gradually reduces the crystal diameter is required to prevent the graded conversion due to thermal strain.However, when adjusting the conditions of an optical system that uses a two-dimensional camera, a single aperture with a large diameter is used. The crystal growth region in the drawing process of the tail portion of the inverted conical shape of the crystal cannot be reliably imaged, and the pulling condition is adjusted by measuring the crystal weight.
【0004】従来のシリコン単結晶の重量計測は、特開
昭62−72589号公報に記載された単結晶引上げ装
置のように、回転する引上げ軸を介してロードセルによ
り重量として捉え、引上げ条件を調整するのに利用して
いる。In the conventional weight measurement of a silicon single crystal, like a single crystal pulling apparatus described in Japanese Patent Laid-Open No. 62-72589, the weight is measured by a load cell through a rotating pulling shaft, and pulling conditions are adjusted. It is used to do.
【0005】しかしながら、この公報記載の重量データ
の利用方法は、単なるモニターに過ぎず、正確に単結晶
の重量を測定して、所望の形状のテール部を育成するこ
とができない。However, the method of utilizing the weight data described in this publication is merely a monitor, and it is impossible to accurately measure the weight of the single crystal to grow a tail portion having a desired shape.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】そこで、測定値を補正
することにより正確に単結晶の重量を測定して、所望の
形状のテール部を育成することができる単結晶引上げ装
置および引上げ方法が要望されていた。本発明は上述し
た事情を考慮してなされたもので、測定値を補正するこ
とにより正確に単結晶の重量を測定して、所望の形状の
テール部を育成することができる単結晶引上げ装置およ
び引上げ方法を提供することを目的とする。Therefore, there is a demand for a single crystal pulling apparatus and a pulling method capable of accurately measuring the weight of a single crystal by correcting the measured value and growing a tail portion having a desired shape. It had been. The present invention has been made in consideration of the above circumstances, by accurately measuring the weight of the single crystal by correcting the measurement value, a single crystal pulling device capable of growing a tail portion of a desired shape, and The purpose is to provide a pulling method.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の1つの態様によれば、チョクラルスキー法
を用いて単結晶の引上げを行う単結晶引上げ装置におい
て、シリコン融液と成長単結晶との境界部分を撮像する
二次元カメラと、単結晶引上げ用のワイヤーを介して単
結晶の重量を測定するロードセルと、このロードセルお
よび前記二次元カメラからの結晶情報信号を受信し単結
晶引上げ速度を制御する制御装置を有し、単結晶の直胴
部までの結晶直径制御は、二次元カメラからの結晶直径
画像信号に基づき前記制御装置により引上げ速度を制御
して行ない、テール部の結晶直径制御は、ロードセルか
らの結晶重量信号に基づいて前記制御装置により引上げ
速度を制御して行うことを特徴とする単結晶引上げ装置
が提供される。これにより、正確に単結晶の重量が測定
されて、所望の形状のテール部が育成され、単結晶全体
も所望の形状に育成される。In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, in a single crystal pulling apparatus for pulling a single crystal using the Czochralski method, a silicon melt and growth are performed. A two-dimensional camera that images the boundary with the single crystal, a load cell that measures the weight of the single crystal through a wire for pulling the single crystal, and a single crystal that receives a crystal information signal from the load cell and the two-dimensional camera Having a control device for controlling the pulling speed, the crystal diameter control up to the straight body part of the single crystal is performed by controlling the pulling speed by the control device based on the crystal diameter image signal from the two-dimensional camera, There is provided a single crystal pulling device characterized in that the crystal diameter is controlled by controlling the pulling speed by the control device based on the crystal weight signal from the load cell. As a result, the weight of the single crystal is accurately measured, the tail portion having a desired shape is grown, and the entire single crystal is grown to have a desired shape.
【0008】好適な一例では、上記テール部の直径制御
は、制御装置に設けられたロードセル演算処理手段によ
り、ロードセルが計測した重量値から固液界面の表面張
力を減算した結晶重量データに基づき引上げ速度を制御
して行う。これにより、正確な重量値を用いることが可
能となり、所望のテール部が育成される。In a preferred example, the diameter control of the tail portion is performed by load cell arithmetic processing means provided in the control device based on the crystal weight data obtained by subtracting the surface tension of the solid-liquid interface from the weight value measured by the load cell. Do it by controlling the speed. This allows an accurate weight value to be used and the desired tail to be grown.
【0009】また、他の好適な一例では、上記テール部
の直径制御は、重量データよりテール直径を算出し、予
め設定されているテールの直径変化を参照して引上げ速
度を制御して行う。これにより、所望のテール部が育成
される。In another preferable example, the tail diameter is controlled by calculating the tail diameter from the weight data and controlling the pulling speed with reference to a preset tail diameter change. As a result, the desired tail portion is grown.
【0010】また、本発明の他の態様によれば、チョク
ラルスキー法を用いた単結晶引上げ方法において、単結
晶の直径制御はロードセルが計測した重量値から固液界
面の表面張力を減算した結晶重量データに基づき引上げ
速度を制御して行うことを特徴とする単結晶引上げ方法
が提供される。これにより、単結晶の直径制御は正確に
行われる。According to another aspect of the present invention, in the single crystal pulling method using the Czochralski method, the diameter of the single crystal is controlled by subtracting the surface tension of the solid-liquid interface from the weight value measured by the load cell. There is provided a single crystal pulling method characterized in that the pulling speed is controlled based on crystal weight data. Thereby, the diameter of the single crystal is accurately controlled.
【0011】好適な一例では、上記単結晶の直径制御
は、単結晶のテール部の直径制御である。これにより、
テール部の直径の制御は正確に行われる。In a preferred example, the diameter control of the single crystal is diameter control of the tail portion of the single crystal. This allows
The control of the diameter of the tail is done accurately.
【0012】さらに、本発明の他の態様によれば、チョ
クラルスキー法を用いた単結晶引上げ方法において、単
結晶の直胴部までの直径制御は、二次元カメラからの結
晶直径画像信号に基づき引上げ速度を制御して行ない、
テール部の直径制御は、ロードセルからの結晶重量信号
に基づいて行うことを特徴とする単結晶引上げ方法が提
供される。これにより、正確に単結晶の重量が測定され
て、所望の形状のテール部が育成され、単結晶全体も所
望の形状に育成される。Further, according to another aspect of the present invention, in the single crystal pulling method using the Czochralski method, the diameter control of the single crystal up to the straight body part is performed by a crystal diameter image signal from a two-dimensional camera. The pulling speed is controlled based on
There is provided a method for pulling a single crystal characterized in that the diameter of the tail portion is controlled based on a crystal weight signal from the load cell. As a result, the weight of the single crystal is accurately measured, the tail portion having a desired shape is grown, and the entire single crystal is grown to have a desired shape.
【0013】好適な一例では、上記テール部の直径制御
は、所定の形状に対して予め計測された計測重量値を参
照して引上げ速度を制御して行う。これにより、所望の
テール部が育成される。In a preferred example, the diameter of the tail portion is controlled by controlling the pulling speed with reference to a measured weight value measured in advance for a predetermined shape. As a result, the desired tail portion is grown.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる単結晶引上
げ装置の実施の形態について添付図面を参照して説明す
る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a single crystal pulling apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【0015】図1は本発明に係わる単結晶引上げ装置の
概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of a single crystal pulling apparatus according to the present invention.
【0016】図1に示すように、本発明に係わる単結晶
引上げ装置1は、水冷された炉体2と、この炉体2に収
納され原料であるポリシリコンを溶融し溶融シリコンM
にする石英ルツボ3と、この石英ルツボ3を保持する黒
鉛ルツボ4と、この黒鉛ルツボ4を囲繞するヒータ5と
を有している。この黒鉛ルツボ4は炉体2を貫通し、ル
ツボ回転モータ6に結合されて回転され、かつ昇降装置
7によって昇降されるルツボ回転軸8に取り付けられて
いる。As shown in FIG. 1, the apparatus 1 for pulling a single crystal according to the present invention melts a water-cooled furnace body 2 and a raw material polysilicon contained in the furnace body 2 to melt silicon M.
The quartz crucible 3 having the above structure, the graphite crucible 4 that holds the quartz crucible 3, and the heater 5 that surrounds the graphite crucible 4. The graphite crucible 4 penetrates through the furnace body 2, is coupled to a crucible rotation motor 6, is rotated, and is attached to a crucible rotation shaft 8 which is moved up and down by an elevating device 7.
【0017】また、石英ルツボ3の上方には、単結晶引
上げのためのシード9を保持するシードチャック10が
取り付けられた引上げ用のワイヤー11が設けられてお
り、このワイヤー11は、炉体2外上部に設けられモー
タ(図示せず)により回転され単結晶Igを回転させな
がら引上げるワイヤー巻取装置12により巻取られるよ
うになっている。Further, above the quartz crucible 3, there is provided a pulling wire 11 to which a seed chuck 10 for holding a seed 9 for pulling a single crystal is attached. This wire 11 is a furnace body 2. The wire winding device 12 is provided on the outer upper part and is rotated by a motor (not shown) to pull up the single crystal Ig while rotating and pulling it up.
【0018】さらに、炉体2のショルダー2a外壁に
は、透孔を耐熱ガラスにより塞ぎ透光可能なカメラポー
ト13が設けられている。このカメラポート13を貫通
する光軸を有する二次元カメラ14が炉体2外に設けら
れており、その焦点は単結晶成長領域に合わされて設置
されている。Further, the outer wall of the shoulder 2a of the furnace body 2 is provided with a camera port 13 capable of transmitting light by closing the through hole with heat resistant glass. A two-dimensional camera 14 having an optical axis penetrating the camera port 13 is provided outside the furnace body 2, and its focus is set in the single crystal growth region.
【0019】この二次元カメラ14はAD変換回路15
に接続され、二次元カメラ14からの結晶直径信号がA
D変換回路15に送信されるようになっている。このA
D変換回路15により結晶直径信号は2値化され、画像
処理装置16に送信され、画像処理装置16により画像
処理されて結晶直径データとして切換スイッチ17を介
して選択的に制御装置18に出力される。The two-dimensional camera 14 has an AD conversion circuit 15
, And the crystal diameter signal from the two-dimensional camera 14 is
It is adapted to be transmitted to the D conversion circuit 15. This A
The crystal diameter signal is binarized by the D conversion circuit 15, transmitted to the image processing device 16, image-processed by the image processing device 16 and selectively output as crystal diameter data to the control device 18 via the changeover switch 17. It
【0020】また、ワイヤー巻取装置12にはロードセ
ル19が設けられており、このロードセル19は、その
出力である結晶重量信号を増幅するアンプ20に接続さ
れ、さらに、このアンプ20はその出力をデジタル化す
るAD変換回路21に接続され、結晶重量データとして
切換スイッチ17を介して選択的に制御装置18に出力
される。Further, the wire winding device 12 is provided with a load cell 19, which is connected to an amplifier 20 for amplifying the crystal weight signal which is the output of the load cell 19. Further, the amplifier 20 outputs its output. It is connected to an AD conversion circuit 21 for digitization and is selectively output as crystal weight data to the control device 18 via the changeover switch 17.
【0021】二次元カメラ14から得られた結晶直径画
像信号は、図3に示す引上げ工程中のネック部N、クラ
ウン部C、および直胴部Bの引上げ時に制御装置18に
出力され、テール部Tの育成時には、切換スイッチ17
により切り換わって、ロードセル19から得られた結晶
重量信号は制御装置18に出力される。この制御装置1
8に出力される結晶直径画像信号から、結晶重量信号へ
の切り換は、事前に制御装置18にプログラムされ、テ
ール部Tの育成工程の開始時に制御装置18からスイッ
チ制御器17cに切換え信号を送信することで行われ
る。The crystal diameter image signal obtained from the two-dimensional camera 14 is output to the control device 18 at the time of pulling up the neck portion N, the crown portion C, and the straight body portion B during the pulling process shown in FIG. Changeover switch 17 when raising T
And the crystal weight signal obtained from the load cell 19 is output to the controller 18. This control device 1
Switching from the crystal diameter image signal output to 8 to the crystal weight signal is programmed in the control device 18 in advance, and when the growing process of the tail portion T is started, the control device 18 sends a switching signal to the switch controller 17c. It is done by sending.
【0022】制御装置18は、一般的なコンピュータが
用いられ、二次元カメラ14からの結晶直径データを処
理する二次元カメラ演算処理部50aと、ロードセル1
9からの結晶重量データを処理するロードセル演算部1
8bと、テーブルメモリ18cが設けられたメモリ18
dと、二次元カメラ演算部18a、ロードセル演算部1
8bおよび後述する各制御器を制御する制御手段18を
有し、テーブルメモリ18cには、シリコンの密度情
報、結晶の形状情報、その形状にするのに必要な引上げ
速度、ヒータ入力、ルツボ回転数、ルツボ上昇速度の最
適な条件を予め設定し記憶させてある。この最適な引上
げ条件の各種のデータ等は、理論上からあるいは過去の
経験や実験等によって、種々の結晶形状に対応してそれ
ぞれ求められた最適な値で構成されたものである。As the control device 18, a general computer is used, and the two-dimensional camera arithmetic processing unit 50a for processing the crystal diameter data from the two-dimensional camera 14 and the load cell 1 are used.
Load cell arithmetic unit 1 for processing crystal weight data from 9
8b and a memory 18 provided with a table memory 18c
d, the two-dimensional camera operation unit 18a, the load cell operation unit 1
8b and control means 18 for controlling each controller to be described later, and the table memory 18c stores in the table memory 18c density information of silicon, shape information of crystal, pulling speed necessary for forming the shape, heater input, crucible rotation speed. The optimum conditions for the crucible ascending speed are preset and stored. The various data and the like of the optimum pulling conditions are composed of the optimum values which are respectively obtained corresponding to various crystal shapes theoretically or by past experience or experiments.
【0023】これらを実際に制御するために制御系とし
て、制御装置18には、切換スイッチ17を制御する切
換スイッチ制御器17c、シリコン融液の温度を制御す
るヒータ5の供給電力量を制御するヒータ制御器5c、
石英ルツボ3の回転数を制御するモータ制御器6c、石
英ルツボ3の高さを制御する昇降装置制御器7c、結晶
の引上げ速度と回転数を制御するワイヤー巻取装置制御
器12cなどが接続されている。これら各制御器6c、
7c、12cなどを制御して、引上げ条件を変更し、結
晶の直径を制御する。As a control system for actually controlling these, the control device 18 controls the changeover switch controller 17c for controlling the changeover switch 17 and the power supply amount of the heater 5 for controlling the temperature of the silicon melt. Heater controller 5c,
A motor controller 6c for controlling the rotation speed of the quartz crucible 3, a lifting device controller 7c for controlling the height of the quartz crucible 3, a wire winding device controller 12c for controlling the pulling speed and the rotation speed of the crystal, etc. are connected. ing. Each of these controllers 6c,
7c, 12c, etc. are controlled to change the pulling conditions and control the diameter of the crystal.
【0024】次に本発明に係わる単結晶引上げ装置を用
いたシリコン単結晶の引上げ方法について説明する。Next, a method for pulling a silicon single crystal using the single crystal pulling apparatus according to the present invention will be described.
【0025】ポリシリコンを石英ルツボ3に入れ、プロ
グラム化された引上げ工程により引上げが自動的に行わ
れる。このとき二次元カメラ14は、ネック成長領域A
n、例えば、石英ルツボ3の中心から3mm外側に偏位
した位置に焦点を合わせ、かつ引上げの開始時点から撮
像可能な電源ONの状態にしておく。Polysilicon is placed in the quartz crucible 3 and pulling is automatically performed by a programmed pulling process. At this time, the two-dimensional camera 14 moves the neck growth area A
n, for example, the focus is focused on the position deviated from the center of the quartz crucible 3 to the outside by 3 mm, and the image pickup power is turned on from the start of pulling.
【0026】引上げ準備完了後、例えばアルゴンガスを
炉体2の上方より炉体2内に流入させ、ヒータ5に通電
して石英ルツボ3を加熱し、ルツボ回転モータ6に通電
してこのルツボ回転モータ6に結合されたルツボ回転軸
8を回転させて石英ルツボ3を回転させる。After the preparation for pulling is completed, for example, argon gas is introduced into the furnace body 2 from above the furnace body 2, the heater 5 is energized to heat the quartz crucible 3, and the crucible rotation motor 6 is energized to rotate the crucible. The crucible rotating shaft 8 connected to the motor 6 is rotated to rotate the quartz crucible 3.
【0027】一定時間が経過した後、ワイヤー11を下
ろし、シード9をシリコン融液Mの液面に接触させなじ
ませる。After a lapse of a certain time, the wire 11 is lowered and the seed 9 is brought into contact with the liquid surface of the silicon melt M to be blended.
【0028】しかる後、引上げを開始し、図3(a)の
ように二次元カメラ14でネック成長領域Anをモニタ
する。Thereafter, pulling is started, and the neck growth region An is monitored by the two-dimensional camera 14 as shown in FIG. 3 (a).
【0029】図1に示すように、この二次元カメラ14
の結晶直径画像情報はAD変換回路15に送信されて2
値化され、画像処理装置16により画像処理され、切換
スイッチ20を介して結晶直径画像データとして図2に
示す制御装置18に送られ、この制御装置18の通常用
いられる二次元カメラ演算部18aにより、直径の正味
値が算出され、直径の変化分が算出され、テーブルメモ
リ18cに記憶された直径変化分との比較が行われ、制
御部18eにより、ヒータ制御器5c、モータ制御器6
c、昇降装置制御器7c、およびワイヤー巻取装置制御
器12cを制御し、ネックNが一定の長さ、例えば、3
00mmまで引上げが継続される。As shown in FIG. 1, this two-dimensional camera 14
2 is transmitted to the AD conversion circuit 15 and the crystal diameter image information of
It is digitized, image-processed by the image processing device 16, and sent to the control device 18 shown in FIG. 2 as crystal diameter image data via the changeover switch 20, and by the normally used two-dimensional camera operation part 18a of this control device 18. , The net value of the diameter is calculated, the amount of change in the diameter is calculated and compared with the amount of change in the diameter stored in the table memory 18c, and the controller 18e causes the heater controller 5c and the motor controller 6 to operate.
c, the lifting device controller 7c, and the wire winding device controller 12c, and the neck N has a constant length, for example, 3
The pulling is continued up to 00 mm.
【0030】ネックNが300mmになった時点でメモ
リ18dに組み込まれた工程用のプログラムにより制御
装置18を介してヒータ制御器5c、モータ制御器6
c、昇降装置制御器7c、およびワイヤー巻取装置制御
器12cを制御し、単結晶の引上げは、図3(b)に示
すクラウンCの育成工程に入る。When the neck N reaches 300 mm, the heater controller 5c and the motor controller 6 are transmitted via the controller 18 by the process program incorporated in the memory 18d.
c, the elevating device controller 7c, and the wire winding device controller 12c are controlled, and the pulling of the single crystal starts the step of growing the crown C shown in FIG. 3 (b).
【0031】引続き、二次元カメラ14でクラウン成長
領域ACをモニタし、上記同様に図1に示すように、二
次元カメラ14からの画像信号はAD変換回路15、切
換スイッチ20、画像処理装置16を介して制御装置1
8に送られる。二次元カメラ演算制御手段50aによ
り、同様の演算処理が行われ、制御手段20dからの出
力によりヒータ制御器5c、モータ制御器6c、昇降装
置制御器7c、およびワイヤー巻取装置制御器12cを
制御し、成長する結晶の直径が順次大きくなり、クラウ
ンCを形成するように引上げ条件を制御する。Subsequently, the crown growth region AC is monitored by the two-dimensional camera 14, and the image signal from the two-dimensional camera 14 is converted into the AD conversion circuit 15, the changeover switch 20, the image processing apparatus as shown in FIG. Control device 1 through 16
Sent to 8. The same calculation processing is performed by the two-dimensional camera calculation control means 50a, and the heater controller 5c, the motor controller 6c, the lifting device controller 7c, and the wire winding device controller 12c are controlled by the output from the control device 20d. Then, the pulling condition is controlled so that the diameter of the growing crystal gradually increases and the crown C is formed.
【0032】さらに引上げを継続し、クラウンCを成長
させ、クラウンCの直径が、例えば、310mmになっ
た時点で、二次元カメラ14からの結晶直径画像情報に
基づき、AD変換回路15、画像処理装置16、切換ス
イッチ20を介して、結晶直径画像データを二次元カメ
ラ演算制御手段50aに入力し、演算処理し、制御手段
21を介してヒータ制御器5c、モータ制御器6c、昇
降装置制御器7c、およびワイヤー巻取装置制御器12
cを制御し、結晶の直径を一定にして、単結晶の引上げ
は、図3(c)に示す直胴部Dの育成工程に入る。二次
元カメラ14は直胴部成長領域ADをモニタし、直胴部
Dの育成条件を維持し、所定の長さの直胴部を形成させ
引上げは完了する。Further pulling is continued to grow the crown C, and when the diameter of the crown C reaches 310 mm, for example, based on the crystal diameter image information from the two-dimensional camera 14, the AD conversion circuit 15, the image processing. The crystal diameter image data is input to the two-dimensional camera arithmetic control means 50a via the device 16 and the changeover switch 20, arithmetic processing is performed, and the heater controller 5c, the motor controller 6c, and the lifting device controller are controlled via the control means 21. 7c, and wire winding device controller 12
Controlling c and keeping the diameter of the crystal constant, pulling up of the single crystal enters the step of growing the straight body portion D shown in FIG. The two-dimensional camera 14 monitors the straight body part growth region A D , maintains the growing condition of the straight body part D, forms a straight body part of a predetermined length, and completes pulling.
【0033】直胴部を形成させ引上げが完了したら、テ
ール部Tの育成工程に入る。When the straight body portion is formed and the pulling up is completed, the step of growing the tail portion T is started.
【0034】テール部Tの育成工程は結晶直径を絞って
いく作業であるが、上記二次元カメラ24では、テール
部成長領域ATを撮像できない。そこでロードセル19
を利用し結晶重量の変化をデータとして用い、結晶直径
を制御してテール部Tを育成する。The step of growing the tail portion T is an operation of narrowing the crystal diameter, but the two-dimensional camera 24 cannot image the tail portion growth region AT . So load cell 19
Using the change of the crystal weight as a data, the tail diameter T is grown by controlling the crystal diameter.
【0035】従って、制御手段10により二次元カメラ
14をOFFにし、切換スイッチ制御器17cを制御し
て切換スイッチ17を切換え、ロードセル19によって
検知された結晶重量信号はアンプ20、AD変換回路2
1を介して結晶重量データとして制御装置18に出力さ
れる。引上速度をコントロールする制御方法としては、
PIDやファジー制御が好ましい。Therefore, the control means 10 turns off the two-dimensional camera 14, controls the changeover switch controller 17c to change over the changeover switch 17, and the crystal weight signal detected by the load cell 19 is amplified by the amplifier 20 and the AD conversion circuit 2.
It is output to the control device 18 as crystal weight data via 1. As a control method to control the pulling speed,
PID and fuzzy control are preferred.
【0036】制御装置18に出力された結晶重量データ
は、ロードセル演算処理手段20bによって次のように
処理される。The crystal weight data output to the controller 18 is processed by the load cell arithmetic processing means 20b as follows.
【0037】例えば、石英ルツボ2内に溶けているシリ
コン融液Mと固体となった単結晶Igの境界部b(固液
界面)では、融液Mの表面張力により吸引力が発生して
おり、実際の結晶重量値より大きい結晶重量値が、ロー
ドセル19から出力される。For example, at the boundary portion b (solid-liquid interface) between the silicon melt M dissolved in the quartz crucible 2 and the solid single crystal Ig, a suction force is generated by the surface tension of the melt M. A crystal weight value larger than the actual crystal weight value is output from the load cell 19.
【0038】このときの表面張力は次のようにして求め
ることができる。The surface tension at this time can be obtained as follows.
【0039】図4に示すように、マニュアル操作により
引上げられた単結晶の、例えば10mm毎における各部
位の直径をノギス等により計測する。式(1)により各
部位(間隔)毎の重量値を算出する。As shown in FIG. 4, the diameter of each part of the single crystal pulled up by manual operation, for example, every 10 mm is measured with a caliper or the like. The weight value for each site (interval) is calculated by the formula (1).
【0040】次に上記単結晶の引上げ時、ロードセルで
計測し記録した結晶重量値W(Tn )から上記式(1)
で算出したW(n)を減算し、各部位(間隔)毎の表面
張力γ(Tn)を算出する。Next, at the time of pulling up the single crystal, from the crystal weight value W (Tn ) measured and recorded by the load cell, the above formula (1) is obtained.
The surface tension γ (Tn) for each site (interval) is calculated by subtracting the W (n) calculated in.
【0041】上記のようにして求めた表面張力はテーブ
ルメモリ18cに記憶される。The surface tension obtained as described above is stored in the table memory 18c.
【0042】このようにして記憶された表面表力を基に
テール部Tにおける正味重量を算出し、引上制御のフィ
ードバックを行う。The net weight at the tail portion T is calculated based on the surface force thus stored, and the pull-up control is fed back.
【0043】テールでの直径制御は、重量データを基に
結晶径を次に示す計算式を用いて計算し、予め設定して
おいたテール直径の変化と照らし合わせて、引上速度を
制御する。In the diameter control at the tail, the crystal diameter is calculated based on the weight data by using the following calculation formula, and the pulling speed is controlled in comparison with the preset change in the tail diameter. .
【0044】テールでの結晶直径は、重量の計算式
(1)The crystal diameter at the tail is calculated by the weight calculation formula (1).
【数1】
より、r1をテール移行時の半径(アナライザ(カメ
ラ)による計測値の1/2の値)として、半径r2を求
める。[Equation 1] From this, the radius r 2 is obtained by taking r 1 as the radius at the time of transition to the tail (1/2 of the value measured by the analyzer (camera)).
【0045】[0045]
【数2】
テール部の成長に従い、式(2)から順次r3、r4を
算出する。[Equation 2] According to the growth of the tail portion, r 3 and r 4 are sequentially calculated from the equation (2).
【0046】図5はロードセル19を用いたテール部T
における直径制御のためのデータ処理の主なフローを示
し、この図5に沿って単結晶直径制御方法を説明する。FIG. 5 shows the tail portion T using the load cell 19.
A main flow of data processing for diameter control in FIG. 5 is shown, and a single crystal diameter control method will be described with reference to FIG.
【0047】ロードセル19によりロードセル結晶重量
データW(Ln)を計測する(ST1)。The load cell crystal weight data W (Ln) is measured by the load cell 19 (ST1).
【0048】テール部重量の正味重量値W(Tn)を算
出する(ST2)。The net weight value W (Tn) of the tail weight is calculated (ST2).
【0049】この正味重量値W(Tn)は、次に示す式
(3)を用いて算出される。This net weight value W (Tn) is calculated using the following equation (3).
【0050】[0050]
【数3】 この式(3)よりテール直径(D(Tn))を求める。[Equation 3] The tail diameter (D (Tn) ) is obtained from this equation (3).
【0051】テール直径D(Tn)<設定値DTなら、
制御装置18が、ワイヤー巻取装置制御器12cを介し
て巻取装置20を制御して、引上げ速度を低下させる。
これに対して、テール直径D(Tn)>設定値DTな
ら、引上げ速度を増加させる。If tail diameter D (Tn) <set value D T ,
The control device 18 controls the winding device 20 via the wire winding device controller 12c to reduce the pulling speed.
On the other hand, if the tail diameter D (Tn) > the set value D T , the pulling speed is increased.
【0052】このようなテール部Tの育成工程において
も、メモリ18dに組み込まれた工程用のプログラムに
より制御装置18、ワイヤー巻取装置制御器12cを介
して巻取装置20を制御して引上げ速度を制御し、さら
に、必要に応じてヒータ制御器5c、モータ制御器6
c、昇降装置制御器7cを介して、ヒータ5、ルツボ回
転モータ6、昇降装置7を制御してテール部Tの育成が
行われる。Also in the growing process of the tail portion T, the pulling speed is controlled by controlling the winding device 20 via the control device 18 and the wire winding device controller 12c by the process program incorporated in the memory 18d. The heater controller 5c and the motor controller 6 as required.
The heater 5, the crucible rotation motor 6, and the lifting device 7 are controlled via the c and lifting device controller 7c to grow the tail portion T.
【0053】上記のようなテール部の育成工程におい
て、引上げられる単結晶の重量を、表面張力を加味して
補正することにより正確な重量値を用いることが可能と
なり、所望のテール部を育成することができる。In the step of growing the tail portion as described above, an accurate weight value can be used by correcting the weight of the pulled single crystal in consideration of the surface tension, and the desired tail portion is grown. be able to.
【0054】なお、上記実施形態においては、単結晶の
直胴部までの直径制御は、二次元カメラからの結晶直径
画像信号に基づき引上げ速度を制御して行ない、テール
部の直径制御は、ロードセルからの結晶重量信号に基づ
いて行う例で説明したが、本発明に係わる単結晶引上げ
方法は、テール部の育成工程に限らず、必要に応じて、
単結晶引上げの育成工程においても用いることができ
る。二次元カメラを用いないで単結晶の直径を測定する
ことが可能になる。In the above embodiment, the diameter of the single crystal up to the straight body is controlled by controlling the pulling speed based on the crystal diameter image signal from the two-dimensional camera, and the diameter of the tail is controlled by the load cell. Although it has been described in the example based on the crystal weight signal from, the single crystal pulling method according to the present invention is not limited to the growing step of the tail portion, and if necessary,
It can also be used in the growing process of pulling a single crystal. It becomes possible to measure the diameter of a single crystal without using a two-dimensional camera.
【0055】[0055]
【発明の効果】本発明に係わる単結晶引上げ装置および
引上げ方法によれば、測定値を補正することにより正確
に単結晶の重量を測定して、所望の形状のテール部を育
成することができる単結晶引上げ装置および引上げ方法
を提供することができる。According to the single crystal pulling apparatus and pulling method according to the present invention, the weight of the single crystal can be accurately measured by correcting the measured value, and the tail portion having a desired shape can be grown. A single crystal pulling apparatus and pulling method can be provided.
【図1】本発明に係わる単結晶引上げ装置の概念図。FIG. 1 is a conceptual diagram of a single crystal pulling apparatus according to the present invention.
【図2】本発明に係わる単結晶引上げ装置に用いられる
制御装置の概念図。FIG. 2 is a conceptual diagram of a control device used in the single crystal pulling apparatus according to the present invention.
【図3】本発明に係わる単結晶引上げ方法における結晶
情報信号取得方法を示す概念図。FIG. 3 is a conceptual diagram showing a crystal information signal acquisition method in the single crystal pulling method according to the present invention.
【図4】本発明に係わる単結晶引上げ方法における単結
晶の各部位(間隔)毎の重量値を算出する方法示す概念
図。FIG. 4 is a conceptual diagram showing a method of calculating a weight value for each site (interval) of a single crystal in the single crystal pulling method according to the present invention.
【図5】本発明に係わる単結晶引上げ方法におけるテー
ル部における直径制御のためのデータ処理の主なフロー
を示すフロー図。FIG. 5 is a flowchart showing a main flow of data processing for diameter control in the tail portion in the single crystal pulling method according to the present invention.
1 単結晶引上げ装置 2 炉体 2a ショルダー 3 石英ルツボ 4 黒鉛ルツボ 5 ヒータ 5c ヒータ制御器 6 ルツボ回転モータ 6c モータ制御器 7 昇降装置 7c 昇降装置制御器 8 ルツボ回転軸 9 シード 10 シードチャック 11 ワイヤー 12 ワイヤー巻取装置 12c ワイヤー巻取装置制御器 13 カメラポート 14 二次元カメラ 15 AD変換回路 16 画像処理装置 17 切換スイッチ 17c 切換スイッチ制御器 18 制御装置 18a 二次元カメラ演算部 18b ロードセル演算部 18c テーブルメモリ 18d メモリ 18e 制御部 19 ロードセル 20 アンプ 21 AD変換回路 Ig 単結晶 M 溶融シリコン 1 Single crystal pulling device 2 furnace body 2a shoulder 3 Quartz crucible 4 Graphite crucible 5 heater 5c heater controller 6 Crucible rotation motor 6c Motor controller 7 Lifting device 7c Lifting device controller 8 crucible rotation axis 9 seeds 10 seed chuck 11 wires 12 Wire winding device 12c Wire winding device controller 13 camera port 14 two-dimensional camera 15 AD conversion circuit 16 Image processing device 17 Changeover switch 17c Changeover switch controller 18 Control device 18a Two-dimensional camera operation unit 18b Load cell operation unit 18c table memory 18d memory 18e control unit 19 load cell 20 amps 21 AD conversion circuit Ig single crystal M Molten Silicon
Claims (8)
上げを行う単結晶引上げ装置において、シリコン融液と
成長単結晶との境界部分を撮像する二次元カメラと、単
結晶引上げ用のワイヤーを介して単結晶の重量を測定す
るロードセルと、このロードセルおよび前記二次元カメ
ラからの結晶情報信号を受信し単結晶引上げ速度を制御
する制御装置を有し、単結晶の直胴部までの結晶直径制
御は、二次元カメラからの結晶直径画像信号に基づき前
記制御装置により引上げ速度を制御して行ない、テール
部の結晶直径制御は、ロードセルからの結晶重量信号に
基づいて前記制御装置により引上げ速度を制御して行う
ことを特徴とする単結晶引上げ装置。1. A single crystal pulling apparatus for pulling a single crystal using the Czochralski method, comprising a two-dimensional camera for imaging a boundary portion between a silicon melt and a growing single crystal, and a wire for pulling the single crystal. A load cell for measuring the weight of a single crystal through, and a control device for controlling a single crystal pulling speed by receiving a crystal information signal from the load cell and the two-dimensional camera, and a crystal diameter up to a straight body portion of the single crystal. The control is performed by controlling the pulling speed by the control device based on the crystal diameter image signal from the two-dimensional camera, and the crystal diameter control of the tail portion is performed by the control device based on the crystal weight signal from the load cell. A single crystal pulling device characterized by being controlled.
いて、上記テール部の直径制御は、制御装置に設けられ
たロードセル演算処理手段により、ロードセルが計測し
た重量値から固液界面の表面張力を減算した結晶重量デ
ータに基づき引上げ速度を制御して行うことを特徴とす
る単結晶引上げ装置。2. The single crystal pulling apparatus according to claim 1, wherein the diameter of the tail portion is controlled by a load cell arithmetic processing means provided in the control device from the weight value measured by the load cell to the surface tension of the solid-liquid interface. A single crystal pulling apparatus, wherein the pulling speed is controlled based on the crystal weight data obtained by subtracting.
いて、上記テール部の直径制御は、重量データよりテー
ル直径を算出し、予め設定されているテールの直径変化
を参照して引上げ速度を制御して行うことを特徴とする
単結晶引上げ装置。3. The single crystal pulling apparatus according to claim 2, wherein the diameter of the tail portion is controlled by calculating the tail diameter from the weight data and referring to a preset change in the tail diameter to set the pulling speed. A single crystal pulling device characterized by being controlled.
げ方法において、単結晶の直径制御は、ロードセルが計
測した重量値から固液界面の表面張力を減算した結晶重
量データに基づき引上げ速度を制御して行うことを特徴
とする単結晶引上げ方法。4. In the single crystal pulling method using the Czochralski method, the diameter of the single crystal is controlled by controlling the pulling rate based on the crystal weight data obtained by subtracting the surface tension of the solid-liquid interface from the weight value measured by the load cell. And a single crystal pulling method.
いて、上記単結晶の直径制御は、単結晶のテール部の直
径制御であることを特徴とする単結晶引上げ方法。5. The method for pulling a single crystal according to claim 4, wherein controlling the diameter of the single crystal is controlling the diameter of a tail portion of the single crystal.
げ方法において、単結晶の直胴部までの直径制御は、二
次元カメラからの結晶直径画像信号に基づき引上げ速度
を制御して行ない、テール部の直径制御は、ロードセル
からの結晶重量信号に基づいて行うことを特徴とする単
結晶引上げ方法。6. In a single crystal pulling method using the Czochralski method, the diameter of the single crystal up to the straight body is controlled by controlling the pulling speed based on a crystal diameter image signal from a two-dimensional camera. The method for pulling a single crystal is characterized in that the diameter of the portion is controlled based on the crystal weight signal from the load cell.
いて、上記テール部の直径制御は、ロードセルが計測し
た重量値から固液界面の表面張力を減算した結晶重量デ
ータに基づき引上げ速度を制御して行うことを特徴とす
る単結晶引上げ方法。7. The method for pulling a single crystal according to claim 6, wherein the diameter of the tail portion is controlled by controlling the pulling rate based on crystal weight data obtained by subtracting the surface tension of the solid-liquid interface from the weight value measured by the load cell. And a single crystal pulling method.
の単結晶引上げ方法において、上記テール部の直径制御
は、所定の形状に対して予め計測された計測重量値を参
照して引上げ速度を制御して行うことを特徴とする単結
晶引上げ方法。8. The single crystal pulling method according to claim 5, wherein the diameter control of the tail portion is performed by referring to a measured weight value previously measured for a predetermined shape. A method for pulling a single crystal, characterized in that the speed is controlled.
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