JP4784401B2 - シリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置 - Google Patents
シリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4784401B2 JP4784401B2 JP2006149890A JP2006149890A JP4784401B2 JP 4784401 B2 JP4784401 B2 JP 4784401B2 JP 2006149890 A JP2006149890 A JP 2006149890A JP 2006149890 A JP2006149890 A JP 2006149890A JP 4784401 B2 JP4784401 B2 JP 4784401B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- melt
- single crystal
- silicon single
- crucible
- growth
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Active
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims description 198
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 176
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims description 176
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims description 176
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims description 171
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 153
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 128
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 title claims description 17
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 178
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 24
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 18
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 6
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 24
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 17
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 3
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 3
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
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
- 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
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10T117/10—Apparatus
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10T117/10—Apparatus
- Y10T117/1004—Apparatus with means for measuring, testing, or sensing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10T117/10—Apparatus
- Y10T117/1004—Apparatus with means for measuring, testing, or sensing
- Y10T117/1008—Apparatus with means for measuring, testing, or sensing with responsive control means
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10T117/10—Apparatus
- Y10T117/1004—Apparatus with means for measuring, testing, or sensing
- Y10T117/1012—Apparatus with means for measuring, testing, or sensing with a window or port for visual observation or examination
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10T117/10—Apparatus
- Y10T117/1024—Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10T117/10—Apparatus
- Y10T117/1024—Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state
- Y10T117/1032—Seed pulling
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10T117/10—Apparatus
- Y10T117/1024—Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state
- Y10T117/1032—Seed pulling
- Y10T117/1072—Seed pulling including details of means providing product movement [e.g., shaft guides, servo means]
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)
Description
本発明は、チョクラルスキー法を用いたシリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置に関し、さらに詳しくは、結晶原料の溶融から作業終了後に融液が固化するまで、融液の液面位置のあらゆる変化に対応し、想定できる緊急事態、例えば、融液と熱遮蔽板および水冷体との接触等を未然に防止することが可能な融液の液面位置監視装置に関するものである。
近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）等の回路素子形成用基板に用いられるシリコン単結晶の大部分は、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）によって引き上げられる。
ＣＺ法を用いたシリコン単結晶の育成において、ルツボ内に原料として投入された多結晶シリコン塊は、ルツボを囲むように設けられたヒータによって加熱されて溶融する。このようにして、ルツボ内に原料融液が形成されると、ルツボを一定方向に回転させながら、ルツボ上に保持された種結晶（以下、「シード」という）を下降させ、ルツボ内の原料融液に浸漬する。前記のシードを所定の方向に回転させながら、上昇させることにより、シードの下方に円柱状のシリコン単結晶を引き上げて育成する。
図１は、ＣＺ法を用いたシリコン単結晶の育成装置における引き上げ域での要部構成を示す図である。図１に示す育成装置は、ルツボ６と、ルツボ６を囲むように設けられたヒータ７と、結晶の輻射入熱を抑制する熱遮蔽板４と、結晶を冷却する水冷体５とを備えており、ヒータによって加熱されルツボ６内に形成される原料融液３にシード１を浸漬し、シードを上昇させて単結晶２を引き上げるように構成されている。
ＣＺ法を用いたシリコン単結晶の育成では、その引き上げ速度はシリコン単結晶の温度勾配と密接な関係があり、温度勾配を大きくすることによって引き上げ速度を速くすることができる。図１に示すように、シード１の下方で引き上げられる単結晶２は、引き上げ域において、ヒータ７やルツボ６等の高温部から輻射を受ける。結晶の輻射入熱を抑制するために熱遮蔽板４を設けるとともに、結晶を冷却する冷媒を用いた水冷体５とを組み合わせた装置を用いることにより、上記の引き上げ速度の向上効果を増大させることができる。
このとき、ルツボ６に収容される融液３が熱遮蔽板４および水冷体５と接触する事態は回避しなければならない。例えば、融液３が水冷体５と接触した場合には、水蒸気爆発等の重大な事故に繋がることから、融液３と熱遮蔽板４および水冷体５との間隔を一定に制御する必要がある。
このような事態を防止するため特許文献１には、シリコン単結晶の引き上げ域の周囲を覆うように配設した熱遮蔽部材の一部に基準点を定め、この基準点と融液表面に対する基準点の反射像とを光強度に応じた信号を発するリニアセンサにて捉えて、このリニアセンサ上における基準点とその反射像との離隔寸法に基づき融液の表面位置を求めるシリコン単結晶の育成装置における融液面のレベル測定方法が開示されている。
このように、ルツボ内の融液の液面と熱遮蔽部材との間隔の制御は、従来から行われている。しかしながら、従来の液面位置の監視および制御は、シードの外周面および引き上げ途中のシリコン単結晶の外周面と、融液表面との境界部にフュージョンリングが形成されるプロセス、すなわち、シリコン単結晶のネック部、ショルダー部、直胴部およびテイル部を育成するプロセスに限られている。
すなわち、従来の育成装置では、（１）原料である多結晶シリコン塊を溶融させるプロセス、（２）シリコン単結晶の育成が終了してから、ルツボ内の融液が充分に固化するまでのプロセス、（３）引き上げ途中のシリコン単結晶に欠陥等が認められた場合に、前記シリコン単結晶を再度融解させるプロセス、および（４）一回の原料投入にて２本以上のシリコン単結晶の育成を行う場合に、任意のシリコン単結晶の育成が終了してから、次のシリコン単結晶の育成開始までのプロセスでは、融液の液面位置の監視等が行われていない。
このため、従来の制御方法および制御装置では、上記（１）〜（４）のプロセスの際に、誤作動等によりルツボが上昇した場合や、上記（３）のプロセスの際に、シリコン単結晶を浸漬することにより、融液液面が上昇する場合には、融液と熱遮蔽板および水冷体との接触を回避することは困難である。
上述の通り、従来の液面位置の監視および制御は、シリコン単結晶のネック部、ショルダー部、直胴部およびテイル部を育成するプロセスに限られている。このため、シリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置の監視および制御に関し、解決せねばならない問題が残されている。
図２は、ＣＺ法を用いたシリコン単結晶の育成装置における融液の液面位置、ルツボ位置および熱遮蔽部材の取付位置との関係を模式的に示す図であり、同図（ａ）はシード付けした状態を示す図であり、同図（ｂ）はシリコン単結晶を引き上げる状態を示す図であり、同図（ｃ）はルツボが上方移動する状態を示す図である。図２（ａ）に示すように、融液の液面位置８と熱遮蔽板４とが一定の間隔を保った状態で、シード１を融液３に浸漬し、シード付けすることによりシリコン単結晶２の育成が開始される。
シリコン単結晶２の育成が進行するのにともない、融液の液面位置はシード付けした際の融液の液面位置８よりも下がる。図２（ｂ）に示すように、融液の液面位置が下がった状態では、ヒータ（図示せず）やルツボ６等の高温部から結晶への輻射入熱を抑制するために熱遮蔽板４を設置した効果が減少する。このため、図２（ｃ）に示すように、シード付けした際のルツボ位置９からルツボを上方移動させて、融液の液面位置８と熱遮蔽板４とが一定の間隔を保つように制御を行う。
このように、シリコン単結晶の引き上げが連続的に行われる場合には、液面の移動量は予測可能であることから、融液の液面位置を管理することは比較的容易であるが、前記図２に示した育成装置を用いた操業において、結晶欠陥等の発生によりシリコン単結晶の育成が円滑に進行しない場合も想定される。以下、図３〜５を用いて、シリコン単結晶の育成が円滑に進行しない場合について説明する。
図３は、ＣＺ法を用いたシリコン単結晶のネック部の育成段階において、結晶欠陥を確認した場合を模式的に示す図であり、同図（ａ）は結晶欠陥を確認した状態を示す図であり、同図（ｂ）はシリコン単結晶を融液の液面から引き離した状態を示す図であり、同図（ｃ）はシリコン単結晶を再度融解させるために融液に浸漬した状態を示す図である。
実際の操業では、ネック部１０を育成する際に、結晶欠陥を確認した場合には、図３（ｂ）に示すように、育成途中のシリコン単結晶を融液３の液面から引き離し（以下、「離液」ともいう）、さらに、引き上げたシリコン単結晶を、再度融解させるために融液３に浸漬する（以下、「着液」ともいう）。この場合には、図３（ｃ）に示すように、引き上げたシリコン単結晶を着液する際に、浸漬するネック部の体積に相当する量だけ液面が上昇する。
図４は、ＣＺ法を用いたシリコン単結晶のショルダー部の育成段階において、結晶欠陥を確認した場合を模式的に示す図であり、同図（ａ）は結晶欠陥を確認した状態を示す図であり、同図（ｂ）はシリコン単結晶を融液の液面から引き離した状態を示す図であり、同図（ｃ）はシリコン単結晶を再度融解させるために融液に浸漬した状態を示す図である。
ショルダー部１１を育成する際に、結晶欠陥を確認した場合には、図４（ｂ）に示すように、育成途中のシリコン単結晶を離液し、さらに、引き上げたシリコン単結晶を、再度融解させるために着液する。この場合には、図４（ｃ）に示すように、引き上げたシリコン単結晶を着液する際に、浸漬するショルダー部の体積に相当する量だけ融液３の液面が上昇する。
図５は、ＣＺ法を用いたシリコン単結晶の直胴部の育成段階において、結晶欠陥を確認した場合を模式的に示す図であり、同図（ａ）は結晶欠陥を確認した状態を示す図であり、同図（ｂ）はシリコン単結晶を融液の液面から引き離した状態を示す図であり、同図（ｃ）はシリコン単結晶を再度融解させるために融液に浸漬した状態を示す図である。
直胴部１２を育成する際に、結晶欠陥を確認した場合には、ネック部およびショルダー部を育成する場合と同様に、育成途中のシリコン単結晶を離液し、さらに、引き上げたシリコン単結晶を、再度融解させるために着液する。図５（ｃ）に示すように、引き上げたシリコン単結晶を着液する際には、浸漬する直胴部の体積に相当する量だけ融液３の液面が上昇する。
このように、育成段階において結晶欠陥を確認した場合には、育成の進行状況によらず、同じ操作が行われる。しかし、引き上げたシリコン単結晶を再度融解させるために着液する際には、融液３の液面の上昇量はネック部１０、ショルダー部１１および直胴部１２で異なることになる（図３（ｃ）、図４（ｃ）および図５（ｃ））。
また、一回の原料投入にて２本以上のシリコン単結晶の育成を行う場合には、シリコン単結晶の育成途中において、結晶欠陥を確認した際の引き上げ動作であるか、または、シリコン単結晶の育成完了後における引き上げ動作であるかを、監視装置に判別させることは極めて困難である。
このように、シリコン単結晶の育成段階で再度融解する場合には、融液の液面位置の監視が極めて複雑となることから、画一的に制御することが困難となる。このことが、従来の制御装置では、前記（１）〜（４）のプロセスにおいて、融液の液面位置の監視等が行われていない要因となっていた。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、シリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置のあらゆる変化に対応し、融液と熱遮蔽板および水冷体との接触等を未然に防止することが可能な融液の液面位置監視装置を提供することを目的としている。
本発明者らは、ＣＺ法を用いたシリコン単結晶の育成に際し、原料の溶融からシリコン単結晶の育成終了後に融液が固化するまでの全プロセスに亘り、融液と熱遮蔽板および水冷体との接触等を未然に防止することが可能な融液の液面位置監視装置について検討を行い、下記（ａ）〜（ｅ）の知見を得た。
（ａ）引き上げ途中のシリコン単結晶の形状を記憶する手段を、監視装置に組み込むことにより、離液状態にあるシリコン単結晶の体積を算出できるとともに、シリコン単結晶を再度融解させるために着液する際の融液の液面の上昇量を高い精度で算出できる。
（ｂ）シリコン単結晶の育成段階ごとにプロセスを分け、各プロセスに適した融液の想定液面位置の算出式を選択することにより、シード付けの際の融液の液面位置を基準とする融液の想定液面位置を高い精度で算出できる。
（ｃ）シード、育成途中のシリコン単結晶および育成完了後のシリコン単結晶を離液している間に、記憶されたシリコン単結晶の形状に基づき想定液面位置の算出式を選択し、離液状態にあるシリコン単結晶の体積を考慮して、シードまたはシリコン単結晶を再び着液する際の想定液面位置を算出するプロセス（以下、「移行プロセス」という）を導入することによって、融液の液面位置のあらゆる変化に対応可能となる。
（ｄ）融液の想定液面位置を制御コンピュータからシーケンス回路に送信し、ルツボの上昇を制御することにより、融液の液面と熱遮蔽板および水冷体との間隔を保つことが可能となる。
（ｅ）シリコン単結晶の育成を開始する際に、融液の液面の上限手前位置および上限位置を設定し、シリコン単結晶の育成途中に、融液の想定液面位置が上限手前位置を超える場合には警報を発生し、さらに、融液の想定液面位置が上限位置を超える場合にはルツボの上昇を強制的に停止する手段を備えることにより、融液と熱遮蔽板および水冷体との接触を確実に防止できる。
（ａ）引き上げ途中のシリコン単結晶の形状を記憶する手段を、監視装置に組み込むことにより、離液状態にあるシリコン単結晶の体積を算出できるとともに、シリコン単結晶を再度融解させるために着液する際の融液の液面の上昇量を高い精度で算出できる。
（ｂ）シリコン単結晶の育成段階ごとにプロセスを分け、各プロセスに適した融液の想定液面位置の算出式を選択することにより、シード付けの際の融液の液面位置を基準とする融液の想定液面位置を高い精度で算出できる。
（ｃ）シード、育成途中のシリコン単結晶および育成完了後のシリコン単結晶を離液している間に、記憶されたシリコン単結晶の形状に基づき想定液面位置の算出式を選択し、離液状態にあるシリコン単結晶の体積を考慮して、シードまたはシリコン単結晶を再び着液する際の想定液面位置を算出するプロセス（以下、「移行プロセス」という）を導入することによって、融液の液面位置のあらゆる変化に対応可能となる。
（ｄ）融液の想定液面位置を制御コンピュータからシーケンス回路に送信し、ルツボの上昇を制御することにより、融液の液面と熱遮蔽板および水冷体との間隔を保つことが可能となる。
（ｅ）シリコン単結晶の育成を開始する際に、融液の液面の上限手前位置および上限位置を設定し、シリコン単結晶の育成途中に、融液の想定液面位置が上限手前位置を超える場合には警報を発生し、さらに、融液の想定液面位置が上限位置を超える場合にはルツボの上昇を強制的に停止する手段を備えることにより、融液と熱遮蔽板および水冷体との接触を確実に防止できる。
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記（１）〜（３）のシリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置を要旨としている。
（１）チョクラルスキー法を用いたシリコン単結晶の育成プロセスにおけるルツボ内の融液の液面位置をシード付けの際の融液の液面位置を基準位置として監視する装置であって、融液の液面位置を観測する手段と、ルツボ位置を観測する手段と、育成途中で融液の液面から引き上げられたシリコン単結晶の形状を記憶する手段と、前記観測された融液の液面位置およびルツボ位置並びに前記記憶されたシリコン単結晶の形状に基づき、前記引き上げたシリコン単結晶を再度融解させるために融液に浸漬する際に、上昇する融液の想定液面位置を算出する手段と、制御周期毎に前記融液の想定液面位置をシーケンス回路に送信することによりルツボの上昇および下降を制御する手段とを備え、前記融液の想定液面位置が熱遮蔽板の下端からその上方の水冷体の下端までの間で設定された上限位置を超える場合にはルツボの上昇を停止することを特徴とするシリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置。
（２）前記融液の想定液面位置が上限手前位置を超える場合には警報を発生することを特徴とする上記（１）に記載のシリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置。
（１）チョクラルスキー法を用いたシリコン単結晶の育成プロセスにおけるルツボ内の融液の液面位置をシード付けの際の融液の液面位置を基準位置として監視する装置であって、融液の液面位置を観測する手段と、ルツボ位置を観測する手段と、育成途中で融液の液面から引き上げられたシリコン単結晶の形状を記憶する手段と、前記観測された融液の液面位置およびルツボ位置並びに前記記憶されたシリコン単結晶の形状に基づき、前記引き上げたシリコン単結晶を再度融解させるために融液に浸漬する際に、上昇する融液の想定液面位置を算出する手段と、制御周期毎に前記融液の想定液面位置をシーケンス回路に送信することによりルツボの上昇および下降を制御する手段とを備え、前記融液の想定液面位置が熱遮蔽板の下端からその上方の水冷体の下端までの間で設定された上限位置を超える場合にはルツボの上昇を停止することを特徴とするシリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置。
（２）前記融液の想定液面位置が上限手前位置を超える場合には警報を発生することを特徴とする上記（１）に記載のシリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置。
（３）前記融液の想定液面位置を算出する手段が、ネック部育成プロセス、ショルダー部育成プロセス、直胴部育成プロセスおよびテイル部育成プロセスにおいて、育成途中に引き上げたシリコン単結晶を再度融解させるために融液に浸漬する際の融液の想定液面位置として、下記の（３）式で得られる相対液面位置ｈ3を用いることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のシリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置。
ただし、ｈ3：シリコン単結晶を融液に浸漬する際の前記基準位置からの相対液面位置 （ｍｍ）
ｈ2：シリコン単結晶が融液から切り離された状態の前記基準位置からの相対 液面位置（ｍｍ）
ＧＳ：シリコンの固体比重（２．３３×１０-3）
ＧＬ：シリコンの液体比重（２．５３×１０-3）
ＳＭ：シリコン単結晶を融液から切り離した後のシードの移動量（ｍｍ）
ＣＭ：シリコン単結晶を融液から切り離した後のルツボの移動量（ｍｍ）
ＳＤ：融液の液面から引き上げられたシリコン単結晶の直径（ｍｍ）
ＣＤ：融液の表面の直径（ｍｍ）
本発明において、「シリコン単結晶の育成プロセス」とは、真空引きプロセス、原料溶融プロセス、シード付けプロセス、ネック部育成プロセス、ショルダー部育成プロセス、直胴部育成プロセスおよびテイル部育成プロセスを含む、原料の溶融から作業終了後に融液が固化するまでの全てのプロセスを意味する。
ｈ2：シリコン単結晶が融液から切り離された状態の前記基準位置からの相対 液面位置（ｍｍ）
ＧＳ：シリコンの固体比重（２．３３×１０-3）
ＧＬ：シリコンの液体比重（２．５３×１０-3）
ＳＭ：シリコン単結晶を融液から切り離した後のシードの移動量（ｍｍ）
ＣＭ：シリコン単結晶を融液から切り離した後のルツボの移動量（ｍｍ）
ＳＤ：融液の液面から引き上げられたシリコン単結晶の直径（ｍｍ）
ＣＤ：融液の表面の直径（ｍｍ）
本発明において、「シリコン単結晶の育成プロセス」とは、真空引きプロセス、原料溶融プロセス、シード付けプロセス、ネック部育成プロセス、ショルダー部育成プロセス、直胴部育成プロセスおよびテイル部育成プロセスを含む、原料の溶融から作業終了後に融液が固化するまでの全てのプロセスを意味する。
また、本発明の融液の液面位置監視装置により算出する融液の想定液面位置は、シード付けの際の融液の液面位置を基準とする（以下、「基準位置」という）。したがって、「相対液面位置」とは、基準位置からの相対液面位置を意味する。
一方、「移動量」とは、測定時間内におけるシードまたはルツボ自体の移動量を意味する。例えば、「シリコン単結晶を融液から切り離した後のルツボの移動量」とは、シリコン単結晶を融液から切り離してからルツボ位置を測定するまでのルツボ自体の移動量を意味する。この場合には、シリコン単結晶を融液から切り離す際のルツボ位置を基準として、上方への移動を（＋）とし、また、下方への移動を（−）とする。
「上限手前位置」とは、基準位置から熱遮蔽板の下端までの間で設定される値であり、安全作業が確保できる領域の限界位置を意味する。
また、「上限位置」とは、熱遮蔽板の下端から水冷体の下端までの間で設定される値であり、ルツボ上昇を停止することが必要な領域の限界位置を意味する。
本発明の融液の液面位置監視装置によれば、ＣＺ法を用いたシリコン単結晶の育成プロセスにおいて、あらゆる状況に応じた融液の想定液面位置の算出が可能となることから、融液と熱遮蔽板または水冷体との間隔を高い精度で制御できる。
また、融液の想定液面位置が、設定された上限を超えて熱遮蔽板に接近する場合には警報が発生し、さらに、熱遮蔽板と接触、または、水冷体に接近する場合には、必要に応じ警報が発生するとともに、強制的にルツボの移動が停止することにより、融液と水冷体との接触に起因する水蒸気爆発等重大な事故を未然に防ぐことができる。
上述のとおり、本発明のシリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置は、融液の液面位置を観測する手段と、ルツボ位置を観測する手段と、融液の液面から引き上げられたシリコン単結晶の形状を記憶する手段と、観測された融液の液面位置およびルツボ位置並びに記憶されたシリコン単結晶の形状から融液の想定液面位置を算出する手段と、制御周期毎に融液の想定液面位置をシーケンス回路に送信することによりルツボの上昇および下降を制御する手段とを備えており、融液の想定液面位置が上限位置を超える場合には、必要に応じ警報を発生するのに加え、ルツボの上昇を停止することを特徴とする。さらに、融液の想定液面位置が上限手前位置を超える場合には、警報を発生することが望ましい。
下記に、本発明のシリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置を、具体的に説明する。
融液の液面位置は、シリコン単結晶の育成装置に設置された２次元ＣＣＤカメラを用いて観測し、得られたデータは制御コンピュータに記憶される。また、ルツボ位置も融液の液面位置と同様に、２次元ＣＣＤカメラを用いて観測し、得られたデータは制御コンピュータに記憶させることができる。
さらに、育成途中であるか、育成完了後であるかを問わず、融液の液面から引き上げられたシリコン単結晶の形状は、２次元ＣＣＤカメラを用いて撮影され、画像処理された形状データは制御コンピュータに記憶される。記憶された形状から算出されるシリコン単結晶の体積は、移行プロセスからシリコン単結晶を再度融解させるために着液する際に、融液の想定液面位置の算出根拠となる。
融液の想定液面位置に基づきルツボの上昇および下降を制御するシーケンス回路としては、例えば、ＰＣＬ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ）が適用できる。ＰＣＬは中央演算処理装置と記憶素子を内蔵した制御装置であり、入力信号を入力回路で取り込み、設定された条件に従い出力回路をＯＮ／ＯＦＦすることにより電磁弁やモータといった様々な出力機器を自由に制御できる装置である。
本発明の融液の液面位置監視装置では、融液の想定液面位置が上限位置を超える場合にはルツボの上昇を停止することを必須の構成とし、さらに、融液の想定液面位置が上限手前位置を超える場合には警報が発生することを望ましい実施態様とすることで安全対策に万全を期している。上限手前位置および上限位置は、シード付けプロセスより前に、手動によってシーケンサーに設定される。
図６は、本発明のシリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置における融液の液面位置および熱遮蔽部材の取付位置と、上限手前位置および上限位置との位置関係を模式的に示す図である。
図６に示すように、上限手前位置は、シード１を浸漬する際の融液３の液面位置、すなわち、基準位置から熱遮蔽板４の下端までの間で設定され、安全な作業が可能な液面位置の移動範囲の上限を表す。また、上限位置は、熱遮蔽板４の下端から水冷体５の下端までの間で設定され、ルツボ上昇の停止が必要な領域の上限を表し、上限位置を超えた場合にはルツボ６の移動は強制的に停止される。
前記の通り、本発明のシリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置では、育成段階ごとにプロセスを分け、融液の想定液面位置の算出式を選択する。
１．真空引きプロセス、原料溶融プロセスおよびシード付けプロセス
図７は、真空引きプロセス、原料溶融プロセスおよびシード付けプロセスにおける融液の液面位置を模式的に示す図であり、同図（ａ）はシード付けした状態を示す図であり、同図（ｂ）はシード付けした後にルツボが上方移動する状態を示す図である。図７（ａ）に示す基準位置ｈ0（ｍｍ）は、シード付けの際の融液の液面高さであり、相対液面位置の基準（＝０）となる。
１．真空引きプロセス、原料溶融プロセスおよびシード付けプロセス
図７は、真空引きプロセス、原料溶融プロセスおよびシード付けプロセスにおける融液の液面位置を模式的に示す図であり、同図（ａ）はシード付けした状態を示す図であり、同図（ｂ）はシード付けした後にルツボが上方移動する状態を示す図である。図７（ａ）に示す基準位置ｈ0（ｍｍ）は、シード付けの際の融液の液面高さであり、相対液面位置の基準（＝０）となる。
シード付け後の基準位置からの相対液面位置をｈ1（ｍｍ）とし、シード付け後の液面の基準位置からの移動量をΔｈ1（ｍｍ）とすると、図７に示すように、下記の（４）式を得る。
Δｈ1＝ｈ1−ｈ0＝ｈ1 ・・・（４）
また、シード１を融液３に浸漬した後にルツボ６が上方に移動した場合には、シード付け後のルツボの移動量をＤＭ（ｍｍ）とすると、真空引きプロセス、原料溶融プロセスおよびシード付けプロセスでは、ルツボ６内における融液３の増減は無視できることから、下記の（５）式を得る。
また、シード１を融液３に浸漬した後にルツボ６が上方に移動した場合には、シード付け後のルツボの移動量をＤＭ（ｍｍ）とすると、真空引きプロセス、原料溶融プロセスおよびシード付けプロセスでは、ルツボ６内における融液３の増減は無視できることから、下記の（５）式を得る。
Δｈ1＝ＤＭ ・・・（５）
したがって、上記の（４）および（５）式より、下記の（１）式を得る。
したがって、上記の（４）および（５）式より、下記の（１）式を得る。
ｈ1＝ＤＭ ・・・（１）
上記の（１）式は、融液の想定液面位置としてｈ1を用いた場合には、融液の想定液面位置がシード付け後のルツボの移動量のみで管理できることを意味する。
上記の（１）式は、融液の想定液面位置としてｈ1を用いた場合には、融液の想定液面位置がシード付け後のルツボの移動量のみで管理できることを意味する。
さらに、真空引きプロセス、原料溶融プロセスおよびシード付けプロセスでは、ルツボ内における融液の増減は無視できることから、上記の（１）式は、シリコン単結晶の育成が円滑に進行する場合のみならず、移行プロセスの離液および着液の際にも適用できる。
２．ネック部育成プロセス、ショルダー部育成プロセス、直胴部育成プロセスおよびテイル部育成プロセス並びにシリコン単結晶の育成完了後における離液状態
図８は、直胴部育成プロセスにおける離液状態を模式的に示す図であり、同図（ａ）はシリコン単結晶が離液する際の状態を示す図であり、同図（ｂ）はシリコン単結晶の離液状態を示す図である。
２．ネック部育成プロセス、ショルダー部育成プロセス、直胴部育成プロセスおよびテイル部育成プロセス並びにシリコン単結晶の育成完了後における離液状態
図８は、直胴部育成プロセスにおける離液状態を模式的に示す図であり、同図（ａ）はシリコン単結晶が離液する際の状態を示す図であり、同図（ｂ）はシリコン単結晶の離液状態を示す図である。
シリコン単結晶が融液から切り離された状態の相対液面位置をｈ2（ｍｍ）とし、シリコン単結晶を融液から切り離す際の相対液面位置をｈR（ｍｍ）とし、シリコン単結晶を融液から切り離した後の液面の移動量をΔｈ2（ｍｍ）とすると、下記の（６）式を得る。
Δｈ2＝ｈ2−ｈR ・・・（６）
ただし、ｈ2およびｈRは図示しない基準位置ｈ0からの相対液面位置である。
ただし、ｈ2およびｈRは図示しない基準位置ｈ0からの相対液面位置である。
また、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、シリコン単結晶を融液から切り離した後のルツボの移動量をＣＭ（ｍｍ）とすると、離液状態では、ルツボ内における融液３の減少は生じないことから、下記の（７）式を得る。
Δｈ2＝ＣＭ ・・・（７）
したがって、上記の（６）および（７）式より、下記の（２）式を得る。
したがって、上記の（６）および（７）式より、下記の（２）式を得る。
ｈ2＝ｈR＋ＣＭ ・・・（２）
上記の（２）式は、シリコン単結晶の育成段階において、結晶欠陥を確認した場合の離液状態のみならず、シリコン単結晶の育成が終了する際の離液状態にも適用できる。
３．ネック部育成プロセス、ショルダー部育成プロセス、直胴部育成プロセスおよびテイル部育成プロセスにおける着液状態
シリコンの固体比重をＧＳ＝２．３３×１０-3とし、シリコンの液体比重をＧＬ＝２．５３×１０-3とし、シリコン単結晶を融液から切り離した後のシードの移動量をＳＭ（ｍｍ）とし、シリコン単結晶を融液から切り離した後のルツボの移動量をＣＭ（ｍｍ）とし、融液の液面から引き上げられたシリコン単結晶の直径をＳＤ（ｍｍ）とし、および融液の表面の直径をＣＤ（ｍｍ）とすると、シリコン単結晶の育成または浸漬による液面移動量Δｈ3は下記の（８）式で表される。
上記の（２）式は、シリコン単結晶の育成段階において、結晶欠陥を確認した場合の離液状態のみならず、シリコン単結晶の育成が終了する際の離液状態にも適用できる。
３．ネック部育成プロセス、ショルダー部育成プロセス、直胴部育成プロセスおよびテイル部育成プロセスにおける着液状態
シリコンの固体比重をＧＳ＝２．３３×１０-3とし、シリコンの液体比重をＧＬ＝２．５３×１０-3とし、シリコン単結晶を融液から切り離した後のシードの移動量をＳＭ（ｍｍ）とし、シリコン単結晶を融液から切り離した後のルツボの移動量をＣＭ（ｍｍ）とし、融液の液面から引き上げられたシリコン単結晶の直径をＳＤ（ｍｍ）とし、および融液の表面の直径をＣＤ（ｍｍ）とすると、シリコン単結晶の育成または浸漬による液面移動量Δｈ3は下記の（８）式で表される。
また、前記の（２）式は、シリコン単結晶が融液から切り離された状態の基準位置からの相対液面位置を表していることから、育成途中に引き上げたシリコン単結晶を再度融解させるために融液に浸漬する際の基準位置からの相対液面位置ｈ3（ｍｍ）は、前記の（２）および（８）式より、下記の（３）式により表される。
移行プロセスからシリコン単結晶を再度融解させる際に、融液の想定液面位置として、上記の（３）式を用いることにより、引き上げたシリコン単結晶の育成段階によらず、融液の想定液面位置を高い精度で算出することできる。
本発明のシリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置は、従来の制御方法および制御装置では監視および制御が困難であったプロセスを対象としていることから、上記の（３）式を提案している。しかし、シリコン単結晶の育成の途中段階において結晶欠陥を確認することなく、シリコン単結晶の育成が円滑に進行する場合には、前記の（１）式および（８）式を組み合わせた下記の（９）式用いて、融液の想定液面位置ｈ3’が算出できる。
上述の通り、本発明のシリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置では、プロセスごとに融液の想定液面位置の算出式を選択することにより、あらゆる状況に応じた融液の想定液面位置の算出が可能となる。これにより、融液と熱遮蔽板または水冷体との間隔を高い精度で制御できる。
本発明のシリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置を用いて、ＣＺ法を用いたシリコン単結晶の育成を実施する際の液面位置監視装置の動作をフロー図に基づいて説明する。
図９は、本発明のシリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置の動作を示すフロー図である。図９において、各プロセスにおける分岐は、作業が円滑に完了する場合をＹＥＳ、転位などの結晶欠陥が生じた場合をＮＯと表記する。
以下の説明において、「ＥＮＤプロセス」とは、シリコンの溶融に用いるヒータの電源をＯＦＦにしてから液面位置を２時間監視し、液面位置監視動作を終了するプロセスを意味する。「ＲＥＤＹプロセス」とは、前記の移行プロセスと同義であり、シリコン単結晶の育成段階であるか、育成完了後であるかを問わず、シードまたはシリコン単結晶を離液している間に、記憶されたシリコン単結晶の形状に基づき想定液面位置の算出式を選択し、離液状態にあるシリコン単結晶の体積を考慮して、シードまたはシリコン単結晶を再び着液する際の想定液面位置を算出するプロセスを意味する。
また、「ＶＡＣプロセス」とは、真空引きプロセスを意味し、「ＭＥＬＴプロセス」とは、原料溶融プロセスを意味し、「ＤＩＰプロセス」とは、シード付けプロセスを意味する。さらに、「ＮＥＣＫ〜ＴＡＩＬプロセス」とは、ネック部育成プロセス、ショルダー部育成プロセス、直胴部育成プロセスおよびテイル部育成プロセスを意味する。
シリコン単結晶の育成プロセスが開始すると、ＶＡＣプロセス、ＭＥＬＴプロセスおよびＤＩＰプロセスの順で作業が進行する（ｓｔｅｐ１）。このとき、融液の想定液面位置は（１）式を用いて算出される。
ＤＩＰプロセスにおいて欠陥が確認された場合には、ＲＥＤＹプロセスへ移行してシードを融液の液面から切り離す（ｓｔｅｐ５）。移行および再度シード付けを行う際の融液の想定液面位置は（１）式を用いて算出される。この段階では、未だシリコン単結晶の引き上げが開始していないことから、ルツボ位置は溶融完了時点から変化しておらず、（１）式の値は通常は０となる。したがって、ルツボが誤作動等により移動した場合には、（１）式が０になるようにシーケンス回路によって制御する。
ＤＩＰプロセスが終了すると、ＮＥＣＫ〜ＴＡＩＬプロセスへと作業が継続する（ｓｔｅｐ２）。ＮＥＣＫ〜ＴＡＩＬプロセス（ｓｔｅｐ２）においてシリコン単結晶の育成が円滑に進行する場合には、融液の想定液面位置は（４）式を用いて算出される。シリコン単結晶の育成完了後に、作業を終了する場合には、ＥＮＤプロセスへと進む（ｓｔｅｐ３）。ＥＮＤプロセスは、ヒータの電源を切ってから２時間経過後に終了する。
ＥＮＤプロセスでは、融液の想定液面位置は（２）式を用いて算出する。ＥＮＤプロセスはルツボ内の融液の固化を監視するプロセスであり、ルツボ位置は離液時の液面位置から基本的には変化しないことから、（２）式の値は通常は離液時の液面位置と等しくなる。したがって、（２）式が離液時の液面位置と等しくならないのは、誤作動等によりルツボが上昇した場合である。この場合には、（２）式の値が０となるように、シーケンス回路によりルツボの上昇下降が制御される。
また、ＮＥＣＫ〜ＴＡＩＬプロセスにおいてシリコン単結晶の育成が円滑に進行し、シリコン単結晶の育成完了後に、作業を継続する場合には、ＲＥＤＹプロセスへと進む（ｓｔｅｐ４）。ＲＥＤＹプロセス、すなわち、シリコン単結晶が離液してから、新たなＤＩＰプロセスが開始するまでは、融液の想定液面位置は（２）式を用いて算出する。
一方、ＮＥＣＫ〜ＴＡＩＬプロセスにおいて育成中のシリコン単結晶に欠陥が確認された場合には、ＲＥＤＹプロセスへと進む（ｓｔｅｐ６）。ＮＥＣＫ〜ＴＡＩＬプロセスから移行したＲＥＤＹプロセスでは、離液する場合には、融液の想定液面位置は（２）式を用いて算出し（ｓｔｅｐ８）、また、着液する場合には、融液の想定液面位置は（３）式を用いて算出する（ｓｔｅｐ７）。
このとき、監視装置は、移行前の最終シード位置を基準とするシードの移動量と、移行前の最終ルツボ位置を基準とするルツボの移動量との差を計算し、その差が正の場合には離液状態と判断し、逆に負の場合には着液状態と判断するように設定されている。さらに、離液状態では、育成中に引き上げられたシリコン単結晶の形状が記憶され、かつ、その体積が計算され、（３）式を用いた融液の想定液面位置の算出根拠となる。
育成中に引き上げられたシリコン単結晶を着液し、再度の融解が完了した後に、ＤＩＰプロセスへと進む（ｓｔｅｐ１）。
上記のように、融液の液面位置監視装置による確実な位置管理によって、シリコン単結晶の育成プロセスを安全に実施することができる。
本発明の融液の液面位置監視装置によれば、ＣＺ法を用いたシリコン単結晶の育成プロセスにおいて、あらゆる状況に応じた融液の想定液面位置の算出が可能となることから、融液と熱遮蔽板または水冷体との間隔を高い精度で制御できる。
また、融液の想定液面位置が、設定された上限を超えて熱遮蔽板に接近する場合には警報を発生し、さらに、熱遮蔽板と接触、または、水冷体に接近する場合には、必要に応じ警報が発生するとともに、強制的にルツボの移動が停止することにより、融液と水冷体との接触に起因する水蒸気爆発等重大な事故を未然に防ぐことができる。
これにより、ＣＺ法を用いたシリコン単結晶の育成装置の安全な操業を可能とする融液の液面位置監視装置として広く適用できる。
１：シード ２：引き上げられたシリコン単結晶
３：シリコン原料融液 ４：熱遮蔽板
５：水冷体 ６：ルツボ
７：ヒータ ８：シード付けした際の融液の液面位置
９：シード付けした際のルツボ位置
１０：ネック部 １１：ショルダー部
１２：直胴部
３：シリコン原料融液 ４：熱遮蔽板
５：水冷体 ６：ルツボ
７：ヒータ ８：シード付けした際の融液の液面位置
９：シード付けした際のルツボ位置
１０：ネック部 １１：ショルダー部
１２：直胴部
Claims (3)
- チョクラルスキー法を用いたシリコン単結晶の育成プロセスにおけるルツボ内の融液の液面位置をシード付けの際の融液の液面位置を基準位置として監視する装置であって、
融液の液面位置を観測する手段と、ルツボ位置を観測する手段と、育成途中で融液の液面から引き上げられたシリコン単結晶の形状を記憶する手段と、前記観測された融液の液面位置およびルツボ位置並びに前記記憶されたシリコン単結晶の形状に基づき、前記引き上げたシリコン単結晶を再度融解させるために融液に浸漬する際に、上昇する融液の想定液面位置を算出する手段と、制御周期毎に前記融液の想定液面位置をシーケンス回路に送信することによりルツボの上昇および下降を制御する手段とを備え、
前記融液の想定液面位置が熱遮蔽板の下端からその上方の水冷体の下端までの間で設定された上限位置を超える場合にはルツボの上昇を停止することを特徴とするシリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置。 - 前記融液の想定液面位置が上限手前位置を超える場合には警報を発生することを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置。
- 前記融液の想定液面位置を算出する手段が、ネック部育成プロセス、ショルダー部育成プロセス、直胴部育成プロセスおよびテイル部育成プロセスにおいて、育成途中に引き上げたシリコン単結晶を再度融解させるために融液に浸漬する際の融液の想定液面位置として、下記の（３）式で得られる相対液面位置ｈ3を用いることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置。
ただし、ｈ3：シリコン単結晶を融液に浸漬する際の前記基準位置からの相対液面位置 （ｍｍ）
ｈ2：シリコン単結晶が融液から切り離された状態の前記基準位置からの相対 液面位置（ｍｍ）
ＧＳ：シリコンの固体比重（２．３３×１０-3）
ＧＬ：シリコンの液体比重（２．５３×１０-3）
ＳＭ：シリコン単結晶を融液から切り離した後のシードの移動量（ｍｍ）
ＣＭ：シリコン単結晶を融液から切り離した後のルツボの移動量（ｍｍ）
ＳＤ：融液の液面から引き上げられたシリコン単結晶の直径（ｍｍ）
ＣＤ：融液の表面の直径（ｍｍ）
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006149890A JP4784401B2 (ja) | 2006-05-30 | 2006-05-30 | シリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置 |
| TW096118286A TW200806824A (en) | 2006-05-30 | 2007-05-23 | Melt surface position monitoring apparatus in silicon single crystal growth process |
| US11/802,792 US8012258B2 (en) | 2006-05-30 | 2007-05-25 | Melt surface position monitoring apparatus in silicon single crystal growth process |
| CN2007101064335A CN101126173B (zh) | 2006-05-30 | 2007-05-29 | 单晶硅的培育工艺中溶液的液面位置监视装置 |
| KR1020070052648A KR100835050B1 (ko) | 2006-05-30 | 2007-05-30 | 실리콘 단결정의 육성 프로세스에 있어서의 융액의 액면위치 감시 장치 |
| EP07010717.2A EP1862571B1 (en) | 2006-05-30 | 2007-05-30 | silicon single crystal growth process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006149890A JP4784401B2 (ja) | 2006-05-30 | 2006-05-30 | シリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007320782A JP2007320782A (ja) | 2007-12-13 |
| JP4784401B2 true JP4784401B2 (ja) | 2011-10-05 |
Family
ID=38565912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006149890A Active JP4784401B2 (ja) | 2006-05-30 | 2006-05-30 | シリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8012258B2 (ja) |
| EP (1) | EP1862571B1 (ja) |
| JP (1) | JP4784401B2 (ja) |
| KR (1) | KR100835050B1 (ja) |
| CN (1) | CN101126173B (ja) |
| TW (1) | TW200806824A (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4784401B2 (ja) * | 2006-05-30 | 2011-10-05 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | シリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置 |
| JP4918897B2 (ja) | 2007-08-29 | 2012-04-18 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | シリコン単結晶引上方法 |
| JP5417735B2 (ja) * | 2008-04-21 | 2014-02-19 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | シリコン単結晶の育成方法 |
| US20100024717A1 (en) * | 2008-07-31 | 2010-02-04 | Benno Orschel | Reversed action diameter control in a semiconductor crystal growth system |
| CN101982569B (zh) * | 2010-11-24 | 2013-04-24 | 浙江昱辉阳光能源有限公司 | 直拉单晶炉硅液面位置控制方法及装置 |
| JP5683517B2 (ja) * | 2012-03-16 | 2015-03-11 | ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフトＳｉｌｔｒｏｎｉｃ ＡＧ | シリコン単結晶の製造方法 |
| CN106687625B (zh) * | 2014-09-12 | 2019-06-21 | 信越半导体株式会社 | 单晶的制造方法 |
| TWI592524B (zh) * | 2014-09-24 | 2017-07-21 | Ｓｕｍｃｏ股份有限公司 | 單晶矽之製造方法及製造系統 |
| CN108823634A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-11-16 | 上海汉虹精密机械有限公司 | 半导体单晶炉液面位置控制装置及方法 |
| CN111139520A (zh) * | 2018-11-05 | 2020-05-12 | 上海新昇半导体科技有限公司 | 一种直拉法引晶方法 |
| CN111826710A (zh) * | 2019-04-23 | 2020-10-27 | 上海新昇半导体科技有限公司 | 一种控制硅熔体坩埚安全升降的方法和装置 |
| CN110284184A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-09-27 | 内蒙古中环协鑫光伏材料有限公司 | 一种直拉单晶液位保护***及其控制方法 |
Family Cites Families (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63281022A (ja) * | 1987-05-12 | 1988-11-17 | Osaka Titanium Seizo Kk | 単結晶成長装置における融液面のレベル測定方法 |
| KR100237848B1 (ko) | 1991-04-26 | 2000-01-15 | 후루노 토모스케 | 단결정의 인상방법 |
| JP2735960B2 (ja) * | 1991-04-30 | 1998-04-02 | 三菱マテリアル株式会社 | 液面制御方法 |
| DE4231162C2 (de) | 1992-09-17 | 1996-03-14 | Wacker Siltronic Halbleitermat | Verfahren zur Regelung der Schmelzenhöhe während des Ziehens von Einkristallen |
| US5888299A (en) * | 1995-12-27 | 1999-03-30 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Apparatus for adjusting initial position of melt surface |
| JP4103968B2 (ja) * | 1996-09-18 | 2008-06-18 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 絶縁ゲイト型半導体装置 |
| US6171391B1 (en) * | 1998-10-14 | 2001-01-09 | Memc Electronic Materials, Inc. | Method and system for controlling growth of a silicon crystal |
| JP4616949B2 (ja) | 1999-03-17 | 2011-01-19 | Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 | メルトレベル検出装置及び検出方法 |
| US6673330B1 (en) * | 1999-03-26 | 2004-01-06 | National Institute For Research In Inorganic Materials | Single crystal of lithium niobate or tantalate and its optical element, and process and apparatus for producing an oxide single crystal |
| TW546423B (en) * | 2000-05-01 | 2003-08-11 | Komatsu Denshi Kinzoku Kk | Method and apparatus for measuring melt level |
| JP2002005745A (ja) * | 2000-06-26 | 2002-01-09 | Nec Corp | 温度測定装置、および温度測定方法 |
| US6454851B1 (en) * | 2000-11-09 | 2002-09-24 | Memc Electronic Materials, Inc. | Method for preparing molten silicon melt from polycrystalline silicon charge |
| CN1193409C (zh) * | 2000-11-16 | 2005-03-16 | 信越半导体株式会社 | 晶片形状评价方法 |
| JP4161547B2 (ja) * | 2001-06-28 | 2008-10-08 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | 単結晶引上装置および単結晶引上方法およびプログラムおよび記録媒体 |
| JP4464033B2 (ja) * | 2002-06-13 | 2010-05-19 | 信越半導体株式会社 | 半導体ウエーハの形状評価方法及び形状評価装置 |
| KR100665683B1 (ko) * | 2002-07-05 | 2007-01-09 | 가부시키가이샤 섬코 | 실리콘 단결정 제조방법 |
| WO2004072333A1 (en) * | 2003-02-11 | 2004-08-26 | Topsil Semiconductor Materials A/S | An apparatus for and a method of manufacturing a single crystal rod |
| JP2005015312A (ja) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 単結晶の製造方法及び単結晶 |
| US6960254B2 (en) * | 2003-07-21 | 2005-11-01 | Memc Electronic Materials, Inc. | Method to monitor and control the crystal cooling or quenching rate by measuring crystal surface temperature |
| JP4815766B2 (ja) * | 2004-08-03 | 2011-11-16 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | シリコン単結晶製造装置及び製造方法 |
| JP4784401B2 (ja) * | 2006-05-30 | 2011-10-05 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | シリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置 |
| US7758696B2 (en) * | 2007-09-27 | 2010-07-20 | Bp Corporation North America Inc | Methods and systems for monitoring a solid-liquid interface |
| US20100024717A1 (en) * | 2008-07-31 | 2010-02-04 | Benno Orschel | Reversed action diameter control in a semiconductor crystal growth system |
| US8221545B2 (en) * | 2008-07-31 | 2012-07-17 | Sumco Phoenix Corporation | Procedure for in-situ determination of thermal gradients at the crystal growth front |
-
2006
- 2006-05-30 JP JP2006149890A patent/JP4784401B2/ja active Active
-
2007
- 2007-05-23 TW TW096118286A patent/TW200806824A/zh unknown
- 2007-05-25 US US11/802,792 patent/US8012258B2/en active Active
- 2007-05-29 CN CN2007101064335A patent/CN101126173B/zh active Active
- 2007-05-30 EP EP07010717.2A patent/EP1862571B1/en active Active
- 2007-05-30 KR KR1020070052648A patent/KR100835050B1/ko active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2007320782A (ja) | 2007-12-13 |
| KR20070115711A (ko) | 2007-12-06 |
| EP1862571A1 (en) | 2007-12-05 |
| CN101126173B (zh) | 2010-12-01 |
| TW200806824A (en) | 2008-02-01 |
| US8012258B2 (en) | 2011-09-06 |
| CN101126173A (zh) | 2008-02-20 |
| KR100835050B1 (ko) | 2008-06-03 |
| US20070277727A1 (en) | 2007-12-06 |
| EP1862571B1 (en) | 2016-08-10 |
| TWI349048B (ja) | 2011-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4784401B2 (ja) | シリコン単結晶の育成プロセスにおける融液の液面位置監視装置 | |
| JP4317575B2 (ja) | シリコン電磁鋳造装置およびその操作方法 | |
| US7264674B2 (en) | Method for pulling a single crystal | |
| JP6067146B2 (ja) | シリコン単結晶の製造方法及び製造システム | |
| JP2010037190A (ja) | 単結晶シリコンインゴットの成長方法および成長用装置 | |
| US5137699A (en) | Apparatus and method employing interface heater segment for control of solidification interface shape in a crystal growth process | |
| KR20120030028A (ko) | 단결정 인상 장치 및 단결정 인상 방법 | |
| JP3065076B1 (ja) | 単結晶引き上げ方法及び単結晶引き上げ装置 | |
| TW201300590A (zh) | 用於晶體生長裝置之自動檢視系統 | |
| JP3704710B2 (ja) | 種結晶着液温度の設定方法及びシリコン単結晶の製造装置 | |
| JP5924090B2 (ja) | 単結晶引き上げ方法 | |
| JP2004043252A (ja) | 単結晶半導体の製造方法、単結晶半導体の製造装置 | |
| JP6889170B2 (ja) | 単結晶の引上げの間に単結晶の直径を決定および調節するための方法 | |
| JP2000026197A (ja) | シリコン単結晶の製造方法および装置 | |
| JP4815766B2 (ja) | シリコン単結晶製造装置及び製造方法 | |
| JP5018670B2 (ja) | 単結晶の育成方法 | |
| JP2004224585A (ja) | 単結晶の製造方法及び製造装置 | |
| JP2022132995A (ja) | 原料融液の表面の状態の検出方法、単結晶の製造方法、及びｃｚ単結晶製造装置 | |
| JP6090501B2 (ja) | 単結晶引き上げ方法 | |
| KR101335538B1 (ko) | 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치 및 방법 | |
| KR20140092507A (ko) | 잉곳 성장 장치 및 잉곳 성장 방법 | |
| KR20140023517A (ko) | 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치 및 방법 | |
| JPS6317295A (ja) | 単結晶育成方法 | |
| JPH06271390A (ja) | 単結晶の製造方法 | |
| JP2011032136A (ja) | 液面高さレベル把握方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090401 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101109 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101207 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110202 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110614 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110627 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4784401 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140722 Year of fee payment: 3 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |