JP4978642B2 - 単結晶製造装置および単結晶の製造方法 - Google Patents
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Description
そして有転位化した場合、シリコン単結晶ではなくなるので製品として用いることができない。
また上記のような単結晶製造装置は、メニスカスリングの曲率を用いて晶癖線を検出しているため、単結晶が変形した際にも利用が可能であり、非常に汎用性の高いものとなっている。
また、単結晶の有転位化を確実に判断することができるため、上述のような無駄の発生を極力低減することができる。従って、製造コストの低減を達成することができ、また結晶欠陥のない高品質な単結晶を効率よく製造することができる。
前述のように、単結晶の引上げ中に単結晶が変形した場合でも、晶癖線の有無、つまり単結晶の有転位化の発生の有無を確実に検出することができる単結晶製造装置および単結晶の製造方法の開発が待たれていた。
ここまでは従来の単結晶製造装置の構成と略同じである。
更に、撮影した映像に対して計算・制御処理を実行する機構として、撮像手段14により撮像したメニスカスリング23の形状(例えば円弧の形状)を抽出する抽出手段15と、抽出手段15によって抽出したメニスカスリング23の形状の中心座標を求め、中心座標からメニスカスリング23の半径を周方向に求める演算手段16と、求めた周方向の半径を微分処理し変化率を求め、予め設定した値と比較する比較手段17と、変化率が大きい特異点、つまりは、単結晶21の晶癖線を検出した場合に、外部に制御信号を発生させる制御通信手段18と、単結晶21の回転数に比例した回転信号と、晶癖線検出の信号である制御信号との周期を比較し、同期が合わない時に有転位化を自動で通知する通知手段19とを備えている。
ここで、抽出手段15、演算手段16、比較手段17、制御通信手段18は1つのコンピュータにそれぞれのプログラムを入力することによって構成することができる。
また、晶癖線が残っているか否かを高い精度で検出できるため、有転位化の有無を確実に検出することができる。このような手段を備えた単結晶製造装置であれば、転位の発生した単結晶の引上げを製造中に中止することができる。従って、製造コストの無駄を低減することができる。
また、メニスカスリングの曲率を用いて晶癖線を検出しているため、単結晶の変形に強く、応用範囲が非常に広いものとなっている。
チャンバー11内に垂下したワイヤの下端の種結晶33を融液22に浸け、この状態から引上げ機構13を用いてワイヤを回転させながら上昇させることにより、融液22から単結晶21を引上げる。このとき、ルツボ31は種結晶33と逆方向に回転させる。
融液22から引上げられる単結晶21の直径を測定し、その直径が一定となるように引上げ機構13を自動制御すること、融液22の表面レベルを一定に維持するために、融液22の消費に伴ってルツボ31が上昇するようにルツボ駆動部を自動制御することなどは、従来と同じである。
また、図2(d)に示すように、中心座標からメニスカスリング23の半径を演算手段16を用いて周方向に求める。
その後、比較手段17によってあらかじめ設定した値と比較して、変化率が設定値より大きい時に外部に制御信号を制御通信手段18によって発生させる。
このような信号としては、例えば図3に示すようなパルス信号であることが望ましい。
そして、通知手段19によって自動的に通知を行い、引上げ機構13を停止させて単結晶21の引き上げを中止する。
また、有転位化の発生の有無を高精度に検出することができるため、単結晶の変形による誤検出によって転位が発生していない単結晶の引き上げを中止してしまったり、転位が発生している単結晶の引き上げを続行してしまうことが起きることを防止することができ、高効率で転位が発生していない単結晶を製造することができる。従って、製造コストの低減を達成することができ、また結晶欠陥のない高品質な単結晶の製造を効率よく行うことができる。
(実施例)
まず、口径26インチの石英ルツボで150kgのシリコンを溶融し、<100>軸方向に成長する結晶直径205mmのシリコン単結晶を育成した。
その際に、図4、図5(a)に示すようにシリコン単結晶の固液界面をテレビカメラで撮影、画像処理によりメニスカスリングの円弧部分の半径を角度1度毎に算出した。その様子を図5(b)に示す。
この半径の算出値において、角度1度毎の半径の変化量(つまりは角度での微分)は図5(c)に示すような状態となる。晶癖線のように、突起形状となる部分は単位角度での直径変化量が大きく、この場合では0.1mm/度以上を他の部分と区別して晶癖線とする事で、晶癖線のみを検出することにした。
今回のように、シリコン単結晶の直径が205mm程度以下の場合、角度1度は周方向で1.8mmに相当するため、晶癖線のそれより細かいため、1度刻みでの検出で晶癖線を十分に検出することが可能である。さらに大きい直径の場合は、0.5度単位とするなど、検出幅を細かくする事で同様の検出が可能となる。
単結晶を有転位化させた場合、図6(b)に示すように、角度当たりの半径の変動はほぼなくなり、ほぼ一定となる。また、図6(c)に示すように、半径変化量もほぼ一定となる。
A=1÷(B÷60)÷4 [式1]
これに対し有転位化した場合には晶癖線が無くなり、左辺Aは右辺の2倍以上となるため、容易に判断できる。
21…単結晶、 22…融液、 23…メニスカスリング、
31…ルツボ、 32…ヒーター、 33…種結晶。
Claims (2)
- 少なくとも、チャンバーと、
該チャンバーに設けられた覗き窓と、
単結晶を回転させながら原料融液から引上げる引上げ機構と、
前記覗き窓から引上中の前記単結晶と前記融液面との界面に現れるメニスカスリングを撮像するための撮像手段と、
該撮像手段により撮像した前記メニスカスリングの形状を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出した前記メニスカスリングの形状の中心座標を求め、該中心座標から前記メニスカスリングの半径を周方向に求める演算手段と、
該演算手段によって求めた前記周方向の半径を微分処理し変化率を求め、予め設定した値と比較する比較手段と、
前記比較手段において、前記変化率が前記設定値より大きい時に外部に制御信号を発生させる制御通信手段と、
前記単結晶の回転数に比例した回転信号と前記制御信号との周期を比較し、同期が合わない時に有転位化を自動で通知する通知手段とを備えていることを特徴とする単結晶製造装置。 - チョクラルスキー法において、単結晶を回転させながら引上げる際に、
チャンバーに設けられた覗き窓から前記単結晶と原料融液面の界面に現れるメニスカスリングを撮像手段により撮像し、
前記撮像手段によって撮像した前記メニスカスリングの形状を抽出し、
該抽出した前記メニスカスリングの形状の中心座標を求め、前記中心座標から前記メニスカスリングの半径を周方向に求め、
該周方向の半径を微分処理し変化率を求め、あらかじめ設定した値と比較して、前記変化率が大きい時に外部に制御信号を発生させ、
前記単結晶の回転数に比例した回転信号と前記制御信号との周期を比較し、同期が合わない時に前記単結晶が有転位化したと判断し、前記単結晶の引き上げを中止することを特徴とする単結晶の製造方法。
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