JP5073257B2 - 単結晶製造装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、チョクラルスキー法（CZ法）による単結晶製造装置および方法に関する。

シリコンウェハの格子間酸素（以下、Oiという）濃度は、半導体デバイスの性能を決定する重要な品質の一つである。CZ法によるシリコン単結晶の引上工程においてOi濃度が決定される。結晶引上工程では、坩堝や結晶の回転速度、チャンバ内に流されるArなどの不活性ガスの流量などが製造パラメータとして使用される。しかし、これらのパラメータだけでは、制御可能なOi濃度範囲に限界があり、デバイスメーカ側から要求されるOiスペックに適合する良品範囲が狭い（つまり、歩留まりが悪い）という問題がある。

この問題の改善のために、炉内に上下方向に配置された複数段のヒータを設けることで歩留まりを向上させる技術が知られている（特許文献１、特許文献２）。特許文献１は、複数段のヒータのそれぞれの電力を結晶の引上長さに応じて変化させることで、Oi濃度の制御範囲を広げ、歩留まりを改善することを開示している。特許文献２は、複数段のヒータのそれぞれの電力を結晶の引上率に応じてある特定のカーブで変化させて、Oi濃度の制御性を向上させることを開示している。

特開昭62−153191号公報 特許第2681115号公報

従来技術によれば、複数段のヒータを用いることにより、Oi制御範囲は広がる。しかし、その反面、結晶直径の制御性が悪く、実際の直径が必要直径に比べて過度に太くなったり細くなったりして、結果的に、製品歩留まりが悪くなる。このように、複数段のヒータを用いることによる歩留まりの向上が、期待ほどには得られない。

従って、本発明の目的は、複数段のヒータを備えた単結晶製造装置において、結晶直径の制御性を改善することにある。

本発明に従う、チョクラルスキー法による単結晶製造装置は、坩堝を加熱するための複数段のヒータと、前記坩堝から結晶を引上げる昇降装置と、前記単結晶製造装置の所定部位にて前記ヒータによる加熱で生じた加熱温度を測定する温度測定器と、前記結晶の直径を測定する直径測定器と、前記昇降装置による引上速度を測定する速度測定器と、前記昇降装置による前記引上速度と前記複数段のヒータの電力とを制御する制御装置とを備える。前記制御装置は、直径設定値と速度設定値と可変電力比率温度設定値と電力比率設定値を有し、前記温度測定器、前記直径測定器および前記速度測定器からの測定値を入力し、前記複数段のヒータの電力比率を前記電力比率設定値に従わせつつ、前記温度測定器、前記直径測定器および前記速度測定器からの測定値と前記直径設定値と前記速度設定値と前記可変電力比率温度設定値とに基づいて、前記昇降装置による前記引上速度と前記複数段のヒータの電力とを制御する。ここで、前記電力比率設定値は、結晶引上工程の進行状態に応じて変化するようになっており、そして、前記可変電力比率温度設定値は、前記電力比率設定値の現在値に対応した温度値になるように、前記電力比率設定値の変化に伴なって変化するようになっている。

一般に、結晶引上工程中、電力比率設定値に応じて複数段のヒータの電力の電力比率（つまり、上下段ヒータの電力比率）が変化するが、この電力比率の変化により加熱温度の測定値が変化し、これが直径制御の外乱となる。この単結晶製造装置においては、加熱温度についての温度設定値として、一つの固定的な電力比率に対応した固定電力比率温度設定値を用いるのではなく、電力比率設定値の変化に伴って変化するような可変電力比率温度設定値が用いられる。この可変電力比率温度設定値は、結晶引上工程中、電力比率設定値の現在値に対応した温度値になるように変化する。このような可変電力比率温度設定値は、電力比率の変化による加熱温度の測定値の変化という外乱を、より効果的に補償するように設定されることができる。その結果、複数段のヒータを備えた場合における結晶直径の制御性が向上する。

好適な実施形態では、前記可変電力比率温度設定値は、前記電力比率設定値の変化によって生じる前記加熱温度の測定値の変化を補償するように設定される。その設定方法としては、例えば、結晶引上工程中に電力比率設定値の変化によって変化する加熱温度の測定値と、それぞれの測定値が得られた時点での結晶の位置（結晶引上長さ）との間の関係を定義したデータテーブルを予め用意しておき、そのデータテーブルに基づいて可変電力比率温度設定値を設定することができる。また、可変電力比率温度設定値の具体的なプロファイルとしては、例えば、電力比率設定値が第1の比率値から別の第２の比率値に変化するときに、前記第１の比率に対応する第1の固定電力比率温度設定値から前記第２の比率に対応する第２の固定電力比率温度設定値へと可変電力比率温度設定値がシフトするようなプロファイルが採用できる。このような可変電力比率温度設定値を用いることで、電力比率の変化による加熱温度の測定値の変化という外乱を一層効果的に補償して、結晶直径の制御性が向上させ得る。

好適な実施形態では、前記制御装置は、前記直径の測定値を前記直径設定値に近づけるよう前記引上速度を制御し、前記引上速度の測定値を前記速度設定値に近づけるように前記可変電力比率温度設定値を調整して温度目標値を決定し、そして、前記複数段のヒータの電力比率を前記電力比率設定値に従わせつつ、前記加熱温度の測定値を前記温度目標値に近づけるように前記複数段のヒータの電力を制御するように構成されている。

このような構成の制御装置を用いることにより、引上速度はできる限り速度設定値どおりに制御して、結晶中に取り込まれる点欠陥の濃度の制御性を向上させつつ、主として加熱温度の制御で結晶直径を制御することができるので、そのことと上述した可変電力比率温度設定値による作用効果とが相まって、直径の制御性を向上させることが一層容易になる。

前記制御装置は、予め決定された可変電力比率温度設定値が設定されてこれを記憶するように構成されてもよいし、或いは、電力比率と前記加熱温度との関係を表す情報と前記電力比率設定値とに基づいて、可変電力比率温度設定値を自動的に算出するように構成されてもよい。結晶製造装置の仕様や製造したい結晶の仕様が異なれば、電力比率設定値のプロファイルも異なることになるが、上記のように電力比率設定値に基づいて可変電力比率温度設定値を自動的に算出するように制御装置を構成した場合、その制御装置は、結晶製造装置の仕様や製造したい結晶の仕様の変更に対して容易に対応できる。

本発明によれば、複数段ヒータ式の単結晶製造装置において、結晶直径の制御性が改善され、単結晶の歩留まりが向上する。

以下、本発明の一実施形態にかかるチョクラルスキー法による複数段ヒータ式の結晶製造装置について説明する。

まず、この実施形態で採用されている、結晶直径の制御性を良くするための原理について、簡単に説明する。すなわち、それは、ヒータ温度(または、ヒータを取り囲むヒートシールドの温度）を制御するための温度プログラムが、予定されているヒータの電力比率の変化による温度変動を加味して、設定されている点である。

一般に、チョクラルスキー法による結晶引上工程では、主にヒータへの供給電力を調整することで、メルト温度を変化させ、結晶の直径を制御する。ヒータの電力の制御では、ヒータ自体の温度またはヒータを取り囲むヒートシールドの温度を光温度計（パイロメータ）などで測定し、その測定温度を、予めプログラムされた温度設定値に従わせるようにヒータ電力が制御される。温度設定値のプロファイルは、結晶引上工程中の結晶の引上げ長さ（つまり、引上工程の進行状態）に応じて特定のカーブに沿って変化するように設定される。しかし、炉内は外乱が多く、設定された温度プログラム（温度設定値）に従うだけでは、結晶を所望の形状にすることができない。そこで、常に実際の結晶直径を測定し、それに応じて目標温度を変化させるように、PIDなどの自動制御によって温度設定値を随時に修正しながら、直径制御を行なうのが通常である。

ところが、複数段ヒータを採用した結晶製造装置の場合、結晶引上工程中に、ヒータの電力比率を変化させると、各々のヒータ温度が変化するため、パイロメータが検出する温度も変化する。この温度変化は、結晶直径の制御に対する一種の外乱となる。この外乱は、自動制御によってある程度は解消することが可能であるが、単一ヒータ式の結晶製造装置と比較すると、直径の制御性は悪く、結果的に、製品歩留まりを悪くする要因となっている。

そこで、この実施形態にかかる結晶製造装置では、温度プログラムが、予定しているヒータの電力比率の変化による温度変動を加味して、予め設定されている。これにより、結晶直径の制御性は、単一ヒータ式と殆ど遜色ない程度に改善され、製品歩留まりが向上する。以下、この実施形態にかかる結晶製造装置を、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、この実施形態にかかる結晶製造装置の主にチャンバ部分の構成を示す。

図１に示すように、結晶製造装置１０のチャンバ１２内に、ホットゾーン（炉）１３が組み込まれ、ホットゾーン１３内に坩堝１４が配置される。ホットゾーン１３は、坩堝１４の近傍周囲に上下方向に配置された複数段のヒータ、例えば、２段のヒータすなわち上段ヒータ１６と下段ヒータ１８を備える。ヒータ１６，１８はカーボン製であり、通電加熱の方法で発熱し、その熱により、坩堝１４内に原料溶融液２０が作られる。引上ワイヤ２４の先端にシード結晶を付け、このシード結晶を原料溶融液２０にディップし、その後、引上ワイヤ２４を巻き上げることで、シード結晶から成長する結晶２２を連続的に引上げるようになっている。なお、ヒータ１６，１８の数は、２段に限られず、より多くすることもでき、また、坩堝１４の側壁近傍のヒータだけでなく、坩堝１４の底壁近傍に配置される所謂ボトムヒータを含んでいてもよい。

ホットゾーン１３は、また、ヒータ１６，１８と坩堝１４の上方に配置された熱遮蔽筒２６、ヒータ１６，１８の側方周囲を包囲するヒートシールド２８と断熱筒３０、およびヒータ１６，１８と坩堝１４の下方に配置された底部断熱材３２を有し、これらもカーボン製である。

チャンバ１２の側壁のちょうど上段ヒータ１６に対応する高さにガラス窓３４が形成されており、ガラス窓３４に対応する断熱筒３０の箇所には貫通穴が開けられている。そして、ガラス窓３４の外側にパイロメータ３６が配置され、このパイロメータ３６は、ガラス窓３４と貫通穴とを通して、上段ヒータ１６の近傍のヒートシールド２８の温度を測定するようになっている。なお、ここでの測定対象とされる温度は、ヒータ１６，１８の電力の変化に伴って変化する温度であればよく、その観点から、必ずしもヒートシールド２８の温度である必要はなく、ヒータ１６または１８の温度、或いは、坩堝１４の温度であってもよい。いずれにしても、ここでの測定対象とされる温度は、ヒータ１６，１８の加熱により生じる温度という意味で、以下、「加熱温度」という。

図２は、この実施形態にかかる結晶製造装置の主に制御装置の構成を示す。

図２に示すように、この結晶製造装置１０の制御装置１１は、予め設定（プログラム）された直径設定値と速度設定値と温度設定値と電力比率設定値とを記憶している。直径設定値は、単結晶２２の直径の目標値である。速度設定値は、単結晶２２の引上げ速度の目標値である。温度設定値は、加熱温度の「基本的」な目標値であり、これは、シードディップ時の加熱温度値を基準として、その基準に対する温度差（つまり、相対温度）として表現されている。電力比率設定値は、ヒータ１６、１８の電力比率（本明細書では、上段ヒータ１６と下段ヒータ１８の合計電力に対する上段ヒータ１６の電力の比率を用いる）の目標値である。

ここで、温度設定値は、結晶引上工程中の結晶２２の引上長さ(つまり、引上工程の進行状態）に応じて変化するある特定のプロファイルをもつように設定されている。また、電力比率設定値も、結晶引上工程中、結晶２２の引上げ長さに応じて変化するある特定のプロファイルをもつように設定されている。ここで着目すべきことは、温度設定値のプロファイルには、電力比率設定値のプロファイルに従った電力比率の変化に伴う加熱温度の変化が予め加味されているという点である。この点については後に具体的に説明する。

制御装置１１には、上述した直径、速度、温度および電力比率の設定値だけでなく、結晶２２の回転速度や坩堝１４の回転速度などの目標値も予めプログラムされている。しかし、これらは、結晶直径を直接制御するためのパラメータではないので、その説明は省略する。

図２に示すように、制御措置１１は、直径制御器４０と速度制御器５０と温度制御器６０を有する。直径制御器４０と速度制御器５０と温度制御器６０は、いずれも、設定値とフィードバック値との偏差に対してPID演算を行って操作値を算出するように構成された制御器である。

直径制御器４０は、結晶引上工程中、直径検出用カメラ４２により検出される結晶２２の液面での直径の値（以下、「実直径値」という）と、予めプログラムされた直径設定値とを比較し、実直径値が直径設定値より小さければ引上速度を下げ、大きければ引上速度を上げるように、結晶昇降モータ４４による結晶２２の引上速度を制御する。すなわち、直径制御器４０は、実直径値と直径目標値との間の偏差に対して所定のPID演算を行うことにより、速度指令値を求め、その速度指令値を結晶昇降モータ４４に出力する。その速度指令値に従った速度で、結晶２２が引上げられることになる。なお、結晶２２の直径を測定する方法として、上述した直径検出用カメラ４２を用いる方法は一つの例示にすぎず、他の方法、例えば、単位時間あたりの結晶２２の重量変化を計測して直径を割り出す「重量式直径検出方式」などを用いてもよい。

速度制御器５０は、結晶昇降モータ４４に結合されたエンコーダ４６からの信号により実際の引上速度の値（以下、「実速度値」という）を把握し、その実速度値と予めプログラムされた速度設定値とを比較する。ここでは、速度制御器５０と温度制御器６０とが組み合わさって、実速度値を速度設定値に近づけるように加熱温度の操作が行われるようになっている。すなわち、速度制御器５０は、実速度値を速度設定値との間の偏差に対して所定のPID演算を行なうことにより、実速度値を速度設定値に近づけるための温度調整値を算出する。この温度調整値は、加算器５２に入力されて、予めプログラムされた温度設定値と加算される。これにより、予めプログラムされた温度設定値（つまり、「基本的」な温度目標値）を上記温度調整値によって調整した値が、「最終的」な温度目標値として決定され、温度制御器６０に入力される。

温度制御器６０は、パイロメータ３６により測定された実際の加熱温度の値（以下、「実温度値」という）と、上述した最終的な温度目標値とを比較し、実温度値を温度目標値に近づけるように電力指令値を出力する。すなわち、温度制御器６０は、実温度値と温度目標値との間の偏差に対して所定のPID演算を行なうことにより、実温度値を温度目標値に近づけるための電力指令値を算出し、その電力指令値を電力演算器６２に入力する。電力演算器６２は、電力比率設定値を入力し、上下段ヒータ１６，１８の電力比率が電力比率設定値に従がうとともに、上下段ヒータ１６，１８の合計電力が電力指令値に従うように、上段ヒータ電力指令値と下段ヒータ電力指令値を算出し、上段ヒータ電力指令値と下段ヒータ電力指令値をそれぞれ上段ヒータ電源６４と下段ヒータ電源６６に出力する。上段ヒータ電源６４と下段ヒータ電源６６はそれぞれ上段ヒータ電力指令値と下段ヒータ電力指令値に一致するように上段ヒータ１６への供給電力と下段ヒータ１８への供給電力を制御する。

上記のように構成された制御装置１１では、結晶直径に関しては、結晶２２の実直径を直径設定値に近づけるよう引上速度を制御し、その一方で、加熱温度に関しては、結晶２２の引上速度を速度設定値に近づけるように温度設定値を調整して温度目標値を決定し、加熱温度の実温度をその温度目標値に近づけるようにヒータ電力を制御するという、カスケード制御が行われる。このような制御方法を採用する理由は次の通りである。すなわち、一般的に、加熱温度は、時定数が大きい（つまり、加熱温度が変化してから結晶直径が変化するまでに時間がかかる）ため、結晶形状をマクロ的に決定づけるパラメータとして使用することに向いている。これに対し、引上速度は、時定数が小さい（引上げ速度が変化してから結晶直径が変化するまでの時間が短い）ため、随時連続的に発生する制御上の外乱に対して即効的に結晶直径を制御するパラメータとして使用することに向いている。しかし、引上速度は、結晶中に取り込まれる点欠陥の濃度を決定する重要因子なので、できる限り予定された速度設定値どおりに制御されることが望ましく、加熱温度だけで結晶直径を制御できることが理想的であるからである。

なお、本発明の原理は、上記の制御方法を採用したこの実施形態にかかる制御装置１１だけに限られず、それ以外の制御方法を採用した制御装置にも適用可能である。

さて、上記のように構成された制御装置１１において、着目すべき点は、温度設定値のプロファイルに、電力比率設定値のプロファイルに従った電力比率（上段ヒータ電力／上下段ヒータ合計電力）の変化に伴う加熱温度の変化が予め加味されているという点である。以下、この点について具体的に説明する。

図３は、パイロメータ３６により測定される加熱温度と電力比率の関係を、異なる引上長さA,B,Cの時について例示している。図３中の引上長さA,B,Cは、後述する図４に示された引上長さA,B,Cにそれぞれ対応する。

図３に示されるように、パイロメータ３６による加熱温度の測定値は、上下段ヒータ１６，１８の合計電力が同じであっても、電力比率が変わると変化する。また、この測定加熱温度は、引上長さによっても異なる。このような測定温度の電力比率による違いを考慮すると、電力比率が異なれば、適切な温度設定値も異なるべきである。

図４は、異なる電力比率にそれぞれ対応した適切な温度設定値の例を示す。なお、図示の例は、説明のために、実際のものより簡単化されている。

図４に示されるように、例えば０．７，０．５，０．３というような異なる電力比率に対して、それぞれ、異なる適切な温度設定値７０，７２，７４が存在することになる。これらの温度設定値７０，７２，７４を、以下、各々が一つの固定の電力比率に対応した適切な温度設定値という意味で、「固定電力比率温度設定値」という。

さて、図２に示されたこの実施形態にかかる制御装置１１においては、温度設定値として、図４に示されたような固定電力比率温度設定値７０，７２，７４そのものではなく、それら固定電力比率温度設定値７０，７２，７４に基づいて作られた、可変の電力比率に適応可能な温度設定値（以下、「可変電力比率温度設定値」という）が使用される。

図５は、この実施形態で使用される、可変電力比率温度設定値のプロファイルの例を、電力比率設定値のプロファイル例と共に示す。

図５において、参照番号８０が可変電力比率温度設定値を示し、参照番号８２が電力比率設定値を示す。電力比率設定値８２は、例えば最初は０．７、次に０．３、最後に０．５というように、結晶引上長さに応じて変化する。可変電力比率温度設定値８０は、このような電力比率設定値の変化に伴って変化して、現時点での電力比率設定値８２に対応した固定電力比率温度設定値７０，７２または７４に一致するように設定されている。すなわち、可変電力比率温度設定値８０は、電力比率設定値が第１の比率値から別の第２の比率値へと（例えば、０．７から０．３へ、或いは、０．３から０．５へと）変化するのに伴って、その第１の比率値に対応した固定電力比率温度設定値から第２の比率値に対応した固定電力比率温度設定値へと（例えば、設定値７０から設定値７４へ、或いは、設定値７４から設定値７２へと）シフトするように設定されている。換言すれば、可変電力比率温度設定値８０は、電力比率設定値の変化による図３に示したような加熱温度の測定値の変化が加味されたプロファイルもつように設定されている。このようなプロファイルに可変電力比率温度設定値８０を設定するための方法としては、一例として、結晶引上工程中に電力比率設定値の変化によって変化する加熱温度の測定値と、それそれの測定値が得られた時点での結晶の位置（結晶引上長さ）との間の関係を定義したデータテーブルを予め用意しておき、そのデータテーブルに基づいて可変電力比率温度設定値を設定する方法が採用できる。

このように電力比率設定値の変化に伴う加熱温度の変化を加味したプロファイルをもつ可変電力比率温度設定値８０を用いることにより、図２に示された制御装置１１は、電力比率の変化による温度変化という外乱を補償して、結晶直径の制御性を向上させることができる。なお、本実施形態における可変電力比率温度設定値８０は、シードディップ時の加熱温度値を基準として、その基準に対する温度差（つまり、相対温度）として表現されている。

図６A,Bは、この実施形態による直径制御性の向上効果を試験した結果を示す。

この試験では、図２に示した制御装置１１において、図６B（又は図５）に参照番号８２で示される電力比率が設定された。この電力比率８２を使用して、温度設定値として、１つの固定電力比率温度設定値を使用した場合と、本実施形態に従がって図５に示される可変電力比率温度設定値８０を使用した場合のそれぞれにて、結晶２２が試作された。図６Aは、この試験で、温度設定値として１つの固定電力比率温度設定値を使用した場合に製造された結晶２２の形状例を示す。図６Bは、この試験で、温度設定値として一つの固定電力比率温度設定値を使用した場合に製造された結晶２２（図６Ａに示すもの）の直径値１１０と、本実施形態に従って図５に示される可変電力比率温度設定値８０を使用した場合に製造された結晶２２の直径値１１２とを対比して示す。

図６A,Bに示すように、引上長さに応じて変化する電力比率８２の下で、固定電力比率温度設定値を使用した場合、結晶２２の直径値１１０は不安定であり、直径設定値より許容値以上に大きすぎたり（図６Ａに示す結晶部分１００）、許容値以上に小さすぎたり（図６Ａに示す結晶部分１０２）することがあった。特に、電力比率の変化が生じた時点の後に顕著な直径誤差が生じた。これに対し、本実施形態に従がって可変電力比率温度設定値８０を使用した場合の直径値１１２は、直径設定値からの誤差が非常に小さく押さえられ、安定して直径設定値の近傍に制御された。

さて、上述した実施形態では、可変電力比率温度設定値は、予め決定されて制御装置１１に設定され記憶されているのであるが、変形例として、可変電力比率温度設定値を計算する装置が制御装置１１に組み込まれていてもよい。

図７は、可変電力比率温度設定値を計算する装置の構成例を示す。

図７に示されるように、この計算装置１２０は、電力比率プロファイル決定部１２２と、温度プロファイル変換部１２４を有する。電力比率プロファイル決定部１２２は、電力比率設定値のプロファイルを決定するものである。温度プロファイル変換部１２４は、電力比率プロファイル決定部１２２からの電力比率設定値のプロファイルに基づいて、可変電力比率温度設定値のプロファイルを決定するものである。

電力比率プロファイル決定部１２２は、目標酸素（Oi）濃度、ホットゾーン種、原料重量、結晶回転速度、坩堝回転速度、炉内ガス流量・圧力および磁場強度・位置などの、電力比率設定値の決定で考慮されるべき所定の複数のパラメータ値を入力する。電力比率プロファイル決定部１２２は、予め、これらの入力パラメータのそれぞれと電力比率との関係を定義したルックアップテーブル（または関数）１５０を有しており、そのルックアップテーブル（または関数）１５０に、上記複数の入力パラメータ値をそれぞれ適用することにより、上記複数の入力パラメータ値のセットに最も良く適合したプロファイルをもった電力比率設定値を算出する。

温度プロファイル変換部１２４は、電力比率プロファイル決定部１２２により算出されたプロファイルを入力する。温度プロファイル変換部１２４は、異なる電力比率毎に、その電力比率に適した固定温度設定値のプロファイルを定義したルックアップテーブル（または関数）１５２を有しており、そのルックアップテーブル（または関数）１５２に、上記入力された電力比率設定値を適用することにより、電力比率設定値に従った電力比率の変化に伴って変化前の電力比率値に適した固定温度設定値から変化後の電力比率値に適した固定温度設定値へとシフトするようなプロファイルをもった可変電力比率温度設定値を算出する。

このような計算装置１２０を制御装置１１に組み込むことで、結晶製造装置の仕様や製造したい結晶の仕様の変更に対して容易に対応できるようになる。すなわち、結晶製造装置の仕様や製造したい結晶の仕様が異なれば、電力比率設定値のプロファイルも異なることになるが、上記のように可変電力比率温度設定値を自動的に算出するように制御装置を構成した場合、その制御装置は、異なる電力比率設定値に自動的に対応できるからである。また、このような制御装置を用いることで、結晶引上工程の最中に、現在の電力比率の値に応じて、リアルタイムに、可変電力比率温度設定値の現在地を計算し出力することも可能である。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。

この実施形態にかかる結晶製造装置の主にチャンバ部分の構成を示す断面図。 この実施形態にかかる結晶製造装置の主に制御装置の構成を示すブロック図。 パイロメータ３６による測定温度と、電力比率の関係を示す図。 電力比率により異なる最適な温度設定値の例を示す図。 この実施形態で使用される、電力比率の変化に適応した温度設定値のプロファイル例を、電力比率設定値のプロファイル例と共に示した図。 この実施形態による直径制御性の向上効果を試験した結果を示す図。 可変電力比率温度設定値を計算する装置の構成例を示すブロック図。

符号の説明

１０ 結晶製造装置
１１ 制御装置
１２ チャンバ
１３ ホットゾーン（炉）
１６ 上段ヒータ
１８ 下段ヒータ
３６ パイロメータ
４０ 直径制御器
４２ 直径検出用カメラ
４４ 結晶昇降モータ
４６ エンコーダ
５０ 速度制御器
５２ 加算器
６０ 温度制御器
６２ 電力演算器
６４ 上段ヒータ電源
６６ 下段ヒータ電源
７０，７２，７４ 固定電力比率温度設定値
８０ 可変電力比率温度設定値
８２ 電力比率設定値
１２０ 温度設定値計算装置
１５２ 電力比率−温度設定値テーブル

Claims (7)

1. チョクラルスキー法による単結晶製造装置（１０）において、
   坩堝（１４）を加熱するための複数段のヒータ（１６，１８）と、
   前記坩堝（１４）から結晶（２２）を引上げる昇降装置（４４）と、
   前記単結晶製造装置（１０）の所定部位にて前記ヒータ（１６，１８）による加熱で生じた加熱温度を測定する温度測定器（３６）と、
   前記結晶（２２）の直径を測定する直径測定器（４２）と、
   前記昇降装置（４４）による引上速度を測定する速度測定器（４６）と、
   直径設定値と速度設定値と可変電力比率温度設定値（８０）と電力比率設定値（８２）とを有し、前記温度測定器（３６）、前記直径測定器（４２）および前記速度測定器（４６）からの測定値を入力し、前記複数段のヒータ（１６，１８）の電力比率を前記電力比率設定値（８２）に従わせつつ、前記温度測定器（３６）、前記直径測定器（４２）および前記速度測定器（４６）からの測定値と前記直径設定値と前記速度設定値と前記可変電力比率温度設定値（８０）とに基づいて、前記昇降装置（４４）による前記引上速度と前記複数段のヒータ（１６，１８）の電力とを制御する制御装置（１１）と
   を備え、
   前記電力比率設定値（８２）は、結晶引上工程の進行状態に応じて変化し、
   前記可変電力比率温度設定値（８０）は、前記電力比率設定値の現在値に対応した温度値になるように、前記電力比率設定値の変化に伴なって変化する
   ことを特徴とする単結晶製造装置。
2. 請求項１記載の単結晶製造装置において、
   前記可変電力比率温度設定値（８０）は、前記電力比率設定値（８２）の変化によって生じる前記加熱温度の測定値の変化を補償するように設定されることを特徴とする単結晶製造装置。
3. 請求項２記載の単結晶製造装置において、
   前記電力比率設定値（８２）の変化によって変化する前記加熱温度の測定値と、前記測定値が得られた時点での結晶（２２）の位置との間の関係を定義した予め用意されたデータテーブルに基づいて、前記可変電力比率温度設定値（８０）が設定されることを特徴とする単結晶製造装置。
4. 請求項２記載の単結晶製造装置において、
   前記可変電力比率温度設定値（８０）は、前記電力比率設定値が第1の比率値から別の第２の比率値に変化するときに、前記第１の比率に対応する第1の固定電力比率温度設定値（７０または７４）から前記第２の比率に対応する第２の固定電力比率温度設定値（７４または７２）へとシフトするものであることを特徴とする単結晶製造装置。
5. 請求項１記載の単結晶製造装置において、
   前記制御装置（１１）は、前記直径の測定値を前記直径設定値に近づけるよう前記引上速度を制御し、前記引上速度の測定値を前記速度設定値に近づけるように前記可変電力比率温度設定値を調整して温度目標値を決定し、そして、前記複数段のヒータ（１６，１８）の電力比率を前記電力比率設定値（８２）に従わせつつ、前記加熱温度の測定値を前記温度目標値に近づけるように前記複数段のヒータ（１６，１８）の電力を制御することを特徴とする単結晶製造装置。
6. 請求項１記載の単結晶製造装置において、
   前記制御装置（１１）が、前記電力比率設定値（８２）と、電力比率と前記加熱温度との関係を表す情報（１５２）とに基づいて、前記可変電力比率温度設定値を算出する手段を有することを特徴とする単結晶製造装置。
7. チョクラルスキー法による単結晶製造方法において、
   複数段のヒータ（１６，１８）により坩堝（１４）を加熱するステップと、
   前記坩堝（１４）から結晶（２２）を引上げるステップと、
   前記ヒータ（１６，１８）による加熱で生じた加熱温度を測定するステップと、
   前記結晶（２２）の直径を測定するステップと、
   前記結晶（２２）の引上速度を測定するステップと、
   直径設定値と速度設定値と可変電力比率温度設定値（８０）と電力比率設定値（８２）とを有するステップと、
   前記複数段のヒータ（１６，１８）の電力比率を前記電力比率設定値（８２）に従わせつつ、前記加熱温度、前記直径および前記引上速度の測定値と前記直径設定値と前記速度設定値と前記可変電力比率温度設定値（８０）とに基づいて、前記引上速度と前記複数段のヒータ（１６，１８）の電力とを制御するステップと、
   前記電力比率設定値（８２）を結晶引上工程の進行状態に応じて変化させるステップと、
   前記可変電力比率温度設定値（８０）を、前記電力比率設定値の現在値に対応した温度値になるように、前記電力比率設定値の変化に伴なって変化させるステップと
   を有することを特徴とする単結晶製造方法。

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