JP5925348B2 - シリコン単結晶の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の利点の1つは、多結晶シリコンを熔融させる前の段階でシリコン融液の初期液面が決定されることである。従って、例えば、シリコン融液の初期液面を特定の位置にするために、多結晶シリコンの質量を適宜調節することができ、シリコン融液の初期液面位置のバラツキを低減することができる。
また、内表面の三次元形状に基づいて、シリコン単結晶の引き上げ条件(引き上げ速度等)を決定することができるという利点もある。
また、本発明は、外径28インチ以上の大型ルツボや、40インチ以上の超大型ルツボにおいて特に利点がある。なぜなら、このようなルツボにおいては、引き上げに失敗した場合の損失が非常に大きいので、初期液面を含む引き上げ条件の最適設定の重要性が特に高いからである。
この方法が優れているのは、画像解析による方法に比べて、データのサンプリングレートが格段に大きいことであり、予備実験によると、直径1mのルツボで10万点の測定をする場合であっても、10分程度で内表面全体の三次元形状の測定を終えることができた。
好ましくは、前記シリカガラスルツボの外表面に沿って外部測距部を移動させ、移動経路上の複数の測定点において、外部測距部からシリカガラスルツボの外表面に対してレーザー光を照射し、前記外表面からの外表面反射光を検出スルことによって、外部測距部と前記外表面の間の外表面距離を測定し、各測定点の三次元座標と、外表面距離を関連付けることによって、前記シリカガラスルツボの外表面の三次元形状を求める工程をさらに備える。
本発明の一実施形態のシリコン単結晶の製造方法で使用されるシリカガラスルツボ11は、一例では、回転モールドの内表面に平均粒径300μm程度のシリカ粉を堆積させてシリカ粉層を形成するシリカ粉層形成工程と、モールド側からシリカ粉層を減圧しながら、シリカ粉層をアーク熔融させることによってシリカガラス層を形成するアーク熔融工程を備える(この方法を「回転モールド法」と称する)方法によって製造される。
シリコン単結晶の引き上げ時には、図1(a)に示すように、ルツボ11内に多結晶シリコン21を充填し、この状態でルツボ11の周囲に配置されたカーボンヒーターで多結晶シリコンを加熱して熔融させて、図1(b)に示すように、シリコン融液23を得る。
シリコン融液23の体積は、多結晶シリコン21の質量によって定まるので、シリコン融液23の液面23aの高さ位置Hは、多結晶シリコン21の質量とルツボ11の内表面の三次元形状によって決まる。本発明によれば、後述する方法によって、ルツボ11の内表面の三次元形状が定まるので、ルツボ11の任意の高さ位置までの容積が特定され、従って、シリコン融液23液面23aの高さ位置Hが決定される。
シリコン融液23の初期液面の高さ位置Hが決定された後は、種結晶の先端を高さ位置Hまで下降させてシリコン融液23に接触させ、その後、ゆっくりと引き上げることによって、シリコン単結晶を製造することができる。
以下、図2〜図5を用いて、ルツボの内表面の三次元形状の測定方法について説明する。本実施形態では、レーザー変位計などからなる内部測距部17をルツボ内表面に沿って非接触で移動させ、移動経路上の複数の測定点において、ルツボ内表面に対してレーザー光を斜め方向に照射し、その反射光を検出することによって、ルツボの内表面の三次元形状を測定する。以下、詳細に説明する。また、内表面形状を測定する際に、透明層13と気泡含有層15の界面の三次元形状も同時に測定することができ、また、内部測距部19を用いることによってルツボの外表面の三次元形状も測定することができるので、これらの点についても合わせて説明する。
測定対象であるシリカガラスルツボ11は、開口部が下向きになるように回転可能な回転台9上に載置されている。ルツボ11に覆われる位置に設けられた基台1上には、内部ロボットアーム5が設置されている。内部ロボットアーム5は、複数のアーム5aと、これらのアーム5aを回転可能に支持する複数のジョイント5bと、本体部5cを備える。本体部5cには図示しない外部端子が設けられており、外部とのデータ交換が可能になっている。内部ロボットアーム5の先端にはルツボ11の内表面形状の測定を行う内部測距部17が設けられている。内部測距部17は、ルツボ11の内表面に対してレーザー光を照射し、内表面からの反射光を検出することによって内部測距部17からルツボ11の内表面までの距離を測定する。本体部5c内には、ジョイント5b及び内部測距部17の制御を行う制御部が設けられている。制御部は、本体部5c設けられたプログラム又は外部入力信号に基づいてジョイント5bを回転させてアーム5を動かすことによって、内部測距部17を任意の三次元位置に移動させる。具体的には、内部測距部17をルツボ内表面に沿って非接触で移動させる。従って、制御部には、ルツボ内表面の大まかな形状データを与え、そのデータに従って、内部測距部17の位置を移動させる。より具体的には、例えば、図2(a)に示すようなルツボ11の開口部近傍に近い位置から測定を開始し、図2(b)に示すように、ルツボ11の底部11cに向かって内部測距部17を移動させ、移動経路上の複数の測定点において測定を行う。測定間隔は、例えば、1〜5mmであり、例えば2mmである。測定は、予め内部測距部17内に記憶されたタイミングで行うか、又は外部トリガに従って行う。測定結果は、内部測距部17内の記憶部に格納されて、測定終了後にまとめて本体部5cに送られるか、又は測定の度に、逐次本体部5cに送られるようにする。内部測距部17は、本体部5cとは別に設けられた制御部によって制御するように構成してもよい。
ルツボ11の外部に設けられた基台3上には、外部ロボットアーム7が設置されている。外部ロボットアーム7は、複数のアーム7aと、これらのアームを回転可能に支持する複数のジョイント7bと、本体部7cを備える。本体部7cには図示しない外部端子が設けられており、外部とのデータ交換が可能になっている。外部ロボットアーム7の先端にはルツボ11の外表面形状の測定を行う外部測距部19が設けられている。外部測距部19は、ルツボ11の外表面に対してレーザー光を照射し、外表面からの反射光を検出することによって外部測距部19からルツボ11の外表面までの距離を測定する。本体部7c内には、ジョイント7b及び外部測距部19の制御を行う制御部が設けられている。制御部は、本体部7c設けられたプログラム又は外部入力信号に基づいてジョイント7bを回転させてアーム7を動かすことによって、外部測距部19を任意の三次元位置に移動させる。具体的には、外部測距部19をルツボ外表面に沿って非接触で移動させる。従って、制御部には、ルツボ外表面の大まかな形状データを与え、そのデータに従って、外部測距部19の位置を移動させる。より具体的には、例えば、図2(a)に示すようなルツボ11の開口部近傍に近い位置から測定を開始し、図2(b)に示すように、ルツボ11の底部11cに向かって外部測距部19を移動させ、移動経路上の複数の測定点において測定を行う。測定間隔は、例えば、1〜5mmであり、例えば2mmである。測定は、予め外部測距部19内に記憶されたタイミングで行うか、又は外部トリガに従って行う。測定結果は、外部測距分19内の記憶部に格納されて、測定終了後にまとめて本体部7cに送られるか、又は測定の度に、逐次本体部7cに送られるようにする。外部測距部19は、本体部7cとは別に設けられた制御部によって制御するように構成してもよい。
以上より、ルツボの内表面及び外表面の三次元形状が既知になるので、ルツボの壁厚の三次元分布が求められる。
次に、図3を用いて、内部測距部17及び外部測距部19による距離測定の詳細を説明する。
図3に示すように、内部測距部17は、ルツボ11の内表面側(透明層13側)に配置され、外部測距部19は、ルツボ11の外表面側(気泡含有層15側)に配置される。内部測距部17は、出射部17a及び検出部17bを備える。外部測距部19は、出射部19a及び検出部19bを備える。また、内部測距部17及び外部測距部19は、図示しない制御部及び外部端子を備える。出射部17a及び19aは、レーザー光を出射するものであり、例えば、半導体レーザーを備えるものである。出射されるレーザー光の波長は、特に限定されないが、例えば、波長600〜700nmの赤色レーザー光である。検出部17b及び19bは、例えばCCDで構成され、光が当たった位置に基づいて三角測量法の原理に基づいてターゲットまでの距離が決定される。
また、透明層13中に独立した気泡が存在する場合、この気泡からの反射光を内部測距部17が検出してしまい、透明層13と気泡含有層15の界面を適切に検出できない場合がある。従って、ある測定点Aで測定された界面の位置が前後の測定点で測定された界面の位置から大きく(所定の基準値を超えて)ずれている場合には、測定点Aでのデータを除外してもよい。また、その場合、測定点Aからわずかにずれた位置で再度測定を行って、得られたデータを採用してもよい。
Claims (1)
- 円筒状の側壁部と、鉢状の底部と、前記側壁部と前記底部とを連結し、前記底部よりも曲率が大きいコーナー部とを備え、外径が28インチ以上であるシリカガラスルツボ内に多結晶シリコンを充填し、
前記多結晶シリコンを熔融させ、
前記熔融によって得られたシリコン融液に種結晶を接触させた後に前記種結晶を引き上げる工程を備え、
前記種結晶を前記シリコン融液に接触させる前の前記シリコン融液の液面の高さ位置は、前記多結晶シリコンの質量と前記シリカガラスルツボの内表面の三次元形状に基づいて決定され、
前記内表面の三次元形状は、
前記シリカガラスルツボの内表面に沿って非接触で内部測距部を移動させ、
移動経路上の複数の測定点において、前記内部測距部から前記シリカガラスルツボの内表面に対して斜め方向にレーザー光を照射し、前記内表面からの内表面反射光を検出することによって、前記内部測距部と前記内表面の間の内表面距離を測定し、
各測定点の三次元座標と、前記内表面距離を関連付けることによって、前記シリカガラスルツボの内表面の三次元形状を求める工程を備える方法によって決定される、シリコン単結晶の製造方法。
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