JP6645376B2 - 直径制御装置及びfz単結晶の直径測定方法 - Google Patents
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Description
前記溶融帯域の側方に設置され、前記FZ単結晶の固液界面位置を水平方向から検出する第一のカメラと、該第一のカメラの下方に設置され、前記固液界面位置を斜め下の方向から検出する第二のカメラの少なくとも2つのカメラを有し、
前記ワークコイルに、前記固液界面位置の検出を行うための観察用の切り欠きが設けられたものであり、
前記第一のカメラ及び前記第二のカメラで検出した前記固液界面位置を用いて求められる前記FZ単結晶の直径の値に基づいて、前記FZ単結晶のコーン及び直胴中の直径を制御するものであることを特徴とする直径制御装置を提供する。
該第二のカメラにより検出した前記固液界面位置に基づいて、前記第二のカメラから前記FZ単結晶の中心軸と前記ワークコイルの下面を含む平面との交点へのラインに対する、前記固液界面の最外周部との偏差を検出するものであることが好ましい。ここで、ワークコイル下面とはテーパーを設けていない部分のワークコイル下面を言う。
前記第一のカメラにより検出された前記固液界面位置に基づいて検出される、前記FZ単結晶の中心軸と前記ワークコイルの下面を含む平面との交点から前記固液界面までの前記軸方向の長さであるゾーン長H1と、
前記第二のカメラから前記FZ単結晶の中心軸と前記ワークコイルの下面を含む平面との交点への前記ラインが水平面となす角度θと、
前記第二のカメラにより検出された前記固液界面位置に基づいて検出される、前記第二のカメラから前記FZ単結晶の中心軸と前記ワークコイルの下面を含む平面との交点への前記ラインに対する、前記固液界面の最外周部との偏差H2とを用いて、
前記FZ単結晶の直径Dを、下記式(1)により算出することを特徴とするFZ単結晶の直径測定方法を提供する。
D=2×H1/tanθ+2×H2/sinθ …(1)
上記したように、コイル下側面のほぼ全域にテーパーを付けたコイルを使用した場合、特許文献4〜6のような溶融帯域の真横に水平設置された1台のカメラではメルトがテーパー部に隠れてしまい、直径を検出する事ができないという問題点があった。また、特許文献7、8のような複数カメラによる制御方法においても、テーパー厚さが厚くなる程、直径検出できなくなる可能性が高まるという問題点があった
D=2×H1/tanθ+2×H2/sinθ …(1)
図3に示すようなFZ法による単結晶製造装置130において、図1に示すような本発明の直径制御装置1を用いて、本発明のFZ単結晶の直径測定方法により直径を測定しつつ制御して、直径110mmのシリコン原料棒を、FZ法によりゾーニングを行い、N型50Ωcmの直径128mmの<100>シリコン単結晶(FZ単結晶)の製造を行った。
図6に示すようなワークコイル161を用い、直径検出用のカメラを溶融帯域の真横に水平設置されたカメラを1台のみとしたこと以外は、実施例1と同様にして、直径110mmのシリコン原料棒を、FZ法によりゾーニングを行い、N型50Ωcmの直径128mmの<100>シリコン単結晶の製造を行った。
3b…外側コイル、 4…溶融帯域、 5…FZ単結晶、 6…固液界面位置、
7a…第一のカメラ、 7b…第二のカメラ、 8…観察用の切り欠き、
9…下面テーパー、 10…FZ単結晶の直径中心を通る軸、 11…ライン、
12…電源端子、 13…スリット、 14…冷却水管。
Claims (6)
- FZ法により原料結晶棒をリング状のワークコイルで加熱溶融して溶融帯域を形成し、該溶融帯域を移動させてFZ単結晶を育成する際に、前記FZ単結晶の直径を制御する直径制御装置であって、
前記溶融帯域の側方に設置され、前記FZ単結晶の固液界面位置を水平方向から検出する第一のカメラと、該第一のカメラの下方に設置され、前記固液界面位置を斜め下の方向から検出する第二のカメラの少なくとも2つのカメラを有し、
前記ワークコイルに、前記固液界面位置の検出を行うための観察用の切り欠きが設けられたものであり、
前記第一のカメラ及び前記第二のカメラで検出した前記固液界面位置を用いて求められる前記FZ単結晶の直径の値に基づいて、前記FZ単結晶のコーン及び直胴中の直径を制御するものであることを特徴とする直径制御装置。 - 前記観察用の切り欠きは、幅が5mm以上で、前記FZ単結晶の軸方向に設けられたものであることを特徴とする請求項1に記載の直径制御装置。
- 前記ワークコイルは、内径方向から外径方向へ向かって厚くなる下面テーパーを有するものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の直径制御装置。
- 前記ワークコイルは、内側に位置する内側コイルと、該内側コイルの外側に位置する外側コイルとを有する複巻コイルであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の直径制御装置。
- 前記第二のカメラは、
該第二のカメラにより検出した前記固液界面位置に基づいて、前記第二のカメラから前記FZ単結晶の中心軸と前記ワークコイルの下面を含む平面との交点へのラインに対する、前記固液界面の最外周部との偏差を検出するものであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の直径制御装置。 - 請求項5に記載の直径制御装置を用いてFZ単結晶の直径を測定する方法であって、
前記第一のカメラにより検出された前記固液界面位置に基づいて検出される、前記FZ単結晶の中心軸と前記ワークコイルの下面を含む平面との交点から前記固液界面までの前記軸方向の長さであるゾーン長H1と、
前記第二のカメラから前記FZ単結晶の中心軸と前記ワークコイルの下面を含む平面との交点への前記ラインが水平面となす角度θと、
前記第二のカメラにより検出された前記固液界面位置に基づいて検出される、前記第二のカメラから前記FZ単結晶の中心軸と前記ワークコイルの下面を含む平面との交点への前記ラインに対する、前記固液界面の最外周部との偏差H2とを用いて、
前記FZ単結晶の直径Dを、下記式(1)により算出することを特徴とするFZ単結晶の直径測定方法。
D=2×H1/tanθ+2×H2/sinθ …(1)
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