JPH01126295A - 単結晶製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明はチョクラルスキー法によりＳｉ単結晶を製造す
る技術に関する。

〔従来の技術Ｊ チョクラルスキー法による単結晶製造工程は、通常法の
にように大別できる。

■　種結晶を溶融原料（以下メルトと称す）に接触させ
る工程（以下シードデイツプ工程と称す） ■　種結晶を引上げながら、径を細（し、無転位のＳｉ
単結晶を得る工程（以下ネッキング工程と称す） ■　Ｓｉ単結晶の直径を目標径まで太くする工程Ｃ以下
クラウン工程と称す） ■　目標径を保ちなからＳｉ単結晶を引上げる工程（以
下ボディ工程と称す） ■　径を細く絞り込み、結晶をメルトから切り離す工程
（以下ティリング工程と称す） 以上の各工程において各々メルト温度の最適値があり、
メルト温度をいかに最適値に合わせられるかが結晶の品
質を左右する重要なポイントである。

従来メルトの温度は第３図に示すように、単結晶製造装
置本体９の天井部に温度計２を配設し。

坩堝８内のメルトｌＯの表面温度を測定していた。この
ような従来の単結晶製造方法においては温度計２が結晶
回転機構１と干渉しない位置に設置する必要があるため
、種結晶７とメルト１０が接触する位置５の温度を測定
する場合などには光軸３が斜めになる。そのため迷光に
よる誤差が生じやすい、これに対して、メルト１０表面
に垂直な光軸４で測温することで迷光の誤差を減少させ
ることもあるが、この場合は測温位置が種結晶７とメル
ト１０が接触する位置５からずれるため、測温値の代表
性に問題が生じる。このような理由により引上げ工程に
おいてメルト１０の温度を直接制御することは行われず
、経験的に良い結晶が得られたパターンに従って、ヒー
ターの温度を制（卸している。

このような方法では劣化によってヒーターの特性が変化
した場合、あるいはヒーターを変換した時の特性変化の
場合、更には操業条件が変化した場合などに適切に対応
することができない。

［発明が解決しようとする問題点１ 以上のように従来の技術では、温度計の光軸がメルト表
面に対して傾いている場合、迷光にょる測定誤差を生じ
ることがある。

また、引上げ工程によってメルト表面における温度の制
御位置を移動させる必要があるが、現在使用されている
温度計は光軸をメルト表面に保ったまま測定位置を移動
することができない。そのため代表性のない温度を用い
て、メルト温度制御を実施せねばならないことがある。

以上のような問題点があるが故に、メルトの温度制御を
実施しなければヒーターの特性、操業条件などが変った
場合対応することができない。

本発明はチョクラルスキー式単結晶引上装置のこのよう
な問題を解決することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は次の手段を設けたこ科を特徴とする単結晶製造
装置である。

（１）　　坩堝上方空間内に、引上軸中心がら半径方向
に移動自在であって、受光軸を鉛直下方に向けた放射温
度計、 （２）　引上げ中の単結晶の直径を測定する直径測定手
段、 （３）　該直径測定手段による単結晶の直径測定値に基
づいて、前記放射温度計を、半径方向に移動せしめる位
置制御手段。

［作用］ 第１図に本発明の構成を示した０本発明では温度計２の
位置を温度計位置合わせ器１１を用いて移動させる。こ
の温度計２の位置の移動は次のように行われる。

（ａ）　　引上げ工程に応じて予め設定した固定位置へ
移動させる。例えばシードデイツプ工程へ入る前には、
種結晶７とメルトｌＯが接触する位置５の温度を測定す
る必要がある。

そこで第２図に示すように、メルト１０表面に垂直な光
軸４で種結晶７とメルトｌＯが接触する位置５の温度が
測定できるよう、温度計２を位置合わせ器１１で位置合
わせする。この位置５は幾何学的に決定することができ
るので、同一工程の中では途中で変更する必要はない。

（ｂ）　　単結晶の直径に応じて？Ｗ度計２の位置を移
動させる。

第１図に示したように引き上げ単結晶のクラウン工程、
ボディ工程ではメルト１０の単結晶真近の視野位置１６
で温度を測定する必要がある。

したがって単結晶１５の直径に応じて温度計２の位置を
変更しなければならない。そこで直径測定２Ｎ１３を用
いて単結晶１５の直径を測定し、温度計２の位置合わせ
に用いる。温度計位置合わせ器制御装置１２は実測した
直径信号２３を用いて第４図に示すフローで処理を行い
温度計位置制御信号２２を出力する。

以下に第４図のフローチャートを説明する。

クラウン工程に入ったらゲート１７を介して一定の時間
間隔で、実測した直径信号２３を読み込む。読み込んだ
直径をｄい）とするとｄ（１）が直径のスレッシュホー
ルドＤＩより大きいがどうか判定する。

この目的は直径が細い場合、単結晶１５の直近で温度を
測定しようとすると、種結晶保持具６（第１図）が温度
計２の視野内に入り、ン温度の誤検出が発生ずるので、
これを防止することにある。

もし、ｄ　（ｉ）＜ＤＩであれば、ネッキング工程と同
じ位置に温度計２を保つ。

ｄ　（ｉ）≧ＤＩとなってからは単結晶１５の直径の最
大値ＤＭを記・臆しておき、この直径の最大値ＤＭを用
いて（１）式により放射温度計の位置設定値Ｐを計算す
る。

ＰＯはオフセット量であり、Ｐｏにより放射温度計２の
視野位置を単結晶１５から離す距離が決まる。

また（１）式は種結晶とメルトが接触する位置５を原点
にして、故ｉｔ　ｉＦＡ度計０位置設定値Ｐを計算する
式であるが、原点の選び方は任意であり、原点に合わせ
て上記（１）式を適宜変更することは可能である。

上記（１）式において直径の最大値ＤＭを用いる理由は
、単結晶１５の直径が太（なった後納（なった場合、細
くなった直径に合わせて放射温度計２の位置を移動させ
ると、放射温度計２の視野内に屯結品１５が入り、温度
を誤検出する危険があるためである。

なお工程に応じた放射温度計２の制御位置の切替えは出
力切替回路１８を用いて行う、出力切替回路の７〜才の
記号は次の通りである。

ア・・・ネッキング工程前 イ・・・ネッキング工程 つ・−クラウン工程 工・・−ボディ工程 オ・・・ティリング工程 通常クラウン工程、ボディ工程以外では温度計２の位置
は予め設定した固定位置（Ｐ、、Ｐ９、Ｐアなど）に位
置を合わせる。ｐ、１．ｐ、、ｐ。

は放射温度計の位置設定値を示すもので次の通りである
。

Ｐ３・・・ネッキング工程前の放射温度の位置設定値 Ｐ、・・−ネッキング工程における放射温度計の位置設
定値 Ｐ７・・・ティリング工程における放射温度計の位置設
置値 以上の方法で温度計２の位置を変更しなからメルト１０
の表面温度を測定すれば、温度計２の光軸を常にメルト
表面に垂直な光軸４に保つことができるため、迷光の影
響が少ない正確な温度を測定することができる。また、
常にｔし結晶１５の直近の温度を測定することができる
ため、データの代表性も問題ない。

このようにして実測したメルト表面を品度信号２１をヒ
ーターパワー制御装置１４へ読み込み。

ヒーターパワーの制御を行なう。ヒーターパワー制（耳
装置１４には、予め引上げ工程に応じてメルト表１１ｉ
ｉ温度の目標値を設定しておき、その目標値と実測した
メルト表面温度が一致するよう、ヒータパワーをフィー
ドバック制御する。

［実施例１ 第１図に示した装置を用いて第４図に示した信号処理フ
ローでφ６インチの８１単結晶の引上げを実施した。第
４図に示したフローにおける設定値は次のように設定し
た。

直径のスレッシュホールドＤ１： ５０ｍｍφ オフセット量Ｐ。：１０ｍｍ ネッキング工程前の放射温度計の位置設定値Ｐｓ：Ｏｍ
ｍ ネッキング工程における放射温度計の位置設定値Ｐｓ：
３５ｍｍ ティリング工程における放射温度計の位置設定値Ｐ　Ｔ
　：　８５　ｍ　ｍ またメルト表面温度の目標値１９は第５図に示した。第
５図において、目標温度が一定の部分は途中を省略して
書いである。更に引上げを実施したときのメルト表面の
実測値２０も同時に示した。図中ア〜オは第４図と同様
である。

第６図には温度計２の位置の変化２４と単結晶１５の半
径の変化２５の様子を示した。メルト表面温度は常にメ
ルト表面に垂直な光軸で測定するため、光軸が斜めにな
っている場合に比べ測定誤差が減少する。

第７図にその比較データを示した。第７図において熱電
対で測定したメルト表面近傍の温度を真温度として評価
している。温度計２で測定した温度のうち、○印で示し
たものが、本発明を用いたもので温度計２の光軸はメル
ト表面に垂直な光軸４になっている。Ｘ印で示したもの
はメルト表面に立てた垂線に対し光軸が３．４度傾いて
いた。温度の測定点はいずれも種結晶とメルトが接触す
る位置５であった。また温度計２の測定値は放射率を０
．３として放射率補正をした。第７図の結果より、ｘ印
で示した従来法では最大７℃程度の誤差があったが、本
発明では最大３℃程度に減少していることが分かる。

［発明の効果］ 本発明によれば、単結晶の直近のメルト表面温度を測定
することができるため、代表性のある温度データを得る
ことができる。その結果、引上げの全工程を通してメル
ト温度制御が可能となる。

引上げの全工程を通してメルト温度制御が可能となるこ
とでヒータ交換、ヒータの劣化、操業条件の変更などの
影響を受けにくくなる。

また、従来、ヒータの寿命が約５０チヤージでその間に
、約５チヤージのテストラン（単結晶製造装置の特性を
確認するための引上げ）を実施していた。本発明により
テストランの回数は５０チヤージにつき２チヤージ以下
に減少した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図（単結晶引上げ
中の状態）、第２図は本発明の単結晶引上げ開始前の状
態を示すブロック図、第３図は従来技術の例を示す説明
図、第４図は本発明の処理フローチャート、第５図はメ
ルト表面温度の目標値と実績値の変化を示すチャート、
第６図は単結晶の半径と温度計の位置の変化を示すチャ
ート、第７図は温度計の測温誤差の比較を示すグラフで
ある。 ■・・・結晶回転機構 ２・・・温度計 ３．４・・・光軸 ５・・・種結晶とメルトが接触する位置６・・・種結晶
保持具 ７・・・種結晶 ８・・・坩堝 ９・・−単結晶製造装置本体 １０・・−メルト １１・・・温度計位置合わせ器 １２・・・制御装置 １３・・・直径測定器 １４・・・ヒーターパワー制御装置 １５−・・単結晶 １６・・・単結晶直近の視野位置 １７−・・ゲート １８・・・出力切替回路 １９・・・メルト表面温度の目標値 ２０・・・メルト表面温度の実測値 ２１・・・実測したメルト表面温度信号２２・・・温度
計位置制御信号 ２３・・・実測した直径信号 ２４・・・温度計の位置の変化 ２５・・・単結晶の半径の変化 ２６・・・メルト表面に垂直な光軸で測定した温度測定
値 ２７・・・光軸がメルト表面の垂線から３．４度傾いた
ときの温度測定値 ２８・・・ｙ＝ｘの直線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　チョクラルスキー式単結晶引上装置において、坩堝
   上方空間内に配設され、引上軸中心から半径方向に移動
   自在であって、受光軸を鉛直下方に向けた放射温度計と
   、引上げ中の単結晶の直径を測定する手段と、該直径測
   定手段による単結晶の直径測定値に基づいて、前記放射
   温度計を半径方向に移動せしめる位置制御手段とを設け
   たことを特徴とする単結晶引上装置。