KR102533979B1 - Apparatus and method for manufacturing single crystal - Google Patents

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Abstract

(과제) F링법에 의한 갭 계측 정밀도를 높인다.
(해결 수단) 단결정 제조 장치(10)는, 융액(13)으로부터 단결정(15)을 인상하는 단결정 인상부와, 카메라(18)의 촬영 화상을 처리하는 연산부(23)와, 연산부(23)의 처리 결과에 기초하여 결정 인상 조건을 제어하는 제어부(26)를 구비한다. 연산부(24)는, 카메라(18)의 촬영 화상에 찍히는 차열 부재의 개구의 실상과 융액면에 반사되는 차열 부재(17)의 개구의 경상의 크기로부터 차열 부재의 하단과 융액면의 사이의 제1 갭 계측값을 산출하는 제1 연산부(24)와, 카메라(18)의 촬영 화상에 찍히는 단결정과 융액의 경계에 발생하는 퓨전 링으로부터 구하는 결정 중심 위치의 높이 방향의 변화량으로부터 차열 부재(17)의 하단과 융액면의 사이의 제2 갭 계측값을 상대적으로 산출하는 제2 연산부(25)를 갖는다. 제2 연산부(25)는, 미리 준비한 갭 보정량 테이블을 이용하여 제2 갭 계측값을 보정한다.(Problem) Increase the accuracy of gap measurement by the F-ring method.
(Solution Means) The single crystal manufacturing apparatus 10 includes a single crystal pulling unit that pulls up a single crystal 15 from a melt 13, a calculation unit 23 that processes an image captured by a camera 18, and a calculation unit 23. A controller 26 for controlling crystal pulling conditions based on processing results is provided. The calculation unit 24 determines the distance between the lower end of the heat shield member and the melt surface from the size of the real image of the opening of the heat shield member captured in the captured image by the camera 18 and the size of the mirror image of the aperture of the heat shield member 17 reflected on the melt surface. Heat shielding member 17 from the change in the height direction of the crystal center position obtained from the first calculation unit 24 that calculates the measured value of one gap and the fusion ring generated at the boundary between the single crystal and the melt captured in the captured image of the camera 18 and a second calculation unit 25 that relatively calculates a second gap measured value between the lower end of and the melt surface. The second calculation unit 25 corrects the second gap measurement value using a gap correction amount table prepared in advance.

Figure R1020210106089
Figure R1020210106089

Description

단결정 제조 장치 및 단결정의 제조 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING SINGLE CRYSTAL}Single crystal manufacturing apparatus and single crystal manufacturing method {APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING SINGLE CRYSTAL}

본 발명은, 단결정 제조 장치 및 단결정의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 초크랄스키법(CZ법)에 의한 단결정의 인상 공정 중에 융액면의 위치를 계측하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a single crystal manufacturing apparatus and a single crystal manufacturing method, and more particularly, to a method for measuring the position of a melt surface during a single crystal pulling process by the Czochralski method (CZ method).

반도체 디바이스의 기판 재료가 되는 실리콘 단결정의 대부분은 CZ법에 의해 제조되고 있다. CZ법은, 석영 도가니 내에 수용된 실리콘 융액에 종결정을 침지하여, 종결정 및 석영 도가니를 회전시키면서 종결정을 서서히 인상함으로써, 종결정의 하방에 큰 직경의 단결정을 성장시키는 것이다. CZ법에 의하면, 고품질의 실리콘 단결정 잉곳을 높은 수율로 제조하는 것이 가능하다.Most silicon single crystals used as substrate materials for semiconductor devices are manufactured by the CZ method. In the CZ method, a seed crystal is immersed in a silicon melt contained in a quartz crucible, and the seed crystal is gradually pulled up while rotating the seed crystal and the quartz crucible to grow a single crystal with a large diameter below the seed crystal. According to the CZ method, it is possible to manufacture high-quality silicon single crystal ingots in high yield.

CZ법에 의해 육성되는 실리콘 단결정에 포함되는 결함의 종류나 분포는, 결정 인상 속도 V와 결정 인상 방향의 결정 내 온도 구배 G의 비 V/G에 의존하는 것이 알려져 있다. V/G가 큰 경우에는 공공(空孔)이 과잉이 되어, 그의 응집체인 보이드가 발생한다. 보이드는 일반적으로 COP(Crystal Originated Particle)라고 칭해지는 결정 결함이다. 한편, V/G가 작은 경우에는 격자 간 실리콘 원자가 과잉이 되어, 그의 응집체인 전위 클러스터가 발생한다. COP나 전위 클러스터 등의 Grown-in 결함을 포함하지 않는 실리콘 단결정을 육성하기 위해서는, V/G의 엄밀한 제어가 필요하다.It is known that the type and distribution of defects contained in a silicon single crystal grown by the CZ method depends on the ratio V/G of the crystal pulling rate V and the intracrystal temperature gradient G in the crystal pulling direction. When V/G is large, vacancies become excessive, and voids, which are aggregates thereof, are generated. Voids are crystal defects generally referred to as COPs (Crystal Originated Particles). On the other hand, when V/G is small, interstitial silicon atoms become excessive, and dislocation clusters, which are aggregates thereof, are generated. In order to grow a silicon single crystal that does not contain grown-in defects such as COPs and dislocation clusters, strict V/G control is required.

V/G를 제어하여 COP나 전위 클러스터를 포함하지 않는 실리콘 단결정을 인상했다고 해도, 그 결정 품질은 반드시 균질하지는 않고, 열처리된 경우의 거동이 상이한 복수의 영역을 포함하고 있다. 예를 들면, COP가 발생하는 영역과 전위 클러스터가 발생하는 영역의 사이에는, V/G가 큰 쪽으로부터 순서대로, OSF 영역, Pv 영역, Pi 영역과 같은 3개의 영역이 존재한다.Even if a silicon single crystal that does not contain COPs or dislocation clusters is pulled up by controlling V/G, the crystal quality is not necessarily homogeneous and includes a plurality of regions with different behaviors when subjected to heat treatment. For example, between the region where COPs occur and the region where dislocation clusters occur, there are three regions such as an OSF region, a Pv region, and a Pi region in order from the one having the largest V/G.

OSF 영역이란, as-grown 상태(단결정 성장 후에 어떤 열처리도 행하지 않은 상태)에서 판 형상 산소 석출물(OSF핵)을 포함하고 있고, 고온(일반적으로는 1000℃에서 1200℃)에서 열산화한 경우에 OSF(Oxidation induced Stacking Fault)가 발생하는 영역이다. Pv 영역이란, as-grown 상태에서 산소 석출핵을 포함하고 있고, 저온 및 고온(예를 들면, 800℃와 1000℃)의 2단계의 열처리를 실시한 경우에 산소 석출물이 발생하기 쉬운 영역이다. Pi 영역이란, as-grown 상태에서 대부분 산소 석출핵을 포함하고 있지 않고, 열처리가 실시되어도 산소 석출물이 발생하기 어려운 영역이다.The OSF region is an as-grown state (a state in which no heat treatment is performed after single crystal growth) containing plate-like oxygen precipitates (OSF nuclei) and thermally oxidized at high temperatures (typically 1000°C to 1200°C). This is the area where Oxidation induced Stacking Fault (OSF) occurs. The Pv region is a region containing oxygen precipitate nuclei in an as-grown state and likely to generate oxygen precipitates when a two-step heat treatment of low temperature and high temperature (eg, 800°C and 1000°C) is performed. The Pi region is a region in which almost no oxygen precipitate nuclei are contained in an as-grown state, and oxygen precipitates are hardly generated even when heat treatment is performed.

이러한 Pv 영역과 Pi 영역을 나눠 만든 고품위인 실리콘 단결정(PvPi 결정)의 육성에는 V/G의 더욱 정밀한 제어가 필요하고, 예를 들면, V/G의 변동 허용폭을 ±0.5％ 이내로 할 필요가 있는 것이 판명되어 있다.Growing a high-quality silicon single crystal (PvPi crystal) made by dividing the Pv and Pi regions requires more precise control of V/G, and, for example, it is necessary to keep the tolerance for V/G fluctuation within ±0.5%. It turns out that there is

단결정의 인상축 방향의 V/G는, 단결정의 인상 속도 V에 크게 의존한다. 따라서, 인상축 방향의 V/G의 제어는, 결정 인상 속도 V를 조정함으로써 행해진다. 한편, 단결정의 지름 방향의 V/G는, 단결정의 지름 방향의 온도 구배 G에 크게 의존한다. 그 때문에, 단결정의 중심부에 있어서의 온도 구배 G와 외주부에 있어서의 온도 구배 G의 차가 소정의 범위 내에 들어가도록 챔버 내에 적절한 고온 영역(핫존)을 구축할 필요가 있다. 단결정의 지름 방향의 온도 구배 G는, 실리콘 융액의 상방에 형성된 차열(遮熱) 부재에 의해 제어되고, 이에 따라 고액(固液) 계면 부근에 적절한 핫존을 구축할 수 있다.V/G in the pulling-axis direction of a single crystal greatly depends on the pulling speed V of the single crystal. Therefore, control of V/G in the pulling axis direction is performed by adjusting the crystal pulling speed V. On the other hand, V/G in the radial direction of the single crystal greatly depends on the temperature gradient G in the radial direction of the single crystal. Therefore, it is necessary to construct an appropriate high-temperature region (hot zone) in the chamber so that the difference between the temperature gradient G in the central portion of the single crystal and the temperature gradient G in the outer peripheral portion falls within a predetermined range. The temperature gradient G in the radial direction of the single crystal is controlled by a heat shield member formed above the silicon melt, and accordingly, an appropriate hot zone can be established near the solid-liquid interface.

상기와 같이, V/G의 제어는 주로 결정 인상 속도 V를 조절함으로써 행해진다. 또한, 결정 내 온도 구배 G는, 실리콘 융액의 상방에 설치된 차열 부재의 하단에서 융액면까지의 거리(갭)의 영향을 크게 받는 것이 알려져 있다. V/G를 고(高)정밀도로 제어하기 위해서는, 차열 부재와의 융액면과의 간격을 일정하게 유지하는 것이 요구된다.As described above, the control of V/G is mainly performed by adjusting the crystal pulling speed V. It is also known that the temperature gradient G within the crystal is greatly affected by the distance (gap) from the lower end of the heat shield member provided above the silicon melt to the melt surface. In order to control V/G with high precision, it is required to maintain a constant distance between the heat shield member and the melt surface.

한편, CZ법에서는, 단결정의 인상이 진행됨에 따라 실리콘 융액이 소비되어 액면 위치가 저하되기 때문에, 융액면과 차열 부재의 거리를 일정하게 유지하기 위해서는, 액면 위치의 저하에 맞추어 석영 도가니를 상승시키는 제어가 필요하다. 그러기 위해서는, 액면 위치를 정확하게 측정할 필요가 있다.On the other hand, in the CZ method, as the single crystal is pulled, the silicon melt is consumed and the liquid surface position decreases. Therefore, in order to keep the distance between the melt surface and the heat shield member constant, the quartz crucible must be raised in accordance with the decrease in liquid surface position. control is needed To do so, it is necessary to accurately measure the liquid surface position.

상기와 같이 갭을 정밀하게 제어하기 위해서는, 차열 부재에서 본 실리콘 융액의 액면 위치의 정밀한 측정이 불가결하다. 실리콘 융액의 액면 위치의 측정 방법에 관하여, 예를 들면 특허문헌 1에는, 차열 부재의 실상과 경상(鏡像)의 간격에 기초하여 실리콘 융액의 액면 위치를 설정하고, 실리콘 단결정이 예를 들면 직동부로 이행하는 단계에서, 실리콘 융액과 실리콘 단결정의 경계에 발생하는 퓨전 링의 상(像)으로부터 얻어지는 실리콘 단결정의 중심 위치에 기초하여, 실리콘 융액의 액면 위치를 산출하는 방법이 기재되어 있다.In order to precisely control the gap as described above, it is indispensable to precisely measure the position of the liquid surface of the silicon melt as seen from the heat shield member. Regarding the method for measuring the liquid surface position of the silicon melt, for example, in Patent Document 1, the liquid surface position of the silicon melt is set based on the distance between the real image and the mirror image of the heat shield member, and the silicon single crystal is, for example, the straight body part. A method for calculating the liquid surface position of the silicon melt based on the central position of the silicon single crystal obtained from the image of the fusion ring generated at the boundary between the silicon melt and the silicon single crystal in the step of moving to is described.

일본공개특허공보 2012-126585호Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-126585

상기와 같이, 액면 위치의 측정 방법으로서는, 「경상법」과 「퓨전 링법」과 같은 2개의 방법이 알려져 있다. 경상법은, 로 내를 카메라로 촬영했을 때의 촬영 화상에 찍히는 차열 부재의 실상과 융액면에 반사된 차열 부재의 경상의 크기로부터 액면 위치를 기하학적으로 산출하는 방법이다. 또한, 퓨전 링법(이하, 「F링법」이라고 함)은, 로 내를 카메라로 촬영했을 때의 촬영 화상에 찍히는 단결정과 융액의 경계에 발생하는 대략 링 형상의 고휘도 영역(퓨전 링)의 중심 좌표의 변화량으로부터 액면 위치의 변화량을 산출하는 방법이다.As described above, as a method for measuring the liquid surface position, two methods such as the "mirror image method" and the "fusion ring method" are known. The mirror image method is a method of geometrically calculating the liquid surface position from the real image of the heat shield member captured in a captured image when the inside of the furnace is photographed with a camera and the size of the mirror image of the heat shield member reflected on the melt surface. In addition, the fusion ring method (hereinafter referred to as the "F-ring method") is the center coordinate of a substantially ring-shaped high luminance region (fusion ring) generated at the boundary between a single crystal and a melt captured in a captured image when the inside of the furnace is photographed with a camera. This is a method of calculating the change in liquid surface position from the change in .

그러나, F링법은 갭 계측 정밀도가 낮고, 단결정의 육성이 진행됨에 따라 갭 계측 오차가 커진다는 문제가 있다. 이러한 갭 계측 오차는 실리콘 단결정의 품질 보증의 문제로 연결되기 때문에, 개선이 요구되고 있다.However, the F-ring method has a problem in that the gap measurement accuracy is low and the gap measurement error increases as single crystal growth progresses. Since this gap measurement error leads to a quality assurance problem of silicon single crystal, improvement is required.

따라서, 본 발명의 목적은, F링법에 의한 갭 계측 정밀도를 높이는 것이 가능한 단결정 제조 장치 및 단결정의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a single crystal manufacturing apparatus and a single crystal manufacturing method capable of increasing the accuracy of gap measurement by the F-ring method.

본원 발명자는, F링법의 갭 계측 정밀도가 나빠지는 원인에 대해서 예의 연구를 거듭한 결과, 열팽창에 의해 차열 부재의 높이 위치가 변화하고 있는 것이 원인인 것을 알게 되었다. 특히 복수의 로 내 부품을 조합하여 구성된 로 내 구조물의 상단부에 설치되는 경우, 로 내 구조물의 열팽창의 영향을 받아 그 상하 방향의 위치가 변화하기 쉽다. 여기에서, 경상법에 의한 갭 계측에서는, 차열 부재의 실상 및 경상을 직접 파악하여 그들의 높이 위치를 구하기 때문에, 차열 부재의 상하 방향의 이동이 반영된 갭의 계측이 가능하다. 그러나, F링법은 어디까지나 융액면의 상대적인 높이 위치를 구하는 것으로서, 갭은 경상법 등의 또 다른 방법에 의해 구한 어느 시점에서의 갭 계측값을 기준으로 하고, 이 갭의 기준값에 액면 위치의 상대적인 변화량을 더함으로써 구해지기 때문에, 열팽창에 의한 차열 부재의 상하 방향의 이동에 의해 갭의 기준값이 변화하고 있는 경우에는, 올바른 갭 계측값을 얻을 수 없다. 즉, F링법의 갭 계측 정밀도는, 경상법보다도 나빠진다.As a result of intensive research on the cause of the deterioration of the gap measurement accuracy of the F-ring method, the inventor of the present application found that the cause was that the height position of the heat shield member was changing due to thermal expansion. In particular, when installed on the upper end of an in-furnace structure constructed by combining a plurality of in-furnace parts, the position in the vertical direction is likely to change under the influence of thermal expansion of the in-furnace structure. Here, in the gap measurement by the mirror image method, since the real image and the mirror image of the heat shield member are directly grasped and their height positions are obtained, it is possible to measure the gap in which the movement of the heat shield member in the vertical direction is reflected. However, the F-ring method only seeks the relative height position of the melt surface, and the gap is based on the measured value of the gap at a certain point in time obtained by another method such as the mirror image method, and the relative position of the liquid surface to the reference value of this gap Since it is obtained by adding the amount of change, when the reference value of the gap changes due to the vertical movement of the heat shield member due to thermal expansion, a correct measured value of the gap cannot be obtained. That is, the gap measurement accuracy of the F-ring method is worse than that of the mirror image method.

본 발명은 이러한 기술적 인식에 기초하는 것으로서, 본 발명에 의한 단결정 제조 장치는, 도가니 내의 융액으로부터 단결정을 인상하는 단결정 인상부와, 상기 단결정을 둘러싸도록 상기 융액의 상방에 설치된 차열 부재와, 상기 융액과 상기 단결정의 경계부를 비스듬한 상방으로부터 촬영하는 카메라와, 상기 카메라의 촬영 화상을 처리하는 연산부와, 상기 연산부의 처리 결과에 기초하여 결정 인상 조건을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 연산부는, 상기 카메라의 촬영 화상에 찍히는 상기 차열 부재의 개구의 실상과 융액면에 반사되는 상기 차열 부재의 개구의 경상의 크기로부터 상기 차열 부재의 하단과 상기 융액면의 사이의 제1 갭 계측값을 산출하는 제1 연산부와, 상기 카메라의 촬영 화상에 찍히는 상기 단결정과 상기 융액의 경계에 발생하는 퓨전 링으로부터 구하는 결정 중심 위치의 높이 방향의 변화량으로부터 상기 차열 부재의 하단과 상기 융액면의 사이의 제2 갭 계측값을 상대적으로 산출하는 제2 연산부를 갖고, 상기 제2 연산부는, 미리 준비한 갭 보정량 테이블을 이용하여 상기 제2 갭 계측값을 보정하는 것을 특징으로 한다.The present invention is based on such technical recognition, and the single crystal manufacturing apparatus according to the present invention includes a single crystal pulling part for pulling up a single crystal from a melt in a crucible, a heat shield member installed above the melt so as to surround the single crystal, and the melt. and a camera for photographing the boundary of the single crystal from an oblique upward direction, an arithmetic unit for processing an image captured by the camera, and a control unit for controlling a crystal pulling condition based on a processing result of the arithmetic unit, wherein the arithmetic unit comprises the camera Calculating a first gap measurement value between the lower end of the heat shield member and the melt surface from the size of the real image of the aperture of the heat shield member captured in the captured image and the size of the mirror image of the aperture of the heat shield member reflected on the melt surface First A second measured value of the gap between the lower end of the heat shield member and the melt surface from the calculation unit and the amount of change in the height direction of the crystal center position obtained from the fusion ring generated at the boundary between the single crystal and the melt captured in the image captured by the camera and a second calculation unit that relatively calculates , and the second calculation unit corrects the second gap measurement value using a gap correction amount table prepared in advance.

본 발명에 의하면, F링법에 있어서 열팽창의 영향에 의한 차열 부재의 높이 위치의 변화를 고려할 수 있고, 이에 따라 정밀한 갭 제어를 실현할 수 있다.According to the present invention, in the F-ring method, it is possible to take into consideration the change in the height position of the heat shield member due to the influence of thermal expansion, and thereby, precise gap control can be realized.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 갭 계측값에 기초하여 결정 인상 조건을 제어하면서 결정 인상 공정을 개시하고, 상기 단결정의 직동부 육성 공정의 개시 후에 상기 제1 갭 계측값에 기초하는 갭 제어로부터 상기 제2 갭 계측값에 기초하는 갭 제어로 전환하는 것이 바람직하다. 본 발명에 의하면, 경상법에 의한 갭 제어로부터 F링법에 의한 갭 제어로 전환한 경우라도, 갭 계측 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.In the present invention, the control unit starts a crystal pulling process while controlling crystal pulling conditions based on the first measured gap value, and after starting the step of growing the straight body portion of the single crystal, based on the first measured gap value It is preferred to switch from gap control to gap control based on the second gap measurement. According to the present invention, even when switching from gap control by the mirror image method to gap control by the F-ring method, a decrease in gap measurement accuracy can be prevented.

상기 제어부는, 상기 단결정의 직동부 육성 공정의 도중에서 상기 제1 갭 계측값에 이상(異常)이 발생한 경우 또는 상기 제1 갭 계측값의 계측을 할 수 없는 경우에, 상기 제1 갭 계측값에 기초하는 갭 제어로부터 상기 제2 갭 계측값에 기초하는 갭 제어로 전환하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 단결정의 직동부 육성 공정의 도중에서 상기 제1 갭 계측값에 이상이 발생하지 않는 경우에는, 상기 제1 갭 계측값에 기초하는 갭 제어를 계속하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 본 발명에 의하면, F링법을 경상법의 백업 수단으로서 이용할 수 있어, 경상법에 의한 갭 제어로부터 F링법에 의한 갭 제어로 전환한 경우라도, 갭 계측 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.The control unit, when an abnormality occurs in the first measured gap value in the middle of the straight body portion growing process of the single crystal or when the measured first gap value cannot be measured, the first measured gap value It is preferred to switch from gap control based on ? to gap control based on the second measured value of the gap. In the case where an abnormality does not occur in the first measured gap value during the step of growing the single crystal straight body portion, it is preferable to continue gap control based on the first measured gap value. In this way, according to the present invention, the F-ring method can be used as a backup means for the mirror image method, and even when switching from gap control using the mirror image method to gap control using the F-ring method, a decrease in gap measurement accuracy can be prevented. .

상기 제어부는, 상기 제1 갭 계측값 또는 보정 후의 상기 제2 갭 계측값이 목푯값에 가까워지도록 상기 도가니의 상승 속도를 제어하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 경상법에 의한 갭 계측값에 대해서는 그대로 채용하고, F링법에 의한 갭 계측값에 대해서는 갭 보정량을 가산한 후에 갭 제어에 채용하기 때문에, 경상법에 의한 갭 제어로부터 F링법에 의한 갭 제어로 전환한 경우라도 갭 계측 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.Preferably, the control unit controls a rising speed of the crucible so that the first measured gap value or the second measured gap value after correction approaches a target value. In this way, since the measured value of the gap by the mirror image method is adopted as it is, and the measured value of the gap by the F ring method is adopted for gap control after adding the gap correction amount, Even when switching to control, a decrease in gap measurement accuracy can be prevented.

상기 연산부는, 과거의 인상 배치에서 계측한 상기 제1 갭 계측값과 상기 제2 갭 계측값의 차(差)로부터 상기 갭 보정량 테이블을 작성하는 것이 바람직하고, 특히 전회의 인상 배치에서 계측한 상기 제1 갭 계측값과 상기 제2 갭 계측값의 차로부터 상기 갭 보정량 테이블을 작성하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 본 발명에 의하면, 동일한 촬영 화상으로부터 구한 차열 부재의 위치 변화의 영향을 받지 않는 경상법에 의한 갭 계측값과 차열 부재의 위치 변화의 영향을 받는 F링법에 의한 갭 계측값의 차로부터, 갭 보정량을 작성할 수 있다.It is preferable that the calculation unit creates the gap correction amount table from a difference between the first gap measurement value and the second gap measurement value measured in a past impression arrangement, and in particular, the gap correction amount table measured in the previous impression arrangement It is preferable to create the said gap correction amount table from the difference of the 1st measured gap value and the said 2nd measured value of a gap. Thus, according to the present invention, from the difference between the gap measurement value obtained from the same photographed image by the mirror image method, which is not affected by the position change of the heat shield member, and the gap measurement value by the F-ring method, which is affected by the position change of the heat shield member, , the gap correction amount can be written.

상기 연산부는, 과거의 복수의 인상 배치에서 계측한 상기 제1 갭 계측값과 상기 제2 갭 계측값의 차의 평균값으로부터 상기 갭 보정량 테이블을 작성하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 인상 배치마다의 계측 편차를 평균화하여 신뢰성이 높은 갭 보정량을 구할 수 있다.Preferably, the calculation unit creates the gap correction amount table from an average value of a difference between the first measured gap value and the second measured gap value measured in a plurality of past pulling arrangements. In this way, a highly reliable gap correction amount can be obtained by averaging measurement deviations for each pulling batch.

또한, 본 발명에 의한 단결정의 제조 방법은, 도가니 내의 융액으로부터 인상되는 단결정을 둘러싸도록 상기 융액의 상방에 설치된 차열 부재의 하단과 융액면의 사이의 갭을 제어하면서 상기 단결정을 인상하는 초크랄스키법에 의한 단결정의 제조 방법으로서, 카메라의 촬영 화상에 찍히는 상기 차열 부재의 개구의 실상과 융액면에 반사되는 상기 차열 부재의 개구의 경상의 크기로부터 산출한 제1 갭 계측값에 기초하여 상기 갭을 제어하면서 결정 인상 공정을 개시하고, 상기 결정 인상 공정의 개시 후에, 상기 카메라의 촬영 화상에 찍히는 상기 단결정과 상기 융액의 경계에 발생하는 퓨전 링으로부터 구하는 결정 중심 위치의 높이 방향의 변화량으로부터 산출한 제2 갭 계측값에 기초하는 갭 제어로 전환하고, 상기 제2 갭 계측값에 기초하는 갭 제어에서는, 미리 준비한 갭 보정량 테이블을 이용하여 상기 제2 갭 계측값을 보정하고, 보정 후의 제2 갭 계측값이 목푯값에 가까워지도록 결정 인상 조건을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the single crystal manufacturing method according to the present invention, Czochralski pulls up the single crystal while controlling the gap between the melt surface and the lower end of the heat shield member installed above the melt so as to surround the single crystal pulled up from the melt in the crucible. A method for producing a single crystal by a method, wherein the gap is calculated based on a first gap measurement value calculated from the size of a real image of the opening of the heat shield member captured in an image captured by a camera and a size of a mirror image of the aperture of the heat shield member reflected on the melt surface The crystal pulling step is started while controlling, and after the start of the crystal pulling step, the amount of change in the height direction of the crystal center position obtained from the fusion ring generated at the boundary between the single crystal and the melt captured in the image captured by the camera is calculated. Switch to gap control based on the second gap measurement value, and in the gap control based on the second gap measurement value, the second gap measurement value is corrected using a gap correction amount table prepared in advance, and the second gap after correction It is characterized in that the crystal pulling condition is controlled so that the measured value approaches the target value.

본 발명에 의하면, F링법에 있어서 열팽창의 영향에 의한 차열 부재의 높이 위치의 변화를 고려할 수 있고, 이에 따라 정밀한 갭 제어를 실현할 수 있다.According to the present invention, in the F-ring method, it is possible to take into consideration the change in the height position of the heat shield member due to the influence of thermal expansion, and thereby, precise gap control can be realized.

본 발명에 의한 단결정의 제조 방법은, 상기 결정 인상 공정의 도중에서 상기 제1 갭 계측값에 이상이 발생한 경우 또는 상기 제1 갭 계측값의 계측을 할 수 없는 경우에, 상기 제1 갭 계측값에 기초하는 갭 제어로부터 상기 제2 갭 계측값에 기초하는 갭 제어로 전환하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 단결정의 직동부 육성 공정의 도중에서 상기 제1 갭 계측값에 이상이 발생하지 않는 경우에는, 상기 제1 갭 계측값에 기초하는 갭 제어를 계속하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 본 발명에 의하면, F링법을 경상법의 백업 수단으로서 이용할 수 있어, 경상법에 의한 갭 제어로부터 F링법에 의한 갭 제어로 전환한 경우라도, 갭 계측 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.In the single crystal manufacturing method according to the present invention, when an abnormality occurs in the first measured gap value in the middle of the crystal pulling step or when the measured first gap value cannot be measured, the first measured gap value It is preferred to switch from gap control based on ? to gap control based on the second measured value of the gap. In the case where an abnormality does not occur in the first measured gap value during the step of growing the single crystal straight body portion, it is preferable to continue gap control based on the first measured gap value. In this way, according to the present invention, the F-ring method can be used as a backup means for the mirror image method, and even when switching from gap control using the mirror image method to gap control using the F-ring method, a decrease in gap measurement accuracy can be prevented. .

상기 결정 인상 공정에서는, 상기 제1 갭 계측값 또는 보정 후의 상기 제2 갭 계측값이 목푯값에 가까워지도록 상기 도가니의 상승 속도를 제어하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 경상법에 의한 갭 계측값에 대해서는 그대로 채용하고, F링법에 의한 갭 계측값에 대해서는 갭 보정량을 가산한 후에 갭 제어에 채용하기 때문에, 경상법에 의한 갭 제어로부터 F링법에 의한 갭 제어로 전환한 경우라도 갭 계측 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.In the crystal pulling step, it is preferable to control the lifting speed of the crucible so that the first measured gap value or the second measured gap value after correction approaches a target value. In this way, since the measured value of the gap by the mirror image method is adopted as it is, and the measured value of the gap by the F ring method is adopted for gap control after adding the gap correction amount, Even when switching to control, a decrease in gap measurement accuracy can be prevented.

본 발명에 의한 단결정의 제조 방법은, 과거의 인상 배치에서 계측한 상기 제1 갭 계측값과 상기 제2 갭 계측값의 차로부터 상기 갭 보정량 테이블을 작성하는 것이 바람직하고, 특히 전회의 인상 배치에서 계측한 상기 제1 갭 계측값과 상기 제2 갭 계측값의 차로부터 상기 갭 보정량 테이블을 작성하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 본 발명에 의하면, 동일한 촬영 화상으로부터 구한 차열 부재의 위치 변화의 영향을 받지 않는 경상법에 의한 갭 계측값과 차열 부재의 위치 변화의 영향을 받는 F링법에 의한 갭 계측값의 차로부터, 갭 보정량을 작성할 수 있다.In the single crystal manufacturing method according to the present invention, it is preferable to create the gap correction amount table from the difference between the first gap measurement value and the second gap measurement value measured in a past pulling batch, particularly in the previous pulling batch It is preferable to create the gap correction amount table from a difference between the first measured gap measurement value and the measured second gap measurement value. Thus, according to the present invention, from the difference between the gap measurement value obtained from the same photographed image by the mirror image method, which is not affected by the position change of the heat shield member, and the gap measurement value by the F-ring method, which is affected by the position change of the heat shield member, , the gap correction amount can be written.

본 발명에 의한 단결정의 제조 방법은, 과거의 복수의 인상 배치에서 계측한 상기 제1 갭 계측값과 상기 제2 갭 계측값의 차의 평균값으로부터 상기 갭 보정량 테이블을 작성하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 인상 배치마다의 계측 편차를 평균화하여 신뢰성이 높은 갭 보정량을 구할 수 있다.In the single crystal manufacturing method according to the present invention, it is preferable to create the gap correction amount table from an average value of a difference between the first measured gap value and the second measured gap value measured in a plurality of pulling batches in the past. In this way, a highly reliable gap correction amount can be obtained by averaging measurement deviations for each pulling batch.

그리고 또한, 본 발명에 의한 단결정의 제조 방법은, 융액으로부터 인상되는 단결정을 둘러싸도록 상기 융액의 상방에 설치된 차열 부재의 하단과 융액면의 사이의 갭을 계측하면서 상기 단결정을 인상하는 초크랄스키법에 의한 단결정의 제조 방법으로서, 로 내를 카메라로 촬영했을 때의 촬영 화상에 찍히는 상기 차열 부재의 실상과 상기 융액면에 반사된 상기 차열 부재의 경상으로부터 액면 위치를 기하학적으로 산출하는 경상법에 의해 제1 갭 계측값을 산출하고, 상기 제1 갭 계측값에 기초하여 갭을 제어하면서 결정 인상 공정을 개시하고, 상기 로 내를 상기 카메라로 촬영했을 때의 촬영 화상에 찍히는 상기 단결정과 상기 융액의 경계에 발생하는 퓨전 링의 중심 좌표의 변화량으로부터 액면 위치의 변화량을 산출하는 F링법에 의해 제2 갭 계측값을 산출하고, 상기 경상법에 의한 상기 제1 갭 계측값에 이상이 발생한 경우 또는 상기 제1 갭 계측값의 계측을 할 수 없는 경우에, 상기 제1 갭 계측값에 기초하는 갭 제어로부터 상기 F링법에 의한 상기 제2 갭 계측값에 기초하는 갭 제어로 전환하고, 상기 제2 갭 계측값에 기초하는 갭 제어에서는, 미리 준비한 갭 보정량 테이블을 이용하여 상기 제2 갭 계측값을 보정하고, 보정 후의 제2 갭 계측값이 목푯값에 가까워지도록 결정 인상 조건을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the single crystal manufacturing method according to the present invention is a Czochralski method in which the single crystal is pulled up from the melt while measuring the gap between the lower end of the heat shield member installed above the melt and the melt surface so as to surround the single crystal pulled up from the melt A method for producing a single crystal by a mirror image method of geometrically calculating a liquid surface position from a real image of the heat shield member captured in a captured image when the inside of the furnace is photographed with a camera and a mirror image of the heat shield member reflected on the melt surface. A first gap measurement value is calculated, and a crystal pulling step is started while controlling the gap based on the first gap measurement value, and the single crystal and the melt are captured in a captured image when the inside of the furnace is photographed with the camera. When the second gap measured value is calculated by the F-ring method that calculates the change in the liquid surface position from the change in the central coordinate of the fusion ring occurring at the boundary, and an abnormality occurs in the first gap measured value by the mirror image method or the above When the measurement of the first gap measurement value cannot be performed, switching from gap control based on the first gap measurement value to gap control based on the second gap measurement value by the F-ring method, the second gap In the gap control based on the measured value, the second measured gap value is corrected using a gap correction amount table prepared in advance, and the crystal pulling condition is controlled so that the second measured gap value after correction approaches the target value. .

본 발명에 의하면, F링법에 있어서 열팽창의 영향에 의한 차열 부재의 높이 위치의 변화를 고려할 수 있고, 이에 따라 정밀한 갭 제어를 실현할 수 있다.According to the present invention, in the F-ring method, it is possible to take into consideration the change in the height position of the heat shield member due to the influence of thermal expansion, and thereby, precise gap control can be realized.

본 발명에 의하면, F링법에 의한 갭 계측 정밀도를 높이는 것이 가능한 단결정 제조 장치 및 단결정의 제조 방법을 제공할 수 있다.ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the single-crystal manufacturing apparatus and single-crystal manufacturing method which can raise the gap measurement accuracy by the F-ring method can be provided.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 의한 단결정 제조 장치의 구성을 나타내는 대략 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 의한 실리콘 단결정의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 3은, 본 실시 형태에 의한 실리콘 단결정의 제조 방법에 의해 제조되는 실리콘 단결정 잉곳의 형상을 나타내는 측면도이다.
도 4는, 결정 인상 공정 중의 갭 제어 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 5는, 카메라의 촬영 화상으로서, 차열 부재의 실상과 경상의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6(a) 및 (b)는, 촬영 화상의 2차원 좌표를 실공간의 좌표에 투영 변환하는 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 7은, 경상법에 의한 갭의 계측 방법으로서, 차열 부재의 실상 및 경상 각각의 개구의 반경으로부터 갭값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은, 카메라의 촬영 화상으로서, 고액 계면에 발생하는 퓨전 링을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는, 퓨전 링의 에지 검출 방법의 설명도이다.
도 10(a) 및 (b)는, 갭 계측값의 보정 방법의 설명도이다.
도 11은, 경상법에 의한 갭 계측 결과와 F링법에 의한 갭 계측 결과를 비교하여 나타내는 그래프로서, 가로축은 결정 길이(상대값), 세로축은 갭 계측값(상대값)이다.
도 12는, 실시예에 의한 갭 계측 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13은, 비교예에 의한 갭 계측 결과를 나타내는 그래프이다.1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a single crystal manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart for explaining a method for producing a silicon single crystal according to an embodiment of the present invention.
3 is a side view showing the shape of a silicon single crystal ingot manufactured by the silicon single crystal manufacturing method according to the present embodiment.
4 is a flow chart for explaining a gap control method during the crystal pulling step.
Fig. 5 is a photographed image of a camera, and is a diagram for explaining the relationship between the real image and the mirror image of the heat shield member.
6(a) and (b) are schematic diagrams for explaining a method of projecting and converting two-dimensional coordinates of a captured image to coordinates in real space.
7 is a schematic diagram for explaining a method of calculating a gap value from the radius of each opening of a real image and a mirror image of a heat shield member as a method of measuring a gap by a mirror image method.
Fig. 8 is a photographed image of a camera, and is a diagram for explaining a fusion ring generated at a solid-liquid interface.
9 is an explanatory diagram of a method for detecting an edge of a fusion ring.
Fig.10 (a) and (b) are explanatory diagrams of the correction method of a measured value of a gap.
Fig. 11 is a graph showing gap measurement results by the mirror image method and gap measurement results by the F-ring method, in which the horizontal axis represents the crystal length (relative value) and the vertical axis represents the gap measurement value (relative value).
12 is a graph showing gap measurement results according to Examples.
13 is a graph showing gap measurement results according to a comparative example.

(발명을 실시하기 위한 형태)(Mode for implementing the invention)

이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시 형태는, 발명의 취지를 보다 좋게 이해시키기 위해 구체적으로 설명하는 것으로서, 특별히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이하의 설명에서 이용하는 도면은, 본 발명의 특징을 알기 쉽게 하기 위해, 편의상, 주요부가 되는 부분을 확대하여 나타내고 있는 경우가 있어, 각 구성 요소의 치수 비율 등이 실제와 동일하다고는 한정되지 않는다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiment of this invention is described in detail, referring an accompanying drawing. In addition, the embodiments shown below are specifically described in order to better understand the gist of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the characteristics of the present invention easier to understand, there are cases in which main parts are enlarged and shown for convenience, and it is not limited that the dimensional ratio of each component is the same as the actual one. don't

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 의한 단결정 제조 장치의 구성을 나타내는 대략 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a single crystal manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1에 나타내는 바와 같이, 단결정 제조 장치(10)는, 실리콘 단결정을 육성하기 위한 장치로서, 대략 원통형의 챔버(19)를 구비하고, 챔버(19)의 내부에는 실리콘 융액(13)을 저류하는 석영 도가니(11)가 설치되어 있다. 챔버(19)는, 예를 들면 내부에 일정한 간극을 형성한 이중벽 구조이면 좋고, 이 간극에 냉각수를 흐르게 함으로써, 석영 도가니(11)를 가열했을 때에 챔버(19)가 고온화하는 것을 방지한다.As shown in FIG. 1 , the single crystal manufacturing device 10 is a device for growing a silicon single crystal, and includes a substantially cylindrical chamber 19, in which a silicon melt 13 is stored. A quartz crucible 11 is installed. The chamber 19 may have, for example, a double wall structure in which a certain gap is formed therein, and cooling water flows through the gap to prevent the chamber 19 from being heated when the quartz crucible 11 is heated.

이러한 챔버(19)의 내부에는, 실리콘 단결정의 인상 개시 전에서 종료 후까지 아르곤 등의 불활성 가스가 도입된다. 챔버(19)의 정부에는, 인상 구동 장치(22)가 구비된다. 인상 구동 장치(22)는, 실리콘 단결정 잉곳(15)의 성장핵이 되는 종결정(14) 및 그로부터 성장하는 실리콘 단결정 잉곳(15)을 회전시키면서 상방으로 인상한다. 이러한 인상 구동 장치(22)에는, 실리콘 단결정 잉곳(15)의 인상량에 기초하여 실리콘 단결정 잉곳(15)의 결정 길이 정보를 송출하는 센서(도시하지 않음)가 형성되어 있으면 좋다. 인상 구동 장치(22)는, 제어부(26)에 접속되어 있고, 결정 길이 정보는 제어부(26)에 보내진다. 본 실시 형태에 있어서, 석영 도가니(11) 등의 챔버(19) 내의 구성 요소 및 인상 구동 장치(22)는, 단결정 인상부를 구성하고 있다.An inert gas such as argon is introduced into the chamber 19 from before the start of pulling up the silicon single crystal to after the end. At the top of the chamber 19, a pulling drive device 22 is provided. The pulling driving device 22 lifts the seed crystal 14 serving as a growth nucleus of the silicon single crystal ingot 15 and the silicon single crystal ingot 15 growing therefrom while rotating it. A sensor (not shown) that transmits crystal length information of the silicon single crystal ingot 15 based on the pulling amount of the silicon single crystal ingot 15 may be provided in such a pulling drive device 22 . The pulling drive device 22 is connected to the control unit 26, and the decision length information is sent to the control unit 26. In this embodiment, components in the chamber 19, such as the quartz crucible 11, and the pulling drive device 22 constitute the single crystal pulling portion.

챔버(19)의 내부에는, 석영 도가니(11)를 둘러싸도록 배치된 대략 원통형의 히터(12)가 구비된다. 히터(12)는, 석영 도가니(11)를 가열한다. 이 히터(12)의 내측에, 도가니 지지체(흑연 도가니)(16) 및 석영 도가니(11)가 수용된다. 석영 도가니(11)는, 전체가 석영으로 일체로 형성되고, 상방이 개방면을 이루는 대략 원통형의 용기이다.Inside the chamber 19, a substantially cylindrical heater 12 disposed to surround the quartz crucible 11 is provided. The heater 12 heats the quartz crucible 11 . Inside the heater 12, a crucible support (graphite crucible) 16 and a quartz crucible 11 are accommodated. The quartz crucible 11 is a substantially cylindrical container that is integrally formed of quartz and has an open top.

석영 도가니(11)에는, 고형의 실리콘을 용융한 실리콘 융액(13)이 저류된다. 도가니 지지체(16)는, 예를 들면 전체가 흑연으로 형성되어, 석영 도가니(11)를 감싸도록 밀착하여 지지한다. 도가니 지지체(16)는, 실리콘의 용융 시에 연화한 석영 도가니(11)의 형상을 유지하고, 석영 도가니(11)를 지지하는 역할을 다한다.In the quartz crucible 11, a silicon melt 13 in which solid silicon is melted is stored. The crucible support body 16 is entirely formed of graphite, for example, and supports the quartz crucible 11 in close contact so as to be wrapped around it. The crucible support 16 serves to maintain the shape of the quartz crucible 11 softened during melting of silicon and to support the quartz crucible 11 .

도가니 지지체(16)의 하측에는 도가니 리프트 장치(21)가 구비된다. 도가니 리프트 장치(21)는, 도가니 지지체(16) 및 석영 도가니(11)를 하측으로부터 지지함과 함께, 실리콘 단결정 잉곳(15)의 인상에 수반하여 변화하는 실리콘 융액(13)의 융액면(13a)의 액면 위치가 적절한 위치가 되도록 석영 도가니(11)를 상하동(動)시킨다. 이에 따라, 실리콘 융액(13)의 융액면(13a)의 위치가 제어된다. 도가니 리프트 장치(21)는, 동시에, 인상 시에 도가니 지지체(16) 및 석영 도가니(11)를 소정의 회전수로 회전 가능하게 지지하고 있다.A crucible lift device 21 is provided below the crucible support 16 . The crucible lift device 21 supports the crucible support 16 and the quartz crucible 11 from below, and melt surface 13a of the silicon melt 13 that changes with the raising of the silicon single crystal ingot 15 The quartz crucible 11 is moved up and down so that the liquid surface position of ) becomes an appropriate position. Accordingly, the position of the melt surface 13a of the silicon melt 13 is controlled. At the same time, the crucible lift device 21 rotatably supports the crucible support 16 and the quartz crucible 11 at a predetermined rotational speed during lifting.

석영 도가니(11)의 상면에는, 실리콘 융액(13)의 상면, 즉 융액면(13a)을 덮도록 차열 부재(차폐통)(17)가 형성되어 있다. 차열 부재(17)는, 예를 들면 유발 형상(鉢狀)으로 형성된 단열판으로 이루어지고, 그의 하단에는 대략 원형의 개구(17a)가 형성되어 있다. 또한 차열 부재(17)의 상단의 외측 가장자리부는 챔버(19)의 내면측에 고정되어 있다.On the upper surface of the quartz crucible 11, a heat shield member (shielding cylinder) 17 is formed so as to cover the upper surface of the silicon melt 13, that is, the melt surface 13a. The heat shield member 17 is made of, for example, a heat insulating plate formed in a bowl shape, and a substantially circular opening 17a is formed at its lower end. Also, the outer edge of the upper end of the heat shield member 17 is fixed to the inner surface of the chamber 19 .

이러한 차열 부재(17)는, 인상한 실리콘 단결정 잉곳(15)이 석영 도가니(11) 내의 실리콘 융액(13)으로부터 복사열을 받아 열이력이 변화하여, 품질이 열화하는 것을 방지한다. 또한, 이러한 차열 부재(17)는, 챔버(19)의 내부에 도입된 인상 분위기 가스를 실리콘 단결정 잉곳(15)측으로부터 실리콘 융액(13)측으로 유도함으로써, 실리콘 융액(13)의 융액면(13a) 부근의 잔류 산소량이나, 실리콘 융액(13)으로부터 증발한 실리콘 증기나 SiO 등을 제어하여, 실리콘 단결정 잉곳(15)이 목적의 품질이 되도록 한다. 이러한 인상 분위기 가스의 제어는, 로 내압 및 차열 부재(17)의 하단과 실리콘 융액(13)의 융액면(13a)의 갭을 통과할 때의 유속에 의존한다고 생각된다. 실리콘 단결정 잉곳(15)이 목적의 품질이 되도록, 차열 부재(17)의 하단에서 실리콘 융액(13)의 융액면(13a)까지의 거리(갭값) ΔG는 정확하게 설정될 필요가 있다. 또한, 인상 분위기 가스로서는, 아르곤 등의 불활성 가스에, 도펀트 가스로서 수소, 질소나, 그 이외의 소정의 가스를 함유할 수 있다.The heat shield member 17 prevents the pulled-up silicon single crystal ingot 15 from deteriorating its quality due to a change in thermal history caused by receiving radiant heat from the silicon melt 13 in the quartz crucible 11. In addition, this heat shield member 17 guides the pulling atmosphere gas introduced into the chamber 19 from the silicon single crystal ingot 15 side to the silicon melt 13 side, so that the melt surface 13a of the silicon melt 13 ), the amount of residual oxygen in the vicinity, and silicon vapor or SiO evaporated from the silicon melt 13 are controlled so that the silicon single crystal ingot 15 has a target quality. It is considered that the control of the pulling atmosphere gas depends on the furnace internal pressure and the flow rate when passing through the gap between the lower end of the heat shield member 17 and the melt surface 13a of the silicon melt 13. The distance (gap value) ΔG from the lower end of the heat shield member 17 to the melt surface 13a of the silicon melt 13 needs to be accurately set so that the silicon single crystal ingot 15 has the desired quality. In addition, as the pulling atmosphere gas, hydrogen, nitrogen, or other predetermined gas can be contained as a dopant gas in an inert gas such as argon.

챔버(19)의 외측에는 카메라(18)가 설치되어 있다. 카메라(18)는 예를 들면 CCD 카메라이고, 챔버(19)에 형성된 관측창을 통하여 챔버(19) 내를 촬영한다. 카메라(18)의 설치 각도 θC는, 실리콘 단결정 잉곳(15)의 인상축 Z에 대하여 소정의 각도를 이루고 있고, 카메라(18)는 연직 방향에 대하여 경사진 광축 L을 갖는다. 환언하면 카메라(18)의 설치 각도 θC란, 연직 방향에 대한 광축 L의 경사각이다. 카메라(18)는, 차열 부재(17)의 개구(17a) 및 융액면(13a)을 포함하는 석영 도가니(11)의 상면 영역을 비스듬한 상방으로부터 촬영한다. 카메라(18)는, 연산부(23)에 접속되어 있고, 카메라(18)의 촬영 화상은, 연산부(23)에 있어서 결정 직경 및 액면 위치의 검출에 이용된다.A camera 18 is installed outside the chamber 19 . The camera 18 is, for example, a CCD camera, and photographs the inside of the chamber 19 through an observation window formed in the chamber 19 . The installation angle θ C of the camera 18 forms a predetermined angle with respect to the pulling axis Z of the silicon single crystal ingot 15, and the camera 18 has an optical axis L inclined with respect to the vertical direction. In other words, the installation angle θ C of the camera 18 is an inclination angle of the optical axis L with respect to the vertical direction. The camera 18 photographs the upper surface area of the quartz crucible 11 including the opening 17a of the heat shield member 17 and the melt surface 13a from obliquely upward. The camera 18 is connected to the arithmetic unit 23, and the captured image of the camera 18 is used by the arithmetic unit 23 to detect the crystal diameter and the surface position.

연산부(23)는, 카메라(18)의 촬영 화상을 처리하는 제1 연산부(24) 및 제2 연산부(25)를 포함한다. 제1 연산부(24)는, 카메라(18)에 의해 촬영된 차열 부재(17)의 실상과, 실리콘 융액(13)의 융액면(13a)에 비추어진 차열 부재(17)의 경상을 포함하는 화상에 기초하여, 실리콘 융액(13)의 액면 위치를 산출한다. 또한, 제2 연산부(25)는, 카메라(18)에 의해 촬영된 실리콘 융액(13)과 실리콘 단결정 잉곳(15)의 경계부를 포함하는 화상에 기초하여, 실리콘 융액(13)의 액면 위치 및 실리콘 단결정 잉곳(15)의 직경을 산출한다. 연산부(23)는, 제어부(26)에 접속되어 있고, 연산부(23)의 처리 결과는 제어부(26)에 보내진다.The arithmetic unit 23 includes a first arithmetic unit 24 and a second arithmetic unit 25 that process images taken by the camera 18 . The first calculation unit 24 is an image including a real image of the heat-shielding member 17 photographed by the camera 18 and a mirror image of the heat-shielding member 17 projected on the melt surface 13a of the silicon melt 13. Based on this, the liquid surface position of the silicon melt 13 is calculated. In addition, the second calculation unit 25, based on the image including the boundary between the silicon melt 13 and the silicon single crystal ingot 15 photographed by the camera 18, the liquid surface position of the silicon melt 13 and the silicon The diameter of the single crystal ingot 15 is calculated. The arithmetic unit 23 is connected to the control unit 26, and the processing result of the arithmetic unit 23 is sent to the control unit 26.

제어부(26)는, 인상 구동 장치(22)의 센서로부터 얻어진 실리콘 단결정 잉곳(15)의 결정 길이 데이터와, 제2 연산부(25)에 의해 산출된 결정 직경 데이터에 기초하여, 석영 도가니(11)의 이동량(상승 속도)을 제어한다. 추가로 석영 도가니(11)의 이동량을 제어하기 위해, 제어부(26)는, 제1 연산부(24) 또는 제2 연산부(25)에 의해 산출된 실리콘 융액(13)의 액면 위치에 기초하여, 석영 도가니(11)의 위치 보정 제어를 행한다.The controller 26 determines the size of the quartz crucible 11 based on the crystal length data of the silicon single crystal ingot 15 obtained from the sensor of the pulling drive device 22 and the crystal diameter data calculated by the second calculation unit 25. Controls the movement amount (rising speed) of In order to further control the amount of movement of the quartz crucible 11, the control unit 26, based on the liquid surface position of the silicon melt 13 calculated by the first calculation unit 24 or the second calculation unit 25, Position correction control of the crucible 11 is performed.

도 2는, 본 발명의 실시 형태에 의한 실리콘 단결정의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다. 또한, 도 3은, 본 실시 형태에 의한 실리콘 단결정의 제조 방법에 의해 제조되는 실리콘 단결정 잉곳의 형상을 나타내는 측면도이다.2 is a flow chart for explaining a method for producing a silicon single crystal according to an embodiment of the present invention. 3 is a side view showing the shape of a silicon single crystal ingot manufactured by the silicon single crystal manufacturing method according to the present embodiment.

도 2에 나타내는 바와 같이, 실리콘 단결정의 제조에서는, 우선 석영 도가니(11)에 원료의 다결정 실리콘을 투입하고, 히터(12)에 의해 석영 도가니(11) 내의 다결정 실리콘을 가열하여 용융하고, 실리콘 융액(13)을 생성한다(스텝 S11).As shown in Fig. 2, in the production of silicon single crystal, polycrystalline silicon as a raw material is first put into a quartz crucible 11, and the polycrystalline silicon in the quartz crucible 11 is heated and melted by a heater 12 to melt the silicon melt. (13) is generated (step S11).

다음으로, 종결정(14)을 강하시켜 실리콘 융액(13)에 착액시킨다(스텝 S12). 그 후, 실리콘 융액(13)과의 접촉 상태를 유지하면서 종결정(14)을 서서히 인상하여 단결정을 성장시키는 결정 인상 공정(스텝 S13∼S16)을 실시한다.Next, the seed crystal 14 is lowered and brought into contact with the silicon melt 13 (step S12). Thereafter, a crystal pulling step (steps S13 to S16) of growing a single crystal by gradually pulling up the seed crystal 14 while maintaining contact with the silicon melt 13 is performed.

결정 인상 공정에서는, 무전위화를 위해 결정 직경이 가늘게 드로잉된 넥부(15a)를 형성하는 네킹 공정 S13과, 결정 직경이 서서히 커진 숄더부(15b)를 형성하는 숄더부 육성 공정 S14와, 결정 직경이 규정의 직경(예를 들면 약 300㎜)으로 유지된 직동부(15c)를 형성하는 직동부 육성 공정 S15와, 결정 직경이 서서히 작아진 테일부(15d)를 형성하는 테일부 육성 공정 S16이 순서대로 실시되고, 최종적으로는 단결정이 융액면으로부터 떼어놓아진다. 이상에 의해, 넥부(15a), 숄더부(15b), 직동부(15c) 및 테일부(15d)를 갖는 도 3에 나타낸 실리콘 단결정 잉곳(15)이 완성된다.In the crystal pulling step, a necking step S13 for forming a neck portion 15a with a thin crystal diameter for dislocation-free, a shoulder portion growing step S14 for forming a shoulder portion 15b with a gradually increased crystal diameter, and a crystal diameter Straight body portion growing step S15 for forming straight body portion 15c maintained at a specified diameter (for example, about 300 mm), and tail portion growing step S16 for forming tail portion 15d having a gradually reduced crystal diameter are sequentially performed. It is carried out as it is, and finally the single crystal is separated from the melt surface. By the above, the silicon single crystal ingot 15 shown in FIG. 3 which has the neck part 15a, the shoulder part 15b, the straight body part 15c, and the tail part 15d is completed.

결정 인상 공정 중은, 카메라(18)의 촬영 화상으로부터 실리콘 융액(13)의 융액면(13a)과 차열 부재(17)의 갭값 ΔG를 산출하고, 이에 따라 실리콘 융액(13)의 액면 위치를 산출한다. 그리고, 이 갭값 ΔG에 기초하여, 도가니의 상승량을 제어한다. 이에 따라, 실리콘 단결정의 인상 개시에서 인상 종료까지의 사이, 실리콘 융액(13)의 감소에 의하지 않고 히터(12)나 차열 부재(17) 등의 로 내 구조물에 대한 융액면(13a)의 위치를 일정하게 유지하거나 혹은 변화시키고, 이에 따라 실리콘 융액(13)에 대한 열의 복사 분포를 제어할 수 있다.During the crystal pulling step, a gap value ΔG between the melt surface 13a of the silicon melt 13 and the heat shield member 17 is calculated from an image captured by the camera 18, and the liquid surface position of the silicon melt 13 is calculated based on this do. And based on this gap value (DELTA)G, the raising amount of a crucible is controlled. Accordingly, the position of the melt surface 13a relative to the structure in the furnace, such as the heater 12 and the heat shield member 17, can be adjusted regardless of the decrease in the silicon melt 13 between the start of the pull-up of the silicon single crystal and the end of the pull-up. It is kept constant or changed, and thus the radiation distribution of heat to the silicon melt 13 can be controlled.

또한, 결정 인상 공정 중은, 카메라(18)의 촬영 화상으로부터 단결정의 직경을 산출하고, 결정 직경이 결정 길이에 대응한 소정의 직경이 되도록, 결정 인상 조건을 제어한다. 숄더부 육성 공정 S14에서는 결정 직경이 서서히 커지도록 제어하고, 직동부 육성 공정 S15에서는 결정 직경이 일정해지도록 제어하고, 테일부 육성 공정 S16에서는 결정 직경이 서서히 작아지도록 제어한다. 결정 인상 조건의 제어 대상은, 석영 도가니(11)의 높이 위치, 결정 인상 속도, 히터 출력 등이다. 카메라(18)의 촬영 화상을 이용한 결정 인상 조건의 제어는, 결정 인상 공정 중에 행해진다. 구체적으로는, 도 2에 있어서의 네킹 공정 S13의 개시에서 테일부 육성 공정 S16의 종료까지의 사이에 행해진다.During the crystal pulling step, the diameter of the single crystal is calculated from the captured image of the camera 18, and the crystal pulling conditions are controlled so that the crystal diameter becomes a predetermined diameter corresponding to the crystal length. In the shoulder portion growing step S14, the crystal diameter is controlled to gradually increase, in the straight body portion growing step S15, the crystal diameter is controlled to be constant, and in the tail portion growing step S16, the crystal diameter is controlled to gradually decrease. Control targets for the crystal pulling conditions are the height position of the quartz crucible 11, the crystal pulling speed, the heater output, and the like. Control of the crystal pulling conditions using the captured image of the camera 18 is performed during the crystal pulling process. Specifically, it is performed between the start of the necking step S13 in FIG. 2 and the end of the tail part growing step S16.

도 4는, 결정 인상 공정 중의 갭 제어 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.4 is a flow chart for explaining a gap control method during the crystal pulling step.

도 4에 나타내는 바와 같이, 결정 인상 공정 개시 시에는, 경상법에 의한 갭 계측을 개시하고, 이 갭 계측값(제1 갭 계측값)에 기초하는 갭 제어를 행한다(스텝 S21, S22). 상세는 후술하지만, 경상법은, 카메라(18)의 촬영 화상에 찍히는 차열 부재의 실상 및 경상 각각의 크기와 상대적인 위치 관계로부터 차열 부재의 하단과 융액면의 사이의 갭을 기하학적으로 산출하는 방법이다.As shown in FIG. 4 , at the start of the crystal pulling process, gap measurement by the mirror image method is started, and gap control based on this measured gap value (first gap measured value) is performed (steps S21 and S22). Although described in detail later, the mirror image method is a method of geometrically calculating the gap between the lower end of the heat shield member and the melt surface from the size and relative positional relationship of each of the real image and the mirror image of the heat shield member captured in the captured image by the camera 18. .

이어서, 직동부 육성 공정의 개시와 함께 F링법에 의한 갭 계측을 개시하고, 경상법에 의한 갭 계측과 F링법에 의한 갭 계측을 동시에 병행하여 실시한다(스텝 S23, S24). 상세는 후술하지만, F링법은, 직동부 육성 공정 중에 카메라의 촬영 화상에 찍히는 퓨전 링의 중심 좌표를 기하학적으로 산출하고, 중심 좌표의 상하 방향의 변화로부터 액면 위치의 변화량을 산출하고, 추가로 이 액면 위치의 변화량으로부터 갭을 산출하는 방법이다.Next, with the start of the straight body part growing process, gap measurement by the F-ring method is started, and gap measurement by the mirror image method and gap measurement by the F-ring method are simultaneously performed in parallel (steps S23 and S24). Although described in detail later, the F-ring method geometrically calculates the center coordinates of the fusion ring captured in the image taken by the camera during the straight body part growing process, calculates the amount of change in the liquid surface position from the change in the vertical direction of the center coordinates, and further This is a method of calculating the gap from the amount of change in the liquid surface position.

직동부 육성 공정에 있어서 경상법에 의한 갭 계측을 문제 없이 계속할 수 있는 경우(스텝 S25N), 결정 인상 공정 종료까지 경상법에 의한 갭 제어를 계속한다(스텝 S26, S27). 이 때, 경상법에 의한 갭 제어를 행하면서, 경상법에 의한 갭 계측값(제1 갭 계측값)과 F링법에 의한 갭 계측값(제2 갭 계측값)을 동시에 병행하여 취득함으로써, 경상법에 의한 갭 계측값을 기준으로 한 F링법의 갭 계측 오차를 구할 수 있고, 이 갭 계측 오차를 다음 배치 이후의 갭 보정량 테이블(갭 보정량 프로파일)로서 이용할 수 있다.When the gap measurement by the thinning method can be continued without any problem in the straight body portion growing step (step S25N), the gap control by the thinning method is continued until the end of the crystal pulling step (steps S26 and S27). At this time, while performing gap control by the mirror image method, the gap measurement value (first gap measurement value) by the mirror image method and the gap measurement value (second gap measurement value) by the F-ring method are acquired in parallel at the same time, The gap measurement error of the F-ring method based on the gap measurement value by the method can be obtained, and this gap measurement error can be used as a gap correction amount table (gap correction amount profile) after the next arrangement.

경상법과 F링법의 갭 계측 오차로부터 갭 보정량 테이블을 작성하는 경우, 과거의 복수의 인상 배치에서 계측한 경상법에 의한 갭 계측값과 F링법에 의한 갭 계측값의 차의 평균값으로부터 갭 보정량 테이블을 작성하는 것이 바람직하고, 3배치 이상의 실적값의 평균값을 이용하는 것이 특히 바람직하다. 이에 따라, 배치 간의 측정 편차를 고려한 보다 정확한 갭 보정이 가능해진다. 또한 「인상 배치」란, 동일한 석영 도가니를 이용하여 단결정을 제조하는 일련의 공정이다. 예를 들면, 동일한 석영 도가니를 이용하여 1개의 단결정을 제조하는 경우, 인상 배치란 1개의 단결정의 제조에 필요로 한 일련의 공정을 의미한다. 또한 동일한 석영 도가니를 이용하여 예를 들면 3개의 단결정을 제조하는 멀티플링법의 경우, 인상 배치란 3개의 단결정의 제조에 필요로 한 일련의 공정을 의미한다.When creating a gap correction amount table from the gap measurement errors of the thin film method and the F-ring method, the gap correction amount table is created from the average value of the difference between the gap measurement value by the thin film method and the gap measurement value by the F-ring method measured in a plurality of past impression batches It is preferable to create, and it is particularly preferable to use the average value of three or more batches of actual values. Accordingly, more accurate gap correction in consideration of measurement deviation between batches becomes possible. In addition, "pull batch" is a series of steps for producing a single crystal using the same quartz crucible. For example, in the case of producing one single crystal using the same quartz crucible, pulling batch means a series of steps required for producing one single crystal. In addition, in the case of the multiplexing method in which, for example, three single crystals are produced using the same quartz crucible, the pull batch means a series of steps required for the manufacture of three single crystals.

한편, 직동부 육성 공정 중에 경상법에 의한 갭 계측이 곤란해진 경우(스텝 S25Y), 경상법으로부터 F링법에 의한 갭 제어로 전환한다(스텝 S28). 여기에서, 경상법에 의한 갭 계측이 곤란한 경우란, 불측(不測)의 엑시던트에 의해 갭 계측을 할 수 없게 되는 경우 외에, 결정 인상 공정의 도중에서 경상법에 의한 갭 계측을 반드시 할 수 없게 되는 경우가 있다. 불측의 엑시던트에 의한 경우란, 예를 들면, 융액이 튀어올라 차열 부재(17)의 하단부에 부착되고, 카메라(18)의 촬영 화상에 찍히는 차열 부재(17)의 개구 에지의 휘도 분포가 이상이 되어, 갭 계측 오차가 커지는 경우이다.On the other hand, when it becomes difficult to measure the gap by the thin film method during the straight body part growing process (step S25Y), the gap control is switched from the thin film method to the gap control by the F-ring method (step S28). Here, the case where it is difficult to measure the gap by the mirror image method means that the gap cannot be measured by the mirror image method in the middle of the crystal pulling process unless it is impossible to measure the gap due to an unexpected accident. There may be cases In the case of an unexpected accident, for example, the melt bounces up and adheres to the lower end of the heat shield member 17, and the luminance distribution of the opening edge of the heat shield member 17 captured in the image captured by the camera 18 is abnormal. This is the case where the gap measurement error becomes large.

또한, 경상법에 의한 갭 계측을 반드시 할 수 없게 되는 경우란, 예를 들면, 실리콘 단결정 잉곳(15)과 차열 부재(17)의 사이의 간극이 매우 좁아, 이 간극으로부터 차열 부재(17)의 경상을 파악할 수 없는 경우이다. 이와 같이, 경상법에 의한 갭 제어로부터 F링법에 의한 갭 제어로 전환함으로써, 결정 인상 공정의 초반에서 종반까지 갭 제어를 계속할 수 있다.In addition, the case where it is not always possible to measure the gap by the mirror image method is, for example, that the gap between the silicon single crystal ingot 15 and the heat shield member 17 is very narrow, and the gap between the heat shield member 17 This is the case when the condition cannot be identified. In this way, by switching from the gap control by the mirror image method to the gap control by the F-ring method, the gap control can be continued from the beginning to the end of the crystal pulling process.

다음으로, 경상법에 의한 갭의 계측 방법에 대해서 설명한다.Next, a method for measuring a gap by the mirror image method will be described.

도 5는, 카메라(18)의 촬영 화상으로서, 차열 부재(17)의 실상과 경상의 관계를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a photographed image of the camera 18, and is a diagram for explaining the relationship between the real image and the mirror image of the heat shield member 17. As shown in FIG.

도 5에 나타내는 바와 같이, 실리콘 융액(13)은 차열 부재(17)의 개구(17a)를 통하여 들여다 볼 수 있어, 촬영 화상에는 차열 부재(17)의 실상(17r)이 반사되어 있다. 또한 차열 부재(17)의 개구(17a)의 내측에는 실리콘 융액(13)이 있고, 실리콘 융액(13)의 융액면(13a)은 경면이 되기 때문에, 융액면(13a)에는 차열 부재(17)의 경상(17m)이 반사되어 있다. 차열 부재(17)는 챔버(19) 내의 로 내 구조물에 고정되고 있기 때문에, 차열 부재(17)의 실상(17r)의 위치가 크게 변화할 일은 없지만, 전술한 바와 같이 로 내 구조물의 열팽창의 영향을 받아 조금 변화한다.As shown in Fig. 5, the silicon melt 13 can be seen through the opening 17a of the heat shield member 17, and the real image 17r of the heat shield member 17 is reflected in the photographed image. In addition, there is a silicon melt 13 inside the opening 17a of the heat shield member 17, and since the melt surface 13a of the silicon melt 13 becomes a mirror surface, the heat shield member 17 is formed on the melt surface 13a. The mirror image (17m) of the is reflected. Since the heat shield member 17 is fixed to the furnace structure in the chamber 19, the position of the real image 17r of the heat shield member 17 does not change significantly, but as described above, the effect of thermal expansion of the furnace structure and change it a bit.

한편, 융액면(13a)에 비치는 차열 부재(17)의 경상(17m)은, 차열 부재(17)와 융액면(13a)의 거리의 변동에 따라 명확하게 변화한다. 이 때문에, 차열 부재(17)의 실상(17r)과 융액면(13a)에 비친 경상(17m)의 간격 D는, 결정 성장에 수반하는 실리콘 융액(13)의 소비나 석영 도가니(11)의 승강에 의한 융액면(13a)의 상하동에 연동한다. 융액면(13a)의 위치는 이 실상(17r)과 경상(17m)의 간격 D의 중점에 있기 때문에, 융액면(13a)을 차열 부재(17)의 하단에 일치시키면 차열 부재(17)의 실상(17r)과 경상(17m)의 간격은 제로가 되고, 융액면(13a)을 서서히 내려 가면 차열 부재(17)의 하단에서 융액면(13a)까지의 거리(갭값) ΔG도 서서히 넓어진다. 이 때의 갭값 ΔG는, 차열 부재(17)의 실상(17r)과 경상(17m)의 간격 D의 1/2의 값(즉, D＝ΔG×2)으로서 산출할 수 있고, 카메라(18)로 촬영한 화상의 화소 사이즈 및 화소수를 이용하여 계산할 수 있다.On the other hand, the mirror image 17m of the heat shield member 17 reflected on the melt surface 13a clearly changes according to the change in the distance between the heat shield member 17 and the melt surface 13a. For this reason, the distance D between the real phase 17r of the heat shield member 17 and the mirror phase 17m reflected on the melt surface 13a is the consumption of the silicon melt 13 accompanying crystal growth and the elevation of the quartz crucible 11. It interlocks with the vertical movement of the melt surface 13a by Since the position of the melt surface 13a is at the midpoint of the distance D between the real phase 17r and the thin phase 17m, when the melt surface 13a is aligned with the lower end of the heat shield member 17, the real phase of the heat shield member 17 The distance between 17r and the thin phase 17m becomes zero, and when the melt surface 13a is gradually lowered, the distance (gap value) ΔG from the lower end of the heat shield member 17 to the melt surface 13a gradually widens. The gap value ΔG at this time can be calculated as a value of 1/2 of the distance D between the real image 17r and the mirror image 17m of the heat shield member 17 (that is, D = ΔG × 2), and the camera 18 It can be calculated using the pixel size and the number of pixels of an image taken with .

이러한 차열 부재(17)의 실상(17r)과 경상(17m)의 관계로부터 액면 위치를 측정하는 소위 경상법에서는, 카메라(18)로 촬영한 화상으로부터 차열 부재(17)의 실상(17r)과 경상(17m) 각각의 에지 패턴을 검출한 후에, 각각 개구의 치수를 산출하고, 그들의 2개의 치수로부터 갭값 ΔG(차열 부재(17)의 하단과 융액면(13a)의 간격: 도 1 참조)를 산출한다. 상세하게는, 차열 부재(17)의 실상(17r)의 개구의 반경 rr에 기초하여 카메라(18)에서 실상(17r)까지의 수직 방향의 거리(제1 거리)를 산출하고, 차열 부재(17)의 경상(17m)의 개구의 반경 rm에 기초하여 카메라(18)에서 경상(17m)까지의 수직 방향의 거리(제2 거리)를 산출하고, 이들 거리의 차로부터 갭값 ΔG를 산출한다. 이는, 카메라(18)에서 본 차열 부재(17)의 경상(17m)의 개구의 수직 방향의 위치는, 차열 부재(17)의 실상(17r)의 개구보다도 2ΔG 멀리 있는 것이라고 볼 수 있고, 차열 부재(17)의 실상(17r)의 개구에 대한 차열 부재(17)의 경상(17m)의 개구의 축소비는 갭값 ΔG에 비례하고, ΔG가 커질수록 경상(17m)의 개구의 치수는 작아진다고 생각할 수 있기 때문이다.In the so-called mirror image method in which the liquid surface position is measured from the relationship between the real image 17r and the mirror image 17m of the heat shield member 17, the real image 17r and the mirror image of the heat shield member 17 are obtained from an image captured by the camera 18. (17m) After each edge pattern is detected, the size of each opening is calculated, and a gap value ΔG (interval between the lower end of the heat shield member 17 and the melt surface 13a: see Fig. 1) is calculated from the two dimensions do. Specifically, based on the radius r r of the opening of the real image 17r of the heat shield member 17, a vertical distance (first distance) from the camera 18 to the real image 17r is calculated, and the heat shield member ( Based on the radius r m of the opening of the mirror image 17m in 17), the vertical distance (second distance) from the camera 18 to the mirror image 17m is calculated, and the gap value ΔG is calculated from the difference between these distances. . This can be seen that the position in the vertical direction of the opening of the mirror image 17m of the heat shield member 17 as seen from the camera 18 is 2ΔG farther than the aperture of the real image 17r of the heat shield member 17, and the heat shield member It is conceivable that the reduction ratio of the aperture of the mirror image 17m of the heat shield member 17 to the aperture of the real image 17r of (17) is proportional to the gap value ΔG, and the size of the aperture of the mirror image 17m decreases as ΔG increases. because there is

그러나 챔버(19)의 외측에 설치한 카메라(18)는 융액면(13a)을 비스듬한 상방으로부터 촬영하기 때문에, 차열 부재(17)의 원형의 개구(17a)의 외관상의 형상은 완전히 동그랗게 되지는 않아, 촬영 화상은 왜곡되어 있다. 차열 부재(17)의 실상(17r) 및 경상(17m) 각각의 개구의 치수를 정확하게 산출하기 위해서는, 화상의 왜곡 보정이 필요하다. 그래서 본 실시 형태에서는, 카메라(18)로 촬영한 차열 부재(17)의 실상(17r) 및 경상(17m) 각각의 개구를 기준 평면상에 투영 변환하여, 바로 위에서 보았을 때의 개구(17a)의 치수를 구한다.However, since the camera 18 installed outside the chamber 19 captures the melt surface 13a from an oblique upward direction, the external shape of the circular opening 17a of the heat shield member 17 is not perfectly round. , The shot image is distorted. In order to accurately calculate the size of each opening of the real image 17r and the mirror image 17m of the heat shield member 17, image distortion correction is required. So, in this embodiment, each opening of the real image 17r and the mirror image 17m of the heat shield member 17 photographed by the camera 18 is projected and converted onto a reference plane, and the opening 17a when viewed from directly above get the dimensions

또한, 차열 부재(17)의 실상(17r) 및 경상(17m) 각각의 개구의 치수(대표 치수)로서는, 개구의 에지 패턴(샘플값)을 최소 제곱법에 의해 원근사하여 얻어진 원의 반경을 이용할 수 있다. 이와 같이 하여 구한 차열 부재(17)의 실상(17r) 및 경상(17m)의 치수를 기준으로 하여 실상(17r)과 경상(17m)의 간격 D＝2ΔG를 특정한다.In addition, as the size (representative size) of each opening of the real image 17r and the mirror image 17m of the heat shield member 17, the radius of a circle obtained by approximating the edge pattern (sample value) of the opening by the least square method available. On the basis of the dimensions of the real image 17r and the thin image 17m of the heat shield member 17 thus obtained, the distance D=2ΔG between the true image 17r and the thin image 17m is specified.

임의의 개구 형상을 갖는 차열 부재(17)의 상의 수직 방향의 위치는, 차열 부재(17)의 설계상의 개구 형상을 소정의 축척률로 축소한 기준 패턴과 매칭시킴으로써 산출할 수 있다. 즉, 카메라(18)의 설치 위치로부터의 거리에 따라서 축소율을 변화시킨 차열 부재(17)의 개구 형상의 기준 패턴을 준비하고, 차열 부재(17)의 상(像)의 에지 패턴을 기준 패턴과 매칭시켰을 때에 잔차가 최소(매칭률이 최대)가 되는 기준 패턴의 축소율에 기초하여, 카메라(18)의 설치 위치에서 차열 부재(17)의 상까지의 거리를 실제의 거리로서 산출한다. 이와 같이 하여, 카메라(18)의 설치 위치를 기준으로 한 차열 부재(17)의 실상 및 경상 각각의 수직 방향의 위치를 구할 수 있다.The vertical position of the image of the heat shield member 17 having an arbitrary opening shape can be calculated by matching the designed opening shape of the heat shield member 17 with a reference pattern reduced by a predetermined scale factor. That is, a reference pattern of the opening shape of the heat shield member 17 whose reduction ratio is changed according to the distance from the installation position of the camera 18 is prepared, and the edge pattern of the image of the heat shield member 17 is matched with the reference pattern. The distance from the installation position of the camera 18 to the image of the heat shield member 17 is calculated as the actual distance based on the reduction rate of the reference pattern at which the residual is the minimum (the matching rate is the maximum) when matching is performed. In this way, the vertical position of each of the real image and the mirror image of the heat shield member 17 based on the installation position of the camera 18 can be obtained.

도 6(a) 및 (b)는, 촬영 화상의 2차원 좌표를 실공간의 좌표에 투영 변환하는 방법을 설명하기 위한 개략도이다.6(a) and (b) are schematic diagrams for explaining a method of projecting and converting two-dimensional coordinates of a captured image to coordinates in real space.

도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 카메라(18)는 챔버(19) 내를 비스듬한 상방으로부터 촬영하고 있기 때문에, 촬영 화상 중의 차열 부재(17)의 개구(17a)의 형상은 왜곡되어 있어, 원근감을 가진 화상으로 되어 있다. 즉, 카메라(18)까지의 거리가 가까운 하측의 화상은 상측보다도 넓어져 있다. 따라서, 차열 부재(17)의 실상 및 경상 각각의 개구의 치수를 정확하게 산출하기 위해서는, 화상의 왜곡 보정이 필요하다. 그래서, 카메라(18)의 촬상 화상의 좌표를, 차열 부재(17)의 하단과 동일한 높이 위치로 설정한 기준 평면상의 좌표에 투영 변환하여 왜곡을 보정한다.As shown in Fig. 6(a), since the camera 18 captures the interior of the chamber 19 from an oblique upward direction, the shape of the opening 17a of the heat shield member 17 in the photographed image is distorted, giving a sense of perspective. It is made up of images with That is, the image on the lower side where the distance to the camera 18 is shorter is wider than the image on the upper side. Therefore, in order to accurately calculate the dimensions of each of the real image and mirror image openings of the heat shield member 17, image distortion correction is required. Then, the coordinates of the image captured by the camera 18 are projected and converted to the coordinates on the reference plane set to the same height position as the lower end of the heat shield member 17, and the distortion is corrected.

도 6(b)는, 화상 보정을 행할 때의 좌표계를 나타내고 있다. 이 좌표계에서는, 기준 평면을 xy평면으로 하고 있다. 또한 XY좌표의 원점 C0는, 카메라(18)의 촬상 디바이스(18a)의 중심 좌표 C로부터 카메라(18)의 렌즈(18b)의 중심 좌표 F(0, yf, zf)를 통과하도록 그은 직선(일점쇄선)과 기준 평면의 교점이다. 이 직선은 카메라(18)의 광축이다.Fig. 6(b) shows a coordinate system when image correction is performed. In this coordinate system, the reference plane is the xy plane. In addition, the origin C 0 of the XY coordinates is drawn from the center coordinate C of the imaging device 18a of the camera 18 through the center coordinate F (0, y f , z f ) of the lens 18 b of the camera 18. It is the point of intersection of a straight line (dashed line) and the reference plane. This straight line is the optical axis of the camera 18.

또한, 실리콘 단결정(15)의 인상 방향이 z축의 정방향이고, 촬상 디바이스(18a)의 중심 좌표 C(0, yc, zc)와 렌즈(18b)의 중심 좌표 F(0, yf, zf)는 yz평면 내에 있다. 도 6(a)에 나타낸 화상 중의 좌표(u,ｖ)는 촬상 디바이스(18a)의 화소로 나타나고, 이하의 식 (1)에 나타내는 촬상 디바이스(18a) 상의 임의의 일점 P(xp, yp, zp)에 대응하고 있다.Further, the pulling direction of the silicon single crystal 15 is the positive direction of the z-axis, and the center coordinates C(0, y c , z c ) of the imaging device 18a and the center coordinates F (0, y f , z c ) of the lens 18b f ) is in the yz plane. Coordinates (u,v) in the image shown in Fig. 6(a) are represented by pixels of the imaging device 18a, and any point P(x p , y p on the imaging device 18a shown in the following equation (1) , z p ).

Figure 112021092736071-pat00001
Figure 112021092736071-pat00001

여기에서, αu와 αv는 촬상 디바이스(18a)의 가로 방향과 세로 방향의 화소 사이즈이고, yc와 zc는 촬상 디바이스(18a)의 중심 좌표 C의 y좌표와 z좌표이다. 또한 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, θc는, 카메라(18)의 광축이 z축과 이루는 각도로서, 카메라(18)의 설치 각도이다.Here, αu and αv are horizontal and vertical pixel sizes of the imaging device 18a, and yc and zc are the y-coordinate and z-coordinate of the center coordinate C of the imaging device 18a. Moreover, as shown in FIG.6(b), θc is an angle between the optical axis of the camera 18 and the z-axis, and is an installation angle of the camera 18.

촬상 디바이스(18a)의 중심 좌표 C(0, yc, zc)는, 카메라(18)의 렌즈(18b)의 중심 좌표 F(0, yf, zf) 및 렌즈의 촛점 거리 fl을 이용하여, 이하의 식 (2)로 나타난다.The center coordinate C(0, y c , z c ) of the imaging device 18a is defined as the center coordinate F(0, y f , z f ) of the lens 18b of the camera 18 and the focal length f l of the lens. Using it, it is represented by the following formula (2).

Figure 112021092736071-pat00002
Figure 112021092736071-pat00002

렌즈(18b)를 핀홀이라고 생각할 때, 촬상 디바이스(18a) 상의 임의의 일점 P(Xp, yp, zp)는 F(0, yf, zf)를 통하여 기준 평면상에 투영되고, 투영 후의 좌표 P'(X, Y, 0)는 이하의 식 (3)으로 나타낼 수 있다.Considering the lens 18b as a pinhole, any point P(X p , y p , z p ) on the imaging device 18 a is projected onto the reference plane through F(0, y f , z f ), Coordinates P'(X, Y, 0) after projection can be expressed by the following equation (3).

Figure 112021092736071-pat00003
Figure 112021092736071-pat00003

식 (1), 식 (2) 및 식 (3)을 이용함으로써, 기준 평면상에 투영된 차열 부재(17)의 원형의 개구(17a)의 실상 및 경상의 좌표를 구할 수 있다. 그리고 기준 평면상에 투영된 차열 부재(17)의 원형의 개구(17a)의 에지 위치의 좌표로부터, 원형의 개구의 중심 좌표를 구할 수 있다.By using Expression (1), Expression (2) and Expression (3), real image and mirror image coordinates of the circular opening 17a of the heat shield member 17 projected on the reference plane can be obtained. And, from the coordinates of the edge positions of the circular openings 17a of the heat shield member 17 projected on the reference plane, the center coordinates of the circular openings can be obtained.

다음으로, 차열 부재(17)의 개구(17a)의 반경의 산출 방법에 대해서 설명한다. 기준 평면상에 투영된 차열 부재(17)의 원형의 개구(17a)의 실상 및 경상의 좌표로부터 개구(17a)의 중심 좌표(x0, y0) 및 반경 r을 산출하는 방법으로서는 최소 제곱법을 이용하면 좋다. 차열 부재(17)의 개구(17a)는 원형으로, 개구(17a)의 상은 이하의 식 (4)에 나타내는 원의 방정식을 충족한다.Next, the calculation method of the radius of the opening 17a of the heat shield member 17 is demonstrated. As a method of calculating the center coordinates (x 0 , y 0 ) and radius r of the opening 17a from the coordinates of the real image and the mirror image of the circular opening 17a of the heat shield member 17 projected on the reference plane, the least squares method It is good to use The opening 17a of the heat shield member 17 is circular, and the image of the opening 17a satisfies the equation of a circle shown in the following equation (4).

Figure 112021092736071-pat00004
Figure 112021092736071-pat00004

여기에서 식 (4) 중의 (x0, y0) 및 r의 산출에는 최소 제곱법을 이용한다. 최소 제곱법에서의 연산을 간단하고 용이하게 행하기 위해 이하의 식 (5)에 나타내는 변형을 행한다.Here, the least square method is used for calculation of (x 0 , y 0 ) and r in Expression (4). In order to simply and easily perform the calculation in the least squares method, the transformation shown in the following equation (5) is performed.

Figure 112021092736071-pat00005
Figure 112021092736071-pat00005

이 식 (5) 중의 변수 a, b, c를 최소 제곱법으로 구하게 된다. 그것은 식 (5)와 측정된 점의 차의 제곱합이 최소가 되는 조건을 얻게 되어, 이것을 이하의 식 (6)에 나타내는 편미분 방정식을 푸는 것으로써 얻어진다.The variables a, b, and c in Expression (5) are obtained by the least squares method. It is obtained by obtaining the condition that the sum of squares of the difference between Equation (5) and the measured points is minimized, and solving the partial differential equation shown in Equation (6) below.

Figure 112021092736071-pat00006
Figure 112021092736071-pat00006

그리고, 이 식 (6)의 답은 이하의 식 (7)에 나타내는 연립 방정식에 의해 산출 가능하다.And the answer of this Formula (6) is computable by the simultaneous equation shown to the following Formula (7).

Figure 112021092736071-pat00007
Figure 112021092736071-pat00007

이와 같이 최소 제곱법을 이용함으로써, 기준 평면상에 투영된 차열 부재(17)의 실상(17r) 및 경상(17m) 각각의 개구의 반경 rf, rm을 산출할 수 있다.By using the least squares method in this way, the radii r f , r m of each opening of the real image 17r and the mirror image 17m of the heat shield member 17 projected on the reference plane can be calculated.

도 7은, 경상법에 의한 갭의 계측 방법으로서, 차열 부재(17)의 실상(17r) 및 경상(17m) 각각의 개구의 반경 rr, rm으로부터 갭값 ΔG를 산출하는 방법을 설명하기 위한 개략도이다.7 is a gap measurement method by the mirror image method, which is for explaining a method of calculating the gap value ΔG from the radii r r , r m of the openings of the real image 17r and the mirror image 17m of the heat shield member 17, respectively. it is a schematic

도 7에 나타내는 바와 같이, 차열 부재(17)가 수평으로 설치되어 있는 경우, 차열 부재(17)의 경상의 본래의 중심 좌표 Pm(Xmc, Ymc, Zgap)은, 융액면(13a)을 사이에 두고 차열 부재(17)의 실상(17r)의 중심 좌표 Pr(Xhc, Yhc, 0)과 반대측에 존재하고, 그 2점을 연결하는 직선 LZ는 차열 부재(17)의 실상의 중심 좌표 Pr(Xhc, Yhc, 0)을 통과하여 연직축인 Z축과 평행한 직선이 된다.As shown in FIG. 7 , when the heat shield member 17 is installed horizontally, the original center coordinate P m (X mc , Y mc , Z gap ) of the mirror image of the heat shield member 17 is the melt surface 13a ) exists on the opposite side to the center coordinate P r (X hc , Y hc , 0) of the real image 17r of the heat shield member 17 with the shield member 17 in between, and the straight line L Z connecting the two points is the heat shield member 17 It passes through the real image center coordinates P r (X hc , Y hc , 0) and becomes a straight line parallel to the vertical axis Z-axis.

한편, 기준 평면상에서의 차열 부재(17)의 경상(17m)의 중심 좌표 Pm'(Xmc, Ymc, 0)는, 차열 부재(17)의 경상의 본래의 중심 좌표 Pm(Xmc, Ymc, Zgap)이 기준 평면상에 투영된 좌표가 되기 때문에, 차열 부재(17)의 경상의 본래의 중심 좌표 Pm(Xhc, Yhc, Zgap)는, 기준 평면상에서의 차열 부재(17)의 경상의 중심 좌표 Pm'(Xmc, Ymc, 0)와 렌즈의 중심 좌표 F(Xf, Yf, Zf)를 통과하는 직선상에 있다.On the other hand, the center coordinate P m '(X mc , Y mc , 0) of the mirror image 17m of the heat shield member 17 on the reference plane is the original center coordinate P m (X mc , Y mc , Z gap ) becomes the coordinates projected on the reference plane, the original center coordinates P m of the mirror image of the heat shield member 17 (X hc , Y hc , Z gap ) are the heat shield on the reference plane. It lies on a straight line passing through the center coordinates P m '(X mc , Y mc , 0) of the mirror image of the member 17 and the coordinates F (X f , Y f , Z f ) of the center of the lens.

따라서, 촬상 디바이스의 렌즈의 중심 좌표 F(Xf, Yf, Zf)에서 차열 부재(17)의 실상(17r)의 개구의 중심 좌표 Pr(Xhc, Yhc, 0)까지의 거리를 Lr로 하고, 촬상 디바이스의 렌즈의 중심 좌표 F(Xf, Yf, Zf)에서 차열 부재(17)의 경상(17m)의 개구의 중심 좌표 Pm(Xmc, Ymc, Zgap)까지의 거리를 Lm으로 할 때, 거리 Lr, Lm은 다음의 식 (8)로 나타낼 수 있다.Therefore, the distance from the center coordinate F(X f , Y f , Z f ) of the lens of the imaging device to the center coordinate P r (X hc , Y hc , 0) of the aperture of the real image 17r of the heat shield member 17 Let L r , and the center coordinates P m of the opening of the mirror image 17m of the heat shield member 17 at the center coordinates F (X f , Y f , Z f ) of the lens of the imaging device (X mc , Y mc , Z When the distance to gap ) is L m , the distances L r and L m can be expressed by the following equation (8).

Figure 112021092736071-pat00008
Figure 112021092736071-pat00008

이 식 (8)을 변형함으로써, 갭값 ΔG는 이하의 식 (9)와 같이 나타낼 수 있다.By modifying this equation (8), the gap value ΔG can be expressed as the following equation (9).

Figure 112021092736071-pat00009
Figure 112021092736071-pat00009

이와 같이, 갭값 ΔG를 산출하기 위해서는, 거리 Lf, Lm을 구하면 좋은 것을 알 수 있다.In this way, it can be seen that in order to calculate the gap value ΔG, the distances L f and L m should be obtained.

융액면(13a)에 비친 차열 부재(17)의 경상은 실제의 차열 부재(17)보다도 2ΔG만큼 멀리 있다고 생각할 수 있고, 그 때문에 차열 부재(17)의 경상(17m)의 개구는, 실상(17r)의 개구보다도 작게 보인다. 또한, 결정 인상 중의 로 내 온도 환경하에서는, 열팽창에 의해 차열 부재(17)의 개구의 치수는 상온하에서의 치수보다도 커지는 것을 알 수 있다. 그래서, 열팽창을 고려한 개구의 반경(이론값)을 ractual, 차열 부재(17)의 실상의 개구의 반경 측정값을 rr, 차열 부재(17)의 경상의 개구의 반경 측정값을 rm으로 하면, 거리 Lr, Lm은 다음의 식 (10)에 의해 산출 가능하다. 또한, Lc는 촬상 디바이스의 렌즈의 중심 좌표 F(Xf, Yf, Zf)에서 기준 평면상의 좌표 원점 C0까지의 거리이다.It is conceivable that the mirror image of the heat shield member 17 reflected on the melt surface 13a is farther than the actual heat shield member 17 by 2ΔG, and therefore the opening of the mirror image 17m of the heat shield member 17 is the real image 17r. ) appears smaller than the aperture of In addition, it is understood that the size of the opening of the heat-shielding member 17 becomes larger than the size at normal temperature due to thermal expansion in the furnace temperature environment during crystal pulling. Therefore, the radius (theoretical value) of the opening in consideration of thermal expansion is r actual , the measured value of the radius of the real opening of the heat shield member 17 is r r , and the measured value of the radius of the thin opening of the heat shield member 17 is r m Then, the distances L r and L m can be calculated by the following equation (10). In addition, Lc is the distance from the center coordinate F (X f , Y f , Z f ) of the lens of the imaging device to the coordinate origin C 0 on the reference plane.

Figure 112021092736071-pat00010
Figure 112021092736071-pat00010

상기의 식 (9), (10)으로부터, 갭값 ΔG는 이하의 식 (11)과 같이 산출 가능하다.From the above equations (9) and (10), the gap value ΔG can be calculated as in the following equation (11).

Figure 112021092736071-pat00011
Figure 112021092736071-pat00011

이와 같이, 갭값 ΔG는, 차열 부재(17)의 실상의 반경 rr 및 경상의 반경 rm으로부터 구할 수 있다.In this way, the gap value ΔG can be obtained from the radius r r of the real image and the radius r m of the mirror image of the heat shield member 17 .

다음으로, F링법에 의한 갭의 계측 방법에 대해서 설명한다.Next, a method for measuring the gap by the F-ring method will be described.

도 8은, 카메라(18)의 촬영 화상으로서, 고액 계면에 발생하는 퓨전 링을 설명하기 위한 도면이다. 또한 도 9는, 퓨전 링의 에지 검출 방법의 설명도이다.Fig. 8 is a photographed image of the camera 18, and is a diagram for explaining a fusion ring generated at the solid-liquid interface. 9 is an explanatory diagram of a fusion ring edge detection method.

도 8에 나타내는 바와 같이, 촬영 화상에는 차열 부재(17)의 일부가 반사되어 있다. 또한 차열 부재(17)의 개구(17a)의 내측에는 실리콘 단결정(15)이 존재하고 있다. 실리콘 융액(13)은 차열 부재(17)의 개구(17a)를 통하여 들여다 볼 수 있지만, 개구(17a)에는 실리콘 단결정(15)이 존재하고 있기 때문에, 차열 부재(17)와 실리콘 단결정(15)의 사이의 작은 간극으로부터 실리콘 융액(13)을 들여다 보는 것이 가능할 뿐이다. 실리콘 융액(13)의 융액면(13a)에는 차열 부재(17)의 경상(17m)이 반사되어 있지만, 볼 수 있는 부분은 극히 일부이고, 결정 인상 조건에 따라서는 경상(17m)을 특정할 수 없는 경우도 있다. 차열 부재(17)의 경상(17m)은, 차열 부재(17)에서 융액면(13a)까지의 거리에 따라서 변화한다.As shown in Fig. 8, a part of the heat shield member 17 is reflected in the photographed image. Further, inside the opening 17a of the heat shield member 17, the silicon single crystal 15 exists. Although the silicon melt 13 can be seen through the opening 17a of the heat shield member 17, since the silicon single crystal 15 exists in the opening 17a, the heat shield member 17 and the silicon single crystal 15 It is only possible to look into the silicon melt 13 from a small gap between the. The thin surface 17m of the heat shield member 17 is reflected on the melt surface 13a of the silicon melt 13, but only a small portion can be seen, and the thin surface 17m can be identified depending on the crystal pulling conditions. There are cases where there is none. The thickness 17m of the heat shield member 17 changes according to the distance from the heat shield member 17 to the melt surface 13a.

실리콘 단결정(15)과 실리콘 융액(13)의 경계부에는 퓨전 링 FR이 발생하고 있다. 퓨전 링 FR은, 히터(12) 등으로부터의 복사광이 고액 계면의 메니스커스에서 반사함으로써 발생하는 링 형상의 고휘도 영역이다. 퓨전 링 FR의 위치나 크기는 결정 직경이나 액면 위치의 변화에 따라 변화한다. 액면 위치가 일정한 경우, 결정 직경이 커질수록 퓨전 링 FR도 커진다. 또한 결정 직경이 일정한 경우, 액면 위치가 저하할수록 결정 직경은 작아진다. 이와 같이, 퓨전 링 FR로부터 고액 계면에 있어서의 단결정의 윤곽을 파악할 수 있기 때문에, 단결정의 직경을 산출할 수 있다.A fusion ring FR is generated at the boundary between the silicon single crystal 15 and the silicon melt 13. The fusion ring FR is a ring-shaped high luminance region generated by reflection of radiant light from the heater 12 or the like at the meniscus of the solid-liquid interface. The position and size of the fusion ring FR change with changes in crystal diameter or liquid level position. When the liquid surface position is constant, the larger the crystal diameter, the larger the fusion ring FR. Further, when the crystal diameter is constant, the crystal diameter decreases as the liquid surface position decreases. In this way, since the contour of the single crystal in the solid-liquid interface can be grasped from the fusion ring FR, the diameter of the single crystal can be calculated.

퓨전 링 FR로부터 결정 중심 위치 및 결정 직경을 측정하는 경우, 카메라(18)로 촬영한 화상으로부터 퓨전 링 FR의 에지 패턴을 검출하고, 퓨전 링 FR의 에지 패턴으로부터 단결정의 중심 좌표 및 직경을 산출한다. 퓨전 링 FR의 중심 좌표 및 직경은, 그 에지 패턴(샘플값)을 최소 제곱법에 의해 근사하여 얻어지는 근사원으로부터 구할 수 있다. 이와 같이 하여 구한 퓨전 링 FR의 직경을 추가로 보정함으로써, 상온하에서의 단결정의 직경을 산출할 수 있다.When measuring the crystal center position and crystal diameter from the fusion ring FR, the edge pattern of the fusion ring FR is detected from the image taken by the camera 18, and the center coordinates and diameter of the single crystal are calculated from the edge pattern of the fusion ring FR . The center coordinates and diameter of the fusion ring FR can be obtained from an approximation circle obtained by approximating the edge pattern (sample value) by the least squares method. By further correcting the diameter of the fusion ring FR obtained in this way, the diameter of the single crystal under normal temperature can be calculated.

퓨전 링 FR의 직경이 일정한 경우, 촬영 화상 중의 퓨전 링 FR의 중심 좌표의 상하 방향의 변화는 융액면의 상하 방향(높이 방향)의 변화를 의미한다. 따라서, 퓨전 링 FR의 중심 좌표의 위치의 변화량으로부터 융액면의 상대적인 위치를 구하는 것이 가능하다.When the diameter of the fusion ring FR is constant, the change in the vertical direction of the center coordinates of the fusion ring FR in the photographed image means the change in the vertical direction (height direction) of the melt surface. Therefore, it is possible to obtain the relative position of the melt surface from the amount of change in the position of the central coordinate of the fusion ring FR.

액면 위치 및 결정 직경을 측정하는 경우는 퓨전 링 FR의 안정적인 검출이 필수가 된다. 화상 데이터 중으로부터 소정의 상의 위치를 검출하는 수법으로서는, 그 상의 휘도값을 기초로 문턱값을 설정하여 2치화 처리하는 수법이 일반적이다. 그러나 퓨전 링 FR의 에지 검출을 2치화 처리에 의해 행한 경우, 로 내 온도의 변화에 수반하는 휘도 변화에 의해 검출 위치가 어긋날 가능성이 있다.Stable detection of the fusion ring FR is essential when measuring the liquid surface position and crystal diameter. As a method of detecting the position of a predetermined image from image data, a method of setting a threshold value based on the luminance value of the image and performing binary processing is common. However, when edge detection of the fusion ring FR is performed by binary processing, there is a possibility that the detection position is shifted due to a change in luminance accompanying a change in furnace temperature.

이 영향을 배제하기 위해, 일반적인 2치화 수법이 아니라, 촬영 화상 중의 휘도의 피크값(퓨전 링 FR의 피크 휘도)을 구하고, 이 피크 휘도에 1보다도 작은 값을 곱함으로써 결정한 문턱값(슬라이스 레벨)으로부터 퓨전 링 FR의 에지를 검출하는 것이 바람직하다. 즉, 퓨전 링 FR의 에지 패턴(윤곽선)의 검출에 있어서는, 화상에서의 퓨전 링 FR의 휘도에 따라서 문턱값(슬라이스 레벨)을 변경함으로써, 휘도 변화의 영향에 의한 측정 오차를 작게 하고, 퓨전 링 FR의 정확한 치수를 안정적으로 검출하여, 특정하는 것이 가능해진다. 구체적으로는, 도 9에 나타내는 바와 같이 퓨전 링 FR과 교차하는 수평 주사선 SL을 설정하고, 이 수평 주사선 SL 상의 휘도 분포와 문턱값(도 9 중의 TH에 상당)의 외측 교점(촬영 화상의 외주 근방의 일점)을 퓨전 링 FR의 에지로서 검출한다.In order to eliminate this influence, instead of using a general binarization method, the peak value of the luminance in the captured image (peak luminance of the fusion ring FR) is obtained, and the threshold value (slice level) determined by multiplying this peak luminance by a value smaller than 1 It is desirable to detect the edge of the fusion ring FR from That is, in the detection of the edge pattern (outline) of the fusion ring FR, by changing the threshold value (slice level) according to the luminance of the fusion ring FR in the image, the measurement error due to the influence of the luminance change is reduced, and the fusion ring It becomes possible to stably detect and specify the exact dimension of FR. Specifically, as shown in FIG. 9 , a horizontal scanning line SL crossing the fusion ring FR is set, and the outer intersection of the luminance distribution on this horizontal scanning line SL and the threshold value (corresponding to TH in FIG. 9 ) (near the outer periphery of the captured image) ) is detected as the edge of the fusion ring FR.

챔버(19)의 외측에 설치한 카메라(18)는 융액면(13a)을 비스듬한 상방으로부터 촬영하기 때문에, 퓨전 링 FR의 외관상의 형상은 완전히 동그랗게 되지 않고 왜곡되어 있다. 퓨전 링 FR의 직경을 정확하게 산출하기 위해서는, 화상의 왜곡 보정이 필요하다. 그래서 본 실시 형태에서는, 카메라(18)로 촬영한 퓨전 링 FR의 에지 패턴을 기준 평면상에 투영 변환하여, 바로 위에서 보았을 때의 퓨전 링 FR의 직경을 구한다.Since the camera 18 installed outside the chamber 19 captures the melt surface 13a from an oblique upward direction, the apparent shape of the fusion ring FR is distorted rather than perfectly round. In order to accurately calculate the diameter of the fusion ring FR, image distortion correction is required. Then, in this embodiment, the edge pattern of the fusion ring FR photographed with the camera 18 is projected and converted onto a reference plane, and the diameter of the fusion ring FR when viewed from directly above is obtained.

도 10(a) 및 (b)는, 갭 계측값의 보정 방법의 설명도이다. 도시하는 바와 같이, F링법은 액면 위치의 상대적인 변화량 ΔGs를 구하는 방법이기 때문에, 차열 부재(17)의 하단과 융액면(13a)의 갭 ΔGf를 F링법으로 구하기 위해서는, F링법에 의해 구한 액면 위치의 상대적인 변화량 ΔGs에 갭 기준값 ΔG0을 가산할 필요가 있다.Fig.10 (a) and (b) are explanatory diagrams of the correction method of a measured value of a gap. As shown in the figure, since the F-ring method is a method for obtaining the relative amount of change ΔGs of the liquid surface position, in order to obtain the gap ΔGf between the lower end of the heat shield member 17 and the melt surface 13a by the F-ring method, the liquid surface position obtained by the F-ring method It is necessary to add the gap reference value ΔG0 to the relative change amount ΔGs of .

그러나, 갭 기준값 ΔG0은 어느 시점에 있어서의 차열 부재(17)의 하단과 융액면(13a)까지의 거리이며, 열팽창에 의해 차열 부재(17)의 하단의 위치가 상승했다고 해도 그의 상승량이 가미되어 있지 않다. 그래서 본 실시 형태에 있어서는, F링법에 의한 갭 계측값 ΔGf에 갭 보정량 ΔGc를 가산한다. F링법에 의한 갭 계측값 ΔGf, 갭 보정량 테이블로부터 읽어낸 갭 보정량 ΔGc, F링법에 의해 구한 액면 위치의 상대적인 변화량 ΔGs, 계측 기준 시에 있어서의 차열 부재(17)의 하단에서 융액면(13a)까지의 거리(갭 기준값)를 ΔG0으로 할 때, 보정 후(오프셋 처리 후)의 갭 계측값 ΔGfN은 이하의 식 (12)와 같이 된다.However, the gap reference value ΔG0 is the distance between the lower end of the heat shield member 17 and the melt surface 13a at any point in time, and even if the position of the lower end of the heat shield member 17 rises due to thermal expansion, the amount of increase is taken into account. There is not. So, in this embodiment, the gap correction amount ΔGc is added to the gap measurement value ΔGf by the F-ring method. Gap measurement value ΔGf by the F-ring method, gap correction amount ΔGc read from the gap correction amount table, relative change amount ΔGs of the liquid surface position obtained by the F-ring method, melt surface 13a at the lower end of the heat shield member 17 at the time of measurement reference When the distance to (gap reference value) is ΔG0, the measured value ΔGfN of the gap after correction (after offset processing) is expressed by the following equation (12).

Figure 112021092736071-pat00012
Figure 112021092736071-pat00012

이와 같이, F링법에 의한 갭 계측값 ΔGf에 갭 보정량 ΔGc를 더함으로써, 열팽창에 의한 차열 부재(17)의 위치의 변화를 가미한 갭값의 산출이 가능해진다.In this way, by adding the gap correction amount ΔGc to the gap measurement value ΔGf by the F-ring method, it is possible to calculate the gap value taking into account the change in the position of the heat shield member 17 due to thermal expansion.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 단결정의 제조 방법은, F링법에 의해 계측한 액면 위치의 변화량으로부터 갭 계측값을 산출하고, 미리 준비한 갭 보정량 테이블을 이용하여 당해 갭 계측값을 보정하고, 보정 후의 갭 계측값이 목푯값에 가까워지도록 결정 인상 조건을 제어하기 때문에, 열팽창에 의한 차열 부재의 높이 위치의 변화를 고려한 갭의 계측이 가능해져, 단결정의 품질 보증의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 의한 단결정의 제조 방법은, 카메라의 촬영 화상으로부터 경상법에 의한 갭 계측값과 F링법에 의한 갭 계측값의 양쪽을 동시에 산출하고, 경상법에 의한 갭 계측값과 F링법에 의한 갭 계측값의 차로부터 결정 길이에 대응하는 갭 보정량 테이블을 구하기 때문에, F링법에 있어서 열팽창에 의한 차열 부재의 높이 위치의 변화를 고려한 갭 계측이 가능해진다.As described above, the single crystal manufacturing method according to the present embodiment calculates the measured gap value from the amount of change in the liquid surface position measured by the F-ring method, and corrects the measured gap value using a gap correction amount table prepared in advance, Since the crystal pulling conditions are controlled so that the measured value of the gap after correction approaches the target value, it is possible to measure the gap taking into account the change in the height position of the heat shield member due to thermal expansion, thereby increasing the reliability of single crystal quality assurance. In addition, the single crystal manufacturing method according to the present embodiment simultaneously calculates both the gap measurement value by the mirror image method and the gap measurement value by the F-ring method from the image captured by the camera, and the gap measurement value by the mirror image method and the gap measurement value by the F-ring method Since a gap correction amount table corresponding to the crystal length is obtained from the difference in gap measurement values due to , it is possible to measure the gap in consideration of the change in the height position of the heat shield member due to thermal expansion in the F-ring method.

또한 본 실시 형태에 의한 단결정의 제조 방법은, 결정 인상 공정의 개시 시에 경상법에 의한 갭 계측 결과에 기초하는 갭 제어를 개시하고, 이어서 단결정의 직동부 육성 공정 중에 F링법에 의한 갭 계측을 개시하고, 상기 F링법에 의한 갭 계측 개시 후에 상기 경상법에 의한 갭 계측이 곤란해졌을 때, 상기 경상법에 의한 갭 계측 결과에 기초하는 갭 제어로부터 상기 F링법에 의한 갭 계측 결과에 기초하는 갭 제어로 전환하기 때문에, 결정 인상 공정 개시에서 종료까지 확실하고 또한 높은 정밀도로 갭 제어를 행할 수 있어, 갭 계측 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.Further, in the single crystal manufacturing method according to the present embodiment, gap control based on the gap measurement result by the mirror image method is started at the start of the crystal pulling step, and then gap measurement by the F-ring method is performed during the single crystal straight body portion growing step. and when the gap measurement by the mirror method becomes difficult after the start of the gap measurement by the F ring method, from the gap control based on the gap measurement result by the mirror image method to the gap measurement result by the F ring method Since switching to gap control, gap control can be performed reliably and with high precision from the start of the crystal pulling process to the end, and a decrease in gap measurement accuracy can be prevented.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은, 상기의 실시 형태에 한정되는 일 없이, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하고, 그들도 본 발명의 범위 내에 포함되는 것인 것은 말할 필요도 없다.In the above, the preferred embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention. Needless to say, it is within the range.

예를 들면, 상기 실시 형태에 있어서는 실리콘 단결정의 제조 방법을 설명했지만, 본 발명은 실리콘 단결정의 제조 방법에 한정되는 것이 아니고, CZ법에 의해 제조되는 여러 가지의 단결정의 제조 방법을 대상으로 할 수 있다.For example, in the above embodiment, the method for producing a silicon single crystal has been described, but the present invention is not limited to the method for producing a silicon single crystal, and can be applied to various methods for producing single crystals produced by the CZ method. there is.

(실시예)(Example)

직동부 육성 공정 중에 경상법에 의한 갭 제어와 병행하여 F링법에 의한 갭 계측을 행했다. 그 결과, 도 11에 나타내는 바와 같이, F링법에 의한 갭 계측값은 경상법의 갭 계측값보다도 커지는 경향이 보였다. 갭 목푯값 프로파일과 비교한 결과, F링법은 경상법보다도 갭을 올바르게 제어하는 것처럼 보였지만, F링법은 액면 위치를 제어하고 있을 뿐이기 때문에, 실제로는 갭을 올바르게 제어하고 있지 않은 것이 분명해졌다.Gap measurement by the F-ring method was performed in parallel with gap control by the mirror image method during the straight body part growing process. As a result, as shown in Fig. 11, the measured value of the gap by the F-ring method tended to be larger than the measured value of the gap by the mirror image method. As a result of comparison with the gap target value profile, the F-ring method seemed to control the gap more correctly than the ordinary method, but since the F-ring method only controls the liquid surface position, it became clear that the gap was not actually controlled correctly.

<실시예><Example>

경상법에 의한 갭 제어를 행하고 있는 도중에서 의도적으로 F링법에 의한 액면 위치 제어로 전환했다. 갭 제어의 전환 위치는 직동부의 시단(始端)으로부터 900㎜의 위치로 했다. 갭 제어 방법을 경상법으로부터 F링법으로 전환한 후도 경상법에 의한 갭 계측은 계속했다.In the middle of performing gap control by the mirror image method, it was intentionally switched to liquid surface position control by the F-ring method. The switching position of the gap control was set at a position of 900 mm from the starting end of the straight body part. Even after the gap control method was switched from the mirror image method to the F-ring method, gap measurement by the mirror image method was continued.

F링법에 의한 갭 제어에서는, 보정량 테이블을 이용하여 갭 계측값을 보정하고, 보정 후의 갭 계측값에 기초하여 갭 제어를 행했다. 보정량 테이블은, 상기와 같이 경상법에 의한 갭 제어와 병행하여 F링법에 의한 갭 계측을 행했을 때에 얻어진 경상법에 의한 갭 계측값과 F링법에 의한 갭 계측값의 차이고, 특히 가장 가까운 곳의 3배치분의 실적값의 평균값을 이용했다.In the gap control by the F-ring method, the gap measurement value was corrected using the correction amount table, and the gap control was performed based on the gap measurement value after correction. The correction amount table is the difference between the gap measurement value by the mirror image method and the gap measurement value by the F ring method obtained when the gap measurement by the F ring method is performed in parallel with the gap control by the mirror image method as described above. The average value of the performance values for 3 batches was used.

도 12는, 실시예에 의한 갭 계측 결과를 나타내는 그래프이다. 결정 길이 900㎜ 이전은 경상법에 의한 갭 제어, 결정 길이 900㎜ 이후는 F링법에 의한 갭 제어이지만, 도 12에 나타내는 갭 계측값은 모두 경상법에 의한 계측값이다. 도 12로부터 분명한 바와 같이, 갭 계측값은 결정 길이 900㎜ 전후로 급격하게 변화하지 않아, F링법이라도 갭을 올바르게 계측할 수 있었다.12 is a graph showing gap measurement results according to Examples. The crystal length before 900 mm is gap control by the mirror image method, and the crystal length of 900 mm or more is gap control by the F-ring method. As is clear from Fig. 12, the gap measurement value did not change rapidly around the crystal length of 900 mm, and the gap could be accurately measured even by the F-ring method.

<비교예><Comparative example>

보정량 테이블을 이용하여 갭 계측값을 보정하지 않았던 점 이외에는 실시예와 동일하게 경상법으로부터 F링법으로의 갭 제어의 전환을 행했다.The gap control was switched from the mirror image method to the F-ring method in the same manner as in the embodiment except that the measured value of the gap was not corrected using the correction amount table.

도 13은, 비교예에 의한 갭 계측 결과를 나타내는 그래프이다. 도 13으로부터 분명한 바와 같이, 열팽창의 영향에 의한 차열 부재의 하단의 위치의 상승에 의해, 결정 길이 900㎜ 이후에 갭 계측값은 증가하는 경향이 보였다.13 is a graph showing gap measurement results according to a comparative example. As is clear from Fig. 13, the measured gap value tended to increase after the crystal length of 900 mm due to the increase in the position of the lower end of the heat shield member due to the influence of thermal expansion.

10 : 단결정 제조 장치
11 : 석영 도가니
12 : 히터
13 : 실리콘 융액
13a : 융액면
14 : 종결정
15 : 실리콘 단결정(잉곳)
15a : 넥부
15b : 숄더부
15c : 직동부
15d : 테일부
16 : 도가니 지지체(흑연 도가니)
16 : 도가니 지지체
17 : 차열 부재(차폐통)
17a : 개구
17m : 차열 부재의 경상
17r : 차열 부재의 실상
18 : 카메라
18a : 촬상 디바이스
18b : 렌즈
19 : 챔버
21 : 도가니 리프트 장치
22 : 인상 구동 장치
23 : 연산부
24 : 제1 연산부
25 : 제2 연산부
26 : 제어부10: single crystal manufacturing device
11 : Quartz Crucible
12: Heater
13: silicon melt
13a: melt surface
14: seed crystal
15: silicon single crystal (ingot)
15a: neck portion
15b: shoulder portion
15c: direct acting part
15d: tail part
16: crucible support (graphite crucible)
16: crucible support
17: heat shielding member (shielding box)
17a: opening
17m: Minor damage to the heat shield member
17r: actual condition of the heat shield member
18 : Camera
18a: imaging device
18b: lens
19: chamber
21: crucible lift device
22: impression driving device
23: calculation unit
24: first calculation unit
25: second calculation unit
26: control unit

Claims (12)

도가니 내의 융액으로부터 단결정을 인상하는 단결정 인상부와,
상기 단결정을 둘러싸도록 상기 융액의 상방에 설치된 차열 부재와,
상기 융액과 상기 단결정의 경계부를 비스듬한 상방으로부터 촬영하는 카메라와,
상기 카메라의 촬영 화상을 처리하는 연산부와,
상기 연산부의 처리 결과에 기초하여 결정 인상 조건을 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 연산부는,
상기 카메라의 촬영 화상에 찍히는 상기 차열 부재의 개구의 실상과 융액면에 반사되는 상기 차열 부재의 개구의 경상(鏡像)의 크기로부터 상기 차열 부재의 하단과 상기 융액면의 사이의 제1 갭 계측값을 산출하는 제1 연산부와,
상기 카메라의 촬영 화상에 찍히는 상기 단결정과 상기 융액의 경계에 발생하는 퓨전 링으로부터 구하는 결정 중심 위치의 높이 방향의 변화량으로부터 상기 차열 부재의 하단과 상기 융액면의 사이의 제2 갭 계측값을 상대적으로 산출하는 제2 연산부를 갖고,
상기 연산부는, 과거의 인상 배치에서 계측한, 동시에 산출된 상기 제1 갭 계측값과 상기 제2 갭 계측값의 차(差)로부터 상기 단결정의 결정 길이에 대응하는 갭 보정량 테이블을 작성하고,
상기 제2 연산부는, 미리 준비한 상기 갭 보정량 테이블을 이용하여 상기 제2 갭 계측값을 보정하는 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치.a single crystal pulling unit for pulling up a single crystal from the melt in the crucible;
a heat shield member installed above the melt so as to surround the single crystal;
A camera for photographing the boundary between the melt and the single crystal from obliquely upward;
an arithmetic unit for processing an image captured by the camera;
A control unit for controlling a decision pulling condition based on a processing result of the operation unit,
The calculation unit,
First gap measured value between the lower end of the heat shield member and the melt surface from the size of the real image of the opening of the heat shield member captured in the image captured by the camera and the mirror image of the aperture of the heat shield member reflected on the melt surface A first calculation unit for calculating
From the amount of change in the height direction of the crystal center position obtained from the fusion ring generated at the boundary between the single crystal and the melt captured in the image captured by the camera, the second gap measurement value between the lower end of the heat shield member and the melt surface is relatively Has a second calculation unit for calculating,
The calculation unit creates a gap correction amount table corresponding to the crystal length of the single crystal from a difference between the first gap measurement value and the second gap measurement value calculated at the same time measured in a past pulling arrangement,
The second calculation unit corrects the second gap measurement value using the gap correction amount table prepared in advance. 제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제1 갭 계측값에 기초하여 결정 인상 조건을 제어하면서 결정 인상 공정을 개시하고, 상기 단결정의 직동부 육성 공정의 개시 후에 상기 제1 갭 계측값에 기초하는 갭 제어로부터 상기 제2 갭 계측값에 기초하는 갭 제어로 전환하는, 단결정 제조 장치.According to claim 1,
The control unit starts a crystal pulling process while controlling crystal pulling conditions based on the first measured gap value, and from gap control based on the first measured gap value after the start of the step of growing the straight body portion of the single crystal, A single crystal manufacturing apparatus that switches to gap control based on two gap measurement values. 제2항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 직동부 육성 공정의 도중에서 상기 제1 갭 계측값에 이상(異常)이 발생한 경우 또는 상기 제1 갭 계측값의 계측을 할 수 없는 경우에 상기 제1 갭 계측값에 기초하는 갭 제어로부터 상기 제2 갭 계측값에 기초하는 갭 제어로 전환하는, 단결정 제조 장치.According to claim 2,
The control unit is based on the first gap measurement value when an abnormality occurs in the first gap measurement value in the middle of the straight body part growing process or when the first gap measurement value cannot be measured Switching from gap control to gap control based on the second measured gap value. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제1 갭 계측값 또는 보정 후의 상기 제2 갭 계측값이 목푯값에 가까워지도록 상기 도가니의 상승 속도를 제어하는, 단결정 제조 장치.According to any one of claims 1 to 3,
The control unit controls the rising speed of the crucible so that the first gap measurement value or the second gap measurement value after correction approaches a target value. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 연산부는, 과거의 복수의 인상 배치에서 계측한 상기 제1 갭 계측값과 상기 제2 갭 계측값의 차의 평균값으로부터 상기 갭 보정량 테이블을 작성하는, 단결정 제조 장치.According to claim 1,
The calculation unit creates the gap correction amount table from an average value of a difference between the first gap measurement value and the second gap measurement value measured in a plurality of pulling arrangements in the past. 도가니 내의 융액으로부터 인상되는 단결정을 둘러싸도록 상기 융액의 상방에 설치된 차열 부재의 하단과 융액면의 사이의 갭을 제어하면서 상기 단결정을 인상하는 초크랄스키법에 의한 단결정의 제조 방법으로서,
카메라의 촬영 화상에 찍히는 상기 차열 부재의 개구의 실상과 융액면에 반사되는 상기 차열 부재의 개구의 경상의 크기로부터 산출한 제1 갭 계측값에 기초하여 상기 갭을 제어하면서 결정 인상 공정을 개시하고,
상기 결정 인상 공정의 개시 후에, 상기 카메라의 촬영 화상에 찍히는 상기 단결정과 상기 융액의 경계에 발생하는 퓨전 링으로부터 구하는 결정 중심 위치의 높이 방향의 변화량으로부터 산출한 제2 갭 계측값에 기초하는 갭 제어로 전환하고,
상기 제2 갭 계측값에 기초하는 갭 제어에서는, 미리 준비한 갭 보정량 테이블을 이용하여 상기 제2 갭 계측값을 보정하고, 보정 후의 제2 갭 계측값이 목푯값에 가까워지도록 결정 인상 조건을 제어하고,
상기 갭 보정량 테이블은 과거의 인상 배치에서 계측한, 동시에 산출된 상기 제1 갭 계측값과 상기 제2 갭 계측값의 차로부터 상기 단결정의 결정 길이에 대응하여 작성하는 것을 특징으로 하는 단결정의 제조 방법.A method for producing a single crystal by the Czochralski method, wherein the single crystal is pulled up from the melt in the crucible while controlling the gap between the lower end of the heat shield member installed above the melt and the melt surface so as to surround the single crystal pulled up from the melt,
The crystal pulling step is started while controlling the gap based on a first gap measured value calculated from the size of the real image of the opening of the heat shielding member captured in the image captured by the camera and the size of the mirror image of the opening of the heat shielding member reflected on the melt surface, ,
Gap control based on a second gap measurement value calculated from the amount of change in the height direction of the crystal center position obtained from the fusion ring generated at the boundary between the single crystal and the melt captured in the image captured by the camera after the start of the crystal pulling step switch to,
In the gap control based on the second gap measurement value, the second gap measurement value is corrected using a gap correction amount table prepared in advance, and the decision pulling condition is controlled so that the corrected second gap measurement value approaches the target value, ,
The gap correction amount table is created corresponding to the crystal length of the single crystal from the difference between the first gap measurement value and the second gap measurement value calculated at the same time measured in a past pulling batch. . 제7항에 있어서,
상기 결정 인상 공정의 도중에서 상기 제1 갭 계측값에 이상이 발생한 경우 또는 상기 제1 갭 계측값의 계측을 할 수 없는 경우에, 상기 제1 갭 계측값에 기초하는 갭 제어로부터 상기 제2 갭 계측값에 기초하는 갭 제어로 전환하는, 단결정의 제조 방법.According to claim 7,
The second gap from gap control based on the first gap measurement value when an error occurs in the first gap measurement value in the middle of the crystal pulling process or when the measurement of the first gap measurement value cannot be performed A method for producing a single crystal that switches to gap control based on measured values. 제7항에 있어서,
상기 결정 인상 공정에서는, 상기 제1 갭 계측값 또는 보정 후의 상기 제2 갭 계측값이 목푯값에 가까워지도록 상기 도가니의 상승 속도를 제어하는, 단결정의 제조 방법.According to claim 7,
In the crystal pulling step, the lifting speed of the crucible is controlled so that the first gap measurement value or the second gap measurement value after correction approaches a target value. 삭제delete 제7항에 있어서,
과거의 복수의 인상 배치에서 계측한 상기 제1 갭 계측값과 상기 제2 갭 계측값의 차의 평균값으로부터 상기 갭 보정량 테이블을 작성하는, 단결정의 제조 방법.According to claim 7,
The method for producing a single crystal, wherein the gap correction amount table is created from an average value of a difference between the first gap measurement value and the second gap measurement value measured in a plurality of pulling arrangements in the past. 융액으로부터 인상되는 단결정을 둘러싸도록 상기 융액의 상방에 설치된 차열 부재의 하단과 융액면의 사이의 갭을 계측하면서 상기 단결정을 인상하는 초크랄스키법에 의한 단결정의 제조 방법으로서,
로 내를 카메라로 촬영했을 때의 촬영 화상에 찍히는 상기 차열 부재의 실상과 상기 융액면에 반사된 상기 차열 부재의 경상으로부터 액면 위치를 기하학적으로 산출하는 경상법에 의해 제1 갭 계측값을 산출하고,
상기 제1 갭 계측값에 기초하여 갭을 제어하면서 결정 인상 공정을 개시하고,
상기 로 내를 상기 카메라로 촬영했을 때의 촬영 화상에 찍히는 상기 단결정과 상기 융액의 경계에 발생하는 퓨전 링의 중심 좌표의 변화량으로부터 액면 위치의 변화량을 산출하는 F링법에 의해 제2 갭 계측값을 산출하고,
상기 경상법에 의한 상기 제1 갭 계측값에 이상이 발생한 경우 또는 상기 제1 갭 계측값의 계측을 할 수 없는 경우에, 상기 제1 갭 계측값에 기초하는 갭 제어로부터 상기 F링법에 의한 상기 제2 갭 계측값에 기초하는 갭 제어로 전환하고,
상기 제2 갭 계측값에 기초하는 갭 제어에서는, 미리 준비한 갭 보정량 테이블을 이용하여 상기 제2 갭 계측값을 보정하고, 보정 후의 제2 갭 계측값이 목푯값에 가까워지도록 결정 인상 조건을 제어하고,
상기 갭 보정량 테이블은 과거의 인상 배치에서 계측한, 동시에 산출된 상기 제1 갭 계측값과 상기 제2 갭 계측값의 차로부터 상기 단결정의 결정 길이에 대응하여 작성하는 것을 특징으로 하는 단결정의 제조 방법.A method for producing a single crystal by the Czochralski method in which the single crystal is pulled up while measuring the gap between the lower end of the heat shield member installed above the melt and the melt surface so as to surround the single crystal pulled up from the melt,
A first gap measurement value is calculated by a mirror image method that geometrically calculates a liquid surface position from a real image of the heat shield member captured in a photographed image when the inside of the furnace is photographed with a camera and a mirror image of the heat shield member reflected on the melt surface, ,
starting a crystal pulling process while controlling a gap based on the first measured gap value;
The second gap measurement value is calculated by the F-ring method for calculating the amount of change in the liquid surface position from the amount of change in the center coordinates of the fusion ring occurring at the boundary between the single crystal and the melt, which is captured in a photographed image when the inside of the furnace is photographed with the camera. calculate,
When an abnormality occurs in the first gap measured value by the mirror method or when the first gap measured value cannot be measured, from the gap control based on the first gap measured value to the F ring method switch to gap control based on the second gap measurement;
In the gap control based on the second gap measurement value, the second gap measurement value is corrected using a gap correction amount table prepared in advance, and the decision pulling condition is controlled so that the corrected second gap measurement value approaches the target value, ,
The gap correction amount table is created corresponding to the crystal length of the single crystal from the difference between the first gap measurement value and the second gap measurement value calculated at the same time measured in a past pulling batch. .
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