TW202344722A - 矽單晶的製造方法及裝置和矽晶圓的製造方法 - Google Patents

Abstract

議題：提供能夠定量評估石英坩堝有無變形、偏心等或變形、偏心等的大小之矽單晶的製造方法及裝置。 解決方式：本發明是從石英坩堝11內的矽熔融液2提拉矽單晶之矽單晶的製造方法，以預定時間間隔取得包含反映在矽熔融液2的熔融液面2a上的石英坩堝11的鏡像11M的影像，並由在石英坩堝11至少旋轉一圈期間取得的多張影像所拍攝的石英坩堝11的鏡像11M的位置的時間變化來評估石英坩堝11的變形或偏心。

Description

矽單晶的製造方法及裝置和矽晶圓的製造方法

本發明關於使用柴可斯基法（Czochralski；CZ法）之矽單晶的製造方法及裝置，特別關於石英坩堝的變形或偏心的評估方法。另外，本發明關於使用這種矽單晶之矽晶圓的製造方法。

作為半導體裝置的基板材料的矽晶圓大多是藉由加工使用CZ法製造的矽單晶錠來製造。在CZ法中，在石英坩堝中熔解多晶矽原料來生成矽熔融液，將晶種浸漬於矽熔融液中，藉由一邊旋轉石英坩堝和晶種一邊慢慢提拉晶種來在晶種的下端成長大單晶。根據CZ法可以提高大直徑矽單晶的產量。

石英坩堝是保持矽熔融液之二氧化矽玻璃製的容器。因此，石英坩堝需要在矽熔點以上的高溫下不變形、能耐長時間使用的高耐久性。如果在拉晶步驟中石英坩堝變形，則矽單晶的形狀、品質等就會改變，最嚴重的情況下，坩堝壁會接觸爐內構造物而發生意外。為了預防此類意外，較佳為監測石英坩堝的變形。舉例來說，專利文獻1記載從伴隨坩堝的容積變化之熔融液面高度的急劇變化來檢測坩堝變形的方法。 [先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利公開第2021-109826號公報

[發明所欲解決的問題]

在加熱熔解石英坩堝內的多晶矽原料之原料熔解步驟中，由於來自加熱器的輻射熱，石英坩堝承受大的熱負荷，石英坩堝的上端部容易發生向內側塌陷的現象。在發生這種坩堝變形的情況下，在單晶提拉步驟中坩堝接觸熱遮蔽體而變得無法續行拉晶步驟。另外，即使在可以續行拉晶步驟的情況下，石英坩堝內的矽熔融液的對流改變成為矽單晶的氧異常的因素。因此，必須確認在拉晶步驟中，特別是在容易發生坩堝變形的原料熔融步驟中的坩堝變形。然而，以往除了作業者用目視觀察爐內來判斷以外沒有其他方法，也不存在定量評估坩堝變形量的方法。

本發明是鑑於上述問題而完成的，其目的在於提供能夠定量評估石英坩堝有無變形、偏心等或變形、偏心等的大小之矽單晶的製造方法及裝置和矽晶圓的製造方法。 [解決問題的方法]

為解決上述問題，根據本發明之矽單晶的製造方法是從石英坩堝內的矽熔融液提拉矽單晶之矽單晶的製造方法，其特徵在於以預定的時間間隔取得包含反映在前述矽熔融液的熔融液面上的前述石英坩堝的鏡像的影像，並由在前述石英坩堝至少旋轉一圈期間取得的多張影像所映現的前述石英坩堝的鏡像的位置的時間變化來評估前述石英坩堝的變形或偏心。根據本發明，藉由客觀地捕捉石英坩堝變形、偏心等引起的形狀變化，可以預防因石英坩堝變形引起的意外、矽單晶的品質下降等。

根據本發明之矽單晶的製造方法，較佳由前述石英坩堝的鏡像來檢測前述石英坩堝的上端部的位置，並由前述上端部的位置的時間變化來計算前述上端部的變形量或偏心量。藉此能夠客觀地評估石英坩堝的上端部的變形、坩堝的偏心程度等。另外，也能夠在不影響熔融液面的高度變化之下，僅評估石英坩堝的上端部的變形。

根據本發明之矽單晶的製造方法，較佳由前述影像中的像素的縱向輝度的微分值來檢測前述石英坩堝的上端部。藉此能夠客觀地評估石英坩堝的上端部的變形、偏心程度等。

根據本發明之矽單晶的製造方法，較佳為前述上端部的位置的檢測線設定在包含拍攝前述影像之相機的光學軸的平面內，由在前述檢測線上的前述石英坩堝的鏡像的位置的時間變化來計算前述石英坩堝的變化量。藉此能夠容易地計算石英坩堝的變化量。

根據本發明之矽單晶的製造方法，較佳基於在熔解前述石英坩堝內的矽原料的原料熔解步驟開始到晶種與前述矽熔融液接觸的液體接觸步驟開始期間取得的前述多張影像來計算前述石英坩堝的變化量。由於原料熔解步驟中石英坩堝承受大的熱負荷，容易產生石英坩堝的上端部向內塌陷。藉由計算這樣的原料熔解步驟中石英坩堝的變化量，可以預防因石英坩堝變形而導致的意外、單晶產率的下降等。

另外，根據本發明之矽單晶製造裝置具備保持矽熔融液的石英坩堝、設置成圍繞前述石英坩堝以加熱前述矽熔融液的加熱器、旋轉和升降驅動前述石英坩堝的坩堝驅動手段、從前述矽熔融液提拉矽單晶的拉晶手段、配置在前述石英坩堝上方以圍繞從前述矽熔融液中拉出的矽單晶的熱遮蔽體、從斜上方拍攝經由前述熱遮蔽體的開口部可見的前述矽熔融液的熔融液面的相機、以及處理前述相機的拍攝影像的影像處理部，其特徵在於前述相機以預定的時間間隔取得包含反映在前述熔融液面之前述石英坩堝的鏡像的影像，前述影像處理部由在前述石英坩堝至少旋轉一圈期間取得的多張影像所映現的前述石英坩堝的鏡像的位置的時間變化來評估前述石英坩堝的變形或偏心。根據本發明，藉由客觀地捕捉石英坩堝變形、偏心等引起的形狀變化，可以預防因石英坩堝變形引起的意外、矽單晶的品質下降等。

在本發明中，較佳為前述影像處理部由前述石英坩堝的鏡像來檢測前述石英坩堝的上端部的位置，並由前述上端部的位置的時間變化來計算前述上端部的變形量或偏心量。藉此可以客觀地評估石英坩堝的上端部的變形、坩堝的偏心程度等。

在本發明中，較佳為前述影像處理部由前述影像中的像素的縱向輝度的微分值來檢測前述石英坩堝的上端部。藉此可以客觀地評估石英坩堝的上端部的變形、偏心程度等。

在本發明中，較佳為前述影像處理部將前述上端部的位置的檢測線設定在包含拍攝前述影像的相機的光學軸的平面中，並由前述檢測線上的前述石英坩堝的鏡像的位置的時間變化來計算前述石英坩堝的變化量。藉此可以容易地計算石英坩堝的變化量。

在本發明中，較佳為前述影像處理部基於在熔解前述石英坩堝中的矽原料的原料熔解步驟開始到晶種與前述矽熔融液接觸的液體接觸步驟開始期間取得的前述多張影像來計算前述石英坩堝的變化量。藉由計算這樣的原料熔解步驟中石英坩堝的變化量，可以預防因石英坩堝變形而導致的意外、單晶產率的下降等。

另外，根據本發明之矽晶圓的製造方法，其特徵在於，藉由加工由上述根據本發明之矽單晶的製造方法所製造的矽單晶來製造矽晶圓。根據本發明，能夠提高矽晶圓的製造產率。 [發明功效]

根據本發明，可以提供能夠定量評估石英坩堝有無變形、偏心等或變形、偏心等的大小之矽單晶的製造方法及裝置和矽晶圓的製造方法。

以下參照所附圖式詳細說明關於本發明的較佳實施形態。

圖1是根據本發明的實施形態之矽單晶的製造方法的說明圖，是繪示單晶製造裝置的結構的剖面示意圖。

如圖1所示，單晶製造裝置1具備水冷式的腔室10、在腔室10內保持矽熔融液2的石英坩堝11、保持石英坩堝11的石墨坩堝12、支撐石墨坩堝12的旋轉軸13、藉由旋轉軸13和石墨坩堝12旋轉及升降驅動石英坩堝11的坩堝驅動機構14、配置在石墨坩堝12周圍的加熱器15、在加熱器15的外側沿著腔室10的內表面設置的隔熱材16、配置在石英坩堝11上方的熱遮蔽體17、在石英坩堝11上方與旋轉軸13同軸配置的提拉線18、配置在腔室10上方的拉晶機構19、拍攝腔室10內的相機20、處理相機20的拍攝影像的影像處理部21、以及控制單晶製造裝置1的各部的控制部22。

腔室10由主腔室10a和連結主腔室10a的上部開口的細長圓筒狀的提拉腔室10b構成。石英坩堝11、石墨坩堝12、加熱器15和熱遮蔽體17設置在主腔室10a中。提拉腔室10b設有用於將氬氣等惰性氣體（沖洗氣體）、摻雜氣體等導入腔室10內的氣體導入口10c，在主腔室10a的下部設有用於排出腔室10內的環境氣體的排氣口10d。另外，在主腔室10a的上部設有觀察窗10e，可以觀察矽單晶3的育成狀況。

石英坩堝11是具有圓筒狀的側壁部和彎曲的底部的石英玻璃製的容器。為了維持因加熱而軟化的石英坩堝11的形狀，石墨坩堝12緊貼石英坩堝11的外表面以包覆石英坩堝11地保持。石英坩堝11和石墨坩堝12在腔室10內構成支撐矽熔融液2的雙層結構的坩堝。

石墨坩堝12固定在旋轉軸13的上端部，旋轉軸13的下端部貫穿腔室10的底部而連接到設置於腔室10的外側的坩堝驅動機構14。石墨坩堝12、旋轉軸13和坩堝驅動機構14構成旋轉和升降驅動石英坩堝11的坩堝驅動手段。由坩堝驅動機構14驅動的石英坩堝11的旋轉和升降動作由控制器22控制。

使用加熱器15以熔解填充在石英坩堝11內的矽原料生成矽熔融液2，同時維持矽熔融液2的熔解狀態。加熱器15是碳製的電阻加熱式加熱器，以圍繞石墨坩堝12內的石英坩堝11的方式設置。此外，在加熱器15的外側設置圍繞加熱器15的隔熱材16，藉此提高腔室10中的保溫性。加熱器15的輸出由控制器22控制。

設置熱遮蔽體17以抑制矽熔融液2的溫度變動以在晶體成長界面附近提供適當的熱分佈，同時防止來自加熱器15和石英坩堝11的輻射熱加熱矽單晶3。熱遮蔽體17是大致圓筒狀的石墨製的部件，以覆蓋除了矽單晶3的提拉路徑以外的矽熔融液2的上方區域的方式設置。

熱遮蔽體17的下端的開口部17a的直徑大於矽單晶3的直徑，藉此確保矽單晶3的提拉路徑。另外，熱遮蔽體17的下端部的外徑小於石英坩堝11的口徑，由於熱遮蔽體17的下端部位於石英坩堝11內側的位置，即使石英坩堝11的上端部上升到熱遮蔽體17的下端上方，熱遮蔽體17也不會干擾石英坩堝11。

石英坩堝11內的熔融液量隨著矽單晶3的成長而減少，藉由升高石英坩堝11使熔融液面2a與熱遮蔽體17的間隔（間隙值h _G）保持恆定來抑制矽熔融液2的溫度變動，同時使在熔融液面2a附近流動的氣體的流速保持恆定來控制來自矽熔融液2的摻質的蒸發量。藉由這樣的間隙控制，能夠提升矽單晶3的拉晶軸方向的晶體缺陷分佈、氧濃度分佈、電阻率分佈等的穩定性。

在石英坩堝11上方設有作為矽單晶3提拉軸的線18和藉由捲起線18來提拉矽單晶3的拉晶機構19，這些構成提拉矽單晶3的拉晶手段。拉晶機構19具有使矽單晶3與線18一起旋轉的功能。拉晶機構19由控制器22控制。拉晶機構19配置在提拉腔室10b上方，線18從拉晶機構19經由提拉腔室10b內延伸到下方，線18的前端部到達主腔室10a的內部空間。圖1繪示育成途中的矽單晶3懸吊設置在線18上的狀態。提拉矽單晶3時，藉由一邊使石英坩堝11和矽單晶3各自旋轉，一邊慢慢提拉線18來成長矽單晶3。

相機20設置在腔室10的外側。相機20例如是CCD相機，藉由形成於腔室10的觀察窗10e拍攝腔室10內。相機20的設置角度為相對於垂直方向的預定角度，相機20具有相對於矽單晶3的提拉軸傾斜的相機軸（光學軸）。亦即，相機20從斜上方拍攝包含熱遮蔽體17的圓形的開口部17a和矽熔融液2的熔融液面2a之石英坩堝11的上表面區域。

相機20連接影像處理部21，影像處理部21連接控制部22。在矽單晶3的提拉步驟中，影像處理部21由相機20的拍攝畫面所映現的單晶輪廓圖案來計算固液界面附近的晶體直徑。另外，影像處理部21由相機20的拍攝影像中的熔融液面反映的熱遮蔽體17的鏡像的位置來計算從熱遮蔽體17到熔融液面的距離（間隙值h _G）。

控制部22藉由基於從相機20的拍攝影像獲得的晶體直徑數據控制晶體提拉速度來控制晶體直徑。具體而言，當晶體直徑的測量值大於目標直徑時，增加拉晶速度，當其小於目標直徑時，降低拉晶速度。另外，控制部22基於從拉晶機構19的感測器輸出等求得的矽單晶3的晶體長度數據和從相機20的拍攝影像得到的間隙值h _G（液面高度）來控制石英坩堝11的移動量（坩堝上升速度）以具有預定的間隙值。

圖2是繪示根據本實施形態之矽單晶的製造步驟的流程圖。另外，圖3是繪示矽單晶錠的形狀的剖面示意圖。

如圖2所示，根據本實施形態之矽單晶的製造步驟具有用加熱器15加熱石英坩堝11內的矽原料以生成矽熔融液2的原料熔解步驟S11、評估石英坩堝11是否因原料熔解步驟S11的影響而變形或大小的坩堝變形檢測步驟S12、使附著在線18的前端部的晶種降下接觸矽熔融液2的液體接觸步驟S13、以及一邊維持與矽熔融液2的接觸狀態，一邊慢慢提拉晶種來育成單晶的晶體育成步驟（S14～S17）。

如圖2和圖3所示，在晶體育成步驟中，依序實施形成晶體直徑縮細的頸部3a以消除錯位的頸縮步驟S14、形成隨著晶體成長而逐漸增加晶體直徑的肩部3b的肩部育成步驟S15、形成維持規定的晶體直徑的體部3c的體部育成步驟S16、以及形成晶體成長而逐漸縮小晶體直徑的尾部3d的尾部育成步驟S17。

此後，實施將矽單晶3從熔融液面2a分離冷卻的冷卻步驟S18。藉由以上，完成如圖3所示之具有頸部3a、肩部3b、體部3c和尾部3d的矽單晶錠3I。藉由對矽單晶錠3I依序進行外周研磨、切片、拋光、蝕刻、雙面研磨、單面研磨、洗淨等步驟來製造矽晶圓。

在本實施形態中，從原料熔解步驟S11至液體接觸步驟S13之間，用相機20拍攝石英坩堝11內的矽熔融液2的熔融液面2a，由相機20的拍攝影像所映現的石英坩堝11的鏡像的變化來檢測石英坩堝11的變形（坩堝變形檢測步驟S12）。從原料熔解步驟S11至液體接觸步驟S13之間進行石英坩堝11的變形檢測的理由是因為在肩部育成步驟S15之後，由於矽單晶3的存在而變得難以捕捉在熔融液面2a反映的石英坩堝11的鏡像。另外，如果能夠及早檢測石英坩堝11發生較大變形的預兆，也容易判斷續行／停止拉晶。

圖4是用於說明石英坩堝11的變形檢測方法的圖，是原料熔解步驟S11中的CZ提拉爐的概念圖。

如圖4所示，在原料熔解步驟S11中，相機20拍攝熔解面2a以檢測石英坩堝11的變形。相機20可以拍攝經由熱遮蔽體17的開口部17a可見的矽熔融液2的熔融液面2a。由於相機20與石英坩堝11之間存在熱遮蔽體17，相機20無法直接捕捉石英坩堝11的實像。石英坩堝11的鏡像11M反映在熔融液面2a，當石英坩堝11的上端部11e向內側塌陷時，反映在熔融液面2a的石英坩堝11的鏡像11M的邊緣位置也發生變化，因此能夠由石英坩堝11的鏡像11M的變化來檢測石英坩堝11的變形。

當原料熔解步驟S11開始時，固體的矽原料逐漸熔解，矽熔融液2的量增加。在原料熔解步驟S11開始後的一段時間，矽熔融液2的量變少，固體原料也殘留，因此相機20無法正確地捕捉反映在熔融液面2a的石英坩堝11的鏡像。此外，由於尚未對石英坩堝11施加大的熱負荷，石英坩堝11也不會顯著變形。當原料的熔解進行到一定程度時，石英坩堝11內的矽熔融液2的量變得充足時，由於石英坩堝11的上端部11e的鏡像邊緣映現在熔融液面2a，能夠檢測石英坩堝11的變形。然後，當矽熔融液2的量充分增加時，因熱負荷的影響而導致的石英坩堝11的變形變得可見。

當石英坩堝11處於較高的位置，從熱遮蔽體17的下端至熔融液面2a的距離（間隙值h _G）較小時，石英坩堝11的上端部11e的鏡像由熱遮蔽體17遮蔽，無法觀察鏡像邊緣。然而，當石英坩堝11充分下降時，石英坩堝11的上端部11e的鏡像邊緣能夠位於相機20的視野內。因此，在坩堝變形檢測步驟S12中，期望將熔融液面2a設定在比結晶育成步驟（特別是體部育成步驟S16）低的位置來計算石英坩堝11的變形量。

圖5（a）及（b）是拍攝石英坩堝11內的矽熔融液2的熔融液面2a之相機20的拍攝影像的示意圖，（a）繪示石英坩堝11的上端部未變形時的影像，（b）繪示石英坩堝11的上端部變形時的影像。

如圖5（a）及（b）所示，可以經由設置在石英坩堝11上方的熱遮蔽體17的開口部17a觀察石英坩堝11內的矽熔融液2的熔融液面2a。在相機20的拍攝影像中，塗黑區域是熱遮蔽體17的實像17R，熱遮蔽體17的開口部17a的內側區域整個是熔融液面2a。

由於熔融液面2a為鏡面，石英坩堝11的上端部、加熱器15的上端部等反映在熔融液面2a。在實際空間中，加熱器15的上端部位於石英坩堝11上端部上方的位置，反映在熔融液面2a的石英坩堝11與加熱器15的位置關係為上下相反，拍攝影像中的下方對應實際空間的上方。因此，石英坩堝11的鏡像邊緣位於加熱器15的鏡像邊緣上方的位置。熱遮蔽體17的圓弧狀的邊緣線E1與石英坩堝11的上端部的圓弧狀的邊緣線E2之間的區域為石英坩堝11的鏡像11M，另外石英坩堝11的上端部的圓弧狀的邊緣線E2與加熱器15的上端部的圓弧狀的邊緣線E3之間的區域為加熱器15的鏡像15M。

如圖5（a）所示，未變形的石英坩堝11的上端部11e的鏡像11M的邊緣線E2成為漂亮的圓弧狀。然而，當如圖4所示石英坩堝11的上端部11e向內側塌陷時，如圖5（b）所示，石英坩堝11的上端部11e的鏡像11M的圓弧狀改變，鏡像11M的邊緣線E2的一部分向影像的縱向（Y方向）的下方移動。由於石英坩堝11以一定速度旋轉，在預設的檢測線L0上觀察時，石英坩堝11的上端部的位置變得向下方移動。因此，藉由測量石英坩堝11旋轉一圈期間石英坩堝11的鏡像11M的邊緣線E2與檢測線L0的交點P2的位置變化，可以計算石英坩堝11的上端部11e的變形量。

檢測線L0較佳設定在包含相機20的光學軸的平面內。由此，能夠容易算出石英坩堝11的上端部11e的變形量。

圖6是石英坩堝11的鏡像邊緣的位置確定方法的說明圖。

如圖6所示，在檢測線L0上的石英坩堝11的鏡像邊緣的位置可以由拍攝影像的縱向（Y方向）的輝度分佈的微分值求出。觀察拍攝影像的縱向的輝度分佈（上圖），可以看出在熱遮蔽體17的實像17R和石英坩堝11的鏡像11M的邊界位置P1（參照圖5（a）和（b））處，輝度變化大，另外即使在石英坩堝11的鏡像和加熱器15的鏡像的邊界位置P2也有很大的變化。

因此如果求出此拍攝影像的縱向（Y方向）的輝度分佈的微分值，則如下圖所示，得到兩個輝度峰值。第一個輝度峰值的發生位置對應於熱遮蔽體17的下端部的位置P1，第二個輝度峰值的發生位置對應於石英坩堝11的鏡像邊緣的位置P2。在石英坩堝11旋轉一周期間以預定的拍攝週期（採樣週期）測量如此獲得的石英坩堝11的上端部的鏡像邊緣的位置P2，可以由鏡像邊緣的位置P2的變化量求出石英坩堝11的上端部11e的變形量。

影像的拍攝週期（拍攝間隔）較佳為不能整除360度的角度間距。舉例來說，在整數值的情況下，可以列舉7度、11度等360的除數以外的數值。以整除360度的角度間距測量時，坩堝旋轉2圈後也會累積相同角度的數據，無法填補角度間距的間隙數據。另一方面，在以7度間距等無法整除360度的角度間距測量時，在旋轉2圈後角度變為7的倍數來填補間隙，因此旋轉7次可以取得1度間距的數據。另外，影像的拍攝週期越短，石英坩堝11的上端部11e的變形量的測定精度可以越高，但影像的處理負擔增加。因此，可以根據坩堝轉速和影像處理裝置的能力來決定影像的拍攝週期的下限值。舉例來說，也可以是0.5度以上。另外，影像的拍攝週期的上限值例如可以為15度以下，也可以為10度以下。

如上所述，由於石英坩堝11的上端部11e的變形量是由石英坩堝11旋轉一圈期間鏡像邊緣的縱向位置的偏差求出的，如果坩堝在整個圓周上向內塌陷，則無法獲得正確的變形量。然而，如圖5（b）所示，石英坩堝11的向內塌陷發生在局部，幾乎不發生在坩堝的整個圓周上。因此，即使採用上述方法，也可以準確地獲得坩堝的變形量。此外，如果預先獲得坩堝未變形時的像素位置作為基準值，則即使坩堝在整個圓周上向內塌陷時也可以獲得正確的變形量。

為了排除測量誤差並準確地獲得石英坩堝11的上端部11e的變形量，較佳求出多個測量值的平均值。因此，較佳為從石英坩堝11連續旋轉N次期間從拍攝的多個影像獲得石英坩堝11的變形量的N個測量結果，並獲得這N個測量結果的平均值。

圖7是繪示等速旋轉的石英坩堝11的上端部的鏡像邊緣的位置的測定結果的一例的曲線圖，橫軸繪示旋轉角度（度），縱軸繪示石英坩堝的鏡像邊緣的像素位置（pixel）。

如圖7所示，石英坩堝11的鏡像邊緣的Y方向的位置隨著石英坩堝11旋轉一周而在垂直方向變動，可以看出在約30°、150°和270°的位置最大，在約110°、220°和330°的位置最小。另外，可以看出坩堝的鏡像邊緣在垂直方向的最大變化量為約60像素。由此，可以由石英坩堝11的鏡像的變化求出石英坩堝11的變形量。

從上述拍攝影像得到的石英坩堝11的變形量是像素數（pixels），為了將其換算成實際空間的變形量（毫米），需要單位換算。單位換算的方法沒有特別限定，例如可以從石英坩堝11的上端部的一點因坩堝旋轉而移動時的每單位時間移動的像素數與由石英坩堝11的直徑和旋轉速度求得的每單位時間的實際移動距離的對應關係得到。亦即，假設石英坩堝11的鏡像邊緣上的一點從某一座標點A移動到另一座標點B。另一方面，由於在實際空間中的石英坩堝11的上端部的一點的移動距離可以從石英坩堝的直徑和旋轉速度得到，可以藉由對應拍攝影像中的A－B之間的像素數與實際空間的移動距離來獲得每一像素的實際空間距離。

測量上述石英坩堝11的變形量的結果，如果變形量超過臨界值，則控制部22可以藉由聲音、畫面顯示等輸出警報。藉此可以引起作業員注意。

如以上說明，根據本實施形態之矽單晶的製造方法，用相機20取得經由熱遮蔽體17的開口部17a可見的石英坩堝11內的矽熔融液2的熔融液面2a，由反映在熔融液面2a上的石英坩堝11的鏡像11M的時間變化計算石英坩堝11的變形量，因此可以預測和預防因石英坩堝11的變形而發生意外的機率。此外，藉由回饋拉晶條件對石英坩堝11變形的影響，可以預防坩堝變形。

另外，根據本實施形態的矽單晶製造裝置具備用於從斜上方拍攝經由熱遮蔽體17的開口部17a可見的石英坩堝11內的矽熔融液2的熔融液面2a的相機20以及處理相機20的拍攝影像的影像處理部21，相機20在石英坩堝11至少旋轉一圈期間以預定的時間間隔取得多張包含在矽熔融液2的熔融液面2a上反映的石英坩堝11的鏡像的影像，影像處理部21由在多張影像分別映照的石英坩堝11的鏡像11M的時間變化計算石英坩堝11的變形量，因此可以預測和預防因石英坩堝11的變形而發生意外的機率。此外，藉由回饋拉晶條件對石英坩堝11變形的影響，可以預防坩堝變形。

以上，說明關於本發明的較佳實施形態，但本發明不限於上述實施形態，在不脫離本發明的主旨的範圍內能夠進行各種變更，這些不用說也包含在本發明的範圍內。

舉例來說，在上述實施形態中，說明關於計算石英坩堝11的上端部11e向內側塌陷引起的變形量的情況，本發明不限於計算這種變形量，也能夠適用於因石英坩堝11下沉而導致上端部11e的圓周方向的高度發生變化的情況。另外，也可用於作為在石英坩堝11的中心軸偏離旋轉中心軸偏心旋轉時計算偏心量的方法。在這種情況下，石英坩堝11的偏心量可以由與坩堝的旋轉週期同步的鏡像邊緣位置的週期偏差來計算。

另外，在上述實施形態中，拍攝從原料熔解步驟S11到液體接觸步驟S13開始前的期間的石英坩堝11的鏡像來計算石英坩堝11的變形量，根據本發明之石英坩堝11的變形量的測量時間不限於從原料熔解步驟S11到液體接觸步驟S13開始前的期間，而是可以在任意時刻拍攝在熔融液面2a反映的石英坩堝11的鏡像邊緣。另外，如果能夠在拉晶時拍攝石英坩堝11的鏡像，則能夠連續地檢測石英坩堝11的變形量。

此外，根據本發明之石英坩堝的變形量的檢測也可適用於所謂的多次提拉法。多次提拉法是在提拉矽單晶之後，將矽原料追加供給到同一石英坩堝中並熔解，從得到的矽熔融液中提拉矽單晶，藉由重複這樣的原料供給步驟和單晶提拉步驟，從一個石英坩堝製造多個矽單晶的方法。藉由在追加供給的原料之熔解步驟中採用根據本發明之坩堝變形量的計算方法，能夠客觀地判斷是否可以續行多次提拉。

另外，在上述實施例中，用於測量晶體直徑、間隙值等的相機20取得用於檢測石英坩堝11的變形量的影像，但本發明不限於這樣的結構，也可以使用與用於直徑測量等相機不同的專用相機來拍攝熔融液面2a的影像。

1:單晶製造裝置 2:矽熔融液 2a:熔融液面 3:矽單晶 3I:矽單晶錠 3a:頸部 3b:肩部 3c:體部 3d:尾部 10:腔室 10a:主腔室 10b:提拉腔室 10c:氣體導入口 10d:氣體排出口 10e:觀察窗 11:石英坩堝 11e:上端部 11M:石英坩堝的鏡像 12:石墨坩堝 13:旋轉軸 14:坩堝驅動機構 15:加熱器 15M:加熱器的鏡像 16:隔熱材 17:熱遮蔽體 17a:熱遮蔽體的開口部 17R:熱遮蔽體的實像 18:線 19:拉晶機構 20:相機 21:影像處理部 22:控制部 E1:熱遮蔽體部件的實像的邊緣線 E2:石英坩堝的鏡像的邊緣線 E3:加熱器的鏡像的邊緣線 h _G:間隙值 L0:檢測線 P1:邊界位置 P2:邊界位置 S11:原料熔解步驟 S12:坩堝變形檢測步驟 S13:液體接觸步驟 S14:縮頸步驟 S15:肩部育成步驟 S16:體部育成步驟 S17:尾部育成步驟 S18:冷卻步驟

[圖1]圖1是根據本發明的實施形態之矽單晶的製造方法的說明圖，是繪示單晶製造裝置的結構的剖面示意圖。 [圖2]圖2是繪示根據本實施形態之矽單晶的製造步驟的流程圖。 [圖3]圖3是繪示矽單晶錠的形狀的剖面示意圖。 [圖4]圖4是用於說明石英坩堝的變形監視方法的圖，是原料熔解步驟中的CZ提拉爐的概念圖。 [圖5]圖5（a）及（b）是拍攝石英坩堝內的矽熔融液之相機的拍攝影像的示意圖，（a）繪示石英坩堝的上端部未變形的狀態，（b）繪示石英坩堝的上端部變形的狀態。 [圖6]圖6是石英坩堝的上端部的位置確定方法的說明圖。 [圖7]圖7是繪示石英坩堝的變形量的測定結果的一例的曲線圖，橫軸繪示坩堝旋轉角度（度），縱軸繪示坩堝鏡像邊緣的位置（pixel）。

2:矽熔融液

2a:熔融液面

11:石英坩堝

11e:上端部

11M:鏡像

15:加熱器

15e:上端部

17:熱遮蔽體

17a:熱遮蔽體的開口部

20:相機

Claims (11)

1. 一種矽單晶的製造方法，是從石英坩堝內的矽熔融液提拉矽單晶之矽單晶的製造方法，其特徵在於： 以預定的時間間隔取得包含反映在前述矽熔融液的熔融液面上的前述石英坩堝的鏡像的影像，並由在前述石英坩堝至少旋轉一圈期間取得的多張影像所映現的前述石英坩堝的鏡像的位置的時間變化來評估前述石英坩堝的變形或偏心。
2. 如請求項1所述之矽單晶的製造方法，其中由前述石英坩堝的鏡像來檢測前述石英坩堝的上端部的位置，並由前述上端部的位置的時間變化來計算前述上端部的變形量或偏心量。
3. 如請求項2所述之矽單晶的製造方法，其中由前述影像中的像素的縱向輝度的微分值來檢測前述石英坩堝的上端部。
4. 如請求項1至3中任一項所述之矽單晶的製造方法，其中前述上端部的位置的檢測線設定在包含拍攝前述影像之相機的光學軸的平面內，由在前述檢測線上的前述石英坩堝的鏡像的位置的時間變化來計算前述石英坩堝的變化量。
5. 如請求項1至3中任一項所述之矽單晶的製造方法，其中基於在熔解前述石英坩堝內的矽原料的原料熔解步驟開始到晶種與前述矽熔融液接觸的液體接觸步驟開始期間取得的前述多張影像來計算前述石英坩堝的變化量。
6. 一種矽單晶製造裝置，具備： 石英坩堝，保持矽熔融液； 加熱器，設置成圍繞前述石英坩堝以加熱前述矽熔融液； 坩堝驅動手段，旋轉和升降驅動前述石英坩堝； 拉晶手段，從前述矽熔融液提拉矽單晶； 熱遮蔽體，配置在前述石英坩堝上方以圍繞從前述矽熔融液中提拉的矽單晶； 相機，從斜上方拍攝經由前述熱遮蔽體的開口部可見的前述矽熔融液的熔融液面；以及 影像處理部，處理前述相機的拍攝影像， 其特徵在於，前述相機以預定的時間間隔取得包含反映在前述熔融液面之前述石英坩堝的鏡像的影像， 前述影像處理部由在前述石英坩堝至少旋轉一圈期間取得的多張影像所映現的前述石英坩堝的鏡像的位置的時間變化來評估前述石英坩堝的變形或偏心。
7. 如請求項6所述之矽單晶製造裝置，其中前述影像處理部由前述石英坩堝的鏡像來檢測前述石英坩堝的上端部的位置，並由前述上端部的位置的時間變化來計算前述上端部的變形量或偏心量。
8. 如請求項7所述之矽單晶製造裝置，其中前述影像處理部由前述影像中的像素的縱向輝度的微分值來檢測前述石英坩堝的上端部。
9. 如請求項6至8中任一項所述之矽單晶製造裝置，其中前述影像處理部將前述上端部的位置的檢測線設定在包含拍攝前述影像的相機的光學軸的平面中，並由前述檢測線上的前述石英坩堝的鏡像的位置的時間變化來計算前述石英坩堝的變化量。
10. 如請求項6至8中任一項所述之矽單晶製造裝置，其中前述影像處理部基於在熔解前述石英坩堝中的矽原料的原料熔解步驟開始到晶種與前述矽熔融液接觸的液體接觸步驟開始期間取得的前述多張影像來計算前述石英坩堝的變化量。
11. 一種矽晶圓的製造方法，其特徵在於： 藉由加工如請求項1至3中任一項所述之矽單晶的製造方法所製造的矽單晶來製造矽晶圓。