(57)【要約】【課題】有転位化したインゴットについて転位境界位置を正確に判断することができ、適切な切断位置を決定することで製品歩留まりを向上できる切断位置の決定方法及び決定システム、並びに単結晶インゴットの切断方法を提供することを目的とする。【解決手段】有転位化した単結晶インゴットの切断位置の決定方法であって、  前記単結晶インゴットの外周面にレーザー光を照射し、反射光を受光してスリップ転位長さを検出する工程と、該検出したスリップ転位の長さに基づいて前記単結晶インゴットの切断位置を決定する工程を有することを特徴とする切断位置の決定方法。【選択図】  図１
2014157854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有転位化した単結晶インゴットの切断位置の決定方法であって、
前記単結晶インゴットの外周面にレーザー光を照射し、反射光を受光してスリップ転位長さを検出する工程と、該検出したスリップ転位の長さに基づいて前記単結晶インゴットの切断位置を決定する工程を有することを特徴とする切断位置の決定方法。
【請求項２】
前記レーザー光を、ポリゴンミラーを用いて前記インゴットの外周面の所定の範囲を走査するように照射することを特徴とする請求項１に記載の切断位置の決定方法。
【請求項３】
前記単結晶インゴットがアズグロンインゴットであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の切断位置の決定方法。
【請求項４】
前記スリップ転位長さを検出する工程において、前記反射光の強度から画像データを作成し、晶癖線に対して４５°±３°のスリップ転位線のみ選択し、それ以外の線をキズとして除外するフィルタリング処理を行った後の画像データからスリップ転位長さを検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の切断位置の決定方法。
【請求項５】
有転位化した単結晶インゴットを切断する単結晶インゴットの切断方法であって、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の切断位置の決定方法により前記単結晶インゴットの切断位置を決定し、該決定した切断位置で前記単結晶インゴットを切断することを特徴とする単結晶インゴットの切断方法。
【請求項６】
有転位化した単結晶インゴットの切断位置の決定システムであって、
前記単結晶インゴットの外周面にレーザー光を照射する投光器と、反射光を受光する受光器と、該受光した反射光からスリップ転位長さを検出する長さ検出手段と、該検出したスリップ転位の長さに基づいて前記単結晶インゴットの切断位置を決定する切断位置決定手段とを具備することを特徴とする切断位置の決定システム。
【請求項７】
前記投光器は、前記レーザー光をポリゴンミラーを用いて前記インゴットの外周面の所定の範囲を走査するように照射するものであることを特徴とする請求項６に記載の切断位置の決定システム。
【請求項８】
前記長さ検出手段は、前記反射光の強度から画像データを作成し、晶癖線に対して４５°±３°のスリップ転位線のみ選択し、それ以外の線をキズとして除外するフィルタリング処理を行った後の画像データからスリップ転位長さを検出するものであることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の切断位置の決定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶インゴットを切断する技術に関し、特に一部有転位化した単結晶インゴットから無転位の単結晶を確実に得るための切断位置の決定方法及び決定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＺ法（チョクラルスキー法）で例えばシリコン単結晶を製造する場合、結晶中に異物が混入したり、引き上げ操作パラメーターの制御不良などに起因して、途中で有転位化することがある。
一般的に、育成中のシリコン単結晶が途中で有転位化した場合、有転位化した以降の結晶部分は多結晶化することが知られている。また、有転位化した部位から上方の有転位化していない単結晶部位に向けてスリップ転位が伸展し（以後、スリップバックと言う場合がある）、その伸展長さは概ね引き上げるシリコン単結晶の直径長さまで達することが知られている。
【０００３】
単結晶の製造工程の比較的早い段階で有転位化した場合には、育成した単結晶を再溶解し、再度単結晶の育成が行われる。一方、単結晶育成の後半で有転位化したものでは、スリップバックした部分を切断して除去し、スリップ転位のない部分を使用することになる（例えば、特許文献１参照）。
従来、このようなスリップバックした部分を切断する際には、熟練した作業者がインゴット外周面に現れたスリップ転位を目視により確認し、インゴットの切断位置を決定している。インゴットの切断位置を決定する際には、結晶中心部と結晶周辺部のスリップ転位の長さの違いを考慮して、スリップ転位のある部分と無転位の部分の境界の位置（以降、転位境界位置と言う）に所定の長さを加算した位置を切断位置としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２２５４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、近年、更なる単結晶インゴットの大口径化や引き上げ条件の変更等により、引き上げられる単結晶インゴットの外周面において目視では観察しにくいスリップ転位が増加している。そのため、目視による確認では、有転位化部分を見逃したり、無転位部分まで有転位化部分と誤った判断をすることがあり、位置判断の正確性に欠け、製品歩留まりのバラツキが大きくなるという問題がある。そのため、有転位化部分を見逃した場合には切断回数が増加し、工程時間が増加してしまう。
さらに、従来では、アズグロンインゴットの外周部のスリップ転位の長さと結晶内部のスリップ転位の長さは冷却速度の違いから一致しないとの認識から、上記したように、安全を見て転位境界位置に所定の長さを加算した位置を切断位置としているため、製品歩留まりが大幅に低下してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、途中で有転位化した単結晶インゴットの外周面における転位境界位置を正確に判断することができ、適切な切断位置を決定することで製品歩留まりの向上や工程の無駄の発生防止をすることができる切断位置の決定方法及び決定システム、並びに単結晶インゴットの切断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明によれば、有転位化した単結晶インゴットの切断位置の決定方法であって、前記単結晶インゴットの外周面にレーザー光を照射し、反射光を受光してスリップ転位長さを検出する工程と、該検出したスリップ転位の長さに基づいて前記単結晶インゴットの切断位置を決定する工程を有することを特徴とする切断位置の決定方法が提供される。
【０００８】
このような切断位置の決定方法であれば、外周面のスリップ転位長さを正確に検出して、転位境界位置を正確に判断できる。この位置を基に最適な切断位置を精度良く決定することができる。
【０００９】
このとき、前記レーザー光を、ポリゴンミラーを用いて前記インゴットの外周面の所定の範囲を走査するように照射することが好ましい。
このようにすれば、スリップ転位長さをより正確に検出できる。
【００１０】
また、前記単結晶インゴットをアズグロンインゴットとすることができる。
本発明では、単結晶インゴットをアズグロンインゴットとする場合であっても、外周面のスリップ転位長さを正確に検出して、転位境界位置を正確に判断できる。
【００１１】
また、前記スリップ転位長さを検出する工程において、前記反射光の強度から画像データを作成し、晶癖線に対して４５°±３°のスリップ転位線のみ選択し、それ以外の線をキズとして除外するフィルタリング処理を行った後の画像データからスリップ転位長さを検出することが好ましい。
このようにすれば、スリップ転位長さをより正確に検出できる。
【００１２】
また、本発明によれば、有転位化した単結晶インゴットを切断する単結晶インゴットの切断方法であって、上記の切断位置の決定方法により前記単結晶インゴットの切断位置を決定し、該決定した切断位置で前記単結晶インゴットを切断することを特徴とする単結晶インゴットの切断方法が提供される。
【００１３】
このような単結晶インゴットの切断方法であれば、適切な切断位置を決定して製品歩留まりを安定して高く維持できるとともに、切断のやり直しを防いで工程の無駄をなくすことができる。
【００１４】
また、本発明によれば、有転位化した単結晶インゴットの切断位置の決定システムであって、前記単結晶インゴットの外周面にレーザー光を照射する投光器と、反射光を受光する受光器と、該受光した反射光からスリップ転位長さを検出する長さ検出手段と、該検出したスリップ転位の長さに基づいて前記単結晶インゴットの切断位置を決定する切断位置決定手段とを具備することを特徴とする切断位置の決定システムが提供される。
【００１５】
このような切断位置の決定システムであれば、外周面のスリップ転位長さを正確に検出して、転位境界位置を正確に判断できるものとなる。この位置を基に製品歩留まりを向上可能な切断位置を精度良く決定することができる。
【００１６】
このとき、前記投光器は、前記レーザー光をポリゴンミラーを用いて前記インゴットの外周面の所定の範囲を走査するように照射するものであることが好ましい。
このようなものであれば、スリップ転位長さをより正確に検出できるものとなる。
【００１７】
また、前記長さ検出手段は、前記反射光の強度から画像データを作成し、晶癖線に対して４５°±３°のスリップ転位線のみ選択し、それ以外の線をキズとして除外するフィルタリング処理を行った後の画像データからスリップ転位長さを検出するものであることが好ましい。
このようなものであれば、スリップ転位長さをより正確に検出できるものとなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、一部有転位化した単結晶インゴットの切断位置の決定において、単結晶インゴットの外周面にレーザー光を照射し、その反射光を受光してスリップ転位長さを検出し、該検出したスリップ転位の長さに基づいて単結晶インゴットの切断位置を決定するので、外周面のスリップ転位長さを正確に検出して、転位境界位置を正確に判断できる。この位置を基に最適な切断位置を精度良く決定することができる。特に、転位境界位置を切断位置とすれば、製品歩留まりを大幅に向上可能である。しかも、切断のやり直し回数を減少できるので、工程の無駄も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の切断位置の決定システムの一例を示す概略図である。
【図２】本発明の切断位置の決定システムの投光器の一例を示す概略図である。
【図３】単結晶インゴットの製造から本発明の切断位置の決定方法及び切断方法により無転位インゴットを得るまでのフロー図である。
【図４】本発明の切断位置の決定方法における、レーザー光を照射・受光する様子を示す図である。
【図５】本発明の切断位置の決定システムの長さ検出手段によるスリップ転位長さの検出方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
従来より、単結晶インゴットを切断してウェーハを製造する際に、単結晶インゴットが一部有転位化した場合、熟練した作業者がアズグロンインゴット外周面に現れたスリップ転位を目視により確認し、その有転位化部分を切断により除去している。このとき、アズグロンインゴットの外周部のスリップ転位の長さと結晶内部のスリップ転位の長さは同じではないとの認識から、目視によるスリップ転位の確認位置に所定の長さを補正値として加えた位置を切断位置としている。
【００２１】
しかし、目視によるスリップ転位の確認は正確性に欠けるため、製品歩留まりのバラツキが大きくなる。しかも、切断をやり直すとなると切断工程が増加しコストアップにつながる。
そこで、本発明者等はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、まず、アズグロンインゴットの外周部のスリップ転位の長さと結晶内部のスリップ転位の長さはほぼ一致することを見出した。さらに、照射したレーザー光の反射光の強度に基づいて、この外周部のスリップ転位の長さを正確に検出すれば、結晶内部のスリップ転位の長さも正確に特定できるので、切断位置を決定する際に従来行っていた所定の長さを加算する必要がないことを見出し、本発明を完成させた。
【００２２】
まず、本発明の切断位置の決定システムについて説明する。
図１に示すように、本発明の切断位置の決定システム１は、投光器２、受光器３、アンプユニット４、コントロールユニット５、長さ検出手段６、切断位置決定手段７を有する。
投光器２は、単結晶インゴットの外周面８にレーザー光を照射するものである。例えば、投光器２を図２に示すように回転多面鏡を用いて構成できる。
【００２３】
図２に示す投光器２は、レーザー光源２１、ポリゴンミラー（回転多面鏡）２２、ｆθレンズ２３を有している。レーザー光源２１としては、例えば、波長６５０〜６９０ｎｍの赤外線を用いることができるが、これに限定されず、波長３９０〜４３０ｎｍの青紫領域の光源とすることもできる。
ポリゴンミラー２２は、例えば４〜６面の鏡面を多角形状に構成したもので、例えば６，０００〜１２，０００ｒｐｍの回転数で高速回転しながらレーザー光源２１から発光されたレーザー光を単結晶インゴットの外周面８に反射し、外周面８の所定の範囲（例えば３００ｍｍ幅）を走査する。
【００２４】
ｆθレンズ２３は、ポリゴンミラー２２の鏡面が傾くなど角度誤差（面倒れ）がある場合に起こる走査位置ずれを防ぎつつ、レーザー光の走査速度が常に一定になるように設計したレンズである。
受光器３は、投光器２から照射されたレーザー光の反射光を受光するもので、受光した反射光の信号をアンプユニット４に送信する。ここで、投光器２と受光器３の角度を、単結晶インゴットの中心軸に対するレーザー光入射角度が４５°±１０°、反射角度が３０°〜８０°になるように設定することができる。
【００２５】
アンプユニット４は、受光器３から受信した反射光の信号を増幅してコントロールユニット５に送信する。コントロールユニット５は、投光器２のレーザー光の照射を制御するとともに、アンプユニット４から受信した反射光の信号を長さ検出手段６に送信する。
長さ検出手段６は、コントロールユニット５から送信された反射光の信号を受信し、その反射光の強度に基づいてスリップ転位の長さを検出する。例えば長さ検出手段６を、コンピュータ上で動作する、受信した反射光の信号を画像処理するプログラムとして構成できる。
【００２６】
切断位置決定手段７は、長さ検出手段６で検出したスリップ転位長さと、単結晶インゴットの端部位置のデータから転位境界位置（スリップ転位のある部分と無転位の部分の境界の位置）を判定し、単結晶インゴットの切断位置を決定する。このとき、切断位置を上記判定した境界位置とすれば、製品歩留まりをより向上できるので好ましい。しかし、本発明はこれに限定されず、許容される範囲内で、安全を見て上記境界位置に所定の長さを加えて切断位置を決定しても良い。
【００２７】
次に、上記の本発明の切断位置の決定システムを用いた本発明の切断位置の決定方法及び単結晶インゴットの切断方法について図３を参照して説明する。
準備工程として、例えばＣＺ法により単結晶を製造し（図３（ａ））、製造装置から取り出す（図３（ｂ））。
本発明の切断位置の決定方法を用いる対象の単結晶インゴット９は育成途中でスリップ転位１０が発生したものである。例えば、その外周を円筒研削などで加工したものであっても良いが、加工時間を短縮してコストを削減するためにアズグロンインゴットとすることもできる。
【００２８】
まず、図４に示すように、単結晶インゴット９を回転ローラ１１上に載置する。回転ローラ１１を回転させることで単結晶インゴット９をその中心軸Ａ周りに回転させながら、例えば図２に示すようなレーザー光源、ポリゴンミラー、ｆθレンズで構成された投光器２で単結晶インゴット９の外周面８にレーザー光を照射し、外周面８からの反射光を受光器３で受光する（図３の（ｃ））。ここで、用いるレーザー光源、波長、入射・反射角度などは上記切断位置の決定システムで説明した条件と同様とすることができる。
【００２９】
次に、受光した反射光の強度に基づいて、長さ検出手段６によりスリップ転位長さを検出する。この際、例えば図５に示すように、スリップ転位長さを特定するために、反射光の強度から画像データを作成し、晶癖線に対して４５°±３°のスリップ転位線のみ選択し、それ以外の線をキズとして除外するフィルタリング処理をこの画像データに対して行い、フィルタリング後の画像データからスリップ転位長さを検出することができる。本発明ではこのように光学的な方法でスリップ転位長さを正確に検出できる。
【００３０】
次に、切断位置決定手段７により、上記のようにして正確に検出したスリップ転位長さに基づいて単結晶インゴット９の切断位置を決定する。この際、単結晶インゴット９の端部の位置にスリップ転位長さを加えた位置を転位境界位置と判定できる。
単結晶インゴットの外周面で観察されるスリップ転位の長さと結晶内部のスリップ転位の長さはほぼ等しいことが分かっているので、この判定した境界位置を切断位置とすれば、上記したように、製品歩留まりを大幅に向上しつつ、無転位の単結晶インゴットを確実に得ることができる
【００３１】
本発明の単結晶インゴットの切断方法では、上記のような本発明の切断位置の決定方法により決定した切断位置で単結晶インゴットを切断する（図３の（ｄ））。そして、有転位化部分を除去することで（図３の（ｅ））、無転位の部分だけからなる単結晶インゴットを確実に得ることができる（図３の（ｆ））。
具体的には、単結晶インゴットを切断テーブル上に水平に載置し、単結晶インゴットを上記で決定した切断位置に位置決めする。その後、ブレード１２を単結晶インゴットに対して相対的に上方から下方に送り出すことによってインゴットを切断する。
【００３２】
ここで、用いることができるブレードとして、一般的な内周刃やバンドソーが挙げられ、切断位置以外の切断条件は従来と同様とすることができる。
本発明では、上記のように精度良く検出したスリップ転位長さに基づいて単結晶インゴットの切断位置を決定するので、切断除去する部分に必要以上に無転位結晶が含まれるのを抑制でき、製品歩留まりを大幅に向上できる。また、有転位化部分で切断して切断をやり直す必要が生じることを確実に防止することができる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３４】
（実施例）
図１に示すような本発明の切断位置の決定システムを用い、本発明の切断位置の決定方法に従って、一部有転位化した直径３００ｍｍのアズグロンシリコン単結晶インゴットの切断位置を決定した。その後、決定した切断位置でインゴットを切断し、さらに、コーン部を切断して直胴部のみとした後、スリップ転位の位置に対する切断位置を評価した。切断位置は転位境界位置と同位置とした。
【００３５】
ここで、切断位置を以下のようにして評価した。まず、転位境界位置を、切断後のインゴットを晶癖線を目安にさらにインゴット中心軸方向に２分割し、それから２ｍｍの厚さのサンプルをインゴット中心軸方向に切り出し、切り出したサンプルに選択エッチングを行い、表面を観察することにより「選択エッチング無転位位置」として求めた。その後、この求めた位置と切断位置を比較した。
【００３６】
表１に、６本のインゴットに対する評価結果を示す。表中に示す切断位置は、スリップ転位がない側の端部（コーン部を切断した端部）の位置からの距離、すなわち、無転位部分として得られたインゴットの長さを示すものである。表１に示すように、実施例では、後述の比較例と比べて選択エッチング無転位位置と切断位置との差が小さく、極めて正確に適切な切断位置を決定できていることが分かった。また、平均値で５７ｍｍ分の歩留まり向上を達成できていることが分かった。
【００３７】
このように、本発明に従って、有転位化したインゴットの転位境界位置を正確に判断することができ、適切な切断位置を決定することで製品歩留まりを向上できることが確認できた。
【００３８】
（比較例）
熟練者により転位境界位置を目視によって確認し、切断位置を決定した以外、実施例と同様にしてアズグロンシリコン単結晶インゴットを切断し、実施例と同様に評価した。
その結果、有転位部分を転位境界位置と判定し、切断回数が増加してしまうことがあったため、判定した転位境界位置に所定の長さ８５ｍｍを加えた位置を切断位置とした。
結果を表１に示す。表１に示すように、実施例と比べ、選択エッチング無転位位置と切断位置との差が大きく、製品歩留まりが大幅に悪化してしまった。
【００３９】
【表１】
2014157854.tif 000003
【００４０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４１】
１…切断位置の決定システム、  ２…投光器、  ３…受光器、  ４…アンプユニット、
５…コントロールユニット、  ６…長さ検出手段、  ７…切断位置決定手段、
８…外周面、  ９…単結晶インゴット、  １０…スリップ転位、
１１…回転ローラ、  １２…ブレード、  ２１…レーザー光源、
２２…ポリゴンミラー、  ２３…ｆθレンズ。
【図１】
2014157854.tif 000004
【図２】
2014157854.tif 000005
【図３】
2014157854.tif 000006
【図４】
2014157854.tif 000007
【図５】
2014157854.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月17日(2013.6.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
図２に示す投光器２は、レーザー光源２１、ポリゴンミラー（回転多面鏡）２２、ｆθレンズ２３を有している。レーザー光源２１としては、例えば、波長６５０〜６９０ｎｍの赤色レーザーを用いることができるが、これに限定されず、波長３９０〜４３０ｎｍの青紫領域の光源とすることもできる。
ポリゴンミラー２２は、例えば４〜６面の鏡面を多角形状に構成したもので、例えば６，０００〜１２，０００ｒｐｍの回転数で高速回転しながらレーザー光源２１から発光されたレーザー光を単結晶インゴットの外周面８に反射し、外周面８の所定の範囲（例えば３００ｍｍ幅）を走査する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2014157854.tif 000009