(57)【要約】  本発明は、単結晶（２００）を引き上げるための装置（１００）のるつぼ（１３０）における融解物（２３０）からの、単結晶（２００）の、特に単結晶（２００）のエンドコーン（２１０）の引上げの間に、単結晶（２００）の直径（ｄＫ）を決定するための方法であって、融解物（２３０）との境界における単結晶（２００）の直径（ｄＫ）が、るつぼ（１３０）に対する融解物（２３０）の表面（２３５）の第１の下降速度（ｖＳ）と、単結晶（２００）がるつぼ（１３０）に対して引き上げられる第１の引上げ速度（ｖＫ）と、質量保存とを考慮する間に決定される方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶（２００）を引き上げるための装置（１００）のるつぼ（１３０）における融解物（２３０）からの、前記単結晶（２００）の、特に前記単結晶（２００）のエンドコーン（２１０）の引上げの間に、前記単結晶（２００）の直径（ｄＫ）を決定するための方法であって、
前記融解物（２３０）との境界における前記単結晶（２００）の前記直径（ｄＫ）が、
前記るつぼ（１３０）に対する前記融解物（２３０）の表面（２３５）の第１の下降速度（ｖＳ）と、
前記単結晶（２００）が前記るつぼ（１３０）に対して引き上げられる第１の引上げ速度（ｖＫ）と、
質量保存とを考慮して決定される、方法。
【請求項２】
前記装置（１００）に対する前記融解物（２３０）の前記表面（２３５）の第２の下降速度（ｖ＊Ｓ）および前記装置（１００）に対する前記るつぼ（１３０）の位置が変えられる速度（ｖ＊Ｔ）は、前記るつぼ（１３０）に対する前記融解物（２３０）の前記表面（２３５）の前記第１の下降速度（ｖＳ）を考慮するために決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記るつぼ（１３０）の回転およびその変化は、前記第２の下降速度（ｖ＊Ｓ）の決定の間考慮される、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記単結晶（２００）が前記装置（１００）に対して引き上げられる第２の引上げ速度（ｖ＊Ｋ）および前記装置（１００）に対する前記るつぼ（１３０）の位置が変えられる速度（ｖ＊Ｔ）は、前記単結晶（２００）が前記るつぼ（１３０）に対して引き上げられる前記第１の引上げ速度（ｖＫ）を考慮するために決定される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記融解物（２３０）のまたは前記単結晶（２００）の液体材料と固体材料との間の密度の差は、前記単結晶（２００）の前記直径（ｄＫ）の決定の間考慮される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記融解物の前記表面の位置における前記るつぼ（１３０）の前記直径は、前記単結晶（２００）の前記直径（ｄＫ）の決定の間考慮される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記るつぼ（１３０）の直径（ｄＴ）は、前記単結晶（２００）の前記エンドコーン（２１０）の引上げの間、前記単結晶（２００）の前記直径（ｄＫ）の決定の間考慮され、前記単結晶（２００）の前記直径（ｄＫ）の決定の精度は、一定のオフセットによって前記るつぼ（１３０）の前記直径（ｄＴ）を補正することによって増加される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記融解物（２３０）の前記表面（２３５）上のブライトリングを観察することによって前記単結晶（２００）の円筒形部分（２０５）の引上げの間に決定される前記単結晶（２００）の直径は、前記単結晶の引上げの間に決定されることとなる前記単結晶（２００）の前記直径（ｄＫ）の補正、妥当性チェックまたは比較のために用いられる、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記融解物（２３０）と固体の前記単結晶（２００）との間の境界領域（２４０）の高さのおよび／または形状の変化は、前記単結晶（２００）の円筒形部分（２０５）と前記エンドコーン（２１０）との間の遷移領域において、補正因子によって前記単結晶（２００）の前記直径（ｄＫ）の決定の間考慮される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記単結晶の前記直径の決定は、前記融解物（２３０）と固体の前記単結晶（２００）との間の境界領域（２４０）の高さのおよび／または形状の所定の変化が起こるとき、前記単結晶（２００）の円筒形部分（２０５）と前記エンドコーン（２１０）との間の遷移領域で中断される、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
特にフィルタ、オブザーバおよび／または適応フィルタによる、ノイズ抑制が、前記単結晶（２００）の前記直径（ｄＫ）の決定の間に行なわれる、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
見出される前記単結晶（２００）の前記直径（ｄＫ）が、前記単結晶（２００）の、特に前記単結晶（２００）の前記エンドコーン（２１０）の引上げの間に調整されることとなる変数として用いられる、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記単結晶（２００）の前記第１の引上げ速度（ｖＫ）および／もしくは前記第２の引上げ速度（ｖ＊Ｋ）、前記るつぼの位置が変えられる速度（ｖＴ）、１つ以上の前記装置（１００）の力および／もしくは温度、ならびに／または、前記単結晶（２００）のおよび／もしくは前記るつぼ（１３０）の回転速度は、前記単結晶（２００）の引上げの間操作変数として用いられる、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
説明
本発明は、るつぼにおける融解物からの単結晶の引上げの間に単結晶の直径を決定するための方法に関する。その後、見出された直径は、単結晶の引上げの間に調整されることとなる変数として用いられ得る。
【背景技術】
【０００２】
従来技術
いわゆるチョクラルスキー法（Czochralski method）による半導体材料の単結晶の引上げの間、単結晶の直径が監視、すなわち決定され、適切に影響を与えられることが可能でなければならない。単結晶の直径の変化であって、結晶化境界で単結晶の径方向の成長に依存するこの変動は、たとえば単結晶の引上げ速度および／または結晶化境界の領域の融解物の温度を制御された方法で変化させることによって影響を与えられ得る。
【０００３】
一般に、単結晶の直径は、結晶化境界の領域で単結晶を取り囲むブライトリング上のたとえば３つの点を記録し、そこから直径を計算することによって、たとえばカメラなどの光学捕捉手段により決定され得る。このブライトリングは、結晶化境界の領域のいわゆるメニスカスを形成する液体の融解物の上の、融解物が含まれるるつぼの成長壁の反射である。
【０００４】
引上げ加工の終わりに向けて、単結晶上のいわゆるエンドコーンが概して引き上げられる。すなわち、長い円筒形部分の後、単結晶は小さな直径に円錐状に先細る。これは、融解物からの単結晶の分離の間に起こる単結晶のスリップまたは転位を、単結晶の中へ、特に、たとえば次にウェハの製造のために用いられる円筒形部分の中へはるか後ろに延在することから回避する。
【０００５】
融解物の領域が高温であるために、前述のカメラが一般に単結晶を引き上げるための関係する装置の外側に配置され、したがって通常、上方から比較的急な角度でのみ融解物を確認するため、単結晶の直径は、一般にエンドコーンの領域にはもはや記録されることができない。
【０００６】
たとえば、カメラがブライトリングを依然として記録し得る角度で、非常に長いエンドコーンを引き上げることが可能である。しかしながら、この方法では、非常に多量の材料が消費され、次に用いられることはできず、再び融解されることを必要とする可能性がある。したがって、円筒形領域の単結晶の直径が大きくなればなるほど、材料の量も多くなり、不必要にエンドコーンで消費される。
【０００７】
直径の調節が行なわれずに、エンドコーンを引き上げることも可能になる。すなわちエンドコーンの引上げは、制御によって行なわれる。これにより、より短いエンドコーンが可能になるが、角度が小さくなりすぎる場合、単結晶は融解物から早期に分離され得る。調整不足により、この場合、もはや正確な測定を実施することができない。これは、一般に結晶へ巻き戻すスリップまたは転位を引き起こすため、単結晶のこの部分を利用することはできない。
【０００８】
たとえば、ＥＰ０７５８６９０Ａ１は、エンドコーンの領域における単結晶の直径が、ミラーが融解物の表面の上方の領域に配置されたカメラによって記録される方法を開示している。したがって、ミラーを介して、カメラは比較的低い角度であってもブライトリングを認識することができる。しかしながら、この場合の欠点は、ミラーは設置するのが難しく、さらに融解物から蒸気が上がるため非常に容易に曇ることである。
【０００９】
ＪＰ６３０２１２８０Ａ１は、より急でない角度を記録することを可能とするために、エンドコーンの引上げの間のカメラの位置が変えられる融解物を開示している。しかしながら、これは、一方ではカメラの位置の変更に追加の支出がかかり、他方では追加で位置決めされたカメラは、カメラの位置の一定の変更でもはや容易には確保されることができない再現性のある単結晶形状を必要とするため、不都合である。
【００１０】
ＥＰ０４９８６５３Ａ２は、融解物の表面の下降が融解物から引き上げられる単結晶の重量から決定される方法を開示している。下降から、たとえば、るつぼが調節されなければならない高さを決定することが可能であり、または、たとえば融解物の上方のカメラの高さの値を補正することによって、単結晶の光学的な直径の決定が補正され得る。
【００１１】
ＤＥ４２３１１６２Ａ１は、るつぼにおける融解物の表面の高さを調整する方法を開示している。この目的のために、基準点に対する融解物の表面の距離が決定される。
【００１２】
ＵＳ６１０６６１２Ａは、たとえば、定点に対して、単結晶が引き上げられるるつぼにおける融解物の表面の位置を決定するための方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、融解物から単結晶を引き上げる間に単結晶の直径を決定するための単純な可能性を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の開示
本発明は、独立特許請求項の構成を有する方法を提供する。従属項および以下の説明は、有利な構成に関する。
【００１５】
本発明の利点
本発明に係る方法は、単結晶を引き上げるための装置のるつぼにおける融解物から、単結晶の、特に単結晶のエンドコーンの引き上げの間に、単結晶の直径を決定するために用いられる。単結晶を引き上げるためのこのような方法は、いわゆるチョクラルスキー法である。本発明によれば、融解物との界面における単結晶の直径は、るつぼに対する融解物の表面の第１の下降速度と、単結晶がるつぼに対して引き上げられる第１の引上げ速度と、質量保存とを考慮して決定される。
【００１６】
本発明は、材料、一般には単結晶上で結晶化し、したがって融解物の液体状態から単結晶上の固体状態へ移行する、シリコンなどの半導体材料の質量が保存されるという事実を利用する。融解物の表面の下降から、融解物から取られて単結晶へ供給される材料の質量を決定することが可能である。前述の質量保存方程式によって、この質量は、単結晶上に新たに成される固体材料の質量に対応する。単結晶に追加された材料の質量によって、同様に、融解物と固体単結晶との間の界面、すなわち結晶化の領域における単結晶の直径を推定することか可能である。関連する式のために、ここでは図の記載が参照される。
【００１７】
この方法による特に有利な点は、特に短いエンドコーンの場合においてはカメラによる従来の方法では直径を決定できない一方、直径を決定するために、融解物の表面の下降速度が直接的な方法で決定するできることである。したがって、カメラの精巧な調節またはミラーのフィッティングはもはや必要ではない。これに関して、単結晶の引上げ速度が非常に単純に決定され得ることも留意されるべきである。
【００１８】
好ましくは、装置に対する融解物の表面の第２の下降速度、および、装置に対するるつぼの位置が変えられる速度が、第１の下降速度を考慮するために決定される。るつぼの位置が変えられる速度は、一般に、いかなる場合でも直接的に調節可能である変数であり、第２の下降速度は、たとえばＵＳ６１０６６１２Ａに記載されるように、好適な方法によって非常に単純に決定されることができる。２つの速度間の差は、第１の下降速度を与える。したがって、第１の下降速度は、直接的に測定される必要はない。
【００１９】
有利には、るつぼの回転、特にその変化は、第２の下降速度の決定の間に考慮される。るつぼが回転する場合、るつぼにおける融解物の表面は遠心力によって少なくとも放射形状への第１の近似を有するため、第２の下降速度のより正確な値は、この方法で決定されることができる。便宜上、第２の下降速度は、後述の距離ｈが特定される融解物の表面上の同様の径方向の位置で決定される。
【００２０】
単結晶が装置に対して引き上げられる第２の引上げ速度、および、装置に対するるつぼの位置が変えられる速度が、第１の引上げ速度を考慮するために決定されるとき、それは有利である。既に述べられたように、るつぼの位置が変えられる速度は、一般に、いかなる場合でも直接調節可能である変数である。第２の引上げ速度も、一般に直接調節可能である変数である。この方法では、第１の引上げ速度は、直接測定される必要はない。
【００２１】
有利には、融解物のまたは単結晶の液体材料と固体材料との間の密度の差が単結晶の直径の決定の間に考慮される。この方法では、融解物の表面の下降速度から決定された単結晶の直径をさらにより正確に算出することができる。この場合、密度の差は、たとえばシリコンの場合には約１０％であることが留意されるべきである。
【００２２】
るつぼの形状が単結晶の直径の決定の間に考慮されるとき、それは有利である。るつぼの形状は、この場合、るつぼにおける融解物の高さの低減に対応する材料の質量に影響を及ぼす。るつぼの上側領域では、るつぼまたはその壁は、概ね円筒形である。しかしながら、るつぼの底部に下方向に向かって直径は一般に減少する。たとえばるつぼの直径を開示する化学式または対応する表、または、たとえばいわゆる早見表が保管される場合には、融解物の表面の位置におけるるつぼの現在の直径を、るつぼの引上げおよび表面の下降を考慮する間、たとえば初期位置から決定され得るるつぼにおける融解物の表面の現在の位置によって、非常に単純に決定することができる。
【００２３】
好ましくは、るつぼの直径は、単結晶の円筒形部分の引上げの間に、質量保存および決定されるような単結晶の直径を考慮しながら、るつぼの直径が第１または第２の下降速度および第１または第２の引上げ速度から決定される、単結晶のエンドコーンの引上げの間に、結晶の直径の決定する間考慮される。加工速度と引上げ速度との間の前述の関係によって、既知のるつぼの直径を有する単結晶の直径だけでなく、逆に、既知の単結晶の直径を有するるつぼの直径も決定することが可能である。したがって、この方法では、たとえば製造公差によって生じ得る、設定値からのるつぼの実際の直径の生じ得るずれを非常に単純に決定できる。そして、たとえば、保管されたるつぼの形状に関する式または早見表は補正され得るため、るつぼの精密な形状が可能な限り正確に把握されるべきであるときに、特にエンドコーンの領域において、単結晶の直径のより正確な決定が行なわれ得る。
【００２４】
便宜上、融解物の表面上のブライトリングを観察することによる単結晶の円筒形部分の引上げの間に決定される単結晶の直径は、特に単結晶のエンドコーンの引上げの間に、本発明に従って決定されることとなる単結晶の直径の補正、または、それとの比較のための妥当性チェックのために追加的に用いられ得る。単結晶の円筒形部分の位置における単結晶の直径が従来の方法で決定される場合、第１の下降速度、第２の引上げ速度および質量保存を考慮することによって、単結晶のこの直径に対応する融解物の表面の位置におけるるつぼの直径が推定され得、この値がるつぼの直径の保管されたまたは計算された値からずれているかどうかを確立することが可能である。存在し得るずれは、本発明に従って決定されたような単結晶の直径の精度を向上させるために、エンドコーンの引上げの間に考慮される。便宜上、るつぼの直径は、発見されたずれから得られる一定のオフセット（相対または絶対）によってエンドコーンの引上げの間に補正される。
【００２５】
有利には、融解物と固体単結晶との間の境界領域の高さの、および／または、形状の変化は、単結晶の円筒形部分とエンドコーンとの間の、必要であれば初期コーンと単結晶の円筒形部分との間の遷移領域において、補正因子による単結晶の直径の決定の間、考慮される。この境界領域は、いわゆるメニスカスであり、液体融解物と固体単結晶との間に形成される。その高さおよびその形状はいずれも、引上げ速度および／または融解物の温度の変化において、代わり得る。これを考慮することは、前述の遷移領域における場合のように、特に引上げ速度のおよび／または融解物の温度の変化が起こるときに有利である。この遷移領域では、単結晶の内側の成長を達成するために、メニスカスの高さがたとえば２ｍｍ引き上げられるように、引上げ速度は制御された方法で増加し得る。このメニスカスの追加の高さは、融解物の表面の下降を引き起こすが、液体材料は融解物の表面の位置の上方で単結晶に接着する。この文脈では、たとえば、液体材料と固体材料との間の密度の差は、直径の決定の間、補正因子として考慮され得る。他の方法として、融解物と固体単結晶との間の境界領域の高さのおよび／または形状の所定の変化が起こるとき、直径の決定が遷移領域で中断されることが好ましい。このように、直径の決定で起こり得るエラーは回避される。
【００２６】
好ましくは、単結晶の直径の決定の間、特にシグナルの分化後に、ノイズ抑制が行なわれる。ノイズ抑制は、好ましくは、たとえばカルマン（Kalman）フィルタ、オブザーバおよび／または適応フィルタなどのフィルタによって行なわれる。
【００２７】
便宜上、本発明に従って決定されるような単結晶の直径は、単結晶の、特に単結晶のエンドコーンの引上げの間に調整されることとなる変数として用いられる。すでに上記で述べられたように、小さな角度を有するエンドコーンが可能であるため、精巧な直径に対する調整は特にエンドコーンの領域で有利である。このように、材料は節約され、融解物からの単結晶の早期の分離は防がれ得る。
【００２８】
好ましくは、単結晶の第１の引上げ速度および／もしくは第２の引上げ速度、るつぼの位置が変えられる速度、１つ以上の装置の力および／もしくは温度、ならびに／または、単結晶および／もしくはるつぼの回転速度は、単結晶の引上げの間、操作変数として用いられる。これらの変数は、単結晶の引上げの間に一般に調節されることとなる変数である。特に、力または温度は、融解物の加熱のために提供されるヒータのものであり得る。既に述べられたように、融解物の温度は単結晶の成長における役割を果たす。したがって、このように、エンドコーンの直径の最大限に正確な調整を行なうことができる。
【００２９】
本発明は、特に３００ｍｍ以上の直径を有する単結晶インゴットの場合で、より短い調整されたエンドコーンを製造することを可能にする。さらに、制御のみされる製造と比較して、再現性が向上する。ミラーなどの追加の部品は必要なく、既存のカメラは動かされるまたはその修正されたパラメータを有する必要がない。規定のより短いエンドコーンは、スリップが回避されることによって製造される単結晶インゴットの質を向上させ、スクラップを低減する。
【００３０】
本発明の他の利点および構成は、本説明および添付された図面に見出され得る。
上述の構成および以下にさらに説明されるものは、それぞれ示される組み合わせにおいてのみならず、本発明の範囲から離れることなく、他の組み合わせでまたは独立しても用いられ得ることが理解されるべきである。
【００３１】
本発明は、図面の例示の実施形態の助けによって模式的に示され、図面を参照して以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る方法が行なわれ得る、融解物から単結晶を引き上げるための装置を模式的に示す図である。
【図２】単結晶と融解物との間の境界領域がより詳細に示される、図１の抜粋を示す。
【図３】融解物の表面の上方の熱シールドの一部がより詳細に示される、図１の抜粋を示す図である。
【図４】単結晶の引上げの様々な段階の間のメニスカス高さを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、本発明に係る方法が行なわれ得る間の、融解物から単結晶を引き上げるための装置を模式的に示す。装置１００は、るつぼ１３０が配置される筐体１０５を備える。筐体１０５とるつぼ１３０との間には、るつぼ１３０を加熱可能である少なくとも１つの加熱装置１３５が設けられる。
【００３４】
単結晶について意図される材料の融解物２３０がるつぼ１３０の中へ導入される。この材料は、たとえばシリコンであり得る。特に、この場合、多結晶シリコンがるつぼ１３０の中へ導入され得、この多結晶シリコンはるつぼ１３０で融解され、単結晶２００がその後そこから形成される。
【００３５】
るつぼ１３０の直径はｄＴで表される。この場合、るつぼ１３０が下部領域で、すなわち底部付近で漸進的により小さい直径を有することが分かるであろう。ここで示されるようなるつぼの形状は単なる例示であり、るつぼは他の形状を有してもよいことが理解されるべきである。しかしながら、一般的な慣習として、減少する直径を有するるつぼが用いられるであろう。
【００３６】
単結晶２００を引き上げるために、小さな単結晶、いわゆる種が融解物２３０の中へ導入され、その後引上げ装置（ここでは図示せず）によって引き上げられる。ここで示されるような単結晶の引上げの段階は、いわゆるエンドコーンが引き上げられる間、すなわち単結晶２００の直径ｄＫがより小さくなる間の、引上げの終わりに向かう段階を示す。
【００３７】
るつぼ１３０および単結晶２００の両者はまた、たとえば回転され得る。回転方向は、この場合、一般的に反対である。この回転は、たとえば単結晶の本質的に円筒形の形状が得られるように意図される。
【００３８】
さらに、加熱装置１３５によって放出される熱が単結晶２００の上部領域から離れるように、熱シールド１２０が設けられる。
【００３９】
さらに、カメラとして構成される光学捕捉手段１１５が取り付けられる場所の前部に、窓１１０が存在する筐体１０５が設けられる。この場合におけるカメラ１１５は、破線によって示されるような、融解物２３０の表面２３５上へ単結晶２００と熱シールド１２０との間に向けられる捕捉範囲を有する。ここで、抜粋領域Ａで確認できるように、カメラの捕捉範囲は、単結晶２００と表面２３５との間の境界領域を含まないことが明確にすでに分かるであろう。他の方法ではカメラによって、すなわちたとえば単結晶の円筒形部分２０５の引上げの間記録され得る、この境界領域で形成されるブライトリングは、単結晶の直径の決定のためにここでは用いられ得ない。
【００４０】
さらに、単結晶が装置１００に対して引き上げられる単結晶２００の第２の引上げ速度ｖ＊Ｋ、装置１００に対する融解物２３０の表面２３５の第２の下降速度ｖ＊Ｓ、および、るつぼ２３０が装置１００に対して引き上げられるるつぼ引上げ速度ｖ＊Ｔが、模式的に示される。
【００４１】
図１に図示される抜粋領域Ａが、図２でより詳細に示される。特に、ここには、いわゆるメニスカスともよばれる、融解物２３０と単結晶２００との間の境界領域２４０が示される。固体単結晶は、液体材料が存在する位置を下回る界面２４５で終わる。界面２４５では、液体材料が速度ｖＷで結晶化する。
【００４２】
さらに、単結晶がるつぼ１３０に対して引き上げられる単結晶２００の第１の引上げ速度ｖＫ、および、るつぼ１３０に対する融解物２３０の表面２３５の第１の下降速度ｖＳが示される。速度ｖＷは、この場合、図に示されるような速度の符号を考慮して、第１の引上げ速度ｖＫおよび第１の下降速度ｖＳから、ｖＷ＝ｖＫ＋ｖＳとして得られる。
【００４３】
その後、図２に示される速度は、図１に示される速度に変換され得る。ここで、ｖＫ＝ｖ＊Ｋ−ｖ＊ＴおよびｖＳ＝ｖ＊Ｓ−ｖ＊Ｔが当てはまる。この場合、図２に示される速度はるつぼに関連し、このため、るつぼ引上げ速度ｖ＊Ｔは変形を考慮しなければならないことに留意するべきである。
【００４４】
実線によってここに示される、メニスカス２４０の形状は、エンドコーンの引上げの間に概して存在すべきであるような形状に対応する。メニスカス２４０の表面が単結晶から始まって内側に（図の右側に向かって）延在することが分かるであろう。単結晶はメニスカスの表面に対する接線の方向に界面２４５で成長するため、したがって、減少する直径を有するエンドコーンが製造され得る。
【００４５】
加えて、メニスカス２４０の隣の破線によって、たとえば初期コーンの引上げの間に用いられるような、すなわち増加する直径を有する、さらに別のメニスカスの形状が示される。特に、この場合、メニスカスの高さ、すなわち単結晶の外径における界面２４５と表面２３５との間の垂直方向の距離は、メニスカスの形状に依存することも分かるであろう。
【００４６】
図１に示される抜粋領域Ｂが、図３でより詳細に示される。特に、融解物の表面２３５の上方の熱シールド１２０の一部が、ここにより詳細に示される。
【００４７】
部品１２１が、単結晶に向かって面する、熱シールド１２０の下端上に適合され、ここでは右側に示される。したがって、たとえば凹部または舌部の形態のこの部品１２１が、装置１００に固定される。さらに、部品１２１と表面２３５との間の距離ｈが示される。
【００４８】
これに関して、表面２３５と装置１００に固定される部品との間のここに示されるように規定される距離は単なる例示であることが指摘されるべきである。異なる固定された部品は、この部品がカメラの捕捉範囲の中にある限り、この目的のために用いられ得る。
【００４９】
図４は、単結晶の引上げの様々な段階の間のメニスカス高さｍを示す。直径の減少を達成するためにたとえば３ｍｍの小さいメニスカス高さｍが選択される間の初期コーンの引上げが上側の図で確認され得る。
【００５０】
直径を一定に保つためにたとえば７ｍｍの中間のメニスカス高さが選択される間の単結晶の円筒形部分の引上げが中央の図に示される。直径を低減するためにたとえば９ｍｍの大きいメニスカス高さが選択される間のエンドコーンの引上げが下側の図に示される。したがって、この場合、メニスカス高さｍが円筒形部分からエンドコーンへの遷移時に大幅に増加されることが分かるであろう。
【００５１】
時間に対する距離ｈの導関数によって、表面２３５の位置が装置１００に対して動かされる第２の下降速度ｖ＊Ｓを決定することが可能である。距離ｈの決定のために、ここで例えばＵＳ６１０６６１２Ａが参照される。したがって、概ね調整される、したがって既知のるつぼの第１の引上げ速度ｖ＊Ｔをさらに考慮することによって、るつぼ１３０に対する融解物の表面２３５の第１の下降速度ｖＳが決定され得る。
【００５２】
単結晶の第２の下降速度ｖＫは、るつぼ速度ｖ＊Ｔを考慮する間、単結晶が装置１００に対して引き上げられる第２の引上げ速度ｖ＊Ｋから決定され得る。
【００５３】
より低いノイズでより良好な値を得るために、これらの速度の、特に時間に対する距離ｈの導関数からの第１の下降速度ｖ＊Ｓの決定の間、フィルタリングなどの様々な動作も用いられてもよいことが理解されるべきである。たとえば、カルマンフィルタ、オブザーバ、および／または、適応フィルタが、この場合のために特に好適である。従来の単純な方法と比較して、数値方法の範囲におけるこのようなフィルタは、より低いノイズで結果を得ることができる。
【００５４】
式
【００５５】
【数１】
2019503972.tif 000003
【００５６】
単結晶のまたは融解物の固体材料および液体材料のそれぞれの密度であるρＳおよびρｆは、るつぼの照合システムにおける質量保存を与える。これは、単結晶の固体成分として単位時間毎に形成される材料の質量が融解物からこのために消費される液体材料の質量に対応することを意味する。ｖＫ＋ｖＳとしてここに示される速度ｖＷは、単結晶の質量増加を示す。この等式のために、単結晶の直径ｄＫが以下のように与えられ得る。
【００５７】
【数２】
2019503972.tif 000004
【００５８】
固体材料または液体材料の密度のための２つの値は、一般的に知られており、たとえば、シリコンについてはρＳ＝２３２９ｋｇ／ｍ３およびρｆ＝２５８０ｋｇ／ｍ３である。速度の２つの値は、上記で説明されたように決定され得る。るつぼの照合システムにおける速度が測定速度と置き換えられる場合、単結晶の直径ｄＫは以下のように与えられ得る。
【００５９】
【数３】
2019503972.tif 000005
【００６０】
表面の高さにおけるるつぼの直径ｄＴは、るつぼまたはその壁に対する表面の位置を考慮する間、たとえばるつぼの前述の形状によって、機械的にまたは早見表から決定され得る。
【００６１】
しかしながら、別の方法として、るつぼの形状はまた、式、たとえば閉型解析公式または高次多項式の適合によって、および特に断面において与えられ得る。すべての変形において、るつぼの対応する直径は、この場合、たとえばるつぼに対する融解物の表面の位置を指定することによって、直ちに得ることができる。るつぼに対する融解物の表面の位置は、たとえば下降速度およびるつぼ引上げ速度を考慮することによって決定され得る。
【００６２】
このように、ここに示される態様で、特にエンドコーンの領域における単結晶の直径ｄＫを決定することが可能である。したがって、これは、それ自体知られた態様で直径に対する調整を許容する。たとえば、単結晶の第２の引上げ速度ｖ＊Ｋ、るつぼの高さが変えられる速度ｖ＊Ｔ、装置１００の１つ以上の力および／もしくは温度、ならびに／または、単結晶のおよび／もしくはるつぼの回転速度は、調整のための操作変数として用いられ得る。
【００６３】
さらに、円筒形部分とエンドコーンとの間の遷移領域、いわゆる湾曲部における単結晶の直径ｄＫの決定の間、補正因子が考慮され得る。これについての理由は、図４で確認できるような、メニスカス高さの突然の上昇にある。湾曲部前後のメニスカス高さの差が既知である場合、補正因子は、固体材料および液体材料の異なる密度を考慮することによって決定され得る。補正因子は、単結晶の引上げのプロセスが再び安定するまで用いられ得る。しかしながら、別の方法として、誤った直径が決定されないように、直径の決定がこの遷移領域において中断されてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年5月29日(2017.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶（２００）を引き上げるための装置（１００）のるつぼ（１３０）における融解物（２３０）からの、前記単結晶（２００）の、特に前記単結晶（２００）のエンドコーン（２１０）の引上げの間に、前記単結晶（２００）の直径（ｄＫ）を決定するための方法であって、
前記融解物（２３０）との境界における前記単結晶（２００）の前記直径（ｄＫ）が、
前記るつぼ（１３０）に対する前記融解物（２３０）の表面（２３５）の第１の下降速度（ｖＳ）と、
前記単結晶（２００）が前記るつぼ（１３０）に対して引き上げられる第１の引上げ速度（ｖＫ）と、
質量保存とを考慮して決定され、
前記融解物（２３０）の前記表面（２３５）上のブライトリングを観察することによって前記単結晶（２００）の円筒形部分（２０５）の引上げの間に決定される前記単結晶（２００）の直径は、前記単結晶の引上げの間に決定されることとなる前記単結晶（２００）の前記直径（ｄＫ）の補正、妥当性チェックまたは比較のために用いられる、方法。
【請求項２】
前記装置（１００）に対する前記融解物（２３０）の前記表面（２３５）の第２の下降速度（ｖ＊Ｓ）および前記装置（１００）に対する前記るつぼ（１３０）の位置が変えられる速度（ｖ＊Ｔ）は、前記るつぼ（１３０）に対する前記融解物（２３０）の前記表面（２３５）の前記第１の下降速度（ｖＳ）を考慮するために決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記るつぼ（１３０）の回転およびその変化は、前記第２の下降速度（ｖ＊Ｓ）の決定の間考慮される、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記単結晶（２００）が前記装置（１００）に対して引き上げられる第２の引上げ速度（ｖ＊Ｋ）および前記装置（１００）に対する前記るつぼ（１３０）の位置が変えられる速度（ｖ＊Ｔ）は、前記単結晶（２００）が前記るつぼ（１３０）に対して引き上げられる前記第１の引上げ速度（ｖＫ）を考慮するために決定される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記融解物（２３０）のまたは前記単結晶（２００）の液体材料と固体材料との間の密度の差は、前記単結晶（２００）の前記直径（ｄＫ）の決定の間考慮される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記融解物の前記表面の位置における前記るつぼ（１３０）の前記直径は、前記単結晶（２００）の前記直径（ｄＫ）の決定の間考慮される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記るつぼ（１３０）の直径（ｄＴ）は、前記単結晶（２００）の前記エンドコーン（２１０）の引上げの間、前記単結晶（２００）の前記直径（ｄＫ）の決定の間考慮され、前記単結晶（２００）の前記直径（ｄＫ）の決定の精度は、一定のオフセットによって前記るつぼ（１３０）の前記直径（ｄＴ）を補正することによって増加される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記融解物（２３０）と固体の前記単結晶（２００）との間の境界領域（２４０）の高さのおよび／または形状の変化は、前記単結晶（２００）の円筒形部分（２０５）と前記エンドコーン（２１０）との間の遷移領域において、補正因子によって前記単結晶（２００）の前記直径（ｄＫ）の決定の間考慮される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記単結晶の前記直径の決定は、前記融解物（２３０）と固体の前記単結晶（２００）との間の境界領域（２４０）の高さのおよび／または形状の所定の変化が起こるとき、前記単結晶（２００）の円筒形部分（２０５）と前記エンドコーン（２１０）との間の遷移領域で中断される、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
特にフィルタ、オブザーバおよび／または適応フィルタによる、ノイズ抑制が、前記単結晶（２００）の前記直径（ｄＫ）の決定の間に行なわれる、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
見出される前記単結晶（２００）の前記直径（ｄＫ）が、前記単結晶（２００）の、特に前記単結晶（２００）の前記エンドコーン（２１０）の引上げの間に調整されることとなる変数として用いられる、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記単結晶（２００）の前記第１の引上げ速度（ｖＫ）および／もしくは前記第２の引上げ速度（ｖ＊Ｋ）、前記るつぼの位置が変えられる速度（ｖＴ）、１つ以上の前記装置（１００）の力および／もしくは温度、ならびに／または、前記単結晶（２００）のおよび／もしくは前記るつぼ（１３０）の回転速度は、前記単結晶（２００）の引上げの間操作変数として用いられる、請求項１１に記載の方法。
【国際調査報告】
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