(57)【要約】  実施例は、シリコン融液が収容された坩堝と、前記シリコン融液から成長されるシリコン単結晶を取り囲む熱シールドと、ショルダーリング工程によって成長するショルダーを撮影し、撮影された結果による画像データを取得する画像撮影部と、前記画像データを用いて前記ショルダーの重さを算出し、算出された前記ショルダーの重さに基づいて前記坩堝の昇降を調節する制御部とを含む。【選択図】図１
2015519291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン融液が収容された坩堝；
前記シリコン融液から成長されるシリコン単結晶を取り囲む熱シールド；
ショルダーリング工程によって成長するショルダーを撮影し、撮影された結果による画像データを取得する画像撮影部；及び
前記画像データを用いて前記ショルダーの重さを算出し、算出された前記ショルダーの重さに基づいて前記坩堝の昇降を調節する制御部；を含むシリコン単結晶成長装置。
【請求項２】
前記単結晶シリコン成長装置は、
前記の成長するショルダーの長さを測定し、測定されたショルダーの長さを前記制御部に提供する長さ測定部をさらに含む、請求項１に記載のシリコン単結晶成長装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記画像データを用いて前記ショルダーの直径を算出し、算出されたショルダーの直径、前記長さ測定部から提供されるショルダーの長さ、及び前記ショルダーの密度を用いて前記ショルダーの重さを算出する、請求項２に記載のシリコン単結晶成長装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記ショルダーの長さが既に設定された増加分ずつ増加する度に前記画像撮影部から提供される画像データを用いて前記ショルダーの直径を算出する、請求項３に記載のシリコン単結晶成長装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記ショルダーリング工程の終了後、ボディーグローイング工程前に前記坩堝の昇降調節を完了する、請求項１に記載のシリコン単結晶成長装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記の算出された前記ショルダーの重さによって補正時間及び第１の速度を設定し、ボディーグローイング工程が開始されると、前記補正時間の間には前記第１の速度で前記坩堝を上昇させる、請求項１に記載のシリコン単結晶成長装置。
【請求項７】
シリコン融液を収容する坩堝と、熱を遮蔽する熱シールドとが設置されたチャンバー内の前記シリコン融液からショルダーリング工程によって成長されるシリコン単結晶であるショルダーを撮影し、撮影された結果による画像データを取得するステップ；
前記画像データを用いて前記ショルダーの重さを算出するステップ；及び
算出された前記ショルダーの重さに基づいて前記シリコン融液の表面と前記熱シールドとの間の間隔であるメルトギャップを補償するステップ；を含むシリコン単結晶製造方法。
【請求項８】
前記の成長するショルダーの長さを測定し、測定されたショルダーの長さを前記制御部に提供するステップをさらに含む、請求項７に記載のシリコン単結晶製造方法。
【請求項９】
前記ショルダーの重さを算出するステップは、
前記画像データを用いて前記ショルダーの直径を算出し、算出されたショルダーの直径、前記の測定されたショルダーの長さ、及びショルダーの密度を用いて前記ショルダーの重さを算出する、請求項８に記載のシリコン単結晶製造方法。
【請求項１０】
前記ショルダーの重さを算出するステップは、
前記ショルダーの長さが既に設定された増加分ずつ増加する度に、前記画像データを用いて前記ショルダーの直径を算出するステップ；及び
前記の既に設定された増加分に対応して算出されるショルダーの重さを累積するステップ；を含む、請求項９に記載のシリコン単結晶製造方法。
【請求項１１】
前記ショルダーリング工程の終了後、ボディーグローイング工程によってシリコン単結晶のボディーを成長させるステップをさらに含み、
前記メルトギャップを補償するステップは、前記ショルダーリング工程の終了後、ボディーグローイング工程前に行われる、請求項７に記載のシリコン単結晶製造方法。
【請求項１２】
前記ショルダーリング工程の終了後、ボディーグローイング工程によってシリコン単結晶のボディーを成長させるステップをさらに含み、
前記メルトギャップを補償するステップは、前記ボディーグローイング工程中に行われる、請求項７に記載のシリコン単結晶製造方法。
【請求項１３】
前記メルトギャップを補償するステップは、
前記の算出された前記ショルダーの重さによって補正時間及び第１の速度を設定するステップ；
前記ボディーグローイング工程が開始されると、前記補正時間の間に前記第１の速度で前記坩堝を上昇させ、前記メルトギャップを補償するステップ；及び
前記補正時間が経過すると、第２の速度で前記坩堝を上昇させるステップ；を含む、請求項１２に記載のシリコン単結晶製造方法。
【請求項１４】
前記第１の速度は、前記第２の速度と第３の速度とを合わせた値で、前記第２の速度は０．４ｍｍ／ｍｉｎ〜０．７ｍｍ／ｍｉｎで、前記第３の速度は０．０１ｍｍ／ｍｉｎ〜０．１ｍｍ／ｍｉｎである、請求項１３に記載のシリコン単結晶製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施例は、シリコン単結晶成長装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の材料として使用されるシリコン単結晶ウエハーは、一般にチョクラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ、ＣＺ）法によって製造されたシリコン単結晶インゴットをスライシング工程によって切断して製作することができる。
【０００３】
チョクラルスキー法によってシリコン単結晶インゴットを成長させる方法は、シリコン融液形成工程、ネッキング（ｎｅｃｋｉｎｇ）工程、ショルダーリング（ｓｈｏｌｄｅｒｉｎｇ）工程、ボディーグローイング（ｂｏｄｙ  ｇｒｏｗｉｎｇ）工程、及びテーリング（ｔａｉｌｉｎｇ）工程を含むことができる。
【０００４】
シリコン融液形成工程は、石英坩堝に多結晶シリコンとドーパントを積層し、石英坩堝の側壁周囲に設置されたヒーターから輻射される熱を用いて多結晶シリコンとドーパントを溶融させることによってシリコン融液（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｍｅｌｔ、ＳＭ）を形成する工程である。
【０００５】
ネッキング工程は、シリコン単結晶インゴットの成長ソースである種子結晶（ｓｅｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌ）をシリコン融液の表面に浸漬させ、種子結晶から細く且つ長い結晶を成長させる工程である。
【０００６】
ショルダーリング工程は、シリコン単結晶インゴットの直径が漸次増加するように結晶を成長させ、最終的に目標直径に作る工程である。
【０００７】
ボディーグローイング工程は、一定の目標直径を有するシリコン単結晶インゴットを所望の長さに成長させる工程である。
【０００８】
テーリング工程は、石英坩堝の回転を速くし、シリコン単結晶インゴットの直径を漸次減少させながらシリコン融液とインゴットを分離させ、シリコン単結晶インゴットの成長を完了させる工程である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
実施例は、ショルダーリング工程に起因するメルトギャップ誤差を補償し、均一な品質再現性及び安定性を確保できるシリコン単結晶成長装置及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施例に係るシリコン単結晶成長装置は、シリコン融液が収容された坩堝；前記シリコン融液から成長されるシリコン単結晶を取り囲む熱シールド；ショルダーリング工程によって成長するショルダー（ｓｈｏｕｌｄｅｒ）を撮影し、撮影された結果による画像データを取得する画像撮影部；及び前記画像データを用いて前記ショルダーの重さを算出し、算出された前記ショルダーの重さに基づいて前記坩堝の昇降を制御する制御部；を含む。
【００１１】
前記単結晶シリコン成長装置は、前記の成長するショルダーの長さを測定し、測定されたショルダーの長さを前記制御部に提供する長さ測定部をさらに含むことができる。
【００１２】
前記制御部は、前記画像データを用いて前記ショルダーの直径を算出し、算出されたショルダーの直径、前記長さ測定部から提供されるショルダーの長さ、及び前記ショルダーの密度を用いて前記ショルダーの重さを算出することができる。
【００１３】
前記制御部は、前記ショルダーの長さが既に設定された増加分ずつ増加する度に、前記画像撮影部から提供される画像データを用いて前記ショルダーの直径を算出することができる。
【００１４】
前記制御部は、前記ショルダーリング工程の終了後、ボディーグローイング工程前に前記坩堝の昇降調節を完了することができる。前記制御部は、前記の算出された前記ショルダーの重さによって補正時間及び第１の速度を設定し、ボディーグローイング工程が開始されると、前記補正時間の間には前記第１の速度で前記坩堝を上昇させることができる。
【００１５】
実施例に係るシリコン単結晶製造方法は、シリコン融液を収容する坩堝と、熱を遮蔽する熱シールドとが設置されたチャンバー内の前記シリコン融液からショルダーリング工程によって成長されるシリコン単結晶であるショルダーを撮影し、撮影された結果による画像データを取得するステップ；前記画像データを用いて前記ショルダーの重さを算出するステップ；及び算出された前記ショルダーの重さに基づいて前記シリコン融液の表面と前記熱シールドとの間の間隔であるメルトギャップを補償するステップ；を含む。
【００１６】
前記シリコン単結晶製造方法は、前記の成長するショルダーの長さを測定し、測定されたショルダーの長さを前記制御部に提供するステップをさらに含むことができる。
【００１７】
前記ショルダーの重さを算出するステップは、前記画像データを用いて前記ショルダーの直径を算出し、算出されたショルダーの直径、前記の測定されたショルダーの長さ、及びショルダーの密度を用いて前記ショルダーの重さを算出することができる。
【００１８】
前記ショルダーの重さを算出するステップは、前記ショルダーの長さが既に設定された増加分ずつ増加する度に、前記画像データを用いて前記ショルダーの直径を算出するステップ；及び前記の既に設定された増加分に対応して算出されるショルダーの重さを累積するステップ；を含むことができる。
【００１９】
前記シリコン単結晶製造方法は、前記ショルダーリング工程の終了後、ボディーグローイング工程によってシリコン単結晶のボディーを成長させるステップをさらに含み、前記メルトギャップを補償するステップは、前記ショルダーリング工程の終了後、ボディーグローイング工程前に行うか、または前記ボディーグローイング工程中に行うことができる。
【００２０】
前記ボディーグローイング工程中に行われる前記メルトギャップを補償するステップは、前記の算出された前記ショルダーの重さによって補正時間及び第１の速度を設定するステップ；前記ボディーグローイング工程が開始されると、前記補正時間の間に前記第１の速度で前記坩堝を上昇させ、前記メルトギャップを補償するステップ；及び前記補正時間が経過すると、第２の速度で前記坩堝を上昇させるステップ；を含むことができる。
【００２１】
前記第１の速度は、前記第２の速度と第３の速度とを合わせた値で、前記第２の速度は０．４ｍｍ／ｍｉｎ〜０．７ｍｍ／ｍｉｎで、前記第３の速度は０．０１ｍｍ／ｍｉｎ〜０．１ｍｍ／ｍｉｎであり得る。
【発明の効果】
【００２２】
実施例は、シリコン単結晶の均一な品質再現性及び安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例に係るシリコン単結晶成長装置の断面図である。
【００２４】
【図２】図１に示したショルダーの拡大図である。
【００２５】
【図３ａ】ショルダーリング工程前のメルトギャップを示す図である。
【００２６】
【図３ｂ】ショルダーリング工程後のメルトギャップを示す図である。
【００２７】
【図４】図１に示したショルダーの長さが既に設定された増加分ずつ増加する度に測定されるショルダーの直径を示す図である。
【００２８】
【図５】画像撮影部によって提供される画像データを用いてショルダーの重さを算出するシミュレーション結果を示す図である。
【００２９】
【図６】実施例に係る単結晶シリコン製造工程時におけるメルトギャップ補償方法のフローチャートである。
【００３０】
【図７】図６に示したショルダーの重さ算出方法の一実施例を示すフローチャートである。
【００３１】
【図８】図７に示したショルダーの直径を算出する一実施例を示す図である。
【００３２】
【図９】図６に示したショルダーの重さ算出方法の実施例を示すフローチャートである。
【００３３】
【図１０】図６に示したショルダーの重さ算出方法の他の実施例を示すフローチャートである。
【００３４】
【図１１】図６に示したメルトギャップ補償の一実施例を示す図である。
【００３５】
【図１２】図６に示したメルトギャップ補償の他の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、各実施例は、添付の図面及び各実施例に対する説明を通じて明らかになるだろう。実施例の説明において、各層（膜）、領域、パターンまたは構造物が基板、各層（膜）、領域、パッドまたはパターンの「上（ｏｎ）」にまたは「下（ｕｎｄｅｒ）」に形成されると記載される場合において、「上（ｏｎ）」と「下（ｕｎｄｅｒ）」は、「直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）」または「他の層を介在して（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）」形成されることを全て含む。また、各層の上または下に対しては、図面を基準にして説明する。
【００３７】
図面において、大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張または省略したり、または概略的に示した。また、各構成要素の大きさは、実際の大きさを全的に反映するものではない。また、同一の参照番号は、図面の説明を通じて同一の要素を示す。以下、添付の図面を参照して、実施例に係るシリコン単結晶成長装置及びその製造方法を説明する。
【００３８】
図１は、実施例に係るシリコン単結晶成長装置１００の断面図である。
【００３９】
図１を参照すると、シリコン単結晶成長装置１００は、チャンバー１１０、坩堝１２０、坩堝支持台１２５、リフティングユニット１２７、ヒーター１３０、断熱手段１４０、引き上げ手段１５０、ケーブル１５２、熱シールド１６０、及びメルトギャップ制御システム１０１を含む。そして、メルトギャップ制御システム１０１は、長さ測定部１６５、画像撮影部１７０、及び制御部１８０を含むことができる。
【００４０】
チャンバー１１０は、半導体などの電子部品素材として使用されるシリコンウエハー用単結晶インゴットの成長が行われる空間であって、画像撮影部１７０は、チャンバー１１０の内部を撮影するための少なくとも一つの窓１１５を備えることができる。
【００４１】
坩堝１２０は、チャンバー１１０の内部に設置され、高温で溶融されたシリコン融液（ＳＭ）を収容することができ、その材質は石英であり得るが、これに限定されることはない。坩堝支持台１２５は、坩堝１２０の外周面を取り囲みながら坩堝１２０を支持することができ、その材質は黒鉛であり得るが、これに限定されることはない。
【００４２】
リフティングユニット１２７は、坩堝支持台１２５の下端に位置し、坩堝１２０と坩堝支持台１２５を回転させ、坩堝１２０を上昇または下降させることができる。
【００４３】
ヒーター１３０は、坩堝１２０の側壁周囲を取り囲むようにチャンバー１１０の内部に設置することができ、坩堝１２０を加熱することができる。このようなヒーター１３０は、坩堝１２０内に積載された高純度の多結晶シリコン塊を溶融してシリコン融液（ＳＭ）に作ることができる。
【００４４】
断熱手段１４０は、ヒーター１３０の外郭のチャンバー１１０内に設置され、ヒーター１３０から発生する熱が外部に流出することを防止することができる。
【００４５】
引き上げ手段１５０は、ケーブル１５２を引き上げられるように坩堝１２０の上部に設置することができる。ケーブル１５２の一端にはシードチャック１５が連結され、シードチャック１５には種子結晶２０が結合され、種子結晶２０は、坩堝１２０内のシリコン融液（ＳＭ）にディッピングされ得る。
【００４６】
リフティングユニット１２７によって坩堝支持台１２５と共に坩堝１２０が回転運動をし、引き上げ手段１５０はケーブル１５２を引き上げ、ケーブル１５２が引き上げられることによって、坩堝１２０に収容されたシリコン融液（ＳＭ）からシリコン単結晶が成長され得る。
【００４７】
熱シールド１６０は、シリコン融液（ＳＭ）から成長されるシリコン単結晶に輻射される熱を遮断し、ヒーター１３０から発生する不純物（例えば、ＣＯガス）が、成長するシリコン単結晶に浸透することを防止することができる。
【００４８】
図２は、図１に示したショルダー３４の拡大図である。
【００４９】
図２を参照すると、ショルダーリング工程前に、シリコン単結晶インゴットは、ネッキング工程によって種子結晶２０から細く且つ長く成長され得る。以下、ネッキング工程によって成長されたシリコン単結晶部分を「ネック（ｎｅｃｋ）３２」という。
【００５０】
そして、ショルダーリング工程により、ターゲット直径までシリコン単結晶の直径が漸次増加するように成長され得る。このように直径が漸次増加するシリコン単結晶部分を「ショルダー（ｓｈｏｕｌｄｅｒ）３４」という。
【００５１】
熱シールド１６０の下端部とシリコン融液（ＳＭ）の表面との間の間隔を「メルトギャップ（ｍｅｌｔ  ｇａｐ、Ｄｇ）」というが、メルトギャップは、シリコン単結晶インゴットの品質と生産性を向上させるためにシリコン単結晶の成長の間に一定に維持されなければならない。ショルダーリング工程によってシリコン融液（ＳＭ）がショルダー３４に固体化されるので、ショルダーリング工程前のメルトギャップとショルダーリング工程後のメルトギャップとの間には誤差が存在し得る。
【００５２】
図３ａは、ショルダーリング工程前のメルトギャップ（Ｄ１）を示し、図３ｂは、ショルダーリング工程後のメルトギャップ（Ｄ２）を示す。図３ａ及び図３ｂを参照すると、ショルダーリング工程前のメルトギャップ（Ｄ１）とショルダーリング工程後のメルトギャップ（Ｄ２）との間には誤差（例えば、２ｍｍ〜４ｍｍ）が存在し得る。
【００５３】
メルトギャップ制御システム１０１は、ショルダーリング工程によって発生するショルダーリング工程前後のメルトギャップ誤差を補正し、ショルダーリング工程前後のメルトギャップを一定に維持することによって、シリコン単結晶の均一な品質再現性及び安定性を確保することができる。
【００５４】
長さ測定部１６５は、チャンバー１１０の外部、内部、及びチャンバーの外壁表面のうちいずれか１ヶ所以上に設置することができ、ショルダーリング工程によって成長するショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）を測定することができる。長さ測定部１６５によって測定されるショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）は制御部１８０に提供され得る。
【００５５】
例えば、長さ測定部１６５は、エンコーダーを用いてシャフト回転角度を検出する方式による間接測定方法でインゴットの長さを測定することができる。
【００５６】
または、長さ測定部１６５は、レーザー変位測定センサーを用いて種子結晶２０が装着されるシードチャック（図示せず）の上面との距離を測定し、ショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）を測定することができる。
【００５７】
画像撮影部１７０は、窓１１５を通じてチャンバー１１０の内部で成長するシリコン単結晶を撮影することができる。画像撮影部１７０は、一つ以上の光電変換をするためのＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子（ｉｍａｇｅ  ｐｉｃｋｕｐ  ｄｅｖｉｃｅ）またはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ―Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）撮像素子を含むことができる。図１には一つの撮像素子を示したが、これに限定されることなく、複数の撮像素子が、チャンバー１１０の内部で成長するシリコン単結晶を撮影することもできる。
【００５８】
画像撮影部１７０は、ショルダーリング工程によって成長するショルダー３４と坩堝１２０内のシリコン融液（ＳＭ）とが接する界面４０部位を撮影し、撮影された結果による画像データ（Ｉｍａｇｅ  Ｄａｔａ、ＩＤ）を取得することができる。このときに取得される画像データ（ＩＤ）による界面４０の画像はメニスカス（ｍｅｎｉｓｃｕｓ）であり得る。また、画像撮影部１７０によって取得されるショルダー３４のメニスカスは、明るいリング（ｂｒｉｇｈｔ  ｒｉｎｇ）に示すことができる。
【００５９】
画像撮影部１７０は、ショルダーリング工程が開始されると撮影を開始し、実時間で継続的にまたは周期的にショルダー３４と坩堝１２０内のシリコン融液（ＳＭ）とが接する界面４０部位を撮影することができる。
【００６０】
画像撮影部１７０は、実時間で撮影し、成長するショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）が既に設定された増加分（△ｈ＝ＳＨn−ＳＨn-1）ずつ増加するとき（図４参照）の画像データ（ＩＤ）を制御部１８０に提供することができる。例えば、画像撮影部１７０は、ショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）が１ｍｍずつ増加するときの画像データ（ＩＤ）を制御部１８０に提供することができる。
【００６１】
または、画像撮影部１７０は、成長するショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）が既に設定された増加分（△ｈ＝ＳＨn−ＳＨn-1）ずつ増加する度に界面４０部位を撮影し、ショルダー３４の画像データ（ＩＤ）を取得し、取得された画像データ（ＩＤ）を制御部１８０に提供することもできる。
【００６２】
例えば、画像撮影部１７０は、ショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）が１ｍｍずつ増加する度に、界面４０部位を撮影し、ショルダー３４の画像データ（ＩＤ）を取得し、取得された画像データ（ＩＤ）を制御部１８０に提供することもできる。
【００６３】
制御部１８０は、画像撮影部１７０から提供される画像データ（ＩＤ）及び長さ測定部１６５から提供されるショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）を用いてショルダー３４の直径（ｄｎ）を算出することができる。
【００６４】
例えば、制御部１８０は、画像データ（ＩＤ）を処理及び分析し、ショルダー３４の直径（ｄｎ）を算出することができる。制御部１８０は、所定のしきい値を基準にして画像撮影部１７０から提供される画像データ（ＩＤ）に対して画像二進化（Ｂｉｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）を行い、二進化された画像データを生成することができる。このとき、所定のしきい値は、８ビット、すなわち、２５６レベルの明るさ情報を有し得る灰色陰影イメージで１〜２５５の範囲に属する特定値であるか、一定数値の範囲であり得る。このような二進化された画像データによると、界面４０に対する画像のみを示すことができる。
【００６５】
このときに使用される画像二進化技法は、全域的方法と地域的方法に分けることができる。全域的方法は、クラス間の分散を用いた方法、エントロピー（Ｅｎｔｒｏｐｙ）を用いた方法、ヒストグラム変形を用いた方法、及びモーメント（Ｍｏｍｅｎｔ）を維持する方法などを含むことができる。地域的方法は、ウィンドウ（ｗｉｎｄｏｗ）領域を用いた方法（しきい値方法、または比較方法）、地域対比技法（Ｌｏｃａｌ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、論理レベル技法（Ｌｏｇｉｃａｌ  Ｌｅｖｅｌ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、ＯＡＴ（Ｏｂｊｅｃｔ  Ａｔｔｒｉｂｕｔｅ  Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇ）方法、地域明るさ傾斜方法（Ｌｏｃａｌ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、動的しきい値方法（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）などを含むことができる。
【００６６】
制御部１８０は、二進化された画像データから界面４０に対する座標サンプル（例えば、画像のピクセル座標サンプル）を抽出することができ、抽出された座標サンプルからショルダー３４の直径（ｄｎ）を算出することができる。
【００６７】
他の実施例に係る制御部１８０は、成長するショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）が既に設定された増加分ずつ増加する度に、ショルダー３４の直径（ｄｎ、ｎ≧１）を算出することができる。
【００６８】
図４は、図１に示したショルダー３４の長さが既に設定された増加分（△ｈ＝ＳＨn−ＳＨn-1）ずつ増加する度に測定されるショルダーの直径（ｄｎ）を示す。図４を参照すると、制御部１８０は、長さ測定部１６５から提供されるショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）に基づいてショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）が既に設定された増加分（△ｈ）ずつ増加するか否かを判断することができる。このとき、既に設定された増加分（△ｈ）は、一定の値（例えば、１ｍｍ）であり得るが、一定でない場合もある。
【００６９】
制御部１８０は、ショルダー３４の長さが既に設定された増加分（△ｈ）ずつ増加する度に、画像撮影部１７０によって提供される画像データ（ＩＤ）を用いて、上述したようにショルダー３４の下部面の直径（ｄｎ）を測定することができる。
【００７０】
制御部１８０は、ショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）、ショルダー３４の密度、及び算出されたショルダー３４の直径（ｄｎ）を用いてショルダーリング工程によって成長されたショルダー３４の全体重さを算出することができる。例えば、制御部１８０は、ショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）、及びショルダー３４の直径（ｄｎ）を用いてショルダー３４の体積を算出し、算出された体積及びショルダー３４の密度を用いてショルダー３４の重さを算出することができる。このとき、ショルダー３４の密度は、シリコンの密度であって、既に知っている値、例えば、２．３３ｇ／ｃｍ3であり得る。
【００７１】
または、制御部１８０は、ショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）が既に設定された増加分（△ｈ）ずつ増加する度に、ショルダー３４の直径（ｄｎ）を算出し、算出されたショルダーの直径（ｄｎ、ｎ≧１である自然数）、既に設定された増加分（△ｈ）、及びショルダー３４の密度を用いて増加したショルダー３４部分の重さを算出することができる。そして、制御部１８０は、増加した各ショルダー３４部分を全て累積し、ショルダーリング工程によって成長されたショルダー３４の全体重さを算出することもできる。
【００７２】
他の実施例に係る制御部１８０は、画像撮影部１７０によって取得された画像データ（ＩＤ）からショルダー３４の重さを直接算出することができる。
【００７３】
図５は、画像撮影部１７０によって提供される画像データ（ＩＤ）を用いてショルダー３４の重さを算出するシミュレーション結果を示す。ｘ軸は、ショルダー３４の長さを示し、ｙ軸は、ショルダー３４の重さを示す。
【００７４】
図５を参照すると、ｇ１は、ショルダー３４の実際の重さを示す。ｇ２は、数式１によって計算されたショルダー３４の重さ（Ｗ１）を示し、ｇ３は、数式２によって計算されたショルダー３４の重さ（Ｗ２）を示し、ｇ４は、数式３によって計算されたショルダー３４の重さ（Ｗ３）を示す。
【００７５】
【数１】
2015519291.tif 000003
【００７６】
【数２】
2015519291.tif 000004
【００７７】
【数３】
2015519291.tif 000005
【００７８】
ここで、ＩＤは、ショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）が既に設定された増加分（△ｈ＝１ｍｍ）ずつ増加する度に、画像撮影部１７０から制御部１８０に提供される画像データ（ＩＤ）を示す。
【００７９】
数式２によって算出されるショルダー３４の重さ（ｇ３）が実際のショルダー３４の重さ（ｇ１）に近接することが分かる。したがって、実施例は、ショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）が既に設定された増加分（△ｈ＝１ｍｍ）ずつ増加する度に、画像撮影部１７０によって提供される画像データ（ＩＤ）及び数式２を用いてショルダー３４の重さを算出することができる。
【００８０】
ここで、既に設定された増加分（△ｈ）は、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍであり、１ｍｍであることが好ましい。既に設定された増加分（△ｈ）が０．５ｍｍより小さい場合は、計算量が多いので、制御部１８０にロードが発生したり、時間が長くかかり得るという問題があり、既に設定された増加分（△ｈ）が１．５ｍｍを超える場合は、ショルダー３４の実際の重さと計算された重さとの間の誤差が大きく発生し得る。
【００８１】
制御部１８０は、算出されたショルダー３４の重さに基づいてショルダーリング工程の間にシリコン融液（ＳＭ）の固化されたメルト量を算出することができる。
【００８２】
そして、制御部１８０は、算出された固化されたメルト量を用いてショルダーリング工程後のメルトギャップ（Ｄ２）またはショルダーリング工程前後のメルトギャップ変化値（△Ｄ＝Ｄ２−Ｄ１）を算出することができる。
【００８３】
制御部１８０は、算出された固化されたメルト量に基づいて坩堝１２０の位置を制御するようにリフティングユニット１２７を制御することができる。そして、制御部１８０によって制御されたリフティングユニット１２７は、坩堝１２０を上昇または下降させ、ショルダーリング工程後に発生するメルトギャップの誤差を補償することができる。
【００８４】
または、制御部１８０は、算出されたショルダーリング工程後のメルトギャップまたはショルダーリング工程前後のメルトギャップ変化値（△Ｄ＝Ｄ２−Ｄ１）に基づいてショルダーリング工程後に発生するメルトギャップの誤差を補償するようにリフティングユニット１２７を制御することができる。
【００８５】
制御部１８０は、ショルダーリング工程後、ボディーグローイング工程前にショルダーリング工程に起因したメルトギャップの誤差に対する補償を完了することができる。例えば、制御部１８０は、ボディーグローイング工程前にショルダーリング工程前後のメルトギャップ変化値（△Ｄ）だけ坩堝１２０が上昇するようにリフティングユニット１２７を上昇させることができる。
【００８６】
他の実施例に係る制御部１８０は、ボディーグローイング工程の間にショルダーリング工程に起因したメルトギャップの誤差を補償するようにリフティングユニット１２７を制御することができる。
【００８７】
例えば、制御部１８０は、算出されたショルダー３４の重さによって誤差補正時間（Ｔ）を設定し、ボディーグローイング工程中に設定された誤差補正時間（Ｔ）の間に第１の速度（ｖ１）で坩堝を上昇させることによって、ショルダーリング工程に起因したメルトギャップの誤差を補償することができる。
【００８８】
このとき、第１の速度（ｖ１）は、第２の速度（ｖ２）と第３の速度（ｖ３）とを合わせた値であり得る。ここで、第２の速度（ｖ２）は、ボディーグローイング工程の間に発生するメルトギャップ誤差を補正するために、ボディーグローイング工程時に坩堝１２０を上昇させる速度であり得る。例えば、第２の速度（ｖ２）は０．４ｍｍ／ｍｉｎ〜０．７ｍｍ／ｍｉｎであり得る。
【００８９】
第３の速度（ｖ３）は、ショルダーリング工程に起因したメルトギャップの誤差を補償するために追加される速度であり得る。第３の速度（ｖ３）は、０．０１ｍｍ／ｍｉｎ〜０．１ｍｍ／ｍｉｎであり、０．０５ｍｍ／ｍｉｎであることが好ましい。
【００９０】
したがって、実施例に係る制御部１８０は、ボディーグローイング工程が開始された後、誤差補正時間（Ｔ）の間には第１の速度（ｖ１）で坩堝１２０を上昇させ、ショルダーリング工程に起因したメルトギャップ誤差及びボディーグローイング工程に起因したメルトギャップ誤差を同時に補正し、誤差補正時間（Ｔ）が経過した後、ボディーグローイング工程の間には第２の速度（ｖ２）で坩堝１２０を上昇させ、ボディーグローイング工程に起因するメルトギャップ誤差のみを補正することができる。
【００９１】
実施例は、上述したように、ショルダーリング工程に起因して発生するメルトギャップの誤差をボディーグローイング工程前またはボディーグローイング工程中に予め補正することによって、シリコン単結晶インゴットの均一な品質再現性及び安定性を確保することができる。
【００９２】
図６は、実施例に係る単結晶シリコン製造工程時のメルトギャップ補償方法のフローチャートである。以下、メルトギャップ補償方法を説明するために、図１及び図２に示した単結晶シリコン製造装置を参照する。
【００９３】
図６を参照すると、まず、ショルダーリング工程が開始されると同時に、ＣＣＤカメラなどを用いてショルダー３４と坩堝１２０内のシリコン融液（ＳＭ）とが接する界面４０部位を撮影し、撮影された結果による画像データ（Ｉｍａｇｅ  Ｄａｔａ、ＩＤ）を取得する（Ｓ６１０）。
【００９４】
次に、画像データ（ＩＤ）を用いてショルダーリング工程で成長するショルダー３４の重さを算出する（Ｓ６２０）
【００９５】
次に、算出されたショルダー３４の重さに基づいてショルダーリング工程に起因して発生するメルトギャップ誤差を補償する（Ｓ６３０）。
【００９６】
図７は、図６に示したショルダー３４の重さ算出方法（Ｓ６２０）の一実施例を示すフローチャートである。
【００９７】
図７を参照すると、画像データ（ＩＤ）を用いてショルダー３４の直径（ｄｎ）を算出する（Ｓ７１０）。次に、長さ測定部１６５によって成長するショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）を測定する（Ｓ７２０）。
【００９８】
例えば、画像データ（ＩＤ）は、ショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）が既に設定された増加分（△ｈ＝ＳＨn−ＳＨn-1）ずつ増加する度に提供されるものであり得る。
【００９９】
次に、算出されたショルダー３４の直径（ｄｎ）と測定されたショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）を用いてショルダーの体積を算出する（Ｓ７３０）。次に、算出されたショルダー３４の体積とショルダー３４の密度（例えば、シリコンの密度）を用いてショルダーリング工程によって成長されたショルダー３４の全体重さを算出する（Ｓ７４０）。
【０１００】
ショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）が既に設定された増加分（△ｈ＝ＳＨn−ＳＨn-1）ずつ増加する度に画像データ（ＩＤ）が提供される場合は、増加した各ショルダー部分のそれぞれの重さを算出した後、これを累積し、ショルダー３４の全体重さを算出することができる。
【０１０１】
図８は、図７に示したショルダー３４の直径（ｄｎ）を算出する一実施例を示す。図８を参照すると、画像二進化によって画像データ（ＩＤ）を変換し、二進化された画像データを生成する（Ｓ８１０）。画像二進化は、上述した通りである。
【０１０２】
次に、二進化された画像データから界面４０に対する座標サンプル（例えば、画像のピクセル座標サンプル）を抽出する（Ｓ８２０）。次に、抽出された座標サンプルからショルダー３４の直径（ｄｎ）を算出する（Ｓ８３０）。
【０１０３】
図９は、図６に示したショルダー３４の重さ算出方法の実施例を示すフローチャートである。図９を参照すると、長さ測定部１６５によって成長するショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）を測定する（Ｓ９１０）。このとき、ｎの初期値は１に設定することができ、ＳＨ0は、ショルダーの長さが０である場合である。
【０１０４】
次に、測定されるショルダーの長さ（ＳＨｎ）が既に設定された増加分（△ｈ＝ＳＨn−ＳＨn-1）にｎを掛けた値と同一であるか否かを判断する（Ｓ９２０）。ＳＨｎ≠△ｈ×ｎである場合は、ショルダーリング工程によって成長されるショルダー３４の長さを継続して測定する。ＳＨｎ＝△ｈ×ｎである場合は、画像撮影部１７０から提供される画像データ（ＩＤ）を用いてショルダー３４の直径（ｄｎ）を算出する（Ｓ９３０）。
【０１０５】
上記算出されたショルダー３４の直径（ｄｎ）及び測定されたショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）を用いてショルダー３４の体積を算出する（Ｓ９４０）。次に、算出されたショルダー３４の体積及びショルダー３４の密度を用いてショルダー３４の重さ（Ｗｎ）を算出する（Ｓ９５０）。
【０１０６】
次に、算出されたショルダー３４の直径（ｄｎ）を用いてショルダーリング工程が終了したか否かを判断する。すなわち、算出されたショルダー３４の直径（ｄｎ）がターゲット直径と同一であるか否かを判断する。例えば、ターゲット直径は、所望のシリコン単結晶インゴットのボディー部分の直径であり得る。
【０１０７】
算出されたショルダー３４の直径（ｄｎ）がターゲット直径と同一でない場合は、ショルダーリング工程が終了しない。この場合は、ｎの値をｎ＋１にアップデートし（Ｓ９７０）、上述した各ステップ（Ｓ９１０〜Ｓ９６０）を再び行う。
【０１０８】
算出されたショルダー３４の直径（ｄｎ）がターゲット直径と同一である場合は、ショルダーリング工程が終了する。この場合は、既に設定された増加分（△ｈ）に対応するショルダー３４の各一部分の重さを全て累積し、ショルダーリング工程によって成長されるショルダーの全体重さを算出する（Ｓ９８０）。
【０１０９】
図１０は、図６に示したショルダー３４の重さ算出方法の他の実施例を示すフローチャートである。
【０１１０】
図１０を参照すると、長さ測定部１６５によって成長するショルダー３４の長さ（ＳＨｎ）を測定し（Ｓ１１０）、測定されたショルダーの長さ（ＳＨｎ）が既に設定された増加分（△ｈ＝ＳＨn−ＳＨn-1）にｎを掛けた値と同一であるか否かを判断する（Ｓ１２０）。このとき、ｎの初期値は１に設定することができ、ＳＨ０は、ショルダーの長さが０である場合である。ＳＨｎ≠△ｈ×ｎである場合は、ショルダーリング工程によって成長されるショルダー３４の長さを継続して測定する。
【０１１１】
ＳＨｎ＝△ｈ×ｎである場合は、ショルダー３４の直径（ｄｎ）を算出し（Ｓ１３０）、画像データ（ＩＤ）及び数式２を用いてショルダーの重さ（Ｗｎ）を算出する（Ｓ１４０）。
【０１１２】
次に、算出されたショルダー３４の直径（ｄｎ）を用いてショルダーリング工程が終了したか否かを判断する（Ｓ１５０）。すなわち、算出されたショルダー３４の直径（ｄｎ）がターゲット直径と同一でない場合は、ｎの値をｎ＋１にアップデートし（Ｓ１６０）、上述した各ステップ（Ｓ１１０〜Ｓ１５０）を再び行う。
【０１１３】
次に、算出されたショルダー３４の直径（ｄｎ）がターゲット直径と同一である場合は、既に設定された増加分（△ｈ）に対応するショルダー３４の各一部分の重さを全て累積し、ショルダーリング工程によって成長されるショルダーの全体重さを算出する（Ｓ１７０）。
【０１１４】
図１１は、図６に示したメルトギャップ補償（Ｓ６３０）の一実施例を示す。
【０１１５】
図１１を参照すると、ショルダーリング工程が終了すると（Ｓ２１０）、算出されたショルダーの重さに基づいてメルトギャップを補償する（Ｓ２２０）。すなわち、算出されたショルダー３４の重さに基づいてショルダーリング工程の間にシリコン融液（ＳＭ）の固化されたメルト量を算出し、算出された固化されたメルト量を用いてショルダーリング工程後のメルトギャップ（Ｄ２）またはショルダーリング工程前後のメルトギャップ変化値（△Ｄ＝Ｄ２−Ｄ１）を算出する。そして、ショルダーリング工程前後のメルトギャップ変化値（△Ｄ）だけメルトギャップの誤差を補償することができる。
【０１１６】
メルトギャップの誤差補償が終了すると、シリコン単結晶インゴットのボディーグローイング工程が開始される（Ｓ２３０）。図１１に示したショルダーリング工程に起因したメルトギャップ誤差の補償は、ショルダーリング工程の終了後、ボディーグローイング工程前に行うことができる。
【０１１７】
図１２は、図６に示したメルトギャップ補償（Ｓ６３０）の他の実施例を示す。
【０１１８】
図１２を参照すると、算出されたショルダーの重さに基づいて補正時間（Ｔ）、及び第１の速度（ｖ１）を設定する（Ｓ３１０）。
【０１１９】
ボディーグローイング工程の開始と同時に、補正時間（Ｔ）の間に第１の速度（ｖ１）で坩堝１２０を上昇させ、ショルダーリング工程に起因して発生したメルトギャップ誤差を補償する（Ｓ３１０）。
【０１２０】
ボディーグローイング工程に起因してもメルトギャップ誤差が発生するが、これを補償するために、ボディーグローイング工程が進められる間に坩堝１２０を第２の速度（ｖ２）で上昇させることによって、ボディーグローイング工程に起因するメルトギャップ誤差を補償することができる（Ｓ３２０）。
【０１２１】
第１の速度（ｖ１）は、第２の速度（ｖ２）より速い。例えば、ｖ１＝ｖ２＋ｖ３であり得る。このとき、第２の速度（ｖ２）は、０．４ｍｍ／ｍｉｎ〜０．７ｍｍ／ｍｉｎであり得る。そして、第３の速度（ｖ３）は、ショルダーリング工程に起因したメルトギャップの誤差を補償するために追加される速度である。例えば、第３の速度（ｖ３）は、０．０１ｍｍ／ｍｉｎ〜０．１ｍｍ／ｍｉｎであり、０．０５ｍｍ／ｍｉｎであることが好ましい。
【０１２２】
補正時間（Ｔ）が経過した後、第２の速度（ｖ２）で坩堝１２０を上昇させ、ボディーグローイング工程に起因するメルトギャップ誤差を補償することができる（Ｓ３３０）。
【０１２３】
図１２に示したショルダーリング工程に起因したメルトギャップ誤差の補償は、ボディーグローイング工程内で行うことができる。
【０１２４】
以上、各実施例に説明した特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも一つの実施例に含まれるものであって、必ずしも一つの実施例のみに限定されるものではない。さらに、各実施例で例示した特徴、構造、効果などは、各実施例の属する分野で通常の知識を有する者によって他の実施例に対しても組み合わせられたり変形されて実施可能である。したがって、このような組み合わせと変形と関係した各内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈すべきであろう。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
実施例は、ウエハー製造工程中で単結晶成長工程に使用することができる。
【図１】
2015519291.tif 000006
【図２】
2015519291.tif 000007
【図３ａ】
2015519291.tif 000008
【図３ｂ】
2015519291.tif 000009
【図４】
2015519291.tif 000010
【図５】
2015519291.tif 000011
【図６】
2015519291.tif 000012
【図７】
2015519291.tif 000013
【図８】
2015519291.tif 000014
【図９】
2015519291.tif 000015
【図１０】
2015519291.tif 000016
【図１１】
2015519291.tif 000017
【図１２】
2015519291.tif 000018
【国際調査報告】
2015519291.tif 000019
2015519291.tif 000020
2015519291.tif 000021
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