(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
融液から結晶体を引上げるにあたって、該結晶体と該融液との境界部に生じるブライトリングの円弧幅を計測して、前記結晶体の直径を制御する結晶体の引上げ方法であって、ブライトリングの最大幅と、この最大幅部分より手前の任意の部分のブライトリングの円弧幅とを測定し、種結晶に成長したネック部から前記結晶体の直径を直胴部直径まで徐々に拡大する肩広げ工程において、前記ブライトリングの最大幅の測定値が前記直胴部直径に相当する値に達した時点における前記円弧幅を基準値とし、その時点以後の引上げにおいて前記円弧幅の測定値を前記基準値に近づけるように自動制御することを特徴とする結晶体の引上げ方法。
【請求項２】
融液から結晶体を引上げるにあたって、該結晶体と該融液との境界部に生じるブライトリングの円弧幅を計測して、前記結晶体の直径を制御する結晶体の引上げ方法であって、ブライトリングの最大幅と、この最大幅部分より手前の任意の部分のブライトリングの円弧幅とを測定し、種結晶に成長したネック部から前記結晶体の直径を直胴部直径まで徐々に拡大する肩広げ工程においては、前記結晶体の直径測定値を前記ブライトリングの最大幅の測定値から得、拡大する直径の目標値にこの直径値が追随するように制御し、前記結晶体が直胴部直径に達した後に一定の直径になるように自動制御するにあたっては、肩広げ工程において結晶体が直胴部直径値に達した時点のブライトリングの最大幅の測定値から同じ時点の円弧幅の測定値を引き、この差し引いた値を定数とし、その時点以後の引上げにおいては、それぞれの円弧幅に該定数を加えた値から直径の測定値を得、この直径測定値により直径を自動制御することを特徴とする結晶体の引上げ方法。
【請求項３】
融液と該融液から引上げつつある結晶体とをカメラにより撮影し、前記融液と前記結晶体との境界部に生じる前記ブライトリングの最大幅部分と、該最大幅部分より手前の任意の部分のブライトリングの円弧とを同時にカメラ視野に収めるように設け、前記カメラからの画像に、前記最大幅部分を覆域する第１ウインドウと、前記手前部分のブライトリングの円弧を覆域する第２ウインドウとを設け、第１ウインドウで測定された前記最大幅部分の測定値が直胴部直径に相当する値に達した時点における前記手前部分のブライトリングの円弧の幅を第２ウインドウで測定することを特徴とする結晶体の引上げ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、シリコンなどの半導体の結晶体をＣＺ法により引き上げる結晶体の引上げにおいて、ＣＣＤカメラ等によりその結晶体の直径を測定して、その測定値により直径を自動制御する引上げ方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＺ法による単結晶の引上げにおいて、一定の直径の円柱状に結晶体を成長させる直胴部引上げ工程と、細い種結晶からこの直胴部直径まで徐々に直径を拡大する肩広げ工程とがある。この肩広げ工程と直胴部引上げ工程とにおいて、結晶体の直径を制御する方法としては光学式と重量式との２つがある。
また、その引上げ装置としては、黒鉛製ヒーター等の加熱手段および融液面からの輻射熱が、引き上げ中の結晶体に伝わらないようにするために、融液の上方に熱遮蔽板を設けるものが多い。
【０００３】
この光学式の直径自動制御では結晶体と融液との境界部（個液界面）に生じるリング状の高輝度部分（以後「ブライトリング」と称する）をテレビカメラにより撮影し、これから得たビデオ信号を画像処理装置に入力して、これによりブライトリングの一部分の幅を測定し、この測定値を結晶体の直径を代表する値として目標値に近づけるように自動制御していた。
このブライトリングの幅を測定する測定位置に関しては、直胴部引上げ工程において、従来、その最大幅部分より手前であってその幅がブライトリング最大幅の６０〜８０％になる位置を選択していた。また、この測定位置は前記した直胴部の位置を基準に固定されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この光学式の直径制御により肩広げ工程から直胴部引上げ工程を連続的に制御しようとすると、肩広げ工程初期の直径が小さい時点においては、ブライトリングが上記した測定位置に達していないため測定が実行上不可能であり、この測定位置に達するまで直径の拡大は成り行きに任せざるを得ない。このため、測定可能な状態になっても、その時点の直径の拡大速度のバラツキが大きく、直径制御開始時に制御が不安定になることが多い。
【０００５】
また、上記した測定方法では融液面位置や、テレビカメラのわずかな位置の変化によって、結晶体の位置と前記測定位置の再現性が崩れる結果、測定値の再現性もなくなることが多い。このため、実際の引上げではオペレーターがカセトメーターにより直径測定して、誤差が大きい場合には目標値を修正して所定の直径に近づけていた。
【０００６】
一方、前記した不具合を改善する方法として ブライトリングの最大幅部分を測定位置として選定する方法がある。この方法によると、画像処理装置の機能により測定位置が自動的にブライトリングの最大幅部分に追随して測定するので、前記した手前部分の測定方法のような再現性の問題が解消され、高精度の測定が可能であると共に、肩広げ工程初期においてもブライトリングの最大幅部分を測定できるため、肩広げ工程から直胴部引上げ工程まで連続した自動制御が可能になる。
【０００７】
ところが、この熱遮蔽板を有する引上げ装置において、成長する結晶体のブライトリングをテレビカメラで撮影しようとすると、熱遮蔽板によりテレビカメラの設置位置が制限され、融液面に対して約７０〜８０度となる。このようにテレビカメラが大きな取付角度を持って設置された場合、直胴部引上げ工程において結晶体に僅かな変形や直径変動が生じた際、ブライトリングの最大幅部分が結晶体自体に遮られて見えなくなる。
【０００８】
さらに、熱遮蔽板の下端部が融液面に反射してできる高輝度のリング状の像がブライトリングに近い位置にあるため、画像処理においてこの熱遮蔽板の下端部の反射像とブライトリングとを区別できなくなり、ブライトリングの測定値が不安定となる。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、肩広げ工程から直胴部引上げ工程まで連続した自動制御が可能であり、これにより安定した引き上げをすることができると共に、熱遮蔽板を有する引上げ装置であっても、その反射像に影響されることがない結晶体の引上げ方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため本発明では、融液から結晶体を引上げるにあたって、該結晶体と該融液との境界部に生じるブライトリングの円弧幅を計測して、前記結晶体の直径を制御する結晶体の引上げ方法であって、ブライトリングの最大幅と、この最大幅部分より手前の任意の部分のブライトリングの円弧幅とを測定し、種結晶に成長したネック部から前記結晶体の直径を直胴部直径まで徐々に拡大する肩広げ工程において、前記ブライトリングの最大幅の測定値が前記直胴部直径に相当する値に達した時点における前記円弧幅を基準値とし、その時点以後の引上げにおいて前記円弧幅の測定値を前記基準値に近づけるように自動制御するものである。
【００１１】
また、融液から結晶体を引上げるにあたって、該結晶体と該融液との境界部に生じるブライトリングの円弧幅を計測して、前記結晶体の直径を制御する結晶体の引上げ方法であって、ブライトリングの最大幅と、この最大幅部分より手前の任意の部分のブライトリングの円弧幅とを測定し、種結晶に成長したネック部から前記結晶体の直径を直胴部直径まで徐々に拡大する肩広げ工程においては、前記結晶体の直径測定値を前記ブライトリングの最大幅の測定値から得、拡大する直径の目標値にこの直径値が追随するように制御し、前記結晶体が直胴部直径に達した後に一定の直径になるように自動制御するにあたっては、前記結晶体の直径測定値を前記手前部分の円弧幅の測定値から得るようにしたものである。
【００１２】
さらに、肩広げ工程において結晶体が直胴部直径値に達した時点のブライトリングの最大幅の測定値から同じ時点の円弧幅の測定値を引き、この差し引いた値を定数とし、その時点以後の引上げにおいては、それぞれの円弧幅に該定数を加えた値から直径の測定値を得、この直径測定値により直径を自動制御するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明においては、光学式の直径自動制御を行うものであり、直径測定の方法としてテレビカメラによりブライトリングを撮影し、その最大幅と、最大幅部分より手前の円弧部分の幅とを画像上で同時に計測し、肩広げ工程においては最大幅部分の測定値（最大幅）を用い、直胴部引上げ工程においては手前の円弧部分の測定値（円弧幅）を用いる。これらの測定に際しては、一つの画像上に２つのウインドウを設け、これらのウインドウに表示されるブライトリングの２つの高輝度部分の間隔を測定することにより、上記した最大幅と円弧幅とを得るものである。
【００１４】
また、肩広げ工程から直胴部引上げ工程に移行する際において、ブライトリングの最大幅が直胴直径に相当する値に達した時点に、円弧幅測定値に加算することで最大幅測定値に等しくなるような定数を算出し、円弧幅測定値にこれを加算して直径値とする。したがって、直胴部引上げ工程においては常にこの定数を使用し、測定された円弧幅にこの定数を加算して直径測定値を得、これにより直径を自動制御するものである。
尚、この操作は直径自動制御用のコンピューターにより行う。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る引上げ装置を示す模式図、図２は引上げ装置から得られるモニター上の画像の模式図、図３はそれぞれのウインドウを構成する走査線から得られるビデオ信号の一部であって、走査線上の輝度分布を表す模式図である。図１に示すように、本実施例の引上げ装置は、ルツボ４１と、ルツボ４１から結晶体１０を吊下するケーブル９を引き上げる巻き上げ装置（図示せず）と、ルツボ４１を加熱する加熱手段２１と、この加熱手段２１および融液面４からの熱が引き上げ中の結晶体１０に輻射して伝わらないようにするために設けられた熱遮蔽板３と、熱遮蔽板３の上方に設けられ、ルツボ４１の融液面４と結晶体１０とを撮影できるように配置されたカメラ１とからなる。
【００１６】
カメラ１にはブライトリング５の最大幅部分を覆域する第１ウインドウ１１と、その手前の任意の部分を覆域する第２ウインドウ１２が設けられ、カメラ１で撮影された映像はＣＲＴモニター６上に映し出される。
それぞれのウインドウにより得られた画像は、画像処理装置（図示せず）により高輝度部分の間隔が測定され、この値を最大幅または円弧幅に比例する電圧値または各幅を示すデジタル信号として直径制御装置（図示せず）に出力される。
【００１７】
図２に示すように、カメラ１により撮影された画面には融液面４とこれから引き上げられている結晶体１０が映し出されるが、この引上げ装置には熱遮蔽板３が設けられているため、その反射像３１が結晶体１０の外周部の外に同時に映し出される。
【００１８】
また、カメラ１により得られた画像を構成する走査線上の高輝度部分の間隔が測定される。これは図３に示すように、ブライトリング最大幅部分の走査線上の第１輝度分布７においては、内側にブライトリング５の最大幅ピーク７０、その外側に熱遮蔽板３の反射像７２が表示される。結晶体の直径に相当する値は最大幅ピーク７０の間隔７１である。
ブライトリング円弧幅部分の走査線上の第２輝度分布８においては、第２ウインドウ１２からの映像により円弧幅ピーク８０が表示され、その間隔８１が円弧幅を示す。
尚、それぞれのウインドウから選られる高輝度分布にはウインドウ幅７３、８３を設けることにより、それぞれの反射像７２、８２をウインドウ幅範囲外として認識させ、ブライトリングとの誤認を防止できる。
【００１９】
ここで、直径目標値と、直径測定値と、上記各間隔７１、８１の関係について示す。
まず、引上げ中のある時点における直径目標値をＤｎとし、その時点において得られる直径測定値をＤｘｎとすると、結晶体の直径を制御するにあたっては、直径目標値Ｄｎと直径測定値Ｄｘｎとの差を小さくするように、結晶体の引上げ速度と加熱手段に供給される電力とを制御する。
【００２０】
上記したように肩広げ工程における直径測定値Ｄｘｎは、ブライトリングの最大幅である間隔７１から得られ、これをＤ71ｎとすると、Ｄｘｎ＝Ｄ71ｎとなる。
肩広げ工程においては、その初期の結晶体上部の肩部分の直径は小さいため、ブライトリングの最大幅と熱遮蔽板の反射像との間の距離が十分にあり、また肩広げ工程中を通じてその直径は増加するだけであるため、ブライトリングは明瞭であり、その輝度は安定して得られるため、熱遮蔽板の反射像の影響を受け難く、安定して直径の直径測定値Ｄｘｎを得られる。
結晶体の直径が序々に大きくなり、ブライトリングが第２ウインドウの範囲内に入ると、これにより計測される円弧幅の測定値も画像処理装置から出力され始める。
【００２１】
一方、直胴部引上げ工程における直径測定値Ｄｘｎは、ブライトリングの円弧幅である間隔８１から得られる。すなわち、これをＤ81ｎとすると、肩広げ工程において所定の直胴直径値Ｄに達した時点ｎ’における直径測定値Ｄ71ｎ’から直径測定値Ｄ81ｎ’を引いた値を定数Ｃとし、下記数1により直胴部分の直径測定値Ｄｘｎを算出できる。
【００２２】
【数１】
Ｄｘｎ＝Ｄ81ｎ＋Ｃ
【００２３】
この方法により、直胴部の直径はD71ｎ’を直径目標値として一定値に制御される。また、肩広げ工程から直胴部引上げ工程への移行時においても、直径測定値の変動は生じない。直胴部直径精度は高精度な測定値を安定して得られる時点の最大幅７１により決まる。
【００２４】
【具体例】
ここで、本発明の引上げ方法により得られた結晶体と従来技術で得られた結晶体を具体例により比較する。
本発明および従来技術のそれぞれの引上げ方法により、直胴部目標直径２１０mm、長さ１，０００mmの結晶体を約３０本ずつ引上げ、室温においてノギスによりそれぞれ複数箇所の直径測定を行い、１本ずつの平均直径を求めて、図４の各分布図に示した。図４（ａ）に示すように本発明の引上げ方法によると、分布幅は＋３mm、−２mmとなる。
一方、図４（ｂ）に示すように従来技術の引上げ方法では、オペレーターによる補正を行わないと、分布幅は±５mmと大きくなった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明では以上のように構成したので、結晶体を引き上げるにあたり、２つのウインドウからのブライトリング幅の測定値を用いて肩広げ工程から直胴部引上げ工程へと連続した直径自動制御が可能になる。特に、肩広げ工程においては安定してブライトリングの最大幅から直径測定値が得られ、直胴部引上げ工程おいてはブライトリングの手前部分の円弧幅から安定して直径測定値を得られ、しかもその移行が連続的に行われるため、引上げ全般を通じて安定した直径制御がなされる。
また、熱遮蔽板を有する引上げ装置であっても、この熱遮蔽板の影響であるところの高俯角の取付位置による弊害、および熱遮蔽板の反射像によりブライトリング幅の測定が不安定になるという不具合を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る引上げ装置を示す模式図である。
【図２】引上げ装置から得られるモニター上の画像の模式図である。
【図３】それぞれのウインドウを構成する走査線から得られるビデオ信号の一部であって、走査線上の輝度分布を表す模式図である。
【図４】本発明と従来技術のそれぞれの引上げ方法により得られた具体例の結晶体の直径を示す分布図である。
【符号の説明】
１‥‥‥カメラ
１０‥‥結晶体
１０ａ‥種結晶
１０ｂ‥肩部分
１１‥‥第１ウインドウ
１２‥‥第２ウインドウ
２‥‥‥チャンバー
２１‥‥加熱手段
３‥‥‥熱遮蔽板
３１‥‥反射像
４‥‥‥融液面
４１‥‥ルツボ
５‥‥‥ブライトリング
６‥‥‥ＣＲＴモニター
７‥‥‥第１輝度分布
７０‥‥最大幅ピーク
７１‥‥間隔
７２‥‥影幅
８‥‥‥第２輝度分布
８０‥‥円弧幅ピーク
８１‥‥間隔
【図１】
0004153077.tif 000002
【図２】
0004153077.tif 000003
【図３】
0004153077.tif 000004
【図４】
0004153077.tif 000005