(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プルヘッド部に繋がれたシードワイヤを所定の回転速度で回転させながら所定の速度で引き上げていくようにしたＣＺ式半導体単結晶引上装置のためのインゴットの振れ測定方法であって、
実際に製造されるインゴットとほぼ同一形状ならびに同一重さからなり、実際に製造されるインゴットのネック工程、クラウン工程、ボディ工程およびテール工程の各工程におけるインゴット形状に合わせて形成されたダミーインゴットを前記シードワイヤの先端に吊り下げ、
ＣＺ式半導体単結晶引上装置のプルヘッド部のワイヤ回転機構部によってシードワイヤを所定の速度で回転させながら、該回転するダミーインゴットの水平方向の振れ幅を、レーザ光が前記ダミーインゴットの外周部の一部により遮られるように位置調整されたレーザ発光素子とレーザ受光素子とを用いて検出し、
該得られたダミーインゴットの振れ幅からインゴットの振れ特性を求めることを特徴とするインゴットの振れ測定方法。
【請求項２】
プルヘッド部に繋がれたシードワイヤを所定の回転速度で回転させながら所定の速度で引き上げていくようにしたＣＺ式半導体単結晶引上装置のためのインゴットの振れ測定装置であって、
前記シードワイヤの先端に吊り下げるための実際のインゴットとほぼ同一形状ならびに同一重さからなり、実際に製造されるインゴットのネック工程、クラウン工程、ボディ工程およびテール工程の各工程におけるインゴット形状に合わせて形成されたダミーインゴットと、
るつぼ部に設置され、前記ダミーインゴットの水平方向の振れ幅を、レーザ光が前記ダミーインゴットの外周部の一部により遮られるように位置調整されたレーザ発光素子とレーザ受光素子とを用いて検知する振れ検出手段と、
該振れ検出手段の位置調整を行なう位置調整手段と、
前記振れ検出手段によって検出されたダミーインゴットの振れ幅データを収集し、該収集した振れ幅データからインゴットの所定の振れ特性を生成するデータ収集・分析手段と、
該データ収集・分析手段で得られたインゴットの振れ特性を所定の方法ならびに形式で出力する表示手段とを備えたことを特徴とするインゴットの振れ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＺ（チョクラルスキー）式半導体単結晶引上装置のためのインゴットの振れ測定方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ＣＺ式シリコン単結晶引上装置おいて、種結晶の先端から成長していくシリコンインゴットの結晶方位や断面形状を正確に制御して高品質の単結晶を得るには、シードワイヤのワイヤ軸芯とるつぼの回転中心とが正確に一致するようにセンター合わせし、シードワイヤ先端に吊り下げられたシリコンインゴットがるつぼの回転中心のまわりで振れることがないようにする必要がある。
【０００３】
従来、このシードワイヤのセンター合わせには、適当な大きさからなる先の尖った円錐形のおもりをシードワイヤの先端に吊るし、シードワイヤの振れ幅の許容誤差範囲に相当する径からなる円、例えば直径２〜３ｍｍの円を描いた紙を、るつぼの回転シャフト上あるいはるつぼ上面に位置して回転軸芯と同心になるように置き、ＣＺ式シリコン単結晶引上装置のプルヘッド部のワイヤ回転機構部によってシードワイヤを所定の速度（５〜２５ｒｐｍ）で回転させ、シードワイヤ先端に吊り下げた円錐形のおもりの先端部の振れが許容誤差範囲を示す円内に入っているか否かを目視で確認することにより判定していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来方法の場合、良否の判定は作業者の目視に頼っているため、正確かつ客観的な判定を下すことが難しく、また、振れ幅を数値で表したり、データとして残すことができないという課題があった。また、インゴットの成長に伴った各工程（ネック工程、クラウン工程、ボディ工程およびテール工程）におけるインゴットの振れを個別に測定することができないという課題もあった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ＣＺ式半導体単結晶引上装置において、インゴットの振れ幅を数値によって正確に測定することができるとともに、インゴットの成長に伴った各工程（ネック工程、クラウン工程、ボディ工程およびテール工程）における振れ特性を個別に測定可能とした、ダミーインゴットを用いたインゴットの振れ測定方法とその装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明方法は、プルヘッド部に繋がれたシードワイヤを所定の回転速度で回転させながら所定の速度で引き上げていくようにしたＣＺ式半導体単結晶引上装置のためのインゴットの振れ測定方法であって、実際に製造されるインゴットとほぼ同一形状ならびに同一重さからなり、実際に製造されるインゴットのネック工程、クラウン工程、ボディ工程およびテール工程の各工程におけるインゴット形状に合わせて形成されたダミーインゴットを前記シードワイヤの先端に吊り下げ、ＣＺ式半導体単結晶引上装置のプルヘッド部のワイヤ回転機構部によってシードワイヤを所定の速度で回転させながら、該回転するダミーインゴットの水平方向の振れ幅を、レーザ光が前記ダミーインゴットの外周部の一部により遮られるように位置調整されたレーザ発光素子とレーザ受光素子とを用いて検出し、該得られたダミーインゴットの振れ幅からインゴットの振れ特性を求めるようにしたものである。
【０００７】
また、本発明装置は、プルヘッド部に繋がれたシードワイヤを所定の回転速度で回転させながら所定の速度で引き上げていくようにしたＣＺ式半導体単結晶引上装置のためのインゴットの振れ測定装置であって、前記シードワイヤの先端に吊り下げるための実際のインゴットとほぼ同一形状ならびに同一重さからなり、実際に製造されるインゴットのネック工程、クラウン工程、ボディ工程およびテール工程の各工程におけるインゴット形状に合わせて形成されたダミーインゴットと、るつぼ部に設置され、前記ダミーインゴットの水平方向の振れ幅を、レーザ光が前記ダミーインゴットの外周部の一部により遮られるように位置調整されたレーザ発光素子とレーザ受光素子とを用いて検知する振れ検出手段と、該振れ検出手段の位置調整を行なう位置調整手段と、前記振れ検出手段によって検出されたダミーインゴットの振れ幅データを収集し、該収集した振れ幅データからインゴットの所定の振れ特性を生成するデータ収集・分析手段と、該データ収集・分析手段で得られたインゴットの振れ特性を所定の方法ならびに形式で出力する表示手段とを備えることにより構成したものである。
【０００８】
なお、本発明の振れ測定方法および装置で用いる前記ダミーインゴットは、全体を複数個の小ブロックに分割した組立式とし、実際に製造されるインゴットのネック工程、クラウン工程、ボディ工程およびテール工程の各工程におけるインゴット形状に合わせて、前記小ブロックを組み合わせるようにすることが望ましい。また、本発明の振れ測定装置で用いる前記振れ検出手段としては、ダミーインゴットの振れ幅を非接触式に検出可能なレーザ式透過型センサを用いることが望ましい。
【０００９】
上記の構成とした場合、実際に製造されるインゴットの代わりにダミーインゴットを用いて、インゴットの水平方向の振れ幅を数値データとして正確に測定して記録し、この測定データからインゴットの必要な振れ特性を求めることができる。このため、シードワイヤのセンター合わせを簡単かつ正確に行なうことができ、高品質のインゴットを製造することができる。
【００１０】
また、ダミーインゴットとして、複数個の小ブロックに分割した組立式のものを用いた場合、実際に製造されるインゴットのネック工程、クラウン工程、ボディ工程およびテール工程の各工程におけるインゴット形状に合わせて前記小ブロックを組み合わせていくことにより、インゴットの成長に伴った各工程における振れ特性を得ることができ、より高品質のインゴットを製造することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１および図２に、本発明に係るインゴットの振れ測定装置の一実施の形態を示す。図１は実施の形態の要部構造を示す縦断面図、図２はその平面図である。
【００１２】
図において、１はシリコンＣＺ式半導体単結晶引上装置のプルヘッド部であって、シードワイヤ２はこのプルヘッド部１の回転駆動軸筒１ａ内を通ってプルヘッド部１内のワイヤ引上機構１ｂに繋がれ、所定の速度でゆっくりと引き上げられていくとともに、サーボドライバ３、サーボモータ４およびロータリーエンコーダ５から構成されるワイヤ回転機構部によってプルヘッド部１を回転駆動することにより、シードワイヤ２を所定の速度でゆっくりと回転させるように構成されている。
【００１３】
このシードワイヤ２の先端には、シードチャック６が取り付けられており、このシードチャック６にインゴットの振れ特性の測定のためのダミーヘッド７が吊り下げられようになっている。
【００１４】
また、図中の符号８は、ＣＺ式シリコン単結晶引上装置のるつぼ部であって、内側から図示を略した石英ガラス製のるつぼ本体、シリコン溶融用のヒータ９、保温材１０、るつぼ枠体１１などを配置して構成している。前記保温材１０の頂面部にはセンサ取付治具１３が着脱自在に載置固定されており、このセンサ取付治具１３に、シードワイヤ２に吊り下げられて回転するダミーインゴット７の振れ幅を検出するためのレーザ式透過型センサ１２のレーザ発光素子１２ａとレーザ受光素子１２ｂが組み付けられている。
【００１５】
前記センサ取付治具１３は、ダミーインゴット７の周りを取り囲んだ四角形の枠部材１３ａ（図２参照）からなり、この枠部材１３ａの下面に垂設された左右の垂直片部１３ｂ，１３ｃ部分に、前記レーザ発光素子１２ａとレーザ受光素子１２ｂが送りねじ機構１３ｄ，１３ｅによって矢印方向へ位置調節自在に取り付けられている。なお、送りねじ機構１３ｄ，１３ｅ部分にはスケール１３ｆ，１３ｇが目盛られており、位置を正確に調節できるようになっている。
【００１６】
また、図中の符号１２ｃは、レーザ駆動制御部であって、レーザ発光素子１２ａを駆動してレーザ光Ｌを発光させるとともに、レーザ受光素子１２ｂで受光したレーザ光Ｌの光量の変化からダミーインゴット７の振れ幅を検出する回路である。これらレーザ駆動制御部１２ｃ、レーザ発光素子１２ａ，レーザ受光素子１２ｂによって、いわゆるレーザ式透過型センサ１２が構成されている。
【００１７】
また、図中の符号１４は、パソコンなどから構成されたデータ収集・分析部であって、前記レーザ式透過型センサ１２によって検出されたダミーインゴット７の振れ幅データを収集して記録するとともに、該収集した振れ幅データを基にインゴットの所定の振れ特性を分析するものである。１５はプリンタやモニタなどから構成された表示部であって、前記データ収集・分析部１４で生成されたインゴットの振れ特性を所定の方法ならびに形式で出力して表示するものである。
【００１８】
図３および図４に、前記シードワイヤ２に吊り下げられるダミーインゴット７の詳細な構造を示す。図３はダミーインゴットの縦断面図、図４は図３中のＡ−Ａ線断面図である。図示例のダミーインゴット７は、ダミーインゴット７の全体を複数個の小ブロック７1 〜７n に分割されており、これら小ブロック７1 〜７n をネジ部２１によって連結して組み付けるようにしたものである。このダミーインゴット７の材質としては、シリコンと比重が近く、加工性や強度に優れ、価格もそれほど高くないアルミニウムを用いることが望ましい。また、アルミニウムはシリコンより多少比重が大きいので実際のシリコンインゴットより小さくなるが、その形状と重量をできるだけ実際に製造されるシリコンインゴットと同じに形成するとともに、腐食防止のため、表面にアルマイト処理を行なうことが望ましい。さらに、安全を確保するとともに、一人作業も可能とするために、１ブロックが１０ｋｇ以下となるように分割することが望ましい。
【００１９】
このように、ダミーインゴット７を小ブロック７1 〜７n からなる組立式とすることにより、実際の単結晶の各引き上げ工程（ネック工程、クラウン工程、ボディ工程およびテール工程）におけるシリコンインゴットとほぼ同じ形状ならびに重さからなるダミーインゴットを簡単に作ることができ、実際に製造されるシリコンインゴットに極めて近い状態で振れ特性を測定することが可能となる。
【００２０】
なお、小ブロック７1 〜７n の外周面にそれぞれ穿たれた２つの小穴２２は、組立時に小ブロックを回してねじ込むためのハンドル２３を差し込む穴である。また、最上段の小ブロック７1 によって構成されたクラウン部には、ダミーのネック部２４とダミーの種結晶部２５を取り付けることがより望ましい。
【００２１】
次に、上記装置におけるインゴットの振れ測定動作を説明する。
まず、測定開始に先立ち、レーザ発光素子１２ａとレーザ受光素子１２ｂが取り付けられたレーザ取付治具１３を、るつぼ部８の保温材１３の頂面部に載置して定位置にセットするとともに、レーザ発光素子１２ａとレーザ受光素子１２ｂの入出力端子をレーザ駆動制御部１２ｃに接続する。
【００２２】
一方、図７に示したダミーインゴット７の小ブロック７1 〜７n を組み合わせて結合することにより、測定目的とする引き上げ工程におけるインゴットと同じ形状になるダミーインゴットを作成する。例えば、引き上げ工程中のボディ工程の振れ特性を測定したい場合には、クラウン部を構成する小ブロック７1 と、ボディ部を構成する小ブロック７2 〜７n-1 のいくつかとを結合し、図１に示すような実際のボディ工程におけるインゴットと同じ形状になるダミーインゴット７を作成する。
【００２３】
このようにして作成したダミーインゴット７を、シードワイヤ２の先端のシードチャック６に取り付けて吊り下げた後、プルヘッド部１のワイヤ引上機構部１ｂを駆動し、シードワイヤ２を巻き戻してダミーインゴット７を下降させ、図１に示すように、ダミーインゴット７の外周部の振れ測定部位がレーザ発光素子１２ａとレーザ受光素子１２ｂの間に位置するようにセットする。
【００２４】
次いで、スケール１３ｆ，１３ｇを見ながら送りねじ機構１３ｄ，１３ｅを操作し、レーザ発光素子１２ａとレーザ受光素子１２ｂの矢印方向の位置を調整することにより、ダミーインゴット７の外周部がレーザ光Ｌの一部、例えば約半分を遮るようにセットする。なお、この位置決めを容易に行なうには、レーザ光Ｌの平面視幅を１０ｍｍ以上とすることが好ましい。このようなレーザ光幅とすれば、２〜３ｍｍ程度のセット位置の誤差は測定に影響を与えることもなくなる。
【００２５】
上記のようにして、ダミーインゴット７、レーザ発光素子１２ａおよびレーザ受光素子１２ｂを所定の位置にセットした後、サーボドライバ３，サーボモータ４，ロータリーエンコーダ５からなるワイヤ回転機構部によってシードワイヤ２を所定の速度（５〜２５ｒｐｍ）で回転開始し、インゴットの振れ特性の測定を開始する。
【００２６】
シードワイヤ２が回転し、その先端に吊り下げられたダミーインゴット７が回転開始し、水平方向に振れない場合には、ダミーインゴット７によるレーザ光Ｌの遮光量は常に一定であり、レーザ受光素子１２ｂの受光量が変化することはない。
【００２７】
一方、シードワイヤ２が回転し、その先端に吊り下げられたダミーインゴット７が回転開始し、水平方向に振れた場合には、レーザ受光素子１２ｂで受光するレーザ光Ｌの受光量が変化する。この受光量の変化は、ダミーインゴット７の振れ量に比例しており、受光量の変化からダミーインゴット７の振れ量、すなわちシードワイヤ２の軸芯のずれ量を検出することができる。
【００２８】
レーザ受光素子１２ｂで受光されたダミーインゴット７の振れ量を示す受光信号は、レーザ駆動制御部１２ｃを介してパソコンなどで構成されたデータ収集・分析部１４に送られ、ダミーインゴット７の振れ幅データとして順次サンプリングされ、収集記録される。
【００２９】
データ収集・分析部１４は、この収集されたダミーインゴット７の振れ幅データを用いて、例えば、図５に示すような時間と基準値（センター位置）からのずれ量との関係を示すグラフを作成し、さらに、サーボドライバ３を経由して送られてくるシードワイヤ２の回転位置情報を利用して、必要に応じ、図６に示すようなシードワイヤの１回転毎の回転時間の変化を示すグラフや、図７に示すようなシードワイヤの１回転において各角度毎の回転時間の変化を示すグラフなどを作成する。
【００３０】
そして、このデータ収集・分析部１４で生成されたグラフデータは表示部１５に送られ、プリンタによって印刷され、あるいはモニタ画面上に表示される。測定者は、この印刷された特性グラフや、モニタ画面上に表示された特性グラフを見ることにより、シードワイヤ２の回転軸芯とるつぼ部８の回転軸芯とのずれ量を数値的に正確に知ることができる。したがって、シードワイヤ２の正確なセンター合わせを実現することができ、高品質の単結晶を製造することが可能となる。
【００３１】
上記説明においては、ダミーインゴット７をボディ工程における実際のインゴットと同じ形状に組み立て、ボディ工程における振れ特性を測定する場合について説明したが、図８（ａ）に示すように、クラウン工程と同じ形状に組み立てれば、クラウン工程における振れ特性を測定することができ、さらに、図８（ｂ）に示すように、デール工程と同じ形状に組み立てれば、テール工程における振れ特性を測定することができ、単結晶の成長に伴った各工程におけるインゴットの振れ特性を測定することができる。
【００３２】
なお、上記実施の形態の場合、図３に示したような組立式のダミーインゴット７を用いたが、組立式とすることなく、例えば図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、クラウン工程、ボディ工程、テール工程の各工程におけるインゴット形状と同じ形状になる専用のダミーインゴット７を個々に作成しておき、各工程毎に専用のダミーインゴットを用いて振れ特性を測定するようにしてもよいものである。
【００３３】
また、ダミーインゴット７の材質は、前述したアルミニウムに限らず、シリコンそのものを用いてもよいし、さらに、シリコンと比重が近いものであれば、合成樹脂など、他の材質のものを用いることが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明方法と装置によれば、インゴットの振れ幅を数値によって正確に測定することができるので、シードワイヤの回転軸芯のずれを正確かつ客観的に判定することができる。このため、シードワイヤのセンター合わせを正確に行なうことができ、高品質のインゴットを製造することが可能となる。
【００３５】
また、全体を複数個の小ブロックに分割した組立式のダミーインゴットを用い、これら小ブロックを組み合わせることによって、実際に製造されるインゴットの各工程と同じ形状からなるダミーインゴットを簡単に作ることができるようにしたので、インゴットの成長に伴った各工程での振れ特性を個別に測定することが可能となる。このため、どの工程においても振れ幅の管理ができ、より品質の安定したインゴットを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインゴットの振れ測定装置の一実施の形態の要部構造を示す縦断面図である。
【図２】上記実施の形態の平面図である。
【図３】ダミーインゴットの縦断面図である。
【図４】図３中のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】時間とシードワイヤの基準値（センター位置）からのずれ量との関係を示すグラフである。
【図６】シードワイヤの１回転毎の回転時間の変化を示すグラフである。
【図７】シードワイヤの１回転において各角度毎の回転時間の変化を示すグラフである。
【図８】（ａ）はクラウン工程における振れ特性の測定方法の説明図、（ｂ）はテール工程における振れ特性の測定方法の説明図である。
【図９】ダミーインゴットの他の構造例を示し、（ａ）はクラウン工程専用のダミーインゴットの例を示す図、（ｂ）はボディ工程専用のダミーインゴットの例を示す図、（ｃ）はテール工程専用のダミーインゴットの例を示す図である。
【符号の説明】
１    プルヘッド部
２    シードワイヤ
３    サーボドライバ
４    サーボモータ
５    ロータリーエンコーダ
６    シードチャック
７    ダミーインゴット
７1 〜７n   小ブロック
８    るつぼ部
１２  レーザ式透過型センサ
１２ａ  レーザ発光素子
１２ｂ  レーザ受光素子
１２ｃ  レーザ駆動制御部
１３    レーザ取付治具
１４    データ収集・分析部
１４    表示部
【図１】
0004330047.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004330047.tif 000008
【図８】
0004330047.tif 000009
【図９】
0004330047.tif 000010