JP6665798B2 - Single crystal manufacturing method and single crystal manufacturing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、単結晶製造方法及び単結晶製造装置に関する。 The present invention relates to a single crystal manufacturing method and a single crystal manufacturing apparatus.
シリコン単結晶の多くはチョクラルスキー法(CZ法)による引き上げにより製造されている。このようなCZ法によるシリコン単結晶製造に用いられる装置の一例を図6に示す。図6に示す単結晶製造装置120はチャンバー101と、内側の石英ルツボ及び外側の黒鉛ルツボの二重構造からなるルツボ102、ルツボ102を保持するルツボ保持軸105、ルツボ102の外周に設けられるヒーター103、ヒーター103の外周に設けられるヒーター断熱材104、ルツボ保持軸105と同軸上に設けられる、種結晶111を保持するためのシードチャック107及びシードチャック107を引き上げるためのワイヤー108などから構成される。ルツボ保持軸105はルツボ102を回転及び昇降させるための機構部を、ワイヤー108はシードチャック107の巻き上げ、巻き下げ、及び回転を行うための機構部をそれぞれ有する。各機構部の動作は、予め設定された制御設定データが外部システムから直径制御部110に送られ、直径制御部110が制御設定データを基にルツボ保持軸105及びワイヤー108のそれぞれの機構部に駆動指令信号を、ヒーター103に加熱指令信号を出力することで制御される。
Most silicon single crystals are manufactured by pulling by the Czochralski method (CZ method). FIG. 6 shows an example of an apparatus used for producing a silicon single crystal by such a CZ method. 6 includes a
次に、シリコン単結晶製造装置120を用いたシリコン単結晶の製造方法について説明する。まず、ルツボ102に高純度シリコン多結晶を収容し、これをヒーター103でシリコンの融点である約1420℃まで加熱して溶融し、シリコン融液106とする。次に、ワイヤー108を巻き下げてシードチャック107に保持される種結晶111の先端とシリコン融液106の液面を接触させる。その後、ルツボ保持軸105及びワイヤー108をそれぞれ所定の回転方向及び回転速度にて回転させながらワイヤー108を所定の速度で巻き上げ、種結晶111を引き上げることで、種結晶111の下にシリコン単結晶112が形成される。シリコン単結晶112の育成の際には、シリコン単結晶112の直径を細くして引き上げることで結晶を無転位化する絞り部を形成した後、シリコン単結晶112の直径を徐々に拡大(拡径)させながらコーン部を形成し、所望の直径まで拡大させた後、その直径を保ちながら引き上げることで直胴部を形成する。
Next, a method for manufacturing a silicon single crystal using the silicon single
上記の単結晶製造方法において、所望の直径のシリコン単結晶を安定して製造することは、生産ロスを防止して製品歩留まりを高めるためには重要である。そのため、単結晶引き上げ中は通常、図6のように、チャンバー覗き窓に固定されたCCDカメラ(Charge Coupled Device Camera)などのカメラ109で形成中のシリコン単結晶112の直径を測定し、直径測定値に応じて、ワイヤー108の巻き上げ速度、ルツボ102の上昇速度、及びヒーター103による加熱温度を変化させることにより、所望の結晶直径となるような制御(以下、直径制御)を行っている。
In the above-mentioned single crystal manufacturing method, it is important to stably manufacture a silicon single crystal having a desired diameter in order to prevent a production loss and increase a product yield. Therefore, during the pulling of the single crystal, the diameter of the silicon
直径制御において行われている、CCDカメラを用いた単結晶直径の測定方法について説明する。CCDカメラは炉内のシリコン単結晶とシリコン融液の界面に見られる高輝度の環状部分(以下、メニスカスリング)を撮影している。撮影した画像から画像処理装置でメニスカスリングの位置を測定し、カメラの取り付けられている角度、シリコン単結晶とカメラとの距離等の情報を基に、シリコン単結晶の直径の測定値を算出する。また、シリコン単結晶は種結晶を中心とした円筒状に形成されるため、シリコン単結晶中心からメニスカスリングまでの距離、つまり半径長さを測定できるようカメラ視野を調整し、得られた半径長さを2倍することでも、直径値を測定することができる。 A method of measuring the diameter of a single crystal using a CCD camera, which is performed in diameter control, will be described. The CCD camera photographs a high-luminance annular portion (hereinafter, meniscus ring) observed at the interface between the silicon single crystal and the silicon melt in the furnace. The position of the meniscus ring is measured from the photographed image by an image processing device, and the measured value of the diameter of the silicon single crystal is calculated based on information such as the angle at which the camera is attached and the distance between the silicon single crystal and the camera. . In addition, since the silicon single crystal is formed in a cylindrical shape centered on the seed crystal, the camera field of view is adjusted so that the distance from the center of the silicon single crystal to the meniscus ring, that is, the radius length, can be measured, and the obtained radius length is adjusted. By doubling the diameter, the diameter value can be measured.
直径制御を精度良く行うためには、カメラを用いた直径測定により得られる直径データが高精度である必要がある。 In order to perform the diameter control with high accuracy, it is necessary that the diameter data obtained by the diameter measurement using a camera has high accuracy.
近年の結晶直径の大直径化に伴い、シリコン単結晶を撮像するカメラに求められる視野範囲は結晶直径に合わせて広く取る必要があるが、視野範囲を広く取ることで分解能が低下し、カメラにより撮影した画像から結晶直径の変化を読み取りにくくなるため、結果的に結晶直径データの精度が低下し、高精度な直径制御ができなくなる。 With the recent increase in crystal diameter, the range of view required for a camera that images silicon single crystals must be widened in accordance with the crystal diameter. Since it becomes difficult to read the change in the crystal diameter from the photographed image, the accuracy of the crystal diameter data is reduced as a result, and high-precision diameter control cannot be performed.
これに対して、特許文献1には、直胴部の直径測定を目的としたカメラと、コーン部の直径測定を目的としたカメラを各々設置する方法や、コーン部の直径検出用に撮像範囲を2つに分けて2台のカメラを設置し、コーン部形成途中にカメラを切り替えて使用する方法が開示されている。このように視野範囲を狭く設定したカメラ2台を大直径のシリコン単結晶の直径測定に用いることで、精度良く直径測定が行えるとしている。
On the other hand,
2台のカメラを用いて行う一般的なコーン部の直径測定方法について、その詳細を図7に示す。図7では、結晶直径測定用のカメラとして、2台のカメラA、Bを設置している。この際、2台のカメラ視野はそれぞれ異なり重なっておらず、かつ、2台のカメラ視野を合わせることでコーン部半径全体(図7のX〜X”)を撮像できる視野範囲となるように、カメラ位置及び角度を各々調整する。図7では一例として、カメラAはコーン部形成前半に撮像及び直径測定ができる視野(図7のX〜X’)、カメラBはコーン部形成後半に撮像及び直径測定ができる視野(図7のX’〜X”)とした。コーン部形成前半は、その時点で結晶を撮像することのできるカメラAを用いて測定を行う。コーン部がカメラAの視野範囲以上に成長し、カメラBの視野範囲で撮像が可能となった際に、測定に使用するカメラをカメラAからBに切り替える。カメラA、B各々が撮像できる視野範囲の測定データを組み合わせることで、コーン部全体の直径値(半径×2)を得ることができる。 FIG. 7 shows the details of a general method for measuring the diameter of the cone portion using two cameras. In FIG. 7, two cameras A and B are installed as cameras for measuring the crystal diameter. At this time, the fields of view of the two cameras are different from each other and do not overlap, and the field of view in which the entire cone part radius (X to X ″ in FIG. 7) can be imaged by combining the fields of view of the two cameras, 7, as an example, in FIG. 7, the camera A has a field of view (X to X ′ in FIG. 7) in which imaging and diameter measurement can be performed in the first half of the cone portion formation, and the camera B has an image capture and a second half of the cone portion formation. The visual field (X ′ to X ″ in FIG. 7) from which the diameter can be measured was set. In the first half of the formation of the cone portion, the measurement is performed using the camera A capable of imaging the crystal at that time. When the cone part grows beyond the field of view of the camera A and it becomes possible to take an image in the field of view of the camera B, the camera used for measurement is switched from the camera A to the camera B. The diameter value (radius x 2) of the entire cone portion can be obtained by combining the measurement data of the visual field range that can be imaged by each of the cameras A and B.
しかしながら、カメラを用いた直径測定方法は、カメラが所定の位置及び角度で固定されていて、融液面位置が所定の位置となっているという前提の下で直径値が算出されているもので有るため、カメラの位置及び角度の違いがある場合や、結晶引き上げ中の融液面位置が所定の位置と異なる場合は、それぞれ異なる測定結果を示す。 However, in the diameter measurement method using a camera, the diameter value is calculated on the assumption that the camera is fixed at a predetermined position and angle and the melt surface position is at a predetermined position. Therefore, different measurement results are shown when there is a difference in the position and angle of the camera or when the melt surface position during crystal pulling is different from a predetermined position.
よって、特に、2台のカメラを用いたコーン部の直径測定方法においては、カメラ切り替え処理時点(図7のX’)でのカメラAとBにおける測定値の差(以降、測定偏差とも表記)が有るため、切り替え前後で測定値に急激な変化が発生した直径データとなってしまう。切り替え処理時点でのカメラAとBとの間の測定偏差が無い状態が理想的ではあるが、この測定方法は、カメラをそれぞれ異なった位置及び角度で設置した上で行うため、各々のカメラ視野範囲でのシリコン単結晶の見え方及びその測定結果が異なってしまい、測定偏差が必ず発生してしまう。特に、結晶製造中に発生する融液面位置の変化を起因とした測定偏差に対しては、その発生予測が難しいため対応が困難である。 Therefore, in particular, in the method of measuring the diameter of the cone portion using two cameras, the difference between the measurement values of the cameras A and B at the time of the camera switching process (X ′ in FIG. 7) (hereinafter also referred to as measurement deviation) Therefore, the diameter data has a sudden change in the measured value before and after the switching. Ideally, there is no measurement deviation between the cameras A and B at the time of the switching process. However, since this measurement method is performed after the cameras are installed at different positions and angles, each camera view is different. The appearance of the silicon single crystal in the range and the measurement result thereof are different, and a measurement deviation always occurs. In particular, it is difficult to cope with a measurement deviation caused by a change in the melt surface position that occurs during crystal production because its generation is difficult to predict.
よって、従来では、2台のカメラを用いたコーン部の直径測定方法において、解消の困難な測定偏差を起因とした、カメラ切り替え時に発生する直径の測定データの急激な変化が発生するという問題があり、このデータを直径制御に適用すると、意図しない直径制御処理が実施され、単結晶の有転位化などの引き上げ不良が発生してしまうという問題があった。 Therefore, in the conventional method of measuring the diameter of the cone portion using two cameras, there is a problem that a sudden change in the diameter measurement data generated at the time of camera switching occurs due to a measurement deviation that is difficult to eliminate. There is a problem that when this data is applied to diameter control, unintended diameter control processing is performed and pulling failures such as dislocation of the single crystal occur.
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、カメラ切り替え時に発生する直径の測定データの急激な変化を抑制することで、意図しない直径制御処理の実施を防止し、引き上げ不良の発生を防止することができる単結晶製造方法及び単結晶製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and suppresses a sudden change in diameter measurement data that occurs when a camera is switched, thereby preventing unintended execution of a diameter control process and causing a pulling failure. It is an object of the present invention to provide a single crystal manufacturing method and a single crystal manufacturing apparatus that can prevent the occurrence of the single crystal.
上記目的を達成するために、本発明は、ルツボ内に収容したシリコン融液から単結晶を引き上げるチョクラルスキー法による単結晶製造方法における、前記シリコン融液に着液させた種結晶を引き上げながら、前記単結晶を拡径してコーン部を形成するコーン部形成工程で、拡径中の前記コーン部の直径値をカメラで測定しつつ、該直径値の測定値に基づいて前記コーン部の直径を制御して育成する単結晶製造方法であって、予め、拡径開始時から前記コーン部の直径値が所定の値に達するまでの前記コーン部の直径値を測定可能な第一のカメラと、前記コーン部の直径値が前記所定の値に達した後の前記コーン部の直径値を測定可能な第二のカメラとを、前記シリコン融液面上の視野範囲の一部が互いに重なるように設置しておき、前記コーン部形成工程において、拡径中の前記コーン部の外周端が前記重なった視野範囲内に位置している間に、前記第一のカメラから得られる前記コーン部の直径の測定値を、前記第二のカメラから得られる前記コーン部の直径の測定値に収束させる切り替え処理をすることによって、前記コーン部の直径の制御に用いる測定値を、前記第一のカメラから得られる前記測定値から、前記第二のカメラから得られる前記測定値に切り替えることを特徴とする単結晶製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a single crystal by the Czochralski method of pulling a single crystal from a silicon melt contained in a crucible, while pulling a seed crystal that has been brought into contact with the silicon melt. In the cone part forming step of expanding the single crystal to form a cone part, while measuring the diameter value of the cone part during diameter expansion with a camera, the cone part based on the measured value of the diameter value A method for producing a single crystal in which a diameter is controlled and grown, wherein a first camera capable of measuring a diameter value of the cone portion from the start of diameter expansion until the diameter value of the cone portion reaches a predetermined value. And a second camera capable of measuring the diameter value of the cone portion after the diameter value of the cone portion reaches the predetermined value, and a part of the visual field range on the silicon melt surface overlaps with each other. So that In the cone portion forming step, the measured value of the diameter of the cone portion obtained from the first camera while the outer peripheral end of the cone portion during diameter expansion is located in the overlapping visual field range, By performing a switching process to converge to the measured value of the diameter of the cone portion obtained from the second camera, the measured value used to control the diameter of the cone portion, from the measured value obtained from the first camera And switching to the measurement value obtained from the second camera.
本発明の単結晶製造方法であれば、2台のカメラにより高精度な直径値の測定ができるとともに、カメラの切り替え時に上記のような切り替え処理をすることによって、カメラによる単結晶の直径の測定値が急激に変動することが無いため、意図しない直径制御処理の実施を防止し、引き上げ不良の発生を防止することができる。 According to the method for producing a single crystal of the present invention, the diameter value of a single crystal can be measured by a camera by performing the above-described switching processing when switching between cameras while performing high-precision measurement of the diameter value with two cameras. Since the value does not fluctuate abruptly, it is possible to prevent the diameter control process from being performed unintentionally and prevent the occurrence of a pulling failure.
このとき、前記コーン部形成工程において、前記第一のカメラから得られる前記測定値を、拡径開始時から、拡径中の前記コーン部の外周端が前記重なった視野範囲内の所定位置に達するまでの前記コーン部の直径値として前記コーン部の直径を制御し、前記所定位置に前記コーン部の外周端が達した後は、前記切り替え処理によって、前記第一のカメラから得られる前記測定値を、前記第二のカメラから得られる前記測定値に徐々に近づけるように逐次算出された切り替え中測定値を、前記コーン部の直径値として前記コーン部の直径を制御し、前記切り替え中測定値が前記第二のカメラから得られる前記測定値と同値となった後は、前記第二のカメラから得られる前記測定値を前記コーン部の直径値として前記コーン部の直径を制御することが好ましい。 At this time, in the cone portion forming step, the measured value obtained from the first camera is set at a predetermined position within the visual field range where the outer peripheral end of the cone portion during the diameter expansion from the start of the diameter expansion. Controlling the diameter of the cone portion as the diameter value of the cone portion until reaching, after the outer peripheral edge of the cone portion reaches the predetermined position, by the switching process, the measurement obtained from the first camera The value during switching, which is sequentially calculated so that the value gradually approaches the measurement value obtained from the second camera, controls the diameter of the cone portion as the diameter value of the cone portion, and performs the measurement during switching. After the value becomes equal to the measured value obtained from the second camera, the diameter of the cone portion is controlled by using the measured value obtained from the second camera as the diameter value of the cone portion. Door is preferable.
このように、直径制御に用いるカメラの切り替え処理を、上記切り替え中間値を用いることで、制御に用いられる直径の測定値の変動を確実に緩やかにすることができるため、意図しない直径制御処理の実施を防止し、引き上げ不良の発生を確実に防止することができる。 As described above, the camera switching process used for the diameter control uses the above-described switching intermediate value, so that the fluctuation of the measured value of the diameter used for the control can be gently reduced. Implementation can be prevented, and occurrence of pulling failure can be reliably prevented.
またこのとき、前記切り替え中測定値は、該切り替え中測定値をdm、前記第一のカメラから得られる前記測定値をdt1、前記第二のカメラから得られる前記測定値をdt2、前記所定位置に前記コーン部の外周端が達した時からの経過時間をt、前記所定位置に前記コーン部の外周端が達した時から前記切り替え中測定値が前記第二のカメラから得られる前記測定値と同値となるまでの時間をtcとした場合の下記式1により逐次算出することができる。
dm=dt1+{(dt2−dt1)×(t/tc)} ・・・ 式1
(但し、tは0≦t≦tcを満たす。)
Also, at this time, the switching measurement value is the switching measurement value d m , the measurement value obtained from the first camera is d t1 , the measurement value obtained from the second camera is d t2 , The elapsed time from when the outer peripheral end of the cone portion reaches the predetermined position is t, and the measured value during switching is obtained from the second camera from the time when the outer peripheral end of the cone portion reaches the predetermined position. the time until the the measured value and the same value can be sequentially calculated by the following
d m = d t1 + {( d t2 -d t1) × (t / t c)} ···
(Where, t satisfies 0 ≦ t ≦ t c.)
上記式1を満たすように切り替え中測定値を逐次算出し、カメラの切り替え中に直径制御用の測定値として用いることで、制御に用いられる直径の測定値の変動を確実に緩やかにすることができる。
By sequentially calculating the measured value during switching so as to satisfy the
また、前記コーン部を最大直径が200mm以上となるよう拡径することが好ましい。 In addition, it is preferable that the diameter of the cone part is enlarged so that the maximum diameter becomes 200 mm or more.
本発明は、このような2台のカメラが必要となることが多い大直径の単結晶の引き上げにおいて、引き上げ不良の発生を確実に防止することができる。 The present invention can reliably prevent poor pulling in the pulling of a large-diameter single crystal that often requires such two cameras.
また、上記目的を達成するために、本発明は、シリコン融液を収容するルツボと、前記シリコン融液に着液させた種結晶を引き上げながら拡径される単結晶のコーン部の直径値を測定するカメラを具備し、該カメラで前記コーン部の直径値を測定しつつ、該直径値の測定値に基づいて前記コーン部の直径を制御可能な機能を有するチョクラルスキー法による単結晶製造装置であって、拡径開始時から前記コーン部の直径値が所定の値に達するまでの前記コーン部の直径値を測定可能な第一のカメラと、前記コーン部の直径値が前記所定の値に達した後の前記コーン部の直径値を測定可能な第二のカメラとが、前記シリコン融液面上の視野範囲の一部が互いに重なるように設置され、拡径中の前記コーン部の外周端が前記重なった視野範囲内に位置している間に、前記第一のカメラから得られる前記コーン部の直径の測定値を、前記第二のカメラから得られる前記コーン部の直径の測定値に収束させる切り替え処理機能を有し、該切り替え処理機能によって、前記コーン部の直径の制御に用いる測定値を、前記第一のカメラから得られる前記測定値から、前記第二のカメラから得られる前記測定値に切り替えるものであることを特徴とする単結晶製造装置を提供する。 Further, in order to achieve the above object, the present invention provides a crucible for accommodating a silicon melt and a diameter value of a cone portion of a single crystal which is expanded while pulling up a seed crystal which has been brought into contact with the silicon melt. A single crystal production by a Czochralski method having a camera for measuring and having a function of controlling the diameter of the cone portion based on the measured value of the diameter value while measuring the diameter value of the cone portion with the camera. An apparatus, a first camera capable of measuring the diameter of the cone portion from the start of diameter expansion until the diameter value of the cone portion reaches a predetermined value, and the diameter value of the cone portion is the predetermined value. A second camera capable of measuring the diameter value of the cone portion after reaching the value is installed so that a part of the visual field range on the silicon melt surface overlaps with each other, and the cone portion during diameter expansion is installed. The outer peripheral edge of the A switching processing function for converging the measured value of the diameter of the cone obtained from the first camera to the measured value of the diameter of the cone obtained from the second camera The switching processing function switches a measurement value used for controlling the diameter of the cone portion from the measurement value obtained from the first camera to the measurement value obtained from the second camera. The present invention provides a single crystal manufacturing apparatus characterized by the following.
本発明の単結晶製造装置は、2台のカメラにより高精度な直径値の測定ができるとともに、カメラの切り替え時に上記のような切り替え処理をすることによって、カメラによる単結晶の直径の測定値が急激に変動することが無いため、意図しない直径制御処理の実施を防止し、引き上げ不良の発生を防止することができるものとなる。 The single crystal manufacturing apparatus of the present invention can measure the diameter value with high accuracy by using two cameras, and by performing the above-described switching processing when switching between cameras, the measured value of the diameter of the single crystal by the camera can be reduced. Since it does not fluctuate rapidly, it is possible to prevent the unintended execution of the diameter control process and to prevent the occurrence of pulling failure.
このとき、本発明の単結晶製造装置は、前記第一のカメラから得られる前記コーン部の直径の測定値及び前記第二のカメラから得られる前記コーン部の直径の測定値のいずれか一方又は両方から、前記コーン部の直径を制御する直径制御部を具備し、該直径制御部が、前記切り替え処理機能を有し、前記第一のカメラから得られる前記コーン部の直径の測定値を、拡径開始時から、拡径中の前記コーン部の外周端が前記重なった視野範囲内の所定位置に達するまでの前記コーン部の直径値として前記コーン部の直径を制御し、前記所定位置に前記コーン部の外周端が達した後は、前記切り替え処理機能によって、前記第一のカメラから得られる前記測定値を、前記第二のカメラから得られる前記コーン部の直径の測定値に徐々に近づけるように逐次算出された切り替え中測定値を、前記コーン部の直径値として前記コーン部の直径を制御し、前記切り替え中測定値が前記第二のカメラから得られる前記測定値と同値となった後は、前記第二のカメラから得られる前記測定値を前記コーン部の直径値として前記コーン部の直径を制御するものであることが好ましい。 At this time, the single crystal manufacturing apparatus of the present invention is either one of the measured value of the diameter of the cone portion obtained from the first camera and the measured value of the diameter of the cone portion obtained from the second camera or From both, comprising a diameter control unit for controlling the diameter of the cone, the diameter control unit has the switching processing function, the measured value of the diameter of the cone obtained from the first camera, From the start of diameter expansion, the diameter of the cone portion is controlled as a diameter value of the cone portion until the outer peripheral end of the cone portion during diameter expansion reaches a predetermined position in the overlapped visual field range, and the diameter of the cone portion is adjusted to the predetermined position. After the outer peripheral end of the cone portion reaches, by the switching processing function, the measured value obtained from the first camera is gradually reduced to the measured value of the diameter of the cone portion obtained from the second camera. To get closer The sequentially measured value during switching, the diameter of the cone portion is controlled as the diameter value of the cone portion, and after the measured value during switching becomes the same value as the measured value obtained from the second camera, Preferably, the measurement value obtained from the second camera is used as a diameter value of the cone portion to control the diameter of the cone portion.
このような直径制御部を具備する単結晶製造装置であれば、直径制御に用いるカメラの切り替え処理を、上記切り替え中間値を用いることで、制御に用いられる直径の測定値の変動を確実に緩やかにすることができるため、意図しない直径制御処理の実施を防止し、引き上げ不良の発生を確実に防止することができるものとなる。 In the case of a single crystal manufacturing apparatus having such a diameter control unit, the switching process of the camera used for diameter control uses the above-described switching intermediate value, so that the fluctuation of the measured value of the diameter used for control is gently reduced. Therefore, unintended execution of the diameter control process can be prevented, and the occurrence of pulling failure can be reliably prevented.
また、前記直径制御部が、前記切り替え中測定値を、前記切り替え中測定値をdm、前記第一のカメラから得られる前記測定値をdt1、前記第二のカメラから得られる前記測定値をdt2、前記所定位置に前記コーン部の外周端が達した時からの経過時間をt、前記所定位置に前記コーン部の外周端が達した時から前記切り替え中測定値が前記第二のカメラから得られる前記測定値と同値となるまでの時間をtcとした場合の下記式1により逐次算出するものであることが好ましい。
dm=dt1+{(dt2−dt1)×(t/tc)} ・・・ 式1
(但し、tは0≦t≦tcを満たす。)
Also, the diameter control unit may be configured to perform the switching measurement, the switching measurement d m , the measurement obtained from the first camera d t1 , and the measurement obtained from the second camera. the d t2, the elapsed time from when the outer peripheral edge of the cone portion has reached a predetermined position t, the said switching of values measured from when the outer peripheral edge of the cone portion has reached the predetermined position the second it is preferred the time until the measured value and equivalence obtained from the camera is to successively calculated by the
d m = d t1 + {( d t2 -d t1) × (t / t c)} ···
(Where, t satisfies 0 ≦ t ≦ t c.)
直径制御部が上記式1を満たすように切り替え中測定値を逐次算出し、カメラの切り替え中に直径制御用の測定値として用いることで、本発明の単結晶製造装置は、制御に用いられる直径の測定値の変動を確実に緩やかにし、引き上げ不良の発生を防止することができる。
The diameter control unit sequentially calculates the measured value during switching so as to satisfy the
本発明の単結晶製造方法及び単結晶製造装置であれば、2台のカメラにより高精度な直径値の測定及び制御ができるうえに、カメラ切り替え時に発生する直径の測定データの急激な変化を抑制することで、意図しない直径制御処理の実施を防止し、引き上げ不良の発生を防止することができる。 With the single crystal manufacturing method and single crystal manufacturing apparatus of the present invention, it is possible to measure and control the diameter value with high accuracy by using two cameras and to suppress a rapid change in the diameter measurement data generated when the camera is switched. By doing so, it is possible to prevent unintended execution of the diameter control process and prevent occurrence of a pulling failure.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.
上記のように、従来の2台のカメラを用いた、拡径中のコーン部の直径測定では、カメラの切り替え時に測定値が急激に変動して、この測定値を直径制御に用いると有転位化などの単結晶の引き上げ不良を引き起こしてしまうという問題があった。 As described above, in the conventional measurement of the diameter of the cone portion while expanding the diameter using two cameras, the measured value fluctuates abruptly when the camera is switched. However, there is a problem in that pulling failure of the single crystal such as the formation of a crystal is caused.
そこで、本発明者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、2台のカメラを視野範囲が重なるように設置し、コーン部の外周端が重なった視野範囲内に位置している間に、第一のカメラから得られるコーン部の直径の測定値を、第二のカメラから得られるコーン部の直径の測定値に収束させる切り替え処理をすることで、測定値の急激な変動を防止できることに想到し、本発明を完成させた。 Therefore, the present inventors have intensively studied to solve such a problem. As a result, the two cameras were installed so that the fields of view overlapped, and the measured value of the diameter of the cone obtained from the first camera while the outer peripheral edge of the cone was positioned within the overlapping field of view. By performing a switching process for converging to a measured value of the diameter of the cone obtained from the second camera, it is possible to prevent a sudden change in the measured value, and thus completed the present invention.
図1に示すように、本発明の単結晶製造装置20は、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げる装置であり、少なくとも、シリコン融液6を収容するルツボ2を格納するチャンバー1と、ルツボ2を保持するルツボ保持軸5、ルツボ2の外周に設けられるヒーター3、ヒーター3の外周に設けられるヒーター断熱材4などを具備していてもよい。また、単結晶製造装置20は、ルツボ保持軸5と同軸上に設けられる、種結晶11を保持するためのシードチャック7、及びシードチャック7を引き上げるためのワイヤー8などを具備していてもよい。なお、ルツボ2は、内側の石英ルツボ及び外側の黒鉛ルツボから成る二重構造としてもよい。
As shown in FIG. 1, a single
さらに、本発明の単結晶製造装置20は、シリコン融液6に着液させた種結晶11を引き上げながら拡径される単結晶のコーン部13の直径値を測定するための第一のカメラ9a及び第二のカメラ9bとを具備する。なお、第一のカメラ9a及び第二のカメラ9bとしては、CCDカメラを用いることができる。
Furthermore, the single
これら2台のカメラは、第一のカメラ9aが拡径開始時からコーン部13の直径値が所定の値に達するまでのコーン部13の前半の直径値を測定可能なものであり、第二のカメラ9bがコーン部13の直径値が所定の値に達した後のコーン部13の後半の直径値を測定可能なものである。即ち、第一のカメラ9aが小径時のコーン部13の直径を、第二のカメラ9bが大径時のコーン部13の直径を主に測定することができるよう設置されている。これにより、大径の単結晶の直径を解像度を上げて測定可能となる。さらに、本発明の単結晶製造装置20では、図1のように、第一のカメラ9a及び第二のカメラ9bが、シリコン融液6の液面上で、各々の視野範囲の一部が互いに重なるように設置されている。この重なった視野範囲内においては、第一のカメラ9a及び第二のカメラ9bの両方からコーン部の直径の測定値が得られる。
These two cameras can measure the diameter value of the first half of the
本発明の単結晶製造装置20は、カメラとして第一のカメラ9a及び第二のカメラ9bとを用いて単結晶のコーン部13(トップ側)の直径値を測定しつつ、該直径値の測定値に基づいてコーン部13の直径を制御可能な機能を有するものである。直径の制御は、第一のカメラ9a及び第二のカメラ9bのいずれか一方又は両方で得られた測定値に基づいて、コーン部13の直径を制御する直径制御部10により行うことができる。より具体的には、直径制御部10から、ルツボ保持軸5及びワイヤー8のそれぞれの機構部に駆動指令信号を、ヒーター3に加熱指令信号を出力して、ルツボ保持軸5及びワイヤー8の上昇速度とヒーター3の加熱温度を適切に制御することで、コーン部13の直径を制御できる。この直径制御部10には、予め設定された制御設定データを外部システムから入力しておき、入力された制御設定データを基に、第一のカメラ9aや第二のカメラ9bで得られた測定値に応じて、ルツボ保持軸5の上昇速度、ワイヤー8の巻き上げ速度、及び加熱温度を調整すればよい。
The single
本発明の単結晶製造装置20は、拡径中のコーン部13の外周端が重なった視野範囲内に位置している間に、第一のカメラ9aから得られるコーン部13の直径の測定値を、第二のカメラ9bから得られるコーン部13の直径の測定値に収束させる切り替え処理機能を有しており、この切り替え処理機能によって、コーン部13の直径の制御に用いる測定値を、第一のカメラ9aから得られる測定値から、第二のカメラ9bから得られる測定値に切り替えるものである。即ち、単結晶製造装置20では、カメラの切り替え処理前には第一のカメラ9aから得られた測定値を、カメラの切り替え処理中には切り替え処理機能により算出された測定値を、切り替え処理完了後には第二のカメラ9bから得られた測定値をコーン部13の直径制御に用いる。この切り替え処理機能は、例えば、直径制御部10が備えていることが好ましい。
The single
ここで、切り替え処理機能について、図2、3を参照してより具体的に説明する。まず、図2の例では、第一のカメラ9a及び第二のカメラ9bを設置する際、第一のカメラ9aはコーン部形成前半に撮像及び測定ができる視野範囲(図2のX〜X’’)、第二のカメラ9bはコーン部形成後半にコーン部撮像及び測定ができる視野範囲(図2のX’〜X’’’)とし、各々の視野範囲の一部がもう一方のカメラの視野範囲の一部と重なるように設置している。このカメラ設置方法により重なったカメラ視野範囲(図2のX’〜X’’)においては、第一のカメラ9a及び第二のカメラ9bの両方の各直径測定値が同時に得られる。
Here, the switching processing function will be described more specifically with reference to FIGS. First, in the example of FIG. 2, when the
ここで、第一のカメラ9a及び第二のカメラ9bの重なった視野範囲(図2のX’〜X’’)がどの程度の範囲となるようにするかは、各カメラが撮像でき得る視野範囲及びその視野範囲により得られる直径測定分解能や、製造する結晶直径より判断される。重なる視野範囲としては、例えば、単結晶の直径方向の幅で50mm程度が望ましいが、可能な限り広く取る方が、後述のカメラ切り替え処理の結果において、より変動の少ない直径データが得られる。
Here, the extent of the overlapping visual field range (X ′ to X ″ in FIG. 2) of the
コーン部を形成する工程では、まず、第一のカメラ9aから得られる測定値を、拡径開始時から、拡径中のコーン部の外周端が上記重なった視野範囲内(図2のX’〜X’’)の所定位置に達するまでのコーン部の直径値として直径制御部10で直径を制御する。
In the step of forming the cone portion, first, the measured value obtained from the
次に、重なったカメラ視野範囲内(図2のX’〜X’’)にて第一のカメラ9a及び第二のカメラ9bの両方がコーン部13の直径検出を行っている間に、カメラの切り替え処理を行う。即ち、拡径中のコーン部13の外周端が重なった視野範囲内に位置している間にカメラの切り替え処理を行う。切り替え処理は、拡径中のコーン部13の外周端が上記重なった視野範囲内に位置している間に、第一のカメラ9aから得られるコーン部の直径の測定値を、第二のカメラ9bから得られるコーン部13の直径の測定値に収束させるものであり、この切り替え処理をすることによって、コーン部13の直径の制御に用いる測定値を、第一のカメラ9aから得られる測定値から、第二のカメラ9bから得られる測定値に切り替える。より具体的には、例えば、第一のカメラ9aから得られる測定値を、第二のカメラ9bから得られる測定値に徐々に近づけるように逐次算出された切り替え中測定値を、コーン部の直径値として直径制御部10でコーン部13の直径を制御する。
Next, while both the
このような切り替え処理について、図3を参照して説明する。図3は切り替え処理のフローチャートの一例を示したものである。切り替え処理を実施するにあたり、予め、切り替え処理開始から切り替え処理完了迄に要する時間tc、即ち、上記コーン部の外周端が重なった視野範囲内の所定位置に達した時から、切り替え中測定値が第二のカメラから得られる測定値と同値となるまでの経過時間tc(以降、切り替え設定時間tcとも表記する)を設定しておく。この時の切り替え設定時間tcに関しては、各カメラの重なる視野範囲、コーン部の形成レシピ(ワイヤー巻き上げ速度、ルツボ上昇速度、ヒーター加熱温度等)、コーン部形成時のコーン拡径速度等を考慮し、おおよそ30分〜60分程度に設定することが望ましい。そして、図3のように、切り替え処理にて、まず、第二のカメラの測定値dt2から第一のカメラの測定値dt1を減算した結果(以降、差分とも表記する)、切り替え処理開始からの経過時間t(以降、切り替え経過時間tとも表記する)と切り替え設定時間との除算結果(以降、切り替え割合とも表記する)を算出した後、算出した差分と切り替え割合を乗算する(以降、この乗算結果を切り替え中間値とも表記する)。次に、第一のカメラの測定値と切り替え中間値との加算結果を、切り替え中測定値dm、つまり直径測定結果として逐次算出する。即ち、下記式1によって、逐次、切り替え中測定値dmを算出し、切り替え中測定値dmが第二のカメラの測定値dt2と同値になるまで、逐次算出された切り替え中測定値dmを直径制御に用いる直径値とする。
dm=dt1+{(dt2−dt1)×(t/tc)} ・・・ 式1
(但し、tは0≦t≦tcを満たす。)
Such a switching process will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows an example of a flowchart of the switching process. In performing the switching process, in advance, the time t c required from the start of the switching process to the completion of the switching process, that is, from the time when the outer peripheral edge of the cone portion reaches a predetermined position in the overlapping visual field range, the measured value during switching. The elapsed time t c (hereinafter, also referred to as a switching set time t c ) until is obtained is the same as the measurement value obtained from the second camera. For the switching setting time t c at this viewing range overlapping of each camera, forming recipe (wire hoisting speed, the crucible lifting speed, the heater heating temperature, etc.) of the cone portion, considering cone diameter speed of at cone portion formed It is desirable to set the time to about 30 to 60 minutes. Then, as shown in FIG. 3, in the switching process, first, the result of subtracting the measurement value d t1 of the first camera from the measurement value d t2 of the second camera (hereinafter, also referred to as a difference), starts the switching process. After calculating the division result (hereinafter also referred to as the switching ratio) of the elapsed time t (hereinafter also referred to as the switching elapsed time t) from the switching setting time, the calculated difference is multiplied by the switching ratio (hereinafter, referred to as the switching ratio). This multiplication result is also referred to as a switching intermediate value). Next, the result of addition of the measurement value of the first camera and the switching intermediate value is sequentially calculated as the switching measurement value d m , that is, the diameter measurement result. That is, according to the following
d m = d t1 + {( d t2 -d t1) × (t / t c)} ···
(Where, t satisfies 0 ≦ t ≦ t c.)
切り替え処理開始直後では、切り替え経過時間tが0で有るため、その後の切り替え割合及び切り替え中間値の計算結果は0を示し、切り替え中測定値dmの結果は第一のカメラの測定値dt1と同値となる。また、切り替え処理完了時には、切り替え経過時間tと切り替え設定時間tcが同値となり、その後の切り替え中間値の算出結果は差分と同値を示すため、切り替え中測定値dmの結果は、第二のカメラの測定値dt2と同値となる。このため、切り替え中測定値dmは切り替え処理中の時間経過に伴い、第一のカメラの測定値dt1が滑らかに第二のカメラの測定値dt2へ収束するように変化する。この切り替え処理は、上記の式1の演算を行う切り替え処理機能を有する直径制御部10により行うことができる。
Immediately after the switching process is started, since the switching elapsed time t is 0, then the calculation result of the switching rate and switching the intermediate value is 0, the measured value of the result of switching in the measured value d m first camera d t1 Is equivalent to Further, at the time of switching process is completed, will switch the elapsed time t and the switching setting time t c is the same value, the calculation result of the subsequent switching intermediate values to indicate the difference and equality, the result of switching in the measured value d m, the second This is the same value as the measured value dt2 of the camera. Therefore, the measured value d m in switching with time during the switching process changes as measured d t1 of the first camera is smoothly converged to a second camera measurements d t2. This switching processing can be performed by the
また、切り替え中測定値dmが第二のカメラから得られる測定値と同値となった後、即ち、切り替え処理の完了後は、図2の直径制御部10にて、第二のカメラから得られる測定値をコーン部の直径値として直径制御する。
Moreover, after the measured value d m in changeover it was a measured value and the same value obtained from the second camera, that is, after the completion of the switching process at the
上記のような本発明の単結晶製造装置20であれば、2台のカメラにより高精度な直径値の測定により高精度な直径制御ができるとともに、カメラの切り替え時に、第一のカメラ9aから得られる測定値を、第二のカメラ9bから得られる測定値に収束させる切り替え処理をすることによって、カメラの切り替えによる単結晶の直径の測定値が急激に変動することが無いため、意図しない直径制御処理の実施を防止し、引き上げ不良の発生を防止することができる。
With the single
次に、単結晶製造装置20を用いた場合の本発明の単結晶製造方法を説明する。
Next, a single crystal manufacturing method of the present invention using the single
本発明の単結晶製造方法は、ルツボ2内に収容したシリコン融液6から単結晶を引き上げるチョクラルスキー法によるものであり、ルツボ2にシリコン多結晶原料を収容した後に、これをヒーター3により溶融してシリコン融液6とする原料溶融工程、シリコン融液6に着液させた種結晶11を引き上げながら、単結晶を拡径してコーン部13を形成するコーン部形成工程、コーン部形成後、直径を維持しながら単結晶を引き上げて直胴部を形成する直胴部形成工程、直胴部形成後、単結晶を縮径してからシリコン融液6から切り離すことでテール部を形成するテール部形成工程を有する。これらは通常のチョクラルスキー法において行われることである。
The method for producing a single crystal according to the present invention is based on the Czochralski method of pulling a single crystal from the silicon melt 6 contained in the
本発明の単結晶製造方法は、コーン部形成工程において、拡径中のコーン部13の直径値をカメラで測定しつつ、該直径値の測定値に基づいてコーン部13の直径を制御して育成する。なお、直胴部形成工程においてもカメラを用いた直径制御を行ってもよい。
In the method for producing a single crystal of the present invention, in the cone portion forming step, the diameter of the
コーン部形成工程では、視野範囲が重なるよう予め設置されている図1のような第一のカメラ9a及び第二のカメラ9bを用いて直径を制御する。この直径制御方法については、図2、3を参照した上記説明と同様である。即ち、第一のカメラ9aから得られるコーン部13の直径の測定値を、第二のカメラ9bから得られるコーン部13の直径の測定値に収束させる切り替え処理をすることによって、上記重なった視野範囲内においてカメラの切り替え処理を行う。また、切り替え処理についても、上記式1を用いて逐次算出した切り替え中測定値を用いればよい。
In the cone part forming step, the diameter is controlled using the
このような本発明の単結晶製造方法であれば、2台のカメラにより高精度な直径値の測定により高精度な直径制御ができるとともに、カメラの切り替え時に上記のような切り替え処理をすることによって、カメラの切り替えによる単結晶の直径の測定値が急激に変動することが無いため、意図しない直径制御処理の実施を防止し、引き上げ不良の発生を防止することができる。 With such a single crystal manufacturing method of the present invention, high-precision diameter control can be performed by measuring a high-precision diameter value using two cameras, and the above-described switching processing is performed when the cameras are switched. In addition, since the measured value of the diameter of the single crystal does not fluctuate abruptly due to the switching of the camera, it is possible to prevent an unintended diameter control process and prevent a pulling failure.
また、本発明の単結晶製造方法は、コーン部を最大直径が200mm以上となるよう拡径する場合に特に好適に用いられる。最大直径が200mm以上、特には300mm以上の大直径の単結晶を引き上げる場合、2台のカメラによる高精度な直径値の測定が必要となることが多いが、これに本発明の単結晶製造方法を用いることで、引き上げ不良の発生を防止することができる。 Further, the method for producing a single crystal of the present invention is particularly suitably used when the diameter of the cone portion is enlarged so that the maximum diameter becomes 200 mm or more. When pulling a large diameter single crystal having a maximum diameter of 200 mm or more, particularly 300 mm or more, it is often necessary to measure a diameter value with high accuracy using two cameras. By using, it is possible to prevent the occurrence of a pulling failure.
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、本発明は実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples of the present invention, but the present invention is not limited to the examples.
(実施例)
図1に示すような本発明の単結晶製造装置で、本発明の単結晶製造方法に従って、コーン部の最大直径が200mmのシリコン単結晶を引き上げた。このとき、原料溶融後のシリコン融液上の第一のカメラの視野範囲は結晶中心から150mm以内の範囲を、第二のカメラの視野範囲は直径中心から100mmの位置から、直径中心から200mmの位置までの範囲を撮像及び直径測定できるようにし、2台のカメラの視野範囲が一部重なるように調整した。また、第二のカメラに対し、結晶直径−5mm程度の測定誤差が発生するよう、つまり、第一のカメラと第二のカメラの測定値間に5mm程度の測定偏差が発生するよう、意図的な調整を加えた。この状態でコーン部形成中に、図3のようなフローで切り替え処理を適用し、その際のコーン部の直径の測定値の推移を観察した。
(Example)
According to the single crystal manufacturing apparatus of the present invention as shown in FIG. 1, a silicon single crystal having a cone portion with a maximum diameter of 200 mm was pulled up according to the single crystal manufacturing method of the present invention. At this time, the visual field range of the first camera on the silicon melt after the raw material was melted was within a range of 150 mm from the crystal center, and the visual field range of the second camera was 200 mm from the position of 100 mm from the center of the diameter. The range up to the position was adjusted so that imaging and diameter measurement could be performed, and the visual field ranges of the two cameras were adjusted so as to partially overlap. In addition, a measurement error of about -5 mm in crystal diameter is generated with respect to the second camera, that is, a measurement deviation of about 5 mm is generated between measurement values of the first camera and the second camera. Made some adjustments. In this state, during the formation of the cone portion, a switching process was applied in a flow as shown in FIG. 3, and the transition of the measured value of the diameter of the cone portion at that time was observed.
第一のカメラから得られたコーン部の直径の測定値及び第二のカメラから得られたコーン部の直径の測定値を図4の(a)に、コーン部の直径制御に用いられた直径の測定値を図4の(b)に示す。本発明のカメラの切り替え処理は、図4の(a)、(b)におけるコーン部形成経過時間の190分から250分の60分間(切り替え設定時間)で行う設定とし、第一のカメラと第二のカメラのコーン部の直径の測定値の取得及び、取得した測定値を使った切り替え中測定値の算出の実施周期を1分とした。 The measured values of the diameter of the cone portion obtained from the first camera and the measured values of the diameter of the cone portion obtained from the second camera are shown in FIG. Are shown in FIG. 4 (b). The switching process of the camera of the present invention is set to be performed during the cone portion formation elapsed time of 190 minutes to 250 minutes and 60 minutes (switch setting time) in FIGS. 4A and 4B. The execution cycle of acquiring the measured value of the diameter of the cone portion of the camera and calculating the measured value during switching using the acquired measured value was 1 minute.
その結果、図4の(a)に示すような測定偏差が2台のカメラ間に発生していても、図4の(b)のように、直径制御に用いられるコーン直径測定値の急激な変動が無く、滑らかにカメラ切り替えが行われていた。また、実施例で製造されたシリコン単結晶のコーン部には、カメラ切り替えに起因する単結晶の有転位化などの引き上げ不良は発生していなかった。 As a result, even if a measurement deviation as shown in FIG. 4A occurs between the two cameras, as shown in FIG. 4B, an abrupt change in the cone diameter measurement value used for the diameter control occurs. There was no change and the camera was switched smoothly. Further, in the cone portion of the silicon single crystal manufactured in the example, no pulling failure such as dislocation of the single crystal caused by the camera switching occurred.
(比較例)
従来のように、本発明のような切り替え処理を用いずにカメラ切り替えを行ったこと以外、実施例と同様な条件でシリコン単結晶を引き上げた。このとき、第一のカメラの視野範囲は結晶中心から100mm以内の範囲を、第二のカメラの視野範囲は直径中心から100mmの位置から、直径中心から200mmの位置までの範囲を撮像及び直径測定できるようにし、2台のカメラの視野範囲が重ならないように調整した。また、第二のカメラに対し、結晶直径−5mm程度の測定誤差が発生するよう、つまり、第一のカメラと第二のカメラの測定値間に5mm程度の測定偏差が発生するよう、意図的な調整を加えた。この状態でコーン部形成経過時間が190分の時に従来の瞬時的な第一のカメラから第二のカメラへの切り替えを行い、その際のコーン部の直径の測定値の推移を観察した。
(Comparative example)
A silicon single crystal was pulled under the same conditions as in the example, except that the camera was switched without using the switching process as in the present invention as in the related art. At this time, the field of view of the first camera is within 100 mm from the crystal center, and the field of view of the second camera is from 100 mm from the center of the diameter to 200 mm from the center of the diameter. It was adjusted so that the field of view of the two cameras did not overlap. In addition, a measurement error of about -5 mm in crystal diameter is generated with respect to the second camera, that is, a measurement deviation of about 5 mm is generated between measurement values of the first camera and the second camera. Made some adjustments. In this state, when the cone portion formation elapsed time was 190 minutes, the conventional instantaneous switching from the first camera to the second camera was performed, and the transition of the measured value of the diameter of the cone portion at that time was observed.
第一のカメラから得られたコーン部の直径の測定値及び第二のカメラから得られたコーン部の直径の測定値を図5の(a)に、コーン部の直径制御に用いられた直径の測定値を図5の(b)に示す。図5の(b)の通り、カメラ切り替え時(190分)にコーン部直径測定値に、局所的な大きな変動が発生してしまった。この時、局所的な変動により直径制御処理にて意図しない加熱制御が行われた結果、コーン部形成中にシリコン単結晶が有転位化してしまった。 The measured values of the diameter of the cone obtained from the first camera and the measured values of the diameter of the cone obtained from the second camera are shown in FIG. Are shown in FIG. 5 (b). As shown in FIG. 5B, when the camera was switched (190 minutes), a large local variation occurred in the cone diameter measurement value. At this time, unintended heating control was performed in the diameter control process due to local fluctuation, and as a result, dislocations occurred in the silicon single crystal during the formation of the cone portion.
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。 Note that the present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and has the same effect. Within the technical scope of
1…チャンバー、 2…ルツボ、 3…ヒーター、 4…ヒーター断熱材、
5…ルツボ保持軸、 6…シリコン融液、 7…シードチャック、 8…ワイヤー、
9a…第一のカメラ、 9b…第二のカメラ、 10…直径制御部、 11…種結晶、
13…コーン部、 20…単結晶製造装置。
1 ... chamber, 2 ... crucible, 3 ... heater, 4 ... heater insulation,
5: crucible holding shaft, 6: silicon melt, 7: seed chuck, 8: wire,
9a: first camera, 9b: second camera, 10: diameter controller, 11: seed crystal,
13: cone part, 20: single crystal production equipment.
Claims (7)
予め、拡径開始時から前記コーン部の直径値が所定の値に達するまでの前記コーン部の直径値を測定可能な第一のカメラと、前記コーン部の直径値が前記所定の値に達した後の前記コーン部の直径値を測定可能な第二のカメラとを、前記シリコン融液面上の視野範囲の一部が互いに重なるように設置しておき、
前記コーン部形成工程において、
拡径中の前記コーン部の外周端が前記重なった視野範囲内に位置している間に、前記第一のカメラから得られる前記コーン部の直径の測定値を、前記第二のカメラから得られる前記コーン部の直径の測定値に収束させる切り替え処理をすることによって、前記コーン部の直径の制御に用いる測定値を、前記第一のカメラから得られる前記測定値から、前記第二のカメラから得られる前記測定値に切り替えることを特徴とする単結晶製造方法。 In the method for manufacturing a single crystal by the Czochralski method of pulling a single crystal from a silicon melt accommodated in a crucible, the diameter of the single crystal is increased while the seed crystal immersed in the silicon melt is pulled up to form a cone portion. In the cone portion forming step of forming, while measuring the diameter value of the cone portion during diameter expansion with a camera, a single crystal manufacturing method of growing by controlling the diameter of the cone portion based on the measured value of the diameter value. So,
In advance, a first camera capable of measuring the diameter value of the cone portion from the start of diameter expansion until the diameter value of the cone portion reaches a predetermined value, and the diameter value of the cone portion reaches the predetermined value. And the second camera capable of measuring the diameter value of the cone after the, is installed so that a part of the visual field range on the silicon melt surface overlap each other,
In the cone part forming step,
While the outer peripheral end of the expanding cone is located within the overlapping field of view, a measurement of the diameter of the cone obtained from the first camera is obtained from the second camera. By performing a switching process to converge to the measured value of the diameter of the cone portion, the measured value used to control the diameter of the cone portion, from the measured value obtained from the first camera, the second camera A method for producing a single crystal, characterized by switching to the measured value obtained from the above.
前記第一のカメラから得られる前記測定値を、拡径開始時から、拡径中の前記コーン部の外周端が前記重なった視野範囲内の所定位置に達するまでの前記コーン部の直径値として前記コーン部の直径を制御し、
前記所定位置に前記コーン部の外周端が達した後は、前記切り替え処理によって、前記第一のカメラから得られる前記測定値を、前記第二のカメラから得られる前記測定値に徐々に近づけるように逐次算出された切り替え中測定値を、前記コーン部の直径値として前記コーン部の直径を制御し、
前記切り替え中測定値が前記第二のカメラから得られる前記測定値と同値となった後は、前記第二のカメラから得られる前記測定値を前記コーン部の直径値として前記コーン部の直径を制御することを特徴とする請求項1に記載の単結晶製造方法。 In the cone part forming step,
The measured value obtained from the first camera, from the start of diameter expansion, as the diameter value of the cone portion until the outer peripheral end of the cone portion during diameter expansion reaches a predetermined position in the overlapping visual field range Controlling the diameter of the cone,
After the outer peripheral end of the cone portion reaches the predetermined position, the switching process allows the measured value obtained from the first camera to gradually approach the measured value obtained from the second camera. The switching measurement value sequentially calculated in the control of the diameter of the cone portion as a diameter value of the cone portion,
After the measurement value during the switching becomes the same value as the measurement value obtained from the second camera, the measurement value obtained from the second camera is used as the diameter value of the cone portion, and the diameter of the cone portion is used. The method for producing a single crystal according to claim 1, wherein the method is controlled.
dm=dt1+{(dt2−dt1)×(t/tc)} ・・・ 式1
(但し、tは0≦t≦tcを満たす。) The measured value during switching is d m , the measured value obtained from the first camera is d t1 , the measured value obtained from the second camera is d t2 , and the measured value obtained from the second camera is d t2 , at the predetermined position. The elapsed time from when the outer peripheral edge of the cone portion has reached t, the measurement value during the switching from the time when the outer peripheral edge of the cone portion has reached the predetermined position and the measured value obtained from the second camera and The single crystal manufacturing method according to claim 2, wherein the calculation is performed sequentially according to the following equation 1 when the time until the value becomes the same is t c .
d m = d t1 + {( d t2 -d t1) × (t / t c)} ··· Equation 1
(Where, t satisfies 0 ≦ t ≦ t c.)
拡径開始時から前記コーン部の直径値が所定の値に達するまでの前記コーン部の直径値を測定可能な第一のカメラと、前記コーン部の直径値が前記所定の値に達した後の前記コーン部の直径値を測定可能な第二のカメラとが、前記シリコン融液面上の視野範囲の一部が互いに重なるように設置され、
拡径中の前記コーン部の外周端が前記重なった視野範囲内に位置している間に、前記第一のカメラから得られる前記コーン部の直径の測定値を、前記第二のカメラから得られる前記コーン部の直径の測定値に収束させる切り替え処理機能を有し、該切り替え処理機能によって、前記コーン部の直径の制御に用いる測定値を、前記第一のカメラから得られる前記測定値から、前記第二のカメラから得られる前記測定値に切り替えるものであることを特徴とする単結晶製造装置。 A crucible containing a silicon melt, and a camera for measuring a diameter value of a cone portion of a single crystal whose diameter is expanded while pulling up a seed crystal immersed in the silicon melt, and using the camera to measure a diameter value of the cone portion. While measuring the diameter value, a single crystal manufacturing apparatus by the Czochralski method having a function capable of controlling the diameter of the cone portion based on the measured value of the diameter value,
A first camera capable of measuring the diameter value of the cone portion from the start of diameter expansion until the diameter value of the cone portion reaches a predetermined value, and after the diameter value of the cone portion reaches the predetermined value A second camera capable of measuring the diameter value of the cone portion is installed such that a part of a visual field range on the silicon melt surface overlaps with each other,
While the outer peripheral end of the expanding cone is located within the overlapping field of view, a measurement of the diameter of the cone obtained from the first camera is obtained from the second camera. Has a switching processing function to converge to the measured value of the diameter of the cone portion, the measurement value used for controlling the diameter of the cone portion by the switching processing function, from the measured value obtained from the first camera A single crystal manufacturing apparatus characterized by switching to the measured value obtained from the second camera.
該直径制御部が、前記切り替え処理機能を有し、
前記第一のカメラから得られる前記コーン部の直径の測定値を、拡径開始時から、拡径中の前記コーン部の外周端が前記重なった視野範囲内の所定位置に達するまでの前記コーン部の直径値として前記コーン部の直径を制御し、
前記所定位置に前記コーン部の外周端が達した後は、前記切り替え処理機能によって、前記第一のカメラから得られる前記測定値を、前記第二のカメラから得られる前記コーン部の直径の測定値に徐々に近づけるように逐次算出された切り替え中測定値を、前記コーン部の直径値として前記コーン部の直径を制御し、
前記切り替え中測定値が前記第二のカメラから得られる前記測定値と同値となった後は、前記第二のカメラから得られる前記測定値を前記コーン部の直径値として前記コーン部の直径を制御するものであることを特徴とする請求項5に記載の単結晶製造装置。 From one or both of the measured value of the diameter of the cone portion obtained from the first camera and the measured value of the diameter of the cone portion obtained from the second camera, the diameter controlling the diameter of the cone portion Equipped with a control unit,
The diameter control unit has the switching processing function,
The measured value of the diameter of the cone portion obtained from the first camera, from the start of diameter expansion, the cone until the outer peripheral end of the cone portion during diameter expansion reaches a predetermined position in the overlapping visual field range Controlling the diameter of the cone portion as the diameter value of the portion,
After the outer peripheral edge of the cone reaches the predetermined position, the switching processing function is used to measure the measurement value obtained from the first camera and measure the diameter of the cone obtained from the second camera. The switching measurement value sequentially calculated to gradually approach the value, controlling the diameter of the cone portion as the diameter value of the cone portion,
After the measurement value during the switching becomes the same value as the measurement value obtained from the second camera, the measurement value obtained from the second camera is used as the diameter value of the cone portion, and the diameter of the cone portion is used. The single crystal manufacturing apparatus according to claim 5, wherein the apparatus is controlled.
dm=dt1+{(dt2−dt1)×(t/tc)} ・・・ 式1
(但し、tは0≦t≦tcを満たす。) The diameter control unit calculates the switching measurement value, the switching measurement value d m , the measurement value obtained from the first camera d t1 , and the measurement value obtained from the second camera d d t2 , the elapsed time from the time when the outer peripheral edge of the cone portion reaches the predetermined position is t, and the measured value during the switching from the time when the outer peripheral edge of the cone portion reaches the predetermined position is obtained from the second camera. The single crystal manufacturing apparatus according to claim 6, wherein the calculation is performed sequentially according to the following equation 1 when a time until the obtained measured value becomes the same value is t c .
d m = d t1 + {( d t2 -d t1) × (t / t c)} ··· Equation 1
(Where, t satisfies 0 ≦ t ≦ t c.)
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