KR101378558B1

KR101378558B1 - 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정방법，및 이것을 이용한 융액면 위치의 제어방법，및 실리콘 단결정의 제조장치

Info

Publication number: KR101378558B1
Application number: KR1020087026078A
Authority: KR
Inventors: 마사히코 우라노; 이즈미 푸세가와
Original assignee: 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2014-03-25
Anticipated expiration: 2027-01-31
Also published as: WO2007122833A1; JP4929817B2; JP2007290906A; EP2011905A4; KR20080110865A; US8085985B2; EP2011905B1; US20090232359A1; EP2011905A1

Abstract

본 발명은, CZ법에 의해 도가니내의 원료융액으로부터 실리콘 단결정을 인상할 때에, 융액면 상방에 배치한 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 측정하는 방법으로서, 적어도, 상기 실리콘 단결정의 인상을, 자장을 인가하면서 행하고, 상기 기준 반사체의 실상과 융액면에 반사된 이 기준 반사체의 경상의 화상을 검출 수단으로 포착하고, 이 포착한 기준 반사체의 실상과 경상의 화상을 각각의 화상으로서 처리 하고, 이 처리한 화상으로부터 상기 기준 반사체의 실상과 경상의 상대거리를 산출하는 것으로, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정방법이다.

이것에 의해, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 보다 안정하고 보다 정확하게 측정할 수 있는 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정방법이 제공된다.

기준 반사체, 융액면, 상대거리, 실상, 경상

Description

기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정방법，및 이것을 이용한 융액면 위치의 제어방법，및 실리콘 단결정의 제조장치{Method for Measuring Distance Between Reference Reflector and Melt Surface, Method for Control the Position of Melt Surface Using Same, and Silicon Single Crystal Producing Apparatus}

본 발명은, CZ(쵸크랄스키) 법에 의해 도가니내의 원료 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상할 때에, 융액면 상방에 배치된 기준 반사체와 융액면과의 거리를 측정 하는 방법에 관한 것이다.

반도체소자의 제조에 이용되는 실리콘 단결정의 제조방법으로서 석영 도가니내의 원료 융액으로부터 실리콘 단결정을 성정시키면서 인상하는 CZ(쵸크랄스키) 법이 널리 실시되고 있다.

CZ법에서는, 불활성 가스 분위기하에서 석영 도가니내의 원료 융액(실리콘 융액)에 종결정을 침지하고, 이 석영 도나니 및 종결정을 회전시키면서 인상하는 것에 의해 소망 직경의 실리콘 단결정을 육성한다.

근년, 반도체소자의 고집적화와 그에 따르는 미세화의 진전에 의해 실리콘 웨이퍼내의 성장결함(grown－in 결함)이 문제되고 있다.

결정결함은, 반도체소자의 특성을 열화시키는 요인이 되는 것이어서, 소자의 미세 화의 진전과 함께, 그 영향이 한층 커지고 있다.

이러한 성장 결함으로서는 CZ법에 의한 실리콘 단결정 내에 공공의 응집체인 팔면체의 보이드 상 결함(Analysis of side-wall structure of grown- in twin-type octahedral defects in Czochralski silicon, Jpn. J.Appl. Phys.Vol.37(1998)p-p.1667-1670) 이나 격자간실리콘의 응집체로서 형성되는 전위 클러스터(Evaluation of microdefects in as-grown silicon crystals, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 262(1992)p-p51-56)등이 알려져 있다.

이러한 성장 결함은 성장 계면에서의 결정의 온도 구배와 실리콘 단결정의 성장속도에 의해 그 도입량(The mechanism of swirl defects formation in silicon, Journal of Crystal growth,1982, p-p 625-643)이 결정된다는 것이 나타나 있다.

이것을 이용한 저결함 실리콘 단결정의 제조 방법에 대하여, 예를 들면 일본특개평 6-56588호 공보에는 실리콘 단결정의 성장속도를 늦게 하는 것이 개시되어 있고, 일본 특개평7-257991호 공보에는 실리콘 단결정의 고상/액상에서의 경계 영역의 온도 구배에 거의 비례하는 최대 인상속도를 넘지 않는 속도로 실리콘 단결정을 인상하는 것이 개시되어 있다.

또한, 결정성장 중의 온도구배(G)와 성장속도(Ⅴ)에 착안한 개선 CZ법(일본 결정성장 학회 vol.25 No.5, 1998)등이 보고되어 있고, 결정 온도 구배를 고정도로 제어하는 것이 필요하다.

이러한 방법에서는, 결정 온도 구배의 제어를 위하여, 융액면 상방으로 육성하는 실리콘 단결정의 주위에 원통, 혹은 역원추형의 복사열을 차단하는 구조(차열부재) 를 설치하는 것이 행해지고 있다.

이것에 의해, 결정의 고온 시의 결정 온도 구배를 높일 수가 있으므로, 무결함 결정을 고속으로 얻을 수 있는 이점이 있다.

그렇지만, 결정 온도 구배를 정확하게 제어하기 위해서는, 융액면과 융액상방에 배치하는 차열 부재와의 간격을 보다 정밀(精度)하게 소정의 간격이 되도록 제어할 필요가 있다. 그렇지만, 융액면과 차열 부재와의 간격을 정밀하게 소정의 간격이 되도록 제어하는 것은 곤란하였다.

또한, 결정 직경의 대형화에 수반하여, 융액면 위치는, 석영 도가니의 중량[두께 (肉厚)의 불균형], 조업 중의 변형, 팽창 등에 의해 크게 변화하여, 융액면 위치가 결정성장 배치마다 변화해 버린다고 하는 문제가 발생하고 있다.

이 때문에, 융액면과 차열 부재와의 간격을 정밀하게 소정의 간격이 되도록 제어하는 것이 더욱 더 곤란해지고 있다.

이러한 개선을 위하여, 예를 들면 일본 특개평 6－116083호 공보에는, CZ 로내에 기준 반사체를 배치하고, 이 기준 반사체의 실상(實像)과 융액면에 반사한 기준 반사체의 경상(鏡像)의 상대거리를 측정하는 것에 의해, 기준 반사체와 융액면의 거리를 측정하는 것이 제안되어 있다.

그리고, 이 측정 결과에 근거하여, 융액면과 차열부재와의 간격을 정밀하게 소정의 간격이 되도록 제어한다고 하는 것이다.

또한, 일본특개 2001－342095호 공보에는, 기준 반사체의 경상의 안정성을 얻기 위하여 도가니 회전에 의한 원료 융액의 만곡을 고려하는 방법이 개시되어 있다.

이러한 방법에서는, 기준 반사체의 실상과 기준 반사체의 경상의 화상을 광학식 카메라등의 검출 수단으로 포착(捉)하고,이 포착한 기준 반사체의 실상과 경상의 명암을, 일정한 역치(2치화 레벨의 역치)를 결정하여 2개의 출력값으로 양자화(2치화 처리) 한다.

즉, 2치화 레벨의 역치보다 밝은 곳, 어두운 곳으로 구별한다. 그리고, 그 엣지의 위치가 어디에 있는가를 계측하고, 그 계측 값을 환산하는 것으로 실상과 경상의 거리를 측정하고 있다.

그렇지만, 결정성장 공정의 시간경과에 수반하여, 융액면에 반사한 기준 반사체의 경상의 밝기가 변화하고, 2치화 처리하기 전의 광학식 카메라의 검출값이 변동하거나 또는, CZ 로내의 구조 부품에 부착한 탕비(湯飛)등의 기준 반사체의 경상과는 다른 노이즈를 검출해 버리는 등, 기준 반사체와 융액면과의 거리를 안정하고 정확하게 측정할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

여기서, 도 3은, 종래의 방법에서는, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리의 측정 결과가 변화하여 정확하게 측정할 수 없다는 것을 나타내는 설명도이다.

도 3(a)는 정상상태이고, 도 3(b)는 경상의 밝기가 변동하여 밝아진 상태이다.

도 3으로부터 부터 알 수 있는 바와 같이, 경상의 밝기가 변동하면, 2치화 처리하기 전의 광학식 카메라의 검출치가 변동하기 때문에, 종래의 방법에서는, 정확하게 측정할 수 없다.

한편, 예를 들면, 구경 800 mm이상의 석영 도가니에 원료 융액을 수용하고, 직경 300 mm이상의 실리콘 단결정을 자장을 인가하지 않고 제조하는 경우에, 융액면이 진동하여 정확한 융액면의 위치를 안정하게 검출할 수가 없다고 하는 문제도 있었다.

이 경우도, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 안정하고 정확하게 측정할 수가 없다.

그리고, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리의 측정 결과가 부정확하면, 융액면과 차열부재와의 간격을 정밀도 좋게 소정의 간격이 되도록 제어할 수가 없다.

그 결과, 소망 품질의 실리콘 단결정을 생산성 좋게 제조할 수 없게 된다

본 발명은, 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 보다 안정하고 보다 정확하게 측정할 수 있는 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, CZ(쵸크랄스키) 법에 의해 도가니내의 원료 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상할 때에, 융액면 상방에 배치한 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 측정하는 방법으로서, 적어도, 상기 실리콘 단결정의 인상을, 자장을 인가하면서 행하고, 상기 기준 반사체의 실상과 융액면에 반사한 이 기준 반사체의 경상의 화상을 검출 수단으로 포착하고, 이 포착한 기준 반사체의 실상과 경상의 화상을 각각의 화상으로서 처리하고, 이 처리한 화상으로부터 상기 기준 반사체의 실상과 경상의 상대거리를 산출하는 것으로, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정방법을 제공한다.

이와 같이, 본 발명에서는, 실리콘 단결정의 인상을, 자장을 인가하면서 실시한다.이 때문에, 융액면의 진동을 충분히 억제할 수가 있어 융액면의 위치를 보다 안정 하고 보다 정확하게 검출할 수가 있다.

또한, 본 발명에서는, 기준 반사체의 실상과 융액면에 반사한 기준 반사체의 경상의 화상을 검출수단으로 포착하고 이 포착한 기준 반사체의 실상과 경상의 화상을 각각의 화상으로서 처리한다.

이 때문에, 실상과 경상의 화상의 각각 대하여, 2치화 레벨을 적절한 레벨로 설정하는 것이 가능해진다.

따라서, 실리콘 단결정의 인상에 따라 경상의 밝기가 변화 등 하는 경우라도, 보다 정확하게 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 측정할 수가 있다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 융액면의 진동을 충분히 억제할 수가 있고, 더욱이, 실상과 경상의 화상의 각각 대하여, 2치화 레벨을 적절한 레벨로 설정하는 것이 가능하므로, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 보다 안정하고 보다 정확하게 측정할 수가 있다.

한편, 여기서, 본 발명에 있어서 「기준 반사체」란, 융액면에 경상을 반사시켜, 실상과 경상의 거리를 측정하는 것으로, 융액면 위치를 검출하기 위한 것이고, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 제어하는 것으로, 융액면과 차열 부재 등과의 간격을 제어할 수 있는 것이다.

기준 반사체는, 예를 들면, 차열 부재 자체여도 좋고, 후술하는 바와 같이, 차열 부재 하단에 부착된 돌기물이어도 좋지만, 이것들에 한정되지 않는다.

또한, 본 발명의 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정 방법에서는, 상기 인가하는 자장을, 중심 자장 강도가 2000 ~ 5000 가우스의 자장으로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 인가하는 자장을, 중심 자장 강도가 2000 ~ 5000 가우스의 자장으로 하면, 융액면이 거의 진동하지 않기 때문에, 융액면의 위치를 보다 안정하고 보다 정확하게 검출할 수가 있다.

또한, 본 발명의 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정방법에서는, 상기 기준 반사체를 융액면 상방의 차열 부재 하단에 부착된 돌기물로 할 수가 있다.

이와 같이, 기준 반사체를 융액면 상방의 차열 부재 하단에 부착된 돌기물로 하면, 그 실상을 검출 수단의 측정 에리어에서 포착이 쉬워지고, 또한 융액면 등으로부터의 반사를 보다 쉽게 받게 되므로 융액면에 반사하는 경상의 휘도도 높아지게 된다.

이 때문에, 경상과 배경의 휘도차이가 커지는 것으로, 화상이 보다 선명하게 되어, 안정한 화상처리가 가능하게 된다.

또한, 이 경우, 상기 차열 부재 하단에 부착된 돌기물을, 실리콘 결정, 석영재, SiC를 코트한 탄소재, 열분해 탄소를 코트한 탄소재의 어느 것인가로 이루어진 것으로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 차열부재 하단에 부착된 돌기물을, 실리콘 결정, 석영재, SiC를 코트한 탄소재, 열분해 탄소를 코트한 탄소재의 어느 것인가로 이루어진 것으로 하면, 기준 반사체가, 육성하는 실리콘 단결정을 불순물로 오염시킨다고 하는 우려도 적다.

이 때문에, 보다 고품질의 실리콘 단결정을 육성할 수가 있다.

또한, 상기 차열 부재 하단에 부착된 돌기물의 선단을, 수평방향에 대하여 0 ~ 70°(도)의 각도를 갖는 평면 형상으로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 차열 부재 하단에 부착된 돌기물의 선단을, 수평방향에 대하여 0 ~ 70°(도)의 각도를 갖는 평면 형상으로 하는 것으로, 융액면이나 석영 도가니등으로부터의 복사를 쉽게 받게 되어, 융액면에 반사하는 기준 반사체의 경상의 휘도를 보다 더 높일 수가 있다.

이 때문에, 경상과 배경의 휘도 차이가 보다 더 큰 것이 되어, 화상을 보다 더 선명히 할 수가 있다.

이 경우, 상기 차열 부재 하단에 부착된 돌기물을, 실리콘 단결정으로 이루어진 것으로 하고, 또한, 표면을 에칭처리 한 것으로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 기준 반사체를 실리콘 단결정으로 한 경우는, 표면을 에칭처리 하는 것에 의해 광택을 가질 수가 있어 경상과 배경의 융액면과의 휘도 차이를 보다 더 크게 할 수가 있다.

또한, 본 발명의 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정 방법에서는, 상기 기준 반사체를, 표면의 광택도가 50%이상인 것으로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 기준 반사체를, 표면의 광택도가 50%이상인 것으로 하면, 경상과 배경의 융액면과의 휘도차이를 보다 더 확실히 크게 할 수가 있으므로, 화상이 보다 더선명해져 안정한 화상 처리가 가능하게 된다.

이 때문에, 기준 반사체와 융액면과의 거리를 보다 더 정확하게 측정할 수가 있다. 또한, 본 발명의 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정 방법에서는, 상기 인상하는 실리콘 단결정을, 직경 300 mm이상의 것으로 할 수가 있다.

상기와 같이, 본 발명에 의하면, 자장을 인가하기 때문에, 직경 300 mm이상의 실리콘 단결정을 인상하는 경우라도, 융액면의 진동을 충분히 억제할 수가 있다.

이 때문에, 융액면의 위치를 보다 안정하고 보다 정확하게 검출할 수가 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 대량의 융액을 이용하여, 융액면의 검출이 곤란한 직경 300mm이상의 실리콘 단결정을 인상하는 경우라도, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 보다 안정하고 보다 정확하게 측정할 수가 있다.

또한, 본 발명은 적어도 상기 방법에 의해 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 측정하고, 이 측정 결과에 근거하여, 상기 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 제어하는 것을 특징으로 하는 융액면 위치의 제어 방법을 제공한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정방법에 의하면, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 보다 안정하고 보다 정확하게 측정할 수가 있다.

그리고, 본 발명에서는, 이 측정 결과에 근거하여, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 제어하므로, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 고정밀도로 제어하는 것이 가능하다.

그리고, 본 발명의 융액면 위치의 제어방법에 의하면, 특히, 상기 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 소정치에 대하여 ±1mm이내로 제어하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명은, 적어도, 상기 방법에 의해 융액면 위치를 제어하면서, CZ법에 의해 실리콘 단결정을 인상하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 융액면 위치의 제어방법에 의하면, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 고정밀도로 제어하는 것에 의해, 융액면과 차열부재와의 간격을 보다 정밀하게 소정의 간격이 되도록 제어하는 것이 가능하다.

이 때문에, 결정 성장축 방향의 결정축 온도 구배를 매우 고정밀도로 제어하는 것이 가능하게 되어, 고품질의 실리콘 단결정을 효율적으로 높은 생산성으로 제조할 수가 있다.

또한, 본 발명은, CZ법에 의한 실리콘 단결정의 제조장치로서, 적어도, 실리콘 단결정의 인상중에 원료 융액에 자장을 인가하는 자석, 원료 융액을 수용하는 도가니, 융액면의 상방에 배치되어 융액면에 경상을 반사시키는 기준 반사체, 이 기준 반사체의 실상과 경상의 화상을 포착하는 검출 수단, 상기 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 제어하는 융액면 위치의 제어용 연산장치를 구비하고, 상기 검출 수단에 의해, 상기 기준 반사체의 실상과 융액면에 반사한 기준 반사체의 경상의 화상을 포착하고, 이 포착한 기준 반사체의 실상과 경상의 화상을 각각의 화상으로서 처리하고, 상기 융액면 위치의 제어용 연산장치에 의해, 상기 기준 반사체의 실상과 경상의 상대거리를 산출하는 것으로, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 측정하고, 이 측정 결과에 근거하여, 상기 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 제어하는 것인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조장치를 제공한다.

이와 같이, 본 발명의 실리콘 단결정의 제조장치는, 실리콘 단결정의 인상중에 원료 융액에 자장을 인가하는 자석을 구비한다.

이 때문에, 실리콘 단결정의 인상을, 자장을 인가하면서 실시할 수가 있다.

자장을 인가하는 것으로, 융액면의 진동을 충분히 억제할 수가 있어 융액면의 위치를 보다 안정하고 보다 정확하게 검출할 수가 있다.

또한, 본 발명의 실리콘 단결정의 제조장치는, 검출 수단에 의해, 기준 반사체의 실상과 융액면에 반사한 기준 반사체의 경상의 화상을 포착하고, 이 포착한 기준 반사체의 실상과 경상의 화상을 각각의 화상으로서 처리하는 것이다.

이 때문에, 실상과 경상의 화상의 각각에 대하여, 2치화 레벨을 적절한 레벨로 설정하는 것이 가능하게 된다.

그리고, 융액면 위치의 제어용 연산장치에 의해, 기준 반사체의 실상과 경상의 상대거리를 산출하는 것으로, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 측정한다.

이 때문에, 실리콘 단결정의 인상에 따라 경상의 밝기가 변화 등 하는 경우라도, 보다 정확하게 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 측정할 수가 있다.

또한, 이 측정 결과에 근거하여, 상기 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 제어 한다.

이 때문에, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 고정밀도로 측정하여 보다 안정 하고 보다 정확하게 제어할 수가 있다.

즉, 본 발명의 실리콘 단결정의 제조장치에서는, 이 측정 결과에 근거하여, 융액면과 차열 부재와의 간격을 보다 정밀하게 소정의 간격이 되도록 제어할 수가 있다.

이 때문에, 결정성장 축방향의 결정축 온도 구배를 매우 고정밀도로 제어하는 것이 가능하게 되어, 고품질의 실리콘 단결정을 효율적으로 높은 생산성으로 제조할 수가 있다.

또한, 본 발명의 실리콘 단결정의 제조장치에서는, 상기 기준 반사체가, 융액면 상방의 차열 부재 하단에 부착된 돌기물인 것으로 할 수가 있다.

이와 같이, 기준 반사체가, 융액면 상방의 차열 부재 하단에 부착된 돌기물이면, 그 실상을 검출 수단의 측정 에리어에서 포착이 쉬워지고, 더욱이 융액면 등으로부터의 반사를 보다 쉽게 받게 되므로 융액면에 반사하는 경상의 휘도도 높아지게 된다.

이 때문에, 경상과 배경의 휘도차가 커져, 화상이 보다 선명하게 되어, 안정한 화상 처리가 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 실리콘 단결정의 제조장치에서는, 상기 차열 부재 하단에 부착된 돌기물이, 실리콘 결정, 석영재, SiC를 코트한 탄소재, 열분해 탄소를 코트한 탄소재의 어느 것인가로 이루어진 것인 것이 바람직하다.

이와 같이, 차열 부재 하단에 부착된 돌기물이, 실리콘 결정, 석영재, SiC를 코트한 탄소재, 열분해 탄소를 코트한 탄소재의 어느 것인가로 이루어진 것이면, 기준 반사체가 육성하는 실리콘 단결정을 불순물로 오염시킨다고 하는 우려도 적다.

이 때문에, 본 발명의 실리콘 단결정의 제조장치를 이용하는 것으로, 보다 고품질의 실리콘 단결정을 육성할 수가 있다.

또한, 이 경우, 상기 차열 부재 하단에 부착된 돌기물의 선단이, 수평방향에 대하여 0 ~ 70°(도)의 각도를 갖는 평면 형상의 것인 것이 바람직하다.

이와 같이, 차열 부재 하단에 부착된 돌기물의 선단이, 수평방향에 대하여 0 ~ 70°(도)의 각도를 갖는 평면 형상의 것이면, 융액면이나 석영 도가니등으로부터의 복사를 받기 쉬워져, 융액면에 반사하는 기준 반사체의 경상의 휘도를 보다 더 높일 수가 있다.

이 때문에, 경상과 배경의 휘도 차이가 보다 커져, 화상을 보다 더 선명히 할 수가 있다.

또한, 상기 차열 부재 하단에 부착된 돌기물이, 실리콘 단결정으로 이루어진 것이고, 또한, 표면을 에칭 처리한 것인 것이 바람직하다.

이와 같이, 기준 반사체가 실리콘 단결정인 경우는, 표면을 에칭처리 해 두는 것에 의해 광택이 생겨, 경상과 배경의 융액면과의 휘도 차이를 보다 더 크게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 실리콘 단결정의 제조장치에서는, 상기 기준 반사체가, 표면의 광택도가 50%이상의 것인 것이 바람직하다.

이와 같이, 기준 반사체가, 표면의 광택도가 50%이상인 것이면, 경상과 배경의 융액면과의 휘도 차이를 보다 더 확실히 크게 할 수가 있으므로, 화상이 보다 더 선명해져 안정한 화상 처리가 가능해진다.

이 때문에, 기준 반사체와 융액면과의 거리를 보다 더 정확하게 측정할 수가 있다. 이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정 방법에 의하면, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 보다 안정하고 보다 정확하게 측정 할 수가 있다.

그리고, 이 측정 결과에 기하여, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 제어하는 것으로, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 고정밀도로 제어하는 것이 가능하다.

이 때문에, 융액면과 차열부재와의 간격을 보다 정밀하게 소정의 간격이 되도록 제어할 수가 있으므로, 결정 성장축 방향의 결정축 온도 구배를 매우 고정밀도로 제어하는 것이 가능하게 되어, 고품질의 실리콘 단결정을 효율적으로 높은 생산성으로 제조할 수가 있다.

도 1은 본 발명의 실리콘 단결정의 제조장치의 일례를 나타내는 개략도이다.

도 2는 본 발명의 방법이면, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 정확하게 측정 할 수 있다는 것을 나타내는 설명도이다.

도 3은 종래의 방법에서는, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리의 측정 결과가 변화하여 정확하게 측정할 수 없다는 것을 나타내는 설명도이다.

도 4는 돌기상의 기준 반사체의 선단 형상의 일례를 나타내는 모식도이다.

도 5는 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정 결과를 나타내는 그래프이다(실시예 1).

도 6은 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정 결과를 나타내는 그래프이다(실시예 2).

도 7은 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정 결과를 나타내는 그래프이다(실시예 3).

도 8은 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정 결과를 나타내는 그래프이다(비교예 1).

도 9는 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정 결과를 나타내는 그래프이다(비교예 2).

이하, 본 발명에 대하여, 보다 상세히 설명한다.

전술한 바와 같이, 종래, CZ 로내에 기준 반사체을 배치하고, 이 기준 반사체의 실상과 융액면에 반사한 기준 반사체의 경상의 상대거리를 측정하는 것에 의해, 기준 반사체와 융액면의 거리를 측정하는 것이 행해지고 있다.

이 측정은, 기준 반사체의 실상과 기준 반사체의 경상의 화상을 광학식 카메라등의 검출수단으로 포착하고, 이 포착한 기준 반사체의 실상과 경상의 명암을, 일정한 역치(2치화 레벨의 역치)를 결정하여, 2개의 출력값으로 양자화(2치화 처리) 하는 것에 의해 행해지고 있다.

그렇지만, 결정성장 공정중에 시간경과에 따라, 융액면에 반사한 기준 반사체의 경상의 밝기가 변화하고, 2치화 처리하기 전의 광학식 카메라의 검출값이 변동하거나 또는, CZ 로내의 구조 부품에 부착한 탕비등의 기준 반사체의 경상과는 다른 노이즈를 검출해 버리는 등, 기준 반사체와 융액면과의 거리를 안정하고 정확하게 측정 할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

또한, 예를 들면, 직경 300mm 이상의 실리콘 단결정을 제조하는 경우에, 융액면이 진동하여, 정확한 융액면의 위치를 안정하게 검출할 수가 없다고 하는 문제도 있었다.

이와 같이, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리의 측정결과가 부정확하다면, 융액면과 차열 부재와의 간격을 보다 정밀하게 소정의 간격이 되도록 제어할 수가 없다.

그 결과, 소망 품질의 실리콘 단결정을 생산성 좋게 제조할 수 없게 된다.

그래서, 본 발명자들은, 이러한 문제를 해결하기 위하여 예의 연구 및 검토를 거듭하였다.

그 결과, 기준 반사체와 융액면과의 거리를 보다 안정하고 보다 정확하게 측정하기 위해서는, 실리콘 단결정의 인상을, 자장을 인가하면서 실시하고, 기준 반사체의 실상과 융액면에 반사한 기준 반사체의 경상의 화상을 검출 수단으로 포착하고, 이 포착한 기준 반사체의 실상과 경상의 화상을 각각의 화상으로서 처리하고, 이 처리한 화상으로부터 기준 반사체의 실상과 경상의 상대거리를 산출하는 것으로, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 측정하면 좋다는 것에 이르게 되어, 본 발명을 완성시켰다.

이하, 본 발명의 실시의 형태를, 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.

도 1은, 본 발명의 실리콘 단결정의 제조 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.

이 실리콘 단결정 제조장치(40)은, 실리콘 단결정(3)의 인상중에 원료융액(15)에 자장을 인가하는 자석(30), 원료융액(15)를 수용하는 석영 도가니(9), 융액면의 상방에 배치되어 융액면에 경상(6)을 반사시키는 기준 반사체(5), 기준 반사체(5)의 실상과 경상의 화상을 포착하는 검출 수단(14), 및 기준 반사체(5)로 융액면과의 상대거리를 제어하는 융액면 위치의 제어용 연산장치(21)을 구비한다.

실리콘 단결정의 제조장치(40)은, 이 외에, 석영 도가니(9)등의 부재를 수용하는 메인 챔버(l), 메인 챔버(1)위에 연결하여 설치된 인상 챔버(24), 인상 중의 실리콘 단결정(3)을 냉각하기 위한 수냉 튜브(2), 결정 온도 구배의 제어를 위한 차열 부재(4), 다결정 실리콘 원료를 가열, 용해하기 위한 히터(7), 석영 도가니(9)를 지지하는 흑연 도가니(8), 히터(7)로부터의 열이 메인챔버(1)에 직접 복사되는 것을 방지하기 위한 단열재(10), 종결정(11)을 고정하는 시드 척(12), 실리콘 단결정을 인상하기 위한 인상 와이어 (13), 도가니 (8),(9)를 지지하는 도가니축(16), 직경 제어용의 연산장치(22) 및 원료 융액(15)가 수용된 석영도가니(9)를 도가니축(16)를 통하여 상하로 이동시키는 도가니 이동수단(23)을 구비한다.

그리고, 실리콘 단결정(3)의 제조는, 다음과 같이 하여 행할 수가 있다.

먼저, 석영 도가니(9)내에 고순도의 다결정 실리콘 원료를 수용하고, 흑연 도가니 (8)의 주위에 배치된 히터(7)에 의해 실리콘의 융점(약 1420℃) 이상으로 가열 용해 되어 원료 융액(15)이 된다. 그리고, 이 원료 융액(15)에 종결정(11)을 접융한후, 인상 와이어(13)을 와이어 권취기구(미도시)에 의해 조용하게 권취하여, 조임 부를 형성한 후에, 결정경을 확대하여 일정한 직경을 갖는 정경부(定徑部)를 육성 시킨다.

이 때, 인상중의 실리콘 단결정(3)의 직경 제어는, 검출 수단으로 포착한 화상을 기초로, 직경 제어용의 연산장치(22)에 의해 실시한다.

본 발명에서는, 예를 들면 이러한 실리콘 단결정의 제조장치를 이용하여, CZ(쵸크랄스키) 법에 의해 도가니내의 원료 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상할 때에, 다음과 같이, 기준 반사체와 융액면과의 거리를 측정한다.

먼저, 실리콘 단결정의 인상을, 자석(30)에 의해, 자장을 인가하면서 실시한다. 소위, MCZ법이다.

이것에 의해, 융액면의 진동을 충분히 억제할 수가 있으므로, 융액면에 반사한 기준 반사체의 경상의 화상이 선명하게 된다.

특히, 인가하는 자장을, 중심 자장 강도가 2000 ~ 5000가우스의 자장으로 하면, 융액면이 거의 진동하지 않기 때문에, 융액면의 위치를 보다 더 안정하고 보다 정확하게 검출할 수가 있다.

또한, 검출 수단(14)에 의해, 기준 반사체(5)의 실상과 인상 중의 실리콘 단결정 근방의 융액면에 반사한 기준 반사체(5)의 경상의 화상을 포착하고, 이 포착한 기준 반사체(5)의 실상과 경상의 화상을 각각의 화상으로서 처리한다.

이 때문에, 실상과 경상의 화상의 각각에 대하여, 2치화 레벨을 별도 적절한 레벨로 설정하는 것이 가능해 진다.

그리고, 기준 반사체의 실상과 융액면에 반사한 기준 반사체의 경상을 측정 에리어 에서 보다 확실히 포착할 수가 있다.

또한, 검출 수단(14)는, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 통상 이용되는 광학식 카메라(CCD 카메라 등)를 들 수 있다.

그리고, 융액면위치의 제어용 연산장치(21)에 의해, 기준 반사체의 실상과 경상의 상대거리를 산출하는 것으로, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 측정한다. 이 때문에, 실리콘 단결정의 인상에 따라 경상의 밝기가 변화 등 하는 경우라도, 보다 정확하게 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 측정할 수가 있다.

기준 반사체와 융액면과의 거리를 측정하는 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명 한다.

먼저, 기준 반사체(5)의 실상과 융액면에 반사한 기준 반사체(5)의 경상을 포착할 수 있도록 광학식 카메라(14)의 설치각도를 설정한다.

그리고 조임개시시에 기준 반사체(5)의 실상과 융액면에 반사한 기준 반사체(5)의 경상의 2치화 레벨의 역치를 각각 따로따로 조절한다.

즉, 1 대의 광학식 카메라로 얻어진 화상에, 기준 반사체(5)의 실상과 경상으로 각각의 에리어를 설정한다.

그리고, 미리 기준 반사체(5)의 실상과 융액면에 반사한 기준 반사체 (5)의 경상과의 사이의 측정치(전압 값)를 구해두고, 융액면위치를 이동시켜, 기준 반사체(5)의 실상과 융액면에 반사한 기준 반사체(5)의 경상과의 사이의 측정치(전압 값)의 변동량으로부터, 예를 들면 1mm의 측정치(전압 값)를 구하고, 기준 반사체(5)의 실상과 융액면에 반사한 기준 반사체(5)의 경상과의 사이의 측정치(전압 값)로부터 기 준 반사체(5)와 융액면과의 거리를 산출한다.

이것에 의해, 기준 반사체와 융액면과의 거리를 측정할 수 있다.

또한, 2치화 레벨의 역치는, 예를 들면 다음과 같이 하여 설정한다.

먼저, 결정을 인상하기 시작하는 조임시에 역치를 작동하여 정상의 측정이 가능한 최하한의 역치와 최상한의 역치를 구한다.

그리고, 중간보다 낮은 최하한으로부터 25%정도로 역치를 설정해 둔다.

결정의 성장의 초기는 역치의 최적치가 조금 내려가고 그 후 직동후반에서는 조금씩 상승하기 때문에, 그것을 예측하여 역치를 설정한다.

여기서, 도 2는, 본 발명의 방법이면, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 정확하게 측정할 수 있다는 것을 나타내는 설명도이다.

도 2(a)는 정상상태이고, 도 2(b)는 경상의 밝기가 변동하여 밝아진 상태이다.

도 2의 종축은 광학식 카메라가 검출할 수 있는 밝기의 최대치를 100%로 했을 때의 기준 반사체의 실상과 경상의 밝기의 검출 값이다.

도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법에 의하면, 기준 반사체의 실상과 경상의 화상에 각각의 에리어를 설정하여, 각각의 화상으로서 처리하므로, 역치도 따로 따로 설정할 수가 있어 도 2(a)에서 도 2(b)와 같이 경상의 밝기가 변동하더라도, 2치화 처리에 의한 측정결과는 변화하지 않고, 정확하게 측정할 수 있다.

한편, 상기한 도 3과 같이, 종래는 검출 수단으로 포착한 화상을 실상 및 경상을 포함하여 1개의 화상으로서 취급하고, 역치도 1개 밖에 설정할 수 없었다.

따라서, 도 3(a)에서 도 3(b)와 같이 경상의 밝기가 변동하면, 노이즈 레벨이 역치 에 이르러, 정확하게 상대거리를 측정할 수 없게 된다.

또한, 도 1의 실리콘 단결정의 제조장치에서는, 기준 반사체와 경상을 1대의 광학 식 카메라로 동시에 포착하고, 그 후, 얻어진 화상에 에리어를 설정하여, 에리어 마다 각각의 화상으로서 처리하고 있다.

그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, 1대의 광학식 카메라로 따로 따로 화상을 찍도록 해도 좋고, 또는, 2대의 카메라로 따로 따로 화상을 찍도록 해도 좋다.

또한, 도 1의 실리콘 단결정의 제조장치와 같이, 기준 반사체(5)를, 융액면 상방의 차열부재(4)의 하단에 부착된 돌기물로 하면, 그 실상을 검출 수단의 측정 에리어에서 포착이 쉬워지고, 또한 융액면 등으로부터의 반사를 보다 받기 쉽게 되므로 융액면에 반사하는 경상의 휘도도 높아진다.

이 때문에, 경상과 배경의 휘도 차이가 커지게 되어, 화상이 보다 선명하게 되어, 안정한 화상처리가 가능하게 된다.

이 때, 차열부재(4)의 하단에 부착된 돌기물(5)를, 실리콘 결정, 석영재, SiC를 코트한 탄소재(SiC 코트 흑연), 열분해 탄소를 코트한 탄소재(PG코트 흑연)의 어느 것인가로 이루어진 것으로 하면, 기준 반사체가, 육성하는 실리콘 단결정을 불순물로 오염시킨다고 하는 우려도 적다.

또한, 차열부재(4)의 하단에 부착된 돌기물(5)의 선단을, 수평방향(즉, 융융면)에 대하여 0 ~ 70°(도)의 각도를 갖는 평면 형상으로 하는 것으로, 융액면이나 석영 도가니등으로부터의 복사를 받기 쉬워져, 융액면에 반사하는 기준 반사체의 경상의 휘도를 보다 더 높일 수가 있다. 이 때문에, 화상을 보다 선명히 할 수가 있다.

이 때, 도 4에 나타난 바와 같이, 돌기물(5)의 선단을, 도가니 측에 테이퍼 형상으로 하는 것이 바람직하다.

원료 융액(15)로부터의 복사율은 0.318 인데 대하여, 석영 도가니(9)의 벽으로부터의 복사율은 0.855로 높다.

이 때문에, 도가니 측에 테이퍼 형상으로 하는 것으로, 돌기물(5)는 석영 도가니(9)의 벽으로부터의 복사를 받을 수가 있어 융액면에 반사하는 경상의 휘도를 보다 더 높일 수가 있다.

또한, 기준 반사체을 실리콘 단결정으로 한 경우는, 표면을 에칭처리 하는 것에 의해 광택을 낼 수가 있으므로, 경상과 배경의 융액면과의 휘도차를 보다 더 크게 할 수가 있다.

또한, 불순물 제거의 점에서도 에칭하는 것이 바람직하다.

특히, 기준 반사체을, 표면의 광택도가 50%이상인 것으로 하면, 경상과 배경의 융액면과의 휘도차이를 보다 더 확실히 크게 할 수가 있으므로, 화상이 보다 더 선명하게 되어 안정한 화상 처리가 가능해진다.

이 때문에, 기준 반사체와 융액면과의 거리를 보다 더 정확하게 측정할 수가 있다. 또한, 본 발명에서는, 자장을 인가하기 때문에, 대구경 도가니가 필요한 직경 300 mm 이상의 실리콘 단결정을 인상하는 경우라도, 융액면의 진동을 충분히 억제할 수가 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 직경 300 mm이상의 실리콘 단결정을 인상하는 경우라도, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 보다 안정하고 보다 정확하게 측정할 수가 있다.

그리고, 이와 같이 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 측정하고, 이 측정 결과에 근거하여, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 제어한다.

즉, 융액면 위치의 제어용 연산장치(21)에서, 기준 반사체의 실상과 경상의 상대거리를 산출하는 것으로, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 측정한 후, 기준으로 하는 상대거리(소정치)가 되도록 도가니 이동수단(23)을 제어하여, 도가니축(16)을 통해 석영 도가니(9)의 위치를 조절한다.

이 때문에, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 고정밀도로 제어할 수가 있다. 그리고, 특히, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 소정치에 대해 ±1 mm이내로 제어하는 것도 가능하다.

이 때문에, 융액면과 차열 부재와의 간격을 고정밀도로 소정의 간격이 되도록 제어할 수가 있다.

그리고, 이와 같이 융액면과 차열부재와의 간격을 소정의 간격이 되도록 고정밀도로 제어하면서, CZ법에 의해 실리콘 단결정을 인상하는 것으로, 결정성장 축방향의 결정축 온도 구배를 매우 고정밀도로 제어하는 것이 가능하게 되어, 예를 들면, 직경 300mm 이상의 무결함의 실리콘 단결정을 매우 효율 좋게 제조할 수가 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 이것들은 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

(실시예 1)

실리콘 단결정의 제조장치로서 도 1의 실리콘 단결정의 제조장치(40)을 이용하였다.

기준 반사체(5)는, 실리콘 단결정으로 이루어지고, 표면을 에칭처리한 돌기상의 것이며, 그 선단을, 수평방향에 대하여 40°(도)의 각도를 갖는 평면형상으로 한 것을 이용하였다.

이 기준 반사체(5)의 표면의 광택도는 60%이었다. 그리고, 이 돌기상의 기준 반사체(5)를, 차열부재(4)의 하단(융액면 측)에, 석영 도가니(9)로부터의 복사를 받을 수 있도록 도가니 측에 테이퍼 형상되도록 부착하였다.

그리고, 먼저, 구경 800mm의 석영 도가니(9)(직경 300mm의 실리콘 단결정 인상용)에 실리콘 다결정 원료를 충전하였다.

그리고, 실리콘 다결정 원료를 히터(7)로 용해 후, 자석(30)에 의해, 중심 자장 강도가 4000가우스의 자장을 인가하고, 도가니축(16)을 18 mm하방으로 움직였다.

그리고, 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정을 개시하였다.

측정은, 자장을 인가하면서, 융액면을 9mm 하강시키고, 다음에, 융액면을 9mm 상승 시키고 있는 사이에 행하였다.

그리고, 측정은, 기준 반사체(5)의 실상과 융액면에 반사한 기준 반사체(5)의 경상의 화상을 광학식 카메라(14)로 포착하고, 포착한 기준 반사체(5)의 실상과 경상의 화상을 각각의 화상으로서 처리하고(소위, 2 에리어 분할방식의 처리), 처리한 화 상으로부터 기준 반사체(5)의 실상과 경상의 상대거리를 산출하는 것으로 행하였다.

그 측정 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5로부터, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리(9mm 하강, 그 위치에서 유지, 9mm 상승)를, 소정치에 대하여 ± 1mm이내의 고정밀도로 측정할 수 있다는 것을 알 수 있다.

(실시예 2)

차열부재(4)의 융액면 측에 표면의 광택도가 40%의 돌기상의 기준 반사체(5)를 부착하고, 또한, 측정을, 자장을 인가하면서, 융액면을 10mm 하강시키고, 다음에, 융액면을 10mn 상승시키고 있는 사이에 행한 것 이외는, 실시예 1과 같은 조건으로 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정을 행하였다.

그 측정 결과를 도 6에 나타내었다.

도 6으로부터, 실시예 1에는 약간 뒤떨어지지만, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 소정치에 대하여 높은 정도로 측정할 수 있다는 것을 알 수 있다.

(실시예 3)

차열부재(4)의 융액면 측에 표면의 광택도가 90%의 돌기상의 기준 반사체(5)를 부착하고, 또한, 측정을, 자장을 인가하면서, 융액면을 10mm 하강시고,다음에, 융액면을 10mm 상승시키고 있는 사이에 행한 것 이외는, 실시예 1과 같은 조건으로 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정을 행하였다.

그 측정 결과를 도 7에 나타내었다.

도 7로부터, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를, 소정치에 대하여 ±0.5 mm이내의 매우 고정밀도로 측정할 수 있다는 것을 알 수 있다.

(비교예 1)

측정을, 자장을 인가하면서, 융액면을 16mm 하강시키고, 다음에, 융액면을 16mm 상승 시키고 있는 사이에 행하고, 또한, 광학식 카메라(14)로 포착한 기준 반사체(5)의 실상과 경상의 화상을 1개의 화상으로서 처리(소위, 종래의 1 에리어 방식의 처리) 한 것 이외는, 실시예 1과 같은 조건으로 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정을 행하였다.

그 측정 결과를 도 8에 나타내었다.

도 8로부터, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를, 소정치에 대하여 높은 정도로 측정할 수 없다는 것을 알 수 있다.

또한, 도 8중의 점선은, 이상(理想) 상태 시의 계산치이다.

(비교예 2)

측정을, 자장을 인가하지 않고, 융액면을 16mm 하강시키고, 다음에, 융액면을 16mm 상승시키고 있는 사이에 행한 것 이외는, 실시예l과 같은 조건으로 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정을 행하였다.

그 결과를 도 9에 나타내었다.

도 9에 나타난 바와 같이, 융액 표면의 진동에 의해 원료 융액에 비친 경상을 검출 할 수 없어, 차열부재하단과 원료 융액에 비친 경상까지의 거리를 측정할 수가 없었다.

또한, 도 9중의 점선은, 이상 상태 시의 계산치이다.

(실시예 4)

다음에, 도 1의 실리콘 단결정의 제조장치(40)를 이용하여, 직경 300mm의 무결함 실리콘 단결정을 인상하였다.

이 때, 중심 자장 강도가 4000가우스의 자장을 인가하였다.

기준 반사체(5)로서 실리콘 단결정으로 이루어지고, 표면을 에칭처리 한 돌기상의 것이며, 그 선단을, 수평방향에 대하여 40°(도)의 각도를 갖는 평면형상으로 한 것을 이용하였다.

이 기준 반사체(5)의 표면의 광택도는 60%이었다.

그리고, 이 돌기상의 기준 반사체(5)를, 차열부재(4)의 하단(융액면측)에, 석영 도가니(9)로부터의 복사를 받을 수 있도록 도가니 측에 테이퍼 형상이 되도록 부착하였다.

또한, 실리콘 단결정을 인상할 때에, 융액면 상방에 배치한 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 측정하였다.

측정은, 기준 반사체(5)의 실상과 융액면에 반사한 기준 반사체(5)의 경상의 화상 을 광학식 카메라(14)로 포착하고, 포착된 기준 반사체(5)의 실상과 경상의 화상을 각각의 화상으로서 처리하고(소위, 2 에리어 분할방식의 처리), 처리한 화상으로부터 기준 반사체(5)의 실상과 경상의 상대거리를 산출하는 것으로 행하였다.

그리고, 이 측정 결과에 근거히여, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 제어하면서(차열 부재와 탕면과의 간격: 25mm), 전면에 그론-인(grown－in)결함이 없는 실리콘 단결정의 인상을 행하였다.

그 결과, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 ±1 mm이내로 제어할 수가 있어 융액면과 차열부재와의 간격을 보다 정밀하게 소정의 간격(25 mm)이 되도록 제어할 수가 있었다.

얻어진 실리콘 단결정을 종분할하여 결함을 측정하였는바, 전 영역에서 소망한 무결함 결정이 얻어져, 고품질의 무결함 실리콘 단결정을 효율적으로 높은 생산성으로 제조할 수가 있었다.

또한, 본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는, 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 같은 작용 효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims

CZ(쵸크랄스키) 법에 의해 도가니내의 원료융액으로부터 실리콘 단결정을 인상할 때에, 융액면 상방에 배치한 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 측정하는 방법으로서, 적어도, 상기 실리콘 단결정의 인상을, 자장을 인가하면서 행하고, 상기 기준 반사체의 실상과 융액면에 반사한 이 기준 반사체의 경상의 화상을 검출 수단으로 포착하고, 이 포착한 기준 반사체의 실상과 경상의 화상을 각각의 화상으로서 처리함으로써, 상기 실상과 상기 경상의 2치화 레벨의 역치를 각각 따로따로 조절하여 처리하고, 이 처리한 화상으로부터 상기 기준 반사체의 실상과 경상의 상대거리를 산출하는 것으로, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정방법.
제1항에 있어서, 인가하는 상기 자장은, 중심 자장 강도가 2000 ~ 5000가우스의 자장인 것을 특징으로 하는 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정방법.
제1항에 있어서, 상기 기준 반사체는, 융액면 상방의 차열 부재 하단에 부착된 돌기물인 것을 특징으로 하는 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정방법.
제2항에 있어서, 상기 기준 반사체는, 융액면 상방의 차열 부재 하단에 부착된 돌기물인 것을 특징으로 하는 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 차열 부재 하단에 부착된 돌기물은, 실리콘 결정, 석영재, SiC를 코트한 탄소재, 열분해 탄소를 코트한 탄소재 중 어느 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 차열 부재 하단에 부착된 돌기물의 선단은, 수평방향에 대하여 0 ~ 70°(도)의 각도를 갖는 평면 형상인 것을 특징으로 하는 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 차열 부재 하단에 부착된 돌기물은, 실리콘 단결정으로 이루어지고, 또한, 표면을 에칭처리 한 것임을 특징으로 하는 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정방법.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 기준 반사체는, 표면의 광택도가 50% 이상인 것을 특징으로 하는 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정방법.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 인상하는 상기 실리콘 단결정은, 직경이 300mm이상인 것을 특징으로 하는 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정방법.
제8항에 있어서, 인상하는 상기 실리콘 단결정은, 직경이 300mm이상인 것을 특징으로 하는 기준 반사체와 융액면과의 거리의 측정방법.
적어도, 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 측정하고, 이 측정결과에 근거하여, 상기 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 제어하는 것을 특징으로 하는 융액면 위치의 제어방법.
제11항에 있어서, 상기 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 소정치에 대하여 ±1 mm이내로 제어하는 것을 특징으로 하는 융액면 위치의 제어방법.
적어도, 제11항에 기재된 방법에 의해 융액면 위치를 제어하면서, CZ법에 의해 실리콘 단결정을 인상하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
CZ법에 의한 실리콘 단결정의 제조장치로서, 적어도, 실리콘 단결정의 인상 중에 원료 융액에 자장을 인가하는 자석, 원료 융액을 수용하는 도가니, 융액면의 상방에 배치되고 융액면에 경상을 반사시키는 기준 반사체, 상기 기준 반사체의 실상과 경상의 화상을 포착하는 검출수단, 상기 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 제어하는 융액면 위치의 제어용 연산장치를 구비하고, 상기 검출수단에 의해, 상기 기준 반사체의 실상과 융액면에 반사한 기준 반사체의 경상의 화상을 포착하고, 이 포착한 기준 반사체의 실상과 경상의 화상을 각각의 화상으로서 처리함으로써, 상기 실상과 상기 경상의 2치화 레벨의 역치를 각각 따로따로 조절하여 처리하고, 상기 융액면 위치의 제어용 연산장치에 의해, 처리된 화상으로부터 상기 기준 반사체의 실상과 경상의 상대거리를 산출하는 것으로, 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 측정하고, 이 측정 결과에 근거하여, 상기 기준 반사체와 융액면과의 상대거리를 제어하는 것인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조장치.
제14항에 있어서, 상기 기준 반사체는, 융액면 상방의 차열 부재 하단에 부착된 돌기물인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조장치.
제15항에 있어서, 상기 차열 부재 하단에 부착된 돌기물은, 실리콘 결정, 석영재, SiC를 코트한 탄소재, 열분해 탄소를 코트한 탄소재 중 어느 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조장치.
제15항에 있어서, 상기 차열 부재 하단에 부착된 돌기물의 선단은, 수평방향에 대하여 0 ~ 70°(도)의 각도를 갖는 평면형상인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조장치.
제15항에 있어서, 상기 차열 부재 하단에 부착된 돌기물은, 실리콘 단결정으로 이루어지고, 또한 표면을 에칭처리한 것임을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조장치.
제14항 내지 제18항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 기준 반사체는, 표면의 광택도가 50% 이상인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조장치.