单晶制造装置及单晶的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术的课题在于提高晶体提拉工序中测量的单晶直径的测量精度。本发明专利技术的单晶制造装置(10)具备：从熔液(13)提拉单晶(15)的单晶提拉部、拍摄在熔液(13)与单晶(15)的边界部产生的熔合环的相机(18)及处理相机(18)的拍摄图像的演算部(24)。演算部(24)根据相机(24)的设置角度(θ

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单晶制造装置及单晶的制造方法


[0001]本专利技术涉及一种用于通过柴可拉斯基(Czochralski)法(以下，称为CZ法)制造单晶的单晶制造装置及单晶的制造方法，尤其涉及一种晶体提拉工序中的单晶的直径测量。

技术介绍

[0002]作为半导体器件的基板材料的硅晶片大多通过CZ法制造。在CZ法中，通过在石英坩埚内加热多晶硅原料而生成硅熔液，并使籽晶从硅熔液上方下降而浸渍于硅熔液之后，一边使籽晶及石英坩埚旋转一边使籽晶缓缓上升，从而在籽晶下方生长大的单晶。根据CZ法，能够以高产率制造大口径的单晶硅。
[0003]以某直径为目标而制造单晶锭。例如，若最终产品为300mm的晶片，则通常会生长比其直径稍微大的305～320mm的单晶锭。之后，单晶锭的外周被磨削成圆柱状，并切成晶片状之后，经过倒角工序，最终成为目标直径的晶片。如此，单晶锭的目标直径必须大于最终产品的晶片直径，但若太大，则会增加磨削研磨费用而变得不经济。因此，要求一种比晶片大且直径尽量小的单晶锭。
[0004]在CZ法中，一边控制晶体提拉条件一边提拉单晶，以使晶体直径恒定。关于单晶的直径控制，例如专利文献1中记载有如下方法：通过处理单晶与熔液的界面的图像来准确地测量生长的单晶直径。在该方法中，控制坩埚旋转速度、晶体旋转速度、晶体提拉速度、坩埚上升速度及熔液的温度(加热器功率)等，以使单晶直径成为目标的直径。
[0005]并且，专利文献2关于熔液面位置的测量，记载有如下方法：用设置于腔室外侧的相机拍摄到腔室内的炉内结构物及熔液的液面时，计算显现于拍摄图像中的炉内结构物的实像及镜像的代表尺寸。该方法中，检测拍摄图像中显现的炉内结构物的实像及在熔液的液面上映照的炉内结构物的镜像各自的边缘图案，根据相机的设置角度及焦距，将炉内结构物的实像及镜像各自的边缘图案投影转换至基准平面上，进行对于基准平面上的炉内结构物的实像及镜像各自的边缘图案的图案匹配时，根据匹配率成为最大的基准图案形状来计算炉内结构物的实像及镜像各自的代表尺寸。现有技术文献专利文献
[0006]专利文献1：日本专利第4253123号公报专利文献2：日本特开第2018
‑
90451号公报

技术实现思路

专利技术所要解决的技术问题
[0007]利用CZ法的单晶提拉控制中，根据设置在炉外的相机的拍摄图像测量单晶直径，并进行单晶的直径控制，以使直径的测量值与直径轮廓一致，因此要求高精度的直径测量。如图8所示，以往的直径测量方法中，在相机图像中设定水平方向的直径测量用扫描线SL，根据该扫描线SL上的亮度分布与阈值TH(切片级别，slice level)的交点来检测熔合环
(fusion ring)FR的边缘。接着，利用扫描线SL与熔合环FR的边缘的两个交点p
L
、p
R
之间的宽度w以及晶体中心位置C0至扫描线SL的距离h，求出熔合环的直径D＝2(w2+4h2)
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。由于如此求出的熔合环的直径D的单位是像素(pixel)，因此通过直径D乘以直径换算系数来求出转换成实际单位(mm)的晶体直径值。
[0008]如此，由于从相机图像获得的晶体直径的信息是像素(pixel)，因此需要将其转换成实际的直径单位(mm)。但是，由于单位转换中使用的直径换算系数是根据操作员在单晶提拉工序中用望远镜目测测量而得的晶体直径值来创建的直径换算系数，因此存在单位转换的精度差且直径计算误差大的问题。
[0009]因此，本专利技术的目的在于提供一种能够提高晶体直径的测量精度的单晶制造装置及制造方法。用于解决技术问题的方案
[0010]为了解决上述课题，根据本专利技术的单晶制造装置的特征在于，包括：单晶提拉部，从熔液提拉单晶；相机，拍摄在所述熔液与所述单晶的边界部产生的熔合环；及演算部，处理所述相机的拍摄图像，所述演算部根据所述相机的设置角度及焦距，将显现于所述相机的拍摄图像中的所述熔合环投影转换至相当于所述熔液的液面的基准平面上，并根据所述基准平面上的所述熔合环的形状来计算所述单晶的直径。
[0011]根据本专利技术，无需使用用于单位转换根据相机的拍摄图像求出的直径测量值的直径换算系数，便能够准确地求出单晶的实际直径。因此，能够提高晶体提拉工序中的单晶直径的测量精度。
[0012]在本专利技术中，所述演算部优选将基于相对于所述拍摄图像的亮度分布的规定阈值而检测到的所述熔合环的边缘图案投影转换至所述基准平面上。由此，能够准确地掌握熔合环的形状。
[0013]在本专利技术中，所述阈值为所述拍摄图像中的亮度峰值乘以小于1的值而获得的值，所述演算部优选在所述拍摄图像中设定与所述熔合环交叉的水平扫描线，并检测所述水平扫描线上的亮度分布与所述阈值的外侧交点(拍摄图像的靠近外周的一点)作为所述熔合环的边缘图案。
[0014]在本专利技术中，所述演算部优选根据投影在所述基准平面上的所述熔合环的边缘图案与规定直径测量线的两个交点之间的距离以及所述单晶中心位置至所述直径测量线的距离来计算所述单晶的直径。由此，能够几何计算熔合环的直径，并能够根据熔合环的直径来计算单晶的直径。
[0015]在本专利技术中，所述演算部优选对所述熔合环的边缘图案进行圆近似，并根据所述熔合环的近似圆的直径来计算所述单晶的直径。由此，能够提高熔合环直径的测量精度。
[0016]在本专利技术中，所述演算部优选通过从所述单晶在提拉工序中的直径减去规定的校正量、或者通过所述单晶在提拉工序中的直径乘以规定的校正系数来计算所述单晶在室温下的直径。由此，能够根据室温下的单晶直径来控制晶体直径。
[0017]在本专利技术中，所述演算部优选根据炉内结构、所述液面的位置或所述单晶的长度变化来改变所述校正量或所述校正系数。由此，能够根据单晶的生长状况的变化，准确地测量晶体直径。
[0018]并且，根据本专利技术的单晶制造方法，其为利用CZ法的单晶的制造方法，其特征在
于，包括：用相机拍摄在熔液与单晶的边界部产生的熔合环的步骤；及处理所述相机的拍摄图像以计算所述单晶的直径的步骤，计算所述单晶的直径的步骤中，根据所述相机的设置角度及焦距，将显现于所述相机的拍摄图像中的所述熔合环投影转换至相当于所述熔液的液面的基准平面上，并根据所述基准平面上的所述熔合环的形状来计算所述单晶的直径。
[0019]根据本专利技术，无需使用用于单位转换根据相机的拍摄图像求出的直径测量值的直径换算系数，便能够准确地求出单晶的实际直径。因此，能够提高晶体提拉工序中的单晶直径的测量精度。
[0020]在本专利技术中，计算所述单晶的直径的步骤中，优选将基于相对于所述拍摄图像的亮度分布的规定阈值而检测到的所述熔合环的边缘图案投影转换至所述基准平面上。由此，能够准确地掌握熔合环的形状。
[0021]在本专利技术中，所述阈值为所述拍摄图像中的亮度峰值乘以小于1的值而获得的值，计算所述单晶的直径的步骤中，优选在所述拍摄图像中设定与所述熔合环交叉的水平扫描线，并检测所述水平扫描线上的亮度分布与所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种单晶制造装置，其特征在于，具备：单晶提拉部，从熔液提拉单晶；相机，拍摄在所述熔液与所述单晶的边界部产生的熔合环；及演算部，处理所述相机的拍摄图像，所述演算部根据所述相机的设置角度及焦距，将显现于所述相机的拍摄图像中的所述熔合环投影转换至相当于所述熔液的液面的基准平面上，并根据所述基准平面上的所述熔合环的形状来计算所述单晶的直径。2.根据权利要求1所述的单晶制造装置，其中，所述演算部将基于相对于所述拍摄图像的亮度分布的规定阈值而检测到的所述熔合环的边缘图案投影转换至所述基准平面上。3.根据权利要求2所述的单晶制造装置，其中，所述阈值为所述拍摄图像中的亮度峰值乘以小于1的值而获得的值，所述演算部在所述拍摄图像中设定与所述熔合环交叉的水平扫描线，并检测所述水平扫描线上的亮度分布与所述阈值的外侧交点作为所述熔合环的边缘图案。4.根据权利要求2或3所述的单晶制造装置，其中，所述演算部根据投影在所述基准平面上的所述熔合环的边缘图案与规定直径测量线的两个交点之间的距离以及所述单晶中心位置至所述直径测量线的距离来计算所述单晶的直径。5.根据权利要求2至4中任一项所述的单晶制造装置，其中，所述演算部对所述熔合环的边缘图案进行圆近似，并根据所述熔合环的近似圆的直径来计算所述单晶的直径。6.根据权利要求1至5中任一项所述的单晶制造装置，其中，所述演算部通过从所述单晶在提拉工序中的直径减去规定的校正量、或者通过所述单晶在提拉工序中的直径乘以规定的校正系数来计算所述单晶在室温下的直径。7.根据权利要求6所述的单晶制造装置，其中，所述演算部根据炉内结构、所述液面的位置或所述单晶的长度变化来改变所述校正量或所述校正系数。8.一种单晶的制造方法，其为利用CZ法的单晶的制造方法，其特征在于，包括：用相机拍摄在熔液与单晶的边界部...

【专利技术属性】
技术研发人员：西冈研一，高梨启一，滨田建，下崎一平，
申请(专利权)人：胜高股份有限公司，
类型：发明
国别省市：