专利名称：：单晶直径的检测方法及单晶提拉装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种用以检测通过切克劳斯基法培育而成的单晶的直径的方法及一种单晶提拉装置。
背景技术：
：作为半导体单晶硅的培育方法，已知有切克劳斯基法(CzochralskiMethod，以下称为CZ法)。该方法是通过先将晶种浸泡于融液，然后一边旋转一边慢慢地往上方提拉，来培育单晶。单晶是以某一口径为目标来制造。例如最后制品是8英寸(200毫米)的晶片时，通常是以比该直径稍大的200至210毫米的尺寸，来制造结晶。随后，该结晶是通过磨削外周而成为圆筒状，并切割成为晶片状后，经过倒角(chamferring)步骤而成为最后目标的晶片直径。在单晶制造中的目标直径，必须比最后制品的晶片直径大。但是，太大时会增加磨削研磨量而不经济。因而，要求一种单晶，其直径比晶片的直径大且尽量縮小。在CZ法中，作为控制直径的方法，主要有光学式(摄影机方式)及重量方式(测力计方式)此2种。光学式是通过安装于炉外的摄影机，并经由石英玻璃来观测炉内的培育结晶。进行处理摄影机所捕获的图像，并算出结晶端的位置且将位置坐标化来换算直径。又，光学式有测量结晶的两端的方法、测量结晶的一端的方法及从圆弧的曲率算出直径的方法等。但是，伴随着结晶的大口径化，使用摄影机测量结晶的两端的方法来获得如图1所示的直径D整体，逐渐变为困难。又，即便能够获得整体，也有解像度变差的问题。又，例如日本特开2004-35352号公报所揭示，也有在提拉装置中设置2台摄影机，并使用各自的摄影机来观察两端的方法，但是会有因摄影机的相对位置的偏移所引起的误差的问题。又，测量结晶的一侧的方法，可举出如图2所示的根据距假想中心点的距离R来算出直径的方法，但是由于摄影机的位置偏移而引起假想点偏移，会产生测定误差。又，光学式也有如图3所示，先根据圆弧的曲率算出距中心点的距离R，再算出直径的方法，但是该方法也有伴随着结晶的大口径化，曲率变小致使测定误差变大的问题。如前述，通过光学式的单晶直径的检测方法，因结晶的大口径化或检测用摄影机的偏移，会有产生测定误差的问题。例如，结晶直径偏移时，会产生制造出直径不足的不良品、因直径太大引起磨削量增加致使产率降低的问题。结晶的成长条件，是一边在结晶成长方向改变条件一边实现品质的均匀化，但是由于结晶直径由目标偏移，坩埚内的硅融液的量会从目标偏移，结果也会伴随着引起品质偏移的问题。另一方面，重量方式通常有例如日本特开平9-175893号公报所揭示，是将称为测力计的重量计安装在上轴，来测定成长结晶的重量的方法(测力计方式)。测力计方式，是根据平均单位长度的重量增加量，来算出结晶直径的方法。该方法不会发生如光学式的误差，若能够把握测力计本身的误差时，能够测定直径。但是，由于结晶的高重量化，必须增加测力计的最大容许重量，此时，测定误差增大，或是因敏感度降低而无法在短时间算出直径，若在短时间内直径变大时，必须提高结晶的成长速度来使直径回复目标值，但是会有无3法执行短时间内的控制而制造出凹凸状的结晶的问题。又，所培育的单晶是凹凸结晶时，会发生该凹凸部分的品质不均变大、或因凹的部分的直径不足而制造出不良品这样的问题。
发明内容因此，为了解决前述问题，本发明的目的是提供一种单晶直径的检测方法及单晶提拉装置，该单晶直径的检测方法能够提升大口径、高重量结晶的直径测定精确度，并实现产率提升及减少品质不均。为了实现前述目的，本发明是一种单晶直径的检测方法，是用以检测通过切克劳斯基法所培育的单晶的直径的方法，其特征在于使用摄影机与测力计两者，各自检测单晶的直径，并根据摄影机的检测直径与通过测力计所算出的直径的差、及按照前述单晶的成长速度所预先求得的修正系数a，来修正前述摄影机的检测直径，并且将通过该修正所得到的值作为前述单晶的直径。如此，在通过切克劳斯基法培育单晶时，使用摄影机与测力计两者，各自检测单晶的直径，并根据摄影机的检测直径与通过测力计所算出的直径的差、及按照前述单晶的成长速度所预先求得的修正系数a，来修正前述摄影机的检测直径，并且将通过该修正所得到的值作为前述单晶的直径，能够提升大口径、高重量结晶的直径测定精确度，并实现产率提升及减少品质不均。又，前述修正，较佳是将对前述摄影机的检测直径与通过测力计所算出的直径的差，乘上或加上前述修正系数a所得到的值，加进前述摄影机的检测直径来进行。如此，利用将对摄影机的检测直径与通过测力计所算出的直径的差，乘上或加上前述修正系数a所得到的值，加进前述摄影机的检测直径来修正该摄影机所检测的直径，能够提升直径的绝对值的精确度，且能够提升大口径、高重量结晶的直径的测定精确度，能够有效果地达到产率的提升及减少品质不均。又，前述单晶直径的检测方法，较佳是测定前述单晶的晶身10厘米以后的直径。如此，通过本发明的单晶直径的检测方法来测定单晶的晶身10厘米以后的直径，能够解决现有的问题的伴随着晶身变长，所检测直径的绝对值精确度降低的情形，能够有效果地提升大口径、高重量结晶的直径的测定精确度，且能够达到产率的提升及减少品质不均。又，前述通过测力计所算出的直径，是根据前述单晶的晶身平均区间内的单晶重量所求得的直径的平均，且前述平均区间的区域，较佳是10厘米以上。如此，通过使用测力计，根据单晶的晶身平均区间内的单晶重量，算出所求得的直径平均值，且该平均区间的区域设为10厘米以上，使通过测力计所测得的重量而检测的直径的精确度提升，摄影机的检测直径的修正精确度提升，能够有效果地提升大口径、高重量结晶的直径的测定精确度，且能够达到产率的提升及减少品质不均。又，前述直径检测，以在前述单晶的晶身10厘米以后至少进行1次为佳。如此，通过依照本发明的单晶直径的检测方法，在单晶的晶身IO厘米以后，至少进行1次直径检测，能够进行极高精确度的单晶直径检测，能够更有效果地提升大口径、高重量结晶的直径的测定精确度，且能够达到产率的提升及减少品质不均。又，本发明提供一种单晶提拉装置，是用以通过切克劳斯基法来培育单晶的单晶提拉装置，其特征在于至少具备摄影机与测力计两者，用以检测提拉单晶的直径。如此，通过切克劳斯基法来培育单晶的单晶提拉装置，是至少具备用以检测提拉单晶的直径的摄影机与测力计两者时，能够活用摄影机及测力计方式的各自优点，并补充互相的缺点，能够提供一种可高精确度地检测单晶直径的单晶提拉装置。又，前述单晶提拉装置，较佳是在该单晶提拉装置中，通过前述本发明的单晶直径的检测方法，来进行单晶的直径检测。如此，在具备前述摄影机及测力计两者的单晶提拉装置中，通过前述本发明的单晶直径的检测方法，来进行单晶的直径检测，能够活用摄影机及测力计方式的各自优点，并补充互相的缺点，能够更有效果地提升大口径、高重量结晶的直径的测定精确度，且能够达到产率的提升及减少品质不均。若是本发明的单晶直径的检测方法及单晶提拉装置，能够提供一种可提升大口径、高重量结晶的直径的测定精确度，且能够达到产率的提升及减少品质不均的单晶直径的检测方法及单晶提拉装置。图1是表示利用现有的光学式摄影机来测量结晶的两端的方法的图。图2是表示利用现有的光学式摄影机来测量结晶的一端的方法的图。图3是表示利用依照现有的光学式，根据圆弧的曲率来算出直径的方法的图。图4是表示本发明的单晶提拉装置的一个例子的剖面概略图。图5是表示本发明的单晶直径的检测方法的流程图。图6是结晶成长界面形状的一个例子。图7是表示在实施例中所使用的单晶提拉装置中的成长速度与修正系数的关系图。图8是表示在实施例1、2及比较例中所评价的在单晶晶身40厘米时的直径偏差(标准偏差o)的图。图9是表示在实施例1、2及比较例中所评价的在单晶晶身40厘米时的直径偏差(标准偏差o)的直条图。图10是表示在实施例3中，要算出修正的平均区间(L2-L1)与测力计的直径算出误差的关系图。图11是表示实际直径的平均直径与通过测力计所算出的直径的相关图的一个例子的图。具体实施例方式如前述，现有控制直径的方法，主要有光学式(摄影机方式)及重量方式(测力计方式)此2种。但是，如上述，光学式时由于结晶的大口径化或检测用摄影机的偏移，会有产生测定误差的问题，重量方式(测力计方式)时由于结晶的高重量化，必须将测力计的最大容许重量增大，此时，测定误差会变大、或是敏感度降低，而无法在短时间内算出直径；当在短时间内直径变大时，无法在短时间内进行控制，提高结晶的成长速度来使直径恢复目标值(也即，敏感度低)，会有制造出凹凸状的结晶这样的问题。5[OO37]为了解决上述课题，本发明人，首先调查光学式(摄影机方式)及重量方式(测力计方式)的各自特性(优点、缺点)。将结果整理成表，如以下所示(表l)。表1方式优点缺点光学式相对变化敏感，适合于控制短时间的变动绝对值精确度低重量方式绝对值精确度高制造高重量结晶时，因为敏感度降低(因为精确度规格通常是最大值(MAX)的〇〇%)，难以控制短时间的变动从表l，得知摄影机方式(光学式)是适合于控制短时间的单晶直径变动，但是所检测的直径的绝对值精确度低。另一方面，重量方式(测力计方式)虽然绝对值精确度高，但是在制造高重量结晶时，因为敏感度降低，有难以控制短时间的单晶直径变动这样的缺点。因此，本发明人重复专心研究的结果，通过组合摄影机方式(光学式)及重量方式(测力计方式)，完成了能够活用各自的优点，且能够互相补充缺点的本发明的单晶直径的检测方法及单晶提拉装置，并实现了提升所检测单晶直径的绝对值精确度。以下，具体地说明本发明的实施形态，但是本发明未限定于这些形态。图4是本发明的单晶提拉装置的一个例子的剖面概略图。该单晶提拉装置ll，是将在吊线1的下端且由晶种夹头2所保持的晶种3浸渍于坩埚5内的融液6中，随后，利用提拉上述晶种来培育单晶4时，在吊线1的上端设置能够测定上述单晶4的重量的测力计(重量计)10，并且在炉外设置能够通过石英玻璃而观察炉内的直径检测用摄影机9。又，在培育单晶时，在加热器7的外侧设置绝热构件8，用以保护槽体(chamber)。由上述测力计10所测得的单晶4重量的平均单位长度的增加量，能够算出单晶的直径。又，上述直径检测用摄影机9，通过处理该摄影机所摄得的炉内图像，算出单晶4的端部位置，并将该位置坐标化，能够检测单晶4的直径。接着，说明本发明的单晶直径的检测方法。图5是本发明的单晶直径的检测方法的流程图。开始计算单晶的晶身长度L1时，是通过测力计测定单晶的重量Wtl。将单晶提拉至晶身长度L2，再次通过测力计测定单晶的重量Wt2。接着，根据由测力计测定得到的单晶重量Wtl、Wt2，算出从Ll至L2的平均区间内的直径平均值Dw。此时用以根据测力计测得的重量算出换算直径Dw的计算式是D^2X(((Wt2國Wt1)/(兀X(L2-L1)X2.33))，其中2.33是单晶硅的比重。另一方面，与测力计的重量测定同时进行，通过摄影机检测从Ll至L2的直径数次，并将所得到的直径累计，来算出累计值T1。又，此时，预先计算累计的次数，并利用将所算出的累计值T1除以累计次数Cl，来算出摄影机的检测直径Do。接着，进行摄影机的检测直径的修正。具体上，是求取上述摄影机的检测直径也就是Do与通过测力计所算出的直径Dw的差，并将该差与修正系数a相乘或是相加所得到的值，加进上述摄影机的检测直径。完成该修正，并控制直径为通过该修正所得到的值来进行单晶的提拉。又，第2次以后的修正，是到达下次的修正演算开始长度时，通过重复同样的演算来进行另外，修正系数a按照单晶的成长速度预先求得的数值。测力计重量是在静止状态下悬吊结晶时所能够测定的重量。但是，实际的结晶制造时，由于结晶成长界面形状或表面张力的存在等，根据测力计所测定重量而得的换算直径与实际的直径会产生差异。也即如图6中的箭号所示，成长界面的形状在相同的制造方法时，结晶成长速度越大，上凸形状会越大。虽然该误差能够通过先制造实际的结晶并对每座提拉装置进行测定来求取，但是只要能够预测该上凸形状时，从重量而得的换算直径与实际的直径的差异，可以预测至某种程度。因此，必须预先对每座提拉装置，求取成长速度与修正系数的关系，并通过所求取的修正系数a来进行如上述的修正。又，如图6所示，因为若变更装置等的制造条件时会使成长界面形状产生变化，成长速度与修正系数的关系倾向也会改变，所以每次的制造条件必须求取上述的关系。另一方面，若制造条件未改变时，因为该成长速度与修正系数的关系未改变，在制品制造前，若使该关系清楚明了，则不须要再次进行实验。具体上，作为求取修正系数的方法，是实际上使结晶成长，并制作实际直径的平均直径与通过测力计所算出的直径的相关图(例如图ll)，然后利用划出相关线便能够求取此时的提拉速度的修正系数。此时，若至少制造3根单晶时，便能够正确地求取修正系数。此时，若将斜率设为l，并进行求取切片的方法时，修正系数是成为本发明中的加法的修正系数；若将切片设为O，并进行求取斜率的方法时，修正系数是成为相乘后的修正系数。以相关系数较强的一方来进行修正是充分的，不必在限定的区间并用加法与乘法两者。又，通过最低限度2种类的提拉速度来求取修正系数，能够求得例如在图7的图。该图7是实际上使结晶成长，并制造如图11所示的实际直径的平均直径与通过测力计所算出的直径的相关图，然后通过划出相关线来求得在此时的提拉速度中的加法修正系数。在某未知数的提拉速度下进行修正时，虽然通过上述方法重新求取修正系数是确定的，但是即便根据从该方法求得的图7所推测的值，也能够充分地实现该功能。此时，2种的提拉速度若是使用条件的最大值(MAX)及最小值(MIN)时，能够得到更正确的修正。又，因为上述L1、L2是实际的单晶长度，例如，采用根据悬吊结晶的吊线1的提拉距离来算出结晶位置的结构的提拉装置时，也必须与上述修正同时进行由于吊线1的伸长量而产生的修正。另外，所制造的单晶，例如可以是单晶硅，也可以是其他的半导体单晶等，没有特别限定。又，通过本发明中的单晶直径的检测方法所检测的直径，以上述单晶的晶身为10厘米以后的直径为佳。单晶的晶身为io厘米以前的直径，也能够只通过适合短时间的直径控制的摄影机方式来检测。但是如上述，随着晶身变长，只有摄影机方式时因为摄影机的相对位置偏移或结晶的大口径化，致使绝对值的精确度降低，所以本发明对于检测晶身为10厘米以后的单晶直径特别有效。又，从上述LI至L2的平均区间的区域，以10厘米以上为佳。算出直径修正的区间是越长越佳，这是因为通过测力计重量所检测直径的精确度提高。因此能够得到更正确的修正。又，上述的修正，以在上述单晶的晶身为10厘米以后进行至少1次为佳。在晶身为IO厘米以后，即便只有进行1次，对提升直径精确度也能够得到充分的效果，而随着结晶成长的进行，通过重复进行上述修正，能够进行极高精确度的直径检测。又，在本发明，具备用以检测提拉单晶的直径的摄影机及测力传感器的单晶提拉装置，较佳是进行本发明的单晶直径的检测方法。通过组合摄影机(光学式)及测力计方式(重量方式)，能够活用各自的优点，并补充互相的缺点。以下，举出本发明的实施例来更具体地说明，但是，本发明未限定于这些实施例。实施例1使用图4的单晶提拉装置，依照图5所示的流程，进行修正摄影机的检测直径，并通过修正所得到的值，控制直径来进行制造单晶。在进行制造单晶之前，预先求取在实际使用的单晶提拉装置中的成长速度与修正系数的关系(图7)。使计算开始时的晶身长度L1为5厘米，晶身长度L2为15厘米，并检测5厘米-15厘米之间的摄影机的检测直径Do、及根据其间的重量变化量所算出的直径Dw。15厘米以后，是将对摄影机的检测直径与根据测力计算出的直径的差(Do-Dw)，加上相对于实际的提拉速度0.4毫米/分钟的修正系数-1.5而成的值，将此值加进摄影机的检测直径来进行修正摄影机的检测直径，并将单晶的直径控制成通过修正所得到的值，来制造单晶。结晶制造后的直径，是在晶身40厘米的部分进行测定，来评价直径的偏差(标准偏差o)。实施例2使用与实施例1同样的单晶提拉装置，除了使计算开始时的晶身长度Ll为5厘米，晶身长度L2为25厘米，并使要算出修正的平均区间为20厘米以外，利用与实施例1同样的方法，将加上相对于实际的提拉速度0.4毫米/分钟的修正系数-1.5而成的值，加进摄影机的检测直径，来进行修正摄影机的检测直径，并将单晶的直径控制成通过修正所得到的值，来制造单晶。结晶制造后的直径，是与实施例1同样地在晶身40厘米的部分进行测定，来评价直径的偏差(标准偏差o)。比较例图4的单晶提拉装置之中，除了未具备测力计10以外，在完全相同构成的单晶提拉装置中，使用摄影机来观察结晶的端部位置，利用距假想中心点的距离来检测直径的现有方法，进行制造结晶。结晶制造后的直径，是与实施例1、2同样地在晶身40厘米的部分进行测定，来评价直径的偏差(标准偏差o)。又，在上述的实施例1、2及比较例的全部，坩埚尺寸是32英寸(800毫米)，所填充的硅原料为300千克，制造的单晶为12英寸(308毫米)。表2是实施例1、2及比较例1的评价，是整理在单晶晶身40厘米时的直径偏差(标准偏差o)而成。直径偏差(标准偏差o)，相对于在比较例为1.2毫米，在实施例1(L2-L1=10厘米)为0.7毫米，在实施例2(L2-L1=20厘米)为0.6毫米。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>图8是将在实施例1、2及比较例所评价的在单晶晶身40厘米时的直径偏差(标准偏差o)绘制而成的图。又，图9是在实施例1、2及比较例所评价的在单晶晶身40厘米时的直径偏差(标准偏差o)的条形图。从图8、图9，得知算出直径修正的区间(L1L2)越长，越能提升直径精确度。实施例3使用与实施例1同样的单晶提拉装置，并使要算出修正的平均区间(L2-L1)为5厘米、10厘米、15厘米、20厘米，且各自通过与实施例1同样的方法，控制单晶的直径来制造单晶，并且调查在晶身为40厘米时的测力计的直径算出误差。其结果，实际的测力计的重复测定重量的误差，即便平均区间(L2-L1)为5厘米20厘米的任一个，均是100克，此时，在IO厘米以上的区域中的直径换算误差，大约为l毫米以下。图10是表示在实施例3中的要算出修正的平均区间(L2-L1)与测力计的直径算出误差的关系图。根据图IO，使平均区间(L2-L1)为10厘米及为20厘米，未观察到有太大的差异。这可以认为虽然算出修正的平均区间是越长，越能提升通过测力计所检测的直径的精确度，但是另一方面，因为修正的时序延迟的，而难以发挥本发明的效果的缘故。因此，使用精确度良好的测力计并在短区间进行修正是最有效的，在全部的实施例中使用测力计的情形，即便使要算出修正的平均区间设定成比io厘米区间长，也无法期待有大幅度的效果，得知在10厘米的区间中的平均，能够得到充分的效果。但是，若能够更提升测力计的精确度时，该具有效果的区间能够更为縮短。另外，本发明未限定于上述实施形态。上述实施形态是例示性，凡是具有与本发明的权利要求书所记载的技术思想实质上相同构成，且实现相同作用效果之物，无论何者，都包含在本发明的技术范围内。例如，在上述中，是将对摄影机的检测直径与通过测力计所算出的直径的差，加上相对于实际的提拉速度的修正系数而成的值，加进摄影机的检测直径中，来进行修正摄影机的检测直径，但是，该修正即便是将对摄影机的检测直径与通过测力计所算出的直径的差，乘上前述修正系数a而得到的值，加进摄影机的检测直径中来进行，也能够提升所检测出来的单晶的直径精确度，而能够得到同样的效果。9权利要求一种单晶直径的检测方法，是用以检测通过切克劳斯基法所培育的单晶的直径的方法，其特征在于使用摄影机与测力计两者，各自检测单晶的直径，并根据摄影机的检测直径与通过测力计所算出的直径的差、及按照前述单晶的成长速度所预先求得的修正系数α，来修正前述摄影机的检测直径，并且将通过该修正所得到的值作为前述单晶的直径。2.如权利要求1所述的单晶直径的检测方法，其中前述修正，是将对前述摄影机的检测直径与通过测力计所算出的直径的差，乘上或是加上前述修正系数a所得到的值，加进前述摄影机的检测直径来进行。3.如权利要求1或2所述的单晶直径的检测方法，其中前述单晶直径的检测方法，是测定前述单晶的晶身10厘米以后的直径。4.如权利要求13中任一项所述的单晶直径的检测方法，其中前述通过测力计所算出的直径，是根据前述单晶的晶身的平均区间内的单晶重量所求得的直径的平均，且前述平均区间的区域为10厘米以上。5—种单晶直径的检测方法，是在前述单晶的晶身10厘米以后，至少进行1次如权利要求14中任一项的直径检测。6.—种单晶提拉装置，是用以通过切克劳斯基法来培育单晶的单晶提拉装置，其特征在于至少具备摄影机与测力计两者，用以检测提拉单晶的直径。7.如权利要求6所述的单晶提拉装置，其中通过如权利要求15中任一项所述的单晶直径的检测方法，来进行单晶的直径检测。全文摘要本发明提供一种单晶直径的检测方法及一种单晶提拉装置，该装置具备摄影机及测力计两者，用以检测所提拉的单晶的直径；该单晶直径的检测方法，是用以检测通过切克劳斯基法所培育的单晶的直径的方法，其特征在于使用摄影机与测力计两者，各自检测单晶的直径，并根据摄影机的检测直径与通过测力计所算出的直径的差、及按照前述单晶的成长速度所预先求得的修正系数α，来修正前述摄影机的检测直径，并且将通过该修正所得到的值作为前述单晶的直径。借此，能够提升大口径、高重量结晶的直径测定精确度，且能够实现产率的提升及减少品质偏差。文档编号C30B15/22GK101772595SQ200880102139公开日2010年7月7日申请日期2008年7月30日优先权日2007年8月31日发明者园川将,柳町隆弘申请人:信越半导体股份有限公司