单晶的制造方法及制造装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及单晶的制造方法及制造装置，特别涉及悬浮区熔法(浮动区域硅精炼法、FZ法)中的单晶的减径(絞<0 )控制。
【背景技术】
[0002]作为育成硅等的单晶的方法之一已知FZ法。FZ法中，加热多晶的原料棒的一部分而制作熔融区，通过缓缓地拉下分别位于熔融区的上方及下方的原料棒及单晶，从而使单晶缓缓生长。特别是，在单晶育成的初期阶段，将原料棒的前端部熔融而使该熔融部熔接到晶种后，为了无错位化而实施一边使直径较细地减径一边使单晶生长到一定长度为止的减径工序。随后，缓缓扩大单晶的直径而形成锥体部，在将直径保持一定的情况下使单晶进一步生长而形成直躯体部。
[0003]单晶的减径工序往往以熟练的操作员的手动操作来进行。操作员依靠其经验和感觉进行操作，但是由于以目视直接观察减径直径，所以适当的状态的判断、操作量在操作员之间有所不同，即便相同的操作员对每一批的判断也不同。因此，无法在每批稳定地进行减径工序，会出现不能减少转移到锥体部的育成工序后的单晶的有错位化的发生频率的状况。
[0004]为了改善这样的状况，在专利文献1中，提出了通过利用4台电视照相机监视熔融区，从而正确地检测熔融区的区域长度，并且使减径工序能够自动化的方法。在该方法中，通过操作对感应加热线圈的供给电力来控制熔融区的区域长度，并通过操作原料棒(熔析侧材料棒)的下降速度来控制减径直径(结晶直径)。
[0005]现有技术文献专利文献
专利文献1:日本特许第4016363号公报。
【发明内容】
[0006]发明要解决的课题
然而，在现有的方法中，通过操作原料棒的下降速度而调整熔液量，并通过调整熔液量来控制减径直径，因此能间接地控制减径直径，存在控制响应性不好的问题。另外，现有的方法为了将单晶晶圆的面内电阻分布稳定化而控制熔融区的区域长度，但是在减径工序中面内电阻分布的稳定化并不重要。减径工序中重要的单晶的有错位化的抑制并不充分，宁可希望其进一步改善。
[0007]因此，本发明的目的在于提供将减径工序自动化，并能够降低转移到锥体部育成工序后发生单晶的有错位化的频率的单晶的制造方法。
[0008]用于解决课题的方案
为了解决上述课题，本发明的单晶的制造方法，是利用具备使原料棒下降的原料输送机构、与所述原料输送机构在同轴上配置并使利用熔融的原料育成的单晶下降的晶体输送机构、和加热所述原料棒的下端部而使之熔融的感应加热线圈的单晶制造装置的初期悬浮区熔法的单晶的制造方法，其特征在于，包括:熔接工序，加热所述原料棒的前端部并使之熔融后，熔接到安装在晶体输送机构的晶种；减径工序，以实现无错位化的方式使单晶的直径减径；锥体部形成工序，扩大所述直径并使所述单晶生长；以及直躯体部形成工序，将所述直径保持一定的状态下使所述单晶生长，所述减径工序包含:减径直径控制工序，操作向所述感应加热线圈供给的高频电流而对所述单晶的减径直径进行PID控制；以及减径位置控制工序，操作所述单晶的下降速度而对所述单晶的减径位置进行PID控制。
[0009]另外，依据本发明的单晶制造装置，其特征在于，包括:原料输送机构，使原料棒下降；晶体输送机构，与所述原料棒在同轴上配置并使利用熔融的原料育成的单晶下降；感应加热线圈，加热所述原料棒的下端部并使之熔融；CCD照相机，对所述原料棒与所述单晶之间的熔融区进行拍摄；图像处理部，对所述CCD照相机拍摄到的图像数据进行处理；以及控制部，基于所述图像数据控制对所述原料输送机构、所述晶体输送机构及所述感应加热线圈的高频电流，所述控制部包括:减径直径控制部，在以实现无错位化的方式使单晶的直径减径的减径工序中，操作向所述感应加热线圈供给的高频电流而对所述单晶的减径直径进行PID控制；以及减径位置控制部，在所述减径工序中，操作所述单晶的下降速度而对所述单晶的减径位置进行PID控制。
[0010]依据本发明，通过控制成为操作向感应加热线圈供给的高频电流而使减径直径成为适当的直径，且，控制成为操作单晶的下降速度而使单晶的减径位置成为适当的位置，从而能够在减径工序中可靠地进行单晶的无错位化，并能降低在转移到锥体部育成工序后发生的单晶的有错位化的频率。
[0011]本发明中，优选在所述单晶生长至既定长度的所述减径工序的初期阶段，相对减小用于对所述减径直径及所述减径位置进行PID控制的各操作项目的各增益，在所述初期阶段以后，比所述初期阶段时增大用于对所述减径直径及所述减径位置进行PID控制的各操作项目的各增益。由此，能够减小初期阶段中减径直径和减径位置的控制量，并能防止减径直径过度变小，或者减径位置过度变化的情形。另外，能够在初期阶段以后增大减径直径和减径位置的控制量，能够将减径直径和减径位置保持在适当的值。
[0012]本发明中，优选所述既定长度为至少10_。如果将减径直径和减径位置的过度变化抑制在减径开始位置到至少10_为止的范围，能够充分地抑制减径开始时的不良的发生。
[0013]发明效果
依据本发明，能够提供将减径工序自动化，并且能够降低在转移到锥体部育成工序后发生单晶的有错位化的频率的单晶的制造方法。
【附图说明】
[0014]图1是示出依据本发明的优选实施方式的利用FZ法的单晶制造装置10的结构的示意图。
[0015]图2是概略示出利用FZ法的单晶的制造工序的流程图。
[0016]图3是示出利用单晶制造装置10来制造的单晶锭(ingot)的形状的大致侧面图。
[0017]图4是示出将育成单晶之前的原料棒1和晶种2分别设置在原料输送机构12及晶体输送机构14的状态的大致侧面图。
[0018]图5是减径工序的控制框图。
[0019]图6是用于说明减径直径的控制的示意图。
[0020]图7是示出PID控制的各增益的设定步骤的流程图。
[0021]图8是示出减径工序的控制结果的图表，(a)示出对三个样本进行自动控制的结果，(b)示出对两个样本进行手动控制的结果。
【具体实施方式】
[0022]以下，参照附图，对本发明的优选实施方式进行详细说明。
[0023]图1是示出依据本发明的优选实施方式的利用FZ法的单晶制造装置10的结构的示意图。
[0024]如图1所示，单晶制造装置10包括:使安装在上轴11的下端的原料棒1边旋转边下降的原料输送机构12 ;使结晶在安装在下轴13的上端的晶种2的上部的单晶3边旋转边下降的晶体输送机构14 ;用于加热原料棒1的感应加热线圈15 (工作线圈);与感应加热线圈15连接的振荡器16 ;对原料棒1与单晶3之间的熔融区进行拍摄的CCD照相机17 ;对CCD照相机17拍摄到的图像数据进行处理的图像处理部18 ;以及基于图像数据控制原料输送机构12、晶体输送机构14及感应加热线圈15的控制部19。
[0025]原料输送机构12包含控制原料棒1的下降速度Vp的输送控制部12a、和控制原料棒1的旋转速度Rp的旋转控制部12b。晶体输送机构14包含控制单晶3的下降速度Vs的输送控制部14a、和控制单晶3的旋转速度Rs的旋转控制部14b。控制部19包含根据图像数据算出减径直径的减径直径算出部19a、和根据图像数据算出减径位置的减径位置算出部19b。
[0026]感应加热线圈15是包围原料棒1的周围的环形导体，振荡器16向