KR102241284B1 - 실리콘 단결정 제조장치 - Google Patents

실리콘 단결정 제조장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102241284B1
KR102241284B1 KR1020167021586A KR20167021586A KR102241284B1 KR 102241284 B1 KR102241284 B1 KR 102241284B1 KR 1020167021586 A KR1020167021586 A KR 1020167021586A KR 20167021586 A KR20167021586 A KR 20167021586A KR 102241284 B1 KR102241284 B1 KR 102241284B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heater power
single crystal
chamber
silicon single
amount
Prior art date
Application number
KR1020167021586A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160120725A (ko
Inventor
타카히로 야나기마치
마사히로 아키바
준야 토쿠에
스스무 소노카와
Original Assignee
신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 filed Critical 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
Publication of KR20160120725A publication Critical patent/KR20160120725A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102241284B1 publication Critical patent/KR102241284B1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20Controlling or regulating
    • C30B15/203Controlling or regulating the relationship of pull rate (v) to axial thermal gradient (G)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20Controlling or regulating
    • C30B15/206Controlling or regulating the thermal history of growing the ingot
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20Controlling or regulating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/14Heating of the melt or the crystallised materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20Controlling or regulating
    • C30B15/22Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/06Silicon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

본 발명은, 원료를 가열하는 히터를 내부에 갖는 챔버 및 냉각매체에 의해 챔버를 냉각하는 수단을 갖는 CZ법에 의한 실리콘 단결정 제조장치로서, 챔버를 냉각하는 냉각매체가 챔버내를 유통하는 유로에 있어서의 입구온도, 출구온도, 및 유량의 측정수단, 입구온도, 출구온도, 및 유량의 측정값을 기초로 챔버로부터의 제거열량을 산출하는 연산수단, 및 산출한 제거열량을 기초로 히터전력을 제어하는 히터전력제어수단을 구비하는 실리콘 단결정 제조장치이다. 이에 따라, 냉각매체의 온도 및 유량의 측정값으로부터 산출한 챔버로부터의 제거열량을 기초로 히터전력을 제어함으로써, 보다 목표값에 가까운 결정직경 및 결정인상속도로 단결정의 인상을 행할 수 있는 실리콘 단결정 제조장치가 제공된다.

Description

실리콘 단결정 제조장치{SILICON SINGLE CRYSTAL PRODUCTION DEVICE}
본 발명은, 쵸크랄스키법(이하 CZ법이라 함)에 의한 실리콘 단결정의 제조장치에 관한 것이며, 특히 결정인상 중의 히터전력값을 정확히 설정하는 기술에 관한 것이다.
최근, 실리콘 단결정의 무결함 결정의 제조에서는, 결정직경 및 결정인상속도를 목표대로 인상하는 것이 필수시되고 있다. 종래의 실리콘 단결정의 직경제어에 있어서는, 과거의 결정인상시의 히터전력값의 실적데이터를 기초로, 베이스의 히터전력값을 설정하여 결정인상을 행해서, 결정인상 중의 결정직경이 목표보다 두껍거나, 혹은 결정인상속도가 목표보다 빠르면, 설정한 히터전력값에 대하여 히터전력값을 높이고, 또한 그 반대의 경우는 히터전력값을 낮춰 히터전력값을 제어하고 있다.
그러나, 이러한 종래의 직경제어에서는 결정직경이 목표값으로부터 변동되고 나서, 혹은 결정인상속도가 목표값으로부터 변동되고 나서 히터전력을 변화시키고 있으므로, 결정성장계면의 온도가 변화하기까지 긴 불필요한 시간이 있고, 특히 대구경 결정에 있어서는 이 시간이 30분 이상 있으므로, 결정직경이나 결정인상속도로부터 히터전력에 대한 피드백으로는 지나치게 늦다는 문제가 있었다.
또한, 석영도가니 중의 원료융액의 깊이, 육성 중인 결정의 길이, 챔버내의 흑연재의 위치관계, 단결정 제조장치의 챔버 표면에 대한 산화물의 부착의 정도에 따라 챔버로부터의 제거열량이 변동되고, 이로 인해 최적의 히터전력값도 불균일하므로, 과거의 결정인상 실적데이터에 의해서만 최적의 히터전력값을 설정하는 것은 곤란하였다.
또한, 결정직경이나 결정인상속도 이외의 데이터를 기초로 직경제어를 행하는 기술로서, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에는, 냉각수에 의한 챔버로부터의 제거열량을 결정인상속도에 피드백하는 기술이 개시되어 있는데, 이들 기술은 히터전력값이 최적값으로부터 벗어난 경우는, 목표의 인상속도 혹은 목표의 결정직경으로 단결정 인상을 행하는 것이 어렵다는 문제가 있었다.
일본특허공개 2008-127216호 공개 일본특허공개 2008-105873호 공개
본 발명은, 상기 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 냉각매체의 온도 및 유량의 측정값으로부터 산출한 챔버로부터의 제거열량을 기초로 히터전력을 제어함으로써, 보다 목표값에 가까운 결정직경 및 결정인상속도로 단결정의 인상을 행할 수 있는 실리콘 단결정 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는, 원료를 가열하는 히터를 내부에 갖는 챔버 및 냉각매체에 의해 상기 챔버를 냉각하는 수단을 갖는 CZ법에 의한 실리콘 단결정 제조장치로서,
상기 챔버를 냉각하는 냉각매체가 챔버내를 유통하는 유로에 있어서의 입구온도, 출구온도, 및 유량의 측정수단,
상기 입구온도, 상기 출구온도, 및 상기 유량의 측정값을 기초로 상기 챔버로부터의 제거열량을 산출하는 연산수단, 및
상기 산출한 제거열량을 기초로 히터전력을 제어하는 히터전력제어수단,
을 구비하는 실리콘 단결정 제조장치를 제공한다.
이러한 실리콘 단결정 제조장치이면, 냉각매체의 온도 및 유량의 측정값으로부터 산출한 챔버로부터의 제거열량을 기초로 히터전력을 제어함으로써, 보다 목표값에 가까운 결정직경 및 결정인상속도로 단결정의 인상을 행할 수 있다.
또한 이때, 상기 실리콘 단결정 제조장치가, 직동공정(直胴工程) 중의 결정직경을 측정하는 수단, 및 상기 결정직경의 측정값을 기초로 상기 히터전력의 보정값을 산출하는 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 수단을 구비하는 것이면, 제거열량뿐만 아니라 결정직경의 측정값도 가미하여 히터전력의 제어를 행할 수 있다.
또한 이때, 상기 히터전력제어수단이, 실리콘 단결정 인상 후에 얻어진 상기 챔버로부터의 제거열량의 조업실적데이터를 기초로, 차회 인상시의 직동공정 중의 히터전력의 설정값의 패턴을 산출하는 기능을 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 기능을 구비하는 것이면, 단결정의 인상 후에 얻어진 데이터를 기초로 차회 인상시의 히터전력패턴을 설정할 수 있다.
또한 이때, 상기 차회 인상시의 직동공정 중의 히터전력의 설정값의 패턴이, 상기 산출한 제거열량과 동등한 전력값을 히터전력의 설정값으로 한 것일 수도 있다.
또한 이때, 상기 차회 인상시의 직동공정 중의 히터전력의 설정값의 패턴이, 이하의 식으로 구해지는 히터전력의 패턴보정값(W)을 히터전력의 설정값에 피드백시킨 것일 수도 있다.
W=Ws-(Ha-Hb)
(식 중, W는 히터전력의 패턴보정값, Ws는 직동공정 개시시의 히터전력값, Ha는 직동공정 개시시의 제거열량, Hb는 산출한 직동공정 중의 제거열량을 나타낸다.)
이와 같이 하면, 산출한 제거열량으로부터, 차회 인상시의 직동공정 중의 히터전력의 설정값의 패턴을 산출할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치이면, 결정직경의 측정값에 더하여, 냉각매체의 온도 및 유량의 측정값으로부터 산출한 챔버로부터의 제거열량을 기초로 히터전력을 제어함으로써, 보다 목표값에 가까운 결정직경 및 결정인상속도로 단결정의 인상을 행할 수 있다. 나아가, 단결정의 인상 후에 얻어진 데이터를 기초로 산출한 제거열량으로부터, 차회 인상시의 히터전력을 설정할 수 있다. 따라서, 얻어지는 단결정의 품질도 원하는 것으로 할 수 있고, 단결정의 제조수율, 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 2는 입구온도, 출구온도, 및 유량의 측정수단으로부터 히터전력제어수단까지의 흐름을 나타낸 플로우도이다.
도 3은 설정전력패턴을 산출하는 기능을 구비하는 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 4는 히터전력연산플로우의 일례를 나타낸 플로우도이다.
도 5는 실시예의 순서를 나타낸 플로우도이다.
도 6은 실시예의 실히터전력값과 실제거열량을 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예에 있어서의 실제거열량과 제거열량에 의해 보정한 설정전력패턴을 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예에 있어서의 베이스의 설정전력패턴과 제거열량에 의해 보정한 설정전력패턴을 비교한 그래프이다.
도 9는 실시예의 결정직경변동을 나타낸 그래프이다.
도 10은 비교예에서 이용한 종래의 실리콘 단결정 제조장치를 나타낸 개략도이다.
도 11은 비교예의 순서를 나타낸 플로우도이다.
도 12는 비교예의 실히터전력값을 나타낸 그래프이다.
도 13은 비교예의 결정직경변동을 나타낸 그래프이다.
상기 서술한 바와 같이, 히터전력값이 최적값으로부터 벗어난 경우에도, 보다 목표값에 가까운 결정직경 및 결정인상속도로 단결정의 인상을 행할 수 있는 실리콘 단결정 제조장치의 개발이 요구되었다.
본 발명자들은, 상기 과제에 대하여 예의 검토를 거듭한 결과, 직동공정 중에 목표직경 및 목표인상속도대로 결정을 인상하기 위하여 필요한 히터전력값은, 최종적으로는 각 직동위치에 있어서의 실리콘 단결정 제조장치의 챔버로부터의 제거열량과 균형잡힌 것을 지견하였다. 나아가 이러한 점에서, 직동공정 인상중의 실리콘 단결정 제조장치의 챔버로부터의 제거열량을 산출하고, 산출한 제거열량과 히터전력값을 비교함으로써, 가열하고 있는 히터전력값이 적절한 값인지 여부를 정확히 파악할 수 있고, 제거열량과 히터전력값이 균형잡히지 않은 경우에는, 히터전력값을 제거열량과 동등해지도록 히터전력값을 보정함으로써, 목표직경 및 목표결정인상속도대로 결정제조를 행하는 것이 가능해지는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.
즉, 본 발명은, 원료를 가열하는 히터를 내부에 갖는 챔버 및 냉각매체에 의해 상기 챔버를 냉각하는 수단을 갖는 CZ법에 의한 실리콘 단결정 제조장치로서,
상기 챔버를 냉각하는 냉각매체가 챔버내를 유통하는 유로에 있어서의 입구온도, 출구온도, 및 유량의 측정수단,
상기 입구온도, 상기 출구온도, 및 상기 유량의 측정값을 기초로 상기 챔버로부터의 제거열량을 산출하는 연산수단, 및
상기 산출한 제거열량을 기초로 히터전력을 제어하는 히터전력제어수단,
을 구비하는 실리콘 단결정 제조장치이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 대하여 상세하게 설명하나, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치의 일례를 나타낸 개략도이다.
본 발명의 실리콘 단결정 제조장치(1)에서는, 챔버(2) 내부의 히터(3)에 의해 가열된 원료융액(4)으로부터, 실리콘 단결정(5)이 인상된다. 챔버(2)는 냉각수단(6)에 의해 냉각되고, 냉각에 이용되는 냉각매체가 유통되는 유로에 있어서의 입구온도, 출구온도, 유량은 각각 입구온도측정수단(7), 출구온도측정수단(8), 유량측정수단(9)에 의해 측정된다. 제거열량연산수단(10)에서는, 입구온도, 출구온도, 유량의 측정값으로부터 제거열량이 산출되고, 나아가 제거열량에 의한 히터전력연산부(11)에서 히터전력의 보정값이 산출된다. 또한, 결정직경측정수단(12)에 의해 인상중인 실리콘 단결정(5)의 결정직경이 측정되고, 결정직경에 의한 히터전력연산부(13)에서 측정값으로부터 히터전력의 보정값이 산출된다. 이들 보정값을 기초로 히터전력출력부(15)가 직류전원(14)의 전력값을 제어함으로써, 히터(3)의 출력이 제어된다.
도 2는, 입구온도, 출구온도, 및 유량의 측정수단으로부터 히터전력제어수단까지의 흐름을 나타낸 플로우도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치에서는, 입구온도, 출구온도, 및 유량의 측정수단에 의해 이들을 측정하고, 제거열량연산수단에 의해 측정값으로부터 챔버로부터의 제거열량을 산출하고, 히터전력연산부에 의해 산출한 제거열량을 기초로 히터전력의 보정값을 산출하고, 히터전력출력부에 의해 히터전력을 제어한다. 또한 본 발명에서는, 히터전력연산부와 히터전력출력부를 합해서, 히터전력제어수단이라 부른다.
(입구온도, 출구온도, 및 유량의 측정수단)
챔버(2)는 개폐하기 위하여 분할되어 있고, 냉각수단(6)은 각 분할된 챔버마다 설치되어 있다. 따라서, 냉각매체의 유로의 입구온도, 출구온도, 및 유량은, 각 분할된 챔버의 유로마다 측정된다.
냉각매체의 유로의 입구온도 및 출구온도의 측정수단으로는, 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 열전대 및 측온저항체 등을 들 수 있다.
또한 유량의 측정수단으로는, 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 전자유량계, 와유량계, 코리올리식 질량유량계, 초음파유량계 등을 들 수 있다.
(제거열량연산수단)
이어서, 입구온도, 출구온도, 및 유량의 측정값으로부터 챔버로부터의 제거열량을 산출한다. 본 발명에 있어서, 챔버로부터의 제거열량(H)은 이하의 식으로 표시된다.
H=ΔT×L×C×ρ
ΔT=Tout-Tin
(식 중, H는 제거열량(kW), Tout은 냉각매체의 출구온도(K), Tin은 냉각매체의 입구온도(K), L은 냉각매체의 유량(l/sec), C는 냉각매체의 비열(kJ/kg·K)이며, 물의 경우 C=4.1868, ρ는 냉각매체의 밀도(kg/l)이며, 25℃/대기압에 있어서의 물의 경우는 ρ=0.9970이다.)
(히터전력제어수단)
이어서, 제거열량에 의한 히터전력연산부에서, 상기 서술한 바와 같이 하여 산출한 제거열량을 기초로 히터전력의 보정값을 산출한다. 보정값은 이하의 식으로 구해진다.
히터전력의 보정값=히터전력값-제거열량(H)
또한, 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치로는, 직동공정 중의 결정직경을 측정하는 수단, 및 결정직경의 측정값을 기초로 히터전력의 보정값을 산출하는 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 수단을 구비하는 것이면, 상기 서술한 제거열량에 의한 히터전력의 보정값 뿐만 아니라, 결정인상 중의 결정직경의 측정값을 기초로 결정직경에 의한 히터전력연산부에서 히터전력의 보정값도 산출할 수 있다. 이들 보정값을 병용하여 히터전력의 제어를 행함으로써, 더욱 목표값에 가까운 결정직경 및 결정인상속도로 단결정의 인상을 행할 수 있다.
이어서, 상기 서술한 바와 같이 하여 산출한 보정값을 기초로, 히터전력출력부에서 실제로 히터전력의 제어를 행한다.
이와 같이, 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치이면, 결정직경의 측정값에 더하여, 냉각매체의 온도 및 유량의 측정값으로부터 산출한 챔버로부터의 제거열량을 기초로 히터전력을 제어함으로써, 보다 목표값에 가까운 결정직경 및 결정인상속도로 단결정의 인상을 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치로는, 상기 서술한 히터전력제어수단이, 실리콘 단결정 인상 후에 얻어진 챔버로부터의 제거열량의 조업실적데이터를 기초로, 차회 인상시의 직동공정 중의 히터전력의 설정값의 패턴을 산출하는 기능을 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 기능을 구비하는 실리콘 단결정 제조장치의 예를 도 3에 나타낸다.
본 발명의 실리콘 단결정 제조장치(1')에서는, 상기 서술한 도 1에 나타낸 실리콘 단결정 제조장치와 마찬가지로, 실리콘 단결정(5)의 인상을 행한다. 단결정 인상 후에 얻어진 제거열량데이터는 조업실적데이터베이스(21)에 축적되고, 이 데이터를 기초로 제거열량에 의한 패턴산출부(22)에서, 차회 인상시의 직동공정 중의 히터전력의 설정값의 패턴(이하, 설정전력패턴이라고도 함)을 산출한다.
이때, 설정전력패턴은, 산출한 제거열량과 동등한 전력값을 히터전력의 설정값으로서 산출한 것, 혹은, 이하의 식으로 구해지는 히터전력의 패턴보정값(W)을 히터전력의 설정값에 피드백시켜 산출한 것일 수도 있다.
W=Ws-(Ha-Hb)
(식 중, W는 히터전력의 패턴보정값, Ws는 직동공정 개시시의 히터전력값, Ha는 직동공정 개시시의 제거열량, Hb는 산출한 직동공정 중의 제거열량을 나타낸다.)
설정전력패턴을 산출할 때의 히터전력연산플로우의 일례를 도 4에 나타낸다.
패턴보정값(W)을 산출하여 피드백시키는 경우는, 도 4에 나타낸 플로우를 따라 각 직동위치에 있어서의 패턴보정값(W)을 구하고, 이것을 기초로 하여 설정전력패턴을 산출할 수 있다.
이와 같이, 설정전력패턴을 산출하는 기능을 구비하는 것이면, 단결정의 인상 후에 얻어진 데이터를 기초로 차회 인상시의 히터전력을 설정할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치이면, 결정직경의 측정값에 더하여, 냉각매체의 온도 및 유량의 측정값으로부터 산출한 챔버로부터의 제거열량을 기초로 히터전력을 제어함으로써, 보다 목표값에 가까운 결정직경 및 결정인상속도로 단결정의 인상을 행할 수 있다. 나아가, 단결정의 인상 후에 얻어진 데이터를 기초로 산출한 제거열량으로부터, 차회 인상시의 히터전력을 설정할 수도 있다. 따라서, 얻어지는 단결정의 품질도 원하는 것으로 할 수 있고, 단결정의 제조수율, 생산성을 향상시킬 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예를 이용하여 본 발명을 구체적으로 설명하나, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
도 3에 나타낸 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치를 이용하여, 도 5에 나타낸 플로우를 따라, 직경 300mm, 직동부 길이 1800mm의 실리콘 단결정의 인상을 행하였다.
우선, 과거의 결정인상시의 히터전력값의 실적데이터를 기초로 하여 산출한 베이스의 설정전력패턴으로 1번째의 단결정의 인상을 행하고, 조업실적데이터베이스에 제거열량데이터를 축적하였다. 1번째의 인상시의 실히터전력값과 실제거열량데이터를 도 6에 나타낸다. 도 6에 나타낸 바와 같이 실히터전력값과 실제거열량의 수치는 거의 일치하는 결과가 얻어졌다.
이어서, 축적된 제거열량데이터를 기초로, 도 7의 설정전력패턴을 산출하였다. 또한, 설정전력패턴은, 산출한 제거열량과 동등한 전력값을 히터전력의 설정값으로서 산출하였다. 또한 여기서, 베이스의 설정전력패턴과 산출한 설정전력패턴(도 7)을 비교한 것을 도 8에 나타낸다.
이어서, 도 7의 패턴대로 히터의 전력값을 설정하여, 재차 직경 300mm, 직동부 길이 1800mm의 실리콘 단결정의 인상을 행하였다. 또한, 결정인상 중의 히터전력의 제어는, 인상 중의 결정직경의 측정값을 기초로 히터전력의 보정값을 산출하는 종래의 제어에 더하여, 냉각매체의 온도 및 유량으로부터 산출한 제거열량을 기초로 히터전력의 보정값을 구하고, 이것도 가미하여 히터전력의 제어를 행하였다.
얻어진 단결정의 각 직동위치에 있어서의 직경을 측정하고, 직경변화량의 그래프로서 나타낸 것을 도 9에 나타낸다.
(비교예)
도 10에 나타낸 종래의 실리콘 단결정 제조장치(100)를 이용하여, 도 11에 나타내는 플로우를 따라, 직경 300mm, 직동부 길이 1800mm의 실리콘 단결정의 인상을 행하였다.
우선, 실시예와 마찬가지로 베이스의 설정전력패턴으로 1번째의 단결정의 인상을 행하고, 조업실적데이터베이스(21)에 실히터전력값을 축적하였다. 1번째의 인상시의 실히터전력값을 도 12에 나타낸다. 이어서, 도 12에 나타내는 실히터전력값을 기초로, 히터전력에 의한 패턴산출부(101)에서 설정전력패턴을 산출하였다.
이어서, 산출한 패턴대로 히터의 전력값을 설정하여, 재차 직경 300mm, 직동부 길이 1800mm의 실리콘 단결정의 인상을 행하였다. 또한, 결정인상 중의 히터전력의 제어는, 결정직경측정수단(12)에 의해 측정된 인상 중의 결정직경을 기초로, 결정직경에 의한 히터전력연산부(13)에서 히터전력의 보정값을 산출하는 종래의 제어를 행하였다.
얻어진 단결정의 각 직동위치에 있어서의 직경을 측정하고, 직경변화량의 그래프로서 나타낸 것을 도 13에 나타낸다.
도 9 및 도 13에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치를 이용하여, 제거열량을 기초로 산출한 설정전력패턴에 기초하여 단결정의 인상을 행하고, 또한 제거열량에 의한 인상 중의 히터전력값의 보정을 행한 실시예(도 9)에서는, 종래의 실리콘 단결정 제조장치를 이용하여 단결정의 인상을 행하고, 제거열량에 의한 설정전력패턴의 산출이나 인상 중의 전력값의 보정을 하지 않은 비교예(도 13)에 비해, 목표직경으로부터의 직경변동이 억제되었다.
이상의 점에서, 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치이면, 냉각매체의 온도 및 유량의 측정값으로부터 산출한 챔버로부터의 제거열량을 기초로 히터전력을 제어함으로써, 보다 목표값에 가까운 결정직경 및 결정인상속도로 단결정의 인상을 행할 수 있고, 또한 단결정의 인상 후에 얻어진 데이터를 기초로 산출한 제거열량으로부터, 차회 인상시의 히터전력을 설정할 수 있는 것이 명백해졌다. 따라서, 원하는 품질을 갖는 단결정을 고수율, 고생산성으로 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (5)

  1. 원료를 가열하는 히터를 내부에 갖는 챔버 및 냉각매체에 의해 상기 챔버를 냉각하는 수단을 갖는 CZ법에 의한 실리콘 단결정 제조장치로서,
    상기 챔버를 냉각하는 냉각매체가 챔버내를 유통하는 유로에 있어서의 입구온도, 출구온도, 및 유량의 측정수단,
    상기 입구온도, 상기 출구온도, 및 상기 유량의 측정값을 기초로 상기 챔버로부터의 제거열량을 산출하는 연산수단, 및
    상기 산출한 제거열량을 기초로 히터전력을 제어하는 히터전력제어수단,
    을 구비하는 것이고,
    상기 히터전력제어수단이, 실리콘 단결정 인상 후에 얻어진 상기 챔버로부터의 제거열량의 조업실적데이터를 기초로, 차회 인상시의 직동공정 중의 히터전력의 설정값의 패턴을 산출하는 기능을 구비하는 것이고,
    상기 차회 인상시의 직동공정 중의 히터전력의 설정값의 패턴이, 이하의 식으로 구해지는 히터전력의 패턴보정값(W)을 히터전력의 설정값에 피드백시킨 것을 특징으로 하는,
    실리콘 단결정 제조장치.
    W=Ws-(Ha-Hb)
    (식 중, W는 히터전력의 패턴보정값, Ws는 직동공정 개시시의 히터전력값, Ha는 직동공정 개시시의 제거열량, Hb는 산출한 직동공정 중의 제거열량을 나타낸다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 단결정 제조장치가, 직동공정(直胴工程) 중의 결정직경을 측정하는 수단, 및 상기 결정직경의 측정값을 기초로 상기 히터전력의 보정값을 산출하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는,
    실리콘 단결정 제조장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
KR1020167021586A 2014-02-12 2015-02-03 실리콘 단결정 제조장치 KR102241284B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014024363A JP6197680B2 (ja) 2014-02-12 2014-02-12 シリコン単結晶製造装置
JPJP-P-2014-024363 2014-02-12
PCT/JP2015/000453 WO2015122145A1 (ja) 2014-02-12 2015-02-03 シリコン単結晶製造装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160120725A KR20160120725A (ko) 2016-10-18
KR102241284B1 true KR102241284B1 (ko) 2021-04-16

Family

ID=53799898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167021586A KR102241284B1 (ko) 2014-02-12 2015-02-03 실리콘 단결정 제조장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10036100B2 (ko)
JP (1) JP6197680B2 (ko)
KR (1) KR102241284B1 (ko)
CN (1) CN106029958B (ko)
DE (1) DE112015000435B4 (ko)
WO (1) WO2015122145A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6515791B2 (ja) 2015-11-26 2019-05-22 株式会社Sumco シリコン単結晶の製造方法
CN107151817A (zh) * 2016-03-03 2017-09-12 上海新昇半导体科技有限公司 单晶硅的生长方法及其制备的单晶硅锭
JP6828674B2 (ja) * 2017-12-20 2021-02-10 株式会社Sumco クリーニング方法、シリコン単結晶の製造方法、および、クリーニング装置
JP7021626B2 (ja) * 2018-10-03 2022-02-17 株式会社Sumco 原料供給方法およびシリコン単結晶の製造方法
CN115640983B (zh) * 2022-11-18 2023-03-07 浙江晶盛机电股份有限公司 功率调整方法、装置、计算机设备和存储介质

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050092236A1 (en) * 2003-11-03 2005-05-05 Bender David L. System for continuous growing of monocrystalline silicon
JP2006506306A (ja) 2002-11-12 2006-02-23 エムイーエムシー・エレクトロニック・マテリアルズ・インコーポレイテッド 単結晶インゴットを成長させる方法及び結晶引上げ装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3701686A (en) * 1966-02-11 1972-10-31 North American Rockwell Solid state cell construction
JP3523986B2 (ja) * 1997-07-02 2004-04-26 シャープ株式会社 多結晶半導体の製造方法および製造装置
US6117462A (en) * 1998-03-12 2000-09-12 Nucycle Therapy, Inc. Nutritional supplements
TW588127B (en) * 2000-02-01 2004-05-21 Komatsu Denshi Kinzoku Kk Apparatus for pulling single crystal by CZ method
JP2003521432A (ja) 2000-02-01 2003-07-15 エムイーエムシー・エレクトロニック・マテリアルズ・インコーポレイテッド 成長速度および径の偏差を最小にするためにシリコン結晶の成長を制御するための方法
JP4661204B2 (ja) * 2004-12-16 2011-03-30 信越半導体株式会社 単結晶の製造方法およびアニールウェーハの製造方法ならびにアニールウェーハ
CN100383295C (zh) * 2006-03-31 2008-04-23 浙江大学 直拉式晶体生长炉自动控制方法
JP5125003B2 (ja) * 2006-06-26 2013-01-23 信越半導体株式会社 シリコン単結晶の製造システムおよびこれを用いたシリコン単結晶の製造方法
JP4513798B2 (ja) * 2006-10-24 2010-07-28 信越半導体株式会社 単結晶製造装置及び単結晶の製造方法
JP5181171B2 (ja) * 2006-11-16 2013-04-10 Sumco Techxiv株式会社 半導体単結晶製造方法
WO2008114745A1 (ja) * 2007-03-14 2008-09-25 Mitsubishi Rayon Co., Ltd. 晶析装置およびその運転方法
JP5104129B2 (ja) 2007-08-31 2012-12-19 信越半導体株式会社 単結晶直径の検出方法および単結晶引上げ装置
KR101005988B1 (ko) * 2008-12-22 2011-01-05 주식회사 실트론 실리콘 단결정 잉곳 제조장치의 냉각 모듈 및 냉각 방법
JP5026549B2 (ja) * 2010-04-08 2012-09-12 シャープ株式会社 加熱制御システム、それを備えた成膜装置、および温度制御方法
CN202099412U (zh) * 2011-06-01 2012-01-04 浙江昱辉阳光能源有限公司 多晶铸锭炉及其热交换装置
JP5776587B2 (ja) * 2012-02-24 2015-09-09 信越半導体株式会社 単結晶製造方法
US9127377B2 (en) * 2012-08-21 2015-09-08 Babcock Noell Gmbh Generating a homogeneous magnetic field while pulling a single crystal from molten semiconductor material

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006506306A (ja) 2002-11-12 2006-02-23 エムイーエムシー・エレクトロニック・マテリアルズ・インコーポレイテッド 単結晶インゴットを成長させる方法及び結晶引上げ装置
US20050092236A1 (en) * 2003-11-03 2005-05-05 Bender David L. System for continuous growing of monocrystalline silicon
WO2005084225A2 (en) 2004-02-27 2005-09-15 Solaicx, Inc. System for continuous growing of monocrystalline silicon

Also Published As

Publication number Publication date
JP6197680B2 (ja) 2017-09-20
KR20160120725A (ko) 2016-10-18
CN106029958A (zh) 2016-10-12
DE112015000435B4 (de) 2022-07-21
JP2015151283A (ja) 2015-08-24
US10036100B2 (en) 2018-07-31
US20160333496A1 (en) 2016-11-17
WO2015122145A1 (ja) 2015-08-20
CN106029958B (zh) 2018-10-26
DE112015000435T5 (de) 2016-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102241284B1 (ko) 실리콘 단결정 제조장치
JP6583142B2 (ja) シリコン単結晶の製造方法及び装置
CN108779577B (zh) 单晶硅的制造方法
JP4853802B2 (ja) シリコン単結晶の製造方法
TW201447059A (zh) 將單晶直徑控制爲給定直徑的方法
KR101680217B1 (ko) 실리콘 단결정 성장 장치 및 이를 이용한 실리콘 단결정 성장 방법
JP5073257B2 (ja) 単結晶製造装置及び方法
JP2017522258A5 (ko)
CN104480527B (zh) 一种多晶硅铸锭炉全功率控制铸锭工艺
JP2014125404A (ja) サファイア単結晶育成装置
KR101862157B1 (ko) 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법 및 장치
CN112074626B (zh) 硅熔液的对流模式控制方法及单晶硅的制造方法
KR102064617B1 (ko) 잉곳 성장 제어장치 및 이에 적용되는 잉곳 성장 제어방법
KR101277396B1 (ko) 잉곳 성장 제어장치
CN107858753A (zh) 钽酸锂晶体的制造装置和钽酸锂晶体的制造方法
JP2013159525A (ja) シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶の製造装置
KR101366726B1 (ko) 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치 및 방법
KR20150053121A (ko) 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치 및 제조 방법
JP2826085B2 (ja) 単結晶引上炉の液温制御方法
KR101625433B1 (ko) 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법 및 장치
JP2015189598A (ja) 単結晶育成装置
KR101340082B1 (ko) 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치
JP2015189597A (ja) 単結晶育成装置
KR20140092507A (ko) 잉곳 성장 장치 및 잉곳 성장 방법
KR20090078380A (ko) 실리콘 웨이퍼 제조용 열처리 장비

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right