單晶硅制造裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種單晶硅制造裝置，其是基于CZ法的單晶硅制造裝置，具備在內(nèi)部具有加熱原料的加熱器的腔室以及通過冷卻介質(zhì)來冷卻腔室的裝置，所述單晶硅制造裝置具備：供冷卻所述腔室的冷卻介質(zhì)在腔室內(nèi)流通的流路上的入口溫度、出口溫度及流量的測定裝置；基于入口溫度、出口溫度及流量的測定值來計算從腔室去除的去除熱量的運算裝置；以及基于計算出的去除熱量來控制加熱器功率的加熱器功率控制裝置。由此，提供一種單晶硅制造裝置，其基于由冷卻介質(zhì)的溫度及流量的測定值計算出的從腔室去除的去除熱量來控制加熱器功率，由此能夠以更接近目標值的結(jié)晶直徑及結(jié)晶提拉速度來進行單晶的提拉。
【專利說明】
單晶硅制造裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種基于切克勞斯基法(以下稱為CZ法)的單晶硅的制造裝置，尤其涉及一種準確設(shè)定結(jié)晶提拉中的加熱器功率值的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，在單晶硅的無缺陷結(jié)晶的制造中，必須使結(jié)晶直徑及結(jié)晶提拉速度按目標來進行提拉。在現(xiàn)有的單晶硅的直徑控制中，基于過去結(jié)晶提拉時的加熱器功率值的實績數(shù)據(jù)，來設(shè)定基礎(chǔ)的加熱器功率值來進行結(jié)晶提拉，若結(jié)晶提拉中的結(jié)晶直徑比目標粗或者結(jié)晶提拉速度比目標快，則相對于設(shè)定好的加熱器功率值，提高加熱器功率值，或者在相反的情況下降低加熱器功率值，以此方式來控制加熱器功率值。
[0003]然而，在這種現(xiàn)有的直徑控制中，由于在結(jié)晶直徑從目標值變動后或者結(jié)晶提拉速度從目標值變動變動后，將使加熱器功率有所變化，因此直至結(jié)晶成長界面的溫度變化為止將浪費較長時間，尤其是在大口徑結(jié)晶中該時間將在30分以上，因此存在從結(jié)晶直徑或結(jié)晶提拉速度向加熱器功率的反饋過慢的問題。
[0004]另外，根據(jù)石英坩禍中的原料熔液的深度、培養(yǎng)中的結(jié)晶的長度、腔室內(nèi)的石墨材料的位置關(guān)系、以及氧化物對單晶制造裝置的腔室表面的附著程度，從腔室去除的去除熱量會有所變動，由此最佳的加熱器功率值也有所偏差，因此僅通過過去的結(jié)晶提拉實績數(shù)據(jù)難以設(shè)定最佳的加熱器功率值。
[0005]另外，作為基于除結(jié)晶直徑、結(jié)晶提拉速度以外的數(shù)據(jù)來進行直徑控制的技術(shù)，在專利文獻I及專利文獻2中公開了一種將通過冷卻水從腔室去除的去除熱量反饋給結(jié)晶提拉速度的技術(shù)，但是這些技術(shù)在加熱器功率值偏離最佳值的情況下，存在難以以目標的提拉速度或目標的結(jié)晶直徑來進行單晶提拉的問題。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻I:日本專利公開2008-127216號公報
[0009]專利文獻2:日本專利公開2008-105873號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010](一)要解決的技術(shù)問題
[0011]本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于提供一種單晶硅制造裝置，其基于由冷卻介質(zhì)的溫度及流量的測定值計算出的從腔室中去除的去除熱量來控制加熱器功率，從而能夠以更接近目標值的結(jié)晶直徑以及結(jié)晶提拉速度來進行單晶提拉。
[0012](二)技術(shù)方案
[0013]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種單晶硅制造裝置，其是基于CZ法的單晶硅制造裝置，具備在內(nèi)部具有加熱原料的加熱器的腔室以及通過冷卻介質(zhì)來冷卻所述腔室的裝置，所述單晶硅制造裝置具備:
[0014]供冷卻所述腔室的冷卻介質(zhì)在腔室內(nèi)流通的流路上的入口溫度、出口溫度及流量的測定裝置；
[0015]基于所述入口溫度、所述出口溫度及所述流量的測定值來計算從所述腔室去除的去除熱量的運算裝置；以及，
[0016]基于所述計算出的去除熱量來控制加熱器功率的加熱器功率控制裝置。
[0017]若是這樣的單晶硅制造裝置，則通過基于由冷卻介質(zhì)的溫度及流量的測定值計算出的從腔室去除的去除熱量來控制加熱器功率，從而能夠以更接近目標值的結(jié)晶直徑及結(jié)晶提拉速度來進行單晶提拉。
[0018]另外，此時，所述單晶硅制造裝置優(yōu)選具備測定直體工序(直胴工程)中的結(jié)晶直徑的裝置、以及基于所述結(jié)晶直徑的測定值來計算所述加熱器功率的校正值的裝置。
[0019]若具備這樣的裝置，則不只是基于去除熱量，還將基于結(jié)晶直徑的測定值來進行加熱器功率的控制。
[0020]另外，此時，所述加熱器功率控制裝置優(yōu)選具備如下功能:基于在單晶硅提拉后得到的從所述腔室去除的去除熱量的操作實績數(shù)據(jù)，來計算下次提拉時的直體工序中的加熱器功率的設(shè)定值曲線。
[0021]若具備這樣的功能，則能夠基于單晶提拉后得到的數(shù)據(jù)來設(shè)定下次提拉時的加熱器功率曲線。
[0022]另外，此時，所述下次提拉時的直體工序中的加熱器功率的設(shè)定值曲線也可以是將與所述計算出的去除熱量同等的功率值作為加熱器功率的設(shè)定值而得到的。
[0023]另外，此時，所述下次提拉時的直體工序中的加熱器功率的設(shè)定值曲線也可以是使通過下式求出的加熱器功率曲線校正值W反饋給加熱器功率的設(shè)定值而得到的。
[0024]W=Ws-(Ha-Hb)
[0025](式中，W表示加熱器功率的曲線校正值，Ws表示直體工序開始時的加熱器功率值，Ha表示直體工序開始時的去除熱量，妒表示計算出的直體工序中的去除熱量。)
[0026]若是這樣，則能夠根據(jù)計算出的去除熱量，計算下次提拉時的直體工序中的加熱器功率的設(shè)定值曲線。
[0027](三)有益效果
[0028]如上所述，如果為本發(fā)明的單晶硅制造裝置，不但基于結(jié)晶直徑的測定值，還基于由冷卻介質(zhì)的溫度及流量的測定值計算出的從腔室去除的去除熱量來控制加熱器功率，由此能夠以更接近目標值的結(jié)晶直徑及結(jié)晶提拉速度來進行單晶提拉。進而，根據(jù)基于單晶提拉后得到的數(shù)據(jù)計算出的去除熱量，能夠設(shè)定下次提拉時的加熱器功率。因此，能夠使得到的單晶達到所期望的品質(zhì)，能夠提高單晶的制造良率、生產(chǎn)性。
【附圖說明】
[0029]圖1是表示本發(fā)明的單晶硅制造裝置一例的示意圖。
[0030]圖2是表示從入口溫度、出口溫度及流量的測定裝置到加熱器功率控制裝置的流程的流程圖。
[0031]圖3是表示具備計算設(shè)定功率曲線的功能的本發(fā)明的單晶硅制造裝置一例的示意圖。
[0032]圖4是表示加熱器功率運算流程一例的流程圖。
[0033]圖5是表示實施例的順序的流程圖。
[0034]圖6是表示實施例的實際加熱器功率值和實際去除熱量的圖表。
[0035]圖7是表示實施例中的實際去除熱量和根據(jù)去除熱量進行校正而得到的設(shè)定功率曲線的圖表。
[0036]圖8是對實施例中的基礎(chǔ)的設(shè)定功率曲線和根據(jù)去除熱量進行校正而得到的設(shè)定功率曲線進行比較的圖表。
[0037]圖9是表示實施例的結(jié)晶直徑變動的圖表。
[0038]圖10是表示比較例中使用的現(xiàn)有的單晶硅制造裝置的示意圖。
[0039]圖11是表示比較例的順序的流程圖。
[0040]圖12是表示比較例的實際加熱器功率值的圖表。
[0041 ]圖13是表示比較例的結(jié)晶直徑變動的圖表。
【具體實施方式】
[0042]如上所述，一直以來尋求開發(fā)一種即使在加熱器功率值偏離最佳值的情況下，也能夠以更接近目標值的結(jié)晶直徑及結(jié)晶提拉速度來進行單晶提拉的單晶硅制造裝置。
[0043]本發(fā)明人對上述技術(shù)問題反復(fù)深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn):為了在直體工序中按照目標直徑及目標提拉速度對結(jié)晶進行提拉所需要的加熱器功率值，最后與各直體位置處的從單晶硅制造裝置的腔室去除的去除熱量平衡。進而，由此發(fā)現(xiàn)，通過計算直體工序提拉中的從單晶硅制造裝置的腔室去除的去除熱量，將計算出的去除熱量與加熱器功率值進行比較，從而能夠準確掌握正在加熱的加熱器功率值是否為適當?shù)闹?，在去除熱量與加熱器功率值不平衡的情況下，通過校正加熱器功率值使得加熱器功率值與去除熱量相同，從而能夠按照目標直徑及目標結(jié)晶提拉速度進行結(jié)晶制造，從而完成了本發(fā)明。
[0044]S卩，本發(fā)明是一種單晶硅制造裝置，其是基于CZ法的單晶硅制造裝置，具備在內(nèi)部具有加熱原料的加熱器的腔室以及通過冷卻介質(zhì)來冷卻所述腔室的裝置，所述單晶硅制造裝置具備:
[0045]供冷卻所述腔室的冷卻介質(zhì)在腔室內(nèi)流通的流路上的入口溫度、出口溫度、以及流量的測定裝置；
[0046]基于所述入口溫度、所述出口溫度及所述流量的測定值來計算從所述腔室去除的去除熱量的運算裝置；以及，
[0047]基于所述計算出的去除熱量來控制加熱器功率的加熱器功率控制裝置。
[0048]下面，參照附圖對本發(fā)明進行詳細說明，但是本發(fā)明并不限定于此。
[0049]圖1是表示本發(fā)明的單晶硅制造裝置一例的示意圖。
[0050]在本發(fā)明的單晶硅制造裝置I中，從通過腔室2內(nèi)部的加熱器3加熱的原料熔液4提拉單晶硅5。腔室2通過冷卻裝置6來冷卻，供用于冷卻的冷卻介質(zhì)流通的流路上的入口溫度、出口溫度、流量分別通過入口溫度測定裝置7、出口溫度測定裝置8、流量測定裝置9來測定。在去除熱量運算裝置10中，基于入口溫度、出口溫度、流量的測定值來計算去除熱量，進而通過基于去除熱量的加熱器功率運算部11計算加熱器功率的校正值。另外，通過結(jié)晶直徑測定裝置12來測定提拉中的單晶硅5的結(jié)晶直徑，通過基于結(jié)晶直徑的加熱器功率運算部13由測定值來計算加熱器功率的校正值。加熱器功率輸出部15基于這些校正值來控制直流電源14的功率值，由此控制加熱器3的輸出。
[0051]圖2是表示從入口溫度、出口溫度及流量的測定裝置到加熱器功率控制裝置的流程的流程圖。如圖2所示，在本發(fā)明的單晶硅制造裝置中，通過入口溫度、出口溫度及流量的測定裝置來測定入口溫度、出口溫度及流量，基于測定值通過去除熱量運算裝置來計算從腔室去除的去除熱量，基于通過加熱器功率運算部計算出的去除熱量來計算加熱器功率的校正值，通過加熱器功率輸出部來控制加熱器功率。此外，在本發(fā)明中，將加熱器功率運算部和加熱器功率輸出部集合在一起，稱為加熱器功率控制裝置。
[0052](入口溫度、出口溫度及流量的測定裝置)
[0053]為了使腔室2開閉而將其分隔，冷卻裝置6設(shè)置在每個被分隔的腔室中。因此，對每個被分隔的腔室的流路測定冷卻介質(zhì)的流路的入口溫度、出口溫度及流量。
[0054]作為冷卻介質(zhì)的流路的入口溫度及出口溫度的測定裝置，并無特別限定，可列舉有例如熱電偶及測溫電阻體等。
[0055]另外，作為流量的測定裝置，并無特別限定，可列舉有例如電磁流量計、渦流流量計、科氏質(zhì)量流量計、超聲波流量計等。
[0056](去除熱量運算裝置)
[0057]接著，基于入口溫度、出口溫度及流量的測定值來計算從腔室去除的去除熱量。在本發(fā)明中，通過下式來表示從腔室去除的去除熱量H。
[0058]H= ATXLXCXp,
[0059]AT = Tout-Tin
[0060](式中，H為去除熱量(kW)，Tcmt為冷卻介質(zhì)的出口溫度(K)，Tin為冷卻介質(zhì)的入口溫度(K)，L為冷卻介質(zhì)的流量(1/sec)，C為冷卻介質(zhì)的比熱(kj/kg.K)，在為水的情況下，C =4.1868，P為冷卻介質(zhì)的密度(kg/Ι)，在為25°C/大氣壓下的水的情況下，P = 0.9970。)
[0061 ](加熱器功率控制裝置)
[0062]接著，通過基于去除熱量的加熱器功率運算部，根據(jù)如上所述般計算出的去除熱量來計算加熱器功率的校正值。通過下式求取校正值。
[0063]加熱器功率的校正值=加熱器功率值-去除熱量(H)。
[0064]另外，作為本發(fā)明的單晶硅制造裝置，優(yōu)選具備測定直體工序中的結(jié)晶直徑的裝置、以及基于結(jié)晶直徑的測定值來計算加熱器功率的校正值的裝置。
[0065]若具備這樣的裝置，則不僅有上述的基于去除熱量的加熱器功率的校正值，還能夠通過基于結(jié)晶直徑的加熱器功率運算部根據(jù)結(jié)晶提拉中的結(jié)晶直徑的測定值來計算加熱器功率的校正值。通過并用這些校正值來進行加熱器功率的控制，由此能夠以更接近目標值的結(jié)晶直徑及結(jié)晶提拉速度來進行單晶的提拉。
[0066]接著，基于如上所述般計算出的校正值，通過加熱器功率輸出部來實際進行加熱器功率的控制。
[0067]這樣，若為本發(fā)明的單晶硅制造裝置，則不但基于結(jié)晶直徑的測定值，還基于由冷卻介質(zhì)的溫度及流量的測定值計算出的從腔室去除的去除熱量來控制加熱器功率，由此能夠以更接近目標值的結(jié)晶直徑及結(jié)晶提拉速度來進行單晶提拉。
[0068]更優(yōu)選地，作為本發(fā)明的單晶硅制造裝置，上述的加熱器功率控制裝置具備如下功能:基于單晶硅提拉后得到的從腔室去除的去除熱量的操作實績數(shù)據(jù)，來計算下次提拉時的直體工序中的加熱器功率的設(shè)定值曲線。
[0069]將具備這樣的功能的單晶硅制造裝置的例子示于圖3。
[0070]在本發(fā)明的單晶硅制造裝置I’中，與上述的圖1所示的單晶硅制造裝置相同地進行單晶硅5的提拉。單晶提拉后得到的去除熱量數(shù)據(jù)被存儲于操作實績數(shù)據(jù)庫21中，通過基于去除熱量的曲線計算部22基于該數(shù)據(jù)來計算下次提拉時的直體工序中的加熱器功率的設(shè)定值的曲線(下面稱為設(shè)定功率曲線)。
[0071]此時，設(shè)定功率曲線也可以是將與計算出的去除熱量同等的功率值作為加熱器功率的設(shè)定值來計算出的，或者使通過下式求出的加熱器功率的曲線校正值W反饋給加熱器功率的設(shè)定值來計算出的。
[0072]W=Ws-(Ha-Hb)
[0073](式中，W表示加熱器功率的曲線校正值，Ws表示直體工序開始時的加熱器功率值，Ha表示直體工序開始時的去除熱量，妒表示計算出的直體工序中的去除熱量。)
[0074]將計算設(shè)定功率曲線時的加熱器功率運算流程的一例示于圖4。
[0075]在計算出曲線校正值W并使其反饋的情況下，可以按照圖4所示的流程求出各直體位置的曲線校正值W，并基于此值計算設(shè)定功率曲線。
[0076]這樣，若具備計算設(shè)定功率曲線的功能，則能夠基于單晶提拉后得到的數(shù)據(jù)設(shè)定下次提拉時的加熱器功率。
[0077]如上所述，如果為本發(fā)明的單晶硅制造裝置，則不但基于結(jié)晶直徑的測定值，還基于由冷卻介質(zhì)的溫度及流量的測定值計算出的從腔室去除的去除熱量來控制加熱器功率，由此能夠以更接近目標值的結(jié)晶直徑及結(jié)晶提拉速度來進行單晶提拉。進而，也能夠根據(jù)基于單晶提拉后得到的數(shù)據(jù)而計算出的去除熱量來設(shè)定下次提拉時的加熱器功率。因此，所得到的單晶的品質(zhì)也能夠達到所期望的品質(zhì)，能夠提高單晶的制造良率、生產(chǎn)性。
[0078]實施例
[0079]下面，利用實施例及比較例來對本發(fā)明進行具體說明，但是本發(fā)明并不限定于此。
[0080](實施例)
[0081]使用圖3所示的本發(fā)明的單晶硅制造裝置，按照圖5所示的流程，進行了直徑為300mm、直體部長度為1800mm的單晶硅的提拉。
[0082]首先，以基于過去結(jié)晶提拉時的加熱器功率值的實績數(shù)據(jù)計算出的基礎(chǔ)的設(shè)定功率曲線來進行第一次單晶提拉，并將去除熱量數(shù)據(jù)存儲于操作實績數(shù)據(jù)庫中。將第一次提拉時的實際加熱器功率值和實際去除熱量數(shù)據(jù)示于圖6。如圖6所示，可得到實際加熱器功率值與實際去除熱量的數(shù)值幾乎一致的結(jié)果。
[0083]接著，基于所存儲的去除熱量數(shù)據(jù)，計算出圖7的設(shè)定功率曲線。此外，設(shè)定功率曲線是將與計算出的去除熱量同等的功率值作為加熱器功率的設(shè)定值來計算出的。另外，此處，將基礎(chǔ)的設(shè)定功率曲線與計算出的設(shè)定功率曲線(圖7)進行比較并示于圖8。
[0084]然后，按照圖7的曲線來設(shè)定加熱器的功率值，再次進行直徑為300mm、直體部長度為1800mm的單晶硅的提拉。此外，結(jié)晶提拉中的加熱器功率的控制，除了現(xiàn)有控制，即基于提拉中的結(jié)晶直徑的測定值來計算加熱器功率的校正值，還將基于由冷卻介質(zhì)的溫度及流量而計算出的去除熱量來求取加熱器功率的校正值，并基于此加熱器功率的校正值來進行加熱器功率的控制。
[0085]對所得到的單晶的各直體位置處的直徑進行測定并表示為直徑變化量的圖表，示于圖9。
[0086](比較例)
[0087]使用圖10所示的現(xiàn)有的單晶硅制造裝置100，按照圖11所示的流程，進行直徑為300mm、直體部長度為1800mm的單晶硅的提拉。
[0088]首先，與實施例同樣地，通過基礎(chǔ)的設(shè)定功率曲線進行第一次單晶的提拉，將實際加熱器功率值存儲于操作實績數(shù)據(jù)庫21中。將第一次提拉時的實際加熱器功率值示于圖12。接著，通過基于加熱器功率的曲線計算部101基于圖12所示的實際加熱器功率值來計算出設(shè)定功率曲線。
[0089]然后，按照計算出的曲線來設(shè)定加熱器的功率值，再次進行直徑為300mm、直體部長度為1800mm的單晶硅的提拉。此外，結(jié)晶提拉中的加熱器功率的控制是進行的現(xiàn)有的控制，即通過基于結(jié)晶直徑的加熱器功率運算部13基于通過結(jié)晶直徑測定裝置12測定出的提拉中的結(jié)晶直徑，來計算加熱器功率的校正值。
[0090]對所得到的單晶的各直體位置處的直徑進行測定并表示為直徑變化量的圖表，示于圖13。
[0091]如圖9及圖13所示，在使用本發(fā)明的單晶硅制造裝置，基于根據(jù)去除熱量計算出的設(shè)定功率曲線來進行單晶的提拉，并進行基于去除熱量的提拉中的加熱器功率值的校正的實施例(圖9)中，與使用現(xiàn)有的單晶硅制造裝置來進行單晶提拉，且不進行基于去除熱量的設(shè)定功率曲線的計算、提拉中的功率值的校正的比較例(圖13)相比，抑制了直徑從目標直徑的發(fā)生變動。
[0092]綜上，可知若為本發(fā)明的單晶硅制造裝置，則基于由冷卻介質(zhì)的溫度及流量的測定值計算出的從腔室去除的去除熱量，來控制加熱器功率，由此能夠以更接近目標值的結(jié)晶直徑及結(jié)晶提拉速度來進行單晶的提拉，另外還能夠根據(jù)基于單晶提拉后得到的數(shù)據(jù)計算出的去除熱量，設(shè)定下次提拉時的加熱器功率。因此，能夠以高良率、高生產(chǎn)性得到具有所期望品質(zhì)的單晶。
[0093]此外，本發(fā)明并不限定于上述實施方式。上述實施方式僅為例示，具有與本發(fā)明的權(quán)利要求書中記載的技術(shù)思想實質(zhì)性相同的結(jié)構(gòu)并起到同樣作用效果的任何方式，均包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種單晶硅制造裝置，其特征在于，是基于CZ法的單晶硅制造裝置，具備在內(nèi)部具有加熱原料的加熱器的腔室以及通過冷卻介質(zhì)來冷卻所述腔室的裝置，所述單晶硅制造裝置具備: 供冷卻所述腔室的冷卻介質(zhì)在腔室內(nèi)流通的流路上的入口溫度、出口溫度及流量的測定裝置； 基于所述入口溫度、所述出口溫度及所述流量的測定值來計算從所述腔室去除的去除熱量的運算裝置；以及， 基于所述計算出的去除熱量來控制加熱器功率的加熱器功率控制裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述單晶硅制造裝置，其特征在于，所述單晶硅制造裝置具備測定直體工序中的結(jié)晶直徑的裝置、以及基于所述結(jié)晶直徑的測定值來計算所述加熱器功率的校正值的裝置。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述單晶硅制造裝置，其特征在于，所述加熱器功率控制裝置具備如下功能:基于單晶硅提拉后得到的從所述腔室去除的去除熱量的操作實績數(shù)據(jù)，來計算下次提拉時的直體工序中的加熱器功率的設(shè)定值曲線。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述單晶硅制造裝置，其特征在于，所述下次提拉時的直體工序中的加熱器功率的設(shè)定值曲線是將與所述計算出的去除熱量同等的功率值作為加熱器功率的設(shè)定值而得到的。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述單晶硅制造裝置，其特征在于，所述下次提拉時的直體工序中的加熱器功率的設(shè)定值曲線是使通過下式求出的加熱器功率曲線校正值W反饋給加熱器功率的設(shè)定值而得到的， W=Ws-(Ha-Hb), 式中，W表示加熱器功率的曲線校正值，Ws表示直體工序開始時的加熱器功率值，Ha表示直體工序開始時的去除熱量，Hb表示計算出的直體工序中的去除熱量。
【文檔編號】C30B15/20GK106029958SQ201580008300
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年2月3日
【發(fā)明人】柳町隆弘, 秋葉雅弘, 德江潤也, 園川將
【申請人】信越半導(dǎo)體株式會社