DE112015000435B4

DE112015000435B4 - Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls

Info

Publication number: DE112015000435B4
Application number: DE112015000435.1T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Yanagimachi; Masahiro Akiba; Junya Tokue; Susumu Sonokawa
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2022-07-21
Anticipated expiration: 2035-02-04
Also published as: KR102241284B1; CN106029958B; DE112015000435T5; US10036100B2; CN106029958A; US20160333496A1; WO2015122145A1; KR20160120725A; JP2015151283A; JP6197680B2

Abstract

Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls auf der Grundlage eines Czochralski-Verfahrens, die mit einer Kammer mit einer Heizeinrichtung darin zum Erwärmen eines Rohstoffs und einem Kühlmedium ausgestattet ist, um die Kammer mit einem Kühlmedium zu kühlen, wobei die Vorrichtung umfasst:Messmittel zum Messen einer Einlasstemperatur, einer Auslasstemperatur und einer Durchflussmenge in einem Durchgang des Kühlmediums, um die Kammer unter Durchströmen der Kammer zu kühlen;Berechnungsmittel zum Berechnen einer von der Kammer abgeleiteten Wärmemenge auf der Grundlage der Messwerte der Einlasstemperatur, der Auslasstemperatur und der Durchflussmenge; undHeizeinrichtungsleistungssteuerungsmittel zum Steuern der Leistung der Heizeinrichtung auf der Grundlage des berechneten Werts der abgeleiteten Wärmemenge mittels eines Heizeinrichtungsleistungssteuermittels, wobei das Heizeinrichtungsleistungssteuerungsmittel mit einer Funktion zum Berechnen eines Schemas von vorgegebenen Leistungswerten der Heizeinrichtung in einem Prozess zum Bilden eines geraden Körpers beim nächsten Ziehen auf der Grundlage von Betriebsergebnisdaten der von der Kammer abgeleiteten Wärmemenge ausgestattet ist, die durch das Ziehen eines Silizium-Einkristalls erhalten wurden und das Schema der vorgegebenen Leistungswerte der Heizeinrichtung in einem Prozess zum Bilden eines geraden Körpers beim nächsten Ziehen so berechnet wird, dass die vorgegebenen Leistungswerte der Heizeinrichtung auf den Schemakorrekturwert „W“ der Leistung der Heizeinrichtung rückwirken, der durch die folgende Gleichung bestimmt wird:W=Ws−(Ha−Hb)worin „W“ den Schemakorrekturwert der Leistung der Heizeinrichtung darstellt, Wseinen Leistungswert der Heizeinrichtung zum Beginn des Prozesses zum Bilden des geraden Körpers darstellt, Haeine abgeleitete Wärmemenge zum Beginn des Prozesses zum Bilden des geraden Körpers darstellt und Hbden berechneten Wert der abgeleiteten Wärmemenge im Prozess zum Bilden des geraden Körpers darstellt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls auf der Grundlage eines Czochralski-Verfahrens (nachfolgend als CZ-Verfahren bezeichnet), insbesondere eine Methode, um einen Leistungswert der Heizeinrichtung beim Ziehen eines Kristalls präzise einzustellen.
STAND DER TECHNIK
In jüngerer Zeit wird es für die Herstellung eines defektfreien Kristalls eines Silizium-Einkristalls wesentlich, einen Kristall mit einem Kristalldurchmesser und einer Kristallziehrate je nach Wunsch zu ziehen. Bei der herkömmlichen Durchmessersteuerung eines Silizium-Einkristalls wird das Ziehen eines Kristalls durchgeführt, indem hinsichtlich der Leistung der Heizeinrichtung ein Basiswert auf der Grundlage von Ergebnisdaten der Leistungswerte der Heizeinrichtung bei dem vorangegangenen Ziehen eines Kristalls vorgegeben wird und indem der Leistungswert der Heizeinrichtung in Bezug auf den Vorgabeleistungswert der Heizeinrichtung angehoben wird, wenn der Kristalldurchmesser beim Ziehen eines Kristalls dicker als der Zielwert ist oder die Kristallziehrate schneller als der Zielwert ist oder indem der Leistungswert der Heizeinrichtung im entgegengesetzten Fall unter Steuerung des Leistungswerts der Heizeinrichtung reduziert wird.
Bei dieser herkömmlichen Durchmessersteuerung wird allerdings die Leistung der Heizeinrichtung geändert, wenn der Kristalldurchmesser in Bezug auf den Zielwert variiert wird oder wenn die Kristallziehrate in Bezug auf den Zielwert variiert wird. Demgemäß wird viel Zeit verschwendet, um die Temperatur der Zwischenfläche des Kristallwachstums zu ändern, wobei diese Zeit insbesondere bei einem Kristall mit großem Durchmesser 30 Minuten oder mehr beträgt, wodurch das Problem auftritt, dass es zu spät ist, um auf die Leistung der Heizeinrichtung vom Kristalldurchmesser oder der Kristallziehrate rückzuwirken.
Darüber hinaus variiert eine von der Kammer abgeleitete Wärmemenge aufgrund der Tiefe der Rohmaterialschmelze in einem Quarztiegel, der Länge eines wachsenden Kristalls, eines Positionsverhältnisses jedes Graphitmaterials in einer Kammer und einer Oxid-Adhäsionssituation auf der Oberfläche einer Kammer einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Einkristalls, und dadurch variiert auch der optimale Leistungswert der Heizeinrichtung. Demgemäß ist es schwierig, den optimalen Leistungswert der Heizeinrichtung auf der Grundlage von Ergebnisdaten eines vorangegangenen Ziehens eines Kristalls vorzugeben.
Als Methode zum Steuern eines Durchmessers auf der Grundlage von Daten, die nicht den Kristalldurchmesser oder die Kristallziehrate betreffen, offenbaren das Patentdokument 1 und Patentdokument 2 Methoden, bei denen eine Kristallziehrate auf eine von einer Kammer durch Kühlwasser abgeleitete Wärmemenge rückwirkt. Diese Methoden verursachen allerdings ein Problem dahingehend, dass es schwierig ist, einen Einkristall in einer Zielziehrate oder einen Zielkristalldurchmesser zu ziehen, wenn der Leistungswert der Heizeinrichtung vom optimalen Wert abweicht.
ENTGEGENHALTUNGSLISTE
PATENTLITERATUR

Patentdokument 1: japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) JP 2008-127216 A
Patentdokument 2: japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) JP 2008-105873 A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG TECHNISCHES PROBLEM
Die vorliegende Erfindung wurde realisiert, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Herstellen eine Silizium-Einkristalls vorzusehen, mit der ein Einkristall mit einem Kristalldurchmesser und einer Ziehrate gezogen werden kann, die näher an den Zielwerten liegen, indem die Leistung der Heizeinrichtung auf der Grundlage einer von der Kammer abgeleiteten Wärmemenge gesteuert wird, die aus den Messwerten der Temperaturen und einer Durchflussmenge des Kühlmediums berechnet wird.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Um die vorstehenden Probleme zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls auf der Grundlage eines CZ-Verfahrens vor, die mit einer Kammer mit einer Heizeinrichtung darin zum Erwärmen eines Rohstoffs und dem Kühlmedium ausgestattet ist, um die Kammer mittels eines Kühlmediums zu kühlen, wobei die Vorrichtung umfasst:

ein Messmittel zum Messen einer Einlasstemperatur, einer Auslasstemperatur und einer Durchflussmenge in einem Durchgang des Kühlmediums, um die Kammer unter Durchströmen der Kammer zu kühlen;
ein Berechnungsmittel zum Berechnen einer von der Kammer abgeleiteten Wärmemenge auf der Grundlage der Messwerte der Einlasstemperatur, der Auslasstemperatur und der Durchflussmenge; und
ein Heizeinrichtungsleistungssteuerungsmittel wie in Anspruch 1 angegeben zum Steuern der Leistung der Heizeinrichtung auf der Grundlage des berechneten Werts der abgeleiteten Wärmemenge.

Mit einer solchen Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls kann ein Einkristall mit einem Kristalldurchmesser und einer Kristallziehrate gezogen werden, die näher an den Zielwerten sind, indem die Leistung der Heizeinrichtung auf der Grundlage einer von der Kammer abgeleiteten Wärmemenge gesteuert wird, die aus den Messwerten der Temperaturen und einer Durchflussmenge des Kühlmediums berechnet wird.
Die Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls umfasst vorzugsweise Messmittel zum Messen eines Kristalldurchmessers in einem Prozess zum Bilden eines geraden Körpers und Berechnungsmittel zum Berechnen eines Korrekturwerts in Bezug auf die Leistung der Heizeinrichtung auf der Grundlage des Messwerts des Kristalldurchmessers.
Mit solchen Mitteln ist es möglich, die Leistung der Heizeinrichtung auch unter Berücksichtigung des Messwerts eines Kristalldurchmessers und nicht nur in Bezug auf die abgeleitete Wärmemenge zu steuern.
Das Mittel zum Steuern der Leistung der Heizeinrichtung umfasst die Funktion zum Berechnen eines Schemas von Vorgabewerten in Bezug auf die Leistung der Heizeinrichtung in einem Prozess zum Bilden eines geraden Körpers beim nächsten Ziehen auf der Grundlage von Betriebsergebnisdaten der von der Kammer abgeleiteten Wärmemenge, der durch Ziehen eines Silizium-Einkristalls erhalten wird.
Mit einer solchen Funktion ist es möglich, das Schema der Leistung der Heizeinrichtung beim nächsten Ziehen auf der Grundlage von Daten vorzugeben, die durch das Ziehen eines Silizium-Einkristalls erhalten wurden.
Das Schema der Vorgabewerte hinsichtlich der Leistung der Heizeinrichtung in einem Prozess zum Bilden eines geraden Körpers beim nächsten Ziehen kann so berechnet werden, dass der Vorgabewert hinsichtlich der Leistung der Heizeinrichtung ein Leistungswert ist, der zum berechneten Wert der abgeleiteten Heizmenge äquivalent ist.
Das Schema der Vorgabewerte hinsichtlich der Leistung der Heizeinrichtung in einem Prozess zum Bilden eines geraden Körpers beim nächsten Ziehen wird so berechnet, dass die Vorgabewerte hinsichtlich der Leistung der Heizeinrichtung auf den Schemakorrekturwert „W“ der Leistung der Heizeinrichtung rückwirken, der durch die folgende Gleichung bestimmt wird: $W = W^{s} - (H^{a} - H^{b})$
wobei „W“ den Schemakorrekturwert der Leistung der Heizeinrichtung darstellt, W^s einen Leistungswert der Heizeinrichtung zum Beginn des Prozesses zum Bilden eines geraden Körpers darstellt, H^a eine abgeleitete Wärmemenge zum Beginn des Prozesses zum Bilden eines geraden Körpers darstellt, und H^b den berechneten Wert der abgeleiteten Wärmemenge im Prozess zum Bilden des geraden Körpers darstellt.
Dies ermöglicht das Berechnen eines Schemas von Vorgabewerten hinsichtlich der Leistung der Heizeinrichtung in einem Prozess zum Bilden eines geraden Körpers beim nächsten Ziehen aus der berechneten abgeleiteten Wärmemenge.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Wie oben beschrieben, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls einen Einkristall mit einem Kristalldurchmesser und einer Kristallziehrate ziehen, die näher an den Zielwerten sind, indem die Leistung der Heizeinrichtung auf der Grundlage einer von der Kammer abgeleiteten Wärmemenge gesteuert wird, die zusätzlich zum Messwert eines Kristalldurchmessers aus den Messwerten der Temperaturen und einer Durchflussmenge des Kühlmediums berechnet werden. Darüber hinaus ist es möglich, die Leistung der Heizeinrichtung beim nächsten Ziehen von der abgeleiteten Wärmemenge vorzugeben, die auf der Grundlage von Daten berechnet wird, die durch Ziehen eines Einkristalls erhalten werden. Demgemäß ist es auch möglich, einen Einkristall mit einer gewünschten Qualität zu erhalten und die Produktionsausbeute und Produktivität eines Einkristalls zu verbessern.
Figurenliste

1 ist eine schematische Zeichnung, um ein Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls zu zeigen;
2 ist ein Verlaufsdiagramm, um einen Verlauf von Messmitteln zum Messen einer Einlasstemperatur, einer Auslasstemperatur und einer Durchflussmenge für das Heizeinrichtungsleistungssteuerungsmittel zu zeigen;
3 ist eine schematische Zeichnung, um ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls zu zeigen, die mit einer Funktion zum Berechnen eines Schemas von Leistungsvorgabewerten der Heizeinrichtung ausgestattet ist;
4 ist ein Verlaufsdiagram, um ein Beispiel für einen Verlauf zum Berechnen der Leistung der Heizeinrichtung zu zeigen;
5 ist ein Verlaufsdiagramm, um einen Prozess im Beispiel zu zeigen;
6 ist eine Kurve, um die tatsächlichen Leistungswerte der Heizeinrichtung und die tatsächlichen abgeleiteten Wärmemengen im Beispiel zu zeigen;
7 ist eine Kurve, um die tatsächlichen abgeleiteten Wärmemengen und ein Vorgabeleistungsschema im Beispiel zu zeigen, das durch die abgeleiteten Wärmemengen korrigiert ist;
8 ist eine Kurve, um ein Basisvorgabeleistungsschema und ein Vorgabeleistungsschema, das durch die abgeleiteten Wärmemengen korrigiert ist, im Beispiel zu vergleichen;
9 ist eine Kurve, um die Änderung eines Kristalldurchmessers im Beispiel zu zeigen;
10 ist eine schematische Zeichnung, um eine herkömmliche Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls, die im Vergleichsbeispiel verwendet wird, zu zeigen;
11 ist ein Verlaufsdiagramm, um einen Prozess im Vergleichsbeispiel zu zeigen;
12 ist eine Kurve, um tatsächliche Leistungswerte der Heizeinrichtung im Vergleichsbeispiel zu zeigen;
13 ist eine Kurve, um eine Änderung eines Kristalldurchmessers im Vergleichsbeispiel zu zeigen.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie oben beschrieben, wird es gewünscht, eine Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls zu entwickeln, mit der ein Einkristall mit einem Kristalldurchmesser und einer Kristallziehrate gezogen werden kann, die näher an den Zielwerten liegen, selbst wenn der Leistungswert der Heizeinrichtung vom optimalen Wert abweicht.
Die vorliegenden Erfinder haben intensive Untersuchungen durchgeführt, um die vorstehenden Probleme zu lösen und demgemäß festgestellt, dass der Leistungswert der Heizeinrichtung, der zum Ziehen des Kristalls mit dem Zieldurchmesser und der Zielziehrate in einem Prozess zum Bilden eines geraden Körpers erforderlich ist, sich letztendlich mit einer abgeleiteten Wärmemenge in jeder Position eines geraden Körpers von einer Kammer in einer Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls ausgleicht. Auf dieser Grundlage haben die Erfinder weiter festgestellt, dass es möglich ist, korrekt zu ermitteln, ob der Leistungswert der Heizeinrichtung zum Erwärmen angemessen ist oder nicht, indem eine abgeleitete Wärmemenge von einer Kammer in einer Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls in einem Prozess zum Bilden eines geraden Körpers berechnet wird und indem die berechnete abgeleitete Wärmemenge und der Leistungswert der Heizeinrichtung verglichen werden, und wenn die abgeleitete Wärmemenge und der Leistungswert der Heizeinrichtung nicht ausgeglichen sind, es möglich ist, die Kristallherstellung in Übereinstimmung mit dem Zieldurchmesser und der Zielkristallziehrate durchzuführen, indem der Leistungswert der Heizeinrichtung so korrigiert wird, dass der Leistungswert der Heizeinrichtung zur abgeleiteten Wärmemenge äquivalent ist, wodurch die vorliegende Erfindung zum Abschluss gebracht wurde.
Das bedeutet, dass die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls auf der Grundlage eines CZ-Verfahrens wie in Anspruch 1 definiert betrifft, die mit einer Kammer mit einer darin angeordneten Heizeinrichtung zum Erwärmen des Rohstoffs und Kühlmitteln ausgestattet ist, um die Kammer mit einem Kühlmedium zu kühlen, wobei die Vorrichtung umfasst:

Messmittel zum Messen einer Einlasstemperatur, einer Auslasstemperatur und einer Durchflussmenge in einem Durchgang des Kühlmediums zum Kühlen der Kammer unter Durchströmen der Kammer;
Berechnungsmittel zum Berechnen einer von der Kammer abgeleiteten Wärmemenge auf der Grundlage der Messwerte der Einlasstemperatur, der Auslasstemperatur und der Durchflussmenge; und ein Heizeinrichtungsleistungssteuerungsmittel zum Steuern der Leistung der Heizeinrichtung auf der Grundlage des berechneten Werts der abgeleiteten Wärmemenge.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlich mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei aber die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
1 ist eine schematische Zeichnung, um ein Beispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls zu zeigen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls 1 wird ein Silizium-Einkristall 5 aus einer Rohstoffschmelze 4 gezogen, die mittels einer Heizeinrichtung 3 in einer Kammer 2 erwärmt wird. Die Kammer 2 wird durch ein Kühlmedium 6 gekühlt. Eine Einlasstemperatur, eine Auslasstemperatur und eine Durchflussmenge in einem Durchgang zum Durchleiten eines Kühlmediums zum Kühlen werden mit einem Einlasstemperatur-Messmittel 7, einem Auslasstemperatur-Messmittel 8 bzw. einem Durchflussmengen-Messmittel 9 gemessen. Bei einem Mittel 10 zum Berechnen der abgeleiteten Wärmemenge wird eine abgeleitete Wärmemenge auf der Grundlage der Messwerte der Einlasstemperatur, der Auslasstemperatur und der Durchflussmenge gemessen. Weiterhin werden in einem Teil 11 zum Berechnen der Leistung einer Heizeinrichtung auf Basis der abgeleiteten Wärmemenge Korrekturleistungswerte der Heizeinrichtung berechnet. Der Kristalldurchmesser des Silizium-Einkristalls 5 wird beim Ziehen mit einem Kristalldurchmesser-Messmittel 12 gemessen. Auf der Grundlage der Messwerte werden Korrekturleistungswerte der Heizeinrichtung mit einem Teil 13 zum Berechnen der Leistung der Heizeinrichtung auf Basis eines Kristalldurchmessers berechnet. Die Leistungswerte einer Direktstrom-Leistungsquelle 14 werden mittels eines Heizeinrichtungsleistungsabgabeteils 15 auf der Grundlage dieser Korrekturwerte 15 gesteuert, wodurch eine Abgabe der Heizeinrichtung 3 gesteuert wird.
2 ist ein Verlaufsdiagramm, um einen Verlauf von Messmitteln zum Messen einer Einlasstemperatur, einer Auslasstemperatur und einer Durchflussmenge zum Heizeinrichtungsleistungssteuerungsmittel zu zeigen. Wie in 2 gezeigt ist, werden in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls die Einlasstemperatur, die Auslasstemperatur und die Durchflussmenge jeweils mit einem Messmittel gemessen; die von einer Kammer abgeleitete Wärmemenge wird aus den Messwerten mit dem Mittel zum Berechnen der abgeleiteten Wärmemenge berechnet; die Korrekturleistungswerte der Heizeinrichtung werden auf der Grundlage der berechneten abgeleiteten Wärmemenge mittels der Teile zum Berechnen der Leistung der Heizeinrichtung berechnet; und die Leistung der Heizeinrichtung wird mittels des Heizeinrichtungsleistungsabgabeteils gesteuert. Im Übrigen werden in der vorliegenden Erfindung das Teil zum Berechnen der Leistung der Heizeinrichtung und das Heizeinrichtungsleistungsabgabeteil als Mittel zum Steuern der Leistung der Heizeinrichtung in einer Masse bezeichnet.
(Mittel zum Messen der Einlasstemperatur, der Auslasstemperatur und der Durchflussmenge)
Die Kammer 2 wird zum Öffnen und Schließen unterteilt, und jede unterteilte Kammer wird mit dem Kühlmedium 6 ausgestattet. Demgemäß werden die Einlasstemperatur, die Auslasstemperatur und die Durchflussmenge in einem Durchgang des Kühlmediums für jeden Durchgang der unterteilten Kammern gemessen.
Als Messmittel für die Einlasstemperatur und die Auslasstemperatur in einem Durchgang des Kühlmediums werden zum Beispiel ein Thermoelement, ein Widerstandstemperatursensor und so weiter genannt, ohne darauf speziell beschränkt zu sein.
Als Messmittel für die Durchflussmenge werden ein elektromagnetischer Durchflussmesser, ein Vortex-Durchflussmesser, ein Massendurchflussmesser vom Coriolis-Typ, ein Ultraschalldurchflussmesser und so weiter genannt, ohne speziell darauf beschränkt zu sein.
(Mittel zum Berechnen der abgeleiteten Wärmemenge)
Dann wird die von der Kammer abgeleitete Wärmemenge auf der Grundlage der Messwerte der Einlasstemperatur, der Auslasstemperatur und der Durchflussmenge gemessen. In der vorliegenden Erfindung wird die von der Kammer abgeleitete Wärmemenge „H“ mittels der folgenden Gleichung definiert: $H = Δ T \times L \times C \times ρ$
$Δ T = T_{out} - T_{in}$
worin „H“ eine abgeleitete Wärmemenge (kW) darstellt, T_out eine Auslasstemperatur des Kühlmediums (K) darstellt, T_in eine Einlasstemperatur des Kühlmediums (K) darstellt, „L“ eine Durchflussmenge des Kühlmediums (I/sec) darstellt; „C“ die spezifische Wärme des Kühlmediums (kJ/kg·K) darstellt und C = 4,1868 in Wasser ist; und „ρ“ die Dichte des Kühlmediums (kg/l) darstellt und ρ = 0,9970 in Wasser bei 25°C und atmosphärischem Druck ist.
(Mittel zum Steuern der Leistung der Heizeinrichtung)
Dann werden durch das Mittel zum Berechnen der Leistung der Heizeinrichtung auf Basis der abgeleiteten Wärmemenge Korrekturwerte der Leistung der Heizeinrichtung auf der Grundlage der abgeleiteten, wie oben beschrieben berechneten Wärmemenge berechnet. Der Korrekturwert wird durch die folgende Gleichung bestimmt: Korrekturwert der Leistung der Heizeinrichtung = Leistungswert der Heizeinrichtung - abgeleitete Wärmemenge (H)
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls wird vorzugsweise mit Messmitteln zum Messen eines Kristalldurchmessers in einem Prozess zum Bilden eines geraden Körpers und Berechnungsmitteln zum Berechnen eines Korrekturwerts der Leistung der Heizeinrichtung auf der Grundlage des Messwerts des Kristalldurchmessers ausgestattet.
Mit solchen Mitteln können der Korrekturleistungswert der Heizeinrichtung auf der Grundlage des Messwerts des Kristalldurchmessers beim Ziehen eines Kristalls und nicht nur ein Korrekturleistungswert der Heizeinrichtung auf der Grundlage der vorangegangenen abgeleiteten Wärmemenge mit einem Mittel zum Berechnen der Leistung der Heizeinrichtung auf Basis eines Kristalldurchmessers berechnet werden. Durch das gleichzeitige Steuern der Leistung der Heizeinrichtung mittels dieser Korrekturwerte kann ein Einkristall mit einem Kristalldurchmesser und einer Kristallziehrate gezogen werden, die viel näher an den Zielwerten sind.
Dann wird die Leistung der Heizeinrichtung durch das Heizeinrichtungsleistungsabgabeteil auf der Grundlage der wie oben beschrieben berechneten Korrekturwerte aktuell gesteuert.
Wie oben beschrieben, kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls ein Einkristall mit einem Kristalldurchmesser und einer Kristallziehrate gezogen werden, die näher an den Zielwerten ist, indem die Leistung der Heizeinrichtung auf der Grundlage einer von der Kammer abgeleiteten Wärmemenge gesteuert wird, die aus den Messwerten der Temperaturen und der Durchflussmenge des Kühlmediums zusätzlich zum Messwert eines Kristalldurchmessers berechnet wird.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls ist das vorangegangene Mittel zum Steuern der Leistung der Heizeinrichtung vorzugsweise mit einer Funktion zum Berechnen eines Schemas der vorgegebenen Leistungswerte der Heizeinrichtung in einem Prozess zum Bilden eines geraden Körpers beim nächsten Ziehen auf der Grundlage der Betriebsergebnisdaten der von der Kammer abgeleiteten Wärmemenge ausgestattet, die durch Ziehen eines Silizium-Einkristalls erhalten werden.
In 3 ist ein Beispiel für eine Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls gezeigt, die mit einer solchen Funktion ausgestattet ist.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls 1' wird ein Silizium-Einkristall 5 wie in der vorangegangenen Vorrichtung zum Herstellen eines in 1 gezeigten Silizium-Einkristalls gezogen. Die Daten bezüglich der abgeleiteten Wärmemenge, die durch das Ziehen eines Einkristalls erhalten werden, werden in einer Betriebsergebnisdatenbank 21 gesammelt. Auf der Grundlage dieser Daten wird ein Schema von vorgegebenen Leistungswerten der Heizeinrichtung in einem Prozess zum Bilden eines geraden Körpers beim nächsten Ziehen (im Folgenden auch als vorgegebenes Leistungsschema bezeichnet) mittels eines Teils 22 zum Berechnen eines Schemas auf Basis einer abgeleiteten Wärmemenge berechnet.
In diesem Fall kann das vorgegebene Leistungsschema so berechnet werden, dass der Vorgabeleistungswert der Heizeinrichtung ein Leistungswert ist, der zum berechneten Wert der abgeleiteten Wärmemenge äquivalent ist, oder so berechnet werden, dass die Vorgabeleistungswerte der Heizeinrichtung auf den Schemakorrekturwert „W“ der Leistung der Heizeinrichtung rückwirken, die durch die folgende Gleichung bestimmt wird: $W = W^{s} - (H^{a} - H^{b})$
worin „W“ den Schemakorrekturwert der Leistung der Heizeinrichtung darstellt, W^s einen Leistungswert der Heizeinrichtung zum Beginn des Prozesses zum Bilden eines geraden Körpers darstellt, H^a eine abgeleitete Wärmemenge zum Beginn des Prozesses zum Bilden des geraden Körpers darstellt und H^b den berechneten Wert der abgeleiteten Wärmemenge im Prozess zum Bilden eines geraden Körpers darstellt.
In 4 ist ein Beispiel für einen Berechnungsverlauf in Bezug auf die Leistung einer Heizeinrichtung beim Berechnen eines Vorgabeleistungsschemas gezeigt.
Bei der Berechnung und der Rückmeldung des Schemakorrekturwerts „W“ ist es möglich, den Schemakorrekturwert „W“ in jeder Position des geraden Körpers zu bestimmen, um ein vorgegebenes Leistungsschema in Übereinstimmung mit dem in 4 gezeigten Verlauf zu berechnen.
Mit einer solchen Funktion zum Berechnen des vorgegebenen Leistungsschemas ist es möglich, die Leistung der Heizeinrichtung beim nächsten Ziehen auf der Grundlage von Daten vorzugeben, die durch das Ziehen eines Einkristalls erhalten werden.
Wie oben beschrieben kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls ein Einkristall mit einem Kristalldurchmesser und einer Kristallziehrate gezogen werden, die näher an den Zielwerten sind, indem die Leistung der Heizeinrichtung auf der Grundlage einer von der Kammer abgeleiteten Wärmemenge gesteuert wird, die aus den Messwerten der Temperaturen und der Durchflussmenge des Kühlmediums zusätzlich zum Messwert eines Kristalldurchmessers berechnet wird. Es ist auch möglich, die Leistung der Heizeinrichtung beim nächsten Ziehen von der abgeleiteten Wärmemenge vorzugeben, die auf der Grundlage der Daten berechnet wird, die durch Ziehen eines Einkristalls erhalten werden. Demgemäß kann ein Einkristall mit einer gewünschten Qualität erhalten werden, und die Produktionsausbeute und Produktivität eines Einkristalls können verbessert werden.
BEISPIEL
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung näher mit Bezug auf die Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben, wobei aber die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
(Beispiel)
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls, die in 3 gezeigt ist, wurde ein Silizium-Einkristall mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Länge des Teils des geraden Körpers von 1800 mm in Übereinstimmung mit dem in 5 gezeigten Verlauf gezogen.
Zuerst wurde das erste Ziehen eines Einkristalls in Übereinstimmung mit einem Basisvorgabeleistungsschema durchgeführt, das auf der Grundlage von Ergebnisdaten der Leistungswerte der Heizeinrichtung beim vorangegangenen Kristallziehen berechnet wurde, und wurden die Daten der abgeleiteten Wärmemengen in einer Betriebsergebnisdatenbank gesammelt. In 6 sind die Daten der tatsächlichen Leistungswerte der Heizeinrichtung und der tatsächlichen abgeleiteten Wärmemengen beim ersten Ziehen gezeigt. Wie in 6 gezeigt ist, stimmten die beiden Werte der tatsächlichen Leistungswerte der Heizeinrichtung und der tatsächlichen abgeleiteten Wärmemengen fast völlig miteinander überein.
Anschließend wurde das vorgegebene Leistungsschema in 7 auf der Grundlage der gesammelten Daten von abgeleiteten Wärmemengen berechnet. Es ist zu beachten, dass das vorgegebene Leistungsschema so berechnet wurde, dass der vorgegebene Leistungswert der Heizeinrichtung ein Leistungswert ist, der zur berechneten abgeleiteten Wärmemenge äquivalent ist. Hier wurden ein vorgegebenes Basisleistungsschema und das berechnete vorgegebene Leistungsschema (7) verglichen und sind in 8 gezeigt.
Dann wurden die Leistungswerte der Heizeinrichtung in Übereinstimmung mit einem Schema in 7 vorgegeben, um wieder einen Silizium-Einkristall mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Länge des Teils des geraden Körpers von 1800 mm zu ziehen. Es ist zu beachten, dass die Steuerung der Leistung der Heizeinrichtung beim Kristallziehen zusätzlich zur herkömmlichen Steuerung durchgeführt wurde, indem die Korrekturleistungswerte der Heizeinrichtung berücksichtigt wurden, die auf der Grundlage der abgeleiteten Wärmemenge bestimmt wurden, die aus den Temperaturen und den Durchflussmengen eines Kühlmediums berechnet wurden, wobei Korrekturleistungswerte der Heizeinrichtung auf der Grundlage eines Messwerts eines Kristalldurchmessers beim Ziehen berechnet wurden.
Beim erhaltenen Einkristall wurde der Durchmesser in jeder Position des geraden Körpers gemessen und als Kurve der Änderung des Durchmessers angegeben, wie in 9 gezeigt.
(Vergleichsbeispiel)
Durch Verwendung der herkömmlichen Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls 100, wie in 10 gezeigt, wurde ein Silizium-Einkristall mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Länge des geraden Körperteils von 1800 mm in Übereinstimmung mit dem in 11 gezeigten Verlauf gezogen.
Zuerst wurde das erste Ziehen eines Einkristalls in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen Basisleistungsschema auf dieselbe Weise wie im Beispiel durchgeführt, und die Daten der tatsächlichen Leistungswerte der Heizeinrichtung wurden in einer Betriebsergebnisdatenbank 21 gesammelt. Die tatsächlichen Leistungswerte der Heizeinrichtung beim ersten Ziehen sind in 12 gezeigt. Anschließend wurde auf der Grundlage der tatsächlichen Leistungswerte der Heizeinrichtung, wie in 12 gezeigt, ein vorgegebenes Leistungsschema mittels des Schemaberechnungsteils 101 auf Basis der Leistung der Heizeinrichtung berechnet.
Dann wurden die Leistungswerte der Heizeinrichtung in Übereinstimmung mit dem berechneten Schema eingestellt, um wieder einen Silizium-Einkristall mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Länge des geraden Körperteils von 1800 mm zu ziehen. Es ist zu beachten, dass die Steuerung der Leistung der Heizeinrichtung beim Kristallziehen mit der herkömmlichen Steuerung durchgeführt wurde, bei der Korrekturwerte der Leistung der Heizeinrichtung auf der Grundlage des Kristalldurchmessers beim Ziehen berechnet wurden, der mit dem Mittel 12 zum Messen des Kristalldurchmessers gemessen wurde, wobei das Teil 13 zum Berechnen der Leistung der Heizeinrichtung auf Basis des Kristalldurchmessers verwendet wurde.
Beim resultierenden Einkristall wurde der Durchmesser bei jeder Position des geraden Körpers gemessen und als Kurve der Änderung im Durchmesser ausgedrückt, die in 13 gezeigt.
Wie in 9 und 13 gezeigt ist, wurde die Änderung eines Kristalldurchmessers vom Zieldurchmesser im Beispiel (9) unterdrückt, wobei ein Einkristall in Übereinstimmung mit dem vorgegebenen Leistungsschema gezogen wurde, das auf der Grundlage der abgeleiteten Wärmemengen berechnet wurde, und wurden die Leistungswerte der Heizeinrichtung beim Ziehen auf der Grundlage der abgeleiteten Wärmemengen mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls korrigiert, und zwar im Vergleich zum Vergleichsbeispiel ( 13), bei dem ein Einkristall mittels einer herkömmlichen Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls gezogen wurde, ohne dass ein vorgegebenes Leistungsschema auf der Grundlage der abgeleiteten Wärmemenge berechnet oder die Leistungswerte beim Ziehen korrigiert wurden.
Wie oben beschrieben, hat sich gezeigt, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls ein Einkristall mit einem Einkristalldurchmesser und einer Kristallziehrate gezogen werden kann, die näher an den Zielwerten liegen, indem die Leistung der Heizeinrichtung auf der Grundlage einer von der Kammer abgeleiteten Wärmemenge gesteuert werden, die von den Messwerten der Temperaturen und einer Durchflussmenge des Kühlmediums berechnet werden; und eine Leistung der Heizeinrichtung kann beim nächsten Ziehen vorgegeben werden, indem die berechnete abgeleitete Wärmemenge auf der Grundlage von Daten berechnet wird, die durch Ziehen eines Einkristalls erhalten werden.
Demgemäß ist es möglich, einen Einkristall mit einer gewünschten Qualität bei einer hohen Herstellungsausbeute und hoher Produktivität zu erhalten.

Claims

Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls auf der Grundlage eines Czochralski-Verfahrens, die mit einer Kammer mit einer Heizeinrichtung darin zum Erwärmen eines Rohstoffs und einem Kühlmedium ausgestattet ist, um die Kammer mit einem Kühlmedium zu kühlen, wobei die Vorrichtung umfasst: Messmittel zum Messen einer Einlasstemperatur, einer Auslasstemperatur und einer Durchflussmenge in einem Durchgang des Kühlmediums, um die Kammer unter Durchströmen der Kammer zu kühlen; Berechnungsmittel zum Berechnen einer von der Kammer abgeleiteten Wärmemenge auf der Grundlage der Messwerte der Einlasstemperatur, der Auslasstemperatur und der Durchflussmenge; und Heizeinrichtungsleistungssteuerungsmittel zum Steuern der Leistung der Heizeinrichtung auf der Grundlage des berechneten Werts der abgeleiteten Wärmemenge mittels eines Heizeinrichtungsleistungssteuermittels, wobei das Heizeinrichtungsleistungssteuerungsmittel mit einer Funktion zum Berechnen eines Schemas von vorgegebenen Leistungswerten der Heizeinrichtung in einem Prozess zum Bilden eines geraden Körpers beim nächsten Ziehen auf der Grundlage von Betriebsergebnisdaten der von der Kammer abgeleiteten Wärmemenge ausgestattet ist, die durch das Ziehen eines Silizium-Einkristalls erhalten wurden und das Schema der vorgegebenen Leistungswerte der Heizeinrichtung in einem Prozess zum Bilden eines geraden Körpers beim nächsten Ziehen so berechnet wird, dass die vorgegebenen Leistungswerte der Heizeinrichtung auf den Schemakorrekturwert „W“ der Leistung der Heizeinrichtung rückwirken, der durch die folgende Gleichung bestimmt wird: $W = W^{s} - (H^{a} - H^{b})$
worin „W“ den Schemakorrekturwert der Leistung der Heizeinrichtung darstellt, W^s einen Leistungswert der Heizeinrichtung zum Beginn des Prozesses zum Bilden des geraden Körpers darstellt, H^a eine abgeleitete Wärmemenge zum Beginn des Prozesses zum Bilden des geraden Körpers darstellt und H^b den berechneten Wert der abgeleiteten Wärmemenge im Prozess zum Bilden des geraden Körpers darstellt.
Vorrichtung zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls nach Anspruch 1, weiter umfassend ein Messmittel zum Messen eines Kristalldurchmessers in einem Prozess zum Bilden eines geraden Körpers, und ein Berechnungsmittel zum Berechnen eines Korrekturleistungswerts der Heizeinrichtung auf der Grundlage des Messwerts des Kristalldurchmessers.