DE112021006669T5

DE112021006669T5 - Heizteil einer silizium-einkristallherstellungsvorrichtung, verfahren zur steuerung der konvektion von siliziumschmelze, verfahren zur herstellung von silizium-einkristallen, verfahren zur herstellung von silizium-wafern, vorrichtung zur herstellung von silizium-einkristallen und system zur steuerung der konvektion von siliziumschmelze

Info

Publication number: DE112021006669T5
Application number: DE112021006669.2T
Authority: DE
Inventors: Ryusuke Yokoyama; Wataru Sugimura
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2021-11-05
Publication date: 2023-10-12
Also published as: KR20230107676A; WO2022137830A1; JP7533205B2; TWI796029B; TW202233909A; CN116964255A; US20240060208A1; JP2022102247A

Abstract

Ein Heizabschnitt (1) erwärmt eine Siliziumschmelze (M) in einem Quarztiegel (4B). Der Heizabschnitt (1) umfasst: einen Wärmeerzeugungsabschnitt (11), der einstückig in einen Zylinder geformt ist; und vier Stromversorgungsabschnitte (12A bis 12D) zur Versorgung des Wärmeerzeugungsabschnitts (11) mit elektrischem Strom. Wenn der Heizabschnitt (1) durch eine virtuelle Ebene (VS) in zwei Teile geteilt ist, die einen ersten Heizbereich (1A), der sich auf einer Seite des Wärmeerzeugungsabschnitts befindet, und einen zweiten Heizbereich (1B), der sich auf der anderen Seite des Wärmeerzeugungsabschnitts in Bezug auf die virtuelle Ebene (VS) befindet, umfassen, wobei die virtuelle Ebene (VS) durch eine Mittelachse (CA) des Wärmeerzeugungsabschnitts (11) verläuft, und senkrecht zu dem Wärmeerzeugungsabschnitt (11) und parallel zu einer zentralen Magnetfeldlinie eines an die Siliziumschmelze (M) angelegten horizontalen Magnetfelds ist, eine Wärmeerzeugungsmenge des ersten Heizbereichs (1A) und eine Wärmeerzeugungsmenge des zweiten Heizbereichs (1B) auf unterschiedliche Werte eingestellt sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heizabschnitt einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium, wobei der Heizabschnitt so konfiguriert ist, dass er eine Siliziumschmelze in einem Tiegel erhitzt, ein Konvektionsmuster-Steuerverfahren zum Steuern eines Konvektionsmusters in der durch den Heizabschnitt erhitzten Siliziumschmelze, ein Herstellungsverfahren für monokristallines Silizium, ein Herstellungsverfahren für einen Siliziumwafer, eine Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium und ein System zum Steuern des Konvektionsmusters einer Siliziumschmelze.
STAND DER TECHNIK
Für die Herstellung von monokristallinem Silizium wird ein Verfahren namens Czochralski-Methode (im Folgenden CZ-Methode genannt) verwendet. Bei einem Herstellungsverfahren, das diese CZ-Methode verwendet, wurden verschiedene Studien zur Steuerung des Konvektionsmusters einer Siliziumschmelze in einem Tiegel durchgeführt (siehe z. B. Patentliteratur 1).
Bei dem in Patentschrift 1 offenbarten Verfahren zur Steuerung des Konvektionsmusters wird die Siliziumschmelze mit Hilfe eines Heizabschnitts erwärmt, dessen Wärmekapazität sich auf beiden Seiten einer virtuellen Linie unterscheidet, die durch die Mitte einer Oberfläche der Siliziumschmelze verläuft und parallel zu einer zentralen magnetischen Linie eines horizontalen Magnetfeldes ist, und das horizontale Magnetfeld wird an die Siliziumschmelze angelegt, wodurch eine Konvektionsrichtung in einem Querschnitt orthogonal zum Magnetfeld festgelegt wird.
LITERATURLISTE
PATENTLITERATUR
Patentliteratur 1: Internationale Veröffentlichung WO2019/167989
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
PROBLEM(E), DAS/DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLL(EN)
In dem in der Patentliteratur 1 offenbarten Konvektionsmuster-Steuerungsverfahren werden, um die thermische Leistungsfähigkeit eines Heizabschnitts auf beiden Seiten über die virtuelle Linie des Heizabschnitts unterschiedlich zu machen, ein Heizabschnitt und ein Wärmeisolationsmaterial, die jeweils in eine rechte und eine linke Seite über die virtuelle Linie unterteilt sind, als ein Graphitheizer verwendet, der den Heizabschnitt und ein Wärmeisolationsmaterial bildet.
Es wird jedoch eine Methode zur Steuerung des Konvektionsmusters einer Siliziumschmelze mit einfachen Mitteln gewünscht.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Heizabschnitt einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium, der in der Lage ist, ein Konvektionsmuster einer Siliziumschmelze mit einfachen Mitteln zu steuern, ein Verfahren zur Steuerung des Konvektionsmusters einer Siliziumschmelze, ein Verfahren zur Herstellung von monokristallinem Silizium, ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumwafers, eine Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium und ein System zur Steuerung des Konvektionsmusters einer Siliziumschmelze bereitzustellen.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS/DER PROBLEME
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Heizabschnitt einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium, wobei der Heizabschnitt außerhalb eines Quarzschmelztiegels angeordnet ist und diesen umgibt und so konfiguriert ist, dass er eine Siliziumschmelze in dem Quarzschmelztiegel erwärmt, wobei der Heizabschnitt umfasst: einen Wärmeerzeugungsabschnitt, der einstückig in einen Zylinder geformt ist; und 2n Stück, wobei n eine ganze Zahl von 2 oder mehr ist, von Stromversorgungsabschnitten, die so konfiguriert sind, dass sie den Wärmeerzeugungsabschnitt mit elektrischem Strom versorgen, wobei, wenn der Heizabschnitt durch eine virtuelle Ebene in zwei Teile geteilt ist, die einen ersten Heizbereich, der sich auf einer Seite des Wärmeerzeugungsabschnitts in Bezug auf die virtuelle Ebene befindet, und einen zweiten Heizbereich, der sich auf der anderen Seite des Wärmeerzeugungsabschnitts in Bezug auf die virtuelle Ebene befindet, umfassen, wobei die virtuelle Ebene durch eine Mittelachse des Wärmeerzeugungsabschnitts verläuft, senkrecht zu dem Wärmeerzeugungsabschnitt ist und parallel zu einer zentralen Magnetfeldlinie eines an die Siliziumschmelze angelegten horizontalen Magnetfelds ist, eine Wärmeerzeugungsmenge des ersten Heizbereichs und eine Wärmeerzeugungsmenge des zweiten Heizbereichs auf unterschiedliche Werte eingestellt sind.
In dem Heizabschnitt gemäß dem obigen Aspekt werden die Wärmeerzeugungsmenge des ersten Heizbereichs und die Wärmeerzeugungsmenge des zweiten Heizbereichs auf unterschiedliche Werte eingestellt, indem ein erster Widerstandswert und ein zweiter Widerstandswert auf unterschiedliche Werte eingestellt werden, wobei der erste Widerstandswert eine Summe der Widerstandswerte des Wärmeerzeugungsabschnitts und aller Stromversorgungsabschnitte ist, die in dem ersten Heizbereich vorgesehen sind, und der zweite Widerstandswert eine Summe der Widerstandswerte des Wärmeerzeugungsabschnitts und aller Stromversorgungsabschnitte ist, die in dem zweiten Heizbereich vorgesehen sind.
In dem Heizabschnitt gemäß dem obigen Aspekt enthalten die Stromversorgungsabschnitte jeweils: einen Anschluss, der mit dem Wärmeerzeugungsabschnitt verbunden ist; und eine Elektrode, deren eines Ende mit dem Anschluss verbunden ist und deren anderes Ende mit einer Stromquelle verbunden ist, wobei ein plattenförmiger elektrischer Widerstandseinsteller zwischen dem Anschluss und der Elektrode angeordnet ist, und der erste Widerstandswert und der zweite Widerstandswert auf unterschiedliche Werte eingestellt werden, indem eine Gesamtzahl des elektrischen Widerstandseinstellers, der in dem ersten Heizbereich angeordnet ist, sich von einer Gesamtzahl des elektrischen Widerstandseinstellers unterscheidet, der in dem zweiten Heizbereich angeordnet ist.
In dem Heizabschnitt gemäß dem obigen Aspekt enthalten die Stromversorgungsabschnitte jeweils: einen Anschluss, der mit dem Wärmeerzeugungsabschnitt verbunden ist; eine Elektrode, deren eines Ende mit dem Anschluss verbunden ist und deren anderes Ende mit einer Stromquelle verbunden ist; und ein Befestigungselement, das den Anschluss und die Elektrode verbindet, und der erste Widerstandswert und der zweite Widerstandswert werden auf unterschiedliche Werte eingestellt, indem die Befestigungskraft des Befestigungselements, die in dem ersten Heizbereich angewendet wird, sich von der Befestigungskraft des Befestigungselements, die in dem zweiten Heizbereich angewendet wird, unterscheidet.
In dem Heizabschnitt gemäß dem obigen Aspekt umfassen die Stromversorgungsabschnitte jeweils: einen Anschluss, der mit dem Wärmeerzeugungsabschnitt verbunden ist, der Wärmeerzeugungsabschnitt und der Anschluss sind durch eine Klebeschicht miteinander verbunden, und der erste Widerstandswert und der zweite Widerstandswert werden auf unterschiedliche Werte eingestellt, indem ein Material oder eine Dicke der Klebeschicht, die in dem im ersten Heizbereich vorgesehenen Stromversorgungsabschnitt verwendet wird, sich von einem Material oder einer Dicke der Klebeschicht unterscheidet, die in dem im zweiten Heizbereich vorgesehenen Stromversorgungsabschnitt verwendet wird.
In dem Heizabschnitt gemäß dem obigen Aspekt umfassen die Stromversorgungsabschnitte jeweils: einen Anschluss, der mit dem Wärmeerzeugungsabschnitt verbunden ist, und der Anschluss ist einstückig mit dem Wärmeerzeugungsabschnitt geformt.
Der Heizabschnitt gemäß dem obigen Aspekt umfasst ferner einen Widerstandseinstellabschnitt, der an dem Anschluss oder der Elektrode angebracht und so konfiguriert ist, dass er einen Widerstandswert zwischen dem Anschluss und der Elektrode einstellt.
In dem Heizabschnitt gemäß dem obigen Aspekt umfasst der Wärmeerzeugungsabschnitt in einer Umfangsrichtung: eine Vielzahl von oberen Schlitzen, die sich von einem oberen Ende des Wärmeerzeugungsabschnitts nach unten erstrecken; und eine Vielzahl von unteren Schlitzen, die sich von einem unteren Ende des Wärmeerzeugungsabschnitts nach oben erstrecken, und der erste Widerstandswert und der zweite Widerstandswert werden auf unterschiedliche Werte eingestellt, indem man eine oder beide einer Länge und einer Gesamtzahl der oberen Schlitze und der unteren Schlitze zwischen dem ersten Heizbereich und dem zweiten Heizbereich unterschiedlich macht.
In dem Heizabschnitt gemäß dem obigen Aspekt umfasst der Wärmeerzeugungsabschnitt in einer Umfangsrichtung: eine Vielzahl von oberen Schlitzen, die sich von einem oberen Ende des Wärmeerzeugungsabschnitts nach unten erstrecken; und eine Vielzahl von unteren Schlitzen, die sich von einem unteren Ende des Wärmeerzeugungsabschnitts nach oben erstrecken, und der erste Widerstandswert und der zweite Widerstandswert werden auf unterschiedliche Werte eingestellt, indem man einen Abstand zwischen jedem der oberen Schlitze und seinem benachbarten der unteren Schlitze zwischen dem ersten Heizbereich und dem zweiten Heizbereich unterschiedlich macht.
Bei dem Heizabschnitt gemäß dem obigen Aspekt hat der Wärmeerzeugungsabschnitt eine gleichmäßige Dicke in einer Umfangsrichtung.
In dem Heizabschnitt gemäß dem obigen Aspekt sind die Stromversorgungsabschnitte an Positionen angeordnet, die einander über dem Quarztiegel gegenüberliegen und orthogonal zur virtuellen Ebene sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Steuerung des Konvektionsmusters einer Siliziumschmelze, die zur Herstellung von monokristallinem Silizium verwendet wird, das Erhitzen einer Siliziumschmelze in einem Quarztiegel in einem magnetfeldfreien Zustand unter Verwendung des Heizabschnitts einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium gemäß dem obigen Aspekt; und das Anlegen eines horizontalen Magnetfeldes an die Siliziumschmelze, die in dem Quarztiegel gedreht wird, wobei beim Anlegen des horizontalen Magnetfeldes das horizontale Magnetfeld von 0,2 Tesla oder mehr angelegt wird, um eine Richtung einer Konvektion in einer Richtung in einer Ebene orthogonal zu einer Anlegungsrichtung des horizontalen Magnetfeldes in der Siliziumschmelze festzulegen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Steuerung des Konvektionsmusters einer Siliziumschmelze, die zur Herstellung von monokristallinem Silizium verwendet wird, die folgenden Schritte: Einstellen eines Zielkonvektionsmusters; auf der Grundlage des eingestellten Zielkonvektionsmusters, Berechnen einer Wärmeerzeugungsmenge, die in dem ersten Heizbereich erforderlich ist, und einer Wärmeerzeugungsmenge, die in dem zweiten Heizbereich des Heizabschnitts der Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium gemäß dem obigen Aspekt erforderlich ist; Messen eines Widerstandswerts des ersten Heizbereichs und eines Widerstandswerts des zweiten Heizbereichs; Berechnen eines Widerstandswerts, der in dem Anschluss erforderlich ist, auf der Grundlage von Berechnungsergebnissen bei der Berechnung der Wärmeerzeugungsmenge und von Messergebnissen bei der Messung des Widerstandswerts; Einstellung des Widerstandswerts des Anschlusses auf der Grundlage von Berechnungsergebnissen bei der Berechnung des Widerstandswerts; Erhitzen einer Siliziumschmelze in einem Quarztiegel in einem magnetfeldfreien Zustand unter Verwendung des Heizabschnitts der Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium; und Anlegen eines horizontalen Magnetfelds an die Siliziumschmelze, die in dem Quarztiegel gedreht wird, wobei beim Anlegen des horizontalen Magnetfelds das horizontale Magnetfeld von 0,2 Tesla oder mehr angelegt wird, um eine Richtung einer Konvektion in einer Richtung in einer Ebene orthogonal zu einer Anlegungsrichtung des horizontalen Magnetfelds in der Siliziumschmelze festzulegen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Herstellungsverfahren für monokristallines Silizium: Hochziehen von monokristallinem Silizium unter Verwendung des Verfahrens zur Steuerung des Konvektionsmusters einer Siliziumschmelze gemäß dem obigen Aspekt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumwafers: Ausschneiden eines Siliziumwafers aus monokristallinem Silizium, das durch das Verfahren zur Herstellung von monokristallinem Silizium gemäß dem obigen Aspekt gezogen wurde.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium: einen Quarztiegel; den Heizabschnitt der Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium gemäß dem obigen Aspekt; und einen Abschnitt zum Anlegen eines Magnetfelds, der über dem Quarztiegel angeordnet und so konfiguriert ist, dass er ein horizontales Magnetfeld von 0,2 Tesla oder mehr an die Siliziumschmelze anlegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein System zur Steuerung des Konvektionsmusters konfiguriert, um ein Konvektionsmuster einer Siliziumschmelze zu steuern, die durch den Heizabschnitt der Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium gemäß dem obigen Aspekt erwärmt wird, wobei das System Folgendes umfasst: einen Konvektionsmuster-Einstellabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er ein Zielkonvektionsmuster der Siliziumschmelze einstellt; einen Wärmeerzeugungsmengen-Berechnungsabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er eine Wärmeerzeugungsmenge, die in dem ersten Heizabschnitt erforderlich ist, und eine Wärmeerzeugungsmenge, die in dem zweiten Heizabschnitt erforderlich ist, auf der Grundlage des eingestellten Zielkonvektionsmusters berechnet; einen Widerstandsmessabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er einen Widerstandswert des ersten Heizbereichs und einen Widerstandswert des zweiten Heizbereichs misst; einen Widerstandsberechnungsabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er einen in dem Anschluss erforderlichen Widerstandswert auf der Grundlage von Berechnungsergebnissen des Wärmeerzeugungsmengen-Berechnungsabschnitts und von Messergebnissen des Widerstandsmessabschnitts berechnet; und einen Widerstandseinstellabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er den Widerstandswert des Anschlusses auf der Grundlage von Berechnungsergebnissen des Widerstandsberechnungsabschnitts einstellt.
Gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung ist ein Konvektionsmuster einer Siliziumschmelze mit einfachen Mitteln steuerbar. Außerdem ist das Konvektionsmuster der Siliziumschmelze automatisch steuerbar. Dadurch können Schwankungen in der Qualität und Produktivität des monokristallinen Siliziums in Abhängigkeit von Öfen und Chargen unterdrückt werden.
KURZE ERKLÄRUNG DER ZEICHNUNGEN

ist eine perspektivische Ansicht, die eine beispielhafte Konfiguration eines Heizelements zeigt, das einen Heizabschnitt gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung bildet.
ist eine schematische Draufsicht, die den Aufbau des in gezeigten Heizelements und einen Zustand des Anlegens eines horizontalen Magnetfeldes im Heizelement zeigt.
ist ein Konzeptdiagramm, das eine beispielhafte Hauptkonfiguration einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium, einschließlich dem in gezeigten Heizelement zeigt.
ist ein Konzeptdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Befestigung eines Anschlusses an einer Elektrode, einschließlich einer teilweise aufgeschnittenen Vorderansicht (A) und einer Draufsicht, die einen elektrischen Widerstandseinsteller (B) zeigt.
ist ein Ersatzschaltbild des Heizabschnitts.
ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht, die die Konfiguration des Heizabschnitts und den Zustand der Anwendung des horizontalen Magnetfelds im Heizabschnitt zeigt.
ist eine schematische Darstellung des Anordnungszustands eines Temperatursensors.
ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Hauptkonfiguration der Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium zeigt.
ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines beispielhaften Herstellungsverfahrens von monokristallinem Silizium.
ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Hauptkonfiguration einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium zeigt, auf die ein Verfahren zur Steuerung des Konvektionsmusters einer Siliziumschmelze gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung angewendet wird.
ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Beispiels einer ersten Hälfte des Verfahrens zur Steuerung des Konvektionsmusters der Siliziumschmelze gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform.
ist eine perspektivische Ansicht, die eine beispielhafte Konfiguration eines Heizelements zeigt, das einen Heizabschnitt gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung bildet.
ist eine schematische Draufsicht, die eine beispielhafte Konfiguration eines Heizelements zeigt, das einen Heizabschnitt gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung bildet.
ist eine schematische Draufsicht, die eine beispielhafte Konfiguration eines Heizelements zeigt, das einen Heizabschnitt gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform der Erfindung bildet.
ist eine schematische Draufsicht, die eine beispielhafte Konfiguration eines Heizelements zeigt, das einen Heizabschnitt gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung bildet.
ist ein schematisches Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Anwendungsrichtung eines horizontalen Magnetfeldes und einer Konvektionsrichtung einer Siliziumschmelze zeigt, um den Hintergrund der Erfindung zu erklären, und stellt ein Konvektionsmuster im Uhrzeigersinn dar.
ist ein schematisches Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Anwendungsrichtung eines horizontalen Magnetfeldes und einer Konvektionsrichtung einer Siliziumschmelze zeigt, um den Hintergrund der Erfindung zu erklären, und stellt ein Konvektionsmuster gegen den Uhrzeigersinn dar.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
Hintergrund der Erfindung
Die Erfinder haben herausgefunden, dass nach dem Einbringen und Schmelzen eines festen Polysilizium-Ausgangsmaterials in einem Quarztiegel 4B, wenn ein horizontales Magnetfeld an die Siliziumschmelze angelegt und monokristallines Silizium nach oben gezogen wird, eine Konvektion C beobachtet wird, die sich in einer Richtung vom Boden des Quarztiegels 4B zu einer Oberfläche S der Siliziumschmelze M dreht, wie in den und gezeigt. Die Drehrichtung der Konvektion C wird durch zwei Konvektionsmuster veranschaulicht, und zwar in einem Fall, in dem eine Drehung im Uhrzeigersinn vorherrscht (Rechtswirbel), wie in gezeigt, und in einem Fall, in dem eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn vorherrscht (Linkswirbel), wie in gezeigt.
Der aus dem Quarztiegel 4B eluierte Sauerstoff wird durch die Konvektion C der Siliziumschmelze M zu einer wachsenden Fest-Flüssig-Grenzfläche transportiert und in monokristallines Silicium eingebaut. Wenn die thermischen Umgebungen in den Anlagen zur Herstellung von monokristallinem Silizium (Öfen) vollständig achsensymmetrisch sind und die Prozessbedingungen gleich sind, müsste der Sauerstoff unabhängig vom rechten oder linken Wirbel in gleicher Menge in das monokristalline Silizium eingebaut werden.
Die vom rechten Wirbel transportierte Sauerstoffmenge unterscheidet sich jedoch von der des linken Wirbels, da die thermische Umgebung nicht gleichmäßig ist, was auf eine nicht achsensymmetrische Form der Ofenstruktur oder eine falsche Ausrichtung der Einbaupositionen der Komponenten zurückzuführen ist, selbst wenn die Ofenstruktur achsensymmetrisch aufgebaut ist.
Infolgedessen wächst monokristallines Silizium mit einer Sauerstoffkonzentration, die je nach Rechts- oder Linkswirbel unterschiedlich ist. Außerdem ist es nicht konstant, ob der rechte oder der linke Wirbel bei einer herkömmlichen Herstellungsmethode auftritt. Aus diesem Grund wächst das monokristalline Silizium aufgrund der unterschiedlichen Konvektionsmuster mit einer unterschiedlichen Sauerstoffkonzentration, selbst wenn das monokristalline Silizium in der gleichen Herstellungsanlage unter den gleichen Prozessbedingungen wächst. Dementsprechend wirkt sich ein herkömmliches Herstellungsverfahren nachteilig auf die Kontrollierbarkeit des Sauerstoffs aus und verringert die Ausbeute an monokristallinem Silizium erheblich.
Um die Qualität von monokristallinem Silizium in der Massenproduktion zu stabilisieren, ist es daher nur erforderlich, eines von zwei Konvektionsmustern als Zielkonvektionsmuster vor dem Wachstum von monokristallinem Silizium festzulegen und das monokristalline Silizium zu züchten, wobei das Zielkonvektionsmuster beibehalten wird.
Die treibende Kraft für die Bildung der beiden in und gezeigten Konvektionsmuster ist die thermische Konvektion. Insbesondere im Fall des rechten Wirbels in ist die Temperatur auf der linken Seite der Abbildung hoch, um eine Aufwärtsströmung zu erzeugen, während die Temperatur auf der rechten Seite der Abbildung niedrig ist, um eine Abwärtsströmung zu erzeugen. Selbst wenn die thermische Umgebung im Ofen vollständig symmetrisch ist, können zwei symmetrische rechte und linke Wirbel nicht gleichzeitig existieren, da sie instabil sind. Eine Strömungsverteilung in Richtung des rechten oder des linken Wirbels ist stabiler und pendelt sich immer in einem der Konvektionsmuster ein (d. h. rechter und linker Wirbel). Wenn zu diesem Zeitpunkt die thermische Umgebung im Ofen positiv beeinflusst wird, um einen Zustand zu schaffen, in dem die Temperatur auf der linken Seite der Abbildung hoch ist, nimmt die Konvektionsströmung immer das in dargestellte rechte Wirbelmuster an.
Durch die Erzeugung eines Temperaturunterschieds in einer Richtung senkrecht zum horizontalen Magnetfeld ist es also möglich, einen Ofen zu erhalten, in dem nur ein Konvektionsmuster existiert.
Als Methode zur positiven Beeinflussung der thermischen Umgebung im Ofen haben sich die Erfinder auf eine Konfiguration eines widerstandsbeheizten Heizabschnitts konzentriert, der außerhalb des horizontal angeordneten Quarztiegels 4B angeordnet ist und diesen umgibt und so konfiguriert ist, dass er die Siliziumschmelze M im Quarztiegel 4B erhitzt.
Von oben gesehen wird der Heizabschnitt durch eine virtuelle Ebene in zwei Bereiche unterteilt, nämlich in einen ersten Heizbereich auf der linken Seite und einen zweiten Heizbereich auf der rechten Seite in Bezug auf die virtuelle Ebene. Die virtuelle Ebene geht durch die Mittelachse eines zylindrischen Wärmeerzeugungsabschnitts, der den Heizabschnitt bildet, ist senkrecht zum Wärmeerzeugungsabschnitt und parallel zu einer zentralen Magnetfeldlinie des horizontalen Magnetfelds. Der erste Heizbereich und der zweite Heizbereich werden gegenseitig unterschiedlich gemacht in der Wärmeerzeugungsmenge. Dadurch wird die thermische Umgebung im Ofen positiv beeinflusst.
Erste beispielhafte Ausführungsform
Wie in den bis gezeigt, umfasst ein Heizabschnitt 1 in einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung einen Wärmeerzeugungsabschnitt 11 und 2n (n ist eine ganze Zahl von 2 oder mehr) Teile von Stromversorgungsabschnitten, die so konfiguriert sind, dass sie den Wärmeerzeugungsabschnitt 11 mit elektrischer Energie versorgen. In der beispielhaften Ausführungsform sind vier Stromversorgungsabschnitte 12A, 12B, 12C und 12D vorgesehen. Die Stromversorgungsabschnitte 12A, 12B, 12C und 12D umfassen jeweils: Anschlüsse 21A, 21B, 21 C und 21D, die mit dem Wärmeerzeugungsabschnitt 11 verbunden sind; Elektroden 22A, 22B, 22C und 22D, deren erste Enden mit den jeweiligen Anschlüssen 21A, 21B, 21C und 21D verbunden sind und deren zweite Enden mit einer Stromquelle verbunden sind; und Befestigungselemente 23A, 23B, 23C und 23D, die jeweils die Anschlüsse 21A, 21B, 21C und 21D an den Elektroden 22A, 22B, 22C und 22D befestigen (siehe ).
Konfiguration des Heizelements 13
ist eine perspektivische Ansicht, die eine beispielhafte Konfiguration eines Heizelements 13 zeigt, das einen Hauptteil des Heizabschnitts 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung bildet. ist eine Draufsicht, die das Heizelement 13 zeigt.
Das Heizelement 13 kann als nahezu gleichwertig mit dem Heizabschnitt 1 angesehen werden, da es den größten Teil des Volumens und der Funktion des Heizabschnitts 1 hat. Wie in gezeigt, ist das Heizelement 13 in der senkrechten Draufsicht durch eine virtuelle Ebene VS in zwei Bereiche unterteilt, nämlich einen ersten Heizbereich 1A, der sich auf der linken Seite in Bezug auf die virtuelle Ebene VS befindet, und einen zweiten Heizbereich 1 B, der sich auf der rechten Seite in Bezug auf die virtuelle Ebene VS befindet. Die virtuelle Ebene VS geht durch eine Mittelachse CA des Heizelements 13, steht senkrecht zum Heizelement 13 und ist parallel zu einer zentralen Magnetfeldlinie eines horizontalen Magnetfeldes, das an die Siliziumschmelze M im Tiegel 4 angelegt wird (siehe ).
Das Heizelement 13 umfasst: den Wärmeerzeugungsabschnitt 11, der ein in Umfangsrichtung einstückig geformter Zylinder ist, und die Anschlüsse 21A bis 21D.
Die Dicke des Wärmeerzeugungsabschnitts 11 ist in der gesamten Umfangsrichtung gleichmäßig. Der Wärmeerzeugungsabschnitt 11 umfasst: eine Vielzahl von oberen Schlitzen 31, die sich von einem oberen Ende des Wärmeerzeugungsabschnitts 11 nach unten erstrecken; und eine Vielzahl von unteren Schlitzen 32, die sich von einem unteren Ende des Wärmeerzeugungsabschnitts 11 nach oben erstrecken. Die oberen Schlitze 31 und die unteren Schlitze 32 sind in einer Umfangsrichtung des Wärmeerzeugungsabschnitts 11 ausgebildet. Die oberen Schlitze 31 haben die gleiche Breite und haben eine Ausschnitttiefe, die sich vom oberen Ende nach unten erstreckt. Die unteren Schlitze 32 haben die gleiche Breite und eine Ausschnitttiefe, die sich vom unteren Ende aus nach oben erstreckt. Der Abstand zwischen jedem oberen Schlitz 31 und seinem benachbarten unteren Schlitz 32 ist über den gesamten Umfang des Wärmeerzeugungsabschnitts 11 konstant.
Im Wärmeerzeugungsabschnitt 11 ist die Gesamtzahl der oberen Schlitze 31 und der unteren Schlitze 32 im ersten Heizbereich 1A die gleiche wie die im zweiten Heizbereich 1B. In einem in den und gezeigten Beispiel sind im ersten Heizbereich 1A vier obere Schlitze 31 und sechs untere Schlitze 32 ausgebildet. Die Gesamtzahl der oberen Schlitze 31 und der unteren Schlitze 32 beträgt zehn. Auch im zweiten Heizbereich 1B sind vier obere Schlitze 31 und sechs untere Schlitze 32 ausgebildet. Die Gesamtzahl der oberen Schlitze 31 und der unteren Schlitze 32 beträgt zehn.
Die Anschlüsse 21A bis 21D, die die jeweiligen Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D bilden, sind am unteren Ende des Wärmeerzeugungsabschnitts 11 so geformt, dass sie einstückig mit dem Wärmeerzeugungsabschnitt 11 geformt sind. Zwei obere Schlitze 31 und drei untere Schlitze 32 sind abwechselnd zwischen dem Anschluss 21A und dem Anschluss 21 B ausgebildet, wodurch ein erster Kurvenabschnitt 33A gebildet wird. In ähnlicher Weise sind zwei obere Schlitze 31 und drei untere Schlitze 32 abwechselnd zwischen dem Anschluss 21 B und dem Anschluss 21C ausgebildet, wodurch ein zweiter Kurvenabschnitt 33B gebildet wird.
Zwei obere Schlitze 31 und drei untere Schlitze 32 sind abwechselnd zwischen dem Anschluss 21C und dem Anschluss 21D ausgebildet, wodurch ein dritter Kurvenabschnitt 33C entsteht. Zwei obere Schlitze 31 und drei untere Schlitze 32 sind abwechselnd zwischen dem Anschluss 21D und dem Anschluss 21A ausgebildet, wodurch ein vierter Kurvenabschnitt 33D gebildet wird.
Die Verbindungsabschnitte 21AA, 21BA, 21CA und 21DA, die jeweils rechtwinklig nach außen gebogen sind, werden jeweils an den unteren Enden der Anschlüsse 21A bis 21D so geformt, dass sie einstückig mit den Anschlüssen 21A bis 21D geformt werden. Die Durchgangslöcher 21AB, 21BB, 21CB und 21DB werden in der Mitte der jeweiligen Verbindungsabschnitte 21AA bis 21DA gebohrt.
Konfiguration der Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium 2
ist ein konzeptionelles Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium 2 einschließlich des Heizabschnitts 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Die Anlage 2 zur Herstellung von monokristallinem Silizium, bei der es sich um eine Anlage zum Ziehen von monokristallinem Silizium SM nach dem CZ-Verfahren handelt, umfasst eine Kammer 3, die eine äußere Hülle bildet, und einen Tiegel 4, der horizontal in der Mitte der Kammer 3 angeordnet ist.
Der Tiegel 4, der eine doppelte Struktur aus einem äußeren Graphittiegel 4A und einem inneren Quarztiegel 4B aufweist, ist am oberen Ende einer Trägerwelle 5 befestigt, die drehbar und auf und ab beweglich ist.
Vier Elektroden 22A bis 22D ragen aus dem Boden der Kammer 3 an im Wesentlichen symmetrischen Positionen in Bezug auf die Mittelachse des Tiegels 4 als Symmetrieachse außerhalb des Tiegels 4 heraus. Jede der Elektroden 22A bis 22D hat eine prismatische oder zylindrische Form. In sind nur die Elektroden 22A und 22C dargestellt. Die Elektroden 22B und 22D sind so angeordnet, dass sie sich quer zum Tiegel 4 gegenüberstehen und orthogonal zur virtuellen Ebene VS sind.
Wie in gezeigt, ist ein oberes Ende 22AA der Elektrode 22A zylindrisch mit einem reduzierten Durchmesser ausgebildet. An einem Außenumfang des oberen Endes 22AA ist ein Außengewinde 22AB ausgebildet. In ähnlicher Weise sind Außengewinde 22BB, 22CB und 22DB jeweils am Außenumfang der oberen Enden 22BA, 22CA und 22DA ausgebildet.
Das Befestigungselement 23A hat beispielsweise eine sechseckige Außenform und ein kreisförmiges Loch 23AA, das in der Mitte in axialer Richtung gebohrt ist. Das Befestigungselement 23A hat ein Innengewinde 23AB, das in einer Umfangsfläche ausgebildet ist, die das kreisförmige Loch 23AA definiert. In ähnlicher Weise weisen die Befestigungselemente 23B, 23C und 23D jeweils kreisförmige Löcher 23BA, 23CA und 23DA auf, die in der Mitte in axialer Richtung gebohrt sind, und haben Innengewinde 23BB, 23CB und 23DB, die in den Umfangsflächen ausgebildet sind, die die kreisförmigen Löcher 23BA, 23CA und 23DA definieren.
Das obere Ende 22AA der Elektrode 22A wird in das Durchgangsloch 21AB des Anschlusses 21A eingeführt, so dass es über eine obere Fläche des Verbindungsabschnitts 21AA hinausragt. Die Elektrode 22A wird an dem Anschluss 21A befestigt, indem das Innengewinde 23AB des Befestigungselements 23A mit dem Außengewinde 22AB des oberen Endes 22AA verschraubt wird. Zu diesem Zeitpunkt sind mehrere scheibenförmige elektrische Widerstandseinsteller 24, wie in gezeigt, zwischen der Elektrode 22A und einer unteren Fläche des Verbindungsabschnitts 21AA und/oder zwischen einer oberen Fläche des Verbindungsabschnitts 21AA und einer unteren Fläche des Befestigungselements 23A angeordnet. Der elektrische Widerstandseinsteller 24 ist beispielsweise ein Kohlenstofffasermaterial. Die Elektroden 22B bis 22D werden an den entsprechenden Anschlüssen 21B bis 21D in der gleichen Weise befestigt wie die Elektrode 22A an dem Anschluss 21A.
Wie oben beschrieben, ist der Heizabschnitt 1 um den Tiegel 4 herum außerhalb des Tiegels 4 angeordnet.
Außerhalb des Heizabschnitts 1 ist entlang einer Innenfläche der Kammer 3 ein wärmeisolierendes Material 6 vorgesehen.
ist ein Ersatzschaltbild des Heizabschnitts 1. In stellt V einen Wert der an den Heizabschnitt 1 angelegten Spannung dar. RA, RB, RC und RD sind Widerstandswerte der ersten bis vierten Kurvenabschnitte 33A, 33B, 33C bzw. 33D. R1 stellt einen Kontaktwiderstandswert zwischen dem Anschluss 21A und der Elektrode 22A dar. In ähnlicher Weise stellt R2 einen Kontaktwiderstandswert zwischen dem Anschluss 21B und der Elektrode 22B dar, R3 stellt einen Kontaktwiderstandswert zwischen dem Anschluss 21C und der Elektrode 22C dar, und R4 stellt einen Kontaktwiderstandswert zwischen dem Anschluss 21D und der Elektrode 22D dar. In zeigt ein Pfeil eine Richtung, in der ein horizontales Magnetfeld angelegt wird.
Der Wärmeerzeugungsabschnitt 1, die Anschlüsse 21A bis 21D und die Elektroden 22A bis 22D sind aus Graphit gefertigt. Da Graphit im Allgemeinen eine geringe Duktilität aufweist, gibt es einen Übergangswiderstand an den Kontaktabschnitten zwischen den Anschlüssen 21A bis 21D und den entsprechenden Elektroden 22A bis 22D. In werden die Widerstandswerte der Elektroden 22A bis 2D ignoriert. Dies liegt daran, dass die Elektroden im Allgemeinen kurz sind und ein elektrisches Kabel mit einem extrem kleinen Widerstandswert zwischen jeder Elektrode und einem Spannungsanlegeabschnitt 43 (siehe ) verwendet wird, der später beschrieben wird.
In dem in dargestellten Ersatzschaltbild ist es möglich, durch Ändern der Kontaktwiderstandswerte R1 bis R4 das Verhältnis der durch den ersten Kurvenabschnitt 33A, den zweiten Kurvenabschnitt 33B, den dritten Kurvenabschnitt 33C und den vierten Kurvenabschnitt 33D fließenden Ströme zu ändern. Dasselbe gilt für den Fall, dass eine gerade Anzahl von sechs oder mehr Stromversorgungsabschnitten 12 vorgesehen ist.
In der ersten beispielhaften Ausführungsform ist bei vier Stromversorgungsabschnitten 12A bis 12D, die auf der rechten und linken Seite der virtuellen Ebene VS angeordnet sind, ein Widerstandswert von mindestens einem Stromversorgungsabschnitt 12 von den Widerstandswerten der anderen Stromversorgungsabschnitte 12 verschieden. Insbesondere werden die Kontaktwiderstandswerte der Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D voneinander verschieden gemacht, indem die Gesamtzahl der elektrischen Widerstandseinsteller 24, die zwischen den Anschlüssen 21A bis 21D und den entsprechenden Elektroden 22A bis 22D zur Bildung der jeweiligen Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D angeordnet sind, dazwischen unterschiedlich gemacht wird.
Beispielsweise ist die Gesamtzahl der elektrischen Widerstandseinsteller 24, die zwischen dem Anschluss 21A und der Elektrode 22A angeordnet sind, kleiner als die Gesamtzahl der elektrischen Widerstandseinsteller 24, die zwischen jedem der Anschlüsse 21B bis 1D und der entsprechenden der Elektroden 22B bis 22D angeordnet sind, um die Stromversorgungsabschnitte 12B bis 12D zu bilden.
Bei dieser Anordnung ist der Widerstandswert des ersten Heizbereichs 1A kleiner als der Widerstandswert des zweiten Heizbereichs 1B. Dementsprechend wird, wenn eine gleich große Spannung an den ersten Heizbereich 1A und den zweiten Heizbereich 1B angelegt wird, die Wärmeerzeugungsmenge des ersten Heizbereichs 1A größer als die des zweiten Heizbereichs 1B.
Oberhalb des Tiegels 4 ist, wie in gezeigt, eine Hochziehwelle 7, z. B. ein Draht, vorgesehen, der sich koaxial mit der Trägerwelle 5 in der entgegengesetzten Richtung der Trägerwelle 5 oder in der gleichen Richtung wie die Trägerwelle 5 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit dreht. Ein Impfkristall SC ist an einem unteren Ende der Hochziehwelle 7 befestigt.
Ein hohlzylindrischer Hitzeschild 8 ist oberhalb der Siliziumschmelze M im Tiegel 4 in der Kammer 3 angeordnet und umgibt das wachsende monokristalline Silizium SM.
Der Hitzeschild 8 schirmt das wachsende monokristalline Silizium SM von der Hochtemperatur-Strahlungswärme ab, die von der Siliziumschmelze M im Tiegel 4 und den Seitenwänden des Heizelements 13 und des Tiegels 4 freigesetzt wird, und verhindert auch die Wärmediffusion nach außen von einer Fest-Flüssig-Grenzfläche, die eine Grenzfläche ist, an der der Kristall wächst, und in deren Nähe, wodurch ein Temperaturgradient eines zentralen Abschnitts und eines äußeren Umfangsabschnitts des monokristallinen Siliziums SM in einer Richtung der Hochziehwelle gesteuert wird.
Ein Gaseinlass 9, durch den ein Inertgas (z. B. Argongas) in die Kammer 3 eingeleitet wird, befindet sich im oberen Teil der Kammer 3. Ein Abgasauslass 10, durch den das Gas in der Kammer 3 abgesaugt und abgeleitet wird, wenn eine Vakuumpumpe (nicht dargestellt) angetrieben wird, befindet sich im unteren Teil der Kammer 2.
Das durch den Gaseinlass 9 in die Kammer 3 eingeleitete Inertgas strömt zwischen dem wachsenden monokristallinen Silizium SM und dem Hitzeschild 8 nach unten, strömt dann in einen Raum zwischen einem unteren Ende des Hitzeschilds 8 und einer flüssigen Oberfläche der Siliziumschmelze M, strömt dann zur Außenseite des Hitzeschilds 8 und weiter zur Außenseite des Tiegels 4 und dann entlang der Außenseite des Tiegels 4 nach unten und wird aus dem Abgasauslass 10 abgeleitet.
Die Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium 2 umfasst einen in gezeigten Magnetfeldanlegeabschnitt 14 und einen in gezeigten Temperatursensor 15.
Der Magnetfeldanlegeabschnitt 14, umfasst einen ersten Magnetkörper 14A und einen zweiten Magnetkörper 14B, die jeweils die Form einer Magnetspule haben. Der erste und der zweite Magnetkörper 14A und 14B sind außerhalb der Kammer 3 so angeordnet, dass sie sich über dem Tiegel 4 gegenüberliegen. In einem in gezeigten Beispiel legt der Magnetfeldanlegeabschnitt 14 ein horizontales Magnetfeld an, so dass eine zentrale Magnetfeldlinie durch eine Mittelachse CA des hohlzylindrischen Wärmeerzeugungsabschnitts 11 und des Heizabschnitts 1 verläuft und eine Richtung der Magnetfeldlinie ML mit einer Aufwärtsrichtung in übereinstimmt (d.h. eine Richtung von einer nahen Seite zu einer fernen Seite auf Papier in ). Die Höhe der zentralen Magnetfeldlinie, die nicht besonders begrenzt ist, kann so festgelegt werden, dass die zentrale Magnetfeldlinie durch die Innenseite oder die Außenseite der Siliziumschmelze M verläuft, abhängig von der Qualität des monokristallinen Siliziums SM.
Der Temperatursensor 15 misst die Temperaturen an einem ersten Messpunkt P1 und einem zweiten Messpunkt P2 über der virtuellen Ebene VS, wie in den , und gezeigt. Der erste Messpunkt P1 befindet sich an einer Position mit der höchsten Temperatur auf einer Oberfläche S der Siliziumschmelze M, wenn die Abwärtsströmung auf der rechten Seite in durch Erwärmung der Siliziumschmelze M durch den Heizabschnitt 1 fixiert ist. Der zweite Messpunkt P2 wird an einer Position mit der niedrigsten Temperatur auf der Oberfläche S der Siliziumschmelze M gesetzt, wenn der Abwärtsfluss auf der rechten Seite fixiert ist. In der ersten beispielhaften Ausführungsform sind der erste Messpunkt P1 und der zweite Messpunkt P2 so positioniert, dass sie symmetrisch zu einem Zentrum CS der Oberfläche S sind.
Der Temperatursensor 15 umfasst ein Paar Reflektoren 15A und ein Paar Strahlungsthermometer 15B.
Die Reflektoren 15A sind im Inneren der Kammer 3 angeordnet. Die Reflektoren 15A sind vorzugsweise, wie in gezeigt, so angeordnet, dass der Abstand (Höhe) K von den unteren Enden der jeweiligen Reflektoren 15A zur Oberfläche S der Siliziumschmelze M im Bereich von 600 mm bis 5000 mm liegt. Darüber hinaus sind die Reflektoren 15A vorzugsweise so eingestellt, dass ein Winkel θ zwischen einer Reflexionsfläche 15C und einer horizontalen Ebene F im Bereich von 40 Grad bis 50 Grad liegt.
Bei der oben beschriebenen Konfiguration liegt die Summe eines Einfallswinkels θ1 und eines Reflexionswinkels θ2, die zwischen den Reflektoren 15A und einem Strahlungslicht L gebildet werden, das vom ersten Messpunkt P1 und dem zweiten Messpunkt P2 in einer Richtung entgegengesetzt zur Schwerkraftrichtung emittiert wird, in einem Bereich von 80 Grad bis 100 Grad. Unter dem Gesichtspunkt der Wärmebeständigkeit sind die Reflektoren 15A vorzugsweise jeweils ein Siliziumspiegel, dessen eine Oberfläche spiegelpoliert ist, um eine Reflexionsfläche 15C zu bilden.
Die Strahlungsthermometer 15B sind außerhalb der Kammer 3 angebracht. Die Strahlungsthermometer 15B empfangen das Strahlungslicht L, das durch ein in der Kammer 3 vorgesehenes Quarzfenster 3A (siehe ) einfällt, und messen berührungslos die Temperaturen des ersten Messpunkts P1 und des zweiten Messpunkts P2.
Die Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium 2 umfasst ein Steuergerät 41, einen Speicher 42 und einen Spannungsanlegeabschnitt 43, wie in dargestellt.
Das Steuergerät 41 umfasst einen Konvektionsmuster-Steuerabschnitt 41A und einen Hochzieh-Steuerabschnitt 41B.
Der Konvektionsmuster-Steuerabschnitt 41A ist so konfiguriert, dass er die Siliziumschmelze M unter Verwendung des Heizabschnitts 1, dessen Wärmeerzeugungsmenge auf beiden Seiten über die virtuelle Ebene VS unterschiedlich ist, erhitzt und ein horizontales Magnetfeld anlegt, wodurch eine Richtung einer Konvektion C in einem Querschnitt orthogonal zum Magnetfeld festgelegt wird (siehe und .
Der Hochzieh-Steuerabschnitt 41B steuert das Hochziehen des monokristallinen Siliziums SM, nachdem der Konvektionsmuster-Steuerabschnitt 41A die Richtung der Konvektion festgelegt hat.
Der Speicher 42 speichert Hochzieh-Bedingungen (z. B. eine Durchflussrate des Inertgases, einen Innendruck der Kammer 3 und eine Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels 4) und ähnliches, um einen gewünschten Wert einer Sauerstoffkonzentration des monokristallinen Siliziums SM zu erreichen.
Der Spannungsanlegeabschnitt 43 wird von dem Steuergerät 41 so gesteuert, dass er eine vorgegebene Spannung an den Heizabschnitt 1 anlegt.
Herstellungsverfahren für monokristallines Silizium
Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren für das monokristalline Silizium gemäß der beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf das in dargestellte Flussdiagramm beschrieben.
Erstens werden die Hochzieh-Bedingungen (z.B. eine Flussrate des Inertgases, ein Innendruck der Kammer 3 und eine Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels 4) und dergleichen zum Erreichen eines gewünschten Wertes der Sauerstoffkonzentration des monokristallinen Siliziums SM im Voraus als vorbestimmte Bedingungen bestimmt und im Speicher 42 gespeichert. Der Wert der Sauerstoffkonzentration der vorbestimmten Bedingungen kann Werte der Sauerstoffkonzentration an einer Vielzahl von Positionen in einer Längsrichtung des geraden Körpers sein, der das monokristalline Silizium SM bildet, oder kann ein Durchschnitt der Werte der Sauerstoffkonzentration an der Vielzahl von Positionen sein.
Anschließend wird mit der Herstellung des monokristallinen Silizium-SM begonnen.
Zunächst hält der Hochzieh-Steuerabschnitt 41B das Innere der Kammer 3 in einer Inertgasatmosphäre unter reduziertem Druck. Der Konvektionsmuster-Steuerabschnitt 41A schmilzt während der Drehung des Tiegels 4 ein festes Material wie polykristallines Silizium, das in den Tiegel 4 gefüllt ist, durch Erhitzen mit dem Heizelement 13, um die Siliziumschmelze M zu erzeugen (Schritt S1).
Zu diesem Zeitpunkt legt der Konvektionsmuster-Steuerabschnitt 41A unter Verwendung des Spannungsanlegeabschnitts 43 eine Spannung derselben Größe an den ersten Heizbereich 1A und den zweiten Heizbereich 1B an, wodurch ein linker Teil (d.h. ein Teil nahe dem ersten Heizbereich 1A) der Siliziumschmelze M auf eine höhere Temperatur als ein rechter Teil (d.h. ein Teil nahe dem zweiten Heizbereich 1B) der Siliziumschmelze M erhitzt wird. Der Konvektionsmuster-Steuerabschnitt 41A erwärmt die Siliziumschmelze M auch so, dass die Temperatur der Siliziumschmelze M in einem Bereich von 1415 Grad C bis 1500 Grad C liegt.
Anschließend beurteilt der Konvektionsmuster-Steuerabschnitt 41A auf der Grundlage der Temperaturmessergebnisse des ersten Messpunkts P1 und des zweiten Messpunkts P2 durch den Temperatursensor 15, ob eine Differenz ΔTmax zwischen der höchsten Temperatur (einer Temperatur des ersten Messpunkts P1) und der niedrigsten Temperatur (einer Temperatur des zweiten Messpunkts P2) auf der Oberfläche S der Siliziumschmelze M in einem Bereich von 6 Grad C bis 12 Grad C stabil ist (Schritt S2).
Der Prozess in Schritt S2 wird durchgeführt, weil der Abwärtsfluss manchmal nicht auf der rechten Seite in Bezug auf die virtuelle Ebene VS bei ΔTmax von weniger als 6 Grad C fixiert ist, aber der Abwärtsfluss ist zuverlässig auf der rechten Seite fixiert, wie in bei ΔTmax von 6 Grad C oder mehr gezeigt. Der Prozess in Schritt S2 wird auch deshalb durchgeführt, weil die Konvektion C zu groß wird, um manchmal eine Veränderung des Durchmessers in der Hochziehrichtung des geraden Körpers, der das monokristalline Silizium SM bildet, bei ΔTmax von mehr als 12 Grad C zu verursachen, aber die Veränderung des Durchmessers wird bei ΔTmax von 12 Grad C oder weniger verhindert.
In Schritt S2, wenn der Konvektionsmuster-Steuerabschnitt 41A feststellt, dass ΔTmax nicht stabil in einen Bereich von 6 Grad C bis 12 Grad C fällt, stellt der Konvektionsmuster-Steuerabschnitt 41A eine Heiztemperatur der Siliziumschmelze M ein (Schritt S3) und führt den Prozess von Schritt S2 nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit durch. In Schritt S3 erhöht der Konvektionsmuster-Steuerabschnitt 41A die an den ersten Heizbereich 1A und den zweiten Heizbereich 1B angelegte Spannung um die gleiche Größe, wenn ΔTmax weniger als 6 Grad C beträgt, und verringert die an den ersten Heizbereich 1A und den zweiten Heizbereich 1B angelegte Spannung um die gleiche Größe, wenn ΔTmax mehr als 12 Grad C beträgt.
In Schritt S2, wenn der Konvektionsmuster-Steuerabschnitt 41A feststellt, dass ΔTmax stabil in einen Bereich von 6 Grad C bis 12 Grad C fällt, steuert der Konvektionsmuster-Steuerabschnitt 41A den Magnetfeldanlegeabschnitt 14, um mit dem Anlegen eines horizontalen Magnetfelds in einem Bereich von 0,2 Tesla bis 0,6 Tesla an die Siliziumschmelze M zu beginnen (Schritt S4). Die Konvektion C wird durch diesen Vorgang in Schritt S4 im Uhrzeigersinn festgelegt.
Anschließend taucht der Hochzieh-Steuerabschnitt41 B auf der Grundlage der vorgegebenen Bedingungen den Impfkristall SC in die Siliziumschmelze M ein, wobei das horizontale Magnetfeld in einem Bereich von 0,2 Tesla bis 0,6 Tesla aufrechterhalten wird, und zieht dann das monokristalline Silizium SM mit dem geraden Körper mit einer gewünschten Sauerstoffkonzentration hoch (Schritt S5).
Die oben beschriebenen Prozesse in den Schritten S1, S4 und S5 entsprechen dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren des monokristallinen Siliziums. Die oben beschriebenen Verfahren in den Schritten S1 und S4 entsprechen dem erfindungsgemäßen Konvektionsmuster-Steuerverfahren des monokristallinen Siliziums.
Es ist zu beachten, dass die Überprüfung von ΔTmax in Schritt S2, die Einstellung der Heiztemperatur in Schritt S3, der Beginn des Anlegens des horizontalen Magnetfelds in Schritt S4 und der Hochziehvorgang in Schritt S5 von einem Bediener durchgeführt werden können.
Der gerade Körper, der das monokristalline Silizium SM bildet, das mit dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung des monokristallinen Siliziums gezogen wurde, wird mit einer Drahtsäge oder ähnlichem zu einem Siliziumwafer ausgeschnitten. Anschließend wird der ausgeschnittene Siliziumwafer geläppt und poliert, so dass ein fertiger Siliziumwafer entsteht. Dieses Verfahren entspricht dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für den Siliziumwafer.
Funktionsweise und Auswirkungen der ersten beispielhaften Ausführungsform
In der ersten beispielhaften Ausführungsform wird unter vier Stromversorgungsabschnitten 12A bis 12D, die auf der rechten und linken Seite über die virtuelle Ebene VS angeordnet sind, ein Widerstandswert von mindestens einem Stromversorgungsabschnitt 12 von den Widerstandswerten der anderen Stromversorgungsabschnitte verschieden gemacht. Insbesondere werden die Kontaktwiderstandswerte der Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D voneinander verschieden gemacht, indem die Gesamtzahl der elektrischen Widerstandseinsteller 24, die zwischen den Anschlüssen 21A bis 21D und den entsprechenden Elektroden 22A bis 22D zur Bildung der jeweiligen Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D angeordnet sind, unterschiedlich gemacht werden.
Mit einem solchen einfachen Mittel kann die Richtung der Konvektion C im Querschnitt orthogonal zum Magnetfeld unabhängig von der Symmetrie der Konfiguration der Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium 2 leicht in einer Richtung festgelegt werden. Indem die Richtung der Konvektion C in einer Richtung festgelegt wird, kann eine Variation der Sauerstoffkonzentration für jedes monokristalline Silizium SM unterdrückt werden. Dadurch werden Qualitäts- und Produktivitätsschwankungen des monokristallinen Siliziums in Abhängigkeit von den Öfen und Chargen unterdrückt.
Insbesondere werden die Kontaktwiderstandswerte der Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D voneinander verschieden gemacht, indem die Gesamtzahl der elektrischen Widerstandseinsteller 24, die zwischen jedem der Anschlüsse 21A bis 21 D und der entsprechenden Elektrode 22A bis 22D zur Bildung der jeweiligen Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D eingefügt sind, variiert wird. Mit einem solchen einfachen Mittel kann eine Variation der Sauerstoffkonzentration für jedes monokristalline Silizium SM unterdrückt werden.
Gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform erfordert das Heizelement 13 keine spezielle Verarbeitung. Dementsprechend kann ein handelsübliches Produkt als Heizelement 13 verwendet werden, wodurch die Kosten gesenkt werden. Außerdem kann ein Heizelement mit symmetrischer Form und gleichmäßiger Dicke als Heizelement 13 verwendet werden, was zu einer hohen Haltbarkeit bei einfacher Struktur führt.
Zweite beispielhafte Ausführungsform
Als nächstes wird eine zweite beispielhafte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden die Teile, die bereits beschrieben wurden, mit denselben Bezugsziffern versehen, und ihre Beschreibung entfällt.
ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Hauptkonfiguration einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium 51 zeigt, auf die ein Verfahren zur Steuerung des Konvektionsmusters einer Siliziumschmelze gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung angewendet wird.
Die zweite beispielhafte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten beispielhaften Ausführungsform durch einen neu vorgesehenen Widerstandsmessabschnitt 52 und einen Widerstandseinstellabschnitt 53 sowie eine Konfiguration des Steuergeräts 54.
Der Widerstandsmessabschnitt 52 misst die Widerstandswerte des jeweiligen ersten Heizbereichs 1A und des zweiten Heizbereichs 1B des Heizabschnitts 1.
Der Widerstandsanpassungsabschnitt 53 passt die Widerstandswerte der jeweiligen Anschlüsse 21A bis 21D auf der Grundlage von Berechnungsergebnissen durch einen später beschriebenen Widerstandsberechnungsabschnitt 54E an. Insbesondere stellt der Widerstandseinstellabschnitt 53 die Befestigungskräfte der Befestigungselemente 23A bis 23D ein, die die entsprechenden Anschlüsse 21A bis 21D und die entsprechenden Elektroden 22A bis 22D zur Bildung der entsprechenden Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D befestigen, wodurch die Kontaktwiderstandswerte zwischen den Anschlüssen 21A bis 21D und den entsprechenden Elektroden 22A bis 22D eingestellt werden.
Das Steuergerät 54 umfasst einen Konvektionsmuster-Steuerabschnitt 54A, den Hochzieh-Steuerabschnitt 54B, einen Konvektionsmuster-Einstellabschnitt 54C und den Widerstandsberechnungsabschnitt 54E. Der Konvektionsmuster-Steuerabschnitt 54A hat die Funktion, den Widerstandsmessabschnitt 52 und den Widerstandseinstellabschnitt 53 zusätzlich zur Funktion des Konvektionsmuster-Steuerabschnitts 41A zu steuern. Der Hochzieh-Steuerabschnitt 54B hat die gleiche Funktion wie der Hochzieh-Steuerabschnitt 41B.
Der Konvektionsmuster-Einstellabschnitt 54C stellt ein ZielKonvektionsmuster der Siliziumschmelze M ein. Der Wärmeerzeugungsmengenberechnungsabschnitts 54D berechnet die in dem jeweiligen ersten Heizbereich 1A und zweiten Heizbereich 1B erforderlichen Wärmeerzeugungsmengen auf der Grundlage des durch den Konvektionsmuster-Einstellabschnitt 54C eingestellten Konvektionsmusters. Der Widerstandsberechnungsabschnitt 54E berechnet die in den jeweiligen Anschlüssen 21A bis 21D erforderlichen Widerstandswerte auf der Grundlage der Berechnungsergebnisse des Wärmeerzeugungsmengenberechnungsabschnitts 54D und der Messergebnisse des Widerstandsmessabschnitts 52.
Verfahren zur Steuerung des Konvektionsmusters einer Siliziumschmelze
ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Beispiels einer ersten Hälfte des Verfahrens zur Steuerung des Konvektionsmusters der Siliziumschmelze gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform. Die Prozesse in dem in dargestellten Flussdiagramm werden vor den Prozessen in dem in dargestellten Flussdiagramm ausgeführt.
Erstens stellt der Konvektionsmuster-Einstellabschnitt 54C ein Zielkonvektionsmuster ein (Schritt S11). Insbesondere wählt der Konvektionsmuster-Einstellabschnitt 54C einen der in gezeigten rechten Wirbel und den in gezeigten linken Wirbel aus. Diese Einstellung des Konvektionsmusters wird beispielsweise auf der Grundlage eines Herstellungsplans für monokristallines Silizium und der Trends der Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium 51 vorgenommen.
Als nächstes berechnet der Wärmeerzeugungsmengenberechnungsabschnitts 54D die Wärmeerzeugungsmengen, die in dem jeweiligen ersten Heizbereich 1A und zweiten Heizbereich 1B erforderlich sind, auf der Grundlage des Konvektionsmusters (der rechte Wirbel oder der linke Wirbel), das durch den Konvektionsmuster-Einstellabschnitt 54C eingestellt wurde (Schritt S12).
Als nächstes steuert der Konvektionsmuster-Steuerabschnitt 54A den Widerstandsmessabschnitt 52, um Widerstandswerte des jeweiligen ersten Heizbereichs 1A und des zweiten Heizbereichs 1B des Heizabschnitts 52 zu messen (Schritt S13). Dementsprechend berechnet der Widerstandsberechnungsabschnitt 54E die in den jeweiligen Anschlüssen 21A bis 21D erforderlichen Widerstandswerte auf der Grundlage der Berechnungsergebnisse des Wärmeerzeugungsmengenberechnungsabschnitts 54D und der Messergebnisse des Widerstandsmessabschnitts 52 (Schritt S14).
Als nächstes steuert der Konvektionsmuster-Steuerabschnitt 54A den Widerstandseinstellabschnitt 54A, um die Widerstandswerte der jeweiligen Anschlüsse 21A bis 21D auf der Grundlage der Berechnungsergebnisse des Widerstandsberechnungsabschnitts 54E einzustellen. Dementsprechend stellt der Widerstandseinstellabschnitt 53 die Befestigungskräfte der Befestigungselemente 23A bis 23D ein, wodurch die Kontaktwiderstandswerte zwischen den Anschlüssen 21A bis 21D und den entsprechenden Elektroden 22A bis 22D eingestellt werden (Schritt S15).
Wenn beispielsweise das Konvektionsmuster als Rechtswirbel eingestellt ist, berechnet der Wärmeerzeugungsmengenberechnungsabschnitts 54D, dass die im ersten Heizbereich 1A erforderliche Wärmeerzeugungsmenge größer ist als die im zweiten Heizbereich 1B erforderliche Wärmeerzeugungsmenge. Als Nächstes misst der Widerstandsmessabschnitt 52 die aktuellen Widerstandswerte des jeweiligen ersten Heizbereichs 1A und des zweiten Heizbereichs 1B. Als Nächstes berechnet der Widerstandsberechnungsabschnitt 54E auf der Grundlage der Berechnungsergebnisse des Wärmeerzeugungsmengenberechnungsabschnitts 54D und der Messergebnisse des Widerstandsmessungsabschnitts 52 die in den jeweiligen Anschlüssen 21A bis 21D erforderlichen Widerstandswerte, so dass der Widerstandswert des ersten Heizbereichs 1A kleiner als der Widerstandswert des zweiten Heizbereichs 1B ist.
Wenn das Messergebnis beispielsweise zeigt, dass der Widerstandswert des ersten Heizbereichs 1A ungefähr gleich dem Widerstandswert des zweiten Heizbereichs 1B ist, stellt sich der Widerstandseinstellabschnitt 53 so ein, dass die Befestigungskraft des Befestigungselements 23A größer ist als die Befestigungskräfte der anderen Befestigungselemente 23B bis 23D, um den Kontaktwiderstandswert zwischen dem Anschluss 21A und der Elektrode 22A zu verringern.
Dementsprechend wird die Wärmeerzeugung des ersten Heizbereichs 1A größer als die des zweiten Heizbereichs 1B, wenn an den ersten Heizbereich 1A und den zweiten Heizbereich 1B eine gleich große Spannung angelegt wird.
Da die nachfolgenden Prozesse im Herstellungsverfahren des monokristallinen Siliziums die gleichen sind wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform, wird auf die Beschreibung der nachfolgenden Prozesse verzichtet.
Die oben beschriebenen Prozesse in den Schritten S11 bis S15 entsprechen dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren des monokristallinen Siliziums. Der Widerstandsmessabschnitt 52, der Widerstandseinstellabschnitt 53, die dem Konvektionsmuster-Steuerabschnitt 54A hinzugefügten Funktionen, der Konvektionsmuster-Einstellabschnitt 54C, der Wärmeerzeugungsmengen-Berechnungsabschnitt 54D und der Widerstandsberechnungsabschnitt 54E entsprechen dem erfindungsgemäßen Konvektionsmuster-Steuersystem der Siliziumschmelze.
Es sollte beachtet werden, dass der Einstellprozess des Konvektionsmusters in Schritt S11, der Widerstandsmessprozess in Schritt S13 und der Widerstandseinstellprozess in Schritt S15 von einem Bediener durchgeführt werden können.
Funktionsweise und Auswirkungen der zweiten beispielhaften Ausführungsform
Gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform können zusätzlich zu den gleichen operativen Effekten wie bei der ersten beispielhaften Ausführungsform die folgenden operativen Effekte erzielt werden.
Durch ein so einfaches Mittel wie die unterschiedlichen Befestigungskräfte der Befestigungselemente 23A bis 23D kann eine Variation der Sauerstoffkonzentration für jedes monokristalline Silizium SM unterdrückt werden.
Da die meisten Vorgänge automatisiert werden können, wird außerdem die Arbeitseffizienz verbessert.
Dritte beispielhafte Ausführungsform
Als nächstes wird eine dritte beispielhafte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden die Teile, die bereits beschrieben wurden, mit denselben Bezugsziffern versehen, und ihre Beschreibung entfällt.
Die dritte beispielhafte Ausführung unterscheidet sich von der ersten beispielhaften Ausführung durch die Konfiguration eines Heizelements 16.
In der ersten beispielhaften Ausführungsform ist das Heizelement 13 so konfiguriert, dass der Wärmeerzeugungsabschnitt 11 einstückig mit den Anschlüssen 21A bis 21D geformt ist.
Im Gegensatz dazu ist das Heizelement 16 in der dritten beispielhaften Ausführungsform so konfiguriert, dass die Wärmeerzeugungsabschnitte 11 mit den Anschlüssen 21A bis 21D durch Klebeschichten 34A, 34B, 34C und 34D verbunden sind, wie in gezeigt. In sind nur die Klebeschichten 34A und 34D dargestellt.
Die Klebeschichten 34 bis 34D werden durch Kalzinieren oder Graphitieren eines Kohlenstoffklebstoffs gebildet, der eine organische Substanz enthält. Beispiele für Kohlenstoffkleber sind wärmehärtende Harze wie COPNA-Harze, Phenolharze, Furanharze und Epoxidharze sowie thermoplastische Harze wie Pech („Pitch“), Polyethylen, Polypropylen und Polyvinylalkohol. Graphit- oder Kohlenstoffpulver kann diesen Kohlenstoffklebstoffen als Zuschlagstoff zugesetzt werden.
In der dritten beispielhaften Ausführungsform werden die Kontaktwiderstandswerte der Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D voneinander verschieden gemacht, indem die Klebeschichten 34 bis 34D in Material und Dicke voneinander verschieden gemacht werden, wobei die Klebeschichten 34 bis 34D zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt 11 und den jeweiligen Anschlüssen 21A bis 21D, die die jeweiligen Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D bilden, angebracht werden.
Zum Beispiel ist die Klebeschicht 34A, die zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt 11 und dem Anschluss 21A, der den Stromversorgungsabschnitt 12A bildet, aufgebracht ist, aus einem anderen Material oder mit einer größeren Dicke als die Klebeschichten 34B bis 34D, die zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt 11 und den jeweiligen Anschlüssen 21B bis 1D, die die anderen Stromversorgungsabschnitte 12B bis 12D bilden, aufgebracht sind.
Bei dieser Anordnung ist der Widerstandswert des ersten Heizbereichs 1A größer als der Widerstandswert des zweiten Heizbereichs 1B. Dementsprechend wird die Wärmeerzeugungsmenge des ersten Heizbereichs 1A kleiner als die des zweiten Heizbereichs 1B, wenn eine gleich große Spannung an den ersten Heizbereich 1A und den zweiten Heizbereich 1B angelegt wird.
Da das Herstellungsverfahren für das monokristalline Silizium in der dritten beispielhaften Ausführungsform dasselbe ist wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform, wird die Beschreibung des Herstellungsverfahrens für das monokristalline Silizium in der dritten beispielhaften Ausführungsform weggelassen.
Funktionsweise und Auswirkungen der dritten beispielhaften Ausführungsform
Gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform kann die Richtung der Konvektion C im Querschnitt orthogonal zum Magnetfeld leicht in einer Richtung fixiert werden, indem lediglich die linke und die rechte Seite in Bezug auf die virtuelle Ebene VS im Material oder in der Dicke der Klebeschichten 34B bis 34D, die zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt 11 und den jeweiligen Anschlüssen 21A bis 1D aufgebracht sind, unterschiedlich gemacht werden, unabhängig von der Symmetrie der Konfiguration der Herstellungsanlage für monokristallines Silizium 2. Dadurch, dass die Richtung der Konvektion C in einer Richtung festgelegt wird, kann eine Variation der Sauerstoffkonzentration für jedes monokristalline Silizium SM unterdrückt werden.
Vierte beispielhafte Ausführungsform
Als nächstes wird eine vierte beispielhafte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden die Teile, die bereits beschrieben wurden, mit denselben Bezugsziffern versehen, und ihre Beschreibung wird übersprungen.
Die vierte beispielhafte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten beispielhaften Ausführungsform durch die Konfiguration eines Heizabschnitts 61.
Der Heizabschnitt 61 umfasst einen Wärmeerzeugungsabschnitt 62 und vier Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D.
Wie in gezeigt, ist der Heizabschnitt 61, von oben gesehen, durch die virtuelle Ebene VS in zwei Bereiche unterteilt, nämlich einen ersten Heizbereich 61A, der sich auf der linken Seite in Bezug auf die virtuelle Ebene VS befindet, und einen zweiten Heizbereich 61B, der sich auf der rechten Seite in Bezug auf die virtuelle Ebene VS befindet. Die virtuelle Ebene VS verläuft durch eine Mittelachse CA des Heizbereichs 61 und steht senkrecht zum Heizbereich 61.
Die Dicke des Wärmeerzeugungsabschnitts 62 ist in der gesamten Umfangsrichtung gleichmäßig. Der Wärmeerzeugungsabschnitt 62 umfasst: eine Vielzahl von oberen Schlitzen 31, die sich von einem oberen Ende des Wärmeerzeugungsabschnitts 62 nach unten erstrecken; und eine Vielzahl von unteren Schlitzen 32, die sich von einem unteren Ende des Wärmeerzeugungsabschnitts 62 nach oben erstrecken. Die oberen Schlitze 31 und die unteren Schlitze 32 sind in einer Umfangsrichtung des Wärmeerzeugungsabschnitts 62 ausgebildet. Die oberen Schlitze 31 haben die gleiche Ausschnitttiefe, die sich vom oberen Ende aus nach unten erstreckt. Die unteren Schlitze 32 haben die gleiche Ausschnitttiefe, die sich vom unteren Ende aus nach oben erstreckt. Ein Abstand zwischen jedem oberen Schlitz 31 und seinem benachbarten unteren Schlitz 32 ist im ersten Heizbereich 61A konstant. Ein Abstand zwischen jedem oberen Schlitz 31 und dem benachbarten unteren Schlitz 32 ist im zweiten Heizbereich 61B konstant.
Die Anschlüsse 21A bis 21D, die die jeweiligen Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D bilden, sind am unteren Ende des Wärmeerzeugungsabschnitts 62 so ausgebildet, dass sie mit dem Wärmeerzeugungsabschnitt 62 einstückig geformt sind. Zwei obere Schlitze 31 und drei untere Schlitze 32 sind abwechselnd zwischen dem Anschluss 21A und dem Anschluss 21B ausgebildet, wodurch ein erster Kurvenabschnitt 63A gebildet wird. In ähnlicher Weise sind zwei obere Schlitze 31 und drei untere Schlitze 32 abwechselnd zwischen dem Anschluss 21B und dem Anschluss 21C ausgebildet, wodurch ein zweiter Kurvenabschnitt 63B gebildet wird.
Drei obere Schlitze 31 und vier untere Schlitze 32 sind abwechselnd zwischen dem Anschluss 21C und dem Anschluss 21D ausgebildet, wodurch ein dritter Kurvenabschnitt 63C gebildet wird. Zwei obere Schlitze 31 und drei untere Schlitze 32 sind abwechselnd zwischen dem Anschluss 21D und dem Anschluss 21A ausgebildet, wodurch ein vierter Kurvenabschnitt 63D gebildet wird.
Die Querschnittsflächen der jeweiligen Kurvenabschnitte 63A und 63D sind im ersten Heizbereich 61A gleich groß und die Querschnittsflächen der jeweiligen Kurvenabschnitte 63B und 63C sind im zweiten Heizbereich 61B gleich groß. Obwohl dies aus nicht leicht ersichtlich ist, sind, um die Querschnittsfläche des Kurvenabschnitts 63C gleich der Querschnittsfläche des Kurvenabschnitts 63D zu machen, einige der oberen Schlitze 31 unterschiedlich breit und einige der unteren Schlitze 32 sind unterschiedlich breit.
Der Wärmeerzeugungsabschnitt 62 erzeugt Wärme durch Joulesche Wärmeerzeugung. Unter der Voraussetzung, dass ein Stromwert, der durch einen beliebigen Punkt X des Wärmeerzeugungsabschnitts 62 fließt, mit Ix bezeichnet wird und ein Widerstandswert an dem Punkt X mit Rx bezeichnet wird, wird eine Joule-Wärmeerzeugungsmenge Wx an dem Punkt X durch eine Formel (1) dargestellt. $Wx = {Ix}^{2} \cdot Rx$
Wenn also der an den Punkt X angelegte Spannungswert und der Widerstandswert am Punkt X gegeben sind, kann der durch den Punkt X fließende Stromwert Ix gemäß dem Ohmschen Gesetz berechnet werden. Ändert man den Widerstandswert Rx am Punkt X, so ändert sich der durch den Punkt X fließende Stromwert Ix, und die Joule-Wärmeerzeugungsmenge Wx ändert sich ebenfalls.
Dementsprechend kann durch entsprechende Änderung des Widerstandswerts Rx an jedem Punkt X die Joule-Wärmeerzeugungsmenge Wx an jedem Punkt X des Wärmeerzeugungsabschnitts 62 geändert werden, um eine gewünschte Wärmeerzeugungsmengenverteilung im Wärmeerzeugungsabschnitt 62 zu erreichen.
Der Widerstandswert Rx am Punkt X wird durch eine Formel (2) dargestellt, die einen elektrischen Widerstand ρ (Ωm) des den Punkt X bildenden Materials, eine Länge L (m) des Punktes X und eine Querschnittsfläche A (m²) des Punktes X verwendet. $Rx = ρ \cdot (L/A)$
In der vierten beispielhaften Ausführungsform ist die Gesamtzahl der oberen Schlitze 31 und der unteren Schlitze 32 im ersten Heizbereich 61A und im zweiten Heizbereich 61B unterschiedlich, und der erste Kurvenabschnitt 63A bis der vierte Kurvenabschnitt 63D sind unterschiedlich lang. Dadurch ist der Widerstandswert des ersten Heizbereichs 61A anders als der Widerstandswert des zweiten Heizbereichs 61B.
In einem in gezeigten Beispiel beträgt die Gesamtzahl der oberen Schlitze 31 und der unteren Schlitze 32 im ersten Heizbereich 61A zehn, während die Gesamtzahl der oberen Schlitze 31 und der unteren Schlitze 32 im zweiten Heizbereich 61B 14 beträgt. Da die Gesamtlänge des zweiten Kurvenabschnitts 63B und des dritten Kurvenabschnitts 63C größer ist als die Gesamtlänge des ersten Kurvenabschnitts 63A und des vierten Kurvenabschnitts 63D, ist der Widerstandswert des zweiten Heizbereichs 61B ebenfalls größer als der Widerstandswert des ersten Heizbereichs 61A. Daher wird die Wärmeerzeugungsmenge des zweiten Heizbereichs 61B kleiner als die Wärmeerzeugungsmenge des ersten Heizbereichs 61A, wenn eine Spannung derselben Größe an den ersten Heizbereich 61A und den zweiten Heizbereich 61B angelegt wird.
Da das Herstellungsverfahren für das monokristalline Silizium in der vierten beispielhaften Ausführungsform dasselbe ist wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform, wird die Beschreibung des Herstellungsverfahrens für das monokristalline Silizium in der vierten beispielhaften Ausführungsform weggelassen.
Funktionsweise und Auswirkungen der vierten beispielhaften Ausführungsform
Gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform kann die Richtung der Konvektion C im Querschnitt orthogonal zum Magnetfeld leicht in einer Richtung festgelegt werden, indem lediglich die Gesamtzahl der oberen Schlitze 31 und der unteren Schlitze 32 auf der linken und der rechten Seite in Bezug auf die virtuelle Ebene VS unterschiedlich gemacht wird, unabhängig von der Symmetrie der Konfiguration der Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium 2. Dadurch, dass die Richtung der Konvektion C in einer Richtung festgelegt wird, kann eine Variation der Sauerstoffkonzentration für jedes monokristalline Silizium SM unterdrückt werden.
Fünfte beispielhafte Ausführungsform
Als nächstes wird eine fünfte beispielhafte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden die Teile, die bereits beschrieben wurden, mit denselben Bezugsziffern versehen, und ihre Beschreibung entfällt.
Die vierte beispielhafte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten beispielhaften Ausführungsform durch die Konfiguration eines Heizabschnitts 71.
Der Heizabschnitt 71 umfasst einen Wärmeerzeugungsabschnitt 72 und vier Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D.
Wie in gezeigt, ist der Heizabschnitt 71 in vertikaler Draufsicht durch die virtuelle Ebene VS in zwei Bereiche unterteilt, nämlich einen ersten Heizbereich 71A auf der linken Seite in Bezug auf die virtuelle Ebene VS und einen zweiten Heizbereich 71B auf der rechten Seite in Bezug auf die virtuelle Ebene VS. Die virtuelle Ebene VS geht durch eine Mittelachse CA des Heizabschnitts 71 und steht senkrecht zum Heizabschnitt 61.
Die Dicke des Wärmeerzeugungsabschnitts 72 ist in der gesamten Umfangsrichtung gleichmäßig. Der Wärmeerzeugungsabschnitt 72 umfasst: eine Vielzahl von oberen Schlitzen 31, die sich von einem oberen Ende des Wärmeerzeugungsabschnitts 72 nach unten erstrecken; und eine Vielzahl von unteren Schlitzen 32, die sich von einem unteren Ende des Wärmeerzeugungsabschnitts 72 nach oben erstrecken. Die oberen Schlitze 31 und die unteren Schlitze 32 sind in einer Umfangsrichtung des Wärmeerzeugungsabschnitts 72 ausgebildet. Die oberen Schlitze 31 haben die gleiche Breite und eine Ausschnitttiefe, die sich vom oberen Ende nach unten erstreckt. Die unteren Schlitze 32 haben die gleiche Breite und eine Ausschnitttiefe, die sich vom unteren Ende aus nach oben erstreckt.
Die Anschlüsse 21A bis 21D, die die jeweiligen Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D bilden, sind am unteren Ende des Wärmeerzeugungsabschnitts 72 so ausgebildet, dass sie mit dem Wärmeerzeugungsabschnitt 72 einstückig geformt sind. Zwei obere Schlitze 31 und drei untere Schlitze 32 sind abwechselnd zwischen dem Anschluss 21A und dem Anschluss 21B ausgebildet, wodurch ein erster Kurvenabschnitt 73A gebildet wird. In ähnlicher Weise sind zwei obere Schlitze 31 und drei untere Schlitze 32 abwechselnd zwischen dem Anschluss 21B und dem Anschluss 21C ausgebildet, wodurch ein zweiter Kurvenabschnitt 73B gebildet wird.
Zwei obere Schlitze 31 und drei untere Schlitze 32 sind abwechselnd zwischen dem Anschluss 21C und dem Anschluss 21D ausgebildet, wodurch ein dritter Kurvenabschnitt 73C gebildet wird. Zwei obere Schlitze 31 und drei untere Schlitze 32 sind abwechselnd zwischen dem Anschluss 21D und dem Anschluss 21A ausgebildet, wodurch ein vierter Kurvenabschnitt 73D gebildet wird.
Im Wärmeerzeugungsabschnitt 72 gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform ist die Gesamtzahl der oberen Schlitze 31 und der unteren Schlitze 32 im ersten Heizbereich 71A die gleiche wie im zweiten Heizbereich 71B. In einem in gezeigten Beispiel sind im ersten Heizbereich 71A vier obere Schlitze 31 und sechs untere Schlitze 32 ausgebildet. Die Gesamtzahl der oberen Schlitze 31 und der unteren Schlitze 32 beträgt zehn. Auch im zweiten Heizbereich 71B sind vier obere Schlitze 31 und sechs untere Schlitze 32 ausgebildet. Die Gesamtzahl der oberen Schlitze 31 und der unteren Schlitze 32 beträgt zehn.
Innerhalb des ersten Heizbereichs 71A ist der Abstand zwischen jedem oberen Schlitz 31 und dem benachbarten unteren Schlitz 32 konstant. Im zweiten Heizbereich 71B hingegen sind die oberen Schlitze 31 und die unteren Schlitze 32 in der Nähe des Anschlusses 21C konzentriert. Insbesondere sind die Abstände zwischen den oberen Schlitzen 31 und den jeweils benachbarten unteren Schlitzen 32 in der Richtung senkrecht zum horizontalen Magnetfeld in der horizontalen Ebene schmal, wenn der Heizabschnitt 71 von senkrecht oben betrachtet wird. Durch diese Anordnung verringert sich die Querschnittsfläche A (m²) des Punktes X in der Formel (2) in der Richtung senkrecht zum horizontalen Magnetfeld in der horizontalen Ebene.
Dementsprechend ist der Widerstandswert in der Nähe des Anschlusses 21C des zweiten Heizbereichs 71B größer als der Widerstandswert des restlichen zweiten Heizbereichs 71B. Daher wird die Wärmeerzeugungsmenge des zweiten Heizbereichs 71B kleiner als die Wärmeerzeugungsmenge des ersten Heizbereichs 71A, wenn eine Spannung derselben Größe an den ersten Heizbereich 71A und den zweiten Heizbereich 71B angelegt wird.
Da das Herstellungsverfahren des monokristallinen Siliziums in der fünften beispielhaften Ausführungsform das gleiche ist wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform, wird die Beschreibung des Herstellungsverfahrens des monokristallinen Siliziums in der fünften beispielhaften Ausführungsform weggelassen.
Funktionsweise und Auswirkungen der fünften beispielhaften Ausführungsform
Gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform kann die Richtung der Konvektion C im Querschnitt orthogonal zum Magnetfeld leicht in einer Richtung fixiert werden, indem lediglich der Abstand zwischen jedem oberen Schlitz 31 und seinem benachbarten unteren Schlitz 32 auf der linken und der rechten Seite in Bezug auf die virtuelle Ebene VS unterschiedlich gemacht wird, unabhängig von der Symmetrie der Konfiguration der Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium 2. Dadurch, dass die Richtung der Konvektion C in einer Richtung festgelegt wird, kann eine Variation der Sauerstoffkonzentration für jedes monokristalline Silizium SM unterdrückt werden.
Sechste beispielhafte Ausführungsform
Als nächstes wird eine sechste beispielhafte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden die Teile, die bereits beschrieben wurden, mit denselben Bezugsziffern versehen, und ihre Beschreibung entfällt.
Die sechste beispielhafte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten beispielhaften Ausführungsform durch die Konfiguration eines Heizabschnitts 81.
Der Heizabschnitt 81 umfasst einen Wärmeerzeugungsabschnitt 82 und vier Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D.
Wie in gezeigt, ist der Heizabschnitt 81, von oben gesehen, durch die virtuelle Ebene VS in zwei Bereiche unterteilt, nämlich einen ersten Heizbereich 81A, der sich auf der linken Seite in Bezug auf die virtuelle Ebene VS befindet, und einen zweiten Heizbereich 81B, der sich auf der rechten Seite in Bezug auf die virtuelle Ebene VS befindet. Die virtuelle Ebene VS geht durch eine Mittelachse CA des Heizabschnitts 81 und steht senkrecht zum Heizabschnitt 61.
Die Dicke des Wärmeerzeugungsabschnitts 82 ist in der gesamten Umfangsrichtung gleichmäßig. Der Wärmeerzeugungsabschnitt 82 umfasst: eine Vielzahl von oberen Schlitzen 31, die sich von einem oberen Ende des Wärmeerzeugungsabschnitts 82 nach unten erstrecken; und eine Vielzahl von unteren Schlitzen 32, die sich von einem unteren Ende des Wärmeerzeugungsabschnitts 82 nach oben erstrecken. Die oberen Schlitze 31 und die unteren Schlitze 32 sind in einer Umfangsrichtung des Wärmeerzeugungsabschnitts 82 ausgebildet. Die oberen Schlitze 31 haben die gleiche Breite und eine Ausschnitttiefe, die sich vom oberen Ende nach unten erstreckt. Die unteren Schlitze 32 haben die gleiche Breite und eine Ausschnitttiefe, die sich vom unteren Ende aus nach oben erstreckt.
Die Anschlüsse 21A bis 21D, die die jeweiligen Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D bilden, sind am unteren Ende des Wärmeerzeugungsabschnitts 82 so geformt, dass sie einstückig mit dem Wärmeerzeugungsabschnitt 82 geformt sind. Zwei obere Schlitze 31 und drei untere Schlitze 32 sind abwechselnd zwischen dem Anschluss 21A und dem Anschluss 21B ausgebildet, wodurch ein erster Kurvenabschnitt 83A gebildet wird. In ähnlicher Weise sind zwei obere Schlitze 31 und drei untere Schlitze 32 abwechselnd zwischen dem Anschluss 21B und dem Anschluss 21C ausgebildet, wodurch ein zweiter Kurvenabschnitt 83B gebildet wird.
Zwei obere Schlitze 31 und drei untere Schlitze 32 sind abwechselnd zwischen dem Anschluss 21C und dem Anschluss 21D ausgebildet, wodurch ein dritter Kurvenabschnitt 83C gebildet wird. Zwei obere Schlitze 31 und drei untere Schlitze 32 sind abwechselnd zwischen dem Anschluss 21D und dem Anschluss 21A ausgebildet, wodurch ein vierter Kurvenabschnitt 83D gebildet wird.
Im Wärmeerzeugungsabschnitt 82 gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform ist die Gesamtzahl der oberen Schlitze 31 und der unteren Schlitze 32 im ersten Heizbereich 81A die gleiche wie im zweiten Heizbereich 81B. In einem in gezeigten Beispiel sind im ersten Heizbereich 81A vier obere Schlitze 31 und sechs untere Schlitze 32 ausgebildet. Die Gesamtzahl der oberen Schlitze 31 und der unteren Schlitze 32 beträgt zehn. Auch im zweiten Heizbereich 81B sind vier obere Schlitze 31 und sechs untere Schlitze 32 ausgebildet. Die Gesamtzahl der oberen Schlitze 31 und der unteren Schlitze 32 beträgt zehn.
Innerhalb des ersten Heizbereichs 81A ist der Abstand zwischen jedem oberen Schlitz 31 und dem benachbarten unteren Schlitz 32 konstant. Im zweiten Heizbereich 81B hingegen sind die oberen Schlitze 31 und die unteren Schlitze 32 in der Nähe der Anschlüsse 21B und 21 D konzentriert. Insbesondere sind die Abstände zwischen den oberen Schlitzen 31 und ihren benachbarten unteren Schlitzen 32 in der Richtung senkrecht zum horizontalen Magnetfeld in der horizontalen Ebene groß, wenn der Heizabschnitt 81 von vertikal oben betrachtet wird. Diese Anordnung vergrößert die Querschnittsfläche A (m²) des Punktes X in Formel (2) in der Richtung senkrecht zum horizontalen Magnetfeld in der horizontalen Ebene.
Dementsprechend ist der Widerstandswert in der Nähe des Anschlusses 21C des zweiten Heizbereichs 81B kleiner als der Widerstandswert des restlichen zweiten Heizbereichs 81 B. Daher wird, wenn eine gleich große Spannung an den ersten Heizbereich 81A und den zweiten Heizbereich 81B angelegt wird, die Wärmeerzeugungsmenge des zweiten Heizbereichs 81B größer als die Wärmeerzeugungsmenge des ersten Heizbereichs 81A.
Da das Herstellungsverfahren für das monokristalline Silizium in der sechsten beispielhaften Ausführungsform dasselbe ist wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform, wird die Beschreibung des Herstellungsverfahrens für das monokristalline Silizium in der sechsten beispielhaften Ausführungsform weggelassen.
Funktionsweise und Auswirkungen der sechsten beispielhaften Ausführungsform
Gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform kann die Richtung der Konvektion C im Querschnitt orthogonal zum Magnetfeld leicht in einer Richtung fixiert werden, indem lediglich der Abstand zwischen jedem oberen Schlitz 31 und seinem benachbarten unteren Schlitz 32 auf der linken und der rechten Seite in Bezug auf die virtuelle Ebene VS unterschiedlich gemacht wird, unabhängig von der Symmetrie der Konfiguration der Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium 2. Dadurch, dass die Richtung der Konvektion C in einer Richtung festgelegt wird, kann eine Variation der Sauerstoffkonzentration für jedes monokristalline Silizium SM unterdrückt werden.
Änderungen
Es versteht sich, dass der Umfang der Erfindung nicht durch die obigen beispielhaften Ausführungsformen begrenzt ist, sondern dass verschiedene Verbesserungen und Konstruktionsänderungen möglich sind, die mit der Erfindung vereinbar sind.
In der ersten beispielhaften Ausführungsform werden beispielsweise die Widerstandswerte der jeweiligen Elektroden 22A bis 22D in dem in gezeigten Ersatzschaltbild ignoriert, aber die Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Die Widerstandswerte der jeweiligen Elektroden 22A bis 22D können ebenfalls berücksichtigt werden. Eine oder beide der Längen (m) und der Querschnittsflächen A (m²) der Elektroden 22A bis 22D können sich zwischen dem ersten Heizbereich 1A und dem zweiten Heizbereich 1B unterscheiden. In ähnlicher Weise können die Länge (m) und die Querschnittsfläche A (m²) der Anschlüsse 21A bis 21D im ersten Heizbereich 1A und im zweiten Heizbereich 1B unterschiedlich sein.
Dadurch kann sich der Widerstandswert des ersten Heizbereichs 1A vom Widerstandswert des zweiten Heizbereichs 1B unterscheiden, wodurch die thermische Umgebung des Ofens positiv beeinflusst wird.
In den obigen beispielhaften Ausführungsformen sind in jedem der Wärmeerzeugungsabschnitte 11, 71 und 82 die oberen Schlitze 31 gleich breit und haben eine Ausschnitttiefe, die sich vom oberen Ende aus nach unten erstreckt, und die unteren Schlitze 32 sind ebenfalls gleich breit und haben eine Ausschnitttiefe, die sich vom unteren Ende aus nach oben erstreckt. Die Breite und die Ausschnitttiefe jedes oberen Schlitzes 31 und jedes unteren Schlitzes 32 sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können die Breite und die Ausschnitttiefe jedes oberen Schlitzes 31 und jedes unteren Schlitzes 32 im ersten Heizbereich und im zweiten Heizbereich unterschiedlich sein. Ebenso kann die Ausschnitttiefe jedes oberen Schlitzes 31 und jedes unteren Schlitzes 32 des Wärmeerzeugungsabschnitts 62 im ersten Heizbereich und im zweiten Heizbereich unterschiedlich sein.
Dadurch kann sich der Widerstandswert des ersten Heizbereichs vom Widerstandswert des zweiten Heizbereichs unterscheiden, wodurch die thermische Umgebung des Ofens positiv beeinflusst wird.
In den obigen beispielhaften Ausführungsformen ist eine beispielhafte Anordnung der Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D symmetrisch zur virtuellen Ebene VS dargestellt. Die Anordnung der Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können die Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D so angeordnet werden, dass sie auf der rechten oder linken Seite einen Winkel von etwa 30 Grad in Bezug auf die virtuelle Ebene VS bilden. In diesem Fall ist es nur erforderlich, dass sich die Wärmeerzeugungsmenge des ersten Heizbereichs von der Wärmeerzeugungsmenge des zweiten Heizbereichs so unterscheidet, dass das Konvektionsmuster durch Einstellen des Widerstandswerts jedes der Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D steuerbar ist. Die Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D sind jedoch vorzugsweise an symmetrischen Positionen in Bezug auf die virtuelle Ebene VS angeordnet, weil diese symmetrische Anordnung einen Bereich, der durch die Einstellung des Widerstandswerts beeinflusst wird, breit macht, wodurch die Wärmeerzeugungsmenge leicht eingestellt werden kann.
Darüber hinaus können die in den obigen beispielhaften Ausführungsformen beschriebenen Technologien gegenseitig angewendet werden, es sei denn, es gibt einen besonderen Widerspruch oder ein Problem in Bezug auf den Zweck, die Konfiguration oder dergleichen. Zum Beispiel kann die Gesamtzahl der elektrischen Widerstandseinsteller 24, die in der ersten beispielhaften Ausführungsform beschrieben sind, zwischen dem ersten Heizbereich und dem zweiten Heizbereich unterschiedlich gemacht werden, und gleichzeitig können die Befestigungskräfte der Befestigungselemente 23A bis 23D, die in der zweiten beispielhaften Ausführungsform beschrieben sind, zwischen dem ersten Heizbereich und dem zweiten Heizbereich unterschiedlich gemacht werden.
Beispiele
Als nächstes werden Beispiele der Erfindung beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung keineswegs auf Beispiele beschränkt ist.
Unter Verwendung des im Ersatzschaltbild von dargestellten Heizabschnitts wurden für jedes Versuchsbeispiel zehn Stück monokristallines Silizium gezogen und die Wahrscheinlichkeit der Konvektionssteuerung, die Steuerbarkeit der Konvektion und das Kristallwachstum beurteilt.
Für den Heizabschnitt mit vier Stromversorgungsabschnitten 12A bis 12D, wie in gezeigt, wurden die Anschlüsse 21A bis 21D mit den jeweiligen Elektroden 22A bis 22D so verbunden, dass die gegenüberliegenden Anschlüsse 21A und 21C senkrecht und die gegenüberliegenden Anschlüsse 21B und 21D parallel zur Anwendungsrichtung des horizontalen Magnetfelds lagen.
Versuchsbeispiel 1
Im Versuchsbeispiel 1 wurden die ersten bis vierten Kurvenabschnitte zwischen den vier Anschlüssen 21A bis 21D aus dem gleichen Material in der gleichen Form hergestellt. Die Widerstandswerte RA bis RD der jeweiligen ersten bis vierten Kurvenabschnitte wurden tatsächlich gemessen und es wurde bestätigt, dass sie alle 41 mΩ betragen. Zwischen jedem der Anschlüsse 21A bis 21 D und der entsprechenden Elektrode 22A bis 22D wurden drei elektrische Widerstandseinsteller 24 eingefügt. Durch Einstellen der Befestigungskräfte der Befestigungselemente 23A bis 23D wurden die Kontaktwiderstandswerte R1 bis R4 der jeweiligen vier Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D alle auf 1 mΩ eingestellt. Der Widerstandswert und das Wärmeerzeugungsmengenverhältnis in Versuchsbeispiel 1 sind in Tabelle 1 dargestellt.
Versuchsbeispiele 2 bis 6
Ein Ziel in den Versuchsbeispielen 2 bis 6 war es, die Joule-Wärmeerzeugungsmengen W der Kurvenabschnitte absichtlich in die Richtung senkrecht zum horizontalen Magnetfeld zwischen dem ersten Heizbereich und dem zweiten Heizbereich zu verlagern. Die Widerstandswerte der ersten bis vierten Kurvenabschnitte wurden geändert, indem die Querschnittsflächen der ersten bis vierten Kurvenabschnitte gleich gemacht wurden und die Gesamtzahl der oberen Schlitze und der unteren Schlitze in den ersten bis vierten Kurvenabschnitten angepasst wurde. Die Kontaktwiderstandswerte R1 bis R4 der jeweiligen vier Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D sind die gleichen wie in Versuchsbeispiel 1.
Zunächst wurden auf der Grundlage des in dargestellten Ersatzschaltbildes die Joule-Wärmeerzeugungsmengen W_A, W_B, Wc und W_D der jeweiligen ersten bis vierten Kurvenabschnitte nach dem Ohmschen Gesetz berechnet. Anschließend wurden die Widerstandswerte RB und RC der jeweiligen zweiten und dritten Kurvenabschnitte berechnet, um ein Wärmeerzeugungsmengenverhältnis (W_B+W_C)/(W_A+W_D) zu einem vorgegebenen Wert zu machen, wobei das Wärmeerzeugungsmengenverhältnis (W_B+W_C)/(W_A+W_D) durch Dividieren einer Summe der Joule-Wärmeerzeugungsmengen W_B und Wc (W_B+W_C) der jeweiligen zweiten und dritten Kurvenabschnitte durch eine Summe der Joule-Wärmeerzeugungsmengen W_A und W_A (W_A+W_D) der ersten und vierten Kurvenabschnitte erhalten wurde. Die Gesamtzahl der oberen Schlitze und der unteren Schlitze jedes der ersten bis vierten Kurvenabschnitte wurde so eingestellt, dass der vorbestimmte Wert des Wärmeerzeugungsmengenverhältnisses (W_B+W_C)/(W_A+W_D) erreicht wird. Im Versuchsbeispiel 2 wurden beispielsweise die Widerstandswerte RB und RC auf 33,5 mΩ eingestellt, so dass das Wärmeerzeugungsverhältnis 1,2 betrug. Der Widerstandswert und das Wärmeerzeugungsverhältnis in den Versuchsbeispielen 2 bis 6 sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Versuchsbeispiele7 bis 11
In den Versuchsbeispielen 7 bis 11 wurde der gleiche Heizabschnitt wie in Versuchsbeispiel 1 verwendet. In den Versuchsbeispielen 7 bis 11 wurden, ausgehend von der gleichen Zielvorgabe wie in den Versuchsbeispielen 2 bis 6, die Übergangswiderstandswerte R1 bis R4 der jeweiligen vier Stromversorgungsabschnitte 12A bis 12D eingestellt, indem die Gesamtzahl der elektrischen Widerstandseinsteller 24 und die Befestigungskräfte der Befestigungselemente 23A bis 23D angepasst wurden.
Zunächst wurden auf der Grundlage des in dargestellten Ersatzschaltbildes die Joule-Wärmeerzeugungsmengen W_A bis W_D der jeweiligen ersten bis vierten Kurvenabschnitte nach dem Ohmschen Gesetz berechnet. Anschließend wurde der Kontaktwiderstandswert R1 so berechnet, dass das Verhältnis der Wärmeerzeugungsmengen (W_B+W_C)/(W_A+W_D) ein vorbestimmter Wert ist, und tatsächlich eingestellt.
Konkret wurden Sonden an insgesamt acht Stellen angeschlossen, nämlich an vier Stellen des Wärmeerzeugungsabschnitts 11 (z. B. in der Nähe der Anschlüsse 21A bis 21D) und an vier Stellen der Elektroden 22A bis 22D (z. B. in der Nähe der oberen Enden 22AA bis 22DA), und der kombinierte Widerstand wurde nach einem Vier-Anschlüsse-Verfahren gemessen. Alle Kontaktwiderstandswerte R1 bis R4 und die Widerstandswerte RA bis RD wurden durch Lösen der sich ergebenden simultanen Gleichungen für die Kontaktwiderstandswerte R1 bis R4 und die Widerstandswerte RA bis RD ermittelt.
Anschließend wurden auf der Grundlage der erhaltenen Kontaktwiderstandswerte R1 bis R4 und der Widerstandswerte RA bis RD die Joule-Wärmeerzeugungsmengen W_A bis W_D ermittelt, und dann wurde der Kontaktwiderstandswert R1 so berechnet, dass das Verhältnis der Wärmeerzeugungsmengen (W_B+W_C)/(W_A+W_D) einen vorgegebenen Wert ergibt.
Während der Messung des Kontaktwiderstandswerts R1 wurde die Befestigungskraft des Befestigungselements 23A so eingestellt, dass der Kontaktwiderstandswert R1 zum Zielwert wurde.
In Versuchsbeispiel 7 wurde beispielsweise der Kontaktwiderstand R1 auf 3,1 mΩ eingestellt, so dass das Verhältnis der Wärmeerzeugungsmengen 1,2 betrug. Der Widerstandswert und das Verhältnis der Wärmeerzeugungsmengen in den Versuchsbeispielen 7 bis 11 sind in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1

	RD (mΩ)	RA (mΩ)	RB (mΩ)	RC (mΩ)	R1 (mΩ)	R2 (mΩ)	R3( mΩ)	R4 (mΩ)	Verhältnis der Wärmeerzeugun gsmengen
Versuchsbeispiel 1	41	41	41	41	1	1	1	1	1,0
Versuchsbeispiel 2	41	41	33,5	33,5	1	1	1	1	1,2
Versuchsbeispiel 3	41	41	30,5	30,5	1	1	1	1	1,3
Versuchsbeispiel 4	41	41	28	28	1	1	1	1	1,4
Versuchsbeispiel 5	41	41	26	26	1	1	1	1	1,5
Versuchsbeispiel 6	41	41	24	24	1	1	1	1	1,6
Versuchsbeispiel 7	41	41	41	41	3,1	1	1	1	1,2
Versuchsbeispiel 8	41	41	41	41	4	1	1	1	1,3
Versuchsbeispiel 9	41	41	41	41	4,9	1	1	1	1,4
Versuchsbeispiel 10	41	41	41	41	5,8	1	1	1	1,5
Versuchsbeispiel 11	41	41	41	41	6,7	1	1	1	1,6

In jedem der Versuchsbeispiele 1 bis 11 wurden zehn Stücke einkristallinen Siliziums gezogen und die Wahrscheinlichkeit der Konvektionssteuerung, die Steuerbarkeit der Konvektion und das Kristallwachstum beurteilt. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse. In Tabelle 2 wird ein Fall, in dem die Durchmesserabweichung in der Hochziehrichtung des monokristallinen Siliziums 1 mm oder mehr beträgt, als „C“, ein Fall, in dem die Durchmesserabweichung 0,5 mm oder mehr und weniger als 1 mm beträgt, als „B“ und ein Fall, in dem die Durchmesserabweichung weniger als 0,5 mm beträgt, als „A“ bestimmt.

Tabelle 2

	Wahrscheinlichkeit der Konvektionssteuerung (%)	Konvektionssteuerbarkeit	Kristallwachstum	Gesamtbeurteilung
Versuchsbeispiel 1	50	C	A	C
Versuchsbeispiel 2	60	B	A	B
Versuchsbeispiel 3	100	A	A	A
Versuchsbeispiel 4	100	A	A	A
Versuchsbeispiel 5	100	A	A	A
Versuchsbeispiel 6	100	A	C	C
Versuchsbeispiel 7	60	B	A	B
Versuchsbeispiel 8	100	A	A	A
Versuchsbeispiel 9	100	A	A	A
Versuchsbeispiel 10	100	A	A	A
Versuchsbeispiel 11	100	A	C	C

Bewertung
Die in Tabelle 2 dargestellten Ergebnisse der Versuchsbeispiele 1 bis 6 zeigen, dass die Erhöhung des Wärmeerzeugungsmengenverhältnisses durch direkte Änderung der Widerstandswerte des ersten bis vierten Kurvenabschnitts, die den Wärmeerzeugungsabschnitt bilden, die Wahrscheinlichkeit der Konvektionssteuerung erhöht, aber das Kristallwachstum verringert. Dementsprechend kann die Einstellung der Widerstandswerte des ersten bis vierten Kurvenabschnitts, um ein geeignetes Wärmeerzeugungsmengenverhältnis zu erhalten, einen Ofen mit einer besseren Gesamtbeurteilung liefern. Insbesondere durch die Einstellung des Wärmeerzeugungsmengenverhältnisses auf 1,2 oder mehr lässt sich die Konvektionssteuerbarkeit verbessern. Durch Einstellen des Wärmeerzeugungsmengenverhältnisses in einem Bereich von 1,3 bis 1,5 kann eine Schwankung der Sauerstoffkonzentration von monokristallinem Silizium, das durch Steuerung der Konvektion hochgezogen wird, unterdrückt werden, und eine Schwankung des Durchmessers des monokristallinen Siliziums kann unterdrückt werden, wodurch die Produktivität von hochwertigem monokristallinem Silizium verbessert werden kann.
Die in Tabelle 2 dargestellten Ergebnisse der Versuchsbeispiele 7 bis 11 zeigen, dass selbst bei Verwendung eines Heizabschnitts mit der gleichen Form ähnliche Effekte wie in den Versuchsbeispielen 2 bis 6 erzielt werden, indem der Kontaktwiderstandswert durch Berechnung eingestellt wird. Ein Verfahren zum Einstellen des Kontaktwiderstandswerts erfordert keine Bearbeitung des Heizabschnitts und ermöglicht es, den Kontaktwiderstandswert an einem Arbeitsplatz einzustellen, was äußerst nützlich ist.
ERKLÄRUNG DER BEZUGSZEICHEN
1, 61, 71, 81...Heizabschnitt, 1A, 61A, 71A, 81A...erster Heizbereich, 1B, 61B, 71B, 81B...zweiter Heizbereich, 2, 51...Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium, 3...Kammer, 3A...Quarzfenster, 4...Tiegel, 4A...Graphittiegel, 4B...Quarztiegel, 5... Stützwelle, 6...Wärmeisolationsmaterial, 7... Hochziehwelle, 8... Hitzeschild, 9...Gaseinlass, 10...Abgasauslass, 11, 62, 72, 82...Wärmeerzeugungsabschnitt, 12A, 12B, 12C, 12D...Stromversorgungsabschnitt, 13... Heizelement, 14... Magnetfeldanlegeabschnitt, 14A...erster Magnetkörper, 14B...zweiter Magnetkörper, 15...Temperatursensor, 15A...Reflektor, 15B... Strahlungsthermometer, 15C...Reflexionsfläche, 21A, 21B, 21C, 21D...Anschluss, 21AA, 21BA, 21CA, 21DA...Verbindungsabschnitte, 21AB, 21BB, 21CB, 21DB...Durchgangsloch, 22A, 22B, 22C, 22D...Elektrode, 22AA, 22BA, 22CA, 22DA...oberes Ende, 22AB, 22BB, 22CB, 22DB...Außengewinde, 23A, 23B, 23C, 23D... Befestigungselemente, 23AA, 23BA, 23CA, 23DA...kreisförmiges Loch, 23AB, 23BB, 23CB, 23DB...Innengewinde, 24...elektrischer Widerstandseinsteller, 31...oberer Schlitz, 32...unterer Schlitz, 33A, 63A, 73A, 83A...erster Kurvenabschnitt, 33B, 63B, 73B, 83B...zweiter Kurvenabschnitt, 33C, 63C, 73C, 83C...dritter Kurvenabschnitt, 33D, 63D, 73D, 83D...vierter Kurvenabschnitt, 34A, 34B, 34C, 34D...Klebeschicht, 41, 54...Steuergerät, 41A, 54A...Konvektionsmuster-Steuerabschnitt, 41B, 54B...Hochzieh-Steuerabschnitt, 42...Speicher, 43... Spannungsanlegeabschnitt, 52...Abschnitt zur Widerstandsmessung (Widerstandsmessabschnitt), 53...Abschnitt zur Einstellung des Widerstands (Widerstandseinstellabschnitt), 54C...Abschnitt zur Einstellung des Konvektionsmusters (Konvektionsmuster-Einstellabschnitt), 54D...Abschnitt zur Berechnung der Wärmeerzeugungsmenge (Wärmeerzeugungsmengenberechnungsabschnitts), 54E...Abschnitt zur Widerstandsberechnung, C...Konvektion, CA...Mittelachse, CS...Zentrum, F...horizontale Ebene, K...Höhe, L...Strahlungslicht, M...Siliziumschmelze, ML...Richtung der Magnetfeldlinie, P1...erster Messpunkt, P2...zweiter Messpunkt, RA, RB, RC, RD...Widerstandswert, R1, R2, R3, R4...Kontaktwiderstandswert, S...Oberfläche, SC...Impfkristall, SM...monokristallines Silizium, V...Spannungswert, VS...virtuelle Ebene, θf...Winkel, θ1...Einfallswinkel, θ2... Reflexionswinkel
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2019/167989 [0004]

Claims

Heizabschnitt einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium, wobei der Heizabschnitt außerhalb eines Quarztiegels angeordnet ist und diesen umgibt und so konfiguriert ist, dass er eine Siliziumschmelze in dem Quarztiegel erhitzt, wobei der Heizabschnitt folgendes umfasst: einen Wärmeerzeugungsabschnitt, der einstückig in einen Zylinder geformt ist; und 2n Stück, wobei n eine ganze Zahl von 2 oder mehr ist, von Stromversorgungsabschnitten, die so konfiguriert sind, dass sie den Wärmeerzeugungsabschnitt mit elektrischem Strom versorgen, wobei wenn der Heizabschnitt durch eine virtuelle Ebene in zwei Teile geteilt ist, die einen ersten Heizbereich, der sich auf einer Seite des Wärmeerzeugungsabschnitts in Bezug auf die virtuelle Ebene befindet, und einen zweiten Heizbereich, der sich auf der anderen Seite des Wärmeerzeugungsabschnitts in Bezug auf die virtuelle Ebene befindet, umfassen, wobei die virtuelle Ebene durch eine Mittelachse des Wärmeerzeugungsabschnitts verläuft, senkrecht zu dem Wärmeerzeugungsabschnitt ist und parallel zu einer zentralen Magnetfeldlinie eines horizontalen Magnetfelds ist, das an die Siliziumschmelze angelegt wird, eine Wärmeerzeugungsmenge des ersten Heizbereichs und eine Wärmeerzeugungsmenge des zweiten Heizbereichs auf unterschiedliche Werte eingestellt sind.
Heizabschnitt einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium nach Anspruch 1, wobei die Wärmeerzeugungsmenge des ersten Heizbereichs und die Wärmeerzeugungsmenge des zweiten Heizbereichs auf unterschiedliche Werte eingestellt werden, indem ein erster Widerstandswert und ein zweiter Widerstandswert auf unterschiedliche Werte eingestellt werden, wobei der erste Widerstandswert eine Summe von Widerstandswerten des Wärmeerzeugungsabschnitts und aller Stromversorgungsabschnitte ist, die in dem ersten Heizbereich vorgesehen sind, und der zweite Widerstandswert eine Summe von Widerstandswerten des Wärmeerzeugungsabschnitts und aller Stromversorgungsabschnitte ist, die in dem zweiten Heizbereich vorgesehen sind.
Heizabschnitt einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium nach Anspruch 2, wobei die Stromversorgungsabschnitte jeweils umfassen: einen Anschluss, der mit dem Wärmeerzeugungsabschnitt verbunden ist; und eine Elektrode, deren eines Ende mit dem Anschluss und deren anderes Ende mit einer Stromquelle verbunden ist, ein plattenförmiger elektrischer Widerstandseinsteller zwischen dem Anschluss und der Elektrode angeordnet ist, und der erste Widerstandswert und der zweite Widerstandswert auf unterschiedliche Werte eingestellt werden, indem eine Gesamtzahl des elektrischen Widerstandseinstellers, der in dem ersten Heizbereich angeordnet ist, sich von einer Gesamtzahl des elektrischen Widerstandseinstellers, der in dem zweiten Heizbereich angeordnet ist, unterscheidet.
Heizabschnitt einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Stromversorgungsabschnitte jeweils umfassen: einen Anschluss, der mit dem Wärmeerzeugungsabschnitt verbunden ist; eine Elektrode, deren eines Ende mit dem Anschluss und deren anderes Ende mit einer Stromquelle verbunden ist, und ein Befestigungselement, das den Anschluss und die Elektrode verbindet, und der erste Widerstandswert und der zweite Widerstandswert auf unterschiedliche Werte eingestellt werden, indem die Befestigungskraft des Befestigungselements, die im ersten Heizbereich aufgebracht wird, sich von der Befestigungskraft des Befestigungselements, die im zweiten Heizbereich aufgebracht wird, unterscheidet.
Heizabschnitt einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Stromversorgungsabschnitte umfassen jeweils: einen Anschluss, der mit dem Wärmeerzeugungsabschnitt verbunden ist, der Wärmeerzeugungsabschnitt und der Anschluss durch eine Klebeschicht miteinander verbunden sind, und der erste Widerstandswert und der zweite Widerstandswert auf unterschiedliche Werte eingestellt werden, indem ein Material oder eine Dicke der Klebeschicht, die in dem im ersten Heizbereich vorgesehenen Stromversorgungsabschnitt verwendet wird, sich von einem Material oder einer Dicke der Klebeschicht unterscheidet, die in dem im zweiten Heizbereich vorgesehenen Stromversorgungsabschnitt verwendet wird.
Heizabschnitt einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Stromversorgungsabschnitte jeweils umfassen: einen Anschluss, der mit dem Wärmeerzeugungsabschnitt verbunden ist, und der Anschluss ist einstückig mit dem Wärmeerzeugungsabschnitt geformt ist.
Heizabschnitt einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium nach einem der Ansprüche 3 bis 6, der ferner umfasst: einen Widerstandseinstellabschnitt, der an dem Anschluss oder der Elektrode angebracht und so konfiguriert ist, dass er einen Widerstandswert zwischen dem Anschluss und der Elektrode einstellt.
Heizabschnitt einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der Wärmeerzeugungsabschnitt in einer Umfangsrichtung umfasst: eine Vielzahl von oberen Schlitzen, die sich von einem oberen Ende des Wärmeerzeugungsabschnitts nach unten erstrecken; und eine Vielzahl von unteren Schlitzen, die sich von einem unteren Ende des Wärmeerzeugungsabschnitts nach oben erstrecken, und der erste Widerstandswert und der zweite Widerstandswert auf unterschiedliche Werte eingestellt werden, indem man eine Länge und/oder eine Gesamtzahl der oberen Schlitze und der unteren Schlitze im ersten Heizbereich und im zweiten Heizbereich unterschiedlich macht.
Heizabschnitt einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei der Wärmeerzeugungsabschnitt in einer Umfangsrichtung umfasst: eine Vielzahl von oberen Schlitzen, die sich von einem oberen Ende des Wärmeerzeugungsabschnitts nach unten erstrecken; und eine Vielzahl von unteren Schlitzen, die sich von einem unteren Ende des Wärmeerzeugungsabschnitts nach oben erstrecken, und der erste Widerstandswert und der zweite Widerstandswert auf unterschiedliche Werte eingestellt werden, indem man einen Abstand zwischen jedem der oberen Schlitze und seinem benachbarten der unteren Schlitze im ersten Heizbereich und im zweiten Heizbereich unterschiedlich macht.
Heizabschnitt einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Wärmeerzeugungsabschnitt eine gleichmäßige Dicke in Umfangsrichtung hat.
Heizabschnitt einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Stromversorgungsabschnitte an Positionen angeordnet sind, die einander über den Quarztiegel hinweg gegenüberliegen und orthogonal zur virtuellen Ebene sind.
Verfahren zur Steuerung des Konvektionsmusters einer Siliziumschmelze, die zur Herstellung von monokristallinem Silizium verwendet wird, wobei das Verfahren umfasst: Erhitzen einer Siliziumschmelze in einem Quarztiegel in einem magnetfeldfreien Zustand unter Verwendung des Heizabschnittes einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium nach einem der Ansprüche 1 bis 11; und Anlegen eines horizontalen Magnetfelds an die Siliziumschmelze, die in dem Quarztiegel rotiert, wobei beim Anlegen des horizontalen Magnetfeldes das horizontale Magnetfeld von 0,2 Tesla oder mehr angelegt wird, um eine Konvektionsrichtung in einer Richtung in einer Ebene orthogonal zu einer Anlegungsrichtung des horizontalen Magnetfeldes in der Siliziumschmelze festzulegen.
Verfahren zur Steuerung des Konvektionsmusters einer Siliziumschmelze, die zur Herstellung von monokristallinem Silizium verwendet wird, wobei das Verfahren umfasst: Einstellen eines Zielkonvektionsmusters; auf der Grundlage des eingestellten Zielkonvektionsmusters, Berechnen einer Wärmeerzeugungsmenge, die in dem ersten Heizbereich erforderlich ist, und einer Wärmeerzeugungsmenge, die in dem zweiten Heizbereich des Heizabschnitts einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium gemäß Anspruch 7 erforderlich ist; Messung eines Widerstandswerts des ersten Heizbereichs und eines Widerstandswerts des zweiten Heizbereichs; Berechnen eines im Anschluss erforderlichen Widerstandswerts auf der Grundlage von Berechnungsergebnissen bei der Berechnung der Wärmeerzeugungsmenge und von Messergebnissen bei der Messung des Widerstandswerts; Einstellung des Widerstandswerts des Anschlusses auf der Grundlage der Berechnungsergebnisse bei der Berechnung des Widerstandswerts; Erhitzen einer Siliziumschmelze in einem Quarzschmelztiegel in einem magnetfeldfreien Zustand unter Verwendung des Heizabschnitts einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium; und Anlegen eines horizontalen Magnetfelds an die Siliziumschmelze, die in dem Quarztiegel rotiert, wobei beim Anlegen des horizontalen Magnetfeldes das horizontale Magnetfeld von 0,2 Tesla oder mehr angelegt wird, um eine Konvektionsrichtung in einer Richtung in einer Ebene orthogonal zu einer Anlegungsrichtung des horizontalen Magnetfeldes in der Siliziumschmelze festzulegen.
Verfahren zur Herstellung von monokristallinem Silizium, umfassend: Hochziehen von monokristallinem Silizium unter Verwendung des Verfahrens zur Steuerung des Konvektionsmusters einer Siliziumschmelze nach Anspruch 12 oder 13.
Verfahren zur Herstellung eines Siliziumwafers, umfassend: Ausschneiden eines Siliziumwafers aus monokristallinem Silizium, das durch das Verfahren zur Herstellung von monokristallinem Silizium nach Anspruch 14 gezogen wurde.
Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium, umfassend: einen Quarztiegel; den Heizabschnitt einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium nach einem der Ansprüche 1 bis 11; und einen Abschnitt, der ein Magnetfeld anlegt, der über dem Quarztiegel angeordnet und so konfiguriert ist, dass er ein horizontales Magnetfeld von 0,2 Tesla oder mehr an die Siliziumschmelze anlegt.
System zur Steuerung des Konvektionsmusters, das so konfiguriert ist, dass es ein Konvektionsmuster einer Siliziumschmelze steuert, die durch den Heizabschnitt einer Anlage zur Herstellung von monokristallinem Silizium nach Anspruch 7 erhitzt wird, wobei das System umfasst: einen Konvektionsmuster-Einstellabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er ein Zielkonvektionsmuster der Siliziumschmelze einstellt; einen Wärmeerzeugungsmengen-Berechnungsabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er eine Wärmeerzeugungsmenge, die in dem ersten Heizbereich erforderlich ist, und eine Wärmeerzeugungsmenge, die in dem zweiten Heizbereich erforderlich ist, auf der Grundlage des eingestellten Zielkonvektionsmusters berechnet; einen Widerstandsmessabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er einen Widerstandswert des ersten Heizbereichs und einen Widerstandswert des zweiten Heizbereichs misst; einen Widerstandsberechnungsabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er einen in dem Anschluss erforderlichen Widerstandswert auf der Grundlage von Berechnungsergebnissen des Wärmeerzeugungsmengen-Berechnungsabschnitts und von Messergebnissen des Widerstandsmessabschnitts berechnet; und einen Widerstandseinstellabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er den Widerstandswert des Anschlusses auf der Grundlage der Berechnungsergebnisse des Widerstandsberechnungsabschnitts einstellt.