JP2010150070A - 単結晶製造装置及び単結晶製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】チャンバが個別の冷却水経路を有し、該それぞれの冷却水経路上に、圧力調整弁と、流量調整弁と、流量計と、圧力開放弁と、デジタル流量計とを有し、分割されたそれぞれのチャンバに供給する冷却水の流量及び圧力をそれぞれの冷却水経路毎の前記圧力調整弁及び流量調整弁に設定し、分割されたそれぞれのチャンバから排出される冷却水の流量をデジタル流量計で定期的に測定して記録し、該記録した流量が所定の値より小さい場合に警報を発し、それぞれの冷却水経路毎の冷却水の供給圧力を測定して該圧力が所定の値を越えた場合にその冷却水経路の圧力開放弁により冷却水の供給圧力を開放するものであることを特徴とする単結晶製造装置。
【選択図】 図1
Description
単結晶製造装置101は、原料融液107を収容するルツボ108、109、多結晶原料を加熱、溶融するためのヒータ110などが、トップチャンバ103、ミドルチャンバ104、ボトムチャンバ105等から構成されたメインチャンバ内に格納されている。ルツボ108、109は、図示しない回転駆動機構によって回転昇降自在なルツボ回転軸121に支持されている。また、ルツボ108、109を取り囲むように原料融液107を加熱するためのヒータ110が配置されており、このヒータ110の外側には、ヒータ110からの熱がメインチャンバに直接輻射されるのを防止するための断熱部材122が周囲を取り囲むように設けられている。
このように、前記設定する冷却水の供給圧力が0.1〜0.5MPaであれば、チャンバに適切な供給圧力の冷却水を供給して、より確実にチャンバに異常な水圧が働かないよう制御することができる。
このように、前記圧力開放弁により圧力開放する際の前記冷却水の供給圧力の所定値が0.5MPaであれば、チャンバに過剰圧力が働くのをより確実に防ぐことができる。
このように、前記供給された冷却水の温度を測定する温度センサーを有し、前記冷却水の温度を前記温度センサーで定期的に測定して記録し、該記録した温度が許容最高温度より大きい場合に警報を発するものであれば、温度の変化により冷却水の異常の検知を容易にすることもでき、異常検知時間をより確実に改善することができる。
このように、前記設定する冷却水の供給圧力を0.1〜0.5MPaとすれば、チャンバに適切な供給圧力の冷却水を供給して、より確実にチャンバに異常な水圧が働かないよう制御することができる。
このように、前記圧力開放する際の前記冷却水の供給圧力の所定値を0.5MPaとすれば、チャンバに過剰圧力が働くのをより確実に防ぐことができる。
このように、前記供給された冷却水の温度を定期的に測定して記録し、該記録した温度と許容最高温度とを比較し、該記録した温度が許容最高温度より大きい場合、警報を発すれば、温度の変化により冷却水の異常の検知を容易にすることもでき、異常検知時間をより確実に改善することができる。
従来、分割されたそれぞれのチャンバへの冷却水の供給圧力は工場の集中供給装置を用いて一箇所で集中的に管理していた。しかし、集中供給装置での圧力調整が不能になり冷却水圧がチャンバの設計圧力を越えると、チャンバが破損して冷却水が炉内に侵入し、その冷却水が融解した原料融液と接触する可能性があり、従来の圧力管理では不十分であった。
図2に示すように、チャンバが複数に分割されており、プルチャンバ2、トップチャンバ3、メインチャンバ4により構成されている。そして、原料融液7を収容するルツボ8、9、多結晶原料を加熱、溶融するためのヒータ10などがメインチャンバ4、トップチャンバ3内に格納される。図1、2に示す単結晶製造装置の例ではチャンバは3つに分割されているが、分割数は特に限定されず、例えばメインチャンバ4がさらにミドルチャンバとボトムチャンバに分割されていても良い。
また、プルチャンバ2、トップチャンバ3及びメインチャンバ4内部には、炉内に発生した不純物ガスを炉外に排出する等を目的とし、プルチャンバ2上部に設けられたガス導入口23からアルゴンガス等の不活性ガスが導入され、引上げ中の単結晶棒6、融液7上部を通過してトップチャンバ3及びメインチャンバ4内部を流通し、ベースプレート5に設けられたガス流出口24から排出される。
囲むようにトップチャンバ3の天井部から原料融液7表面に向かって延伸し、冷却媒体導入口から導入された冷却媒体で強制冷却される冷却筒25と該冷却筒25より下方に延伸した冷却補助部材26を設けても良い。
また、図1に示すように、分割されたそれぞれのチャンバ毎(プルチャンバ2、トップチャンバ3、メインチャンバ4)に個別の冷却水経路が設けられている。それぞれの冷却水経路は、その経路の入口に冷却水入口主管を有し、次いで各チャンバを経て、経路の出口に冷却水出口主管を有している。ここで、例えば図1に示すように、メインチャンバ4の底部にあるベースプレート5又はプルチャンバ2とトップチャンバ3の間のアイソレーションバルブ28についても冷却されるので、本発明の冷却水経路を設けることができる。
また、図1に示すように、これらの部材は冷却水経路の入口から順に、圧力調整弁11、流量調整弁12、流量計13、チャンバ、圧力開放弁14、デジタル流量計15という順番で配設することができる。
そして、それぞれのチャンバに供給する冷却水の流量及び圧力をそれぞれの冷却水経路毎の圧力調整弁11及び流量調整弁12に設定することができるものとなっている。
また、それぞれのチャンバから排出される冷却水の流量をデジタル流量計15で定期的に測定して記録を行い、記録した流量が所定の値より小さい場合に警報を発することができるようになっている。ここで、所定の値を例えば流量調整弁12に設定した流量とすることができる。
また、それぞれの冷却水経路毎の冷却水の供給圧力を測定して該圧力が所定の値を越えた場合にその冷却水経路の圧力開放弁14により冷却水の供給圧力を開放するものとなっている。
このように、設定する冷却水の供給圧力が0.1〜0.5MPaであれば、それぞれのチャンバに適切な供給圧力の冷却水を供給して、より確実にチャンバに異常な水圧が働かないよう制御することができる。
このように、冷却水の供給圧力が0.5MPaを越えた場合に圧力開放弁14により圧力開放すれば、チャンバに過剰圧力が働くのをより確実に防ぐことができる。
このようにして経路上の最少の流量を測定して冷却水を監視すれば、冷却水の異常をより確実に早急に検知することができる。
このように、供給された冷却水の温度を測定する温度センサー16を有し、その温度センサー16で冷却水の温度を定期的に測定して記録し、該記録した温度が許容最高温度より大きい場合に警報を発するものであれば、流量に加えて温度の変化により冷却水の異常の検知を容易にすることもでき、異常検知時間をより確実に改善することができる。また、流量を計測するデジタル流量計15が故障した場合にも、温度の変化により冷却水の異常を検知することができる。
このようにしてチャンバ内で最も冷却水の温度が高くなる排出口の近くのフランジ27付近で温度を測定して冷却水を監視すれば、冷却水の異常をより確実に早急に検知することができる。
ここでは図1に示すような本発明に係る単結晶製造装置を用いた場合について図1及び図2を用いて説明する。上述したように、図1に示す単結晶製造装置1は、チャンバが複数に分割され、分割されたそれぞれのチャンバ毎に個別の冷却水経路が設けられている。
まず、図2に示すように、ルツボ8、9内でシリコンの高純度多結晶原料を融点(約1420℃)以上に加熱して融解して原料融液7とする。
ここで設定する流量の値は、例えば上記したような図3に示す設定手順で求めた値とすることができる。
そして、冷却水の監視を行うために、分割されたそれぞれのチャンバから排出される冷却水の流量をデジタル流量計15で定期的に測定して記録し、その記録した流量が所定の値より小さい場合に警報を発するようにする。ここで、冷却水の流量を定期的に測定して記録を行う間隔を例えば1秒毎とすることができる。また、所定の値を流量調整弁12に設定した流量とすることができる。又は所定の値を図3に示す設定手順で求めた設定警報流量とすることもできる。
また、それぞれの冷却水経路毎の冷却水の供給圧力を測定して該圧力が所定の値を越えた場合にその冷却水経路の冷却水の供給圧力を開放するようにする。
このように、設定する冷却水の供給圧力を0.1〜0.5MPaとすれば、チャンバに適切な供給圧力の冷却水を供給して、より確実に適正流量を確保できるとともに、チャンバに異常な水圧が働かないよう制御することができる。
このように、圧力開放する際の前記冷却水の供給圧力の所定値を0.5MPaとすれば、チャンバに過剰圧力が働くのをより確実に防ぐことができる。
このように、供給された冷却水の温度を定期的に測定して記録し、該記録した温度と許容最高温度とを比較し、該記録した温度が許容最高温度より大きい場合、警報を発すれば、流量に加えて温度の変化により冷却水の異常の検知を容易にすることもでき、異常検知時間をより確実に改善することができる。また、流量を計測するデジタル流量計15が故障した場合にも、温度の変化により冷却水の異常を検知することができる。
図1に示すような本発明に係る単結晶製造装置のメインチャンバがさらにミドルチャンバとボトムチャンバに分割されている単結晶製造装置を用いて直径200mmのシリコン単結晶を育成した。ここで、単結晶製造装置に冷却水供給元として工場の冷却水集中供給装置を接続し、冷却水集中供給装置で加圧された冷却水が冷却水経路の入口の冷却水入口主管から導入される構成とした。そして、単結晶育成中に冷却水集中供給装置での供給圧力を変更した際の各チャンバへ供給する冷却水の供給圧力を圧力計により測定し評価した。
結果を表1に示す。表1に示すように、冷却水集中供給装置での供給圧力が変化しても各チャンバーに働く圧力は変化せず、設定圧力通りの圧力が働いていることが分かる。
このことにより、本発明に係る単結晶製造装置及び単結晶製造方法は、適切な量の流量を供給し、工場供給側の圧力が設定圧力より高くなっても、チャンバに働く圧力を一定に制御することができ、過剰圧力によるチャンバの破損を防止することができることが確認できた。
実施例1と同様の単結晶製造装置を用いて直径200mmのシリコン単結晶を育成し、育成中にミドルチャンバへの冷却水の流量を減少させた時の警報を発するまでの時間を評価した。ここで、設定流量を55L/minとし、育成中に10L/minまで流量を減少させた。また、警報を発する際、デジタル流量計で測定した流量が流量調整弁に設定した流量、すなわち55L/minより小さくなった場合に警報を発するようにした。
このことにより、本発明に係る単結晶製造装置及び単結晶製造方法は、冷却水の異常検知時間を改善することができることが確認できた。
ミドルチャンバへの冷却水の流量を減少させた量を変化させた以外、実施例2と同様にしてシリコン単結晶を育成し、警報を発するまでの最長時間、警報を発したときのチャンバのフランジの温度及び警報を発したときの冷却水の温度を評価した。
警報を発するまでの時間の結果を図4に示す。図4に示すように、警報を発するまでの時間はほぼ一定であることが分かる。それに対して後述する比較例3では、流量を減少させた量が多くなるほど警報を発するまでの最長時間が増加していくことが分かる。
図7に示すような、分割された各チャンバの冷却水経路は、圧力調整弁、圧力開放弁、デジタル流量計を有さず、冷却水の供給圧力は工場全体の一括集中供給装置で制御する従来の単結晶製造装置及び製造方法を用いた以外、実施例1と同様な条件でシリコン単結晶を製造し、実施例1と同様な方法で冷却水の供給圧力を評価した。
結果を表3に示す。表3に示すように、冷却水集中供給装置での供給圧力が変化すると同様にチャンバに働く圧力が変化することが分かる。工場側の供給圧力がチャンバの設計圧力より大きくなれば、その圧力がチャンバに作用してチャンバが破損することがここから容易に推察される。また、設定流量、設定警報流量に対し、実際流量、発報時の流量はフロースイッチの不安定さにより実施例1の表1に比較して変動していることが分かる。
比較例1と同様の従来の単結晶製造装置及び製造方法を用いた以外、実施例2と同様な条件でシリコン単結晶を製造し、実施例2と同様な方法で警報を発するまでの時間を評価した。
結果を表4に示す。表4に示すように、実施例2と比較して警報を発するまでの時間がかかっていることが分かる。
比較例1と同様の従来の単結晶製造装置及び製造方法を用いた以外、実施例3と同様な条件でシリコン単結晶を製造し、実施例3と同様な方法で警報を発するまでの最長時間、警報を発したときのチャンバのフランジの温度及び警報を発したときの冷却水の温度を評価した。
警報を発したときのチャンバのフランジの温度の結果を図5に示す。図5に示すように、流量を減少させた量が多くなるほど警報を発したときのチャンバのフランジの温度が高くなることが分かる。
警報を発したときの冷却水の温度の結果を図6に示す。図6に示すように、流量を減少させた量が多くなるほど警報を発したときの冷却水の温度が高くなることが分かる。
4…メインチャンバ、5…ベースプレート、6…単結晶棒、
7…原料融液、8、9…ルツボ、10…ヒータ、11…圧力調整弁、
12…流量調整弁、13…流量計、14…圧力開放弁、15…デジタル流量計、
16…温度センサー、17…種結晶、18…種ホルダ、19…ワイヤ、
20…引上げ機構、21…ルツボ回転軸、22…断熱部材、23…ガス導入口、
24…ガス流出口、25…冷却筒、26…冷却補助部材、27…フランジ、
28…アイソレーションバルブ。
Claims (8)
- チャンバ内に収容されたルツボ内の原料をヒータにより加熱して原料融液とし、前記加熱された原料融液に種結晶を着液して下方に単結晶を育成するチョクラルスキー法による単結晶製造装置であって、
前記チャンバが複数に分割され、該分割されたチャンバ毎に冷却水を供給及び排出することによって冷却するための個別の冷却水経路を有し、該それぞれの冷却水経路上に、前記チャンバに供給する冷却水の供給圧力を調整する圧力調整弁と、流量を調整する流量調整弁及び流量計と、前記冷却水の供給圧力を開放する圧力開放弁と、前記チャンバから排出される冷却水の流量を測定するデジタル流量計とを有し、
前記分割されたそれぞれのチャンバに供給する冷却水の流量及び圧力を前記それぞれの冷却水経路毎の前記圧力調整弁及び前記流量調整弁に設定し、前記分割されたそれぞれのチャンバから排出される冷却水の流量を前記デジタル流量計で定期的に測定して記録し、該記録した流量が所定の値より小さい場合に警報を発し、前記それぞれの冷却水経路毎の冷却水の供給圧力を測定して該圧力が所定の値を越えた場合にその冷却水経路の前記圧力開放弁により前記冷却水の供給圧力を開放するものであることを特徴とする単結晶製造装置。 - 前記設定する冷却水の供給圧力が0.1〜0.5MPaであることを特徴とする請求項1に記載の単結晶製造装置。
- 前記圧力開放弁により圧力開放する際の前記冷却水の供給圧力の所定値が0.5MPaであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の単結晶製造装置。
- 前記供給された冷却水の温度を測定する温度センサーを有し、前記冷却水の温度を前記温度センサーで定期的に測定して記録し、該記録した温度が許容最高温度より大きい場合に警報を発するものであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の単結晶製造装置。
- チャンバ内に収容されたルツボ内の原料をヒータにより加熱して原料融液とし、前記加熱された原料融液に種結晶を着液して下方に単結晶を育成するチョクラルスキー法による単結晶製造方法であって、
前記チャンバを複数に分割し、該分割されたチャンバ毎に冷却水を供給及び排出することによって冷却するための個別の冷却水経路を設け、該それぞれの冷却水経路毎に供給する冷却水の流量及び圧力を設定し、前記分割されたそれぞれのチャンバから排出される冷却水の流量を定期的に測定して記録し、該記録した流量が所定の値より小さい場合に警報を発し、前記それぞれの冷却水経路毎の冷却水の供給圧力を測定して該圧力が所定の値を越えた場合にその冷却水経路の前記冷却水の供給圧力を開放することを特徴とする単結晶製造方法。 - 前記設定する冷却水の供給圧力を0.1〜0.5MPaとすることを特徴とする請求項5に記載の単結晶製造方法。
- 前記圧力開放する際の前記冷却水の供給圧力の所定値を0.5MPaとすることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の単結晶製造方法。
- 前記供給された冷却水の温度を定期的に測定して記録し、該記録した温度と許容最高温度とを比較し、該記録した温度が許容最高温度より大きい場合に警報を発することを特徴とする請求項5乃至請求項7のいずれか1項に記載の単結晶製造方法。
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