JP2019119674A - 単結晶インゴット成長用温度制御装置およびこれに適用される温度制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】インゴット成長工程中にシリコン融液温度を正確に測定して目標温度に迅速に制御できる単結晶インゴット成長用温度制御装置および温度制御方法の提供。【解決手段】シリコン融液が浸けられたるつぼを加熱するヒーター１３０の作動を制御する単結晶インゴット成長用温度制御装置において、前記るつぼに浸けられたシリコン融液の温度を測定し、測定されたシリコン融液の温度を加工する入力部１５０と、入力部１５０の測定温度（Ｔ１）と加工温度（Ｔ２）のうち一つと設定された目標温度（Ｔ０）をＰＩＤ演算してヒーター１３０の出力として算出する制御部と、制御部で算出されたヒーター１３０の出力をヒーター１３０に入力する出力部１７０と、を含む単結晶インゴット成長用温度制御装置および温度制御方法。【選択図】図４
Description
本発明は、インゴット成長工程中にシリコン融液の温度を正確に測定して、目標温度に迅速に制御できる単結晶インゴット成長用温度制御装置およびこれに適用される温度制御方法に関する。
一般に、半導体などの電子部品を生産するための素材として使用される単結晶インゴットは、チョクラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ、以下「ＣＺ」という。）法によって製造される。
ＣＺ法を用いて単結晶インゴットを製造する方法は、石英るつぼに多結晶シリコン（ｐｏｌｙ ｓｉｌｉｃｏｎ）等の固体原料を充填してヒーターで加熱して溶融させてシリコン融液（ｍｅｌｔ）を形成する。安定化（ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ）工程を経てシリコン融液内の気泡を除去した後、シード（ｓｅｅｄ）をシリコン融液にディッピング（ｄｉｐｐｉｎｇ）させ、ネッキング（ｎｅｃｋｉｎｇ）を形成しつつ融液の上方にシードを徐々に引き上げるネッキング（ｎｅｃｋｉｎｇ）工程と、ショルダーリング（ｓｈｏｕｌｄｅｒｉｎｇ）工程と、ボディー成長（ｂｏｄｙ ｇｒｏｗｔｈ）工程と、テーリング（ｔａｉｌｉｎｇ）工程を順に進める。
もちろん、ＣＺ法においては、るつぼの側面に設けられたヒーターを用いてシリコン融液を加熱するので、シリコン融液内には自然対流が発生する。
ネッキング工程は、ショルダーリング工程とボディー成長工程の品質を左右し得るので、ネッキング工程のために溶融したシリコン融液の表面温度を安定的に維持するだけでなく、目標温度に収斂しなければならない。
図１は、従来技術による単結晶成長装置を概略的に示した側断面図であり、図２は、従来技術による単結晶成長装置のネッキング工程時の温度変化を示したグラフである。
従来技術によると、図１に示すように、チャンバ１の上段に一つの高温計（ｐｙｒｏｍｅｔｅｒ）２が設けられ、高温計２により、るつぼ３の内部で自然対流するシリコン融液の表面のうち一つのポイントを測定する。
しかし、ホットゾーンの設定(ｈｏｔ−ｚｏｎｅ ｓｅｔ ｕｐ)、ライフタイム (ｌｉｆｅｔｉｍｅ)などによって、単結晶インゴットを一つずつ製造するバッチ（ｂａｔｃｈ）ごとのシリコン融液の表面温度が随時変化し、装備ごとに異なることもある。
また、図２に示すように、単結晶インゴット成長工程中にネッキング工程が始まると、シードチャックの影響でシリコン融液の温度が上昇する傾向がある。
したがって、作業者が、最適のインゴット生産条件を提供するためのシリコン融液の目標温度（Ｔ０）を直接変更し、測定温度（Ｔ１）と目標温度（Ｔ０）との差値に応じてヒーター４の作動を制御する。
しかし、従来技術によると、高温計２は、シリコン融液面に対して垂直方向のチャンバ１の上段に一つだけ設けられるので、ネッキング工程においてのみ温度測定が可能である。以後のボディー成長工程で高温計２を水平移動させてもインゴットまたは熱遮蔽体５に隠れてシリコン融液の表面温度を測定できなかったり、高温計２とシリコン融液との間の距離が遠くてシリコン融液の表面温度をノイズ性データとして測定するようになるという問題点がある。
また、従来技術によると、るつぼ３が回転することによって、これに浸けられたシリコン融液内部の自然対流が変化するようになり、るつぼ３の回転数が低い場合にシリコン融液の左右側で温度偏差が大きく現れる。ネッキング工程中に高温計２がシリコン融液表面の特定の位置だけ測定するため、シリコン融液の温度を正確に測定できない。装備ごとにシリコン融液の温度を測定する位置がすべて異なるので、制御の反復性に劣るだけでなく制御の定量化が不可能であるという問題点がある。
また、従来技術によると、ネッキング工程中にシリコン融液の測定温度を取得しても測定温度が目標温度から外れた程度により、その値を加減するＰ制御を通じてヒーター４の作動を制御するので、シリコン融液の温度を目標温度に収斂させるのに多くの時間がかかる。また、単結晶インゴット成長中に持続的に均一な温度環境を提供しにくく、その結果、単結晶インゴットの品質を迅速かつ正確に制御するのに限界がある。
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するために案出されたものであって、インゴット成長工程中にシリコン融液温度を正確に測定して、目標温度に迅速に制御できる単結晶インゴット成長用温度制御装置、およびこれに適用される温度制御方法を提供することにその目的がある。
本発明の一実施例によると、シリコン融液が浸けられたるつぼを加熱するヒーターの作動を制御する単結晶インゴット成長用温度制御装置において、前記るつぼに浸けられたシリコン融液の温度を測定し、測定されたシリコン融液の温度を加工する入力部と、前記入力部の測定温度（Ｔ１）と加工温度（Ｔ２）のうち一つと設定された目標温度（Ｔ０）をＰＩＤ演算して前記ヒーターの出力として算出する制御部と、前記制御部で算出されたヒーターの出力を前記ヒーターに入力する出力部と、を含む単結晶インゴット成長用温度制御装置を提供する。
前記入力部は、前記るつぼに浸けられたシリコン融液の温度を少なくとも二ヶ所で測定するセンサー部と、前記センサー部で測定された少なくとも二つの測定温度（Ｔ１１、Ｔ１２）をノイズ除去フィルタリングおよび算術平均して加工温度（Ｔ２）で加工するフィルタリング部を含むことができる。
前記センサー部は、前記るつぼが内部空間に収容される密閉型チャンバの上部両側に設けられた第１温度センサー及び第２温度センサーで構成され得る。
前記第１温度センサー及び前記第２温度センサーは、１色高温計（１−ｃｏｌｏｒ ｐｙｒｏｍｅｔｅｒ）または、２色高温計（２−ｃｏｌｏｒ ｐｙｒｏｍｅｔｅｒ）で構成され得る。
前記第１温度センサー及び前記第２温度センサーは、前記るつぼのシリコン融液から成長するインゴットの直径から１０ｃｍ範囲以内で温度を測定することが望ましい。
前記フィルタリング部は、サンプリング時間（Δｔ）の間に測定された前記測定温度（Ｔ１１、Ｔ１２）を適用して正弦波関数でモデリングし、振幅が最も小さい最適な正弦波関数として算出した後、前記最適な正弦波関数に時間をリアルタイムに入力してノイズ除去フィルタリングすることができる。
前記フィルタリング部は、前記最適な正弦波関数を測定温度（Ｔ（ｔ））、サンプリング時間（Δｔ）、周期（ＮｐΔｔ）、周波数（ω＝２π／(ＮｐΔｔ)）、現在時間（ｔ）などの変数でモデリングすることができる。
前記制御部は、外部の入力信号に応じて前記測定温度（Ｔ１）と加工温度（Ｔ２）のうち一つを選択する判断部と、前記判断部で選択された測定温度（Ｔ１）と加工温度（Ｔ２）のうち一つと目標温度（Ｔ０）とをＰＩＤ演算するＰＩＤ演算部と、を含むことができる。
一方、本発明の他の実施例によると、シリコン融液が浸けられたるつぼを加熱するヒーターの作動を制御する単結晶インゴット成長用温度制御方法において、前記るつぼに浸けられたシリコン融液の温度を測定し、測定されたシリコン融液の温度を加工する入力段階と、前記入力段階の測定温度（Ｔ１）と加工温度（Ｔ２）のうち一つと設定された目標温度（Ｔ０）とをＰＩＤ演算して前記ヒーターの出力として算出する制御段階と、前記制御段階で算出されたヒーターの出力を前記ヒーターに入力する出力段階と、を含む単結晶インゴット成長用温度制御方法を提供する。
前記入力段階は、前記るつぼに浸けられたシリコン融液の温度を少なくとも二ヶ所で測定する温度測定過程と、前記温度測定過程で測定された少なくとも二つの測定温度（Ｔ１１、Ｔ１２）をノイズ除去フィルタリングおよび算術平均して加工温度（Ｔ２）に加工するフィルタリング過程と、を含むことができる。
前記温度測定過程は、前記るつぼが内部空間に収容される密閉型チャンバの上部両側においてそれぞれ非接触方式により測定され得る。
前記温度測定過程は、前記るつぼのシリコン融液から成長するインゴットの直径から１０ｃｍ範囲以内で温度を測定することが望ましい。
前記フィルタリング過程は、サンプリング時間（Δｔ）の間に測定された前記測定温度（Ｔ１１、Ｔ１２)を適用して正弦波関数でモデリングし、振幅が最も小さい最適な正弦波関数として算出した後、前記最適な正弦波関数に時間をリアルタイムに入力してノイズ除去フィルタリングすることができる。
前記フィルタリング過程は、前記最適な正弦波関数を測定温度(Ｔ（ｔ）)、サンプリング時間（Δｔ）、周期（ＮｐΔｔ）、周波数（ω＝２π／ （ＮｐΔｔ ））、現在時間（ｔ）の変数でモデリングすることができる。
前記制御段階は、外部の入力信号に応じて前記測定温度（Ｔ１）と加工温度（Ｔ２）のうち一つを選択する判断過程と、前記判断過程で選択された測定温度（Ｔ１）と加工温度（Ｔ２）のうち一つと目標温度（Ｔ０）とをＰＩＤ演算するＰＩＤ演算過程と、を含むことができる。
本発明による単結晶インゴット成長用温度制御装置およびこれに適用される温度制御方法は、シリコン融液の表面温度を測定し、測定温度をノイズ除去および算術平均するフィルタリング過程を通じて加工した後、作業者の判断に応じて測定温度と加工温度のうち一つと目標温度を、ＰＩＤ演算を通じてヒーター出力を算出し、それによりヒーターの作動を制御する。
したがって、シリコン融液の表面と温度センサーとの間の距離が遠かったり、るつぼの回転速度によりシリコン融液内部の自然対流が変化しても、測定温度を適切にフィルタリングすることによってシリコン融液の温度を正確に感知でき、制御の反復性を高められるだけでなく、制御の定量化が可能である利点がある。
また、フィルタリング過程を通じて正確に取得したシリコン融液の測定温度をＰＩＤ演算して、その結果によりヒーターの作動を制御することによって、シリコン融液の温度を目標温度に迅速に収斂させることができる。また、単結晶インゴットの成長中の持続的に均一な温度環境を提供でき、結果的に単結晶インゴットの品質を迅速かつ正確に制御して単結晶インゴットの品質を向上させることができる利点がある。
以下、本実施例について添付される図面を参照して詳細に検討して見ることとする。ただし、本実施例が開示する事項から本実施例が有する発明の思想の範囲が定められるのであり、本実施例が有する発明の思想は提案される実施例に対して構成要素の追加、削除、変更などの実施変形を含むことができる。
図３は、本発明による単結晶成長装置を概略的に示す側断面図であり、図４は、図３に適用された温度制御装置を示すブロック構成図である。
本発明による単結晶成長装置は、図３に示すように、密閉空間であるチャンバ１１０内部にシリコン融液が収容されるるつぼ１２０と、るつぼ１２０を加熱するヒーター１３０と、るつぼ１２０で引き上げられるインゴットを冷却させる熱遮蔽部材１４０を備え、るつぼ１２０に浸けられたシリコン融液の温度を二地点で測定した結果を加工した後、ＰＩＤ演算して、その結果に応じてヒーターの作動を制御する温度制御装置（図示せず）を備える。
チャンバ１１０は、るつぼ１２０とヒーター１３０が内蔵される円筒形状の本体部と、本体部の上方に結合されてインゴット成長工程を観察できるビューポートが備えられたドーム形状のカバー部と、カバー部の上方に結合されてインゴットが引き上げられ得る空間を提供する円筒形状の引き上げ部で構成されるが、これに限定されない。
また、チャンバ１１０の上方には、種結晶が吊り下げられるシードチャック（ｓｅｅｄ ｃｈｕｃｋ）およびこれと連結されたシードケーブル（ｓｅｅｄ ｗｉｒｅ）およびシードケーブルが巻かれたドラム（ｄｒｕｍ）が備えられ、別途の制御部（図示せず）によりドラムの作動を調節して引き上げ速度を制御することができる。
実施例によると、カバー部の両側上部に一対のビューポートが備えられ、ビューポート外側に第１温度センサー１５１、第２温度センサー１５２が備えられる。第１温度センサー１５１、第２温度センサー１５２として、るつぼ１２０に浸けられたシリコン融液表面の二地点で温度を非接触方式で測定できる高温計が適用される。
したがって、第１温度センサー１５１、第２温度センサー１５２は、カバー部の上部両側に備えられるので、温度センサーが引き上げ部の上方に備えられた従来のものより測定距離が短くなる。熱遮蔽部材１４０またはシードチャックのような周囲物体に影響を受けず、その結果シリコン融液の表面温度をより正確に測定することができる。
このとき、第１温度センサー１５１、第２温度センサー１５２は、１色高温計（１−ｃｏｌｏｒ ｐｙｒｏｍｅｔｅｒ）または２色高温計（２−ｃｏｌｏｒ ｐｙｒｏｍｅｔｅｒ）で構成され得る。２色高温計は、１色高温計よりノイズが少ないが、下記で説明されるフィルタリング部１５３（図４に図示）により測定温度が加工されるに伴って、どれが使用されても関係ない。
また、ショルダーリング工程をはじめとしてボディー成長工程中にもインゴットの干渉なしにシリコン融液表面の温度を正確に測定するために、第１温度センサー１５１、第２温度センサー１５２は、るつぼ１２０のシリコン融液から成長するインゴットの直径から１０ｃｍ範囲以内で温度を測定するように構成されることが望ましい。
もちろん、インゴットの直径から１０ｃｍ範囲以内でシリコン融液の表面温度を測定しても、測定温度は従来と比較しても大きく変わらず、インゴット成長工程全体にわたってシリコン融液の表面温度を測定して下記で説明される温度制御が可能である。
るつぼ１２０は、シリコン融液が浸けられる容器であって、インゴット成長工程中に回転および昇降し得るように駆動される。るつぼ１２０は、不純物の流入を遮断すると同時に高温下でも耐えられるように構成され、石英るつぼと黒鉛るつぼが重なった形態で構成され得る。
ヒーター１３０は、るつぼ１２０の周りに備えられ、るつぼ１２０を加熱することによってるつぼ１２０に浸けられた多結晶シリコン原料をシリコン融液に液化させる。温度制御装置は、ヒーター１３０の作動を制御して品質を左右し得るシリコン融液の温度を制御することができる。
熱遮蔽部材１４０は、高温のシリコン融液から成長するインゴットをすぐに冷却させるために備えられる。熱遮蔽部材１４０は、るつぼ１２０の上方に吊り下げられるように設けられ、高温下でも耐えることができるグラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）材質で構成される。
このとき、熱遮蔽部材１４０の下部は、るつぼ１２０に浸けられたシリコン融液表面の上方に位置し、るつぼ１２０に浸けられたシリコン融液から成長するインゴットと所定の間隔を維持しつつ囲むように位置する。
第１温度センサー１５１、第２温度センサー１５２は、熱遮蔽部材１４０により干渉されないシリコン融液の各地点で温度を測定できるように設けられる。
温度制御装置は、図４に示されたようにるつぼ１２０（図３に図示）に浸けられたシリコン融液の温度を測定および加工する入力部１５０と、入力部１５０の測定温度（Ｔ１）と加工温度（Ｔ２）のうち一つを選択して設定された目標温度（Ｔ０）とＰＩＤ演算してヒーター出力に算出する制御部１６０と、制御部１６０で算出されたヒーター出力をヒーター１３０に入力する出力部１７０で構成される。
入力部１５０は、上述した第１温度センサー１５１、第２温度センサー１５２を含み、第１温度センサー１５１、第２温度センサー１５２で測定された二つの測定温度（Ｔ１１、Ｔ１２)のノイズ除去した後、算術平均して加工温度（Ｔ２）に加工するフィルタリング部を含む。
実施例によると、第１温度センサー１５１、第２温度センサー１５２によりシリコン融液の二地点で温度を測定することによって、るつぼ１２０（図３に図示）の回転によってシリコン融液表面の特定の区間に温度が不均一に測定されてもそのノイズを減らすことができる。
しかし、るつぼ１２０（図３に図示）に浸けられたシリコン融液が自然対流するために、シリコン融液の温度がｓｉｎ波形態に変わることを見ることができるが、これを考慮して測定温度をｓｉｎ波形態の加工温度に加工することが望ましい。
詳細には、フィルタリング部１５３は、サンプリング時間（Δｔ）の間に測定された測定温度（Ｔ１＝Ｔ１１、Ｔ１２)を適用して、下記の［数１］に記載された正弦波関数でモデリングし、振幅が最も小さい最適な正弦波関数で算出した後、最適な正弦波関数に時間をリアルタイムに入力してノイズ除去フィルタリングする。
このとき、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、最適化を通じて求めたモデルパラメーター、Ｔ（ｔ）は測定温度、Δｔはサンプリング時間、ＮｐΔｔは周期、ω＝２π／ＮｐΔｔは周波数、ｔは現在時間として表示される。
このように、フィルタリング部１５３は、二地点の測定温度（Ｔ１１、Ｔ１２)を振幅が最も小さい最適な正弦波関数に加工し、振幅が最も小さい最適な正弦波関数から未来の時間を入力してノイズを減らした最終測定温度（Ｔ２１、Ｔ２２）が算出される。ノイズが完全に除去された二地点の最終測定温度（Ｔ２１、Ｔ２２）を算術平均して一つの加工温度（Ｔ２）として算出することによって、全般的なシリコン融液の表面温度を正確に取得することができる。
制御部１６０は、外部の入力信号に応じて測定温度（Ｔ１）と加工温度（Ｔ２）のうち一つを選択する判断部１６１と、判断部１６１で選択された測定温度（Ｔ１）と加工温度（Ｔ２）のうち一つと目標温度（Ｔ０）をＰＩＤ演算するＰＩＤ演算部１６２で構成される。
もちろん、判断部１６１は、作業者が入力できるボタンまたは、信号となり得るが、制御環境により変わることがあるので限定されない。
また、ＰＩＤ演算部１６２は、測定温度（Ｔ１）と加工温度（Ｔ２）のうち一つを目標温度（Ｔ０）と比較し、その差値により一般化されたＰＩＤ修飾数式を使用してＰ、Ｉ、Ｄ値をそれぞれ計算してヒーター出力を算出することによって、リアルタイム対応が可能である。
出力部１７０は、ＰＩＤ演算部１６２でリアルタイムに迅速に出力されたヒーター出力をヒーター１３０に入力して、その作動を制御することによって、シリコン融液の表面温度を目標温度（Ｔ０）に収斂する時間を短縮させることができる。
図５は、従来技術と本発明の高温計によって測定されたシリコン融液の温度変化を示すグラフである。
従来技術においては、高温計がチャンバの引き上げ部の上方に位置するのに対し、本発明においては、高温計がチャンバのカバー部の上部両側に位置する。図５に示すように、従来技術のｔｏｐ高温計と本発明のｓｉｄｅ高温計のそれぞれがシリコン融液の表面温度を測定した結果は、ほぼ類似するため、その測定温度を信頼することができ、むしろ従来技術のｔｏｐ高温計より本発明のｓｉｄｅ高温計がさらに敏感に温度を測定したことがわかる。
本発明は、ｓｉｄｅ高温計を二つ適用した温度制御装置の第１実施例を提供できるが、ｓｉｄｅ高温計とｔｏｐ高温計を一つずつ適用した温度制御装置の第２実施例も提供できる。
図６は、本発明による単結晶インゴット成長用温度制御方法が示されたフローチャートである。
本発明による単結晶インゴット成長用温度制御方法を、図６を参照して検討して見ると、次のとおりである。
まず、シリコン融液表面の二地点で温度を測定する（Ｓ１参照）。
インゴット成長工程が進行する間、るつぼが回転することによってその中に浸けられたシリコン融液内部に自然対流が変化するようになり、シリコン融液表面の特定区間に温度が不均一に測定され得る。
しかし、シリコン融液の表面温度を非接触式により二地点で測定することによって、全般的なシリコン融液の表面温度を使用してノイズを減らすことができる。
また、温度が測定されるシリコン融液表面の二地点は、自由に指定され得るが、シリコン融液からインゴットが成長するボディー成長工程でも、インゴットまたは他の構成要素と干渉しないようにシリコン融液の表面のうちインゴットの直径から１０ｃｍ範囲以内で温度測定が行われるようにする。
したがって、インゴット成長工程全体にわたってシリコン融液の表面温度を測定でき、下記のように測定温度を加工して反映することによって、インゴット成長工程全体にわたって温度条件を制御することができる。
次に、測定温度（Ｔ１＝Ｔ１１、Ｔ１２）を最適な正弦波関数でノイズ除去し、ノイズ除去された測定温度（Ｔ２１、Ｔ２２）を算術平均して加工温度（Ｔ２）を算出する（Ｓ２、Ｓ３参照）。
るつぼに浸けられたシリコン融液がヒーターによって加熱されると、シリコン融液内部に自然対流現象が起きるようになり、自然対流するシリコン融液の表面温度が高くなってから低くなるｓｉｎ波形態の温度変化が現れる。
したがって、サンプリング時間（Δｔ）の間に測定された測定温度（Ｔ１＝Ｔ１１、Ｔ１２)を適用して上述した［数１］に記載されたように、測定温度（Ｔ（ｔ））、サンプリング時間（Δｔ）、周期（ＮｐΔｔ）、周波数（ω＝２π／（ＮｐΔｔ）） 、現在時間（ｔ）を変数とする正弦波関数を求める。
このように求めた正弦波関数のうち振幅が最も小さいものを最適な正弦波関数として算出した後、最適な正弦波関数に時間をリアルタイムに入力してノイズ除去して最終測定温度（Ｔ２１、Ｔ２２）を算出し、最終測定温度（Ｔ２１、Ｔ２２）を算術平均して加工温度（Ｔ２）を取得することができる。
もちろん、加工温度（Ｔ２）は、最終測定温度（Ｔ２１、Ｔ２２）の算術平均で算出されるが、場合により最終測定温度（Ｔ２１、Ｔ２２）の中間値（ｍｅｄｉａｎ）等を適用することもできる。
次に、作業者が加工温度（Ｔ２）を適用するか否かを選択する（Ｓ４参照）。
作業者が別途のボタンを押したり、制御命令を入力して選択することができ、限定はされない。
このとき、加工温度（Ｔ２）が選択されると、加工温度（Ｔ２）と目標温度（Ｔ０）をＰＩＤ演算してヒーター出力を算出し、ヒーター出力をヒーターに入力するように制御する（Ｓ５、Ｓ６参照）。
したがって、フィルタリング過程を経た加工温度（Ｔ２）を目標温度（Ｔ０）と比較し、その差値によりＰＩＤ制御することによって、迅速かつ正確にシリコン融液の表面温度を目標温度（Ｔ０）に収斂させることができる。
一方、加工温度（Ｔ２）が選択されないと、測定温度（Ｔ１）と目標温度（Ｔ０）をＰＩＤ演算してヒーター出力を算出し、ヒーター出力をヒーターに入力するように制御する（Ｓ７、Ｓ６参照）。
したがって、二地点で実際に測定された測定温度（Ｔ１＝Ｔ１１、Ｔ１２)を算術平均して目標温度（Ｔ０）と比較し、その差値によりＰＩＤ制御することによって、多少加工温度（Ｔ２）を適用したものより正確性に劣るとしても迅速にシリコン融液の表面温度を目標温度（Ｔ０）に収斂させることができる。
図７は、従来技術と本発明により単結晶インゴット成長中に温度制御した結果によるシリコン融液の温度変化を示したグラフである。
一般的に、インゴット成長工程を検討して見ると、シリコン融液の温度が一定時間維持される場合にシードをシリコン融液に浸けるディッピング（ｄｉｐｐｉｎｇ）工程を進行させ、シードを引き上げさせるネッキング（ｎｅｃｋｉｎｇ）工程を進行させる。
したがって、ディッピング工程を進行させる前にシリコン融液の温度が目標温度に早く収斂するほど、インゴット成長工程の時間を短縮させることができる。
従来技術は、ｔｏｐ高温計による測定温度が目標温度を基準として管理線を外れた場合、事前に入力されたテーブルから補正値を出力してヒーターを制御するのに対し、本発明は、二つのｓｉｄｅ高温計による測定温度をノイズ除去フィルタリングおよび算術平均して補正した加工温度を取得し、加工温度と目標温度と比較してＰＩＤ制御した結果によりヒーターを制御する。
図７に示したように、従来技術により温度制御した結果、目標温度に収斂する時間は平均２５０分であり、目標温度の管理線±５℃を維持する時間は５０分であるのに対し、本発明により温度制御した結果、目標温度に収斂する時間は平均５０分であり、目標温度の管理線±５℃を維持する時間は２５０分である。
結果的に、本発明は、シリコン融液が一定の温度を維持するのにかかる５０分以後からディッピング工程とネッキング工程をすぐに進行させることができるので、従来技術に比べて工程時間を２００分程度短縮させることができる。
１１０：チャンバ
１２０：るつぼ
１３０：ヒーター
１４０：熱遮蔽部材
１５０：入力部
１５１：第１温度センサー
１５２：第２温度センサー
１５３：フィルタリング部
１６０：制御部
１６１：判断部
１６２：ＰＩＤ演算部
１７０：出力部
１２０：るつぼ
１３０：ヒーター
１４０：熱遮蔽部材
１５０：入力部
１５１：第１温度センサー
１５２：第２温度センサー
１５３：フィルタリング部
１６０：制御部
１６１：判断部
１６２：ＰＩＤ演算部
１７０：出力部
Claims (15)
- シリコン融液が浸けられたるつぼを加熱するヒーターの作動を制御する単結晶インゴット成長用温度制御装置において、
前記るつぼに浸けられたシリコン融液の温度を測定し、測定されたシリコン融液の温度を加工する入力部と、
前記入力部の測定温度（Ｔ１）と加工温度（Ｔ２）のうち一つと設定された目標温度（Ｔ０）とをＰＩＤ演算して前記ヒーターの出力として算出する制御部と、
前記制御部で算出されたヒーターの出力を前記ヒーターに入力する出力部と、
を含む単結晶インゴット成長用温度制御装置。 - 前記入力部は、
前記るつぼに浸けられたシリコン融液の温度を少なくとも二ヶ所で測定するセンサー部と、
前記センサー部で測定された少なくとも二つの測定温度（Ｔ１１、Ｔ１２)をノイズ除去フィルタリングおよび算術平均して加工温度（Ｔ２）で加工するフィルタリング部と、
を含む請求項１に記載の単結晶インゴット成長用温度制御装置。 - 前記センサー部は、
前記るつぼが内部空間に収容される密閉型チャンバの上部両側に設けられた第１温度センサー及び第２温度センサーで構成される、
請求項２に記載の単結晶インゴット成長用温度制御装置。 - 前記第１温度センサー及び前記第２温度センサーは、
１色高温計（１−ｃｏｌｏｒ ｐｙｒｏｍｅｔｅｒ）または、２色高温計（２−ｃｏｌｏｒ ｐｙｒｏｍｅｔｅｒ）で構成される、
請求項３に記載の単結晶インゴット成長用温度制御装置。 - 前記第１温度センサー及び前記第２温度センサーは、
前記るつぼのシリコン融液から成長するインゴットの直径から１０ｃｍ範囲以内で温度を測定する、
請求項３に記載の単結晶インゴット成長用温度制御装置。 - 前記フィルタリング部は、
サンプリング時間（Δｔ）の間に測定された前記測定温度（Ｔ１１、Ｔ１２)を適用して正弦波関数でモデリングし、振幅が最も小さい最適な正弦波関数として算出した後、前記最適な正弦波関数に時間をリアルタイムに入力してノイズ除去フィルタリングする、
請求項２に記載の単結晶インゴット成長用温度制御装置。 - 前記フィルタリング部は、
前記最適な正弦波関数を測定温度（Ｔ（ｔ））、サンプリング時間（Δｔ）、周期（ＮｐΔｔ）、周波数（ω＝２π／(ＮｐΔｔ)）、現在時間（ｔ）の変数でモデリングする、
請求項６に記載の単結晶インゴット成長用温度制御装置。 - 前記制御部は、
外部の入力信号に応じて前記測定温度（Ｔ１）と加工温度（Ｔ２）のうち一つを選択する判断部と、
前記判断部で選択された測定温度（Ｔ１）と加工温度（Ｔ２）のうち一つと目標温度（Ｔ０）とをＰＩＤ演算するＰＩＤ演算部と、
を含む請求項１に記載の単結晶インゴット成長用温度制御装置。 - シリコン融液が浸けられたるつぼを加熱するヒーターの作動を制御する単結晶インゴット成長用温度制御方法において、
前記るつぼに浸けられたシリコン融液の温度を測定し、測定されたシリコン融液の温度を加工する入力段階と、
前記入力段階の測定温度（Ｔ１）と加工温度（Ｔ２）のうち一つと設定された目標温度（Ｔ０）とをＰＩＤ演算して前記ヒーターの出力として算出する制御段階と、
前記制御段階で算出されたヒーターの出力を前記ヒーターに入力する出力段階と、
を含む単結晶インゴット成長用温度制御方法。 - 前記入力段階は、
前記るつぼに浸けられたシリコン融液の温度を少なくとも二ヶ所で測定する温度測定過程と、
前記温度測定過程で測定された少なくとも二つの測定温度（Ｔ１１、Ｔ１２)をノイズ除去フィルタリングおよび算術平均して加工温度（Ｔ２）に加工するフィルタリング過程と、
を含む請求項９に記載の単結晶インゴット成長用温度制御方法。 - 前記温度測定過程は、
前記るつぼが内部空間に収容される密閉型チャンバの上部両側においてそれぞれ非接触方式により測定される、
請求項１０に記載の単結晶インゴット成長用温度制御方法。 - 前記温度測定過程は、
前記るつぼのシリコン融液から成長するインゴットの直径から１０ｃｍ範囲以内で温度を測定する、
請求項１０に記載の単結晶インゴット成長用温度制御方法。 - 前記フィルタリング過程は、
サンプリング時間（Δｔ）の間に測定された前記測定温度（Ｔ１１、Ｔ１２)を適用して正弦波関数でモデリングし、振幅が最も小さい最適な正弦波関数として算出した後、前記最適な正弦波関数に時間をリアルタイムに入力してノイズ除去フィルタリングする、
請求項１０に記載の単結晶インゴット成長用温度制御方法。 - 前記フィルタリング過程は、
前記最適な正弦波関数を測定温度(Ｔ（ｔ）)、サンプリング時間（Δｔ）、周期（ＮｐΔｔ）、周波数（ω＝２π／ （ＮｐΔｔ ））、現在時間（ｔ）の変数でモデリングする、
請求項１３に記載の単結晶インゴット成長用温度制御方法。 - 前記制御段階は、
外部の入力信号に応じて前記測定温度（Ｔ１）と加工温度（Ｔ２）のうち一つを選択する判断過程と、
前記判断過程で選択された測定温度（Ｔ１）と加工温度（Ｔ２）のうち一つと目標温度（Ｔ０）とをＰＩＤ演算するＰＩＤ演算過程と、
を含む請求項９に記載の単結晶インゴット成長用温度制御方法。
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