JP2023123669A - 単結晶シリコンインゴットを成長させる際の動的ステートチャートの作製および使用 - Google Patents
単結晶シリコンインゴットを成長させる際の動的ステートチャートの作製および使用 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】様々なインゴット成長パラメータの監視および/もしくは制御を可能にするシステムおよび方法、ならびに/またはオペレータが容易にアクセスでき、インゴット成長システムのシンプルなビジュアル概要を提供するパラメータのビジュアル出力を提供するシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】単結晶シリコンインゴットを成長させる方法が開示される。単結晶シリコンインゴットの製造中に、複数のインゴット成長パラメータを監視する動的ステートチャートを作製し使用することができる。いくつかの実施形態では、動的ステートチャートは、複数のセクタを有する動的円形マップチャートであり、各セクタはインゴット成長パラメータを監視する。
【選択図】図2
【解決手段】単結晶シリコンインゴットを成長させる方法が開示される。単結晶シリコンインゴットの製造中に、複数のインゴット成長パラメータを監視する動的ステートチャートを作製し使用することができる。いくつかの実施形態では、動的ステートチャートは、複数のセクタを有する動的円形マップチャートであり、各セクタはインゴット成長パラメータを監視する。
【選択図】図2
Description
本出願は、2019年7月29日に出願された米国仮特許出願第62/879,829号の利益を主張するものであり、その全体を参照により本明細書に包含している。
本開示の分野は、単結晶シリコンインゴットを成長させる方法に関し、特に、複数のインゴット成長パラメータを監視する動的ステートチャートの作製および使用に関する。
単結晶シリコンインゴットは、インゴット引き上げシステム内のシリコン溶融物からインゴットが引き出される、チョクラルスキー法で成長させることができる。単結晶インゴット成長は、成長を確実に成功させるために(例えば、インゴット内で転位を生じさせずにターゲットインゴット直径を達成するために)、監視されるいくつかの成長パラメータを必要とする。これは特に、インゴット成長中にシリコンを溶融物に添加することによってインゴットが連続的に成長する、連続チョクラルスキー法の場合に当てはまる。連続チョクラルスキーは、様々なインゴット成長パラメータの変化に特に敏感であり、制御が難しい。1つのパラメータの小さな変化は、システムがその平衡状態を失いかねない他のパラメータに連鎖する可能性がある。
様々なインゴット成長パラメータの監視および/もしくは制御を可能にするシステムおよび方法、ならびに/またはオペレータが容易にアクセスでき、インゴット成長システムのシンプルなビジュアル概要を提供するパラメータのビジュアル出力を提供するシステムおよび方法が必要とされている。
本項は、以下に記載および/またはクレームする、本開示の様々な態様に関連し得る技術の様々な態様を読者に紹介することを意図している。この考察は、本開示の様々な態様をより理解し易くするために、読者に背景情報を提供するのに役立つと考えている。したがって、これらの記述は、この観点から読むべきで、従来技術の承認として読むべきでないことを理解されたい。
本開示の一態様は、チョクラルスキー法で単結晶シリコンインゴットを成長させる方法に関する。シリコン溶融物をるつぼ内で調製する。単結晶シリコンインゴットが溶融物から引き出される。単結晶シリコンインゴットの成長に関する複数の成長パラメータが提供される。成長パラメータのビジュアル表現を含む動的ステートチャートが提供される。
本開示の別の態様は、単結晶シリコンインゴットを製造するためのインゴット成長システムに関する。システムは、成長チャンバと、成長チャンバ内に配置されたるつぼとを含む。るつぼは、溶融シリコンを含む溶融物を保持するように構成される。システムは、溶融物からインゴットを引き出すためのインゴット引き上げ機構を含む。システムは、プロセッサとメモリとを備える制御ユニットを含む。メモリは命令を格納しており、命令がプロセッサによって実行されると、これによりプロセッサは、単結晶シリコンインゴットの成長に関連する複数の成長パラメータを決定し、成長パラメータのビジュアル表現を含む動的ステートチャートをユーザに提供する。
本開示の上述の態様に関連して記載した特徴について様々な改良が存在する。本開示の上述の態様は、追加の特徴も包含し得る。これらの改良および追加の特徴は、個別に存在してもよいし、あるいは任意の組み合わせで存在してもよい。例えば、本開示で例示される実施形態のいずれかに関連して以下で説明する様々な特徴は、単独で、または任意の組み合わせで、本開示の上述の態様のいずれかに包含され得る。
対応する参照符号は、図面全体を通して対応するパーツを示す。
本開示の条項は、単結晶シリコンインゴットを成長させるための方法およびシステムに関する。例示の方法では、複数の成長パラメータのビジュアル表現を含む動的ステートチャートが提供される。動的ステートチャートは、ポリシリコンが、るつぼに連続的または断続的に追加される連続チョクラルスキー法で使用されるものとして本明細書で記述され得る。動的ステートチャートは、バッチ式チョクラルスキーシステムで使用することもできる。
連続チョクラルスキー法によってインゴット60を製造するための例示的なインゴット成長システム5を図1に示す。インゴット成長システム5は、るつぼアセンブリ10を含み、これは、溶融物を異なる溶融ゾーンに分離する複数の堰20、30、40または流体バリアを有する。図示の実施形態では、るつぼアセンブリ10は、シリコン溶融物の内側溶融ゾーン22を画定する第1堰20(広くは、流体バリア)を含む。内側溶融ゾーン22は、単結晶シリコンインゴット60が、そこから成長する成長領域である。第2堰30は、シリコン溶融物の中間溶融ゾーン32を画定する。第3堰40は、シリコン溶融物の外側溶融ゾーン42を画定する。
供給管46は、粒状、塊状、または粒状と塊状の組み合わせでもあり得る多結晶シリコンを、インゴット60の成長中に、実質的に一定の溶融物上昇レベルおよび体積を維持するのに十分な速度で外側溶融ゾーン42に供給する。第1堰20、第2堰30、および第3堰40はそれぞれ、ほぼ環状の形状を有し、溶融シリコンが内側溶融ゾーン22の成長領域に向かって半径方向内側に流れるように、内側に画定された少なくとも1つの開口部を有する。
図1に示す、るつぼの構成は、例となるものであり、本開示のプロセスを実行するのに適している。本開示の範囲から逸脱することなく、連続チョクラルスキーに適した他の構成を使用することができる。例えば、るつぼアセンブリ10には、第2堰30がなくてもよいし、および/または第3堰40がなくてもよい。
一般に、インゴット60が引き出される溶融物は、多結晶シリコンをるつぼに装填して初期シリコン装入物を形成することによって形成される。一般に、初期装入物は約100キログラム~約200キログラムの多結晶シリコンであり、これは粒状、塊状、または粒状と塊状の組み合わせであってもよい。初期装入物の質量は、所望の結晶径およびホットゾーン設計に依存する。結晶成長中に多結晶シリコンが連続的に供給されるため、初期装入物は結晶の長さを反映しない。例えば、多結晶シリコンが連続的に供給され、チャンバが十分な高さを有する場合、結晶長を長さ2000mm、3000mm、またはさらには4000mmまで伸ばすことができる。
例えば、流動床反応器内でシランまたはハロシランの熱分解によって生成された粒状多結晶シリコン、またはシーメンス反応器内で生成された多結晶シリコンを含む、様々な多結晶シリコンソースが使用され得る。多結晶シリコンをるつぼに添加して装入物を形成すると、装入物は、シリコンのおよその溶融温度(例えば、約1412℃)を超える温度まで加熱されて装入物が溶融し、それによって溶融シリコンを含むシリコン溶融物を形成する。シリコン溶融物は、初期体積の溶融シリコンを有し、また初期溶融上昇レベルを有しており、これらのパラメータは、初期装入物のサイズによって決定される。いくつかの実施形態では、シリコン溶融物を含むるつぼは、少なくとも約1425℃、少なくとも約1450℃、またはさらに少なくとも約1500℃の温度まで加熱される。
内側溶融ゾーン22内の溶融物からインゴット60を成長させて引き上げるための引き上げ機構114がシステム5内に設けられる。引き上げ機構114は、引き上げケーブル118と、引き上げケーブル118の一端に結合されたシードホルダまたはチャック120と、結晶成長を開始するためにシードホルダまたはチャック120に結合された種結晶122とを含む。引き上げケーブル118の一端は、プーリ(図示せず)もしくはドラム(図示せず)、または任意の他の適切な種類の持ち上げ機構、例えばシャフトに接続され、もう一端は、種結晶122を保持するチャック120に接続される。動作中、種結晶122が下降して、内側溶融ゾーン22内の溶融物と接触する。引き上げ機構114は、種結晶122を引き上げ軸Aに沿って上昇させるように動作する。これにより、単結晶インゴット60が溶融物から引き上げられる。
装入物が液化して溶融シリコンを含むシリコン溶融物を形成すると、シリコン種結晶122が下降して、内側溶融ゾーン22内の溶融物と接触する。次いで、シリコン種結晶122は、それにシリコンが付着した状態で溶融物から引き出されてネック52を形成し、それによって溶融物の表面付近または表面に、溶融-固体界面を形成する。一般に、ネック52を形成するための初期引き上げ速度は速い。いくつかの実施形態では、シリコン種結晶122およびネック52は、少なくとも約1.0mm/分、例えば約1.5mm/分~約6mm/分、例えば約3mm/分~約5mm/分のような、ネック部引き上げ速度で引き抜かれる。ネック52は、約300mm~約700mmの長さ、例えば約450mm~約550mmのような長さ、であってもよい。しかしながら、ネック52の長さは、これらの範囲外で多様であってもよい。
引き上げ機構114は、種結晶122と、それに接続されたインゴット60とを回転させることができる。るつぼ駆動ユニット44は、るつぼアセンブリ10を回転させることができる。いくつかの実施形態では、シリコン種結晶122およびるつぼアセンブリ10は、反対方向、すなわち逆回転に、回転する。逆回転は、シリコン溶融物に対流をもたらす。結晶122の回転は主に、対称的な温度プロファイルを提供するため、不純物の角度変動を抑制するために使用され、また結晶溶融界面形状を制御するためにも使用される。いくつかの実施形態では、シリコン種結晶122は、約5rpm~約30rpm、または約5rpm~約20rpm、または約8rpm~約20rpm、または約10rpm~約20rpmの速度で回転する。いくつかの実施形態では、るつぼアセンブリ10は、約0.5rpm~約10rpm、または約1rpm~約10rpm、または約4rpm~約10rpm、または約5rpm~約10rpmの速度で回転する。いくつかの実施形態では、種結晶122は、るつぼアセンブリ10よりも速い速度で回転する。いくつかの実施形態では、種結晶122は、るつぼアセンブリ10の回転速度よりも少なくとも1rpm速い速度、例えば少なくとも約3rpm速いか、または少なくとも約5rpm速い速度で、回転する。
ネック52の形成後、ネック52に隣接する外側に広がるシードコーン部54が成長する。一般に、引き上げ速度は、ネック部引き上げ速度から、外側に広がるシードコーン部54を成長させるのに適した速度へと、減速する。例えば、外側に広がるシードコーンの成長中のシードコーンの引き上げ速度は、約0.5mm/分~約2.0mm/分、例えば約1.0mm/分、であってもよい。いくつかの実施形態では、外側に広がるシードコーン54は、約100mm~約400mmの長さ、例えば約150mm~約250mmの長さ、を有する。外側に広がるシードコーン54の長さは、これらの範囲外で多様であってもよい。いくつかの実施形態では、外側に広がるシードコーン54は、約150mm、少なくとも約150mm、約200mm、少なくとも約200mm、約300mm、少なくとも約300mm、約450mm、またはさらには少なくとも約450mmの終端直径まで成長する。外側に広がるシードコーン54の終端直径は、一般に、単結晶シリコンインゴット60の本体56の一定直径の直径と等しい。
ネック52およびネック52に隣接する外側に広がるシードコーン54が形成された後、一定直径部分56すなわち「本体」が成長する。本体56の直径は多様であってもよく、いくつかの実施形態では、直径は、約150mm、少なくとも約150mm、約200mm、少なくとも約200mm、約300mm、少なくとも約300mm、約450mm、またはさらに少なくとも約450mmであってもよい。単結晶シリコンインゴット60の本体56は成長して、最終的に、少なくとも長さ約1000mm、例えば少なくとも長さ1400mm、例えば少長さなくとも1500mm、または少なくとも長さ2000mm、または少なくとも長さ2200mm、例えば長さ2200mmか、または少なくとも長さ約3000mmか、または少なくとも長さ約4000mmになる。
インゴット60が溶融物から引き出される一方で、シリコンは、管46または他のチャネルを介して外側溶融ゾーン42に添加されてインゴット成長システム5内の溶融物を補給する。固体多結晶シリコンは、多結晶シリコン供給システム66から添加されてもよく、溶融レベルを維持するためにインゴット成長システム5に連続的または断続的に添加されてもよい。一般に、多結晶シリコンは、当業者に利用可能な任意の方法によって、インゴット成長システム5に計量供給されてもよい。
いくつかの実施形態では、ドーパントも、インゴット成長中に溶融物に添加される。ドーパントは、ドーパント供給システム72から導入されてもよい。ドーパントは、気体または固体として添加されてもよく、また外側溶融ゾーン42に添加されてもよい。
システム5は、成長するインゴット60が、その凝固の潜熱と溶融物からの熱流束とを放出できるようにするために、インゴット60の周りに配置された熱シールド116を含むことができる。熱シールド116は、少なくとも部分的に円錐形の形状であってもよく、インゴット60が配置される環状開口部を形成する角度で下方に傾斜している。アルゴンなどの不活性ガス64の流れは、典型的には、成長する結晶の長さに沿って供給される。インゴット60は、周囲の大気から封鎖された成長チャンバ78から引き上げられる。
独立して制御される複数の環状のボトムヒータ70は、るつぼアセンブリ10の下に放射状のパターンで配置されてもよい。環状のボトムヒータ70は、るつぼアセンブリ10のベース表面積全体にわたって比較的統制された分布で熱を加える。環状ベースヒータ70は、関連性と一貫性のあるすべての目的のために参照により本明細書に包含される、米国特許第7,635,414号に記載されているように、個別に制御される平面抵抗加熱素子であってもよい。システム5は、溶融中の温度分布を制御するために、るつぼアセンブリ10の半径方向外側に配置された1つまたは複数のサイドヒータ74を含むことができる。
図1に示し、本明細書に記載したインゴット成長システム5は例示的なものであり、特に明記しない限り、一般に、連続チョクラルスキー法によって結晶インゴットが調製される任意のシステムを使用することができる。
シリコンインゴット60を製造するためのシステム5は、インゴット成長を制御および/または監視するための制御システム80(図2)を含むことができる。システム80は、結晶成長に関連する1つまたは複数のパラメータを検出するユーザ入力およびセンサに基づいてインゴット成長システム5を制御する、制御ユニット82を含むことができる。例えば、光電池(すなわち高温計)のような温度センサ84は、溶融物の温度を、その表面で測定する。直径トランスデューサ86は、インゴット60の直径を測定する。レベルセンサは、インゴット成長システム5内の溶融物のレベルを測定する。重量センサ96を使用して、るつぼの重量またはインゴットの重量を測定することができる。制御ユニット82はまた、オペレータがインゴット成長を制御するための1つまたは複数のコマンド(例えば、セットポイント)の入力ができるユーザインターフェース88に、通信可能に接続され得る。システム5は、システム電力、電流、真空、長さ、移動、位置、速度、距離、回転、流量、圧力、体積および/または重量を含む、他の入力および/またはセンサ92を含むことができる。
制御ユニット82は、複数のプロセスパラメータを調整するために使用され、プロセスパラメータには、結晶回転速度、るつぼ回転速度、インゴット直径、および溶融温度のうちの少なくとも1つが含まれるが、これらに限定されない。制御ユニット82は、ヒータ電源123を制御して、ボトムヒータ70(独立しての制御も可能)および/またはサイドヒータ74の熱出力を制御することができる。制御ユニット82は、インゴット60の引き上げ速度および/または回転速度を制御するために引き上げ機構114に通信可能に接続され、るつぼアセンブリ10の回転速度を調整するためにるつぼ駆動ユニット44に接続される。制御ユニット82はまた、多結晶シリコン供給システム66を制御して、多結晶シリコンを溶融物に添加する速度を調整することができる。制御ユニット82はまた、ドーパント供給システム72に接続されて、溶融物へのドーパントの添加を調整することができる。制御ユニット82はまた、1つまたは複数のポンプおよびバルブを制御して、成長チャンバ圧力および/またはフィルタ洗浄を制御することができる。制御ユニット82は、1つまたは複数のアルゴリズム(例えば、制御ユニット82によって格納および/または実行されるアルゴリズム)を用いてシステム5を制御することができる。1つの制御ユニット82が図示されているが、システム80は、1つまたは複数のインゴット成長パラメータを制御するための2つ以上の制御ユニット82を含むことができる。
様々な実施形態では、制御ユニット82はプロセッサを含むことができ、プロセッサは、限定はしないが、温度センサ84、直径トランスデューサ86、およびレベルセンサ90を含む、システム5の様々なセンサから受信した信号を処理し、またシステム5の1つまたは複数のデバイスを制御するものであり、デバイスは、限定はしないが、るつぼ駆動ユニット44、引き上げ機構114、ヒータ電源123、真空ポンプ131、ガス流量調整器129、多結晶供給システム66、ドーパント供給システム72、およびそれらの任意の組み合わせを含む。
制御ユニット82は、コンピュータシステムであってもよい。本明細書に記載のコンピュータシステムは、任意の既知のコンピューティングデバイスおよびコンピュータシステムを指す。本明細書で記載するように、すべてのそのようなコンピュータシステムは、プロセッサおよびメモリを含む。しかしながら、本明細書で言及するコンピュータシステム内の任意のプロセッサはまた、1つまたは複数のプロセッサを指す場合もあり、プロセッサは、1つのコンピューティングデバイスまたは並列に動作する複数のコンピューティングデバイス内にあってもよい。さらに、本明細書で言及するコンピュータデバイス内の任意のメモリも、1つまたは複数のメモリを指す場合があり、メモリは、1つのコンピューティングデバイスまたは並列に動作する複数のコンピューティングデバイス内にあってもよい。
本明細書で使用するプロセッサという用語は、中央処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路(RISC)、特定用途向け集積回路(ASIC)、論理回路、および本明細書に記載の機能を実行することが可能な任意の他の回路またはプロセッサを指す。上記は単なる例であり、したがって、「プロセッサ」という用語の定義および/または意味を限定する意図は全くない。
本明細書で使用する場合、「データベース」という用語は、データ本体、リレーショナルデータベース管理システム(RDBMS)、またはその両方を指す場合がある。本明細書で使用する場合、データベースは、階層データベース、リレーショナルデータベース、フラットファイルデータベース、オブジェクトリレーショナルデータベース、オブジェクト指向データベース、およびコンピュータシステムに格納された任意の他の構造化されたレコードまたはデータの集合を含む、任意のデータ集合を含み得る。上記は単なる例であり、したがって、データベースという用語の定義および/または意味を限定する意図は全くない。RDBMSの例には、Oracle(登録商標)Database、MySQL、IBM(登録商標)DB2、Microsoft(登録商標)SQL Server、Sybase(登録商標)、およびPostgreSQLが含まれるが、これらに限定されない。しかしながら、本明細書に記載のシステムおよび方法を有効化する任意のデータベースを使用することができる。(Oracle、カリフォルニア州レッドウッドショアーズにあるOracle Corporationの登録商標である。IBMは、ニューヨーク州アーモンクにあるInternational Business Machines Corporationの登録商標である。Microsoftは、ワシントン州レドモンドにあるMicrosoft Corporationの登録商標である。Sybaseは、カリフォルニア州ダブリンにあるSybaseの登録商標である。)
一実施形態では、制御ユニット82を有効化するためのコンピュータプログラムが提供され、このプログラムはコンピュータ可読媒体上に具現化される。一例の実施形態では、コンピュータシステムは、サーバコンピュータへの接続を必要とせずに、1台のコンピュータシステム上で実行される。さらなる実施形態では、コンピュータシステムは、Windows(登録商標)環境で実行される(Windowsは、ワシントン州レドモンドにあるMicrosoft Corporationの登録商標である)。さらに別の実施形態では、コンピュータシステムは、メインフレーム環境およびUNIX(登録商標)サーバ環境上で実行される(UNIXは、英国バークシャー州レディングにあるX/Open Company Limitedの登録商標である)。あるいは、コンピュータシステムは、任意の適切なオペレーティングシステム環境で実行される。コンピュータプログラムは柔軟性があり、主要な機能を損なうことなく様々な異なる環境で動作するように設計されている。いくつかの実施形態では、コンピュータシステムは、複数のコンピューティングデバイスに分散された複数のコンポーネントを含む。1つまたは複数のコンポーネントは、コンピュータ可読媒体の中に具現化されたコンピュータ実行可能命令の形態であってもよい。
コンピュータシステムおよびプロセスは、本明細書に記載する特定の実施形態に限定されるものではない。さらに、各コンピュータシステムのコンポーネントおよび各プロセスは、本明細書に記載の他のコンポーネントおよびプロセスとは独立して別個に実施することができる。各コンポーネントおよびプロセスはまた、他のアセンブリパッケージおよびプロセスと組み合わせて使用されてもよい。
一実施形態では、コンピュータシステムは、サーバシステムとして構成されてもよい。図3はサーバシステム301の構成例を示しており、これは、本明細書に記載し、また図1~図2の実施形態に示したように、限定はしないが、温度センサ84、直径トランスデューサ86、およびレベルセンサ90、ならびにこれらの任意の組み合わせを含む1つまたは複数のセンサから測定値を受信するために使用され、また同様に、限定はしないが、るつぼ駆動ユニット44、引き上げ機構114、ヒータ電源123、供給システム66、真空ポンプ131、ガス流量調整器129、ドーパント供給システム72、およびこれらの任意の組み合わせを含むシステム5の1つまたは複数のデバイスを制御するために使用される。再び図3を参照すると、サーバシステム301はまた、限定はしないが、データベースサーバを含むことができる。この例示的な実施形態では、サーバシステム301は、本明細書に記載するように、システム80の1つまたは複数のデバイスを制御するために使用されるすべてのステップを実行する。
サーバシステム301は、命令を実行するためのプロセッサ305を含む。命令は、例えば、メモリ310に格納されてもよい。プロセッサ305は、命令を実行するための1つまたは複数の処理ユニットを(例えば、マルチコア構成で)含むことができる。命令は、例えばUNIX、LINUX、Microsoft Windows(登録商標)などのような、サーバシステム301上の様々な異なるオペレーティングシステム内で実行されてもよい。コンピュータベース方法の開始時に、初期化中に様々な命令が実行され得ることも理解されたい。本明細書に記載の1つまたは複数のプロセスを実行するために必要となる操作があり得るが、一方、より一般的な操作および/または特定のプログラミング言語(例えば、C、C#、C++、Java、または任意の他の適切なプログラミング言語)に固有の操作もあり得る。
プロセッサ305は、サーバシステム301がユーザシステムまたは別のサーバシステム301などのリモートデバイスと通信することができるように、通信インターフェース315に動作可能に結合される。例えば、通信インターフェース315は、要求(例えば、センサ入力を受信し、インターネットを介してクライアントシステムからシステム80の1つまたは複数のデバイスを制御するための対話型ユーザインターフェースを提供する要求)を受信することができる。
プロセッサ305はまた、ストレージデバイス134に動作可能に結合されてもよい。ストレージデバイス134は、データを格納および/または検索するのに適した任意のコンピュータ動作型ハードウェアである。いくつかの実施形態では、ストレージデバイス134は、サーバシステム301に統合される。例えば、サーバシステム301は、ストレージデバイス134として、1つ以上のハードディスクドライブを含み得る。他の実施形態では、ストレージデバイス134は、サーバシステム301の外部にあり、複数のサーバシステム301によってアクセスされ得る。例えば、ストレージデバイス134は、リダンダント・アレイ・オブ・インエクスペンシブ・ディスクズ(RAID)構成のハードディスクまたはソリッドステートディスクのような、複数のストレージユニットを含むことができる。ストレージデバイス134は、ストレージエリアネットワーク(SAN)および/またはネットワーク接続ストレージ(NAS)システムを含むことができる。
いくつかの実施形態では、プロセッサ305は、ストレージインターフェース320を介してストレージデバイス134に動作可能に結合される。ストレージインターフェース320は、プロセッサ305にストレージデバイス134へのアクセスを提供することができる任意のコンポーネントである。ストレージインターフェース320は、例えば、アドバンスト・テクノロジ・アタッチメント(ATA)アダプタ、シリアルATA(SATA)アダプタ、スモール・コンピュータ・システム・インターフェース(SCSI)アダプタ、RAIDコントローラ、SANアダプタ、ネットワークアダプタ、および/またはプロセッサ305にストレージデバイス134へのアクセスを提供する任意のコンポーネントを含むことができる。
メモリ310は、ダイナミックRAM(DRAM)またはスタティックRAM(SRAM)などのランダムアクセスメモリ(RAM)、読み出し専用メモリ(ROM)、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ(EPROM)、電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ(EEPROM)、および不揮発性RAM(NVRAM)を含むことができるが、これらに限定されない。上記のメモリタイプは単なる例であって、したがって、コンピュータプログラムのストレージに使用できるメモリのタイプを限定するものではない。
別の実施形態では、コンピュータシステムは、コンピューティングデバイス402(図4に示す)などのコンピューティングデバイスの形態で提供されてもよい。コンピューティングデバイス402は、命令を実行するためのプロセッサ404を含む。いくつかの実施形態では、実行可能命令はメモリ406に格納される。プロセッサ404は、1つまたは複数の処理ユニットを(例えば、マルチコア構成で)含むことができる。メモリ406は、実行可能命令および/または他のデータといった情報を格納および検索できるようにする任意のデバイスである。メモリ406は、1つまたは複数のコンピュータ可読媒体を含むことができる。
別の実施形態では、制御ユニット143のコンピューティングデバイスに含まれるメモリは、複数のモジュールを含むことができる。各モジュールは、少なくとも1つのプロセッサを使用して実行するように構成された命令を含むことができる。複数のモジュールに含まれる命令は、コンピューティングデバイスの1つまたは複数のプロセッサによって実行されると、本明細書に記載するように、複数のプロセスパラメータを同時に統制するための方法の少なくとも一部を実施することができる。コンピューティングデバイスのメモリに格納されるモジュールの非限定的な例には、1つ以上のセンサから測定値を受信する第1モジュールと、システム80の1つ以上のデバイスを制御する第2モジュールとが含まれる。
コンピューティングデバイス402はまた、ユーザ400に情報を提示するための1つの媒体出力コンポーネント408を含む。媒体出力コンポーネント408は、ユーザ400に情報を伝達することができる任意のコンポーネントである。いくつかの実施形態では、媒体出力コンポーネント408は、ビデオアダプタおよび/またはオーディオアダプタなどの出力アダプタを含む。出力アダプタは、プロセッサ404に動作可能に結合され、さらに、ディスプレイデバイス(例えば、液晶ディスプレイ(LCD)、有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイ、陰極線管(CRT)、または「電子インク」ディスプレイ)またはオーディオ出力デバイス(例えば、スピーカまたはヘッドホン)などの出力デバイスに動作可能に結合されるように構成される。
いくつかの実施形態では、クライアントコンピューティングデバイス402は、ユーザ400からの入力を受信するための入力デバイス410を含む。入力デバイス410は、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、マウス、スタイラス、タッチセンシティブパネル(例えば、タッチパッドまたはタッチスクリーン)、カメラ、ジャイロスコープ、加速度計、位置検出器、および/またはオーディオ入力デバイスを含むことができる。タッチスクリーンなどの単一のコンポーネントは、媒体出力コンポーネント408の出力デバイスと、入力デバイス410との両方で機能することが可能である。
コンピューティングデバイス402はまた、通信インターフェース412を含むことができ、これは、サーバシステム301またはウェブサーバなどのようなリモートデバイスに通信可能に結合するように構成される。通信インターフェース412は、例えば、有線または無線のネットワークアダプタまたは無線データトランシーバを含むことができ、これらは、携帯電話ネットワーク(例えば、グローバル移動体通信システム(GSM)、3G、4G、5G、またはBluetooth)または他のモバイルデータネットワーク(例えば、ワールドワイド・インターオペラビリティ・フォー・マイクロウェーブ・アクセス(WIMAX))と共に使用される。
メモリ406に格納されるのは、例えば、媒体出力コンポーネント408を介してユーザ400にユーザインターフェースを提供し、任意選択的に、入力デバイス410からの入力を受信して処理するための、コンピュータ可読命令である。ユーザインターフェースは、他もあり得るが、ウェブブラウザおよびアプリケーションを含むことができる。ウェブブラウザは、ユーザ400が、ウェブページまたはウェブサーバからのウェブサイト上に通常埋め込まれている媒体および他の情報を表示すること、またそれらとインタラクションすることを可能にする。アプリケーションは、ユーザ400がサーバアプリケーションとインタラクションすることを可能にする。ユーザインターフェースは、ウェブブラウザおよびアプリケーションの一方または両方を介して、低酸素含有量の単結晶シリコンインゴットの製造プロセスに関連する情報の表示を容易にする。
いくつかの実施形態では、図5に示すように、制御ユニット82はプロセッサ404およびメモリ406を含む。メモリ406は命令を格納し、プロセッサ404によって命令が実行されると、単結晶シリコンインゴット60の成長に関連する複数の成長パラメータをプロセッサ404に決定させる。プロセッサ404はまた、後述するように、成長パラメータのビジュアル表現を含む動的ステートチャート504(図6)をユーザに提供することができる。
いくつかの実施形態では、制御システム80(図2)は、単結晶シリコンインゴット60の成長に関連する複数の成長パラメータをユーザに提供するように構成される。例えば、図5に示すように、制御システム80は、図2に示すセンサのうちの1つまたは複数を含み得るセンサシステム94から入力を取得することができる。入力デバイス410はまた、制御ユニット82との通信が可能である。制御ユニット82は、図5に示すように、媒体出力408などを介して、ユーザインターフェース88に通信可能に接続される。ユーザインターフェース88は、単結晶シリコンインゴットの成長に関連する複数の成長パラメータを含む。ユーザインターフェース88は、ビジュアル媒体(例えば、情報を示す画面および/またはユーザからの情報の受信が可能な画面)を含むことができる。ユーザインターフェースは、プログラム、アプリケーション、および/またはウェブブラウザなどを含むことができる。
いくつかの実施形態では、インゴット成長システム5を修正、変更、または制御するための制御システム80は、後述する動的ステートチャート88を生成するために使用される制御ユニットとは異なる制御ユニット82を含む。他の実施形態では、インゴット成長システム5を修正、変更、または制御するための制御システム80は、ユーザインターフェース88を生成する同じシステムの一部であり、ユーザインターフェース88には動的ステートチャートが含まれる(すなわち、同じ制御ユニット82が使用される)。ユーザインターフェース88は、Microsoft Visual Studio、Oracle Java、Siemens Wincc、Wonderware Intouchなどの開発環境を含むことができる。開発環境は、インターフェースの特徴を生み出すために使用される。プログラム(例えば、ランタイムアプリケーション)が、マシン(例えば、コンピュータまたはサーバ)で動作して、ユーザインターフェース88を提供する。
いくつかの実施形態では、ユーザインターフェース88は、ユーザが目視可能な動的ステートチャートを含むか、そうでなければ表示する。例えば、動的ステートチャートは、成長パラメータの変化に応じて変化する複数の成長パラメータのビジュアル(例えばグラフィカル)表現を提供することができる。例示的な動的ステートチャート504を図6に示す。例示的な動的ステートチャート504は、セクタ518、528、538、548に分割された円形ステートチャートである。各セクタは、異なる成長パラメータに関連付けられる。図6には4つのセクタが示されているが、ステートチャート504は、インゴット成長パラメータに関連する、より多いまたはより少ないセクタ(例えば、2以上のセクタ、3以上、4以上、5以上、6以上、8以上、または10以上のセクタ)を含むことができる。動的ステートチャート504のセクタに関連し得る適切なインゴット成長パラメータには、例えば、限定はしないが、インゴットターゲット長、インゴット直径、シードリフト速度、熱シールドと溶融表面との間の距離(すなわち、熱シールド位置)、るつぼへのポリシリコン供給速度(連続チョクラルスキーシステムにあるような)、るつぼへのドーパント供給速度、インゴット引き上げ装置圧力、インゴット成長速度(例えば、クラウンの半径方向の成長速度)などが含まれる。
いくつかの実施形態では、円形ステートチャートは、1つまたは複数の動的特徴を有することができる。例えば、1つまたは複数のセクタ518、528、538、548は、対応するインゴット成長パラメータの値の変化に応じてサイズを変化させることができる。各セクタ518、528、538、548は、円形ステートマップの中心C504からセクタ518、528、538、548のそれぞれの外縁E518、E528、E538、E548へと伸びる半径R518、R528、R538、R548を有し得る。半径R518、R528、R538、R548は、成長パラメータ値の変化に応じて変化する。
円形ステートチャート504のセクタ518、528、538、548のうちの1つまたは複数は、最小成長パラメータビジュアル520および/または最大成長パラメータビジュアル525を含むことができる。図示の実施形態では、最小成長パラメータビジュアル520は、第1円弧であり、最大成長パラメータビジュアル525は、第1円弧から半径方向外側に配置された第2円弧である。第1および第2円弧520、525は、環状セクタ530を画定する。環状セクタ530は、それぞれの成長パラメータの許容範囲を表すことができる。
図示の実施形態では、動的ステートチャート504はまた、ターゲット成長パラメータビジュアル540を含む。ターゲット成長パラメータビジュアル540は、各セクタに関連付けられ、それぞれの成長パラメータのターゲット値を表すことができる。ターゲット成長パラメータビジュアル540は、図6に示すように第3円弧であってもよい。
インゴット成長パラメータは、円形ステートチャート504の半径にわたって正規化され得る。例えば、最小円弧520が円を形成し、ターゲット成長パラメータ円弧540が円を形成し、最大円弧525が円を形成するように、各セクタ518、528、538、548の最小、最大、およびターゲット成長パラメータ円弧は、それぞれ同じ半径方向位置(すなわち、円形ステートチャート中心C504からの距離が同じ)にあってもよい。他の実施形態では、セクタ518、528、538、548の円弧は、異なる半径方向位置にある。
いくつかの実施形態では、各セクタ518、528、538、548は、それぞれのインゴット成長パラメータ値の変化に応じて色および/または暗さが変化する。例えば、ターゲット値以下にあるセクタ(ターゲット円弧540で示す)は、第1色であってもよいし(第1、第2、および第3セクタ518、528、538に第1点描パターンで表示)、ターゲット値超のセクタは、第2色であってもよい(第4セクタ548に第2点描パターンで表示)。いくつかの実施形態では、色または色の濃さは、セクタ内で変化し得る。例えば、セクタ内の色は、中心C504から外縁E518、E528、E538、E548に向かって徐々に暗くなってもよい(例えば、セクタは最大ターゲット成長パラメータビジュアル525で最も暗くなる)。
円形ステートチャート504は、1つまたは複数のインゴット成長パラメータを監視するために1つまたは複数のローブ522、524、526、532を含むことができる。ローブ522、524、526、532は、インゴット成長パラメータの変化に基づいて円形チャート中心C504からの距離が変わってもよい。あるいは、ローブ522、524、526、532は、インゴット成長パラメータの変化に応じて色またはサイズが変わってもよい。
ステートチャート504は、例示的なステートチャートであり、特に明記しない限り、2つ以上のインゴット成長パラメータに関する情報をユーザに提供する他のステートチャートが使用されてもよい。
ステートチャート504で監視される1つまたは複数の成長パラメータは、インゴット成長システム5(図1)において直接測定され得る。例えば、パラメータは、センサシステム94(図5)のセンサによって測定されてもよい。例示的なセンサは、温度センサ84、直径トランスデューサ86、およびレベルセンサ90、ならびに重量センサ96を含む。直接測定される代わりに、1つまたは複数の成長パラメータは、制御ユニット82に格納されたアルゴリズムなどのようなアルゴリズムによって生成されてもよい。
連続チョクラルスキー法で単結晶シリコンインゴットを成長させる従来の方法およびシステムと比較して、本開示の実施形態の方法にはいくつかの利点がある。動的ステートチャートを提供することにより、オペレータはいくつかのインゴット成長パラメータに迅速にアクセスすることができ、これにより、複数の場所(例えば、複数のページ)においてパラメータにアクセスするシステムと比較して、インゴット成長システムへの変更を迅速に行うことができる。動的ステートチャートがセクタに分割された動的円形マップである実施形態では、各セクタをインゴット成長パラメータに関連付けることができ、このパラメータによってオペレータは、システムのパフォーマンスについて即座に概要を得ることができる。インゴット成長パラメータは、動的ステートチャートで正規化されてもよく、動的ステートチャートは、パラメータに共通の成長ビジュアル(例えば、動的ステートチャート内の円弧によって個別に表すことができる、最小成長ビジュアル、最大成長ビジュアル、および/またはターゲット成長ビジュアル)を持たせることができる。動的ステートチャートは、情報でオペレータを圧倒することなく、オペレータがシステムパラメータに迅速にアクセスできるようにする。
本開示のプロセスは、さらに、以下の実施例によって説明される。これらの実施例は、限定的な意味で捉えるべきではない。
実施例1:4つのインゴット成長パラメータを含む動的ステートチャート
連続チョクラルスキーインゴット成長システムにおいてインゴット成長を制御するために開発された動的ステートチャートを図6に示す。動的ステートチャートは、4つのセクタ518、528、538、548(破線で分けて表示)を有する動的円形チャートである。第1セクタ518および第3セクタ538は、他のインゴット成長パラメータ(例えば、重量、温度、直径、レベル、システム圧力など)を表す「値D」を監視する。第2セクタ528は、シードリフト(すなわち、インゴット引き上げ装置内で種結晶122が育つ速度)を監視する。第4セクタ548は、インゴットの成長速度を監視する。図6の動的ステートチャートに示すように、「値D」は、中央の円弧540で示したターゲット成長値またはその付近にある。シードリフトはターゲット値を下回り、成長速度はターゲット値を上回る。動的ステートチャートによって、複数の成長パラメータを1つのビジュアルで監視および制御することが可能になる。
連続チョクラルスキーインゴット成長システムにおいてインゴット成長を制御するために開発された動的ステートチャートを図6に示す。動的ステートチャートは、4つのセクタ518、528、538、548(破線で分けて表示)を有する動的円形チャートである。第1セクタ518および第3セクタ538は、他のインゴット成長パラメータ(例えば、重量、温度、直径、レベル、システム圧力など)を表す「値D」を監視する。第2セクタ528は、シードリフト(すなわち、インゴット引き上げ装置内で種結晶122が育つ速度)を監視する。第4セクタ548は、インゴットの成長速度を監視する。図6の動的ステートチャートに示すように、「値D」は、中央の円弧540で示したターゲット成長値またはその付近にある。シードリフトはターゲット値を下回り、成長速度はターゲット値を上回る。動的ステートチャートによって、複数の成長パラメータを1つのビジュアルで監視および制御することが可能になる。
実施例2:7つのインゴット成長パラメータを含む動的ステートチャート
7つのインゴット成長パラメータを示す動的ステートチャート604を図7に示す。動的ステートチャートは、熱シールド位置を監視する第1セクタ618と、シードリフト速度を監視する第2セクタ628と、インゴットの直径を監視する第3セクタ638と、インゴットのターゲット長を監視する第4セクタ648と、インゴット成長システム圧力を監視する第5セクタ658と、溶融物へのドーパント供給速度を監視する第6セクタ668と、シリコンが溶融物に添加される速度を監視する第7セクタ678とを含む動的円形ステートチャートである。監視されるパラメータは、直接測定されてもよいし、あるいは1つまたは複数のアルゴリズムの出力であってもよい。成長パラメータは、各セクタのターゲット成長ビジュアル(すなわち円弧)が円形マップ中心C604から同じ距離にあるように正規化されている。
7つのインゴット成長パラメータを示す動的ステートチャート604を図7に示す。動的ステートチャートは、熱シールド位置を監視する第1セクタ618と、シードリフト速度を監視する第2セクタ628と、インゴットの直径を監視する第3セクタ638と、インゴットのターゲット長を監視する第4セクタ648と、インゴット成長システム圧力を監視する第5セクタ658と、溶融物へのドーパント供給速度を監視する第6セクタ668と、シリコンが溶融物に添加される速度を監視する第7セクタ678とを含む動的円形ステートチャートである。監視されるパラメータは、直接測定されてもよいし、あるいは1つまたは複数のアルゴリズムの出力であってもよい。成長パラメータは、各セクタのターゲット成長ビジュアル(すなわち円弧)が円形マップ中心C604から同じ距離にあるように正規化されている。
本明細書で使用される場合、「約」、「実質的に」、「本質的に」、および「およそ」という表現は、寸法、濃度、温度または他の物理的もしくは化学的特性もしくは特徴の範囲と共に使用される場合、特性または特徴の範囲の上限および/または下限に存在し得る変動を網羅することを意味し、変動は例えば、丸め、測定方法論、または他の統計的変動から生じる変動を含む。
本開示またはその実施形態の要素を導入する場合、冠詞の「a(1つの)」、「an(1つの)」、「the(その)」、および「前記」は、1つまたは複数の要素があるという意味を持たせている。「備える」、「含む」、「含有する」、および「有する」という表現は、包括的であることを意図しており、列挙した要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味する。特定の向き(例えば、「上面」、「底面」、「側面」など)を示す表現の使用は、便宜的な記述であり、記載したアイテムの特定の向きは必要としない。
本開示の範囲から逸脱することなく上記の構成および方法に様々な変更を加えることができるので、上記の説明に含まれ、添付の図面に示された事項はすべて、限定的な意味ではなく、例示として解釈されるべきであることを意図している。
Claims (23)
- チョクラルスキー法において単結晶シリコンインゴットを成長させる方法であって、
るつぼ内でシリコンの溶融物を調製することと、
単結晶シリコンインゴットを溶融物から引き出すことと、
前記単結晶シリコンインゴットの成長に関連する複数の成長パラメータを提供することと、
前記成長パラメータのビジュアル表現を含む動的ステートチャートを提供することと、
を含む方法。 - 前記シリコンインゴットを前記溶融物から引き出しながら多結晶シリコンを前記溶融物に添加して、前記るつぼ内にシリコンを補充することをさらに含む請求項1に記載の方法。
- 前記動的ステートチャートは、セクタに分割された円形ステートチャートであり、各セクタが成長パラメータに関連付けられている請求項1または2に記載の方法。
- 前記円形ステートチャートには中心があり、各セクタは外縁と、前記円形ステートチャートの中心から前記外縁まで延びる半径とを有し、前記半径は前記成長パラメータ値の変化に応じて変化する請求項3に記載の方法。
- 前記動的ステートチャートが、各成長パラメータに関連する最小および最大の成長パラメータビジュアルを含む請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記動的ステートチャートは円形ステートチャートであり、前記最小成長パラメータビジュアルは第1円弧であり、前記最大成長パラメータビジュアルは前記第1円弧から半径方向外側に配置された第2円弧であり、前記第1円弧および前記第2円弧が、前記成長パラメータの許容範囲を表す環状セクタを画定する請求項5に記載の方法。
- 前記動的ステートチャートは、ターゲット成長パラメータビジュアルを含み、前記ターゲット成長パラメータビジュアルは、第3円弧であり、前記第3円弧が、前記第1円弧と前記第2円弧との間に配置される請求項6に記載の方法。
- 各セクタの第1円弧が、第1円弧が結合して第1円を形成するように円形ステートチャートの中心から同じ距離にあり、
各セクタの第2円弧が、第2円弧が結合して第1円と同心の第2円を形成するように円形ステートチャートの中心から同じ距離にある、
請求項6または7に記載の方法。 - 前記成長パラメータが、インゴットターゲット長、インゴット直径、シードリフト速度、熱シールド位置、ポリシリコン供給速度、ドーパント供給速度、インゴット引き上げ装置圧力およびインゴット成長速度からなる群から選択される、請求項1~8のいずれか1項に記載の方法。
- 1つまたは複数の成長パラメータ値の変化に基づいて前記ビジュアル表現の色を変えることをさらに含む請求項1~9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記複数の成長パラメータが、
インゴット成長システム内の前記成長パラメータを測定することによって提供され、前記るつぼは前記インゴット成長システムの成長チャンバ内に配置されているか、または、
アルゴリズムから前記成長パラメータを生成することによって提供される、
請求項1~10のいずれか1項に記載の方法。 - 単結晶シリコンインゴットを製造するためのインゴット成長システムであって、前記システムが、
成長チャンバと、
溶融シリコンを含む溶融物を保持するように構成された、前記成長チャンバ内に配置されたるつぼと、
前記溶融物からインゴットを引き出すためのインゴット引き上げ機構と、
プロセッサとメモリとを備える制御ユニットであって、前記メモリが命令を格納し、命令が前記プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、
前記単結晶シリコンインゴットの成長に関する複数の成長パラメータを決定させ、
前記成長パラメータのビジュアル表現を含む動的ステートチャートをユーザに提供させる、制御ユニットと、
を含むインゴット成長システム。 - シリコンインゴットを前記溶融物から引き出しながら多結晶シリコンを前記溶融物に添加して、前記るつぼ内にシリコンを補充することをさらに含む請求項12に記載のインゴット成長システム。
- 前記動的ステートチャートは、セクタに分割された円形ステートチャートであり、各セクタが成長パラメータに関連付けられている請求項13に記載のインゴット成長システム。
- 前記円形ステートチャートには中心があり、各セクタは外縁と、前記円形ステートチャートの中心から前記外縁まで延びる半径とを有し、前記半径は前記成長パラメータ値の変化に応じて変化する請求項14に記載のインゴット成長システム。
- 前記動的ステートチャートが、各成長パラメータに関連する最小および最大の成長パラメータビジュアルを含む請求項12~15のいずれか1項に記載のインゴット成長システム。
- 前記動的ステートチャートは円形ステートチャートであり、前記最小成長パラメータビジュアルは第1円弧であり、前記最大成長パラメータビジュアルは前記第1円弧から半径方向外側に配置された第2円弧であり、前記第1円弧および前記第2円弧が、前記成長パラメータの許容範囲を表す環状セクタを画定する請求項16に記載のインゴット成長システム。
- 前記動的ステートチャートは、ターゲット成長パラメータビジュアルを含み、前記ターゲット成長パラメータビジュアルは、第3円弧であり、前記第3円弧が、前記第1円弧と前記第2円弧との間に配置される請求項17に記載のインゴット成長システム。
- 各セクタの第1円弧が、第1円弧が結合して第1円を形成するように円形ステートチャートの中心から同じ距離にあり、
各セクタの第2円弧が、第2円弧が結合して第1円と同心の第2円を形成するように円形ステートチャートの中心から同じ距離にある請求項17または18に記載のインゴット成長システム。 - 前記成長パラメータが、インゴットターゲット長、インゴット直径、シードリフト速度、熱シールド位置、ポリシリコン供給速度、ドーパント供給速度、インゴット引き上げ装置圧力およびインゴット成長速度からなる群から選択される請求項12~19のいずれか1項に記載のインゴット成長システム。
- 前記メモリが命令を格納し、命令が前記プロセッサによって実行されると、成長パラメータ値の変化に基づいて前記ビジュアル表現の色を前記プロセッサに変更させる請求項12~20のいずれか1項に記載のインゴット成長システム。
- 前記システムは1つまたは複数のインゴット成長パラメータを測定するセンサシステムを備え、前記センサシステムが前記制御ユニットに通信可能に接続される請求項12~21のいずれか1項に記載のインゴット成長システム。
- 前記システムが、アルゴリズムから1つまたは複数のインゴット成長パラメータを生成するように構成される請求項12~21のいずれか1項に記載のインゴット成長システム。
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