JPS63107888A - 単結晶引上げ装置の熱分布検知方法及び自動制御方法 - Google Patents

単結晶引上げ装置の熱分布検知方法及び自動制御方法

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JPS63107888A
JPS63107888A JP25633286A JP25633286A JPS63107888A JP S63107888 A JPS63107888 A JP S63107888A JP 25633286 A JP25633286 A JP 25633286A JP 25633286 A JP25633286 A JP 25633286A JP S63107888 A JPS63107888 A JP S63107888A
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JP
Japan
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heater
crucible
single crystal
height
carbon heater
Prior art date
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Pending
Application number
JP25633286A
Other languages
English (en)
Inventor
Haruo Yamamura
山村 春夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KYUSHU DENSHI KINZOKU KK
Osaka Titanium Co Ltd
Original Assignee
KYUSHU DENSHI KINZOKU KK
Osaka Titanium Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、チョクラルスキ方式の単結晶引上げ装置(
以下CZ炉という)のカーボン製加熱器の熱分布を検知
する方法、及び検知した熱分布に基いて石英ルツボの高
さ位置を適正な位置に自動制御する方法に関する。
従来の技術 CZ炉の加熱器としては、カーボン製加熱器が多用され
ており、炉は第3図に示すように、支軸(5)に支承し
た回転及び昇降自在の石英ルツボ(1)の周囲に円筒状
のカーボン製加熱器(2)を設け、さらに外周容器(3
)の内側に断熱性の保温筒(4)を介在してなる。そし
て、外周容器には一つの孔(13)が設けられており、
外部から放射温度計(14)で内側の保温筒(4)の温
度を測定して炉内温度を推定していた。
上記カーボン製加熱器(2)は第4図に示すように、左
右両端に電源接続部(2−1)を設け、電流が直列に流
れるように構成され、各部を流れる電流は一様で、各部
の発熱量は各部の電気抵抗に正比例する。
CZ炉は操業状態において、1500℃程度に加熱され
た石英ルツボから成分の二酸化けい素(Si 02)が
溶出し酸素が発生する。この酸素は加熱されたカーボン
製加熱器(2)と反応し、二酸化炭素(COt)となり
、加熱器は消耗して断面積が小さくなる。
カーボン製加熱器の電気抵抗は断面積に反比例するため
、細くなった部分の電気抵抗は他の部分より増加し、か
つ流れる電流は同じであるため発熱量が大きくなる。そ
の関係を第5図に示す。
このように、局部的に発熱量が大きく温度が上昇すると
、この高温化した部分はますます酸化され細くなる。
このような局部的高温化によりルツボ内の原料シリコン
は局部的に過熱されるので、単結晶引上げには不都合で
ある。
上記局部的に高温化した部分を有効に利用し原料シリコ
ンを均一に溶融するため、従来より石英ルツボを回転さ
せ、かつ経験上最も温度が高いと考えられる位置に石英
ルツボの高さ位置を調整することが行われていた。
そして、局部的な高温部分を知る手段としては、カーボ
ン製加熱器の使用時間と高さ方向での発熱量最大位置、
いわゆるホットゾーン位置との関係式を経験に基いて求
めておき、実際の使用時間からホットゾーン位置を推定
する方法、又は目視によりカーボン製加熱器の細り具合
を見て局部発熱の程度とホットゾーン位置を推定する方
法が行われている。
発明が解決しようとする問題点 カーボン製加熱器は前記のようにして酸化消耗するが、
その酸化消耗は加熱された石英ルツボより溶出する酸素
量により決るので、常に変化して一定していない。
したがって、過去のデータに基いて経験的に求めた関係
式からのホットゾーン推定は精度が悪い。
又、目視法は定性的な判断しかできないばかりか、個人
差による誤差が生じ不適である。
この発明は、かかる現状にかんがみ、カーボン製加熱器
の熱分布をより正確に検知し石英ルツボの高さ位置を、
カーボン製加熱器の最も温度の高い部分に対応して適正
な位置に自動調整し、原料シリコンを効率良く溶融させ
るため、カーボン製加熱器の発熱量を定量的に求め、そ
の熱分布を検出すると共に、石英ルツボの高さ位置を最
も熱効率のよい高さ位置に自動制御する方法を提供する
ものである。
問題点を解決するための手段 この発明は、単結晶引上げ装置の外周容器と保温筒に高
さ方向に位置を違えた複数箇所の孔を穿設して内部のカ
ーボン製加熱器を透視可能に設け、外周容器の8孔に放
射温度計を対設して連続的にカーボン製加熱器の高さ方
向各部の温度を測定してカーボン製加熱器の熱分布を検
出し、又この熱分布に基いて石英ルツボの適正な高さ位
置を演算して制御装置に入力し、制御装置からの制御指
令により石英ルツボを適正な高さ位置に自動調整するこ
とにある。
この発明において、カーボン製加熱器を透視可能に設け
た外周容器と保温筒との組合せ孔は、高さ方向に複数箇
所設定するが、正確な熱分布を検出するには3箇所以上
設けることが望ましい。
作  用 この発明によれば、外周容器と保温筒に穿設した孔を通
してカーボン製加熱器の各部の温度が連続して測定され
、加熱器の熱分布を正確に検出することができる。又、
この熱分布に基いて適正なルツボ高さ位置を演算し、か
つ制御装置の制御指令によりルツボを常に適正な高さ位
置に自動制御できる。
実施例 第1図に示すように、駆動装置(11)により回転及び
昇降自在の支軸(5)に石英ルツボ(1)を支承し、石
英ルツボ(1)と外周容器(3)との間に同心してカー
ボン製加熱器(2)と保温筒(4)を配設し、カーボン
製加熱器(2)に対向する外周容器(3)の周壁及び保
温筒(4)には加熱器を透視することができ、かつ高さ
方向に位置を違えた孔(6−1)(7−1)と(6−2
)(7−2)と(6−3) (7−3)を穿設し、外周
容器の孔(6−1) (6−2) (6−3)の外側に
はそれぞれ放射温度計A、B、Cを対設する。そして、
放射温度計により連続的に測定されるカーボン製加熱器
(2)からの放射光信号は温度変換装置(8)、演算装
置(9)、制御装置(10)により処理され、駆動装置
(11)を自動操作するように構成する。なお、(12
)は原料シリコンの未融解量推定装置である。
上記装置により、この発明を実施するには、通電して加
熱状態にあるカーボン製加熱器(2)の温度を各放射温
度計A、B、Cにより連続して測定し、その信号を温度
換算装置(8)に入力して温度に換算し、演算装置(9
)で高温位置を検出すると共に、他の位置との温度差を
演算する。一方、未融解量推定装置(12)により、投
入電力量と原料装入量とに基いて溶解せずに残っている
原料シリコン邑を推定し、その結果を演算装置(9)に
入力して石英ルツボ内における未溶融位置を計算し、カ
ーボン製加熱器(2)の最高温度位置に一致するように
石英ルツボの高さ位置を演算する。そして、この演算値
は制御装置(10)に入力し、制御装置(10)からの
制御信号により駆動装置(11)を制御運転して石英ル
ツボ(1)を加熱効率の最もよい適正な高さ位置に移動
させる。
上記のごとく、操業中はカーボン製加熱器の温度を連続
的に測定して熱分布を求め、これに基いて加熱器の最高
温度部分にルツボが相対するように自動制御する。
上記C7炉を使って、第1表に示す操業条件で連続的に
操業した。
第1表 その間測定した加熱器温度の経時変化を放射温度計A、
B、C個別に集計した結果を第2図に示す。この結果よ
り、放射温度計Aで測定した上部と放射温度計Cで測定
した下部の温度は使用日数が増しても温度差は認められ
ないが、放射温度計Bで測定した中央部の温度は使用日
数が増すにしたがって温度が上昇しており、加熱後の中
央部分の酸化消耗が激しいことがわかる。
酸化消耗の程度よりルツボの寿命を判断するため、前記
温度変換装置(10)はカーボン製加熱器(2)の温度
差があらかじめ設定した値(この値は操業経過時間と投
入電力により異なる)、例えば100℃を超えると寿命
が尽きたものと判断して交換を指示するように設ける。
発明の効果 この発明は、CZ炉のカーボン製加熱器の温度を連続し
て定量的に計測して正確な熱分布を検知できる。又、こ
の熱分布に基いて石英ルツボの適正高さ位置を演算し、
これに基く制御指令により石英ルツボを加熱効率の良い
適正位置に保持しながら操業できるから、融解した原料
シリコンの温度分布を安定させることができ、製造され
る単結晶の品質及び歩留を向上できる。又、カーボン製
加熱器の寿命を熱分布に基いて現実的に判断することに
より、合理的な取換えができ消耗資材費の節減を図るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の制御方法を実施するための一実施例
における装置の説明図、第2図はこの発明の実施により
測定されたカーボン製加熱器温度の経時変化を示すグラ
フ、第3図はCZ炉に使用するカーボン製加熱器の斜視
図、第5図は同一電流を流した場合のカーボン製加熱器
の断面積と発熱量の関係を示すグラフである。 1・・・石英ルツボ、  2・・・カーボン製加熱器、
3・・・外周容器、   4・・・保温筒、5・・・支
軸、 8−1.6−2.6−3・・・孔、 7−1.7−2.7−3・・・孔、 8・・・温度変換装置、 9・・・演算装置、10・・
・制御装置、   11・・・駆動装置、12・・・未
融解量推定装置。 第2図 使用日数(日) 第3図 第4図 第5図 断面積(国2) 手続ネ甫正書(方式) %式% 2、発明の名称 単結晶引上げ装置の熱分布検知方法及び自動制御方法3
、補正をする者 名称 九州電子金属株式会社(ほか1名)4、代理人 5、手続補正指令の日付  昭和62年1月27日6、
補正の対象 1、本願明細書10頁7〜8行の「第3図はCZ炉に使
用するカーボン製加熱器の斜視図、」を「第3図は従来
のCZ炉の縦断面図、第4図はCZ炉に使用するカーボ
ン製加熱器の斜視図、」と補正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 単結晶引上げ装置の外周容器と保温筒に高さ方向に
    位置を違えた複数箇所の孔を穿設して内部のカーボン製
    加熱器を透視可能に設け、外周容器の各孔に放射温度計
    を対設して連続的にカーボン製加熱器の高さ各部温度を
    測定して加熱器の熱分布を検出することを特徴とする単
    結晶引上げ装置の熱分布検知方法。 2 単結晶引上げ装置の外周容器と保温筒に高さ方向に
    位置を違えた複数箇所の孔を穿設して内部のカーボン製
    加熱器を透視可能に設け、外周容器の各孔に放射温度計
    を対設して連続的にカーボン製加熱器の高さ方向各部の
    温度を測定して加熱器の熱分布を検出し、この熱分布か
    ら石英ルツボの適正な高さ位置を演算して制御装置に入
    力し、制御装置からの制御指令により石英ルツボを適正
    な高さ位置に自動調整することを特徴とする単結晶引上
    げ装置の自動制御方法。
JP25633286A 1986-10-27 1986-10-27 単結晶引上げ装置の熱分布検知方法及び自動制御方法 Pending JPS63107888A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7033070B2 (en) * 2000-06-26 2006-04-25 Nec Corporation Method and apparatus for measuring temperature
JP2019019035A (ja) * 2017-07-20 2019-02-07 株式会社Sumco シリコン単結晶の製造方法
CN112146729A (zh) * 2019-06-28 2020-12-29 北京铂阳顶荣光伏科技有限公司 坩埚内原料剩余量的检测装置及检测方法

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JPS61146787A (ja) * 1984-12-19 1986-07-04 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 単結晶引上げ装置用加熱体の温度分布測定装置

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