KR102392494B1 - 실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법, 실리콘 단결정의 산소 농도 추정 방법, 실리콘 단결정의 제조 방법 및, 실리콘 단결정의 인상 장치 - Google Patents

Abstract

실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법은, 회전하고 있는 석영 도가니 내의 실리콘 융액에 대하여, 석영 도가니를 사이에 두어고 배치된 한 쌍의 자성체를 이용하여 강도가 0.2테슬라 이상인 수평 자장을 인가하는 공정과, 수평 자장이 인가된 실리콘 융액에 종결정을 착액하기 전에, 실리콘 융액의 표면 중, 연직 상방으로부터 보았을 때의 표면의 중심을 통과하고 또한 수평 자장의 중심의 자력선과 평행이 아닌 제1 가상선상에 위치하는 제1 계측점 및 제2 계측점의 온도를 계측하는 공정과, 계측된 제1 계측점 및 제2 계측점의 온도에 기초하여, 실리콘 융액 내의 수평 자장의 인가 방향에 직교하는 평면에 있어서의 대류의 방향을 추정하는 공정을 구비하고 있다.

Description

실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법, 실리콘 단결정의 산소 농도 추정 방법, 실리콘 단결정의 제조 방법 및, 실리콘 단결정의 인상 장치

본 발명은, 실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법, 실리콘 단결정의 산소 농도 추정 방법, 실리콘 단결정의 제조 방법 및, 실리콘 단결정의 인상 장치에 관한 것이다.

실리콘 단결정의 제조에는 초크랄스키법(이하, CZ법이라고 함)이라고 불리는 방법이 사용된다. 이러한 CZ법을 이용한 제조 방법에 있어서, 실리콘 융액의 표면 온도를 정확하게 계측함으로써, 실리콘 단결정의 품질을 향상시키는 것이 행해지고 있다(예를 들면, 특허문헌 1∼3 참조).

특허문헌 1에는, 종결정(seed crystal)의 착액 전에 있어서, 실리콘 융액의 표면 온도를 고정밀도로 계측함으로써, 유전위화(dislocation)가 발생하고 있지 않은 실리콘 단결정을 제조하는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 2에는, 도가니의 벽면이나 히터 등에서의 복사광(미광(stray light))을 제거하는 미광 제거판을 형성함으로써, 실리콘 단결정의 육성 중에, 미광의 영향을 제거한 실리콘 융액의 표면 온도를 고정밀도로 계측할 수 있는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 3에는, 실리콘 융액의 복사광과 실리콘 융액 표면에서 반사한 미광에 기초하는 온도를 계측하는 방사 온도계와, 미광에 기초하는 온도를 계측하는 2색 방사 온도계를 형성함으로써, 실리콘 단결정의 육성 중에, 미광의 영향을 제거한 실리콘 융액의 표면 온도를 고정밀도로 계측할 수 있는 것이 개시되어 있다.

일본공개특허공보 2012-148938호 일본공개특허공보 평9-263486호 일본공개특허공보 평6-129911호

실리콘 단결정의 제조 방법으로서, 실리콘 융액에 수평 방향의 자장을 인가하는 MCZ(자장 인가 초크랄스키)법이 알려져 있다.

MCZ법에 있어서도, 특허문헌 1∼3과 같은 방법을 이용하여 실리콘 단결정의 품질을 향상시키는 것을 생각할 수 있지만, 소망하는 산소 농도가 되지 않는 경우가 있다는 다른 문제가 발생했다.

본 발명의 목적은, 인상 전에 실리콘 단결정의 산소 농도를 적절히 추정할 수 있는 실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법, 실리콘 단결정의 산소 농도 추정 방법, 실리콘 단결정의 제조 방법 및, 실리콘 단결정의 인상 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법은, 실리콘 단결정의 제조에 이용하는 실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법으로서, 회전하고 있는 석영 도가니 내의 실리콘 융액에 대하여, 강도가 0.2테슬라 이상인 수평 자장을 인가하는 공정과, 상기 수평 자장이 인가된 실리콘 융액에 종결정을 착액하기 전에, 상기 실리콘 융액의 표면 중, 연직 상방으로부터 보았을 때에 상기 표면의 중심을 통과하고 또한 상기 수평 자장의 중심의 자력선과 평행이 아닌 제1 가상선상에 위치하는 제1 계측점 및 제2 계측점의 온도를 계측하는 공정과, 계측된 상기 제1 계측점 및 상기 제2 계측점의 온도에 기초하여, 상기 실리콘 융액 내의 상기 수평 자장의 인가 방향에 직교하는 평면에 있어서의 대류의 방향을 추정하는 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

수평 자장을 인가하고 있지 않은 실리콘 융액에는, 당해 실리콘 융액의 외측 부분으로부터 상승하여 중앙 부분에서 하강하는 하강류가 발생하고 있다. 이 상태에서 석영 도가니를 회전시키면, 하강류는, 회전 중심으로부터 어긋난 위치로 이동하고, 석영 도가니의 상방으로부터 보아, 석영 도가니의 회전 방향으로 회전한다. 이 상태에서 강도가 0.01테슬라 이상인 수평 자장을 인가하면, 상방으로부터 보았을 때의 하강류의 회전이 구속된다. 그 후, 추가로 자장 강도를 올리면, 실리콘 융액의 표면의 중심을 원점, 상방을 Z축의 정(正)방향, 수평 자장의 인가 방향을 Y축의 정방향으로 한 오른손 좌표계의 XYZ 직교 좌표계에 있어서, Y축의 부(負)방향측으로부터 보았을 때의 실리콘 융액 내의 수평 자장의 인가 방향에 직교하는 평면(이하, 「자장 직교 단면」이라고 함)에 있어서의 하강류의 우측과 좌측에 있어서의 상승 방향의 대류의 크기가 변화한다. 그리고, 0.2테슬라가 되면, 실리콘 융액 내에 있어서의 인가 방향의 어느 위치에 있어서도, 어느 한쪽의 대류가 소거되고, 우회전이나 좌회전의 대류만이 남는다. 자장 직교 단면에 있어서 대류가 우회전으로 고정된 경우, 실리콘 융액은, 좌측이 우측보다도 고온이 된다. 또한, 대류가 좌회전으로 고정된 경우, 실리콘 융액은, 우측이 좌측보다도 고온이 된다.

실리콘 단결정의 인상 장치는, 대칭 구조로 설계되기는 하지만, 엄밀하게 본 경우, 구성 부재가 대칭 구조로 되어 있지 않기 때문에, 챔버 내의 열 환경도 비대칭이 된다.

예를 들면, 자장 직교 단면에 있어서 석영 도가니의 좌측이 우측보다도 고온이 되는 바와 같은 열 환경의 인상 장치에 있어서, 대류가 우회전으로 고정되면, 우회전의 대류에서는 실리콘 융액의 좌측이 고온이 되기 때문에, 열 환경과의 상승 효과로 실리콘 융액 좌측이 보다 고온이 된다. 한편, 대류가 좌회전으로 고정되면, 우회전의 경우와 같은 열 환경과의 상승 효과가 발생하지 않아, 실리콘 융액 좌측이 그다지 고온이 되지 않는다.

실리콘 융액의 온도가 높을수록 석영 도가니로부터 용출되는 산소의 양이 많아지기 때문에, 상기와 같은 열 환경의 인상 장치를 이용하여 실리콘 단결정을 인상하는 경우에는, 대류를 좌회전으로 고정한 경우보다도 우회전으로 고정한 경우의 쪽이, 실리콘 단결정에 취입되는 산소량이 많아지고, 직동부의 산소 농도도 높아진다.

본 발명에 의하면, 연직 상방으로부터 보았을 때에 실리콘 융액 표면의 중심을 통과하고 또한 수평 자장의 중심의 자력선과 평행이 아닌 제1 가상선상에 위치하는 제1 계측점 및 제2 계측점의 온도를 계측함으로써, 즉 Y축의 부방향측으로부터 보았을 때에 좌우로 나열되는 제1 계측점 및 제2 계측점의 온도를 계측함으로써, 예를 들면 좌측이 우측보다도 고온인 경우에는, 대류가 우회전으로 고정되고, 반대의 계측 결과의 경우는, 대류가 좌회전으로 고정되었다고 추정할 수 있다.

이와 같이, 실리콘 단결정의 산소 농도에 영향을 미치는 실리콘 융액의 대류의 방향을 추정함으로써, 실리콘 단결정의 인상 전에, 실리콘 단결정의 산소 농도를 추정할 수 있다.

본 발명의 실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법에 있어서, 상기 제1 계측점 및 상기 제2 계측점은, 연직 상방으로부터 보았을 때에 상기 표면의 중심을 통과하고 또한 상기 수평 자장의 중심의 자력선과 평행한 제2 가상선을 사이에 둔 양측에 위치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 제1, 제2 계측점의 온도차를 크게 할 수 있어, 대류의 방향을 고정밀도로 추정할 수 있다.

본 발명의 실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법에 있어서, 상기 제1 계측점은, 상기 실리콘 융액의 표면의 중심을 원점, 연직 상방을 Z축의 정방향, 상기 수평 자장의 인가 방향을 Y축의 정방향으로 한 오른손 좌표계의 XYZ 직교 좌표계에 있어서, 상기 제2 계측점보다도 X축의 부방향측에 위치하고, 상기 대류의 방향을 추정하는 공정은, 상기 제1 계측점의 온도가 상기 제2 계측점의 온도보다도 높은 경우, 상기 Y축의 부방향측으로부터 보았을 때의 상기 대류의 방향이 우회전으로 고정되었다고 추정하고, 상기 제2 계측점의 온도보다도 낮은 경우, 상기 대류의 방향이 좌회전으로 고정되었다고 추정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법에 있어서, 상기 실리콘 융액의 표면의 중심에서 상기 제1 계측점까지의 거리를 R1, 상기 표면의 중심에서 상기 제2 계측점까지의 거리를 R2, 상기 석영 도가니의 내경의 반경을 RC로 한 경우, 이하의 식 (1)을 충족하는 상기 제1 계측점 및, 식 (2)를 충족하는 상기 제2 계측점을 계측하는 것이 바람직하다.

0.375≤R1/RC＜1　…　(1)

0.375≤R2/RC＜1　…　(2)

본 발명에 의하면, 제1, 제2 계측점의 온도차를 크게 할 수 있어, 대류의 방향을 고정밀도로 추정할 수 있다.

본 발명의 실리콘 단결정의 산소 농도 추정 방법은, 전술한 실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법을 실시하는 공정과, 미리 준비된 상기 대류의 방향 및 실리콘 단결정의 산소 농도의 관계와, 상기 대류 패턴 추정 방법으로 추정된 상기 대류의 방향에 기초하여, 인상된 실리콘 단결정의 직동부에 있어서의 산소 농도를 추정하는 공정을 실시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 대류의 방향 및 실리콘 단결정의 산소 농도의 관계, 즉 소정의 열 환경의 인상 장치에 있어서는, 예를 들면 대류를 좌회전으로 고정한 경우보다도 우회전으로 고정한 경우가, 직동부의 산소 농도가 높아진다는 관계와, 제1, 제2 계측점의 계측 결과에 기초하여 추정된 대류의 방향에 기초하여, 그 후에 인상하는 실리콘 단결정의 산소 농도를 적절히 추정할 수 있다.

본 발명의 실리콘 단결정의 제조 방법은, 전술한 실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법을 실시하는 공정과, 실리콘 단결정을 인상하는 공정을 포함하고, 상기 실리콘 단결정을 인상하는 공정은, 상기 추정된 대류의 방향이 미리 결정된 방향이 아닌 경우, 상기 수평 자장의 강도를 0.01테슬라 미만으로 내린 후, 상기 수평 자장을 0.2테슬라 이상으로 올리고 나서, 상기 제1 계측점 및 상기 제2 계측점의 온도를 계측하여, 상기 추정된 대류의 방향이 미리 결정된 방향인 경우, 상기 수평 자장의 강도를 0.2테슬라 이상으로 유지한 채, 미리 결정된 인상 조건에 기초하여, 상기 실리콘 단결정을 인상하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 추정된 대류의 방향이 미리 결정된 방향인 경우만, 미리 결정된 인상 조건으로 실리콘 단결정을 인상하기 때문에, 인상 조건을 크게 변경하는 일 없이, 소망하는 산소 농도의 실리콘 단결정이 얻어지고, 실리콘 단결정마다의 산소 농도의 불균일도 억제할 수 있다.

본 발명의 실리콘 단결정의 제조 방법은, 전술한 실리콘 단결정의 산소 농도 추정 방법을 실시하는 공정과, 실리콘 단결정을 인상하는 공정을 포함하고, 상기 실리콘 단결정을 인상하는 공정은, 상기 수평 자장의 강도를 0.2테슬라 이상으로 유지한 채, 상기 추정된 산소 농도에 기초하여, 인상 장치의 챔버 내에 흐르게 하는 불활성 가스의 유량, 상기 챔버의 로 내 압력 및, 상기 석영 도가니의 회전수의 적어도 어느 것을 조정하여, 상기 실리콘 단결정을 인상하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 추정한 산소 농도에 기초하여, 불활성 가스의 유량, 챔버의 로 내 압력, 혹은, 석영 도가니의 회전수를 제어함으로써, 소망하는 산소 농도의 실리콘 단결정을 제조할 수 있다. 따라서, 소망하는 산소 농도의 실리콘 단결정을 얻을 수 있고, 실리콘 단결정마다의 산소 농도의 불균일을 억제할 수 있는 데다가, 실리콘 단결정의 제조 효율의 향상을 도모할 수 있다.

본 발명의 실리콘 단결정의 인상 장치는, 석영 도가니와, 상기 석영 도가니를 사이에 두고 배치되고, 상기 석영 도가니 내의 실리콘 융액에 대하여 수평 자장을 인가하는 자장 인가부와, 상기 실리콘 융액의 표면 중, 상기 표면의 중심을 통과하고 또한 상기 수평 자장의 중심의 자력선과 평행이 아닌 제1 가상선상에 위치하는 제1 계측점 및 제2 계측점의 온도를 계측하는 온도 계측부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실리콘 단결정의 인상 장치에 있어서, 상기 제1 계측점 및 상기 제2 계측점은, 상기 표면의 중심을 통과하고 또한 상기 수평 자장의 중심의 자력선과 평행한 제2 가상선을 사이에 둔 양측에 위치하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실리콘 단결정의 인상 장치에 있어서, 상기 온도 계측부는, 상기 실리콘 융액의 표면의 중심에서 상기 제1 계측점까지의 거리를 R1, 상기 표면의 중심에서 상기 제2 계측점까지의 거리를 R2, 상기 석영 도가니의 내경의 반경을 RC로 한 경우, 전술의 식 (1)을 충족하는 상기 제1 계측점 및, 전술의 식 (2)를 충족하는 상기 제2 계측점을 계측하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실리콘 단결정의 인상 장치에 있어서, 상기 온도 계측부는, 상기 석영 도가니가 설치된 챔버 내부에 설치되고, 상기 제1 계측점 및 상기 제2 계측점으로부터의 각각의 복사광을 반사하는 한 쌍의 반사부와, 상기 챔버 외부에 설치되고, 상기 한 쌍의 반사부에서 각각 반사된 복사광을 수광하여, 상기 제1 계측점 및 상기 제2 계측점의 온도를 계측하는 한 쌍의 방사 온도계를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 방사 온도계를 챔버 외부에 설치함으로써, 장수명화를 도모할 수 있다.

본 발명의 실리콘 단결정의 인상 장치에 있어서, 상기 한 쌍의 반사부는, 당해 반사부의 하단에서 상기 실리콘 융액의 표면까지의 거리가 600㎜ 이상 5000㎜ 이하가 되는 위치에 설치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 실리콘 융액의 표면으로부터 600㎜ 이상 떨어진 위치에 반사부를 설치함으로써, 실리콘 융액의 열에 의한 반사부의 마모나, 실리콘 융액으로부터 발생하는 SiO 가스에 기인하는 반사면의 흐려짐을 억제할 수 있다. 또한, 실리콘 융액의 표면으로부터 5000㎜ 이하의 위치에 반사부를 설치함으로써, 챔버 내의 다중 반사에 의한 외란광이 반사부에 입사하는 것을 억제할 수 있어, 방사 온도계에 의한 계측을 고정밀도로 행할 수 있다.

본 발명의 실리콘 단결정의 인상 장치에 있어서, 상기 한 쌍의 반사부는, 각각 반사면을 갖고, 상기 반사면은, 수평면에 대한 각도가 40° 이상 50° 이하가 되도록 설치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 챔버 내의 다중 반사에 의한 외란광이 반사부에 입사하는 것을 억제할 수 있어, 방사 온도계에 의한 계측을 고정밀도로 행할 수 있다.

또한, 수평면이란, 중력 방향에 직교하는 면을 의미한다.

본 발명의 실리콘 단결정의 인상 장치에 있어서, 상기 온도 계측부에서 계측된 상기 제1 계측점 및 상기 제2 계측점의 온도에 기초하여, 상기 실리콘 융액 내의 상기 수평 자장의 인가 방향에 직교하는 평면에 있어서의 대류의 방향을 추정하는 대류 패턴 추정부를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 실리콘 단결정의 인상 장치에 있어서, 상기 대류 패턴 추정부에서 추정된 대류의 방향이 미리 결정된 방향이 아닌 경우, 상기 수평 자장의 강도를 0.01테슬라 미만으로 내린 후, 상기 수평 자장을 0.2테슬라 이상으로 올려, 상기 온도 계측부에서 상기 제1 계측점 및 상기 제2 계측점의 온도를 계측시키고, 상기 미리 결정된 방향인 경우, 상기 수평 자장의 강도를 0.2테슬라 이상으로 유지한 채, 미리 결정된 인상 조건에 기초하여, 상기 실리콘 단결정을 인상하는 인상 제어부를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 실리콘 단결정의 인상 장치에 있어서, 상기 대류의 방향 및 실리콘 단결정의 산소 농도의 관계를 기억하는 기억부와, 상기 대류 패턴 추정부에서 추정된 상기 대류의 방향과 상기 기억부에 기억된 관계에 기초하여, 인상된 실리콘 단결정의 직동부에 있어서의 산소 농도를 추정하는 산소 농도 추정부와, 상기 수평 자장의 강도를 0.2테슬라 이상으로 유지한 채, 상기 산소 농도 추정부에서 추정된 산소 농도에 기초하여, 챔버 내에 흐르게 하는 불활성 가스의 유량, 상기 챔버의 로 내 압력 및, 상기 석영 도가니의 회전수의 적어도 어느 것을 조정하여, 상기 실리콘 단결정을 인상하는 인상 제어부를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 인상 장치의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 2는 상기 제1 실시 형태 및 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 수평 자장의 인가 상태 및 제1, 제2 계측점의 위치를 나타내는 개략도이다.
도 3은 상기 제1, 제2 실시 형태에 있어서의 온도 계측부의 배치 상태를 나타내는 개략도이다.
도 4는 상기 제1 실시 형태에 있어서의 인상 장치의 주요부의 블록도이다.
도 5a는 상기 제1, 제2 실시 형태에 있어서의 수평 자장의 인가 방향과 실리콘 융액의 대류의 방향의 관계를 나타내는 개략도이고, 우회전의 대류를 나타낸다.
도 5b는 상기 제1, 제2 실시 형태에 있어서의 수평 자장의 인가 방향과 실리콘 융액의 대류의 방향의 관계를 나타내는 개략도이고, 좌회전의 대류를 나타낸다.
도 6은 상기 제1, 제2 실시 형태에 있어서의 실리콘 융액의 대류의 변화를 나타내는 개략도이다.
도 7은 상기 제1 실시 형태에 있어서의 실리콘 단결정의 제조 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 8은 상기 제2 실시 형태에 있어서의 인상 장치의 주요부의 블록도이다.
도 9는 상기 제2 실시 형태에 있어서의 실리콘 단결정의 제조 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 10은 본 발명의 실시예의 실험 4에 있어서의 실리콘 단결정의 직동 길이와 산소 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.

[1] 제1 실시 형태

도 1에는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 실리콘 단결정(10)의 제조 방법을 적용할 수 있는 실리콘 단결정의 인상 장치(1)의 구조의 일 예를 나타내는 개략도가 나타나 있다. 인상 장치(1)는, 초크랄스키법에 의해 실리콘 단결정(10)을 인상하는 장치이고, 외곽을 구성하는 챔버(2)와, 챔버(2)의 중심부에 배치되는 도가니(3)를 구비한다.

도가니(3)는, 내측의 석영 도가니(3A)와, 외측의 흑연 도가니(3B)로 구성되는 이중 구조이고, 회전 및 승강이 가능한 지지축(4)의 상단부에 고정되어 있다.

도가니(3)의 외측에는, 도가니(3)를 둘러싸는 저항 가열식의 히터(5)가 형성되고, 그의 외측에는, 챔버(2)의 내면을 따라 단열재(6)가 형성되어 있다.

도가니(3)의 상방에는, 지지축(4)과 동축(同軸)상에서 역방향 또는 동일 방향으로 소정의 속도로 회전하는 와이어 등의 인상축(7)이 형성되어 있다. 이 인상축(7)의 하단에는 종결정(8)이 부착되어 있다.

챔버(2) 내에는, 도가니(3) 내의 실리콘 융액(9)의 상방에서 육성 중의 실리콘 단결정(10)을 둘러싸는 통 형상의 열 차폐체(11)가 배치되어 있다.

열 차폐체(11)는, 육성 중의 실리콘 단결정(10)에 대하여, 도가니(3) 내의 실리콘 융액(9)이나 히터(5)나 도가니(3)의 측벽으로부터의 고온의 복사열을 차단함과 함께, 결정 성장 계면인 고액 계면의 근방에 대해서는, 외부로의 열의 확산을 억제하여, 단결정 중심부 및 단결정 외주부의 인상축 방향의 온도 구배를 제어하는 역할을 담당한다.

챔버(2)의 상부에는, 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 챔버(2) 내에 도입하는 가스 도입구(12)가 형성되어 있다. 챔버(2)의 하부에는, 도시하지 않는 진공 펌프의 구동에 의해, 챔버(2) 내의 기체를 흡인하여 배출하는 배기구(13)가 형성되어 있다.

가스 도입구(12)로부터 챔버(2) 내에 도입된 불활성 가스는, 육성 중의 실리콘 단결정(10)과 열 차폐체(11)와의 사이를 하강하고, 열 차폐체(11)의 하단과 실리콘 융액(9)의 액면과의 극간을 거친 후, 열 차폐체(11)의 외측, 나아가 도가니(3)의 외측을 향하여 흐르고, 그 후에 도가니(3)의 외측을 하강하여, 배기구(13)로부터 배출된다.

또한, 인상 장치(1)는, 도 2에 나타내는 바와 같은 자장 인가부(14)와, 온도 계측부(15)를 구비한다.

자장 인가부(14)는, 각각 전자 코일로 구성된 제1 자성체(14A) 및 제2 자성체(14B)를 구비한다. 제1, 제2 자성체(14A, 14B)는, 챔버(2)의 외측에 있어서 도가니(3)를 사이에 두고 대향하도록 형성되어 있다. 자장 인가부(14)는, 중심의 자력선(14C)이 석영 도가니(3A)의 중심축(3C)을 통과하고, 또한, 당해 중심의 자력선(14C)의 방향이 도 2에 있어서의 상방향(도 1에 있어서의 지면 앞쪽으로부터 안쪽으로 향하는 방향)이 되도록, 수평 자장을 인가하는 것이 바람직하다. 중심의 자력선(14C)의 높이 위치에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 실리콘 단결정(10)의 품질에 맞추어, 실리콘 융액(9)의 내부로 해도 좋고 외부로 해도 좋다.

온도 계측부(15)는, 도 1∼도 3에 나타내는 바와 같이, 실리콘 융액(9)의 표면(9A) 중, 연직 상방으로부터 보았을 때에, 당해 표면(9A)의 중심(9B)을 통과하고 또한 수평 자장의 중심의 자력선(14C)과 평행이 아닌 제1 가상선(9C)상에 위치하는 제1 계측점(P1) 및 제2 계측점(P2)의 온도를 계측한다.

제1 계측점(P1)은, 중심(9B)을 원점, 연직 상방을 Z축의 정방향(도 1의 상방향, 도 2의 지면 앞쪽 방향), 수평 자장의 인가 방향을 Y축의 정방향(도 1의 지면 안쪽 방향, 도 2의 상방향)으로 한 오른손 좌표계의 XYZ 직교 좌표계에 있어서, 제2 계측점(P2)보다도 X축의 부방향측(도 2의 좌측)에 위치하고 있다. 또한, 제1 계측점(P1) 및 제2 계측점(P2)은, 연직 상방으로부터 보았을 때에, 중심(9B)을 통과하고 또한 수평 자장의 중심의 자력선(14C)과 평행한 제2 가상선(9F)을 사이에 둔 양측에 위치하는 것이 바람직하다. 제1 실시 형태에서는, 제1 가상선(9C)은, 제2 가상선(9F)과 직교하고 있다.

온도 계측부(15)는, 실리콘 융액(9)의 표면(9A)의 중심(9B)에서 제1 계측점(P1)까지의 거리를 R1, 중심(9B)에서 제2 계측점(P2)까지의 거리를 R2, 석영 도가니(3A)의 내경의 반경을 RC로 한 경우, 이하의 식 (3)을 충족하는 제1 계측점(P1) 및, 이하의 식 (4)를 충족하는 제2 계측점(P2)을 계측하는 것이 바람직하다.

0.375≤R1/RC＜1　…　(3)

0.375≤R2/RC＜1　…　(4)

R1/RC의 값과, R2/RC의 값은 동일해도 좋고, 상이해도 좋다. 제1 가상선(9C)은, 표면(9A)의 중심(9B)을 통과해도 좋고, 통과하지 않아도 좋고, 제2 가상선(9F)과 직교하고 있지 않아도 좋다.

온도 계측부(15)는, 한 쌍의 반사부(15A)와, 한 쌍의 방사 온도계(15B)를 구비한다.

반사부(15A)는, 챔버(2) 내부에 설치되어 있다. 반사부(15A)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 그의 하단에서 실리콘 융액(9)의 표면(9A)까지의 거리(높이)(K)가 600㎜ 이상 5000㎜ 이하가 되도록 설치되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 반사부(15A)는, 반사면(15C)과 수평면(F)이 이루는 각도(θf)가 40° 이상 50° 이하가 되도록 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 제1, 제2 계측점(P1, P2)으로부터, 중력 방향의 반대 방향으로 각각 출사되는 복사광(L)의 입사각(θ1) 및 반사각(θ2)의 합이, 80° 이상 100° 이하가 된다. 반사부(15A)로서는, 내열성의 관점에서, 일면을 경면 연마하여 반사면(15C)으로 한 실리콘 미러를 이용하는 것이 바람직하다.

　방사 온도계(15B)는, 챔버(2) 외부에 설치되어 있다. 방사 온도계(15B)는, 챔버(2)에 형성된 석영창(2A)을 통하여 입사되는 복사광(L)을 수광하여, 제1, 제2 계측점(P1, P2)의 온도를 비접촉으로 계측한다.

또한, 인상 장치(1)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(20)와, 기억부(21)를 구비한다.

제어 장치(20)는, 대류 패턴 추정부(20A)와, 인상 제어부(20B)를 구비한다.

대류 패턴 추정부(20A)는, 온도 계측부(15)에서의 계측 결과에 기초하여, 도 2에 있어서의 Y축의 부방향측(도 2의 하측)으로부터 보았을 때의 실리콘 융액(9)의 자장 직교 단면(수평 자장의 인가 방향에 직교하는 평면)에 있어서의 대류(90)(도 5a, 도 5b 참조)의 방향을 추정한다.

인상 제어부(20B)는, 대류 패턴 추정부(20A)에서의 대류(90)의 방향의 추정 결과에 기초하여, 실리콘 단결정(10)을 인상한다.

[2] 본 발명에 이르는 배경

본 발명자들은, 동일한 인상 장치(1)를 이용하여, 동일한 인상 조건으로 인상을 행해도, 인상된 실리콘 단결정(10)의 산소 농도가 높은 경우와, 산소 농도가 낮은 경우가 있는 것을 알고 있었다. 종래, 이를 해소하기 위해, 인상 조건 등을 중점적으로 조사해 왔지만, 확고한 해결 방법이 발견되지 않았다.

그 후, 조사를 진행시켜 가는 중에, 본 발명자들은, 석영 도가니(3A) 중에 고체의 다결정 실리콘 원료를 투입하여, 용해한 후, 수평 자장을 인가하면, 자장 직교 단면(제2 자성체(14B)측(도 1의 지면 앞쪽측)으로부터 보았을 때의 단면)에 있어서, 수평 자장의 자력선을 축으로 하여 석영 도가니(3A)의 저부로부터 실리콘 융액(9)의 표면(9A)을 향하여 회전하는 대류(90)가 있는 것을 인식했다. 그 대류(90)의 회전 방향은, 도 5a에 나타내는 바와 같이, 우회전이 우세가 되는 경우와, 도 5b에 나타내는 바와 같이, 좌회전이 우세가 되는 경우의 2개의 대류 패턴이었다.

이러한 현상의 발생은, 발명자들은, 이하의 메커니즘에 의한 것이라고 추측했다.

우선, 수평 자장을 인가하지 않고, 석영 도가니(3A)를 회전시키지 않는 상태에서는, 석영 도가니(3A)의 외주 근방에서 실리콘 융액(9)이 가열되기 때문에, 실리콘 융액(9)의 저부로부터 표면(9A)을 향하는 상승 방향의 대류가 발생하고 있다. 상승한 실리콘 융액(9)은, 실리콘 융액(9)의 표면(9A)에서 냉각되고, 석영 도가니(3A)의 중심에서 석영 도가니(3A)의 저부로 되돌아가, 하강 방향의 대류가 발생한다.

외주 부분에서 상승하고, 중앙 부분에서 하강하는 대류가 발생한 상태에서는, 열대류에 의한 불안정성에 의해 하강류의 위치는 무질서하게 이동하여, 중심으로부터 어긋난다. 이러한 하강류는, 실리콘 융액(9)의 표면(9A)에 있어서의 하강류에 대응하는 부분의 온도가 가장 낮고, 표면(9A)의 외측을 향함에 따라 온도가 서서히 높아지는 온도 분포에 의해 발생한다. 예를 들면, 도 6(A)의 상태에서는, 중심이 석영 도가니(3A)의 회전 중심으로부터 어긋난 제1 영역(A1)의 온도가 가장 낮고, 그의 외측에 위치하는 제2 영역(A2), 제3 영역(A3), 제4 영역(A4), 제5 영역(A5)의 순서로 온도가 높아지고 있다.

그리고, 도 6(A)의 상태에서, 중심의 자력선(14C)이 석영 도가니(3A)의 중심축(3C)을 통과하는 수평 자장을 인가하면, 석영 도가니(3A)의 상방으로부터 보았을 때의 하강류의 회전이 서서히 구속되어, 도 6(B)에 나타내는 바와 같이, 수평 자장의 중심의 자력선(14C)의 위치로부터 오프셋한 위치에 구속된다.

또한, 하강류의 회전이 구속되는 것은, 실리콘 융액(9)에 작용하는 수평 자장의 강도가 특정 강도보다도 커져 있기 때문이라고 생각된다. 이 때문에, 하강류의 회전은, 수평 자장의 인가 개시 직후에는 구속되지 않고, 인가 개시로부터 소정 시간 경과 후에 구속된다.

일반적으로 자장 인가에 의한 실리콘 융액(9) 내부의 유동 변화는, 이하의 식 (5)로 얻어지는 무차원수인 Magnetic Number M으로 나타나는 것이 보고되어 있다(Jpn. J. Appl. Phys., Vol.33(1994) Part.2 No.4A, pp.L487-490).

식 (5)에 있어서, σ는 실리콘 융액(9)의 전기 전도도, B₀은 인가한 자속 밀도, h는 실리콘 융액(9)의 깊이, ρ는 실리콘 융액(9)의 밀도, ｖ₀은 무자장에서의 실리콘 융액(9)의 평균 유속이다.

본 실시 형태에 있어서, 하강류의 회전이 구속되는 수평 자장의 특정 강도의 최소값은, 0.01테슬라인 것을 알 수 있었다. 0.01테슬라에서의 Magnetic Number는 1.904이다. 본 실시 형태와는 상이한 실리콘 융액(9)의 양이나 석영 도가니(3A)의 지름에 있어서도, Magnetic Number가 1.904가 되는 자장 강도(자속 밀도)로부터, 자장에 의한 하강류의 구속 효과(제동 효과)가 발생한다고 생각된다.

도 6(B)에 나타내는 상태로부터 수평 자장의 강도를 더욱 크게 하면, 도 6(C)에 나타내는 바와 같이, 하강류의 우측과 좌측에 있어서의 상승 방향의 대류의 크기가 변화하고, 도 6(C)이면, 하강류의 좌측의 상승 방향의 대류가 우세하게 된다.

마지막으로, 자장 강도가 0.2테슬라가 되면, 도 6(D)에 나타내는 바와 같이, 하강류의 우측의 상승 방향의 대류가 소거되고, 좌측이 상승 방향의 대류, 우측이 하강 방향의 대류가 되어, 우회전의 대류(90)가 된다. 우회전의 대류(90)의 상태에서는, 도 5a에 나타내는 바와 같이, 자장 직교 단면에 있어서, 실리콘 융액(9)에 있어서의 우측 영역(9D)으로부터 좌측 영역(9E)을 향함에 따라, 온도가 서서히 높아지고 있다.

한편, 도 6(A)의 최초의 하강류의 위치를 석영 도가니(3A)의 회전 방향으로 180° 어긋나게 하면, 하강류는, 도 6(C)와는 위상이 180° 어긋난 좌측의 위치에서 구속되어, 좌회전의 대류(90)가 된다. 좌회전의 대류(90)의 상태에서는, 도 5b에 나타내는 바와 같이, 실리콘 융액(9)에 있어서의 우측 영역(9D)으로부터 좌측 영역(9E)을 향함에 따라, 온도가 서서히 낮아지고 있다.

이러한 우회전이나 좌회전의 실리콘 융액(9)의 대류(90)는, 수평 자장의 강도를 0.2테슬라 미만으로 하지 않는 한, 유지된다.

또한, 인상 장치(1)는, 대칭 구조로 설계되기는 하지만, 실제로는, 대칭 구조가 되지는 않기 때문에, 열 환경도 비대칭이 된다. 열 환경이 비대칭이 되는 원인은, 챔버(2), 도가니(3), 히터(5), 열 차폐체(11) 등의 부재의 형상이 비대칭이거나, 챔버(2) 내의 각종 부재의 설치 위치가 비대칭이거나 하는 경우를 예시할 수 있다.

예를 들면, 인상 장치(1)는, 자장 직교 단면에 있어서, 석영 도가니(3A)의 좌측이 우측보다도 고온이 되는 바와 같은 제1 열 환경이나, 좌측이 우측보다도 저온이 되는 바와 같은 제2 열 환경이 되는 경우가 있다.

제1 열 환경의 경우, 자장 직교 단면에서 대류(90)가 우회전으로 고정되면, 제1 열 환경과의 상승 효과로 실리콘 융액(9)의 좌측 영역(9E)이 보다 고온이 되기 때문에, 이하의 표 1에 나타내는 바와 같이, 석영 도가니(3A)로부터 용출되는 산소의 양이 많아진다. 한편, 대류(90)이 좌회전으로 고정되면, 우회전의 경우와 같은 제1 열 환경과의 상승 효과가 발생하지 않고, 좌측 영역(9E)이 그다지 고온이 되지 않기 때문에, 석영 도가니(3A)로부터 용출되는 산소의 양이 우회전의 경우와 비교하여 많아지지 않는다.

따라서, 제1 열 환경의 경우, 대류(90)가 우회전인 경우에는, 실리콘 단결정(10)의 산소 농도가 높아지고, 좌회전의 경우에는, 산소 농도가 높아지지 않는(낮아지는) 관계가 있다고 추측했다.

또한, 제2 열 환경의 경우, 대류(90)가 좌회전으로 고정되면, 실리콘 융액(9)의 우측 영역(9D)이 보다 고온이 되기 때문에, 이하의 표 2에 나타내는 바와 같이, 석영 도가니(3A)로부터 용출되는 산소의 양이 많아진다. 한편, 대류(90)가 우회전으로 고정되면, 좌회전의 경우와 같이 우측 영역(9D)이 고온이 되지 않기 때문에, 석영 도가니(3A)로부터 용출되는 산소의 양이 많아지지 않는다.

따라서, 제2 열 환경의 경우, 대류(90)가 좌회전인 경우에는, 실리콘 단결정(10)의 산소 농도가 높아지고, 우회전이라고 추정한 경우에는, 산소 농도가 낮아지는 관계가 있다고 추측했다.

이상의 점에서, 본 발명자들은, 실리콘 융액(9)의 표면(9A)에 있어서의 제1, 제2 계측점(P1, P2)의 온도를 계측함으로써, 실리콘 융액(9)의 대류(90)의 방향을 파악하고, 인상 장치(1)의 로 내 환경의 비대칭 구조로부터, 실리콘 단결정(10)의 산소 농도를 높은 정밀도로 추정할 수 있는 것이라고 생각했다.

[3] 실리콘 단결정의 제조 방법

다음으로, 제1 실시 형태에 있어서의 실리콘 단결정의 제조 방법을 도 7에 나타내는 플로우차트에 기초하여 설명한다.

우선, 인상 장치(1)의 열 환경이 전술의 제1 열 환경, 또는, 제2 열 환경인 것을 파악해 둔다.

또한, 실리콘 융액(9)의 대류(90)의 방향이 우회전 또는 좌회전인 경우에, 실리콘 단결정(10)의 산소 농도가 소망하는 값이 되는 바와 같은 인상 조건(예를 들면, 불활성 가스의 유량, 챔버(2)의 로 내 압력, 석영 도가니(3A)의 회전수 등)을 사전 결정 조건으로서 미리 결정해 두고, 기억부(21)에 기억시킨다.

예를 들면, 이하의 표 3에 나타내는 바와 같이, 제1 열 환경에 있어서, 대류(90)의 방향이 우회전인 경우에, 산소 농도가 농도 A가 되는 바와 같은 인상 조건 A를 사전 결정 조건으로서 기억시킨다. 또한, 사전 결정 조건의 산소 농도는, 직동부의 길이 방향의 복수 개소의 산소 농도의 값이라도 좋고, 상기 복수 개소의 평균값이라도 좋다.

그리고, 실리콘 단결정(10)의 제조를 개시한다.

우선, 인상 제어부(20B)는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 챔버(2) 내를 감압하의 불활성 가스 분위기로 유지한 상태에서, 도가니(3)를 회전시킴과 함께, 도가니(3)에 충전한 다결정 실리콘 등의 고형 원료를 히터(5)의 가열에 의해 용융시켜, 실리콘 융액(9)을 생성한다(스텝 S1). 다음으로, 인상 제어부(20B)는, 자장 인가부(14)를 제어하여, 실리콘 융액(9)으로의 강도가 0.2테슬라 이상 0.6테슬라 이하인 수평 자장의 인가를 개시한다(스텝 S2). 이 수평 자장의 인가에 의해, 실리콘 융액(9)에, 도 5a에 나타내는 바와 같은 자장 직교 단면에서 우회전의 대류(90), 또는, 도 5b에 나타내는 바와 같은 좌회전의 대류(90)가 발생한다.

도 5a 또는 도 5b에 나타내는 바와 같이 대류(90)의 방향이 고정된 후, 온도 계측부(15)는, 제1, 제2 계측점(P1, P2)의 온도를 계측한다(스텝 S3). 또한, 대류(90)의 방향이 고정된 것은, 예를 들면, 수평 자장의 인가 개시로부터의 경과 시간에 기초하여 판단할 수 있다.

그리고, 대류 패턴 추정부(20A)는, 제1 계측점(P1)의 온도가 제2 계측점(P2)의 온도보다도 높은 경우, 자장 직교 단면에서 우회전의 대류(90)가 발생하고 있다고 추정하고, 제1 계측점(P1)의 온도가 제2 계측점(P2)의 온도보다도 낮은 경우, 자장 직교 단면에서 좌회전의 대류(90)가 발생하고 있다고 추정한다(스텝 S4).

이 후, 인상 제어부(20B)는, 제1, 제2 계측점(P1, P2)의 온도에 기초하는 대류(90)의 방향의 추정 결과가, 사전 결정 조건으로 미리 결정된 방향인지 아닌지를 판단한다(스텝 S5).

예를 들면, 인상 장치(1)가 제1 열 환경이고, 사전 결정 조건이, 우회전의 대류(90)일 때에 소망하는 산소 농도가 얻어지는 조건인 경우, 제1, 제2 계측점(P1, P2)의 온도에 기초하는 대류(90)의 방향의 추정 결과가 우회전인지 아닌지를 판단한다.

그리고, 인상 제어부(20B)는, 미리 결정된 방향의 대류(90)가 발생하고 있는 경우, 수평 자장의 인가를 계속한 채로 실리콘 융액(9)에 종결정(8)을 착액하고, 사전 결정 조건에 기초하여, 소망하는 산소 농도의 직동부를 갖는 실리콘 단결정(10)을 인상한다(스텝 S6).

한편, 인상 제어부(20B)는, 미리 결정된 방향의 대류(90)가 발생하고 있지 않는 경우, 수평 자장의 인가를 일단 정지시킨다(스텝 S7). 그리고, 인상 제어부(20B)는, 스텝 S2의 처리를 행하여, 수평 자장을 재인가한다. 이와 같이 수평 자장의 인가를 일단 정지하여, 자장 강도를 0테슬라로 함으로써, 도 6(D)에 나타내는 상태로부터, 도 6(D)에 나타내는 상태로 되돌아가, 하강류의 중심이 석영 도가니(3A)와 동일한 방향으로 회전하기 시작한다. 그리고, 소정의 타이밍에 0.2테슬라 이상 수평 자장을 재인가하면, 도 6(B)∼(D)에 나타내는 바와 같은 현상이 발생하여, 재인가 전과 상이하거나 또는 동일한 방향의 대류(90)가 발생한다. 또한, 스텝 S7에 있어서, 수평 자장의 강도를 0 초과 0.01테슬라 미만으로 해도 좋다.

이 후, 미리 결정된 방향의 대류(90)가 발생할 때까지, 스텝 S3∼S5, S7의 처리를 반복하여, 미리 결정된 방향의 대류(90)가 발생하면, 스텝 S6의 처리를 행하여 실리콘 단결정(10)을 인상한다.

예를 들면, 표 3에 나타내는 인상 조건 A를 사전 결정 조건으로서 이용하는 경우, 대류(90)의 방향이 우회전이라고 추정될 때까지, 스텝 S3∼S5, S7의 처리를 반복하여, 우회전이라고 추정되면, 인상 조건 A로 실리콘 단결정(10)을 인상함으로써, 직동부의 산소 농도를 농도 A로 할 수 있다.

이상의 스텝 S1∼S7의 처리가 본 발명의 실리콘 단결정의 제조 방법에 대응하고, 스텝 S1∼S4의 처리가 본 발명의 실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법에 대응한다.

또한, 스텝 S2, S4의 수평 자장의 인가의 개시나 정지 처리, 스텝 S6에 있어서의 인상 처리는, 작업자의 조작에 의해 행해도 좋고, 스텝 S5에 있어서의 판단 처리는, 작업자가 행해도 좋다.

[4] 제1 실시 형태의 작용 및 효과

이러한 제1 실시 형태에 의하면, 실리콘 융액(9)의 제1, 제2 계측점(P1, P2)의 온도를 계측하는 것만으로, 실리콘 단결정(10)의 산소 농도에 영향을 미치는 실리콘 융액(9)의 대류(90)의 방향을 추정할 수 있다. 따라서, 실리콘 단결정(10)의 인상 전에, 인상된 실리콘 단결정(10)의 산소 농도를 추정할 수 있다.

식 (3), (4)의 관계를 충족하는 제1, 제2 계측점(P1, P2)의 온도를 계측하기 때문에, 이들의 온도차를 크게 할 수 있어, 실리콘 융액(9)의 대류(90)의 방향을 고정밀도로 추정할 수 있다.

추정된 대류(90)의 방향이 사전 결정 조건으로 결정된 방향인 경우만, 미리 결정된 인상 조건으로 실리콘 단결정(10)을 인상하기 때문에, 인상 조건을 크게 변경하는 일 없이, 소망하는 산소 농도의 실리콘 단결정(10)을 얻을 수 있고, 실리콘 단결정(10)마다의 산소 농도의 불균일도 억제할 수 있다.

챔버(2) 내부의 반사부(15A)로부터의 반사광을, 챔버(2) 외부의 방사 온도계(15B)로 수광함으로써, 제1, 제2 계측점(P1, P2)의 온도를 계측하기 때문에, 방사 온도계(15B)의 열에 의한 열화를 억제할 수 있어, 장수명화를 도모할 수 있다.

반사부(15A)의 하단에서 실리콘 융액(9)의 표면(9A)까지의 거리(K)를 600㎜ 이상으로 하고 있기 때문에, 실리콘 융액(9)의 열에 의한 반사부(15A)의 마모를 억제할 수 있다. 또한, 거리(K)를 5000㎜ 이하로 하고 있기 때문에, 챔버(2) 내의 다중 반사에 의한 외란광이 반사부(15A)에 입사하는 것을 억제할 수 있어, 방사 온도계(15B)에 의한 계측을 고정밀도로 행할 수 있다.

반사부(15A)를 복사광(L)의 입사각과 반사각과의 합이 80° 이상 100° 이하가 되도록 설치하고 있기 때문에, 챔버(2) 내의 다중 반사에 의한 외란광이 반사부(15A)에 입사하는 것을 억제할 수 있어, 방사 온도계(15B)에 의한 계측을 보다 고정밀도로 행할 수 있다.

[5] 제2 실시 형태

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 이미 설명한 부분 등에 대해서는, 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.

전술한 제1 실시 형태와의 상위점은, 제어 장치(30)의 구성과, 실리콘 단결정의 제조 방법이다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(30)는, 대류 패턴 추정부(20A)와, 산소 농도 추정부(30A)와, 인상 제어부(30B)를 구비한다.

산소 농도 추정부(30A)는, 대류 패턴 추정부(20A)에서의 대류(90)의 방향의 추정 결과에 기초하여, 실리콘 단결정(10)의 산소 농도를 추정한다.

인상 제어부(30B)는, 산소 농도 추정부(30A)에서의 산소 농도의 추정 결과에 기초하여, 실리콘 단결정(10)을 인상한다.

[6] 실리콘 단결정의 제조 방법

다음으로, 제2 실시 형태에 있어서의 실리콘 단결정의 제조 방법을 도 9에 나타내는 플로우차트에 기초하여 설명한다.

우선, 인상 장치(1)의 열 환경이 전술의 제1 열 환경, 또는, 제2 열 환경인 것을 파악해 둔다.

또한, 실리콘 융액(9)의 대류(90)가 우회전 또는 좌회전인 경우에, 실리콘 단결정(10)의 산소 농도가 소망하는 값이 되는 바와 같은 인상 조건을 사전 결정 조건으로서 기억부(31)에 기억시킴과 함께, 사전 결정 조건에 대응하는 대류(90)의 방향과 역방향 상태에 있어서, 사전 결정 조건으로 인상했을 때의 산소 농도가, 상기 소망하는 값보다도 커지는지 작아지는지에 관한 정보를 기억부(31)에 기억시킨다. 즉, 대류(90)의 방향과 산소 농도와의 관계를 기억부(31)에 기억시킨다.

예를 들면, 이하의 표 4에 나타내는 바와 같이, 제1 열 환경에 있어서, 대류(90)의 방향이 우회전인 경우에, 산소 농도가 농도 A가 되는 바와 같은 인상 조건 A를 사전 결정 조건으로서 기억시키고, 대류(90)의 방향이 좌회전인 상태에서 인상 조건 A로 인상한 경우, 산소 농도가 농도 A보다도 낮은 농도 B가 된다는 정보를 기억시킨다. 또한, 사전 결정 조건의 산소 농도는, 직동부의 길이 방향의 복수 개소의 산소 농도의 값이라도 좋고, 상기 복수 개소의 평균값이라도 좋다.

그리고, 실리콘 단결정(10)의 제조를 개시한다.

우선, 인상 제어부(30B), 온도 계측부(15), 대류 패턴 추정부(20A)는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 스텝 S1∼S4의 처리를 행한다.

다음으로, 인상 제어부(30B)는, 대류 패턴 추정부(20A)에 있어서의 대류(90)의 방향의 추정 결과와, 기억부(31)에 기억된 정보에 기초하여, 이제부터 인상되는 실리콘 단결정(10)의 산소 농도를 추정한다(스텝 S15).

예를 들면, 인상 장치(1)가 제1 열 환경이고, 사전 결정 조건이, 우회전의 대류(90)일 때에 소망하는 산소 농도가 얻어지는 조건인 경우, 우회전의 대류(90)라고 추정되었을 때에는, 실리콘 단결정(10)의 산소 농도가 소망하는 산소 농도가 된다고 추정한다. 한편, 좌회전의 대류(90)일 때에 사전 결정 조건으로 인상했을 때의 산소 농도가, 상기 소망하는 값보다도 작아진다는 정보가 기억부(31)에 기억되어 있는 경우로서, 좌회전의 대류(90)라고 추정되었을 때에는, 실리콘 단결정(10)의 산소 농도가 소망하는 산소 농도보다도 낮아진다고 추정한다.

다음으로, 인상 제어부(30B)는, 인상 조건의 최종 설정을 행한다(스텝 S16). 인상 제어부(30B)는, 스텝 S15에 있어서, 사전 결정 조건으로 인상했을 때에, 소망하는 산소 농도가 된다고 추정된 경우, 사전 결정 조건을 최종적인 인상 조건으로서 설정한다. 한편, 인상 제어부(30B)는, 사전 결정 조건으로 인상했을 때에, 소망하는 산소 농도가 되지 않는다고 추정된 경우, 사전 결정 조건을 최종적인 인상 조건으로서 설정하지 않고, 소망하는 산소 농도가 되는 바와 같은 인상 조건을 최종적인 인상 조건으로서 설정한다.

이 후, 인상 제어부(30B)는, 최종 설정된 인상 조건에 기초하여, 소망하는 산소 농도의 직동부를 갖는 실리콘 단결정(10)을 인상한다(스텝 S17).

예를 들면, 표 4에 나타내는 인상 조건 A를 사전 결정 조건으로서 이용하는 경우, 대류(90)의 방향이 우회전이라고 추정되면, 인상 조건 A로 실리콘 단결정(10)을 인상함으로써, 직동부의 산소 농도를 농도 A로 할 수 있다. 또한, 대류(90)의 방향이 좌회전이라고 추정되면, 인상 조건 A와는 상이한 조건으로서, 산소 농도가 농도 A가 되는 바와 같은 인상 조건을 최종적인 인상 조건으로서 설정하고, 이 설정한 인상 조건으로 실리콘 단결정(10)을 인상함으로써, 직동부의 산소 농도를 농도 A로 할 수 있다. 예를 들면, 인상 조건 A에 대하여, 챔버(2) 내에 흐르게 하는 불활성 가스의 유량, 챔버(2)의 로 내 압력 및, 석영 도가니(3A)의 회전수의 적어도 어느 것을 조정함으로써, 직동부의 산소 농도를 농도 A로 할 수 있다.

이상의 스텝 S1∼S4, S15∼S17의 처리가 본 발명의 실리콘 단결정의 제조 방법에 대응하고, 스텝 S1∼S4의 처리가 본 발명의 실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법에 대응하고, 스텝 S1∼S4, S15의 처리가 본 발명의 실리콘 단결정의 산소 농도 추정 방법에 대응한다.

또한, 스텝 S15의 산소 농도의 추정 처리나 스텝 S16의 인상 조건의 최종 설정은, 작업자가 행해도 좋고, 스텝 S17에 있어서의 인상 처리는, 작업자의 조작에 의해 행해도 좋다.

[7] 제2 실시 형태의 작용 및 효과

이러한 제2 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태와 동일한 작용 효과에 더하여, 이하의 작용 효과를 가져올 수 있다.

추정한 산소 농도에 기초하여, 불활성 가스의 유량, 챔버의 로 내 압력, 혹은, 석영 도가니의 회전수를 제어함으로써, 소망하는 산소 농도의 실리콘 단결정(10)을 제조한다. 따라서, 소망하는 산소 농도의 실리콘 단결정(10)을 얻을 수 있어, 실리콘 단결정(10)마다의 산소 농도의 불균일을 억제할 수 있는 데다가, 실리콘 단결정(10)의 제조 효율의 향상을 도모할 수 있다.

[8] 변형예

또한, 본 발명은 상기 실시 형태에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 여러 가지의 개량 그리고 설계의 변경 등이 가능하다.

예를 들면, 제1, 제2 계측점에 더하여, 추가로 1개 이상의 계측점을 계측하고, 이들 3개소 이상의 계측 결과에 기초하여, 대류(90)의 방향을 추정해도 좋다.

제1, 제2 계측점(P1, P2)은, 제2 가상선(9F)과 직교하거나 또는 직교하지 않는 제1 가상선(9C)상에 위치하고 있으면, 양쪽 모두, 제2 가상선(9F)에 대하여 우측 또는 좌측에 위치하고 있어도 좋다. 예를 들면, 제2 가상선(9F)에 대하여 우측에 제1, 제2 계측점(P1, P2)이 위치하고 있어도, 도 2에 나타내는 오른손 좌표계의 XYZ 직교 좌표계에 있어서의 X 좌표의 위치가 양자에서 상이하기 때문에, 제1 계측점(P1)의 X 좌표가 제2 계측점(P2)보다도 작고(제1 계측점(P1)이 제2 계측점(P2)의 좌측에 위치하고), 또한, 대류(90)가 우회전으로 고정되어 있는 경우에는, 제1 계측점(P1)의 온도가 제2 계측점(P2)보다도 높아져, 우회전으로 고정되었다고 추정할 수 있다.

제2 자성체(14B)측(도 1의 지면 앞측)으로부터 보았을 때의 평면을 자장 직교 단면으로서 예시했지만, 제1 자성체(14A)측(도 1의 지면 안쪽측(도 2의 Y축의 정방향측))으로부터 보았을 때의 평면을 자장 직교 단면으로 하여 대류(90)의 방향의 추정 처리 등을 행해도 좋다.

실시예

다음으로, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다. 또한, 본 발명은 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실험 1: 반사부의 설치 높이의 최적화]

〔실험예 1〕

우선, 도 1에 나타내는 인상 장치에 있어서, 실리콘 융액(9)의 표면을 기준으로 한 높이(K)가 500㎜, 반사면(15C)과 수평면(F)이 이루는 각도(θf)가 45°, 제1 계측점(P1)이 R1/RC＝345/800＝0.43의 관계를 충족하도록, 반사부(15A)로서의 실리콘 미러를 설치했다. 그리고, 실리콘 융액(9)을 생성하고, 제1 계측점(P1)의 온도를 방사 온도계(15B)로 계측했다.

또한, 챔버(2) 내에 상비된 접촉식 온도계(시스 부착 열전대)를 제1 측정점(P1)에 접촉시키고, 그 계측 결과를 참값으로 했다.

그리고, 이하의 식 (6)에 기초하여 계측 오차를 구했다.

계측 오차＝1－(계측값/참값)　…　(6)

〔실험예 2∼9〕

높이(K)를 이하의 표 5에 나타내는 바와 같은 위치로 한 것 이외는, 실험예 1과 동일한 조건으로 제1 계측점(P1)의 온도를 계측하여, 계측 오차를 구했다.

〔평가〕

표 5에 나타내는 바와 같이, 높이(K)가 600㎜ 이상 5000㎜ 이하인 실험예 2∼6에서는, 계측 오차가 0이 되었지만(판정 OK), 600㎜ 미만의 실험예 1 및 5000 ㎜ 초과의 실험예 7∼9에서는, 0을 초과했다(판정 NG).

높이(K)가 600㎜ 미만인 경우, 이하의 두 가지의 이유로 계측 오차가 발생했다고 생각된다. 첫 번째의 이유는, 열 마모에 의한 실리콘 미러의 반사 계수의 변화이다. 두 번째의 이유는, 실리콘 융액(9)의 표면으로부터 발생하는 SiO 가스가 실리콘 미러에 부착되고, 이 부착된 SiO 가스가 냉각에 의해 고화하여 반사면을 흐리게 하는 것이다. 그 결과, 올바른 휘도를 측정할 수 없어 오차가 발생했다고 생각된다.

또한, 높이(K)가 5000㎜ 초과인 경우, 모의적인 실리콘 융액 표면에서 반사부(15A)까지의 거리가 길기 때문에, 챔버(2) 내의 다중 반사에 의한 외란광이 반사부(15A)에 입사해 버려, 계측 오차가 발생했다고 생각된다.

이상로부터, 높이(K)가 600㎜ 이상 5000㎜ 이하가 되는 위치에 반사부(15A)를 설치함으로써, 실리콘 융액의 온도를 고정밀도로 계측할 수 있는 것을 확인할 수 있고, 이 계측 결과에 기초하여, 실리콘 융액(9)의 대류(90)의 방향을 고정밀도로 추정할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

[실험 2: 실리콘 융액 표면에 있어서의 제1, 제2 계측점의 최적화]

〔실험예 10〕

실험 1의 인상 장치에 있어서, 높이(K)가 3000㎜, 반사면(15C)과 수평면(F)이 이루는 각도(θf)가 45°, 제1, 제2 계측점(P1, P2)이 R1/RC＝0.1, R2/RC＝0.1의 관계를 각각 충족하도록, 한 쌍의 반사부(15A)(실리콘 미러)를 설치했다.

그리고, 소정량의 실리콘 융액(9)을 생성하고, 제1, 제2 계측점(P1, P2)의 온도를 방사 온도계(15B)로 계측하여, 이들의 온도차를 구했다.

〔실험예 11∼15〕

R1/RC, R2/RC가 이하의 표 6의 관계를 충족하도록, 제1, 제2 계측점(P1, P2)을 설정한 것 이외는, 실험예 10과 동일한 조건으로 온도를 계측하여, 온도차를 구했다.

〔평가〕

제1, 제2 계측점(P1, P2)의 온도차가 8℃ 이상일 때에, 실리콘 융액(9)의 대류(90)의 방향을 고정밀도로 추정할 수 있다고 한 경우, 실험예 10∼12에서는 온도차가 8℃ 미만으로 대류(90)의 방향을 고정밀도로 추정할 수 없고, 실험예 13∼15에서는 8℃ 이상으로 고정밀도로 추정할 수 있다고 할 수 있다.

이상로부터, 전술의 식 (3), (4)를 충족하는 제1, 제2 계측점(P1, P2)을 계측함으로써, 대류(90)의 방향을 고정밀도로 추정할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

[실험 3: 반사면의 반사 각도의 최적화]

〔실험예 16〕

실험 1의 인상 장치에 있어서, 높이(K)가 3000㎜, 반사면(15C)과 수평면(F)이 이루는 각도(θf)가 30°, 제1 계측점(P1)이 R1/RC＝0.43의 관계를 충족하도록, 반사부(15A)(실리콘 미러)를 설치했다. 그리고, 소정량의 실리콘 융액(9)을 생성하여, 제1 계측점(P1)의 온도를 방사 온도계(15B)로 계측했다. 또한, 제1 계측점(P1)의 근방에 백금 열전대를 침지하여, 그 온도를 제1 계측점의 참값으로서 계측했다.

그리고, 전술의 식 (6)에 기초하여 계측 오차를 구했다.

〔실험예 17∼26〕

반사면(15C)과 수평면(F)이 이루는 각도(θf)가 이하의 표 6에 나타내는 값이 되도록, 반사면(15C)의 자세를 조정한 것 이외는, 실험예 16과 동일한 조건으로 온도를 계측하여, 계측 오차를 구했다.

〔평가〕

표 7에 나타내는 바와 같이, 각도(θf)가 40° 이상 50° 이하인 실험예 19∼23에서는, 계측 오차가 0이 되었지만(판정 OK), 40° 미만인 실험예 16∼18 및 50° 초과의 실험예 24∼26에서는, 0을 초과했다(판정 NG).

각도(θf)가 40° 미만 및 50° 초과인 경우, 실리콘 융액(9)의 표면(9A)에서 반사부(15A)까지의 거리가 길기 때문에, 챔버(2) 내의 다중 반사에 의한 외란광이 반사부(15A)에 입사해 버려, 계측 오차가 발생했다고 생각된다.

이상의 점에서, 반사면(15C)과 수평면(F)이 이루는 각도(θf)가 40° 이상 50° 이하가 되도록 반사부(15A)를 설치함으로써, 실리콘 융액의 온도를 고정밀도로 계측할 수 있는 것을 확인할 수 있고, 이 계측 결과에 기초하여, 실리콘 융액(9)의 대류(90)의 방향을 고정밀도로 추정할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

[실험 4: 실리콘 융액의 대류 방향과 산소 농도의 관계]

도 1에 나타내는 바와 같은 인상 장치에 있어서, 높이(K)가 3000㎜, 반사면(15C)와 수평면(F)이 이루는 각도(θf)가 45°, 제1(제2) 계측점(P1, P2)이 R1/RC＝0.43, R2/RC＝0.43의 관계를 충족하도록, 반사부(15A)를 설치했다.

그리고, 소정량의 실리콘 융액(9)을 생성한 후, 임의의 타이밍에 실리콘 융액(9)에 수평 자장을 인가하여, 대류(90)의 방향을 추정하는 일 없이 실리콘 단결정을 인상했다.

전술의 방법으로 합계 7개의 실리콘 단결정(실험예 27∼33의 실리콘 단결정)을 인상하여, 각 실리콘 단결정의 산소 농도를 이하의 방법으로 구했다.

우선, 실리콘 단결정의 복수의 위치로부터 실리콘 웨이퍼를 잘라내고, 도너 킬러 처리를 실시했다. 도너 킬러 처리에서는, 보트에 올려놓여진 실리콘 웨이퍼를, 로 내 온도가 650℃, 100％ 질소 분위기의 횡형 로 내에 20㎜/분의 속도로 반입했다. 그리고, 횡형 로 내에서 30분간의 열처리를 행하여, 보트를 20㎜/분의 속도로 반출하고, 습외에서 냉각했다.

다음으로, 도너 킬러 처리가 실시된 실리콘 웨이퍼의 산소 농도를, FTIR(Fourier Transform Infrared Spectrometer: 푸리에 변환 적외 분광 광도계)을 이용하여, ASTM F-121(1979)에 의해 산소 농도를 측정했다.

각 실리콘 단결정의 길이 방향의 산소 농도 분포를 도 10에 나타낸다. 또한, 도 10의 횡축은, 직동부 전체의 길이를 1로 했을 때의 위치를 나타내고, 종축은 소정의 산소 농도를 1로 했을 때의 산소 농도를 나타낸다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 실험예 27∼29에서는, 직동부 거의 전체의 산소 농도가 1을 초과(소정값을 초과)하게 되고, 실험예 30∼33에서는, 1 미만(소정값 미만)인 것을 확인할 수 있었다. 즉, 예를 들면 실험예 27∼29의 산소 농도를 목표값으로 한 경우, 제품 수율은 50％ 정도밖에 되지 않는 것을 확인할 수 있었다.

이러한 산소 농도의 차가 나오는 이유는, 실리콘 단결정 인상 시의 실리콘 융액(9)의 대류(90)의 방향이, 실험예 27∼29와, 30∼33에서 상이했기 때문이라고 생각된다.

따라서, 본 발명의 실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법을 이용하여, 실리콘 융액의 대류(90)의 방향을 추정하고, 이 추정한 방향에 기초하는 적절한 인상 조건을 이용함으로써, 소망하는 산소 농도의 실리콘 단결정을 얻을 수 있고, 실리콘 단결정마다의 산소 농도의 불규칙도 억제할 수 있다고 생각된다.

1 : 인상 장치
2 : 챔버
3A : 석영 도가니
8 : 종결정
9 : 실리콘 융액
10 : 실리콘 단결정
14 : 자장 인가부
14C : 자력선
15 : 온도 계측부
15A : 반사부
15B : 방사 온도계
15C : 반사면
20A : 대류 패턴 추정부
20B, 30B : 인상 제어부
30A : 산소 농도 추정부
90 : 대류
P1, P2 : 제1, 제2 계측점

Claims (16)

1. 실리콘 단결정의 제조에 이용하는 실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법으로서,
   회전하고 있는 석영 도가니 내의 실리콘 융액에 대하여, 강도가 0.2테슬라 이상인 수평 자장을 인가하는 공정과,
   상기 수평 자장이 인가된 실리콘 융액에 종결정(seed crystal)을 착액하기 전에, 상기 실리콘 융액의 표면 중, 연직 상방으로부터 보았을 때에 상기 표면의 중심을 통과하고 또한 상기 수평 자장의 중심의 자력선과 평행이 아닌 제1 가상선상에 위치하는 제1 계측점 및 제2 계측점의 온도를 계측하는 공정과,
   계측된 상기 제1 계측점 및 상기 제2 계측점의 온도에 기초하여, 상기 실리콘 융액 내의 상기 수평 자장의 인가 방향에 직교하는 평면에 있어서의 대류의 방향을 추정하는 공정을 구비하고 있으며,
   상기 제1 계측점은, 상기 실리콘 융액의 표면의 중심을 원점, 연직 상방을 Z축의 정(正)방향, 상기 수평 자장의 인가 방향을 Y축의 정방향으로 한 오른손 좌표계의 XYZ 직교 좌표계에 있어서, 상기 제2 계측점보다도 X축의 부(負)방향측에 위치하고,
   상기 대류의 방향을 추정하는 공정은, 상기 제1 계측점의 온도가 상기 제2 계측점의 온도보다도 높은 경우, 상기 Y축의 부방향측으로부터 보았을 때의 상기 대류의 방향이 우회전으로 고정되었다고 추정하고, 상기 제2 계측점의 온도보다도 낮은 경우, 상기 대류의 방향이 좌회전으로 고정되었다고 추정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 계측점 및 상기 제2 계측점은, 연직 상방으로부터 보았을 때에 상기 표면의 중심을 통과하고 또한 상기 수평 자장의 중심의 자력선과 평행한 제2 가상선을 사이에 둔 양측에 위치하는 것을 특징으로 하는 실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법.
3. 삭제
4. 실리콘 단결정의 제조에 이용하는 실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법으로서,
   회전하고 있는 석영 도가니 내의 실리콘 융액에 대하여, 강도가 0.2테슬라 이상인 수평 자장을 인가하는 공정과,
   상기 수평 자장이 인가된 실리콘 융액에 종결정(seed crystal)을 착액하기 전에, 상기 실리콘 융액의 표면 중, 연직 상방으로부터 보았을 때에 상기 표면의 중심을 통과하고 또한 상기 수평 자장의 중심의 자력선과 평행이 아닌 제1 가상선상에 위치하는 제1 계측점 및 제2 계측점의 온도를 계측하는 공정과,
   계측된 상기 제1 계측점 및 상기 제2 계측점의 온도에 기초하여, 상기 실리콘 융액 내의 상기 수평 자장의 인가 방향에 직교하는 평면에 있어서의 대류의 방향을 추정하는 공정
   을 구비하고 있으며,
   상기 실리콘 융액의 표면의 중심에서 상기 제1 계측점까지의 거리를 R1, 상기 표면의 중심에서 상기 제2 계측점까지의 거리를 R2, 상기 석영 도가니의 내경의 반경을 RC로 한 경우, 이하의 식 (1)을 충족하는 상기 제1 계측점 및, 식 (2)를 충족하는 상기 제2 계측점을 계측하는 것을 특징으로 하는 실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법.
   0.375≤R1/RC＜1　…　(1)
   0.375≤R2/RC＜1　…　(2)
5. 제1항, 제2항, 제4항 중 어느 한 항에 기재된 실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법을 실시하는 공정과,
   미리 준비된 상기 대류의 방향 및 실리콘 단결정의 산소 농도의 관계와, 상기 대류 패턴 추정 방법으로 추정된 상기 대류의 방향에 기초하여, 인상된 실리콘 단결정의 직동부에 있어서의 산소 농도를 추정하는 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 산소 농도 추정 방법.
6. 회전하고 있는 석영 도가니 내의 실리콘 융액에 대하여, 강도가 0.2테슬라 이상인 수평 자장을 인가하는 공정과, 상기 수평 자장이 인가된 실리콘 융액에 종결정(seed crystal)을 착액하기 전에, 상기 실리콘 융액의 표면 중, 연직 상방으로부터 보았을 때에 상기 표면의 중심을 통과하고 또한 상기 수평 자장의 중심의 자력선과 평행이 아닌 제1 가상선상에 위치하는 제1 계측점 및 제2 계측점의 온도를 계측하는 공정과, 계측된 상기 제1 계측점 및 상기 제2 계측점의 온도에 기초하여, 상기 실리콘 융액 내의 상기 수평 자장의 인가 방향에 직교하는 평면에 있어서의 대류의 방향을 추정하는 공정을 구비하는 실리콘 융액의 대류 패턴 추정 방법을 실시하는 공정과,
   실리콘 단결정을 인상하는 공정을 포함하고,
   상기 실리콘 단결정을 인상하는 공정은, 상기 추정된 대류의 방향이 미리 결정된 방향이 아닌 경우, 상기 수평 자장의 강도를 0.01테슬라 미만으로 내린 후, 상기 수평 자장을 0.2테슬라 이상으로 올리고 나서, 상기 제1 계측점 및 상기 제2 계측점의 온도를 계측하고,
   상기 추정된 대류의 방향이 미리 결정된 방향인 경우, 상기 수평 자장의 강도를 0.2테슬라 이상으로 유지한 채, 미리 결정된 인상 조건에 기초하여, 상기 실리콘 단결정을 인상하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
7. 회전하고 있는 석영 도가니 내의 실리콘 융액에 대하여, 강도가 0.2테슬라 이상인 수평 자장을 인가하는 공정과, 상기 수평 자장이 인가된 실리콘 융액에 종결정(seed crystal)을 착액하기 전에, 상기 실리콘 융액의 표면 중, 연직 상방으로부터 보았을 때에 상기 표면의 중심을 통과하고 또한 상기 수평 자장의 중심의 자력선과 평행이 아닌 제1 가상선상에 위치하는 제1 계측점 및 제2 계측점의 온도를 계측하는 공정과, 계측된 상기 제1 계측점 및 상기 제2 계측점의 온도에 기초하여, 상기 실리콘 융액 내의 상기 수평 자장의 인가 방향에 직교하는 평면에 있어서의 대류의 방향을 추정하는 공정과, 미리 준비된 상기 대류의 방향 및 실리콘 단결정의 산소 농도의 관계와, 상기 대류 방향 추정 방법으로 추정된 상기 대류의 방향에 기초하여, 인상된 실리콘 단결정의 직동부에 있어서의 산소 농도를 추정하는 공정을 구비하는 실리콘 단결정의 산소 농도 추정 방법을 실시하는 공정과,
   실리콘 단결정을 인상하는 공정을 포함하고,
   상기 실리콘 단결정을 인상하는 공정은, 상기 수평 자장의 강도를 0.2테슬라 이상으로 유지한 채, 상기 추정된 산소 농도에 기초하여, 인상 장치의 챔버 내에 흐르게 하는 불활성 가스의 유량, 상기 챔버의 로 내 압력 및, 상기 석영 도가니의 회전수의 적어도 어느 것을 조정하여, 상기 실리콘 단결정을 인상하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
8. 석영 도가니와,
   상기 석영 도가니를 사이에 두고 배치되고, 상기 석영 도가니 내의 실리콘 융액에 대하여 수평 자장을 인가하는 자장 인가부와,
   상기 실리콘 융액의 표면 중, 연직 상방으로부터 보았을 때에 상기 표면의 중심을 통과하고 또한 상기 수평 자장의 중심의 자력선과 평행이 아닌 제1 가상선상에 위치하는 제1 계측점 및 제2 계측점의 온도를 계측하는 온도 계측부를 구비하고 있으며,
   상기 온도 계측부는, 상기 실리콘 융액의 표면의 중심에서 상기 제1 계측점까지의 거리를 R1, 상기 표면의 중심에서 상기 제2 계측점까지의 거리를 R2, 상기 석영 도가니의 내경의 반경을 RC로 한 경우, 이하의 식 (3)을 충족하는 상기 제1 계측점 및, 식 (4)를 충족하는 상기 제2 계측점을 계측하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 인상 장치.
   0.375≤R1/RC＜1　…　(3)
   0.375≤R2/RC＜1　…　(4)
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 계측점 및 상기 제2 계측점은, 연직 상방으로부터 보았을 때에 상기 표면의 중심을 통과하고 또한 상기 수평 자장의 중심의 자력선과 평행한 제2 가상선을 사이에 둔 양측에 위치하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 인상 장치.
10. 삭제
11. 석영 도가니와,
    상기 석영 도가니를 사이에 두고 배치되고, 상기 석영 도가니 내의 실리콘 융액에 대하여 수평 자장을 인가하는 자장 인가부와,
    상기 실리콘 융액의 표면 중, 연직 상방으로부터 보았을 때에 상기 표면의 중심을 통과하고 또한 상기 수평 자장의 중심의 자력선과 평행이 아닌 제1 가상선상에 위치하는 제1 계측점 및 제2 계측점의 온도를 계측하는 온도 계측부를 구비하고 있으며,
    상기 온도 계측부는,
    상기 석영 도가니가 설치된 챔버 내부에 설치되고, 상기 제1 계측점 및 상기 제2 계측점으로부터의 각각의 복사광을 반사하는 한 쌍의 반사부와,
    상기 챔버 외부에 설치되고, 상기 한 쌍의 반사부에서 각각 반사된 복사광을 수광하여, 상기 제1 계측점 및 상기 제2 계측점의 온도를 계측하는 한 쌍의 방사 온도계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 인상 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 한 쌍의 반사부는, 당해 반사부의 하단에서 상기 실리콘 융액의 표면까지의 거리가 600㎜ 이상 5000㎜ 이하가 되는 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 인상 장치.
13. 제11항에 있어서,
    상기 한 쌍의 반사부는, 각각 반사면을 갖고,
    상기 반사면은, 수평면에 대한 각도가 40° 이상 50° 이하가 되도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 인상 장치.
14. 제8항, 제9항, 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 계측부에서 계측된 상기 제1 계측점 및 상기 제2 계측점의 온도에 기초하여, 상기 실리콘 융액 내의 상기 수평 자장의 인가 방향에 직교하는 평면에 있어서의 대류의 방향을 추정하는 대류 패턴 추정부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 인상 장치.
15. 석영 도가니와,
    상기 석영 도가니를 사이에 두고 배치되고, 상기 석영 도가니 내의 실리콘 융액에 대하여 수평 자장을 인가하는 자장 인가부와,
    상기 실리콘 융액의 표면 중, 연직 상방으로부터 보았을 때에 상기 표면의 중심을 통과하고 또한 상기 수평 자장의 중심의 자력선과 평행이 아닌 제1 가상선상에 위치하는 제1 계측점 및 제2 계측점의 온도를 계측하는 온도 계측부와,
    상기 온도 계측부에서 계측된 상기 제1 계측점 및 상기 제2 계측점의 온도에 기초하여, 상기 실리콘 융액 내의 상기 수평 자장의 인가 방향에 직교하는 평면에 있어서의 대류의 방향을 추정하는 대류 패턴 추정부
    를 구비하고 있으며,
    상기 대류 패턴 추정부에서 추정된 대류의 방향이 미리 결정된 방향이 아닌 경우, 상기 수평 자장의 강도를 0.01테슬라 미만으로 내린 후, 상기 수평 자장을 0.2테슬라 이상으로 올려, 상기 온도 계측부에서 상기 제1 계측점 및 상기 제2 계측점의 온도를 계측시키고, 상기 추정된 대류의 방향이 미리 결정된 방향인 경우, 상기 수평 자장의 강도를 0.2테슬라 이상으로 유지한 채, 미리 결정된 인상 조건에 기초하여, 실리콘 단결정을 인상하는 인상 제어부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 인상 장치.
16. 석영 도가니와,
    상기 석영 도가니를 사이에 두고 배치되고, 상기 석영 도가니 내의 실리콘 융액에 대하여 수평 자장을 인가하는 자장 인가부와,
    상기 실리콘 융액의 표면 중, 연직 상방으로부터 보았을 때에 상기 표면의 중심을 통과하고 또한 상기 수평 자장의 중심의 자력선과 평행이 아닌 제1 가상선상에 위치하는 제1 계측점 및 제2 계측점의 온도를 계측하는 온도 계측부와,
    상기 온도 계측부에서 계측된 상기 제1 계측점 및 상기 제2 계측점의 온도에 기초하여, 상기 실리콘 융액 내의 상기 수평 자장의 인가 방향에 직교하는 평면에 있어서의 대류의 방향을 추정하는 대류 패턴 추정부와,
    상기 대류의 방향 및 실리콘 단결정의 산소 농도의 관계를 기억하는 기억부와,
    상기 대류 패턴 추정부에서 추정된 상기 대류의 방향과 상기 기억부에 기억된 관계에 기초하여, 인상된 실리콘 단결정의 직동부에 있어서의 산소 농도를 추정하는 산소 농도 추정부와,
    상기 수평 자장의 강도를 0.2테슬라 이상으로 유지한 채, 상기 산소 농도 추정부에서 추정된 산소 농도에 기초하여, 챔버 내에 흐르게 하는 불활성 가스의 유량, 상기 챔버의 로 내 압력 및, 상기 석영 도가니의 회전수의 적어도 어느 것을 조정하여, 상기 실리콘 단결정을 인상하는 인상 제어부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 인상 장치.

Images