JP7800367B2 - Heater, single crystal manufacturing apparatus, single crystal manufacturing method - Google Patents
Heater, single crystal manufacturing apparatus, single crystal manufacturing methodInfo
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Description
本発明は、単結晶の製造装置に用いるヒーター、該ヒーターを備えた単結晶の製造装置、及び該ヒーターを用いた単結晶の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a heater for use in a single crystal manufacturing apparatus, a single crystal manufacturing apparatus equipped with the heater, and a single crystal manufacturing method using the heater.
図1は、従来のヒーターの概略形状を示す斜視図である。図1に示すように、従来、シリコン単結晶等の単結晶の引き上げを行う単結晶の製造装置に用いるヒーター90は、円筒状の概略形状を有しており、円筒の軸方向(鉛直方向)に延びる貫通スリット91、92が周方向に(図示例では等間隔に)複数設けられている。貫通スリット91は、図示上端から軸方向に延びて図示下端に開口せずに下端側で終端している。一方で、貫通スリット92は、図示下端から軸方向に延びて図示上端に開口せずに上端側で終端している。このような貫通スリット91、92が周方向に交互に配置されていることにより、ヒーター90は、蛇行形状をなす長い電流経路を形成している。このような構成は、ヒーター90が電気抵抗により所望の温度を発熱するのに適している。 Figure 1 is a perspective view showing the general shape of a conventional heater. As shown in Figure 1, a heater 90 used in a conventional single crystal manufacturing apparatus for pulling single crystals such as silicon single crystals has a general cylindrical shape and is provided with multiple through slits 91, 92 extending in the axial (vertical) direction of the cylinder and arranged circumferentially (equally spaced in the illustrated example). The through slit 91 extends axially from the upper end in the illustration and terminates at the lower end without opening at the lower end. On the other hand, the through slit 92 extends axially from the lower end in the illustration and terminates at the upper end without opening at the upper end. By arranging these through slits 91, 92 alternately in the circumferential direction, the heater 90 forms a long, serpentine current path. This configuration is suitable for the heater 90 to generate heat at a desired temperature through electrical resistance.
ところで、単結晶の製造時においては、融液の温度を一定に保ち結晶成長を安定して行うことが望ましく、そのためには、ヒーター出力を安定させることが不可欠である。ヒーターの出力を安定させるため、ヒーターあるいはヒーターによって温められたヒーター付近の部材の温度を測定し、ヒーターの出力の制御を行う。放射温度計を用いて、ヒーターが格納された単結晶製造装置のチャンバーの外から、ヒーターあるいはヒーターによって温められた部材の温度を測定し、その測定温度の結果をフィードバックしてヒーターの出力を制御することがある。この場合、ヒーターあるいはヒーターによって温められたヒーター付近の部材の温度を測定する測定点の位置を変更することは容易でなく、ヒーターの出力制御に用いる温度測定点が固定される。よって、ヒーターの出力制御に用いる温度測定点が固定される影響を減じて、ヒーターの出力を安定して制御することが希求される。 During single crystal production, it is desirable to maintain a constant melt temperature and ensure stable crystal growth. To achieve this, stabilizing heater output is essential. To stabilize heater output, the temperature of the heater or the components heated by the heater and near the heater is measured, and the heater output is controlled. A radiation thermometer is sometimes used to measure the temperature of the heater or the components heated by the heater from outside the chamber of the single crystal production equipment containing the heater, and the heater output is controlled by feeding back the measured temperature results. In this case, it is not easy to change the position of the measurement point for measuring the temperature of the heater or the components heated by the heater and near the heater, and the temperature measurement point used to control the heater output is fixed. Therefore, it is desirable to reduce the influence of a fixed temperature measurement point used to control the heater output and achieve stable control of the heater output.
ところが、従来のヒーターの温度を測定した場合であっても、ヒーターの構造によって、ヒーターの出力の制御が適切に行えない場合があることが判明した。例えば、一体構造型ヒーターと軸方向に二分割された二分割型ヒーターがあって、一体構造型ヒーターでは適切にヒーターの出力の制御が行えたとしても、二分割型ヒーターでは適切にヒーターの出力の制御が行えない場合があった。逆に一体構造型ヒーターでは適切にヒーターの出力の制御が行えなかったとしても、二分割型ヒーターでは適切にヒーターの出力の制御が行える場合があった。 However, even when measuring the temperature of conventional heaters, it was found that heater output could not be controlled appropriately depending on the heater's structure. For example, there are one-piece heaters and two-part heaters that are split axially in two. While the heater output could be controlled appropriately with the one-piece heater, it was sometimes impossible with the two-part heater. Conversely, even if the heater output could not be controlled appropriately with the one-piece heater, it was sometimes possible with the two-part heater.
そこで、本発明は、出力の制御性を向上させたヒーター、該ヒーターを備えた単結晶の製造装置、及び、該ヒーターを用いた単結晶の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention therefore aims to provide a heater with improved output controllability, a single crystal manufacturing apparatus equipped with such a heater, and a single crystal manufacturing method using such a heater.
本発明の要旨構成は、以下の通りである。
(1)単結晶の製造装置に用いる円筒状のヒーターであって、
周方向に延びる複数本の周方向貫通スリットを備えたことを特徴とする、ヒーター。
The gist and configuration of the present invention are as follows.
(1) A cylindrical heater used in a single crystal manufacturing apparatus,
A heater comprising a plurality of circumferential through slits extending in the circumferential direction.
(2)前記周方向貫通スリットにより区画された、周方向に延びる周方向延在部分と、軸方向に延びる軸方向延在部分とからなる、蛇行形状を有する、上記(1)に記載のヒーター。 (2) The heater described in (1) above has a serpentine shape consisting of a circumferentially extending portion that extends in the circumferential direction and an axially extending portion that extends in the axial direction, both separated by the circumferential through slit.
(3)円筒の中心軸を通る平面に対して、面対称な構造を有する、上記(1)又は(2)に記載のヒーター。 (3) A heater described in (1) or (2) above, having a structure that is plane-symmetrical with respect to a plane passing through the central axis of the cylinder.
(4)上記(1)~(3)のいずれか1つに記載のヒーターを備えることを特徴とする、単結晶の製造装置。 (4) A single crystal manufacturing apparatus characterized by comprising the heater described in any one of (1) to (3) above.
(5)上記(1)~(3)のいずれか1つに記載のヒーターを用いる、単結晶の製造方法。 (5) A method for producing a single crystal using the heater described in any one of (1) to (3) above.
本発明によれば、出力の制御性を向上させたヒーター、該ヒーターを備えた単結晶の製造装置、及び、該ヒーターを用いた単結晶の製造方法を提供することができる。 The present invention provides a heater with improved output controllability, a single crystal manufacturing apparatus equipped with the heater, and a single crystal manufacturing method using the heater.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に例示説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
<ヒーター>
図2は、本発明の一実施形態にかかるヒーターの概略形状を示す斜視図である。ヒーター1は、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶等の単結晶を製造する装置に用いるものであり、図2に示すように円筒状の形状をなしている。図示例では、ヒーター1は、円筒の中心軸を通る平面に対して、面対称な構造を有しており、当該平面を通って図示上端から軸方向に延びる第1の軸方向貫通(径方向に貫通する)スリット2により、軸方向の大部分が部分1aと部分1bとに2分割される一方で、図示下端部においては部分1a及び部分1bは連結した構造となっている。
<Heater>
Fig. 2 is a perspective view showing a schematic shape of a heater according to one embodiment of the present invention. Heater 1 is used in an apparatus for producing single crystals such as silicon single crystals by the Czochralski method, and has a cylindrical shape as shown in Fig. 2. In the illustrated example, heater 1 has a structure that is plane-symmetrical with respect to a plane passing through the central axis of the cylinder, and a first axially penetrating (radially penetrating) slit 2 that extends axially from the upper end in the illustration through said plane divides most of the axial direction into two portions 1a and 1b, while portions 1a and 1b are connected at the lower end in the illustration.
また、ヒーター1は、周方向に延びる複数本の周方向貫通スリット(周方向に延び、径方向に貫通するスリット)3を備えている。図示例では、第1の軸方向貫通スリット2に連通し、第1の軸方向貫通スリット2との連通部分から周方向両側に延びる、第1の周方向貫通スリット3aと、第1の軸方向貫通スリット2に連通せず、第2の周方向貫通スリット3bと、を有する。そして、本例では、第1の周方向貫通スリット3aと、第2の周方向貫通スリット3bとが、軸方向に交互に等間隔で配置されている。複数の第2の周方向貫通スリット3bの一方側の周方向端部の各々が、軸方向に延びる第2の軸方向貫通スリット4に連通している。 The heater 1 also has multiple circumferential slits 3 (slits that extend circumferentially and penetrate radially) that extend circumferentially. In the illustrated example, there are first circumferential slits 3a that communicate with the first axial slit 2 and extend circumferentially on both sides from the communicating portion with the first axial slit 2, and second circumferential slits 3b that do not communicate with the first axial slit 2. In this example, the first circumferential slits 3a and the second circumferential slits 3b are arranged alternately at equal intervals in the axial direction. Each of the circumferential ends on one side of the multiple second circumferential slits 3b communicates with a second axial slit 4 that extends axially.
ヒーター1は、周方向貫通スリット3により区画された(図示例では、第1の軸方向貫通スリット2、第1の周方向貫通スリット3a、第2の周方向貫通スリット3b、及び第2の軸方向貫通スリット4により区画された)、周方向に延びる周方向延在部分5aと、軸方向に延びる軸方向延在部分5bとからなる、蛇行形状を有する。 The heater 1 has a serpentine shape consisting of a circumferentially extending portion 5a that extends in the circumferential direction and an axially extending portion 5b that extends in the axial direction, which are partitioned by circumferentially extending slits 3 (in the illustrated example, partitioned by a first axially extending slit 2, a first circumferentially extending slit 3a, a second circumferentially extending slit 3b, and a second axially extending slit 4).
図示例では、周方向延在部分5aの延在長さは、軸方向延在部分5bの延在長さより長くなっている。なお、図示下端部における周方向延在部分5aは、第1の軸方向貫通スリット2により分断されることなく、部分1aと部分1bとを連結している。 In the illustrated example, the extension length of the circumferentially extending portion 5a is longer than the extension length of the axially extending portion 5b. The circumferentially extending portion 5a at the illustrated lower end connects portions 1a and 1b without being separated by the first axially penetrating slit 2.
図示例で2つの電極6は、軸方向に延在しており、図示上端部の周方向延在部分5aに連通している。これにより、電流が正極から負極へと、上記の蛇行形状に沿って流れることとなる。なお、図示下端部の周方向延在部分5aでは、電流が、他の周方向延在部分5aのおよそ2倍の長さの経路を流れる。 In the illustrated example, the two electrodes 6 extend axially and are connected to the circumferentially extending portion 5a at the upper end. This allows current to flow from the positive electrode to the negative electrode along the serpentine shape described above. Note that in the circumferentially extending portion 5a at the lower end, the current flows through a path that is approximately twice as long as the other circumferentially extending portions 5a.
図3は、図2の実施形態において電極が4つの場合の変形例のヒーターの概略形状を示す斜視図である。この変形例では、ヒーター1の図示下端部に、周方向に等間隔に4つの電極が配置されている点で、図2の例と異なっている。図示のように4つの電極6は、図示下端部の周方向延在部分5aに連通している。対向する電極6の一対は正極同士であり、他の対向する電極6の一対は負極同士である。この構成では、1つの正極から2つの負極へと2方向に、電流が蛇行形状に沿って流れることとなる。 Figure 3 is a perspective view showing the schematic shape of a heater in a modified version of the embodiment in Figure 2, where there are four electrodes. This modified version differs from the example in Figure 2 in that four electrodes are arranged at equal intervals in the circumferential direction at the illustrated lower end of the heater 1. As shown, the four electrodes 6 are connected to the circumferentially extending portion 5a of the illustrated lower end. One pair of opposing electrodes 6 are positive electrodes, and the other pair of opposing electrodes 6 are negative electrodes. With this configuration, current flows in two directions, from one positive electrode to two negative electrodes, in a serpentine shape.
以下、本実施形態のヒーターの作用効果について、従来のヒーターとの対比で説明する。図4は、従来の一体型のヒーターの温度の測定について説明するための単結晶の引き上げ炉の断面図である。図5は、従来の二分割型のヒーターの温度の測定について説明するための単結晶の引き上げ炉の断面図である。図6は、従来の一体型のヒーターの温度の測定について説明するための模式図である。図7は、従来の二分割型のヒーターの温度の測定について説明するための模式図である。 The effects of the heater of this embodiment will be explained below in comparison with conventional heaters. Figure 4 is a cross-sectional view of a single crystal pulling furnace to explain the temperature measurement of a conventional integrated heater. Figure 5 is a cross-sectional view of a single crystal pulling furnace to explain the temperature measurement of a conventional two-piece heater. Figure 6 is a schematic diagram to explain the temperature measurement of a conventional integrated heater. Figure 7 is a schematic diagram to explain the temperature measurement of a conventional two-piece heater.
本発明者らが検討したところ、一体構造の場合と軸方向に二分割された二分割型の構造の場合とで、ヒーターの出力に対する応答性が異なる原因は、以下のような現象によるものであることを突き止めた。
図1に示したように、従来のヒーターでは、軸方向に延びる貫通スリットを有しており、電流は最短経路を通る性質があるため、蛇行形状の屈曲箇所において電流が集中し、電流によるジュール熱の発生による発熱量が極大になる。従って、図4、図6に示すように、一体型のヒーターでは、断面視で極大発熱部Aがヒーターの上端部及び下端部に、断面視の水平方向に交互に現れる。このような極大発熱部Aは、ヒーターパワーの出力の変化を最も顕著に反映する部分である。一方で、図5、図7に示すように、二分割型のヒーターでは、断面視で極大発熱部Aが二分割された上側半部の上端部及び下端部、並びに、下側半部の上端部及び下端部に交互に現れる。すなわち、軸方向に延びる貫通スリットを有する従来のヒーターでは、極大発熱部Aが上下方向に投影した際に水平方向に並ぶように現れる。これにより、同じ温度測定点に対して、一体型と二分割型とで、位置によっては、一方では極大発熱部Aに対する測定を行い、他方ではその他の部分(例えば2つの極大発熱部Aの中間)の測定を行う場合が生じてしまい、このような場合に、一体型と二分割型とでヒーターの出力に対する測定温度が異なるために応答性が異なってしまう。
Through investigations, the inventors have discovered that the reason for the difference in responsiveness to heater output between the one-piece structure and the two-split structure divided into two in the axial direction is due to the following phenomenon.
As shown in FIG. 1 , a conventional heater has a through slit extending in the axial direction. Because current tends to travel the shortest path, current concentrates at the bends of the serpentine shape, resulting in a maximum amount of heat generated by Joule heat due to the current. Therefore, as shown in FIGS. 4 and 6 , in a one-piece heater, maximum heat-generating areas A appear alternately at the upper and lower ends of the heater in the horizontal direction in a cross-sectional view. These maximum heat-generating areas A are areas that most significantly reflect changes in heater power output. On the other hand, as shown in FIGS. 5 and 7 , in a two-part heater, maximum heat-generating areas A appear alternately at the upper and lower ends of the upper half and the lower half of the two-part heater in the cross-sectional view. That is, in a conventional heater with a through slit extending in the axial direction, the maximum heat-generating areas A appear aligned horizontally when projected vertically. As a result, for the same temperature measurement point, depending on the position, one may measure the maximum heat generation area A and the other may measure another area (for example, the area between the two maximum heat generation areas A) with the one-piece and two-piece types.In such cases, the response will differ between the one-piece and two-piece types because the measured temperature in relation to the heater output will be different.
図8は、本実施形態の一体型のヒーターの温度の測定について説明するための単結晶の引き上げ炉の断面図である。図9は、本実施形態の二分割型のヒーターの温度の測定について説明するための単結晶の引き上げ炉の断面図である。図10は、本実施形態の一体型のヒーターの温度の測定について説明するための模式図である。図11は、本実施形態の二分割型のヒーターの温度の測定について説明するための模式図である。 Figure 8 is a cross-sectional view of a single crystal pulling furnace to explain the measurement of the temperature of the integrated heater of this embodiment. Figure 9 is a cross-sectional view of a single crystal pulling furnace to explain the measurement of the temperature of the two-piece heater of this embodiment. Figure 10 is a schematic diagram to explain the measurement of the temperature of the integrated heater of this embodiment. Figure 11 is a schematic diagram to explain the measurement of the temperature of the two-piece heater of this embodiment.
本実施形態のヒーター1は、周方向に延びる複数本の周方向貫通スリット3を備えているため、図8~図11に示すように、一体型のヒーターでも二分割型のヒーターでも、蛇行形状の屈曲箇所が上下方向に順次現れるため、極大発熱部Aは、水平方向に投影した際に上下方向に並ぶように現れる。よって、水平方向から温度を測定した際に、一体型の場合でも二分割型の場合でも、いずれの上下方向位置においても、極大発熱部Aを測定対象とすることができるため、一体型と二分割型とでヒーターの出力に対する応答性が異ならないようにすることができる。たとえ、極大発熱部Aを測定対象とすることができない場合であっても、本発明のヒーターでは、極大発熱部Aの近くの部位を測定対象とすることができるため、従来のヒーターと比較して一体型と二分割型とでヒーターの出力に対する応答性の違いが少ない。
以上のように、本実施形態のヒーター1によれば、引き上げ炉の水平方向からのヒーターの温度測定を行ってヒーターの出力を制御する際の、出力の制御性を向上させることができる。また、極大発熱部Aで顕著に生じる熱環境の変化(減肉や酸化物の付着等)も観察することができる。また、良好な熱環境とするために、本実施形態のように、円筒の中心軸を通る平面に対して、面対称な構造を有することが好ましい。
The heater 1 of this embodiment includes multiple circumferentially extending through-slits 3. Therefore, as shown in FIGS. 8 to 11 , whether the heater is an integrated heater or a two-piece heater, the meandering bends appear sequentially in the vertical direction, and the maximum heat generation portions A appear aligned vertically when projected horizontally. Therefore, when measuring the temperature from the horizontal direction, the maximum heat generation portion A can be the measurement target at any vertical position, whether the heater is an integrated heater or a two-piece heater. This prevents a difference in responsiveness to heater output between the integrated heater and the two-piece heater. Even if the maximum heat generation portion A cannot be the measurement target, the heater of the present invention allows a region near the maximum heat generation portion A to be the measurement target. Therefore, the difference in responsiveness to heater output between the integrated heater and the two-piece heater is smaller than that of conventional heaters.
As described above, the heater 1 of this embodiment can improve the controllability of the heater output when controlling the heater output by measuring the heater temperature from the horizontal direction of the pulling furnace. It can also observe changes in the thermal environment (such as thinning or oxide deposition) that occur significantly in the maximum heat-generating portion A. To ensure a good thermal environment, it is preferable to have a structure that is symmetrical with respect to a plane passing through the central axis of the cylinder, as in this embodiment.
図12は、本発明の他の実施形態にかかるヒーターの概略形状を示す斜視図である。図12に示す実施形態のヒーター10は、シリコン単結晶等の単結晶の製造装置に用いるものであり、図12に示すように円筒状の形状をなしている。図12の実施形態では、第1の軸方向貫通スリット20は、図示上端から軸方向に延びる第1の軸方向貫通スリット20aと、図示下端から軸方向に延びる第1の軸方向貫通スリット20bとからなる。また、第1の軸方向貫通スリット20(20a、20b)に連通し、第1の軸方向貫通スリット20との連通部分から周方向両側に延びる、第1の周方向貫通スリット30aと、第1の軸方向貫通スリット20に連通せず、第2の周方向貫通スリット30bと、を有する。第1の周方向貫通スリット30aは、千鳥状に配置されている。そして、本例では、第1の周方向貫通スリット30aと、第2の周方向貫通スリット30bとが、軸方向に交互に等間隔で配置されている。複数の第2の周方向貫通スリット30bの一方側の周方向端部の各々が、軸方向に延びる第2の軸方向貫通スリット40に連通している。 Figure 12 is a perspective view showing the schematic shape of a heater according to another embodiment of the present invention. The heater 10 of the embodiment shown in Figure 12 is used in a manufacturing apparatus for single crystals such as silicon single crystals, and is cylindrical in shape as shown in Figure 12. In the embodiment of Figure 12, the first axial through slits 20 consist of a first axial through slit 20a extending axially from the upper end as shown and a first axial through slit 20b extending axially from the lower end as shown. The heater also has a first circumferential through slit 30a that communicates with the first axial through slit 20 (20a, 20b) and extends circumferentially on both sides from the communicating portion with the first axial through slit 20, and a second circumferential through slit 30b that does not communicate with the first axial through slit 20. The first circumferential through slits 30a are arranged in a staggered pattern. In this example, the first circumferential through slits 30a and the second circumferential through slits 30b are arranged alternately at equal intervals in the axial direction. Each of the circumferential ends on one side of the multiple second circumferential through slits 30b communicates with a second axial through slit 40 extending in the axial direction.
ヒーター1は、周方向貫通スリット3(30a、30b)により区画された(図示例では、第1の軸方向貫通スリット20、第1の周方向貫通スリット30a、第2の周方向貫通スリット30b、及び第2の軸方向貫通スリット40により区画された)、周方向に延びる周方向延在部分50aと、軸方向に延びる軸方向延在部分50bとからなる、蛇行形状を有する。なお、図示下端部における周方向延在部分50aは、第1の軸方向貫通スリット20により分断されることなく周方向に延在している。 The heater 1 has a serpentine shape consisting of a circumferentially extending portion 50a and an axially extending portion 50b, which are separated by circumferential through slits 3 (30a, 30b) (in the illustrated example, separated by the first axial through slit 20, the first circumferential through slit 30a, the second circumferential through slit 30b, and the second axial through slit 40). The circumferentially extending portion 50a at the lower end in the illustration extends circumferentially without being separated by the first axial through slit 20.
図示例で2つの電極60は、軸方向に延在しており、図示上端部の周方向延在部分50aに連通している。これにより、電流が正極から負極へと、上記の蛇行形状に沿って流れることとなる。 In the illustrated example, the two electrodes 60 extend axially and are connected to the circumferentially extending portion 50a at the upper end shown. This allows current to flow from the positive electrode to the negative electrode along the serpentine shape described above.
図13は、図12の実施形態において電極が4つの場合の変形例のヒーターの概略形状を示す斜視図である。この変形例では、ヒーター1の図示下端部に、周方向に等間隔に4つの電極が配置されている点で、図12の例と異なっている。図示のように4つの電極60は、図示下端部の周方向延在部分50aに連通している。対向する電極6の一対は正極同士であり、他の対向する電極6の一対は負極同士である。この構成では、1つの正極から2つの負極へと2方向に、電流が蛇行形状に沿って流れることとなる。 Figure 13 is a perspective view showing the schematic shape of a heater in a modified version of the embodiment in Figure 12, where there are four electrodes. This modified version differs from the example in Figure 12 in that four electrodes are arranged at equal intervals in the circumferential direction at the illustrated lower end of the heater 1. As shown, the four electrodes 60 are connected to the circumferentially extending portion 50a of the illustrated lower end. One pair of opposing electrodes 6 are positive electrodes, and the other pair of opposing electrodes 6 are negative electrodes. With this configuration, current flows in two directions, from one positive electrode to two negative electrodes, in a serpentine shape.
図12、図13に示す実施形態のヒーター10によっても、ヒーター10は、周方向に延びる複数本の周方向貫通スリット30を備えているため、極大発熱部Aは、水平方向に投影した際に上下方向に並ぶように現れる。よって、水平方向から温度を測定した際に、一体型の場合でも二分割型の場合でも、いずれの上下方向位置においても、極大発熱部Aを測定対象とすることができるため、一体型と二分割型とでヒーターの出力に対する応答性が異ならないようにすることができる。
以上のように、図12、図13の実施形態のヒーター10によっても、引き上げ炉の水平方向からのヒーターの温度測定を行ってヒーターの出力を制御する際の、出力の制御性を向上させることができる。
12 and 13, the heater 10 is provided with a plurality of circumferential through slits 30 extending in the circumferential direction, so that the maximum heat generation portions A appear aligned vertically when projected horizontally. Therefore, when measuring the temperature from the horizontal direction, the maximum heat generation portion A can be the measurement target at any vertical position, whether it is an integrated type or a two-piece type, and therefore it is possible to prevent a difference in responsiveness to heater output between the integrated type and the two-piece type.
As described above, the heater 10 of the embodiment shown in Figures 12 and 13 can also improve the controllability of the output when controlling the heater output by measuring the heater temperature from the horizontal direction of the pulling furnace.
図2、図3、図12、図13に示したヒーター1、10は、高純度なカーボン製のヒーターとすることができる。また、これらのヒーター1、10は、無欠陥なシリコン単結晶の製造に用いることが好ましい。ここで、「無欠陥なシリコン単結晶」とは、COP(Crystal Originated Particle)と呼ばれる、空孔が凝集して生じるボイド欠陥、格子間シリコンが凝集して生じる転位クラスタ欠陥のいずれも含まないか、実質的に含まない結晶である。 The heaters 1 and 10 shown in Figures 2, 3, 12, and 13 can be heaters made of high-purity carbon. Furthermore, these heaters 1 and 10 are preferably used to produce defect-free silicon single crystals. Here, "defect-free silicon single crystals" refer to crystals that are free of, or substantially free of, void defects caused by agglomeration of vacancies, known as COPs (crystal originated particles), and dislocation cluster defects caused by agglomeration of interstitial silicon.
<単結晶の製造装置>
本発明の一実施形態にかかる単結晶の製造装置は、例えばチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造に用いるものであり、るつぼの周囲に上記各実施形態のヒーター1、10を備える単結晶引き上げ炉を備える。本例で、単結晶の製造装置は、ヒーターが格納されたチャンバーの外から水平方向にヒーターの温度を測定する測定部(放射温度計等)をさらに備えることができる。単結晶引き上げ炉のその他の構成は、通常のものと同様にすることができるため、説明を省略するが、一例としては、図4等に示すように、単結晶の製造装置100は、チャンバー101内に、多結晶シリコン等のシリコン原料を収容するためのるつぼ102を備えている。このるつぼ102は、石英製るつぼ102aとカーボン製るつぼ102bとで構成されており、石英製るつぼ102aはカーボン製るつぼ102b内に収容されている。また、カーボン製るつぼ102bの周囲には、ヒーター103が配置されており、その周囲にはさらに断熱材104が配置されており、ヒーター103により石英製るつぼ102a内に収容されたシリコン原料を加熱してシリコン融液Mにする。シリコン融液Mからワイヤー105により、単結晶106が引き上げられていく。
<Single crystal manufacturing equipment>
An apparatus for producing a single crystal according to one embodiment of the present invention is used, for example, for producing a silicon single crystal by the Czochralski method, and includes a single crystal pulling furnace equipped with the heaters 1 and 10 of the above-described embodiments around a crucible. In this example, the apparatus for producing a single crystal may further include a measurement unit (such as a radiation thermometer) for measuring the temperature of the heater horizontally from outside the chamber in which the heater is housed. Other components of the single crystal pulling furnace may be similar to those of a conventional furnace, and therefore description thereof will be omitted. As an example, as shown in FIG. 4 and other figures, an apparatus for producing a single crystal 100 includes a crucible 102 for containing a silicon raw material such as polycrystalline silicon within a chamber 101. The crucible 102 is composed of a quartz crucible 102a and a carbon crucible 102b, with the quartz crucible 102a housed within the carbon crucible 102b. A heater 103 is disposed around the carbon crucible 102b, and a heat insulator 104 is disposed around the heater 103. The heater 103 heats the silicon raw material contained in the quartz crucible 102a to form a silicon melt M. A single crystal 106 is pulled up from the silicon melt M by a wire 105.
<単結晶の製造方法>
本発明の一実施形態にかかる単結晶の製造方法は、例えばチョクラルスキー法によるシリコン単結晶を製造する方法であり、るつぼの周囲に上記各実施形態のヒーター1、10を備えた単結晶引き上げ炉を用いて行うものである。製造方法の各工程は、通常の単結晶の製造方法と同様とすることができるため、説明を省略する。
<Method of manufacturing single crystal>
The method for producing a single crystal according to one embodiment of the present invention is, for example, a method for producing a silicon single crystal by the Czochralski method, and is carried out using a single crystal pulling furnace equipped with the heaters 1 and 10 of the above-described embodiments around a crucible. Each step of the production method can be the same as in a normal method for producing a single crystal, and therefore a description thereof will be omitted.
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。 The following describes examples of the present invention, but the present invention is not limited to these examples.
本発明の効果を確かめるため、チョクラルスキー法により径300mm単結晶を製造する引上げ装置を対象にして、図1に示したような構造を有す従来のヒーター(比較例)と図2に示す構造を有すヒーター(発明例)のヒーターパワーの制御性を比較した。比較例にかかるヒーターが用いられているヒーターパワーの制御性が低い引上げ装置に対して、発明例にかかるヒーターを適用することによりヒーターパワーの制御性が改善するか否かを評価することによって本発明の効果を確認した。本実施例では、伝熱解析モデルを用いた数値シミュレーションにより検討した。発明例及び比較例のヒーターの発熱分布に基づいて、発明例及び比較例のヒーターそれぞれをモデル化した。発明例と比較例とでは、モデル化したヒーターのみが異なり、引上げ装置を構成する他の構成要素、プロセス条件は全て同じとした。種結晶を融液に着液後、55分間で種結晶位置とるつぼ位置がともに55mm上昇する際にヒーター温度が120K上昇する条件を与えた。 To verify the effectiveness of the present invention, a comparison was made between the heater power controllability of a conventional heater (comparison example) with the structure shown in Figure 1 and that of a heater (invention example) with the structure shown in Figure 2, using a pulling apparatus for producing 300 mm diameter single crystals by the Czochralski method. The effectiveness of the present invention was confirmed by evaluating whether applying the heater of the invention example to a pulling apparatus with poor heater power controllability using the heater of the comparison example. In this example, a numerical simulation using a heat transfer analysis model was conducted. The heaters of the invention example and the comparison example were modeled based on the heat generation distribution of the heaters. Only the modeled heaters differed between the invention example and the comparison example; all other components of the pulling apparatus and process conditions were the same. Conditions were imposed such that the heater temperature rose by 120 K when both the seed crystal position and the crucible position rose 55 mm in 55 minutes after the seed crystal was immersed in the melt.
図14は、発明例における、ヒーターパワーの変化量及びヒーター温度の時間変化を示す図であり、図15は、比較例における、ヒーターパワーの変化量及びヒーター温度の時間変化を示す図である。図14、図15に示すように、比較例の発熱分布では、ヒーターパワーの変化量の時間変化は大きかった一方で、発明例の発熱分布では、ヒーターパワーの変化量の時間変化は小さかった。このことから、ヒーター温度を同じだけ上昇させるためのヒーターパワーの制御性は、発明例の方が比較例対比で安定しており良好であったことがわかる。 Figure 14 shows the amount of change in heater power and the change in heater temperature over time in the example of the invention, and Figure 15 shows the amount of change in heater power and the change in heater temperature over time in the comparative example. As shown in Figures 14 and 15, the amount of change in heater power over time was large in the heat generation distribution of the comparative example, while the amount of change in heater power over time was small in the heat generation distribution of the example of the invention. This shows that the controllability of the heater power to increase the heater temperature by the same amount was more stable and better in the example of the invention than in the comparative example.
1、10:ヒーター、
2、20:第1の軸方向貫通スリット、
3、30:周方向貫通スリット、
4、40:第2の軸方向貫通スリット、
5a、50a:周方向延在部分、
5b、50b:軸方向延在部分、
6、60:電極
1, 10: heater,
2, 20: first axial through slit;
3, 30: circumferential through slits,
4, 40: second axial through slit;
5a, 50a: circumferentially extending portion,
5b, 50b: axially extending portion,
6, 60: Electrode
Claims (5)
周方向に延びる複数本の周方向貫通スリットを備え、
前記ヒーターの上端から軸方向に延びる第1の上端側軸方向貫通スリットと、前記ヒーターの下端から軸方向に延びる第1の下端側軸方向貫通スリットと、からなる第1の軸方向貫通スリットをさらに備え、
全ての前記周方向貫通スリットは、前記第1の上端側軸方向貫通スリット及び前記第1の下端側軸方向貫通スリットのいずれかに連通することを特徴とする、ヒーター。 A cylindrical heater used in a single crystal manufacturing apparatus,
A plurality of circumferential through slits extending in the circumferential direction are provided,
a first axial through slit consisting of a first upper end side axial through slit extending in the axial direction from the upper end of the heater and a first lower end side axial through slit extending in the axial direction from the lower end of the heater,
A heater, characterized in that all of the circumferential through slits communicate with either the first upper end side axial through slit or the first lower end side axial through slit .
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