JP7838464B2 - Estimation method, estimation device, and estimation program - Google Patents
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Description
本発明は、推定方法、推定装置および推定プログラムに関する。 This invention relates to an estimation method, an estimation apparatus, and an estimation program.
チョクラルスキー(CZ)法によるシリコン単結晶の製造工程では、石英坩堝内のシリコン融液に種結晶を付着させてから引き上げることにより、シリコン単結晶を成長させる。シリコン単結晶の成長の際、シリコン融液には石英坩堝から酸素が混入する。シリコン融液に混入した酸素は、シリコンウェーハを用いたデバイスの製造工程における熱処理により、BMD(Bulk Micro Defect)と呼ばれる酸素析出物となる。 In the Czochralski (CZ) method for manufacturing silicon single crystals, a seed crystal is attached to the silicon molten material in a quartz crucible and then pulled up to grow the silicon single crystal. During the growth of the silicon single crystal, oxygen is introduced into the silicon molten material from the quartz crucible. This oxygen, introduced into the silicon molten material, becomes oxygen precipitates called BMDs (Bulk Micro Defects) during the heat treatment process in the manufacturing of devices using silicon wafers.
BMDは、シリコンウェーハ中に混入され、デバイス性能を劣化させる重金属不純物を捕獲するゲッタリング源として作用する利点もあるが、シリコンウェーハの機械的強度を低下させてしまう欠点もある。そのため、シリコン単結晶には、BMDの量を表すBMD密度に対して規格範囲が定められている。BMD密度は、シリコン単結晶の熱履歴(冷却条件)、酸素濃度、窒素濃度、シリコン単結晶から得られるシリコンウェーハにBMDを析出させるためのBMD析出熱処理によって決まることが知られている(例えば、特許文献1、非特許文献1参照)。 While BMDs (Ballistic Metal Deposition) have the advantage of acting as a gettering source, capturing heavy metal impurities that degrade device performance when mixed into silicon wafers, they also have the disadvantage of reducing the mechanical strength of the silicon wafer. Therefore, a standard range is defined for the BMD density of silicon single crystals. It is known that the BMD density is determined by the thermal history (cooling conditions) of the silicon single crystal, the oxygen concentration, the nitrogen concentration, and the BMD deposition heat treatment used to deposit BMDs on the silicon wafer obtained from the silicon single crystal (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
BMD密度に影響を与える上記条件のうち、BMD析出熱処理条件は製品ごとに固定され、酸素濃度および窒素濃度は引き上げ条件で制御できる。しかし、熱履歴は、引き上げ炉の設計時に大まかには決まるものの、炉部材の経年劣化により熱物性値が変化することなどが原因で変化することがある。 Of the above conditions affecting BMD density, the BMD precipitation heat treatment conditions are fixed for each product, while oxygen and nitrogen concentrations can be controlled by the pulling conditions. However, although the thermal history is roughly determined during the design of the pulling furnace, it may change due to factors such as changes in thermophysical properties caused by the aging of furnace components.
熱履歴は、シリコン単結晶の温度分布から求めることができる。引き上げ中に熱履歴を直接測定するためには、シリコン単結晶の温度分布を測定すれば良い。温度の測定方法としてサーモカメラによる非接触測定が考えられるが、シリコン融液近傍では主に高温のシリコン融液から発生する赤外線による外乱により、温度分布を正確に測定することは困難である。したがって、シリコン単結晶の引き上げ中にBMD密度を精度良く推定することも困難である。 The thermal history can be determined from the temperature distribution of the silicon single crystal. To directly measure the thermal history during crystal pulling, the temperature distribution of the silicon single crystal should be measured. While non-contact measurement using a thermal camera is a possible method, accurately measuring the temperature distribution near the silicon melt is difficult due to disturbances mainly caused by infrared radiation emitted from the high-temperature silicon melt. Therefore, accurately estimating the BMD density during silicon single crystal pulling is also difficult.
本発明は、炉部材の経年劣化に応じたシリコン単結晶の温度分布を精度良く推定することができる推定方法、推定装置および推定プログラムを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide an estimation method, estimation apparatus, and estimation program that can accurately estimate the temperature distribution of a silicon single crystal in response to the aging degradation of a furnace component.
本発明の推定方法は、引き上げ炉内でチョクラルスキー法により育成されるシリコン単結晶に関する推定を行う推定方法であって、前記引き上げ炉を模擬したシミュレーションモデルを構築するステップと、前記引き上げ炉を構成する炉部材の熱物性値を任意に設定した複数の計算条件について前記シミュレーションモデルに基づき伝熱シミュレーションを実施して、前記複数の計算条件からそれぞれ得られた前記引き上げ炉内の温度分布の計算結果を訓練データとして生成するステップと、前記訓練データに基づいて、入力を前記引き上げ炉内における所定の測定位置の温度とし、出力をシリコン単結晶の温度分布とする回帰モデルを構築するステップと、シリコン単結晶の引き上げ中に得られた前記所定の測定位置の温度測定結果を前記回帰モデルに入力して、当該引き上げ中のシリコン単結晶の温度分布を推定するステップと、を含む。 The present invention provides an estimation method for estimating a silicon single crystal grown in a pulling furnace by the Czochralski method, comprising the steps of: constructing a simulation model that mimics the pulling furnace; performing a heat transfer simulation based on the simulation model for a plurality of calculation conditions in which the thermophysical properties of the furnace members constituting the pulling furnace are arbitrarily set, and generating training data from the calculation results of the temperature distribution inside the pulling furnace obtained from each of the plurality of calculation conditions; constructing a regression model based on the training data, with the input being the temperature at a predetermined measurement location inside the pulling furnace and the output being the temperature distribution of the silicon single crystal; and inputting the temperature measurement results at the predetermined measurement location obtained during the pulling of the silicon single crystal into the regression model to estimate the temperature distribution of the silicon single crystal during the pulling process.
本発明の推定方法において、前記推定された前記シリコン単結晶の温度分布と、前記シリコン単結晶の引き上げ速度とに基づいて、前記シリコン単結晶の熱履歴を推定するステップをさらに含む、ことが好ましい。 In the estimation method of the present invention, it is preferable to further include the step of estimating the thermal history of the silicon single crystal based on the estimated temperature distribution of the silicon single crystal and the pulling rate of the silicon single crystal.
本発明の推定方法において、前記推定された熱履歴と、前記シリコン単結晶の酸素濃度と、BMD析出熱処理条件とに基づいて、前記シリコン単結晶のBMD密度を推定するステップをさらに含む、ことが好ましい。 In the estimation method of the present invention, it is preferable to further include the step of estimating the BMD density of the silicon single crystal based on the estimated thermal history, the oxygen concentration of the silicon single crystal, and the BMD deposition heat treatment conditions.
本発明の推定方法において、前記シリコン単結晶のBMD密度を推定するステップでは、前記熱履歴と、前記シリコン単結晶の酸素濃度および窒素濃度と、前記BMD析出熱処理条件とに基づいて、前記シリコン単結晶のBMD密度を推定する、ことが好ましい。 In the estimation method of the present invention, in the step of estimating the BMD density of the silicon single crystal, it is preferable to estimate the BMD density of the silicon single crystal based on the thermal history, the oxygen and nitrogen concentrations of the silicon single crystal, and the BMD deposition heat treatment conditions.
本発明の推定方法において、前記推定された前記シリコン単結晶の温度分布に基づいて、前記シリコン単結晶における固液界面近傍の熱応力を推定するステップをさらに含む、ことが好ましい。 In the estimation method of the present invention, it is preferable to further include the step of estimating the thermal stress near the solid-liquid interface in the silicon single crystal based on the estimated temperature distribution of the silicon single crystal.
本発明の推定方法において、前記引き上げ炉を模擬したシミュレーションモデルを構築するステップでは、シリコン融液とシリコン結晶との境界の温度がシリコン融点になるように、前記シミュレーションモデルを構築する、ことが好ましい。 In the estimation method of the present invention, in the step of constructing a simulation model that simulates the lifting furnace, it is preferable to construct the simulation model such that the temperature at the boundary between the silicon molten material and the silicon crystal is the silicon melting point.
本発明の推定方法において、前記伝熱シミュレーションにおいて前記熱物性値が設定される前記炉部材は、前記引き上げ中のシリコン単結晶を冷却する冷却用炉部材を含み、前記所定の測定位置は、前記冷却用炉部材により温度が調整されている位置を含む、ことが好ましい。 In the estimation method of the present invention, it is preferable that the furnace member for which the thermophysical property values are set in the heat transfer simulation includes a cooling furnace member for cooling the silicon single crystal during pulling, and that the predetermined measurement position includes a position where the temperature is regulated by the cooling furnace member.
本発明の推定方法において、前記冷却用炉部材は、前記引き上げ中のシリコン単結晶が内部を通過することにより、当該シリコン単結晶を冷却する円筒状の冷却体を含み、前記所定の測定位置は、前記冷却体を通過後の前記シリコン単結晶の外周面を含む、ことが好ましい。 In the estimation method of the present invention, it is preferable that the cooling furnace member includes a cylindrical cooler that cools the silicon single crystal as the single crystal passes through it during the pulling process, and that the predetermined measurement position includes the outer circumferential surface of the silicon single crystal after it has passed through the cooler.
本発明の推定方法において、前記伝熱シミュレーションにおいて前記熱物性値が設定される前記炉部材は、前記引き上げ中のシリコン単結晶の温度上昇を抑制する昇温抑制用炉部材を含み、前記所定の測定位置は、前記昇温抑制用炉部材上の位置を含む、ことが好ましい。 In the estimation method of the present invention, it is preferable that the furnace member for which the thermophysical property values are set in the heat transfer simulation includes a temperature rise suppression furnace member for suppressing the temperature rise of the silicon single crystal during pulling, and that the predetermined measurement position includes a position on the temperature rise suppression furnace member.
本発明の推定装置は、引き上げ炉内でチョクラルスキー法により育成されるシリコン単結晶に関する推定を行う推定装置であって、前記引き上げ炉を模擬したシミュレーションモデルを構築し、前記引き上げ炉を構成する炉部材の熱物性値を任意に設定した複数の計算条件について前記シミュレーションモデルに基づき伝熱シミュレーションを実施して、前記複数の計算条件からそれぞれ得られた前記引き上げ炉内の温度分布の計算結果を訓練データとして生成する訓練データ生成部と、前記訓練データに基づいて、入力を前記引き上げ炉内における所定の測定位置の温度とし、出力をシリコン単結晶の温度分布とする回帰モデルを構築する機械学習部と、シリコン単結晶の引き上げ中に得られた前記所定の測定位置の温度測定結果を前記回帰モデルに入力して、当該引き上げ中のシリコン単結晶の温度分布を推定する結晶温度分布推定部と、を備える。 The estimation device of the present invention is an estimation device for estimating silicon single crystals grown by the Czochralski method in a pulling furnace, and comprises: a training data generation unit that constructs a simulation model simulating the pulling furnace, performs heat transfer simulations based on the simulation model for a plurality of calculation conditions in which the thermophysical properties of the furnace members constituting the pulling furnace are arbitrarily set, and generates training data from the calculation results of the temperature distribution inside the pulling furnace obtained from each of the plurality of calculation conditions; a machine learning unit that constructs a regression model based on the training data, with the input being the temperature at a predetermined measurement position inside the pulling furnace and the output being the temperature distribution of the silicon single crystal; and a crystal temperature distribution estimation unit that inputs the temperature measurement results at the predetermined measurement position obtained during the pulling of the silicon single crystal into the regression model and estimates the temperature distribution of the silicon single crystal during the pulling.
本発明の推定装置において、前記結晶温度分布推定部により推定された前記シリコン単結晶の温度分布と、前記シリコン単結晶の引き上げ速度とに基づいて、前記シリコン単結晶の熱履歴を推定する熱履歴推定部をさらに備える、ことが好ましい。 In the estimation apparatus of the present invention, it is preferable to further include a thermal history estimation unit that estimates the thermal history of the silicon single crystal based on the temperature distribution of the silicon single crystal estimated by the crystal temperature distribution estimation unit and the pulling speed of the silicon single crystal.
本発明の推定装置において、前記熱履歴推定部により推定された熱履歴と、前記シリコン単結晶の酸素濃度と、BMD析出熱処理条件とに基づいて、前記シリコン単結晶のBMD密度を推定するBMD密度推定部をさらに備える、ことが好ましい。 In the estimation apparatus of the present invention, it is preferable to further include a BMD density estimation unit that estimates the BMD density of the silicon single crystal based on the thermal history estimated by the thermal history estimation unit, the oxygen concentration of the silicon single crystal, and the BMD deposition heat treatment conditions.
本発明の推定装置において、前記BMD密度推定部は、前記熱履歴と、前記シリコン単結晶の酸素濃度および窒素濃度と、前記BMD析出熱処理条件とに基づいて、前記シリコン単結晶のBMD密度を推定する、ことが好ましい。 In the estimation apparatus of the present invention, it is preferable that the BMD density estimation unit estimates the BMD density of the silicon single crystal based on the thermal history, the oxygen and nitrogen concentrations of the silicon single crystal, and the BMD deposition heat treatment conditions.
本発明の推定装置において、前記結晶温度分布推定部により推定された前記シリコン単結晶の温度分布に基づいて、前記シリコン単結晶における固液界面近傍の熱応力を推定する熱応力推定部をさらに備える、ことが好ましい。 In the estimation apparatus of the present invention, it is preferable to further include a thermal stress estimation unit that estimates the thermal stress near the solid-liquid interface in the silicon single crystal based on the temperature distribution of the silicon single crystal estimated by the crystal temperature distribution estimation unit.
本発明の推定装置において、前記訓練データ生成部は、シリコン融液とシリコン結晶との境界の温度がシリコン融点になるように、前記シミュレーションモデルを構築する、ことが好ましい。 In the estimation apparatus of the present invention, it is preferable that the training data generation unit constructs the simulation model such that the temperature at the boundary between the silicon melt and the silicon crystal becomes the silicon melting point.
本発明の推定プログラムは、コンピュータを、上述の推定装置として機能させる。 The estimation program of the present invention causes a computer to function as the estimation device described above.
[第1実施形態]
<シリコン単結晶製造システムの構成>
まず、本発明の第1実施形態におけるシリコン単結晶製造システムの構成について説明する。
図1は、第1実施形態および第2実施形態におけるシリコン単結晶製造システムの概略構成を示す模式図である。図2は、第1実施形態における推定装置のブロック図である。
[First Embodiment]
<Configuration of a silicon single crystal manufacturing system>
First, the configuration of the silicon single crystal manufacturing system in the first embodiment of the present invention will be described.
Figure 1 is a schematic diagram showing the general configuration of the silicon single crystal manufacturing system in the first and second embodiments. Figure 2 is a block diagram of the estimated apparatus in the first embodiment.
図1に示すシリコン単結晶製造システム1は、シリコン単結晶製造装置2と、温度測定部3と、推定装置4と、を備える。 The silicon single crystal manufacturing system 1 shown in Figure 1 comprises a silicon single crystal manufacturing apparatus 2, a temperature measurement unit 3, and an estimation device 4.
シリコン単結晶製造装置2は、チョクラルスキー法を用いて、肩部SM1、直胴部SM2および図示しないテール部を有するシリコン単結晶SMを製造する。シリコン単結晶製造装置2は、直胴部SM2の直径が、例えば200mm以上450mm以下のシリコン単結晶SMを製造する。シリコン単結晶製造装置2は、引き上げ炉20と、結晶引き上げ部27と、坩堝駆動部28と、図示しない製造装置制御部と、を備える。 The silicon single crystal manufacturing apparatus 2 produces a silicon single crystal SM having a shoulder portion SM1, a straight body portion SM2, and a tail portion (not shown) using the Czochralski method. The silicon single crystal manufacturing apparatus 2 produces a silicon single crystal SM with a straight body portion SM2 diameter of, for example, 200 mm to 450 mm. The silicon single crystal manufacturing apparatus 2 comprises a pulling furnace 20, a crystal pulling unit 27, a crucible drive unit 28, and a manufacturing apparatus control unit (not shown).
引き上げ炉20は、チャンバ21と、坩堝22と、ヒータ23と、保温筒24と、熱遮蔽体25と、冷却体26と、を備える。 The lifting furnace 20 comprises a chamber 21, a crucible 22, a heater 23, a heat-insulating cylinder 24, a heat shield 25, and a cooler 26.
チャンバ21は、メインチャンバ211と、トップチャンバ212と、プルチャンバ213と、を備える。メインチャンバ211、トップチャンバ212およびプルチャンバ213は、水冷構造を有する。 Chamber 21 comprises a main chamber 211, a top chamber 212, and a pull chamber 213. The main chamber 211, top chamber 212, and pull chamber 213 have a water-cooled structure.
メインチャンバ211は、有底円筒状に形成されている。メインチャンバ211は、坩堝22、ヒータ23、保温筒24および熱遮蔽体25を収容する。 The main chamber 211 is formed in a bottomed cylindrical shape. The main chamber 211 houses the crucible 22, heater 23, insulation tube 24, and heat shield 25.
トップチャンバ212は、上端の直径が下端の直径よりも小さい略円錐台筒状に形成されている。トップチャンバ212は、その下端がメインチャンバ211の上端に気密に接続されており、メインチャンバ211の上方を覆う。トップチャンバ212は、引き上げ中のシリコン単結晶SMを冷却する冷却用炉部材である。 The top chamber 212 is formed in a roughly frustoconical shape, with the diameter of its upper end being smaller than the diameter of its lower end. The lower end of the top chamber 212 is hermetically connected to the upper end of the main chamber 211, and it covers the upper part of the main chamber 211. The top chamber 212 is a cooling furnace component for cooling the silicon single crystal SM during pulling.
プルチャンバ213は、円筒状に形成されている。プルチャンバ213は、その下端がトップチャンバ212の上端に気密に接続されている。プルチャンバ213は、引き上げられたシリコン単結晶SMを一時収容する。 The pull chamber 213 is formed in a cylindrical shape. Its lower end is hermetically connected to the upper end of the top chamber 212. The pull chamber 213 temporarily houses the pulled-up silicon single crystal SM.
このように、メインチャンバ211とトップチャンバ212とプルチャンバ213とがそれぞれ気密に接続されることにより、チャンバ21内の密閉空間が形成されている。 In this way, the main chamber 211, the top chamber 212, and the pull chamber 213 are each airtightly connected, forming a sealed space within the chamber 21.
プルチャンバ213の上部には、アルゴン(Ar)ガス等の不活性ガスをチャンバ21内に導入するガス導入口213Aが設けられている。メインチャンバ211の下部には、図示しない真空ポンプの駆動により、当該チャンバ21内のガスを排出するガス排出口211Aが設けられている。 The upper part of the pull chamber 213 is provided with a gas inlet 213A for introducing an inert gas, such as argon (Ar) gas, into the chamber 21. The lower part of the main chamber 211 is provided with a gas outlet 211A for discharging the gas from the chamber 21, driven by a vacuum pump (not shown).
坩堝22は、メインチャンバ211内に配置され、ドーパントが添加されたシリコンの融液MDを貯留する。坩堝22は、有底円筒形状の石英坩堝221と、当該石英坩堝221を収容する炭素素材製の支持坩堝222と、を備える。なお、シリコン単結晶SMの抵抗率が非常に高い場合には、融液MDにドーパントを添加しなくても良い。 Crucible 22 is located within the main chamber 211 and stores the molten silicon MD containing the dopant. Crucible 22 comprises a bottomed cylindrical quartz crucible 221 and a carbon-based support crucible 222 that houses the quartz crucible 221. Note that if the resistivity of the silicon single crystal SM is very high, dopant addition to the molten silicon MD may not be necessary.
ヒータ23は、円筒状に形成されている。ヒータ23は、坩堝22の外側に所定間隔を隔てて配置され、坩堝22内のシリコン原料を融解する。 The heater 23 is formed in a cylindrical shape. The heater 23 is positioned outside the crucible 22 at predetermined intervals and melts the silicon raw material inside the crucible 22.
保温筒24は、円筒状に形成されている。保温筒24は、ヒータ23の外側に所定間隔を隔てて配置されている。 The heat-insulating tube 24 is formed in a cylindrical shape. The heat-insulating tube 24 is positioned outside the heater 23 at predetermined intervals.
熱遮蔽体25は、炭素素材により略円筒状に形成されている。熱遮蔽体25の上端部は、メインチャンバ211の上端側の部位からメインチャンバ211の中央に向かって延びる複数の熱遮蔽体支持部214により支持されている。熱遮蔽体25は、融液MDから引き上げ中のシリコン単結晶SMを囲むように配置され、ヒータ23からシリコン単結晶SMへの輻射熱を遮断する。つまり、熱遮蔽体25は、引き上げ中のシリコン単結晶SMの温度上昇を抑制する昇温抑制用炉部材である。 The heat shield 25 is formed in a substantially cylindrical shape from a carbon material. The upper end of the heat shield 25 is supported by a plurality of heat shield support portions 214 extending from the upper end of the main chamber 211 toward the center of the main chamber 211. The heat shield 25 is positioned to surround the silicon single crystal SM being pulled from the molten MD, blocking radiant heat from the heater 23 to the silicon single crystal SM. In other words, the heat shield 25 is a furnace component for suppressing temperature rise in the silicon single crystal SM during pulling.
冷却体26は、結晶冷却用の円筒状の部材である。冷却体26は、プルチャンバ213の下端側の部位から下方に延びて、引き上げ中のシリコン単結晶SMを囲むように配置されている。 The cooler 26 is a cylindrical component for crystal cooling. The cooler 26 extends downward from the lower end of the pull chamber 213 and is positioned to surround the silicon single crystal SM being pulled.
結晶引き上げ部27は、一端に種結晶SCが取り付けられるケーブル271と、引き上げ炉20の上方に配置され、ケーブル271を昇降および回転させる引き上げ駆動部272と、を備える。 The crystal pulling unit 27 comprises a cable 271 to which a seed crystal SC is attached at one end, and a pulling drive unit 272 positioned above the pulling furnace 20, which raises, lowers, and rotates the cable 271.
坩堝駆動部28は、坩堝22を下方から支持する支持軸281を備える。坩堝駆動部28は、引き上げ炉20の下方に配置され、坩堝22を所定の速度で回転および昇降させる。 The crucible drive unit 28 includes a support shaft 281 that supports the crucible 22 from below. The crucible drive unit 28 is positioned below the lifting furnace 20 and rotates and raises the crucible 22 at a predetermined speed.
以上のようなシリコン単結晶製造装置2において、製造装置制御部は、チャンバ21内のガス流量および炉内圧を所定の状態に制御するとともに、チャンバ21の水冷を開始する。
そして、製造装置制御部は、ヒータ23を制御して、坩堝22をシリコンの融点に加熱することにより、融液MDを生成する。このヒータ23による加熱により、引き上げ炉20内の温度分布(以下、「炉内温度分布」という場合がある)は、当該引き上げ炉20を構成する炉部材(例えば、チャンバ21、坩堝22、ヒータ23、保温筒24、熱遮蔽体25、冷却体26)の熱物性値(例えば、熱輻射率)に応じた分布になる。
In the silicon single crystal manufacturing apparatus 2 described above, the manufacturing apparatus control unit controls the gas flow rate and furnace pressure in the chamber 21 to a predetermined state, and also starts water cooling of the chamber 21.
The manufacturing apparatus control unit then controls the heater 23 to heat the crucible 22 to the melting point of silicon, thereby generating molten MD. This heating by the heater 23 results in a temperature distribution inside the lifting furnace 20 (hereinafter sometimes referred to as the "furnace temperature distribution") that corresponds to the thermal properties (e.g., thermal emissivity) of the furnace components constituting the lifting furnace 20 (e.g., the chamber 21, crucible 22, heater 23, heat-insulating cylinder 24, heat shield 25, and cooler 26).
次に、製造装置制御部は、引き上げ駆動部272を制御して、ケーブル271を下降させることで種結晶SCを融液MDに浸漬する。
そして、製造装置制御部は、坩堝駆動部28および引き上げ駆動部272を制御して、坩堝22およびケーブル271を所定の方向に回転させながら種結晶SCを引き上げることで、シリコン単結晶SMを引き上げる。
Next, the manufacturing apparatus control unit controls the lifting drive unit 272 to lower the cable 271, thereby immersing the seed crystal SC in the molten MD.
The manufacturing apparatus control unit then controls the crucible drive unit 28 and the lifting drive unit 272 to pull up the seed crystal SC while rotating the crucible 22 and cable 271 in a predetermined direction, thereby pulling up the silicon single crystal SM.
引き上げ中のシリコン単結晶SMは、炉内温度分布に応じた温度分布であって、融液MDから離れた領域ほど低くなる温度分布を有する。シリコン単結晶SMの温度は、特に、水冷されたトップチャンバ212および冷却体26と、ヒータ23からの輻射熱を遮断する熱遮蔽体25との影響を受ける。 The silicon single crystal SM being pulled has a temperature distribution corresponding to the furnace temperature distribution, with the temperature decreasing in areas further away from the molten liquid (MD). The temperature of the silicon single crystal SM is particularly affected by the water-cooled top chamber 212 and cooler 26, and the heat shield 25 that blocks radiant heat from the heater 23.
炉部材の経年劣化などにより、その熱物性値が変化すると、当該熱物性値の変化前と同じ条件でヒータ23を制御する場合、炉内温度分布は、当該熱物性値の変化前の分布とは異なる分布になる。この炉内温度分布の変化に伴い、引き上げ中のシリコン単結晶SMの温度分布(以下、「結晶温度分布」という場合がある)は、当該熱物性値の変化前の分布とは異なる分布になる。結晶温度分布が変化すると、シリコン単結晶SMの熱履歴(冷却条件)は、当該熱物性値の変化前の履歴とは異なる履歴になる。このシリコン単結晶SMの熱履歴の変化に伴い、当該シリコン単結晶SMのBMD密度は、当該熱物性値の変化前の密度とは異なる密度になる。 When the thermal properties of furnace components change due to aging or other factors, controlling the heater 23 under the same conditions as before the change in thermal properties will result in a different internal furnace temperature distribution. This change in internal furnace temperature distribution will cause the temperature distribution of the silicon single crystal SM being pulled (hereinafter sometimes referred to as the "crystal temperature distribution") to differ from the distribution before the change in thermal properties. This change in crystal temperature distribution will result in a different thermal history (cooling conditions) for the silicon single crystal SM compared to the history before the change in thermal properties. Consequently, the BMD density of the silicon single crystal SM will differ from the density before the change in thermal properties.
温度測定部3は、引き上げ炉20内の所定領域の温度を測定する。温度測定部3は、第1測定部31と、第2測定部32と、を備える。
第1測定部31および第2測定部32は、例えば、非接触で引き上げ炉20内の温度を測定するサーモカメラにより構成されている。
The temperature measuring unit 3 measures the temperature of a predetermined area inside the lifting furnace 20. The temperature measuring unit 3 comprises a first measuring unit 31 and a second measuring unit 32.
The first measuring unit 31 and the second measuring unit 32 are composed of, for example, a thermal camera that measures the temperature inside the lifting furnace 20 in a non-contact manner.
第1測定部31は、トップチャンバ212の上側の部位に形成された第1覗き窓212Aから第1測定位置Q1および第2測定位置Q2を含む領域の温度を測定し、測定結果を推定装置4へ出力する。 The first measuring unit 31 measures the temperature of the region including the first measuring position Q1 and the second measuring position Q2 through the first viewing window 212A formed in the upper part of the top chamber 212, and outputs the measurement result to the estimation device 4.
第1測定位置Q1は、熱遮蔽体25におけるシリコン単結晶SMを囲む部位の内周面上に位置する。
経年劣化により炉部材である熱遮蔽体25の熱物性値が変化すると、熱遮蔽体25の性能が変化する。熱遮蔽体25の性能が変化すると、性能変化前と同じ条件でヒータ23を制御する場合、第1測定位置Q1は、性能変化前と異なる温度になる。
このように、第1測定位置Q1は、シリコン単結晶SMの温度に影響を与える熱遮蔽体25の性能(熱物性値)に応じた温度になる。
The first measurement position Q1 is located on the inner circumferential surface of the portion surrounding the silicon single crystal SM in the heat shield 25.
When the thermal properties of the heat shield 25, a furnace component, change due to aging, the performance of the heat shield 25 changes. When the performance of the heat shield 25 changes, the temperature at the first measurement position Q1 will be different from that before the performance change, even when the heater 23 is controlled under the same conditions as before the performance change.
Thus, the temperature at the first measurement position Q1 corresponds to the performance (thermophysical properties) of the thermal shield 25, which affects the temperature of the silicon single crystal SM.
第2測定位置Q2は、熱遮蔽体支持部214上に位置する。
第2測定位置Q2は、熱遮蔽体支持部214と水冷されているトップチャンバ212との間の領域の温度に対応する温度になる。経年劣化により炉部材であるトップチャンバ212の熱物性値が変化すると、トップチャンバ212の性能が変化して、性能変化前と同じ条件でヒータ23を制御する場合、熱遮蔽体支持部214とトップチャンバ212との間の領域(以下、「トップチャンバ212による冷却領域」という場合がある)は、性能変化前と異なる温度になる。その結果、第2測定位置Q2は、トップチャンバ212の性能変化前と異なる温度になる。
このように、第2測定位置Q2は、シリコン単結晶SMの温度に影響を与えるトップチャンバ212の性能(熱物性値)に応じた温度になる。つまり、第2測定位置Q2は、トップチャンバ212により温度が調整された位置である。
The second measurement position Q2 is located on the heat shield support portion 214.
The second measurement position Q2 will be at a temperature corresponding to the temperature of the region between the heat shield support 214 and the water-cooled top chamber 212. When the thermophysical properties of the top chamber 212, which is a furnace component, change due to aging, the performance of the top chamber 212 changes. When the heater 23 is controlled under the same conditions as before the performance change, the region between the heat shield support 214 and the top chamber 212 (hereinafter sometimes referred to as the "cooling region by the top chamber 212") will be at a different temperature than before the performance change. As a result, the second measurement position Q2 will be at a different temperature than before the performance change of the top chamber 212.
Thus, the temperature at the second measurement position Q2 is determined by the performance (thermophysical properties) of the top chamber 212, which affects the temperature of the silicon single crystal SM. In other words, the second measurement position Q2 is a position where the temperature is adjusted by the top chamber 212.
ここで、第2測定位置Q2を熱遮蔽体支持部214上に位置させる理由について説明する。
上述したように、第2測定位置Q2はトップチャンバ212の性能に応じた温度になるため、第2測定位置Q2をトップチャンバ212の内周面上に位置させることも考えられる。
しかし、トップチャンバ212の内周面の温度を測定しても、トップチャンバ212の性能に応じた温度を測定できないおそれがある。
一方、熱遮蔽体支持部214は、トップチャンバ212による冷却領域の温度、つまりトップチャンバ212の性能に応じた温度になる。
このような理由により、本第1実施形態では、第2測定位置Q2を熱遮蔽体支持部214上に位置させた。
Here, we will explain the reason for positioning the second measurement position Q2 on the heat shield support portion 214.
As mentioned above, the temperature at the second measurement position Q2 will be in accordance with the performance of the top chamber 212, so it is also possible to position the second measurement position Q2 on the inner surface of the top chamber 212.
However, even if the temperature of the inner surface of the top chamber 212 is measured, there is a risk that the temperature measured may not reflect the performance of the top chamber 212.
On the other hand, the heat shield support portion 214 reaches a temperature corresponding to the cooling region of the top chamber 212, that is, a temperature corresponding to the performance of the top chamber 212.
For these reasons, in this first embodiment, the second measurement position Q2 is positioned on the heat shield support portion 214.
第2測定部32は、プルチャンバ213に形成された第2覗き窓213Bから第3測定位置Q3を含む領域の温度を測定し、測定結果を推定装置4へ出力する。 The second measuring unit 32 measures the temperature of the region including the third measuring position Q3 through the second viewing window 213B formed in the pull chamber 213, and outputs the measurement result to the estimation device 4.
第3測定位置Q3は、プルチャンバ213内のシリコン単結晶SMの外周面上に位置する。
経年劣化により炉部材である冷却体26の熱物性値が変化すると、冷却体26の性能が変化して、性能変化前と同じ条件でヒータ23を制御する場合、冷却体26により冷却されるシリコン単結晶SMは、性能変化前と異なる温度になる。その結果、第3測定位置Q3は、プルチャンバ213内の冷却体26の性能変化前と異なる温度になる。
このように、第3測定位置Q3は、シリコン単結晶SMの温度に影響を与える冷却体26の性能(熱物性値)に応じた温度になる。つまり、第3測定位置Q3は、冷却体26により温度が調整された位置である。
The third measurement position Q3 is located on the outer surface of the silicon single crystal SM inside the pull chamber 213.
As the thermophysical properties of the cooler 26, a furnace component, change due to aging, the performance of the cooler 26 changes. When the heater 23 is controlled under the same conditions as before the performance change, the silicon single crystal SM cooled by the cooler 26 reaches a different temperature than before the performance change. As a result, the temperature at the third measurement position Q3 is different from the temperature at the cooler 26 in the pull chamber 213 before the performance change.
Thus, the temperature at the third measurement position Q3 corresponds to the performance (thermophysical properties) of the cooler 26, which affects the temperature of the silicon single crystal SM. In other words, the third measurement position Q3 is a position where the temperature is adjusted by the cooler 26.
ここで、第3測定位置Q3をプルチャンバ213内のシリコン単結晶SMの外周面上に位置させる理由について説明する。
上述したように、第3測定位置Q3は冷却体26の性能に応じた温度になるため、第3測定位置Q3を冷却体26の内周面上に位置させることも考えられる。
しかし、冷却体26の内周面の温度を測定しても、冷却体26の性能に応じた温度を測定できないおそれがある。
一方、プルチャンバ213内のシリコン単結晶SMは、冷却体26の性能に応じた温度になる。また、シリコン単結晶SMにおけるプルチャンバ213内に位置する領域は、融液MDから発生する赤外線の反射による外乱がほとんど無く、温度を正確に測定することができる。
このような理由により、本第1実施形態では、第3測定位置Q3をプルチャンバ213内のシリコン単結晶SMの外周面上に位置させた。
Here, we will explain why the third measurement position Q3 is located on the outer surface of the silicon single crystal SM inside the pull chamber 213.
As mentioned above, the temperature at the third measurement position Q3 will be in accordance with the performance of the cooler 26, so it is also possible to position the third measurement position Q3 on the inner circumferential surface of the cooler 26.
However, even if the temperature of the inner surface of the cooler 26 is measured, there is a risk that the temperature measured may not correspond to the performance of the cooler 26.
On the other hand, the silicon single crystal SM inside the pull chamber 213 reaches a temperature corresponding to the performance of the coolant 26. Furthermore, the region of the silicon single crystal SM located inside the pull chamber 213 is almost free from disturbances caused by the reflection of infrared rays generated from the molten MD, allowing for accurate temperature measurement.
For these reasons, in this first embodiment, the third measurement position Q3 is positioned on the outer surface of the silicon single crystal SM inside the pull chamber 213.
推定装置4は、コンピュータにより構成され、シリコン単結晶製造装置2で引き上げ中のシリコン単結晶SMの結晶温度分布を推定する。また、推定装置4は、推定された結晶温度分布に基づいて、シリコン単結晶SMの熱履歴を推定する。さらに、推定装置4は、推定された熱履歴に基づいて、シリコン単結晶SMのBMD密度を推定する。
図2に示すように、推定装置4には、温度測定部3と、入力部51と、出力部52と、窒素濃度算出部53と、酸素濃度算出部54と、BMD析出熱処理条件設定部55と、記憶部56とが各種情報を送受信可能に接続されている。
Estimation device 4 is a computer-based device that estimates the crystal temperature distribution of the silicon single crystal SM being pulled up by the silicon single crystal manufacturing apparatus 2. Furthermore, estimation device 4 estimates the thermal history of the silicon single crystal SM based on the estimated crystal temperature distribution. In addition, estimation device 4 estimates the BMD density of the silicon single crystal SM based on the estimated thermal history.
As shown in Figure 2, the estimation device 4 is connected to a temperature measurement unit 3, an input unit 51, an output unit 52, a nitrogen concentration calculation unit 53, an oxygen concentration calculation unit 54, a BMD deposition heat treatment condition setting unit 55, and a storage unit 56, enabling them to send and receive various types of information.
入力部51は、例えばタッチパネルまたは物理ボタンにより構成されている。入力部51は、各種設定の入力操作に用いられ、入力操作に対応する信号を推定装置4へ出力する。 The input unit 51 is configured, for example, as a touch panel or physical buttons. The input unit 51 is used for inputting various settings and outputs signals corresponding to the input operations to the estimation device 4.
出力部52は、推定装置4の制御に基づいて、各種情報を表示または出力する。 The output unit 52 displays or outputs various information based on the control of the estimation device 4.
窒素濃度算出部53は、例えば、融液MDへの窒素の添加量に基づいて、シリコン単結晶製造装置2で引き上げ中の窒素濃度を算出し、推定結果を推定装置4へ出力する。 The nitrogen concentration calculation unit 53 calculates the nitrogen concentration during the pulling process in the silicon single crystal manufacturing apparatus 2, for example, based on the amount of nitrogen added to the molten MD, and outputs the estimated result to the estimation device 4.
酸素濃度算出部54は、引き上げ条件、例えば、坩堝22およびシリコン単結晶SMの回転数に基づいて、シリコン単結晶製造装置2で引き上げ中の酸素濃度を算出し、推定結果を推定装置4へ出力する。 The oxygen concentration calculation unit 54 calculates the oxygen concentration during the pulling process in the silicon single crystal manufacturing apparatus 2 based on the pulling conditions, for example, the rotation speed of the crucible 22 and the silicon single crystal SM, and outputs the estimated result to the estimation device 4.
BMD析出熱処理条件設定部55は、例えば、作業者の入力部51を用いた設定入力に基づいて、シリコン単結晶SMから得られるシリコンウェーハにBMDを析出させるためのBMD析出熱処理条件を設定し、設定内容を推定装置4へ出力する。 The BMD deposition heat treatment condition setting unit 55 sets the BMD deposition heat treatment conditions for depositing BMDs on a silicon wafer obtained from a silicon single crystal SM, based, for example, on setting input from the operator using the input unit 51, and outputs the setting details to the estimation device 4.
記憶部56は、例えばHDD(Hard Disk Drive)等の周知の記憶装置により構成されている。記憶部56は、推定プログラムP1と、結晶温度分布、熱履歴およびBMD密度の推定に必要な各種情報とを記憶する。 The storage unit 56 is composed of a well-known storage device, such as an HDD (Hard Disk Drive). The storage unit 56 stores the estimation program P1 and various information necessary for estimating the crystal temperature distribution, thermal history, and BMD density.
推定プログラムP1は、コンピュータを推定装置4として機能させるためのプログラムである。
推定プログラムP1は、例えばBlu-ray(登録商標)、DVD、CD-ROMなどの可搬型記録媒体の販売、譲渡、貸与などにより流通することができる。さらに、推定プログラムP1は、例えばネットワーク上のサーバの記憶部に記憶され、ネットワークを介して他のコンピュータに転送されることにより、流通することができる。
Estimation program P1 is a program that causes the computer to function as estimation device 4.
The estimated program P1 can be distributed, for example, through the sale, transfer, or lending of portable recording media such as Blu-ray®, DVD, and CD-ROM. Furthermore, the estimated program P1 can be distributed, for example, by being stored in the memory of a server on a network and transferred to other computers via the network.
記憶部56に記憶された推定プログラムP1は、コンピュータにより可搬型記録媒体から読み取られたものであっても良いし、ネットワーク上のサーバから取得されたものであっても良い。また、記憶部56に推定プログラムP1を格納せずに、コンピュータが、逐次、推定プログラムP1をサーバから取得して実行する構成としても良い。また、推定プログラムP1をコンピュータ内に設けられた別の記憶部に格納しても良い。 The estimated program P1 stored in the memory unit 56 may be read by the computer from a portable recording medium, or it may be obtained from a server on a network. Alternatively, the estimated program P1 may not be stored in the memory unit 56, and the computer may sequentially obtain and execute the estimated program P1 from the server. Furthermore, the estimated program P1 may be stored in a separate memory unit within the computer.
推定装置4は、CPU(Central Processing Unit)を備える。推定装置4は、記憶部56に記憶された推定プログラムP1をCPUが実行することにより、訓練データ生成部41、機械学習部42、結晶温度分布推定部43、熱履歴推定部44およびBMD密度推定部45として機能する。 The estimation device 4 is equipped with a CPU (Central Processing Unit). The estimation device 4 functions as a training data generation unit 41, a machine learning unit 42, a crystal temperature distribution estimation unit 43, a thermal history estimation unit 44, and a BMD density estimation unit 45, by having the CPU execute the estimation program P1 stored in the memory unit 56.
訓練データ生成部41は、引き上げ炉20を模擬したシミュレーションモデルを構築する。そして、訓練データ生成部41は、引き上げ炉20における炉部材の熱物性値を任意に設定した複数の計算条件で伝熱シミュレーションを実施して、当該複数の計算条件におけるシリコン単結晶が引き上げ炉内に存在する状態での炉内温度分布の計算結果および前記育成中の部位の組み合わせを訓練データとして生成する。訓練データを構成する炉内温度分布は、シリコン単結晶の直胴部におけるトップ部(引き上げ方向上端側の部位)、ミドル部(引き上げ方向中央の部位)、および、ボトム部(引き上げ方向下端側の部位)のうち、少なくとも1つの部位の温度分布であっても良い。 The training data generation unit 41 constructs a simulation model that mimics the pull-up furnace 20. The training data generation unit 41 then performs heat transfer simulations under multiple calculation conditions in which the thermophysical properties of the furnace members in the pull-up furnace are arbitrarily set. It generates training data consisting of the calculated results of the furnace temperature distribution when a silicon single crystal is present in the pull-up furnace under these multiple calculation conditions, and combinations of the growing locations. The furnace temperature distribution constituting the training data may be the temperature distribution of at least one of the following locations in the straight body of the silicon single crystal: the top portion (the upper end in the pull-up direction), the middle portion (the center in the pull-up direction), and the bottom portion (the lower end in the pull-up direction).
機械学習部42は、訓練データ生成部41により生成された訓練データに基づいて、入力を引き上げ炉20内における第1,第2,第3測定位置Q1,Q2,Q3の温度とし、出力を結晶温度分布とする回帰モデルを、機械学習法を用いて構築する。機械学習法としては、ニューラルネットワークまたは遺伝的アルゴリズムを用いた方法を例示できるが、特に限定されず周知の方法(サポートベクターマシンまたはスパースモデルなど)を用いることができる。 The machine learning unit 42 constructs a regression model using machine learning methods, based on the training data generated by the training data generation unit 41. The input is the temperature of the first, second, and third measurement positions Q1, Q2, and Q3 inside the furnace 20, and the output is the crystal temperature distribution. Examples of machine learning methods include neural networks or genetic algorithms, but the system is not particularly limited and well-known methods (such as support vector machines or sparse models) can be used.
結晶温度分布推定部43は、シリコン単結晶SMの引き上げ中に温度測定部3から得られた第1,第2,第3測定位置Q1,Q2,Q3の温度測定結果を、機械学習部42により構築された回帰モデルに入力して、結晶温度分布を推定する。ここで、シリコン単結晶SMの引き上げ中、急激に引き上げ炉20の部材が劣化することは考えられないので、炉内温度分布はほとんど変わらない。このため、第1,第2,第3測定位置Q1,Q2,Q3の温度測定結果に基づき炉内温度分布を推定できれば、結晶温度分布を推定することができる。 The crystal temperature distribution estimation unit 43 inputs the temperature measurement results from the first, second, and third measurement positions Q1, Q2, and Q3, obtained from the temperature measurement unit 3 during the pulling of the silicon single crystal SM, into a regression model constructed by the machine learning unit 42 to estimate the crystal temperature distribution. Here, since it is unlikely that the components of the pulling furnace 20 will rapidly deteriorate during the pulling of the silicon single crystal SM, the furnace temperature distribution remains almost unchanged. Therefore, if the furnace temperature distribution can be estimated based on the temperature measurement results from the first, second, and third measurement positions Q1, Q2, and Q3, the crystal temperature distribution can be estimated.
熱履歴推定部44は、結晶温度分布推定部43により推定された結晶温度分布と、シリコン単結晶SMの引き上げ速度とに基づいて、シリコン単結晶SMの熱履歴を推定する。 The thermal history estimation unit 44 estimates the thermal history of the silicon single crystal SM based on the crystal temperature distribution estimated by the crystal temperature distribution estimation unit 43 and the pulling rate of the silicon single crystal SM.
BMD密度推定部45は、熱履歴推定部44により推定された熱履歴と、シリコン単結晶SMの窒素濃度および酸素濃度と、BMD析出熱処理条件とに基づいて、シリコン単結晶SMに析出し得るBMD密度を推定する。 The BMD density estimation unit 45 estimates the BMD density that can be deposited in the silicon single crystal SM based on the thermal history estimated by the thermal history estimation unit 44, the nitrogen and oxygen concentrations of the silicon single crystal SM, and the BMD deposition heat treatment conditions.
<シリコン単結晶製造システムの動作>
次に、シリコン単結晶製造システム1の動作として、シリコン単結晶SMの引き上げ中におけるシリコン単結晶SMのBMD密度の推定処理について説明する。
図3は、第1実施形態におけるBMD密度の推定処理を示すフローチャートである。
<Operation of the silicon single crystal manufacturing system>
Next, we will describe the process of estimating the BMD density of the silicon single crystal SM during the pulling of the silicon single crystal SM, as part of the operation of the silicon single crystal manufacturing system 1.
Figure 3 is a flowchart showing the BMD density estimation process in the first embodiment.
まず、図3に示すように、推定装置4の訓練データ生成部41は、引き上げ炉20を模擬したシミュレーションモデルを構築する(ステップS1)。
訓練データ生成部41は、シミュレーションモデルを構築するに際し、引き上げ炉20の炉部材の形状、サイズ、配置位置および熱物性値と、水冷される炉部材の水冷条件と、シリコン単結晶SMのサイズ(例えば、肩部SM1、直胴部SM2、テール部のそれぞれの長さ、直胴部SM2の直径)と、融液MDとシリコン単結晶SMとの界面の温度とを既知の値として設定する。前記界面の温度は、シリコンの融点に設定される。炉部材の熱物性値としては、熱輻射率を例示することができる。
First, as shown in Figure 3, the training data generation unit 41 of the estimation device 4 constructs a simulation model that mimics the lifting furnace 20 (step S1).
When constructing a simulation model, the training data generation unit 41 sets the shape, size, placement, and thermophysical properties of the furnace members of the lifting furnace 20, the water cooling conditions for the water-cooled furnace members, the size of the silicon single crystal SM (for example, the lengths of the shoulder portion SM1, the straight body portion SM2, and the tail portion, and the diameter of the straight body portion SM2), and the temperature of the interface between the molten MD and the silicon single crystal SM as known values. The interface temperature is set to the melting point of silicon. Thermal emissivity can be used as an example of the thermophysical properties of the furnace members.
次に、訓練データ生成部41は、シミュレーションモデルに基づく伝熱シミュレーションを実施して、訓練データを生成する(ステップS2)。
訓練データを生成するに際し、訓練データ生成部41は、作業者の入力部51を用いた設定入力に基づいて、複数の炉部材の熱物性値の範囲を設定した後、上記範囲内において、各炉部材の熱物性値を任意に組み合わせた複数の計算条件を設定する。なお、訓練データ生成部41は、1つの炉部材の熱物性値の範囲を設定した後、上記範囲内において、熱物性値を任意に選択した複数の計算条件を設定しても良い。熱物性値が設定される炉部材には、引き上げ中のシリコン単結晶SMの温度に影響を与えるトップチャンバ212、熱遮蔽体25および冷却体26が含まれることが好ましい。機械学習部42における回帰モデルの精度を向上させるという観点から、ここで設定する計算条件は多い方が好ましい。
訓練データ生成部41は、複数の計算条件のそれぞれに対して伝熱シミュレーションを実施し、炉内温度分布を計算する。訓練データ生成部41は、各計算条件からそれぞれ得られた炉内温度分布の計算結果を、訓練データとして機械学習部42へ出力する。
Next, the training data generation unit 41 performs a heat transfer simulation based on the simulation model to generate training data (step S2).
When generating training data, the training data generation unit 41 sets a range of thermophysical properties for multiple furnace components based on the setting input using the operator's input unit 51, and then sets multiple calculation conditions by arbitrarily combining the thermophysical properties of each furnace component within the above range. Alternatively, the training data generation unit 41 may set a range of thermophysical properties for one furnace component and then set multiple calculation conditions by arbitrarily selecting thermophysical properties within the above range. Preferably, the furnace components for which thermophysical properties are set include the top chamber 212, the heat shield 25, and the cooler 26, which affect the temperature of the silicon single crystal SM during pulling. From the viewpoint of improving the accuracy of the regression model in the machine learning unit 42, it is preferable to set a large number of calculation conditions here.
The training data generation unit 41 performs heat transfer simulations for each of the multiple calculation conditions and calculates the temperature distribution inside the furnace. The training data generation unit 41 outputs the calculation results of the temperature distribution inside the furnace obtained from each calculation condition as training data to the machine learning unit 42.
この後、機械学習部42は、訓練データを用いて、入力を第1,第2,第3測定位置Q1,Q2,Q3の温度とし、出力を結晶温度分布とする回帰モデルを構築する(ステップS3)。そして、機械学習部42は、構築された回帰モデルを結晶温度分布推定部43へ出力する。 Next, the machine learning unit 42 uses the training data to construct a regression model with the temperatures of the first, second, and third measurement positions Q1, Q2, and Q3 as inputs, and the crystal temperature distribution as the output (step S3). Then, the machine learning unit 42 outputs the constructed regression model to the crystal temperature distribution estimation unit 43.
ステップS3の処理後、シリコン単結晶製造装置2の製造装置制御部は、図1に示すように、シミュレーションモデルの構築時に設定したサイズのシリコン単結晶SMを、融液MDから引き上げる。
そして、図3に示すように、温度測定部3の第1,第2測定部31,32は、例えば、プルチャンバ213内に位置する直胴部SM2の温度を第2測定部32が測定できるタイミングで、第1,第2,第3測定位置Q1,Q2,Q3の温度を測定し、測定結果を推定装置4へ出力する(ステップS4)。
なお、第1測定部31と第2測定部32の測温タイミングは、異なっていても良い。
After the processing in step S3, the manufacturing apparatus control unit of the silicon single crystal manufacturing apparatus 2 pulls up a silicon single crystal SM of the size set during the construction of the simulation model from the molten MD, as shown in Figure 1.
Then, as shown in Figure 3, the first and second measuring units 31 and 32 of the temperature measuring unit 3 measure the temperatures of the first, second, and third measuring positions Q1, Q2, and Q3 at the timing when the second measuring unit 32 can measure the temperature of the straight body portion SM2 located inside the pull chamber 213, and output the measurement results to the estimation device 4 (step S4).
Note that the temperature measurement timings of the first measurement unit 31 and the second measurement unit 32 may be different.
この後、結晶温度分布推定部43は、機械学習部42から取得した回帰モデルに、温度測定部3から取得した第1,第2,第3測定位置Q1,Q2,Q3の温度測定結果を入力することにより、引き上げ中のシリコン単結晶SMの結晶温度分布を推定する(ステップS5)。結晶温度分布推定部43は、結晶温度分布の推定結果を熱履歴推定部44へ出力する。
なお、結晶温度分布推定部43は、結晶温度分布の推定結果を出力部52に表示または出力させても良い。
Next, the crystal temperature distribution estimation unit 43 estimates the crystal temperature distribution of the silicon single crystal SM being pulled by inputting the temperature measurement results of the first, second, and third measurement positions Q1, Q2, and Q3 obtained from the temperature measurement unit 3 into the regression model obtained from the machine learning unit 42 (step S5). The crystal temperature distribution estimation unit 43 outputs the estimated crystal temperature distribution result to the thermal history estimation unit 44.
The crystal temperature distribution estimation unit 43 may also display or output the estimated crystal temperature distribution results to the output unit 52.
次に、熱履歴推定部44は、結晶温度分布推定部43から取得した結晶温度分布と、当該結晶温度分布を有するシリコン単結晶SMの引き上げ速度とに基づいて、当該シリコン単結晶SMの熱履歴を推定する(ステップS6)。熱履歴推定部44は、熱履歴の推定結果をBMD密度推定部45へ出力する。
なお、熱履歴推定部44は、熱履歴の推定結果を出力部52に表示または出力させても良い。また、熱履歴推定部44は、製造装置制御部からシリコン単結晶SMの引き上げ速度を取得しても良いし、作業者により入力部51を用いて設定入力された値をシリコン単結晶SMの引き上げ速度として取得しても良い。
Next, the thermal history estimation unit 44 estimates the thermal history of the silicon single crystal SM based on the crystal temperature distribution obtained from the crystal temperature distribution estimation unit 43 and the pulling rate of the silicon single crystal SM having said crystal temperature distribution (step S6). The thermal history estimation unit 44 outputs the thermal history estimation result to the BMD density estimation unit 45.
The thermal history estimation unit 44 may display or output the thermal history estimation results to the output unit 52. The thermal history estimation unit 44 may also obtain the silicon single crystal SM pulling speed from the manufacturing equipment control unit, or it may obtain the silicon single crystal SM pulling speed as a value set by the operator using the input unit 51.
また、窒素濃度算出部53は、シリコン単結晶SMの窒素濃度を算出して、算出結果を推定装置4へ出力する(ステップS7)。酸素濃度算出部54は、シリコン単結晶SMの酸素濃度を算出して、算出結果を推定装置4へ出力する(ステップS8)。BMD析出熱処理条件設定部55は、BMD析出熱処理条件を設定して、設定内容を推定装置4へ出力する(ステップS9)。
なお、ステップS7~S9の処理は、任意の順序および任意のタイミングで行うことができる。
Furthermore, the nitrogen concentration calculation unit 53 calculates the nitrogen concentration of the silicon single crystal SM and outputs the calculation result to the estimation device 4 (step S7). The oxygen concentration calculation unit 54 calculates the oxygen concentration of the silicon single crystal SM and outputs the calculation result to the estimation device 4 (step S8). The BMD deposition heat treatment condition setting unit 55 sets the BMD deposition heat treatment conditions and outputs the setting details to the estimation device 4 (step S9).
Furthermore, the processes in steps S7 to S9 can be performed in any order and at any timing.
そして、BMD密度推定部45は、熱履歴推定部44から取得した熱履歴と、窒素濃度と、酸素濃度と、BMD析出熱処理条件とに基づいて、引き上げ中のシリコン単結晶SMのBMD密度を推定する(ステップS10)。この際、BMD密度推定部45は、熱履歴が異なる部位ごとにBMD密度を推定することが好ましい。
なお、BMD密度推定部45は、BMD密度の推定結果を出力部52に表示または出力させても良い。また、BMD密度推定部45は、作業者により入力部51を用いて設定入力された値を、窒素濃度および酸素濃度のうち少なくとも一方の濃度として取得しても良い。
Then, the BMD density estimation unit 45 estimates the BMD density of the silicon single crystal SM being pulled based on the thermal history obtained from the thermal history estimation unit 44, the nitrogen concentration, the oxygen concentration, and the BMD deposition heat treatment conditions (step S10). In this case, it is preferable for the BMD density estimation unit 45 to estimate the BMD density for each part with a different thermal history.
The BMD density estimation unit 45 may display or output the estimated BMD density result to the output unit 52. The BMD density estimation unit 45 may also acquire the value set by the operator using the input unit 51 as the concentration of at least one of the nitrogen concentration and oxygen concentration.
<第1実施形態の効果>
第1実施形態の推定装置4によれば、少なくとも以下の効果を奏することができる。
(1)推定装置4は、引き上げ炉20を構成する炉部材の熱物性値を任意に設定した複数の計算条件で伝熱シミュレーションを実施して、各計算条件からそれぞれ得られた炉内温度分布の計算結果を訓練データとして生成する。次に、推定装置4は、訓練データに基づいて、入力を引き上げ炉20内における第1,第2,第3測定位置Q1,Q2,Q3の温度とし、出力を結晶温度分布とする回帰モデルを、機械学習法を用いて生成する。そして、推定装置4は、シリコン単結晶SMの引き上げ中に得られた第1,第2,第3測定位置Q1,Q2,Q3の温度測定結果を回帰モデルに入力して、当該引き上げ中のシリコン単結晶SMの結晶温度分布を推定する。
このため、推定装置4は、測定精度の悪い引き上げ中の融液MD近傍のシリコン単結晶SMの温度を用いることなく、引き上げ炉20内の第1,第2,第3測定位置Q1,Q2,Q3の温度と、回帰モデルとに基づいて、炉部材の経年劣化に応じたシリコン単結晶SMの結晶温度分布を精度良く推定することができる。
特に、結晶温度分布の推定処理をシリコン単結晶SMの引き上げ中に行うことにより、結晶温度分布をリアルタイムで精度良く推定することができる。
<Effects of the First Embodiment>
The estimation device 4 of the first embodiment can achieve at least the following effects.
(1) The estimation device 4 performs heat transfer simulations under multiple calculation conditions in which the thermophysical properties of the furnace members constituting the pulling furnace 20 are arbitrarily set, and generates training data from the calculation results of the furnace temperature distribution obtained from each calculation condition. Next, the estimation device 4 generates a regression model using machine learning, based on the training data, with the input being the temperatures of the first, second, and third measurement positions Q1, Q2, and Q3 inside the pulling furnace 20, and the output being the crystal temperature distribution. Then, the estimation device 4 inputs the temperature measurement results of the first, second, and third measurement positions Q1, Q2, and Q3 obtained during the pulling of the silicon single crystal SM into the regression model and estimates the crystal temperature distribution of the silicon single crystal SM during the pulling.
Therefore, the estimation device 4 can accurately estimate the crystal temperature distribution of the silicon single crystal SM in accordance with the aging deterioration of the furnace members, based on the temperatures of the first, second, and third measurement positions Q1, Q2, and Q3 in the pulling furnace 20 and a regression model, without using the temperature of the silicon single crystal SM near the molten MD during pulling, which has poor measurement accuracy.
In particular, by performing the crystal temperature distribution estimation process during the pulling of the silicon single crystal SM, the crystal temperature distribution can be estimated accurately in real time.
(2)推定装置4は、精度良く推定された結晶温度分布と、シリコン単結晶SMの引き上げ速度とに基づいて、シリコン単結晶SMの熱履歴を推定する。
このため、推定装置4は、炉部材の経年劣化に応じたシリコン単結晶SMの熱履歴を精度良く推定することができる。
特に、熱履歴の推定処理をシリコン単結晶SMの引き上げ中に行うことにより、熱履歴をリアルタイムで精度良く推定することができる。
(2) The estimation device 4 estimates the thermal history of the silicon single crystal SM based on the accurately estimated crystal temperature distribution and the pulling speed of the silicon single crystal SM.
Therefore, the estimation device 4 can accurately estimate the thermal history of the silicon single crystal SM in accordance with the aging degradation of the furnace components.
In particular, by performing the thermal history estimation process during the pulling of the silicon single crystal SM, the thermal history can be estimated accurately in real time.
(3)推定装置4は、精度良く推定されたシリコン単結晶SMの熱履歴と、シリコン単結晶SMの酸素濃度および窒素濃度と、引き上げ速度とに基づいて、引き上げ中のシリコン単結晶SMに析出し得るBMDの密度を推定する。
このため、推定装置4は、炉部材の経年劣化に応じたシリコン単結晶SMのBMD密度を精度良く推定することができる。特に、酸素濃度に加えて窒素濃度を考慮に入れることにより、シリコン単結晶SMのBMD密度をより精度良く推定することができる。
特に、BMD密度の推定処理をシリコン単結晶SMの引き上げ中に行うことにより、BMD密度をリアルタイムで精度良く推定することができる。したがって、次回に引き上げられるシリコン単結晶SMのBMD密度が変わらないようにするための引き上げ条件の調整、または、経年劣化した炉部材の交換準備に、早めに着手することができる。ここで、引き上げ条件の変更としては、坩堝22の回転速度の変更、または、ヒータ23のパワーの変更を例示することができる。
(3) The estimation device 4 estimates the density of BMDs that can precipitate on the silicon single crystal SM during pulling, based on the accurately estimated thermal history of the silicon single crystal SM, the oxygen and nitrogen concentrations of the silicon single crystal SM, and the pulling speed.
Therefore, the estimation device 4 can accurately estimate the BMD density of silicon single crystal SM in accordance with the aging degradation of the reactor components. In particular, by taking nitrogen concentration into consideration in addition to oxygen concentration, the BMD density of silicon single crystal SM can be estimated with even greater accuracy.
In particular, by performing the BMD density estimation process while the silicon single crystal SM is being pulled, the BMD density can be estimated accurately in real time. Therefore, adjustments to the pulling conditions to ensure that the BMD density of the silicon single crystal SM to be pulled next time remains unchanged, or preparations for replacing aged furnace components, can be started earlier. Examples of changes to the pulling conditions include changing the rotation speed of the crucible 22 or changing the power of the heater 23.
(4)訓練データ生成部41は、シリコン融液とシリコン結晶との境界の温度がシリコン融点になるように、シミュレーションモデルを構築する。
既知のシリコン融点の値を用いることにより、熱履歴の推定精度およびBMD密度の推定精度を向上させることができる。
(4) The training data generation unit 41 constructs a simulation model such that the temperature at the boundary between the silicon melt and the silicon crystal is the silicon melting point.
By using known silicon melting point values, the accuracy of estimating thermal history and BMD density can be improved.
(5)伝熱シミュレーションにおいて熱物性値が設定される炉部材は、引き上げ中のシリコン単結晶SMを冷却するトップチャンバ212を含む。そして、回帰モデルに入力される温度の測定位置は、トップチャンバ212により温度が調整されている熱遮蔽体支持部214上の第2測定位置Q2を含む。
このように、水冷機能を有するトップチャンバ212自体ではなく、トップチャンバ212の性能に応じた温度に調整される熱遮蔽体支持部214上を測定することにより、トップチャンバ212の経年劣化に応じた適切な温度を、回帰モデルに入力することができる。したがって、推定装置4は、シリコン単結晶SMの結晶温度分布をより精度良く推定することができる。
(5) The furnace components for which thermal properties are set in the heat transfer simulation include a top chamber 212 that cools the silicon single crystal SM during pulling. The temperature measurement positions input to the regression model include a second measurement position Q2 on the heat shield support section 214, whose temperature is regulated by the top chamber 212.
In this way, by measuring the temperature on the heat shield support section 214, which is adjusted to a temperature corresponding to the performance of the top chamber 212, rather than the top chamber 212 itself which has a water cooling function, an appropriate temperature corresponding to the aging degradation of the top chamber 212 can be input into the regression model. Therefore, the estimation device 4 can estimate the crystal temperature distribution of the silicon single crystal SM with greater accuracy.
(6)伝熱シミュレーションにおいて熱物性値が設定される炉部材は、引き上げ中のシリコン単結晶SMを冷却する機能を有し、内部を通過するシリコン単結晶SMを冷却する円筒状の冷却体26を含む。そして、回帰モデルに入力される温度の測定位置は、冷却体26により冷却された直胴部SM2の外周面上の第3測定位置Q3を含む。
このように、冷却体26自体ではなく、冷却体26の性能に応じた温度に調整される直胴部SM2上を測定することにより、冷却体26の経年劣化に応じた適切な温度を回帰モデルに入力することができる。また、第3測定位置Q3は融液MDから発生する赤外線による外乱の影響をほとんど受けないため、精度よく温度特定が可能である。したがって、推定装置4は、シリコン単結晶SMの結晶温度分布をより精度良く推定することができる。
(6) The furnace member for which thermal properties are set in the heat transfer simulation has the function of cooling the silicon single crystal SM during pulling and includes a cylindrical cooler 26 that cools the silicon single crystal SM as it passes through. The temperature measurement position input to the regression model includes a third measurement position Q3 on the outer surface of the straight body SM2 cooled by the cooler 26.
In this way, by measuring not the coolant 26 itself, but the straight body section SM2 which is adjusted to a temperature corresponding to the performance of the coolant 26, an appropriate temperature corresponding to the aging degradation of the coolant 26 can be input into the regression model. Furthermore, since the third measurement position Q3 is hardly affected by disturbances from infrared radiation generated from the molten MD, accurate temperature determination is possible. Therefore, the estimation device 4 can estimate the crystal temperature distribution of the silicon single crystal SM with greater accuracy.
(7)伝熱シミュレーションにおいて熱物性値が設定される炉部材は、引き上げ中のシリコン単結晶SMの温度上昇を抑制する熱遮蔽体25を含む。そして、回帰モデルに入力される温度の測定位置は、熱遮蔽体25上の第1測定位置Q1を含む。
このように、熱遮蔽体25上を測定することにより、熱遮蔽体25の経年劣化に応じた適切な温度を、回帰モデルに入力することができる。したがって、推定装置4は、シリコン単結晶SMの結晶温度分布をより精度良く推定することができる。
(7) The furnace components for which thermal properties are set in the heat transfer simulation include a thermal shield 25 that suppresses the temperature rise of the silicon single crystal SM during pulling. The temperature measurement positions input to the regression model include a first measurement position Q1 on the thermal shield 25.
In this way, by measuring on the heat shield 25, an appropriate temperature corresponding to the aging degradation of the heat shield 25 can be input into the regression model. Therefore, the estimation device 4 can estimate the crystal temperature distribution of the silicon single crystal SM with greater accuracy.
[第2実施形態]
<シリコン単結晶製造システムの構成>
次に、図1および図4に基づいて、本発明の第2実施形態におけるシリコン単結晶製造システムの構成について説明する。なお、第1実施形態と同じ構成については、同一名称および同一符号を付し、説明を簡略にするか、省略する。
図4は、第2実施形態における推定装置のブロック図である。
[Second Embodiment]
<Configuration of a silicon single crystal manufacturing system>
Next, the configuration of the silicon single crystal manufacturing system in the second embodiment of the present invention will be described based on Figures 1 and 4. Note that components identical to those in the first embodiment will be given the same names and reference numerals, and their descriptions will be simplified or omitted.
Figure 4 is a block diagram of the estimation device in the second embodiment.
図1に示すシリコン単結晶製造システム1Aは、推定装置4の代わりに推定装置6を備えること以外は、第1実施形態のシリコン単結晶製造システム1と同じ構成を有する。 The silicon single crystal manufacturing system 1A shown in Figure 1 has the same configuration as the silicon single crystal manufacturing system 1 of the first embodiment, except that it includes an estimation device 6 instead of estimation device 4.
推定装置6は、コンピュータにより構成され、シリコン単結晶製造装置2で引き上げ中のシリコン単結晶SMの結晶温度分布を推定する。また、推定装置6は、推定された結晶温度分布に基づいて、シリコン単結晶SMの熱応力を推定する。さらに、推定装置6は、推定された熱応力に基づいて、シリコン単結晶の引き上げ速度v(mm/min)と、固液界面近傍における温度勾配Gとの比v/Gの臨界値(以下、「臨界v/G」という場合がある)を推定する。
ここで、臨界v/Gとは、シリコン単結晶SMの径方向中心におけるPv領域とPi領域との境界を表す値である。Pv領域は、空孔型点欠陥が優勢な無欠陥領域である。Pv領域は、as-grown状態で酸素析出核を含んでおり、BMD析出熱処理を施した場合にBMDが発生しやすい領域である。Pi領域は、格子間シリコン型点欠陥が優勢な無欠陥領域である。Pi領域は、as-grown状態で酸素析出核をほとんど含んでおらず、BMD析出熱処理を施した場合にBMDが発生しにくい領域である。
The estimation device 6 is computer-based and estimates the crystal temperature distribution of the silicon single crystal SM being pulled in the silicon single crystal manufacturing apparatus 2. The estimation device 6 also estimates the thermal stress of the silicon single crystal SM based on the estimated crystal temperature distribution. Furthermore, based on the estimated thermal stress, the estimation device 6 estimates the critical value (hereinafter sometimes referred to as "critical v/G") of the ratio v/G between the silicon single crystal pulling speed v (mm/min) and the temperature gradient G near the solid-liquid interface.
Here, critical v/G is a value that represents the boundary between the Pv region and the Pi region at the radial center of a silicon single crystal SM. The Pv region is a defect-free region where vacancy-type point defects are predominant. The Pv region contains oxygen precipitation nuclei in the as-grown state and is a region where BMDs are likely to occur when BMD precipitation heat treatment is applied. The Pi region is a defect-free region where interstitial silicon-type point defects are predominant. The Pi region contains almost no oxygen precipitation nuclei in the as-grown state and is a region where BMDs are unlikely to occur when BMD precipitation heat treatment is applied.
図4に示すように、推定装置6には、温度測定部3と、入力部51と、出力部52と、記憶部56Aとが各種情報を送受信可能に接続されている。 As shown in Figure 4, the estimation device 6 is connected to a temperature measurement unit 3, an input unit 51, an output unit 52, and a storage unit 56A, enabling them to transmit and receive various types of information.
記憶部56Aは、記憶部56と同様の周知の記憶装置により構成されている。記憶部56Aは、推定プログラムP2と、結晶温度分布、熱応力および境界値の推定に必要な各種情報とを記憶する。 The memory unit 56A is composed of a well-known storage device similar to that of the memory unit 56. The memory unit 56A stores the estimation program P2 and various information necessary for estimating the crystal temperature distribution, thermal stress, and boundary values.
推定プログラムP2は、コンピュータを推定装置6として機能させるためのプログラムである。
推定プログラムP2は、推定プログラムP1と同様の方法により流通することができる。
記憶部56Aに記憶された推定プログラムP2は、コンピュータにより可搬型記録媒体から読み取られたものであっても良いし、ネットワーク上のサーバから取得されたものであっても良い。また、記憶部56Aに推定プログラムP2を格納せずに、コンピュータが、逐次、推定プログラムP2をサーバから取得して実行する構成としても良い。また、推定プログラムP2をコンピュータ内に設けられた別の記憶部に格納しても良い。
Estimation program P2 is a program that causes the computer to function as estimation device 6.
Estimated program P2 can be distributed in the same manner as estimated program P1.
The estimated program P2 stored in the memory unit 56A may be read by the computer from a portable recording medium, or it may be obtained from a server on a network. Alternatively, the estimated program P2 may not be stored in the memory unit 56A, and the computer may sequentially obtain and execute the estimated program P2 from the server. Furthermore, the estimated program P2 may be stored in a separate memory unit provided within the computer.
推定装置6は、CPUを備え、記憶部56Aに記憶された推定プログラムP2をCPUが実行することにより、訓練データ生成部41、機械学習部42、結晶温度分布推定部43、熱応力推定部61、欠陥分布推定部62および臨界値推定部63として機能する。 The estimation device 6 is equipped with a CPU, and by executing the estimation program P2 stored in the memory unit 56A, the CPU functions as a training data generation unit 41, a machine learning unit 42, a crystal temperature distribution estimation unit 43, a thermal stress estimation unit 61, a defect distribution estimation unit 62, and a critical value estimation unit 63.
熱応力推定部61は、結晶温度分布推定部43により推定された結晶温度分布に基づいて、シリコン単結晶SMにおける融液MDとの固液界面近傍の熱応力を推定する。 The thermal stress estimation unit 61 estimates the thermal stress near the solid-liquid interface between the silicon single crystal (SM) and the molten silicon (MD) based on the crystal temperature distribution estimated by the crystal temperature distribution estimation unit 43.
欠陥分布推定部62は、熱応力推定部61により推定された熱応力に基づいて、シリコン単結晶SMにおける欠陥分布を推定する。この欠陥分布の推定に際し、欠陥分布推定部62は、例えば、特開2021-70593号公報に記載の方法を用いることができる。 The defect distribution estimation unit 62 estimates the defect distribution in the silicon single crystal SM based on the thermal stress estimated by the thermal stress estimation unit 61. For this defect distribution estimation, the defect distribution estimation unit 62 can, for example, use the method described in Japanese Patent Application Publication No. 2021-70593.
臨界値推定部63は、欠陥分布推定部62により推定された欠陥分布に基づいて、シリコン単結晶SMにおける臨界v/Gを推定する。この臨界v/Gの推定に際し、臨界値推定部63は、例えば、特開2021-70593号公報に記載の方法を用いることができる。 The critical value estimation unit 63 estimates the critical v/G in a silicon single crystal SM based on the defect distribution estimated by the defect distribution estimation unit 62. In estimating this critical v/G, the critical value estimation unit 63 can, for example, use the method described in Japanese Patent Application Publication No. 2021-70593.
<シリコン単結晶製造システムの動作>
次に、シリコン単結晶製造システム1Aの動作として、シリコン単結晶SMの引き上げ中におけるシリコン単結晶SMの臨界v/Gの推定処理について説明する。なお、第1実施形態と同じ処理については、同一名称および同一符号を付し、説明を簡略にするか、省略する。
図5は、第2実施形態における臨界v/Gの推定処理を示すフローチャートである。
<Operation of the silicon single crystal manufacturing system>
Next, as an operation of the silicon single crystal manufacturing system 1A, the process for estimating the critical v/G of the silicon single crystal SM during the pulling of the silicon single crystal SM will be described. Note that processes identical to those in the first embodiment will be given the same names and reference numerals, and their explanations will be simplified or omitted.
Figure 5 is a flowchart showing the estimation process for critical v/G in the second embodiment.
まず、図5に示すように、推定装置6の訓練データ生成部41は、引き上げ炉20を模擬したシミュレーションモデルを構築する(ステップS1)。
次に、訓練データ生成部41は、シミュレーションモデルに基づく伝熱シミュレーションを実施することにより訓練データを生成し(ステップS2)、生成された訓練データを機械学習部42へ出力する。
First, as shown in Figure 5, the training data generation unit 41 of the estimation device 6 constructs a simulation model that mimics the lifting furnace 20 (step S1).
Next, the training data generation unit 41 generates training data by performing a heat transfer simulation based on the simulation model (step S2), and outputs the generated training data to the machine learning unit 42.
この後、機械学習部42は、訓練データを用いて、入力を第1,第2,第3測定位置Q1,Q2,Q3の温度とし、出力を結晶温度分布とする回帰モデルを構築し(ステップS3)、構築された回帰モデルを結晶温度分布推定部43へ出力する。
ステップS3の処理後、温度測定部3の第1,第2測定部31,32は、第1,第2,第3測定位置Q1,Q2,Q3の温度を測定し、測定結果を推定装置4へ出力する(ステップS4)。
Next, the machine learning unit 42 uses the training data to construct a regression model in which the input is the temperature of the first, second, and third measurement positions Q1, Q2, and Q3, and the output is the crystal temperature distribution (step S3), and outputs the constructed regression model to the crystal temperature distribution estimation unit 43.
After the processing in step S3, the first and second measuring units 31 and 32 of the temperature measuring unit 3 measure the temperatures at the first, second, and third measuring positions Q1, Q2, and Q3, and output the measurement results to the estimation device 4 (step S4).
この後、結晶温度分布推定部43は、機械学習部42から取得した回帰モデルに、温度測定部3から取得した第1,第2,第3測定位置Q1,Q2,Q3の温度測定結果を入力することにより、引き上げ中のシリコン単結晶SMの結晶温度分布を推定し(ステップS5)、結晶温度分布の推定結果を熱応力推定部61へ出力する。なお、結晶温度分布推定部43は、結晶温度分布の推定結果を出力部52に表示または出力させても良い。 Subsequently, the crystal temperature distribution estimation unit 43 inputs the temperature measurement results from the first, second, and third measurement positions Q1, Q2, and Q3, obtained from the temperature measurement unit 3, into the regression model obtained from the machine learning unit 42. This estimates the crystal temperature distribution of the silicon single crystal SM being pulled (step S5), and outputs the estimated crystal temperature distribution result to the thermal stress estimation unit 61. The crystal temperature distribution estimation unit 43 may also display or output the estimated crystal temperature distribution result to the output unit 52.
次に、熱応力推定部61は、結晶温度分布推定部43から取得した結晶温度分布と、当該結晶温度分布を有するシリコン単結晶SMの径方向の大きさとに基づいて、当該シリコン単結晶SMの熱応力を推定する(ステップS11)。この際、熱応力推定部61は、温度分布が異なる部位ごとに熱応力を推定することが好ましい。熱応力推定部61は、熱応力の推定結果を欠陥分布推定部62へ出力する。
なお、熱応力推定部61は、熱応力の推定結果を出力部52に表示または出力させても良い。また、熱応力推定部61は、製造装置制御部からシリコン単結晶SMの径方向の大きさを取得しても良いし、作業者により入力部51を用いて設定入力された値をシリコン単結晶SMの径方向の大きさとして取得しても良い。
Next, the thermal stress estimation unit 61 estimates the thermal stress of the silicon single crystal SM based on the crystal temperature distribution obtained from the crystal temperature distribution estimation unit 43 and the radial size of the silicon single crystal SM having said crystal temperature distribution (step S11). In this case, it is preferable for the thermal stress estimation unit 61 to estimate the thermal stress for each part with a different temperature distribution. The thermal stress estimation unit 61 outputs the thermal stress estimation result to the defect distribution estimation unit 62.
The thermal stress estimation unit 61 may display or output the thermal stress estimation result to the output unit 52. Furthermore, the thermal stress estimation unit 61 may obtain the radial size of the silicon single crystal SM from the manufacturing equipment control unit, or it may obtain the value set by the operator using the input unit 51 as the radial size of the silicon single crystal SM.
その後、欠陥分布推定部62は、結晶温度分布推定部43から取得した結晶温度分布と、熱応力推定部61から取得した熱応力に基づいて、シリコン単結晶SMにおける欠陥分布を推定する(ステップS12)。欠陥分布推定部62は、欠陥分布の推定結果を臨界値推定部63へ出力する。
なお、欠陥分布推定部62は、欠陥分布の推定結果を出力部52に表示または出力させても良い。
Subsequently, the defect distribution estimation unit 62 estimates the defect distribution in the silicon single crystal SM based on the crystal temperature distribution obtained from the crystal temperature distribution estimation unit 43 and the thermal stress obtained from the thermal stress estimation unit 61 (step S12). The defect distribution estimation unit 62 outputs the estimated defect distribution result to the critical value estimation unit 63.
The defect distribution estimation unit 62 may also display or output the defect distribution estimation results to the output unit 52.
そして、臨界値推定部63は、欠陥分布推定部62から取得した欠陥分布に基づいて、シリコン単結晶SMにおける臨界v/Gを推定する(ステップS13)。
なお、臨界値推定部63は、臨界v/Gの推定結果を出力部52に表示または出力させても良い。
Then, the critical value estimation unit 63 estimates the critical v/G in the silicon single crystal SM based on the defect distribution obtained from the defect distribution estimation unit 62 (step S13).
The critical value estimation unit 63 may also display or output the estimated result of the critical value v/G to the output unit 52.
<第2実施形態の効果>
第2実施形態の推定装置6によれば、少なくとも第1実施形態の(1)、(4)~(7)と同様の効果に加えて、以下の効果を奏することができる。
(8)推定装置6は、精度良く推定された結晶温度分布に基づいて、シリコン単結晶SMにおける固液界面近傍の熱応力を推定する。
測定精度の悪い引き上げ中の融液MD近傍のシリコン単結晶SMの温度を用ないため、推定装置6は、炉部材の経年劣化に応じた引き上げ中のシリコン単結晶SMの熱応力を精度良く推定することができる。
特に、熱応力の推定処理をシリコン単結晶SMの引き上げ中に行うことにより、熱応力をリアルタイムで精度良く推定することができる。
<Effects of the second embodiment>
According to the estimation device 6 of the second embodiment, in addition to the effects similar to (1), (4) to (7) of the first embodiment, the following effects can be achieved.
(8) The estimation device 6 estimates the thermal stress near the solid-liquid interface in the silicon single crystal SM based on the accurately estimated crystal temperature distribution.
Because the estimation device 6 does not use the temperature of the silicon single crystal SM near the molten MD during pulling, which has poor measurement accuracy, it can accurately estimate the thermal stress of the silicon single crystal SM during pulling in accordance with the aging deterioration of the furnace components.
In particular, by performing the thermal stress estimation process during the pulling of the silicon single crystal SM, the thermal stress can be estimated accurately in real time.
(9)推定装置6は、精度良く推定された結晶温度分布と熱応力に基づいて、シリコン単結晶SMの欠陥分布を推定する。
このため、推定装置6は、炉部材の経年劣化に応じた引き上げ中のシリコン単結晶SMの欠陥分布を精度良く推定することができる。
特に、欠陥分布の推定処理をシリコン単結晶SMの引き上げ中に行うことにより、欠陥分布をリアルタイムで精度良く推定することができる。
(9) The estimation device 6 estimates the defect distribution of the silicon single crystal SM based on the accurately estimated crystal temperature distribution and thermal stress.
Therefore, the estimation device 6 can accurately estimate the defect distribution of silicon single crystal SMs during the pulling process in accordance with the aging deterioration of the reactor components.
In particular, by performing the defect distribution estimation process during the pulling of the silicon single crystal SM, the defect distribution can be estimated accurately in real time.
(10)推定装置6は、精度良く推定された欠陥分布に基づいて、シリコン単結晶SMの臨界v/Gを推定する。
このため、推定装置6は、炉部材の経年劣化に応じた引き上げ中のシリコン単結晶SMの臨界v/Gを精度良く推定することができる。
特に、臨界v/Gの推定処理をシリコン単結晶SMの引き上げ中に行うことにより、欠陥分布をリアルタイムで精度良く推定することができる。
(10) The estimation device 6 estimates the critical v/G of the silicon single crystal SM based on the accurately estimated defect distribution.
Therefore, the estimation device 6 can accurately estimate the critical v/G of the silicon single crystal SM being pulled up in accordance with the aging deterioration of the reactor components.
In particular, by performing the criticality v/G estimation process during the pulling of the silicon single crystal SM, the defect distribution can be estimated accurately in real time.
[変形例]
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の種々の改良並びに設計の変更等があっても本発明に含まれる。
[Variations]
Although embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to these embodiments, and various improvements and design changes, etc., that do not depart from the spirit of the present invention are also included.
第1実施形態の推定装置4に、熱履歴推定部44を設けなくても良いし、さらにBMD密度推定部45を設けなくても良い。第2実施形態の推定装置6に、欠陥分布推定部62を設けなくても良いし、さらに臨界値推定部63を設けなくても良い。 In the first embodiment, the estimation device 4 does not need to be provided with a thermal history estimation unit 44, nor does it need to be provided with a BMD density estimation unit 45. In the second embodiment, the estimation device 6 does not need to be provided with a defect distribution estimation unit 62, nor does it need to be provided with a critical value estimation unit 63.
第1,第2実施形態のうち少なくとも一方の実施形態において、窒素がドープされていないシリコン融液から、結晶温度分布の推定対象のシリコン単結晶を引き上げても良い。第1実施形態において、窒素がドープされていないシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる場合、BMD密度推定部45を窒素濃度に基づかずにBMD密度を推定できるように構成すれば良い。また、この場合、シリコン単結晶製造装置2に窒素濃度算出部53を設ける必要が無くなる。 In at least one of the first and second embodiments, the silicon single crystal whose crystal temperature distribution is to be estimated may be pulled from a silicon melt that is not doped with nitrogen. In the first embodiment, when pulling a silicon single crystal from a silicon melt that is not doped with nitrogen, the BMD density estimation unit 45 may be configured to estimate the BMD density without relying on the nitrogen concentration. Furthermore, in this case, it becomes unnecessary to provide a nitrogen concentration calculation unit 53 in the silicon single crystal manufacturing apparatus 2.
温度測定部3を第1測定部31または第2測定部32のみで構成しても良いし、第1測定部31で第1測定位置Q1または第2測定位置Q2のみの温度を測定するようにしても良いし、第1測定部31として接触式の温度測定機器を適用しても良い。
また、回帰モデルに入力される温度の測定位置は、第1~第3測定位置Q1~Q3以外の位置でも良く、伝熱シミュレーションにおいて熱物性値が設定されない炉部材上または当該炉部材近傍の位置であっても良い。
The temperature measuring unit 3 may consist only of the first measuring unit 31 or the second measuring unit 32, or the first measuring unit 31 may measure the temperature only at the first measuring position Q1 or the second measuring position Q2, or a contact-type temperature measuring device may be used as the first measuring unit 31.
Furthermore, the temperature measurement location input to the regression model may be a location other than the first to third measurement locations Q1 to Q3, and may be on or near a furnace member where no thermal properties are set in the heat transfer simulation.
第1実施形態において、ステップS5(結晶温度分布の推定処理)以降の処理、または、ステップS6(熱履歴の推定処理)以降の処理、または、ステップS10の処理(BMD密度の推定処理)を、結晶温度分布推定対象のシリコン単結晶SMの引き上げ後に行っても良い。
同様に、第2実施形態において、ステップS5(結晶温度分布の推定処理)以降の処理、または、ステップS11(熱応力の推定処理)以降の処理、または、ステップS12(欠陥分布の推定処理)以降の処理、または、ステップS13の処理(臨界v/Gの推定処理)を、結晶温度分布推定対象のシリコン単結晶SMの引き上げ後に行っても良い。
In the first embodiment, the processes from step S5 (estimated crystal temperature distribution) onwards, or from step S6 (estimated thermal history) onwards, or the process in step S10 (estimated BMD density) may be performed after the silicon single crystal SM to be estimated for crystal temperature distribution is pulled up.
Similarly, in the second embodiment, the processes from step S5 (estimated crystal temperature distribution), or from step S11 (estimated thermal stress), or from step S12 (estimated defect distribution), or from step S13 (estimated critical v/G) may be performed after the silicon single crystal SM to be estimated of the crystal temperature distribution.
次に、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。 Next, embodiments of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to these embodiments.
[実施例1]
第1実施形態のシリコン単結晶製造システム1を、実施例1のシリコン単結晶製造システムとして準備した。
そして、50本のシリコン単結晶SMの引き上げ処理を行うととともに、各引き上げ処理において、図3に示す第1実施形態のBMD密度の推定処理を行った。
なお、シリコン単結晶SMの主な引き上げ条件は、以下の通りである。
直胴部の直径:315mm
窒素濃度:1.2×1018/cm3
酸素濃度:3.2×1012/cm3
[Example 1]
The silicon single crystal manufacturing system 1 of the first embodiment was prepared as the silicon single crystal manufacturing system of Example 1.
Then, the pulling process was performed on 50 silicon single crystal SMs, and the BMD density estimation process of the first embodiment shown in Figure 3 was performed in each pulling process.
The main pulling conditions for silicon single crystal SM are as follows:
Diameter of the straight section: 315 mm
Nitrogen concentration: 1.2 × 10¹⁸ / cm³
Oxygen concentration: 3.2 × 10¹² / cm³
50本のシリコン単結晶SMのそれぞれの直胴部SM2における任意の部位から得られた1枚のサンプルウェーハに対して、BMD析出熱処理条件設定部55において設定されたBMD析出熱処理を行い、BMD密度を測定した。BMD密度の測定に、上記特許文献1に記載の方法を用いた。
そして、各サンプルウェーハのBMD密度の測定値(以下、「測定BMD密度」という場合がある)と、各直胴部SM2におけるサンプルウェーハの取得位置に対応する部位のBMD密度の推定値(以下、「推定BMD密度」という場合がある)との相関を調べた。
その結果を図6に示す。
For each of the 50 silicon single crystal SMs, a sample wafer obtained from an arbitrary location in the straight body portion SM2 was subjected to a BMD deposition heat treatment set in the BMD deposition heat treatment condition setting unit 55, and the BMD density was measured. The method described in Patent Document 1 above was used to measure the BMD density.
Then, we investigated the correlation between the measured BMD density of each sample wafer (hereinafter sometimes referred to as "measured BMD density") and the estimated BMD density of the area corresponding to the acquisition position of the sample wafer in each straight body section SM2 (hereinafter sometimes referred to as "estimated BMD density").
The results are shown in Figure 6.
図6に示すように、全てのサンプルウェーハの推定BMD密度と測定BMD密度との差の絶対値が、測定BMD密度の10%以内であった。
このことから、本発明の第1実施形態におけるBMD密度の推定処理により、BMD密度を高精度に推定できることを確認できた。
As shown in Figure 6, the absolute difference between the estimated BMD density and the measured BMD density for all sample wafers was within 10% of the measured BMD density.
From this, it was confirmed that the BMD density can be estimated with high accuracy by the BMD density estimation process in the first embodiment of the present invention.
[実施例2]
第2実施形態のシリコン単結晶製造システム1Aを、実施例1のシリコン単結晶製造システムとして準備した。
そして、3本のシリコン単結晶SMの引き上げ処理を行うととともに、各引き上げ処理において、図5に示す第2実施形態の臨界v/Gの推定処理を行った。
なお、シリコン単結晶SMの主な引き上げ条件は、以下の通りである。
直胴部の直径:315mm
窒素濃度:1.2×1018/cm3
酸素濃度:3.2×1012/cm3
[Example 2]
The silicon single crystal manufacturing system 1A of the second embodiment was prepared as the silicon single crystal manufacturing system of Example 1.
Then, the pulling process was performed on three silicon single crystal SMs, and in each pulling process, the critical v/G estimation process of the second embodiment shown in Figure 5 was performed.
The main pulling conditions for silicon single crystal SM are as follows:
Diameter of the straight section: 315 mm
Nitrogen concentration: 1.2 × 10¹⁸ / cm³
Oxygen concentration: 3.2 × 10¹² / cm³
3本のシリコン単結晶SMを引き上げ方向に沿って切断し、750℃にて5分間のCuデコレーション処理を行った後、選択エッチングであるWrightエッチングを行った。この後、顕微鏡により各欠陥領域を特定することにより、シリコン単結晶SMの欠陥分布を求めた。
そして、欠陥分布からPv領域とPi領域との境界を求め、求められた境界におけるシリコン単結晶SMの径方向中心に位置する部分に基づいて、臨界v/G(以下、「測定臨界v/G」という場合がある)を求めた。
Three silicon single crystals (SMs) were cut along the pulling direction, subjected to Cu decoration treatment at 750°C for 5 minutes, and then selective etching (Wright etching) was performed. After this, the defect distribution of the silicon single crystals (SMs) was determined by identifying each defect region using a microscope.
Then, the boundary between the Pv region and the Pi region was determined from the defect distribution, and the critical v/G (hereinafter sometimes referred to as "measured critical v/G") was determined based on the portion located at the radial center of the silicon single crystal SM at the determined boundary.
また、各シリコン単結晶SMの引き上げ時に、ステップS5の処理により推定された結晶温度分布に基づいて、固液界面近傍における温度勾配Gを推定した。
そして、各シリコン単結晶SMの測定臨界v/Gと、各シリコン単結晶SMに対する臨界v/Gの推定処理により得られた臨界v/G(以下、「推定臨界v/G」という場合がある)との比較処理として、測定臨界v/Gと推定臨界v/Gのそれぞれに、結晶温度分布に基づき推定された温度勾配Gを乗じた値を比較した。
Furthermore, during the pulling of each silicon single crystal SM, the temperature gradient G near the solid-liquid interface was estimated based on the crystal temperature distribution estimated by the process in step S5.
Then, as a comparison process between the measured critical v/G of each silicon single crystal SM and the critical v/G obtained by the estimation process of critical v/G for each silicon single crystal SM (hereinafter sometimes referred to as "estimated critical v/G"), the values obtained by multiplying the measured critical v/G and the estimated critical v/G by the temperature gradient G estimated based on the crystal temperature distribution were compared.
測定臨界v/Gに温度勾配Gを乗じて得られる測定臨界vと、推定臨界v/Gに温度勾配Gを乗じて得られる推定臨界vとの差の絶対値の平均値は、測定臨界vの1.3%であった。
一般的に、無欠陥のシリコン単結晶SMを引き上げるためには、測定臨界v/Gとの差が±2%となるように、引き上げ速度vを制御する必要があると言われている。
上述のように、測定臨界vと推定臨界vとの差の絶対値の平均値は測定臨界vの1.3%であったことから、本発明の第2実施形態における臨界v/Gの推定処理により、臨界v/Gを高精度に推定できることを確認できた。
The average absolute value of the difference between the measured criticality v, obtained by multiplying the measured criticality v/G by the temperature gradient G, and the estimated criticality v, obtained by multiplying the estimated criticality v/G by the temperature gradient G, was 1.3% of the measured criticality v.
Generally, it is said that in order to pull a defect-free silicon single crystal (SM), the pulling speed v must be controlled so that the difference from the measured criticality v/G is within ±2%.
As described above, the average value of the absolute difference between the measured critical v and the estimated critical v was 1.3% of the measured critical v. Therefore, it was confirmed that the critical v/G estimation process in the second embodiment of the present invention can estimate the critical v/G with high accuracy.
20…引き上げ炉、212…トップチャンバ(冷却用炉部材)、25…熱遮蔽体(昇温抑制用炉部材)、26…冷却体(冷却用炉部材)、4,6…推定装置、41…訓練データ生成部、42…機械学習部、43…結晶温度分布推定部、44…熱履歴推定部、45…BMD密度推定部、61…熱応力推定部、P1,P2…推定プログラム、SM…シリコン単結晶。 20…Pulling furnace, 212…Top chamber (cooling furnace component), 25…Heat shield (temperature rise suppression furnace component), 26…Cooler (cooling furnace component), 4,6…Estimation device, 41…Training data generation unit, 42…Machine learning unit, 43…Crystal temperature distribution estimation unit, 44…Thermal history estimation unit, 45…BMD density estimation unit, 61…Thermal stress estimation unit, P1, P2…Estimation program, SM…Silicon single crystal.
Claims (16)
前記引き上げ炉を模擬したシミュレーションモデルを構築するステップと、
前記引き上げ炉を構成する炉部材の熱物性値を任意に設定した複数の計算条件について前記シミュレーションモデルに基づき伝熱シミュレーションを実施して、前記複数の計算条件からそれぞれ得られた前記引き上げ炉内の温度分布の計算結果を訓練データとして生成するステップと、
前記訓練データに基づいて、入力を前記引き上げ炉内における経年劣化に応じて熱物性値が変化する前記炉部材に対応した温度測定位置の温度とし、出力をシリコン単結晶の温度分布とする回帰モデルを、機械学習法を用いて構築するステップと、
シリコン単結晶の引き上げ中に得られた前記温度測定位置の温度測定結果を前記回帰モデルに入力して、当該引き上げ中のシリコン単結晶の温度分布を推定するステップと、を含む、推定方法。 An estimation method for making estimations regarding silicon single crystals grown by the Czochralski method in a pull-up reactor,
The steps include constructing a simulation model that mimics the aforementioned lifting reactor,
The steps include: performing a heat transfer simulation based on the simulation model for a plurality of calculation conditions in which the thermal properties of the furnace members constituting the lifting furnace are arbitrarily set, and generating training data from the calculation results of the temperature distribution inside the lifting furnace obtained from each of the plurality of calculation conditions;
Based on the aforementioned training data, a regression model is constructed using machine learning, in which the input is the temperature at a temperature measurement location corresponding to the furnace member whose thermophysical properties change according to the aging deterioration inside the lifting furnace, and the output is the temperature distribution of a silicon single crystal.
An estimation method comprising the step of inputting the temperature measurement results at the temperature measurement location obtained during the pulling of a silicon single crystal into the regression model to estimate the temperature distribution of the silicon single crystal during the pulling process.
前記推定された前記シリコン単結晶の温度分布と、前記シリコン単結晶の引き上げ速度とに基づいて、前記シリコン単結晶の熱履歴を推定するステップをさらに含む、推定方法。 In the estimation method described in claim 1,
An estimation method further comprising the step of estimating the thermal history of the silicon single crystal based on the estimated temperature distribution of the silicon single crystal and the pulling rate of the silicon single crystal.
前記推定された熱履歴と、前記シリコン単結晶の酸素濃度と、BMD析出熱処理条件とに基づいて、前記シリコン単結晶のBMD密度を推定するステップをさらに含む、推定方法。 In the estimation method described in claim 2,
An estimation method further comprising the step of estimating the BMD density of the silicon single crystal based on the estimated thermal history, the oxygen concentration of the silicon single crystal, and the BMD deposition heat treatment conditions.
前記シリコン単結晶のBMD密度を推定するステップでは、前記熱履歴と、前記シリコン単結晶の酸素濃度および窒素濃度と、前記BMD析出熱処理条件とに基づいて、前記シリコン単結晶のBMD密度を推定する、推定方法。 In the estimation method described in claim 3,
An estimation method for estimating the BMD density of a silicon single crystal, wherein the BMD density of the silicon single crystal is estimated based on the thermal history, the oxygen concentration and nitrogen concentration of the silicon single crystal, and the BMD deposition heat treatment conditions.
前記推定された前記シリコン単結晶の温度分布に基づいて、前記シリコン単結晶における固液界面近傍の熱応力を推定するステップをさらに含む、推定方法。 In the estimation method described in claim 1,
An estimation method further comprising the step of estimating thermal stress near the solid-liquid interface in the silicon single crystal based on the estimated temperature distribution of the silicon single crystal.
前記引き上げ炉を模擬したシミュレーションモデルを構築するステップでは、シリコン融液とシリコン結晶との境界の温度がシリコン融点になるように、前記シミュレーションモデルを構築する、推定方法。 In the estimation method described in claim 1,
The estimation method involves constructing a simulation model that simulates the aforementioned lifting furnace, such that the temperature at the boundary between the silicon molten liquid and the silicon crystal is the silicon melting point.
前記伝熱シミュレーションにおいて前記熱物性値が設定される前記炉部材は、前記引き上げ中のシリコン単結晶を冷却する冷却用炉部材を含み、
前記温度測定位置は、前記冷却用炉部材により温度が調整されている位置を含む、推定方法。 In the estimation method according to any one of claims 1 to 6,
In the heat transfer simulation, the furnace member for which the thermal properties are set includes a cooling furnace member for cooling the silicon single crystal during the pulling process.
The estimation method includes a temperature measurement position that is adjusted by the cooling furnace member.
前記冷却用炉部材は、前記引き上げ中のシリコン単結晶が内部を通過することにより、当該シリコン単結晶を冷却する円筒状の冷却体を含み、
前記温度測定位置は、前記冷却体を通過後の前記シリコン単結晶の外周面を含む、推定方法。 In the estimation method described in claim 7,
The cooling furnace member includes a cylindrical cooler that cools the silicon single crystal as it passes through the interior during the pulling process.
The estimation method wherein the temperature measurement position includes the outer surface of the silicon single crystal after it has passed through the cooling body.
前記伝熱シミュレーションにおいて前記熱物性値が設定される前記炉部材は、前記引き上げ中のシリコン単結晶の温度上昇を抑制する昇温抑制用炉部材を含み、
前記温度測定位置は、前記昇温抑制用炉部材上の位置を含む、推定方法。 In the estimation method according to any one of claims 1 to 6,
In the heat transfer simulation, the furnace member for which the thermophysical property values are set includes a furnace member for suppressing temperature rise to suppress the temperature rise of the silicon single crystal during pulling,
The estimation method includes determining the temperature measurement position as a position on the furnace member for suppressing temperature rise.
前記引き上げ炉を模擬したシミュレーションモデルを構築し、前記引き上げ炉を構成する炉部材の熱物性値を任意に設定した複数の計算条件について前記シミュレーションモデルに基づき伝熱シミュレーションを実施して、前記複数の計算条件からそれぞれ得られた前記引き上げ炉内の温度分布の計算結果を訓練データとして生成する訓練データ生成部と、
前記訓練データに基づいて、入力を前記引き上げ炉内における経年劣化に応じて熱物性値が変化する前記炉部材に対応した温度測定位置の温度とし、出力をシリコン単結晶の温度分布とする回帰モデルを構築する機械学習部と、
シリコン単結晶の引き上げ中に得られた前記温度測定位置の温度測定結果を前記回帰モデルに入力して、当該引き上げ中のシリコン単結晶の温度分布を推定する結晶温度分布推定部と、を備える推定装置。 An estimation device for making estimations regarding silicon single crystals grown by the Czochralski method in a pull-up furnace,
A training data generation unit constructs a simulation model that simulates the lifting furnace, performs heat transfer simulations based on the simulation model for multiple calculation conditions in which the thermal properties of the furnace members constituting the lifting furnace are arbitrarily set, and generates training data by generating the calculation results of the temperature distribution inside the lifting furnace obtained from each of the multiple calculation conditions.
A machine learning unit constructs a regression model based on the aforementioned training data, where the input is the temperature at a temperature measurement location corresponding to the furnace member whose thermophysical properties change according to the aging deterioration inside the lifting furnace, and the output is the temperature distribution of a silicon single crystal.
An estimation device comprising: a crystal temperature distribution estimation unit that inputs the temperature measurement results at the temperature measurement position obtained during the pulling of a silicon single crystal into the regression model to estimate the temperature distribution of the silicon single crystal during the pulling process.
前記結晶温度分布推定部により推定された前記シリコン単結晶の温度分布と、前記シリコン単結晶の引き上げ速度とに基づいて、前記シリコン単結晶の熱履歴を推定する熱履歴推定部をさらに備える、推定装置。 In the estimation device according to claim 10,
The estimation apparatus further comprises a thermal history estimation unit that estimates the thermal history of the silicon single crystal based on the temperature distribution of the silicon single crystal estimated by the crystal temperature distribution estimation unit and the pulling speed of the silicon single crystal.
前記熱履歴推定部により推定された熱履歴と、前記シリコン単結晶の酸素濃度と、BMD析出熱処理条件とに基づいて、前記シリコン単結晶のBMD密度を推定するBMD密度推定部をさらに備える、推定装置。 In the estimation device according to claim 11,
The estimation apparatus further comprises a BMD density estimation unit that estimates the BMD density of the silicon single crystal based on the thermal history estimated by the thermal history estimation unit, the oxygen concentration of the silicon single crystal, and the BMD deposition heat treatment conditions.
前記BMD密度推定部は、前記熱履歴と、前記シリコン単結晶の酸素濃度および窒素濃度と、前記BMD析出熱処理条件とに基づいて、前記シリコン単結晶のBMD密度を推定する、推定装置。 In the estimation device according to claim 12,
The BMD density estimation unit is an estimation device that estimates the BMD density of the silicon single crystal based on the thermal history, the oxygen concentration and nitrogen concentration of the silicon single crystal, and the BMD deposition heat treatment conditions.
前記結晶温度分布推定部により推定された前記シリコン単結晶の温度分布に基づいて、前記シリコン単結晶における固液界面近傍の熱応力を推定する熱応力推定部をさらに備える、推定装置。 In the estimation device according to claim 10,
An estimation apparatus further comprising a thermal stress estimation unit that estimates the thermal stress near the solid-liquid interface in the silicon single crystal based on the temperature distribution of the silicon single crystal estimated by the crystal temperature distribution estimation unit.
前記訓練データ生成部は、シリコン融液とシリコン結晶との境界の温度がシリコン融点になるように、前記シミュレーションモデルを構築する、推定装置。 In the estimation device according to claim 10,
The aforementioned training data generation unit is an estimation device that constructs the simulation model such that the temperature at the boundary between the silicon melt and the silicon crystal becomes the silicon melting point.
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| JP2006054350A (en) | 2004-08-12 | 2006-02-23 | Komatsu Electronic Metals Co Ltd | Nitrogen-doped silicon wafer and manufacturing method thereof |
| US20070218570A1 (en) | 2004-08-12 | 2007-09-20 | Komatsu Electronic Metals Co., Ltd | Nitorgen doped silicon wafer and manufacturing method thereof |
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| JP2020085737A (en) | 2018-11-28 | 2020-06-04 | 株式会社Sumco | Thermal conductivity estimation method, thermal conductivity estimation device, semiconductor crystal product manufacturing method, thermal conductivity calculation device, thermal conductivity calculation program, and thermal conductivity calculation method |
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