KR100951853B1 - 잉곳 직경 조절장치 및 잉곳 성장방법 - Google Patents

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Abstract

잉곳 직경 조절장치 및 잉곳 성장방법이 개시된다. 본 발명에 따른 잉곳 직경 조절장치는 석영 도가니의 실리콘 융액과 성장중인 잉곳의 접촉면인 응고계면의 특성을 감지하는 센서부와 센서부에 의해 감지된 응고계면의 특성을 통해 잉곳의 직경을 도출하는 직경도출부를 구비한다. 그리고 센서부와 연결되어 센서부의 감지영역이 변경되도록 하는 구동부와 직경도출부를 통해 도출된 잉곳의 직경을 기초로 잉곳의 직경이 증감되도록 제어하는 제어부를 구비한다. 본 발명에 따른 다른 잉곳 직경 조절장치는 석영 도가니의 실리콘 융액과 성장중인 잉곳의 접촉면인 응고계면의 특성을 감지하는 센서부와 멜트 갭(melt gap)의 변화에 따라 잉곳의 직경이 보정되도록 하는 직경보정값을 생성하는 보정부를 구비한다. 그리고 센서부에 의해 감지된 응고계면의 특성과 보정부에 의해 생성된 직경보정값을 통해 잉곳의 직경을 도출하는 직경도출부와 직경도출부를 통해 도출된 잉곳의 직경을 기초로 잉곳의 직경이 증감되도록 제어하는 제어부를 구비한다. 본 발명에 따르면, 멜트 갭이 줄어드는 무빙 갭 공정을 적용함에 있어서 줄어든 멜트 갭에 따라 센서의 감지영역을 변화시키거나 도출된 직경을 보정하여 실제 잉곳의 직경을 명확하게 산출할 수 있게 된다.

Description

잉곳 직경 조절장치 및 잉곳 성장방법{An ingot diameter controlling apparatus using in a single crystalline silicon ingot and single crystal ingot growing method}
본 발명은 단결정 잉곳 성장 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉곳의 직경을 조절하는 장치 및 잉곳 성장 방법에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼 제조공정은 일반적으로 쵸크랄스키(czochralski, CZ)법에 의해 실리콘 단결정을 성장시켜 이루어진다. 쵸크랄스키법은 폴리 실리콘을 석영 도가니 내부에 장입하고 고온을 가하여 실리콘 융액을 만든 후, 실리콘 종결정(seed)을 이 실리콘 융액에 접촉시키고 천천히 회전시키면서 실리콘 단결정을 성장시키는 방법이다. 이와 같이 성장한 실리콘 단결정 덩어리를 잉곳(ingot)이라고 칭한다. 실리콘 웨이퍼는 이러한 잉곳을 결정 성장 방향에 수직하게 절단하는 슬라이싱(slicing), 슬라이싱 중에 가해진 손상을 완화시키기 위한 래핑(lapping), 거친 웨이퍼 표면을 고도의 평탄도를 갖도록 하는 폴리싱(polishing) 등의 공정을 거쳐서 제조된다. 따라서 우수한 품질의 웨이퍼가 생산되기 위해서는 우선적으로 우수한 품질을 갖는 잉곳 성장이 중요하다. 특히 잉곳의 직경을 균일하게 제어하는 것 이 잉곳의 품질 제어나 생산성 증대에 있어서 중요하다.
도 1은 종래 잉곳 직경 조절장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 종래 잉곳 직경 조절장치에서의 응고계면의 감지 위치를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2의 감지영역을 확대한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 잉곳 직경 조절장치(100)는 센서(110), 직경도출부(120) 및 제어부(130)를 구비한다.
센서(110)는 석영 도가니(140) 내부에 액체 상태로 존재하는 다결정 실리콘 융액(150)과 고체 상태인 잉곳(160)의 접촉면으로서 가장 밝기가 강한 빛을 발생시키는 응고계면(meniscus)의 한 지점의 빛의 양을 수집한다. 센서(110)의 감지영역(A)은 도 2에 도시된 바와 같이 잉곳(160)과 실리콘 융액(150)을 모두 포함하는 영역이 된다. 그리고 수집된 빛의 양을 디지털 데이터로 변환하여 직경도출부(120)에 전달한다.
직경도출부(120)는 센서(110)에서 전달받은 디지털 데이터를 바탕으로 사전에 입력되어 있는 값과 비교하여 잉곳(160)의 직경을 도출한다.
제어부(130)는 도출된 잉곳(160)의 직경이 원하는 잉곳(160)의 직경보다 작으면 잉곳(160)이 크게 성장하도록 제어하고 원하는 잉곳(160)의 직경보다 크면 잉곳(160)이 작게 성장하도록 제어한다. 이를 위해 제어부(130)는 잉곳(160)의 인상 속도, 실리콘 융액(150)의 온도 등을 제어하여 잉곳(160)의 직경을 조절하게 된다.
상기의 잉곳 직경 조절장치(100)를 이용하여 잉곳(160)의 직경을 조절하는 방법에 대해서 도 3을 참조하여 설명한다. 예컨대 도 3(a)에 도시된 상태가 원하는 잉곳(160)의 직경인 경우에, 잉곳(160)의 성장 중에 여러 가지 요인으로 잉곳(160)의 직경이 커지게 될 수 있다. 그렇게 되면, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 센서 감지영역(A) 내의 응고계면이 이동하여 센서 감지영역(A) 내에 잉곳(160)이 차지하는 부분이 커지게 된다. 그런데 잉곳(160)이 실리콘 융액(150)보다 더 밝으므로 잉곳(160)의 직경이 커지게 되면 상대적으로 많은 양의 빛이 센서(110)에 수집된다. 따라서 원하는 양보다 많은 양의 빛이 센서(110)에 수집되면 직경도출부(120)는 잉곳(160)의 직경을 크게 도출하고 이에 따라 제어부(130)는 잉곳(160)의 직경이 작아지도록 제어하게 된다.
반대로 잉곳(160)의 성장 중에 잉곳(160)의 직경이 작아지게 되면, 도 3(c)에 도시된 바와 같이 센서 감지영역(A) 내의 응고계면이 이동하여 센서 감지영역(A) 내에 잉곳(160)이 차지하는 부분이 작아지게 된다. 결국 잉곳(160)의 직경이 작아지게 되면, 상대적으로 적은 양의 빛이 센서(110)에 수집되어 직경도출부(120)는 잉곳(160)의 직경을 작게 도출하고 이에 따라 제어부(130)는 잉곳(160)의 직경이 커지도록 제어하게 된다. 이러한 방법을 통해 잉곳(160)의 직경을 제어하여 잉곳(160) 성장시에 잉곳(160)의 직경이 원하는 직경으로 균일하게 성장되도록 한다.
한편, 300mm 웨이퍼 제조시 최근에 문제가 되고 있는 작은 공극(small void) 문제를 개선하기 위해 잉곳(160)의 길이가 증가함에 따라 멜트 갭(melt gap)이 줄어드는 무빙 갭(moving gap) 공정이 이용되고 있다. 멜트 갭은 열 실드(shield) 하부 바닥에서부터 실리콘 융액(150) 표면까지의 거리를 의미한다. 열 실드는 고정되어 있으므로 무빙 갭 공정은 도 4(a) 및 도 4(b)에 도시된 바와 같이 잉곳이 성장 함에 따라 실리콘 융액(150)의 표면을 상승시키면서 잉곳(160)을 성장시키는 공정을 의미한다.
이와 같이 무빙 갭 공정을 적용하게 되면 잉곳(160) 성장 초기(도 4(a))에 비해 성장 후기(도 4(b))에 센서(110)의 감지영역이 점차 잉곳(160)에서 멀어지게 된다. 이와 같이 센서(110) 감지영역이 점차 잉곳(160)에서 멀어지게 되면, 원하는 직경으로 잉곳(160)이 성장함에도 불구하고 빛의 양이 상대적으로 작게 수집되어 잉곳 직경 조절장치(100)는 잉곳(160)의 직경이 작게 도출된다. 따라서 잉곳(160)의 직경을 키우는 방향으로 제어부(130)가 잉곳(160)의 직경을 조절하게 된다. 결국 도 5에 도시된 바와 같이 잉곳(160)의 길이가 길어짐에 따라 잉곳(160)의 직경이 점차 커지는 문제점이 발생하여 잉곳(160)의 품질이나 생산성에 문제가 발생하게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 잉곳의 직경을 원하는 직경으로 균일하게 유지시키면서 잉곳을 성장시킬 수 있는 잉곳 직경 조절장치 및 잉곳 성장방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 잉곳 직경 조절장치는 석영 도가니의 실리콘 융액과 성장중인 잉곳의 접촉면인 응고계면의 특성을 감지하는 센서부; 상기 센서부에 의해 감지된 상기 응고계면의 특성을 통해 상기 잉곳의 직경을 도출하는 직경도출부; 상기 센서부와 연결되어 상기 센서부의 감지영역이 변경되도록 하는 구동부; 및 상기 직경도출부를 통해 도출된 잉곳의 직경을 기초로 상기 잉곳의 직경이 증감되도록 제어하는 제어부;를 구비한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 다른 잉곳 직경 조절장치는 석영 도가니의 실리콘 융액과 성장중인 잉곳의 접촉면인 응고계면의 특성을 감지하는 센서부; 멜트 갭(melt gap)의 변화에 따라 상기 잉곳의 직경이 보정되도록 하는 직경보정값을 생성하는 보정부; 상기 센서부에 의해 감지된 상기 응고계면의 특성과 상기 보정부에 의해 생성된 직경보정값을 통해 상기 잉곳의 직경을 도출하는 직경도출부; 및 상기 직경도출부를 통해 도출된 잉곳의 직경을 기초로 상기 잉곳의 직경이 증감되도록 제어하는 제어부;를 구비한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 잉곳 성장방법은 (a) 종결정(seed)을 이용하여 실리콘 융액으로부터 잉곳을 성장시키는 단계; (b) 센서로 상기 실리콘 융액과 상기 성장중인 잉곳의 접촉면인 응고계면의 특성을 감지하는 단계; (c) 상기 감지된 응고계면의 특성으로부터 상기 성장중인 잉곳의 직경을 도출하는 단계; (d) 상기 성장중인 잉곳의 직경을 원하고자 하는 직경이 되도록 상기 잉곳의 직경을 증감시키며 상기 잉곳을 성장시키는 단계; 및 (e) 멜트 갭의 변화에 따라 상기 센서의 감지 영역을 변경시키며 상기 잉곳이 원하는 길이가 되도록 상기 (b) 내지 (d) 단계를 적어도 1회 반복 수행하는 단계;를 갖는다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 다른 잉곳 성장방법은 (a) 종결정을 이용하여 실리콘 융액으로부터 잉곳을 성장시키는 단계; (b) 센서로 상기 실리콘 융액과 상기 성장중인 잉곳의 접촉면인 응고계면의 특성을 감지하는 단계; (c) 상기 감지된 응고계면의 특성으로부터 도출된 가직경과 멜트 갭 변화에 따른 직경보정값의 차이를 통해 상기 성장중인 잉곳의 직경을 도출하는 단계; (d) 상기 성장중인 잉곳의 직경을 원하고자 하는 직경이 되도록 상기 잉곳의 직경을 증감시키며 상기 잉곳을 성장시키는 단계; 및 (e) 상기 잉곳이 원하는 길이가 되도록 상기 (b) 내지 (d) 단계를 적어도 1회 반복 수행하는 단계;를 갖는다.
본 발명에 따르면, 멜트 갭이 줄어드는 무빙 갭 공정을 적용함에 있어서 줄어든 멜트 갭에 따라 센서의 감지영역을 변화시키거나 도출된 직경을 보정하여 실제 잉곳의 직경을 명확하게 산출할 수 있게 된다. 따라서 잉곳의 직경을 정확하게 제어하는 것이 가능하게 되어 잉곳의 품질이 개선되고 생산성이 향상된다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 잉곳 직경 조절장치 및 잉곳 성장방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 잉곳 직경 조절장치에 대한 바람직한 일 실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 잉곳 직경 조절장치(600)는 센서부(610), 직경도출부(620), 구동부(630) 및 제어부(640)를 구비한다.
센서부(610)는 석영 도가니(650) 내부에 액체 상태로 존재하는 다결정 실리콘 융액(660)과 고체 상태인 잉곳(670)의 접촉면인 응고계면(meniscus)의 특성을 감지한다. 센서부(610)는 응고계면의 특성 중 가장 밝기가 강한 빛을 발생시키는 응고계면의 한 지점의 빛의 양을 감지하여 수집한다. 그리고 수집된 빛의 양을 디지털 데이터로 변환하여 직경도출부(620)에 전달한다.
직경도출부(620)는 센서부(610)에서 전달받은 디지털 데이터를 바탕으로 사전에 입력되어 있는 값과 비교하여 잉곳(670)의 직경을 도출한다.
구동부(630)는 센서부(610)와 연결되어 센서부(610)의 감지영역이 변경되도록 한다. 이를 위해 구동부(630)는 센서부(610)를 잉곳(670)의 중심선(680)과 수직한 방향으로 이동시키는 구동수단을 구비할 수 있다. 그리고 이 구동수단은 잉 곳(670)의 성장에 따라 센서부(610)를 잉곳의 중심선(680)과 가까운 방향으로 이동시킨다. 도 4에 도시된 바와 같이 작은 공극 문제를 개선하기 위해 잉곳(670)의 성장에 따라 멜트 갭(melt gap)이 감소하는 무빙 갭(moving gap) 공정이 잉곳(670)의 성장에 이용된다. 이때 센서부(610)를 잉곳(670)의 성장에 따라 잉곳의 중심선(680)과 가까운 방향으로 이동시키면 센서부(610)가 일정한 응고계면을 감지하게 되므로 도 5에 도시된 바와 같은 잉곳(670)의 길이가 길어짐에 따라 잉곳(670)의 직경이 증가하는 문제를 개선할 수 있게 된다.
제어부(640)는 직경도출부(620)를 통해 도출된 잉곳(670)의 직경이 원하는 잉곳(670)의 직경보다 작으면 잉곳(670)이 크게 성장하도록 제어하고, 원하는 잉곳(670)의 직경보다 크면 잉곳(670)이 작게 성장하도록 제어한다. 이를 위해 제어부(640)는 잉곳(670)의 인상속도나 실리콘 융액(660)의 온도 등을 제어하여 잉곳(670)의 직경을 원하는 수준으로 유지시킬 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 잉곳 성장방법에 대한 바람직한 일 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다. 참고적으로 후술하는 본 발명에 따른 잉곳 성장방법들은 본 발명에 따른 잉곳 직경 조절장치(600)를 이용해서 구현하는 것으로 설명하지만, 이에 한정되지 않고 센서의 감지영역을 변경하여 잉곳의 직경을 조절하는 단계를 구현할 수만 있다면 다른 장치를 이용해도 된다. 예컨대, 도 6에 도시된 본 발명에 따른 잉곳 직경 조절장치(600)는 센서부(610)를 잉곳(670)의 중심선과 수직한 방향으로 이동시키지만, 센서의 각도를 조절하여 감지영역을 변경시킬 수 있는 장치에 의해서도 구현될 수 있다.
도 7을 참조하면, 우선 종결정(seed)을 이용하여 실리콘 융액(660)으로부터 잉곳(670)을 성장시킨다(S710). 다음으로, 센서부(610)로 실리콘 융액(660)과 성장중인 잉곳(670)의 접촉면인 응고계면의 특성을 감지한다(S720). 이때 감지되는 응고계면의 특성은 응고계면의 빛의 양인 것이 바람직하다. 그리고 직경도출부(620)를 통해 감지된 응고계면의 빛의 양과 사전에 입력되어 있는 기준이 되는 빛의 양을 비교하여 성장중인 잉곳(670)의 직경을 도출한다(S730).
다음으로, 제어부(640)를 통해 잉곳(670)의 직경이 원하고자 하는 직경이 되도록 잉곳(670)의 직경을 증감시키며 잉곳(670)을 성장시킨다(S740). 잉곳(670)의 직경은 상술한 바와 같이 잉곳(670)의 인상속도, 실리콘 융액(660)의 온도 등을 제어하여 조절할 수 있다. 그리고 잉곳(670)이 원하고자 하는 길이만큼 성장되었는지를 확인한다(S750). 원하고자하는 길이만큼 잉곳(670)이 성장하지 않은 경우에는 멜트 갭의 변화에 따라 센서부(610)의 감지영역을 변경한다(S760). 상술한 바와 같이 작은 공극 문제를 해결하고자 멜트 갭을 감소시키는 무빙 갭 공정을 도입함에 따라 멜트 갭의 변화에 따라 센서부(610)의 감지영역을 변경시킨다. 이때 멜트 갭이 감소함에 따라 센서부(610)의 감지영역을 잉곳(670)과 가까운 방향으로 이동시키는 것이 바람직하다. 그리고 S720 단계 내지 S740 단계를 반복하여, 잉곳(670)의 직경을 원하는 수준으로 유지시키면서 잉곳(670)을 성장시킨다.
이와 같은 방법으로 잉곳(670)을 성장시켰을 때 잉곳(670)의 길이에 따른 센서부(610)의 위치와 잉곳(670)의 직경의 변화를 도 8에 나타내었다. 도 8에 도시된 센서 위치는 센서부(610)와 잉곳(670)과의 거리를 나타낸 것으로서 참조번호 810으 로 표시된 그래프와 같이 잉곳(670)이 성장함에 따라 센서부(610)의 위치를 점점 잉곳(670)과 가깝게 했다. 이와 같이 하면 참조번호 820으로 표시된 그래프와 같이 잉곳(670)의 직경이 도 5에 도시된 결과에 비해 균일하게 유지됨을 알 수 있다. 그리고 그 편차는 중심치를 기준으로 3mm 이하로 제어가 가능하게 된다.
도 9는 본 발명에 따른 잉곳 직경 조절장치에 대한 바람직한 다른 실시예의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 잉곳 직경 조절장치(900)는 센서부(910), 보정부(920), 직경도출부(930) 및 제어부(940)를 구비한다.
센서부(910)는 석영 도가니(950) 내부에 액체 상태로 존재하는 다결정 실리콘 융액(960)과 고체 상태인 잉곳(970)의 접촉면인 응고계면의 특성을 감지한다. 센서부(910)는 응고계면의 특성 중 가장 밝기가 강한 빛을 발생시키는 응고계면의 한 지점의 빛의 양을 감지하여 수집한다. 그리고 수집된 빛의 양을 디지털 데이터로 변환하여 직경도출부(930)에 전달한다.
보정부(920)는 멜트 갭의 변화에 따라 잉곳(970)의 직경이 보정되도록 하는 직경보정값을 생성한다. 상술한 바와 같이 작은 공극 문제를 해결하고자 무빙 갭 공정을 도입하여 멜트 갭이 감소하게 되므로 도 4에 도시된 바와 같은 문제가 발생하여 센서부(910)에서 감지된 빛의 양을 이용하여 잉곳(970)의 직경을 도출하면 실제 잉곳(970)의 직경보다 작게 직경이 도출된다. 따라서 잉곳(970)의 직경을 원하고자 하는 직경보다 더 크게 조절하게 되어 도 5에 도시된 바와 같이 잉곳(970)의 길이가 길어짐에 따라 잉곳(970)의 직경이 커지게 된다. 따라서 이런 문제를 해결 하고자 보정부(920)는 멜트 갭이 감소함에 따라 잉곳(970)의 직경이 보정되도록 하는 직경보정값을 생성한다.
직경도출부(930)는 센서부(910)에서 전달받은 디지털 데이터를 바탕으로 사전에 입력되어 있는 값과 비교하여 잉곳(970)의 가직경을 도출하고, 보정부(920)에서 생성된 직경보정값을 통한 보정을 통해 실제 잉곳(970)의 직경을 도출한다. 바람직하게는 잉곳(970)의 가직경과 보정부(920)에서 생성된 직경보정값의 차이로부터 잉곳(970)의 직경을 도출한다. 이때 직경보정값은 잉곳이 성장함에 따라 감소하게 된다. 상술한 바와 같이 잉곳(970)의 직경은 보정하지 않는다면 잉곳(970)이 성장할수록 실제 직경보다 작게 측정되므로 잉곳(970) 성장 초기보다 후기에 직경보정값을 작게 하여야 한다. 이와 같은 보정을 통해 도 5에 도시된 바와 같은 잉곳(970)이 성장함에 따라 직경이 커지는 문제점이 개선될 수 있다.
제어부(940)는 직경도출부(930)를 통해 도출된 잉곳(970)의 직경이 원하는 잉곳(970)의 직경보다 작으면 잉곳(970)이 크게 성장하도록 제어하고, 원하는 잉곳(970)의 직경보다 크면 잉곳(970)이 작게 성장하도록 제어한다. 이를 위해 제어부(940)는 잉곳(970)의 인상속도나 실리콘 융액(960)의 온도 등을 제어하여 잉곳(970)의 직경을 원하는 수준으로 유지시킬 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 잉곳 성장방법에 대한 바람직한 다른 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다. 참고적으로 후술하는 본 발명에 따른 잉곳 성장방법들은 본 발명에 따른 잉곳 직경 조절장치(900)를 이용해서 구현하는 것으로 설명하지만, 이에 한정되지 않고 센서를 통해 감지된 특성으로 도출된 잉곳(970)의 직경 을 보정하여 실제 잉곳(970)의 직경을 도출하는 단계를 구현할 수만 있다면 다른 장치를 이용해도 된다.
도 10을 참조하면, 우선 종결정(seed)을 이용하여 실리콘 융액(960)으로부터 잉곳(970)을 성장시킨다(S1010). 다음으로, 센서부(910)로 실리콘 융액(960)과 성장중인 잉곳(970)의 접촉면인 응고계면의 특성을 감지한다(S1020). 이때 감지되는 응고계면의 특성은 응고계면의 빛의 양인 것이 바람직하다.
그리고 직경도출부(930)를 통해 감지된 응고계면의 빛의 양과 사전에 입력되어 있는 기준이 되는 빛의 양을 비교하여 잉곳(970)의 가직경을 도출하고, 보정부(920)를 통해 생성된 직경보정값과의 차이를 통해 실제 잉곳(970)의 직경을 도출한다(S1030). 이때 직경보정값은 멜트 갭이 감소함에 따라 감소하게 된다. 상술한 잉곳(970)의 성장에 따라 멜트 갭이 감소하는 무빙 갭 공정을 잉곳(970)의 성장에 적용하므로, 잉곳(970)의 직경은 보정하지 않는다면 도 5에 도시된 바와 같이 잉곳(970)이 성장할수록 실제 직경보다 작게 측정된다. 따라서 잉곳(970) 성장 초기보다 후기에 직경보정값을 작게 하면, 실제 잉곳(970)의 직경을 도출할 수 있게 된다.
다음으로, 제어부(940)를 통해 잉곳(970)의 직경이 원하고자 하는 직경이 되도록 잉곳(970)의 직경을 증감시키며 잉곳(970)을 성장시킨다(S1040). 잉곳(970)의 직경은 상술한 바와 같이 잉곳(970)의 인상속도, 실리콘 융액(960)의 온도 등을 제어하여 조절할 수 있다. 그리고 잉곳(970)이 원하고자 하는 길이만큼 성장되었는지를 확인한다(S1050). 원하는 길이만큼 잉곳(970)이 성장하지 않은 경우에는 S1020 단계 내지 S1040 단계를 반복하여, 잉곳(970)의 직경을 원하는 수준으로 유지시키면서 잉곳(970)을 성장시킨다.
이와 같은 방법으로 잉곳(970)을 성장시켰을 때 잉곳(970)의 길이에 따른 센서부(910)의 위치와 잉곳(970) 직경의 변화를 도 11에 나타내었다. 도 11에 도시된 센서 위치는 센서부(910)와 잉곳(970)과의 거리를 나타낸 것으로서 참조번호 1110으로 표시된 그래프와 같이 센서부(910)의 위치는 8.61mm로 고정시켰다. 그리고 고정된 센서부(910)에서 감지된 특성을 통해 도출된 잉곳(970)의 가직경을 보정부(920)를 통해 생성된 직경보정값으로 보정하여 수행한 결과, 참조번호 1120으로 표시된 그래프와 같이 잉곳(970)의 길이에 따른 잉곳(970)의 직경이 중심치 기준으로 3mm 이하의 편차로 제어가 가능함을 알 수 있다. 이 결과는 도 5에 도시된 결과에 비해 훨씬 개선되었음을 알 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 예컨대, 도 7 및 도 10에 도시되어 있는 잉곳 성장방법을 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 프로그램하는 것이 가능하다. 이러한 프로그램은 도 6에 도시된 잉곳 직경 조절장치(600)에 잉곳 성장 시작 명령을 전달하고, 잉곳 성장이 시작(S710)되면, 센서부(610)를 통해 응고계면의 특성을 감지하도록하는 명령을 제어하고(S720), 센서부(610)를 통해 감지된 응고계면 특성으로부터 직경도출부(620)에서 잉곳 직경을 도출할 수 있도록 하는 명령을 제어하고(S730), 도출된 잉곳 직경으로부터 잉곳의 직경을 조절하도록 하며(S740), 잉곳 성장 완료여부를 판별하여(S750), 잉곳 성장이 완료되지 않았으면, 멜트 갭 변화에 따라 센서 감지영역을 변경하도록 하는 명령을 제어한 후(S760), 잉곳 성장이 완료될 때까지 S720 내지 S750 단계를 반복하도록 한다. 도 10에 도시되어 있는 잉곳 성장방법에 관련된 프로그램도 유사하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발 명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 종래 잉곳 직경 조절장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 종래 잉곳 직경 조절장치에서의 응고계면의 감지 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 감지영역을 확대한 도면이다.
도 4는 멜트 갭이 감소함에 따라 센서의 감지 위치가 변경되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 멜트 갭의 감소하는 공정 방식으로 잉곳을 성장함에 있어 잉곳의 길이에 따른 잉곳의 직경을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 잉곳 직경 조절장치에 대한 바람직한 일 실시예의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 잉곳 성장 방법에 대한 바람직한 일 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따른 잉곳 성장 방법에 의해 잉곳을 성장함에 있어 잉곳의 길이에 따른 잉곳의 직경을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 잉곳 직경 조절장치에 대한 바람직한 다른 실시예의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 잉곳 성장방법에 대한 바람직한 다른 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다.
도 11은 본 발명에 따른 잉곳 성장방법에 의해 잉곳을 성장함에 있어 잉곳의 길이에 따른 잉곳의 직경을 나타내는 도면이다.

Claims (13)

  1. 석영 도가니의 실리콘 융액과 성장중인 잉곳의 접촉면인 응고계면의 특성을 감지하는 센서부;
    상기 센서부에 의해 감지된 상기 응고계면의 특성을 통해 상기 잉곳의 직경을 도출하는 직경도출부;
    상기 센서부와 연결되어 상기 센서부의 감지영역이 변경되도록 하는 구동부; 및
    상기 직경도출부를 통해 도출된 잉곳의 직경을 기초로 상기 잉곳의 직경이 증감되도록 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 구동부는 상기 센서부를 상기 잉곳의 중심선과 수직한 방향으로 이동시키는 구동수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 잉곳 직경 조절장치.
  2. 석영 도가니의 실리콘 융액과 성장중인 잉곳의 접촉면인 응고계면의 특성을 감지하는 센서부;
    멜트 갭(melt gap)의 변화에 따라 상기 잉곳의 직경이 보정되도록 하는 직경보정값을 생성하는 보정부;
    상기 센서부에 의해 감지된 상기 응고계면의 특성과 상기 보정부에 의해 생성된 직경보정값을 통해 상기 잉곳의 직경을 도출하는 직경도출부; 및
    상기 직경도출부를 통해 도출된 잉곳의 직경을 기초로 상기 잉곳의 직경이 증감되도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉곳 직경 조절장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 센서부는 상기 응고계면의 빛의 양을 감지하는 것을 특징으로 하는 잉곳 직경 조절장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구동수단은 상기 잉곳의 성장에 따라 상기 센서부를 상기 잉곳의 중심선과 가까운 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 잉곳 직경 조절장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 직경도출부는 상기 센서부에 의해 감지된 응고계면의 특성으로부터 도출된 가직경과 상기 직경보정값의 차이로부터 상기 잉곳의 직경을 도출하는 것을 특징으로 하는 잉곳 직경 조절장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 직경보정값은 상기 잉곳이 성장함에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는 잉곳 직경 조절장치.
  8. (a) 종결정(seed)을 이용하여 실리콘 융액으로부터 잉곳을 성장시키는 단계;
    (b) 센서로 상기 실리콘 융액과 상기 성장중인 잉곳의 접촉면인 응고계면의 특성을 감지하는 단계;
    (c) 상기 감지된 응고계면의 특성으로부터 상기 성장중인 잉곳의 직경을 도출하는 단계;
    (d) 상기 성장중인 잉곳의 직경을 원하고자 하는 직경이 되도록 상기 잉곳의 직경을 증감시키며 상기 잉곳을 성장시키는 단계; 및
    (e) 멜트 갭의 변화에 따라 상기 센서의 감지 영역을 변경시키며 상기 잉곳이 원하는 길이가 되도록 상기 (b) 내지 (d) 단계를 적어도 1회 반복 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉곳 성장방법.
  9. (a) 종결정을 이용하여 실리콘 융액으로부터 잉곳을 성장시키는 단계;
    (b) 센서로 상기 실리콘 융액과 상기 성장중인 잉곳의 접촉면인 응고계면의 특성을 감지하는 단계;
    (c) 상기 감지된 응고계면의 특성으로부터 도출된 가직경과 멜트 갭 변화에 따른 직경보정값의 차이를 통해 상기 성장중인 잉곳의 직경을 도출하는 단계;
    (d) 상기 성장중인 잉곳의 직경을 원하고자 하는 직경이 되도록 상기 잉곳의 직경을 증감시키며 상기 잉곳을 성장시키는 단계; 및
    (e) 상기 잉곳이 원하는 길이가 되도록 상기 (b) 내지 (d) 단계를 적어도 1 회 반복 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉곳 성장방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 센서가 감지하는 응고계면의 특성은 상기 응고계면의 빛의 양인 것을 특징으로 하는 잉곳 성장방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    상기 멜트 갭이 감소함에 따라 상기 센서의 감지영역을 상기 잉곳과 가까운 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 잉곳 성장방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 직경보정값은 상기 멜트 갭이 감소함에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는 잉곳 성장방법.
  13. 제 8항 또는 제 9항에 기재된 잉곳 성장방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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