KR101022909B1 - A Grower For Silicon Single Crystal Ingot - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리콘 단결정 잉곳 성장장치에 대한 것이다. 본 발명은 쵸크랄스키 방법에 의해 단결정 잉곳을 성장시키는 실리콘 단결정 잉곳 성장장치에 있어서, 실리콘 융액으로부터 단결정 잉곳에 가해지는 열을 제어하는 열실드와; 상기 열실드의 내측하면에 연장 설치되어 상기 성장장치 내부를 유동하는 비활성기체의 유동속도를 제어하는 제 1 유속제어관과; 상기 열실드의 외측하면에 연장 설치되어 상기 성장장치 내부를 유동하는 비활성기체의 유동속도를 제어하는 제 2 유속제어관을 포함하여 구성되어, 실리콘 융액 표면을 유동하는 비활성기체에 유량과 속도를 조절하여 증발산소를 효과적으로 제거하여, 실리콘 단결정 잉곳으로 함유되는 산소량이 제어가 가능한 것을 특징으로 한다.




The present invention relates to a silicon single crystal ingot growth apparatus. A silicon single crystal ingot growth apparatus for growing a single crystal ingot by the Czochralski method, comprising: a heat shield for controlling heat applied from a silicon melt to a single crystal ingot; A first flow rate control tube installed on an inner bottom surface of the heat shield to control a flow rate of an inert gas flowing in the growth apparatus; And a second flow rate control tube installed on an outer surface of the heat shield to control the flow rate of the inert gas flowing in the growth apparatus, thereby adjusting the flow rate and the speed to the inert gas flowing on the silicon melt surface. By effectively removing the evaporative oxygen, the amount of oxygen contained in the silicon single crystal ingot can be controlled.




실리콘 단결정, 산소, 흑연, 유속Silicon Single Crystal, Oxygen, Graphite, Flow Rate

Description

실리콘 단결정 잉곳 성장장치{A Grower For Silicon Single Crystal Ingot}Silicon Single Crystal Ingot Growth Device {A Grower For Silicon Single Crystal Ingot}

도 1은 종래의 잉곳성장장치를 예시한 단면도.1 is a cross-sectional view illustrating a conventional ingot growth apparatus.

도 2는 종래의 잉곳성장장치에서 유속분포를 예시한 부분단면도.Figure 2 is a partial cross-sectional view illustrating a flow rate distribution in the conventional ingot growth apparatus.

도 3은 열실드의 내측하면에 유속제어관이 구비된 상태를 예시한 부분단면도.Figure 3 is a partial cross-sectional view illustrating a state in which the flow rate control tube is provided on the inner lower surface of the heat shield.

도 4는 본 발명에 의한 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 바람직한 실시예의 구성을 예시한 단면도.Figure 4 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a preferred embodiment of a silicon single crystal ingot growth apparatus according to the present invention.

도 5a 및 도 5b는 각각 유속제어관의 위치와 길이에 따른 비활성 기체의 속도 변화를 예시한 부분단면도.5A and 5B are partial cross-sectional views illustrating a change in velocity of an inert gas according to the position and length of a flow control tube, respectively.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

20.............잉곳 성장장치 21...........석영도가니20 ............. Ingot growth apparatus 21 ........... Quartz crucible

23.............열실드 30...........제 1 유속제어관23 ............. Thermal shield 30 ........... 1 flow control tube

31a,31b........제 2 유속제어관 31a, 31b ........ the second flow control tube

본 발명은 실리콘 단결정잉곳의 성장장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 잉곳에 함유되는 산소의 양을 조절하기 위하여 융액 표면에서의 비활성기체의 유속을 변경시키는 유속제어관을 구비한 실리콘 단결정 잉곳의 성장장치에 대한 것이다.The present invention relates to an apparatus for growing a silicon single crystal ingot, and more particularly, to the growth of a silicon single crystal ingot having a flow rate control tube for changing the flow rate of an inert gas on the surface of the melt to control the amount of oxygen contained in the ingot. For the device.

도 1은 종래의 실리콘 단결정 잉곳 성장장치를 예시한 단면도이고, 도 2 상기 잉곳성장장치 내부에서의 비활성기체의 유동상태를 예시한 부분 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a conventional silicon single crystal ingot growth apparatus, and FIG. 2 is a partial cross-sectional view illustrating a flow state of an inert gas in the ingot growth apparatus.

도 1은 쵸크랄스키법에 의해 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 잉곳 성장장치(10)에 대한 것으로, 실리콘 잉곳(IG)으로 산소가 유입되는 경로가 나타내어져 있다.1 shows an ingot growth apparatus 10 for growing a silicon single crystal ingot by the Czochralski method, and shows a path through which oxygen flows into the silicon ingot IG.

실리콘 단결정 잉곳 성장장치(10)에서는 다결정 실리콘을 석영도가니(11)에서 용융시켜 실리콘 융액(SM)을 형성하고, 이 실리콘 융액(SM)으로부터 실리콘 단결정 잉곳(IG)을 끌어올리면서 성장시키게 된다. In the silicon single crystal ingot growth apparatus 10, polycrystalline silicon is melted in the quartz crucible 11 to form a silicon melt SM, and is grown while pulling up the silicon single crystal ingot IG from the silicon melt SM.

실리콘은 1400℃ 이상에서 융액상태를 유지하므로 실리콘융액(SM)이 담기는 석영도가니(11) 역시 고온상태를 유지하게 되며, 석영도가니(11)로부터 산소가 녹아 실리콘융액(SM)으로 유입되게 된다.Since the silicon maintains the melt state at 1400 ° C. or higher, the quartz crucible 11 containing the silicon melt SM is also maintained at a high temperature, and oxygen is melted from the quartz crucible 11 to flow into the silicon melt SM. .

보통 산소는 석영도가니(11)의 내벽을 타고 이동하여 실리콘 융액의 표면에서 거의 99%가 증발되고, 나머지 1%정도만이 단결정이 내부로 유입된다.Normally, oxygen moves through the inner wall of the quartz crucible 11, and nearly 99% of the surface of the silicon melt is evaporated, and only about 1% of the oxygen is introduced into the single crystal.

그런데, 단결정 잉곳(IG)에 함유되는 산소의 양은 미세하지만 산소가 증발되는 상태에 따라 크게 영향을 받으며, 이러한 산소의 증발상태에 직접적으로 영향을 주는 인자가 바로 융액표면을 따라 흐르는 비활성 기체의 유동량과 유동속도이다.By the way, the amount of oxygen contained in the single crystal ingot (IG) is fine, but greatly affected by the state of evaporation of oxygen, and the amount of inert gas flowing along the melt surface is a factor directly affecting the evaporation state of oxygen. And flow velocity.

즉, 실리콘 단결정 성장장치(10) 내부에는 실리콘 및 도판트의 산화물 등에 의해 오염되는 것을 방지하기 위하여 비활성기체(예: Ar 등)를 흘려주게 되는데, 이 비활성기체는 오염물질을 외부로 배출시키고, 융액표면을 지나면서 증발되는 산소를 제거하는 역할을 수행한다.That is, in order to prevent contamination by silicon and dopant oxides, etc., the inert gas (eg, Ar, etc.) is flowed into the silicon single crystal growth apparatus 10. The inert gas discharges contaminants to the outside, It removes oxygen that evaporates through the melt surface.

또한, 비활성 기체는 잉곳 성장장치(10)의 상부에서 열실드(13)의 내측공간으로 투입되며, 투입된 비활성기체는 열실드(13)와 융액사이의 공간을 통과하여 열실드 외측의 공간을 통하여 잉곳 성장장치(10)의 외부로 배출되게 된다.In addition, the inert gas is introduced into the inner space of the heat shield 13 at the top of the ingot growth apparatus 10, and the inert gas is passed through the space between the heat shield 13 and the melt through the space outside the heat shield. The ingot growth apparatus 10 is discharged to the outside.

이와 같이 융액 표면을 유동하는 비활성기체의 유량과 속도가 증가하게 되면, 융액표면으로부터 더 많은 산소를 포함하여 외부로 배출시키는 것이 가능하기 때문에 실리콘 단결정(IG)에 함유되는 산소량은 감소하게 된다.As the flow rate and velocity of the inert gas flowing through the melt surface increases, the amount of oxygen contained in the silicon single crystal IG decreases because more oxygen can be discharged from the melt surface to the outside.

그러나 상기와 같은 종래의 실리콘 단결정 잉곳 성장장치에는 다음과 같은 문제점이 있어 왔다.However, the conventional silicon single crystal ingot growth apparatus as described above has the following problems.

단결정 잉곳 성장장치(10)에 흘려주는 비활성 기체의 유량은 잉곳의 성장을 위한 열적조건 등에 영향을 주지 않는 일정범위 정도로 한정되는 것이므로, 산소의 증발을 위하여 유량과 유속을 증가시키는 것에는 일정한 한계가 있게 된다.Since the flow rate of the inert gas flowing into the single crystal ingot growth apparatus 10 is limited to a certain range without affecting the thermal conditions for ingot growth, there is a certain limit to increasing the flow rate and flow rate for the evaporation of oxygen. Will be.

그리고, 산소의 증발은 실리콘 융액(SM)의 표면에서 일어나게 되는데, 열실드(13)와 융액은 상당거리를 두고 설치되는 것이기 때문에 잉곳 성장장치(10) 내부로 투입되는 비활성기체 중 일부만이 실리콘 융액표면을 통과하여, 실리콘 융액 표면으로부터 산소를 제거하게 된다.In addition, the evaporation of oxygen occurs on the surface of the silicon melt SM. Since the heat shield 13 and the melt are installed at a considerable distance, only a part of the inert gas introduced into the ingot growth apparatus 10 is melted in the silicon melt. Through the surface, oxygen is removed from the silicon melt surface.

따라서, 잉곳 성장장치로 투여되는 비활성기체에 의한 산소제거가 원활하게 수행될 수 없고, 결과적으로 실리콘 단결정에 함유되는 산소량의 제어에 한계가 있 게 된다. Therefore, oxygen removal by the inert gas administered to the ingot growth apparatus cannot be performed smoothly, and as a result, there is a limit in the control of the amount of oxygen contained in the silicon single crystal.

본 발명의 목적은, 잉곳 성장장치 내부로 투입되는 비활성 기체의 실리콘 융액 표면에서의 속도와 유량을 제어하여, 실리콘 융액 표면에서 증발되는 산소를 원활하게 제거하는 것이 가능한 실리콘 단결정 잉곳 성장장치를 구현하는 것이다.An object of the present invention is to implement a silicon single crystal ingot growth apparatus capable of smoothly removing the oxygen evaporated from the silicon melt surface by controlling the speed and flow rate of the inert gas introduced into the ingot growth apparatus at the silicon melt surface will be.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 실리콘 단결정 잉곳 성장장치는, 쵸크랄스키 방법에 의해 단결정 잉곳을 성장시키는 실리콘 단결정 잉곳 성장장치에 있어서, 실리콘 융액으로부터 단결정 잉곳에 가해지는 열을 제어하는 열실드와; 상기 열실드의 내측하면에 연장설치되는 제 1 유속제어관과; 상기 열실드의 외측하면에 연장설치되는 제 2 유속제어관을 포함하여 구성되어 융액표면으로부터 효과적으로 산소를 흡수하여 반도체 잉곳에 함유되는 산소량을 제어하는 것을 특징으로 한다.The silicon single crystal ingot growth apparatus according to the present invention for achieving the above object is a heat shield for controlling heat applied to a single crystal ingot from a silicon melt in a silicon single crystal ingot growth apparatus for growing a single crystal ingot by the Czochralski method. Wow; A first flow rate control tube extending on an inner bottom surface of the heat shield; And a second flow rate control tube extending from an outer side surface of the heat shield to effectively absorb oxygen from the melt surface to control the amount of oxygen contained in the semiconductor ingot.

상기 제 1 유속제어관에는 다수개의 통공이 형성된 것을 특징으로 한다.The first flow rate control tube is characterized in that a plurality of through-holes are formed.

상기 제 1 유속제어관의 하단에서의 비활성 기체의 유동속도는 20 내지 30 m/s로 제어되도록 상기 제 1 유속제어관의 설치위치와 설치길이가 정해지는 것을 특징으로 한다.The flow rate of the inert gas at the lower end of the first flow control pipe is characterized in that the installation position and the length of the installation of the first flow control pipe is determined to be controlled to 20 to 30 m / s.

상기 제 2 유속제어관의 하단에서의 비활성 기체의 유동속도는 5내지 10m/s로 제어되도록 상기 제 2 유속제어관의 설치위치와 설치길이가 정해지는 것을 특징으로 한다. The flow rate of the inert gas at the lower end of the second flow rate control tube is characterized in that the installation position and the length of the second flow rate control tube is determined to be controlled to 5 to 10m / s.                     

상기 열실드는 표면은 흑연으로 이루어지며, 그 내측에는 단열물질이 채워지는 것을 특징으로 한다.The surface of the heat shield is made of graphite, the inside is characterized in that the insulating material is filled.

상기 제 1 및 제 2 유속제어관은 흑연으로 이루어진 것을 특징으로 한다.The first and second flow rate control tube is characterized in that made of graphite.

본 발명은 상기와 같은 구성에 의하여, 열실드 하면을 통과하는 비활성기체의 속도를 제어하는 것이 가능하여, 실리콘 융액표면으로부터 효과적으로 산소를 제거하는 것이 가능하여 단결정 잉곳에 함유되는 산소량의 제어가 가능하게 된다.According to the above-described configuration, the present invention can control the speed of the inert gas passing through the bottom surface of the heat shield, and effectively remove oxygen from the surface of the silicon melt, thereby controlling the amount of oxygen contained in the single crystal ingot. do.

이하 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 바람직한 실시예의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a configuration of a preferred embodiment of a silicon single crystal ingot growth apparatus according to the present invention having the above configuration will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 열실드의 내측하면에 제 1 유속제어관이 구비된 상태를 예시한 부분단면도이고, 도 4는 제 1 및 제 2 유속제어관이 구비된 상태를 예시한 부분단면도이다. 그리고, 도 5a 및 도 5b는 유속제어관의 위치와 길이에 따른 비활성기체의 속도변화를 예시한 부분단면이다.3 is a partial cross-sectional view illustrating a state in which the first flow rate control tube is provided on the inner side of the heat shield, and FIG. 4 is a partial cross-sectional view illustrating the state in which the first and second flow rate control tubes are provided. 5A and 5B are partial cross-sectional views illustrating a change in speed of an inert gas according to the position and length of the flow control tube.

도시된 바에 의하면, 본 실시예의 잉곳 성장장치는 쵸크랄스키 방법에 의해 단결정 잉곳을 성장시키는 성장장치(20)로, 도가니에 일정온도로 용융시켜 실리콘 융액을 형성하며, 실리콘 융액으로부터 단결정을 끌어올리며 성장시켜 단결정 잉곳을 제조하게 된다. As shown, the ingot growth apparatus of this embodiment is a growth apparatus 20 for growing a single crystal ingot by the Czochralski method, which is melted at a temperature in a crucible to form a silicon melt, and pulls a single crystal from the silicon melt. It grows to produce a single crystal ingot.

본 실시예에서는 실리콘을 사용하는 경우이므로 도가니는 석영도가니(21)를 사용하는데, 석영은 실리콘의 산화물(SiO2)로서 가열되면 분해되어 실리콘과 산소를 발생시키기 때문에, 실리콘 융액의 오염을 방지할 수 있기 때문이다. Since the present embodiment uses silicon, the crucible uses a quartz crucible 21. Since quartz decomposes when heated as an oxide of silicon (SiO 2 ) to generate silicon and oxygen, it is possible to prevent contamination of the silicon melt. Because it can.

다결정 실리콘을 융액상태로 유지하기 위해 가해지는 고열에 의해 석영도가 니(21)의 내측면에서는 산소가 발생하게 되며, 산소는 석영도가니(21)의 내측면을 따라 이동하며, 실리콘 융액(SM) 표면에 이르러서 대부분(99%) 증발하고 그 일부는 실리콘 단결정 잉곳(IG)에 함유되어진다. Oxygen is generated on the inner side of the quartz crucible 21 due to the high heat applied to maintain the polycrystalline silicon in the molten state, and oxygen moves along the inner side of the quartz crucible 21 and the silicon melt SM ) Most of them (99%) evaporate and are contained in silicon single crystal ingots (IG).

본 실시예의 잉곳 성장장치(20)에는, 성장중인 단결정 잉곳(IG)으로 실리콘 융액으로부터 전달되는 복사열의 제어를 위해, 잉곳의 외주면을 둘러싸는 열실드(23)가 구비된다. 열실드는 단결정을 이루는 반도체 물질의 종류에 따라 다른 물질로 제조될 수 있으며, 원하는 잉곳의 종류와 품질에 따라 그 구조에도 변형이 주어질 수 있다.The ingot growth apparatus 20 of this embodiment is provided with a heat shield 23 surrounding the outer circumferential surface of the ingot for controlling radiant heat transferred from the silicon melt to the growing single crystal ingot IG. The heat shield may be made of different materials depending on the type of semiconductor material forming a single crystal, and the structure may be modified according to the type and quality of the desired ingot.

본 실시예의 열실드(23) 내부에는 단열물질이 채워지며, 그 외부를 열전도도가 비교적 높은 흑연이 둘러싸고 있다. 본 실시예의 열실드(23)는 융액 표면으로부터 일정거리를 둔 지점에 설치되며, 융액 표면으로부터 성장중인 실리콘 단결정(IG)으로 전달되는 복사열을 제어하여 적절한 온도조건에서 잉곳 성장이 이루어지는 것을 가능하게 한다. The heat shield 23 is filled with a heat insulating material inside the heat shield 23 of the present embodiment, and the outside is surrounded by graphite having a relatively high thermal conductivity. The heat shield 23 of this embodiment is installed at a distance from the melt surface, and controls the radiant heat transferred from the melt surface to the growing silicon single crystal (IG) to enable ingot growth at an appropriate temperature condition. .

또한, 잉곳 성장장치(20)에는 산화물 등에 의해 오염되는 것을 방지하기 위해 비활성기체(예: Ar 등)가 주입된다. 주입된 비활성기체는 잉곳 성장장치(20)의 상부에서 열실드(23)의 내측으로 주입되며, 열실드(23)와 융액사이의 공간을 지나 열실드(23)의 외측 공간을 통하여 잉곳 성장장치(20)의 외부로 배출되게 된다.In addition, ingot growth apparatus 20 is injected with an inert gas (eg Ar) to prevent contamination by oxides or the like. The injected inert gas is injected into the heat shield 23 from the top of the ingot growth apparatus 20, and passes through the space between the heat shield 23 and the melt and through the outer space of the heat shield 23. It is discharged to the outside of the (20).

본 실시예의 잉곳 성장장치(20)에서는 비활성기체가 융액 표면에서 유동하는 속도를 높여, 융액 표면으로부터 증발하는 산소를 원활하게 외부로 배출될 수 있도록 하는 기체속도 제어수단을 구비하고 있다. Ingot growth apparatus 20 according to the present embodiment is provided with a gas velocity control means for increasing the speed at which the inert gas flows on the melt surface to smoothly discharge oxygen evaporated from the melt surface to the outside.                     

본 실시예의 기체속도 제어수단은 열실드(23) 하단의 내측과 외측에서 각각 하방으로 연장형성되는 유속제어관(30,31a,31b) 인데, 이 유속제어관(30,31a,31b)은 잉곳의 성장을 위한 적절한 온도조건을 유지시키는 열실드(23)의 구조를 변경시킴이 없이 부가되는 구조물이란 점에 특징이 있다.The gas velocity control means of the present embodiment is a flow rate control tube (30, 31a, 31b) extending downward from the inner and outer sides of the bottom of the heat shield 23, respectively, the flow rate control tube (30, 31a, 31b) is ingot It is characterized in that the structure is added without changing the structure of the heat shield 23 to maintain the appropriate temperature conditions for growth of.

제 1 유속제어관(30)은 열실드 하면의 내측단에서 하방으로 연장 형성되며, 성장중인 잉곳(IG) 하단부를 둘러싸는 것으로 대략 원통형상을 이루게 된다. 그러나 이와 같은 제 1 유속제어관(30)의 구조는 에에 한정되는 것이 아니며, 비활성기체를 하방으로 가이드 할 수 있는 다양한 구조가 제시될 수 있다.The first flow rate control tube 30 extends downward from the inner end of the bottom surface of the heat shield and surrounds a lower end of the growing ingot IG to form a substantially cylindrical shape. However, the structure of the first flow rate control tube 30 is not limited to the above, and various structures capable of guiding the inert gas downward may be presented.

또한 본 실시예의 잉곳 성장장치(20)에서 제 1 유속제어관(30)은, 잉곳성장장치(20)의 구조와 열실드(23)의 구조에 의해 이미 형성된 잉곳 성장의 적절한 온도조건을 그대로 유지시킨 상태에서 부가되는 구성이어야 하므로, 융액으로부터의 열전달에 영향을 주지 않도록 열전도도가 다소 높은 물질인 흑연관을 채택하고 있다.In addition, in the ingot growth apparatus 20 of the present embodiment, the first flow rate control tube 30 maintains proper temperature conditions of ingot growth already formed by the structure of the ingot growth apparatus 20 and the structure of the heat shield 23. Since it should be the structure added in the state which made it, the graphite tube which is a material with a somewhat high thermal conductivity is adopted so that it may not affect the heat transfer from melt.

이 제 1 유속제어관(30)은 비활성기체를 가이드하여 잉곳이 성장되는 부근에서 증발된 산소를 제거할 수 있도록 하기 위한 것이다. The first flow rate control tube 30 is for guiding the inert gas to remove oxygen evaporated in the vicinity of the growth of the ingot.

즉, 제 1 유속제어관(30)은 열실드(23)에서 하방으로 연장 형성되어 비활성기체를 하방으로 가이드하며, 비활성기체가 융액 표면 부근 통과시의 유동면적을 좁혀(융액 표면에 밀착통과되게 하여) 다량의 비활성기체가 융액 표면으로부터 산소를 효과적으로 포획할 수 있게 한다.That is, the first flow rate control tube 30 extends downwardly from the heat shield 23 to guide the inert gas downward, and narrows the flow area when the inert gas passes near the melt surface (so as to closely pass through the melt surface). This allows large amounts of inert gas to effectively capture oxygen from the melt surface.

이는 잉곳 성장장치(20)로는 일정범위로 한정된 유량의 비활성 기체가 정상 적으로 주입되기 때문에, 제 1 유속제어관(30)과 실리콘 융액(SM) 사이의 공간을 통과하는 비활성기체의 속도는 빨라지며, 상대적으로 많은 유량의 비활성기체가 융액 표면부근을 통과하게 되는 것으로도 설명된다.This is because the ingot growth apparatus 20 is normally injected with an inert gas of a limited flow rate, the speed of the inert gas passing through the space between the first flow control tube 30 and the silicon melt (SM) is fast. It is also explained that relatively large flow rates of inert gas pass near the melt surface.

이처럼 제 1 유속제어관(30)에 의해 비활성기체의 속도와 유량이 증가하기 때문에 잉곳(IG) 성장이 이루어지는 부근에서 발생하는 산소를 용이하게 포집하여 외부로 배출시키는 것이 가능하게 되고, 단결정 잉곳에 함유되는 산소량을 감소시키는 것이 가능해진다.As such, since the speed and flow rate of the inert gas are increased by the first flow rate control tube 30, oxygen generated in the vicinity of the ingot IG growth can be easily collected and discharged to the outside, and the single crystal ingot It becomes possible to reduce the amount of oxygen contained.

그런데, 반도체 잉곳 성장장치(20), 특히 실리콘 단결정 잉곳 성장장치에 있어서, 융액표면에서 발생하는 산소는 석영도가니(21)에서 기인하는 것이고, 석영도가니(21)의 내측면을 따라 융액의 표면으로 이동하는 것이기 때문에, 융액 표면에서 산소 발생량은 융액 중심보다는 석영도가니(21) 측벽에 인접한 부근인 가장자리에서 많아지게 된다.By the way, in the semiconductor ingot growth apparatus 20, in particular, the silicon single crystal ingot growth apparatus, oxygen generated at the melt surface originates from the quartz crucible 21, and goes to the surface of the melt along the inner surface of the quartz crucible 21. As it moves, the amount of oxygen generated at the melt surface is increased at the edge near the quartz crucible 21 side wall rather than at the melt center.

따라서, 산소가 많이 발생하는 부근에서의 산소포획이 원활하게 된다면, 단결정으로 함유되는 산소의 양은 크게 줄어들 수 있게 된다.Therefore, if the oxygen capture in the vicinity of the generation of large oxygen is smooth, the amount of oxygen contained in the single crystal can be greatly reduced.

본 실시예에서는 이처럼 실리콘 융액의 가장자리 부근에서의 산소포획량을 제어하기 위하여 열실드(23) 하면 외측에서 하방으로 제 2 유속제어관(31a,31b)을 연장형성시키고 있다. In this embodiment, in order to control the amount of oxygen trapped near the edges of the silicon melt, the second flow rate control tubes 31a and 31b are extended from the outer side of the lower surface of the heat shield 23 downward.

도 3에 도시된 바와 같이 제 1 유속제어관(30)만을 설치하는 경우에는 잉곳(IG)이 성장되는 부근의 비활성기체의 속도를 증가시키는 것은 가능하며, 그 속도는 19m/s에서 24m/s로 급격히 증가하였지만, 석영도가니(21) 측벽 부근에서는 3 내지 5 m/s에서 4 내지 5m/s로 속도의 증가 정도가 미미함을 알 수 있다.As shown in FIG. 3, when only the first flow rate control pipe 30 is installed, it is possible to increase the speed of the inert gas in the vicinity where the ingot IG is grown, and the speed is 24 m / s at 19 m / s. Although it increased sharply, it can be seen that the increase of the speed is insignificant from 3 to 5 m / s to 4 to 5 m / s in the vicinity of the sidewall of the quartz crucible 21.

이와 같은 융액 표면에서의 속도증가 정도는 융액 표면을 유동하는 비활성기체의 유량에 상응하는 것이어서, 비활성 기체의 융액표면에서의 유량 증가도 미미하다는 사실을 알 수 있다.This increase in velocity at the melt surface corresponds to the flow rate of the inert gas flowing through the melt surface, and thus it can be seen that the increase in the flow rate at the melt surface of the inert gas is minimal.

이는 유체의 유동면적이 넓어진데 기인한 것이기 때문에 본 실시예에서는 열실드의 외측에 제 2유속제어관(31a,31b)을 연장설치하여 비활성기체의 유동면적을 좁힘과 동시에 융액표면에 밀착되도록 가이드하고 있다.Since this is due to the flow area of the fluid being widened, in this embodiment, the second flow rate control pipes 31a and 31b are extended to the outside of the heat shield to narrow the flow area of the inert gas and to closely adhere to the surface of the melt. Doing.

본 실시예의 제 2 유속제어관(31a,31b)도 열실드(23)의 구조에 의해 형성된 잉곳성장의 적절한 온도조건을 유지한 상태에서 설치되는 것이기 때문에 열전달에 영향을 주지 않을 수 있는 열전도도가 높은 물질인 흑연관으로 제작되며, 제 2 유속제어관(31a,31b)은 제 1 유속제어관(30)의 외측을 둘러싸는 흑연관으로 제작된다.Since the second flow rate control pipes 31a and 31b of the present embodiment are also installed while maintaining the proper temperature conditions of ingot growth formed by the structure of the heat shield 23, the thermal conductivity which may not affect the heat transfer It is made of a graphite tube which is a high material, and the second flow rate control tubes 31a and 31b are made of a graphite tube surrounding the outside of the first flow rate control tube 30.

또한 제 2 유속제어관(31a,31b)의 길이가 증가하면 융액 표면에 밀착되어 유동하는 비활성기체의 유동량이 증가하므로 적절한 유동속도를 유지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.In addition, when the lengths of the second flow control tubes 31a and 31b increase, the amount of inert gas flowing in close contact with the melt surface increases, so that it is desirable to maintain an appropriate flow rate.

그러나, 이 제 1 및 제 2 유속제어관(30,31a,31b)의 길이가 너무 길게 되면, 비활성기체의 유동이 비정상 상태가 되어 충격파를 발생시킬 수 있기 때문에 정상상태의 유동이 가능한 적절한 길이로 제어되는 것이 바람직하다.However, if the lengths of the first and second flow rate control tubes 30, 31a, and 31b are too long, the flow of the inert gas may become abnormal and generate shock waves. It is desirable to be controlled.

본 실시예에서는 제 1 유속제어관(30)은 대략 24m/s정도의 유속을 갖도록 제작되는데, 이는 잉곳 성장장치(20) 내로 주입되는 비활성기체의 유량과 압력에 따 라 변형가능한 것임은 자명하다.In the present embodiment, the first flow rate control tube 30 is manufactured to have a flow rate of about 24 m / s, which is obviously deformable according to the flow rate and pressure of the inert gas injected into the ingot growth apparatus 20. .

그리고, 본 실시예의 제 2 유속제어관(31a,31b)은 그 하방의 비활성기체의 유동속도를 대략 7 내지 9m/s로 유지되도록 설계되지만, 이 또한 잉곳 성장장치(30) 내로 주입되는 비활성기체의 유량 및 상태 등에 영향을 받는 것이다.The second flow rate control pipes 31a and 31b of this embodiment are designed to maintain the flow velocity of the inert gas below it at about 7 to 9 m / s, but this is also inert gas injected into the ingot growth apparatus 30. It is affected by the flow rate and condition of the.

더 나아가 제 1 및 제 2 유속제어관(30,31a,31b)은 잉곳에 함유되는 산소량에 따라 그 길이를 달리 조절할 수 있는 것이며, 길이 뿐만 아니라 그 설치되는 지점과 설치 구조의 변경도 가능한 것이다.Furthermore, the first and second flow rate control pipes 30, 31a, and 31b can be differently adjusted in length depending on the amount of oxygen contained in the ingot, and can be changed not only in length but also in the installation point and installation structure thereof.

또한 본 실시예에서는 반도체 물질로 실리콘을 사용하고 있으나, 이에 한정되는 것이 아니라 다양한 실리콘 단결정 성장과정에 적용될 수 있는 것이다.In addition, although the embodiment uses silicon as the semiconductor material, the present invention is not limited thereto and may be applied to various silicon single crystal growth processes.

다음은 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 실시예의 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 작용을 설명한다.The following describes the operation of the silicon single crystal ingot growth apparatus of the embodiment according to the present invention having the configuration as described above.

석영도가니(21)에 다결정 실리콘을 용융시켜 실리콘 융액(SM)을 형성하고, 이 실리콘 융액(SM)으로부터 단결정 잉곳(IG)을 끌어올리며 성장시키게 된다.Polycrystalline silicon is melted in the quartz crucible 21 to form a silicon melt SM, and the single crystal ingot IG is pulled up from the silicon melt SM and grown.

잉곳 성장의 전체 과정에 걸쳐서 잉곳 성장장치(20)로는 비활성기체가 주입되어 산화물 등 잉곳 성장장치(20)를 오염시킬 수 있는 물질들을 포획하여 외부로 배출시키게 된다.Throughout the whole process of ingot growth, inert gas is injected into the ingot growth apparatus 20 to capture and discharge materials that may contaminate the ingot growth apparatus 20 such as an oxide to the outside.

주입되는 비활성기체는 잉곳 성장장치(20)의 상부에서 주입되면, 잉곳(IG)과 열실드(23) 사이에 형성된 공간을 지나 제 1 유속제어관(30)의 하단을 통과하게 된다. 제 1 유속제어관(30)에 의해 비활성기체는 실리콘 융액(SM) 표면에 밀착되어 흐르도록 가이드되며, 성장되는 잉곳(IG) 주변에서 발생하는 산소를 포함하여 석영 도가니(21)의 측벽쪽으로 이동하게 된다.When the inert gas to be injected is injected from the top of the ingot growth apparatus 20, the inert gas is passed through the bottom of the first flow control tube 30 through the space formed between the ingot IG and the heat shield 23. The inert gas is guided to flow in close contact with the surface of the silicon melt SM by the first flow rate control tube 30, and moves toward the sidewall of the quartz crucible 21 including oxygen generated around the growing ingot IG. Done.

또한 제 1 유속제어관(30)에 의해 가이드된 비활성기체는 제 2 유속제어관(31a,31b)에 의해 가이드되어 석영도가니(21) 측벽부근의 융액표면에 밀착되어 흐르도록 가이드되며, 석영도가니(21)에서 발생되어 융액으로 공급되는 다량의 산소를 포획하여 잉곳 성장장치의 외부로 배출시키는 것이 가능하게 된다. In addition, the inert gas guided by the first flow rate control pipe 30 is guided by the second flow rate control pipes 31a and 31b to be brought into close contact with the melt surface near the sidewall of the quartz crucible 21, and the quartz crucible It is possible to capture a large amount of oxygen generated in 21 and supplied to the melt and discharge it to the outside of the ingot growth apparatus.

본 발명의 권리범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 정해지며, 특허청구범위에 기재된 사항과 동일성 범위에서 당업자가 행한 다양한 변형과 개작을 포함함은 자명하다.The scope of the present invention is not limited to the above embodiments, but is determined by the matters described in the claims, and it is obvious that the present invention includes various modifications and adaptations made by those skilled in the art in the same range as the matters described in the claims.

본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 잉곳이 성장되는 부근에서 발생하는 산소 뿐만 아니라 도가니 측벽부근에서 발생하는 다량의 산소도 효과적으로 제거하는 것이 가능하게 된다.According to the present invention, it is possible to effectively remove not only oxygen generated in the vicinity where the ingot is grown, but also a large amount of oxygen generated near the crucible sidewall.

따라서, 단결정 잉곳에 함유되는 산소량을 감소시키는 것이 가능하여 고품질의 반도체 잉곳을 생산할 수 있게 된다.Therefore, it is possible to reduce the amount of oxygen contained in the single crystal ingot and to produce a high quality semiconductor ingot.

또한, 유속제어관의 설치위치와 설치구조를 변경시키는 것에 의하여 실리콘 융액으로부터 발생하는 산소를 효과적으로 제어하는 것이 가능하고, 원하는 단결정 잉곳의 산소 농도에 따라 유속제어관을 변경시키는 것도 가능하게 된다.In addition, it is possible to effectively control the oxygen generated from the silicon melt by changing the installation position and the installation structure of the flow rate control tube, and it is also possible to change the flow rate control tube in accordance with the oxygen concentration of the desired single crystal ingot.

Claims (5)

쵸크랄스키 방법에 의해 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 실리콘 단결정 잉곳 성장장치에 있어서,In a silicon single crystal ingot growth apparatus for growing a silicon single crystal ingot by a Czochralski method, 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정 잉곳에 가해지는 열을 제어하는 열실드와;A heat shield for controlling heat applied to the silicon single crystal ingot from the silicon melt; 상기 열실드의 내측하면에 연장 설치되어 상기 성장장치 내부를 흐르는 비활성기체의 유동속도를 제어하는 제 1 유속제어관과;A first flow rate control tube extending on an inner side of the heat shield and controlling a flow rate of an inert gas flowing in the growth apparatus; 상기 열실드의 외측하면에 연장 설치되어 상기 성장장치 내부를 흐르는 비활성기체의 유동속도를 제어하는 제 2 유속제어관을 포함하여 구성되어,And a second flow rate control tube extending to an outer bottom surface of the heat shield to control a flow rate of an inert gas flowing through the growth apparatus. 실리콘 융액 표면을 따라 흐르는 비활성기체의 유량과 속도를 조절하여 산소를 제거함으로써, 실리콘 단결정 잉곳으로 함유되는 산소량의 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장장치.A silicon single crystal ingot growth apparatus, characterized in that it is possible to control the amount of oxygen contained in the silicon single crystal ingot by adjusting the flow rate and speed of the inert gas flowing along the surface of the silicon melt. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 유속제어관의 하단에서의 비활성 기체의 유동속도는 20 내지 30 m/s로 제어되도록 상기 제 1 유속제어관의 설치 위치와 설치길이가 정해지는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장장치.The method according to claim 1, wherein the installation speed and the installation length of the first flow rate control tube is determined so that the flow rate of the inert gas at the bottom of the first flow rate control tube is controlled to 20 to 30 m / s Single Crystal Ingot Growth Apparatus. 청구항 1에 있어서, 상기 제 2 유속제어관의 하단에서의 비활성 기체의 유동속도는 5내지 10m/s로 제어되도록 상기 제 2 유속제어관의 설치위치와 설치길이가 정해지는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장장치.The silicon single crystal according to claim 1, wherein an installation position and an installation length of the second flow control tube are determined so that the flow rate of the inert gas at the lower end of the second flow control tube is controlled to 5 to 10 m / s. Ingot growth device. 청구항 1 내지 3 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 열실드는 표면은 흑연으로 이루어지며, 그 내측에는 단열물질이 채워지는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장장치.The silicon single crystal ingot growth apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat shield is made of graphite, and a heat insulating material is filled therein. 청구항 1 내지 3 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 유속제어관은 흑연으로 이루어진 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장장치.The silicon single crystal ingot growth apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the first and second flow rate control tubes are made of graphite.
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