KR101069911B1 - a silicon single crystal ingot grower used czochralski method and controlling method of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실리콘 단결정 잉곳 성장장치는 실리콘 단결정 잉곳 계면 주위의 열 환경을 일정하게 형성 및 유지하여, 잉곳의 품질 향상과 인상 속도를 향상시키며, 인상 속도 제어를 용이하게 하는 것으로서, 내부에 핫 존(hot zone)을 형성하는 챔버, 이 챔버의 내부에 상하 방향으로 위치하는 종자결정 척, 이 챔버의 외부에서 상기 종자결정 척에 연결되는 인상구동장치, 이 챔버 내부의 핫 존에서 용융 실리콘을 담고 있는 도가니, 챔버의 외부에서 도가니를 지지하는 회전구동장치, 도가니의 주변을 에워싸면서 도가니의 상승 방향으로 각각 배치되어 독립적으로 제어되는 다수의 히터, 및 히터와 챔버 사이에 개재되는 열차폐체를 포함한다.The silicon single crystal ingot growth apparatus of the present invention forms and maintains a constant thermal environment around the silicon single crystal ingot interface to improve the quality of the ingot and the pulling speed, and to facilitate the pulling speed control. a chamber forming a hot zone, a seed crystal chuck positioned vertically inside the chamber, an impression drive connected to the seed crystal chuck outside the chamber, and containing molten silicon in a hot zone inside the chamber. Crucible, rotary driving device for supporting the crucible from the outside of the chamber, a plurality of heaters each independently disposed and controlled in the upward direction of the crucible while enclosing the periphery of the crucible, and a heat shield between the heater and the chamber .
히터, 도가니, 종자결정, 잉곳, 계면, 열환경Heater, Crucible, Seed Crystal, Ingot, Interface, Thermal Environment
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a silicon single crystal ingot growth apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 블록도이다.2 is a block diagram of a silicon single crystal ingot growth apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 제어방법으로 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 시간의 경과에 따른 제어 상태도이다.3 to 5 are control state diagrams over time for growing a silicon single crystal ingot as a method for controlling a silicon single crystal ingot growth apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘 단결정 잉곳 계면 주위의 열 환경을 일정하게 형성 및 유지하여, 잉곳의 길이가 증가해도 잉곳의 품질과 인상 속도를 유지시키며, 인상 속도 제어를 용이하게 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for controlling a silicon single crystal ingot growth apparatus, and more particularly, to uniformly form and maintain a thermal environment around a silicon single crystal ingot interface, to maintain the quality and pulling speed of the ingot even if the length of the ingot increases. The present invention relates to a silicon single crystal ingot growth apparatus for facilitating pulling rate control and a control method thereof.
일반적으로 실리콘 단결정 잉곳 성장장치에서, 실리콘 단결정 잉곳(ingot, 이하, '잉곳'이라 한다)은 도가니에 폴리실리콘(poly silicon)과 불순물(dopant)을 용융하여 형성된 용융 실리콘에, 인상구동장치를 사용하여 종자결정을 디핑(dipping)시키고 이 종자결정과 도가니를 서로 반대 방향으로 회전시키면서 서서히 종자결정을 인상함으로써(pulling up) 성장 제조된다.In general, in a silicon single crystal ingot growth apparatus, a silicon single crystal ingot (ingot) is a molten silicon formed by melting polysilicon and a dopant in a crucible, using an impression driving apparatus. This is produced by dipping the seed crystals and slowly pulling up the seed crystals while rotating the seed crystals and the crucible in opposite directions.
이 실리콘 단결정 잉곳 성장장치는 상기 인상구동장치, 챔버, 인상구동장치에 연결되어 챔버 내부에 위치하는 종자결정 척, 챔버 내부의 핫 존(hot zone)에 용융 실리콘이 담겨지는 도가니, 이 도가니를 회전시키는 회전구동장치, 이 도가니의 주변을 포위하면서 열을 방사하는 히터, 및 이 히터에서 발생된 열이 외부로 방사되는 것과 용융 실리콘의 온도가 저하되는 것을 차폐하는 열차폐체를 포함한다.The silicon single crystal ingot growth apparatus is a seed crystal chuck which is connected to the impression driving device, the chamber, and the impression driving device, and a crucible in which molten silicon is contained in a hot zone inside the chamber. And a heat shield for shielding the heat generated from the heater from being radiated to the outside and the temperature of the molten silicon from being lowered.
쵸크랄스키법에서, 잉곳의 성장에 따라 용융 실리콘의 레벨이 낮아지는데, 이 용용 실리콘의 레벨 저하만큼 도가니 높이를 상승시켜 히터에 대한 용융 실리콘의 레벨을 일정하게 유지시킨다.In the Czochralski method, the level of molten silicon decreases as the ingot grows, but the crucible height is raised by the level reduction of the molten silicon to keep the level of molten silicon constant for the heater.
그러나, 히터는 도가니의 주위에 일체로 형성되어 고정 상태를 유지하므로 잉곳의 길이가 길어짐에 따라 히터 내에서 상승 작동하는 도가니와의 사이에 상대적인 위치 차이를 발생시킨다. 이 위치 차이는 잉곳의 성장이 진행됨에 따라 잉곳 계면 주위의 열 환경 변화를 초래한다.However, since the heater is integrally formed around the crucible and maintained in a fixed state, as the length of the ingot becomes longer, a relative position difference between the crucible and the crucible operating in the heater increases. This position difference causes a change in the thermal environment around the ingot interface as the ingot grows.
이 잉곳 계면 주위의 열 환경 변화는 잉곳의 균일한 품질 구현을 어렵게 한다. 또한, 잉곳 성장 말기에는 히터에서 방사되는 열 중 대부분이 도가니의 가열에 작용하지 못하고 일부만이 도가니의 아래 부분을 가열하므로 잉곳의 인상속도 제어 를 어렵게 하고, 잉곳 계면 주위에서 열 환경 변화가 심화되어 잉곳의 인상 속도를 저하시키게 된다.Changes in the thermal environment around this ingot interface make it difficult to achieve uniform quality of the ingot. In addition, at the end of ingot growth, most of the heat radiated from the heater does not act on the heating of the crucible, and only a part of the crucible heats the bottom of the crucible, making it difficult to control the pulling speed of the ingot, and the change of the thermal environment around the ingot interface is intensified. Will slow down the pulling speed.
히터에서 발생되는 열의 대부분이 도가니의 가열에 작용하지 못하고, 이로 인하여 잉곳의 인상 속도가 저하되므로 잉곳 성장 시간이 지연된다. 이로 인하여 불필요한 전력이 낭비된다.Most of the heat generated in the heater does not act on the heating of the crucible, and thus, the ingot growth time is delayed because the pulling speed of the ingot is lowered. This wastes unnecessary power.
또한, 실리콘 웨이퍼의 대구경화 및 대용량화 될수록 대구경 잉곳의 인상에 따른 잉곳 계면 주위의 급격한 열 환경 변화를 제어할 필요성이 요구된다.In addition, as the diameter and size of the silicon wafer are increased, the necessity of controlling the rapid thermal environment change around the ingot interface due to the pulling of the large diameter ingot is required.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 실리콘 단결정 잉곳 계면 주위의 열 환경을 일정하게 형성 및 유지하여, 잉곳의 품질 향상과 인상 속도를 향상시키며, 인상 속도 제어를 용이하게 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 제어방법을 제공하는 데 있다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to form and maintain a constant thermal environment around the silicon single crystal ingot interface to improve the quality and pulling speed of the ingot, easy to control the pulling speed The present invention provides a method of controlling a silicon single crystal ingot growth apparatus.
본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장장치는, 내부에 핫 존(hot zone)을 형성하는 챔버, 이 챔버의 내부에 상하 방향으로 위치하는 종자결정 척, 이 챔버의 외부에서 상기 종자결정 척에 연결되는 인상구동장치, 이 챔버 내부의 핫 존에서 용융 실리콘을 담고 있는 도가니, 챔버의 외부에서 도가니를 지지하는 회전구동장치, 도가니의 주변을 에워싸면서 도가니의 상승 방향으로 각각 배치되어 독립적으로 제어되는 다수의 히터, 및 히터와 챔버 사이에 개재되는 열차폐체를 포함한다.The silicon single crystal ingot growth apparatus according to the present invention includes a chamber for forming a hot zone therein, a seed crystal chuck positioned vertically inside the chamber, and connected to the seed crystal chuck outside the chamber. Impression driving device, crucible containing molten silicon in the hot zone inside the chamber, rotary driving device supporting the crucible from the outside of the chamber, and a plurality of independently controlled and arranged in the rising direction of the crucible while surrounding the crucible And a heat shield interposed between the heater and the chamber.
상기 히터는 도가니의 상승 범위에서 하측에 배치되는 제1 히터, 이 제1 히 터의 상측에 이와 일직선 상태로 배치되는 제2 히터, 및 이 제2 히터의 상측에 이와 일직선 상태로 배치되는 제3 히터를 포함할 수 있다.The heater is a first heater disposed in the lower side in the rising range of the crucible, a second heater disposed in a straight line on the upper side of the first heater, and a third heater disposed in a straight line on the upper side of the second heater. It may include a heater.
상기 히터는 저항 발열을 통하여 열 발생이 온/오프 되는 카본 히터로 형성될 수 있고, 또한 저항 가변을 통하여 출력이 가변되는 카본 히터로 형성될 수 있다.The heater may be formed of a carbon heater in which heat generation is turned on / off through resistance heat generation, or may be formed of a carbon heater in which the output is variable through resistance resistance.
상기 히터 즉, 제1 히터, 제2 히터, 및 제3 히터는 인상구동장치 및 회전구동장치를 제어하는 제어부에 연결되어 도가니의 상승 위치에 상응하게 온/오프 제어되는 것이 바람직하다.Preferably, the heater, that is, the first heater, the second heater, and the third heater are connected to a control unit for controlling the pulling-up driving device and the rotary driving device, and are controlled on / off corresponding to the rising position of the crucible.
또한, 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장장치 제어방법은, 쵸크랄스키법으로 다결정 실리콘을 용융시킨 후 실리콘 단결정 잉곳으로 성장시키는 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 제어방법에 있어서, 상기 잉곳 계면을 형성하는 도가니를 이의 상승 방향으로 배치되는 다수의 히터 내에서 상승시키는 단계와, 상기 단계 중, 상기 잉곳의 하단과 용융 실리콘 사이에 형성되는 잉곳 계면의 위치가 도가니 내에서 변화함에 따라 이 잉곳 계면 위치에 상응하는 상기 히터들을 선택적으로 온/오프 제어하는 단계를 포함한다.In addition, the method for controlling a silicon single crystal ingot growth apparatus according to the present invention is a method for controlling a silicon single crystal ingot growth apparatus in which polycrystalline silicon is melted by a Czochralski method and grown into a silicon single crystal ingot. Is raised in a plurality of heaters arranged in its upward direction, and during the step, the position of the ingot interface formed between the lower end of the ingot and the molten silicon changes in the crucible corresponding to this ingot interface position. Selectively turning on / off the heaters.
상기 제어단계는 도가니의 상승 범위 내에 있는 히터들을 초기에 온으로 제어하고, 도가니가 상승됨에 따라 도가니의 하단으로부터 벗어난 위치에 대응하는 히터를 순차적으로 오프 제어할 수 있다.The control step may initially control the heaters in the rising range of the crucible to be initially turned on, and sequentially control off the heaters corresponding to the position away from the bottom of the crucible as the crucible is raised.
상기 제어단계는 도가니의 상승 범위 내에서 이 상승 방향을 따라 순차적으로 배치되는 제1 히터, 제2 히터, 및 제3 히터를 초기에 온으로 제어하고, 도가니 가 상승됨에 따라 도가니의 하단으로부터 벗어난 위치에 대응하는 제1 히터와 제2 히터를 순차적으로 오프 제어할 수 있다.The control step initially controls the first heater, the second heater, and the third heater, which are sequentially disposed in this rising direction within the rising range of the crucible, to be turned on, and the position of the crucible as it is lifted off from the lower end of the crucible. The first heater and the second heater corresponding to the off can be sequentially controlled.
상기 제어단계는 잉곳의 직경에 따라 그 출력을 가변시킬 수 있다.The control step may vary the output according to the diameter of the ingot.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a silicon single crystal ingot growth apparatus according to an embodiment of the present invention.
이 도면을 참조하면, 실리콘 단결정 잉곳 성장장치는 장치의 본체를 형성하고 그 내부에 핫 존(hot zone, H/Z)을 형성하는 챔버(2), 이 챔버(2)의 내부에 상하 방향(도면에서 수직 방향)으로 위치하면서 종자결정(S)을 고정시키는 종자결정 척(4), 이 종자결정 척(4)에 연결되어 이와 종자결정(S)을 인상 및 회전 작동시키는 인상구동장치(6), 상기 핫 존(H/Z)에 구비되어 다결정 용융 실리콘(M)을 담고 있는 도가니(8), 이 도가니(8)를 지지하면서 이에 연결되어 인상구동장치(6)에 의하여 인상 및 회전 작동하는 종자결정 척(4)의 회전 방향에 대하여 반대 방향으로 회전하면서 도가니(8)를 상승시키는 회전구동장치(10), 상기 도가니(8)의 주변을 에워싸면서 도가니(8)의 상승 방향을 따라 아래에서 위쪽으로 순차 배치되어 독립적으로 제어되는 다수의 히터(12)들, 및 이 히터(12)들과 챔버(2) 사이에 개재되는 열차폐체(14)를 포함한다.Referring to this figure, the silicon single crystal ingot growth apparatus includes a
상기에서 종자결정 척(4)은 케이블(16)을 통하여 챔버(2) 외부에 구비되는 인상구동장치(6)에 연결된다. 이 종자결정 척(4)은 다양한 구조 및 타입으로 형성 될 수 있으며 공지의 구성도 적용될 수 있으므로 여기에서는 이에 대한 구체적인 설명을 생략한다.In this case, the
본 실시예의 장치를 사용하여 다결정 용융 실리콘(M)으로부터 실리콘 단결정 잉곳(I)을 성장 제조할 때, 상기한 종자결정(S)이 필요한데, 종자결정 척(4)은 이 종자결정(S)을 고정시키고 인상구동장치(6)의 인상 및 회전 작동력을 전달할 수 있도록 구성되면 족하다.When growing and producing a silicon single crystal ingot (I) from polycrystalline molten silicon (M) using the apparatus of this embodiment, the seed crystals (S) described above are required, and the seed crystal chuck (4) It is sufficient if it is configured to be fixed and to transmit the lifting and rotational operating force of the impression driving device (6).
즉, 쵸크랄스키법에서 종자결정 척(4)은 인상구동장치(6)에 연결되어 종자결정(S)을 용융 실리콘(M)에 디핑(dipping)하고 이 종자결정(M)을 다시 인상하여, 종자결정(S)의 끝단에서 실리콘 단결정이 성장하여 형성되는 잉곳(I)의 하중을 지탱하며, 이 인상 작동과 함께 상기 방향으로 회전 작동하면서 종자결정(S)을 회전시킨다.That is, in the Czochralski method, the
이 종자결정 척(4)은 케이블(16)을 통하여 인상 작동력과 회전력을 종자결정(S)으로 전달할 때, 진동 등에 의하여 케이블(16)의 회전 중심과 종자결정(S)의 회전 중심을 서로 일치시키고 그 상태를 유지시키기 위하여, 웨이트 역할을 하도록 인상 및 회전 시 발생될 수 있는 진동을 충분히 흡수할 수 있는 무게를 가지는 중량체로 형성되는 것이 바람직하다.When the
도가니(8)는 다결정 용융 실리콘(M)을 담고 있는 용기로써, 실리콘(S+)과 반응하지 않거나 방응성이 떨어지는 석영 도가니와 이 석영 도가니를 외부에서 감싸는 흑연 도가니의 2중 구조로 형성되는 공지의 도가니로 이루어질 수 있다. 이 도 가니(8) 내의 용융 실리콘(M)은 단결정으로 성장되는 잉곳(I)의 끝단과 접하는 잉곳 계면(L)을 형성한다.The
회전구동장치(10)는 잉곳(I) 성장시, 도가니(8)를 상기한 방향으로 회전시키면서 상승시켜, 용융 실리콘(M)이 단결정 잉곳(I)의 성장으로 인하여 그 용량이 줄어들더라도 상기 계면(L)을 히터(12)에 대하여 일정 범위 내의 위치에 유지시킬 수 있게 한다. 이를 위하여 회전구동장치(10)는 챔버(2)의 외부에 구비되어서, 챔버(2)의 내부와 외부에 걸쳐 설치되는 회전축(18)과 이 회전축(18)의 선단에 구비되는 지지판(20)으로 도가니(8)에 연결되어, 이 회전축(18)과 지지판(20)을 통하여 도가니(8)를 회전시키면서 상승시킬 수 있도록 구성된다.The
다결정 실리콘을 용융시켜 이 용융 실리콘(M)으로부터 단결정 잉곳(I)을 성장시키는 쵸크랄스키법에서, 히터(12)는 도가니(8)에 열을 방사하여 실리콘의 용융 상태를 유지시키고 핫 존(H/Z)을 형성 및 유지시킨다. 또한 열차폐체(14)는 히터(12)에서 발생된 열이 챔버(2)의 외부로 방사되는 것을 차단하여 도가니(8) 내의 용융 실리콘(M)의 온도가 저하되는 것을 방지한다.In the Czochralski method in which polycrystalline silicon is melted to grow a single crystal ingot (I) from the molten silicon (M), the
한편, 히터(12)는 잉곳(I) 계면(L)을 형성하는 도가니(8)의 상승 방향(도면에서 상하 방향)을 따라 다수로 구성되어 핫 존(H/Z)의 하측에서 상측으로 순차 배치되고, 도 2에 도시된 바와 같이, 각각 독립적으로 제어 가능하도록 제어부(22)에 각각 연결된다. 이 제어부(22)에는 상기한 인상구동장치(6)와 회전구동장치(10)가 연결될 수 있다.On the other hand, the
이 히터(12)는 2개 이상으로 형성될 수 있으나, 본 실시예에서는 제1, 제2, 제3 히터(12a, 12b, 12c)의 3개로 구성되고, 이 제1, 제2, 제3 히터(12a, 12b, 12c)는 도가니(8)의 상승 방향을 따라 순차적으로 배치되어 있다.The
즉, 제1 히터(12a)는 도가니(8)의 상승 범위에서 하측에 배치되고, 제2 히터(12b)는 제1 히터(12a)의 상측에 이와 일직선 상태로 배치되며, 제3 히터(12c)는 제2 히터(12b)의 상측에 이와 일직선 상태로 배치된다. 이 제1, 제2, 제3 히터(12a, 12b, 12c)는 제어부(22)에 의하여 3개, 2개 또는 1개로 선택되어 독립적으로 온 또는 오프 제어될 수 있다.That is, the
잉곳(I) 성장시, 잉곳(I)의 하단과 용융 실리콘(M) 사이에 형성되는 잉곳 계면(L)의 위치는 도가니(8) 내에서 변화된다. 따라서 도가니(8)를 상승시킴으로써 잉곳 계면(L)은 히터(12)에 대하여 일정 범위 내의 위치에 형성 및 유지된다.During ingot I growth, the position of the ingot interface L formed between the lower end of the ingot I and the molten silicon M is changed in the
따라서, 히터(12)는 챔버(2) 내에 고정되어 있고, 도가니(8)는 히터(12) 내에서 상승 작용하고 있으므로 히터(12)와 도가니(8)의 양자 사이에는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 잉곳(I) 성장 시간의 경과에 따라 상대적으로 위치 차이가 존재하게 된다.Therefore, since the
즉, 도 3은 도가니(8)가 제1, 제2, 제3 히터(12a, 12b, 12c)에 대응하여 형성되는 상대적 위치를 나타내고, 도 4는 도가니(8)가 제2, 제3 히터(12b, 12c)에 대응하여 형성되는 상대적 위치를 나타내며, 도 5는 도가니(8)가 제3 히터(12c)에 대응하여 형성되는 상대적 위치를 나타낸다.That is, FIG. 3 shows a relative position where the
이러한 상대적 위치 차이가 존재함에도 불구하고, 도가니(8) 내에 형성되는 잉곳 계면(L) 주위는 일정 범위 내의 열 환경을 유지할 필요가 있다. 잉곳(I)의 직 경이 대경화 됨에 따라 히터(12)와 잉곳(I)의 중심까지의 거리가 멀어지게 된다. 따라서 대경 잉곳(I)의 계면(L) 주위는 더 한정된 범위 내의 열 환경으로 유지되어야 한다.Despite this relative position difference, it is necessary to maintain a thermal environment within a range around the ingot interface L formed in the
이와 같은 열 환경을 형성 및 유지시키는 히터(12)는 다양한 방식으로 형성될 수 있으며, 저항 발열을 통하여 열 발생을 온 또는 오프로 제어하는 카본 히터로 구성될 수 있다.The
또한, 히터(12)는 동일한 출력을 낼 수도 있지만, 저항 가변을 통하여 출력을 가변시킬 수 있는 카본 히터로 형성되는 것이 더 바람직하다. 이 가변 히터(12)는 다양한 직경을 가지는 잉곳(I)의 성장에 적절하게 이용될 수 있게 한다.In addition, although the
이하에서, 상기와 같이 구성되는 실리콘 잉곳 성장장치를 제어하는 제어방법에 대하여 설명한다. 이 제어방법에 의하여 단결정 실리콘 잉곳(I)이 성장 제조된다. 이 제어방법은 잉곳(I)의 계면(L)을 형성하는 도가니(8)를 이의 상승 방향으로 배치된 다수의 히터(12) 내에서 상승시키는 단계와, 이 상승 단계 중, 잉곳(I)의 하단과 용융 실리콘(M) 사이에 형성되는 잉곳 계면(L)의 위치가 도가니(8) 내에서 변화함에 따라 이 잉곳 계면 위치에 상응하는 히터(12)들을 선택적으로 온 또는 오프 제어한다.Hereinafter, a control method for controlling the silicon ingot growth apparatus configured as described above will be described. By this control method, single crystal silicon ingot I is grown and manufactured. This control method includes raising the
상기 상승 단계는 회전구동장치(10)에 의하여 도가니(8)를 상승시키면서 결정종자 척(4)의 회전 방향에 대하여 반대 방향으로 회전 작동시킨다.The ascending step raises the
상기 제어단계는 상승 단계 도중 적절한 시기에 간헐적으로 진행된다. 이 제어단계는 도가니(8)의 상승 범위 내에 있는 히터(12)들을 초기에 온으로 제어하고, 이 도가니(8)가 상승됨에 따라 도가니(8)의 하단으로부터 벗어난 위치에 대응하는 히터(12)를 순차적으로 오프 제어한다.The control step intermittently proceeds at an appropriate time during the ascent step. This control step initially controls the
즉, 이 히터(12)의 온 또는 오프 제어는 제어부(22)에 의하여 구현되며, 그 일례로써, 제어부(22)는 별도의 감지센서(미도시)를 구비하여 이 센서가 감지한 도가니(8)와 히터(12)의 상대적 위치 차이 신호를 근거로, 또는 제어부(22)에 내장된 인상구동장치(6) 또는 회전구동장치(10)의 작동 시간과 도가니(8)의 높이와의 상관 관계를 가지는 데이터를 이용하여, 잉곳(I)의 계면(L) 및 용융 실리콘(M)이 잔존하는 도가니(8) 부분에 대응하는 히터(12)를 온으로 제어하고, 도가니(8)를 벗어난 히터(12)를 오프로 제어할 수도 있다. 따라서 본 발명은, 제어부(22)가 히터(12)와 도가니(8)의 상대적 위치 차이를 판단하는 방법에 대하여 한정하지 않는다.That is, the on or off control of the
이를 보다 구체적으로 보면 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같다.In more detail, as shown in FIGS. 3 to 5.
도 3을 참조하면, 잉곳(I) 성장 초기에 제어부(22)는 제1, 제2, 제3 히터(12a, 12b, 12c)를 모두 온으로 작동시킨다. 이때 도가니(8)는 제1, 제2, 제3 히터(12a, 12b, 12c)에 대응하여 위치하고, 이때 도가니(8) 내의 용융 실리콘(M)에 형성되는 잉곳 계면(L)은 제3 히터(12c)에 대응하여 형성된다.Referring to FIG. 3, the
이 제1, 제2, 제3 히터(12a, 12b, 12c)가 모두 온으로 작동됨에 따라 제1, 제2, 제3 히터(12a, 12b, 12c)에서 발생되는 열은 도가니(8)의 전 범위에 방사되어 용융 실리콘(M)의 온도를 일정하게 유지하면서 계면(L)의 열 환경을 일정하게 유지한다.As the first, second, and
도 4 및 도 5를 참조하면, 도 3의 상태에서 잉곳(I) 성장이 계속 진행되어, 순차적으로 도 4의 상태 및 도 5의 상태가 형성되면, 제어부(22)는 도가니(8)의 하단으로부터 벗어나는 위치에 대응되는 제1 히터(12a) 및 제2 히터(12b)를 순차적으로 오프 제어한다. 따라서 도가니(8) 내에 형성되는 잉곳(I)의 계면(L) 주위는 온 상태를 유지하는 제2, 제3 히터(12b, 12c) 또는 제3 히터(12c)에 의하여 초기와 같은 열 환경을 유지하게 된다.Referring to FIGS. 4 and 5, ingot I growth continues in the state of FIG. 3, and when the state of FIG. 4 and the state of FIG. 5 are sequentially formed, the
도 4에서는 도가니(8)의 하단이 제1 히터(12a) 범위를 벗어나게 되므로 제어부(22)는 제1 히터(12a)를 오프 제어하므로 도가니(8)를 가열시키는 작용을 하지 않는 불필요한 열의 발생을 방지한다. 이러함에도 불구하고, 도가니(8) 내의 잉곳(I) 계면(L)은 초기 상태와 같이 제3 히터(12c)에 대응하는 위치에 형성되고, 이 계면(L)을 형성하는 주위의 도가니(8) 부분은 제2, 제3 히터(12b, 12c)로 가열되어, 계면(L) 주위는 초기와 같은 열 환경 상태를 형성 및 유지하게 된다.In FIG. 4, since the lower end of the
도 5에서는 도가니(8)의 하단이 제1, 제2 히터(12a, 12b) 범위를 벗어나게 되므로 제어부(22)는 제1, 제2 히터(12a, 12b)를 오프 제어하므로 도가니(8)를 가열시키는 작용을 하지 않는 불필요한 열의 발생을 방지한다. 이러함에도 불구하고 상기한 바와 같이 도가니(8) 내의 잉곳(I) 계면(L)은 초기 상태와 같이 제3 히터(12c)에 대응하는 위치에 형성되고, 이 계면(L)을 형성하는 주위의 도가니(8) 부분은 제3 히터(12c)로 가열되어, 계면(L) 주위는 초기와 같은 열 환경 상태를 계속 형성 및 유지하게 된다.In FIG. 5, since the lower end of the
또한, 상기와 같은 제어단계에서 제어부(22)는 잉곳(I)의 직경에 따라 히터(12)의 출력을 가변시켜 대구경의 잉곳(I)의 성장 제조에도 적절하게 대응할 수 있 다. 즉, 제1, 제2, 제3 히터(12a, 12b, 12c)를 상기와 같이 온 또는 오프 제어함에 있어서, 잉곳(1)의 직경에 따라 제1, 제2, 제3 히터(12a, 12b, 12c)의 출력을 높이거나 낮출 수 있다.In addition, in the control step as described above, the
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.
이와 같이 본 발명에 의하면, 쵸크랄스키법으로 단결정 실리콘 잉곳을 성장 제조함에 있어서, 도가니 주위에 구비되는 히터를 다단으로 독립 제어 가능하게 구비하여, 잉곳 성장으로 도가니가 상승됨에도 불구하고 잉곳 계면 주위의 히터를 온으로 도가니를 벗어난 히터를 오프로 각각 선택적으로 제어하므로 잉곳 계면 주위의 열 환경을 일정하게 형성 및 유지할 수 있고, 이로 인하여 잉곳의 품질을 향상시킬 수 있으며, 성장 말기에 용융 실리콘의 양이 저감되어도 인상 속도를 그대로 유지할 수 있고, 또한 잉곳의 직경에 따라 히터의 출력을 제어하므로 인상 속도 제어를 용이하게 하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, in growing and manufacturing a single crystal silicon ingot by the Czochralski method, a heater provided around the crucible is provided to be independently controlled in multiple stages, and despite the rise of the crucible due to ingot growth, By selectively controlling the heater out of the crucible by turning the heater on, the thermal environment around the ingot interface can be uniformly formed and maintained, thereby improving the quality of the ingot and increasing the amount of molten silicon at the end of growth. Even if it is reduced, the pulling speed can be maintained as it is, and since the output of the heater is controlled according to the diameter of the ingot, there is an effect of facilitating the pulling speed control.
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