KR101398304B1 - 반도체 결정 성장 시스템에서의 역 작용 직경 제어 - Google Patents

Abstract

반도체 결정 성장 방법은 도가니 내의 용융물 (melt) 로부터 소정의 공칭 인상 스피드로 결정을 인상하는 단계 및 도가니 내의 용융물 레벨의 저하를 보상하기 위하여 도가니 리프트 신호를 발생시키는 단계를 포함한다. 그 방법은 결정의 직경에 기초하여 보정 신호를 발생시키는 단계, 및 도가니 리프트 신호와 보정 신호를 결합하여 결정의 직경을 실질적으로 일정하게 유지시키는 단계를 포함한다.

반도체 결정 성장, 용융물 레벨 저하 보상, 도가니 리프트 신호, 보정 신호

Description

반도체 결정 성장 시스템에서의 역 작용 직경 제어{REVERSED ACTION DIAMETER CONTROL IN A SEMICONDUCTOR CRYSTAL GROWTH SYSTEM}

본 발명은 일반적으로 반도체 결정의 성장에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 반도체 결정 성장 시스템에서의 역 작용 직경 제어에 관한 것이다.

반도체 전자 부품들을 제조하는 대부분의 프로세스들은 단결정 실리콘에 기초한다. 통상적으로 쵸크랄스키 (Czochralski) 프로세스는 단결정 실리콘의 잉곳을 생성하는 결정 인상 머신에 의해 구현된다. 쵸크랄스키 또는 CZ 프로세스는 특별히 설계된 노 내에 위치된 도가니 내에서 고순도 실리콘 또는 다결정 실리콘을 용융하는 것을 수반한다. 도가니는 일반적으로 석영 또는 다른 적절한 재료로 이루어진다. 도가니 내의 실리콘이 용융된 후, 결정 리프팅 메커니즘은 실리콘 용융물과 접촉하게 시드 결정을 하강시킨다. 결정 리프팅 메커니즘은 이후 시드를 후퇴시켜 실리콘 용융물 (melt) 로부터 성장하는 결정을 인상시킨다. 결정은 실질적으로 결함이 없고, 이로써 집적 회로와 같은 현대의 반도체 디바이스를 제조하기에 적합하다. 실리콘이 본 발명의 예시적인 재료이나, 갈륨 아 세나이드, 인듐 포스파이드 등과 같은 다른 반도체들은 각 재료의 특징이 허용하는 한 유사한 방식으로 처리될 수도 있다.

하나의 주요한 제조 파라미터는 용융물로부터 인상된 잉곳의 직경이다. 결정 목 (neck) 또는 좁은-직경부의 형성 후에, 통상의 CZ 프로세스는 성장하는 결정의 직경을 확대한다. 이것은 요구된 직경을 유지하기 위하여 인상 스피드 또는 용융물의 온도를 감소시키는 것에 의해 자동 프로세스 제어 하에서 행해진다. 도가니의 위치는 결정에 대해서 용융물 레벨을 일정하게 유지하도록 조정된다. 인상 스피드, 용융물의 온도 및 감소하는 용융물 레벨을 제어함으로써 결정 잉곳의 본체는 근사적으로 일정한 직경으로 성장된다. 성장 프로세스 동안, 도가니는 일 방향으로 용융물을 회전시키고, 결정 리프팅 메커니즘은 시드 및 결정에 따라 반대방향으로 자신의 인상 케이블 또는 샤프트를 회전시킨다.

통상의 CZ 제어 방법에서, 직경 제어 시스템은 결정 직경을 모니터링하고 직경 편차의 함수로서 보정항

를 생성한다. 직경 제어 동작은 도가니 리프트 속도가 결정-인상-스피드에 종속되면서 공칭 결정-인상-스피드에 이 보정을 가산한다. 이것은 용융물의 위치가 여전히 실질적으로 일정하게 있도록 저하되는 도가니 용융물-레벨을 보상하기 위하여 행해진다. 용융물 위치는 프로세스 수행시 천천히 변화할 수도 있다.

용융물 레벨 위로 상승되는 결정 아래의 용융물의 영역이 메니스커스라 불린다. 직경 편차는 메니스커스 높이 편차에 의해 야기된다. 메니스커스 높이 편차는 용융물의 부력에 의한 용융물의 온도 구배 (temperature gradient) 변화의 결과이다. 다른 영역들보다 뜨거운 용융물의 영역을 자연적으로 발생시키는 것 때문에 용융물 내에 부력이 발생하고, 이로써 상승하거나, 보다 차가운 영역들은 가라앉는다. 용융물의 온도 구배가 부력 변동의 결과로서 작아지게 되면, 결정화 속도 (crystallization rate) 는 증가하며, 이것은 다음으로 메니스커스 높이의 감소에 이르게 한다. 이후 감소된 메니스커스 높이는 결정의 직경이 보다 커지게 하고, 이것은 직경 측정 시스템에 의해 검출된다. 제어 시스템은 이후 직경을 일정하게 유지하기 위하여 결정 인상 스피드를 증가시키는 보정항을 생성한다.

이상적으로, 직경 제어 시스템은 원통형 성장이 되는 일정한 값으로 메니스커스 높이를 유지시켜 결과로서 형성된 인상 스피드의 변화가 부력 구동 용융물 온도 구배 변동을 반영한다. 이 가정은 통상의 직경 제어 시스템들이 상당한 제어 모델 및 측정 에러를 겪기 때문에 그들에 대해 전적으로 유효하지는 않다.

하나의 중요한 제어 파라미터는

, 즉 온도 구배 (temperature gradient) G 에 대한 인상 스피드

의 비율이다. 온도 구배는 고체나 결정의 온도 구배인

와, 액체나 용융물의 온도 구배인

을 포함한다.

에 대해서 통상의 시스템의 문제는 예를 들어, 직경 제어 시스템이 증가하는 결정의 직경을 검출할 때 용융물의 온도 구배

의 일시적 감소가 검출될 것이라는 점이다. 직경 제어 시스템은 증가된 인상 스피드

에 응답한다. 그 결과, 이미 증가된

는 더욱 더 증가한다. 이 조건은 부력 변동이 사라질 때까지 지속한다.

몇몇 결정 성장 애플리케이션들은 저 결함 실리콘, 즉 본질적으로 격자간 (interstitial) 또는 공간 (vacancy) 결함이 없는 실리콘 결정을 생산하는 것으로 지향된다. 저 결함 실리콘 성장과 같은 애플리케이션들은 결정에서의

에만 관심이 있다. 이러한 애플리케이션들에서는, 이러한 변동 동안

가 다소간 일정하게 유지되어,

편차가 오직 용융물 구배 편차의 결과인 인상-스피드 보정에 비례한다.

그러나, 이 경우는 대량으로 도핑된 CZ 애플리케이션에 대해서 더 나쁘다. 대량으로 도핑된 실리콘에서, 도펀트는 실리콘의 전기적 특성을 변경하도록 추가된다. 대량으로 도핑된 실리콘의 경우, 구조상의 과냉각 (super cooling) 이 발생할 수 있다. 분리 효과 (segregation effect) 때문에, 고체 액체 경계의 프론트 (front) 에서는 용융물의 나머지 부분에서보다 약간 높은 도펀트 농도를 갖는 작은 용융물층이 있다. 고체화 온도가 도펀트 농도의 함수이기 때문에, 그 층의 자발적인 결정화는 용융물 온도의 저하의 결과로서 발생할 수 있다. 이 현상은 구조상의 과냉각으로 불리고, 이것이 발생할 가능성은 비율

이 증가함에 따라 상승한다. 대량으로 도핑된 실리콘 애플리케이션들은 그들이 이러한 구조상의 과냉각을 회피해야 하기 때문에 용융물에 대한

을 고려해야 한다. 이 경우,

편차는 2 가지 기여, 즉 감소된

및 결과로써 증가된

를 갖는다.

저 결함 실리콘 및 대량으로 도핑된 실리콘 애플리케션 양자 모두의 수율 및 생산성은 각각

및

편차의 문제로부터 큰 손해를 받고 있다. 이 문제는 성장된 보다 큰 직경의 CZ 결정 또는 증가된 도핑과 같은 미래의 애플리케이션에 대한 장애일 수도 있고, 일반적으로 수율에 부정적 영향을 미친다.

이 문제를 해결하기 위하여 몇몇 시도들이 행해졌으나 거의 성공하지 못했다. 대부분의 시도들은 상당한 하드웨어를 이용하고 비용 집약적이다. 일부 제안들은 제어 시스템인 자신의 소스에서 그 문제를 공격한다. 결정 성장 시스템을 위한 제어 시스템은 일반적으로 여분의 하드웨어에 대한 요구 없이 제어 소프트웨어를 통해 실시되기 때문에 상대적으로 비용이 낮은 것이 일반적이다.

이 문제를 해결하기 위한 하나의 공통의 접근방법은 부력 변동을 감쇠하기 위하여 자계의 적용을 수반한다. 그러나, 이 접근방법은 자석의 높은 추가 비용을 더한다. 또다른 접근방법은 온도 구배를 증가시키기 위하여 냉각 자켓 또는 열 차폐의 사용이다.

문제를 해결하는 또다른 예 (이 경우 제어 시스템 수준에서) 는 결정 직경이 오직 히터 전력에 의해서 제어되는 고정된 시드 리프트 설정을 제안한다. 이것은 히터 제어를 최적화하고 직경 변동을 최소화하기 위하여 복합 열평형 모델을 이용함으로써 달성된다. 명목상으로, 이 방법은 일정한

및 감소된

편차를 초래한다.

유감스럽게도, 일정한

는 계면 성장 속도가 여전히

변동을 따르기 때문에 단지 인상 스피드를 고정함으로써만 쉽게 달성가능하지 않다. 즉각적인 보정 작용의 부족 때문에, 이것은 메니스커스 높이의 편차를 초래하고, 그 결과 직 경 편차를 초래한다. 고유하게 큰 시정수 때문에, 히터 전력에 의해서만 직경을 제어하는 것은 기본적 제어 모델이 얼마나 정교하게 되더라도 현저한 직경의 편차를 야기할 것이다.

그러나, 이들 큰 직경 편차는 인상 스피드를 고정해 획득되도록 의도되었던 수율 및 생산성을 감소시킨다. 또한, 이들의 직경 편차는 또한 원하지 않는 계면 형상의 변화를 야기할 것이고, 그들은 실행마다 화학량론적 일관성을 감소시킬 것이다.

따라서,

편차의 문제를 해결하고 반도체 결정의 성장을 개선하기 위한 개선된 시스템 및 방법에 대한 필요성이 남아있다.

본 명세서에 기술된 시스템 및 방법은 결정 성장 애플리케이션에서의

편차를 감소시키거나 제거하기 위하여 새로운 방식으로 직경 피드-백 제어를 적용한다.

비율

는 가장 중요한 결정 성장 파라미터들 중 하나이다. 저 결함 실리콘의 경우,

는 저 결함 실리콘이 성장되는지 여부를 결정하고, 대량으로 도핑된 CZ 의 경우,

은 구성상의 과냉각 조건을 결정한다.

통상의 CZ 제어 시스템들은 직경 및 결정 성장을 제어하면서 동시에

를 안정화시킬 수 없었다. 이 중요한 문제를 해결하기 위하여, 본 실시형태들은 동시에

편차를 감소시키거나 제거하면서 새로운 직경 제어 방법을 제공한다.

식 (1) 은 고체-액체 상 경계에서 고체

및 액체

온도 구배들에 독립적으로 결정화 속도

를 기술하는 일차원 열평형식이다. 식 (1) 의 파라미터들은 고상의 비잠열 (specific latent heat) L, 고상 열전도도

및 액상 열전도도

을 나타낸다.

그 상황은 직경 제어가 언제나 부력-유도

편차의 결과로서 자연스럽게 발생하는

편차를 증가시키기 때문에 대량으로 도핑된 CZ 재료의 경우에 가장 나쁘다. 예를 들어, 부력의 결과로서

이 저하되면, 결정화 속도

가 증가하고,

편차를 더 증가시킬 것이다.

의 최초의 저하와 이렇게 형성된

의 증가 양자 모두는

의 증가를 야기할 것이다. 이것은 시스템을 구성상의 과냉각이 더욱 쉽게 발생하는 임계 조건으로 되게한다.

직경 제어가 없다면 (예를 들어, 일정한 인상 스피드), 이 조건은 다시 인상 스피드와 동일한

를 초래하기에 충분하게

을 증가시키고

를 감소시키도록 메니스커스 높이가 충분히 변화될 때까지 오직 임시적으로 존재할 것이다. 그 결과

이 약간 증가하고 직경이 과성장할 것이다.

그러나, 그 상황은 직경 제어 시스템의 추가로 변한다. 직경이 과도하게 성장하는 것을 방지하기 위하여 직경 제어 시스템은 인상 스피드를 증가시켜 원통형 성장을 위한 메니스커스 높이를 유지시킬 것이다. 따라서, 임계 조건은 연 장된 시간 동안 존재하여 구성상의 과냉각에 대한 기회와 셀룰라 성장 (cellular growth) 와 같은 현상을 야기하는 다른 관련 구조 손실을 현저하게 증가시킬 것이다.

그 상황은 저 결함 실리콘의 제조 시에서 유사하다. 여기서,

의 값은 저 결함 실리콘 조건이 존재하는지 여부를 결정한다. 최적의

로부터의 편차는 시스템을 공간 또는 격자간 결함이 많은 성장 조건으로 되게 한다. 여기서, 또한

편차는 부력 유도

편차로부터 유래한다. 직경 제어 반응들을 초기에 야기하는 편차는

제어 목적에 영향을 미치지 않는다. 그러나, 직경 제어는 또한

를 바람직한 조건으로부터 멀어지게 한다.

본 발명에 따르면

편차의 문제를 해결하고 반도체 결정의 성장을 개선하기 위한 개선된 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.

이하, 도면에 대해 참조하면, 도 1 은 예시적인 반도체 결정 성장 장치 (100) 의 블록도이다. 장치 (100) 는 제어부 (102), 히터 전원 (104) 및 결정 성장 챔버 (106) 를 포함한다. 장치 (100) 는 결정 구동부 (108), 결정 샤프트 (110), 도가니 구동부 (112) 및 도가니 구동 샤프트 (114) 를 더 포함한다.

용융물 (118) 을 포함한 도가니 (116) 및 히터 (120) 는 챔버 (106) 내부에 포함된다. 도 1 의 설명에서, 반도체 결정 (122) 은 용융물 (118) 로부터 형성 된다. 제어부 (102) 는 히터 전원 (104) 을 제어하도록 히터 전원 (104) 에 연결된다. 히터 전원 (104) 을 제어함으로써, 용융물 (118) 의 온도는 반도체 결정 (122) 의 제어된 성장을 허용하도록 제어된다. 용융물의 온도를 더 제어하기 위하여, 히터 제어기는 또한 히터 전원 (104) 에 부가될 수도 있다.

결정 구동부 (108) 는 중심축 (124) 을 따라 결정 샤프트 (110) 를 인상하도록 동작한다. 또한, 결정 구동부 (108) 는 중심축 (124) 에 대해서 결정 샤프트 (110) 를 회전하도록 동작한다. 도 1 에서는, 반시계방향이 도시되나, 시계방향 회전으로 치환될 수도 있고, 결정 구동부 (108) 의 적절한 제어에 의해 양 방향 모두가 이용가능할 수도 있다. 결정 구동 샤프트 (110) 의 회전 또는 이동은 결정 (122) 의 동일한 회전 또는 이동을 야기한다. 결정 구동부 (108) 는 결정 샤프트 (110) 를 인상 및 회전시키기 위한 하나 이상의 전기 모터들 또는 다른 디바이스를 포함한다. 결정 구동부 (108) 는 제어부 (102) 로부터 제어선 (126) 을 통해 입증된 신호들에 의해 제어된다.

유사하게, 도가니 구동부 (112) 는 중심축 (124) 을 따라 도가니 구동 샤프트 (114) 를 이동시키고 중심축 (124) 에 대해서 도가니 구동 샤프트 (114) 를 회전하도록 동작한다. 도 1 에서는, 시계방향 회전이 도시되나, 반시계방향 회전으로 치환될 수도 있고, 도가니 구동부 (112) 의 적절한 제어에 의해 양 방향이 이용가능할 수도 있다. 도가니 구동 샤프트 (114) 의 회전 또는 이동은 도가니 (116) 의 동일한 회전 및 이동을 야기한다. 도가니 구동부 (112) 는 도가니 구동 샤프트 (114) 를 인상 및 회전시키기 위한 하나 이상의 전기 모터들 또는 다른 디바이스들을 포함한다. 도가니 구동부 (112) 는 제어부 (102) 로부터 제어선 (128) 을 통해 입증된 신호들에 의해 제어된다.

챔버 (106) 는 하나 이상의 센서들을 포함한다. 도 1 의 예시적 실시형태에서, 이들은 카메라 (130) 및 온도 센서 (132) 를 포함한다. 카메라 (130) 는 챔버의 관찰 포트 (viewing port) 근처에 탑재되고, 용융물 (118) 의 표면을 관찰하도록 향하게 된다. 카메라 (130) 는 제어선 (136) 상에 카메라 이미지를 나타내는 신호를 생성하고 제어부 (102) 로 그 신호를 제공한다. 온도 센서 (132) 는 챔버 (106) 내의 온도를 검출하고, 제어선 (138) 으로 온도를 나타내는 데이터를 제어부 (102) 에 제공한다.

서술된 실시형태의 제어부 (102) 는 일반적으로 중앙 처리부 (CPU) (140), 메모리 (142) 및 사용자 인터페이스 (144) 를 포함한다. CPU (140) 는 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서, 디지털 로직 기능 또는 컴퓨터와 같은 임의의 적절한 처리 디바이스일 수도 있다. CPU (140) 는 메모리 (142) 내에 저장된 데이터 및 명령들에 따라 동작한다. 게다가, CPU (140) 는 제어선들 (126, 128, 136, 138) 에 의해서와 같이 센서로부터 수신된 데이터 및 다른 정보를 이용하여 동작한다. 여전히 또한, CPU (140) 는 제어 신호들을 발생시켜 히터 전원 (104), 결정 구동부 (108) 및 도가니 구동부 (112) 와 같은 반도체 결정 성장 장치 (100) 의 부분들을 제어하도록 동작한다.

메모리 (142) 는 반도체 메모리, 자기 또는 광 디스크 또는 이들 또는 다른 기억 장치의 임의의 조합과 같은 임의의 유형의 동적 또는 지속성 메모리일 수도 있다. 몇몇 애플리케이션들에서, 본 발명은 CPU (140) 로 하여금 반도체 결정 성장 장치 (100) 의 다른 구성요소들과 함께 소정의 특화된 기능을 수행하게 하는 데이터를 포함한 컴퓨터 판독가능한 저장 매체로서 구체화될 수도 있다.

사용자 인터페이스 (144) 는 반도체 결정 성장 장치 (100) 의 사용자 제어 및 모니터링을 허용한다. 사용자 인터페이스 (144) 는 사용자에게 동작 정보를 제공하기 위한 임의의 적합한 디스플레이를 포함하고, 반도체 결정 성장 장치 (100) 의 사용자 제어 및 구동을 허용하는 임의의 유형의 키보드 또는 스위치들을 포함할 수도 있다.

반도체 결정 성장 장치 (100) 는 쵸크랄스키 (Czochralski) 프로세스에 따라 단결정 반도체 잉곳의 성장을 가능하게 한다. 본 프로세스에 따라, 실리콘과 같은 반도체 재료는 도가니 (116) 내에 놓인다. 히터 전원 (104) 은 실리콘을 가열하고 그 실리콘을 녹게 하는 히터 (120) 를 구동한다. 히터 (120) 는 실리콘 용융물 (118) 을 액체 상태로 유지시킨다. 통상의 프로세스에 따르면, 시드 결정 (146) 은 결정 구동 샤프트 (110) 에 부착된다. 시드 결정 (146) 은 결정 구동부 (108) 에 의해 용융물 (118) 로 하강된다. 게다가, 결정 구동부 (108) 는 결정 구동 샤프트 (110) 및 시드 결정 (146) 이 반시계방향과 같은 제 1 방향으로 회전하게 하나, 도가니 구동부 (112) 는 도가니 구동 샤프트 (114) 및 도가니 (116) 가 시계방향과 같은 제 2 방향으로 회전하게 한다. 도가니 구동부 (112) 는 또한 결정 성장 프로세스 동안 요구되는 것에 따라 도가니 (116) 를 상승 또는 하강시킬 수도 있다. 예를 들어, 결정이 성장됨에 따라 용융물 (118) 이 고갈 되므로 용융물 레벨이 실질적으로 일정하게 보상 및 유지하도록 도가니 구동부가 상승된다. 본 프로세스 동안, 히터 전원 (104), 결정 구동부 (108) 및 도가니 구동부 (112) 모두는 제어부 (102) 의 제어 하에서 동작한다.

다음의 논의를 단순화하기 위하여,

의 치환에 의해 열평형 식, 즉 식 1 은 다음과 같이 정규화된다.

게다가, 다음의 논의는 다음의 정규화된 비율에 기초된다.

식 2 로부터, 다음의 표현은 추론될 수 있다. 다음은 사실이어야 하며, 그렇지 않으면, 결정이 성장 대신 용융될 것이다.

그리고 또한

와

사이의 다음의 관계를 도출할 수 있다.

도 2 내지 도 8 은 반도체 결정 성장 장치의 열평형을 도시하는 일련의 도면 들이다. 이들 도면들 각각에서는, 결정-용융물 계면 (202) 이 결정 (204) 및 용융물 (206) 을 따라서 도시된다. 도 2 는 이상적인 조건 하에서 결정-용융물 계면 (202) 을 나타낸다. 도 2 는 또한 결정 (204), 용융물 (208) 및 열 반사기 (210) 를 도시한다.

도 2 는 또한

으로서 표시된 공칭 결정-용융물 계면 위치와

으로서 표시된 0 속도를 나타낸다. 도 2 는 또한

로서 표시된 용융물 위치와

으로서 표시된 0 속도를 나타낸다. 여전히 또한, 도 2 는 이상적인 조건 하에서의 결정 열 구배 또는

와, 이상적인 조건 하에서 용융물 열 구배 또는

를 나타낸다. 마지막으로, 도 2 는 성장 속도

및 인상 스피드

를 나타낸다.

도 3 에서는 용융물의 온도 구배 편차가 발생하였던 직후의 결정-용융물 계면 (202) 을 나타낸다. 도 3 에서는, 본 조건 하에서의 결정-용융물 계면 속도가 이제

이고, 결정 열 구배는

에 남아 있으나, 용융물 열 구배는 편차를 가지며, 즉

이다. 성장 속도는 이제

이다. 직경 제어 시스템의 동작이 없으므로, 인상 스피드는 여전히

에 있다.

도 4 에서는 통상의 직경 제어 시스템이 도 3 에 나타난 용융물의 온도 구배 편차에 반응한 후의 결정-용융물 계면 (202) 을 도시한다. 결정-용융물 계면 속도가 보정의 적용 시

으로 리턴되었음을 나타낸다. 용융물 열 구배는 여전히 편차를 가지며,

이고, 성장 속도도

이다. 적용된 보정은 조정된 인상 스피드, 즉

이다.

도 5 는 개선된 직경 제어 시스템의 제 1 실시형태의 동작 하에서 결정-용융물 계면 (202) 을 도시한다. 직경 제어 시스템은 용융물의 온도 구배 편차에 반응하기 시작하고 있다. 도 5 에서는 결정-용융물 계면 속도가

에 있음을 도시한다. 용융물 위치는 여전히 결정-용융물 계면에 이어서

에 있으나, 보정된 용융물 속도는

이다. 결정 열 구배는 여전히

에 있고, 편차를 갖는 용융물 열 구배는

에 남아 있다. 성장 속도는 이제

에 있고, 인상 스피드는

에 있다.

도 6 에서는 용융물의 온도 구배 편차를 제어하는 개선된 직경 제어 시스템의 제 1 실시형태를 갖는 결정-용융물 계면 (202) 을 도시한다. 도 6 에서는

로 변경된 결정-용융물 계면 위치 및 영 속도,

을 나타낸다. 또한, 도 6 에서는 변화된 용융물 위치

및 영 속도

을 나타낸다. 보정된 결정 열 구배는 이제

이고, 편차를 갖는 용융물 열 구배는

이다. 성장 속도 및 인상 스피드는 이제 각각

및

이다.

도 7 에서는 개선된 직경 제어 시스템의 제 2 실시형태를 갖는 결정-용융물 계면을 도시한다. 도 7 에서는, 개선된 직경 제어 시스템이 용융물의 온도 구배 편차에 계속 반응하여 결정 열 구배가 변화함에 따라

를 일정하게 유지하도록 인상 스피드를 조절한다. 도 7 은 위치

에서의 결정-용융물 계면을 도시하나, 계면 위치의 속도는 이제

이다. 용융물 위치는

에 있고, 보정된 속도는

이며, 결정-용융물 계면을 뒤따른다. 결정 열 구배는 이제

이다. 용융물 열 구배는 편차를 갖고, 이제

이다. 성장 속도는 이제

이고, 조절된 인상 스피드는

이며, 여기서

이다.

도 8 에서는 용융물의 온도 구배 편차를 제어하는 제 2 실시형태의 직경 제어 시스템을 갖는 결정-용융물 계면을 도시한다. 도 8 은

에서의 결정-용융물 계면 위치 및 영 속도,

을 나타낸다. 또한, 도 8 은 용융물 위치

및 영 속도

을 나타낸다. 보정된 결정 열 구배는 이제

이다. 편차를 갖는 용융물 열 구배는

이다. 성장 속도는

이고, 조절된 인상 스피드는

이다.

도 9 는 종래의 직경 제어를 실시하는 통상의 반도체 결정 성장 장치 (900) 를 나타낸다. 장치 (900) 는 도가니 (906) 로부터 인상되고 있는 결정 (904) 을 포함한 인상 챔버 (902) 를 포함한다. 용융물 (908) 은 도가니 (906) 내에 담겨 있다. 시스템 (900) 은 열 반사기 (910), 시드 리프트 모터 (912) 및 도가니 리프트 모터 (914) 를 더 포함한다. 시스템 (900) 은 결정 직경 측정 디바이스 (916) 및 연관된 직경 제어 시스템 (918) 을 더 포함한다. 도가니 용융물 레벨 저하 보상 메커니즘 (920) 은 도가니 리프트 모터 (914) 를 제어한다. 시스템 (900) 은 히터 (922) 및 공급된 히터 전력을 통해 용융물 온도를 조절함으로써 직경 제어 시스템의 평균 속도 보정을 영 (0) 으로 만들도록 설계된 히터 피드-백 제어 시스템 (924) 을 더 포함한다.

일반적으로, 결정 성장 장치 (900) 는 도 1 과 관련하여 상술한 형태의 제어 시스템을 포함한다. 제어 시스템은 목표 인상 스피드 출력 (926) 을 생성하여 시드 리프트 모터 (912) 에 대한 공칭 인상 스피드 신호를 발생시킨다. 유사하게, 제어 시스템은 도가니 용융물 레벨 저하 보상 메커니즘 (920) 을 제어하는 제어 신호를 생성하여 저하되는 도가니의 용융물 레벨을 보상하도록 설계된 도가니 리프트 모터 (914) 를 사용함으로써 도가니 리프트를 발생시킨다.

직경 제어에 있어서, 장치 (900) 의 제어 시스템은 직경 제어 시스템 (918) 을 포함한다. 본 시스템은 시드 리프트 모터 (912) 를 위한 인상 스피드 보정 신호를 발생시킨다. 인상 스피드 보정 신호는 결정 (904) 에 대해서 일정한 결정 직경을 유지하도록 설계된다.

결정 (904) 이 용융물 (908) 밖으로 인상됨에 따라, 도가니 (906) 내의 용융물 레벨은 저하된다. 동시에, 도가니 (906) 는 저하되는 도가니 용융물 레벨을 보상하기 위하여 도가니 리프트 모터 (914) 에 의해 상승되고 있으며, 그런 용융물 위치에서 용융물 표면과 열 반사기 (910) 사이의 갭은 일정하게 유지되고, 결정 (904) 의 열 구배

를 갖는다.

결정 (904) 이 용융물 (908) 밖으로 인상되는 스피드는 직경 제어 시스템 (918) 으로부터 나오는 보정항

를 더한 목표 인상 스피드

에 의해 결정된다.

이상적으로, 보정항

는 도 2 에서 표시된 바와 같이 0 이고, 연관된 텍스트이다. 그러나 용융물 흐름에서의 부력 변동에 기인하여, 결정 용융물 계면에서 용융물 온도 구배도 변동에 영향을 받기 쉽다. 용융물 온도 구배 변동

는 도 3 에 도시된 바와 같이 결정-용융물 계면이 인상 스피드와 성장 속도 사이의 차이인 속도

에서 변화하게 할 것이다. 따라서, 젖음각은 변화되어 결정의 직경이 변화하기 시작하게 한다.

관측된 직경 변화에 응답하여 직경 제어 시스템 (918) 은 그 후 원래의 교란 (original disturbance) 에 반응하도록 인상 스피드에 적용되는 스피드 보정

를 발생시켜 직경이 일정하게 유지되게 한다. 또한, 결정-용융물 계면의 위치는 도 4 에 도시된 바와 같이 여전히 일정하게 있다. 직경 제어 시스템 (918) 은 폐-루프 피드-백 제어 시스템을 실시한다. 자신의 출력 신호는 실질적으로 직경을 일정하게 유지시키는 신호일 것이며, 이것은 현재 경우에

이다.

이 통상의 직경 제어 실시예에 있어서, 비율

및

은 다음과 같이 평균값들

및

로 표현될 수 있다 (도 4 참조).

및

이어서, 부력-구동 용융물의 온도 구배 변동

및 그에 반응하는 제어 시스템에 의해 야기되는 이들 비율의 편차는 다음과 같이 추정될 수 있다.

및

도 10 은 반도체 결정 성장 장치 (1000) 에서의 직경 제어의 제 1 실시형태를 나타낸다. 장치 (1000) 는 도가니 (1006) 로부터 인상되는 결정 (1004) 을 포함한 인상 챔버 (1002) 를 포함한다. 용융물 (1008) 은 도가니 (1006) 내에 담겨 있다. 시스템 (1000) 은 열 반사기 (1010), 시드 리프트 모터 (1012) 및 도가니 리프트 모터 (1014) 를 더 포함한다. 시스템 (1000) 은 결정의 직경 측정 디바이스 (1016) 및 연관된 직경 제어 시스템 (1018) 을 더 포함한다. 도가니 용융물 레벨 저하 보상 메커니즘 (1020) 은 도가니 리프트 모터 (1014) 를 제어한다. 제어 시스템의 목표 인상 스피드 출력 (1022) 은 도 1 의 제어 시스템 (102) 과 같은 제어 시스템의 일부이다. 시스템 (1000) 은 용융물-위치 변화의 결과인 구배 변화

를 추정하는 디바이스 (1024) 를 더 포함하며, 여기서 이것은 도가니 리프트에 보정항을 제공하는 직경 제어 시스템의 결과이다. 시스템 (1000) 은 공급된 히터 전력을 통해 용융물 온도를 조절함으로써 평균 구배 조절

를 0 이게 하도록 설계되는 히터 피드-백 제어 시스템 (1028) 및 히터 (1026) 를 더 포함한다.

제어 시스템의 목표 인상 스피드의 출력 (1022) 은 시드 리프트 모터 (1012) 를 위한 공칭 인상 스피드 신호를 발생시킨다. 제어 시스템의 도가니 용융물 레벨 저하 보상 메커니즘 (1020) 은 도가니 리프트 모터 (1014) 에 적용되는 도가니 리프트 신호를 발생시켜 저하되는 도가니 용융물 레벨을 보상한다. 제어 시스템의 직경 제어 시스템 (1018) 은 일정한 결정 직경을 유지하도록 설계된 도가니 리프트 속도 보정 신호를 발생시킨다.

결정 (1004) 은 소정의 인상 스피드

에서 용융물 (1008) 밖으로 인상된 다. 동시에, 도가니 (1006) 는 직경 제어 시스템 (1018) 의 출력인 보정항

을 뺀, 스피드

에서 결정을 인상함으로써 야기되는 도가니 (1006) 내의 용융물 레벨 저하를 보상하는 스피드의 조합인 스피드에서 도가니 리프트 모터 (1014) 에 의해 상승되고 있다.

이상적으로, 보정항은 도 2 와 관련하여 도시된 바와 같이 0 이다. 그러나, 용융물 흐름의 부력 변동의 결과로서 용융물의 온도 구배 변동

가 발생하는 경우, 결정 용융물 계면은 속도

에서 변화하기 시작한다 (도 3 참조). 메니스커스 높이 및 젖음각에 있어서 이렇게 형성된 변화는 결과적으로 직경 변화를 야기하며, 이것은 직경 제어 시스템 (1018) 에 의해 검출된다. 직경 제어 시스템 (1018) 은 이후 도가니 리프트에서 차감되는 출력값

을 발생시킨다. 직경 제어 시스템 (1018) 이 폐-루프의 피드백-제어 시스템의 일부이기 때문에, 직경 제어 출력 신호는 용융물 위치가 동일한 속도

(도 5 참조) 에서 결정-용융물 계면을 추종하게 하여 메니스커스 높이, 젖음각 및 직경을 일정하게 유지시킬 것이다.

그 결과는 열 반사기 (1010) 와 용융물-표면 사이의 갭이 넓어진다. 이것은 다음으로 결정 (1004) 의 열 구배가 변화하게 한다. 따라서, 결과적으로 결정-용융물 계면은 이후 열평형식이 인상 스피드

(도 6 참조) 와 동일한 성장 속도가 되기 때문에 일단 결정의 열 구배가

이게 변화되었다면 변화가 정지될 것이다. 그 때, 직경 제어 시스템 (1018) 의 출력 신호는 직경의 변화를 더 이상 검출하지 않기 때문에 0 이 될 것이다.

이러한 시스템에서, 평균값들

및

로 표현된 비율

및

은 다음과 같이 될 것이다.

및

그리고 이들 이상적인 값들로부터 이들 비율들에 대해서 이렇게 형성된 편차는 다음으로서 추정될 수 있다.

및

가 언제나 1 보다 작기 때문에, 본 방법은 언제나 통상의 시스템에 비해

변화를 감소시킬 것이다.

가능한 가장 작은

변화가 가장 큰 우선권을 갖는 저 결함 실리콘 제조의 경우,

는 일반적으로 약 0.5 이다. 이것은 이러한 경우에서 본원에서 서술된 개선된 시스템 및 방법이 종래 기술에 비해 50% 미만의

변화에서 동일한 직경 제어 성능을 제공할 것임을 의미한다.

개선된 제어 시스템 및 방법은 통상의 직경 제어 시스템에 비해 인자

만큼

변화를 감소시킨다. 가능한 가장 작은

및 가능한 가장 작은

변화가 가장 중요한 대량으로 도핑된 실리콘 제조의 경우,

은 일반적으로 1 보다 작다. 이러한 경우, 개선된 제어 장치 및 방법은 종래의 시스템에 비해 50% 이상 더 작은

변화를 갖는 동일한 직경 제어 성능을 제공할 것이다.

도 11 은 반도체 결정 성장 시스템 (1100) 에 있어서 제 2 종래 기술의 직경 제어를 나타낸다. 시스템 (1100) 은 도가니 (1106) 로부터 인상되고 있는 결정 (1104) 을 포함한 인상 챔버 (1102) 를 포함한다. 용융물 (1108) 은 도가니 (1106) 내에 담겨 있다. 시스템 (1100) 은 열 반사기 (1110), 시드 리프트 모터 (1112) 및 도가니 리프트 모터 (1114) 를 더 포함한다. 시스템 (1100) 은 결정 직경 측정 디바이스 (1116) 및 연관된 직경 제어 시스템 (1118) 을 더 포함한다. 도가니의 용융물 레벨 저하 보상 메커니즘 (1120) 은 도가니 리프트 모터 (1114) 를 제어한다.

도 11 은 반도체 결정 성장 장치 (1100) 의 직경 제어의 제 2 실시형태를 나타낸다. 장치 (1100) 는 도가니 (1106) 으로부터 인상되고 있는 결정 (1104) 을 포함한 인상 챔버 (1102) 를 포함한다. 용융물 (1108) 은 도가니 (1106) 내에 담겨 있다. 시스템 (1100) 은 열 반사기 (1110), 시드 리프트 모터 (1112) 및 도가니 리프트 모터 (1114) 를 더 포함한다. 시스템 (1100) 은 결정 직경 측정 디바이스 (1116) 및 연관된 직경 제어 시스템 (1118) 을 더 포함한다. 도가니 용융물 레벨 저하 보상 메커니즘 (1120) 은 도가니 리프트 모터 (1114) 를 제어한다. 제어 시스템 목표 인상 스피드 출력 (1122) 은 도 1 의 제어 시스템 (102) 과 같은 제어 시스템의 일부이다. 시스템 (1100) 은 용융물-위치 변화의 결과인 구배 변화

를 추정하는 디바이스 (1124) 를 더 포함하며, 여기서 이것은 도가니 리프트에 보정항을 공급하는 직경 제어 시스템의 결과이다. 시스템 (1100) 은 또한

보정 컴포넌트 (1125) 를 포함한다. 시스템 (1100) 은 공급된 히터 전력을 통해 용융물 온도를 조절함으로써 평균 구배 조절

를 0 이게 만들도록 설계되는 히터 피드-백 제어 시스템 (1128) 및 히터 (1126) 를 더 포함한다.

동작 시, 제어 시스템의 목표 인상 스피드 출력 (1122) 은 시드 리프트 모터 (1112) 를 위한 공칭 인상 스피드 신호를 발생시킨다. 도가니 용융물 레벨 저하 보상 시스템 (1120) 은 결정 (1104) 이 도가니 (1106) 로부터 인상됨에 따라 저하되는 도가니 용융물 레벨을 보상하는 도가니 리프트 신호를 발생시킨다. 직경 제어 시스템 (1118) 은 일정한 결정 직경을 유지하도록 설계된 인상 스피드 보정 신호를 발생시킨다. 디바이스 (1124) 에서 추정된 구배 변화에 따라,

보정 컴포넌트 (1125) 는

을

의 원하는 값에서 정확히 유지시키기 위하여

를 변화하는 결정 온도 구배로 변경하는 스피드 보정항을 발생시킨다. 보정항은 공칭 인상 스피드 신호와 결합된다.

도 10 에 도시된 시스템 (1000) 에서와 같이, 결정 (1104) 는 용융물 (1108) 밖으로 인상되고, 동시에 도가니 (1106) 은 직경 제어 시스템 (1118) 의 출력인 보정항

를 뺀, 결정 (1104) 을 인상함으로써 야기되는 도가니 (1106) 내의 용융물 레벨 저하를 보상하는 스피드의 조합인 스피드에서 도가니 리프트 모터 (1114) 에 의해 상승된다.

도 10 에 도시된 시스템 (1000) 과 대조적으로, 도 11 의 시스템 (1100) 에 있어서 인상 스피드는 보정항을 더한 소정의 스피드

을 포함한다. 이 보정항은 용융물 위치 변화의 결과인 결정 온도 구배의 변화를 추정하는데 이용되는 용융물 위치의 변화 (도가니 리프트에 적용되었던 직경 제어 시스템 출력에 대한 적분) 로부터 유도된다. 작은 용융물 위치 변화에 있어서, 결정 온도 구배의 변화는 용융물 위치 변화에 거의 비례하고, 이들 둘 사이의 관계는 컴퓨터 시뮬레이션으로부터 추정될 수 있다.

다시, 도 10 에 도시된 시스템 (1000) 에서와 같이, 교란되지 않은 상태 (도 2 참조) 로부터 시작하여, 용융물의 온도 구배 변동

은 결정 용융물 계면이 속도

에서 변화하게 한다 (도 5 참조). 이러한 결과로 생성된 직경에서의 변화는 도가니 리프트 신호로부터 차감되는 출력값

를 발생시키는 직경 제어 시스템 (1118) 에 의해 검출된다. 직경을 일정하게 유지시키는 폐-루프 피드백-제어의 경우, 직경 제어의 출력

는 용융물 위치가 속도

(도 5 참조) 에서 결정-용융물 계면을 추종하게 하는 값이며, 젖음각 및 그에 따라 직경이 일정하게 유지될 것이다 (도 6 참조).

용융물 위치가 변화함에 따라, 결정 온도 구배의 변화

는 누적된 용융물 위치 변화

에 기초하여 추정된다. 인상-스피드는 항

에 의해 보정되어, 실제 비율 가

에서 일정하게 유지되도록 한다 (도 7 참조).

도 10 에 도시된 시스템 (1000) 에서와 같이, 결정 (1104) 의 열 구배가 변화하게 하는 열 반사기 (1110) 와 용융물-표면 사이의 갭은 넓어진다. 일단 결정 (1104) 의 열 구배가 인상 스피드 및 성장 속도가 같기에 (

) 충분하도록 변화되었다면, 결정-용융물 계면은 변화가 멈출 것이다.

그러나, 도 10 의 시스템 (1000) 과 대조적으로, 도 11 의 시스템 (1100) 에 있어서 이것은 이제 변화하는 결정 온도 구배를 위해 인상 스피드가 조절되기 때문에

및

인 경우가 발생할 것이다.

제어된 상태에서, 액티브 직경 제어와 함께, 비율

및

은 다음과 같이 평균값들

및

으로 표현될 수 있다.

및

그것에 이어서,

편차는 설계에 의해, 이제 다음과 같이 0 이 되고,

편차는 다음과 같을 것이다.

여기서, 이것은 또한 상기 식 (4b) 및 식 (6a) 를 이용하여 0 임이 밝혀진다.

도 12 는 반도체 결정 성장 시스템 (1200) 의 제 3 종래 기술의 직경 제어를 나타낸다. 시스템 (1200) 은 도가니 (1206) 으로부터 인상되는 결정 (1204) 을 포함한 인상 챔버 (1202) 를 포함한다. 용융물 (1208) 은 도가니 (1206) 내에 담겨 있다. 시스템 (1200) 은 열 반사기 (1210), 시드 리프트 모터 (1212) 및 도가니 리프트 모터 (1214) 를 더 포함한다. 시스템 (1200) 은 결정 직경 측정 디바이스 (1216) 및 연관된 직경 제어 시스템 (1218) 을 더 포함한다. 도가니 용융물 레벨 저하 보상 메커니즘 (1220) 은 도가니 리프트 모터 (1214) 를 제어한다.

시스템 (1200) 은 도 1 의 제어 시스템 (102) 와 유사한 제어 시스템을 포함한다. 제어 시스템은 시드 리프트 모터 (1212) 를 위한 공칭 인상 스피드 신호를 발생시키는 목표 인상 스피드 출력 (1222) 을 갖는다. 제어 시스템은 저하되는 도가니 용융물 레벨을 보상하도록 도가니 리프트 신호를 발생시키는 도가니 용융물 레벨 저하 보상 메커니즘 (1220) 을 포함한다. 제어 시스템은 또한 일정한 결정 직경을 유지하도록 설계된 인상 스피드 보상 신호를 발생시키는 직경 제어 메커니즘 (1218) 을 포함한다.

시스템 (1200) 은 용융물-위치 변화의 결과인 구배 변화

를 추정하는 디바이스 (1224) 를 포함한다. 제어 시스템은

보정 시스템 (1225) 을 더 포함한다. 제어 시스템의

보정 시스템 (1225) 은 도 10 과 관련하여 상술한 제 1 실시형태와 도 11 과 관련하여 상술한 제 2 실시형태 사이의 조합을 결정하는 파라미터 x 에 따라 동작한다. 제어 시스템은 파라미터 x 의 값에 응답하고 변화되는 결정 온도 구배에 파라미터 x 로 곱해진 스피드 보정항을 발생시킨다. 게다가, 파라미터 y 는 전통적인 제어와 본원에 기술된 실시형태들에 따른 제어 사이의 조합을 결정한다.

상기로부터, 본 발명은 반도체 결정의 성장을 제어하는 개선된 방법 및 시스템을 제공한다. 본원에 개시된 실시형태들은 결정의 직경에 있어서 신뢰성 있는 제어를 제공한다. 또한, 이들 실시형태들은 또한 용융물 및 결정의 온도 구배들의 용융물의 부력과 같은 인자들에 미치는 영향을 감소시킨다. 중요한 파라미터

는 정밀하게 제어된다.

그러므로, 상기 상세한 설명은 한정적이기 보다 설명적으로서 간주되는 것으로, 또한 다음의 청구범위는 본 발명의 사상 및 범위를 정의하도록 의도되고, 모든 균등물을 포함하는 것이 이해되는 것으로 의도된다.

도 1 은 예시적인 반도체 결정 성장 장치의 블록도.

도 2 내지 도 8 은 반도체 결정 성장 장치의 열평형을 도시하는 일련의 도면들.

도 9 는 반도체 결정 성장 장치의 통상의 종래 기술 직경 제어를 나타내는 도면.

도 10 은 반도체 결정 성장 장치의 직경 제어의 제 1 실시형태를 나타내는 도면.

도 11 은 반도체 결정 성장 장치의 직경 제어의 제 2 실시형태를 나타내는 도면.

도 12 는 반도체 결정 성장 장치의 직경 제어의 제 3 실시형태를 나타내는 도면.

부호의 설명

100: 반도체 결정 성장 장치

102: 제어부

104: 히터 전원

106: 성장 챔버

108: 결정 구동부

110: 결정 샤프트

112: 도가니 구동부

114: 도가니 구동 샤프트

116: 도가니

118: 용융물

120: 히터

122: 반도체 결정

124: 중심축

126, 128, 136, 138: 제어선

130: 카메라

132: 온도 센서

140: 중앙 처리부

142: 메모리

144: 사용자 인터페이스

146: 시드 결정

202: 결정-용융물 계면

204: 결정

208: 용융물

210: 열 반사기

900, 1000, 1100, 1200: 장치

902, 1002, 1102, 1202: 인상 챔버

904, 1004, 1104, 1204: 결정

906, 1006, 1106, 1206: 도가니

908, 1008, 1108, 1208: 용융물

910, 1010, 1110, 1210: 열 반사기

912, 1012, 1112, 1212: 시드 리프트 모터

914, 1014, 1114, 1214: 도가니 리프트 모터

916, 1016, 1116, 1216: 결정 직경 측정 디바이스

918, 1018, 1118, 1218: 직경 제어 시스템

920, 1020, 1120, 1220: 도가니 용융물 레벨 저하 보상 메커니즘

922, 1026, 1126, 1226: 히터

924, : 히터 피드-백 제어 시스템

926, 1022, 1122, 1222: 목표 인상 스피드 출력

1024, 1124, 1224: 디바이스

1125, 1225: 보정 컴포넌트

Claims (20)

1. 공칭 인상 스피드 신호에 대응하는 공칭 인상 스피드로 도가니 내의 용융물 (melt) 로부터 결정을 인상하는 단계;

   상기 도가니 내의 용융물 레벨의 저하를 보상하도록 도가니 리프트 신호를 발생시키는 단계;

   상기 도가니 리프트 신호에 대응하는 도가니 리프트 속도로 상기 도가니를 리프팅하는 단계;

   상기 결정의 직경의 변화를 검출하는 단계;

   검출된 상기 결정의 직경의 변화에 기초하여 도가니 리프트 속도 보정 신호를 발생시키는 단계; 및

   상기 도가니 리프트 신호와 상기 도가니 리프트 속도 보정 신호의 결합에 의해 획득된 다른 도가니 리프트 속도로 상기 도가니를 리프팅함으로써 상기 결정의 직경의 변화를 보상하기 위한 제 1 제어를 수행하는 단계를 포함하는, 반도체 결정 성장 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 도가니 리프트 속도 보정 신호를 발생시키는 단계는,

   상기 용융물의 위치가 상기 결정과 상기 용융물 사이의 계면의 위치를 추종하게 하도록 도가니 리프트 속도 보정 신호를 발생시키는 단계를 포함하는, 반도체 결정 성장 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 제어에 후속하여,

   상기 제 1 제어에 의해 야기된 용융물 위치의 변경에 기인한 결정 온도 구배 (crystal temperature gradient) (g_s) 의 변경에 기초하여, 상기 결정 온도 구배에 대한 인상 스피드의 비율 (v_p/g_s) 이 변경되지 않도록 인상 스피드 보정 신호를 발생시키고, 상기 결정의 직경의 변화에 기초하여 제 2 도가니 리프트 속도 보정 신호를 발생시키는 단계; 및

   상기 공칭 인상 스피드 신호와 상기 인상 스피드 보정 신호의 결합에 의해 획득된 다른 인상 스피드로 상기 결정을 인상하는 것, 및 상기 도가니 리프트 신호와 상기 제 2 도가니 리프트 속도 보정 신호의 결합에 의해 획득된 다른 도가니 리프트 속도로 상기 도가니를 리프팅하는 것에 의해, 상기 결정의 직경의 변화의 계속된 보상을 위한 제 2 제어를 수행하는 단계를 포함하는, 반도체 결정 성장 방법.
4. 결정 제조 장치로서,

   용융물 (melt) 을 수용하는 도가니;

   상기 용융물로부터 결정을 인상하는 시드 리프트 모터;

   상기 도가니를 리프팅하는 도가니 리프트 모터; 및

   상기 시드 리프트 모터를 이용하여 공칭 인상 스피드로 상기 결정을 인상하기 위한 공칭 인상 스피드 신호를 발생시키는 목표 모듈, 및 상기 용융물로부터 상기 결정을 인상하는 것에 기인한 상기 도가니 내의 용융물 레벨의 저하를 보상하도록 도가니 리프트 신호를 발생시켜 상기 도가니 리프트 모터를 이용하여 상기 도가니 리프트 신호에 대응하는 도가니 리프트 속도로 상기 도가니를 리프트하는 도가니 용융물 레벨 저하 보상 모듈을 포함하는 제어 시스템을 포함하고,

   상기 결정 제조 장치는,

   상기 결정의 직경의 변화를 검출하고 직경 신호를 생성하는 결정 직경 측정 시스템을 더 포함하고,

   상기 제어 시스템은, 상기 직경 신호에 기초하여 도가니 리프트 속도 보정 신호를 발생시키는 직경 제어 모듈, 및 상기 도가니 리프트 신호와 상기 도가니 리프트 속도 보정 신호를 결합함으로써 리프트 모터 제어 신호를 발생시키는 결합기를 더 포함하고,

   상기 제어 시스템은, 상기 도가니 리프트 모터를 이용하여 상기 리프트 모터 제어 신호에 대응하는 다른 도가니 리프트 속도로 상기 도가니를 리프팅함으로써 상기 결정의 직경의 변화를 보상하기 위한 제 1 제어를 수행하는, 결정 제조 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제어 시스템은, 상기 제 1 제어에 의해 야기된 용융물 위치의 변경에 기인한 결정 온도 구배 (g_s) 의 변경에 기초하여, 상기 결정 온도 구배에 대한 인상 스피드의 비율 (v_p/g_s) 이 변경되지 않도록 인상 스피드 보정 신호를 발생시키는 인상 스피드 보정 모듈을 더 포함하고,

   상기 직경 제어 모듈은, 상기 결정 직경 측정 시스템에 의해 검출되는, 상기 제 1 제어 후의 상기 결정의 직경의 변화에 기초하여 제 2 도가니 리프트 속도 보정 신호를 발생시키고,

   상기 제어 시스템은, 상기 공칭 인상 스피드 신호와 상기 인상 스피드 보정 신호의 결합에 의해 획득된 다른 인상 스피드로 상기 결정을 인상하는 것, 및 상기 도가니 리프트 신호와 상기 제 2 도가니 리프트 속도 보정 신호의 결합에 의해 획득된 다른 도가니 리프트 속도로 상기 도가니를 리프팅하는 것에 의해, 상기 결정의 직경의 변화의 계속된 보상을 위한 제 2 제어를 수행하는, 결정 제조 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제어 시스템은, 상기 제 1 제어로부터 발생되는 도가니 리프트 출력의 적분으로부터 상기 용융물 위치의 변경을 계산하여, 상기 용융물 위치의 변경의 함수로서 상기 결정 온도 구배 (g_s) 의 변경을 출력하는, 결정 제조 장치.
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