KR101408682B1 - 실리콘 단결정의 제조 시스템 및 이를 이용한 실리콘 단결정 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CZ법을 이용한 인상 장치로 제조되는 실리콘 단결정의 결정품질을 목표 규격 내로 하기 위해서, F/G의 값을 소정 범위 내로 제어하는 제조조건을 설계하는 시스템에서, 적어도 자동으로 앞 배치의 실리콘 단결정의 단결정 품질결과로부터 다음 배치의 실리콘 단결정의 제조조건을 가설계하는 수단 1, 다음 배치에서의 제조공정을 요인으로 하는 F 및/또는 G의 변화량으로부터 보정량을 산출하는 수단 2, 다음 배치에서의 제조공정을 요인으로 하는 F 및/또는 G의 변화량으로부터 보정량을 산출하는 수단 3, 수단 1에 의한 제조조건에 수단 2 및/또는 수단 3에 의한 보장량을 가산하고, 다음 배치에서의 제조조건을 산출하는 수단 4를 구비하는 실리콘 단결정의 제조시스템을 제공한다. 이에 의해 소정의 결정품질의 실리콘 단결정을 보다 확실하게 얻을 수 있고, 생산성이나 수율의 향상을 실현하는 실리콘 단결정의 제조 시스템 및 이를 이용한 실리콘 단결정의 제조방법이 제공된다.

실리콘 웨이퍼

Description

실리콘 단결정의 제조 시스템 및 이를 이용한 실리콘 단결정 제조방법{SILICON SINGLE CRYSTAL MANUFACTURING SYSTEM AND SILICON SILGLE CRYSTAL MANUFACTURING METHOD USING THE SYSTEM}

본 발명은, 소정의 결정 품질, 특히 결정 결함이 적은 실리콘 단결정을 고수율로 효율좋게 생산하기 위한 최적 제조조건을 설계하는 제조시스템 및 이를 이용한 실리콘 단결정의 제조방법에 관한 것이다.

최근, 반도체 회로의 고집적화와 함께 소자의 미세화에 수반하여, 그 기판재료로 되는 쵸크랄스키법(이하, CZ법으로 약기한다)으로 제조된 실리콘 단결정에 대한 품질 요구가 높아지고 있다. 특히 단결정 중에서는, FPD(Flow Pattern Defect), LSTD(Laser Scattering Tomography Defect), COP(Crystal Originated Particle) 등의 그로운-인(Grown-in) 결함으로 불리는, 산화막 내압특성이나 디바이스의 특성을 악화시키는 단결정 성장 기인의 결함이 존재하고, 그 밀도와 사이즈의 저감이 중요시되고 있다.

이들의 결함을 설명하기에 앞서, 먼저, 결정성장 중에 실리콘 단결정으로 얻어지는 베이컨시(Vacancy, 이하 V라 약기하는 경우가 있다)라 불리는 공공(空孔)형의 점 결함과, 인터스티셜 실리콘(Interstitial-Si, 이하 I라 약기하는 경우가 있 다)라 불리는 격자간 실리콘형의 점 결함 각각의 얻어지는 농도를 결정하는 인자에 대하여, 일반적으로 알려져 있는 것을 설명한다.

실리콘 단결정에 있어서, V영역으로는, 실리콘 원자의 부족으로부터 발생하는 보이드가 많은 영역이고, I영역으로는, 실리콘 원자가 여분으로 존재함으로써 발생하는 실리콘 원자의 응집체나 전위 루프 클러스터가 많은 영역이고, 그리고 V영역과 I영역 간에는, 원자의 과부족이 적은 뉴트럴(Neutral, 이하 N이라 약기하는 경우가 있다)영역이 존재하고 있다. 그리고, 상기 그로운-인 결함(FPD, LSTD, COP 등)이라고 하는 것은, 어디까지나 V나 I가 과포화인 상태인 경우에 발생하는 것이고, 다소의 원자에 치우침이 있어도, 포화농도 이하이면, 상기 그로운-인 결함으로서는 존재하지 않음이 밝혀졌다.

이 두 가지 점 결함의 농도는, CZ법에서의 결정의 인상속도(성장속도) F와 결정 중의 고액계면 축방향 온도구배 G와의 관계로부터 결정하고, V영역의 주위에는, OSF(산화 야기 적층 결함, Oxidation Induced Stacking Fault)라 불리는 결함이, 결정성장 축에 대한 수직방향(결정 세로방향)의 단면에서 볼 때, 링상으로 분포(이하, OSF 링이라 하는 경우가 있다)하고 있는 것이 확인된다.

이들 그로운-인 결함을 분류하면, 예를 들어 성장속도가 0.6mm/min 전후 이상으로 비교적 고속인 경우에는, 공공형의 점 결함이 응집할 수 있었던 보이드 기인으로 되어 있는 FPD, LSTD, COP 등의 그로운-인 결함이 결정 세로방향 전역에 고밀도로 존재하여, V영역으로 된다. 또, 성장속도가 0.6mm/min 이하인 경우에는, 성장속도의 저하와 함께, 상기 OSF 링이 결정의 주변으로부터 발생하고, 이 링의 외 측에는 격자간 실리콘의 응집에 기인하는 전위루프 기인으로 생각되는 L/D(Large Dislocation: 격자간 전위루프의 약호), LSEPD(Large Secco Etch Pit Defect), LFPD(Large Flow Pattern Defect) 등의 결함이 저밀도로 존재하여, I영역으로 된다. 나아가, 성장속도를 0.4mm/min 전후 이하로 저속으로 하면, OSF 링이 웨이퍼 중심으로 수축하여 소멸하여, 전면이 I영역으로 된다.

또, 전술한 바와 같이, V영역과 I영역의 중간에서 OSF 링의 외측에, 공공 기인의 FPD, LSTD, COP도, 격자간 실리콘에 기인하는 전위루프 기인의 LSEPD, LFPD도, 나아가서는 OSF도 존재하지 않는 N영역이 존재한다.

이 N영역은, 통상은 성장속도를 낮춘 경우에 성장 축을 포함하는 면 내에서, 성장 축 방향에 대하여 경사져서 존재하기 때문에, 단결정을 성장 축 방향으로 수직하게 절단한 면내에서는 일부분밖에 존재하지 않았다. 이 N영역에 대하여, 보론코프 이론(예를 들어 V. V. Voronkov, Journal of Crystal Growth, vol. 59(1982), pp. 625~643 참조)에는, 인상속도 F와 결정 고액계면 축방향 온도구배 G의 비인 F/G의 파라메터가 점 결함의 토탈 농도를 결정한다고 주창하고 있다. 면 내에서 인상속도는 일정할 것이지만, 면 내에서 G가 분포를 갖기 때문에, 예를 들어, 어느 인상속도에서는 중심이 V영역에서 N영역을 사이에 두고 주변으로 I영역으로 되도록 결정할 수 밖에 없었다.

여기서 최근, 면내의 G의 분포를 개선하여, 예를 들어, 인상속도 F를 서서히 낮추면서 인상함으로써, 어떤 인상속도에서는 면내의 일부에만 존재하지 않은 N영역을 결정 세로방향 전면으로 확대한 전면 N영역의 결정을 제조할 수 있게 되었다. 또, 이 전면 N영역의 결정을 길이 방향으로 확대하려면, 이 N영역이 결정 세로방향 전면으로 확대했을 때의 인상속도를 유지하여 인상하면 어느 정도 달성할 수 있다. 또, 결정이 성장함에 따라서 G가 변화하는 것을 고려하여, 이를 보정하여, 어디까지나 F/G가 일정하게 되도록, 인상속도를 조절하면, 그 나름대로 성장방향으로도, 전면 N영역으로 되는 결정이 확대할 수 있게 되었다(예를 들어 특허 제3460551호 공보 참조).

그러나, 이 전면 N영역이 얻어지는 인상속도의 마진(제어범위)은 극히 협소하고, 한번 단결정의 곧은 구간 전체 길이에 걸쳐 N영역의 결정 제조가 실현되었다고 하더라도, 한번 설정한 동일 제조조건을 사용하여 곧은 구간 전체 길이에 걸쳐 목표 품질 규격인 N영역으로 되는 결정을 계속하여 제조하는 것은 불가능하였다. 그러므로, 곧은 구간 전체 길이에 걸쳐 N영역을 실현하는 제조조건의 설계에 있어서는, 끊임없이 제조조건의 조업실적 데이터(인상속도, 도가니 회전 수, 온도 패턴 등) 및 결정 품질 실적 데이터와 같은 제조상 실제로 얻어진 실적 데이터를 모아, 이들을 해석하는 등의 데이터 처리를 행하고, 그 결과로부터 제조조건의 재검토를 행하는 작업을 반복하여 행하였다. 특개 제2005-162558호 공보에는, 이들의 제조조건의 설계에 있어서, 실적 데이터에 기초하여 제조조건을 자동적으로 산출하는 실리콘 단결정의 제조시스템이 개시되어 있다.

그러나, 단결정의 곧은 구간 전체 길이에 걸쳐 N영역의 결정제조가 행해지는 것처럼, 상기와 같이 실적데이터에 기초한 제조조건의 재검토를 행하고 있었더라도, 갑자기 N영역으로는 되지 않고 목표의 품질 규격으로부터 크게 벗어나 버리는 경우가 있었다. 때로는, 곧은 구간 전역에 걸쳐 품질이 규격 외로 되는 케이스도 있었다.

[발명이 해결하고자 하는 과제]

본 발명은, 이와 같은 문제점을 고려하여 된 것으로서, 소정 결정 품질의 실리콘 단결정을 보다 확실하게 얻을 수 있고, 생산성이나 수율의 향상을 실현하는 실리콘 단결정의 제조시스템 및 이를 이용한 실리콘 단결정의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 쵸크랄스키법을 이용한 인상장치에 의해 제조되는 실리콘 단결정의 결정품질을 목표 규격 내로 하기 위해서, 인상속도 F와 결정 고액계면 축방향 온도구배 G의 비 F/G의 값을 소정 범위 내로 제어하는 제조조건을 설계하는 제조시스템에 있어서, 적어도, 자동으로

앞 배치에서 제조된 실리콘 단결정의 결정품질 결과로부터 다음 배치에서 제조하는 실리콘 단결정의 제조조건을 가설계하는 수단 1과,

다음 배치에서 사용하는 인상장치의 구성부재를 요인으로 하는 다음 배치의 F 및/또는 G의 변화량을 예측하여 F/G의 값이 소정 범위 내로 제어되도록 보정량을 산출하는 수단 2와,

다음 배치에서의 제조공정을 요인으로 하는 다음 배치의 F 및/또는 G의 변화량을 예측하여 F/G의 값이 소정 범위 내로 제어되도록 보정량을 산출하는 수단 3과,

상기 수단 1에서 가설계된 제조조건에서, 상기 수단 2 및/또는 상기 수단 3으로부터 산출된 F 및/또는 G의 보정량을 가산하여, 다음 배치에서 제조하는 실리콘 단결정의 제조조건을 산출하는 수단 4

를 구비하는 것임을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조시스템을 제공한다.

이와 같은 본 발명의 실리콘 단결정의 제조시스템이면, 종래의 제조시스템과 같이, 앞 배치에서 제조된 실리콘 단결정의 결정품질 결과로부터 다음 배치에서 제조하는 실리콘 단결정의 제조조건을 설계할 뿐만 아니라, 이를 가설계하고, 나아가, 다음 배치에서 사용하는 인상장치의 구성부재나, 다음 배치에서의 제조공정을 요인으로 하는 F 및/또는 G의 변화에 대한 보정을 가산할 수 있는 것이므로, 보다 고정밀도로 F/G의 값을 소정 범위 내로 제어하는 것이 가능한 제조조건을 설계할 수 있고, 한층 확실하게 결정품질이 목표 규격 내로 제어된 실리콘 단결정을 제조할 수 있다. 이 때문에, 소정의 결정품질을 갖는 실리콘 단결정을 고생산성, 고수율로 제조할 수 있다.

그러므로, 이 제조조건의 설계를 자동으로 행하기 위해, 설계에 필요한 작업부담을 경감하고, 작업시간의 단축화를 도모할 수 있으면서 정확하게 제조조건을 산출하여 설계할 수 있기 때문에 효율이 좋다.

또, 상기 F/G 값의 소정 범위는 특별히 한정되는 것은 아니고, 소정의 결정품질(규격이나 사양)에 대응하여 적절하게 설정할 수 있다.

이때, 상기 수단 2는, 적어도, 상기 다음 배치에서 사용하는 인상장치의 구성부재의 교환 및/또는 경시변화로부터 산출하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 상기 수단 2는, 적어도, 다음 배치에서 사용하는 인상장치의 구성부재의 교환 및/또는 경시변화로부터, 다음 배치의 F 및/또는 G의 변화량을 예측하여 상기 보정량을 산출함으로써, 보다 확실하게 F/G의 값을 소정 범위 내로 제어할 수 있는 제조조건을 설계할 수 있다.

그리고, F 및/또는 G의 변화 요인으로 되는 구성부재는, 제조되는 실리콘 단결정을 인상하는 와이어, 상기 실리콘 단결정의 원료를 수용하는 석영 도가니, 상기 석영 도가니를 지지하는 흑연 도가니, 상기 실리콘 단결정의 원료를 용융하기 위한 히터의 적어도 1개 이상의 것으로 함이 바람직하다.

실리콘 단결정의 인상장치의 구성부재에 있어서, 석영 도가니, 흑연 도가니, 히터는 결정 고액계면 축방향 온도구배 G에 미치는 영향이 강하고, 또 와이어는 인상속도 F에 미치는 영향이 강하다. 이 때문에, 이들의 적어도 1개 이상을 F 및/또는 G의 변화 요인으로 되는 구성부재의 대상으로 함으로써, 다음 배치의 F 및/또는 G의 변화량을, 보다 정확하게 예측할 수 있다.

또, 상기 수단 3은, 상기 원료의 용융 종료로부터 실리콘 단결정의 인상 개시까지의 시간, 멀티플 링에서의 실리콘 단결정의 누계 길이의 초기 설정 길이와의 차가 적어도 모두 1개 이상인 것으로부터 산출하는 것으로 함이 바람직하다.

이와 같이, 수단 3이, 상기 원료의 용융 종료로부터 실리콘 단결정의 인상 개시까지의 시간, 멀티플 링에서의 실리콘 단결정의 누계 길이의 초기 설정 길이와의 차가 적어도 모두 1개 이상인 것으로부터 산출하는 것으로 함으로써, 보다 확실하게 F/G의 값을 소정 범위 내로 제어할 수 있는 제조조건을 설계할 수 있다.

그리고, 본 발명은, 상기 실리콘 단결정의 제조시스템을 이용하여 실리콘 단결정을 제조하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법을 제공한다.

이와 같이, 상기 실리콘 단결정의 제조시스템을 이용하여 실리콘 단결정을 제조하는 실리콘 단결정의 제조방법이면, 앞 배치에서 제조된 실리콘 단결정의 결정품질 결과로부터 다음 배치에서 제조하는 실리콘 단결정의 제조조건을 가설계하면서, 나아가, 다음 배치에서 사용하는 인상장치의 구성부재나, 다음 배치에서의 제조공정을 요인으로 하는 F 및/또는 G의 변화에 대한 보정을 가산할 수 있기 때문에, 보다 고정밀도로 F/G의 값을 소정 범위 내로 제어할 수 있는 제조조건을 설계할 수 있고, 한층 확실하게 결정품질이 목표규격 내로 제어된 실리콘 단결정을 효율 좋게 제조할 수 있다. 이 때문에, 고생산성, 고수율로 소정의 결정품질을 갖는 실리콘 단결정을 얻을 수 있다.

이때, N영역 단결정을 제조할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법에 의해, 특별하게는 마진이 좁은 N영역 단결정을 제조할 수 있고, 결정결함이 작은 단결정을 효율 좋게 얻을 수 있다.

또, 상기 수단 2 및/또는 수단 3에 의해 산출되는 보정량을, 정기적으로 재검토하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 수단 2 및/또는 수단 3에 의해 산출되는 보정량을, 정기적으로 재검토함으로써, F/G를 소정 범위 내로 유지하기 위한 조건의 설계를, 보다 최적화시킬 수 있다.

[발명을 실시하기 위한 최적의 형태]

이하, 본 발명에 대하여 실시 형태를 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.

CZ법을 이용한 실리콘 단결정의 제조시스템에 관하여, 종래에는, 예를 들어 앞 배치에서 인상된 실리콘 단결정의 결정품질의 결과로부터, 제조조건의 재검토를 행하고, 다음 배치에서 제조하는 실리콘 단결정의 제조조건을 설계하는 것이 개시된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 시스템에 의해 제조조건을 새롭게 설계하여 고쳐도, 목표 품질규격으로부터 크게 벗어난 실리콘 단결정이 인상되는 경우가 있었다. 경우에 따라서는 곧은 구간 전역에 걸쳐 품질이 규격을 벗어난 케이스가 있었다.

그러므로, 본 발명자들은, 이와 같이 소정의 결정품질(특별하게는 N영역)로부터 크게 벗어나게 되는 원인에 대하여 면밀하게 조사를 행한 결과, 인상장치의 구성부재나 단결정의 제조공정을 요인으로 하여 상기 문제가 발생하는 것을 발견하였다.

즉, 인상장치의 구성부재를 요인으로 하는 것으로는, 예를 들어, 먼저 구성부재의 교환을 들 수 있고, 특히, 결정을 인상하는 와이어, 결정 원료를 수용하는 석영 도가니, 석영 도가니를 지지하는 흑연 도가니, 원료를 용융하기 위한 히터를 교환한 후의 배치에서는, 앞 배치에서 예를 들어 N영역의 결정이 인상되고, 이 결정품질 결과에 기초하여 설계된 제조조건으로 실리콘 단결정을 제조하여도, 앞 배치와 같이 N영역으로는 되지 않고, 품질이 규격을 벗어나게 되는 빈도가 높음을 발견하였다.

추가로 조사를 진행하였는바, 보다 구체적으로는, 예를 들어 와이어의 교환을 한 경우에 있어서는, 인상속도를 약간 고속으로 설정해 두면, 와이어의 신장으로 보상되고, 목표로 하는 인상속도로 되는 것이 확인되었다. 또, 흑연 도가니를 교환한 경우에는, 인상속도를 약간 내리는 방향으로 보정함으로써, 인상속도가 보정되고, 히터를 교환한 경우에 있어서는, 인상속도를 약간 높이는 방향으로 보정함으로써 인상속도가 보정되는 것을 발견하였다.

그러나, 이들 인상장치의 구성부재는, 사용시간의 경과에 따라서 열화 등에 의해 배치 사이에서 변화하게 된다. 또, 예를 들어, 매 배치 교환하는 석영 도가니는 그 중량이 어느 정도 격차를 가지고, 또 인상 개시 시에 원료의 융액면 위치가 동일한 소정 위치로 되도록 이동시킨 석영 도가니의 위치 이동량(표준 위치와의 차)도 흑연 도가니의 라이프, 노화상태, 그 외의 요인에 의해 변화한다. 이들에 따라 N영역 결정을 달성하기 위한 최적의 제조조건도 서서히 변화하는 것을 발견하였다.

또, 단결정의 제조공정을 요인으로 하는 것으로는, 예를 들어, 단결정이 흐트러져 재용융하는 시간을 포함한 실리콘 단결정의 인상을 개시하기까지의 시간, 또, 1개의 석영 도가니에서 복수의 실리콘 단결정을 육성하는 멀티플 링의 경우에는, 동일 배치의 앞에서 인상한 실리콘 단결정의 누계 길이와 초기 설정 길이와의 차이 등을 들 수 있고, N영역 등의 소정의 결정 품질을 달성할 수 있는 인상속도 등에 영향을 미치는 것이 밝혀졌다.

본 발명자들은, 이상과 같은 결정품질에 미치는 영향이 큰 인상장치의 구성부재의 교환이나 경시 변화 등에 의한 인상속도 F나 결정 고액계면 축방향 온도구배 G로의 영향량(변화량)이나, 다음 배치에서의 제조공정에 의한 영향량을 각각 조사하고, 이에 따라서 미리 그 영향량만큼 상기와 같은 종래의 시스템에 의해 설계한 조건으로 보정한 제조조건으로 실리콘 단결정을 인상함으로써, 보다 확실하게 소정의 결정품질의 실리콘 단결정을 얻을 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.

이하는, 본 발명의 실시의 형태에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

먼저, 본 발명의 실리콘 단결정의 제조시스템을 설명함에 있어서, CZ법에 의한 단결정 인상장치의 구성에 대하여 상술한다. 도 3에 그 구성의 일례를 나타낸다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 이 단결정 인상장치 30은, 인상실 31과, 인상실 31 중에 설치된 도가니 32와, 도가니 32의 주위에 배치된 히터 34와, 도가니 32를 회전시키는 도가니 유지축 33 및 그 회전기구(도시하지 않음)와, 실리콘의 종결정 9를 유지하는 시드 쵸크 11과, 시드 쵸크 11을 인상하는 와이어 10과, 와이어 10을 회전 또는 권취하는 권취기구(도시하지 않음)를 구비하여 구성되어 있다. 도가니 32는, 그 내측의 실리콘 융액 6을 수용하는 측에는 석영 도가니 36이 설치되고, 그 외측에는 흑연 도가니 37이 설치되어 있다. 또, 히터 34의 외측 주위에는 단열재 35가 배치되어 있다.

실리콘 단결정 5는, 원료의 실리콘 융액 6(융액면 7)로부터 와이어 10에 의해 인상되고, 결정 고액계면 8이 형성되어 있다.

이 단결정 인상장치 30은, 본 발명의 단결정 제조시스템으로 얻어지는 제조조건에 따라서 단결정 인상을 행할 수 있는 것이라면 좋고, 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 종래 사용되던 것으로 할 수 있다. 또, 자장을 인가하는 ＭCZ법에 의한 인상장치로 할 수도 있다.

그리고, 이와 같은 단결정 인상장치 30에 대하여, 이하에 나타내는 바와 같은 본 발명의 실리콘 단결정의 제조시스템이 구축되어 있고, 이 제조시스템에 의해 자동적으로 산출된 실리콘 단결정의 제조조건에 기초하여, 소정의 결정 품질의 실리콘 단결정을 인상하여 제조하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실리콘 단결정의 제조시스템의 일례를 나타내는 개략도이다.

본 발명의 제조시스템 38은, 먼저, 예를 들어 인상장치 30에 접속되고, 앞 배치에서 제조된 실리콘 단결정의 결정품질 결과로부터 다음 배치에서 제조하는 실리콘 단결정의 제조조건을 가설계하는 수단 1을 갖고 있다. 나아가, 다음 배치에서의 F/G의 값이 소정 범위 내로 제어되도록, 인상장치 30의 각 구성부재를 요인으로 하는 다음 배치의 F 및/또는 G의 변화량을 예측하여 그 보정량을 산출하는 수단 2와, 제조공정을 요인으로 하는 다음 배치의 F 및/또는 G의 변화량을 예측하여 그 보정량을 산출하는 수단 3이 배치되어 있다.

그리고, 상기 수단 1, 수단 2, 수단 3과 접속되고, 수단 1에서 가설계된 제조조건에, 수단 2 및/또는 수단 3으로부터 산출된 F 및/또는 G의 보정량을 가산하여, 다음 배치에서 제조하는 실리콘 단결정의 제조조건을 산출하는 수단 4가 배치되어 있다. 이 수단 4는 추가로 인상장치 30과 접속되고, 수단 4에서 얻어진 제조조건에 기초하여 실리콘 단결정을 인상할 수 있다.

또, 상기 각 수단은 컴퓨터로 이루어져 있고, 예를 들어 미리 설정해 둔 프로그램에 기초하여 자동적으로 데이터 처리할 수 있도록 되어 있다. 이 때문에, 예를 들어 사람의 손을 매개로 한 경우에 의한 계산간 차이 등이 일어나는 것을 효과적으로 방지하여 정확하게 처리할 수 있음과 동시에, 신속하게 데이터를 처리하여 제조조건을 산출할 수 있기 때문에, 설계에 수반하는 작업시간을 대폭적으로 단축화하여 작업효율을 향상시킬 수 있다.

그리고, 각 수단에 대하여 설명한다. 상기 수단 1은, 예를 들어 특개 제2005-162558호 공보에 개시되어 있는 본 발명자들에 의한 발명과 동일하게 할 수 있다. 전술한 바와 같이, 앞 배치에서의 실리콘 단결정의 결정품질 결과(앞 배치의 제조조건 및 실적데이터, 결정품질의 목표 및 실적 데이터 등을 포함한다)에 기초하여, 예를 들어 인상속도나 도가니 회전수 등의 제조조건을 재검토하고, 다음 배치에 대한 제조조건을 자동적으로 산출하는 것이다. 이 수단 1에 의해, 먼저, 다음 배치에서의 제조조건으로서, 기본으로 되는 조건을 설계할 수 있다. 또, 특히 특개 제2005-162558호 공보의 경우에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 상기 수단 2는, F나 G에 대하여 영향·변화를 미치는 요인 중, 예를 들어 와이어 10이나 석영 도가니 36, 흑연 도가니 37, 히터 34 등의 교환이나 그 경시변화라는 인상장치 30의 구성부재를 요인으로 하는 것에 대하여, 그 변화에 대응한 보정량을 구하는 것이다. 나아가서는, 석영 도가니 36의 중량변화나, 석영 도가니 36 내에 수용된 실리콘 융액 6의 융액면 7의 위치가, 단결정 인상을 개시할 때에 소정의 동일한 위치로 되도록 석영 도가니 36을 이동한 때의 그 이동량, 즉, 표준위치아 이동 후의 위치와의 위치 차 등에 대응한 보정량을 들 수 있다. 이때, 소정 결정품질이 얻어지도록, F/G의 값을 고려하여 최적의 상기 보정량이 산출된다. 이는 후술하는 수단 3에 대하여도 동일하다.

도 4의 그래프는, 각각, N영역 단결정으로 하기 위한, (Ａ)도가니 32를 요인으로하는 변화량에 대한 보정량, (Ｂ)히터 34를 요인으로 하는 변화량에 대한 보정량의 일례를 나타내고 있다. 보다 상세하게는, (Ａ)융액면 7의 위치가 단결정 인상의 개시시에 소정 위치로 되도록 이동한 석영 도가니 36의 이동량에 대한 보정량이고, (Ｂ)히터 라이프에 대한 보정량이다. 또, 와이어를 교환한 경우에는, 상술한 바와 같이, 예를 들어 F를 보다 고속으로 보정하여 조정할 수 있다. 이들 보정량은, 메이커 등에 따라 각각 변화한다.

상기 수단 3은, 다음 배치에서의 제조공정을 요인으로 하는 F나 G에 대한 변화량을 조사·예측하여 보정량을 구하는 것이다. 이 F나 G를 변화시키는 요인으로 되는 제조공정으로는, 예를 들어 원료의 용융 종료로부터 실리콘 단결정의 인상 개시까지에 필요한 시간을 들 수 있다. 나아가, 예를 들어 동일 배치에서 단결정을 복수개 인상하는 멀티플 링의 경우에는, 실리콘 단결정의 누계 길이의 초기 설정 길이와의 차를 들 수 있다. 즉, 멀티플링은, 초기설정에 기초하여 소정 길이분만 단결정을 인상, 그 후 원료를 추가하고, 나아가 단결정을 인상하지만, 그 인상되는 단결정의 길이를 초기 설정 값으로 완전히 일치시키는 것은 곤란하고, 이와 같은 차이가 생기는 것에 의해, 상기의 변화요인으로 된다.

상기 수단 3은, 이들 요인에 대한 보정량을 구할 수 있다.

도 5의 그래프는, 각각, (A)멀티플 링에 의한 실리콘 단결정의 누계 길이의 초기설정 길이와의 차, (B)원료의 용융 종료로부터 단결정 인상 개시까지에 요구되는 시간에 대하여, N영역 단결정으로 하기 위한 보정량의 일례를 나타내는 것이다.

또, 상기 수단 2나 수단 3에서 고려되는 요인은 이들로 한정되는 것은 아니고, 상기 예에서는, 특히 그 영향도가 높은 것을 예로 들어 설명하였으나, F 및/또는 G에 영향을 끼치도록 하는 요인이라면, 적절하게 추가할 수 있다. 예를 들어, 히터를 교환한 경우에는, 상술한 바와 같이, 히터의 메이커 등을 고려하면서, 장치 내에서의 배치 위치를 변경함으로써, F나 G로의 영향량을 고려한 보정량을 추가할 수 있다.

이상과 같은 수단 2나 수단 3에 의한 보정을 도입함으로써, 인상되는 실리콘 단결정의 결정품질을 목표로 하는 결정품질에 보다 근접시킬 수 있다.

그리고, 상기 수단 4는, 수단 1에서 가설계한 제조조건에 대하여, 수단 2 및/또는 수단 3에서 구한 보정량을 가산함으로써, 다음 배치 또는 다음의 결정 인상에 적용하는 제조조건을 산출한다. 이와 같이 하여, 소정 결정품질로 되도록, 즉, F/G의 값이 그 결정품질에 대응한 소정 범위 내로 제어되도록 산출된 제조조건에 기초하여, 인상장치 30에서 다음 결정을 인상하는 것으로 소정 결정품질의 실리콘 단결정 5를 인상할 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 실리콘 단결정의 제조시스템 38이면, 종래의 시스템에 의해 단지 앞 배치의 실적데이터를 고려하여 다음 배치의 제조조건을 설계하는 것에 머무르지 않고, 나아가, 종래에는 고려되지 않은 다음 배치에 관한 F 및/또는 G를 변화시키는 요인도 고려하고, 이에 대응한 보정을 행하여 제조조건을 얻고 있기 때문에, 종래의 제조시스템에 비하여 한층 확실하게 소정의 결정품질, 특별하게는 N영역의 실리콘 단결정을 제조할 수 있다.

이하, 본 발명의 제조시스템 38을 이용한 실리콘 단결정의 제조방법의 일례에 대하여, 도 2의 플로우챠트를 참조하여 설명한다.

먼저, 예를 들어, 특개 제2005-162558호 공보에 개시되어 있는 방법으로서, 수단 1에 의해, 앞 배치의 제조조건 및 실적데이터, 결정품질의 목표 및 실적데이터로부터, 다음 배치에서 인상하는 실리콘 단결정을 목표 결정품질로 하기 위한 제조조건을 가설계한다(F1).

그리고, 다음 배치에서 사용하는 인상장치 30에 있어서, 결정 고액계면 축방향 온도구배 G나 인상속도 F에 영향을 미치는 구성부재의 정보를 확인한다(F2). 전술한 바와 같이, 석영 도가니 36, 흑연 도가니 37, 히터 34, 와이어 10 등에 대하여 메이커나 사용시간, 경시변화에 의한 상태, 교환의 유무 등의 정보를 각각에 대하여 확인한다.

이들 정보로부터, 수단 2에 의해, F 및/또는 G에 대한 변화량을 조사 등에 의해 예측하고, 다음 배치에서 인상하는 단결정의 결정품질이 소정의 것으로 되도록, 그 보정량을 계산한다(F3).

구체적으로는, 와이어 교환과 같이 직접 인상속도 F에 영향을 미치는 파라메터에 더하여, 히터나 흑연 도가니의 교환, 석영 도가니의 중량 등의 G에 영향을 미치는 파라메터에 대하여, 각각의 변화분에 대응하여 보정량을 구한다. 이때, 각 조건을 변화시킨 경우의 결정품질의 조사결과로부터 최적의 보정량을 구할 수 있다.

그리고, 수단 1에 의해 가설계한 제조조건에, 수단 2에 의해 구한 보정량을 가산하여, 다음 배치에서 인상하는 단결정의 제조조건을 수단 4에 의해 설계한다(F4).

이 제조조건으로 멀트플 링 1개 마다의 실리콘 단결정을 제조한다(F5).

다음으로, 예를 들어 동일 배치에서 복수 개 인상하는 멀티플 링은, 수단 3에 의해, 용융종료에서부터 실리콘 단결정의 인상을 개시하기까지의 시간 및/또는 실리콘 단결정의 누계 길이의 초기설정 길이와의 차를　계산하고(F6), 다음으로 인상하는 실리콘 단결정의 제조조건의 보정량을 계산한다(F7). 즉, 상기F4에서 구한 제조조건(수단 1에 의한 제조조건에 수단 2에 의한 보정을 행한 제조조건)에, 추가로 F7에서 구한 보정량을 가산하고, 다음으로 인상하는 단결정의 제조조건을 설계하고(F8), 그 제조조건으로 멀티 2개째 이후의 실리콘 단결정을 제조한다(F5).

또, 상기 예에 한하지 않고, 전술한 바와 같이, 예를 들어 융액 면 7을 소정 위치로 하기 위한 석영 도가니 36의 위치 이동량 등으로부터 산출한 보정을, 적절하게 수단 1로써 도출된 제조조건에 추가하는 것이 가능하다.

코스트나, 목표로 하는 품질 레벨 등에 의해, 그때마다 필요한 보정 내용을 결정할 수 있다.

또, 이들 수단 2나 수단 3에 의해 산출되는 보정량을 정기적으로 재검토하는 것이 좋다. 즉, 이들 보정량을 산출함에 있어서는, 예를 들어 과거의 경험이나 데이터로부터 적절하다고 생각되는 식을 적용하여 산출할 수 있으나, 정기적으로 이 보정식이 올바른지 어떤지의 검증을 실시하고, 적절하게 보정식을 변경함으로써, 보다 적절한 보정량을 도출할 수 있다. 이와 같은 재검토를 행하면, 소정의 결정품질의 재현성을 더욱 개선할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서는, 종래의 앞 배치의 데이터를 기본으로 설계한 제조조건에 의해 단결정을 제조하는 제조방법에 대하여, 추가로, 다음 배치에서 사용하는 인상장치 30의 구성부재나 다음 배치에서의 제조공정을 요인으로 하는 F 및/또는 G의 변화에 대응하여 F/G가 소정의 범위로 되도록 보정을 행하기 때문에, 보다 확실하게 소정 결정품질의 실리콘 단결정을 제조할 수 있다.

특별하게는, N영역 단결정과 같은 제조 마진이 비교적 협소한 결정품질을 달성함에 있어서 유효하다. 이 N영역을 달성하는 제조마진은, 결정직경이 대구경으로 될수록 협소해진다. 직경이 예를 들어 200mm 미만의 소구경에서는, 종래 법에 의해서도 어느 정도의 수율, 생산성으로 N영역 단결정을 제조할 수 있으나, 직경이 200mm 이상에서는 곤란하다.

한편, 본 발명의 제조방법에서는, 직경이 200mm 미만인 경우는 물론, 직경이 200mm 이상의 단결정을 제조함에 있어서도, 그 유효성이 특히 현저하고, 직경이 300mm 이상의 대직경에서는, 그 효과는 더욱 현저하게 된다.

[도 1] 본 발명의 실리콘 단결정의 제조시스템의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.

[도 2] 본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법의 순서의 일례를 나타내는 플로우챠트이다.

[도 3] 본 발명의 실리콘 단결정의 제조시스템을 구축할 수 있는 인상장치의 일례를 나타내는 구성 개략도이다.

[도 4] 수단 2에 의해 산출되는 보정량의 일례를 나타낸 그래프이다.

[도 5] 수단 3에 의해 산출되는 보정량의 일례를 나타낸 그래프이다.

[부호의 설명]

5-실리콘 단결정, 6-실리콘융액, 7-융액면

8-결정고액계면, 9-종결정, 10-와이어,

11-시드 쵸크, 30-단결정 인상장치,

31-인상실, 32-도가니, 33-도가니 유지 축,

34-히터, 35-단열재, 36-석영 도가니,

37-흑연 도가니, 38-본 발명의 실리콘 단결정의 제조시스템.

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이로 한정되지 않는다.

(실시예 1)

구경 600mm(24인치)의 석영 도가니를 사용하고, ＭCZ법으로 직경200mm의 실리콘 단결정을 인상하였다. 이때의 결정품질은 곧은 구간 전체 길이의 80％가 세로방향 전면 N영역으로 되었다. 그리고, 그 다음의 배치에서 와이어 교환을 실시하고, 새로운 와이어로 단결정의 인상을 행하였다.

이때, 본 발명의 제조시스템에 의해, 먼저 앞 배치의 실적데이터에 의해 제조조건을 가설계하면서, 그 가설계된 제조조건에 대하여, 와이어의 신장을 고려하여, 인상속도를 +0.005mm/min 보정한 제조조건으로 실리콘 단결정을 제조하였다.

그 결과, 앞 배치와 동일하게, 결정품질은 곧은 구간 전체 길이의 80％가 세로방향 전면 N영역으로 되고, 고품질의 단결정을 재현할 수 있었다.

(비교예 1)

구경 600mm(24인치)의 석영 도가니를 사용하고, ＭCZ법으로 직경200mm의 실리콘 단결정을 인상하였다. 이때의 결정품질은 곧은 구간 전체 길이의 80％가 세로방향 전면 N영역으로 되었다. 그리고, 그 다음의 배치에서 와이어 교환을 실시하고, 새로운 와이어로 단결정의 인상을 행하였다.

이때, 인상속도를 보정하지 않고, 앞 배치와 동일한 제조조건으로 실리콘 단결정을 제조하였다.

그 결과, 앞 배치와 같이 결정품질이 곧은 구간 전체 길이에 걸쳐 세로방향 전체 면 N영역으로는 되지 않고, 전위 클러스터가 발생하여, 결정 1개 전체가 품질 불량으로 되었다.

(실시예 2)

구경 800mm(32인치)의 석영 도가니를 이용하고, ＭCZ법으로 직경 300mm의 실리콘 단결정을 인상하였다. 이때의 결정품질은 곧은 구간 전체 길이의 60％가 세로방향 전면 N영역으로 되었다. 그리고, 그 다음의 배치에서 흑연 도가니를 교환하여 단결정의 인상을 행하였다.

그리고, 본 발명의 제조시스템에 의해, 다음의 배치에서는 앞 배치의 실적 데이터로부터 곧은 구간의 세로방향 전면 N영역으로 된 부분을 +0.002mm/min 수정하고, 나아가 흑연 도가니의 교환에 수반하여, 동일 탕의 면 위치를 유지하기 위한 도가니 위치 변화량의 변화를 고려하여, 전체 인상속도를 -0.001mm/min 쉬프트시킨 제조조건으로 실리콘 단결정을 제조하였다.

그 결과, 결정품질은 곧은 구간 전체 길이의 70％가 세로방향 전면 N영역으로 되고, 앞 배치에 비교하여, 세로방향 전면 N영역의 수율이 향상하였다. 이와 같이, 로 내 구성부재를 교환하였음에도 불구하고, 본 발명에 의해 앞 배치의 실리콘 단결정을 재현하는데만 머무르지 않고, 보다 소정의 결정품질로 할 수 있도록 개선하는 것이 가능하다.

(비교예 2)

구경 800mm(32인치)의 석영 도가니를 사용하고, ＭCZ법으로 직경 300mm의 실리콘 단결정을 인상하였다. 이때의 결정품질은 곧은 구간 전체 길이의 60％가 세로 방향 전면 N영역으로 되었다. 그리고, 그 다음의 배치에서 히터를 교환하였다. 그리고, 다음의 배치에서는, 제조조건을 앞 배치의 실적 데이터로부터 곧은 구간의 세로방향 전면 N영역으로 된 부분만을 -0.002mm/min 수정하였으나, 히터교환의 G에 미치는 영향은 하지 않았다. 이 제조조건으로 실리콘 단결정을 제조하였다.

그 결과, 결정품질은 곧은 구간 전체 길이에 대하여 세로방향 전면 N영역은 20％에 머물고, 앞 배치에 비교하여, 세로방향 전면 N영역의 수율이 대폭적으로 저하하였다.

(실시예 3)

구경 800mm(32인치)의 석영 도가니를 사용하여, ＭCZ법으로 직경 300mm의 실리콘 단결정을 인상하였다. 이때의 결정품질은 곧은 구간 전체 길이의 60％가 세로방향 전면 N영역으로 되었다. 그리고, 그 다음의 배치에서 히터를 교환하였다. 그리고, 다음의 배치에서는 앞 배치의 실적 데이터로부터 곧은 구간의 세로방향 전면 N영역으로 된 부분을 -0.002mm/min수정하고, 나아가 히터교환의 G에 미치는 영향을 고려하여, 히터 위치를 20mm 상방으로 쉬프트시킴으로써 G를 보정한 제조조건으로 실리콘 단결정을 제조하였다.

그 결과, 결정품질은 곧은 구간 전체 길이의 70％가 세로방향 전면 N영역으로 되고, 앞 배치에 비교하여, 세로방향 전면 N영역의 수율이 향상하였다.

(비교예 3)

구경 800mm(32인치)의 석영 도가니를 이용하여, ＭCZ법으로 직경 300mm의 실리콘 단결정을 인상하는 경우에 있어서, 앞 배치의 실적 데이터로부터, 다음의 제 조조건으로 피드백한 결과계의 정보를 피드백하여 다음의 제조조건을 설계하고, 세로방향 전면 N영역으로 되도록, 10개의 실리콘 단결정을 제조하였다.

그 결과, 평균 N영역 달성율은 40％이었다.

(실시예 4)

구경 800mm(32인치)의 석영 도가니를 이용하여, ＭCZ법으로 직경 300mm의 실리콘 단결정을 인상하는 경우에 있어서, 앞 배치의 실적 데이터로부터, 다음의 제조조건으로 피드백하는 결과계의 정보를 피드백하여 다음의 제조조건을 가설계하고, 나아가 인상장치의 구성부재의 정보, 즉, 요인계의 정보로부터 구한 보정량을 상승시키고, 다음으로 인상하는 제조조건을 설계하여, 10개의 실리콘 단결정을 제조하였다.

이때, 요인계의 정보로서, 와이어 교환의 유무, 히터교환의 유무 및 사용시간, 석영 도가니 중량을 보정하였고, 흑연 도가니의 경시변화에 수반하여 석영 도가니의 위치 조정량을 고려하였다.

그 결과, 평균 N영역 달성율은 80％로 되어, 극히 높은 달성율로 되었다.

또, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는, 예시이고, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용 효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

이와 같이, 본 발명의 실리콘 단결정의 제조시스템 및 이를 이용한 실리콘 단결정의 제조방법에 의해, 예를 들어 인상장치의 구성부재를 교환하여도, 그 F나 G에 대한 영향을 고려한 제조조건을 설계할 수 있고, 소정의 결정품질을 갖는 실리콘 단결정을 제조할 수 있으며, 생산성이나 수율의 향상을 실현할 수 있다. 또, 이 최적 제조조건의 설계는 자동으로 행할 수 있기 때문에, 효율이 좋다.

Claims (12)

1. 쵸크랄스키법을 이용한 인상장치에 의해 제조되는 실리콘 단결정의 결정품질을 목표 규격 내로 하기 위해서, 인상속도 F와 결정 고액계면 축방향 온도구배 G의 비 F/G의 값을 소정 범위 내로 제어하는 제조조건을 설계하는 제조장치에 있어서, 적어도, 자동으로

   앞 배치에서 제조된 실리콘 단결정의 결정품질 결과로부터 다음 배치에서 제조하는 실리콘 단결정의 제조조건을 가설계하는 수단 1과,

   다음 배치에서 사용하는 인상장치의 제조되는 실리콘 단결정을 인상하는 와이어, 상기 실리콘 단결정의 원료를 수용하는 석영 도가니, 상기 석영 도가니를 지지하는 흑연 도가니, 상기 실리콘 단결정의 원료를 용융하기 위한 히터 중 적어도 1개 이상의 것의, 적어도 교환 및 경시 변화 중 1개 이상을 요인으로 하는 다음 배치의 F 및 G 중 적어도 1개의 변화량을 예측하여 F/G의 값이 소정 범위 내로 제어되도록 보정량을 산출하는 수단 2와,

   다음 배치에서의 상기 실리콘 단결정의 원료의 용융 종료로부터 실리콘 단결정의 인상 개시까지의 시간, 멀티플 링에서의 동일 배치의 앞에서 인상한 실리콘 단결정의 누계 길이와 초기 설정의 누계 길이의 차 중 적어도 어느 1개 이상의 것을 요인으로 하는 다음 배치의 F 및 G 중 적어도 1개의 변화량을 예측하여 F/G의 값이 소정 범위 내로 제어되도록 보정량을 산출하는 수단 3과,

   상기 수단 1에서 가설계된 제조조건에, 상기 수단 2 및 상기 수단 3 중 적어도 1개의 수단으로부터 산출된 F 및 G 중 적어도 1개의 보정량을 가산하여, 다음 배치에서 제조하는 실리콘 단결정의 제조조건을 산출하는 수단 4

   를 구비하는 것임을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조장치.
2. 제 1항에 기재된 실리콘 단결정의 제조장치를 이용하여 실리콘 단결정을 제조하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
3. 제 2항에 기재된 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서, N영역 단결정을 제조하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 수단 2 및 수단 3 중 적어도 1개의 수단에 의해 산출되는 보정량을, 정기적으로 재검토하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
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