KR101483435B1 - 단결정 직경의 검출방법 및 단결정 인상장치 - Google Patents

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스스므 소노카와
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신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 쵸크랄스키법에 의해 육성되는 단결정의 직경을 검출하는 방법으로, 카메라와 로드셀 모두에 의해 각각의 단결정의 직경을 검출하고, 카메라 검출 직경과 로드셀에 의해 산출한 직경과의 차이와, 상기 단결정의 성장속도에 따라 미리 구한 보정계수(α)에 의해 상기 카메라 검출 직경을 보정하고 이 보정에 의해 얻은 값을 상기 단결정의 직경으로 하는 것을 특징으로 하는 단결정 직경의 검출방법 및 인상하는 단결정의 직경을 검출하기 위한 카메라와 로드셀 모두를 구비하는 단결정 인상장치다. 이에 의해 대구경, 고중량결정의 직경의 측정 정밀도를 향상시키고 수율의 향상과 품질 불균형의 저감을 달성할 수 있게 된다.

Description

단결정 직경의 검출방법 및 단결정 인상장치{SINGLE CRYSTAL DIAMETER DETECTING METHOD AND SINGLE CRYSTAL PULL―UP APPARATUS}
본 발명은 쵸크랄스키법에 의해 육성되는 단결정의 직경을 검출하는 방법 및 단결정 인상장치에 관한 것이다.
반도체 실리콘 단결정 육성방법으로 쵸크랄스키법(Czochralski Method, 이하CZ법)이 알려져 있다. 이 방법에서는 종결정을 융액에 담그고 회전시키면서 서서히 위쪽으로 인상함으로써 단결정을 육성한다. 단결정은 어느 한 구경을 목표로 제조된다. 예를 들면, 최종제품이 8인치(200mm)인 웨이퍼라면 그 지름보다 조금 큰 200에서 210mm로 결정을 제조하는 것이 일반적이다. 그 후 결정은 원통형으로 외주가 연삭되어 웨이퍼 형상으로 슬라이스된 후 면취공정을 거쳐 최종적인 목표 웨이퍼 직경이 된다. 단결정제조에서의 목표 직경은 최종제품의 웨이퍼 직경보다 커야 한다. 하지만, 너무 크면 연삭 연마 마진이 증가해 경제적이지 않다. 따라서, 웨이퍼보다 크면서 가능한 한 작은 직경의 단결정이 요구된다.
CZ법에서 직경을 제어하는 방법에는 주로 광학식(카메라 방식)과 중량방식(로드셀 방식)의 2가지가 있다. 광학식에서는 노(爐) 밖에 설치한 카메라로 석영유리를 통해 노내의 육성결정을 관측한다. 카메라로 촬영한 화상을 처리하여 결정의 가장자리의 위치를 알아내고 그 위치를 좌표화하여 직경으로 환산한다. 또한 광학식에서는 결정의 양단을 측정하는 방법, 결정의 한 쪽을 측정하는 방법, 원호의 곡률에서 직경을 알아내는 방법 등이 있다.
하지만 카메라로 결정의 양단을 측정하는 방법은 결정의 대구경화에 따라 도 1에 나타낸 바와 같은 직경(D) 전체를 촬영하는 것이 곤란해 진다. 또한 전체를 촬영했다고 하더라고 해상도가 열화하는 문제가 있다. 또한 예를 들면 특개 2004-35352호 공보에 나타나 있는 바와 같이 인상장치에 설치하는 카메라를 2개로 하고, 각각의 카메라를 사용해 양단을 보는 방법도 있으나 카메라의 상대위치의 어긋남에 따른 오차가 문제가 된다.
또한, 결정의 한 쪽을 측정하는 방법으로 도 2에 나타낸 바와 같이 가상중심점에서의 거리(R)로 직경을 알아내는 방법을 들 수 있으나 카메라의 위치 어긋남에 따라 가상점이 어긋나 측정오차가 발생한다.
또한, 광학식에는 도 3에 나타낸 바와 같이 원호의 곡률에서 중심점으로부터의 거리(R)를 산출하여 직경을 찾아내는 방법도 있으나 이 방법에는 결정이 대구경화에 따라 곡률이 작아지며 측정오차가 커지는 문제가 있다.
이상과 같이 광학식에 의한 단결정 직경의 검출방법에서는 결정의 대구경화나 검출용 카메라의 어긋남에 따른 측정오차가 발생하는 문제가 있다. 예를 들면 결정 직경이 어긋난 경우, 직경 부족에 의한 불량품의 제조, 직경과다에 의한 마진 증가로 인한 수율 저하라는 문제가 발생한다. 또한 결정의 성장조건은 결정 성장 방향에 조건을 변화시키면서 품질의 균일화를 달성하고 있으나 결정의 직경이 목표에서 어긋남에 따라 도가니 내의 실리콘 융액의 양이 목표에서 어긋나 이에 따른 품질불량이라는 문제도 발생시키게 된다.
한편, 중량방식에서는 예를 들면 특개평9-175893호 공보에 나타낸 바와 같이 로드셀이라 불리는 중량계를 상축에 구비하고 성장하는 결정의 중량을 측정하는 방법(로드셀 방식)이 일반적이다. 로드셀 방식은 단위길이당의 중량의 증가분에서 결정의 직경을 산출하는 방법이다. 이 방법은 광학식과 같은 오차는 발생하지 않으며 로드셀단체의 오차를 파악해 두면 직경의 측정은 가능하다. 그러나 결정의 고중량화에 따라 로드셀의 최대허용중량을 크게 할 필요가 있으며 이 때 측정오차가 증대해 버리거나 감도가 저하하여 단시간에 직경을 산출할 수 없게 되어 단시간에 직경이 커진 경우, 결정의 성장속도를 높여 직경을 목표로 되돌려야 하지만 단시간에 제어할 수 없어서 요철의 결정을 제조하는 문제가 있다. 또한 육성하는 단결정이 요철의 결정의 경우 이 요철부분에서의 품질의 불균형이 커지거나 혹은 홈(凹)부분에서 직경부족에 의해 불량품을 제조하는 문제가 발생한다.
여기서, 상기 문제를 해결하기 위해서 본 발명은 대구경, 고중량결정의 직경의 측정 정밀도를 향상시키고 수율의 향상과 품질 불균형의 저감을 달성할 수 있는 단결정 직경의 검출방법 및 단결정 인상장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 쵸크랄스키법에 의해 육성되는 단결정의 직경을 검출하는 방법으로, 카메라와 로드셀 모두에 의해 각각의 단결정의 직경을 검출하고 카메라 검출 직경과 로드셀에 의해 산출한 직경과의 차이와 상기 단결정의 성장속도에 따라 미리 구한 보정계수(α)에 의해 상기 카메라 검출 직경을 보정하고 이 보정에 의해 얻은 값을 상기 단결정의 직경으로 하는 것을 특징으로 하는 단결정 직경의 검출방법이다.
이와 같이 쵸크랄스키법에 의해 단결정을 육성할 때 카메라와 로드셀 모두에 의해 각각의 단결정의 직경을 검출하고 카메라 검출 직경과 로드셀에 의해 산출한 직경과의 차이와 상기 단결정의 성장속도에 따라 미리 구한 보정계수(α)에 의해 상기 카메라 검출 직경을 보정하고 이 보정에 의해 얻은 값을 상기 단결정의 직경으로 함으로써 대구경, 고중량결정의 직경의 측정 정밀도를 향상시키고 수율의 향상과 품질 불균형의 저감을 달성할 수 있다.
또한 상기 보정은 상기 카메라 검출 직경과 로드셀에 의해 산출한 직경과의 차이에 상기 보정계수(α)를 곱하거나 또는 가산한 값을 상기 카메라 검출 직경에 가산하여 행하는 것이 바람직하다.
이와 같이 카메라 검출 직경과 로드셀에 의해 산출한 직경과의 차이에 보정계수(α)를 곱하거나 또는 가산한 값을 상기 카메라 검출 직경에 가산하여 이 카메라 검출 직경을 보정함으로써 직경의 절대치의 정밀도를 향상시킬 수 있으며 대구경, 고중량결정의 직경의 측정 정밀도를 향상시키고 효과적으로 수율의 향상과 품질 불균형의 저감을 달성할 수 있다.
또한 상기 단결정 직경의 검출방법은 상기 단결정의 직동 10cm이후의 직경을 측정하는 것이 바람직하다.
이와 같이 단결정의 직동(直胴) 10cm이후의 직경을 본 발명의 단결정 직경검출방법에 의해 측정함으로써 직동이 길어지면서 검출하는 직경의 절대치의 정밀도가 낮아지는 종래의 문제를 해결하고 대구경, 고중량결정의 직경의 측정 정밀도를 향상시키고 보다 효과적으로 수율의 향상과 품질 불균형의 저감을 달성할 수 있다.
또한 상기 로드셀에 의해 산출하는 직경은 상기 단결정의 직동의 평균구간내의 단결정 중량에서 구한 직경의 평균이며, 상기 평균구간의 영역은 10cm이상으로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 로드셀에 의해 단결정의 직동의 평균구간내의 단결정 중량에서 구한 직경의 평균치를 산출하고 상기 평균구간의 영역은 10cm이상으로 함으로써 로드셀중량에 의해 검출되는 직경의 정밀도가 높아져 카메라 검출 직경의 보정의 정밀도가 높아지고 효과적으로 대구경, 고중량결정의 직경의 측정 정밀도를 향상시키고 수율의 향상과 품질 불균형의 저감을 달성할 수 있다.
또한 상기 직경검출을 상기 단결정의 직동 10cm이후에 적어도 1회 행하는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명의 단결정 직경검출방법에 따른 직경검출을 단결정의 직동10cm이후에 적어도 1회 행함으로써 매우 고정밀도인 단결정의 직경검출을 행할 수 있으며 보다 효과적으로 대구경, 고중량결정의 직경의 측정 정밀도를 향상하고 수율의 향상과 품질 불균형의 저감을 달성할 수 있다.
또한 본 발명에서는 쵸크랄스키법에 의한 단결정 육성을 하기 위한 단결정 인상장치로, 적어도 인상하는 단결정의 직경을 검출하기 위한 카메라와 로드셀 모두를 구비하는 것인 것을 특징으로 하는 단결정 인상장치가 제공된다.
이와 같이 쵸크랄스키법에 의한 단결정 육성을 하기 위한 단결정 인상장치가 적어도 인상하는 단결정의 직경을 검출하기 위한 카메라와 로드셀 모두를 구비하는 것이면 카메라 및 로드셀 방식의 각각의 장점을 살려 상호의 결점을 보완할 수 있으며 고정밀도로 단결정 직경의 검출을 행할 수 있는 단결정 인상장치를 제공할 수 있다.
또한 상기 단결정 인상장치는 이 단결정 인상장치에서 상기 본 발명의 단결정 직경의 검출방법에 의해 단결정의 직경의 검출이 행해지는 것인 것이 바람직하다.
이와 같이 상기한 카메라와 로드셀 모두를 구비하는 단결정 인상장치에서, 본 발명의 단결정 직경의 검출방법에 의해 단결정의 직경의 검출이 행해짐으로써 카메라 및 로드셀 방식의 각각의 장점을 살리면서 서로의 단점을 보완할 수 있어서 보다 효과적으로 대구경, 고중량결정의 직경의 측정 정밀도를 향상시키고 수율의 향상과 품질 불균형의 저감을 달성할 수 있다.
본 발명에 관한 단결정 직경의 검출방법 및 단결정 인상장치이면 대구경, 고중량결정의 직경의 측정 정밀도를 향상시키고 수율의 향상과 품질 불균형의 저감을 달성할 수 있는 단결정 직경의 검출방법 및 단결정 인상장치를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 광학식에 의한 카메라로 결정의 양단을 측정하는 방법을 나타내는 도이다.
도 2는 종래의 광학식에 의한 카메라로 결정의 한 쪽을 측정하는 방법을 나타내는 도이다.
도 3은 종래의 광학식에 의한 원호의 곡률에서 직경을 알아내는 방법을 나타내는 도이다.
도 4는 본 발명의 단결정 인상장치의 일 예를 나타내는 단면계략도이다.
도 5는 본 발명의 단결정 직경의 검출방법의 플로우를 나타내는 도이다.
도 6은 결정성장계면 형상의 일 예이다.
도 7은 실시예에서 사용한 단결정 인상장치의 성장속도와 보정계수와의 관계를 나타내는 도이다.
도 8은 실시예 1, 2 및 비교예에서 평가한 단결정 직동 40cm에서의 직경의 불균형(표준편차σ)을 나타내는 도이다.
도 9는 실시예 1, 2 및 비교예에서 평가한 단결정 직동 40cm에서의 직경의 불균형(표준편차σ)의 히스토그램을 나타낸 도다.
도 10은 실시예 3에서의 보정을 산출하는 평균구간(L2-L1)과 로드셀의 직경산출오차의 관계를 나타내는 도이다.
도 11은 실직경의 평균직경과 로드셀에 의해 산출한 직경의 상관도의 일 예를 나타내는 도이다.
상술한 바와 같이 종래, 직경을 제어하는 방법에는 주로 광학식(카메라 방식)과 중량방식(로드셀 방식)의 2가지 방식이 있었다. 하지만, 상술한 바와 같이 광학식에는 결정의 대구경화나 검출용 카메라의 어긋남에 의해 측정오차가 발생하는 문제가 있으며, 중량방식(로드셀 방식)에는 결정의 고중량화에 의해 로드셀의 최대허용중량을 크게할 필요가 있으며 이 때 측정오차가 증대하거나 혹은 감도가 저하하여 단시간에 직경을 산출할 수 없게 되어 단시간에 직경이 커진 경우 결정의 성장속도를 높여 직경을 목표로 되돌리는 등의 단시간에 제어할 수 없으며(즉, 감도가 낮고), 요철의 결정을 제조하는 문제가 있었다.
본 발명자는 상기 문제를 해결하기 위해 우선 광학식(카메라 방식) 및 중량방식(로드셀 방식)의 각각의 특성(장점·단점)을 조사했다. 그 결과를 표로 한 것을 이하에 나타낸다(표 1).
방식 장점 단점
광학식 상대변화에 민감하고, 단시간의 변동을 제어하는데 적합함 절대치 정밀도가 낮음
중량방식 절대치 정밀도가 높음 고중량결정제조에서는 감도가 저하하기 때문에(정밀도는 통상적으로 MAX의 OO%라는 규격이기 때문에), 단시간의 변동을 제어하는 것은 곤란.
표 1에서, 카메라 방식(광학식)은 단시간의 단결정 직경의 변동을 제어하기에는 적합하나 검출하는 직경의 절대치 정밀도가 낮다는 것을 알 수 있다. 한 편, 중량방식(로드셀 방식)에는 절대치 정밀도는 높으나 고중량결정제조로는 감도가 저하하기 때문에 단시간의 단결정 직경의 변동을 제어하는 것이 어렵다는 결점이 있다.
그래서 본 발명자는 예의연구를 거듭한 결과, 카메라 방식(광학식)과 로드셀 방식(중량방식)을 조합하여 각각의 장점을 살리면서 서로의 단점을 보완할 수 있는 본 발명에 관한 단결정 직경의 검출방법 및 단결정 인상장치를 완성시켜 검출하는 단결정 직경의 절대치의 정밀도의 향상을 실현시켰다.
이하, 본 발명의 실시 형태에서 구체적으로 설명하지만 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 단결정 인상장치의 일 예를 나타내고 단면계략도이다. 이 단결정 인상장치(11)에는 와이어(1)의 하단에 시드척(2)이 유지하는 종결정(3)을 도가니(5) 내의 융액(6)에 담그고 그 후 상기 종결정을 인상함으로써 단결정(4)을 육성할 때, 상기 단결정(4)의 중량을 측정할 수 있는 로드셀(중량계, 10)이 와이어(1)의 상단에 구비되며 또한, 노 밖에는 석영유리를 통해 노 내를 관측할 수 있는 직경검출용 카메라(9)가 설치되어 있다. 또한 단결정 육성시에는 히터(7)의 외측에 단열부재(8)가 구비되어 챔버를 보호하도록 하고 있다.
상기 로드셀(10)에 의해 측정된 단결정(4)의 중량의 단위 길이당의 증가분에서 단결정의 직경을 산출할 수 있다. 또한 상기 직경검출용 카메라(9)는 이 카메라에 의해 쵤영된 노내의 화상을 처리하고 단결정(4)의 가장자리의 위치를 알아내 그 위치를 좌표화함으로써 단결정(4)의 직경을 검출할 수 있다.
다음으로 본 발명에 관한 단결정 직경의 검출방법에 대해서 설명한다. 도 5는 본 발명의 단결정 직경의 검출방법의 플로우를 나타내는 도이다. 계산을 개시하는 단결정의 직동 길이 L1에서 로드셀에 의해 단결정의 중량 Wt1을 측정한다. 직동길이 L2까지 단결정을 인상, 다시 로드셀에 의해 단결정의 중량 Wt2를 측정한다. 다음으로 로드셀에 의해 측정한 단결정의 중량(Wt1, Wt2)에서 L1에서 L2까지의 평균구간내의 직경의 평균(Dw)을 산출한다. 이 때, 로드셀중량에서의 환산직경(Dw)을 산출하기 위한 계산식은 Dw = 2 X √((Wt2 - Wt1) / (π x (L2 - L1) X 2.33))로 할 수 있다(2.33:실리콘 단결정의 비중).
한편 로드셀에 의한 단결정의 중량측정과 병행하여 카메라로 L1에서 L2까지 수 차례 직경을 검출하고, 얻은 직경을 적산하여 적산치(T1)를 산출한다. 또한 이 때, 적적한 회수를 카운트하며, 산출된 적산치(T1)를 카운트한 적산회수(C1)로 나눔으로써 카메라 검출 직경(Do)을 산출한다.
다음으로 카메라검출 직경의 보정을 행한다. 구체적으로는 상기 카메라 검출 직경인 Do와 로드셀에 의해 산출한 직경(Dw)과의 차이를 구하고 그 차이에 보정계수(α)를 곱하거나 또는 가산한 값을 상기 카메라 검출 직경에 가산한다. 이 보정을 완료시키고, 보정으로 얻은 값으로 직경을 제어하여 단결정의 인상을 행한다. 또한 2회째 이후의 보정은 다음의 보정연산개시길이까지 도달하면 동일한 연산을 반복하여 행한다.
또한, 보정계수(α)는 단결정의 성장속도에 따라 이미 구한 수치이다. 로드셀 중량은 정지상태에서 결정을 매달았을 때 측정할 수 있는 중량이다. 하지만, 실제 결정제조시는 결정성장계면의 형상이나 표면장력의 존재 등으로 로드셀에 의한 중량으로부터의 환산직경과 실제 직경에 차이가 생긴다. 즉, 도 6에 화살표로 나타낸 바와 같이 성장계면이 형상은 같은 제조방법이라면 결정성장속도가 클수록 상부 돌출 형상이 커진다. 이 오차는 실제 결정을 제조하고 인상장치별로 측정함으로써 구할 수 있으나 이 상부 돌출 형상만 예상할 수 있으면 중량으로부터의 환산직경과 실제 직경의 차이는 어느 정도 예측할 수 있다. 그래서, 인상장치 별로 성장속도와 보정계수의 관계를 미리 구해두고 구한 보정계수(α)에 의해 상술한 바와 같은 보정을 행할 필요가 있다.
또한 도 6과 같이 성장계면의 형상이 변하는 것과 같은 장치 등의 제조조건이 변경되면 성장속도와 보정계수의 관계의 기울기도 변하기 때문에 제조조건별로 상기 관계를 구할 필요가 있다. 한편 제조조건이 바뀌지 않으면 그 성장속도와 보정계수의 관계는 변하지 않기 때문에 제품제조 전에 한 번 이 관계를 분명하게 하면 재차 실험을 행할 필요가 없다. 구체적으로 보정계수를 구하는 방법으로는 실제로 결정을 성장시켜 실직경의 평균직경과 로드셀에 의해 산출한 직경의 상관도(예를 들면, 도 11)를 작성한 후 상관선을 그음으로써 이 때의 인상속도의 보정계수를 구할 수 있다. 이 때 단결정을 적어도 3개이상 제조하면 보정계수를 정확하게 구할 수 있다. 이 경우, 기울기를 1로 하고 절편을 구하는 방법을 행하면 보정계수는 본 발명에서의 가산하는 보정계수가 되고 절편을 제로로 하고 기울기를 구하는 방법을 행하면 보정계수는 곱한 보정계수가 된다. 상관계수가 강한 쪽에서의 보정으로 충분하며 정해진 구간에서는 가산과 곱셈을 병용할 필요가 없다.
또한 최저한 2종류의 인상속도로 보정계수를 구함으로써 예를 들면 도 7에서의 그래프를 구할 수 있다. 이 도 7은 실제로 결정을 성장시키고 도 11에 나타낸 바와 같은 실직경의 평균직경과 로드셀에 의해 산출한 직경의 상관도를 작성한 후 상관선을 그음으로써 이때의 인상속도에서의 가산하는 보정계수를 구한 것이다. 어느 미지수의 인상속도로 보정을 행할 경우, 상기 방법으로 새로 보정계수를 구하는 것이 확실하기는 하지만 이 방법으로 구한 도 7에서 추정한 값으로도 충분히 그 기능을 다할 수 있다. 이 때 2종류의 인상속도는 사용조건의 MAX과 MIN이면 보다 정확한 보정을 할 수 있다.
또한 상기 L1, L2는 실제 단결정의 길이이기 때문에 예를 들면 결정을 매달고 있는 와이어(1)의 인상거리에서 결정위치를 산출하는 구조의 인상치를 채용하는 경우는 와이어(1)의 연장분에 의한 보정도 상기 보정과 같이 행할 필요가 있다.
또한, 제조하는 단결정은 예를 들면 실리콘 단결정으로 할 수 있으나 다른 반도체 단결정 등이어도 되며 특별히 한정되지는 않는다.
또한 본 발명에서의 단결정 직경의 검출방법에 의해 검출하는 직경은 상기 단결정의 직동 10cm이후의 직경인 것이 바람직하다. 단결정의 직동 10cm까지의 직경은 단시간의 직경제어에 적합한 카메라 방식으로만 검출할 수도 있다. 하지만, 상술한 바와 같이 직동이 길어지면서 카메라 방식만으로는 카메라의 상대위치의 어긋남이나 결정의 대구경화에 의해 절대치의 정밀도가 낮아지기 때문에 직동 10cm이후의 단결정 직경의 검출에는 본 발명이 특히 유효하다.
또한 상기 L1에서 L2까지의 평균구간의 영역은 10cm이상으로 하는 것이 바람직하다. 직경보정을 산출하는 구간은 길면 길수록 로드셀 중량에 의해 검출되는 직경의 정밀도가 높아지기 때문이다. 따라서 보다 정확한 보정을 할 수 있다.
또한 상기 보정은 상기 단결정의 직동 10cm이후에 적어도 1회 행하는 것이 바람직하다. 직동 10cm이후에서 상기 보정을 1회만 행해도 직경 정밀도의 향상에 충분한 효과를 얻을 수 있으나 상기 보정을 결정성장의 진행에 따라 반복해서 행함으로써 매우 고정밀도인 직경검출을 할 수 있다.
또한 본 발명에 관한 인상하는 단결정의 직경을 검출하기 위한 카메라와 로드셀 모두를 구비하는 단결정 인상장치에서 본 발명에 관한 단결정 직경의 검출방법이 행해지는 것이 바람직하다. 카메라 방식(광학식)과 로드셀 방식(중량방식)을 조합함으로써 각각의 장점을 살리면서 서로의 단점을 보완할 수 있다.
이하에 본 발명의 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명하지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
도 4의 단결정 인상장치를 사용하여 도 5에 나타낸 플로우에 따른 방법으로 카메라 검출 직경의 보정을 행하고 보정에 의해 얻은 값에 직경을 제어해서 단결정의 제조를 행했다. 단결정의 제조를 행하기 전에 우선 실제 사용하는 단결정 인상장치에서의 성장속도와 보정계수와의 관계를 구했다(도7). 계산개시시의 직동 길이(L1)를 5cm, 직동 길이(L2)를 15cm로 하고, 5cm-15cm까지의 카메라 검출 직경(Do)과 그 사이의 중량변화량에서 알아낸 직경(Dw)을 검출했다. 15cm이후는 카메라 검출 직경과 로드셀에 의해 산출한 직경과의 차이(Do-Dw)에 실제 인상속도 0.4mm/min에 상대하는 보정계수 -1.5를 가산한 값을 카메라 검출 직경에 가산해서 카메라 검출 직경의 보정을 행하고 보정에 의해 얻은 값이 단결정의 직경을 제어해서 단결정을 제조했다. 결정제조 후의 직경은 직동 40cm의 부분에서 측정하고 직경의 불균형(표준편차σ)을 평가했다.
(실시예 2)
실시예 1과 동일한 단결정 인상장치를 사용해 계산개시시의 직동 길이(L1)를 5cm, 직동 길이(L2)를 25cm로 하고 보정을 산출하는 평균구간을 20cm로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 실제 인상 속도의 0.4mm/min에 상대하는 보정계수 -1.5를 가산한 값을 카메라 검출 직경에 가산해서 카메라 검출 직경의 보정을 행하고 보정에 의해 얻은 값에 단결정의 직경을 제어하여 단결정을 제조했다. 결정제조후의 직경은 실시예 1과 동일하게 직동 40cm의 부분에서 측정하고 직경의 불균형(표준편차σ)을 평가했다.
(비교예)
도 4의 단결정 인상장치 중 로드셀(10)을 구비하지 않은 것 이외에는 동일한 구성의 단결정 인상장치에서 카메라로 결정의 가장자리의 위치를 관찰하여 가상중심점으로부터의 거리로 직경을 검출하는 종래의 방법으로 결정제조를 행했다. 결정제조후의 직경은 실시예 1, 2과 동일하게 직동 40cm의 부분에서 측정하고 직경의 불균형(표준편차σ)을 평가했다.
또한, 상기 실시예 1, 2 및 비교예의 모두에 있어서, 도가니 사이즈는 32인치(800mm), 충진된 실리콘원료는 300kg이며, 제조하는 단결정은 12인치(308mm)로 했다.
표 2는 실시예 1, 2 및 비교예에서 평가한 단결정 직동 40cm에서의 직경의 불균형(표준편차σ)을 정리한 것이다. 직경 불균형(표준편차σ)은 비교예에서는 1.2mm인 것에 대해 실시예 1(L2-L1=10cm)에서는 0.7mm, 실시예 2(L2-L1=20cm)에서는 0.6mm였다.
비교예(종례) 실시예 1 실시예 2
직경 불균형
(표준편차σ)
1.2mm 0.7mm 0.6mm
도 8은 실시예 1, 2 및 비교예에서 평가한 단결정 직동 40cm에서의 직경 불균형(표준편차σ)을 플롯한 도이다. 또한 도 9는 실시예 1, 2 및 비교예에서 평가한 단결정 직동 40cm에서의 직경의 불균형(표준편차σ)의 히스토그램을 나타낸 도이다. 도 8, 도 9로 직경보정을 산출하는 구간(L1~L2)은 길면 길수록 직경 정밀도가 높아지는 것을 알 수 있다.
(실시예 3)
실시예 1과 동일한 단결정 인상장치를 이용해 보정을 산출하는 평균구간(L2-L1)을 5cm, 10cm, 15cm, 20cm로 하고 각각 실시예 1과 동일한 방법으로 단결정의 직경을 제어하여 단결정을 제조하고, 직동 40cm에서의 로드셀의 직경 산출 오차를 조사했다. 그 결과, 실제 로드셀의 반복측정중량의 오차는 평균구간(L2-L1)이 5cm~20cm의 어디에서도 100g이며 이 경우, 10cm이상의 구간에서의 직경 환산 오차는 약 1mm이하였다.
도 10은 실시예 3에서의 보정을 산출하는 평균구간(L2-L1)과 로드셀의 직경산출오차의 관계를 나타내는 도이다. 도 10에서 평균구간(L2-L1)을 10cm로 한 것과 20cm로 한 것에서는 큰 자는 발견되지 않았다. 이는 보정을 산출하는 평균구간은 길면 길수록 로드셀에 의한 직경검출의 정밀도는 높아지는 반면 보정 타이밍이 늦어지기 때문에 본 발명의 효과가 나오기 어렵게 되었기 때문이라고 생각된다.
따라서 정밀도가 좋은 로드셀을 사용하여 짧은 구간에서 보정하는 것이 가장 유효적이나 모든 실시예에서 사용한 로드셀의 경우는 보정을 산출하는 평균구간을 10cm구간보다 길게 설정해도 대폭의 효과는 기대할 수 없고, 10cm의 구간에서의 평균으로 충분한 효과를 얻을 수 있는 것을 알았다. 단, 로드셀의 정밀도를 더욱 향상시키는 것이 가능해지면 그 효과적인 구간은 더 짧게 할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지며 동일한 효과를 가지는 것은 어느 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
예를 들면 상기에서는 카메라 검출 직경과 로드셀에 의해 산출한 직경과의 차이에 실제 인상속도에 상대하는 보정계수를 가산한 값을 카메라 검출 직경에 가산하여 카메라 검출 직경의 보정을 행하고 있으나 이 보정은 카메라 검출 직경과 로드셀에 의해 산출한 직경과의 차이에 상기 보정계수(α)를 곱한 값을 카메라 검출 직경에 가산하여 행해도 검출된 단결정의 직경정밀도는 향상하고 동일한 효과를 얻을 수 있다.

Claims (12)

  1. 쵸크랄스키법에 의해 육성되는 단결정의 직경을 검출하는 방법으로, 카메라와 로드셀 모두에 의해 각각의 단결정의 직경을 검출하고 카메라 검출 직경과 로드셀에 의해 산출한 직경과의 차이와, 상기 단결정의 성장속도에 따라 미리 구한 보정계수(α)에 의해 상기 카메라 검출 직경을 보정하고 이 보정에 의해 얻은 값을 상기 단결정의 직경으로 하는 것을 특징으로 하는 단결정 직경의 검출방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보정은 상기 카메라 검출 직경과 로드셀에 의해 산출한 직경과의 차이에 상기 보정계수(α)를 곱하거나 또는 가산한 값을 상기 카메라 검출 직경에 가산해서 행하는 것을 특징으로 하는 단결정 직경의 검출방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 단결정 직경의 검출방법은 상기 단결정의 직동 10cm이후의 직경을 측정하는 것을 특징으로 하는 단결정 직경의 검출방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 단결정 직경의 검출방법은 상기 단결정의 직동 10cm이후의 직경을 측정하는 것을 특징으로 하는 단결정 직경의 검출방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로드셀에 의해 산출하는 직경은 상기 단결정의 직동의 평균구간내의 단결정 중량에서 구한 직경의 평균이며, 상기 평균구간의 영역은 10cm이상으로 하는 것을 특징으로 하는 단결정 직경의 검출방법.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 직경검출을 상기 단결정의 직동 10cm이후에 적어도 1회 행하는 것을 특징으로 하는 단결정 직경의 검출방법.
  7. 제 5항에 기재된 직경검출을 상기 단결정의 직동 10cm이후에 적어도 1회 행하는 것을 특징으로 하는 단결정 직경의 검출방법.
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