KR101571958B1 - Apparatus and method for growing ingot - Google Patents

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Abstract

본 발명의 잉곳성장장치는 잉곳성장공정에 필요한 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내에 배치된 내열성 용기로 실리콘 융액을 담는 석영도가니; 상기 석영도가니를 가열하는 히터; 상기 실리콘 융액으로부터 잉곳을 인상하는 시드를 고정하는 시드 척; 상기 시드 척을 상기 실리콘 융액에 침지하고 회전과 동시에 상승시키는 시드 인상부; 상기 실리콘 융액의 상측 단열수단으로 멜트갭을 형성하는 열차폐체; 상기 인상되는 잉곳의 직경을 측정하는 직경 센서; 상기 멜트갭을 측정하는 멜트갭 센서; 상기 실리콘 융액의 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 온도 센서와 멜트갭 센서로부터 측정된 실제 온도와 멜트갭을 전송받고, 기 설계된 목표 온도 프로파일과 상기 실제 온도와 멜트갭에 따라서 상기 히터를 제어하는 온도 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 의하여 잉곳성장장치내의 실제온도를 정밀하게 제어할 수 있으며, 이를 통해 잉곳의 직경을 균일하게 유지하고 결정품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
The ingot growing apparatus of the present invention includes a chamber for providing a space required for an ingot growing process; A quartz crucible for holding a silicon melt with a heat resistant container disposed in the chamber; A heater for heating the quartz crucible; A seed chuck for fixing a seed for pulling up the ingot from the silicon melt; A seed upstanding part for immersing the seed chuck in the silicon melt and simultaneously raising the seed chuck; A heat shield for forming a melt gap with the upper side heat insulating means of the silicon melt; A diameter sensor for measuring the diameter of the ingot being pulled up; A melt gap sensor for measuring the melt gap; A temperature sensor for measuring the temperature of the silicon melt; And a temperature controller receiving the actual temperature and melt gap measured from the temperature sensor and the melt gap sensor, and controlling the heater according to the designed target temperature profile and the actual temperature and the melt gap.
According to the present invention, the actual temperature in the ingot growing apparatus can be precisely controlled, thereby maintaining the diameter of the ingot uniform and improving the crystal quality.

Description

잉곳성장장치 및 잉곳성장방법 {Apparatus and method for growing ingot}[0001] Apparatus and method for growing ingot [0002]

본 발명은 적절한 온도 제어를 통해 고품질의 잉곳을 생산하는 잉곳성장장치 및 잉곳성장방법에 관한 것이다. The present invention relates to an ingot growing apparatus and an ingot growing method which produce a high-quality ingot through appropriate temperature control.

반도체 소자의 제조 시 기판으로 주로 사용되는 실리콘 웨이퍼(wafer)는 일반적으로 고순도 다결정 실리콘을 제조한 후, 쵸크랄스키(Czochralski: CZ) 결정성장법에 따라 다결정 실리콘으로부터 단결정을 성장시켜 단결정 실리콘 봉을 생산하고 이를 얇게 절단하여 실리콘 웨이퍼를 생산하며, 웨이퍼의 일면을 경면 연마(polishing)하고 세정한 후 최종 검사하여 제조한다.Silicon wafers, which are mainly used as substrates in the manufacture of semiconductor devices, generally have high-purity polycrystalline silicon produced, and then monocrystals are grown from polycrystalline silicon according to the Czochralski (CZ) crystal growth method, The wafer is sliced to produce a silicon wafer. The wafer is mirror-polished, cleaned, and finally inspected.

예를 들어, 종래기술에 의한 단결정 잉곳성장방법은 다결정 실리콘을 용융한 용융액에 시드를 침지한 후, 종결정을 빠른 인상속도로 성장하여 네킹 공정을 진행한다. 그리고, 단결정을 시드와 직경방향으로 서서히 성장시키며 소정크기의 직경을 가지면 숄더링 단계를 진행한다. 숄더링 단계 이후에 바디 성장을 진행하며 소정길이 만큼 바디공정 진행후에 바디의 직경을 감소시키고 융액으로부터 분리하는 테일링 공정을 거쳐 단결정 잉곳성장을 완료한다.For example, in the conventional single crystal ingot growing method, after a seed is immersed in a melt in which polycrystalline silicon is melted, the seed crystal is grown at a high pulling rate to proceed the necking process. Then, the single crystal is gradually grown in the radial direction with the seed, and if the seed crystal has a predetermined diameter, the shouldering step is performed. The body growth is performed after the shouldering step, the body is processed for a predetermined length, the diameter of the body is decreased, and the single crystal ingot growth is completed through a tailing process in which the body is separated from the melt.

이러한 쵸그랄스키 공정에서 단결정 성장시 주된 관심은 전위, 보이드 또는 결정 격자 구조 내의 다른 결함들이 형성되는 것을 방지하는 것에 있다. 만약, 단결정 내에 국부적인 결함 또는 전위가 전파된다면, 단결정 전체를 모두 사용할 수 없기 때문이다. The main interest in single crystal growth in such a Chrystalski process lies in preventing the formation of dislocations, voids or other defects in the crystal lattice structure. If local defects or dislocations propagate in the single crystal, the whole single crystal can not be used at all.

특히, 쵸크랄스키 공정에 의한 단결정 잉곳의 성장 시에는 베이컨시(vacancy)와 격자간 실리콘(interstitial silicon)이 고액계면을 통해 단결정 내로 유입되며, 이러한 유입된 베이컨시와 격자간 실리콘의 농도가 과포화 상태에 이르면 베이컨시와 격자간 실리콘이 확산 및 응집하여 베이컨시 결함(이하, V 결함이라 함)과 인터스티셜 결함(I 결함이라 함)을 형성하는 것이 문제된다.Particularly, when the single crystal ingot is grown by the Czochralski process, vacancies and interstitial silicon are introduced into the single crystal through the solid-liquid interface. When the concentration of the introduced vacancies and interstitial silicon is supersaturated State, silicon diffuses and coheres between vacancies and interstitials to form vacancy defects (hereinafter referred to as V defects) and interstitial defects (called I defects).

V 결함과 I 결함의 발생을 억제하기 위해서, 단결정의 인상속도 V와 고액 계면에서의 온도 구배 G의 비인 V/G를 특정 범위 안에서 제어하는 방법을 사용한다. 그리고, 이러한 단결정의 인상속도와 고액 계면에서의 온도는 단결정의 잉곳의 직경을 결정짓는 요소에도 해당된다. In order to suppress the occurrence of V defects and I defects, a method of controlling the ratio V / G of the pulling rate V of the single crystal and the temperature gradient G at the liquid interface is controlled within a specific range. The pulling rate of the single crystal and the temperature at the solid-liquid interface also correspond to the factors determining the ingot diameter of the single crystal.

그러므로, 잉곳의 결함발생을 억제하고 직경을 균일하게 유지하기 위해, 인상속도와 함께 실리콘 융액 온도를 적절하게 제어할 필요가 있다. Therefore, in order to suppress the occurrence of defects in the ingot and to keep the diameter uniform, it is necessary to appropriately control the temperature of the silicon melt with the pulling rate.

종래에는 융액의 온도를 적절하게 제어하기 위하여, 이전 배치(batch)에서 사용한 목표 온도 프로파일과 이에 따라서 제어된 실제온도 내역을 고려하여 목표 온도 프로파일 재설계한 후 이를 가이드로 히터파워를 조절하여 잉곳성장공정을 진행하였다.Conventionally, in order to appropriately control the temperature of the melt, the target temperature profile is redesigned in consideration of the target temperature profile used in the previous batch and the controlled actual temperature, The process was carried out.

그런데, 이렇게 재설계된 목표 온도 프로파일로 잉곳성장공정을 진행하였을 때 원하는 목표 온도로 실제온도를 정밀하게 제어할 수 없었다. However, when the ingot growth process is performed with the target temperature profile thus redesigned, the actual temperature can not be precisely controlled to the desired target temperature.

이는, 목표 온도 프로파일이 히터파워와 실제온도의 관계만으로 고려하여 설계되었기 때문에, 실제온도에 관여하는 타 요소(factor)의 변화를 반영하지 못하기 때문이다. This is because the target temperature profile is designed only considering the relationship between the heater power and the actual temperature, and thus does not reflect a change in the other factors involved in the actual temperature.

이러한 오차를 줄이기 위하여, 종래에는 온도 편차가 발생한 이후 목표 온도를 보정하는 피드 백(feedback)제어를 통해 목표 온도와 실제온도의 정합률을 높였으나, 이미 편차가 발생된 이후의 보정이므로 정합률을 높이는데 한계가 있었다. In order to reduce such an error, conventionally, after the temperature deviation has occurred, the matching ratio between the target temperature and the actual temperature has been raised through feedback control for correcting the target temperature. However, since the correction is performed after the deviation has already occurred, There was a limit to height.

그리고, 위 목표 온도와 실제온도의 편차로 인하여 온도를 원하는 값으로 제어하지 못하게 되고, 이에 따라서 결국 잉곳의 직경이 균일하지 못하고 결함이 발생되는 문제가 발생하였다.In addition, the temperature can not be controlled to a desired value due to the deviation between the target temperature and the actual temperature. As a result, the diameter of the ingot is not uniform and defects are generated.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 멜트갭을 고려하여 설계된 목표 온도로 잉곳성장공정을 진행하고, 공정 진행시에도 멜트갭의 변화에 따라서 미리 목표 온도를 보정하는 피드 포워드(feed forward) 제어를 통해, 실제온도를 정밀하게 제어할 수 있는 잉곳성장장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a feed forward method for advancing an ingot growing process to a target temperature designed in consideration of a melt gap and correcting a target temperature in advance according to a change in melt gap, The present invention also provides an ingot growing apparatus and method which can precisely control an actual temperature through control.

본 발명에 따른 잉곳성장장치는 잉곳성장공정에 필요한 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내에 배치된 내열성 용기로 실리콘 융액을 담는 석영도가니; 상기 석영도가니를 가열하는 히터; 상기 실리콘 융액으로부터 잉곳을 인상하는 시드를 고정하는 시드 척; 상기 시드 척을 상기 실리콘 융액에 침지하고 회전과 동시에 상승시키는 시드 인상부; 상기 실리콘 융액의 상측 단열수단으로 멜트갭을 형성하는 열차폐체; 상기 인상되는 잉곳의 직경을 측정하는 직경 센서; 상기 멜트갭을 측정하는 멜트갭 센서; 상기 실리콘 융액의 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 온도 센서와 멜트갭 센서로부터 측정된 실제 온도와 멜트갭을 전송받고, 기 설계된 목표 온도 프로파일과 상기 실제 온도와 멜트갭에 따라서 상기 히터를 제어하는 온도 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. An ingot growing apparatus according to the present invention includes: a chamber for providing a space necessary for an ingot growing process; A quartz crucible for holding a silicon melt with a heat resistant container disposed in the chamber; A heater for heating the quartz crucible; A seed chuck for fixing a seed for pulling up the ingot from the silicon melt; A seed upstanding part for immersing the seed chuck in the silicon melt and simultaneously raising the seed chuck; A heat shield for forming a melt gap with the upper side heat insulating means of the silicon melt; A diameter sensor for measuring the diameter of the ingot being pulled up; A melt gap sensor for measuring the melt gap; A temperature sensor for measuring the temperature of the silicon melt; And a temperature controller receiving the actual temperature and melt gap measured from the temperature sensor and the melt gap sensor, and controlling the heater according to the designed target temperature profile and the actual temperature and the melt gap.

또한, 본 발명에 따른 잉곳성장방법은 목표 멜트갭 프로파일의 변경에 따라서 재설계된 목표 온도 프로파일로 잉곳성장공정을 진행하는 단계; 공정 진행 중에 주기적으로 실리콘 융액의 실제 온도 및 멜트갭을 측정하는 단계; 상기 측정된 멜트갭과 상기 목표 멜트갭 프로파일의 차이에 따라서 상기 목표 온도 프로파일을 보정하는 단계; 상기 보정된 목표 온도 프로파일로 나머지 잉곳성장공정을 진행하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the ingot growing method according to the present invention includes the steps of: progressing the ingot growing process with the redesigned target temperature profile in accordance with the change of the target melt-gap profile; Periodically measuring the actual temperature and melt gap of the silicon melt during the process; Correcting the target temperature profile according to the difference between the measured melt gap and the target melt gap profile; Proceeding the remaining ingot growth process with the corrected target temperature profile; And a control unit.

본 발명은 온도 제어 요소로 멜트갭을 고려함으로써, 잉곳성장장치 내의 온도를 정밀하게 제어할 수 있는 장점이 있다. The present invention is advantageous in that the temperature in the ingot growing apparatus can be precisely controlled by considering the melt gap as a temperature control element.

또한, 정밀한 온도 제어를 통해 잉곳의 직경을 균일하게 유지하고 결정품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.Further, there is an advantage that the diameter of the ingot can be uniformly maintained through precise temperature control and the crystal quality can be improved.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 잉곳성장장치의 개략적인 모습을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 멜트갭을 고려하여 온도를 제어하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 멜트갭 변화량에 따른 온도 보정값을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 이전 목표 멜트갭 프로파일과 재설계된 현재 목표 멜트갭 프로파일을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 목표 온도 프로파일의 초안과 보정된 목표 온도 프로파일을 나타낸다.
도 6은 멜트갭의 변화를 고려하지 않고 온도를 제어한 비교예와 멜트갭을 고려하여 온도를 제어한 본 실시예의 차이를 나타내는 그래프이다.
1 shows a schematic view of an ingot growing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a process of controlling a temperature in consideration of a melt gap according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows a temperature correction value according to the amount of change in the melt gap, according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows a previous target melt-gap profile and a redesigned current target melt-gap profile, according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows a draft of the target temperature profile and a corrected target temperature profile, in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing a comparison example in which the temperature is controlled without considering the change of the melt gap, and a difference between this embodiment in which the temperature is controlled in consideration of the melt gap.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the scope of the inventive concept of the present embodiment can be determined from the matters disclosed in the present embodiment, and the spirit of the present invention possessed by the present embodiment is not limited to the embodiments in which addition, Variations.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 잉곳성장장치의 개략적인 모습을 나타낸다. 1 shows a schematic view of an ingot growing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 잉곳성장장치는, 공정에 필요한 공간을 제공하는 챔버(10)와, 실리콘 융액(silicon melt)를 수용하는 석영도가니(20)와, 상기 석영도가니(20)를 가열하는 히터(40)와, 상기 히터(40)의 측면에 배치되는 단열수단인 측면 단열부(80)와, 상기 실리콘 융액의 상측 배치되는 단열수단으로 멜트갭(melt gap)을 형성하는 열차폐체(50)와, 상기 실리콘 융액으로부터 잉곳을 인상하기 위한 시드(seed)를 고정하는 시드 척(60)(seed chuck)과, 상기 시드 척(60)에 연결된 인상케이블을 통해 시드 척(60)을 회전 및 승강시키는 시드 인상부(400) (pulling system)을 포함한다. 1, the ingot growing apparatus according to the present embodiment includes a chamber 10 for providing a space required for a process, a quartz crucible 20 for accommodating a silicon melt, and a quartz crucible 20 A side heat insulating part 80 which is a heat insulating means disposed on the side surface of the heater 40 and a heat shielding part 80 which forms a melt gap by the heat insulating part disposed above the silicon melt, A seed chuck 60 for fixing a seed for pulling up the ingot from the silicon melt and a seed chuck 60 through a pull cable connected to the seed chuck 60. [ And a pulling system 400 for rotating and lifting the seed.

특히, 본 실시예의 잉곳성장장치에는 밀폐된 챔버(10) 내부의 빛을 투과하는 뷰 포트(500)와, 상기 뷰 포트를 통해 멜트갭을 측정하는 멜트갭 센서(200)와, 상기 챔버(10) 내의 온도를 측정하는 온도 센서(70)를 포함하고, 상기 멜트갭 센서(200)와 온도 센서(70)에 연결되어 측정된 데이터를 전송받고, 기 설정된 목표 온도 프로파일(target temperature profile)과 함께 측정된 데이터를 고려하여 히터(40)를 제어하는 온도 제어부(100)를 더 포함한다. In particular, the ingot growing apparatus of the present embodiment includes a view port 500 for transmitting light in a sealed chamber 10, a melt gap sensor 200 for measuring a melt gap through the view port, (70) connected to the melt-gap sensor (200) and the temperature sensor (70) to receive the measured data and to receive the measured temperature profile together with a predetermined target temperature profile And a temperature controller (100) for controlling the heater (40) in consideration of the measured data.

각 구성요소에 대하여 좀더 상세히 설명하면, 먼저, 챔버(10)는 웨이퍼용 잉곳을 성장시키기 위한 소정의 공정들이 수행되는 공간을 제공한다.To explain each component in more detail, first, the chamber 10 provides a space in which predetermined processes for growing the wafer ingot are performed.

그리고, 상기 챔버(10) 내부에는 석영으로 구성된 내열성 용기로서 실리콘 융액을 수용하는 석영도가니(20)가 배치되고, 상기 석영도가니(20)의 외연에는 이를 지지하는 흑연도가니(30)가 마련된다. 상기 흑연도가니(30)의 하부에는 하중을 지지하기 위한 지지수단이 놓여지며, 이는 도가니 회전부(90)가 연결된 받침대(pedestal)에 결합되어, 석영도가니(20)는 회전과 동시에 승강될 수 있다. A quartz crucible 20 containing a silicon melt as a heat resistant container made of quartz is disposed in the chamber 10 and a graphite crucible 30 supporting the quartz crucible 20 is provided on the outer periphery of the quartz crucible 20. A supporting means for supporting a load is placed on the lower portion of the graphite crucible 30. The quartz crucible 20 is coupled to a pedestal to which the crucible rotating portion 90 is connected so that the quartz crucible 20 can be raised and lowered simultaneously with rotation.

또한, 상기 석영도가니(20)에 담긴 실리콘 융액으로부터 잉곳을 성장시키기 위한 시드가 장착된 시드 척(60)은 시드 케이블에 연결되어 석영도가니(20) 상측에 배치되며, 시드 인상부(400)는 상기 시드 케이블의 권취양을 조절하여 시드 척(60)을 회전과 동시에 승강시킬 수 있다. 즉, 상기 시드 인상부(400)는 시드 척(60)을 하강하여 시드를 실리콘 융액에 침지시킨 후 회전과 동시에 끌어올림으로써 잉곳을 인상할 수 있다.The seed chuck 60 equipped with the seed for growing an ingot from the silicon melt contained in the quartz crucible 20 is connected to the seed cable and disposed above the quartz crucible 20. The seed up- The seed chuck 60 can be raised and lowered simultaneously with the rotation by adjusting the winding direction of the seed cable. That is, the seed upstanding part 400 can raise the ingot by lowering the seed chuck 60 to immerse the seed in the silicon melt and then raise it simultaneously with rotation.

그리고, 상기 석영도가니(20)의 외측에는 다결정 실리콘(poly silicon)을 용융시키기 위하여 열 에너지를 공급하는 히터(40)가 배치되고, 상기 히터(40)의 외연으로는 열이 잉곳성장장치 측면으로 누출되지 않도록 단열하는 측면 단열부(80)가 열차폐링과 측면 단열재로 구성된다. A heater 40 for supplying thermal energy is disposed on the outer side of the quartz crucible 20 to melt polysilicon and a heat is applied to the side of the ingot growing apparatus The side heat insulating portion 80, which is insulated so as not to leak, is composed of the heat shielding and the side insulating material.

예를 들어, 상기 석영도가니(20)를 둘러싸도록 중공을 갖는 원통형의 히터(40)가 석영도가니(20) 외측으로 소정의 거리만큼 이격되어 배치되고, 이와 마찬가지로, 상기 히터(40)를 둘러싸는 상기 측면 열차폐부(80)가 히터(40) 외측에 마련될 수 있다.For example, a cylindrical heater 40 having a hollow to surround the quartz crucible 20 is disposed outside the quartz crucible 20 by a predetermined distance, and likewise, The side heat shielding portion 80 may be provided outside the heater 40.

그리고, 상기 석영도가니(20)에 담긴 실리콘 융액의 열 손실을 방지하기 위하여, 성장되는 잉곳이 통과하는 중공을 구비한 단열수단인 열차폐체(50)가 석영도가니(20)의 상측에 배치된다.In order to prevent heat loss of the silicon melt contained in the quartz crucible 20, a heat shield 50, which is a heat insulating means having a hollow through which the ingot to be grown passes, is disposed above the quartz crucible 20. [

이때, 상기 열차폐체(50)와 실리콘 융액 표면 사이의 최단 거리를 멜트갭(melt gap)이라고 정의하며, 상기 멜트갭은 실리콘 융액에서 손실되는 열 에너지를 나타내는 지표로 활용할 수 있다. At this time, the shortest distance between the heat shield 50 and the surface of the silicon melt is defined as a melt gap, and the melt gap can be utilized as an index indicating the heat energy lost in the silicon melt.

즉, 상기 멜트갭이 작을수록 차폐되는 열의 양이 많으므로 손실되는 열 에너지가 줄어들게 되어 실리콘 융액의 실제온도는 높아질 것이고, 맬트 갭이 클수록 차폐되는 열의 양이 줄어들어 손실되는 열 에너지가 늘어 실리콘 융액의 실제온도는 낮아질 것을 예측할 수 있으므로, 이후 온도 제어시 히터파워와 함께 멜트갭을 고려할 수 있다. That is, as the melt gap is small, the amount of heat to be shielded is large, so that the loss of heat energy is reduced, and the actual temperature of the silicon melt will be high. When the malt gap is large, the amount of heat shielded decreases, Since the actual temperature can be predicted to be lowered, the melt gap can be considered together with the heater power in the subsequent temperature control.

한편, 밀폐된 상기 챔버(10)의 내부를 관찰하기 위하여, 챔버(10) 내부의 빛을 투과하는 뷰 포트(500)가 챔버(10)의 일 측에 마련된다. On the other hand, in order to observe the inside of the sealed chamber 10, a view port 500 for transmitting light inside the chamber 10 is provided on one side of the chamber 10.

그리고, 상기 챔버(10) 외부에는 뷰 포트(500)를 통해 공정 진행상황을 측정하는 이미지 센서(200, 300)들이 배치된다. Image sensors 200 and 300 are disposed outside the chamber 10 to measure process progress through the view port 500.

상기 이미지 센서로는 성장되는 잉곳의 메니스커스(meniscus)의 밝기를 측정하여 잉곳의 직경을 ADC 값으로 환산한 후 기 설정된 목표 ADC 값과 측정된 현재 ADC 값을 비교하여 인상속도를 제어함으로써 잉곳의 직경을 제어하는 ADC 센서(300)와, 멜트갭을 측정하는 멜트갭 센서(200)가 해당된다. In the image sensor, the brightness of the meniscus of the ingot to be grown is measured, and the diameter of the ingot is converted into the ADC value. Then, the preset target ADC value is compared with the measured current ADC value to control the pulling speed, An ADC sensor 300 for controlling the diameter of the melt gap sensor 200, and a melt gap sensor 200 for measuring the melt gap.

상기 멜트갭 센서(200)는 멜트갭을 실시간으로 측정하여 도가니 회전부(90)에 전달하며, 상기 도가니 회전부(90)는 측정된 멜트갭과 기 설계된 목표 멜트갭 프로파일(target melt gap profile)을 비교하여 도가니 승강속도를 제어함으로써, 측정된 멜트갭을 목표 멜트갭으로 유지한다. The melt gap sensor 200 measures the melt gap in real time and transmits the measured melt gap to the crucible rotation unit 90. The crucible rotation unit 90 compares the measured melt gap with a designed target melt gap profile Thereby controlling the crucible lifting speed, thereby maintaining the measured melt gap at the target melt gap.

여기서, 목표 멜트갭 프로파일이란 공정이 진행됨에 따라서 유지해야 할 목표 멜트갭 내역을 의미하며, 이전 배치(batch)들의 데이터인 잉곳의 품질, 인상속도, 온도 및 이전 목표 멜트갭 프로파일 등을 고려하여 공정 전에 설계된다. Here, the target melt-gap profile refers to the target melt-gap history to be maintained as the process progresses. The target melt-gap profile refers to the target melt- Designed before.

한편, 상기 히터(40) 또는 측면 단열부(200)의 일측에는 주위의 실제온도(actual temperature)를 측정하는 온도 센서(70)가 마련되어 측정된 실제온도를 온도 제어부(100)로 전송한다. A temperature sensor 70 is provided at one side of the heater 40 or the side surface heat insulating part 200 to measure the actual temperature of the surrounding environment and transmits the measured actual temperature to the temperature controller 100.

그리고, 상기 온도 제어부(100)는 온도 센서(70) 및 히터(40)에 연결되어 실제온도와 목표 온도 프로파일(target temperature profile)을 비교하여 히터(40)가 가하는 열 에너지를 제어한다. The temperature controller 100 is connected to the temperature sensor 70 and the heater 40 to compare the actual temperature with the target temperature profile to control the thermal energy applied by the heater 40.

이때, 목표 온도 프로파일이란 공정 진행시간에 따라서 실제온도가 도달해야 할 목표 온도를 의미하며, 이전 배치(batch)들의 데이터인 잉곳의 품질, 인상속도, 히터파워, 실제온도 및 이전 목표 온도 프로파일 등을 고려하여 공정 전에 설계된다.In this case, the target temperature profile means a target temperature at which the actual temperature should be reached in accordance with the process progress time, and the quality of the ingots, the pulling rate, the heater power, the actual temperature and the previous target temperature profile, And designed before the process.

그런데, 앞서 설명한 바와 같이 실리콘 융액의 온도는 히터(40)가 전달하는 열 에너지뿐만 아니라 멜트갭에 의해서도 크게 좌우될 수 있다. However, as described above, the temperature of the silicon melt can be greatly influenced not only by the heat energy transferred by the heater 40 but also by the melt gap.

즉, 멜트갭에 변동에 따라서 실리콘 융액의 열 손실량 변하게 되므로, 히터(40)가 가하는 열 에너지와 함께 손실된 열 에너지를 고려해야 변화할 실리콘 융액의 실제온도를 정밀하게 제어할 수 있다. That is, since the amount of heat loss of the silicon melt is changed according to the variation of the melt gap, the actual temperature of the silicon melt to be changed can be precisely controlled in consideration of the thermal energy lost by the heater 40 and the lost heat energy.

본 실시예는 멜트갭의 변화에 따라서 실제온도가 변할 것을 미리 고려한 피드 포워드 온도 제어를 통해 실제온도를 원하는 목표 온도로 정밀하게 제어하려는 것이다.
The present embodiment intends to precisely control the actual temperature to the desired target temperature through the feedforward temperature control in consideration of the fact that the actual temperature changes in accordance with the change of the melt gap.

이하에서는 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 실시예의 피드 포워드 온도 제어를 상세히 설명한다. Hereinafter, the feedforward temperature control of the present embodiment will be described in detail with reference to Figs. 2 to 5. Fig.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 멜트갭을 고려하여 온도를 제어하는 과정을 나타내는 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 멜트갭 변화량에 따른 온도 보정값을 나타낸다. FIG. 2 is a flowchart illustrating a process of controlling a temperature in consideration of a melt gap, according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows a temperature correction value according to a change amount of a melt gap according to an embodiment of the present invention.

멜트갭을 고려한 피드 포워드 온도 제어를 위하여, 먼저, 온도 제어부(100)는 이전 배치의 데이터로부터 목표 온도 프로파일을 재설계한다. (S101)In order to control the feed forward temperature in consideration of the melt gap, first, the temperature control unit 100 redesigns the target temperature profile from the data of the previous batch. (S101)

이전 배치의 데이터로는 이전 목표 온도 프로파일, 이전 목표 온도 프로파일에 따른 히터파워 및 공정 중 실제 측정된 온도 내역 등이 해당될 수 있으며, 특히, 본 실시예에서는 목표 멜트갭 프로파일 변화량이 더 포함된다. The data of the previous batch may correspond to the previous target temperature profile, the heater power according to the previous target temperature profile, and the actually measured temperature history in the process, and in particular, the target melt gap profile change amount is further included in this embodiment.

즉, 본 실시예에서는 이전 목표 온도 프로파일과 실제 측정된 온도 내역을 고려하여 목표 온도 프로파일의 초안을 설계한 후, 이전 목표 멜트갭과 재설계된 목표 멜트갭의 변경량을 고려하여 목표 온도 프로파일 초안을 보정하는 방법으로, 목표 온도 프로파일을 재설계한다.  That is, in this embodiment, the draft of the target temperature profile is designed in consideration of the previous target temperature profile and the actual measured temperature history, and then the target temperature profile draft is calculated by taking into consideration the amount of change of the previous target melt gap and the redesigned target melt gap The target temperature profile is redesigned as a correction method.

목표 온도 프로파일 초안 설계는 종래에 일반적으로 사용하는 설계방법이고 당업자에 자명한 기술이므로 기재를 생략하고, 이하에서는 목표 온도 프로파일 초안을 보정하여 재설계하는 방법에 대해 상세히 설명한다.
The target temperature profile draft design is a conventionally used design method and it is obvious to a person skilled in the art that the description thereof will be omitted. Hereinafter, a method of redesigning and correcting the target temperature profile draft will be described in detail.

도 3을 참조하면, 상기 그래프는 멜트갭의 변화에 대응되는 목표 온도의 보정값을 나타낸 것으로, 이를 기준으로 목표 온도 프로파일을 재설계할 수 있다. Referring to FIG. 3, the graph shows the correction value of the target temperature corresponding to the change of the melt gap, and the target temperature profile can be redesigned on the basis of the correction value.

즉, 본 실시예의 목표 온도 프로파일 재설계는 일정시점의 목표 멜트갭이 이전 목표 멜트갭 보다 작을 경우 손실되는 열 에너지가 적어 실제온도가 높아질 것이므로 미리 목표 온도를 낮춰서 실제온도를 일정하게 유지하려는 것이고, 반대로 다른 시점의 목표 멜트갭이 이전 목표 멜트갭보다 큰 경우 손실되는 열 에너지가 많아 실제온도가 낮아질 것이므로 미리 목표 온도를 높여 실제온도를 일정하게 유지하려는 것이다. That is, in the target temperature profile redesign of the present embodiment, if the target melt gap at a certain point of time is smaller than the previous target melt gap, the actual temperature will be low because there is little thermal energy to be lost. On the contrary, if the target melt-gap at another point of time is larger than the previous target melt-gap, the actual temperature will be lower due to a large amount of heat energy lost.

예를 들어, 일정시점의 목표 멜트갭이 변화량이 -3mm 인 경우 그 시점의 목표 온도를 -2도 만큼 낮추고 반대로, 일정시점의 목표 멜트갭 변화량이 3mm 인 경우 그 시점의 목표 온도를 3도만큼 높이는 보정을 하여 목표 온도 프로파일을 재설계할 수 있다. For example, if the target melt-gap at a certain point of time is -3 mm, the target temperature at that point is lowered by -2 degrees, while if the change of the target melt-gap at a certain point is 3 mm, The height can be calibrated to redesign the target temperature profile.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 이전 목표 멜트갭 프로파일과 재설계된 현재 목표 멜트갭 프로파일을 나타내고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 목표 온도 프로파일의 초안과 보정된 목표 온도 프로파일을 나타낸다. Figure 4 depicts a previous target melt-gap profile and a redesigned current target melt-gap profile, in accordance with an embodiment of the present invention, and Figure 5 illustrates a graph of a target temperature profile draft and a corrected target temperature profile, in accordance with an embodiment of the present invention. .

도 4를 참조하면, 이전 목표 멜트갭 프로파일과 재설계된 현재 목표 멜트갭 프로파일 변화량을 쉽게 알 수 있도록, 이전 목표 멜트갭을 0mm로 고정하였다. Referring to FIG. 4, the previous target melt gap was fixed at 0 mm so that the previous target melt gap profile and the redesigned current target melt gap profile change amount can be easily known.

그러므로, 이전 배치의 데이터에 의하여 재설계된 현재 목표 멜트갭 값은 이전 목표 멜트갭에서 변경된 양으로 이해할 수 있다. 예를 들어, 단결정 길이비가 0.1일때, 현재 목표 멜트갭은 이전 목표 멜트갭에 비하여 1mm 증가한 것이다. Therefore, the current target melt-gap value redesigned by the data of the previous batch can be understood as the changed amount in the previous target melt-gap. For example, when the length ratio of the single crystal is 0.1, the present target melt gap is 1 mm larger than the previous target melt gap.

도 5를 참조하면, 이와같이 변경된 목표 멜트갭에 따라서 목표 온도 프로파일의 초안이 보정된 것이다. 예를 들어, 단결정 길이비가 0.1일때 목표 멜트갭이 1mm 증가했으므로 열 손실량이 증가할 것을 예상하여 목표 온도를 1도 높이는 보정을 한다. Referring to FIG. 5, the draft of the target temperature profile is corrected in accordance with the changed target melt gap. For example, when the length ratio of the single crystal is 0.1, the target melt gap is increased by 1 mm, so the heat loss is expected to increase.

이와 같이, 전 구간에 걸쳐서 목표 온도 프로파일의 재설계가 완료되면, 온도 제어부(100)는 재설계된 목표 온도 프로파일로 히터파워를 제어하여 잉곳성장공정을 진행한다. (S102)Thus, when the redesign of the target temperature profile is completed over the entire section, the temperature controller 100 controls the heater power with the redesigned target temperature profile to proceed the ingot growing process. (S102)

공정이 진행 중에 상기 멜트갭 센서(200)는 실시간으로 현재 멜트갭을 측정하고 온도 센서(70)는 실제온도를 측정하여, 온도 제어부(100)로 전송한다. (S103)The melt gap sensor 200 measures the current melt gap in real time and the temperature sensor 70 measures the actual temperature and transmits the measured melt gap to the temperature controller 100. [ (S103)

상기 온도 제어부(100)는 실제온도가 원하는 온도보다 낮게 측정되면 목표 온도를 높이는 보정을 통해 히터파워를 상승시키고, 반대로 실제온도가 원하는 온도보다 높게 측정되면 목표 온도를 낮추는 보정을 통해 히터파워를 하강시킨다. When the actual temperature is measured to be lower than a desired temperature, the temperature control unit 100 raises the heater power through correction to increase the target temperature. On the contrary, if the actual temperature is measured to be higher than the desired temperature, .

이와 동시에 상기 온도 제어부(100)는 측정된 멜트갭과 목표 멜트갭의 차이가 발생할 때도, 실제온도가 변할 것을 대비하여 미리 목표 온도를 보정한다. (S104)At the same time, the temperature control unit 100 corrects the target temperature in advance even in the event of a difference between the measured melt gap and the target melt gap, in case the actual temperature changes. (S104)

예를 들어, 앞서 목표 온도 프로파일을 재설계한 것과 마찬가지로, 일정시점에서 실제 측정된 멜트갭이 목표 멜트갭보다 작다면 열 손실이 적을 것이므로 목표 온도를 낮추는 보정을 하고, 반대로 실제 측정된 멜트갭이 목표 멜트갭보다 크다면 열 손실이 클 것이므로 목표 온도를 높이는 보정을 한다. For example, as with redesigning the target temperature profile earlier, if the actual melt-gap measured at a certain point is less than the target melt-gap, the heat loss will be low and correction is required to lower the target temperature. Conversely, If the target melt gap is larger than the target melt gap, the heat loss will be large.

본 실시예는 이러한 멜트갭에 변화에 따른 실제온도 변화를 미리 예측하여 온도를 제어하는 피드 포워드 제어를 통해, 실제온도를 정밀하게 제어할 수 있게 된다. In this embodiment, the actual temperature can be precisely controlled through the feedforward control for predicting the actual temperature change according to the change in the melt gap and controlling the temperature.

마지막으로, 보정된 목표 온도로 공정이 진행됨으로써, 온도 제어부(100)의 피드 포워드 온도 제어가 완료된다. (S105)
Finally, the process proceeds to the corrected target temperature, and the feedforward temperature control of the temperature control section 100 is completed. (S105)

도 6은 멜트갭의 변화를 고려하지 않고 온도를 제어한 비교예와 멜트갭을 고려하여 온도를 제어한 본 실시예의 차이를 나타내는 그래프이다. FIG. 6 is a graph showing a comparison example in which the temperature is controlled without considering the change of the melt gap, and a difference between this embodiment in which the temperature is controlled in consideration of the melt gap.

도 6을 참조하면, 비교예의 온도 설계오차는 가로 축에 넓은 범위로 표시되어 있고, 본 실시예의 온도 설계오차는 가로 축에 좁은 범위로 표시되어 있다. Referring to FIG. 6, the temperature design error of the comparative example is shown in a wide range on the horizontal axis, and the temperature design error of this embodiment is shown in a narrow range on the horizontal axis.

즉, 비교예는 공정 전반에 걸쳐서 원하는 온도와 실제온도의 오차가 크게 발생했고, 실시예는 공정 전반에 걸쳐서 원하는 온도와 실제온도의 오차가 적게 발생했음으로, 본 실시예가 비교예보다 더 정밀하게 온도를 제어하고 있는 것을 알 수 있다. In other words, in the comparative example, the error between the desired temperature and the actual temperature occurred largely throughout the process, and since the embodiment has a small error between the desired temperature and the actual temperature throughout the process, It can be seen that the temperature is controlled.

즉, 상술한 본 실시예는 온도 제어 요소로 멜트갭의 변화를 고려함으로써, 실제온도를 정밀하게 제어할 수 있으며, 이를 통해 잉곳의 직경을 균일하게 유지하고 결정품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
In other words, in the above-described embodiment, the actual temperature can be precisely controlled by considering the change of the melt gap with the temperature control element, and thereby the diameter of the ingot can be uniformly maintained and the crystal quality can be improved .

10; 챔버 20: 석영도가니
30: 흑연도가니 40: 히터
50: 열차폐체 60: 시드 척
70: 온도 센서 100: 온도 제어부
200: 멜트갭 센서 300: ADC 센서
400: 시드 인상부
10; Chamber 20: Quartz crucible
30: graphite crucible 40: heater
50: heat shield 60: seed chuck
70: Temperature sensor 100: Temperature controller
200: Melt gap sensor 300: ADC sensor
400: Seed lifting part

Claims (6)

잉곳성장공정에 필요한 공간을 제공하는 챔버;
상기 챔버 내에 배치된 내열성 용기로 실리콘 융액을 담는 석영도가니;
상기 석영도가니를 가열하는 히터;
상기 실리콘 융액으로부터 잉곳을 인상하는 시드를 고정하는 시드 척;
상기 시드 척을 상기 실리콘 융액에 침지하고 회전과 동시에 상승시키는 시드 인상부;
상기 실리콘 융액의 상측 단열수단으로 멜트갭을 형성하는 열차폐체;
상기 시드 인상부에 의해 인상되는 잉곳의 직경을 측정하는 직경 센서;
상기 멜트갭을 측정하는 멜트갭 센서;
상기 실리콘 융액의 온도를 측정하는 온도 센서; 및
상기 온도 센서와 멜트갭 센서로부터 측정된 실제 온도와 멜트갭을 전송받는 온도 제어부를 포함하고,
상기 온도 제어부는
상기 온도 센서에서 측정된 이전 배치(batch)의 목표 온도 프로파일과 실제 측정된 온도 내역을 고려하여 현재 배치의 목표 온도 프로파일을 설계하고,
상기 멜트갭 센서에서 측정된 이전 배치의 목표 멜트갭 프로파일과 실제 측정된 멜트갭의 차이값을 도출하며,
상기 멜트갭의 차이값에 따른 온도 보정을 통해 현재 배치의 목표 온도 프로파일을 재설계하여 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 것을 특징으로 하는 잉곳성장장치.
A chamber for providing a space necessary for the ingot growing process;
A quartz crucible for holding a silicon melt with a heat resistant container disposed in the chamber;
A heater for heating the quartz crucible;
A seed chuck for fixing a seed for pulling up the ingot from the silicon melt;
A seed upstanding part for immersing the seed chuck in the silicon melt and simultaneously raising the seed chuck;
A heat shield for forming a melt gap with the upper side heat insulating means of the silicon melt;
A diameter sensor for measuring a diameter of an ingot pulled up by the seed lifting portion;
A melt gap sensor for measuring the melt gap;
A temperature sensor for measuring the temperature of the silicon melt; And
And a temperature control unit receiving the actual temperature and the melt gap measured from the temperature sensor and the melt gap sensor,
The temperature controller
Designing a target temperature profile of the current layout in consideration of the target temperature profile of the previous batch measured by the temperature sensor and the actually measured temperature history,
Deriving the difference between the target melt-gap profile of the previous batch and the actual melt-gap measured by the melt-gap sensor,
Wherein the silicon single crystal ingot is grown by redesigning the target temperature profile of the current arrangement through temperature correction according to the difference value of the melt gap.
제 1 항에 있어서,
상기 온도 제어부는 공정 전에 이전 배치의 데이터로부터 상기 목표 온도 프로파일을 설계하며,
상기 이전 배치 데이터에는 목표 멜트갭 프로파일의 변경값이 포함된 잉곳성장장치.
The method according to claim 1,
The temperature control section designs the target temperature profile from data of a previous batch before the process,
Wherein the previous batch data includes a change value of the target melt-gap profile.
제 2 항에 있어서,
상기 온도 제어부는 상기 목표 멜트갭 프로파일에서 일정시점의 목표 멜트갭의 변경값이 음수이면 상기 일정시점의 목표 온도를 낮추고, 일정시점의 목표 멜트갭의 변화값이 양수이면 상기 일정시점의 목표 온도를 높임으로써 상기 목표 온도 프로파일을 설계하는 잉곳성장장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the temperature control unit lowers the target temperature at the predetermined time point if the change value of the target melt flow rate at a certain point in time is negative and decreases the target temperature at the certain point in time when the change value of the target melt flow rate at the certain time point is a positive value, And the target temperature profile is designed by increasing the temperature of the ingot.
제 1 항에 있어서,
상기 온도 제어부는 목표 멜트갭과 실제 측정된 멜트갭의 차이에 따라서 상기 목표 온도 프로파일을 보정하는 잉곳성장장치.
The method according to claim 1,
Wherein the temperature control unit corrects the target temperature profile according to a difference between a target melt gap and an actually measured melt gap.
측정된 이전 배치의 목표 온도 프로파일과 실제 측정된 온도 내역을 고려하여 현재 배치(batch)의 목표 온도 프로파일을 설계하는 단계;
이전 배치의 목표 멜트갭 프로파일과 실제 측정된 멜트갭의 차이값을 도출하는 단계;
상기 멜트갭의 차이값에 따른 온도 보정을 통해 현재 배치의 목표 온도 프로파일을 재설계하여 잉곳성장공정을 진행하는 단계;
공정 진행 중에 주기적으로 실리콘 융액의 실제 온도 및 멜트갭을 측정하는 단계;
상기 측정된 멜트갭과 상기 목표 멜트갭 프로파일의 차이에 따라서 상기 목표 온도 프로파일을 보정하는 단계;
상기 보정된 목표 온도 프로파일로 나머지 잉곳성장공정을 진행하는 단계; 를 포함하는 잉곳성장방법.
Designing a target temperature profile of the current batch taking into account the measured target temperature profile of the previous batch and the actual measured temperature history;
Deriving the difference between the target melt-gap profile of the previous batch and the actual melt-gap measured;
Redesigning the target temperature profile of the current batch through temperature correction according to the difference value of the melt gap and proceeding the ingot growing process;
Periodically measuring the actual temperature and melt gap of the silicon melt during the process;
Correcting the target temperature profile according to the difference between the measured melt gap and the target melt gap profile;
Proceeding the remaining ingot growth process with the corrected target temperature profile; ≪ / RTI >
제 5 항에 있어서,
상기 실리콘 융액의 실제 온도와 목표 온도 프로파일의 차이에 따라서 히터파워를 제어하는 단계를 더 포함하는 잉곳성장방법.
6. The method of claim 5,
Controlling the heater power according to a difference between an actual temperature of the silicon melt and a target temperature profile.
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