KR101607162B1 - 단결정 성장 방법 - Google Patents

단결정 성장 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101607162B1
KR101607162B1 KR1020140099674A KR20140099674A KR101607162B1 KR 101607162 B1 KR101607162 B1 KR 101607162B1 KR 1020140099674 A KR1020140099674 A KR 1020140099674A KR 20140099674 A KR20140099674 A KR 20140099674A KR 101607162 B1 KR101607162 B1 KR 101607162B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
melt
speed
pulling
single crystal
rate
Prior art date
Application number
KR1020140099674A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160016141A (ko
Inventor
정한솔
Original Assignee
주식회사 엘지실트론
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지실트론 filed Critical 주식회사 엘지실트론
Priority to KR1020140099674A priority Critical patent/KR101607162B1/ko
Publication of KR20160016141A publication Critical patent/KR20160016141A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101607162B1 publication Critical patent/KR101607162B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C30B15/22—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
    • C30B15/26—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal using television detectors; using photo or X-ray detectors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon

Abstract

실시예는 챔버, 챔버 내에 배치되며 용융액을 수용하는 도가니, 도가니의 상부에 배치되는 열차폐부, 용융액의 상부에 배치되는 시드 척, 시드 척에 연결되며 시드 척을 이동시키는 인상 장치 및 인상 장치의 속도를 제어하는 인상 속도 제어 장치를 포함하며, 인상 속도 제어 장치는 시드 척에 연결되어 성장하는 단결정의 넥 지름을 감지하여 제어하는 제1 제어부 및 용융액 표면의 변동을 감지하여 제어하는 제2 제어부를 포함하는 단결정 성장 장치와 단결절 성장 방법을 제공하며, 용융액 표면의 변동율이 높아질 경우 인상 속도를 제어하여 넥의 팝 아웃(Pop out)을 방지함으로써 네킹 공정을 안정적으로 수행할 수 있다.

Description

단결정 성장 방법{SINGLE CRYSTAL GROWING METHOD}
실시예는 단결정 잉곳에서 안정된 넥(Neck) 구조를 가지기 위한 단결정 성장 방법에 관한 것이다.
일반적으로 실리콘 단결정을 제조하는 방법으로서, 플로우팅존 (FZ: Floating Zone)법 또는 초크랄스키(CZ: CZochralski)법이 많이 이용되고 있다. FZ 법을 적용하여 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 경우, 대구경의 실리콘 웨이퍼를 제조하기 어려울 뿐만 아니라 공정 비용이 매우 비싼 문제가 있기 때문에, CZ 법에 의하여 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 것이 일반화되어 있다.
CZ 법에 의하면, 석영 도가니에 다결정 실리콘을 장입하고, 흑연 발열체를 가열하여 이를 용융시킨 후, 용융 결과 형성된 실리콘 용융액에 시드(seed) 결정을 침지시키고, 용융액 계면에서 결정화가 일어나도록 하여 시드 결정을 회전하면서 인상시킴으로써 단결정 실리콘 잉곳이 성장된다.
CZ 법을 이용한 단결정 성장 공정은 시드 결정으로부터 가늘고 긴 결정을 성장시키는 네킹(Necking) 공정을 진행하며, 네킹(Necking) 공정 이후에는 결정을 직경 방향으로 성장 시켜 목표한 직경으로 만드는 솔더링(Shouldering) 공정을 거치고, 이후 일정한 직경을 갖는 결정으로 성장시키는 바디그로잉(Body Growing)공정을 거치며, 일정한 길이만큼 바디그로잉이 진행된 후에는 결정의 직경을 서서히 감소시켜 용융 실리콘과 분리하는 테일링(Tailing) 공정을 거치게 된다.
이와 같은 단결정 성장 공정 중 네킹 공정에서는 성장시키는 넥의 지름을 충분히 작게 하여 전위(dislocation)를 제거하는 공정이 이루어지게 되나 이러한 네킹 공정 진행 중 넥이 용융액으로부터 떨어지는 현상인 팝 아웃(Pop out)이 발생하는 경우가 있다.
이러한 팝 아웃(Pop out)은 단결정 성장 공정 진행 중 용융액의 진동(vibration)에 의하여 순간적으로 용융액과 넥이 분리가 되는 것으로부터 발생할 수 있으며, 넥 성장 중 팝 아웃(Pop out)이 발생하게 되면 다시 넥을 성장시키기 위하여 재작업을 진행해야 하므로 단결정 제조 공정의 생산성이 악화되는 문제가 발생한다.
실시예는 단결정 성장의 넥 공정에서 용융액 표면의 진동을 감지하여 넥의 팝 아웃(Pop out) 발생을 제어할 수 있는 단결정 성장 방법을 제공하고자 한다.
실시예는 챔버; 상기 챔버 내에 배치되며, 용융액을 수용하는 도가니; 상기 도가니의 상부에 배치되는 열차폐부; 상기 용융액의 상부에 배치되는 시드 척; 상기 시드 척에 연결되며, 상기 시드 척을 이동시키는 인상 장치; 및 상기 인상 장치의 속도를 제어하는 인상 속도 제어 장치; 를 포함하며, 상기 인상 속도 제어 장치는 상기 시드 척에 연결되어 성장하는 단결정의 넥 지름을 감지하여 제어하는 제1 제어부 및 상기 용융액 표면의 변동을 감지하여 제어하는 제2 제어부를 포함하는 단결정 성장 장치를 제공한다.
상기 제1 제어부는 상기 넥 지름을 측정하는 제1 촬상부, 측정된 상기 넥 지름과 목표의 상기 넥 지름을 비교하는 제1 연산부 및 상기 제1 연산부에서 비교한 결과값에 상응하여 상기 인상 장치의 속도를 제어하는 제1 속도 조절부를 포함할 수 있다.
상기 제2 제어부는 상기 용융액의 표면 영상을 획득하는 제2 촬상부, 상기 제2 촬상부로부터 출력된 영상 정보의 결과값으로부터 상기 용융액 표면의 변동을 판단하는 제2 연산부 및 상기 제2 연산부에서 판단한 결과값에 상응하여 상기 인상 장치의 속도를 제어하는 제2 속도 조절부를 포함할 수 있다.
상기 제2 촬상부는 상기 열차폐부가 상기 용융액 표면에 투영되어 형성하는 이미지를 포함하는 상기 용융액 상부 표면의 영상을 획득할 수 있다.
상기 제2 속도 조절부에 의하여 제어되는 상기 인상 장치의 인상 속도는 0.5mm/min 이하일 수 있다.
상기 용융액 표면의 변동은 상기 용융액 표면의 상하 방향으로의 진동일 수 있다.
상기 용융액 표면의 변동은 상기 열차폐부가 상기 용융액 표면에 투영되어 형성하는 이미지와 상기 용융액 사이의 경계선의 변동일 수 있다.
다른 실시예는 상술한 단결정 성장 장치를 이용하는 단결정 성장 방법에 있어서, 상기 제2 촬상부에서 상기 용융액 표면의 영상을 획득하는 단계; 상기 제2 연산부에서 상기 획득한 영상 정보로 상기 용융액 표면의 변동을 감지하는 단계; 및 상기 감지된 용융액 표면의 변동 값에 따라 상기 제1 제어부와 상기 제2 제어부 중 어느 하나의 제어부에 의하여 상기 인상 장치의 인상 속도를 조절하는 단계; 를 포함하는 단결정 성장 방법을 제공한다.
상기 용융액 표면의 변동은 상기 열차폐부가 상기 용융액 표면에 투영되어 형성된 이미지와 상기 용융액 사이의 경계선의 변화율로 판단할 수 있다.
상기 변화율은 아래와 같을 수 있다.
Figure 112014073486995-pat00001
(여기서, R은 변화율에 해당하고, A는 기준이 되는 상기 경계선의 순간 기울기이고, B는 기준이 되는 상기 경계선의 이미지 촬영 후 제1 시간 경과 후의 상기 경계선의 순간 기울기에 해당한다)
상기 변화율은 상기 경계선 상의 복수의 지점에서 판단될 수 있다.
상기 복수의 지점 중 과반수 이상의 지점에서 상기 변화율이 35% 보다 크면 상기 제2 제어부에 의하여 상기 인상 장치의 인상 속도를 조절할 수 있으며, 상기 인상 속도는 0.5 mm/min 이하로 제어될 수 있다.
상기 복수의 지점 중 과반수 이상의 지점에서 상기 변화율이 35% 이하인 경우 상기 제1 제어부에 의하여 상기 인상 장치의 인상 속도를 조절할 수 있으며, 상기 인상 속도는 0.3 mm/min 내지 5.5 mm/min로 제어될 수 있다.
상기 인상 장치의 인상 속도는 상기 단결정 성장의 네킹 공정에서 제어될 수 있다.
실시예에 따른 단결정 성장 장치 및 단결정 성장 방법은 용융액 표면을 촬영하여 얻은 이미지의 변화로부터 용융액 표면의 진동 여부를 판단하여 단결정의 성장 속도를 제어함으로써, 단결정의 넥 성장시 팝 아웃을 방지하여 넥 영역의 결정의 품질을 개선할 수 있으며 넥 성장 공정의 생산성을 높일 수 있다.
도 1은 단결정 성장 장치의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 2는 일 실시예의 단결정 성장 장치의 일부분을 나타낸 도면이고,
도 3은 일 실시예의 단결정 성장 장치에서의 용융액의 표면 이미지를 나타낸 도면이고,
도 4는 단결정 성장 방법의 일 실시예에 대한 플로우 차트를 나타낸 도면이고,
도 5는 용융액 표면의 이미지를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 단결정 성장 장치의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
실시예의 단결정 성장 장치는 챔버(10), 상기 챔버(10) 내에 배치되고 용용액(SM)을 수용하는 도가니(30), 도가니(30)의 상부에 배치되는 열차폐부(50), 용융액(SM) 상부에 배치되는 시드 척과 이를 이동시키는 인상 장치(70) 및 인상 장치의 속도를 제어하는 인상 속도 제어 장치(100)를 포함할 수 있다.
도 1의 실시예에서 챔버(10)는 내부에 캐비티(cavity)가 형성된 원통 형상일 수 있고, 챔버(10)의 상부에는 풀(Pull) 챔버(미도시)가 연결되어 배치될 수 있다.
도가니(30)는 챔버(10) 내의 중앙 영역에 배치될 수 있으며, 실리콘 용융액(SM)이 수용될 수 있도록 전체적으로 오목한 그릇의 형상일 수 있다. 또한, 상기 도가니(30)는, 상기 실리콘 용융액(SM)과 직접 접촉되는 석영 도가니와, 석영 도가니의 외면을 둘러싸면서 석영 도가니를 지지하는 흑연 도가니를 포함할 수 있다.
도가니(30)의 측면에는 도가니(30)를 향하여 열을 공급하기 위한 히터(20)가 배치될 수 있다. 히터(20)는 도가니(30)의 외주면과 소정 간격 이격 되어 도가니(30) 측부를 에워싸도록 원통형으로 배치될 수 있다.
또한, 도가니에 수용된 용융액(SM)의 상부에는 열차폐부(50)가 배치될 수 있다.
열차폐부(50)는 히터(20)로 가열된 도가니(30)의 열을 보존하기 위하여 배치될 수 있으며, 히터(70)와 챔버(10) 사이에 측면 열차폐부(미도시)가 더 포함될 수 있다.
도 1의 실시예에서 단결정 성장 장치는 시드 척과 넥(40)을 인상시키는 인상 장치(70)와 인상 장치의 속도를 제어하는 인상 속도 제어장치(100)를 포함할 수 있으며, 인상 속도 제어장치(100)는 제1 제어부(100A)와 제2 제어부(100B)를 포함할 수 있다.
도 2는 일 실시예의 단결정 성장 장치에서 제1 제어부(100A)와 제2 제어부(100B)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
실시예에서 제1 제어부(100A)는 단결정 성장 장치의 시드 척에 연결되어 성장하는 단결정의 넥 영역의 지름을 감지하여 인상 장치의 인상 속도를 제어하는 것일 수 있다.
제 1제어부(100A)는 넥의 지름을 측정하는 제1 촬상부(110A), 측정된 넥 지름과 목표의 넥 지름을 비교하여 판단하는 제1 연산부(130A) 및 제1 연산부(130A)에서 비교한 결과값에 상응하여 인상 장치의 인상 속도를 제어하는 제1 속도 조절부(150A)를 포함할 수 있다.
제1 촬상부(110A)는 광학부와 광학부에서 입수된 광학 정보를 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서(Image Sensor)부를 포함하는 촬상 장치일 수 있다. 제1 촬상부(110A)는 연속 촬영이 가능한 디지털 카메라 등일 수 있으며, 예를 들어 CCD(Charge Coupled Device)카메라일 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
제1 촬상부(110A)는 챔버 외부에 배치될 수 있으며, 성장하는 넥 결정 부분을 촬영하는 것일 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 실리콘 용융액(SM)에서 넥(40)이 성장하는 부분인 B 영역을 촬영하는 것일 수 있다.
제1 연산부(130A)는 제1 촬상부(110A)에서 이미지를 촬상하여 측정한 넥의 실제 지름과 목표로 하는 넥 지름을 비교하여 그 차이를 판단할 수 있다.
제1 속도 조절부(150A)는 제1 연산부(130A)에서 판단하여 출력되는 결과 값에 상응하여 인상 장치의 인상 속도를 제어할 수 있다. 인상 속도의 제어에는 PID 제어(Proportional Integral Derivative control)가 이용될 수 있으나, 실시예는 이에 한정하지 않는다.
즉, 네킹 공정 진행 중에는 제1 촬상부(110A)에 의하여 연속적으로 넥의 성장을 관찰하여 성장하는 넥의 지름을 측정하며, 제1 촬상부(110A)에서 관찰하여 출력된 실제 넥의 지름 값과 목표값으로 하는 넥 지름의 값의 차이를 제1 연산부(130A)에서 판단하고, 제1 연산부(130A)에서 판단된 결과를 제1 속도 조절부(150A)로 출력하여 시드 척과 연결된 인상 장치(70)의 인상 속도를 조절하게 된다.
예를 들어, 제1 속도 조절부(150A)에 의하여 제어되는 인상 장치(70)의 인상 속도는 측정된 넥의 실제 직경이 목표 값보다 작은 경우에는 진행되는 공정에서의 인상 속도는 더 느리게 조절되고, 이와 반대로 측정된 넥의 직경이 목표 값보다 큰 경우에는 진행되는 공정에서 인상 장치의 인상 속도는 더 빠르게 조절될 수 있다.
제2 제어부(100B)는 도가니에 수용된 용융액(SM) 표면의 변동을 감지하여 제어하는 것일 수 있다.
제2 제어부(100B)는 제2 촬상부(110B), 제2 연산부(130B) 및 제2 속도 조절부(150B)를 포함할 수 있다.
제2 촬상부(110B)는 상술한 제1 촬상부(110A)와 유사한 구성을 가질 수 있으며, 제2 촬상부(110B)는 챔버 외부에 배치되어 용융액(SM)의 표면의 영상을 촬영하는 것일 수 있다.
예를 들어, 도 1을 참조하면, 제2 촬상부(110B)는 시드척과 넥(40)이 연결되는 용융액(SM) 표면의 중심영역이 아닌 도가니(30)의 측벽과 인접한 영역인 A영역의 용융액(SM) 표면을 촬영하는 것일 수 있다.
제2 연산부(130B)는 제2 촬상부(110B)에서 출력한 영상 정보로부터 용융액 표면의 변동을 판단할 수 있다.
제2 연산부(130B)에서는 제2 촬상부(110B)에서 연속적으로 촬영하여 출력된 영상 정보 중 용융액 표면의 진동이 없는 상태의 이미지를 기준으로 하고 이러한 기준 영상과 연속하여 촬영한 용융액 표면의 영상의 비교를 통하여 용융액 표면의 진동 여부를 판단할 수 있다.
용융액 표면의 진동 여부는 기준이 되는 진동이 없는 경우에 있어서의 용융액 표면의 이미지와의 명암의 차이, 색상의 차이 등으로 판단할 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
예를 들어, 경험적으로 용융액 표면의 변동이 있는 것으로 판단되는 시점의 이미지의 흔들림이나 명암 값의 데이터를 축적하여 제2 연산부(130B)에 저장하고, 제2 촬상부(110B)에서 촬영된 영상의 이미지와 제2 연산부(130B)에 저장된 기존의 데이터의 영상을 비교하여 용융액 표면의 변동 여부를 판단할 수 있다.
제2 속도 조절부(150B)는 제2 연산부(130B)에서 판단하여 출력한 결과값에 상응하여 인상 장치의 인상 속도를 제어할 수 있다.
예를 들어, 용융액 표면의 이미지의 변화 정도가 진동(vibration)으로 볼 수 있는 범위보다 작은 경우 제2 속도 조절부(150B)는 동작하지 않고 제1 속도 조절부(150B)에 의하여 인상 장치의 인상 속도가 제어되며, 이미지의 변화 정도가 용융액 표면에 진동이 있는 것으로 판단될 경우 제1 제어부(100A)에 의한 인상 장치의 인상 속도 제어는 이루어지지 않으며, 제2 속도 조절부(150B)에 의하여 인상 속도가 제어되게 된다.
이와 같이 제1 제어부(100A)가 아닌 제2 제어부(100B)에 의하여 인상 장치의 인상 속도가 제어될 경우 인상 속도는 제2 제어부(100B)에 의한 속도 제어를 시작하기 전의 인상 속도 보다 느리게 되도록 조절할 수 있다.
제2 속도 조절부(150B)에 의하여 제어되는 인상 장치의 인상 속도는 0.5mm/min 이하일 수 있다.
제2 속도 조절부(150B)에 의한 인상 속도 조절은 용융액 표면의 진동이 있는 것으로 판단되는 경우, 즉 넥에서 팝 아웃이 발생할 가능성이 있는 경우이므로, 인상 속도가 0.5mm/min 이하로 제어되어야 넥이 안정적으로 성장할 수 있다.
제2 제어부(100A)에서 판단하는 용융액 표면의 변동은 용융액의 상부 표면이 상하 방향으로 진동(Vibration)하는 것일 수 있다. 용융액 표면의 진동은 상부 표면이 상하 방향으로 균일하지 않은 진폭을 가지고 변화되는 것일 수 있다.
용융액 표면의 진동은 도가니에 수용된 용융액 표면 전체에서 균일하게 나타나지 않을 수 있으며, 용융액과 도가니의 측벽이 접하는 지점에서 진동이 시작되어 넥과 용융액이 접하는 도가니의 중심 방향으로 전달될 수 있다.
용융액 표면의 진동은 단결정 성장 공정 중 연속적으로 발생할 수 있으며, 진동의 정도는 단결정 성장 공정 중 불규칙적으로 변화될 수 있다.
용융액 표면의 진동 발생 여부는 단결정 성장 장치의 열차폐부가 투영되어 용융액 표면에 형성하는 이미지와 용융액 사이의 경계선의 변동으로 판단할 수 있다.
도 3은 제2 촬상부에서 촬영된 용융액 표면의 이미지의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3의 이미지에서는 열차폐부(50)와 열차폐부가 용융액(SM) 표면에 투영되어 형성하는 이미지(52) 및 용융액(SM) 표면이 같이 표시되고 있다. 도 3에서 열차폐부가 투영되어 형성된 이미지(52)와 용융액(SM) 표면의 이미지는 명암 차이가 발생하며 가상의 경계선(C)을 형성할 수 있다.
즉, 챔버 외부에 배치되는 제2 촬상부(110B)가 열차폐부가 투영되어 그림자 이미지(52)를 형성하는 용융액(SM) 표면 영역을 영상 촬영하고, 용융액(SM) 표면에 형성된 열차폐부의 투영 이미지(52)의 가장 자리의 변동 정도를 관찰하여 용융액 표면의 진동 발생 여부를 판단할 수 있다.
실시예에서는 열차폐부(50)의 투영된 이미지(52)를 예를 들어 설명하였으나, 도가니의 상부에 배치되어 용융액 표면에 투영된 이미지를 형성할 수 있는 경우이면, 챔버 내의 다른 구조물의 투영 이미지로부터 용융액 표면의 진동여부를 판단할 수 있다.
이하에서는 단결정 성장 방법의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명하며, 상술한 단결정 성장 장치의 실시예와 중복되는 내용은 제외하고 차이점을 중심으로 기술한다.
도 4는 단결정 성장 방법의 일 실시예를 나타낸 플로우차트이다.
실시예의 단결정 성장 방법은 상술한 실시예의 단결정 성장 장치를 이용할 수 있다.
도 4를 참조하면, 실시예의 단결정 성장 방법은 용융액 표면의 영상을 획득하는 단계(S1000), 용융액 표면의 변동을 감지하는 단계(S1100), 감지된 용융액 표면의 변동 값에 따라 제1 제어부와 제2 제어부 중 어느 하나의 제어부에 의하여 인상 장치의 인상속도를 조절하는 단계(S1200, S1230, S1250) 및 이에 따라 인상 장치를 인상하는 단계(S1300)를 포함할 수 있다.
용융액 표면의 영상을 획득하는 단계(S1000)는 제2 촬상부(110B)에서 이루어질 수 있다. 제2 촬상부(110B)에서는 도가니(30)에 수용된 용융액(SM) 표면의 중심이 아닌 외곽 영역을 연속적으로 촬영할 수 있다.
용융액 표면의 변동을 감지하는 단계(S1100)는 제2 연산부(130B)에서 이루어질 수 있으며, 제2 촬상부(110B)에서 연속적으로 촬영하여 획득한 영상 정보로부터 용융액(SM) 표면의 변동을 감지할 수 있다.
용융액(SM) 표면의 변동은 단결정 성장 장치의 챔버 내에 배치되는 열차폐부(50)가 용융액(SM) 표면에 투영되어 형성된 이미지(52)와 용융액 사이의 경계선(C)의 변화율로 판단할 수 있다.
경계선(C)의 변화율을 판단하는 단계(S1200)는 제2 연산부(130B)에서 진행될 수 있으며, 변화율이 35% 보다 큰 경우에는 제2 제어부(100B)에 의하여 인상 속도가 조절되는 단계(S1250)로 진행될 수 있으며, 변화율이 35%이하인 경우에는 제1 제어부(100A)에 의하여 인상 속도가 조절되는 단계(S1230)로 진행될 수 있다.
인상 장치를 인상하는 단계(S1300)는 제1 제어부(100A) 또는 제2 제어부(100B)에 의하여 조절된 속도에 의하여 인상 장치가 인상되는 단계일 수 있다.
경계선의 변화율 R(%)은 아래와 같을 수 있다.
Figure 112014073486995-pat00002
여기에서, A는 기준이 되는 경계선의 순간 기울기이고, B는 기준이 되는 경계선의 이미지 촬영 후 제1 시간 경과 후의 경계선의 순간 기울기에 해당한다.
이때, (B-A)<0이면 │B-A│=-(B-A) 이고, (B-A)≥0이면 │B-A│=(B-A) 이다.
즉, 용융액 표면의 변동은 경계선 상의 임의의 점에서의 순간 기울기의 변화율로부터 판단될 수 있다.
경계선의 변화율(R)은 용융액(SM) 표면의 변동이 없는 임의의 시점에서 경계선(C)에 대한 영상 정보를 제2 촬상부(110B)로 획득하고 이러한 영상 정보에서 경계선(C) 상의 하나의 지점에서의 순간 기울기를 구하고, 일정 시간인 제1 시간 경과 후에, 순간 기울기를 구한 기준이 되는 경계선 상의 임의의 점과 대응되는 변경된 경계선 상의 점에서의 순간 기울기를 구하여 계산할 수 있다.
이때, 경계선(C)은 열차폐부가 용융액 표면에 투영되어 형성하는 이미지와 용융액 표면이 형성하는 경계선일 수 있으며, 제1 시간은 0.5초일 수 있다.
도 5는 용융액 표면의 이미지를 개략적으로 도시하여 나타낸 것이다.
도 5의 경우를 예를 들어 설명하면, 용융액(SM) 표면의 변동이 없는 것으로 판단되는 임의의 시점에서 열차폐부의 투영된 이미지(52)가 생성하는 경계선을 C라고 하고, 임의의 시점에서 0.5초 경과 후에 형성된 열차폐부의 투영 이미지(52)의 경계선을 C`라고 할 때, 경계선 C 상의 임의의 점인 제1 지점(P1)에서의 순간 기울기(A)와 C 경계선 상의 제1 지점(P1)을 지나는 가상의 수평선(X1)과 경계선 C`가 만나는 제2 지점(P1`)에서의 순간 기울기(B)를 비교하여 용융액(SM) 표면의 변동 정도를 판단할 수 있다.
경계선의 변화율(R), 즉 순간 기울기의 변화율이 35% 보다 큰 경우 용융액(SM) 표면의 진동이 네킹 공정 중 팝 아웃을 발생시킬 수 있는 것으로 판단할 수 있다.
경계선의 변화율(R)이 35~40%인 경우 인상 장치의 인상 속도는 0.5 mm/min 로 제어될 수 있고, 변화율이 증가될수록 비례하여 인상 속도의 값은 작아질 수 있으며, 변화율이 55% 이상인 경우 인상 속도는 0.1 mm/min 이하로 제어될 수 있다. 경우에 따라서 인상 속도를 0 mm/min으로 하여 넥 부분의 팝 아웃을 방지할 수 있다.
실시예의 단결정 성장 방법에서 제2 제어부(100B)에 의한 인상 속도의 조절은 제2 촬상부(110B)에서 용융액(SM) 표면을 연속적으로 관찰하면서 기준이 되는 시점과 비교하여 촬상 되는 용융액 표면의 이미지의 차이가 발생하는 경우에 일어날 수 있다.
제2 제어부(100B)의 제2 연산부(130B)에서 판단한 결과 용융액 표면의 진동이 있는 것으로 결과가 도출될 경우, 즉 경계선의 변화율이 35% 보다 큰 경우 넥에서 팝 아웃을 방지하기 위하여 인상 속도를 느리게 하도록 제어될 수 있다.
이러한 경우 제1 제어부(100A)에 의한 넥 지름 제어는 이루어지지 않으며, 용융액 표면의 진동이 사라져 넥이 안정적으로 성장할 수 있을 때까지 제2 제어부(100B)에 의하여 인상 속도가 제어되게 된다.
이와 달리 제2 연산부(130B)에서 판단한 결과 용융액 표면의 진동이 넥에서의 팝 아웃을 일으킬 수 있는 값보다 작은 것으로 판단된 경우, 즉 경계선의 변화율이 35% 이하인 경우 제1 제어부(100A)에 의해서 인상 속도가 제어될 수 있다.
제1 제어부(100A)에 의하여 인상 속도가 제어되는 경우에는 넥의 지름을 연속적으로 관찰하여 이로부터 제1 연산부(130B)에서 판단한 목표 넥 지름과의 편차를 계산하여 인상 장치의 인상 속도를 제어하게 된다.
이때, 제2 제어부(100B)의 제2 촬상부(110B)에서는 연속적으로 용융액 표면 영상을 촬영하고, 제2 연산부(130B)에서 용융액 표면의 변동 여부를 판단하게 되나 경계선의 변화율이 35% 이하로 유지되는 경우에는 제2 속도 조절부(150B)에 의한 인상 속도 조절은 이루어지지 않는다.
경계선의 변화율(R)은 경계선 상의 복수의 지점에서 판단될 수 있다.
복수의 지점에서의 경계선의 변화율이 판단될 경우 판단되는 복수의 지점 중 과반수 이상의 점에서 변화율이 35%보다 크면 제2 제어부(100B)에 의하여 인상 속도가 조절될 수 있다.
예를 들어, 도 5에서는 임의의 시점에서의 영상 정보를 획득하여 얻은 경계선 C 상의 5개의 점(P1 내지 P5)에서의 순간 기울기 값과, 임의의 시점에서 0.5초 이후에 형성되는 경계선 C` 상에 대응되는 5개의 점(P1` 내지 P5`)에서의 순간 기울기의 변화율을 판단하고 인상 장치의 인상 속도를 제어할 수 있다. 여기서 C`상의 대응되는 5개의 점(P1` 내지 P5`)은 C상의 5개의 점(P1 내지 P5)을 지나는 가상의 수평선들(X1 내지 X5)과 만나는 C`상의 지점에 해당할 수 있다.
경계선 C 상의 5개 지점(P1 내지 P5)의 순간기울기와 0.5초 이후의 경계선 C` 상의 5개 지점(P1` 내지 P5`)의 순간기울기의 변화율을 판단하고 이 중에서 3개 이상의 지점의 경계선 변화율이 35% 보다 큰 경우 제2 제어부(100B)에 의하여 인상 장치의 인상 속도가 제어될 수 있다.
제2 제어부(100B)에 의하여 인상 장치의 속도가 제어되는 경우 인상 속도는 0.5mm/min 이하로 제어될 수 있다.
또한, 경계선 상의 복수의 지점에서 경계선의 변화율이 35% 이하일 경우 제1 제어부(100A)에 의하여 인상 장치의 인상 속도를 조절할 수 있다.
예를 들어, 도 5의 도시를 참조하면, 경계선에 표시된 5개의 지점 중 3개 이상에서 순간 기울기의 변화가 35% 이하일 경우 제1 제어부(100A)에 의하여 인상 장치의 인상 속도가 제어될 수 있다.
즉, 경계선 C 상의 5개 지점(P1 내지 P5)의 순간기울기와 0.5초 이후의 경계선 C` 상의 5개 지점(P1` 내지 P5`)의 순간기울기의 변화율을 판단하고 이 중에서 3개 이상의 지점의 경계선 변화율이 35% 이하인 경우 제1 제어부(100A)에 의하여 인상 장치의 인상 속도가 제어될 수 있다.
제1 제어부(100A)에 의하여 인상 장치의 속도가 제어되는 경우 인상 속도는 0.3 mm/min 내지 5.5 mm/min 일 수 있다.
제1 제어부(100A)에 의하여 조절되는 인상 속도는 제1 연산부(130A)에서 판단하는 넥 지름 값의 비교로서 제어될 수 있으며, 제어되는 인상 속도의 범위가 0.3 mm/min 보다 작아질 경우 넥 지름이 과도하게 증가될 수 있으며, 5.5 mm/min 보다 커질 경우 넥 성장이 급격히 일어남으로써 팝 아웃이 발생할 가능성이 커질 수 있다.
제1 제어부(100A) 또는 제2 제어부(100B)에 의한 인상 장치의 인상 속도는 단결정 성장 공정 중 네킹 공정에서 이루어질 수 있다,
실시예의 단결정 성장 장치와 단결정 성장 방법의 경우 넥 공정에서의 인상 장치의 인상 속도를 제어하기 위하여 넥 지름의 변화를 감지하여 속도를 제어하는 제1 제어부 이외에 용융액 표면의 변화를 감지하여 인상 속도를 조절할 수 있는 추가의 제2 제어부를 더 포함할 수 있다.
이러한 제2 제어부에 의하여 넥 공정 진행 중 팝 아웃이 발생할 수 있는 상황을 미리 예측하여 인상 속도를 느리게 조절하도록 제어함으로써 팝 아웃을 방지하여 넥을 안정적으로 성장할 수 있는 효과를 가진다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 챔버 30 : 도가니
40 : 넥 50 : 열차폐부
70 : 인상 장치 100 : 인상 속도 제어장치
100A : 제1 제어부 100B : 제2 제어부

Claims (16)

  1. 챔버; 상기 챔버 내에 배치되며, 용융액을 수용하는 도가니; 상기 도가니의 상부에 배치되는 열차폐부; 상기 용융액의 상부에 배치되는 시드 척; 상기 시드 척에 연결되며, 상기 시드 척을 이동시키는 인상 장치; 및 상기 인상 장치의 속도를 제어하는 인상 속도 제어 장치; 를 포함하며,
    상기 인상 속도 제어 장치는 상기 시드 척에 연결되어 성장하는 단결정의 넥 지름을 감지하여 제어하는 제1 제어부 및
    상기 용융액 표면의 변동을 감지하여 제어하는 제2 제어부를 포함하는 단결정 성장 장치를 이용하는 단결정 성장 방법에 있어서,
    상기 제2 촬상부에서 상기 용융액 표면의 영상을 획득하는 단계;
    상기 제2 연산부에서 상기 획득한 영상 정보로 상기 용융액 표면의 변동을 감지하는 단계; 및
    상기 감지된 용융액 표면의 변동 값에 따라 상기 제1 제어부와 상기 제2 제어부 중 어느 하나의 제어부에 의하여 상기 인상 장치의 인상 속도를 조절하는 단계; 를 포함하고,
    상기 용융액 표면의 변동은 상기 열차폐부가 상기 용융액 표면에 투영되어 형성된 이미지와 상기 용융액 사이의 경계선의 변화율로 판단하며,
    상기 변화율은 아래와 같고,
    Figure 112015111537121-pat00009

    (여기서, R은 변화율에 해당하고, A는 기준이 되는 상기 경계선의 순간 기울기이고, B는 기준이 되는 상기 경계선의 이미지 촬영 후 제1 시간 경과 후의 상기 경계선의 순간 기울기에 해당한다)
    상기 변화율은 상기 경계선 상의 복수의 지점에서 판단되며,
    상기 복수의 지점 중 과반수 이상의 지점에서 상기 변화율이 35% 보다 크면 상기 제2 제어부에 의하여 상기 인상 장치의 인상 속도를 조절하고,
    상기 복수의 지점 중 과반수 이상의 지점에서 상기 변화율이 35% 이하인 경우 상기 제1 제어부에 의하여 상기 인상 장치의 인상 속도를 조절하는 단결정 성장 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 제어부는 상기 넥 지름을 측정하는 제1 촬상부;
    측정된 상기 넥 지름과 목표의 상기 넥 지름을 비교하는 제1 연산부; 및
    상기 제1 연산부에서 비교한 결과값에 상응하여 상기 인상 장치의 속도를 제어하는 제1 속도 조절부; 를 포함하는 단결정 성장 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제2 제어부는 상기 용융액의 표면 영상을 획득하는 제2 촬상부;
    상기 제2 촬상부로부터 출력된 영상 정보의 결과값으로부터 상기 용융액 표면의 변동을 판단하는 제2 연산부; 및
    상기 제2 연산부에서 판단한 결과값에 상응하여 상기 인상 장치의 속도를 제어하는 제2 속도 조절부; 를 포함하는 단결정 성장 장치를 이용하는 단결정 성장 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제2 촬상부는 상기 열차폐부가 상기 용융액 표면에 투영되어 형성하는 이미지를 포함하는 상기 용융액 상부 표면의 영상을 획득하는 단결정 성장 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 용융액 표면의 변동은 상기 용융액 표면의 상하 방향으로의 진동인 단결정 성장 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1항에 있어서, 상기 인상 속도는 0.5mm/min 이하로 제어되는 단결정 성장 방법.
  14. 삭제
  15. 제 1항에 있어서, 상기 인상 속도는 0.3 mm/min 내지 5.5 mm/min로 제어되는 단결정 성장 방법.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 인상 장치의 인상 속도는 상기 단결정 성장의 네킹 공정에서 제어되는 단결정 성장 방법.
KR1020140099674A 2014-08-04 2014-08-04 단결정 성장 방법 KR101607162B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140099674A KR101607162B1 (ko) 2014-08-04 2014-08-04 단결정 성장 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140099674A KR101607162B1 (ko) 2014-08-04 2014-08-04 단결정 성장 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160016141A KR20160016141A (ko) 2016-02-15
KR101607162B1 true KR101607162B1 (ko) 2016-03-29

Family

ID=55356937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140099674A KR101607162B1 (ko) 2014-08-04 2014-08-04 단결정 성장 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101607162B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002080293A (ja) 2000-06-20 2002-03-19 Toshiba Ceramics Co Ltd 単結晶引上げ装置および引上げ方法
KR101391514B1 (ko) * 2010-09-16 2014-05-07 글로벌웨어퍼스 재팬 가부시키가이샤 단결정 인상 장치 및 단결정 인상 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002080293A (ja) 2000-06-20 2002-03-19 Toshiba Ceramics Co Ltd 単結晶引上げ装置および引上げ方法
KR101391514B1 (ko) * 2010-09-16 2014-05-07 글로벌웨어퍼스 재팬 가부시키가이샤 단결정 인상 장치 및 단결정 인상 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160016141A (ko) 2016-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4918897B2 (ja) シリコン単結晶引上方法
EP2011905B1 (en) Method for measuring distance between reference reflector and melt surface
TWI588304B (zh) Single crystal manufacturing method
KR101289400B1 (ko) 실리콘 단결정의 제조방법
CN111690980A (zh) 一种用于放肩过程的晶体生长控制方法、装置、系统及计算机存储介质
KR100669300B1 (ko) 다결정 실리콘 충전물로부터 용융된 실리콘 용융체를제조하는 방법 및 장치
JPH03279803A (ja) 結晶育成自動制御用直径測定方法及び装置
KR20120030028A (ko) 단결정 인상 장치 및 단결정 인상 방법
JP2019085299A (ja) 単結晶の製造方法及び装置
CN112080793B (zh) 用于半导体单晶生长中的温度控制的系统和方法
JP2015519291A (ja) シリコン単結晶成長装置及びその製造方法
JP4035924B2 (ja) 単結晶直径の制御方法及び結晶成長装置
JP3704710B2 (ja) 種結晶着液温度の設定方法及びシリコン単結晶の製造装置
JP3867476B2 (ja) シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶の製造装置
KR101607162B1 (ko) 단결정 성장 방법
CN216304033U (zh) 监控单晶炉中硅熔液的液面的状态及坩埚的状态的系统
CN116536751A (zh) 直拉单晶的制备方法以及单晶炉
WO2022075061A1 (ja) 単結晶の製造方法
JP5293625B2 (ja) シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶の製造装置
JP2016084250A (ja) 単結晶の製造方法及び製造装置
KR101540863B1 (ko) 잉곳 직경 제어장치 및 이를 포함하는 잉곳성장장치 및 그 방법
KR101781463B1 (ko) 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 및 성장 방법
KR102488064B1 (ko) 단결정 잉곳 성장 장치 및 그 제어 방법
KR101379798B1 (ko) 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치 및 방법
JP2022132995A (ja) 原料融液の表面の状態の検出方法、単結晶の製造方法、及びｃｚ単結晶製造装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181226

Year of fee payment: 4