KR101625433B1

KR101625433B1 - 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101625433B1
Application number: KR1020140109630A
Authority: KR
Inventors: 김우태; 김세훈; 홍영호
Original assignee: 주식회사 엘지실트론
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2016-05-30
Also published as: KR20160023352A

Abstract

실시 예의 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법은, 성장로에서 단결정 실리콘 잉곳의 바디를 성장시킨 선행 구간 동안에 성장로의 온도 변화를 과거 데이터로서 저장하는 단계와, 과거 데이터를 이용하여, 선행 구간에 후속하는 후속 구간 동안 단결정 실리콘 잉곳의 바디를 성장시킬 성장로 내의 온도를 예측하는 온도 예측 상관식을 구하는 단계 및 온도 예측 상관식을 이용하여, 후속 구간에서 성장시킬 단결정 실리콘 잉곳의 바디의 성장 조건을 조절하는 단계를 포함한다.

Description

단결정 실리콘 잉곳 제조 방법 및 장치{Apparatus and method for growing monocrystalline silicon ingots}

실시 예는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법으로서, 플로우팅존(FZ:Floating Zone)법 또는 초크랄스키(CZ:CZochralski)법이 많이 이용되고 있다. FZ 법을 적용하여 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 경우, 대구경의 실리콘 웨이퍼를 제조하기 어려울 뿐만 아니라 공정 비용이 매우 비싼 문제가 있기 때문에, CZ 법에 의거하여 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 것이 일반화되어 있다.

CZ 법에 의하면, 석영 도가니에 다결정 실리콘을 장입하고, 도가니의 측부에 배치된 히터(heater)에 의해 흑연 발열체를 가열하여 이를 용융시킨 후, 용융 결과 형성된 실리콘 용융액에 씨드(seed) 결정을 침지시키고, 용융액 계면에서 결정화가 일어나도록 하여 씨드 결정을 회전하면서 인상시킴으로서 단결정 실리콘 잉곳이 육성된다. 이후, 육성된 단결정 실리콘 잉곳을 슬라이싱(slicing), 랩핑(lapping), 연삭(grinding), 연마(polishing) 및 세정(cleaning)하여 웨이퍼 형태로 만든다.

기존의 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법 및 장치에 의하면, 단결정 실리콘 잉곳을 제조할 때 성장로 내부의 온도 변화를 정확하게 예측할 수 없어, 단결정 실리콘 잉곳의 인상 속도 및 직경을 정확하게 제어할 수 없다.

실시 예는 고품질의 단결정 실리콘 잉곳을 제조할 수 있는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법 및 장치를 제공한다.

실시 예의 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법은 성장로에서 단결정 실리콘 잉곳의 바디를 성장시킨 선행 구간 동안에 상기 성장로의 온도 변화를 과거 데이터로서 저장하는 단계; 상기 과거 데이터를 이용하여, 상기 선행 구간에 후속하는 후속 구간 동안 상기 단결정 실리콘 잉곳의 바디를 성장시킬 상기 성장로 내의 온도를 예측하는 온도 예측 상관식을 구하는 단계; 및 상기 온도 예측 상관식을 이용하여, 상기 후속 구간에서 성장시킬 상기 단결정 실리콘 잉곳의 바디의 성장 조건을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법은 상기 과거 데이터와 상기 온도 예측 상관식을 평가하여, 상기 온도 예측 상관식을 수정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 과거 데이터를 저장하는 단계는 상기 선행 구간에서 상기 성장로 내의 온도 변화를 상기 단결정 실리콘 잉곳의 바디의 길이 별로 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 온도 예측 상관식을 구하는 단계는 이산적인 상기 과거 데이터로부터 상기 온도 예측 상관식에 해당하는 회귀 방정식을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 단결정 실리콘 잉곳의 바디의 성장 조건은 상기 후속 구간 동안 성장시킬 상기 단결정 실리콘 잉곳의 인상 속도 또는 상기 단결정 실리콘 잉곳의 직경 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

성장로 내에서 상기 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위한 실리콘 용융액을 담는 도가니; 상기 성장로의 온도를 센싱하는 온도 센싱부; 상기 단결정 실리콘 잉곳을 쿨링하는 수냉관; 및 열이 상기 단결정 실리콘 잉곳으로 전달되는 경로를 차단하는 열 차폐 부재를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치에서 수행되는 상기 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법의 상기 선행 구간은 상기 단결정 실리콘 잉곳의 바디가 형성되기 시작할 때부터 상기 바디가 열 차폐 부재의 상단에 위치할 때까지의 제1 구간; 상기 제1 구간의 끝에서부터 상기 바디가 수냉관에 진입하기 시작할 때까지의 제2 구간; 상기 제2 구간의 끝에서부터 온도 센싱부로부터 연장되는 가상의 수평선에 도가니의 곡률을 갖는 하부가 진입하기 시작할 때까지의 제3 구간; 또는 상기 제3 구간의 끝에서부터 상기 도가니의 곡률을 갖는 하부가 히터의 최대 발열 부위에 도달할 때까지의 제4 구간 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 후속 구간은 상기 제2 구간 내지 상기 제4 구간; 또는 상기 제4 구간의 끝에서부터 상기 도가니의 저면이 상기 가상의 수평선을 통과할 때까지의 제5 구간 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 선행 구간 또는 상기 후속 구간 중 적어도 하나의 개수 또는 길이 중 적어도 하나는 변경 가능할 수 있다.

상기 선행 구간 또는 상기 후속 구간은 3 내지 9개일 수 있다. 상기 선행 구간 또는 상기 후속 구간의 길이는 100 ㎜ 내지 1000 ㎜일 수 있다.

상기 단결정 실리콘 잉곳의 바디의 길이가 0 ㎜에서 150 ㎜까지 성장되는 구간이 상기 제1 구간이고, 150 ㎜에서 300 ㎜까지 성장되는 구간이 상기 제2 구간이고, 300 ㎜에서 1000 ㎜까지 성장되는 구간이 제3 구간이고, 1000 ㎜에서 1500 ㎜까지 성장되는 구간이 제4 구간이고, 1500 ㎜에서 2000 ㎜까지 성장되는 구간이 제5 구간일 수 있다.

상기 단결정 실리콘 잉곳의 바디는 하나의 상기 선행 구간에서 구한 상기 온도 예측 상관식을 이용하여 상기 단결정 실리콘 잉곳의 나머지를 성장할 수 있다.

상기 단결정 실리콘 잉곳은 복수의 선행 구간 및 복수의 후속 구간 동안 성장되고, 상기 단결정 실리콘 잉곳의 바디의 각 구간은 상기 선행 구간에서 구한 상기 온도 예측 상관식을 이용하여 상기 후속 구간의 바디의 일부를 성장할 수 있다.

다른 실시 예에 의한 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치는, 성장로 내에서 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위한 실리콘 용융액을 담는 도가니; 제어 신호에 응답하여 상기 도가니를 가열하는 히터; 상기 성장로의 온도를 센싱하는 온도 센싱부; 인상 속도 오차를 이용하여 생성된 온도 보정치와 온도 궤적 목표치를 비교하고, 비교된 결과를 출력하는 제1 비교부; 상기 제1 비교부에서 비교된 결과와 상기 온도 센싱부에서 센싱된 현재 온도를 비교하고, 비교된 결과를 출력하는 제2 비교부; 상기 제2 비교부에서 비교된 결과를 이용하여 상기 히터의 발열량을 결정하고, 상기 결정된 발열량에 상응하는 상기 제어 신호를 발생하는 온도 제어부; 상기 단결정 실리콘 잉곳의 바디를 성장시킨 선행 구간 동안에 상기 온도 센싱부에서 센싱된 상기 성장로의 온도 변화를 상기 제어 신호로부터 획득하여 과거 데이터로서 저장하는 저장부; 상기 저장된 과거 데이터로부터, 상기 선행 구간에 후속하는 후속 구간 동안 상기 단결정 실리콘 잉곳의 바디를 성장시킬 상기 성장로 내의 온도를 예측하는 온도 예측 상관식을 구하는 온도 예측부; 및 상기 온도 예측 상관식에 의해 조정된 상기 온도 궤적 목표치를 출력하는 온도 궤적 목표치 출력부를 포함할 수 있다.

상기 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치는 인상 와이어에 의해 상기 단결정 실리콘 잉곳을 회전시키면서 인상하는 인상부; 상기 단결정 실리콘 잉곳의 직경을 센싱하며, 상기 센싱된 직경치를 출력하는 직경 센싱부; 상기 센싱된 직경치와 잉곳 직경 궤적 목표치 간의 직경 오차를 산출하는 직경 오차 산출부; 상기 직경 오차를 이용하여 인상 속도 보정치를 생성하는 속도 보정치 생성부; 상기 인상 속도 보정치의 평균값과 인상 속도 궤적 목표치를 비교하고, 비교된 결과를 상기 인상 속도 오차로서 출력하는 속도 오차 산출부; 및 상기 인상 속도 오차를 이용하여 상기 온도 보정치를 생성하는 온도 보정치 생성부를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 의한 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법 및 장치는 현재 배치(batch)에서 단결정 실리콘 잉곳의 바디의 일 부분을 성장할 때 얻은 온도에 대한 과거 데이터로부터 단결정 실리콘 잉곳의 바디의 나머지를 성장할 때 필요한 미래의 온도를 정확히 예측할 수 있어 직경 또는 인상 속도 중 적어도 하나를 정확히 제어할 수 있어, 고품질의 단결정 실리콘 잉곳을 제조할 수 있다.

도 1은 실시 예에 의한 단결정 잉곳 제조 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치에서 수행되는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 3은 도 1에 도시된 단결정 실리콘 잉곳의 일 실시 예에 의한 단면도를 개략적으로 나타낸다.
도 4는 단결정 실리콘 잉곳의 바디를 성장하는 동안 성장로 내부의 온도 변화를 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 5a 내지 도 5e는 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치의 국부적인 단면도를 나타낸다.
도 6은 제2 구간과 제3 구간의 온도 상관성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 6에 도시된 회귀 방정식을 좀 더 넓은 온도 범위에서 표현한 그래프이다.
도 8은 단결정 실리콘 잉곳의 바디의 길이별 정규화된 온도 포인트를 나타내는 그래프이다.
도 9는 제3 구간과 제4 구간의 온도 상관성을 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 9에 도시된 회귀 방정식을 좀 더 넓은 온도 범위에서 표현한 그래프이다.
도 11은 단결정 실리콘 잉곳의 바디의 길이별 정규화된 온도 포인트를 나타내는 그래프이다.
도 12는 제4 구간과 제5 구간의 온도 상관성을 나타내는 그래프이다.
도 13은 도 12에 도시된 회귀 방정식을 좀 더 넓은 온도 범위에서 표현한 그래프이다.
도 14는 단결정 실리콘 잉곳의 바디의 길이에 따른 정규화된 온도 포인트를 나타내는 그래프이다.
도 15는 단결정 실리콘 잉곳의 바디의 길이에 따른 정규화된 온도 포인트를 나타내는 그래프이다.
도 16은 비교 례와 실시 예 각각에 의해 제조된 단결정 실리콘 잉곳의 직경의 표준 편차 및 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 17은 비교 례와 실시 예 각각에 의해 제조된 단결정 실리콘 잉곳의 직경의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 18은 비교 례와 실시 예 각각에서 인상 속도가 목표치에 어느 정도로 접근했는가를 나타내는 도면이다.
도 19는 20 ㎚ 노드급 그로워의 품질을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 실시 예에 의한 20 ㎚ 노드급 단결정 실리콘 잉곳의 바디의 길이별 인상 속도와 직경을 나타내는 그래프이다.
도 21은 10 ㎚ 노드급 그로워의 품질을 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 실시 예에 의한 10 ㎚ 노드급 단결정 실리콘 잉곳의 바디의 길이별 인상 속도와 직경을 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.

도 1은 실시 예에 의한 단결정 잉곳 제조 장치(100)를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1에 예시된 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치(100)는 도가니(110), 히터(120), 측부 단열재(122), 도가니 지지 구동축(130), 지지축 구동부(132), 열 차폐 부재(140), 인상부(150), 인상 와이어(152), 종결정(154), 수냉관(156), 서보 모터(160), 직경 센싱부(162), 직경 오차 산출부(164), 속도 보정치 생성부(166), 속도 오차 산출부(168), 온도 보정치 생성부(170), 제1 및 제2 비교부들(172, 174), 온도 제어부(176), 저장부(178), 온도 예측부(180), 온도 궤적 목표치 출력부(182) 및 온도 센싱부(190)를 포함할 수 있다.

성장로 내에 위치한 도가니(110)는 단결정 실리콘 잉곳(IG)을 성장시키기 위한 실리콘 용융액(SM)을 담는다. 도가니(110) 내에서 실리콘의 고순도 다결정 원료를 융점 온도 이상으로 히터(120)에 의해 가열하여, 실리콘 용융액(SM)으로 변화화시킬 수 있다.

이를 위해, 도가니(110)는 석영 도가니(112)와 흑연 도가니(또는, 카본(carbon))(114)를 포함할 수 있다. 석영 도가니(112)는 원료 실리콘이 융해된 실리콘 용융액(SM)을 담는다. 흑연 도가니(114)는 석영 도가니(112)를 그의 내부에 수용하고, 석영 도가니(112)가 파손되는 경우 실리콘 용융액(SM)의 누출을 방지하는 역할을 한다. 즉, 석영 도가니(112)는 고온의 실리콘 용융액(SM)에 의해 형태가 변할 수 있기 때문에, 이를 지지하기 위해 흑연 도가니(114)가 외부에 배치될 수 있다.

히터(120)는 도가니(110)의 측부(114A)에 배치되며, 온도 제어부(176)로부터 출력되는 제어 신호에 응답하여 도가니(110)를 가열한다. 도시되지는 않았지만 도가니(110)의 하부에도 하부 히터가 추가적으로 배치될 수 있다. 측부 단열재(122)는 도 1에 도시된 성장로 내의 단열을 위해 히터(120)의 측부 바깥 쪽에 배치될 수 있다. 비록 도시되지는 않았지만, 히터(120)의 아래 쪽에 추가적으로 하부 단열재가 배치될 수도 있다. 이러한 측부 단열재(122) 또는 하부 단열재의 재질은 펠트(felt)일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

지지축 구동부(132)는 도가니 지지 구동축(130)을 화살표와 같은 방향으로 회전시킴과 동시에 상/하로 운동시킬 수 있다. 도가니 지지 구동축(130)의 운동에 따라 도가니(110)는 회전 및 상/하 수직 운동할 수 있다.

열 차폐 부재(140)는 히터(120)와 실리콘 용융액(SM)으로부터의 복사열이 인상되는 단결정 실리콘 잉곳(IG)으로 전달되는 것을 차단하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 열 차폐 부재(140)는 열이 단결정 실리콘 잉곳(IG)으로 전달되는 경로를 차단하여, 복사열에 의한 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 가열을 방지할 수 있다. 이와 같이, 열 차폐 부재(140)는 잉곳(IG)의 냉각 열 이력에 큰 영향을 미칠 수 있다. 게다가, 열 차폐 부재(140)는 실리콘 용융액(SM)의 온도 변동을 억제하는 역할도 수행할 수 있다.

인상부(150)는 인상 와이어(152)를 풀어 실리콘 용융액(SM)의 표면의 대략 중심부에 종결정(154) 선단을 접촉 또는 침지시킨다. 이때, 시드 척(seed chuck)(미도시)을 이용하여 실리콘 종결정(154)을 유지시킬 수 있다. 또한, 인상부(150)는 인상 와이어(152)에 의해 단결정 실리콘 잉곳(IG)을 화살표 방향으로 회전시키면서 인상하여 육성할 수 있다. 이러한 동작에 의해, 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 쇼울더(shoulder)(S), 바디(body)(B) 및 테일(tail)부(미도시)가 순차적으로 육성될 수 있다. 또는, 도시된 바와 달리 종결정(154)과 쇼울더부(S) 사이에 넥(neck)부(미도시)가 육성될 수도 있지만, 도시된 바와 같이 넥부는 생략될 수도 있다. 이때, 단결정 실리콘 잉곳(IG)을 인상하는 속도(V)와 온도 구배(G, △G)를 조절하여 원주 형상의 단결정 실리콘 잉곳(IG)을 완성할 수 있다.

수냉관(156)은 성장되는 단결정 실리콘 잉곳(IG)을 쿨링하기 위해, 단결정 실리콘 잉곳(IG)이 인상되는 경로 상에 배치될 수 있다.

직경 센싱부(162)는 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 직경을 센싱하며, 센싱된 직경치를 직경 오차 산출부(164)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 직경 센싱부(162)는 단결정 실리콘 잉곳(IG)과 실리콘 용융액(SM) 사이의 머니스커스(Meniscus)의 빛을 관측하여 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 직경을 센싱할 수 있다. 즉, 직경 센싱부(162)는 고온계(pyrometer)를 이용하여 특정 파장의 강도를 측정하여 온도로 환산하고, 환상된 온도를 다시 직경으로 환산함으로써, 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 직경치를 출력할 수 있다.

직경 오차 산출부(164)는 직경 센싱부(162)에서 센싱된 직경치와 잉곳 직경 궤적 목표치 간의 직경 오차를 산출하고, 산출된 직경 오차를 속도 보정치 생성부(166)로 출력한다. 예를 들어, 직경 오차 산출부(164)는 센싱된 직경치로부터 잉곳 직경 궤적 목표치를 감산하고, 감산된 결과를 직경 오차로서 출력할 수 있다.

속도 보정치 생성부(166)는 직경 오차 산출부(164)로부터 받은 직경 오차를 이용하여 인상 속도 보정치 및 인상 속도 보정치의 평균값을 생성하고, 생성된 인상 속도 보정치를 서버 모터(160)로 출력하고, 생성된 인상 속도 보정치의 평균값을 속도 오차 산출부(168)로 출력할 수 있다.

서보 모터(160)는 속도 보정치 생성부(166)로부터 인상 속도 보정치를 받아서, 인상부(150)를 통해 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 인상 속도(P/S:Pulling Speed)를 제어할 수 있다. 속도 보정치 생성부(166)는 인상 속도에 의해 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 직경을 제어하는 역할을 한다. 예를 들어, 속도 보정치 생성부(166)는 이러한 역할을 비례 적분 미분(PID:Proportional-Integral-Derivative) 제어 방식 또는 비례 미분(PD:Proportional-Derivative) 제어 방식으로 수행할 수 있다.

속도 오차 산출부(168)는 속도 보정치 생성부(166)로부터 받은 인상 속도 보정치의 평균값과 인상 속도 궤적 목표치를 비교하고, 비교된 결과를 인상 속도 오차로서 온도 보정치 생성부(170)로 출력한다. 예를 들어, 속도 오차 산출부(168)는 인상 속도 보정치의 평균값으로부터 인상 속도 궤적 목표치를 감산하고, 감산된 결과를 인상 속도 오차로서 출력할 수 있다.

온도 보정치 생성부(170)는 속도 오차 산출부(168)로부터 받은 인상 속도 오차를 이용하여 온도 보정치를 생성하고, 생성된 온도 보정치를 제1 비교부(172)로 출력한다. 이와 같이, 온도 보정치 생성부(170)는 온도를 통해 인상 속도를 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 온도 보정치 생성부(170)는 비례 적분 미분(PID) 제어 방식에 의해 온도 보정치를 생성할 수 있으나 이에 국한되지 않는다.

제1 비교부(172)는 온도 보정치 생성부(170)로부터 받은 온도 보정치와 온도 궤적 목표치 출력부(182)로부터 받은 온도 궤적 목표치를 비교하고, 비교된 결과를 제2 비교부(174)로 출력한다. 예를 들어, 제1 비교부(172)는 온도 보정치로부터 온도 궤적 목표치를 감산하고, 감산된 결과를 제2 비교부(174)로 출력할 수 있다.

제2 비교부(174)는 제1 비교부(172)에서 비교된 결과와 온도 센싱부(190)에서 센싱된 현재 온도를 비교하고, 비교된 결과를 온도 제어부(176)로 출력한다. 예를 들어, 제2 비교부(174)는 제1 비교부(172)에서 비교된 결과로부터 현재 온도를 감산하고, 감산된 결과를 온도 제어부(176)로 출력할 수 있다.

온도 센싱부(190)는 실리콘 용융액(SM)의 온도를 측부 단열재(122)의 관통 홀(122A)을 통해 센싱하고, 센싱된 결과를 제2 비교부(174)로 출력할 수 있다. 이때, 실리콘 용융액(SM)의 온도를 직접 측정하는 것은 어려울 수 있다. 따라서, 온도 센싱부(190)는 도가니(110)를 포함하는 성장로의 내부 온도(예를 들어, 흑연 도가니(114)의 외벽 측면(114A)의 온도)를 센싱할 수도 있다. 이 경우, 온도 궤적 목표치는 흑연 도가니(114)의 외벽 측면(114A)의 온도 궤적 목표치에 해당할 수 있다. 예를 들어, 온도 센싱부(190)는 고온계(pyrometer)일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

온도 제어부(176)는 제2 비교부(174)에서 비교된 결과에 상응하여 히터(120)의 발열량을 결정하고, 결정된 히터(120)의 발열량에 상응하는 제어 신호를 저장부(178)와 히터(120)로 각각 출력할 수 있다. 이와 같이, 온도 제어부(176)는 히터(120)의 발열량을 조절하여 성장로 내부의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 온도 제어부(176)는 자동 온도 제어부(ATC:Automatic Temparature Controller)일 수 있다. 온도 제어부(176)는 비례 적분 미분(PID) 제어 방식에 의해 히터(120)의 발열량을 결정할 수 있으나 이에 국한되지 않는다.

비록 도시되지는 않았지만, 온도 제어부(176)와 히터(120) 사이에 전력 공급부가 더 배치될 수 있다. 전력 공급부는 온도 제어부(176)에서 결정된 발열량으로 히터(120)가 발열하도록 제어한다. 이를 위해, 전력 공급부는 사이리스터(SCR:thyristor)로 구현될 수 있으나, 이에 국한되지 않는다. 만일, 전력 공급부가 SCR로 구현될 경우, 온도 제어부(176)에서 결정된 발열량은 온도의 형태로서 SCR로 제공될 수 있고, SCR은 온도에 따라 히터(120)의 전력을 공급할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치(100)에서 수행되는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법(200)을 설명하기 위한 플로우차트이다.

도 2에 도시된 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법(200)은 도 1에 도시된 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치(100)에서 수행되는 것으로 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 도 1에 예시된 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치(100)는 일 례에 불과하며, 도 2에 도시된 방법(200)은 다른 구성을 갖는 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치에 의해서도 수행될 수 있음은 물론이다.

이하, 도 1에 도시된 실시 예에 의한 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치(100) 및 도 2에 도시된 실시 예에 의한 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법(200)에 의해, 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)는 다음과 같이 성장될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 성장로에서 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)를 성장시킨 임의의 구간(이하, '선행 구간') 동안에 성장로의 온도 변화를 과거 데이터로서 저장한다(제212 단계). 제212 단계는 저장부(178)에서 수행될 수 있다. 즉, 저장부(178)는 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)의 일부를 성장시킨 선행 구간 동안에, 온도 센싱부(190)에서 센싱된 성장로 내부 예를 들면 도가니(110)의 외벽 측면(114A)의 온도 변화를 온도 제어부(176)로부터 출력되는 제어 신호로부터 획득하고, 획득된 선행 구간에서의 온도 변화를 과거 데이터로서 저장할 수 있다.

또한, 저장부(178)는 선행 구간에서의 온도 변화를 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)의 길이 별로 구하여 과거 데이터로서 저장할 수 있다.

제212 단계 후에, 온도 예측부(180)는 저장부(178)에 저장된 과거 데이터를 독출하고, 독출된 과거 데이터를 이용하여 후속 구간(또는, 후행 구간) 동안의 온도 예측 상관식을 구할 수 있다(제214 단계). 여기서, 후속 구간이란, 선행 구간에 후속하는 구간을 의미한다. 또한, 온도 예측 상관식이란, 후속 구간 동안 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)를 성장시킬 성장로 내의 온도를 예측하는 방정식을 의미한다. 즉, 온도 예측부(180)는 과거 데이터로부터 온도 예측 상관식의 이득(gain)과 오프셋(offset)을 구한다. 여기서, 이득과 오프셋은 성장로의 단열도를 나타내는 지표일 수 있다. 단열도란, 성장로 내의 열 보유량을 의미할 수 있다.

전술한 제212 단계 및 제214 단계에 대해 상세히 살펴보면 다음과 같다.

도 3은 도 1에 도시된 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 일 실시 예에 의한 단면도를 개략적으로 나타낸다.

도 3의 경우, 단결정 실리콘 잉곳(IG)이 넥부(N), 쇼울더부(S), 바디(B), 및 테일부(T)로 구분되어 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 넥부(N)는 생략될 수도 있다. 여기서, 바디(B)는 복수 개의 구간(BS1, BS2, BS3, BS4, BS5, BS6)을 포함할 수 있다.

도 3의 경우, 바디(B)는 6개의 구간을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 실시 예는 바디(B)의 구간의 개수나 구간의 범위에 국한되지 않는다. 즉, 선행 구간 또는 후속 구간 중 적어도 하나의 개수는 6개보다 작거나 클 수 있다. 예를 들어, 선행 구간 또는 후속 구간은 3 내지 9개 예를 들어, 4 내지 7개일 수 있다. 만일, 도 1에 도시된 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치(100)가 도가니(110)의 아래에 별도의 히터를 부가하여 더 포함할 경우, 선행 구간 또는 후속 구간의 개수는 더 증가할 수 있다. 또한, 바디(B)에서 각 구간(BS1, BS2, BS3, BS4, BS5, BS6)의 길이는 100 ㎜ 내지 1000 ㎜일 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

일 실시 예에 의하면, 피드포워드(feed forward) 방식에 의거하여, 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)는 하나의 선행 구간에서 구한 온도 예측 상관식을 이용하여 단결정 실리콘 잉곳(IB)의 바디의 나머지를 성장할 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 복수의 구간(BS1 ~ BS6) 중에서 어느 하나(예를 들어, BS2)의 과거 데이터로부터 구한 온도 예측 상관식을 이용하여, 그 선행 구간(BS2)에 후속하는 후속 구간에서 바디(B)의 나머지 모든 구간(BS3, BS4, BS5, BS6)을 성장시킬 수 있다.

다른 실시 예에 의하면, 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)는 복수의 선행 구간 및 복수의 후속 구간 동안 성장될 수 있다. 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)의 각 구간은 각 구간에 선행하는 선행 구간에서 구한 온도 예측 상관식을 이용하여 자신의 후속 구간에서 바디(B)의 일부를 성장시킬 수 있다.

예를 들어, 도 3을 참조하면, 제1 구간(BS1)은 제2 구간(BS2)에 선행하는 선행 구간일 수 있고, 제2 구간(BS2)은 제1 구간(BS1)에 후속하는 후속 구간일 수 있다. 따라서, 제1 구간(BS1)에서 구한 온도 예측 상관식을 이용하여 제2 구간(BS2)에서 바디(B)의 일부를 성장시킬 수 있다.

이와 마찬가지로, 제2 구간(BS2)은 제3 구간(BS3)에 선행하는 선행 구간일 수 있고, 제3 구간(BS3)은 제2 구간(BS2)에 후속하는 후속 구간일 수 있다. 따라서, 제2 구간(BS2)에서 구한 온도 예측 상관식을 이용하여 제3 구간(BS3)에서 바디(B)의 다른 일부를 성장시킬 수 있다.

또한, 제3 구간(BS3)은 제4 구간(BS4)에 선행하는 선행 구간일 수 있고, 제4 구간(BS4)은 제3 구간(BS3)에 후속하는 후속 구간일 수 있다. 따라서, 제3 구간(BS3)에서 구한 온도 예측 상관식을 이용하여 제4 구간(BS4)에서 바디(B)의 또 다른 일부를 성장시킬 수 있다.

또한, 제4 구간(BS4)은 제5 구간(BS5)에 선행하는 선행 구간일 수 있고, 제5 구간(BS5)은 제4 구간(BS4)에 후속하는 후속 구간일 수 있다. 따라서, 제4 구간(BS4)에서 구한 온도 예측 상관식을 이용하여 제5 구간(BS5)에서 바디(B)의 또 다른 일부를 성장시킬 수 있다.

또한, 제5 구간(BS5)은 제6 구간(BS6)에 선행하는 선행 구간일 수 있고, 제6 구간(BS6)은 제5 구간(BS5)에 후속하는 후속 구간일 수 있다. 따라서, 제5 구간(BS5)에서 구한 온도 예측 상관식을 이용하여 제6 구간(BS6)에서 바디(B)의 또 다른 일부를 성장시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)가 도 3에 예시된 바와 같이 복수의 구간으로 구분될 경우, 선행 구간은 제1 내지 제5 구간(BS1 ~ BS5)으로서 5개일 수 있고, 후속 구간은 제2 내지 제6 구간(BS2 ~ BS6)으로서 5개일 수 있다.

또한, 단결정 실리콘 잉곳(IG)이 성장되는 성장로 내부에서 온도의 변화가 다른 시점(또는, 지점)보다 상대적으로 큰 시점(또는, 지점)을 기준으로 도 3에 예시된 바와 같이 바디(B)를 복수 개의 구간 예를 들어, 제1 내지 제6 구간(BS1 ~ BS6)으로 나눌 수 있다.

도 4는 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)를 성장하는 동안 성장로 내부의 온도 변화를 예시적으로 나타내는 그래프로서, 횡축(L)은 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)의 길이(L)를 나타내고, 종축은 온도 센싱부(190)에서 센싱된 온도를 포인트(point)(이하, '온도 포인트')로 스케일링한 결과를 나타낸다.

도 5a 내지 도 5e는 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치(100)의 국부적인 단면도를 나타낸다.

실시 예에 의하면, 복수 개의 제1 내지 제6 구간(BS1 ~ BS6)은 다음과 같이 구분될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면 복수의 구간(BS1 ~ BS6) 중 제1 구간(BS1)은 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)가 형성되기 시작할 때(L=0)부터 도 5a에 도시된 바와 같이 바디(B)가 시작되는 부분(L=0)이 열 차폐부(140)의 상단(142)에 위치할 때(즉, 바디가 L=l1의 길이까지 성장할 때)까지의 구간으로 정의될 수 있다. 즉, 제1 구간(BS1)이란, 바디(B)의 길이가 0부터 l1까지 성장하는 구간일 수 있다. 예를 들어, 도 4에 예시된 l1은 150 ㎜일 수 있다.

제2 구간(BS2)은 제1 구간(BS1)의 끝(L=l1)에서부터 도 5b에 도시된 바와 같이 바디(B)의 시작 부분(L=0)이 수냉관(156)에 진입하기 시작할 때(즉, 바디(B)가 L=l2의 길이까지 성장할 때)까지의 구간으로 정의될 수 있다. 제2 구간(BS2)이란, 바디(B)의 길이가 l1부터 l2까지 성장하는 구간일 수 있다. 예를 들어, 도 4에 예시된 바와 같이 l2는 300 ㎜일 수 있다.

제3 구간(BS3)은 제2 구간(BS2)의 끝(L=l2)에서부터 도 5c에 도시된 바와 같이 온도 센싱부(190)로부터 연장되는 가상의 수평선(192)에 도가니(110)의 곡률을 갖는 하부가 진입하기 시작할 때(즉, 바디가 L=l3의 길이까지 성장할 때)까지의 구간으로 정의될 수 있다. 여기서, 도가니(110)의 하부는 도 5c에 도시된 지점(110A)아래 부분인 것으로 정의될 수 있다. 제3 구간(BS3)은 바디(B)의 길이가 l2부터 l3까지 성장하는 구간일 수 있다. 예를 들어, 도 4에 예시된 바와 같이 l3는 1000 ㎜일 수 있다.

제4 구간(BS4)은 제3 구간(BS3)의 끝(L=l3)에서부터 도 5d에 도시된 바와 같이 도가니(110)의 곡률을 갖는 하부가 히터의 최대 발열 부위(124)에 도달할 때(즉, 바디가 L=l4의 길이까지 성장할 때)까지의 구간으로 정의될 수 있다. 제4 구간(BS4)은 바디(B)의 길이가 l3부터 l4까지 성장하는 구간일 수 있다. 예를 들어, 도 4에 예시된 바와 같이 l4는 1500 ㎜일 수 있다.

제5 구간(BS5)은 제4 구간(BS4)의 끝(L=l4)에서부터 도 5e에 도시된 바와 같이 도가니(110)의 저면(110B)이 가상의 수평선(192)을 통과할 때(즉, 바디가 L=l5의 길이까지 성장할 때)까지의 구간으로 정의될 수 있다. 여기서, 도가니(110)의 저면(110B)은 석영 도가니(112)의 저면인 것으로 가정하였지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 도가니(110)의 저면은 흑연 도가니(114)의 저면일 수도 있다. 제5 구간(BS5)은 바디(B)의 길이가 l4부터 l5까지 성장하는 구간일 수 있다. 예를 들어, 도 4에 예시된 바와 같이 l5는 2000 ㎜일 수 있다.

제6 구간(BS6)은 제5 구간(BS5) 이후의 구간으로 정의될 수 있다.

전술한 바와 같이, 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)를 육성하는 동안, 성장로 내부의 온도(예를 들어, 도가니(110)의 외벽 측면(114A)의 온도)가 상대적으로 크게 변하는 시점(또는, 지점)을 기준으로 바디(B)는 복수개의 구간으로 구분될 수도 있고, 하나의 구간일 수도 있다.

또한, 바디(B)를 복수개의 구간으로 구분할 때, 전술한 바와 같이 온도가 상대적으로 크게 변하는 시점(또는, 지점)뿐만 아니라 다음과 같은 다양한 인자들을 함께 고려할 수 있다. 즉, 바디(B)를 복수의 구간으로 구분짓는 기준 즉, 구간을 몇 개로 나눌것인가 및 각 구간의 길이는 얼마로 할 것인가 등은 전술한 례에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 다양한 인자들로서, 실리콘 용융액(SM)의 레벨, 열 차폐 부재(140)와 실리콘 용융액(SM)의 표면 간의 간격인 멜트 갭(melt gap), 열 차폐 부재(140)의 길이, 수냉관(156)의 길이, 도가니(110)의 크기, 히터(120)의 위치, 또는 온도 센싱부(190)의 위치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

이하, 전술한 바와 같이 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)를 성장하는 동안 온도가 급격히 변할 수 있는 시점(또는, 지점)을 기준으로 바디(B)를 제1 내지 제6 구간(BS1 ~ BS6)으로 구분지을 경우, 각 구간의 온도 예측 상관식을 과거 데이터로부터 구하는 제214 단계에 대해 다음과 같이 살펴본다.

실험에 의하면, 복수의 구간들(BS1 내지 BS6) 중에서 서로 인접하는 구간에서 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 길이별 성장로 내부의 온도 분포는 서로 상관 관계가 있음을 알 수 있다. 즉, 온도 센싱부(190)에서 센싱된 성장로 내부의 온도의 분포는 서로 인접하는 제1 및 제2 구간(BS1, BS2)에서 서로 상관성이 있고, 제2 및 제3 구간(BS2, BS3)에서 서로 상관성이 있고, 제3 및 제4 구간(BS3, BS4)에서 서로 상관성이 있고, 제4 및 제5 구간(BS4, BS5)에서 서로 상관성이 있고, 제5 및 제6 구간(BS5, BS6)에서 서로 상관성이 있음을 알 수 있었다. 이러한 인접한 구간 간의 상관성을 이용하여, 인접한 구간 중 앞선 구간에 해당하는 선행 구간의 이산적인 과거 데이터로부터 인접한 구간 중 다른 하나인 후속 구간의 온도 예측 상관식에 해당하는 회귀 방정식을 도출할 수 있다.

먼저, 선행 구간이 제2 구간(BS2)이고, 후속 구간이 제3 구간(BS3)이라고 가정할 때, 제2 구간(BS2)에서 실측하여 저장한 과거 데이터로부터 온도 예측 상관식을 구하여, 후속 구간인 제3 구간(BS3)의 온도를 예측하는 과정을 다음과 같이 살펴본다.

도 6은 제2 구간(BS2)과 제3 구간(BS3)의 온도 상관성을 나타내는 그래프이고, 도 7은 도 6에 도시된 회귀 방정식(F1)을 좀 더 넓은 온도 범위에서 표현한 그래프이다. 도 6 및 도 7 각각에서, 횡축은 제2 구간(BS2)에 대한 제2 온도(X)를 나타내고, 종축은 제3 구간(BS3)에 대한 제3 온도(Y)를 나타낼 수 있다. 여기서, 제2 및 제3 온도(X, Y) 각각은 온도 포인트로서 표기되었다.

만일, 선행 구간이 제2 구간(BS2)이고, 후속 구간이 제3 구간(BS3)일 경우, 온도 예측부(180)는 저장부(178)에 저장된 제2 구간(BS2)에 대한 이산적인 과거 데이터(DD:Discrete Data)를 독출한다. 제2 구간(BS2)에 대한 과거 데이터란, 바디(B)의 길이가 예를 들어 150 ㎜부터 300 ㎜까지 성장하는 제2 구간(BS2) 동안 바디(B)의 각 길이별 성장로 내부의 온도 포인트를 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 그래프 자체가 제2 구간(BS2)에 대한 과거 데이타일 수 있다. 이 경우, 도 6에 도시된 그래프의 횡축은 바디(B)의 길이(L)를 나타내고 종축은 제2 구간(BS2)에서 바디(B)의 각 길이별로 실측된 온도 포인트(X)를 나타낼 수 있다.

이후, 온도 예측부(180)는 제2 구간(BS2)에 대한 이산적인 과거 데이터(DD)로부터 제3 구간(BS3)에 대한 온도 예측 상관식에 해당하는 회귀 방정식(F1)을 구한다. 회귀 방정식이란, 이산적인 과거 데이터(DD)를 1차 선형 함수로 표현하는 방정식을 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 6 및 도 7에 도시된 제2 구간(BS2)에 대한 이산적인 과거 데이터(DD)로부터 다음 수학식 1과 같은 제3 구간(BS3)에 대한 회귀 방정식(F1) 즉, 온도 예측 상관식을 구할 수 있다.

여기서, 1.2446은 이득을 나타내고 35.676은 오프셋을 나타낸다.

이러한 회귀 방정식(F1)을 이용하여 제3 구간(BS3)에서 온도는 다음과 같이 예측될 수 있다.

도 8은 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)의 길이(L)별 정규화된 온도 포인트를 나타내는 그래프로서, 종축은 정규화된 온도 포인트를 나타내고, 횡축은 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)의 길이(L)를 나타낸다. 여기서, 정규화된 온도 포인트란, 온도 포인트로부터 예를 들어 2400을 감산한 값을 의미할 수 있다. 온도 센싱부(190)에서 센싱된 온도는 포인트로 스케일링됨은 전술한 바와 같다. 따라서, 도 8에서 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)의 길이(L)가 '0'일 때 온도 포인트는 2400이다. 즉, 도 8에서 정규화된 온도 포인트 '0'은 정규화되지 않은 온도 포인트 2400 포인트에 해당한다.

제2 구간(BS2)에서 잉곳(IG)의 길이(L)가 150 ㎜일 때 온도 센싱부(190)에서 실제로 측정된 성장로 내부의 정규화된 제1 온도 포인트(P1)는 -181이고, 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 길이(L)가 300 ㎜일 때, 온도 센싱부(190)에서 실제로 측정된 성장로 내부의 온도의 정규화된 제2 온도 포인트(P2)는 -231이라고 가정하자. 이와 같이, 제2 구간(BS2)의 시점(L=150 ㎜일 때)에서의 제1 온도 포인트(P1)와 제2 구간(BS2)의 종점(L=300 ㎜일 때)에서의 제2 온도 포인트(P2) 간의 편차(ΔX)는 50이다. 이때, 편차(ΔX)인 50을 전술한 수학식 1에 대입할 경우, 제3 구간(BS3)에서의 편차(ΔY)가 97.906로서 예측된다. 이때, 제3 구간(BS3)에서의 편차(ΔY)란, 제3 구간(BS3)의 시점(L=300 ㎜일 때)에서의 정규화된 제2 온도 포인트(P2)와 제3 구간(BS3)의 종점(L=1000 ㎜일 때)에서의 예측된 정규화된 제3 온도 포인트(PP3:Predicted P3) 간의 차이에 해당한다. 따라서, 제3 구간(BS3)의 종점에서의 예측된 정규화된 제3 온도 포인트(PP3)는 도 8에 도시된 바와 같이 제2 온도 포인트(P2=231)에 편차(ΔY=97.906)를 가산한 값인 -328.906이 된다. 이와 같이, 선행 구간인 제2 구간(BS2)에서 실제로 측정된 값(P1, P2)의 실제 편차(ΔX)를 온도 예측 상관식에 대입하여 예측 편차(ΔY)를 구하고, 예측 편차(ΔY)를 제2 구간(BS2)의 종점에서의 실제 제2 온도 포인트(P2)와 가산하여, 미래의 후속 구간인 제3 구간(BS3)에서의 성장로 내부의 제3 온도 포인트(P3)를 예측한 예측된 정규화된 제3 온도 포인트(PP3)를 얻을 수 있다.

다음으로, 선행 구간이 제3 구간(BS3)이고, 후속 구간이 제4 구간(BS4)이라고 가정할 때, 제3 구간(BS3)에서 실측하여 저장한 과거 데이터로부터 온도 예측 상관식을 구하여, 후속 구간인 제3 구간(BS3)의 온도를 예측하는 과정을 다음과 같이 설명한다.

도 9는 제3 구간(BS3)과 제4 구간(BS4)의 온도 상관성을 나타내는 그래프이고, 도 10은 도 9에 도시된 회귀 방정식(F2)을 좀 더 넓은 온도 범위에서 표현한 그래프이다. 도 9 및 도 10 각각에서, 횡축은 제3 구간(BS3)에 대한 제3 온도(X)를 나타내고, 종축은 제4 구간(BS4)에 대한 제4 온도(Y)를 나타낼 수 있다. 여기서, 제3 및 제4 온도(X, Y) 각각은 온도 포인트로서 표기되었다.

만일, 선행 구간이 제3 구간(BS3)이고, 후속 구간이 제4 구간(BS4)일 경우, 온도 예측부(180)는 저장부(178)에 저장된 제3 구간(BS3)에 대한 이산적인 과거 데이터(DD)를 독출한다. 제3 구간(BS3)에 대한 과거 데이터란, 바디(B)의 길이가 예를 들어 300 ㎜부터 1000 ㎜까지 성장하는 제3 구간(BS3) 동안 바디(B)의 각 길이별 성장로 내부의 온도 포인트를 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 그래프 자체가 제3 구간(BS3)에 대한 과거 데이타일 수 있다. 이 경우, 도 9에 도시된 그래프의 횡축은 제3 구간(BS3)에서 바디(B)의 길이(L)를 나타내고 종축은 제3 구간(BS3)에서 바디(B)의 각 길이별로 실측된 온도 포인트(X)를 나타낼 수 있다.

이후, 온도 예측부(180)는 제3 구간(BS3)에 대한 이산적인 과거 데이터(DD)로부터 제4 구간(BS4)에 대한 온도 예측 상관식에 해당하는 회귀 방정식(F2)을 구한다. 예를 들어, 도 9 및 도 10에 도시된 제3 구간(BS3)에 대한 이산적인 과거 데이터(DD)로부터 다음 수학식 2와 같은 제4 구간(BS4)에 대한 회귀 방정식(F2) 즉, 온도 예측 상관식을 구할 수 있다.

여기서, -0.2097은 이득을 나타내고 61.559는 오프셋을 나타낸다. 여기서, 이득은 음의 값을 갖는다. 왜냐하면, 제3 구간(BS3)에서 실리콘 용융액(SM)의 량이 감소하고 도가니(110)가 상승함으로 인해 히터(120)가 실리콘 용융액(SM)을 담은 도가니(110)에 열을 제공하는 영향력이 감소하기 때문이다. 즉, 도가니(110)의 성장로 내부에서의 위치에 따라 일어나는 열 변화로 인해 이득이 변경될 수 있다.

이러한 회귀 방정식(F2)을 이용하여 제4 구간(BS4)에서 온도는 다음과 같이 예측될 수 있다.

도 11은 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)의 길이(L)별 정규화된 온도 포인트를 나타내는 그래프로서, 종축은 정규화된 온도 포인트를 나타내고, 횡축은 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)의 길이(L)를 나타낸다.

제3 구간(BS3)에서 잉곳(IG)의 길이(L)가 300 ㎜일 때 온도 센싱부(190)에서 실제로 측정(304)된 성장로 내부의 정규화된 제2 온도 포인트(P2)는 -231이고, 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 길이(L)가 1000 ㎜일 때, 온도 센싱부(190)에서 실제로 측정(304)된 성장로 내부의 온도의 정규화된 제3 온도 포인트(P3)는 -321이라고 가정하자. 이와 같이, 제3 구간(BS3)의 시점(L=300 ㎜일 때)에서의 제2 온도 포인트(P2)와 제3 구간(BS3)의 종점(L=1000 ㎜일 때)에서의 제3 온도 포인트(P3) 간의 편차(ΔX)는 90이다. 이때, 편차(ΔX)인 90을 전술한 수학식 2에 대입할 경우, 제4 구간(BS4)에서의 편차(ΔY)가 42.686으로서 예측된다. 이때, 제4 구간(BS4)에서의 편차(ΔY)란, 제4 구간(BS4)의 시점 즉, 제3 구간(BS3)의 종점(L=1000 ㎜일 때)에서의 예측된 정규화된 제3 온도 포인트(PP3)로부터 제4 구간(BS4)의 종점(L=1500 ㎜일 때)에서의 예측된 정규화된 제4 온도 포인트(PP4:Predicted P4)를 감산한 결과에 해당한다. 여기서, PP3에 P4를 가산하지 않고 PP3로부터 P4를 감산하는 이유는 제4 구간(BS4)에서는 전술한 도 4에 도시된 바와 같이 온도를 올려야 하기 때문이다. 이와 같이, 예측된 온도 포인트를 구하기 위해, 편차(ΔY)를 가산할 것인가 감산할 것인가는 도 4에 도시된 각 구간의 기울기가 양인가 음인가에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 제4 구간(BS4)의 종점에서의 예측된 정규화된 제4 온도 포인트(PP4)는 도 11에 도시된 바와 같이 예측된 정규화된 제3 온도 포인트(PP3=-328.906)로부터 편차(ΔY=42.686)를 감산한 값인 -286.22가 된다. 이와 같이, 선행 구간인 제3 구간(BS3)에서 실제로 측정(304)된 값(P2, P3)의 실제 편차(ΔX)를 수학식 2의 온도 예측 상관식에 대입하여 예측 편차(ΔY)를 구하고, 예측 편차(ΔY)를 제3 구간(BS3)의 종점에서의 예측된 제3 온도 포인트(PP3)와 가산하여, 미래의 후속 구간인 제4 구간(BS4)에서의 성장로 내부의 제4 온도 포인트(P4)를 예측한 예측된 정규화된 제4 온도 포인트(PP4)를 얻을 수 있다.

이하, 선행 구간이 제4 구간(BS4)이고, 후속 구간이 제5 구간(BS5)이라고 할 때, 제4 구간(BS4)에서 실측하여 저장한 과거 데이터로부터 온도 예측 상관식을 구하여, 후속 구간인 제5 구간(BS5)의 온도를 예측하는 과정을 다음과 같이 설명한다.

도 12는 제4 구간(BS4)과 제5 구간(BS5)의 온도 상관성을 나타내는 그래프이고, 도 13은 도 12에 도시된 회귀 방정식(F3)을 좀 더 넓은 온도 범위에서 표현한 그래프이다. 도 12 및 도 13 각각에서, 횡축은 제4 구간(BS4)에 대한 제4 온도(X)를 나타내고, 종축은 제5 구간(BS5)에 대한 제5 온도(Y)를 나타낼 수 있다. 여기서, 제4 및 제5 온도(X, Y) 각각은 온도 포인트로서 표기되었다.

만일, 선행 구간이 제4 구간(BS4)이고, 후속 구간이 제5 구간(BS5)일 경우, 온도 예측부(180)는 저장부(178)에 저장된 제4 구간(BS4)에 대한 이산적인 과거 데이터(DD)를 독출한다. 제4 구간(BS4)에 대한 과거 데이터란, 바디(B)의 길이가 예를 들어 1000 ㎜부터 1500 ㎜까지 성장하는 제4 구간(BS4) 동안 바디(B)의 각 길이별 성장로 내부의 온도 포인트를 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 12에 도시된 그래프 자체가 제4 구간(BS4)에 대한 과거 데이타일 수 있다. 이 경우, 도 12에 도시된 그래프의 횡축은 바디(B)의 길이(L)를 나타내고 종축은 제4 구간(BS4)에서 바디(B)의 각 길이별로 실측된 온도 포인트(X)를 나타낼 수 있다.

이후, 온도 예측부(180)는 제4 구간(BS4)에 대한 이산적인 과거 데이터(DD)로부터 제5 구간(BS5)에 대한 온도 예측 상관식에 해당하는 회귀 방정식(F3)을 구한다. 예를 들어, 도 12 및 도 13에 도시된 제4 구간(BS4)에 대한 이산적인 과거 데이터(DD)로부터 다음 수학식 3과 같은 제5 구간(BS5)에 대한 회귀 방정식(F3) 즉, 온도 예측 상관식을 구할 수 있다.

여기서, 1.2133은 이득을 나타내고 101.54는 오프셋을 나타낸다.

이러한 회귀 방정식(F3)을 이용하여 제5 구간(BS5)에서 온도는 다음과 같이 예측될 수 있다.

도 14는 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)의 길이(L)에 따른 정규화된 온도 포인트를 나타내는 그래프로서, 종축은 정규화된 온도 포인트를 나타내고, 횡축은 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)의 길이(L)를 나타낸다.

제4 구간(BS4)에서 잉곳(IG)의 길이(L)가 1000 ㎜일 때 온도 센싱부(190)에서 실제로 측정(304)된 성장로 내부의 정규화된 제3 온도 포인트(P3)는 -321이고, 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 길이(L)가 1500 ㎜일 때, 온도 센싱부(190)에서 실제로 측정(304)된 성장로 내부의 온도의 정규화된 제4 온도 포인트(P4)는 -285이라고 가정하자. 이와 같이, 제4 구간(BS4)의 시점(L=1000 ㎜일 때)에서의 제3 온도 포인트(P3)와 제4 구간(BS4)의 종점(L=1500 ㎜일 때)에서의 제4 온도 포인트(P4) 간의 편차(ΔX)는 36이다. 이때, 편차(ΔX)인 36을 전술한 수학식 3에 대입할 경우, 제5 구간(BS5)에서의 편차(ΔY)가 145.2188으로서 예측된다. 이때, 제5 구간(BS5)에서의 편차(ΔY)란, 제5 구간(BS5)의 시점 즉, 제4 구간(BS4)의 종점(L=1500 ㎜일 때)에서의 예측된 정규화된 제4 온도 포인트(PP4)로부터 제5 구간(BS5)의 종점(L=2000 ㎜일 때)에서의 예측된 정규화된 제5 온도 포인트(PP5:Predicted P5)를 감산한 결과에 해당한다. 따라서, 제5 구간(BS5)의 종점에서의 예측된 정규화된 제5 온도 포인트(PP5)는 도 14에 도시된 바와 같이 예측된 정규화된 제4 온도 포인트(PP4=286.22)로부터 편차(ΔY=145.2188)를 감산한 값인 -141.0012가 된다. 이와 같이, 선행 구간인 제4 구간(BS4)에서 실제로 측정(304)된 값(P3, P4)의 실제 편차(ΔX)를 수학식 3의 온도 예측 상관식에 대입하여 예측 편차(ΔY)를 구하고, 예측 편차(ΔY)를 제4 구간(BS4)의 종점에서의 예측된 제4 온도 포인트(PP4)로부터 감산하여, 미래의 후속 구간인 제5 구간(BS5)에서의 성장로 내부의 제5 온도 포인트(P5)를 예측한 예측된 정규화된 제5 온도 포인트(PP5)를 얻을 수 있다.

도 15는 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)의 길이(L)에 따른 정규화된 온도 포인트를 나타내는 그래프로서, 종축은 정규화된 온도 포인트를 나타내고, 횡축은 잉곳(IG)의 바디(B)의 길이(L)를 나타낸다.

전술한 바와 같은 방법으로, 제6 구간(BS6)에서의 성장로 내부의 제6 온도 포인트(P6)를 예측한 예측된 정규화된 온도 포인트(PP6=-66.0012)를 얻을 수 있다.

한편, 제214 단계 후에, 온도 예측부(180)는 저장부(178)로부터 독출한 과거 데이터 및 온도 예측 상관식을 평가하여, 온도 예측 상관식을 수정할 수도 있다(제216 단계). 경우에 따라, 제126 단계는 생략될 수도 있다. 이는 온도를 예측하는 동안 성장로 내부의 환경이 변할 경우, 온도 예측 상관식을 수정할 필요가 있기 때문이다.

제216 단계 후에, 온도 예측 상관식을 이용하여, 후속 구간에서 성장시킬 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)의 성장 조건을 조절할 수 있다(제218 단계). 예를 들어, 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)의 성장 조건은 후속 구간 동안 성장시킬 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 인상 속도(P/S) 또는 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 직경 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

예를 들어, 인상 속도 또는 직경 중 적어도 하나는 히터(120)의 발열량을 통해 조절할 수 있다. 이를 위해, 온도 궤적 목표치 출력부(182)는 온도 예측부(180)로부터 출력되는 온도 예측 상관식에 의해 온도 궤적 목표치를 조정할 수 있으며, 조정된 온도 궤적 목표치를 제1 비교부(172)로 출력할 수 있다. 그러나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

즉, 다른 실시 예에 의하면, 온도 예측부(180)에서 예측된 온도 예측 상관식이 사용자에게 전달되고, 사용자는 온도 예측 상관식을 이용하여 후속 구간에서의 온도 조건을 설정할 수 있다. 이 경우, 온도 궤적 목표치 출력부(182)는 PLC(Programmable Logic Controller)(미도시)를 더 포함할 수 있다. PLC는 사용자가 설정한 설정 데이터를 각종 기계가 인식할 수 있는 제어 데이터로 변환하는 역할을 한다. 이때, 온도 궤적 목표치 출력부(182)는 PLC로부터 출력되는 제어 데이터에 따라 온도 궤적 목표치를 조정할 수 있다.

결국, 전술한 실시 예에 의한 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법 및 장치에 의하면, 선행 구간 동안에 성장로 내부의 온도 변화를 이용하여, 선행 구간에 후속하는 미래의 후속 구간에서의 성장로 내부의 온도를 예측하는 온도 예측 상관식을 구하고, 온도 예측 상관식을 이용하여 미래의 성장로 내부의 온도 변화를 예측할 수 있다.

따라서, 도 15를 참조하면, 이전에 단결정 실리콘 잉곳을 제조하는 과정 즉, 이전 배치(batch)에서의 공정 이력을 통해 획득한 래시피 온도(302)를 이용하여 현재 배치의 바디(B)를 육성할 때보다, 실시 예에서와 같이 현재 배치(batch)의 선행 구간에서 구한 과거 데이터로부터 현재 배치에서 후속 구간의 온도(306)를 예측하여 바디(B)를 육성하므로, 에러가 적게 발생할 수 있다. 이에 대해 실험례를 가지고 살펴보면 다음과 같다.

도 16은 비교 례와 실시 예 각각에 의해 제조된 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 직경의 표준 편차 및 프로파일을 나타내는 그래프이다.

도 16을 참조하면, 비교 례에 의하면 래시피 온도(302)에 의해 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)를 육성할 때(320)의 바디(B) 직경의 평균(Mean)은 305.7이고 표준 편차는 1.361이다. 반면에, 전술한 실시 예에 의하면 예측된 온도(306)에 의해 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)를 육성할 때(322)의 바디(B)의 직경의 평균은 305.4이고, 표준 편차는 0.4241에 불과하다. 이와 같이, 비교 례에 대비하여, 실시 예에 의할 경우 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 직경을 원하는 대로 제어할 수 있다.

도 17은 비교 례와 실시 예 각각에 의해 제조된 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 직경의 변화를 나타내는 그래프로서, 횡축은 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)의 길이를 나타내고 종축은 직경을 나타낸다.

도 17을 참조하면, 비교 례에 의해 래시피 온도(302)에 의해 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)를 육성할 경우(330), 바디(B)의 직경의 변동 폭은 매우 크다. 반면에, 실시 예에 의해 예측된 온도(306)에 의해 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)를 육성할 경우(332), 바디(B)의 직경의 변동 폭은 비교 례(330)와 비교할 때 상대적으로 매우 작음을 알 수 있다.

도 18은 비교 례와 실시 예 각각에서 인상 속도(P/S)가 목표치에 어느 정도로 접근했는가를 나타내는 도면이다.

도 18을 참조하면, 비교 례에서 래시피 온도(302)에 의해 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)를 육성할 경우(340), 인상 속도가 목표치를 만족한 정도는 고르지 않을 뿐만 아니라 매우 낮다. 반면에, 실시 예에 의하면 예측된 온도(306)에 의해 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)를 육성할 경우(342), 인상 속도가 목표치를 만족한 정도는 고를 뿐만 아니라, 비교 례(340)보다 높음을 알 수 있다.

이와 같이 인상 속도가 목표치에 접근할 정도로 만족스럽다면, 10 내지 20 ㎚ 노드급 결정 결함이 제어될 수 있다. 이는 잉곳의 직경이 300 ㎜일때 뿐만 아니라 150 ㎜ 내지 450 ㎜일 경우에도 마찬가지이다.

도 19는 20 ㎚ 노드급 그로워(grower)의 품질을 설명하기 위한 도면이고, 도 20은 실시 예에 의한 20 ㎚ 노드급 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)의 길이(L)별 인상 속도(P/S)와 직경을 나타내는 그래프로서, 횡축은 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 길이(L)를 나타내고 종축은 직경과 인상 속도를 나타낸다.

기존의 경우 P/S의 평균값이 P/S의 상한(352)과 하한(354)을 벗어나는 횟수가 많은 반면, 실시 예에 의하면, P/S의 실제값(350)의 평균값(356)이 상한(352)과 하한(354)의 사이를 벗어나는 횟수가 기존보다 훨씬 적다. 직경에 있어서도, 실시 예에 의하면, 직경(366)이 직경의 상한(362)과 하한(364)을 덜 벗어날 수 있다.

도 21은 10 ㎚ 노드급 그로워(grower)의 품질을 설명하기 위한 도면이고, 도 22는 실시 예에 의한 10 ㎚ 노드급 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 바디(B)의 길이(L)별 인상 속도(P/S)와 직경을 나타내는 그래프로서, 횡축은 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 길이(L)를 나타내고 종축은 직경과 인상 속도를 나타낸다.

기존의 경우 P/S의 평균값이 P/S의 상한(372)과 하한(374)을 벗어나는 횟수가 많은 반면, 실시 예에 의하면, P/S의 실제값(370)의 평균값(376)이 상한(372)과 하한(374)의 사이를 벗어나는 횟수가 기존보다 적다. 직경에 있어서도, 실시 예에 의하면, 직경(386)이 직경의 상한(382)과 하한(384)을 덜 벗어날 수 있다.

또한, 현재 배치에서 어떠한 원인 예를 들어 멜트 갭과 같은 성장로의 단열 변화가 일어날 때, 이전 배치에서의 공정 이력을 통해 획득한 래시피 온도를 이용하여 현재 배치의 바디를 육성하면 인상 속도 또는 직경 중 적어도 하나에 오프셋이 발생할 수 있어 정확도가 저하될 수 있다. 그러나, 실시 예에 의하면, 현재 배치의 선행 구간에서 구한 과거 데이터로부터 현재 배치에서 후속 구간의 온도를 예측하여 바디를 육성하므로 오프셋을 발생시키지 않고 인상 속도 또는 직경 중 적어도 하나를 정확하게 조절함으로써 고품질의 단결정 실리콘 잉곳을 제조할 수 있다.

게다가, 넥부나 쇼울더부를 성장시킬 때의 속도를 이용하여 상관식을 도출하고 이를 통해 각부를 제어하는 대신에, 실시 예에 의한 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치 및 방법은 선행 구간에서 바디를 성장시킬 때의 온도 정보를 이용하여 후속 구간에서의 온도 정보를 예측하고 이를 토대로 바디를 육성시키므로, 후속 구간에서 단결정 실리콘 잉곳의 직경 또는 인상 속도 중 적어도 하나를 더욱 정확하게 제어할 수 있어, 고품질의 단결정 실리콘 잉곳을 제조할 수 있다.

이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 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.

100: 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치 110: 도가니
112: 석영 도가니 114: 흑연 도가니
120: 히터 122: 측부 단열재
130: 도가니 지지 구동축 132: 지지축 구동부
140: 열 차폐 부재 150: 인상부
152: 인상 와이어 154: 종결정
156: 수냉관 160: 서보 모터
162: 직경 센싱부 164: 직경 오차 산출부
166: 속도 보정치 생성부 168: 속도 오차 산출부
170: 온도 보정치 생성부 172, 174: 비교부
176: 온도 제어부 178: 저장부
180: 온도 예측부 182: 온도 궤적 목표치 출력부
190: 온도 센싱부 IG: 단결정 실리콘 잉곳
SM: 용융 실리콘

Claims

성장로에서 단결정 실리콘 잉곳의 바디를 성장시킨 선행 구간 동안에 상기 성장로의 온도 변화를 과거 데이터로서 저장하는 단계;
상기 과거 데이터를 이용하여, 상기 선행 구간에 후속하는 후속 구간 동안 상기 단결정 실리콘 잉곳의 바디를 성장시킬 상기 성장로 내의 온도를 예측하는 온도 예측 상관식을 구하는 단계; 및
상기 온도 예측 상관식을 이용하여, 상기 후속 구간에서 성장시킬 상기 단결정 실리콘 잉곳의 바디의 성장 조건을 조절하는 단계를 포함하고,
성장로 내에서 상기 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위한 실리콘 용융액을 담는 도가니; 상기 성장로의 온도를 센싱하는 온도 센싱부; 상기 단결정 실리콘 잉곳을 쿨링하는 수냉관; 및 열이 상기 단결정 실리콘 잉곳으로 전달되는 경로를 차단하는 열 차폐 부재를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치에서 수행되는 상기 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법의 상기 선행 구간은
상기 단결정 실리콘 잉곳의 바디가 형성되기 시작할 때부터 상기 바디가 열 차폐 부재의 상단에 위치할 때까지의 제1 구간;
상기 제1 구간의 끝에서부터 상기 바디가 수냉관에 진입하기 시작할 때까지의 제2 구간;
상기 제2 구간의 끝에서부터 온도 센싱부로부터 연장되는 가상의 수평선에 도가니의 곡률을 갖는 하부가 진입하기 시작할 때까지의 제3 구간; 또는
상기 제3 구간의 끝에서부터 상기 도가니의 곡률을 갖는 하부가 히터의 최대 발열 부위에 도달할 때까지의 제4 구간 중 적어도 하나를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법.
제1 항에 있어서, 상기 과거 데이터와 상기 온도 예측 상관식을 평가하여, 상기 온도 예측 상관식을 수정하는 단계를 더 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법.
제1 항에 있어서, 상기 과거 데이터를 저장하는 단계는
상기 선행 구간에서 상기 성장로 내의 온도 변화를 상기 단결정 실리콘 잉곳의 바디의 길이 별로 측정하는 단계를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법.
제3 항에 있어서, 상기 온도 예측 상관식을 구하는 단계는
이산적인 상기 과거 데이터로부터 상기 온도 예측 상관식에 해당하는 회귀 방정식을 도출하는 단계를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법.
제1 항에 있어서, 상기 단결정 실리콘 잉곳의 바디의 성장 조건은
상기 후속 구간 동안 성장시킬 상기 단결정 실리콘 잉곳의 인상 속도 또는 상기 단결정 실리콘 잉곳의 직경 중 적어도 하나를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법.
삭제
제1 항에 있어서, 상기 후속 구간은
상기 제2 구간 내지 제4 구간; 또는
상기 제4 구간의 끝에서부터 상기 도가니의 저면이 상기 가상의 수평선을 통과할 때까지의 제5 구간 중 적어도 하나를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법.
제1 항에 있어서, 상기 선행 구간 또는 상기 후속 구간 중 적어도 하나의 개수 또는 길이 중 적어도 하나는 변경 가능한 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법.
제8 항에 있어서, 상기 선행 구간 또는 상기 후속 구간은 3 내지 9개인 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법.
제8 항에 있어서, 상기 선행 구간 또는 상기 후속 구간의 길이는 100 ㎜ 내지 1000 ㎜인 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법.
제1 항에 있어서, 상기 단결정 실리콘 잉곳의 바디의 길이가
0 ㎜에서 150 ㎜까지 성장되는 구간이 제1 구간이고,
150 ㎜에서 300 ㎜까지 성장되는 구간이 제2 구간이고,
300 ㎜에서 1000 ㎜까지 성장되는 구간이 제3 구간이고,
1000 ㎜에서 1500 ㎜까지 성장되는 구간이 제4 구간이고,
1500 ㎜에서 2000 ㎜까지 성장되는 구간이 제5 구간인 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법.
제1 항에 있어서, 상기 단결정 실리콘 잉곳의 바디는 하나의 상기 선행 구간에서 구한 상기 온도 예측 상관식을 이용하여 상기 단결정 실리콘 잉곳의 나머지를 성장하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법.
제1 항에 있어서, 상기 단결정 실리콘 잉곳은 복수의 선행 구간 및 복수의 후속 구간 동안 성장되고, 상기 단결정 실리콘 잉곳의 바디의 각 구간은 상기 선행 구간에서 구한 상기 온도 예측 상관식을 이용하여 상기 후속 구간의 바디의 일부를 성장하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법.
성장로 내에서 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위한 실리콘 용융액을 담는 도가니;
제어 신호에 응답하여 상기 도가니를 가열하는 히터;
상기 성장로의 온도를 센싱하는 온도 센싱부;
인상 속도 오차를 이용하여 생성된 온도 보정치와 온도 궤적 목표치를 비교하고, 비교된 결과를 출력하는 제1 비교부;
상기 제1 비교부에서 비교된 결과와 상기 온도 센싱부에서 센싱된 현재 온도를 비교하고, 비교된 결과를 출력하는 제2 비교부;
상기 제2 비교부에서 비교된 결과를 이용하여 상기 히터의 발열량을 결정하고, 상기 결정된 발열량에 상응하는 상기 제어 신호를 발생하는 온도 제어부;
상기 단결정 실리콘 잉곳의 바디를 성장시킨 선행 구간 동안에 상기 온도 센싱부에서 센싱된 상기 성장로의 온도 변화를 상기 제어 신호로부터 획득하여 과거 데이터로서 저장하는 저장부;
상기 저장된 과거 데이터로부터, 상기 선행 구간에 후속하는 후속 구간 동안 상기 단결정 실리콘 잉곳의 바디를 성장시킬 상기 성장로 내의 온도를 예측하는 온도 예측 상관식을 구하는 온도 예측부; 및
상기 온도 예측 상관식에 의해 조정된 상기 온도 궤적 목표치를 출력하는 온도 궤적 목표치 출력부를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치.
제14 항에 있어서, 상기 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치는
인상 와이어에 의해 상기 단결정 실리콘 잉곳을 회전시키면서 인상하는 인상부;
상기 단결정 실리콘 잉곳의 직경을 센싱하며, 상기 센싱된 직경치를 출력하는 직경 센싱부;
상기 센싱된 직경치와 잉곳 직경 궤적 목표치 간의 직경 오차를 산출하는 직경 오차 산출부;
상기 직경 오차를 이용하여 인상 속도 보정치를 생성하는 속도 보정치 생성부;
상기 인상 속도 보정치의 평균값과 인상 속도 궤적 목표치를 비교하고, 비교된 결과를 상기 인상 속도 오차로서 출력하는 속도 오차 산출부; 및
상기 인상 속도 오차를 이용하여 상기 온도 보정치를 생성하는 온도 보정치 생성부를 더 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치.