KR101841550B1 - Apparatus and method for growing silicon single crystal ingot - Google Patents

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Abstract

실시예는 실리콘 용융액에 시드를 디핑하는 단계; 상기 실리콘 용융액의 표면 온도를 측정하는 (a) 단계; 상기 실리콘 용융액의 표면에서 상기 시드의 멜팅 형상을 측정하는 (b) 단계; 및 상기 표면 온도와 멜팅 형상으로부터 굿 디핑이 판단될 때, 상기 시드를 인상하는 단계를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법을 제공한다.An embodiment includes dipping a seed in a silicon melt; (A) measuring a surface temperature of the silicon melt; (B) measuring the melt form of the seed on the surface of the silicon melt; And pulling up the seed when the good dipping is judged from the surface temperature and the melted shape.

Description

실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 및 성장 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GROWING SILICON SINGLE CRYSTAL INGOT}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a growth apparatus and a growth method of a silicon single crystal ingot,

실시예는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘 단결정 잉곳의 성장을 위한 시드의 굿 디핑을 정확하게 판단하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for growing a silicon single crystal ingot, and more particularly, to an apparatus and a method for accurately determining good dipping of a seed for growing a silicon single crystal ingot.

실리콘 웨이퍼는, 단결정 잉곳(Ingot)을 만들기 위한 단결정 성장 공정과, 단결정 잉곳을 슬라이싱(Slicing)하여 얇은 원판 모양의 웨이퍼를 얻는 슬라이싱 공정과, 상기 슬라이싱 공정에 의해 얻어진 웨이퍼의 깨짐, 일그러짐을 방지하기 위해 그 외주부를 가공하는 그라인딩(Grinding) 공정과, 상기 웨이퍼에 잔존하는 기계적 가공에 의한 손상(Damage)을 제거하는 랩핑(Lapping) 공정과, 상기 웨이퍼를 경면화하는 연마(Polishing) 공정과, 연마된 웨이퍼를 연마하고 웨이퍼에 부착된 연마제나 이물질을 제거하는 세정 공정을 포함하여 이루어진다.The silicon wafer includes a single crystal growth step for forming a single crystal ingot, a slicing step for obtaining a thin disk-shaped wafer by slicing the single crystal ingot, and a step for preventing cracks and distortion of the wafer obtained by the slicing step A polishing step of polishing the outer periphery of the wafer, a lapping process of removing damages due to mechanical processing remaining on the wafer, a polishing process of mirror-polishing the wafer, And a cleaning step of polishing the wafer and removing abrasive and foreign substances adhering to the wafer.

이렇게 성장된 실리콘 단결정 잉곳은 상술한 공정을 거쳐서, 반도체 디바이스의 기판으로 사용하게 된다.The silicon single crystal ingot grown in this manner is used as a substrate of a semiconductor device through the above-described processes.

실리콘 단결정 잉곳의 성장은 플로우팅존(floating zone : FZ) 방법 또는 초크랄스키(Czochralski : CZ, 이하 CZ라 칭한다) 방법을 많이 사용하여 왔다. 이들 방법 중에서 가장 일반화되어 있는 방법이 CZ 방법이다.Growth of a silicon single crystal ingot has been largely driven by a floating zone (FZ) method or a Czochralski (CZ) method. The most common method among these methods is the CZ method.

CZ 방법에서는 석영 도가니에 다결정 실리콘을 장입하고, 이를 흑연 발열체에 의해 가열하여 용융시킨 후, 용융 결과 형성된 실리콘 용융액에 종자결정을 담그고 계면에서 결정화가 일어날 때 종자결정을 회전하면서 인상시킴으로써 단결정의 실리콘 잉곳을 성장시킨다.In the CZ method, polycrystalline silicon is charged in a quartz crucible, heated by a graphite heating element to melt, and seed crystals are immersed in a silicon melt formed as a result of melting. When crystallization occurs at the interface, seed crystals are rotated while being pulled up to form a single crystal silicon ingot .

상세하게는 도가니를 지지하는 축을 회전시키면서 도가니를 상승시켜 고-액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 하고, 실리콘 단결정 잉곳은 도가니의 회전축과 동일한 축을 중심으로 하여 도가니의 회전방향과 반대방향으로 회전시키면서 끌어올린다.Specifically, the crucible is elevated while rotating the shaft supporting the crucible so that the solid-liquid interface maintains the same height. The silicon single crystal ingot is rotated and rotated in the direction opposite to the crucible rotation direction about the same axis as the rotation axis of the crucible Up.

실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 공정은, 시드의 디핑(dipping)과 넥(neck), 숄더(shoulder) 및 바디(body)를 성장시키는 공정을 포함한다. 종자 결정인 시드를 실리콘 용융액에 디핑한 후 실리콘 용융액의 온도가 일정 범위 이내일 때를 굿 디핑(good dipping)이라고 판단한 후, 종자 결정을 끌어올리며 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있다.The step of growing the silicon single crystal ingot includes a step of dipping the seed and growing a neck, a shoulder and a body. After seeding as a seed crystal is dipped in a silicon melt, it is determined that the silicon melt is a good dipping when the temperature of the silicon melt is within a certain range, and then the seed crystal is pulled up to grow the silicon single crystal ingot.

굿 디핑을 판단하는 것이 실리콘 단결정 잉곳의 성장에서 중요하며, 도 1은 종래의 실리콘 단결정 잉곳의 시드의 굿 디핑을 판단하는 방법을 나타낸 도면이다.Determination of good dipping is important in the growth of a silicon single crystal ingot. FIG. 1 shows a method for judging good dipping of a seed of a conventional silicon single crystal ingot.

온도 센서(10)에서 시드 주변의 매니스커스(meniscus) 영역의 온도를 측정하여 굿 디핑을 판단한다. 시드가 녹는 부분은 주변보다 밝게 보이며, 도시된 바와 같이 시드의 가장 자리에서 시드가 녹는 경계 영역의 형상을 매니스커스라 할 수 있다. 실제로 시드가 녹는 영역은 폐곡면을 이룰 수 있으나, 온도 센서(10)에서 촬영 할 때 녹지 않은 시드의 상부 영역에 의하여 일부가 차폐되어 관측될 수 있다.The temperature sensor 10 measures the temperature of the meniscus region around the seed to determine good dipping. The portion where the seed melts appears brighter than the surrounding portion, and the shape of the boundary region where the seed melts at the edge of the seed as shown can be referred to as a meniscus. Actually, the region where the seed is melted may form a closed curved surface, but it may be observed when the temperature sensor 10 is partially shielded by the upper region of the seed which is not melted.

시드가 도시된 바와 같이 녹는 중일 때, 온도 센서(10)에서 실리콘 용융액으로부터 방사되는 열을 측정하여 멜트의 표면 온도를 감지하여 굿 디핑이 되는 온도에 이르렀을 때, 시드를 인상할 수 있다.When the seed is melting as shown, the temperature sensor 10 measures the heat radiated from the silicon melt and senses the surface temperature of the melt to raise the seed when the temperature reaches a good dipping temperature.

도 2는 도 1의 방법에서 시간에 따른 실리콘 용융액의 온도를 나타낸 도면이다. 디핑 시간이 증가함에 따라 실리콘 용융액의 온도(t0)가 일정 범위(t1~t2) 이내로 수렴할 수 있고, 이때를 굿 디핑으로 판단하고 시드를 인상시킬 수 있다.2 is a graph showing the temperature of the silicon melt with time in the method of FIG. As the dipping time increases, the temperature t0 of the silicon melt can converge within a certain range (t1 to t2), and it can be judged as good dipping and the seed can be raised.

그러나, 종래의 굿 디핑 판단은 아래와 같은 문제점이 있다.However, the conventional good dipping judgment has the following problems.

실리콘 용융액의 정중앙 영역은 시드가 디핑되고 녹는 영역이어서 정확한 온도를 측정하기 어렵다. 또한, 실리콘 단결정 잉곳의 성장에는 실리콘 용융액의 온도 외에 챔버 내의 온도도 관여하게 되는데, 상술한 방법은 챔버 내의 온도를 파악하기 어렵다.The center region of the silicon melt is a region where the seed is dipped and melted, making it difficult to measure the exact temperature. In addition, in addition to the temperature of the silicon melt, the temperature in the chamber is also involved in the growth of the silicon single crystal ingot, which is difficult to grasp the temperature in the chamber.

또한, 챔버 내에서 아르곤 등 비활성 기체의 유동에 따른 열 분포의 변경 등은 측정할 수 없다.In addition, changes in the heat distribution due to the flow of inert gas such as argon in the chamber can not be measured.

도 3a 내지 도 3d는 종래의 방법에서 굿 디핑 판단의 오차를 나타낸 도면들이다. 도 3a 내지 도 3d는 각각 동일한 성장 장치에서 상술한 방법으로 굿 디핑을 판단하여 시드를 인상하여 넥킹을 시작한다.FIGS. 3A to 3D are diagrams showing an error of a good dipping judgment in the conventional method. FIGS. 3A to 3D each show good growth in the same growth apparatus as described above, and the seed is pulled up to start necking.

그러나, 도 3a 내지 도 3d에서 동일한 성장 장치를 사용하여 동일한 방법으로 굿 디핑을 판단하더라도, 굿 디핑으로 판단되는 온도가 서로 상이하고 또한 동일한 온도에서 굿 디핑으로 판단되더라고 넥의 성장 시점까지 걸리는 시간이 서로 상이하다.However, even if good dipping is judged by the same method using the same growth apparatus in FIGS. 3A to 3D, the time required for the good dipping to be different from each other and the good dipping at the same temperature, Are different from each other.

이러한 차이점은 상술한 바와 같이 온도 센서(10) 만으로는 실리콘 단결정 잉곳의 성장에 관여하는 여러 요소들을 파악하지 못하는 것에 기인하여, 즉 실리콘 용융액 표면의 온도 만으로는 시드의 굿 디핑을 정확히 파악하기 어렵기 때문이다.This difference is due to the fact that the temperature sensor 10 alone can not grasp various factors involved in the growth of the silicon single crystal ingot, that is, it is difficult to grasp the good dipping of the seed only by the temperature of the silicon melt surface .

실시예는, 실리콘 단결정 잉곳의 성장시에 시드의 굿 디핑을 정확하게 판단하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.The embodiments are intended to provide an apparatus and method for accurately determining the good dipping of a seed during the growth of a silicon single crystal ingot.

실시예는 실리콘 용융액에 시드를 디핑하는 단계; 상기 실리콘 용융액의 표면 온도를 측정하는 (a) 단계; 상기 실리콘 용융액의 표면에서 상기 시드의 멜팅 형상을 측정하는 (b) 단계; 및 상기 표면 온도와 멜팅 형상으로부터 굿 디핑이 판단될 때, 상기 시드를 인상하는 단계를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법을 제공한다.An embodiment includes dipping a seed in a silicon melt; (A) measuring a surface temperature of the silicon melt; (B) measuring the melt form of the seed on the surface of the silicon melt; And pulling up the seed when the good dipping is judged from the surface temperature and the melted shape.

(a) 단계는, 온도센서에서 상기 실리콘 용융액의 표면 온도를 측정할 수 있다.In the step (a), the surface temperature of the silicon melt can be measured by the temperature sensor.

(b) 단계는, 영상 센서에서 상기 시드의 용융 영역의 형상을 파악할 수 있다.In the step (b), the shape of the molten region of the seed can be grasped by the image sensor.

(b) 단계에서, 상기 시드의 용융 영역의 한 변의 길이가 기설정된 길이 이상일 때, 유효한 형상으로 파악할 수 있다.In the step (b), when the length of one side of the melting region of the seed is not less than a predetermined length, it can be recognized as a valid shape.

시드의 용융 영역의 한 변이 기설정된 각도에서 1도(°) 이내에 위치할 때, 유효한 형상으로 파악할 수 있다.When one side of the melting region of the seed is located within 1 degree (°) from a predetermined angle, it can be grasped as a valid shape.

(b) 단계에서, 상기 시드 용융 영역의 적어도 3개의 형상 인자를 파악할 수 있다.In the step (b), at least three shape factors of the seed fusion region can be grasped.

시드 용융 영역의 적어도 2개의 꼭지점 영역의 곡률 반경을 제1 형상 인자로 파악할 수 있다.The radius of curvature of at least two vertex regions of the seed fusion region can be grasped as the first shape factor.

2개의 꼭지점 영역의 곡률 반경을 평균하여 상기 제1 형상 인자로 파악할 수 있다.The radius of curvature of the two vertex regions can be averaged to obtain the first shape factor.

시드 용융 영역의 적어도 1개의 변의 두께를 제2 형상 인자로 파악할 수 있다.The thickness of at least one side of the seed fused region can be grasped as the second shape factor.

시드 용융 영역의 적어도 1개의 변의 곡률을 제3 형상 인자로 파악할 수 있다.The curvature of at least one side of the seed fused region can be grasped as the third shape factor.

다른 실시예는 챔버; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘 용융액이 수용되는 도가니; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 상기 실리콘 용융액을 가열하는 가열부; 상기 도가니의 상부에 배치되고, 상기 실리콘 용융액으로부터 성장되는 단결정 잉곳을 향하는 상기 가열부의 열을 차폐하는 상방 단열부재; 상기 챔버의 상부의 제1 영역에 배치되어 상기 실리콘 용융액의 표면 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 챔버의 상부의 제2 영역에 배치되어 상기 실리콘 용융액의 표면 영상을 측정하는 영상 센서를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치를 제공한다.Another embodiment includes a chamber; A crucible provided inside the chamber and containing a silicon melt; A heating unit provided inside the chamber and heating the silicon melt; An upper heat insulating member disposed on the crucible and shielding the heat of the heating portion toward a single crystal ingot grown from the silicon melt; A temperature sensor disposed in a first region above the chamber to measure a surface temperature of the silicon melt; And an image sensor disposed in a second region above the chamber and measuring a surface image of the silicon melt.

온도 센서와 영상 센서에서 측정된 데이터로부터, 시드의 굿 디핑 여부를 판단하는 제어부를 더 포함할 수 있다.And a control unit for determining whether the seed is good dipped from the data measured by the temperature sensor and the image sensor.

실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 및 성장 방법, 시드가 디핑되며 녹을 때 영상 센서로부터 시드의 용융 영역의 형상인 매니스커스의 3개의 형상인자로부터 굿 디핑을 파악하며, 온도 센서로부터 파악된 결과와 함께 활용하여, 넥의 성장 시점을 정확하게 파악할 수 있다.The apparatus and method for growing a silicon single crystal ingot according to an embodiment, a method of grasping good dipping from three shape factors of a manifold, which is a shape of a molten region of a seed from an image sensor when the seed is dipped and melted, With the result, it is possible to accurately grasp the growth point of the neck.

도 1은 종래의 실리콘 단결정 잉곳의 시드의 굿 디핑을 판단하는 방법을 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1의 방법에서 시간에 따른 실리콘 용융액의 온도를 나타낸 도면이고,
도 3a 내지 도 3d는 종래의 방법에서 굿 디핑 판단의 오차를 나타낸 도면들이고,
도 4는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 5a 및 도 5b는 시드의 회전에 따른 매니스커스 형상의 회전을 나타낸 도면이고,
도 5c 및 도 5d는 시드의 이미지 추출을 나타낸 도면이고,
도 6a 내지 도 6d는 매니스커스의 형상 중에서 특징을 추출하는 과정을 나타낸 도면이고,
도 7은 시간에 따른 실리콘 용융액의 온도와 스코어링을 나타낸 도면이고,
도 8은 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a method for judging good dipping of a seed of a conventional silicon single crystal ingot,
FIG. 2 is a graph showing the temperature of the silicon melt with time in the method of FIG. 1,
FIGS. 3A to 3D are diagrams showing an error of a good dipping judgment in the conventional method,
4 is a view showing an embodiment of a silicon single crystal ingot growing apparatus,
FIGS. 5A and 5B are diagrams showing the rotation of the manifold shape in accordance with the rotation of the seed,
Figs. 5C and 5D are diagrams showing image extraction of a seed,
6A to 6D are diagrams illustrating a process of extracting features from a shape of a meniscus,
7 is a graph showing the temperature and scoring of the silicon melt with time,
8 is a view showing a method of growing a silicon single crystal ingot according to an embodiment.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to facilitate understanding of the present invention.

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.However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

본 발명에 따른 실시 예의 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 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.In the description of the embodiment according to the present invention, in the case of being described as being formed on the "upper" or "on or under" of each element, on or under includes both elements being directly contacted with each other or one or more other elements being indirectly formed between the two elements.

또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.Also, when expressed as "on" or "on or under", it may include not only an upward direction but also a downward direction with respect to one element.

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.It is also to be understood that the terms "first" and "second", "upper" and "lower", etc., as used below, do not necessarily imply or imply any physical or logical relationship or order between such entities or elements And may be used only to distinguish one entity or element from another entity or element.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.The thickness and size of each layer in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically shown for convenience and clarity of explanation. Also, the size of each component does not entirely reflect the actual size.

도 4는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치의 일 실시예를 나타낸 도면이고,4 is a view showing an embodiment of a silicon single crystal ingot growing apparatus,

본 실시예에 따른 실리콘 단결정의 성장 장치(100)는 고체 실리콘을 녹여서 액체로 만든 후 재결정화하여 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있다.The silicon single crystal growth apparatus 100 according to the present embodiment may melt the solid silicon to make a liquid and then recrystallize the silicon single crystal ingot to grow the silicon single crystal ingot.

실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치(100)는, 내부에 실리콘(Si) 용융액으로부터 실리콘 단결정 잉곳(140)이 성장하기 위한 공간이 형성되는 챔버(100)와, 상기 실리콘 단결정 용융액이 수용되기 위한 도가니(120, 122)와, 상기 도가니(120, 122)를 가열하기 위한 가열부(140)와, 상기 실리콘 단결정 잉곳(140)을 향한 상기 가열부(140)의 열을 차단하기 위하여 상기 도가니(120)의 상방에 위치되는 상방 단열 부재(160)와, 상기 실리콘 단결정 잉곳(140)의 성장을 위한 시드(185)를 고정하기 위한 시드척(180)과, 구동 수단에 의해 회전되어 도가니(122)를 회전시켜 상승시키는 회전축(130)과 챔버(110)의 상부에 구비되어 실리콘 용융액(Si)의 표면 온도를 측정하는 온도 센서(10), 및 챔버의 상부에 구비되어 실리콘 용융액(Si)의 표면 영상을 측정하는 영상 센서(20)를 포함하여 이루어진다.The silicon single crystal ingot growing apparatus 100 includes a chamber 100 in which a space for growing a silicon single crystal ingot 140 from a silicon (Si) melt is formed, a crucible 120 for accommodating the silicon single crystal melt A heating unit 140 for heating the crucibles 120 and 122 and a heating unit 140 for cutting off the heat of the heating unit 140 toward the silicon single crystal ingot 140, A seed chuck 180 for fixing the seed 185 for growing the silicon single crystal ingot 140 and a crucible 122 rotated by the driving means to rotate the crucible 122. [ And a temperature sensor 10 provided at an upper portion of the chamber 110 to measure the surface temperature of the silicon melt Si and a surface image of the silicon melt Si provided at an upper portion of the chamber. And an image sensor 20 for measuring .

챔버(110)는 내부에 캐비티(cavity)가 형성된 원통 형상일 수 있고, 상기 챔버(110)의 중앙 영역에 상기 도가니(120, 122)가 위치된다. 도가니(120, 122)는 실리콘 단결정 용융액이 수용될 수 있도록 전체적으로 오목한 그릇의 형상이고, 텅스텐(W) 또는 몰리브덴(Mo) 등의 재질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The chamber 110 may have a cylindrical shape with a cavity formed therein and the crucibles 120 and 122 are located in a central region of the chamber 110. The crucibles 120 and 122 may be formed of a material such as tungsten (W) or molybdenum (Mo), but the present invention is not limited thereto, so that the silicon single crystal melt can be received.

그리고, 도가니는, 상기 실리콘 단결정 용융액과 직접 접촉되는 석영 도가니(120)와, 상기 석영 도가니(120)의 외면을 둘러싸면서 상기 석영 도가니(120)를 지지하는 흑연 도가니(122)로 이루어질 수 있다.The crucible may include a quartz crucible 120 directly contacting the silicon single crystal melt and a graphite crucible 122 surrounding the quartz crucible 120 and supporting the quartz crucible 120.

그리고, 성장되는 실리콘 단결정 잉곳(140)의 상부에 수냉관(190)이 구비되어, 실리콘 단결정 잉곳(140)을 냉각시킬 수 있다.The silicon single crystal ingot 140 can be cooled by providing the water-cooled pipe 190 on the upper part of the silicon single crystal ingot 140 to be grown.

이하에서, 상술한 실리콘 단결정의 성장장치를 이용한 실리콘 단결정의 성장의 성장 방법의 일실시 예를 설명한다.Hereinafter, one embodiment of a growth method of growing silicon single crystal using the silicon single crystal growth apparatus described above will be described.

먼저, 도가니(120) 내에 실리콘 용융액(Si)을 채우지고, 시드(seed, 185)를 실리콘 용융액(Si)에 접촉하여 탐침하여 디핑(dipping)시킨다.First, a silicon melt (Si) is filled in a crucible 120, and a seed 185 is contacted with a silicon melt Si to probe and dope.

그리고, 시드(185)가 고온의 실리콘 용융액(Si)에 잠기면서 시드의 일부가 녹을 수 있다.Then, the seed 185 is immersed in the high temperature silicon melt (Si), and a part of the seed can be melted.

그리고, 온도 센서(10)와 영상 센서(20)를 이용하여, 굿 디핑 여부를 확인한다. 굿 디핑 여부의 판단은, 온도 센서(10)를 사용하여 실리콘 용융액(Si)의 표면 온도를 측정하는 (a) 단계와, 실리콘 용융액(Si)의 표면에서 시드가 멜팅되는 형상을 측정하는 (b) 단계를 포함하여 이루어진다.Then, whether or not the good dipping is confirmed using the temperature sensor 10 and the image sensor 20 is confirmed. The determination of good dipping is made by (a) measuring the surface temperature of the silicon melt (Si) using the temperature sensor (10), (b) measuring the shape of the seed melted on the surface of the silicon melt ).

온도 센서(10)는 시드 주변의 매니스커스(meniscus) 영역의 온도를 측정하여 굿 디핑을 판단한다. 시드가 녹는 부분은 주변보다 밝게 보이며, 도시된 바와 같이 시드의 가장 자리에서 시드가 녹는 경계 영역의 형상을 매니스커스라 할 수 있고, 온도 센서(10)에서 실리콘 용융액으로부터 방사되는 열을 측정하여 멜트의 표면 온도를 감지할 수 있다.The temperature sensor 10 measures the temperature of the meniscus region around the seed to determine good dipping. As shown in the figure, the shape of the boundary region where the seed is melted at the edge of the seed can be referred to as a meniscus. The temperature sensor 10 measures the heat radiated from the silicon melt The surface temperature of the melt can be detected.

그리고, 영상 센서(20)는 시드의 멜팅되는 형상을 촬영하고 제어부(미도시)에서 촬영된 영상을 분석하여 굿 디핑 여부를 판단할 수 있다. 이때, 시드가 회전하므로, 영상 센서(20)에서 촬영되는 시드의 멜팅 형상 중에서 유효한 데이터 만을 추출할 필요가 있다.Then, the image sensor 20 can photograph the shape of the seed to be melted and analyze the image photographed by the control unit (not shown) to judge whether the image is good dipped. At this time, since the seed rotates, it is necessary to extract only valid data from the meltering shape of the seed photographed by the image sensor 20.

즉, 실리콘 단결정 잉곳의 성장 중에 시드와 도가니(20, 22)는 각각 회전을 할 수 있는데, 각각각 시드 회전(seed rotation)과 도가니 회전(crucible rotation)이라 하고, 시드 회전과 도가니 회전의 방향은 서로 다른 방향일 수 있기 때문이다.That is, during the growth of the silicon single crystal ingot, the seed and the crucibles 20 and 22 can rotate, respectively, which are referred to as seed rotation and crucible rotation, and the directions of seed rotation and crucible rotation are Because they can be in different directions.

도 5a 및 도 5b는 시드의 회전에 따른 매니스커스 형상의 회전을 나타낸 도면이다.Figs. 5A and 5B are diagrams showing the rotation of the manifold shape according to the rotation of the seed. Fig.

연속하여 회전하는 시드를 촬영하여 도시된 바와 같이 가장 자리의 매니스커스의 형상이 구하여지며, 도 5a에서는 가장 상부가 그리고 도 5b에서는 가장 하부의 형상이 유효한 형상일 수 있다. 여기서, 유효한 형상이라 함은, 굿 디핑을 판단하기에 유효하게 사용할 수 있는 시드의 멜팅 형상임을 뜻한다.The seeds of the continuously rotating seeds may be photographed to obtain the shape of the edge maniskus as shown in FIG. 5A. In FIG. 5A, the uppermost seed may be obtained, and the lowermost shape may be effective. Here, the effective shape means a shape of the seed which can be effectively used for judging good dipping.

즉, 후술하는 3개의 인자를 파악하려면, 시드의 멜팅 형상이 도 5a의 최상부 또는 도 5b의 최하부와 같이 촬영되는 것이 바람직하다.That is, in order to grasp the three factors to be described later, it is preferable that the melting shape of the seed is photographed like the top of FIG. 5A or the lowermost part of FIG. 5B.

도 5c 및 도 5d는 시드의 이미지 추출을 나타낸 도면이다. 도 5c에서는 시드의 용융 영역인 메니스커스(meniscus)의 하나의 면이 기설정된 길이(d1) 이상으로 겹치며, 도 5d에서는 시드의 회전에 따라 매니스커스의 하나의 면이 기설정된 길이(d1)보다 작은 영역에서 겹친다. 이때, 도 5c의 경우를 유효한 데이터로 파악하고, 도 5d는 굿 디핑을 판단하기에 부적절한 데이터로 판단할 수 있다.5C and 5D are diagrams showing image extraction of a seed. In FIG. 5C, one surface of the meniscus, which is the fused region of the seed, overlaps over a predetermined length d1. In FIG. 5D, one surface of the meniscus overlaps with the predetermined length d1 ). At this time, the case of FIG. 5C is regarded as valid data, and the case of FIG. 5D can be judged as data inappropriate for judging good dipping.

상술한 굿 디핑 여부의 판단은, 도 5a에 도시된 바와 같이 매니스커스가 기설정된 길이(d1)과 겹치는 영역의 길이로 판단할 수 있으나, 매니스커스의 형상이 기설정된 각도에서 기울어진 정도로부터 판단할 수도 있으며 예를 들면 1도(°) 이내의 각도의 범위에 위치할 때 유효한 데이터로 파악할 수도 있다.As shown in FIG. 5A, the determination of whether or not the good dipping is performed can be determined by the length of the area where the manisk is overlapped with the predetermined length d1. However, from the degree that the shape of the meniscus tilts at a predetermined angle It can be judged as valid data when it is located in the range of angles within 1 degree (°), for example.

도 6a 내지 도 6d는 매니스커스의 형상 중에서 특징을 추출하는 과정을 나타낸 도면이다.6A to 6D are diagrams illustrating a process of extracting features from a shape of a meniscus.

시드의 멜팅 형상을 판단함에 있어서, 복수 개의 인자로부터 판단할 수 있으며, 본 실시예에서는 시드 용융 영역의 3개의 인자로부터 파악을 할 수 있다. 도 6a에서 시드의 용융 영역의 2개의 꼭지점 영역(a1, a2)과 1개의 변(b) 영역의 형상이 촬영된 데이터로부터 판단할 수 있다.In determining the melt-bonding shape of the seed, it can be determined from a plurality of factors. In this embodiment, three factors of the seed melting region can be grasped. In Fig. 6A, the shapes of the two vertex regions a1 and a2 and one side (b) region of the fused region of the seed can be determined from the photographed data.

제1 형상 인자는, 도 6b에 도시된 바와 같이 시드 용융 영역의 2개의 꼭지점 영역의 곡률 반경(R1, R2)일 수 있다. 이때, 시드 용융 영역의 꼭지점의 형상이 정확히 원을 이루지 않을 수 있으므로, 가장 유사한 원의 곡률 반경(R1, R2)을 계산할 수 있다. 그리고, 측정 내지 계산된 2개의 꼭지점 영역의 곡률 반경(R1, R2)을 평균하여 제1 형상 인자로 파악할 수 있다.The first shape factor may be the radius of curvature R1, R2 of the two vertex regions of the seed melting region as shown in Fig. 6B. At this time, since the shape of the vertex of the seed melting region may not be exactly a circle, the curvature radii R1 and R2 of the most similar circle can be calculated. Then, the curvature radiuses R1 and R2 of the two vertexes measured or calculated can be averaged to obtain the first shape factor.

그리고, 도 6c에 도시된 바와 같이 시드 용융 영역의 적어도 1개의 변의 두께(t)를 제2 형상 인자로 파악할 수 있다.Then, as shown in Fig. 6C, the thickness t of at least one side of the seed fusion region can be grasped as the second shape factor.

이때, 도 6c에 도시된 바와 같이 시드의 용융 영역의 형상의 좌/우의 중앙 영역의 두께(t)를 측정할 수 있다.At this time, it is possible to measure the thickness t of the central region of the left / right of the shape of the molten region of the seed as shown in Fig. 6C.

그리고, 도 6d에 도시된 바와 같이 시드 용융 영역의 적어도 1개의 변의 곡률(R3)을 제3 형상 인자로 파악할 수 있다. 도시된 바와 같이, 시드 용융 영역의 1개의 변이 정확히 원을 이루지는 않을 수 있으므로, 가장 유사한 원의 곡률(R3)을 계산할 수 있다.Then, as shown in FIG. 6D, the curvature R3 of at least one side of the seed fusion region can be grasped as the third shape factor. As shown, one side of the seed melting region may not exactly be a circle, so the curvature R3 of the most similar circle can be calculated.

도 6b 내지 도 6d에서, 시드의 용융 영역인 매니스커스의 좌/우의 영역(1/2W)들이 정확히 대칭을 이루지 않을 수 있으며, 2개의 곡률 반경(R1, R2)과 1개의 곡률(R3)과 두께(t)를 구할 때 매니스커스의 높이 중 하부 (2/5)h 만으로 판별할 수 있다.6B to 6D, the left and right regions 1 / 2W of the meniscus, which is the molten region of the seed, may not be exactly symmetrical, and two curvature radii R1 and R2 and one curvature R3, (2/5) h of the height of the maniskus can be determined.

상술한 시드의 멜팅 형상의 3개의 형상 인자로부터 시드가 굿 디핑인 것으로 판단되고, 표면 온도로부터도 굿 디핑으로 판단될 때, 시드를 인상하며 넥(neck)을 성장시킬 수 있다.It is judged that the seed is good dipping from the three shape factors of the above-mentioned melt form of the seed, and when it is judged from the surface temperature as good dipping, the seed can be raised and the neck can be grown.

이때, 실리콘 용융액(Si)의 일부가 고화되어 시드보다 굵은 넥이 성장될 수 있다.At this time, a part of the silicon melt (Si) solidifies and a neck thicker than the seed can be grown.

그리고, 실리콘 용융액(Si)이 고화되어 넥의 하부로부터 연속하여 단결정이 성장되어 숄더를 이루는데, 숄더는 반경 및 수직 방향으로 성장하여 단결정의 직경이 증가하고 실리콘 용융액 내부로 잠기면서 성장된다.Then, the silicon melt (Si) solidifies and the single crystal continuously grows from the lower part of the neck to form a shoulder. The shoulder grows in the radius and the vertical direction, and the diameter of the single crystal increases and sinks into the silicon melt.

그리고, 실리콘 용융액이 고화되면서 숄더의 하부로부터 연속하여 바디(body)가 성장될 수 있다. 그리고, 실리콘 용융액(Si)과 성장되는 실리콘 단결정 잉곳의 경계면을 성장 계면(Crystallization Front)이라고도 한다.Then, as the silicon melt is solidified, the body can be continuously grown from the lower portion of the shoulder. The interface between the silicon melt (Si) and the silicon single crystal ingot to be grown is also referred to as a growth interface (Crystallization Front).

상술한 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법이 도 8에 도시되고 있다.A method of growing a silicon single crystal ingot according to the above-described embodiment is shown in Fig.

도 7은 시간에 따른 실리콘 용융액의 온도와 스코어링을 나타낸 도면이다.7 is a graph showing the temperature and scoring of the silicon melt over time.

이때, 상술한 3개의 형상 인자의 값들이 기설정된 요건을 충족하는지 여부에 따라 각각 +1 또는 -1로 계산하여, 3개의 형상 인자로부터 판별되는 값은 +3으로부터 -3까지 분포할 수 있다.In this case, the values determined from the three shape factors can be distributed from +3 to -3, respectively, by calculating +1 or -1 depending on whether the values of the three shape factors described above satisfy predetermined requirements.

a는 온도 센서에서 측정된 실리콘 용융액의 표면 온도를 나타내고, b는 a의 값을 5분마다 평균한 값이고, c는 상술한 3개의 인자로부터 판별된 값이고, d는 c를 일정한 구간마다 평균한 값이다.a is a surface temperature of the silicon melt measured by a temperature sensor, b is a value obtained by averaging the value of a every 5 minutes, c is a value determined from the above three factors, d is an average Value.

도 7에서 시간이 경과할수록, b와 d의 값이 안정되고 있으며, 이때 굿 디핑이 이루어진 것으로 판단할 수 있다.In FIG. 7, the values of b and d are stabilized with time, and it can be judged that good dipping is performed at this time.

실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 및 방법은, 시드가 디핑되며 녹을 때 영상 센서로부터 시드의 용융 영역의 형상인 매니스커스의 3개의 형상인자로부터 굿 디핑을 파악하며, 온도 센서로부터 파악된 결과와 함께 활용하여, 넥의 성장 시점을 정확하게 파악할 수 있다.An apparatus and method for growing a silicon single crystal ingot according to an embodiment grasp good dipping from three shape factors of a manifold, which is a shape of a melting region of a seed from an image sensor when the seed is dipped and melted, With the result, it is possible to accurately grasp the growth point of the neck.

이상과 같이 실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

10: 온도 센서 20: 영상 센서
100: 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치
110: 챔버 120, 122: 도가니
130: 회전축 140: 단결정 잉곳
160: 상방 단열 부재 180: 시드척
185: 시드 190: 수냉관
200: 격벽10: Temperature sensor 20: Image sensor
100: Growth device of silicon single crystal ingot
110: chamber 120, 122: crucible
130: rotation axis 140: single crystal ingot
160: upper heat insulating member 180: seed chuck
185: seed 190: water-cooled tube
200: partition wall

Claims (17)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 실리콘 용융액에 시드를 디핑하는 단계;
상기 실리콘 용융액의 표면 온도를 측정하는 (a) 단계;
상기 실리콘 용융액의 표면에서 상기 시드의 멜팅 형상을 측정하는 (b) 단계; 및
상기 표면 온도와 멜팅 형상으로부터 굿 디핑이 판단될 때, 상기 시드를 인상하는 단계를 포함하고,
상기 (b) 단계는 영상 센서에서 상기 시드의 용융 영역의 형상을 파악하고,
상기 (b) 단계에서 상기 시드 용융 영역의 적어도 3개의 형상 인자를 파악하고，
상기 시드 용융 영역의 적어도 2개의 꼭지점 영역의 곡률 반경을 제1 형상 인자로 파악하고，상기 시드 용융 영역의 적어도 1개의 변의 두께를 제2 형상 인자로 파악하고，상기 시드 용융 영역의 적어도 1개의 변의 곡률을 제3 형상 인자로 파악하는
상기　굿　디핑의　판단은，　상기　실리콘　용융액의　온도가　일정　범위　이내일　때를　굿　디핑으로　판단하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.Dipping the seed in the silicon melt;
(A) measuring a surface temperature of the silicon melt;
(B) measuring the melt form of the seed on the surface of the silicon melt; And
And when the good dipping is judged from the surface temperature and the melted shape, raising the seed,
In the step (b), the shape of the molten region of the seed is detected by the image sensor,
(B), at least three shape factors of the seed fusion region are grasped,
The radius of curvature of at least two vertex regions of the seed fusion region is grasped as a first shape factor, the thickness of at least one side of the seed fusion region is grasped as a second shape factor, The curvature is grasped as the third form factor
Wherein the good dipping is judged by good dipping when the temperature of the silicon melt is within a predetermined range. 제6 항에 있어서,
상기 (a) 단계는, 온도센서에서 상기 실리콘 용융액의 표면 온도를 측정하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.The method according to claim 6,
Wherein the step (a) measures the surface temperature of the silicon melt at a temperature sensor. 제６　항에 있어서,
상기 2개의 꼭지점 영역의 곡률 반경을 평균하여 상기 제1 형상 인자로 파악하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.The method according to claim 6,
And grasping the radius of curvature of the two vertex regions as the first shape factor. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 챔버;
상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘 용융액이 수용되는 도가니;
상기 챔버의 내부에 구비되고, 상기 실리콘 용융액을 가열하는 가열부;
상기 도가니의 상부에 배치되고, 상기 실리콘 용융액으로부터 성장되는 단결정 잉곳을 향하는 상기 가열부의 열을 차폐하는 상방 단열부재;
상기 챔버의 상부의 제1 영역에 배치되어 상기 실리콘 용융액의 표면 온도를 측정하는 온도 센서;
상기 챔버의 상부의 제2 영역에 배치되어 상기 실리콘 용융액의 표면 영상을 측정하는 영상 센서；　및
상기 온도 센서와 영상 센서에서 측정된 데이터로부터, 시드의 굿 디핑 여부를 판단하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 시드 용융 영역의 적어도 2개의 꼭지점 영역의 곡률 반경을 제1 형상 인자로 파악하고，상기 시드 용융 영역의 적어도 1개의 변의 두께를 제2 형상 인자로 파악하고，상기 시드 용융 영역의 적어도 1개의 변의 곡률을 제3 형상 인자로 파악하여，　상기　실리콘　용융액의　온도가　일정　범위　이내일　때를　굿　디핑으로　판단하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.chamber;
A crucible provided inside the chamber and containing a silicon melt;
A heating unit provided inside the chamber and heating the silicon melt;
An upper heat insulating member disposed on the crucible and shielding the heat of the heating portion toward a single crystal ingot grown from the silicon melt;
A temperature sensor disposed in a first region above the chamber to measure a surface temperature of the silicon melt;
An image sensor disposed in a second region above the chamber to measure a surface image of the silicon melt;
And a controller for determining whether the seed is good dipped from the data measured by the temperature sensor and the image sensor,
Wherein,
The radius of curvature of at least two vertex regions of the seed fusion region is grasped as a first shape factor, the thickness of at least one side of the seed fusion region is grasped as a second shape factor, And determining a good dipping when the temperature of the silicon melt is within a predetermined range. 제15 항에　있어서，
상기 제어부는 상기 시드의 용융 영역의 한 변이 기설정된 각도에서 1도(°) 이내에 위치할 때, 유효한 형상으로 파악하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.16. The method of claim 15,
Wherein the control section grasps the effective shape when one side of the melting region of the seed is located within 1 degree (deg.) From a predetermined angle. 제16 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 시드의 용융 영역의 한 변의 길이가 기설정된 길이 이상일 때, 유효한 형상으로 파악하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.17. The apparatus of claim 16,
And grasping the effective shape when the length of one side of the molten region of the seed is equal to or greater than a predetermined length.
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