KR101942321B1 - 단결정 잉곳의 성장 방법 - Google Patents

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Abstract

실시 예는 단결정 성장 장치를 이용하여 타겟 인상 속도에 기초하여 제1 단결정 잉곳을 성장시키고, 성장된 제1 단결정 잉곳의 바디에 대하여 구리 헤이즈 평가 및 구리 헤이즈 스코링을 수행한 결과에 따라 바디 성장을 위한 최종 타겟 인상 속도를 산출하는 단계, 최종 타겟 인상 속도에 기초하여 제2 단결정 잉곳의 테일을 성장시키기 위한 테일의 길이별 인상 속도를 획득하는 단계, 성장되는 테일의 직경에 대응되는 인상 속도 추세선을 획득하는 단계, 테일의 길이별 인상 속도에 기초하여 제2 단결정 잉곳의 테일을 성장시키고, 성장되는 테일의 직경을 측정하는 단계, 및 인상 속도 추세선에 기초하여 측정된 테일의 직경에 대응되는 테일의 길이별 인상 속도를 보정하는 단계를 포함한다.

Description

단결정 잉곳의 성장 방법{A method of growing a crystal ingot}
실시 예는 단결정 잉곳의 성장 방법에 관한 것이다.
단결을 성장시키는 방법인 초크랄스키(CZ:CZochralski)법에 따르면, 석영 도가니에 다결정 실리콘을 투입하고, 흑연 발열체를 가열하여 다결정 실리콘을 용융시킨 후, 용융 결과 형성된 실리콘 용융액에 씨드(seed) 결정을 침지시킨다. 그리고 씨드 결정을 회전시키면서 인상시킴으로써 단결정 실리콘 잉곳을 성장시킬 수 있다. 그리고 이와 같이 성장된 실리콘 단결정 잉곳에 대하여 슬리이싱(slicing), 에칭(etching), 및 폴리싱(polishing) 공정이 수행됨으로써, 웨이퍼가 제작될 수 있다.
이러한 방법으로 성장된 단결정 실리콘 잉곳 또는 웨이퍼에는 COP(Crystal Originated Particles), FPD(Flow Pattern Defect), OiSF(Oxygen induced Stacking Fault), BMD(Bulk Micro Defect), 또는 전위(Dislocation) 등의 결정 결함이 발생될 수 있다.
실시 예는 테일의 전위(dislocation)가 바디로 전파되는 것을 억제할 수 있고, 이로 인하여 고품질의 실리콘 단결정을 얻을 수 있는 단결정 잉곳의 성장 방법을 제공한다.
실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장 방법은 단결정 성장 장치를 이용하여 타겟 인상 속도에 기초하여 제1 단결정 잉곳을 성장시키고, 성장된 상기 제1 단결정 잉곳의 바디에 대하여 구리 헤이즈 평가 및 구리 헤이즈 스코링을 수행한 결과에 따라 바디 성장을 위한 최종 타겟 인상 속도를 산출하는 단계; 상기 최종 타겟 인상 속도에 기초하여, 제2 단결정 잉곳의 테일을 성장시키기 위한 테일의 길이별 인상 속도를 획득하는 단계; 성장되는 테일의 직경에 대응되는 인상 속도 추세선을 획득하는 단계; 상기 테일의 길이별 인상 속도에 기초하여 상기 제2 단결정 잉곳의 테일을 성장시키고, 성장되는 상기 테일의 직경을 측정하는 단계; 및 상기 인상 속도 추세선에 기초하여, 상기 측정된 테일의 직경에 대응되는 상기 테일의 길이별 인상 속도를 보정하는 단계를 포함한다.
상기 제1 단결정 잉곳은 상기 단결정 잉곳 성장 장치의 제1 배치(batch)에서 성장되고, 상기 제2 단결정 잉곳은 상기 단결정 잉곳 성장 장치의 제2 배치에서 성장되고, 상기 제2 배치는 상기 제1 배치 이후에 진행되는 단결정 성장 공정일 수 있다.
상기 테일의 길이별 인상 속도를 획득하는 단계는 상기 테일의 단면의 형상이 이등변 삼각형이고, 상기 이등변 삼각형의 빗변의 각도가 기설정된 각도를 유지하도록 상기 테일의 길이별 인상 속도가 조절될 수 있다.
상기 기설정된 각도는 40도 ~ 50도일 수 있다.
상기 테일의 길이별 인상 속도를 획득하는 단계에서는 상기 제2 단결정 잉곳의 상기 테일을 성장시키기 위한 최초 인상 속도는 상기 최종 타겟 인상 속도보다 기설정된 값만큼 작은 값일 수 있다.
상기 최초 인상 속도는 상기 최종 타겟 인상 속도 대비 95% ~ 98%일 수 있다.
상기 단결정 잉곳의 바디는 복수의 샘플 조각들을 포함하고, 상기 복수의 샘플 조각들 각각에 대하여 상기 구리 헤이즈 평가 및 상기 구리 헤이즈 스코링를 수행한 결과에 기초하여 상기 복수의 샘플 조각들 각각에 대한 최종 타겟 인상 속도를 산출하고, 상기 복수의 샘플 조각들 중 마지막 샘플 조각에 대한 최종 타겟 인상 속도를 이용하여 상기 테일의 길이별 인상 속도를 획득할 수 있다.
상기 인상 속도 추세선을 획득하는 단계는 상기 테일의 길이별 인상 속도에 기초하여 상기 테일을 성장시킬 때, 상기 테일의 성장면과 상기 단결정 성장 장치의 용융액 표면이 분리되는 분리 현상이 발생되는 시점의 상기 테일의 분리 직경과 상기 테일의 분리 인상 속도에 관한 데이터를 검출하고, 검출된 데이터를 저장하는 단계; 및 상기 분리 직경과 상기 분리 인상 속도에 관한 데이터에 기초하여 인상 속도 추세선을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 테일의 길이별 인상 속도를 보정하는 단계는 상기 측정된 테일의 직경에서 상기 테일의 길이별 인상 속도를 상기 인상 속도 추세선보다 작은 값을 갖도록 보정할 수 있다.
상기 인상 속도 추세선은 수학식 1에 따르고,
Figure 112017085842470-pat00001
x는 테일의 직경이고, y는 상기 인상 속도 추세선일 수 있다.
상기 테일의 길이별 인상 속도를 보정하는 단계에서는 상기 테일의 길이별 인상 속도를 기설정된 값만큼 감소시킬 수 있다.
실시 예는 테일의 전위(dislocation)가 바디로 전파되는 것을 억제할 수 있고, 이로 인하여 고품질의 실리콘 단결정을 얻을 수 있다.
또한 실시 예는 테일의 분리 현상을 방지할 수 있고, 공정 시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 단결정 잉곳을 성장하는 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 2는 테일 길이별 인상 속도를 산출하기 위한 타겟 테일의 형상을 나타낸다.
도 3은 타겟 테일의 길이별 인상 속도 및 바디 구간의 최종 타겟 인상 속도 대비 타겟 테일의 길이별 인상 속도의 비율의 실험 결과를 나타낸다.
도 4는 도 3의 타겟 테일의 길이별 인상 속도를 나타낸다.
도 5는 도 4의 인상 속도에 따른 타겟 테일의 성장 시간을 나타낸다.
도 6은 분리 현상이 나타내는 테일의 분리 직경과 추세선에 관한 그래프를 나타낸다.
도 7은 실시 예에 따른 단결정 성장 장치의 구성도를 나타낸다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
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 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 개의 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.
또한, 이하에서 이용되는 “제1” 및 “제2”, “상/상부/위” 및 “하/하부/아래” 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. 또한 동일한 참조 번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다", 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한 이상에서 기재된 "대응하는" 등의 용어는 "대향하는" 또는 "중첩되는" 의미들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 단결정 잉곳을 성장하는 방법을 나타내는 플로차트이다.
구리-헤이즈 스코링을 이용하여 바디 성장을 위한 최종 타겟 인상 속도(Bps)를 획득한다(S110).
단결정 잉곳의 성장 공정은 넥을 성장시키는 넥킹(necking) 단계, 숄더(shoulder)를 성장시키는 숄더 성장 단계, 및 바디(body)를 성장시키는 바디 성장 단계, 및 테일(tail)을 성장시키는 테일 성장 단계를 포함할 수 있다.
예컨대, 최종 타겟 인상 속도(Bps)는 제1 단결정 잉곳의 바디 구간에 대한 구리 헤이즈(Cu-Haze) 평가와 구리 헤이즈 스코링의 결과 및 바디 성장 구간에서의 멜트 갭 보정량에 기초하여 산출될 수 있다. 예컨대, 제1 단결정 잉곳은 단결정 성장 장치(100)의 제1 배치(batch)에서 성장된 것일 수 있다.
구리 헤이즈 스코링은 제1 단결정 잉곳의 바다에 대한 구리 헤이즈 평가 결과에 기초하여 획득될 수 있다.
구리 헤이즈(Cu-Haze) 평가 및 구리 헤이즈 스코링(Cu-Haze Scoring)은 다음과 같이 수행될 수 있다.
타겟 인상 속도에 기초하여 제1 단결정 잉곳의 바디를 성장시킨다. 성장된 제1 단결정 잉곳은 복수의 샘플 조각들로 구분될 수 있다. 여기서 복수의 샘플 조각들은 단결정 잉곳의 길이 방향과 수직인 방향으로 바디를 절단하여 얻은 조각들이거나 웨이퍼들일 수 있다.
복수의 샘플 조각들에 대하여 구리 헤이즈 평가를 수행한다. 예컨대, 구리 헤이즈 평가는 BOE(Buffered Oxide Etchant) 용액과 Cu의 혼합 용액을 이용하여 샘플 조각들의 일면에 Cu를 오염시킨 후에 제1 열처리(BP) 및 제2 열처리(BSW)를 수행하고, 샘플 조각들의 오염된 일면 또는 그 반대면을 관찰하여 결정 결함 영역을 구분하는 것이다.
제1 열처리(BP)는 샘플 조각들의 일부 영역(예컨대, 중앙에서 좌측 영역)에 대하여 수행될 수 있고, 예컨대, O-band 열처리 단계를 포함할 수 있다.
제2 열처리(BSW)는 샘플 조각들의 나머지 다른 영역(예컨대, 중앙에서 우측 영역)에 대하여 수행될 수 있고, Pv 및 Pi 열처리를 하는 단계를 포함할 수 있다.
구리 헤이즈 평가법에 의한 제1 열처리(BP)와 제2 열처리(BSW)를 통하여 O-band 영역, Pv 영역, Pi 영역, 및 LDP 영역의 구분이 가능하다.
다음으로 구리 헤이즈 평가 결과에 기초하여, 바디의 샘플 조각들에 대응하는 구리 헤이즈 스코링을 수행한다. 구리 헤이즈 스코링에 의하여 각 샘플 조각에는 스코어가 부여되거나 설정될 수 있다.
예컨대, 바디 성장 구간에서의 최종 타겟 인상 속도(Bps)는 멜트 갭 보정량에 기초하여 산출된 타겟 인상 속도 보정량 및 구리 헤이즈 스코링 결과에 따른 인상 속도 보정량 중 적어도 하나에 기초하여 산출될 수 있다,
예컨대, 최종 타겟 인상 속도(Bps)는 멜트 갭 보정량에 기초하여 산출된 타겟 인상 속도 보정량과 구리 헤이즈 스코어링 결과에 따른 인상 속도 보정량을 타겟 인상 속도에 합한 값일 수 있다.
멜트 갭의 변화에 따라 제1 단결정 잉곳의 반경 방향의 온도 구배가 변화될 수 있는데, 멜트 갭 보정량에 기초하여 산출된 타겟 인상 속도 보정량은 이러한 온도 구배의 변화를 타겟 인상 속도에 반영하기 위한 것이다. 예컨대, 멜트 갭(Melt gap)은 단결정 잉곳 성장 장치의 열차폐부의 하단과 실리콘 용융액의 표면 간의 간격을 말한다.
멜트 갭 보정량은 다음과 같이 산출될 수 있다.
멜트 갭 변화에 따른 제1 단결정 잉곳의 반경 방향의 온도 구배에 대한 실험을 진행하고, 제1 단결정 잉곳의 구리 헤이즈 스코링 결과를 통하여 샘플 조각 또는 웨이퍼의 중심 영역 면적과 에지 영역의 면적 비율에 기초하여 멜트 갭 보정량을 산출할 수 있다. 예컨대, 멜트 갭 보정량은 Pv 영역을 기준으로 샘플 조각 또는 웨이퍼의 에지 영역 면적에 대한 중심 영역의 면적 비율(Center/Edge)에 비례하도록 나타날 수 있다.
타겟 인상 속도 보정량은 멜트 갭 보정량에 대해 반비례하도록 나타날 수 있다. 예컨대, 타겟 인상 속도 보정량은 멜트 갭 보정량에 -0.0025[mm/min]를 곱한 값일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
구리 헤이즈 스코링 결과에 기초하여 산출된 인상 속도 보정량은 타겟 품질을 위한 것이며, 타겟으로 하는 품질을 위한 타겟 스코어(taget score)가 설정될 수 있다.
구리 헤이즈 스코링 결과에 기초하여 산출된 인상 속도 보정량은 다음과 같이 산출될 수 있다.
설정된 타겟 스코어에 기초하여 무결함 마진을 구할 수 있으며, 이를 스코어를 나누어 해당 스코어마다 인상속도 보정량이 산출될 수 있다.
예컨대, 구리 헤이즈 평가 또는 구리 헤이즈 스코어링 결과를 통한 바디 구간에서의 단결정 잉곳에 대한 타겟 인상 속도를 구하는 방법은 공개 번호 10-2013-0005566 및 공개 번호 10-2014-0095784에 개시된 내용이 적용될 수 있다.
다음으로 제1 단결정 잉곳의 바디의 최종 타겟 인상 속도에 기초하여, 제2 단결정 잉곳의 테일 성장을 위한 테일 길이별 인상 속도(Tps)를 획득한다(S120).
예컨대, 제1 단결정 잉곳은 단결정 잉곳 성장 장치(100)의 제1 배치(batch)에서 성장될 수 있고, 제2 단결정 잉곳은 단결정 잉곳 성장 장치(100)의 제2 배치에서 성장될 수 있고, 제2 배치는 제1 배치 이후에 진행되는 단결정 잉곳의 성장 공정일 수 있다.
바디의 마지막 샘플 조각에 대한 최종 타겟 인상 속도를 이용하여 테일 성장을 위한 테일 길이별 인상 속도(Tps)를 획득할 수 있다.
예컨대, 바디의 마지막 샘플 조각은 샘플 조각들 중에서 테일에 가장 인접하는 샘플 조각일 수 있다. 예컨대, 바디의 마지막 샘플 조각은 바디 성장 구간의 완료 시점에 성장된 바디의 일 부분을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 테일 길이별 인상 속도를 산출하기 위한 타겟 테일(Target Tail, 201)의 형상을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 성장시키고자 하는 타겟 테일(201)의 형상은 이등변 삼각형 형상일 수 있다. 테일(201)의 밑변의 길이(D)는 바디의 직경, 예컨대, 마지막 샘플 조각의 직경일 수 있다.
테일 성장의 종료 시점의 테일(Tail)의 길이는 L일 수 있고, 테일(201)의 빗변의 각도는 θ1일 수 있다.
테일 성장 구간에서 최초 인상 속도는 바디 성장 구간의 최종 타겟 인상 속도에 기초하여 설정될 수 있고, 수평선(205)을 기준으로 테일(201)의 외측면(25)의 각도(또는 빗변의 각도)가 기설정된 각도(θ1)를 유지하도록 테일 인상 속도를 조절할 수 있다.
테일 성장의 시작 시점에서 종료 시점까지 테일(201)의 외측면(25)의 각도가 기설정된 각도(θ1)를 유지하도록 테일 인상 속도(Tps)를 조절할 수 있다.
예컨대, L은 150mm ~ 250mm일 수 있고, θ1은 40도 ~ 50도일 수 있다.
예컨대, L은 150mm일 수 있다. 예컨대, θ1은 45도일 수 있다.
도 3은 타겟 테일(201)의 길이별 인상 속도 및 바디 구간의 최종 타겟 인상 속도 대비 타겟 테일(201)의 길이별 인상 속도의 비율(Tps/Bps)의 실험 결과를 나타내고, 도 4는 도 3의 타겟 테일의 길이별 인상 속도(Tps)를 나타내고, 도 5는 도 4의 인상 속도에 따른 타겟 테일의 성장 시간을 나타낸다.
예컨대, 도 3에서 바디 구간의 마지막 샘플 조각에 대한 최종 타겟 인상 속도(Bps)는 0.485[mm/min]일 수 있고, L은 250mm일 수 있고, θ1은 45도일 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 테일 성장을 위한 최초 인상 속도는 바디의 마지막 샘플 조각에 대한 최종 타겟 인상 속도보다 기설정된 값만큼 작을 수 있다. 예컨대, 테일의 최초 인상 속도는 테일 성장 시작 시의 제2 단결정 잉곳의 인상 속도일 수 있다.
예컨대, 제2 단결정 잉곳의 테일의 최초 인상 속도는 제1 단결정 잉곳의 최종 타겟 인상 속도 대비 95% ~ 98%일 수 있다.
예컨대, 제2 단결정 잉곳의 테일의 최초 인상 속도는 제1 단결정 잉곳의 최종 타겟 인상 속도 대비 97%일 수 있다.
이는 바디 성장 구간의 성장 조건과 테일 성장 구간의 성장 조건이 다르기 때문에 이를 고려하여 테일의 최초 인상 속도(0.47045)는 바디의 최종 타겟 인상 속도(Bps=0.485)보다 기설정된 값(0.01455)만큼 작게 할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 실시 예에서는 테일의 최초 인상 속도는 바디 성장 구간의 마지막 샘플 조각에 대한 최종 타겟 인상 속도와 동일할 수도 있다.
도 3은 25mm 간격의 테일의 길이에 대응하는 대표값들을 나타낸 것이며, 1mm 간격의 테일의 길이에 대응하여 테일 인상 속도(Tps)가 조절되도록 설계될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 5에서 성장 시간은 테일의 성장 길이를 테일 인상 속도(Tps)로 나눈 값일 수 있다.
테일의 직경에 대응되는 인상 속도 추세선을 획득한다(S130).
제1 단결정 잉곳의 최종 타겟 인상 속도에 기초하여 설정된 테일의 길이별 인상 속도에 기초하여 테일을 성장시킬 때, 성장되는 테일의 성장면이 단결정 잉곳 성장 장치의 도가니 내에 위치한 용융액의 표면으로부터 실제로 분리되는 현상(이하 "분리 현상"이라 한다)이 나타나는 테일의 직경과 분리 현상이 발생되는 시점의 인상 속도(이하 "분리 인상 속도"라 한다)에 관한 테이터를 획득하고, 획득된 데이터를 저장할 수 있다.
그리고 분리 직경과 분리 인상 속도에 관한 데이터에 기초하여 인상 속도 추세선을 획득할 수 있다.
예컨대, 단결정 성장 장치의 매 배치(batch)마다 이전 배치의 최종 타겟 인상 속도에 기초하여 테일을 성장시킬 때의 분리 현상에 관한 데이터가 누적될 수 있고, 이러한 누적된 데이터에 기초하여, 테일의 직경별 분리 인상 속도 또는/및 테일의 인상 속도에 관한 추세선이 업데이트될 수 있다.
도 6은 분리 현상이 나타내는 테일의 분리 직경과 테일의 추세선을 나타낸다.
도 6을 참조하면, ◇는 분리 현상이 나타나는 테일의 분리 직경 및 분리 직경에서의 분리 인상 속도에 관한 데이터를 나타낸다.
예컨대, 획득된 데이터를 이용하여 분리 현상을 억제하기 위한 테일의 직경별 인상 속도에 관한 추세선(g1)을 획득할 수 있다.
추세선(g1)은 분리 현상 억제와 더불어 공정 시간의 단축을 고려하여 산출될 수 있다. 예컨대, g1은 도 6에 도시된 분리 직경 및 분리 직경에서의 분리 인상 속도의 데이터에 기초하여 산출된 테일의 인상 속도에 관한 추세선일 수 있다.
예컨대, 추세선(g1)은 수학식 1과 같이 표현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112017085842470-pat00002
x는 테일의 직경일 수 있고, y는 테일의 직경별 인상 속도에 관한 추세선일 수 있다.
다음으로 테일 길이별 인상 속도(Tps)에 기초하여 제2 단결정 잉곳의 테일을 성장시키고, 성장되는 테일의 직경을 측정한다(S140).
예컨대, 측정된 테일의 직경에서 테일의 길이별 인상 속도를 테일의 직경별 인상 속도에 관한 추세선보다 작은 값을 갖도록 보정할 수 있다.
예컨대, 측정된 테일의 직경이 300mm이고, 이때 테일 길이별 인상 속도(Tps)가 0.485[mm/min]이고, 300mm 직경에서의 추세선의 인상 속도가 0.485[mm/min]이라 하면, 분리 현상을 방지하기 위하여 제어부(130)에 의하여 테일 길이별 인상 속도(Tps)를 0.484[mm/min]로 보정할 수 있다.
예컨대, 측정된 테일의 직경에서 테일 길이별 인상 속도는 추세선에 따른 인상 속도보다 낮게 조절될 수 있고, 이로 인하여 분리 현상이 억제될 수 있다.
공정 시간의 단축을 위하여 테일의 길이별 인상 속도는 추세선의 인상 속도에 기초하여, 분리 현상이 방지될 수 있는 최대값으로 조정될 수 있다.
상술한 바와 같이, 단결정 잉곳의 반경 방향의 온도 구배(G)를 고려한 바디 의 길이별 타겟 인상 속도에 기초하여, 테일 성장 구간에서의 테일의 길이별 인상 속도를 산출하기 때문에, 실시 예는 테일의 전위(dislocation)가 바디로 전파되는 것을 억제할 수 있고, 이로 인하여 고품질의 실리콘 단결정을 얻을 수 있다.
또한 테일의 길이별 인상 속도로 테일을 성장할 때, 단결정 성장 장치의 사용 시간 또는 사용 횟수의 증가에 따른 공정 조건, 예컨대, 핫 존(hot zone)의 온도 변화, 단열재의 단열 성능의 변화 등에 따라 성장되는 테일의 직경이 원하는 값을 갖지 않을 수 있으며, 이러한 테일의 직경 변화로 인하여 테일이 용융액으로부터 분리되는 현상이 발생될 수 있다.
실시 예는 테일의 직경에 대응하는 분리 현상에 관한 추세선을 획득하고, 실시 간으로 테일의 직경을 측정하고, 측정된 직경에서 추세선에 기초하여 테일의 길이별 인상 속도를 보정할 수 있고, 이로 인하여 테일의 분리 현상을 방지할 수 있고, 공정 시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 7은 실시 예에 따른 단결정 성장 장치의 구성도를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 단결정 성장 장치(100)는 도가니(10), 지지 회전축(18), 인상 수단(40), 와이어(42), 열차폐부재(50), 히터(60), 단열재(70), 자기장 발생부(80), 제어부(130), 및 화상 촬영부(210)를 포함한다. 예컨대, 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장 장치(100)는 CZ 법에 의한 단결정 잉곳(30)을 성장시킬 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 단결정 잉곳 성장 장치(100)는 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 공간으로 챔버(chamber)를 더 포함할 수 있다.
도가니(10)는 챔버 내부에 배치될 수 있고, 단결정 잉곳(30)을 성장시키기 위한 원료 물질을 수용할 수 있다. 예컨대, 도가니(10)는 안쪽에 위치하는 석영 도가니(12) 및 바깥쪽에 위치하는 흑연 도가니(14)를 포함할 수 있다.
도가니 지지부(18)는 도가니(10) 하부에 위치하고, 도가니(10)를 지지할 수 있다. 도가니 지지부(18)는 단결정 잉곳 성장을 위하여 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 도가니(10)를 회전시킬 수 있다.
히터(60)는 도가니(10)의 외주면과 이격되도록 챔버 내에 배치될 수 있고, 도가니(10)를 가열할 수 있다.
열 차폐 부재(50)는 도가니(10) 내의 용융액(20)으로부터 성장되는 실리콘 단결정으로 복사되는 열을 차단하고, 히터(60)로부터 발생하는 불순물(예컨대, CO gas)이 성장하는 실리콘 단결정으로 침투하는 것을 방지할 수 있다.
단열재(70)는 챔버의 내벽과 히터(60) 사이에 위치할 수 있고, 챔버 내부의 열이 챔버 외부로 빠져나가는 것을 차단할 수 있다.
와이어(42)의 일단은 시드 척(seed chuck, 미도시)에 연결될 수 있고, 시드 척에는 종자 결정(32)이 결합될 수 있고, 종자 결정(32)은 도가니(10) 내의 용융액(20)에 담가(dipped)질 수 있다. 와이어(42)는 시드 케이블(Seed Cable) 로 표현될 수도 있다.
인상 수단(40)은 챔버 상부에 위치할 수 있고, 챔버 내부에서 도가니(10) 위로 단결정 잉곳(30)에 연결된 와이어(42)를 인상시킬 수 있다. 즉 인상 수단(40)에 의하여 단결정 잉곳(30)이 인상될 수 있다.
자기장 발생부(80)는 자기장을 발생시킬 수 있으며, 발생된 자기장은 챔버 내부에 위치하는 도가니(10) 내의 용융액(20)에 제공될 수 있다.
화상 촬영부(210)는 성장하는 단결정 잉곳과 용융액(20) 사이의 경계선에 대한 이미지를 촬영하고, 이미지 데이터(ID)를 출력할 수 있다.
화상 촬영부(210)는 포토 화상 촬영기, 또는 열화상 화상 촬영기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
단결정 잉곳 성장 장치(100)는 챔버에 마련된 개구(미도시)를 통하여 챔버 내부로 빛을 조사하는 광원부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 광원부는 기설정된 파장을 갖는 빛을 도가니 내의 용융액(20)과 성장되는 단결정 잉곳의 경계선으로 조사할 수 있다. 광원부로부터 조사되는 빛에 의하여 화상 촬영부(210)는 용융액과 단결정 잉곳 사이의 경계선에 대한 명확한 이미지를 획득할 수 있다.
제어부(130)는 인상 수단(40)이 단결정 잉곳을 인상하는 단결정 잉곳의 인상 속도를 측정할 수 있다. 예컨대, 제어부(130)는 와이어(42)를 끌어올리는 인상 수단(40)의 드럼(drum)의 회전수를 통하여 단결정 잉곳의 인상 속도, 예컨대, 테일의 인상 속도를 검출할 수 있다.
제어부(130)는 화상 촬영부(210)로부터 제공되는 이미지 데이터(ID)를 통하여, 단결정 잉곳의 직경, 예컨대, 테일의 직경을 측정 또는 검출할 수 있다.
제어부(130)는 도 6에서 설명한 테일의 직경별 분리 인상 속도 또는/및 테일의 인상 속도에 관한 추세선을 저장할 수 있다.
제어부(130)는 측정된 테일의 직경에서 테일의 길이별 인상 속도와 테일의 인상 속도에 관한 추세선에 기초한 인상 속도를 비교하고, 비교한 결과에 따라 테일의 길이별 인상 속도를 조절할 수 있다.
예컨대, 측정된 직경이 300mm일 때, 테일의 길이별 인상 속도가 0.485[mm/min]이고, 테일의 직경이 300[mm]일 때의 추세선의 인상 속도가 0.485[mm/min]이라고 가정한다.
제어부(130)는 측정된 테일의 직경에 대응하는 테일의 길이별 인상 속도를 추세선의 인상 속도보다 낮도록 보정할 수 있다.
예컨대, 제어부(130)는 테일의 길이별 인상 속도를 기설정된 값(예컨대, 0.01[mm/min]만큼 감소시킬 수 있다.
제어부(130)는 보정된 테일의 길이별 인상 속도에 기초하여 단결정 잉곳, 예컨대, 테일을 인상할 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 단결정 성장 장치를 이용하여 타겟 인상 속도에 기초하여 제1 단결정 잉곳을 성장시키고, 성장된 상기 제1 단결정 잉곳의 바디에 대하여 구리 헤이즈 평가 및 구리 헤이즈 스코링을 수행한 결과에 따라 바디 성장을 위한 최종 타겟 인상 속도를 산출하는 단계;
    상기 최종 타겟 인상 속도에 기초하여, 제2 단결정 잉곳의 테일을 성장시키기 위한 테일의 길이별 인상 속도를 획득하는 단계;
    성장되는 테일의 직경에 대응되는 인상 속도 추세선을 획득하는 단계;
    상기 테일의 길이별 인상 속도에 기초하여 상기 제2 단결정 잉곳의 테일을 성장시키고, 성장되는 상기 테일의 직경을 측정하는 단계; 및
    상기 인상 속도 추세선에 기초하여, 상기 측정된 테일의 직경에 대응되는 상기 테일의 길이별 인상 속도를 보정하는 단계를 포함하고,
    상기 인상 속도 추세선을 획득하는 단계는,
    상기 테일의 길이별 인상 속도에 기초하여 상기 테일을 성장시킬 때, 상기 테일의 성장면과 상기 단결정 성장 장치의 용융액 표면이 분리되는 분리 현상이 발생되는 시점의 상기 테일의 분리 직경과 상기 테일의 분리 인상 속도에 관한 데이터를 검출하고, 검출된 데이터를 저장하는 단계; 및
    상기 분리 직경과 상기 분리 인상 속도에 관한 데이터에 기초하여 인상 속도 추세선을 획득하는 단계를 포함하는 단결정 잉곳의 성장 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단결정 잉곳은 상기 단결정 잉곳 성장 장치의 제1 배치(batch)에서 성장되고, 상기 제2 단결정 잉곳은 상기 단결정 잉곳 성장 장치의 제2 배치에서 성장되고, 상기 제2 배치는 상기 제1 배치 이후에 진행되는 단결정 성장 공정인 단결정 잉곳의 성장 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 테일의 길이별 인상 속도를 획득하는 단계는,
    상기 테일의 단면의 형상이 이등변 삼각형이고, 상기 이등변 삼각형의 빗변의 각도가 기설정된 각도를 유지하도록 상기 테일의 길이별 인상 속도가 조절되는 단결정 잉곳의 성장 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기설정된 각도는 40도 ~ 50도인 단결정 잉곳의 성장 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 테일의 길이별 인상 속도를 획득하는 단계에서는 상기 제2 단결정 잉곳의 상기 테일을 성장시키기 위한 최초 인상 속도는 상기 최종 타겟 인상 속도보다 기설정된 값만큼 작은 값인 단결정 잉곳의 성장 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 최초 인상 속도는 상기 최종 타겟 인상 속도 대비 95% ~ 98%인 단결정 잉곳의 성장 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단결정 잉곳의 바디는 복수의 샘플 조각들을 포함하고,
    상기 복수의 샘플 조각들 각각에 대하여 상기 구리 헤이즈 평가 및 상기 구리 헤이즈 스코링를 수행한 결과에 기초하여 상기 복수의 샘플 조각들 각각에 대한 최종 타겟 인상 속도를 산출하고,
    상기 복수의 샘플 조각들 중 마지막 샘플 조각에 대한 최종 타겟 인상 속도를 이용하여 상기 테일의 길이별 인상 속도를 획득하는 단결정 잉곳의 성장 방법.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 테일의 길이별 인상 속도를 보정하는 단계는,
    상기 측정된 테일의 직경에서 상기 테일의 길이별 인상 속도를 상기 인상 속도 추세선보다 작은 값을 갖도록 보정하는 단결정 잉곳의 성장 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 인상 속도 추세선은 하기 수학식에 따르고,
    Figure 112018101882755-pat00003

    x는 테일의 직경이고, y는 상기 인상 속도 추세선인 단결정 잉곳의 성장 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 테일의 길이별 인상 속도를 기설정된 값만큼 감소시키는 단결정 잉곳의 성장 방법.
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