KR102037751B1 - Method and apparatus for manufacturing silicon wafer - Google Patents

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Abstract

실시예는 도가니 내에 담긴 실리콘 융액에 커스프 자기장(Cusped magnetic field)을 인가하면서 실리콘 웨이퍼 제조하는 방법에 있어서, 커스프 자기장의 ZGP(Zero Gauss Plane)의 중앙의 위치가 실리콘 융액의 상면을 기준으로 상부 50mm ~ 150mm 이내의 영역에 위치하도록 제어하는 단계; 상기 실리콘 융액이 상기 도가니 벽과 접촉하는 영역에서 상기 ZGP의 가장자리의 위치가 상기 실리콘 융액의 표면에 위치하도록 자기장의 자강 강도비를 제어하는 단계; 및 상기 커스프 자기장 위치 및 자장 강도비에 대응하여 제어된 상기 실리콘 융액으로부터 단결정 잉곳을 성장시키는 단계를 포함한다.The embodiment is a method of manufacturing a silicon wafer while applying a cusped magnetic field to a silicon melt contained in a crucible, wherein the center of the ZGP (Zero Gauss Plane) of the cusp magnetic field is positioned relative to the top surface of the silicon melt. Controlling to be located in an area within an upper portion of 50 mm to 150 mm; Controlling the magnetic field strength ratio of the magnetic field such that the position of the edge of the ZGP is located on the surface of the silicon melt in the region where the silicon melt contacts the crucible wall; And growing a single crystal ingot from the silicon melt controlled in response to the cusp magnetic field position and magnetic field strength ratio.

Description

실리콘 웨이퍼 제조 방법 및 장치{Method and apparatus for manufacturing silicon wafer} Method and apparatus for manufacturing silicon wafers {Method and apparatus for manufacturing silicon wafer}

실시예는 단결정 잉곳의 인터스티셜 농도를 증가시키는 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 관한 것이다.Embodiments relate to methods of fabricating silicon wafers that increase the interstitial concentration of single crystal ingots.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section merely provides background information on the embodiments and does not constitute a prior art.

일반적으로 단결정실리콘을 제조하는 방법으로서, 플로우팅존(FZ: Floating Zone)법 또는 초크랄스키(CZ:CZochralski)법이 많이 이용되고 있다. FZ 법을 적용하여 단결정 잉곳을 성장시키는 경우, 대구경의 실리콘 웨이퍼를 제조하기 어려울 뿐만 아니라 공정 비용이 매우 비싼 문제가 있기 때문에, CZ 법에 의하여 단결정 잉곳을 성장시키는 것이 일반화되어 있다.In general, a floating zone (FZ) method or a CZochralski (CZ: CZochralski) method is widely used as a method for producing single crystal silicon. In the case of growing a single crystal ingot by applying the FZ method, it is not only difficult to manufacture a large-diameter silicon wafer but also has a very expensive process cost. Therefore, it is common to grow a single crystal ingot by the CZ method.

CZ 법에 의하면, 석영 도가니에 폴리실리콘(poly silicon)을 장입하고, 흑연 히터를 가열하여 이를 용융시킨 후, 용융 결과 형성된 실리콘 융액에 시드 결정(Seed Crystal)을 침지시키고, 실리콘 융액 계면에서 결정화가 일어나도록 하여 시드 결정을 회전하면서 인상시킴으로써 단결정 잉곳이 성장된다.According to the CZ method, polysilicon is charged into a quartz crucible, a graphite heater is heated to melt it, and a seed crystal is immersed in a silicon melt formed as a result of melting, and crystallization is performed at the silicon melt interface. The single crystal ingot is grown by raising the seed crystal while rotating the seed crystal.

이때, 단결정 잉곳 공정에 따른 핀 디펙트(pin-defect)를 개선하기 위해 IDP(IDP Dominated Point-defect zone) 결정이 요구된다.In this case, IDP (IDP Dominated Point-defect zone) determination is required to improve pin-defect due to a single crystal ingot process.

이를 위해, 실리콘 융액 성장계면에 인터스티셜의 생성을 증가시키기 위해 실리콘 융액에 인가되는 커스프 자기장의 ZGP를 제어하여, 실리콘 융액의 대류를 억제할 수 있다.To this end, the ZGP of the cusp magnetic field applied to the silicon melt can be controlled to increase the generation of interstitial at the silicon melt growth interface, thereby suppressing the convection of the silicon melt.

실시예는 단결정 내의 인터스티셜 농도를 증가시키기 위해서는 실리콘 융액의 강제대류와 자연대류를 억제하도록 커스프 자기장의 ZGP를 제어하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법 및 장치 에 관한 것이다.Embodiments relate to a silicon wafer fabrication method and apparatus for controlling ZGP of cusp magnetic fields to suppress forced and natural convection of silicon melt to increase interstitial concentration in a single crystal.

실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Embodiments of the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems not mentioned above may be clearly understood by those skilled in the art to which the embodiments belong.

실시예는 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 있어서, 커스프 자기장의 ZGP(Zero Gauss Plane)의 중앙의 위치가 실리콘 융액의 상면을 기준으로 상부 50mm ~ 150mm 이내의 영역에 위치하도록 제어하는 단계, 상기 실리콘 융액이 상기 도가니 벽과 접촉하는 영역에서 상기 ZGP의 가장자리의 위치가 상기 실리콘 융액의 표면에 위치하도록 자기장의 자강 강도비를 제어하는 단계 및 상기 커스프 자기장 위치 및 자장 강도비에 대응하여 제어된 상기 실리콘 융액으로부터 단결정 잉곳을 성장시키는 단계를 포함하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법을 제공한다.Embodiment is a method of manufacturing a silicon wafer, the step of controlling the position of the center of the zero gauge plane (ZGP) of the cusp magnetic field to be located within an area of 50mm ~ 150mm above the upper surface of the silicon melt, the silicon melt Controlling the magnetic field strength ratio of the magnetic field such that the position of the edge of the ZGP is located on the surface of the silicon melt in an area in contact with the crucible wall and the silicon melt controlled in response to the cusp magnetic field position and the magnetic field strength ratio It provides a silicon wafer manufacturing method comprising the step of growing a single crystal ingot from.

실시예에 따라, 상기 ZGP의 중앙과 가장자리의 높이 차는 0~150mm 이내인 것을 특징으로 한다.According to the embodiment, the height difference between the center and the edge of the ZGP is characterized in that within 0 ~ 150mm.

실시예에 따라, 상기 ZGP가 위로 볼록한 형태를 가지도록 상부 자기장의 세기를 하부 자기장의 세기보다 큰 것을 특징으로 한다.According to the embodiment, the strength of the upper magnetic field is greater than that of the lower magnetic field so that the ZGP has a convex upward shape.

실시예에 따라, 상부 자기장과 하부 자기장의 세기에 따른 자장 강도비는 1 ~ 2.4인 것을 특징으로 한다.According to the embodiment, the magnetic field strength ratio according to the strength of the upper magnetic field and the lower magnetic field is characterized in that 1 ~ 2.4.

실시예에 따라, 상기 단결정 잉곳의 길이가 늘어남에 따라 IDP 결정영역 마진이 증가되는 특징으로 한다.In some embodiments, as the length of the single crystal ingot is increased, an IDP crystal region margin is increased.

실시예에 따라, 상기 단결정 잉곳의 실리콘 융액 성장계면에서 상기 커스프 자기장 중 수직 자기장에 대응하여 상기 실리콘 융액의 강제대류가 억제되는 것을 특징으로 한다.According to the embodiment, the forced convection of the silicon melt is suppressed corresponding to the vertical magnetic field of the cusp magnetic field at the silicon melt growth interface of the single crystal ingot.

실시예에 따라, 상기 도가니 벽 영역에서 상기 커스프 자기장 중 수직 자기장에 대응하여 상기 실리콘 융액의 자연대류를 억제하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment, the natural convection of the silicon melt is suppressed corresponding to a vertical magnetic field of the cusp magnetic field in the crucible wall region.

실시예는 실리콘 웨이퍼 제조 장치에 있어서, 실리콘 융액을 수용하는 도가니; 상기 도가니를 회전시키는 도가니 회전수단; 상기 도가니 측벽 주위에 설치된 히터; 및 상기 도가니에 수용된 실리콘 융액으로부터 단결정을 인상하는 인상수단; 상기 도가니 측벽에 배치되어, 상부 코일 및 하부 코일을 포함하는 자기장 인가부; 상기 자기장 인가부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 커스프 자기장의 ZGP(Zero Gauss Plane)의 중앙의 위치가 실리콘 융액의 상면을 기준으로 상부에 50mm ~ 150mm 이내의 영역에 위치하도록 제어하고, 상기 실리콘 융액이 상기 도가니 벽과 접촉하는 영역에서 상기 ZGP의 가장자리의 위치가 상기 실리콘 융액의 표면에 위치하도록 자기장의 자강 강도비를 제어하고, 상기 커스프 자기장 위치 및 자장 강도비에 대응하여 제어된 상기 실리콘 융액으로부터 단결정 잉곳을 성장시키는 실리콘 웨이퍼 제조 장치를 제공한다.An embodiment is a silicon wafer manufacturing apparatus, comprising: a crucible containing a silicon melt; Crucible rotating means for rotating the crucible; A heater installed around the crucible sidewall; And pulling means for pulling up a single crystal from the silicon melt contained in the crucible; A magnetic field applying unit disposed on the crucible sidewall and including a top coil and a bottom coil; And a control unit for controlling the magnetic field applying unit, and the control unit controls the position of the center of the ZGP (Zero Gauss Plane) of the cusp magnetic field to be located within an area within 50 mm to 150 mm above the upper surface of the silicon melt. In the region where the silicon melt is in contact with the crucible wall, the magnetic field strength ratio of the magnetic field is controlled such that the position of the edge of the ZGP is located on the surface of the silicon melt, and controlled according to the cusp magnetic field position and the magnetic field strength ratio. A silicon wafer manufacturing apparatus for growing a single crystal ingot from the silicon melt is provided.

실시예에 따라, 상기 제어부는 상기 ZGP의 중앙과 가장자리의 높이 차가 0~150mm 이내가 되도록 상기 커스프 자기장을 제어할 수 있다.According to an embodiment, the controller may control the cusp magnetic field so that a height difference between a center and an edge of the ZGP is within 0 to 150 mm.

실시예에 따라, 상기 제어부는 상부 자기장과 하부 자기장의 세기에 따른 자장 강도비는 1 ~ 2.4으로 제어할 수 있다.According to an embodiment, the controller may control the magnetic field intensity ratio according to the strength of the upper magnetic field and the lower magnetic field to 1 to 2.4.

실시예에 따라, 상기 단결정 잉곳의 길이가 늘어남에 따라 IDP 결정영역 마진이 증가되는 특징으로 한다.In some embodiments, as the length of the single crystal ingot is increased, an IDP crystal region margin is increased.

실시예에 따라, 상기 제어부는 상기 단결정 잉곳의 실리콘 융액 성장계면에서 상기 커스프 자기장 중 수직 자기장에 대응하여 상기 실리콘 융액의 강제대류가 억제되도록 제어할 수 있다.According to an embodiment, the controller may control the forced convection of the silicon melt to be suppressed in response to a vertical magnetic field of the cusp magnetic field at the silicon melt growth interface of the single crystal ingot.

실시예에 따라, 상기 제어부는 상기 도가니 벽 영역에서 상기 커스프 자기장 중 수직 자기장에 대응하여 상기 실리콘 융액의 자연대류가 억제되도록 제어할 수 있다.According to an embodiment, the controller may control the natural convection of the silicon melt to be suppressed in response to a vertical magnetic field of the cusp magnetic field in the crucible wall region.

상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.The above aspects of the present invention are only some of the preferred embodiments of the present invention, and various embodiments in which the technical features of the present invention are reflected will be described in detail below by those skilled in the art. Can be derived and understood.

본 발명에 일 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 대한 효과를 설명하면 다음과 같다.Referring to the effect on the silicon wafer manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

실시예의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 따르면, ZGP가 실리콘 융액 상부에 위치하여 수직 자장을 강화시킨 경우 단결정 잉곳의 인터스티셜 농도를 증가시키는 효과가 있다.According to the silicon wafer manufacturing method of the embodiment, when the ZGP is located above the silicon melt to strengthen the vertical magnetic field, there is an effect of increasing the interstitial concentration of the single crystal ingot.

실시예의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 따르면, ZGP를 실리콘 융액 상부에 위치하여 실리콘 융액에 작용하는 로렌츠 힘 제어를 통해 도가니 회전에 의한 강제대류와 도가니 가열에 의한 자연대류를 동시에 약화시켜 잉곳 방향으로 효과적인 열 전달이 가능하여, 이를 통해 인터스티셜 유입을 강화하는 효과가 있다.According to the silicon wafer manufacturing method of the embodiment, ZGP is placed on top of the silicon melt, and through the Lorentz force control acting on the silicon melt, it simultaneously weakens the forced convection by the crucible rotation and the natural convection by the crucible heating, thereby effectively transferring heat in the ingot direction. This is possible, thereby enhancing the interstitial inflow.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned above may be clearly understood by those skilled in the art from the following description. will be.

이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 제조 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 ZGP의 위치에 따른 자기장 성분을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로렌츠 힘에 따른 대류 억제 방법을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 ZGP의 위치 및 자기장의 자장 강도비에 따른 자기장 방향을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 ZGP의 도가니 내 위치를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 일 실시예에 따른 ZGP의 세기를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 따른 IDP 결정영역을 도시한 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings are provided to facilitate understanding of the present invention, and provide embodiments of the present invention together with the detailed description. However, the technical features of the present invention are not limited to the specific drawings, and the features disclosed in the drawings may be combined with each other to constitute new embodiments.
1 is a view showing a silicon wafer manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a magnetic field component depending on the position of a ZGP according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a convection suppression method according to the Lorentz force according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a magnetic field direction according to the position of the ZGP and the magnetic field intensity ratio of the magnetic field according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing the position in the crucible of the ZGP according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating the strength of ZGP according to an embodiment shown in FIG. 5.
7 is a view showing an IDP crystal region according to the silicon wafer manufacturing method of the present invention.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples, and the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

그러나, 본 발명에 일 실시예에 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, embodiments according to an embodiment of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 제조 장치를 도시한 도면이다.1 is a view showing a silicon wafer manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 성장 장치(100)의 단면도를 나타낸다.1 is a cross-sectional view of a single crystal ingot growth apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 단결정 잉곳 성장 장치(100)는 챔버(110), 도가니(120), 도가니 지지부(130), 히터(140), 열차폐제(150), 단열재(160), 인상 수단(170), 자기장 인가부(180) 및 제어부(190)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the single crystal ingot growth apparatus 100 includes a chamber 110, a crucible 120, a crucible support 130, a heater 140, a heat shield 150, a heat insulating material 160, and an pulling means 170. ), The magnetic field applying unit 180 and the controller 190 may be included.

챔버(110)는 결합하는 위치에 따라 몸체 챔버(body chamber, 111), 돔 챔버(dome chamber, 112), 및 풀 챔버(pull chamber, 113)를 포함할 수 있다.The chamber 110 may include a body chamber 111, a dome chamber 112, and a pull chamber 113, depending on where it is coupled.

몸체 챔버(111) 내에는 도가니(120)가 설치될 수 있고, 돔 챔버(112)는 몸체 챔버(111)의 상단에서 덮개부를 형성할 수 있다. 몸체 챔버(111)와 돔 챔버(112)는 다결정 실리콘을 실리콘 단결정 잉곳으로 성장시키기 위한 환경을 제공하는 곳으로, 내부에 수용 공간을 갖는 원통일 수 있다. 풀 챔버(113)는 돔 챔버(112) 상단에 위치하고, 성장된 실리콘 단결정 잉곳을 인상하기 위한 공간일 수 있다.The crucible 120 may be installed in the body chamber 111, and the dome chamber 112 may form a cover part at the top of the body chamber 111. The body chamber 111 and the dome chamber 112 provide an environment for growing polycrystalline silicon into a silicon single crystal ingot, and may be a cylinder having an accommodation space therein. The full chamber 113 may be positioned above the dome chamber 112 and may be a space for pulling up the grown silicon single crystal ingot.

도가니(120)는 몸체 챔버(111) 내부에 배치될 수 있고, 석영으로 이루어질 수 있다. 도가니 지지부(130)는 도가니(120) 하부에 위치하고, 도가니(120)를 지지할 수 있고, 도가니(120)를 회전시킬 수 있으며, 흑연으로 이루어질 수 있다.The crucible 120 may be disposed inside the body chamber 111 and may be made of quartz. The crucible support 130 may be positioned below the crucible 120, support the crucible 120, rotate the crucible 120, and be made of graphite.

히터(140)는 도가니(120)의 외주면과 이격되도록 몸체 챔버(111) 내에 배치될 수 있으며, 도가니(120)를 가열할 수 있다.The heater 140 may be disposed in the body chamber 111 to be spaced apart from the outer circumferential surface of the crucible 120, and may heat the crucible 120.

열차폐제(150)는 도가니(120) 상부에 배치되며, 실리콘 융액(5)으로부터 실리콘 단결정(70)으로 복사되는 열을 차단하고, 히터(140)로부터 발생하는 불순물이 실리콘 단결정(70)으로 침투하는 것을 방지할 수 있다.The heat shield 150 is disposed above the crucible 120, blocks heat radiated from the silicon melt 5 to the silicon single crystal 70, and impurities generated from the heater 140 penetrate into the silicon single crystal 70. Can be prevented.

단열재(160)는 히터(130)와 몸체 챔버(111)의 내벽 사이에 설치될 수 있다. 단열재(160)는 히터(130)의 열이 몸체 챔버(111) 외부로 누출되는 것을 차단할 수 있다. 단열재(160)는 측부 단열재, 및 하부 단열재를 포함할 수 있다.The heat insulator 160 may be installed between the heater 130 and the inner wall of the body chamber 111. The heat insulator 160 may block the heat of the heater 130 from leaking outside the body chamber 111. Insulation 160 may include side insulation, and bottom insulation.

인상 수단(170)은 대상물을 고정하는 고정부(172) 및 대상물을 상승 또는 하강시키는 인상부(174)를 포함할 수 있다. 고정부(172)는 케이블 타입(cable type) 또는 샤프트(shaft type)일 수 있다. 인상부(174)는 모터 등을 이용하여 고정부(172)를 상승 또는 하강시킬 수 있으며, 일정 방향으로 고정부(172)를 회전시킬 수 있다. 즉 인상 수단(170)은 성장하는 단결정 잉곳(70)을 회전시킬 수 있다.The pulling means 170 may include a fixing part 172 for fixing the object and an lifting part 174 for raising or lowering the object. The fixing part 172 may be a cable type or a shaft type. The pulling unit 174 may raise or lower the fixing unit 172 using a motor or the like, and may rotate the fixing unit 172 in a predetermined direction. That is, the pulling means 170 can rotate the growing single crystal ingot 70.

산소와 결합한 실리콘 산화물의 배출을 돕고, 단열재(160)를 보호하기 위하여 불활성 가스, 예컨대, 아르곤(Ar) 가스가 가열 초기부터 실리콘 단결정 잉곳을 냉각시킬 때까지 챔버(110) 내부로 계속 공급될 수 있다.An inert gas, such as argon (Ar) gas, may continue to be supplied into the chamber 110 from the beginning of heating until it cools the silicon single crystal ingot to aid in the discharge of silicon oxide combined with oxygen and to protect the insulation 160. have.

자기장 인가부(180)은 도가니(12) 주위에 배치될 수 있으며, 도가니(120) 내의 실리콘 융액(5)에 자기장을 인가할 수 있다.The magnetic field applying unit 180 may be disposed around the crucible 12 and may apply a magnetic field to the silicon melt 5 in the crucible 120.

예컨대, 자기장 인가부(180)은 챔버(110) 둘레에 배치되는 링(ring) 형태의 상부 코일(182), 및 상부 코일(182) 아래에 배치되는 하부 코일(184)을 포함할 수 있다.For example, the magnetic field applying unit 180 may include an upper coil 182 in the form of a ring disposed around the chamber 110, and a lower coil 184 disposed below the upper coil 182.

자기장 인가부(180)은 상부 코일(182)과 하부 코일(184)에 서로 반대 방향(또는 다른 극성)의 전류를 공급하여 커스프 자기장(Cusped magnetic field)을 발생시킬 수 있다.The magnetic field applying unit 180 may generate a cusped magnetic field by supplying currents in opposite directions (or different polarities) to the upper coil 182 and the lower coil 184.

예컨대, 상부 코일(182)에 의하여 커스프 자기장의 상부 자기장이 형성될 수 있고, 하부 코일(184)에 의하여 커스프 자기장의 하부 자기장이 형성될 수 있다. For example, an upper magnetic field of the cusp magnetic field may be formed by the upper coil 182, and a lower magnetic field of the cusp magnetic field may be formed by the lower coil 184.

이때 커스프 자기장의 형태는 상부 코일(182)과 하부 코일(184)에 인가하는 전류의 세기, 상부 코일(182)과 하부 코일(184)의 권선 수, 및 상부 코일(182)과 하부 코일(184)의 위치 등을 조절하여 다양한 형태로 제어할 수 있다.At this time, the shape of the cusp magnetic field is the strength of the current applied to the upper coil 182 and the lower coil 184, the number of windings of the upper coil 182 and the lower coil 184, and the upper coil 182 and the lower coil ( 184 may be controlled in various forms by adjusting the position.

예를 들어, 상기 자기장 인가부(180)은 하부 코일(184)에 인가하는 전류를 상부 코일(182)에 에 인가하는 전류보다 크게 제어하여 ZGP(Zero Gauss Plane)가 위로 볼록한 포물선 형태를 가지도록 커스프 자기장을 인가할 수 있다. 상기 커스프 자기장의 세기가 0이 되는 위치일 수 있다.For example, the magnetic field applying unit 180 controls the current applied to the lower coil 184 to be larger than the current applied to the upper coil 182 so that the ZGP (Zero Gauss Plane) is convex upward. A cusp magnetic field can be applied. It may be a position where the intensity of the cusp magnetic field is zero.

제어부(190)는 도가니 지지대(130)를 제어하여, 도가니(120)의 위치를 조절하거나, 도가니(120)의 회전율을 조절할 수 있다. 예컨대, 제어부(190)는 도가니(120)를 상승 또는 하강시키도록 도가니 지지대(130)를 제어할 수 있다. 제어부(190)는 도가니(120)의 회전율을 높이거나, 낮출 수 있다.The controller 190 may control the crucible support 130 to adjust the position of the crucible 120 or to adjust the rotation rate of the crucible 120. For example, the controller 190 may control the crucible support 130 to raise or lower the crucible 120. The controller 190 may increase or decrease the rotation rate of the crucible 120.

제어부(190)는 인상 수단(170)을 제어하여, 단결정 잉곳(70)의 회전율을 조절할 수 있다. 예컨대, 제어부(190)는 단결정 잉곳(70)의 회전율을 높이거나, 낮출 수 있다.The controller 190 may control the pulling unit 170 to adjust the rotation rate of the single crystal ingot 70. For example, the controller 190 may increase or decrease the rotation rate of the single crystal ingot 70.

제어부(190)는 자기장 인가부(180)을 통해 자기장의 세기를 조절할 수 있다. The controller 190 may adjust the strength of the magnetic field through the magnetic field applying unit 180.

제어부(190)는 상부 코일(182)의 자기장의 세기와 하부 코일(184)의 자기장의 세기의 비율을 조절함으로써, 커스프 자기장의 ZGP의 위치의 높이를 조절할 수 있다.The controller 190 may adjust the height of the position of the ZGP of the cusp magnetic field by adjusting the ratio of the strength of the magnetic field of the upper coil 182 to the strength of the magnetic field of the lower coil 184.

예를 들어, 제어부(190)는 커스프 자기장의 ZGP(Zero Gauss Plane)의 중앙의 위치가 실리콘 융액의 상면을 기준으로 상부 50mm ~ 150mm 이내의 영역에 위치하도록 제어할 수 있다.For example, the controller 190 may control the position of the center of the zero gauge plane (ZGP) of the cusp magnetic field to be located within an area of 50 mm to 150 mm above the upper surface of the silicon melt.

예를 들어, 상기 실리콘 융액이 상기 도가니 벽과 접촉하는 영역에서 상기 ZGP의 가장자리의 위치가 상기 실리콘 융액의 표면에 위치하도록 자기장의 자강 강도비를 제어할 수 있다.For example, the magnetic field strength ratio of the magnetic field may be controlled such that the position of the edge of the ZGP is located on the surface of the silicon melt in the region where the silicon melt contacts the crucible wall.

제어부(190)는 자기장 인가부(180) 자기장의 세기의 비율을 조절함으로써, 커스프 자기장의 ZGP의 위치를 조절할 수 있다. 상기 커스프 자기장의 세기가 0이 되는 위치일 수 있다.The controller 190 may adjust the position of the ZGP of the cusp magnetic field by adjusting a ratio of the intensity of the magnetic field applying unit 180. It may be a position where the intensity of the cusp magnetic field is zero.

예를 들어, 제어부(190)는 상기 ZGP의 중심의 위치와 실리콘 융액 표면의 높이 차이가 0~150mm 이내가 되도록, 커스프 자기장의 위치를 제어할 수 있다.For example, the controller 190 may control the position of the cusp magnetic field so that the height difference between the position of the center of the ZGP and the surface of the silicon melt is within 0 to 150 mm.

제어부(190)는 자기장 인가부(180)의 하부 자기장 세기를 제어하여, ZGP의 형태를 위로 볼록한 형태로 조절할 수 있다.The controller 190 may control the strength of the lower magnetic field of the magnetic field applying unit 180 to adjust the shape of the ZGP to be convex upward.

예를들어, 제어부(190)는 ZGP가 위로 볼록한 형태를 가지도록 상부 자기장의 세기를 하부 자기장의 세기보다 크도록 제어할 수 있다.For example, the controller 190 may control the strength of the upper magnetic field to be greater than the strength of the lower magnetic field so that the ZGP has a convex upward shape.

예를 들어, 제어부(190)는 자기장 인가부(170)의 자장 강도비를 1~2.4 사이로 제어할 수 있다.For example, the controller 190 may control the magnetic field intensity ratio of the magnetic field applying unit 170 to 1 to 2.4.

제어부(190)는 자기장 인가부(180)을 상승 또는 하강시킬 수 있으며, 자기장 인가부(180)이 상승 또는 하강함에 따라 커스프 자기장의 ZGP의 위치의 높이를 조절할 수 있다.The controller 190 may raise or lower the magnetic field applying unit 180, and adjust the height of the position of the ZGP of the cusp magnetic field as the magnetic field applying unit 180 is raised or lowered.

제어부(190)는 커스프 자기장을 제어하여, 단결정 잉곳의 실리콘 융액 성장계면에서 실리콘 융액의 강제대류가 억제되도록 제어할 수 있다. 상기 강제대류는 도가니(120) 회전에 따른 실리콘 융액의 수평방향 대류일수 있다.The controller 190 may control the cusp magnetic field to control the forced convection of the silicon melt at the silicon melt growth interface of the single crystal ingot. The forced convection may be a horizontal convection of the silicon melt due to the crucible 120 rotation.

제어부(190)는 커스프 자기장을 제어하여, 도가니 벽과 실리콘 융액의 표면이 만나는 영역에서 실리콘 융액의 자연대류가 억제되도록 제어할 수 있다. 상기 자연대류는 도가니(120)를 가열에 따른 실리콘 융액의 수직방향 대류일 수 있다.The controller 190 may control the cusp magnetic field to control natural convection of the silicon melt in a region where the crucible wall and the surface of the silicon melt meet. The natural convection may be a vertical convection of the silicon melt by heating the crucible 120.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 ZGP의 위치에 따른 자기장 성분을 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a magnetic field component depending on the position of a ZGP according to an embodiment of the present invention.

도 2a는 ZGP의 중심의 위치가 0mm인 경우, 자기장 성분을 도시한 도면이다.2A is a diagram illustrating a magnetic field component when the position of the center of the ZGP is 0 mm.

도 2a를 참조하면, ZGP의 중심의 위치가 0mm에 위치하는 경우, ZGP의 가장자리의 위치가 실리콘 융액의 내부에 위치할 수 있다.Referring to FIG. 2A, when the position of the center of the ZGP is located at 0 mm, the position of the edge of the ZGP may be located inside the silicon melt.

상기 ZGP의 가장자리의 위치가 실리콘 융액의 내부에 위치하는 경우, 도가니 벽에 근접한 실리콘 융액에 커스프 자기장 중 수평 자기장이 작용하여 도가니 벽에 근접한 영역에서 자연대류가 억제될 수 있다. 따라서, 커스프 자기장은 실리콘 융액의 가장자리 영역에 수직 방향의 로렌츠 힘(Lz)을 인가할 수 있다.When the position of the edge of the ZGP is located inside the silicon melt, the horizontal magnetic field of the cusp magnetic field acts on the silicon melt close to the crucible wall, thereby suppressing natural convection in the region close to the crucible wall. Thus, the cusp magnetic field can apply the Lorentz force Lz in the vertical direction to the edge region of the silicon melt.

도 2b는 ZGP의 중심의 위치가 +100mm인 경우, 자기장 성분을 도시한 도면이다.2B is a diagram illustrating a magnetic field component when the position of the center of the ZGP is +100 mm.

도 2b를 참조하면, ZGP의 중심의 위치가 +100mm에 위치하는 경우, ZGP의 가장자리의 위치가 도가니(120)와 실리콘 융액이 만나는 위치에서 기설정된 범위 내에 위치할 수 있다.Referring to FIG. 2B, when the position of the center of the ZGP is located at +100 mm, the position of the edge of the ZGP may be positioned within a predetermined range at the position where the crucible 120 and the silicon melt meet.

상기 ZGP의 중심의 위치가 +100mm에 위치하는 경우, 실리콘 융액 성장계면에서 커스프 자기장의 성분 중 수직방향의 자기장이 작용하여, 실리콘 융액 성장계면에서 실리콘 융액의 강제대류를 억제할 수 있다. 따라서, 상기 수직방향의 자기장은 수직방향의 로렌츠 힘(Lr)에 의하여 제어될 수 있다.When the center of the ZGP is located at +100 mm, the magnetic field in the vertical direction among the components of the cusp magnetic field is acted on the silicon melt growth interface, thereby suppressing forced convection of the silicon melt on the silicon melt growth interface. Thus, the vertical magnetic field can be controlled by the Lorentz force Lr in the vertical direction.

또한, 상기 ZGP의 가장자리의 위치가 도가니(120)와 실리콘 융액이 만나는 위치에서 기설정된 범위 내에 위치하는 경우, 도가니 벽에 근접한 실리콘 융액에 커스프 자기장 중 수평방향의 로렌츠 힘(Lz)이 작용하여 도가니 벽에 근접한 영역에서 자연대류가 억제될 수 있다.In addition, when the position of the edge of the ZGP is within a predetermined range at the position where the crucible 120 and the silicon melt meet, the Lorentz force Lz in the horizontal direction of the cusp magnetic field is applied to the silicon melt close to the crucible wall. Natural convection can be suppressed in the region close to the crucible wall.

따라서, ZGP의 위치를 실리콘 융액 상부로 위치하는 경우, 실리콘 융액은 대류가 억제할 수 있다.Therefore, when the position of the ZGP is located above the silicon melt, the silicon melt can be suppressed by convection.

또한, 실리콘 융액의 대류가 억제되는 경우, 전도에 의해 열이 전달되어, 실리콘 융액의 열 유속이 증가하게 되고, 이로 인하여, 실리콘 융액 성장계면에서 IDP 결정을 성장시킬 수 있다.In addition, when the convection of the silicon melt is suppressed, heat is transferred by conduction, so that the heat flux of the silicon melt increases, thereby making it possible to grow IDP crystals in the silicon melt growth interface.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로렌츠 힘에 따른 대류 억제 방법을 도시한 도면이다.3 is a view showing a convection suppression method according to the Lorentz force according to an embodiment of the present invention.

도 3a은 본 발명에 일 실시예에 따른 도가니에 수직 자기장 내의 대류 억제 방법을 도시한 도면이다. 도 3b는 본 발명에 일 실시예에 따른 도가니에 수평 자기장 내의 대류 억제 방법을 도시한 도면이다.3A is a diagram illustrating a convection suppression method in a vertical magnetic field in a crucible according to an embodiment of the present invention. 3B illustrates a method of convection suppression in a crucible horizontal magnetic field according to an embodiment of the present invention.

도 3a을 참조하면, 도가니(120)에 작용되는 수평 자기장은 도가니(120)를 기준으로 위에서 아래로 인가될 수 있다. 이때, 수직 자기장의 방향에 자기장에 대응하여 실리콘 융액에는 로렌츠 힘이 작용할 수 있다. 상기 로렌츠 힘은 본 발명이 속한 기술 분야에서 잘 알려진 통상적인 구성 요소이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.Referring to FIG. 3A, a horizontal magnetic field applied to the crucible 120 may be applied from the top to the bottom of the crucible 120. At this time, a Lorentz force may act on the silicon melt in response to the magnetic field in the direction of the vertical magnetic field. The Lorentz force is a typical component well known in the art to which the present invention pertains, and thus the detailed description thereof will be omitted.

상기 실리콘 융액에 작용하는 로렌츠 힘의 경우, A, C, A', C' 영역에서 r-방향으로 -VrBz2 크기의 로렌츠 힘이 작용할 수 있다. 상기 r- 방향은 도가니 회전에 의해 일어나는 강제 대류 방향의 반대 방향일 수 있다. 따라서, 상기 성장계면 하부의 위치하는 실리콘 융액은 상기 -VrBz2 크기의 로렌츠 힘에 의해 강제대류가 억제될 수 있다.In the case of the Lorentz force acting on the silicon melt, a Lorentz force having a size of -VrBz2 in the r-direction in the regions A, C, A ', and C' may act. The r- direction may be opposite to the forced convection direction caused by the crucible rotation. Accordingly, forced convection may be suppressed by the silicon melt positioned below the growth interface by the Lorentz force having a size of -VrBz2.

도 3b을 참조하면, 도가니(120)에 작용되는 수평 자기장은 도가니(120)를 기준으로 우측에서 좌측로 인가될 수 있다. 이때, 수평 자기장에 대응하여 실리콘 융액에는 로렌츠 힘이 작용할 수 있다. 상기 실리콘 융액에 작용하는 로렌츠 힘의 경우, B, D, B', D' 영역에서 z-방향으로 -VzBr2 크기의 로렌츠 힘이 작용할 수 있다. 상기 Z- 방향은 도가니 가열에 의해 일어나는 자연대류 방향의 반대 방향일 수 있다. 따라서, 상기 도가니벽 영역에 위치하는 실리콘 융액은 상기 -VzBr2 크기의 로렌츠 힘에 의해 자연대류가 억제될 수 있다.Referring to FIG. 3B, a horizontal magnetic field applied to the crucible 120 may be applied from right to left based on the crucible 120. At this time, a Lorentz force may act on the silicon melt in response to the horizontal magnetic field. In the case of the Lorentz force acting on the silicon melt, a Lorentz force having a size of -VzBr2 in the z-direction may be applied in the regions B, D, B ', and D'. The Z-direction may be opposite to the natural convection direction caused by crucible heating. Therefore, the silicon melt located in the crucible wall region can be suppressed from natural convection by the Lorentz force of -VzBr2 size.

도 4는 ZGP의 위치 및 자기장의 자장 강도비에 따른 자기장 방향을 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a magnetic field direction according to the position of the ZGP and the magnetic field intensity ratio of the magnetic field.

도 4a를 참조하면, 자기장 인가부(180)이 발생하는 커스프 자기장의 ZGP의 위치가 실리콘 융액의 표면에 위치할 수 있다. ZGP의 전체가 실리콘 융액의 표면 하부에 위치할 수 있다. 이에, 상기 ZGP의 가장자리는 도가니(120)의 주변에서 자연대류가 억제될 수 있다.Referring to FIG. 4A, the position of the ZGP of the cusp magnetic field generated by the magnetic field applying unit 180 may be located on the surface of the silicon melt. The entirety of the ZGP may be located below the surface of the silicon melt. Thus, the edge of the ZGP can be suppressed natural convection around the crucible (120).

도 4b를 참조하면, 자기장 인가부(180)이 발생하는 커스프 자기장의 ZGP의 위치가 실리콘 융액의 표면에 위치할 수 있다. ZGP의 전체가 실리콘 융액의 표면 하부에 위치할 수 있다. 이때, 본 실시예의 ZGP는 상기 도4a의 실시예에 보다 자장 강도비가 강하여 ZGP의 가장자리가 도가니 벽의 하부 영역에 위치할 수 있다. 이에, ZGP의 가장자리는 도가니 벽의 하부 영역에서 자연대류가 억제될 수 있다.Referring to FIG. 4B, the position of the ZGP of the cusp magnetic field generated by the magnetic field applying unit 180 may be located on the surface of the silicon melt. The entirety of the ZGP may be located below the surface of the silicon melt. At this time, the ZGP of the present embodiment has a stronger magnetic field strength ratio than that of the embodiment of FIG. Thus, the edge of the ZGP can be suppressed natural convection in the lower region of the crucible wall.

도 4c를 참조하면, 자기장 인가부(180)이 발생하는 커스프 자기장의 ZGP의 위치가 실리콘 융액의 표면의 상부에 위치할 수 있다. ZGP의 중앙은 실리콘 융액의 표면 상부에 위치하여, 실리콘 융액 성장계면 아래쪽의 강제대류를 억제할 수 있다.Referring to FIG. 4C, the position of the ZGP of the cusp magnetic field generated by the magnetic field applying unit 180 may be located above the surface of the silicon melt. The center of the ZGP is located above the surface of the silicon melt to suppress forced convection below the silicon melt growth interface.

이를 위해, 제어부는 ZGP 중심부를 실리콘 융액 표면의 상부에 위치하도록 제어할수 있다. 이때, 커스프 자기장의 수직 자기장만 실리콘 융액에 인가될 수 있다.To this end, the control unit can control the ZGP center to be located on top of the silicon melt surface. At this time, only the vertical magnetic field of the cusp magnetic field may be applied to the silicon melt.

예를 들어, 이때 ZGP 중심부의 위치는 실리콘 융액 표면의 상부로부터 +50 ~ +150mm에 위치할 수 있다.For example, the location of the ZGP center can be located from +50 to +150 mm from the top of the silicon melt surface.

예를 들어, ZGP 중심부의 위치가 50mm 이하에서는 자기장의 수직, 수평 성분이 혼재할 수 있으며, ZGP 중심부의 위치가 150mm 이상에서는 자기장 세기가 감소하여 대류 제어 효과가 미미할 수 있다.For example, when the position of the ZGP center is 50 mm or less, the vertical and horizontal components of the magnetic field may be mixed, and when the position of the ZGP center is 150 mm or more, the magnetic field strength may be reduced and the convection control effect may be insignificant.

또한, ZGP의 가장자리가 실리콘 융액 표면에 근처에 위치할 수 있다. 바람직하게는 상기 ZGP의 가장자리는 실리콘 융액의 표면과 같은 높이에 위치할 수 있다. 이때, ZGP 가장자리는 도가니 벽 주변에서 자연대류를 억제할 수 있다.In addition, the edge of the ZGP may be located near the silicon melt surface. Preferably the edge of the ZGP may be located flush with the surface of the silicon melt. At this time, the ZGP edge can suppress natural convection around the crucible wall.

이를 위해, 제어부(190)는 ZGP 가장자리와 도가니벽이 만나는 위치를 실리콘 융액 상부에 위치하도록 제어할 수 있다. 이를 통해, 도가니벽 쪽의 수평 성분의 자기장에 의하여, 실리콘 융액의 자연대류를 억제할 수 있다.To this end, the controller 190 may control the position where the ZGP edge meets the crucible wall to be positioned above the silicon melt. Through this, the natural convection of the silicon melt can be suppressed by the magnetic field of the horizontal component on the crucible wall side.

제어부(190)는 자기장 인가부의 전류를 제어하여, 상/하부 자장 강도비를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(190)는 자장 강도비는 ZGP 중심부와 ZGP 가장자리의 높이 차이가 0~150mm 이내가 되도록 제어할 수 있다. 예컨데, 상기 자장 강도비는 1~2.4 이내가 될 수 있다.The controller 190 may control an upper / lower magnetic field intensity ratio by controlling a current of the magnetic field applying unit. In this case, the controller 190 may control the magnetic field strength ratio such that the height difference between the center of the ZGP and the edge of the ZGP is within 0 to 150 mm. For example, the magnetic field strength ratio may be within 1 ~ 2.4.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 ZGP의 도가니 내 위치를 나타낸 도면이다.5 is a view showing the position in the crucible of the ZGP according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 실리콘 융액의 표면의 높이를 0으로 할 때, + 값은 ZGP가 실리콘 융액의 표면 상부에 위치하는 것을 의미하고, - 값은 ZGP가 실리콘 융액의 표면 하부에 위치하는 것을 의미한다.Referring to FIG. 5, when the height of the surface of the silicon melt is zero, the + value means that the ZGP is located above the surface of the silicon melt, and the − value means that the ZGP is located below the surface of the silicon melt. do.

제1 실시예의 경우는 ZGP의 중앙의 위치가 0mm 이고, ZGP의 가장자리의 위치가 -70mm 일 수 있다. 이때, 상부 코일(182)에는 112A, 하부 코일(184)에는 202A의 전류가 흘러 상부 코일(182)과 하부 코일(184)의 자기장의 세기의 비율이 1.8일수 있다.In the case of the first embodiment, the position of the center of the ZGP may be 0 mm, and the position of the edge of the ZGP may be −70 mm. At this time, a current of 112 A in the upper coil 182 and 202 A flows in the lower coil 184, so that the ratio of the intensity of the magnetic field between the upper coil 182 and the lower coil 184 may be 1.8.

제2 실시예의 경우는 ZGP의 중앙의 위치가 0mm 이고, ZGP의 가장자리의 위치가 -120mm 일 수 있다. 이때, 상부 코일(182)에는 84A, 하부 코일(184)에는 202A의 전류가 흘러 상부 코일(182)과 하부 코일(184)의 자기장의 세기의 비율이 2.4일수 있다.In the case of the second embodiment, the position of the center of the ZGP may be 0 mm, and the position of the edge of the ZGP may be -120 mm. In this case, a current of 84 A flows in the upper coil 182 and 202 A flows in the lower coil 184, so that the ratio of the intensity of the magnetic field between the upper coil 182 and the lower coil 184 may be 2.4.

제3 실시예의 경우는 ZGP의 중앙의 위치가 +100mm 이고, ZGP의 가장자리의 위치가 -50mm 일 수 있다. 이때, 상부 코일(182)에는 84A, 하부 코일(184)에는 202A의 전류가 흘러 상부 코일(182)과 하부 코일(184)의 자기장의 세기의 비율이 2.4일 수 있다.In the case of the third embodiment, the position of the center of the ZGP may be +100 mm, and the position of the edge of the ZGP may be -50 mm. In this case, a current of 84 A flows in the upper coil 182 and 202 A flows in the lower coil 184, so that the ratio of the magnetic field strengths of the upper coil 182 and the lower coil 184 may be 2.4.

제2 실시예 및 제3 실시예는 동일한 자기장의 세기의 비율에서, ZGP의 중앙의 위치가 다른 경우일 수 있다. 제3 실시예는 ZGP의 위치가 적어도 실리콘 융액의 표면에서 +100mm에 위치하도록, 커스프 자기장의 ZGP의 위치의 높이를 조절한 것이다.The second embodiment and the third embodiment may be a case where the position of the center of the ZGP is different in the ratio of the intensity of the same magnetic field. The third embodiment adjusts the height of the position of the ZGP of the cusp magnetic field so that the position of the ZGP is at least +100 mm from the surface of the silicon melt.

도 6은 도 5에 도시된 일 실시예에 따른 ZGP의 세기를 도시한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating the strength of ZGP according to an embodiment shown in FIG. 5.

도 6을 참조하면, 그래프의 세로축은 커스프 자기장의 세기이다. 그래프의 가로축은 실리콘 융액의 표면에서 중앙으로부터 반경 거리이다.Referring to FIG. 6, the vertical axis of the graph is the intensity of the cusp magnetic field. The horizontal axis of the graph is the radial distance from the center at the surface of the silicon melt.

제1 내지 제3 실시예에 따른 ZGP 위치 및 형태를 변화에 따른 자기장 세기의 변화를 확인할 수 있다.It is possible to check the change of the magnetic field strength according to the position and shape of the ZGP according to the first to third embodiments.

제 1실시예 및 제 2실시예는 ZGP가 실리콘 융액 내부에 위치하게 되어 자기장 세기의 비율에 상관없이 유사한 자기장 세기(G)값을 가진다.In the first and second embodiments, the ZGP is located inside the silicon melt and has a similar magnetic field strength (G) value regardless of the ratio of the magnetic field strength.

제 3실시예는 ZGP를 실리콘 융액 상부에 위치하여 ZGP 중앙의 자기장 세기 값이 상승하여 ΔG 개선할 수 있다. 이 때 실리콘 융액 성장계면에서 수직 자기장 성분만 유지 될 수 있도록 ZGP 중앙과 ZGP의 가장자리의 높이 차이는 실리콘 융액 깊이의 40% 이상이 되도록 상/하부 자장 강도비를 변경하여 위로 볼록한 형태를 유지할 수 있다.In the third embodiment, the ZGP is positioned above the silicon melt, and the magnetic field strength value of the ZGP center is increased to improve ΔG. At this time, the height difference between the center of ZGP and the edge of ZGP is maintained at 40% of the depth of the silicon melt so that only the vertical magnetic field component can be maintained at the silicon melt growth interface. .

따라서, 도가니(120) 내에서 ZGP의 중앙의 위치의 높이를 상승시킴으로써, ZGP 중앙의 강제대류를 억제할 수 있다.Therefore, by raising the height of the position of the center of ZGP in the crucible 120, forced convection of the center of ZGP can be suppressed.

ZGP 중앙의 위치와 ZGP 가장자리의 위치의 의 높이 차이는 실리콘 융액 깊이의 40% 이상이 되도록 커스프 자기장의 상부 및 하부 자장 강도비를 변경하여 위로 볼록한 형태를 유지할 수 있다.The height difference between the center position of the ZGP and the position of the edge of the ZGP can be convex upward by changing the upper and lower magnetic field strength ratios of the cusp magnetic field to be at least 40% of the silicon melt depth.

도 7은 본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 따른 IDP 결정영역을 도시한 도면이다.7 is a view showing an IDP crystal region according to the silicon wafer manufacturing method of the present invention.

도 7을 참조하면, 실시예는 실리콘 웨이퍼 제조 방법에서 ZGP의 위치 및 형태를 제어함으로써, 자기장 변경 시점에서 결정 품질을 제어할 수 있다. 따라서, 인터스티셜(Interstitial) 분포가 지배적인 결정영역을 확보하기 위해서는 Si-실리콘 융액에 작용하는 자기장 로렌츠 힘이 실리콘 융액 대류를 억제하는 방향으로 자기장을 제어할 수 있다.Referring to FIG. 7, the embodiment may control the crystal quality at the time of changing the magnetic field by controlling the position and shape of the ZGP in the silicon wafer manufacturing method. Therefore, in order to secure the crystalline region where the interstitial distribution is dominant, the magnetic field Lorentz force acting on the Si-silicon melt can control the magnetic field in a direction to suppress the silicon melt convection.

도7a를 참조하면, ZGP의 위치가 0mm일때, 단결정 잉곳의 바디 중 460~770mm인 영역에서, IDP 영역이 0.0662~0.674이므로, IDP 결정영역 마진(margin)은 0.012일 수 있다.Referring to FIG. 7A, when the position of the ZGP is 0 mm, in the region of 460 to 770 mm of the body of the single crystal ingot, since the IDP region is 0.0662 to 0.674, the IDP crystal region margin may be 0.012.

도7b를 참조하면, ZGP의 위치가 +100mm일때, 단결정 잉곳의 바디 중 460~770mm인 영역에서, IDP 영역이 0.0638~0.674이므로, IDP 결정영역 마진은 0.020일 수 있다.Referring to FIG. 7B, when the position of the ZGP is +100 mm, in the region of 460 to 770 mm of the body of the single crystal ingot, since the IDP region is 0.0638 to 0.674, the IDP crystal region margin may be 0.020.

도7c를 참조하면, ZGP의 위치가 0mm일때, 단결정 잉곳의 바디 중 1070~1380 mm인 영역에서, IDP 영역이 0.0658에서 0.661이므로, IDP 결정영역 마진은 0.003일 수 있다.Referring to FIG. 7C, when the position of the ZGP is 0 mm, in the region of 1070 to 1380 mm of the body of the single crystal ingot, since the IDP region is 0.0658 to 0.661, the IDP crystal region margin may be 0.003.

도7d를 참조하면, ZGP의 위치가 +100mm일때, 단결정 잉곳의 바디 중 1070~1380 mm인 영역에서, IDP 영역이 0.0620에서 0.646이므로, IDP 결정영역 마진은 0.026일 수 있다.Referring to FIG. 7D, when the position of the ZGP is +100 mm, in the region of 1070 to 1380 mm of the body of the single crystal ingot, since the IDP region is 0.0620 to 0.646, the IDP crystal region margin may be 0.026.

따라서, 도 7a, 7b에 도시한 실시예를 비교한 결과 ZGP가 실리콘 융액 상부에 위치하여 Vertical 자장을 강화시킨 경우 IDP 결정 영역의 마진을 약 1.7배 향상시키는 효과가 있을 수 있다.Therefore, as a result of comparing the embodiments illustrated in FIGS. 7A and 7B, when the ZGP is positioned above the silicon melt to strengthen the vertical magnetic field, the margin of the IDP crystal region may be improved by about 1.7 times.

또한, 또 7c, 7d에 도시한 실시예를 비교한 결과 단결정 잉곳의 바디 후반에서는 IDP 결정 영역의 마진을 약 8.7배 향상되므로, 단결정 잉곳의 인터스티셜 농도를 증가시키는 효과가 있다.In addition, as a result of comparing the examples shown in 7c and 7d, the margin of the IDP crystal region is increased by about 8.7 times in the second half of the body of the single crystal ingot, thereby increasing the interstitial concentration of the single crystal ingot.

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.As described above, although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 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 not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.

110: 챔버 120: 도가니
130: 도가니 지지부 140: 히터
150: 열차페제 160: 단열재
170: 인상 수단 180: 자기장 인가부
182: 제1 코일 184: 제2 코일
190:제어부110: chamber 120: crucible
130: crucible support 140: heater
150: train festival 160: insulation
170: raising means 180: magnetic field applying unit
182: first coil 184: second coil
190: control unit

Claims (14)

도가니 내에 담긴 실리콘 융액에 커스프 자기장(Cusped magnetic field)을 인가하면서 실리콘 웨이퍼 제조하는 방법에 있어서,
커스프 자기장의 ZGP(Zero Gauss Plane)의 중앙의 위치가 실리콘 융액의 상면을 기준으로 상부 50mm ~ 150mm 이내의 영역에 위치하도록 제어하는 단계;
상기 실리콘 융액이 상기 도가니 벽과 접촉하는 영역에서 상기 ZGP의 가장자리의 위치가 상기 실리콘 융액의 표면에 위치하도록 자기장의 자강 강도비를 제어하는 단계; 및
상기 커스프 자기장 위치 및 자장 강도비에 대응하여 제어된 상기 실리콘 융액으로부터 단결정 잉곳을 성장시키는 단계를 포함하고
상기 커스프 자기장은 상기 ZGP가 위로 볼록한 형태를 가지도록 상부 자기장의 세기가 하부 자기장의 세기보다 크고,
상기 자장 강도비는 상기 ZGP 중앙과 상기 ZGP의 가장자리의 높이 차이가 상기 실리콘 융액 깊이의 40% 이상이 되도록 상/하부 자장 강도비가 변경되는
실리콘 웨이퍼 제조 방법.In the method of manufacturing a silicon wafer while applying a cusped magnetic field (Cusped magnetic field) to the silicon melt contained in the crucible,
Controlling the position of the center of the zero gauge plane (ZGP) of the cusp magnetic field to be within an area of 50 mm to 150 mm above the upper surface of the silicon melt;
Controlling the magnetic field strength ratio of the magnetic field such that the position of the edge of the ZGP is located on the surface of the silicon melt in the region where the silicon melt contacts the crucible wall; And
Growing a single crystal ingot from the silicon melt controlled in response to the cusp magnetic field position and magnetic field strength ratio;
The cusp magnetic field has an intensity of an upper magnetic field greater than that of a lower magnetic field so that the ZGP has a convex upward shape.
The magnetic field strength ratio is such that the upper / lower magnetic field strength ratio is changed such that a height difference between the center of the ZGP and the edge of the ZGP is 40% or more of the depth of the silicon melt.
Silicon Wafer Manufacturing Method. 제 1항에 있어서,
상기 ZGP의 중앙과 가장자리의 높이 차는 0~150mm 이내인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법.The method of claim 1,
The height difference between the center and the edge of the ZGP is within 0 ~ 150mm. 삭제delete 제 2항에 있어서,
상부 자기장과 하부 자기장의 세기에 따른 자장 강도비는 1 ~ 2.4인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법.The method of claim 2,
The magnetic field strength ratio according to the strength of the upper magnetic field and the lower magnetic field is 1 to 2.4, characterized in that 제 1항에 있어서.
상기 단결정 잉곳의 길이가 늘어남에 따라 IDP(IDP Dominated Point-defect zone) 결정영역 마진이 증가되는 것을 특징으로 하는 하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법.The method of claim 1.
And increasing the length of the single crystal ingot, wherein an IDP dominated point-defect zone (IDP) crystal region margin is increased. 제 1항에 있어서,
상기 단결정 잉곳의 실리콘 융액 성장계면에서 상기 커스프 자기장 중 수직 자기장에 대응하여 상기 실리콘 융액의 강제대류가 억제되는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법.The method of claim 1,
Forced convection of the silicon melt in response to the vertical magnetic field of the cusp magnetic field in the silicon melt growth interface of the single crystal ingot is suppressed. 제 1항에 있어서,
상기 도가니 벽 영역에서 상기 커스프 자기장 중 수직 자기장에 대응하여 상기 실리콘 융액의 자연대류가 억제되는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법.The method of claim 1,
And the natural convection of the silicon melt in response to the vertical magnetic field of the cusp magnetic field in the crucible wall region is suppressed. 도가니 내에 담긴 실리콘 융액에 커스프 자기장 (Cusped magnetic field)을 인가하면서 실리콘 웨이퍼를 제조하는 장치에 있어서,
실리콘 융액을 수용하는 도가니;
상기 도가니를 회전시키는 도가니 회전수단;
상기 도가니 측벽 주위에 설치된 히터; 및
상기 도가니에 수용된 실리콘 융액으로부터 단결정을 인상하는 인상수단;
상기 도가니 측벽에 배치되어, 상부 코일 및 하부 코일을 포함하는 자기장 인가부;
상기 자기장 인가부를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는
커스프 자기장의 ZGP의 중앙의 위치가 실리콘 융액의 상면을 기준으로 상부 50mm ~ 150mm 이내의 영역에 위치하도록 제어하고,
상기 실리콘 융액이 상기 도가니 벽과 접촉하는 영역에서 상기 ZGP의 가장자리의 위치가 상기 실리콘 융액의 표면에 위치하도록 자기장의 자장 강도비를 제어하고,
상기 커스프 자기장 위치 및 자장 강도비에 대응하여 제어된 상기 실리콘 융액으로부터 단결정 잉곳을 성장시키고,
상기 커스프 자기장은 상기 ZGP가 위로 볼록한 형태를 가지도록 상부 자기장의 세기가 하부 자기장의 세기보다 크고,
상기 자장 강도비는 상기 ZGP 중앙과 상기 ZGP의 가장자리의 높이 차이가 상기 실리콘 융액 깊이의 40% 이상이 되도록 상/하부 자장 강도비가 변경되는
실리콘 웨이퍼 제조 장치.An apparatus for manufacturing a silicon wafer while applying a cusped magnetic field to a silicon melt contained in a crucible,
A crucible containing a silicone melt;
Crucible rotating means for rotating the crucible;
A heater installed around the crucible sidewall; And
Pulling means for pulling up a single crystal from the silicon melt contained in the crucible;
A magnetic field applying unit disposed on the crucible sidewall and including a top coil and a bottom coil;
A control unit for controlling the magnetic field applying unit,
The control unit
The position of the center of the ZGP of the cusp magnetic field is controlled to be located within an area of 50 mm to 150 mm above the top of the silicon melt,
Controlling the magnetic field strength ratio of the magnetic field such that the position of the edge of the ZGP is located on the surface of the silicon melt in the region where the silicon melt contacts the crucible wall,
Growing a single crystal ingot from the silicon melt controlled in response to the cusp magnetic field position and magnetic field strength ratio,
The cusp magnetic field has an intensity of an upper magnetic field greater than that of a lower magnetic field so that the ZGP has a convex upward shape.
The magnetic field strength ratio is such that the upper / lower magnetic field strength ratio is changed such that a height difference between the center of the ZGP and the edge of the ZGP is 40% or more of the depth of the silicon melt.
Silicon wafer manufacturing apparatus. 제 8항에 있어서,
상기 제어부는
상기 ZGP의 중앙과 가장자리의 높이 차가 0~150mm 이내가 되도록 상기 커스프 자기장을 제어하는 실리콘 웨이퍼 제조 장치.The method of claim 8,
The control unit
Silicon wafer manufacturing apparatus for controlling the cusp magnetic field so that the height difference between the center and the edge of the ZGP is within 0 ~ 150mm. 삭제delete 제 9항에 있어서,
상기 제어부는
상부 자기장과 하부 자기장의 세기에 따른 자장 강도비는 1 ~ 2.4으로 제어하는 실리콘 웨이퍼 제조 장치.The method of claim 9,
The control unit
Silicon wafer manufacturing apparatus for controlling the magnetic field intensity ratio according to the strength of the upper magnetic field and the lower magnetic field to 1 ~ 2.4. 제 8항에 있어서,
상기 단결정 잉곳의 길이가 늘어남에 따라 IDP 결정영역 마진이 증가되는 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 제조 장치.The method of claim 8,
Silicon wafer manufacturing apparatus characterized in that the IDP crystal region margin increases as the length of the single crystal ingot increases. 제 8항에 있어서,
상기 제어부는
상기 단결정 잉곳의 실리콘 융액 성장계면에서 상기 커스프 자기장 중 수직 자기장에 대응하여 상기 실리콘 융액의 강제대류가 억제되도록 제어하는 실리콘 웨이퍼 제조 장치.The method of claim 8,
The control unit
And controlling the forced convection of the silicon melt in response to a vertical magnetic field of the cusp magnetic field at the silicon melt growth interface of the single crystal ingot. 제 8항에 있어서,
상기 제어부는
상기 도가니 벽 영역에서 상기 커스프 자기장 중 수직 자기장에 대응하여 상기 실리콘 융액의 자연대류가 억제되도록 제어하는 실리콘 웨이퍼 제조 장치.The method of claim 8,
The control unit
And controlling the natural convection of the silicon melt in response to a vertical magnetic field of the cusp magnetic field in the crucible wall region.
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