KR102607580B1 - 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법 및 장치 - Google Patents

실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

실시예는 쵸크랄스키법으로 (111) 결정의 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 단계; 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경을 측정하는 단계; 상기 실리콘 단결정 잉곳의 패시트(facet)의 길이를 연산하는 단계; 상기 연산된 패시트의 길이로부터, 시드의 회전 속도의 보정식 및 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도의 보정식을 연산하는 단계; 및 상기 연산 결과에 따라, 상기 시드의 회전 속도와 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 보정하는 단계를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법을 제공한다.

Description

실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR GROWING SILICON SINGLE CRYSTAL INGOT}
실시예는 실리콘 단결정 잉곳의 성장에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (111) 결정의 실리콘 단결정 잉곳의 성장시에 발생하는 패시트(facet)의 길이와 목표 직경과의 차이를 제어하고자 하는 것이다.
통상적인 실리콘 웨이퍼는, 단결정(Ingot)을 만들기 위한 단결정 성장 공정과, 단결정을 절삭(Slicing)하여 얇은 원판 모양의 웨이퍼를 얻는 절삭공정과, 상기 절삭으로 인하여 웨이퍼에 잔존하는 기계적 가공에 의한 손상(Damage)을 제거하는 연삭(Lapping) 공정과, 웨이퍼를 경면화하는 연마(Polishing) 공정과, 연마된 웨이퍼를 경면화하고 웨이퍼에 부착된 연마제나 이물질을 제거하는 세정 공정을 포함하여 이루어진다.
상술한 공정 중 실리콘 단결정을 성장시키는 공정은, 고순도 실리콘 융액을 장입한 성장로를 챔버 내에서 고온에서 가열하여 원료를 용용한 후, 초크랄스키법(Czochralski Method, 이하 'CZ'법이라 함) 등으로 성장시킬 수 있다.
초크랄스키법으로 성장된 실리콘 단결정 잉곳의 품질에 영향을 미치는 인자로 성장 속도(V)와 고액 계면에서의 온도 구배(G)의 비율이 V/G가 있고, 따라서 V/G를 실리콘 단결정 잉곳의 성장의 전구간에서 제어하는 것이 중요하다.
실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 제어하기 위하여 AGC(Automatic Growth Controller)를 사용할 수 있다. AGC는 현재의 인상속도 정보를 입력 받고 설정된 인상속도와 비교하여, 적절한 제어 로직에 의하여 피드백 제어 동작을 내보내고, 상기의 제어 동작의 신호는 목표온도의 궤적신호와 합쳐져서 ATC(Automatic Temperature Controller)로 가는 설정점 값을 조정하여 설정된 목표궤적을 쫓아갈 수 있도록 한다. 또한, 인상속도는 실리콘 단결정 잉곳의 직경을 제어하는 ADC(Automatic Diameter Controller)의 조작변수로 할당되어 있으므로, ADC 제어 동작에 의하여 단주기적 변동을 보이면서 장주기적으로는 AGC의 동작에 의하여 조정될 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 실리콘 단결정 잉곳의 결정 방향에 따른 형상을 나타낸다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, (100) 결정의 경우 바디 표면에 노드(node) 4개가 형성되고, (110) 결정의 경우 바디 표면에 노드 2개와 미세한 패시트 4개가 형성되고, (111) 결정의 경우 바디 표면에 패시트 3개가 형성될 수 있다. 이때, (110) 결정에 형성되는 패시트에 비하여, (111) 결정에 형성되는 패시트의 길이가 크며 예를 들면 50 밀리미터이상의 길이로 형성될 수 있다.
(100) 결정의 실리콘 단결정 잉곳은 패시트가 형성되지 않아서 목표로 하는 직경까지 성장이 가능하나, 특히 (111) 결정의 실리콘 단결정 잉곳은 패시트가 형성되므로, 목표로 하는 유효 직경으로 성장시키려면 상기의 목표 직경보다 더 크게 성장시킬 필요가 있으므로, 이때, 성장 후에 주로 패시트 이외의 실리콘 단결정 잉곳의 가장 자리를 그라인딩(grinding)하여 제거해야 하는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, (111) 결정방향의 실리콘 단결정 잉곳의 성장시에, ADC가 비추는 면에 상기 패시트가 진입하면 순간적으로 잉곳의 직경이 작아진 것으로 판단하여, AGC, ATC 로직에 상술한 작아진 것으로 판단된 잉곳의 직경이 전달될 수 있는데, 따라서 실리콘 단결정 잉곳의 인상속도의 오류를 발생시킬 수 있다.
상술한 오류로 인하여, 성장되는 실리콘 단결정 잉곳의 직경에 편차가 발생하여 바디 영역이 축소될 수 있어서, 실리콘 단결정 잉곳의 제조 수율이 감소하는 문제점이 있다.
실시예는 특히 (111) 결정의 실리콘 단결정 잉곳의 성장시에, 패시트의 길이를 제어하여 잉곳의 직경을 웨이퍼의 제조에 충분하게 성장시키는 방법과 장치를 제공하고자 한다.
실시예는 쵸크랄스키법으로 (111) 결정의 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 단계; 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경을 측정하는 단계; 상기 실리콘 단결정 잉곳의 패시트(facet)의 길이를 연산하는 단계; 상기 연산된 패시트의 길이로부터, 시드의 회전 속도의 보정식 및 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도의 보정식을 연산하는 단계; 및 상기 연산 결과에 따라, 상기 시드의 회전 속도와 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 보정하는 단계를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법을 제공한다.
실리콘 단결정 잉곳의 패시트의 길이를 측정하는 단계는, ADC(Automatic Diameter Controller) 센서를 사용하여, 일정한 주기로 상기 시드의 회전에 따른 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경 변화를 측정할 수 있다.
시드의 회전 속도가 B rpm(revolution per minute)이고, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경이 R일 때, 상기 패시트의 길이 S1은 S1=2RХsin(3B)이고, 상기 ADC 센서는 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경 변화를 1초당 10회 측정할 수 있다.
연산된 패시트의 길이 S1과 기설정된 패시트의 길이 S0의 차이의 절대값이 5mm를 초과일때, 상기 시드의 회전 속도와 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도 중 적어도 하나를 보정할 수 있다.
연산된 패시트의 길이 S1과 기설정된 패시트의 길이 S0의 차이의 절대값이 5mm 이하일때, 상기 시드의 회전 속도와 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 동일하게 유지할 수 있다.
연산된 패시트의 길이 S1가 기설정된 패시트의 길이 S0보다 클 경우, 상기 (S1-S0)과 제1 보정계수의 곱만큼 상기 시드의 회전 속도를 감소시킬 수 있다.
연산된 패시트의 길이 S1가 기설정된 패시트의 길이 S0보다 작을 경우, 상기 (S1-S0)과 제1 보정계수의 곱만큼 상기 시드의 회전 속도를 증가시킬 수 있다.
연산된 패시트의 길이 S1가 기설정된 패시트의 길이 S0보다 클 경우, 상기 (S1-S0)과 제2 보정계수의 곱만큼 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 감소시킬 수 있다.
연산된 패시트의 길이 S1가 기설정된 패시트의 길이 S0보다 작을 경우, 상기 (S1-S0)과 제2 보정계수의 곱만큼 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 증가시킬 수 있다.
기설정된 패시트의 길이 S0은 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경 R의 10% 내지 30%일 수 있다.
다른 실시예는 챔버; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘 용융액이 수용되는 도가니; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 상기 도가니의 둘레에 배치되는 가열부; 상기 챔버 내부의 상부에 고정되어 구비되고, 상기 도가니로부터 성장되어 인상되는 실리콘 단결정 잉곳의 둘레에 배치되는 수냉관; 상기 도가니의 상부에 구비되는 열차폐체; 상기 실리콘 용융액으로부터 성장되어 인상되는 (111) 결정의 실리콘 단결정 잉곳의 직경을 측정하는 ADC(Automatic Diameter Controller) 센서; 및 상기 ADC 센서의 측정 결과에 따라, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 패시트의 길이를 연산하고 상술한 방법을 수행하는 제어부를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치를 제공한다.
실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법 및 장치에 따르면, (111) 결정의 실리콘 단결정 잉곳의 바디의 성장 중에 패시트의 길이를 측정하여, 패시트의 길이가 너무 짤거나 긴 경우, 시드 회전 속도 및 잉곳의 인상 속도를 조절하여, 실리콘 단결정 잉곳이 손상되지 않고 웨이퍼의 제조에 충분한 직경으로 성장될 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 실리콘 단결정 잉곳의 결정에 따른 형상을 나타내고,
도 2는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치의 일 실시예를 나타내고,
도 3은 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법의 일 실시예를 나타내고,
도 4는 ADC 센서의 패시트 측정을 나타내고,
도 5는 패시트의 길이를 구하는 과정을 나타내고,
도 6은 도 2의 장치와 도 3의 방법으로 성장된 실리콘 단결정 잉곳의 종축 방향의 형상을 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예는 쵸크랄스키법으로 (111) 결정의 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 단계; 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경을 측정하는 단계; 상기 실리콘 단결정 잉곳의 패시트(facet)의 길이를 연산하는 단계; 상기 연산된 패시트의 길이로부터, 시드의 회전 속도의 보정식 및 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도의 보정식을 연산하는 단계; 및 상기 연산 결과에 따라, 상기 시드의 회전 속도와 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 보정하는 단계를 포함하고, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 패시트의 길이를 측정하는 단계는, ADC(Automatic Diameter Controller) 센서를 사용하여, 일정한 주기로 상기 시드의 회전에 따른 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경 변화를 측정하고, 상기 시드의 회전 속도가 B rpm(revolution per minute)이고, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경이 R일 때, 상기 패시트의 길이 S1은 S1=2R×sin(3B)이고, 상기 ADC 센서는 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경 변화를 1초당 10회 측정하고, 상기 연산된 패시트의 길이 S1과 기설정된 패시트의 길이 S0의 차이의 절대값이 5mm를 초과일때, 상기 시드의 회전 속도와 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도 중 적어도 하나를 보정하고, 상기 연산된 패시트의 길이 S1가 기설정된 패시트의 길이 S0보다 클 경우, 상기 (S1-S0)과 제1 보정계수의 곱만큼 상기 시드의 회전 속도를 감소시키고, 상기 연산된 패시트의 길이 S1가 기설정된 패시트의 길이 S0보다 작을 경우, 상기 (S1-S0)과 제1 보정계수의 곱만큼 상기 시드의 회전 속도를 증가시키는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법을 제공한다.
다른 실시예는 쵸크랄스키법으로 (111) 결정의 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 단계; 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경을 측정하는 단계; 상기 실리콘 단결정 잉곳의 패시트(facet)의 길이를 연산하는 단계; 상기 연산된 패시트의 길이로부터, 시드의 회전 속도의 보정식 및 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도의 보정식을 연산하는 단계; 및 상기 연산 결과에 따라, 상기 시드의 회전 속도와 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 보정하는 단계를 포함하고, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 패시트의 길이를 측정하는 단계는, ADC(Automatic Diameter Controller) 센서를 사용하여, 일정한 주기로 상기 시드의 회전에 따른 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경 변화를 측정하고, 상기 시드의 회전 속도가 B rpm(revolution per minute)이고, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경이 R일 때, 상기 패시트의 길이 S1은 S1=2R×sin(3B)이고, 상기 ADC 센서는 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경 변화를 1초당 10회 측정하고, 상기 연산된 패시트의 길이 S1과 기설정된 패시트의 길이 S0의 차이의 절대값이 5mm 이하일때, 상기 시드의 회전 속도와 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 동일하게 유지하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법을 제공한다.
또 다른 실시예는 쵸크랄스키법으로 (111) 결정의 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 단계; 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경을 측정하는 단계; 상기 실리콘 단결정 잉곳의 패시트(facet)의 길이를 연산하는 단계; 상기 연산된 패시트의 길이로부터, 시드의 회전 속도의 보정식 및 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도의 보정식을 연산하는 단계; 및 상기 연산 결과에 따라, 상기 시드의 회전 속도와 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 보정하는 단계를 포함하고, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 패시트의 길이를 측정하는 단계는, ADC(Automatic Diameter Controller) 센서를 사용하여, 일정한 주기로 상기 시드의 회전에 따른 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경 변화를 측정하고, 상기 시드의 회전 속도가 B rpm(revolution per minute)이고, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경이 R일 때, 상기 패시트의 길이 S1은 S1=2R×sin(3B)이고, 상기 ADC 센서는 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경 변화를 1초당 10회 측정하고, 상기 연산된 패시트의 길이 S1과 기설정된 패시트의 길이 S0의 차이의 절대값이 5mm를 초과일때, 상기 시드의 회전 속도와 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도 중 적어도 하나를 보정하고, 상기 연산된 패시트의 길이 S1가 기설정된 패시트의 길이 S0보다 클 경우, 상기 (S1-S0)과 제2 보정계수의 곱만큼 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 감소시키고, 상기 연산된 패시트의 길이 S1가 기설정된 패시트의 길이 S0보다 작을 경우, 상기 (S1-S0)과 제2 보정계수의 곱만큼 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 증가시키는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법을 제공한다.
도 2는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치의 일 실시예를 나타낸다.
삭제
본 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치(1000)는 내부에 실리콘 융액(Si melt)으로부터 실리콘 단결정 잉곳(Ingot)이 성장하기 위한 공간이 형성되는 챔버(100)와, 상기 실리콘 융액(Si melt)이 수용되기 위한 도가니(200, 250)와, 상기 도가니(200, 250)를 가열하기 위한 가열부(400)와, 도가니(200, 250)를 회전시키고 상승시키는 도가니 회전 유닛(300)과, 실리콘 단결정 잉곳을 향한 가열부(400)의 열을 차단하기 위하여 도가니(200, 250)의 상부에 위치되는 열차폐체(600)와, 챔버(100) 내부의 상부에 구비되어 상승되는 고온의 실리콘 단결정 잉곳을 냉각시키는 수냉관(500)과, 챔버(100)의 내부 영역으로 비활성 기체를 공급하는 비활성 기체 공급 유닛(미도시)과, 실리콘 융액으로부터 성장되어 인상되는 실리콘 단결정 잉곳의 직경을 측정하는 ADC(Automatic Diameter Controller) 센서(700), 및 ADC 센서(700)의 측정 결과에 따라 실리콘 단결정 잉곳의 패시트(facet)의 길이를 연산하고, 시드(10)의 회전 속도의 보정식 및 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도의 보정식을 연산하는 제어부(800)를 포함할 수 있다.
챔버(100)는 실리콘 융액(Si melt)으로부터 실리콘 단결정 잉곳(Ingot)을 형성시키기 위한 소정의 공정들이 수행되는 공간을 제공한다. 이때, 성장되는 실리콘 단결정 잉곳은 (111) 결정을 가질 수 있다.
도가니(200, 250)는 실리콘 융액(Si melt)을 담을 수 있도록 챔버(100)의 내부에 구비될 수 있다. 도가니(200, 250)는, 상기 실리콘 융액과 직접 접촉되는 제1 도가니(200)와, 제1 도가니(200)의 외면을 둘러싸면서 지지하는 제2 도가니(250)로 이루어질 수 있다. 제1 도가니(250)는 석영으로 이루어질 수 있고, 제2 도가니(250)는 흑연으로 이루어질 수 있다.
제2 도가니(250)는, 제1 도가니(200)가 열에 의하여 팽창될 경우를 대비하여, 2개 또는 4개로 분할되어 구비될 수도 있다. 예를 들어 제2 도가니(250)가 2개로 분할될 경우, 2개의 부분 사이에는 틈이 형성되어, 내부의 제1 도가니(200)가 팽창되어도 제2 도가니(250)가 손상되지 않을 수 있다.
챔버(100) 내에는 가열부(400)의 열이 방출되지 못하도록 단열재를 구비할 수 있다. 본 실시예에서는 도가니(200, 250) 상부의 열차폐체(600)만이 도시되고 있으나, 도가니(200, 250)의 측면과 하부에 각각 단열재가 배치될 수도 있다.
가열부(400)는 도가니(200, 250) 내에 공급된 다결정의 실리콘을 녹여서 실리콘 융액(Si melt)으로 만들 수 있는데, 가열부(400) 상부에 배치되는 전류 공급 로드(미도시)로부터 전류를 공급받을 수 있다.
챔버(100)의 외부에는 자기장 발생 유닛(미도시)이 구비되어 도가니(200, 250)에 수평 자기장을 인가할 수 있다.
도가니(200, 250)의 바닥면의 중앙에는 도가니 회전 유닛(300)이 배치되어 도가니(200, 250)를 지지하고 승강시키거나 회전시킬 수 있다. 도가니(200, 250) 상부의 시드척(10)에 매달린 시드(seed, 미도시)가 실리콘 융액(Si melt)에 잠기고, 상기 시드로부터 실리콘 융액(Si melt)이 응고되면서 실리콘 단결정 잉곳(Ingot)이 성장될 수 있다.
실리콘 단결정 잉곳이 성장 공정 중에 챔버(100)의 내부에는 비활성 기체, 예를 들면 아르곤(Ar)이 공급될 수 있는데, 본 실시예에서는 비활성 기체 공급 유닛(미도시)에서 아르곤이 공급될 수 있다.
챔버(100)는 도시된 영역에서 일부가 오픈되고, 오픈 영역에 ADC 센서(700)가 구비될 수 있다. ADC 센서(700)는 실리콘 단결정 잉곳의 직경을 측정할 수 있는데, 예를 들면 실리콘 융액I(Si melt)과의 계면에서 성장되는 실리콘 단결정 잉곳의 직경을 측정할 수 있다.
상술한 측정 결과는 제어부(800)로 전달될 수 있는데, 제어부(800)는 시드(10)의 회전 속도의 보정식 및 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도의 보정식을 연산할 수 있다. 제어부(800)의 연산 방법은 후술하는 바와 동일할 수 있다.
도 3은 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법의 일 실시예를 나타낸다. 본 실시예에 따른 방법은, 도 2의 장치를 사용하여 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키며, 시드의 회전 속도와 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 보정하여, 파세트의 길이를 제어하는 방법이다.
먼저, 쵸크랄스키법으로 (111) 결정의 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있다(S100). 단결정 잉곳의 성장은, 시드를 실리콘 융액에 디핑(dipping)한 후, 넥(neck)으로부터 숄더(shoulder)와 바디(body)를 성장시킨 후, 마지막 단계에서 테일(tail)을 성장시킬 수 있다.
후술하는, 단결정 잉곳의 직경의 측정과 패시트의 길이 측정 및 시드의 회전 속도와 잉곳의 인상 속도의 보정은, 실리콘 단결정 잉곳의 바디 성장 중에 이루어질 수 있다.
그리고, ADC 센서를 사용하여 실리콘 단결정 잉곳의 직경을 측정(S110)한 후, 실리콘 단결정 잉곳의 패시트(facet)의 길이를 측정할 수 있다(S120). 이때, 실리콘 단결정 잉곳의 패시트의 길이는 ADC 센서를 이용한 측정 결과를 후술하는 바와 같이 연산하여 구할 수 있으며, ADC 센서를 사용하여 일정한 주기로 상기 시드의 회전에 따른 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경 변화를 측정할 수 있다.
도 4는 ADC 센서의 패시트 측정을 나타내며, 예를 들어 반경 200 밀리미터의 웨이퍼를 제조하기 위한 실리콘 단결정 잉곳의 성장을 나타낸다.
(111) 결정의 실리콘 단결정 잉곳의 성장시에 ADC 센서를 이용하여 직경을 리딩할 때, 패시트(facet) 영역에서는 직경이 상대적으로 감소한 것으로 리딩될 수 있다. 그리고, 타겟 패시트의 측정 시간을 T라고 할 때, 실제로 패시트의 길이가 더 길 경우 직경은 더 작게 리딩되고 측정 시간(T')은 더 증가하게 된다.
도 5는 패시트의 길이를 구하는 과정을 나타내며, 회전하는 잉곳을 수평 방향에서 절단하여 나타낸 도면이다.
예를 들어, ADC 센서에서 1초당 10회 실리콘 단결정 잉곳의 패시트 영역의 데이타를 리딩한다고 하고, 시드 로테이션 속도를 B rpm(rotation per minute)라고 하면, 도 5에서 잉곳의 직경은 2R(mm)이고, 패시트의 길이는 S(mm)이고, 잉곳의 일정 시간당 회전 각도는 6B(°/sec)일 수 있다.
따라서, 사인 법칙으로부터, sin(3B)=S/2B 이므로, S=2RХsin(3B)이다.
ADC 센서의 측정값 및 제어부의 연산을 통하여 구하여지는 위의 패시트 값을 S1이라고 할 수 있다. 이때, 패시트의 길이가 너무 크면, 실리콘 단결정 잉곳의 바디 영역 중 실제로 웨이퍼로 제조할 수 없게 되므로, 패시트의 길이가 너무 커지지 않게 조절할 필요가 있다.
그리고, 시드 회전 속도를 줄이거나 잉곳의 인상 속도를 줄일 때, 패시트의 길이가 짧아질 수 있다. 따라서, 패시트의 길이가 너무 커지지 않게 하기 위하여 아래와 같은 보정을 진행할 수 있다.
측정과 연산을 통하여 구하여진 패시트의 길이로부터, 시드의 회전 속도의 보정식 및 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도의 보정식을 계산하는 과정(S130)은 아래와 같다.
상술한 측정된 패시트의 길이 S1와 기설정된 패시트의 길이 S의 차이값이 일정 범위를 초과할 때, 시드의 회전 속도와 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도 중 적어도 하나를 보정할 수 있다.
예를 들어, 일정 범위가 5밀리미터(mm)라고 하면, 연산된 패시트의 길이 S1과 기설정된 패시트의 길이 S0의 차이의 절대값이 5mm를 초과일때, 시드의 회전 속도와 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도 중 적어도 하나를 보정할 수 있고, 연산된 패시트의 길이 S1과 기설정된 패시트의 길이 S0의 차이의 절대값이 5mm 이하일때, 시드의 회전 속도와 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 종전과 동일하게 유지할 수 있다.
여기서, 기설정된 패시트의 길이 S0은 실리콘 단결정 잉곳의 직경 R의 10% 내지 30%일 수 있다. (111) 결정의 실리콘 단결정 잉곳의 경우, S0가 실리콘 단결정의 직경 R의 10%이상이 될 수 있고, 만약 S0가 R의 30%를 초과하면 성장되는 잉곳의 바디의 직경이 너무 작아져서 그라인딩 등의 공정 후에 필요한 크기의 웨이퍼를 제조하기 어려울 수 있다. 그리고, 만약 S0가 R의 10%를 초과하면, (111) 결정의 단결정의 경우 성장이 제대로 이루어지지 않고 실리콘 단결정이 깨질 수 있다.
이하에서, 시드의 회전 속도와 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 보정하는 방법을 상세히 설명한다. 먼저, 시드의 회전 속도를 보정하는 방법을 예를 들어 설명한다.
만약, 연산된 패시트의 길이 S1가 기설정된 패시트의 길이 S0보다 클 경우, (S1-S0)과 제1 보정계수의 곱만큼 상기 시드의 회전 속도를 감소시킬 수 있다. 그리고, 연산된 패시트의 길이 S1가 기설정된 패시트의 길이 S0보다 작을 경우, (S1-S0)과 제1 보정계수의 곱만큼 상기 시드의 회전 속도를 증가시킬 수 있다.
이때, 제1 보정계수는 예를 들면 0.1일 수 있고, 시드의 회전 속도는 시간당 0.2 rpm씩 변할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
잉곳의 인상 속도를 보정하는 방법을 예를 들어 설명한다.
연산된 패시트의 길이 S1가 기설정된 패시트의 길이 S0보다 클 경우, (S1-S0)과 제2 보정계수의 곱만큼 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 감소시킬 수 있다. 그리고, 연산된 패시트의 길이 S1가 기설정된 패시트의 길이 S0보다 작을 경우, (S1-S0)과 제2 보정계수의 곱만큼 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 증가시킬 수 있다.
이때, 제2 보정 계수는 예를 들어 0.0003일 수 있고, 잉곳의 인상 속도는 시간당 0.001 밀리미터/분(mm/min)씩 변할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
그리고, 상술한 계산 결과에 따라, 시드의 회전 속도와 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 보정(S140)하여, 실리콘 단결정 잉곳의 바디 영역의 패시트의 길이가 너무 커지지 않게 할 수 있다.
도 6은 도 2의 장치와 도 3의 방법으로 성장된 실리콘 단결정 잉곳의 종축 방향의 형상을 나타낸다.
시드 방향으로부터 테일 방향으로 (111) 결정의 실리콘 단결정 잉곳의 바디를 A와 B와 C 및 D로 구분할 수 있는데, 패시트의 길이는 A 내지 D 영역에서 도 6에 도시된 바와 같다.
B 영역의 경우 플라워(flower)가 발생할 수 있는데, 즉 직경이 일정하지 않고 울퉁불퉁할 수 있어서, 그라인딩 공정 후에 웨이퍼의 직경보다 작게 남을 수 있으므로, 웨이퍼를 제조하기 어려울 수 있다.
A 영역과 D 영역은 패시트의 길이가 5 내지 6.5 센티미터(cm)일 수 있는데, 그라인딩 후에 웨이퍼의 직경보다 작게 남을 수 있는 부분이 발생할 수도 있으므로, 상술한 방법으로 시드 회전과 잉곳의 인상 속도의 보정을 진행할 필요성이 크다.
C 영역은 패시트의 길이가 3 센티미터 내외로, 그라인딩 후에 웨이퍼의 직경보다 작게 남는 부분이 발생하지 않을 수 있다.
실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법 및 장치에 따르면, (111) 결정의 실리콘 단결정 잉곳의 바디의 성장 중에 패시트의 길이를 측정하여, 패시트의 길이가 너무 짤거나 긴 경우, 시드 회전 속도 및 잉곳의 인상 속도를 조절하여, 실리콘 단결정 잉곳이 손상되지 않고 웨이퍼의 제조에 충분한 직경으로 성장될 수 있다.
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.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 시드 100: 챔버
200, 250: 제1,2 도가니 300: 도가니 회전 유닛
400: 가열부 500: 수냉관
600: 열차폐체 700: ADC 센서
800: 제어부 1000: 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치

Claims (11)

  1. 쵸크랄스키법으로 (111) 결정의 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 단계;
    상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경을 측정하는 단계;
    상기 실리콘 단결정 잉곳의 패시트(facet)의 길이를 연산하는 단계;
    상기 연산된 패시트의 길이로부터, 시드의 회전 속도의 보정식 및 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도의 보정식을 연산하는 단계; 및
    상기 연산 결과에 따라, 상기 시드의 회전 속도와 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 보정하는 단계를 포함하고,
    상기 실리콘 단결정 잉곳의 패시트의 길이를 측정하는 단계는, ADC(Automatic Diameter Controller) 센서를 사용하여, 일정한 주기로 상기 시드의 회전에 따른 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경 변화를 측정하고,
    상기 시드의 회전 속도가 B rpm(revolution per minute)이고, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경이 R일 때, 상기 패시트의 길이 S1은 S1=2R×sin(3B)이고, 상기 ADC 센서는 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경 변화를 1초당 10회 측정하고,
    상기 연산된 패시트의 길이 S1과 기설정된 패시트의 길이 S0의 차이의 절대값이 5mm를 초과일때, 상기 시드의 회전 속도와 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도 중 적어도 하나를 보정하고,
    상기 연산된 패시트의 길이 S1가 기설정된 패시트의 길이 S0보다 클 경우, 상기 (S1-S0)과 제1 보정계수의 곱만큼 상기 시드의 회전 속도를 감소시키고, 상기 연산된 패시트의 길이 S1가 기설정된 패시트의 길이 S0보다 작을 경우, 상기 (S1-S0)과 제1 보정계수의 곱만큼 상기 시드의 회전 속도를 증가시키는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 쵸크랄스키법으로 (111) 결정의 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 단계;
    상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경을 측정하는 단계;
    상기 실리콘 단결정 잉곳의 패시트(facet)의 길이를 연산하는 단계;
    상기 연산된 패시트의 길이로부터, 시드의 회전 속도의 보정식 및 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도의 보정식을 연산하는 단계; 및
    상기 연산 결과에 따라, 상기 시드의 회전 속도와 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 보정하는 단계를 포함하고,
    상기 실리콘 단결정 잉곳의 패시트의 길이를 측정하는 단계는, ADC(Automatic Diameter Controller) 센서를 사용하여, 일정한 주기로 상기 시드의 회전에 따른 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경 변화를 측정하고,
    상기 시드의 회전 속도가 B rpm(revolution per minute)이고, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경이 R일 때, 상기 패시트의 길이 S1은 S1=2R×sin(3B)이고, 상기 ADC 센서는 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경 변화를 1초당 10회 측정하고,
    상기 연산된 패시트의 길이 S1과 기설정된 패시트의 길이 S0의 차이의 절대값이 5mm 이하일때, 상기 시드의 회전 속도와 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 동일하게 유지하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 쵸크랄스키법으로 (111) 결정의 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 단계;
    상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경을 측정하는 단계;
    상기 실리콘 단결정 잉곳의 패시트(facet)의 길이를 연산하는 단계;
    상기 연산된 패시트의 길이로부터, 시드의 회전 속도의 보정식 및 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도의 보정식을 연산하는 단계; 및
    상기 연산 결과에 따라, 상기 시드의 회전 속도와 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 보정하는 단계를 포함하고,
    상기 실리콘 단결정 잉곳의 패시트의 길이를 측정하는 단계는, ADC(Automatic Diameter Controller) 센서를 사용하여, 일정한 주기로 상기 시드의 회전에 따른 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경 변화를 측정하고,
    상기 시드의 회전 속도가 B rpm(revolution per minute)이고, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경이 R일 때, 상기 패시트의 길이 S1은 S1=2R×sin(3B)이고, 상기 ADC 센서는 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경 변화를 1초당 10회 측정하고,
    상기 연산된 패시트의 길이 S1과 기설정된 패시트의 길이 S0의 차이의 절대값이 5mm를 초과일때, 상기 시드의 회전 속도와 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도 중 적어도 하나를 보정하고,
    상기 연산된 패시트의 길이 S1가 기설정된 패시트의 길이 S0보다 클 경우, 상기 (S1-S0)과 제2 보정계수의 곱만큼 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 감소시키고, 상기 연산된 패시트의 길이 S1가 기설정된 패시트의 길이 S0보다 작을 경우, 상기 (S1-S0)과 제2 보정계수의 곱만큼 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 증가시키는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.
  9. 삭제
  10. 제5 항에 있어서,
    상기 기설정된 패시트의 길이 S0은 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경 R의 10% 내지 30%인 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.
  11. 삭제
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