KR20030036989A - 단결정 실리콘 잉곳 제조 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초크랄스키법에 의한 단결정 실리콘 잉곳이 잉곳의 성장 말기까지 고농도의 균일한 산소 분포를 갖도록 하는 단결정 실리콘 잉곳의 제조 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은, 인상장치 내에서 단결정 실리콘 잉곳을 제조하는 방법에 있어서, 사용자가 도가니 회전 정보를 입력하면, 제어장치가 그에 대응하여 주기적으로 반복하는 소정의 모터구동 신호를 생성하여 인상장치의 도가니 회전축을 구동하는 모터에 공급하는 단계; 인상장치에 구비된 모터가 제어장치에서 출력되어 주기적으로 반복하는 소정의 모터구동 신호를 받아 회전력을 발생시키면, 인상장치에 구비된 도가니 회전축이 그에 대응하여 회전하는 단계; 및 도가니 회전축이 회전하는 동안, 제어장치에서 출력되는 잉곳 성장 제어 신호를 받는 인상장치가 실리콘 용융액에 단결정 실리콘 시드를 접촉시키면서 잉곳을 성장시키는 단계를 포함하는 것으로서, 잉곳이 잉곳의 성장 말기까지 고농도의 균일한 산소 분포를 갖도록 하여, 잉곳 내의 결함을 최소화시키고 적절한 강도를 유지하는데 필요한 고객의 고농도 산소 요구량에 대한 만족도를 향상시키는 효과가 있다.

Description

단결정 실리콘 잉곳 제조 시스템 및 그 방법{Single crystal silicon ingot manufacturing system and method thereof}

본 발명은 단결정 실리콘 잉곳의 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초크랄스키법(Czochralski method; 이하, 'CZ 법'이라 한다)에 의한 단결정 실리콘 잉곳이 잉곳의 성장 말기까지 고농도의 균일한 산소 분포를 갖도록 하는 단결정 실리콘 잉곳의 제조 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

CZ 법에 의한 단결정 실리콘 잉곳의 제조 방법은, 단결정 실리콘 인 종결정(seed)을 실리콘 용융액에 접촉시킨 다음, 도가니는 회전시키고 종결정을 천천히 인상하면서 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 방법이다.

그러나, 잉곳의 성장 시에 공정 변수에 따른 인상장치 내의 환경 변화에 따라, 잉곳의 표면 결함이나 성장 결함 발생의 원인이 되어, 잉곳의 수율과 품질에 영향을 미친다. 특히, 잉곳 내의 산소 농도는 웨이퍼의 강도 등에 영향을 미치는 중요한 요소로서, 고객은 일정이상의 산소 농도를 갖는 잉곳을 요구하는 경우가 많다.

그러나, CZ 법에 의한 종래의 단결정 실리콘 잉곳의 제조 방법에서는, 도가니 회전축에 회전력을 전달하는 모터에 가해지는 구동신호가 일정한 직류 값이기 때문에, 잉곳의 성장 시작점부터 성장 말기까지 모터가 일정한 속도로 회전하게 되어 있다. 이때, 잉곳이 성장함에 따라, 도가니 내에 존재하는 실리콘 용융액은 감소하게 되고, 실리콘 용융액이 도가니 내벽과 접촉하는 면적은 상대적으로 커지므로, 결국 산소가 도가니 내벽에 많이 존재하게 만들어, 잉곳 성장의 말기에는 잉곳으로 녹아들어 가는 산소(Oi:Oxidation-induced) 농도를 감소시켜서, 고객이 요구하는 고농도의 산소 요구량을 만족시키지 못하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하고자하여 제안된 것으로서, 초크랄스키법에 의한 단결정 실리콘 잉곳이 잉곳의 성장 말기까지 고농도의 균일한 산소 분포를 갖도록 함을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시스템은, 사용자가 입력하는 도가니 회전 정보에 대응하여 주기적으로 반복하는 소정의 모터구동 신호를 생성하여 인상장치의 도가니 회전축을 구동하는 모터에 공급하고, 잉곳 성장 제어 신호를 생성하여 인상장치의 각 부분에 공급하는 제어장치; 및 상기 제어장치에서 출력되어 주기적으로 반복하는 소정의 모터구동 신호를 받아 모터가 회전력을 발생시키면, 그에 대응하여 도가니 회전축이 회전하는 동안에, 제어장치에서 출력되는 잉곳 성장 제어 신호를 받아 실리콘 용융액에 단결정 실리콘 시드를 접촉시키면서 잉곳을 성장시키는 인상장치를 포함한다.

상기 제어장치는, 사용자가 도가니 회전 정보를 입력하면, 그에 대응하여 전기 신호로 중앙 제어부에 전달하는 입력부; 상기 인상장치 제어 신호를 생성하여 공급하며, 모터 구동부의 귀환 신호를 처리하여 에이치오티 제어부에 제어 신호를 공급하는 중앙 제어부; 상기 중앙 제어부에서 출력하는 소정의 제어 신호를 처리하여 모터 구동부에 모터구동 제어 신호를 공급하는 에이치오티 제어부; 및 상기 에이치오티 제어부에서 출력하는 소정의 제어 신호를 처리하여 모터에 주기적으로 반복하는 소정의 모터구동 신호를 공급하고, 상기 중앙 제어부에 귀환신호를 출력하는 모터 구동부를 포함한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 잉곳 성장 제어 신호를 생성하는 제어장치의 제어를 받아 잉곳을 성장시키는 인상장치 내에서 단결정 실리콘 잉곳을 제조하는 방법에 있어서,

(a) 사용자가 도가니 회전 정보를 입력하면, 상기 제어장치가 그에 대응하여 주기적으로 반복하는 소정의 모터구동 신호를 생성하여 인상장치의 도가니 회전축을 구동하는 모터에 공급하는 단계;

(b) 상기 인상장치에 구비된 모터가 상기 제어장치에서 출력되어 주기적으로 반복하는 소정의 모터구동 신호를 받아 회전력을 발생시키면, 상기 인상장치에 구비된 도가니 회전축이 그에 대응하여 회전하는 단계; 및

(c) 상기 도가니 회전축이 회전하는 동안, 상기 제어장치에서 출력되는 잉곳 성장 제어 신호를 받는 상기 인상장치가 실리콘 용융액에 단결정 실리콘 시드를 접촉시키면서 잉곳을 성장시키는 단계를 포함한다. 상기 도가니 회전 정보는, 싸인파형 전압의 주기, 진폭, 및 직류 값을 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 인상장치의 설명도.

도 2는 본 발명에 따른 제어장치의 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 단결정 실리콘 잉곳 제조 시스템의 동작 흐름도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

100: 입력부 200: 중앙 제어부

300: 에이치오티(HOT) 제어부 400: 모터 구동부

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 실시예의 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 단결정 실리콘 잉곳 제조 시스템은, 잉곳을 성장시키는 인상장치와 인상장치를 제어하는 제어장치로 이루어져 있다. 도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 단결정 실리콘 인상장치의 설명도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 단결정 실리콘 잉곳 제조를 제어하는 제어장치에 대한 블록도가 도시되어 있다.

첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 단결정 실리콘 인상장치는, 제어장치에서 출력되어 주기적으로 반복하는 소정의 모터구동 신호를 받아 모터가 회전력을 발생시키면, 그에 대응하여 도가니 회전축이 회전하는 동안에, 제어장치에서 출력되는 잉곳 성장 제어 신호를 받아 실리콘 용융액에 단결정 실리콘 시드(Seed)를 접촉시키면서 잉곳을 성장시키는 장치로서, 실리콘 시드(1), 시드(1)에 단결정이 성장된 잉곳(2), 시드 지지용 시드척(3), 시드척(3)을 인상시키는 와이어(4), 실리콘 용융액(5), 실리콘 용융액(5)을 함유하기 위한 도가니(6), 용융액을 일정 온도로 가열하기 위한 전열기(7), 및 도가니를 회전시키기 위한 도가니 회전축(8)으로 구성되어져있다.

이외에도, 와이어를 끌어올리기 위한 풀링 시스템(pulling system)과 도가니 회전축(8)에 회전력을 전달시키기 위한 모터 등이 있고, 그밖에 여러 가지 센서 등도 있으나, 여기서는 잉곳의 성장을 설명하기 위한 기본 구성만을 도시하였다.

위에 기술한 바와 같이 구성되는 인상장치에서, 잉곳을 성장시키는 방법은, 일반적으로 CZ 법이라 하고, 시드척(3)에 지지된 시드(1)를 실리콘 용융액(5)에 접촉시킴에 따라 시드(1)와 같은 방향성을 가지는 새로운 단결정이 시드(1)에 성장되고, 시드(1)에 단결정 실리콘 이 성장됨에 따라 와이어(4)를 끌어올려 새로운 단결정(ingot)이 계속하여 성장되도록 하는 방법이다. 이때, 단결정이 성장되는 동안에 전열기(7)는 용융액이 적절한 온도가 되도록 가열하고, 도가니 회전축(8)에 연결되어 있는 모터는 온도가 전체 용융액에 균일하게 되도록 도가니를 회전시키는 역할을 한다.

첨부한 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 단결정 실리콘 잉곳 제조를 제어하는 제어장치는, 사용자가 입력하는 도가니 회전 정보에 대응하여 주기적으로 반복하는 소정의 모터구동 신호를 생성하여 인상장치의 도가니 회전축을 구동하는 모터에 공급하고, 잉곳 성장 제어 신호를 생성하여 인상장치의 각 부분에 공급하는 장치로서, 사용자가 희망하는 정보를 입력받는 입력부(100), 상기 인상장치 제어 신호를 생성하여 공급하는 중앙 제어부(200), 모터구동 제어 신호를 공급하는 에이치오티(HOT: High Oxygen Technology) 제어부(300), 및 모터에 주기적으로 반복하는 소정의 모터구동 신호를 공급하는 모터 구동부(400)로 이루어져있다. 여기서, 모터 구동부(400)는 상기 인상장치에 구비되는 모터를 구동하고, 이 모터가 발생시키는 회전력은 도가니 회전축에 전달되도록 되어있다.

입력부(100)는 사용자가 도가니 회전 정보를 입력하면, 그에 대응하여 전기 신호로 중앙 제어부(200)에 전달한다. 여기서, 상기 도가니 회전 정보는, 모터에 공급할 주기적으로 반복하는 소정의 모터구동 신호인 싸인(sine) 파형 전압의 주기, 진폭, 및 직류 값 등을 말한다.

중앙 제어부(200)는 상기 인상장치 제어 신호를 생성하여 공급하며, 모터 구동부(400)의 귀환 신호를 처리하여 에이치오티 제어부(300) 제어 신호를 공급한다. 여기서, 귀환 신호는 모터 구동부(400)가 모터에 구동하는 구동 신호의 전류량 등에 대한 정보를 포함하고 있고, 중앙 제어부(200)는 이와 같은 귀환 신호를 처리하여 모터 구동부(400)가 일정 전류 이상 출력하지 못하도록 제어하거나, 모터 구동부(400)가 중앙 제어부(200)의 제어 신호에 대응하여 일치된 구동 신호를 출력하도록 제어한다.

에이치오티 제어부(300)는 상기 중앙 제어부(200)에서 출력하는 소정의 제어 신호를 처리하여 모터 구동부(400)에 모터구동 제어 신호를 공급한다.

모터 구동부(400)는 상기 에이치오티 제어부(300)에서 출력하는 소정의 제어 신호를 처리하여 모터에 주기적으로 반복하는 소정의 모터구동 신호를 공급하고, 상기 중앙 제어부(200)에 귀환신호를 출력한다.

이러한 구조로 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 단결정 실리콘 잉곳 제조 시스템의 동작을 보다 상세히 설명한다.

도 3에는 본 발명의 실시예에 따른 단결정 실리콘 잉곳 제조 시스템의 동작 흐름도가 도시되어 있다.

첨부한 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 단결정 실리콘 잉곳 제조 시스템에서는, 초기에 다른 해당 기능을 수행하다가(S101), 사용자 상기 입력부(100)를 통하여 C/R(Crucible Rotation) 세팅 모드를 요구하게 되면(S100), 사용자는 상기 입력부(100)에 C/R 세팅 값(회전수)을 입력할 수 있게 된다(S110).

이때, 사용자가 바이패스(by-pass) 모드를 입력할 경우에는(S120) 종래의 CZ 법과 같이, 상기 중앙 제어부(200)와 상기 에이치오티 제어부(300)가 사용자의 C/R 세팅 값에 따라 상기 모터 구동부(400)가 모터에 소정의 직류 전압을 공급하도록 하는 제어신호를 발생시킨다(S121).

위에서, 사용자가 상기 입력부(100)에 C/R 세팅 값을 입력한 후에(S110), 싸인파 모드를 입력할 경우에는(S130), 상기 입력부(100)를 통하여 사용자가 도가니 회전 정보를 입력하게 되는데(S131), 사용자의 도가니 회전 정보 입력이 끝나면, 상기 중앙 제어부(200)와 상기 에이치오티 제어부(300)가 사용자의 도가니 회전 정보 입력에 따라 모터에 소정의 교류 전압을 공급하도록 하는 제어신호를 발생시킨다(S132). 여기서, 도가니 회전 정보는, 모터에 공급할 주기적으로 반복하는 소정의 모터구동 신호인 싸인파형 전압의 주기, 진폭, 및 직류 값 등을 말한다.

이와 같이 발생된 제어 신호에 따라, 상기 모터 구동부(400)는 상기 인상장치에 구비되는 모터를 구동하게 되어 있고, 이 모터가 발생시키는 회전력은 도가니 회전축에 전달되도록 되어있어서, 인상장치에 구비되어 있는 도가니는 상기 주기적으로 반복하는 소정의 모터구동 신호에 따라 그 회전 속도를 가감하게 된다. 이때, 도가니 회전 속도의 가감에 따른 원심력 변화를 이용하여 실리콘 용융액(5) 중앙부로 산소가 다량 유입되도록 한 것이다. 다시 말해서, 잉곳의 성장 시작점부터 성장 말기까지 모터가 일정한 속도로 회전하게 되어있는 종래의 방식과는 달리, 잉곳이 성장함에 따라, 도가니의 회전 속도를 가감시켜서, 실리콘 용융액이 도가니 내벽과 접촉하는 면적의 변화를 줌으로써, 실리콘 용융액이 도가니 내벽에 존재하는 산소를 다시 용융액에 녹아들어 가게 하거나, 도가니 내벽에 많은 산소가 녹아 들어가는 것을 방지함으로써, 잉곳 성장의 말기까지도 잉곳로 녹아들어 가는 산소(Oi:Oxidation-induced) 농도를 크게 유지시킬 수 있는 것이다. 이에 따라, 시드(1)에 성장되는 잉곳은 길이 방향으로 고농도의 균일한 산포 분포를 갖게되고, 고객의 요구를 충분히 만족시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 모터 구동부(400)는 동작 중에 외부 환경 변화에 따라 많은 전류를 모터 쪽으로 흘려 보낼 수 있는 위험이 있는데, 이를 체크하고, 중앙 제어부(200)의 제어 신호에 대응하여 상기 모터 구동부(400)의 구동 신호가 일치되는지를 체크하기 위하여, 상기 모터 구동부(400)로부터 귀환신호가 중앙 제어부(200)로 피드백 되도록 하였다. 이와 같은 귀환 신호에 따라 상기 중앙 제어부(200)는 상기 모터 구동부(400)가 일정 전류 이상 출력하지 못하도록 제어하거나, 상기 모터 구동부(400)가 중앙 제어부(200)의 제어 신호에 대응하여 일치된 구동 신호를 출력하도록 제어한다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 단결정 실리콘 잉곳의 제조 시스템에서는, 제어장치가 사용자의 도가니 회전 정보 입력에 대응하여 주기적으로 반복하는 소정의 모터구동 신호를 생성하여 인상장치의 도가니 회전축을 구동하는 모터에 공급하고, 잉곳 성장 제어 신호를 생성하여 인상장치의 각 부분에 공급함에 따라, 상기 제어장치에서 출력되어 주기적으로 반복하는 소정의 모터구동 신호를 받아 모터가 회전력을 발생시키면, 인상장치는 그에 대응하여 도가니 회전축이 회전하는 동안에, 제어장치에서 출력되는 잉곳 성장 제어 신호를 받아 실리콘 용융액에 단결정 실리콘 시드를 접촉시키면서 잉곳을 성장시킬 수 있도록 하였다.

이상에서와 같은 본 발명의 실시예에 따른 단결정 실리콘 잉곳의 제조 시스템은, 초크랄스키법에 의한 단결정 실리콘 잉곳이 잉곳의 성장 말기까지 고농도의 균일한 산소 분포를 갖도록 하여, 잉곳 내의 결함을 최소화시키고 적절한 강도를 유지하는데 필요한 고객의 고농도 산소 요구량에 대한 만족도를 향상시키는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 사용자가 입력하는 도가니 회전 정보에 대응하여 주기적으로 반복하는 소정의 모터구동 신호를 생성하여 인상장치의 도가니 회전축을 구동하는 모터에 공급하고, 잉곳 성장 제어 신호를 생성하여 인상장치의 각 부분에 공급하는 제어장치; 및

   상기 제어장치에서 출력되어 주기적으로 반복하는 소정의 모터구동 신호를 받아 모터가 회전력을 발생시키면, 그에 대응하여 도가니 회전축이 회전하는 동안에, 제어장치에서 출력되는 잉곳 성장 제어 신호를 받아 실리콘 용융액에 단결정 실리콘 시드를 접촉시키면서 잉곳을 성장시키는 인상장치를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제어장치는,

   사용자가 도가니 회전 정보를 입력하면, 그에 대응하여 전기 신호로 중앙 제어부에 전달하는 입력부;

   상기 인상장치 제어 신호를 생성하여 공급하며, 모터 구동부의 귀환 신호를 처리하여 에이치오티 제어부에 제어 신호를 공급하는 중앙 제어부;

   상기 중앙 제어부에서 출력하는 소정의 제어 신호를 처리하여 모터 구동부에 모터구동 제어 신호를 공급하는 에이치오티 제어부; 및

   상기 에이치오티 제어부에서 출력하는 소정의 제어 신호를 처리하여 모터에 주기적으로 반복하는 소정의 모터구동 신호를 공급하고, 상기 중앙 제어부에 귀환신호를 출력하는 모터 구동부를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 시스템.
3. 잉곳 성장 제어 신호를 생성하는 제어장치의 제어를 받아 잉곳을 성장시키는 인상장치 내에서 단결정 실리콘 잉곳을 제조하는 방법에 있어서,

   (a) 사용자가 도가니 회전 정보를 입력하면, 상기 제어장치가 그에 대응하여 주기적으로 반복하는 소정의 모터구동 신호를 생성하여 인상장치의 도가니 회전축을 구동하는 모터에 공급하는 단계;

   (b) 상기 인상장치에 구비된 모터가 상기 제어장치에서 출력되어 주기적으로 반복하는 소정의 모터구동 신호를 받아 회전력을 발생시키면, 상기 인상장치에 구비된 도가니 회전축이 그에 대응하여 회전하는 단계; 및

   (c) 상기 도가니 회전축이 회전하는 동안, 상기 제어장치에서 출력되는 잉곳 성장 제어 신호를 받는 상기 인상장치가 실리콘 용융액에 단결정 실리콘 시드를 접촉시키면서 잉곳을 성장시키는 단계를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 도가니 회전 정보는,

   싸인파형 전압의 주기, 진폭, 및 직류 값

   을 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법.