KR20030081328A - 다결정 실리콘 충전물로부터 용융된 실리콘 용융체를제조하는 방법 및 장치 - Google Patents

다결정 실리콘 충전물로부터 용융된 실리콘 용융체를제조하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

결정 인상 장치의 다결정 실리콘으로부터 용융된 실리콘 용융체를 준비하는 방법 및 장치에서는 다결정 실리콘 양을 용융될 소정의 다결정 실리콘의 전체 양보다 적게 도가니 내부로 로딩하는 것이 수반된다. 도가니는, 도가니 내에서 용융된 실리콘의 상위면 위에 노출된 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드를 갖는, 부분적으로 용융된 충전물을 형성하도록 가열된다. 입상 다결정 실리콘은, 소정의 다결정 실리콘의 전체 양이 도가니 내부로 로딩될 때까지 공급기로부터 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드 상으로 공급된다. 도가니 측벽에 대한 아일랜드의 위치는, 입상 다결정 실리콘이 아일랜드 상으로 공급될 때 전자적으로 결정된다. 입상 다결정 실리콘이 공급기로부터 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드 상으로 공급되는 공급 속도는 도가니 측벽에 대한 아일랜드의 결정된 위치에 응답하여 제어된다.

Description

다결정 실리콘 충전물로부터 용융된 실리콘 용융체를 제조하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PREPARING MOLTEN SILICON MELT FROM POLYCRYSTALLINE SILICON CHARGE}
마이크로일렉트로닉스 회로 제조용으로 사용되는 대부분의 단결정 실리콘은 초크랄스키(CZ) 공정에 의해 제조된다. 이 공정에서, 단결정 실리콘 잉곳은, 도가니에서 다결정 실리콘을 용융하고, 시드 결정을 용융된 실리콘 내부에 담근 다음, 원하는 잉곳용 직경을 얻기에 충분한 방식으로 그 시드 결정을 인상하여, 그 직경에서 단결정을 성장시킴으로써 생성된다. 용융 실리콘을 형성하기 위해 용융되는 다결정 실리콘은, 지멘스(Siemenns) 공정에 의해 제조되는 전형적으로 불규칙한 형상의 청크(chunk) 다결정 실리콘이나, 또는 유동층 반응(fluidized-bed reaction) 공정에 의해 제조되는 일반적으로 구형 입상의 프리 플로우(free flowing) 다결정 실리콘이다.
도가니 내부로 청크 타입 다결정 실리콘을 초기 충전하고 이 실리콘을 용융하는 것은, 단결정 실리콘 잉곳 내부에 바람직하지 않은 불순물 및 결함을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 도가니가 전적으로 청크 다결정 실리콘으로 초기 충전될 때, 전체 충전물의 부하 하에서 청크의 에지는 도가니 벽을 긁거나 파낼 수 있어, 결과적으로 도가니가 손상되고 도가니의 입자가 실리콘 용융체(melt) 상에 부동(float)하거나 실리콘 용융체 내에 부유(suspend)할 수 있다. 이러한 불순물은 단결정 내에 형성되는 전위(dislocation) 가능성을 현저히 증가시키고, 전위 없는(dislocation-free) 단결정의 수율(yield) 및 처리속도(throughput)를 감소시킨다. 초기 로딩 동안 청크 다결정을 신중히 배열함으로써 열적 스트레스를 최소화할 수 있다. 그러나, 용융이 진행됨에 따라, 충전물이 이동하게 되고 또는 청크 다결정 실리콘의 하부가 용융되어, 용융체 위의 도가니 벽에 부착된 용융되지 않은 재료인 "행어(hanger)"나 용융체 위의 도가니 벽의 대향면들 사이를 연결하는 용융되지 않은 재료인 "브리지(bridge)"가 남을 수 있다. 충전물이 이동하거나 행어 또는 브리지가 붕괴될 때, 용융 실리콘을 튀기거나 도가니에 기계적 스트레스 손상을 가할 수 있다. 또한, 100% 청크 다결정 실리콘의 초기 로딩은 이러한 청크 재료의 불충분한 패킹 밀도로 인해 충전될 수 있는 재료 부피를 제한한다. 부피 제한은 단결정 처리속도에 직접적으로 영향을 끼친다.
CZ 도가니가 전적으로 입상 다결정 실리콘으로 초기 충전되는 경우 유사하게 문제점이 존재한다. 입상 다결정 실리콘의 낮은 열 전도성으로 인해 이 입상 다결정 실리콘을 용융하기 위해서는 많은 전력이 필요하다. 이러한 높은 용융 전력에의 노출에 의해 도가니에 유도되는 열적 스트레스는, 도가니의 왜곡을 야기하고 도가니의 입자를 느슨하게 하여 용융체 내에서 부유되도록 할 수 있다. 기계적 스트레스와 마찬가지로, 이러한 열적 스트레스로 인하여 결정 처리속도가 감소하게 된다. 100% 입상 다결정 실리콘을 포함하는 초기 충전과 관련된 다른 문제점들은 본 발명과 관련하여 이하에 개시된다. 결국, 입상 다결정 실리콘의 초기 로딩이 100% 청크 다결정 실리콘의 초기 로딩보다 부피 상으로 더 크지만, 입상 다결정 실리콘의 초기 로딩에 의해 일반적으로 전체 처리속도가 더 높아지지는 않는데, 그 이유는 도가니 상의 열적 스트레스 정도가 초기 로딩의 크기에 따라 증가하기 때문이다.
도가니가 청크 다결정 실리콘으로 로딩되거나 입상 다결정 실리콘으로 로딩되거나 간에, 많은 공정에 있어서, 도가니 내의 용융 실리콘의 양을 증가시키기 위해 공급/정량(feeding/metering) 시스템으로 다결정 실리콘을 용융체에 추가하는 것이 바람직하다. 이러한 충전(charge-up) 다결정 실리콘의 추가 로딩을 이용하는 것은 일괄(batch), 반연속 또는 연속 공정 시스템으로 알려져 있다. 예를 들어, 일괄 시스템에서는, 초기 다결정 실리콘 충전물이 용융된 후 체적의 감소에 비추어 최대한의 도가니 용량에 이르도록 추가 다결정 실리콘이 기존의 용융체 내에 로딩될 수 있다.
이러한 목적을 위해, 공동 양도된(co-assigned) 미국특허번호 제5,888,993호는, 다결정 실리콘, 바람직하게는 청크 다결정 실리콘이 도가니 내에 로딩되고 부분적으로 용융되어, 용융 실리콘 및 이 용융 실리콘 위에 연장된 상위 표면 갖는 비용융 실리콘(비용융 실리콘의 아일랜드라 함)을 형성하는, 다결정 실리콘 충전물로부터 용융 실리콘을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 입상 다결정 실리콘은, 다결정 실리콘의 원하는 전체 양이 도가니 내에 로딩될 때까지, 노출된 비용융 실리콘 상으로 공급된다. 그 후, 입상 다결정 실리콘 및 비용융 실리콘은 용융 실리콘을 형성하도록 완전히 용융된다. 이 방법에 의해 단결정 실리콘 잉곳의 제조 동안 무결함 수율, 처리속도 및 평균 핫 사이클 시간(mean hot cycle time)이 개선된다.
그러나, 이 공정의 성공적인 수행을 위해서는, 입상 다결정 실리콘이 비용융 실리콘 상으로 공급될 때 조작자가 관측에 기초하여 도가니 내의 비용융 실리콘의 아일랜드의 크기를 수동적으로 관측하고 제어해야 한다. 아일랜드의 크기는, 측면 및 저면의 히터 전력과, 입상 다결정 실리콘이 아일랜드 상으로 공급되는 공급 속도를 변경함으로써 제어된다. 예를 들어, 아일랜드가 너무 커지면, 아일랜드가 도가니 벽에 연결되는 것에 주의하여 조작자가 공급 속도를 줄이게 된다. 아일랜드가 너무 작으면, 입상 다결정이 바람직하지 않게 용융체 내에 직접 떨어질 위험이 있기에 조작자가 공급 속도를 증가시키게 된다. 이에 따라 조작자 및 용융 공정 동안 조작자가 주의하는 정도의 차이로 인해 결정 품질의 상당한 가변성이 발생한다.
발명의 개요
본 발명의 여러 목적 및 특징 중, 결정 인상 장치에서 다결정 실리콘으로부터 실리콘 용융체를 제조하는 방법 및 장치의 제공; 결정 품질의 일관성을 증가시키는 방법 및 장치의 제공; 다결정 실리콘이 결정 인상 장치의 도가니 내에 공급되는 속도를 자동 제어하는 방법 및 장치의 제공; 결정 인상 장치의 처리속도를 증가시키는 방법 및 장치의 제공; 및 효율적이고 경제적으로 수행될 수 있는 방법과 경제적으로 적합하고 상업적으로 실용적인 장치의 제공이 주목된다.
일반적으로, 결정 인상 장치에서 다결정 실리콘으로부터 실리콘 용융체를 제조하는 본 발명의 방법은, 다결정 실리콘을 도가니 내에 로딩하는 단계를 포함한다. 도가니 내에 로딩되는 다결정 실리콘의 양은 실질적으로 도가니에서 용융될 수 있는 소정의 다결정 실리콘의 전체 양보다 적다. 그 후, 도가니는 도가니 내에 부분적으로 용융된 충전물을 생성하기 위해 다결정 실리콘을 용융하도록 가열된다. 부분적으로 용융된 충전물은, 상위 표면을 갖는 용융 실리콘과 용융 실리콘의 상위 표면 위에 노출된 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드를 포함한다. 입상 다결정 실리콘은, 다결정 실리콘의 소정의 전체 양이 도가니 내에 로딩될 때까지 공급기(feeder)로부터 도가니 내 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드 상으로 공급된다. 도가니의 측벽에 대한 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 위치는 전자적으로 결정되는데, 이 단계는 입상 다결정 실리콘이 도가니의 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드 상으로 공급될 때 수행된다. 입상 다결정 실리콘이 공급기로부터 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드 상으로 공급되는 공급 속도는, 용융 실리콘의 상위 표면에서 도가니의 측벽에 대한 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 결정 위치에 응답하여 제어된다.
다른 실시예에서, 초크랄스키법에 따라 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위해 사용되는 결정 인상기(crystal puller)에서 다결정 실리콘으로부터 실리콘 용융체를 제조하는 본 발명의 장치는, 도가니 내에 상위 표면을 갖는 용융 실리콘과 용융 실리콘의 상위 표면 위에 노출된 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드를 포함하는 부분적으로 용융된 충전물을 도가니 내에 형성하도록, 도가니의 다결정 실리콘을용융하기 위해 결정 인상기의 도가니를 가열하는 히터를 포함한다. 공급기는 입상 다결정 실리콘을 도가니의 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드 상으로 공급하도록 적응된다. 카메라는 적어도 도가니의 일부, 용융 실리콘 및 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 비디오 이미지 신호를 생성하도록 구성된다. 비전 시스템이 제공되어 도가니의 측벽에 대한 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 위치를 비디오 이미지 신호로부터 전자적으로 결정할 수 있다. 공급기는 비전 시스템과 전자적으로 통신하고 도가니의 측벽에 대한 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 결정된 위치에 응답하여, 입상 다결정 실리콘이 공급기로부터 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드 상으로 공급되는 공급 속도를 제어한다.
본 발명은 일반적으로 단결정 실리콘 생성에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 다결정 실리콘으로부터 용융된 실리콘 용융체를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 다결정 실리콘으로부터 실리콘 용융체를 제조하기 위한 본 발명의 장치를 포함하는 결정 인상기의 개략적인 도면.
도 2는 도 1의 장치의 제어 유닛 및 카메라의 블록도.
도 3은 다결정 실리콘으로부터 실리콘 용융체를 제조하기 위한 본 발명의 방법에 따라 도 2의 제어 유닛의 동작을 나타내는 흐름도.
도 4는 입상 다결정 실리콘이 다결정 실리콘의 부분적으로 용융된 충전물 상으로 공급되는 것을 도시하는 결정 인상기의 부분 단면도.
대응하는 참조 부호는 도면 전체에 걸쳐 대응하는 부분을 나타낸다.
도면, 특히 도 1을 참조하면, 본 발명의 장치는 일반적으로 초크랄스키법에따라 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는데 사용되는 종류의, 도면부호 23으로 표시된, 결정 인상기와 함께 사용되는 것으로 도시되어 있다. 결정 인상기(23)는 결정 성장 챔버(27)를 포함하는 내부를 분리하기 위한, 일반적으로 25로 표시된, 하우징을 포함한다. 석영 도가니(29)는 성장 챔버(27)내에 지지되며 단결정 실리콘 잉곳이 성장되는 용융 반도체 소스 재료(M)를 포함한다. 히터 전원(39)은 도가니에서 용융 실리콘(M)을 형성하기 위해 도가니(29)를 둘러싸는 저항 히터(41)에 에너지를 공급한다. 절연체(43)는 하우징(25)의 내벽에 늘어선다. 도가니 구동 유닛(31)은 화살표로 표시된 바와 같이 도가니(29)를 시계 방향으로 회전시키고 성장 공정 동안 도가니를 승강시켜, 결정 잉곳(C)이 성장되고 소스 재료가 용융체로부터 제거될 때, 용융 소스 재료(M)의 표면을 일반적으로 일정한 레벨로 유지한다.
인상 메카니즘은 인상 샤프트를 승강하고 회전시킬 수 있는 결정 구동 유닛(35)으로부터 아래쪽으로 연장되는 인상 샤프트(33)를 포함한다. 결정 인상기(23)는 인상기 종류에 따라 샤프트(33) 이외의 인상 선(pull wire: 도시하지 않음)을 가질 수 있다. 인상 샤프트(33)는 단결정 잉곳(C)을 성장시키는데 사용되는 시드 결정(도시하지 않음)을 유지하는 시드 결정 척(chuck: 37)에서 종단된다. 초크랄스키 결정 성장 공정에 따라, 결정 구동 유닛(35)은 인상 샤프트(33)를 도가니(29)의 방향과 반대 방향으로 회전시킨다. 도 1에 도시한 바와 같이, 관측 카메라(45)는 잉곳(C)의 성장을 감시하기 위해 인상기 하우징(25)의 관측 포트(47) 내에 장착된다.
입상 다결정 실리콘을 포함하고 있는 공급기(51)는, 결정 인상기(23)에 의해지지되며, 입상 다결정 실리콘을 도가니(29) 내에 공급하기 위해 인상기 하우징(25)을 통해 성장 챔버(27) 내로 아래쪽으로 연장되며 공급기에 종속되어 있는 석영으로 만들어진 피드 튜브(53)를 갖는다. 피드 튜브(53)는, 입상 다결정 실리콘을 도가니 내에 공급하기 위해 도가니(29)에 걸쳐 피드 튜브의 출구(55)가 배치된 공급 위치(도 4 참조)와 잉곳(C)의 성장 동안 피드 튜브가 도가니로부터 떨어져 위치하는 비공급(non-feeding) 위치(도시하지 않음) 사이에서 선택적으로 위치 결정하도록 성장 챔버(27) 내에서 이동가능하다. 제어 유닛(57)은, 결정 인상기의 동작을 제어하기 위해 도가니 구동 유닛(31), 결정 구동 유닛(35), 및 히터 전원(39)과 같은 인상기(23)의 다양한 동작 구성 요소에 전기적으로 연결된다. 이하 좀 더 상세히 설명된 정도 이외의 결정 인상기(23)의 일반적인 구성 및 동작은, 당업자에게 공지되어 있기에 더 설명하지 않는다.
도 1을 더 참조하면, 본 발명의 장치는 일반적으로 61로 표시되고 부분적으로 공급기(51) 및 제어 유닛(57)을 포함한다. 제어 유닛(57)은 공급기의 동작을 자동 제어하기 위해 공급기(51)와 전기적으로 통신한다. 그러나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 결정 인상기(23)의 다양한 구성 요소의 동작을 제어하는데 사용되는 제어 유닛(57)으로부터 분리된 제어 유닛(도시하지 않음)이 공급기(51)의 동작을 제어하도록 사용될 수 있다. 또한, 장치(61)는 도가니(29) 및 용융 동안 도가니의 내용물을 연속적으로 감시하기 위해 제어 유닛(57)과 전기적 통신하는, 결정 인상기(23)의 하우징(25) 상에 장착된 2차원 카메라(63)를 포함한다. 카메라(63)는 결정 인상기 하우징(25)의 관측 포트(65) 내에 장착되며 일반적으로 인상기의 중심축(X)과 도가니의 용융 실리콘의 상위 표면(U)의 교차점에 초점이 맞춰져 있다.
예를 들어, 카메라(63)는 결정 인상기(23)의 중심축(X)에 대하여 약 15°내지 34°의 각도로 장착될 수 있다. 카메라(63)는 바람직하게는 768x494 화소의 해상도를 갖는 소니 XC-75 CCD 비디오 카메라와 같은 모노크롬 전하 결합 장치(CCD) 카메라이다. 다른 적절한 카메라(63)로는 Javelin SmartCam JE 카메라가 있다. 카메라(63)에는, 바람직하게는 적어도 도가니(29) 측벽(67)의 일부(도 4 참조), 용융 실리콘의 표면(U) 위에 노출된 비용융 실리콘(I)의 주변 에지, 및 노출된 비용융 실리콘과 도가지 측벽 사이의 용융 실리콘(M)을 포함하는 이미지를 생성하기 위해 충분히 넓은 관측 범위를 제공하는 렌즈(도시하지 않음)가 장착된다. 다른 예로서, 본 명세서에서 설명하는 바람직한 실시예의 카메라(63)는 도가니(29) 및 그 내용물의 약 50% 내지 75%를 관측하도록 장치된다. 도가니(29) 및 그 내용물은 본질적으로 자기 조명(self-illuminating)되므로, 카메라(57)용 외부 광원이 필요하지 않다.
도 2는 제어 유닛(57)의 바람직한 실시예를 블록도로 도시한다. 카메라(63)는 라인(69)(예를 들어, RS-170 비디오 케이블)을 통해 비디오 이미지를 비전 시스템(71)에 전달한다. 비전 시스템은 비디오 이미지 프레임 버퍼(73) 및 비디오 이미지를 캡쳐하고 처리하기 위한 이미지 프로세서(75)를 포함한다. 일 예로서, 비전 시스템(71)은 CX-100 Imagination Frame Grabber 또는 Cognex CVS-4400 비전 시스템이다. 또한, 비전 시스템(71)은 라인(79)을 통해 프로그래밍 가능한 로직 제어기(PLC; 77)와 통신한다. 바람직한 일실시예에서, PLC(77)는 텍사스 인스투르먼트 사가 제조한 모델 575 PLC 또는 모델 545 PLC이며, 라인(79)은 통신 인터페이스(예를 들어, VME 백플레인 인터페이스)를 나타낸다.
또한, 비전 시스템(71)은 카메라(63)에 의해 생성되는 비디오 이미지를 표시하기 위해 라인(83)(예를 들어, RS-170 RGB 비디오 케이블)을 통해 비디오 디스플레이(81)와 통신하고, 비전 시스템을 프로그래밍하는데 사용되는 라인(91)(예를 들어, RS-232 케이블)을 통해 컴퓨터(89)와 통신한다. 도 2에 도시한 바와 같이, PLC(77)는 라인(87)(예를 들어, RS-485 케이블)을 통해 하나 이상의 프로세스 입/출력 모듈(85)과 통신한다. 프로세스 입/출력 모듈(85)은 공급기의 동작을 자동 제어하기 위해 공급기(51)로 통하는 경로를 제공한다. 또한, 조작자 인터페이스 컴퓨터(93)는 결정 인상기 조작자가 원하는 동작 파라미터를 PLC에 입력 및/또는 결정 인상기(23)의 동작 동안 PLC로부터 동작 정보를 검색할 수 있도록 하는 라인(95)(예를 들어, RS-232 케이블)을 통해 PLC와 통신한다.
도 3을 참조하면, 용융된 실리콘 용융체를 제조하는 본 발명의 방법은, 본 발명의 장치(61)를 사용하여 공급기(51)의 폐루프 제어를 제공하기 위해 일반적으로 101로 표시된 흐름도에 따라 진행된다. 단계(103)에서 시작하여, 제어 유닛(57)을 포함하는 결정 인상기(23)는 소정의 파라미터 설정값으로 초기화되며, 이하 더 상세히 설명되겠지만, 이러한 설정값은 제어 유닛의 PLC(77) 내에 미리 코딩되어 있거나 조작자 인터페이스 컴퓨터(93)를 통해 PLC에 입력된다. 초기화 단계(103)의 일부로서, 그리고 본 명세서에 참고로 그 내용이 포함되어 있는, 공동-양도된(co-assigned) 미국특허번호 제5,588,993호에 개시된 다결정 실리콘을 도가니(29) 내에 로딩하는 바람직한 방법에 따라, 소정 양의 다결정 실리콘이 도가니 내에 로딩된다. 초기 로딩용으로 입상 다결정 실리콘 또는 청크 다결정 실리콘이 사용될 수 있지만, 청크 다결정 실리콘이 일반적으로 선호된다. 초기 로딩용으로 입상 다결정 실리콘을 사용하는 경우 비교적 낮은 생산 수율 및 단결정 실리콘 잉곳(C)내에 형성되는 많은 보이드 결함 발생이 야기될 수 있다. 입상 다결정 실리콘은 도가니(29)의 저면에서 아르곤 또는 수소와 같은 가스들을 포획(trap)하고, 이러한 가스는 이후에 결정 성장 동안 실리콘(M) 용융체 내에 기포(bubble)로서 방출되는 것으로 여겨진다. 일부 기포는 결정 성장 인터페이스에서 결정(C)에 부착되어, 보이드 결함을 형성하게 된다. 초기 로딩용으로 청크 다결정 실리콘을 사용하는 경우 이러한 보이드 결함이 형성되는 것을 피할 수 있고, 일반적으로 보다 높은 생산 수율을 얻게 된다.
도가니(29) 내에 초기에 로딩되는 다결정 실리콘의 소정 양은 바람직하게는 단결정 실리콘 잉곳(C)의 품질 및 생산 처리속도에 대하여 최적화된다. 너무 많은 청크 다결정 실리콘이 도가니(29) 내에 로딩되면, 높은 기계적 스트레스가 발생하고, 또한 충전물 이동(charge shifting) 또는 브리지(bridge)나 행어(hanger) 형성 가능성이 증가하게 된다. 또한, 경제적 이용가능성이나 입상 다결정 실리콘을 선호하는 다른 요소들은 초기 로딩시 청크 다결정 실리콘 양의 최소화를 도모할 수 있다. 그러나, 너무 적은 청크 다결정 실리콘이 도가니(29) 내에 로딩되면, 충전물을 용융하는데 훨씬 더 많은 양의 전력이 필요하다. 이러한 더 많은 전력 사용과 관련된 도가니 측벽(67)의 보다 높은 온도로 인하여 때이른 도가니(29)의열화(degradation)가 발생할 수 있다. 이러한 요소 뿐만 아니라, 초기 로딩 크기는 도가니 설계, 핫존 설계 및 제조되는 결정 생산물의 종류에 따라서도 변경된다. 예를 들어, 22 인치 도가니(29)를 사용하는 100kg 전체 충전물에서, 40 내지 65kg의 청크 다결정 실리콘의 초기 로딩이 바람직하고, 50 내지 60kg의 로딩이 더 바람직하며, 55kg 로딩이 가장 바람직하다.
또한, 초기화(103) 동안, 제어 유닛(51)은, 도가니(29) 내에 초기에 로딩되는 다결정 실리콘의 용융을 개시하기 위해 인상기 하우징(25) 내의 히터(41)를 기동하도록 히터 전원(39)에 에너지를 공급한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 다결정 실리콘의 초기 용융으로 인하여 용융 실리콘(M) 및 비용융 다결정 실리콘 모두를 포함하는 부분적으로 용융된 충전물이 도가니 내에 형성된다. 도가니에 의해 방사되는 열 때문에, 다결정 실리콘은 도가니의 중심에서 보다 도가니의 측벽에 가까워질수록 점차 더 빠르게 용융되는 경향이 있다. 그 결과, 용융체 표면(U) 또는 용융체 레벨을 갖는 용융 실리콘(M)은 비용융 다결정을 둘러싸기 시작하며, 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드(I)는 용융 실리콘의 용융체 표면 위에 적어도 부분적으로 노출된다. 아일랜드(I)는 도가니의 측벽에 가까운 곳에서 시작되거나 심지어 도가니 측벽과 접촉할 수 있으며, 결국 아일랜드의 주변 에지가 용융될 때 줄어들어 용융 실리콘의 일부로 된다.
단계(105)에서, 초기 로딩된 다결정 실리콘이 용융될 때, 비전 시스템(71)의 프레임 버퍼(73)는 이미지 프로세서(75)에 의해 처리되도록 카메라(63)의 비디오 이미지 신호로부터 이미지를 획득한다. 바람직한 실시예에서는, 도가니 (및 도가니 내의 비용융 다결정 실리콘)가 결정 인상기(23)의 중심축(X)에 대하여 회전할 때, 도가니(29)에 대한 다양한 주변 위치들로부터 용융 다결정 실리콘을 감시하기 위해, 이미지는 예컨대 분당 약 10회(즉, 매 6초마다)와 같이 비연속적으로 획득되고 비전 시스템(71)에 의해 처리된다.
획득된 이미지는 복수의 화소(도시하지 않음)를 포함하며, 각 화소는 그 이미지의 검출된 광학 특성을 나타내는 값을 갖는다. 이 경우, 화소값, 또는 그레이 레벨은 그 화소의 광 강도에 대응한다. 단계(107, 109)에서, 이미지 프로세서(75)는, 용융체 표면(U)에서 도가니 측벽(67)의 위치, 또는 에지를 결정하고, 일반적으로 도가니 측벽의 결정된 위치에 대하여 횡방향으로 내부로 향하는 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드(I)의 주변 에지를 결정하기 위해, 이미지를 화소값의 함수로서 처리한다. 이러한 방식으로 에지의 위치를 결정하는 것을 에지 검출 방법이라 한다. 에지는, 일반적으로 비교적 좁은 공간적 영역에 걸쳐 그레이 레벨에 비교적 큰 변화가 있는 이미지 내의 영역으로서 규정된다. 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 주변 에지 및 용융체 표면(U)에서 도가니 측벽(67)에 대응하는 화소는, 아일랜드와 도가니 측벽 사이의 용융 실리콘(M) 및 비용융 실리콘의 아일랜드(I)의 중심부 보다 훨씬 더 높은 그레이 레벨, 또는 화소값을 갖는다(즉, 더 밝게 보인다).
보다 상세하게, 단계(107)에서, 이미지 프로세서(75)는, 프레임 버퍼(73)에 의해 캡쳐된 이미지의 관심 대상인 적어도 2개의 경계 영역(도시하지 않음)을 규정한다. 관심 대상인 이러한 영역들은, 윈도우 영역 또는 에지 위치 결정 기구라고도 불리며, 일반적으로 관심 영역내에서 기지의 화소 수로 둘러싸인 이미지에 대하여 기지의 좌표 세트를 갖는 직사각형 윈도우의 형태를 갖는다. 이미지 내의 각 윈도우 영역의 위치는 위치 결정되는 에지의 추정 위치에 기초한다. 예를 들어, 본 발명의 하나의 윈도우 영역은, 이 윈도우 영역 내의 용융체 표면(U)에서 도가니 측벽의 좌표 위치를 검출하기 위해 도가니 측벽(67)의 외부로부터 측벽을 통해 도가니(29) 내의 용융 실리콘(M) 내로 횡방향으로 연장된다. 이 윈도우는, 이하 더 상세히 설명되겠지만, 도가니 측벽(67)으로부터 수평방향 내부로 향하는 아일랜드(I)의 주변 에지의 소정의 최소 간격보다 실질적으로 더 적은 거리만큼 용융 실리콘(M) 내 수평방향으로 연장되어, 아일랜드의 주변 에지는 이 윈도우 영역 내에서는 검출되지 않을 것이다. 기지의 좌표로 둘러싸인 윈도우 영역 내에 에지(예를 들어, 용융체 표면에서의 도가니 측벽)를 위치 결정함으로써, 그 위치 결정된 에지의 좌표를 결정할 수 있다. 제2 윈도우 영역은, 이 윈도우 내의 아일랜드의 주변 에지를 검출하기 위해, 도가니 측벽(67)의 내부로부터, 즉 용융 실리콘(M) 내로부터 비용융 실리콘의 아일랜드(I)를 덮기에 충분한 거리만큼 수평방향 내부로 연장된다. 2개의 개별적인 윈도우 영역이 바람직하지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 도가니(29)와 아일랜드(I)의 주변 에지를 통해 연장되도록 크기 조절된 하나의 윈도우 영역을 사용하는 것을 고려할 수 있다.
단계(109)에서, 에지 검출 연산자는 이전 단계에서 규정된 윈도우 영역들을 사용하여 용융체 표면(U)에서의 도가니 측벽(67)의 좌표 위치 및 아일랜드(I)의 주변 에지의 좌표 위치를 결정하도록 수행된다. 이미지 내의 에지를 찾기 위한 다양한 에지 검출 연산자, 또는 알고리즘은 당업자에게 잘 알려져 있다. 예를 들어,적절한 에지 검출 루틴은 Canny 또는 Hough 알고리즘을 포함한다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 도가니 측벽(67) 및 비용융 실리콘의 아일랜드(I)의 에지들을 광학적으로 위치 결정하기 위해 강도 뿐만 아니라, 강도 구배, 컬러 또는 콘트라스트와 같은 이미지의 다른 특징들이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
이미지 프로세서(75)는 도가니 측벽(67) 및 아일랜드(I)의 주변 에지의 결정된 좌표 위치를 PLC(77)에 보고한다. 단계(111)에서, PLC는, 도가니 측벽(67) 및 아일랜드(I)의 주변 에지의 결정된 좌표 위치에 기초하여, 도가니 측벽으로부터 비용융 실리콘의 아일랜드의 수평 간격을 결정하기 위해 루틴을 동작한다. 그 후, 단계(113)에서, 비용융 실리콘의 아일랜드의 수평방향 크기 변동을 필터링하기 위해, 도가니 측벽(67)으로부터 아일랜드(I)의 시간 평균화된 수평 간격이 연속 시간 증분의 소정 수, 예를 들어, 100에 걸쳐 계산된다. 설명된 실시예에서, 수평 간격은, 아일랜드(I)의 주변 에지 및 도가지 측벽(67) 사이의 화소 수의 관점에서, 즉, 아일랜드의 주변 에지의 수평 좌표로부터 감산된 도가니 측벽의 수평 좌표에 대하여 계산된다. 바람직한 실시예에서, 각 화소는 소정 길이, 예를 들어 약 1mm 단위에 대응한다.
단계(115)에서, PLC(77)는 도가니 (29) 내로 다결정 실리콘의 추가 공급이 개시되었는지 여부를 결정한다. 개시되지 않았다면, PLC는 히터(41)의 전력 상승을 뒤따르는 소정의 초기 용융 시간 주기가 경과하였는지 여부를 결정한다(단계 117). 용융 실리콘에 의해 둘러싸이는 비용융 실리콘의 아일랜드(I)를 형성하기 위해 도가니 내에 초기에 로딩되는 다결정 실리콘의 부분 용융이 가능하도록 초기용융 시간은 충분해야 한다. 바람직한 실시예에서, 초기 용융 시간은 약 3시간이다. 초기 용융 시간이 경과하지 않았다면, 초기 로딩된 다결정 실리콘의 용융이 계속되고 공정은 단계(119)로 진행하게 되며 여기서 PLC(77)는 이전 단계들을 반복하기 전에 그 다음 시간 증분값(예를 들어, 6초)을 위해 대기한다.
일단 초기 용융 시간이 경과하게 되면, PLC(77)는, 단계(121)에서 도가니 측벽(67)으로부터 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드(I)의 시간 평균된 수평 간격이 도가니(29)에 다결정 실리콘의 추가 공급이 개시될 수 있는 간격을 넘는 소정의 최소 간격을 초과(즉, 아일랜드(I)가 충분히 수축되어 아일랜드의 주변 에지는 도가니 측벽으로부터 안쪽으로 필요한 거리만큼 떨어지게 됨) 하는지 여부를 결정한다. 예를 들어, 바람직한 실시예에서, 공급기(51)를 동작시키기 위한 소정의 최소 간격은 110 화소이다(즉, 바람직한 실시예에서 110mm이다). 초기 용융 시간이 경과하고 도가니 측벽(67)으로부터 아일랜드(I)의 소정 최소 간격이 초과될 때, 제어 유닛(57)은 단계(123)에서, 다결정 실리콘의 전체 양이 도가니(29) 내에 로딩될 때까지, 입상 다결정 실리콘을 공급 튜브(53)를 통해 비용융 실리콘의 아일랜드(I) 상으로 공급하기 위해 입/출력 모듈(85)을 통해 공급기(51)에 신호를 전달한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 입상 다결정 실리콘은, 일반적으로 아일랜드가 도가니와 함께 회전할 때 아일랜드의 주변 에지를 향하여 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드(I) 상으로 공급된다. 입상 다결정 실리콘을 아일랜드(I)의 중심 상으로 공급하는 것이 가능하지만, 아일랜드의 주변 에지 상으로 공급하는 것이 보다 바람직한, 더 넓고 편평한 아일랜드를 형성하게 되며 따라서 더 바람직하다. 본 발명의방법에서, 입상 다결정 실리콘은 10kg/hr의 초기 공급 속도로 아일랜드(I) 상으로 공급된다. 아일랜드(I) 상으로 공급되는 입상 다결정 실리콘에 대하여 도가니(29) 내로 초기 로딩된 다결정 실리콘의 무게 비율은 바람직하게는 약 2:3 내지 약 2:1이고, 더 바람직하게는 약 1:1 내지 3:2이다. 상기 논의된 실시예에서, 22 인치 도가니의 100kg 전체 충전물에 대해서, 55kg의 청크 다결정 실리콘 로딩이 가장 바람직하며, 이 때 전체 충전물의 나머지(45kg)는 비용융 다결정 실리콘의 노출된 아일랜드(I) 상으로 입상 다결정 실리콘으로서 공급된다. 입상 다결정 실리콘은 일반적으로 공급하기 쉬우며, 결과적으로 청크 다결정 실리콘과 비교할 때 보다 균등한 체류 시간(residence time)을 갖는다. 바람직하게는, 입상 다결정 실리콘은 먼지가 없으며 입자(granule)의 90%(중량)는 약 400㎛ 내지 약 1400㎛ 범위에 있는 크기 분포를 갖는다.
도가니(29) 내의 다결정 실리콘이 계속 용융될 때, 공급기(51)로부터의 입상 다결정 실리콘은 입자들이 용융 실리콘(M) 내에 담궈지기 전에 용융체 표면(U) 위에 아일랜드(I)를 계속 형성한다. 입상 다결정 실리콘의 입자가 아일랜드(I) 상에 상주하는 동안, 입자의 온도는, 입상 다결정 실리콘이 비용융 다결정 실리콘의 표면 상에 상주하는 동안 그리고 용융 실리콘(M) 내에 담궈지기 전에 충분히 탈수되는 방식으로 급격히 상승한다. 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드(I) 상으로 입상 다결정 실리콘이 공급되는 동안, 제어 유닛(57)은, 용융 실리콘(M)의 상위 표면에서 도가니 측벽(67)으로부터 아일랜드(I)의 주변 에지의 평균 수평 간격을 결정하기 위해 소정의 시간 간격으로 이미지를 계속 획득하여(단계 105) 단계(107 내지113)에 따라 그 이미지를 처리한다.
단계(125)에서, PLC(77)는, 도가니 측벽(67)으로부터 아일랜드(I)의 주변 에지 사이의 평균 수평 간격이 소정의 허용가능한 범위, 예를 들어, 100 내지 120 화소(예를 들어, 100mm 내지 120mm) 내에 있는지 여부를 결정한다. 평균 수평 간격이 이 범위를 초과하면, 아일랜드(I)는 바람직하지 않게 작아지며, 이에 따라 입상 다결정이 용융체 내에 직접 떨어지거나 용융이 급속히 진행되어 탈수가 발생하지 않을 위험이 증가한다. PLC(77)는, 입상 다결정 실리콘이 공급기(51)로부터 공급되는 현재 공급 속도가 이미 소정의 최대 공급 속도, 예를 들어 25kg/hr에 도달하였는지 여부를 결정하기 위해 단계(127)로 진행한다. 도달하였다면, 공급 속도를 조절하지 않는다. 도달하지 않았다면, PLC(77)는 5kg/hr와 같이 소정의 증분값 만큼 공급 속도를 올리도록 입/출력 모듈(85)을 통해 공급기(51)에 지시한다. 단계(131)에서 결정되는 바와 같이 수평 간격이 허용가능한 범위 미만이 되면, 아일랜드(I)는 바람직하지 않게 커진다. 단계(133)에서, PLC는, 입상 다결정 실리콘이 공급기(51)로부터 공급되는 현재 속도가 이미 공급기의 최소 공급 속도에 도달하였는지 여부를 결정한다. 도달하였다면, 공급 속도를 조절하지 않는다. 도달하지 않았다면, PLC(77)는 5kg/hr와 같이 소정의 증분값 만큼 공급 속도를 내리도록 입/출력 모듈(85)을 통해 공급기(51)에 지시한다.
최종 용융 실리콘 내의 다량의 전체 실리콘이 도가니(29) 내에 충전될 때까지 공급을 계속하고, 충전이 완료되었을 때 공급기는 입상 다결정을 도가니 내에 공급하는 것을 중단하도록 지시받는다. 단계(137)에 따라, 공급이 계속되는 한,로직은 그 다음 증분값이 도달하고 흐름이 반복될 때까지 단계(119)로 복귀한다. 입상 다결정 실리콘의 공급이 완료된 후, 도가니(29) 내의 다량의 실리콘은 용융 실리콘(M)이며, 비교적 적은 양의 응고된 실리콘 덩어리가 남아 있다. 입상 다결정 실리콘 및 비용융 다결정 실리콘은, 총괄하여 남아있는 응고된 실리콘 덩어리를 포함하며, 용융 실리콘을 형성하도록 더 용융된다.
상기한 본 발명의 방법 및 장치(61)에서, 용융체 표면(U)에서 도가니 측벽(67)에 대한 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드(I)의 위치를 전자적으로 결정하기 위해 에지 검출 방법을 수행한다. 그러나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 도가니 측벽(67)에 대한 아일랜드(I)의 상대 위치를 결정하기 위해 또는 입상 다결정 실리콘이 도가니에 공급되는 속도가 증가 또는 감소되어야 하는지를 결정하기 위해 다른 적절한 방법이 사용될 수 있다. 이러한 다른 방법은, 에지 검출 방법의 대안으로서, 또는 에지 검출 방법과 함께 도가니 측벽(67)에 대한 아일랜드(I)의 상대 위치의 이중 체크 방법으로서 사용될 수 있다.
예를 들어, 이러한 방법은, 도가니 측벽(67)을 용융 실리콘(M)의 상위 표면(U)에 위치시키고, 도가니 측벽으로부터 아일랜드(I)의 원하는 최대 수평 간격에 근접하는 거리(예를 들어, 120mm)만큼 나란히 도가니 측벽으로부터 안쪽 측벽으로 연장되는 복수의 경계 영역(예를 들어, 10개)을 규정한다. 각 박스는 수평방향으로 소정의 화소수 만큼 연장한다(span). 이미지 프로세서(75)는, 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 주변 에지가 어느 박스 내에 위치하는지를 검출한다.
도가니 측벽(67)과 아일랜드(I)의 주변 에지가 검출되는 박스 사이의 박스각각에 대응하는 화소 수는, 도가니 측벽으로부터 아일랜드의 수평 간격을 결정하기 위해 합산된다.
또한, 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드(I)의 상대 위치는, 설명된 실시예에서 일반적으로 도가니 측벽(67)으로부터 수평방향 내부로 이격되도록 아일랜드의 주변 에지를 위치시킴으로써 결정된다. 그러나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 도가니(29)의 측벽(67)에 대한 아일랜드(I)의 위치를 결정하기 위해 다른 방법이 이용될 수 있다. 예를 들어, 아일랜드(I)의 단면 폭을 결정하여 도가니 측벽(67)의 내부 직경과 비교할 수 있다. 도가니 측벽(67)의 내부 직경은, 미리 정해져 PLC(77)에서 인코딩될수 있고, 또는 시간 함수로서 계산될 수 있으며, 또는 에지 검출 방법 또는 다른 적절한 방법을 이용하여 각 시간 단계마다 결정될 수 있다. 다른 예로서, 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드(I)의 표면 영역이 결정되어 도가니(29의 단면 영역과 비교될 수 있다. 도가니(29)의 단면 영역은 미리 정해져 PLC(77)에서 인코딩될 수 있고, 또는 또는 시간 함수로서 계산될 수 있으며, 또는 각 시간 단계마다 결정될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 여러 목적들이 달성된다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 또는 그 양호한 실시예에 의한 구성요소들을 도입할 때, '하나'(a 또는 an), '그'(the) 또는 '상기'(said)라는 관사들은 구성요소의 하나 또는 그 이상이 있다는 것을 의미한다. '포함하는'(comprising), '구비하는'(including) 및 '갖는'(having)은 포괄적인 의미로 고려되어야 하고 서술된 구성요소들 외의 다른 구성요소가 있을 수도 있는 것을 의미한다.

Claims (13)

  1. 결정 인상 장치에서 다결정 실리콘으로부터 용융된 실리콘 용융체를 제조하는 방법에 있어서,
    다결정 실리콘을 도가니 내에 로딩하는 단계 - 상기 도가니 내에 로딩되는 다결정 실리콘의 양은 상기 도가니에서 용융되는 소정의 다결정 실리콘의 전체 양보다 실질적으로 적음 -;
    상기 도가니 내에 부분적으로 용융된 충전물을 형성하기 위해 상기 도가니 내의 다결정 실리콘을 용융하도록 상기 도가니를 가열하는 단계 - 상기 부분적으로 용융된 충전물은 상위 표면을 갖는 용융 실리콘 및 상기 용융 실리콘의 상위 표면 위에 노출된 비용융(unmelted) 다결정 실리콘의 아일랜드를 포함 -;
    상기 소정의 다결정 실리콘의 전체 양이 상기 도가니 내에 로딩될 때까지, 소정 공급 속도로 공급기(feeder)로부터 상기 도가니 내의 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드 상으로 입상 다결정 실리콘을 선택적으로 공급하는 단계;
    상기 도가니의 측벽에 대한 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 위치를 전자적으로 결정하는 단계 - 상기 결정 단계는 입상 다결정 실리콘이 상기 도가니 내의 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드 상으로 공급될 때 수행됨 -; 및
    상기 용융 다결정 실리콘의 상위 표면에서 상기 도가니의 측벽에 대한 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 결정된 위치에 응답하여 입상 다결정 실리콘이 상기 공급기로부터 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드 상으로 공급되는 상기공급 속도를 제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도가니의 측벽에 대한 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 위치를 전자적으로 결정하는 상기 단계는,
    적어도 상기 도가니 일부, 상기 용융 실리콘 및 상기 도가니 내의 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 이미지를 획득하는 단계; 및
    일반적으로 상기 도가니 측벽에서 횡방향으로 이격되어 배치된 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 주변 에지와 상기 도가니 측벽 사이의 수평 간격을 결정하기 위해, 상기 이미지를 전자적으로 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이미지를 전자적으로 처리하는 단계는,
    상기 도가니 측벽의 좌표 위치 및 일반적으로 상기 도가니 측벽에서 횡방향으로 이격되어 배치된 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 주변 에지의 좌표 위치를 전자적으로 결정하는 단계; 및
    상기 아일랜드의 주변 에지의 좌표 위치 및 도가니 측벽의 좌표 위치를 이용하여 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 주변 에지와 상기 도가니 측벽 사이의 수평 간격을 전자적으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    입상 다결정 실리콘이 상기 공급기로부터 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드 상으로 공급되는 상기 공급 속도를 제어하는 단계는,
    상기 도가니 측벽으로부터 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 수평 간격을 소정 범위의 수평 간격과 비교하는 단계;
    상기 소정 범위의 수평 간격을 초과하는 상기 수평 간격에 응답하여 상기 공급 속도를 증가시키도록 상기 공급기를 제어하는 단계; 및
    상기 소정 범위의 수평 간격 미만인 상기 수평 간격에 응답하여 상기 공급 속도를 감소시키도록 상기 공급기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 입상 다결정 실리콘의 공급 속도를 선택적으로 증가 및 감소시키기 위해 상기 공급기를 제어하는 단계는,
    상기 소정 범위의 수평 간격에 대한 상기 도가니로부터 상기 비용융 실리콘의 아일랜드의 수평 간격에 응답하여 상기 공급기를 전자적으로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 도가니의 측벽에 대한 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 전자적으로 결정된 위치는, 소정 회수의 상기 위치의 비연속적 결정값들(intermittent determinations)에 대해 평균화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 공급기로부터 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드 상으로 상기 입상 다결정 실리콘을 공급하는 단계에 앞서,
    상기 도가니의 측벽에 대한 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 위치를 전자적으로 결정하는 단계 - 상기 결정 단계는, 상기 도가니 내에 상기 부분적으로 용융된 충전물을 형성하기 위해 상기 도가니 내에 로딩된 다결정 실리콘이 용융될 때 수행됨 - 를 더 포함하고,
    상기 공급 단계는, 상기 도가니 측벽에 대하여 상기 도가니 내의 소정의 위치에 있는 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드에 응답하여 공급을 개시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 초크랄스키법에 따라 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는데 사용되는 결정 인상기 내 - 상기 인상기는 하우징, 용융 실리콘을 포함하기 위한 상기 하우징 내의 도가니, 및 성장하는 잉곳을 상기 용융 실리콘으로부터 위쪽 방향으로 인상하기 위한 인상 메카니즘을 구비함 - 의 다결정 실리콘으로부터 용융된 실리콘 용융체를제조하는 장치에 있어서,
    상기 도가니 내의 상위 표면을 갖는 용융 실리콘 및 상기 용융 실리콘의 상위 표면 위에 노출된 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드를 포함하는, 상기 도가니 내에 부분적으로 용융된 충전물을 형성하기 위해 상기 도가니 내의 다결정 실리콘을 용융하도록 상기 도가니를 가열하는 히터;
    입상 다결정 실리콘을 상기 도가니 내의 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드 상으로 공급하도록 적응된 공급기;
    적어도 상기 도가니의 일부, 상기 용융 실리콘 및 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 비디오 이미지 신호를 생성하도록 배치된 카메라; 및
    상기 비디오 이미지 신호로부터 상기 도가니 측벽에 대한 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 위치를 전자적으로 결정할 수 있는 비전 시스템을 포함하며,
    상기 공급기는, 입상 다결정 실리콘이 상기 공급기로부터 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드 상으로 공급되는 공급 속도를 제어하기 위해, 상기 도가니 측벽에 대한 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 결정된 위치에 응답하고, 상기 비전 시스템과 전기적으로 통신하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 공급기의 동작을 제어하기 위해 상기 공급기와 전기적으로 통신하는 제어 유닛을 더 포함하고,
    또한, 상기 제어 유닛은, 상기 비전 시스템을 동작시키고 상기 도가니 측벽에 대한 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 결정된 위치를 상기 비전 시스템으로부터 수신하기 위해 상기 비전 시스템과 전기적으로 통신하며,
    상기 제어 유닛은, 입상 다결정 실리콘이 상기 공급기로부터 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드 상으로 공급되는 상기 공급 속도를 제어하기 위해, 상기 도가니 측벽에 대한 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 결정된 위치에 응답하여 상기 공급기의 동작을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 비전 시스템은, 상기 카메라의 비디오 이미지 신호로부터 전자 이미지를 획득하기 위해 상기 카메라와 전기적으로 통신하는 이미지 버퍼, 및
    상기 도가니 측벽에 대한 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 위치를 결정하기 위해 상기 전자 이미지를 처리하는 이미지 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제12항에 있어서,
    상기 비전 시스템의 이미지 프로세서는,
    상기 도가니 측벽의 좌표 위치와 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 주변 에지의 좌표 위치를 결정하기 위해 상기 이미지를 처리할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제13항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 이미지 프로세서에 의해 결정되는 좌표 위치를 수신하기 위해 상기 비전 시스템과 통신하는 PLC를 포함하고,
    상기 PLC는, 상기 좌표 위치에 기초하여 상기 도가니 측벽으로부터 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드의 주변 에지의 수평 간격을 결정하도록 동작가능한 루틴을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제14항에 있어서,
    상기 제어 유닛의 PLC는,
    입상 다결정이 상기 공급기로부터 상기 비용융 다결정 실리콘의 아일랜드 상으로 공급되는 공급 속도 조절이 필요한지 여부를 결정하고, 상기 공급 속도 조절이 필요한 것으로 결정된 경우 상기 공급기에 전송되는 신호를 생성하도록 동작가능한 루틴을 더 포함하고,
    상기 공급기는 상기 공급기의 공급 속도를 조절하기 위한 상기 신호에 응답하는 것을 특징으로 하는 장치.
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