KR20140090239A - 이방성 재료들을 이용하여 열 로드 레벨링 - Google Patents

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Abstract

가열 소스, 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트, 도가니(crucible), 및 냉각 플레이트 컴포넌트를 포함하는 실리콘 결정 기판을 성장시키기 위한 장치가 개시된다. 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트는 높은 열 전도도를 가지며 가열 소스로부터 발산하는 온도 및 열 플럭스 편차들 안정시키기 위해서 가동되도록 가열 소스 위에 위치될 수 있다. 도가니는 용융 실리콘을 수용하도록 가동될 수 있으며 용융 실리콘의 상부 표면은 성장 인터페이스로서 정의될 수 있다. 도가니는 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트에 의해 실질적으로 둘러 싸여질 수 있다. 냉각 플레이트 컴포넌트는 용융 실리콘의 성장 표면에서 균일한 열 플럭스를 유지하기 위해서 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트 및 가열 소스와 함께 동작하도록 도가니 위에 위치될 수 있다.

Description

이방성 재료들을 이용하여 열 로드 레벨링 {THERMAL LOAD LEVELING USING ANISOTROPIC MATERIALS}
본 발명의 실시예들은 실리콘 결정 성장 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 실리콘 결정 성장을 제어하기 위하여 이방성 재료들을 이용하여 열 로드 레벨링하는 것에 관한 것이다.
재생 가능 에너지 자원들에 대한 수요가 증가하면서 솔라 셀들에 대한 수요는 계속하여 증가하고 있다. 이들 수요가 증가함에 따라, 솔라 셀 산업의 한가지 목표는 비용/전력 율을 낮추는 것이다. $/watt 에 면에서 솔라 에너지는 어느 정도는 솔라 셀들을 제조하는 경비 때문에 값비싸다. 솔라 셀들의 두가지 유형들: 실리콘 및 박막이 있다. 솔라 셀들의 다수는 결정질 실리콘 솔라 셀들의 제조와 관련된 경비의 다수를 차지하는 실리콘 웨이퍼들, 예컨대 단 결정 실리콘 웨이퍼들로 만들어진다. 솔라 셀 효율, 또는 표준 조명 (illumination)하에서 생산되는 전력량은 부분적으로 이 웨이퍼의 품질에 의해 제한된다. 현재는, 이들 솔라 웨이퍼들의 생산이 솔라 셀의 전체 비용의 40%를 초과할 수 있다. 따라서, 비용 효율적인 방식으로 고품질 솔라 웨이퍼 생산을 제공하는 것이 솔라 에너지의 전체 비용을 줄일 수 있다. 현재 개선들이 요구되는 이런 저런 고려사항들에 대한 것이다.
이 요약은 이하 상세한 설명에 추가로 설명되는 개념들의 선택을 간략화된 형태로 소개하기 위해 제공된다. 이 요약은 청구된 내용의 핵심 특징부들 또는 필수 특징부들을 식별하도록 의도되지 않고, 청구된 내용의 범위를 결정하는 데에 보조하는 것으로 의도되지 않는다.
다양한 실시예들은 전반적으로 솔라 셀들을 제조하기 위해 사용되는 실리콘 웨이퍼 생산을 위한 실리콘 결정 성장에 관한 것이다. 일 실시예에서 가열 소스, 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트, 도가니(crucible), 및 냉각 플레이트 컴포넌트를 포함하는 실리콘 결정 기판을 성장시키기 위한 장치가 개시된다. 상기 도가니는 용융 실리콘의 상부 표면이 성장 인터페이스로서 정의되는 상기 용융 실리콘을 수용하기 위해 가동된다. 상기 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트는 높은 열 전도도(thermal conductivity)를 가지며 상기 가열 소스와 상기 도가니 사이에 배치된다. 상기 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트는 상기 가열 소스로부터 발산한 온도 및 열 플럭스 편차들을 안정시키기 위해 가동된다. 상기 용융 실리콘을 실리콘 결정 기판으로 결정화하기 위해서 상기 냉각 플레이트 컴포넌트는 상기 용융 실리콘으로부터 열을 흡수하도록 상기 도가니 위에 위치된다.
다른 실시예에서, 실리콘 결정 기판을 성장시키는 방법은 용융 실리콘으로 도가니를 채우는 단계로서 상기 용융 실리콘의 상부 표면 부분은 성장 표면(growth surface)을 정의한다. 상기 도가니 및 상기 도가니내의 상기 용융 실리콘은 가열 소스를 이용하여 가열된다. 상기 도가니의 표면 위에 입사하는 상기 가열 소스로부터의 열은 상기 가열 소스와 상기 도가니 사이에 배치된 수동 열 로드 레벨링 이방성 재료를 조절된다. 상기 용융 실리콘의 상기 성장 표면에서의 균일한 열 플럭스(heat flux)가 상기 성장 표면 위의 영역을 냉각시킴으로써 유지된다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 FSM 장치의 블럭 다이어그램을 예시한다.
도 2 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 FSM 장치의 블럭 다이어그램을 예시한다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 도 1 에 도시된 장치와 관련된 논리 흐름도를 예시한다.
도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 2에 도시된 장치와 관련된 논리 흐름도를 예시한다.
도 5 는 FM(figure of merit) 관계를 표현하는 그래프를 예시한다.
도 6 은 본 개시의 다양한 실시예들을 구현하기에 적합한 대표적인 컴퓨터 시스템 (600)의 실시예를 도시한다.
본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 이하에서 더 상세하게 서술될 것이고, 본 발명의 선호되는 실시예들이 도시된다. 그러나, 본 발명은 많은 상이한 유형으로 구현될 수 있고, 명세서에 개시된 실시예들에 제한되는 것으로 이해되지 않아야 한다. 오히려, 본 개시는 철저하고 완벽할 것이며 당업자들에 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위해서 이러한 실시예들은 제공된다. 도면들에서, 동일한 숫자들은 일관하여 동일한 요소(element)들을 나타낸다.
다양한 실시예들이 가열 소스에 의해 생성되는 온도 및 열 플럭스 편차들을 고르게 하는 것을 보조하기 위한, 실리콘 웨이퍼 제조에 사용되는 용융 실리콘을 수용하는 도가니와 가열 소스 사이에 배치되는 열 로드 레벨링 컴포넌트에 관한 것이다. 일부 실시예들에서, 펌프 장치 및 배플 구조가 또한 온도 및 열 플럭스 편차들의 추가 레벨링을 야기하여 용융 실리콘의 균일한 플로우를 촉진시키도록 도가니 내에서 이용될 수 있다.
실리콘 결정 기판들 예컨대, 예를 들어, 솔라 셀들에 사용을 위한 실리콘 광전지 기판들을 성장시킬 때 플로팅 실리콘 방법 (FSM: floating silicon method)가 사용될 수 있다. 백그라운드의 면에서, FSM를 이용하는 실리콘 결정 성장은 공기 온도가 물의 어는점 아래로 떨어졌을 때 연못 위에 어떻게 얼음이 형성되는 지와 유사하다. 고체 얼음 표면은 연못의 표면 위에 형성되기 시작할 것이고 연못 표면에서의 공기 온도 및 현재 물 온도에 기반하여 보다 따뜻한 물 안으로 시간이 흐르면서 하향으로 "성장(grow)" 할 것이다.
FSM 실리콘 결정 성장은 일반적으로 아래로부터 가열되고 위에서 냉각되고 용융 실리콘으로 채워진 도가니(crucible)를 포함한다. 냉각 컴포넌트(cooling component)는 용융 실리콘을 성장 영역으로 지칭되는 용융 실리콘의 상부 표면에서 응고시키기 시작한다. 실리콘 결정 기판 성장은 하향의 용융 실리콘 안으로 확대된다. 실리콘 결정의 성장율은 따라서 용융 실리콘 및 냉각 컴포넌트의 온도에 의존한다. 실리콘이 하향의 수직으로 성장하면서, 그것은 또한 가열 및 냉각 소스들로부터 멀리 그리고 도가니로부터 수평 방향으로 견인되거나 또는 이송된다. 용융 실리콘에 영향을 미치는 온도 구배(temperature gradient)들의 정밀한 조작을 통하여, 실리콘 결정은 일정한 율에서 성장할 수 있고 실리콘 결정 기판의 비교적 균일한 두께를 보장하기 위해서 일정한 율에서 견인되거나 이송될 수 있다. 따라서, 성장 영역에서 수평으로 균일한 온도 상태들을 유지하는 것이 유익하다.
최적으로, 수직 성장율(growth rate)이 가능한 한 균일하여야 한다. 이것은 성장 표면에 대하여 거의 일정한 수직 열 플럭스를 유지함으로써 성취될 수 있다. 실리콘 결정 기판들의 상부 표면에서의 온도는 에너지를 제거하기 위해서 성장 표면의 온도보다 작은 온도에서 유지되어야 한다. 온도 차이는 실리콘 결정 기판 내 응력(stress)을 최소화하기 위해 비교적 작아야 한다. 그러나, 가열 소스가 공간 온도 편차들을 경험할 때 이 상태를 유지하는 것은 까다로울 수 있다. 특별히, 용융 실리콘을 가열하기 위해 사용되는 가열 소스는 용융 실리콘을 가로질러 온도 구배들을 생성할 수 있다. FSM 시스템 내 적절한 지점에 열 로드 레벨링 컴포넌트를 도입하는 것이 가열 소스에 존재하는 온도 및 열 플럭스 편차들을 그리고 결과적으로 용융 실리콘의 온도를 상당히 안정시킬 수 있다.
일반적으로, 열 플럭스는 소정의 표면을 통한 열 에너지 전달의 비율이다. 국제 단위계(SI)에서, 열 플럭스는 (W/m2)로 측정되고 단위 면적당 전달되는 열 에너지의 비율이다. 열 플럭스의 측정은 아주 흔하게 열을 전도하는 재료의 능력을 언급하는 알려진 열 전도도를 갖는 하나의 재료 위의 온도 차이를 측정함으로써 행해진다. 높은 열 전도도의 재료들을 가로 지르는 열 전달은 낮은 열 전도도의 재료들을 가로지른 것보다 더 빠른 비율로 일어난다. 높은 열 전도도의 재료들이 가열 소스 응용들에 사용될 수 있다. 열 소비율(heat rate)의 단위로 도출된 SI는 초당 주울(joules per second), 또는 와트(watt)이다. 열 소비율은 스칼라 양이고, 반면에 열 플럭스는 벡터 양이다.
온도 및 열 플럭스 편차들 안정시키기 위해서 FSM 시스템 내에 사용되는 열 로드 레벨링 컴포넌트는 열 에너지가 용융 실리콘 쪽으로 향하기 때문에 고(highly) 이방성이어야 한다. 이방성(anisotropy)은 모든 방향들에서 동일한 특성들을 의미하는 등방성(isotropy)에 반대되는 방향에 의존되는 특성이다. 이방성은 열 전도도를 포함하여 재료의 물리적 또는 기계적인 특성들에서 상이한 축들을 따라 측정될 때의 차이로서 정의될 수 있다. 이방성 재료 내 높은-열 전도도의 방향에서의 온도 편차들은 해당 방향에서 빠른 열 전달이 있기 때문에 배제되는 경향이 있다. 이것이 비-균일한 가열 소스에 의해 발생되는 온도 및 열 플럭스 편차들을 고르게 하는 것을 보조할 수 있다. 이것은 솔라 셀들 또는 다른 디바이스들 제조에 사용되는 보다 균일한, 고품질 실리콘 결정 기판들의 성장으로 이어진다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로팅 실리콘 방법 (FSM) 장치 (100)의 블럭 다이어그램을 예시한다. FSM 장치 (100)는 일반적으로 용융 실리콘(116)으로부터 실리콘 결정 기판 (120)을 성장시키는 것에 관한 것이다. 장치 (100)는 예를 들어, 흑연으로 구성될 수 있는 가열 소스 (110)를 포함한다. 일 실시예에서, 흑연 가열 소스 (110)는 대략 2mm 두께 일 수 있고 대략 4 W/mK(watts per meter-kelvin)의 열 전도도(k) 값을 가질 수 있다. 도가니 (114)는 용융 실리콘(116)을 수용하도록 개조되고 석영으로 구성될 수 있다. 일 대표적인 실시예에서, 도가니 (114)는 대략 5mm 두께일 수 있고 및 대략 4 W/mK의 열 전도도 (k) 값을 가질 수 있다.
이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트 (112)는 가열 소스 (110)와 도가니 (114) 사이에 배치된다. 이방성 로드 레벨링 컴포넌트 (112)는 적어도 부분적으로 도가니 (114)를 둘러싸고 고 이방성재료인 열분해 흑연(pyrolytic graphite)으로 구성될 수 있다. 열분해 흑연에서, 탄소 원자들은 육방정계로 배열된 탄소 원자들의 평면 층들에 의해 특성화되는 하나의 방향에서 그리고 무작위적으로 배향된 원자들을 포함하고 평면 층들에 수직인 방향에서 구조를 형성한다. 이것이 평면 층들의 방향에서 높은 열 전도도(k)를 하지만 수직 방향에서 매우 낮은 열 전도도를 발생시킨다. 열분해 흑연은 또한 그것의 이방성의 높은 열 전도도 특성들을 획득하고 유지하기 위해서 그것은 추가의 에너지 또는 제어를 필요하지 않기 때문에 수동 컴포넌트로서 특성화될 수 있다. 일 실시예에서, 열분해 흑연은 대략 10mm 두께일 수 있고 평면 방향에서 대략 300 W/mK 및 수직 방향에서 단지 1 w/mK 의 열 전도도(k) 값을 가질 수 있다.
냉각 플레이트 컴포넌트 (118) 예컨대, 예를 들어, 실리콘 카바이드는 용융 실리콘(116)로부터의 열을 흡수하기 위해서 도가니 (114) 위에 위치될 수 있고 성장 인터페이스가 그것들 사이에 형성된다. 이 냉각 플레이트 컴포넌트 (118)는 예를 들어 방사 열 전달(radiative heat transfer) 또는 방사 및 대류 열 전달(convective heat transfer)의 조합을 이용하여 열을 흡수할 수 있다. 용융 실리콘(116)은 결정화되고 그리고 도 1 에서 V성장 화살표로 기호화된 하향 방향에서 "성장"하고 실리콘 결정 기판 (120)을 형성한다. 용융 실리콘(116)을 통하여 흐르는 열은 상부 표면으로부터 방사에 대하여 히트 싱크로서 동작하는 냉각 플레이트 컴포넌트 (118)로 방사된다. 따라서, 더 낮은 냉각 플레이트 온도는 실리콘 결정 기판 (120)의 더 큰 성장율 V성장을 생성하지만 소정의 냉각 플레이트 온도에 대하여 실리콘을 통한 더 큰 열 유량은 보다 적은 성장율 V성장을 생성한다. 따라서, 성장율 값 V성장은 용융물을 통한 열류(heat flow) 및 용융 실리콘(116)으로부터 냉각 플레이트 컴포넌트 (118)에 의해 흡수되는 열의 양의 균형에 의해 결정된다.
대표적인 예로서, 4 W/mK의 열전도도를 가지는 2mm 두께인 흑연 가열 소스 (110)는 열분해 흑연 재료를 포함하고 그리고 평면 또는 “x” 방향에서 300 W/mK 및 수직 또는 “y” 방향에서 1 W/mK의 열 전도도를 가지는 10 mm 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트 (112)를 가열한다. “x” 및 “y” 축들은 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트 (112)에 대하여 도 1에 분류된다. 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트 (112)의 임의의 주어진 지점상에서의 “y” 방향은 항상 도가니 (114)의 표면에 수직인 것에 유의하여야 한다. 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트 (112)는 석영 재료를 포함할 수 있고 4 W/mK의 열 전도도를 가질 수 있는 5mm 두께 도가니 (114)를 둘러싼다. 도가니 (114)는 64 W/mK의 열 전도도를 가지는 10mm 깊이의 용융 실리콘(116)을 수용한다. 냉각 플레이트 컴포넌트 (118)는 용융 실리콘(116)이 결정화하기 시작하고 그리고 도 1에서 V성장 화살표로 기호화된 하향 방향으로 실리콘 결정 기판 (120)으로 "성장" 하는 용융 실리콘(116)의 상부 표면에서 성장 인터페이스를 창설하기 위해서 용융 실리콘(116) 위에 위치된다.
이 예에 대하여, 실리콘 결정 기판의 희망하는 두께 (도 1에서 Sy)는 100μm이다. 성장 인터페이스가 실리콘의 응고 온도, 1685K에 있는 것을 가정하여 도가니의 바닥에서 용융 실리콘의 온도는 1687K이고 냉각 플레이트는 10 kW/m2의 균일한 열 플럭스를 빨아들인다. 상기에서 설명된 특성들에 기초하여, 성장율, V성장은 초당 10μm이다. 따라서, 실리콘 결정 기판은 10 초 내에 100μm의 희망하는 두께에 도달할 것이다. 견인율(pull-rate), Vx은 20cm 성장 영역을 횡단시키기 위해 대략 2cm/s 이어야 하고 그것이 성장 인터페이스로부터 멀리 그리고 그것이 시트들로 절단될 수 있는 지지 테이블 (122) 위로 견인되거나 이송될 때 실리콘 결정 기판 두께 (Sy)는 100μm 일 것이다. 이 방식에서, 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트 (112)는 균일한 수직 성장율 및 시트 두께가 획득될 수 있도록 하기 위해서 성장 인터페이스에 대한 열 플럭스를 수평으로 균일하게 유지한다. 대안 실시예에서, 기판 두께 (Sy)는 실리콘 결정 기판 (120)이 FSM 장치 (100)로부터 견인되거나 이송될 때 용융 실리콘에 기인한 임의의 두께 손실을 보상하기 위해 약간 100μm 보다 크게 성장될 것이다. 이것이 실리콘 결정 기판 (120)으로 하여금 그것이 지지 테이블 (122)에 도달하였을 때 100μm의 기판 두께 (Sy)를 가지는 것을 가능하게 할 수 있다.
도 2 는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 블럭 다이어그램을 예시한다. FSM 장치 (200)는 펌프 (215) 및 배플 구조 (217)의 예외를 갖는 도 1 를 참고로 하여 설명된 것에 실질적으로 유사하다. 특별히, 장치(200)는 가열 소스 (110)와 도가니 (114) 사이에 배치된 열 로드 레벨링 컴포넌트 (112)를 포함한다. 용융 실리콘(116)이 도가니 (114)안에 증착된다. 용융 실리콘(116)은 용융 실리콘(116)을 화살표들 A에 의해 표시된 방향으로 배플 구조 (217) 주위를 순환시키도록 가동되는 펌프 (215)를 통과한다. 도가니 (114)내 용융 실리콘을 배플 구조 (217) 주위에 순환시킴으로써, 열 구배 편차들이 추가로 축소될 수 있다. 결과적으로, 도가니 (114)내 용융 실리콘(116)의 열 구배 편차들에서의 감소는 냉각 플레이트 컴포넌트 (118)를 이용하여 보다 일관된 결정화를 허용한다. 이 방식에서, 고품질 실리콘 기판들이 보다 비용 효율적이고 신뢰할 수 있는 방식으로 생산된다. 더욱이, 일정한 플로우가 용융 실리콘 내 임의의 불순물들을 실질적으로 균일하게 분산시키는 역할을 하여 고 농도 불순물들의 격리된 발생이 결국 최종 산물에서 없다.
개시된 구조의 새로운 측면들을 수행하기 위한 대표적인 방법론들을 나타내는 하나 이상의 플로우 차트들이 본 출원에 포함된다. 설명의 단순화의 목적들을 위하여, 본 출원에 도시된 하나 이상의 방법론들은, 예를 들어, 플로우 차트 또는 흐름도의 형태로, 일련의 활동들로서 도시되고 설명되지만, 방법론들에 부합하는 일부 활동들이 본원에서 도시되고 설명된 것과 다른 활동들과 함께 동시에 및/또는 상이한 순서로 발생할 수 있는 것으로 방법론들은 활동들의 순서에 제한되지 않는 것으로 이해되고 인식될 것이다. 게다가, 방법론에서 예시된 모든 활동들이 새로운 구현예에 대하여 요구되지 않을 수 있다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따라 논리 흐름도를 예시한다. 논리 흐름도(300)는 본 출원에서 설명된 장치들 (100) 및/또는 (200)에 의해 실행되는 일부 또는 모든 동작들을 나타낼 수 있다.
도 3에 도시된 예시된 실시예에서, 논리 흐름도(300)는 블럭 (302)에서 도가니 (114)를 용융 실리콘(116)으로 채울 수 있다. 예를 들어, 도가니 (114)는 높은 열 전도도를 갖는 수동 재료 예컨대 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트 (112)에 의해 둘러싸여질 수 있다. 용융 실리콘(116)의 상부 표면의 부분은 성장 표면이다. 실시예들은 이 예제에 제한되지 않는다.
논리 흐름도(300)는 블럭 (304)에서 가열 소스(110) 를 이용하여 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트 (112)를 가열할 수 있다. 예를 들어, 가열 소스 (110)는 흑연으로 구성될 수 있다. 실시예들은 이 예제에 제한되지 않는다.
논리 흐름도(300)는 블럭 (306)에서 용융 실리콘(116)의 성장 인터페이스 위에 냉각 존(cool zone)을 창설할 수 있다. 예를 들어, 냉각 플레이트 컴포넌트 (118) 예컨대, 예를 들어, 실리콘 카바이드가 용융 실리콘(116) 바로 위에 위치될 수 있다. 냉각 플레이트 컴포넌트 (118)는 용융 실리콘(116)을 실리콘에 대한 평형 응고 온도에 대하여 성장 표면에서 온도를 낮춤으로써 성장 인터페이스에서 응고를 시작하게 할 수 있다. 실시예들은 이 예제에 제한되지 않는다.
논리 흐름도(300)는 블럭 (308)에서 용융 실리콘(116)의 성장 표면에서 균일한 열 플럭스를 유지할 수 있다. 예를 들어, 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트 (112)는 가열 소스 (104)로부터 도가니 (114)로 흡수하는 열을 균일하게 분포시킨다. 차례로, 도가니 (114)내 용융 실리콘(116)이 균일하게 유지되어서 성장 표면에서의 열 플럭스도 또한 균일하다. 균일성(uniformity)은 실리콘 결정 기판 (120)에 대한 균일한 성장율을 보장할 수 있다. 실시예들은 이 예제에 제한되지 않는다.
논리 흐름도(300)는 블럭 (310)에서 도가니 (114)로부터 멀어지는 일정한 견인율(pull rate)에서 성장 실리콘 결정 기판 (120)을 견인하거나 또는 다른 방법으로 이송할 수 있다. 예를 들어, 성장 실리콘 결정 기판 (120)은 냉각 플레이트 컴포넌트 (118)로부터 멀어지고 그리고 도가니 (114) 밖으로 일정한 율 (Vx)에서 수평으로 견인될 수 있다. 실리콘 결정 기판 (120)에 대한 견인율은 실리콘 결정 기판 (120)의 두께 (Sy)가 균일하도록 하기 위해서 실리콘 결정 기판 (120)의 성장율과 부합할 수 있다. 실리콘 결정 기판 (120)은 그런 다음 지지 테이블 (122) 위에 있을 수 있다. 실시예들은 이 예제에 제한되지 않는다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 논리 흐름도를 예시한다. 논리 흐름도(400)는 본 출원에서 설명된 장치들 (100) 및/또는 (200)에 의해 실행되는 일부 또는 모든 동작들을 나타낼 수 있다.
도 4에 도시된 예시된 실시예에서, 논리 흐름도(400)는 블럭 (402)에서 도가니 (114)를 용융 실리콘(116)으로 채울 수 있다. 예를 들어, 도가니 (114)는 높은 열 전도도를 갖는 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트 (112)에 의해 둘러싸여질 수 있다. 용융 실리콘(116)의 상부 표면의 부분은 성장 표면이다. 실시예들은 이 예제에 제한되지 않는다.
논리 흐름도(400)는 블럭 (404)에서 가열 소스(110) 를 이용하여 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트 (112)를 가열할 수 있다. 예를 들어, 가열 소스 (110)는 흑연으로 구성될 수 있다. 실시예들은 이 예제에 제한되지 않는다.
논리 흐름도(400)는 블럭 (406)에서 도가니 (114)내에 위치된 배플 구조 주위에 용융 실리콘을 펌프 할 수 있다. 예를 들어, 도가니 (114)내에 배치된 배플 구조 (217) 주위에 용융 실리콘(116)을 펌프할 수 있는 펌프 (215)가 포함될 수 있다. 펌프 (215)을 이용하여 용융 실리콘 순환을 유지하는 것이 용융 실리콘(116)의 온도 구배들을 추가로 줄일 수 있고 고 품질 및 보다 일관된 실리콘 결정 기판 (120) 성장으로 이어진다. 더욱이, 일정한 플로우가 용융 실리콘(116)내 임의의 불순물들을 실질적으로 균일하게 분산시키는 역할을 할 수 있어서 고 농도 불순물들의 격리된 발생이 결국 최종 산물에서 없다. 실시예들은 이 예제에 제한되지 않는다.
논리 흐름도(400)는 블럭 (408)에서 용융 실리콘(116)의 성장 인터페이스 위에 냉각 존(cool zone)을 창설할 수 있다. 예를 들어, 냉각 플레이트 컴포넌트 (118) 예컨대, 예를 들어, 실리콘 카바이드가 용융 실리콘(116) 바로 위에 위치될 수 있다. 냉각 플레이트 컴포넌트 (118)는 용융 실리콘(116)을 실리콘에 대한 평형 응고 온도에 대하여 성장 표면에서 온도를 낮춤으로써 성장 인터페이스에서 응고를 시작하게 할 수 있다. 실시예들은 이 예제에 제한되지 않는다.
논리 흐름도(400)는 블럭 (410)에서 용융 실리콘(116)의 성장 표면에서 균일한 열 플럭스를 유지할 수 있다. 예를 들어, 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트 (112)는 가열 소스 (104)로부터 도가니 (114)로 흡수하는 열을 균일하게 분포시킨다. 차례로, 도가니 (114)내 용융 실리콘(116)이 균일하게 유지되어서 성장 표면에서의 열 플럭스도 또한 균일하다. 균일성(uniformity)은 실리콘 결정 기판 (120)에 대한 균일한 성장율을 보장할 수 있다. 실시예들은 이 예제에 제한되지 않는다.
논리 흐름도(400)는 블럭 (412)에서 도가니 (114)로부터 멀어지는 일정한 견인율에서 성장 실리콘 결정 기판 (120)을 견인하거나 또는 다른 방법으로 이송할 수 있다. 예를 들어, 성장 실리콘 결정 기판 (120)은 냉각 플레이트 컴포넌트 (118)로부터 멀어지고 그리고 도가니 (114) 밖으로 일정한 율 (Vx)에서 수평으로 견인될 수 있다. 실리콘 결정 기판 (120)에 대한 견인율은 실리콘 결정 기판 (120)의 두께 (Sy)가 균일하도록 하기 위해서 실리콘 결정 기판 (120)의 성장율과 부합할 수 있다. 실리콘 결정 기판 (120)은 그런 다음 지지 테이블 (122) 위에 있을 수 있다. 실시예들은 이 예제에 제한되지 않는다.
도 5 는 FM(figure of merit) 관계를 표현하는 그래프를 예시한다. FM는 비-균일한 가열 소스 (110)를 고려해 볼 때 하단 성장 표면 (예를 들어, 성장 실리콘 결정 기판의 바닥면)에 대한 열 플럭스의 균일성을 정량화한다. 그것은 하단 성장 표면에 대한 최대 및 최소 열 플럭스 사이의 차이로 나누어진 가열 소스 표면 (110)로부터의 최대 및 최소 열 플럭스 사이의 차이로 정의된다. 가능한 큰 FM을 가지는 것이 유익한데 이것이 성장 인터페이스에 대한 열 플럭스의 편차가 작다는 것을 나타내기 때문이다.
도 5 는 열분해 흑연(pyrolytic graphite)에 대한 계산들의 높은 비선형 결과들을 예시한다. 계산들은 가열 소스 표면으로부터의 열 플럭스에 선형 편차를 가정했다. 이 열은 그런 다음 제로(0)로부터 20mm까지 두께 범위에 이르는 열분해 흑연 층을 통과하고 그런 다음 5mm의 석영을 통과하고, 그리고 마지막으로 10mm의 용융 실리콘을 통과하여 실리콘 결정 기판에 이른다. 각 층은 20 cm 길이로 가정된다. 열분해 흑연의 두께가 20mm일 때 기판에 대한 열 플럭스의 편차가 히터로부터의 열 플럭스의 편차보다 204배 작다는 것을 나타내는 FM은 204이다.
도 6 은 도 1의 FSM 시스템 (100) 및/또는 도 2의 FSM 시스템 (200)을 구현하기에 적합한 대표적인 컴퓨터 시스템 (600)의 예를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 시스템 (600)은 프로세싱 컴포넌트 (605), 로드 레벨링 제어 애플리케이션 (615)을 저장하는 시스템 메모리 (610), 유저 인터페이스 컴포넌트 (620), 네트워크 인터페이스 (625), 및 FSM 인터페이스 (630)를 포함한다. 프로세싱 컴포넌트 (605)는 듀얼 마이크로프로세서들 및 다른 멀티 프로세서 아키텍처들을 포함하여 임의의 다양한 상업적으로 이용 가능한 프로세서들일 수 있다. 프로세싱 컴포넌트 (605)는 다른 컴포넌트들과 통신에 관하여 결합된다. 더욱이, 컴퓨터 시스템 (600)은 네트워크 인터페이스 (625)를 통하여 외부 네트워크 (650)와 통신에 관하여 결합될 수 있다.
로드 레벨링 제어 애플리케이션 (615)을 통하여 컴퓨터 시스템 (600)은 FSM 인터페이스 (630)로부터 기판 두께 Sy 측정량을 수신하기 위해 가동된다. 이들 기판 두께 측정량 Sy은 실리콘 결정 기판이 도가니 (114)로부터 견인될 때 획득될 수 있고 그리고 샘플링 시간들에 기반하여 및/또는 성장 인터페이스로부터 견인된 기판의 길이에 기반하여 수집될 수 있다. 제어 애플리케이션 (615)은 이 두께 측정량을 희망하는 웨이퍼 기하학적 구조에 해당하는, 메모리 (610)에 저장된 미리 결정된 수락할만한 두께 값들에 비교하도록 가동된다. 만약 수집된 두께 값들 Sy이 메모리 (610)에 저장된 미리 결정된 수락할만한 두께 값들의 허용 오차 레벨들 내에 있지 않으면, 제어 애플리케이션 (615)은 그것의 온도들을 변경하기 위해서 냉각 플레이트 (118) 및 가열 소스 (110)에 공급되는 파워를 조정하고/ 조정하거나 인터페이스로부터 지지 테이블 (120)위로 견인되는 실리콘 결정 기판의 견인율을 조정하기 위해서 제어 명령들을 실행할 수 있다. 더욱이, 제어 애플리케이션 (615)은 또한 도가니 (114)내 용융 실리콘(116)의 양을 조정하기 위해서 운영자(operator)의 주위를 환기시킬 수 있다. 이 측정 및 파라미터 변형 프로세스는 실리콘 기판 (120)의 희망하는 두께가 달성될 때까지 반복될 수 있다. 게다가, 가열 소스로부터 용융 실리콘위로 입사하는 열 플럭스 편차들 축소를 제공하는, 가열 소스 (110)와 도가니 (114)사이에 배치된 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트 (112)의 사용이 또한 이들 조정들을 구현할 때 고려될 수 있다. 각각의 이들 조정들은 로드 레벨링 제어 애플리케이션 (615)에 의해 실행되는 제어 명령으로 구현될 수 있다. 더욱이, 이들 제어 명령들은 사전-프로그래밍 될 수 있거나 또는 유저 인터페이스 컴포넌트 (620)를 통하여 인간 운영자에 의해 입력될 수 있다. 이 방식에서, 한정되는 것은 아니지만, 다양한 온도, 견인율, 및 두께 측정량을 포함하는 피드백이 희망하는 두께를 갖는 실리콘 기판을 생성하도록 로드 레벨링 제어 애플리케이션 (615)에 의한 분석 및 프로세싱을 위해 컴퓨터 시스템 (600)으로 리턴 되고 모니터 될 수 있다.
본 출원에서 사용되는, 용어들 “시스템” 및 “디바이스” 및 “컴포넌트”는 하드웨어, 하드웨어 및 소프트웨어의 조합, 소프트웨어, 또는 실행 상태의 소프트웨어, 대표적인 컴퓨팅 아키텍처 (600)에 의해 제공되는 예들이거나 컴퓨터-관련된 엔티티를 지칭하기 위한 의도이다. 예를 들어, 컴포넌트는 프로세서 상에서 동작하는 프로세스, 프로세서, 하드 디스크 드라이브, (광학적 및/또는 자기 스토리지 매체의)다수의 스토리지 드라이브들, 오브젝트, 실행 가능한 것, 실행 스레드, 프로그램, 및/또는 컴퓨터일 수 있지만 그러나 이에 제한되지 않는다. 예제로서, 서버상에 동작하는 애플리케이션 및 서버 둘 모두 컴포넌트일 수 있다. 하나 이상의 컴포넌트들이 프로세스 및/또는 실행 스레드내에 있을 수 있고, 컴포넌트는 하나의 컴퓨터 상에서 로컬화될 수 있고/있거나 두개 이상의 컴퓨터들 사이에서 분배될 수 있다. 더구나, 컴포넌트들은 동작들을 조정하기 위해서 다양한 유형들의 통신 매체들에 의해 서로에 통신에 관하여 결합될 수 있다. 조정은 한-방향 또는 양-방향의 정보 교환을 수반할 수 있다. 예를 들어, 컴포넌트들은 통신 매체들 상에서 통신되는 신호들의 형태로 정보를 교환할 수 있다. 정보는 다양한 신호 라인들에 할당된 신호들로서 구현될 수 있다. 이 할당들에서, 각각의 메시지가 신호이다. 그러나, 추가 실시예들은 대안적으로 데이터 메시지들을 채용할 수 있다.
본 발명은 특정 실시예들을 참조하여 개시되었지만, 첨부된 청구항들에서 규정된 바와 같이, 본 발명의 영역 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 여러 변형들, 수정들 및 변경들이 가능하다. 따라서, 본 발명은 설명된 실시예들에 한정되도록 의도한 것이 아니라, 다음의 청구항들 및 그 등가물들의 언어에 의해 규정된 완전한 범위를 가지도록 의도된 것이다.

Claims (19)

  1. 장치에 있어서,
    가열 소스;
    상기 가열 소스 위에 배치되고 용융 실리콘의 상부 표면이 성장 인터페이스(growth interface)로서 정의되는 상기 용융 실리콘을 수용하기 위해 가동되는 도가니(crucible);
    상기 가열 소스로부터 발산한 온도 및 열 플럭스 편차들을 안정시키기 위해서 가동하고 상기 가열 소스와 상기 도가니 사이에 배치된 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트(anisotropic load leveling component); 및
    상기 용융 실리콘을 실리콘 결정 기판으로 결정화하기 위해서 상기 용융 실리콘으로부터 열을 흡수하도록 구성되고 상기 도가니 위에 위치된 냉각 플레이트 컴포넌트를 포함하는, 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트는 상기 도가니쪽의 제 1 방향에서 제 1 열 전도도 및 상기 가열 소스쪽의 제 2 방향에서 제 2 열 전도도를 가지며, 상기 제 1 열 전도도는 상기 제 2 열 전도도보다 더 큰, 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 실리콘 결정 기판은 상기 성장 인터페이스로부터 수직 하향인 방향으로 성장하는, 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 도가니는 상기 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트에 의해 실질적으로 둘러싸여지는, 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 이방성 열 로드 레벨링 컴포넌트는 열분해 흑연(pyrolytic graphite)으로 구성된 수동 컴포넌트인, 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 열분해 흑연은 대략 10mm 두께인, 장치.
  7. 청구항 1 에 있어서, 상기 도가니는 석영(quartz)으로 구성되는, 장치.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 석영은 대략 5mm 두께인, 장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 실리콘 결정 기판이 상기 도가니로부터 견인될 때 상기 실리콘 결정 기판을 지지하기 위해 구성된 상기 도가니의 끝단 근처에 배치된 테이블을 추가로 포함하는, 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 도가니 내에 배치된 배플 구조(baffle structure); 및
    상기 용융 실리콘의 흐름이 상기 도가니 내 상기 배플 구조 주위로 향하도록 가동되고 상기 도가니 내에 수용된 펌프 디바이스;를 더 포함하는, 장치.
  11. 실리콘 결정 기판을 성장시키는 방법에 있어서,
    용융 실리콘으로 도가니를 채우는 단계로서 상기 용융 실리콘의 상부 표면 부분은 성장 표면(growth surface)을 정의하는, 상기 채우는 단계;
    가열 소스를 이용하여 상기 도가니를 가열하는 단계;
    상기 가열 소스와 상기 도가니 사이에 배치된 수동 열 로드 레벨링 이방성 재료를 통하여 상기 도가니의 표면 위에 입사하는 상기 가열 소스로부터의 열을 조절하는 단계; 및
    상기 성장 표면 위의 영역을 냉각시킴으로써 상기 용융 실리콘의 상기 성장 표면에서 균일한 열 플럭스(heat flux)가 유지되는 단계;를 포함하는, 실리콘 결정 기판을 성장시키는 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 도가니로부터 멀어지는 일정한 견인율로 상기 성장 실리콘 결정 기판을 견인하는 단계를 추가로 포함하는, 실리콘 결정 기판을 성장시키는 방법.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 도가니 내에 위치된 배플 구조 주위로 상기 용융 실리콘을 펌핑하는 단계를 추가로 포함하는, 실리콘 결정 기판을 성장시키는 방법.
  14. 청구항 11에 있어서, 상기 수동 열 로드 레벨링 이방성 재료는 열분해 흑연로 구성되는, 실리콘 결정 기판을 성장시키는 방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 실리콘 결정 기판의 두께를 측정하는 단계; 및
    상기 실리콘 기판의 측정된 두께가 수락할만한 허용 오차 값들내에 있는지를 결정하는 단계;를 추가로 포함하는, 실리콘 결정 기판을 성장시키는 방법.
  16. 청구항 14에 있어서, 상기 실리콘 기판의 측정된 두께가 상기 수락할만한 허용 오차 값들내에 있지 않으면 상기 도가니의 상기 표면 위에 입사하는 상기 가열 소스 입사로부터의 열의 양을 변경하는 단계를 추가로 포함하는, 실리콘 결정 기판을 성장시키는 방법.
  17. 청구항 14에 있어서, 상기 실리콘 기판의 측정된 두께가 상기 수락할만한 허용 오차 값들내에 있지 않으면 상기 성장 표면 위의 영역을 냉각시키는 비율을 변경하는 단계를 추가로 포함하는, 실리콘 결정 기판을 성장시키는 방법.
  18. 청구항 14에 있어서, 상기 실리콘 기판의 측정된 두께가 상기 수락할만한 허용 오차 값들내에 있지 않으면 상기 도가니로부터 멀어지는 상기 견인율을 변경하는 단계를 추가로 포함하는, 실리콘 결정 기판을 성장시키는 방법.
  19. 청구항 14에 있어서, 상기 실리콘 기판의 측정된 두께가 상기 수락할만한 허용 오차 값들내에 있지 않으면 상기 용융 실리콘의 양으로 상기 도가니를 채우는 단계를 변경하는 단계를 추가로 포함하는, 실리콘 결정 기판을 성장시키는 방법.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9587324B2 (en) * 2014-05-12 2017-03-07 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Apparatus for processing a melt
TWI668442B (zh) * 2014-10-17 2019-08-11 美商瓦里安半導體設備公司 薄片形成設備、用於測量熔體表面的薄片的厚度的系統及用於在薄片形成設備中測定材料界面的位置的方法
US10030317B2 (en) * 2014-10-17 2018-07-24 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Apparatus and method for controlling thickness of a crystalline sheet grown on a melt
US10526720B2 (en) * 2015-08-19 2020-01-07 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Apparatus for forming crystalline sheet from a melt
CN107217296B (zh) * 2017-04-28 2019-05-07 常州大学 一种硅片水平生长设备和方法
US11885036B2 (en) * 2019-08-09 2024-01-30 Leading Edge Equipment Technologies, Inc. Producing a ribbon or wafer with regions of low oxygen concentration
US11421340B2 (en) * 2020-02-26 2022-08-23 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Vertical draw system and method for surface adhesion of crystalline materials
US11719619B2 (en) * 2020-02-26 2023-08-08 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army System and method for testing adhesion of brittle materials

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4316764A (en) * 1978-12-09 1982-02-23 The Agency Of Industrial Science And Technology Method for horizontal ribbon crystal growth
US4329195A (en) * 1975-07-28 1982-05-11 Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha Lateral pulling growth of crystal ribbons
KR20110015517A (ko) * 2008-03-14 2011-02-16 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크. 부유하는 시트 제조 장치 및 방법
KR20110101133A (ko) * 2008-10-21 2011-09-15 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크. 제조 장치로부터 시트의 제거

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3798007A (en) * 1969-12-05 1974-03-19 Ibm Method and apparatus for producing large diameter monocrystals
JPS5215485A (en) * 1975-07-28 1977-02-05 Toyo Silicon Kk Process for growth of ribbon crystals by lateral pulling
JPS5261180A (en) * 1975-11-14 1977-05-20 Toyo Shirikon Kk Horizontal growth of crystal ribbons
US4217165A (en) * 1978-04-28 1980-08-12 Ciszek Theodore F Method of growing a ribbon crystal particularly suited for facilitating automated control of ribbon width
US4251206A (en) 1979-05-14 1981-02-17 Rca Corporation Apparatus for and method of supporting a crucible for EFG growth of sapphire
US4599132A (en) 1985-01-18 1986-07-08 Energy Materials Corporation Guidance system for low angle silicon ribbon growth
US4747774A (en) * 1987-02-09 1988-05-31 Westinghouse Electric Corp. Conforming crucible/susceptor system for silicon crystal growth
JP3769800B2 (ja) * 1996-01-12 2006-04-26 株式会社Ｓｕｍｃｏ 単結晶引上装置
FR2884834B1 (fr) * 2005-04-22 2007-06-08 Solarforce Soc Par Actions Sim Procede de tirage de rubans de semi-conducteur de faible epaisseur
WO2010056350A2 (en) 2008-11-14 2010-05-20 Carnegie Mellon University Methods for casting by a float process and associated appratuses
US9267219B2 (en) * 2010-05-06 2016-02-23 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Gas-lift pumps for flowing and purifying molten silicon
JP2012025616A (ja) * 2010-07-22 2012-02-09 Solar Silicon Technology Corp 排ガス凝縮方法及び排ガス凝縮装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4329195A (en) * 1975-07-28 1982-05-11 Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha Lateral pulling growth of crystal ribbons
US4316764A (en) * 1978-12-09 1982-02-23 The Agency Of Industrial Science And Technology Method for horizontal ribbon crystal growth
KR20110015517A (ko) * 2008-03-14 2011-02-16 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크. 부유하는 시트 제조 장치 및 방법
KR20110101133A (ko) * 2008-10-21 2011-09-15 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크. 제조 장치로부터 시트의 제거

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