KR20140095784A - 단결정 잉곳의 품질 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구리 헤이즈 평가 결과에 따라 멜트갭을 고려하여 타겟 인상속도를 정밀하게 보정할 수 있는 단결정 잉곳의 품질 제어방법에 관한 것이다.
본 발명은, 구리 헤이즈 평가 결과 또는 구리 헤이즈 스코어링 결과를 이용하여 멜트갭 보정량(ΔG=X)과 인상속도 보정량(B)을 산정하고, 이러한 멜트갭 보정량(ΔG=X)과 인상속도 보정량(B)을 고려하여 단결정 잉곳을 인상시키는 타겟 인상속도(Y)를 설정하는 정량적인 기준을 마련함으로써, 단결정 잉곳의 무결함 영역에 대하여 스코어링을 통한 품질 예측과 정밀 제어가 가능할 수 있다.

Description

단결정 잉곳의 품질 제어방법 {METHOD FOR CONTROLLING A QUALITY OF SINGLE CRYSTAL INGOT}

본 발명은 구리 헤이즈 평가 결과에 따라 멜트갭을 고려하여 타겟 인상속도를 정밀하게 보정할 수 있는 단결정 잉곳의 품질 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법으로 초크랄스키(CZochralski: 이하 CZ) 방법을 많이 이용하고 있으며, CZ 방법에서는 석영 도가니에 다결정 실리콘을 장입하고, 이를 흑연 발열체에 의해 가열하여 용융시킨 후, 용융 결과 형성된 실리콘 용융액에 씨드 결정을 담그고 계면에서 결정화가 일어나도록 하여 씨드 결정을 회전하면서 인상시킴으로써 단결정의 실리콘 잉곳을 성장시킨다. 그런 다음, 실리콘 잉곳을 슬라이싱(slicing), 에칭(etching) 및 폴리싱(polishing)하여 웨이퍼 형태로 만들게 된다.

이러한 방법으로 제조된 단결정 실리콘 잉곳 또는 실리콘 웨이퍼는 COP(Crystal Originated Particles), FPD(Flow Pattern Defect), OiSF(Oxygen induced Stacking Fault), BMD(Bulk Micro Defect) 등의 결정 결함이 나타나고 있으며, 이와 같은 성장 중에 도입되는 결함(grown-in defect)의 밀도와 크기의 감소가 요구되고 있으며, 상기 결정 결함은 소자 수율 및 품질에 영향을 미치는 것으로 확인되고 있다. 따라서, 결정 결함을 제거시킴과 동시에 이런 결함을 쉽고 빠르게 평가하는 기술은 중요하다.

또한, 단결정 실리콘 잉곳 또는 실리콘 웨이퍼는 그 결정의 성장 조건에 따라서 베이컨시형 점결함이 우세하여 과포화된 베이컨시(Vacancy)가 응집된 결함을 갖는 V-rich 영역, 베이컨시형 점결함이 우세하나 응집된 결함이 없는 Pv 영역, 베이컨시/인터스티셜 경계(V/I boundary), 인터스티셜(Interstitial) 점결함이 우세하나 응집된 결함이 없는 Pi 영역, 인터스티셜 점결함이 우세하여 과포화된 인터스티셜 실리콘이 응집된 결함을 갖는 I-rich 영역 등이 존재한다.

그리고, 이러한 결함 영역이 발생하는 위치와 단결정 실리콘 잉곳의 결정 길이별로 이러한 결함 영역들이 어떻게 변화해 가는지 확인하는 것은 결정의 품질 수준을 평가함에 있어서 중요하다.

종래기술에 의하면 CZ 방법으로 제조되는 단결정 잉곳에 있어서, V/G로 일컬어지는 보론코프 이론에 따라 V/G의 임계치 이상으로 성장할 경우(고속 성장)에는 보이드(Void) 결함이 존재하는 V-rich 영역이 발생하고, V/G의 임계치 이하로 성장할 경우(저속 성장)에는 OISF(Oxidation Induced Stacking Fault)결함이 에지(Edge) 또는 센터(Center)영역에 링(Ring) 형태로 발생하며, 더욱 저속으로 할 경우 격자간 실리콘이 집합한 전위 루프(Dislocation Loop)가 엉켜서 LDP(Loop Dominant Point defect zone) 결함영역인 I-rich 영역이 발생한다.

이러한 V영역과 I영역의 경계 사이에는 V-rich도 I-rich도 아닌 무결함 영역이 존재한다. 무결함 영역 내에서도 VDP(Vacancy Dominant Point defect zone) 무결함 영역인 Pv 영역과, IDP(Interstitial Dominant Point defect zone) 무결함 영역인 Pi 영역으로 구분이 되며 이러한 무결함 웨이퍼를 제조하기 위해서는 상기 영역을 제조하는 마진으로 인식되고 있다.

도 1은 종래기술에 의한 인상속도 제어 예시도이며, 단결정 성장 시 목표(Target) 인상 속도 설정을 위한 실험예(Case 1, Case 2)이다.

무어의 법칙에 따른 고집적화를 위해 미세회로 선폭의 축소를 위해서는 단결정 성장중에 도입되는 결정 결함의 제어가 매우 중요하다. 종래에는 무결함 단결정 웨이퍼 제조 방식은 도 1에서 나타나는 바와 같이 무결함 마진 확인을 위해 인위적으로 인상속도를 가감하는 V-test 및 N-test를 통해 해당 영역의 버티컬(vertical) 분석을 함으로써 무결함 영역의 인상속도를 확인 후 타겟을 설정함으로써 이뤄졌다.

또한, 종래기술에 의하면, 무결함 단결정을 제조하기 위하여 상부 HZ(핫존) 디자인 설계, 예를 들면 상부 단열재의 다양한 형상을 통해 결함 형성온도 구간에 대치하도록 하여 결정의 G값 및 △G(반경 방향 온도 구배)을 조절한다거나, 융액(Melt) 표면에서부터 상부 HZ까지의 거리(Gap) 조절함으로써 열출적 공간의 효율을 극대화하거나, 히터( Heater) 최대발열 부위에서 융액(Melt) 표면까지 상대적 위치를 통해 실리콘 융액(Si Melt) 대류제어 또는 열전달 경로를 제어하고자 하는 시도가 있었고, 다른 한편으로는 아르곤(Ar) 플로우 레이트(flow rate) 조절하거나, SR/CR(Seed Rotation speed/Crucible Rotation speed) 비율을 조절하거나 다양한 형태의 자기장 인가 등과 같은 공정 파라미터(parameter)의 최적화 시도가 이루어져 왔다

그런데, 종래 기술의 경우 무결함 단결정을 제조함에 있어 무결함 마진 최적화에 어려움이 있다.

예를 들어, V test 또는 N test는 하나의 배쓰(1 batch) 내에서 바디(body) 구간의 일부 영역만 확인이 가능하며, 일반적으로 CZ법을 이용한 Si 단결정 제조는 연속제조(continuous growing)이기 때문에 동일한 H/Z 및 공정 파라미터(parameter)를 사용할지라도 잉곳 길이에 따른 결정 냉각 열이력 차이가 발생하며, 또한, 결정 성장에 따른 실리콘 융액 양(Si melt volume)의 변화로 인하여 무결함 타겟 인상속도가 결정 길이 증가에 따라 영향을 받게 된다.

또한, 종래기술에 의하면 무결함 단결정을 제조함에 있어 품질 로스(loss)로 인하여 비용손실이 발생하는 문제가 있다.

예를 들어, 타겟 인상 속도 설정이 정확하지 않으므로 인하여 주요(prime) 구간에서 품질 불합격율 증가로 로스(loss)가 발생하며, 길이별 무결함 타겟 인상 속도 확인을 위해서는 도 1과 같은 테스트(test)를 여러 차례 진행해야 하는 문제가 발생한다.

그런데 타겟 인상 속도는 도 1과 같은 급격한 인상속도 변화에 따른 결정 냉각 열이력의 변화를 주지 않기 때문에 V test 또는 N test에서 확인된 품질 마진과 타겟 인상 속도 설정치 간의 실제 열이력 차이에 기인되어 타겟값이 바뀔 수 있다.

또한, 도 1에 나타난 바와 같이 특히, 300mm 이상 대구경 고중량 단결정 성장 시 종래 기술에 의한 무결함 단결정 성장을 위해서는 정확한 타겟 인상속도의 설정이 무엇보다 중요하다. 그러나 상기 설명한 바와 같이 종래에서 무결함 영역은 잉곳 길이별로 다르게 나타나는데, V test 또는 N test 후 타겟 인상 속도 설정 시 불가피하게 나타나는 결정 열이력 차이 발생에 의한 오차가 발생하거나, 길이별로 마진 확인을 위한 추가 테스터가 계속 반복되어 품질, 비용, 시간 로스(loss)가 발생한다.

따라서, 고품질 실리콘 단결정을 성장시키기 위하여, 단결정 잉곳의 결정 특성 구간을 효과적으로 판별할 수 있는 구리 헤이즈 평가를 진행하고, 구리 헤이즈 평가 결과에 따라 타겟 인상 속도를 조절하는 정량적인 기준을 마련하는 것이 필요하다.

한편, 종래에는 CCD 카메라를 이용하여 멜트갭(Melt gap)을 측정하고, 구리 헤이즈의 형상을 확인한 다음, 단결정 잉곳의 반경 방향 온도 구배(ΔG)를 조절하기 위하여 대략적인 멜트갭을 설정하고, 이러한 멜트갭을 유지하도록 타겟 인상속도를 조절하고 있다.

하지만, 종래 기술에 의한 타겟 인상속도는 멜트갭이 변동됨에 따라 결정의 온도 구배(ΔG)가 변화되기 때문에 균일한 품질을 재현하기 위하여 타겟 인상속도(Y)를 변경해야 하는데, 멜트갭 보정량(ΔG=X)이 정확하지 않아 품질을 보증하기 어렵고, 이로 인한 로스가 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 구리 헤이즈 평가 결과에 따라 산출되는 멜트갭 보정량(ΔG=X)과 인상속도 보정량(B)를 산출하고, 이러한 멜트갭 보정량(ΔG=X)과 인상속도 보정량(B)을 고려하여 타겟 인상속도(Y)를 제어할 수 있는 단결정 잉곳 품질 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 냉각부재를 실리콘 융액면과 타겟 멜트갭(G)을 유지시키고, 제1단결정 잉곳을 실리콘 융액으로부터 타겟 인상속도(Y)로 성장시키는 제1단계; 상기 제1단계에서 성장 완료된 제1단결정 잉곳의 단면에 대한 구리 헤이즈(Cu-Haze) 평가를 실시하는 제2단계; 상기 제2단계에서 실시된 구리 헤이즈(Cu-Haze) 평가 결과에 따른 무결함 영역을 구리 헤이즈 스코어링(Cu-Haze Scoring)하는 제3단계; 상기 제3단계에서 산출된 구리 헤이즈 스코어링 결과에 따라 멜트갭 보정량(ΔG=X)을 산출하여 타겟 멜트갭(G)을 보정하는 제4단계; 상기 제4단계에서 산출된 멜트갭 보정량(ΔG=X)을 반영하여 타겟 인상속도(Y)를 보정하는 제5단계; 상기 제4단계에서 보정된 타겟 멜트갭(G)을 유지시키고, 상기 제5단계에서 보정된 타겟 인상속도(Y)로 제2단결정 잉곳을 성장시키는 제6단계;를 포함하는 단결정 잉곳의 품질 제어방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 냉각부재를 실리콘 융액면과 타겟 멜트갭(G)을 유지시키고, 제1단결정 잉곳을 실리콘 융액으로부터 타겟 인상속도(Y)로 성장시키는 제1단계; 상기 제1단계에서 성장 완료된 제1단결정 잉곳의 단면에 대한 구리 헤이즈(Cu-Haze) 평가를 실시하는 제2단계; 상기 제2단계에서 실시된 구리 헤이즈(Cu-Haze) 평가 결과에 따른 무결함 영역을 구리 헤이즈 스코어링(Cu-Haze Scoring)하는 제3단계; 상기 제3단계에서 산출된 구리 헤이즈 스코어링 결과에 따라 멜트갭 보정량(ΔG=X)을 산출하여 타겟 멜트갭(G)을 보정하는 제4단계; 상기 제3단계에서 산출된 구리 헤이즈 스코어링 결과에 대한 인상속도 보정량(B)과 상기 제4단계에서 산출된 멜트갭 보정량(ΔG=X)을 고려하여 타겟 인상속도(Y)를 보정하는 제5단계; 상기 제4단계에서 보정된 타겟 멜트갭(G)을 유지시키고, 상기 제5단계에서 보정된 타겟 인상속도(Y)로 제2단결정 잉곳을 성장시키는 제6단계;를 포함하는 단결정 잉곳의 품질 제어방법을 제공한다.

본 발명은, 구리 헤이즈 평가 결과 또는 구리 헤이즈 스코어링 결과를 이용하여 멜트갭 보정량(ΔG=X)과 인상속도 보정량(B)을 산정하고, 이러한 멜트갭 보정량(ΔG=X)과 인상속도 보정량(B)을 고려하여 단결정 잉곳을 인상시키는 타겟 인상속도(Y)를 설정하는 정량적인 기준을 마련함으로써, 단결정 잉곳의 무결함 영역에 대하여 스코어링을 통한 품질 예측과 정밀 제어가 가능할 수 있다.

도 1은 종래기술에 의한 인상속도 제어 예시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법의 개략도.
도 3은 실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법에서 샘플에 대한 구리 헤이즈 스코어(Cu haze score) 산정방법 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 결과에 따라 멜트갭 보정량(ΔG=X)을 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 멜트갭 보정량(ΔG=X)에 따라 타겟 인상속도 보정량(ΔY)을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가가 진행된 단면도의 일예 및 이러한 품질평가 결과에 따라 산출된 멜트갭 보정량(ΔG=X)과 인상속도 보정량(B) 및 이를 고려한 타겟 인상속도(Y)가 도시된 테이블.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법의 개략도이다.

실시예는 고품질 실리콘(Si) 단결정을 성장함에 있어 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법을 이용한 모델(model)을 정립하고 타겟 인상 속도 설정에 있어 정량적인 기준을 마련함으로써 프라임(Prime) 전구간에 대하여 스코어링(scoring)을 통한 품질 예측과 정밀 제어가 가능할 수 있는 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법을 제공하고자 한다.

이를 위해, 실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법은 웨이퍼나 단결정 잉곳의 조각에 대한 구리 헤이즈(Cu haze) 평가를 실시하는 단계 및 상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가 결과에 대해 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 단계를 포함할 수 있다.

실시예에 의하면 구리 헤이즈 모델링(Cu haze modeling)에 의한 무결함 단결정 성장시 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법을 통한 정량화(score)가 가능하여, 결정 영역별로 스코어(score)를 부여함으로써 품질 평가 시 나타나는 구리 헤이즈 맵(Cu haze map)을 통해 해당 영역을 판별할 수 있으므로 프라임(prime) 구간별 맵(Map)으로 판별된 영역에 대해 정량화된 인상속도를 가감하여 다음 배쓰(batch)에서의 정확한 타겟 인상 속도 설정이 가능하다.

또한, 실시예에 의하면, 단결정 중심부 및 에지부의 결정 영역 확인이 가능하여 공정 패러미터(parameter) 미세 조정 시 적용 기준이 될 수 있다.

실시예에 의하면 상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가를 실시하는 단계는, 상기 웨이퍼나 단결정 잉곳의 조각의 일부 영역에 대해 제1 열처리(BP)를 하는 단계 및 상기 웨이퍼나 단결정 잉곳의 조각의 다른 영역에 대해 제2 열처리(BSW)를 하는 단계를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 열처리는 O-band 열처리를 하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 제2 열처리는 Pv, Pi 열처리를 하는 단계를 포함할 수 있다.

실시예에서 상기 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 방법은 상기 웨이퍼 또는 상기 잉곳 조각의 결함 영역 세분화를 통해 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring)을 진행할 수 있다.

예를 들어, 상기 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 방법은 상기 웨이퍼 또는 상기 잉곳 조각의 Pv 영역, Pi 영역의 스코어(score)를 지정함으로써 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring)을 진행할 수 있다.

실시예에 의하면 결정 영역 세분화, 예들 들어 Pv, Pi로 스코어(score)를 별도로 지정함으로써 더욱 정밀한 판정과 품질 구현이 가능하다.

또한, 실시예에서 상기 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 단계는 상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가를 통한 구리 헤이즈 스코어링 맵(Cu haze scoring map)을 정립하는 단계를 포함할 수 있다.

실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법에 의하면, 고품질 실리콘(Si) 단결정을 성장함에 있어 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법을 이용한 모델(model)을 정립하고 타겟 인상 속도 설정에 있어 정량적인 기준을 마련함으로써 프라임(Prime) 전구간에 대하여 스코어링(scoring)을 통한 품질 예측과 정밀 제어가 가능할 수 있다.

실시예에 따른 단결정 잉곳의 품질 제어방법은 웨이퍼나 단결정 잉곳의 조각에 대한 구리 헤이즈(Cu haze) 평가를 실시하는 단계와, 상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가 결과에 대해 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 단계 및 상기 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 평가 결과 값을 기준으로 타겟 인상속도를 튜닝(Tunning) 단계를 포함할 수 있다.

상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가를 실시하는 단계와, 상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가 결과에 대해 구리 헤이즈 스코어링(Cu haze Scoring) 단계의 내용은 앞서 기술한 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법의 내용의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.

실시예에서 상기 타겟 인상속도를 튜닝(Tunning) 단계는 상기 구리 헤이즈(Cu haze) 평가를 통한 구리 헤이즈 스코어링 맵(Cu haze scoring map)을 정립하는 단계 후에 상기 구리 헤이즈 스코어링 맵을 기준으로 상기 타겟 인상속도 설정에 있어 정량적인 튜닝 기준을 마련하는 단계를 포함할 수 있다.

이에 따라, 실시예에 의하면 상기 타겟 인상속도를 튜닝(Tunning) 단계에서 상기 구리 헤이즈 스코어링 맵(Cu haze scoring map)을 기준으로 단결정 잉곳의 결정 영역별로 상기 튜닝 기준에 따라 정량화된 인상속도를 가감하여 차후 진행되는 배쓰(batch)에서의 타겟 인상 속도를 설정할 수 있다.

실시예에 따른 단결정 잉곳의 품질 제어방법에 의하면, 고품질 실리콘(Si) 단결정을 성장함에 있어 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법을 이용한 모델(model)을 정립하고 타겟 인상 속도 설정에 있어 정량적인 기준을 마련함으로써 프라임(Prime) 전구간에 대하여 스코어링(scoring)을 통한 품질 예측과 정밀 제어가 가능할 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 고품질 Si 단결정 성장을 위한 타겟 인상 속도 설정에 있어 반복되는 V test 및 N test 없이 정확한 타겟 인상 속도를 설정할 수 있으며, 단결정 성장공정에 즉시 적용이 가능하다.

또한, 실시예에 의하면 스코어(Score) 범위, 품질 마진 내 조절값을 통하여 프라임(Prime) 전구간에 대해 실제 무결함 마진 영역에 대한 정확한 데이터(data) 확보가 가능하여 품질 다운(down) 비용 최소화가 가능하고 생산성 증대와 더불어 최소의 시간으로 균일한 고품질의 Si 단결정 제조가 가능하다.

또한, 실시예에 의하면 소구경에서 대구경에 이르기까지 전체 적용이 가능하다.

도 2는 실시 예에 대한 개략적인 도식도로써 무결함 단결정 성장 시 인상 속도 변화에 따른 결정내 결함 분포도를 나타내고 있다.

예를 들어, 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법에 의한 제1 열처리(BP), 제2 열처리(BSW)를 통해 O-band영역, Pv 영역, Pi 영역, 및 LDP영역 구분이 가능하다.

실시예에서 채용하는 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법은 BOE(Buffered Oxide Etchant) 용액과 Cu의 혼합 용액인 구리 오염 용액을 이용하여 웨이퍼 또는 단결정 실리콘 조각에 고농도로 한쪽 면에 Cu를 오염시킨 다음, 짧은 확산 열처리를 실시한 후, 오염된 면 또는 오염된 면의 반대면을 집광등 하에서 육안으로 관찰하여 결정 결함 영역을 구분하는 평가법일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2에서 오른쪽의 제1 샘플 내지 제7 샘플(S1 내지 S7) 예시는 어떠한 타겟 인상 속도도 단결정 성장을 한 후 구리 헤이즈 스코어링 맵(Cu haze scoring map)으로 나타날 수 있는 다양한 유형을 나타낸 것이다.

예를 들면, 맨 위쪽의 전면이 검은 제1 샘플(S1)은 무결함 타겟 인상속도가 높아 O-band 영역으로 치우쳐져 있음을 나타내고 인상 속도(PS) 감소, 예를 들어 0.01mm/mim 감소에 따라 O-band 영역이 사라지게 됨을 보여주고 있다.

또한, 아래에서 세번째의 제5 샘플(S5)의 경우 웨이퍼의 좌측반은 전면이 하얗게 나타나는데 이러한 타겟으로 성장된 단결정은 O-band가 제어되었음을 보여주고 우측반은 전면이 검은색과 하얀색이 섞여서 나타나는데 검은 부분은 Pv 영역을, 하얀 부분은 Pi 영역을 나타내어 본 제5 샘플(S5)의 경우 웨이퍼 내 무결함 영역인 Pv-Pi-Pv와 같이 형성됨을 알 수 있다.

또한, 맨 아래의 제7 샘플(S7)의 경우 좌/우측 전체가 하얗게 나타날 경우 Pi 영역만 있는 웨이퍼가 제조되었음을 알 수 있다.

실시예에서 도 2의 좌측에는 예컨대 0~300까지 스코어(score)를 부여할 수 있으며, 스코어(score) 세분화는 조정이 가능하다.

타겟으로 하는 품질이 O-band가 제어된 Pv 영역과 Pi 영역으로 구성된 제품을 만들 경우 타겟 스코어(score)를 220으로 정할 수 있다.

예를 들어, 도 2에서는 150~280 내에서 타겟 스코어(score)를 정할 수 있다. 여기서 무결함 마진(Free Margin)을 구하고 이를 스코어(score)로 나누어 해당 스코어마다 인상속도 보정량(B)을 구할 수 있다.

예를 들어, 도 2의 경우 타겟 스코어가 220을 인상속도 보정량(B)이 없는 0으로 가정하고 해당 구리 헤이즈 스코어링 맵에 스코어에 해당하는 조절값을 타겟 인상속도에 가감하여 프라임(prime) 전구간 균일한 품질 구현이 가능할 수 있다.

이와 같이, 구리 헤이즈 평가 결과를 스코어링한 것을 이용하여 인상속도 보정량을 산출하는 방법을 하기에서 보다 상세하게 살펴보기로 한다.

도 3은 실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳의 품질 제어방법에서 제5 샘플(S5)에 대한 구리 헤이즈 스코어(Cu haze score) 산정방법 예시도이다.

도 3은 실시예에에 의해 성장된 300mm 단결정의 수직방향 결함 분포를 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법에 의해 분석한 단면도로서 스코어(score) 부여 방법은 다음과 같으나 이에 한정되는 것은 아니다.

먼저 구리 헤이즈(Cu haze) 평가법에 의한 제1 열처리(BP) 평가법(도 3에서 웨이퍼 좌측)의 하얀 부분의 넓이를 잰다. 그리고 제2 열처리(BSW) 평가법(도 3에서 웨이퍼 우측)의 하얀 부분의 넓이를 재어 제1 열처리 영역과 제2 열처리 영역에서의 하얀부분의 넓이를 합산한 값이 스코어(score) 값이 된다.

일예로, 웨이퍼의 일면의 중심으로부터 10mm 단위로 10점씩 부과하는 것으로 보면, 좌측의 하얀 부분이 150점이 되고, 우측의 하얀 부분이 50점으로 산정되며, 해당 웨이퍼의 구리 헤이즈 평가 결과는 200점으로 스코어링된다.

또 다른 예로, 도 2의 우측 그림에서 제2 샘플(S2) 맵(map)의 경우 BP 평가법에 의한 맵(map)의 하얀 부분과 검은 부분이 혼재되어 있는데 이 경우에는 흰부분의 영역 합산으로 구하며 BSW역시 동일한 방식이다.

실시예서 스코어(Score) 300은 300mm 웨이퍼 단면에 대한 것으로서 각 구경에 따라 해당 구경을 그대로 적용할 수 있으며 세분화를 위해 비율적으로 증감하여 사용할 수도 있다.

하기에서 설명될 구리 헤이즈 평가는 300mm 직경의 웨이퍼를 기준으로 하며, Pv 영역과 Pi 영역을 포함하는 무결함 영역을 구리 첨가 용액에 담궈 평가하도록 한다. 이때, 무결함 영역을 평가할 때에 웨이퍼의 중심으로부터 10mm 간격으로 10점씩 스코어링하는데, 흰색의 Pi 영역을 기준으로 스코어링하거나, 검은색의 Pv 영역을 기준으로 스코어링할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가 결과에 따라 멜트갭 보정량(ΔG=X)을 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 멜트갭 보정량(ΔG=X)에 따라 타겟 인상속도 보정량(ΔY)을 나타낸 그래프이다.

본 발명의 단결정 잉곳의 품질 제어방법은 단결정 잉곳을 절단한 단면 또는 웨이퍼의 단면에 구리 헤이즈 평가를 실시한 다음, 상기에서 설명한 것과 같이 구리 헤이즈 스코어링하고, 그 결과에 따라 산출되는 멜트갭 보정량(X=ΔG)을 고려하여 단결정 잉곳을 성장시키는 타겟 인상속도(Y)를 제어할 수 있다.

그런데, 멜트갭 변화(X)에 따라 반경 방향 온도 구배(ΔG)가 변화하게 되는데, 멜트갭 변화(X)에 따른 반경 방향 온도 구배(ΔG)에 대한 실험을 진행하고, 구리 헤이즈 스코어링 결과를 통하여 웨이퍼의 중심 영역 면적과 웨이퍼의 에지 영역 면적 비율(C/E)을 수치화함으로써, 최대 마진을 확보할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이 멜트갭 보정량(X=ΔG)은 웨이퍼의 중심 영역과 에지 영역 비율(C/E)에 따라 도식화할 수 있다. 이때, 웨이퍼의 중심 영역 면적과 웨이퍼의 에지 영역 면적 비율(C/E)은 검은 색의 Pv 영역 면적을 기준으로 스코어링된 값으로부터 산출된 것을 기준으로 한다.

즉, 멜트갭 보정량(X=ΔG)은 Pv 영역을 기준으로 웨이퍼의 에지 영역 면적에 대한 중심 영역 면적 비율(C/E)에 비례하도록 나타난다.

이와 같은 멜트갭 보정량(X=ΔG)을 고려하여 타겟 인상속도 보정량(ΔY)을 산출할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 타겟 인상속도 보정량은 멜트갭 보정량에 따라 도식화할 수 있다.

즉, 타겟 인상속도 보정량(ΔY)은 멜트갭 보정량(X=ΔG)에 대해 반비례하도록 나타나는데, 타겟 인상속도 보정량(ΔY)이 0.1mm 변할 때마다 -0.0025mm/min 만큼 결정의 반경 방향 온도 구배(ΔG)가 변동되는 것으로 나타난다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼나 단결정 잉곳의 품질평가가 진행된 단면도의 일예 및 이러한 품질평가 결과에 따라 산출된 멜트갭 보정량(ΔG=X)과 인상속도 보정량(B) 및 이를 고려한 타겟 인상속도(Y)가 도시된 테이블이다.

본 발명의 단결정 잉곳의 품질 제어방법은 멜트갭 보정량 이외에도 구리 헤이즈 스코어링 결과에 따라 산출되는 인상속도 보정량(B)을 고려하여 단결정 잉곳을 성장시키는 타겟 인상속도(Y)를 제어할 수 있다.

그런데, 인상속도 보정량(B)은 구리 헤이즈 스코어링 결과에 따라 산출되는데, 이러한 인상속도 보정량(B)은 맵 형태로 나타낼 수도 있지만, 맵을 분석하여 구리 헤이즈 스코어링 결과의 구간별로 수식화할 수 있다. 이때, 구리 헤이즈 스코어링 결과는 흰색의 Pi 영역 면적을 기준으로 스코어링된 값을 기준으로 구간별로 나뉘게 된다.

이때, 구리 헤이즈 스코어링 결과 0 ~ 200 구간이면, 인상속도 보정량(B)은 [수학식 2]에 산출되고, 구리 헤이즈 스코어링 결과 200 ~ 300 구간이면, 인상속도 보정량은 [수학식 3]에 의해 산출된다.

즉, 인상속도 보정량(B)은 구간별로 다르긴 하지만, Pi 영역을 점수화한 구리 헤이즈 스코어링 값(S)에 비례하도록 산출된다.

이와 같은 구리 헤이즈 스코어링 결과(S)에 따른 인상속도 보정량(B)을 고려하여 타겟 인상속도(Y)를 제어할 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 타겟 인상속도의 제어방법은, 멜트갭 보정량을 고려하고, 추가로 구리 헤이즈 스코어링 결과에 따른 인상속도 보정량을 고려하여 타겟 인상속도를 제어하게 된다.

도 6을 참조하여 실시예를 기준으로 살펴보면, 다음과 같다.

먼저, 단결정 잉곳을 절단한 웨이퍼의 단면을 통하여 구리 헤이즈 평가를 실시한 다음, Pi 영역을 기준으로 구리 헤이즈 스코어링을 한다.

웨이퍼의 우반측이 Pi 영역으로 흰색을 띄고, 좌반측이 Pi, Pv 영역이 섞여있도록 흰색과 검은색 영역이 혼재되어 있다.

따라서, 구리 헤이즈 스코어링을 하면, 웨이퍼의 우반측은 150 점이고, 웨이퍼의 좌반측은 150점 중에 40점과 20점을 뺀 후에 90 점으로 산출되며, 최종 구리 헤이즈 스코어링 결과(S)가 240점으로 산출된다.

다음, 웨이퍼의 중심 영역과 에지 영역 비율에 따른 멜트갭 보정량(X=ΔG)을 산출한다.

웨이퍼의 좌반측에 Pv 영역으로 검은색 영역을 살펴보면, 중심 영역과 에지 영역이 40점과 20점으로 나타난다.

따라서, 웨이퍼의 중심 영역과 에지 영역 비율(C/E)은 2로 산출되고, 상기 비율에 대응되는 멜트갭 보정량(X=ΔG)은 0.99로 산출된다. 물론, 멜트갭 보정량(X=ΔG)을 반영하여 기존의 타겟 멜트갭(G)을 보정한다.

다음, 구리 헤이즈 스코어링 결과(S)에 따른 인상속도 보정량(B)이 산출된다.

구리 헤이즈 스코어링 결과(S)가 240점인데, 상기에서 언급했던 구리 헤이즈 스코어링 결과(S)가 200 ~ 300 구간에 해당됨에 따라 구리 헤이즈 스코어링 결과(S)가 [수학식 3]에 적용되면, 인상속도 보정량(B)이 0.003으로 산출된다.

이와 같이, 멜트갭 보정량(X=ΔG)과 인상속도 보정량(B)이 산출되면, 타겟 인상속도가 하기의 [수학식 4]에 의해 결정된다.

이때, 타겟 인상속도(Y)는, 멜트갭 보정량(X) * -0.0025mm/min 와, 구리 헤이즈 스코어링 결과(S)에 대한 인상속도 보정량(B)과, 기존 타겟 인상속도(C)를 더한 값으로 산출될 수 있다.

실시예에서, 구리 헤이즈 스코어링 결과 240이고, 기존의 타겟 인상속도(C)가 0.5mm/min이다. 이런 경우, 최대 마진을 확보하기 위하여 타겟 갭을 최적화하는 방법으로 웨이퍼의 중심과 에지 영역 비율(C/E)이 2이므로 맬트갭 보정량(X=ΔG)이 0.99mm가 산정되고, 구리 헤이즈 스코어링 결과(S)에 따른 인상속도 보정량(B)가 0.003으로 산정된다.

결과적으로, [수학식 4]의 수식에 상기의 값들을 대입하면, 최종 타겟 인상속도(Y)는 0.501mm/min 으로 산출될 수 있다.

이와 같이, 먼저 제조된 단결정 잉곳을 기준으로 구리 헤이즈 평가를 통하여 인상속도 보정량(B)을 정량화할 뿐 아니라 멜트갭 보정량(X=ΔG)도 정량적으로 변경하고, 이에 따른 타겟 인상속도(Y)를 정량적으로 변경하도록 품질을 제어할 수 있다.

따라서, 먼저 단결정 잉곳은 설정된 타겟 멜트갭(G)과 타겟 인상속도(Y) 하에서 제조되지만, 본 발명의 품질 제어방법에 의해 멜트갭(G)이 변동됨에 따라 품질이 제어될 수 있는 요건을 고려하여 타겟 멜트갭(G)과 타겟 인상속도(Y)를 보정한 다음, 이후에 단결정 잉곳은 보정된 타겟 멜트갭(G)과 타겟 인상속도(Y) 하에서 제조하여 품질을 향상시킬 수 있으며, 상기와 같은 과정을 통하여 하나의 챔버에서 단결정 잉곳이 반복적으로 생산됨에 따라 품질을 더욱 균일하게 제어할 수 있다.

Claims (14)

1. 냉각부재를 실리콘 융액면과 타겟 멜트갭(G)을 유지시키고, 제1단결정 잉곳을 실리콘 융액으로부터 타겟 인상속도(Y)로 성장시키는 제1단계;
   상기 제1단계에서 성장 완료된 제1단결정 잉곳의 단면에 대한 구리 헤이즈(Cu-Haze) 평가를 실시하는 제2단계;
   상기 제2단계에서 실시된 구리 헤이즈(Cu-Haze) 평가 결과에 따른 무결함 영역을 구리 헤이즈 스코어링(Cu-Haze Scoring)하는 제3단계;
   상기 제3단계에서 산출된 구리 헤이즈 스코어링 결과에 따라 멜트갭 보정량(ΔG=X)을 산출하여 타겟 멜트갭(G)을 보정하는 제4단계;
   상기 제4단계에서 산출된 멜트갭 보정량(ΔG=X)을 반영하여 타겟 인상속도(Y)를 보정하는 제5단계;
   상기 제4단계에서 보정된 타겟 멜트갭(G)을 유지시키고, 상기 제5단계에서 보정된 타겟 인상속도(Y)로 제2단결정 잉곳을 성장시키는 제6단계;를 포함하는 단결정 잉곳의 품질 제어방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제4단계는,
   상기 단결정 잉곳의 무결함 영역을 상기 단결정 잉곳의 중심(Center) 영역과 모서리(Edge) 영역 비율(C/E)로 산정하는 과정을 더 포함하고,
   상기 멜트갭 보정량(ΔG=X)은, 상기 단결정 잉곳의 중심 영역과 모서리 영역 비율(C/E)에 비례하도록 산출되는 단결정 잉곳의 품질 제어방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 단결정 잉곳의 중심 영역과 모서리 영역 비율(C/E)은,
   상기 단결정 잉곳의 단면을 단계적 열처리함에 따라 나타나는 무결함 영역 중, 상기 단결정 잉곳의 중심과 모서리에서 각각 나타나는 VDP(Vacancy Dominant Point defect zone : Pv) 영역을 반경 방향 길이를 기준으로 산출되는 단결정 잉곳의 품질 제어방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제5단계는,
   상기 멜트갭 보정량(ΔG=X)에 반비례하는 타겟 인상속도 보정량(ΔY)을 산출하는 과정을 포함하는 단결정 잉곳의 품질 제어방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 타겟 인상속도 보정량(ΔY)은,
   상기 멜트갭 보정량(X) * -0.0025mm/min 로 산출되는 단결정 잉곳의 품질 제어방법.
6. 냉각부재를 실리콘 융액면과 타겟 멜트갭(G)을 유지시키고, 제1단결정 잉곳을 실리콘 융액으로부터 타겟 인상속도(Y)로 성장시키는 제1단계;
   상기 제1단계에서 성장 완료된 제1단결정 잉곳의 단면에 대한 구리 헤이즈(Cu-Haze) 평가를 실시하는 제2단계;
   상기 제2단계에서 실시된 구리 헤이즈(Cu-Haze) 평가 결과에 따른 무결함 영역을 구리 헤이즈 스코어링(Cu-Haze Scoring)하는 제3단계;
   상기 제3단계에서 산출된 구리 헤이즈 스코어링 결과에 따라 멜트갭 보정량(ΔG=X)을 산출하여 타겟 멜트갭(G)을 보정하는 제4단계;
   상기 제3단계에서 산출된 구리 헤이즈 스코어링 결과에 대한 인상속도 보정량(B)과 상기 제4단계에서 산출된 멜트갭 보정량(ΔG=X)을 고려하여 타겟 인상속도(Y)를 보정하는 제5단계;
   상기 제4단계에서 보정된 타겟 멜트갭(G)을 유지시키고, 상기 제5단계에서 보정된 타겟 인상속도(Y)로 제2단결정 잉곳을 성장시키는 제6단계;를 포함하는 단결정 잉곳의 품질 제어방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제4단계는,
   상기 단결정 잉곳의 무결함 영역을 상기 단결정 잉곳의 중심(Center) 영역과 모서리(Edge) 영역 비율(C/E)로 산정하는 과정을 더 포함하고,
   상기 멜트갭 보정량(ΔG=X)은, 상기 단결정 잉곳의 중심 영역과 모서리 영역 비율(C/E)에 비례하도록 산출되는 단결정 잉곳의 품질 제어방법.
8. 제6항에 있어서,
   상기 제5단계는,
   상기 멜트갭 보정량(ΔG=X)에 반비례하는 타겟 인상속도 보정량(ΔY)을 산출하는 과정을 포함하는 단결정 잉곳의 품질 제어방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 타겟 인상속도 보정량(ΔY)은,
   상기 멜트갭 보정량(X) * -0.0025mm/min 로 산출되는 단결정 잉곳의 품질 제어방법.
10. 제6항에 있어서,
    상기 제5단계는,
    상기 구리 헤이즈 스코어링 평가 결과(S) 별로 상기 인상속도 보정량(B)을 맵으로 산출하는 과정을 포함하는 단결정 잉곳의 품질 제어방법.
11. 제6항에 있어서,
    상기 제5단계는,
    상기 구리 헤이즈 스코어링 평가 결과(S) 구간별로 상기 인상속도 보정량(B)을 수식으로 산출하는 과정을 포함하는 단결정 잉곳의 품질 제어방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 단결정 잉곳의 직경이 300mm 에서, 상기 구리 헤이즈 스코어링 평과 결과(S) 무결함 영역에서 나타나는 IDP(Interstitial Dominant Point defect zone : Pi) 영역을 중심으로부터 10mm 마다 10점씩 점수화하여 산출되는 경우,
    상기 구리 헤이즈 스코어링 평과 결과(S)가 0 이상 200 미만인 구간이면,
    상기 구리 헤이즈 스코어링 평가 결과에 대한 인상속도 보정량(B)은,
    0.000065 * 상기 구리 헤이즈 스코어링 평과 결과(S) - 0.014로 산출되는 단결정 잉곳의 품질 제어방법.
13. 제11항에 있어서,
    상기 단결정 잉곳의 직경이 300mm 에서, 상기 구리 헤이즈 스코어링 평과 결과(S) 무결함 영역에서 나타나는 IDP(Interstitial Dominant Point defect zone : Pi) 영역을 중심으로부터 10mm 마다 10점씩 점수화하여 산출되는 경우,
    상기 구리 헤이즈 스코어링 평과 결과(S)가 200 이상 ~ 300 이하인 구간이면,
    상기 구리 헤이즈 스코어링 평가 결과에 대한 인상속도 보정량(B)은,
    0.0001 * 상기 구리 헤이즈 스코어링 평과 결과(S) - 0.021로 산출되는 단결정 잉곳의 품질 제어방법.
14. 제6항에 있어서,
    상기 타겟 인상속도(Y)는,
    상기 멜트갭 보정량(X) * -0.0025mm/min + 상기 구리 헤이즈 스코어링 결과에 대한 인상속도 보정량(B) + 기존 타겟 인상속도로 산출되는 단결정 잉곳의 품질 제어방법.
    

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