KR20150002198A - Pulling speed control system of growing apparatus for silicon single crystal and manufacturing method for the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to apparatus for growing single crystal silicon. The apparatus for growing single crystal silicon, wherein silicon (S) is melted by a crucible and a heater arranged in the interior of a growth chamber, and ingot which will be grown is inserted into the growth chamber through an exit and touched the melted silicon so as to grow into single crystal ingot, comprises a pulling speed detection part detecting an average pulling speed at a first section in a soldering process by which the ingot touched melted silicon expands by a certain diameter; a storage part storing the average pulling speed at the first section detected by the pulling speed detection part; single crystal silicon; a pulling speed calculation part calculating the pulling speed at a second section in the soldering process based on the average pulling speed at the first section stored in the storage part; and a control part controlling the growth of the ingot using the pulling speed at the second section calculated at the second section in the soldering process. According to the present invention, a process of correction depending on the pulling speed for each section when going on to a body process from the soldering process in the growth of the single crystal silicon ingot, which is used to be conducted directly by a worker, is controlled by detecting the pulling speed automatically, thereby reducing the deviation for work and improving the productivity.

Description

실리콘 단결정 성장 장치의 인상 속도 제어 시스템 및 그 방법{Pulling speed control system of growing apparatus for silicon single crystal and manufacturing method for the same}[0001] The present invention relates to a pulling speed control system for a silicon single crystal growth apparatus,

본 발명은 실리콘 단결정 성장 장치의 인상 속도 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 단결정 잉곳 성장에 있어서 숄더링 공정에서 바디 공정 진행시 구간별 인상 속도에 따른 보정 작업을 작업자가 직접 메뉴얼로 진행하는 공정을 자동으로 인상 속도를 검출하여 제어함으로써 작업에 대한 편차를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있는 실리콘 단결정 성장 장치의 인상 속도 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a pulling rate control system and method for a silicon single crystal growth apparatus, and more particularly, to a pulling rate control system for a silicon single crystal growth apparatus, The present invention relates to a system and a method for controlling a pulling speed of a silicon single crystal growing apparatus capable of reducing variation in work and improving productivity by automatically detecting a pulling rate.

반도체 소자 제조용 재료로서 광범위하게 사용되고 있는 실리콘 웨이퍼는 단결정 실리콘 박판으로 용융 상태의 실리콘 융액으로부터 성장된 단결정 실리콘 잉곳(ingot)을 웨이퍼 형태로 자르는 절단하여 제조될 수 있다.A silicon wafer widely used as a material for manufacturing semiconductor devices can be produced by cutting a single crystal silicon ingot grown from a silicon melt in a molten state into a single crystal silicon thin plate into a wafer shape.

이 단결정 실리콘 잉곳은 쵸크랄스키법(Czochralski method)에 따라 성장되어 제조된다. 이 쵸크랄스키법에 의해 단결정 잉곳을 성장시키는 단결정 잉곳 성장 공정은 대략 다음과 같다. 도가니 내에 원료로서 투입된 다결정 실리콘 덩어리가, 도가니를 둘러싸도록 설치된 히터에 의해서 가열되어 용융된다. 도가니 내에 원료 융액이 형성되면, 도가니를 일정 방향으로 회전시키면서 도가니 상에 지지된 종결정(시드(seed))을 하강시켜, 도가니 내의 원료 융액에 침지한다. 이어, 시드를 소정의 방향으로 회전시키면서, 상승시킴으로써, 시드의 아래쪽으로 원주상의 실리콘 단결정을 끌어올려 성장시킴으로써 단결정 실리콘 잉곳이 생성된다.This single crystal silicon ingot is grown and manufactured according to the Czochralski method. The single crystal ingot growing step for growing a single crystal ingot by the Czochralski method is roughly as follows. The polycrystalline silicon ingot charged as a raw material in the crucible is heated and melted by a heater provided so as to surround the crucible. When the raw material melt is formed in the crucible, the seed crystal (seed) supported on the crucible is lowered while rotating the crucible in a predetermined direction to immerse the raw material melt in the crucible. Then, the seed is rotated while being rotated in a predetermined direction to raise the circumferential silicon single crystal to the lower side of the seed, thereby growing a single crystal silicon ingot.

한편, 일반적인 잉곳의 성장공정은 성장챔버 내부의 오염물질을 흡입하는 vacuum단계, 실리콘 덩어리를 실리콘 융액으로 용해시키는 용해단계(Melt down), 용해된 실리콘 융액을 안정화시키는 안정화(Stabilization)단계, 잉곳의 종자를 실리콘 융액에 침지시킨 후 직경을 최소화하면서 끌어올리는 넥킹(Necking)단계, 원하는 직경으로 확장시키는 숄더링(Shouldering)단계, 원하는 길이로 성장시키는 바디(Body)단계, 성장된 잉곳을 실리콘 융액으로부터 분리시키는 테일(Tail)단계 및 성장된 잉곳을 냉각시키는 쿨링(Cooling)단계 등으로 이루어진다. On the other hand, a general ingot growth process includes a vacuum stage for sucking contaminants in the growth chamber, a dissolution step for dissolving the silicon ingot in a silicon melt, a stabilization step for stabilizing the molten silicon melt, A necking step in which the seed is immersed in a silicon melt and then lifted up while minimizing the diameter, a shouldering step of expanding to a desired diameter, a body step of growing the desired length, a step of growing the grown ingot from the silicon melt And a cooling step for cooling the grown ingot.

이 중, 상기 숄더링 단계에서 바디단계로 넘어가는 과정에서 성장된 잉곳의 직경에 따른 인상 속도(Pulling speed)의 제어를 작업자가 직접 메뉴얼로 진행을 하게 된다. In the course of moving from the shoulder step to the body step, the operator manually controls the pulling speed according to the diameter of the ingot grown.

그로 인해, 작업상 편차가 발생하게 되고 생산성이 떨어지게 되는 문제점이 발생된다.
As a result, there arises a problem that deviation occurs in operation and productivity is deteriorated.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 실리콘 단결정 잉곳 성장에 있어서 숄더링 공정에서 바디 공정 진행시 구간별 인상 속도에 따른 보정 작업을 작업자가 직접 메뉴얼로 진행하는 공정을 자동으로 인상 속도를 검출하여 제어함으로써 작업에 대한 편차를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있는 실리콘 단결정 성장 장치 및 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a silicon single crystal ingot by automatically detecting a pulling rate and controlling the process of manually performing a correction operation according to a pull- And to provide a silicon single crystal growing apparatus and method capable of reducing variations in work and improving productivity.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention, unless further departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be possible.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실리콘 단결정 성장 장치는, 성장챔버 내부에 마련된 도가니와 히터에 의해 실리콘 융액(S)이 용해되고, 출입구를 통해 성장될 잉곳이 성장챔버의 내부로 삽입되어 상기 실리콘 융액과 접촉되어 단결정 잉곳으로 성장하는 실리콘 단결정 성장 장치에 있어서, 상기 실리콘 융액과 접촉된 잉곳이 소정 직경까지 확대하는 숄더링 공정에서 제 1 구간의 평균 인상 속도를 검출하는 인상 속도 검출부와; 상기 인상 속도 검출부에서 검출된 제 1 구간의 평균 인상 속도를 저장하는 저장부와; 상기 저장부에 저장된 제 1 구간의 평균 인상 속도 값을 기준으로 숄더링 공정의 제 2 구간의 인상 속도를 산출하는 인상 속도 연산부; 및 상기 숄더링 공정의 제 2 구간에서 상기 산출된 제 2 구간의 인상 속도로 잉곳의 성장을 제어하는 제어부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a silicon single crystal growth apparatus comprising: a silicon melt (S) dissolved by a crucible and a heater provided inside a growth chamber; an ingot to be grown through an entrance is inserted into a growth chamber 1. A silicon single crystal growth apparatus in contact with a silicon melt and growing into a single crystal ingot, comprising: a pulling rate detecting unit for detecting an average pulling rate of the first section in a shoulder process in which the ingot contacted with the silicon melt is expanded to a predetermined diameter; A storage unit for storing an average lifting speed of the first section detected by the lifting speed detector; A pull-up speed calculating unit for calculating a pull-up speed of a second section of the shoulder process based on an average pull-up speed value of the first section stored in the storage unit; And a controller for controlling the growth of the ingot at the pulling rate of the calculated second section in the second section of the shouldering process.

여기서, 특히 상기 인상 속도 연산부에서 제 2 구간의 인상 속도는, In particular, the pulling rate of the second section in the pulling rate calculator,

Y = AX + B (여기서, A 는 상수, B는 n 개의 스텝별 상수, X는 제 1 구간의 평균 인상 속도) 식을 이용하여 산출하는 점에 그 특징이 있다. Y = AX + B (where A is a constant, B is a n-step constant, and X is an average pulling rate of the first section).

여기서, 특히 상기 제어부는 상기 산출된 제 2 구간의 인상 속도를 이용하여 바디 공정의 제 3 구간까지 목표치 다이아 크기가 성장하면, 바디 구간의 다이아 PID 제어를 진행하는 점에 그 특징이 있다. In particular, the control unit is characterized in that the diaphragm PID control of the body section is performed when the target diaphragm size is increased up to the third section of the body process using the calculated pull-up speed of the second section.

여기서, 특히 상기 숄더링 공정의 제 1 구간은 숄더링 공정의 중간 단계 구간에 대응하고, 제 2 구간은 숄더링 공정의 후반 단계 구간에 대응하는 점에 그 특징이 있다. Here, in particular, the first section of the shouldering process corresponds to the intermediate stage section of the shouldering process, and the second section corresponds to the latter stage section of the shouldering process.

여기서, 특히 상기 바디 공정의 제 3 구간은 바디 공정의 초기 단계 구간에 대응하는 점에 그 특징이 있다. Particularly, the third section of the body process is characterized in that it corresponds to an initial stage section of the body process.

또한, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실리콘 단결정 성장 방법은, 성장챔버 내부에 마련된 도가니와 히터에 의해 실리콘 융액(S)이 용해되고, 출입구를 통해 성장될 잉곳이 성장챔버의 내부로 삽입되어 상기 실리콘 융액과 접촉되어 단결정 잉곳으로 성장하는 실리콘 단결정 성장 방법에 있어서, 상기 실리콘 융액과 접촉된 잉곳이 소정 직경까지 확대하는 숄더링 공정에서 제 1 구간의 평균 인상 속도를 검출하는 단계와; 상기 검출된 제 1 구간의 평균 인상 속도를 저장하는 단계와; 상기 저장된 제 1 구간의 평균 인상 속도 값을 기준으로 숄더링 공정의 제 2 구간의 인상 속도를 산출하고, 산출된 인상 속도로 상기 숄더링 공정의 제 2 구간 공정 진행하는 단계; 상기 산출된 제 2 구간의 인상 속도로 바디 공정의 제 3 구간 진입 후 바디 공정의 소정 조건과 비교하는 단계; 및 상기 바디 공정의 소정 조건을 비교하여 그에 대응하는 소정 조건을 만족하면 바디 공정의 다이아 PID 제어를 진행하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of growing a silicon single crystal in which a silicon melt (S) is dissolved by a crucible and a heater provided in a growth chamber, and an ingot to be grown through an entrance is inserted into a growth chamber And contacting the silicon melt to grow a single crystal ingot, the method comprising: detecting an average pulling speed of the first section in a shoulder process in which the ingot contacted with the silicon melt is expanded to a predetermined diameter; Storing the detected average lifting speed of the first section; Calculating a lifting speed of a second section of the shoulder process based on the stored average lifting speed value of the first section and proceeding to the second section of the shouldering process at the calculated lifting speed; Comparing a calculated condition of the body section with a predetermined condition of a body process after entering the third section of the body process at the calculated pulling rate of the second section; And comparing the predetermined condition of the body process and proceeding to the diamond PID control of the body process if the predetermined condition corresponding thereto is satisfied.

여기서, 특히 상기 바디 공정의 상기 소정 조건을 만족하지 못하면, 상기 바디 공정의 목표치 다이아의 크기까지 성장하도록 제 3 구간을 진행하는 점에 그 특징이 있다. Herein, the third section is progressed so as to grow to the target value diamond of the body process, if the predetermined condition of the body process is not satisfied.

여기서, 특히 상기 제 2 구간의 인상 속도는 산출하는 단계에서 Here, in particular, in the step of calculating the pulling rate of the second section

Y = AX + B (여기서, A 는 상수, B는 n 개의 스텝별 상수, X는 제 1 구간의 평균 인상 속도)식을 이용하여 산출하는 점에 그 특징이 있다.Y = AX + B (where A is a constant, B is a n-step constant, and X is an average pulling rate of the first section).

여기서, 특히 상기 숄더링 공정의 제 1 구간은 숄더링 공정의 중간 단계 구간에 대응하고, 제 2 구간은 숄더링 공정의 후반 단계 구간에 대응하는 점에 그 특징이 있다. Here, in particular, the first section of the shouldering process corresponds to the intermediate stage section of the shouldering process, and the second section corresponds to the latter stage section of the shouldering process.

여기서, 특히 상기 바디 공정의 제 3 구간은 바디 공정의 초기 단계 구간에 대응하는 점에 그 특징이 있다.
Particularly, the third section of the body process is characterized in that it corresponds to an initial stage section of the body process.

본 발명에 따르면, 실리콘 단결정 잉곳 성장에 있어서 숄더링 공정에서 바디 공정 진행시 구간별 인상 속도에 따른 보정 작업을 작업자가 직접 메뉴얼로 진행하는 공정을 자동으로 인상 속도를 검출하여 제어함으로써 작업에 대한 편차를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
According to the present invention, in the process of growing a silicon single crystal ingot, a process in which a worker directly manages a correction operation according to a pull-up speed for each section during the progress of a body process in a shoulder ring process is automatically detected and controlled, And the productivity can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 장치의 인상 속도 제어 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘 단결정 성장의 인상 속도 제어 방법에 대한 순서도.
도 3은 본 발명의 숄더링 공정에서 바디 공정으로 진행되는 과정에 대한 인상 속도를 도시한 도면.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a pulling rate control system of a silicon single crystal growing apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a flow diagram of a method for controlling the pull rate of silicon single crystal growth according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a pulling speed for a process proceeding from a shoulder ring process to a body process of the present invention;

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.The same reference numerals are used for portions having similar functions and functions throughout the drawings.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
In addition, in the entire specification, when a part is referred to as being 'connected' to another part, it may be referred to as 'indirectly connected' not only with 'directly connected' . Also, to include an element does not exclude other elements unless specifically stated otherwise, but may also include other elements.

이하 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 장치의 인상 속도 제어 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a view schematically showing a configuration of a pulling rate control system of a silicon single crystal growing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실리콘 단결정 성장 장치의 인상 속도 제어 시스템은, 실리콘 단결정 성장 장치(1)와 인상 속도 제어 시스템(100)으로 구성된다. 상기 실리콘 단결정 성장 장치(1)는, 성장챔버(10), 도가니(20), 히터(30) 및 자성체(미도시)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the pulling rate control system of the silicon single crystal growth apparatus of the present invention is composed of a silicon single crystal growth apparatus 1 and a pulling rate control system 100. The silicon single crystal growth apparatus 1 includes a growth chamber 10, a crucible 20, a heater 30, and a magnetic body (not shown).

상기 성장챔버(10)는 잉곳(I)이 출입되는 출입구(11)가 상부에 마련되는 원통 형상으로 형성되며, 그 내부에는 상기 잉곳(I)의 성장을 위한 성장환경이 조성된다. 이때, 상기 성장챔버(10) 내부에 조성되는 성장환경은 성장 챔버(10) 내부의 온도, 압력, 그리고, 상기 성장챔버(10)의 내부로 공급되는 퍼지가스의 유량 등에 의해 좌우된다.The growth chamber 10 is formed in a cylindrical shape having an entrance 11 through which the ingot I enters and exits, and a growth environment for growing the ingot I is formed therein. At this time, the growth environment formed in the growth chamber 10 depends on the temperature, pressure, and flow rate of the purge gas supplied into the growth chamber 10, and the like in the growth chamber 10.

한편, 상기 성장챔버(10)의 출입구(11)를 통해 성장챔버(10)의 내부로 진입한 잉곳(I)은 아직 미 성장된 잉곳(I)의 종자이며, 이 종자가 성장챔버(10)의 내부에서 단결정 잉곳(I)으로 성장되어 다시 출입구를 통해 성장챔버(10)의 외부로 배출된다. The ingot I entered into the growth chamber 10 through the entrance 11 of the growth chamber 10 is a seed of the undeveloped ingot I and the seed is introduced into the growth chamber 10, Crystal ingot I and is discharged to the outside of the growth chamber 10 through the entrance.

상기 도가니(20)는 상기 성장챔버(10)의 내부에 설치되며, 실리콘 융액(S)이 수용된다. 이때, 상기 도가니(20)의 실리콘 융액(S)은 다결정 실리콘 덩어리가 용해되어 형성되며, 이러한 실리콘 융액(S)의 형성은 후술할 히터(30)와 함께 후술토록 한다.The crucible 20 is installed inside the growth chamber 10, and the silicon melt S is accommodated. At this time, the silicon melt (S) of the crucible (20) is formed by dissolving a polycrystalline silicon ingot. The formation of the silicon melt (S) is described later with the heater (30) to be described later.

상기 도가니(20)는 외주면이 흑연으로 형성된 도가니 지지대(21)에 의해 지지된다. 또한, 상기 도가니 지지대(21)의 하부에는 축(22)이 형성됨으로써, 지지하는 도가니(20)를 소정 속도로 회전시킨다. 이러한 도가니(20)의 회전에 의해, 상기 도가니(20)에 수용된 실리콘 융액(S)이 균일한 밀도와 온도를 유지할 수 있게 된다.The crucible 20 is supported by a crucible support 21 whose outer peripheral surface is made of graphite. Further, a shaft 22 is formed below the crucible supporter 21 to rotate the supporting crucible 20 at a predetermined speed. By the rotation of the crucible 20, the silicon melt S accommodated in the crucible 20 can maintain a uniform density and temperature.

상기 히터(30)는 상기 도가니(20)의 외주면과 소정간격 이격되도록 상기 성장챔버(10) 내에 설치되어, 상기 도가니(20)를 가열한다. 상기 히터(30)는 상기 도가니 지지대(21)와 마찬가지로 열전도성 및 내열성이 우수하고 열팽창율이 낮아 열에 의해 쉽게 변형되지 않으며 열충격에 강한 흑연으로 형성됨이 좋다. 이러한 흑연 재질의 도가니 지지대(21)와 히터(30)의 기술구성에 의해, 상기 도가니(20)의 가열성이 보다 우수해진다.The heater 30 is installed in the growth chamber 10 so as to be spaced apart from the outer circumferential surface of the crucible 20 by a predetermined distance to heat the crucible 20. Like the crucible supporter 21, the heater 30 is preferably formed of graphite which is excellent in thermal conductivity and heat resistance, has a low coefficient of thermal expansion, is not easily deformed by heat, and is resistant to thermal shock. The crucible support 21 of the graphite material and the heater 30 make the furnace 20 more heat-resistant.

한편, 상기 히터(30)에 의해 상기 도가니(20)가 가열될 경우, 상기 도가니(20)에 수용되어 있던 다결정 실리콘 덩어리가 고온에 의해 용해되어 실리콘 융액(S)으로 형상 변형된다. 또한, 상기 히터(30)는 가열되어 용해된 실리콘 융액(S)을 상기 잉곳(I)의 성장 도중에 지속적으로 가열함으로써, 상기 잉곳(I)이 성장될 수 있는 고온 환경을 조성한다.On the other hand, when the crucible 20 is heated by the heater 30, the polycrystalline silicon ingot contained in the crucible 20 is dissolved by the high temperature to be deformed into the silicon melt S. In addition, the heater 30 continuously heats the melted silicon melt S during the growth of the ingot I, thereby creating a high-temperature environment in which the ingot I can be grown.

한편, 상기 히터(30)로부터 발생되는 열에 의해 가열된 실리콘 융액(S)의 열이 누출되는 열손실 발생을 방지하기 위해, 방열체(31)가 마련된다. 이 방열체(31)는 상기 실리콘 융액(S)의 상면과 마주하는 일단과, 이 일단으로부터 잉곳(I)과 성장챔버(10)의 사이로 연장되는 타단을 구비한다.On the other hand, a heat dissipator 31 is provided to prevent heat loss from leaking heat of the silicon melt S heated by the heat generated from the heater 30. The heat discharging body 31 has one end facing the upper surface of the silicon melt S and the other end extending from the one end to between the ingot I and the growth chamber 10.

상기 실리콘 단결정 성장 장치(1)의 성장챔버 내부에 마련된 도가니(20)와 히터(30)에 의해 실리콘 융액(S)이 용해되고, 출입구를 통해 성장될 잉곳이 성장챔버의 내부로 삽입되어 상기 실리콘 융액과 접촉되어 단결정 잉곳으로 성장하는 과정에서 상기 인상 속도 제어 시스템(100)은 숄더링 단계와 바디 단계에서의 인상 속도를 제어하게 된다. The silicon melt S is dissolved by the crucible 20 and the heater 30 provided in the growth chamber of the silicon single crystal growth apparatus 1 and the ingot to be grown through the entrance is inserted into the growth chamber, In the process of growing into a single crystal ingot in contact with the melt, the pulling rate control system 100 controls the pulling speed at the shouldering step and the body step.

상기 인상 속도 제어 시스템(100)은 상기 실리콘 융액과 접촉된 잉곳이 소정 직경까지 확대하는 숄더링 공정에서 제 1 구간의 평균 인상 속도를 검출하는 인상 속도 검출부(101)와; 상기 인상 속도 검출부(101)에서 검출된 제 1 구간의 평균 인상 속도를 저장하는 저장부(102)와; 상기 저장부(102)에 저장된 제 1 구간의 평균 인상 속도 값을 기준으로 숄더링 공정의 제 2 구간의 인상 속도를 산출하는 인상 속도 연산부(103); 및 상기 숄더링 공정의 제 2 구간에서 상기 산출된 제 2 구간의 인상 속도로 잉곳의 성장을 제어하는 제어부(104)를 포함하여 구성된다. The pulling rate control system (100) includes a pulling rate detecting unit (101) for detecting an average pulling rate of a first section in a shoulder process in which an ingot contacted with the silicon melt is expanded to a predetermined diameter; A storage unit (102) for storing an average lifting speed of the first section detected by the lifting speed detector (101); A pulling rate calculation unit (103) for calculating a pulling rate of a second section of the shoulder process based on an average pulling rate value of the first section stored in the storage unit (102); And a controller (104) for controlling the growth of the ingot at the pulling rate of the calculated second section in the second section of the shoulder ring process.

상기 인상 속도 검출부(101)는 상기 숄더링 단계에서 성장되는 잉곳의 직경 크기를 검출하게 되며, 이때 통상 CCD 카메라 등과 같은 디지털 카메라(미도시)를 이용하여 디지털 영상을 획득하여 이를 분석하는 방법으로 잉곳의 직경 크기에 따른 평균 인상 속도(Average pulling speed)를 산출하는 방법이 적용될 수 있다. The pulling rate detecting unit 101 detects the diameter of the ingot grown in the shouldering step. At this time, a digital camera (not shown) such as a CCD camera or the like is used to acquire a digital image, A method of calculating an average pulling speed according to a diameter size of the roller can be applied.

보다 구체적으로, 상기 산출되는 평균 인상 속도(Average pulling speed)는 숄더링 단계 과정에서 제 1 구간으로 중간 구간에 대한 평균 인상 속도가 될 수 있다. More specifically, the calculated average pulling speed may be an average pulling speed for the middle section in the first section during the shouldering step.

상기 인상 속도 연산부(103)는 상기 인상 속도 검출부(101)에서 검출된 평균 인상 속도를 이용하여 상기 숄더링 단계 과정의 후반 구간과 바디 단계의 초반 구간에 대한 인상 속도를 산출하게 된다. 여기서, 상기 숄더링 공정의 제 1 구간은 숄더링 공정의 중간 단계 구간에 대응하고, 제 2 구간은 숄더링 공정의 후반 단계 구간에 대응하게 된다.The pulling rate calculator 103 calculates the pulling rate for the second half of the shoulder step and the first half of the body step using the average pulling rate detected by the pulling rate detector 101. [ Here, the first section of the shoulder process corresponds to the intermediate stage section of the shouldering process, and the second section corresponds to the latter stage section of the shouldering process.

보다 구체적으로, 상기 인상 속도 연산부(103)에서 제 2 구간의 인상 속도는 More specifically, the pulling rate of the second section in the pulling rate calculator 103 is

Y = AX + B Y = AX + B

(여기서, A 는 상수, B는 n 개로 나눈 각 스텝별 상수, X는 제 1 구간의 평균 인상 속도) 수식을 이용하여 산출하게 된다. (Where A is a constant, B is a constant for each step divided by n, and X is an average pulling rate of the first section).

상기 제어부(104)는 상기 산출된 제 2 구간의 인상 속도를 이용하여 상기 숄더링 단계의 후반 단계의 잉곳이 소정 직경까지 성장하도록 산출된 인상 속도도 제어하게 된다. 그리고, 상기 산출된 제 2 구간의 인상 속도를 이용하여 바디 공정의 제 3 구간의 인상 속도를 제어하게 된다. 즉, 바디 단계 진입 후 잉곳의 (다이아 변화량/시간당)의 조건에 따라 바디 공정의 제 3 구간 이후의 시간에 따른 다이어의 크기에 대응하여 PID를 제어하게 된다. 예를 들어, 상기 산출된 인상 속도에 의해 성장된 잉곳의 직경의 크기가 일정 속도로 진행시에는 정상적으로 바디 공정을 진행하게 되지만 상기 성장된 잉곳이 오버 숄더링 공정으로 판단되면 그에 대응하는 인상 속도로 바디 공정을 제어하게 된다. 여기서, 상기 바디 공정의 제 3 구간은 바디 공정의 초기 단계 구간에 대응한다. The control unit 104 also controls the pulling rate calculated so that the ingot of the latter stage of the shouldering step grows to a predetermined diameter by using the calculated pulling rate of the second section. The lifting speed of the third section of the body process is controlled using the lifting speed of the calculated second section. That is, the PID is controlled according to the size of the die according to the time after the third section of the body process according to the condition of the ingot (the amount of change of diamond / hour) after the entry into the body step. For example, when the diameter of the ingot grown at the calculated pulling rate is proceeding at a constant speed, the body process proceeds normally. However, if it is determined that the grown ingot is an over-shouldering process, Thereby controlling the body process. Here, the third section of the body process corresponds to the initial stage section of the body process.

이러한 과정에서, 단결정 잉곳의 직경의 크기 및 길이에 대한 성장의 인상 속도를 제어하여 숄더 공정에서 바디 공정으로 진행되는 구간에 대해 자동적으로 진행하게 된다.
In this process, the growth rate of the growth of the single crystal ingot with respect to its size and length is controlled to automatically proceed to the section of the shoulder process that proceeds to the body process.

또한, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘 단결정 성장의 인상 속도 제어 방법에 대한 순서도이고, 도 3은 본 발명의 숄더링 공정에서 바디 공정으로 진행되는 과정에 대한 인상 속도를 도시한 도면이다.FIG. 2 is a flow chart of a pulling rate control method of silicon single crystal growth according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a view showing a pulling speed for a process in a body process in the shouldering process of the present invention to be.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실리콘 단결정 성장 방법은, 먼저 상기 성장챔버(10)의 내부에 마련된 도가니(20)가 히터(30)에 의해 가열되어 실리콘용액(S)이 마련된다. 이때, 상기 실리콘용액(S)은 다결정 실리콘 덩어리가 가열되어 용해됨으로써 형성되며, 지속적으로 히터(30)에 의해 가열된다. 이렇게 실리콘용액(S)이 용해에 의해 마련되면, 상기 출입구(11)를 통해 성장될 잉곳(I)이 성장챔버(10)의 내부로 삽입되어, 실리콘용액(S)과 접촉된다. 이 후, 상기 실리콘 용액(S)과 접촉된 잉곳(I)이 인상되면서 단결정 잉곳(I)으로 성장된다. 여기서, 상기 잉곳(I)의 성장단계(S30)는 자성체(40)에 의해 자기장을 인가받으면서 진행되며, 숄더링(Shouldering) 공정 단계와 바디 공정 단계를 포함한다.As shown in FIG. 2, in the method of growing a silicon single crystal according to the present invention, a crucible 20 provided in the growth chamber 10 is first heated by a heater 30 to form a silicon solution S. At this time, the silicon solution (S) is formed by melting the polycrystalline silicon agglomerate by heating, and is continuously heated by the heater (30). When the silicon solution S is prepared by dissolution, the ingot I to be grown through the entrance 11 is inserted into the growth chamber 10 and brought into contact with the silicon solution S. Thereafter, the ingot (I) brought into contact with the silicon solution (S) is pulled up and grown as a single crystal ingot (I). The growth step S30 of the ingot I proceeds while being applied with a magnetic field by the magnetic body 40, and includes a shouldering process step and a body process step.

이때, 상기 실리콘 단결정 성장 방법의 숄더링 공정 단계와 바디 공정 단계를 진행하는 과정에 대한 인상 속도 제어 방법에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, the pulling rate control method for the process of the shoulder ring process and the body process step of the silicon single crystal growth method will be described.

먼저, 상기 실리콘 융액과 접촉된 잉곳이 소정 직경까지 확대하는 숄더링 공정에서 제 1 구간의 평균 인상 속도를 검출하는 단계가 수행된다(S21). 여기서, 상기 숄더링 공정의 제 1 구간은 숄더링 공정의 중간 단계 구간에 대응할 수 있다.First, a step of detecting an average lifting speed of the first section in a shoulder process in which the ingot contacted with the silicon melt is expanded to a predetermined diameter is performed (S21). Here, the first section of the shouldering process may correspond to the intermediate stage section of the shouldering process.

보다 구체적으로, 상기 잉곳(I)의 직경이 원하는 직경까지 확장되는 숄더링 공정에 의해, 상기 잉곳(I)의 직경이 점차적으로 확장되는 부위인 다이아의 시간에 따른 상기 잉곳(I)의 직경방향 성장값을 △D로 지칭하여 그 값을 측정하게 된다. 여기서, 숄더링 과정은 여러 단계로 구분하여 각 단계별 직경방향 성장값(△D)에 따른 숄더링 공정의 인상 속도를 검출하게 된다. More specifically, by a shoulder process in which the diameter of the ingot (I) is expanded to a desired diameter, the diameter of the ingot (I) gradually increases in the diameter direction of the ingot (I) The growth value is referred to as? D and the value is measured. Here, the shouldering process is divided into several steps, and the pulling speed of the shouldering process is detected according to the radial growth value (? D) of each step.

그리고, 상기 검출된 제 1 구간의 평균 인상 속도를 저장하는 단계가 수행된다(S22). Then, the step of storing the detected average lifting speed of the first section is performed (S22).

이어서, 상기 저장된 제 1 구간의 평균 인상 속도 값을 기준으로 숄더링 공정의 제 2 구간의 인상 속도를 산출하고(S23), 산출된 인상 속도로 상기 숄더링 공정의 제 2 구간 공정 진행하는 단계가 수행된다(S24). Next, the step of calculating the pulling speed of the second section of the shoulder process based on the average pulling-up speed value of the stored first section (S23) and proceeding to the second pulling process of the shouldering process at the calculated pulling- (S24).

보다 구체적으로, 상기 제 2 구간의 인상 속도는 산출하는 단계(S23)는 하기 수식에 의해 산출된다. 여기서, 제 2 구간은 숄더링 공정의 후반 단계 구간에 대응한다. More specifically, the step S23 of calculating the pulling-up speed of the second section is calculated by the following equation. Here, the second section corresponds to the second stage section of the shouldering process.

수식 Equation

Y = AX + B 여기서, A 는 상수, B는 n 개의 스텝별 상수, X는 제 1 구간의 평균 인상 속도이다.Y = AX + B where A is a constant, B is a n-step constant, and X is an average increase rate of the first section.

여기서, 숄더링 과정은 여러 단계로 구분하여 각 단계별 직경 방향 성장값(△D)에 대한 인상 속도를 검출하게 된다. Here, the shouldering process is divided into several steps to detect the pulling speed for the radial growth value (D) at each step.

도 3에 도시된 바와 같이, 숄더링 공정 단계의 인상 속도가 중간 구간에서는 빠르게 진행되는데 반해 후반 구간에서 느리게 진행되는 것을 알 수 있다. 그리고, 바디 공정 단계로 진행되는 인상 속도는 숄더링 후반 구간의 인상 속도와 비슷하게 진행되는 것을 볼 수 있다. As shown in FIG. 3, it can be seen that the pulling speed of the shouldering process step progresses rapidly in the middle section, whereas it progresses slowly in the latter section. It can be seen that the pulling speed to the body process step is similar to the pulling speed of the latter half of the shoulder ring.

그 다음, 상기 산출된 인상 속도로 상기 숄더링의 후반 단계를 진행하게 된다(S24). Then, the second stage of the shoulder ring is advanced at the calculated pulling rate (S24).

그리고, 상기 산출된 제 2 구간의 인상 속도로 바디 공정의 진입 단계인 제 3 구간을 진행하게 된다. 그리고, 진행된 잉곳의 성장 결과를 바디 공정의 소정 조건을 비교하여(S25) 그에 대응하는 소정 조건(S26)을 만족하면, 상기 바디 공정의 다이아 PID 제어를 진행하는 단계가 수행된다(S27). 여기서, 상기 바디 공정의 제 3 구간은 바디 공정의 초기 단계 구간에 대응한다. The third section, which is the entry step of the body process, proceeds at the calculated pulling rate of the second section. When the predetermined condition (S26) is satisfied, the diamond PID control of the body process is performed (S27). Here, the third section of the body process corresponds to the initial stage section of the body process.

보다 구체적으로, 상기 산출된 제 2 구간의 인상 속도를 이용하여 잉곳이 소정 직경까지 성장하는 조건에 따라 바디 공정의 제 3 구간의 인상 속도를 제어하게 된다. 즉, 바디 단계 진입 후 잉곳의 (다이아 변화량/시간당)의 조건에 따라 제어하게 된다. 여기서, 상기 산출된 인상 속도에 의해 성장된 잉곳의 직경의 크기가 일정 속도로 진행시에는 정상적으로 바디 공정을 진행하게 된다. More specifically, the pulling rate of the third section of the body process is controlled according to the condition that the ingot grows to a predetermined diameter using the calculated pulling rate of the second section. That is, it is controlled according to the conditions of the ingot (the amount of diamond change / hour) after the entry into the body stage. Here, when the diameter of the ingot grown by the calculated pulling rate is progressing at a constant speed, the body process proceeds normally.

한편, 상기 바디 공정의 상기 소정 조건(S26)을 만족하지 못하면, 상기 바디 공정의 상기 성장된 잉곳이 오버 숄더링 공정으로 판단되면 그에 대응하는 인상 속도로 바디 공정을 제어하게 된다. 여기서, 상기 바디 공정의 제 3 구간은 바디 공정의 초기 단계 구간에 대응한다. On the other hand, if the predetermined condition (S26) of the body process is not satisfied, if the grown ingot of the body process is determined to be an over-shouldering process, the body process is controlled at a corresponding pulling rate. Here, the third section of the body process corresponds to the initial stage section of the body process.

따라서, 실리콘 단결정 잉곳 성장에 있어서 숄더링 공정에서 바디 공정 진행시 숄더링 공정의 인상 속도를 산출하여 그에 따른 인상 속도를 자동으로 제어함으로써 직접 보정 작업을 작업자가 직접 메뉴얼로 진행하는 공정 작업에 대한 편차를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있게 된다. Therefore, in the growth of a silicon single crystal ingot, the pulling speed of the shouldering process is calculated at the time of the body process in the shouldering process, and the pulling rate is automatically controlled accordingly, And productivity can be improved.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of course, this is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the equivalents as well as the claims that follow.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 --- 실리콘 단결정 성장 장치 10 --- 성장챔버
20 --- 도가니 30 --- 히터
100 --- 인상 속도 제어 시스템 101 --- 인상 속도 검출부
102 --- 저장부 103 --- 인상 속도 연산부
104 --- 제어부
Description of the Related Art
1 --- Silicon single crystal growth apparatus 10 --- Growth chamber
20 --- Crucible 30 --- Heater
100 --- Pulling speed control system 101 --- Pulling speed detector
102 --- Storage unit 103 --- Pulling speed operation unit
104 --- Control unit

Claims (10)

성장챔버 내부에 마련된 도가니와 히터에 의해 실리콘 융액(S)이 용해되고, 출입구를 통해 성장될 잉곳이 성장챔버의 내부로 삽입되어 상기 실리콘 융액과 접촉되어 단결정 잉곳으로 성장하는 실리콘 단결정 성장 장치에 있어서,
상기 실리콘 융액과 접촉된 잉곳이 소정 직경까지 확대하는 숄더링 공정에서 제 1 구간의 평균 인상 속도를 검출하는 인상 속도 검출부와;
상기 인상 속도 검출부에서 검출된 제 1 구간의 평균 인상 속도를 저장하는 저장부와;
상기 저장부에 저장된 제 1 구간의 평균 인상 속도 값을 기준으로 숄더링 공정의 제 2 구간의 인상 속도를 산출하는 인상 속도 연산부; 및
상기 숄더링 공정의 제 2 구간에서 상기 산출된 제 2 구간의 인상 속도로 잉곳의 성장을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장 장치의 인상 속도 제어 시스템.
In a silicon single crystal growing apparatus in which a silicon melt (S) is dissolved by a crucible and a heater provided in a growth chamber, an ingot to be grown through an entrance is inserted into a growth chamber and is contacted with the silicon melt to grow into a single crystal ingot ,
A pulling speed detector for detecting an average pulling speed of the first section in a shoulder process in which the ingot contacted with the silicon melt is expanded to a predetermined diameter;
A storage unit for storing an average lifting speed of the first section detected by the lifting speed detector;
A pull-up speed calculating unit for calculating a pull-up speed of a second section of the shoulder process based on an average pull-up speed value of the first section stored in the storage unit; And
And controlling the growth of the ingot at the pulling rate of the calculated second section in the second section of the shouldering process.
제1항에 있어서,
상기 인상 속도 연산부에서 제 2 구간의 인상 속도는
Y = AX + B
여기서, A 는 상수, B는 n 개의 스텝별 상수, X는 제 1 구간의 평균 인상 속도
식을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장 장치의 인상 속도 제어 시스템.
The method according to claim 1,
The pulling rate of the second section in the pulling rate calculation section is
Y = AX + B
Here, A is a constant, B is a n step constant, X is an average pulling rate
Of the silicon single crystal growing apparatus according to the present invention.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 산출된 제 2 구간의 인상 속도를 이용하여 바디 공정의 제 3 구간까지 목표치 다이아 크기가 성장하면, 바디 구간의 다이아 PID 제어를 진행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장 장치의 인상 속도 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the control unit advances the diaphragm PID control of the body interval when the target diaphragm size is increased up to the third section of the body process using the calculated pulling rate of the second section. system.
제1항에 있어서,
상기 숄더링 공정의 제 1 구간은 숄더링 공정의 중간 단계 구간에 대응하고, 제 2 구간은 숄더링 공정의 후반 단계 구간에 대응하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장 장치의 인상 속도 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the first section of the shouldering process corresponds to the intermediate stage section of the shouldering process and the second section corresponds to the second stage section of the shouldering process.
제 3항에 있어서,
상기 바디 공정의 제 3 구간은 바디 공정의 초기 단계 구간에 대응하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장 장치의 인상 속도 제어 시스템.
The method of claim 3,
And the third section of the body process corresponds to an initial stage section of the body process.
성장챔버 내부에 마련된 도가니와 히터에 의해 실리콘 융액(S)이 용해되고, 출입구를 통해 성장될 잉곳이 성장챔버의 내부로 삽입되어 상기 실리콘 융액과 접촉되어 단결정 잉곳으로 성장하는 실리콘 단결정 성장 방법에 있어서,
상기 실리콘 융액과 접촉된 잉곳이 소정 직경까지 확대하는 숄더링 공정에서 제 1 구간의 평균 인상 속도를 검출하는 단계와;
상기 검출된 제 1 구간의 평균 인상 속도를 저장하는 단계와;
상기 저장된 제 1 구간의 평균 인상 속도 값을 기준으로 숄더링 공정의 제 2 구간의 인상 속도를 산출하고, 산출된 인상 속도로 상기 숄더링 공정의 제 2 구간 공정 진행하는 단계와;
상기 산출된 제 2 구간의 인상 속도로 바디 공정의 제 3 구간 진입 후 바디 공정의 소정 조건과 비교하는 단계; 및
상기 바디 공정의 소정 조건을 비교하여 그에 대응하는 소정 조건을 만족하면 바디 공정의 다이아 PID 제어를 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장의 인상 속도 제어 방법.
A silicon single crystal growth method in which a silicon melt (S) is dissolved by a crucible and a heater provided in a growth chamber, an ingot to be grown through an entrance is inserted into a growth chamber and is contacted with the silicon melt to grow into a single crystal ingot ,
Detecting an average pulling speed of the first section in a shoulder process in which the ingot contacted with the silicon melt is expanded to a predetermined diameter;
Storing the detected average lifting speed of the first section;
Calculating a lifting speed of a second section of the shoulder process based on the stored average lifting speed value of the first section and proceeding to the second section of the shouldering process at the calculated lifting speed;
Comparing a calculated condition of the body section with a predetermined condition of a body process after entering the third section of the body process at the calculated pulling rate of the second section; And
Comparing the predetermined condition of the body process and proceeding to the diamond PID control of the body process if the predetermined condition corresponding to the predetermined condition is satisfied.
제 6항에 있어서,
상기 바디 공정의 상기 소정 조건을 만족하지 못하면, 상기 바디 공정의 목표치 다이아의 크기까지 성장하도록 제 3 구간을 진행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장의 인상 속도 제어 방법.
The method according to claim 6,
And if the predetermined condition of the body process is not satisfied, proceeding to a third section to grow to a target diamond of the body process.
제 6항에 있어서,
상기 제 2 구간의 인상 속도는 산출하는 단계에서
Y = AX + B
여기서, A 는 상수, B는 n 개의 스텝별 상수, X는 제 1 구간의 평균 인상 속도
식을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장의 인상 속도 제어 방법.
The method according to claim 6,
The pulling rate of the second section is calculated in the calculating step
Y = AX + B
Here, A is a constant, B is a n step constant, X is an average pulling rate
Of the silicon single crystal growth.
제 6항에 있어서,
상기 숄더링 공정의 제 1 구간은 숄더링 공정의 중간 단계 구간에 대응하고, 제 2 구간은 숄더링 공정의 후반 단계 구간에 대응하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장의 인상 속도 제어 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the first section of the shouldering process corresponds to the intermediate stage section of the shouldering process and the second section corresponds to the latter stage section of the shouldering process.
제 7항에 있어서,
상기 바디 공정의 제 3 구간은 바디 공정의 초기 단계 구간에 대응하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장의 인상 속도 제어 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the third section of the body process corresponds to an initial stage section of the body process.
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