KR20180111668A

KR20180111668A - 성형된 잉곳 상에 액체를 피딩함으로써 성형된 실리콘 잉곳의 성장

Info

Publication number: KR20180111668A
Application number: KR1020180036931A
Authority: KR
Inventors: 조지 데이비드 스테픈 허들슨; 이고르 페이도스; 하레쉬 시리와데인; 스티븐 엠. 조슬린; 지홍 첸
Original assignee: 실펙스, 인코포레이티드.
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2018-10-11
Also published as: CN108691010A; US20180282898A1; TW201900946A; KR102525774B1; CN108691010B; US10415149B2

Abstract

시스템은 페데스탈 상에 배치된 실리콘 시드를 포함하고, 실리콘 시드는 링 형상이고 잉곳 (ingot) 을 형성하기 위한 피드 레이트로 용융된 실리콘을 수용하도록 구성되고, 페데스탈은 회전 속도로 회전하도록 구성된다. 제어기는, 실리콘 시드가 용융된 실리콘을 수용하는 동안 그리고 잉곳이 형성되는 동안, 잉곳의 직경에 대한 그리고 잉곳의 메니스커스의 각도에 대한 피드백을 수신하고, 그리고 잉곳의 직경 및 잉곳의 메니스커스의 각도를 제어하기 위해 피드백에 기초하여 페데스탈의 회전 속도 및 용융된 실리콘의 피드 레이트를 제어하도록 구성된다.

Description

성형된 잉곳 상에 액체를 피딩함으로써 성형된 실리콘 잉곳의 성장{GROWTH OF A SHAPED SILICON INGOT BY FEEDING LIQUID ONTO A SHAPED INGOT}

본 개시는 실리콘을 포함하는 재료들을 사용하여 정밀 정형 (near net shape) 잉곳들의 캐스팅에 관한 것이다.

본 명세서에 제공된 배경기술 설명은 일반적으로 본 개시의 맥락을 제공하기 위한 것이다. 본 발명자들의 성과로서 본 배경기술 섹션에 기술되는 정도의 성과 및 출원시 종래 기술로서 인정되지 않을 수도 있는 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.

다결정 잉곳들의 방향성 응고 (directional solidification) 가 사각 형상 또는 라운드 형상으로 실리콘 재료를 성장시키도록 사용된다. 이어서, 잉곳들은 링 형상 블랭크들로 성형되고 부품을 만들도록 더 머시닝된다. 예를 들어, 부품은 반도체 웨이퍼들과 같은 기판들의 증착, 에칭, 또는 다른 처리를 위해 기판 프로세싱 시스템들 내부 컴포넌트들로서 사용될 수도 있다.

현재 기술에 몇몇 문제들이 있다. 예를 들어, 대부분은 실리콘 재료를 비효율적으로 사용한다. 성장되는 잉곳의 형상은 보통 머시닝될 부품의 형상과 상이하다. 그 결과, 과잉 재료의 상당한 머시닝이 필요하다. 다른 문제들은 사각형 잉곳들 상의 외측 재료의 제거 및 라운드형 또는 사각형 잉곳들로부터 중심 코어의 제거를 포함한다. 제거된 재료는 폐기된다.

도가니 (crucible) 코팅들이 도가니들로부터 잉곳들의 부착을 방지하고 릴리즈를 허용하도록 사용될 수도 있다. 그러나, 코팅들은 오염원이다. 통상적인 프로세스는 모두 동일한 핫존 (hotzone)/도가니 내에서, 연속적인 잉곳의 용융, 안정화, 냉각, 및 어닐링을 수반한다. 복잡도는 쓰루풋을 감소시킨다. 잉곳 성장을 위한 현재 프로세스들은 고체 잉곳을 생성하도록 사용될 수 있고, 이들은 일반적으로 정밀 정형 잉곳의 생성을 허용하지 않는다.

다른 특징들에서, 실리콘 시드는 실리콘 시드 위 및 실리콘 시드의 중심으로부터 멀리 위치된 피딩 시스템으로부터 용융된 실리콘을 한다.

다른 특징들에서, 제어기는 잉곳의 메니스커스로 지향된 카메라로부터 피드백을 수신한다.

다른 특징들에서, 시스템은 고체 실리콘 조각들을 수용하도록 구성된 도가니로서, 실리콘 시드 위 및 실리콘 시드의 중심으로부터 멀리 배치된, 도가니 및 고체 실리콘 조각들을 용융하도록 구성된 도가니와 연관된 히터를 더 포함한다. 제어기는 실리콘 시드가 도가니로부터 용융된 실리콘을 수용하고 그리고 잉곳이 형성되는 속도로 도가니 및 히터로부터 하향으로 페데스탈을 이동시키도록 피드백에 기초하여 제어 신호를 출력한다. 페데스탈이 도가니 및 히터로부터 하향으로 이동하는 속도는 잉곳의 직경 및 잉곳의 메니스커스의 각도를 제어한다.

다른 특징들에서, 시스템은 용융된 실리콘을 실리콘 시드로 피딩하도록 구성되는 도가니의 하부 부분과 연관된 히터들을 더 포함한다. 제어기는 잉곳의 직경을 제어하도록 피드백에 기초하여 히터들로 공급된 전력을 제어한다.

다른 특징들에서, 시스템은 고체 실리콘 조각들이 도가니 내로 피딩되기 전에 도펀트를 갖는 고체 실리콘 조각들을 적어도 간헐적으로 스프레잉하기 위한 스프레이를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 시스템은 잉곳의 외경을 제어하도록 실리콘 시드의 외경과 연관된 석영 튜브를 더 포함한다. 제어기는 피드백에 기초하여 페데스탈의 회전 속도를 제어함으로써 잉곳의 내경을 제어한다.

다른 특징들에서, 시스템은 잉곳의 외경 및 내경을 제어하도록 실리콘 시드의 외경 및 내경과 연관된 외측 석영 튜브 및 내측 석영 튜브를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 내측 석영 튜브는 잉곳이 냉각되는 동안 내측 석영 튜브로 하여금 산출 또는 중단하게 하도록 설계된 응력 완화 피처를 포함하거나, 내측 석영 튜브는 콘 형상이다.

다른 특징들에서, 시스템은 잉곳의 외경 및 내경을 제어하도록 실리콘 시드의 외경 및 내경과 연관된 외측 석영 튜브 및 내측 튜브를 더 포함하고, 내측 튜브는 석영 이외의 재료로 이루어진다.

다른 특징들에서, 시스템은 잉곳의 메니스커스 내로 바로 용융되도록 구성된 도펀트의 고체 막대를 더 포함한다.

여전히 다른 특징들에서, 방법은 잉곳을 형성하기 위한 피드 레이트로 용융된 실리콘을 페데스탈 상에 배치된 실리콘 시드에 피딩하는 단계로서, 실리콘 시드는 링 형상이고 그리고 페데스탈은 회전 속도로 회전하도록 구성되는, 실리콘 시드에 피딩하는 단계를 포함한다. 방법은 실리콘 시드가 용융된 실리콘을 수용하는 동안 그리고 잉곳이 형성되는 동안, 잉곳의 메니스커스로 지향된 카메라로부터, 잉곳의 직경에 대한 그리고 잉곳의 메니스커스의 각도에 대한 피드백을 수신하는 단계, 및 잉곳의 직경 및 잉곳의 메니스커스의 각도를 제어하기 위해 피드백에 기초하여 페데스탈의 회전 속도 및 용융된 실리콘의 피드 레이트를 제어하는 단계를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 방법은 실리콘 시드 위 그리고 실리콘 시드의 중심으로부터 멀리 피딩 시스템을 위치시키는 단계; 및 피딩 시스템으로부터 실리콘 시드로 피드 레이트로 용융된 실리콘을 공급하는 단계를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 방법은 실리콘 시드 위 및 실리콘 시드로부터 멀리 도가니를 배치하는 단계; 고체 실리콘 조각들을 도가니 내로 피딩하기 전에 도펀트를 갖는 고체 실리콘 조각들을 선택적으로 스프레잉하는 동안 도가니로 고체 실리콘 조각들을 공급하는 단계; 및 도가니와 연관된 히터를 사용하여 고체 실리콘 조각들을 용융하는 단계를 더 포함한다. 방법은 링 형상 시드가 도가니로부터 용융된 실리콘을 수용하고 잉곳이 형성되는 속도로 도가니 및 히터로부터 페데스탈을 하향으로 이동시키는 단계; 및 잉곳의 직경 및 잉곳의 메니스커스의 각도를 제어하기 위해, 피드백에 기초하여, 페데스탈이 도가니 및 히터로부터 하향으로 이동하는 속도를 제어하는 단계를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 방법은 용융된 실리콘을 실리콘 시드로 피딩하도록 구성되는 도가니의 하부 부분에 근접하게 히터들을 배치하는 단계; 및 잉곳의 직경을 제어하도록 피드백에 기초하여 히터들로 공급된 전력을 제어하는 단계를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 방법은 실리콘 시드 외경에 근접하게 석영 튜브를 배치함으로써 잉곳의 외경을 제어하는 단계; 및 피드백에 기초하여 페데스탈의 회전 속도를 제어함으로써 잉곳의 내경을 제어하는 단계를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 방법은 실리콘 시드의 외경 및 내경에 근접하게 외측 석영 튜브 및 내측 석영 튜브를 배치함으로써 잉곳의 외경 및 내경을 제어하는 단계를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 방법은 실리콘 시드의 외경 및 내경에 근접하게 외측 석영 튜브 및 내측 튜브를 배치함으로써 잉곳의 외경 및 내경을 제어하는 단계를 더 포함하고, 내측 튜브는 석영 이외의 재료로 이루어진다.

다른 특징들에서, 방법은 잉곳의 메니스커스 내로 바로 용융되도록 도펀트의 고체 막대를 배치하는 단계를 더 포함한다.

본 개시의 추가 적용가능 영역들은 상세한 기술, 청구항들 및 도면들로부터 명백해질 것이다. 상세한 기술 및 구체적인 예들은 단지 예시를 목적으로 의도되고, 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않았다.

본 개시는 상세한 기술 및 첨부된 도면들로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1a 내지 도 3은 본 개시에 따른 실리콘을 포함하는 재료로부터 정밀 정형 잉곳들을 캐스팅하기 위한 시스템들의 예들의 기능적 블록도들이다.
도 4a 내지 도 4d는 내측 튜브 벽들 및 외측 튜브 벽들의 측단면도들이다.
도 5 및 도 6은 본 개시에 따른 실리콘을 포함하는 재료로부터 정밀 정형 잉곳들을 캐스팅하기 위한 시스템들의 예들의 기능적 블록도들이다.
도 7은 실리콘을 포함하는 재료로부터 정밀 정형 잉곳들을 캐스팅하기 위한 방법의 예의 플로우차트이다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 그리고/또는 동일한 엘리먼트들을 식별하도록 재사용될 수도 있다.

관련된 출원들에 대한 교차 참조

본 출원은 2017년 3월 31일 출원된 미국 특허 가출원 번호 제 62/479,907 호의 이점을 주장한다. 상기 참조된 출원의 전체 개시는 참조로서 본 명세서에 인용된다.

본 개시에 따른 시스템들 및 방법들은 실리콘을 포함하는 재료로부터 정밀 정형 잉곳들을 생성한다. 잉곳의 기하구조 (예를 들어, 직경) 의 제어 및/또는 잉곳 내 도핑 레벨의 제어를 위한 상이한 솔루션들을 사용하는, 본 명세서에 기술된 몇몇 변형들이 있다.

일 예에서, 잉곳은 내측 도가니 벽들 또는 외측 도가니 벽들이 없는 시드 상에서 성장한다. 잉곳의 직경 제어는 내경 및 외경 상의 차동 열 부가/제거 (히터들), 액체-고체 계면 (메니스커스) 높이/각도를 제어하기 위한 잉곳의 부가 레이트 및 풀 (pull) 속도, 메니스커스 상의 원심력을 조절하기 위한 도가니의 회전 레이트, 및/또는 메니스커스 각도 제어를 사용하여 달성될 수도 있다. 직경 상의 피드백은 내경 및 외경 및 메니스커스 각도들을 이미징하는 카메라들에 의해 제공될 수도 있다.

균일한 방식으로 결정에 정확한 양의 도펀트를 제공하기 위해, 몇몇 용액들이 구상되었다. 일부 예들에서, 도핑되지 않은 (순수) 폴리실리콘 청크들의 일 스트림 및 도핑된 재료의 제 2 스트림을 포함하는 용융 도가니로 2 스트림의 재료들이 공급된다 (예를 들어, 도 1a 내지 도 3 참조).

이제 도 1a를 참조하면, 실리콘을 포함하는 재료로부터 정밀 정형 잉곳들을 캐스팅하기 위한 시스템 (100-1) 이 도시되고, 액체 실리콘이 실리콘 시드 상으로 피딩된다. 시스템 (100-1) 은 페데스탈 (102), 실리콘 시드 (또는 시드) (104), 용융 도가니 (106), 용융 도가니 (106) 로 고체 피드스톡을 피딩하기 위한 피더 (feeder) (108), 용융 도가니 (106) 로 도펀트를 피딩하기 위한 피딩 튜브 (110), 용융 히터 (112), 내측 및 외측 히터들 (114 및 115), 내경 및 외경 (ID/OD) 제어를 위한 카메라들 (116-1 및 116-2) (집합적으로 카메라들 (116)), 및 제어기 (118) (도 1b에 도시됨) 를 포함한다.

용융 히터 (112) 는 액체 실리콘 (120) 을 형성하기 위해 용융 도가니 (106) 내에서 고체 피드스톡 및 도펀트의 혼합물을 용융한다. 액체 실리콘 (120) 은 실리콘 시드 (104) 상으로 피딩된다. 카메라들 (116) 은 내경 및 외경 (ID/OD) 및 메니스커스 각도를 모니터링한다.

도 1b에서, 제어기 (118) 는 카메라들 (116) 로부터 피드백 (122) 을 수신한다. 제어기 (118) 는 또한 액체 실리콘 (120) 의 피드 레이트에 관한 그리고 회전 레이트 (126) 및 페데스탈 (102) 의 풀 (pull) 속도 (128) 에 관한 적합한 센서들 (예를 들어, 센서들 (140-1, 140-2, 및 140-3)) 로부터 피드백 (122) 을 수신할 수도 있다. 예를 들어, 액체 실리콘 (120) 의 피드 레이트 (즉, 액체 실리콘이 실리콘 시드 (104) 로 공급되는 레이트) 는 용융 도가니 (106) 내에서 용융된 고체 실리콘의 양에 종속할 수 있고, 이는 결국 피더 (108) 에 의해 용융 도가니 (106) 로 공급된 고체 실리콘의 양 및 또한 용융 히터 (112) 로 공급된 전력량에 종속할 수도 있다. 제어기 (118) 는 메니스커스 각도 및 메니스커스 높이를 제어하기 위해 피드백 (122) 에 기초하여 제어 신호들 (124) 을 출력한다. 제어 신호들 (124) 은 히터들 (112, 114, 및 115) 로, 그리고 액체 실리콘이 실리콘 시드 (104) 로 공급되는 동안 그리고 잉곳이 형성되는 동안 페데스탈 (102) 을 회전시키고 풀링하는 드라이브들 (142-1 및 142-2) 로 입력된다. 제어 신호들 (124) 은 피드백에 기초하여 히터들 (112, 114, 및 115) 로 공급된 전력, 회전 레이트 (126) 및 페데스탈 (102) 의 풀 속도 (128), 액체 실리콘 (120) 의 피드 레이트를 제어함으로써 메니스커스 각도 및 메니스커스 높이를 제어한다.

결정 기하구조는 메니스커스 각도 (내경 및 외경) 를 제어하기 위해 차동 히터 전력 (내측 및 외측 히터들 (114 및 115)) 을 사용하여, 또는 내측 및 외측 메니스커스 각도를 제어하기 위해 회전 속도를 사용하여, 또는 메니스커스 높이 및 메니스커스 각도를 제어하기 위해 액체 실리콘의 피드 레이트를 사용하여 제어될 수도 있다.

이제 도 2를 참조하면, 실리콘을 포함하는 재료로부터 정밀 정형 잉곳들을 캐스팅하기 위한 시스템 (100-2) 이 도시되고, 액체 실리콘 (120) 이 결정의 직경을 제어하기 위해 외경 상에 사용된 석영 튜브 (150) 를 사용하여 성형된 시드 (104) 상으로 피딩된다. 이 예에서, 내경 (ID) 은 페데스탈/결정의 회전 속도에 의해 제어될 수 있다. 속도가 높을수록 액체 메니스커스 상에서 보다 큰 원심력을 유발하고 내경이 상승하게 된다. 회전 속도가 낮을수록 내경은 감소하게 된다. 카메라 (예를 들어, 116-1) 가 ID 제어를 위해 사용된다. 도시되지 않지만, 시스템 (100-2) 은 도 1b에 도시된 시스템 (100-1) 의 제어기 (118) 를 사용한다.

이제 도 3을 참조하면, 실리콘을 포함하는 재료로부터 정밀 정형 잉곳들을 캐스팅하기 위한 시스템 (100-3) 이 도시되고, 액체 실리콘 (120) 이 결정의 형상을 제어하기 위해 내경 및 외경 상에 사용된 석영 튜브들 (152 및 150) 을 사용하여 성형된 시드 (104) 상으로 피딩된다. 도시되지 않지만, 시스템 (100-3) 은 도 1b에 도시된 시스템 (100-1) 의 제어기 (118) 를 사용한다.

도핑되지 않은 재료에 대한 도핑된 재료의 비가 잉곳의 목표된 도핑 레벨을 달성하기 위해 정확한 양의 도펀트 (예를 들어, 붕소) 를 제공하도록, 피드 레이트는 제어기 (118) 를 사용하여 제어된다. 도핑된 재료는 원소적 붕소, 붕소 실리사이드, "모합금 (Master Alloy)" (즉, 고레벨 (>1020 at/㎤) 로 도핑된 실리콘), 및/또는 표면 처리된 실리콘 피드스톡을 포함할 수도 있다.

부가적으로, 석영 튜브들 (150 및 152) 은 잉곳 기하구조 (예를 들어, 내경 및 외경) 를 규정하기 위해 시드 (104) 의 외경, 시드 (104) 의 내경, 또는 시드 (104) 의 내경 및 외경 둘다에 부가될 수도 있다.

이제 도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 내측 석영 튜브는 잉곳의 형상 및 석영과 실리콘 열 팽창 계수 간 미스매칭으로 인한 잔류 응력 축적 (buildup) 을 방지하기 위한 설계에 대한 수정들을 규정한다. 도 4a에서, 내측 도가니 벽들 (152) 및 외측 도가니 벽들 (150) 은 잉곳 (160) 의 형상을 규정한다. 도 4b에서, 내측 튜브 (152) 는 170에 도시된 응력 완화 절차, 예컨대 응력 상승부 (stress riser), 균열들, 또는 잉곳 (160) 내에 용인가능하지 않은 레벨들의 응력이 축적되기 전에 냉각 동안 내측 벽으로 하여금 산출/중단하게 하도록 설계된 다른 피처들을 갖는다. 도 4c에서, 기울어진 내측 벽들 (152) 을 갖는 콘 형상 내측 튜브가 도시된다. 도가니 기하구조는 도가니와 잉곳 간 상대적인 모션을 촉진하는 (예를 들어, 잉곳의 수축을 제한하지 않도록 냉각 동안 내측 벽이 상향으로 이동할 수 있다) 방식으로 규정된다. 도 4d에서, 도가니의 내측 벽 (152) 은 선호되는 특성들을 갖는 (즉, 석영 외의) 상이한 재료로 이루어질 수도 있다. 예들은 실리콘 나이트라이드, 실리콘 카바이드, 실리카 또는 붕소 또는 산출 강도 (yield strength) 를 하강시키거나 상승된 온도들에서 점도를 감소시키기 위한 다른 도펀트(들)로 도핑된 석영을 포함한다.

(도 4a에 도시된 바와 같이) 석영 튜브가 내경 기하구조 제어를 위해 사용되면, 실리콘 및 석영의 상이한 CTE (coefficients of thermal expansion) 로 인한 문제가 발생할 수도 있다. 특히, 석영은 실리콘보다 낮은 CTE를 갖는다. 실리콘이 용융 온도로부터 상온으로 냉각됨에 따라, 내경은 내측 석영 튜브의 직경보다 신속하게 감소할 것이다. 이는 실리콘 잉곳 내부의 장력 및 내측 석영 튜브 내 압축 응력의 컨디셔닝 (condition) 을 야기할 수 있고, 이는 균열을 야기할 수도 있다. 응력의 축적을 방지하기 위해, 몇몇 가능한 솔루션들이 사용된다. (예를 들어, 도 4b에 도시된 바와 같이) 수정되지 않은 튜브보다 낮은 응력에서 튜브로 하여금 균열되게 하도록 하나 이상의 "응력 상승부들"이 내측 석영 튜브에 부가된다. 내측 튜브는 잉곳이 냉각됨에 따라 튜브로 하여금 잉곳에 대해 수직인 방향으로 이동하게 하는 (예를 들어, 도 4c에 도시된 바와 같은) 콘 형상으로 성형될 수 있다.

(예를 들어, 튜브를 제조하기 위해 사용된 재료에 도펀트들을 첨가함으로써) 내측 튜브의 재료 특성들은 (예를 들어, 도 4d에 도시된 바와 같은) 잉곳 상에 응력이 부과되는 것을 방지하도록 플라스틱으로 하여금 변형 또는 "플로우"하게 하는 고온들에서 점성/강도를 감소시키도록 개질될 수 있다. (예를 들어, 튜브를 제조하기 위해 사용된 재료들에 도펀트들을 첨가함으로써) 내측 튜브의 재료 특성들을 개질하는 것은 (예를 들어, 도 4d에 도시된 바와 같이) 실리콘을 사용하여 CTE를 상승시키거나 매칭하도록 사용될 수도 있다. 예들은 모두 실리콘과 유사하거나 보다 큰 CTE를 갖는 보로실리케이트 유리, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 카바이드, 또는 그래파이트로부터 내측 튜브를 형성하는 것을 포함한다.

석영 또는 또 다른 재료의 도가니가 잉곳의 기하구조 (내경, 외경, 또는 둘다) 을 제어하도록 사용된다면, 도가니 벽들 (내측 벽, 외측 벽, 또는 둘다) 을 코팅하는 것이 유리할 수도 있다. 코팅은 도가니 재료에 잉곳이 부착하는 것을 방지하고, 냉각 후에 잉곳의 릴리즈 (release) 를 촉진한다. 이는 복수의 잉곳들에 도가니의 재사용을 허용할 수도 있다. 코팅은 또한 재료의 핵생성 및 입자 사이즈, 열 전달 및 결정화 레이트, 및/또는 도가니 재료들로부터 불순물 혼입 (incorporation) 을 제어할 수도 있다.

코팅은 실리콘 나이트라이드 파우더 또는 액체 실리콘과 직접 콘택트하여 양립가능한 다른 적합한 재료를 포함할 수도 있다. 파우더 코팅은 코팅 특성들을 향상시키기 위해 바인더 재료와 함께 또는 사용하지 않고 도포될 수도 있다. 바인더 재료는 도가니를 사용하기 전에, 코팅의 후속하는 가열 동안 제거될 수도 있다. 코팅은 스프레잉 프로세스, 또는 파우더 코팅을 도포하기 위한 또 다른 적합한 프로세스에 의해 도포될 수도 있다. 도포 후에, 파우더 코팅은 부분적인 소결 또는 경화 (hardening) 를 유발하도록 가열될 수도 있고, 또는 추가 가열 처리 없이 사용될 수도 있다.

이제 도 5를 참조하면, 실리콘을 포함하는 재료로부터 정밀 정형 잉곳들을 캐스팅하기 위한 시스템 (100-4) 이 도시되고, 액체 실리콘 (120) 이 결정에 균일한 도핑을 제공하기 위해 액체 메니스커스 내로 바로 용융될 도펀트 (예를 들어, 붕소 "모합금") 고체 막대를 사용하여 성형된 시드 (104) 상으로 피딩된다. 이 예에서, 도펀트 재료의 고체 막대 (180) 는 액체 메니스커스 내로 바로 도입될 수도 있고 계면 (예를 들어, 도 5에서 이하에 도시된 바와 같이) 에서 용융될 수도 있어서, 도펀트의 제어된 소스를 제공한다. 도시되지 않지만, 시스템 (100-4) 은 도 1b에 도시된 시스템 (100-1) 의 제어기 (118) 를 사용한다.

또 다른 구현예에서, 피드스톡은 퍼니스 (furnace) 의 피딩 시스템 (호퍼 (hopper)) 내로 로딩되기 전에 도핑될 수도 있다. 예를 들어, 실리콘 피드스톡의 표면은 붕소-함유 용액 (예를 들어, 붕산, 붕소 옥사이드, 붕소-함유 스핀-온 유리 또는 스핀-온 도펀트, 등) 으로 또는 적합한 농도의 붕소를 갖는 피드스톡 (예를 들어, 붕소가 도입되는 동안 용융 및 결정화 프로세스에 의해 생성되는 실리콘) 을 사용함으로써 코팅되거나 스프레이된다.

이제 도 6을 참조하면, 실리콘을 포함하는 재료로부터 정밀 정형 잉곳들을 캐스팅하기 위한 시스템 (100-5) 이 도시된다. 시스템 (100-5) 은 스프레이-온 붕소-함유 용매의 도포에 의한 인시츄 도핑을 사용한다. 시스템 (100-5) 은 부분적으로만 도시되었다. 시스템 (100-5) 의 나머지는 도시되지 않지만, 시스템 (100-5) 은 도 1a 내지 도 5 중 하나 이상에 도시된 다른 엘리먼트를 포함하는 것으로 이해된다. 시스템 (100-5) 은 고체 피드스톡을 피딩하기 위한 호퍼 (190) 및 용융 도가니 (106) 에 피드스톡을 공급하기 전에 피드스톡 상에 도펀트를 스프레잉하기 위한 (194에 도시됨) 스프레이 (192) 를 포함한다. (도 1b에 도시된 바와 같이) 제어기 (118) 는 목표된 도핑 레벨을 달성하기 위해 연속적으로 또는 간헐적으로 피드스톡 상에 도펀트를 스프레잉하도록 스프레이 (192) 를 제어할 수도 있다.

예를 들어, 붕소 용액 (붕산, 붕소 스핀-온 도펀트, 또는 유사한 것들) 이 목표된 도핑 레벨을 달성하도록 연속적으로 또는 간헐적으로 피드스톡으로 도포된다. 선택가능하게, 히터 또는 드라이기 (미도시) 는 피드스톡이 용융 도가니 내로 피딩되기 전에 용매를 기화시키도록 사용될 수도 있다. 이 예에서, 실리콘 피드스톡은 (예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이) 용융 전에 호퍼 (190) 로부터 피딩 시스템 내로 전이할 때, 붕소-함유 용액 (예를 들어, 붕산, 붕소 옥사이드, 붕소-함유 스핀-온 유리 또는 스핀-온 도펀트, 등) 을 표면에 스프레잉함으로써 처리될 수도 있다. 이 전처리는 피드스톡 전체 또는 일부에 대해 이루어질 수도 있다. 따라서, 도핑된 또는 도핑되지 않은 실리콘 청크들의 혼합물 (196 및 198로 도시됨) 이 용융 도가니 (106) 내로 피딩된다.

상기 기술된 임의의 기법들에 대해, 붕소 이외의 다른 도펀트 종 (예를 들어, 인, 갈륨, 비소, 안티몬) 이 유사한 방식으로 적용될 수도 있다. (즉, 2 이상의 타입의 도펀트를 포함하는) 공-도핑 (co-doping) 은 또한 기술된 방식으로 적용가능할 수도 있다.

상기 기술된 기법들은 보충 시스템으로 피딩된 도핑된 실리콘 대 도핑되지 않은 실리콘의 비를 가변함으로써 광범위한 저항률을 갖는 재료들을 생성하도록 사용될 수도 있다. 기본적으로, 잉곳들은 매우 높은 (>1000 Ω-㎝) 으로부터 (<0.005 Ω -㎝) 매우 낮은 범위의 저항률로 생성될 수도 있다.

본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들은 실리콘 재료를 보다 효율적으로 사용한다. 제안된 기겁에 의한 잉곳 성장은 머시닝될 최종 부분의 사이즈에 근접하게 매칭하여, 재료의 최소 제거가 요구된다. 이는 보다 높은 재료 활용 수율 및 보다 낮은 비용을 야기한다.

본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들은 보다 낮은 오염을 생성한다. 잉곳이 실리콘 시드 직상에 성장되고, 잉곳을 성형하기 위해 도가니가 필요하지 않다. 잉곳이 성장할 때 잉곳과 콘택트하는 외래 (비-실리콘) 재료 가 없기 때문에 이는 오염 레벨들을 감소시킨다. 예상된 결과는 보다 낮은 농도의 산소, 질소, 및 금속 불순물들 뿐만 아니라 보다 적은 실리콘 나이트라이드 및 실리콘 카바이드를 포함하는 것이다.

본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들은 보다 높은 쓰루풋을 갖는다. 잉곳 성장 영역과 분리된 도가니에서 실리콘이 용융되기 때문에, 잉곳의 성장과 동시에 발생할 수 있고, 사이클 시간 감소를 야기한다. 예상된 풀 속도는 또한 잉곳의 일 형상으로부터 상승된 표면적/체적으로 인해 고체 잉곳들을 캐스팅하는 DSS (Directional Solidification System) 보다 높다. 이는 프로세스로부터 전체적으로 보다 짧은 프로세스 시간 및 상승된 수율을 야기할 것이다.

본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들은 중심이 벗어난 피딩 시스템 및 회전하는 결정을 포함하여, 잉곳의 형상을 규정하도록 링-형상 시드 상으로 액체 실리콘의 피딩을 개시한다. 잉곳들의 링들의 성장은 최적의 재료 활용 및 최소 낭비를 위한 거의 최종 챔버 부분 형상으로 인에이블되어, 감소된 비용을 야기한다. 도가니에 대한 수요는 부분적으로 또는 완전히 제거되고, 보다 낮은 오염 레벨들 (금속 및 산소) 및 개선된 재료 품질을 발생시킨다.

본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들은 또한 (예를 들어, 도 1a 내지 도 3에 도시된 바와 같이) 머신 당 재료 출력을 상승시키고 사이클 시간을 감소시키기 위한 프로세스 장비의 상이한 존들에 대한 용융 및 동결 프로세스들을 분리함으로써 쓰루풋을 개선한다. 시스템들 및 방법들은 잉곳의 기하구조 (내경 및 외경) 를 제어하기 위해 다양한 메커니즘들을 사용한다. 카메라-기반 피드백이 잉곳의 내경 및 외경에 대해 사용될 수도 있다. 내측 히터 존 및 외측 히터 존은 내측 및 외측 메니스커스 각도의 형상, (내경 및 외경) 을 제어하도록 사용된다. 회전 속도는 내측 및 외측 메니스커스 각도, ID/OD를 제어하도록 사용된다. 액체 실리콘 피드 레이트가 내측 및 메니스커스 각도, ID/OD를 제어하도록 사용된다.

결정의 다양한 도핑 방식들이 개시된다. 일부 예들에서, 고체 피드스톡의 2 개의 스트림들이 사용된다. 일 스트림은 도핑되지 않은 폴리실리콘을 포함하고 또 다른 스트림은 몇몇 형태들 (예를 들어, 원소적 붕소, 붕소-실리콘 합금, 붕소-함유 물질이 코팅된 실리콘, 붕소-실리콘 "모합금"의 막대의 바로 액체 메니스커스로의 용융) 중 하나의 붕소를 포함한다.

다른 예들에서, 시스템들 및 방법들은 보충 시스템 내로 피딩되기 전 또는 피딩될 때 피드스톡을 스프레잉하도록 용매-기반 붕소 소스를 사용한다. 피드스톡 함유 도펀트가 이전 용융/동결 프로세스에 첨가된다.

이제 도 7을 참조하면, 실리콘을 포함하는 재료로부터 정밀 정형 잉곳들을 캐스팅하기 위한 방법(200) 이 도시된다. 방법 (200) 에 기술된 제어는 도 1b에 도시된 제어기 (118) 및 도 1a 및 도 2 내지 도 6에 도시된 시스템들 중 하나 이상에 의해 수행될 수도 있다. 이하의 기술에서 용어 제어는 제어기 (118) 의 메모리에 저장되고 기술된 기능성을 수행하도록 제어기 (118) 의 프로세서에 의해 실행된 코드를 나타낸다.

202에서, 링 형상 실리콘 시드 (예를 들어, 실리콘 시드 (104)) 가 페데스탈 (예를 들어, 페데스탈 (102)) 상에 배치된다. 204에서, 도가니 (예를 들어, 용융 도가니 (106)) 가 실리콘 시드로부터 중심이 벗어나 시드 위에 배치된다. 206에서, 히터들 (예를 들어, 히터들 (112, 114, 115)) 이 도가니 둘레 및 용융된 실리콘이 도가니로부터 실리콘 시드로 공급되는 도가니의 하부 부분 근방에 배치된다. 208에서, 외측/내측 튜브(들) (예를 들어, 엘리먼트들 (150, 152)) 가 도 2 내지 도 4d에 도시된 바와 같이 실리콘 시드의 OD/ID에 인접하게 배치된다. 210에서, 내측 튜브 (예를 들어, 엘리먼트 (152)) 는 출력 튜브와 상이한 재료로 이루어질 수도 있고 또는 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 기술된 바와 같이, 콘 형상일 수도 있다.

212에서, 고체 실리콘의 청크들이 도가니 위에 배치된 피딩 시스템으로부터 도가니 내로 피딩된다. 도펀트는 도 1a 내지 도 6에 도시된 도펀트 첨가 방식들 중 임의의 하나를 사용하여 첨가될 수도 있다. 214에서, 고체 실리콘 및 도펀트는 도가니를 둘러싸는 히터들 (예를 들어, 히터들 (112)) 을 사용하여 도가니 내에서 용융된다. 216에서, 용융된 실리콘은 도가니로부터 실리콘 시드로 피드 레이트로 공급된다.

218에서, 제어 (예를 들어, 제어기 (118)) 는 용융된 실리콘이 실리콘 시드로 공급되는 동안 그리고 잉곳이 형성되는 동안 잉곳의 직경 및 메니스커스 각도에 관한 피드백을 수신한다. 피드백은 도 1b에 도시된 다양한 소스들로부터 수신된다. 220에서, 피드백에 기초하여, 용융된 실리콘이 실리콘 시드로 공급되는 동안 그리고 잉곳이 형성되는 동안 제어는 피드 레이트, 히터들 (112, 114, 115) 로의 전력 공급, 및 잉곳의 기하구조 (ID/OD) 를 제어하기 위해 페데스탈의 회전 및 풀 속도들을 조정한다.

이에 따라, 상기 기술된 본 개시의 시스템들 및 방법들은 실리콘을 먼저 용융하고 이어서 액체 실리콘을 성장하는 잉곳의 형상을 규정하는 영역 내로 피딩함으로써 "링" 형상 (즉, 중공 실린더) 을 갖는 실리콘 잉곳을 생성한다. 형상 규정은 시드의 형상, 내측 벽, 외측 벽, 내측 및 외측 벽, 또는 목표된 잉곳 형상을 갖는 도가니를 포함하는 몇몇 기법들에 의해 제공될 수도 있다.

일 방법은 잉곳의 성장을 시작하기 위해, 목표된 잉곳과 동일한 단면적/형상의 링-형상 실리콘 시드를 사용하는 것을 포함한다 (도 1a 참조). 시드가 먼저 (상단으로부터) 부분적으로 용융된다. 이어서 시드는, 액체 실리콘이 액체 보충 시스템에 의해 시드의 상단에 부가되는 동안, 히터들로부터 하향으로 이동된다. 히터들로부터의 이동은 액체 실리콘으로 하여금 동결하고 시드의 상단 상에서 잉곳을 연장 (성장) 하게 한다. 액체의 연속적인 부가가 성장하는 잉곳의 상단으로 용융되는 한편, 히터들의 핫존 (hot-zone) 에서, 액체-고체 계면을 갖는 액체 존을 유지한다.

또 다른 방법은 동일하거나 유사한 외경의 석영 튜브와 함께, 목표된 잉곳과 동일한 단면적/형상의 링-형상 실리콘 시드의 사용을 포함하고, 이는 부가된 액체 실리콘을 제한하고 성장하는 잉곳의 외경을 규정한다 (도 2 참조).

또 다른 방법은 시드의 내경 및 외경과 매칭하는 석영과 함께, 목표된 잉곳과 동일한 단면적/형상의 링-형상 실리콘 시드의 사용을 포함하고, 이는 부가된 액체 실리콘을 제한하고 성장하는 잉곳의 내경 및 외경을 규정한다 (도 3 및 도 4a 참조). 일 구현예에서, 내측 석영 튜브는 보다 낮은 응력 레벨의 균열을 허용하도록 기계적 강동를 감소시키는 방식으로 수정될 수도 있다 (도 4b 참조). 이는 그렇지 않으면 석영에 대한 실리콘의 상대적으로 높은 열 팽창 계수로 인해 발생하는 냉각 동안 잉곳에서 잔류 응력 형성을 방지할 수 있다.

전술한 기술은 본질적으로 단순히 예시적이고 어떠한 방법으로도 개시, 이들의 애플리케이션 또는 용도들을 제한하도록 의도되지 않는다. 개시의 광범위한 교시가 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시는 특정한 예들을 포함하지만, 다른 수정 사항들이 도면들, 명세서, 및 이하의 청구항들을 연구함으로써 명백해질 것이기 때문에, 본 개시의 진정한 범위는 이렇게 제한되지 않아야 한다. 방법 내의 하나 이상의 단계들이 본 개시의 원리들을 변경하지 않고 상이한 순서로 (또는 동시에) 실행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 실시예들 각각이 특정한 피처들을 갖는 것으로 상기에 기술되었지만, 본 개시의 임의의 실시예에 대하여 기술된 임의의 하나 이상의 이들 피처들은, 조합이 명시적으로 기술되지 않아도, 임의의 다른 실시예들의 피처들로 및/또는 임의의 다른 실시예들의 피처들과 조합하여 구현될 수 있다. 즉, 기술된 실시예들은 상호 배타적이지 않고, 하나 이상의 실시예들의 또 다른 실시예들과의 치환들이 본 개시의 범위 내에 남는다.

엘리먼트들 간 (예를 들어, 모듈들, 회로 엘리먼트들, 반도체 층들, 등 간) 의 공간적 및 기능적 관계들은, "연결된 (connected)", "인게이지된 (engaged)", "커플링된 (coupled)", "인접한 (adjacent)", "옆에 (next to)", "~의 상단에 (on top of)", "위에 (above)", "아래에 (below)", 및 "배치된 (disposed)"을 포함하는, 다양한 용어들을 사용하여 기술된다. "직접적 (direct)"인 것으로 명시적으로 기술되지 않는 한, 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 간의 관계가 상기 개시에서 기술될 때, 이 관계는 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 다른 중개하는 엘리먼트가 존재하지 않는 직접적인 관계일 수 있지만, 또한 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 (공간적으로 또는 기능적으로) 하나 이상의 중개하는 엘리먼트들이 존재하는 간접적인 관계일 수 있다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 구 A, B, 및 C 중 적어도 하나는 비배타적인 논리 OR를 사용하여, 논리적으로 (A 또는 B 또는 C) 를 의미하는 것으로 해석되어야 하고, "적어도 하나의 A, 적어도 하나의 B, 및 적어도 하나의 C"를 의미하도록 해석되지 않아야 한다.

이하의 정의들을 포함하는 본 출원에서, 용어 "모듈" 또는 용어 "제어기"는 용어 "회로"로 대체될 수도 있다. 용어 "모듈"은 ASIC (Application Specific Integrated Circuit); 디지털, 아날로그, 또는 혼합된 아날로그/디지털 개별 회로; 디지털, 아날로그, 또는 혼합된 아날로그/디지털 집적 회로; 조합형 논리 회로; FPGA (field programmable gate array); 코드를 실행하는 (공유된, 전용, 또는 그룹) 프로세서 회로; 프로세서 회로에 의해 실행된 코드를 저장하는 (공유된, 전용, 또는 그룹) 메모리 회로; 기술된 기능을 제공하는 다른 적합한 하드웨어 컴포넌트들; 또는 시스템-온-칩과 같은, 상기한 것들의 일부 또는 전부의 조합을 지칭하고, 이의 일부일 수도 있고, 또는 이를 포함할 수도 있다.

모듈은 하나 이상의 인터페이스 회로들을 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 인터페이스 회로들은 LAN (local area network), 인터넷, WAN (wide area network), 또는 이들의 조합들에 접속된 유선 인터페이스 또는 무선 인터페이스를 포함할 수도 있다. 본 개시의 임의의 주어진 모듈의 기능은 인터페이스 회로들을 통해 접속된 복수의 모듈들 중에 분배될 수도 있다. 예를 들어, 복수의 모듈들은 로드 밸런싱을 허용할 수도 있다. 추가의 예에서, 서버 (또한 원격 또는 클라우드로 공지됨) 모듈은 클라이언트 모듈을 대신하여, 일부 기능을 달성할 수도 있다.

상기에 사용된 바와 같이, 용어 코드는 소프트웨어, 펌웨어, 및/또는 마이크로코드를 포함할 수도 있고, 프로그램들, 루틴들, 함수들, 클래스들, 데이터 구조체들, 및/또는 객체들을 지칭할 수도 있다. 용어 공유된 프로세서 회로는 복수의 모듈들로부터의 일부 또는 모든 코드를 실행하는 단일 프로세서 회로를 포괄한다. 용어 그룹 프로세서 회로는 추가적인 프로세서 회로들과 조합하여, 하나 이상의 모듈들로부터의 일부 또는 모든 코드를 실행하는 프로세서 회로를 포괄한다. 복수의 프로세서 회로들에 대한 참조들은 개별 다이 상의 복수의 프로세서 회로들, 단일 다이 상의 복수의 프로세서 회로들, 단일 프로세서 회로의 복수의 코어들, 단일 프로세서 회로의 복수의 쓰레드들, 또는 상기한 것들의 조합을 포괄한다. 용어 공유된 메모리 회로는 복수의 모듈들로부터의 일부 또는 모든 코드를 저장하는 단일 메모리 회로를 포괄한다. 용어 그룹 메모리 회로는 추가적인 메모리들과 조합하여, 하나 이상의 모듈들로부터의 일부 또는 모든 코드를 저장하는 메모리 회로를 포괄한다.

용어 메모리 회로는 용어 컴퓨터 판독가능 매체의 서브세트이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 컴퓨터 판독가능 매체는 매체를 통해 (예를 들어, 반송파 상에서) 전파되는 일시적인 전자 신호 및 전자기 신호는 포괄하지 않는다; 따라서 용어 컴퓨터 판독가능 매체는 유형이고 비일시적인 것으로 간주될 수도 있다. 비일시적인, 유형의 컴퓨터 판독가능 매체의 비제한적인 예들은 (플래시 메모리 회로, EPROM (erasable programmable read-only memory) 회로 또는 마스크 ROM 회로와 같은) 비휘발성 메모리 회로들, (SRAM (static random access memory) 회로 또는 DRAM (dynamic random access memory) 회로와 같은) 휘발성 메모리, (아날로그 또는 디지털 자기 테이프 또는 하드 디스크 드라이브와 같은) 자기 저장 매체 및 (CD, DVD, 또는 Blu-ray Disc와 같은) 광학 저장 매체이다.

본 출원에 기술된 장치들 및 방법들은 컴퓨터 프로그램들로 구현된 하나 이상의 특정한 기능들을실행하기 위한 범용 컴퓨터를 구성함으로써 생성된 특수 목적 컴퓨터에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 구현될 수도 있다. 상기 기술된 기능 블록들, 플로우차트 컴포넌트들, 및 다른 엘리먼트들은 숙련된 기술자 또는 프로그래머의 일상적인 작업에 의해 컴퓨터 프로그램들로 변환될 수 있다.

컴퓨터 프로그램들은 적어도 하나의 비일시적인, 유형의 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장된, 프로세서 실행가능 인스트럭션들을 포함한다. 컴퓨터 프로그램들은 또한 저장된 데이터를 포함하거나 저장된 데이터에 의존할 수도 있다. 컴퓨터 프로그램들은 특수 목적 컴퓨터의 하드웨어와 상호작용하는 BIOS (basic input/output 시스템), 특수 목적 컴퓨터의 특정한 디바이스들과 상호작용하는 디바이스 드라이버들, 하나 이상의 운영 체제들, 사용자 애플리케이션들, 백그라운드 서비스들, 백그라운드 애플리케이션들, 등을 포괄할 수도 있다.

컴퓨터 프로그램들은: (i) HTML (hypertext markup language), XML (extensible markup language) 또는 JSON (JavaScript Object Notation) 과 같은 파싱될 기술형 텍스트; (ii) 어셈블리 코드; (iii) 컴파일러에 의해 소스 코드로부터 생성된 객체 코드; (iv) 인터프리터에 의해 실행하기 위한 소스 코드; (v) JIT 컴파일러 (just-in-time compiler) 에 의한 컴파일 및 실행을 위한 소스 코드, 등을 포함할 수도 있다. 단지 예로서, 소스 코드는 C, C++, C#, Objective-C, Swift, Haskell, Go, SQL, Lisp, Java®Fortran, Perl, Pascal, Curl, OCaml, Javascript® (Hypertext Markup Language 5th revision), Ada, ASP (active server pages), PHP (PHP: Hypertext Preprocessor), Scala, Eiffel, Smalltalk, Erlang, Ruby, Flash®Visual Basic®MATLAB, SIMULINK 및 Python®을 포함하는 언어들로부터의 신택스를 사용하여 작성될 수도 있다.

Claims

페데스탈 상에 배치된 실리콘 시드로서, 상기 실리콘 시드는 링 형상이고 잉곳 (ingot) 을 형성하기 위한 피드 레이트로 용융된 실리콘을 수용하도록 구성되고, 그리고 상기 페데스탈은 회전 속도로 회전하도록 구성되는, 상기 실리콘 시드; 및
제어기로서, 상기 실리콘 시드가 상기 용융된 실리콘을 수용하는 동안 그리고 상기 잉곳이 형성되는 동안,
상기 잉곳의 직경에 대한 그리고 상기 잉곳의 메니스커스의 각도에 대한 피드백을 수신하고, 그리고
상기 잉곳의 상기 직경 및 상기 잉곳의 상기 메니스커스의 상기 각도를 제어하기 위해 상기 피드백에 기초하여 상기 페데스탈의 상기 회전 속도 및 상기 용융된 실리콘의 상기 피드 레이트를 제어하도록 구성되는, 상기 시스템을 포함하는, 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 시드는 상기 실리콘 시드 위 및 상기 실리콘 시드의 중심으로부터 멀리 위치된 피딩 시스템으로부터 상기 용융된 실리콘을 수용하는, 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 잉곳의 상기 메니스커스로 지향된 카메라로부터 피드백을 수신하는, 시스템.
제 1 항에 있어서,
고체 실리콘 조각들을 수용하도록 구성된 도가니 (crucible) 로서, 상기 도가니는 상기 실리콘 시드 위 및 상기 실리콘 시드의 중심으로부터 멀리 배치되는, 상기 도가니; 및
상기 고체 실리콘 조각들을 용융하도록 구성된 상기 도가니와 연관된 히터를 더 포함하고,
상기 제어기는 상기 실리콘 시드가 상기 도가니로부터 상기 용융된 실리콘을 수용하고 그리고 상기 잉곳이 형성되는 속도로 상기 도가니 및 상기 히터로부터 하향으로 상기 페데스탈을 이동시키도록 상기 피드백에 기초하여 제어 신호를 출력하고, 그리고
상기 페데스탈이 상기 도가니 및 상기 히터로부터 하향으로 이동하는 상기 속도는 상기 잉곳의 상기 직경 및 상기 잉곳의 상기 메니스커스의 상기 각도를 제어하는, 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 용융된 실리콘을 상기 실리콘 시드로 피딩하도록 구성되는 상기 도가니의 하부 부분과 연관된 히터들을 더 포함하고,
상기 제어기는 상기 잉곳의 상기 직경을 제어하도록 상기 피드백에 기초하여 상기 히터들로 공급된 전력을 제어하는, 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 고체 실리콘 조각들이 상기 도가니 내로 피딩되기 전에 도펀트를 갖는 상기 고체 실리콘 조각들을 적어도 간헐적으로 스프레잉하기 위한 스프레이를 더 포함하는, 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 잉곳의 외경을 제어하도록 상기 실리콘 시드의 외경과 연관된 석영 튜브를 더 포함하고,
상기 제어기는 상기 피드백에 기초하여 상기 페데스탈의 상기 회전 속도를 제어함으로써 상기 잉곳의 내경을 제어하는, 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 잉곳의 외경 및 내경을 제어하도록 상기 실리콘 시드의 외경 및 내경과 연관된 외측 석영 튜브 및 내측 석영 튜브를 더 포함하는, 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 내측 석영 튜브는 상기 잉곳이 냉각되는 동안 상기 내측 석영 튜브로 하여금 산출 또는 중단하게 하도록 설계된 응력 완화 피처를 포함하거나,
상기 내측 석영 튜브는 콘 형상인, 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 잉곳의 외경 및 내경을 제어하도록 상기 실리콘 시드의 외경 및 내경과 연관된 외측 석영 튜브 및 내측 튜브를 더 포함하고, 상기 내측 튜브는 석영 이외의 재료로 이루어지는, 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 잉곳의 상기 메니스커스 내로 바로 용융되도록 구성된 도펀트의 고체 막대를 더 포함하는, 시스템.
잉곳을 형성하기 위한 피드 레이트로 용융된 실리콘을 페데스탈 상에 배치된 실리콘 시드에 피딩하는 단계로서, 상기 실리콘 시드는 링 형상이고 그리고 상기 페데스탈은 회전 속도로 회전하도록 구성되는, 상기 실리콘 시드에 피딩하는 단계; 및
상기 실리콘 시드가 상기 용융된 실리콘을 수용하는 동안 그리고 상기 잉곳이 형성되는 동안,
상기 잉곳의 메니스커스로 지향된 카메라로부터, 상기 잉곳의 직경에 대한 그리고 상기 잉곳의 메니스커스의 각도에 대한 피드백을 수신하는 단계, 및
상기 잉곳의 상기 직경 및 상기 잉곳의 상기 메니스커스의 상기 각도를 제어하기 위해 상기 피드백에 기초하여 상기 페데스탈의 상기 회전 속도 및 상기 용융된 실리콘의 상기 피드 레이트를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 실리콘 시드 위 그리고 상기 실리콘 시드의 중심으로부터 멀리 피딩 시스템을 위치시키는 단계; 및
상기 피딩 시스템으로부터 상기 실리콘 시드로 상기 피드 레이트로 상기 용융된 실리콘을 공급하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 실리콘 시드 위 및 상기 실리콘 시드로부터 멀리 도가니를 배치하는 단계;
고체 실리콘 조각들을 상기 도가니 내로 피딩하기 전에 도펀트를 갖는 상기 고체 실리콘 조각들을 선택적으로 스프레잉하는 동안 상기 도가니로 상기 고체 실리콘 조각들을 공급하는 단계;
상기 도가니와 연관된 히터를 사용하여 상기 고체 실리콘 조각들을 용융하는 단계;
상기 링 형상 시드가 상기 도가니로부터 상기 용융된 실리콘을 수용하고 상기 잉곳이 형성되는 속도로 상기 도가니 및 상기 히터로부터 상기 페데스탈을 하향으로 이동시키는 단계; 및
상기 잉곳의 상기 직경 및 상기 잉곳의 상기 메니스커스의 상기 각도를 제어하기 위해, 상기 피드백에 기초하여, 상기 페데스탈이 상기 도가니 및 상기 히터로부터 하향으로 이동하는 상기 속도를 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 용융된 실리콘을 상기 실리콘 시드로 피딩하도록 구성되는 상기 도가니의 하부 부분에 근접하게 히터들을 배치하는 단계; 및
상기 잉곳의 상기 직경을 제어하도록 상기 피드백에 기초하여 상기 히터들로 공급된 전력을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 실리콘 시드 외경에 근접하게 석영 튜브를 배치함으로써 상기 잉곳의 외경을 제어하는 단계; 및
상기 피드백에 기초하여 상기 페데스탈의 상기 회전 속도를 제어함으로써 상기 잉곳의 내경을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 실리콘 시드의 외경 및 내경에 근접하게 외측 석영 튜브 및 내측 석영 튜브를 배치함으로써 상기 잉곳의 외경 및 내경을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 내측 석영 튜브는 상기 잉곳이 냉각되는 동안 상기 내측 석영 튜브로 하여금 산출 또는 중단하게 하도록 설계된 응력 완화 피처를 포함하거나,
상기 내측 석영 튜브는 콘 형상인, 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 실리콘 시드의 외경 및 내경에 근접하게 외측 석영 튜브 및 내측 튜브를 배치함으로써 상기 잉곳의 외경 및 내경을 제어하는 단계를 더 포함하고, 상기 내측 튜브는 석영 이외의 재료로 이루어지는, 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 잉곳의 상기 메니스커스 내로 바로 용융되도록 도펀트의 고체 막대를 배치하는 단계를 더 포함하는, 방법.