KR20190103269A - 도가니 및 조정 부재를 구비하는 결정 인상 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

용융물로부터 잉곳을 형성하는 시스템 및 방법이 개시된다. 시스템은 용융물을 수용하기 위한 공동을 형성하는 도가니와, 용융물의 이동을 저지하기 위한 제1 및 제2 장벽을 구비한다. 제1 통로 및 제2 통로는 외부 지역 내에 배치된 용융물이 전이 지역으로 이동하고 전이 지역을 통해서 내부 지역으로 이동할 수 있게 하도록 구성된다. 조정 부재는 복수의 지역 중 하나 이상에 배치되며, 용융물과 접촉하여 용융물 내의 미세-공극의 개수를 감소시키도록 구성된다.

Description

도가니 및 조정 부재를 구비하는 결정 인상 시스템 및 방법

관련 출원에 대한 상호-참조

본 출원은 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 통합되는 2017년 1월 4일자 미국 가특허출원 제15/398,407호에 대해 우선권을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 용융물로부터 반도체 또는 솔라 재료의 잉곳을 형성하기 위한 단결정 인상(pulling) 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 도가니 및 용융물과 접촉하기 위해 도가니의 공동 내에 배치되는 조정(conditioning) 부재를 구비하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

초크랄스키(Czochralski: CZ) 방법으로 성장된 실리콘 단결정의 생산 시에는, 실리콘 용융물을 형성하기 위해 다결정 실리콘이 결정 인상 장치의 석영 도가니와 같은 도가니 내에서 용융된다. 인상 장치는 종 결정(seed crystal)을 용융물 내로 하강시키고 용융물로부터 종 결정을 천천히 상승시키며, 종 결정 상의 용융물을 응고시켜 잉곳을 형성한다.

연속 CZ 방법에서는, 종 결정이 용융물로부터 상승되는 동안 용융물에 다결정 실리콘이 추가된다. 다결정 실리콘의 추가는 용융물에 미세-공극을 발생시킬 수 있다. 미세-공극은 일반적으로 10 마이크로미터 미만의 직경을 갖는다. 용융물 내의 미세-공극은 잉곳 형성 중에 잉곳에 혼입될 수 있다. 종래의 연속 초크랄스키 시스템은 이들 미세-공극을 제거하는데 성공하지 못했다. 따라서, 용융물의 특성을 제어하고 잉곳에의 미세 공극 혼입을 제거하기 위한 보다 효율적이고 효과적인 시스템 및 방법이 필요하다.

상기 배경기술 섹션은 이하에 기술 및/또는 청구되는 본 개시의 다양한 양태에 관련될 수 있는 다양한 양태의 기술을 독자에게 소개하도록 의도된다. 이 논의는 본 발명의 다양한 양태에 대한 보다 나은 이해를 돕기 위해 독자에게 배경 정보를 제공하는데 도움이 될 것으로 생각된다. 따라서, 이들 설명은 이러한 관점에서 읽혀져야 하며 종래 기술의 승인으로서 읽히지 않아야 함을 알아야 한다.

일 양태에서, 용융물로부터 잉곳을 형성하기 위한 시스템은 용융물을 수용하기 위한 공동을 형성하는 도가니 및 용융물의 이동을 저지하기 위해 상기 공동 내에 배치되는 제1 장벽을 구비한다. 도가니와 제1 장벽은 외부 지역을 형성한다. 제1 장벽은 제1 통로를 구비한다. 상기 시스템은 또한 용융물이 제2 장벽의 외측으로부터 제2 장벽의 내측으로 이동하는 것을 저지하기 위해 상기 공동 내에 배치되는 제2 장벽을 구비한다. 제1 장벽과 제2 장벽 사이에 전이 지역이 형성된다. 제2 장벽은 내부 지역을 형성하고 제2 통로를 구비한다. 제1 통로 및 제2 통로는 외부 지역 내에 배치된 용융물이 전이 지역으로 이동하고 전이 지역을 통해서 내부 지역으로 이동할 수 있게 하도록 구성된다. 상기 시스템은 제1 장벽과 제2 장벽 사이의 전이 지역에 배치되는 조정 부재를 추가로 구비한다. 조정 부재는 전이 지역에서 용융물과 접촉하고 용융물 내의 미세-공극의 개수를 감소시키도록 구성된다.

다른 양태에서, 용융물로부터 잉곳을 형성하기 위한 시스템은 용융물을 수용하기 위한 공동을 형성하는 도가니 조립체를 구비한다. 공동은 내부 지역, 외부 지역 및 전이 지역으로 분리된다. 내부 지역은 잉곳을 위한 성장 영역을 형성한다. 상기 시스템은 또한 고체 공급원료 재료를 공동에 송달하기 위한 공급기(feeder) 시스템을 구비한다. 고체 공급원료 재료는 용융물을 형성하도록 구성된다. 상기 시스템은 상기 공동의 외부 지역에 배치되는 보디를 추가로 구비한다. 상기 보디는 고체 공급원료 재료 및 용융물과 접촉하고 용융물 내의 미세-공극의 개수를 감소시키도록 구성된다.

다른 양태에서는, 결정 인상 시스템에서 용융물로부터 결정 잉곳을 인상시키기 위한 방법이 기재되어 있다. 상기 시스템은 공동을 형성하는 도가니를 구비한다. 상기 방법은 공동 내에 석영 보디를 배치하는 단계와 공급원료 재료를 공동 내에 배치하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 공급원료 재료를 용융하여 용융물을 형성하는 단계를 포함한다. 용융물 라인(melt line)은 용융물의 표면에 의해 형성된다. 상기 보디는 용융물과 접촉하고 용융물 내의 미세-공극의 개수를 감소시키기 위해 용융물 라인에 배치된다.

상기 양태와 관련하여 기재된 특징의 다양한 개선이 존재한다. 추가적인 특징 또한 마찬가지로 상기 양태에 포함될 수 있다. 이들 개선 및 추가 특징은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 존재할 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시예 중 임의의 것과 관련하여 후술되는 다양한 특징은 단독으로 또는 임의의 조합으로 상기 양태 중 임의의 것에 통합될 수 있다.

도 1은 결정 인상 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 결정 인상 시스템의 일부의 개략도이다.
도 3은 도 1에 도시된 결정 인상 시스템의 일부의 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 결정 인상 시스템의 일부의 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 결정 인상 시스템의 다른 구성의 개략도이다.
도 6은 도 1에 도시된 결정 인상 시스템의 다른 구성의 개략도이다.
도 7은 도 1에 도시된 결정 인상 시스템의 다른 구성의 개략도이다.
도 8은 도 1에 도시된 결정 인상 시스템의 다른 구성의 개략 평면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 구성에서의 결정 인상 시스템의 일부의 개략도이다.
도 10은 도 1에 도시된 결정 인상 시스템의 다른 구성의 개략 평면도이다.
도 11은 도 10에 도시된 구성에서의 결정 인상 시스템의 일부의 개략도이다.
도 12는 도 1에 도시된 결정 인상 시스템의 다른 구성의 개략 평면도이다.
도 13은 도 12에 도시된 구성에서의 결정 인상 시스템의 일부의 개략도이다.
도 14는 위어(weir) 및 내부 도가니를 구비하는 결정 인상 시스템의 일부의 개략 평면도이다.
도 15는 도 14에 도시된 결정 인상 시스템의 일부의 개략도이다.
도 16은 내부 도가니를 구비하는 결정 인상 시스템의 개략도이다.
도 17은 잉곳의 정규화(normalized) 영역 카운트를 비교하는 그래프이다.
도 18은 잉곳의 정규화 영역 카운트의 그래프이다.
도 19는 잉곳의 정규화 영역 카운트의 그래프이다.
도 20은 잉곳의 정규화 영역 카운트의 그래프이다.
도 21은 결정 인상 시스템의 다양한 구성에서의 용해된 보디의 질량을 도시하는 그래프이다.
대응하는 참조 부호는 여러 도면 전체에 걸쳐서 대응하는 부분을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 결정 인상 시스템이 개략적으로 도시되어 있으며 이는 일반적으로 도면부호 100으로 지칭된다. 결정 인상 시스템(100)은 초크랄스키 방법에 의해 잉곳을 생산하기 위해 사용될 수 있다.

도시된 결정 인상 시스템(100)은 반도체 또는 솔라 등급 재료(예를 들어, 실리콘)의 용융물(106)을 수용하는 도가니 조립체(104)를 지지하는 서셉터(102)를 구비한다. 용융물(106)은 고체 공급원료 재료(111)를 가열함으로써 형성될 수 있다. 시스템(100)의 작동 중에, 종 결정(112)은 인상 장치(110)에 의해 용융물(106) 내로 하강되고 이후 용융물(106)로부터 천천히 상승된다. 종 결정(112)이 용융물(106)로부터 천천히 상승됨에 따라, 용융물(106)로부터의 실리콘 원자는 그 자체가 종 결정(112)과 정렬되고 종 결정에 부착되어 잉곳(108)을 형성한다. 도시된 시스템(100)은 또한 잉곳(108)을 용융물(106)로부터의 방사열로부터 차폐하고 잉곳(108)이 응고될 수 있게 하기 위해 히트 실드(heat shield)(114)를 구비한다.

도가니 조립체(104)는 제1 도가니(116), 제2 도가니(118) 및 제3 도가니(119)를 구비한다. 추가 실시예에서, 시스템(100)은 제1 도가니(116), 제2 도가니(118) 및 제3 도가니(119) 중 어느 하나에 추가적으로 또는 이를 대신하여 하나 이상의 위어를 구비할 수 있다. 적절한 실시예에서, 도가니 조립체(104)는 시스템(100)이 설명된 바와 같이 기능할 수 있게 하는 임의의 적절한 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서 도가니 조립체(104)는 석영으로 구성될 수 있다.

제1 도가니(116)는 제1 베이스(120) 및 제1 측벽(122)을 구비한다. 제2 도가니(118)는 제2 베이스(124) 및 제2 측벽(126)을 구비한다. 제3 도가니(119)는 제3 베이스(128) 및 제3 측벽(130)을 구비한다. 도시된 실시예에서, 제1 측벽(122)은 제1 베이스(120)의 둘레 주위로 연장되고 제2 측벽(126)은 제2 베이스(124)의 둘레 주위로 연장된다. 제3 측벽(130)은 제3 베이스(128)의 둘레 주위로 연장된다. 제1 도가니(116)의 제1 측벽(122) 및 제1 베이스(120)에 의해 제1 공동(132)이 형성된다. 제2 도가니(118)의 제2 측벽(126) 및 제2 베이스(124)에 의해 제2 공동(133)이 형성된다. 다른 실시예에서, 도가니 조립체(104)는 시스템(100)이 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 도가니를 구비할 수 있다.

제1 도가니(116), 제2 도가니(118) 및 제3 도가니(119)는 시스템(100)이 본 명세서에 기재된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제1 도가니(116), 제2 도가니(118) 및/또는 제3 도가니(119)는 임의의 적절한 곡률을 갖는 만곡 베이스를 구비할 수 있다.

이 실시예에서, 제1 도가니(116), 제2 도가니(118) 및 제3 도가니(119)는 제1 도가니(116)의 공동(132) 내에 제2 도가니(118) 및 제3 도가니(119)가 배치될 수 있도록 크기 및 형상을 갖는다. 또한, 제1 도가니(116), 제2 도가니(118) 및 제3 도가니(119)는 제2 도가니(118)의 제2 공동(133) 내에 제3 도가니(119)가 배치될 수 있도록 크기 및 형상을 갖는다. 제1 도가니(116), 제2 도가니(118) 및 제3 도가니(119)의 각각은 시스템(100)이 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 적절한 직경을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 도가니(116), 제2 도가니(118) 및 제3 도가니(119)는 40, 36, 32, 28, 24, 20, 22 또는 16인치의 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제1 도가니(116)는 36인치의 외경을 가질 수 있고, 제2 도가니(118)는 22인치의 외경을 가질 수 있으며, 제3 도가니(119)는 16인치의 외경을 가질 수 있다.

제1 도가니(116), 제2 도가니(118) 및 제3 도가니(119)는 외부 지역(134), 전이 지역(136) 및 내부 지역(138)을 형성한다. 외부 지역(134)은 제1 측벽(122)과 제2 측벽(126) 사이의 공동(132)에 형성된다. 내부 지역(138)은 제3 도가니(119) 내에 형성된다. 전이 지역(136)은 제2 도가니(118)와 제3 도가니(119) 사이의 제2 공동(133)에 형성된다. 외부 지역(134), 전이 지역(136) 및 내부 지역(138)의 크기는 제1 도가니(116), 제2 도가니(118) 및 제3 도가니(119)의 크기에 의해 결정된다. 예를 들어, 내부 지역(138)은 제3 도가니(119)의 직경과 동일한 직경을 갖는다. 일부 실시예에서, 내부 지역(138)은 16인치 이상의 직경을 갖는다. 또한, 이 실시예에서, 내부 지역(138)에는 장벽 및 장애물이 실질적으로 없다. 그 결과, 잉곳(108)을 위한 성장 영역이 증가될 수 있고, 성장 영역으로부터 제3 측벽(130)과 같은 임의의 장벽까지의 거리가 일부 공지된 시스템에 비해 증가될 수 있다. 또한, 내부 지역(138)은 용융물(106)에 대해 더 큰 자유 표면적을 제공하며 일부 공지된 시스템보다 양호한 산소 방출을 가능하게 한다.

제2 도가니(118) 및 제3 도가니(119)는 용융물(106)의 표면에 수직하게 연장되며, 용융물(106)이 외부 지역(134)으로부터 내부 지역(138)으로 유동하는 것을 제한하는 수직 장벽을 형성한다. 도가니 통로(162, 164)는 용융물(106)이 외부 지역(134)으로부터 내부 지역(138)으로 이동하도록 제2 도가니(118)의 측벽(126) 및 제3 도가니(119)의 측벽(130)을 통해서 연장된다. 도가니 통로(162, 164)는 용융물(106)이 내부 지역(138)으로 이동하기 위해 주행하는 거리를 증가시키기 위해 제2 베이스(124)를 따라서 배치될 수 있다. 적절한 실시예에서, 제2 도가니(118) 및 제3 도가니(119)는 임의의 적절한 개수의 통로를 구비할 수 있다.

도시된 실시예에서, 장벽(140)은 제1 측벽(122)과 제2 측벽(126) 사이의 외부 지역(134)에 배치된다. 장벽(140)은 용융물(106)의 표면에 평행하게 연장되며, 용융물(106)이 외부 지역(134)을 통해서 내부 지역(138)을 향해 이동하는 것을 제한한다. 따라서, 장벽(140)은 용융물(106)이 외부 지역(134)으로부터 내부 지역(138)으로 유동하는 것을 제한하는 수평 장벽을 형성한다. 장벽(140)은 석영 피스 또는 보다 광범위하게 보디(142) 및 보디(142) 사이에 형성되는 갭(144)을 구비한다. 작동 시에, 용융물(106)은 갭(144)을 통해서 유동할 수 있다. 이 실시예에서, 보디(142)는 외부 지역(134) 내에 무작위로 배열되며 갭(144)은 용융물(106)이 통과 유동하기 위한 미로 또는 우회 경로를 형성한다. 따라서, 장벽(140)은 외부 지역(134)을 통한 용융물(106)의 이동을 늦출 수 있다. 다른 실시예에서, 보디(142)는 결정 인상 시스템(100)이 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 방식으로 구성될 수 있다.

보디(142)는 용융물(106) 및/또는 공급원료 재료(111)를 조정하는 조정 부재로서 작용할 수 있다. 본 명세서에 사용될 때, 용어 "조정한다(condition)"는 재료의 특성을 변경하는 것을 의미하며, "조정"은 재료의 특성을 변경하는 장치를 설명하기 위해 사용된다. 예를 들어, 시스템(100)의 작동 중에, 장벽(140)은 용융물(106)의 아르곤 함량 및 용융물(106) 내의 가스-충전된 미세-공극의 개수와 같은 용융물(106)의 특성을 변경하고 잉곳(108)의 결함을 감소시킬 수 있다.

적절한 실시예에서, 보디(142)는 설명된 바와 같이 보디(142)가 기능하는 것을 용이하게 하기 위해 공급원료 재료(111)와 다른 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 보디(142)는 공급원료 재료(111)보다 큰 내열성을 가질 수 있다. 따라서, 보디(142)는 공급원료 재료(111)보다 더 긴 시간 동안 고체 상태로 유지될 것이다. 일부 실시예에서, 보디(142)는 시스템(100)의 작동 내내 실질적으로 고체 상태로 유지될 수 있다. 추가 실시예에서, 보디(142)는 석영으로 구성될 수 있으며 공급원료 재료(111)는 덩어리 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 보디(142)의 적어도 일부는 공급원료 재료(111) 덩어리의 대부분보다 상당히 더 클 수 있다.

적절한 실시예에서, 보디(142)는 외부 지역(134) 내의 어느 곳에나 배치될 수 있다. 이 실시예에서, 보디(142)는 용융물(106)의 표면에 인접하여 제1 측벽(122)과 제2 측벽(126) 사이에 배치된다. 또한, 이 실시예에서, 보디(142)는 내부 지역(138) 내에 배치되지 않는다. 시스템(100)의 조립 중에 보디(142)의 정확한 정렬 및 위치결정이 요구되지 않을 수 있는데 그 이유는 보디(142)가 무작위로 배열될 수 있기 때문이다. 또한, 보디(142)의 위치는 시스템(100)의 작동 중에 변경될 수 있다.

적절한 실시예에서, 보디(142)는 부력을 가질 수 있고 용융물(106)의 표면 근처에서 부유할 수 있다. 또한, 도 1에 도시하듯이, 보디(142)는 장벽(140)이 용융물(106)의 표면 위에서 및/또는 아래에서 연장되도록 적층될 수 있다. 적절한 실시예에서, 보디(142)는 고체 공급원료 재료(111)의 용융물 라인까지 및 이를 넘어서 연장될 수 있다. 다른 실시예에서, 보디(142)는 시스템(100)이 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 시스템(100)의 임의의 부분을 차지할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 보디(142)는 외부 지역(134)을 채울 수 있다.

이 실시예에서, 보디(142)는 이동이 자유롭다. 즉, 보디(142)는 서로 연결되지 않거나 도가니 조립체(104)에 연결되지 않는다. 그 결과, 조립 시스템(100)의 비용이 감소될 수 있다. 또한, 시스템(100)의 작동 중에 고장날 수 있는 결합이 생략되기 때문에 시스템(100)의 신뢰성이 증가된다. 다른 실시예에서, 적어도 일부 보디(142)는 제1 도가니(116), 제2 도가니(118) 및/또는 다른 보디(142)에 연결될 수 있다.

보디(142)는 임의의 적절한 시간에 시스템(100)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 보디(142)는 고체 공급원료 재료(111)가 용융되기 전에 시스템(100) 내에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 보디(142)는 고체 공급원료 재료(111)가 용융된 후에 추가될 수 있으며, 이로 인해 시스템(100) 작동 중의 보디(142) 소비가 감소될 수 있다.

시스템(100)의 작동 중에, 장벽(140)의 보디(142)가 용융물(106)에 의해 소비될 수 있으며 장벽(140)의 보디(142)를 보충할 필요가 있을 수 있다. 따라서, 보디(142)는 시스템(100)의 작동 중에 연속적으로 또는 단속적으로 추가될 수 있다. 적절한 실시예에서, 보디(142)는 보디(142)의 소비 속도와 동일한 속도로 장벽(140)에 추가될 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(100)은 보디(142)를 추가하기 위해 공급기 시스템과 같은 자동화 수단을 구비할 수 있다. 다른 실시예에서, 보디(142)는 시스템(100)에 수동으로 추가될 수 있다. 일부 실시예에서, 장벽(140)은 보충될 필요가 없는 보디(142)를 구비할 수 있다. 추가 실시예에서, 장벽(140)은 시스템(100)의 작동 중의 임의의 소비를 고려하여 여분의 보디(142)를 구비할 수 있다.

도 1을 추가로 참조하면, 결정 인상 시스템(100)은 도가니 조립체(104)에 인접하여 연장되는 히트 실드(114)를 구비한다. 고체 공급원료 재료(111)의 추가 중에 가시선(line-of-sight) 폴리실리콘 발사체가 내부 용융물 표면에 도달하는 것을 방지하기 위해 히트 실드(114)는 내부 지역(138)의 일부와 외부 지역(134)의 전부를 커버한다. 또한, 히트 실드(114)는 외부 지역(134)으로부터의 가스가 내부 지역(138)에 진입하는 것을 방지한다. 히트 실드(114)는 레그(146)를 구비한다. 레그(146)는 제2 도가니(118)와 제3 도가니(119) 사이의 공동(132) 내로 연장된다. 다른 실시예에서, 결정 인상 시스템(100)은 결정 인상 시스템(100)이 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 적절한 히트 실드(114)를 구비할 수 있다.

고체 공급원료 재료(111)는 공급 튜브(152)를 통해서 공급기(150)로부터 외부 지역(134) 내에 배치 또는 공급될 수 있다. 제2 도가니(118)의 외측에 있는 위치에서 제1 도가니(116)에 공급원료 재료(111)를 공급하기 위해 공급 튜브(152)는 제1 도가니(116)에 인접하여 배치된다. 공급원료 재료(111)는 주위 용융물(106)보다 훨씬 낮은 온도를 갖는다. 따라서, 공급원료 재료(111)의 온도가 증가함에 따라 공급원료 재료(111)가 용융물(106)로부터 열을 흡수하고 고체 공급원료 재료(111)는 외부 지역(134)에서 액화되어 외부 용융물 부분을 형성한다. 고체 공급원료 재료(111)(때로는 "저온 공급원료 재료"로 지칭됨)가 용융물(106)로부터 에너지를 흡수함에 따라, 주위 용융물(106)의 온도는 흡수된 에너지에 비례하여 떨어진다. 장벽(140)은 고체 공급원료 재료(111)가 외부 지역 내에서 완전히 용융될 수 있게 하며, 내부 지역 내의 용융물(106)의 균일성을 증가시킨다.

도가니 조립체(104)에 추가되는 공급원료 재료(111)의 양은 제어기(154)로부터의 활성화 신호에 반응하는 공급기(150)에 의해 제어된다. 잉곳(108)의 직경 및 성장 속도는 제어기(154)에 의해 정확하게 결정되고 제어된다. 공급원료 재료(111)의 추가는 용융물의 중량 또는 액체 높이를 측정함으로써 결정될 수 있는, 도가니 내의 실리콘의 질량에 기초할 수 있다.

고체 공급원료 재료(111)가 용융물(106)에 추가됨에 따라, 용융물(106)의 표면이 교란될 수 있다. 장벽(140) 및 제2 측벽(126)은 용융물(106)의 교란의 내측 전파를 방지한다. 또한, 장벽(140)은 고체 공급원료 재료(111)가 외부 지역 내에서 완전히 용융되는 것을 촉진하기 위해 고체 공급원료 재료(111)의 이동을 늦춘다.

도가니 조립체(104) 주위의 적절한 위치에 배치된 히터(156, 158)에 의해 도가니 조립체(104)에 열이 제공된다. 히터(156, 158)로부터의 열은 초기에 고체 공급원료 재료(111)를 용융시키며 이후 용융물(106)을 액화 상태로 유지시킨다. 히터(156)는 대체로 원통형이며 도가니 조립체(104)의 측면에 열을 제공한다. 히터(158)는 도가니 조립체(104)의 바닥에 열을 제공한다. 일부 실시예에서, 히터(158)는 대체로 환형 형상일 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템(100)은 시스템(100)이 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 히터를 구비할 수 있다.

적절한 실시예에서, 히터(156, 158)는 히터에 전류를 제어 가능하게 인가하여 그 온도를 변경하는 제어기(154)에 결합되는 저항성 히터일 수 있다. 제어기(154)에 의해 히터(156, 158) 각각에 공급되는 전류의 양은 용융물(106)의 열 특성을 최적화하기 위해 별개로 및 독립적으로 선택될 수 있다.

전술한 바와 같이, 종 결정(112)은 용융물(106) 위에 위치한 인상 장치(110)의 일부에 부착된다. 인상 장치(110)는 종 결정(112)을 용융물(106)의 표면에 수직한 방향으로 이동시키며, 종 결정(112)을 용융물(106) 쪽으로 또는 내로 하강시킬 수 있고 용융물(106) 위로 또는 밖으로 상승시킬 수 있다. 고품질의 잉곳(108)을 제조하기 위해, 종 결정(112)/잉곳(108)에 인접한 영역은 잉곳(108) 내에 취입될 수 있는 용융물(106) 내의 미세-공극이 없는 상태로 유지되어야 한다.

이 실시예에서, 장벽(140) 및 제2 도가니(118)는 외부 지역(134)으로부터 성장 영역으로의 용융물(106) 이동을 제한함으로써 종 결정(112)/잉곳(108)에 바로 인접한 영역에서 표면 교란 및 공급원료 재료(111) 입자의 개수를 제한한다. 또한, 장벽(140)은 성장 영역에 미세-공극이 없도록 용융물(106) 내의 미세-공극을 제거한다. 성장 영역은 제2 도가니(118)의 내측에 있으며 종 결정(112)/잉곳(108)에 인접한다.

도 1에 도시하듯이, 장벽(140) 및 통로(162, 164)는 용융물(106)이 외부 지역(134)으로부터 내부 지역(138)으로 이동하기 위한 구불구불한 경로를 제공한다. 특히, 용융물(106)이 외부 지역(134)을 통과할 때 용융물(106)은 장벽(140) 내의 갭(144)을 통해서 이동한다. 또한, 용융물(106)은 내부 지역(138)으로 이동하기 위해 제2 도가니(118) 내의 통로(162, 164)를 통과해야 한다. 그 결과, 장벽(140) 및 제2 도가니(118)는 용융물(106)이 지역(134)으로부터 내부 지역(138)을 향해 이동하는 것을 제한한다. 또한, 지역(134)으로부터 내부 지역(138)으로의 용융물(106)의 임의의 이동은 잉곳(108)이 인상되는 용융물(106)의 상부로부터 이격되는데, 그 이유는 통로(162, 164)가 도가니 조립체(104)의 바닥을 따라서 위치하기 때문이다. 따라서, 통로(162, 164)의 위치는 고체 입자가 용융물(106)의 성장 영역으로 이동하는 것을 더 제한한다.

용융물(106)이 외부 지역(134)을 통해서 외부 지역(134)과 내부 지역(138) 사이를 제어 상태로 이동하면 외부 지역(134)에서의 공급원료 재료(111)는 공급원료 재료(111)가 외부 지역(134)을 통과할 때의 성장 영역의 온도와 대략 동일한 온도로 가열될 수 있다. 또한, 용융물(106)의 이동이 외부 지역(134)에서 제어되고 내부 지역(138)에 임의의 장벽이 없기 때문에 시스템(100)은 더 큰 성장 영역을 가지며 더 큰 단결정 잉곳을 생산할 수 있다.

도 2는 제1 도가니(116), 제2 도가니(118) 및 제3 도가니(119)를 구비하는 결정 인상 시스템(100)의 일부의 개략도이다. 이 실시예에서, 보디(142)는 공동(132) 내에 배치된다. 특히, 보디(142)는 외부 지역(134)에서 고체 공급원료 재료(111) 및 용융물(106)의 용융물 라인(160)에 배치된다. 용융물 라인(160)은 용융물(106)의 표면에 의해 규정된다. 보디(142)는 용융물(106) 내의 미세-공극의 개수를 감소시키도록 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 장벽(140)은 석영으로 제조된 보디(142)를 구비한다. 그 결과, 보디(142)는 미세-공극의 형성을 억제하며 용융물(106)의 오염을 방지할 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템(100)은 이 시스템(100)이 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 보디(142)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 보디(142)는 상이한 재료일 수 있다.

보디(142)는 시스템(100)이 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 크기 및 형태일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 보디(142)는 입방체형, 원추형, 원통형, 구형, 각주형, 피라미드형 및 임의의 다른 적절한 형상일 수 있다. 일부 실시예에서, 적어도 일부 보디(142)는 상이한 형상 및 크기일 수 있다. 예를 들어, 적절한 실시예에서, 적어도 일부 보디(142)는 불균일한 형상을 갖는다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 보디(142)는 제1 도가니(116)와 제2 도가니(118) 사이의 외부 지역(134) 내에 배치된다. 특히, 보디(142)는 함께 타이트하게 패킹되며 보디(142)는 제1 도가니(116)에서 제2 도가니(118)까지 연속적으로 연장된다. 다른 실시예에서, 보디(142)는 시스템(100)이 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 방식으로 배치될 수 있다.

도 5는 시스템(100)의 다른 구성의 개략도이다. 도 5에 도시된 구성에서, 보디(142)는 용융물 라인(160)에 배치되지만 실질적으로 용융물 라인(160) 위에서 연장되지 않는다. 보디(142)는 시스템(100)에 추가되는 공급원료 재료(111)와 보디(142) 사이의 직접적인 접촉을 감소시키도록 배열된다. 그 결과, 시스템(100)의 작동 중의 보디(142)의 소비가 감소될 수 있다. 또한, 용융물(106) 표면에서의 임의의 변동성이 감소될 수 있으며, 보디(142)로 인한 도핑 효율 변화가 감소될 수 있다.

도 6은 시스템(100)의 다른 구성의 개략도이다. 도 6에 도시된 구성에서, 보디(142)는 용융물 라인(160) 아래에 이 라인으로부터 이격되어 배치된다. 그 결과, 시스템(100) 작동 중의 보디(142) 소비는 보디(142)가 용융물 라인(160)까지 연장되는 구성에 비해 감소된다.

도 7은 시스템(100)의 다른 구성의 개략도이다. 도 7에 도시된 구성에서, 보디(142)는 전이 지역(136) 내에 배치된다. 그 결과, 시스템(100)의 작동 중의 보디(142) 소비 속도가 감소된다. 또한, 전이 지역(136)에 배치되는 보디(142)의 양은 전이 지역(136)의 체적이 외부 지역(134)의 체적보다 작기 때문에 다른 구성에서 외부 지역(134)에 배치되는 보디(142)의 양보다 적다. 또한, 전이 지역(136) 내에 보디(142)가 배치됨으로 인해 외부 지역(134)은 공동(132) 내에 공급원료 재료를 배치하고 도펀트를 공급하기 위해서만 사용될 수 있다. 그 결과, 시스템(100)에 사용되는 도펀트의 효율의 변동성이 감소된다. 또한, 용융물(106)의 표면 상태의 일관성이 증가된다.

도 7에 도시된 구성에서, 제2 도가니(118)는 제1 통로(162)를 구비하고 제3 도가니(119)는 제2 통로(164)를 구비한다. 제1 통로(162) 및 제2 통로(164)는 공급원료 재료(111) 및 용융물(106)이 외부 지역(134)으로부터 전이 지역(136)으로, 전이 지역(136)을 통해서, 그리고 전이 지역(136)으로부터 내부 지역(138)으로 이동할 수 있게 한다. 다른 실시예에서, 시스템(100)은 시스템(100)이 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 통로를 구비할 수 있다.

이 실시예에서, 제1 통로(162)는 용융물(106)의 표면 근처에 배치되고 제2 통로(164)는 제3 도가니(119)의 베이스 근처에 배치된다. 따라서, 용융물(106)은 도 7에 도시된 시스템(100)의 배향과 관련하여 대체로 하측 방향으로 전이 지역(136)을 통해서 유동한다. 그 결과, 용융물(106)은 전이 지역(136) 내의 증가된 개수의 보디(142)와 접촉한다.

도 8 및 도 9는 시스템(100)의 다른 구성의 개략도이다. 시스템(100)은 지지체(166)를 추가로 구비한다. 이 실시예에서, 지지체(166) 및 보디(142)는 전이 지역(136) 내에 배치된다. 특히, 보디(142)와 용융물(106) 사이의 접촉을 증가시키기 위해 보디(142)는 제1 통로(162)에 인접하여 배치된다. 지지체(166)는 전이 지역(136) 내에서 제1 통로(162)의 양쪽에 이격되어 있다. 따라서, 지지체(166)는 보디(142)를 제1 통로(162)에 인접한 위치에 유지시킨다. 또한, 제1 통로(162)에 인접한 전이 지역(136) 부분에만 보디가 배치되기 때문에 지지체(166)는 시스템(100)에 사용되는 보디(142)의 양을 감소시킨다. 다른 실시예에서, 보디(142) 및 지지체(166)는 시스템(100)이 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 방식으로 구성된다.

이 실시예에서, 지지체(166)는 중공 실린더이며, 제2 도가니(118)와 제3 도가니(119) 사이의 거리와 실질적으로 동일한 직경을 갖는다. 또한, 지지체(166)는 전이 지역(136)에서의 용융물(106) 깊이보다 큰 길이를 갖는다. 다른 실시예에서, 지지체(166)는 상이한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 또한, 지지체(166)는 임의의 재료로 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 지지체(166)는 용융물(106)의 오염을 감소시키기 위해 석영으로 구성된다.

도 10 및 도 11은 시스템(100)의 다른 구성의 개략도이다. 시스템(100)은 지지체(168)를 추가로 구비한다. 지지체(168) 및 보디(142)는 외부 지역(134) 내에 배치된다. 특히, 보디(142)와 용융물(106) 사이의 접촉을 증가시키기 위해 보디(142)는 제1 통로(162)에 인접하여 배치된다. 지지체(168)는 외부 지역(134) 내에서 제1 통로(162)의 양쪽에 이격되어 있다. 따라서, 지지체(168)는 보디(142)를 제1 통로(162)에 인접한 위치에 유지시킨다. 또한, 제1 통로(162)에 인접한 외부 지역(134) 부분에만 보디(142)가 배치되기 때문에 지지체(168)는 시스템(100)에 사용되는 보디(142)의 양을 감소시킨다. 다른 실시예에서, 보디(142) 및 지지체(168)는 시스템(100)이 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 방식으로 구성된다.

이 실시예에서, 지지체(168)는 중공 실린더이며, 제1 도가니(116)와 제2 도가니(118) 사이의 거리와 실질적으로 동일한 직경을 갖는다. 이 실시예에서, 지지체(168)는 제1 도가니(116)의 베이스에 인접하여 용융물(106)의 표면 위에서 연장된다. 또한, 일부 실시예에서, 지지체(168)는 외부 지역(134)에서의 용융물(106)의 깊이보다 큰 길이를 갖는다. 다른 실시예에서, 지지체(168)는 상이한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 또한, 지지체(168)는 임의의 재료로 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 지지체(168)는 용융물(106)의 오염을 감소시키기 위해 석영으로 구성된다.

도 12 및 도 13은 시스템(100)의 다른 구성의 개략도이다. 이 구성에서, 시스템(100)은 지지체(166) 및 지지체(168)를 구비한다. 지지체(166)는 전이 지역(136) 내에 배치되고 지지체(168)는 외부 지역(134) 내에 배치된다. 보디(142)는 전이 지역(136) 내에서 지지체(166) 사이에 배치된다. 또한, 보디(142)는 외부 지역(134) 내에서 지지체(168) 사이에 배치된다. 전이 지역(136) 및 외부 지역(134) 내에서, 보디(142)는 제1 통로(162)에 인접하여 배치된다. 이 실시예에서는, 보디가 제1 통로(162)를 통해서 유동하는 용융물(106)과 접촉하기 때문에 지지체(166, 168) 및 보디(142)는 용융물(106)과 보디(142) 사이의 접촉을 증가시킨다. 또한, 제1 통로(162)에 인접한 외부 지역(134) 및 전이 지역(136)의 부분에만 보디(142)가 배치되기 때문에 지지체(166, 168)는 시스템(100)에 사용되는 보디(142)의 양을 감소시킨다. 다른 실시예에서, 보디(142) 및 지지체(166, 168)는 시스템(100)이 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 방식으로 구성될 수 있다.

도 14는 결정 인상 시스템(400)의 일부의 개략 평면도이다. 도 15는 결정 인상 시스템(400)의 일부의 개략도이다. 이 실시예에서, 시스템(400)은 외부 도가니(402), 위어(404) 및 내부 도가니(406)를 구비한다. 외부 도가니(402)는 용융물(408)을 수용하도록 배열되며, 공동(414)을 형성하는 베이스(410) 및 측벽(412)을 구비한다. 내부 도가니(406) 및 위어(404)는 도가니(402)의 공동(414) 내에 배치된다. 내부 도가니(406)는 내부 지역(416)을 둘러싼다. 내부 도가니(406)와 위어(404) 사이에는 전이 지역(418)이 형성된다. 또한, 위어(404)와 외부 도가니(402) 사이에는 외부 지역(420)이 형성된다.

작동 시에, 결정 인상 시스템(400)은 종 결정을 내부 지역(416)의 성장 영역에서 하강 및 상승시킴으로써 용융물(408)로부터 잉곳을 형성한다. 용융물(408)이 전이 지역(418)으로부터 내부 지역(416)으로 이동하기 위한 통로(422)가 내부 도가니(406)를 통해서 형성된다. 또한, 용융물(408)이 외부 지역(420)으로부터 전이 지역(418)으로 이동하기 위한 통로(424)가 위어(404)를 통해서 형성된다. 따라서, 위어(404) 및 내부 도가니(406)는 외부 지역(420), 전이 지역(418) 및 내부 지역(416) 사이에서의 용융물(408) 이동을 제어한다.

시스템(400)은 전이 지역(418)에 배치되고 용융물(408) 내의 미세-공극을 감소시키도록 구성된 보디(426)를 추가로 구비한다. 이 실시예에서, 보디(426)는 위어(404)와 내부 도가니(406) 사이에 적층된다. 보디(426)는 전이 지역(418)에 층상으로 느슨하게 배치된다. 다른 실시예에서, 보디(426)는 시스템(400)이 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 방식으로 구성될 수 있다.

이 실시예에서, 지지체(428)는 전이 지역(418) 내의 위어(404)와 내부 도가니(406) 사이에 배치된다. 지지체(428)는 전이 지역(418) 내에 배치되는 보디(426)의 양을 감소시키며 보디(426)의 위치를 유지시킨다. 지지체(428)는 전이 지역(418) 전체에 걸쳐서 이격되어 있다. 특히, 지지체(428)는 보디(426)가 통로(422, 424)와 정렬되고 통로에 인접하여 배치되도록 통로(422, 424)로부터 오프셋된다. 다른 실시예에서, 지지체(428)는 시스템(400)이 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 방식으로 배치된다.

시스템(400)은 시스템(400)이 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 지지체(428)를 구비할 수 있다. 이 실시예에서, 지지체(428)는 중공 실린더이다. 일부 실시예에서, 지지체(428)는 위어(404)와 내부 도가니(406) 사이의 거리와 실질적으로 동일한 직경을 갖는다. 또한, 일부 실시예에서, 지지체(428)는 전이 지역(418)에서의 용융물(408) 깊이보다 큰 길이를 갖는다. 다른 실시예에서, 지지체(428)는 상이한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 또한, 지지체(428)는 임의의 재료로 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 지지체(428)는 용융물(408)의 오염을 감소시키기 위해 석영으로 구성된다.

도 16은 하나 이상의 장벽 링(502)을 구비하는 결정 인상 시스템(500)의 개략도이다. 결정 인상 시스템(500)은 또한 제1 도가니(504) 및 제2 도가니(506)를 구비한다. 결정 인상 시스템(500)은 제1 도가니(504) 및 제2 도가니(506)에 수용된 용융물로부터 잉곳을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 제2 도가니(506) 및 장벽 링(502)은 제1 도가니(504), 제2 도가니(506) 및 외부 장벽 링(502)이 그 사이에 외부 지역(510)을 형성하도록 제1 도가니(504)의 공동 내에 배치된다. 또한, 제1 도가니(504), 제2 도가니(506) 및 장벽 링(502)은 전이 지역(511)을 형성한다. 이 실시예에서, 결정 인상 시스템(500)은 세 개의 전이 지역(511)을 형성하는 세 개의 장벽 링(502)을 구비한다. 특히, 장벽 링(502)은 외부 전이 지역(511), 중간 전이 지역(511) 및 내부 전이 지역(511)을 형성하는 외부 장벽 링(502), 중간 장벽 링(502) 및 내부 장벽 링(502)을 구비한다. 장벽 링(502)은 직경이 감소하는 순서로 상호 내에 포개어진다. 다른 실시예에서, 결정 인상 시스템(500)은 결정 인상 시스템(500)이 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 전이 지역(511)을 형성하는 임의의 개수의 장벽 링(502)을 구비할 수 있다.

용융물이 가열됨에 따라, 용융물은 외부 지역(510)으로부터, 전이 지역(511)을 통해서, 잉곳이 형성되는 내부 지역(512)을 향해 이동한다. 장벽 링(502)은 용융물이 외부 지역(510)으로부터 내부 지역(512)으로 이동하는 것을 방지하기 위해 제2 도가니(506)의 베이스에 인접하여 연장된다. 장벽 링(502) 및 제2 도가니(506)는 용융물이 외부 지역(510)으로부터 전이 지역(511)을 통해서 내부 지역(512)으로 유동하도록 각각의 통로(514)를 구비한다. 적절하게, 장벽 링(502) 및 제2 도가니(506) 내의 통로(514)는 용융물이 외부 지역(510)으로부터 내부 지역(512)으로 우회 경로를 통해서 유동하도록 오프셋된다. 다른 실시예에서, 시스템(500)은 시스템(500)이 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 적절한 통로를 구비할 수 있다.

이 실시예에서, 시스템(500)은 외부 지역(510) 및 전이 지역(511)에 배치된 보디(518)를 추가로 구비한다. 이 실시예에서, 보디(518)는 외부 장벽 링(502)에 인접하여 그 안에 배치되고 외부 전이 지역(511)에 배치된다. 따라서, 통로(514)에 인접한 공동 부분에만 보디(518)가 배치되기 때문에 시스템(500)에 사용되는 보디(518)의 양이 감소될 수 있다. 또한, 시스템(500) 작동 중의 보디(518) 소비가 감소된다. 다른 실시예에서, 시스템(500)은 시스템(500)이 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 보디(518)를 구비할 수 있다.

적절한 실시예에서, 보디(518) 및 장벽 링(502)은 시스템(500)이 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 재료로 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 장벽 링(502) 및 보디(518)는 용융물의 오염을 감소시키기 위해 석영으로 구성된다.

도 17은 잉곳의 정규화 영역 카운트를 비교하는 그래프이다. 제1 곡선(602)은 조정 부재를 구비하는 결정 인상 시스템을 사용하여 형성된 잉곳에 대한 정규화 영역 카운트를 나타낸다. 제2 곡선(604)은 조정 부재가 없는 결정 인상 시스템을 사용하여 형성된 잉곳을 나타낸다. 도 17에 도시된 바와 같이, 제1 곡선(602)은 제2 곡선(604)보다 상당히 적은 영역 카운트를 갖는다. 이들 영역 카운트가 미세-공극 구조를 표시하기 때문에 영역 카운트의 대부분은 용융물 내의 미세-공극에 기인할 수 있다.

제2 곡선(604)은 제1 부분(606) 및 제2 부분(608)을 구비한다. 제1 부분(606) 내에서, 영역 카운트는 대략 일정한 비율로 증가한다. 제2 부분(608) 내에서, 영역 카운트는 실질적으로 일정하다. 따라서, 초기 잉곳 성장 중에, 용융물에는 미세-공극이 없다. 그러나, 제2 곡선(604)으로 표시된 시스템에서는, 공급원료 재료가 시스템에 도입될 때 미세-공극이 형성되고 정상 상태 값에 도달할 때까지 미세-공극의 개수가 증가한다. 대조적으로, 제1 곡선(602)은 실질적으로 일정한데, 이것은 미세-공극이 형성되지 않았음을 나타내거나, 형성된 경우에도 조정 부재를 구비하는 시스템의 작동 중에 미세-공극이 제거되었음을 나타낸다.

제1 곡선(602)은 제2 곡선(604)보다 현저히 낮은 수의 영역 카운트를 갖는다. 따라서, 웨이퍼당 평균 영역 카운트는 제2 곡선(604)에 의해 표시된 잉곳보다 제1 곡선(602)에 의해 표시된 잉곳에서 현저히 작을 것이다. 예를 들어, 제1 잉곳은 0.05 노멀 유닛 미만의 평균 영역 카운트를 갖는 웨이퍼를 생산할 수 있다. 대조적으로, 제2 잉곳은 정상 상태 보디 성장 중에 약 0.4 내지 약 1 노멀 유닛 범위의 평균 영역 카운트를 갖는 웨이퍼를 생산할 수 있다.

도 18 내지 도 20은 설명된 실시예를 사용하여 형성된 잉곳의 정규화 영역 카운트를 비교하는 그래프이다. 각각의 그래프는 1에서 100까지의 웨이퍼 번호를 갖는 X축 및 0에서 0.15 노멀 유닛까지의 영역 카운트를 갖는 Y축을 구비한다. 곡선(702, 704, 706)은 각각 제1 잉곳, 제2 잉곳 및 제3 잉곳의 중간 섹션으로 형성된 웨이퍼에 대한 영역 카운트를 도시한다.

제1 잉곳은 석영 보디를 구비하는 시스템을 사용하여 형성되었다. 곡선 702는 제1 잉곳으로 형성된 웨이퍼가 0.05 노멀 유닛 미만의 영역 카운트를 갖는 것을 도시한다. 제2 잉곳은 석영 보디의 보충 없이 제1 잉곳과 동일한 시스템을 사용하여 형성되었다. 따라서, 석영 보디의 대부분이 제2 잉곳의 형성 전에 소비되었다. 곡선 704는 제2 잉곳으로 형성된 웨이퍼가 제1 잉곳으로 형성된 웨이퍼보다 높은 영역 카운트를 갖는 것을 도시하고 있다. 그러나, 제2 잉곳으로 형성된 웨이퍼는 여전히 약 0.1 노멀 유닛 이하의 영역 카운트를 여전히 갖는다. 제3 잉곳은 제1 잉곳 및 제2 잉곳과 동일한 시스템을 사용하여 형성되었으며, 제2 잉곳의 형성 후에 석영 보디가 시스템에 추가되었다. 그러나, 석영 보디는 제3 잉곳의 형성 중에 적어도 부분적으로 소비되었다. 따라서, 제3 잉곳으로 형성된 웨이퍼의 영역 카운트는 초기에 0.05 미만이지만, 잉곳의 형성과 관련하여 증가한다. 제3 잉곳으로 형성된 웨이퍼의 최대 영역 카운트는 0.15 미만이다. 따라서, 석영 보디는 형성된 잉곳의 미세-공극 성능 및 영역 카운트에 대해 영향을 미친다. 특히, 석영 보디를 구비하는 시스템은 석영 보디가 없는 시스템에 비해 감소된 영역 카운트를 갖는 잉곳을 생산한다.

도 21은 결정 인상 시스템의 상이한 구성에서의 용해된 보디의 질량을 도시하는 그래프이다. 도 21에 도시된 바와 같이, 보디의 소비 속도는 용융물 표면으로부터의 보디의 깊이에 대해 변화한다. 특히, 소비 속도와 깊이는 반비례한다. 즉, 보디의 깊이가 낮을수록 소비 속도는 증가한다. 각각의 시스템에서, 가장 높은 소비 속도는 보디가 용융물의 표면에 부유하고 있을 때 발생했다. 따라서, 일부 실시예에서, 보디는 그 소비를 감소시키기 위해 더 큰 깊이에 배치될 수 있다. 이러한 실시예에서, 보디는 용융물의 표면에 배치되지 않고 미세-공극 형성을 제한할 수 있다. 추가 실시예에서, 보디는 용융물의 표면에 더 가깝게 배치될 수 있으며 보디는 증가된 소비 속도를 고려하여 시스템의 작동 중에 추가될 수 있다.

전술한 예에 따른 시스템 및 방법은 공지된 시스템 및 방법에 비해서 우수한 결과를 달성한다. 개시된 시스템 및 방법은 결정 인상 시스템의 작동 중에 용융물 내의 미세-공극의 개수를 감소시킨다. 개시된 시스템 및 방법은 용융물 내의 미세-공극 형성을 억제하고 용융물 내에 형성되는 미세-공극을 제거할 수 있는 보디를 구비한다.

또한, 전술한 시스템 및 방법은 단일 실리콘 결정에 대해 더 큰 성장 영역을 제공하는 한편으로 시스템의 비용을 최소화한다. 그 결과, 시스템에 의해 형성된 단일 실리콘 결정의 크기는 일부 공지된 시스템에 비해 증가될 수 있다.

본 발명의 요소 또는 그 실시예를 소개할 때, 관사, 정관사 및 "상기"는 그 요소가 하나 이상 존재함을 의미하도록 의도된다. 용어 "포함하는", "구비하는", "갖는"은 포괄적이도록 의도되며, 열거된 요소 이외의 추가 요소가 있을 수 있음을 의미한다. 특정 배향(예를 들어, "상부", "하부", "측부" 등)을 나타내는 용어의 사용은 설명의 편의를 위한 것이며, 설명된 항목의 어떤 특정 배향을 요구하지 않는다.

본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 상기 구성 및 방법의 다양한 변경이 이루어질 수 있으므로, 상기 설명에 포함되고 첨부 도면에 도시된 모든 사항은 예시적이며 비제한적인 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

1. 용융물로부터 잉곳을 형성하기 위한 시스템이며,
   용융물을 수용하기 위한 공동을 형성하는 도가니;
   용융물의 이동을 저지하기 위해 상기 공동 내에 배치되는 제1 장벽으로서, 상기 도가니와 상기 제1 장벽은 외부 지역을 형성하고, 제1 장벽은 제1 통로를 구비하는, 제1 장벽; 및
   제2 장벽으로서, 용융물이 제2 장벽의 외측으로부터 제2 장벽의 내측으로 이동하는 것을 저지하기 위해 상기 공동 내에 배치되고, 상기 제1 장벽과 상기 제2 장벽 사이에 전이 지역이 형성되며, 상기 제2 장벽은 내부 지역을 형성하고 제2 통로를 구비하며, 상기 제1 통로 및 제2 통로는 외부 지역 내에 배치된 용융물이 전이 지역으로 이동하고 전이 지역을 통해서 내부 지역으로 이동할 수 있게 하도록 구성되는, 제2 장벽; 및
   상기 제1 장벽과 제2 장벽 사이의 전이 지역에 배치되는 조정 부재로서, 전이 지역에서 용융물과 접촉하고 용융물 내의 미세-공극의 개수를 감소시키도록 구성되는, 조정 부재를 포함하는, 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 조정 부재는 석영으로 구성된 보디를 구비하는, 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 전이 지역 내에 배치되고 상기 조정 부재를 전이 지역 내에서 지지하도록 구성된 스페이서를 추가로 포함하는, 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 통로 및 상기 제2 통로는 도가니의 베이스에 인접하여 배치되는, 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 통로 및 상기 제2 통로 중 하나 이상은 용융물의 표면에 인접하여 배치되는, 시스템.
6. 용융물로부터 잉곳을 형성하기 위한 시스템이며,
   용융물을 수용하기 위한 공동을 형성하는 도가니 조립체로서, 상기 공동은 내부 지역, 외부 지역 및 전이 지역으로 분리되고, 상기 내부 지역은 잉곳의 성장 영역을 형성하는, 도가니 조립체;
   고체 공급원료 재료를 공동에 송달하기 위한 공급기 시스템으로서, 고체 공급원료 재료는 용융물을 형성하도록 구성되는, 공급기 시스템; 및
   상기 공동의 외부 지역에 배치되는 보디로서, 용융물 및 고체 공급원료 재료와 접촉하고 용융물 내의 미세-공극의 개수를 감소시키도록 구성되는, 보디를 포함하는, 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 도가니 조립체는 상기 외부 지역을 형성하는 제1 도가니 및 제2 도가니를 구비하며, 상기 제2 도가니는 외부 지역 내에 배치된 용융물이 내부 지역을 향해 이동할 수 있게 하도록 관통 통로를 구비하는, 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 보디는 고체 공급원료 재료가 용융될 때 용융물이 보디와 접촉하도록 제1 도가니에서 제2 도가니까지 외부 지역 전체에 걸쳐서 용융물의 표면에 의해 형성되는 용융물 라인에 배치되는, 시스템.
9. 제8항에 있어서, 상기 보디는 또한 용융물 라인 위에서 연장되도록 구성되는, 시스템.
10. 제8항에 있어서, 상기 보디는 또한 용융물 라인 아래에서 연장되도록 구성되는, 시스템.
11. 제7항에 있어서, 상기 도가니 조립체는 내부 지역을 형성하는 제3 도가니를 구비하며, 전이 지역은 제3 도가니 및 제2 도가니에 의해 형성되는, 시스템.
12. 제6항에 있어서, 상기 도가니 조립체는 외부 지역, 전이 지역 및 내부 지역을 분리하는 위어를 구비하며, 상기 위어는 외부 지역 내에 배치된 용융물이 내부 지역으로 이동할 수 있게 하기 위해 관통 통로를 구비하고, 상기 내부 영역은 잉곳을 위한 성장 영역을 가지며, 상기 보디는 외부 지역에 배치되는, 시스템.
13. 제6항에 있어서, 상기 보디는 용융물의 오염을 방지하도록 석영을 포함하는, 시스템.
14. 제6항에 있어서, 상기 외부 지역에 배치되고 상기 보디를 외부 지역 내에서 지지하도록 구성된 스페이서를 추가로 포함하는, 시스템.
15. 제6항에 있어서, 상기 보디는 입방체형, 원추형, 원통형, 구형, 각주형 및 피라미드형 중 하나 이상을 포함하는, 시스템.
16. 제6항에 있어서, 상기 보디는 불균일한 형상을 갖는, 시스템.
17. 결정 인상 시스템에서 용융물로부터 결정 잉곳을 인상시키기 위한 방법이며,
    상기 시스템은 공동을 형성하는 도가니를 구비하고,
    상기 방법은
    공동 내에 석영 보디를 배치하는 단계;
    공급원료 재료를 공동 내에 배치하는 단계; 및
    용융물을 형성하도록 공급원료 재료를 용융하는 단계를 포함하고,
    용융물의 표면에 의해 용융물 라인이 형성되고, 상기 보디는 용융물과 접촉하고 용융물 내의 미세-공극의 개수를 감소시키기 위해 용융물 라인에 배치되는, 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 공동 내에 보디를 배치하는 단계는 공동 내에 보디를 배치하는 단계를 포함하고, 공급원료 재료를 용융하면서 공동 내에 보디를 배치하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
19. 제17항에 있어서, 상기 공동 내에 보디를 배치하는 단계는 제1 장벽과 도가니 사이에 형성된 외부 지역 전체에 걸쳐서 공동 내에 보디를 배치하는 단계를 포함하는, 방법.
20. 제17항에 있어서, 보디가 용융물의 용융물 라인을 넘어서 연장되도록 보디를 배치하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.

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