KR20200052976A - 실리콘 튜브들을 생성하기 위한 퍼니스들 (furnace) 및 몰드들 (mold) 을 포함하는 전자기 주조 시스템들 - Google Patents

실리콘 튜브들을 생성하기 위한 퍼니스들 (furnace) 및 몰드들 (mold) 을 포함하는 전자기 주조 시스템들 Download PDF

Info

Publication number
KR20200052976A
KR20200052976A KR1020207012702A KR20207012702A KR20200052976A KR 20200052976 A KR20200052976 A KR 20200052976A KR 1020207012702 A KR1020207012702 A KR 1020207012702A KR 20207012702 A KR20207012702 A KR 20207012702A KR 20200052976 A KR20200052976 A KR 20200052976A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
crucible
ingot
mold
tubular
induction coil
Prior art date
Application number
KR1020207012702A
Other languages
English (en)
Inventor
이고르 페이도스
비제이 니티아난탄
Original Assignee
램 리써치 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 램 리써치 코포레이션 filed Critical 램 리써치 코포레이션
Publication of KR20200052976A publication Critical patent/KR20200052976A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/005—Casting ingots, e.g. from ferrous metals from non-ferrous metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/04—Casting hollow ingots
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D23/00—Casting processes not provided for in groups B22D1/00 - B22D21/00
    • B22D23/06—Melting-down metal, e.g. metal particles, in the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/003—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using inert gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/02—Use of electric or magnetic effects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/06—Ingot moulds or their manufacture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/06—Ingot moulds or their manufacture
    • B22D7/064—Cooling the ingot moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/06—Ingot moulds or their manufacture
    • B22D7/066—Manufacturing, repairing or reinforcing ingot moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/06—Ingot moulds or their manufacture
    • B22D7/08—Divided ingot moulds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/002—Crucibles or containers for supporting the melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/04—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt
    • C30B11/08—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt every component of the crystal composition being added during the crystallisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/60—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape
    • C30B29/66—Crystals of complex geometrical shape, e.g. tubes, cylinders
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B35/002—Crucibles or containers

Abstract

관 형상 실리콘 잉곳을 전자기 주조하기 위한 퍼니스가 제공된다. 퍼니스는 몰드, 외측 유도 코일 및 내측 유도 코일 및 지지 부재를 포함한다. 몰드는 외측 도가니 및 내측 도가니를 포함한다. 외측 도가니는 환형 형상이다. 내측 도가니는 외측 도가니 내에 배치되고, 내측 도가니와 외측 도가니 사이에 갭을 제공하도록 외측 도가니로부터 이격된다. 몰드는 갭에 입상 실리콘을 수용하도록 구성된다. 외측 유도 코일은 외측 도가니 주위에 배치된다. 내측 유도 코일은 내측 도가니 내에 배치된다. 외측 유도 코일 및 내측 유도 코일은 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하기 위해 몰드 내의 입상 실리콘을 가열하고 용융시키도록 구성된다. 지지 부재는 시드 상에 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하는 동안 몰드에 대해 시드를 홀딩하고 이동시키도록 구성된다.

Description

실리콘 튜브들을 생성하기 위한 퍼니스들 (furnace) 및 몰드들 (mold) 을 포함하는 전자기 주조 시스템들
관련 출원들에 대한 교차 참조
본 출원은 2017년 10월 5일에 출원된 미국 가출원 번호 제 62/568,526 호의 이익을 주장한다. 상기 참조된 출원의 전체 개시는 참조로서 본 명세서에 인용된다.
본 개시는 실리콘 잉곳들 (ingot) 의 전자기 주조에 관한 것이다.
본 명세서에 제공된 배경기술 기술 (description) 은 본 개시의 맥락을 일반적으로 제시하기 위한 목적이다. 이 배경기술 섹션에 기술된 정도의 본 명세서에 명명된 발명자들의 업적, 뿐만 아니라 출원 시 종래 기술로서 달리 인증되지 않을 수도 있는 본 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.
실리콘 잉곳을 주조하기 위한 전자기 주조 시스템이 퍼니스 (furnace) 를 포함할 수 있다. 퍼니스는 통상적으로 몰드, 유도 코일, 및 하나 이상의 가열기들을 포함한다. 몰드는 개방된 단부들을 갖는 원통형 형상 도가니이다. 개방된 단부들 중 하나는 다결정 실리콘 (이하에 "실리콘"으로 지칭됨) 의 입자들을 수용하기 위한 유입구로서 역할하고, 다른 개방된 단부는 실리콘 결정 (또는 형성된 잉곳) 을 위한 유출구로서 역할한다. 유도 코일은 몰드를 둘러싸고, 몰드로 진입하는 입상 (granular) 실리콘을 용융시키도록 사용된다. 용융된 실리콘은 응고된 실리콘 잉곳을 형성하기 위해 몰드 내에서 냉각되기 시작한다. 하나 이상의 가열기들은 몰드 아래에 배치되며 실리콘 잉곳이 적절한 경화를 위해 느린 레이트로 냉각되도록 사용된다.
관 형상 (tubular-shaped) 실리콘 잉곳을 전자기 주조하기 위한 퍼니스가 제공된다. 퍼니스는 몰드 (mold), 외측 유도 코일 및 내측 유도 코일 및 지지 부재를 포함한다. 몰드는 외측 도가니 및 내측 도가니를 포함한다. 외측 도가니는 환형 형상이다. 내측 도가니는 외측 도가니 내에 배치되고, 내측 도가니와 외측 도가니 사이에 갭을 제공하도록 외측 도가니로부터 이격된다. 몰드는 갭에 입상 (granular) 실리콘을 수용하도록 구성된다. 외측 유도 코일은 외측 도가니 주위에 배치된다. 내측 유도 코일은 내측 도가니 내에 배치된다. 외측 유도 코일 및 내측 유도 코일은 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하기 위해 몰드 내의 입상 실리콘을 가열하고 용융시키도록 구성된다. 지지 부재는 시드 상에 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하는 동안 몰드에 대해 시드를 홀딩하고 이동시키도록 구성된다.
다른 특징들에서, 퍼니스는 몰드로부터 풀링되는 (pulled) 것에 후속하여 관 형상 실리콘 잉곳을 가열하도록 구성된 가열기들을 더 포함한다. 다른 특징들에서, 퍼니스는 호퍼들 (hoppers) 및 피더들 (feeders) 을 더 포함한다. 피더들은 복수의 호퍼들에 입상 실리콘 및 도펀트를 공급한다. 호퍼들은 몰드의 갭 내로 입상 실리콘 및 도펀트를 가이드한다. 외측 도가니는 호퍼들로부터 몰드의 갭 내로 입상 실리콘 및 도펀트를 가이드하도록 깔때기 형상 (funnel-shaped) 이다.
다른 특징들에서, 내측 도가니는 원형 측벽을 제공하기 위해 원으로 배치된 플레이트들로 형성된다. 다른 특징들에서, 플레이트들은 관 형상 실리콘 잉곳의 냉각 동안 관 형상 실리콘 잉곳에 의해 플레이트들 상에서 수축력을 경험하는 동안 플레이트들로 하여금 편향되게 하도록 이격된다. 다른 특징들에서, 플레이트들은 내측 도가니를 냉각하기 위한 냉각제를 수용하도록 구성된 냉각제 채널들을 포함한다.
다른 특징들에서, 내측 도가니는 폐쇄된 하단 단부를 갖는다. 다른 특징들에서, 내측 도가니는 개방된 하단 단부를 갖는다. 다른 특징들에서, 내측 도가니는 외측 도가니의 하단 아래로 연장한다. 다른 특징들에서, 내측 도가니의 측벽은 내측 도가니의 제 1 하부 외경이 내측 도가니의 상부 외경보다 작도록 테이퍼된다 (tapered).
다른 특징들에서, 전자기 주조 시스템이 제공되고 퍼니스, 적어도 하나의 센서 및 제어 모듈을 포함한다. 적어도 하나의 센서는 퍼니스의 적어도 하나의 파라미터를 검출한다. 제어 모듈은 적어도 하나의 파라미터에 기반하여, 몰드로부터 멀어지는 지지 부재의 풀링 레이트 (pull rate) 를 제어하도록 구성된다. 다른 특징들에서, 제어 모듈은 적어도 하나의 파라미터에 기반하여, (i) 몰드 내로 입상 실리콘의 플로우, 및 (ii) 외측 유도 코일 및 내측 유도 코일의 전류를 제어하도록 구성된다.
다른 특징들에서, 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하기 위한 몰드가 제공된다. 몰드는 외측 도가니 및 내측 도가니를 포함한다. 외측 도가니는 환형 형상이다. 내측 도가니는 외측 도가니가 내측 도가니를 둘러싸도록 외측 도가니 내에 배치된다. 갭이 외측 도가니와 내측 도가니 사이에 존재한다. 외측 도가니 및 내측 도가니는 갭에 입상 실리콘을 수용하도록 구성된다. 내측 도가니는 플레이트들을 포함한다. 플레이트들은 내측 표면들, 측면들, 및 외측 표면들을 포함한다. 내측 표면들은 서로 마주보고, 내측 원형 둘레를 따라 배치된다. 플레이트들은 관 형상 구조체를 제공하도록 배치된다. 플레이트들은, 갭들이 관 형상 실리콘 잉곳의 응고 동안 외측 표면들 상에서 관 형상 실리콘 잉곳의 수축력을 경험하는 동안, 방사상 내측으로 플레이트들의 변위를 위해 측면들 중 인접한 측면들 사이에 존재하도록 배치된다.
다른 특징들에서, 외측 표면들은 내측 도가니의 외측 원형 둘레를 따라 배치된다. 다른 특징들에서, 플레이트들 사이의 갭들은 내측 도가니의 하단 부분에 존재하며 내측 도가니의 상부 부분에 존재하지 않는다. 다른 특징들에서, 내측 도가니는 폐쇄된 하단 단부를 갖는다. 다른 특징들에서, 내측 도가니는 개방된 하단 단부를 갖는다. 다른 특징들에서, 내측 도가니는 외측 도가니의 하단 아래로 연장한다. 다른 특징들에서, 내측 도가니는 내측 도가니를 냉각하도록 냉각제를 수용하기 위한 냉각제 채널들을 포함한다.
다른 특징들에서, 전자기 주조 시스템이 제공되고, 몰드, 몰드의 제 1 파라미터를 검출하기 위한 제 1 센서, 및 제 1 파라미터에 기반하여, 내측 도가니로의 냉각제의 플로우 및 온도를 제어하도록 구성된 제어 모듈을 포함한다. 다른 특징들에서, 전자기 주조 시스템은: 외측 도가니를 둘러싸는 외측 유도 코일; 내측 도가니 내에 배치된 내측 유도 코일; 시드를 홀딩하도록 구성된 지지 부재; 및 제 2 파라미터를 검출하도록 구성된 제 2 센서를 포함한다. 제어 모듈은 제 1 파라미터 및 제 2 파라미터에 기반하여, (i) 몰드로부터 멀어지는 지지 부재의 풀링 레이트, (ii) 몰드로의 입상 실리콘의 플로우, 및 (ii) 외측 유도 코일 및 내측 유도 코일로의 전류를 제어하도록 구성된다.
다른 특징들에서, 몰드를 통해 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하는 방법이 제공되고, 몰드는 외측 도가니 및 내측 도가니를 포함하고, 외측 도가니는 환형 형상이고, 그리고 내측 도가니는 외측 도가니 내에 배치되며 내측 도가니와 외측 도가니 사이에 갭을 제공하도록 외측 도가니로부터 이격된다. 방법은: 지지 부재 상에 잉곳 시드를 세팅하는 단계; 잉곳 시드의 상단 부분을 용융시키기 위해 내측 유도 코일 및 외측 코일에 전력을 공급하는 단계로서, 외측 유도 코일은 외측 도가니 주위에 배치되고, 그리고 내측 유도 코일은 내측 도가니 내에 배치되는, 전력을 공급하는 단계; 및 몰드의 갭에 입상 실리콘 및 도펀트를 제공하는 단계를 포함한다. 방법은 (i) 몰드 내의 입상 실리콘을 가열하고 용융시키기 위해 내측 유도 코일 및 외측 유도 코일로의 전류를 제어하는 것, 및 (ii) 내측 도가니로의 냉각제의 플로우 레이트 및 온도를 제어하는 동안 몰드에 대해 지지 부재를 풀링 다운하는 (pulling down) 것을 포함하는 잉곳 시드 상에서 결정 실리콘 성장을 시작하는 단계를 더 포함한다. 외측 유도 코일 및 내측 유도 코일은 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하기 위해 몰드 내의 입상 실리콘을 가열하고 용융시키도록 구성된다.
다른 특징들에서, 방법은: 관 형상 실리콘 잉곳이 미리 결정된 길이인지 여부를 결정하는 단계; 및 관 형상 실리콘 잉곳이 미리 결정된 길이이면, 미리 결정된 시간의 기간 동안 미리 결정된 온도 범위에서 관 형상 실리콘 잉곳을 유지하는 단계를 더 포함한다. 다른 특징들에서, 방법은 입상 실리콘을 용융시키는 단계 및 내측 도가니의 폐쇄된 하단 단부에서 관 형상 실리콘 잉곳의 일부를 형성하는 단계를 포함한다. 다른 특징들에서, 방법은 입상 실리콘을 용융시키는 단계 및 내측 도가니의 개방된 하단 단부에서 관 형상 실리콘 잉곳의 일부를 형성하는 단계를 포함한다. 다른 특징들에서, 방법은 입상 실리콘을 용융시키는 단계 및 내측 도가니의 테이퍼된 하단 부분에서 관 형상 실리콘 잉곳의 일부를 형성하는 단계를 포함한다. 다른 특징들에서, 방법은 입상 실리콘을 용융시키는 단계 및 외측 도가니의 테이퍼되지 않은 하단 부분에서 관 형상 실리콘 잉곳의 일부를 형성하는 단계를 포함한다.
다른 특징들에서, 잉곳 시드 상에서 결정 실리콘 성장을 시작하는 단계는 내부 도가니의 플레이트들로의 냉각제의 플로우 레이트 및 온도를 제어하는 동안 몰드에 대해 지지 부재를 풀링 다운하는 것을 포함한다. 다른 특징들에서, 방법은 플레이트들 내의 채널들을 통해 냉각제를 순환시키는 단계를 더 포함한다. 다른 특징들에서, 방법은 용융된 실리콘과 관 형상 실리콘 잉곳 사이의 응고 계면의 곡률을 제어하기 위해 내측 유도 코일 및 외측 유도 코일로의 전류를 제어하는 단계를 더 포함하고, 몰드 내 가열되고 용융된 입상 실리콘은 용융된 실리콘을 포함한다.
다른 특징들에서, 방법은: 관 형상 실리콘 잉곳을 냉각하는 단계; 및 관 형상 실리콘 잉곳을 냉각하는 동안 내측 도가니의 플레이트들로 하여금 서로에 대해 이동하게 하는 단계를 더 포함한다. 다른 특징들에서, 관 형상 실리콘 잉곳이 명시된 방법을 사용하여 형성되고, 관 형상 실리콘 잉곳의 외측 표면은 외측 도가니의 내측 표면에 의해 규정되고, 그리고 관 형상 실리콘 잉곳의 내측 표면은 내측 도가니의 외측 표면에 의해 규정된다. 다른 특징들에서, 관 형상 실리콘 잉곳의 입자 구조들의 균일성은 내측 유도 코일 및 외측 유도 코일을 통한 몰드 내 입상 실리콘의 가열에 기반한다.
다른 특징들에서, 제품을 형성하는 방법이 제공된다. 제품을 형성하는 방법은: 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하는 방법; 및 제품을 제공하기 위해 관 형상 실리콘 잉곳을 슬라이싱하는 (slicing) 단계를 포함한다. 다른 특징들에서, 에칭 챔버를 위한 링이 제공된다. 링은 제품을 형성하는 방법에 따라 형성된다. 관 형상 실리콘 잉곳은 복수의 슬라이스들을 제공하기 위해 컷팅된다. 슬라이스들 중 하나는 링을 제공하기 위해 머시닝된다 (machined).
본 개시의 적용가능성의 추가 영역들은 상세한 기술, 청구항들 및 도면들로부터 명백해질 것이다. 상세한 기술 및 특정한 예들은 예시의 목적들만을 위해 의도되었고, 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않았다.
본 개시는 상세한 기술 및 첨부한 도면들로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 폐쇄된 내측 도가니를 갖는 전자기 주조 퍼니스를 포함하는 잉곳 주조 시스템의 일부의 일 예의 측단면도이다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 개방된 단부 내측 도가니를 갖는 전자기 주조 퍼니스를 포함하는 또 다른 잉곳 주조 시스템의 일부의 일 예의 측단면도이다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른 테이퍼되고 개방된 내측 도가니를 갖는 전자기 주조 퍼니스를 포함하는 또 다른 잉곳 주조 시스템의 일부의 일 예의 측단면도이다.
도 4는 본 개시의 실시예에 따른 내측 도가니의 일 예의 사시도이다.
도 5는 본 개시의 실시예에 따른 냉각 채널들을 갖는 플레이트들을 포함하는 내측 도가니의 일 예의 사시도이다.
도 6은 본 개시의 실시예에 따른 제어 시스템을 포함하는 잉곳 주조 시스템의 일부의 일 예의 기능적 블록도이다.
도 7은 본 개시의 실시예에 따라 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하는 일 예시적인 방법을 예시한다.
도 8은 단단한 실리콘 잉곳 블록을 머시닝하는 것으로부터 형성된 링의 일 예의 단면 사시도이다.
도 9는 본 개시의 실시예에 따라 제공된 관 형상 실리콘 잉곳으로부터 머시닝된 링의 일 예의 단면 사시도이다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 그리고/또는 동일한 엘리먼트들을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.
반도체 기판들을 에칭하기 위한 에칭 챔버가 전극들 및 한정 링들을 포함할 수도 있다. 전극들 및 한정 링들은 실리콘으로 형성될 수도 있다. 전극들, 한정 링들 및 다른 환형 형상 제작된 부품들은 원통형 형상 실리콘 잉곳들로부터 형성될 수도 있다. 그러나, 이는 적어도 실리콘 잉곳을 형성하고, 실리콘 잉곳을 슬라이싱하고, 링들을 제공하기 위해 슬라이스들의 중심부들에 홀들을 정확하게 머시닝하는 것을 수반한다. 이 제작 프로세스는 시간 소모적이고 비용이 많이 든다. 이 프로세스를 단순화하기 위해, 본 명세서에서 이후 실리콘 링들을 제공하기 위해 슬라이싱될 수도 있는 실리콘 튜브들을 주조하는 퍼니스를 포함하는 예들이 제시된다. 전자기 주조는 에칭 챔버의 장비와 같은 다양한 유형들의 장비에 사용되는 정밀 정형 (near-net-shape) 부품들인 실리콘 튜브들을 제공하도록 수행된다.
도 1은 전자기 주조 (EMC : electromagnetic casting) 퍼니스 (10) 를 포함하는 잉곳 주조 시스템의 일부를 도시한다. EMC 퍼니스 (10) 에 더하여, 잉곳 주조 시스템은 또한 도 6에 도시되는 예의 제어 시스템을 포함할 수도 있다. EMC 퍼니스 (10) 는 챔버 (12), 외측 도가니 (14), 내측 도가니 (16), 외측 유도 코일 (원들 (18) 로 나타냄) 및 내측 유도 코일 (원들 (20) 로 나타냄) 을 포함할 수도 있다. 챔버 (12) 는 두 개의 영역들 (22, 24) 로 분할될 수도 있다. 도가니들 (14, 16) (또한 "몰드"로서 지칭됨) 은 제 1 영역 (22) 에 배치되고, 관 형상 실리콘 튜브들을 형성하도록 사용된다. 외측 도가니 (14) 는 관 형상이고, 지지 부재들 (26) 을 통해 챔버 (12) 의 상단부로부터 매달릴 (suspended) 수도 있다. 외측 도가니 (14) 는 내측 도가니 (16) 를 둘러싼다. 내측 도가니 (16) 는 지지 구조체를 통해 챔버 (12) 의 상단부로부터 매달릴 수도 있다. 예에서, 도시된 지지 구조체는 (i) 공급 및 복귀 라인들 (28) 로부터 냉각제를 수용할 수도 있는 원통형 매니폴드 (27), 및 (ii) 공급 및 복귀 라인들 (29) 을 포함한다. 내측 도가니 (16) 는 원통형 매니폴드 (27) 에 연결되는 공급 및 복귀 라인들 (29) 에 연결된다. 원통형 매니폴드 (27) 는 챔버 (12) 의 상단부에 연결된다.
내측 도가니 (16) 는 컵 형상이고, 내측 유도 코일 (20) 을 홀딩한다. 내측 도가니 (16) 는 측벽 (31) 및 하단 벽 (33) 을 포함한다. 내측 도가니 (16) 의 하단 단부 (35) 가 하단 벽 (33) 을 통해 폐쇄된다. 이는 형성될 관 형상 결정 (37) 으로 유도 코일 (20) 로부터 바로 통과하는 열의 양을 제한한다. 폐쇄된 하단 단부 (35) 는 또한 용융된 혼합물 (39) 이 내측 유도 코일 (20) 에 도달하는 것을 방지한다. 일 실시예에서, 측벽 (31) 은 외측 도가니 (14) 의 측벽 (41) 의 하단부 아래로 연장하지 않는다.
측벽들 (31, 41) 은 용융된 혼합물 (39) 및 결정 (37) 의 오염을 최소화하는 동안 적어도 제 1 미리 결정된 레벨 이상의 융점 및 적어도 제 2 미리 결정된 레벨보다 큰 열전도 밸브를 갖는 하나 이상의 재료들로 형성된다. 측벽들 (31, 41) 은 구리, 니켈, 은, 내화 금속들 (예를 들어, 텅스텐 및/또는 몰리브덴), 및/또는 다른 적합한 재료들로 형성될 수도 있다. 일 예시적인 실시예에서, 측벽들 (31, 41) 을 형성하는 재료들의 융점은 용융된 혼합물 (39) 을 생성하기 위해 제공된 재료들의 융점보다 높다. 예로서, 재료들은 결정 (37) 의 구리 오염을 최소화하기 위해 측벽들 (31, 41) 에 포함된 구리의 양을 최소화하도록 선택될 수도 있다. 일 실시예에서, 측벽들 (31, 41) 은 각각 코어들 (cores) 및 외측 층들을 포함한다. 외측 층들은 코어들을 둘러쌀 수도 있다. 코어들은 구리 및 미리 결정된 양의 구리보다 작은 구리를 갖거나 구리가 없는 외측 층들을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 용융된 혼합물 (39) 및 결정 (37) 을 대면하는 측벽 (31) 의 외측 층 및 측벽 (41) 의 내측 층은 미리 결정된 양의 구리보다 작은 구리를 갖거나 구리가 없다.
외측 도가니 (14) 의 상부 내측 부분 (34) 이 호퍼들 (36, 38) 로부터 재료들을 가이드하도록 깔때기 형상일 수도 있다. 동작 동안, 원료들은 밸브들 (44, 46) 을 통한 유입구 채널들 (40, 42) 을 통해 호퍼들 (36, 38) 로 공급된다. 예로서, 호퍼 (36) 는 도펀트 분말 (예를 들어, 붕소) 을 수용할 수도 있고, 호퍼 (38) 는 입상 폴리실리콘을 수용할 수도 있다. 재료들은 외측 도가니 (14) 와 내측 도가니 (16) 사이의 환형 형상 갭 G로 떨어진다. 재료들은 이후 용융된 혼합물 (39) 을 제공하기 위해 유도 코일들 (18, 20) 에 의해 생성된 열로부터 용융되고, 이는 도가니들 (14, 16) 을 나가기 전 결정의 일부를 형성하도록 냉각된다. 외측 유도 코일 (18) 은 외측 도가니 (14) 주위를 둘러싸고 그리고/또는 감겨지며 공급된 재료들/용융된 혼합물 (39) 의 외측 원주 부분을 가열한다. 내측 유도 코일 (20) 은 공급된 재료들/용융된 혼합물 (39) 의 내측 원주 부분을 가열한다. 유도 코일들 (18, 20) 은 또한 도가니들 (14, 16) 에 가장 가까운 결정 (37) 의 단부 부분을 가열할 수도 있다.
내측 유도 코일 (20) 은 결정 (37) 내의 온도 분포들을 제어하고, 용융된 혼합물 (39) 과 결정 (37) 사이에 응고 계면 (52) 을 생성하도록 제어될 수도 있다. 응고 계면 (52) 은 액체 (즉, 용융된 혼합물 (39)) 와 고체 (즉, 결정 (37)) 사이의 계면이다. 응고 계면 (52) 은 내측 유도 코일 (20) 이 사용되지 않는 경우보다 평평하다 (즉, 보다 선형이다). 내측 유도 코일 (20) 이 사용되지 않으면 응고 계면 (52) 은 보다 컵 형상이거나 둥글 것이다. 보다 평평한 응고 계면 (52) 은 결정 (37) 의 입자 구조의 균일성을 향상시킨다. 용융된 실리콘은 입자들로 응고되고, 이는 응고 전면에 수직인 방향으로 성장하는 경향이 있다. 따라서, 잉곳에서 입자들의 사이즈 및 배향은 응고 계면의 곡률 또는 보우 (bow) 에 기반한다. 도 1 내지 도 3의 개시된 퍼니스 구현예들은 응고 전면들의 보우 곡률을 감소시키고, 이는 형성된 잉곳들의 입자 사이즈들의 균일성을 상승시킨다. 보우 곡률이 작을수록, 응고 전면의 중심에서 용융된 혼합물의 깊이 (또는 곡률의 수직 반경) 가 보다 작다. 예시적인 깊이 D가 도 1에 도시된다. 입자 사이즈 균일성은 잉곳들의 기계적 특성들의 균일성을 향상시키며 재료 성형 동안 프로세스 가변성 및 기계적 손상 형성을 감소시키고, 이는 머시닝 수율을 향상시킨다. 입자 사이즈 균일성은 또한 잉곳들의 화학적 특성들의 균일성을 향상시킨다. 결과로서, 잉곳들로부터 머시닝된 컴포넌트들은 화학적 및 플라즈마 표면 영향들에 균일하고 제어 가능한 반응을 갖는다. 이 제어 가능성은 제작된 컴포넌트들을 포함하는 장비의 신뢰성을 향상시킨다.
챔버 (12) 는 가스 유입구 (60), 가스 유출구 (62), 및 공급 가스, 퍼지 가스, 및 다른 가스들이 통과할 수도 있는 대응하는 가스 유입구 (또는 공급부) 밸브 및 가스 유출구 밸브 (64, 66) 를 더 포함할 수도 있다. 챔버 (12) 는 제 1 영역 (22) 내에 제 1 가열기 (70) 및 제 2 영역 (24) 내에 가열기들 (72) 을 더 포함할 수도 있다. 가열기들 (72) 은 영역들 (22, 24) 을 분리하는 벽 (74) 으로부터 챔버 (12) 의 하부 단부 및/또는 영역 (24) 으로 결정 (37) 을 따라 연달아 배치된다. 가열기들 (72) 은 결정 (37), 시드 (80), 및 결정 지지 부재 (82) 를 둘러싼다. 가열기 (70) 는 결정 (37) 의 결정화 레이트를 제어하도록 사용된다. 가열기들 (70, 72) 은 결정 (37) 의 균열을 방지하기 위해 결정 (37) 의 냉각을 제어하도록 사용된다. 결정 (37) 을 형성하기 전, 시드 (80) 는 결정 지지 부재 (82) 상에 배치되고, 결정 지지 부재 (82) 는 샤프트 (shaft) (84) 를 통해 도가니들 (14, 16) 에 수직으로 이동된다. 결정 (37) 이 시드 (80) 상에 형성됨에 따라, 결정 지지 부재 (82) 는 가열기들 (70, 72) 을 따라 하향으로 풀링된다. 도가니들 (14, 16) 아래의 열 추출은 응고 계면 (52) 의 표면적에 대한 결정 (37) 의 질량의 비가 대응하는 응고 계면의 표면적에 대한 통상적인 원통형 형상 잉곳의 질량의 비에 비해 감소되기 때문에 단순화된다. 감소된 비는 주조 실리콘 잉곳들에서 감소된 고유 응력들과 연관되고, 주조 실리콘 잉곳들로부터 제작되고 머시닝된 컴포넌트들의 수율을 향상시킨다.
도 2는 EMC 퍼니스 (100) 를 포함하는 잉곳 주조 시스템의 일부를 도시한다. EMC 퍼니스 (100) 에 더하여, 잉곳 주조 시스템은 또한 제어 시스템을 포함할 수도 있고, 예가 도 6에 도시된다. EMC 퍼니스 (100) 는 챔버 (102), 외측 도가니 (104), 개방된 단부인 내측 도가니 (106), 외측 유도 코일 (원들 (118) 로 나타냄) 및 내측 유도 코일 (원들 (120) 로 나타냄) 을 포함할 수도 있다. 챔버 (102) 는 두 개의 영역들 (122, 124) 로 분할될 수도 있다. 도가니들 (104, 106) (또한 "몰드"로서 지칭됨) 은 제 1 영역 (122) 내에 배치되고, 관 형상 실리콘 튜브들을 형성하도록 사용된다. 외측 도가니 (104) 는 관 형상이고, 지지 부재들 (126) 을 통해 챔버 (102) 의 상단부로부터 매달릴 수도 있다. 외측 도가니 (104) 는 내측 도가니 (106) 를 둘러싼다. 내측 도가니 (106) 는 지지 구조체를 통해 챔버 (102) 의 상단부로부터 매달릴 수도 있다. 예에서, 도시된 지지 구조체는 (i) 공급 및 복귀 라인들 (128) 로부터 냉각제를 수용할 수도 있는 원통형 매니폴드 (127), 및 (ii) 공급 및 복귀 라인들 (129) 을 포함한다. 내측 도가니 (106) 는 원통형 매니폴드 (127) 에 연결되는 공급 및 복귀 라인들 (129) 에 연결된다. 원통형 매니폴드 (127) 는 챔버 (102) 의 상단부에 연결된다.
내측 도가니 (106) 는 관 형상이고, 내측 유도 코일 (120) 을 홀딩한다. 내측 도가니 (106) 는 측벽 (131) 을 포함한다. 측벽 (131) 은 도 1의 측벽 (31) 과 반대로 연장되고, 개방되는 하단 단부 (135) 를 갖는다. 개방된 단부 측벽 (131) 을 가짐으로써, 열은 내측 유도 코일 (120) 로부터 형성될 관 형상 결정 (137) 으로 바로 통과될 수도 있다. 측벽 (131) 의 증가된 길이는, 그러나 내측 유도 코일 (120) 로부터 도가니들 (104, 106) 사이의 결정 (137) 의 응고 계면 (139) 및 일부 (139) 로 바로 통과하는 열의 양을 제한한다. 증가된 길이는 또한 용융된 혼합물 (141) 이 내측 유도 코일 (120) 에 도달하는 것을 방지한다. 도 1의 측벽 (31) 과 달리, 측벽 (131) 은 외측 도가니 (104) 의 벽 (143) 아래로 연장한다.
측벽들 (131, 143) 은 용융된 혼합물 (141) 및 결정 (137) 의 오염을 최소화하는 동안 적어도 제 1 미리 결정된 레벨 이상의 융점 및 적어도 제 2 미리 결정된 레벨보다 큰 열 전도도 밸브를 갖는 하나 이상의 재료들로 형성된다. 측벽들 (131, 143) 은 구리, 니켈, 은, 내화 금속들 (예를 들어, 텅스텐 및/또는 몰리브덴), 및/또는 다른 적합한 재료들로 형성될 수도 있다. 측벽들 (131, 143) 의 융점은 용융된 혼합물 (141) 을 생성하도록 제공된 재료들의 융점보다 높다. 예로서, 재료들은 결정 (137) 의 구리 오염을 최소화하기 위해 측벽들 (131, 143) 내에 포함된 구리의 양을 최소화하도록 선택될 수도 있다. 일 실시예에서, 측벽들 (131, 143) 은 각각 코어들 및 외측 층들을 포함한다. 외측 층들은 코어들을 둘러쌀 수도 있다. 코어들은 구리를 포함하고, 외측 층들은 미리 결정된 양의 구리보다 작은 구리를 갖거나 구리가 없다. 또 다른 실시예에서, 용융된 혼합물 (141) 및 결정 (137) 을 대면하는 측벽 (131) 의 외측 층 및 측벽 (143) 의 내측 층은 미리 결정된 양의 구리보다 작은 구리를 갖거나 구리가 없다.
외측 도가니 (104) 의 상부 내측 부분 (134) 이 호퍼들 (136, 138) 로부터 재료들을 가이드하기 위해 깔때기 형상일 수도 있다. 동작 동안, 원료들은 밸브들 (144, 146) 을 통한 유입구 채널들 (140, 142) 을 통해 호퍼들 (136, 138) 에 공급된다. 일 예로서, 호퍼 (136) 는 도펀트 분말 (예를 들어, 붕소) 을 수용할 수도 있고, 호퍼 (138) 는 입상 폴리실리콘을 수용할 수도 있다. 재료들은 외측 도가니 (104) 와 내측 도가니 (106) 사이의 환형 형상 갭 G로 떨어진다. 재료들은 이후 용융된 혼합물 (141) 을 제공하기 위해 유도 코일들 (118, 120) 에 의해 생성된 열로부터 용융되고 도가니들 (104, 106) 을 나가기 전 결정의 일부를 형성하도록 냉각된다. 외측 유도 코일 (118) 은 외측 도가니 (104) 주위를 둘러싸고 그리고/또는 감겨지며 공급된 재료들/용융된 혼합물 (141) 의 외측 원주 부분을 가열한다. 내측 유도 코일 (120) 은 공급된 재료들/용융된 혼합물 (141) 의 내측 원주 부분을 가열한다. 유도 코일들 (118, 120) 은 또한 도가니들 (104, 106) 에 가장 가까운 결정 (137) 의 단부 부분을 가열할 수도 있다. 내측 유도 코일 (120) 은 결정 (137) 내의 온도 분포들을 제어하고, 용융된 혼합물 (141) 과 결정 (137) 사이에 응고 계면 (139) 을 생성하도록 제어될 수도 있다. 응고 계면 (139) 은 내측 유도 코일 (120) 이 사용되지 않은 경우보다 평평하다.
챔버 (102) 는 가스 유입구 (160), 가스 유출구 (162), 및 대응하는 가스 유입구 (또는 공급부) 밸브 및 가스 유출구 밸브 (164, 166) 를 더 포함할 수도 있고, 이를 통해 공급 가스, 퍼지 가스, 및 다른 가스들이 통과할 수도 있다. 챔버 (102) 는 제 1 영역 (122) 에 제 1 가열기 (170) 및 제 2 영역 (124) 에 가열기들 (172) 을 더 포함할 수도 있다. 가열기 (170) 는 제 1 영역 (122) 에서 결정 (137) 의 일부를 둘러싼다. 가열기들 (172) 은 영역들 (122, 124) 을 분리하는 벽 (174) 으로부터 챔버 (102) 의 하부 단부 및/또는 영역 (124) 으로 결정 (137) 을 따라 연달아 배치된다. 가열기들 (172) 은 결정 (137), 시드 (180), 및 결정 지지 부재 (182) 를 둘러싼다. 가열기 (170) 는 결정 (137) 의 결정화 레이트를 제어하도록 사용된다. 가열기들 (170, 172) 은 결정 (137) 의 냉각을 제어하도록 사용된다. 결정 (137) 을 형성하기 전, 시드 (180) 는 결정 지지 부재 (182) 상에 배치되고, 결정 지지 부재 (182) 는 샤프트 (shaft) (184) 를 통해 도가니들 (104, 106) 에 수직으로 이동된다. 결정 (137) 이 시드 (180) 상에 형성됨에 따라, 결정 지지 부재 (182) 는 가열기들 (170, 172) 을 따라 하향으로 풀링된다. 도가니들 (104, 106) 아래의 열 추출은 응고 계면 (139) 의 표면적에 대한 결정 (137) 의 질량의 비가 대응하는 응고 계면의 표면적에 대한 통상적인 원통형 형상 잉곳의 질량의 비에 비해 감소되기 때문에 단순화된다. 감소된 비는 주조 실리콘 잉곳들에서 감소된 고유 응력들과 연관되고, 주조 실리콘 잉곳들로부터 제작되고 머시닝된 컴포넌트들의 수율을 향상시킨다.
도 3은 EMC 퍼니스 (200) 를 포함하는 잉곳 주조 시스템의 일부를 도시한다. EMC 퍼니스 (200) 에 더하여, 잉곳 주조 시스템은 또한 도 6에 도시되는 예인 제어 시스템을 포함할 수도 있다. EMC 퍼니스 (200) 는 챔버 (202), 외측 도가니 (204), 테이퍼되고 개방된 내측 도가니 (206), 외측 유도 코일 (원들 (218) 로 나타냄) 및 내측 유도 코일 (원들 (220) 로 나타냄) 을 포함할 수도 있다. 챔버 (202) 는 두 개의 영역들 (222, 224) 로 분할될 수도 있다. 도가니들 (204, 206) (또한 "몰드"로서 지칭됨) 은 제 1 영역 (222) 내에 배치되고, 관 형상 실리콘 튜브들을 형성하도록 사용된다. 외측 도가니 (204) 는 관 형상이고, 지지 부재들 (226) 을 통해 챔버 (202) 의 상단부로부터 매달릴 수도 있다. 외측 도가니 (204) 는 내측 도가니 (206) 를 둘러싼다. 내측 도가니 (206) 는 지지 구조체를 통해 챔버 (202) 의 상단부로부터 매달릴 수도 있다. 예에서, 도시된 지지 구조체는 (i) 공급 및 복귀 라인들 (228) 로부터 냉각제를 수용할 수도 있는 원통형 매니폴드 (227), 및 (ii) 공급 및 복귀 라인들 (229) 을 포함한다. 내측 도가니 (206) 는 원통형 매니폴드 (227) 에 연결되는 공급 및 복귀 라인들에 연결된다. 원통형 매니폴드 (227) 는 챔버 (202) 의 상단부에 연결된다.
내측 도가니 (206) 는 원뿔형 형상이고, 내측 유도 코일 (220) 을 홀딩한다. 내측 도가니 (206) 는 측벽 (231) 을 포함한다. 측벽 (231) 은 상부 내경 D1이 하부 내경 D2보다 크고, 상부 외경 D3가 하부 외경 D4보다 크도록, 테이퍼된다. 측벽 (231) 의 내경은 상단 단부 (234) 로부터 측벽 (231) 의 하단 단부 (236) 로 감소한다. 하단 단부 (236) 는 개방된 단부이다. 내측 도가니 (206) 는 잉곳이 응고되고 도가니들 (204, 206) 로부터 풀링되는 하단 단부 (236) 를 향해 테이퍼된다. 개방된 단부 측벽 (231) 을 가짐으로써, 열은 내측 유도 코일 (220) 로부터 형성될 관 형상 결정 (237) 으로 바로 통과될 수도 있다. 테이퍼된 측벽 (231) 은, 그러나 내측 유도 코일 (220) 로부터 도가니들 (204, 206) 사이의 결정 (237) 의 응고 계면 (245) 및 일부 (239) 에 바로 통과하는 열의 양을 제한한다. 테이퍼된 측벽 (231) 은 또한 용융된 혼합물 (241) 이 내측 유도 코일 (220) 에 도달하는 것을 방지한다. 또한, 테이퍼된 측벽 (231) 을 가짐으로써, 결정 (237) 은 응고 계면 (245) 아래로 응고될 때 수축할 수 있다. 측벽 (231) 이 테이퍼되기 때문에, 갭 G2가 측벽 (231) 의 하단 부분 (235) 과 결정 (237) 사이에 존재한다. 이는 결정 (237) 과 측벽 (231) 의 하단 부분 (235) 사이의 방사상 방향으로 마찰력을 최소화하는 동안, 결정 (237) 이 수축하기 위한 공간을 제공한다. 이는 결정 (237) 의 기계적 손상을 방지한다. (i) 하단 부분 (235) 과 (ii) 용융된 혼합물 (241) 및 결정 (237) 사이의 갭 G2는, 하단 단부 (236) 에서 가장 넓은 부분과 측벽 (231) 이 용융된 혼합물 (241) 과 콘택트하는 가장 좁은 부분으로 테이퍼된다. 갭 G2의 사이즈들은 결정 (237) 의 응고 동안 내측 도가니 (206) 의 하단 부분의 압력을 최소화하도록 설정될 수도 있다.
측벽들 (231, 243) 은 용융된 혼합물 (241) 및 결정 (237) 의 오염을 최소화하는 동안 적어도 제 1 미리 결정된 레벨 이상의 융점 및 적어도 제 2 미리 결정된 레벨보다 큰 열 전도도 밸브를 갖는 하나 이상의 재료들로 형성된다. 측벽들 (231, 243) 은 구리, 니켈, 은, 내화 금속들 (예를 들어, 텅스텐 및/또는 몰리브덴), 및/또는 다른 적합한 재료들로 형성될 수도 있다. 측벽들 (231, 243) 의 융점은 용융된 혼합물 (241) 을 생성하도록 제공된 재료들의 융점보다 높다. 예로서, 재료들은 결정 (237) 의 구리 오염을 최소화하기 위해 측벽들 (231, 243) 내에 포함된 구리의 양을 최소화하도록 선택될 수도 있다. 일 실시예에서, 측벽들 (231, 243) 은 각각 코어들 및 외측 층들을 포함한다. 외측 층들은 코어들을 둘러쌀 수도 있다. 코어들은 구리를 포함하고, 외측 층들은 미리 결정된 양의 구리보다 작은 구리를 갖거나 구리가 없다. 용융된 혼합물 (241) 및 결정 (237) 을 대면하는 측벽 (231) 의 외측 층 및 측벽 (243) 의 내측 층은 미리 결정된 양의 구리보다 작은 구리를 갖거나 구리가 없다. 일 실시예에서, 측벽 (231) 의 하단 단부 (236) 는 측벽 (243) 아래로 연장한다. 또 다른 실시예에서, 측벽 (231) 의 하단 단부 (236) 는 측벽 (243) 아래로 연장하지 않는다.
외측 도가니 (204) 의 상부 내측 부분 (234) 이 호퍼들 (236, 238) 로부터 재료들을 가이드하도록 깔때기-형상일 수도 있다. 동작 동안, 원료들은 밸브들 (244, 246) 을 통한 유입구 채널들 (240, 242) 을 통해 호퍼들 (236, 238) 에 공급된다. 일 예로서, 호퍼 (236) 는 도펀트 분말 (예를 들어, 붕소) 을 수용할 수도 있고, 호퍼 (238) 는 입상 폴리실리콘을 수용할 수도 있다. 재료들은 외측 도가니 (204) 와 내측 도가니 (206) 사이의 환형 형상 갭 G로 떨어진다. 갭 G의 방사상 (또는 수평) 폭은 테이퍼된 측벽 (231) 으로 인해 용융된 혼합물 (241) 및 부분 (239) 을 따라 수직으로 가변한다. 재료들은 이후 용융된 혼합물 (241) 을 제공하기 위해 유도 코일들 (218, 220) 에 의해 생성된 열로부터 용융되고 도가니들 (204, 206) 을 빠져나가기 전 결정의 일부를 형성하도록 냉각된다. 외측 유도 코일 (218) 은 외측 도가니 (204) 주위를 둘러싸고 그리고/또는 감겨지며 공급된 재료들/용융된 혼합물 (241) 의 외측 원주 부분을 가열한다. 내측 유도 코일 (220) 은 공급된 재료들/용융된 혼합물 (241) 의 내측 원주 부분을 가열한다. 유도 코일들 (218, 220) 은 또한 도가니들 (204, 206) 에 가장 가까운 결정 (237) 의 단부 부분을 가열할 수도 있다. 내측 유도 코일 (220) 은 결정 (237) 내의 온도 분포들을 제어하고, 용융된 혼합물 (241) 과 결정 (237) 사이의 응고 계면 (245) 을 생성하도록 제어될 수도 있다. 응고 계면 (245) 은 내측 유도 코일 (220) 이 사용되지 않은 경우보다 평평하다.
챔버 (202) 는 가스 유입구 (260), 가스 유출구 (262), 및 공급 가스, 퍼지 가스, 및 다른 가스들이 통과할 수도 있는 대응하는 가스 유입구 (또는 공급부) 밸브 및 가스 유출구 밸브 (264, 266) 를 더 포함할 수도 있다. 챔버 (202) 는 제 1 영역 (222) 내에 제 1 가열기 (270) 및 제 2 영역 (224) 내에 가열기들 (272) 을 더 포함할 수도 있다. 가열기들 (272) 은 영역들 (222, 224) 을 분리하는 벽 (274) 으로부터 챔버 (202) 의 하부 단부 및/또는 영역 (224) 으로 결정 (237) 을 따라 연달아 배치된다. 가열기들 (272) 은 결정 (237), 시드 (280), 및 결정 지지 부재 (282) 를 둘러쌀 수도 있다. 가열기 (270) 는 결정 (237) 의 결정화 레이트를 제어하도록 사용된다. 가열기들 (270, 272) 은 결정 (237) 의 냉각을 제어하도록 사용된다. 결정 (237) 을 형성하기 전, 시드 (280) 는 결정 지지 부재 (282) 상에 배치되고, 결정 지지 부재 (282) 는 샤프트 (284) 를 통해 도가니들 (204, 206) 에 수직으로 이동된다. 결정 (237) 이 시드 (280) 상에 형성됨에 따라, 결정 지지 부재 (282) 는 가열기들 (270, 272) 을 따라 하향으로 풀링된다. 도가니들 (204, 206) 아래의 열 추출은 응고 계면 (245) 의 표면적에 대한 결정 (237) 의 질량의 비가 대응하는 응고 계면의 표면적에 대한 통상적인 원통형 형상 잉곳의 질량의 비에 비해 감소되기 때문에 단순화된다. 감소된 비는 주조 실리콘 잉곳들에서 감소된 고유 응력들과 연관되고, 주조 실리콘 잉곳들로부터 제작되고 머시닝된 컴포넌트들의 수율을 향상시킨다.
도 4는 도 2의 내측 도가니 (106) 를 대체할 수도 있는 내측 도가니 (300) 의 일 예를 도시한다. 플레이트들이 액체 냉각되지 않으면, 도 2의 매니폴드 (127) 와 공급 및 복귀 라인들 (129) 은 지지 부재들 (126) 과 유사한 단순한 지지 부재들로 대체될 수도 있다. 내측 도가니 (300) 는 도 2의 외측 도가니 (104) 아래로 연장할 수도 있다. 내측 도가니 (300) 는 플레이트들 (302) 이 개방된 하단 단부 (304) 를 갖는 원형 벽을 형성하도록, 원을 따라 위치된 플레이트들 (302) 의 일 세트를 포함한다. 플레이트들 (302) 은 하나 이상의 내경들을 규정한다. 상부 외경 DIA1, 하부 외경 DIA2, 상부 내경 DIA3, 및 하부 내경 DIA4가 도시된다. 일 실시예에서, DIA1은 DIA2와 동일하고 그리고/또는 DIA3는 DIA4와 동일하다. 또 다른 실시예에서, DIA1은 DIA2와 동일하지 않고 그리고/또는 DIA3는 DIA4와 동일하지 않다. 플레이트들 (302) 은 내측 표면들 (303), 측면들 (305), 및 외측 표면들 (307) 을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 플레이트들 (302) 은, 도시된 바와 같이 내측 도가니 (300) 의 상단 부분에서 이격되지 않고, 내측 도가니 (300) 의 하단 부분에서 이격된다. 하부 부분들의 간격으로 인해, 화살표들 (306) 로 표시된 플레이트들 사이에 갭들이 있다. 갭들 (306) 은 내측 도가니 (300) 주위에 형성된 관 형상 실리콘 잉곳의 수축 동안 방사상 내측으로 이동하도록 자유도를 플레이트들 (302) 에 제공하고 플레이트들 (302) 사이에서 수직으로 연장한다. 플레이트들 (302) 은 적어도 내측 도가니 (300) 의 하단부에서 분리되어, 플레이트들로 하여금 내측 도가니 (300) 의 하단부에서 방사상으로 편향되게 하고, 잉곳 냉각 동안 응고 및 열 수축의 결과로서 발생하는 관 형상 실리콘 잉곳의 치수 변화들을 수용하게 한다. 또 다른 실시예에서, 플레이트들 (302) 은 또한 갭들 (306) 이 내측 도가니 (300) 의 하단 단부로부터 내측 도가니 (300) 의 상단 단부로 연장하도록, 내측 도가니 (300) 의 상부 부분에서 이격된다.
용융된 혼합물 (예를 들어, 용융된 혼합물들 (39, 141, 241)) 은 갭들 (306) 내로 흐를 수 없다. 갭들 (306) 은 용융된 혼합물이 플레이트들 (302) 의 인접한 플레이트들 사이를 통과하는 것을 방지하기 위해 미리 결정된 사이즈보다 작다. 관 형상 실리콘 잉곳의 수축 및 플레이트들 (302) 의 방사상 내측 이동은 화살표들 (308) 로 나타낸다. 이는 플레이트들 (302) 로 하여금 잉곳 냉각 동안 응고 및/또는 열 수축의 결과로서 관 형상 실리콘 잉곳의 내측 치수 변화들을 수용하게 한다. 플레이트들 (302) 의 이동하는 능력은 내측 도가니와 관형 실리콘 잉곳 사이의 마찰을 감소시켜, 잉곳의 손상을 방지한다. 플레이트들 (302) 은 도 2의 내측 도가니 (106) 와 동일하거나 유사한 재료들로 형성될 수도 있다.
도 5는 냉각 채널들 (이 중 하나는 (354) 로 표시됨) 을 갖는 플레이트들 (352) 을 포함하는 내측 도가니 (350) 의 또 다른 예를 도시한다. 냉각 채널들은 내측 도가니 (350) 를 냉각시키고 실리콘 잉곳으로부터 열을 추출하도록 사용된다. 냉각 채널들은 공급 및 복귀 라인들 (예를 들어, 도 1 내지 도 3의 공급 및 복귀 라인들 (29, 129, 229)) 에 연결될 수도 있다. 냉각 채널들은 'U' 형상 채널들로 도시되지만, 다른 구성들을 가질 수도 있다. 냉각 채널들이 균일한 내경들을 갖고 플레이트들 (352) 의 수직 길이들을 연장하는 것으로 도시되지만, 냉각 채널들은 플레이트들 (352) 의 일부만 연장할 수도 있고 그리고/또는 플레이트들 (352) 의 상단부 근처보다 플레이트들 (352) 의 하단부 근처에 보다 많은 냉각을 제공하기 위해 가변하는 내경들/단면적들을 가질 수도 있다. 일 실시예에서, 냉각 채널들은 최대 냉각이 플레이트들 (352) 의 하단부에서 제공되도록, 플레이트들 (352) 의 상단부로부터 플레이트들 (352) 의 하단부로 보다 많은 냉각을 점진적으로 제공하도록 구성된다.
플레이트들 (352) 은 도 4의 플레이트들 (302) 과 유사하게 구성될 수도 있지만, 도 5의 실시예는 냉각 채널들을 포함한다. 일 예로서, 냉각 채널들은 각각 수직 배치된 유입구 채널들 (이 중 하나는 (360) 으로 표시됨), 수평으로 배치된 중간 채널들 (362) 및 수직으로 배치된 유출구 채널들 (이 중 하나는 (364) 로 표시됨) 을 포함한다. 유입구 채널들 (360) 은 유입구들 (이 중 하나는 (368) 로 표시됨) 을 포함한다. 유출구 채널들 (364) 은 유출구들 (이 중 하나는 (370) 으로 표시됨) 을 포함한다.
일 실시예에서, 냉각 채널들은 내측 도가니 (350) 의 플레이트들 (352) 이 냉각제를 수용하고 출력하기 위해 단일 입력 및 단일 출력만을 집합적으로 포함하도록, 직렬로 연결된다. 또 다른 실시예에서, 플레이트들 (352) 의 냉각 채널들은 각각의 세트들이 직렬로 연결된 두 개 이상의 플레이트들 (352) 을 포함하는 플레이트들 (352) 의 세트들을 제공하도록 연결된다. 또 다른 실시예에서, 두 개 이상의 플레이트들 (352) 의 냉각 채널들이 동일한 시간의 기간 동안 냉각제 소스로부터 냉각제를 수용하도록 병렬로 연결된다. 냉각제 소스는 냉각제 저장부 및 하나 이상의 냉각제 펌프들을 포함할 수도 있고, 이 예들은 도 6에 도시된다. 일 실시예에서, 플레이트들 (352) 은 플레이트들 사이의 기계적 콘택트의 표면들 상에 배치된 유전체 재료에 의해 서로 전기적으로 절연된다.
도 6은 제어 시스템 (400) 을 포함하는 잉곳 주조 시스템의 일부를 도시한다. 제어 시스템 (400) 은 도 1 내지 도 3의 잉곳 주조 시스템들에 포함될 수도 있고, 퍼니스들 (10, 100, 200) 의 동작들을 제어하도록 사용될 수도 있다. 제어 시스템 (400) 은 센서들 (예를 들어, 압력 센서들 (402), 온도 센서들 (404), 및 위치 센서 (406)) 및 제어 모듈 (408) 을 포함할 수도 있다. 압력 센서들 (402) 은 라인들 (60, 62, 160, 162, 260, 262) 내 압력 및/또는 영역들 (22, 24, 122, 124, 222, 224) 내 압력을 검출하도록 사용될 수도 있다. 온도 센서들 (404) 은 시드 (예를 들어, 시드들 (80, 180, 180) 중 하나) 및/또는 형성될 결정 (예를 들어, 결정 (37, 137, 237) 중 하나) 의 온도를 검출하기 위해 고온계 (410) 를 포함할 수도 있다. 온도 센서들 (404) 은, 예를 들어 도가니들 (14, 16, 104, 106, 204, 206) 의 온도들을 검출하기 위해 다른 온도 센서들 (412) 을 포함할 수도 있다. 다른 온도 센서들 (412) 은 라인들 (60, 62, 160, 162, 260, 262) 내 온도 및/또는 영역들 (22, 24, 122, 124, 222, 224) 내 온도를 검출하도록 사용될 수도 있다.
제어 모듈 (408) 은 압력 모듈 (420), 온도 모듈 (422), 실리콘 모듈 (424), 도펀트 모듈 (426), 유도 모듈 (428), 풀링 레이트 모듈 (430) 및 냉각 모듈 (432) 을 포함할 수도 있다. 압력 모듈 (420) 은 압력 센서들 (402) 로부터의 압력 신호들에 기반하여 챔버들 (12, 102, 202) 및 영역들 (22, 24, 122, 124, 222, 224) 내의 압력들을 결정할 수도 있다. 압력 모듈 (420) 은 챔버들 (12, 102, 202) 내외로의 가스들의 공급 및 배출을 제어할 수도 있다. 이는 가스 소스 (442) 로부터 가스 공급 밸브 (444) (예를 들어, 밸브들 (64, 164, 264) 중 하나) 로 가스를 공급하는 가스 펌프 (440) 의 상태를 제어하는 것을 포함할 수도 있다. 온도 모듈 (422) 은 온도 센서들 (404) 로부터의 온도 신호들에 기반하여 챔버들 (12, 102, 202) 내 및 챔버 내 엘리먼트들의 온도들을 결정할 수도 있다.
모듈들 (424, 426, 428, 430 및 432) 은 압력 모듈 (420) 및 온도 모듈 (422) 에 의해 결정된 파라미터들에 기반하여 동작할 수도 있다. 실리콘 모듈 (424) 은 실리콘 공급 피더 (450) 를 통해 호퍼 내로 입상 실리콘의 공급을 제어할 수도 있다. 입상 실리콘은 실리콘 소스 (452) 로부터 실리콘 공급 피더 (450) 를 통해 피딩될 수도 있다. 중력이 피딩되면, 실리콘 공급 피더 (450) 는 실리콘 공급 밸브 (예를 들어, 밸브들 (46, 146, 246) 중 하나) 를 단순히 포함할 수도 있다. 공급 센서 (454) 가 실리콘 공급 피더 (450) 또는 실리콘 소스 (452) 에 포함될 수도 있고, 실리콘이 실리콘 공급 피더 (450) 에 그리고/또는 실리콘 공급 피더 (450) 를 통해 그리고/또는 몰드에 공급되는지 여부를 나타낸다.
도펀트 모듈 (426) 은 도펀트 공급 피더 (460) 를 통해 호퍼 내로의 도펀트의 공급을 제어할 수도 있다. 도펀트는 도펀트 소스 (462) 로부터 도펀트 공급 피더 (460) 를 통해 피딩될 수도 있다. 중력이 피딩되면, 도펀트 공급 공급부 (460) 는 도펀트 공급 밸브 (예를 들어, 밸브들 (44, 144, 244) 중 하나) 를 단순히 포함할 수도 있다. 공급 센서 (464) 는 도펀트 공급 피더 (460) 내에 또는 도펀트 소스 (462) 내에 포함될 수도 있고, 도펀트가 도펀트 공급 피더 (460) 에 그리고/또는 도펀트 공급 피더 (460) 를 통해 그리고/또는 몰드에 공급되는지 여부를 나타낸다.
유도 모듈 (428) 은 유도 코일들 (470) (예를 들어, 유도 코일들 (18, 20, 118, 120, 218, 220)) 의 동작을 제어한다. 유도 모듈 (428) 은 유도 코일들 (470) 로부터 전력을 수신하고 그리고/또는 유도 코일들 (470) 로의 전력을 제어할 수도 있다. 전력 소스 (472) 가 제어 모듈 (408) 및 유도 코일들 (470) 로 전력을 공급하기 위해 도시된다. 풀링 레이트 모듈 (430) 은 결정 지지 부재의 샤프트 (예를 들어, 샤프트들 (84, 184, 284) 중 하나) 의 풀링 레이트를 제어한다. 이는 결정 지지 부재 모터 (474) 로의 전력을 제어하는 것을 포함한다.
냉각 모듈 (432) 은 가열기 모듈 (480) 및 냉각제 모듈 (482) 을 포함할 수도 있다. 가열기 모듈 (480) 은 가열기들 (484) (예를 들어, 가열기들 (70, 72, 170, 172, 270, 272)) 로의 전력을 제어한다. 가열기들 (484) 은 흑연 가열 엘리먼트들을 포함할 수도 있다. 냉각제 모듈 (482) 은 내측 도가니 (예를 들어, 내측 도가니들 (16, 106, 206) 중 하나) 의 플레이트들로의 냉각제의 플로우 레이트 및 온도를 제어한다. 본 명세서에서 냉각제가 내측 도가니에 제공되는 것으로 기술되었지만, 냉각제는 또한 냉각제 채널들을 포함할 수도 있는 외측 도가니에 제공될 수도 있다. 냉각제 모듈 (482) 은 온도 및 플로우 레이트를 제어하기 위해 냉각제 저장부 (486) 의 냉각기 (485), 냉각제 펌프 (488) 및 냉각제 밸브들 (490) 을 제어한다. 제어 시스템 (400) 은 제어 모듈 (408) 에 의해 제어되는 출력 밸브 (492) (예를 들어, 가스 유출구 밸브들 (66, 166, 266) 중 하나) 를 더 포함할 수도 있다.
본 명세서에 개시된 시스템들은 수많은 방법들을 사용하여 작동될 수도 있고, 예시적인 방법이 도 7에 예시된다. 도 7은 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하는 방법을 도시한다. 이하의 동작들이 주로 도 1 내지 도 6의 구현예들에 대해 기술되지만, 동작들은 본 개시의 다른 구현예들에 적용하기 위해 수정될 수도 있다. 동작들은 반복적으로 수행될 수도 있다. 방법은 (500) 에서 시작될 수도 있다. (502) 에서, 퍼니스 및 도가니 표면들은 세정된다. (504) 에서, 잉곳 시드가 페데스탈로서 지칭될 수도 있는 결정 지지 부재 (예를 들어, 결정 지지 부재들 (82, 182, 282) 중 하나) 상에 세팅된다.
(506) 에서, 모듈들 (420, 422) 은 챔버 (예를 들어, 챔버들 (12, 102, 202) 중 하나) 의 압력들 및/또는 온도들을 설정한다. 이는 엘리먼트들 (예를 들어, 내측 도가니, 외측 도가니, 시드, 등) 의 온도들을 설정하는 것을 포함할 수도 있다. (508) 에서, 풀링 레이트 모듈 (430) 은 시드의 제 1 부분이 외측 도가니와 내측 도가니 사이 몰드의 일부에 있도록 또는 몰드의 하단부에 대해, 결정 지지 부재를 통해 시드를 들어올린다. 동작 (508) 은 동작 (506) 을 수행하는 동안 수행될 수도 있다.
(510) 에서, 유도 모듈 (428) 은 시드의 상단 부분을 용융시키기 위해 유도 코일들 (예를 들어, 유도 코일들 (18, 20, 118, 120, 218, 220)) 에 전력을 공급한다. 전력은 시드의 제 1 부분이 제어된 방식으로 가열되도록, 그리고 상단 부분이 용융될 때까지 유도 코일들에 공급된다. 상단 부분은 시드의 제 1 부분의 일부이다.
(512) 에서, 온도 모듈 (412) 은 상단 부분의 온도가 융점 이상인지 여부를 결정한다. 이는 고온계 (410) 를 통해 시드의 온도를 검출함으로써 달성된다. 일 실시예에서, 상단 부분의 온도는 고온계 (410) 를 통해 시드의 하단 부분의 검출된 온도에 기반하여 추정된다. 상단 부분이 융점 이상이면, 이후 동작 (514) 이 수행된다.
(514) 에서, 실리콘 모듈 (424) 및 도펀트 모듈 (426) 은 피더들 (450, 460) 을 통해 호퍼들 (예를 들어, 호퍼들 (36, 38, 136, 138, 236, 238)) 에 실리콘 및 도펀트를 공급한다. 공급된 도펀트의 양은 공급된 실리콘의 양에 비례한다. (516) 에서, 모듈들 (424, 426) 이 몰드 내에 실리콘 및 도펀트를 계속해서 피딩하는 동안 풀링 레이트 모듈 (430) 이 결정 지지 부재를 풀링 다운하는 것을 포함하는 결정 성장이 시작된다. 시드가 몰드로부터 풀링되는 동안 용융된 혼합물과 응고된 실리콘 사이의 응고 계면이 몰드에 대해 거의 동일한 수직 위치에 남아있도록, 실리콘 및 도펀트는 제어된 방식으로 공급되고 풀링 레이트가 제어된다. 입상 실리콘은 도가니들의 벽들과 형성된 결정 (또는 주조 잉곳) 사이의 마찰을 감소시키기 위해 몰드 내로 피딩되고 유도 코일들을 통해 제어된 방식으로 가열된다. 도가니들의 벽들과 결정 사이의 마찰을 감소시키는 것은 결정의 기계적 손상 및 오염을 방지한다. 동작 (516) 은 또한 상기 기술된 바와 같이, 내측 도가니의 플레이트들로의 냉각제의 플로우 레이트 및 온도를 제어하는 것을 포함한다.
(517) 에서, 가열기 모듈 (480) 은, 예를 들어 가열기들 (484) 로의 전류의 양을 제어함으로써 몰드 바깥에 새롭게 형성된 결정의 냉각 레이트를 제어한다. (518) 에서, 제어 모듈 (408) 은 실리콘 및 도펀트가 호퍼들을 통해 몰드에 계속해서 공급되는지 여부를 결정한다. 이는 센서들 (454, 464) 로부터의 신호들에 기반할 수도 있다. 실리콘 및 도펀트가 제공되면, 동작 (520) 이 수행되고, 그렇지 않으면 동작 (524) 이 수행된다.
(520) 에서, 제어 모듈 (408) 은 실리콘 잉곳의 길이가 미리 결정된 길이 (예를 들어, 1 내지 20 m) 인지 그리고/또는 결정 지지 부재가 몰드로부터 이격된 미리 결정된 위치에 있는지 여부를 결정한다. 이는 결정 지지 부재의 위치를 나타내는 위치 센서 (406) 로부터의 신호에 기반하여 결정될 수도 있다. 결정 지지 부재의 위치는 실리콘 잉곳의 길이에 직접 관련된다. 실리콘 잉곳이 미리 결정된 길이이고 그리고/또는 결정 지지 부재가 미리 결정된 위치에 있으면, 이후 동작 (524) 이 수행되고, 결정 성장은 (522) 에서 계속된다. 동작들 (518, 520, 및 522) 은 동작들 (518 및/또는 520) 의 결과들이 동작 (524) 이 수행되게 할 때까지 계속해서 수행될 수도 있다.
(524) 에서, 유도 모듈 (428) 은 유도 코일들 (470) 로의 전력을 턴 오프한다. 모듈들 (424, 426) 은 피더들 (450, 460) 을 턴 오프하고 그리고/또는 대응하는 밸브들을 폐쇄한다. 풀링 레이트 모듈 (430) 은 시드/실리콘 잉곳의 이동을 중지한다.
(526) 에서, 가열기 모듈 (480) 은 고온 (예를 들어, 1100 내지 1300 ℃) 에서 또는 미리 결정된 시간의 기간 (예를 들어, 0.5 내지 6 시간) 동안 미리 결정된 온도 범위로 실리콘 잉곳을 유지한다. 이는 실리콘 잉곳의 잔류 응력들을 어닐링하고 실리콘 잉곳의 후속 머시닝 동안 균열을 방지하는 것을 돕는다. (528) 에서, 가열기 모듈 (480) 은 실리콘 잉곳을 냉각시키기 위해 가열기들 (484) 로의 전류를 감소시킨다.
(530) 에서, 실리콘 잉곳은 퍼니스에서 제거되고, 슬라이싱되고 그리고/또는 머시닝된다. 이는 미리 결정된 폭 (예를 들어, 300 내지 600 mm) 을 갖는 슬라이스들로 실리콘 잉곳을 컷팅하는 것 그리고/또는 컴포넌트 링들을 제공하기 위해 실리콘 잉곳 및/또는 슬라이스들을 머시닝하는 것을 포함할 수도 있다. 실리콘 잉곳은 와이어 톱 (wire saw) 또는 띠 톱 (band saw) 을 사용하여 슬라이싱될 수도 있다. 방법은 (532) 에서 종료될 수도 있다.
상기 기술된 동작들은 예시적인 예들이다; 동작들은 적용예에 따라 중첩되는 시간 기간 동안 순차적으로, 동기하여 (synchronously), 동시에 (simultanelusly), 계속해서 또는 상이한 순서로 수행될 수도 있다. 또한, 임의의 동작들은 구현예 및/또는 이벤트들의 시퀀스에 따라 수행되지 않거나 스킵될 수도 있다.
외측 도가니만을 사용하는 단단한 잉곳 블록으로부터 머시닝된 컴포넌트들 및 내측 도가니와 외측 도가니를 갖는 몰드를 사용하는 관 형상 (또는 중공형) 실리콘 잉곳들로부터 머시닝된 컴포넌트들의 입상 구조체들에 관련하여 상기 개시된 차이점들에 더하여, 부가적인 차이점들은 도 8 및 도 9에 대하여 이하에 기술된다. 상기 기술된 바와 같이, 관 형상 실리콘 잉곳의 입자 구조들의 균일성은 내측 유도 코일 및 외측 유도 코일을 통해 몰드 내 입상 실리콘의 가열, 뿐만 아니라 언급된 가열기들을 통해 제어된 냉각에 기반한다.
도 8은 외측 도가니만을 갖는 몰드의 사용에 의해 제공되고 단단한 실리콘 잉곳 블록으로부터 링 (600) 을 머시닝하는 입상 구조체의 예를 도시한다. 도 8은 (i) 외측 도가니 근처의 링 (600) 의 외측 부분 (602) 과 (ii) 외측 부분의 방사상 내측인 링 (600) 의 나머지 부분 (604) 사이의 입상 구조체들의 차이점들을 예시한다. 도 8은 외측 도가니를 사용한 단단한 실리콘 잉곳 블록의 형성 동안 제공된 링 (600) 의 입상 구조체의 균일성을 예시하지 않는다. 알 수 있는 바와 같이, 외측 부분 (602) 은 링 (600) 의 방사상 외측 표면 (606) 근처에 거의 표면과 같은 (near-surface-like) (또는 작은/미세한) 입자 구조를 갖는다. 링 (600) 의 나머지 부분 (604) 은 거의 표면과 같은 입자 구조보다 크고 코어스한 (coarse) 입자 구조를 갖는다. 이는 외측 표면 (606) 만이 외측 도가니 근처에 있는 것으로 인한 것이다.
도 9는 외측 도가니와 내측 도가니를 갖는 몰드의 사용에 의해 제공되고 본 명세서에 개시된 몰드들을 사용하여 형성된 관 형상 실리콘 잉곳으로부터 링 (610) 을 머시닝하는 입상 구조체의 일 예를 도시한다. 도 9는 (i) 외측 도가니 및 내측 도가니 근처의 링 (610) 의 외측 부분 및 내측 부분 (612, 614) 과 (ii) 외측 부분 (612) 과 내측 부분 (614) 사이의 링 (610) 의 나머지 부분 (616) 사이의 입상 구조체들의 차이점들을 예시한다. 도 9는 외측 도가니 및 내측 도가니를 사용하여 관 형상 실리콘 잉곳의 형성 동안 제공된 링 (610) 의 입상 구조체의 균일성을 예시하지 않는다. 알 수 있는 바와 같이, 외측 부분 및 내측 부분 (612, 614) 은 링 (610) 의 방사상 외측 표면 (618) 및 방사상 내측 표면 (620) 근처에 거의 표면과 같은 (또는 작은/미세한) 입자 구조들을 갖는다. 링 (610) 의 나머지 부분 (616) 은 거의 표면과 같은 입자 구조보다 크고 코어스한 입자 구조를 갖는다. 이는 외측 표면 및 내측 표면 (618, 620) 이 외측 도가니 및 내측 도가니 근처에 있는 것으로 인한 것이다. 도 8 및 도 9의 예들 사이에 예시된 차이점들은 다결정 실리콘에 대해 특히 사실이다.
상기 기술된 예들은 튜브들의 형상에서 실리콘 잉곳들을 성장시키기 위해 금속 성형을 포함한다. 이 유형의 정밀 정형은 링 형상을 갖는 장비 컴포넌트들 및 부품들을 제작하기 위한 원료들의 경제적인 사용을 제공한다. 예들은 내측 채널들을 갖지 않는 벌크 원통형 형상 잉곳들과 반대로 각각의 내측 채널들을 갖는 실리콘 튜브들을 주조하기 위해 전자기 주조 퍼니스들을 사용하는 것을 포함한다. 이는 형성된 실리콘 튜브들의 입자 구조들의 균일성을 향상시키고, 불순물들로의 잉곳 표면 손상 및 오염을 감소시킨다.
전술한 기술은 본질적으로 단지 예시이고, 어떠한 방식으로도 본 개시, 이의 적용예, 또는 사용들을 제한하도록 의도되지 않는다. 본 개시의 광범위한 교시들은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시가 특정한 예들을 포함하지만, 본 개시의 진정한 범위는 다른 수정들이 도면들, 명세서, 및 이하의 청구항들의 연구에 따라 분명해질 것이기 때문에 이렇게 제한되지 않아야 한다. 방법의 하나 이상의 단계들은 본 개시의 원리들을 변경하지 않고 상이한 순서로 (또는 동시에) 실행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 실시예들 각각이 특정한 피처들을 갖는 것으로 상기 기술되었지만, 본 개시의 임의의 실시예에 대해 기술된 이들 피처들 중 임의의 하나 이상은, 조합이 명시적으로 기술되지 않더라도 임의의 다른 실시예들의 피처들에서 그리고/또는 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)", "상단에 (on top of)", "위에 (above)", "아래에 (below)", 및 "배치된 (disposed)" 을 포함하는, 다양한 용어들을 사용하여 기술된다. "직접적 (direct)" 으로 명시적으로 기술되지 않는 한, 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 간의 관계가 상기 개시에서 기술될 때, 그 관계는 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 다른 중개하는 엘리먼트들이 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 사용된 바와 같이, 구 (phrase) 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.
일부 구현예들에서, 제어기는, 상기 기술된 예들의 일부일 수도 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은, 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱용 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정 프로세싱 컴포넌트들을 포함하는, EMC 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이들 시스템들은 실리콘 잉곳 형성 전에, 형성 동안에 그리고 형성 후에 그들의 동작을 제어하기 위해 전자장치들에 통합될 수도 있다. 전자장치들은 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부분들을 제어할 수도 있는 "제어기" 로서 지칭될 수도 있다. 제어기는, 프로세싱 요구사항들 및/또는 시스템의 유형에 따라서, 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정사항들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정사항들, 진공 설정사항들, 전력 설정사항들, 주파수 설정사항들, 플로우 레이트 설정사항들, 유체 전달 설정사항들, 위치 및 동작 설정사항들, 및 이송 툴 설정사항들, 등을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드 포인트 측정들을 인에이블하는 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치들로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, DSP들 (Digital Signal Processors), ASIC들 (Application Specific Integrated Circuits) 으로서 규정되는 칩들, 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 시스템에서 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다.
제어기는, 일부 구현예들에서, 시스템에 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 이와 달리 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 될 수 있는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게 할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하고, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하고, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하고, 또는 새로운 프로세스를 시작하기 위해서 시스템으로의 원격 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해서 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 인에이블하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안에 수행될 프로세싱 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성된 툴의 유형 및 수행될 프로세스의 유형에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상기 기술된 바와 같이, 제어기는 예컨대 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들과 같은, 공동의 목적을 향해 함께 네트워킹되고 작동하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산된 제어기의 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는, 원격으로 위치한 (예컨대 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 수 있다.

Claims (35)

  1. 관 형상 (tubular-shaped) 실리콘 잉곳 (ingot) 을 전자기 주조하기 위한 퍼니스 (furnace) 에 있어서,
    외측 도가니 및 내측 도가니를 포함하는 몰드 (mold) 로서, 상기 외측 도가니는 환형 (annular) 형상이고, 상기 내측 도가니는 상기 외측 도가니 내에 배치되고 상기 내측 도가니와 상기 외측 도가니 사이에 갭을 제공하도록 상기 외측 도가니로부터 이격되며, 상기 몰드는 상기 갭에서 입상 (granular) 실리콘을 수용하도록 구성되는, 상기 몰드;
    상기 외측 도가니 주위에 배치된 외측 유도 코일;
    상기 내측 도가니 내에 배치된 내측 유도 코일로서, 상기 외측 유도 코일 및 상기 내측 유도 코일은 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하기 위해 상기 몰드 내에서 상기 입상 실리콘을 가열하고 용융시키도록 구성되는, 상기 내측 유도 코일; 및
    시드 (seed) 상의 상기 관 형상 실리콘 잉곳의 형성 동안 상기 몰드에 대해 상기 시드를 홀딩하고 이동시키도록 구성된 지지 부재를 포함하는, 퍼니스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰드로부터 풀링되는 (pulled) 것에 후속하여 상기 관 형상 실리콘 잉곳을 가열하도록 구성된 복수의 가열기들을 더 포함하는, 퍼니스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    복수의 호퍼들 (hoppers); 및
    상기 복수의 호퍼들에 상기 입상 실리콘 및 도펀트 (dopant) 를 공급하는 복수의 피더들 (feeders) 을 더 포함하고,
    상기 복수의 호퍼들은 상기 몰드의 상기 갭 내로 상기 입상 실리콘 및 상기 도펀트를 가이드하고, 그리고
    상기 외측 도가니는 상기 호퍼들로부터 상기 몰드의 상기 갭 내로 상기 입상 실리콘 및 상기 도펀트를 가이드하도록 깔때기 형상인 (funnel-shaped), 퍼니스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 도가니는 원형 측벽을 제공하기 위해 원으로 배치된 복수의 플레이트들로 형성되는, 퍼니스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 플레이트들은 상기 관 형상 실리콘 잉곳의 냉각 동안 상기 관 형상 실리콘 잉곳에 의해 상기 플레이트들 상에서 수축력을 경험하는 동안 상기 플레이트들로 하여금 편향되게 하도록 이격되는, 퍼니스.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 플레이트들은 상기 내측 도가니를 냉각하기 위한 냉각제를 수용하도록 구성된 냉각제 채널들을 포함하는, 퍼니스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 도가니는 폐쇄된 하단 단부를 갖는, 퍼니스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 도가니는 개방된 하단 단부를 갖는, 퍼니스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 도가니는 상기 외측 도가니의 하단 아래로 연장하는, 퍼니스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 도가니의 측벽은 상기 내측 도가니의 제 1 하부 외경이 상기 내측 도가니의 상부 외경보다 작도록 테이퍼되는 (tapered), 퍼니스.
  11. 제 1 항에 기재된 퍼니스;
    상기 퍼니스의 적어도 하나의 파라미터를 검출하기 위한 적어도 하나의 센서; 및
    상기 적어도 하나의 파라미터에 기반하여, 상기 몰드로부터 멀어지는 상기 지지 부재의 풀링 레이트 (pull rate) 를 제어하도록 구성된 제어 모듈을 포함하는, 전자기 주조 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어 모듈은 상기 적어도 하나의 파라미터에 기반하여, (i) 상기 몰드 내로 상기 입상 실리콘의 플로우, 및 (ii) 상기 외측 유도 코일 및 상기 내측 유도 코일의 전류를 제어하도록 구성되는, 전자기 주조 시스템.
  13. 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하기 위한 몰드에 있어서,
    외측 도가니로서, 상기 외측 도가니는 환형 형상인, 상기 외측 도가니; 및
    상기 외측 도가니가 내측 도가니를 둘러싸도록 상기 외측 도가니 내에 배치된 상기 내측 도가니로서, 갭이 상기 외측 도가니와 상기 내측 도가니 사이에 존재하고, 상기 외측 도가니 및 상기 내측 도가니는 상기 갭에 입상 실리콘을 수용하도록 구성된, 상기 내측 도가니를 포함하고,
    상기 내측 도가니는 복수의 플레이트들을 포함하고, 상기 복수의 플레이트들은 내측 표면들, 측면들, 및 외측 표면들을 포함하고, 상기 내측 표면들은 서로 마주보며 내측 원형 둘레를 따라 배치되고, 상기 복수의 플레이트들은 관 형상 구조체를 제공하도록 배치되고, 그리고
    상기 복수의 플레이트들은, 갭들이 관 형상 실리콘 잉곳의 응고 동안 상기 외측 표면들 상에서 상기 관 형상 실리콘 잉곳의 수축력을 경험하는 동안, 방사상 내측으로 상기 플레이트들의 변위를 위해 상기 측면들 중 인접한 측면들 사이에 존재하도록 배치되는, 상기 내측 도가니를 포함하는, 몰드.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 외측 표면들은 상기 내측 도가니의 외측 원형 둘레를 따라 배치되는, 몰드.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 플레이트들 사이의 상기 갭들은 상기 내측 도가니의 하단 부분에 존재하며 상기 내측 도가니의 상부 부분에 존재하지 않는, 몰드.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 내측 도가니는 폐쇄된 하단 단부를 갖는, 몰드.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 내측 도가니는 개방된 하단 단부를 갖는, 몰드.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 내측 도가니는 상기 외측 도가니의 하단 아래로 연장하는, 몰드.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 내측 도가니는 상기 내측 도가니를 냉각하기 위한 냉각제를 수용하기 위한 냉각제 채널들을 포함하는, 몰드.
  20. 제 19 항에 기재된 몰드;
    상기 몰드의 제 1 파라미터를 검출하기 위한 제 1 센서; 및
    상기 제 1 파라미터에 기반하여, 상기 내측 도가니로의 냉각제의 플로우 및 온도를 제어하도록 구성된 제어 모듈을 포함하는, 전자기 주조 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 외측 도가니를 둘러싸는 외측 유도 코일;
    상기 내측 도가니 내에 배치된 내측 유도 코일;
    시드를 홀딩하도록 구성된 지지 부재; 및
    제 2 파라미터를 검출하도록 구성된 제 2 센서를 더 포함하고,
    상기 제어 모듈은 상기 제 1 파라미터 및 상기 제 2 파라미터에 기반하여, (i) 상기 몰드로부터 멀어지는 상기 지지 부재의 풀링 레이트, (ii) 상기 몰드로의 상기 입상 실리콘의 플로우, 및 (ii) 상기 외측 유도 코일 및 상기 내측 유도 코일로의 전류를 제어하도록 구성되는, 전자기 주조 시스템.
  22. 몰드를 통해 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하는 방법에 있어서,
    몰드는 외측 도가니 및 내측 도가니를 포함하고, 상기 외측 도가니는 환형 형상이고, 그리고 상기 내측 도가니는 상기 외측 도가니 내에 배치되며 상기 내측 도가니와 상기 외측 도가니 사이에 갭을 제공하도록 상기 외측 도가니로부터 이격되고,
    상기 방법은,
    지지 부재 상에 잉곳 시드를 세팅하는 단계;
    상기 잉곳 시드의 상단 부분을 용융시키기 위해 내측 유도 코일 및 외측 코일에 전력을 공급하는 단계로서, 상기 외측 유도 코일은 상기 외측 도가니 주위에 배치되고, 그리고 상기 내측 유도 코일은 상기 내측 도가니 내에 배치되는, 상기 전력을 공급하는 단계;
    상기 몰드의 상기 갭에 입상 실리콘 및 도펀트를 제공하는 단계; 및
    (i) 상기 몰드 내의 상기 입상 실리콘을 가열하고 용융시키기 위해 상기 내측 유도 코일 및 상기 외측 유도 코일로의 전류를 제어하는 것, 및 (ii) 상기 내측 도가니로의 냉각제의 플로우 레이트 및 온도를 제어하는 동안 상기 몰드에 대해 상기 지지 부재를 풀링 다운하는 (pulling down) 것을 포함하는 상기 잉곳 시드 상에서 결정 실리콘 성장을 시작하는 단계로서, 상기 외측 유도 코일 및 상기 내측 유도 코일은 상기 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하기 위해 상기 몰드 내의 상기 입상 실리콘을 가열하고 용융시키도록 구성되는, 상기 결정 실리콘 성장을 시작하는 단계를 포함하는, 몰드를 통해 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하기 위한 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 관 형상 실리콘 잉곳이 미리 결정된 길이인지 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 관 형상 실리콘 잉곳이 상기 미리 결정된 길이이면, 미리 결정된 시간의 기간 동안 미리 결정된 온도 범위에서 상기 관 형상 실리콘 잉곳을 유지하는 단계를 더 포함하는, 몰드를 통해 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하기 위한 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 입상 실리콘을 용융시키는 단계 및 상기 내측 도가니의 폐쇄된 하단 단부에서 상기 관 형상 실리콘 잉곳의 일부를 형성하는 단계를 포함하는, 몰드를 통해 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하기 위한 방법.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 입상 실리콘을 용융시키는 단계 및 상기 내측 도가니의 개방된 하단 단부에서 상기 관 형상 실리콘 잉곳의 일부를 형성하는 단계를 포함하는, 몰드를 통해 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하기 위한 방법.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 입상 실리콘을 용융시키는 단계 및 상기 내측 도가니의 테이퍼된 하단 부분에서 상기 관 형상 실리콘 잉곳의 일부를 형성하는 단계를 포함하는, 몰드를 통해 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하기 위한 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 입상 실리콘을 용융시키는 단계 및 상기 외측 도가니의 테이퍼되지 않은 하단 부분에서 상기 관 형상 실리콘 잉곳의 일부를 형성하는 단계를 포함하는, 몰드를 통해 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하기 위한 방법.
  28. 제 22 항에 있어서,
    상기 잉곳 시드 상에서 상기 결정 실리콘 성장을 시작하는 단계는 상기 내부 도가니의 플레이트들로의 냉각제의 플로우 레이트 및 온도를 제어하는 동안 상기 몰드에 대해 상기 지지 부재를 풀링 다운하는 것을 포함하는, 몰드를 통해 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하기 위한 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 플레이트들 내의 채널들을 통해 상기 냉각제를 순환시키는 단계를 더 포함하는, 몰드를 통해 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하기 위한 방법.
  30. 제 22 항에 있어서,
    용융된 실리콘과 상기 관 형상 실리콘 잉곳 사이의 응고 계면의 곡률을 제어하기 위해 상기 내측 유도 코일 및 상기 외측 유도 코일로의 전류를 제어하는 단계를 더 포함하고, 상기 몰드 내 가열되고 용융된 입상 실리콘은 상기 용융된 실리콘을 포함하는, 몰드를 통해 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하기 위한 방법.
  31. 제 22 항에 있어서,
    상기 관 형상 실리콘 잉곳을 냉각하는 단계; 및
    상기 관 형상 실리콘 잉곳을 냉각하는 동안 상기 내측 도가니의 플레이트들로 하여금 서로에 대해 이동하게 하는 단계를 더 포함하는, 몰드를 통해 관 형상 실리콘 잉곳을 형성하기 위한 방법.
  32. 제 22 항에 기재된 방법을 사용하여 형성된 관 형상 실리콘 잉곳에 있어서,
    상기 관 형상 실리콘 잉곳의 외측 표면은 상기 외측 도가니의 내측 표면에 의해 규정되고, 그리고
    상기 관 형상 실리콘 잉곳의 내측 표면은 상기 내측 도가니의 외측 표면에 의해 규정되는, 관 형상 실리콘 잉곳.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 관 형상 실리콘 잉곳의 입자 구조들의 균일성은 상기 내측 유도 코일 및 상기 외측 유도 코일을 통한 상기 몰드 내 상기 입상 실리콘의 가열에 기반하는, 관 형상 실리콘 잉곳.
  34. 제품을 형성하는 방법에 있어서,
    제 22 항에 기재된 방법; 및
    제품을 제공하기 위해 상기 관 형상 실리콘 잉곳을 슬라이싱하는 (slicing) 단계를 포함하는, 제품을 형성하는 방법.
  35. 에칭 챔버를 위한 링에 있어서,
    링은 제 34 항에 기재된 방법에 따라 형성되고,
    상기 관 형상 실리콘 잉곳은 복수의 슬라이스들을 제공하기 위해 컷팅되고, 그리고
    상기 슬라이스들 중 하나는 상기 링을 제공하기 위해 머시닝되는 (machined), 에칭 챔버를 위한 링.
KR1020207012702A 2017-10-05 2018-10-02 실리콘 튜브들을 생성하기 위한 퍼니스들 (furnace) 및 몰드들 (mold) 을 포함하는 전자기 주조 시스템들 KR20200052976A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762568526P 2017-10-05 2017-10-05
US62/568,526 2017-10-05
PCT/US2018/053956 WO2019070699A1 (en) 2017-10-05 2018-10-02 ELECTROMAGNETIC CASTING SYSTEMS COMPRISING FURNACES AND MOLDS FOR PRODUCING SILICON TUBES

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200052976A true KR20200052976A (ko) 2020-05-15

Family

ID=65995028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207012702A KR20200052976A (ko) 2017-10-05 2018-10-02 실리콘 튜브들을 생성하기 위한 퍼니스들 (furnace) 및 몰드들 (mold) 을 포함하는 전자기 주조 시스템들

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11534819B2 (ko)
EP (1) EP3691814B1 (ko)
JP (1) JP7385560B2 (ko)
KR (1) KR20200052976A (ko)
CN (1) CN111194246B (ko)
WO (1) WO2019070699A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220041649A (ko) * 2020-09-25 2022-04-01 주식회사 솔레드 반도체 링 제조장치 및 그를 이용한 반도체 링 제조방법
KR20220059639A (ko) * 2020-11-03 2022-05-10 주식회사 솔레드 반도체 링 제조장치 및 그를 이용한 반도체 링 제조방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11965221B2 (en) * 2020-03-24 2024-04-23 Midrex Technologies, Inc. Method and system for heating direct reduced iron (DRI) between a DRI source and processing equipment for the DRI
CN112853481A (zh) * 2020-12-31 2021-05-28 陈富伦 筒形半导体制程用高纯多晶硅锭的制备方法及制备装置
CN113695537B (zh) * 2021-09-08 2023-02-28 昆山晶微新材料研究院有限公司 一种空心铸锭、其制备方法以及空心型材

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE794080A (fr) * 1972-01-28 1973-05-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Perfectionnements apportes ou relatifs a la fabrication de corps tubulaires
SU532198A1 (ru) * 1975-07-18 1978-03-30 Предприятие П/Я В-2996 Электромагнитный кристаллизатор дл непрерывного и полунепрерывного лить полых слитков и труб
JP2657240B2 (ja) * 1988-04-15 1997-09-24 住友シチックス株式会社 シリコン鋳造装置
EP0349904B1 (en) * 1988-07-05 1994-02-23 Sumitomo Sitix Co., Ltd. Apparatus for casting silicon
JP3603971B2 (ja) * 1995-02-27 2004-12-22 住友チタニウム株式会社 導電性パイプの製造方法
CN1059365C (zh) * 1995-12-12 2000-12-13 冶金工业部钢铁研究总院 一种复合轧辊的制造方法
DE19607098C2 (de) * 1996-02-24 1999-06-17 Ald Vacuum Techn Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum gerichteten Erstarren einer Schmelze aus Silizium zu einem Block in einem bodenlosen metallischen Kaltwandtiegel
JP3523986B2 (ja) * 1997-07-02 2004-04-26 シャープ株式会社 多結晶半導体の製造方法および製造装置
JP4837894B2 (ja) 2002-04-17 2011-12-14 ラム リサーチ コーポレーション シリコン部品の形成方法
CN101241845A (zh) 2002-04-17 2008-08-13 兰姆研究公司 等离子体反应室用硅部件
US6846726B2 (en) 2002-04-17 2005-01-25 Lam Research Corporation Silicon parts having reduced metallic impurity concentration for plasma reaction chambers
US7635414B2 (en) * 2003-11-03 2009-12-22 Solaicx, Inc. System for continuous growing of monocrystalline silicon
JP4317575B2 (ja) * 2005-08-19 2009-08-19 Ｓｕｍｃｏソーラー株式会社 シリコン電磁鋳造装置およびその操作方法
US20090084517A1 (en) * 2007-05-07 2009-04-02 Thomas Brian G Cooling control system for continuous casting of metal
JP5040521B2 (ja) * 2007-08-17 2012-10-03 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコン鋳造装置
EP2411170B1 (en) * 2009-03-27 2015-09-30 Titanium Metals Corporation Method and apparatus for semi-continuous casting of hollow ingots and products resulting therefrom
CN201482971U (zh) * 2009-07-15 2010-05-26 饶云福 一种用于电渣连续抽锭大口径等截面空心钢锭装置
AU2009357041B2 (en) * 2009-12-25 2016-04-14 Consarc Corporation Electromagnetic casting apparatus for silicon
AT509495B1 (de) 2010-03-02 2012-01-15 Inteco Special Melting Technologies Gmbh Verfahren und anlage zur herstellung hohler umschmelzblöcke
JP2012166979A (ja) * 2011-02-14 2012-09-06 Sumco Corp 多結晶シリコンの電磁鋳造方法および電磁鋳造装置
US9476645B2 (en) * 2011-03-14 2016-10-25 Consarc Corporation Open bottom electric induction cold crucible for use in electromagnetic casting of ingots
CN103374746A (zh) * 2012-04-27 2013-10-30 比亚迪股份有限公司 一种用于制作准单晶硅的装置及一种准单晶硅的制作方法
CN104164574B (zh) * 2014-08-13 2016-04-20 东北大学 一种电渣重熔制备大型发电机护环用空心钢锭的方法
WO2017075108A1 (en) * 2015-10-26 2017-05-04 Sri International Method and apparatus for solar grade silicon production
CN105903869B (zh) * 2016-04-13 2017-11-14 饶云福 一种护环短流程制造工艺
CN106890984B (zh) * 2017-03-30 2017-12-08 吉林省维尔特隧道装备有限公司 一种小型空心电渣锭的生产方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220041649A (ko) * 2020-09-25 2022-04-01 주식회사 솔레드 반도체 링 제조장치 및 그를 이용한 반도체 링 제조방법
KR20220059639A (ko) * 2020-11-03 2022-05-10 주식회사 솔레드 반도체 링 제조장치 및 그를 이용한 반도체 링 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019070699A1 (en) 2019-04-11
EP3691814B1 (en) 2024-02-21
CN111194246B (zh) 2022-04-26
EP3691814A4 (en) 2021-09-01
US11534819B2 (en) 2022-12-27
JP7385560B2 (ja) 2023-11-22
EP3691814A1 (en) 2020-08-12
CN111194246A (zh) 2020-05-22
US20200238370A1 (en) 2020-07-30
JP2020536217A (ja) 2020-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20200052976A (ko) 실리콘 튜브들을 생성하기 위한 퍼니스들 (furnace) 및 몰드들 (mold) 을 포함하는 전자기 주조 시스템들
KR101939594B1 (ko) 초기 장입물만을 도핑하여 균등하게 도핑된 실리콘 잉곳의 성장
EP3760765B1 (en) System for horizontal growth of high-quality semiconductor single crystals, and method of manufacturing same
KR101997600B1 (ko) 원료 충전방법, 단결정의 제조방법 및 단결정 제조장치
US20200255971A1 (en) Methods for recycling monocrystalline segments cut from a monocrystalline ingot
US10233564B2 (en) Manufacturing method of monocrystalline silicon and monocrystalline silicon
KR20150107241A (ko) 잉곳 제조 방법 및 잉곳 제조 장치
US7235128B2 (en) Process for producing single-crystal semiconductor and apparatus for producing single-crystal semiconductor
TW201432100A (zh) 在連續柴可斯基（ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）方法中用於改良晶體成長之堰
JPWO2006088037A1 (ja) シリコン鋳造装置およびシリコン基板の製造方法
JP6694807B2 (ja) 炭化珪素単結晶の製造方法
JP4396505B2 (ja) シリコン単結晶の製造方法
JP6597537B2 (ja) 単結晶製造用坩堝及びシリコン単結晶製造装置
KR20120052855A (ko) ｎ형 다결정 실리콘 웨이퍼 그리고 ｎ형 다결정 실리콘 잉곳 및 그 제조 방법
US10724796B2 (en) Furnace for casting near-net shape (NNS) silicon
JP5811012B2 (ja) 炭化珪素単結晶の製造装置および製造方法
US11001529B2 (en) Crucible for casting near-net shape (NNS) silicon
TW202338904A (zh) 耐鹵素電漿蝕刻的矽結晶
JP6583196B2 (ja) シリコン単結晶の製造方法及び製造装置
KR101193678B1 (ko) 대구경 단결정 잉곳 제조방법
JP2016185884A (ja) 結晶の製造方法
JP2012091964A (ja) 多結晶シリコンの製造方法
CN116065137A (zh) 衬底处理设备
JP2013112539A (ja) シリコンインゴットの連続鋳造方法
JP2016185885A (ja) インゴットおよびインゴットの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right