KR20210044189A

KR20210044189A - 잉곳 넥 인상 속도의 이동 평균에 대한 모니터링을 수반하는 실리콘 잉곳 생산 방법

Info

Publication number: KR20210044189A
Application number: KR1020207038005A
Authority: KR
Inventors: 정 루; 춘성 우; 펑츠언 차이; 츠융 천; 영밍 서우; 시엔타 쳉
Original assignee: 글로벌웨이퍼스 씨오., 엘티디.
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2019-06-25
Publication date: 2021-04-22
Also published as: EP3814556A1; TW202014564A; CN112368428A; JP2021528356A; US20200002838A1; WO2020005909A1; SG11202012910YA

Abstract

넥 성장 동안의 인상 속도가 모니터링되는 단결정 실리콘 잉곳들을 생산하는 방법들이 개시된다. 전위들이 제거되지 않았고 넥이 넥에 달린 잉곳 메인 바디를 생산하는 데 적합하지 않은지를 결정하기 위해 인상 속도의 이동 평균이 계산되고 타겟 이동 평균과 비교될 수 있다.

Description

잉곳 넥 인상 속도의 이동 평균에 대한 모니터링을 수반하는 실리콘 잉곳 생산 방법

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2018년 6월 28일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/021,948호를 우선권 주장하며, 그 전체 개시내용은 그 전부가 참조로 본 명세서에 포함된다.

기술분야

본 개시의 분야는 넥 성장 동안의 인상 속도가 모니터링되는 단결정 실리콘 잉곳들을 생산하는 방법들에 관한 것이다. 일부 실시예들에서, 전위(dislocation)들이 제거되지 않았고 넥이 실리콘 잉곳 메인 바디를 생산하는 데 적합하지 않은지를 결정하기 위해 인상 속도의 이동 평균이 계산되고 타겟 이동 평균과 비교된다.

반도체 전자 컴포넌트들의 제작을 위한 대부분의 프로세스들에 대한 출발 물질인 단결정 실리콘이 흔히 초크랄스키("Cz") 방법에 의해 준비된다. 이 방법에서, 다결정 실리콘("폴리실리콘")은 도가니에 충전되고 용융되며, 시드 크리스탈이 용융된 실리콘과 접촉되고 단결정이 느린 추출에 의해 성장된다. 크리스탈 성장이 개시됨에 따라, 시드 크리스탈과 용융물이 접촉하는 열 충격으로 크리스탈에서 전위들이 생성된다. 이들 전위들은 시드 크리스탈과 크리스탈의 메인 바디 사이의 넥 영역에서 제거되지 않는 한 성장하는 크리스탈을 통해 전파되고 증식된다.

실리콘 단결정 내의 전위들을 제거하기 위한 기존의 방법들은, 크리스탈의 메인 바디의 성장을 개시하기 전에 전위들을 완전히 제거하기 위해 (예컨대, 6 mm/분 정도로 높은) 높은 크리스탈 인상 속도로 작은 직경(예컨대, 2 내지 4 mm)을 갖는 넥을 성장시키는 것을 수반하는 이른바 "대시 넥 방법(dash neck method)"을 포함한다. 일반적으로, 전위들은 대략 100 내지 약 125 mm의 넥이 성장된 후 이들 작은 직경 넥들에서 제거될 수 있다. 일단 전위들이 제거되면, 크리스탈의 직경은 “원추(cone)" 또는 "테이퍼(taper)" 부분을 형성하도록 확대된다. 크리스탈의 원하는 직경에 도달될 때, 실린더형 메인 바디는 대략 일정한 직경을 갖도록 성장된다.

전위들을 제거하기 위한 기존의 방법들이 대부분 성공적이지만, 이러한 방법들은 잉곳의 일정한 직경 부분 안으로 전파하는 전위들을 포함하는 일부 넥들을 초래할 수 있다. 이러한 잉곳들은 디바이스 제작에 적합하지 않고 높은 비용으로 폐기된다.

전위들이 없는 제2 넥의 성장을 허용하기 위해 전위들이 제거되지 않은 넥들이 검출될 수 있는 실리콘 잉곳들을 준비하는 방법들에 대한 요구가 존재한다.

이 구역은 아래에서 설명 및/또는 청구되는 본 개시의 다양한 양태들에 관련될 수 있는 다양한 기술 양태들을 독자에게 소개하도록 의도된다. 이 논의는 본 개시의 다양한 양태들의 더 나은 이해를 용이하게 하기 위한 배경 정보를 독자에게 제공함에 있어서 도움이 될 것이라 생각된다. 따라서, 이들 서술들은 이러한 관점에서 읽혀져야 하고, 선행 기술의 인정이라는 관점에서 읽혀지지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다.

본 개시의 하나의 양태는 넥과 넥에 달린 메인 바디를 갖는 단결정 실리콘 잉곳을 생산하는 방법에 관한 것이다. 시드 크리스탈이 도가니 내에 보유되는 실리콘 용융물과 접촉된다. 넥이 실리콘 용융물로부터 인상된다. 넥이 실리콘 용융물로부터 인상되는 인상 속도가 측정된다. 측정된 인상 속도로부터 이동 평균이 계산된다. 측정된 인상 속도의 이동 평균은 타겟 범위와 비교된다. 메인 바디가 넥에 달린 채로 이동 평균이 타겟 범위 내에 있으면 잉곳 메인 바디가 용융물로부터 인상된다.

본 개시의 다른 양태는 잉곳 메인 바디를 지지하는 데 사용되는 넥의 품질을 제어하는 방법에 관한 것이고, 넥은 실리콘 용융물로부터 인상된다. 넥이 실리콘 용융물로부터 인상되는 인상 속도가 측정된다. 측정된 인상 속도로부터 인상 속도의 이동 평균이 계산된다. 측정된 인상 속도의 이동 평균은 타겟 범위와 비교된다. 이동 평균이 타겟 범위 밖에 있으면 넥 성장을 종단하기 위해 신호가 전송된다.

본 개시의 다른 추가의 양태는 단결정 실리콘 잉곳을 생산하는 시스템에 관한 것이다. 시스템은 실리콘 잉곳이 인상되는 크리스탈 인상기를 포함한다. 시스템은 크리스탈 인상기 내에 다결정 실리콘 용융물을 보유하는 도가니를 포함한다. 시드 크리스탈 척이 실리콘 용융물과 접촉하기 위한 시드를 고착시킨다. 시스템은 잉곳 메인 바디가 달리는 넥의 성장을 제어하는 제어 유닛을 포함한다. 제어 유닛은 넥의 인상 속도를 조절한다. 제어 유닛은 인상 속도의 이동 평균을 계산하고 이동 평균과 타겟 이동 평균을 비교하도록 구성된다. 제어 유닛은 인상 속도가 타겟 이동 평균에서 벗어날 때 넥을 종단시킨다.

본 개시의 위에서 언급된 양태들에 관하여 논의된 특징들의 다양한 리파인먼트들이 존재한다. 추가의 특징들은 본 개시의 위에서 언급된 양태들에도 또한 통합될 수 있다. 이들 리파인먼트들 및 추가의 특징들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 존재할 수 있다. 예를 들면, 본 개시의 예시된 실시예들 중 임의의 것에 관하여 아래에서 논의되는 다양한 특징들은 본 개시의 위에서 설명된 양태들 중 임의의 것에, 단독으로 또는 임의의 조합으로 포함될 수 있다.

도 1은 단결정 실리콘 잉곳을 형성하기 위한 인상 장치의 개략적인 측면도이고;
도 2는 초크랄스키 방법에 의해 성장되는 단결정 실리콘 잉곳의 부분 정면도이고;
도 3은 실리콘 용융물로부터 단결정 실리콘 잉곳을 인상하는 데 사용되는 크리스탈 인상기 장치의 단면이고;
도 4는 넥 인상 속도의 이동 평균에 기초하여 넥 성장을 조절하기 위한 예시적인 제어 시스템의 블록도이고;
도 5는 예시적인 서버 시스템의 블록도이고;
도 6은 예시적인 컴퓨팅 디바이스의 블록도이고;
도 7은 단결정 실리콘 잉곳의 성장 동안 실제 넥 인상 속도 및 넥 인상 속도의 3 분 이동 평균의 그래프이고;
도 8은 도 7의 실제 넥 성장 인상 속도의 0.5 분 이동 평균, 1 분 이동 평균 및 2 분 이동 평균의 그래프이고;
도 9는 도 7의 실제 넥 성장 인상 속도의 2 분 이동 평균, 3 분 이동 평균 및 5 분 이동 평균의 그래프이고;
도 10은 전위들이 있는 넥들 및 전위 없는 넥들에 대한 실제 넥 인상 속도들의 그래프이고;
도 11은 전위들이 있는 넥들 및 전위 없는 넥들에 대한 넥 인상 속도들의 2 분 이동 평균의 그래프이고;
도 12는 전위들이 있는 넥들 및 전위 없는 넥들에 대한 넥 인상 속도들의 5 분 이동 평균의 그래프이고;
도 13은 전위들이 제거되지 않았던 넥들 및 전위 없는 넥들에 대한 넥 인상 속도들의 10 분 이동 평균의 그래프이다.
대응하는 참조 부호들이 도면들의 전체에 걸쳐 대응하는 부분들을 나타낸다.

본 개시의 준비들은 넥이 잉곳 성장에 적합한지를 또는 넥이 종단되어야(예컨대, 인상기로부터 제거되거나 또는 녹아 내릴 용융물로 반환되어야) 하는지를 결정하기 위해 잉곳의 넥 부분의 품질이 모니터링되는 단결정 실리콘 잉곳을 생산하는 방법들에 관한 것이다. 본 개시의 실시예들에 따라 그리고 도 1을 참조하여, 잉곳은 잉곳 인상기(23)의 도가니(22) 내에 보유되는 실리콘 용융물(44)로부터 잉곳이 인출되는 이른바 초크랄스키 프로세스에 의해 성장된다.

잉곳 인상기(23)는 크리스탈 성장 챔버(12)와 크리스탈 성장 챔버(12)보다 작은 횡단 치수를 갖는 인상 챔버(8)를 정의하는 하우징(25)을 포함한다. 성장 챔버(12)는 성장 챔버(12)에서부터 좁은 인상 챔버(8)로 전환하는 대략 돔 형상 상부 벽(45)을 갖는다. 잉곳 인상기(23)는 크리스탈 성장 동안 하우징(25)에 프로세스 가스를 도입하고 하우징으로부터 프로세스 가스를 제거하는 데 사용될 수 있는 입구 포트(7) 및 출구 포트(11)를 포함한다.

잉곳 인상기(23) 내의 도가니(22)는 실리콘 잉곳이 인발되는 다결정 실리콘 용융물(44)을 포함한다. 실리콘 용융물(44)은 도가니(22)에 충전된 다결정 실리콘을 용융시킴으로써 획득된다. 도가니(22)는 잉곳 인상기(23)의 중심 길이방향 축(X)을 중심으로 도가니의 회전을 위해 턴테이블(31) 상에 장착된다.

가열 시스템(39)(예컨대, 전기 저항 히터)이 용융물(44)을 생성하도록 실리콘 충전물을 용융시키기 위해 도가니(22)를 둘러싼다. 히터(39)는 미국 특허 제8,317,919호에 도시된 바와 같이 도가니 아래로 또한 연장될 수 있다. 히터(39)는 용융물(44)의 온도가 인상 프로세스 내내 정확히 제어되도록 제어 시스템(도시되지 않음)에 의해 제어된다. 히터(39)를 둘러싸는 절연물(도시되지 않음)은 하우징(25)을 통해 손실되는 열의 양을 감소시킬 수 있다. 잉곳 인상기(23)는 고체-용융물 계면에서 축방향 온도 경사도를 증가시키기 위해 잉곳을 도가니(22)의 열로부터 차단하기 위한 반사체 어셈블리(32)(도 3)를 용융물 표면(40) 위에 또한 포함할 수 있다.

인상 메커니즘(42)(도 4)이 그 메커니즘으로부터 아래로 연장되는 인상 와이어(26)(도 1)에 부착된다. 인상 메커니즘(42)은 인상 와이어(26)를 상승 및 하강시킬 수 있다. 잉곳 인상기(23)는 인상기의 유형에 의존하여, 와이어가 아니라, 인상 샤프트를 가질 수 있다. 인상 와이어(26)는 실리콘 잉곳을 성장시키는 데 사용되는 시드 크리스탈(6)을 보유하는 시드 크리스탈 척(34)을 포함하는 인상 조립체(58)에서 종단된다. 잉곳을 성장시킴에 있어서, 인상 메커니즘은 시드 크리스탈(6)이 실리콘 용융물(44)의 표면과 접촉할 때까지 그 시드 크리스탈을 하강시킨다. 일단 시드 크리스탈(6)이 용융되기 시작하면, 인상 메커니즘(42)은 단결정 잉곳을 성장시키기 위해 성장 챔버(12) 및 인상 챔버(8)를 통해 시드 크리스탈(6)을 위로 천천히 상승시킨다. 인상 메커니즘(42)(도 2)이 시드 크리스탈(6)을 회전시키는 속력과 인상 메커니즘(42)이 시드 크리스탈(6)을 상승시키는 속력은 제어 유닛(143)에 의해 제어된다.

프로세스 가스가 입구 포트(7)를 통해 하우징(25) 안으로 도입되고 출구 포트(11)로부터 인출된다. 프로세스 가스는 하우징 내에 분위기를 생성하고 용융물과 분위기는 용융물-가스 계면을 형성한다. 출구 포트(11)는 잉곳 인상기의 배기 시스템(도시되지 않음)과 유체 연통된다.

본 개시의 실시예들과, 일반적으로, 초크랄스키 방법에 따라 생산되는 단결정 실리콘 잉곳(10)이 도 2에 도시된다. 잉곳(10)은 넥(24), 외측으로 벌어지는 부분(16)(동의어로 "원추"), 어깨(18) 및 일정 직경 메인 바디(20)를 포함한다. 넥(24)은 잉곳(10)을 형성하기 위해 용융물과 접촉되었고 인출되었던 시드 크리스탈(6)에 부착된다. 일단 잉곳의 원추 부분(16)이 형성되기 시작하면 넥(24)은 종단된다.

메인 바디(20)의 일정한 직경 부분은 원주 에지(50), 원주 에지에 평행한 중심축(X) 및 중심축에서부터 원주 에지까지 연장되는 반경(R)을 갖는다. 중심축(X)은 또한 원추 부분(16)과 넥(24)을 통과한다. 메인 잉곳 바디(20)의 직경은 가변할 수 있고, 일부 실시예들에서, 그 직경은 약 150 mm, 약 200 mm, 약 300 mm, 약 300 mm 초과, 약 450 mm 또는 심지어 약 450 mm 초과일 수 있다.

단결정 실리콘 잉곳(10)은 일반적으로 임의의 저항률을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 잉곳(10)의 저항률은 약 20 mohm-cm 미만, 약 10 mohm-cm 미만, 또는 약 1 mohm-cm 미만(예컨대, 0.01 mohm-cm 내지 약 20 mohm-cm 또는 0.1 mohm-cm 내지 약 20 mohm-cm)일 수 있다.

단결정 실리콘 잉곳(10)은 도핑될 수 있다. 일부 실시예들에서, 잉곳은 적어도 약 1×10¹³/cm³(예컨대, 약 1×10¹³/cm³ 내지 약 1×10¹⁵/cm³)의 질소 농도로 질소 도핑된다. 위에서 설명된 저항률 및 도핑 범위들은 예시적인 것이고 달리 언급되지 않는 한 제한하는 의미로 간주되지 않아야 한다.

일반적으로, 잉곳이 인발되는 용융물은 실리콘 충전재를 형성하기 위해 다결정 실리콘을 도가니(22)(도 1) 안으로 로딩함으로써 형성된다. 예를 들어, 유동층(fluidized bed) 반응기에서의 실란 또는 할로실란의 열 분해에 의해 생산되는 입상 다결정 실리콘 또는 지멘스 반응기에서 생산되는 다결정 실리콘을 포함하여 다결정 실리콘의 다양한 소스들이 사용될 수 있다. 일단 다결정 실리콘이 충전재를 형성하기 위해 도가니에 추가되면, 충전재는 충전재를 용융시키기 위해 대략 실리콘의 용융 온도(예컨대, 약 1412℃) 위의 온도로 가열된다. 일부 실시예들에서, 충전재(즉, 결과적인 용융물)는 적어도 약 1425℃, 적어도 약 1450℃ 또는 심지어 적어도 약 1500℃의 온도로 가열 시스템(39)에 의해 가열된다. 일단 충전재가 실리콘 용융물을 형성하도록 액화되면, 실리콘 시드 크리스탈(6)은 용융물과 접촉하도록 하강된다. 그 다음에 크리스탈(6)은 실리콘이 부착된 (즉, 넥(24)이 형성된) 용융물로부터 인출됨으로써 용융물의 표면 근처 또는 용융물의 표면에 용융물-고체 계면을 형성한다. 넥의 형성 후, 넥(24)에 인접한 외측으로 벌어지는 원추 부분(16)은 성장된다. 그 다음에 원추 부분(16)에 인접한 일정 직경을 갖는 메인 잉곳 바디(20)는 성장된다.

일부 실시예들에서, 메인 바디(20)의 성장 동안 용융물-고체 계면에서의 열 전달은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 일반적으로 알려진 온도 경사도를 조작할 수 있는 반사체, 방사 차폐물, 열 차폐물, 절연 링, 퍼지관(purge tube) 또는 임의의 다른 유사한 디바이스와 같은 디바이스에 의해 제어된다. 열 전달은 크리스탈 용융물에 인접하거나 또는 아래의 히터들에 공급되는 전력을 조절함으로써 또는 도가니 회전 또는 용융물에서의 자속을 제어함으로써 또한 제어될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 용융물-고체 계면에서의 열 전달은 도 3에 도시된 바와 같이 용융물 표면에 근접한 반사체를 사용하여 제어된다. 아래에서 설명되는 본 개시의 방법들은 이러한 반사체를 참조하여 일반적으로 설명되지만, 본 개시의 방법들은 위에서 열거된 다른 열 전달 제어 디바이스들에 또한 적용 가능하고 반사체의 사용에 대한 본 개시에서의 언급은 제한하는 의미로 고려되지 않아야 한다는 것에 주의해야 한다. 넥(24)의 형성 동안, 열 전달은 반사체와 같은 디바이스 또는 방사 차폐물, 열 차폐물, 절연 링 또는 퍼지관과 같은 다른 디바이스의 사용에 의해 통상적으로 제어된다.

도 3을 이제 참조하면, 크리스탈 인상 장치의 부분이 도시된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 잉곳 넥(24)이 용융물 표면(40)으로부터 인상되었고 잉곳의 원추 부분(16)은 형성되기 시작한다. 장치는 도가니(22)와 반사체 어셈블리(32)(동의어로 "반사체")를 포함한다. 해당 기술분야에서 공지된 바와 같이, 핫 존 장치, 이를테면 반사체 어셈블리(32)는 열 및/또는 가스 흐름 관리 목적들로 도가니(22) 내에 종종 배치된다. 예를 들어, 반사체(32)는, 일반적으로, 자신 아래 및 용융물(44) 위에서 열을 유지하도록 구성되는 열 차폐물이다. 이와 관련하여, 본 기술분야에서 공지된 임의의 반사체 설계 및 구성 재료(예컨대, 흑연 또는 회색 석영)가 제한 없이 사용될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 반사체 어셈블리(32)는 잉곳이 크리스탈 용융물(44)로부터 통과하여 인상되는 중앙 개구부를 정의하는 내부 표면(38)을 갖는다.

본 개시의 실시예들에 따라, 넥(24)이 실리콘 용융물(44)로부터 인상됨에 따라, 넥이 용융물(44)로부터 인상되는 인상 속도는 측정된다. 측정된 인상 속도로부터 이동 평균이 계산되고 이동 평균은 이동 평균의 타겟 범위와 비교된다. 이동 평균이 타겟 범위 내에 있으면, 성장은 계속되고 잉곳의 일정한 직경 부분(20) 또는 "메인 바디"는 메인 바디(20)를 지지하는 넥(24)으로 형성된다(즉, 넥에 연결된 메인 바디가 형성된다). 이동 평균이 타겟 범위 내에 있지 않으면, 메인 바디는 인상 사이클에 형성되지 않는다. 넥은 용융물로 반환되거나 또는 인상기로부터 제거되고 제2 넥이 잉곳 메인 바디의 성장을 위해 형성된다. 제2 넥은 그것의 성장 속도가 타겟 범위 내에 있는지를 결정하기 위해 또한 분석될 수 있다.

넥 인상 속도는 직접 측정될 수 있거나 또는 제어 유닛에 의해 측정되는(예컨대, 출력 신호들로부터 측정되는) 인상 속도, 이를테면 원하는 넥 직경을 제공하도록 계산되는 인상 속도일 수 있다. 제어 유닛은 넥 인상 속도를 조절하기 위해 협력하는 하나 이상의 센서들(예컨대, 인상 메커니즘(42)과 통합되는 센서들 및/또는 잉곳 직경 센서들)과 통합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 가열 시스템 전력은 넥 인상 속도를 측정하는 동안 비교적 일정하게 유지된다. 예를 들어, 가열 시스템의 출력 전력은 평균 또는 타겟 전력의 약 +/-0.5 kW 또는 심지어 평균 또는 타겟 전력의 약 +/-0.25 kW 내에서 유지될 수 있다.

예시적인 제어 시스템(90)이 도 4에 도시된다. 넥의 직경은 직경 센서(98)에 의해 감지될 수 있다. 예시적인 직경 센서들(98)은 카메라들, 고온계들, 포토 다이오드들, PMT(photomultiplier tube) 등을 포함한다. 센서(98)는 넥의 직경에 관련된 신호를 제어 유닛(143)에 중계한다. 제어 유닛(143)은 인상 속도를 증가 또는 감소시키기 위해서 신호를 인상 메커니즘(42)에 전송하는 것에 의해 넥의 직경을 조절함으로써, 넥의 직경이 증가 또는 감소되게 한다. 넥이 성장됨에 따라, 제어 유닛(143)에 의해 결정된 바와 같은 인상 속도는 가변한다.

일부 실시예들에서, 넥 인상 속도의 이동 평균은 넥이 인상되는 시간에 대해 평균화된다(예컨대, 인상 속도는 시간의 간격들에서 측정되고 시구간에 대한 이동 평균이 계산된다). 일부 실시예들에서, 시간 평균된 넥 인상 속도가 적어도 이전 약 5 초, 또는 적어도 이전 약 30 초, 적어도 이전 약 1 분, 적어도 이전 약 2 분, 적어도 이전 약 5 분 또는 적어도 이전 약 10 분(예컨대, 이전 약 5 초 내지 이전 약 25 분, 이전 약 30 초 내지 이전 약 20 분, 또는 이전 약 2 분 내지 이전 약 10 분)에 걸친 평균인 평균으로 계산된다.

다른 실시예들에서, 넥 인상 속도의 이동 평균은 넥의 길이에 걸쳐 평균화된다(예컨대, 인상 속도는 넥의 길이의 간격들에서 측정되고 넥의 길이에 걸친 이동 평균이 계산된다). 일부 실시예들에서, 길이 평균된 넥 인상 속도는 적어도 이전 약 0.2 mm, 적어도 이전 약 1 mm, 적어도 이전 약 2 mm, 적어도 이전 약 4 mm, 적어도 이전 약 10 mm 또는 적어도 이전 약 20 mm(예컨대, 이전 약 0.2 mm 내지 이전 약 50 mm, 또는 이전 약 4 mm 내지 이전 약 20 mm)에 걸친 평균인 평균으로 계산된다.

이동 평균이 계산됨에 따라, 계산된 이동 평균은 타겟 이동 평균과 비교된다. 제어 유닛은 넥 직경을 조절하는 데 및/또는 이동 평균을 계산하는 데 사용되는 동일한 제어 유닛(143)(도 4)일 수 있거나 또는 상이한 제어 유닛일 수 있다.

제어 유닛(143)은, 비제한적으로, 직경 센서(98)를 포함하는 크리스탈 인상기(23)의 다양한 센서들로부터 수신된 신호들을 프로세싱하는 프로세서(144)를 포함할 수 있다. 제어 유닛(143)은 가열 시스템(39)(도 1), 가스 흐름 제어기(예컨대, 아르곤 흐름 제어기), 용융물 표면 온도 센서, 및 그것들의 임의의 조합을 포함하는 다른 센서들 또는 디바이스들과 또한 통신할 수 있다.

제어 유닛(143)은 컴퓨터 시스템일 수 있다. 컴퓨터 시스템들은, 본 개시에서 설명되는 바와 같이, 임의의 알려진 컴퓨팅 디바이스 및 컴퓨터 시스템을 말한다. 본 개시에서 설명되는 바와 같이, 모든 이러한 컴퓨터 시스템들은 프로세서와 메모리를 포함한다. 그러나, 본 개시에서 언급되는 컴퓨터 시스템에서의 임의의 프로세서가 하나 이상의 프로세서들을 또한 지칭할 수 있는데, 그 프로세서는 하나의 컴퓨팅 디바이스 또는 병렬로 동작하는 복수의 컴퓨팅 디바이스들에 있을 수 있다. 덧붙여, 본 개시에서 언급되는 컴퓨터 디바이스에서의 임의의 메모리가 하나 이상의 메모리들을 또한 지칭할 수 있는데 그 메모리들은 하나의 컴퓨팅 디바이스 또는 병렬로 동작하는 복수의 컴퓨팅 디바이스들에 있을 수 있다.

프로세서라는 용어는, 본 개시에서 사용되는 바와 같이, 중앙 프로세싱 유닛들, 마이크로프로세서들, 마이크로제어기들, 축소 명령 세트 회로들(reduced instruction set circuits)(RISC), 주문형 집적회로들(application specific integrated circuits)(ASIC), 로직 회로들, 및 본 개시에서 설명되는 기능들을 실행할 수 있는 임의의 다른 회로 또는 프로세서를 지칭한다. 상기한 바는 예들일 뿐이고, 따라서 "프로세서"라는 용어의 정의 및/또는 의미를 임의의 방식으로 제한하려고 의도된 것이 아니다.

본 개시에서 사용되는 바와 같이, "데이터베이스"라는 용어는 데이터 바디, 관계형 데이터베이스 관리 시스템(relational database management system)(RDBMS), 또는 둘 다를 지칭할 수 있다. 본 개시에서 사용되는 바와 같이, "데이터베이스"라는 용어는 계층적 데이터베이스들, 관계형 데이터베이스들, 플랫 파일(flat file) 데이터베이스들, 객체-관계형 데이터베이스들, 객체 지향 데이터베이스들, 및 컴퓨터 시스템에 저장되는 레코드들 또는 데이터의 임의의 다른 구조화된 컬렉션을 포함한 데이터의 임의의 컬렉션을 포함할 수 있다. 위의 예들은 예시일 뿐이고, 따라서, 데이터베이스라는 용어의 정의 및/또는 의미를 임의의 방식으로 제한하려는 의도는 아니다. RDBMS들의 예들은 Oracle® Database, MySQL, IBM® DB2, Microsoft® SQL Server, Sybase®, 및 PostgreSQL을 포함하지만 그것들만을 포함하는 것으로 제한되지 않는다. 그러나, 위에 설명된 시스템들 및 방법들을 가능하게 하는 임의의 데이터베이스가 사용될 수 있다. (Oracle은 캘리포니아 주, 레드우드 쇼어스의 오라클 코오퍼레이션의 등록된 상표명이며; IBM은 뉴욕 주, 아몽크의 국제사업기계공사의 등록된 상표명이며; Microsoft는 워싱턴 주, 레드몬드의 마이크로소프트 코오퍼레이션의 등록된 상표명이며; 그리고 Sybase는 캘리포니아 주, 더블린의 사이베이스의 등록된 상표명이다.)

하나의 실시예에서, 컴퓨터 프로그램이 제어 유닛(143)을 인에이블시키기 위해 제공되고, 이 프로그램은 컴퓨터 판독가능 매체 상에 수록된다. 예시적인 실시예에서, 컴퓨터 시스템은, 서버 컴퓨터에의 연결을 요구하는 일 없이, 단일 컴퓨터 시스템 상에서 실행된다. 추가의 실시예에서, 컴퓨터 시스템은 Windows® 환경(Windows는 워싱턴 주 레드몬드의 마이크로소프트 코오퍼레이션의 등록된 상표명이다)에서 실행된다. 또 다른 실시예에서, 컴퓨터 시스템은 메인프레임 환경 및 UNIX® 서버 환경(UNIX는 영국 버크셔 주 리딩에 위치된 X/Open Company Limited의 등록된 상표명이다) 상에서 실행된다. 대안적으로, 컴퓨터 시스템은 임의의 적합한 운영 체제 환경에서 실행된다. 컴퓨터 프로그램은 유연하고 임의의 주요 기능을 손상시키는 일 없이 다양한 상이한 환경들에서 실행되도록 설계된다. 일부 실시예들에서, 컴퓨터 시스템은 복수의 컴퓨팅 디바이스들 중에 분산되는 다수의 컴포넌트들을 포함한다. 하나 이상의 컴포넌트들은 컴퓨터 판독가능 매체에 수록되는 컴퓨터 실행가능 명령들의 형태일 수 있다.

컴퓨터 시스템들 및 프로세스들은 본 개시에서 설명되는 특정 실시예들로 제한되지 않는다. 덧붙여서, 각각의 컴퓨터 시스템의 컴포넌트들 및 각각의 프로세스는 본 개시에서 설명되는 다른 컴포넌트들 및 프로세스들과는 독립적으로 실행되고 그것들과는 별개일 수 있다. 각각의 컴포넌트 및 프로세스는 또한 다른 어셈블리 패키지들 및 프로세스들과 조합하여 사용될 수 있다.

하나의 실시예에서, 컴퓨터 시스템은 서버 시스템으로서 구성될 수 있다. 도 5는 직경 센서(98)를 비제한적으로 포함하는 하나 이상의 센서들로부터의 측정결과들을 수신하는 데 뿐만 아니라, 비제한적으로 인상 메커니즘(42) 및 넥 종단 메커니즘(152)을 포함하는 크리스탈 인상기(23)의 하나 이상의 디바이스들을 제어하는 데 사용되는 서버 시스템(301)의 예시적인 구성을 도시한다. 도 4를 다시 참조하면, 서버 시스템(301)은 데이터베이스 서버를 또한 포함할 수 있으나 그것으로 제한되지 않는다. 이 예시적인 실시예에서, 서버 시스템(301)은 본 개시에서 설명되는 바와 같은 시스템(90)의 하나 이상의 디바이스들을 제어하는 데 사용되는 단계들의 모두를 수행한다.

서버 시스템(301)은 명령들을 실행하기 위한 프로세서(305)를 포함한다. 명령들은, 예를 들어, 메모리 영역(310)에 저장될 수 있다. 프로세서(305)는 명령들을 실행하기 위한 (예컨대, 멀티 코어 구성의) 하나 이상의 프로세싱 유닛들을 포함할 수 있다. 그 명령들은 UNIX, LINUX, Microsoft Windows® 등과 같은 서버 시스템(301) 상의 다양한 상이한 운영 체제들 내에서 실행될 수 있다. 컴퓨터 기반 방법의 개시 시, 다양한 명령들이 초기화 동안 실행될 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. 일부 동작들은 본 개시에서 설명되는 하나 이상의 프로세스들을 수행하기 위하여 요구될 수 있는 한편, 다른 동작들은 특정 프로그래밍 언어(예컨대, C, C#, C++, Java, 또는 임의의 다른 적합한 프로그래밍 언어들)에 더 일반적 및/또는 특정적일 수 있다.

프로세서(305)는 서버 시스템(301)이 사용자 시스템 또는 다른 서버 시스템(301)과 같은 원격 디바이스와 통신할 수 있도록 통신 인터페이스(315)에 동작적으로 커플링된다. 예를 들어, 통신 인터페이스(315)는 요청들(예컨대, 센서 입력들을 수신하고 클라이언트 시스템으로부터 인터넷을 통해 크리스탈 인상기(23)의 하나 이상의 디바이스들을 제어하기 위한 상호작용 사용자 인터페이스를 제공하라는 요청들)을 수신할 수 있다.

프로세서(305)는 저장 디바이스(134)에 또한 동작적으로 커플링될 수 있다. 저장 디바이스(134)는 데이터를 저장 및/또는 취출하기 위한 임의의 컴퓨터 동작 하드웨어이다. 일부 실시예들에서, 저장 디바이스(134)는 서버 시스템(301)에 통합된다. 예를 들어, 서버 시스템(301)은 저장 디바이스(134)로서의 하나 이상의 하드 디스크 드라이브들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 저장 디바이스(134)는 서버 시스템(301) 외부에 있고 복수의 서버 시스템들(301)에 의해 액세스될 수 있다. 예를 들어, 저장 디바이스(134)는 RAID(redundant array of inexpensive disks) 구성으로 하드 디스크들 또는 고체 상태 디스크들과 같은 다수의 저장 유닛들을 포함할 수 있다. 저장 디바이스(134)는 스토리지 영역 네트워크(storage area network)(SAN) 및/또는 네트워크 부속 스토리지(network attached storage)(NAS) 시스템을 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 프로세서(305)는 저장 인터페이스(320)를 통해 저장 디바이스(134)에 동작적으로 커플링된다. 저장 인터페이스(320)는 프로세서(305)에 저장 디바이스(134)에 대한 액세스를 제공할 수 있는 임의의 컴포넌트이다. 저장 인터페이스(320)는, 예를 들어, ATA(Advanced Technology Attachment) 어댑터, SATA(Serial ATA) 어댑터, SCSI(Small Computer System Interface) 어댑터, RAID 제어기, SAN 어댑터, 네트워크 어댑터, 및/또는 프로세서(305)에 저장 디바이스(134)에 대한 액세스를 제공하는 임의의 컴포넌트를 포함할 수 있다.

메모리 영역(310)은 다이나믹 RAM(DRAM) 또는 스태틱 RAM(SRAM), 판독전용 메모리(read-only memory)(ROM), 소거가능 프로그램가능 판독전용 메모리(erasable programmable read-only memory)(EPROM), 전기 소거가능 프로그램가능 판독전용 메모리(electrically erasable programmable read-only memory)(EEPROM), 및 비휘발성 RAM(non-volatile)(NVRAM)과 같은 랜덤 액세스 메모리(random access memory)(RAM)를 비제한적으로 포함할 수 있다. 위의 메모리 유형들은 예시적인 것일 뿐이고, 따라서 컴퓨터 프로그램의 저장을 위해 사용 가능한 메모리 유형들에 관해 제한하지 않는다.

다른 실시예에서, 컴퓨터 시스템은 컴퓨팅 디바이스, 이를테면 컴퓨팅 디바이스(402)(도 6에 도시됨)의 형태로 제공될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스(402)는 명령들을 실행하기 위한 프로세서(404)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 실행가능 명령들은 메모리 영역(406)에 저장된다. 프로세서(404)는 (예컨대, 멀티 코어 구성의) 하나 이상의 프로세싱 유닛들을 포함할 수 있다. 메모리 영역(406)은 실행가능 명령들 및/또는 다른 데이터와 같은 정보가 저장되기 취출되는 것을 허용하는 임의의 디바이스이다. 메모리 영역(406)은 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 제어 유닛(143)의 컴퓨팅 디바이스에 포함되는 메모리는 복수의 모듈들을 포함할 수 있다. 각각의 모듈은 적어도 하나의 프로세서를 사용하여 실행하도록 구성되는 명령들을 포함할 수 있다. 복수의 모듈들에 포함되는 명령들은 컴퓨팅 디바이스의 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행될 때 본 개시에서 설명되는 바와 같이 복수의 프로세스 파라미터들을 동시에 조절하기 위한 방법의 적어도 일부를 구현할 수 있다. 컴퓨팅 디바이스의 메모리에 저장되는 모듈들의 비제한적인 예들은 하나 이상의 센서들로부터 측정결과들을 수신하는 제1 모듈과 시스템(90)의 하나 이상의 디바이스들을 제어하는 제2 모듈을 포함한다.

컴퓨팅 디바이스(402)는 사용자(400)에게 정보를 제시하기 위한 하나의 미디어 출력 컴포넌트(408)를 또한 포함한다. 미디어 출력 컴포넌트(408)는 사용자(400)에게 정보를 전달할 수 있는 임의의 컴포넌트이다. 일부 실시예들에서, 미디어 출력 컴포넌트(408)는 비디오 어댑터 및/또는 오디오 어댑터와 같은 출력 어댑터를 포함한다. 출력 어댑터가 프로세서(404)에 동작적으로 커플링되고 디스플레이 디바이스(예컨대, 액정 디스플레이(liquid crystal display)(LCD), 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode)(OLED) 디스플레이, 음극선관(cathode ray tube)(CRT), 또는 "전자 잉크" 디스플레이) 또는 오디오 출력 디바이스(예컨대, 스피커 또는 헤드폰들)와 같은 출력 디바이스에 동작적으로 커플링되도록 추가로 구성된다.

일부 실시예들에서, 클라이언트 컴퓨팅 디바이스(402)는 사용자(400)로부터의 입력을 수신하기 위한 입력 디바이스(410)를 포함한다. 입력 디바이스(410)는, 예를 들어, 키보드, 포인팅 디바이스, 마우스, 스타일러스, 터치 감응 패널(예컨대, 터치 패드 또는 터치 스크린), 카메라, 자이로스코프, 가속도계, 포지션 검출기, 및/또는 오디오 입력 디바이스를 포함할 수 있다. 터치 스크린과 같은 단일 컴포넌트가 미디어 출력 컴포넌트(408)의 출력 디바이스 및 입력 디바이스(410) 둘 다로서 기능을 할 수 있다.

컴퓨팅 디바이스(402)는 서버 시스템(302) 또는 웹 서버와 같은 원격 디바이스에 통신적으로 커플링하도록 구성되는 통신 인터페이스(412)를 또한 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(412)는, 예를 들어, 모바일 폰 네트워크(예컨대, GSM(Global System for Mobile communications), 3G, 4G 또는 블루투스) 또는 다른 모바일 데이터 네트워크(예컨대, WIMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access))와 함께 사용하기 위한 유선 또는 무선 네트워크 어댑터 또는 무선 데이터 트랜시버를 포함할 수 있다.

메모리(406)에 저장된 것들은, 예를 들어, 미디어 출력 컴포넌트(408)를 통해 사용자(400)에게 사용자 인터페이스를 제공하고, 옵션적으로 입력 디바이스(410)로부터의 입력을 수신하고 프로세싱하기 위한 컴퓨터 판독가능 명령들이다. 사용자 인터페이스가 다른 기능들도 있지만 무엇보다도, 웹 브라우저와 애플리케이션을 포함할 수 있다. 웹 브라우저들은 사용자들(400)이 통상적으로 웹 서버로부터의 웹 사이트 또는 웹 페이지에 내장되는 미디어 및 다른 정보를 디스플레이하고 상호작용하는 것을 가능하게 한다. 애플리케이션이 사용자들(400)이 서버 애플리케이션과 상호작용하는 것을 허용한다. 사용자 인터페이스는, 웹 브라우저 및 애플리케이션 중 하나 또는 둘 다를 통해, 낮은 산소 함유량을 갖는 단결정 실리콘 잉곳을 생산하는 프로세스에 관련된 정보의 디스플레이를 용이하게 한다.

제어 유닛(143)은 계산된 이동 평균과 타겟 이동 평균을 비교한다. 타겟 이동 평균은 메모리(310)(도 5), 데이터베이스 또는 룩업 테이블에 저장될 수 있다. 타겟 이동 평균은 사용자 입력 디바이스(410)(도 6)에 의해 사용자에 의해 입력될 수 있다.

타겟 이동 평균은 특정 크리스탈 인상기(23)(도 1) 및/또는 반사체 어셈블리(32)(도 3)에 의존하여 가변할 수 있다. 일반적으로, 타겟 이동 평균은 본 기술분야의 숙련된 자들이 이용 가능한 임의의 방법에 의해 특정 인상기 및/또는 반사체 구성에 대해 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 타겟 이동 평균은 (1) 넥 인상 속도의 이동 평균을 모니터링하는 동안 복수의 넥들 (및 옵션적으로 잉곳 메인 바디들)을 성장시키는 것과 (2) 넥 성장의 끝까지 전위가 없는(즉, 제로 전위) 것이 아니었던 넥들에 대한 넥 인상 속도들의 이동 평균을 결정하는 것에 의해 결정된다. 평균화의 지속기간은 동일하거나 또는 유사한 방식으로 결정될 수 있다. 넥의 제로 전위는 장식적인(decorative) 에치 또는 XRT(X-ray topography) 등 후에 현미경 검사에 의해 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 넥 인상 속도의 타겟 이동 평균은 최대 이동 평균(예컨대, 초과되면, 넥 성장이 아래에서 더 설명되는 바와 같이 종단되는 결과를 초래하는 이동 평균)이다. 타겟 이동 평균은 최소 이동 평균(예컨대, 이동 평균이 타겟 최소 이동 평균 아래로 이동하면, 넥 성장은 종단되는 이동 평균)을 또한 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서(그리고 크리스탈 인상기 구성에 의존하여), 크리스탈 인상 속도의 이동 평균에 대한 타겟은 (예컨대, 2, 5 또는 10 분 이동 평균들에서는) 3 mm/분 이하, 4 mm/분 이하, 4.5 mm/분 이하(예컨대, 1 mm/분 내지 4.5 mm/분 또는 1 mm/분 내지 4.0 mm/분)이다. 넥 인상 속도의 타겟 이동 평균들은 예시적이고 달리 언급되지 않는 한 다른 타겟 이동 평균들이 사용될 수 있다는 것에 주의해야 한다.

이동 평균은 넥의 전체 길이에 걸쳐 또는 넥의 부분(예컨대, 길이의 적어도 25%, 길이의 적어도 50% 또는 적어도 75%)에 대해서만 계산되고 타겟 이동 평균과 비교될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 넥(24)은 적어도 100 mm, 적어도 150 mm, 또는 적어도 약 200 mm(예컨대, 약 100 mm 내지 약 400 mm, 약 100 mm 내지 약 300 mm, 또는 약 150 mm 내지 약 250 mm)의 길이를 갖는다. 다양한 실시예들에서, 잉곳의 일정한 직경 부분은 약 1500 mm 내지 약 2500 mm 또는 약 1700 mm 내지 약 2100 mm의 길이를 가질 수 있다.

본 개시의 실시예들에 따라, 이동 평균이 타겟 이동 평균에서 벗어나면(예컨대, 최대 이동 평균을 초과하면), 제어 유닛은 종단 메커니즘(152)(도 4)에 신호를 전송한다. 예를 들어, 종단 메커니즘(152)은 인상 속도의 이동 평균이 인상 속도의 타겟 범위 밖에 있다는 것과 그리고/또는 넥이 전위들을 포함할 수 있고 잉곳의 메인 바디의 성장을 위해 사용되지 않아야 한다는 것을 기술자에게 경고하는 알람과 같은 경고 신호일 수 있다. 이러한 실시예들에서, 기술자는 넥을 용융하기 위해 그리고 제2 넥의 성장을 위해 넥이 용융물로 반환되게 할 수 있거나 또는 기술자는 넥으로 하여금 단부 원추를 형성하게 할 수 있고 잉곳 인상기로부터 넥을 제거할 수 있다. 일부 실시예들에서, 종단 메커니즘(152)은 인상 메커니즘(42)이다. 이러한 실시예들에서, 제어 유닛(143)은 신호를 인상 메커니즘(42)에 전송하여 인상 메커니즘(42)이 넥을 용융하기 위해 넥을 용융물로 하강하게 한다.

넥이 종단된(예컨대, 녹이기 위해 용융물로 반환된) 후, 제2 넥이 성장될 수 있다. 크리스탈 인상기는 척과 시드가 충분히 예열되는 것을 허용하기 위해 제2 넥의 성장 전에 안정화 기간을 거칠 수 있다. 제2 넥의 인상 속도는 측정될 수 있다. 이동 평균이 측정된 인상 속도로부터 계산될 수 있고 이동 평균이 인상 속도의 타겟 범위와 비교될 수 있다. 측정된 인상 속도의 이동 평균이 타겟 범위 내에 있으면 실리콘 잉곳 메인 바디가 제2 넥으로부터 성장된다.

단결정 실리콘 잉곳들을 생산하기 위한 기존의 방법들과 비교하여, 본 개시의 실시예들의 방법들은 여러 장점들을 갖는다. 넥 인상 속도의 이동 평균을 계산함으로써, 직경 제어 루프 및 직경 변동 및 측정 에러로부터 생겨나는 인상 속도 프로파일에서의 변화들이 감소될 수 있다. 이는 이동 평균 인상 속도가 넥이 전위들을 포함할 수 있음을 나타내는 타겟 범위 밖에 있는지를 결정하기 위해 프로파일이 모니터링되는 것을 허용한다. 임의의 특정 이론에 의해 얽매이지 않고, 시드와 용융물 사이의 열 충격이 넥의 전체에 걸쳐 전위들이 증가되게 할 수 있다고 믿어진다. 열 충격으로 인한 전위들이 기존의 방법들(예컨대, 대시 넥 방법들)로 제거하기 어려운 것으로 믿어진다. 시드와 용융물 사이의 온도에서의 차이들은 용융물 온도가 잘 안정화되지 않아, 시드 크리스탈이 충분히 예열되지 않아(예컨대, 크리스탈과 넥의 온도들 사이의 비교적 큰 차이가 평균 넥 성장 속도들이 상대적으로 커서), 또는 히터 시스템 전력이 적절히 설정되지 않아 초래될 수 있다. 용융물이 비교적 차가운 경우들에서, 넥은 급속히 응고되어 인상 속도가 증가되게 할 수 있다. 용융물이 비교적 뜨거운 경우들에서, 넥은 더 느리게 응고되어 인상 속도가 감소되게 할 수 있다. 인상 속도의 이동 평균을 취하고 이동 평균과 타겟 이동 평균을 비교함으로써, 시드와 용융물 사이의 열 충격은 검출될 수 있다. 이러한 경우들에서, 넥은 종단(예컨대, 용융물로 반환)될 수 있고 제2 넥이 잉곳의 형성을 위해 형성될 수 있다. 제2 넥의 인상 속도의 이동 평균은 또한 결정될 수 있고 제2 넥이 전위들을 포함할 수 있는지를 결정하기 위해 타겟 이동 평균과 비교될 수 있다.

그 방법들은 이를테면 비교적 높은 직경 잉곳들(예컨대, 200 mm 또는 300 mm 이상), 약 20 mohm-cm 미만과 같은 비교적 낮은 저항률을 갖는 잉곳, 및/또는 적어도 약 1×10¹³ 원자/cm³의 농도로 질소 도핑된 잉곳과 같이 전위들이 넥으로부터 제거되지 않는 발생빈도가 비교적 높은 환경들에서 특히 유리할 수 있다.

실시예들

본 개시의 프로세스들은 다음의 실시예들에 의해 추가로 예시된다. 이들 예들은 제한하는 의미로 보지 않아야 한다.

실시예 1: 실제 넥 인상 속도 프로파일과 3 분 이동 평균의 비교

도 1의 장치와 같은 장치에서 생산된 단결정 실리콘 잉곳의 넥의 길이에 걸친 실제 인상 속도는 도 7에 도시된다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 전형적인 넥 성장에서의 실제 시드 리프트 프로파일은 많은 고주파수 시드 리프트 변화들을 갖는다. 그 변화들은 기능적으로 직경 제어 루프의 일부일 수 있고 일부 변화들은 직경 변동 및 측정 에러 등에 의해 야기될 수 있다. 시드 리프트 변동의 레벨은 직경 제어에 유해한 영향을 미치지 않는다. 그러나, 도 7의 예시적인 프로파일의 변동들의 정도는 프로파일과 성장 조건들을 상관시키는 것을 어렵게 만든다.

넥 인상 속도의 3 분 이동 평균은 도 7에서 또한 도시된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 장기의 성장 추세들의 발달을 가능하게 하는 노이즈 수준은 상당히 감소된다. 장기의 성장 추세는 용융 안정화(예컨대, 적절한 히터 전력)와 시드와 넥 사이의 열 충격과 상관될 수 있다.

실시예 2: 인상 속도가 평균화되는 지속기간의 선택

실시예 1의 실제 넥 인상 속도의 0.5 분 이동 평균, 1 분 이동 평균 및 2 분 이동 평균은 도 8에 도시되고 2 분 이동 평균, 3 분 이동 평균 및 5 분 이동 평균은 도 9에 도시된다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 더 많은 고주파수 변동이 평균화 효과에 의해 감소되거나 또는 제거된다. 충분한 민감도로 정량화를 가능하게 하면서 단기 신호와 노이즈를 제거하기 위해 평균 지속기간이 선택된다(예컨대, 제로 전위는 잉곳의 일정한 직경 부분의 성장 전에 넥에서 성취된다). 인상 속도가 평균화되는 지속기간은 핫 존 구성, 용융물 흐름 프로파일 및 성장 조건들에 의존할 수 있다.

인상 속도가 평균화되는 지속기간의 선택은 제로 전위를 성취하지 않는 넥들에 대한 다수의 지속기간들의 이동 평균들과 제로 전위를 성취하였던 넥들에 대한 다수의 지속기간들의 이동 평균들을 비교함으로써 결정될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 전위들이 있는 넥들과 전위가 제거된 넥들 사이에는 실제 넥 인상 속도 프로파일(예컨대, 더 높은 인상 속도들)에서 눈에 띄는 차이들이 있을 수 있다. 그러나, 그 차이들은 정량화하기 어려운데 인상 속도에서의 큰 변동들이 전체 넥 성장 내내 다양한 로케이션들에서 프로파일들이 중첩되게 하기 때문이다.

2 분, 5 분 및 10 분 이동 평균들이 도시되는 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 넥의 리프트 프로파일들 사이의 차이들은 전위들이 제거된 넥들과 비교하여 전위들이 있는 넥들에 대해 정량화하기가 더 쉽다. 넥들이 성장했던 크리스탈 인상기의 특정 핫 존 구성(예컨대, 300 mm 및 비교적 무거운 도핑)에서, 2 분과 5 분 사이의 이동 평균은 전위들이 있는 넥들과 전위들이 제거된 넥들 사이의 차이들이 광범위한 동작 조건들에서 정확하게 정량화되는 것을 허용한다. 예를 들어, 3.3 mm/분을 초과하는 이동 평균을 갖는 넥들이 용융물로 반환되도록 3.3 mm/분의 타겟 이동 평균이 이 특정 크리스탈 인상기 구성에 대한 잉곳의 전체 길이에 걸쳐 설정되면, 전위들이 있는 넥들은 제거되지 않으면 상당히 감소(예컨대, 20 배 이상 감소)될 수 있다. 동일한 핫 존 구성을 사용하는 더 가볍게 도핑된 애플리케이션들은 전위들이 있는 넥들에서 상당한 감소를 갖는 3.5 mm/분의 상한을 사용할 수 있다.

본 개시에서 사용되는 바와 같이, "약", "실질적으로", "본질적으로" 및 “대략적으로"라는 용어들은 치수들, 농도들, 온도들 또는 다른 물리적 또는 화학적 성질들 또는 특성들의 범위들과 연계하여 사용될 때 예를 들어, 반올림, 측정 수법 또는 다른 통계적 변동으로 인한 변동들을 포함하여 성질들 또는 특성들의 범위들의 상한 및/또는 하한에 존재할 수 있는 변동들을 포함하기 위한 것이다.

본 개시 또는 그 실시예(들)의 엘리먼트들을 도입할 때, "a", "an", "the"의 사용에 해당하는 표현과 "상기"는 하나 이상의 엘리먼트들이 존재함을 의미하도록 의도된다. "포함하는", "구비하는", "담고 있는" 및 "갖는"이란 용어들은 포함적인 것으로 의도되고 열거된 엘리먼트들 외의 추가의 엘리먼트들이 있을 수 있음을 의미한다. 특정 배향(예컨대, "상단", "하단", "측면" 등)을 나타내는 용어들의 사용은 설명의 편의를 위한 것이고 설명되는 항목의 임의의 특정 배향을 요구하지는 않는다.

다양한 변경들이 본 개시의 범위로부터 벗어남 없이 위의 구성들 및 방법들에서 이루어질 수 있으므로, 위의 설명에 포함되고 첨부 도면(들)에서 도시된 모든 사항들은 예시적인 것이지만 제한하는 의미는 아닌 것으로 해석되는 것으로 의도된다.

Claims

넥과 상기 넥에 달린 메인 바디를 갖는 단결정 실리콘 잉곳을 생산하는 방법으로서,
도가니 내에 보유되는 실리콘 용융물과 시드 크리스탈을 접촉시키는 단계;
상기 실리콘 용융물로부터 넥을 인상하는 단계;
상기 넥이 상기 실리콘 용융물로부터 인상되는 인상 속도를 측정하는 단계;
측정된 인상 속도로부터 이동 평균을 계산하는 단계;
상기 측정된 인상 속도의 상기 이동 평균과 타겟 범위를 비교하는 단계; 및
상기 이동 평균이 상기 타겟 범위 내에 있으면 상기 용융물로부터 잉곳 메인 바디 -상기 메인 바디는 상기 넥에 달려 있음- 를 인상하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 이동 평균이 상기 타겟 범위 밖에 있으면 메인 바디가 상기 용융물로부터 성장되지 않는, 방법.
제2항에 있어서, 상기 이동 평균이 상기 타겟 범위 밖에 있으면 상기 넥은 상기 용융물 안으로 하강되는, 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 넥은 제1 넥이며,
상기 방법은,
상기 메인 바디가 상기 제1 넥으로부터 성장되지 않으면 상기 실리콘 용융물로부터 제2 넥을 인상하는 단계;
상기 제2 넥이 상기 실리콘 용융물로부터 인상되는 인상 속도를 측정하는 단계;
상기 제2 넥의 측정된 인상 속도로부터 이동 평균을 계산하는 단계;
상기 제2 넥의 상기 측정된 인상 속도의 상기 이동 평균과 상기 타겟 범위를 비교하는 단계; 및
상기 제2 넥의 상기 측정된 인상 속도의 상기 이동 평균이 상기 타겟 범위 내에 있으면 상기 용융물로부터 잉곳 메인 바디 -상기 메인 바디는 상기 제2 넥에 달려 있음- 를 인상하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타겟 범위는 최대 이동 평균을 포함하는, 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타겟 범위는 최소 이동 평균을 포함하는, 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타겟 범위는 최소 이동 평균과 최대 이동 평균에 의해 제한되는, 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동 평균은 시간 평균화되는, 방법.
제8항에 있어서, 계산된 이동 평균은 넥 성장의 적어도 이전 5 초, 또는 넥 성장의 적어도 이전 30 초, 넥 성장의 적어도 이전 1 분, 넥 성장의 적어도 이전 약 2 분, 넥 성장의 적어도 이전 약 5 분, 성장된 넥의 적어도 이전 약 10 분 또는 넥 성장의 이전 약 5 초 내지 이전 약 25 분, 넥 성장의 이전 약 30 초 내지 이전 약 20 분, 또는 넥 성장의 이전 약 2 분 내지 이전 약 10 분에 걸친 이동 평균인, 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동 평균은 길이 평균화되는, 방법.
제10항에 있어서, 상기 이동 평균은 성장된 넥의 적어도 이전 약 0.2 mm, 성장된 넥의 적어도 이전 약 1 mm, 성장된 넥의 적어도 이전 약 2 mm, 성장된 넥의 적어도 이전 약 4 mm, 성장된 넥의 적어도 이전 약 10 mm, 성장된 넥의 적어도 이전 약 20 mm, 성장된 넥의 이전 약 0.2 mm 내지 이전 약 50 mm, 또는 성장된 넥의 이전 약 4 mm 내지 이전 약 20 mm에 걸친 이동 평균인, 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정된 인상 속도의 상기 이동 평균과 타겟 범위를 비교하는 단계는 상기 넥의 부분에 대해서만 수행되는, 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정된 인상 속도의 상기 이동 평균과 타겟 범위를 비교하는 단계는 상기 넥의 전체 길이에 대해서 수행되는, 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잉곳 메인 바디는 적어도 약 200 mm 또는 적어도 약 300 mm의 직경을 갖는, 방법.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잉곳 메인 바디는 약 20 mohm-cm 미만의 저항률을 갖는, 방법.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잉곳 메인 바디는 질소 도핑되며, 상기 잉곳 메인 바디는 적어도 약 1×10¹³ 원자/cm³의 농도의 질소를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인상 속도를 측정하는 동안 가열 시스템을 동작시키는 단계를 더 포함하고, 상기 넥을 인상하는 동안 상기 가열 시스템은 평균 전력에서 동작되고, 상기 가열 시스템의 출력 전력은 상기 인상 속도를 측정하는 동안 상기 평균 전력의 약 +/-0.5 kW 내에 있는, 방법.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인상 속도를 측정하는 동안 가열 시스템을 동작시키는 단계를 더 포함하고, 상기 넥을 인상하는 동안 상기 가열 시스템은 평균 전력에서 동작되고, 상기 가열 시스템의 출력 전력은 상기 인상 속도를 측정하는 동안 상기 평균 전력의 약 +/-0.25 kW 내에 있는, 방법.
잉곳 메인 바디를 지지하는 데 사용되는 넥의 품질을 제어하는 방법으로서, 상기 넥은 실리콘 용융물로부터 인상되고, 상기 방법은
상기 넥이 상기 실리콘 용융물로부터 인상되는 인상 속도를 측정하는 단계;
측정된 인상 속도로부터 상기 인상 속도의 이동 평균을 계산하는 단계;
상기 측정된 인상 속도의 상기 이동 평균과 타겟 범위를 비교하는 단계; 및
상기 이동 평균이 상기 타겟 범위 밖에 있으면 넥 성장을 종단하기 위한 신호를 전송하는 단계를 포함하는, 방법.
제19항에 있어서, 상기 넥을 상기 용융물 안으로 하강시킴으로써 넥 성장은 종단되는, 방법.
제19항에 있어서, 상기 넥의 인상 속도를 증가시켜 단부 원추를 형성하고 상기 넥이 형성되었던 잉곳 인상기로부터 상기 넥을 제거함으로써 넥 성장은 종단되는, 방법.
제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 넥은 약 20 mohm-cm 미만의 저항률을 갖는, 방법.
제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 넥은 질소 도핑되며, 상기 넥은 적어도 약 1×10¹³ 원자/cm³의 농도의 질소를 포함하는, 방법.
제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인상 속도를 측정하는 동안 평균 전력의 약 +/-0.5 kW 내의 전력에서 가열 시스템을 동작시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인상 속도를 측정하는 동안 평균 전력의 약 +/-0.25 kW 내의 전력에서 가열 시스템을 동작시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
제19항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타겟 범위는 최대 이동 평균을 포함하는, 방법.
제19항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타겟 범위는 최소 이동 평균을 포함하는, 방법.
제19항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타겟 범위는 최소 이동 평균과 최대 이동 평균에 의해 제한되는, 방법.
제19항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동 평균은 시간 평균화되는, 방법.
제29항에 있어서, 계산된 이동 평균은 넥 성장의 적어도 이전 5 초, 또는 넥 성장의 적어도 이전 30 초, 넥 성장의 적어도 이전 1 분, 넥 성장의 적어도 이전 약 2 분, 넥 성장의 적어도 이전 약 5 분, 성장된 넥의 적어도 이전 약 10 분 또는 넥 성장의 이전 약 5 초 내지 이전 약 25 분, 넥 성장의 이전 약 30 초 내지 이전 약 20 분, 또는 넥 성장의 이전 약 2 분 내지 이전 약 10 분에 걸친 이동 평균인, 방법.
제19항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동 평균은 길이 평균화되는, 방법.
제31항에 있어서, 상기 이동 평균은 성장된 넥의 적어도 이전 약 0.2 mm, 성장된 넥의 적어도 이전 약 1 mm, 성장된 넥의 적어도 이전 약 2 mm, 성장된 넥의 적어도 이전 약 4 mm, 성장된 넥의 적어도 이전 약 10 mm, 성장된 넥의 적어도 이전 약 20 mm, 성장된 넥의 이전 약 0.2 mm 내지 이전 약 50 mm, 또는 성장된 넥의 이전 약 4 mm 내지 이전 약 20 mm에 걸친 이동 평균인, 방법.
제19항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정된 인상 속도의 상기 이동 평균과 타겟 범위를 비교하는 단계는 상기 넥의 부분에 대해서만 수행되는, 방법.
제19항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정된 인상 속도의 상기 이동 평균과 타겟 범위를 비교하는 단계는 상기 넥의 전체 길이에 대해서 수행되는, 방법.
제19항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잉곳 메인 바디는 적어도 약 200 mm 또는 적어도 약 300 mm의 직경을 갖는, 방법.
단결정 실리콘 잉곳을 생산하는 시스템으로서,
상기 실리콘 잉곳이 인상되는 크리스탈 인상기;
상기 크리스탈 인상기 내의 다결정 실리콘 용융물을 보유하는 도가니;
상기 실리콘 용융물과 접촉하기 위한 시드를 고착시키는 시드 크리스탈 척; 및
잉곳 메인 바디가 달리는 넥의 성장을 제어하는 제어 유닛 -상기 제어 유닛은 상기 넥의 인상 속도를 조절하고, 상기 제어 유닛은 상기 인상 속도의 이동 평균을 계산하고 상기 이동 평균과 타겟 이동 평균을 비교하도록 구성되고, 상기 제어 유닛은 상기 인상 속도가 상기 타겟 이동 평균에서 벗어날 때 상기 넥을 종단시킴- 을 포함하는, 시스템.
제36항에 있어서, 넥 성장을 종단시키기 위한 종단 메커니즘을 더 포함하고, 상기 종단 메커니즘은 상기 제어 유닛에 통신적으로 연결되는, 시스템.
제37항에 있어서, 상기 종단 메커니즘은 기술자에게 경고하기 위한 경고 신호를 생성하는, 시스템.
제37항에 있어서, 상기 경고 신호는 알람으로 하여금 상기 기술자에게 경고하게 하는, 시스템.
제36항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 용융물을 가열하기 위한 가열 시스템을 제어하고, 상기 제어 유닛은 상기 이동 평균을 계산하는 동안 상기 가열 시스템의 전력을 평균 전력의 약 +/-0.5 kW 내로 유지하도록 구성되는, 시스템.
제36항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 용융물을 가열하기 위한 가열 시스템을 제어하고, 상기 제어 유닛은 상기 이동 평균을 계산하는 동안 상기 가열 시스템의 전력을 평균 전력의 약 +/-0.25 kW 내로 유지하도록 구성되는, 시스템.
제36항에 있어서, 상기 넥 인상 속도를 측정하기 위한 센서를 포함하는, 시스템.