KR20210111800A - 마킹 스캐너 - Google Patents

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KR20210111800A
KR20210111800A KR1020217024505A KR20217024505A KR20210111800A KR 20210111800 A KR20210111800 A KR 20210111800A KR 1020217024505 A KR1020217024505 A KR 1020217024505A KR 20217024505 A KR20217024505 A KR 20217024505A KR 20210111800 A KR20210111800 A KR 20210111800A
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ingot
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KR1020217024505A
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모르텐 한니발 마드센
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탑실 글로벌웨이퍼즈 에이에스
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Abstract

본 발명은 단결정 잉곳의 길이 방향 마킹의 표면 특성 파라미터를 획득하는 방법, 방향 마킹된 단결정 잉곳을 제조하는 방법, 및 이 방법을 수행하기 위한 잉곳 스캐너 시스템에 관한 것이다. 본 방법은, 회전축을 중심으로 단결정 잉곳을 회전시키는 단계, 측정 지점으로부터 각위치(angular positions)에서의 단결정 잉곳의 표면까지의 거리를 기록하는 단계, 거리를 배경 형상과 비교하여 배경 형상에서 벗어난 거리를 식별하는 단계, 및 배경 형상으로부터 벗어난 거리의 각위치 및 해당 거리를 등록하는 단계를 포함한다. 표면 특성 파라미터는 배경 형상으로부터 벗어나는 거리를 갖는 연속적인 각위치 및 해당 거리를 참조하여 정의된다. 본 방법을 사용하면 더 낮은 불확실성을 가지고 표면 특성 파라미터를 결정할 수 있다.

Description

마킹 스캐너
본 발명은 단결정 잉곳의 길이 마킹으로부터 표면 특성 파라미터를 획득하는 방법 및 방향 마킹된 단결정 잉곳을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 향상된 허용 오차를 가지는 단결정 잉곳을 제공한다. 본 발명은 또한 본 방법을 수행하기 위한 잉곳 스캐너 시스템에 관한 것이다.
단결정 물질은 다양한 용도가 있으며, 일반적으로 물질은 단결정 물질이기 때문에 단결정 물질도 결정 방향을 가지며, 더욱이 단결정 물질의 사용에 있어서 결정 방향은 중요할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 단결정 잉곳에서 잘라낸(sliced) 실리콘 웨이퍼는 마이크로전자 장치를 생산하는 데 사용되며, 실리콘 단결정 잉곳은 일반적으로 {100} 또는 {111} 방향을 가진 것이 제공되지만 다른 방향도 있을 수 있다. 방향 마커가 반도체 분야에서 어떻게 사용되는지에 대한 예로서, 유럽특허출원 제 0610563호는 반도체 잉곳의 결정 방향의 복합 결정 및 방향 플랫(flat) 또는 노치(notch)로 잉곳에 마킹을 하는 장치 및 절차를 개시한다.
단결정, 예를 들어 Si, GaAs, InAs, InP 또는 사파이어의 단결정은 예를 들어 초크랄스키(Czochralski, CZ) 공정 또는 플로트 존(float-zone, FZ) 방법과 같은 다양한 방법을 사용하여 제조할 수 있으며, 두 가지 모두 단결정 잉곳 형태의 단결정을 제공한다. 많은 단결정 소재가 얇은 시트 등으로 사용된다. 예를 들어, 실리콘 단결정 잉곳은 일반적으로 웨이퍼로 잘라지며(sliced), 예를 들어 두께가 최대 약 1mm에 이른다.
웨이퍼를 정확하게, 즉 결정 방향에 대하여, 배향시키기 위해, 후속 공정을 위해 실리콘 단결정 잉곳에는 일반적으로 실리콘 단결정 잉곳의 실제 방향에 대한 정보를 기반으로 하여 일정 위치에 방향 마킹이 제공된다. 이에 의해, 실리콘 단결정 잉곳에서 잘라낸 모든 웨이퍼는 방향 마커를 가질 수 있고 올바르게 배향될 수 있다.
실리콘 단결정 잉곳 및 기타 단결정 잉곳은 일반적으로, 예를 들어 CZ 또는 FZ 공정에서, 일반적으로 둥근 단면을 갖는 원통형 형상이 되도록 제조되고, 이어서 실리콘 단결정 잉곳을 연마하여 원형 실리콘 단결정 잉곳의 매끄러운 표면을 제공한다. 그런 다음 방향 마커는 일반적으로 실리콘 단결정 잉곳의 전체 길이를 따라 매끄러운 표면에 새겨진다.
실리콘 단결정 잉곳의 방향 마커는 전통적으로 "플랫"(flat), "노치"(notch) 또는 플랫과 노치의 조합이었다. 플랫은 원형 단면에 시컨트(secant) 형상을 가지며, 단일 잉곳의 표면에 "V" 또는 "U"자 모양의 노치가 있을 수 있다. "U" 노치는 또한 원형 노치로 지칭될 수 있고 원형 형상을 갖는다. 큰 단결정 잉곳의 경우, 예를 들어 직경이 150mm 이상인 경우, 플랫은 단결정 잉곳으로부터 너무 많은 소재를 제거할 수 있기 때문에 일반적으로 노치가 선호된다.
방향 마커의 실제 모양은 일반적으로 단결정 잉곳에 관한 아무런 특정 정보를 포함하지 않는다. 그러나, 단결정 잉곳은, 단결정에 대한 추가 정보가 복수의 방향 마커에 의해 표시될 수 있는 하나 이상의 방향 마커를 가질 수 있다. 일반적으로, 주 플랫(major flat)은 웨이퍼의 결정 방향을 식별하는 데 사용된다. 보조 플랫(secondary flat)이라고도 하는 부 플랫(minor flat)은 일반적으로 주 플랫으로부터 특정 각도로 배치하여 도펀트(dopant) 유형을 식별하는 데 사용된다. SEMI 표준에 따르면 주 플랫에서 45도 위치에 있는 부 플랫은 {111} n형 결정을 나타낸다. 그러나, 이는 어디까지나 가이드라인일 뿐이며, SEMI 표준과 다르게 정의된 플랫도 가능하다. 보조 플랫은 웨이퍼의 앞면과 뒷면을 식별하는 데 사용할 수도 있다.
최종 고객에게, 결정 방향은 공정 단계에서 중요하다.
웨이퍼의 결정 방향을 직접 측정하는 것은 가능하지만 이는 번거롭고 추가 단계와 장비가 필요하다. 예를 들어 X선 측각기(goniometer)를 사용하여, 단일 웨이퍼 상에서보다 잉곳 상에서의 결정 방향을 측정하는 것이 더 쉽다. 따라서 최종 고객에게는 결정 방향을 식별하는 표시가 있는 것이 유리하다. 주 플랫은, 웨이퍼용으로 설계된 홀더에 플랫을 배치하거나 정렬 플랫을 사용하여 공정 단계에서 웨이퍼 방향을 정렬하는 데 사용할 수 있다.
노치는 플랫과 같은 방식으로 결정 방향을 표시하는 데 사용할 수 있다. 즉, 플랫 대신에 노치를 만들 수 있다. 노치는 플랫보다 제거되는 소재가 적기 때문에 노치를 사용하는 것이 이득이 된다. 노치의 경우 제거량이 동일하게 유지되는 반면, 플랫을 가공할 때는 제거해야 하는 소재가 증가하기 때문에 더 큰 결정의 경우 이득이 더 커진다. 그러나, 노치보다 플랫을 기준으로 웨이퍼를 정렬하는 것이 더 쉽다. 일반적으로 플랫은 최대 6인치의 잉곳에 사용되지만 더 큰 결정에 만들어 넣을 수도 있다. 노치는 일반적으로 6인치 이상의 결정에 사용된다. 동일한 잉곳에 플랫과 노치를 모두 배치하는 것이 가능하다.
종래 기술에서 노치 깊이의 측정은 일반적으로 촉각 장치를 사용하여 수행된다. 촉각 측정 장치는 노치 바닥에서 테스트 표면과 접촉하는 볼 헤드 스타일러스(ball-head stylus), 구멍 상단에 위치할 빔(beam), 및 측정값을 읽기 위한 치수눈금(graduation scale)으로 구성된다. 그러한 장치에 대해 추정되는 측정 불확실성은 0.01mm 정도이다. 그러나, 촉각 측정 장치는 여러 가지 결함이 있다. 예를 들어, 볼 헤드 프로브(ball-head probe)의 크기로 인해 노치 바닥을 조사하지 못해 측정이 잘못될 위험이 있다. 노치의 곡률 반경이 볼 헤드 프로브의 곡률 반경보다 작은 경우 노치의 바닥을 측정할 수 없다. 또한, 접촉 프로브 측정은 표면을 긁어 제품을 열화시킬 수 있다. 또한, 여러 개의 노치를 측정하려면 여러 번 측정해야 한다. 따라서, 특히 복수의 특성을 가진 잉곳의 경우 측정을 수행하는 데 시간이 많이 걸린다.
종래 기술에 따르면, 노치의 폭은 일반적으로 돋보기와 결합된 자와 같은 치수눈금을 사용하여 기록된다. 치수눈금은 노치의 표면에 위치하여 노치의 시작과 끝에서 판독이 수행된다. 두 판독값의 차이가 노치의 폭이다. 그러한 장치에 대해 추정되는 측정 불확실성은 0.1mm 정도이다.
종래 기술의 방법에서는 단결정 잉곳의 플랫의 폭을 측정하기 위해 슬라이드 캘리퍼나 자와 같은 치수눈금을 사용할 수 있다. 치수눈금은 플랫의 표면에 위치하여 플랫의 시작과 끝에서 판독이 수행된다. 두 판독값의 차이가 플랫의 폭이다. 이 방법은 원통의 굴곡과 플랫 사이의 모서리를 눈으로 추정하기 때문에 측정을 수행하는 작업자의 영향을 많이 받는다. 그러한 장치에 대해 추정되는 측정 불확실성은 0.1mm 정도이다.
선행 기술의 방법에서 방향 마커 사이의 각도를 기록하기 위해 디지털 각도기가 사용될 수 있다. 그러나 각도기의 배치는 표면 마킹의 중심을 찾는 데 매우 주의해야 하는 작업자의 기술에 의존한다.
플랫이 없는 웨이퍼의 정렬을 위해, 노치는 웨이퍼의 기계적 정렬에도 사용할 수 있다. 예로서, 서로 180도에 위치한 2개의 노치를 갖는 웨이퍼는 각 노치에 하나의 핀을 위치시킴으로써 정렬된다. 정렬의 정밀도는 노치의 위치의 정밀도 및 정확도와 기하학적 모양에 따라 달라진다. 핀의 모양은 노치의 모양과 일치해야 한다. 따라서 개선된 노치 측정 방법은 최종 고객이 웨이퍼의 개선된 정렬을 달성하는 데 유리하다.
예를 들어, 잉곳 스캐너의 교정(calibration)은 인증된 게이지 블록을 측정하여 얻을 수 있다. 각도 및 깊이 측정 모두 가능하다. 기기의 교정을 통해 추적성을 확립할 수 있으며, 이는 최종 고객으로 하여금 주어진 사양이 기술된 대로인지 확인하도록 하는 데 중요하다.
미국특허공보 제 2017/052024호는 원하는 대상의 프로파일링을 위한 광학 프로파일러 및 원하는 대상의 프로파일 이미지를 생성하는 방법을 개시한다. 프로파일러 및 해당 방법은 캠축, 슬라이딩 캠 및 나선형 캠 홈과 같은 복잡한 테스트 대상 또는 항공기 프로펠러와 같은 더 복잡한 모양의 측정을 제공한다. 미국특허공보 제 2017/052024호는 프로파일링을 대상의 보이지 않는 특정 세부 사항과 연관시키는 것과 무관하다.
중국 특허출원 제 106323193호는 사파이어 결정 잉곳 프로파일 측정 장치 및 해당 방법을 개시한다. 이 장치에서 레이저 조사기는 레이저 센서에 의해 검출되는 레이저 빔을 조사한다. 레이저 조사기와 레이저 센서 사이에 사파이어 결정이 배치되면 레이저 빔이 사파이어 결정에 의해 차단되고 레이저 빔의 폭을 사용하여 사파이어 결정의 윤곽을 계산할 수 있다. 중국특허출원 제 106323193호의 장치는 연속 곡선으로 기술되는 둘레를 갖는 볼록한 결정의 프로파일을 기록하는 것으로 제한된다.
단결정 소재를 사용할 때 단결정 소재의 방향을 아는 것의 중요성에 비추어, 단결정 소재의 방향 마커를 단결정 소재의 실제 방향과 연동시키는 개선된 방법이 필요하다. 본 발명은 이러한 요구를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 단결정 소재의 방향 마커를 단결정 소재의 실제 방향과 연동시키는 개선된 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 단결정 잉곳의 길이 방향 마킹의 표면 특성 파라미터를 획득하는 방법에 관한 것으로, 길이 중심축 및 상기 길이 중심축으로부터의 반경을 갖는 - 상기 반경은 상기 단결정 잉곳의 표면을 규정하며, 상기 단결정 잉곳의 상기 표면은 상기 길이 방향 마킹을 가지며, 상기 길이 방향 마킹은 폭을 가짐 - 원통형 형상을 갖는 단결정 잉곳을 제공하는 단계; 회전축을 - 상기 회전축은, 상기 길이 중심축과 실질적으로 평행하고 상기 길이 중심축으로부터 오프셋 값 내에 위치함 - 중심으로 상기 단결정 잉곳을 회전시키는 단계; 상기 단결정 잉곳의 각위치(angular positions)를 기록하는 단계; 상기 회전축으로부터의 측정 거리에 위치한 측정 지점으로부터 상기 각위치에서 상기 단결정 잉곳의 상기 표면까지의 거리를 기록하는 단계; 상기 각위치 및 상기 대응하는 각위치에서의 상기 거리를 포함하는 데이터 배열을 제공하는 단계; 상기 데이터 배열로부터, 상기 단결정 잉곳에 대한 배경 형상을 계산하는 단계; 상기 배경 형상으로부터 벗어난 거리를 식별하기 위하여, 상기 배경 형상과 상기 거리를 비교하는 단계; 상기 배경 형상으로부터 벗어난 거리의 상기 각위치와 상기 해당 거리를 검출하는 단계; 및 상기 배경 형상으로부터 벗어난 거리를 갖는 연속적인 각위치 및 상기 해당 거리로부터 상기 표면 특성 파라미터 및 상기 폭을 규정하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
다른 태양에 의하면, 본 발명은 방향 마킹된 단결정 잉곳을 제조하는 방법에 관한 것으로: 길이 중심축 및 상기 길이 중심축으로부터의 반경을 갖는 - 상기 반경은 상기 단결정 잉곳의 표면을 규정함 - 원통형 형상을 갖는 단결정 잉곳을 제공하는 단계; 상기 단결정 잉곳의 결정(crystal) 방향을 정하는 단계; 상기 결정 방향에 기초하여 길이 방향 마킹을 - 상기 길이 방향 마킹은 폭(31 및 41)을 가짐 - 상기 단결정 잉곳의 상기 표면에 적용함으로써, 방향 마킹된 단결정을 제공하는 단계; 상기 방향 마킹된 단결정 잉곳의 표면 특성 파라미터를 획득하는 단계를 포함하되: 회전축을 - 상기 회전축은, 상기 길이 중심축과 실질적으로 평행하고 상기 길이 중심축으로부터 오프셋 값 내에 위치함 - 중심으로 상기 방향 마킹된 단결정 잉곳을 회전시키는 단계; 상기 방향 마킹된 단결정 잉곳의 각위치(angular positions)를 기록하는 단계; 상기 회전축으로부터의 측정 거리에 위치한 측정 지점으로부터 상기 각위치에서 상기 방향 마킹된 단결정 잉곳의 상기 표면까지의 거리를 기록하는 단계; 상기 각위치 및 상기 대응하는 각위치에서의 상기 거리를 포함하는 데이터 배열을 제공하는 단계; 상기 데이터 배열로부터, 상기 방향 마킹된 단결정 잉곳에 대한 배경 형상을 계산하는 단계; 상기 배경 형상으로부터 벗어난 거리를 식별하기 위하여, 상기 배경 형상과 상기 거리를 비교하는 단계; 상기 배경 형상으로부터 벗어난 거리의 상기 각위치와 상기 해당 거리를 검출하는 단계; 및 상기 배경 형상으로부터 벗어난 거리를 갖는 연속적인 각위치 및 상기 해당 거리로부터 상기 표면 특성 파라미터 및 상기 폭(31 및 41)을 규정하는 단계를 수행하는 과정에서 상기 표면 특성 파라미터를 획득하며, 상기 방향 마킹된 단결정 잉곳을 상기 표면 특성 파라미터로 레이블링하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 선택적으로 단결정 잉곳의 표면을 연마하여 방사형 치수에서 실질적으로 원형인 단면을 갖는 단결정 잉곳을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 태양에 있어서, 본 발명은 잉곳 스캐너 시스템에 관한 것으로, 회전축을 갖는, 단결정 잉곳을 회전시키기 위한 회전 장치; 상기 회전축으로부터 측정 거리에서의 측정 지점에 위치되고, 상기 회전축을 향해 빛을 조사하는 광원; 상기 회전 장치 상의 상기 단결정 잉곳의 표면으로부터 반사 및/또는 산란된 빛을 검출하기 위한 광 검출기; 상기 단결정 잉곳의 각위치(angular positions)와 상기 각위치에서 상기 광 검출기에 의해 검출된 빛을 포함하는 데이터 배열을 저장하는 데이터 저장 유닛; 및 상기 데이터 배열을 참조하여, 측정 지점으로부터 상기 단결정 잉곳의 상기 표면까지의 거리를 계산하도록 구성되며, 상기 계산된 거리로부터 상기 단결정 잉곳의 배경 형상을 계산하고 상기 배경 형상으로부터 벗어난 거리를 식별하도록 더 구성된 데이터 처리 유닛을 포함하는 잉곳 스캐너 시스템에 관한 것이다.
특정 실시예에서, 상기 잉곳 스캐너 시스템은, 길이 마킹을 가지는 상기 단결정 잉곳의 상기 표면 상의 상기 길이 마킹의 표면 특성 파라미터를 획득하도록 구성되되:
회전축을 - 상기 회전축은, 상기 단결정 잉곳의 상기 길이 중심축과 실질적으로 평행하고 상기 단결정 잉곳의 상기 길이 중심축으로부터 오프셋 값 내에 위치함 - 중심으로 상기 단결정 잉곳을 회전시키는 단계; 상기 단결정 잉곳의 각위치(angular positions)를 기록하는 단계; 상기 회전축으로부터의 측정 거리에 위치한 측정 지점으로부터 상기 각위치에서 상기 단결정 잉곳의 상기 표면까지의 거리를 기록하는 단계; 상기 각위치 및 상기 대응하는 각위치에서의 상기 거리를 포함하는 데이터 배열을 제공하는 단계; 상기 데이터 배열로부터, 상기 단결정 잉곳에 대한 배경 형상을 계산하는 단계; 상기 배경 형상으로부터 벗어난 거리를 식별하기 위하여, 상기 배경 형상과 상기 거리를 비교하는 단계; 상기 배경 형상으로부터 벗어난 거리의 상기 각위치와 상기 해당 거리를 검출하는 단계; 및 상기 배경 형상으로부터 벗어난 거리를 갖는 연속적인 각위치 및 상기 해당 거리로부터 상기 표면 특성 파라미터를 규정하는 단계에서 획득하도록 구성된다.
일반적으로, 제1 태양의 방법의 모든 실시예는 제2 태양의 방법에서 사용될 수 있고, 제2 태양의 방법에 또한 이용가능한 특징에 대해 제1 방법에서 얻은 임의의 이점은 제2 태양에서 동등하게 중요하다. 마찬가지로, 본 발명의 잉곳 스캐너 시스템은 방법 태양의 임의의 실시예에서 사용될 수 있다. 방법의 단계는 다양한 장치, 기구 등을 사용할 수 있으며 이러한 장치 또는 기구는 본 발명의 잉곳 스캐너 시스템과 관련이 있으며 장치 또는 기구의 맥락에서 설명된 모든 이점은 본 발명의 잉곳 스캐너 시스템과도 관련이 있다.
제1 태양에서, 본 발명의 방법은 단결정 잉곳의 길이 방향 마킹의 표면 특성 파라미터를 획득한다. 길이 방향 마킹은 단결정 잉곳에 대한 정보를 나타내는 데 사용될 수 있으므로, 중요 길이 방향 마킹은 단결정 잉곳의 결정 방향을 기준으로 단결정 잉곳의 표면에 적용되었을 것이다. "표면 특성 파라미터"는 임의의 길이 마킹과 관련된 임의의 파라미터일 수 있다. 길이 방향 마킹은, 표면 특성 파라미터와 함께 적어도 이 방법에서 얻은 폭을 가진다. 폭은 또한 본 발명의 맥락에서 표면 특성 파라미터로 간주될 수 있다. 본 발명의 맥락에서, "폭"은 길이 중심축에 수직인 평면 상에서 정의된다. 특정 길이 마킹에는, 길이 마킹의 형상과 관련된 파라미터 및 깊이도 가질 수 있다. 예를 들어, 길이 마킹은 노치일 수 있고, 노치의 경우 예를 들어 U자형 노치("U-노치")의 경우 표면 특성 파라미터는 폭, 깊이 및 곡률 반경, 및/또는 진원도(roundness)일 수 있고, 또는 예를 들어 V자형 노치("V-노치")의 경우 표면 특성 파라미터는 폭, 깊이 및 측벽 각도일 수 있다. 길이 마킹은 플랫일 수도 있다. 플랫은 길이 중심축에 수직인 평면 상에서, 예를 들어 실리콘 단결정 잉곳의 원형 단면 상에서 시컨트의 형상을 가짐으로써, 플랫은 길이 중심축에 수직인 평면 상에서 정의된 폭을 가질 수 있다. 플랫의 표면 특성 파라미터는 그것이 플랫이라는 것일 수 있으며, 예를 들어 깊이가 없고/없거나 그것이 노치가 아니라는 것이다. 예를 들어, 표면 특성 파라미터는 노치를 플랫과 구별할 수 있다. 단결정 잉곳은 하나 이상의 길이 마킹을 가질 수 있으며, 이 경우 표면 특성 파라미터는 두 개의 길이 마킹 사이의 각도 또는 길이 마킹 사이의 거리를 포함할 수도 있으며, 예를 들어 한 노치의 바닥과 다른 노치의 바닥 사이의 거리일 수 있다.
일반적으로 단결정 잉곳에는 단결정 잉곳의 결정 방향을 나타내는 길이 마킹이 있다. 단결정 잉곳의 결정 방향을 나타내는 길이 마킹은 제1 길이 마킹 또는 "길이 방향 마킹"으로도 지칭될 수 있다. 길이 마킹에 대한 표면 특성 파라미터는 길이 마킹이 길이 방향 마킹인지 여부에 의존하지 않으며, 본 출원에서 "길이 마킹"을 언급할 때 이 용어는 "길이 방향 마킹"으로 대체될 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지이다.
본 발명의 방법은 유리하게도 복수의 표면 특성 파라미터, 예를 들어, 폭과 추가 표면 특성 파라미터를 동시에 측정할 수 있다. 특히 길이 마킹은 방향 마킹이므로, 선행 기술의 방법에 비하면 실제 방향과 관련하여, 예를 들어 본 발명에 따라 제조된 단결정 잉곳 상의 방향 마킹에 대한 더 나은 정보가 얻어진다. 따라서, 결정 방향이 중요시될 때 이 방법은 최종 사용자를 위해 개선된 허용 오차와 더 낮은 불량률을 가지는 단결정 잉곳을 제공한다. 예로서, 노치의 깊이와 폭은 본 발명에서 동시에 측정된다. 선행 기술의 기기를 사용했다면 깊이의 측정과 폭의 측정 두 번이 필요했을 것이다. 마찬가지로, 플랫의 폭을 분석함과 동시에 해당 플랫이 주 플랫인지 부 플랫인지 판단할 수 있으며, 다른 주요 세부 사항은 동시 분석에서 밝혀진다.
단결정이기 때문에, 단결정 잉곳은 방향, 즉 결정 방향을 가지며, 이는 단결정 소재의 후속 사용에 중요하다. 방향을 갖는 어떠한 임의의 단결정도 본 발명과 관련이 있다. 예를 들어, 단결정 잉곳은 실리콘 단결정일 수 있다. 단결정 잉곳의 길이는 자유롭게 선택할 수 있으며, 예를 들어 실리콘 단결정의 길이는 일반적으로 최대 200cm일 것이다. 본 발명의 방법에서 실리콘 결정 잉곳은 분석하기 전에 더 짧은 길이로 절단될 수 있으며, 4" 결정 잉곳은 일반적으로 최대 40cm의 길이를 가지며 8" 결정 잉곳은 일반적으로 최대 30cm의 길이를 가질 것이다. 본 발명의 맥락에서, 단결정 잉곳, 특히 실리콘 단결정 잉곳의 크기는 인치(") 또는 mm로 표시될 수 있으며, 일반적으로 4"는 100mm에 해당하고, 6"는 150mm에 해당하며, 8"는 200mm에 해당하는 등, 두 값은 서로 바꿔서 사용할 수 있다. 실리콘 단결정은 예를 들어 두께가 1mm 이하인 웨이퍼로 잘라내며(sliced), 결정 방향에 대한 정보는 모든 웨이퍼에 중요하고, 따라서 실리콘 단결정 잉곳은 일반적으로 전체 길이를 따라 방향 마킹이 있다.
단결정 잉곳, 특히 실리콘 단결정 잉곳은 하나 이상의 길이 마킹을 가질 수 있다. 단결정 잉곳이 2개 이상의 길이 마킹을 가질 때, 본 발명에 따른 표면 특성 파라미터를 획득하는 방법은 특히 유리한데, 이는 획득된 정보, 예를 들어, 두 개 이상의 길이 마킹의 표면 특성 파라미터가 서로 연동되기 때문이다. 예를 들어, 제1 길이 마킹의 표면 특성 파라미터는 제2 길이 마킹의 표면 특성 파라미터에 연동되고 두 표면 특성 파라미터는 배경 형상에 연동된다. 따라서, 다른 기술을 사용하여 길이 마킹을 분석할 때보다, 2개 이상의 길이 마킹이 있는 단결정 잉곳에 대해 더 잘 설명할 수 있다.
단결정 잉곳은 그 표면에 길이 마킹이 있다. 본 발명의 맥락에서, 용어 "표면에"는 길이 마킹이 표면에 새겨질 수 있거나 길이 마킹이 단결정 잉곳의 표면에 적용될 수 있음을 의미한다.
측정 지점으로부터 단결정 잉곳의 표면까지의 거리가 본 발명의 방법에서 기록된다. 본 발명의 맥락에서, "거리"는 단일 지점으로 나타낼 수 있거나, 여러 지점의 행렬로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 각위치(angle position)에 대한 거리, 예를 들어 단일 값으로 표시되는 각도는 2차원 행렬, 1차원 행렬, 즉 "선"으로 표시되거나 단일 지점으로 표시될 수 있다. 선 또는 행렬의 데이터는 표면의 섹션, 예를 들어 몇 mm 또는 cm을 나타내지만, 선 또는 행렬의 데이터는 일반적으로 단일 각위치에 대응하므로 단일 지점들을 사용할 때보다 선이나 행렬을 사용할 때 단결정 잉곳의 표면의 동일한 지점이 더 잘 설명될 수 있다. 예를 들어, 본 방법 또는 시스템은 발광 지점(emission point)으로부터 특정 각도로 빛을 조사하는 레이저 스캐너를 사용할 수 있고, 레이저 스캐너는 선 또는 행렬 내의 빛을 검출할 수 있다. 거리가 선으로 표시될 때, 선은 일반적으로 단결정 잉곳의 측부 평면에 있다. 측정 지점으로부터 각위치에서의 단결정 잉곳의 표면까지의 거리가 본 발명의 방법에서 기록된다. 측정 지점과 단결정 잉곳의 표면 사이의 거리는 원하는 임의의 방법을 사용하여 얻을 수 있다. 하나 이상의 측정 지점을 사용하는 것도 가능하며, 각 측정 지점마다 단결정 잉곳의 표면까지의 거리가 기록될 수 있다. 마찬가지로, 얻은 데이터는 원하는 대로 임의의 방법과 적절한 장치를 사용하여 기록할 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 각위치에 대한 거리를 획득하고 기록하는 것은 또한 "스캔"으로 지칭될 수 있고 본 방법에서 단결정 잉곳의 표면은 따라서 "스캔된다". 이에 대응하여, 거리 획득 장치는 "스캐너"로 지칭될 수 있다. 데이터는 일반적으로 디지털이다. 일반적으로 스캐너가 데이터를 저장하거나, 데이터는 컴퓨터 등으로 전송될 수 있다. 데이터 전송은 임의의 프로토콜, 예를 들면 케이블 또는 무선 연결을 통해 이루어질 수 있다.
바람직한 실시예에서, 잉곳 스캐너 시스템은 또한 단결정 잉곳의 거칠기(roughness)를 특성짓는데 사용되며, 마찬가지로 본 방법은 단결정 잉곳의 거칠기를 특성지을 수 있다. 거칠기는, 완벽한 표면으로부터 표면이 얼마나 벗어나는지를 설명하는 표면 파라미터이다. 거칠기는, 가로 방향의 거칠기에 대해서는 선 스캔을 사용하거나, 축 방향의 거칠기에 대해서는 수직 스테이지를 통해 스캐너를 이동하여 측정할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 빛은 회전축을 향해 적용되고, 단결정 잉곳, 예를 들어 회전하는 단결정 잉곳의 표면으로부터 반사 및/또는 산란되는 빛이 기록되고 거리를 계산하는 데 사용된다. 광원은, 측정 지점과 같을 수도 있고 측정 지점과 다를 수도 있는 발광 지점에 위치할 수 있다. 발광 지점이 측정 지점과 다른 경우, 발광 지점에서 회전축까지의 거리를 조사 거리(emission distance)라고 할 수 있다. 조사 거리는 측정 거리와 같거나 다를 수 있다. 측정 지점 및/또는 발광 지점으로부터 단결정 잉곳의 표면까지의 거리는 일반적으로 10mm에서 100mm 범위에 있다. 측정 지점 및/또는 발광 지점으로부터 단결정 잉곳의 표면까지의 거리는 사용된 스캐너 기술에 따라 다를 수 있다. 빛을 이용하여 거리를 측정하는 경우, 스캐너를 "광학 스캐너"라고 할 수 있다. 임의의 광원이 사용될 수 있지만, 빛이 좁은 파장 분포를 갖는 것이 바람직하며 예를 들면 빛은 단색광인 것이 바람직하다. 광원은 또한 광 조사기(light emitter)로 지칭될 수 있다. 특정 실시예에서, 빛은 레이저 광, 예를 들어 레이저 다이오드이다. 상응하게, 반사광 및/또는 산란광은 원하는 대로 임의의 방법 및 장치를 사용하여 기록될 수 있다. 예를 들어, 반사 및/또는 산란은 임의의 검출기를 사용하여 기록될 수 있다. 레이저 광원과 레이저 광, 즉 반사된 레이저 광에 대한 검출기를 총칭하여 "레이저 스캐너"라고 부를 수 있다. 본 방법이 거리를 기록하기 위해 빛을 사용하는 경우 추가 광학 요소를 사용할 수 있다. 적절한 광학 요소에는 렌즈, 격자 및 거울이 포함된다. 다른 실시예에서, 측정 지점으로부터 단결정 잉곳의 표면까지의 거리는 거리의 촉각적 측정을 포함한다. 거리 측정 방법에 관계없이, 데이터 배열에 포함될 거리는 측정 지점으로부터 회전축으로 향하는 거리이어야 한다.
단결정 잉곳은 길이 중심축과 길이 중심축으로부터의 반경을 갖는 원통형 형상을 갖는다. 단결정 잉곳은 원형 단면을 갖는 것으로 제한되지 않고 원형 단면에서 벗어난 단면을 가질 수도 있음을 이해해야 한다. 본 방법에 사용된 계산에 따르면 단면의 실제 모양, 즉 방향 마킹이 없는 단결정 잉곳의 단면 모양이 배경 형상으로 결정되며, 이 계산은 둘레가 연속 곡선으로 설명될 수 있는 모든 단면에 대해 유효하다. 본 발명의 맥락에서, 용어 "연속"은 곡선이 단일 수학 함수로 기술될 수 있음을 의미한다. 연속적인 둘레는 또한 "매끄러움"으로 설명될 수 있으며 두 용어는 상호 교환되어 사용될 수 있다. 단결정 잉곳의 단면 형상은 일반적으로 볼록하다. 본 발명의 맥락에서, 용어 "볼록"은 배경 형상 내의 임의의 두 점 사이의 직선이 배경 형상의 표면을 가로지르지 않는 것을 의미한다. 길이 방향 마킹, 예를 들어 노치는 배경 형상의 볼록한 모양에서 벗어난 모양을 나타낼 수 있지만, 길이 방향 마킹은 볼록한 배경 형상의 둘레의 연속적인 곡선에서 벗어날 것이다. 따라서 배경 형상으로부터 벗어남(deviations)을, 연속 곡선으로 기술할 수 있는 모든 둘레에 대해 식별할 수 있다. 예를 들어, 단결정 잉곳은 알모양(oval) 단면 또는 타원으로 기술될 수 있는 단면을 가질 수 있으며, 알모양 또는 타원형 단면을 갖는 단결정 잉곳도 표면 특성 파라미터를 얻기 위한 본 발명의 방법에서 처리될 수 있다.
배경 형상, 특히 원형 단결정 잉곳의 직경은 본 발명의 방법에서 결정된다. 종래 기술의 방법에서, 원형 단결정 잉곳의 직경은 일반적으로 마이크로미터 나사 게이지(micrometer screw gauge)를 사용하여 기록될 것이다. 그러나 측정은 장비를 작동시키는 작업자의 기술에 매우 민감하다. 원주의 가장 넓은 지점에 위치하지 않으면 너무 작은 직경이 측정된다. 측정은 나사를 조이는 힘에 민감하다. 대조적으로, 본 발명의 방법의 경우 측정 불확실성은 0.01mm로 낮고 잘못된 측정의 위험이 없다. 따라서, 단결정 잉곳이 방사형 치수에서 실질적으로 원형 단면을 가질 때, 단결정 잉곳의 직경의 측정의 불확실성은 선행 기술 방법을 사용하여 직경을 기록하는 것과 비교하여 감소된다. 더욱이, 본 발명의 방법은 또한 원형 단면으로부터의 벗어남(deviations)에 대한 정보를 제공할 것이다.
길이 중심축은 길이 중심축에 수직인 평면의 질량 중심에 위치한다. 단면이 원형인 단결정 잉곳의 경우, 질량 중심은, 길이 중심축에 수직인 평면에서의 단결정 잉곳의 표면과 등거리에 있는 점이다.
단결정 잉곳은 길이 중심축과 실질적으로 평행하고 길이 중심축으로부터 오프셋 값 내에 위치하는 회전축을 중심으로 회전된다. 회전축이 길이 중심축에 가까울수록 배경 형상을 결정하기 위한 계산이 간단해지고, 측정 지점으로부터 단결정 잉곳의 표면까지의 거리 측정의 불확실성이 낮아진다. 특히, 오프셋 값이 낮을수록 배경 형상에서 벗어난 것으로 판단되는 거리의 불확실성이 낮아진다. 따라서 오프셋 값이 낮을수록 단결정 잉곳과 그 방향 마킹 및 해당 표면 특성 파라미터에 대한 설명이 더 좋아진다. 오프셋 값은 5mm 이하, 예를 들면 2mm 이하, 0.5mm 이하인 것이 바람직하다.
표면 특성 파라미터를 구하는 방법은, 단결정 잉곳의 각위치(angular positions)를 기록하고, 회전축으로부터 측정 거리에 위치한 측정 지점으로부터 각위치에서의 단결정 잉곳의 표면까지의 거리를 기록하는 것을 포함한다. 측정 지점은 회전하는 단결정 잉곳과 비교하여 일정한 위치에 있으므로, 기록된 거리는 회전하는 단결정 잉곳의 표면을 기술한다. 이에 의해, 각위치 및 대응하는 각위치에서의 거리를 포함하는 데이터 배열이 단결정 잉곳에 대해 얻어진다. 따라서, 단결정 잉곳이 360° 회전할 때 단결정 잉곳의 평면의 표면 전체가 데이터 배열에 포함될 것이다. 데이터 배열의 데이터는 단결정 잉곳의 배경 형상을 계산하는 데 사용된다. 따라서 데이터 배열은 단결정 잉곳의 단면에 대한 정보를 제공한다. 배경 형상은 데이터 배열에 포함될 수 있다. 예를 들어, 데이터 배열은 단면 형상에 대한 정보, 예를 들어 원형, 타원형 등 및 해당 단면 형상을 정의하는 파라미터, 예를 들어 직경, 단축 및 장축 등을 포함할 수 있다.
단결정 잉곳의 360° 회전으로부터 얻은 데이터 배열에는 배경 형상을 결정하고 결과적으로 배경 형상에서 벗어나는 데이터 지점을 식별할 수 있는 정보가 포함된다. 배경 형상은 방향 마킹이 없는 단결정 잉곳의 단면 형상에 대응하므로, 단면 형상은 거리, 즉 특정 배경 형상에 대응하는 연속적인 각위치의 거리의 연속적인 그룹으로부터 결정된다. 마찬가지로, 특정 배경 형상에서 벗어나는 거리의 연속적인 그룹은 방향 마킹을 나타낸다. 배경 형상으로부터 벗어나는 거리는, 일련의 연속적인 각위치에서 다른 벗어난 거리와 그룹화할 수 없는 경우 일반적으로 이상값(outlier)으로 폐기될 수 있다. 데이터 지점이 "배경" 또는 "마킹"으로 분류되면, 그에 따라 해당 각위치의 데이터 배열에 있는 데이터 지점이 레이블링(labelling)된다.
배경 형상이 결정되면, 예를 들어 단결정 잉곳이 본 발명의 방법에서 360° 회전된 경우, 오프셋 값이 결정될 수 있다. 따라서 배경 형상의 계산은 오프셋 값도 결정한다. 오프셋 값을 결정함으로써, 본 발명의 방법은 본 방법에서 얻은 표면 특성 파라미터의 불확실성에 대한 정보를 제공할 것이다. 오프셋 값은 일반적으로 단결정 잉곳의 데이터 배열에 포함된다.
배경 형상과 이에 수반되는 오프셋 값의 계산은 오프셋 값을 최소화하기 위해 단결정 잉곳을 재배치하는 방법에 대한 정보를 작업자에게 제공한다. 특정 실시예에서, 본 방법은 오프셋 값을 최소화하기 위해 단결정 잉곳을 재배치하는 단계를 포함한다. 오프셋 값이 최소화되면, 이제 더 낮은 오프셋 값을 가지는 위치에 있는 단결정 잉곳에 대해 본 방법을 반복해야 한다. 따라서 단결정 잉곳을 재배치한 후 본 방법을 다시 시작하여, 더 낮은 오프셋 값 및 이에 대응하는, 표면 특성 파라미터에 대한, 더 낮은 불확실성을 가지는 개선된 데이터 배열을 제공할 수 있다. 오프셋 값을 최소화하기 위해 단결정 잉곳을 재배치하고 이 방법을 반복하거나 계속함으로써 표면 특성 파라미터의 불확실성이 개선되어 단결정 잉곳의 가치가 향상되고 이에 따라 섹션, 예를 들어 실리콘 단결정 잉곳의 웨이퍼는 단결정 잉곳 섹션의 최종 사용자에게 개선될 것이다.
배경 형상은 단결정 잉곳의 일반적인 형상에 대한 정보에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 작업자는 분석을 위한 단결정 잉곳이 원형 또는 타원형 등의 단면을 갖고 있다는 것을 본 방법을 수행하기 전에 인식하고 이 정보는 배경 형상을 결정하는 데 도움이 될 수 있다. 단결정 잉곳의 일반적인 모양을 미리 표시하면 이 정보가 없는 경우보다 배경 형상을 더 빠르게 결정할 수 있다. 특히, 일반적인 배경 형상에 대한 사전 정보를 참조하여 데이터 배열을 얻은 경우, 단결정 잉곳의 더 작은 부분, 예를 들어 단결정 잉곳의 180°를 분석하여 실제 배경 형상을 결정할 수 있다.
이 방법은 임의의 수의 각위치, 특히 360° 회전 내에 분포된 임의의 수의 각위치에 대한 거리를 기록할 수 있다. 일 실시예에서, 단결정 잉곳은 360° 회전되고, 0.06° 내지 36° 범위의 각도로 이격된 각위치에 대한 거리가 기록된다. 각위치 사이의 각도는 360° 회전에 걸쳐 같거나 다를 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 0.06° 내지 36° 범위의 각도로 이격된 각위치는 "저해상도 스캔"으로 지칭된다. 예를 들어, 저해상도 스캔을 위한 데이터 배열은 최대 6000개의 각위치에 대한 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어 360° 회전에 걸친 저해상도 스캔은 배경 형상을 결정하기에 충분하다. 특정 실시예에서, 배경 형상은 초기 저해상도 스캔에서 결정되고, 이후 고해상도 스캔이 뒤따를 수 있다.
단결정 잉곳은 원하는 대로 임의의 방법을 사용하여 회전될 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 단결정 잉곳 및 거리를 기록하기 위한 장비, 예를 들어, 스캐너는 회전축을 중심으로 서로 상대적으로 움직인다. 따라서 단결정 잉곳이 회전하거나 스캐너가 회전할 수 있지만 두 경우 모두 회전축을 중심으로 회전한다. 단결정 잉곳의 회전 속도는 자유롭게 선택할 수 있다. 예를 들어, 단결정 잉곳은 1°/s, 2°/s, 4°/s, 10°/s 또는 20°/s, 50°/s와 같이 0.06°/s 내지 72°/s 범위의 속도로 회전될 수 있으며 예를 들어 150mm 직경의 실리콘 단결정 잉곳의 경우 약 6°/s이다. 일반적으로 150mm 또는 200mm 직경의 단결정 잉곳과 같은 더 큰 단결정 잉곳의 경우 느린 회전 속도가 바람직하고 직경 100mm 이하의 단결정 잉곳과 같은 작은 잉곳의 경우 더 빠른 회전 속도가 바람직하다. 회전 방향은 시계 방향 또는 반시계 방향일 수 있다. 본 방법은 시계 방향 또는 반시계 방향 회전의 조합을 사용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 단결정 잉곳을 시계 방향으로 일정 각도 이상 회전시킨 후, 그 회전 방향을 반시계 방향으로 반전시킬 수 있다. 데이터 지점은 한쪽 회전 방향 또는 양쪽 회전 방향에 대해 기록될 수 있다. 모든 회전 장치, 예를 들어 회전 스테이지가 본 방법에 사용될 수 있다. 회전 장치는 원하는 대로 임의의 방법을 사용하여 회전될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 회전 장치는 스테퍼 모터(stepper motor)를 갖는 회전 스테이지이다. 스테퍼 모터는 다른 드라이브에 비해 각위치의 불확실성을 낮추고 이에 따라 본 방법에서 분석된 단결정 잉곳에 대한 표면 특성 파라미터의 측정을 개선한다. 바람직한 실시예에서 회전 스테이지에는 인코더(encoder)가 없는 모터에 비해 각도 값의 더 높은 정밀도를 위해 인코더가 장착된다.
일 실시예에서, 본 방법은 단결정 잉곳에 대해 길이 방향으로 측정 지점을 이동시키는 단계를 더 포함한다. 따라서 스캐너 및/또는 단결정 잉곳이 이동할 수 있다. 예를 들어, 잉곳 스캐너 시스템은 단결정 잉곳을 들어 올리는 장치를 포함할 수 있거나, 승강 장치가 스캐너를 들어 올리고/올리거나 내릴 수 있다. 단결정 잉곳에 상대적으로 측정 지점을 이동시킴으로써, 표면 특성 파라미터를 확장하여 단결정 잉곳의 길이 방향 정보도 포함할 수 있다. 예를 들어, 표면 특성 파라미터는 따라서 단결정 잉곳의 길이를 따라 여러 위치에서의 길이 마킹에 대한 정보를 포함할 수 있으며, 이는 동일한 데이터 배열에 포함될 수 있으므로, 최종 사용자에게 추가 정보를 제공하고, 단일 위치에서 길이 마킹을 하는 것에 비해 향상된 허용 오차를 제공한다. 예를 들어, 스캐너 및/또는 단결정 잉곳을 서로에 대해 길이 방향으로 이동함으로써, 길이 마킹이 단결정 잉곳의 길이 중심 축에서 벗어나는지 또는 길이 마킹이 길이 마킹의 길이에 걸쳐 벗어나는지를 결정할 수 있다.
특정 실시예에서, 리프팅 장치는 또한 단결정 잉곳에 대해 측부 평면 상에서 스캐너를 이동시킬 수 있다. 따라서, 측정 거리를 변경하여, 동일한 표면 특성 파라미터를 스캐너의 다른 설정 상태에서 분석하여 데이터를 더욱 향상시킬 수 있다. 단결정 잉곳을 들어올리기 위한 장치는 또한 측부 평면상에서 단결정 잉곳을 이동시켜, 예를 들어 단결정 잉곳을 다시 중심에 위치시켜 오프셋 값을 낮출 수 있다.
일반적으로, 기록된 거리는 데이터 배열이 기록될 때 데이터 배열에 추가되므로, 본 방법은 배경 형상을 결정하기에 충분한 데이터가 획득된 때를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 일반적인 배경 형상에 대한 사전 정보를 가지고 본 방법을 수행하면 단결정 잉곳을 180° 회전시킨 후 배경 형상을 얻을 수 있다. 데이터를 얻는 동안 360° 이상 회전을 계속함으로써 동일한 각위치에 대해 여러 데이터 포인트를 기록함으로써 배경 형상의 결정을 향상시킬 수 있다.
배경 형상이 결정되면, 특정 배경 형상에서 벗어나는 거리의 연속적인 그룹이 길이 마킹의 각위치(angular position)를 나타낸다. 일반적으로, 본 발명의 방법은 초기 스캔에서 배경 형상을 결정하며, 예를 들어 360° 이상의 저해상도 스캔 또는 단결정 잉곳의 단면을 사용하여 결정한다. 길이 마킹의 각위치는 초기 스캔에서 구해질 것이다. 스캐너로 하여금 길이 마킹으로서 식별된 각위치에서 단결정 잉곳의 표면을 (재)분석할 수 있도록, 언제든지 회전 방향이 반전되고 단결정 잉곳이 회전될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은, 연속적인 각위치를 식별한 후 더 높은 해상도에서 표면 특성 파라미터의 연속적인 각위치를 재분석하는 단계를 더 포함할 수 있다. 재분석은 제1 분석과 동일한 스캐너를 사용하거나 다른 스캐너를 사용하여 수행할 수 있다. 표면 특성 파라미터의 연속적인 각위치가 식별되면, 재분석은 일반적으로 최소 5개의 각위치에 대한 거리를 기록하며, 예를 들면 식별된 길이 마킹의 적어도 10개의 각위치, 적어도 50개의 각위치 또는 적어도 100개의 각위치에 대해 기록할 수 있다. 단결정 잉곳의 배경 형상을 초기에 계산하고 초기 스캔에서 길이 마킹의 위치를 찾은 다음, 길이 마킹을 재분석하여 표면 특성 파라미터를 얻음으로써, 고해상도 전체 스캔을 수행하는 것보다 훨씬 빠른 공정이 제공된다. 또한 초기 스캔은 추가 정보를 제공하며, 이는 예를 들어 스캐너를 수동으로 위치시키고 길이 마킹을 분석하는 것과 같이 길이 마킹의 위치만 분석해서는 얻을 수 없는, 예를 들면 하나 이상의 길이 마킹의 상대 위치와 관련되는 것이다. 따라서, 특히 초기 스캔은 단결정 잉곳의 360° 이상에 걸칠 것이다.
일 실시예에서, 단결정 잉곳의 표면은 초기 스캔 시 저해상도에서 분석되고, 길이 마킹에 대응하는 각위치가 후속적으로, 예를 들어 더 높은 해상도에서 재스캔된다. 특히, 길이 마킹은 저해상도 스캔에서 식별될 수 있고, 스캐너는 길이 마킹에 대응하는 식별된 각위치에 재배치될 수 있다. 그후 길이 마킹은 더 높은 해상도로 스캔될 수 있다. 예를 들어, 단결정 잉곳의 회전은 배경 형상으로부터 벗어난 거리를 갖는 각위치에서 정지될 수 있고, 측정 지점으로부터 단결정 잉곳의 표면까지의 거리는 단결정 잉곳의 회전없이 각위치에서 기록될 수 있다. 동일한 스캐너를 사용하여 저해상도 및 고해상도 스캔을 수행하거나, 저해상도 스캔과 고해상도 스캔을 위해 다른 스캐너를 사용할 수 있다. 본 방법이 고해상도 스캔을 포함하는 경우, 단결정 잉곳을 회전시키지 않고 고해상도 스캔을 얻는 것이 바람직하다. 회전을 멈추고 고해상도 스캔을 기록함으로써, 데이터 품질, 예를 들어 고해상도 스캔의 해상도는 일반적으로 단결정 잉곳이 회전하는 동안 수행되는 스캔에 비해 향상된다. 특히, 단결정 잉곳이 회전하지 않으면 각위치의 불확실성이 낮아진다. 바람직한 실시예에서, 획득 시간은 잉곳의 회전에 비해 빠르므로 이동하는 샘플로부터의 교란은 무시할 수 있다. 따라서 실제로 움직임을 멈추지 않고도 고해상도 스캔을 얻을 수 있다.
특히 고해상도 스캔을 수행하기 위해 바람직한 스캐너는 레이저 광원과 적절한 검출기를 갖는 레이저 스캐너이다. 레이저 스캐너는 일반적으로 400nm에서 700nm 범위 내의 파장을 가지는 레이저 광을 제공하며, 예를 들면 405nm 레이저(청색 레이저) 또는 658nm 레이저(적색 레이저)가 단결정 잉곳의 표면을 향해 5°~30° 범위의 개구각에서 조사된다. 레이저 광의 조사기(emitter), 즉 발광 지점(emission point)으로부터 단결정 잉곳의 표면까지의 거리는 특정 레이저 스캐너에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 레이저 광의 파장과 개구각에 의해 정의되지만 일반적으로 20mm에서 100mm 범위이다. 마찬가지로, 단결정 잉곳의 표면으로부터 측정 지점까지의 거리도 특정 레이저 스캐너에 따라 달라질 수 있다. 레이저 스캐너에는 검출기가 있고, 예를 들어 측정 지점에서 단결정 잉곳의 표면으로부터 반사 및/또는 산란된 레이저 광을 감지한다. 검출기는 예를 들어 동시에 여러 지점을 기록한다. 지점의 수는 예를 들어 500 내지 5000개의 범위에 있을 수 있으며, 1000 내지 2000개일 수 있지만 이 범위 밖의 다른 숫자도 가능하다. 이에 의해, 레이저 스캐너는 1㎛ 내지 10㎛ 범위의 공칭 측면 분해능(nominal lateral resolution)을 가질 수 있다. 일반적으로 파장이 짧을수록 검출기 및 그에 따른 레이저 스캐너의 분해능이 향상된다. 예시적인 레이저 스캐너는 독일 오르텐부르크 소재의 마이크로-엡실론 메스테크닉 게엠베하 앤 코 케이지(Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG)에 의해 판매되고 있으며, 예를 들어 시리즈명 모델 LLT 2900으로 판매되는 레이저 스캐너(https://www.micro-epsilon.co.uk/2D_3D/laser-scanner/model-overview/?select=A_LLT_2600-25)가 있다. 레이저 스캐너는 당업자에게 잘 알려져 있다. 고해상도 레이저 스캐너는 선 배열(line array)과 같은 지점의 행렬을 동시에 기록할 수 있고, 고해상도 레이저 스캐너는 한 번에 하나의 지점을 기록할 수 있다. 단일 지점은, 단일 값의 철회(retract) 또는 여러 개의 값, 예를 들면 10개의 값과 같은 2개 내지 100개의 값의 평균, 또는 여러 개의 값, 예를 들면 10개의 값과 같은 2개 내지 100개의 값의 중앙값으로부터 얻을 수 있다. 단일 지점의 기록은, 배경 형상을 빠르게 식별하기 위해 저해상도 스캔에서 사용할 수 있으며, 동일한 레이저 스캐너를 고해상도 스캐너로 사용하여 길이 마킹을 나타내도록 표시된 위치에서 행렬을 기록할 수 있다.
고해상도 스캔, 특히 단결정 잉곳이 회전하지 않을 때 얻은 고해상도 스캔은 노치 분석에 특히 유용하다. 노치는 일반적으로 플랫보다 복잡하므로 플랫에 비해 노치에 더 많은 정보가 포함된다. 예를 들어, 플랫은 주로 단결정 잉곳에서의 위치와 폭에 의해 기술된다. 본 발명의 방법에서 플랫은 회전에 상대적인 "시작점"에서 검출됨으로써 각위치가 시작점에 대응하고, 마찬가지로 플랫은 단결정 잉곳의 회전 시 역시 감지될 "종료점"을 가지며 종료점은 대응하는 각위치를 가진다. 주 플랫의 폭은 일반적으로 150mm 단결정 잉곳의 경우 최대 70mm이지만 더 작은 단결정 잉곳의 경우 주 플랫의 폭은 일반적으로 더 작으며 예를 들면 50mm 내지 60mm 이하의 범위, 예를 들어 4" 단결정 잉곳의 경우 약 25mm 내지 35mm이다. 본 발명의 방법은 선행 기술의 방법과 비교하여 표면 특성 파라미터의 개선된 설명에 의해 더 작은 플랫이 사용되는 것을 허용하고, 이에 의해 본 발명의 방법은 단결정 잉곳으로부터 제거되어야 할 소재가 더 적도록 한다.
대조적으로, 노치는 시작점과 종료점 그리고 해당 폭 외에 모양과 깊이도 가진다. 플랫에 비해 노치의 치수가 작기 때문에, 종래 기술의 방법을 사용한 노치의 정확한 판정은 플랫의 위치를 판정하는 것보다 어렵고 특히 노치의 모양뿐만 아니라 깊이도 종래 기술의 방법을 사용해서는 본 방법이 제공하는 정확도를 가지고 판정할 수 없다.
본 발명의 실시예에서, 표면 특성 파라미터는 길이 마킹에 대한 세부사항을 포함한다. 플랫의 경우 이러한 세부 사항은 일반적으로 시작점과 종료점을 포함하고, 이에 따라 플랫의 폭과, 단결정 잉곳의 결정 방향에 대한 플랫의 위치도 포함한다. 노치의 경우 세부 사항은 일반적으로 시작점과 종료점을 포함하고, 이에 따라 노치의 폭, 단결정 잉곳의 결정 방향에 대한 노치의 위치, 그리고 노치의 경우 표면 특성 파라미터는 모양, 예를 들어 노치가 V자형 또는 U자형인지, 그 깊이 및 폭을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, U자형 노치의 경우 반경 및 진원도(roundness)가 결정될 수 있고, V자형 노치의 경우 측벽 각도가 결정될 수 있다. 노치와 플랫은 특히 실리콘 단결정 잉곳에 중요하다. 노치의 폭은 일반적으로 1mm에서 8mm 범위, 예를 들어 2 내지 4mm이다. 노치의 깊이는 일반적으로 0.5mm에서 3mm 범위이다. 일반적인 실리콘 단결정 잉곳의 경우, 예를 들어 직경이 150mm, 200mm 또는 300mm인 경우, 실리콘 단결정 잉곳의 원주 대비 노치의 폭 또한 각도로 나타낼 수 있다. 노치의 "각도"는 노치의 표면 특성 파라미터를 얻기 위한 최적의 해상도를 나타낸다. 특정 실시예에서 길이 마킹은 노치이고, 단결정 잉곳의 배경 형상은, 노치의 위치가 결정되는, 저해상도 스캔에서 결정된다. 배경 형상에서 벗어난 거리에 대응됨으로써 노치를 표현하게 되는 각위치를 식별한 후, 노치의 "각도"에서 최소 5개의 각위치의 거리를 기록함으로써 노치의 각위치를 재분석한다. 동일한 접근법이 노치 이외의 다른 길이 마킹, 특히 단결정 잉곳의 표면에서 단지 작은 "각도"만을 차지하는 길이 마킹에 대해 사용될 수 있으며, 마찬가지로 이 접근법은 실리콘 단결정 잉곳에 제한되지 않는다.
본 발명의 방법이 단결정 잉곳의 표면으로부터의 반사/산란을 측정하는 스캐너를 사용하는 경우, 예를 들어, 레이저 스캐너에서, 노치의 깊이를 측정할 때의 측정 불확실성은 종래 기술의 볼 헤드 스타일러스 측정의 0.01mm 정도의 측정 불확실성에 비해 0.005mm까지 낮을 수 있다. 마찬가지로, 본 발명의 방법은 노치의 폭을 획득하기 위한 훨씬 개선된 불확실성을 제공함으로써, 폭이 획득될 때, 예를 들어 레이저 스캐너를 사용하면 측정 불확실성이 0.01mm로 감소하는데, 이는 선행 기술에서와 같이 돋보기와 결합된 치수눈금을 사용할 때의 0.1mm의 불확실성과 비교된다. 더욱이, 종래 기술은 기록된 것이 실제로 직경인지를 결정하기 위해 눈으로 판단할 것을 요구하지만, 본 발명의 방법에서는 이것이 필요하지 않다. 노치가 본 발명의 방법에 따라 제조된 단결정 잉곳에 적용될 때, 길이 마킹의 예로서, 노치의 폭은 일반적으로 미리 결정된 값, 예를 들어 2.80mm 일 수 있으며 이는 ±0.20mm의 허용 오차를 가지고 본 발명에 따른 방법으로 제조될 수 있다. 폭의 기설정된 값은 단결정 잉곳에 대한 라벨에 표면 특성 파라미터로서 표시될 수 있으며, 본 발명의 방법에서 얻은 노치의 실제 폭도 라벨에 포함될 것이다.
또한, 빛 반사/산란을 측정할 때 샘플이 손상되어 잘못된 측정을 기록할 위험이 없다. 노치가 본 발명의 방법에 따라 제조된 단결정 잉곳에 적용될 때, 길이 방향 마킹의 예로서, 노치의 깊이는 일반적으로 미리 결정된 값, 예를 들어 1.25mm 일 수 있으며 이는 ±0.15mm의 허용 오차를 가지고 본 발명에 따라 제조될 수 있다. 깊이의 기설정된 값은 단결정 잉곳에 대한 라벨에 표면 특성 파라미터로서 표시될 수 있으며, 본 발명의 방법에서 얻은 노치의 실제 깊이도 라벨에 포함될 것이다.
본 발명의 방법은 또한 V-노치의 측벽 각도 및 U-노치의 곡률 반경을 얻을 수 있다. 종래 기술의 방법에서 이러한 표면 특성 파라미터는 일반적으로 노치 및 그 단면이 노출되는 단결정 잉곳의 단부에서만 기록될 수 있다. 대조적으로, 본 발명의 방법은 이러한 표면 특성 파라미터가 단결정 잉곳을 따라 여러 위치에서 얻어질 수 있도록 한다. 측벽 사이의 각도는 선행 기술 방법에서 일반적으로 1° 정도의 불확실성을 가지고 기록된다. 곡률 반경은 선행 기술 방법에서 일반적으로 0.1mm 정도의 불확실성을 가지고 기록된다. 본 발명의 방법에서 레이저 스캐너로, 측벽 사이의 각도는 0.1°까지의 불확실성으로 측정될 수 있다. 마찬가지로, 곡률 반경의 측정 불확실성은 본 발명의 방법에서 레이저 스캐너를 사용할 때 0.005mm까지 낮아진다. 측벽 사이의 각도와 곡률 반경 모두에 대해 측정은 잉곳의 모든 위치에서 수행될 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 단결정 잉곳이 V-노치로 마킹될 때, 측벽 사이의 각도는 일반적으로 기설정된 값을 가질 것이다. 예를 들어, 측벽 각도의 기설정된 값은 본 발명에 따라 +5°와 1° 사이의 허용 오차로 준비될 수 있는 90°일 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 단결정 잉곳이 U-노치로 마킹될 때, 곡률 반경은 일반적으로 기설정된 값을 가질 것이다. 예를 들어, 곡률 반경의 기설정된 값은 본 발명에 따라 0.05mm의 허용 오차로 제공될 수 있는 1.50mm일 수 있다.-
본 발명의 방법은 또한 단결정 잉곳 상의 길이 마킹으로서의 플랫의 개선된 측정을 제공한다. 본 방법에 빛 반사/산란이 사용되는 경우, 예를 들어 레이저 스캐너에서 측정 불확실성은 종래 기술에서 사용되는 슬라이드 캘리퍼 또는 자의 경우의 0.1mm에 비해 일반적으로 0.01mm까지 낮아진다. 또한, 육안에 의한 결정이 필요하지 않기 때문에, 종래 기술의 방법에서 요구되는 바와 같이 플랫의 폭의 정확한 측정 위치를 육안으로 결정함으로써 야기되는 불확실성이 본 발명의 방법에서는 예방된다. 플랫은 본 발명의 방법으로 제조된 단결정 잉곳에 대해 기설정된 값을 가질 것이다. 예를 들어, 주 플랫의 폭은 52.5mm이고 허용 오차는 2.5mm일 수 있다.
종래 기술의 방법에 따라 길이 마킹 사이의 각도를 기록하기 위한 디지털 각도기의 사용은 일반적으로 0.5° 미만의 측정 불확실성을 제공할 수 없다. 본 발명의 방법에서 데이터 배열을 참조하여 길이 마킹 사이의 각도를 계산함으로써, 불확실성은 0.05°까지 낮아질 수 있다. 2개 이상의 길이 마킹을 갖는 단결정 잉곳이 본 발명의 방법으로 제조될 때, 길이 마킹 사이의 각도는 기설정된 값을 가질 것이다. 각도의 일반적인 값은 45° 및 90°이지만 실제 각도에 관계없이 본 발명의 방법은 ±2.5°의 허용 오차 내에서 길이 마킹의 위치를 지정할 수 있다.
따라서, 단결정 잉곳의 길이 마킹의 표면 특성 파라미터를 획득하는 본 방법은, 선행 기술의 방법을 사용하여 표면 특성 파라미터를 획득하는 것과 비교하여 10배 개선된 불확실성으로 획득된 표면 특성 파라미터를 제공할 수 있다.
본 발명의 방법에서 제조된 단결정 잉곳에 대해 포함된 라벨은 길이 마킹의 기설정된 값뿐만 아니라 획득된 표면 특성 파라미터, 예를 들어 노치의 폭, 깊이 및 기타 표면 특성 파라미터, 플랫의 폭, 얻은 값 및 해당 허용 오차를 포함할 수 있다.
실리콘 단결정 잉곳은 초크랄스키(Czochralski) 공정 또는 플로트 존(float-zone) 방법과 같은 다양한 방법을 사용하여 제조할 수 있다. 단결정 잉곳은 일반적으로 결정 직경 및 제조 방법에 따라 길이가 50cm 내지 200cm이고 무게가 몇 kg 내지 수백 kg(예를 들면 100kg, 200kg, 300kg) 범위이다. 일반적인 결정 직경은 2인치, 3인치, 4인치, 5인치, 6인치(150mm), 8인치(200mm), 12인치(300mm) 또는 18인치(450mm)이다. 성장된 결정은 일반적으로 목표 직경보다 몇 mm 더 큰데, 결정은 나중의 공정 단계에서 연마되기 때문이다. 실리콘 이외의 다른 재료(예를 들어 GaAs, InAs, InP)의 단결정 잉곳은 유사한 공정 방법을 사용하여 제조할 수 있다. 본 발명의 실리콘 단결정 잉곳의 제조 방법은 또한 실리콘 단결정 잉곳으로부터 웨이퍼를 잘라내는(slicing) 단계를 포함할 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 실리콘 단결정 잉곳으로부터 잘라낸 웨이퍼는 청구 범위 내에 있다.
큰 단결정 잉곳은 일반적으로 1cm 내지 80cm 범위의 길이, 예를 들어 10cm 내지 60cm인 더 작은 단결정 잉곳으로 절단된다.
단결정 잉곳은 이제 매끄럽고 균일한 표면을 갖도록 연마된다. 연마 후 길이 방향 마킹을 단결정 잉곳에 새겨서 결정 방향을 마킹할 수 있다. 마킹의 방향은 추가 공정 단계에서 중요하다. 마킹은 일반적으로 플랫이거나 노치이다. 결정에는 하나 이상의 마킹을 새길 수 있다. 두 개의 플랫은 일반적으로 하나가 다른 것보다 크며 '주 플랫(major flat)'과 '부 플랫(minor flat)'이라고 한다. 마킹은 플랫과 노치 모두로 구성될 수도 있다. 마킹은 후속 공정 단계에서 개선된 정렬을 위해 사용될 수도 있다.
플랫의 폭은 결정 직경에 따라 다르다. 6인치 단결정 잉곳의 경우 일반적인 플랫 폭은 10mm 내지 70mm 범위이다. 잉곳에 있는 하나 이상의 플랫에서, 하나는 일반적으로 50mm와 60mm 사이와 같이 상위 범위에 있고 다른 하나는 20mm와 30mm 사이와 같이 다른 하위 범위에 있다. 더 크거나 더 작은 잉곳 직경의 경우 방향 플랫의 크기는 그에 따라 조정된다.
2개 이상의 길이 마킹의 경우, 후속 길이 마킹은 일반적으로 첫 번째 길이 마킹을 기준으로 배치된다. 예를 들어, 부 플랫은 주 플랫에 대해 45°, 90° 또는 180°와 같이 배치될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 노치가 서로에 대해 45°, 90° 또는 180°로 배치될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 노치가 플랫에 대해 45°, 90° 또는 180°로 배치될 수 있다.
마킹이 있는 잉곳은 이제 일반적으로 300μm 내지 1000μm 범위의 두께를 가진 얇은 단결정 디스크인 복수의 웨이퍼로 절단될 수 있다. 잉곳에 새겨진 길이 마킹은 개별 웨이퍼에도 존재한다. 따라서 잉곳에 있는 마킹의 기하학적 모양은 웨이퍼에 있는 마킹의 기하학적 모양에 중요하다. 그러나 웨이퍼가 단결정 잉곳에서 절단된 후 연마 및 광택작업되기 때문에 길이 마킹이 반드시 동일하지는 않는다.
단결정 잉곳의 결정 방향에 대한 길이 마킹의 위치는 일반적으로 각도로 표시된다. 특정 실시예에서, 단결정 잉곳, 특히 실리콘 단결정 잉곳은 2개의 길이 마킹을 가질 것이며, 여기서 첫 번째 방향 마킹은 단결정 잉곳의 결정 방향을 나타내고 두 번째 길이 마킹은 단결정의 특정 유형, 예를 들어 실리콘 단결정 잉곳의 도핑 유형을 나타낸다. 따라서 단결정 잉곳이 2개의 길이 마킹을 포함하는 경우 둘 다 플랫이거나 둘 다 노치이거나 두 길이 마킹이 모두 플랫 및 노치일 수 있다. 첫 번째 방향 마킹은 예를 들어 {100}, {110} 또는 {111}같이 결정 방향을 나타내며 결정 방향을 기준으로 배치되고, 두 번째 길이 마킹은 첫 번째 방향 마킹을 기준으로 배치된다.
표면 특성 파라미터를 획득하는 방법은 단결정 잉곳의 결정 방향을 정하는 단계를 포함할 수 있고, 방향 마킹된 단결정 잉곳을 제조하는 방법은 단결정 잉곳의 결정 방향을 정하는 단계를 포함할 수 있다. 결정 방향을 정하기 위해 임의의 방법이 사용될 수 있다. 결정 방향은 바람직하게는 X-선 결정학(crystallography)을 사용하여 예를 들면 X선 측각기(goniometer)를 사용하여 정해진다. X선 결정학은 당업자에게 잘 알려져 있다.
결정 방향을 판정하는 것은 특히 실리콘 단결정 잉곳에 중요하다. 표면에 길이 방향 마킹이 있는 단결정 잉곳에 대한 표면 특성 파라미터가 얻어지면, 판정으로부터 제공된 정보는 데이터 배열에 포함된다. 따라서 데이터 배열은, 길이 방향 마킹에 대한 정보 외에 판정된 결정 방향에 대한 정보를 포함하므로, 적절히 분석되지 않은 단결정 잉곳에 비해 단결정은 개선된 허용 오차를 가지고 있기 때문에 단결정 잉곳의 최종 사용자에게 더 높은 가치의 표면 특성 파라미터를 제공한다. 길이 방향 마킹을 갖는 단결정 잉곳의 표면 상의 다른 길이 마킹에 대해서도 동일한 상황이 관찰된다. 개선된 허용 오차로 인해 최종 사용자의 최종 제품, 즉 단결정 잉곳에서 생산된 최종 제품의 불량률이 낮아진다. 직경이 증가함에 따라 실리콘 단결정 잉곳의 가격이 증가하기 때문에, 낮아진 불량률은 직경이 큰 실리콘 단결정 잉곳에 특히 중요하다. 예를 들어, 직경이 150mm 이상 또는 200mm 이상인 FZ 실리콘 단결정 잉곳 및 직경이 300mm 이상인 CZ 실리콘 단결정 잉곳에 대해 본 발명의 방법에서 X선 결정학을 사용하는 것이 특히 가치가 있다. 본 발명의 일 실시예에서 단결정 잉곳은 직경이 150mm 이상, 예를 들어 200mm인 FZ 실리콘 단결정 잉곳이다. 본 발명의 다른 실시예에서 단결정 잉곳은 300mm 이상의 직경을 갖는 CZ 실리콘 단결정 잉곳이다.
결정 방향의 판정은 본 발명의 방향 마킹된 단결정 잉곳의 제조 방법에 사용된다. 결정 방향에 대한 후속 분석도 본 방법에 포함될 수 있지만, 결정 방향은 결정 방향에 따라 길이 방향 마킹을 적용하기 전에 판정된다. 결정 방향의 판정, 방향 마킹 적용 및 표면 특성 파라미터 획득의 조합은 단결정 잉곳의 최종 사용자에게 최적의 단결정 잉곳을 제공하는데, 이는 최종 사용자의 특정 요구 사항에 따라 방향 마킹이 단결정에 적용될 수 있기 때문이며, 이들의 예로서 노치에 대한 특정 세부 사항, 예를 들어 깊이와 폭, 그리고 U-노치의 경우 반경과 진원도, V-노치의 경우 측벽 사이의 각도, 그리고 두 개 이상의 길이 마킹이 필요한 경우 노치 대 노치 각도, 평행도 노치 대 주 플랫, 주 플랫 대 노치 각도, 플랫 대 플랫 각도 등이 있다. 본 발명에 따른 표면 특성 파라미터를 얻지 않고서는, 예를 들면 종래 기술을 사용하여 길이 마킹을 기술하게 되면, 결정 방향을 판정하고 길이 마킹을 적용하여서는 단결정 잉곳의 같은 품질은 얻을 수 없다. 본 발명의 방법은 유리하게는 동일한 단결정 잉곳에 대한 하나 이상의 길이 마킹의 측정을 할 수 있도록 한다. 따라서 2개 이상의 길이 마킹이 동시에 측정될 수 있기 때문에 길이 마킹에 대한 정보는 동일한 데이터 배열 내에 있게 되고 둘 이상의 길이 마킹의 상대적 위치와 관련된 개선된 데이터, 예를 들어 둘 사이의 각도가 얻어질 수 있다.
직경 150mm 이상, 예를 들어 200mm 이상의 FZ 실리콘 단결정 잉곳, 및 300mm 이상의 직경을 갖는 CZ 실리콘 단결정 잉곳은 보다 작은 직경의 실리콘 단결정 잉곳에 비해 이러한 단결정 잉곳의 더 높은 가치로 인해 그리고 이 방법에 따라 제조되지 않은 실리콘 단결정 잉곳에 비해 허용 오차가 훨씬 더 개선되기 때문에, 본 발명의 제조 방법에 특히 적합하다. 따라서, 일 실시예에서, 본 방법은 직경이 150mm 이상인, 예를 들어, 200mm인 FZ 실리콘 단결정 잉곳을 제조한다. 다른 실시예에서, 본 방법은 직경이 300mm 이상인 CZ 실리콘 단결정 잉곳을 제조한다.
본 발명에 따라 제조된 방향 마킹된 단결정 잉곳은 표면 특성 파라미터로 레이블링된다. 본 발명에 따라 분석되었지만 제조되지 않은 단결정 잉곳도 또한 본 발명의 방법에서 얻은 표면 특성 파라미터로 레이블링될 수 있다. 레이블링은 특정 단결정 잉곳의 결정 방향에 대한 정보를 방향 마킹에 연동하여 인증을 개선하도록 한다. 레이블링은 원하는 대로 수행할 수 있으며 예를 들어 단결정 자체 상의, 단결정 잉곳을 포함하는 패키지 상의 물리적 라벨 형태를 취할 수 있고, 단결정 자체 또는 단결정 잉곳을 포함하는 패키지에 부착된 스티커 등이 될 수 있다. 실리콘 단결정 잉곳으로부터 잘라낸(sliced) 각각의 웨이퍼는 마찬가지로 레이블링될 수 있거나, 동일한 단결정 잉곳으로부터 잘라낸 웨이퍼 그룹이 레이블링될 수 있다. 레이블은 표면 특성 파라미터의 실제 정보를 포함할 수 있거나 표면 특성 파라미터의 정보는 레이블에 디지털 또는 전자적으로 저장될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 단결정 잉곳은 고유 식별 번호가 있는 레이블을 가질 수 있다. 고유 식별 번호는 정보가 저장된 데이터베이스에 대해 링크, 예를 들어 하이퍼링크될 수 있다.
본 발명은 단결정 소재의 방향 마커를 단결정 소재의 실제 방향과 연동시키는 개선된 방법을 제공하는 효과가 있다.
하기에서 본 발명은 실시예에 의해 그리고 개략적인 도면을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 길이 마킹을 갖는 단결정 잉곳의 개략도를 도시한다.
도 2는 길이 마킹의 모양의 예시를 도시한다.
도 3은 단결정 잉곳의 노치(notch) 및 플랫(flat)의 위치의 예시를 도시한다.
도 4는 본 발명의 잉곳 스캐너 시스템을 도시한다.
도 5는 본 발명의 잉곳 스캐너 시스템에 장착된 단결정 잉곳을 도시한다.
도 6은 다른 오프셋 값에서 스캔 간의 차이를 도시한다.
도 7은 본 발명의 방법에서 얻은 원형 노치의 실험 데이터를 도시한다.
도 8은 극좌표계에서 그려진 2개의 노치 및 2개의 플랫을 갖는 잉곳으로부터 본 발명의 방법에 의하여 얻어진 실험 데이터를 도시한다.
도 9는 데카르트 좌표계에서 그려진 2개의 노치 및 2개의 플랫을 갖는 잉곳으로부터 본 발명의 방법에 의하여 얻어진 실험 데이터를 도시한다.
다양한 실시예 및 태양에서의 특징의 조합이 또한 고려되고, 다양한 특징, 세부사항 및 실시예가 다른 실시예로 조합될 수 있음을 이해해야 한다. 특히, 전술한 방법 및 잉곳 스캐너 시스템에 관한 모든 정의, 특징, 세부사항 및 실시예는 서로에게 동등하게 적용되는 것으로 고려된다.
도면에 대한 참조는 본 발명을 설명하는 역할을 하며, 도시된 바와 같은 특정 실시예로 특징을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명은 단결정 잉곳(10)의 길이 마킹(11)의 표면 특성 파라미터를 획득하는 방법, 방향 마킹된 단결정 잉곳(10)을 제조하는 방법, 및 이 방법을 수행하기 위한 잉곳 스캐너 시스템(20)에 관한 것이다. 본 방법은, 회전축(23)을 중심으로 단결정 잉곳(10)을 회전시키는 단계, 측정 지점(21)으로부터 각위치(angular positions)에서의 단결정 잉곳(10)의 표면(14)까지의 거리를 기록하는 단계, 거리를 배경 형상과 비교하여 배경 형상에서 벗어난 거리를 식별하는 단계, 및 배경 형상으로부터 벗어난 거리의 각위치 및 해당 거리를 등록하는 단계를 포함한다. 표면 특성 파라미터는 배경 형상으로부터 벗어나는 거리를 갖는 연속적인 각위치 및 해당 거리를 참조하여 정의된다. 본 방법을 사용하면 더 낮은 불확실성을 가지고 표면 특성 파라미터를 결정할 수 있다.
제1 태양의 방법에서, 길이 마킹(11)을 갖는 단결정 잉곳(10)은 길이 마킹(11)의 표면 특성 파라미터를 얻기 위해 분석된다. 단결정 잉곳(10)은 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 단결정 잉곳(10)은 바람직하게는 실리콘 단결정 잉곳(10)이고 플로트-존(float-zone, FZ) 방법 또는 초크랄스키(Czochralski, CZ) 공정으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 원형 FZ 실리콘 단결정 잉곳(10)은 150mm 또는 200mm의 직경을 가질 수 있고, 원형 CZ 실리콘 단결정 잉곳(10)은 300mm의 직경을 가질 수 있다. FZ 및 CZ 방법 모두 실리콘 단결정 잉곳(10)을 쉽게 얻을 수 있는 당업자에게 잘 알려져 있다. 원형 실리콘 단결정 잉곳(10)은 길이 중심축(12) 및 길이 중심축(12)으로부터의 반경(13)을 갖는 원통형 형상을 갖는다. 반경(13)은 단결정 잉곳(10)의 표면(14)을 규정한다.
길이 마킹(11)은 단결정 잉곳(10)의 표면(14)에 있고, 예를 들어 길이 마킹(11)은 단결정 잉곳(10)의 전체 길이에 걸친다. 길이 마킹(11)은 일반적으로 단결정 잉곳(10)의 표면(14)에 새겨져 있다. 길이 마킹(11)은 노치(notch)(3) 또는 플랫(flat)(4)일 수 있다. 예시적인 노치(3) 및 플랫(4)은 도 2 및 도 3에 도시되어 있다. 따라서 도 2는 패널 A의 U-노치와 패널 B의 V-노치를 도시하고 패널 C는 플랫을 도시한다. 노치는 폭(31)과 깊이(32)를 가지며 플랫(4)은 폭(41)을 가진다. 도 2는 X 및 Z 축을 도시한다. 따라서, 이 경우 X축은 노치(3)의 폭(31)과 플랫(4)의 폭(41)에 대응하고, Z축은 노치(3)의 깊이(32)에 대응한다. Y축(미도시)은 단결정 잉곳(10)의 길이축이다. 도 3은 패널 A에 단일 노치(3)를 갖는 단결정 잉곳(10), 패널 B에 2개의 노치(3)를 갖는 단결정 잉곳(10), 패널 C에 단일 플랫(4)을 갖는 단결정 잉곳(10), 패널 D에 2개의 플랫(4)을 갖는 단결정 잉곳(10), 패널 E에 2개의 플랫(4) 및 2개의 노치(3)를 갖는 단결정 잉곳(10)을 도시한다. 단결정 잉곳(10)이 2개 이상의 길이 마킹(11)을 가질 때, 길이 마킹(11) 사이의 각도는 단결정 잉곳(10)의 최종 사용자에 의해 결정되지만 일반적으로 예를 들어 실리콘 단결정 잉곳(10)에 대한 SEMI 표준을 따를 것이다.
단결정 잉곳(10)은 본 발명의 잉곳 스캐너 시스템(20)에서 분석된다. 잉곳 스캐너 시스템(20)은 도 4에 도시되어 있고, 도 5는 잉곳 스캐너 시스템(20)의 회전 장치(22), 예를 들어, 회전 스테이지 상에 장착된 단결정 잉곳(10)을 도시한다. 도 4 및 도 5에서 회전 스테이지(22)의 회전은 회전 스테이지(22) 아래에 화살표로 표시되어 있다. 잉곳 스캐너 시스템(20)은 승강 장치(28)를 갖는 것으로 도 4 및 도 5에 도시되어 있다. 승강 장치(28)는 광학 라인 스캐너(24 및 25)를 상승 및/또는 하강시킬 수 있고/있거나 광학 라인 스캐너(24 및 25)를 측방향으로 이동시킬 수 있고; 가능한 움직임은 화살표로 표시된다.
잉곳 스캐너 시스템(20)은 회전축(23)을 갖는 회전 장치(22)를 가지며, 단결정 잉곳(10)은 회전축(23) 주위에 있다. 회전축(23)과 단결정 잉곳(10)의 길이 중심축(12) 사이의 측방향 거리는 오프셋 값에 대응한다. 오프셋 값은 가능한 한 낮아야 하며 최적의 오프셋 값은 0이다. 즉, 단결정 잉곳(10)의 길이 중심축(12)은 단결정 잉곳(10)의 분석 동안 회전축(23)과 정렬된다.
표면 특성 파라미터는 길이 마킹(11)을 분석함으로써 얻어진다. 구체적으로, 회전축(23)으로부터 측정 거리에 위치한 측정 지점(21)으로부터 단결정 잉곳(10)의 표면(14)까지의 거리가 기록된다. 잉곳 스캐너 시스템(20)은 회전축(23)을 향해 빛을 조사할 수 있는 발광 지점(emission point)(241)에 광원(24)을 가진다. 잉곳 스캐너 시스템(20)은 회전축(23)으로부터 측정 거리에 위치한 측정 지점(21)에 광 검출기(25)를 가진다. 광 검출기(25)는 회전 장치 상의 단결정 잉곳(10)의 표면(14)으로부터 반사 및/또는 산란된 빛을 검출한다. 광원(24)과 광 검출기(25)는 하나의 유닛으로 결합될 수 있으며, 이를 "스캐너"라고 한다. 스캐너는 특히 레이저 스캐너일 수 있으며 예를 들어 405nm 또는 658nm의 파장을 사용한다. 광원(24) 및 광 검출기(25)는 집합적으로 "광학 라인 프로파일러"(24 및 25)로 지칭될 수 있다.
광 검출기(25)에 의해 검출된 빛은, 표면(14)이 분석된 단결정 잉곳(10)의 각위치 및 대응하는 각위치에서 광 검출기(25)에 의해 검출된 빛을 포함하는 데이터 배열로서 데이터 저장 유닛(26)에 저장될 수 있다. 잉곳 스캐너 시스템(20)은 또한 데이터 배열의 데이터를 처리하기 위한 데이터 처리 유닛(27)을 갖는다. 도 4 및 도 5에서 잉곳 스캐너 시스템(20)의 가능한 데이터 스트림은 점선으로 도시되어 있다. 따라서, 데이터 처리 유닛(27)은 광원(24) 및 광 검출기(25) 중 하나 또는 둘 다를 제어할 수 있고, 광원(24) 및/또는 광 검출기(25)는 데이터 처리 유닛(27) 및 데이터 저장 유닛(26) 중 하나 또는 둘 모두에 데이터를 전송할 수 있다. 데이터 처리 유닛(27) 및 데이터 저장 유닛(26)은 또한 서로 데이터를 송수신할 수 있다. 데이터 저장 유닛(26) 및 데이터 처리 유닛(27)은 집합적으로 "측정 연산 장치"(26 및 27)로 지칭될 수 있다.
잉곳 스캐너 시스템(20)은 바람직하게는 본 발명의 제1 태양의 방법을 수행하도록 구성되고, 마찬가지로 본 발명의 제2 태양의 방법에서도 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 예를 들어, 잉곳 스캐너 시스템(20), 예를 들어 단결정 잉곳(10) 상의 노치(3) 및/또는 플랫(4)에 대한 정보를 얻기 위한 광 검출 시스템을 제공한다. 일 실시예에서, 잉곳 스캐너 시스템(20)은 광학 라인 프로파일러(24 및 25), 회전 스테이지(22) 및 측정 연산 장치(26 및 27)를 포함한다. 광학 라인 프로파일러(24 및 25)는 조사기(light emitter)(24), 집속 렌즈, 및 광 검출기(25)를 포함하고, 1280개 데이터 지점과 같은 하나 또는 복수의 지점을 동시에 측정할 수 있다.
데이터 획득 방법에서 단결정 잉곳(10)은 광학 라인 프로파일러(24 및 25)의 측정 범위 내에서 회전 스테이지(22) 상에 위치된다. 단결정 잉곳(10)은 광학 라인 프로파일러(24 및 25)가 프로파일을 기록하는 동안 회전된다. 단결정 잉곳(10)의 회전은 또한 특정 섹션의, 예를 들어 길이 마킹(11)의 위치에 대응하는 각도의 고해상도 분석을 위해 정지될 수 있다. 데이터 저장 유닛(26)은 각위치 및 그 지점에서 획득된 대응 거리를 저장하고; 거리는 행렬, 선 또는 단일 지점일 수 있다. 행렬, 선 또는 단일 지점은 본 발명의 맥락에서 집합적으로 "프로파일"로 지칭될 수 있다. 단결정 잉곳(10)은 전체 스캔을 위한 360°와 같은 각도에 걸쳐 회전된다. 각도마다 광학 라인 프로파일러(24 및 25)를 사용하여 얻은 프로파일에서 값이 철회(retract)된다. 값은 광학 라인 프로파일러(24 및 25)의 측정 지점(21)에서 단결정 잉곳(10)까지의 절대 거리일 수 있다. 이러한 값은, 회전 장치(22)로부터 철회(retract)된 각도의 함수로서, 예를 들어 데카르트 좌표계 또는 극좌표계를 사용하여 그래픽적으로 시각화될 수 있다. 측정 연산 장치(26 및 27)는 이제 배경 형상을 맞추고, 길이 중심축(12), 예를 들어 단결정 잉곳(10)의 기하학적 중심에 대하여 회전 중심(23)의 오프셋 값을 찾는 데 사용된다. 오프셋 값이 주어진 임계값보다 작으면, 예를 들어 5mm 이하 또는 1mm 이하 또는 0.5mm 미만일 경우 분석이 계속된다. 작업자는 오프셋 값을 낮추기 위해 단결정 잉곳(10)의 센터링을 개선하고 측정을 반복하도록 지시받을 수 있다. 추가 분석을 위해, 원시 데이터에서 배경을 제외하여 -0.1mm에서 0.1mm 범위 내와 같이 대부분이 0에 가까운 값을 가진 데이터 세트를 제공한다. 이 기준에 맞지 않는 개별 지점은 이상값(outlier)으로 간주되어 데이터 세트에서 제거되거나 무시될 수 있다. 0 미만의 지점의 그룹은 크기에 따라 노치(3) 및/또는 플랫(4)으로 해석된다. 노치(3)의 중심 및/또는 플랫(4)의 중심의 각위치는 배경이 제거된 데이터에서 구해진다.
후속 단계에서, 단결정 잉곳(10)의 표면(14)에 있는 노치(3) 및/또는 플랫(4)이 더 높은 해상도로 분석된다. 노치(3)를 분석하기 위한 바람직한 방법은 단결정 잉곳(10)을 이전 단계에서 발견된 노치(3)의 위치로 회전시키는 것이다. 이제 10mm 라인 세그먼트에 걸쳐 있는 1280개의 데이터 지점으로 구성된 프로파일과 같은 고해상도 프로파일을 위한 광학 라인 프로파일러(24 및 25)를 사용하여 라인 스캔이 얻어진다. 이들 데이터는 깊이(32), 폭(31), 곡률 반경 및 진원도(roundness)와 같은 노치(3) 형상의 특성을 획득하기 위해 측정 연산 장치(26 및 27)를 사용하여 분석된다. 하나, 둘 또는 그 이상의 노치(3)는 본 발명의 방법을 사용하여 순서대로 분석될 수 있다. 방향 플랫(4)의 폭은, 예를 들어 데이터의 임계값을 설정하고, 2차 다항식을 피팅(fitting)하고, z = 0에서 교차점을 찾는 방식으로, 배경을 뺀(subtract) 각도 스캔으로부터 찾을 수 있다.
잉곳 스캐너 시스템은, 조사기(24) 및 광 검출기(25)를 포함하는 광학 라인 프로파일러(24 및 25), 및 회전 스테이지(22)를 포함한다. 광학 라인 프로파일러(24 및 25)는 하나 이상의 병진 스테이지(미도시)에 배치될 수 있다. 스테이지의 이동 방향은 단결정 잉곳(10)의 길이 중심축(12)에 평행한 방향, 또는 단결정 잉곳(10)의 표면에 수직인 방향일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 하나 이상의 스테이지는 광학 라인 프로파일러(24 및 25)의 자동 이동을 위해 전동화된다. 측정 연산 장치(26 및 27)는 데이터의 동시 획득을 위해 광학 라인 프로파일러(24 및 25) 및 회전 스테이지(22) 모두에 연결된다.
단결정 잉곳(10)의 노치(3)와 플랫(4)의 특성화는 품질 관리의 중요한 부분이다. 단결정 잉곳(10)은 일반적으로 기하학적 회전 불변성이지만, 결정 구조는 특정 방향을 가지며, 이는 이로부터 만들어지는 장치의 제조 및 성능에 영향을 미칠 수 있다. 특정 결정 방향을 식별하기 위해 X선 측각기(goniometer)를 사용할 수 있다. 결정 방향을 측정할 수 있고, 구해진 위치에서 사람의 조작없이 플랫(4) 및/또는 노치(3)를 가공할 수 있는 장비가 시중에 나와 있다.
단결정 잉곳(10)은 회전 스테이지(22)에 위치한다. 원통형 단결정 잉곳(10)의 길이 중심축(12)은 회전 스테이지(22)의 회전축(23) 위에 있어야 한다. 이 두 축 사이의 거리를 '오프셋 값'이라고 한다. 이상적으로 오프셋 값은 정확히 0이어야 한다. 그러나 실제 조건에서는 2mm 미만, 1mm 미만, 0.5mm 미만, 0.3mm 미만, 0.2mm 미만, 0.1mm 미만과 같은 작은 오프셋이 허용될 수 있다. 예로서 오프셋 값은 최소 자승 회귀 알고리즘을 사용하여 데이터에 사인파 피팅(sinusoidal fit)을 함으로써 추정될 수 있다. 사인파 형태의 경우
Figure pct00001
사인파의 진폭인 피팅 파라미터 A는 두 축 사이의 오프셋과 같다. 측정 연산 장치(26 및 27)는, 최대 허용 오프셋 값으로 정의되는 기정의된 임계값보다 A가 작은지 자동으로 확인할 수 있다. A가 임계값보다 크면, 측정 연산 장치(26 및 27)는 프로그램의 실행을 중지하고 작업자에게 단결정 잉곳(10)의 센터링을 개선하도록 지시할 수 있다. 바람직한 실시예에서 센터링은 전동 스테이지(미도시)를 사용하여 자동으로 수행된다.
배경 피팅 외에도 여러 데이터 처리 단계가 포함될 수 있다. 이러한 단계에는 이상값 제거, 노이즈 제거, 평활화, 필터링, 임계값(thresholding) 및 교정(calibration) 조정이 포함되지만 이에 제한되지 않는다.
광학 라인 스캐너(24 및 25)는 광원(24), 광학 요소 및 검출기(25)를 포함한다. 단색 광원의 경우, 이들은 레이저 스캐너로도 지칭된다. 광원(24)은 405nm 또는 658nm의 파장을 갖는 레이저와 같은 단색 광원일 수 있다. 기록된 데이터는 단일 지점, 지점들의 평균 또는 라인 스캔으로 구성될 수 있다. 라인 스캔은 1μm, 5μm, 10μm, 20μm, 50μm, 100μm, 200μm, 500μm 또는 1000μm의 거리와 같이 서로에게 인접한 곳에서 얻은 복수의 개별 지점이다. 복수의 개별 지점은 최소 3개 지점, 최소 5개 지점, 최소 10개 지점, 최소 50개 지점을 의미한다. 바람직한 실시예에서 1280개의 데이터 지점이 라인 스캔에서 획득된다. 광학 요소에는 렌즈, 격자 및 거울이 포함될 수 있다. 검출기 장치(25)는 고감도 센서 매트릭스일 수 있다. 예를 들어, 레이저 라인 삼각 측량에 기반한 광학 라인 스캐너(24 및 25)가 사용되며, 이는 실리콘 단결정 잉곳(10)의 표면을 포함하는 많은 상이한 표면에서 2차원 프로파일 검출에 적합하다. 마이크로엡실론(MicroEpsilon)의 스캔컨트롤(ScanControl) 시리즈와 같은, 레이저 삼각 측량 원리에 기반하는 광학 라인 스캐너가 시판되고 있다. 샘플, 예를 들어 단결정 잉곳(10) 및 광학 라인 스캐너(24 및 25)는 서로에 대해 이동되며, 예를 들어 단결정 잉곳(10)을 회전시키면 3차원 측정값을 얻을 수 있다.
광학 라인 스캐너(24 및 25)로부터의 데이터는 케이블 또는 무선 인터페이스를 사용하여 측정 연산 장치(26 및 27)로 전송된다. 케이블 인터페이스에는 이더넷 또는 RS422 프로토콜이 포함될 수 있다. 무선 인터페이스는 Wi-Fi 프로토콜을 사용할 수 있다.
단결정 잉곳(10)은 회전 장치(22) 상에 위치된다. 인코더(encoder)(미도시)는 회전 장치(22)의 그리고 이에 따라 단결정 잉곳(10)의 실제 위치를 기록하는데 사용된다. 단결정 잉곳(10)은 기설정 각도에 걸쳐 점진적으로 회전된다. 예를 들어 기설정 각도는 360°이다. 회전 스테이지(22)의 위치는 인코더를 사용하여 측정된다. 바람직한 실시예에서, 회전 스테이지(22)는 길이 마킹의 위치에 대한 사전 정보에 기초한 각도로 회전된다. 바람직한 실시예에서, 표면 마킹의 기정의된 수에 도달하면 회전이 중지된다. 바람직한 실시예에서 회전 스테이지(22)는 광학 라인 스캐너(24 및 25)가 데이터를 획득하는 동안 연속 회전으로 설정된다. 이것은 각회전(angular rotation)에 대해 상대적으로 빠른, 광학 라인 스캐너(24 및 25)로부터의 데이터 획득을 필요로 한다. 예를 들어 6인치 결정에 대해 6°/s의 회전 속도와 10Hz 이상의 프로파일 획득 빈도가 용인된다. 6인치 결정의 경우 1°/s, 2°/s, 4°/s, 10°/s 또는 20°/s, 50°/s와 같은 다른 회전 속도가 용인되는 것으로 밝혀졌다. 더 큰 단결정 잉곳(10)의 경우 더 느린 회전 속도가 바람직하고 더 작은 단결정 잉곳(10)의 경우 더 빠른 회전 속도가 바람직하다. 20Hz, 50Hz, 100Hz, 300Hz, 1kHz, 2kHz 또는 5kHz와 같은 더 높은 프로파일 획득 빈도가 바람직하다. 회전 스테이지(22)의 위치의 제어 및 판독은 측정 연산 장치(26 및 27)에 의해 제어된다. 바람직한 실시예에서, 1 arcsec 미만, 2 arcsec 미만, 5 arcsec 미만, 10 arcsec 미만, 20 arcsec 미만, 50 arcsec 미만의 해상도를 갖는 고해상도 스테이지가 사용된다. 그러나, 회전 장치(22)는 최대 20kg, 최대 30kg, 최대 40kg 또는 최대 50kg의 일반적인 중량을 가지는 단결정 잉곳(10)의 하중을 처리할 수 있어야 한다. 도어랩스 사(Thorlabs, Inc.)의 스테퍼 모터 액츄에이터 모델 NR360S를 가진 360° 연속 회전 스테이지와 같이 고부하 용량을 가진 고해상도 회전 스테이지가 시판되고 있다.
주어진 각도에서, 광학 라인 스캐너(24 및 25)는 하나 이상의 데이터 지점을 획득하는 데 사용된다. 데이터는 측정 연산 장치(26 및 27)를 사용하여 저장된다. 회전 스테이지(22)의 각위치도 저장된다. 시각화를 위해 데카르트 좌표계 또는 극좌표계에서 각위치의 함수로서 광학 라인 스캐너(24 및 25)에 의해 얻은 데이터를 표시할 수 있다.
측정 절차는 단결정 잉곳(10)을 회전 스테이지(22)의 중심에 위치시키기 위한 제1 단계를 포함한다. 단결정 잉곳(10)의 중심을 회전 스테이지(22)의 중심에 위치시키는 작업자를 보조하기 위한 기계 장비가 사용된다. 바람직한 실시예에서 단결정 잉곳(10)의 위치는 단결정 잉곳(10)의 직경과 일치하는 구멍을 갖는 판을 사용함으로써 보조된다. 예를 들어, 직경이 150mm인 단결정 잉곳(10)의 경우 150.5mm의 구멍이 있는 판을 사용할 수 있다. 바람직한 실시예에서 스프링 센터와 같은 기계적 센터링 장치(미도시)는 회전 스테이지(22) 상의 단결정 잉곳(10)의 정렬을 돕기 위해 사용된다.
광학 라인 스캐너(24 및 25)는 단결정 잉곳(10)에 대해 원하는 지점에 위치된다. 예를 들어, 단결정 잉곳(10)의 중앙에서 단결정 잉곳(10)을 측정할 수 있다. 예를 들어, 단결정 잉곳(10)은 양 단부 부근에서 측정할 수 있으며, 예를 들어 각 단부로부터 5mm, 20mm에서와 같이 측정할 수 있다. 예를 들어, 단결정 잉곳(10)의 길이를 따라 분포된 5개 위치 또는 10개 위치에서 단결정 잉곳(10)을 측정할 수 있다. 광학 라인 스캐너(24 및 25)의 수직 배치는 작업자에 의해 또는 승강 장치(28), 예를 들어 전동 스테이지를 사용하여 자동으로 수행될 수 있다. 바람직한 실시예에서 인코더는 수직 스테이지(미도시)에 부착된다. 배치는 배치 암, 로봇 암, 고정 설정, 수동 병진 스테이지를 사용하여 수행할 수 있다. 인코더를 사용하여 배치 장치의 위치를 측정할 수 있다. 바람직한 실시예에서 인코더가 장비된 수직 전동 선형 병진 스테이지가 사용된다. 승강 장치(28)의 위치의 제어 및 판독은 측정 연산 장치(26 및 27)에 의해 제어된다.
광학 라인 스캐너(24 및 25)는 이제 단결정 잉곳(10)의 측정 범위 내에 배치된다. 수평 선형 병진 스테이지는 단결정 잉곳(10)의 표면에 수직인 방향으로 광학 라인 스캐너(24 및 25)를 위치시키기 위해 사용된다. 광학 라인 스캐너(24 및 25)는 광 검출기(25)로부터 단결정 잉곳(10), 즉 단결정 잉곳(10)까지 일반적으로 50mm와 300mm 사이의 범위와 같은 제한된 측정 범위를 가지고 있고 예를 들면 50mm 내지 60mm, 또는 70mm 내지 120mm, 또는 190mm 내지 290mm 사이이다. 예를 들어, 광학 라인 스캐너(24 및 25)는 48mm 내지 58mm의 측정 범위를 가지며 측정 범위의 중간 거리(이 경우 53mm)가 배치의 대상위치이어야 한다. 그러나 어떤 경우에는 범위의 양 단부 중 하나의 근처에 있는 대상을 목표로 함으로써 특정 방향으로의 더 동적인 깊이를 허용하는 것이 좋다. 광학 라인 스캐너(24 및 25)의 수평 배치는 작업자에 의해 또는 승강 장치(28)를 사용하여 자동으로 수행될 수 있다. 승강 장치(28)의 수평 선형 병진 스테이지는 광학 라인 스캐너(24 및 25)를 측정 범위 내에 있는 단결정 잉곳(10)으로부터 거리에 배치하는 데 사용된다. 기정의된 표시를 기반으로 작업자가 손으로 위치 지정을 수행할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 수평 선형 병진 스테이지는 전동화된다. 바람직한 실시예에서, 병진 스테이지의 위치는 인코더를 사용하여 기록된다. 스테이지의 제어 및 실제 위치의 판독은 측정 연산 장치(26 및 27)에 의해 제어된다.
광학 라인 스캐너(24 및 25)의 측정 라인의 중심은 회전 중심(23)에 위치해야 한다. 단결정 잉곳(10)에 대한 측정의 경우, 단결정 잉곳(10)이 회전 장치의 중심에 완벽하게 있을 때, 광학 라인 스캐너(24 및 25)에 의한 측정은 라인 스캔을 얻을 때 대칭 곡선을 보일 것이다. 광학 라인 스캐너(24 및 25)가 중심에서 벗어나면 비대칭 곡선이 보일 것이다. 예시적인 비대칭 곡선이 도 6의 패널 A에 도시되어 있고 동일한 단결정 잉곳(10)에 대한 대칭 곡선이 도 6의 패널 B에 도시되어 있다. 비대칭성이 측정값을 얻는 것을 방해하지는 않지만 광학 라인 스캐너(24 및 25)가 오프셋되어있으면 측정 불확실성이 더 높다. 따라서 광학 라인 스캐너(24 및 25)의 오프셋을 가능한 한 작게 하는 것이 유리하다. 마찬가지로, 비대칭성은 길이 마킹(11)의 식별을 방해하지 않는다. 이러한 배치는 단결정 잉곳(10)의 크기와 무관하고, 따라서 측정 사이에 조정할 필요가 없다. 이상적으로는 처음 장착 및 설정할 때 추가 조정이 필요하지 않다. 바람직한 실시예에서, 병진 스테이지는 정렬을 용이하게 하기 위해 회전 스테이지(22) 및/또는 광학 라인 스캐너(24 및 25) 아래에 장착된다.
바람직한 실시예에서 2개 이상의 검출기(25)가 잉곳 스캐너 시스템(20)에서 사용되어 측정 속도 및/또는 측정 능력을 향상시킨다. 검출기(25)는 동일한 병진 스테이지 또는 다수의 독립 스테이지에 배치될 수 있다.
설명된 피팅 알고리즘은 모두 일반 데스크탑 컴퓨터, 래즈베리 파이(Raspberry Pi) 또는 유사한 장치에서 수행할 수 있다. 알고리즘을 실행하는 일반적인 계산 시간은 1초 미만이다. 스레딩과 같은 다중 처리를 통해 데이터 수집과 분석을 동시에 수행할 수 있다. 측정 연산 장치(26 및 27)는 예를 들어 개인용 데스크탑 컴퓨터, 래즈베리 파이 재단의 래즈베리 파이 3 모델 B+, FPGA와 같은 미니 컴퓨터 또는 유사한 장치일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 하나 이상의 측정 연산 장치(26 및 27)가 데이터의 획득 및/또는 분석을 위해 사용된다.
바람직한 실시예에서, 광학 라인 스캐너(24 및 25)의 수직 배치는 상부 및 하부 모두에서 단결정 잉곳(10)의 모서리를 찾음으로써 단결정 잉곳(10)의 길이를 측정하는데 사용된다. 단결정 잉곳(10)의 길이는 상부 모서리와 하부 모서리의 판독값의 차이로 알 수 있다.
다음 단계에서 단일 데이터 지점 또는 데이터 지점들의 평균 또는 라인 스캔의 데이터 세트, 및 대응하는 각위치가 디지털 프로세서(27)를 사용하여 분석된다. 바람직한 실시예에서, 단결정 잉곳(10)으로부터 광학 라인 스캐너(24 및 25)까지의 평균 거리를 구함으로써 단결정 잉곳(10)의 직경이 데이터 세트로부터 측정된다. 이 단계에서는 광학 라인 스캐너(24 및 25)로부터 회전 스테이지(22)의 회전 중심까지의 거리를 알아야 한다.
이제 실험 데이터에서 배경 피팅을 뺀다(subtract). 바람직한 실시예에서 배경 피팅 및 제거 알고리즘은 피팅 파라미터를 개선하기 위해 2회 이상 수행된다. 바람직한 실시예에서 데이터는 단결정 잉곳(10)의 중심 이탈로 인한 기하학적 왜곡에 대해 수정된다.
이 새로운 데이터세트는 단결정 잉곳(10)에서 표면 마킹의 위치를 찾는 데 사용된다. 예를 들어 피크(peak) 찾기 알고리즘은 위치의 검출에 사용된다. 마킹의 찾아진 위치를 개선하기 위해 둘 이상의 계산을 적용할 수 있다. 표면 특성의 위치가 저장된다.
단결정 잉곳(10)의 플랫(4) 및/또는 노치(3)가 이제 식별된다. 예를 들어, 식별을 위해 이전 단계에서 발견된 피크의 깊이가 사용된다. 가장 큰 길이 마킹은 주 플랫(4)으로서 레이블링된다. 사전 정보로부터, 주 플랫(4)에 대해 다른 길이 마킹이 식별될 수 있다. 바람직한 실시예에서 길이 마킹은, 주 플랫, 부 플랫 및 노치를 구별하기 위해 폭과 같은 다른 특성을 사용하여, 위치에 대한 사전 정보없이 식별된다.
방향 플랫(4)의 폭은 데이터 세트로부터 계산된다. 예를 들어, 데이터의 임계값을 설정하여(thresholding) 플랫(4)이 선택되고, 선택된 데이터에 2차 다항식이 피팅된다. 배경을 빼면, 플랫(4)의 폭이 z = 0인 다항식의 교차점으로서 구해진다. 폭 측정은 추가 처리 단계를 적용하여 더욱 향상될 수 있다. 이러한 단계에는 플랫의 단부 근처의 선형 회귀 피팅 및/또는 곡선의 모양 분석이 포함될 수 있다. 하나 이상의 플랫의 경우 각 플랫마다 개별적으로 절차를 따른다.
다음 단계에서 결정(crystal)은 이전 단계에서 찾은 위치를 기반으로 특정 위치로 회전한다. 예를 들어, 노치(3)의 각위치가 θnotch로 측정되면, 회전 스테이지(22)는 각도 θnotch로 이동된다. 이제 특정 마킹에 대한 자세한 분석을 위해 이 위치에서 라인 스캔이 획득된다. 주 플랫(4)과 같은 큰 마킹의 경우 여러 지점을 얻을 수 있다. 이것은 예를 들어 플랫(4)의 양 단부가 될 수 있다.
바람직한 실시예에서 첫 번째 회전에서 얻은 라인 스캔은 두 번째 분석에 사용된다. 주어진 위치로 단결정 잉곳(10)을 회전시키는 대신에, 데이터 처리 유닛(27)은 특정 위치에 가장 가까운 위치에 대해 이전에 획득된 데이터를 인출하는 데 사용된다. 이는 데이터 획득을 위한 전체 시간을 줄이는 데 유용하다. 다만, 미리 획득한 데이터를 사용하지 않고 특정 위치로 이동하여 획득한 데이터의 정확도는 더 높거나 같을 것이다.
바람직한 실시예에서 표면(14) 상의 길이 마킹(11)은 수직 스테이지를 이동함으로써 여러 지점에서 측정된다. 복수의 지점을 통해 단결정 잉곳(10)의 길이 변화가 검출될 수 있다. 예로서, 단결정 잉곳(10)은 양 단부 근처에서 측정된다.
바람직한 실시예에서, 잉곳 스캐너 시스템(20)은 표면의 긁힘, 균열 또는 기타 결함에 대해 단결정 잉곳(10)을 특성화하는 데 사용된다. 수직 라인 스캐너는 10μm, 20μm, 30μm, 50μm, 100μm, 200μm, 500μm, 1000μm와 같은 짧은 거리를 이동하고, 라인 스캔이 획득된다. 이 시퀀스는 단결정 잉곳(10)의 섹션에 걸쳐 반복되고 단결정 잉곳(10)의 길이까지 연장된다. 바람직한 실시예에서, 수직 스테이지는 광학 라인 스캐너(24 및 25)가 데이터를 획득하는 동안 이동한다. 예를 들어, 노치(3)는 단결정 잉곳(10)의 바닥에서 시작하여 단결정 잉곳(10)의 상단까지 단결정 잉곳(10) 길이 방향으로 1mm/s의 속도로 스캔된다. 라인 스캔은 수직 스테이지의 50μm 이동마다 획득된다. 각 라인 스캔은 이제 기준 프로파일에 대해 결함이 있는지 분석된다. 플랫(4) 또는 플랫 모서리와 같은 플랫(4)의 일부는 유사한 접근 방식을 사용하여 특성화되고 분석될 수 있다.
노치(3)의 분석은, 단결정 잉곳(10)의 원주를, 노치의 일부로 간주되지 않는 데이터 지점, 즉 배경 형상과 비교함으로써 수행된다. 예를 들어, 노치(3)를 포함하는 데이터 지점은 임계값 및/또는 사전 정보를 사용하여 필터링되고, 원형, 즉 원형 단결정 잉곳(10)에 대한 원형은 최소 평균 제곱 알고리즘을 사용하여 나머지 데이터에 피팅된다. 노치(3)를 나타내는 데이터 지점은 이제 노치 모양의 기하학적 분석을 위해 선택된다. 예로서, 노치 데이터 지점은 전술한 바와 같이 단결정 잉곳(10)의 원주를 빼고(subtract) 데이터의 임계값을 설정함(thresholding)으로써 구해진다.
노치(3)의 기하학적 형태는 선택된 데이터 지점의 분석에 의해 구해진다. 예를 들어, 원형 모양의 노치(3)는 최소 평균 제곱 알고리즘을 사용하여 원형 피팅에 의해 피팅된다. 그러면 곡률 반경은 피팅된 원의 반경과 같다. 노치(3)의 폭은 원주 피팅과의 교차점을 찾아 구하고 높이는 노치(3)의 바닥에서 결정의 가장자리까지의 거리로 구한다. V자형 노치(3)와 같은 다른 노치(3) 유형은 2차 이상의 다항식과 같은 다른 피팅 유형을 사용하여 피팅할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 파라미터를 추출하기 위해 둘 이상의 피팅이 사용된다. 예로서 1차 다항식은 원주 피팅과의 교차점을 찾는 데 사용되며 2차 다항식은 노치(3)의 바닥을 찾는 데 사용된다.
'진원도' 파라미터는 노치(3)의 균일도를 기술하기 위해 정의된다. 진원도는 노치(3)의 오른쪽과 왼쪽의 차이로 정의된다. 오른쪽과 왼쪽에 차이가 없는 대칭 노치(3)의 경우 진원도는 0이다.
노치(3)의 기하학적 형상을 기술하는 다른 파라미터가 데이터로부터 정의 및 측정될 수 있다. 여기에는 V-노치(3)의 측벽 각도, 연마 노치 휠(wheel)의 마모 감지 및 거칠기가 포함되지만 이에 제한되지 않는다.
바람직한 실시예에서, 단결정 잉곳(10)의 원주, 즉 배경 형상과 노치(3)의 형상은 피팅 알고리즘에 의해 동시에 구해진다.
바람직한 실시예에서, 잉곳 스캐너 시스템(20)은 개별 라인 스캔으로부터 단결정 잉곳(10)의 직경을 측정한다. 예를 들어, 표면 마킹이 없는 데이터 세트에 원이 피팅되고, 피팅된 곡률 반경은 단결정 잉곳(10)의 반경에 해당한다. 단결정 잉곳(10)의 여러 지점에서 이러한 측정을 반복함으로써 정밀도가 증가될 수 있다. 이 방법은 광학 라인 스캐너(24 및 25)의 기준점이 필요하지 않기 때문에, 광학 라인 스캐너(24 및 25)까지의 절대 거리를 사용하는 직경 측정에 비해 유리하다.
단결정 잉곳(10)의 기하학적 형태에 대해 구해진 파라미터 및 표면 특성 파라미터는 데이터 배열, 예를 들어 데이터베이스, 문서파일 또는 유사한 곳에 저장된다. 또한 실험 데이터 및 처리된 데이터는 나중에 참조할 수 있도록 저장된다. 데이터는 로컬 저장 장치, 네트워크 저장 장치 또는 클라우드 저장소에 저장할 수 있다. 데이터는 보다 쉬운 정리를 위해 데이터베이스 구조에 저장된다. 데이터베이스는 동일한 단결정 잉곳(10)에 대해 수행된 다른 측정에 대해 참조한다. 실험 데이터, 처리된 데이터 및 분석 결과의 그래픽 표현도 저장된다.
바람직한 실시예에서 작업자는 단결정 잉곳(10)을 위치시키고 측정 시퀀스를 시작하기만 하면 된다. 그후 데이터 수집 및 분석은 측정 연산 장치에 의해 자동으로 처리된다.
예시
예시 1
노치(3)를 갖는 실리콘 단결정 잉곳(10)이 본 발명의 방법에서 분석되었다. 데카르트 좌표계 그래프로서 노치가 있는 표면(14)의 섹션의 고해상도 스캔을 도시하는 획득 데이터가 도 7에 도시된다. 데이터는 광학 측정 장치의 라인 스캔 기능을 사용하여 획득되므로 1280개의 데이터 지점으로 구성된다. 개별 이상값은 데이터 세트에서 제거되었다. 도 7의 그래프는 실리콘 단결정 잉곳(10)의 곡면을 나타내며, 노치(3)가 도시되어 있다. 노치(3)에 대해 얻어진 노치(3)의 폭(31) 및 깊이(32)는: 폭(31): 3.24mm, 깊이(32): 1.44mm, 반경: 1.63mm, 및 진원도: 60㎛였다.
예시 2
2개의 노치(3) 및 2개의 플랫(4)을 갖는 150mm 직경의 실리콘 단결정 잉곳(10)을 제조하였고 750개의 데이터 지점을 갖는 저해상도 스캔을 사용하여 본 발명의 방법으로 분석하였다. 분석된 실리콘 단결정 잉곳(10)의 단면은 극좌표 그래프에 중첩되어 도 8에 도시되어 있다. 그래프는 분석으로부터 계산된 방향 마킹(11) 사이의 각도를 도시한다. 분석의 일부로서, 표면 마킹은 주 플랫, 부 플랫, 노치(1) 및 노치(2)로 식별된다.
분석은 도 9에서 데카르트 좌표계 그래프로 도시된다. 패널 A는 실리콘 단결정 잉곳(10)의 배경을 제거하기 전에 얻은 그래프를 보여준다. 패널 A의 데이터는 오프셋 값이 1.1mm였음을 보여준다. 실리콘 단결정 잉곳(10)의 배경을 제거한 후, 패널 B는 실리콘 단결정 잉곳(10)의 재배치 이후 오프셋 값이 유의미하지 않음을 보여준다(곡선이 "평평함"). 플랫(4) 및 노치(3)의 각위치는 데이터로부터 구해진다. 부 플랫(4)과 주 플랫(4) 사이의 각도는 각위치로부터 계산될 수 있다. 분석 결과 주 플랫(4)의 폭은 56.12mm이고 부 플랫(4)의 폭은 27.89mm였다. 이 스캔의 해상도는 노치(3)의 표면 설명 매개변수를 결정할 만큼 충분히 높지 않았으며 더 고해상도의 스캔, 예를 들어 단결정 잉곳(10)의 360°에 걸쳐 750개 이상의 지점에서의 스캔이 이를 위해 사용될 수 있다. 구체적으로, 노치(3)는 약 150° 및 330°에 나타나므로 길이 마킹 사이의 각도는 어쨌든 계산될 수 있으며 스캐너가 더 고해상도에서 노치(3)를 재분석하기 위해 단결정 잉곳(10)을 회전하는 데 위치를 사용할 수 있다.

Claims (17)

  1. 단결정 잉곳(10)의 길이 방향 마킹(11)의 표면 특성 파라미터를 획득하는 방법에 있어서,
    길이 중심축(12) 및 상기 길이 중심축(12)으로부터의 반경(13)을 갖는 - 상기 반경(13)은 상기 단결정 잉곳(10)의 표면(14)을 규정하며, 상기 단결정 잉곳(10)의 상기 표면(14)은 상기 길이 방향 마킹(11)을 가지며, 상기 길이 방향 마킹(11)은 폭(31 및 41)을 가짐 - 원통형 형상을 갖는 단결정 잉곳(10)을 제공하는 단계,
    회전축(23)을 - 상기 회전축(23)은, 상기 길이 중심축(12)과 실질적으로 평행하고 상기 길이 중심축(12)으로부터 오프셋 값 내에 위치함 - 중심으로 상기 단결정 잉곳(10)을 회전시키는 단계,
    상기 단결정 잉곳(10)의 각위치(angular positions)를 기록하는 단계,
    상기 회전축(23)으로부터의 측정 거리에 위치한 측정 지점(21)으로부터 상기 각위치에서 상기 단결정 잉곳(10)의 상기 표면(14)까지의 거리를 기록하는 단계,
    상기 각위치 및 상기 대응하는 각위치에서의 상기 거리를 포함하는 데이터 배열을 제공하는 단계,
    상기 데이터 배열로부터, 상기 단결정 잉곳(10)에 대한 배경 형상을 계산하는 단계,
    상기 배경 형상으로부터 벗어난 거리를 식별하기 위하여, 상기 배경 형상과 상기 거리를 비교하는 단계,
    상기 배경 형상으로부터 벗어난 거리의 상기 각위치와 상기 해당 거리를 검출하는 단계, 및
    상기 배경 형상으로부터 벗어난 거리를 갖는 연속적인 각위치 및 상기 해당 거리로부터 상기 표면 특성 파라미터 및 상기 폭(31 및 41)을 규정하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단결정 잉곳(10)은 반경 방향 치수에서 실질적으로 원형인 단면을 가지는, 방법.
  3. 방향 마킹된 단결정 잉곳(10)을 제조하는 방법에 있어서:
    길이 중심축(12) 및 상기 길이 중심축(12)으로부터의 반경(13)을 갖는 - 상기 반경(13)은 상기 단결정 잉곳(10)의 표면(14)을 규정함 - 원통형 형상을 갖는 단결정 잉곳(10)을 제공하는 단계,
    상기 단결정 잉곳(10)의 결정(crystal) 방향을 정하는 단계,
    상기 결정 방향에 기초하여 길이 방향 마킹(11)을 - 상기 길이 방향 마킹(11)은 폭(31 및 41)을 가짐 - 상기 단결정 잉곳(10)의 상기 표면(14)에 적용함으로써, 방향 마킹된 단결정을 제공하는 단계,
    상기 방향 마킹된 단결정 잉곳(10)의 표면 특성 파라미터를 획득하는 단계를 포함하되:
    회전축(23)을 - 상기 회전축(23)은, 상기 길이 중심축(12)과 실질적으로 평행하고 상기 길이 중심축(12)으로부터 오프셋 값 내에 위치함 - 중심으로 상기 방향 마킹된 단결정 잉곳(10)을 회전시키는 단계,
    상기 방향 마킹된 단결정 잉곳(10)의 각위치(angular positions)를 기록하는 단계,
    상기 회전축(23)으로부터의 측정 거리에 위치한 측정 지점(21)으로부터 상기 각위치에서 상기 방향 마킹된 단결정 잉곳(10)의 상기 표면(14)까지의 거리를 기록하는 단계,
    상기 각위치 및 상기 대응하는 각위치에서의 상기 거리를 포함하는 데이터 배열을 제공하는 단계,
    상기 데이터 배열로부터, 상기 방향 마킹된 단결정 잉곳(10)에 대한 배경 형상을 계산하는 단계,
    상기 배경 형상으로부터 벗어난 거리를 식별하기 위하여, 상기 배경 형상과 상기 거리를 비교하는 단계,
    상기 배경 형상으로부터 벗어난 거리의 상기 각위치와 상기 해당 거리를 검출하는 단계, 및
    상기 배경 형상으로부터 벗어난 거리를 갖는 연속적인 각위치 및 상기 해당 거리로부터 상기 표면 특성 파라미터 및 상기 폭(31 및 41)을 규정하는 단계를 수행하는 과정에서 상기 표면 특성 파라미터를 획득하며,
    상기 방향 마킹된 단결정 잉곳(10)을 상기 표면 특성 파라미터로 레이블링하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단결정 잉곳(10)의 상기 표면(14)을 연마하여, 상기 방사형 치수 상의 실질적인 원형 단면을 가지는 상기 단결정 잉곳(10)을 제공하는 단계를 더 포함하는, 방향 마킹된 단결정 잉곳(10)을 제조하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 따른 표면 특성 파라미터를 얻는 방법, 또는 제3항 또는 제4항에 따른 방향 마킹된 단결정 잉곳(10)을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 측정 지점(21)을 상기 단결정 잉곳(10)에 대해 길이 방향으로 이동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  6. 제1항, 제2항 또는 제5항 중 어느 한 항에 따른 표면 특성 파라미터를 얻는 방법, 또는 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방향 마킹된 단결정 잉곳(10)을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 오프셋 값은 5 mm 이하인 방법.
  7. 제1항, 제2항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 따른 표면 특성 파라미터를 얻는 방법, 또는 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방향 마킹된 단결정 잉곳(10)을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 오프셋 값을 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제1항, 제2항 또는 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 표면 특성 파라미터를 얻는 방법, 또는 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방향 마킹된 단결정 잉곳(10)을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 오프셋 값을 최소화하기 위해 상기 단결정 잉곳(10)을 재배치하는 단계를 더 포함하는 방법.
  9. 제1항, 제2항 또는 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 표면 특성 파라미터를 얻는 방법, 또는 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방향 마킹된 단결정 잉곳(10)을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 길이 방향 마킹은 노치(notch)(3)인 방법.
  10. 제1항, 제2항 또는 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 표면 특성 파라미터를 얻는 방법, 또는 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방향 마킹된 단결정 잉곳(10)을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 단결정 잉곳(10)은 두 개 이상의 방향 마킹(11)을 포함하는 방법.
  11. 제1항, 제2항 또는 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 표면 특성 파라미터를 얻는 방법, 또는 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방향 마킹된 단결정 잉곳(10)을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 회전축(23)을 향해 빛을 조사하고, 상기 단결정 잉곳(10)의 상기 표면(14)에서 반사 및/또는 산란된 빛으로부터 거리를 측정하는 방법.
  12. 제1항, 제2항 또는 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 표면 특성 파라미터를 얻는 방법, 또는 제3항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 방향 마킹된 단결정 잉곳(10)을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 배경 형상은, 상기 단결정 잉곳(10)의 360° 회전에 대해 0.06° ~ 36° 범위 내의 각도로 이격된 각위치마다 기록된 거리로부터 계산되는 방법.
  13. 제1항, 제2항 또는 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 표면 특성 파라미터를 얻는 방법, 또는 제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 방향 마킹된 단결정 잉곳(10)을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 연속적인 각위치를 식별한 후 더 높은 해상도에서 상기 표면 특성 파라미터의 상기 연속적인 각위치를 재분석하는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 제1항, 제2항 또는 제5항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 표면 특성 파라미터를 얻는 방법, 또는 제3항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 방향 마킹된 단결정 잉곳(10)을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 단결정 잉곳(10)은 실리콘 단결정 잉곳(10)인 방법.
  15. 제3항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 방향 마킹된 단결정 잉곳(10)을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 단결정 잉곳(10)으로부터 웨이퍼를 잘라내는(slicing) 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 잉곳 스캐너 시스템(20)에 있어서,
    회전축(23)을 갖는, 단결정 잉곳(10)을 회전시키기 위한 회전 장치(22),
    상기 회전축(23)으로부터 측정 거리에 위치되고, 상기 회전축(23)을 향해 빛을 조사하는 광원(24),
    상기 회전 장치 상의 상기 단결정 잉곳(10)의 표면(14)으로부터 반사 및/또는 산란된 빛을 검출하기 위한 광 검출기(25),
    상기 단결정 잉곳(10)의 각위치(angular positions)와 상기 각위치에서 상기 광 검출기(25)에 의해 검출된 빛을 포함하는 데이터 배열을 저장하는 데이터 저장 유닛(26), 및
    상기 데이터 배열을 참조하여, 측정 지점(21)으로부터 상기 단결정 잉곳(10)의 상기 표면(14)까지의 거리를 계산하도록 구성되며, 상기 계산된 거리로부터 상기 단결정 잉곳(10)의 배경 형상을 계산하고 상기 배경 형상으로부터 벗어난 거리를 식별하도록 더 구성된 데이터 처리 유닛(27)을 포함하는 잉곳 스캐너 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 잉곳 스캐너 시스템(20)은, 제1항에 정의된 단계에서 길이 마킹(11)을 가지는 상기 단결정 잉곳(10)의 상기 표면(14) 상의 상기 길이 마킹(11)의 표면 특성 파라미터를 획득하도록 구성된, 잉곳 스캐너 시스템(20).
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