WO2017111227A1 - Growth device and growth method of silicon monocrystalline ingot - Google Patents

Growth device and growth method of silicon monocrystalline ingot Download PDF

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WO2017111227A1
WO2017111227A1 PCT/KR2016/006748 KR2016006748W WO2017111227A1 WO 2017111227 A1 WO2017111227 A1 WO 2017111227A1 KR 2016006748 W KR2016006748 W KR 2016006748W WO 2017111227 A1 WO2017111227 A1 WO 2017111227A1
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single crystal
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crystal ingot
silicon single
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김정열
김세훈
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주식회사 엘지실트론
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    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20Controlling or regulating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
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    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/22Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
    • HELECTRICITY
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere

Definitions

  • Embodiments relate to an apparatus and method for growing silicon single crystal ingots, and more particularly, to an apparatus and method for accurately determining good dipping of seeds for growth of silicon single crystal ingots.
  • the silicon wafer has a single crystal growth process for producing a single crystal ingot, a slicing process for slicing the single crystal ingot to obtain a thin disk-shaped wafer, and a crack and distortion of the wafer obtained by the slicing process. Grinding process for processing the outer periphery thereof, lapping process for removing damage due to mechanical processing remaining on the wafer, polishing process for mirror- mirroring the wafer, and polishing And a cleaning process for polishing the wafer and removing foreign matter or foreign matter adhering to the wafer.
  • the silicon single crystal ingot thus grown is used as the substrate of the semiconductor device through the above-described process.
  • the growth of silicon single crystal ingots has been widely used by the floating zone (FZ) method or the Czochralski (CZ, hereinafter CZ) method.
  • FZ floating zone
  • CZ Czochralski
  • the most common of these methods is the CZ method.
  • polycrystalline silicon is charged into a quartz crucible, heated and melted by a graphite heating element, and then immersed the seed crystals in the resulting silicon melt, and when the crystallization occurs at the interface, the single crystal silicon ingot is rotated and pulled up. To grow.
  • the crucible is raised while rotating the shaft supporting the crucible so that the solid-liquid interface maintains the same height, and the silicon single crystal ingot is pulled while rotating in the direction opposite to the rotation direction of the crucible about the same axis as the rotation axis of the crucible. Up.
  • Processes for growing silicon single crystal ingots include dipping of seeds and growing necks, shoulders, and bodies. After seeding the seed crystals into the silicon melt and determining that the temperature of the silicon melt is within a certain range as good dipping, the seed crystals may be raised to grow a silicon single crystal ingot.
  • FIG. 1 is a view illustrating a method of determining good dipping of seeds of a conventional silicon single crystal ingot.
  • the temperature sensor 10 determines the good dipping by measuring the temperature of the meniscus region around the seed.
  • the part where the seed melts appears brighter than the surroundings, and as shown, the shape of the boundary region where the seed melts at the edge of the seed may be referred to as a meniscus.
  • the melting region of the seed may form a closed curved surface, but may be observed by being partially shielded by the upper region of the unmelted seed when photographing by the temperature sensor 10.
  • the temperature may be raised by measuring the heat radiated from the silicon melt in the temperature sensor 10 to sense the surface temperature of the melt to reach a temperature that is good dipping.
  • FIG. 2 is a view showing the temperature of the silicon melt with time in the method of FIG. As the dipping time increases, the temperature t0 of the silicon melt may converge within a predetermined range t1 to t2, and this may be determined as good dipping and the seed may be raised.
  • the center region of the silicon melt is the region where the seeds are dipped and melted, making it difficult to accurately measure temperature.
  • the growth of the silicon single crystal ingot also involves the temperature in the chamber in addition to the temperature of the silicon melt, the above-described method is difficult to determine the temperature in the chamber.
  • 3A to 3D are diagrams illustrating an error of a good dipping judgment in the conventional method.
  • 3A to 3D show good dipping by the above-described method in the same growth apparatus, respectively, to raise the seed to start necking.
  • This difference is due to the fact that the temperature sensor 10 alone does not identify various factors involved in the growth of the silicon single crystal ingot as described above, that is, it is difficult to accurately identify the good dipping of the seeds only by the temperature of the silicon melt surface. .
  • Embodiments provide an apparatus and method for accurately determining good dipping of seeds upon growth of silicon single crystal ingots.
  • Embodiments include dipping a seed in a silicon melt; (A) measuring the surface temperature of the silicon melt; (B) measuring a melting shape of the seed at the surface of the silicon melt; And pulling the seed when good dipping is determined from the surface temperature and the melting shape.
  • Step (a) may measure the surface temperature of the silicon melt using a temperature sensor.
  • step (b) the shape of the melting region of the seed may be determined by the image sensor.
  • step (b) when the length of one side of the melting region of the seed is greater than or equal to a predetermined length, it can be regarded as an effective shape.
  • step (b) at least three shape factors of the seed melting region may be identified.
  • the radius of curvature of at least two vertex regions of the seed melting region can be understood as the first shape factor.
  • the radius of curvature of the two vertex areas can be averaged to determine the first shape factor.
  • the thickness of at least one side of the seed melting region can be understood as the second shape factor.
  • the curvature of at least one side of a seed melting region can be grasped
  • positioned between two vertex areas can grasp
  • the melting shape of the seed may be asymmetric in the left and right directions.
  • the three shape factors can be grasped only by the shape of the lower region.
  • Another embodiment includes a chamber; A crucible provided inside the chamber and containing a silicon melt; A heating unit provided inside the chamber and heating the silicon melt; An upper heat insulating member disposed above the crucible and shielding heat of the heating portion facing the single crystal ingot grown from the silicon melt; A temperature sensor disposed in a first region of the upper portion of the chamber to measure a surface temperature of the silicon melt; And an image sensor disposed in a second region of the upper portion of the chamber to measure a surface image of the silicon melt.
  • the controller may further include a controller configured to determine whether the seed is good dipped from the data measured by the temperature sensor and the image sensor.
  • An apparatus and a growth method of a silicon single crystal ingot when the seed is dipped and melted, the good dipping is identified from three shape factors of the meniscus, which is the shape of the melt region of the seed from the image sensor, and is identified from the temperature sensor. Used with the results, it is possible to pinpoint the growth point of the neck.
  • 1 is a view showing a method for determining the good dipping of the seed of a conventional silicon single crystal ingot
  • 3A to 3D are diagrams showing an error of a good dipping judgment in a conventional method
  • FIG. 4 is a view showing an embodiment of a device for growing a silicon single crystal ingot
  • 5a and 5b is a view showing the rotation of the meniscus shape according to the rotation of the seed
  • 5C and 5D show image extraction of seeds
  • 6A to 6D are diagrams illustrating a process of extracting features from the shape of a meniscus
  • FIG. 8 is a view showing a method of growing a silicon single crystal ingot according to the embodiment.
  • the upper (up) or the lower (down) (on or under) when described as being formed on the “on” or “on” (under) of each element, the upper (up) or the lower (down) (on or under) includes both the two elements are in direct contact with each other (directly) or one or more other elements are formed indirectly formed (indirectly) between the two elements.
  • each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description.
  • the size of each component does not necessarily reflect the actual size.
  • FIG. 4 is a view showing an embodiment of a device for growing a silicon single crystal ingot
  • the silicon single crystal growth apparatus 100 may grow a silicon single crystal ingot by melting solid silicon to make a liquid and recrystallizing the same.
  • the apparatus for growing a silicon single crystal ingot includes a chamber 100 in which a space for growing the silicon single crystal ingot 140 is formed from a silicon (Si) melt and a crucible 120 for accommodating the silicon single crystal melt. , 122), a heating part 140 for heating the crucibles 120 and 122, and a heat of the heating part 140 toward the silicon single crystal ingot 140,
  • the upper heat insulating member 160 positioned upward, the seed chuck 180 for fixing the seed 185 for growth of the silicon single crystal ingot 140, and the crucible 122 rotated by the driving means.
  • a temperature sensor 10 provided at the upper portion of the rotating shaft 130 and the chamber 110 to measure the surface temperature of the silicon melt Si, and a surface image of the silicon melt Si provided at the top of the chamber. It comprises an image sensor 20 to measure .
  • the chamber 110 may have a cylindrical shape having a cavity formed therein, and the crucibles 120 and 122 are positioned in a central region of the chamber 110.
  • the crucibles 120 and 122 are in the shape of a concave bowl as a whole to accommodate the silicon single crystal melt, and may be made of a material such as tungsten (W) or molybdenum (Mo), but is not limited thereto.
  • the crucible may be formed of a quartz crucible 120 directly contacting the silicon single crystal melt and a graphite crucible 122 supporting the quartz crucible 120 while surrounding the outer surface of the quartz crucible 120.
  • a water cooling tube 190 may be provided on the grown silicon single crystal ingot 140 to cool the silicon single crystal ingot 140.
  • the silicon melt Si is filled into the crucible 120, and the seeds 185 are contacted with the silicon melt Si to be probed and dipping.
  • a portion of the seed may melt while the seed 185 is immersed in a high temperature silicon melt (Si).
  • the temperature sensor 10 determines the good dipping by measuring the temperature of the meniscus region around the seed.
  • the surface temperature of the melt can be detected.
  • the image sensor 20 may determine the good dipping by capturing the melted shape of the seed and analyzing the image captured by the controller (not shown). At this time, since the seed rotates, it is necessary to extract only valid data from the melting shape of the seed photographed by the image sensor 20.
  • the seeds and the crucibles 20 and 22 may rotate, respectively, and are referred to as seed rotation and crucible rotation, respectively. This can be in different directions.
  • 5A and 5B are diagrams illustrating the rotation of the meniscus shape according to the rotation of the seed.
  • the shape of the meniscus at the edge is obtained by photographing the continuously rotating seeds, and the uppermost part in FIG. 5A and the lowermost part in FIG. 5B may be effective shapes.
  • the effective shape means a melting shape of the seed that can be effectively used to determine the good dipping.
  • the melting shape of a seed is image
  • FIG. 5C and 5D illustrate image extraction of the seed.
  • one face of the meniscus which is a melting region of the seed, overlaps the predetermined length d1 or more.
  • FIG. 5D one face of the meniscus is preset length d1 according to the rotation of the seed. Overlap in areas smaller than).
  • FIG. 5C may be regarded as valid data, and FIG. 5D may be determined to be inappropriate data for determining good dipping.
  • the determination of whether the good dipping is described above may be determined by the length of the region where the meniscus overlaps with the preset length d1 as shown in FIG. 5A, but the degree of the shape of the meniscus is inclined at a predetermined angle. It may be determined, or may be regarded as valid data, for example, when it is located in an angle range within 1 degree (°).
  • 6A to 6D are diagrams illustrating a process of extracting features from the shape of a meniscus.
  • the melting shape of the seed it can be determined from a plurality of factors, and in this embodiment, it can be grasped from three factors of the seed melting region.
  • the shapes of two vertex regions a1 and a2 and one side b region of the melt region of the seed may be determined from the photographed data.
  • the first shape factor may be the radius of curvature R1, R2 of the two vertex regions of the seed melting region, as shown in FIG. 6B.
  • the radius of curvature R1 and R2 of the most similar circle may be calculated.
  • the radiuses of curvature R1 and R2 of the two vertex areas measured and calculated can be averaged to determine the first shape factor.
  • the thickness t of at least one side of the seed melting region may be understood as the second shape factor.
  • the thickness t of the center region of the left and right sides of the shape of the melt region of the seed may be measured.
  • the curvature R3 of the at least 1 side of a seed melting region can be grasped
  • the curvature R3 of the most similar circle can be calculated.
  • the regions 1/2 of the left / right of the meniscus, which are the melt regions of the seed may not be exactly symmetrical, with two radii of curvature R1, R2 and one curvature R3.
  • R1, R2 the radii of curvature
  • R3 the radii of curvature
  • the seed When the seed is determined to be good dipping from the three shape factors of the above-described melt shape of the seed, and also determined to be good dipping from the surface temperature, the seed may be raised and the neck may be grown.
  • Si silicon melt
  • the silicon melt (Si) is solidified and a single crystal is continuously grown from the lower part of the neck to form a shoulder.
  • the shoulder is grown in a radial and vertical direction to increase the diameter of the single crystal and to immerse it into the silicon melt.
  • a body may be continuously grown from the bottom of the shoulder.
  • the interface between the silicon melt (Si) and the grown silicon single crystal ingot is also referred to as a growth interface (Crystallization Front).
  • FIG. 8 shows a method of growing a silicon single crystal ingot according to the above-described embodiment.
  • FIG. 7 shows the temperature and scoring of a silicon melt over time.
  • the values of the three shape factors may be calculated as +1 or -1, respectively, depending on whether or not the values of the three shape factors meet predetermined requirements, and the values determined from the three shape factors may be distributed from +3 to -3.
  • a represents the surface temperature of the silicon melt measured by the temperature sensor
  • b is a value obtained by averaging the value of a every 5 minutes
  • c is a value determined from the three factors described above
  • d is an average of c at regular intervals. One value.
  • An apparatus and a method for growing a silicon single crystal ingot as the seed is dipped and melted, identify a good dipping from three shape factors of the meniscus, which is the shape of the melt region of the seed from an image sensor, and is identified from a temperature sensor. Used with the results, it is possible to pinpoint the growth point of the neck.
  • the growth apparatus and growth method of the silicon single crystal ingot it is possible to accurately determine the growth point of the neck through the temperature sensor and the image sensor.

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Abstract

An embodiment provides a growth method of a silicon monocrystalline ingot, comprising the steps of: dipping a seed in a silicon melt; (a) measuring a surface temperature of the silicon melt; (b) measuring a melting shape of the seed on the surface of the silicon melt; and raising the seed when good dipping is determined from the surface temperature and the melting shape.

Description

실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 및 성장 방법Growth device and growth method of silicon single crystal ingot
실시예는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘 단결정 잉곳의 성장을 위한 시드의 굿 디핑을 정확하게 판단하는 장치 및 방법에 관한 것이다.Embodiments relate to an apparatus and method for growing silicon single crystal ingots, and more particularly, to an apparatus and method for accurately determining good dipping of seeds for growth of silicon single crystal ingots.
실리콘 웨이퍼는, 단결정 잉곳(Ingot)을 만들기 위한 단결정 성장 공정과, 단결정 잉곳을 슬라이싱(Slicing)하여 얇은 원판 모양의 웨이퍼를 얻는 슬라이싱 공정과, 상기 슬라이싱 공정에 의해 얻어진 웨이퍼의 깨짐, 일그러짐을 방지하기 위해 그 외주부를 가공하는 그라인딩(Grinding) 공정과, 상기 웨이퍼에 잔존하는 기계적 가공에 의한 손상(Damage)을 제거하는 랩핑(Lapping) 공정과, 상기 웨이퍼를 경면화하는 연마(Polishing) 공정과, 연마된 웨이퍼를 연마하고 웨이퍼에 부착된 연마제나 이물질을 제거하는 세정 공정을 포함하여 이루어진다.The silicon wafer has a single crystal growth process for producing a single crystal ingot, a slicing process for slicing the single crystal ingot to obtain a thin disk-shaped wafer, and a crack and distortion of the wafer obtained by the slicing process. Grinding process for processing the outer periphery thereof, lapping process for removing damage due to mechanical processing remaining on the wafer, polishing process for mirror- mirroring the wafer, and polishing And a cleaning process for polishing the wafer and removing foreign matter or foreign matter adhering to the wafer.
이렇게 성장된 실리콘 단결정 잉곳은 상술한 공정을 거쳐서, 반도체 디바이스의 기판으로 사용하게 된다.The silicon single crystal ingot thus grown is used as the substrate of the semiconductor device through the above-described process.
실리콘 단결정 잉곳의 성장은 플로우팅존(floating zone : FZ) 방법 또는 초크랄스키(Czochralski : CZ, 이하 CZ라 칭한다) 방법을 많이 사용하여 왔다. 이들 방법 중에서 가장 일반화되어 있는 방법이 CZ 방법이다.The growth of silicon single crystal ingots has been widely used by the floating zone (FZ) method or the Czochralski (CZ, hereinafter CZ) method. The most common of these methods is the CZ method.
CZ 방법에서는 석영 도가니에 다결정 실리콘을 장입하고, 이를 흑연 발열체에 의해 가열하여 용융시킨 후, 용융 결과 형성된 실리콘 용융액에 종자결정을 담그고 계면에서 결정화가 일어날 때 종자결정을 회전하면서 인상시킴으로써 단결정의 실리콘 잉곳을 성장시킨다.In the CZ method, polycrystalline silicon is charged into a quartz crucible, heated and melted by a graphite heating element, and then immersed the seed crystals in the resulting silicon melt, and when the crystallization occurs at the interface, the single crystal silicon ingot is rotated and pulled up. To grow.
상세하게는 도가니를 지지하는 축을 회전시키면서 도가니를 상승시켜 고-액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 하고, 실리콘 단결정 잉곳은 도가니의 회전축과 동일한 축을 중심으로 하여 도가니의 회전방향과 반대방향으로 회전시키면서 끌어올린다.Specifically, the crucible is raised while rotating the shaft supporting the crucible so that the solid-liquid interface maintains the same height, and the silicon single crystal ingot is pulled while rotating in the direction opposite to the rotation direction of the crucible about the same axis as the rotation axis of the crucible. Up.
실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 공정은, 시드의 디핑(dipping)과 넥(neck), 숄더(shoulder) 및 바디(body)를 성장시키는 공정을 포함한다. 종자 결정인 시드를 실리콘 용융액에 디핑한 후 실리콘 용융액의 온도가 일정 범위 이내일 때를 굿 디핑(good dipping)이라고 판단한 후, 종자 결정을 끌어올리며 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있다.Processes for growing silicon single crystal ingots include dipping of seeds and growing necks, shoulders, and bodies. After seeding the seed crystals into the silicon melt and determining that the temperature of the silicon melt is within a certain range as good dipping, the seed crystals may be raised to grow a silicon single crystal ingot.
굿 디핑을 판단하는 것이 실리콘 단결정 잉곳의 성장에서 중요하며, 도 1은 종래의 실리콘 단결정 잉곳의 시드의 굿 디핑을 판단하는 방법을 나타낸 도면이다.Determination of good dipping is important in the growth of silicon single crystal ingots, and FIG. 1 is a view illustrating a method of determining good dipping of seeds of a conventional silicon single crystal ingot.
온도 센서(10)에서 시드 주변의 매니스커스(meniscus) 영역의 온도를 측정하여 굿 디핑을 판단한다. 시드가 녹는 부분은 주변보다 밝게 보이며, 도시된 바와 같이 시드의 가장 자리에서 시드가 녹는 경계 영역의 형상을 매니스커스라 할 수 있다. 실제로 시드가 녹는 영역은 폐곡면을 이룰 수 있으나, 온도 센서(10)에서 촬영 할 때 녹지 않은 시드의 상부 영역에 의하여 일부가 차폐되어 관측될 수 있다.The temperature sensor 10 determines the good dipping by measuring the temperature of the meniscus region around the seed. The part where the seed melts appears brighter than the surroundings, and as shown, the shape of the boundary region where the seed melts at the edge of the seed may be referred to as a meniscus. In fact, the melting region of the seed may form a closed curved surface, but may be observed by being partially shielded by the upper region of the unmelted seed when photographing by the temperature sensor 10.
시드가 도시된 바와 같이 녹는 중일 때, 온도 센서(10)에서 실리콘 용융액으로부터 방사되는 열을 측정하여 멜트의 표면 온도를 감지하여 굿 디핑이 되는 온도에 이르렀을 때, 시드를 인상할 수 있다.When the seed is melting as shown, the temperature may be raised by measuring the heat radiated from the silicon melt in the temperature sensor 10 to sense the surface temperature of the melt to reach a temperature that is good dipping.
도 2는 도 1의 방법에서 시간에 따른 실리콘 용융액의 온도를 나타낸 도면이다. 디핑 시간이 증가함에 따라 실리콘 용융액의 온도(t0)가 일정 범위(t1~t2) 이내로 수렴할 수 있고, 이때를 굿 디핑으로 판단하고 시드를 인상시킬 수 있다.2 is a view showing the temperature of the silicon melt with time in the method of FIG. As the dipping time increases, the temperature t0 of the silicon melt may converge within a predetermined range t1 to t2, and this may be determined as good dipping and the seed may be raised.
그러나, 종래의 굿 디핑 판단은 아래와 같은 문제점이 있다.However, the conventional good dipping judgment has the following problems.
실리콘 용융액의 정중앙 영역은 시드가 디핑되고 녹는 영역이어서 정확한 온도를 측정하기 어렵다. 또한, 실리콘 단결정 잉곳의 성장에는 실리콘 용융액의 온도 외에 챔버 내의 온도도 관여하게 되는데, 상술한 방법은 챔버 내의 온도를 파악하기 어렵다.The center region of the silicon melt is the region where the seeds are dipped and melted, making it difficult to accurately measure temperature. In addition, the growth of the silicon single crystal ingot also involves the temperature in the chamber in addition to the temperature of the silicon melt, the above-described method is difficult to determine the temperature in the chamber.
또한, 챔버 내에서 아르곤 등 비활성 기체의 유동에 따른 열 분포의 변경 등은 측정할 수 없다.In addition, the change of the heat distribution according to the flow of inert gas, such as argon, in a chamber cannot be measured.
도 3a 내지 도 3d는 종래의 방법에서 굿 디핑 판단의 오차를 나타낸 도면들이다. 도 3a 내지 도 3d는 각각 동일한 성장 장치에서 상술한 방법으로 굿 디핑을 판단하여 시드를 인상하여 넥킹을 시작한다.3A to 3D are diagrams illustrating an error of a good dipping judgment in the conventional method. 3A to 3D show good dipping by the above-described method in the same growth apparatus, respectively, to raise the seed to start necking.
그러나, 도 3a 내지 도 3d에서 동일한 성장 장치를 사용하여 동일한 방법으로 굿 디핑을 판단하더라도, 굿 디핑으로 판단되는 온도가 서로 상이하고 또한 동일한 온도에서 굿 디핑으로 판단되더라고 넥의 성장 시점까지 걸리는 시간이 서로 상이하다.However, even if good dipping is determined by the same method using the same growth apparatus in FIGS. 3A to 3D, the time taken to grow the neck even if the temperatures determined to be good dipping are different from each other and are determined to be good dipping at the same temperature. These are different from each other.
이러한 차이점은 상술한 바와 같이 온도 센서(10) 만으로는 실리콘 단결정 잉곳의 성장에 관여하는 여러 요소들을 파악하지 못하는 것에 기인하여, 즉 실리콘 용융액 표면의 온도 만으로는 시드의 굿 디핑을 정확히 파악하기 어렵기 때문이다.This difference is due to the fact that the temperature sensor 10 alone does not identify various factors involved in the growth of the silicon single crystal ingot as described above, that is, it is difficult to accurately identify the good dipping of the seeds only by the temperature of the silicon melt surface. .
실시예는, 실리콘 단결정 잉곳의 성장시에 시드의 굿 디핑을 정확하게 판단하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.Embodiments provide an apparatus and method for accurately determining good dipping of seeds upon growth of silicon single crystal ingots.
실시예는 실리콘 용융액에 시드를 디핑하는 단계; 상기 실리콘 용융액의 표면 온도를 측정하는 (a) 단계; 상기 실리콘 용융액의 표면에서 상기 시드의 멜팅 형상을 측정하는 (b) 단계; 및 상기 표면 온도와 멜팅 형상으로부터 굿 디핑이 판단될 때, 상기 시드를 인상하는 단계를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법을 제공한다.Embodiments include dipping a seed in a silicon melt; (A) measuring the surface temperature of the silicon melt; (B) measuring a melting shape of the seed at the surface of the silicon melt; And pulling the seed when good dipping is determined from the surface temperature and the melting shape.
(a) 단계는, 온도센서에서 상기 실리콘 용융액의 표면 온도를 측정할 수 있다.Step (a) may measure the surface temperature of the silicon melt using a temperature sensor.
(b) 단계는, 영상 센서에서 상기 시드의 용융 영역의 형상을 파악할 수 있다.In step (b), the shape of the melting region of the seed may be determined by the image sensor.
(b) 단계에서, 상기 시드의 용융 영역의 한 변의 길이가 기설정된 길이 이상일 때, 유효한 형상으로 파악할 수 있다.In step (b), when the length of one side of the melting region of the seed is greater than or equal to a predetermined length, it can be regarded as an effective shape.
시드의 용융 영역의 한 변이 기설정된 각도에서 1도(°) 이내에 위치할 때, 유효한 형상으로 파악할 수 있다.When one side of the melting region of the seed is located within 1 degree (°) at a predetermined angle, it can be regarded as an effective shape.
(b) 단계에서, 상기 시드 용융 영역의 적어도 3개의 형상 인자를 파악할 수 있다.In step (b), at least three shape factors of the seed melting region may be identified.
시드 용융 영역의 적어도 2개의 꼭지점 영역의 곡률 반경을 제1 형상 인자로 파악할 수 있다.The radius of curvature of at least two vertex regions of the seed melting region can be understood as the first shape factor.
2개의 꼭지점 영역의 곡률 반경을 평균하여 상기 제1 형상 인자로 파악할 수 있다.The radius of curvature of the two vertex areas can be averaged to determine the first shape factor.
시드 용융 영역의 적어도 1개의 변의 두께를 제2 형상 인자로 파악할 수 있다.The thickness of at least one side of the seed melting region can be understood as the second shape factor.
시드 용융 영역의 적어도 1개의 변의 곡률을 제3 형상 인자로 파악할 수 있다.The curvature of at least one side of a seed melting region can be grasped | ascertained by a 3rd shape factor.
2개의 꼭지점 영역의 사이에 배치된 1개의 변을 곡률을 제3 형상 인자로 파악할 수 있다.One side arrange | positioned between two vertex areas can grasp | ascertain curvature as a 3rd shape factor.
시드의 멜팅 형상은, 좌우 방향에서 비대칭일 수 있다.The melting shape of the seed may be asymmetric in the left and right directions.
시드의 멜팅 형상 중, 하부의 영역의 형상 만으로 상기 3개의 형상 인자를 파악할 수 있다.Among the melting shapes of the seed, the three shape factors can be grasped only by the shape of the lower region.
다른 실시예는 챔버; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘 용융액이 수용되는 도가니; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 상기 실리콘 용융액을 가열하는 가열부; 상기 도가니의 상부에 배치되고, 상기 실리콘 용융액으로부터 성장되는 단결정 잉곳을 향하는 상기 가열부의 열을 차폐하는 상방 단열부재; 상기 챔버의 상부의 제1 영역에 배치되어 상기 실리콘 용융액의 표면 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 챔버의 상부의 제2 영역에 배치되어 상기 실리콘 용융액의 표면 영상을 측정하는 영상 센서를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치를 제공한다.Another embodiment includes a chamber; A crucible provided inside the chamber and containing a silicon melt; A heating unit provided inside the chamber and heating the silicon melt; An upper heat insulating member disposed above the crucible and shielding heat of the heating portion facing the single crystal ingot grown from the silicon melt; A temperature sensor disposed in a first region of the upper portion of the chamber to measure a surface temperature of the silicon melt; And an image sensor disposed in a second region of the upper portion of the chamber to measure a surface image of the silicon melt.
온도 센서와 영상 센서에서 측정된 데이터로부터, 시드의 굿 디핑 여부를 판단하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The controller may further include a controller configured to determine whether the seed is good dipped from the data measured by the temperature sensor and the image sensor.
실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 및 성장 방법, 시드가 디핑되며 녹을 때 영상 센서로부터 시드의 용융 영역의 형상인 매니스커스의 3개의 형상인자로부터 굿 디핑을 파악하며, 온도 센서로부터 파악된 결과와 함께 활용하여, 넥의 성장 시점을 정확하게 파악할 수 있다.An apparatus and a growth method of a silicon single crystal ingot according to an embodiment, when the seed is dipped and melted, the good dipping is identified from three shape factors of the meniscus, which is the shape of the melt region of the seed from the image sensor, and is identified from the temperature sensor. Used with the results, it is possible to pinpoint the growth point of the neck.
도 1은 종래의 실리콘 단결정 잉곳의 시드의 굿 디핑을 판단하는 방법을 나타낸 도면이고,1 is a view showing a method for determining the good dipping of the seed of a conventional silicon single crystal ingot,
도 2는 도 1의 방법에서 시간에 따른 실리콘 용융액의 온도를 나타낸 도면이고,2 is a view showing the temperature of the silicon melt with time in the method of Figure 1,
도 3a 내지 도 3d는 종래의 방법에서 굿 디핑 판단의 오차를 나타낸 도면들이고,3A to 3D are diagrams showing an error of a good dipping judgment in a conventional method,
도 4는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치의 일 실시예를 나타낸 도면이고,4 is a view showing an embodiment of a device for growing a silicon single crystal ingot,
도 5a 및 도 5b는 시드의 회전에 따른 매니스커스 형상의 회전을 나타낸 도면이고,5a and 5b is a view showing the rotation of the meniscus shape according to the rotation of the seed,
도 5c 및 도 5d는 시드의 이미지 추출을 나타낸 도면이고,5C and 5D show image extraction of seeds,
도 6a 내지 도 6d는 매니스커스의 형상 중에서 특징을 추출하는 과정을 나타낸 도면이고,6A to 6D are diagrams illustrating a process of extracting features from the shape of a meniscus,
도 7은 시간에 따른 실리콘 용융액의 온도와 스코어링을 나타낸 도면이고,7 is a view showing the temperature and scoring of the silicon melt over time,
도 8은 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법을 나타낸 도면이다.8 is a view showing a method of growing a silicon single crystal ingot according to the embodiment.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples, and the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.However, embodiments according to the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.In the description of the embodiment according to the present invention, when described as being formed on the "on" or "on" (under) of each element, the upper (up) or the lower (down) (on or under) includes both the two elements are in direct contact with each other (directly) or one or more other elements are formed indirectly formed (indirectly) between the two elements.
또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In addition, when expressed as "up" or "on (under)", it may include the meaning of the downward direction as well as the upward direction based on one element.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.Also, the relational terms used below, such as "first" and "second," "upper" and "lower", etc., do not necessarily require or imply any physical or logical relationship or order between such entities or elements. It may be used only to distinguish one entity or element from another entity or element.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.In the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. In addition, the size of each component does not necessarily reflect the actual size.
도 4는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치의 일 실시예를 나타낸 도면이고,4 is a view showing an embodiment of a device for growing a silicon single crystal ingot,
본 실시예에 따른 실리콘 단결정의 성장 장치(100)는 고체 실리콘을 녹여서 액체로 만든 후 재결정화하여 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있다.The silicon single crystal growth apparatus 100 according to the present exemplary embodiment may grow a silicon single crystal ingot by melting solid silicon to make a liquid and recrystallizing the same.
실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치(100)는, 내부에 실리콘(Si) 용융액으로부터 실리콘 단결정 잉곳(140)이 성장하기 위한 공간이 형성되는 챔버(100)와, 상기 실리콘 단결정 용융액이 수용되기 위한 도가니(120, 122)와, 상기 도가니(120, 122)를 가열하기 위한 가열부(140)와, 상기 실리콘 단결정 잉곳(140)을 향한 상기 가열부(140)의 열을 차단하기 위하여 상기 도가니(120)의 상방에 위치되는 상방 단열 부재(160)와, 상기 실리콘 단결정 잉곳(140)의 성장을 위한 시드(185)를 고정하기 위한 시드척(180)과, 구동 수단에 의해 회전되어 도가니(122)를 회전시켜 상승시키는 회전축(130)과 챔버(110)의 상부에 구비되어 실리콘 용융액(Si)의 표면 온도를 측정하는 온도 센서(10), 및 챔버의 상부에 구비되어 실리콘 용융액(Si)의 표면 영상을 측정하는 영상 센서(20)를 포함하여 이루어진다.The apparatus for growing a silicon single crystal ingot includes a chamber 100 in which a space for growing the silicon single crystal ingot 140 is formed from a silicon (Si) melt and a crucible 120 for accommodating the silicon single crystal melt. , 122), a heating part 140 for heating the crucibles 120 and 122, and a heat of the heating part 140 toward the silicon single crystal ingot 140, The upper heat insulating member 160 positioned upward, the seed chuck 180 for fixing the seed 185 for growth of the silicon single crystal ingot 140, and the crucible 122 rotated by the driving means. A temperature sensor 10 provided at the upper portion of the rotating shaft 130 and the chamber 110 to measure the surface temperature of the silicon melt Si, and a surface image of the silicon melt Si provided at the top of the chamber. It comprises an image sensor 20 to measure .
챔버(110)는 내부에 캐비티(cavity)가 형성된 원통 형상일 수 있고, 상기 챔버(110)의 중앙 영역에 상기 도가니(120, 122)가 위치된다. 도가니(120, 122)는 실리콘 단결정 용융액이 수용될 수 있도록 전체적으로 오목한 그릇의 형상이고, 텅스텐(W) 또는 몰리브덴(Mo) 등의 재질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The chamber 110 may have a cylindrical shape having a cavity formed therein, and the crucibles 120 and 122 are positioned in a central region of the chamber 110. The crucibles 120 and 122 are in the shape of a concave bowl as a whole to accommodate the silicon single crystal melt, and may be made of a material such as tungsten (W) or molybdenum (Mo), but is not limited thereto.
그리고, 도가니는, 상기 실리콘 단결정 용융액과 직접 접촉되는 석영 도가니(120)와, 상기 석영 도가니(120)의 외면을 둘러싸면서 상기 석영 도가니(120)를 지지하는 흑연 도가니(122)로 이루어질 수 있다.The crucible may be formed of a quartz crucible 120 directly contacting the silicon single crystal melt and a graphite crucible 122 supporting the quartz crucible 120 while surrounding the outer surface of the quartz crucible 120.
그리고, 성장되는 실리콘 단결정 잉곳(140)의 상부에 수냉관(190)이 구비되어, 실리콘 단결정 잉곳(140)을 냉각시킬 수 있다.In addition, a water cooling tube 190 may be provided on the grown silicon single crystal ingot 140 to cool the silicon single crystal ingot 140.
이하에서, 상술한 실리콘 단결정의 성장장치를 이용한 실리콘 단결정의 성장의 성장 방법의 일실시 예를 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the growth method of growth of silicon single crystal using the growth device of silicon single crystal described above will be described.
먼저, 도가니(120) 내에 실리콘 용융액(Si)을 채우지고, 시드(seed, 185)를 실리콘 용융액(Si)에 접촉하여 탐침하여 디핑(dipping)시킨다.First, the silicon melt Si is filled into the crucible 120, and the seeds 185 are contacted with the silicon melt Si to be probed and dipping.
그리고, 시드(185)가 고온의 실리콘 용융액(Si)에 잠기면서 시드의 일부가 녹을 수 있다.In addition, a portion of the seed may melt while the seed 185 is immersed in a high temperature silicon melt (Si).
그리고, 온도 센서(10)와 영상 센서(20)를 이용하여, 굿 디핑 여부를 확인한다. 굿 디핑 여부의 판단은, 온도 센서(10)를 사용하여 실리콘 용융액(Si)의 표면 온도를 측정하는 (a) 단계와, 실리콘 용융액(Si)의 표면에서 시드가 멜팅되는 형상을 측정하는 (b) 단계를 포함하여 이루어진다.Then, by using the temperature sensor 10 and the image sensor 20, whether or not good dipping is checked. Determination of the good dipping, (a) measuring the surface temperature of the silicon melt (Si) using the temperature sensor 10, and (b) measuring the shape of the seed melt on the surface of the silicon melt (Si) A) step is achieved.
온도 센서(10)는 시드 주변의 매니스커스(meniscus) 영역의 온도를 측정하여 굿 디핑을 판단한다. 시드가 녹는 부분은 주변보다 밝게 보이며, 도시된 바와 같이 시드의 가장 자리에서 시드가 녹는 경계 영역의 형상을 매니스커스라 할 수 있고, 온도 센서(10)에서 실리콘 용융액으로부터 방사되는 열을 측정하여 멜트의 표면 온도를 감지할 수 있다.The temperature sensor 10 determines the good dipping by measuring the temperature of the meniscus region around the seed. The part where the seed melts appears brighter than the surroundings, and as shown, the shape of the boundary region where the seed melts at the edge of the seed can be referred to as a meniscus, and the temperature sensor 10 measures the heat radiated from the silicon melt. The surface temperature of the melt can be detected.
그리고, 영상 센서(20)는 시드의 멜팅되는 형상을 촬영하고 제어부(미도시)에서 촬영된 영상을 분석하여 굿 디핑 여부를 판단할 수 있다. 이때, 시드가 회전하므로, 영상 센서(20)에서 촬영되는 시드의 멜팅 형상 중에서 유효한 데이터 만을 추출할 필요가 있다.In addition, the image sensor 20 may determine the good dipping by capturing the melted shape of the seed and analyzing the image captured by the controller (not shown). At this time, since the seed rotates, it is necessary to extract only valid data from the melting shape of the seed photographed by the image sensor 20.
즉, 실리콘 단결정 잉곳의 성장 중에 시드와 도가니(20, 22)는 각각 회전을 할 수 있는데, 각각각 시드 회전(seed rotation)과 도가니 회전(crucible rotation)이라 하고, 시드 회전과 도가니 회전의 방향은 서로 다른 방향일 수 있기 때문이다.That is, during the growth of the silicon single crystal ingot, the seeds and the crucibles 20 and 22 may rotate, respectively, and are referred to as seed rotation and crucible rotation, respectively. This can be in different directions.
도 5a 및 도 5b는 시드의 회전에 따른 매니스커스 형상의 회전을 나타낸 도면이다.5A and 5B are diagrams illustrating the rotation of the meniscus shape according to the rotation of the seed.
연속하여 회전하는 시드를 촬영하여 도시된 바와 같이 가장 자리의 매니스커스의 형상이 구하여지며, 도 5a에서는 가장 상부가 그리고 도 5b에서는 가장 하부의 형상이 유효한 형상일 수 있다. 여기서, 유효한 형상이라 함은, 굿 디핑을 판단하기에 유효하게 사용할 수 있는 시드의 멜팅 형상임을 뜻한다.The shape of the meniscus at the edge is obtained by photographing the continuously rotating seeds, and the uppermost part in FIG. 5A and the lowermost part in FIG. 5B may be effective shapes. Here, the effective shape means a melting shape of the seed that can be effectively used to determine the good dipping.
즉, 후술하는 3개의 인자를 파악하려면, 시드의 멜팅 형상이 도 5a의 최상부 또는 도 5b의 최하부와 같이 촬영되는 것이 바람직하다.That is, in order to grasp | ascertain three factors mentioned later, it is preferable that the melting shape of a seed is image | photographed like the uppermost part of FIG. 5A or the lowermost part of FIG. 5B.
도 5c 및 도 5d는 시드의 이미지 추출을 나타낸 도면이다. 도 5c에서는 시드의 용융 영역인 메니스커스(meniscus)의 하나의 면이 기설정된 길이(d1) 이상으로 겹치며, 도 5d에서는 시드의 회전에 따라 매니스커스의 하나의 면이 기설정된 길이(d1)보다 작은 영역에서 겹친다. 이때, 도 5c의 경우를 유효한 데이터로 파악하고, 도 5d는 굿 디핑을 판단하기에 부적절한 데이터로 판단할 수 있다.5C and 5D illustrate image extraction of the seed. In FIG. 5C, one face of the meniscus, which is a melting region of the seed, overlaps the predetermined length d1 or more. In FIG. 5D, one face of the meniscus is preset length d1 according to the rotation of the seed. Overlap in areas smaller than). In this case, the case of FIG. 5C may be regarded as valid data, and FIG. 5D may be determined to be inappropriate data for determining good dipping.
상술한 굿 디핑 여부의 판단은, 도 5a에 도시된 바와 같이 매니스커스가 기설정된 길이(d1)과 겹치는 영역의 길이로 판단할 수 있으나, 매니스커스의 형상이 기설정된 각도에서 기울어진 정도로부터 판단할 수도 있으며 예를 들면 1도(°) 이내의 각도의 범위에 위치할 때 유효한 데이터로 파악할 수도 있다.The determination of whether the good dipping is described above may be determined by the length of the region where the meniscus overlaps with the preset length d1 as shown in FIG. 5A, but the degree of the shape of the meniscus is inclined at a predetermined angle. It may be determined, or may be regarded as valid data, for example, when it is located in an angle range within 1 degree (°).
도 6a 내지 도 6d는 매니스커스의 형상 중에서 특징을 추출하는 과정을 나타낸 도면이다.6A to 6D are diagrams illustrating a process of extracting features from the shape of a meniscus.
시드의 멜팅 형상을 판단함에 있어서, 복수 개의 인자로부터 판단할 수 있으며, 본 실시예에서는 시드 용융 영역의 3개의 인자로부터 파악을 할 수 있다. 도 6a에서 시드의 용융 영역의 2개의 꼭지점 영역(a1, a2)과 1개의 변(b) 영역의 형상이 촬영된 데이터로부터 판단할 수 있다.In determining the melting shape of the seed, it can be determined from a plurality of factors, and in this embodiment, it can be grasped from three factors of the seed melting region. In FIG. 6A, the shapes of two vertex regions a1 and a2 and one side b region of the melt region of the seed may be determined from the photographed data.
제1 형상 인자는, 도 6b에 도시된 바와 같이 시드 용융 영역의 2개의 꼭지점 영역의 곡률 반경(R1, R2)일 수 있다. 이때, 시드 용융 영역의 꼭지점의 형상이 정확히 원을 이루지 않을 수 있으므로, 가장 유사한 원의 곡률 반경(R1, R2)을 계산할 수 있다. 그리고, 측정 내지 계산된 2개의 꼭지점 영역의 곡률 반경(R1, R2)을 평균하여 제1 형상 인자로 파악할 수 있다.The first shape factor may be the radius of curvature R1, R2 of the two vertex regions of the seed melting region, as shown in FIG. 6B. In this case, since the shape of the vertices of the seed melting region may not exactly form a circle, the radius of curvature R1 and R2 of the most similar circle may be calculated. The radiuses of curvature R1 and R2 of the two vertex areas measured and calculated can be averaged to determine the first shape factor.
그리고, 도 6c에 도시된 바와 같이 시드 용융 영역의 적어도 1개의 변의 두께(t)를 제2 형상 인자로 파악할 수 있다.As illustrated in FIG. 6C, the thickness t of at least one side of the seed melting region may be understood as the second shape factor.
이때, 도 6c에 도시된 바와 같이 시드의 용융 영역의 형상의 좌/우의 중앙 영역의 두께(t)를 측정할 수 있다.In this case, as illustrated in FIG. 6C, the thickness t of the center region of the left and right sides of the shape of the melt region of the seed may be measured.
그리고, 도 6d에 도시된 바와 같이 시드 용융 영역의 적어도 1개의 변의 곡률(R3)을 제3 형상 인자로 파악할 수 있다. 도시된 바와 같이, 시드 용융 영역의 1개의 변이 정확히 원을 이루지는 않을 수 있으므로, 가장 유사한 원의 곡률(R3)을 계산할 수 있다.And as shown in FIG. 6D, the curvature R3 of the at least 1 side of a seed melting region can be grasped | ascertained as a 3rd shape factor. As shown, since one side of the seed melting region may not be exactly a circle, the curvature R3 of the most similar circle can be calculated.
도 6b 내지 도 6d에서, 시드의 용융 영역인 매니스커스의 좌/우의 영역(1/2W)들이 정확히 대칭을 이루지 않을 수 있으며, 2개의 곡률 반경(R1, R2)과 1개의 곡률(R3)과 두께(t)를 구할 때 매니스커스의 높이 중 하부 (2/5)h 만으로 판별할 수 있다.6B-6D, the regions 1/2 of the left / right of the meniscus, which are the melt regions of the seed, may not be exactly symmetrical, with two radii of curvature R1, R2 and one curvature R3. When calculating the and thickness t, it can be determined only by the lower (2/5) h of the height of the meniscus.
상술한 시드의 멜팅 형상의 3개의 형상 인자로부터 시드가 굿 디핑인 것으로 판단되고, 표면 온도로부터도 굿 디핑으로 판단될 때, 시드를 인상하며 넥(neck)을 성장시킬 수 있다.When the seed is determined to be good dipping from the three shape factors of the above-described melt shape of the seed, and also determined to be good dipping from the surface temperature, the seed may be raised and the neck may be grown.
이때, 실리콘 용융액(Si)의 일부가 고화되어 시드보다 굵은 넥이 성장될 수 있다.At this time, a portion of the silicon melt (Si) is solidified to grow a thicker neck than the seed.
그리고, 실리콘 용융액(Si)이 고화되어 넥의 하부로부터 연속하여 단결정이 성장되어 숄더를 이루는데, 숄더는 반경 및 수직 방향으로 성장하여 단결정의 직경이 증가하고 실리콘 용융액 내부로 잠기면서 성장된다.In addition, the silicon melt (Si) is solidified and a single crystal is continuously grown from the lower part of the neck to form a shoulder. The shoulder is grown in a radial and vertical direction to increase the diameter of the single crystal and to immerse it into the silicon melt.
그리고, 실리콘 용융액이 고화되면서 숄더의 하부로부터 연속하여 바디(body)가 성장될 수 있다. 그리고, 실리콘 용융액(Si)과 성장되는 실리콘 단결정 잉곳의 경계면을 성장 계면(Crystallization Front)이라고도 한다.Then, as the silicon melt solidifies, a body may be continuously grown from the bottom of the shoulder. The interface between the silicon melt (Si) and the grown silicon single crystal ingot is also referred to as a growth interface (Crystallization Front).
상술한 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법이 도 8에 도시되고 있다.8 shows a method of growing a silicon single crystal ingot according to the above-described embodiment.
도 7은 시간에 따른 실리콘 용융액의 온도와 스코어링을 나타낸 도면이다.FIG. 7 shows the temperature and scoring of a silicon melt over time. FIG.
이때, 상술한 3개의 형상 인자의 값들이 기설정된 요건을 충족하는지 여부에 따라 각각 +1 또는 -1로 계산하여, 3개의 형상 인자로부터 판별되는 값은 +3으로부터 -3까지 분포할 수 있다.In this case, the values of the three shape factors may be calculated as +1 or -1, respectively, depending on whether or not the values of the three shape factors meet predetermined requirements, and the values determined from the three shape factors may be distributed from +3 to -3.
a는 온도 센서에서 측정된 실리콘 용융액의 표면 온도를 나타내고, b는 a의 값을 5분마다 평균한 값이고, c는 상술한 3개의 인자로부터 판별된 값이고, d는 c를 일정한 구간마다 평균한 값이다.a represents the surface temperature of the silicon melt measured by the temperature sensor, b is a value obtained by averaging the value of a every 5 minutes, c is a value determined from the three factors described above, and d is an average of c at regular intervals. One value.
도 7에서 시간이 경과할수록, b와 d의 값이 안정되고 있으며, 이때 굿 디핑이 이루어진 것으로 판단할 수 있다.In FIG. 7, as time elapses, the values of b and d are stable, and it may be determined that good dipping is performed.
실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 및 방법은, 시드가 디핑되며 녹을 때 영상 센서로부터 시드의 용융 영역의 형상인 매니스커스의 3개의 형상인자로부터 굿 디핑을 파악하며, 온도 센서로부터 파악된 결과와 함께 활용하여, 넥의 성장 시점을 정확하게 파악할 수 있다.An apparatus and a method for growing a silicon single crystal ingot according to an embodiment, as the seed is dipped and melted, identify a good dipping from three shape factors of the meniscus, which is the shape of the melt region of the seed from an image sensor, and is identified from a temperature sensor. Used with the results, it is possible to pinpoint the growth point of the neck.
이상과 같이 실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.
실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 및 성장 방법은 온도 센서와 영상 센서를 통하여, 넥의 성장 시점을 정확하게 파악할 수 있다.In the growth apparatus and growth method of the silicon single crystal ingot according to the embodiment, it is possible to accurately determine the growth point of the neck through the temperature sensor and the image sensor.

Claims (20)

  1. 실리콘 용융액에 시드를 디핑하는 단계;Dipping the seeds in the silicon melt;
    상기 실리콘 용융액의 표면 온도를 측정하는 (a) 단계;(A) measuring the surface temperature of the silicon melt;
    상기 실리콘 용융액의 표면에서 상기 시드의 멜팅 형상을 측정하는 (b) 단계; 및(B) measuring a melting shape of the seed at the surface of the silicon melt; And
    상기 표면 온도와 멜팅 형상으로부터 굿 디핑이 판단될 때, 상기 시드를 인상하는 단계를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.And when the good dipping is determined from the surface temperature and the melting shape, pulling up the seed.
  2. 제1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 (a) 단계는, 온도센서에서 상기 실리콘 용융액의 표면 온도를 측정하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.In the step (a), the silicon single crystal ingot growth method of measuring the surface temperature of the silicon melt in a temperature sensor.
  3. 제1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 (b) 단계는, 영상 센서에서 상기 시드의 용융 영역의 형상을 파악하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.In the step (b), the silicon single crystal ingot growth method for determining the shape of the melting region of the seed in the image sensor.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 (b) 단계에서,The method of claim 3, wherein in step (b),
    상기 시드의 용융 영역의 한 변의 길이가 기설정된 길이 이상일 때, 유효한 형상으로 파악하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.A method for growing a silicon single crystal ingot, which is regarded as an effective shape when the length of one side of the melt region of the seed is equal to or larger than a predetermined length.
  5. 제4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein
    상기 시드의 용융 영역의 한 변이 기설정된 각도에서 1도(°) 이내에 위치할 때, 유효한 형상으로 파악하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.A method for growing a silicon single crystal ingot, wherein one side of the melt region of the seed is located within 1 degree (°) of a predetermined angle to be regarded as an effective shape.
  6. 제3 항에 있어서, 상기 (b) 단계에서,The method of claim 3, wherein in step (b),
    상기 시드 용융 영역의 적어도 3개의 형상 인자를 파악하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.A method for growing a silicon single crystal ingot that grasps at least three shape factors of the seed melting region.
  7. 제6 항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 시드 용융 영역의 적어도 2개의 꼭지점 영역의 곡률 반경을 제1 형상 인자로 파악하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.And a radius of curvature of at least two vertex regions of said seed melting region as a first shape factor.
  8. 제7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 2개의 꼭지점 영역의 곡률 반경을 평균하여 상기 제1 형상 인자로 파악하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.A method of growing a silicon single crystal ingot, averaging the radius of curvature of the two vertex regions as the first shape factor.
  9. 제6 항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 시드 용융 영역의 적어도 1개의 변의 두께를 제2 형상 인자로 파악하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.A method for growing a silicon single crystal ingot that grasps the thickness of at least one side of the seed melting region as a second shape factor.
  10. 제6 항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 시드 용융 영역의 적어도 1개의 변의 곡률을 제3 형상 인자로 파악하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.A method for growing a silicon single crystal ingot which grasps the curvature of at least one side of the seed melting region as a third shape factor.
  11. 제10 항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 2개의 꼭지점 영역의 사이에 배치된 1개의 변을 곡률을 제3 형상 인자로 파악하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.A method for growing a silicon single crystal ingot in which one side disposed between the two vertex regions is regarded as a third shape factor of curvature.
  12. 제6 항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 시드의 멜팅 형상은, 좌우 방향에서 비대칭인 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.Melting shape of the seed is a method of growing a silicon single crystal ingot asymmetric in the left and right direction.
  13. 제6 항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 시드의 멜팅 형상 중, 하부의 영역의 형상 만으로 상기 3개의 형상 인자를 파악하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.A method for growing a silicon single crystal ingot that grasps the three shape factors only by the shape of the lower region of the melt shape of the seed.
  14. 챔버;chamber;
    상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘 용융액이 수용되는 도가니;A crucible provided inside the chamber and containing a silicon melt;
    상기 챔버의 내부에 구비되고, 상기 실리콘 용융액을 가열하는 가열부;A heating unit provided inside the chamber and heating the silicon melt;
    상기 도가니의 상부에 배치되고, 상기 실리콘 용융액으로부터 성장되는 단결정 잉곳을 향하는 상기 가열부의 열을 차폐하는 상방 단열부재;An upper heat insulating member disposed above the crucible and shielding heat of the heating portion facing the single crystal ingot grown from the silicon melt;
    상기 챔버의 상부의 제1 영역에 배치되어 상기 실리콘 용융액의 표면 온도를 측정하는 온도 센서; 및 A temperature sensor disposed in a first region of the upper portion of the chamber to measure a surface temperature of the silicon melt; And
    상기 챔버의 상부의 제2 영역에 배치되어 상기 실리콘 용융액의 표면 영상을 측정하는 영상 센서를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.And an image sensor disposed in a second region of the upper portion of the chamber to measure a surface image of the silicon melt.
  15. 제14 항에 있어서,The method of claim 14,
    상기 온도 센서와 영상 센서에서 측정된 데이터로부터, 시드의 굿 디핑 여부를 판단하는 제어부를 더 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.The growth apparatus of the silicon single crystal ingot further comprises a control unit for determining whether the seed is good dipping from the data measured by the temperature sensor and the image sensor.
  16. 제14 항에 있어서, 상기 제어부는,The method of claim 14, wherein the control unit,
    상기 시드의 용융 영역의 한 변의 길이가 기설정된 길이 이상일 때, 유효한 형상으로 파악하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.An apparatus for growing a silicon single crystal ingot, which grasps an effective shape when the length of one side of the melt region of the seed is equal to or greater than a predetermined length.
  17. 제14 항에 있어서, 상기 제어부는,The method of claim 14, wherein the control unit,
    상기 시드의 용융 영역의 한 변이 기설정된 각도에서 1도(°) 이내에 위치할 때, 유효한 형상으로 파악하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.An apparatus for growing a silicon single crystal ingot, which grasps an effective shape when one side of the melt region of the seed is located within 1 degree (°) from a predetermined angle.
  18. 제14 항에 있어서, 상기 제어부는,The method of claim 14, wherein the control unit,
    상기 시드 용융 영역의 적어도 2개의 꼭지점 영역의 곡률 반경을 제1 형상 인자로 파악하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.And growing the radius of curvature of at least two vertex regions of said seed melting region as a first shape factor.
  19. 제14 항에 있어서, 상기 제어부는,The method of claim 14, wherein the control unit,
    상기 시드 용융 영역의 적어도 1개의 변의 두께를 제2 형상 인자로 파악하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.A silicon single crystal ingot growth apparatus for grasping the thickness of at least one side of the seed melting region as a second shape factor.
  20. 제14 항에 있어서, 상기 제어부는,The method of claim 14, wherein the control unit,
    상기 시드 용융 영역의 적어도 1개의 변의 곡률을 제3 형상 인자로 파악하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.A silicon single crystal ingot growth apparatus for grasping the curvature of at least one side of said seed melting region as a third shape factor.
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