KR20230124726A

KR20230124726A - 첨가제 공급 시스템들, 이러한 첨가제 공급 시스템들의사용으로 단결정 실리콘 잉곳을 형성하기 위한 잉곳 풀러 장치 및 방법들

Info

Publication number: KR20230124726A
Application number: KR1020237025637A
Authority: KR
Inventors: 마르코 자르도니; 지안카를로 자고; 조르지오 아고스티니; 스테판 해링거; 제임스 오프
Original assignee: 글로벌웨이퍼스 씨오., 엘티디.
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2021-12-29
Publication date: 2023-08-25
Also published as: CN116964254A; EP4271863A1; JP2024501859A; US20220205130A1; TW202235706A; WO2022147089A1; US11499245B2

Abstract

잉곳 풀러 장치의 도가니 내에 배치된 실리콘에 적어도 두 개의 상이한 첨가제들을 공급하기 위한 첨가제 공급 시스템들이 개시된다. 첨가제 공급 시스템은 첨가제가 저장되는 캐니스터로부터 베셀에 첨가된 제1 또는 제2 첨가제의 양이 감지되는 다른 베셀로 제1 또는 제2 첨가제를 이동시키기 위해 진동하게 되는 제1 및 제2 공급 트레이들을 포함할 수 있다. 첨가제는 베셀로부터 첨가제 공급 튜브 내로 배출되고, 첨가제 공급 튜브를 통해 첨가제가 도가니에 진입한다.

Description

첨가제 공급 시스템들, 이러한 첨가제 공급 시스템들의 사용으로 단결정 실리콘 잉곳을 형성하기 위한 잉곳 풀러 장치 및 방법들

관련 출원들에 대한 교차 참조

본 출원은 2020년 12월 30일자로 출원된 미국 가출원 제17/138,035호를 우선권 주장하며, 본 명세서에 그 전부가 참조로 통합된다.

본 개시의 분야는 잉곳 풀러 장치의 도가니 내에 배치된 실리콘에 적어도 두 개의 상이한 첨가제들을 공급하기 위한 첨가제 공급 시스템들(additive feed systems)에 관한 것이다.

초크랄스키(Czochralski) 프로세스에 의한 단결정 실리콘 잉곳들의 성장 동안, 다양한 첨가제들이 잉곳 성장 전 또는 후에 도가니에 첨가될 수 있다. 고객 사양들과 잉곳 품질 파라미터들이 발전함에 따라, 상이한 유형들의 첨가제들이 잉곳 품질 파라미터들을 개선하며 그리고/또는 보다 정확하게 제어하기 위해 잉곳 사이클 동안 도가니에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 도가니에 도펀트 및 석영 컬릿들(cullets) 양쪽 모두를 첨가하는 것이 바람직할 수 있다. 도펀트들은 용융물의 저항률 프로파일을 변화시키고 컬릿들은 용융물에서 부유하고 잉곳 성장 동안(예컨대, 연속 초크랄스키 성장 프로세스에서처럼) 용융물에 첨가되는 폴리실리콘과 접촉하는 버퍼 부재들로서 작용할 수 있다.

첨가제 공급 시스템의 비용 및 풋프린트를 최소화하기 위해 상이한 공급 컨테이너들로부터의 상이한 두 개의 첨가제들을 상대적인 정밀도로 그리고 공유된 컴포넌트들로 첨가할 수 있는 첨가제 공급 시스템들에 대한 요구가 존재한다.

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

본 개시의 하나의 양태는 도가니 내에 배치된 실리콘에 적어도 두 개의 상이한 첨가제들을 공급하기 위한 첨가제 공급 시스템에 관한 것이다. 첨가제 공급 시스템은 제1 첨가제를 보유하기 위한 제1 캐니스터 및 제2 첨가제를 보유하기 위한 제2 캐니스터를 포함한다. 베셀이 제1 캐니스터로부터 배출된 제1 첨가제 및 제2 캐니스터로부터 배출된 제2 첨가제를 수집한다. 첨가제 센서가 베셀 내의 제1 첨가제 또는 제2 첨가제의 양을 감지한다. 첨가제 공급 튜브가 베셀로부터 도가니로 제1 첨가제 또는 제2 첨가제를 이송한다.

본 개시의 다른 양태는 실리콘 잉곳을 준비하기 위한 잉곳 풀러 장치에 관한 것이다. 잉곳 풀러 장치는 실리콘 용융물을 보유하기 위한 도가니 및 용융물로부터 실리콘 잉곳을 인상하기 위한 성장 챔버를 포함한다. 도가니는 도가니 내에 배치된다. 그 장치는 도가니 내에 배치된 실리콘에 적어도 두 개의 상이한 첨가제들을 공급하기 위한 첨가제 공급 시스템을 포함한다. 첨가제 공급 시스템은 제1 첨가제를 보유하기 위한 제1 캐니스터 및 제2 첨가제를 보유하기 위한 제2 캐니스터를 포함한다. 첨가제 공급 시스템은 제1 캐니스터로부터 배출된 제1 첨가제 및 제2 캐니스터로부터 배출된 제2 첨가제를 수집하기 위한 베셀을 포함한다. 첨가제 공급 시스템은 베셀로부터 도가니로 제1 첨가제 또는 제2 첨가제를 이송하기 위한 첨가제 공급 튜브를 포함한다.

본 개시의 다른 추가의 양태는 단결정 실리콘 잉곳을 형성하기 위한 방법에 관한 것이다. 고체-상 다결정 실리콘은 측벽 및 바닥을 갖는 도가니에 첨가된다. 다결정 실리콘은 표면을 갖는 실리콘 용융물을 형성하도록 가열된다. 실리콘 용융물은 시드 결정과 접촉된다. 시드 결정은 실리콘 잉곳을 형성하도록 실리콘 용융물로부터 인출된다. 제1 첨가제가 베셀에 첨가된다. 제1 첨가제의 양은 베셀 내에서 계량된다. 제1 첨가제는 베셀 내의 제1 첨가제의 양이 목표 제1 첨가제 양 이상일 때 용융물에 첨가된다. 제2 첨가제가 베셀에 첨가된다. 제2 첨가제의 양이 베셀 내에서 계량된다. 제2 첨가제는 베셀 내의 제2 첨가제의 양이 목표 제2 첨가제 양 이상일 때 용융물에 첨가된다.

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

도 1은 실리콘 잉곳 성장 전의 잉곳 풀러 장치의 단면도이며;
도 2는 실리콘 잉곳 성장 동안의 잉곳 풀러 장치의 단면도이며;
도 3은 잉곳 풀러 장치의 첨가제 공급 시스템의 사시도이며;
도 4는 하우징이 제거된 첨가제 공급 시스템의 상세 정면도이며;
도 5는 베셀이 개방 위치에 있는 첨가제 공급 시스템의 베셀의 정면도이며;
도 6은 폐쇄 위치에서의 베셀의 사시도이며;
도 7은 베셀과 베셀을 개폐하기 위한 액추에이터의 배면도이며;
도 8은 첨가제 공급 시스템의 제1 캐니스터, 제1 트레이 및 제1 진동기의 사시도이며;
도 9는 첨가제 공급 시스템의 제2 캐니스터, 제2 트레이 및 제2 진동기의 사시도이며; 및
도 10은 첨가제 공급 시스템을 제어하기 위한 제어 시스템의 개략도이다.
해당 참조 부호들이 도면들의 전체에 걸쳐 해당 부분들을 나타낸다.

본 개시의 제공들은 잉곳 풀러 장치의 도가니 내에 배치된 실리콘에 적어도 두 개의 상이한 첨가제들을 공급하기 위한 첨가제 공급 시스템들 및 이러한 첨가제 공급 시스템들의 사용으로 결정 실리콘 잉곳을 형성하기 위한 방법들에 관한 것이다. 일반적으로 첨가제 공급 시스템은 단결정 실리콘 잉곳을 인상하도록 구성되는 임의의 잉곳 풀러 장치와 함께 사용될 수 있다. 예시적인 잉곳 풀러 장치(또는 더 간단히는 "잉곳 풀러")가 도 1에서 일반적으로 "100"으로 표시된다. 잉곳 풀러 장치(100)는 서셉터(106)에 의해 지지되는 실리콘과 같은 반도체 또는 태양 등급 재료(solar-grade material)의 용융물(104)을 보유하기 위한 도가니(102)를 포함한다. 잉곳 풀러 장치(100)는 인상 축(A)을 따라 용융물(104)로부터 실리콘 잉곳(113)(도 2)을 인상하기 위한 성장 챔버(152)를 정의하는 결정 풀러 하우징(108)을 포함한다.

도가니(102)는 바닥(129)과 바닥(129)으로부터 상향으로 연장되는 측벽(131)을 포함한다. 측벽(131)은 일반적으로 수직이다. 도가니(102) 내에는 용융물 표면(111)(즉, 용융물-잉곳 계면)을 갖는 실리콘 용융물(104)이 있다. 일부 실시예들에서, 도가니(102)는 적층형이다. 예를 들어, 도가니(102)는 석영 베이스 층과 석영 베이스 층 상에 배치된 합성 석영 라이너로 이루어질 수 있다.

서셉터(106)는 샤프트(105)에 의해 지지된다. 서셉터(106), 도가니(102), 샤프트(105) 및 잉곳(113)(도 2)은 공통 길이방향 축(A) 또는 "인상 축"(A)을 가진다.

인상 메커니즘(114)(도 2)이 용융물(104)로부터 잉곳(113)을 성장 및 인상하기 위해 잉곳 풀러 장치(100) 내에 제공된다. 인상 메커니즘(114)은 인상 케이블(118), 인상 케이블(118)의 하나의 단부에 커플링되는 시드 홀더 또는 척(chuck)(120), 및 시드 홀더 또는 척(120)에 커플링되어 결정 성장을 개시하기 위한 시드 결정(122)을 포함한다. 인상 케이블(118)의 하나의 단부는 풀리(pulley)(도시되지 않음) 또는 드럼(도시되지 않음), 또는 임의의 다른 적합한 유형의 승강(lifting) 메커니즘, 예를 들어, 샤프트에 연결되고, 다른 단부는 시드 결정(122)을 보유하는 척(120)에 연결된다. 작동 시, 시드 결정(122)은 용융물(104)과 접촉하도록 하강된다. 인상 메커니즘(114)은 시드 결정(122)이 상승되게 하도록 작동된다. 이는 단결정 잉곳(113)(도 2)이 용융물(104)로부터 인상되게 한다.

가열 및 결정 인상 동안, 도가니 구동 유닛(107)(예컨대, 모터)이 도가니(102)와 서셉터(106)를 회전시킨다. 승강 메커니즘(112)이 성장 프로세스 동안 인상 축(A)을 따라 도가니(102)를 상승 및 하강시킨다. 예를 들어, 도가니(102)는 도가니(102)에 이전에 첨가된 고체-상 다결정 실리콘의 충전물이 용융되는 최저 위치(하단 히터(126) 근처임)에 있을 수 있다. 결정 성장은 용융물(104)을 시드 결정(122)과 접촉시키고 시드 결정(122)을 인상 메커니즘(114)에 의해 들어올림으로써 시작한다. 잉곳(113)이 성장함에 따라, 실리콘 용융물(104)은 소비되고 도가니(102)에서의 용융물의 높이는 감소한다. 도가니(102)와 서셉터(106)는 용융물 표면(111)을 잉곳 풀러 장치(100)를 기준으로 한 동일한 위치에서 또는 그러한 위치 근처에서 유지하기 위해 상승될 수 있다(도 2).

결정 구동 유닛(도시되지 않음)은 또한, 도가니 구동 유닛(107)이 도가니(102)를 회전시키는 방향에 반대인 방향으로(예컨대, 역회전으로) 인상 케이블(118)과 잉곳(113)(도 2)을 회전시킬 수 있다. 등속-회전(iso-rotation)을 사용하는 실시예들에서, 결정 구동 유닛은 도가니 구동 유닛(107)이 도가니(102)를 회전시키는 동일한 방향으로 인상 케이블(118)을 회전시킬 수 있다.

초크랄스키 단결정 성장 프로세스에 따르면, 다량의 고체-상 다결정 실리콘, 또는 폴리실리콘이 도가니(102)에 충전된다. 도가니 내로 도입되는 반도체 또는 태양 등급 재료는 하나 이상의 가열 엘리먼트로부터 제공되는 열에 의해 용융된다. 잉곳 풀러 장치(100)는 잉곳 풀러 장치(100)에서의 열을 보유하기 위해 하단 단열재(110)와 측면 단열재(124)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 잉곳 풀러 장치(100)는 도가니 바닥(crucible floor)(129) 아래에 배치되는 하단 히터(126)를 포함한다. 도가니(102)는 도가니(102)에 충전된 다결정을 용융시키기 위해 하단 히터(126)에 비교적 근접하게 이동될 수 있다.

잉곳을 형성하기 위해, 시드 결정(122)은 용융물(104)의 표면(111)과 접촉한다. 인상 메커니즘(114)은 용융물(104)로부터 시드 결정(122)을 인상하도록 작동된다. 이제 도 2를 참조하면, 잉곳(113)은 잉곳이 목표 직경에 도달하기 위해 시드 결정(122)으로부터 바깥쪽으로 전이(transition)되고 테이퍼지는 크라운 부분(142)을 포함한다. 잉곳(113)은 인상 레이트를 증가시킴으로써 성장되는 결정의 일정 직경 부분(145) 또는 실린더형 "메인 바디"를 포함한다. 잉곳(113)의 메인 바디(145)는 비교적 일정한 직경을 가진다. 잉곳(113)은 잉곳이 메인 바디(145) 뒤에서 직경이 테이퍼지는 테일(tail) 또는 엔드-콘(end-cone)(도시되지 않음)을 포함한다. 직경이 충분히 작아질 때, 잉곳(113)은 용융물(104)로부터 분리된다.

잉곳 풀러 장치(100)는 결정 성장 동안 용융물(104)의 온도를 유지하기 위해 측면 히터(135)와 도가니(102)를 둘러싸는 서셉터(106)를 포함한다. 측면 히터(135)는 도가니(102)가 인상 축(A) 위아래로 이동함에 따라 도가니 측벽(131)에 대해 방사상 외측에 배치된다. 측면 히터(135)와 하단 히터(126)는 측면 히터(135) 및 하단 히터(126)가 본 개시에서 설명되는 바와 같이 동작하는 것을 허용하는 임의의 유형의 히터일 수 있다. 일부 실시예들에서, 히터들(135, 126)은 저항 히터들이다. 측면 히터(135)와 하단 히터(126)는 용융물(104)의 온도가 인상 프로세스 내내 제어되도록 제어 시스템(도시되지 않음)에 의해 제어될 수 있다.

잉곳 풀러 장치(100)는 열 차폐부(151)를 포함할 수 있다. 열 차폐부(151)는 잉곳(113)을 가릴 수 있고 결정 성장 동안 도가니(102) 내에 배치될 수 있다(도 2). 잉곳 풀러 장치(100)는 성장 챔버(152)로부터 아르곤과 같은 불활성 가스를 도입 및 인출하기 위한 불활성 가스 시스템을 포함할 수 있다.

본 개시의 실시예들에 따르면, 잉곳 풀러 장치(100)는 첨가제를, 이를테면 첨가제 공급 튜브(214)를 통해 용융물(104) 내로 도입하기 위한 첨가제 공급 시스템(200)을 또한 포함한다. 이제 도 3을 참조하면, 본 개시의 예시적인 첨가제 공급 시스템(200)이 도시되어 있다. 첨가제 공급 시스템(200)은 도가니(102)(도 1) 내에 배치된 실리콘에 상이한 두 개의 첨가제들을 첨가하도록 구성된다. 첨가제 공급 시스템(200)은 두 개를 초과하는 첨가제들을 (예컨대, 추가적인 첨가제 캐니스터들, 트레이들, 진동기들 등으로) 첨가하도록 적응될 수 있다.

첨가제 공급 시스템(200)은 제1 첨가제(도시되지 않음)을 보유하기 위한 제1 캐니스터(204) 및 제2 첨가제를 보유하기 위한 제2 캐니스터(206)를 포함한다. 제1 및 제2 캐니스터들(204, 206) 각각은 캐니스터(204, 206)을 밀봉하기 위한 착탈식 뚜껑(207, 209)을 포함한다. 제1 및 제2 캐니스터들(204, 206) 각각은 첨가제를 캐니스터들(204, 206) 아래에 배치된 트레이들(260, 270)로 지향시키는 깔때기 부분들(211, 213)을 또한 포함한다. 시스템(200)은 첨가제 공급 튜브(214)를 잉곳 풀러 장치(100)의 뷰포트(도시되지 않음)에 연결함으로써 잉곳 풀러 장치(100)에 장착될 수 있다.

시스템(200)은 제1 캐니스터(204)로부터 배출된 제1 첨가제 및 제2 캐니스터(206)로부터 배출된 제2 첨가제를 수집하기 위한 베셀(228)을 포함한다. 베셀(228)은 첨가제가 베셀로부터 배출되는 "개방" 위치에서 도시된다. 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 베셀(228)은 첨가제가 베셀(228) 내에 수집될 수 있는 "폐쇄" 위치(도 6)로 이동될 수 있다. 일단 베셀(228) 내의 첨가제의 양이 측정되면(즉, 설정점에 도달되면), 액추에이터(230) (도 7)가 활성화되고 첨가제가 베셀(228)로부터 첨가제 공급 튜브(214) 내로 배출된다. 제1 첨가제 또는 제2 첨가제는 첨가제 공급 튜브(214)를 통해 그리고 도가니(102)(도 1) 내로 흐른다. 첨가제 공급 튜브(214)는 제1 및 제2 캐니스터들(204, 206)과 함께 밀봉물들을 형성하는 외부 하우징(도시되지 않음)을 포함할 수 있고 첨가제 공급 튜브(214)로 잉곳 풀러 장치(100)의 성장 챔버(152)(도 1)를 주변 환경과 격리시킨다.

첨가제 센서(231)(도 5)가 베셀(228)에 첨가된 제1 첨가제 또는 제2 첨가제(즉, 베셀(228)에 첨가된 제1 또는 제2 첨가제의 배치(batch))의 양을 감지한다. 예시된 실시예에서, 첨가제 센서(231)는 베셀(228)에 첨가된 첨가제의 배치를 계량하는 로드 셀(load cell)이다. 다른 실시예들에서, 첨가제 센서(231)는 유량계 또는 압력 변환기이다.

일반적으로 첨가제가 베셀(228) 내에 수집될 수 있게 하고 첨가제가 첨가제 공급 튜브(214) 내로 배출되는 것을 가능하게 하는 액추에이터(230) 및 임의의 베셀(228)은 달리 언급되지 않는 한 사용될 수 있다. 예시된 베셀(228)(도 6)은 베셀(228)을 개방하고 폐쇄하기 위해 핀(242)을 중심으로 피벗하는 제1 및 제2 조오(jaw) 세그먼트들(240A, 240B)을 포함한다. 모터(245)(도 7)(예컨대, 전자기 코일)가 로드(rod)(247)를 수직으로 이동시킨다. 로드(247)는 베셀(228)의 각각의 조오 세그먼트(240A, 240B)에 연결되는 브래킷(250)에 연결된다.

브래킷(250)이 수직으로 이동함에 따라, 조오 세그먼트들(240A, 240B)은 베셀(228)이 개방되고 폐쇄되는 것을 허용하기 위해 서로를 향해 또는 서로로부터 멀어지게 피벗하게 된다. 모터(245)가 전력을 공급받지 못할 때, 조오 세그먼트들(240A, 240B)의 무게는 로드(247)와 브래킷(250)을 아래로 끌어당겨 조오 세그먼트들(240A, 240B)이 서로를 향해 이동하여 베셀(228)을 폐쇄하게 한다. 모터(245)가 전력을 공급받을 때, 모터(245)는 로드(247) 및 브래킷(250)을 상향으로 끌어당겨 조오 세그먼트들(240A, 240B)이 서로로부터 멀어지게 이동하여 베셀(228)을 개방하게 한다.

제1 캐니스터(204)로부터 베셀(228)로 제1 첨가제를 이동시키기 위해, 첨가제 공급 시스템(200)은 제1 캐니스터(204) 아래에 배치되어 캐니스터(204)와 베셀(228) 사이에서 연장되는 제1 트레이(260)(도 4)를 포함한다. 제1 캐니스터 출구(265)(도 8)가 제1 트레이(260) 내에 배치된다. 제1 트레이(260)는 베셀(228)(도 5) 위에 배치되는 제1 트레이 출구(268)를 가진다. 제1 트레이(260)는 제1 진동기(262) 위에 배치되고 제1 진동기에 연결된다. 진동기(262)에 전력을 공급하면 트레이(260)가 진동하게 되며, 이는 제1 첨가제를 제1 캐니스터 출구(265)로부터 제1 트레이(260)를 가로질러 이송하게 한다. 제1 첨가제는 제1 트레이 출구(268)로부터 베셀(228) 내로 배출된다.

이제 도 9를 참조하면, 제2 트레이(270)가 제2 캐니스터(206) 아래에 배치된다. 제2 캐니스터 출구(272)가 제2 트레이(270) 내에 배치된다. 제2 트레이(270)는 베셀(228)(도 5) 위에 배치되는 제2 트레이 출구(274)를 포함한다. 제2 진동기(277)가 제2 트레이(270) 아래에 배치되고 제2 트레이에 연결된다. 제2 진동기(277)에 전력을 공급하면 제2 트레이(270)가 진동하게 하며, 이는 제2 첨가제를 제2 캐니스터 출구(272)로부터 제2 트레이(270)를 가로질러 이송하게 한다. 제2 첨가제는 제2 트레이 출구(274)로부터 베셀(228) 내로 배출된다.

이제 도 10을 참조하면, 첨가제 공급 시스템(200)은 첨가제 공급 시스템(200)을 제어하기 위한 제어 시스템(285)을 포함한다. 제어 시스템(285)은 첨가제 공급 시스템(200)의 컴포넌트들을 제어하는 제어 유닛(280)을 포함한다. 예를 들어, 제어 유닛(280)은 베셀(228)의 개폐를 제어하기 위해 통신 가능하게 액추에이터(230)(도 7)에 연결(예컨대, 모터(245)에 연결)된다. 제어 유닛은 제1 진동기(262) 및 제2 진동기(277)에 또한 통신 가능하게 연결되어 제1 및 제2 첨가제의 베셀(228) 내로의 첨가를 선택적으로 제어한다. 첨가제 센서(231)는 베셀(228) 내의 첨가제의 양에 관련된 신호를 제어 유닛에 전송한다.

본 개시에서 설명되는 제어 유닛(280), 다양한 논리 블록들, 모듈들, 및 회로들은 본 개시에서 설명되는 기능들을 수행하도록 설계되는 범용 컴퓨터, 디지털 신호 프로세서(digital signal processor)(DSP), 주문형 집적회로(application specific integrated circuit)(ASIC), 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이(field programmable gate array)(FPGA), 또는 다른 프로그래밍가능 로직 디바이스, 개별 게이트 또는 트랜지스터 로직, 개별 하드웨어 컴포넌트들, 또는 그것들의 임의의 조합으로 구현 또는 수행될 수 있다. 예시적인 범용 프로세서들은 마이크로프로세서들, 기존의 프로세서들, 컨트롤러들, 마이크로컨트롤러들, 상태 머신들, 또는 컴퓨팅 디바이스들의 조합을 포함하지만 그것들로 제한되지 않는다.

제어 유닛(280)은 명령어들을 실행하기 위한 프로세서, 예컨대, 컴퓨터의 중앙 프로세싱 유닛(central processing unit)(CPU)을 포함한다. 명령어들은, 예를 들어, 메모리 영역에 저장될 수 있다. 프로세서는 명령어들을 실행하기 위한, 예컨대 멀티 코어 구성의, 하나 이상의 프로세싱 유닛을 포함할 수 있다. 그 명령어들은 UNIX, LINUX, Microsoft Windows® 등과 같은 컨트롤러 상의 다양한 상이한 운영 체제들 내에서 실행될 수 있다. 컴퓨터 기반 방법의 개시 시, 다양한 명령어들이 초기화 동안 실행될 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. 일부 동작들은 본 개시에서 설명되는 하나 이상의 프로세스를 수행하기 위하여 요구될 수 있는 반면, 다른 동작들은 특정 프로그래밍 언어, 예컨대, 제한 없이, C, C#, C++, Java, 또는 임의의 다른 적합한 프로그래밍 언어들 등에 대해 더 일반적이고/이거나 특정적일 수 있다.

프로세서는 저장 디바이스에 또한, 동작 가능하게 커플링될 수 있다. 저장 디바이스는 데이터를 저장 및/또는 검색하기에 적합한 임의의 컴퓨터 동작 하드웨어이다. 일부 실시예들에서, 저장 디바이스는 컨트롤러에 통합된다. 다른 실시예들에서, 저장 디바이스는 컨트롤러 외부에 있고 데이터베이스와 유사하다. 예를 들어, 제어 유닛(280)은 저장 디바이스로서의 하나 이상의 하드 디스크 드라이브를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 저장 디바이스는 컨트롤러 외부에 있다. 예를 들어, 저장 디바이스는 RAID(redundant array of inexpensive disks) 구성으로 하드 디스크들 또는 고체 상태 디스크들과 같은 다수의 저장 유닛들을 포함할 수 있다. 저장 디바이스는 스토리지 영역 네트워크(storage area network)(SAN) 및/또는 네트워크 부착 스토리지(network attached storage)(NAS) 시스템을 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 프로세서는 저장 인터페이스를 통해 저장 디바이스에 동작 가능하게 커플링된다. 저장 인터페이스는 저장 디바이스에 대한 액세스를 프로세서에 제공할 수 있는 임의의 컴포넌트이다. 저장 인터페이스는, 예를 들어, ATA(Advanced Technology Attachment) 어댑터, SATA(Serial ATA) 어댑터, SCSI(Small Computer System Interface) 어댑터, RAID 컨트롤러, SAN 어댑터, 네트워크 어댑터, 및/또는 저장 디바이스에 대한 액세스를 프로세서에 제공하는 임의의 컴포넌트를 포함할 수 있다.

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

베셀(228) 및 결국, 도가니(102)(도 1)(와 초기 실리콘 충전물 또는 용융물(104)) 내로의 첨가제의 첨가를 제어하기 위해, 제어 유닛(280)은 제1 진동기(262) 또는 제2 진동기(277)를 선택적으로 작동시켜 각각 제1 또는 제2 컨테이너(204, 206)로부터 제1 첨가제 또는 제2 첨가제를 이동시킨다. 제1 또는 제2 첨가제는 첨가제 센서(231)가 베셀(228) 내의 첨가제의 양(예컨대, 질량, 부피 또는 레벨)을 측정하는 동안 베셀(228)에 계속 첨가된다. 일단 목표 첨가제 양(즉, 설정점)이 성취되거나 또는 초과되면, 첨가제를 이동하도록 전력을 공급받은 진동기(262, 277)는 정지된다. 제어 유닛은 베셀(228)로부터 첨가제 공급 튜브(214) 내로 첨가제를 배출하기 위해 액추에이터(230)를 활성화하기 위한 신호를 액추에이터(230)에 전송한다.

제1 또는 제2 첨가제의 베셀(228) 및 도가니(102) 내로의 첨가의 선택은 오퍼레이터에 의해 선택될 수 있거나 또는 잉곳 성장을 위한 제어 시스템의 일부로서 자동화할 수 있다. 제1 및 제2 첨가제들은 잉곳 성장 사이클 동안 상이한 시간에 첨가될 수 있다. 일부 첨가제들은 하나를 초과하는 배치들로 (예컨대, 잉곳 성장 전과 잉곳 성장 중에) 첨가될 수 있다.

일반적으로, 제1 및 제2 첨가제들은 도가니에 대한 첨가를 위해 트레이 및 진동기에 의해 미터링될 수 있는 임의의 고체-상 첨가제일 수 있다. 적합한 첨가제들은 다양한 반도체 도펀트들(예컨대, 붕소, 알루미늄, 게르마늄, 및/또는 인듐과 그 합금들과 같은 P형 도펀트들 또는 적인(red phosphorus), 인, 비소, 및/또는 안티몬과 그 합금들과 같은 n형 도펀트들)을 포함한다. 다른 실시예들에서, 제1 및 제2 첨가제들 중 하나는 연속 초크랄스키 프로세스에서 버퍼 부재들로서 용융물에 첨가되는 석영 컬릿들이다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 첨가제들 중 하나는 잉곳 성장 동안 도가니(102)(도 1)에 첨가되는 고체-상 다결정 실리콘이다. 다른 실시예들에서, 제1 및 제2 첨가제들 둘 다는 다결정 실리콘 외의 첨가제들(예컨대, 도펀트들 또는 컬릿들)이다.

제1 및/또는 제2 첨가제는 일반적으로 잉곳 성장 사이클의 임의의 시점에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 제1 및/또는 제2 첨가제는 도가니에 첨가되었던 고체-상 다결정 실리콘의 초기 충전물의 멜트다운(meltdown) 전에 첨가될 수 있거나, 멜트다운 중에 첨가될 수 있거나, 충전물의 멜트다운 후에 첨가될 수 있거나, 또는 잉곳 성장 중에 첨가될 수 있다. 잉곳 성장 프로세스는 잉곳 성장 중에 다결정 실리콘이 용융물에 첨가되지 않는 배치 초크랄스키 프로세스 또는 잉곳 성장 중에 다결정 실리콘이 용융물에 (예컨대, 지속적으로 또는 간헐적으로) 첨가되는 연속 초크랄스키 프로세스일 수 있다.

종래의 첨가제 공급 시스템들과 비교하여, 본 개시의 첨가제 공급 시스템들은 여러 장점들을 가진다. 제1 및 제2 첨가제들이 선택적으로 첨가되고 측정될 수 있는 공통 베셀을 사용함으로써, 제1 및 제2 첨가제들은 상대적인 정밀도로 도가니에 첨가될 수 있다. 첨가된 첨가제의 양은 잉곳 성장과 연관된 첨가제 파라미터들에 따라 측정, 주입(dose) 및 조절될 수 있다. 진동 트레이들의 사용은 각각의 첨가제가 자신의 저장 컨테이너로부터 계량되는 베셀로 신뢰성 있게 이동되는 것을 허용한다. 공통 컴포넌트들(예컨대, 계량 베셀, 첨가제 공급 튜브, 첨가제의 배출을 위한 액추에이터들 등)의 사용은 시스템의 비용 및 복잡도를 감소시킨다.

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

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

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

Claims

도가니 내에 배치된 실리콘에 적어도 두 개의 상이한 첨가제들을 공급하기 위한 첨가제 공급 시스템으로서,
제1 첨가제를 보유하기 위한 제1 캐니스터(canister);
제2 첨가제를 보유하기 위한 제2 캐니스터;
상기 제1 캐니스터로부터 배출된 제1 첨가제 및 상기 제2 캐니스터로부터 배출된 제2 첨가제를 수집하기 위한 베셀(vessel);
상기 베셀 내의 제1 첨가제 또는 제2 첨가제의 양을 감지하기 위한 첨가제 센서; 및
상기 베셀로부터 상기 도가니로 제1 첨가제 또는 제2 첨가제를 이송하기 위한 첨가제 공급 튜브
를 포함하는, 첨가제 공급 시스템.
제1항에 있어서, 상기 베셀로부터 제1 첨가제 또는 제2 첨가제를 배출하기 위한 액추에이터를 포함하는, 첨가제 공급 시스템.
제2항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 베셀로부터 제1 첨가제 또는 제2 첨가제를 배출하기 위해 상기 베셀을 선택적으로 개방 및 폐쇄하는, 첨가제 공급 시스템.
제2항 또는 제3항에 있어서, 제어 유닛을 더 포함하며, 상기 제어 유닛은 상기 액추에이터에 통신 가능하게 커플링되며, 상기 제어 유닛은 상기 베셀 내의 첨가제의 양이 목표 첨가제 양 이상임을 상기 센서가 감지할 시 상기 베셀로부터 상기 첨가제 공급 튜브 내로 첨가제를 배출하도록 상기 액추에이터를 작동시키는, 첨가제 공급 시스템.
제4항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 베셀에 대한 제1 첨가제의 첨가 또는 상기 베셀에 대한 제2 첨가제의 첨가를 선택적으로 제어하는, 첨가제 공급 시스템.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 제1 캐니스터 아래에 배치되어 상기 제1 캐니스터로부터 상기 베셀로 제1 첨가제를 이동시키기 위한 제1 트레이;
제1 첨가제가 상기 베셀을 향해 상기 제1 트레이를 따라 이동하게 하도록 상기 제1 트레이를 진동시키기 위한 제1 진동기 ― 상기 제어 유닛은 상기 제1 진동기에 통신 가능하게 커플링됨 ―;
상기 제2 캐니스터 아래에 배치되어 상기 제2 캐니스터로부터 상기 베셀로 제2 첨가제를 이동시키기 위한 제2 트레이; 및
제2 첨가제가 상기 베셀을 향해 상기 제2 트레이를 따라 이동하게 하도록 상기 제2 트레이를 진동시키기 위한 제2 진동기 ― 상기 제어 유닛은 상기 제1 진동기에 통신 가능하게 커플링됨 ―
를 포함하는, 첨가제 공급 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 캐니스터 아래에 배치되어 상기 제1 캐니스터로부터 상기 베셀로 제1 첨가제를 이동시키기 위한 제1 트레이;
제1 첨가제가 상기 베셀을 향해 상기 제1 트레이를 따라 이동하게 하도록 상기 제1 트레이를 진동시키기 위한 제1 진동기;
상기 제2 캐니스터 아래에 배치되어 상기 제2 캐니스터로부터 상기 베셀로 제2 첨가제를 이동시키기 위한 제2 트레이; 및
제2 첨가제가 상기 베셀을 향해 상기 제2 트레이를 따라 이동하게 하도록 상기 제2 트레이를 진동시키기 위한 제2 진동기
를 포함하는, 첨가제 공급 시스템.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 첨가제 센서는 상기 첨가제의 레벨, 부피 또는 질량을 감지하는, 첨가제 공급 시스템.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 첨가제 센서는 로드 셀인, 첨가제 공급 시스템.
실리콘 잉곳을 준비하기 위한 잉곳 풀러 장치로서,
실리콘 용융물을 보유하기 위한 도가니;
상기 용융물로부터 실리콘 잉곳을 인상하기 위한 성장 챔버 ― 상기 도가니는 상기 도가니 내에 배치됨 ―;
상기 도가니 내에 배치된 실리콘에 적어도 두 개의 상이한 첨가제들을 공급하기 위한 첨가제 공급 시스템
을 포함하며, 상기 첨가제 공급 시스템은,
제1 첨가제를 보유하기 위한 제1 캐니스터;
제2 첨가제를 보유하기 위한 제2 캐니스터;
상기 제1 캐니스터로부터 배출된 제1 첨가제 및 상기 제2 캐니스터로부터 배출된 제2 첨가제를 수집하기 위한 베셀; 및
상기 베셀로부터 상기 도가니로 제1 첨가제 또는 제2 첨가제를 이송하기 위한 첨가제 공급 튜브
를 포함하는, 잉곳 풀러 장치
제10항에 있어서, 상기 첨가제 공급 시스템은 상기 베셀 내의 제1 첨가제 또는 제2 첨가제의 양을 감지하기 위한 첨가제 센서를 포함하는, 잉곳 풀러 장치.
제11항에 있어서, 상기 첨가제 센서는 로드 셀인, 잉곳 풀러 장치.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 첨가제 공급 시스템은 상기 베셀로부터 제1 첨가제 또는 제2 첨가제를 배출하기 위한 액추에이터를 포함하는, 잉곳 풀러 장치.
제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 캐니스터 아래에 배치되어 상기 제1 캐니스터로부터 상기 베셀로 제1 첨가제를 이동시키기 위한 제1 트레이;
제1 첨가제가 상기 베셀을 향해 상기 제1 트레이를 따라 이동하게 하도록 상기 제1 트레이를 진동시키기 위한 제1 진동기;
상기 제2 캐니스터 아래에 배치되어 상기 제2 캐니스터로부터 상기 베셀로 제2 첨가제를 이동시키기 위한 제2 트레이; 및
제2 첨가제가 상기 베셀을 향해 상기 제2 트레이를 따라 이동하게 하도록 상기 제2 트레이를 진동시키기 위한 제2 진동기
를 포함하는, 잉곳 풀러 장치.
단결정 실리콘 잉곳을 형성하기 위한 방법으로서,
측벽 및 바닥을 갖는 도가니에 고체-상 다결정 실리콘을 첨가하는 단계;
표면을 갖는 실리콘 용융물을 형성하도록 상기 다결정 실리콘을 가열하는 단계;
상기 실리콘 용융물을 시드 결정과 접촉시키는 단계;
실리콘 잉곳을 형성하도록 상기 실리콘 용융물로부터 상기 시드 결정을 인출하는 단계;
베셀에 제1 첨가제를 첨가하는 단계;
상기 베셀 내의 제1 첨가제의 양을 계량하는 단계;
상기 베셀 내의 상기 제1 첨가제의 양이 목표 제1 첨가제 양 이상일 때 상기 용융물에 상기 제1 첨가제를 첨가하는 단계;
상기 베셀에 제2 첨가제를 첨가하는 단계;
상기 베셀 내의 제2 첨가제의 양을 계량하는 단계; 및
상기 베셀 내의 상기 제2 첨가제의 양이 목표 제2 첨가제 양 이상일 때 상기 용융물에 상기 제2 첨가제를 첨가하는 단계
를 포함하는, 방법.
제15항에 있어서, 상기 제1 첨가제는 상기 실리콘 용융물이 상기 시드 결정과 접촉되기 전에 첨가되는, 방법.
제16항에 있어서, 상기 제2 첨가제는 상기 실리콘 용융물이 상기 시드 결정과 접촉되기 전에 첨가되는, 방법.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잉곳은 배치 초크랄스키 프로세스에서 성장되고 다결정 실리콘은 잉곳 성장 동안 상기 용융물에 첨가되지 않는, 방법.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잉곳은, 다결정 실리콘이 잉곳 성장 동안 상기 용융물에 첨가되는 연속 초크랄스키 프로세스에서 성장되는, 방법.