KR100197340B1

KR100197340B1 - 성장단결정의 직경을 측정하는 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR100197340B1
Application number: KR1019960032612A
Authority: KR
Inventors: 폰 아몬 빌프리드; 바이드너 헤르버트; 타너 루드비그
Original assignee: 게르트 켈러; 와커 실트로닉 게젤샤프트 퓌르 할브라이테르마테리아리엔 아게
Priority date: 1995-08-10
Filing date: 1996-08-05
Publication date: 1999-06-15
Also published as: EP0758690A1; US5746825A; TW496912B; EP0758690B1; DE19529485A1; KR970011029A; JP3066733B2; DE59603613D1; MY114017A; JPH09118586A

Abstract

이 발명은 용융물에서 단결정을 인발할 때 결정화 경계면에서 성장하는 단결정의 직경을 측정하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

그 방법은 최소한 하나의 미러상에서 결정화 경계면의 일부를 투영시켜 그 경상(mirrow image)을 관측하며, 그 경상에서의 결정화 경계면의 측정상대위치에서 단결정의 직경을 측정하는 방법이다.

Description

성장단결정의 직경을 측정하는 방법 및 그 장치

제1도는 용융물에서 단결정을 인발하는 인발장치의 개략도.

제2(a)도 및 2(b)도는 각각 결정인발을 할 때 서로 다른예의 인발장치 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 단결정(monocrystal) 2 : 용융물(melt)

3 : 도가니(crucible) 4 : 관측방향(view)

5 : 결정화경계면(crystallization boundary) 6 : 관측창(viewing window)

7 : 벨자(bell jar) 8 : 미러(mirror)

9 : 관측방향 10 : 열차폐부재(heat shield)

11 : 카메라

이 발명은 용융물에서 단결정을 인발할 때 결정화 경계면에서 성장하는 단결정의 직경을 측정하는 방법에 관한 것이다.

또, 이 발명은 위 방법을 실시하는 장치에 관한 것이다.

초크랄스키방법에 의해 반도체재료로 구성된 단결정을 인발할 때 그 단결정의 직경을 감시할 필요가 있다.

즉, 측정할 필요가 있으며, 필요할 경우 변형시킬 필요가 있다.

그 결정화 경계면에서 단결정의 반경방향성장에 따라 좌우되는 단결정의 직경은, 예로서 그 결정화 경계면영역에서 용융물의 온도 또는 인발속도를 조정하여 변화시키므로서 변형시킬 수 있다.

그 인발장치의 관찰창에 의해 그 결정화 경계면과 단결정을 관찰하므로서 단결정의 직경을 간단하게 예측할 수 있다.

특허문헌 US-4,350,557에서는 단결정 직경을 감시하는 자동광학방법(automated optical method)에 대하여 기재되어 있는바, 이 방법에서는 결정화 경계면의 메니커스(meniscus)에서 반사되는 전자방사선(electromagnetic radiation)의 측정에 의해 그 직경을 측정하였다.

또, 특허문헌 US-4,794,263에서는 용융물의 레벨과 그 메니커스의 광도(luminosity)를 측정하여 성장단결정의 직경을 측정하는데 적합한 장치에 대하여 기재되어 있다.

특허문헌 US-5,223,078은 단결정 팁(tip)(초기코운:initial cone)에서 원추형부분의 인발을 감시하여 그 원추형부분의 길이를 단축하도록 하는 방법(전자부품의 제조에 적합하지 않기때문)에 대하여 기재되어 있다.

그러나, 그 단결정단부의 원추형부분(말단 코운:teminal cone)을 인발하면서 위에서 설명한 방법으로 그 단결정의 직경을 결정할 수 없다.

이와같은 단결정 인발과정중에 그 초기 코운후 통상적으로 인발하는 단결정의 원통형상부분은 그 결정화 경계면을 관측할 수 없다.

따라서, 그 말단 코운은 단결정의 직경을 신뢰성있게 측정함이 없이, 기기에만 의존하여(blind)인발하였다.

즉, 인발공정중에 단결정의 직경을 측정하는 신뢰성있는 수단없이 인발하였다.

그 결과, 전위(dislocation)형성을 증가시키는 반경방향성장의 변화를 자연적으로 자주 얻게 되었다.

특히, 용융물과 성장단결정사이에서 접촉이 파괴되는 결점이 있었다.

이 경우, 전위형성이 발생할 뿐만 아니라, 그 용융물표면상에 표먼파(surface waves)발생과 용융물 비산(melt splashes)으로 인발시스템의 그라파이트부분에 손상이 발생할 수도 있다.

발생한 전위는 하나의 결정의 직경길이 주위에서 발생한 발생지점에서 이미 인발한 단결정으로 진행된다.

전위한 반도체재료는 전자적으로(electronic)불안정하기 때문에 직경이 150mm이상의 단결정이 그 말단 코운인발시에 전위를 발생시킬 경우 그 손상은 특히 크다.

그 전위는, 전자구성부품을 제조하는 데 통상적으로 사용되고, 직경이 더 짧은 단결정의 경우보다 처리공정제한으로 인한 이와같은 크기의 단결정의 경우에, 더 짧은 단결정의 원통형상부분으로 특히 더 멀리 형성된다.

따라서, 이 발명의 목적은 특히 말단 코운인발시에 단결정의 반경방향성장과 전위발생의 변동을 방지할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.

이 발명은 용융물에서 그 단결정 인발을 할 때 그 결정화 경계면에서 성장하는 단결정 직경을 측정하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 최소한 하나의 미러(mirror)상에 결정화 경계면 일부를 투영시켜(imaging), 경상(mirror image)을 관찰하여, 경상의 결정화 경계면의 특정상대위치에서 단결정 직경을 측정한다.

이 방법은 결정화 경계면영역에서 단결정의 직경을 계속적으로 감시하도록 한다.

특히, 그 말단 코운은 그 직경의 임의의 변경을 즉시 검출하여 보정할 수 있기 때문에 특히 조정하여 인발할 수 있다.

이 방법은 특히 바람직한 방법으로 그 말단 코운의 인발을 자동화할 수 있도록 한다.

또, 이 방법은 말단 코운을 종래의 통상적인 것보다 더 짧게 인발하도록 한다.

그 결정화 경계면의 최소한 일부를 투영하는 미러(mirror)에 의해 나타낸 경상(mirror image)의 관찰에 의해 성장단결정이 결정화 경계면을 동시에 구비한 직경에 대한 정보를 얻는다.

그 결정화 경계면은 그 상부에 투영된 단결정과 그 하부에 투영된 용융물사이에도 휘도(brightness)의 변화가 현저한 경상(mirror image)에서 명백하게 알 수 있다.

그 단결정의 직경이 단결정 인발시에 변경되거나, 그 직경을 변경시킬 경우, 그 경상의 결정화 경계면 위치는 변경되지 않은 상태로 있다.

그 단결정의 직경이 성장될 경우, 그 단결정의 투영부분은 증가되어, 관측자는 그 경상에서 결정화 경계면이 하방으로 이행(migrate)되었음을 알 수 있다.

단결정 직경이 감소될 경우, 그 상태가 정확하게 전도되어 관측자에 의해 알 수 있는 바와 같이, 그 투영된 결정화 경계면이 그 말단 코운을 인발할 때 그 경상에서 상방향으로 이행된다.

따라서, 일정한 결정직경은 그 경상에서 결정화 경계면의 투영부분의 상대 위치와 상관관계를 가진다.

그 상관관계는, 예로서 그 경상의 관찰과 동시에 초기 코운을 인발할 때 행하는 직경측정결과를 사용하여 보정하므로서 이루어진다.

그 측정은 공지의 방법에 의하여 행하며, 일부의 경우 위에서 설명한 인용특허에서 기재되어 있는 방법으로 행한다.

물론, 사전보정없이도 직경을 평가할 수 있다.

단결정 인발에 경험을 가진 기술자는 우선 그 인발시스템의 관찰창을 통하여 미러(mirror)에서 직접 그 결정화 경계면을 관찰한다.

그 말단 코운(terminal cone)을 인발할 때 그 단결정 경계면의 직접 관찰이 더 이상 불가능할 경우, 그 미러의 단독관찰은 그 직경이 어느 방향으로 변경되었는지의 여부를 판단하기에 충분하다.

이 방법의 바람직한 실시예에 의해 일련의 경상(mirror images)을 그 단결정을 인발할 때 전자카메라에 의해 기록된다.

각 경상은 컴퓨터에 의해 처리하며, 그 경상에 의해 나타낸 단결정 직경에 대한 정보를 포함하는 데이터집합(data set)을 형성한다.

이것은 그 경상에서 결정화 경계면의 상대위치를 하나의 현저한 특징으로 검출시켜 전자상처리(electronic image processing)를 할 때 일정한 직경과 상관관계를 형성하므로서 행하여진다.

경상(mirror image)과 상관관계를 가진 그 직경은 초기 코운(inital cone)을 인발할 때 그 경상의 관찰과 동시에 실시한 공지된 직경측정에 의해 얻어진 보정치이다.

그 단결정의 초기 코운을 인발할 때 관측할 수 있는 그 경상은 그 말단 코운을 인발할 때 다시 역순으로(in reverse order)측정할 수 있다.

따라서, 단결정의 원통형상부분과 초기 코운 인발에 대한 데이터집합(data set)생성이 충분해진다.

단결정의 말단 코운을 인발할 때 공지의 직경측정방법이 중단될 경우, 그 결정화 경계면 위치만이 그 정상에서 측정되고, 사전 생성데이터집합에 의해 그 대응되는 결정직경과 상관관계를 가진다.

원칙적으로, 일정한 직경은 기하학적인 계산에 의해 그 대응하는 직경을 측정하므로서, 관측 경상과 상관관계를 가질 수도 있다.

다수의 데이터집합으로 그 단결정의 직경을 단결정 인발시에 어느 경우라도 측정할 수 있다.

원칙적으로, 다수의 단결정을 차례로 인발장치에서 인발시켜, 제1의 단결정을 인발할 때 생성한 데이터집합을 사용하여 단결정의 직경을 측정할 수 있다.

그 미러(mirror)는 클리닝(cleaning)을 하거나, 필요한 경우 단결정전체를 인발한 후, 대치할 필요가 있기 때문에, 새로운 단결정의 초기 코운을 인발할 때 그 단결정의 직경을 측정하는 것이 바람직하다.

관측경상(observed mirror image)에서 단결정의 직경측정을 사용하며, 주어진 소정의 직경과 일치하는 단결정 직경을 유지한다.

그 직경측정이 소정의 직경에서 편차를 나타낼 경우, 그 인발조건, 예로서 결정화 경계면 영역에서 용융물의 인발 속도 또는 온도를 변화시켜 그 단결정의 직경을 다시 그 소정의 직경으로 조정한다.

이 발명은 또 용융물에서 단결정을 인발할 때 결정화 경계면에서 생성하는 단결정의 직경을 측정하는 장치에 관한 것이다.

이 측정장치는 그 성장단결정의 측면에 설정시켜 경사시키므로서, 그 결정화 경계면 일부가 그 경계면상에 투영하는 최소한 하나의 관측할 수 있는 미러(mirror)를 구비한다.

이 발명을 도면에 따라 아래에 구체적으로 설명한다.

첨부도면은 이 발명을 이해하는데 도움이 되는 특징만을 나타낸다.

제1도는 단결정(monocrystal)(1)의 말단 코운을 인발할 때의 상태도를 나타낸다.

그 단결정을 공지의 인발장치(도시생략)에 의해 용융물(melt)(2)에서 인발한다.

그 용융물(2)은 도가니(3)에 의해 지지되어 있다.

벨자(bell jar)(7)내의 관측창(viewing window)(6)을 통하여 결정화 경계면(5)의 관측방향(view)(4)은 그 단결정의 인발을 하는 단계를 밟을 때 불가능하다.

그 이유는 이미 인발한 단결정의 원통형상부의 일부가 그 결정화 경계면을 불명확하게 하기 때문이다.

따라서, 그 단결정(1)의 측면에 설치시켜, 그 단결정의 성장방향에 대하여 경사되도록하여 그 결정화 경계면(5)의 일부를 투영시켜 관측창(6)을 통하여 관측방향(9)으로부터, 예로서 카메라(11)를 사용하여 관측할 수 있는 미러(mirror)(8)를 구성한다.

예로서, 범위를 달리하여 경사시키거나 용융물의 표면에서 거리를 달리하여 간격을 설정한 다수의 미러를 선택적으로 구성할 수도 있다.

그 초크랄스키방법에 의해 실리콘 단결정을 인발할 때 공지되어 있는바와 같이 가스상실리콘 모노옥사이드가 그 용융물에서 도출되어(escape) 그 시스템의 더 냉각된 부분에 고체로서 집적된다(deposit).

따라서, 그 미러(8)는 불황성가스로 플러싱(flushing)시켜 집적물(deposits)을 제거할 필요가 있다.

그 벨자(bell jar)는 어느 경우라도 불활성가스로 통상적으로 플러싱시키며, 불활성가스스트림을 그 성장단결정과 열차폐부재사이의 용융물에 공급하기 때문에, 그 미러(8)는 그 용융물(2)위에 설정된 원추형 또는 관상 열차폐부재(heat shield)(10)상에 설치하는 것이 바람직하다.

물론, 특별히 구성되고 용융물위의 공간에 지지되어 있는 랜스(lance)의 팁(tip)에 그 미러를 설정할 수도 있다.

독일특허출원 제P195 03 357호에서는 은(silver)으로 구성된 냉각할 수 있는 열차폐부재에 대하여 기재되어 있다.

이와같은 열차폐부재의 내벽이 적당한 지점에서 경면가공을 할 경우, 이 발명의 미러와 같이 사용할 수 있다.

또, 특히 실리콘으로 구성된 단결정을 인발할 경우, 경면가공 실리콘(mirror-finished silicon)으로 된 미러가 특히 바람직하다.

그 미러를 전자부품 제조용 기재로서 연마실리콘 웨이퍼(polished silicon wafer)로 구성하는 것이 바람직하다.

제2(a)도는 단결정(1)의 원통형상부분을 인발할 때의 한 예로서 카레마(11)(제1도)의 관측영역을 나타낸다.

그 결정화 경계면의 투영부분은 그 열차폐부재(10)상에 설정된 미러(8)의 휘도(brightness)에서 현저한 변화를 알 수 있다.

그 휘도의 변화는 단결정의 말단 코운을 인발할 때의 한예에서 미러상의 더 높은 위치에서 관찰되어(제2(b)도참조) 그 단결정(1)의 직경은 더 작아진다.

Claims

용융물(melt)에서 단결정(monocrystal)을 인발(pulling)할 때 결정화 경계면에서 성장단결정의 직경을 측정하는 방법에 있어서, 최소한 하나의 미러(mirror)상에서 그 결정화 경계면의 일부분을 투영시켜 그 경상(mirror image)을 관측하고, 그 경상의 결정화 경계면의 관측상대위치(observed relative position)상에서 그 단결정의 직경을 측정함을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 경상의 결정화 경계면의 일정한 상대위치는 공지의 방법으로 그 직경을 측정하여 얻는 단결정의 직경과 상관관계를 가짐을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 투영된 결정화 경계면을 가진 경상은, 그 단결정의 직경을 감소시켜 말단 코운(terminal cone)을 형성하고, 그 단결정의 직경에 대하여 경상에 포함된 정보를 사용하여 그 단결정의 직경을 변경시킬 때 단결정 인발의 최종단계에서 관측함을 특징으로 하는방법.
제1항에 있어서, 경상은 그 단결정을 인발할 때 전자카메라에 의해 기록하고, 컴퓨터에 의해 처리하여, 그 성장단결정의 직경에 대한 정보를 포함하는 데이터집합(data set)을 형성하고, 이 정보를 사용하여 단결정의 직경을 변경시킴을 특징으로 하는 방법.
용융물에서 단결정을 인발할 때 결정화 경계면에서 성장단결정의 직경을 측정하는 장치에 있어서, 그 성장단결정의 측면에 설정시켜 경사지게 하고, 단결정의 직경을 감소시켜 말단 코운(terminal cone)을 형성할 때 단결정인발의 최종단계시의 표면상에 결정화 경계면의 일부분을 투영시키는 최소한 하나의 관측할 수 있는 미러(mirror)를 구비함을 특징으로 하는 장치.
제5항에 있어서, 그 미러는 연마실리콘으로 구성되고, 그 용융물위에 설정시킨 열차폐부재(heat shield)상에 설치함을 특징으로 하는 장치.
제5항에 있어서, 그 미러는 연마실리콘으로 구성하고, 그 용융물위에 있는 공간에 돌출되어 있는 랜스(lance)의 단부상에 설치함을 특징으로 하는 장치.
제5항에 있어서, 그 미러는 연마은(polished silver)으로 구성하고, 그 용융물위에 설정시킨 냉각한 열차폐부재의 일부임을 특징으로 하는 장치.
제5항에 있어서, 그 미러는 불활성가스 스트림으로 플러싱(flushing)함을 특징으로 하는 장치.