KR102730609B1 - 정밀 정형 (Near-Net Shape) 실리콘을 주조하기 위한 도가니 - Google Patents

Abstract

도가니는 외측 엘리먼트 및 내측 엘리먼트를 포함한다. 외측 엘리먼트는 도가니의 하단 단부에서 수평인 제 1 부분 및 도가니의 하단 단부로부터 수직 축에 대해 제 1 예각으로 도가니의 상단 단부로 방사상 외측으로 위로 기울어지는 제 2 부분을 포함한다. 내측 엘리먼트는 원추체의 베이스에 원통을 갖는 원추체를 포함한다. 원추체는 수직 축에 대해 제 2 예각으로 도가니의 상단 단부로부터 도가니의 하단 단부로 방사상 외측으로 아래로 기울어진다. 내측 엘리먼트는 외측 엘리먼트의 내측 부분과 내측 엘리먼트 외측 부분 사이에 중공 몰드를 형성하기 위해 실런트를 사용하여 외측 엘리먼트의 제 1 부분에 부착된 원통의 베이스 부분을 포함한다.

Description

정밀 정형 (Near-Net Shape) 실리콘을 주조하기 위한 도가니

관련 출원들에 대한 교차 참조

본 출원은 2018년 5월 24일 출원된 미국 특허 출원 번호 제 15/988,126 호의 우선권을 주장한다. 상기 참조된 출원의 전체 개시는 참조로서 본 명세서에 인용된다.

본 개시는 일반적으로 잉곳들을 주조하는 것에 관한 것이고 보다 구체적으로 정밀 정형 (near-net shape; NNS) 실리콘 잉곳들을 주조하기 위한 도가니들에 관한 것이다.

본 명세서에 제공된 배경기술 기술 (description) 은 본 개시의 맥락을 일반적으로 제시할 목적이다. 이 배경기술 섹션에 기술된 정도의 본 명세서에 명명된 발명자들의 업적, 뿐만 아니라 출원시 종래 기술로서 달리 인증되지 않을 수도 있는 본 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.

반도체 웨이퍼들을 프로세싱하고 반도체 디바이스들을 제작하기 위한 자본 설비의 중요한 챔버 부품이 다결정 실리콘 재료를 사용하여 제조된다. 대부분의 챔버 부품은 링들 및 원형 플레이트들의 형상을 갖는다. 사각형 석영 도가니들은 다결정 실리콘 (Mc-Si) 을 주조하도록 사용된다. 사각형의 Mc-Si 잉곳들로부터 최종 챔버 부품을 생산하는 것은 몇몇 부가적인 프로세싱 단계들을 필요로 한다. 챔버 부품을 제조하기 위해 사용된 이들 표준 방법들은 복수의 프로세스 단계들, 프로세싱에 수반된 시간, 및 성형 동안 낭비된 재료로 인해 비용이 많이 든다.

잉곳을 형성하기 위한 도가니는 내측 원뿔형 벽 및 외측 원뿔형 벽을 갖는 중공 몰드를 포함한다. 중공 몰드는 잉곳을 형성하기 위해 용융되고 냉각되는 실리콘, 실리콘 카바이드, 또는 비옥사이드 세라믹 (non-oxide ceramic) 을 포함하는 고체 재료를 수용하도록 구성된다. 중공 몰드의 내측 원뿔형 벽은 중공 몰드의 상단 단부로부터 중공 몰드의 하단 단부로 수직 축에 대해 예각으로 방사상 외측으로 아래로 기울어진다 (descend). 중공 몰드의 외측 원뿔형 벽은 중공 몰드의 하단 단부로부터 중공 몰드의 상단 단부로 수직 축으로부터 예각으로 방사상 외측으로 위로 기울어진다 (ascend). 예각은 잉곳이 균열되는 것을 방지한다.

다른 특징들에서, 예각은 0보다 크고 15 ° 이하이다.

다른 특징들에서, 내측 원뿔형 벽 및 외측 원뿔형 벽은 석영으로 이루어지고, 그리고 외측 원뿔형 벽의 내측 부분 및 내측 원뿔형 벽의 외측 부분은 실리콘 나이트라이드로 코팅된다.

다른 특징들에서, 잉곳은 600 ㎜ 길이이다.

다른 특징들에서, 고체 재료는 도펀트를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 도가니는 중공 몰드의 내측 원뿔형 벽과 외측 원뿔형 벽 사이의 중공 몰드에 로딩된 고체 재료의 조각들 (pieces) 을 가열하도록 외측 원뿔형 벽 주변에 배치된 적어도 하나의 가열기를 더 포함한다. 도가니는 고체 재료의 조각들을 가열함으로써 중공 몰드의 내측 원뿔형 벽과 외측 원뿔형 벽 사이의 중공 몰드에 형성된 용융된 액체를 냉각하도록 중공 몰드의 하단 단부 근방에 배치된 냉각 장치를 더 포함한다. 도가니는 중공 몰드의 내용물들의 온도를 센싱하도록 중공 몰드와 연관된 적어도 하나의 온도 센서를 더 포함한다. 도가니는 중공 몰드 내 용융된 액체로부터 잉곳을 형성하도록 센싱된 온도에 기초하여 적어도 하나의 가열기 및 냉각 장치를 제어하기 위한 제어기를 더 포함한다.

또 다른 특징들에서, 도가니는 외측 엘리먼트 및 내측 엘리먼트를 포함한다. 외측 엘리먼트는 도가니의 하단 단부에서 수평인 제 1 부분 및 도가니의 하단 단부로부터 수직 축에 대해 제 1 예각으로 도가니의 상단 단부로 방사상 외측으로 위로 기울어지는 제 2 부분을 포함한다. 내측 엘리먼트는 원추체의 베이스에 원통을 갖는 원추체를 포함한다. 원추체는 수직 축에 대해 제 2 예각으로 도가니의 상단 단부로부터 도가니의 하단 단부로 방사상 외측으로 아래로 기울어진다. 내측 엘리먼트는 외측 엘리먼트의 내측 부분과 내측 엘리먼트 외측 부분 사이에 중공 몰드를 형성하기 위해 실런트 (sealant) 를 사용하여 외측 엘리먼트의 제 1 부분에 부착된 원통의 베이스 부분을 포함한다.

다른 특징들에서, 중공 몰드는 잉곳을 형성하기 위해 용융되고 냉각되는 실리콘, 실리콘 카바이드, 또는 비옥사이드 세라믹을 포함하는 고체 재료를 수용하도록 구성된다.

다른 특징들에서, 실런트는 외측 엘리먼트와 내측 엘리먼트 사이에 시일 (seal) 을 형성하도록 소성되는 실리콘 나이트라이드와 액체의 혼합물을 포함한다.

다른 특징들에서, 중공 몰드 내에 잉곳이 형성된 후 잉곳에 균열을 발생시키지 않고 잉곳을 릴리즈하도록 (release) 도가니의 상단 단부로부터 하향 방향의 내측 엘리먼트에 힘이 인가될 때 내측 엘리먼트는 외측 엘리먼트로부터 분리되도록 구성된다.

다른 특징들에서, 도가니는 중공 몰드 내에서 고체 재료를 용융하고 중공 몰드 내에서 용융된 재료를 냉각함으로써 중공 몰드에 잉곳이 형성된 후 외측 엘리먼트로부터 내측 엘리먼트를 디스인게이지하도록 (disengage) 도가니의 상단 단부로부터 하향으로 내측 엘리먼트를 푸시하도록 (push) 내측 엘리먼트의 상단 단부에 부착된 로드 (rod) 를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 로드는 그래파이트 또는 몰리브덴으로 이루어진다.

다른 특징들에서, 내측 엘리먼트 및 외측 엘리먼트는 석영으로 이루어지고; 외측 엘리먼트의 내측 부분 및 내측 엘리먼트의 외측 부분은 실리콘 나이트라이드로 코팅된다.

다른 특징들에서, 잉곳은 600 ㎜ 길이이다.

다른 특징들에서, 고체 재료는 도펀트를 포함한다.

다른 특징들에서, 도가니는 중공 몰드 내에 로딩된 고체 재료의 조각들을 가열하기 위해 외측 엘리먼트 주변에 배치된 적어도 하나의 가열기를 더 포함한다. 고체 재료는 실리콘, 실리콘 카바이드, 또는 비옥사이드 세라믹을 포함한다. 도가니는 고체 재료의 조각들을 가열함으로써 중공 몰드에 형성된 용융된 액체를 냉각하도록 중공 몰드의 하단 단부 근방에 배치된 냉각 장치를 더 포함한다. 도가니는 중공 몰드의 내용물들의 온도를 센싱하도록 중공 몰드와 연관된 적어도 하나의 온도 센서를 더 포함한다. 도가니는 중공 몰드 내 용융된 액체로부터 잉곳을 형성하도록 센싱된 온도에 기초하여 적어도 하나의 가열기 및 냉각 장치를 제어하기 위한 제어기를 더 포함한다.

또 다른 특징들에서, 잉곳을 형성하기 위한 방법이 내측 원뿔형 벽 및 외측 원뿔형 벽을 갖는 중공 몰드를 형성하는 단계를 포함한다. 내측 원뿔형 벽은 중공 몰드의 상단 단부로부터 중공 몰드의 하단 단부로 수직 축에 대해 예각으로 방사상 외측으로 아래로 기울어진다. 외측 원뿔형 벽은 중공 몰드의 하단 단부로부터 중공 몰드의 상단 단부로 수직 축으로부터 예각으로 방사상 외측으로 위로 기울어진다. 방법은 중공 몰드 내에서, 실리콘, 실리콘 카바이드, 또는 비옥사이드 세라믹을 포함하는 고체 재료를 수용하는 단계를 더 포함한다. 방법은 중공 몰드 내에서 고체 재료를 용융하는 단계를 더 포함한다. 방법은 잉곳을 형성하기 위해 중공 몰드 내 용융된 재료를 냉각하는 단계를 더 포함한다. 예각은 잉곳이 균열되는 것을 방지한다.

다른 특징들에서, 예각은 0보다 크고 15 ° 이하이다.

다른 특징들에서, 방법은 내측 원뿔형 벽 및 외측 원뿔형 벽을 석영으로 형성하는 단계; 및 외측 원뿔형 벽의 내측 부분 및 내측 원뿔형 벽의 외측 부분을 실리콘 나이트라이드로 코팅하는 단계를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 방법은 600 ㎜ 길이인 잉곳을 형성하는 단계를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 방법은 도펀트를 고체 재료에 첨가하는 단계를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 방법은 중공 몰드의 내측 원뿔형 벽과 외측 원뿔형 벽 사이의 중공 몰드에 로딩된 고체 재료의 조각들을 용융하기 위해 외측 원뿔형 벽 주변을 가열하는 단계를 더 포함한다. 방법은 고체 재료의 조각들을 가열함으로써 중공 몰드의 내측 원뿔형 벽과 외측 원뿔형 벽 사이의 중공 몰드에 형성된 용융된 액체를, 중공 몰드의 하단 단부로부터 냉각하는 단계를 더 포함한다. 방법은 중공 몰드의 내용물들의 온도를 센싱하는 단계를 더 포함한다. 방법은 중공 몰드 내 용융된 액체로부터 잉곳을 형성하도록 센싱된 온도에 기초하여 가열 및 냉각을 제어하는 단계를 더 포함한다.

또 다른 특징들에서, 잉곳을 형성하기 위해 도가니를 형성하는 방법은 도가니의 하단 단부에서 수평인 제 1 부분 및 도가니의 하단 단부로부터 수직 축에 대해 제 1 예각으로 도가니의 상단 단부로 방사상 외측으로 위로 기울어지는 제 2 부분을 갖는 외측 엘리먼트를 형성하는 단계를 포함한다. 방법은 원추체의 베이스에 원통을 갖는 원추체를 포함하는 내측 엘리먼트를 형성하는 단계를 더 포함한다. 원추체는 수직 축에 대해 제 2 예각으로 도가니의 상단 단부로부터 도가니의 하단 단부로 방사상 외측으로 아래로 기울어진다. 방법은 외측 엘리먼트의 내측 부분과 내측 엘리먼트 외측 부분 사이에 중공 몰드를 형성하기 위해 실런트를 사용하여 외측 엘리먼트의 제 1 부분에 부착된 원통의 베이스 부분을 포함하는 내측 엘리먼트를 형성하는 단계를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 방법은 중공 몰드 내에서, 실리콘, 실리콘 카바이드, 또는 비옥사이드 세라믹을 포함하는 고체 재료를 수용하는 단계를 더 포함한다. 방법은 중공 몰드 내에서 고체 재료를 용융하는 단계를 더 포함한다. 방법은 잉곳을 형성하기 위해 중공 몰드 내 용융된 재료를 냉각하는 단계를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 방법은 실리콘 나이트라이드와 액체의 혼합물을 형성함으로써 실런트를 형성하는 단계; 및 외측 엘리먼트와 내측 엘리먼트 사이에 시일을 형성하도록 혼합물을 소성하는 단계를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 중공 몰드 내에 잉곳이 형성된 후 잉곳에 균열을 발생시키지 않고 잉곳을 릴리즈하도록 내측 엘리먼트는 외측 엘리먼트로부터 분리하기 위해 도가니의 상단 단부로부터 하향 방향의 내측 엘리먼트에 힘을 인가하는 단계를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 방법은 중공 몰드 내에서 고체 재료를 용융하고 중공 몰드 내에서 용융된 재료를 냉각함으로써 중공 몰드에 잉곳이 형성된 후 외측 엘리먼트로부터 내측 엘리먼트를 디스인게이지하도록 (disengage) 도가니의 상단 단부로부터 하향으로 내측 엘리먼트를 푸시하도록 (push) 내측 엘리먼트의 상단 단부에 로드를 부착하는 단계를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 방법은 그래파이트 또는 몰리브덴으로부터 로드를 형성하는 단계를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 방법은 내측 엘리먼트 및 외측 엘리먼트를 석영으로 형성하는 단계; 및 외측 엘리먼트의 내측 부분 및 내측 엘리먼트의 외측 부분을 실리콘 나이트라이드로 코팅하는 단계를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 방법은 600 ㎜ 길이인 잉곳을 형성하는 단계를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 방법은 도펀트를 고체 재료에 첨가하는 단계를 더 포함한다.

다른 특징들에서, 방법은 중공 몰드 내에 로딩된 고체 재료의 조각들을 용융하기 위해 외측 엘리먼트 주변을 가열하는 단계를 더 포함하고, 고체 재료는 실리콘, 실리콘 카바이드, 또는 비옥사이드 세라믹을 포함한다. 방법은 중공 몰드의 하단 단부로부터, 중공 몰드 내에 형성된 용융된 액체를 냉각하는 단계를 더 포함한다. 방법은 중공 몰드의 내용물들의 온도를 센싱하는 단계를 더 포함한다. 방법은 중공 몰드 내 용융된 액체로부터 잉곳을 형성하도록 센싱된 온도에 기초하여 가열 및 냉각을 제어하는 단계를 더 포함한다.

본 개시의 추가 적용가능성 영역들은 상세한 기술, 청구항들 및 도면들로부터 자명해질 것이다. 상세한 기술 및 구체적인 예들은 단지 예시의 목적들만을 위해 의도되고, 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.

본 개시는 상세한 기술 및 첨부된 도면들로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1a 및 도 1b는 제 1 도가니의 평면도 및 단면도를 각각 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 내측 원뿔형 벽 및 외측 원뿔형 벽을 갖는 중공 몰드를 갖는 제 2 도가니의 단면을 도시한다.
도 3a는 제 3 도가니의 외측 엘리먼트의 단면도를 도시한다.
도 3b는 제 3 도가니의 내측 엘리먼트의 단면도를 도시한다.
도 3c는 외측 엘리먼트 및 내측 엘리먼트를 결합함으로써 형성된 중공 몰드를 갖는 제 3 도가니의 단면도를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 실리콘 잉곳의 형성을 도시하는 제 3 도가니의 단면도를 도시한다.
도 4c는 제 3 도가니의 내측 엘리먼트의 제거 및 제 3 도가니로부터 실리콘 잉곳의 릴리즈 (release) 를 도시하는 제 3 도가니의 단면도를 도시한다.
도 5는 제 3 도가니를 구성하고 제 3 도가니를 사용하여 실리콘 잉곳을 형성하는 방법을 도시한다.
도 6은 제 1 도가니, 제 2 도가니, 또는 제 3 도가니를 사용하여 고체 실리콘을 용융하고 용융된 실리콘을 냉각함으로써 실리콘 잉곳을 생성하도록 사용된 퍼니스의 단순화된 블록도를 도시한다.
도 7은 도 6의 노를 동작시키는 방법의 플로우 차트를 도시한다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 그리고/또는 동일한 엘리먼트들을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.

간략히, 본 개시는 반도체 웨이퍼들을 프로세싱하기 위한 장비 챔버를 위한 최종 완성된 부품의 목표된 형상에 보다 가까운 고체 실리콘 조각 (잉곳) 을 생성하도록 주조 퍼니스 내 또는 성장기 (grower) 에서 사용될 수 있는 도가니들에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 실리콘, 실리콘 카바이드, 또는 다른 비옥사이드 세라믹들의 잉곳을 성장시키기 위한 중공 도가니에 관한 것이다.

일 실시예에서, 도가니는 내측 벽 및 외측 벽을 갖는 중공 몰드이다. 내측 벽 및 외측 벽은 서로 평행하지 않다. 내측 벽 및 외측 벽은 하단 단부에서보다 상단 단부에서 서로 보다 큰 거리를 갖는다. 용융된 실리콘이 도가니 내에서 결정화될 때, 잉곳이 상향으로 푸시되고 이어서 제거될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 도가니는 내측 엘리먼트 및 외측 엘리먼트를 포함한다. 내측 엘리먼트는 외측 엘리먼트의 하단 개구부 내에 피팅하는 (fit) 원추체의 하부 단부에서 원통을 갖는 원추체를 포함한다. 잉곳을 몰드로부터 제거하기 (demold) 위해, 내측 엘리먼트는 푸시될 수 있고 하향으로 릴리즈될 수 있다. 일단 내측 엘리먼트가 제거되면, 잉곳은 상향으로 푸시될 수 있고 이어서 제거될 수 있다. 본 개시의 이들 및 다른 양태들은 이하에 상세히 기술된다.

본 개시는 다음과 같이 조직된다. 중공 원통형 잉곳을 생성하기 위한 제 1 도가니가 도 1a 및 도 1b를 참조하여 기술된다. 중공 원통형 잉곳을 생성하기 위한 제 2 도가니가 도 2a 및 도 2b를 참조하여 기술된다. 중공 원통형 잉곳을 생성하기 위한 분리된 외측 엘리먼트 및 내측 엘리먼트를 갖는 제 3 도가니가 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 기술된다. 제 3 도가니를 사용한 중공 원통형 잉곳의 생성이 도 4a 및 도 4b를 참조하여 기술된다. 제 3 도가니 밖으로 내측 엘리먼트를 푸시하는 것에 의한 제 3 도가니로부터 중공 원통형 잉곳의 제거가 도 4c를 참조하여 기술된다. 제 3 도가니를 구성하고 제 3 도가니를 사용하여 잉곳을 생성하기 위한 방법이 도 5에 기술된다. 제 1 도가니, 제 2 도가니, 또는 제 3 도가니를 사용하여 잉곳을 생성하기 위한 가열기들, 센서들 및 제어기를 갖는 퍼니스 (furnace) 가 도 6을 참조하여 기술된다. 퍼니스를 동작시키는 방법이 도 7을 참조하여 기술된다.

도 1a 및 도 1b는 원통형 도가니 (100) 의 평면도 및 단면도를 각각 도시한다. 중공 원통형이 원통형 도가니 (100) 의 내측 벽 (102) 과 외측 벽 (104) 사이에 형성된다. 내측 벽 및 외측 벽 (102, 104) 이 원통형 도가니 (100) 의 하단부에서 결합된다. (도펀트를 갖거나 갖지 않는) 고체 실리콘의 청크들이 중공 몰드 내로 로딩된다. 원통형 도가니 (100) 는 퍼니스에 배치된다 (도 6 참조). 고체 실리콘은 중공 원통형 잉곳을 형성하기 위해 퍼니스 내에서 용융되고 냉각된다.

실리콘이 용융된 페이즈에서 고체 상태로 천이할 때, 볼륨이 상승한다. 이에 따라, 응고되는 실리콘 재료는 외측 벽들 (104) 상에 인장력을 가한다. 그 결과, 응고 동안, 외측 벽들 (104) 이 균열될 수도 있다. 이하의 도가니 설계들은 응고 동안 도가니들이 균열되는 것을 방지한다.

용융된 실리콘은 원통형 도가니 (100) 의 하단부로부터 냉각되고, 이는 상향 방향으로 원통형 도가니 (100) 의 하단부로부터 용융된 실리콘의 응고를 유발한다. 원통형 도가니 (100) 는 일반적으로 석영으로 이루어진다. 석영의 열 팽창 계수 (coefficient of thermal expansion; CTE) 는 실리콘의 CTE보다 10 배 작다. 응고 동안, 실리콘은 석영에 부착할 수 있다. 실리콘이 석영에 부착되는 것을 방지하기 위해, 외측 벽 (104) 의 내측 부분 및 내측 벽 (102) 의 외측 부분이 실리콘 나이트라이드로 코팅된다.

응고 후, 냉각되는 실리콘 재료는 원통형 도가니 (100) 에서 수축된다 (contract). 냉각되는 실리콘의 수축은 석영과 비교하여 훨씬 보다 크다. 따라서, 실리콘은 내측 벽들 (102) 의 내측 측면들 상에 압축력을 가하고, 상당한 인장 응력이 실리콘에서 발생한다. 그 결과, 냉각 동안, 실리콘은 내측 벽들 (102) 의 내측 측면들로부터 시작하여 균열될 수 있다. 이하의 도가니 설계들은 냉각 동안 실리콘이 균열되는 것을 방지한다.

도 2a 및 도 2b는 내측 원뿔형 벽 (202) 및 외측 원뿔형 벽 (204) 을 갖는 중공 몰드를 갖는 도가니 (200) 의 단면을 도시한다. 내측 원뿔형 벽 (202) 및 외측 원뿔형 벽 (204) 은 서로 평행하지 않다. 내측 원뿔형 벽 (202) 및 외측 원뿔형 벽 (204) 은 중공 몰드의 하단 단부보다 중공 몰드의 상단 단부에서 보다 큰 거리만큼 분리된다. 내측 원뿔형 벽 (202) 은 중공 몰드의 상단 단부로부터 중공 몰드의 하단 단부로 수직 축에 대해 예각 α로 방사상 외측으로 아래로 기울어진다. 외측 원뿔형 벽 (204) 은 중공 몰드의 하단 단부로부터 중공 몰드의 상단 단부로 수직 축으로부터 예각 α로 방사상 외측으로 위로 기울어진다.

위로 기울어진 내측 벽 및 외측 벽 (202, 204) 이 원통형 도가니 (200) 의 하단부에서 결합된다. (도펀트를 갖거나 갖지 않는) 고체 실리콘의 청크들이 중공 몰드 내에 로딩된다. 도가니 (200) 는 퍼니스에 배치된다 (도 6 참조). 고체 실리콘은 도가니 (200) 의 형상을 갖는 중공 잉곳을 형성하기 위해 퍼니스 내에서 용융되고 냉각된다.

용융된 실리콘은 도가니 (200) 의 하단부로부터 냉각되고, 이는 상향 방향으로 도가니 (200) 의 하단부로부터 용융된 실리콘의 응고를 유발한다. 도가니 (200) 는 일반적으로 석영으로 이루어진다. 응고 동안, 실리콘은 석영에 부착할 수 있다. 실리콘이 석영에 부착되는 것을 방지하기 위해, 외측 원뿔형 벽 (204) 의 내측 부분 및 내측 원뿔형 벽 (202) 의 외측 부분이 실리콘 나이트라이드로 코팅된다.

응고 동안, 냉각되는 실리콘은 도가니 (200) 내에서 상향으로 팽창한다. 냉각되는 실리콘의 팽창은 도 2b에서 측면 화살표들에 의해 도시된 방향들에서 내측 원뿔형 벽 (202) 및 외측 원뿔형 벽 (204) 의 내측 측면들에 힘을 가한다. 위로 기울어진 내측 원뿔형 벽 (202) 및 외측 원뿔형 벽 (204) 이 도 2b의 측면 화살표들에 의해 도시된 방향들에서 위로 기울어진 내측 원뿔형 벽 (202) 및 외측 원뿔형 벽 (204) 의 내측 측면들 상에서 팽창하는 실리콘에 의해 가해진 힘들을 수용하여, 실리콘이 균열되는 것을 방지한다.

도가니 (200) 의 위로 기울어진 내측 원뿔형 벽 (202) 및 외측 원뿔형 벽 (204) 은 또한 도 2b에서 상향 화살표에 의해 도시된 방향으로 성장 및/또는 주조 후 잉곳의 쉬운 릴리즈를 용이하게 한다. 예상치 않게, 위로 기울어진 벽들로 인해, 도가니 (200) 는 균열 문제들로 인해 원통형 도가니 (100) 를 사용할 수 없는, 결함들 없이 600 ㎜만큼 긴 잉곳들을 생성할 수 있다. 원통형 도가니 (100) 는 600 ㎜보다 훨씬 짧은 (약 350 ㎜까지만) 길이의 잉곳들을 생성할 수 있다. 600 ㎜는 단지 비제한적인 예라는 것을 주의해야 한다.

도가니 (200) 의 내측 원뿔형 벽 (202) 및 외측 원뿔형 벽 (204) 이 위로 기울어지는 예각 α는 예를 들어, 결함들 없이 실리콘이 균열되는 것을 방지하고 거의 600 ㎜ 길이의 잉곳들을 생성하기 위해, 0 내지 15 °일 수도 있다. 그러나, 보다 크고 90 °보다 작은 예각 α의 다른 값들이 고려된다.

도 3a 내지 도 3c는 중공 몰드를 갖는 도가니 (300) 의 단면도를 도시한다. 도가니는 도 3a에 도시된 외측 엘리먼트 (302) 및 도 3b에 도시된 내측 엘리먼트 (304) 를 포함한다. 도 3c에서, 내측 엘리먼트 (304) 는 도가니 (300) 를 형성하도록 외측 엘리먼트 (302) 에 결합된다.

도 3a에서, 외측 엘리먼트 (302) 는 제 1 부분 (310) 및 제 2 부분 (312) 을 포함한다. 제 1 부분 (310) 은 도가니 (300) 의 하단 단부에서 수평이다. 제 2 부분 (312) 은 도가니 (300) 의 하단 단부로부터 도가니 (300) 의 상단 단부로 수직 축에 대해 제 1 예각 α1로 방사상 외측으로 위로 기울어진다.

도 3b에서, 내측 엘리먼트 (304) 는 원추체 (320) 의 베이스에 원통 (322) 을 갖는 원추체 (320) 를 포함한다. 원추체 (320) 는 수직 축에 대해 제 2 예각 α2로 도가니 (300) 의 상단 단부로부터 도가니 (300) 의 하단 단부로 방사상 외측으로 아래로 기울어진다. 원통 (322) 은 베이스 부분 (324) 을 갖는다. 원추체 (320), 원통 (322), 및 베이스 부분 (324) 을 포함하는 내측 엘리먼트 (304) 는 중공이 아니다. 베이스 부분 (324) 은 내측 엘리먼트 (304) 를 제작하기 위해 중심에서 큰 쓰루홀 (325) 을 갖는다.

도 3c에서, 도가니 (300) 는 다음과 같이 내측 엘리먼트 (304) 를 외측 엘리먼트 (302) 에 결합함으로써 형성된다. 내측 엘리먼트 (304) 의 원통 (322) 의 베이스 부분 (325) 은 도가니 (300) 의 외측 엘리먼트 (302) 의 내측 부분과 내측 엘리먼트 (304) 의 외측 부분 사이에 중공 몰드를 형성하기 위해 실런트를 사용하여 외측 엘리먼트 (302) 의 제 1 부분 (310) 에 부착된다.

실런트는 실리콘 나이트라이드를 포함한다. 구체적으로, 실리콘 나이트라이드 파우더는 유체 (예를 들어, 필터링된 물) 와 혼합된다. 이 혼합물은 원통 (322) 의 베이스 부분 (324) 이 외측 엘리먼트 (302) 의 제 1 부분 (310) 에 결합되는 영역들에 도포된다. 외측 엘리먼트 (302) 와 내측 엘리먼트 (304) 사이 (즉, 베이스 부분 (324) 과 제 1 부분 (310) 사이) 의 결합부 (joint) 가 시일 (326) 을 형성하도록 소성된다. 시일 (326) 은 용융된 실리콘이 결합부를 통해 누설되는 것을 방지한다.

도 4a 내지 도 4c는 도가니 (300) 내 실리콘 잉곳의 형성 및 도가니 (300) 로부터 실리콘 잉곳의 제거를 도시한다. 도 4a에서, (도펀트를 갖거나 갖지 않는) 고체 실리콘의 청크들이 도가니 (300) 내에 로딩된다. 도가니 (300) 는 퍼니스에 배치된다 (도 6 참조). 고체 실리콘은 도가니 (300) 의 형상을 갖는 잉곳을 형성하기 위해 퍼니스 내에서 용융되고 냉각된다.

도 4b에서, 용융된 실리콘 (402) 은 도가니 (300) 의 하단부로부터 냉각되고, 이는 상향 방향으로 도가니 (300) 의 하단부로부터 용융된 실리콘 (402) 의 응고를 유발한다. 도가니 (300) 의 외측 엘리먼트 및 내측 엘리먼트 (302, 304) 는 일반적으로 석영으로 이루어진다. 응고 동안, 실리콘은 석영에 부착할 수 있다. 실리콘이 석영에 부착되는 것을 방지하기 위해, 외측 엘리먼트 (302) 의 내측 부분 및 내측 엘리먼트 (304) 의 외측 부분이 실리콘 나이트라이드로 코팅된다.

도 4c에서, 응고 동안, 냉각되는 실리콘은 잉곳 (406) 을 형성하기 위해 도가니 (300) 내에서 상향으로 팽창한다. 냉각되는 실리콘의 팽창은 측면 화살표들로 도시된 방향으로 외측 엘리먼트 및 내측 엘리먼트 (302, 304) 의 내측 측면들에 힘들을 가한다. 내측 엘리먼트 (304), 구체적으로 원추체 (320) 는 팽창하는 실리콘에 의해 가해진 힘들을 수용하여, 실리콘이 균열되는 것을 방지한다.

내측 엘리먼트 (304) 는 또한 성장 및/또는 주조 후 잉곳 (406) 의 쉬운 릴리즈를 용이하게 한다. 구체적으로, 내측 엘리먼트 (304) 는 내측 엘리먼트 (304) 의 상단 부분에 (원추체 (320) 의 상단부에) 부착된 로드 (410) 를 포함한다. 로드 (410) 는 용융된 실리콘 고온 (예를 들어, 약 1414 ℃) 을 견딜 수 있는 재료로 이루어진다. 부가적으로, 재료는 용융된 실리콘을 오염시키지 않는다. 예를 들어, 로드 (410) 는 그래파이트 또는 몰리브덴으로 이루어진다.

잉곳 (406) 이 형성될 때 (즉, 냉각 후), 로드 (410) 는 하향으로 푸시된다. 로드 (410) 를 하향으로 푸시하는 것은 내측 엘리먼트 (304) 의 원추체 (320) 의 베이스에 원통 (322) 상에 힘을 가한다. 원통 (322) 상에 힘을 가하는 것은 외측 엘리먼트 및 내측 엘리먼트 (302, 304) 사이의 (즉, 원통 (322) 의 베이스 부분 (324) 과 외측 엘리먼트 (302) 의 제 1 부분 (310) 사이의) 시일 (326) 을 디스인게이지한다 (disengage). 시일 (326) 을 디스인게이지하는 것은 하향 방향으로 내측 엘리먼트 (304) 를 릴리즈한다. 내측 엘리먼트 (304) 를 릴리즈하는 것은 도가니 (300) 로부터 잉곳 (406) 을 풀어준다 (free up). 이어서 잉곳 (406) 은 상향으로 푸시되고 도가니 (300) 로부터 제거된다.

내측 엘리먼트 (304) 에 부착되는 로드 (410) 의 베이스 부분 (412) 은 디스크 형상이다. 로드 (410) 의 디스크 형상 베이스 부분 (412) 은 로드 (410) 가 하향 푸시될 때 내측 엘리먼트 (304) 상에서 균일하게 로드 (410) 에 인가된 힘을 분산시킨다. 예상치 않게, 내측 엘리먼트 (304) 의 설계 및 구현예로 인해, 도가니 (300) 는 균열 문제들로 인해 원통형 도가니 (300) 를 사용할 수 없는, 결함들 없이 거의 600 ㎜ 길이 잉곳들을 생성할 수 있다. 원통형 도가니 (300) 는 단지 약 350 ㎜까지, 600 ㎜ 보다 훨씬 짧은 잉곳들을 생성할 수 있다.

외측 엘리먼트 (302) 로 내측 엘리먼트 (304) 를 결합함으로써 도가니 (300) 를 구성하는 것은 다음의 장점을 제공한다. 외측 엘리먼트 및 내측 엘리먼트 (302, 304) 의 내측 벽들이 실리콘 잉곳이 내측 벽들에 부착되는 것을 방지하도록 실리콘 나이트라이드로 코팅되지만, 실리콘 나이트라이드는 내측 벽들 전반에서 균일하지 않을 수도 있다. 이에 따라, 실리콘 나이트라이드 코팅의 부분들은 용융된 실리콘의 고온들에서 균열될 수 있고, 실리콘은 실리콘 나이트라이드 코팅이 균열되는, 위치들에서 석영 내측 벽들에 부착될 수 있다. 실런트를 사용한 외측 엘리먼트 및 내측 엘리먼트 (302, 304) 의 설계 및 결합 및 잉곳 (406) 을 릴리즈하기 위해 외측 엘리먼트 (302) 로부터 디스인게이지하는 내측 엘리먼트 (304) 의 능력은 잉곳 (406) 이 외측 엘리먼트 및 내측 엘리먼트 (302, 304) 의 내측 벽들에 부착되는 것을 방지하고 잉곳 (406) 이 결함-프리가 되게 한다.

잉곳 (406) 이 형성될 때, (임의의 도펀트가 고체 실리콘 (400) 에 의도적으로 첨가되는 것이 아니라) 고체 실리콘 (400) 내에 존재하는 임의의 원치 않은 불순물들이 잉곳 (406) 의 상단부 근방에 축적될 수도 있다. 이에 따라, 불순물들을 포함하는 잉곳 (406) 의 상단부의 작은 부분 (예를 들어, 약 5 내지 10 ㎜) 은 제거된다. 잉곳 (406) 의 남아 있는 부분은 추가 프로세싱 (예를 들어, 그라인딩 (grinding), 폴리싱 (polishing), 재성형 (reshaping), 등) 없이 프로세싱 챔버 내에서 사용하기 위한 복수의 링들 내로 절단될 준비가 된 목표된 정밀-정형 (near-net shape) 을 갖는 결함-프리 컴포넌트이다. 5 내지 10 ㎜가 단지 비제한적인 예라는 것을 주의해야 한다.

도 5는 본 개시에 따라 도가니 (예를 들어, 도가니 (300)) 를 구성하고 잉곳 (예를 들어, 잉곳 (406)) 을 생성하기 위한 방법 (500) 을 도시한다. 502에서, 도가니 (예를 들어, 도가니 (300)) 를 형성하기 위해 방사상 외측으로 아래로 기울어지는 원추체 (예를 들어, 원추체 (320)) 를 포함하고 원통형 베이스 (예를 들어, 베이스 부분 (324) 을 갖는 원통 (322)) 를 갖는 내측 엘리먼트 (304) 가 수평형 베이스 부분 (예를 들어, 외측 엘리먼트 (302) 의 제 1 부분 (310)) 으로부터 방사상 외측으로 위로 기울어지는 외측 엘리먼트 (예를 들어, 외측 엘리먼트 (302)) 에 부착된다. 내측 엘리먼트는 도가니의 내측 엘리먼트와 외측 엘리먼트 사이에 시일 (예를 들어, 시일 (326)) 을 형성하는 실런트 (예를 들어, 필터링된 물과 혼합된 실리콘 나이트라이드) 를 사용하여 외측 엘리먼트의 수평 베이스 부분에 내측 엘리먼트의 원통형 베이스를 결합시킴으로써 외측 엘리먼트에 부착된다.

504에서, 선택적으로 도핑된, 고체 실리콘의 청크들은 내측 엘리먼트와 외측 엘리먼트 사이에 형성된 중공 몰드 내로 로딩된다. 506에서, 고체 실리콘은 용융된 실리콘을 형성하도록 용융된다. 508에서, 용융된 실리콘은 실리콘 잉곳 (예를 들어, 잉곳 (406)) 을 형성하기 위해 도가니의 하단부로부터 냉각된다. 510에서, 내측 엘리먼트는 내측 엘리먼트의 상단부에 부착된 로드를 사용하여 하향으로 푸시된다. 로드를 하향으로 푸시함으로써, 내측 엘리먼트는 도가니로부터 실리콘 잉곳을 릴리즈하도록 외측 엘리먼트로부터 디스인게이지된다.

도 6은 퍼니스 (600) 의 단순화된 개략도이다. 퍼니스 (600) 는 제어기 (602), 복수의 가열기들 (예를 들어, 측면 가열기 H1 (604) 및 상단 가열기 H2 (606)), 및 퍼니스 (600) 의 하단부의 냉각 어셈블리 C (608) 를 포함한다. 도가니 (예를 들어, 도가니 (100, 200, 또는 300)) 가 퍼니스 (600) 에 배치될 수 있다.

제어기 (602) 는 도가니 내에서 실리콘을 용융하기 위한 가열기들 (604, 606) 로 공급된 전력을 제어한다. 제어기 (602) 는 도가니 내에서 용융된 실리콘을 냉각하기 위한 냉각 어셈블리 (609) 로 공급된 전력을 제어한다.

센서들 (610) 은 실리콘이 용융될 때 그리고 용융된 실리콘이 냉각될 때 도가니 내 실리콘의 온도를 센싱하기 위해 도가니 내 그리고 주변에 위치될 수도 있다. 센서들 (610) 은 이들 엘리먼트들에 공급된 전력 및 이들 엘리먼트들의 온도들을 센싱하기 위해 퍼니스 내 어느 곳 (예를 들어, 가열기들 (604, 606) 및 냉각 어셈블리 (608) 에 커플링 및/또는 근접) 에 위치될 수도 있다.

제어기 (602) 는 센서들 (610) 과 통신할 수도 있고 센서들 (610) 로부터 데이터를 수신할 수도 있다. 제어기 (602) 는 실리콘을 적절히 용융시키고 그리고 도가니 내 용융된 실리콘을 적절히 냉각하고, 그리고 실리콘 잉곳 (예를 들어, 잉곳 (406)) 을 형성하기 위해 센서들 (610) 로부터 수신된 데이터에 기초하여 가열기들 (604, 606) 및 냉각 어셈블리 (608) 에 공급된 전력을 제어할 수도 있다.

도 7은 퍼니스 (600) 를 동작시키기 위한 방법 (700) 을 도시한다. 방법 (700) 은 제어기 (602) 에 의해 실행된다. 702에서, 선택적으로 도핑된, 실리콘 고체 청크들이 도가니 (예를 들어, 도가니 (100, 200, 또는 300)) 에 로딩된다. 704에서, 실리콘 고체 청크들이 복수의 가열기들 (예를 들어, 측면 가열기 H1 (604) 및 상단 가열기 H2 (606)) 에 전력을 공급함으로써 용융된다. 706에서, 제어기 (602) 는 도가니에 그리고 주변에 위치된 센서들 (예를 들어, 센서들 (610)) 로부터 도가니 내 실리콘의 온도에 관한 데이터를 수신한다. 제어기 (602) 는 또한 가열기들 및 냉각 어셈블리 (예를 들어, 냉각 어셈블리 C (608)) 에 공급된 전력에 관한 그리고 이들 엘리먼트들의 온도에 관한 데이터를 수신할 수도 있다. 708에서 제어기 (602) 는 실리콘을 적절히 용융시키고 그리고 용융된 실리콘을 냉각하고, 그리고 실리콘 잉곳 (예를 들어, 잉곳 (406)) 을 형성하기 위해 센서들 (610) 로부터 수신된 데이터에 기초하여 가열기들 (604, 606) 및 냉각 어셈블리 (608) 에 공급된 전력을 제어한다.

전술한 기술은 본질적으로 단지 예시이고, 어떠한 방식으로도 본 개시, 이의 적용예, 또는 사용들을 제한하도록 의도되지 않는다. 본 개시의 광범위한 교시들은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시가 특정한 예들을 포함하지만, 본 개시의 진정한 범위는 다른 수정들이 도면들, 명세서, 및 이하의 청구항들의 연구 시 자명해질 것이기 때문에 이렇게 제한되지 않아야 한다. 방법의 하나 이상의 단계들은 본 개시의 원리들을 변경하지 않고 상이한 순서로 (또는 동시에) 실행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 실시예들 각각이 특정한 피처들을 갖는 것으로 상기 기술되었지만, 본 개시의 임의의 실시예에 대해 기술된 이들 피처들 중 임의의 하나 이상의 피처들은, 조합이 명시적으로 기술되지 않더라도 임의의 다른 실시예들의 피처들에서 그리고/또는 피처들과 조합하여 구현될 수 있다. 즉, 기술된 실시예들은 상호 배타적이지 않고, 하나 이상의 실시예들의 다른 실시예들과의 치환들이 본 개시의 범위 내에 남는다.

엘리먼트들 간 (예를 들어, 모듈들, 회로 엘리먼트들, 반도체 층들, 등 간) 의 공간적 및 기능적 관계들은, "연결된 (connected)", "인게이지된 (engaged)", "커플링된 (coupled)", "인접한 (adjacent)", "옆에 (next to)", "~의 상단에 (on top of)", "위에 (above)", "아래에 (below)", 및 "배치된 (disposed)"을 포함하는, 다양한 용어들을 사용하여 기술된다. "직접적 (direct)"인 것으로 명시적으로 기술되지 않는 한, 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 간의 관계가 상기 개시에서 기술될 때, 이 관계는 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 다른 중개하는 엘리먼트들이 존재하지 않는 직접적인 관계일 수 있지만, 또한 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 (공간적으로 또는 기능적으로) 하나 이상의 중개하는 엘리먼트들이 존재하는 간접적인 관계일 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 구 A, B, 및 C 중 적어도 하나는 비배타적인 논리 OR를 사용하여, 논리적으로 (A 또는 B 또는 C) 를 의미하는 것으로 해석되어야 하고, "적어도 하나의 A, 적어도 하나의 B, 및 적어도 하나의 C"를 의미하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

일부 구현예들에서, 제어기는 상기 기술된 예들의 일부일 수도 있는 시스템의 일부이다. 제어기는 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부분들을 제어할 수도 있다. 프로세싱 요건들 및/또는 시스템의 타입에 따라, 제어기는 본 명세서에 개시된 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.

일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 엔드 포인트 측정들을 인에이블하는, 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSP), ASICs (Application Specific Integrated Circuits) 로서 규정되는 칩들, 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 동작 파라미터들은 본 명세서에 기술된 하나 이상의 잉곳들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어들에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.

제어기는, 일부 구현예들에서, 시스템과 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 이와 달리 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 될 수 있는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게 할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하고, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하고, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하고, 또는 새로운 프로세스를 시작하기 위해서 시스템으로의 원격 액세스를 인에이블할 수도 있다.

일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 인에이블하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안에 수행될 프로세스 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성되는 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 이에 따라, 상술한 바와 같이, 제어기는 예를 들어 서로 네트워킹되어서 함께 공통 목적을 위해서, 예를 들어 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들을 위해서 협력하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다.

상술한 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 제어기는, 반도체 제작 공장 내의 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 또 다른 제어기 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.

Claims (16)

1. 잉곳을 형성하기 위한 도가니에 있어서,
   내측 원뿔형 벽 및 외측 원뿔형 벽을 갖는 중공 몰드를 포함하고, 상기 중공 몰드는 잉곳을 형성하기 위해 용융되고 냉각되는 실리콘, 실리콘 카바이드, 또는 비옥사이드 세라믹 (non-oxide ceramic) 을 포함하는 고체 재료를 수용하도록 구성되고;
   상기 중공 몰드의 상기 내측 원뿔형 벽은 상기 중공 몰드의 상단 단부로부터 상기 중공 몰드의 하단 단부로 수직 축에 대해 예각으로 방사상 외측으로 아래로 기울어지고 (descend);
   상기 중공 몰드의 상기 외측 원뿔형 벽은 상기 중공 몰드의 상기 하단 단부로부터 상기 중공 몰드의 상기 상단 단부로 상기 수직 축에 대해 상기 예각으로 방사상 외측으로 위로 기울어지고 (ascend);
   상기 예각은 상기 잉곳이 균열되는 것을 방지하고; 그리고
   상기 내측 원뿔형 벽과 상기 외측 원뿔형 벽은 서로 평행하지 않은, 도가니.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 예각은 0보다 크고 15 ° 이하인, 도가니.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 내측 원뿔형 벽 및 상기 외측 원뿔형 벽은 석영으로 이루어지고, 그리고
   상기 외측 원뿔형 벽의 내측 부분 및 상기 내측 원뿔형 벽의 외측 부분은 실리콘 나이트라이드로 코팅되는, 도가니.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 잉곳은 600 ㎜ 길이인, 도가니.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 고체 재료는 도펀트를 더 포함하는, 도가니.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 중공 몰드의 상기 내측 원뿔형 벽과 상기 외측 원뿔형 벽 사이의 상기 중공 몰드에 로딩된 상기 고체 재료의 조각들 (pieces) 을 가열하도록 상기 외측 원뿔형 벽 주변에 배치된 적어도 하나의 가열기;
   상기 고체 재료의 상기 조각들을 가열함으로써 상기 중공 몰드의 상기 내측 원뿔형 벽과 상기 외측 원뿔형 벽 사이의 상기 중공 몰드에 형성된 용융된 액체를 냉각하도록 상기 중공 몰드의 상기 하단 단부 근방에 배치된 냉각 장치;
   상기 중공 몰드의 내용물들의 온도를 센싱하도록 상기 중공 몰드와 연관된 적어도 하나의 온도 센서; 및
   상기 중공 몰드 내 상기 용융된 액체로부터 상기 잉곳을 형성하도록 상기 센싱된 온도에 기초하여 상기 적어도 하나의 가열기 및 상기 냉각 장치를 제어하기 위한 제어기를 더 포함하는, 도가니.
7. 도가니의 하단 단부에서 수평인 제 1 부분 및 상기 도가니의 상기 하단 단부로부터 수직 축에 대해 제 1 예각으로 상기 도가니의 상단 단부로 방사상 외측으로 위로 기울어지는 제 2 부분을 갖는 외측 엘리먼트; 및
   원추체 (conus) 의 베이스에 원통을 갖는 상기 원추체를 포함하는 내측 엘리먼트를 포함하고, 상기 원추체는 상기 도가니의 상기 상단 단부로부터 상기 수직 축에 대해 제 2 예각으로 상기 도가니의 상기 하단 단부로 방사상 외측으로 아래로 기울어지고, 상기 원통의 베이스 부분은 상기 외측 엘리먼트의 내측 부분과 상기 내측 엘리먼트의 외측 부분 사이에 중공 몰드를 형성하도록 실런트 (sealant) 를 사용하여 상기 외측 엘리먼트의 상기 제 1 부분에 부착되고,
   상기 중공 몰드는 상기 중공 몰드 내에서 잉곳을 형성하기 위해 용융되고 냉각되는 고체 재료를 수용하도록 구성되고; 그리고
   상기 중공 몰드 내에 상기 잉곳이 형성된 후 상기 잉곳에 균열을 발생시키지 않고 상기 잉곳을 릴리즈하도록 (release) 상기 도가니의 상기 상단 단부로부터 하향 방향의 상기 내측 엘리먼트에 힘이 인가될 때 상기 내측 엘리먼트는 상기 외측 엘리먼트로부터 분리되도록 구성되는, 도가니.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 고체 재료는 실리콘, 실리콘 카바이드, 또는 비옥사이드 세라믹을 포함하는, 도가니.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 실런트는 상기 외측 엘리먼트와 상기 내측 엘리먼트 사이에 시일 (seal) 을 형성하도록 소성되는 실리콘 나이트라이드와 액체의 혼합물을 포함하는, 도가니.
10. 삭제
11. 제 7 항에 있어서,
    상기 중공 몰드에 상기 잉곳이 형성된 후 상기 외측 엘리먼트로부터 상기 내측 엘리먼트를 디스인게이지하도록 (disengage) 상기 도가니의 상기 상단 단부로부터 하향으로 상기 내측 엘리먼트를 푸시하도록 (push) 상기 내측 엘리먼트의 상단 단부에 부착된 로드 (rod) 를 더 포함하는, 도가니.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 로드는 그래파이트 또는 몰리브덴으로 이루어지는, 도가니.
13. 제 7 항에 있어서,
    상기 내측 엘리먼트 및 상기 외측 엘리먼트는 석영으로 이루어지고; 그리고
    상기 외측 엘리먼트의 상기 내측 부분 및 상기 내측 엘리먼트의 상기 외측 부분은 실리콘 나이트라이드로 코팅되는, 도가니.
14. 제 8 항에 있어서,
    상기 잉곳은 600 ㎜ 길이인, 도가니.
15. 제 8 항에 있어서,
    상기 고체 재료는 도펀트를 포함하는, 도가니.
16. 제 7 항에 있어서,
    상기 중공 몰드 내에 로딩된 고체 재료의 조각들을 가열하도록 상기 외측 엘리먼트 주변에 배치된 적어도 하나의 가열기로서, 상기 고체 재료는 실리콘, 실리콘 카바이드, 또는 비옥사이드 세라믹을 포함하는, 상기 적어도 하나의 가열기;
    상기 고체 재료의 상기 조각들을 가열함으로써 상기 중공 몰드에 형성된 용융된 액체를 냉각하도록 상기 중공 몰드의 상기 하단 단부 근방에 배치된 냉각 장치;
    상기 중공 몰드의 내용물들의 온도를 센싱하도록 상기 중공 몰드와 연관된 적어도 하나의 온도 센서; 및
    상기 중공 몰드 내 상기 용융된 액체로부터 상기 잉곳을 형성하도록 상기 센싱된 온도에 기초하여 상기 적어도 하나의 가열기 및 상기 냉각 장치를 제어하기 위한 제어기를 더 포함하는, 도가니.

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