KR100293095B1 - 단결정향상방법과 단결정향상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단결정(單結晶)향상방법 및 단결정향상장치에 관한 것이다. 종래의 단결정향상방법에 있어서는 종결정(種結晶)을 용융액에 침지했을 때 도입되는 전위(轉位)를 배제하기 위하여 지름을 가늘게 한 네크(neck)를 형성하였다. 그러나, 그 직경이 12인치 이상의 대구경이고 대중량인 단결정을 향상하게 하려면 단결정을 지지할 수 없어 낙하가 발생하였다. 또한 낙하를 방지하기 위하여 네크의 직경을 굵게 하면 전위를 배제할 수 없어 단결정에 전위가 전파한다는 문제가 있었다. 본 발명에서는 레이저광발생장치 또는 비코히어런트(非coherent)광 발생도입장치를 갖춘 단결정향상장치에 사용하여, 종결정의 선단부에 레이저광 또는 비코히어런트광을 비추어 점차로 온도를 승온시킨 후, 종결정을 용융액에 침지하므로써 열응력에 기인하는 종결정 전위의 도입을 방지하고, 그 후 네크를 형성하지 않고 단결정을 향상한다. 그렇기 때문에 대중량의 단결정을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 본 발명에 관한 단결정향상방법과 단결정향상장치는 대형화한 실리콘단결정등의 단결정인곳(Ingot)의 향상에 이용된다.

Description

단결정향상방법과 단결정향상장치

현재 LSI(대규모 집적회로)등의 회로소자를 형성하기 위한 기판을 제조하기 위해 사용되고 있는 실리콘단결정 인곳(ingot)의 대부분은 CZ법에 의하여 향상된 것이 이용되고 있다. 도 8은 이 CZ법에 이용되는 종래의 단결정향상장치를 모식적(模式的)으로 보여주는 단면도이고, 도면중 61은 도가니를 나타내고 있다.

이 도가니(61)는 받이 있는 원통형상의 석영(石英)도가니(61a)와, 이 석영 도가니(61a)의 외측에 끼워져서 석영도가니(61a)를 지탱하는 동일하게 바닥이 있는원통형상의 흑연제(黑鉛製)도가니(61b)로 구성되어 있고, 도가니(61)는 도면 중 화살표 방향으로 소정의 속도로 회전하는 지지축(68)으로 지지되어 있다. 이 도가니(61)의 외측에는 원통형상을 한 저항가열식의 히터(62) 및 똑같이 원통형상을 한 보온통(67)이 동심원상으로 배치되어 있고, 도가니(61)안에는 이 히터(62)에 의해 용융시킨 결정용 원료의 용융액(63)이 충전되도록 되어 있다. 또한 도가니(61)의 중심축상에는 향상봉 혹은 와이어등으로 된 향상축(64)이 매달려 있고, 이 향상축(64)의 하단부분에 보유구(64a)를 통해서 종결정(種結晶)(65)이 장치되어 있다. 또 상기한 각 부재(部材)는 압력 및 온도의 제어가 가능한 수냉식 챔버(69) 안의 소정의 개소에 배치되어 있다.

상기한 단결정향상장치를 이용해서 단결정(66)을 향상하는 방법을 도 8과 도 9에 의거하여 설명한다. 도 9(a)∼(d)는 단결정을 향상하는 각 공정 가운데 일부의 공정에 있어서의 종결정 근방을 모식적으로 나타낸 부분확대정면도이다.

도 9에는 나타나 있지 않지만, 우선 히터(62)에 의해 결정용 원료를 용융시켜 챔버(69) 내부를 감압한 후, 잠시 방치하여 용융액(63) 내부의 가스를 충분히 방출시키고, 그 후 불활성 가스를 챔버(69)의 상방(上方)으로부터 도입하여 챔버(69)안을 감압의 불활성 가스 상태가 되도록 한다.

다음에 지지축(68)과 동일축심에서 역방향으로 소정의 속도로 향상축(64)을 회전시키면서 보유구(64a)에 장착된 종결정(65)을 강하시켜 선단부(65a)를 용융액(63)의 표면에 접촉하게 하여 종결정(65)을 용융액(63)에 훈염(馴染)하게 한다.(이하 이 공정을 시딩공정 이라고 표기한다) (도 9(a))

다음에 종결정(65)의 선단에 결정을 성장시켜가지만, 이 때 후술할 메인바디(66c;Mainbody)의 형성시에 있어서 향상속도보다도 빠른 속도로 향상축(64)을 상승시켜 소정의 지름이 될 때까지 결정을 가늘게 좁혀 네크(66a)를 형성한다. (이하 이 공정을 네킹공정 이라고 표기한다)(도 9 (b))

이어 향상축(64)의 향상속도 (이하 단지 향상속도 라고도 표기한다)를 떨어뜨려 네크(66a)를 소정의 지름까지 성장시켜 숄더(66b)를 형성한다. (이하 이 공정을 숄더형성공정 이라고 표기한다)(도 9(c))

계속하여 일정한 속도로 향상축(64)을 끌어올림으로써 일정한 지름, 소정길 이의 메인바디(66c)를 형성한다. (이하 이 공정을 메인바디형성공정이라고 표기한다)(도 9(d))

더욱이 도 9에는 나타나 있지 않지만, 최후로 급격한 온도변화에 의하여 단결정(66)에 고밀도 전위(轉位)가 도입되지 않도록 단결정(66)의 직경을 점차로 줄여서 단결정(66) 전체의 온도를 서서히 강하시켜 종단콘(終端cone) 및 테일엔드(Tailend)를 형성한 후에 단결정(66)을 용융액(63)으로부터 분리한다. 상기한 공정후 냉각하여 단결정(66)의 향상을 완료한다.

상기 단결정(66)의 향상에 있어서 중요한 공정으로서 상기한 네킹공정(도 9(b))가 있다. 우선 상기한 시딩공정(도 9(a))을 행함에 있어서, 종결정(65)의 선단부(65a)는 어느정도 예열된 후에 용융액(63)에 착액되지만, 이 예열온도(약 1,300℃정도 이하)와 종결정(65)의 융점(약 1,410℃)의 사이에는 통상 100℃이상의 차가 있다. 따라서 용융액(63)으로의 침지시에 종결정(65)은 급격히 온도가 상승하고, 종결정(65)의 선단부(65a)에는 열응력에 의한 전위가 도입된다. 그 전위는 단결정화를 저해하는 것이므로 상기 전위를 배제하고 나서 단결정(66)을 성장시킬 필요가 있다. 일반적으로 상기 전위는 단결정(66)의 성장계면(成長界面)에 대하여 수직방향으로 성장하는 경향이 있으므로 상기 네킹공정에 의하여 상기 성장계면(네크(66a)의 선단면)의 형상을 아래로 볼록하게 하고 상기 전위를 배제한다.

또한, 상기 네킹공정에 있어서는 향상속도를 빠르게 하는 만큼 네크(66a)의 지름을 가늘게 하여 상기 성장계면의 형상을 보다 아래로 볼록하게 하고, 상기 전위의 전파를 억제하여 상기 전위를 효율적으로 잘 배제할 수 있다.

상기한 종래의 단결정향상방법에 있어서는 직경이 약 6인치, 중량이 80kg 정도인 단결정(66)을 향상하기 위해 직경 약 12mm의 종결정(65)을 이용하는 것이 일반적이었다. 단결정(66)을 안전하게 지지하기 위해서는 네크(66a)의 지름은 큰 편이 좋고, 다른 쪽 전위를 효율적으로 배제하기 위해서는 네크(66a)의 지름은 가능한 한 작은 편이 좋다. 이들 양자의 요구를 만족하는 네크(66a)의 직경으로서 3mm정도가 선택되어 있었다.

그렇지만, 근래에 단결정인곳 생산의 저비용화 및 생산성의 효율화, 칩 원료에 대한 제품의 비율향상에 대응하여 웨이퍼(Wafer)도 대구경화가 요구되어 오고, 최근에는 예컨대 직경 약12인치(300mm), 중량이 300kg정도의 단결정(66)의 제조가 기대되고 있다. 이 경우 종래 네크(66a)의 직경(통상 3mm 정도)에서는 네크(66a)가 향상되는 단결정(66)의 무게를 감당하지 못하여 파손되어, 단결정(66)이 낙하해 버리는 문제가 있었다.

상기한 대중량의 단결정(66)을 육성함에 있어서, 단결정(66)의 낙하등 사고 발생을 막고, 안전하게 향상을 하기 위해서는 실리콘 강도(약16kgf/㎟)로부터 산출하여 네트(66a)의 직경을 6mm이상으로 할 필요가 있다. 그렇지만, 네크(66a)의 직경을 6mm이상으로 하면 종결정(65)의 용융액(63)으로의 침지시에 도입된 전위를 충분히 배제할 수 없고, 향상한 단결정에 전위가 도입되어 버리는 문제가 있었다.

발명의 개시

본 발명은 상기한 문제를 감안한 것으로, 종결정의 선단부로부터 단결정을 성장시킬 때 용융액을 침지시에 종결정 장체로의 전위의 도입을 지지하여 네킹공정을 생략함으로써 대중량의 단결정이라도 안전하게 또한 저비용으로 향상시킬 수 있는 단결정향상방법 및 단결정향상장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 단결정향상방법(1)은 도가니내의 용융액에 종결정을 침지한 후 그 종결정을 향상함으로써 단결정을 성장시키는 단결정향상방법에 있어서, 보조가열수단에 의하여 상기 종결정의 선단부를 서서히 상온시킨 후, 상기 종결정을 상기 용융액에 침지하여 네크를 형성시키지 않고 단결정을 향상하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 단결정향상방법(1)에 의하면, 상기 종결정을 상기 용융액에 침지하기전에 상기 선단부를 상기 용융액의 온도에 가까운 온도로 가열해 두기 때문에 상기 종결정을 상기 용융액으로 침지한 때의온도의 급변(열 쇼크)을 없앨 수 있어 전위의 도입을 저지할 수 있다. 이 때문에 네크를 형성하지 않고도 전위를 전파시키는일 없이 단결정을 향상할 수 있고, 종래보다도 무거운 중량의 단결정을 향상하는 경우에 있어서도 충분히 단결정을 지지할 수 있다. 또한, 네크형성이 필요하지 않기 때문에 종결정 전체의 크기를 통상의 향상방법의 경우와 비교하여 작게 할 수 있고, 이로써 값싼 종결정을 사용할 수 있으며, 단결정의 향상비용을 삭감할 수 있다.

또 본 발명 단결정향상방법(2)은, 상기 단결정향상방법(1)에 있어서 선단부의 온도가 1,300℃이상의 종결정을 상기 보조가열수단에 의하여 0.5∼30℃/분의 속도 1,380∼1,480℃로 상승시킨 후, 용융액에 침지하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 단결정향상방법(2)에 의하면, 선단부의 온도가 1,300℃이상인 종결정을 0.5∼30℃/분인 비교적 천천히 하는 속도로 1,380∼1,480℃로 승온시킨 후 용융액에 침지하기 때문에 상기 종결정의 온도분포에 큰 편향이 발생하지 않는다. 그 결과 상기 종결정으로 전위가 도입되지 않고 착액(着液)시킬 수 있으며, 네크를 형성하지 않고도 전위를 전파시키는 일없이 단결정을 향상하여 종래보다도 무거운 중량의 단결정을 저비용으로 향상할 수 있다.

그리고 본 발명 단결정향상방법(3)은, 도가니 안의 용융액에 종결정을 침지한 후 그 종결정을 향상함으로써 단결정을 성장시키는 단결정향상방법에 있어서 상기 종결정의 주위에 보온관을 배설하여 예열(豫熱)함으로써 상기 종결정을 용융액의 온도 가까이까지 승온시킨 후 상기 종결정을 상기 용융액에 침지하여 네크를 형성하지 않고 단결정을 향상하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 단결정향상방법(3)에 의하면, 상기 보온관에 의해 상기 종결정의 근방에 있어서의 불활성(Ar)가스의 흐름을 차단하여 상기 종결정을 효율적으로 충분히 예열하고, 그 종결정을 상기 용융액에 침지하기 전에 그 용융액의 온도 가까이까지 승온시켜 두기 때문에 상기 종결정을 상기 용융액에 침지할 때의 열 쇼크에 의한 전위의 도입을 저지할 수 있다. 그렇기 때문에 네크를 형성하지 않고서도 전위를 전파시키지 않고 단결정을 향상할 수 있어 종래보다도 무거운 중량의 단결정을 저비용으로 향상할 수 있다.

또한 본 발명 단결정향상방법(4)은, 상기 단결정향상방법(3)에 있어서, 상기 종결정의 예열에 상기 단결정향상방법(1)에 기재한 보조가열수단을 병용하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 단결정향상방법(4)에 의하면, 상기 보온관에 의한 종결정의 여열(余烈)에 더하여, 상기 보조가열수단에 의한 종결정 선단부의 가열을 행할 수 있고, 상기 보온관의 존재에 의하여 열이 상기 종결정으로부터 주위에 확산하기 어렵기 때문에 보다 효율적으로 상기 종결정의 선단부를 승온시킬 수 있다.

또한 본 발명 단결정향상방법(5)은, 상기 단결정향상방법(1), (2) 또는 (4)의 어느 하나에 있어서, 상기 종결정의 승온에 레이저광을 이용하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 단결정향상방법(5)에 의하면, 레이저광을 이용하여 상기 종결정의 승온을 행하기 때문에 상기 종결정의 선단부에 용이하게 집광(集光)시킬 수 있어 용이하고 또한 효율적으로 상기 종결정의 선단부를 승온시킬 수 있다.

또한 본 발명 단결정향상방법(6)은 상기 단결정향상방법(1), (2) 또는 (4)의 어느 하나에 있어서, 상기 종결정의 승온에 비코히어런트광(非coherent)을 이용하는 것을 특징으로 하고 있다.

또 본 발명 단결정향상방법(7)은, 상기 단결정향상방법(6)에 있어서 파장이 0.6㎛이상의 비코히어런트광을 이용하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 단결정향상방법(6) 또는 (7)에 의하면, 비코히어런트광을 이용하여 종결정을 가열하기 때문에 비교적 값싼 장치를 사용하여 경제적으로 상기 종결정의 예열을 행할 수 있다. 또한 파장이 0.6㎛이상의 비코히어런트광을 이용한 경우에는 상기 종결정의 균일적인 가열이 보다 한층 용이하게 된다.

그리고 본 발명 단결정향상장치(1)는, 종결정을 보유하는 보유구를 갖추고, 그 보유구가 향상축에 연결된 단결정향상장치에 있어서, 상기 보유구에 보유된 상기 종결정을 용융액에 침지시키기 전에 상기 종결정의 선단부를 승온시키기 위한 보조가열장치를 갖추고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 단결정향상장치(1)에 의하면, 상기 보조가열장치에 의하여 상기 종결정을 상기 용융액에 침지시키기 전에 그 용융액의 온도 가까이까지 상기 종결정의 선단부를 용이하게 승온시킬 수 있어 상기 종결정을 용융액에 침지했을 때의 열 쇼크에 의한 전위의 도입을 저지할 수 있다. 이 때문에 네크를 형성하지 않고서도 전위를 전파시키지 않고 단결정을 향상할 수 있다.

또한 본 발명 단결정향상장치(2)는, 상기 단결정향상장치(1)에 있어서 상기 보조가열장치로서 레이저광 발생장치를 갖추고, 또한 그 레이저광발생장치로부터 조사되는 레이저광을 종결정에 도입하기 위한 창부(窓部)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 단결정향상장치(2)에 의하면, 상기 레이저광발생장치에 의하여 단결정 향상장치 메인바디의 외부로부터 상기 창부를 통하여 상기 종결정에 레이저광을 조사할 수 있어, 종래의 단결정향상장치를 대폭으로 개조하지 않고도, 상기 종결정을 확실히 또한 효율적으로 가열할 수 있다.

또 본 발명 단결정향상장치(3)는, 상기 단결정향상장치(1)에 있어서 상기 보조가열장치로서 비코히어런트광 발생장치와 그 비코히어런트광 발생장치에 의하여 발생시킨 비코히어런트광을 종결정 근방까지 도입하는 도입수단으로 된 비코히어런트광 발생도입장치를 갖추고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 단결정향상장치(3)에 의하면, 상기 보조가열장치로서 상기 비코히어런트광 발생장치와 상기 도입수단이 된 상기 비코히어런트광 발생도입장치를 갖추고 있기 때문에 상기 비코히어런트광 발생장치를 상기 단결정향상장치 메인바디의 내부에 배설하지 않고도 상기 도입수단을 통하여 상기 종결정 선단부를 가열할 수 있다. 따라서 효율적이고 또한 저렴하게 상기 종결정을 가열할 수 있다.

또한 본 발명 단결정향상장치(4)는, 상기 단결정향상장치(3)에 있어서 보조 가열장치로서 적외선발생장치와 그 적외선발생장치에 의하여 발생시킨 적외선을 종결정 근방까지 도입하는 도입수단이 되는 적외선 발생도입장치를 갖추고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 단결정향상장치(4)에 의하면, 값싼 상기 적외선 발생도입장치를 사용하여 보다 값싸게 상기 단결정의 향상을 행할 수 있다.

또한 본 발명 단결정향상장치(5)는, 상기 단결정향상장치(3) 또는 (4)에 있어서 상기 도입수단이 석영, 사파이어, 코발유리, CaF₂, NaCl, KCl, KBr, CsBr, CsI 가운데 어느 하나의 재료로 된 봉상체(棒狀體)를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 단결정향상장치(5)에 의하면, 상기 봉상체는 비코히어런트광(적외선)을 통과하기 때문에, 비코히어런트광(적외선) 발생장치로부터 발생한 비코히어런트광(적외선)을 효율적으로 상기 종결정의 선단부로 도입할 수 있어 효율적으로 상기 종결정선단부를 가열할 수 있다.

또한 본 발명 단결정향상장치(6)는, 상기 단결정향상장치(5)에 있어서 종결정 선단의 지름에 대한 도입수단을 구성하는 상기 봉상체 지름의 비율이 1∼3인 것을 특징으로 하고 있다.

상기 단결정향상장치(6)에 의하면, 상기 봉상체의 지름이 적절하게 설정되어 있기 때문에 보다 효율적으로 상기 종결정 선단부의 예열을 행할 수 있다.

또한 본 발명 단결정향상장치(7)는, 종결정을 보유하는 보유구를 갖추어, 그 보유구가 향상축에 연결된 단결정향상장치에 있어서 상기 보유구에 상기 종결정의 주위를 덮는 보온관이 첨설(添設)되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 단결정향상장치(7)에 의하면, 상기 보온관에 의하여 상기 종결정의 근방에 있어서의 불활성(Ar)가스의 흐름을 차단하여 상기 종결정을 효율적으로 충분히 예열하며, 그 종결정을 상기 용융액에 침지하기 전에, 그 용융액의 온도 가까이까지 승온시킬 수 있다. 그렇기 때문에 상기 종결정을 상기 용융액으로 침지할 때의 열 쇼크에 의한 전위의 도입을 저지할 수 있어 네크를 형성하지 않고서도 전위를 전파시키지 않고 단결정을 용이하게 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명 단결정향상장치(8)는, 상기 단결정향상장치(7)에 있어서 상기 단결정향상장치(1)에 기재한 보조가열장치를 갖추고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 단결정향상장치(8)에 의하면, 상기 보온관에 의한 상기 종결정의 예열에 더하여, 상기 보조가열수단에 의한 종결정 선단부의 가열을 행할 수 있고, 또한, 상기 보온관의 존재에 의하여 열이 주위로 확산하기 어렵기 때문에 보다 효율적으로 상기 종결정의 선단부를 가열할 수 있다.

또한 본 발명 단결정향상장치(9)는, 상기 단결정향상장치(7)에 있어서 보온관의 하단부가 보유구에 보유된 상태의 종결정 하단부보다도 낮은 레벨에 위치하는 것을 특징으로 하고 있다.

또 본 발명 단결정향상장치(10)는, 상기 단결정향상장치(8)에 있어서 보온관의 하단부가 보유구에 보유된 상태의 종결정 하단부보다도 낮은 레벨에 위치하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 단결정향상장치(9) 또는 단결정향상장치(10)에 의하면, 상기 보온관의 하단부가 상기 보유구에 보유된 상태의 상기 종결정의 하단부보다도 낮은 레벨에 위치하기 때문에 상기 종결정을 상기 용융액에 침지하기 전에 상기 보온관에 의하여 주위로부터 차단된 분위기에서 보다 효율적으로 상기 종결정을 보유할 수 있고, 그 종결정의 예열을 효율적으로 행할 수 있어 열 쇼크에 의한 전위의 도입을 보다 확실히 저지할 수 있다.

본 발명은 단결정(單結晶)향상방법 및 단결정향상장치에 관한 것으로, 보다 상세히 말하자면 초크랄스키법(이하, CZ법이라 함)으로 대표되는 향상법에 의하여 실리콘등으로 된 단결정을 향상하는 단결정향상방법 및 단결정향상장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태(1)에 따른 단결정향상장치를 모식적(模式的)으로 보여주는 단면도이다.

도 2 (a)∼(d)는 실시형태(1)에 다른 단결정향상방법에 있어서 종결정의 근방을 모식적으로 보여주는 부분확대 정면도이다.

도 3은 실시형태(2)에 따른 단결정향상장치를 모식적으로 보여주는 단면도이다.

도 4는 실시형태(3)에 따른 단결정향상장치를 모식적으로 보여주는 단면도이다.

도 5는 실시형태(4)에 따른 단결정향상장치를 모식적으로 보여주는 단면도이다.

도 6 (a)∼(d)는 실시형태(4)에 다른 단결정향상방법에 있어서 종결정의 근방을 모식적으로 보여주는 부분확대단면도이다.

도 7는 실시형태(5)에 따른 단결정향상장치를 모식적으로 보여주는 부분확대단면도이다.

도 8은 초크랄스키법(이하, CZ법으로 표기한다)에 있어서 사용되는 종래의 단결정향상장치를 모식적으로 보여주는 단면도이다.

도 9 (a)∼(d)는 종래 단결정향상방법의 일부공정에 있어서 종결정의 근방을 모식적으로 보여주는 부분확대정면도이다.

이하, 본 발명 단결정향상방법 및 단결정향상장치의 실시형태를 도면에 근거하여 설명한다. 이하 설명할 실시형태에 관한 단결정향상장치 및 단결정향상방법은 12인치 이상의 대구경, 대중량의 단결정향상을 전제로 하고 있다.

도 1은 실시형태(1)에 따른 단결정향상장치를 모식적으로 나타낸 단면도이다.

실시형태(1)과 관련한 단결정향상장치(10)는 보조가열장치로서 레이저광발생장치(11)를 갖추고 있는 점 및 레이저광발생장치(11)로부터 조사되는 레이저광(13)을 종결정에 도입하기 위한 창부(12)가 단결정향상장치(10)에 배설되어 있는 점을 제외하고는, 도 8에 나타낸 종래의 단결정향상장치(60)와 똑같이 구성되어 있으며, 여기에서는 레이저광발생장치(11)와 관련된 부분만을 설명한다.

레이저광발생장치(11)는 챔버(69)의 외측에 배설되어 있고 이 레이저광발생장치(11)로부터 조사되는 레이저광(13)을 챔버(69)의 내부에 도입하기 위한 창부(12)가 챔버(69)의 외벽(69a)에 배설되어 있다. 또한 보온통(17)에도 레이저광(13)을 통과시키기 위한 창(관통공;17a)이 형성되어 있고, 레이저광발생장치(11)로부터 발사된 레이저광(13)은 창부(12) 및 보온통(17)에 형성된 창(관통공;17a)을 통과하여 종결정(15)의 선단부(15a)에 조사되어 종결정(15)의 선단부(15a)가 가열되도록 되어 있다.

레리저광발생장치(11)에서 사용되는 레이저의 종류로서는 예컨대 ArF레이저, KrF레이저등의 액시머레이저, CO₂레이저, YAG레이저 등을 열거할 수 있고, 그 출련은 0.05∼500W정도가 바람직하다. 레이저광(13)에 의하여 종결정(15)을 가열할 때 종결정(15)은 20rpm정도의 속도로 회전시켜 놓아, 종결정(15)의 일점(一點)만이 가열되는 일은 없도록 함과 동시에 보다 균일하게 종결정(15)의 선단부(15a)를 가열하기 위하여 레이저광(13)을 종결정(15)의 선단부(15a) 일정영역에서 주사(走査)시키는 것이 바람직하다. 또한 챔버(69)의 외측(69a)에 배설된 창부(12)의 재료는 기밀성이나 내열성이 우수하여 레이저광(13)을 통과시킬 수 있는 재료라면 특별히 한정되지 않지만, 그들중에서도 상기 조건을 충분히 갖춘 석영유리가 바람직하다.

다음에 실시형태(1)에 따른 단결정향상방법에 대하여 설명한다.

도 2(a)∼(d)는 실시형태(1)에 따른 단결정향상방법의 각 공정중 일부공정에 있어서 종결정의 근방을 모식적으로 나타낸 부분확대정면도이고, 도 1에 나타낸 단결정향상장치(10)를 이용하여 단결정의 향상을 행한다.

이하 설명할 공정 이전의 공정은 「종래의 기술」이라는 항에서 설명한 방법과 같은 방법으로 한다.

지지축(68)과 동일축심에서 역방향으로 소정의 속도로 향상축(14)을 회전시키면서 보유구(14a)에 장착된 종결정(15)을 용융액(63)의 바로 위까지 강하시켜 종결정(15)을 예열한 후, 종결정(15)의 선단부(15a)를 레이저광(13)으로 가열하여 종결정(15) 선단부(15a)의 온도를 상승시킨다. (도 1, 도2(a))

종결정(15)의 직경은 6∼30mm가 바람직하다. 종결정(15)의 직경이 6mm미만이면 12인치 정도으이 직경으로 300kg을 넘는 중량의 단결정(16)을 지지하는 것이 어렵게 되고, 다른쪽 종결정(15)의 직경이 30mm를 넘으면 단결정(16)을 지지하기에는 충분하지만, 종결정(15)이 지나치게 크게 되어 경제적으로 불리해 진다.

상기 예열시간을 5∼120분정도로 잡음으로써 종결정(15) 선단부(15a)의 온도가 상승하여 1,200∼1,300℃정도의 온도로 된다. 이때 용융액(63)과 종결정(15)의 최하단과의 거리는 1∼30mm정도가 바람직하다. 상기 예열한 후, 종결정(15)의 선단부(15a)에 레이저광(13)을 조사하여 선단부(15a)의 온도를 상승시킨다. 다만, 처음부터 고출력의 레이저광(13)을 조사하면 부분적인 온도의 급변 때문에 종결정(15)에 열 쇼크에 의한 전위가 도입된 우려가 있다. 따라서 처음에는 레이저광(13)의 출력을 낮게 설정해 놓고, 점차로 그 출력을 상승시킴으로써 서서히 승온시켜 최종적으로는 종결정(15)의 선단부(15a)를 1,380∼1,480℃까지 승온시킨다. 상기 승온하는데 걸리는 시간은 10∼120분이 바람직하고 승온속도는 0.5∼30℃/분이 바람직하다. 승온속도가 0.5℃미만이면 선단부(15a)의 승온에 시간이 걸려 생산성이 저하되고, 반면에 승온속도가 30℃/분보다 크면 선단부(15a)의 온도가 급변하기 때문에 열 쇼크에 의하여 종결정(15)으로 전이가 도입되기 쉽다. 또한 선단부(15a)의 온도가 1,380℃미만이면 종결정(15)을 착액할 때 종결정(15)에 열응력으로 기인하는 전위가 도입되고, 반면에 선단부(15a)의 온도가 1,480℃를 넘으면 용융한 선단부(15a)의 점성이 저하하여 낙하하여 버린다. 또 승온에 걸리는 시간을 10분 미만으로 하면 종결정(15)의 승온으로 열응력에 기인하는 전위가 도입되기 쉽고, 반면에 승온에 걸리는 시간이 120분을 넘으면 승온하는데 시간이 지나치게 걸려 생산효율이 저하한다.

다음에 종결정(15)을 강하시켜 종결정(15)의 선단부(15a)을 용융액(63)에 침지한다(도 2(b)). 이 착액시(着液時)에 있어서 종결정(15)의 선단부(15a)는 용융액(63)과의 온도차가 작기 때문에 온도차에 기인하는 열응력이 종결정(15)에 발생하지 않고, 그 때문에 전위가 도입되는 일도 없다.

따라서 네크(66a;도 9)을 형성하지 않고, 종결정(15)을 소정의 속도로 향상하고, 단결정(16)을 소정의 지름(12인치정도)까지 성장시켜서 숄더(16a)를 형성한다.(도 2(c))

다음에 소정의 향상속도로 단결정(16)을 향상하여 메인바디(16b)를 형성한다(도 2(d)).

그 후는 「종래의 기술」인 항에서 설명한 방법과 동일한 방법에 의하여 단결정(16)을 향상하여, 용융액(63)으로부터 분리 냉각시킴으로써 단결정(16)의 향상을 완료한다.

다음에 실시형태(2)의 따른 단결정향상방법 및 단결정향상장치를 도 3에 근거하여 설명한다.

실시형태(2)에 따른 단결정향상장치(20)는, 보조가열장치로서 대략 파장이 0.6∼1,000㎛ 범위내(적외영역)의 비코히어런트광을 발생시키는 적외선발생장치(22a)와, 적외선발생장치(22a)에 의하여 발생시킨 적외선(25)을 종결정(15) 근방까지 도입하는 도입수단인 석영봉(石英棒;22b)으로 된 적외선발생도입장치(21)를 갖추고 있는 점 및 석영봉(22b)의 삽입부를 봉하기 위한 봉인부(23)가 단결정향상장치(20)에 배설되어 있는 점을 제외하고는 도 8에 나타난 종래의 단결정향상장치(60)와 동일하게 구성되어 있고, 여기에서는 적외선발생도입장치(21)에 관련하는 부분만을 설명한다.

적외선발생장치(22a)는 챔버(69)의 외측에 배설되어 이 적외선발생장치(22a)로부터 조사되는 적외선(25)을 종결정(15)의 근방까지 도입하는 석영봉(22b)이 적외선발생장치(22a)에 부설되어 적외선발생장치(22a)와 석영봉(22b)에 의하여 적외선 발생도입장치(21)가 구성되어 있다. 챔버(69)의 측벽(69a)에는 봉인부(23)가 형성되어있고, 이 봉인부(23)에 석영봉(22b)이 삽입됨과 동시에 석영봉(22b)의 삽입부를 봉하는 봉인부재(24)가 측벽(69a)에 배설되어기밀성이 유지되고 있다. 또한 보온통(27)에도 석영봉(22b)을 통과시키기 위해 잘려나간 부분(27a)이 형성되어 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이 석영봉(22b)의 선단부(220b)가 근본부보다도 아랫 방향에 위치하도록 석영봉(22b)을 아랫방향으로 기울게 한 상태로 함으로써 용융액(63)의 레벨과 비교하여 도가니(61)상단의 레벨이 꽤 높은 경우에도 용융액(63)의 바로 위에서 종결정(15)을 가열할 수 있다. 봉인부재(24)의 재료로서는 예컨대 무기접착제나 내열성수지등을 열거할 수 있다.

적외선발생장치(22a)에서 발생시키는 비코히어런트광은 0.6㎛이상의 파장을 갖는 것이 바람직하다. 파장이 0.6㎛미만이면 종결정(15)의 표면근방만이 가열되기 때문에 열응력에 의하여 전위가 도입되기 쉽다. 적외선발생원으로서는 예컨대 할로겐램프, 텅스텐램프, 구로바등, 네른스트·구로아등을 열거할 수 있고 그 출력은 0.5∼5kW 정도가 바람직하다.

적외선(25)으로 종결정(15)을 가열할 때 종결정(15)은 20rpm정도의 속도로 회전시켜 놓고, 종결정(15)의 일점만이 가열되는 일은 없도록 하지만, 보다 균일적으로 종결정(15)의 선단부(15a)를 가열하기 위하여 복수의 적외선 발생도입장치(21)를 이용하며, 적외선(25)을 종결정(15)의 선단부(15a)에 대하여 복수방향(도시하지 않음)으로부터 조사하는 편이 바람직하다.

또한 종결정(15)의 지름에 대한 석영봉(22b)지름의 비율은 1∼3이 바람직하다. 종결정(15)의 지름에 대한 석영봉(22b)지름의 비율이 1 미만이면 종결정(15)을 균일적으로 가열하는 것이 곤란하게 되어 종결정(!5)내에 큰 온도분포기 발생하여 전위가 도입되기 쉬어진다. 반면에, 종결정(15)의 지름에 대한 석영봉(22b) 지름의 비율이 3을 넘으면 조사되는 적외선(25)의 에너지밀도가 저하됨과 더불어 종결정(15)에 조사되지 않은 적외선(25)이 증가하여 경제적으로 불리하게 된다.

단결정햐상장치(20)를 이용한 단결정(16)의 향상방법은 보조가열장치로서 적외선 발생도입장치(21)를 이용하는 것외에는 실시형태(1)의 경우와 거의 같기 때문에 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

실시형태(2)에 있어서는, 대략 파장이 0.6∼1,000㎛의 비코히어런트광을 발생시키는 적외선발생장치(22a)를 이용한 경우에 대하여 설명하였지만, 다른 실시형태에 따른 단결정향상장치에 있어서는 상기 외의 파장영역인 비코히어런트광을 발생하는 비코히어런트광 발생장치 및 그 비코히어런트광 발생장치에 의하여 발생시킨 비코히어런트광을 종결정(15) 근방까지 도입하는 도입수단이 된 비코히어런트광 발생도입장치가 배설되어 있어도 된다.

또한 실시형태(2)에 있어서는, 도입수단으로서 석영봉(22b)을 사용하였지만, 다른 실시형태에 있어서는 예컨대 사파이어, 코발유리, CaF₂, NaCl, KCl, KBr, CsBr, CsI등을 구성재료로 하는 봉상체를 사용해도 된다. 이 경우에는 석영봉(22b)과 비교하여 내열성이 떨어지기 때문에 봉상체의 주위를 냉매(冷媒)로 냉각할 필요가 있다. 이러한 경우에는 이하에 기재하는 단결정향상장치를 사용한다.

도 4는 실시형태(3)에 따른 단결정향상장치(30)를 모식적으로 나타낸 단면도이다.

실시형태(3)에 따른 단결정향상장치(30)는, 보조가열장치를 구성하는 도입수단으로서, 코발유리봉(32b)이 사용되고 있는 점, 코발유리봉(32b)의 온도가 지나치게 상승하는 것을 방지하기 위한 보호관(33)이 코발유리봉(32b)의 주위에 배설되어 있는 점 및 코발유리봉(32b)등의 거의 수평으로 삽입되어 있는 점을 제외하고는 도 3에 나타낸 단결정향상장치(20)와 마찬가지로 구성되어 있고, 여기에서는 코발유리봉(32b) 및 보호관(33)에 관련된 부분만을 설명한다.

챔버(69)의 외측에 배설된 적외선발생장치(22a)에는 적외선발생장치(22a)로 부터 조사되는 적외선(25)을 종결정(15)의 근방까지 도입하는 코발유리봉(32b)이 부설되어 적외선발생장치(22a)와 코발유리봉(32b)을 포함하여 적외선발생도입장치(31)가 구성되어 있다. 코발유리봉(32b)의 주위에는 보호관(33)이 배설되어 있고, 이 보호관(33)은 내관(33c)의 주위를 외관(33d)이 둘러싸는 이중구조로 되어 있으며, 선단부분에 내관(33c)로부터 외관(33d)으로 통하는 관통공(33e)이 형성되어 있다. 또한 적외선발생장치(22a)의 근방에는 냉매도입구(33a) 및 냉매배출구(33b)가 형성되어 있다. 따라서 냉매도입구(33a)로부터 냉매를 도입함으로써 냉매는 내광(33c)을 통하여 선단부까지 흘러 코발유리봉(32b)을 냉각한다. 다음에 냉매는 관통공(33e)을 통과하고 외관(33d)를 통하여 냉매배출구(33b)로부터 흘러 나온다.

또한 챔버(69)의 측벽(69a)에 개구부(34)가 형성되어 있어서, 이 개구부(34)에 코발유리봉(32b) 및 그 주위에 배치된 보호관(33)이 수평으로 삽입됨과 더불어, 보호관(33)을 봉하는 봉인부재(35)가 측벽(69a)에 배설되어 챔버(69)의 기밀성이 유지되어 잇다. 보호관(33)의 구성재료로서는 예컨대 석영유리등의 유리재료를 들 수 있고 냉매로서는 내열성 오일이나 물등을 꼽을 수 있다.

다음에 실시형태(4)에 따른 단결정향상방법 및 단결정향상장치를 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 이 단결정향상장치는 보유구(44)에 석영제 보온관(41)이 첨설되어 있는 점을 제외하고는 도 8에 나타낸 종래의 단결정향상장치(60)와 똑같이 구성되어 있다. 따라서 여기에서는 보온관(41) 및 그 주변부의 구성에 관해서만 설명하기로 한다.

도 6에 나타낸 바와 같이 보온관(41)은, 원통형상을 하고 있고 그 상부에는 중심축을 수직으로 관통하도록 두 개의 관통공(41a)이 형성되어 있다. 흑연제 보유구(44)도 거의 원통형상을 하고 있지만, 하부의 공동(空洞)부분은 종결정(45)을 보유할 수 있도록 지지면이 되는 사면(斜面;44a)이 형성되어 그 직경이 점차로 작아지고 중앙부분에는 중심축을 수직으로 관통하도록 관통공(44b)이 두 개 형성되어 있다. 또한 보유구(44)의 상부에는 볼트가 형성되어(도시하지 않음) 향상축(14)이 볼트로 체결되어 있다. 그리고 보유구(44)에 삽입된 보온관(41)의 관통공(41a)과 보유구(44)의 관통공(44b)을 걸어맞춤구(42)가 관통함으로써 보온관(41)은 보유구(44)에 걸어맞쳐져 있다. 걸어맞춤구(42)는 흑연체로 볼트의 형상으로 가공되어 있고 그 단부(端部)에는 나사구가 형성되어 흑연제의제 너트(43)가 볼트체결되어 있다.

종결정(45)은 보유구(44)의 공동(空洞)과 거의 동일지름의 원주부분으로 되는 상부(45a)와 상부(45a)보다 작은 지름의 원주부분으로 되는 하부(45c), 상부(45a)와 하부(45c)사이에 형성된 경사면을 갖는 중간부(45b)와 매우 비슷하게 구성되어 있으며, 이 종결정(45)을 보유구(44) 상부의 공동부분(空洞部分)에서 삽입함으로써 하부(45c)가 보유구(44)보다 돌출한 형상으로 보유구(44)에 보유되어 있다. 또한 보온관(41)의 하단부(41b)는 보유구(44)에 보유된 상태의 종결정(45) 하단부(45d)보다도 낮은 레벨에 위치하고 있다. 보온관(41)의 재질은 석영으로 한정되지 않으나 석영제 도가니(61a)와 똑같은 재질인 석영이 용융액(63)에 대한 영향도 적기 때문에 바람직하다.

다음에 실시형태(4)에 따른 단결정향상방법에 대하여 설명한다.

이하에서 설명하는 이전의 공정은 「종래의 기술」의 항에서 기재한 방법과 똑같은 방법으로 행한다. 시딩공정 전에 보온관(41)의 하단부(41b)를 도 5에 나타낸 바와 같이 용융액(63)의 윗방향에 위치시킨다.

다음에 지지축(68)과 동일축심에서 역방향으로 소정의 속도로 향상축(14)을 회전시키면서 보유구(44)에 보유된 종결정(45)을 용융액(63) 바로 위까지 강하시켜 예열한다. 이때 보온관(41)의 하단부(41b)는 용융액(63)에 침지된 상태로 한다(도 6(a)).

챔버(69) 내부는 도 5에 나타낸 바와 같이 풀(Pull)챔버(69b)로부터 도가니(61)의 방향으로 Ar가스가 흐르고 있고, 종래는 이 Ar가스의 흐름에 의하여 종결정(45)이 냉각되어 있기 때문에 다만 종결정(45)을 용융액(63)의 바로 위에 위치시켜 예열하는 것만으로는 종결정(45)의 온도를 용융액(63)의 온도 가까이까지 상승시키는 것은 어려웠다. 그러나 본 실시형태에 있어서는 도 6(a)에 나타낸 바와 같이 보온관(41)에 의하여 종결정(45)이 주위의 분위기로부터 완전히 격리되고, 또한 열방사의 일부도 차단되기 때문에 이 상태에서 예열을 행함으로써 종결정(45)을 충분히 용융액(63)에 가까운 온도까지 상승시킬 수 있다. 보온관(41)의 하단부(41b)는 종결정(45)의 하단부(45d)보다 2∼30mm 낮은 레벨에 있는 것이 바람직하다. 보온관(41)의 하단부(41b)가 종결정(45)의 하단부(45d)와 비교하여 2mm보다 높은 레벨에 있으면 종결정(45)을 착액시키지 않고 보온관(41)의 하단부(41b)만을 용융액(63)에 침지시키는 것이 어렵게 되고, 반면에 보온관(41)의 하단부(41b)가 종결정(45)의 하단부(45d)와 비교하여 30mm보다 낮은 레벨에 있으면 보온관(41)의 하단부(41b)를 용융액(63)에 침지시킨 상태에서도 종결정(45)의 하단부(45d)와 용융액(63)과의 거리가 크기 때문에 종결정(45)의 하부(45c)를 충분히 예열하는 것이 곤란하게 된다. 또한 효율좋게 예열한다는 관점으로부터 보온관(41)의 내경(內徑)은 8∼70mm정도가 바람직하고 그 두께는 0.5∼3mm정도가 바람직하다.

다음에 종결정(45)을 거듭 강하시켜 종결정(45)의 하단부(45d)를 용융액(63)에 접촉시킨다(도 6(b)). 역시, 도 6(b)이후에 있어서는 보유구(44)를 생략하고 있고 종결정(45)의 하부(45c), 그 주위에 존재하는 보온관(41) 및 용융액(63)만을 나타내고 있다.

이 종결정(45)을 착액(着液)할 때에 있어서 종결정(45)의 하부(45c)는 용융액(63)과의 온도차가 작아져 있고 온도차에 기인하는 열응력이 종결정(45)에 작용하지 않고 그 때문에 전위가 도입되는 일도 없다. 따라서 네크(66a;도 9)를 형성할 필요는 없지만 종결정(45)의 하단부(45d)의 주위에는 보온관(41)이 존재하기 때문에 곧 숄더(46b)의 형성공정으로 옮기면 숄더(46b)가 보온관(41)에 부딪혀 버리는 경우도 있다.

그래서 일단 종결정(45)을 소정의 속도로 향상하여 종결정(45)의 하부(45c)와 거의 동일한 지름의 단결정(연장부(46a))을 보온관(41)의 하단부(41b)와 거의 동일한 레벨에 있을 때까지 성장시킨다(도 6(c)).

다음에 종결정(45)을 소정의 속도로 향상시켜, 단결정(46)을 소정의 지름(12인치정도)까지 성장시켜 숄더(46b)를 형성한 후 소정의 향상속도로 단결정(46)을 육성하여 메인바디(46c)를 형성한다(도 6(d)).

그 후는 「종래의 기술」의 항에서 기재한 방법과 똑같은 방법에 이하여 단결정(46)을 향상시키고 용융액(63)으로부터 분리하여 냉각시킴으로써 단결정(46)의 향상을 완료한다.

도 7은 실시형태(5)에 따른 단결정향상장치를 구성하는 보온관 및 보유구를 모식적으로 나타낸 단면도이고, 보온관 및 보유구를 제외하고는 실시형태(4)에 따른 단결정향상장치(40)와 똑같이 구성되어 있다. 또한 단결정향상방법도 실시형태(4)에 따른 단결정향상방법과 마찬가지이다. 그래서 여기세어는 보온관(51) 및 보유구(52)의 구성만을 설명한다.

보유구(52)는 하단에 거는 부분(52a)이 형성되어 있고 상단에 거는 부분(51a)이 형성된 보온관(51)을 이 보유구(52)의 거는 부분(52a)에 걺으로써 보유하도록 되어 있다. 보유구(52)의 상부에는 볼트구가 형성되어(도시하지 않음) 향상축(14)이 볼트체결되어 있어 종결정(45)의 형상은 실시형태(4)의 경우와 마찬가지이다.

실시형태(4) 또는 실시형태(5)에 있어서는 보유구(44), (52)에 보온관(41), (51)이 침설된 단결정향상장치에 대하여 설명하였지만, 다른 실시형태에 따른 단결정향상장치에 있어서는 보유구(44), (52)에 보온관(41), (51)이 침설됨과 더불어 실시형태(1)∼(3)에서 설명한 레이저발생장치(11)나 적외선발생도입장치(21), (31)등이 부설되어 있어도 된다.

이 경우 특히 보온관(41), (51)이 석영제이면 레이저광(13)이나 적외선(25)을 통과하기 때문에 레이저발생장치(11)가 적외선발생도입장치(21), (31)에 의하여 종결정(15)을 가열할 수 있으며, 보온관(41), (51)은 보온성이 뛰어나기 때문에 보다 효율적으로 종결정(15)을 승온시킬 수 있다.

이하 실시예에 따른 단결정향상방법 및 단결정향상장치를 설명한다. 또한 비교예로서 종래의 CZ법에 의한 단결정향상장치(도 8)를 이용하여 종래의 방법으로 단결정향상을 행한 경우에 대하여도 설명한다. 이하 그 조건 및 결과를 기재한다.

[실시예 1, 2 및 비교예 1, 2]

<실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 공통의 조건>

실시예 1, 2에서 이용한 단결정향상장치: 도 1에 나타낸 단결정향상장치(10)

향상할 단결정(16), (66)의 형상

직경 : 약300mm(12인치), 길이 : 약1,000mm, 중량 : 약270kg

결정용원료의 담는 양 : 300kg

챔버(69)안의 분위기 : Ar 분위기

Ar의 유량(流量) : 80ℓ/분

압력 : 1.33×10³Pa

향상축(14), (64)의 회전속도 : 20rpm

도가니(61)의 회전속도 : 5rpm

향상횟수 : 각 실시예 및 비교예 당 10회

<향상한 단결정의 DF(Dislocation Free)율의 조사방법>

향상한 단결정 (16), (66)을 성장방향(길이방향)으로 평행하게 슬라이스하고 얻어진 단결정(16), (66)의 X선토포그래프(Topograph)를 측정하여 그 결과로부터 판단했다. 즉, X선토포그래프로부터 조금이라도 전위가 인정된 단결정(16), (66)은 저위가 있다고 판단하였다. 상기 측정에 의하여 향상한 단결정 10개 가운데, 전위가 없는 것(DF)의 비율을 조사하였다.

<실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 결과>

상기 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2 경우의 조건을 하기의 표 1 및 표 2에, 단결정(16), (66)의 DF율 및 낙하수를 하기의 표 3에 나타냈다.

상기 표 3에 나타낸 결과로부터 명백하듯이, 실시예 1, 2의 경우에는 종결정(15)으로 전위가 도입되지 않기 때문에 네크(66a)(도 9)를 형성하지 않고 향상하여도 향상한 단결정(16)의 DF비율은 90%(9/10)로 거의 전위가 발생하지 않았다. 또한 종결정(15) 선단부(15a)의 직경이 10mm, 6mm로 충분히 굵기 때문에 낙하수가 0/10이었다.

이에 대하여 비교예 1의 경우에는 네크(66a)의 직경이 4mm가 될 때까지 그 지름은 줄였기 때문에 DF율은 90%(9/10)로 양호하였지만 단결정(66)을 충분히 지지할 수 없고, 낙하수는 8/10로서 대부분의 것이 낙하하여 버렸다. 또한 비교예 2의 경우에는 네크(66a)의 직경을 10mm로 굵게 하였기 땜누에 낙하수는 0/10였지만, 종결정(65)에 도입된 전위를 배제할 수 없고, DF율은 0%(0/10)로서 모든 단결정(66)에 전위가 발생하여 버렸다.

[실시예 3∼5]

실시예 3∼5의 경우에는 단결정향상장치로서 도 3에 나타낸 단결정향상장치(20)를 이용하였다. 이 경우 향상할 단결정(16)의 형상, 결정용원료의 담는 양, 챔버(69)안의 분위기, 향상축(14)의 회전속도, 가마니(61)의 회전속도 및 향상횟수는 실시예 1, 2의 경우와 마찬가지이다. 또한 향상한 단결정의 DF(Dislocation free)율 조사방법도 실시예 1, 2의 경우와 같다.

<실시예 3∼5 및 비교예 3∼4의 결과>

실시예 3∼5의 상기 이외의 다른 조건을 하기의 표 4에, 단결정(16)의 DF율 및 낙하수를 하기의 표 5에 나타냈다.

상기 표 5에 나타낸 결과로부터 분명한 바와 같이 실시예 3∼5의 경우에는 종결정(15)에 전위가 도입되지 않기 때문에 네크(66a;도 9)을 형성하지 않고 향상해도, 향상한 단결정(16)의 DF율은 90%(9/10)으로 거의 전위가 발생하지 않았다. 또한 종결정(15) 선단부(15a)의 직경이 10mm, 6mm로 충분히 굵기 때문에 낙하수가 0/10이었다.

[실시예 6∼8]

실시예 6∼8의 경우에는 단결정향상장치로서 도 5에 나타낸 단결정향상장치(40)를 이용하였다. 이 경우 향상할 단결정(46)의 형상, 결정용원료의 담는 양, 챔버(69)안의 분위기, 향상축(14)의 회전속도, 가마니(61)의 회전속도 및 향상횟수는 실시예 1, 2의 경우와 마찬가지이다. 또한 향상한 단결정의 DF(Dislocation free)율의 조사방법도 실시예 1, 2의 경우와 같다.

<실시예 6∼8의 결과>

실시예 6∼8의 상기 이외의 다른 조건을 하기의 표 6 및 표 7에, 단결정(46)의 DF율 및 낙하수를 하기의 표 8에 나타냈다.

상기 표 8에 나타낸 결과로부터 명백하듯이 실시예 6∼8의 경우에는 종결정(45)에 전위가 도입되지 않기 때문에 네크(66a;도 9)을 형성하지 않고 향상해도 향상한 단결정(46)의 DF율은 90%(9/10)으로 거의 전위가 도입되지 않았다. 또한 종결정(45) 하부(45c)의 직경이 10mm, 6mm, 6mm로 충분히 굵기 때문에 낙하수는 0/10이었다.

본 발명에 따른 단결정향상방법 및 단결정향상장치는 대형화한 실리콘단결정등의 단결정인곳의 향상에 이용된다.

Claims (17)

1. 도가니 안의 용융액에 종결정을 침지한 후, 그 종결정을 향상시킴으로써 단결정을 성장시키는 단결정의 향상방법에 있어서, 보조가열수단으로 상기 종결정의 선단부를 점차로 승온시킨 후, 상기 종결정을 상기 용융액에 침지하여 네크를 형성하지 않고 단결정을 향상시키는 것을 특징으로 하는 단결정향상방법.
2. 제1항에 있어서 선단부의 온도가 1,300℃이상인 종결정을 상기 보조가열수단으로 0.5∼30℃/분의 속도로 1,380∼1,480℃로 승온시킨 후, 용융액에 침지하는 것을 특징으로 하는 단결정향상방법.
3. 도가니 안의 용융액에 종결정을 침지한 후, 그 종결정을 향상시킴으로써 단결정을 성장시키는 단결정의 향상방법에 있어서, 상기 종결정의 주위에 보온관을 배설(配設)하여 예열함으로써 상기 종결정을 상기 용융액의 온도 가까이까지 승온시킨 후, 상기 종결정을 상기 용융액에 침지하여 네크를 형성하지 않고 단결정을 향상시키는 것을 특징으로 하는 단결정향상방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 종결정의 예열에 청구범위 제1항에 기재한 상기 보조 가열수단을 병용하는 것을 특징으로 하는 단결정향상방법.
5. 제1항, 제2항 또는 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 종결정을 승온하는데 레이저광을 이용하는 것을 특징으로 하는 단결정향상방법.
6. 제1항, 제2항 또는 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 종결정의 승온에 비코히어런트광을 이용하는 것을 특징으로 하는 단결정향상방법.
7. 제6항에 있어서 파장이 0.6㎛이상의 비코히어런트광을 이용하는 것을 특징으로 하는 단결정향상방법.
8. 종결정을 보유하는 보유구를 갖추어 그 보유구가 향상축에 연결된 단결정향상장치에 있어서, 상기 보유구에 보유된 상기 종결정을 용융액에 침지시키기 전에 상기 종결정의 선단부를 승온시키기 위한 보조가열장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 단결정향상장치.
9. 제8항에 있어서 상기 보조가열장치로서 레이저광발생장치를 갖추고 또한 그 레이저광발생장치로부터 조사되는 레이저광을 종결정에 도입하기 위한 창부(窓部)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단결정향상장치.
10. 제8항에 있어서 상기 보조가열장치로서 비코히어런트광 발생장치와 그 비코히어런트광 발생장치로 발생시킨 비코히어런트광을 종결정 근방까지 도입하는 도입수단으로 구성된 비코히어런트광 발생도입장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 단결정향상장치.
11. 제10항에 있어서 상기 보조가열장치로서 적외선발생장치와 그 적외선발생장치로 발생시킨 적외선을 종결정 근방까지 도입하는 도입수단으로 구성되는 적외선 발생도입장치를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 단결정향상장치.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 도입수단이 석영, 사파이어, 코발유리, CaF₂, NaCl, KCl, KBr, CsBr, CsI 가운데 어느 하나의 재료로 된 봉상체를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 단결정향상장치.
13. 제12항에 있어서, 종결정선단의 지름에 대한 도입수단을 구성하는 봉상체 지름의 비율이 1∼3인 것을 특징으로 하는 단결정향상장치.
14. 종결정을 보유하는 보유구를 갖추고 그 보유구가 향상축에 연결된 단결정향상장치에 있어서, 상기 보유구에 상기 종결정의 주위를 덮는 보온관이 첨설(添設)되어 있는 것을 특징으로 하는 단결정향상장치.
15. 제14항에 있어서, 청구범위 제8항에 기재한 상기 보조가열장치를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 단결정향상장치.
16. 제14항에 있어서, 상기 보온관의 하단부가 상기 보유구에 보유된 상태의 종결정 하단부보다도 낮은 레벨에 위치하는 것을 특징으로 하는 단결정향상장치.
17. 제15항에 있어서, 상기 보온관의 하단부가 상기 보유구에 보유된 상태의 종결정 하단부보다도 낮은 레벨에 위치하는 것을 특징으로 하는 단결정향상장치.

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