KR20030055900A

KR20030055900A - 단결정 잉곳의 제조장치

Info

Publication number: KR20030055900A
Application number: KR1020010086026A
Authority: KR
Inventors: 송도원; 오영현; 최현교; 김상희
Original assignee: 주식회사 실트론
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-07-04

Abstract

본 발명은 불활성 가스의 유동을 제어하여 챔버 내부의 핫존에 증착되는 산화물을 감소시키고, 불활성 가스가 역류되더라도 챔버 내부의 핫존이 산화물에 재오염되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 실리콘 융액으로 복사 전달되는 히터의 열 에너지가 감소되는 것을 방지하여 고품질의 단결정 잉곳 성장이 가능한 단결정 잉곳의 제조장치에 관한 것으로서, 이를 위해 상부와 하부에 각각 가스공급관 및 진공 배기관이 형성된 챔버와, 챔버의 내부에 장착되어 실리콘 융액이 담겨지는 석영 도가니와, 석영 도가니를 지지하고 회전하는 페데스탈에 축합된 흑연 도가니와, 흑연 도가니의 외연에 설치되어 실리콘 융액을 가열하는 히터와, 히터의 측면, 하부, 상부를 각각 에워싸 챔버의 외부로 방출되는 열을 차단하는 제1 내지 제3 열차폐 구조체와, 성장된 단결정 잉곳에 히터의 열이 전달되지 않도록 단결정 잉곳을 에워싸는 열쉴드를 포함하여 이루어진 단결정 잉곳의 성장장치에 있어서, 가스공급관을 통해 공급되어 석영 도가니와 흑연 도가니 사이의 틈으로 유입된 불활성 가스가 흑연 도가니 외부로 흐르도록 하는 제1 흐름 유발수단과, 흑연 도가니 외부로 흐르는 불활성 가스가 히터 외부로 흘러 진공 배기관으로 배기되도록 하고, 진공 배기관에서 불활성 가스가 석영 도가니 내부로 유입되지 않도록 하는 제2 흐름 유발수단을 포함하여 단결정 잉곳의 성장장치를 구성한다.

Description

단결정 잉곳의 제조장치{Growing apparatus of a single crystal ingot}

본 발명은 단결정 잉곳의 제조장치에 관한 것으로서, 특히 핫존 내부의 가스 유동을 제어하여 단결정 잉곳의 성장 도중 발생되는 유해 가스가 신속하게 배기되도록 하여 핫존 내부의 부식을 감소시키고, 배기가스의 역류를 방지하여 고품질의 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있는 단결정 잉곳의 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자 등의 전자 부품을 생산하기 위해 사용되는 실리콘 웨이퍼는 실리콘 단결정 잉곳에서 제조되는데, 실리콘 단결정 잉곳은 다결정 실리콘 융액(silicon melt)에 종자결정(seed crystal)을 디핑(dipping)시켜 종자결정과 동일한 결정 구조를 갖는 단결정으로 서서히 성장시켜 제조하는 것으로 주로 쵸크랄스키 방법(czochralski method)을 사용한다.

도 1 은 쵸크랄스키 방법으로 단결정 잉곳의 성장이 이루어지는 단결정 잉곳의 제조장치를 설명하기 위한 개략도이다.

도시된 바와 같이, 종래 단결정 잉곳 제조장치는 챔버(10)내부에 핫존(hot zone) 구조물로서, 실리콘 융액(M)이 담겨지는 석영 도가니(12)및 석영 도가니의 외연 하부 일부를 감싸 지지하는 흑연 도가니(14)가 장착되고, 흑연 도가니의 하부에 하중을 지지하기 위한 지지구조체(support,16)가 놓여지고, 지지 구조체는 미도시된 회전 구동장치에 축합되어 회전 및 승강하는 페데스탈(pedestal,18)에 결합된다.

그리고, 흑연 도가니(14)의 외연에는 단결정 잉곳(I.G)성장에 필요한 열에너지를 복사열로 공급하는 열원인 히터(20)가 에워싸고 있고, 히터의 외연으로 히터의 열이 챔버(10)측면으로 방출되지 않도록 열을 차폐하기 위해 열차폐링(32)과 단열재(34)로 구성된 는 제1 열차폐 구조체(radiation shield,30)가 에워싸고 있다.

히터(20)의 하부로 히터의 열이 챔버 하부로 방출되지 않도록 열을 차폐하는 차폐판(42)과 단열재(44)로 구성된 제2 열차폐 구조체(spill tray,40)가 장착된다.

제1 열차폐 구조체(30)의 상부에는 히터의 열이 챔버 상부로 방출되지 않도록 열을 차폐하는 히터 커버(52)와 단열재(54)로 구성된 제3 열차폐 구조체(upper ring,50)가 장착된다.

그리고, 제3 열차폐 구조체(50)에는 단결정 잉곳(I.G)과 석영 도가니(12)사이에 단결정 잉곳을 에워싸도록 형성되어 실리콘 융액(M)에서 방출되는 열을 차단하고, 또한 성장된 실리콘 잉곳의 냉각을 위해 실리콘 융액에서 방출되어 실리콘 잉곳으로 전달되는 열을 차단하는 냉각 구동력을 제공하는 열 쉴드(NOP,22)가 장착된다.

챔버(10)의 상부에는 도시되지는 않았지만 실리콘 융액(M)에 케이블(28)로 연결된 종자 결정을 디핑시키고, 소정의 속도로 회전시키면서 인상(引上)시켜 잉곳을 성장시키는 인상 구동(pullup)장치가 설치되고, 챔버의 내부에 아르곤(Ar)또는 네온(Ne) 등의 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(24)이 형성된다.

그리고, 챔버(10)의 하부에는 가스 공급관(24)에서 공급된 불활성 가스를 진공으로 펌핑하여 배기시키도록 도시되지 않은 진공 배기관계에 연결 형성된 진공배기관(26)이 형성된다.

여기서, 진공 배기관(26)의 진공 펌핑력에 가스 공급관(24)에서 챔버의 내부로 공급되는 불활성 가스는 하향 유동흐름(down flow)을 가지게 된다.

이와 같은 구성으로 된 종래 단결정 잉곳의 제조장치는 종자 결정을 인상 구동장치에 연결된 케이블(28)에 연결시켜 석영 도가니의 실리콘 융액(M)에 디핑시키고, 이 상태에서 종자 결정과 석영 도가니(12)를 각각 인상구동장치와 회전구동장치에 의해 반대 방향으로 회전시키면서 종자 결정을 인상시켜 원하는 직경과 길이를 갖는 실리콘 잉곳을 성장시키게 된다.

이러한 과정을 통해 실리콘 잉곳(I.G)을 성장시키는 도중 챔버(10)의 상부에서는 가스 공급관(24)을 통해 계속적으로 불활성 가스를 공급하고, 챔버의 하부에서는 계속적으로 진공 배기관(26)을 통해 챔버 내부를 진공펌핑한다.

따라서, 챔버(10)내부에는 일정한 형태의 가스 유동이 발생되고, 이 가스 유동은 단결정 잉곳의 성장 도중 실리콘 융액(M)에서 발생되는 산화물(oxide gas)을 챔버의 외부로 배기시키게 된다.

도 2는 종래 단결정 잉곳의 제조장치 중 A 부분에서 발생되는 가스 유동을 설명하기 위한 도면이다.

도시된 바와 같이, 챔버의 상부에서 공급된 불활성 가스는 진공 펌핑력에 의해 먼저 석영 도가니(12)의 실리콘 융액 액면에 부딪히면서 실리콘 융액에서 발생된 산화물과 혼합되고, 이 상태에서 석영 도가니의 벽면을 따라 상승한다.

상승하는 불활성 가스(산화물이 혼합된 가스)는 석영 도가니(12)의 상부 가장자리에서 세 가지의 유동을 발생시킨다.

첫번째 유동은 석영 도가니의 벽면에 의해 열 쉴드의 외측면 방향으로 흐르는 유동이고, 두번째 유동은 석영 도가니(12)와 흑연 도가니(14)사이의 틈으로 흐르는 유동이고, 세번째 유동은 히터(20)를 기준으로 내면과 외면을 따라 진공 배기관을 향해 흐르는 유동이다.

이러한 유동들은 모두 진공 배기관(26)의 진공 펌핑에 의해 챔버 내부에 형성된다.

그러나, 종래 단결정 잉곳의 제조장치는 하향 유동 형태를 갖는 불활성 가스에 의해 실리콘 융액에서 발생된 산화물이 적절히 제거되지 못하고 오히려 챔버 내부의 핫존에 증착되는 문제점이 있다.

즉, 석영 도가니와 흑연 도가니 사이의 틈으로 불활성 가스가 흐르면 불활성 가스에 포함된 산화물이 제거되지 못하고 석영 도가니와 흑연 도가니 사이의 틈에 증착되고, 또한 히터의 내면과 외면을 따라 흐르는 불활성 가스에 포함된 산화물이 히터에 증착되기 때문이다.

따라서, 종래 단결정 잉곳의 제조장치는 챔버 내부에 산화물이 다량으로 증착되어 히터, 흑연 도가니 등의 부식을 유발시켜 챔버 내부의 핫존 구조물 수명을 단축시키게 된다.

또한, 히터의 좌우 측면에 증착된 산화물은 히터의 부식뿐만 아니라 실리콘 융액으로 전달되는 열 에너지를 감소시키고, 석영 도가니와 흑연 도가니 사이의 틈에 증착된 산화물 역시 실리콘 융액으로 전달되는 열 에너지를 감소시키게 된다.

따라서, 실리콘 융액의 온도를 공정 조건에 적합하게 조절할 수 없어 요구되는 고품질의 단결정 잉곳 성장이 어렵게 된다.

그리고, 종래 단결정 잉곳의 제조장치는 진공 배기관에서 배기되는 불활성 가스에 포함된 산화물이 챔버 내부로 역류하여 챔버 내부의 핫존 구조물을 재오염시키는 문제점이 있다.

즉, 진공 배기관의 진공 펌핑력에 의해 불활성 가스가 배기되는 도중 진공 펌프의 작동 이상이 발생되거나 또는 진공 배기관계에 설치된 밸브들의 급격한 개폐 동작이 발생되는 경우, 진공 배기관의 내벽면에 증착된 산화물이 역류하게 되는데, 이 역류된 산화물이 그대로 챔버 내부에 확산되기 때문이다.

따라서, 종래 단결정 잉곳의 제조장치는 챔버 내부가 역류된 산화물에 재오염되고 챔버 구조물의 수명을 단축시키게 되고, 또한 역류된 산화물이 실리콘 융액에 혼합되어 단결정 잉곳의 불량 발생을 유발시키게 된다.

이에 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 챔버 내부의 핫존 구조물에 증착되는 산화물을 감소시킬 수 있는 단결정 잉곳의 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 챔버 내부로 불활성 가스가 역류되더라도 챔버 내부의 핫존 구조물이 산화물에 재오염되는 것을 방지할 수 있는 단결정 잉곳의 제조장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 실리콘 융액으로 전달되는 히터의 열 에너지가 감소되는 것을 방지하는 단결정 잉곳의 제조장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

따라서, 목적들을 이루기 위해, 본 발명의 일실시예는 상부와 하부에 각각 가스공급관 및 진공 배기관이 형성된 챔버와, 챔버의 내부에 장착되어 실리콘 융액이 담겨지는 석영 도가니와, 석영 도가니를 지지하고 회전하는 페데스탈에 축합된 흑연 도가니와, 흑연 도가니의 외연에 설치되어 실리콘 융액을 가열하는 히터와, 히터의 측면, 하부, 상부를 각각 에워싸 챔버의 외부로 방출되는 열을 차단하는 제1 내지 제3 열차폐 구조체와, 성장된 단결정 잉곳에 히터의 열이 전달되지 않도록 단결정 잉곳을 에워싸는 열쉴드를 포함하여 이루어진 단결정 잉곳의 성장장치에 있어서, 가스공급관을 통해 공급되어 석영 도가니와 흑연 도가니 사이의 틈으로 유입된 불활성 가스가 흑연 도가니 외부로 흐르도록 하는 흐름 유발수단이 부가 형성하여 단결정 잉곳의 성장장치를 구성한다.

여기서, 흐름 유발수단은 흑연 도가니에 형성된 다수개의 흐름공 또는 요홈으로 형성된다.

그리고, 목적들을 이루기 위해, 본 발명의 또 다른 실시예는 상부와 하부에 각각 가스공급관 및 진공 배기관이 형성된 챔버와, 챔버의 내부에 장착되어 실리콘 융액이 담겨지는 석영 도가니와, 석영 도가니를 지지하고 회전하는 페데스탈에 축합된 흑연 도가니와, 흑연 도가니의 외연에 설치되어 실리콘 융액을 가열하는 히터와, 히터의 측면, 하부, 상부를 각각 에워싸 챔버의 외부로 방출되는 열을 차단하는 제1 내지 제3 열차폐 구조체와, 성장된 단결정 잉곳에 히터의 열이 전달되지 않도록 단결정 잉곳을 에워싸는 열쉴드를 포함하여 이루어진 단결정 잉곳의 성장장치에 있어서, 상부가 제 3 열차폐 구조체의 하부에서 일정 거리 이격되고, 하부가 제2열차폐 구조체의 상부에 접합되어 제1 열차폐 구조체 사이에 진공 배기관과 연통된 통로가 형성되도록 히터의 외연과 제1 열차폐 구조체 사이에 보조 열차폐링을 개재하여 단결정 잉곳의 성장장치를 구성한다.

또한, 목적들을 이루기 위해 본 발명의 또다른 실시예는 상부와 하부에 각각 가스공급관 및 진공 배기관이 형성된 챔버와, 챔버의 내부에 장착되어 실리콘 융액이 담겨지는 석영 도가니와, 석영 도가니를 지지하고 회전하는 페데스탈에 축합된 흑연 도가니와, 흑연 도가니의 외연에 설치되어 실리콘 융액을 가열하는 히터와, 히터의 측면, 하부, 상부를 각각 에워싸 챔버의 외부로 방출되는 열을 차단하는 제1 내지 제3 열차폐 구조체와,성장된 단결정 잉곳에 히터의 열이 전달되지 않도록 단결정 잉곳을 에워싸는 열쉴드를 포함하여 이루어진 단결정 잉곳의 성장장치에 있어서, 가스공급관을 통해 공급되어 석영 도가니와 흑연 도가니 사이의 틈으로 유입된 불활성 가스가 흑연 도가니 외부로 흐르도록 하는 제1 흐름 유발수단과, 흑연 도가니 외부로 흐르는 불활성 가스가 히터 외부로 흘러 진공 배기관으로 배기되도록 하고, 진공 배기관에서 불활성 가스가 석영 도가니 내부로 유입되지 않도록 하는 제2 흐름 유발수단을 포함하여 단결정 잉곳의 성장장치를 구성한다.

여기서, 제1흐름 유발수단은 흑연 도가니에 형성된 다수개의 흐름공 또는 요홈이고, 제2흐름유발수단은 히터의 외연과 제1 열차폐 구조체 사이에 개재되되, 상부가 제 3 열차폐 구조체의 하부에서 일정 거리 이격되고, 하부가 제2 열차폐 구조체의 상부에 접합되어 제1 열차폐 구조체 사이에 진공 배기관과 연통된 통로를 형성하는 보조 열차폐링이다.

도 1은 종래 단결정 잉곳의 제조장치를 설명하기 위한 도면.

도 2는 도 1의 <A> 부분에서의 가스 흐름을 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 단결정 잉곳의 제조장치를 설명하기 위한 도면.

도 4,5,6는 본 발명에 따른 단결정 잉곳의 제조장치에서 흑연 도가니 구조를 설명하기 위한 도면.

도 7,8,9는 본 발명에 따른 단결정 잉곳의 제조장치에서 보조 열차폐링 구조를 설명하기 위한 도면.

도 10,11,12,13은 본 발명에 따른 단결정 잉곳의 제조장치에서 비활성 가스의 유동을 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10,110 : 챔버 12,112 : 석영도가니

14,114 : 흑연도가니 20,120 : 히터

22,122 : 열쉴드 24,124 : 가스 공급관

26,126 : 진공 배기관 30,130 : 제1열차폐 구조체

40,140 : 제2열차폐 구조체 50,150 : 제3열차폐 구조체

200 : 흐름공 202 : 요홈

300 : 보조 열차폐링 302 : 흐름공

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실리콘 잉곳의 성장장치에 대한 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 실리콘 잉곳의 성장장치를 설명하기 위한 개략도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실리콘 잉곳의 성장장치는 챔버(110)내부에 실리콘 융액(M)이 담겨지는 석영 도가니(112)및 석영 도가니의 외연 하부 일부를 감싸 지지하는 흑연 도가니(114)가 장착되고, 흑연 도가니의 하부에 하중을 지지하기 위한 지지구조체(support,116)가 놓여지고, 지지 구조체는 미도시된 회전 구동장치에 축합되어 회전 및 승강하는 페데스탈(pedestal,118)에 결합된다.

그리고, 흑연 도가니(114)에는 제1 흐름 유발수단이 형성된다.

제1 흐름유발수단은 도 4 및 5를 참조하면, 흑연 도가니의 상부 임의의 지점에 다수개의 흐름공(200)을 형성하여 흑연 도가니의 내벽면과 외벽면이 서로 연통되게 한다.

도 4에 도시된 흑연 도가니는 도가니 전체를 도시한 것이 아니라 도가니 일부를 도시한 것이다.

이때, 흐름공(200)은 흑연 도가니(114)에 등간격으로 서로 대칭되게 형성되고, 흑연 도가니에 담겨진 실리콘 융액의 최대 계면 높이(석영 도가니의 바닥면을 기준으로 하는 경우)보다 높은 위치에 형성된다.

여기서, 흐름공(200)을 실리콘 융액의 최대 계면 높이보다 높게 형성하는 것은 흑연 도가니(114)와 석영 도가니(112)가 실리콘 융액의 계면 높이에 해당하는 면적만큼 흑연 도가니의 내벽면과 석영 도가니의 외벽면이 서로 밀착되기 때문이다.

이와 같이 흐름공(200)은 흑연 도가니와 석영 도가니 사이에 틈이 형성되는 지점까지만 형성되는 것이다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1흐름 유발수단으로 흐름공을 형성하지 않고 흑연 도가니의 상부 가장자리에 일정 깊이를 갖는 다수개의 요(凹)홈(202)을 형성하여도 된다.

여기서, 요홈(202)은 흐름공과 동일하게 등간격으로 서로 대칭되게 형성되고, 요홈의 바닥면은 흑연 도가니에 담겨진 실리콘 융액의 최대 계면높이보다 높은 위치에 형성된다. 즉, 요홈의 최대 깊이는 실리콘 융액의 최대 계면높이보다 높게 형성되어야 한다.

그리고, 제1 흐름 유발수단이 형성된 흑연 도가니(114)의 외연에는 단결정 잉곳 성장에 필요한 열에너지를 복사열로 공급하는 열원인 히터(120)가 에워싸고 있고, 히터를 에워싸 히터의 열이 챔버(110)외부로 방출되는 것을 차단하기 위한 열차폐 수단이 구비된다.

열차폐 수단은 히터의 열이 챔버 측면으로 방출되지 않도록 열을 차폐하기 위해 차폐링(132)과 단열재(134)로 구성된 제1 열차폐 구조체(radiation shield,130)와, 히터의 하부로 히터의 열이 챔버 하부로 방출되지 않도록 열을 차폐하기 위해 차폐판(142)과 단열재(144)로 구성된 제2 열차폐 구조체(spill tray,140)와, 히터의 상부로 히터의 열이 챔버 상부로 방출되지 않도록 제1 열차폐 구조체의 상부에 히터 커버(152)와 단열재(154)로 구성된 제3 열차폐 구조체(upper ring,150)로 이루어지고, 제3 열차폐 구조체(150)에는 단결정 잉곳(I.G)과 석영 도가니 (112)사이에 단결정 잉곳을 에워싸도록 형성되어 실리콘 융액(M)에서 방출되는 열을 차단하고, 또한 성장된 실리콘 잉곳의 냉각을 위해 실리콘 융액에서 방출되어 실리콘 잉곳으로 전달되는 열을 차단하는 냉각 구동력을 제공하는 열 쉴드(NOP,122)가 장착된다.

또한, 본 발명에 따른 단결정 잉곳의 성장장치는 히터(120)와 제1 열차폐 구조체(130)사이에 제2 흐름 유발수단이 형성된다.

제2 흐름 유발수단은 도 7 내지 10을 참조하면, 제1 열차폐 구조체의 열차폐링(132)과 동일한 재질인 그라파이트(graphite)재질로 형성되고, 제1 열차폐 구조체의 열차폐링(132)보다 적은 직경을 갖는 보조 열차폐링(300)으로 형성한다.

여기서, 보조 열차폐링(300)은 하부가 제2 열차폐 구조체의 차폐판(142)에 접합되고, 상부가 제3열차폐 구조체의 히터 커버(152)에 일정거리 이격되게 위치된다.

따라서, 보조 열차폐링(300)은 상부만이 개방되고, 제1 열차폐 구조체의 열차폐링(132)과의 사이에 통로(S)가 형성되도록 한다.

그리고, 통로(S)는 진공 배기관(126)과 연통되도록 한다.

또한, 보조 열차폐링(300)에는 통로(S)와 연결되는 다수개의 흐름공(302)이 형성되고, 흐름공은 보조 열차폐링(300)의 외주연에 통로(S)를 따라 수직하게 등간격으로 다열 형성된다.

그리고, 흐름공(302)는 히터(120)의 발열부분과 대응되게 형성된다.

또한, 본 발명에 따른 단결정 잉곳의 성장장치는 챔버(10)의 상부에 도시되지는 않았지만 실리콘 융액에 종자 결정을 케이블(128)로 연결하여 디핑시키고, 소정의 속도로 회전시키면서 인상시켜 잉곳을 성장시키기 위한 인상 구동(pullup)장치가 설치되고, 챔버의 내부에 아르곤(Ar)또는 네온(Ne) 등의 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(124)이 형성된다.

그리고, 챔버(110)의 하부에는 가스 공급관(124)에서 공급된 불활성 가스를 진공으로 펌핑하여 배기시도록 미도시된 진공 배기관계와 연결된 진공 배기관(126)이 연결 형성된다.

여기서, 진공 배기관(126)은 제2흐름유발수단인 보조 열차폐링(300)과 제1열차폐 구조체의 열차폐링(132)사이에 형성되는 통로(S)와 연통되게 형성된다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 단결정 잉곳의 성장장치 내에서 불활성 가스의 유동을 설명한다.

챔버(110)의 상부에서 가스 공급관(124)을 통해 공급된 불활성 가스는 진공 배기관(126)의 진공 펌핑력에 의해 하향 유동형태로 흘러 석영 도가니(112)의 실리콘 융액(M)액면에 부딪히면서 실리콘 융액에서 발생된 산화물과 혼합되고, 이 상태에서 석영 도가니의 벽면을 따라 상승한다.

석영 도가니의 벽면을 따라 상승한 불활성 가스는 다양한 유동을 보이게 되는데, 도 10을 참조하면 석영 도가니(112)와 흑연 도가니(114)사이의 틈으로 흐르는 불활성 가스는 흑연 도가니에 형성된 제1흐름 유발수단인 흐름공(200)을 통해 흑연 도가니 외부로 흐르게 된다.

즉, 석영 도가니와 흑연 도가니 사이의 틈으로 흐르는 불활성 가스는 진공 펌핑력에 의해 흐름공(200)을 통해 자연스럽게 흑연 도가니 외부로 흐르게 되어 정체되지않게 되고, 정체가 되지 않으므로 불활성 가스에 포함된 산화물이 흑연 도가니의 내벽면 또는 석영 도가니의 외벽면에 증착되는 것이 방지된다.

또한, 흑연 도가니의 흐름공(200)은 히터(120)에서 발생된 복사열을 석영 도가니(112)에 직접 전달되도록 하여 실리콘 융액의 온도 제어가 용이하게 한다.

그리고, 흐름공(200)이외에 흑연 도가니(114)에 도 6에 도시된 요홈(202)을 형성하는 경우, 마찬가지로 요홈에 의해 불활성 가스가 자연스럽게 흑연 도가니 외부로 흐르게 되고, 히터에서 발생된 복사열을 석영 도가니에 직접 전달하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 단결정 잉곳의 성장장치는 제1흐름유발수단인 흐름공(200)또는 요홈(202)에 의해 불활성 가스의 산화물이 흑연 도가니(114)또는 석영 도가니(112)에 증착되어 산화를 유발시키는 것이 차단되며, 히터(120)의 복사열에 의해 실리콘 융액의 온도 제어가 정밀하게 이루어질 수 있게 된다.

이처럼 흑연 도가니의 제1 흐름수단에 의해 흑연 도가니(114)외부로 흐른 불활성 가스는 도 11을 참조하면, 히터(120)의 내면과 외면을 따라 상부에서 하부로 흐르지 않고, 제2흐름유발수단인 보조 열차폐링(300)에 의해 제1열차폐 구조체의 열차폐링(132) 사이에 진공 배기관(126)과 연통되게 형성된 통로(S)로 흐르게 된다.

즉, 제2흐름유발수단인 보조 열차폐링(300)은 제3열차폐 구조체의 히터 커버(152)에 일정 간격 이격되게 형성되고, 제2열차폐 구조체의 차폐판(142)상부에 접합되어 있어 제1 흐름 유발수단인 흐름공 또는 요홈을 통해 흑연 도가니에서 흘러 나온 불활성 가스가 보조 열차폐링의 상부에서 진공 펌핑력에 의해 진공 배기관(126)으로 배기되도록 한다.

또한, 보조 열차폐링(300)의 상부에는 히터(120)의 발열 부분과 대응되는 위치에 다수개의 흐름공(302)이 형성되어 흑연 도가니의 흐름공 또는 요홈에서 흘러 나온 불활성 가스가 히터의 하부로 이동하면서 발열부분에 산화물을 증착시키기 전에 신속하게 진공 배기관으로 배기된다.

따라서, 보조 열차폐링(300)에 의해 불활성 가스는 히터(120)의 내면과 외면을 따라 상부에서 하부로 흐르지 않고, 이에 히터는 발열 부분에 해당하는 표면으로 산화물이 증착되지 않게 되어 히터의 복사열이 증착된 산화물에 의해 차단되는 것이 방지된다.

그리고, 본 발명에 따른 단결정 잉곳의 성장장치는 제2흐름유발수단인 보조 열차폐링(300)과 제1열차단 구조체의 열차폐링(132)사이의 통로(S)를 따라 진공 배기관(126)으로 흐르는 불활성 가스는 진공 배기관계의 작동 이상으로 역류되는 경우, 직접적으로 핫존 내부로 유입되지 않게 된다.

즉, 도 12및 13을 참조하면 핫존 내부가 제2흐름유발수단인 보조 열차폐링(300)및 제2열차폐 구조체의 차폐판(142)에 의해 진공 배기관(126)과 분리되어 있고, 진공 배기관에서 멀리 이격된 보조 열차폐링의 상부만이 개방되어 있어 역류되는 불활성 가스는 직접적으로 핫존 내부로 유입되지 않고 보조 열차폐링의 외측(통로)에만 정체되고, 열차폐링의 상부까지 역류되지 않는다.

따라서, 역류되는 불활성 가스에 포함된 산화물이 핫존 내부의 히터(120), 흑연 도가니(114)를 재오염시키는 것이 방지되며, 석영 도가니(112)의 실리콘 융액이 산화물에 오염되는 것이 방지된다.

이와 같이 본 발명에 따른 단결정 잉곳의 성장장치는 흑연 도가니의 흐름공(200)과 보조 열차폐링의 흐름공(302)에 의해 도 13에 도시된 바와 같이 석영도가니(122)의 중심을 기준으로 불활성 가스가 방사형태로 진공 배기관(126)을 통해 신속하게 배기된다.

따라서, 챔버 내부는 방사형태로 대칭된 안정적인 불활성 가스의 유동을 형성하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 단결정 잉곳의 성장장치는 방사형태로 대칭된 안정적인 불활성 가스의 유동이 형성되어 챔버 내부에서 하향 흐름을 갖는 불활성 가스가 정체됨에 따라 핫존 내부에 산화물을 증착되는 것이 방지되고, 또한 핫존 내부가 불활성 가스에 직접적으로 접촉되는 것이 차단되도록 불활성 가스의 유동을 제어하여 히터, 흑연 도가니, 석영 도가니 그 외 핫존 내부 구조물이 산화물에 의해 부식되는 것을 억제하게 된다.

따라서, 핫존 내부 구조물의 수명을 증대시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 단결정 잉곳의 성장장치는 불활성 가스에 포함된 산화물이 증착되는 것이 방지됨으로써 히터에서 발생된 열 에너지가 감소됨이 없이 실리콘 융액에 전달할 수 있게 된다.

따라서, 실리콘 융액의 온도를 공정 조건에 적합하게 조절하게 되어 요구되는 고품질의 단결정 잉곳 성장이 가능하게 된다.

아울러, 본 발명에 따른 단결정 잉곳의 성장장치는 핫존 내부가 열차폐링에 의해진공 배기관과 분리되어 있어 역류되는 불활성 가스에 의해 핫존 내부가 오염되는 것이 차단된다.

따라서, 핫존 내부 구조물이 재오염되는 것을 방지하여 구조물의 수명을 증대시키고, 특히 역류된 불활성 가스에 포함된 산화물이 실리콘 융액에 혼합되는 차단되어 고품질의 단결정 잉곳 성장이 가능하게 된다.

Claims

상부와 하부에 각각 가스공급관 및 진공 배기관이 형성된 챔버와, 상기 챔버의 내부에 장착되어 실리콘 융액이 담겨지는 석영 도가니와, 상기 석영 도가니를 지지하고 회전하는 페데스탈에 축합된 흑연 도가니와, 상기 흑연 도가니의 외연에 설치되어 상기 실리콘 융액을 가열하는 히터와, 상기 히터의 측면, 하부, 상부를 각각 에워싸 상기 챔버의 외부로 방출되는 열을 차단하는 제1 내지 제3 열차폐 구조체와, 성장된 단결정 잉곳에 상기 히터의 열이 전달되지 않도록 상기 단결정 잉곳을 에워싸는 열쉴드를 포함하여 이루어진 단결정 잉곳의 성장장치에 있어서,

상기 가스공급관을 통해 공급되어 상기 석영 도가니와 상기 흑연 도가니 사이의 틈으로 유입된 불활성 가스가 상기 흑연 도가니 외부로 흐르도록 하는 흐름 유발수단이 부가 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳의 성장장치.
제1항에 있어서,

상기 흐름 유발수단은 상기 흑연 도가니에 등간격으로 서로 대칭되게 형성된 다수개의 흐름공인 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳의 성장장치.
제2항에 있어서,

상기 흐름공은 상기 흑연 도가니에 담겨진 실리콘 융액의 최대 계면 높이보다 높은 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳의 성장장치.
제1항에 있어서,

상기 흐름 유발수단은 상기 흑연 도가니의 상부 가장자리에 등간격으로 서로 대칭되게 형성된 다수개의 요홈인 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳의 성장장치.
제4항에 있어서,

상기 요홈의 바닥면은 상기 흑연 도가니에 담겨진 실리콘 융액의 최대 계면 높이보다 높은 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳의 성장장치.
상부와 하부에 각각 가스공급관 및 진공 배기관이 형성된 챔버와, 상기 챔버의 내부에 장착되어 실리콘 융액이 담겨지는 석영 도가니와, 상기 석영 도가니를 지지하고 회전하는 페데스탈에 축합된 흑연 도가니와, 상기 흑연 도가니의 외연에 설치되어 상기 실리콘 융액을 가열하는 히터와, 상기 히터의 측면, 하부, 상부를 각각 에워싸 상기 챔버의 외부로 방출되는 열을 차단하는 제1 내지 제3 열차폐 구조체와, 성장된 단결정 잉곳에 상기 히터의 열이 전달되지 않도록 상기 단결정 잉곳을 에워싸는 열쉴드를 포함하여 이루어진 단결정 잉곳의 성장장치에 있어서,

상부가 상기 제 3 열차폐 구조체의 하부에서 일정 거리 이격되고, 하부가 상기 제2 열차폐 구조체의 상부에 접합되어 상기 제1 열차폐 구조체 사이에 상기 진공 배기관과 연통된 통로가 형성되도록 상기 히터의 외연과 상기 제1 열차폐 구조체 사이에 보조 열차폐링이 개재된 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳의 성장장치.
제6항에 있어서,

상기 보조 열차폐링에는 상기 통로와 연결되는 다수개의 흐름공이 외주연을 통로를 따라 수직하게 등간격으로 다열 형성되는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳의 성장장치.
제7항에 있어서,

상기 흐름공은 상기 히터의 발열부분과 대응되게 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳의 성장장치.
제6항에 있어서,

상기 보조 열차폐링은 흑연(graphite)재질로 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳의 성장장치.
상부와 하부에 각각 가스공급관 및 진공 배기관이 형성된 챔버와, 상기 챔버의 내부에 장착되어 실리콘 융액이 담겨지는 석영 도가니와, 상기 석영 도가니를 지지하고 회전하는 페데스탈에 축합된 흑연 도가니와, 상기 흑연 도가니의 외연에 설치되어 상기 실리콘 융액을 가열하는 히터와, 상기 히터의 측면, 하부, 상부를 각각 에워싸 상기 챔버의 외부로 방출되는 열을 차단하는 제1 내지 제3 열차폐 구조체와, 성장된 단결정 잉곳에 상기 히터의 열이 전달되지 않도록 단결정 잉곳을 에워싸는열쉴드를 포함하여 이루어진 단결정 잉곳의 성장장치에 있어서,

상기 가스공급관을 통해 공급되어 상기 석영 도가니와 상기 흑연 도가니 사이의 틈으로 유입된 불활성 가스가 상기 흑연 도가니 외부로 흐르도록 하는 제1 흐름 유발수단과;

상기 흑연 도가니 외부로 흐르는 상기 불활성 가스가 상기 히터 외부로 흘러 상기 진공 배기관으로 배기되도록 하고, 상기 진공 배기관에서 상기 불활성 가스가 상기 석영 도가니 내부로 유입되지 않도록 하는 제2 흐름 유발수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳의 성장장치.
제10항에 있어서,

상기 제1 흐름 유발수단은 상기 흑연 도가니에 등간격으로 서로 대칭되게 형성된 다수개의 흐름공인 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳의 성장장치.
제11항에 있어서,

상기 흐름공은 상기 흑연 도가니에 담겨진 실리콘 융액의 최대 계면 높이보다 높은 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳의 성장장치.
제10항에 있어서,

상기 제1 흐름 유발수단은 상기 흑연 도가니의 상부 가장자리에 등간격으로 서로 대칭되게 형성된 다수개의 요홈인 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳의 성장장치.
제13항에 있어서,

상기 요홈의 바닥면은 흑연 도가니에 담겨진 실리콘 융액의 최대 계면 높이보다 높은 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳의 성장장치.
제10항에 있어서,

상기 제2 흐름 유발수단은 상기 히터의 외연과 제1 열차폐 구조체 사이에 개재되되, 상부가 상기 제 3 열차폐 구조체의 하부에서 일정 거리 이격되고, 하부가 상기 제2 열차폐 구조체의 상부에 접합되어 상기 제1 열차폐 구조체 사이에 상기 진공 배기관과 연통된 통로를 형성하는 보조 열차폐링인 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳의 성장장치.
제15항에 있어서,

상기 보조 열차폐링에는 상기 통로와 연결되는 다수개의 흐름공이 외주연에 상기 통로를 따라 수직하게 등간격으로 다열 형성되는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳의 성장장치.
제16항에 있어서,

상기 흐름공은 상기 히터의 발열부분과 대응되게 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳의 성장장치.
제15항에 있어서,

상기 보조 열차폐링은 흑연(graphite)재질로 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳의 성장장치.