KR20120117768A - 단결정 제조 장치 및 단결정 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 원료를 수용하는 도가니와, 이 원료를 가열하여 원료 융액으로 하는 히터를 격납하는 메인 챔버와, 상기 메인 챔버의 상부에 연결 설치되어, 육성한 단결정이 인상되어 수용되는 풀 챔버를 구비하는 쵸크랄스키법에 의한 단결정 제조 장치에 있어서, 상기 히터와 상기 메인 챔버 사이에 배치되어, 상기 히터로부터의 복사열을 차단하는 이너쉴드와, 이 이너쉴드를 아래쪽에서부터 지지하는 지지부재를 가지고, 상기 이너쉴드는 상기 지지부재와 3개소 이상의 지점에서 접촉하여 지지되고, 상기 이너쉴드의 하단은 상기 지점 이외에서는 상기 지지부재와 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치이다. 이에 따라, 이너쉴드로부터 지지부재로 열이 빠져나가는 것을 저감함으로써 노(爐) 내의 보온성을 높여, 전력 절감화와 함께 단결정의 제조 시간을 삭감할 수 있는 단결정 제조 장치가 제공된다.

Description

단결정 제조 장치 및 단결정 제조 방법{DEVICE FOR PRODUCING SINGLE CRYSTALS AND METHOD FOR PRODUCING SINGLE CRYSTALS}

본 발명은, 쵸크랄스키법(Czochralski Method, 이하 CZ법이라고도 함)에 의한 단결정 제조 장치 및 단결정 제조 방법에 관한 것이다.

최근 초고집적 반도체 소자의 제조에 사용되는 기판은 CZ법에 의해 육성된 실리콘 단결정으로 제조한 표면을 경면 처리한 실리콘 웨이퍼가 주로 사용되고 있다.

여기서, 도 5에 종래의 CZ법에 의한 단결정 제조 장치의 일 예의 개략도를 나타낸다.

도 5에 나타내는 바와 같이, CZ법으로 실리콘 단결정을 제조할 때에 사용되는 단결정 제조 장치(101)는, 일반적으로 원료 융액(106)이 수용된 승강구동 가능한 도가니(109, 110)와, 이 도가니(109, 110)를 감싸도록 배치된 히터(111)가 단결정(108)을 육성하는 메인 챔버(105) 내에 배치되어 있으며, 이 메인 챔버(105)의 상부에는 육성한 단결정(108)을 수용하여 꺼내기 위한 풀 챔버(pull chamber)(107)가 연결 설치되어 있다.

또한, 노(爐) 내에 발생한 산화물을 노 외로 배출하는 것 등을 목적으로, 풀 챔버(107) 상부에 마련된 가스 도입구(116)로부터 아르곤가스 등의 불활성 가스가 도입되고, 흑연제 정류통(104)에 의해 단결정(108)의 근방까지 정류되어, 가스 유출구(117)로부터 배출된다. 또한, 히터(111)의 외측에는, 히터(111)로부터 메인 챔버(105)로의 열전도를 방지하기 위한 단열부재(112)가 주위를 감싸도록 마련되고, 이 단열부재(112)의 내측에 히터(111)로부터의 복사열과 단열부재(112)로부터의 먼지발생(發塵;발진)을 차폐하기 위한 원통 형상의 이너쉴드(102;Inner Shield)가 마련되어 있다.

이와 같은 이너쉴드(102)의 외측에 단열부재(112)가 마련된 구조를 가지는 단결정 제조 장치로서, 예를 들면, 특허문헌 1이 개시되어 있다. 또한, 이너쉴드로는, 내측 부분의 하부로부터 약 2/3의 부분에 얇은 탄소섬유 강화 탄소재를 착탈 자유롭게 부착한 이너쉴드가 개시되어 있다(특허문헌 2 참조).

또한, 단결정 제조 장치(101)에는, 히터(111) 및 원료 융액(106)으로부터의 열이 정류통(104)이나 단결정(108)에 직접 복사되는 것을 방지하기 위한 단열 링(119)이 마련되어 있다.

그리고, 단결정(108)을 육성할 때에는, 종 홀더(114)에 부착된 종결정(113; seed crystal)을 원료 융액(106)에 침지한 후, 인상 기구(미도시)에 의해 종결정(113)을 원하는 방향으로 회전시키면서 서서히 와이어(115)를 감아 올려, 종결정(113)의 선단부에 단결정(108)을 성장시키는 한편, 원하는 직경과 결정 품질을 얻기 위해 융액면의 높이가 항상 일정 위치에 유지되도록 결정의 성장에 맞추어 도가니(109, 110)를 원료 감소에 의한 융액면의 하강분을 보상하도록 상승시키고 있다.

일본 특허공개 H10-139581호 공보 일본 특허공개 2002-265297호 공보

여기서, 이너쉴드(102)는 복사율이 높은 흑연재 등을 이용할 수 있는데, 도 6에 나타내는 바와 같이, 이너쉴드(102)의 하단 전체면이 이를 지지하는 동심 원통 형상의 지지부재(103)와 접촉되는 형태로 설치된다.

그러나, 흑연재는 열전도율이 높기 때문에. 히터(111)로부터의 복사를 직접 받아 고온이 되는 이너쉴드(102)로부터, 이너쉴드(102)를 지지하는 지지부재(103)로 열전도에 의해 열이 빠져나가, 보온 효과를 저하시키고 있었다. 이에 따라, 종래의 단결정 제조 장치에서는 열효율이 좋지 않았으며 공업적으로 비용이 많이 들었기 때문에, 제조 시간이 증가되는 원인이기도 했었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 이너쉴드로부터 지지부재로 열이 빠져나가는 것을 저감함으로써 노 내의 보온성을 높여, 전력 절감과 함께 단결정의 제조 시간을 삭감할 수 있는 단결정 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 원료를 수용하는 도가니와, 이 원료를 가열하여 원료 융액으로 하는 히터를 격납하는 메인 챔버와, 상기 메인 챔버의 상부에 연결 설치(連設)되어, 육성한 단결정이 인상되어 수용되는 풀 챔버를 구비하는 쵸크랄스키법에 의한 단결정 제조 장치에 있어서, 상기 히터와 상기 메인 챔버 사이에 배치되어, 상기 히터로부터의 복사열을 차단하는 이너쉴드와, 이 이너쉴드를 하방으로부터 지지하는 지지부재를 가지고, 상기 이너쉴드는 상기 지지부재와 3개소 이상의 지점에서 접촉하여 지지되고, 상기 이너쉴드의 하단은 상기 지점 이외에서는 상기 지지부재와 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치가 제공된다.

이와 같이, 상기 히터와 상기 메인 챔버 사이에 배치되어, 상기 히터로부터의 복사열을 차단하는 이너쉴드와, 이 이너쉴드를 하방으로부터 지지하는 지지부재를 가지고, 상기 이너쉴드는 상기 지지부재와 3개소 이상의 지점에서 접촉하여 지지되고, 상기 이너쉴드의 하단은 상기 지점 이외에서는 상기 지지부재와 접촉하지 않는 것이라면, 이너쉴드로부터 지지부재로의 전열 면적을 감소시켜, 이너쉴드로부터 지지부재로 열이 빠져나가는 것을 저감시킬 수 있으므로, 노 내의 보온성을 높일 수 있게 된다. 그 결과, 전력 절감화와 함께 원료의 용융 시간을 삭감하여 단결정의 제조 시간을 삭감할 수 있게 된다.

이때, 상기 이너쉴드와 상기 지지부재가 봉 형상 부재를 통해 접촉하고, 이 봉 형상 부재의 단면적의 합계가 200cm² 이하인 것이 바람직하다.

이와 같이, 상기 이너쉴드와 상기 지지부재가 봉 형상 부재를 통해 접촉함으로써, 이너쉴드로부터 지지부재로의 전열은 봉 형상 부재의 단면적이 지배적이게 되므로, 이 봉 형상 부재의 단면적의 합계가 200cm² 이하인 것이라면, 보다 확실하게 이너쉴드로부터 지지부재로 열이 빠져나가는 것을 저감할 수 있게 된다.

또한 이때, 상기 봉 형상 부재는 카본재 또는 카본 컴포지트재로 이루어지는 것으로 할 수 있다.

이와 같이, 상기 봉 형상 부재가 카본재 또는 카본 컴포지트재로 이루어지는 것이라면, 이너쉴드를 지지하는 지점의 강도를 충분히 높은 것으로 할 수 있으므로, 봉 형상 부재의 단면적을 더 작은 것으로 할 수 있다.

또한 이때, 상기 봉 형상 부재는 단부가 좁은 단차를 가지고, 이 좁은 단부측이 상기 지지부재 상에 놓여지는 것으로 할 수 있다.

이와 같이, 상기 봉 형상 부재는 단부가 좁은 단차를 가지고, 이 좁은 단부측이 상기 지지부재 상에 놓여지는 것이라면, 지지부재 상에 놓여진 봉 형상 부재 및 이너쉴드가 수평방향으로 어긋나 이동했을 때에, 간단한 구조로 그 이동량을 단차에 의해 제한할 수 있게 된다. 그 결과, 이너쉴드가 어긋나서 히터와의 간격이 좁혀져, 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 단차의 위치를 조정함으로써, 이너쉴드의 직경 정밀도가 나쁜 경우에도, 그 어긋남에 의한 위치의 불일치를 일정 범위 내로 억제할 수 있게 된다.

또한 이때, 상기 이너쉴드의 주위를 감싸는 단열부재를 추가로 가지는 것이 바람직하다.

이와 같이, 상기 이너쉴드의 주위를 감싸는 단열부재를 추가로 가지는 것이라면, 노 내의 보온성을 더욱 높일 수 있고, 전력 절감화 효과를 더욱 높일 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 본 발명의 단결정 제조 장치를 이용하여 단결정을 제조하는 단결정 제조 방법이 제공된다.

이와 같이, 본 발명의 단결정 제조 장치를 이용하여 단결정을 제조함으로써, 양호한 열효율로 단결정을 육성할 수 있으므로, 소비 전력을 삭감하여 제조 비용을 저감하고, 또한, 원료의 용융 시간을 삭감하여 제조 시간을 삭감할 수 있다.

본 발명에서는, 단결정 제조 장치에 있어서, 히터와 메인 챔버 사이에 배치되어, 상기 히터로부터의 복사열을 차단하는 이너쉴드와, 이 이너쉴드를 하방으로부터 지지하는 지지부재를 가지고, 상기 이너쉴드는 상기 지지부재와 3개소 이상의 지점에서 접촉하여 지지되고, 상기 이너쉴드의 하단은 상기 지점 이외에서는 상기 지지부재와 접촉하지 않는 것이므로, 이너쉴드로부터 지지부재로의 전열 면적을 감소시켜, 이너쉴드로부터 지지부재로 열이 빠져나가는 것을 저감시킬 수 있으므로, 노 내의 보온성을 높일 수 있게 된다. 그 결과, 전력 절감화와 함께 원료의 용융 시간을 삭감하여 단결정의 제조 시간을 삭감할 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은, 본 발명의 단결정 제조 장치의 일 예를 나타낸 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 단결정 제조 장치의 이너쉴드의 일 예를 나타낸 개략도이다.
도 3은, 본 발명의 단결정 제조 장치의 봉 형상 부재의 일 예를 나타낸 개략도이다.
도 4는, 본 발명의 단결정 제조 장치의 이너쉴드 및 단열부재의 일 예를 나타낸 개략도이다.
도 5는, 종래의 단결정 제조 장치의 일 예를 나타낸 개략도이다.
도 6은, 종래의 단결정 제조 장치의 이너쉴드의 일 예를 나타낸 개략도이다.

이하, 본 발명에 대하여 실시의 형태를 설명하는데, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.

종래의 단결정 제조 장치에 있어서, 이너쉴드는 흑연재 등의 복사율이 높은 재질인 것이 이용되고 있으며, 이너쉴드의 하단이 전체면에 걸쳐 이를 지지하는 지지부재와 접촉하여 설치되어 있었다. 이와 같은 흑연재 등의 이너쉴드는 열전도율도 높으며, 이로 인해, 히터로부터의 복사를 직접 받아 고온이 되는 이너쉴드로부터 지지부재로의 열전도에 의해 열이 빠져나가, 보온 효과를 저하시키고 있었다. 이에 따라, 종래의 단결정 제조 장치에서는 열효율이 좋지 않았으며 공업적으로 비용이 많이 들었기 때문에, 제조 시간이 증가되는 원인 중 하나가 되고 있었다.

이에, 본 발명자 등은 이러한 문제를 해결하기 위하여 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 이너쉴드로부터 지지부재로의 전열 면적을 감소시켜 이너쉴드를 지지하도록 하면, 이너쉴드로부터 지지부재로 열이 빠져나가는 것을 저감시킬 수 있는 것을 고안해 냈다. 또한, 카본재 혹은 카본 컴포지트재의 봉 형상 부재를 통해 이너쉴드와 지지부재를 접촉시키도록 하면, 지점의 강도를 높이면서, 봉 형상 부재의 단면적을 보다 감소시킬 수 있다는 것을 발견하여 본 발명을 완성시켰다.

도 1은, 본 발명의 단결정 제조 장치의 일 예를 나타내는 개략도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 단결정 제조 장치(1)는, 원료를 수용하는 도가니(9, 10), 원료를 가열, 융해하여 원료 융액(6)으로 하기 위한 히터(11) 등이 메인 챔버(5) 내에 격납되고, 메인 챔버(5) 상에 연접(連接)된 풀 챔버(7)의 상부에는, 육성된 단결정(8)을 회전시키면서 인상하는 인상 기구(20)가 마련되어 있다.

이 풀 챔버(7)의 상부에 부착된 인상 기구(20)로부터는 와이어(15)가 풀어져(卷出;권출) 있고, 그 선단에는 종결정(13)을 부착하기 위한 종 홀더(14)가 접속되어, 종 홀더(14)의 끝에 부착된 종결정(13)을 원료 융액(6)에 침지하고, 와이어(15)를 인상 기구(20)에 의해 감음으로써 종결정(13)의 하측에 단결정(8)을 형성한다.

한편, 도가니(9, 10)는, 내측에 원료 융액(6)을 직접 수용하는 석영 도가니(9)와, 외측에 이 도가니(9)를 지지하기 위한 흑연 도가니(10)로 구성되어 있다. 도가니(9, 10)는, 단결정 제조 장치(1)의 하부에 부착된 회전 승강 구동이 자유로운 도가니 회전축(18)에 지지되어 있으며, 단결정 제조 장치(1) 중의 융액면의 변화에 따라 결정 직경이나 결정 품질이 변하는 일이 없도록, 융액면을 일정 위치에 유지하기 위해, 도가니 회전 승강 구동 기구(미도시)에 의해 도가니(9, 10)를 단결정(8)과 반대방향으로 회전시키면서 단결정(8)의 인상에 따라 융액이 감소한 만큼 도가니(9, 10)를 상승시키고 있다.

또한, 육성하는 단결정(8)을 감싸도록 하여, 원통 형상의 정류통(4)이 마련되어 있다.

여기서, 정류통(4)에는 흑연재가 사용되고 있어, 히터(11)나 원료 융액(6)으로부터의 단결정(8)으로의 복사열을 차단할 수 있도록 되어 있다.

그리고, 노 내에 발생한 산화물을 노 외로 배출하는 것 등을 목적으로, 풀 챔버(7) 상부에 마련된 가스 도입구(16)로부터 아르곤가스 등의 불활성 가스가 도입되고, 정류통(4)의 내측을 통과하여 인상 중인 단결정(8)의 근방에 정류되고, 원료 융액(6) 표면을 통과하여 도가니(9, 10)의 상단 가장자리의 상방을 통과하여, 가스 유출구(17)로부터 배출된다. 이에 따라, 인상 중인 단결정(8)이 가스에 의해 냉각됨과 동시에, 정류통(4)의 내측, 및 도가니(9, 10)의 상단 가장자리 등에 산화물이 퇴적되는 것을 방지할 수 있도록 되어 있다.

또한, 이 정류통(4)의 하단부에서부터, 정류통(4)을 감싸도록 외측 상방으로 외측 상방으로 직경을 넓혀 연장돌출(延出)한 단열 링(19)이 마련되어 있다. 이 단열 링(19)에 의해, 히터(11), 및 원료 융액(6)으로부터의 열을 차단하여, 정류통(4)에 열이 직접 복사되는 것을 방지할 수 있도록 되어 있다.

한편, 메인 챔버(5) 및 풀 챔버(7)는, 스테인리스 등의 내열성, 열전도성이 우수한 금속으로 형성되어 있고, 냉각관(미도시)을 통해 수냉(水冷)되고 있다.

또한, 히터(11)는 도가니(9, 10)를 감싸도록 배치되어 있다. 이 히터(11)와 메인 챔버(5) 사이에, 히터(11)의 주위를 감싸도록 이너쉴드(2)가 마련되어 있고, 이 이너쉴드(2)로 히터(11)로부터의 복사열을 차단할 수 있도록 되어 있다. 또한, 이너쉴드(2)는 하방으로부터 지지부재(3)에 의해 지지되어 있다. 그리고, 이너쉴드(2)의 외측에 단열부재(12)가 배치되어, 히터(11)로부터의 열에 의해 고온이 된 이너쉴드(2)로부터 메인 챔버(5)로의 열전도를 방지할 수 있도록 되어 있다. 또한, 이너쉴드(2)는, 단열부재(12)로부터의 먼지발생을 차폐하는 효과도 있다. 이너쉴드(2)와 단열부재(12)는, 도 1과 같이 이격되어 있을 수도 있지만, 양자 사이의 간격을 없게 해서 접촉해 있을 수도 있다.

여기서, 도 2에 이너쉴드(2)의 일 예의 개략도를 나타낸다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 이너쉴드(2)는 지지부재(3)와 3개소 이상의 지점(21)(봉 형상 부재)에서 접촉하여 지지되어 있다. 또한, 이너쉴드(2)의 하단은 그 지점(21) 이외에서는 지지부재(3)와는 접촉하지 않는다(도 2의 A 참조). 이와 같이, 지점(21)을 3개소 이상 마련함으로써, 이너쉴드(2)를 안정된 상태로 지지할 수 있다. 여기서, 이너쉴드(2)의 재질은 복사율이 높은 것, 예를 들면, 흑연재로 할 수 있지만, 특별히 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, 강도가 보다 높은 카본 컴포지트재로 할 수도 있다.

이와 같은 구조의 이너쉴드(2)를 가진 단결정 제조 장치라면, 이너쉴드(2)로부터 지지부재(3)로의 전열 면적을 감소시켜, 이너쉴드(2)로부터 지지부재(3)로 열이 빠져나가는 것을 저감시킬 수 있으므로, 노 내의 보온성을 높일 수 있게 된다. 그 결과, 소비 전력을 삭감할 수 있으므로 단결정의 제조 비용을 저감시킬 수 있게 된다. 그리고, 원료의 용융 시간도 삭감할 수 있으므로 단결정의 제조 시간도 삭감할 수 있고, 나아가 석영 도가니로의 데미지도 저감시킬 수 있게 된다. 또한, 이너쉴드(2)와 지지부재(3)의 접촉 개소의 사용 부재가 줄어들어 단결정 제조 장치 자체 비용도 저감할 수 있다.

이때, 이너쉴드(2)를 지지하기 위한 충분한 강도를 가지고 있다면, 이너쉴드(2)로부터 지지부재(3)로 열이 빠져나가는 것을 보다 저감시키기 위해, 이너쉴드(2)와 지지부재(3)의 전열 면적은 가능한 한 작은 것이 좋다. 이를 위해서는, 이너쉴드(2) 및 지지부재(3)의 재질이나 크기, 형상 등에 따라, 지점의 3개소 이상의 수를 적당히 조정하면 된다.

또한 이때, 도 2에 나타내는 바와 같이, 이너쉴드(2)와 지지부재(3)가 봉 형상 부재(21)를 통해 접촉하도록 할 수 있는데, 예를 들면, 봉 형상 부재(21)를 이너쉴드(2)의 외측을 향하여 방사 형상으로 연장되도록 하여 배치할 수 있다. 이러한 구조로 함으로써, 이너쉴드(2)로부터 지지부재(3)로의 전열은 봉 형상 부재(21)의 단면적이 지배적이게 되므로, 봉 형상 부재(21)의 단면적의 합계를 줄임으로써, 전열 면적을 감소시킬 수 있다. 여기서, 봉 형상 부재(21)는 각 기둥 형상일 수도 있고, 원 기둥 형상일 수도 있다. 또한, 봉 형상 부재(21)의 재질이나 크기, 형상, 수는 상기한 바와 같이, 이너쉴드(2)를 지지하기 위한 충분한 강도가 되도록 적당히 결정할 수 있는데, 예를 들면, 재질을 카본재 또는 카본 컴포지트재로 할 수 있다. 이와 같이, 봉 형상 부재(21)가 카본재 또는 카본 컴포지트재로 이루어지는 것이라면, 이너쉴드(2)를 지지하는 지점의 강도를 높여, 봉 형상 부재(21)의 단면적을 더 작은 것으로 할 수 있으므로 바람직하다.

또한 이때, 3개 이상의 복수의 봉 형상 부재(21)의 단면적의 합계가 200cm² 이하인 것이 바람직하며, 이를 위해, 봉 형상 부재(21)의 수, 길이 및 폭을 조정할 수 있다. 이와 같이, 단면적의 합계가 200cm² 이하인 경우이면, 이너쉴드(2)로부터 지지부재(3)로의 전열 면적을 충분히 감소시키므로, 더 확실하게 이너쉴드(2)로부터 지지부재(3)로 열이 빠져나가는 것을 저감시킬 수 있게 된다.

여기서, 봉 형상 부재(21)는 그 양단을 각각 이너쉴드(2)의 하단 및 지지부재(3)의 상단 양쪽에 부착하여 고정할 수 있다. 또는, 이너쉴드(2)의 하단에만 부착하여 고정하고, 다른쪽 단부를 지지부재(3)에 고정하지 않고 상단에 놓거나, 지지부재(3)의 상단에만 부착하여 고정하고, 다른쪽 단부를 이너쉴드(2)에 고정하지 않고 이너쉴드(2)를 놓도록 할 수도 있으며, 이와 같이 하기 위해서는, 고정을 위한 비용을 저감시킬 수 있는데, 예를 들면, 이너쉴드(2)만 교환하는 경우 등의 유지보수를 용이하게 할 수 있다.

이 경우, 이너쉴드(2) 및 이것에 고정된 봉 형상 부재(21)가 지지부재(3) 상에서 수평방향으로 이동하여 어긋나는 경우가 있지만, 이 이동량이 작다면 문제가 발생하는 경우는 없다. 그러므로, 이 이동량을 작게 하기 위해서, 예를 들면, 봉 형상 부재(21)에 이동량을 제한하는 가공을 행하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 봉 형상 부재(21)에 단부가 좁은 단차(도 3의 B 참조)를 마련하고, 그 좁은 단부측이 지지부재(3) 상에 놓여지도록 할 수 있다. 그리고, 3개 이상의 이와 같은 봉 형상 부재(21)를 이너쉴드(2)의 하단의 외주 상에 각각 등간격으로 부착할 수 있다.

이와 같은 봉 형상 부재(21)라면, 지지부재(3) 상에서의 이동량을 단차에 의해, 도 3에서 나타낸 클리어런스(D)의 범위 내로 제한할 수 있다. 그리고, 클리어런스(D)를 조정한다면, 예를 들어, 이너쉴드(2)가 어긋나서 히터(11)와의 간격이 좁혀지고, 방전이 발생하여 이너쉴드나 히터가 손상되거나, 조업에 지장이 발생하거나 하는 것을 방지할 수 있고, 이너쉴드(2)의 직경 정밀도가 나쁜 경우에도, 그 어긋남에 의한 위치의 불일치를 일정 범위 내로 억제할 수 있다.

또한 이때, 도 4에 나타내는 바와 같이, 이너쉴드(2)의 주위를 감싸도록 단열부재(12)를 배치할 수 있다. 여기서, 이너쉴드(2)와 지지부재(3)를 봉 형상 부재(21)를 통해 접촉시키는 경우, 단열부재(12)에 오목부 또는 구멍(22)을 마련하고, 이 오목부 또는 구멍(22)과 이너쉴드(2)에 고정하는 봉 형상 부재(21) 또는 지지부재(3) 상에 재치 또는 고정된 봉 형상 부재(21)와 계합(係合)시키도록 하여 단열부재(12)를 이너쉴드(2)에 덮도록 하여 배치할 수 있다.

이와 같이, 이너쉴드(2)의 주위를 감싸도록 단열부재(12)를 배치하면, 더욱 노 내의 보온성을 높여 전력 절감화 효과를 높일 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 단결정 제조 장치의 이너쉴드(2)는, 그 하단에 지지부재(3)와 접촉하지 않는 부분을 가지는 것이므로, 이 부분도 단열부재(12)에 의해 덮을 수 있고, 이너쉴드(2)의 하단이 전체면에 걸쳐 지지부재(3)와 접촉하고 있던 종래의 단결정 제조 장치와 비교하여, 이너쉴드(2)의 하단을 단열부재(12)로 덮을 수 있으므로, 단열부재(12)를 배치하는 것으로 인한 전력 절감화 효과가 높아진다.

또한 이때, 도 1에 나타내는 바와 같이, 원료 융액(6)애 자장을 인가하는, 예를 들어, 영구자석 또는 전자석으로 이루어진 자장 인가 장치(23)를 구비할 수 있다. 이와 같이 원료 융액(6)에 자장을 인가하는 자장 인가 장치(23)를 구비하고 있으면, 원료 융액(6) 중의 대류를 제어하여, 제조하는 단결정(8)의 유전위화를 방지함과 동시에 불순물 농도의 제어를 보다 고정밀도로 행할 수 있게 된다.

다음에, 본 발명의 단결정 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 단결정 제조 방법에서는, 상술한 바와 같은 본 발명의 단결정 제조 장치를 이용하여 단결정을 제조한다. 여기에서는, 도 1에 나타내는 바와 같은 본 발명의 단결정 제조 장치를 이용한 경우에 대하여 설명한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 우선, 도가니(9, 10) 내에서 실리콘의 고순도 다결정 원료를 융점(약 1420℃) 이상으로 가열하고 융해하여 원료 융액(6)으로 한다. 그리고, 와이어(15)를 풀어서 탕면(湯面)의 대략 중심부에 종결정(13)의 선단을 접촉 또는 침지시킨다.

이때, 종결정(13)을 원료 융액(6)에 착액(着液)시켰을 때에 발생하는 전위를 소멸시키기 위해, 일단, 성장 초기의 결정을 3~5mm 정도까지 작게 조이고, 전위가 빠진 곳에서 직경을 원하는 직경까지 넓혀, 목적으로 하는 직경 및 품질의 단결정(8)을 성장시켜 간다. 혹은, 이와 같은 종 조임을 행하지 않고, 선단이 뾰족한 종결정(13)을 사용하여, 이 종결정(13)을 원료 융액(6)에 서서히 접촉하여 소정 직경까지 침지시키고 나서 인상을 행하는 무전위 종부법(種付法)을 적용하여 단결정(8)을 육성할 수도 있다.

그 후, 도가니 회전축(18)을 적당한 방향으로 회전시킴과 동시에, 와이어(15)를 회전시키면서 감아, 종결정(13)을 인상함으로써, 단결정(8)의 육성이 개시된다. 그리고, 원하는 직경, 품질이 얻어지도록 단결정(8)의 인상속도나 히터(11)의 전력을 제어하면서 단결정(8)을 인상한다.

이와 같이 하여, 본 발명의 단결정 제조 장치를 이용하여 단결정을 제조하면, 노 내의 보온성을 높여 단결정을 제조할 수 있으므로, 원료의 용융 시간을 삭감하여 제조 시간을 삭감할 수 있다. 또한, 단결정 제조 중의 소비 전력을 삭감하여 제조 비용을 저감할 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이것들로 한정되는 것은 아니다.

(실시예)

도 1에 나타내는 바와 같은 본 발명의 단결정 제조 장치를 이용하여 직경 300mm의 실리콘 단결정을 제조하였다. 이너쉴드는 도 2에 나타내는 바와 같은 봉 형상 부재를 통해 지지부재와 접촉하는 것을 이용하여, 도 3에 나타내는 바와 같은 직경 24mm의 원 기둥 형상인 것에 단부가 16mm로 좁은 단차를 가지는 봉 형상 부재의 12개를 이너쉴드의 하단에 등간격으로 고정하고, 봉 형상 부재의 좁은 단부를 지지부재 상에 놓도록 하였다. 이때의 이너쉴드와 지지부재의 접촉 면적은 54cm²로 전체면에 걸쳐 접촉하는 경우의 약 10% 정도였다. 여기서, 이너쉴드 및 봉 형상 부재는 카본 컴포지트재인 것을 이용하였다. 또한, 도 4에 나타내는 바와 같이 이너쉴드의 주위를 덮도록 단열부재를 배치한 것을 이용하였다.

우선, 500kg의 실리콘 다결정 원료를 직경 91cm의 석영 도가니에 투입(charge)하고, 그 원료를 융해하였다. 또한, 자장 인가 장치에 의해 수평 자장을 중심 강도가 0.4T가 되도록 인가하고, 원료 융액의 숙성 공정을 거치고 나서, <100>면을 가지는 종결정을 원료 융액에 담궜다. 이때, Ar을 가스 도입구로부터 도입하고, 그 유량을 200L/min로 하였다. 또한, 단결정 제조 장치 내의 압력을 배기관에 저항을 마련함으로써 75Torr(약 10kPa)로 조정하였다.

그리고, 무전위 종부법에 의해 단결정의 직경을 300mm까지 넓히고, 그 후, 제품이 되는 몸체부(straight body)의 비저항이 10Ω?cm로 조정된 붕소 도핑된 직경 300mm의 실리콘 단결정을 인상하였다.

이때의 단결정 제조 장치의 소비 전력과, 원료의 용융 시간을 측정한 결과, 후술하는 비교예의 결과와 비교하여, 모두 약 5% 정도 삭감된 것을 확인할 수 있었다.

이와 같이, 본 발명의 단결정 제조 장치 및 단결정 제조 방법은, 이너쉴드로부터 지지부재로 열이 빠져나가는 것을 저감함으로써 노 내의 보온성을 높여, 전력 절감화가 가능해지며, 또한, 원료의 용융 시간을 삭감하여 단결정의 제조 시간을 삭감할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

(비교예)

도 6에 나타내는 바와 같은 하단이 전체면에 걸쳐 지지부재와 접촉하는 이너쉴드를 구비한 도 5에 나타내는 바와 같은 종래의 단결정 제조 장치를 이용한 것을 제외하고는, 실시예와 동일한 조건으로 실리콘 단결정을 제조하여, 실시예와 마찬가지로 단결정 제조 장치의 소비 전력과, 원료의 용융 시간을 평가하였다.

그 결과, 실시예와 비교하여, 소비 전력, 용융 시간 모두 약 5% 정도 커진 것을 확인할 수 있었다.

한편, 본 발명은, 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태는 예시일 뿐으로, 본 발명의 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지고, 같은 작용 효과를 나타내는 것은 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (6)

1. 원료를 수용하는 도가니와, 이 원료를 가열하여 원료 융액으로 하는 히터를 격납하는 메인 챔버와, 상기 메인 챔버의 상부에 연결 설치되어, 육성한 단결정이 인상되어 수용되는 풀 챔버를 구비하는 쵸크랄스키법에 의한 단결정 제조 장치에 있어서,
   상기 히터와 상기 메인 챔버 사이에 배치되어, 상기 히터로부터의 복사열을 차단하는 이너쉴드와, 이 이너쉴드를 하방으로부터 지지하는 지지부재를 가지고, 상기 이너쉴드는 상기 지지부재와 3개소 이상의 지점에서 접촉하여 지지되고, 상기 이너쉴드의 하단은 상기 지점 이외에서는 상기 지지부재와 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 이너쉴드와 상기 지지부재가 봉 형상 부재를 통해 접촉하고, 이 봉 형상 부재의 단면적의 합계가 200cm² 이하인 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 봉 형상 부재는 카본재 또는 카본 컴포지트재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치.
   
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 봉 형상 부재는 단부가 좁은 단차를 가지고, 이 좁은 단부측이 상기 지지부재 상에 놓여지는 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 이너쉴드의 주위를 감싸는 단열부재를 추가로 가지는 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 단결정 제조 장치를 이용하여 단결정을 제조하는 단결정 제조 방법.

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