KR101616463B1 - Apparatus for growing a sapphire single crystal ingot - Google Patents

Apparatus for growing a sapphire single crystal ingot Download PDF

Info

Publication number
KR101616463B1
KR101616463B1 KR1020130161179A KR20130161179A KR101616463B1 KR 101616463 B1 KR101616463 B1 KR 101616463B1 KR 1020130161179 A KR1020130161179 A KR 1020130161179A KR 20130161179 A KR20130161179 A KR 20130161179A KR 101616463 B1 KR101616463 B1 KR 101616463B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bellows
single crystal
chamber
disposed
pulling
Prior art date
Application number
KR1020130161179A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20150074249A (en
Inventor
김홍경
안성철
Original Assignee
주식회사 엘지실트론
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지실트론 filed Critical 주식회사 엘지실트론
Priority to KR1020130161179A priority Critical patent/KR101616463B1/en
Publication of KR20150074249A publication Critical patent/KR20150074249A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101616463B1 publication Critical patent/KR101616463B1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/30—Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/20—Aluminium oxides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

실시예는 알루미나 용융액이 수용되는 도가니; 상기 도가니의 주변 영역을 밀폐하되, 상부에 개구부가 형성되는 챔버; 상기 챔버의 상부에 배치되되, 상기 개구부의 가장 자리를 밀폐하는 벨로즈; 상기 벨로즈를 통하여 상기 챔버 내부에서 단결정 잉곳을 인상하는 인상축; 상기 인상축의 상부에서 상기 단결정 잉곳의 무게를 측정하는 센서; 및 상기 벨로즈의 상부에 배치되어 상기 벨로즈와 상기 센서를 차단하는 차단막을 포함하는 단결정 잉곳의 성장 장치를 제공한다.An example is a crucible in which an alumina melt is accommodated; A chamber in which a peripheral region of the crucible is closed, and an opening is formed in an upper portion of the chamber; A bellows disposed at an upper portion of the chamber to seal the edge of the opening; A pulling shaft for pulling up the single crystal ingot in the chamber through the bellows; A sensor for measuring the weight of the single crystal ingot above the pulling axis; And a blocking film disposed on the bellows to block the bellows and the sensor.

Description

사파이어 단결정 잉곳의 성장 장치{APPARATUS FOR GROWING A SAPPHIRE SINGLE CRYSTAL INGOT}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a sapphire single crystal ingot growth apparatus,

실시예는 사파이어 단결정 잉곳의 성장 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사파이어 단결정 잉곳의 성장시에 잉곳의 무게 측정 정확도를 개선하고자 하는 것이다.The present invention relates to a sapphire monocrystalline ingot growing apparatus, and more particularly, to improve accuracy of weighing an ingot during growth of a sapphire single crystal ingot.

통상적인 사파이어 웨이퍼는, 단결정(Ingot)을 만들기 위한 단결정 성장 공정과, 단결정을 절삭(Slicing)하여 얇은 원판 모양의 웨이퍼를 얻는 절삭공정과, 상기 절삭으로 인하여 웨이퍼에 잔존하는 기계적 가공에 의한 손상(Damage)을 제거하는 연삭(Lapping) 공정과, 웨이퍼를 경면화하는 연마(Polishing) 공정과, 연마된 웨이퍼를 경면화하고 웨이퍼에 부착된 연마제나 이물질을 제거하는 세정 공정을 포함하여 이루어진다.A typical sapphire wafer includes a single crystal growth step for making an ingot, a cutting step for obtaining a thin disc-shaped wafer by slicing a single crystal, and a step for cutting the single crystal, A polishing process for mirror-polishing the wafer; a cleaning process for mirror-polishing the polished wafer and removing the abrasive and foreign substances adhering to the wafer;

상술한 공정 중 사파이어 단결정을 성장시키는 공정은, 고순도 알루미나(Al2O3) 원료를 장입한 성장로를 약 2100 ℃ 이상에서 가열하여 원료를 용용한 후, 키로풀러스법(Kyropoulos Method, 이하 'KY'법이라 함), 초크랄스키법(Czochralski Method, 이하 'CZ'법이라 함), EFG(Edge-defined Film-fed Growth)법, 열교환법(Heat Exchange Method), 수직수평온도구배법(Vertical Horizontal Gradient Freezing) 등 다양한 방법이 적용될 수 있으며, 본 특허에서 다루고자 하는 방법은 종자결정이 알루미나 용융액 상부에 위치하여 단결정을 성장시키는 KY법과 CZ법에 적용할 수 있다.The step of growing the sapphire single crystal in the above-mentioned process is a method in which a growth furnace charged with a high purity alumina (Al 2 O 3 ) raw material is heated at a temperature of about 2100 ° C. or higher to dissolve the raw material, and then a Kyropoulos Method (CZ) method, an edge-defined film-fed growth (EFG) method, a heat exchange method, a vertical horizontal temperature gradient method Horizontal Gradient Freezing), and the method of this patent can be applied to the KY method and the CZ method in which seed crystals are placed on the alumina melt to grow a single crystal.

KY법 혹은 CZ법으로 사파이어 단결정을 성장시킬 때 도가니의 내부에 알루미나 원료를 주입한 후 용융하는데, 도가니를 가열하기 위하여 도가니의 외벽과 바닥면을 감싸는 저항 가열 히터를 배치하고, 발생되는 복사 열을 이용한다.When the sapphire single crystal is grown by the KY method or the CZ method, an alumina raw material is injected into the crucible and then melted. In order to heat the crucible, a resistance heating heater surrounding the outer wall and the bottom surface of the crucible is disposed, .

KY법으로 사파이어 단결정 잉곳을 성장시킬 때는 챔버 내부의 상태를 육안으로 확인하기 어려우므로 잉곳의 무게 변화를 측정하여 성장 조건을 조절할 수 있다.When the sapphire single crystal ingot is grown by the KY method, it is difficult to visually check the inside of the chamber, so the growth condition can be controlled by measuring the weight change of the ingot.

KY법으로 사파이어 단결정 잉곳을 성장시키는 과정에서 기설정된 비율로 열을 감소시키되, 성장중인 사파이어 단결정 잉곳의 무게를 측정하여 이벤트(event)가 발생할 때 즉, 무게가 예상된 범위를 이탈할 때에는 작업자가 성장 중인 사파이어 단결정 잉곳의 무게를 확인하고 사파이어 단결정 잉곳의 상태를 추측하여 이에 따라 열을 감소시키는 속도 내지 양을 조절하고 있다.In the process of growing sapphire monocrystalline ingot by the KY method, the heat is reduced by a predetermined ratio. When the event is generated by measuring the weight of the sapphire single crystal ingot being grown, that is, when the weight deviates from the expected range, The weight of the growing sapphire single crystal ingot is checked and the speed or amount of heat reduction is estimated by estimating the state of the sapphire single crystal ingot.

챔버의 상부의 개구부로 인상 축이 출입할 때 개구부를 밀폐하기 위하여 벨로즈를 사용할 수 있다. 이때, 벨로즈는 챔버를 밀폐하는 작용 외에 무게를 측정하는 센서에 외란을 가하여 잉곳의 정확한 무게 측정을 어렵게 할 수 있다.A bellows can be used to seal the opening when the pull-in shaft is moved into and out of the upper opening of the chamber. At this time, in addition to sealing the chamber, the bellows can disturb the accurate measurement of the ingot by adding a disturbance to the sensor for measuring the weight.

실시예는 사파이어 단결정 잉곳의 성장시에, 특히 KY법으로 사파이어 단결정 잉곳을 성장시킬 때는 잉곳의 무게를 정확히 측정하고자 한다.The embodiment attempts to accurately measure the weight of the ingot when growing the sapphire single crystal ingot, particularly when growing the sapphire single crystal ingot by the KY method.

실시예는 알루미나 용융액이 수용되는 도가니; 상기 도가니의 주변 영역을 밀폐하되, 상부에 개구부가 형성되는 챔버; 상기 챔버의 상부에 배치되되, 상기 개구부의 가장 자리를 밀폐하는 벨로즈; 상기 벨로즈를 통하여 상기 챔버 내부에서 단결정 잉곳을 인상하는 인상축; 상기 인상축의 상부에서 상기 단결정 잉곳의 무게를 측정하는 센서; 및 상기 벨로즈의 상부에 배치되어 상기 벨로즈와 상기 센서를 차단하는 차단막을 포함하는 단결정 잉곳의 성장 장치를 제공한다.An example is a crucible in which an alumina melt is accommodated; A chamber in which a peripheral region of the crucible is closed, and an opening is formed in an upper portion of the chamber; A bellows disposed at an upper portion of the chamber to seal the edge of the opening; A pulling shaft for pulling up the single crystal ingot in the chamber through the bellows; A sensor for measuring the weight of the single crystal ingot above the pulling axis; And a blocking film disposed on the bellows to block the bellows and the sensor.

단결정 잉곳의 성장 장치는 인상축의 상부에 배치되어 상기 인상축을 지지하는 지지부를 더 포함할 수 있다.The single crystal ingot growing apparatus may further include a support portion disposed on the upper portion of the pulling shaft to support the pulling shaft.

단결정 잉곳의 성장 장치는 차단막의 일측에 배치되어 상기 지지축을 이동시키는 드라이빙 유닛을 더 포함할 수 있다.The single crystal ingot growing apparatus may further include a driving unit disposed on one side of the blocking film to move the supporting shaft.

차단막은 상기 벨로즈 방향의 기판과, 상기 드라이빙 유닛 방향의 측벽을 포함할 수 있다.The blocking film may include a substrate in the bellows direction and a side wall in the direction of the driving unit.

기판에 제1 홀이 형성되고, 상기 제1 홀에 상기 인상축이 삽입될 수 있다.A first hole is formed in the substrate, and the pulling axis can be inserted into the first hole.

측벽에 제2 홀이 형성되고, 상기 제2 홀에 상기 드라이빙 유닛의 암(arm)이 삽입될 수 있다.A second hole may be formed in the side wall, and an arm of the driving unit may be inserted into the second hole.

단결정 잉곳의 성장 장치는 기판 상에서 서로 마주보고 배치되는 한 쌍의 흔들림 방지벽을 더 포함할 수 있다.The growth apparatus of the single crystal ingot may further include a pair of anti-shake walls disposed on the substrate so as to face each other.

측벽은 상기 한 쌍의 흔들림 방지벽과 각각 인접하는 상기 기판의 일측면에 배치될 수 있다.The side walls may be disposed on one side of the substrate adjacent to the pair of anti-shake walls, respectively.

실시예에 따른 단결정 잉곳의 성장 장치는 사파이어 외에 실리콘 단결정 잉곳의 성장에도 사용될 수 있고, 벨로즈와 센서 사이에 차단막이 배치되어 벨로즈나 기타 하부 구조물에 의한 센서의 오작동을 방지할 수 있다.The single crystal ingot growing apparatus according to the embodiment can be used for growth of a silicon single crystal ingot in addition to sapphire and a blocking film is disposed between the bellows and the sensor to prevent the malfunction of the sensor due to the bellows or other substructure.

도 1은 사파이어 단결정 잉곳의 성장 장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1에서 챔버 내부와 개구부를 상세히 나타낸 도면이고,
도 3은 도 1의 차단막을 상세히 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a view showing an embodiment of a sapphire single crystal ingot growing apparatus,
FIG. 2 is a detailed view showing the inside of the chamber and the opening in FIG. 1,
FIG. 3 is a detailed view of the barrier film of FIG. 1. FIG.

이하 첨부한 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다.Embodiments will now be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In the description of the embodiment according to the present invention, in the case of being described as being formed "on or under" of each element, the upper (upper) or lower (lower) or under are all such that two elements are in direct contact with each other or one or more other elements are indirectly formed between the two elements. Also, when expressed as "on or under", it may include not only an upward direction but also a downward direction with respect to one element.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.The thickness and size of each layer in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically shown for convenience and clarity of explanation. Also, the size of each component does not entirely reflect the actual size.

도 1은 사파이어 단결정 잉곳의 성장 장치의 일실시예를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에서 챔버 내부와 개구부를 상세히 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a view showing an embodiment of a sapphire single crystal ingot growing apparatus, and FIG. 2 is a detailed view of the inside of the chamber and the opening in FIG.

본 실시예에 따른 사파이어 단결정 잉곳의 성장 장치(100)는 고체 알루미나를 녹여서 액체로 만든 후 재결정화하여 사파이어 단결정 잉곳을 형성할 수 있다. 사파이어 단결정 잉곳의 성장 장치(100)는 챔버(10)와, 챔버(10) 내에 구비되어 알루미나 용융액(40)을 수용하는 도가니(30)와, 도가니(30)의 외측에 구비되어 도가니(30)를 가열하는 히터(80)를 포함할 수 있다.The sapphire single crystal ingot growing apparatus 100 according to the present embodiment can dissolve solid alumina into a liquid and then recrystallize the sapphire single crystal ingot to form a sapphire single crystal ingot. A sapphire single crystal ingot growing apparatus 100 includes a chamber 10, a crucible 30 provided in the chamber 10 to receive the alumina melt 40, a crucible 30 provided outside the crucible 30, And a heater 80 that heats the substrate.

챔버(10)는 알루미나 용융액(40)으로부터 사파이어 성장되는 사파이어 단결정 잉곳을 형성시키기 위한 소정의 공정들이 수행되는 공간을 제공한다. 도가니(30)는 알루미나 용융액(40)을 담을 수 있도록 챔버(10)의 내부에 구비되며, 텅스텐(W) 또는 몰리브덴(Mo) 등의 재질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The chamber 10 provides a space in which certain processes for forming a sapphire single crystal ingot that is sapphire grown from the alumina melt 40 are performed. The crucible 30 is provided inside the chamber 10 to contain the alumina melt 40 and may be made of a material such as tungsten (W) or molybdenum (Mo), but is not limited thereto.

실시예는 챔버(10) 내측에 히터(80)의 열이 방출되지 못하도록 복사 단열재를 구비할 수 있다. 이러한 단열재는 도가니의 상부에 배치되는 상부 단열재(92)와 도가니(30)의 측면에 배치되는 측면 단열재(94)와 도가니(30)의 하측에 배치되는 하부 단열재(96)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The embodiment may include radiant insulation to prevent the heat of the heater 80 from being released inside the chamber 10. [ Such a heat insulating material may include an upper insulating material 92 disposed on the top of the crucible, a side insulating material 94 disposed on the side of the crucible 30 and a bottom insulating material 96 disposed below the crucible 30, But is not limited thereto.

단열재는 히터(80) 및 도가니(30)에서 최적의 열적 분포를 내고 그 에너지를 최대한 손실 없이 활용 가능하도록 재질과 형상으로 설계될 수 있다.The heat insulating material can be designed in a material and a shape so as to obtain optimum thermal distribution in the heater 80 and the crucible 30 and utilize the energy without loss as much as possible.

히터(80)는 도가니(30) 내에 적재된 다양한 형상의 고순도 알루미나 원료를 용융하여 알루미나 용융액(M)으로 만들 수 있는데, 히터(80) 상부에 배치되는 전류 공급 로드(70)로부터 전류를 공급받을 수 있다.The heater 80 can melt various kinds of high purity alumina raw materials loaded in the crucible 30 to form an alumina melt M. The heater 80 can be configured to receive the current from the current supply rod 70 disposed on the heater 80 .

도가니(30)의 바닥면의 중앙에는 지지대(20)가 배치되어 도가니(30)를 지지할 수 있다. 도가니(30) 상부의 종자 결정 연결부, 즉 인상축(110)으로부터 알루미나 용융액(40)이 일부 응고되어 사파이어 단결정 잉곳(50)이 성장된다.A support base 20 is disposed at the center of the bottom surface of the crucible 30 to support the crucible 30. The alumina melt 40 is partially solidified from the seed crystal connecting portion on the crucible 30, that is, the pulling axis 110, and the sapphire single crystal ingot 50 is grown.

히터(80)는 도가니(30)의 측면과 바닥면을 둘러싸고 U자형으로 배치된 복수 개의 히터 유닛을 포함하여 이루어질 수 있으며, 히터(80)를 대체하여 다른 열원이 구비될 수도 있다.The heater 80 may include a plurality of heater units arranged in a U shape surrounding the side surface and the bottom surface of the crucible 30 and may have another heat source in place of the heater 80.

즉, 히터(80)는 도가니(30)의 주변 영역 즉, 측면과 바닥면에서 상기 도가니(30)를 둘러싸는데, 각각의 히터 유닛은 도가니(30)에 대한 상대적인 위치에 따라 바와 같이 제1 히터(82)와 제2 히터(84)와 제3 히터(86)로 구분될 수 있고, 제1 히터(82)와 제2 히터(84)와 제3 히터(86)는 서로 일체로 구비되거나 독립적으로 구비될 수 있다.That is, the heater 80 surrounds the crucible 30 in the peripheral area of the crucible 30, that is, the side surface and the bottom surface. Each of the heater units includes a first heater (not shown) The first heater 82, the second heater 84, and the third heater 86 may be integrally formed with each other, or may be divided into a first heater 82, a second heater 84 and a third heater 86. The first heater 82, As shown in FIG.

전류 공급 로드(70)로부터 전류가 히터(80)로 공급될 수 있는데, 히터(80)는 열전도성이 우수하고 고온에서 내구성인 강한 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들면 텅스텐, 흑연으로 이루어질 수 있다.A current may be supplied from the current supply rod 70 to the heater 80. The heater 80 may be made of a strong material having excellent thermal conductivity and durability at high temperature and may be made of tungsten or graphite .

챔버(10)의 바닥면으로부터 지지대(20)가 연장되어 도가니(30)를 지지하는데, 지지대(20)는 복수 개의 지지 유닛으로 이루어지고, 각각의 지지 유닛이 도가니(30)와 접촉하며 도가니(30)를 지지할 수 있다.A support base 20 extends from the bottom surface of the chamber 10 to support the crucible 30. The support base 20 is composed of a plurality of support units and each support unit is in contact with the crucible 30, 30).

챔버(10)는 도가니(30)의 주변 영역을 밀폐하되, 상부에 개구부가 형성되고, 벨로즈(bellows, 120)이 개구부에 삽입되며 개구부의 가장 자리를 밀폐할 수 있다.The chamber 10 is configured to close the peripheral region of the crucible 30, and an opening is formed in the upper portion, and a bellows 120 is inserted into the opening, thereby sealing the edge of the opening.

벨로즈(120)는 챔버(10) 위의 구조물의 움직임을 챔버(10)로 전달하되, 챔버(10) 내부의 진공을 유지할 수 있고, 특히 시딩(seeding)할 때 인상축(110)이 흔들리며 간섭이 발생할 수 있으므로, 센서(130)와 벨로즈(120)가 직접 컨택하지 않을 수 있다.The bellows 120 can transfer the movement of the structure on the chamber 10 to the chamber 10 to maintain a vacuum inside the chamber 10 and cause the impeller 110 to shake when seeding, Interference may occur, so that the sensor 130 and the bellows 120 may not directly contact each other.

벨로즈(120)의 내부에 인상축(110)이 배치되어 챔버(10) 내부에서 단결정 잉곳(50)을 인상하고, 인상축(110)에는 지지부(shaft, 140)가 배치되어 인상축(110)을 지지하며 상부 방향으로 당길 수도 있다.A pulling shaft 110 is disposed inside the bellows 120 to pull up the single crystal ingot 50 inside the chamber 10 and a shaft 140 is disposed on the pulling shaft 110 to rotate the pulling shaft 110 And may be pulled upwards.

인상축(110)의 상부에 단결정 잉곳(50)의 무게를 측정하는 센서(130)가 배치되는데, 센서(130)와 벨로즈(120)의 사이에는 차단막(200)이 배치되어 센서(130)와 벨로즈(120)를 물리적으로 차단할 수 있다.A sensor 130 for measuring the weight of the single crystal ingot 50 is disposed on the upper part of the pulling shaft 110. A shielding film 200 is disposed between the sensor 130 and the bellows 120, And the bellows 120 are physically disconnected.

도 3은 도 1의 차단막을 상세히 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a detailed view of the barrier film of FIG. 1. FIG.

본 실시예에서는 벨로즈(120)의 탄성력을 막기 위하여 차단막(200)을 설치하여, 벨로즈(120)와 내부의 인상축(110)이 하나로 연결되어 있으나 차단막(200)에 의하여 나누고 있다.The bellows 120 and the inner pull shaft 110 are connected to each other by a shielding film 200 in order to prevent the elastic force of the bellows 120. In this case,

차단막(200)은 벨로즈(120) 방향의 기판(210)과, 드라이빙 유닛(150) 방향의 측벽(230)과, 흔들림 방지벽(221, 222)을 포함하여 이루어지고, 기판(210)에 제1 홀(215)이 형성되고, 측벽(230)에 제2 홀(235)이 형성된다.The shielding film 200 includes the substrate 210 in the direction of the bellows 120, the side wall 230 in the direction of the driving unit 150 and the anti-shake walls 221 and 222, A first hole 215 is formed and a second hole 235 is formed in the side wall 230.

차단막(200)은 벨로즈(120)로부터의 외력이 센서(130)에 직접 전달되지 않도록 할 수 있는데, 센서(130)는 차단막(200)의 상부에서 인상축(110)의 측면에서 무게를 측정할 수 있다.The barrier 200 may prevent external forces from the bellows 120 from being transmitted directly to the sensor 130. The sensor 130 measures the weight at the side of the pulling shaft 110 at the top of the barrier 200 can do.

흔들림 방지벽(221, 222)은 기판(210) 상에서 서로 마주보며 한 쌍이 배치되어 인상축(110) 내지 지지부(140)의 좌우 이동을 방지할 수 있고, 흔들림 방지벽(221, 222)과 인접하는 기판(210)의 일측면에 측벽(230)이 배치되고 있다.The anti-shake walls 221 and 222 are opposed to each other on the substrate 210 so that a pair of the anti-shake walls 221 and 222 can prevent the pull-up shaft 110 to the support part 140 from moving left and right. A side wall 230 is disposed on one side of the substrate 210.

제1 홀(215)에는 인상축이 삽입되고, 제2 홀(235)에는 드라이빙 유닛의 암(arm, 1555)이 삽입될 수 있다. 암(155)의 작용에 의하여 지지부(140)은 상승과 하강을 할 수 있다.A pulling shaft may be inserted into the first hole 215 and an arm 1555 of the driving unit may be inserted into the second hole 235. By the action of the arm 155, the support 140 can rise and fall.

실시예에 따른 사파이어 단결정 잉곳의 성장 장치를 사용하여 사파이어 단결정 잉곳을 성장시키는 과정을 설명한다.A process for growing a sapphire single crystal ingot using a sapphire single crystal ingot growing apparatus according to an embodiment will be described.

KY법 혹은 CZ법에 의한 사파이어 단결정의 성장은 챔버 내부에 단열재를 장착하고, 도가니에 원료를 충진한 후 녹는점 이상으로 가열한다. 그리고, 적정한 접촉과 함침(seeding) 온도에서 인상축을 통하여 개구부에 삽입되어 도가니의 상부에 구비된 종자결정을 알루미나 용융액에 함침시켜 목부(neck)을 형성하고, 전력(power)를 감소시켜 성장에 필요한 온도 기울기를 유지하면서 사파이어 단결정 잉곳을 성장시킨다.The growth of the sapphire single crystal by the KY method or the CZ method is carried out by placing a heat insulating material inside the chamber, filling the crucible with the raw material, and then heating it to a melting point or higher. The seed crystal is inserted into the opening through the pulling axis at a proper contact and seeding temperature to impregnate the alumina melt in the upper part of the crucible to form a neck, A sapphire monocrystalline ingot is grown while maintaining the temperature gradient.

구체적으로 설명하면 다음과 같다.Specifically, it is as follows.

목부의 성장 과정은, 시드에 연결된 종자결정이 고온의 알루미나 용융액에 잠기면서 종자결정의 일부가 녹고, 이때 알루미나 용융액의 일부가 고화되어 종자결정로부터 종자결정보다 굵은 마디(season)를 연속적으로 형성하면서 목부가 성장될 수 있다.The growth process of the neck is such that the seed crystals connected to the seed are immersed in the alumina melt at high temperature, and a part of the seed crystals melts. At this time, a part of the alumina melt solidifies to form a season thicker than the seed crystals continuously The neck can grow.

목부를 형성하는 과정을 시즈닝(seasoning)이라 할 수 있다. 시즈닝 공정에서, 종자결정에 알루미나 용융액의 일부가 고화되면서 직경이 증가할 수 있고, 이때 종자결정을 인상시킴에 따라 마디(season)가 형성될 수 있는데, 목부의 직경 판단을 위하여 목부의 상승과 하강을 반복할 때 상술한 마디를 더욱 뚜렷할 수 있다. 이러한 목부의 상승과 하강은, 개구부에 삽입된 벨로즈를 통하여 인상축의 상승과 하강을 반복하여 이루어질 수 있다.The process of forming the neck is called seasoning. In the seasoning process, a part of the alumina melt may solidify in the seed crystal, and the diameter may increase. At this time, a seed may be formed as the seed crystal is pulled up. In order to determine the diameter of the neck, The above-mentioned nodes can be more pronounced. The lifting and lowering of the neck portion can be achieved by repeatedly raising and lowering the pulling shaft through the bellows inserted into the opening portion.

그리고,이 사파이어 단결정 잉곳의 목부가 충분히 성장하면, 견부(shoulder)가 성장되는데, 수직 방향으로 안정적으로 성장할 수 있다.Then, when the neck portion of the sapphire single crystal ingot sufficiently grows, a shoulder grows, and it can grow stably in the vertical direction.

견부의 성장을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The growth of the shoulder will be described in detail as follows.

알루미나 용융액이 고화되어 목부의 하부로부터 연속하여 단결정이 성장되는데, 견부의 형성 공정에서 견부는 반경 및 수직 방향으로 성장하여 단결정의 직경이 증가하고 알루미나 용융액 내부로 잠겨지면서 성장된다. 견부는 도가니의 직경 크기까지 성장될 수도 있으나, 도가니 내벽과 접촉될 경우 스틱(stick)이 형성될 수 있고 이는 결정성장 과정에 물리적인 응력과 냉각과정의 열응력을 발생시켜 크랙(crack)을 유발하는 원인이 된다. 따라서, 견부는 KY법에서는 통상적으로 도가니 직경의 75%~90%까지 성장시키는 것이 일반적이고 CZ법에서는 도가니 직경의 50%~70%까지 성장시킬 수 있다.The alumina melt is solidified and the single crystal is continuously grown from the lower part of the neck. In the process of forming the shoulder, the shoulder grows in the radial direction and the vertical direction, and the diameter of the single crystal increases and becomes immersed in the alumina melt. The shoulder may be grown up to the diameter of the crucible, but when it comes into contact with the inner wall of the crucible, a stick may be formed which causes a physical stress in the crystal growth process and a thermal stress in the cooling process, Lt; / RTI > Therefore, in the KY method, the shoulder portion is usually grown to 75% to 90% of the crucible diameter, and in the CZ method, it can be grown to 50% to 70% of the crucible diameter.

그리고, 몸통부(body)가 성장되는데, 알루미나 용융액이 고화되면서 견부의 하부로부터 연속하여 단결정이 성장될 수 있는데, 몸통부의 형성 공정에서 몸통부는 수직 방향으로 성장할 수 있으나 통상적으로는 성장 계면에 수직한 방향으로 단결정이 성장된다. 성장 중인 단결정 특히 몸통부와 알루미나 용융액의 경계면은 도가니의 아래 방향으로 하강하여 도가니의 바닥면과 접촉한다.In addition, the body can be grown by continuously growing the single crystal from the lower part of the shoulder while the alumina melt is solidified. In the process of forming the body, the body can grow in the vertical direction, Direction. The interface between the growing single crystal, especially the body and the alumina melt, descends down the crucible and contacts the bottom of the crucible.

몸통부의 최저점이 도가니의 바닥면에 접촉한 후, 인상축을 인상시키면서 몸통부의 성장 공정을 계속할 수 있다.After the lowest point of the trunk portion contacts the bottom surface of the crucible, the growth process of the trunk portion can be continued while pulling up the pulling axis.

이후에, 100% 고화된 단결정을 도가니로부터 분리하고 챔버 내부의 온도를 서서히 낮춰 단결정(boule) 성장공정을 완료한다. 쵸크랄스키법과 달리 KY법에서는 성장된 사파이어 단결정이 도가니 내부에서 냉각됨으로 별도의 어닐링 공정은 필요하지 않을 수 있다.Thereafter, a 100% solidified single crystal is separated from the crucible, and the temperature inside the chamber is gradually lowered to complete the single crystal boule growth process. Unlike the Czochralski method, in the KY method, the grown sapphire single crystal is cooled inside the crucible, so that a separate annealing process may not be necessary.

상술한 단결정 잉곳의 성장 장치는 사파이어 외에 실리콘 단결정 잉곳의 성장에도 사용될 수 있고, 벨로즈와 센서 사이에 차단막이 배치되어 벨로즈나 기타 하부 구조물에 의한 센서의 오작동을 방지할 수 있으며, 특히 차단막은 잉곳의 시딩 공정에서 인상축이 상,하로 이동할 때 작용할 수 있다.The above-described single crystal ingot growing apparatus can be used for growth of silicon single crystal ingot in addition to sapphire, and a blocking film is disposed between the bellows and the sensor to prevent the malfunction of the sensor due to the bellows or other lower structure. When the pulling axis moves upward and downward in the seeding process of FIG.

이상과 같이 실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

10: 챔버 20: 지지대
30: 도가니 40: 알루미나 용융액
50: 사파이어 단결정 잉곳 62: 시드 연결부
80: 히터
92: 상부 단열재 94: 측면 단열재
96: 하부 단열재
100: 단결정 잉곳 성장 장치 110: 인상축
120: 벨로즈 130: 센서
140: 지지부 150: 드라이빙 유닛
155: 암 200: 차단막
210: 기판 215: 제1 홀
221, 222: 흔들림 방지벽 230: 측벽
235: 제2 홀10: chamber 20: support
30: crucible 40: alumina melt
50: sapphire single crystal ingot 62: seed connection
80: Heater
92: upper insulation material 94: side insulation material
96: Lower insulation
100: single crystal ingot growing apparatus 110: pull axis
120: Bellows 130: Sensor
140: support part 150: driving unit
155: Cancer 200:
210: substrate 215: first hole
221, 222: anti-shake wall 230: side wall
235: Second hole

Claims (8)

알루미나 용융액이 수용되는 도가니;
상기 도가니의 주변 영역을 밀폐하되, 상부에 개구부가 형성되는 챔버;
상기 챔버의 상부에 배치되되, 상기 개구부의 가장 자리를 밀폐하는 벨로즈;
상기 벨로즈를 통하여 상기 챔버 내부에서 단결정 잉곳을 인상하는 인상축;
상기 인상축의 상부에 배치되어 상기 인상축을 지지하는 지지부;
상기 인상축의 상부에서 상기 단결정 잉곳의 무게를 측정하는 센서;
상기 벨로즈의 상부에 배치되어 상기 벨로즈와 상기 센서를 차단하는 차단막; 및
상기 차단막의 일측에 배치되어 지지축을 이동시키는 드라이빙 유닛을 포함하고,
상기 차단막은 상기 벨로즈 방향의 기판과 상기 드라이빙 유닛 방향의 측벽을 포함하고, 상기 기판에 제1 홀이 형성되고, 상기 제1 홀에 상기 인상축이 삽입되는 단결정 잉곳의 성장 장치.A crucible in which an alumina melt is accommodated;
A chamber in which a peripheral region of the crucible is closed, and an opening is formed in an upper portion of the chamber;
A bellows disposed at an upper portion of the chamber to seal the edge of the opening;
A pulling shaft for pulling up the single crystal ingot in the chamber through the bellows;
A support portion disposed above the pulling shaft to support the pulling shaft;
A sensor for measuring the weight of the single crystal ingot above the pulling axis;
A blocking membrane disposed at an upper portion of the bellows to block the bellows and the sensor; And
And a driving unit disposed at one side of the blocking film to move the supporting shaft,
Wherein the shielding film includes the substrate in the bellows direction and the side wall in the driving unit direction, the first hole is formed in the substrate, and the pulling axis is inserted in the first hole. 제1 항에 있어서,
상기 기판 상에서 서로 마주보고 배치되는 한 쌍의 흔들림 방지벽을 더 포함하는 단결정 잉곳의 성장 장치.The method according to claim 1,
Further comprising a pair of anti-shake walls arranged to face each other on the substrate. 도가니의 주변 영역을 밀폐하되, 상부에 개구부가 형성되는 챔버;
상기 챔버의 상부에 배치되되, 상기 개구부의 가장 자리를 밀폐하는 벨로즈;
상기 벨로즈를 통하여 상기 챔버 내부에서 단결정 잉곳을 인상하는 인상축;
상기 인상축의 상부에 배치되어 상기 인상축을 지지하는 지지부;
상기 인상축의 상부에서 상기 단결정 잉곳의 무게를 측정하는 센서;
상기 벨로즈의 상부에 배치되어 상기 벨로즈와 상기 센서를 차단하는 차단막; 및
상기 차단막의 일측에 배치되어 지지축을 이동시키는 드라이빙 유닛을 포함하고,
상기 차단막은 상기 벨로즈 방향의 기판과 상기 드라이빙 유닛 방향의 측벽을 포함하고, 상기 기판 상에서 서로 마주보고 배치되는 한 쌍의 흔들림 방지벽이 배치되는 단결정 잉곳의 성장 장치.A chamber in which a peripheral region of the crucible is closed, and an opening is formed in an upper portion;
A bellows disposed at an upper portion of the chamber to seal the edge of the opening;
A pulling shaft for pulling up the single crystal ingot in the chamber through the bellows;
A support portion disposed above the pulling shaft to support the pulling shaft;
A sensor for measuring the weight of the single crystal ingot above the pulling axis;
A blocking membrane disposed at an upper portion of the bellows to block the bellows and the sensor; And
And a driving unit disposed at one side of the blocking film to move the supporting shaft,
Wherein the blocking film includes a substrate in the bellows direction and a side wall in the driving unit direction, and a pair of anti-shake walls disposed facing each other on the substrate are disposed. 제3 항에 있어서,
상기 기판에 제1 홀이 형성되고, 상기 제1 홀에 상기 인상축이 삽입되는 단결정 잉곳의 성장 장치.The method of claim 3,
Wherein a first hole is formed in the substrate and the pulling axis is inserted into the first hole. 삭제delete 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측벽에 제2 홀이 형성되고, 상기 제2 홀에 상기 드라이빙 유닛의 암(arm)이 삽입되는 단결정 잉곳의 성장 장치.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein a second hole is formed in the side wall, and an arm of the driving unit is inserted into the second hole. 삭제delete 제2 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측벽은 상기 한 쌍의 흔들림 방지벽과 각각 인접하는 상기 기판의 일측면에 배치되는 단결정 잉곳의 성장 장치.5. The method according to any one of claims 2 to 4,
Wherein the sidewalls are disposed on one side of the substrate adjacent to the pair of anti-shake walls, respectively.
KR1020130161179A 2013-12-23 2013-12-23 Apparatus for growing a sapphire single crystal ingot KR101616463B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130161179A KR101616463B1 (en) 2013-12-23 2013-12-23 Apparatus for growing a sapphire single crystal ingot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130161179A KR101616463B1 (en) 2013-12-23 2013-12-23 Apparatus for growing a sapphire single crystal ingot

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150074249A KR20150074249A (en) 2015-07-02
KR101616463B1 true KR101616463B1 (en) 2016-05-02

Family

ID=53787417

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130161179A KR101616463B1 (en) 2013-12-23 2013-12-23 Apparatus for growing a sapphire single crystal ingot

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101616463B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000233992A (en) 1999-02-16 2000-08-29 Komatsu Electronic Metals Co Ltd Device for producing single crystal
JP2010053018A (en) 2008-07-31 2010-03-11 Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 Single crystal pulling apparatus
JP2013147387A (en) 2012-01-20 2013-08-01 Nippon Steel & Sumikin Fine Technology Co Ltd Single crystal manufacturing apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000233992A (en) 1999-02-16 2000-08-29 Komatsu Electronic Metals Co Ltd Device for producing single crystal
JP2010053018A (en) 2008-07-31 2010-03-11 Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 Single crystal pulling apparatus
JP2013147387A (en) 2012-01-20 2013-08-01 Nippon Steel & Sumikin Fine Technology Co Ltd Single crystal manufacturing apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150074249A (en) 2015-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101279770B1 (en) System for continuous growing of monocrystalline silicon
KR101997608B1 (en) Silicon single crystal growing apparatus and silicon single crystal growing method
KR100966182B1 (en) Method and apparatus for growing semiconductor crystals with a rigid support with carbon doping and resistivity control and thermal gradient control
CN102191535B (en) Manufacturing device for sapphire monocrystal
TWI484074B (en) Resistance heated sapphire single crystal ingot grower, method of manufacturing resistance heated sapphire single crystal ingot, sapphire single crystal ingot, and sapphire wafer
JP5731349B2 (en) A system for continuous growth in single crystal silicon.
US10066315B2 (en) Single crystal growing apparatus
US11255023B2 (en) Silicon supply part, and device and method for growing silicon monocrystalline ingot comprising same
KR101616463B1 (en) Apparatus for growing a sapphire single crystal ingot
KR101464564B1 (en) Method for manufacturing sapphire ingot
US20120288403A1 (en) GaAs SINGLE CRYSTAL WAFER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
KR101472351B1 (en) Method for interpreting a growing of sapphire single crystal and method for growing sapphire single crystal
JP3812573B2 (en) Semiconductor crystal growth method
US11866848B1 (en) Method and system for liquid encapsulated growth of cadmium zinc telluride crystals
KR20190075411A (en) Crucible Member Capable of Removing Lineage Defect, Apparatus and Method for Growing Sapphire Single Crystal of High Quality Using the Same
JP2009161395A (en) Method for manufacturing compound semiconductor single crystal
KR100977627B1 (en) Single crystal ingot grower having structure for preventing deformation of quartz crucible and growing method thereof
KR20140101538A (en) Apparatus for growing sapphire ingot
KR101496675B1 (en) Apparatus for growing a sapphire ingot
JP2010030847A (en) Production method of semiconductor single crystal
KR20150063793A (en) Method and apparatus for growing a sapphire single crystal ingot
KR20230105858A (en) Apparatus and method for growing silicon single crystal ingot
KR101741101B1 (en) Silicon single crystal ingot and method for manufacturing the same
RU2633899C2 (en) Method for cd1-xznxte single crystals growing, where 0≤x≤1, for inoculation at high pressure of inert gas
KR20110095599A (en) The apparatus against deforming the quartz crucible in the single crystal growth

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190325

Year of fee payment: 4