JP2016506358A - 単結晶インゴット、そのインゴットの製造装置及び方法 - Google Patents

Abstract

単結晶インゴット製造装置は、溶融物を収容するるつぼと、るつぼを加熱するヒーターと、ヒーターと溶融物からの放射熱を遮断する遮熱部材と、前記輻射熱が遮断されない前記遮熱部材のオープニングに導入され、るつぼの上部で種結晶部を取り囲み、所定区間内で種結晶部の昇降と連動して昇降するネックカバーとを含む。【選択図】 図２

Description

実施例は単結晶インゴット、そのインゴットの製造装置及び方法に関するものである。

図１は従来の単結晶インゴット製造装置を示す図である。

図１の単結晶インゴット製造装置は、るつぼ１０、種結晶３０、遮熱部４２、４４、ヒーター（ｈｅａｔｅｒ）５０、ワイヤ（ｗｉｒｅ）６２、及び引上げモーター（ｍｏｔｏｒ）６４からなる。

チョクラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法によるシリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ）単結晶の製造方法によれば、るつぼ１０内にポリシリコンを満たした後、ヒーター５０でるつぼ１０を加熱してポリシリコンを溶融してシリコン溶融物２０を生成する。その後、種結晶３０をシリコン溶融物２０に接触させた後、種結晶３０に連結されたワイヤ６２を引上げモーター６４の回転によって引き上げてネック（ｎｅｃｋ）部を形成し、ついで種結晶３０をさらに引き上げてショルダー（ｓｈｏｕｌｄｅｒ）部及び所定直径の直径部（または直胴部）を順次に形成することで単結晶インゴットの成長を完成する。この際、遮熱部４２、４４は、溶融物２０、るつぼ１０、及びヒーター５０から発生する放射熱を遮断する役目をする。

種結晶３０が溶融物２０に接触する瞬間、急激な温度差による熱衝撃によって種結晶３０の下端部に高密度でスリップ転位が導入される。無転位シリコン単結晶インゴットを成長させるためには、このようなスリップ転位を除去するネッキング（ｎｅｃｋｉｎｇ）工程が必須である。ダッシュ（Ｄａｓｈ）によって開発されたネッキング工程は、直径が約３ｍｍ〜４ｍｍ位と細くて、長さは約１００ｍｍ以上のネック部位を形成することでなる。

シリコン単結晶インゴットの直径が大きくなり、成長する単結晶インゴットの重量が増加するに従い、３ｍｍ〜４ｍｍの小直径を持つネック部が破損され、単結晶インゴットが落下するなどの重大な事故が引き起こされることができる。特に、単結晶インゴットが大直径及び高重量の単結晶インゴットはネック部の破損問題を深刻にすることができる。

実施例は大直径の無転位化したネック部を持つ単結晶インゴットを提供する。

また、実施例は前記単結晶インゴットを製造する単結晶インゴット製造装置及び方法を提供する。

単結晶インゴット製造装置は、溶融物を収容するるつぼ；前記るつぼを加熱するヒーター；前記ヒーターと前記溶融物からの放射熱を遮断する遮熱部材；及び前記輻射熱が遮断されない前記遮熱部材のオープニングに導入され、前記るつぼの上部で種結晶部を取り囲み、所定区間内で前記種結晶部の昇降と連動して昇降するネックカバーを含むことができる。

前記単結晶インゴット製造装置は、前記所定区間内で前記ネックカバーの昇降経路をガイドするガイド部をさらに含むことができる。

前記ガイド部は、前記所定区間を規定する両端部の中で前記るつぼに近い端部から内側に突出して前記昇降経路を制限するストッパーを含むことができる。

前記ネックカバーは、前記種結晶部によって支えられ、前記種結晶部に連結されたワイヤが貫く貫通ホールを持つ第１領域と周縁部から外側に突出して前記ストッパーにかかる第２領域を持つトップ部；前記トップ部から延設された側部；及び前記側部から内側に突出して前記種結晶部を取り囲み、前記種結晶部が出入りする開口を形成するボトム部を含むことができる。

前記第２領域の突出部分が前記ストッパーにかかるとき、前記ネックカバーのボトム部と前記遮熱部材は遮熱膜を形成することができる。

前記単結晶インゴット製造装置は、前記遮熱膜が形成されるうちに、前記種結晶部を前記溶融物に浸漬して前記単結晶インゴットのネック部が成長するように制御する制御部をさらに含むことができる。

前記ネックカバーのトップ部と側部の素材は金属または金属酸化物を含むことができる。

前記ネックカバーの前記ボトム部の素材はＭ／Ｉ（単量体対開始剤）１．０ｐｐｍａ以下の物質を含むことができる。

前記ネックカバーは、少なくとも一つの内壁層；及び前記少なくとも一つの内壁層上に配置され、前記ネックカバーの内部から放出された熱の透過を遮断する少なくとも一つの外壁層を含むことができる。

前記少なくとも一つの外壁層の孔隙率は前記少なくとも一つの内壁層の孔隙率より高いことができる。

前記少なくとも一つの外壁層はバブルを含み、前記少なくとも一つの内壁層はバブルを含んでいないことができる。

前記少なくとも一つの内壁層と前記少なくとも一つの外壁層のそれぞれの素材はＳｉＯ₂を含むことができる。

溶融物を収容するるつぼ；前記るつぼを加熱するヒーター；前記ヒーターと前記溶融物からの放射熱を遮断する遮熱部材；及び前記輻射熱が遮断されない前記遮熱部材のオープニングに導入され、前記るつぼの上部で種結晶部を取り囲み、所定区間内で前記種結晶部の昇降と連動して昇降するネックカバーを含む単結晶インゴット製造装置によって行われる単結晶インゴット製造方法は、前記溶融物を生成する段階；前記種結晶部と前記ネックカバーを一緒に前記所定区間だけ下降させる段階；前記下降されたネックカバーが固定された状態で前記種結晶部をさらに下降させて前記溶融物に浸漬させた後、前記種結晶部を引き上げてネック部を成長させる段階；及び前記ネック部を成長させた後、前記種結晶部と前記ネックカバーを一緒に引き上げる段階を含むことができる。

溶融物を収容するるつぼ；前記るつぼを加熱するヒーター；前記ヒーターと前記溶融物からの放射熱を遮断する遮熱部材；及び前記輻射熱が遮断されない前記遮熱部材のオープニングに導入され、前記るつぼの上部で種結晶部を取り囲み、所定区間内で前記種結晶部の昇降と連動して昇降するネックカバーを含む単結晶インゴット製造装置によって製造された単結晶インゴットは、前記ネックカバーによって取り囲まれた前記種結晶部が前記溶融物に浸漬されて成長し、５．５ｍｍ以上の直径を持つ無転位のネック部を含むことができる。

前記単結晶インゴットは、前記ネック部の下側で成長したショルダー部；及び前記ショルダー部の下側で成長し、３００ｍｍ以上の直径を持つ直径部をさらに含むことができる。

単結晶インゴット製造装置は、溶融物を収容するるつぼ；前記るつぼを加熱するヒーター；前記ヒーターと前記溶融物からの輻射熱を遮断する遮熱部材；及び前記輻射熱が遮断されない前記遮熱部材のオープニングに導入され、前記るつぼの上部で種結晶を取り囲むネックカバーを含み、前記ネックカバーは、少なくとも一つの内壁層；及び前記少なくとも一つの内壁層上に配置され、前記ネックカバーの内部から放出された熱の透過を遮断する少なくとも一つの外壁層を含むことができる。

実施例による単結晶インゴット、そのインゴットの製造装置及び方法は、遮熱部材のオープニングに導入されたネックカバーによって取り囲まれた種結晶の温度が保温された状態で種結晶を溶融物に浸漬することにより、無転位で５．５ｍｍ以上の大直径を持つネック部と３００ｍｍ以上の大直径を持つ直径部を含む単結晶インゴットを成長させることができ、複数の層からネックカバーを具現することにより、ネック部の形成時に種結晶がもっと保温されるようにして、より厚くて無転位化したネック部を成長させることができる。

以下、同一符号は同一要素を示す添付図面に基づいて装置及び実施例を詳細に説明する。

従来の単結晶インゴット製造装置を示す図である。 実施例による単結晶インゴット製造装置を示す図である。 実施例による図２のネックカバー及びガイド部を示す拡大断面図である。 （ａ）は図３に例示したトップ部の平面図、（ｂ）は図３に示した‘Ａ’部を示す拡大断面図である。 実施例による大直径の無転位シリコン単結晶ネック部を形成する方法を説明するためのフローチャートである。 図５に例示した方法の遂行によるネックカバーの移動を示す、図２に例示した単結晶インゴット製造装置の図である。 実施例による単結晶インゴットの断面図である。 他の実施例による単結晶インゴット製造装置を示す図である。 多様な実施例によるネックカバーの断面図である。 単層ネックカバーの断面図である。

以下、実施例の容易な理解のための最良の方式で添付図面に基づいて実施例を詳細に説明する。しかし、実施例の多様は変形が可能であり、実施例の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものに解釈されない。この開示の実施例は当業者にこの開示を説明するために提供されるものである。

図２は実施例による単結晶インゴット製造装置１００Ａを示す図である。

図２を参照すれば、単結晶インゴット製造装置１００Ａは、るつぼ１１０、支持回転軸１３２、ヒーター１３４、断熱部１３６、反応チャンバー１３８、遮熱部材１４０、ネックカバー（ｎｅｃｋ ｃｏｖｅｒ）１５０Ａ、ガイド部１６０、種結晶（ｓｅｅｄ）部１７０、ワイヤ１８０、引上げ駆動部１８２、及び制御部１８４を含む。

実施例による単結晶インゴット製造装置１００Ａは、チョクラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法によって単結晶インゴットを成長させるのに使用される。

反応チャンバー１３８は、るつぼ１１０、支持回転軸１３２、ヒーター１３４、断熱部１３６、遮熱部材１４０、ネックカバー１５０Ａ、ガイド部１６０、種結晶部１７０、及びワイヤ１８０を収容する役目をする。

るつぼ１１０は、単結晶インゴットを成長させるための溶融物を収容する役目をする。シリコン溶融物１３０を収容するるつぼ１１０は、内側壁１１２は石英からなり、外側壁１１４は黒鉛または炭素からなった二重構造を持つことができる。制御部１８４の制御の下でヒーター１３４はるつぼ１１０を加熱する役目をする。

種結晶部１７０は、種結晶（ｓｅｅｄ）ウェイト（ｗｅｉｇｈｔ）１７２、種結晶チャック（ｃｈｕｃｋ）１７４、及び種結晶１７６を含むことができるものの、実施例はこれに限定されるものではなく、当業者によってさまざまの変形及び応用が可能であるのは言うまでもない。

種結晶１７６をシリコン溶融物１３０に接触または浸漬させるとき、引き上げ駆動部１８２によって種結晶１７６を回転させるときに発生する振動などによる搖れがある。このような振動によって引上げ駆動部１８２の回転中心軸と種結晶１７６の回転中心軸が互いにずれることができる。これを防止するために、種結晶ウェイト１７２はワイヤ１８０の端部に固定結合されて重さを与える役目をする。種結晶チャック１７４は種結晶ウェイト１７２の下部に結合され、種結晶１７６を一部収容して結合させる役目をする。種結晶１７６は種結晶チャック１７４に一端が着脱可能に結合され、シリコン溶融物１３０に種結晶１７６の下端部が浸漬（ｄｅｅｐｉｎｇ）される。

遮熱部材１４０は、ヒーター１３４とシリコン溶融物１３０からの放射熱が単結晶インゴットに伝達されることを遮断する。すなわち、遮熱部材１４０は熱が単結晶インゴットに伝達される経路を遮断することで、放射熱による単結晶インゴットの加熱を防止することができる。このように、遮熱部材１４０は単結晶インゴットの冷却熱履歴に大きな影響を及ぼす。さらに、遮熱部材１４０は溶融物１３０の温度変動を抑制する役目もする。このような役目をするために、遮熱部材１４０は単結晶インゴットとるつぼ１１０の間で単結晶インゴットを取り囲むように配置できる。また、オープニング１４４は溶融物１３０の表面に対して遮熱部材１４０の内径に相当し、溶融物１３０の放射熱が遮熱部材１４０による遮断なしに上方に伝達される領域である。

断熱部１３６はヒーター１３４からの熱が反応チャンバー１３８の外部に進行することを遮断する役目をする。例えば、断熱部１３６はフェルト（ｆｅｌｔ）素材から具現できる。

制御部１８４の制御の下で、引上げ駆動部１８２はワイヤ１８０を放出して溶融物１３０の表面のおよそ中心部に種結晶１７６の先端を接触または浸漬させる。支持軸駆動部（図示せず）はるつぼ１１０の支持回転軸１３２を矢印方向に回転させる。同時に、引上げ駆動部１８２はワイヤ１８０によって種結晶１７６を矢印方向に回転させながら引き上げることにより単結晶インゴットが成長するようにする。この際、単結晶インゴットを引き上げる速度（Ｖ）と温度勾配（Ｇ、△Ｇ）を調節して円周状の単結晶インゴットが完成できる。

図３は実施例による図２のネックカバー１５０Ａ及びガイド部１６０を示す拡大断面図である。

実施例によれば、ネックカバー１５０Ａはるつぼ１１０の上部で種結晶部１７０を取り囲み、所定区間で種結晶部１７０の昇降に連動して昇降する。ガイド部１６０は所定区間内でネックカバー１５０Ａの昇降経路をガイドする役目をする。

図２及び図３を参照すれば、ガイド部１６０は、胴体１６２及びストッパー（ｓｔｏｐｐｅｒ）１６４を含む。胴体１６２の両端部１６０Ａ、１６０Ｂは所定区間（Ｌ）を規定する。ストッパー１６４は所定区間（Ｌ）を規定する両端部１６０Ａ、１６０Ｂの中でるつぼ１１０に近い端部１６０Ｂから内側に突設され、ネックカバー１５０Ａの昇降経路を制限する。ガイド部１６０は、図２に例示したように、反応チャンバー１３８と一体に形成できるが、これに限定されない。すなわち、ガイド部１６０は反応チャンバー１３８と別個に形成されることもできる。また、ガイド部１６０はネックカバー１５０Ａの昇降経路をガイドするための多様な形態に具現できる。

ネックカバー１５０Ａは、トップ（ｔｏｐ）部１５２、側部１５４、及びボトム（ｂｏｔｔｏｍ）部１５６を含む。トップ部１５２は第１及び第２領域１５２Ａ、１５２Ｂに区分できる。第１領域１５２Ａは種結晶部１７０によって支えられ、種結晶部１７０に連結されたワイヤ１８０が貫く貫通ホール１５８を持つ。第１領域１５２Ａが種結晶部１７０によって支えられるために、貫通ホール１５８の幅（Ｗ）は種結晶ウェイト１７２の上端の幅（Ｗ２）より小さい。第２領域１５２Ｂはトップ部１５２の周縁部から外側に突出し、下降時にストッパー１６０Ｂにかかる突出部となる。

前述したように、ガイド部１６０の突出したストッパー１６４にトップ部１５２の第２領域１５２Ｂの突出部がかかるので、ネックカバー１５０Ａが所定区間（Ｌ）より下降することを阻止することができる。しかし、ストッパー１６４及び第２領域１５２Ｂの突出部のそれぞれは図２及び図３に例示したような形状に限定されず、ネックカバー１５０Ａが下降を沮止するための多様な形状に具現されることもできる。

側部１５４はトップ部１５２の第１領域１５２Ａの端部から伸びる。ボトム部１５６は側部１５４から内側に突出して種結晶部１７０を取り囲み、種結晶部１７０が出入りする開口１５６Ａを形成する。この際、ボトム部１５６の厚さは側部１５４から内側に行くほど減少することができる。ネックカバー１５０Ａは遮熱部材１４０によって規定されるオープニング１４４に導入可能である。このために、ボトム部１５６の幅はオープニング１４４の幅以下であることができる。

図４（ａ）は図３に例示したトップ部１５２の平面図、図４（ｂ）は図３に示した‘Ａ’部の拡大断面図である。

図３、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照すれば、トップ部１５２の第１領域１５２Ａはワイヤ１６０が貫通するワイヤホール１５８を持つ。また、トップ部１５２は、支持板１５２−１、ベアリング１５２−２、及びブッシング１５２−４を含む。

ベアリング１５２−２はブッシング１５２−４の外周に配置され、ベアリングボール１５２−２Ａ、内輪１５２−２Ｂ、及び外輪１５２−２Ｃを含む。

ブッシング１５２−４はワイヤホール１５８を形成し、ワイヤ１８０とは互いに隔離されている。これにより、種結晶ウェイト１７２がブッシング１５２−４に導入される前までは、ワイヤ１８０が回転運動すると言ってもブッシング１５２−４は回転運動しない。

その後、種結晶ウェイト１７２が、図４（ｂ）に例示したように、ブッシング１５２−４に導入された後、ブッシング１５２−４は種結晶ウェイト１７２と一体的にベアリング１５２−２の内輪１５２−２Ｂと一緒に回転運動しながら種結晶ウェイト１７２と一体的に一緒に垂直上方に移動することができる。すなわち、ネックカバー１５０Ａが垂直上方に種結晶部１７０と一緒に移動することができる。

前述したような動作のために、ブッシング１５２−４は第１セグメント１５２−４Ａ及び第２セグメント１５２−４Ｂを含むことができる。第１セグメント１５２−４Ａは種結晶ウェイト１７２の上部が導入される部分であり、第２セグメント１５２−４Ｂは第１セグメント１５２−４Ａ上に第１セグメント１５２−４Ａと一体的に延設されてワイヤホール１５８を形成する部分である。

この際、第１セグメント１５２−４Ａの内壁１５３は斜めに形成されることにより、種結晶ウェイト１７２の上部がブッシング１５２−４に導入されることを誘導して定着させることができる。すなわち、第１セグメント１５２−４Ａの内壁１５３が斜めに形成されることにより、種結晶ウェイト１７２の上端とトップ部１５２のブッシング１５２−４が結合するとき、振動が抑制され、正確なポジショニング（ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ）、つまり正確な結合が可能となる。

トップ部１５２は、図４（ｂ）に例示したように、ベアリングカバー１５２−３をさらに含むことができる。ベアリングカバー１５２−３は支持板１５２−１の上部及びベアリング１５２−２の上部にわたって配置できる。

一般に、シリコン単結晶ウェハーの主要品質項目として酸素濃度が大きな部分を占めている。このようなシリコン単結晶成長時の酸素濃度を制御するために、るつぼ１１０の回転、チャンバー１３８の内部圧力条件などの多様な因子を調節することができる。特に、酸素濃度を制御するために、単結晶インゴット製造装置１００Ａのチャンバー１３８の上側からチャンバー１３８の内部にアルゴンガスのようなキャリアガスを注入して下方に排出する。この際、図４（ａ）に例示したように、支持板１５２−１はキャリアガスの流れを許す複数のガスホール１５７−１〜１５７−４を含むことができる。

前述したような構成を持つネックカバー１５０Ａにおいて、トップ部１５２の第２領域１５２Ｂの突出部分がストッパー１６４にかかるとき、ネックカバー１５０Ａのボトム部１５６と遮熱部材１４０は遮熱膜１４２を形成することができる。

前述した役目をするために、ネックカバー１５０Ａのトップ部１５２と側部１５４の素材はステンレススチール（ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ）のように高温安全性を持つ金属を含むこともでき、かつ金属酸化物を含むこともできる。また、ネックカバー１５０Ａのボトム部１５６の素材は高い熱反射率及び高温安全性かつ高純度を持つ物質からなることができる。ボトム部１５６は、Ｍ／Ｉ（単量体対開始剤）１．０ｐｐｍａ以下の物質、例えばＰＧＣＧ（Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｃｏａｔｅｄ Ｇｒａｐｈｉｔｅ）またはＰＢＮＣＧ（Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｃｏａｔｅｄ Ｇｒａｐｈｉｔｅ）を含むことができる。

図５は大直径の無転位シリコン単結晶ネック部を形成する一実施例を説明するためのフローチャートである。

図５に例示した大直径の無転位シリコン単結晶ネック部を形成する方法は図２に例示した単結晶インゴット製造装置１００Ａによって遂行することができる。

図６ａ〜図６ｈは図５に例示した方法の遂行によってネックカバー１５０Ａが移動することを示す図２に例示した単結晶インゴット製造装置１００Ａの図である。

図６ａに例示したように、るつぼ１１０内にシリコンの高純度多結晶原料１３０Ａを投入し、ヒーター１３４によって融点温度以上にるつぼ１１０を加熱して、図６ｂに例示したように、多結晶原料１３０Ａをシリコン溶融物１３０に変化させる（第２０２段階）。

第２０２段階の後、図６ｃに例示したように、種結晶部１７０とネックカバー１５０Ａを一緒に所定区間（Ｌ）だけ下降させてネックカバー１５０Ａの位置をネッキング工程のためにセットさせる（第２０４段階）。図６ａ及び図６ｂに例示したように、種結晶部１７０が下降する前、ネックカバー１５０Ａのトップ部１５２の底面は種結晶部１７０によって支えられて固定される。しかし、種結晶部１７０を下降させるとき、図６ｃに例示したように、ネックカバー１５０Ａは種結晶部１７０と連動されて所定距離（Ｌ）だけ同時に下降する。

第２０４段階の後、図２に例示したような遮熱膜１４２が形成された状態で、制御部１８４の制御の下で、引上げ駆動部１８２はワイヤ１８０を用いて種結晶１７６を図６ｄに例示したようにさらに下降させて溶融物１３０に浸漬させた後、図６ｅに例示したように、種結晶部１７０を引き上げてネック部を成長させる（第２０６段階）。第２０６段階が遂行される間、ネックカバー１５０Ａはストッパー１６４によって固定されている。ネック部を成長させるとき、ネックカバー１５０Ａのボトム部１５６と溶融物１３０の間の温度が１０００℃以上、好ましくは１２００℃以上となるように、制御部１８４はヒーター１３４の発熱を制御することができる。また、ネック部を成長させるとき、ネックカバー１５０Ａのボトム部１５６と溶融物１３０の間の温度分布による熱ストレスが２Ｍｐａ以下、好ましくは１．５ＭＰａ以下となるように、制御部１８４はヒーター１３４の発熱量を調節することができる。また、ネック部を成長させるとき、種結晶部１７０は、図６ｅに例示したように、引上げ速度が４．０ｍｍ／ｍｉｎ以下、好ましくは２．０ｍｍ／ｍｉｎ以下であることができる。

第２０６段階で、ネック部を成長させた後、図６ｆ〜図６ｈに例示したように、制御部１８４は、引上げ駆動部１８２を制御してワイヤ１８０で種結晶部１７０とネックカバー１５０Ａを一緒に引き上げて単結晶インゴットのショルダー部を成長させる（第２０８段階）。

すなわち、ネック部を図６ｅに例示したように成長させた後、図６ｆに例示したように、ショルダー部を成長させ始める。この際、種結晶ウェイト１７２の上面はトップ部１５２の底面に接触する。

その後、図６ｇに例示したように、続けてショルダー部を成長させるために、種結晶部１７０を引き上げる間、ネックカバー１５０Ａが同時に引き上げられる。ここで、種結晶部１７０とネックカバー１５０Ａを一緒に引き上げる速度は０．３ｍｍ／ｍｉｎ〜１．０ｍｍ／ｍｉｎであることができる。また、ネック部を成長させた後、図６ｆに例示したように、種結晶部１７０とネックカバー１５０Ａを同時に引き上げる時点に発生可能な微細な振動（ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）を抑制するために、制御部１８４は磁場印加部（図示せず）を制御して、るつぼ１１０に１０００ガウス（Ｇ）以上、好ましくは２０００Ｇ〜５０００Ｇの水平磁場を印加することができる。

その後、図６ｈに例示したように、直径部が成長するに従い、ネックカバー１５０Ａは種結晶部１７０によって図６ａ及び図６ｂに例示した元々の位置にリフトされる。

図７は実施例による単結晶インゴットの断面図である。

前述したように、図２に例示した単結晶インゴット製造装置によって図５に例示した単結晶インゴット製造方法を遂行することにより、図７に例示したような単結晶インゴット１２０が成長製造できる。

図７を参照すれば、単結晶インゴット１２０は、ネック部１２２、ショルダー部１２４、及び直径部（または、ボディー部または直胴部）１２６を含むことができる。ネック部１２２は種結晶１７６の下側で成長され、ショルダー部１２４はネック部１２２の下側で成長され、直径部１２６はショルダー部１２４の下側で成長することができる。

図１を参照すれば、従来の場合、種結晶３０が溶融物２０に浸漬されるうち、種結晶３０と溶融物２０の間の温度差によって熱衝撃が発生し、これによって種結晶３０にスリップ転位が導入されることができる。

一方、実施例によれば、遮熱部材１４０のオープニング１４４に導入されたネックカバー１５０Ａによって取り囲まれた種結晶１７６の温度が保温された状態で種結晶１７６が溶融物１３０に浸漬されることでネック部１２２が成長する。よって、種結晶１７６の温度が高くなって、種結晶１７６の先端が溶融物１３０の表面に接触するときに熱衝撃が非常に減少するので、スリップ転位の発生が防止できる。よって、実施例の一単結晶インゴット１２０のネック部１２２は転位がなくて５．５ｍｍ以上の直径を持つことができる。

また、単結晶インゴット１２０が大直径及び高重量であると言っても、実施例によれば、ネック部１２２の直径が大きく形成されるので、ネック部１２２が破損されて単結晶インゴット１２０が落下する危険性が解消できる。これにより、実施例による単結晶インゴット１２０において直径部１２６は、例えば３００ｍｍ以上の大直径を持つことができる。

図８は他の実施例による単結晶インゴット製造装置１００Ｂを示す図である。

図２に例示した単結晶インゴット製造装置１００Ａとは異なり、図８に例示した単結晶シリコンインゴット製造装置１００Ｂにおいて、ネックカバー１５０Ｂはガイド部１６０によってガイドされない。よって、図８に示したガイド部１６０はストッパー１６４を備えていない。また、図２に例示したものとは異なり、図８に例示したネックカバー１５０Ｂは種結晶チャック１７４及び種結晶１７６を取り囲んでいるが、種結晶ウェイト１７２を取り囲まない。これを除けば、図８に例示した単結晶インゴット製造装置１００Ｂは図２に例示した単結晶インゴット製造装置１００Ａと同様であるので、同一部分に対しては同一参照符号を付け、これに対する詳細な説明は省略する。

図８に例示した単結晶インゴット製造装置１００Ｂによって行われる単結晶インゴット製造方法を図５に基づいて説明すれば次のようである。

図２に例示した単結晶インゴット製造装置１００Ａにおいては、ネックカバー１５０Ａが所定区間だけ移動してから固定され、種結晶１７６のみが溶融物１３０に浸漬されてネック部１２２が成長する（第２０６段階）。一方、図８に例示した単結晶インゴット製造装置１００Ｂにおいては、ネックカバー１５０Ｂと種結晶１７６が溶融物１３０に同時に浸漬されてネック部１２２が成長する（第２０６段階）。これを除けば、図８に例示した単結晶インゴット製造装置１００Ｂは図２に例示した単結晶インゴット製造装置１００Ａと同様に単結晶インゴット製造方法を遂行する。

すなわち、溶融物１３０を前述したように生成する（第２０２段階）。第２０２段階の後、種結晶１７６とネックカバー１５０Ｂを一緒に下降させる（第２０４段階）。第２０４段階の後、種結晶１７６を溶融物１３０に浸漬させた後、種結晶１７６を引き上げてネック部１２２を成長させる（第２０６段階）。第２０６段階の後、種結晶１７６とネックカバー１５０Ｂを一緒に引き上げてショルダー部１２４と直径部１２６を成長させる（第２０８段階）。

図９ａ〜図９ｃは実施例によるネックカバー３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃの断面図である。

図９ａ〜図９ｃに例示したネックカバー３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃのそれぞれは図２、図３または図８に例示した‘Ｂ’部または‘Ｃ’部を示す実施例の拡大断面図に相当する。すなわち、図２及び図８に例示したネックカバー１５０Ａ、１５０Ｂは図９ａ〜図９ｃに例示したように具現できる。

図９ａ〜図９ｃを参照すれば、ネックカバー３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃは少なくとも一つの内壁層３１２及び少なくとも一つの外壁層３１４を含むことができる。図９ａ〜図９ｃには一つの内壁層３１２と一つの外壁層３１４のみが示されているが、実施例はこれに限定されなく、内壁層３１２と外壁層３１４のそれぞれは複数で具現できるのは言うまでもない。

少なくとも一つの内壁層３１２は図２に例示した種結晶部１７０または、図８に例示した種結晶チャック１７４と種結晶１７６を取り囲む。少なくとも一つの外壁層３１４は少なくとも一つの内壁層３１２上に配置され、ネックカバー３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃの内部から放出された熱がネックカバー３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃの外に透過することを遮断する役目をする。

また、図９ａ〜図９ｃに例示した外壁層３１４の孔隙率は内壁層３１２の孔隙率より高いことができる。また、外壁層３１４はバブル３１４ａを含むが、内壁層３１２はバブル３１４ａを含んでいないことができる。内壁層３１２と外壁層３１４のそれぞれの素材はＳｉＯ₂を含むことができる。

図１０は単層から具現されたネックカバー３００の断面図である。

図２または図８に例示したネックカバー１５０Ａ、１５０Ｂが図１０に例示したように単層３００からなれば、ネックカバー１５０Ａ、１５０Ｂの内部から放出された熱３２０が単層３００を透過して（３２２）外部に排出されることによって熱損失がもたらされることもできる。

一方、図２または図８に例示したネックカバー１５０Ａ、１５０Ｂのそれぞれを図９ａ〜図９ｃに例示したように複数の層、つまり外壁層３１４と内壁層３１２から具現する場合、ネックカバー３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃの内部から放出された熱３２０は外壁層３１４を透過することができなくて内部に反射されるので、熱損失が防止できる。

一般に、遮熱部材１４０と溶融物１３０の間の距離であるメルトギャップ（ｍｅｌｔ ｇａｐ）が増加するに従い、種結晶１７６及びネック部１２２に流入する輻射熱量が増加する傾向がある。したがって、このような輻射熱をネックカバー１５０Ａ、１５０Ｂの内部に吸収するため、図９ｂ及び図９ｃにそれぞれ示したように、ネックカバー３１０Ｂ、３１０Ｃはコーティング層３１６Ａ、３１６Ｂをさらに備えることもできる。図９ｂ及び図９ｃには一つのコーティング層３１６Ａ、３１６Ｂのみが示されているが、実施例はこれに限定されなく、複数のコーティング層３１６Ａ、３１６Ｂが外壁層３１４上に配置できるのは言うまでもない。

コーティング層３１６Ａ、３１６Ｂは外壁層３１４上にコートできる。この際、コーティング層３１６Ｂの外表面は、外部の放射熱をより多く吸収するために、図９ｃに例示したように、粗さ３１８を持つこともできる。コーティング層３１６Ａ、３１６Ｂの素材としては、高温耐熱性を持つともに汚染に対する危険が低い塗料物質を使うことができる。例えば、コーティング層３１６Ａ、３１６Ｂの素材はＳｉＣを含むことができる。

前述したように、図２または図８に例示したネックカバー１５０Ａ、１５０Ｂが図９ａ〜図９ｃに例示したように具現される場合、ネック部１２２が成長するネッキング工程において種結晶１７６と溶融物１３０の界面かつ種結晶１７６が一層保温され、それによって熱衝撃が緩和されるので、ネック部１２２の無転位化が一層保障され、ネック部１２２がさらに大きな大直径を持つように成長できる。

以上、実施例に基づいて説明したが、これは単に例示であるだけ、本発明を限定するものではなく、当業者であればこの実施例の本質的な特性を逸脱しない範疇内で例示しなかったいろいろの変形及び応用が可能であることが分かるであろう。たとえば、実施例に具体的に示した各構成要素を変形して実施するものである。また、このような変形及び応用に係わる相違点は添付の請求範囲で規定する本発明の範囲に属するものに解釈されなければならないであろう。

制御部１８４の制御の下で、引上げ駆動部１８２はワイヤ１８０を下降させて溶融物１３０の表面のおよそ中心部に種結晶１７６の先端を接触または浸漬させる。支持軸駆動部（図示せず）はるつぼ１１０の支持回転軸１３２を矢印方向に回転させる。同時に、引上げ駆動部１８２はワイヤ１８０によって種結晶１７６を矢印方向に回転させながら引き上げることにより単結晶インゴットが成長するようにする。この際、単結晶インゴットを引き上げる速度（Ｖ）と温度勾配（Ｇ、△Ｇ）を調節して円周状の単結晶インゴットが完成する。

Claims (16)

1. 溶融物を収容するるつぼ；
   前記るつぼを加熱するヒーター；
   前記ヒーターと前記溶融物からの放射熱を遮断する遮熱部材；及び
   前記輻射熱が遮断されない前記遮熱部材のオープニングに導入され、前記るつぼの上部で種結晶部を取り囲み、所定区間内で前記種結晶部の昇降と連動して昇降するネックカバーを含む、単結晶インゴット製造装置。
2. 前記所定区間内で前記ネックカバーの昇降経路をガイドするガイド部をさらに含む、請求項１に記載の単結晶インゴット製造装置。
3. 前記ガイド部は、前記所定区間を規定する両端部の中で前記るつぼに近い端部から内側に突出して前記昇降経路を制限するストッパーを含む、請求項２に記載の単結晶インゴット製造装置。
4. 前記ネックカバーは、
   前記種結晶部によって支えられ、前記種結晶部に連結されたワイヤが貫く貫通ホールを持つ第１領域と周縁部から外側に突出して前記ストッパーにかかる第２領域を持つトップ部；
   前記トップ部から延設された側部；及び
   前記側部から内側に突出して前記種結晶部を取り囲み、前記種結晶部が出入りする開口を形成するボトム部を含む、請求項３に記載の単結晶インゴット製造装置。
5. 前記第２領域の突出部分が前記ストッパーにかかるとき、前記ネックカバーのボトム部と前記遮熱部材は遮熱膜を形成する、請求項４に記載の単結晶インゴット製造装置。
6. 前記遮熱膜が形成されるうちに、前記種結晶部を前記溶融物に浸漬して前記単結晶インゴットのネック部が成長するように制御する制御部をさらに含む、請求項５に記載の単結晶インゴット製造装置。
7. 前記ネックカバーのトップ部と側部の素材は金属または金属酸化物を含む、請求項４に記載の単結晶インゴット製造装置。
8. 前記ネックカバーの前記ボトム部の素材はＭ／Ｉ（単量体対開始剤）１．０ｐｐｍａ以下の物質を含む、請求項４に記載の単結晶インゴット製造装置。
9. 溶融物を収容するるつぼ；前記るつぼを加熱するヒーター；前記ヒーターと前記溶融物からの放射熱を遮断する遮熱部材；及び前記輻射熱が遮断されない前記遮熱部材のオープニングに導入され、前記るつぼの上部で種結晶部を取り囲み、所定区間内で前記種結晶部の昇降と連動して昇降するネックカバーを含む単結晶インゴット製造装置によって行われる単結晶インゴット製造方法において、
   前記溶融物を生成する段階；
   前記種結晶部と前記ネックカバーを一緒に前記所定区間だけ下降させる段階；
   前記下降されたネックカバーが固定された状態で前記種結晶部をさらに下降させて前記溶融物に浸漬させた後、前記種結晶部を引き上げてネック部を成長させる段階；及び
   前記ネック部を成長させた後、前記種結晶部と前記ネックカバーを一緒に引き上げる段階を含む、単結晶インゴット製造方法。
10. 溶融物を収容するるつぼ；前記るつぼを加熱するヒーター；前記ヒーターと前記溶融物からの放射熱を遮断する遮熱部材；及び前記輻射熱が遮断されない前記遮熱部材のオープニングに導入され、前記るつぼの上部で種結晶部を取り囲み、所定区間内で前記種結晶部の昇降と連動して昇降するネックカバーを含む単結晶インゴット製造装置によって製造された単結晶インゴットにおいて、
    前記ネックカバーによって取り囲まれた前記種結晶部が前記溶融物に浸漬されて成長し、５．５ｍｍ以上の直径を持つ無転位のネック部を含む、単結晶インゴット。
11. 前記単結晶インゴットは、
    前記ネック部の下側で成長したショルダー部；及び
    前記ショルダー部の下側で成長し、３００ｍｍ以上の直径を持つ直径部をさらに含む、請求項１０に記載の単結晶インゴット。
12. 前記ネックカバーは、
    少なくとも一つの内壁層；及び
    前記少なくとも一つの内壁層上に配置され、前記ネックカバーの内部から放出された熱の透過を遮断する少なくとも一つの外壁層を含む、請求項１に記載の単結晶インゴット製造装置。
13. 溶融物を収容するるつぼ；
    前記るつぼを加熱するヒーター；
    前記ヒーターと前記溶融物からの輻射熱を遮断する遮熱部材；及び
    前記輻射熱が遮断されない前記遮熱部材のオープニングに導入され、前記るつぼの上部で種結晶を取り囲むネックカバーを含み、
    前記ネックカバーは、
    少なくとも一つの内壁層；及び
    前記少なくとも一つの内壁層上に配置され、前記ネックカバーの内部から放出された熱の透過を遮断する少なくとも一つの外壁層を含む、単結晶インゴット製造装置。
14. 前記少なくとも一つの外壁層の孔隙率は前記少なくとも一つの内壁層の孔隙率より高い、請求項１２または１３に記載の単結晶インゴット製造装置。
15. 前記少なくとも一つの外壁層はバブルを含み、前記少なくとも一つの内壁層はバブルを含んでいない、請求項１２または１３に記載の単結晶インゴット製造装置。
16. 前記少なくとも一つの内壁層と前記少なくとも一つの外壁層のそれぞれの素材はＳｉＯ₂を含む、請求項１２または１３に記載の単結晶インゴット製造装置。

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