JP6326136B2 - 単結晶成長装置 - Google Patents

Description

実施例は単結晶成長装置に関するものである。

サファイアはアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）が２０５０℃で溶けてから徐々に冷却しながら成長した結晶体である。サファイアはアルミナの単結晶で、広範囲な波長領域の光透過性を持っており、機械的性質、耐熱性及び耐食性に優れ、硬度、熱伝導度及び電気抵抗性が高く、高い耐衝撃性を持っている。サファイアは気孔がなくて誘電強度が高いからエピタキシャル成長用基板として使用可能である。

代表的なサファイア単結晶を成長させる方法としては、ベルヌイ法（Ｖｅｒｎｅｕｉｌ Ｍｅｔｈｏｄ）、ＨＥＭ（Ｈｅａｔ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｔｈｏｄ）、ＥＦＧ（Ｅｄｇｅ−Ｄｅｆｉｎｅｄ Ｆｉｌｍ−Ｆｅｄ Ｇｒｏｗｔｈ）、チョコラルスキー法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ Ｍｅｔｈｏｄ）、及びカイロポーラス法（Ｋｙｒｏｐｕｌｏｕｓ Ｍｅｔｈｏｄ）がある。

カイロポーラス法（Ｋｙｒｏｐｕｌｏｕｓ Ｍｅｔｈｏｄ）は相対的に装備価格が安くて低い生産コストが必要であり、チョコラルスキー法に比べて欠陷が少ないことが利点である。カイロポーラス法（Ｋｙｒｏｐｕｌｏｕｓ Ｍｅｔｈｏｄ）はチョコラルスキー法と類似しているが、単結晶を回転しないで単結晶を引き上げるだけで単結晶を成長させる。

実施例は行程距離の不足に起因するリフトオフ工程の不可能、及び単結晶のクラック発生を防止することができる単結晶成長装置を提供する。

実施例による単結晶成長装置は、チャンバー；前記チャンバーの内部に設けられ、単結晶の成長原料である溶融液を収容するるつぼ；前記るつぼの上端に配置されるるつぼスクリーン（ｃｒｕｃｉｂｌｅ ｓｃｒｅｅｎ）；及び前記るつぼスクリーンを上昇または下降させる移送手段を含む。

前記単結晶成長装置は、前記るつぼスクリーン上に配置される第１上側断熱部；及び前記第１上側断熱部から離隔し、前記第１上側断熱部上に配置される第２上側断熱部をさらに含むことができる。

前記移送手段は、前記るつぼスクリーンと前記第１上側断熱部を一緒に上昇させることができる。

前記移送手段は、前記るつぼスクリーンと前記第１上側断熱部を一緒に縛る少なくとも一つのジグ（ｊｉｇ）；及び前記少なくとも一つのジグを上昇または下降させる昇降部を含むことができる。

前記少なくとも一つのジグは、前記るつぼスクリーンと前記第１上側断熱部を一緒に取り囲む結合部；及び前記第２上側断熱部を通過して一端は前記結合部に連結され、他端は前記昇降部に連結される支持部を含むことができる。

前記少なくとも一つのジグは複数であり、複数のジグは互いに離隔して位置することができる。

前記少なくとも一つのジグは、前記第１上側断熱部及び前記第２上側断熱部を通過して一端は前記るつぼスクリーンに連結され、他端は前記昇降部に連結されることができる。

前記単結晶成長装置は、前記第１上側断熱部と前記第２上側断熱部の間の距離を調節するように前記移送手段を制御する制御部をさらに含むことができる。

前記制御部は、成長する単結晶の成長速度を測定する成長速度センサー；前記成長する単結晶の重さを測定する重さ測定センサー；及び前記成長する単結晶と前記るつぼスクリーンの間の距離を測定する距離測定センサーを含むことができる。

前記制御部は、前記成長速度センサーによって測定された単結晶の成長速度、前記重さ測定センサーによって測定された単結晶の重さ、または前記距離測定センサーによって測定された前記前記成長する単結晶と前記るつぼスクリーンの間の距離に基づいて前記移送手段を制御することができる。

前記第１上側断熱部の下面は前記るつぼスクリーンの上面に接することができる。

前記移送手段は、前記第１上側断熱部と前記第２上側断熱部の間の離隔した空間内で前記るつぼスクリーン及び前記第１上側断熱部を一緒に上昇または下降させることができる。

前記結合部は、前記第１上側断熱部の上面、前記第１上側断熱部の外側面と前記上側断熱部の外側面、及び前記るつぼスクリーンの下面の少なくとも一部を取り囲むことができる。

他の実施例による単結晶成長装置は、チャンバー；前記チャンバーの内部に設けられ、原料物質を溶かした溶融液を収容するるつぼ；前記るつぼの上端に配置されるるつぼスクリーン（ｃｒｕｃｉｂｌｅ ｓｃｒｅｅｎ）；前記るつぼスクリーン上に配置される第１上側断熱部；前記第１上側断熱部から離隔し、前記第１上側断熱部上に配置される第２上側断熱部；前記るつぼスクリーン及び前記第１上側断熱部を上昇または下降させる移送手段；及び前記移送手段を制御する制御部を含む。

前記制御部は、前記単結晶の成長速度を測定し、測定された単結晶の成長速度を基準成長速度と比較した結果に基づいて前記るつぼスクリーンと前記第１上側断熱部を一緒に上昇させるように前記移送手段を制御することができる。

前記制御部は、前記測定された単結晶の成長速度が前記基準成長速度より高い場合、前記るつぼスクリーンと前記第１上側断熱部を一緒に上昇させることができる。

前記制御部は、成長する単結晶の行程距離を測定し、測定された行程距離を既設定の距離基準値と比較した結果に基づいて前記るつぼスクリーンと前記第１上側断熱部を一緒に上昇させるように前記移送手段を制御することができ、前記行程距離は前記成長する単結晶を前記るつぼスクリーンに接触するまで引き上げることができる距離であることができる。

前記制御部は、前記測定された行程距離が前記既設定の距離基準値以下の場合、前記るつぼスクリーンと前記第１上側断熱部を一緒に上昇させることができる。

前記制御部は、成長する単結晶の重さを測定し、測定された単結晶の重さを既設定の重さ基準値と比較した結果に基づいて、前記るつぼスクリーンと前記第１上側断熱部を一緒に上昇させるように前記移送手段を制御することができる。

前記制御部は、前記測定された単結晶の重さが前記既設定の重さ以上の場合、前記るつぼスクリーンと前記第１上側断熱部を一緒に上昇させることができる。

前記基準成長速度は１ｋｇ／ｈｏｕｒであることができる。前記既設定の距離基準値は最大行程距離の１０分の１であり、前記最大行程距離は前記るつぼスクリーンから前記溶融液の界面までの距離であることができる。前記既設定の重さ基準値は前記原料物質の総重量の１０％であることができる。

実施例は行程距離の不足に起因するリフトオフ工程の不可能、及び単結晶のクラックの発生を防止することができる。

実施例による単結晶成長装置を示す。

図１に示したジグの一実施例を示す。

図１に示したジグの他の実施例を示す。

図１に示した成長した単結晶とるつぼスクリーンの間の行程距離を示す。

ジグの上昇による第１上側断熱部と第２上側断熱部の間の距離を示す。 ジグの上昇による第１上側断熱部と第２上側断熱部の間の距離を示す。

実施例による単結晶成長法のフローチャートを示す。

他の実施例による単結晶成長法のフローチャートを示す。

他の実施例による単結晶成長法のフローチャートを示す。

以下、実施例は添付の図面及び実施例についての説明によって明らかになるであろう。実施例の説明において、各層（膜）、領域、パターンまたは構造物が基板、各層（膜）、領域、パッドまたはパターンの“上（ｏｎ）”にまたは“下（ｕｎｄｅｒ）”に形成されるものとして記載される場合において、“上（ｏｎ）”と“下（ｕｎｄｅｒ）”は“直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）”または“他の層を介して（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）”形成されるものを全て含む。また、各層の上または下に対する基準は図面に基づいて説明する。

図面において、大きさは説明の便宜さ及び明確性のために誇張されるとか省略され、あるいは概略的に示されている。また、それぞれの構成要素の大きさは実際の大きさを全面的に反映するものではない。また、同一参照符号は図面の説明にわたって同一要素を示す。以下、添付図面に基づいて実施例による単結晶成長装置を説明する。

図１は実施例による単結晶成長装置１００を示す。

図１を参照すれば、単結晶成長装置１００は、チャンバー（ｃｈａｍｂｅｒ）１０１、るつぼ（ｃｒｕｃｉｂｌｅ）１１０、るつぼ支持部１２０、発熱体（ｈｅａｔｅｒ）１３０、側断熱部１３５、下側断熱部１４０、るつぼスクリーン（ｃｒｕｃｉｂｌｅ ｓｃｒｅｅｎ）１５２、第１上側断熱部１５４、第２上側断熱部１５６、第１移送手段１６０、第２移送手段１８０、及び制御部１９０を含む。

例えば、単結晶成長装置１００はカイロポーラス（Ｋｙｒｏｐｕｌｏｕｓ）法によってサファイア単結晶を成長させる装置であることができるが、これに限定されるものではない。

チャンバー１０１は単結晶Ｉまたは単結晶ブール（ｃｒｙｓｔａｌ ｂｏｕｌｅ）を成長させる成長環境を提供する空間であることができる。以下、単結晶に表示するが、単結晶は単結晶ブールと混用することができる。

るつぼ１１０はチャンバー１０１の内部に設けられ、原料物質を充填（ｃｈａｒｇｅ）させることができ、充填された原料物質を溶かした溶融液Ｍを収容することができる。るつぼ１１０の素材はタングステンＷであることができるが、これに限定されるものではない。

るつぼ支持部１２０はるつぼ１１０の下部に位置し、るつぼ１１０を支持することができる。るつぼ支持部１２０は熱伝導性及び耐熱性に優れ、熱膨脹率が低くて熱によって易しく変形されなく、熱衝撃に強い材質、例えばモリブデン（Ｍｏ）から形成できるが、これに限定されるものではない。

発熱体１３０はるつぼ１１０の外周面から一定間隔で隔たるようにチャンバー１０１の内部に設けられることができ、るつぼ１１０を加熱することができる。発熱体１３０はタングステンから形成されることができるが、これに限定されるものではない。

発熱体１３０はるつぼ１１０の側面及び下面の周りを取り囲むように位置することができるが、これに限定されるものではなく、るつぼ１１０の側面の周りにだけ位置することもできる。

発熱体１３０はるつぼ１１０を加熱することができ、発熱体１３０の加熱によってるつぼ１１０の温度が上がり、これによって多結晶塊である原料物質が溶融液Ｍになることができる。

側断熱部１３５はるつぼ１１０の側部に位置することができ、チャンバー１０１の内部の熱がチャンバー１０１の側部に抜け出ることを遮断することができる。例えば、側断熱部１３５は発熱体１３０とチャンバー１０１の側壁の間に位置することができ、発熱体１３０の熱がチャンバー１０１の外部に漏出することを遮断することができる。

下側断熱部１４０はるつぼ１１０の下部に位置し、チャンバー１０１の内部の熱がチャンバー１０１の下部に抜け出ることを遮断することができる。例えば、下側断熱部１４０は発熱体１３０とチャンバー１０１の底の間に位置することができ、発熱体１３０の熱がチャンバー１０１の底に抜け出ることを遮断することができる。

るつぼスクリーン１５２、第１上側断熱部１５４、及び第２上側断熱部１５６はるつぼ１１０の上部に位置することができ、るつぼ１１０の上部に熱が抜け出ることを遮断することができる。

るつぼスクリーン１５２、第１上側断熱部１５４、及び第２上側断熱部１５６のそれぞれは中央に設けられる開口部２０１を持つことができる。シード連結部１６２に連結された種結晶は開口部２０１を通過してるつぼ１１０内の溶融液Ｍと接触することができる。

例えば、るつぼスクリーン１５２、第１上側断熱部１５４、及び第２上側断熱部１５６のそれぞれは中央に開口部２０１を持つ円形板の形態であることができるが、これに限定されるものではなく、るつぼ１１０の形状よってその形状が決定できる。そして、開口部２０１は一定の直径を持つ円形であることができるが、これに限定されるものではなく、多角形または楕円形であることができる。

るつぼスクリーン１５２はるつぼ１１０の上端に配置されることができ、るつぼ１１０内に収容された溶融液Ｍから発生する放射熱をるつぼ１１０に反射することができる。

るつぼスクリーン１５２は断熱効果の良いモリブデン（Ｍｏｌｙｂｄｅｎ）、またはタングステンＷからなる単一層であることができる。るつぼスクリーン１５２の厚さは５ｍｍ〜１０ｍｍであることができるが、これに限定されるものではない。

第１上側断熱部１５４はるつぼスクリーン１５２の上部に配置されることができる。例えば、第１上側断熱部１５４の下面はるつぼスクリーン１５２の上面に接することができる。

第２上側断熱部１５６は第１上側断熱部１５４から一定距離ｄ１だけ離隔するように第１上側断熱部１５４上に配置されることができる。例えば、ｄ１は５０ｍｍ〜１００ｍｍであることができるが、これに限定されるものではない。

第１及び第２上側断熱部１５４、１５６のそれぞれは複数の層が積層された構造であることができ、断熱のために、隣接した層の間にはエアギャップ（ａｉｒ ｇａｐ）が存在することができる。

例えば、第１及び第２上側断熱部１５４、１５６のそれぞれは最下端に位置する第１層及び第１層上に積層される複数の第２層を含むことができる。

この際、第１層はタングステンからなることができ、複数の第２層はモリブデンであることができる。断熱効果を向上させるために、第２上側断熱部１５６に含まれる第２層の数は第１上側断熱部１５４に含まれる第２層の数より多いことができる。

第１上側断熱部１５４はるつぼスクリーン１５２によって支持されることができ、第２上側断熱部１５６は発熱体１３０の上端によって支持されることができるが、これに限定されるものではない。

第１移送手段１６０は、シード連結部１６２、及び第１昇降部１６４を含むことができる。シード連結部１６２はるつぼ１１０の上部に位置し、一端には種結晶が固定されることができ、他端は第１昇降部１６４に連結されることができる。シード連結部１６２はシャフト（ｓｈａｆｔ）タイプであることができるが、これに限定されるものではない。

第１昇降部１６４はシード連結部１６２に連結されることができ、シード連結部１６２をチャンバー１０１の内部で上昇または下降させることができる。

第２移送手段１８０はるつぼスクリーン１５２及び第１上側断熱部１５４を上昇または下降させることができる。

例えば、第２移送手段１８０は第１上側断熱部１５４と第２上側断熱部１５６の間の離隔した空間内でるつぼスクリーン１５２、及び第１上側断熱部１５４を一緒に上昇または下降させることができる。

第２移送手段１８０はるつぼスクリーン１５２と第１上側断熱部１５４を一緒に縛る少なくとも一つのジグ（ｊｉｇ）１８２、及び少なくとも一つのジグ１８２を上昇または下降させる第２昇降部１８４を含むことができる。

図２ａは図１に示したジグ１８２の一実施例１８２−１、１８２−２を示す。

図２ａを参照すれば、少なくとも一つのジグ１８２は互いに離隔する第１ジグ１８２−１及び第２ジグ１８２−２を含むことができる。図２ａには二つのジグを示したが、ジグの数はこれに限定されるものではない。

少なくとも一つのジグ（例えば、１８２−１、１８２−２）は、るつぼスクリーン１５２及び第１上側断熱部１５４を一緒に取り囲む結合部（例えば、２１０−１、２１０−２）、及び第２上側断熱部１５６を通じて一端が結合部（例えば、２１０−１、２１０−２）に連結され、他端は第２昇降部１８４に連結される支持部（例えば、２２０−１、２２０−２）を含むことができる。

例えば、第１ジグ１８２−１は、るつぼスクリーン１５２と第１上側断熱部１５４の一部を取り囲む第１結合部２１０−１、及び第２上側断熱部１５６を通じて一端が第１結合部２１０−１に連結され、他端は第２昇降部１８４に連結される第１支持部２２０−１を含むことができる。

また第２ジグ１８２−２は、るつぼスクリーン１５２と第１上側断熱部１５４の他の一部を取り囲む第２結合部２１０−２、及び第２上側断熱部１５６を通じて一端が第２結合部２１０−２に連結され、他端は第２昇降部１８４に連結される第２支持部２２０−２を含むことができる。

例えば、第１及び第２結合部２１０−１、２１０−２のそれぞれは第１上側断熱部１５４の上面、るつぼスクリーン１５２と第１上側断熱部１５４の外側面、及びるつぼスクリーン１５２の下面の少なくとも一部を取り囲むことができる。

他の実施例においては、複数のジグの結合部が互いに連結されることができる。また、支持部が第２上側断熱部１５６を貫かないこともでき、支持部の数も図２ａに示されたものに限定されるものではない。

図２ｂは図１に示したジグ１８２の他の実施例１８２−１’、１８２−２’を示す。

図２ｂを参照すれば、少なくとも一つのジグ（例えば、１８２−１’、１８２−２’）は第１上側断熱部１５４及び第２上側断熱部１５６を通過して一端はるつぼスクリーン１５２に連結されることができ、他端は第２昇降部１８４に連結されることができる。

例えば、第１ジグ（例えば、１８２−１’）の一端は第１上側断熱部１５４及び第２上側断熱部１５６を通過してるつぼスクリーン１５２の上面の一領域に連結されることができ、他端は第２昇降部１８４に連結されることができる。

また、第２ジグ（例えば、１８２−２’）の一端は第１上側断熱部１５４及び第２上側断熱部１５６を通過してるつぼスクリーン１５２の上面の他領域に連結されることができ、他端は第２昇降部１８４に連結されることができる。

制御部１９０は第１移送手段１６０、及び第２移送手段１８０の動作を制御する。

制御部１９０は、第１昇降部１６４がシード連結部１６２を上昇または下降させることを調節することができる。

制御部１９０は、第２昇降部１８４がジグ１８２を上昇または下降させることを調節することで、単結晶の成長中にるつぼスクリーン１５２と成長する単結晶の上端との距離を調節することができる。

るつぼスクリーン１５２と成長する単結晶の上端との距離を調節することにより、行程距離（ｃｙｃｌｉｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ）を調節することができる。すなわち、行程距離は成長した単結晶をるつぼスクリーンに接触するまで引き上げることができる距離であることができる。

例えば、種結晶を溶融液に浸漬させた時点での行程距離はるつぼスクリーンから溶融液の界面までの距離であることができ、この時点の行程距離は単結晶の最大行程距離であることができる。

図３は図１に示した成長した単結晶Ｉとるつぼスクリーン１５２の間の行程距離ＣＤを示す。

図３を参照すれば、成長した単結晶Ｉはネック（ｎｅｃｋ）、ショルダー（ｓｈｏｕｌｄｅｒ）及びボディー（ｂｏｄｙ）の部分に区分されることができる。

ネックは種結晶から細くて長く成長した部分であることができ、ショルダーは単結晶インゴットの直径を目標直径まで徐々に増加させて成長した部分であることができ、ボディーは一定の目標直径を持つように成長した部分であることができる。

種結晶を溶融液に浸漬させた時点から単結晶Ｉがネックまで成長した時点までの行程距離（ＴＣ）は、るつぼスクリーン１５２から溶融液Ｍの界面までの距離であることができる。以下、ＴＣを“最大行程距離”と言う。

単結晶がショルダーまたはボディーまで成長した場合、行程距離ＣＤは単結晶のネック３１２とショルダー３１４の間の境界面３１０とるつぼスクリーン１５２の下面１５２−１との間の距離であることができる。

単結晶Ｉが成長するに従い、第１引上部１６４によって単結晶Ｉは徐々に引き上げられることができる。例えば、単結晶Ｉの成長工程中に第１引上部１６４によって単結晶Ｉは一定の速度で引き上げられることができる。

成長がほぼ完了した単結晶をるつぼから分離するリフト工程を遂行するためには、最小限の行程距離が必要である。

ところが、初期に単結晶の成長速度が落ちるとか、あるいはサイドスティッキング（ｓｉｄｅ ｓｔｉｃｋｉｎｇ）が発生して、サイドスティッキング部分を溶かす工程を進める場合には、ランタイム（ｒｕｎ ｔｉｍｅ）が増加するため、リフトオフ工程を遂行する行程距離ＣＤが足りないことができる。このように、行程距離ＣＤが足りなくてリフトオフ工程を進めることができなければ、９０％以上の単結晶の下部にクラックが発生することができ、単結晶とるつぼが接着されて、単結晶の除去が不可能なことができる。

実施例は、単結晶成長中に第２昇降部１８４によってジグ１８２を上昇させることで、行程距離を確保することができ、安定したリフトオフ距離を確保することによってクラックの発生を防止することができる。

図４ａ及び図４ｂはジグ１８２の上昇による第１上側断熱部１５４と第２上側断熱部１５６の間の距離を示す。

制御部１９０は、第１上側断熱部１５４と第２上側断熱部１５６の間の距離を調節するように第２移送手段１８０の第２昇降部１８４を調節することができる。例えば、第２昇降部１８４によって少なくとも一つのジグ１８２が上昇または下降することで、第１上側断熱部１５４と第２上側断熱部１５６の間の距離を調節することができる。

例えば、図１を参照すれば、ジグ１８２の上昇がない場合、第１上側断熱部１５４と第２上側断熱部１５６の間の距離ｄ１は最大であることができる。

ジグ１８２の上昇がない場合には、るつぼ１１０の上端部にジグ１８２またはるつぼスクリーン１５２が接触した状態であることができる。

図４ａに示したように、第２昇降部１８４によって少なくとも一つのジグ１８２が上昇することにより、第１上側断熱部１５４と第２上側断熱部１５６の間の距離ｄ２は図１に示した距離ｄ１より小さくなることができる（ｄ２＜ｄ１）。

また、図４ｂに示したように、少なくとも一つのジグ１８２が上昇することにより、ジグ１８２が第２上側断熱部１５６と接触することができ、第１上側断熱部１５４と第２上側断熱部１５６の間の距離は０であることができる。

例えば、少なくとも一つのジグ１８２が上昇してジグ１８２の結合部２１０−１、２１０−２が第２上側断熱部１５６の下面に接触することができる。

制御部１９０は、成長する単結晶の成長速度を測定し、測定された単結晶の成長速度を基準成長速度と比較した結果に基づいてるつぼスクリーン１５２と第１上側断熱部１５４を上昇させるように第２移送手段１８０を制御することができる。制御部１９０は、成長する単結晶の成長速度を測定する成長速度センサー１９２を備えることができる。

基準成長速度は、サイドスティッキングまたはスクリーン接触の発生有無を判断するための尺度になることができる。例えば、基準成長速度は１［ｋｇ／ｈｏｕｒ］であることができるが、これに限定されるものではない。

例えば、制御部１９０は、測定された単結晶の成長速度が基準成長速度（例えば、１［ｋｇ／ｈｏｕｒ］）を超えた場合、るつぼスクリーン１５２と第１上側断熱部１５４を上昇させるように第２移送手段１８０を制御することができる。

または、制御部１９０は、成長する単結晶の行程距離を測定し、測定された単結晶の行程距離を既設定の距離基準値と比較し、比較した結果に基づいてるつぼスクリーン１５２と第１上側断熱部１５４を上昇させるように第２移送手段１８０を制御することができる。制御部１９０は、行程距離を測定することができる距離測定センサー１９４を備えることができる。

例えば、制御部１９０は、測定された単結晶の行程距離が既設定の距離基準値以下の場合、るつぼスクリーン１５２と第１上側断熱部１５４を上昇させるように第２移送手段１８０を制御することができる。

例えば、既設定の距離基準値は最大行程距離（ＴＣ、図３参照）の１０分の１であることができる。

または、制御部１９０は、成長する単結晶の重さを測定し、測定された単結晶の重さを既設定の重さ基準値と比較し、比較した結果に基づいてるつぼスクリーン１５２と第１上側断熱部１５４を上昇させるように第２移送手段１８０を制御することができる。制御部１９０は、成長する単結晶の重さを測定する重さ測定センサー１９６を備えることができる。

この際、既設定の重さ基準値はショルダー（ｓｈｏｕｌｄｅｒ）の形成が完了した時点の単結晶の重さであることができる。例えば、既設定の重さ基準値は充填された原料物質の総重量の１０％であることができる。

実施例は、るつぼスクリーン１５２と第１上側断熱部１５４を引き上げることで行程距離を調節することができるので、行程距離の不足に起因するリフトオフ工程の不可能、及び単結晶のクラック発生を防止することができる。

図５は実施例による単結晶成長法のフローチャートを示す。

図５を参照すれば、まず図１に示した単結晶成長装置を用いて単結晶成長を開始する（Ｓ４１０）。

例えば、多結晶の原料物質をるつぼ１１０に充填した後、ヒーター１３０でるつぼ１１０を加熱して原料物質を溶かして溶融液Ｍを作る。

第１引上部１６４によってシード連結部１６２に連結された種結晶を下降させ、種結晶を溶融液Ｍに接触させる。

種結晶からネックを形成するネッキング工程、ショルダーを形成するショルダリング工程、及びボディーを形成するボディー工程によって単結晶を成長させる。

ついで、成長する単結晶Ｉの成長速度を測定し、測定された単結晶Ｉの成長速度を基準成長速度（ｘ）と比較する（Ｓ４２０）。基準成長速度はサイドスティッキング（ｓｉｄｅ ｓｔｉｃｋｉｎｇ）またはスクリーン接触が発生する尺度であることができる。

ここで、サイドスティッキングは成長する単結晶がるつぼ１１０の内側面と接触して付くことを言い、スクリーン接触は成長する単結晶がるつぼスクリーンの下面に接触して付くことを言う。

例えば、基準成長速度（ｘ）は１［ｋｇ／ｈｏｕｒ］であることができるが、これに限定されるものではない。

単結晶の成長速度が基準成長速度（ｘ）より低いとか同じ場合には、成長した単結晶の重さを測定し、測定された単結晶の重さが既設定の基準重さに到逹したかを判断する（４３０）。例えば、既設定の基準重さは充填された原料物質の重さであることができる。

成長した単結晶の重さが既設定の重さに到逹した場合には、成長した単結晶をるつぼ１１０から分離するリフトオフ（ｌｉｆｔ ｏｆｆ）工程遂行する（Ｓ４７０）。

成長した単結晶の重さが既設定の基準重さに到逹することができなかった場合には、単結晶を続けて成長させる（Ｓ４１０）。

一方、単結晶の成長速度が基準成長速度（ｘ）より高い場合には、スクリーン接触またはサイドスティッキングの発生有無を判断し（Ｓ４４０）、サイドスティッキングが発生した場合には、サイドスティッキングを除去し、スクリーン接触が発生した場合には、第２移送手段１８０によってるつぼスクリーン１５２と第１上側断熱部１５４を上昇させることで行程距離を確保する（Ｓ４６０）。

例えば、単結晶の成長速度が基準成長速度（ｘ）より高い場合には、サイドスティッキングが発生したかを判断し（Ｓ４４２）、サイドスティッキングが発生した場合には、サイドスティティングされた部分を溶かすことでサイドスティッキングドされた部分を除去する（Ｓ４５０）。一方、サイドスティッキングが発生しなかった場合には、スクリーン接触発生の有無を判断する（Ｓ４４４）。スクリーン接触が発生した場合には、第２移送手段１８０によってるつぼスクリーン１５２と第１上側断熱部１５４を引き上げることで行程距離を確保し（Ｓ４６０）、行程距離を確保した後にはＳ４３０段階を遂行する。例えば、るつぼスクリーン１５２と第１上側断熱部１５４のリフトオフ工程を遂行するのに必要な最小行程距離以上に引き上げることができる。例えば、リフトオフ工程を遂行するために必要な行程距離は少なくとも１０ｍｍ以上であることができる。

一方、スクリーン接触が発生しない場合には単結晶成長を続行する（Ｓ４１０）。

図６は他の実施例による単結晶成長法のフローチャートを示す。

図６を参照すれば、図１に示した単結晶成長装置を用いて単結晶を成長させる（Ｓ５１０）。

ついで、成長する単結晶の行程距離を測定し、測定された行程距離と既設定の距離基準値（ｙ）を比較する（Ｓ５２０）。

この際、単結晶の行程距離は単結晶とるつぼスクリーンの間の距離、例えば単結晶のネックとショルダーの間の境界面とるつぼスクリーンとの間の距離であることができる。

例えば、既設定の距離基準値は最大行程距離（ＴＣ、図３参照）の１０分の１であることができる。

測定された行程距離が既設定の基準値（ｙ）より大きな場合には、成長した単結晶の重さが既設定の基準重さに到逹したかを判断する（５３０）。例えば、既設定の基準重さは充填された原料物質の総重量であることができる。

成長した単結晶の重さが既設定の重さに到逹した場合には、成長した単結晶をるつぼ１１０から分離するリフトオフ（ｌｉｆｔ ｏｆｆ）工程を遂行する（Ｓ５４０）。

一方、成長した単結晶の重さが既設定の基準重さに到逹することができなかった場合には、単結晶を続けて成長させる（Ｓ５１０）。

測定された行程距離が既設定の距離基準値（ｙ）より小さいとか同じ場合には、第２移送手段１８０によってるつぼスクリーン１５２と第１上側断熱部１５４を引き上げることで行程距離を確保し（Ｓ５５０）、行程距離を確保した後にはＳ５３０段階を遂行する。

行程距離が既設定の距離基準値（ｙ）より大きくなるようにるつぼスクリーン１５２と第１上側断熱部１５４を引き上げることができる。

例えば、総行程距離（ＴＣ）が５０ｍｍの場合、既設定の距離基準値（ｙ）は５ｍｍであることができ、測定された行程距離が５ｍｍ以下の場合、行程距離が少なくとも１０ｍｍ以上となるようにるつぼスクリーン１５２と第１上側断熱部１５４を引き上げることができる。

図７は他の実施例による単結晶成長法のフローチャートを示す。

図７を参照すれば、図１に示した単結晶成長装置を用いて単結晶を成長させる（Ｓ６１０）。

ついで、成長する単結晶の重さを測定し、測定された単結晶の重さを既設定の重さ基準値ｋと比較する（Ｓ６２０）。

この際、既設定の重さ基準値ｋはショルダー（ｓｈｏｕｌｄｅｒ）の形成が完了した時点の単結晶の重さであることができる。例えば、既設定の重さ基準値ｋは充填された原料物質の総重量の１０％であることができる。

測定された単結晶の重さが既設定の重さ基準値ｋより小さい場合には単結晶成長を続行する（Ｓ６１０）。

一方、測定された単結晶の重さが既設定の重さ基準値ｋ以上の場合には、第２移送手段１８０によってるつぼスクリーン１５２と第１上側断熱部１５４を引き上げることで行程距離を確保する（Ｓ６３０）。

ついで、行程距離を確保した後には、成長した単結晶の重さが原料物質の既設定の基準重さに到逹したかを判断する（Ｓ６４０）。例えば、既設定の基準重さは充填された原料物質の総重量であることができる。

成長した単結晶の重さが既設定の重さに到逹した場合には、成長した単結晶をるつぼ１１０から分離するリフトオフ（ｌｉｆｔ ｏｆｆ）工程を遂行する（Ｓ６５０）。

一方、成長した単結晶の重さが既設定の基準重さに到逹することができなかった場合には単結晶を続けて成長させる（Ｓ６１０）。

図７に示した実施例においては、行程距離確保のためのるつぼスクリーン１５２と第１上側断熱部１５４の引き上げを単結晶のショルダー形成の完了後に遂行する。

るつぼスクリーン１５２と第１上側断熱部１５４を引き上げる場合、るつぼスクリーン１５２がるつぼから離隔するからるつぼスクリーン１５２とるつぼ１１０の間には隙間が生じ、生じた隙間を通じて熱が抜け出るため、るつぼ１１０内の溶融液Ｍの熱的均衡が崩れることができる。また、生じた隙間を通じて酸素が溶融液Ｍ内に流入することができるため、成長する単結晶の品質が落ちることができる。

しかし、単結晶のショルダー形成後には、るつぼスクリーン１５２と第１上側断熱部１５４を引き上げても既に形成されたショルダーによって、るつぼ１１０の外に熱が抜け出るとかるつぼ１１０内に酸素が流入することを遮断することができる。

したがって、図７に示した実施例は、単結晶のショルダー形成完了後に行程距離確保を確保することで、熱的均衡が崩れるとか酸素が流入することを抑制することができ、単結晶の品質が落ちることを防止することができる。

以上、実施例で説明した特徴、構造、効果などは本発明の少なくとも一つの実施例に含まれ、必ずしも一つの実施例にだけ限定されるものではない。さらに、各実施例で例示した特徴、構造、効果などは実施例が属する分野の通常の知識を持つ者によって他の実施例に対しても組合せまたは変形実施が可能である。したがって、このような組合せと変形に係わる内容は本発明の範囲に含まれるものに解釈されなければならないであろう。

実施例はウェハーの製造工程の単結晶成長工程に適用することができる。

Claims (15)

1. チャンバー；
   前記チャンバーの内部に設けられ、単結晶の成長原料である溶融液を収容するるつぼ；
   前記るつぼの上端に配置されるるつぼスクリーン（ｃｒｕｃｉｂｌｅ ｓｃｒｅｅｎ）；
   前記るつぼスクリーン上に配置される第１上側断熱部；
   前記第１上側断熱部から離隔し、前記第１上側断熱部上に配置される第２上側断熱部
   前記るつぼスクリーンと前記第１上側断熱部を一緒に上昇または下降させる移送手段；及び
   前記第１上側断熱部と前記第２上側断熱部の間の距離を調節するように前記移送手段を制御する制御部
   を含み、
   前記制御部は、成長する単結晶の行程距離を測定し、測定された行程距離を既設定の距離基準値と比較し、比較した結果に基づいて前記るつぼスクリーンと前記第１上側断熱部を一緒に上昇させるように前記移送手段を制御し、
   前記行程距離は、前記成長する単結晶を前記るつぼスクリーンに接触するまで引き上げることができる距離である
   ことを特徴とする、単結晶成長装置。
2. 前記測定された行程距離が、前記既設定の距離基準値以下の場合に、前記制御部は、前記るつぼスクリーンと前記第１上側断熱部を一緒に上昇させる
   ことを特徴とする、請求項１に記載の単結晶成長装置。
3. 前記既設定の距離基準値は、最大行程距離の１０分の１であり、前記最大行程距離は、前記るつぼスクリーンと、前記溶融液の界面の間の距離である
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載の単結晶成長装置。
4. 前記移送手段は、
   前記るつぼスクリーンと前記第１上側断熱部を一緒に縛る少なくとも一つのジグ（ｊｉｇ）；及び
   前記少なくとも一つのジグを上昇または下降させる昇降部を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の単結晶成長装置。
5. 前記少なくとも一つのジグは、
   前記るつぼスクリーンと前記第１上側断熱部を一緒に取り囲む結合部；及び
   前記第２上側断熱部を通過して一端は前記結合部に連結され、他端は前記昇降部に連結される支持部を含むことを特徴とする、請求項４に記載の単結晶成長装置。
6. 前記少なくとも一つのジグは複数であり、複数のジグは互いに離隔して位置することを特徴とする、請求項４に記載の単結晶成長装置。
7. 前記少なくとも一つのジグは、
   前記第１上側断熱部及び前記第２上側断熱部を通過して一端は前記るつぼスクリーンに連結され、他端は前記昇降部に連結されることを特徴とする、請求項４に記載の単結晶成長装置。
8. 前記測定された行程距離が、前記既設定の距離基準値より大きい場合に、前記制御部は、成長した単結晶の重さが既設定の基準重さに到達したかを判断し、前記既設定の基準重さは、前記成長原料の総重量である
   ことを特徴とする、請求項２に記載の単結晶成長装置。
9. 前記制御部は、
   前記成長する単結晶の重さを測定する重さ測定センサー；及び
   前記成長する単結晶と前記るつぼスクリーンの間の距離を測定する距離測定センサーを含むことを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の単結晶成長装置。
10. 前記制御部は、
    前記行程距離を測定する距離測定センサーを含む
    ことを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の単結晶成長装置。
11. 前記第１上側断熱部の下面は前記るつぼスクリーンの上面に接することを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載の単結晶成長装置。
12. 前記移送手段は、前記第１上側断熱部と前記第２上側断熱部の間の離隔した空間内で前記るつぼスクリーン及び前記第１上側断熱部を一緒に上昇または下降させることを特徴とする、請求項１から１１のいずれかに記載の単結晶成長装置。
13. 前記結合部は、
    前記第１上側断熱部の上面、前記るつぼスクリーンの外側面と前記第１上側断熱部の外側面、及び前記るつぼスクリーンの下面の少なくとも一部を取り囲むことを特徴とする、請求項５に記載の単結晶成長装置。
14. 前記制御部は、
    前記成長した単結晶の重さが前記既設定の基準重さに到逹した場合に、前記成長した単結晶を前記るつぼから分離するリフトオフ工程を遂行する
    ことを特徴とする、請求項８に記載の単結晶成長装置。
15. 前記制御部は、
    前記るつぼスクリーンと前記第１上側断熱部を一緒に引き上げることで前記行程距離を確保する
    ことを特徴とする、請求項２に記載の単結晶成長装置。

Images