JP6367469B2 - シードチャックおよびこれを含むインゴット成長装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリコンインゴット生産のためのシードチャックおよびこれを含むインゴット成長装置に関するものである。

シリコンウェハーは、半導体素子製造用シリコンウェハーの大口径化につれてチョクラルスキー（ＣＺ）工程（以下、「ＣＺ工程」と称する）により成長されたシリコン単結晶インゴットから製造されている。

ＣＺ工程は、石英坩堝にポリシリコンを入れて、石英坩堝を黒鉛坩堝で加熱してポリシリコンを溶融させ、溶融シリコンに種結晶を接触させる。その後、種結晶を回転させながら引き上げることによって界面で結晶化を起こすことができ、所望の直径のシリコン単結晶インゴットを成長させることができる。

ＣＺ工程によるインゴット成長時に石英坩堝の上側に熱が放出されるが、このように熱の放出が過度に多いと、熱損失および電力損失が大きくなって黒鉛坩堝に過度に熱が加えられる。したがって、黒鉛坩堝などの寿命が短縮され、インゴットの単価が上昇する恐れがある。

一方、種結晶を溶融シリコンに浸漬（ｄｅｅｐｉｎｇ）させる時、種結晶の下部温度が溶融シリコンの表面温度によって急激に上昇されながら熱衝撃（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｈｏｃｋ）が加えられる。このような熱衝撃は種結晶にせん断応力（ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｓｓ）を誘発させ、種結晶中の溶融シリコンに接触する部位に電位（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）が発生し、インゴットの品質が低下する恐れがある。

本発明は、簡単な構造でホットゾーン構造物を効率良く断熱して溶融シリコンの温度を測定できるシードチャック、およびこれを含むインゴット成長装置を提供することを目的とする。

本発明は、溶融シリコンでインゴットを成長させるための種結晶を収容するシードチャックにおいて、前記溶融シリコンの上側に熱が放出されることを遮断するネックカバーと、および前記ネックカバーの底面に配置され、前記種結晶を収容する固定部と、を含み、前記ネックカバーは昇降ケーブルが連結される上面と、前記底面と、前記上面と底面を連結する周囲面と、を含み、前記周囲面は前記底面と傾斜角を有して形成され、前記ネックカバーには前記溶融シリコンの測定のための測定部が開口される。

前記傾斜角は３９°〜４８°であり得る。

前記シードチャックは、前記ネックカバーの上面を含むアッパーボディと、前記ネックカバーの周囲面を含むセンターボディと、前記ネックカバーの底面を含むロアボディと、を含むことができ、前記アッパーボディとセンターボディは着脱可能に結合され、前記センターボディとロアボディは着脱可能に結合され得る。

前記ネックカバーは、円錐または円錐台の形状であり得る。

前記ネックカバーの内部は、空き空間で構成され得る。

本発明は、チャンバーと、前記チャンバー内に配置されてシリコンを収容するホットゾーン構造物と、前記ホットゾーン構造物を加熱するヒーターと、前記ホットゾーン構造物の外部に位置するアウター断熱体と、前記ホットゾーン構造物の上側に位置し、インゴットを通過させるためのホールが形成されたアッパー断熱体と、溶融シリコンでインゴットを成長させる種結晶を収容するシードチャックと、前記チャンバー上部に配置された温度センサーと、を含み、前記シードチャックは、前記ホールを選択的に遮蔽するネックカバーと、前記種結晶を収容する固定部と、を含み、前記ネックカバーは、前記温度センサーが溶融シリコンを測定できる測定部が開口される。

前記温度センサーは、前記ネックカバーの上側で前記測定部を通じて前記溶融シリコンを測定することができる。

前記温度センサーで測定されたデータにより前記溶融シリコンの温度を算出する制御部をさらに含むことができ、前記制御部は、測定周期の間測定された前記温度センサーのデータのうち、最大値を抽出して前記溶融シリコンの温度を算出することができる。

前記ネックカバーは、昇降ケーブルが連結されるケーブル連結部を含むアッパーボディと、前記溶融シリコンと向かい合う底面を含むロアボディと、前記底面と傾斜した周囲面を有するセンターボディを含む。

前記センターボディとロアボディのそれぞれには、前記測定部が開口され得る。

前記センターボディは、前記アッパーボディとロアボディのうち少なくとも一つと着脱可能に結合され得る。

前記測定部は、前記ネックカバーの外周に沿って弧の形状で形成された測定ホールであり得る。

前記測定ホールは、前記ネックカバーに複数個形成され得、前記ネックカバーは複数個の測定ホールの間に位置するブリッジを含むことができる。

前記ネックカバーは、流体を案内する周囲面と、前記溶融シリコンと向かい合う底面と、を含み、前記周囲面は前記底面と傾斜角を有し、前記傾斜角は３９°〜４８°であり得る。

前記ネックカバーは、前記底面と平行な上面をさらに含むことができる。

本発明は、メルティング工程時にネックカバーがアッパー断熱体のホールに位置することにより、アッパー断熱体のホールを通した熱損失を最小化することができ、簡単な構造でヒーターのパワーを減少させることができる利点がある。

また、ネックカバーが溶融シリコンの温度測定を妨害することなく、溶融シリコンの温度測定を助けることができるため、溶融シリコンの温度感知の信頼性を高めることができる利点がある。

また、ネックカバーが溶融シリコンの温度測定を妨害することがないため、ホットゾーン構造物の断熱性能を高めることができる最適の大きさのネックカバーを配置させることができ、ネックカバーの設計自由度を高めることができる利点がある。

また、ホットゾーン構造物の劣化を最小化でき、電力量を減少させてインゴット生産費用を減少させることができる。

また、ネックカバーがアッパー断熱体とともに溶融シリコンの上側の温度を上昇させることができ、溶融シリコン上に位置する種結晶を溶融シリコンの上側で加熱した後で溶融シリコンに浸漬させることができる。したがって、種結晶の浸漬時に発生され得る熱衝撃を最小化することができ、インゴットの品質を向上させることができる。

実施例に係るインゴット成長装置を示す図面。 実施例に係るシードチャックとアッパー断熱体を拡大して図示した図面。 ネックカバーの傾斜角によるヒーターのパワーの変化を図示したグラフ。 ネックカバー底面の外径によるヒーターのパワーの変化を図示したグラフ。 第１実施例に係るシードチャックの分離斜視図。 第１実施例に係るネックカバーの底面図。 第１実施例に係るネックカバーを通じて測定した温度センサーのデータを図示したグラフ。 第１実施例に係るネックカバーを通じて温度を測定する過程を図示した図面。 第１実施例が適用される前後のパワーおよび電力量を比較したグラフ。 第２実施例に係るネックカバーの底面図。 第３実施例に係るネックカバーの底面図。

以下では、本実施例について添付図面を参照して詳述する。ただし、本実施例が有する発明の思想の範囲は本実施例が開示する事項から定められるべきであり、本実施例が有する発明の思想は、提案される実施例に対して構成要素の追加、削除、変更などの実施の変形を含む。

図１は、実施例に係るインゴット成長装置を示す図面である。

図１を参照すると、インゴット成長装置１はチャンバー１０と、チャンバー１０内に配置されてシリコンを収容するホットゾーン構造物３０、３１と、ホットゾーン構造物３０、３１を加熱するヒーター３５と、ホットゾーン構造物３０、３１の外部に位置するアウター断熱体６０と、ホットゾーン構造物３０、３１の上側に位置してインゴットを通過させるホール（ｈ）が形成されたアッパー断熱体５０と、溶融シリコンでインゴットを成長させる種結晶を収容するシードチャック１００を含むことができる。

チャンバー１０は、インゴットが成長するための空間を提供することができる。

チャンバー１０は、上部チャンバー１１と、下部チャンバー１２を含むことができる。

上部チャンバー１１は、下部チャンバー１２の上部を覆うことができる。上部チャンバー１１には、インゴットが通過する通路部２０が形成され得る。通路部２０は上部チャンバー１１の上部に上下方向に長く形成され得る。

下部チャンバー１２は、上部チャンバー１１と結合され得る。下部チャンバー１２には、ホットゾーン構造物３０、３１と、ヒーター３５と、アウター断熱体６０と、アッパー断熱体５０が収容される空間が形成され得る。

インゴット成長装置１は、チャンバー１０の内部を観察するためにチャンバー１０を貫通するホールが具備されるとともに、チャンバー１０の密閉状態を維持するビューポート１４をさらに含むことができる。

ホットゾーン構造物３０、３１は、シリコンを収容できる石英坩堝３０を含むことができる。ホットゾーン構造物３０、３１は、石英坩堝３０を収容する黒鉛坩堝３１をさらに含むことができる。石英坩堝３０は石英からなるボウル形態であり、内部空間に多結晶シリコンを収容することができる。石英坩堝３０は黒鉛坩堝３１の内側に位置され、黒鉛坩堝３１に支持され得る。

インゴット成長装置１は、黒鉛坩堝３１を支持する支持台３３と、支持台３３を支持して支持台３３を回転および上下移動させることができる坩堝回転部３４をさらに含むことができる。坩堝回転部３４は、シードチャック１００が回転する時、黒鉛坩堝３１をシードチャック１００と反対方向に回転させるとともに上昇させることができる。

ヒーター３５は、ホットゾーン構造物３０、３１に熱を加えるように設置され得る。ヒーター３５は、黒鉛坩堝３１の外側を囲むように配置され得る。ヒーター３５は、黒鉛坩堝３１に熱を加えることによって、石英坩堝３０に収容された多結晶シリコンを溶融させることができる。ヒーター３５は、黒鉛坩堝３１を加熱することができ、ヒーター３５により加熱された黒鉛坩堝３１は、石英坩堝３０を加熱することができる。

インゴット成長装置１は、インゴットを冷却するための冷却管４０をさらに含むことができる。冷却管４０は、チャンバー１０内部に配置され得、インゴットは、冷却管４０を通過しながら冷却され得る。冷却管４０は、一部が通路部２０に位置するように配置され得る。冷却管４０の下部は、下部チャンバー１２の内側に位置するように配置され得る。

アッパー断熱体５０は、石英坩堝３０の上側に位置され得る。アッパー断熱体５０はチャンバー１０に具備された断熱体サポーター５１に載置されて設置され得る。アッパー断熱体５０は中央部５２と、角部５３と、連結部５４を含むことができる。アッパー断熱体５０は、少なくとも１回折り曲げられた形状で形成され得る。

中央部５２は、石英坩堝３０の内部に位置され得る。中央部５２は、連結部５４の下部に形成され得、下部に行くほど大きさが次第に小さくなる筒状に形成され得る。中央部５２の底面は、シリコンと向かい合うことができる。

角部５３は、石英坩堝３０の外部に位置され得る。角部５３は、連結部５４の上部に形成され得、リング状に形成され得る。

連結部５４は、中央部５２と角部５３を連結するように形成され得る。連結部５４は、下部に行くほど大きさが次第に小さくなる筒状に形成され得る。連結部５４は、ネックカバー１１０より大きく形成され得る。

アッパー断熱体５０のホール（ｈ）は、溶融シリコンから成長するインゴットが通過するために形成され得る。アッパー断熱体５０のホール（ｈ）は、製造しようとするインゴットより大きく形成され得る。アッパー断熱体５０のホール（ｈ）は、アッパー断熱体５０の中央部５２に形成され得る。アッパー断熱体５０のホール（ｈ）は、円形の形状であり得る。

アッパー断熱体５０は、アウター断熱体６０とともに、ホットゾーン構造物３０、３１と、ヒーター３５を囲んで断熱することができる。アウター断熱体６０は、ホットゾーン構造物３０、３１の横方向に放出される熱を断熱する熱遮蔽材であり得、アッパー断熱体５０は、ホットゾーン構造物３０、３１の上側方向に放出される熱を断熱する熱遮蔽材であり得る。

アッパー断熱体５０の下部は、石英坩堝３０の内部に挿入されるように配置され得る。アッパー断熱体５０は、連結部５４の一部と中央部５２が石英坩堝３０の内部に位置するように設置され得る。

アウター断熱体６０は、ヒーター３５の外部に配置され得る。アウター断熱体６０は、ヒーター３５の外側周りに配置され得る。アウター断熱体６０は、ヒーター３５とチャンバー１０の間に位置するように配置され得る。アウター断熱体６０は、中空の筒状に形成され得る。

インゴット成長装置１は、チャンバー１０の上部からチャンバー１０の内部に、不活性ガス（Ｇ）を供給する不活性ガス供給部７０をさらに含むことができる。不活性ガス供給部７０は、通路部２０に連通するように形成され得、不活性ガス（Ｇ）は、不活性ガス供給部７０を通じて通路部２０に供給され得、通路部２０を通過した後アッパー断熱体５０を通過することができる。

インゴット成長装置１は、溶融シリコンを測定する温度センサ９０をさらに含むことができる。温度センサ９０は、チャンバー１０の上部に配置され得る。温度センサ９０は、溶融シリコンの温度を測定するために設置され得る。温度センサ９０は、溶融シリコンと離隔した位置で、溶融シリコンの温度を測定できる非接触式温度センサであり得る。温度センサ９０は、赤外線センサや紫外線センサーで構成され得、測定対象である溶融シリコンと非接触の状態で溶融シリコンの温度を測定することができる。

シードチャック１００は、ホール（ｈ）を選択的に遮蔽するネックカバー１１０と、種結晶を収容する固定部１２０を含むことができる。

ネックカバー１１０は、昇降ケーブル１０６に連結され得る。ネックカバー１１０は、昇降ケーブル１０６により昇降され得る。ネックカバー１１０は、アッパー断熱体５０のホール（ｈ）に位置する時、アッパー断熱体５０のホール（ｈ）を遮蔽することができ、アッパー断熱体５０のホール（ｈ）の上に上昇した時、アッパー断熱体５０のホール（ｈ）を開放することができる。

ネックカバー１１０は、アッパー断熱体５０のホール（ｈ）より小さい大きさで形成され得る。ネックカバー１１０は、ホール（ｈ）より大きさが小さく、ホール（ｈ）に位置する時、ホール（ｈ）の一部を遮蔽することができる。ネックカバー１１０は、ホール（ｈ）に位置する時、ホール（ｈ）全体を遮蔽しないで一部だけを遮蔽することができる。

ネックカバー１１０の昇降位置により、ホール（ｈ）の開放程度が異なり得、ホール（ｈ）の開放面積は、ネックカバー１１０の位置によって調節され得る。

多結晶シリコンがメルティングされるとき、ケーブル駆動部１０８は、ネックカバー１１０をアッパー断熱体５０のホール（ｈ）に位置させることができ、ホール（ｈ）を通じて放出される熱は最小化され得る。すなわち、ネックカバー１１０は、アッパー断熱体５０のホール（ｈ）を通した熱放出を最小化することができ、石英坩堝３０の上側から放出される熱は、アッパー断熱体５０およびネックカバー１１０により最小化され得る。

アッパー断熱体５０のホール（ｈ）にネックカバー１１０を具備しない場合、アッパー断熱体５０のホール（ｈ）を通した熱損失が大きいことがある。多結晶シリコンを、溶融シリコンでメルティングする過程で発生した熱は、アッパー断熱体５０のホール（ｈ）を通じてアッパー断熱体５０のホール（ｈ）上側に放出され得るが、このように放出された熱が過度に多い場合、全体的なメルティング工程時間が長くなり、電力損失が大きくなり、ホットゾーン構造物３０、３１の劣化が激しくなり得る。

一方、ネックカバー１１０を具備する場合、ネックカバー１１０は、アッパー断熱体５０のホール（ｈ）の一部を塞ぐので、アッパー断熱体５０のホール（ｈ）を通じて熱が過度に放出されることを防止することができる。

ネックカバー１１０が、ホール（ｈ）の一部を塞がない場合、種結晶（Ｓ）が溶融シリコンに浸漬される時、種結晶（Ｓ）と溶融シリコンの温度差によって種結晶（Ｓ）に加えられる熱衝撃が大きくなり得、インゴットに電位が発生する可能性がある。

もう一方で、ネックカバー１１０が、ホール（ｈ）の一部を塞ぐ場合、ホール（ｈ）と溶融シリコンの間の空間の温度は、ネックカバー１１０がホール（ｈ）の一部を塞がない場合より高くなり得、種結晶（Ｓ）は、ネックカバー１１０と溶融シリコンの間の空間で溶融シリコンに類似した温度に昇温された後、溶融シリコンに浸漬され得る。すなわち、種結晶（Ｓ）と溶融シリコンの温度差は最小化され得、インゴットに発生する電位は最小化され得る。

昇降ケーブル１０６は、シードチャック１００を回転および昇降させることができる。昇降ケーブル１０６は、ネックカバー１１０を回転および昇降させることができ、ネックカバー１１０の下部に配置された固定部１２０は、ネックカバー１１０とともに回転および昇降され得る。

インゴット成長装置は、昇降ケーブル１０６を作動させるケーブル駆動部１０８を含むことができる。

ケーブル駆動部１０８は、チャンバー１０の上側に配置され得る。ケーブル駆動部１０８は、昇降ケーブル１０６を巻き取ることができる。ケーブル駆動部１０８は、昇降ケーブル１０６を巻き出してシードチャック１００をシリコンに近接させて下降させることができる。この場合、シードチャック１００に収容された種結晶（Ｓ）は、溶融シリコンに浸漬され得る。ケーブル駆動部１０８は、昇降ケーブル１０６を巻き取ることができ、シードチャック１００を回転とともに上昇させてインゴットを成長させることができる。

ケーブル駆動部１０８は、メルティング工程時にネックカバー１１０がアッパー断熱体５０のホール（ｈ）に位置するように、昇降ケーブル１０６を作動させることができる。

ネックカバー１１０は、昇降ケーブル１０６によって移動する移動遮蔽体であり得、アッパー断熱体５０のホール（ｈ）の開放面積を調節できる移動調節器であり得る。

ケーブル駆動部１０８は、断熱性能とインゴット品質を考慮した最適の位置にネックカバー１１０を昇降させることができる。

固定部１２０は、ネックカバー１１０の下部に配置され得る。固定部１２０は石英坩堝３０の上側に位置され得、溶融シリコンからインゴットを成長させるための種結晶（Ｓ）を収容することができる。固定部１２０は、ネックカバー１１０を通じて昇降ケーブル１０６に連結されることが可能であり、昇降ケーブル１０６に直接連結されることも可能であることはいうまでもない。

図２は、実施例に係るシードチャックとアッパー断熱体を拡大して図示した図面である。

ネックカバー１１０は、流体を案内する周囲面１１１と、溶融シリコンと向かい合う底面１１２を含むことができる。

ネックカバー１１０は、ホール（ｈ）に位置され得、このとき、周囲面１１１は、図１に図示された不活性ガス供給部７０を通じて供給されたガスを、ネックカバー１１０とアッパー断熱体５０の間に案内することができる。

すなわち、図１に図示された不活性ガス供給部７０を通じて供給されたガスは、周囲面１１１にそって案内された後、ネックカバー１１０とアッパー断熱体５０の間に流動され得る。

ネックカバー１１０の周囲面１１１は、底面１１２に対して所定角度傾斜して形成され得る。不活性ガス供給部７０を通じて供給された不活性ガスは、ネックカバー１１０の傾斜した周囲面１１１に沿って案内され得、ネックカバー１１０とアッパー断熱体５０の間を通過した後、溶融シリコンに向かって円滑に流動され得る。すなわち、周囲面１１１は、底面１１２と傾斜角（θ）を有することができる。

一方、ネックカバー１１０は、アッパー断熱体５０のホール（ｈ）形状に対応する形状を有することができる。アッパー断熱体５０のホール（ｈ）が円形の場合、ネックカバー１１０の底面１１２の直径は、アッパー断熱体５０のホール（ｈ）の直径より小さいこともある。ネックカバー１１０がアッパー断熱体５０のホール（ｈ）に位置した時、ネックカバー１１０の外周とアッパー断熱体５０は、互いに離隔距離（ｄ）を置いて離隔され得る。ネックカバー１１０は、アッパー断熱体５０と衝突および干渉しないこともある。

アッパー断熱体５０のホール（ｈ）が円形であるとき、ネックカバー１１０は、円錐形状または円錐台の形状に形成され得、ネックカバー１１０は、ホール（ｈ）の一部を遮蔽することができる。ネックカバー１１０の内部には空き空間が形成され得る。

ネックカバー１１０は、グラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）で形成され得る。ネックカバー１１０の底面は、熱分解炭素コート層がコーティングされ得、断熱能力を向上させることができる。

ネックカバー１１０がアッパー断熱体５０のホール（ｈ）に位置する時のホール周辺の温度分布と、ネックカバー１１０がアッパー断熱体５０のホール（ｈ）で第１高さ（例えば４０ｍｍ）に上昇した時のホール周辺の温度分布と、ネックカバー１１０が第１高さより高い第２高さ（例えば８０ｍｍ）に上昇した時のホール周辺の温度分布と、は互いに異なり得る。

ヒーター３５のパワーは、ネックカバー１１０がアッパー断熱体５０のホール（ｈ）に位置する時、最小であり得、ネックカバー１１０がアッパー断熱体５０のホール（ｈ）の上側に上昇するほど増大され得る。

ヒーター３５のパワーは、ホットゾーン構造物３０、３１の温度測定によって決定され得、ヒーター３５のパワーが減少したことは、ネックカバー１１０によりホットゾーン構造物３０、３１の温度が十分に高いことを意味し、ヒーター３５のパワーが減少した程度は、ネックカバー１１０により断熱能力が向上された程度を意味し得る。

インゴット成長装置は、メルティング工程時にネックカバー１１０をアッパー断熱体５０のホール（ｈ）に位置させることが最も好ましい。

固定部１２０は、ネックカバー１１０の底面１１２に配置され得る。固定部１２０は、ネックカバー１１０の底面１１２で突出するように位置され得る。固定部１２０には、種結晶（Ｓ）が収容される収容溝が具備され得る。そして、収容溝には、種結晶（Ｓ）を堅固に固定させるための固定溝が形成され得る。そして、固定部１２０はグラファイトで形成され得、熱分解炭素コート層がコーティングされることもあり、断熱能力を向上させることができる。

一方、ネックカバー１１０周辺の熱分布は、ネックカバー１１０の傾斜角（θ）により互いに異なり得る。

図３は、ネックカバー１１０の傾斜角（θ）によるヒーター３５のパワーの変化を示すグラフである。

図３を参照すると、ネックカバー１１０の傾斜角（θ）が３９°未満である場合、ネックカバー１１０による断熱能力が低いためヒーター３５のパワーが大きく、ネックカバー１１０の傾斜角（θ）が４８°を超える場合、ネックカバー１１０の断熱能力が低いためヒーター３５のパワーが急激に上昇することを確認することができる。ネックカバー１１０の傾斜角（θ）は、３９°〜４８°の間が好ましい。

図４は、ネックカバー底面の外径の変化によるヒーターのパワーの変化を示すグラフである。

図４を参照すると、ネックカバー１１０の外径が２００ｍｍ以下の場合、ヒーター３５のパワーが次第に減少することを確認でき、ネックカバー１１０の外径は２００ｍｍ以上であることが好ましいが、これに限定されない。

一方、ネックカバー１１０の外径がホール（ｈ）の大きさより大きい場合、ネックカバー１１０は、アッパー断熱体５０と衝突および干渉され得、ネックカバー１１０は、アッパー断熱体５０のホール（ｈ）より小さいことが好ましい。

図５は、第１実施例に係るシードチャックの分離斜視図で、図６は第１実施例に係るネックカバーの底面図である。

図５を参照すると、ネックカバー１１０は、底面１１２と平行な上面１１３をさらに含むことができる。

ネックカバー１１０は、周囲面１１１、底面１１２および上面１１３を含むことができ、全体的な形状が円錐台の形状であり得る。

ネックカバー１１０には、昇降ケーブル１０６が連結されるケーブル連結部１１４が具備され得る。ケーブル連結部１１４は、ネックカバー１１０の上部に具備され得る。ケーブル連結部１１４は、昇降ケーブル１０６が連結され得る溝を含むことができる。

ネックカバー１１０は、複数個の部材の結合体で構成され得、各構成は着脱可能に形成され得る。

ネックカバー１１０は、アッパーボディ１１５と、周囲面１１１を含むセンターボディ１１６と、底面１１２を含むロアボディ１１７を含むことができる。

アッパーボディ１１５と、センターボディ１１６およびロアボディ１１７のそれぞれは、所定の厚さを有して形成され得、ネックカバー１１０は、アッパーボディ１１５と、センターボディ１１６およびロアボディ１１７が結合されたときに内部に空き空間が形成され得る。

アッパーボディ１１５の上面は、ネックカバー１１０の上面１１３となり得、アッパーボディ１１５にはケーブル連結部１１４が具備され得る。

センターボディ１１６は、下部に行くほど直径が次第に増加する円錐台の形状であり得る。

センターボディ１１６は、アッパーボディ１１５とロアボディ１１７のうち、少なくとも一つと着脱可能に結合され得る。アッパーボディ１１５とセンターボディ１１６のうち、いずれか一つには雄螺子が形成され得、他の一つには雄螺子と結合する雌螺子が形成され得、アッパーボディ１１５とセンターボディ１１６は螺子結合され得る。

センターボディ１１６とロアボディ１１７のうち、いずれか一つには雄螺子が形成され得、他の一つには雄螺子と結合する雌螺子が形成され得、センターボディ１１６とロアボディ１１７は螺子結合され得る。

ロアボディ１１７には、固定部１２０が貫通するように配置される固定部貫通孔１１８が形成され得る。

一方、図１に図示された温度センサ９０は、光を溶融シリコンに照射することができ、溶融シリコンから反射して帰ってくる光をセンシングして溶融シリコンの温度を測定することができる。

ネックカバー１１０は、一部が温度センサ９０と溶融シリコンの間に位置され得るが、ネックカバー１１０は、温度センサ９０が溶融シリコンの温度を測定することができるように形成され得る。

ネックカバー１１０には、溶融シリコンの測定のための測定部１３０が開口され得る。ネックカバー１１０には、温度センサ９０が溶融シリコンを測定できる測定部１３０が開口され得る。測定部１３０は、ネックカバー１１０のうち温度センサ９０と向かい合うことができる位置に開口され得る。測定部１３０は、ネックカバー１１０に溝の形状またはホールの形状で形成され得る。

温度センサ９０は、ネックカバー１１０の上側で測定部１３０を通じて溶融シリコンの温度を測定できる、赤外線センサまたは紫外線センサであり得る。温度センサ９０から照射された光は、測定部１３０を通過して溶融シリコンに照射され得、溶融シリコンで反射した光を通じて溶融シリコンの温度を測定することができる。

温度センサ９０は、測定部１３０を通じて認識された溶融シリコンの明るさを認識して、溶融シリコンの温度を測定することができる。

測定部１３０は、センターボディ１１６と、ロアボディ１１７のそれぞれに開口され得る。測定部１３０は、センターボディ１１６の外周に形成された開口溝と、ロアボディ１１７の外周に形成された開口溝を含むことができる。

一方、ネックカバー１１０は回転することができ、ネックカバー１１０の回転時、測定部１３０は、温度センサ９０と対向する位置と、対向しない位置にあり得る。

温度センサ９０が温度を測定する時期は、測定部１３０を通じて溶融シリコンの温度を測定する時期と、ネックカバー１１０の温度を測定する時期に区分され得る。温度センサ９０で測定されたデータは、測定部１３０を通じて測定した溶融シリコンの温度データと、ネックカバー１１０の温度データが混在され得、このうち測定部１３０を通じて測定された溶融シリコンの温度データだけを取り出すことが好ましい。

インゴット成長装置は、各構成を制御できる制御部（９１、図１参照）をさらに含むことができる。制御部９１は、温度センサ９０で測定されたデータにより溶融シリコンの温度を算出することができる。

制御部９１は、測定周期の間、測定された温度センサ９０のデータのうち最大値を抽出して溶融シリコンの温度を算出することができる。

温度センサ９０は、制御部９１と連結され得、制御部９１は、温度センサ９０から測定されたデータをリアルタイムで収集して溶融シリコンの温度を算出することができる。

図７は、第１実施例に係るネックカバーを通じて測定した温度センサーのデータが図示されたグラフである。

第１実施例のネックカバー１１０は、測定部１３０が２つ形成されており、ネックカバー１１０は、１回転（ｒｏｔａｔｉｏｎ）するたびに２つの区間で測定部１３０を通じて溶融シリコンの温度を測定することができる。

図７を参照すれば、温度センサ９０で測定された溶融シリコンの温度（ＡＤＣ）は、時間によってピーク（ｐｅａｋ）値を有して揺動することを確認できる。これは測定部１３０を通じて溶融シリコンの温度が測定される時に高い温度が算出され、ネックカバー１１０のうち測定部１３０以外の温度が測定される時に低い温度が算出されるためである。

制御部９１は、温度センサ９０で測定される温度からピーク値を溶融シリコンの温度に算出することができる。制御部９１は、ハイパスフィルタまたは最大値（Ｍａｘ）処理器を利用して、温度センサ９０で測定されたデータ値から溶融シリコンの温度値を抽出することができる。

図８は、第１実施例に係るネックカバーを通じて温度を測定する過程が図示された図面である。

インゴット成長装置１は、ネックカバー１１０の測定部１３０を利用して、より精密に溶融シリコンの温度を測定することができる。図８を参照すると、温度センサ９０が測定する方向（または位置）は同じである。ネックカバー１１０が回転することによって溶融シリコンの温度を測定することができ、ネックカバー１１０の温度を測定することができる。

温度センサ９０が溶融シリコンの実際の温度を測定する周期は、下記の数式で求めることができる。

ここで、Ｔは測定周期（ｓｅｃ）であり、ｒはＳｅｅｄ Ｃｈｕｃｋ ｒｏｔａｔｉｏｎ（ＲＰＭ）であり、ｎは測定部の個数である。

測定部１３０の個数により測定周期が算出されるために、測定部１３０が複数個で構成される場合、各測定部１３０は互いに一定の距離で離隔して形成され得る。

制御部９１は、温度センサ９０のデータで、溶融シリコンの温度を測定時点から測定周期ごとにデータを抽出して、溶融シリコンの温度を測定することができる。

制御部９１は、溶融シリコンの温度が測定された時点に、最大温度を一つの測定周期区間の間、溶融シリコンの温度として算出することができる。制御部９１は、溶融シリコンの温度を測定して、その時の最大温度を一つの測定周期の間の溶融シリコンの温度として出力することができる。制御部９１は、測定周期が過ぎた時点で最大温度を再測定し、次の測定周期区間の溶融シリコンの温度として出力することができる。これをハイパスフィルタ技術と定義する。

制御部９１は、ハイパスフィルタ技術を通じて溶融シリコンの温度を正確に測定することができる。

図９（ａ）は、第１実施例が適用される前後のパワーを比較したグラフであり、図９（ｂ）は、電力量を比較したグラフである。

制御部９１は、測定部１３０を通じて溶融シリコンの温度を正確に測定した時、ヒーター３５に加減するパワーを正確に算出することができ、それによりヒーター３５を制御することができる。

図９に図示された「変更前」は、本発明のネックカバー１１０およびハイパスフィルタ技術が適用されていない場合であり、図９に図示された「変更後」は、本発明のネックカバー１１０およびハイパスフィルタ技術が適用された場合である。

ネックカバー１１０が適用されて熱損失が減少し、制御部９１がハイパスフィルタ技術を利用する溶融シリコンの温度を正確に算出することによって、パワーおよび電力量が減少することを確認することができる。

図１０は、第２実施例に係るネックカバーの底面図である。

第２実施例のネックカバー１１０と測定部１３０’は、第１実施例のネックカバー１１０と測定部１３０の形状が相異し、第１実施例と共通の構成に対する詳細な説明は省略する。

第２実施例のネックカバー１１０は、測定部１３０’の形状がホール形状であり得る。第２実施例の測定部１３０’は、センターボディ１１６およびロアボディ１１７のそれぞれにホールの形状で形成され得、温度センサ９０の測定地点の位置および大きさに対応して形成され得る。

第２実施例の測定部１３０’は、第１実施例の測定部１３０に比べて開放面積が小さいこともあり得、ネックカバー１１０の断熱程度をより向上させることができる。

図１１は、第３実施例に係るネックカバーの底面図である。

第３実施例のネックカバー１１０は、第１実施例の測定部１３０および第２実施例のネックカバー１１０の測定部１３０’の形状を変形したもので、第１実施例や第２実施例と共通の構成に対する詳細な説明は省略する。

第３実施例のネックカバー１１０に形成された測定部は、ネックカバー１１０の外周に沿って弧の形状で形成された少なくとも一つの測定ホール１３０”であり得る。

測定ホールは、ネックカバー１１０に複数個形成され得、ネックカバー１１０は複数個の測定ホール１３０”の間に位置するブリッジ１６０を含むことができる。

ブリッジ１６０は、ネックカバー１１０の外周縁を支持するために、一対の測定ホール１３０”の間に位置することができる。

チャンバー１０の上部に位置した温度センサ９０は、弧の形状の測定ホール１３０”を通じて溶融シリコンの温度を測定することができる。

第３実施例は、ブリッジ１６０を除いて、温度センサ９０が溶融シリコンの温度を測定できるようにすることができ、溶融シリコンの温度を感知できる時間を第２実施例より長くすることができ、溶融シリコンのより正確な温度測定が可能である長所がある。

以上、実施例に説明された特徴、構造、効果などは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のみ限定されるものではない。さらに、各実施例にて例示された特徴、構造、効果などは、実施例が属する分野の通常の知識を有する者によって他の実施例に対しても組合せまたは変形されて実施可能である。したがって、このような組合せと変形に関係した内容は実施例の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

以上、実施例を中心に説明したがこれは単なる例示に過ぎず、実施例を限定するものではなく、実施例が属する分野の通常の知識を有した者であれば本実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲で、以上で例示されていない多様な変形と応用が可能であることが理解できるであろう。例えば、実施例に具体的に示された各構成要素は変形して実施できるものである。そして、このような変形と応用に関係した差異点は、添付の特許請求の範囲で設定する実施例の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

[付記]
[付記１]
溶融シリコンでインゴットを成長させるための種結晶を収容するシードチャックにおいて、
前記溶融シリコンの上側に熱が放出されることを遮断するネックカバーと、
前記ネックカバーの底面に配置され、前記種結晶を収容する固定部と、を含み、
前記ネックカバーは、昇降ケーブルが連結される上面と、前記底面と、前記上面と底面を連結する周囲面を含み、前記周囲面は前記底面と傾斜角を有して形成され、
前記ネックカバーには前記溶融シリコンの測定のための測定部が開口された、
シードチャック。

[付記２]
前記傾斜角は３９°〜４８°である、
付記１に記載のシードチャック。

[付記３]
前記シードチャックは、
前記ネックカバーの上面を含むアッパーボディと、
前記ネックカバーの周囲面を含むセンターボディと、
前記ネックカバーの底面を含むロアボディを含み、
前記アッパーボディとセンターボディは、着脱可能に結合され、前記センターボディとロアボディは着脱可能に結合された、
付記１に記載のシードチャック。

[付記４]
前記ネックカバーは、円錐または円錐台の形状を有する、
付記１に記載のシードチャック。

[付記５]
前記ネックカバーの内部は、空き空間で構成される、
付記１に記載のシードチャック。

[付記６]
チャンバーと、
前記チャンバー内に配置されてシリコンを収容するホットゾーン構造物と、
前記ホットゾーン構造物を加熱するヒーターと、
前記ホットゾーン構造物の外部に位置するアウター断熱体と、
前記ホットゾーン構造物の上側に位置し、インゴットを通過させるためのホールが形成されたアッパー断熱体と、
溶融シリコンでインゴットを成長させる種結晶を収容するシードチャックと、
前記チャンバー上部に配置された温度センサーと、を含み、
前記シードチャックは、
前記ホールを選択的に遮蔽するネックカバーと、
前記種結晶を収容する固定部と、を含み、
前記ネックカバーは、前記温度センサーが溶融シリコンを測定できる測定部が開口された、
インゴット成長装置。

[付記７]
前記温度センサーは、前記ネックカバーの上側で前記測定部を通じて前記溶融シリコンを測定する、
付記６に記載のインゴット成長装置。

[付記８]
前記温度センサーで測定されたデータにより前記溶融シリコンの温度を算出する制御部をさらに含み、
前記制御部は、測定周期の間測定された前記温度センサーのデータのうち、最大値を抽出して前記溶融シリコンの温度を算出する、
付記６に記載のインゴット成長装置。

[付記９]
前記ネックカバーは、
昇降ケーブルが連結されるケーブル連結部を含むアッパーボディと、
前記溶融シリコンと向かい合う底面を含むロアボディと、
前記底面と傾斜した周囲面を有するセンターボディと、を含む、
付記６に記載のインゴット成長装置。

[付記１０]
前記センターボディとロアボディのそれぞれには、前記測定部が開口された、
付記９に記載のインゴット成長装置。

[付記１１]
前記センターボディは、前記アッパーボディとロアボディのうち少なくとも一つと着脱可能に結合された、
付記９に記載のインゴット成長装置。

[付記１２]
前記測定部は、前記ネックカバーの外周に沿って弧の形状で形成された測定ホールである、
付記６に記載のインゴット成長装置。

[付記１３]
前記測定ホールは、前記ネックカバーに複数個形成され、
前記ネックカバーは、複数個の測定ホールの間に位置するブリッジを含む、
付記１２に記載のインゴット成長装置。

[付記１４]
前記ネックカバーは、
流体を案内する周囲面と、
前記溶融シリコンと向かい合う底面と、を含み、
前記周囲面は前記底面と傾斜角を有し、
前記傾斜角は３９°〜４８°である、
付記６に記載のインゴット成長装置。

[付記１５]
前記ネックカバーは、前記底面と平行な上面をさらに含む、
付記１４に記載のインゴット成長装置。

産業上利用の可能性

本発明によれば、ネックカバーが溶融シリコンの上側に熱が放出されることを遮断しつつ、溶融シリコンの温度測定を助けることができるため、エネルギーを最小化しながらも高品質のインゴットを生産することができ、産業的利用価値が高いと言える。

Claims (13)

1. 溶融シリコンでインゴットを成長させるための種結晶を収容するシードチャックにおいて、
   前記溶融シリコンの上側に熱が放出されることを遮断するネックカバーと、
   前記ネックカバーの底面に配置され、前記種結晶を収容する固定部と、を含み、
   前記ネックカバーは、昇降ケーブルが連結される上面と、前記底面と、前記上面と底面を連結する周囲面を含み、前記周囲面は前記底面と傾斜角を有して形成され、
   前記ネックカバーには前記溶融シリコンの測定のための測定部が開口され、
   前記傾斜角は３９°〜４８°である、
   シードチャック。
2. 溶融シリコンでインゴットを成長させるための種結晶を収容するシードチャックにおいて、
   前記溶融シリコンの上側に熱が放出されることを遮断するネックカバーと、
   前記ネックカバーの底面に配置され、前記種結晶を収容する固定部と、を含み、
   前記ネックカバーは、昇降ケーブルが連結される上面と、前記底面と、前記上面と底面を連結する周囲面を含み、前記周囲面は前記底面と傾斜角を有して形成され、
   前記ネックカバーには前記溶融シリコンの測定のための測定部が開口され、
   前記シードチャックは、
   前記ネックカバーの上面を含むアッパーボディと、
   前記ネックカバーの周囲面を含むセンターボディと、
   前記ネックカバーの底面を含むロアボディを含み、
   前記アッパーボディとセンターボディは、着脱可能に結合され、前記センターボディとロアボディは着脱可能に結合された、
   シードチャック。
3. 前記ネックカバーは、円錐または円錐台の形状を有する、
   請求項１に記載のシードチャック。
4. 前記ネックカバーの内部は、空き空間で構成される、
   請求項１に記載のシードチャック。
5. チャンバーと、
   前記チャンバー内に配置されてシリコンを収容するホットゾーン構造物と、
   前記ホットゾーン構造物を加熱するヒーターと、
   前記ホットゾーン構造物の外部に位置するアウター断熱体と、
   前記ホットゾーン構造物の上側に位置し、インゴットを通過させるためのホールが形成されたアッパー断熱体と、
   溶融シリコンでインゴットを成長させる種結晶を収容するシードチャックと、
   前記チャンバー上部に配置された温度センサーと、を含み、
   前記シードチャックは、
   前記ホールを選択的に遮蔽するネックカバーと、
   前記種結晶を収容する固定部と、を含み、
   前記ネックカバーは、前記温度センサーが溶融シリコンを測定できる測定部が開口され、
   前記温度センサーで測定されたデータにより前記溶融シリコンの温度を算出する制御部をさらに含み、
   前記制御部は、測定周期の間測定された前記温度センサーのデータのうち、最大値を抽出して前記溶融シリコンの温度を算出する、
   インゴット成長装置。
6. 前記温度センサーは、前記ネックカバーの上側で前記測定部を通じて前記溶融シリコンを測定する、
   請求項５に記載のインゴット成長装置。
7. 前記ネックカバーは、
   昇降ケーブルが連結されるケーブル連結部を含むアッパーボディと、
   前記溶融シリコンと向かい合う底面を含むロアボディと、
   前記底面と傾斜した周囲面を有するセンターボディと、を含む、
   請求項５に記載のインゴット成長装置。
8. 前記センターボディとロアボディのそれぞれには、前記測定部が開口された、
   請求項７に記載のインゴット成長装置。
9. チャンバーと、
   前記チャンバー内に配置されてシリコンを収容するホットゾーン構造物と、
   前記ホットゾーン構造物を加熱するヒーターと、
   前記ホットゾーン構造物の外部に位置するアウター断熱体と、
   前記ホットゾーン構造物の上側に位置し、インゴットを通過させるためのホールが形成されたアッパー断熱体と、
   溶融シリコンでインゴットを成長させる種結晶を収容するシードチャックと、
   前記チャンバー上部に配置された温度センサーと、を含み、
   前記シードチャックは、
   前記ホールを選択的に遮蔽するネックカバーと、
   前記種結晶を収容する固定部と、を含み、
   前記ネックカバーは、前記温度センサーが溶融シリコンを測定できる測定部が開口され、
   前記ネックカバーは、
   昇降ケーブルが連結されるケーブル連結部を含むアッパーボディと、
   前記溶融シリコンと向かい合う底面を含むロアボディと、
   前記底面と傾斜した周囲面を有するセンターボディと、を含み、
   前記センターボディは、前記アッパーボディとロアボディのうち少なくとも一つと着脱可能に結合された、
   インゴット成長装置。
10. 前記測定部は、前記ネックカバーの外周に沿って弧の形状で形成された測定ホールである、
    請求項５に記載のインゴット成長装置。
11. 前記測定ホールは、前記ネックカバーに複数個形成され、
    前記ネックカバーは、複数個の測定ホールの間に位置するブリッジを含む、
    請求項１０に記載のインゴット成長装置。
12. チャンバーと、
    前記チャンバー内に配置されてシリコンを収容するホットゾーン構造物と、
    前記ホットゾーン構造物を加熱するヒーターと、
    前記ホットゾーン構造物の外部に位置するアウター断熱体と、
    前記ホットゾーン構造物の上側に位置し、インゴットを通過させるためのホールが形成されたアッパー断熱体と、
    溶融シリコンでインゴットを成長させる種結晶を収容するシードチャックと、
    前記チャンバー上部に配置された温度センサーと、を含み、
    前記シードチャックは、
    前記ホールを選択的に遮蔽するネックカバーと、
    前記種結晶を収容する固定部と、を含み、
    前記ネックカバーは、前記温度センサーが溶融シリコンを測定できる測定部が開口され、
    前記ネックカバーは、
    流体を案内する周囲面と、
    前記溶融シリコンと向かい合う底面と、を含み、
    前記周囲面は前記底面と傾斜角を有し、
    前記傾斜角は３９°〜４８°である、
    インゴット成長装置。
13. 前記ネックカバーは、前記底面と平行な上面をさらに含む、
    請求項１２に記載のインゴット成長装置。

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