KR100485151B1 - 실리콘 단결정 성장 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘 단결정 성장 장치에 관한 것으로서, 특히, 실리콘 단결정 성장 장치의 석영 도가니의 내부로 불순물의 유입을 방지하기 위하여 공기 배출구에 불순물 유입 방지 장치를 설치한 실리콘 단결정 성장 장치에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치는 실리콘 단결정 성장 장치 내부의 공기를 배출하기 위한 공기 배출구를 통하여 역류되는 공기 중의 불순물이 석영 도가니의 상부로 유입되는 것을 방지하기 위하여, 공기 배출구에 불순물 유입 방지 장치가 설치된 것을 특징으로 한다.

Description

실리콘 단결정 성장 장치{A Grower For Single Crystalline Silicon}

본 발명은 실리콘 단결정 성장 장치에 관한 것으로서, 특히, 실리콘 단결정 성장 장치의 석영 도가니의 내부로 불순물의 유입을 방지하기 위하여 공기 배출구에 불순물 유입 방지 장치를 설치한 실리콘 단결정 성장 장치에 관한 것이다.

실리콘 단결정 성장 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 석영 도가니(112)와 실드(113), 히터부(114), 실리콘 단결정 성장 탑(115) 등을 포함하여 이루어지며, 석영 도가니(112)에 녹아 있는 실리콘 용융액으로부터 실리콘 단결정 잉곳(111)을 성장시키면서, 성장 중인 실리콘 단결정 잉곳(111)으로 유입되는 불순물 또는 산소의 농도를 제어하고 성장로내 압력유지 및 용융액의 온도유지를 위해서 실리콘 단결정 성장 탑(115)의 상부에 설치된 배관(미도시)을 통해 중앙에서 공급받는 아르곤(Ar)가스 등의 불활성 가스를 유입시킨다. 이에 실리콘 단결정 성장 장치(100) 내부로 유입된 불활성 가스와, 이외의 불순물 등을 장치(100)의 외부로 배출하기 위하여 실리콘 단결정 성장 장치(100)의 하부에는 공기 배출관(120)이 설치되어 있다. 따라서, 실리콘 단결정 성장 탑의 상부에 설치된 배관(미도시)으로부터 유입된 아르곤 가스는 석영 도가니(112)의 상부에 존재하는 각종의 불순물을 포함하여 석영 도가니(112)의 측벽의 공간을 타고 장치(100)의 하부로 내려와 공기 배출구(121)를 통하여 공기 배출관(120)으로 배출되는 것이다.

그러나, 종래의 실리콘 단결정 성장 장치(100)는 성장로 내부의 압력을 조절하기 위하여 감압 펌프(미도시)의 작동 시, 공기 배출구(121)를 통한 공기의 역류 현상이 발생하고, 이에 따라서 공기 배출관(120)으로 배출되는 불순물 입자들이 장치(100)의 내부로 유입된다. 이러한 불순물 입자의 유입 정도를 살펴본 결과 도 1b에 나타난 바와 같이, 검출 웨이퍼의 표면에 다량의 불순물 입자가 도포되어 나오는 것을 보아 알 수 있다. 이러한 불순물 입자는 공기 배출구(121)를 통하여 성장로 내부의 공기가 배출되면서, 도 1c에 나타난 바와 같이, 도 1a에서 공기 배출관(120)의 각 부분(① 내지 ⑥)의 단면 사진처럼 공기 배출관(120)의 내부에 불순물의 입자가 침적되고, 감압 펌프의 작동 시 공기가 역류하는 경우에 공기 배출관(120)의 내부에 침적되어 있던 불순물 입자가 역류되는 공기와 함께 성장로의 내부로 유입되는 것이다. 이때, 종래의 실리콘 단결정 성장 장치(100)는 공기 배출구(121)가 수직으로 개방되어 있기 때문에 역류되는 공기와 함께 유입되는 불순물 입자가 석영 도가니(112)의 상부까지 유입하게 되고, 이에 따라서, 성장 중인 실리콘 단결정 잉곳(111)에 영향을 주어 잉곳의 구조 손실(Structure Loss; S/L)의 주요한 원인이 되는 것이며, 종래의 실리콘 단결정 성장 장치(100)는 이러한 문제점에 대한 대비책이 없었던 것이다.

본 발명은 공기 배출구를 통한 공기의 역류에 의하여 불순물이 석영 도가니의 상부에까지 유입되지 못하도록 하기 위한 불순물 유입 방지 장치를 설치한 실리콘 단결정 성장 장치를 제공하려는 것이다.

이를 위한 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치는, 실리콘 단결정 성장 장치 내부의 공기를 배출하기 위한 공기 배출구를 통하여 역류되는 공기 중의 불순물이 석영 도가니의 상부로 유입되는 것을 방지하기 위하여, 하부 개구홀의 지름과 상부 개구홀의 지름의 비율이 약 0.4∼0.8 : 1로 하부 개구홀의 지름이 상부 개구홀의 지름보다 작은 상광하협식의 원통과; 상기 원통이 상기 공기 배출구 입구의 상부에 걸쳐지도록 상기 원통의 상부 개구홀 부분에 형성된 플랜지를 포함하여 이루어진 불순물 유입 방지 장치가 상기 공기 배출구의 입구에 삽입되어 상기 플랜지가 상기 공기 배출구 입구의 상부에 걸쳐지도록 설치된 것을 특징으로 한다.그리고, 실리콘 단결정 성장 장치 내부의 공기를 배출하기 위한 공기 배출구를 통하여 역류되는 공기 중의 불순물이 석영 도가니의 상부로 유입되는 것을 방지하기 위하여, 상기 공기 배출구 입구의 개구홀의 넓이 보다 넓게 형성된 플레이트와; 상기 플레이트를 상기 공기 배출구의 입구로부터 일정한 거리만큼 이격시키면서, 상기 플레이트의 하부 공간을 통하여 상기 공기 배출구의 입구로 공기가 배출될 수 있도록 하는 이격 수단을 포함하는 불순물 유입 방지 장치가 상기 공기 배출구의 상부에 설치된 것을 특징으로 한다.상기 이격 수단은 상기 플레이트의 내부 면에 다수 개로 형성된 암나사부와; 상기 암나부에 삽입 체결되어 회전에 의하여 높이를 조절할 수 있는 볼트부를 포함하여 형성된 것을 특징으로 한다.상기 불순물 유입 방지 장치의 재질은 흑연(graphite) 또는 석영(SiO₂)으로 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참고로 상세히 설명한다.

본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치는, 실리콘 단결정 성장 장치 내부의 공기를 배출하기 위한 공기 배출구를 통하여 역류되는 공기 중의 불순물이 석영 도가니의 상부로 유입되는 것을 방지하기 위하여, 하부 개구홀의 지름과 상부 개구홀의 지름의 비율이 약 0.4∼0.8 : 1로 하부 개구홀의 지름이 상부 개구홀의 지름보다 작은 상광하협식의 원통과; 상기 원통이 상기 공기 배출구 입구의 상부에 걸쳐지도록 상기 원통의 상부 개구홀 부분에 형성된 플랜지를 포함하여 이루어진 불순물 유입 방지 장치가 상기 공기 배출구의 입구에 삽입되어 상기 플랜지가 상기 공기 배출구 입구의 상부에 걸쳐지도록 설치된 것을 특징으로 한다.

이를 위한 본 발명의 제 1실시예(220)로서의 불순물 유입 방지 장치는, 도 2a 및 도 2b, 도 2c에 도시된 바와 같이, 하부 개구홀(221b)의 지름과 상부 개구홀(221a)의 지름 비율이 약 0.4∼0.8 : 1로 하부 개구홀의 지름이 상부 개구홀의 지름보다 좁은 상광하협식의 원통(221)과, 원통(221)이 상기 공기 배출구 입구의 상부에 걸쳐지도록 원통(221)의 상부 개구홀(221a) 부분에 형성된 플랜지(222)를 포함하여 이루어진다. 이 때, 하부 개구홀(221b)의 지름을 상부 개구홀(221a)의 지름에 비하여 약 0.4배 이하로 좁게 하게 되면 실리콘 성장 장치(100) 내부의 압력 유지에 문제가 발생하게 되며, 약 0.8배 이상으로 넓게 하면 불순물의 유입을 방지하지 못하는 기능상의 문제가 발생하므로, 하부 개구홀(221b)의 지름을 상부 개구홀(221a) 지름의 약 0.4 내지 0.8배 사이의 크기로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 공기 배출구(121)의 입구에 삽입하여 원통(221)의 플랜지(222)가 공기 배출구(121)의 입구에 걸쳐지도록 설치한다.

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따라서, 실리콘 단결정 성장 장치(100)의 운행 중 공기의 배출은, 도 2b에 도시된 바와 같이, 원통(221)의 상부 개구홀(221a)과 하부 개구홀(221b)을 통하여 공기 배출관(120)으로 공기 배출 흐름 A와 같이 배출되며, 실리콘 단결정 성장 장치(100)의 감압 펌프(미도시) 작동 시에는, 도 2c에 도시된 바와 같이, 공기가 역류되면서 공기 역류 흐름인 B와 같이 원통(221)의 하부 개구홀(221b)의 빗면을 따라서 맴돌이가 발생하며 공기 배출관(120)의 벽면을 따라 분산되므로, 실리콘 단결정 성장 장치(100)의 내부로 유입되는 역류 공기가 줄어들게 된다. 즉, 역류되는 공기의 양이 적음으로 인하여, 실리콘 단결정 성장 장치의 내부로 유입되는 불순물 입자의 양도 줄어들게 되고, 공기의 역류 압력이 낮아짐으로 인하여 석영 도가니(112)의 상부로까지 불순물 입자가 유입되지 못하게 함으로서, 실리콘 단결정 성장 장치(100)의 내부로 유입되는 불순물 입자가 성장 중인 실리콘 단결정 잉곳(111)에는 영향을 주지 않게 되는 것이다.

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본 발명의 또다른 불순물 유입 방지 장치는, 실리콘 단결정 성장 장치 내부의 공기를 배출하기 위한 공기 배출구를 통하여 역류되는 공기 중의 불순물이 석영 도가니의 상부로 유입되는 것을 방지하기 위하여, 상기 공기 배출구 입구의 개구홀의 넓이 보다 넓게 형성된 플레이트와; 상기 플레이트를 상기 공기 배출구의 입구로부터 일정한 거리만큼 이격시키면서, 상기 플레이트의 하부 공간을 통하여 상기 공기 배출구의 입구로 공기가 배출될 수 있도록 하는 이격 수단을 포함하는 불순물 유입 방지 장치가 상기 공기 배출구의 상부에 설치된 것을 특징으로 한다.

이를 위한 본 발명의 제 2실시예(240)로서의 불순물 유입 방지 장치는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 공기 배출구(121) 입구의 개구홀의 넓이 보다 넓게 형성된 플레이트(241)와, 플레이트(241)를 공기 배출구(121)의 입구로부터 일정한 거리만큼 이격시키면서, 플레이트(241)의 하부 공간을 통하여 공기 배출구(121)의 입구로 공기가 배출될 수 있도록 하는 이격 수단을 포함하여 이루어지며, 특히, 상기 이격 수단은 플레이트(241)의 내부 면에 다수 개로 형성된 암나사부(242)와 암나사부(242)에 삽입 체결되어 회전에 의하여 높이를 조절할 수 있는 다수 개의 볼트부(243)를 포함하여 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 공기 배출구(121)의 상부에 설치한다.

따라서, 실리콘 단결정 성장 장치(100)의 운행 중 공기의 배출은, 도 3b에 도시된 바와 같이, 이격 수단에 의하여 공기 배출구(121)로부터 일정 거리 이격된 플레이트(241)의 하부 공간을 통하여 공기 배출 흐름 A와 같이 공기 배출구(121)로 배출되며, 실리콘 단결정 성장 장치(100)의 감압 펌프(미도시) 작동 시에는, 도 3c에 도시된 바와 같이, 공기가 공기 배출구(121)를 통하여 역류되면서 공기 역류 흐름인 B와 같이, 공기 배출구(121)의 상부에 설치되어 있는 플레이트(241)에 부딪혀 플레이트(241)의 하부에 형성되어 있는 공간을 통하여 수평 방향으로 실리콘 단결정 성장 장치(100)의 내부로 유입되는 것이다. 즉, 수직으로 상승하던 공기와 불순물 입자는 플레이트(241)의 하부면에 부딪혀 수평으로 유입되기 때문에, 석영 도가니(112)의 하부까지만 유입되고, 석영 도가니(112)의 상부까지는 유입되지 않게 함으로서, 실리콘 단결정 성장 장치(100)의 내부로 유입되는 불순물 입자가 성장 중인 실리콘 단결정 잉곳(111)에는 영향을 주지 않게 한 것이다. 그리고, 실리콘 단결정 성장 장치(100)의 크기 또는 공기 배출구(121)의 크기, 실리콘 단결정 성장 장치(100) 내부의 압력 등 여러 가지 조건에 따라서 암나사부(242)에 체결되어 있는 볼트부(243)의 높이를 조절하여 플레이트(241)의 높이를 조절하여 실리콘 단결정 성장 장치(100)의 공기 배출구(121)에 설치할 수 있으므로, 각 장비와 성장 조건에 맞는 높이의 불순물 유입 방지 장치를 설치하여 효과적으로 불순물의 유입을 방지 할 수 있는 것이다.

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그리고, 상술한 본 발명의 실시예들로서 제조되는 불순물 유입 방지 장치의 재질은 흑연(graphite)또는 석영(SiO₂)으로 형성하는 것이 바람직하다. 실리콘 단결정 성장 장치(100)는 폴리 실리콘(Poly Silicon) 덩어리를 녹이기 위하여 약 2,500℃ 이상으로 가열할 수 있는 히터부(114)를 포함하고 있으며, 불순물 유입 방지 장치가 설치되는 공기 배출구(121)는 실리콘 단결정 성장 장치(100)의 하부에서 히터부(114)와 근접하여 설치되어 있으므로, 불순물 유입 방지 장치는 히터부(114)의 고온에도 녹거나 손상되지 않아야 하는 것이다. 따라서, 상술한 고온에도 견딜수 있도록 불순물 유입 방지 장치는 흑연(graphite) 또는 석영(SiO₂)으로 형성하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 구성으로 불순물 유입 방지 장치가 설치된 실리콘 단결정 성장 장치는 감압 펌프의 작동 시 공기 배출구를 통하여 공기가 역류되더라도, 공기와 함께 역류 되는 불순물 입자가 불순물 유입 방지 장치에 의하여 석영 도가니의 상부까지는 유입되지 못하고, 석영 도가니의 하부에만 존재하게 되므로, 성장 중인 실리콘 단결정 잉곳에는 영향을 주지 못하게 되는 것이다.

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본 발명은 상술한 구성을 포함함으로서, 불순물 유입 방지 장치를 장착하지 않았을 때의 공기 흐름을 크게 벗어나지 않으면서, 실리콘 단결정 성장 장치의 초기 감압 시 및 감압 펌프 작동 중에 발생할 수 있는 공기 배출구에 존재하는 미세 먼지 및 불순물들이 석영 도가니의 상부 또는 실리콘 단결정 성장 장치의 내부로 유입되는 것을 방지함으로서, 불순물 입자에 의한 실리콘 단결정 잉곳에 대한 영향을 제거하여, 실리콘 단결정 잉곳의 품질 및 수율, 생산성을 높이는 실리콘 단결정 성장 장치를 제공하게 되었다.

도 1a는 종래의 실리콘 단결정 성장 장치의 개략적인 단면도.

도 1b는 실리콘 단결정 성장 장치 내부의 검출웨이퍼에 검출된 불순물 입자의 사진.

도 1c는 실리콘 단결정 성장 장치의 공기 배출 배관의 단면 사진.

도 2a는 본 발명의 제 1실시예인 불순물 유입 방지 장치의 사시도.

도 2b, 2c는 본 발명의 제 1실시예를 장착한 실리콘 단결정 성장 장치의 공기 배출구의 부분 단면도.

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도 3a는 본 발명의 제 2실시예인 불순물 유입 방지 장치의 사시도.

도 3b, 3c는 본 발명의 제 2실시예를 장착한 실리콘 단결정 성장 장치의 공기 배출구의 부분 단면도.

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* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *

100 : 실리콘 단결정 성장 장치 111 : 실리콘 단결정 잉곳

112 : 석영 도가니 113 : 실드

114 : 히터부 115 : 실리콘 단결정 성장 탑

120 : 공기 배출관 121 : 공기 배출구

130 : 검출 웨이퍼 A : 공기 배출 흐름도

B : 공기 역류 흐름도

220 : 불순물 유입 방지 장치인 제 1실시예

221 : 상광하협형 원통 222 : 플랜지

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240 : 불순물 유입 방지 장치인 제 2실시예 241 : 플레이트

242 : 암나사부 243 : 볼트부

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Claims (11)

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3. 실리콘 단결정 성장 장치 내부의 공기를 배출하기 위한 공기 배출구를 통하여 역류되는 공기 중의 불순물이 석영 도가니의 상부로 유입되는 것을 방지하기 위하여,

   하부 개구홀의 지름과 상부 개구홀의 지름의 비율이 약 0.4∼0.8 : 1로 하부 개구홀의 지름이 상부 개구홀의 지름보다 작은 상광하협식의 원통과;

   상기 원통이 상기 공기 배출구 입구의 상부에 걸쳐지도록 상기 원통의 상부 개구홀 부분에 형성된 플랜지를 포함하여 이루어진 불순물 유입 방지 장치가 상기 공기 배출구의 입구에 삽입되어 상기 플랜지가 상기 공기 배출구 입구의 상부에 걸쳐지도록 설치된 것이 특징인 실리콘 단결정 성장 장치.
4. 삭제
5. 실리콘 단결정 성장 장치 내부의 공기를 배출하기 위한 공기 배출구를 통하여 역류되는 공기 중의 불순물이 석영 도가니의 상부로 유입되는 것을 방지하기 위하여,

   상기 공기 배출구 입구의 개구홀의 넓이 보다 넓게 형성된 플레이트와;

   상기 플레이트를 상기 공기 배출구의 입구로부터 일정한 거리만큼 이격시키면서, 상기 플레이트의 하부 공간을 통하여 상기 공기 배출구의 입구로 공기가 배출될 수 있도록 하는 이격 수단을 포함하는 불순물 유입 방지 장치가 상기 공기 배출구의 상부에 설치된 것이 특징인 실리콘 단결정 성장 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 이격 수단은 상기 플레이트의 내부 면에 다수 개로 형성된 암나사부와;

   상기 암나부에 삽입 체결되어 회전에 의하여 높이를 조절할 수 있는 볼트부를 포함하여 형성된 것이 특징인 실리콘 단결정 성장 장치.
7. 제 3항, 제 5항, 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 불순물 유입 방지 장치의 재질은 흑연(graphite) 또는 석영(SiO₂)으로 형성된 것이 특징인 실리콘 단결정 성장 장치.
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