KR100486876B1 - 실리콘 단결정 성장 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리콘 단결정 성장 장치에 관한 것으로, 특히 내부의 아르곤 가스의 흐름을 제어한 실리콘 단결정 성장 장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치는 챔버와, 상기 챔버 내부에 설치된 석영 도가니와, 상기 석영 도가니를 지지하는 흑연 도가니와, 상기 흑연 도가니를 지지하며 상승ㆍ하강ㆍ회전시키는 페데스탈과, 상기 챔버 내벽에 설치된 히터와, 상기 히터의 열이 상기 챔버의 측벽부로 방출되지 못하도록 상기 챔버 내부벽에 설치된 복사 단열체와, 상기 석영 도가니 내부의 실리콘 융액으로부터 성장하는 실리콘 단결정 잉곳으로 복사되는 열을 차단하기 위하여 설치된 열쉴드를 포함하고 장치의 상부에서 아르곤 가스를 주입하여 장치의 하부로 배출시키는 실리콘 단결정 성장 장치에 있어서, 상기 열쉴드의 내부에 상기 아르곤 가스가 관통하여 흐르도록 아르곤 가스 관통로가 상기 열쉴드의 상부면으로부터 하부면까지 관통되어 형성된 것이 특징이며, 특히, 상기 아르곤 가스 관통로는 상기 열쉴드의 상부면으로부터 하부면에 이르기까지 상기 석영 도가니의 내벽 쪽으로 기울어지게 관통되어 형성된 것이 바람직하다.

Description

실리콘 단결정 성장 장치{An apparatus for growing silicon single crystals}
본 발명은 실리콘 단결정 성장 장치에 관한 것으로, 특히 내부의 아르곤 가스의 흐름을 제어한 실리콘 단결정 성장 장치에 관한 것이다.
종래의 실리콘 단결정 성장 장치는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 챔버(10)와, 챔버(10) 내부에 설치된 석영 도가니(20)와, 석영 도가니(20)를 지지하는 흑연 도가니(30)와, 흑연 도가니(30)를 지지하며 상승ㆍ하강ㆍ회전시키는 페데스탈(40)과, 챔버(10) 내벽에 설치된 히터(50)와, 히터(50)의 열이 챔버(10)의 측벽부로 방출되지 못하도록 챔버(10) 내부벽에 설치된 복사 단열체(60)와, 석영 도가니(20) 내부의 실리콘 융액(SM)으로부터 성장하는 실리콘 단결정 잉곳(IG)으로 복사되는 열을 차단하기 위하여 설치된 열쉴드(70)를 포함하여 이루어진다.
여기에서 열쉴드(70)는 상술한 바와 같이 실리콘 융액(SM)의 표면과 히터(60)로부터 복사되는 열이 실리콘 단결정 잉곳(IG)으로 전달되지 못하도록 하여 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 생산성과 품질 향상을 위하여 최근에 열쉴드(70)를 필수적으로 설치한다.
그리고, 최근에는 실리콘 단결정 웨이퍼의 주요 품질 항목으로 산소 농도가 큰 부분을 차지하고 있으며, 이러한 실리콘 단결정 성장 시의 산소 농도를 제어하기 위하여 석영 도가니의 회전, 내부의 압력 조건 등 다양한 인자들을 조절하고 있다. 특히 산소 농도를 제어하기 위하여 실리콘 단결정 성장 장치의 챔버 내부에 아르곤(f) 가스를 주입하여 하부로 배출한다.
그러나, 열쉴드(70)를 채용한 상태에서 아르곤 가스(f)를 주입함으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, 아르곤 가스(f)가 실리콘 단결정 챔버(10)로 도입되어 열쉴드(70)와 성장 중인 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 사이로 진입할 때, 그 아르곤 가스(f)가 통과하는 단면적이 좁아짐으로써, 아르곤 가스(f)가 원활히 진행하지 못하고, 병목 현상에 의한 역류 아르곤 가스 흐름이 발생한다. 또, 아르곤 가스(f)가 열쉴드(70)와 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 사이를 통과하면서 순간적인 유속의 변화를 일으키게 된다.
그 결과 아르곤 가스의 역류 및 순간적인 유속의 변화는 챔버 내부의 오염 물질을 생성시키는 원인이 되며, 또한 실리콘 단결정의 성장 계면 부근에서의 아르곤 가스(f)의 유속의 변화는 그 부분의 압력을 낮아지게 하는 등 실리콘 단결정 성장의 생산성 및 품질을 저하시키는 원인이 되고 있다.
또한, 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 성장에 따라 아르곤 가스(f)의 유속의 변화는 실리콘 단결정 성장 계면에 충격을 가하게 되어 다결정화시키는 원인이 되기도 한다.
본 발명의 목적은 챔버 내부의 아르곤 가스의 유속 변화와 오염 물질 발생을 최소화시킴으로써 실리콘 단결정 잉곳의 생산성과 품질을 향상시키는 실리콘 단결정 성장 장치를 제공하려는 것이다.
이를 위한 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치는 챔버와, 상기 챔버 내부에 설치된 석영 도가니와, 상기 석영 도가니를 지지하는 흑연 도가니와, 상기 흑연 도가니를 지지하며 상승ㆍ하강ㆍ회전시키는 페데스탈과, 상기 챔버 내벽에 설치된 히터와, 상기 히터의 열이 상기 챔버의 측벽부로 방출되지 못하도록 상기 챔버 내부벽에 설치된 복사 단열체와, 상기 석영 도가니 내부의 실리콘 융액으로부터 성장하는 실리콘 단결정 잉곳으로 복사되는 열을 차단하기 위하여 설치된 열쉴드를 포함하고 장치의 상부에서 아르곤 가스를 주입하여 장치의 하부로 배출시키는 실리콘 단결정 성장 장치에 있어서, 상기 열쉴드의 내부에 상기 아르곤 가스가 관통하여 흐르도록 아르곤 가스 관통로가 상기 열쉴드의 상부면으로부터 하부면까지 관통되어 형성된 것이 특징이며, 특히, 상기 아르곤 가스 관통로는 상기 열쉴드의 상부면으로부터 하부면에 이르기까지 상기 석영 도가니의 내벽 쪽으로 기울어지게 관통되어 형성된 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 챔버(10)와, 챔버(10) 내부에 설치된 석영 도가니(20)와, 석영 도가니(20)를 지지하는 흑연 도가니(30)와, 흑연 도가니(30)를 지지하며 상승ㆍ하강ㆍ회전시키는 페데스탈(40)과, 챔버(10) 내벽에 설치된 히터(50)와, 히터(50)의 열이 챔버(10)의 측벽부로 방출되지 못하도록 챔버(10) 내부벽에 설치된 복사 단열체(60)와, 석영 도가니(20) 내부의 실리콘 융액(SM)으로부터 성장하는 실리콘 단결정 잉곳(IG)으로 복사되는 열을 차단하기 위하여 설치된 열쉴드(70)를 포함하고, 장치의 상부에서 아르곤(Ar) 가스(f)를 주입하여 장치의 하부로 배출시키는 실리콘 단결정 성장 장치에 있어서, 열쉴드(70)의 내부에 주입되는 아르곤 가스(f)가 관통하여 흐르도록 아르곤 가스 관통로(71)가 상기 열쉴드(70)의 상부면으로부터 하부면까지 관통되어 형성된 것이 특징이다.
이때, 아르곤 가스 관통로(71)의 구체적인 구성은 단순히 임의의 이동경로가 열쉴드(70)의 상부면으로부터 하부면에 이르기까지 관통되어 형성되는 것이라면 여하한 것이라도 무방하나, 실시가능한 가장 용이한 예로써 일정 직경을 가지는 다수개의 홀이 석영도가니(20)에서 원주상 일정한 간격을 유지하며 형성되는 것이 바람직하고, 특히 5 내지 15mm 의 직경을 가지는 원기둥형상의 홀이 일정 간격으로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.따라서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 챔버(10) 내부로 주입된 아르곤(Ar) 가스(f)가 열쉴드(70)에 형성된 아르곤 가스 관통로(71) 및 열쉴드(70)와 성장 중인 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 사이 공간으로 분산되어 석영 도가니(20) 내부의 실리콘 융액(SM) 표면으로 흘러간다. 이로 인하여 아르곤 가스 흐름(f)의 역류가 발생되는 것이 방지되며, 또한 열쉴드(70)와 실리콘 단결정 잉곳(IG) 사이 공간에서 아르곤 가스 흐름(f)의 유속 변화가 작아 진다. 결국 챔버(10) 내부에서 아르곤 가스 흐름(f)에 의한 오염 물질의 발생을 방지하고, 실리콘 단결정 성장 계면의 환경 변화를 적게 할 수 있는 것이다.
이 때, 아르곤 가스 관통로(71)는 열쉴드(70)의 상부면으로부터 하부면에 이르기까지 석영 도가니(20)의 내벽 쪽으로 기울어지게 관통되어 형성된 것이 바람직하며,이는 아르곤 가스 관통로(71)를 통과한 아르곤 가스가 열쉴드(70)와 실리콘 단결정 잉곳(IG) 사이를 통과한 아르곤 가스 흐름과 합류하여 석영 도가니(20)의 내벽 쪽으로 흐를 수 있도록 한다. 즉, 아르곤 가스 관통로(71)를 통과한 아르곤 가스 흐름과 열쉴드(70)와 실리콘 단결정 잉곳(IG) 사이를 통과한 아르곤 가스 흐름이 서로 같은 방향으로 합류하여 흐를 수 있도록 하여, 실리콘 융액(SM) 표면에서 아르곤 가스 흐름의 와류 발생을 방지하고, 실리콘 단결정 성장 계면으로 역류되는 아르곤 가스 흐름의 발생을 방지할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
본 발명은 챔버 내부의 아르곤 가스의 유속 변화와 오염 물질 발생을 최소화시킴으로써 실리콘 단결정 잉곳의 생산성과 품질을 향상시키는 실리콘 단결정 성장 장치를 제공하였다.
도 1a는 종래의 실리콘 단결정 성장 장치의 개략적인 단면도.
도 1b는 도 1a의 열쉴드 부분의 확대도.
도 2a는 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치의 개략적인 단면도.
도 2b는 도 2a의 열쉴드 부분의 확대도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *
10 : 챔버 20 : 석영 도가니
30 : 흑연 도가니 40 : 페데스탈
50 : 히터 60 : 복사 단열체
70 : 열쉴드 71 : 아르곤 가스 관통로
IG : 실리콘 단결정 잉곳 SM : 실리콘 융액
f : 아르곤 가스 흐름

Claims (2)

  1. 챔버와, 상기 챔버 내부에 설치된 석영 도가니와, 상기 석영 도가니를 지지하는 흑연 도가니와, 상기 흑연 도가니를 지지하며 상승ㆍ하강ㆍ회전시키는 페데스탈과, 상기 챔버 내벽에 설치된 히터와, 상기 히터의 열이 상기 챔버의 측벽부로 방출되지 못하도록 상기 챔버 내부벽에 설치된 복사 단열체와, 상기 석영 도가니 내부의 실리콘 융액으로부터 성장하는 실리콘 단결정 잉곳으로 복사되는 열을 차단하기 위하여 설치된 열쉴드를 포함하고 장치의 상부에서 아르곤 가스를 주입하여 장치의 하부로 배출시키는 실리콘 단결정 성장 장치에 있어서,
    상기 열쉴드의 내부에 상기 아르곤 가스가 관통하여 흐르도록 아르곤 가스 관통로가 상기 열쉴드의 상부면으로부터 하부면까지 관통되어 형성된 것이 특징인 실리콘 단결정 성장 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 아르곤 가스 관통로는 상기 열쉴드의 상부면으로부터 하부면에 이르기까지 상기 석영 도가니의 내벽 쪽으로 기울어지게 관통되어 형성된 것이 특징인 실리콘 단결정 성장 장치.
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