KR100523342B1

KR100523342B1 - 단결정인상장치

Info

Publication number: KR100523342B1
Application number: KR1019960067573A
Authority: KR
Inventors: 미즈이시 교우지; 마에다 시게마루
Original assignee: 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
Priority date: 1995-12-25
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 2006-02-01
Also published as: JPH09175894A; EP0783047A1; EP0783047B1; KR970043341A; DE69603149D1; JP3402038B2; DE69603149T2; US5833750A

Abstract

케이블을 이용하여 결정재료용액으로부터 단결정 잉고트를 인상하는 결정인상장치가 제공된다.

체결부 및 그 체결부에 의해 지지된 구상부가 케이블의 선단부근에 제공된다.

2개의 분할된 커플링이 시드쳐크(seed chuck)의 본체에 나사결합된다. 상기 커플링은 케이블과 구상부를 수납하기위한 내부 수납공간을 갖고 수납공간의 숄더부(shoulder portion)로서의 역할을 하는 원추공부가 구상부를 접촉지지한다.

이 구조는 결정인상동안 케이블이 회전할수 있게 하고 시드쳐크를 케이블에 취부하기가 용이하며 케이블로부터 시드쳐크를 제거하는 것도 용이하다.

Description

단결정인상장치

본발명은 다결정 재료를 융해하고 종자결정을 다결정 재료융해물로부터 인상함으로써 단결정을 얻는 단결정인상장치에 관한 것이다.

종래예는 실리콘 등의 반도체 다결정 재료로부터 단결정을 얻는 방법으로서 인상법(쵸코랄스키법, 이하 'CZ'법이라한다)과 부유대법(浮游帶法)이 알려져 있다. CZ법은 다결정재료를 먼저 융해하고 종자결정을 원료 융액으로부터 인상시킴으로써 단결정을 얻는 방법이며, 종자결정을 인상하는 수단으로써 샤프트 또는 케이블을 이용하고 있다.

케이블을 이용한 종래의 단결정 인상장치의 구성예를 도 7에 나타내었다.

도 7에 도시된 바와같이, 단결정인상장치 100은 챔버 101, 챔버 101내에 설해진 도가니 102, 도가니 102 주위에 설치된 히터 105, 도가니 102를 회전시키는 도가니 지지축 107과 회전기구 108, 실리콘의 종자 결정 S를 지지하는 시드쳐크(seed chuck), 시드쳐크 22를 인상하는 케이블 1, 및 케이블 1을 회전시키거나 권취하는 권취기구 109를 포함한다.

상기 도가니 102는 내부에 용융물 L을 수용하는 석영부 103과 그 석영부 103을 둘러싸는 흑연부 104로 구성되어 있다.

히터 105의 외주연에는 단열재 106이 배치되어 있다.

다음에 상기 결정인상장치 100을 이용하여 단결정을 성장시키는 방법에 대하여 기술한다.

먼저, 실리콘의 고순도 다결정재료를 그 융점(약 1400℃)이상의 온도까지 가열하여 융해시킨 다음, 케이블 1을 풀어 융해물 L의 표면 중심부에 종자결정 S의 선단이 접촉 또는 침지되게 한다.

그후 도가니 지지축 107을 원하는 방향으로 회전시킴과 동시에 케이블 1을 회전시키면서 권취하여 종자 결정 S를 인상시킴에 의해 단결정 성장 조작이 시작된다. 그후 인상속도와 온도를 적절히 조절하면서 이 조작을 계속하여 전체적으로 원통형인 단결정 잉고트 C를 얻게 된다.

도 8은 종래의 결정인상장치 100에 있어서 종자 결정 S를 지지하고 케이블 1로 부터 현수시키는데 사용되는 시드 쳐크 22의 상세한 구조와 케이블 1의 선단부의 상세한 구성을 보여주는 단면도이다.

도 8에 도시된 바와같이, 시드쳐크 22는 쳐크 본체 23, 시드핀(seed pin)24, 케이블 핀 29 및 너트 30으로 구성되어 있다.

쳐크본체 23은 탄소로 제조되며 원통형으로 되어 있다. 쳐크 본체 23의 저부에는 쳐크본체 23의 저면으로부터 상방으로 신장하는 끝이 막힌 凹부 23H₁이 설해져 있다. 종자결정 S는 상기 凹부 23H₁ 내에 종자결정 S을 삽입한 후 쳐크본체내에 시드핀 24를 삽입함으로써 쳐크 본체 23에 고정된다.

시드핀 24는 예를들어 탄소섬유 보강된 탄소 복합물이나 이와 유사한 재료로 이루어져 있다.

케이블 1의 선단에는 핀홀 26H를 갖는 취부부재 26이 고정되어 있다.

쳐크 본체 23의 상부에는 끝이 막히고 쳐크 본체 23의 상표면으로부터 하향으로 신장하는 凹부가 형성되어 있다. 상기 취부부재26은 凹부 23H₂에 의해 수용된다. 쳐크 본체 23의 상부에는 쳐크본체 23을 수평방향으로 관통하는 핀홀 23H₃가 또한 형성되어 있다.

케이블핀 29의 선단에는 숫나사가 형성되어 있으며, 반면 암나사는 너트 30에 형성되어 있다.

따라서, 凹부 23H₂ 내에 상기 취부부재 26을 삽입한후 핀홀 23H₃내에 케이블 핀 29로 삽입하고 이어서 너트 30을 조임으로서 시드쳐크 22로 케이블 1에 부착시킬수 있다.

그러나, 상기와같은 종래의 결정인상 장치에 있어서는, 상기 케이블과 쳐크사이의 연결부가 케이블 중심선에 대하여 비대칭이기 때문에 단결정 인상 작업동안 케이블이 회전될 때 편심에 의해 "편향(휨)(deflection)"이 발생한다. 또한 쳐크본체상부의 강도 및 기타 제약으로 인해 케이블 핀의 직경은 많이 증대시킬수 없어, 융액 부근의 고온하에서 쳐크를 장시간 사용하게 되면 케이블 핀과 너트사이에는 "부착현상(sticking)"이 야기되고, 이같은 부착현상이 일어나면 케이블 등을 교체하기 위하여 시드쳐크로부터 케이블을 제거하는데 상당한 시간이 소요되는 것이다.

본발명은 이같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본발명의 목적은 단결정 인상 작업동안 케이블이 자유롭게 회전하고 또한 시드쳐크와 케이블과의 탈착이 용이한 단결정 인상장치를 제공하는데 있다.

본발명은 결정재료 융액상에서 상하이동가능한 케이블과, 종자결정을 지지하도록 케이블에 취부된 종자결정 홀더,를 포함하는 결정 인상장치이다. 상기 케이블은 종자 결정이 결정재료융액과 접촉되게 하방으로 이동되며, 이어서 결정재료의 단결정을 성장시키도록 인상된다. 회전대칭축이 케이블의 중심선과 일치하는 곡변을 갖는 장착구가 케이블의 선단부근에서 케이블에 취부된다.

복수의 부재로 구성된 지지부재가 상기 종자 결정홀더에 탈착가능하게 취부된다.

상기 지지부재는 내부에 케이블과 취부부재를 수납하도록 내부 수납공간을 갖고 있으며, 그 수납공간의 숄더부위(shoulder portion)는 상기 취부부재를 접촉지지한다.

본발명에 의한 결정인상장치에서는, 케이블과 종자결정홀더사이의 연결부가 케이블 중심선에 대하여 대칭이기 때문에 단결정인상동안의 편향을 방지할수 있다.

또한 상기 종자결정홀더는 케이블로부터 쉽게 제거될수 있다.

바람직하게는 상기 취부부재는 체결을 통해 케이블의 선단부근에서 케이블에 고정되는 체결부 및 그 체결부를 통해 케이블에 취부되는 구상부(球狀部)를 갖는다.

상기 지지부재는 2개의 부재로 이루어지며 종자결정 홀더의 상부에 나사결합을 통해 탈착가능하게 취부된다. 상기 수납공간의 숄더부(shoulder portion)는 원추형인 공간을 이룬다.

바람직하게는, 상기 종자 결정 홀더는 제1 및 제2 부재로 구성된다.

제1부재는 종자결정을 지지하며, 제2 부재는 나사결합을 통해 제1 부재의 상부에 탈착가능하게 취부되며, 상기 지지부재는 나사결합을 통해 상기 제2 부재의 상부에 탈착가능하게 취부된다.

이하 본발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 기술한다.

도 1은 본발명에 의한 결정인상장치의 제1 실시예에 있어서의 시드쳐크, 케이블 선단 및 그 주위부의 단면구성을 보여준다.

도 2는 케이블 선단의 상세한 측면을 나타내고 있으며, 도 3은 시드쳐크의 상세한 구성을 사시도로 나타낸 것이다.

시드쳐크와 케이블 선단이외의 구성은 도 7에 도시된 것과 같다.

도 1 -3에 도시된 바와같이, 제1 실시예의 결정인상장치는 시드쳐크 2A와, 케이블1의 선단에 취부되는 취부부재 6A를 포함한다.

상기 시드쳐크 2A는 쳐크 본체 3A, 시드핀 4A, 커플링 5A₁과 5A₂, 및 캡 7A로 구성된다. 상기 쳐크 본체3A는 탄소물질로 이루어지며, 원통형으로 되어 있다. 쳐크본체 3A의 저부에는 끝이 막혀 있으며 쳐크 본체 3A 의 지면으로부터 상방으로 신장하는 凹부 3HA₁이 제공되어 있다. 종자결정 S는 종자결정 S를 凹부 3HA₁에 삽입한 후 시드핀 4A 를 쳐크 본체 3A에 삽입함으로써 쳐크 본체3A에 고정된다.

상기 시드핀 4A는 예를들어 탄소섬유 보강된 탄소 복합재료 또는 이와 유사한 재료로 이루어져 있다.

케이블 1의 선단에는 취부부재 6A가 고정되어 있으며, 이 취부부재 6A는 몰리브덴과 같은 금속으로 제조되며 구상부(球狀部) 9A와 그 구상부 하부에서 구상부와 일체로 형성된 원통형 체결부 10A를 갖는다.

상기 구상부 9A 는 구상부 9A를 수직으로 관통하는 관통공 9HA를 갖는다. 체결부 10A는 관통공 9HA와 연결되고 체결부 10HA를 수직으로 관통하는 관통공 10HA를 갖는다. 케이블 1의 선단은 이들 관통공 9HA와 10HA를 통과하고, 체결부 10A는 예시되지 않은 도구를 이용하여 체결되어 케이블 1의 선단에 고정된다(도 2참조).

커플링 5A₁과 5A₂ 각각은 전체적으로 볼트형의 부재를 동일한 형상을 갖는 2부분으로 분할하여 얻어진 형상을 갖는다.

커플링 5A₁과 5A₂양자모두는 동일한 구조를 갖기 때문에 커플링 5A₁에 대하여만 후술한다. 커플링 5A₁은 몰리브덴과 같은 금속으로 되어 있으며 반-원통형의 머리부11A₁과 헤드부 11A₁보다 적은 직경을 갖는 반-원통형 꼬리부 12A₁ 을 갖는다.

꼬리부 12A₁의 반원통형 측면중 곡면에는 숫나사 12SA₁ 이 형성되어 있다(도3 참조).

커플링 5A₁의 반원통형 측면중 평탄면에는 케이블 공(孔) 11HA₁, 케이블 공과 연결된 원추공부(圓鑛孔部) 11CA₁ 및 수납공부(收納孔部) 12HA₁ 이 형성되어 있다.

케이블공 11 HA₁ 은 반원형 단면을 갖는 요홈에 의해 형성된다.

상기 요홈의 반원중심은 머리부 11A₁의 반원 중심과 일치한다.

요홈의 반원의 직경은 케이블 1의 외경보다 약간 크다.

상기 원추공부 11CA₁은 케이블 공 11HA₁과 원추공부 11CA₁ 사이의 경계에서 케이블공 11HA₁과 같은 직경의 반원단면부를 갖고 상기 수납공부 12HA₁ 을 향해 선형으로 확장하는 요홈에 의해 형성된다. 또한 원추공부 11CA₁ 은 원추형을 2등분할한 형상으로 되어 있다. 상기 수납 공부 12HA₁ 은 반원단면을 갖는 요홈에 의해 형성된다. 이 반원의 중심은 꼬리부 12A₁의 반원중심과 일치하며, 상기 수납 공부 12HA₁ 의 반원의 반경은 상기 원추공부 11CA₁ 의 하단에서의 직경과 동일하게 되어 있다.(도 3 참조)

다른 커플링 5A₂는 상기 커플링 5A₁ 과 같은 구조를 갖는다.

즉, 커플링 5A₂는 반-원통형 머리부 11A₂(도시되지 않음) 및 꼬리부 12A₂(도시되지 않음)을 갖는다. 꼬리부 12A₂(도시되지 않음)의 곡면에는 숫나사 12SAS₂(도시되지 않음)를 가지며, 반면 커플링 5A₂의 평탄면상에는 케이블 공 11HA₂(도시되지 않음), 원추공부 11CA₂(도시되지 않음) 및 수납공부 12HA₂(도시되지 않음)가 형성되어 있다.

머리부 11A₂(도시되지 않음)은 도3의 머리부 11A₁에 상응하며; 꼬리부 12A₂(도시되지 않음)는 도3에 도시된 꼬리부 12A₁에 상응하고; 숫나사 12SA₂(도시되지 않음)은 도3의 숫나사 12SA₁ 에 상응하며; 케이블 공 11 HA₂(도시되지 않음)은 도 3에 도시된 케이블 공 11HA₁ 에 상응하며;

원추공부 11CA₂ (도시되지 않음)은 도 3에 도시된 원추공부 11CA₁ 에 상응하며; 또한 수납공부 12 HA₂(도시되지 않음)는 도3에 도시된 수납공부 12HA₁에 상응한다.

쳐크 본체 3A의 상부에는 접시 혹은 반지와 같은 단면을 갖도록 쳐크본체 3A의 상면으로부터 하방으로 신장하는 凹부 3HA₂와, 끝이 막힌 형태를 갖고 상기 凹부 3HA₂로부터 하방으로 신장하는 凹부 3HA₃가 형성되어 있다. 상기 凹부 3HA₃ 의 내면에는 암나사 3SA₁이 형성된다(도1 참조).

상기와 같이 체결과정을 통해 케이블1에 취부되어진 취부부재6A의 구상부 9A와 체결부 10A는 커플링 5A₁ 과 5A₂ 의 원추공부 11CA₁ , 도시되지 않은 원추공부 11CA₂, 수납공 12HA₁ 및 도시되지 않은 수납공 12HA₂로 형성된 원통형 공간내에 수납되도록 커플링 5A₁ 과 5A₂ 사이에 끼워진다. 상기 커플링 5A₁ 과 5A₂는 서로 밀접되며 상기 커플링 5A₁ 과 5A₂의 숫나사 12SA₁과 도시되지 않은 숫나사 12SA₂ 는 암나사 3SA₁과 나사결합 된다.

이어서 커플링 5A₁ 과 5A₂ 는 밀착되어 케이블 1의 선단이 쳐크 본체 3A에 취부될수 있는 것이다.

상기 구조에서, 케이블 1과 시드쳐크 2A사이의 연결부는 케이블 1의 중심선에 대하여 대칭이며, 상기 구상부 9A는 원형접촉선을 통해 원추공부 11CA₁과 11CA₂ 의 내표면과 접촉한다. 따라서 케이블 1에 "휨"이 있거나 혹은 시트쳐크 2A가 수직방향에 대하여 약간 경사질 때라도 시드쳐크 2A를 하방으로 당기는 것과 같은 방향으로 수직력이 작용하면 상기 시드쳐크 2A의 위치 및 배열은 시드쳐크 2A의 중심선이 수직방향으로 놓이도록 수정된다. 이 수정은 구상부 9A가 원추공부 11CA₁과 11CA₂ 와 접촉하는 접촉점에서 발생된 힘의 불균형에 의해 이루어진다.

따라서 단결정을 인상시킬때의 케이블 회전시에 있어서 "편향"발생을 막을수가 있는 것이다.

또한 종래의 시드쳐크의 경우와 비교해볼 때 케이블 1로 부터 시드쳐크 2A를 용이하게 제거할 수가 있다.

또한, 결정인상동안 융액 L이 고화하여 단결정 잉고트 C가 그 고화된 융액 L에 고착되는 경우에 있어서도, 구상부 9A와 원추공부 11CA₁, 11CA₂ 사이의 접촉점에서는 케이블 중심선 주위의 회전방향으로 "미끄러짐(sliding)"이 가능하게 되어 있기 때문에 단결정인상장치의 각부에 손상을 입히는 것을 방지할 수가 있는 것이다.

인상되는 단결정의 중량으로 인해, 상기 커플링 5A₁ 과 5A₂ 는 수직방향 분력 뿐만 아니라 수평방향 분력도 받게 된다.

상기 수평방향 분력은 상기 구상부 9A를 케이블 공 11HA₁ 과 11HA₂ 에 끼게 함으로써 커플링 5A₁ 과 5A₂가 서로 수평방향으로 분리되고 이로인해 케이블 1과 시드쳐크 2사이의 연결이 파단될 가능성이 있게 된다. 이 때문에, 도1에 도시된 바와같이 캡 7A를 커플링 5A₁과 5A₂에 취부시킨다. 캡 7A는 캡 7A를 관통하는 케이블 공 7HA₁뿐만 아니라 접시 또는 반지 모양 형상을 갖고 하향으로 대면하는 凹부 7HA₂를 갖는다. 캡 7A는 커플링 5A₁과 5A₂의 상부에 맞게 되어 커플링 5A₁ 과 5A₂의 상부를 고정하고 구상부 9A의 끼움으로 인해 커플링 5A₁과 5A₂에 작용하는 수평방향힘을 견디도록 한다. 이 구조는 안정성을 증대시킨다.

캡 7A가 취부되면 케이블 1의 선단에 취부된 취부부재 6A가 캡 7A의 케이블 공 7HA₁을 관통한후 커플링 5A₁과 5A₂사이에 취부부재 6A를 협지하는 것이 필요하다.

다음에 상기한 커플링 5A₁과 5A₂의 제조방법에 대하여 도 4A - 4D를 참조하여 기술한다.

도4 는 환봉상소재 M1(도 4A)를 절단하여 거의 볼트형태인 중간체 M2(도 4B)를 제작하고, 그 중간체 M2를 도시되지 않은 커터(cutter) 등을 이용하여 중심으로부터 2등분하고, 분할된 부분의 각 평탄면측에 케이블공, 원추공부, 수납공부를 형성함(도4C)에 의해 2개의 커플링을 제작하는 방법을 도시하고 있다.

그러나 이 방법으로 제작하면, 도시되지 않은 커터의 두께에 해당하는 두께 t 부분은 칩등으로서 소실되기 때문에 2개의 커플링을 밀접시킨 경우에 절삭의 영향을 받지 않는 부분에서는 직경이 D로 되는데 대하여 절삭으로 삭제된 부분의 직경은 (D-t)로 되어 완전한 원통형으로 되지 않는다(도 4D). 이같이, 합체시킨 커플링이 완전한 원형단면이 되지 않으면 커플링과 쳐크본체사이에 움직임이 발생하며, 커플링의 숫나사부를 쳐크본체에 나사결합시키는 것이 불가능하게 되고, 또한 나사의 손상이나 시드쳐크의 탈락 등의 원인으로 된다.

상기 문제를 해결하기 위해 도 5에 도시한 방법으로 제작하는 것이 바람직하다.

즉, 먼저 2개의 사각기둥형 소재 M3, M4를 준비하고, 소재 M3의 일표면 S3와 소재 M4의 일표면 S4를 거울면 가공 한다(도5A). 다음에 면 S3와 S4를 밀접시키고 그상태를 유지하면서 일단을 파지한후 접촉시킨 면 S3와 S4의 중심과 원의 중심이 일치하도록 하여 환봉상으로 절삭하고(도 5B), 다음에 거의 볼트형태의 중간체를 얻고, 밀착시킨 2부분을 분리하고, 각 평탄면측에 케이블공, 원추공부, 수납공부를 형성한다(도 5C).

이 방법으로 제작하면 2개의 커플링을 밀접시킨 경우에 어느 부분에서도 직경이 D로 되며, 완전한 원형 단면으로 할 수가 있는 것이다.(도 5D).

이하 본발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다.

도 6은 본발명에 관한 단결정 인상장치의 제2 실시예에 있어서의 시드쳐크, 케이블 선단 및 그 주변부의 구성단면을 도시한 것이다.

시드쳐크와 케이블선단이외의 구성은 도 7에 도시된 것과 같은 것이다.

도7에 도시된 바와같이, 제2 실시예의 결정인상장치는 시드쳐크 2B와, 케이블 1의 선단에 취부되는 취부부재 6B를 포함한다.

시드쳐크 2B는 쳐크 본체 3B와, 시드핀 4B와 커플링 5B₁, 5B₂와, 캡7B로 이루어져 있다.

제2 실시예와 상기한 제1 실시예와 다른점은 탄소재로된 거의 원통형태인 쳐크 본체 3B와 몰리브덴과 같은 금속으로된 홀더를 쳐크본체 3A 대신 사용하고 쳐크본체 3B와 홀더 8이 나사결합을 통해 결합되어 있다는 점이다.

상기 쳐크본체 3B와 홀더 8이외의 구성요소인 시드핀 4B, 커플링 5B₁, 5B₂, 캡 7B, 취부부재6B는 상기한 실시예 1에서의 시드핀 4A, 커플링 5A₁, 5A₂, 캡 7A, 취부부재 6A와 같은 구성을 갖고 있다.

실시예 2에 있어서의 시드핀 4B, 커플링 5B₁, 5B₂, 갭 7B, 취부부재 6B의 각 구성요소는 도시되어 있지 않으나 실시예 1에 있어서의 각 구성요소에 있어서의 부호나 첨자 A를 B로 대체한 것으로 대응시키고 있다.

거의 원통상으로 형성된 쳐크본체3B의 저부에는 상방으로 향하여 형성된 삽입공 3HB₁이 설해져 있으며, 그 삽입공 3HB₁에 하방으로부터 상향으로 종자 결정 S를 삽입한후 시드핀 4B 를 삽입시킴으로서 종자결정 S가 쳐크본체 3B에 결합되도록 구성되어 있다.

또한 쳐크 본체 3B의 상부에는 하방에 향하여 형성된 삽입공 3HB₂가 설해져 있다. 그 삽입공 3HB₂의 내측면에는 암나사 3SB₁이 형성되어 있다.

상기 삽입공 3HB₁과 3HB₂는 연통하여 있어도 좋으며 서로 독립한 끝이 막힌 구멍이어도 좋다.

또한 거의 원통상으로 형성된 홀더 8의 저부에는 저부의 직경보다 적은 직경을 갖는 원통상으로 형성되어 하방으로 향해 돌출한 凸부 8M이 설해져 있으며, 凸부 8M의 외주에는 숫나사 8SB₂ 가 형성되어 있다. 따라서 凸부 8 M의 숫나사 8SB₂를 쳐크본체 3B의 삽입공 3HB₂의 암나사 3SB₁에 나사결합시킴으로서 홀더 8을 쳐크 본체 3B의 상부에 장착할 수가 있다.

또한 홀더8의 상부에는 하방으로 향해 접시 또는 반지 모양의 단면을 갖는 凹부 8HB₁과 그 凹부 8HB₁으로 부터 다시 하방으로 향해 끝이 막힌 구멍 형태로 형성된 凹부 8HB₂가 설치되어 있다.

凹부 8HB₂ 의 내측면체는 암나사 8SB₁이 형성되어 있다.

따라서 상기 실시예 1에서와 같은 방법으로 케이블 1의 선단을 쳐크 본체 3B에 취부할 수가 있다. 즉, 체결과정을 통해 케이블 1의 선단에 취부된 취부부재 6B의 구상부 9B와 체결부 10B를 커플링 5B₁과 5B₂ 사이에 끼워넣어 커플링 5B₁ 과 5B₂의 원추공부 11CB와 수납공부 12HB에 의해 형성된 거의 원통형인 공간내에 수납할수 있다.

상기 커플링 5B₁과 5B₂ 는 서로 밀접되며, 커플링 5B₁과 5B₂ 의 꼬리부분의 외주연에 형성된 숫나사 12SB는 홀더 8의 凹부 8HB₂의 내표면상에 형성된 암나사 8SB₂와 나사결합되게 된다. 상기 커플링 5B₁과 5B₂ 를 조임으로서 케이블 1의 선단을 쳐크본체 3B에 취부할 수가 있는 것이다.

또한 상기 실시예1의 경우와 마찬가지로, 관통한 케이블공 7HB₁과 접시 또는 반지상의 하방을 향한 凹부 7HB₂를 갖는 캡 7B를 커플링 5B₁, 5B₂ 의 상부에 끼워 커플링 5B₁, 5B₂ 의 상부를 고정하고, 커플링 5B₁, 5B₂ 에 대하여 구상부 9로부터 쐐기로 인해 작용하는 수평 분력을 받도록 하면 안정성이 보다 향상한다.

상기 제2 실시예의 구성에 의하면 상기 제1 실시예와 같은 작용.효과를 갖고, 단결정 인상시에 있어서의 단결정체의 "편향"발생을 방지할 수가 있는 것이다.

또한 홀더 8에 의해 시드쳐크 2B에 중량을 가할 수가 있기 때문에 단결정이 충분히 성장하지 않은 인상초기 단계에 있어서, 만일 케이블 1에 「휨」등이 있더라도 시드쳐크 2B를 수직하방으로 당길수가 있으며, 시드쳐크 2B가 수직방향으로 향하도록 유지할 수가 있다.

또한 예를들어 열화등으로 인하여 쳐크 본체 3B를 교체하는 경우에도 커플링에 연결된 부위를 제거할 필요가 없는 것이다. 따라서 쳐크본체3B를 교환하는 작업이 실시예 1의 경우보다 용이하게 된다.

상기 각 실시예에서 쳐크본체 3A 또는 3B 및 홀더 8은 종자 결정을 지지함과 동시에 케이블에 취부되는 종자결정 지지구로서의 역할을 한다.

또한 쳐크 본체 3B는 제1부재에 해당하고 홀더 8은 제2 부재에 해당한다.

또한 취부부재 6A 또는 6B는 장착구로서의 역할을 한다.

커플링 5A₁과 5A₂ 혹은 5B₁과 5B₂는 지지부재로서의 역할을 한다.

또한 커플링 5A₁, 5A₂ 의 원추공부 11CA₁, 11CA₂(도시되지 않음)과 수납공부 12HA₁, 12HA₂ (도시되지 않음)이 형성하는 거의 원통상의 공간, 또는 커플링 5B₁과 5B₂ 의 원추공부 11CB와 수납공부 12HB가 형성하는 거의 원통상 공간은 수납공간으로서의 역할을 한다.

또한 커플링 5A₁, 5A₂ 의 원추공부 11CA₁, 11CA₂(도시되지 않음), 또는 커플링 5B₁, 5B₂ 의 원추공부 11CB는 수납공간의 숄더부(shoulder portion)서의 역할을 한다.

본발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 상기 실시예는 예시로서 본발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 같은 작용효과를 갖는 것은 본발명의 기술적 범위에 포함된다.

예를들어 상기 실시예에서는 단결정을 얻기 위한 재료로서 실리콘 등의 반도체를 예로 들었으나 본발명은 이에 한정되지 않고 다른 단결정 재료이어도 좋다.

또한, 상기 실시예에서는, 시드쳐크 본체가 탄소재로 형성되고, 시드핀이 탄소섬유 강화 탄소 복합재료로 형성되고, 커플링등이 몰리브덴 등의 금속으로 형성한 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않으며, 융액의 고온에 견딜수가 있으며, 인상되는 단결정체의 중량 등을 지지할수 있는 강도를 갖고, 또한 융액이나 결정체에 불순물을 부여하거나 유해반응을 일으키지 않는 성질을 갖는 것이면 다른 재료로 형성하여도 좋은 것이다. 예를들어, 금속재료로서는, 몰리브덴, 텅스텐 등을 사용할수 있으며 기타로서는 흑연, 탄소섬유강화 탄소복합재료 등의 탄소계 재료, 질화물 세라믹, 탄화물 세라믹 등의 세라믹 재료 등을 사용할수 있다.

또한 상기 실시예에 있어서는 케이블 선단에 고정되는 취부부재의 체결부로서, 구상부와 일체 형성된 것을 예를들었으나, 본발명은 이에 한정되지 않고 체결부는 구상부와 별도로 제작하여도 좋다.

또한 상기 실시예에서는 취부 부재로서 체결부 상방에 구상부가 설치된 것을 예로들어 설명하였으나 본 발명은 이에 한정하지 않으며 케이블 부근의 일부가 구면(球面)이면 좋으며, 예를들어 상부만이 구면의 반구체이어도 좋은 것이다. 또는 케이블 부근의 일부가 케이블 중심선을 회전대칭축으로 하는 회전타원체나, 케이블 중심선을 회전대칭축으로 하는 다른 凸형 회전곡면체이어도 좋다.

또한 상기 실시예에서는 체결부로서 원통상으로 형성된 것을 예로 들었으나, 본 발명은 이에 한정하지 않고, 체결부는 3각형, 4각형 또는 5각형 이상의 다각형 단면을 갖는 튜브상이어도 좋으며, 타원단면이나 다른 단면형상의 튜브상 이어도 좋다. 또한, 튜브는 저부가 개방되어도 좋으며 저면이 폐쇄되어 있어도 좋다.

나아가 상기 실시예는 커플링이 구상부를 지지하는 부분의 형상으로서 원추면을 예로 들었으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 예를들어 반구면이어도 좋으며, 케이블 중심선을 회전 대칭축으로 하는 회전 타원면이나 케이블 중심선을 회전대칭축으로 하는 회전곡면이어도 좋다.

또한 상기 실시예에서는 커플링으로서 거의 볼트상 부재를 2등분한 것을 예로 들었으나, 본발명은 이에 한정하지 않으며, 그 분할수는 3이상이어도 좋으며, 분할은 동일 비율로 하지 않아도 좋다.

또한 상기 실시예에서는 구상부가 체결부를 통해 케이블에 취부되는 예를 들었으나, 본발명은 이에 한정하지 않고, 구상부, 또는 구상부를 하방에서 지지하는 부분이 다른 방법으로 케이블에 취부되어도 좋으며, 예를들어 볼트접합이나 나사결합 등의 기타 기계적 결합, 용착 등에 의한 접합이어도 좋은 것이다.

상기한 바와같이 본 발명에 관한 단결정 인상장치에 의하면, 인상법에 의해 케이블을 이용하여 단결정을 인상하는 장치의 케이블 선단부근에, 케이블의 중심선을 회전대칭축으로 하는 회전 곡면을 갖는 취부부재를 설치하고, 복수의 부재로 이루어지는 종자 결정 지지구에 탈착가능하며, 내부에 케이블과 장착구를 수납하는 수납공간을 갖고, 수납공간의 숄더부(shoulder portion)가 장착구를 접촉지지하는 지지구를 갖는 것으로써, 케이블과 종자결정 지지구와의 연결부는 케이블의 중심선에 대하여 대칭으로 되며, 단결정인상시의 「편향」을 방지할 수가 있다.

또한 케이블로부터 종자결정 지지구를 용이하게 제거할수 있는 등의 잇점이 있다.

도1은 본 발명에 의한 단결정인상장치의 제1 실시예에 있어서의 시드쳐크, 케이블 선단 및 그 부근의 상세구성을 보여주는 단면도

도2는 도 1에 도시된 케이블 선단의 상세한 구성을 보여주는 측면도

도3은 도 1에 도시된 시드쳐크의 상세한 구성을 보여주는 사시도

도4(A)-(D)는 도 1에 도시된 커플링 제조의 제1방법을 설명하는 도면

도5(A)-(D)는 도 1에 도시된 커플링 제조의 제2 방법을 설명하는 도면

도6은 본발명에 의한 단결정 인상장치의 제2 실시예에 있어서의 시드쳐크, 케이블 선단 및 그 부근의 상세구성을 보여주는 단면도

도7은 단결정 인상장치의 전체 구성을 보여주는 단면도

도8은 종래의 단결정 인상장치에 있어서의 시드쳐크, 케이블 선단 및 그 부근의 상세한 구성을 보여주는 단면도,이다.

* 도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명 *

1...케이블 2A, 2...시드쳐크(seed chuck)

3A, 3B...쳐크본체 3HA₁ - 3HA₃...凹부

3HB₁, 3HB₂...삽입공 3SA₁, 3SA₂...암나사

4A, 4B... 시드 핀(seed pin)

5A₁, 5A₂, 5B, 5B₂...커플링 6A, 6B...취부부재

7A, 7B...캡(Cap) 7HA₁ , 7HB₁...케이블 공(孔)

7HA₂, 7HB₂...凹부 8...홀더(holder)

8HB₁, 8HB₂...凹부 8M...凸부

8SB₁...암나사 8SB₂...숫나사

9A, 9B...구상부(球狀部)

9HA...관통공 10A, 10B...체결부

10HA ...관통공 11A₁...머리부(頭部)

11CA₁, 11CB...원추공부 11HA₁...케이블공(孔)

12A₁...꼬리부 12HA₁, 12HB₂...수납공부

12SA₁, 12SB₁...암나사 12SA₂, 12SB₂...숫나사 22...시츠쳐크

23...쳐크본체 23H₁, 23H₂...凹부

23H₃...핀공(孔) 24...시드핀

26...취부부재 26H...핀홀

29...케이블핀 30...너트

100...단결정 인상장치 101...챔버

102...도가니 103...석영부

104...흑연부 105...히터

106...단열재 107...도가니 지지축

108...회전기구 109...권취기구

C...단결정 잉 고트 L...실리콘융액

S...종자결정

Claims

종자결정을 지지하는 종자결정 지지구;

결정재료 융액위에서 상하이동가능하며 상기 종자결정 지지구에 연결되어 있으며, 상기 종자 결정이 상기 융액과 접촉되게 하방으로 이동된후 상기 결정재료의 단결정을 성장하도록 인상되는 케이블;

상기 케이블의 선단 부근에서 케이블에 취부되며 그 회전대칭축이 상기 케이블의 중심선과 일치하는 회전 곡면을 갖는 취부부재; 및

복수의 부재로 이루어지고 상기 종자 결정 지지구에 탈착가능하게 취부되며, 상기 케이블과 상기 취부 부재를 내부에 수납하도록 수납공간을 갖고, 그 수납공간의 숄더부(shoulder portion)가 상기 취부부재와 접촉.지지하는 지지부재;를 포함하는 단결정인상장치
제1항에 있어서, 상기 취부부재는 상기 케이블의 선단부근에서 체결을 통해 상기 케이블에 고정되는 체결부 및 그 체결부를 통해 상기 케이블에 취부되는 구상부(球狀部)를 갖고,

상기 지지부재는 2개의 부재로 구성되며 상기 종자 결정 지지구의 상부에 나사결합을 통해 탈착가능하게 취부되며,

상기 수납공간의 숄더부는 원추형상(truncated cone)의 형상을 갖는 공간을 이룸,을 특징으로 하는 단결정인상장치
제2항에 있어서, 상기 종자 결정 지지구는 제1 및 제2 부재로 구성되며, 상기 제1 부재는 상기 종자 결정을 지지하게 되어 있으며, 상기 제2 부재는 나사결합을 통해 상기 제1 부재의 상부면에 탈착가능하게 취부되며, 상기 지지부재는 나사결합을 통해 상기 제2 부재의 상부면에 탈착가능하게 취부되어 있음을 특징으로 하는 단결정인상장치
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지부재는 2분할된 커플링인 것을 특징으로 하는 단결정인상장치
제 4항에 있어서, 상기 커플링의 상부에 캡을 끼워 커플링의 상부를 고정시키는 것을 특징으로 하는 단결정인상장치