KR100798809B1 - Apparatus for balancing between seed axis and single crystal - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단결정 성장 공정 진행시 시드 척의 수평 유지를 담보할 수 있는 단결정 성장장치의 시드 수평유지장치에 관한 것으로서, The present invention relates to a seed horizontal holding device of a single crystal growth device capable of ensuring the horizontal maintenance of the seed chuck during the single crystal growth process,

본 발명에 따른 단결정 성장장치의 시드 수평유지장치는 내부 축, 금속 와이어 및 외부 축의 조합으로 이루어지며, 상기 내부 축은 봉 형상을 갖으며 일단이 시드 척과 연결되고 다른 일단이 상기 금속 와이어와 연결되며, 상기 금속 와이어는 일단이 상기 외부 축의 상단에 고정, 지지되고 다른 일단이 내부 축의 상단과 연결되며, 상기 외부 축은 내부 공간이 정의되는 원통 형상을 갖으며, 상기 외부 축의 내부 공간에 상기 내부 축 및 금속 와이어가 구비되는 것을 특징으로 한다. The seed horizontal holding device of the single crystal growth apparatus according to the present invention is made of a combination of an inner shaft, a metal wire, and an outer shaft, the inner shaft has a rod shape, one end is connected to the seed chuck, the other end is connected to the metal wire, The metal wire has one end fixed and supported on the upper end of the outer shaft, the other end is connected to the upper end of the inner shaft, and the outer shaft has a cylindrical shape in which an inner space is defined, and the inner shaft and the metal in the inner space of the outer shaft. Characterized in that the wire is provided.

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Description

단결정 성장장치의 시드 수평유지장치{Apparatus for balancing between seed axis and single crystal}Apparatus for balancing between seed axis and single crystal

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도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장장치의 시드 수평유지장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장장치의 시드 수평유지장치의 분해도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시드 수평유지장치에 적용된 단결정 성장장치의 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시드 수평유지장치에 의해 시드가 수평을 이루는 과정을 설명하기 위한 참고도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 시드 수평유지장치 110 : 시드 척
120 : 내부 축 130 : 금속 와이어
140 : 외부 축 141 : 외부 축의 상부면
142 : 관통공 143 : 오링
144 : 고정판1 is a cross-sectional view of a seed horizontal holding device of a single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exploded view of the seed horizontal holding device of the single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view of a single crystal growth apparatus applied to the seed horizontal holding device according to an embodiment of the present invention.
4 is a reference diagram for explaining a process in which the seed is leveled by the seed horizontal holding device according to an embodiment of the present invention.
<Explanation of reference numerals for main parts of drawings>
100: seed level holding device 110: seed chuck
120: inner shaft 130: metal wire
140: outer shaft 141: upper surface of the outer shaft
142: through hole 143: O-ring
144: fixed plate

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본 발명은 단결정 성장장치의 시드 수평유지장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단결정 성장 공정 진행시 시드 척의 수평 유지를 담보할 수 있는 단결정 성장장치의 시드 수평유지장치에 관한 것이다. The present invention relates to a seed horizontal holding device of a single crystal growth device, and more particularly, to a seed horizontal holding device of a single crystal growth device capable of ensuring the horizontal maintenance of the seed chuck during the single crystal growth process.

현재 위 발명 장치는 갈륨비소와 같은 화합물 단결정의 제조에 사용되고 있다. 갈륨비소 단결정 반도체는 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 중에서 가장 대표적인 것으로 실리콘(Si)에 비해 전자의 이동도가 빨라서 반절연성의 갈륨비소 단결정은 이온 주입(Ion Implantation)을 이용해서 FET(Field Emission Transistor)나 집적회로를 만들고 있으며, 또한 발광 및 수광 기능이 있어 반도체 형태의 갈륨비소 단결정은 LED(Light Emitting Diode)나 LD(Laser Diode) 등의 광전 소자로서 사용되고 있다. Currently, the above device is used for the production of compound single crystals such as gallium arsenide. Gallium arsenide single crystal semiconductors are the most representative of group III-V compound semiconductors, and the mobility of electrons is faster than that of silicon (Si), so semi-insulating gallium arsenide single crystals use field implantation (FET) or ion implantation (Ion Implantation). An integrated circuit is being made, and since it has a light emitting and light receiving function, a gallium arsenide single crystal in a semiconductor form is used as a photoelectric device such as a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD).

갈륨비소와 같은 화합물 단결정의 제조방법에는 LEC(Liquid Encapsulated Czochralski)법, 수평 브리지만법, 수직 온도구배 응고법(Vertical Gradient Freeze)법 등의 많은 방법이 사용되고 있는데, 이 중에서 LEC법은 결정면이 <100>인 성장이 가능하고 원형의 웨이퍼를 쉽게 얻을 수 있으며, 또한 대구경화가 용이하고 결정 성장 속도가 빠르다는 장점을 가지고 있다. Many methods, such as a liquid encapsulated czochralski (LEC) method, a horizontal bridgeman method, and a vertical gradient freeze method, are used in the method for producing a compound single crystal such as gallium arsenide, of which the LEC method has a crystal surface of <100. >It has the advantage of being able to grow phosphorus, to easily obtain a circular wafer, and to have a large diameter and easy crystal growth.

LEC법을 대해 간략히 설명하면 다음과 같다. The LEC method is briefly described as follows.

LEC법은 갈륨(Ga)과 비소(As) 원재료를 결정성장로 내부의 반응 용기(crucible)에 투입한 상태에서 불활성 가스 분위기의 조건으로 상기 갈륨과 비소를 합성한 다음, 합성된 갈륨비소를 용융(melting)시킨 후 시드(seed)를 상기 용융된 갈륨비소의 표면에 접촉시킨 후 서서히 응고시키면서 결정을 끌어올리는 방법이다. The LEC method synthesizes the gallium and arsenic under conditions of an inert gas atmosphere in a state where the raw materials of gallium (Ga) and arsenic (As) are introduced into the reaction vessel inside the crystal growth furnace, and then melts the synthesized gallium arsenide. After melting, the seed is brought into contact with the surface of the molten gallium arsenide, and then slowly solidified to draw the crystal.

기존의 사용되는 시드 축은 성장 장비 전체의 수평이 정확하여야만 용융액의 접합면과 시드의 결정 방향과 닿아 시드와 동일한 방위의 결정체를 성장시킬 수 있었다. The seed axis used in the related art had to be accurately leveled in the entire growth equipment so that it could contact the junction surface of the melt and the crystal direction of the seed to grow crystals with the same orientation as the seed.

따라서 성장 장비의 수평이 변하거나 축이 틀어지면 용융액에 수직하게 접합이 안될 뿐 아니라 장비의 수평을 다시 정확히 맞추는데 많은 시간을 할애 하는 불편함이 있었다. 그러나 본 발명을 이용한 단결정 성장법은 이 같은 불편을 상당히 개선하여 용융액과 시드의 접합면의 수평을 보다 쉽게 유지하여 정확한 방향으로 단결정 성장을 진행할 수 있 을뿐만 아니라 장비의 수평을 정확히 유지 하려는 장비 보수 시간을 상당히 줄 일 수 있음을 그 의의로 본다. Therefore, if the level of the growth equipment is changed or the axis is twisted, it is not possible to join vertically to the melt, and there is a inconvenience in that it takes a lot of time to accurately level the equipment again. However, the single crystal growth method using the present invention significantly improves such inconvenience, and it is easier to maintain the level of the junction surface of the melt and the seed, so that the single crystal growth can be carried out in the correct direction, and the equipment maintenance to accurately maintain the level of the equipment is maintained. I think that's a significant time-saver.

종래의 기술에 있어서, GaAs와 같은 화합물 단결정의 성장 방법으로 LEC법이 있는데 LEC법을 이용한 단결정 성장장치는 일반적으로 다음과 같은 구성을 갖는다. 구체적으로, 단결정의 성장 공간을 제공하는 성장로, 상기 성장로 내에 구비되며 장입된 원료가 용융되는 도가니, 상기 도가니로부터 이격된 위치에 구비되어 시드가 장착되는 시드 척(seed chcuk) 등으로 구성되며, 상기 시드가 상기 도가니 내의 GaAs 용융액 표면에 접촉한 상태에서 끌어올려지면서 상기 시드를 따라 GaAs 단결정이 성장된다. In the related art, there is a LEC method as a method for growing a compound single crystal such as GaAs, and a single crystal growth apparatus using the LEC method generally has the following configuration. Specifically, a growth furnace providing a single crystal growth space, a crucible provided in the growth furnace to melt the charged raw material, a seed chuck provided at a position spaced apart from the crucible and mounted with a seed, etc. , As the seed is pulled up in contact with the surface of the GaAs melt in the crucible, GaAs single crystals are grown along the seed.

한편, 성장된 단결정의 품질은 화합물 용융액 예를 들어, GaAs 용융액 내부의 열유동에 의해 좌우된다. LEC법을 이용한 단결정 성장방법에 있어서 GaAs 용융액의 대류는 크게 단결정의 경계면과 도가니 외벽의 온도차에 의한 자연 대류와 도가니 회전에 의한 강제 대류에 의해 유도된다. 상기 자연 대류와 강제 대류의 상호작용에 의해 온도 진동이 유발되고, 이와 같은 온도 진동은 성장되는 단결정 내의 띠무늬 결함을 야기한다. On the other hand, the quality of the grown single crystal is influenced by the heat flow inside the compound melt, for example, GaAs melt. In the single crystal growth method using the LEC method, convection of the GaAs melt is largely induced by natural convection due to the temperature difference between the interface of the single crystal and the outer wall of the crucible and forced convection due to the rotation of the crucible. The temperature vibration is caused by the interaction between the natural convection and the forced convection, and this temperature vibration causes a band-like defect in the grown single crystal.

단결정 내의 띠무늬 결함을 최소화하기 위해서는 GaAs 용융액 표면에 접촉하는 시드가 수평을 이루어야 하며 시드가 수평을 유지하기 위해서는 궁극적으로, 시드가는 시드 척의 수평 유지가 담보되어야 한다. In order to minimize banding defects in a single crystal, the seed contacting the surface of the GaAs melt must be leveled, and ultimately, the leveling of the seed chuck must be secured in order for the seed to remain level.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 단결정 성장 공정 진행시 시드 척의 수평 유지를 담보할 수 있는 단결정 성장장치의 시드 수평유지장치를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been devised to solve the above problems, and has an object to provide a seed horizontal holding device for a single crystal growth device capable of ensuring the horizontal maintenance of the seed chuck during the single crystal growth process.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단결정 성장장치의 시드 수평유지장치는 내부 축, 금속 와이어 및 외부 축의 조합으로 이루어지며, 상기 내부 축은 봉 형상을 갖으며 일단이 시드 척과 연결되고 다른 일단이 상기 금속 와이어와 연결되며, 상기 금속 와이어는 일단이 상기 외부 축의 상단에 고정, 지지되고 다른 일단이 내부 축의 상단과 연결되며, 상기 외부 축은 내부 공간이 정의되는 원통 형상을 갖으며, 상기 외부 축의 내부 공간에 상기 내부 축 및 금속 와이어가 구비되는 것을 특징으로 한다. The seed horizontal holding device of the single crystal growth apparatus according to the present invention for achieving the above object is made of a combination of an inner shaft, a metal wire and an outer shaft, the inner shaft having a rod shape, one end connected to the seed chuck and the other end Connected to the metal wire, the metal wire has one end fixed and supported on the upper end of the outer shaft, the other end connected to the upper end of the inner shaft, and the outer shaft has a cylindrical shape in which an inner space is defined, and the inner side of the outer shaft It characterized in that the inner shaft and the metal wire is provided in the space.

또한, 상기 외부 축의 상부면에 금속 와이어의 관통을 위한 관통공이 구비되고, 상기 금속 와이어의 일단이 고정판과 연결되고 상기 고정판이 상기 외부 축의 상부면 상에 거치되며, 상기 관통공 주변에 오링이 더 구비된다. In addition, a through hole for penetrating a metal wire is provided on an upper surface of the outer shaft, one end of the metal wire is connected to a fixing plate, the fixing plate is mounted on the upper surface of the outer shaft, and an O-ring is further around the through hole. It is provided.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장장치의 시드 수평유지장치를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장장치의 시드 수평유지장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장장치의 시드 수평유지장치의 분해도이다. Hereinafter, the seed horizontal holding device of the single crystal growth device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 is a cross-sectional view of a seed horizontal holding apparatus of a single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded view of a seed horizontal holding apparatus of a single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장장치의 시드 수평유지장치(100)는 도가니(502)로부터 상부로 이격된 위치에 구비되며, 일단에 구비된 시드의 수평을 유지하는 역할을 수행한다. First, as shown in FIG. 3, the seed horizontal holding device 100 of the single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention is provided at a position spaced upward from the crucible 502, and the seed is horizontally provided at one end. It serves to maintain.

세부적으로, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장장치의 시드 수평유지장치(100)는 크게 내부 축(120), 금속 와이어(130) 및 외부 축(140)의 조합으로 구성된다. In detail, as shown in Figures 1 and 2, the seed horizontal holding device 100 of the single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention is largely the inner shaft 120, the metal wire 130 and the outer shaft 140 ).

상기 내부 축(120)은 일단이 상기 시드 척(110)과 연결되고 다른 일단이 상기 금속 와이어(130)와 연결되어 상기 시드 척(110)을 고정, 지지하는 역할을 한다. 상기 내부 축(120)은 일 실시예로 봉(棒) 형상을 이루며, 상기 내부 축(120)의 직경은 상기 금속 와이어(130)의 직경보다 크도록 하는 것이 바람직하다. The inner shaft 120 has one end connected to the seed chuck 110 and the other end connected to the metal wire 130 to serve to fix and support the seed chuck 110. The inner shaft 120 forms a rod in one embodiment, and the diameter of the inner shaft 120 is preferably larger than the diameter of the metal wire 130.

상기 금속 와이어(130)는 일단은 상기 외부 축(140)의 상단에 고정, 지지되고 다른 일단은 내부 축(120)의 상단과 연결된다. 상기 금속 와이어(130)의 다른 일단이 상기 내부 축(120)의 상단과 연결됨에 있어서, 정확히는 도 2에 도시한 바와 같이 상기 금속 와이어(130)의 일단이 고정판(144)과 연결되고 상기 고정판(144)이 상기 외부 축(140)의 상부면(141) 상에 거치되는 구조를 갖는다. 또한, 상기 외부 축(140)의 내측 공간은 상기 성장로(501)와 연결됨에 따라(도 3 참조), 상기 성장로(501) 내의 가스가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 상기 금속 와이어(130) 관통을 위한 관통공(142) 주변에 오링(143)이 구비된다. One end of the metal wire 130 is fixed and supported at the upper end of the outer shaft 140 and the other end is connected to the upper end of the inner shaft 120. Since the other end of the metal wire 130 is connected to the upper end of the inner shaft 120, exactly as shown in Figure 2, one end of the metal wire 130 is connected to the fixing plate 144 and the fixing plate ( 144) has a structure mounted on the upper surface 141 of the outer shaft 140. In addition, as the inner space of the outer shaft 140 is connected to the growth furnace 501 (see FIG. 3 ), the metal wire 130 is prevented from flowing out of gas in the growth furnace 501 to the outside. ) O-ring 143 is provided around the through hole 142 for penetration.

상기 외부 축(140)은 내부 공간이 정의되는 원통 형상을 갖으며, 하부면이 개구된 형태를 이룬다. 상기 외부 축(140) 내에 상기 금속 와이어(130) 및 내부 축(120)이 구비될 수 있도록 상기 외부 축(140)의 직경은 상기 내부 축(120)의 직경보다 크도록 하는 것이 바람직하다. The outer shaft 140 has a cylindrical shape in which an inner space is defined, and has a shape in which a lower surface is opened. It is preferable that the diameter of the outer shaft 140 is larger than the diameter of the inner shaft 120 so that the metal wire 130 and the inner shaft 120 may be provided in the outer shaft 140.

이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장장치의 시드 수평유지장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다. Looking at the operation of the seed horizontal holding device of the single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention having the above configuration is as follows.

도 3에 도시한 바와 같이 도가니 내에 GaAs 용융액이 형성된 상태에서 상기 시드 척(110)의 일단에 구비된 시드가 상기 GaAs 용융액(503)의 표면에 접촉되고 끌어올려지면서 GaAs 단결정(504)의 성장 과정이 진행된다. As shown in FIG. 3, in the state where the GaAs melt is formed in the crucible, the seed provided at one end of the seed chuck 110 is brought into contact with the surface of the GaAs melt 503 and pulled up, thereby growing the GaAs single crystal 504 This progresses.

이 때, 종래 기술에서 설명한 바와 같이 자연 대류 및 강제 대류에 의해 상기 GaAs 용융액(503) 내부에는 열 유동이 발생하게 된다. 또한, 상기 열 유동으로 인해 상기 GaAs 용융액(503)과 접촉 상태를 이루고 있는 상기 시드가 좌우로 흔들리게 된다. 상기 시드는 시드 척(110), 내부 축(120) 및 금속 와이어(130)와 순차적 연결관계를 갖기 때문에 상기 시드가 흔들리게 되면 상기 시드 척(110), 내부 축(120) 및 금속 와이어(130) 역시 함께 흔들리게 된다. At this time, as described in the prior art, heat flow is generated inside the GaAs melt 503 by natural convection and forced convection. In addition, due to the heat flow, the seed in contact with the GaAs melt 503 is shaken from side to side. Since the seed has a sequential connection with the seed chuck 110, the inner shaft 120, and the metal wire 130, when the seed is shaken, the seed chuck 110, the inner shaft 120, and the metal wire 130 It also shakes together.

한편, 상기 시드 척(110)과 연결되는 내부 축(120) 및 금속 와이어(130)는 상기 외부 축(140)의 내부 공간에 위치함에 따라 상기 내부 축(120)의 좌우 이동 폭은 상기 외부 축(140)의 내부 직경에 의해 제한된다. 따라서, 상기 내부 축(120)이 GaAs 용융액의 열 유동에 의해 도 4의 (a) 및 (c)에 도시한 바와 같이 좌우로 흔들리게 되더라도 상기 외부 축(140)의 내부 직경에 의해 좌우 이동 폭이 제한됨에 따라 최소한의 시간 경과에 의해 도 4의 (b)와 같이 수평을 이루게 된다. Meanwhile, as the inner shaft 120 and the metal wire 130 connected to the seed chuck 110 are located in the inner space of the outer shaft 140, the left and right movement widths of the inner shaft 120 are the outer shaft. Limited by the inner diameter of 140. Therefore, even if the inner shaft 120 is shaken left and right as shown in FIGS. 4A and 4C by the heat flow of the GaAs melt, the left and right movement widths are caused by the inner diameter of the outer shaft 140. As it is limited, it is leveled as shown in FIG. 4(b) by a minimum time lapse.

본 발명에 따른 단결정 성장장치의 시드 수평유지장치는 다음과 같은 효과가 있다. The seed horizontal holding device of the single crystal growth device according to the present invention has the following effects.

시드 척을 내부 축 및 금속 와이어와 연결하고, 상기 내부 축 및 금속 와이어를 상기 외부 축 내에 구비시킴에 따라, GaAs 용융액의 열 유동에 의해 시드가 좌우로 흔들리게 되더라도 시드의 수평을 빠르게 회복시킬 수 있게 된다. By connecting the seed chuck to the inner shaft and the metal wire, and having the inner shaft and the metal wire in the outer shaft, the horizontality of the seed can be quickly restored even if the seed is shaken from side to side by the heat flow of the GaAs melt. There will be.

Claims (4)

내부 축, 금속 와이어 및 외부 축의 조합으로 이루어지며, It consists of a combination of inner shaft, metal wire and outer shaft, 상기 내부 축은 봉 형상을 갖으며 일단이 시드 척과 연결되고 다른 일단이 상기 금속 와이어와 연결되며, 상기 금속 와이어는 일단이 상기 외부 축의 상단에 고정, 지지되고 다른 일단이 내부 축의 상단과 연결되며, 상기 외부 축은 내부 공간이 정의되는 원통 형상을 갖으며, 상기 외부 축의 내부 공간에 상기 내부 축 및 금속 와이어가 구비되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장장치의 시드 수평유지장치.The inner shaft has a rod shape, one end is connected to the seed chuck, the other end is connected to the metal wire, the metal wire has one end fixed and supported on the top of the outer shaft, and the other end is connected to the top of the inner shaft, the The outer axis has a cylindrical shape in which the inner space is defined, and the seed horizontal holding device of the single crystal growth apparatus is characterized in that the inner axis and the metal wire are provided in the inner space of the outer axis. 제 1 항에 있어서, According to claim 1, 상기 외부 축의 상부면에 금속 와이어의 관통을 위한 관통공이 구비되고, A through-hole for penetrating a metal wire is provided on an upper surface of the outer shaft, 상기 금속 와이어의 일단이 고정판과 연결되고 상기 고정판이 상기 외부 축의 상부면 상에 거치되며, One end of the metal wire is connected to the fixed plate and the fixed plate is mounted on the upper surface of the outer shaft, 상기 관통공 주변에 오링이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장장치의 시드 수평유지장치. A seed horizontal holding device for a single crystal growth device, characterized in that an O-ring is further provided around the through hole. 삭제delete 삭제delete
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