KR101111681B1 - 단결정 실리콘 잉곳 제조장치 - Google Patents

단결정 실리콘 잉곳 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단결정 실리콘 제조장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 챔버, 상기 챔버 내부에 설치된 도가니, 상기 도가니를 둘러싸는 서셉터, 상기 도가니를 가열하는 히터, 상기 히터의 열이 방출되는 것을 방지하는 히트쉴드 및 인슐레이터로 구성된 단결정 실리콘 제조장치에 있어서, 아르곤 가스가 상기 챔버 상부 및 하부에서 공급되어 챔버 측면의 상부에서 배출되는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 제조장치를 제공한다.

Description

단결정 실리콘 잉곳 제조장치 {APPARATUS TO PRODUCE HYPER-PURE SINGLE CRYSTAL SILICON INGOT}
본 발명은 단결정 실리콘 잉곳 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 쵸크랄스키(CZ: Czochralski) 공법에서 챔버내 아르곤 가스의 흐름을 제어한 단결정 실리콘 잉곳 제조장치에 관한 것이다.
단결정 실리콘은 실제로 모든 반도체 부품의 기본소재로 사용되는데, 이들 물질은 높은 순도를 가진 완벽한 단결정체로 제조된다. 이러한 제조에 전통적으로 사용되는 방법이 쵸크랄스키 공법이다.
이러한 쵸크랄스키 공법에 사용되는 일반적인 장치는 노(furnace)를 형성하는 챔버(chamber)가 중심이고 상기 챔버 내에는 석영 도가니, 상기 도가니를 지지하는 흔히 흑연으로 제조된 서셉터(susceptor), 상기 도가니와 서셉터를 가열하는 일반적으로 흑연을 원료로 하여 제조된 히터(heater), 히터의 열이 챔버의 외벽으로 방출되는 것을 최소화하기 위한 일반적으로 흑연으로 제조된 히트 쉴드(heat shield), 인슐레이터(insulator), 상기 도가니와 서셉터를 하부에서 지지하는 페데스탈(pedestal)과 샤프트(shaft)로 구성되어 있다.
상기의 챔버를 이용하는 쵸크랄스키 공법은 고순도 폴리실리콘을 일단 용융하고 단결정체 구조의 종자 잉곳(seed)으로부터 단결정 실리콘 원통형의 불(boule)을 형성한다.
이러한 쵸크랄스키 공법에서 실리콘을 소재로 쓸 경우 용융된 실리콘이 도가니의 석영체(SiO2)를 용해시켜 용융액의 표면에서 실리콘 옥사이드(SiOx) 형태로 증발되고 온도 환경에 따라 고체로 변한 SiOx가 성장 인상중인 불의 액체와 고체의 계면 표면에 부착하여 불을 단결정체에서 다결정체로 변형시킴으로써 단결정체 성장이 차단되는 현상이 발생한다.
그러나 대부분의 실리콘 옥사이드는 챔버 위에서 유입된 불활성 기체(inert gas)인 아르곤 가스에 의해 재래식 쵸크랄스키의 노(furnace)의 구조적 형상에 따라 도가니와 서셉터, 서셉터와 히터, 히터와 히트 쉴드, 히트 쉴드와 인슐레이터, 서셉터와 페데스탈 등의 사이를 거쳐 챔버의 하부로 이동하여 진공 펌프에 의해 외부로 배출된다.
이러한 흐름경로에 따른 배출과정에서 실리콘 옥사이드는 챔버 내에서 흑연으로 제조된 서셉터, 히터, 히트 쉴드, 페데스탈, 인슐레이터 등의 표면에서 다음과 같은 화학반응을 일으키게 한다.
C(흑연) + SiOx → CO + SiC .......................(1)
상기 반응에 의해 생성된 일산화탄소는 용융액에 흡수 되어 탄소 불순물 형태로 결정 공정중에 실리콘 단결정체에 함유된다.
동시에 상기 반응에 따라 발생한 일산화탄소는 흑연으로 제조 된 부품들을 부식 시키며 실리콘 카바이드로 변형시켜 기능을 상실하게 하고 파손되어 조업을 중단하는 문제가 발생한다.
또한 반응하지 않은 실리콘 옥사이드는 고체로 변형하여 위와 같은 부품들에 대량의 실리콘 옥사이드로 누적되었다가 실리콘 용융액에 떨어져 단결정체 형성을 방해한다.
따라서 이 대량의 누적된 실리콘 옥사이드를 제거하기 위하여 노(furnace)의 가동을 중지하고 내부를 해체/분리하여 실리콘 옥사이드를 제거하는 작업이 필수적으로 요구되므로 공정 시간이 연장되는 문제점이 발생하는 것이 상예이다.
대한민국 등록특허 제486876호는 내부의 아르곤 가스의 흐름을 제어한 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치에 관하여 개시되고 있는 데, 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치는 챔버와, 석영 도가니, 흑연 도가니, 페데스탈, 상기 챔버 내벽에 설치된 히터와, 상기 히터의 열이 상기 챔버의 측벽부로 방출되지 못하도록 상기 챔버 내부벽에 설치된 복사 단열체와, 단결정 실리콘 잉곳으로 복사되는 열을 차단하기 위하여 설치된 열쉴드(열shield)를 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 특징이다. 그러나, 상기 특허의 방법에는 아르곤 가스가 관통로로 흐르더라도 불순물을 함유한 아르곤 가스는 하부로 배출되기 위해서 히터 및 흑연 도가니 등을 통과하기 때문에 SiOx 등의 불순물이 누적되어 수명이 단축되는 문제점이 존재한다.
따라서, 챔버 내부의 용융액에서 발생한 실리콘 옥사이드(SiOx)가 고체로 변하여 용융된 실리콘 융용액에 떨어지는 것을 방지하고 핫존(Hot Zone)내의 흑연 부품(서셉터, 히터, 히트쉴드, 인슐레이터 포함)과 접촉되는 것을 방지하여 단결정 실리콘 잉곳 내의 탄소 불순물을 감소시키고 핫존 내 흑연부품의 사용 시간을 연장시키며, 청소 작업을 감소하여 생산성을 높일 수 있는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치의 개발이 요구되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 챔버 내부의 오염물질, 실리콘 옥사이드의 영향을 최소화 하여 실리콘 잉곳내의 탄소 불순물을 극소화하고, 흑연 부품의 부식억제 및 실리콘 카바이드, SiC 형성의 변질을 극소화 할 뿐 만 아니라 청소를 격감함으로써 단결정 실리콘 잉곳의 품질 및 생산성을 향상시키는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 실리콘 용융액에서 발생한 산화물인 실리콘 옥사이드(SiOx)가 서셉터, 히터, 히트쉴드 및 인슐레이터와 반응하는 것을 방지할 수 있는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 단결정 실리콘 잉곳 제조시 잉곳의 탄소 오염을 극소화할 수 있는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 챔버, 상기 챔버 내부에 설치된 도가니, 상기 도가니를 둘러싸는 서셉터, 상기 도가니를 가열하는 히터, 상기 히터의 열이 방출되는 것을 방지하는 히트쉴드 및 인슐레이터로 구성된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치에 있어서, 아르곤 가스가 상기 챔버 상부 및 하부에서 공급되어 챔버 측면의 상부에서 배출되는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 도가니 하부에서 공급되는 아르곤 가스가 도가니와 서셉터 사이, 서셉터와 히터 사이 및 히터와 히트쉴드 사이로 이동하여 상부히트쉴드 아래에 위치한 배출구를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 챔버 상부에서 공급되는 아르곤 가스가 콘(cone)을 통해 용융액 표면으로 내려온 뒤 상부 히트쉴드 아래에 위치한 배출구를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 챔버 상부 대비 하부에서 공급되는 아르곤 가스의 부피비율은 9:1 내지 3:2 인 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 아르곤 가스가 배출되는 배출구가 상기 도가니의 높이보다 더 높게 위치하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 아르곤 가스가 배출되는 배출구가 진공배기관으로 이루어지되, 상기 진공배기관은 상기 도가니의 높이보다 더 높게 위치하여 챔버에 연결되는 것을 특징으로 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 실리콘 제조장치가 쵸크랄스키법(CZ), 개선된 쵸크랄스키법(AdCZ), 연속 성장형 쵸크랄스키법(CCZ)에 적용되는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 아르곤 가스를 단독으로 사용하는 것 대신에 헬륨을 단독으로 사용하거나, 헬륨 및 아르곤 가스를 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공한다.
본 발명에 따른 단결정 실리콘 잉곳 제조장치와 공법은 챔버 내부에서 생성 되는 실리콘 옥사이드의 오염 효과를 극소화함으로써 단결정 실리콘의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 단결정 실리콘 잉곳 제조장치는 잉곳내의 탄소 오염을 극소화하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 단결정 실리콘 잉곳 제조장치는 실리콘 옥사이드가 서셉터, 히터, 히트쉴드 및 인슐레이터와 반응하여 부식 또는 변질되는 것을 방지하여 흑연소재의 부식과 그 부품의 기능과 수명을 연장시키는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치는 실리콘 산화물이 흑연 부품들에 누적되는 것이 극소화됨으로써 제거작업이 간단하여 생산성을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래기술인 재래식의 쵸크랄스키법(CZ)의 단결정 실리콘 잉곳 제조장치의 경우 챔버 내에서 아르곤 가스의 흐름을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 재래식 쵸크랄스키 공법의 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치를 개량한 쵸크랄스키 장치(Ad CZ)의 경우 챔버 내에서 아르곤 가스의 흐름을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연속성장 쵸크랄스키법(CCZ)의 단결정 실리콘 잉곳 제조장치의 경우 챔버 내에서 아르곤 가스의 흐름을 나타낸 것이다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명은 오염체 내지 반응물인 실리콘 옥사이드를 아르곤 가스로 배출하여야 하는 쵸크랄스키 공법에서 대부분의 아르곤 가스를 상부로부터 유입하여 용융액의 표면에서 생성되는 실리콘 옥사이드를 제거하고 일부의 아르곤을 하부로부터 유입하여 이 실리콘 옥사이드에 의한 흑연부품 부식 및 변질, 오염물 및 일산화탄소가 생성되는 문제가 발생하는 등의 역효과적인 면을 차단하는 것에 있다.
본 발명은 상기 아르곤 가스의 통로가 구조적으로 특정되어 있는 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치를 제공한다. 챔버 상하부가 밀봉되어 있는 상태에서 챔버 상부로부터 내려오는 아르곤 가스는 콘을 통하여 폴리실리콘 용융액 표면으로 유입되어 배출되고, 챔버 하부에서 올라오는 아르곤 가스는 도가니와 서셉터 사이, 서셉터와 히터 사이, 히터와 히트 쉴드 사이로 통과하여 배출되는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공한다.
즉, 본 발명은 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치와 공법에 관한 것으로, 아르곤 가스를 하부로부터 공급하여 SiOx가 서셉터, 히터, 히트쉴드(heat shield) 및 인슐레이터(insulator) 등과 접촉되는 것을 방지하는 기술이다.
본 발명의 구성은 챔버, 상기 챔버 내부에 설치된 도가니, 상기 도가니를 둘러싸는 서셉터, 상기 도가니를 가열하는 히터, 상기 히터의 열기를 단열하는 히트쉴드 및 인슐레이터로 구성된 단결정 실리콘 제조장치에 있어서, 아르곤 가스가 상기 챔버 상부 및 하부에서 동시에 공급되어 챔버 측면의 상부에서 배출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 개량된 쵸크랄스키 장치(AdCZ)와 연속 성장형 쵸크랄스키(CCZ) 장치 등에 적용될 수 있다. 본 발명은 이하에서 개량된 쵸크랄스키(AdCZ)와 연속성장형 쵸크랄스키법(CCZ)를 예로 들어 설명하는 데, 이에 제한되는 것은 아니며, 연속성장형 쵸크랄스키법(CCZ)를 포함한 모든 쵸크랄스키법(CZ)에 비제한적으로 적용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단결정 실리콘 잉곳 제조장치에 대하여 설명하기로 한다.
도 1에 제시한 바와 같이 재래식 쵸크랄스키 공법에서는 불순물인 실리콘 옥사이드(SiOx)를 제거하는 아르곤 가스가 노(furnace)의 상부로부터 하강하여 하부로 배출 되기 때문에 실리콘 옥사이드가 서셉터, 히터, 히트 쉴드, 페데스탈, 인슐레이터 등의 흑연 부품들 사이를 통과하여 하부로 배출된다. 따라서 상기 실리콘 옥사이드와 흑연 부품들이 반응하여 생성된 일산화탄소가 잉곳에 유입되어 잉곳내의 탄소 불순물의 함량이 증가한다. 또한 반응에 의하여 상기의 흑연 부품을 부식할 뿐만 아니라 변질시킨다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 재래식 쵸크랄스키법의 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치를 개량한 장치(AdCZ) 및 연속성장형 쵸크랄스키법(CCZ)의 실리콘 잉곳 제조장치의 단면도에서 아르곤 가스의 흐름을 나타낸 것이다.
본 발명은 도가니가 회전 또는 회전하지 않는 연속 성장형 실리콘 잉곳 제조 장치(CCZ)에 제한 없이 적용될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 단결정 실리콘 잉곳 제조장치에서 도가니의 회전이 이루어지면서 잉곳이 제조되는 것으로 도가니 110, 서셉터 120, 히터 130, 히트쉴드 150, 인슐레이터 140, 페데스탈 190, 샤프트(Shaft) 200를 구비한다. 상기 서셉터 120를 비롯한 도가니 110는 샤프트(Shaft) 200에 의해 회전되고, 단결정 실리콘 잉곳은 샤프트 200의 회전방향과 반대방향으로 회전하면서 단결정 실리콘 잉곳이 생성된다.
도 2의 개량된 쵸크랄스키 공법에서는 상부로부터 유입되는 아르곤 가스는 융용액의 표면에서 생성되는 실리콘 옥사이드를 제거하여 챔버 상부로 배출하고, 하부로부터 유입되는 아르곤 가스는 실리콘 옥사이드를 함유한 아르곤이 흑연 부품과 접촉하는 것을 역방향 흐름으로 방지한다. 이를 위하여 상부와 하부가 밀폐되도록 설계되어 있으며 진공 펌프에 연결된 배출구 180을 통하여 제거된다.
도 3은 연속 성장형 쵸크랄스키 공법의 장치로서 챔버 내부에는 피더(feeder) 시스템이 연결되어 있으며, 피더관 220을 통해 폴리 실리콘을 도가니 110으로 공급하며, 도가니 110 외부에는 상기 도가니 110을 감싸는 서셉터 120이 위치한다. 공급된 폴리 실리콘을 용융시키기 위해서 도가니 110을 가열하는 데, 가열을 위해서 도가니 110 주변에 히터 130이 설치된다. 상기 히터 130은 전원 등을 인가해 도가니 110을 가열하여 도가니 110 내부에 존재하는 폴리 실리콘을 용융시키는 역할을 한다.
폴리 실리콘의 용융온도는 약 1420℃인데, 히터 130에 의해 가열되어 폴리 실리콘이 용융되며, 상기 용융된 폴리 실리콘은 내부 도가니 210 안으로 들어가 약 1420℃ 이하에서 서서히 냉각되면서 단결정 실리콘 잉곳으로 성장된다.
상기 히트쉴드 150 및 인슐레이터 140은 히터 130에서 발산되는 열을 단열하여 열효율을 향상시키며, 고온의 복사열로부터 챔버의 내벽을 보호하는 역할을 한다.
상기 도가니 110은 일반적으로 석영(SiO2)을 사용할 수 있으며, 상기 도가니 110 내에서 피더(feeder) 시스템을 통하여 공급된 폴리 실리콘이 용융되어 도가니 및 잉곳의 회전에 의해 혼합되며, 용융된 실리콘은 상기 내부 도가니 210에서 단결정체 실리콘 잉곳으로 제조된다. 이때, 상기 도가니 110로부터 용융되어 나온 SiO2와 용융된 실리콘이 반응을 일으켜 산화물인 SiOx를 형성하는 데, 이러한 반응은 아래와 같다.
SiO2(도가니) + Si(용융된 실리콘) → 2SiOx.......................(2)
상기 반응식으로 생성된 실리콘 옥사이드(SiOx)는 단결정 실리콘 잉곳을 제조하는 것을 방지안다. 즉 실리콘 옥사이드(SiOx)는 기체로 되어 증발하는 데, 증발된 실리콘 옥사이드는 1420도C 이하에서 고체화하여 성장 중인 잉곳 표면에 부착함으로써 결정 성장을 차단하여 단결정 성장을 정지한다. 또한 용융액 내에 존재하는 상기 실리콘 옥사이드(SiOx)의 일부는 실리콘 단결정체에 유입되어 산소 불순물의 함량을 증가시킨다. 또한, 기체화하여 배출되었던 실리콘 옥사이드(SiOx)는 히터, 서셉터, 히트쉴드 150 및 인슐레이터 140을 부식하여 실리콘 옥사이드를 생성 및 반응하여 SiC로 변화한다.
따라서 이러한 불필요한 실리콘 옥사이드(SiOx)를 제거하기 위해 아르곤 가스를 이용하는 데, 상기 아르곤 가스의 공급으로 실리콘 옥사이드(SiOx)를 챔버 밖으로 배출시킨다.
그러나, 아르곤 가스를 배출하려는 과정에서 실리콘 옥사이드(SiOx)가 서셉터 120, 히터 130, 히트 쉴드 150 및 인슐레이터 140을 통과하여 흐르게 된다. 그러나 진공 배출구가 챔버 하부에 위치할 경우, 상기 부품들은 흑연(graphite)이 소재로서 상기 실리콘 옥사이드(SiOx)가 다음과 같은 반응을 일으켜 그 흑연들을 부식하여 일산화탄소(CO)를 배출하고 일부는 실리콘 카바이드로 변질하여 그 기능을 상실하게 만든다.
C(흑연) + SiOx → CO + SiC .......................(1)
동시에 위에서 발생한 일산화탄소는 실리콘 용융액에 흡수되어 성장하는 잉곳에 유입 되어 탄소 불순물로 누적 된다.
따라서, 본 발명에 따른 단결정 실리콘 잉곳 제조장치와 그 공법은 도가니 110에서 발생한 산화물인 실리콘 옥사이드(SiOx)가 도가니 110, 히터 130, 히트쉴드 150, 인슐레이터 140을 통과하지 않도록 아르곤 가스의 흐름 경로를 변경하여 흑연부품들이 부식 및 변질되는 것을 방지한다.
이를 위해서 본 발명은 배출구 180을 챔버 측면 상부에 형성시켜 챔버 상부에서 아르곤 가스를 공급하여 도가니 110 내의 불순물을 제거하는 기능 외에, 아르곤 가스의 일부를 도가니 110 하부로 부터 동시에 공급하여 상부로 흐르도록 하여 도가니 110 내에서 발생한 실리콘 옥사이드(SiOx)가 상기 서셉터 120, 히터 130, 히트쉴드 150 및 인슐레이터 140와 접촉하는 것을 물리적으로 방지하였다.
즉, 상부에서 공급된 아르곤 가스는 콘 160을 통해서 도가니 110의 상부로 인도되며, 상기 인도된 아르곤 가스는 도가니 110 내에서 용융된 실리콘 표면에서 발생되는 실리콘 옥사이드 등의 불순물을 배출구 180으로 인도한다. 상기 아르곤 가스가 상기 실리콘 옥사이드 등의 불순물을 배출구 180으로 인도함으로써 제조되고 있는 단결정 실리콘 잉곳에 불순물이 혼합을 극소화 한다.
상기 아르곤 가스와 함께 실리콘 옥사이드 등의 불순물은 배출구 180를 통해 밖으로 배출되는 데, 상기 배출구 180은 상기 챔버 측면의 상부에 위치하며, 상부 히트쉴드 170 아래에 위치하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 배출구 180은 도가니 110 보다 높은 곳에 위치하는 것이 바람직하며, 상기 배출구 180은 진공 배기관으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 진공 배기관은 챔버와 연결되어 있으며 아르곤 가스가 공급되는 압력과 진공 배기관에 연결되어 있는 진공펌프의 역할로 인해 챔버 내부에 있는 불순물을 포함한 아르곤 가스가 챔버 밖으로 용이하게 배출될 수 있도록 설계되어 있다. 상기 배출구 180은 1 이상 형성되는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 2 내지 6개의 배출구가 형성되는 것이 더 바람직하다.
상기 배출구 180은 상부 히트쉴드 170 아래에 위치하여 상부에서 아르곤 가스가 공급될 경우, 콘(cone)에 의해 도가니 110 내로 인도된 후에 아르곤 가스가 이동된 경로를 역행하지는 않는다. 즉 챔버 상부 쪽인 상부 히트쉴드 170 위쪽으로 이동하는 일은 거의 발생하지 않는다.
또한, 도가니 110 하부에서 아르곤 가스가 공급하되, 도가니 110과 서셉터 120 사이, 서셉터 120과 히터 130 사이 및 히터 130과 히트쉴드 150 사이로 아르곤 가스가 상부로 이동되도록 하여 도가니 110 내에서 발생한 실리콘 옥사이드(SiOx)가 서셉터 120, 히터 130, 히트쉴드 150 및 인슐레이터 140과 접촉할 수 있는 가능성을 배제시켜 접촉반응으로 흑연부품들의 변질 또는 부식 등이 일어나지 않도록 한다.
상기 하부에서 공급되는 아르곤 가스도 상부 히트쉴드 170 아래에 위치한 배출구 180으로 배출되도록 한 것인 바, 콘 160 및 상부 히트쉴드 170 위쪽으로 이동하게 되는 경우는 거의 발생하지 않는다.
상기 챔버 상부에서 공급되는 아르곤 가스의 공급량은 상기 상부 대비 하부에서 공급되는 아르곤 가스의 부피 비율이 9:1 내지 3:2가 되도록 공급되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 아르곤 가스는 비제한적으로 다른 종류의 불활성 가스를 사용할 수도 있다. 즉, 상기 아르곤 가스를 단독으로 사용하는 것 대신에 헬륨을 단독으로 사용하거나, 헬륨 및 아르곤 가스 등을 혼합하여 사용할 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (8)

  1. 챔버, 상기 챔버 내부에 설치된 도가니, 상기 도가니를 둘러싸는 서셉터, 상기 도가니를 가열하는 히터, 상기 히터의 열이 방출되는 것을 방지하는 히트쉴드 및 인슐레이터로 구성된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치에 있어서,
    아르곤 가스가 상기 챔버 상부 및 하부에서 동시에 공급되어 챔버 측면의 상부에서 배출되되,
    상기 도가니 하부에서 공급되는 아르곤 가스는 도가니와 서셉터 사이, 서셉터와 히터 사이 및 히터와 히트쉴드 사이로 이동하여 상부히트쉴드 아래에 위치한 배출구를 통해 배출되며, 상기 아르곤 가스가 배출되는 배출구는 진공배기관으로 이루어지되, 상기 진공배기관은 상기 도가니의 높이보다 더 높게 위치하여 챔버에 연결되고,
    상기 챔버 상부 대비 하부에서 공급되는 아르곤 가스의 부피비율은 9:1 내지 3:2 인 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 상부에서 공급되는 아르곤 가스는 콘(cone)을 통해 용융액 표면으로 내려온 뒤 상부 히트쉴드 아래에 위치한 배출구를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 아르곤 가스가 배출되는 배출구는 상기 도가니의 높이보다 더 높게 위치하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치.
  6. 삭제
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 실리콘 제조장치는 쵸크랄스키법(CZ), 개선된 쵸크랄스키법(AdCZ), 연속 성장형 쵸크랄스키법(CCZ)에 적용되는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 아르곤 가스를 단독으로 사용하는 것 대신에 헬륨을 단독으로 사용하거나, 헬륨 및 아르곤 가스를 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치.
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