KR101134499B1 - 이중가이더를 구비하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중가이더를 구비하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 인상유닛과 반응챔버 사이에 2중 가이더 구조를 갖는 와이어 유지부를 구비하여 와이어의 회전/인상구동시 발생하는 진동을 억제하여 실리콘 단결정 잉곳 성장시 불균형을 최소화할 수 있도록 와이어의 축 밸런스를 유지하는 이중가이더를 구비하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치에 관한 것이다.
본 발명은 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키기 위해 와이어를 인상 및 회전시킬 때, 가이더 하우징의 상,하단에 가이더가 구비되는 2중 구조의 와이어 유지부를 포함함으로써, 와이어를 통해 전달되는 진동을 억제하여, 스윙(swing)현상을 최소화시켜 실리콘 단결정 잉곳이 성장되면서 회전축이 틀어져, 발생하는 제품 생산의 불량을 최소화시킬 수 있는 효과를 갖는다.

Description

이중가이더를 구비하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치{.}

본 발명은 이중가이더를 구비하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 인상유닛과 반응챔버 사이에 2중 가이더 구조를 갖는 와이어 유지부를 구비하여 와이어의 회전/인상구동시 발생하는 진동을 억제하여 실리콘 단결정 잉곳 성장시 불균형을 최소화할 수 있도록 와이어의 축 밸런스를 유지하는 이중가이더를 구비하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조에 사용되는 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)는 다결정 실리콘을 단결정체 성장장치의 가열로(석영도가니)에 넣고 용융가열하면서 이를 환봉 형태로 된 실리콘 단결정 잉곳을 형성한 다음, 이를 원판상으로 절단하여 가공하게 된다.

이 실리콘결 단결정 잉곳은 cz(초코랄스크)법 또는 fz(플롯존)법으로 성장되며 반도체 기판으로 사용되는 것은 80%정도가 cz법으로 만든다. cz법은 실리콘 성장장치의 축에 종자 결정을 부착하여 석영도가니에 넣어진 용융물(실리콘 다결정체)을 풀링(pulling)하는 기술이다.

이와 같이 실리콘 단결정 잉곳은 모터와 연결된 연결축의 끝단에 장착되어 석영도가니에 넣고 인상/회전하면서 성장시킨다.

도 1을 참조하면, 종래의 실리콘 단결정 잉곳 형성장치는 실리콘 용액(S)이 저장되는 석영 도가니(3)와, 석영 도가니(3)가 가열되도록 석영 도가니(3)를 감싸는 히터(4)와, 히터(4)를 감싸도록 중공형상으로 이루어진 열쉴드(5)와, 도가니(3), 히터(4) 및 열쉴드(5)가 내부에 설치되면 바닥면에 관통 형성된 관통공을 가지는 반응챔버(1)와 종결정이 연결되는 와이어(W)를 구비한다.

그리고 상술한 잉곳 형성장치를 이용하여 실리콘 단결정 잉곳(I)을 제조하기 위해서는 먼저 석영 도가니(3)에 초 고순도의 다결정 실리콘(Poly silicon)과 보론(Boron)을 장입한 후 히터(4)로 가열하여 용융시킨다.

상기 히터(4)는 도가니(3) 내에 적재된 고순도의 다결정 실리콘 덩어리를 용융하여 실리콘 용액(S)으로 만들며, 상기 히터(4)를 에워싸는 열쉴드(5)는 히터(4)에서 발산되는 열이 반응챔버(1)의 외부 벽측으로 확산되는 것을 방지하여 열 효율을 향상시킨다.

이후, 용해된 실리콘 용액(S) 내에 와이어(W)에 연결된 종결정을 담근 후, 회전시키면서 서서히 끌어올림으로써 실리콘 단결정 잉곳(I)을 성장시키게 된다.

상기 반응챔버(1)의 상부에는 상기 와이어(W)를 감아서 인상(引上)하는 와이어 인상유닛(미도시)이 설치되며, 상기 와이어(W)의 하부에 석영 도가니(3) 내의 실리콘 용액(S)에 접촉되어 인상하면서 단결정 잉곳(I)을 성장시키는 종결정이 설치된다.

상기 와이어 인상유닛은 단결정 잉곳(I) 성장 시 와이어(W)를 감아 인상하는 동시에 회전 운동시키게 된다.

상기 도가니(3)는 샤프트축(2) 상에 고정 설치되고, 상기 샤프트축(2)은 상기 반응챔버(1)의 하측부에 구비되는 챔버 승강유닛(미도시)에 의해 회전 및 상승된다.

이때, 실리콘 단결정 잉곳(I)은 도가니(3)의 샤프트축(2)과 동일한 축을 중심으로 하여 상기 도가니(3)의 회전방향과 반대방향으로 회전되면서, 실리콘 용액(S)과 종결정의 고-액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 상승된다.

그러나, 종래의 일반적인 잉곳 형성장치는 상기 실리콘 단결정 잉곳을 물고 있는 와이어를 상기 와이어 인상유닛을 통해 회전 및 상승시키면서 상기 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키게 되는데, 와이어의 길이가 길고, 실리콘 단결정 잉곳의 무게 때문에 하단부로 내려올수록 상승 및 회전 구동에 따라 진동이 용이하게 전달되게 된다.

이에 따라 와이어와 연결된 실리콘 단결정 잉곳에까지 진동이 전달되고, 석영 도가니의 역방향 회전으로 단결정 잉곳 성장시 스윙(Swing)현상이 발생하여 실리콘 용융물의 불안정을 초래하여 제품의 불량률이 가중될 수밖에 없는 등 여러 문제점이 있었다.

그래서, 이와 같은 실리콘 단결정 잉곳의 성장시 와이어의 축 밸런스 흔들림을 방지하여 제품의 불균형을 최소화할 수 있는 장치를 필요로 하게 되었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키기 위해 와이어를 인상 및 회전시킬 때, 와이어를 통해 전달되는 진동이나 스윙(swing)현상을 최소화하기 위해 2중 가이더 구조를 갖는 와이어 유지부를 구비하여, 와이어가 회전 중심에서 이탈되는 것을 근본적으로 방지할 수 있는 이중가이더를 구비하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 실리콘 웨이퍼의 모재가 되는 실리콘 단결정 잉곳을 제조하기 위한 장치에 있어서, 실리콘 용액을 담고 있는 도가니와, 상기 도가니를 가열하는 히터와, 상기 히터를 에워싸도록 설치되어 발산되는 열을 차단하는 열쉴드가 내부에 구비되는 반응챔버; 상기 반응챔버를 지지하는 지지대와 상기 반응챔버에 연결되는 샤프트축과 구동부로 이루어져, 상기 반응챔버를 일방향으로 회전 및 승,하강시키는 챔버 승하강유닛; 모터에 의해 와이어를 감아 인상하면서, 상기 와이어를 상기 반응챔버 회전방향의 반대방향으로 회전시키고, 상기 와이어 하단부에는 단결정 잉곳을 성장시키는 종결정이 연결되는 시드연결척을 구비하여, 상기 반응챔버의 상부에 설치되는 와이어 인상유닛; 및 상기 와이어의 길이방향을 따라 상,하로 소정간격 이격되는 이중 가이더 구조를 이루되, 상기 와이어 인상유닛과 반응챔버 사이에 위치되도록 상기 지지대에 고정연결되고, 각각의 상기 가이더 중앙에 와이어가 관통삽입되는 지그홀이 형성되어, 상기 와이어의 인상 및 회전시 흔들림을 방지하도록 하는 와이어 유지부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 와이어 유지부는, 내부가 관통형성된 소정길이의 원통 형태로, 상기 지지대의 중앙에 수직으로 고정연결되는 가이더 하우징; 및 상기 가이더 하우징의 상,하단부에 각각 내삽 결합 되도록 한 쌍을 이루는 상, 하부 가이더;를 포함하여 이루어지는 것을 일 특징으로 한다.

또한, 상기 와이어 인상유닛은, 상기 지지대의 상방에 고정설치되는 프레임부와 상기 프레임부의 상측 저면에 구비되어 상기 모터에 의해 와이어를 감아 인상하기 위한 도르레부와 상기 도르레부의 일측단에 연결되어 인상되는 상기 와이어를 상기 반응챔버 회전방향의 반대방향으로 회전시키는 시드회전부를 더 포함하여 이루어지는 것을 일 특징으로 한다.

본 발명은 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키기 위해 와이어를 인상 및 회전시킬 때, 가이더 하우징의 상,하단에 가이더가 구비되는 2중 구조의 와이어 유지부를 포함함으로써, 와이어를 통해 전달되는 진동을 억제하여, 스윙(swing)현상을 최소화시켜 실리콘 단결정 잉곳이 성장되면서 회전축이 틀어져, 발생하는 제품 생산의 불량을 최소화시킬 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 종래의 일반적인 실리콘 단결정 잉곳 형성장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 이중가이더를 구비하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치의 전체적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 와이어 유지부 형상을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 설명하고자 하며, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 수 있다.

도 2는 본 발명에 의한 이중가이더를 구비하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치의 전체적인 구조를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 와이어 유지부 형상을 나타내는 도면이다.

도 2 내지 3에 도시된 바를 참조하면, 본 발명의 실리콘 단결정 잉곳 형성장치는 크게 반응챔버(100), 챔버 승하강유닛(200), 와이어 인상유닛(300), 와이어 유지부(400)를 포함하는 구조로 이루어진다.

반응챔버(100)는 내부에 도가니(110)와 히터(120) 및 열쉴드(130)를 구비하도록 이루어지며, 석영으로 형성되는 상기 도가니(110)는 외부가 흑연재질로 에워싸진다. 상기 도가니(110)는 샤프트축(210)을 중심으로 회전되며, 내부에 고순도의 다결정 실리콘 덩어리 및 보론 등이 삽입된다.

히터(120)는 중공의 원통형으로 형성되어 상기 도가니(110)를 외측방 둘레에 위치된다. 상기 히터(120)는 도가니(110)를 가열하여, 내부의 다결정 실리콘 덩어리 및 보론 등을 용해시켜 실리콘 용액으로 만든다.

상기 열쉴드(130)는 상기 히터(120)를 에워싸도록 설치되어, 히터(120)에서 발산되는 열이 외측 벽 쪽으로 확산되는 것을 방지하여 열 효율을 향산시킨다.

상기 반응챔버(100)의 상부는 내측에서 성장되는 실리콘 단결정 잉곳(I)이 인상되면서 배출되도록 개방형성된다. 와이어(W)의 하단에 연결되는 실리콘 단결정 잉곳(I)은 와이어 인상유닛(300)에 의해 회전 및 승강된다.

또한, 상기 반응챔버(100)는 챔버 승하강유닛(200)에 의해 회전 및 승,하강하게 되는데, 상기 챔버 승하강유닛(200)은 상기 반응챔버(100)를 지지하도록 틀을 이루는 지지대(220)와 상기 반응챔버(100)의 하부 회전중심에 연결되는 샤프트축(210) 및 상기 샤프트축(210)을 따라 상기 반응챔버(100)를 회전 및 승,하강 되도록 구동시키는 구동부(230)로 구성된다.

와이어(W)의 하단에 구비되는 시드연결척(미도시)에 의해 연결되는 종결정을 상기 도가니(110) 내의 실리콘 용액에 담근 후, 와이어 인상유닛(300)으로 상기 와이어(W)를 회전시키면서 서서히 끌어올려, 실온에 노출되면서 실리콘 단결정 잉곳(I)이 성장되게 된다.

와이어 인상유닛(300)은 상기 지지대(220)의 상방에 고정설치되는 프레임부(310)와 상기 프레임부(310) 내측에 구비되는 모터(320), 도르레부(330) 및 시드회전부(340)로 구성되어, 상기 반응챔버(100)의 상측에 위치된다.

도르레부(330)는 상기 프레임부(310)의 상측 저면에 연결되어 모터(320)에 의해 와이어(W)를 감아 인상시키는 역할을 하고, 상기 프레임부(310) 상측과 도르레부(330)를 연결하는 일측단에는 시드회전부(340)가 구비되어, 상기 와이어(W)를 감아 인상하는 동시에, 상기 와이어(W)를 회전시킬 수 있게 된다.

이때, 상기 시드회전부(340)에 의해 상기 종결정이 연결된 시드연결척(미도시)은 상기 반응챔버(100)의 회전방향과 반대방향으로 회전되면서, 실리콘 용액(S)과 상기 종결정의 고-액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 상승되면서, 실리콘 단결정 잉곳(I)을 성장시킨다.

와이어 유지부(400)는 가이더 하우징(410) 및 상, 하부 가이더(420,430)를 포함하여 이루어져, 상기 와이어 인상유닛(300)과 반응챔버(100) 사이에 위치되도록 상기 지지대(220)의 중앙에 수직으로 관통되게 고정연결된다.

상기 가이더 하우징(410)은 상,하로 소정길이를 갖는 원통 형태로 내부가 관통형성되어 그 내측으로 상기 와이어(W)가 통과된다.

상기 가이더 하우징(410)의 상,하단부에는 각각 상, 하부 가이더(420,430)가 내삽결합되되, 한 쌍을 이루는 상기 상, 하부 가이더(420,430)는 상기 가이더 하우징(410)의 길이에 상응하게 서로 일정간격 이격되는 이중 가이더 구조를 이룬다.

상기 상, 하부 가이더(420,430) 각각의 중앙에는 와이어(W)가 수직으로 관통삽입되는 지그홀(H)이 형성되어, 상기 와이어(W)의 둘레를 감싸게 된다.

그에 따라, 상기 와이어(W)가 한 쌍의 지그홀(H)에 일체로 삽입되는 상태로 와이어 유지부(400)를 통과하게 되어, 상기 와이어 인상유닛(300)에 의해 상기 와이어(W)가 인상 및 회전 구동시 와이어(W)가 회전 중심축을 벗어나지 않도록 흔들림을 방지하는 기능을 갖는다.

이와 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100: 반응챔버 110: 도가니
120: 히터 130: 열쉴드
200: 챔버 승하강유닛 210: 샤프트축
220: 지지대 230: 구동부
300: 와이어 인상유닛 310: 프레임부
320: 모터 330: 도르레부
340: 시드회전부 400: 와이어 유지부
410: 가이더 하우징 420,430: 상, 하부 가이더
I: 잉곳 W: 와이어

Claims (3)

1. 실리콘 웨이퍼의 모재가 되는 실리콘 단결정 잉곳을 제조하기 위한 장치에 있어서,
   실리콘 용액을 담고 있는 도가니와, 상기 도가니를 가열하는 히터와, 상기 히터를 에워싸도록 설치되어 발산되는 열을 차단하는 열쉴드가 내부에 구비되는 반응챔버;
   상기 반응챔버를 지지하는 지지대와 상기 반응챔버에 연결되는 샤프트축과 구동부로 이루어져, 상기 반응챔버를 일방향으로 회전 및 승,하강시키는 챔버 승하강유닛;
   모터에 의해 와이어를 감아 인상하면서, 상기 와이어를 상기 반응챔버 회전방향의 반대방향으로 회전시키고, 상기 와이어 하단부에는 단결정 잉곳을 성장시키는 종결정이 연결되는 시드연결척을 구비하여, 상기 반응챔버의 상부에 설치되는 와이어 인상유닛; 및
   상기 와이어의 길이방향을 따라 상,하로 소정간격 이격되는 이중 가이더 구조를 이루되, 상기 와이어 인상유닛과 반응챔버 사이에 위치되도록 상기 지지대에 고정연결되고, 각각의 상기 가이더 중앙에 와이어가 관통삽입되는 지그홀이 형성되어, 상기 와이어의 인상 및 회전시 흔들림을 방지하도록 하는 와이어 유지부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이중가이더를 구비하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 와이어 유지부는,
   내부가 관통형성된 소정길이의 원통 형태로, 상기 지지대의 중앙에 수직으로 고정연결되는 가이더 하우징; 및
   상기 가이더 하우징의 상,하단부에 각각 내삽 결합 되도록 한 쌍을 이루는 상, 하부 가이더;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중가이더를 구비하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 와이어 인상유닛은,
   상기 지지대의 상방에 고정설치되는 프레임부와 상기 프레임부의 상측 저면에 구비되어 상기 모터에 의해 와이어를 감아 인상하기 위한 도르레부와 상기 도르레부의 일측단에 연결되어 인상되는 상기 와이어를 상기 반응챔버 회전방향의 반대방향으로 회전시키는 시드회전부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중가이더를 구비하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치.

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