KR101146695B1 - 잔류 융액의 냉각 효율이 향상된 실리콘 단결정 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잔류 융액의 냉각 효율이 향상된 실리콘 단결정 제조장치 및 제조방법을 개시한다. 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조장치는, 실리콘 단결정 잉곳의 성장이 이루어지는 챔버, 상기 챔버 내부에 설치되며 실리콘 융액을 수용하는 석영 도가니, 석영 도가니를 회전시키는 도가니 회전수단, 석영 도가니 측벽 주위에 설치된 히터 및 시드에 의해 석영 도가니에 수용된 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정 잉곳을 인상하는 단결정 인상수단을 포함하는 쵸크랄스키 법을 이용한 실리콘 단결정 제조장치에 있어서, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 외주면을 따라 실리콘 융액의 상부 표면으로 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급수단; 상기 불활성 가스 공급수단으로부터 불활성 가스를 공급받아 실리콘 융액의 상부 표면으로 불활성 가스를 직접 분사하는 분사 노즐; 및 실리콘 단결정 잉곳의 성장이 완료되면, 상기 분사 노즐을 제어하여 잔류 융액의 상부 표면으로 불활성 가스를 직접 분사하면서 잔류 융액의 냉각을 진행하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

쵸크랄스키(CZ) 법, 단결정 잉곳, 잔류 융액(melt), 냉각

Description

잔류 융액의 냉각 효율이 향상된 실리콘 단결정 제조장치 및 제조방법{Apparatus and Method for manufacturing silicon crystal Improved cooling efficiency of remaining silicon melt}

본 발명은 실리콘 단결정 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 쵸크랄스키 법을 이용한 실리콘 단결정의 제조 후 잔류 융액의 냉각 속도를 향상시킬 수 있는 잔류 융액의 냉각 효율이 향상된 실리콘 단결정 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 실리콘 단결정 잉곳은 쵸크랄스키(Czochralski, 이하 CZ라 함) 법에 의해 제조된다. CZ 법에 의하여 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 방법은, 석영 도가니에 다결정 실리콘(poly silicon)과 불순물(dopant)을 적층시키고 석영 도가니 측벽 주변에 설치된 히터에서 복사되는 열을 이용해 다결정 실리콘과 불순물을 용융시켜 실리콘 융액(melt)을 형성하고, 실리콘 단결정 잉곳의 성장 소스인 시드(seed)를 실리콘 융액의 표면에 디핑(dipping) 시키고, 시드를 따라 성장하는 성장 결정의 직경을 최대한 줄이면서 인상하는 넥킹(necking) 공정과, 성장 결정을 목적하는 결정 직경까지 확장시키는 숄더링(shouldering) 공정을 거쳐, 바디부 성 장(body growth) 공정에서 시드를 천천히 인상시켜 실리콘 단결정 잉곳을 원하는 길이로 성장시키고, 테일링(tailing) 공정에서 석영 도가니의 회전을 빠르게 하여 실리콘 단결정 잉곳의 직경을 점점 줄여나가 융액과 잉곳을 분리시킴으로써 실리콘 단결정 잉곳의 성장을 완료한다.

단결정 성장의 완료 초기에 실리콘 단결정 잉곳과 석영 도가니에 잔류하는 융액은 고온 상태에 있으므로 이 상태에서 성장 챔버를 개방하면 외부의 공기와 반응하여 실리콘 단결정 잉곳과 잔류 융액에 산화가 발생하여 제품에 악영향을 끼치게 된다. 따라서 일정 시간 동안 융액을 냉각하여 융액의 고화가 완료된 후 실리콘 단결정 잉곳과 석영 도가니를 성장 챔버에서 분리하게 된다.

종래에는 석영 도가니에 잔류하는 융액의 냉각 공정을 수행하는데 약 15시간 정도의 오랜 시간이 소요되었다. 이에 따라 실리콘 단결정 제조장치의 생산성이 떨어지는 문제가 있었다. 더욱이, 잉곳(웨이퍼)의 대구경화에 따라 석영 도가니의 용량은 점점 증대되고 장치가 대형화되는 추세에 있다. 따라서, 한 번의 성장 공정에 투입되는 다결정 실리콘의 양이 늘어나 성장 완료 후 잔류하는 융액의 양은 더 늘어나고 있다. 예컨대, 300mm 잉곳의 성장 시 사용되는 실리콘의 양은 약 400kg 정도이고, 테일링 공정이 끝난 후 잔류 융액의 양은 약 40kg 정도이다. 그리고 450mm 잉곳의 성장 시 사용되는 실리콘의 양은 약 600kg 이상이고, 잔류 융액의 양은 70kg 정도가 남게 된다. 이러한 잔류 융액의 양이 많아지게 되면 그만큼 잔류 융액을 냉각하는데 걸리는 시간이 더 길어지게 된다. 따라서, 본 발명이 속한 기술분야에서는 실리콘 단결정의 생산성 향상을 위해 성장 완료 후 잔류 융액의 냉각 시간 을 줄일 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, CZ 법에 의해 실리콘 단결정의 제조를 완료한 후 석영 도가니에 잔류하는 융액의 냉각 시간을 줄임으로써 실리콘 단결정의 생산성을 향상시킬 수 있는 잔류 융액의 냉각 효율이 향상된 실리콘 단결정 제조장치 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 잔류 융액의 냉각 효율이 향상된 실리콘 단결정 제조장치는, 실리콘 단결정 잉곳의 성장이 이루어지는 챔버, 상기 챔버 내부에 설치되며 실리콘 융액을 수용하는 석영 도가니, 석영 도가니를 회전시키는 도가니 회전수단, 석영 도가니 측벽 주위에 설치된 히터 및 시드에 의해 석영 도가니에 수용된 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정 잉곳을 인상하는 단결정 인상수단을 포함하는 쵸크랄스키 법을 이용한 실리콘 단결정 제조장치에 있어서, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 외주면을 따라 실리콘 융액의 상부 표면으로 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급수단; 상기 불활성 가스 공급수단으로부터 불활성 가스를 공급받아 실리콘 융액의 상부 표면으로 불활성 가스를 직접 분사하는 분사 노즐; 및 실리콘 단결정 잉곳의 성장이 완료되면, 상기 분사 노즐을 제어하여 잔류 융액의 상부 표면으로 불활성 가스를 직접 분사하면서 잔류 융액의 냉각을 진행하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 석영 도가니로부터 성장되는 실리콘 단결정 잉곳을 에워싸도록 설치되어 실리콘 단결정 잉곳을 냉각시키는 수냉관을 더 포함하고, 상기 분사 노즐은 상기 수냉관에 설치된다.

바람직하게, 상기 분사 노즐은 상기 수냉관의 둘레를 따라 복수 개소에 환형 배열로 설치된다.

바람직하게, 상기 제어부는 실리콘 단결정 잉곳의 성장이 완료되면, 상기 단결정 인상수단을 제어하여 실리콘 단결정 잉곳을 수냉관의 위쪽으로 이동시키고, 상기 도가니 회전수단을 제어하여 잔류 융액이 수용된 석영 도가니를 회전시키면서 잔류 융액의 냉각을 진행한다.

바람직하게, 상기 제어부는 실리콘 단결정 잉곳을 수냉관 보다 100mm 내지 300mm 위쪽으로 이동시킨다.

바람직하게, 상기 제어부는 석영 도가니를 30rpm 내지 40rpm으로 회전시킨다.

바람직하게, 상기 실리콘 단결정 잉곳에서 방출되는 열을 차단하고 실리콘 융액의 표면과 멜트 갭을 형성하는 열실드 수단; 및 상기 열실드 수단을 상하로 이동시키는 열실드 구동수단을 더 포함하고, 상기 제어부는 실리콘 단결정 잉곳의 성장이 완료되면, 상기 열실드 구동수단을 제어하여 열실드 수단의 위치를 잔류 융액의 상부 표면으로부터 최대 이격거리에 위치시킨다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 잔류 융액의 냉각 효율이 향상된 실리콘 단결정 제조방법은, 석영 도가니에 수용된 실리콘 융액에 시드를 디핑 후 시드를 회전시키면서 상부로 인상시켜 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키고 수 냉관을 통해 성장이 완료된 잉곳을 통과시켜 잉곳을 냉각시키는 쵸크랄스키 법을 이용한 실리콘 단결정 제조방법에 있어서, 실리콘 단결정 잉곳의 성장이 완료되면, 잔류 융액의 상부 표면으로 불활성 가스를 직접 분사하면서 잔류 융액의 냉각을 진행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, CZ 법을 이용한 실리콘 단결정의 제조를 완료한 후 석영 도가니의 잔류 융액을 냉각시키는 공정 조건을 개선함으로써 잔류 융액의 냉각 시간을 단축시킬 수 있다. 이에 따라, 실리콘 단결정의 제조 시간 단축으로 생산성을 향상시킬 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자의 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 단결정 제조장치의 개략적인 구성을 도시한 장치 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조장치는, 실리콘 단결정 잉곳의 성장이 이루어지는 공간인 챔버(10), 상기 챔버(10) 내부에 설치되며 고온으로 용융된 실리콘 융액(M)이 수용되는 석영 도가니(20), 상기 석영 도가니(20)의 외주면을 감싸며 석영 도가니(20)를 일정한 형태로 지지하는 도가니 하우징(30), 상기 도가니 하우징(30) 하단에 설치되어 하우징(30)과 함께 석영 도가니(20)를 회전시키면서 석영 도가니(20)를 상승 또는 하강시키는 도가니 회전수단(40), 상기 도가니 하우징(30)의 측벽으로부터 일정 거리 이격되어 석영 도가니(20)를 가열하는 히터(50), 상기 히터(50)의 외곽에 설치되어 히터(50)로부터 발생하는 열이 외부로 유출되는 것을 방지하는 단열수단(60), 종자결정인 시드(seed)를 이용하여 상기 석영 도가니(20)에 수용된 실리콘 융액(M)으로부터 실리콘 단결정 잉곳(IG)을 일정 방향으로 회전시키면서 인상하는 단결정 인상수단(70), 단결정 인상수단(70)에 의해 인상되는 실리콘 단결정 잉곳(IG)을 냉각시키기 위해 내부에 냉각수가 순환되는 수냉관(80), 불활성 가스 공급 도관(91)과 연결되어 잉곳(IG)의 외주면을 따라 실리콘 융액(M)의 상부 표면으로 불활성 가스(예컨대, Ar 가스)를 공급하는 불활성 가스 공급수단(90), 고액 계면의 온도 구배 제어를 위해 잉곳(IG)으로 방출되는 열의 외부 방출을 차폐하고 실리콘 융액(M)과 멜트 갭을 형성하는 열실드 수단(100) 및 실리콘 단결정 제조 전반에 걸쳐 상술한 구성 요소들을 제어하는 제어부(200)를 포함한다.

상술한 구성 요소들은 본 발명이 속한 기술분야에서 잘 알려진 CZ 법을 이용 한 실리콘 단결정 제조장치의 통상적인 구성 요소이므로 각 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 실리콘 융액(M)은 다결정 실리콘(poly silicon)과 불순물(dopant)을 적층시키고 상기 히터(50)로부터 인가되는 열을 이용해 용융시킨 것이다. 하지만, 본 발명은 융액(M)의 종류에 의해 한정되는 것은 아니므로 CZ 법에 의해 성장시키는 반도체 단결정의 종류에 따라 융액(M)의 종류와 조성이 달라짐은 자명하다.

본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조장치는, 상술한 구성 요소들을 제어부(200)에서 제어하여 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 성장이 완료된 후, 석영 도가니(20)에 잔류하는 융액(M)을 효과적으로 냉각시키는 것에 특징이 있다.

본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조장치는, 상기 불활성 가스 공급수단(90)으로부터 불활성 가스를 공급받아 실리콘 융액(M)의 상부 표면으로 불활성 가스를 직접 분사하는 분사 노즐(95)을 더 포함한다.

상기 분사 노즐(95)은 상기 수냉관(80)의 둘레를 따라 복수 개소에 환형 배열로 설치된다. 이 때, 상기 분사 노즐(95)은 일정 각도 기울어지게 형성되어 분사되는 불활성 가스가 실리콘 융액(M)의 표면측으로 분사될 수 있게 한다. 하지만, 본 발명이 분사 노즐(95)이 설치되는 방식에 의해 한정되는 것은 아니며 분사 노즐(95)에서 분사되는 불활성 가스가 실리콘 융액(M)의 표면으로 직접 분사될 수 있는 방식이라면 어떠한 방식이라도 채용이 가능하다. 상기 분사 노즐(95)에는 불활성 가스 공급 도관(91)이 연결되며, 상기 불활성 가스 공급수단(90)은 상기 불활성 가스 공급 도관(91)에 불활성 가스를 공급한다.

보다 구체적으로, 상기 분사 노즐(95)은 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 성장이 완료되면, 상기 제어부(200)의 제어에 따라 잔류 융액(M)의 상부 표면으로 불활성 가스를 직접 분사한다. 이러한 불활성 가스의 직접 분사는 잔류 융액(M)의 냉각 공정에서만 이루어지는 것이 바람직하다. 그러면, 잔류 융액(M) 표면으로 유입되는 불활성 가스의 유량이 보다 증대되어 잔류 융액(M)의 냉각이 효과적으로 이루어질 수 있다.

상기 제어부(200)는 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 성장이 완료되면, 잔류 융액의 효과적인 냉각을 위해 상기 단결정 인상수단(70)을 제어하여 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 위치를 수냉관(80)보다 높은 위치로 이동시킨다. 바람직하게, 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 이동이 완료되면, 잉곳(IG) 하단과 수냉관(80) 상단의 간격은 100m 내지 300mm이다. 실리콘 단결정 잉곳(IG)이 수냉관(80)의 위쪽으로 이동하면 실리콘 단결정 잉곳(IG)과 잔류 융액(M) 간의 열적 상호 작용을 최소화할 수 있고 단결정 인상수단(70) 측으로부터 공급되는 불활성 가스의 이동을 원활하게 할 수 있다.

상기 제어부(200)는 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 성장이 완료되면, 잔류 융액의 효과적인 냉각을 위해 상기 도가니 회전수단(40)을 제어하여 잔류 융액(M)이 수용된 석영 도가니(20)를 회전시킨다. 바람직하게, 상기 석영 도가니(20)는 30rpm 내지 40rpm의 속도로 회전시킨다. 상기 속도 범위 내에서 석영 도가니(20)가 회전하면 잔류 융액(M)의 상부 표면적이 원심력에 의해 증가되어 열방출 표면이 증가함 으로써 잔류 융액(M)의 냉각 효율이 향상될 수 있다.

상기 제어부(200)는 잔류 융액(M)의 냉각 효율을 더욱 향상시키기 위해 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 성장이 완료되면, 열실드 수단(100)의 높이를 조절할 수 있다. 상기 열실드 수단(100)은 잔류 융액(M)을 냉각시키는 과정에서 잔류 융액(M)의 냉각을 저해하는 요인으로 작용하기 때문이다. 구체적으로, 상기 제어부(200)는 열실드 구동수단(110)을 제어하여 열실드 수단(100)을 상부로 이동시킴으로써 잔류 융액(M)의 상부 표면으로부터 열실드 수단(100)을 최대로 이격시킨다. 그러면, 열실드 수단(100)과 석영 도가니(20) 사이에 불활성 가스가 원활하게 배출될 수 있는 간격이 생긴다. 따라서, 잔류 융액(M) 표면으로 분사된 불활성 가스는 잔류 융액(M) 표면으로부터 복사 열을 흡수한 후 열실드 수단(100)과 석영 도가니(20) 사이에 생긴 틈을 통해 외부로 원활하게 배출되고 이로 인해 잔류 융액(M)의 냉각 속도를 더욱 향상시킬 수 있다. 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 열실드 구동수단(110)은 열실드 수단(100)의 상하 이동을 가능하게 하는 기계적 메커니즘으로서 열실드 수단(100)의 직선 운동을 가이드 하는 가이더와 열실드 수단(100)의 구동을 위한 모터를 포함한다.

그러면, 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 단결정 제조장치를 이용하여 실리콘 단결정 잉곳을 제조하는 과정을 개략적으로 설명한다.

먼저, 제조하고자 하는 실리콘 단결정 잉곳의 제원에 맞도록 석영 도가니(20)에 다결정 실리콘과 불순물을 적층시킨다. 그런 다음, 히터(50)를 가동시켜 다결정 실리콘과 불순물을 용융시켜 실리콘 융액(M)을 형성한다. 실리콘 융액(M) 형성이 완료되면, 도가니 회전수단(40)을 이용하여 석영 도가니(20)를 일정한 방향으로 회전시킨다. 그런 다음, 일정 시간이 경과하여 실리콘 융액(M)의 대류가 안정화되면, 단결정 인상수단(70)을 제어하여 시드를 실리콘 융액(M)에 디핑 시키고 서서히 회전시키면서 시드를 상부로 인상하여 실리콘 단결정 잉곳(IG)을 성장시킨다. 성장 초기에는 시드의 인상속도를 조절하여 소망하는 지름이 얻어질 때까지 잉곳(IG)의 숄더를 형성하며, 숄더의 형성이 완료되면 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 몸체부를 성장시킨다. 몸체부의 성장이 완료되면, 인상속도를 점점 빠르게 하여 잉곳(IG)의 지름을 서서히 감소시키면서 잉곳(IG)의 하부 끝단을 실리콘 융액(M)으로부터 이탈시킴으로써 실리콘 단결정 잉곳(IG) 성장을 완료한다.

실리콘 단결정 잉곳의 성장이 완료되면, 상기 제어부(200)는 상기 단결정 인상수단(70)을 제어하여 실리콘 단결정 잉곳(IG)을 수냉관(80)의 위쪽으로 이동시킨다. 그리고 제어부(200)는 상기 열실드 구동수단(110)을 제어하여 상기 열실드 수단(100)을 잔류 융액(M)의 상부 표면으로부터 최대 이격거리에 위치시킨다. 이 상태에서, 제어부(200)는 상기 도가니 회전수단(40)을 제어하여 잔류 융액(M)이 수용된 석영 도가니(20)를 회전시킨다. 그리고, 제어부(200)는 불활성 가스 공급수단(90)을 제어하여 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 외주면을 따라 잔류 융액(M)의 상부 표면으로 불활성 가스를 공급함과 동시에, 분사 노즐(95)을 제어하여 불활성 가스를 잔류 융액(M)의 표면으로 직접 분사한다.

상기와 같은 조건으로 잔류 융액(M)을 냉각시키면, 실리콘 단결정 잉곳(IG) 의 열적 영향이 최소화될 뿐만 아니라 잔류 융액(M)의 표면적이 증가하여 복사 열 방출 속도가 증가하고 열실드 수단(100)과 석영 도가니(20) 사이에 불활성 가스가 원활하게 배출될 수 있는 간격이 생겨 잔류 융액(M)의 표면에서 복사 열을 흡수한 불활성 가스의 외부 배출이 신속하게 이루어진다. 그 결과, 종래 기술에 비해 잔류 융액의 냉각 효율을 향상시킬 수 있고 이로 인해 실리콘 단결정의 생산성을 향상시킬 수 있다.

< 실험예 >

이하에서는 본 발명에 따른 효과를 확인하기 위하여 실험한 실험예를 기재한다. 이하의 실험예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 목적으로 기술하는 것이며, 본 발명이 실험예에 기재된 용어나 실험 조건 등에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

비교예

400kg의 다결정 실리콘을 석영 도가니에 충전시킨 후 300mm의 바디 직경을 갖는 단결정 잉곳을 성장시킨 후, 도 2에 도시된 종래의 냉각 조건으로 잔류 융액을 냉각시켰다. 이 때, 잔류 융액의 양은 약 40kg 정도였다. 종래의 냉각 조건을 사용하였으므로, 실리콘 단결정 잉곳과 열실드 수단의 위치를 조정하지 않았고 불활성 가스도 단결정 잉곳의 외주면을 따라 석영 도가니 측으로 공급하였다.

실시예

400kg의 다결정 실리콘을 석영 도가니에 충전시킨 후 300mm의 바디 직경을 갖는 단결정 잉곳을 성장시킨 후, 도 3에 도시된 냉각 조건으로 잔류 융액을 냉각시켰다. 이 때, 잔류 융액의 양은 약 40kg 정도였다. 실시예에서는, 잔류 융액의 냉각 효율을 증대시키기 위해 실리콘 단결정 잉곳을 상승시켜 실리콘 단결정 잉곳의 하단부와 잔류 융액의 상부 표면과의 거리(H)를 1680mm로 이격시켰고, 열실드 수단과 잔류 융액의 상부 표면과의 거리(H')를 400mm로 이격시켰다. 그리고, 도가니 회전수단을 제어하여 석영 도가니를 30rpm의 속도로 회전시켰고, 수냉관에 설치된 분사 노즐을 이용하여 잔류 융액의 표면으로 불활성 가스를 직접 분사하였다.

비교예 및 실시예에 따라 2시간 정도 잔류 융액을 냉각시킨 후 P1 지점(비교예)과 P2 지점(실시예)의 온도를 각각 측정하였다. 그 결과, P1 지점의 온도는 1200℃ 였고, P2 지점의 온도는 1000℃ 였다. 그리고, 잔류 융액의 온도가 200℃ 까지 저감 되는데 걸린 시간이 비교예는 15시간이고, 실시예는 10시간으로서 실시예의 경우가 잔류 융액의 냉각 시간을 5시간 정도 단축시켰다.

상기와 같은 실험 결과를 통해, 본 발명에 따라 잔류 융액을 냉각시키면 종래보다 잔류 융액의 냉각 효율을 향상시킴으로써 실리콘 단결정 잉곳의 생산성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조장치의 개략적인 구성을 도시한 장치 단면도이다.

도 2 및 도 3은 비교예와 실시예에 따른 잔류 융액의 냉각 조건을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

M : 실리콘 융액 IG : 실리콘 단결정 잉곳

10 : 챔버 20 : 석영 도가니

30 : 도가니 하우징 40 : 도가니 회전수단

50 : 히터 60 : 단열수단

70 : 단결정 인상수단 80 : 수냉관

90 : 불활성 가스 공급수단 91 : 불활성 가스 공급 도관

95 : 분사 노즐 100 : 열실드 수단

110 : 열실드 구동수단 200 : 제어부

Claims (13)

1. 실리콘 단결정 잉곳의 성장이 이루어지는 챔버, 상기 챔버 내부에 설치되며 실리콘 융액을 수용하는 석영 도가니, 석영 도가니를 회전시키는 도가니 회전수단, 석영 도가니 측벽 주위에 설치된 히터 및 시드에 의해 석영 도가니에 수용된 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정 잉곳을 인상하는 단결정 인상수단을 포함하는 쵸크랄스키 법을 이용한 실리콘 단결정 제조장치에 있어서,

   상기 석영 도가니로부터 성장되는 실리콘 단결정 잉곳을 에워싸도록 설치되어 실리콘 단결정 잉곳을 냉각시키는 수냉관;

   상기 실리콘 단결정 잉곳의 외주면을 따라 실리콘 융액의 상부 표면으로 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급수단;

   상기 수냉관에 설치되고, 상기 불활성 가스 공급수단으로부터 불활성 가스를 공급받아 실리콘 융액의 상부 표면으로 불활성 가스를 직접 분사하는 분사 노즐; 및

   실리콘 단결정 잉곳의 성장이 완료되면, 상기 분사 노즐을 제어하여 잔류 융액의 상부 표면으로 불활성 가스를 직접 분사하면서 잔류 융액의 냉각을 진행하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 분사 노즐은 상기 수냉관의 둘레를 따라 복수 개소에 설치되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 분사 노즐은 상기 수냉관의 둘레를 따라 환형 배열로 설치되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 실리콘 단결정 잉곳의 성장이 완료되면, 상기 단결정 인상수단을 제어하여 실리콘 단결정 잉곳을 수냉관의 위쪽으로 이동시키고, 상기 도가니 회전수단을 제어하여 잔류 융액이 수용된 석영 도가니를 회전시키면서 잔류 융액의 냉각을 진행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 제어부는 실리콘 단결정 잉곳을 수냉관 보다 100mm 내지 300mm 위쪽으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조장치.
7. 제5항에 있어서,

   상기 제어부는 석영 도가니를 30rpm 내지 40rpm으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 실리콘 단결정 잉곳에서 방출되는 열을 차단하고 실리콘 융액의 표면과 멜트 갭을 형성하는 열실드 수단; 및

   상기 열실드 수단을 상하로 이동시키는 열실드 구동수단을 더 포함하고,

   상기 제어부는 실리콘 단결정 잉곳의 성장이 완료되면, 상기 열실드 구동수단을 제어하여 열실드 수단의 위치를 잔류 융액의 상부 표면으로부터 최대 이격거리에 위치시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조장치.
9. 석영 도가니에 수용된 실리콘 융액에 시드를 디핑 후 시드를 회전시키면서 상부로 인상시켜 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키고 수냉관을 통해 성장이 완료된 잉곳을 통과시켜 잉곳을 냉각시키는 쵸크랄스키 법을 이용한 실리콘 단결정 제조방법에 있어서,

   실리콘 단결정 잉곳의 성장이 완료되면, 잔류 융액의 상부 표면으로 상기 수냉관에 설치된 분사 노즐을 통해 불활성 가스를 직접 분사하면서 잔류 융액의 냉각을 진행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조방법.
10. 제9항에 있어서,

    불활성 가스의 분사 전에, 실리콘 단결정 잉곳을 상기 수냉관의 위쪽으로 이동시키고, 잔류 융액의 냉각이 진행될 때 석영 도가니를 회전시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조방법.
11. 제10항에 있어서,

    상기 실리콘 단결정 잉곳은 수냉관보다 100mm 내지 300mm 위쪽으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조방법.
12. 제10항에 있어서,

    상기 석영 도가니의 회전 속도는 30rpm 내지 40rpm인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조방법.
13. 제9항에 있어서,

    실리콘 단결정 잉곳이 성장될 때 열실드 수단을 이용하여 잉곳에서 방출되는 열의 외부 방출을 차폐하고 고액 계면의 온도 구배 제어를 위해 실리콘 융액 표면과 멜트 갭을 형성하는 단계를 포함하고,

    실리콘 단결정 잉곳의 성장이 완료되면, 잔류 융액의 냉각 공정을 진행하기 전에 상기 열실드 수단의 위치를 잔류 융액의 상부 표면으로부터 최대 이격거리에 위치시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조방법.

Images