KR101203969B1 - 실리콘 단결정 잉곳 형성장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘 단결정 잉곳 형성장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 와이어 인상유닛에 의해 회전 및 승, 하강하는 와이어의 하단에는 어댑터의 유입공간과 절개부에 의해 상단부가 소정간격 이격되고, 그 상단부 내측면에 각각 어댑터 수용홈이 대칭 형성되는 하우징본체를 구비하여, 단결정 잉곳 형성장치의 내부 정비작업이나 와이어의 교체시, 시드 연결척과 와이어 어댑터의 탈착이 용이하도록 하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치에 관한 것이다. 본 발명은 와이어 하단에 구비되는 시드 연결척에서 하우징본체가 어댑터 유입공간을 가지며, 상단부가 절개부에 의해 소정간격 이격형성되고, 그 내측면에 각각 상호 마주하는 어댑터 수용홈이 대칭 형성되어, 어댑터가 삽입고정되도록 구성함으로써, 작업자가 나사조절로 시드 연결척의 손상없이 손쉽게 와이어 어댑터의 탈착이 가능하도록 하는 효과를 갖는다.

Description

실리콘 단결정 잉곳 형성장치{.}

본 발명은 실리콘 단결정 잉곳 형성장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 와이어 인상유닛에 의해 회전 및 승, 하강하는 와이어의 하단에는 어댑터의 유입공간과 절개부에 의해 상단부가 소정간격 이격되고, 그 상단부 내측면에 각각 어댑터 수용홈이 대칭 형성되는 하우징본체를 구비하여, 단결정 잉곳 형성장치의 내부 정비작업이나 와이어의 교체시, 시드 연결척과 와이어 어댑터의 탈착이 용이하도록 하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치에 관한 것이다.

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

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

이와 같이 실리콘 단결정 잉곳은 모터와 연결된 와이어 끝단의 시드 연결척에 장착되어 석영도가니에 넣어진 상태로 회전되면서 가공된다.

도 1을 참조하면, 일반적인 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 설치되고 바닥면에 관통 형성된 관통공을 가지는 반응챔버(1)와 종결정(Seed)이 연결되는 와이어(W)를 포함한다.

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) 하단의 구비되는 시드 연결척(6)에 의해 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 하단에는 석영 도가니(3) 내의 실리콘 용액(S)에 접촉되어 인상하면서 단결정 잉곳(I)으로 성장되는 종결정이 연결되도록 시드 연결척(6)이 구비된다.

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, 상기 시드 연결척(6)에 연결되는 종결정은 석영 도가니(3)의 샤프트축(2)과 동일한 축을 중심으로 하여 상기 도가니(3)의 회전방향과 반대방향으로 회전되되, 실리콘 용액(S)과 종결정의 고-액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 상승되면서 단결정 잉곳(I)으로 성장된다.

도 2를 참조하면, 종래의 일반적인 잉곳 형성장치에 구비되는 시드 연결척(6)은 상측에 상기 와이어(W)의 하단부가 탈착 고정되는 하우징본체(61)와 상기 종결정에서 성장되는 실리콘 단결정 잉곳(I)을 하측에 물고 있도록 구비되는 시드척(62)으로 구성되어 상호 연결된다.

상기 시드 연결척(6)은 정비작업과 주기적인 와이어(W)의 교체를 위해 상기 와이어(W)와 탈착 가능하도록 형성된다.

상기 와이어(W)의 하단부에는 중앙으로 상기 와이어(W)가 관통되는 삽입공이 형성되되, 하부의 외측 둘레가 상부보다 더 넓도록 단차를 갖도록 형성되는 어댑터(63)가 고정구비된다.

상기 하우징본체(61)는 상부 내측에 수용공간을 가지며, 상단이 라운드 형성되고, 소정길이의 봉 형태를 이루고, 하측에는 실리콘 단결정 잉곳(I)이 장착연결된 시드척(62)이 결합되어 하중을 지지하게 된다.

상기 하우징본체(61)의 상부 일측방에는 상기 어댑터(63) 형상으로 내측의 수용공간으로 연장되는 장홈 형태의 어댑터 유입부가 개방형성되고, 상단부 중앙에는 상기 어댑터(63)의 상부 둘레에 상응하는 지름의 어댑터 고정홈이 형성된다.

와이어(W) 하단에 고정된 어댑터(63)는 상기 하우징본체(61)의 어댑터 유입부를 통해 측방으로 끼워진 후, 어댑터(63)의 상부가 상기 어댑터 고정홈으로 하방에서 삽입되는데, 어댑터(63)의 하부는 어댑터 고정홈 보다 넓게 형성되어, 상기 하우징본체(61) 및 그 하방으로 연결되는 실리콘 단결정 잉곳(I)의 하중에 의해 고정되게 된다.

그러나, 이러한 시드 연결척(6)과 어댑터(63) 상호 간의 연결구조는 상기 반응챔버(1) 내부에서 가열에 의해 열 변형(팽창)하게 되면, 상기 어댑터(63)의 상부가 상기 어댑터 고정홈에서 빠지지 않는 형상을 초래하게 된다.

이에 따라 상기 시드 연결척(6)에서 어댑터(63)를 분리하기 위해서는 물리적으로 틈을 벌이거나 가압하여 강제적으로 분리시켜야 하므로, 와이어(W)의 교체가 곤란하며 상기 시드 연결척(6)이 손상될 수밖에 없는 등 여러 문제점이 있었다.

그래서, 이와 같은 실리콘 단결정 잉곳 형성장치의 내부 정비작업이나, 와이어(W)의 교체시, 시드 연결척(6)의 손상을 방지하며, 탈착이 용이하도록 하는 장치를 필요로 하게 되었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 와이어의 하단에 실리콘 단결정 잉곳을 장착하기 위해 구비되는 시드 연결척의 하우징본체에 유입공간과 절개부가 형성하여 그 상단부가 나사의 삽입에 의해 간격조절되는 구조를 이루어, 와이어의 교체시 시드 연결척의 손상없이 손쉽게 탈착이 가능케 하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 실리콘 웨이퍼의 모재가 되는 실리콘 단결정 잉곳을 제조하기 위해 반응챔버, 챔버 승하강유닛, 와이어 인상유닛 및 시드 연결척을 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치에 있어서, 상기 시드 연결척은: 중앙에 와이어가 관통되는 삽입공이 형성되고, 하부의 외측 둘레가 상부의 외측 둘레보다 더 넓도록 단차를 갖는 원통 형상의 어댑터; 상단부가 라운드 형성되는 봉 형태로, 상부에는 상기 어댑터가 유입가능하도록 양측방으로 관통형성되는 유입공간을 가지며, 상기 유입공간에서 수직으로 연장형성되는 절개부에 의해, 상호 마주하는 상단부 각각의 내측면이 소정간격 이격되되, 상기 상단부의 내측면 중심에는 상기 어댑터의 상부 둘레에 상응하는 각각의 어댑터 수용홈이 대칭 형성되는 하우징본체; 및 상단부가 상기 하우징본체의 하측에 탈착 결합되며, 하부로 종결정에서 성장되는 실리콘 단결정 잉곳이 장착되는 시드척;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하우징본체의 상단부 외측면에는 상기 절개부의 내측면으로 나사결합공이 관통형성되고, 나사를 상기 나사결합공으로 삽입하여 틸팅작용에 의해 상기 절개부의 간격이 벌어지도록 하는 것을 일 특징으로 한다.

또한, 상기 나사결합공은 상기 어댑터 수용홈의 양측방에 각각 형성되어, 한 쌍을 이루는 것을 일 특징으로 한다.

본 발명은 와이어 하단에 구비되는 시드 연결척에서 하우징본체가 어댑터 유입공간을 가지며, 상단부가 절개부에 의해 소정간격 이격형성되고, 그 내측면에 각각 상호 마주하는 어댑터 수용홈이 대칭 형성되어, 어댑터가 삽입고정되도록 구성함으로써, 작업자가 나사조절로 시드 연결척의 손상없이 손쉽게 와이어 어댑터의 탈착이 가능하도록 하는 효과를 갖는다.

도 1은 종래의 일반적인 실리콘 단결정 잉곳 형성장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 시드 연결척의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 시드 연결척 연결구조를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 시드 연결척 형상을 나타내는 사시도이다.

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.

본 발명의 실리콘 단결정 잉곳 형성장치는 다결정 실리콘(Poly silicon)을 가열하여 실리콘 용액(S)으로 용융시키는 반응챔버와 상기 반응챔버(1)의 상부에는 상기 와이어(W)를 감아서 인상(引上) 및 회전시키는 와이어 인상유닛(미도시)이 설치되며, 반응챔버(1)는 하측부에 구비되는 챔버 승강유닛(미도시)에 의해 회전 및 상승된다.

이때, 와이어(W)의 하단의 시드 연결척(100)에 장착되는 종결정이 상기 반응챔버 내의 실리콘 용액(S)에 담기고, 상기 와이어 인상유닛에 의해 회전시키면서 서서히 인상되어, 실온에 노출되면서 실리콘 단결정 잉곳(I)으로 성장되게 된다.

도 3은 본 발명의 시드 연결척 연결구조를 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 시드 연결척 형상을 나타내는 사시도이다.

도 3 내지 4에 도시된 바를 참조하여, 본 발명의 실리콘 단결정 잉곳 형성장치에 구비되는 시드 연결척의 형상 및 구조에 대해서 설명한다.

본 발명에 따른 시드 연결척(100)은 어댑터(130), 하우징본체(110), 시드척(120)을 포함하는 구조로 이루어져, 종결정에서 성장되는 실리콘 단결정 잉곳(I)이 장착되도록 상기 와이어(W)의 하단에 구비된다.

어댑터(130)는 중앙으로 상기 와이어(W)가 관통되는 삽입공이 형성되되, 하부의 외측 둘레가 상부보다 더 넓도록 단차를 갖는 원통 형상으로 형성되는데, 상기 와이어(W)의 하단부에 고정된다.

하우징본체(110)는 상부 내측에 상기 어댑터(130)가 유입가능하도록 양측방으로 관통되는 유입공간(112)이 형성되고, 상기 유입공간(112)에서 수직으로 상단까지 절개부(113)가 연장형성되어, 상단부(111)가 두 부분을 이루며 상단이 라운드 형성되는 봉 형태를 이루게 된다.

이때, 상호 마주하도록 나누어진 상기 하우징본체(110)의 상단부(111)는 절개부(113)에 의해, 소정간격 이격되며, 각각의 내측면 중심에는 상기 어댑터(130)의 상부 둘레에 상응하는 각각의 어댑터 수용홈(h)이 음각으로 대칭 형성된다.

그리고, 상호 마주하는 상기 상단부(111)는 외측면에서 상기 절개부(113)의 내측면으로 나사결합공(115)이 하나 이상 관통형성되고, 삽입되는 상기 나사의 단부가 상기 절개부(113)의 반대쪽 내측면을 밀도록 함으로써, 상단부가 틸팅작용에 의해 외측방으로 벌어져, 상기 절개부(113) 및 어댑터 수용홈(h)의 너비가 넓어지게 된다.

그에 따라, 각각의 어댑터 수용홈(h) 사이에 상기 어댑터(130)가 끼워진 상태로 시드 연결척(100)이 반응챔버(1) 내부에서 가열되면, 상기 어댑터(130)가 열 팽창하여, 어댑터 수용홈(h)의 내측에서 꽉 조여질 때, 상기 나사를 삽입하여, 절개부(113)가 강제로 벌어지도록 함으로써, 상기 어댑터(130)가 쉽게 빠지도록 조절이 가능하게 된다.

이때, 상기 나사결합공(115)은 상기 어댑터 수용홈(h)을 사이에 두고 양측방에 각각 위치되어, 균형을 이루도록 한 쌍으로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 하우징본체(110)의 하측에 시드척(120)이 고정연결되는데, 상기 시드척(120)의 하방에는 종결정에서 성장되는 실리콘 단결정 잉곳이 장착된다.

상기 하우징본체(110)의 하부에는 결합돌기부가 형성되고, 시드척(120)의 상부에는 상기 결합돌기부에 대응되는 삽입홈이 형성되어, 상호 간에 삽입결합된 상태에서 핀 또는 압입되는 형태로 견고하게 고정될 수 있다.

그에 따라, 본 발명의 시드 연결척(100)은 장치의 내부 정비작업과 주기적인 와이어(W) 교체를 위해 나사의 삽입 작업으로, 하우징본체(110)에서 와이어 어댑터(130)를 손쉽게 탈착할 수 있는 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: 시드 연결척 110: 하우징본체
111: 상단부 112: 유입공간
113: 절개부 115: 나사결합공
120: 시드척 130: 어댑터
h: 어댑터 수용홈 I: 잉곳
W: 와이어

Claims (3)

1. 실리콘 웨이퍼의 모재가 되는 실리콘 단결정 잉곳을 제조하기 위해 반응챔버, 챔버 승하강유닛, 와이어 인상유닛 및 시드 연결척을 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치에 있어서,
   상기 시드 연결척은:
   중앙에 와이어가 관통되는 삽입공이 형성되고, 하부의 외측 둘레가 상부의 외측 둘레보다 더 넓도록 단차를 갖는 원통 형상의 어댑터;
   상단부가 라운드 형성되는 봉 형태로, 상부에는 상기 어댑터가 유입가능하도록 양측방으로 관통형성되는 유입공간을 가지며, 상기 유입공간에서 수직으로 연장형성되는 절개부에 의해, 상호 마주하는 상단부 각각의 내측면이 소정간격 이격되되, 상기 상단부의 내측면 중심에는 상기 어댑터의 상부 둘레에 상응하는 각각의 어댑터 수용홈이 대칭 형성되는 하우징본체; 및
   상단부가 상기 하우징본체의 하측에 탈착 결합되며, 하부로 종결정에서 성장되는 실리콘 단결정 잉곳이 장착되는 시드척;을 포함하고,
   상기 하우징본체의 상단부 외측면에는 상기 절개부의 내측면으로 나사결합공이 관통형성되고, 나사를 상기 나사결합공으로 삽입하여 틸팅작용에 의해 상기 절개부의 간격이 벌어지고,
   상기 나사결합공은 상기 어댑터 수용홈의 양측방에 각각 형성되어, 한 쌍을 이루는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치.
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