KR101402839B1 - 실리콘 공급 유닛 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 - Google Patents

실리콘 공급 유닛 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 Download PDF

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Abstract

실시예는 고정부; 상기 고정부와 와이어로 연결된 연결부; 및 상기 연결부와 시드 케이블로 연결되고 폴리 실리콘을 수용하는 튜브를 포함하는 실리콘 공급 유닛을 제공한다.

Description

실리콘 공급 유닛 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치{UNIT FOR SUPPLYING SILICON AND APPARATUS FOR GROWING SILICON SINGLE CRYSTAL INGOT}
실시예는 실리콘 공급 유닛 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 재료로서 사용되는 실리콘 웨이퍼는, 단결정 실리콘 잉곳을 웨이퍼 단위로 얇게 절단하는 슬라이싱 공정(slicing), 원하는 웨이퍼의 두께로 연마하면서 평탄도를 개선하는 래핑 공정(lapping), 웨이퍼의 손상(damage) 제거를 위한 에칭 공정(etching), 표면 경면화 및 평탄도를 향상시키기 위한 연마 공정(polishing), 웨이퍼 표면의 오염 물질을 제거하기 위한 세정 공정(cleaning) 등의 단계를 거쳐 생산된다.
실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 방법으로 쵸크랄스키법은,용융액의 표면에 시드 단결정을 디핑(dipping)시키고,용융액으로부터 시드의 하단부에서 단결정을 성장시켜 초반 성장 부분에서는 넥킹(necking) 공정을 통해 넥 부분으로 성장시킨다. 그리고, 단결정의 직경이 서서히 확장되도록 하는 숄더링(shouldering)공정을 거쳐 일정한 길이에 달했을 때 몸체부 성장(body growth)공정을 통해 단결정 잉곳을 성장시킨다. 이때, 성장로 상부에 설치된 인상장치를 이용하여 시드 척(seed chuck)을 상부로 인상시키면서 실리콘 단결정 잉곳의 몸체를 일정길이 이상으로 성장시킨다.
도 1은 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치를 나타낸 도면이다.
종래의 실리콘 단결정 잉곳 제조장치는 챔버(10)와, 챔버(10) 내부에 설치되어 실리콘의 용융액(22)을 담고 있는 도가니(20), 구동 수단에 의해 회전되어 도가니(20)를 회전시켜 상승시키는 회전축(30), 도가니(20)를 소정 간격으로 에워싸는 원통형의 히터(40)와 히터(40)에서 나오는 빛의 밝기로 용융액(22)의 온도를 측정하는 ATC(automatic temperature calibrator) 센서(50)로 이루어진다.
도 2는 1의 장치에서 실리콘의 공급 유닛을 나타낸 도면이다.
냉각관(170) 내부에서 고정부(160)에 연결부(150)가 고정되고 있으며, 연결부(150)에 시드 케이블(140)을 통하여 받침대(130)와 연결되고 있다. 받침대(130)와 원통형의 튜브(tube, 110) 내에 폴리 실리콘(Si)이 주입되어 공급될 수 있다. 이때, 연결부(150)가 상부로 이동하면서 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있으나, 폴리 실리콘을 추가로 투입할 때, 받침대(130)와 튜브(110) 사이에서 폴리 실리콘이 도가니에 공급될 수 있다.
그러나, 상술한 종래의 실리콘 공급 유닛은 아래와 같은 문제점이 있다.
도 3은 도 2에서 연결부의 구성을 나타낸 도면이다.
연결부(150)는 고정부(160)에 형성된 홈에 삽입되고, 고정 핀(165)에 의하여 연결부(150)가 고정부(160)에 고정될 수 있다. 이때, 고정 핀(165)에 의하여 고정된 연결부(150)는 고정부(160)에 대하여 일정한 거리가 유지되어 위치의 자유도가 충분하지 못하다.
즉, 도 4a에서 도가니에 추가로 폴리 실리콘을 주입하기 위하여 고정부(160)가 아래로 향하면 연결부(150)가 튜브(110)에 접근하게 된다. 그리고, 도 4b에 도시된 바와 같이 연결부(150)가 튜브(110)와 충돌하여, 튜브(110)나 연결부(150) 또는 튜브 상단의 서포터(120)의 손상이 발생할 수 있다.
또한, 폴리 실리콘의 추가 공급 공정 외에 실리콘 단결정 잉곳의 성장 공정에서 고정부(160)가 기울어지게 배치되면 연결부(150)로 기울어지게 배치되고, 도가니나 튜브와 연결부(150) 등의 충돌 가능성도 커진다.
실시예는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 내의 실리콘 공급 유닛에서 연결부의 위치 자유도를 증가시키고, 장치의 파손 가능성을 줄이고자 한다.
실시예는 고정부; 상기 고정부와 와이어로 연결된 연결부; 및 상기 연결부와 시드 케이블로 연결되고 폴리 실리콘을 수용하는 튜브를 포함하는 실리콘 공급 유닛을 제공한다.
와이어는 와이어의 양끝에 배치되고, 상기 와이어보다 크기가 큰 제1 단부와 제2 단부를 포함할 수 있다.
제1 단부는 상기 고정부에 고정될 수 있다.
고정부는 고정부 바디와 제1 돌출부를 포함하고, 상기 제1 돌출부에 상기 제1 단부가 고정될 수 있다.
제1 돌출부에 제1 홈이 형성되고, 상기 제1 단부가 상기 제1 홈에 삽입될 수 있다.
제1 홈은 내측의 크기가 외측의 크기보다 클 수 있다.
제1 단부의 크기는 상기 제1 홈의 내측의 크기보다 작고, 상기 제1 홈의 외측의 크기보다 클 수 있다.
제2 단부는 상기 연결부에 고정될 수 있다.
연결부는 연결부 바디와 제2 돌출부를 포함하고, 상기 제2 돌출부에 상기 와이어가 고정될 수 있다.
제2 돌출부에 제2 홈이 형성되고, 상기 와이어가 상기 제2 홈에 삽입될 수 있다.
와이어는 상기 제2 홈을 관통하는 고정 핀에 권취될 수 있다.
실리콘 공급 유닛은 제2 단부를 고정시키는 고정 유닛을 더 포함하고, 상기 고정 유닛에는 상기 제2 단부의 크기보다 크기가 작은 제3 홈이 형성될 수 있다.
다른 실시예는 챔버; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘이 수용되는 도가니; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 상기 실리콘을 가열하는 가열부; 상기 실리콘으로부터 성장되는 단결정 잉곳을 향하는 상기 가열부의 열을 차폐하는 상방 단열부; 및 상기 도가니 상부에 배치되는 상술한 실리콘 공급 유닛을 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치를 제공한다.
실시예에 따른 실리콘 공급 유닛 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치는 고정부와 연결부가 와이어에 의하여 연결되어 고정부와 연결부가 소정 범위 이내에서 서로 멀어지거나 가까워지더라도 충돌하지 않을 수 있다.
도 1은 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치를 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1의 장치에서 실리콘의 공급 유닛을 나타낸 도면이고,
도 3은 도 2에서 연결부의 구성을 나타낸 도면이고,
도 4a 및 도 4b는 연결부와 튜브의 접근과 충돌을 나타낸 도면이고,
도 5는 실시예에 따른 실리콘의 공급 유닛을 나타낸 도면이고,
도 6은 도 5에서 고정부의 구성을 나타낸 도면이고,
도 7은 도 5에서 연결부의 구성을 나타낸 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 5는 실시예에 따른 실리콘의 공급 유닛을 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 실리콘의 공급 유닛은 고정부(260)와, 고정부(260)와 와이어(265)로 연결된 연결부(250)와, 연결부(250)와 시드 케이블(140)로 연결되고 폴리 실리콘을 수용하는 튜브(110)를 포함하여 이루어진다.
원통형의 튜브(110)의 하부에는 받침대(130)가 배치되고, 받침대(130)와 튜브(110) 내에 폴리 실리콘(Si)이 주입되어 공급될 수 있고, 튜브(110)의 상부에는 서포터(120)가 배치될 수 있다.
고정부(260)와 연결부(250)은 와이어(265)로 연결되어 위치 및 거리의 자유도를 가질 수 있는데, 와이어(265)는 강철 내지 텅스텐 등으로 이루어져서 장력에 견딜 수 있고 도가니로부터 방출되는 열에도 손상되지 않을 수 있다.
도 6은 도 5에서 고정부의 구성을 나타낸 도면이고, 도 7은 도 5에서 연결부의 구성을 나타낸 도면이다. 이하에서 도 6 및 도 7을 참조하여, 실시예에 따른 실리콘 공급 유닛을 상세히 설명한다.
와이어(265)의 양끝에는 제1 단부(265a)와 제2 단부(265b)가 배치되는데, 제1 단부(265a)와 제2 단부(265b)는 와이어(265)보다 크기가 커서 고정부(260)와 연결부(250)에 각각 고정될 수 있다.
여기서, '크기'가 크다는 것은 제1 단부(265a)와 제2 단부(265b)의 직경 내지 한 변의 길이가 와이어(265)의 직경 내지 한 변의 길이보다 큰 것을 뜻하며, 아래에서도 '크기'는 직경 내지 한 변의 길이를 의미한다.
도 6에서 제1 단부(265a)가 고정부(260)에 고정되는 것을 도시하고 있으며, 도 7에서 제2 단부(265b)가 연결부(250)에 고정되는 것을 도시하고 있다.
도 6에서 고정부(260)는 고정부 바디(261)와 제1 돌출부(262)를 포함하는데, 제1 돌출부(262)는 와이어(265)를 고정부(260)에 고정하는 작용을 할 수 있다.
제1 돌출부(262)에 와이어(265)가 고정될 수 있는데, 구체적으로는 제1 돌출부(262)에는 제1 홈이 형성되어 상기 제1 홈에 와이어(265)의 제1 단부(265a)가 삽입되어 고정될 수 있다.
그리고, 상술한 제1 홈은 내측(262a)의 크기가 외측(262b)의 크기보다 클 수 있고, 제1 단부(265a)의 크기는, 제1 홈의 내측(262a)의 크기보다 작고 제1 홈의 외측(262b)의 크기보다 클 수 있다.
즉, 고정부(260)에 배치된 제1 돌출부(262)에 제1 홈이 형성되고, 제1 홈의 내측(262a)의 크기가 제1 단부(265a)의 크기보다 커서 제1 홈의 내측(262a)에 제1 단부(265a)가 삽입될 수 있고, 제1 홈의 외측(262b)의 크기가 제1 단부(265a)의 크기보다 작아서 제1 단부(265a)가 제1 홈에 삽입되되 밖으로 쉽게 이탈되지 않도록 할 수 있다.
도 7에서 연결부(250)는 연결부 바디(251)와 연결부 바디(251)에서 돌출되어 배치되는 제2 돌출부(252)를 포함하여 이루어지고, 제2 돌출부(252)에 제2 홈(252a)이 형성된다.
와이어(265)는 제2 돌출부(252)에 형성된 제2 홈(252a)에 삽입되어 고정되는데, 제1 홈(252a)을 관통하여 고정 핀(253)이 배치되고, 고정핀(253)에 와이어(265)가 권치되어 고정될 수 있다.
그리고, 와이어(265)의 제2 단부(265b)를 고정시키기 위하여 고정 유닛(256)이 배치되는데, 고정 유닛(256)에는 와이어(265)의 제2 단부(265b)의 크기보다 크기가 작은 제3 홈(256a)이 형성될 수 있다.
와이어(265)가 제2 돌출부(252)에 배치된 고정 핀(253)에 권치되고, 와이어(265)의 끝단의 제2 단부(265b)을 고정하도록 고정 유닛(256)은 제3 홈(256a)에 와이어(265)가 삽입된 영역의 양측에 2개의 고정 핀(257, 258)이 배치될 수 있다. 상술한 구성에 따라 와이어(265)은 연결부(250)에 고정될 수 있다.
상술한 바와 같이 와이어(265)가 고정부(260)와 연결부(250)를 연결하므로, 고정부(260)와 연결부(250)가 소정 범위 이내에서 서로 멀어지거나 가까워지더라도 충돌하지 않을 수 있다.
실시예에 따른 실리콘 공급 유닛이 포함된 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치는, 챔버 내에 상술한 실리콘 공급 유닛으로부터 공급된 실리콘을 수용하는 도가니가 배치되고, 가열부가 도가니에 공급된 실리콘을 가열하고, 도가니 내에서의 열이 실리콘 공급 유닛이나 성장 중인 단결정 잉곳에 절달되지 않도록 차단하도록 상방 단열부가 배치될 수 있다.
이상과 같이 실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 챔버 14: 잉곳
20: 도가니 22: 용융액
30: 회전축 40: 히터
50: 센서 60: 상방 단열부
110: 튜브 120: 서포터
130: 받침대 140, 265: 와이어
150, 250: 연결부 160, 260: 고정부
165, 253, 257, 258: 고정 핀 170: 냉각관
251: 연결부 바디 252: 제2 돌출부
252a: 제2 홈 256: 고정 유닛
256a: 제3 홈 261: 고정부 바디
262: 제1 돌출부 262a, 262b: 내측, 외측
262a, 265b: 제1 단부, 제2 단부

Claims (13)

  1. 고정부;
    상기 고정부와 와이어로 연결된 연결부; 및
    상기 연결부와 시드 케이블로 연결되고 폴리 실리콘을 수용하는 튜브를 포함하고,
    상기 와이어의 양끝에 상기 와이어보다 크기가 큰 제1 단부와 제2 단부가 형성되고, 상기 고정부는 고정부 바디와 제1 돌출부를 포함하고, 상기 제1 돌출부에 제1 홈이 형성되고, 상기 제1 단부가 상기 제1 홈에 삽입되어 상기 제1 돌출부에 상기 제1 단부가 고정되는 실리콘 공급 유닛.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 홈은 내측의 크기가 외측의 크기보다 큰 실리콘 공급 유닛.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 단부의 크기는 상기 제1 홈의 내측의 크기보다 작고, 상기 제1 홈의 외측의 크기보다 큰 실리콘 공급 유닛.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 단부는 상기 연결부에 고정되는 실리콘 공급 유닛.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 연결부는 연결부 바디와 제2 돌출부를 포함하고, 상기 제2 돌출부에 상기 와이어가 고정되는 실리콘 공급 유닛.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 돌출부에 제2 홈이 형성되고, 상기 와이어가 상기 제2 홈에 삽입되는 실리콘 공급 유닛.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 와이어는 상기 제2 홈을 관통하는 고정 핀에 권취되는 실리콘 공급 유닛.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 단부를 고정시키는 고정 유닛을 더 포함하고, 상기 고정 유닛에는 상기 제2 단부의 크기보다 크기가 작은 제3 홈이 형성된 실리콘 공급 유닛.
  13. 챔버;
    상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘이 수용되는 도가니;
    상기 챔버의 내부에 구비되고, 상기 실리콘을 가열하는 가열부;
    상기 실리콘으로부터 성장되는 단결정 잉곳을 향하는 상기 가열부의 열을 차폐하는 상방 단열부; 및
    상기 도가니 상부에 배치되는 제1 항, 제6항 내지 제12 항 중 어느 한 항의 실리콘 공급 유닛을 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
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