KR101464565B1 - 단결정 잉곳 성장 장치 - Google Patents

단결정 잉곳 성장 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101464565B1
KR101464565B1 KR1020130008528A KR20130008528A KR101464565B1 KR 101464565 B1 KR101464565 B1 KR 101464565B1 KR 1020130008528 A KR1020130008528 A KR 1020130008528A KR 20130008528 A KR20130008528 A KR 20130008528A KR 101464565 B1 KR101464565 B1 KR 101464565B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
crucible
melt
convection
position information
image data
Prior art date
Application number
KR1020130008528A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140095758A (ko
Inventor
방인식
Original Assignee
주식회사 엘지실트론
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지실트론 filed Critical 주식회사 엘지실트론
Priority to KR1020130008528A priority Critical patent/KR101464565B1/ko
Publication of KR20140095758A publication Critical patent/KR20140095758A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101464565B1 publication Critical patent/KR101464565B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/20—Aluminium oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/10—Crucibles or containers for supporting the melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C30B15/206—Controlling or regulating the thermal history of growing the ingot
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C30B15/22—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C30B15/22—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
    • C30B15/26—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal using television detectors; using photo or X-ray detectors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B17/00—Single-crystal growth onto a seed which remains in the melt during growth, e.g. Nacken-Kyropoulos method

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

실시 예는 챔버, 상기 챔버 내부에 마련되고, 단결정 성장 원료인 용융액을 수용하는 도가니, 상기 도가니 상부에 위치하고, 종자 결정이 고정되는 시드(seed) 연결부, 상기 도가니 내의 용융액의 흐름을 관찰하고, 관찰된 결과에 따라 상기 용융액 표면의 대류점에 대한 위치 정보를 검출하는 관찰부, 및 상기 용융액 표면의 대류점에 대한 위치 정보에 기초하여 상기 도가니의 기울기를 조절하는 제어부를 포함한다.

Description

단결정 잉곳 성장 장치{AN APPARATUS FOR GRPWING A SINGLE CRYSTAL INGOT}
실시 예는 단결정 잉곳 성장에 관한 것이다.
사파이어는 알루미나(Al2O3)가 2050℃에서 녹은 후 서서히 냉각되면서 성장된 결정체이다. 사파이어는 알루미나의 단결정으로 광범위한 파장 영역의 광투과성을 가지고 있고, 기계적 성질, 내열성, 내식성이 우수하고, 경도, 열전도도, 전기 저항성이 높고, 큰 내충격성을 가지고 있다. 사파이어는 기공이 없고 유전 강도가 강하기 때문에 에피텍셜 성장용 기판으로 사용될 수 있다.
대표적인 사파이어 단결정을 성장시키는 방법으로는 베르누이법(Verneuil Method), HEM(Heat Exchange Method), EFG(Edge-Defined Film-Fed Growth), 쵸크랄스키법(Czochralski Method), 및 키로플러스법(Kyropulous Method)이 있다.
키로플러스법(Kyropulous Method)은 상대적으로 싼 장비 가격과 낮은 생산 비용이 소요되고, 쵸크랄스키법에 비하여 결함이 적다는 것이 장점이다. 키로플러스법(Kyropulous Method)은 쵸크랄스키법과 유사하지만, 단결정을 회전하지 않고 단결정을 인상만 함으로써 단결정을 성장시킨다.
실시 예는 편심 성장을 억제하고, 사이드 스티킹에 기인하는 품질 불량을 방지할 수 있는 단결정 잉곳 성장 장치를 제공한다.
실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장 장치는 챔버; 상기 챔버 내부에 마련되고, 단결정 성장 원료인 용융액을 수용하는 도가니; 상기 도가니 상부에 위치하고, 종자 결정이 고정되는 시드(seed) 연결부; 및 상기 도가니 내의 용융액의 흐름을 관찰하고, 관찰된 결과에 따라 상기 용융액 표면의 대류점에 대한 위치 정보를 검출하는 관찰부; 및 상기 용융액 표면의 대류점에 대한 위치 정보에 기초하여 상기 도가니의 기울기를 조절하는 제어부를 포함한다.
상기 관찰부는 상기 도가니 내의 용융액 또는 성장하는 단결정 잉곳을 촬영하고, 영상 데이터를 출력하는 영상 촬영기; 및 상기 영상 데이터에 기초하여 상기 용융액 표면의 대류점에 대한 위치 정보를 검출하는 검출기를 포함할 수 있다.
상기 단결정 잉곳 성장 장치는 상기 도가니 하부에 위치하고, 상기 도가니를 지지하는 도가니 지지대를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 도가니 지지대의 기울기를 조절할 수 있다.
상기 도가니 지지대는 상기 도가니를 지지하는 제1 지지부; 상기 제1 지지부를 지지하는 제2 지지부; 및 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부 사이에 위치하고, 상기 제1 지지부의 기울기를 조절하는 기울기 조절부를 포함할 수 있다.
또는 상기 도가니 지지대는 상기 도가니를 지지하는 지지부; 및 상기 지지부와 상기 도가니 사이에 위치하고 상기 도가니의 기울기를 조절하는 기울기 조절부를 포함할 수 있다.
상기 영상 데이터는 상기 용융액 표면에 대한 열화상 데이터, 화상 데이터, 및 동영상 데이터 중 어느 하나일 수 있다.
상기 검출부는 상기 용융액 표면의 차가운 부분에 대한 위치 정보를 검출하고, 검출된 위치 정보를 상기 대류점에 대한 위치 정보로 저장할 수 있다.
상기 검출부는 상기 시드 연결부로부터 평행하게 연장되는 선의 위치를 기준으로 상기 용융액 표면의 대류의 흐름 방향을 검출하고, 검출된 대류 흐름 방향에 기초하여 상기 대류점에 대한 위치 정보를 검출할 수 있다.
상기 검출부는 상기 성장하는 단결정 잉곳의 편심 방향을 검출하고, 검출된 편심 방향에 기초하여 상기 대류점에 대한 위치 정보를 검출할 수 있다.
실시 예는 편심 성장을 억제하고, 사이드 스티킹에 기인하는 품질 불량을 방지할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장 장치를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 제어부에 의한 도가니 지지대의 기울기 조절을 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 영상 촬영기, 검출부, 및 제어부에 의하여 단결정 잉곳의 편심 성장을 억제하는 방법을 나타낸다.
도 4는 다른 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장 장치를 나타낸다.
도 5는 도 1에 도시된 기울기 조절부의 일 실시 예를 나타낸다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장 장치를 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장 장치(100)를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 단결정 잉곳 성장 장치(100)는 챔버(chamber, 101), 도가니(crucible, 110), 도가니 지지대(120), 발열체(heater, 130), 측부 단열재(135), 하부 단열재(140), 상부 단열재(150), 시드(seed) 연결부(160), 이송 수단(170), 관찰부(207), 및 제어부(230)를 포함한다. 예컨대, 단결정 잉곳 성장 장치(100)는 키로플러스법(Kyropulous Method)에 의하여 사파이어 단결정을 성장시키기는 장치일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
챔버(101)는 단결정 잉곳(I)을 성장시킬 성장 환경을 제공하는 공간일 수 있다.
도가니(110)는 챔버(101) 내부에 마련되고, 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 원료 용융액을 수용할 수 있다. 도가니(110)의 재질은 텅스텐일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도가니 지지대(120)는 도가니(110) 하부에 위치하고, 도가니(110)를 지지할 수 있다. 도가니 지지대(120)는 열전도성 및 내열성이 우수하고, 열팽창율이 낮아 열에 의해 쉽게 변형되지 않고, 열 충격에 강한 재질, 예컨대, 몰리브덴으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 후술하는 바와 같이, 도가니 지지대(120)는 제어부(230)에 의하여 기설정된 각도로 기울어질 수 있다. 이때 도가니 지지대(120)의 기울기는 후술하는 종자 결정(109)이 고정된 시드 연결부(160)로부터 평행하게 연장되는 선(209)을 기준으로 기울어진 각도일 수 있다.
도가니 지지대(120)는 제1 지지부(122), 제2 지지부(124), 및 기울기 조절부(126)를 포함할 수 있다. 제1 지지부(122)는 도가니(110) 하부에 위치하고, 도가니(110)에 접촉하며, 도가니(110)를 지지할 수 있다.
제2 지지부(124)는 제1 지지부(122) 아래에 위치하며, 제1 지지부(122)를 지지한다. 기울기 조절부(126)는 제1 지지부(122) 및 제2 지지부(124) 사이에 위치할 수 있으며, 제1 지지부(122)의 기울기를 조절할 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 기울기 조절부의 일 실시 예를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 기울기 조절부(126)는 제1 지지부(122)와 제2 지지부(124) 사이에 개재되는 회전체(501), 및 회전체(501)를 회전시키는 구동부(502)를 포함할 수 있다. 이때 회전체(501)는 텅스텐 볼(Ball) 또는 기어(gear)로 구현될 수 있고, 구동부(502)는 모터(motor)로 구현될 수 있다. 모터의 구동에 의하여 텅스텐 볼 또는 기어는 회전할 수 있고, 텅스텐 볼 또는 기어의 회전에 의하여 제1 지지부(122)의 기울기가 조절될 수 있다.
발열체(130)는 도가니(110) 외주면과 일정 간격 이격되도록 챔버(101) 내부에 마련될 수 있고, 도가니(110)를 가열할 수 있다. 발열체(130)는 텅스텐으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
발열체(130)는 도가니(110)의 측면 및 하면을 감싸도록 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 도가니(110)의 측면 주위에만 위치할 수도 있다. 발열체(130)는 도가니(110)를 가열할 수 있고, 발열체(130)의 가열에 의하여 도가니(110)의 온도가 올라가고, 이로 인하여 다결정 덩어리인 원료 물질은 용융액이 될 수 있다.
측부 단열재(135)는 도가니(110)의 측부에 위치할 수 있고, 챔버(101) 내부의 열이 챔버(101) 측부로 빠져나가는 것을 차단할 수 있다. 예컨대, 측부 단열재(135)는 발열체(130)와 챔버(101) 측벽 사이에 위치할 수 있고, 발열체(130)의 열이 챔버(101) 외부로 누출되는 것을 차단할 수 있다.
하부 단열재(140)는 도가니(110) 하부에 위치하고, 챔버(101) 내부의 열이 챔버(101) 하부로 빠져나가는 것을 차단할 수 있다. 예컨대, 하부 단열재(140)는 발열체(130)와 챔버(101) 바닥 사이에 위치할 수 있고, 발열체(130)의 열이 챔버(101) 바닥으로 빠져나가는 것을 차단할 수 있다.
상부 단열재(150)는 도가니(110) 상부에 위치할 수 있고, 도가니(110) 상부로 열이 빠져나가는 것을 차단할 수 있다. 상부 단열재(150)는 종자 결정(109) 및 성장하는 단결정 잉곳(I)이 도가니(110) 상부로 출입하도록 중앙에 마련되는 개구부(201)를 가질 수 있다.
시드 연결부(160)는 도가니(110) 상부에 위치하고, 일단에는 종자 결정(109)이 고정될 수 있고, 나머지 다른 일단은 이송 수단(170)과 연결될 수 있다. 시드 연결부(160)는 샤프트(shaft) 타입일 수 있다.
이송 수단(170)은 시드 연결부(160)와 연결될 수 있고, 시드 연결부(160)를 챔버(101) 내부에서 상승 또는 하강시킬 수 있다.
상부 단열재(150)는 제1 단열재(152), 제2 단열재(154), 및 제3 단열재(156)를 포함할 수 있다. 제1 단열재(152)는 도가니(110) 내에 수용된 용융액(M)으로부터 발생하는 복사열을 도가니(110)로 반사할 수 있다. 제1 단열재(152)는 단열 효과가 좋은 몰리브덴(Molybden), 또는 텅스텐(W)으로 이루어진 단일 층일 수 있다. 제1 단열재(152)의 두께는 5mm ~ 10mm일 수 있다.
제2 단열재(154)는 제1 단열재(152) 상부에 배치될 수 있고, 제3 단열재(156)는 제2 단열재(154) 상부에 배치될 수 있다. 제2 및 제3 단열재들(154, 156) 각각은 복수의 층들이 적층된 구조일 수 있고, 단열을 위하여 인접하는 층들 사이에는 에어 갭(air gap)이 존재할 수 있다.
예컨대, 제2 및 제3 단열재들(154, 156) 각각은 최하단에 위치하는 제1층 및 제1층 상에 적층되는 복수의 제2층들을 포함할 수 있다. 제1층은 텅스텐으로 이루어질 수 있고, 제2층들은 몰리브덴일 수 있다. 단열 효과를 향상시키기 위하여 제3 단열재(156)에 포함되는 제2층의 수는 제2 단열재(154)에 포함되는 제2층의 수보다 많을 수 있다. 제2 및 제3 단열재들(154, 156)은 발열체(130) 상단에 의하여 지지될 수 있다.
챔버(101) 상단에는 챔버(101) 내부를 관찰할 수 있도록 뷰 포트(view port, 205)가 마련될 수 있다.
관찰부(207)는 도가니(110) 내의 용융액(M)을 관찰하고, 관찰된 결과에 따라 대류점(203)의 위치를 파악한다.
예컨대, 육안으로 도가니(110) 내의 용융액(M)의 흐름을 관찰하고, 관찰된 결과에 따라 대류점(203)의 위치를 파악할 수 있다.
또는 예컨대, 도가니(110) 내의 용융액(M)의 흐름을 영상 촬영하고, 촬영된 영상을 분석하고, 분석한 결과에 따라 대류점(203)의 위치를 파악할 수 있다.
예컨대, 관찰부(207)는 영상 촬영기(210), 및 검출부(220)를 포함할 수 있다. 영상 촬영기(210)는 뷰 포트(205) 및 개구부(201)를 통하여 용융액(M) 표면을 촬영하고, 촬영한 결과에 따른 제1 영상 데이터(ID1)를 출력할 수 있다. 영상 촬영기(210)는 뷰 포트(205) 및 개구부(201)를 통하여 성장하는 단결정 잉곳을 촬영하고, 촬영된 결과에 따른 제2 영상 데이터(ID2)를 출력할 수 있다. 영상 촬영기(210)에 의해 촬영된 영상은 사진, 동영상, 또는 열화상일 수 있다.
예컨대, 영상 촬영기(210)는 종자 결정(109)이 용융액(M) 표면과 접촉하기 이전의 용융액(M) 표면의 영상을 촬영할 수 있으며, 촬영한 결과에 따른 제1 영상 데이터(ID1)을 출력할 수 있다.
영상 촬영기(210)는 종자 결정(109)이 용융액(M) 표면과 접촉 이후 성장하는 단결정 잉곳에 대하여 실시간으로 영상을 촬영하고, 촬영된 결과에 따른 제2 영상 데이터(ID2)를 출력할 수 있다. 제2 영상 데이터(ID2)는 지속적 또는 기설정된 시간 간격으로 얻을 수 있다.
예컨대, 단결정 성장 공정을 넥킹(necking) 공정, 숄더링(shouldering) 공정 및 바디(body) 공정으로 구분할 때, 영상 촬영기(210)는 종자 결정(109)이 용융액(M) 표면과 접촉할 때부터 넥킹(necking) 공정 완료시까지 성장되는 단결정 잉곳을 촬영할 수 있다.
검출부(220)는 영상 촬영기(210)로부터 제공되는 영상 데이터(ID1, ID2)에 기초하여 용융액(M) 표면의 대류점(203)의 위치 정보(P)를 검출할 수 있다.
대류점(203)이 개구부(201) 안쪽에 위치할 경우에는 열화상 데이터로 대류점의 위치 정보를 구할 수 있다.
예컨대, 제1 영상 데이터(ID1)가 열화상 데이터일 경우에는, 용융액(M) 표면의 뜨거운 부분과 차가운 부분이 구분될 수 있으며, 대류점(203)은 용융액(M) 표면의 차가운 부분일 수 있다. 따라서 검출부(220)는 용융액(M) 표면의 차가운 부분에 대한 위치 정보(또는 좌표)를 검출하고, 검출된 위치 정보(또는 좌표)를 대류점(203)에 대한 위치 정보로 저장할 수 있다.
대류점(203)이 개구부(201) 바깥쪽에 위치할 경우에는 동영상 데이터로 대류점의 위치 정보를 구할 수 있다.
예컨대, 제1 영상 데이터(ID1)가 동영상 데이터일 경우, 용융액(M) 표면의 대류의 흐름을 알 수 있으며, 종자 결정이 용융액(M)에 접촉할 부위 또는 시드 연결부(160)로부터 평행하게 연장되는 선(209)의 위치 및 대류의 흐름에 기초하여 대류점(203)의 위치 정보를 검출할 수 있다. 즉 종자 결정이 용융액(M)에 접촉할 부위 또는 시드 연결부(160)로부터 평행하게 연장되는 선(209)의 위치를 기준으로 용융액(M) 표면의 대류의 흐름 방향을 검출하고, 이에 기초하여 대류점이 어느 방향이 위치하는지에 대한 정보를 검출할 수 있다.
넥킹 공정 및 숄더링 공정이 시작된 후에는 성장하는 단결정 잉곳의 넥(neck) 및 숄더에 대한 화상 데이터로 성장하는 단결정 잉곳의 편심 방향을 검출하고, 검출된 편심 방향에 의하여 용융액(M) 표면의 대류점(203)에 대한 위치 정보를 검출할 수 있다.
예컨대, 제2 영상 데이터(D2)가 화상 데이터일 경우, 검출부(220)는 시드 연결부(160)로부터 평행하게 연장되는 선(209)의 위치를 기준으로 넥킹 공정에 의하여 성장하는 단결정 잉곳의 넥(neck) 및 숄더링 공정에 의하여 성장하는 단결정 잉곳의 숄더(shoulder)의 편심 성장 방향을 검출할 수 있고, 이러한 편심 성장 방향에 기초하여 용융액(M) 표면의 대류점(203)이 어느 방향에 위치하는지를 검출할 수 있다.
제어부(230)는 검출부(220)로부터 제공되는 용융액(M) 표면의 대류점(203)에 대한 위치 정보(P)에 기초하여, 도가니 지지대(120)의 기울기를 조절할 수 있다. 도가니 지지대(120)의 기울기가 조절됨에 따라 도가니(110)의 기울도 함께 조절될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 제어부(230)에 의한 도가니 지지대(120)의 기울기 조절을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 영상 촬영기(210) 및 검출부(220)에 의하여 용융액(M) 표면의 대류점(203)의 위치가 시드 연결부(160)로부터 평행하게 연장되는 선(209)의 위치를 기준으로 9시 방향에 위치할 경우, 제어부(230)는 도가니 지지대(120)를 3시 방향으로 기울도록 조절할 수 있다. 도가니 지지대(120)가 기울어짐에 의하여 도가니(110)도 함께 기울어질 수 있다. 결국 실시 예는 도가니(110)가 기울어짐에 따라 대류점(203)이 종자 결정(109)과 가깝게 위치할 수 있기 때문에 단결정 잉곳이 편심 성장하는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 다른 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장 장치를 나타낸다. 도 1과 동일한 도면 부호는 동일한 구성을 나타내며, 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하거나 간략하게 설명한다.
도 4를 참조하면, 도가니 지지대(120-1)는 지지부(122-1) 및 기울기 조절부(126-1)를 포함할 수 있다. 도 1의 실시 예와 다른 점은 기울기 조절부(126-1)가 도가니(110)와 지지부(122-1) 사이에 위치하고, 도가니(110)의 기울기를 직접 조절한다는 점이다. 제어부(230)는 도가니(110)의 기울기를 조절하도록 기울기 조절부(126-1)를 제어할 수 있다. 기울기 조절부(126-1)는 도 5에서 설명한 바와 동일한 구조로 구현될 수 있다.
도 3은 실시 예에 따른 단결정 잉곳의 편심 성장을 억제하는 방법을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 용융액의 흐름을 영상 촬영기 또는 육안 등을 통하여 관찰할 수 있다(S110).
예컨대, 영상 촬영기(210)에 의하여 용융액(M) 표면의 영상을 촬영하고, 촬영된 결과에 따른 영상 데이터(ID1, ID2)를 출력 수 있다.
다음으로 관찰된 결과에 따라 대류점(203)의 위치 정보를 검출(S120)를 검출한다(S120).
예컨대, 영상 촬영기(210)로부터 제공되는 영상 데이터(ID1, ID2)에 기초하여 용융액(M) 표면의 대류점(203)의 위치 정보를 검출할 수 있다.
다음으로 대류점(203)의 위치 정보에 기초하여 도가니(110)의 기울기를 조절한다. 실시 예는 단결정 잉곳 성장 이전에 용융액(M) 표면의 대류점(203)의 위치 정보를 검출하고, 검출된 대류점(203)의 위치 정보에 기초하여 도가니(110)의 기울기를 조절하여 대류점(203)을 종자 결정(109)과 가깝게 위치시킴으로써 단결정 잉곳의 편심 성장을 억제할 수 있다.
또한 실시 예는 성장 중인 단결정 잉곳의 편심 방향을 검출하고, 검출된 편심 방향에 기초하여 용융액(M) 표면의 대류점(203)의 위치 정보를 검출하고, 검출된 대류점(203)의 위치 정보에 기초하여 도가니(110)의 기울기를 조절하여 대류점(203)을 종자 결정(109)과 가깝게 위치시킴으로써 단결정 잉곳의 편심 성장을 억제할 수 있다.
또한 실시 예는 편심 성장을 방지함으로써, 사이드 스티킹(side sticking)에 기인하는 품질 불량을 방지할 수 있다. 사이드 스티킹이란 도가니의 온도 변화에 따라 도가니 내벽에 다결정 물질이 형성되고, 이러한 다결정 물질에 편심 성장된 단결정 잉곳이 달라붙는 것을 말한다.
또한 실시 예는 편심 성장으로 인하여 종자 결정과 단결정의 축의 불일치가 발생함으로써 종자 결정이 깨지는 것을 방지할 수 있다.
또한 실시 예는 종자 결정을 대류점에 정렬시키는 시간을 단축시킴으로써 작업 시간을 단축시킬 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
101: 챔버 110: 도가니
120: 도가니 지지대 122: 제1 지지부
124: 제2 지지부 126: 기울기 조절부
130: 발열체 135: 측부 단열재
140: 하부 단열재 150: 상부 단열재
160: 시드 연결부 170: 이송 수단
210: 영상 촬영기 220: 검출부
230: 제어부.

Claims (9)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내부에 마련되고, 단결정 성장 원료인 용융액을 수용하는 도가니;
    상기 도가니 상부에 위치하고, 종자 결정이 고정되는 시드(seed) 연결부;
    상기 도가니 내의 용융액의 흐름을 관찰하고, 관찰된 결과에 따라 상기 용융액 표면의 대류점에 대한 위치 정보를 검출하는 관찰부; 및
    상기 용융액 표면의 대류점에 대한 위치 정보에 기초하여 상기 도가니의 기울기를 조절하는 제어부를 포함하는 단결정 잉곳 성장 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 관찰부는,
    상기 도가니 내의 용융액 또는 성장하는 단결정 잉곳을 촬영하고, 영상 데이터를 출력하는 영상 촬영기; 및
    상기 영상 데이터에 기초하여 상기 용융액 표면의 대류점에 대한 위치 정보를 검출하는 검출부를 포함하는 단결정 잉곳 성장 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도가니 하부에 위치하고, 상기 도가니를 지지하는 도가니 지지대를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 도가니 지지대의 기울기를 조절하는 단결정 잉곳 성장 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 도가니 지지대는,
    상기 도가니를 지지하는 제1 지지부;
    상기 제1 지지부를 지지하는 제2 지지부; 및
    상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부 사이에 위치하고, 상기 제1 지지부의 기울기를 조절하는 기울기 조절부를 포함하는 단결정 잉곳 성장 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 도가니 지지대는,
    상기 도가니를 지지하는 지지부; 및
    상기 지지부와 상기 도가니 사이에 위치하고, 상기 도가니의 기울기를 조절하는 기울기 조절부를 포함하는 단결정 잉곳 성장 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 영상 데이터는 상기 용융액 표면에 대한 열화상 데이터, 화상 데이터, 및 동영상 데이터 중 어느 하나인 단결정 잉곳 성장 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 검출부는,
    상기 용융액 표면의 차가운 부분에 대한 위치 정보를 검출하고, 검출된 위치 정보를 상기 대류점에 대한 위치 정보로 저장하는 단결정 잉곳 성장 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 검출부는,
    상기 시드 연결부로부터 평행하게 연장되는 선의 위치를 기준으로 상기 용융액 표면의 대류의 흐름 방향을 검출하고, 검출된 대류 흐름 방향에 기초하여 상기 대류점에 대한 위치 정보를 검출하는 단결정 잉곳 성장 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 검출부는,
    상기 성장하는 단결정 잉곳의 편심 방향을 검출하고, 검출된 편심 방향에 기초하여 상기 대류점에 대한 위치 정보를 검출하는 단결정 잉곳 성장 장치.
KR1020130008528A 2013-01-25 2013-01-25 단결정 잉곳 성장 장치 KR101464565B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130008528A KR101464565B1 (ko) 2013-01-25 2013-01-25 단결정 잉곳 성장 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130008528A KR101464565B1 (ko) 2013-01-25 2013-01-25 단결정 잉곳 성장 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140095758A KR20140095758A (ko) 2014-08-04
KR101464565B1 true KR101464565B1 (ko) 2014-11-24

Family

ID=51744017

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130008528A KR101464565B1 (ko) 2013-01-25 2013-01-25 단결정 잉곳 성장 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101464565B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106245116A (zh) * 2016-08-31 2016-12-21 天通银厦新材料有限公司 一种蓝宝石晶体生长设备及其工艺
KR102453636B1 (ko) * 2017-10-11 2022-10-11 주식회사 엘지화학 SiC 단결정을 제조하는 제조 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007290906A (ja) 2006-04-25 2007-11-08 Shin Etsu Handotai Co Ltd 基準反射体と融液面との距離の測定方法、及びこれを用いた融液面位置の制御方法、並びにシリコン単結晶の製造装置
JP2010100451A (ja) 2008-10-21 2010-05-06 Shin Etsu Handotai Co Ltd 融液面と炉内構造物の下端部との距離の測定方法、及びこれを用いた融液面位置の制御方法、並びに単結晶の製造方法及び単結晶製造装置
JP2010228990A (ja) 2009-03-27 2010-10-14 Toyoda Gosei Co Ltd 結晶成長装置
JP2011246341A (ja) 2010-04-26 2011-12-08 Sumco Corp シリコン単結晶引き上げ装置及びシリコン単結晶の製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007290906A (ja) 2006-04-25 2007-11-08 Shin Etsu Handotai Co Ltd 基準反射体と融液面との距離の測定方法、及びこれを用いた融液面位置の制御方法、並びにシリコン単結晶の製造装置
JP2010100451A (ja) 2008-10-21 2010-05-06 Shin Etsu Handotai Co Ltd 融液面と炉内構造物の下端部との距離の測定方法、及びこれを用いた融液面位置の制御方法、並びに単結晶の製造方法及び単結晶製造装置
JP2010228990A (ja) 2009-03-27 2010-10-14 Toyoda Gosei Co Ltd 結晶成長装置
JP2011246341A (ja) 2010-04-26 2011-12-08 Sumco Corp シリコン単結晶引き上げ装置及びシリコン単結晶の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140095758A (ko) 2014-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2690205B1 (en) Method for producing sic single crystals and production device
US20170183792A1 (en) Apparatus for forming single crystal sapphire
RU2520472C2 (ru) Способ и устройство для выращивания монокристаллов сапфира
JP6393705B2 (ja) メルトギャップ測定装置、結晶成長装置、及びメルトギャップ測定方法
KR20110027593A (ko) 사파이어 단결정의 성장 장치
CN103608497A (zh) SiC单晶及其制造方法
KR101464565B1 (ko) 단결정 잉곳 성장 장치
KR20110099640A (ko) 사파이어 단결정의 제조 장치
US20220411958A1 (en) System and Method for Controlling Temperature of Semiconductor Single Crystal Growth
JP6326136B2 (ja) 単結晶成長装置
CN105463571A (zh) SiC单晶的制造方法
CN104278322A (zh) 制造碳化硅单晶的方法和碳化硅单晶衬底
CN106884205B (zh) SiC单晶及其制造方法
US9856583B2 (en) Method of manufacturing silicon carbide single crystal
KR101390804B1 (ko) 단결정 잉곳 성장 장치
KR101977365B1 (ko) 핫존 상부가 개폐 가능한 단결정 용액성장 장치
KR102488064B1 (ko) 단결정 잉곳 성장 장치 및 그 제어 방법
KR101532266B1 (ko) 단결정 성장 장치
KR102147459B1 (ko) 단결정 잉곳 성장 장치 및 단결정 잉곳 성장 방법
KR20140080222A (ko) 사파이어 단결정 성장장치
WO2015037955A1 (ko) 열차폐체 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치
KR20110028155A (ko) 다결정 실리콘 잉곳 제조장치의 하부 구조
KR101464562B1 (ko) 단결정 잉곳 성장 장치
JP2024008874A (ja) 結晶成長方法およびウェハ
KR20140101938A (ko) 단결정 성장 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170927

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181004

Year of fee payment: 5