KR101473788B1

KR101473788B1 - 단결정 제조 장치 및 제조 방법

Info

Publication number: KR101473788B1
Application number: KR1020107012497A
Authority: KR
Inventors: 타카오 아베
Original assignee: 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
Priority date: 2007-12-25
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2014-12-17
Also published as: CN101849043B; DE112008003322T5; KR20100112114A; JP2009155131A; TWI405877B; TW200946722A; DE112008003322B4; CN101849043A; US20100229785A1; JP5163101B2; WO2009081523A1; US8337616B2

Abstract

본 발명은, 적어도, 챔버와, 챔버 내의 도가니와, 도가니의 주위에 배치된 히터와, 종결정을 끌어올리는 인상 기구와, 종결정 및 육성한 단결정의 도통로를 구비하며, 도가니 내에 수용한 원료 다결정을 히터에 의해 용융하고, 용융 다결정에 종 결정을 접촉시켜 끌어올리는 단결정 제조 장치에 있어서, 저부를 곡면 형상으로 한 원통형의 석영관과, 돔 형상의 석영판을 구비하며, 석영관은, 챔버의 상부에서 도통로를 통해 곡면상의 저부가 도가니 상에 면하도록 배치되고, 석영판은 석영관을 둘러싸도록 배치된 것이며, 석영관은 적어도 저부가 열선을 반사하는 반사 구조로, 석영판은 도가니를 향해 열선을 반사하는 반사 구조인 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치이다. 이에 의해, 다결정의 용융 시간을 단축하여 사이클타임을 단축할 수 있어, 생산 코스트의 저감과 함께, 전력 코스트를 저감시키는 단결정 제조 장치가 제공된다.

Description

단결정 제조 장치 및 제조 방법{SINGLE-CRYSTAL MANUFACTURING APPARATUS AND MANUFACTURING METHOD}

본 발명은, 쵸크라르스키법(이하, 「CZ법」이라고 함)에 의해, 반도체, 유전체, 자성체 등의 각종 결정 재료를 제조하는 단결정 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.

CZ법으로 반도체, 유전체, 자성체 등의 단결정을 제조하는데 이용되는 단결정 제조 장치는, 챔버 내에, 그 중심 회전에 회전 구동되는 도가니, 상기 도가니의 주위에 배치되는 히터 등을 수납하여 구성되며, 도가니 내에 투입된 원료 다결정을 히터에 의해 가열하여 다결정 융액을 얻고, 이 다결정 융액에, 와이어 등 상축의 하단에 장착된 종결정을 침지하고, 상기 상축을 회전시키면서 이를 소정의 속도로 끌어올림으로써, 종결정의 아래에 소정의 단결정을 성장시키는 장치이다.

도 4는, CZ법에 따른 종래의 단결정 제조 장치(13)의 개략 단면도의 일례를 나타낸 것이다. 도 4에 있어서, 참조번호 1은 원료 다결정(2)을 수용하는 도가니로, 그 외주에는 예를 들면 그라파이트로 이루어진 원통형의 히터(3)가 배치되고, 필요에 따라 상기 도가니(1) 하부에 저부 단열재(4)가 배치된다. 또한, 히터(3)의 외측에는, 필요에 따라 원통형의 단열재(5) 배치되고, 이들이 하부 챔버(6)나 상부 챔버(7) 내에 수용되어 있다.

또한, 상부 챔버(7)에는, 단결정을 끌어올릴 때의 도통로(8)가 설치되어 있다.

상기와 같은 종래의 단결정 제조 장치(13)에 의해 단결정을 제조하는 경우, 원료 다결정(2)의 용해는, 도가니(1)의 주위에 배치된 예를 들면 그라파이트제의 저항 가열 히터(3)에 의해 수행되지만, 최근의 결정의 대구경화에 수반하는 차지(charge)량(융해량)의 증가에 비례하여 용융 시간이 길어지는 것이 문제였다.

또한, 히터(3)에서 발생한 열이, 상부 챔버(7)나 단결정의 도통로(8)를 통해 상부에 흩어져 없어지는 동시에, 용융된 원료 표면이나 도가니로부터도 열이 상부 챔버(7)나 도통로(8)를 통해 흩어져 없어지기 때문에, 용융에 걸리는 시간을 길게 하고 있었다.

예를 들면, 대직경의 실리콘 단결정 제조 장치에서는, 다결정 원료의 용융에 200~300 kW 시의 전력을 필요로 하고, 거의 그 전열량은 수냉식의 챔버벽으로부터 외부로 배출되어 버리기 때문에, 핫존(hot zone) 내에서는 적절한 온도를 유지하면서, 벽면에 소비되는 열량을 억제할 필요가 있다.

이에 대해, 도가니 주위에 배치되는 히터와는 별도로, 램프 또는 레이저에 의한 보조 가열 장치를 구비함으로써, 원료 다결정의 용융 시간을 단축하는 것이 가능한 단결정 제조 장치가 개시되어 있다(예를 들면 특개평10-81595호 공보 참조).

그 외에는, 챔버 상부로의 열방출을 방지할 수 있도록, 원료 다결정을 융해시킬 때에 도가니 상에 차열판을 배치하거나(특개평10-158091호 공보 참조), 원료 다결정을 융해시킬 때에, 도가니 상부에, Mo나 W, Si 등의 고융점 재료로 이루어진 원판 상의 반사재를 배치하는 단결정 제조 장치가 개시되어 있다(특개2001-213691호 공보 참조).

이와 같이, 최근의 반도체 단결정의 대구경화에 수반하여, 다결정 원료의 용융량이 증대하고 있기 때문에, 용융량에 비례하여 용융에 필요로 하는 시간이 장시간이 되어, 전력 소비량이 증대하고, 결정 제조 시간의 로스도 증대하는 것이 문제가 되고 있었다.

따라서, 본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 다결정의 용융 시간을 단축하여 사이클타임을 단축함으로써, 생산 코스트의 저감을 도모하는 동시에, 전력 코스트의 저감을 할 수 있는 단결정 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는, 적어도, 챔버와, 상기 챔버 내의 도가니와, 상기 도가니의 주위에 배치된 히터와, 종결정을 끌어올리는 인상 기구와, 상기 종결정 및 육성한 단결정의 도통로를 구비하며, 상기 도가니 내에 수용한 원료 다결정을 상기 히터에 의해 용융하고, 상기 용융 다결정에 상기 종결정을 접촉시켜 끌어올림으로써 단결정을 제조하는 단결정 제조 장치에 있어서, 저부를 곡면 형상으로 한 원통형의 석영관과, 돔 형상의 석영판을 구비하고, 상기 석영관은, 상기 챔버의 상부에서 상기 도통로를 통해 상기 곡면 형상의 저부가 상기 도가니 상에 면하도록 배치되고, 상기 석영판은 상기 석영관을 둘러싸도록 배치된 것이며, 상기 석영관은 적어도 상기 저부가 열선을 반사하는 반사 구조로, 상기 석영판은 상기 도가니를 향해 열선을 반사하는 반사 구조인 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치를 제공한다.

이와 같이, 본 발명에서는, 원료 다결정을 용융할 때에, 저부를 곡면 형상으로 하여 열선을 도가니에 반사하는 반사 구조로 한 원통형의 석영관을 도가니 상부에 면하도록 배치하는 동시에, 도가니에 열선을 반사하는 반사 구조로 한 돔 형상의 석영판을 석영관의 주위에 배치한 구조로 한다.

이에 의해, 히터나 도가니에서 도통로를 향해 흩어져 없어진 열선을 원통형의 석영관에 의해, 챔버 방향을 향해 흩어져 없어지는 열선을 석영판에 의해, 집광하여 원료 다결정을 향해 반사시킴으로써, 종래에 버리던 열을 유효하게 이용할 수 있게 된다. 따라서, 원료 다결정에 가하는 열량의 총량을 종래에 비해 증가시켜 용융을 촉진시킬 수 있고, 용융에 걸리는 시간을 단축할 수 있다. 따라서 단결정의 제조에 걸리는 시간을 단축할 수 있기 때문에, 생산성의 향상 및 생산 코스트의 저감을 달성할 수 있다.

또한, 상기 석영관 및 상기 석영판의 반사 구조로서, 금 도금, 금 증착, 금 코팅 중 어느 하나가 실시된 것으로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 석영관 및 석영판의 반사 구조로서, 열선의 반사율이 뛰어난 금이, 도금, 증착 또는 코팅 중 어느 하나로 실시된 것으로 함으로써, 히터로부터의 열선의 반사 효율을 높은 것으로 할 수 있어, 원료 다결정의 용융 시간을 더욱 단축할 수 있다.

또한, 상기 석영판의 반사 구조로서, 금 도금, 금 증착, 금 코팅 중 하나가 실시된 것일 때, 상기 금 도금, 금 증착, 금 코팅을 석영으로 덮은 샌드위치 구조인 것이 바람직하다.

이와 같이, 금 도금, 금 증착, 금 코팅을 석영에 의해 샌드위치한 구조로 함으로써, 원료 다결정의 용융이나 단결정의 제조 시에 금 박막이 벗겨지는 것을 방지할 수 있어, 불순물의 혼입을 방지할 수 있다. 또한, 석영판의 세정 시에 금 박막이 벗겨지는 일도 방지할 수 있다.

또한, 상기 석영관은, 내부에 할로겐 램프를 구비하며, 상기 할로겐 램프는 상기 원료 다결정을 가열하기 위한 집광 반사 구조를 취하도록 배치된 것으로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 석영관 내에, 히터의 보조로서, 할로겐 램프를 원료 다결정을 가열하기 위한 집광 반사 구조를 취하도록 배치함으로써, 원료 다결정에 가하는 열량을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 용융에 걸리는 시간을 더욱 단축할 수 있다.

또한, 상기 할로겐 램프의 집광 반사 구조로서, 렌즈를 구비한 것으로 할 수 있다.

이와 같이, 렌즈를 구비함으로써, 용이하게 할로겐 램프로부터 방출된 열선의 초점을 원료 다결정에 맞출 수 있고, 이에 따라 원료 다결정의 용융을 보다 촉진시킬 수 있다.

또한, 상기 석영관 및/또는 상기 석영판은, 제열을 위한 수냉 기구 및/또는 공냉 기구를 구비한 것으로 할 수 있다.

이와 같이, 석영관 및 석영판의 냉각 기구를 구비함으로써, 상기 석영관 및 상기 석영판의 내열성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 장기간 사용할 수 있게 되어, 석영관 및 석영판에 따른 코스트의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 상기 석영관은 상하로 이동할 수 있는 것으로 할 수 있다.

석영관을 상하로 이동시킬 수 있으면, 석영관의 반사 구조에 의해 반사시키는 열선의 초점을 원료 다결정에 용이하게 맞출 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 쵸크라르스키법에 의해, 도가니 내에 수용된 원료 다결정을 히터에 의해 가열하여 용융하고, 종결정을 상기 용융액에 접촉시킨 후에 끌어올림으로써 단결정을 성장시키는 단결정의 제조 방법에 있어서, 상기 원료 다결정을 가열하여 용융할 때에, 적어도 저부를 열선을 반사하는 반사 구조로 하고, 상기 저부를 곡면 형상으로 한 원통형의 석영관의 저부를 챔버 상부에서 도통로를 통해 상기 도가니 상에 면하도록 상기 석영관을 배치하는 동시에, 상기 도가니를 향해 열선을 반사하는 반사 구조로 한 돔 형상의 석영판을 상기 석영관을 둘러싸도록 설치하여 상기 원료 다결정을 가열·용융하고, 용융 후, 상기 석영관은 상기 챔버 외로 취출하고, 그 후 상기 종결정을 상기 원료 다결정 용융액에 접촉시켜 상기 단결정을 끌어올려 제조하는 것을 특징으로 하는 단결정의 제조 방법을 제공한다.

이와 같이, 저부를 곡면상으로서 열선을 도가니에 반사하는 반사 구조의 원통형의 석영관의 저부를 도통로를 통해 도가니 상부에 면하도록 석영관을 배치하는 동시에, 도가니에 열선을 반사하는 반사 구조의 돔 형상의 석영판을 석영관의 주위에 배치하고, 원료 다결정을 용융시키고, 그 후 도통로에 배치한 석영관을 챔버 외로 없앤 후에 단결정의 제조를 실시한다.

이에 의해, 히터나 도가니로부터 도통로를 향해 흩어져 없어지는 열선을 석영관에 의해, 챔버 방향을 향해 흩어져 없어진 열선을 석영판에 의해, 집광하여 원료 다결정을 향해 반사시킴으로써, 원료 다결정에 가하는 열량의 총량을 종래에 비해 증가시킨다. 따라서, 용융에 걸리는 시간을 단축시킬 수 있고, 이에 따라 단결정의 제조 시간을 단축시킬 수 있어, 생산성의 향상 및 생산 코스트의 저감을 달성할 수 있다.

또한, 상기 석영관 및 상기 석영판의 반사 구조로서, 금 도금, 금 증착, 금 코팅 중 어느 하나를 실시한 것으로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 석영관 및 석영판에, 열선의 반사율이 뛰어난 금이 도금, 증착 또는 코팅 중 어느 하나를 실시한 것을 이용함으로써, 도가니 등으로부터의 열선의 반사 효율을 높게 할 수 있어, 원료 다결정의 용융 시간을 더욱 단축시킬 수 있다.

또한, 상기 석영판의 반사 구조로서, 금 도금, 금 증착, 금 코팅 중 어느 하나를 실시한 것을 이용할 때, 상기 금 도금, 금 증착, 금 코팅을 석영으로 덮은 샌드위치 구조의 것을 이용하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 금 도금, 금 증착, 금 코팅을 석영에 의해 샌드위치한 구조로 한 것을 이용함으로써, 원료 다결정의 용융이나 단결정의 제조 시에 금 박막이 벗겨지는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 불순물의 혼입을 방지할 수 있다. 또한 석영판의 세정 시에 금 박막이 벗겨지는 일도 방지할 수 있다.

또한, 상기 석영관으로서, 상기 원료 다결정을 가열하기 위한 집광 반사 구조를 취하도록 배치된 할로겐 램프를 구비한 것을 이용하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 석영관 내에, 할로겐 램프를 원료 다결정을 가열하기 위한 집광 반사 구조를 취하도록 배치한 것을 이용하여, 히터의 보조로 함으로써, 원료 다결정을 용융시킬 때에 원료 다결정에 가하는 열량을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 용융에 걸리는 시간을 더욱 단축시킬 수 있다.

또한, 상기 할로겐 램프의 집광구조로서, 렌즈를 구비한 것을 이용할 수 있다.

이와 같이, 렌즈를 구비한 것을 이용함으로써, 용이하게 할로겐 램프로부터 방출된 열선의 초점을 원료 다결정에 맞출 수 있고, 이에 따라 원료 다결정의 용융을 보다 촉진시킬 수 있다.

또한, 상기 원료 다결정을 가열·용융시킬 때에, 상기 석영관 및/또는 상기 석영판을, 수냉 및/또는 공냉하면서 용융시킬 수 있다.

이와 같이, 석영관 및 석영판의 냉각 기구를 구비함으로써, 상기 석영관 및 상기 석영판의 내열성을 향상시킬 수 있다. 따라서 장기간 사용할 수 있게 되어, 석영관 및 석영판에 따른 코스트의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 상기 석영관으로서, 상하로 더욱 이동하는 것에 의해 열선의 초점을 상기 원료 다결정에 맞출 수 있는 것을 이용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 단결정 제조 장치에 의하면, 도통로나 챔버로부터의 흩어져 없어진 열을 유효 이용할 수 있기 때문에, 원료 다결정의 용융 시간을 종래와 비교하여 단축할 수 있고, 이에 따라 단결정의 제조 시간의 단축을 달성할 수 있기 때문에, 생산성의 향상 및 생산 코스트를 저감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 단결정 제조 장치의 일례를 나타낸 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 단결정 제조 장치의 다른 일례를 나타낸 개략 단면도이다.
도 3은 실시예 2에서 이용한 원통형의 석영관 내에 구비하는 할로겐 램프를 나타낸 개략도이다.
도 4는 종래의 단결정 제조 장치의 일례를 나타낸 개략 단면도이다.

이하, 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

전술한 바와 같이, 다결정의 용융 시간을 단축하여 사이클타임을 단축함으로써, 생산성의 향상 및 생산 코스트의 저감을 도모할 수 있는 단결정 제조 장치와 제조 방법의 개발이 기대되고 있었다.

따라서, 본 발명자는, 단결정의 도통로나 챔버로부터 흩어져 없어진 열에 주목하고, 이를 유효하게 이용할 수 없는지를 열심히 검토를 거듭했다.

그 결과, 본 발명자는, 이 챔버나 도통로에 흩어져 없어진 열을 집광시켜 도가니 내에 수용된 원료 다결정에 반사시킴으로써 용융을 촉진시키는 것을 발상하여, 본 발명을 완성시켰다.

이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하면서 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1은, 본 발명의 단결정 제조 장치의 일례를 나타낸 개략 단면도이다.

도 1의 단결정 제조 장치(12)에 있어서, 참조번호 1은 원료 다결정(2)을 수용하는 도가니로, 그 외주에는 예를 들면 그라파이트로 이루어지는 원통형의 히터(3)가 배치되고, 필요에 따라 상기 도가니(1) 하부에 저부 단열재(4)가 배치된다. 또한, 히터(3)의 외측에는, 필요에 따라 원통형의 단열재(5)가 배치되고, 이들이 하부 챔버(6)나 상부 챔버(7) 내에 수용되어 있다. 또한, 상부 챔버(7)에는, 단결정을 끌어올릴 때의 도통로(8)가 설치되어 있다.

여기서, 본 발명에 대해서는, 상부 챔버(7)에서 도통로(8)를 통해 원통형의 석영관(9a)과, 석영관(9a)을 둘러싸도록 돔 형상의 석영판(10)이 배치되어 있다.

이 원통형의 석영관(9a)는, 저부가 곡면 형상으로 되어 있고, 또한 도가니(1) 내의 원료 다결정(2)을 향해 열선을 반사하는 반사 구조로 되어 있다. 그리고 석영판(10)은, 도가니(1) 내의 원료 다결정(2)을 향해 열선을 반사하는 반사 구조로 되어 있다.

여기서, 석영관(9a)이나 석영판(10)의 반사 구조는, 고온이 되는 핫 존에 면하는 면에는 석영이 면하게 되어 있고, 석영관(9a)에서는 원통형의 관내 내측이, 석영판(10)에서는 상부 챔버(7) 측이 반사 구조가 되게 되어 있다. 다만 반사 구조가 챔버 내에 노출하지 않도록, 반사 구조의 부분은 석영으로 덮은 이중 구조로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 도가니 상부에, 저부를 곡면 형상으로서 적어도 저부가 열선을 도가니에 반사하는 반사 구조로 한 원통형의 석영관과, 도가니에 열선을 반사하는 반사 구조로 한 돔 형상의 석영판을 석영관의 주위에 배치한 구조로서, 원료 다결정을 용융한다.

이러한 구조를 취함으로써, 히터로부터 도통로나 챔버 방향을 향해 흩어져 없어진 열선을 집광하여 원료 다결정을 향해 반사시킬 수 있어, 열을 유효 이용할 수 있다. 따라서, 원료 다결정으로의 열량을 종래에 비해 증가시킬 수 있고, 용융에 걸리는 시간을 단축시킬 수 있고, 나아가서는 생산성의 향상 및 생산 코스트의 저감을 달성할 수 있다.

여기서, 석영관 및 석영판의 반사 구조로서, 금 도금, 금 증착, 금 코팅 중 어느 하나가 실시된 것으로 할 수 있다.

이와 같이, 석영관 및 석영판의 반사 구조로서, 금 도금, 금 증착, 금 코팅 중 어느 하나가 실시된 것으로 함으로써, 히터로부터의 열선의 반사 효율을 높은 것으로 할 수 있고, 이에 따라 원료 다결정의 용융 시간의 한층 더 단축을 도모할 수 있다. 구체적으로는, 석영관의 내측 저면이나 측면으로 금 도금 등을 실시하면 좋다. 또한, 석영판이면, 챔버 측의 면에 금 도금 등을 실시하면 좋다.

이 반사 효율은, 금 도금의 경우 0.85이며, 흑연재나 석영재에 비해 충분히 높은 것으로 할 수 있어, 용융에 필요한 시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 석영판의 반사 구조로서, 금 도금, 금 증착, 금 코팅 중 하나가 실시된 것일 때, 상기 금 도금, 금 증착, 금 코팅을 석영으로 덮은 샌드위치 구조로 할 수 있다.

이와 같이, 금 도금, 금 증착, 금 코팅을 석영에 의해 샌드위치한 구조로 하는 것에 의해, 원료 다결정의 용융이나 단결정의 제조 시에 금 박막이 벗겨지는 것을 방지할 수 있어, 불순물의 혼입을 방지할 수 있다. 또한 석영판의 세정 시에 금 박막이 벗겨지는 일도 방지할 수 있다.

또한, 석영관 및/또는 석영판에 제열을 위해, 공냉 기구 및/또는 수냉 기구를 마련할 수 있다.

이와 같이, 석영관 및 석영판의 냉각 기구를 구비함으로써, 상기 석영관 및 상기 석영판의 내열성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 예컨대 금 도금 등이 실시되었다고 하더라도, 장기간 사용할 수 있게 되어, 석영관 및 석영판에 따른 코스트의 저감을 도모할 수 있다.

석영관은 수냉, 석영판은 공냉이 보다 바람직하다. 석영판의 공냉에는 챔버로부터 도입한 아르곤 가스를 이용하는 것이 매우 적합하다.

또한, 석영관은 상하로 이동할 수 있는 것으로 할 수 있다.

이와 같이 석영관을 상하로 이동시킬 수 있으면, 석영관의 반사 구조에 의해 반사시키는 열선의 초점을 원료 다결정에 용이하게 맞출 수 있다.

도 2에, 본 발명의 단결정 제조 장치의 다른 일례를 나타낸 개략 단면도를 나타낸다.

도 2의 단결정 제조 장치(12')에서는, 참조번호 1은 원료 다결정(2)을 수용하는 도가니로, 그 외주에는 예를 들면 그라파이트로 이루어진 원통형의 히터(3)가 배치되고, 필요에 따라 상기 도가니(1) 하부에 저부 단열재(4)가 배치된다. 또한, 히터(3)의 외측에는, 필요에 따라 원통형의 단열재(5)가 배치되고, 이들이 하부 챔버(6)나 상부 챔버(7) 내에 수용되어 있다. 또한 상부 챔버(7)에는, 단결정을 끌어올릴 때의 도통로(8)가 설치되어 있고, 돔 형상의 석영판(10)이 설치되어 있는 곳까지는, 도 1과 동일하다.

차이는 석영관(9b)의 구조이며, 원통형의 석영관(9b)은, 그 원통 내에 집광 반사 구조를 취하도록 배치된 할로겐 램프(11)를 구비한다.

이와 같이, 석영관 내에, 히터의 보조로서, 할로겐 램프를 원료 다결정을 가열하기 위한 집광 반사 구조를 취하도록 배치함으로써, 원료 다결정에 가하는 열량을 더욱 증가시킬 수 있고, 이에 의해 용융에 걸리는 시간의 한층 더 단축을 도모할 수 있다. 이 경우도, 석영관(9b)의 저부에는, 내측에 금 도금 등이 실시되는 것이 좋다.

또한 이와 같이 할로겐 램프를 구비하였을 때에는, 상기 할로겐 램프에서 방사되는 열선에 의해, 도가니로부터 흩어져 없어진 열선도 적극적으로 반사시킴으로써 보다 원료 다결정의 용융을 촉진할 수 있다.

여기서, 집광 구조로서 렌즈를 구비한 것으로 할 수 있다.

이때, 석영관의 측면에도 금 도금 등을 실시하는 것이 보다 바람직하다.

다음에 본 발명의 단결정의 제조 방법에 대해 도 1을 참조하여 설명하지만, 물론 이에 한정되는 것은 아니다.

우선, 단결정 제조 장치(12)의 챔버 내의 도가니(1)에 덩어리진 상태의 원료 다결정(2)을 투입한다.

그 후, 히터(3)에 의해 원료 다결정(2)을 가열·용융한다.

이때, 상부 챔버(7)에서 도통로(8)를 통하여, 적어도 저부를 열선 반사 구조로서 곡면 형상으로 한 원통형의 석영관(9a)을 도가니(1) 상에 면하도록, 설치한다.

또한, 동시에 도가니(1)를 향해 열선을 반사하는 반사 구조로 한 돔 형상의 석영판(10)을, 원통형의 석영관(9a)을 둘러싸도록 설치한다.

이와 같이, 저부를 곡면 형상으로서 열선을 도가니에 반사하는 반사 구조의 원통형의 석영관을 도통로를 통해 도가니 상부에 면하도록 석영관(9a)을 배치하는 동시에, 도가니에 열선을 반사하는 반사 구조의 돔 형상의 석영판을 석영관의 주위에 배치하고, 원료 다결정을 용융함으로써, 히터나 도가니에서 도통로를 향해 흩어져 없어진 열선을 석영관에 의해, 챔버 방향을 향해 흩어져 없어진 열선을 석영판에 의해, 집광하여 원료 다결정을 향해 반사시킴으로써, 원료 다결정으로의 열량을 종래에 비해 증가시킬 수 있어, 용융에 걸리는 시간을 단축시킬 수 있다.

원료 다결정(2)이 용융한 후, 석영관(9a)을 도통로(8)보다 끌어올리고, 챔버 외로 취출한다.

그리고, 그 후에, 종결정(도시하지 않음)을 원료 다결정의 융액에 접촉시켜, 소정의 속도로 종결정을 끌어올림으로써 단결정을 제조한다.

이때, 석영판(10)은, 챔버 내에 남겨진 상태로 단결정의 제조를 실시하는 것이 바람직하다. 이와 같이 석영판(10)을 단결정 제조 중에도 챔버 내에 남기는 것에 의해, 챔버 방향을 향해 흩어져 없어지는 열선을 집광 반사시킴으로써, 히터나 융액으로부터 흩어져 없어지는 열량을 저감시킬 수 있기 때문에, 결정 육성 중의 히터 파워를 억제할 수 있다. 따라서, 전력 코스트를 한층 개선할 수 있다.

또한 석영판(10)은, 단결정의 제조 종료 후에 챔버 외로 취출하여, 세정하는 것이 바람직하다.

단결정 제조 후에 석영판을 세정함으로써, 석영판을 청정한 상태로 유지할 수 있기 때문에, 융액에 불순물이 혼입하는 것을 억제할 수 있고, 열의 반사 효율도 높게 유지할 수 있다.

여기서, 석영관 및 석영판에, 반사 구조로서, 금 도금, 금 증착, 금 코팅 중 어느 하나가 실시된 것을 이용하여, 원료 다결정의 용융을 실시할 수 있다.

이와 같이, 석영관 및 석영판의 반사 구조로서, 금 도금, 금 증착, 금 코팅 중 어느 하나가 실시된 것을 이용함으로써, 히터로부터의 열선의 반사 효율을 높게 할 수 있어, 원료 다결정의 용융 시간의 한층 더 단축을 도모할 수 있다.

석영판의 반사 구조로서, 금 도금, 금 증착, 금 코팅 중 어느 하나를 실시한 것을 이용할 때, 상기 금 도금, 금 증착, 금 코팅을 석영으로 덮은 샌드위치 구조의 것을 이용할 수 있다.

이와 같이, 금 도금, 금 증착, 금 코팅을 석영에 의해 샌드위치한 구조로 한 것을 이용함으로써, 원료 다결정의 용융이나 단결정의 제조 시에 금 박막이 벗겨지는 것을 방지할 수 있어 불순물의 혼입을 방지할 수 있다. 또한, 석영판의 세정 시에 금 박막이 벗겨지는 일도 방지할 수 있다.

또한, 석영관으로서, 그 원통 내에 원료 다결정을 가열하도록 집광 반사 구조를 취하도록 배치된 할로겐 램프를 구비한 것을 이용할 수 있다.

이와 같이, 석영관 내에, 할로겐 램프를 원료 다결정을 가열하기 위한 집광 반사 구조를 취하도록 배치한 것을 이용함으로써, 원료 다결정을 용융시킬 때에 원료 다결정에 가하는 열량을 증가시킬 수 있고, 용융에 걸리는 시간의 한층 더 단축을 도모할 수 있다.

또한, 상기 할로겐 램프의 집광 구조로서, 렌즈를 구비한 것을 이용할 수 있다.

이와 같이, 렌즈를 갖춘 것을 이용함으로써, 용이하게 할로겐 램프로부터 방출된 열선의 초점을 원료 다결정에 맞출 수 있고, 이에 따라 원료 다결정의 용융을 보다 촉진시킬 수 있다.

게다가, 석영판 및/또는 석영판을, 제열을 위해서 수냉 및/또는 공냉하면서 원료 다결정을 용융할 수 있다.

여기서, 석영관의 냉각으로서 수냉, 석영판의 냉각으로서 공냉을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 석영판의 공냉에는 챔버에서 도입한 아르곤 가스를 이용하는 것이 매우 적합하다.

또한, 석영관으로서, 상하로 더욱 이동할 수 있는 것을 이용할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 단결정 제조 장치나 제조 방법에 의하면, 히터나 도가니에서 도통로를 향해 흩어져 없어진 열선을 원통형의 석영관에 의해, 또한 챔버 방향을 향해 흩어 없어진 열선을 석영판에 의해, 원료 다결정을 향해 집광하여 반사시킴으로써, 종래에 버리던 열을 유효하게 이용할 수 있게 된다. 따라서, 원료 다결정에 가하는 열량의 총량을 종래에 비해 증가시켜 용융을 촉진시킬 수 있고, 용융에 걸리는 시간을 단축할 수 있다. 따라서 단결정의 제조에 걸리는 시간을 단축할 수 있기 때문에 생산성의 향상, 생산 코스트의 저감을 달성할 수 있다. 특히, 본 발명에서는, 전력을 증가시키지 않고서, 단시간에 원료의 용융을 할 수 있으므로, 석영 도가니 등으로 이루어진 도가니의 열화를 억제할 수 있고, 그 결과 도가니에 기인한 단결정의 슬립 전위의 발생이 억제되고, 단결정화율이 향상하는 부차적 효과도 있다.

이하, 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

도 1에 나타낸 바와 같은 단결정 제조 장치를 이용하여, 실리콘 단결정의 제조를 실시했다. 도가니는 직경 32 인치(80cm)의 것을 이용하여, 도가니에 다결정 실리콘 원료를 300 kg 차지(charge)했다. 히터로부터 원료 다결정이나 도가니에 더해지는 파워를 200 kW로 했다.

그리고 저부 및 측면으로 금 도금을 실시한 석영관을 도통로를 통하여 도가니에 면하도록 배치하고, 도가니를 향해 열선을 반사하도록 금 도금을 실시한 석영판을 석영관을 둘러싸도록 배치하여, 다결정 실리콘의 용융을 실시했다.

그리고, 이때의 다결정 원료의 용융에 걸리는 시간을 측정했는데, 13시간에 다결정 실리콘이 용융했다.

(비교예 1)

도 4에 나타낸 바와 같은 단결정 제조 장치를 이용하여, 석영관 및 석영판을 챔버 내에 설치하지 않고서 실시예 1과 마찬가지로 실리콘 단결정의 제조를 실시하고, 마찬가지로 다결정 실리콘의 용융에 걸린 시간을 측정했다.

석영관 및 석영판을 설치하지 않고서, 도통로나 챔버에 흩어져 없어지는 열선을 집광 반사를 하지 않고서 다결정 실리콘을 용융했는데, 용융 시간은 15시간이며, 집광 반사를 실시한 실시예 1에 비해 용융에 긴 시간을 필요로 했다.

(실시예 2)

도 2에 나타낸 바와 같은 단결정 제조 장치(12')의 석영관(9b)에, 도 3에 나타낸 바와 같은 할로겐 램프를 구비한 것을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 원료 다결정의 용융을 실시하고, 실시예 1과 마찬가지로 용융에 걸린 시간을 측정했다.

이 석영관에는, 5 kW의 할로겐 램프를 9개, 합계 45 kW의 것을 설치하고, 석영 렌즈에 의해 집광시키는 구조로 했다. 집광율 이외의 열을 포함한 열효율은 58%로, 그 내 20 kW가 용융에 기여하는 계산이 되었다.

실시예 2에서는, 할로겐 램프에 의한 보조 가열이 있기 때문에, 다결정 실리콘의 용융에 걸린 시간은 10시간이었다.

아울러, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시예는 예시이며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용 효과를 상주하는 것은 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims

적어도, 챔버와, 상기 챔버 내의 도가니와, 상기 도가니의 주위에 배치된 히터와, 종결정을 끌어올리는 인상 기구와, 상기 종결정 및 육성한 단결정의 도통로를 구비하며, 상기 도가니 내에 수용한 원료 다결정을 상기 히터에 의해 용융하고, 상기 용융 다결정에 상기 종결정을 접촉시켜 끌어올림으로써 단결정을 제조하는 단결정 제조 장치에 있어서,
저부를 곡면 형상으로 한 원통형의 석영관과, 돔 형상의 석영판을 구비하고,
상기 석영관은 상기 챔버의 상부에서 상기 도통로를 통해 상기 곡면 형상의 저부가 상기 도가니 상에 면하도록 배치되고, 상기 석영판은 상기 석영관을 둘러싸도록 배치된 것이며,
상기 석영관은 적어도 상기 저부가 열선을 반사하는 반사 구조로, 상기 석영판은 상기 도가니를 향해 열선을 반사하는 반사 구조인 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 석영관 및 상기 석영판의 반사 구조로서, 금 도금, 금 증착, 금 코팅 중 어느 하나가 실시된 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치.
제2항에 있어서,
상기 석영판의 반사 구조로서, 금 도금, 금 증착, 금 코팅 중 어느 하나가 실시된 것일 때, 상기 금 도금, 금 증착, 금 코팅을 석영으로 덮은 샌드위치 구조인 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 석영관은, 내부에 할로겐 램프를 구비하며, 상기 할로겐 램프는 상기 원료 다결정을 가열하기 위한 집광 반사 구조를 취하도록 배치된 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치.
제2항에 있어서,
상기 석영관은, 내부에 할로겐 램프를 구비하며, 상기 할로겐 램프는 상기 원료 다결정을 가열하기 위한 집광 반사 구조를 취하도록 배치된 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치.
제3항에 있어서,
상기 석영관은, 내부에 할로겐 램프를 구비하며, 상기 할로겐 램프는 상기 원료 다결정을 가열하기 위한 집광 반사 구조를 취하도록 배치된 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치.
제4항에 있어서,
상기 할로겐 램프의 집광 반사 구조로서, 렌즈를 구비한 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치.
제5항에 있어서,
상기 할로겐 램프의 집광 반사 구조로서, 렌즈를 구비한 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치.
제6항에 있어서,
상기 할로겐 램프의 집광 반사 구조로서, 렌즈를 구비한 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 석영관 및/또는 상기 석영판은, 제열을 위한 수냉 기구 및/또는 공냉 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 석영관은, 상하로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치.
제10항에 있어서,
상기 석영관은, 상하로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 단결정 제조 장치.
쵸크라르스키법에 의해, 도가니 내에 수용된 원료 다결정을 히터에 의해 가열하여 용융하고, 종결정을 상기 용융액에 접촉시킨 후에 끌어올림으로써 단결정을 성장시키는 단결정의 제조 방법에 있어서,
상기 원료 다결정을 가열하여 용융할 때에, 적어도 저부를 열선을 반사하는 반사 구조로 하고, 상기 저부를 곡면 형상으로 한 원통형의 석영관의 저부를 챔버 상부에서 도통로를 통해 상기 도가니 상에 면하도록 상기 석영관을 배치하는 동시에, 상기 도가니를 향해 열선을 반사하는 반사 구조로 한 돔 형상의 석영판을 상기 석영관을 둘러싸도록 설치하여 상기 원료 다결정을 가열·용융하고,
용융 후, 상기 석영관은 상기 챔버 외로 취출하고, 그 후 상기 종결정을 상기 원료 다결정 용융액에 접촉시켜 상기 단결정을 끌어올려 제조하는 것을 특징으로 하는 단결정의 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 석영관 및 상기 석영판의 반사 구조로서, 금 도금, 금 증착, 금 코팅 중 어느 하나를 실시한 것으로 하는 것을 특징으로 하는 단결정의 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 석영판의 반사 구조로서, 금 도금, 금 증착, 금 코팅 중 어느 하나를 실시한 것을 이용할 때, 상기 금 도금, 금 증착, 금 코팅을 석영으로 덮은 샌드위치 구조의 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 단결정의 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 석영관으로서, 상기 원료 다결정을 가열하기 위한 집광 반사 구조를 취하도록 배치된 할로겐 램프를 구비한 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 단결정의 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 석영관으로서, 상기 원료 다결정을 가열하기 위한 집광 반사 구조를 취하도록 배치된 할로겐 램프를 구비한 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 단결정의 제조 방법.
제15항에 있어서,
상기 석영관으로서, 상기 원료 다결정을 가열하기 위한 집광 반사 구조를 취하도록 배치된 할로겐 램프를 구비한 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 단결정의 제조 방법.
제16항에 있어서,
상기 할로겐 램프의 집광 구조로서, 렌즈를 구비한 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 단결정의 제조 방법.
제17항에 있어서,
상기 할로겐 램프의 집광 구조로서, 렌즈를 구비한 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 단결정의 제조 방법.
제18항에 있어서,
상기 할로겐 램프의 집광 구조로서, 렌즈를 구비한 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 단결정의 제조 방법.
제13항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원료 다결정을 가열·용융시킬 때에, 상기 석영관 및/또는 상기 석영판을, 수냉 및/또는 공냉하면서 용융하는 것을 특징으로 하는 단결정의 제조 방법.
제13항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 석영관으로서, 상하로 더욱 이동하는 것에 의해 열선의 초점을 상기 원료 다결정에 맞출 수 있는 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 단결정의 제조 방법.
제22항에 있어서,
상기 석영관으로서, 상하로 더욱 이동하는 것에 의해 열선의 초점을 상기 원료 다결정에 맞출 수 있는 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 단결정의 제조 방법.