KR101483687B1 - 단결정 성장장치용 흑연 도가니 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쵸크랄스키(Cz) 공정에 사용되는 단결정 성장장치용 석영 도가니를 지지하는 흑연 도가니에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상면이 개방되고 석영 도가니를 수용하기 위한 내부공간이 형성되며, 분할된 몸체를 갖는 도가니 본체; 및 상기 도가니 본체의 분할 부위에 장착되는 식각방지용 보호막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장장치용 흑연 도가니가 제공된다.

Description

단결정 성장장치용 흑연 도가니{Graphite crucible for single crystal grower}

본 발명은 단결정 성장장치용 흑연 도가니에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 석영 도가니의 열변형에 의해 도가니 본체의 분할 부위에서 식각이 발생하는 현상을 방지할 수 있는 구조를 가진 단결정 성장장치용 흑연 도가니에 관한 것이다.

쵸크랄스키(Cz)법을 이용한 단결정 성장공정에서는 석영 도가니에 수용된 실리콘 멜트(Melt)에 시드(Seed)를 담근 후 시드 케이블을 회전시키면서 상부로 서서히 인상함으로써 고액계면을 통해 결정 잉곳을 성장시킨다. 도 1에는 쵸크랄스키(Cz)법을 수행하기 위한 일반적인 단결정 성장장치의 주요 구성이 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 단결정 성장장치는 멜팅(Melting) 공정 이후 내부공간에 실리콘 멜트(SM)가 담기는 석영 도가니(10)와, 석영 도가니(10)를 지지하는 흑연 도가니(11)와, 흑연 도가니(11)의 바깥에 배치되어 석영 도가니(10)에 복사열을 제공하는 히터(12)와, 성장되는 결정 잉곳(1)과 석영 도가니(10) 사이에서 결정 잉곳(1)을 에워싸도록 설치되어 실리콘 멜트(SM)로부터 상부로 방사되는 열흐름을 차단하는 열실드(13)와, 흑연 도가니(11)의 하부를 지지하는 서포터(Supporter)(14)를 포함한다.

단결정 성장장치에 있어서, 특히 흑연 도가니(11)는 분할된 몸체를 갖도록 구성되며, 석영 도가니(10)를 둘러싸면서 긴밀히 결합되어 석영 도가니(10)를 지지하게 된다.

한편, 석영 도가니(10)는 히터(12)로부터 제공되는 고온의 복사열에 의해 높은 온도까지 도달하여 열변형이 일어나게 되는데, 이 과정에서 석영 도가니(10)의 변형 부분이 흑연 도가니(11)의 분할 부위에서 이동하여 도 2에 도시된 바와 같이 분할 부위(A)의 틈에 침투하는 현상이 발생하게 된다.

흑연 도가니(11)의 분할 부위(A)에 석영 도가니(10)의 일부가 침투하게 되면, 흑연 도가니(11)에 비해 경도가 높은 석영 도가니(10)에 의해 흑연 도가니(11)가 손상되어 분할 부위(A)에서 식각이 발생하게 된다.

흑연 도가니(11)의 분할 부위(A)가 식각됨에 따라 흑연 도가니(11)의 두께는 점차 얇아지게 되고, 이에 인해 흑연 도가니(11)의 사용 가능한 횟수도 줄어들게 된다. 이와 같이 흑연 도가니(11)의 사용횟수는 분할 부위(A)의 식각정도에 의해 결정되므로 장기간 사용 가능한 흑연 도가니(11)를 구현하기 위해서는 분할 부위(A)의 식각을 방지하기 위한 수단이 강구되어야 한다.

본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 창안된 것으로서, 분할 부위에서 석영 도가니가 변형되는 것을 억제하는 수단을 구비하여 사용횟수의 증대가 가능한 단결정 성장장치용 흑연 도가니를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 도가니 본체에 식각방지용 보호막이 장착된 구조를 가진 단결정 성장장치용 흑연 도가니를 개시한다.

즉, 본 발명에 따른 단결정 성장장치용 흑연 도가니는 상면이 개방되고 석영 도가니를 수용하기 위한 내부공간이 형성되며, 분할된 몸체를 갖는 도가니 본체; 및 상기 도가니 본체의 분할 부위에 장착되는 식각방지용 보호막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 식각방지용 보호막은 고순도 흑연막인 것이 바람직하다.

상기 식각방지용 보호막은 4~6cm의 폭을 갖는 것이 바람직하다.

바람직하게, 상기 식각방지용 보호막은 상기 석영 도가니에 수용되는 멜트 표면의 높이 이하까지 설치될 수 있다.

상기 식각방지용 보호막은 상기 도가니 본체의 내부면에 장착되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 고순도 흑연막에 의해 흑연 도가니의 분할 부위에서 석영 도가니의 변형이 완화되고 열이력이 분산되어 식각의 발생이 방지되므로 흑연 도가니의 사용횟수를 종래에 비해 현저히 증대시킬 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 쵸크랄스키(Cz)법을 수행하기 위한 일반적인 단결정 성장장치의 구성도,
도 2는 흑연 도가니의 분할 부위에 석영 도가니의 일부가 침투한 상태를 보여주는 사진,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흑연 도가니의 구성으로 도시한 단면도,
도 4는 도 3에서 식각방지용 보호막의 구성을 개략적으로 도시한 평면도,
도 5는 식각방지용 보호막의 장착 전,후 흑연 도가니의 분할 부위의 상태를 보여주는 사진,
도 6은 식각방지용 보호막의 장착 여부에 따른 흑연 도가니의 사용횟수를 나타낸 그래프,
도 7은 식각방지용 보호막이 멜트 표면에 비해 높은 위치까지 형성된 구조를 도시한 단면도,
도 8은 식각방지용 보호막의 부적절한 규격 및 형성 위치에 의해 석영 도가니의 상단에 변형이 발생한 결과를 보여주는 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 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 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흑연 도가니의 구성으로 도시한 단면도이다. 도 3에는 흑연 도가니 내부에 석영 도가니(200)가 수용된 상태가 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흑연 도가니는 도가니 본체(100)와, 도가니 본체(100)의 분할 부위에 장착된 식각방지용 보호막(101)을 포함한다.

도가니 본체(100)는 상면이 개방되고 석영 도가니(200)를 수용하기 위한 내부공간이 형성된 구조를 갖는다. 또한, 도가니 본체(100)는 몸체 유닛들의 조합에 의해 제조되는 특성상 분할된 몸체를 갖는다.

식각방지용 보호막(101)은 도가니 본체(100)의 분할 부위에 장착된다. 이를 위해, 식각방지용 보호막(101)은 도 4에 도시된 바와 같이 실질적으로 리본(Ribbon) 형상을 갖는 형태로 제공되며, 도가니 본체(100) 내부면의 분할 부위에 밀착되게 설치된다.

도 5에는 식각방지용 보호막(101)의 장착 전(a),후(b) 흑연 도가니의 분할 부위(A)의 상태가 나타나 있다. 도 5를 참조하면, 식각방지용 보호막(101)의 장착에 의해 분할 부위(A)의 틈에 석영 도가니(200)가 침투되는 현상이 억제됨을 확인할 수 있다.

식각방지용 보호막(101)은 석영 도가니(200)와 긴밀히 접촉하게 되므로, 석영 도가니(200)의 변형을 효과적으로 완화시키는 동시에 열이력을 분산시키기 위해서는 식각방지용 보호막(101)이 고순도 흑연막(Gra-foil)으로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 6을 참조하면, 통상의 TG33, TG39 흑연막과 같은 고순도 흑연막으로 이루어진 식각방지용 보호막(101)을 흑연 도가니의 분할 부위(A)에 장착함으로써 미장착시에 비해 효과적으로 흑연 도가니의 사용횟수를 증대시킬 수 있음을 확인할 수 있다.

식각방지용 보호막(101)의 상단으로부터 흑연 도가니의 최상단까지의 높이(h)는, 식각방지용 보호막(101)의 상단이 멜트 표면(B) 이하에 위치하도록 결정되는 것이 바람직하다. 도 7에 도시된 바와 같이 식각방지용 보호막(101)의 상단 위치(원 표시 참조)가 멜트 표면(B)을 초과할 경우에는 단열성이 과도하게 높아져서 석영 도가니(200)의 상단이 도 8에 도시된 바와 같이 변형되는 문제가 발생하게 된다.

또한, 식각방지용 보호막(101)의 폭(w)이 지나치게 넓은 경우에도 마찬가지로 단열성이 과도하게 높아져서 석영 도가니(200)의 상단이 도 8에 도시된 바와 같이 변형(원 표시 참조)되는 문제가 발생하게 된다. 통상의 흑연 도가니에 형성되는 분할 부위(A)의 크기와 단열성을 종합적으로 고려할 때 식각방지용 보호막(101)의 폭(W)은 4~6㎝의 범위에서 결정되는 것이 바람직하다.

이상의 설명과 같이 본 발명에 따른 단결정 성장장치용 흑연 도가니는 분할 부위(A)에 식각방지용 보호막(101)이 장착됨으로써 쵸크랄스키법(Cz)에 의한 고온 공정에서 석영 도가니(200)가 도가니 본체(100)의 분할 부위(A)로 침투되는 문제를 방지할 수 있으며, 이에 따라 분할 부위(A)에서 식각이 발생하지 않아 사용횟수가 종래의 흑연 도가니에 비해 현저히 증대될 수 있다.

이상에서 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.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
100: 도가니 본체 101: 식각방지용 보호막
200: 석영 도가니 A: 분할 부위
B: 멜트 표면

Claims (5)

1. 쵸크랄스키(Cz) 공정에 사용되는 단결정 성장장치용 석영 도가니를 지지하는 흑연 도가니에 있어서,
   상면이 개방되고 석영 도가니를 수용하기 위한 내부공간이 형성되며, 분할된 몸체를 갖는 도가니 본체; 및
   상기 도가니 본체의 분할 부위에 장착되는 식각방지용 보호막;을 포함하고,
   상기 식각방지용 보호막의 폭이 4~6cm이고,
   상기 식각방지용 보호막은, 상단이 상기 석영 도가니에 수용되는 멜트 표면의 높이 이하까지 설치된 것을 특징으로 하는 단결정 성장장치용 흑연 도가니.
2. 제1항에 있어서,
   상기 식각방지용 보호막은 고순도 흑연막인 것을 특징으로 하는 단결정 성장장치용 흑연 도가니.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 식각방지용 보호막은 상기 도가니 본체의 내부면에 장착된 것을 특징으로 하는 단결정 성장장치용 흑연 도가니.

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