KR101494531B1 - 잉곳성장장치의 도가니 - Google Patents

Abstract

잉곳성장장치의 도가니가 개시된다. 본 발명은 내측에 위치되는 석영도가니를 지지하는 흑연도가니에 그 사이의 가스가 외부로 원활히 배출될 수 있도록 다수개의 구멍이 형성한 잉곳성장장치의 도가니에 관한 것이다. 본 발명에 의한 잉곳성장장치의 도가니는 내부에 폴리실리콘이 공급되어 용융되는 석영도가니와, 상기 석영도가니를 지지토록 외측에 설치된 흑연도가니를 포함하고, 상기 흑연도가니에는 적어도 하나 이상의 구멍이 형성되어, 상기 석영도가니와 흑연도가니 사이의 가스가 배출된다.

Description

잉곳성장장치의 도가니 {Crucible for Ingot glower}

본 발명은 잉곳성장장치의 도가니에 관한 것으로, 더욱 상세히는 내측에 위치되는 석영도가니를 지지하는 흑연도가니에 그 사이의 가스가 외부로 원활히 배출될 수 있도록 다수개의 구멍이 형성한 잉곳성장장치의 도가니에 관한 것이다.

일반적으로 실리콘의 단결정 잉곳을 성장시키는 방법으로 실리콘을 도가니(50) 내에서 용융시키고 용융된 실리콘에 시드를 접촉시킨 후 회전과 함께 서서히 인상시킴으로써 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 초크랄스키법이 이용되고 있다.

이 초크랄스키법에 의해 성장되는 잉곳(10)의 품질은 성장 중의 온도가 중요한 영향을 끼친다. 즉, 도가니(50)의 온도는 실리콘의 용융온도를 유지하기 위하여 소정 온도 이상으로 가열되어야 하며, 성장되는 잉곳은 용융점 이하의 온도로 유지되어 결정화되어야 하기 때문에 도가니(50)의 상부에 잉곳이 성장되는 위치 이외에는 열이 전달되는 것을 방지할 수 있도록 열차단구조체인 리플렉터(20)가 설치된다.(도 1 참고)

폴리실리콘이 용융되는 도가니(50)는 내측의 석영도가니(51)와 외측의 흑연도가니(52)로 이루어지고, 도가니(50)는 도가니(50)를 지지하는 지지구조물에 의해 지지되면서 하부에 설치되는 구동장치에 의해 회전과 상하 이동이 가능하게 설치된다. 이러한 구조는 쵸크랄스키법에 사용되는 잉곳성장장치의 일반적인 구조이다.

도 2를 참고하면, 석영도가니(51) 내부로 폴리실리콘이 공급되고 히터에 의해 고온으로 가열되면 폴리실리콘은 용융된다. 폴리실리콘이 용융되는 온도는 1400℃ 이상으로 그 온도 이상으로 도가니가 가열된다.

따라서 도가니(50)와 그 주위는 매우 높은 고온이기 때문에 화학반응도 매우 용이하게 발생하게 되고, 그 외에 작업 시 Ar 가스도 하부로 계속 공급되는 구성이기 때문에 많은 가스들이 생겨나거나 공급되어 가스 플로우가 형성된다.

상기 석영도가니(51)와 흑연도가니(52) 사이에는 Ar 가스도 들어갈 수 있고 도가니의 화학반응에 의해 산화가스도 발생하게 되는 바, 그 가스압에 의해 도 2에 도시된 A부분처럼 일부분이 부풀어 오르게 된다.

즉 실리콘 단결정 그로잉 시 Si 멜트를 담고 있는 석영도가니(51)가 변형되어 공정을 불안하게 하는 경우가 빈번히 발생하는 문제점이 있다.

이러한 주 원인은 석영도가니 자체의 결정화 및 가스 플로우 정체로 인한 석영도가니 부푸는 현상이 주로 발생된다. 특히 공정 중 가스 플로우 정체로 인한 석영도가니의 변형이 주 원인으로 파악된다.

이러한 석영도가니의 변형은 공정 불안정성을 가져와 작업을 중단하게 되는 경우가 발생하고, 석영도가니 크랙으로부터 1400℃ 이상인 Si 멜트의 유출사고라는 잠재적 위험성을 내포하고 있다.

대한민국 공개특허공보 특2003-0052467

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 흑연도가니에 다수개의 구멍을 형성하여 흑연도가니와 석영도가니 사이의 가스 플로우를 원활히 이루어지도록 함으로써 석영도가니의 변형과 파손을 방지할 수 있는 잉곳성장장치의 도가니를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 내부에 폴리실리콘이 공급되어 용융되는 석영도가니와, 상기 석영도가니를 지지토록 외측에 설치된 흑연도가니를 포함하고, 상기 흑연도가니에는 적어도 하나 이상의 구멍이 형성되어, 상기 석영도가니와 흑연도가니 사이의 가스가 배출된다.

바람직하게는, 상기 석영도가니는 120도 간격으로 세 개의 부재가 결합되어 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 상기 부재에는 3-10개의 구멍이 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 구멍은 그 직경이 1-3mm로 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 구멍은 수직면에 형성된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 의한 잉곳성장장치의 도가니는 흑연도가니에 다수개의 구멍이 형성되어 있기 때문에 석영도가니와 흑연도가니 사이의 가스 플로우가 개선되어 석영도가니가 변형되거나 파괴되는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 종래 잉곳성장장치의 진공챔버의 단면도이다.
도 2는 종래 잉곳성장장치 도가니의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 잉곳성장장치 도가니의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 흑연도가니의 사시도이다.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 잉곳성장장치의 도가니(100)는 도 3과 도 4를 참고하면, 내부에 폴리실리콘이 공급되어 용융되는 석영도가니(101)와, 상기 석영도가니(101)를 지지토록 외측에 설치된 흑연도가니(102)를 포함하고, 상기 흑연도가니(102)에는 적어도 하나 이상의 구멍(102a)이 형성되어, 상기 석영도가니(101)와 흑연도가니(102) 사이의 가스가 배출된다.

여기서, 상기 흑연도가니(102)는 도 4를 참고하면, 120도 간격으로 세 개의 부재가 결합되어 이루어진다.

상기 세 개의 부재에는 각각 3-10개의 구멍(102a)이 형성될 수 있다.

상기 구멍(102a)은 그 직경이 1-3mm로 형성한다.

또, 상기 구멍(102a)은 수직면에 형성한다. 물론 구멍(102a)이 형성되는 위치를 한정하는 것은 아니다. 구멍(102a)은 흑연도가니(102)에 불규칙하게(random) 분포하도록 형성할 수도 있는 것이다.

상기 도가니(100)는 종래기술과 마찬가지로, 도 3에 도시된 바와 같이 폴리실리콘 멜트(M)를 담게 되는 석영도가니(101)와 그 석영도가니(101)를 외부에서 지지하는 흑연도가니(102)로 구성된다.

상술한 바와 같이 흑연도가니(102)에 다수개의 구멍(102a)을 형성하여 흑연도가니(102)와 석영도가니(101) 사이의 가스를 배출하도록 한다. 그에 따라 그 사이의 가스 플로우가 원활하게 흐르게 되어 석영도가니(101)의 부풀어 오르는 것이 방지된다.

상기 석영도가니(101) 내부에서 폴리실리콘의 용융과 단결정 그로잉 시, 흑연도가니(102)와 밀착된 부분에서는 산화가스가 대량으로 발생된다. 이것은 화학반응(SiO₂+ C =SiO + CO, SiO₂+ CO = SiO + CO₂)에 의해 발생되는데, 이 화학반응은 석영도가니(101) 내측, 즉 폴리실리콘 멜트(M)에서 발생되는 것이 아니라 석영도가니(101) 외측면에서 발생된다.

게다가, 폴리실리콘 단결정 그로잉 시, 도가니 상부에서 하부로 다량의 Ar 가스 플로우가 형성되기 때문에 발생된 산화가스와 Ar 가스가 석영도가니(101)와 흑연도가니(102) 사이로 계속 유입된다.

유입된 가스들은 흑연도가니(102)에 형성된 구멍(102a)을 통하여 도가니(100) 외측으로 유출된다. 이러한 흐름은 가스유출 플로우를 형성하여 계속적으로 가스 유출이 이루어지게 된다. 따라서 석영도가니(101)의 변형을 미연에 방지할 수 있게 되는 것이다.

상기 구멍(102a)의 직경은 1-3mm로 하여 아주 작게 만들어도 가스 플로우가 잘 생성되고, 그 구멍(102a)의 숫자도 3-10개가 적절한 것으로 판단되었다. 물론 도가니(100)의 사이즈에 따라 그 숫자와 직경은 변화할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

100 : 도가니 101 : 석영도가니
102 : 흑연도가니 102a : 구멍

Claims (5)

1. 내부에 폴리실리콘이 공급되어 용융되는 석영도가니;
   상기 석영도가니를 지지토록 외측에 설치된 흑연도가니;를 포함하고,
   상기 흑연도가니는 120도 간격으로 세 개의 부재가 결합되어 이루어지며,
   상기 부재에는 석영도가니와 흑연도가니 사이의 가스를 배출되도록 수직면에 1-3mm의 직경을 갖는 구멍이 3-10개 형성되는 잉곳성장장치 도가니.
   
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