KR101596550B1 - Apparutus and Method for Growing Ingot - Google Patents
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Abstract
본 발명의 잉곳성장장치는 종자결정을 이용하여 석영도가니에 수용된 실리콘 융액으로부터 잉곳을 성장하는 장치로서, 챔버; 상기 챔버 내부에 배치되어, 상기 실리콘 융액을 수용하는 석영도가니; 상기 석영도가니에 열 에너지를 전달하는 히터부; 상기 종자결정을 상기 실리콘 융액에 침지시키고 회전 및 인상하여 인곳을 성장시키는 승강 케이블; 상기 석영도가니의 상측에 배치되고, 상기 실리콘 융액의 열을 외부와 차단하는 단열수단으로, 성장되는 잉곳이 통과하는 홀을 구비한 열차폐체; 및 상기 열차폐체의 상측에 장착되어, 상기 홀의 크기를 조절하는 넥 커버; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 잉곳성장장치는 고품질의 대구경 잉곳을 안정적으로 생산할 수 있는 장점이 있다. An ingot growing apparatus of the present invention is an apparatus for growing an ingot from a silicon melt contained in a quartz crucible using seed crystals, comprising: a chamber; A quartz crucible disposed within the chamber to receive the silicon melt; A heater unit for transmitting thermal energy to the quartz crucible; A lift cable for immersing the seed crystal in the silicon melt and rotating and pulling the seed crystal to grow an ingot; A heat shielding member disposed above the quartz crucible and having a hole through which the ingot to be grown passes, as a heat insulating means for shielding the heat of the silicon melt from the outside; And a neck cover mounted on the upper side of the heat shield to adjust a size of the hole; And a control unit.
The ingot growing apparatus of the present invention is advantageous in that it can stably produce a high-quality large diameter ingot.
Description
본 발명은 단결정 실리콘 잉곳을 생산하는 잉곳성장장치 및 잉곳성장방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ingot growing apparatus and an ingot growing method for producing a single crystal silicon ingot.
일반적으로 웨이퍼의 재료가되는 실리콘 단결정 잉곳은 초크랄스키법(CZ법)으로 제조된다. In general, a silicon single crystal ingot which is a material of a wafer is manufactured by the Czochralski method (CZ method).
CZ법이란, 석영도가니에 실리콘을 넣고 석영도가니를 가열하여 실리콘을 용융시키킨 후, 종자 결정(seed crystal)을 실리콘 융액에 접촉시킨 상태에서 회전하면서 서서히 끌어올리면서 종자 단결정 표면에서 융액을 고체로 응고시킴에 따라 소정의 지름을 갖는 잉곳을 성장시키는 방법이다. The CZ method is a method in which silicon is put into a quartz crucible, the quartz crucible is heated to melt the silicon, the seed crystal is brought into contact with the silicon melt while being slowly pulled up while being rotated, And the ingot having a predetermined diameter is grown according to solidification.
그런데, 종자결정을 실리콘에 침지할 때(deeping), 종자결정 하단부의 온도가 멜트(melt)의 표면온도로 급격히 상승하면서, 종자결정 하단부에는 열 충격(thermal shock)이 가해진다. However, when the seed crystal is deeply dipped in silicon, the temperature at the bottom of the seed crystal sharply rises to the surface temperature of the melt, and a thermal shock is applied to the bottom of the seed crystal.
그 결과, 종자결정에 전단 응력(shear stress)이 유발되고, 이로 인하여 멜트 접촉 부위에는 전위(dislocation)가 발생한다.As a result, shear stress is induced in the seed crystal, which causes dislocation at the melt contact site.
따라서, 종래에는 전위가 잉곳으로 전파되는 것을 막기 위하여, 초기 잉곳 성장시 데쉬 네킹(dash necking) 공정을 진행하였다. Therefore, in order to prevent the potential from propagating to the ingot, a dash necking process was performed during the initial ingot growth.
데쉬 네킹 공정이란 잉곳을 가늘고 길게 뽑아내어 전위를 제거하는 기술로써, 이때, 네킹 공정에서 성장되는 잉곳의 네크부의 직경은 3 ~ 5mm 정도 형성된다.The deshrinking process is a technique of removing the dislocations by pulling the ingots slender and long. At this time, the diameter of the neck portion of the ingot to be grown in the necking process is about 3 to 5 mm.
이때, 네크부의 직경이 5mm를 넘게 되면, 네크부의 상/하 및 내/외부의 온도차에 의해 발생하는 전단 응력의 크기가 점점 증가하면서, 전위의 전파 속도가 잉곳의 성장속도보다 커지게 되고, 이로 인하여 종자결정 하단부에 발생된 전위가 제거되지 않는 문제가 발생할 수 있기 때문에, 데쉬 네킹 공정시 네크부의 직경은 얇게 형성되도록 진행하였다. At this time, when the diameter of the neck portion exceeds 5 mm, the propagation speed of the potential becomes larger than the growth rate of the ingot, while the magnitude of the shear stress caused by the temperature difference between the top and bottom of the neck portion and the inside / outside gradually increases, The dislocation generated at the lower end of the seed crystals may not be removed. Therefore, the diameter of the neck portion is reduced in the deshrinking step.
다만, 상기 데쉬 네킹 공정은 전위의 제거라는 긍정적 효과도 있지만, 종자결정이 고중량의 잉곳을 지탱하는 데는 부정적 영향을 미친다. However, the desizing process has a positive effect of eliminating dislocations, but the seed crystals have a negative influence on supporting ingots of a high weight.
즉, 전체 잉곳의 하중이 가늘고 긴 잉곳의 네크부를 인가되므로, 네크부가 잉곳의 하중을 견딜 수 없게 되면, 네크부의 파손으로 인하여 잉곳이 멜트로 추락할 가능성이 있게 된다. That is, since the neck portion of the ingot having a long length of the entire ingot is applied, if the neck portion can not withstand the load of the ingot, there is a possibility that the ingot falls into the melt due to breakage of the neck portion.
특히, 현재 450mm의 직경을 갖는 잉곳의 경우, 공정 후반으로 가면 잉곳의 무게가 1톤에 달는데, 상기 데쉬 네킹 공정으로 형성되는 3-5mm의 가는 네크부로는 1톤에 달하는 잉곳의 무게를 지지할 수 없다. In particular, in the case of an ingot having a diameter of 450 mm, the ingot weighs 1 ton in the latter half of the process, and the 3-5 mm thin neck formed by the deshing process supports the weight of ingot reaching 1 ton. Can not.
따라서, 최근에는 데쉬 네킹 공정을 진행하지 않고 대구경의 잉곳을 성장시킬 수 있는 기술들이 연구 개발되고 있다.Therefore, in recent years, techniques for growing large-diameter ingots without advancing the desizing process have been researched and developed.
한편, 최근에는 반도체 기술이 발전함에 따라서 효율 향상을 위하여 잉곳이 대구경화 되고 있다. 이로 인하여, 석영도가니 내의 더 많은 다결정 실리콘을 적층해야 한다. On the other hand, in recent years, with the advancement of semiconductor technology, the ingot has been cured in order to improve the efficiency. Due to this, it is necessary to stack more polycrystalline silicon in the quartz crucible.
이 때문에 다결정 실리콘을 가열하기 위한 히터 파워가 증가하게 되고, 히터 파워 증가에 따른 잉곳의 단가 상승은 물론, 석영도가니의 크리스토발라이트화(cristobalite)가 촉진되어, 잉곳의 유전위화 및 제품 수율이 저하되는 문제점이 있다. As a result, the heater power for heating the polycrystalline silicon increases, the cristobalite of the quartz crucible is promoted as well as the cost of the ingot increases with the increase of the heater power, and the yield of the ingot becomes worse .
본 실시예는 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 잉곳 생산시 열 손실을 줄일 수 있고, 전위발생 없으며 네크부의 직경이 증가된 무결함 대구경 잉곳을 생산하는 잉곳성장장치 및 잉곳성장방법을 제공하고자 한다. To solve the above problems, the present invention is to provide an ingot growing apparatus and an ingot growing method which can reduce the heat loss in the production of ingots, increase the diameter of the neck portion, and increase the diameter of the neck portion. .
본 실시예의 잉곳성장장치는 종자결정을 이용하여 석영도가니에 수용된 실리콘 융액으로부터 잉곳을 성장하는 장치로서, 챔버; 상기 챔버 내부에 배치되어, 상기 실리콘 융액을 수용하는 석영도가니; 상기 석영도가니에 열 에너지를 전달하는 히터부; 상기 종자결정을 상기 실리콘 융액에 침지시키고 회전 및 인상하여 인곳을 성장시키는 승강 케이블; 상기 석영도가니의 상측에 배치되고, 상기 실리콘 융액의 열을 외부와 차단하는 단열수단으로, 성장되는 잉곳이 통과하는 홀을 구비한 열차폐체; 및 상기 열차폐체의 상측에 장착되어, 상기 홀의 크기를 조절하는 넥 커버; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. The ingot growing apparatus of this embodiment is an apparatus for growing an ingot from a silicon melt contained in a quartz crucible by using seed crystals, comprising: a chamber; A quartz crucible disposed within the chamber to receive the silicon melt; A heater unit for transmitting thermal energy to the quartz crucible; A lift cable for immersing the seed crystal in the silicon melt and rotating and pulling the seed crystal to grow an ingot; A heat shielding member disposed above the quartz crucible and having a hole through which the ingot to be grown passes, as a heat insulating means for shielding the heat of the silicon melt from the outside; And a neck cover mounted on the upper side of the heat shield to adjust a size of the hole; And a control unit.
본 실시예의 잉곳성장방법은 석영도가니에 다결정 실리콘이 적층되는 단계; 상기 석영도가니의 상측에 마련된 열차폐체의 홀을 넥 커버로 최소화한 후 상기 다결정 실리콘을 용융시키는 단계; 상기 용융된 실리콘의 융액에 종자결정을 디핑하기 위하여, 상기 종자결정을 상기 실리콘 융액과 상기 넥 커버 사이에 위치시키는 단계; 상기 종자결정이 상기 실리콘 융액에 의하여 가열시킨 후, 상기 종자결정을 실리콘 융액에 침지하는 단계;상기 종자결정을 이용하여 잉곳의 네크부를 형성하는 네킹 공정을 완료한 후, 상기 네크부의 직경을 확장하는 숄더링 공정을 실시하면서, 상기 넥 커버로 상기 직경 확장에 따라 상기 열차폐체의 홀 크기를 증가시키는 단계; 상기 종자결정을 이용하여 잉곳의 바디를 형성하는 바디 그로잉 공정을 실시하면서, 상기 넥 커버로 상기 열차폐체의 홀을 상기 바디 보다 소정의 크기만큼 크게 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The ingot growth method of this embodiment includes the steps of stacking polycrystalline silicon on a quartz crucible; Melting the polycrystalline silicon after minimizing the holes of the heat shield provided on the quartz crucible with a neck cover; Positioning the seed crystal between the silicon melt and the neck cover to dope the seed crystal into the melt of the molten silicon; A seed crystal is heated by the silicon melt and then the seed crystal is immersed in a silicon melt; and after completion of a necking step of forming a neck portion of the ingot by using the seed crystal, the diameter of the neck portion is increased Increasing the hole size of the heat shield according to the diameter expansion with the neck cover, while performing a shouldering process; Forming a hole of the heat shield with a predetermined size larger than the body by using the neck cover while performing a body glowing process of forming an ingot body using the seed crystal; And a control unit.
제안되는 본 실시예에 따르면, 열차폐체의 홀의 직경을 조절하여, 종자결정이 멜트에 침지될 때 발생하는 열충격을 최소화할 수 있고, 잉곳의 네크부 형성시 네크부의 상/하 및 내/외부의 온도차를 감소시켜, 전단 응력을 최소화할 수 있다. According to the present embodiment, the diameter of the hole of the heat shield can be adjusted to minimize the thermal shock generated when the seed crystals are immersed in the melt, and when forming the neck portion of the ingot, the upper and lower portions of the neck portion and the inner / By reducing the temperature difference, shear stress can be minimized.
그리고, 열충격의 감소로 인하여, 네크부의 전위 발생속도 또한 감소시킬 수 있으며, 이를 통해 네크부의 직경을 성장시킬 수 있다.And, due to the reduction of thermal shock, the dislocation generation rate of the neck portion can also be reduced, thereby allowing the diameter of the neck portion to grow.
직경이 상승한 네크부는 고중량의 잉곳 하중을 견딜 수 있으므로, 고중량의 대구경 잉곳을 안정적으로 생산할 수 있는 장점이 있다. The neck portion having the increased diameter can withstand the ingot load of a high weight, so that it is advantageous to stably produce a large-diameter ingot with a high weight.
또한, 본 실시예에 따르면, 실리콘 융액 가열시 히터파워를 감소시켜 잉곳의 품질을 향상시키며 생산 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다. In addition, according to the present embodiment, it is possible to improve the quality of the ingot by reducing the heater power when heating the silicon melt, and to lower the production cost.
그리고, 본 실시예에 따르면, 잉곳의 외측부 온도를 정밀하게 제어하여 잉곳의 결함을 억제함으로써 잉곳의 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. According to this embodiment, there is an advantage that the quality of the ingot can be improved by controlling the temperature of the outer side of the ingot precisely to suppress the defect of the ingot.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 열차폐체의 홀 크기조절이 가능한 넥 커버가 구비된 잉곳성장장치의 개략적인 모습을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 넥 커버가 열차폐체의 홀 크기를 감소시킨 잉곳성장장치의 개략적인 모습을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 열차폐체와 넥 커버의 단면을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 넥 커버가 열차폐체의 상면에 위치한 모습을 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 넥 커버의 일부가 열차폐체의 홀로 이동한 모습을 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 넥 커버가 구비된 잉곳성장장치를 이용한 잉곳성장방법의 흐름도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of an ingot growing apparatus equipped with a neck cover capable of adjusting the hole size of a heat shield, according to an embodiment of the present invention. FIG.
Figure 2 shows a schematic view of an ingot growing apparatus in which a neck cover reduces the hole size of a heat shield, according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view showing a cross section of a heat shield and a neck cover according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view showing a neck cover positioned on an upper surface of a heat shield according to an embodiment of the present invention; FIG.
5 is a plan view showing a part of the neck cover moved to the hole of the heat shield according to the embodiment of the present invention.
6 is a flowchart of an ingot growing method using an ingot growing apparatus equipped with a neck cover according to an embodiment of the present invention.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the scope of the inventive concept of the present embodiment can be determined from the matters disclosed in the present embodiment, and the spirit of the present invention possessed by the present embodiment is not limited to the implementation of addition, deletion, Variations.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 열차폐체의 홀 크기조절이 가능한 넥 커버(100)가 구비된 잉곳성장장치의 개략적인 모습을 나타낸다.1 shows a schematic view of an ingot growing apparatus provided with a
도 1을 참조하면, 본 실시예의 잉곳성장장치는 챔버(10)와, 실리콘 융액을 수용하는 석영도가니(20)와, 상기 실리콘 융액에서 잉곳을 인상하기 위한 종자결정(seed)과, 상기 종자결정을 고정하기 위한 종자결정 척(300)(seed chuck)과, 상기 종자결정 척(300)을 승강 및 회전시켜 잉곳을 성장시키는 승강 케이블(310)과, 상기 석영도가니(20)를 가열하기 위한 히터부(30)와, 상기 히터부의 측면에서 외부와 열을 차단하기 위한 측면 열차폐부(40)를 포함한다. 1, the ingot growing apparatus according to the present embodiment includes a
특히, 본 실시예의 잉곳성장장치는 상기 석영도가니(20)의 상측에서 실리콘 융액의 열을 외부와 차단하기 위한 열차폐체(200)와, 상기 열차폐체(200)의 홀 크기를 조절하기 위한 넥 커버(100))(neck cover)를 더 포함한다.
In particular, the ingot growing apparatus of the present embodiment includes a
이하에서는, 본 실시예의 잉곳성장장치를 이루는 구성요소들에 대해서 좀더 상세히 설명한다. Hereinafter, the constituent elements of the ingot growing apparatus of the present embodiment will be described in more detail.
먼저, 상기 챔버(10)는 반도체 등의 전자 부품 소재로 사용되는 웨이퍼용 잉곳을 성장시키기 위한 소정의 공정들이 수행되는 공간을 제공한다. 즉, 상기 잉곳성장장치의 구성요소들은 상기 챔버(10) 내부에 마련되어 잉곳을 성장시키기 위한 공정을 수행한다. First, the
그리고, 상기 챔버(10) 내부에는 핫존(hot zone) 구조물로서 실리콘 융액이 수용되는 석영도가니(20)가 배치되고, 상기 석영도가니(20)의 하중을 지지하기 위한 지지구조체 및 받침대가 석영도가니의 하부에 결합된다. 이러한 받침대에는 회전 구동장치가 장착되어, 석영도가니(20)의 회전 및 승강이 가능하도록 구성된다. A
또한, 상기 석영도가니(20)의 외측에는 잉곳의 원료가 되는 다결정 실리콘을 용융시키기 위하여 열에너지를 공급하는 히터부(30)가 배치되고, 상기 히터부(30)의 외측에는 히터부(30)와 석영도가니(20)의 열이 챔버(10) 외부로 방출되지 않도록 단열하는 측면 열차폐부(40)가 마련된다.A
그리고, 용융된 실리콘 융액으로부터 잉곳을 성장시키기 위한 종자결정과 상기 종자결정을 수용하는 종자결정 척(300)이 석영도가니(20)의 상측에 배치되고, 상기 종자결정 척(300)을 승강 및 회전시키기 위하여 상기 종자결정 척(300) 상부에는 승강 케이블(310)이 연결된다. A seed crystal for growing the ingot from the molten silicon melt and a
그런데, 상기 다결정 실리콘 용융시에는 상기 석영도가니(20)의 열이 상측으로 누출될 수 있고, 상기 종자결정으로부터 잉곳의 네크부를 형성하는 네킹 공정 진행시에는 네크부의 상/하 및 내/외부의 온도차이에 의하여 전위(dislocation)가 발생하는 문제점이 있다.When the polycrystalline silicon melts, the heat of the
이를 방지하기 위하여, 상기 잉곳성장장치에는 석영도가니(20)의 상측에서 외부로 열이 방출되는 것을 방지하기 위한 열차폐체(200)가 더 마련된다. 상기 열차폐체(200)는 석영도가니(20)의 상측을 둘러싸고, 성장되는 잉곳이 통과될 수 있는 홀을 구비하도록 형성된다. In order to prevent this, the ingot growing apparatus further includes a
그런데, 상기 열차폐체(200)의 형상은 석영도가니(20)의 실리콘 융액의 열이 상측으로 방출되는 것을 방지하는 점에 있어서는 어느 정도 효과적일 수 있으나, 잉곳 바디(body)의 직경 이상으로 형성된 홀에 의하여, 네킹 공정시 얇은 직경을 갖는 네크부의 상/하 및 내/외부의 온도차를 정밀하게 제어하는 것에는 한계가 있다. However, the shape of the
이러한 한계를 극복하기 위하여, 본 실시예의 잉곳성장장치는 공정 진행에 따라서 상기 열차폐체(200)의 홀의 직경을 조절할 수 있는 넥 커버(100)를 더 마련한다. In order to overcome these limitations, the ingot growing apparatus of this embodiment further includes a
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 넥 커버가 열차폐체의 홀 크기를 감소시킨 잉곳성장장치의 개략적인 모습을 나타낸다. Figure 2 shows a schematic view of an ingot growing apparatus in which a neck cover reduces the hole size of a heat shield, according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 상기 넥 커버(100)는 열차폐체(200)의 상면에 장착되어, 네킹 공정시 열차폐체(200)의 홀의 직경을 줄임으로써, 얇은 직경의 네크부를 감쌀 수 있도록 구성된다.Referring to FIG. 2, the
이러한 구성으로 인하여, 본 실시예의 잉곳성장장치는 네킹 공정시 네크부의 상/하 및 내/외부를 넥 커버(100)로 단열할 수 있어서, 네크부에서 발생하는 전위를 억제할 수 있다. Due to such a constitution, the ingot growing apparatus of the present embodiment can insulate the top and bottom of the neck portion and the inside / outside of the neck portion with the
또한, 전위 발생이 억제됨에 따라서, 네크부의 직경을 7mm 이상으로 향상시킬 수 있으며, 7mm 이상의 네크부는 450mm 이상의 고중량 잉곳의 하중을 견딜 수 있으므로, 무결점의 대구경 잉곳을 안정적으로 생산할 수 있게 된다.
Further, as the dislocation generation is suppressed, the diameter of the neck portion can be increased to 7 mm or more, and the neck portion of 7 mm or more can withstand the load of the ingot having a high weight of 450 mm or more.
이하에서는 좀더 상세히, 상기 열차폐체(200)와 상기 넥 커버(100)의 구조에 대하여 설명한다. Hereinafter, the structure of the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 열차폐체와 넥 커버의 단면을 나타내는 사시도이다. 3 is a perspective view showing a cross section of a heat shield and a neck cover according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 열차폐체(200)는 성장되는 잉곳을 감싸는 링 형상으로 구성되며, 상부에서 하부로 갈수록 점차적으로 홀의 직경이 감소되도록 형성된다. Referring to FIG. 3, the
그리고, 상기 넥 커버(100)는 상기 열차페체(200)의 상면에 장착되어 열차폐체(200)의 홀로 이동가능하도록 형성되어 홀 크기를 조절하는 조절부(130)와, 상기 조절부(130)를 승강시켜 조절부(130)가 홀로 이동되는 양을 제어하기 위한 구동부(110)와, 상기 구동부(110)와 조절부(130)를 연결하는 지지부(120)를 포함한다. The
좀더 상세히, 상기 조절부(130)는 상기 열차페체(200)의 상면을 따라서 열차폐체(200)의 홀로 이동하여, 상기 홀을 덮을 수 있는 다양한 형상으로 구성될 수 있다. More specifically, the
예를 들어, 측면에서 바라보았을 때, 상기 조절부(130)는 원호 형상의 단열부로 구성되어 열차폐체(200)의 상면을 따라 회전하여 상기 열차폐체(200)의 홀을 덮도록 구성될 수 있다. For example, when viewed from the side, the
이때, 상기 단열부는 실리콘 융액의 열을 차단하고 네크부를 단열하기 위하여, 반사율이 높고, 고온안정성이 보장되며, 실리콘 융액의 오염을 방지할 수 있는 재질로 구성된다. 예를 들어, 상기 단열부는 고순도 석영, 그라파이트(graphite) 또는 고순도의 탄소 합성물((M/I 1.0 ppma이하)로 구성될 수 있으며, 표면은 반사율이 높은 탄소(carbon)로 코팅될 수 있다. At this time, the heat insulating part is made of a material that has high reflectance, high temperature stability, and prevents contamination of the silicon melt, in order to block the heat of the silicon melt and insulate the neck part. For example, the insulating part may be composed of high-purity quartz, graphite or a high-purity carbon composite (M / I 1.0 ppma or less), and the surface may be coated with carbon having a high reflectance.
즉, 상기 구동부(110)가 조절부(130)의 상단에 연결된 지지부(120)를 통해 상기 조절부(130)를 하강시키면, 상기 조절부(130)의 하단은 열차페체(200)의 홀로 이동함으로써, 홀의 크기를 감소시킬 수 있다. That is, when the driving
반대로, 상기 구동부(110)가 지지부(120)를 통해 조절부(130)를 당겨 상승시키면, 상기 조절부(130)는 열차폐체(200)의 상면으로 이동함으로써, 홀의 크기를 증가시킬 수 있다. Conversely, when the driving
상기 조절부(130)를 정면에서 바라보았을 때는 모서리가 잘려진 부채꼴 형상의 단열부로 구성될 수 있다. 이때, 상기 조절부(130)가 원활하게 열차폐체(200)의 홀로 이동할 수 있도록, 단열부의 중심각 크기는 180도 이하인 것이 바람직하다. 또한, 조절부(130)의 중심각 크기가 180도 이하이므로, 홀의 둘레를 모두 감쌀 수 있도록 단열부는 2개 이상으로 구비되는 것이 바람직하다. When the
예를 들어, 상기 조절부(130)는 중심각이 120도인 3개의 부채꼴 형상의 단열부가 120도 간격으로 이격되어 열차페체의 상면에 배치되도록 구성될 수 있다. For example, the
한편, 상기 구동부(110)는 조절부(130)를 열차폐체의 상면에서 열차폐체(200)의 홀로 이동시키는 양을 제어하는 역할을 한다. Meanwhile, the driving
즉, 잉곳성장공정에 따라서, 상기 구동부(110)는 조절부(130)가 홀로 이동되는 양을 조절하여, 상기 열차폐체(200)의 홀 크기를 조절할 수 있다. That is, according to the ingot growing process, the driving
예를 들어, 네킹 공정시에는 네크부의 직경 크기만큼 열차페체(200)의 홀 크기를 줄여서 네크부를 외부와 단열하고, 바디 공정시(body growing)에는 잉곳 바디부의 직경크기만큼 홀의 크기를 증가시켜서 상기 조절부(130)가 성장되는 잉곳에 방해가 되지 않도록 한다. For example, in the necking process, the hole size of the
이러한 구동부(110)는 챔버 외부에 장착될 수 있으며, 이때 상기 구동부(110)와 조절부(130)는 지지부(120)에 의하여 연결된다. The driving
상기 지지부(120)는 상단은 구동부(110)와 연결되고 하단은 조절부(130)와 연결되어 조절부(130)를 지지하는 지지대 또는 와이어로 구성될 수 있다. The upper end of the supporting
상기 지지부(120)가 와이어로 구성되는 경우, 상기 구동부(110)는 와이어의 길이를 늘리고 조절부(130)의 무게를 이용하여 조절부(130)를 홀로 이동시킬 수 있고, 와이어의 길이를 줄여서 조절부(130)를 당김으로써 조절부(130)를 열차폐체(200)의 상면으로 이동시킬 수 있다. When the
상기 지지부(120)가 지지대로 구성되는 경우에는, 상기 구동부(110)는 지지대를 상측으로 이동시켜서 하단에 연결된 조절부(130)를 열차페체(200)의 상면으로 이동시킬 수 있고, 지지대를 하측으로 이동시켜서 조절부(130)를 열차폐체(200)의 홀로 이동시킬 수 있다. When the
다만, 조절부(130)가 열차폐체(200)의 상면에서 이동할 때, 조절부(130)와 열차폐체(200)의 마찰로 인하여 크랙이 발생하여 생산되는 잉곳 품질을 저하할 수 있으며, 조절부(130)가 열차폐체(200)의 상면에 걸려 홀의 크기를 정밀하게 조절할 수 없는 문제점이 있다.However, when the adjusting
이를 극복하기 위해, 상기 조절부(130)의 바닥 면에 레일(131)을 설치하고, 열차폐체(200)의 상면에 홈(201)을 마련하여, 조절부(130)의 레일(131)을 열차폐체(200)의 홈(201)에 끼워 조절부(130)와 열차폐체(200)를 결합시킴으로써, 위와 같은 문제점을 해결할 수 있다. A
즉, 상기 조절부(130)가 열차폐체(200)에 파여진 홈(201)의 안내에 따라 이동하도록 구성하여, 상기 조절부(130)가 이동경로에서 벗어나는 것을 방지할 수 있고, 상기 레일(131)과 홈(201)을 상기 조절부(130)와 열차폐체(200)의 일부에만 설치하여 마찰되는 부분을 최소화함으로써, 크랙 발생도 방지할 수 있다. That is, the
또한, 상기 레일(131)과 홈(201) 부분을 몰리브 덴이나 텅스텐 등과 같은 고강도의 금속 방막으로 구성하여, 크랙 발생을 방지할 수도 있을 것이다. In addition, the
또는, 상기 조절부(130)와 열차폐체(200)가 마찰되는 부분에는 SiC 코팅을 하여, 강도를 높임으로써, 크랙의 발생을 방지할 수 있다. Alternatively, SiC coating may be applied to the portion where the
이하에서는 상기 넥 커버(100)의 동작에 대하여, 도 4와 도 5를 참조하여 설명한다. Hereinafter, the operation of the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 넥 커버(100)가 열차폐체의 상면에 위치한 모습을 나타내는 평면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 넥 커버(100)의 일부가 열차폐체의 홀로 이동한 모습을 나타내는 평면도이다. FIG. 4 is a plan view showing a state in which a
도 4를 참조하면, 상기 넥 커버(100)의 전부가 열차폐체(200) 상면에 위치하여, 상기 열차폐체(200)의 홀 크기가 최대일 때의 모습을 나타낸다. 4, all of the
앞서 설명한 바와 같이, 상기 열차폐체(200)의 홀의 크기는 잉곳 바디부의 직경 이상의 크기로 형성되어 있으며, 위와 같이 넥 커버(100)가 위치하는 경우는, 주로 바디 그로잉 공정 진행시 일 것이다. 즉, 상기 넥 커버(100)는 잉곳 성장에 방해가 되지 않도록 열차폐체(200) 상면으로 모두 이동되어 있을 수 있다. As described above, the size of the hole of the
도 5를 참조하면, 상기 넥 커버(100)의 일부가 열차폐체(200)의 홀로 이동하여, 상기 홀을 덮어서, 홀의 크기를 줄인 모습을 나타낸다. 이때, 넥 커버(100)로 인하여 줄어든 홀의 직경은 네크부의 직경에 가깝도록 구성할 수 있다. Referring to FIG. 5, a part of the
즉, 위와 같이 넥 커버(100)가 위치하는 경우는, 주로 네킹 공정 진행시 일 것이다. That is, when the
네킹 공정 이후, 잉곳의 직경을 확장해가는 숄더링 공정(shouldering) 진행시에는 잉곳 성장에 방해가 되지 않도록, 구동부(110)는 조절부(130)를 열차폐체의 상면으로 이동시켜 홀의 크기를 점점 늘릴 수 있다.After the necking process, the driving
좀 더 상세히, 상기 넥 커버(100)를 이용한 잉곳성장방법을 도 6을 참조하여 설명한다. More specifically, a method of growing an ingot using the
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 넥 커버(100)가 구비된 잉곳성장장치를 이용한 잉곳성장방법의 흐름도이다. 6 is a flowchart of an ingot growing method using an ingot growing apparatus equipped with a
먼저, 석영도가니(20)에 다결정 실리콘을 적층한 후, 히터부(30)는 다결정 실리콘을 용융시키기 위한 열 에너지를 공급한다. First, after polycrystalline silicon is deposited on the
이때, 상기 구동부(110)는 조절부(130)를 최대한 열차폐체(200)의 홀로 이동시켜서 홀의 크기를 최소화 하여, 다결정 실리콘으로 전달된 열이 상측으로 방출되는 것을 방지한다. 이를 통해, 실리콘 용융에 필요한 열의 손실을 줄일 수 있고, 다결정 실리콘의 크리스토발화를 억제할 수 있다. (S101)At this time, the driving
그 다음 디핑(deeping) 공정을 위하여, 종자결정과 종자결정 척(300)을 승강 케이블(310)로 하강시킨다. 이때, 상기 조절부(130)로 덮은 열차폐체(200)의 홀이 상기 종자결정 척(300)보다 작다면, 구동부(110)는 상기 넥 커버(100)의 일부를 열차폐체(200)의 상면으로 이동시켜, 종자결정 척(300)이 통과할 수 있도록 홀의 크기를 증가시킨다.Then, for the deeping process, the seed crystal and the
상기 종자결정 척(300)을 상기 개방된 홀을 통과시킨 후 실리콘 융액과 조절부(130) 사이의 공간에 위치하도록 한다. 이후, 실리콘 융액에서 전달되는 열에 의하여 종자결정이 충분히 가열되면, 종자결정을 더 하강시켜서 실리콘 융액에 침지(deeping)한다. The
종자결정이 침지될 때, 가열된 종자결정의 온도는 1000도 이상이 되어야 하며, 바람직하게는 1200도 이상으로 가열한 후에 침지하는 것이 바람직하다. 종자결정과 실리콘 융액의 온도차가 낮을수록 네크부에 열 충격이 덜 발생하고, 열 충격에 따른 전위 발생도 방지할 수 있기 때문이다. (S102)When the seed crystals are immersed, the temperature of the seed crystals to be heated should be at least 1000 degrees, preferably at least 1200 degrees and then immersed. The lower the temperature difference between the seed crystal and the silicon melt is, the less thermal shock is generated in the neck portion and the potential generation due to the thermal shock can be prevented. (S102)
이후, 잉곳의 네크부를 형성하는 넥킹 공정(necking) 공정이 시작된다. 네크부 형성을 위하여, 상기 승강 케이블(310)은 침지된 종자결정 척(300)을 회전 및 인상시킨다. 이때, 상기 구동부(110)는 조절부(130)를 열차페체(200)의 상면으로 이동시켜 열차폐체의 홀의 크기가 네크부 이상이 되도록 형성한다. Then, a necking process to form the neck portion of the ingot is started. For forming the neck portion, the lifting
즉, 상기 조절부(130)가 네크부의 외주면을 둘러싸서 네크부의 열을 외부와 차단하여, 네크부의 상/하 및 내/외부의 온도차를 줄이려는 것이다.That is, the
그리고, 상기 네크부의 상/하 및 내/외부의 온도차가 감소함에 따라서 전단 응력의 크기가 감소하여, 네크부에서 발생하는 전위의 전파 속도를 감소시킬 수 있다.As the temperature difference between the top and bottom of the neck portion and the inside / outside temperature decreases, the magnitude of the shearing stress decreases and the propagation speed of the potential generated at the neck portion can be reduced.
이를 통해, 상기 전위 전파속도의 감소로 네크부의 직경을 향상시켜, 네크부가 견딜 수 있는 잉곳의 하중을 늘릴 수 있게 되어, 안정적으로 고중량 대구경의 잉곳을 생산할 수 있게 된다. (S103) As a result, the diameter of the neck portion can be improved by reducing the dislocation propagation speed, and the load of the ingot which can withstand the neck portion can be increased, so that it is possible to stably produce ingots of high weight and large diameter. (S103)
네킹 공정이 완료된 후에는, 네크부를 직경 방향으로 성장시켜 목표 직경으로 향상시키는 숄더링(shouldering) 공정이 진행된다. 이때, 상기 구동부(110)는 잉곳의 숄더부 직경증가에 맞춰서 상기 열차페체(200)의 홀 크기를 점점 증가시킨다. After the necking process is completed, a shouldering process is performed in which the neck portion is grown in the radial direction to improve the target diameter. At this time, the driving
한편, 본 실시예의 또 다른 측면의 장점을 설명하기 위하여, 잉곳의 온도구배(G)를 제어하여 잉곳의 결함 발생을 억제하는 방법에 대해 설명한다. In order to explain advantages of another aspect of the present embodiment, a method of controlling the temperature gradient (G) of the ingot to suppress occurrence of defects in the ingot will be described.
잉곳 성장시, 실리콘 융액이 고체 결정화되면서 베이컨시-타입(vacancy-type)과 인터스티셜-타입(interstitial-type)의 점 결함 (point defect)이 발생하고, 이후 잉곳이 계속적으로 인상됨에 따라 경계이었던 부분이 냉각됨에 따라서, 베이컨시 점결함들과 인터스티셜 점결함들이 서로 합병하여 집괴를 형성여 베이컨시 결함과 인터스티셜 결함을 형성한다.During the ingot growth, vacancy-type and interstitial-type point defects occur as the silicon melt is solidified, and then the ingot is continuously raised, As the portion was cooled, the vacancy point defects and the interstitial point defects merge to form aggregates, forming vacancy defects and interstitial defects.
위와 같은 결함은 단결정의 인상속도 V와 고액 계면에서의 온도 구배 G의 비인 V/G를 특정 범위 안에서 제어하는 방법을 주로 사용하는데, 상측 열차폐체(200)의 홀 크기를 조절하면, 상기 온도 구배 G를 정밀하게 제어할 수 있게 되어, 상기 결함 발생을 억제할 수 있게 된다.The above defect is mainly used to control the ratio V / G of the pulling rate V of the single crystal and the temperature gradient G at the solid-liquid interface within a specific range. When the hole size of the
즉, 넥 커버(100)는 열차폐체(200)의 홀 크기를 조절하여, 온도 구배(G)를 제어함으로써 잉곳의 결함 발생을 억제할 수 있다. (S104)That is, the
이후, 잉곳의 바디부를 형성하는 바디 그로잉(body growing) 공정이 진행되며, 네크부의 직경이 향상되어 고중량을 견딜 수 있으므로, 대구경의 바디를 성장시킬 수 있다. Thereafter, a body growing process for forming the body portion of the ingot proceeds, and the diameter of the neck portion is improved to withstand a high weight, so that the body of a large diameter can be grown.
이때, 상기 구동부(110)는 조절부(130)를 상기 바디부의 직경이 형성되는 부근까지 배치시켜서, 잉곳의 바디부의 온도구배(G) 값을 정밀하게 제어할 수 있다. At this time, the driving
또한, 실리콘 융액의 열이 외부로 누출되는 것을 차단하여, 열차폐체(200)의 상측에서 잉곳의 냉각속도를 증가시킬 수 있는 장점도 있다. (S105) Further, there is also an advantage that the cooling rate of the ingot on the upper side of the
마지막으로, 잉곳의 테일부를 형성하는 테일링(tailing) 공정을 끝으로 대구경의 고품질 잉곳이 생산된다. (S106)Finally, a high-quality ingot of a large diameter is produced by a tailing process of forming the tail portion of the ingot. (S106)
전술한 바와 같은 잉곳성장장치 및 방법에 의하여, 실리콘 융액 가열시 실리콘 융액으로부터 유출되는 열을 차단하여 열 손실을 줄일 수 있고, 네킹 공정이 수행되기 전 종자결정을 가열하여 열충격을 줄임으로써 네킹부의 직경을 향상시킬 수 있으며, 상기 네크부의 직경 향상으로부터 보다 안정적인 대구경의 잉곳을 성장시킬 수 있는 장점이 있다. By the above-described ingot growing apparatus and method, it is possible to reduce heat loss by intercepting the heat flowing out of the silicon melt when heating the silicon melt, and by reducing the thermal shock by heating the seed crystal before the necking process, And it is possible to grow the ingot with a larger diameter from the improvement of the diameter of the neck portion.
또한, 상측 열차폐체(200)는 잉곳의 외측부의 온도를 정밀하게 조절할 수 있으므로, 고품질의 잉곳을 생산할 수 있는 장점이 있다.Further, since the upper
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims.
10: 챔버
20: 석영도가니
30: 히터부
40: 측면 열차폐부
100: 넥 커버
200: 열차폐체
300: 종자결정 척10: chamber
20: Quartz crucible
30:
40: side rail portion
100: Neck cover
200: heat shield
300: seed crystal chuck
Claims (11)
챔버;
상기 챔버 내부에 배치되어, 상기 실리콘 융액을 수용하는 석영도가니;
상기 석영도가니에 열 에너지를 전달하는 히터부;
상기 종자결정을 상기 실리콘 융액에 침지시키고 회전 및 인상하여 상기 잉곳을 성장시키는 승강 케이블;
상기 석영도가니의 상측에 배치되고, 상기 실리콘 융액의 열을 외부와 차단하는 단열수단으로, 성장되는 잉곳이 통과하는 홀을 구비한 열차폐체; 및
상기 열차폐체의 상측에 장착되어, 상기 홀의 크기를 조절하는 넥 커버; 를 포함하고,
상기 넥 커버는,
상기 열차폐체의 상면에 배치되어, 상기 열차폐체의 상면과 상기 홀 사이에서 이동하는 조절부를 포함하며,
상기 조절부는 3개 이상의 부채꼴 형상의 단열부가 상기 열차폐체의 상면에 일정 각도 간격으로 이격되어 배치되는 잉곳성장장치.An apparatus for growing an ingot from a silicon melt contained in a quartz crucible by using seed crystals,
chamber;
A quartz crucible disposed within the chamber to receive the silicon melt;
A heater unit for transmitting thermal energy to the quartz crucible;
A lift cable for immersing the seed crystal in the silicon melt and rotating and pulling the seed crystal to grow the ingot;
A heat shielding member disposed above the quartz crucible and having a hole through which the ingot to be grown passes, as a heat insulating means for shielding the heat of the silicon melt from the outside; And
A neck cover mounted on the upper side of the heat shield to adjust a size of the hole; Lt; / RTI >
The neck cover
And an adjusting unit disposed on an upper surface of the heat shield and moving between the upper surface of the heat shield and the hole,
Wherein the adjusting portion is disposed in such a manner that three or more fan-shaped heat insulating portions are spaced apart from each other on the upper surface of the heat shield by a predetermined angle.
상기 넥 커버는 상기 조절부와 연결되어, 상기 조절부의 이동을 제어하는 구동부를 포함하는 잉곳성장장치.The method according to claim 1,
And the neck cover is connected to the adjuster to control movement of the adjuster.
상기 넥 커버는 상부는 상기 구동부와 연결되고 하부는 상기 조절부와 연결되어 상기 조절부를 지지하는 지지부를 포함하는 잉곳성장장치.The method of claim 3,
Wherein the neck cover includes a support portion connected to the driving portion at its upper portion and connected to the adjustment portion at a lower portion thereof to support the adjustment portion.
상기 조절부는 3개의 상기 단열부로 구성되며, 상기 단열부는 상기 열차폐체의 상면에서 120도 간격으로 이격되어 배치된 잉곳성장장치.The method according to claim 1,
Wherein the adjusting portion is composed of three heat insulating portions, and the heat insulating portion is disposed apart from the upper surface of the heat shield by 120 degrees.
상기 단열부의 하부에는 레일이 마련되고, 상기 열차폐체의 상면에는 홈이 마련되며, 상기 레일과 상기 홈이 결합되는 잉곳성장장치.The method according to claim 1,
Wherein the rail is provided on a lower portion of the heat insulating portion, and a groove is provided on an upper surface of the heat shield, and the rail and the groove are coupled.
상기 조절부는 고순도 석영, 그라파이트 또는 고순도의 탄소 합성물 중 어느 하나로 구성되고, 상기 조절부의 표면은 열분해 그라파이트로 코팅된 잉곳성장장치.The method according to claim 1,
Wherein the regulating portion is composed of high purity quartz, graphite or a high purity carbon composite, and the surface of the regulating portion is coated with pyrolytic graphite.
상기 지지부는 와이어 또는 지지대로 구성된 잉곳성장장치.5. The method of claim 4,
Wherein the support portion comprises a wire or a support.
상기 석영도가니의 상측에 마련된 열차폐체의 홀을 넥 커버로 최소화한 후 상기 다결정 실리콘을 용융시키는 단계;
상기 용융된 실리콘의 융액에 종자결정을 디핑하기 위하여, 상기 종자결정을 상기 실리콘 융액과 상기 넥 커버 사이에 위치시키는 단계;
상기 종자결정이 상기 실리콘 융액에 의하여 가열시킨 후, 상기 종자결정을 실리콘 융액에 침지하는 단계;
상기 종자결정을 이용하여 잉곳의 네크부를 형성하는 네킹 공정을 완료한 후, 상기 네크부의 직경을 확장하는 숄더링 공정을 실시하면서, 상기 넥 커버로 상기 직경 확장에 따라 상기 열차폐체의 홀 크기를 증가시키는 단계;
상기 종자결정을 이용하여 잉곳의 바디를 형성하는 바디 그로잉 공정을 실시하면서, 상기 넥 커버로 상기 열차폐체의 홀을 상기 바디 보다 소정의 크기만큼 크게 형성하는 단계; 를 포함하는 잉곳성장방법.Stacking polycrystalline silicon on the quartz crucible;
Melting the polycrystalline silicon after minimizing the holes of the heat shield provided on the quartz crucible with a neck cover;
Positioning the seed crystal between the silicon melt and the neck cover to dope the seed crystal into the melt of the molten silicon;
Immersing the seed crystal in a silicon melt after the seed crystal is heated by the silicon melt;
After completing the necking step of forming the neck portion of the ingot by using the seed crystal, a hole size of the heat shielding material is increased in accordance with the diameter expansion with the neck cover, while performing a shouldering process of expanding the diameter of the neck portion ;
Forming a hole of the heat shield with a predetermined size larger than the body by using the neck cover while performing a body glowing process of forming an ingot body using the seed crystal; ≪ / RTI >
상기 네킹 공정시, 상기 넥 커버는 상기 열차폐체의 홀 크기를 상기 네크부 보다 소정의 크기만큼 크게 형성하는 잉곳성장방법.11. The method of claim 10,
Wherein in the necking step, the neck cover has a hole size larger than the neck portion by a predetermined size.
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