KR101658294B1 - 잉곳 성장장치의 측정봉 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 명암차를 발생시켜 측정봉과 실리콘 융액의 간격을 정밀하게 측정할 수 있는 잉곳 성장장치의 측정봉에 관한 것이다.
본 발명에 따른 잉곳 성장장치의 측정봉은 석영 재질의 중공의 튜브 타입으로 구성하거나, 튜브의 내주면에 흑색의 코팅층을 형성하거나, 에어 버블이 함유된 석영 재질의 봉 타입으로 구성할 수 있다.
따라서, 부분적으로 반사율이 다른 형태로 손쉽게 제작할 수 있고, 실리콘 융액과 명암차가 뚜렷하여 멜트갭을 정확하게 측정할 수 있으며, 나아가 멜트갭에 의해 좌우되는 잉곳의 품질을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

잉곳 성장장치의 측정봉 {Load scale for ingot growing apparatus}
본 발명은 명암차를 발생시켜 측정봉과 실리콘 융액의 간격을 정밀하게 측정할 수 있는 잉곳 성장장치의 측정봉에 관한 것이다.
일반적으로 실리콘 웨이퍼의 제조를 위해서는 먼저 단결정 실리콘을 잉곳(ingot) 형태로 성장시켜야 하는데, 초크랄스키(czochralski, CZ) 법이 적용될 수 있다.
이와 같은 실리콘 단결정 성장장치는 실리콘 융액의 표면과 히터로부터 복사되는 열이 실리콘 단결정 잉곳으로 전달되지 못하도록 열차폐부재를 포함한다.
그런데, 열차폐부재를 설치하는 경우, 열차폐부재의 하단부와 실리콘 융액의 표면 간에 일정한 간격을 유지하도록 설치하는데, 이 간격을 멜트 갭(Melt Gap)이라 하고, 실리콘 단결정 잉곳의 품질 향상과 생산성 증가를 위하여 멜트 갭을 일정하게 유지하여야 한다.
따라서, 실리콘 융액의 멜팅 공정이 완료되면, 멜트 갭을 설정 또는 멜트 갭 측정을 위해 열차폐부재의 하단(예컨대, 측정봉)과 실리콘 융액의 표면을 접촉시킴으로써, 열차폐부재와 융액 사이의 멜트갭을 측정할 수 있다.
대개, 멜트갭을 측정하는 측정봉은 석영재질의 봉 타입으로 구성되는데, 고온의 실리콘 융액으로부터 반사되는 빛에 의해 측정봉을 정확하게 식별하기 어려운 문제점이 있다.
한국공개특허 제2014-0035625호에는 멜트갭 측정의 정확성을 높이기 위하여 석영 튜브 내측에 유색의 충진재를 충진한 다음, 일단을 마감한 잉곳 성장장치의 리플렉터에 스케일로드가 개시되고 있다.
그러나, 상기의 기술에 따르면, 석영 튜브 내측에 반사율이 높은 유색의 충진재를 삽입하기 때문에 가공이 어렵고, 단순히 유색의 충진재의 반사율 차이만으로 명암 차이를 구분하기 때문에 명확하게 식별하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 가공이 용이할 뿐 아니라 실리콘 융액과 명확한 명암차를 드러낼 수 있는 잉곳 성장장치의 측정봉을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 실리콘 융액면과 접촉하여 멜트갭을 측정하는 잉곳 성장장치의 측정봉에 있어서, 석영 재질의 중공의 튜브 타입으로 구성되는 잉곳 성장장치의 측정봉을 제공한다.
바람직하게는, 상기 튜브의 내주면에 흑색의 세라믹 코팅층이 구비될 수 있다.
한편, 본 발명은 실리콘 융액면과 접촉하여 멜트갭을 측정하는 잉곳 성장장치의 측정봉에 있어서, 에어 버블이 함유된 석영 재질의 봉 타입으로 구성되는 잉곳 성장장치의 측정봉을 제공한다.
본 발명에 따른 잉곳 성장장치의 측정봉은 석영 재질의 중공의 튜브 타입으로 구성하거나, 튜브의 내주면에 흑색의 코팅층을 형성하거나, 에어 버블이 함유된 석영 재질의 봉 타입으로 구성할 수 있다.
따라서, 부분적으로 반사율이 다른 형태로 손쉽게 제작할 수 있고, 실리콘 융액과 명암차가 뚜렷하여 멜트갭을 정확하게 측정할 수 있으며, 나아가 멜트갭에 의해 좌우되는 잉곳의 품질을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 잉곳 성장장치가 도시된 도면.
도 2 내지 도 7은 도 1에 적용 가능한 측정봉의 다양한 실시예가 도시된 도면.
도 8a 및 도 8b는 도 1에 적용된 튜브 타입의 측정봉의 명암차가 도시된 도면.
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.
도 1은 본 발명에 따른 잉곳 성장장치가 도시된 도면이다.
본 발명에 따른 잉곳 성장장치는 도 1에 도시된 바와 같이 챔버(110)와, 도가니(120)와, 히터(130)와, 단열부재(140)와, 열차폐부재(150)와, 측정봉(160)과, 영상 촬영부(170)를 포함하도록 구성된다.
상기 챔버(110)는 잉곳을 성장시킬 뿐 아니라 인상시키는 밀폐공간을 제공하며, 실시예에서 바디 챔버(body chamber : 111)와, 돔 챔버(dome chamber : 112)와, 풀 챔버(pull chamber : 113)로 구분되고, 상기 챔버(110) 내부를 관찰할 수 있는 뷰 포트(view port : 114)가 상측에 구비된다.
상기 도가니(120)는 상기 챔버(110) 내측에 구비되고, 실리콘 융액이 담기더라도 순도에 영향을 미치지 않는 석영 재질의 내주부 및 그 외측에 흑연 재질의 외주부로 구성된다.
물론, 상기 도가니(120)의 하부 중심에 도가니 구동부가 구비됨에 따라 상기 도가니(120)를 회전 및 승강 가능하게 구동시킬 수 있다.
상기 히터(130)는 상기 도가니(120) 둘레에 소정 간격을 두고 구비되고, 상기 도가니(120)를 가열하도록 구성된다.
상기 단열부재(140)는 상기 히터(130) 둘레에 소정 간격을 유지하도록 상기 챔버(110) 내벽에 구비되고, 상기 히터(130)에서 제공되는 열이 상기 챔버(110)를 통하여 외부로 빠져나가는 것을 방지하도록 구성된다.
상기 열차폐부재(150)는 상기 도가니(120)에 담긴 실리콘 융액으로부터 인상되는 잉곳을 감싸도록 위치하여 냉각시킬 수 있도록 구성되는데, 상기 단열부재(140)의 상단에 고정됨에 따라 상기 도가니(120) 상측에 매달리도록 설치될 수 있다.
이때, 상기 열차폐부재(150)는 상측에서 하측으로 갈수록 직경이 좁아지는 원통 형상으로 형성되고, 내/외주부 사이에 고정의 밀폐공간을 가지거나, 냉각수가 순환되도록 구성될 수 있으며, 한정되지 아니한다.
상기 측정봉(160)은 상기 열차폐부재(150)의 하단에 결합되는 고정부와, 상기 고정부로부터 하향 절곡되어 상기 도가니(120) 내에 수용된 실리콘 융액(SM)과 근접하도록 위치하는 지시부로 구성되며, 한다. 물론, 상기 측정봉(160)은 고온의 실리콘 융액(SM)과 근접하기 때문에 수율에 영향을 미치지 않도록 석영 재질로 만들어진다.
따라서, 상기 측정봉(160)은 상기 열차폐부재(150)와 실리콘 융액(SM) 사이의 거리인 멜트갭(melt gap)을 측정할 때에 기준 역할을 할 수 있으며, 스케일 로드(scale rod)라고도 한다.
상기 측정봉(160)은 실리콘 융액(SM)으로부터 반사되는 빛을 부분적으로 난반사시킴으로써, 명암차가 드러나도록 구성하며, 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
상기 영상 촬영부(170)는 상기 뷰 포트(114) 상에 위치하고, 상기 뷰 포트(114)를 통하여 상기 측정봉(160)과 실리콘 융액(SM) 상에 생성되는 측정봉(160)의 그림자에 대한 영상을 촬영하도록 구성된다.
실시예에서, 상기 영상 촬영부(170)는 CCD(Charge coupled device) 카메라, 적외선 카메라 등과 같은 영상 카메라와, 상기 영상 카메라를 3축 방향으로 이동시킬 수 있는 이동부를 포함하도록 구성될 수 있으며, 한정되지 아니한다.
다만, 상기 측정봉(160)의 위치가 고정되면, 상기 영상 촬영부(170)도 상기 뷰 포트(114) 상에 고정된 상태에서 상기 측정봉(160)과 그 그림자를 측정하게 된다.
물론, 상기 영상 촬영부(170)에서 촬영된 영상이 별도의 영상 표시부에 표시될 수 있으며, 이러한 측정봉(160)이 실리콘 융액(SM)에 비친 그림자를 기준으로 멜트갭을 측정하면서 멜트갭 변화량을 파악할 수 있다.
도 2 내지 도 7은 도 1에 적용 가능한 측정봉의 다양한 실시예가 도시된 도면이다.
도 2에 도시된 측정봉의 제1실시예는 고정부와 지시부가 모두 석영 재질의 중공의 튜브 타입으로 구성된다.
따라서, 실리콘 융액면에서 발생되는 빛이 상기 지시부(162)로 전달되면, 상기 지시부(162)의 중공 영역에서 난반사가 발생됨에 따라 상기 지시부(162)의 중심 영역이 실리콘 융액보다 상대적으로 검게 보이게 되며, 측정 시에 실리콘 융액과 상기 지시부(162) 사이에 명암차가 드러나도록 하여 멜트갭을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
도 3에 도시된 측정봉의 제2실시예는 고정부(161)와 지시부(162)가 석영 재질의 봉 타입으로 구성되고, 상기 지시부(162)의 하단에 석영 재질의 중공의 하부 튜브(163)가 부착되도록 구성된다.
이때, 상기 하부 튜브(163)는 고온 환경 하에서 상기 지시부(162)의 하단에 손쉽게 접합시킬 수 있다.
따라서, 실리콘 융액면에서 발생되는 빛이 상기 하부 튜브(163)에서 난반사되고, 이로 인하여 실리콘 융액과 상기 하부 튜브(163) 사이에 명암차가 드러나도록 하여 멜트갭을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
도 4에 도시된 측정봉의 제3실시예는 고정부(161)와 지시부(162)가 석영 재질의 튜브 타입으로 구성되고, 상기 고정부(161)와 지시부(162)의 중공 영역에 빛을 차단할 수 있는 흑색의 세라믹 코팅층(164)이 구비된다.
따라서, 실리콘 융액면에서 발생되는 빛이 상기 지시부(162)에 전달되면, 상기 세라믹 코팅층(164)에 의해 차단되고, 이로 인하여 상기 실리콘 융액과 상기 지시부(162) 사이에 명암차가 더욱 선명하여 멜트갭을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
도 5에 도시된 측정봉의 제4실시예는 고정부(161)와 지시부(162)가 석영 재질의 봉 타입으로 구성되고, 상기 지시부(162)의 하단에 석영 재질의 중공의 하부 튜브(163)가 부착되며, 상기 하부 튜브(163)의 중공 영역에 빛을 차단할 수 있는 흑색의 세라믹 코팅층(164)이 구비된다.
따라서, 실리콘 융액면에서 발생되는 빛이 상기 하부 튜브(163)에 전달되면, 상기 세라믹 코팅층(164)에 의해 차단되고, 이로 인하여 상기 실리콘 융액과 상기 하부 튜브(163) 사이에 명암차가 더욱 선명하여 멜트갭을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
도 6에 도시된 측정봉의 제5실시예는 고정부(161)와 지시부(162)가 석영 재질의 봉 타입으로 구성되고, 상기 고정부(161)와 지시부(162) 전체에 걸쳐 에어 버블(Air-bubble)이 포함되도록 구성된다.
한편, 도 7에 도시된 측정봉의 제6실시예는 고정부(161)와 지시부(162)가 석영 재질의 봉 타입으로 구성되고, 상기 지시부(162) 하단 일부에만 에어 버블(Air-bubble)이 포함되도록 구성된다.
따라서, 실리콘 융액면에서 발생되는 빛이 상기 지시부(162)에 전달되면, 상기 에어 버블(165)에 의해 산란되어 실리콘 융액보다 더욱 밝아지고, 이로 인하여 실리콘 융액과 상기 지시부(162) 측의 에어 버블(165) 사이에 명암차가 더욱 선명하여 멜트갭을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 도 1에 적용된 튜브 타입의 측정봉의 명암차가 도시된 도면이다.
상기에서 설명한 측정봉의 제1실시예 즉, 석영 재질의 튜브 타입으로 구성한 경우, 도 8a에 도시된 바와 같이 맬트갭을 카메라로 촬영하거나, 도 8b에 도시된 바와 같이 맬트갭을 모니터로 관찰하더라도 측정봉(160)의 중공 영역(A)이 상대적으로 주변 영역 또는 실리콘 융액(SM)보다 더욱 어둡게 나타나며, 명함차가 뚜렷하게 나타나는 것을 볼 수 있다.
110 : 챔버 120 : 도가니
130 : 히터 140 : 단열부재
150 : 열차폐부재 160 : 측정봉
161 : 고정부 162 : 지시부
163 : 하부 튜브 164 : 세라믹 코팅층
165 : 에어 버블

Claims (6)

  1. 실리콘 융액 상측에 열차폐부재에 고정되는 고정부와, 상기 고정부로부터 하향 절곡되어 실리콘 융액면과 근접하는 지시부를 포함하고, 상기 고정부와 지시부는 석영 재질의 봉 타입으로 구성되는 잉곳 성장장치의 측정봉에 있어서,
    상기 지시부 하측에 일체로 구비되고, 실리콘 융액면에서 발생되는 빛을 난반사시키는 석영 재질의 중공 영역을 포함하는 잉곳 성장장치의 측정봉.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중공 영역은 하단이 개방된 중공의 튜브 타입으로 구성되는 잉곳 성장장치의 측정봉.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 튜브의 내주면에 흑색의 세라믹 코팅층이 구비되는 잉곳 성장장치의 측정봉.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중공 영역은 에어 버블이 함유된 봉 타입으로 구성되는 잉곳 성장장치의 측정봉.
  5. 삭제
  6. 삭제
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