KR101723740B1 - 잉곳 성장장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 측정봉과 실리콘 융액이 접촉되는 순간을 정확하게 측정할 수 있는 잉곳 성장장치에 관한 것이다.
본 발명은 실리콘 융액이 담기는 전기 전도체로 구성된 도가니; 상기 도가니 상측에 승강 가능하게 구비되고, 실리콘 융액면과 접촉하는 전기 전도체로 구성된 측정봉; 및 상기 측정봉과 연결되고, 상기 측정봉이 실리콘 융액면과 접촉됨에 따라 순간 전류를 감지하는 감지 회로;를 포함하는 잉곳 성장장치를 제공한다.

Description

잉곳 성장장치 {Ingot grower}
본 발명은 측정봉과 실리콘 융액이 접촉되는 순간을 정확하게 측정할 수 있는 잉곳 성장장치에 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.
한국공개특허 제2014-0035625호에는 멜트갭 측정의 정확성을 높이기 위하여 석영 튜브 내측에 유색의 충진재를 충진한 다음, 일단을 마감한 잉곳 성장장치의 리플렉터에 스케일로드가 개시되고 있다.
한국공개특허 제2014-0097834호에는 하면에 음각 또는 양각된 형상의 지시부를 포함하는 단결정 잉곳 성장장치의 측정봉이 개시되고 있다.
그런데, 작업자가 직접 공정 초기에 상기와 같은 측정봉을 실리콘 융액면과 접촉시킨 다음, 실리콘 융액이 담긴 도가니의 높낮이를 조절하여 초기 멜트갭(melt gap)을 설정하고, 공정 진행 중에 카메라를 이용하여 멜트갭을 측정한다.
종래 기술에 따르면, 작업자 별로 측정봉과 실리콘 융액면이 접촉하는 깊이가 달라질 수 있고, 그로 인하여 작업자 별로 설정되는 초기 갭에 1-2mm 오차가 발생될 수 있으며, 나아가 잉곳의 품질에 영향을 미치는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 측정봉과 실리콘 융액이 접촉되는 순간을 정확하게 측정할 수 있는 잉곳 성장장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 실리콘 융액이 담기는 전기 전도체로 구성된 도가니; 상기 도가니 상측에 승강 가능하게 구비되고, 실리콘 융액면과 접촉하는 전기 전도체로 구성된 측정봉; 및 상기 측정봉과 연결되고, 상기 측정봉이 실리콘 융액면과 접촉됨에 따라 순간 전류를 감지하는 감지 회로;를 포함하는 잉곳 성장장치를 제공한다.
본 발명에 따른 잉곳 성장장치는 측정봉이 실리콘 융액면과 접촉됨에 따라 순간 전류를 감지하는 감지 회로를 적용함으로써, 측정봉과 실리콘 융액이 접촉되는 순간을 정확하게 측정할 수 있다.
따라서, 측정봉과 실리콘 융액이 접촉되는 순간에 그 위치를 정확하게 측정할 수 있고, 그에 따라 도가니의 높낮이를 조절하여 초기 갭을 정확하게 설정할 수 있을 뿐 아니라 잉곳의 품질을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 잉곳 성장장치 일예가 도시된 도면.
도 2는 도 1에 적용된 감지 회로 일예가 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 발명의 잉곳 성장장치 일예가 도시된 도면이고, 도 2는 도 1에 적용된 감지 회로 일예가 도시된 도면이다.
본 발명의 잉곳 성장장치는 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 챔버(110)와, 도가니(120)와, 도가니 지지부(130)와, 히터(140)와, 단열부재(150)와, 승강부재(170)와, 열차폐부재(180)와, 측정봉(190)과, 감지회로(200)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 : 미도시)가 상측에 구비된다.
또한, CCD 등과 같은 카메라가 상기 뷰 포트를 통하여 하기에서 설명될 측정봉과 실리콘 융액 사이의 간격인 멜트 갭을 측정하게 된다.
상기 도가니(120)는 상기 챔버(110) 내측에 구비되고, 실리콘 융액이 담기더라도 순도에 영향을 미치지 않는 석영 재질의 내주부(121) 및 그 외측에 흑연 재질의 외주부(122)로 구성된다.
상기 도가니 지지부(130)는 상기 도가니(120)의 하부 중심에 구비되며, 상기 도가니(120)를 회전 및 승강 가능하게 구동시킬 수 있다.
상기 히터(140)는 상기 도가니(120) 둘레에 소정 간격을 두고 구비되고, 상기 도가니(120)를 가열하도록 구성된다.
상기 단열부재(150)는 상기 히터(140) 둘레에 소정 간격을 유지하도록 상기 챔버(110) 내벽에 구비되고, 상기 히터(140)에서 제공되는 열이 상기 챔버(110)를 통하여 외부로 빠져나가는 것을 방지하도록 구성된다.
상기 승강부재(170)는 상기 열차폐부재(180)를 승강시킬 수 있도록 구비되는데, 상기 챔버(110)의 상면을 관통하도록 설치된다.
실시예에서, 상기 승강부재(170)는 전기 전도체인 흑연 재질로 구성되며, 상기 챔버(110)와 승강부재(170) 사이에 전기적 연결을 차단시킬 수 있는 소정의 절연부재(171)가 구비된다.
상기 열차폐부재(180)는 상기 도가니(120)에 담긴 실리콘 융액으로부터 인상되는 잉곳을 감싸도록 위치하여 냉각시킬 수 있도록 구성되는데, 상기 열차폐부재(180)의 상단이 상기 단열부재(150) 상측에 안착될 수 있으며, 상기 도가니(120) 상측에 매달리도록 위치되어 상기 승강부재(170)에 의해 승강될 수 있다.
이때, 상기 열차폐부재(180)는 상측에서 하측으로 갈수록 직경이 좁아지는 원통 형상으로 형성되고, 내/외주부 사이에 고정의 밀폐공간을 가지거나, 냉각수가 순환되도록 구성될 수 있으며, 한정되지 아니한다.
실시예에서, 상기 열차폐부재(180)도 마찬가지로 전기 전도체인 흑연 재질로 구성되며, 상기 단열부재(150)와 열차폐부재(180) 사이에 전기적 연결을 차단시킬 수 있는 소정의 절연부재(181)가 구비된다.
상기 측정봉(190)은 상기 열차폐부재(180)의 하단에 결합되고, 상기 도가니(120) 내에 수용된 실리콘 융액(Melt)과 근접하도록 위치한다. 물론, 상기 측정봉(190)은 고온의 실리콘 융액(Melt)과 근접하기 때문에 수율에 영향을 미치지 않도록 석영(SiO2) 재질로 만들어진다.
이때, 상기 측정봉(190)은 상기 열차폐부재(180)와 실리콘 융액(Melt) 사이의 거리인 멜트갭(melt gap)을 측정할 때에 기준 역할을 할 수 있으며, 스케일 로드(scale rod)라고도 한다.
상기 감지 회로(200)는 상기 측정봉(190)이 실리콘 융액면과 접촉함에 따라 순간 전류가 흐르도록 구성되며, 상기 감지 회로(200)에 흐르는 순간 전류를 감지하여 상기 측정봉(190)이 실리콘 융액면과 접촉한 것을 판단한다.
실시예에서, 상기 감지 회로(200)는 상기 도가니 지지부(130)와 승강부재(170) 사이를 연결하도록 구성되며, 직렬로 연결된 전압(210) 및 저항(220)과, 상기 저항(220)의 선/후단에 연결되어 전위차를 감지하는 감지부(230)와, 상기 전압(210)과 저항(220) 사이에 구비되어 온/오프(on/off) 동작하는 동작 스위치(240)로 구성된다.
물론, 상기 도가니(120)와 도가니 지지부(130) 및 실리콘 융액(Melt)은 전기적으로 서로 연결되고, 상기 승강부재(170)와 열차폐부재(180) 및 측정봉(190) 역시 전기적으로 서로 연결되며, 상기 감지 회로(200)가 상기 도가니 지지부(130)와 승강부재(170) 사이를 전기적으로 서로 연결하도록 설치된다.
따라서, 공정 초기에 상기 측정봉(190)이 실리콘 융액면과 접촉하면, 상기 감지 회로(200)를 따라 순간 전류가 흐르게 되고, 상기 감지부(230)는 상기 저항(220)의 선/후단에서 전위차를 감지하여 상기 측정봉(190)이 실리콘 융액면과 접촉한 것을 감지하고, 그 시점을 기준으로 상기 도가니(120)의 높낮이를 조절하여 초기 갭을 설정할 수 있으며, 이후에 잉곳 성장 공정에서 멜트 갭을 정확하게 제어하여 잉곳의 품질을 향상시킬 수 있다.
그런데, 잉곳 성장 공정이 진행되는 중에도 상기 측정봉(190)이 실리콘 융액면과 접촉하면, 순간 전류가 실리콘 융액(Melt)에 흐르게 되고, 실리콘 융액 내부에 이온화된 원소들에 의해 잉곳의 품질에 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 공정 초기에만 상기 감지 회로(200)가 작동될 수 있도록 상기 동작 스위치(240)가 온(On) 되는 반면, 공정 진행 중에는 상기 감지 회로(200)가 작동되지 않도록 상기 동작 스위치(240)가 오프(Off) 되는 것이 바람직하다.
110 : 챔버 120 : 도가니
130 : 도가니 지지부 140 : 히터
150 : 단열부재 170 : 승강부재
180 : 열차폐부재 190 : 측정봉
200 : 감지회로

Claims (6)

  1. 단결정 잉곳이 성장되는 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내측에 설치되고, 실리콘 융액이 담기는 도가니;
    상기 도가니 하측에 구비되고, 상기 도가니를 승강 및 회전 가능하게 지지하는 도가니 지지부;
    상기 도가니 상측에 매달리도록 구비되고, 실리콘 융액으로부터 성장되는 단결정 잉곳을 냉각시키는 열차폐부재;
    상기 열차폐부재 상측에 연결되고, 상기 열차폐부재를 승강시키는 승강부재;
    상기 열차폐부재의 하단에 고정되고, 실리콘 융액면과 접촉하는 측정봉; 및
    상기 도가니 지지부와 측정봉 사이를 연결하도록 상기 챔버 외부에 구비되고, 상기 측정봉이 실리콘 융액면과 접촉됨에 따라 전위차를 이용하여 순간 전류를 감지하는 감지 회로;를 포함하며,
    상기 측정봉이 실리콘 융액면과 접촉할 때 상기 도가니와 도가니 지지부와 감지회로와 승강부재와 열차폐부재와 측정봉 및 실리콘 융액 사이에 전기적으로 연결되는 폐회로가 구성되는 잉곳 성장장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 챔버와 히터 사이에 구비되고, 상기 열차폐부재의 상단이 안착될 수 있는 단열부재; 및
    상기 열차폐부재와 단열부재 사이에 전기적 연결을 차단시키는 절연부재;를 더 포함하는 잉곳 성장장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 승강부재와 챔버 사이에 전기적 연결을 차단시키는 절연부재;를 더 포함하는 잉곳 성장장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열차폐부재와 승강부재 및 도가니 지지부는 흑연(Graphite) 재질로 구성되고,
    상기 측정봉은 석영(SiO2) 재질로 구성되는 잉곳 성장장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 감지 회로는,
    상기 순간 전류를 온/오프(on/off)시키는 동작 스위치를 포함하는 잉곳 성장장치.
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