KR101744924B1 - 직접적인 온도 측정수단을 구비한 단결정 성장 장치 및 이를 이용한 단결정 성장 방법 - Google Patents

직접적인 온도 측정수단을 구비한 단결정 성장 장치 및 이를 이용한 단결정 성장 방법 Download PDF

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Abstract

본원 발명은 온도제어의 정확도를 향상시킬 수 있는 단결정 성장 장치 및 이를 이용한 단결정의 성장 방법에 대한 것으로 보다 구체적으로는 단결정 성장용 원료가 투입되는 도가니; 상기 도가니를 감싸면서 가열하는 가열수단; 상기 도가니의 온도를 측정할 수 있는 제 1 온도 측정수단; 상기 도가니 상부에 구비되고 선단에 단결정의 시드(seed)가 고정되는 단결정 인상수단; 및 상기 단결정 인상수단의 길이 방향 축을 따라 내부에 구비되며 선단의 단결정 시드 및 단결정 인상수단의 축 방향 온도 구배를 측정할 수 있는 제 2 온도 측정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치 및 상기 온도 측정수단을 이용한 온도 모니터링 결과와 단결정 성장 장치의 파워 제어장치를 연동하여 실시간으로 용융물의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장방법에 대한 것이다. 본원 발명에 따른 단결정 성장장치는 결정 성장용 원료의 표면온도와 단결정 성장 장치 내부의 온도를 정확히 측정하고 단결정 성장 장치의 파워 제어장치와 연동하여 실시간으로 용융물의 온도를 제어할 수 있는 장점이 있어 작업자간 경험 및 숙련도의 차이로 인한 단결정의 품질의 편차를 줄일 수 있으므로 단결정 생산의 효율성을 향상시킬 수 있다.

Description

직접적인 온도 측정수단을 구비한 단결정 성장 장치 및 이를 이용한 단결정 성장 방법{Apparatus for growing single crystal having means for direct temperature measurement and method for growing single crystal using the same}
본원 발명은 온도제어의 정확도를 향상시킬 수 있는 단결정 성장 장치 및 이를 이용한 단결정의 성장 방법에 대한 것이다.
보다 구체적으로는 단결정 성장용 원료가 투입되는 도가니; 상기 도가니를 감싸면서 가열하는 가열수단; 상기 도가니의 온도를 측정할 수 있는 제 1 온도 측정수단; 상기 도가니 상부에 구비되고 선단에 단결정의 시드(seed)가 고정되는 단결정 인상수단; 및 상기 단결정 인상수단의 길이 방향 축을 따라 내부에 구비되며 선단의 단결정 시드 및 단결정 인상수단의 축 방향 온도 구배를 측정할 수 있는 제 2 온도 측정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치 및 이러한 온도 측정수단을 이용한 온도 모니터링 결과와 단결정 성장 장치의 파워 제어장치를 연동하여 실시간으로 용융물(melt)의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장방법에 대한 것이다.
반도체 분야에서는 순도 높은 단결정 실리콘을 잉곳(ingot) 형태로 성장시키기 위한 기술개발과 더불어 디스플레이 분야에서는 광학적 물리적 특성이 우수한 사파이어 단결정의 수요가 급증하고 있어 이러한 실리콘, 사파이어, 탄화규소 등 결정성 소재들의 순도 높은 단결정 제조관련 기술의 수요가 크게 증가하고 있다.
이러한 단결정의 성장방법으로는 일반적으로 CZ법, EFG법, HEM법, Kyropoulos법 등이 알려져 있다.
먼저, CZ법(Czochralski)은 결정의 직경조절이 자유롭고, 길게 성장시킬 수 있어 그 생산성이 높은 장점이 있어 실리콘 등과 같은 반도체 육성에 널리 이용되고 있다. 하지만, CZ법은 결정의 회전 인상을 위한 풀러(puller)의 사용에 의해 발생하는 진동과 높은 온도구배가 성장하는 코어부의 응력집중을 야기하고, 이로 인해 균열이 쉽게 발생하므로 사파이어 단결정과 같이 취성이 큰 재료에는 직경의 제한이 뒤따르며, 전위(dislocation)과 같은 결정 내의 결함이 많이 생겨 그 양산화에 어려움이 많은 문제점이 있었다.
또한, EFG법은 얇은 판상이나 복잡한 단면의 결정을 원하는 형상으로 효과적으로 육성할 수 있는 방법이다. 하지만, EFG법은 결정성장 시에 지그에서의 급격한 온도변화로 인해 결정 표면에 많은 결함이 발생하여 결정의 생산성이 높지 않은 단점이 있었다.
한편, HEM법은 성장로의 온도가 균일한 가열영역의 하단부에 헬륨가스에 의한 열교환이 이루어지는 냉각봉을 설치하여 온도구배를 정밀하게 조절함으로써 단결정을 성장시키는 방법으로, 단결정이 제조되는 동안에 온도구배가 안정된 상태에서 성장이 일어나며, 결정화 과정에서 결정 자체의 움직임이 없기 때문에 대구경 고품질의 사파이어 단결정을 성장시킬 수 있다. 그러나 냉각봉에 의한 성장로의 온도구배를 제한적으로 부여할 수밖에 없기 때문에 직경 대 길이의 비가 제한되며 단면적이 큰 대형의 결정을 육성시키는 경우에는 성장시간이 지나치게 길어 생산성이 떨어지는 단점이 있었다.
또한, Kyropoulos법은 단결정을 인상시키면서 사파이어 단결정 용융액을 서서히 냉각시켜 결정을 성장시키는 방법으로, 사파이어 단결정을 성장시키는 원리는 Cz법과 동일하고, 고체/액체 계면에서의 온도구배를 최소화하였기 때문에 대구경 고품질의 사파이어 단결정의 제조가 가능하였다.
이러한 단결정 제조방법에서 결정이 성장할 때 용융된 액체, 결정이 성장하면서 형성되는 고체의 온도제어 및 전체적인 결정성장 용기 내의 온도구배의 정밀한 조절이 순도 높은 단결정의 성장에 있어서 중요한 인자 중 하나이다.
특히, 반도체소자용 실리콘 단결정성장은 시드(seed)를 실리콘 융액(silicon melt)에 디핑(dipping)시키고, 네킹(necking)을 형성하면서 융액 위쪽으로 시드를 서서히 인상함으로써, 시드 아래쪽으로 실리콘 단결정 성장을 진행한다. 종래기술에 의하면 시드를 실리콘 융액에 디핑시 실리콘 융액 계면과 접촉할 시드의 열 충격을 최소화하고 이후 네킹 공정에서의 안정적인 열 조건을 형성하기 위해 굿딥(good dip)이란 공정 상태를 조성하게 된다. 굿딥(good dip)이란 네킹공정을 진행하기 적정한 융액의 온도상태로서, 만약, 융액의 온도가 높거나 낮을 경우 이후 공정에서 로스(loss)가 발생할 확률이 높아지기 때문에 온도 조건을 일정하고 적절하게 유지하는 것이 중요하다. 이와 같이 융액 온도는 잉곳(ingot)의 품질을 좌우하는 중요한 인자로서 정확하고 정밀한 제어가 요구된다. 종래기술에 의하면 실리콘 융액 온도는 2색 파이로미터(two color pyrometer)를 이용하여 측정하고 있다. 2색 파이로미터는 단결정 성장장치의 챔버 상단에 위치하고, 한 포인트(one point)에 대한 온도만을 측정한다. 이렇게 측정된 값은 아날로그(analog) 값으로 제어장치로 전달되고 융액 온도를 제어하게 된다. 또한, 온도 측정값은 작업자가 수동으로 굿딥(good dip) 여부를 판단하는 기준으로 사용된다. 그런데 종래기술에 의하면 융액 표면의 온도 분포는 위치에 따라 매우 상이하게 나타난다. 하지만, 하나의 포인트(point)만을 측정하는 2색 파이로미터는 챔버 상단에서 장비마다 다른 융액 지점을 측정하고 있다. 그 결과 융액 표면의 측정 온도가 부정확하고 장비간 오차가 발생하는 문제가 있다. 또한, 종래기술에 의하면 작업자는 2색 파이로미터에서 측정한 값을 기준하여 굿딥(good dip) 여부의 판단을 수동(manual)으로 판단하여 융액 온도를 제어하고 있다. 이는 작업자간 경험 및 숙련도 차이로 인해 제조되는 단결정의 품질 및 공정 효율성 저하의 문제가 있다. 이에 따라 종래기술에 의하면 작업자간 차이가 발생될 가능성이 있으며 실시간으로 작업자가 관측할 수 없으므로 작업 효율도 떨어질 수 있는 문제가 있다.
이러한 종래기술의 단점을 해결하고 융액의 온도제어의 정확도를 높이기 위하여 한국 공개특허 제2012-0045307호에서는 적외선 방사온도계를 사용하는 2 개의 온도측정장치를 구비하는 단결정 성장온도 측정 시스템에 대한 기술이 기재되어 있고, 일본 공개특허 제2012-148938호에는 방사온도계를 이용한 실리콘 단결정 제조방법에 대한 것이 공지되어 있으나, 이러한 적외선 방사온도계 시스템 또한 여전히 융액 온도의 정확하고 정밀한 측정 및 제어가 이루어지지 않는 단점을 여전히 해결하지 못하고 있는 것이 현실이다.
한국 공개특허 제2012-0045307호 일본 공개특허 제2012-148938호
본원 발명은 단결정의 성장 장치 및 이를 이용한 단결정의 성장에 있어서 직접적인 온도 측정수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.
보다 구체적으로는 온도제어의 정확도를 향상시킬 수 있는 단결정 성장장치 및 이를 이용한 단결정의 성장 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본원 발명은 단결정 성장용 원료의 표면온도와 단결정 성장 장치 내부의 온도를 정확히 측정하고 단결정 성장 장치의 파워 제어장치와 연동하여 실시간으로 용융물의 온도를 제어하는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본원 발명은 단결정 성장용 원료가 투입되는 도가니; 상기 도가니를 감싸면서 가열하는 가열수단; 상기 도가니의 온도를 측정할 수 있는 제 1 온도 측정수단; 상기 도가니 상부에 구비되고 선단에 단결정의 시드(seed)가 고정되는 단결정 인상수단; 및 상기 단결정 인상수단의 길이 방향 축을 따라 내부에 구비되며 선단의 단결정 시드 및 단결정 인상수단의 축 방향 온도 구배를 측정할 수 있는 제 2 온도 측정수단을 포함하는 단결정 성장 장치를 제공한다.
본원 발명에 따른 단결정 성장 장치의 상기 제 1 온도 측정수단 및 제 2 온도 측정수단은 서모커플(thermocouple)일 수 있고, 상기 단결정 인상수단은 회전하면서 생성되는 단결정을 인상할 수 있으며, 상기 도가니는 이리듐(Ir) 도가니이고, 상기 도가니는 지르코늄산화물 버블(ZrO2 bubble)로 둘러싸일 수 있으며, 상기 단결정 성장장치는 지르코늄산화물(ZrO2)을 포함하는 내화물로 둘러싸일 수 있다.
또한, 본원 발명에 따른 단결정 성장방법은 도가니에 단결정 성장용 원료를 투입하는 원료투입단계; 상기 도가니의 온도를 측정할 수 있는 제 1 온도 측정수단으로 온도를 측정하면서 도가니를 가열하여 단결정 성장용 원료를 용융시키는 원료용융단계; 상기 도가니 상부에 구비되고 선단에 단결정의 시드(seed)가 고정된 단결정 인상수단의 길이 방향 축을 따라 내부에 구비되며 선단의 단결정 시드 및 단결정 인상수단의 축 방향 온도 구배를 측정할 수 있는 제 2 온도 측정수단으로 단결정 성장 장치의 내부의 온도를 측정하는 단결정 성장 장치 내부온도 측정 단계; 상기 제 1 온도 측정수단과 제 2 온도 측정 수단으로 측정된 온도로부터 굿딥(good dip) 조건 판단단계; 및 상기 단결정 인상수단을 이용하여 단결정을 성장하는 단결정 성장단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제 1 온도 측정수단 및 제 2 온도 측정수단을 이용한 온도측정은 서모커플(thermocouple)을 이용한 직접적인 온도측정일 수 있고, 상기 단결정 인상수단은 회전하면서 생성되는 단결정을 인상할 수 있으며, 상기 서모커플을 통한 온도 모니터링 결과와 단결정 성장 장치의 파워 제어장치를 연동하여 실시간으로 용융물과 성장장치 내부의 온도를 제어할 수 있다.
본원 발명에 따른 단결정 성장장치는 결정 성장용 원료의 표면온도와 단결정 성장 장치 내부의 온도를 정확히 측정하고 단결정 성장 장치의 파워 제어장치와 연동하여 실시간으로 용융물의 온도를 제어할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본원 발명에 따른 단결정 성장방법은 온도제어의 정확도를 향상시킬 수 있는 단결정 성장장치를 이용하여 작업자간 경험 및 숙련도의 차이로 인한 단결정의 품질의 편차를 줄일 수 있으므로 단결정 생산의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본원 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치의 구성을 간략히 나타낸 단면도이다.
도 2는 본원 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치를 이용한 단결정 성장방법의 단계를 나타낸 공정도이다.
이하, 본원 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예 및 도면을 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본원 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본원 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석해서는 안 되며, 본원 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본원 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본원 발명은 단결정 성장용 원료가 투입되는 도가니; 상기 도가니를 감싸면서 가열하는 가열수단; 상기 도가니의 온도를 측정할 수 있는 제 1 온도 측정수단; 상기 도가니 상부에 구비되고 선단에 단결정의 시드(seed)가 고정되는 단결정 인상수단; 및 상기 단결정 인상수단의 길이 방향 축을 따라 내부에 구비되며 선단의 단결정 시드 및 단결정 인상수단의 축 방향 온도 구배를 측정할 수 있는 제 2 온도 측정수단을 포함하는 단결정 성장 장치에 대한 것이다.
본원 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치의 구성을 나타낸 단면도이다. 도 1을 참조하면, 단결정 성장 장치는 단결정 성장용 원료(1)가 투입되는 도가니(2); 상기 도가니를 감싸면서 가열하는 가열수단(3); 상기 도가니의 온도를 측정할 수 있는 제 1 온도 측정수단(4); 상기 도가니 상부에 구비되고 선단에 단결정의 시드(seed)(5)가 고정되는 단결정 인상수단(6); 및 상기 단결정 인상수단의 길이 방향 축을 따라 내부에 구비되며 선단의 단결정 시드 및 단결정 인상수단의 축 방향 온도 구배를 측정할 수 있는 제 2 온도 측정수단(7)을 포함한다.
상기 제 1 온도 측정수단 및 제 2 온도 측정수단은 직접적인 온도 측정 수단인 서모커플(thermocouple)일 수 있고, 상기 단결정 인상수단은 회전하면서 생성되는 단결정을 인상할 수 있다.
상기 도가니는 이리듐(Ir)일 수 있고, 지르코늄산화물 버블(ZrO2 bubble)(8)로 둘러싸여 있을 수 있으며, 상기 단결정 성장장치는 지르코늄산화물(ZrO2)을 포함하는 내화물(9)로 둘러싸일 수 있다.
도 2는 본원 발명에 따른 단결정 성장장치를 이용한 단결정 성장방법의 단계를 나타낸 것으로 본발명에 따른 단결정 성장방법은 도가니에 단결정 성장용 원료를 투입하는 원료투입단계; 상기 도가니의 온도를 측정할 수 있는 제 1 온도 측정수단으로 온도를 측정하면서 도가니를 가열하여 단결정 성장용 원료를 용융시키는 원료용융단계; 상기 도가니 상부에 구비되고 선단에 단결정의 시드(seed)가 고정된 단결정 인상수단의 길이 방향 축을 따라 내부에 구비되며 선단의 단결정 시드 및 단결정 인상수단의 축 방향 온도 구배를 측정할 수 있는 제 2 온도 측정수단으로 단결정 성장 장치의 내부의 온도를 측정하는 단결정 성장 장치 내부온도 측정 단계; 상기 제 1 온도 측정수단과 제 2 온도 측정 수단으로 측정된 온도로부터 굿딥(good dip) 조건 판단단계; 및 상기 단결정 인상수단을 이용하여 단결정을 성장하는 단결정 성장단계를 포함할 수 있다.
상기 제 1 온도 측정수단 및 제 2 온도 측정수단을 이용한 온도측정은 직접적인 온도 측정 수단인 서모커플(thermocouple)을 이용하여 온도를 측정하는 것이 바람직하고, 상기 단결정 인상수단은 회전하면서 생성되는 단결정을 인상하는 것이 바람직하다.
상기 단결정 성장 방법은 상기 서모커플을 통한 온도 모니터링 결과와 단결정 성장 장치의 파워 제어장치를 연동하여 실시간으로 용융물과 성장장치 내부의 온도를 제어하는 것일 수 있다.
본원 발명에 따른 단결정 성장장치를 이용한 단결정 성장 공정의 융액성장법(Cz)을 따르는 단결정 성장 공정의 더욱 상세한 단계는 다음과 같다.
1) 분말(powder)형태의 원료를 혼합하여 준비하는 단계
2) 도가니(crucible) 내에 원료를 투입하는 단계:
원료의 투입은 2 내지 3회 실시하고, 도가니의 80 내지 90%를 채우는 것이 바람직하다.
3) 단결정 인상수단의 선단에 종자결정의 시드(seed)를 부착하는 단계
4) 도가니 및 내화재를 위치하는 단계:
이는 지르코니아 버블을 채우고 도가니를 결정성장 장치 내부에 넣어 위치 고정 시키는 단계이다.
5) 원료 분말 용융 및 냉각단계:
이는 단결정 성장장치의 파워 제어장치를 이용하여 파워를 올려 원료가 완전히 용융된 것을 확인한 후, 원료의 균질화를 위해 용융온도에서 4 내지 5시간 정도 유지한 후 디핑온도까지 냉각하는 단계이다.
6) 시딩(seeding) 및 디핑(dipping)하는 단계:
이는 융액 표면의 초기 온도를 설정하는 공정으로 디핑온도의 결정은 도가니의 온도를 측정할 수 있는 제 1 온도 측정수단으로 도가니 즉 융액의 온도를 측정하면서 융액의 안정화를 위해 그 온도에서 2 내지 3시간 이상을 유지한다. 인상수단의 선단의 단결정 시드 및 단결정 인상수단의 축 방향 온도 구배를 측정할 수 있는 제 2 온도 측정수단으로 단결정 성장 장치의 내부의 온도를 측정하면서 적정한 온도에 다다랐을 때 시드를 융액을 향해 서서히 하강시켜 융액(melt)과 종자결정인 시드(seed)를 접촉시킨다.
이때 본원 발명의 제 1 온도 측정 수단 및 제 2 온도 측정 수단의 직접적인 온도 측정방법이 종래의 간접적인 온도 측정 방법에 비하여 매우 효과적이다. 그 이유는 완전히 녹은 융액의 표면의 온도가 매우 높은 경우에는 인상수단의 선단에 고정된 단결정 시드는 융액의 표면에 접촉과 동시에 용융되어 인상수단으로부터 분리가 되는 경우가 발생하여 단결정 시드로부터 단결정의 성장을 유도할 수 없는 상태가 된다. 반면에 융액의 온도가 낮은 경우에는 하강하는 인상수단의 선단에 고정된 단결정 시드는 미처 용융되지 못한 융액의 표면과 부딪혀 성장시키고자 하는 단결정의 시드가 파손되는 경우 또한 발생하게 된다. 이러한 상황은 직접적인 온도 측정이 아닌 경우에 매우 빈번하게 발생하게 되며 결정성장의 생산 효율성의 저하 원인이 되고 있다. 그러나 본원 발명에서와 같이 제 1 온도 측정 수단 및 제 2 온도 측정 수단의 두 가지의 직접적인 온도 측정 수단에 의하여 온도를 측정함으로써 성장시키고자 하는 단결정의 종류에 따라 적정한 용융온도 및 성장장치의 내부온도의 조건을 설정하고 이에 따라 단결정을 성장시키는 경우에는 이러한 종래의 단점을 개선하고 작업자간 경험 및 숙련도의 차이로 인한 단결정의 품질의 편차를 줄일 수 있으므로 단결정 생산의 효율성을 향상시킬 수 있다.
상기 단계는 제 1 온도 측정 수단 및 제 2 온도 측정 수단이 직접적인 온도 측정수단인 서모커플을 통한 온도 모니터링 결과와 단결정 성장 장치의 파워 제어장치를 연동하여 실시간으로 용융물과 성장장치 내부의 온도를 제어하는 것이 바람직하다.
7) 네킹(Necking), 숄더링(Shouldering), 바디 성장(Body Growth), 및 테일링(Tailing)단계:
이는 통상적인 단결정 성장단계인 네킹(Necking), 숄더링(Shouldering), 바디 성장(Body Growth), 및 테일링(Tailing)단계 통하여 단결정을 성장시키는 단계이다.
일반적으로 네킹(Necking)은 단결정에 결함이 발생하지 않도록 시드를 따라 성장하는 결정의 직경을 최대한 줄이면서 끌어올리는 작업을 의미하는 것으로 이 작업은 디핑한 시드를 서서히 끌어올리면 단결정이 시드의 결정 방향대로 달라붙어서 올라오게 되는데, 이때 올리는 속도를 천천히 하면 직경이 크게 되고 빨리하면 직경이 줄어들게 된다. 훌륭한 네킹은 무결점 결정을 성장시킬 수 있는 가장 기본이 되는 공정으로 온도 및 인상속도에 의해서 결정된다.
네킹 공정이 끝나면 결정을 원하는 결정의 직경까지 확장시켜야 하며, 이러한 작업을 숄더링이라 부른다. 이 작업은 네킹공정보다 인상속도를 줄여서 서서히 끌어올리게 되며, 액체 상태의 결정 용융액은 고체상태의 결정에 달라붙어서 고체화하는 속도가 빨라져서 직경이 커지게 된다.
숄더링 작업공정에서 목적하는 결정의 직경 만큼 커졌을 때 그 결정을 그대로 계속하여 목적하는 길이까지 유지하게 되며 이러한 작업을 바디 성장(body growth)이라 한다. 이 작업은 일반적으로 자동장치(automatic diameter control)에 의해서 결정의 직경을 조절하게 되어 있다. 바디 성장에서 주의해야 할 사항은 구조 손실(structure loss)이다. 이 구조 손실은 단결정이 잉곳(ingot)이 되지 않거나 단결정이 되더라도 그 품질이 아주 나빠서 제품화할 수 없는 부분을 말한다. 이렇게 구조 손실이 발생하는 주원인은 우선 성장 장치 내부의 청결 상태가 불량했을 경우와 또는 원료의 투입과정에서 불량했다고 볼 수 있으며, 그 다음 원료의 투입과정에서 불순물이 첨가되는 경우 등의 이유로 정상적인 결정 성장시 결정성장이 제대로 진행할 수 없기 때문에 발생한다. 또한, 결정의 성장중 성장 장치에 누출(leak)이 발생하여 생기기도 한다.
바디 성장을 진행할수록 도가니 내부의 융액이 점점 줄어들게 되며, 나중에는 잉곳과 융액을 분리시켜야 하며, 이 작업을 테일링(Tailing)이라 한다. 테일링 방법은 바디 성장의 직경을 점점 줄이면서 성장시키면 결국에는 융액과 잉곳이 분리되도록 하는 것이다. 테일링의 실시 시점은 도가니 내에 융액이 10 내지 15%가량 남아 있을 때가 바람직하다. 테일링을 잘하게 되면 그만큼 잉곳의 손실이 줄어들며, 따라서 생산수율이 향상되기 때문에 중요한 작업공정이라 할 수 있다. 만일 테일링을 잘못 실시하면 갑자기 융액과 잉곳이 분리하게 되는데 이러한 현상을 팝-아웃(POP-OUT)이라 하여, 이것은 잉곳에 상당히 해를 입혀서 많은 구조 손실을 유발시키며, 생산 수율도 저하하게 되어 경제적 손실도 커지게 된다.
8) 냉각(cool-down) 및 분리(removal)
테일링 완료 후 성장시킨 잉곳과 도가니를 냉각시키는 작업으로 대략 2시간 정도 후에 잉곳과 도가니를 성장장치에서 제거하는 것으로 냉각이 끝난 잉곳은 네킹 부분을 잘라서 성장장치로부터 제거한다.
1: 단결정 성장용 원료 2: 도가니
3: 가열수단 4: 제 1 온도 측정수단
5: 시드(seed) 6: 인상수단
7: 제 2 온도 측정수단 8: 지르코늄산화물 버블(ZrO2 bubble)
9: 내화물

Claims (10)

  1. 단결정 성장용 원료가 투입되는 도가니;
    상기 도가니를 감싸면서 가열하는 가열수단;
    상기 도가니의 온도를 측정할 수 있는 제 1 온도 측정수단;
    상기 도가니 상부에 구비되고 선단에 단결정의 시드(seed)가 고정되며 회전하면서 생성되는 단결정을 도가니의 상부 방향으로 인상할 수 있는 단결정 인상수단; 및
    상기 단결정 인상수단의 길이 방향 축을 따라 내부에 구비되며 선단의 단결정 시드 및 단결정 인상수단의 축 방향 온도 구배를 측정할 수 있는 제 2 온도 측정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 온도 측정수단 및 제 2 온도 측정수단은 서모커플(thermocouple)인 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 도가니는 이리듐(Ir) 도가니인 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 도가니는 지르코늄산화물 버블(ZrO2 bubble)로 둘러싸인 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 단결정 성장장치는 지르코늄산화물(ZrO2)을 포함하는 내화물로 둘러싸인 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치.
  7. 도가니에 단결정 성장용 원료를 투입하는 원료투입단계;
    상기 도가니의 온도를 측정할 수 있는 제 1 온도 측정수단으로 온도를 측정하면서 도가니를 가열하여 단결정 성장용 원료를 용융시키는 원료용융단계;
    상기 도가니 상부에 구비되고 선단에 단결정의 시드(seed)가 고정되며 회전하면서 생성되는 단결정을 도가니의 상부 방향으로 인상할 수 있는 단결정 인상수단의 길이 방향 축을 따라 내부에 구비되며 선단의 단결정 시드 및 단결정 인상수단의 축 방향 온도 구배를 측정할 수 있는 제 2 온도 측정수단으로 단결정 성장 장치의 내부의 온도를 측정하는 단결정 성장 장치 내부온도 측정 단계;
    상기 제 1 온도 측정수단과 제 2 온도 측정 수단으로 측정된 온도로부터 굿딥(good dip) 조건 판단단계; 및
    상기 단결정 인상수단을 이용하여 단결정을 성장하는 단결정 성장단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 1 온도 측정수단 및 제 2 온도 측정수단을 이용한 온도측정은 서모커플(thermocouple)을 이용한 직접적인 온도측정인 것을 특징으로 하는 단결정 성장방법.
  9. 삭제
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 단결정 성장 방법은 상기 서모커플을 통한 온도 모니터링 결과와 단결정 성장 장치의 파워 제어장치를 연동하여 실시간으로 용융물과 성장장치 내부의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장방법.
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