KR101907708B1 - 단결정 인상장치 및 단결정 인상장치에 이용되는 저열전도성 부재 - Google Patents

Abstract

도가니 회전축으로부터 노 외로의 열방출을 억제할 수 있고, 게다가, 제조비용을 염가로 억제할 수 있는 금속 단결정 인상장치를 제공한다. 단결정 인상장치(1)는 실리콘체 융액(3)을 수납하는 석영 도가니(2)와, 석영 도가니(2)를 유지하는 흑연 도가니(4)와, 흑연 도가니(4)를 하부에서 고정 유지하기 위한 받이접시(5)와, 받이접시(5)를 하부에서 지지하여 받이접시(5) 및 도가니(2, 4)를 회전시키면서 승강시키는 도가니 회전축(6)을 구비하고 있다. 받이접시(5)와 도가니 회전축(6)과의 접합면에는 저열전도 부재(10)가 개재되어 있다. 저열전도 부재(10)는 대략 관 모양으로 형성되어 있으며, 저열전도 부재(10)의 중앙 구멍을 도가니 회전축(6)의 볼록부가 삽입 통과한 상태로 개재 배치되어 있다. 이것에 의해, 받이접시(5)의 저부 하측에 공극부(11)가 형성되어 있다.

Description

단결정 인상장치 및 단결정 인상장치에 이용되는 저열전도성 부재 {SINGLE CRYSTAL PULLING DEVICE AND LOW HEAT CONDUCTIVE MEMBER TO BE USED IN SINGLE CRYSTAL PULLING DEVICE}

본 발명은 초크랄스키법(Czochralski method)에 의해, 실리콘, 게르마늄 등의 단결정화하는 금속원료로부터 금속 단결정을 제작하는 단결정 인상(引上)장치 및 단결정 인상장치에 이용되는 저열전도성 부재에 관한 것이고, 특히, 이 단결정 인상장치에 이용되는 도가니(crucible)로부터 열이 도가니 회전축을 경유하여 노(爐) 외로 방출되는 것을 방지한 열방출 방지구조에 관한 것이다.

(제1 선행기술)

다결정 실리콘으로부터 실리콘 단결정을 제작하는 방법으로서는, 초크랄스키법(이하, 「CZ법」이라고 한다.)이 있다. 이 CZ법에서 이용되는 단결정 인상장치의 일반적인 구성은, 실리콘 융액(融液)을 수용하는 석영 도가니, 이 석영 도가니를 유지하는 흑연 도가니, 이 흑연 도가니를 하부에서 고정 유지하기 위한 받이접시, 이 받이접시를 하부에서 지지하여 받이접시 및 도가니를 회전시키면서 승강시키는 도가니 회전축, 상기 흑연 도가니의 외주에 배치되어 있는 히터 등으로 구성되어 있다. 그리고, 히터에 의해 흑연 도가니 및 석영 도가니를 가열하여 실리콘을 융액 하고 있다.

이와 같은 단결정 인상장치에서는, 도가니, 받이접시 및 도가니 회전축은 모두 흑연제인 것이 일반적이기 때문에, 이하와 같은 문제가 발생하고 있다. 즉, 흑연재는 열전도율이 높은 재료이기 때문에, 도가니 내의 열은 받이접시로부터 도가니 회전축으로 전도되어 노 외로 방출해 버린다. 환언하면, 금속을 용해하기 위해서 가한 열량이 흑연재료를 전도하여 방출되기 때문에, 열로스가 발생하고 있다. 이것에 의해, 도가니 내의 온도가 저하하기 때문에, 이 열로스를 커버하기 위해서는, 로스분만큼 여분으로 가열할 필요가 있어, 전력을 여분으로 소비하게 된다고 하는 문제가 있다. 또, 다른 문제는, 도가니 저부로부터의 열방출량이 크면 석영 도가니 저부의 용융물(실리콘이나 게르마늄 등)의 온도가 저하해 버려, 도가니 상부의 용융물의 온도와의 차이에 의해 용융물의 대류가 일어나 버린다. 이 대류는 단결정 인상장치에는 큰 저해가 되어, 안정적으로 인상을 행할 수 없게 된다.

그래서, 이러한 과제를 해결하기 위해, 도가니 회전축에 축방향의 열전도를 억제하는 저열전도 부재를 개재 배치하는 것이 제안되고 있다(이하의 특허문헌 1 참조). 또, 특허문헌 1은 당해 저열전도 부재를 탄소섬유강화 탄소복합재로 형성하는 것, 도가니 회전축을 모두 탄소섬유강화 탄소복합재로 형성하는 것 등을 제안하고 있다.

(제2 선행기술)

다결정 실리콘으로부터 실리콘 단결정을 제작하는 방법으로서는, 초크랄스키법(이하, 「CZ법」이라고 한다.)이 있다. 이 CZ법에서 이용되는 단결정 인상장치의 일반적인 구성은, 도 10에 나타내는 바와 같이, 실리콘 융액을 수용하는 석영 도가니(50), 이 석영 도가니(50)를 유지하는 흑연 도가니(51), 이 흑연 도가니(51) 및 석영 도가니(50)를 회전시키면서 승강시키는 도가니 회전축(52), 상기 흑연 도가니(51)의 외주에 배치되어 있는 히터(53) 등으로 구성되어 있다. 또한, 54는 열차폐부재, 55, 56은 SiO 가스 등의 배기경로, 57은 배기구이다.

특허문헌 1 : 일본국 특개평10-81592호 공보 특허문헌 2 : 일본국 특허 제2528285호 공보

(제1 선행기술에 관한 발명이 해결하려고 하는 과제)

상기 특허문헌 1에 기재한 종래예에서는, 도가니로부터의 열이 도가니 회전축을 통하여 하부에 전달하는 것을 억제할 수 있다. 그러나, 저열전도 부재는 고가이고, 또한 열전도의 억제가 충분하지 않으며, 저가격으로 또한 열전도의 억제의 효과가 보다 큰 구성이 요구되고 있다.

또, 상기 특허문헌 1에 기재한 종래예의 다른 문제는, 종래품의 도가니 회전축을 그대로 사용하지 못하고, 도가니 회전축에 저열전도 부재 개재용의 홈이나 구멍 등을 가공할 필요가 있다. 이 때문에, 제조비용의 상승을 초래한다. 또, 도가니 회전축을 모두 탄소섬유강화 탄소복합재로 형성하는 경우에는, 종래품의 도가니 회전축에 비해 제조비용이 큰 폭으로 올라가, 비실용적이다.

그래서, 종래부터, 도가니 회전축으로부터 노 외로의 열방출을 보다 억제할 수 있음과 아울러, 비용을 염가로 억제한 열방출 방지구조를 구비한 단결정 인상장치가 소망되고 있었다.

(제2 선행기술에 관한 발명이 해결하려고 하는 과제)

상기와 같은 단결정 인상장치에서는, 석영 도가니(50)에 충전한 다결정 실리콘덩어리를 용해하기 위해서 주위로부터 히터(53)로 가열하지만, 석영 도가니(50)를 직접 가열하면 고온으로 연화(軟化) 변형하여 무너지기 때문에, 그것을 방지하는 목적으로 외측에 흑연 도가니(51)를 두어 유지한다. 이 흑연 도가니(51)는 냉각시에 석영 도가니(50)와의 수축량의 차이로 파손하는 것을 방지하기 위해서, 세로로 2 또는 3분할되어 있는 것이 일반적이다. 그런데, 석영 도가니(50)와 흑연 도가니(51)는 항상 동일한 위치에서 접촉한 채로 고온이 되기 때문에, 흑연 도가니(51)에 이하의 (1), (2)의 반응이 발생한다.

C + SiO₂ → SiO + CO … (1)

2C + SiO → SiC + CO … (2)

이 산화 반응에 의해서 분할면의 측면으로부터 저면에 걸리는 곡면부(R부분)에서 서서히 소모하여 두께가 작아짐과 아울러, 내면 측에서는 규화(SiC) 반응에 의해서 SiC가 내표면으로부터 내부로 향하여 생성한다. 이 SiC는 단결정 인상중에, 고온으로 유지되는 시간의 가장 긴 R부분 부근에서 가장 두껍게 생성한다. 그리고, 흑연의 육방정계(六方晶系) 중에 실리콘(Si)이 침입하는 것에 의해서 SiC가 생성되기 때문에, 흑연 도가니의 내면 측에서 삼차원 방향으로 체적이 팽창한다. 상하방향에서는 내면 측이 팽창하여 상부가 외측으로 휘어질 뿐만 아니라, 원주 방향으로도 체적 팽창에 의해서 분할면에서 본래의 원형으로부터 타원형으로 변형하려고 한다. 즉, 흑연 도가니 내부에는 변형을 일으키게 하는 내부 응력이 발생한다. 이 응력은 SiC 두께가 커짐에 따라 커져, 그대로 계속 사용하면 마침내 흑연의 인장강도를 넘어 도가니는 파손한다는 문제를 발생한다. 물론, 분할부 R부에서의 소모도 사용시간이 길어짐에 따라 커져, 두께가 국소적으로 작아져, 강도면에서의 안전률이 저하한다.

이와 같은 산화 소모에 의한 두께 저감과 규화(SiC화)에 의한 문제를 회피하기 위해서 흑연 도가니는 소모품으로서 정기적으로 교환된다.

그래서, 종래부터, 흑연 도가니에 관한 산화 소모에 의한 두께 저감과 규화(SiC화)에 의한 문제를 회피하는 것이 가능한 도가니 장치를 구비한 단결정 인상장치가 소망되고 있었다.

본 발명의 목적은, 상기의 실정을 감안하여 생각해 낸 것으로, 도가니 회전축으로부터 노 외로의 열방출을 보다 억제할 수 있고, 게다가, 도가니, 받이접시, 도가니 회전축 등의 단결정 인상장치의 구성부재를 그대로 사용할 수 있어, 제조비용을 염가로 억제할 수 있는 단결정 인상장치 및 단결정 인상장치에 이용되는 저열전도성 부재를 제공하는 것이다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 상기의 실정을 감안하여 생각해 낸 것으로, 흑연 도가니에 관한 산화 소모에 의한 두께 저감과 규화(SiC화)에 의한 문제를 회피하는 것이 가능한 단결정 인상장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 도가니와 이 도가니를 하부에서 고정 유지하기 위한 받이접시로 구성되는 도가니 장치와, 이 받이접시를 하부에서 지지하여 받이접시 및 도가니를 회전시키면서 승강시키는 도가니 회전축을 구비한 단결정 인상장치로서, 상기 도가니와 상기 받이접시와의 사이 및 상기 받이접시와 상기 도가니 회전축과의 사이의 적어도 한쪽에 공극(空隙)부가 형성되어 있는 것을 요지로 한다.

여기서, 본 발명에 관한 단결정 인상장치는, 실리콘 융액을 수납하는 석영 도가니와 이 석영 도가니를 유지하는 흑연 도가니를 구비한 실리콘 단결정 인상장치 외에, 게르마늄 융액 등을 직접 흑연 도가니에 수납하는 단결정 인상장치도 포함한다.

상기 구성에 의하면, 도가니와 받이접시와의 사이 및 받이접시와 도가니 회전축과의 사이의 적어도 한쪽에 공극부가 형성되어 있는 것에 의해, 열방출을 억제할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 히터로부터 도가니에 전달되는 열량의 일부는 받이접시, 도가니 회전축을 거쳐 노 외로 방출해 간다. 이 때, (1) 도가니와 받이접시와의 사이에 공극부가 형성되어 있는 경우는, 도가니로부터 받이접시로의 열방출이 억제되고, (2) 받이접시와 도가니 회전축과의 사이에 공극부가 형성되어 있는 경우는, 받이접시로부터 도가니 회전축으로의 열방출이 억제되며, (3) 도가니와 받이접시와의 사이에 공극부가 형성되어 있음과 아울러, 받이접시와 도가니 회전축과의 사이에도 공극부가 형성되어 있는 경우는, 도가니로부터 받이접시로의 열방출이 억제되고, 또한, 받이접시로부터 도가니 회전축으로의 열방출이 억제된다. 따라서, 상기 (1) ~ (3)의 어느 경우라도, 도가니 회전축의 하부 방향으로의 열전도가 감소하며, 그 결과, 도가니 회전축으로부터 노 외로 누설하는 열량을 감소할 수 있다. 이와 같이, 도가니와 받이접시와의 사이 및 받이접시와 도가니 회전축과의 사이의 적어도 한쪽에 공극부를 형성함으로써, 도가니 회전축으로부터 노 외로 누설하는 열량을 저감할 수 있기 때문에, 도가니 내의 실리콘 등의 금속원료 융액에 가해지는 열량을 유지하여, 도가니 내의 온도를 금속원료의 융점 이상으로 유지할 수 있다. 환언하면, 공극부의 형성에 의해, 도가니 회전축 하부로부터 누설하는 열량이 저감하기 위해, 열손실을 고려하여 히터의 발열량을 다량으로 필요로 하는 것이 없어진다.

또, 공극부는 저열전도 부재보다도 열방출 억제 효과가 크기 때문에, 종래예와 같은 도가니 회전축에 저열전도 부재를 개재(介在) 배치하는 구성에 비해, 본 발명이 보다 효과적으로 열방출을 억제할 수 있다.

또한, 공극부를 형성하기 위해서는, 예를 들면, 도가니와 받이접시와의 접합면, 받이접시와 도가니 회전축과의 접합면에 얇은 부재를 개재 배치하면 되고, 이와 같은 구성이면, 도가니, 받이접시, 도가니 회전축 등의 단결정 인상장치의 구성부재를 그대로 사용할 수 있어, 제조비용을 염가로 억제하는 것이 가능하게 된다.

또, 본 발명에서는, 상기 도가니와 상기 받이접시와의 사이에 형성되는 공극부는 도가니 저부의 하측에 위치하고 있는 구성인 것이 바람직하다.

상기 구성이면, 도가니 저부로부터의 열방출량을 억제할 수 있기 때문에, 도가니 저부의 용융물의 온도의 저하를 막을 수 있어, 도가니 상부의 용융물의 온도와의 차이에 기인한 용융물의 대류의 발생을 억제할 수 있다.

또, 본 발명에서는, 상기 받이접시와 상기 도가니 회전축과의 사이에 형성되는 공극부는 받이접시 저부의 아래에 위치하고 있는 구성인 것이 바람직하다.

상기 구성이면, 도가니 저부로부터의 열이 받이접시에 전도되기 쉬워도, 받이접시 저부로부터 도가니 회전축으로의 전달이 억제되므로, 실질적으로는 도가니 저부로부터의 열방출량을 억제할 수 있는 것을 의미한다. 따라서, 받이접시 저부의 아래에 공극부를 형성하는 경우라도, 도가니 저부의 용융물의 온도의 저하를 막을 수 있어, 도가니 상부의 용융물의 온도와의 차이에 기인한 용융물의 대류의 발생을 억제할 수 있게 된다.

또, 본 발명에서는, 상기 도가니와 상기 받이접시와의 접합면 및 상기 받이접시와 상기 도가니 회전축과의 접합면의 적어도 한쪽에 주면에 대해서 수직방향(두께방향에 상당)의 열전도가 낮은 저열전도성 부재가 상기 도가니와 별체로서 배치되어 있는 구성인 것이 바람직하다.

상기 구성이면, 도가니와 받이접시가 직접 접촉하지 않고, 또, 받이접시와 도가니 회전축이 직접 접촉하지 않는다. 따라서, 방출열은 반드시 저열전도성 부재를 통과하게 되기 때문에, 저열전도성 부재에 의해 열전도가 억제된다. 따라서, 도가니 회전축으로의 열방출을 지연시킬 수 있어, 도가니의 열량 로스를 방지할 수 있다.

또한, 도가니와 받이접시와의 접합면이나 받이접시와 도가니 회전축과의 접합면에 저열전도성 부재가 개재하는 구성이기 때문에, 도가니, 받이접시, 도가니 회전축 등의 단결정 인상장치의 구성부재를 그대로 사용할 수 있어, 종래예와 같이 도가니 회전축에 저열전도 부재 개재용의 홈이나 구멍 등을 가공할 필요가 없고, 제조비용을 염가로 억제할 수 있다.

또한, 저열전도성 부재는 열전도를 감소시킬 수 있는 재질이면, 특히 한정되는 것은 아니지만, 상측에 놓이는 도가니, 받이접시 등의 중량에 의해 발생하는 압축응력에 대해서도 충분한 내성을 가지는 재질인 것이 바람직하다. 도가니 등의 인조 흑연과 동등의 강도가 있으면 충분하고, 압축강도가 80MPa 이상인 것이 바람직하다. 저열전도성 부재의 「저열전도」의 범위로서는, 실온의 조건하에서, 열전도율이 10W/m·K 이하이며, 바람직하게는 5W/m·K 이하이다.

또, 본 발명에서는, 상기 저열전도성 부재는 1차원의 탄소섬유강화 탄소복합재 또는 2차원의 탄소섬유강화 탄소복합재로 이루어지는 것이 바람직하다.

탄소섬유강화 탄소복합재는 주면에 대해서 수직방향으로의 압축강도는 흑연재보다도 높고, 200MPa 이상인 경우도 있어, 탄소섬유강화 탄소복합재의 상측에 놓이는 도가니, 받이접시 등의 중량에 의해 발생하는 압축응력에 대해서도 충분한 내성을 가지고 있기 때문에, 본 발명에 관한 저열전도성 부재의 소재로서는 형편상 좋다. 따라서, 저열전도성 부재의 소재로서는 1차원의 탄소섬유강화 탄소복합재, 2차원의 탄소섬유강화 탄소복합재, 3차원의 탄소섬유강화 탄소복합재 중 어느 것을 이용해도 되지만, 바람직하게는 1차원의 탄소섬유강화 탄소복합재 또는 2차원의 탄소섬유강화 탄소복합재이다. 그 이유는 이하와 같다.

1차원의 탄소섬유강화 탄소복합재 및 2차원의 탄소섬유강화 탄소복합재는 모두 주면에 대해서 수직방향(탄소섬유강화 탄소복합재의 두께방향)으로의 열전도율이 낮은 성질을 가지고 있기 때문에, 도가니로부터의 열방출을 효과적으로 방지할 수 있다. 3차원의 탄소섬유강화 탄소복합재는 수직방향의 열전도율이 높은 성질을 가지고 있기 때문에, 단열 효과가 1차원의 탄소섬유강화 탄소복합재나 2차원의 탄소섬유강화 탄소복합재보다 나쁘고, 또, 지극히 고가이다. 따라서, 저열전도성 부재의 단열 효과 및 가격을 고려하면, 저열전도성 부재의 소재로서는 1차원의 탄소섬유강화 탄소복합재 또는 2차원의 탄소섬유강화 탄소복합재가 바람직하게 된다.

또, 본 발명에서는, 상기 탄소섬유강화 탄소복합재는 대략 환상(環狀)으로 형성되어 있는 구성인 것이 바람직하다.

탄소섬유강화 탄소복합재의 형상으로서는 원형 모양, 환상 등의 어느 형상이어도 되지만, 바람직하게는 환상이다. 왜냐하면, 탄소섬유강화 탄소복합재가 대략 환상으로 형성되어 있으면, 도가니 저부 하측이나 받이접시 저부 하측에 공극부를 확실히 형성할 수 있기 때문이다. 이에 더하여, 도가니를 안정적으로 고정, 지지하는 것도 가능하게 되기 때문이다. 또한, 원형 형상에 비해, 환상 형상이 접촉 면적이 작기 때문에, 열방출 방지 효과를 더욱 높일 수 있다.

본 발명은 단결정 인상장치에 이용되는 저열전도성 부재로서, 상기 도가니와 상기 받이접시와의 접합면 및 상기 받이접시와 상기 도가니 회전축과의 접합면의 적어도 한쪽에 개재되고, 도가니로부터 도가니 회전축으로의 열의 전도를 억제하기 위해서 이용되는 것을 요지로 한다.

본 발명에서는, 저열전도성 부재가 1차원의 탄소섬유강화 탄소복합재 또는 2차원의 탄소섬유강화 탄소복합재로 이루어지는 것이 바람직하다.

또, 저열전도성 부재는 대략 환상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또, 본 발명에 관한 단결정 인상장치에서는, 도가니 장치는 직동(直胴)부와 저부와 이 저부로부터 이 직동부로 이어지는 곡면 모양 부분으로 이루어지는 석영 도가니와, 이 석영 도가니를 하부에서 유지하는 흑연제 받이접시로 구성되는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 흑연 도가니를 사용하지 않는 도가니 장치에 의해, 종래부터 문제로 되어 온 흑연 도가니에 관한 산화 소모에 의한 두께 저감과 규화(SiC화)에 의한 문제를 회피하는 것이 가능하게 된다.

또, 제조가 용이하고, 또한 비용의 저감을 도모할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 종래예의 흑연 도가니는 흑연 블록을 바닥이 있는 원통 모양으로 도려내기 가공을 행하고, 또한 내부를 마무리 가공하여 제조하고 있었다. 이 때문에, 제조에 수고와 시간이 걸리고 있었다. 이것에 대해서, 흑연제 받이접시의 경우는, 직동부가 없는 접시 모양이므로, 가공이 간단하고, 제조에 시간이 들지 않는다고 하는 메리트가 있다. 이에 더하여, 직동부가 없기 때문에, 재료비용을 저감할 수 있다고 하는 메리트도 있다.

또, 본 발명에서는, 상기 받이접시는 적어도 상기 석영 도가니의 저부를 유지하는 구성인 것이 바람직하다.

받이접시는 적어도 석영 도가니의 저부를 유지하면 충분하다.

또, 본 발명에서는, 상기 받이접시는 상기 석영 도가니의 저부 및 곡면 모양 부분을 유지하는 구성인 것이 바람직하다.

상기와 같이, 석영 도가니의 저부에 더하여, 곡면 모양 부분을 유지하는 구성이면, 히터로 가열되었을 경우에, 석영 도가니의 연화에 의한 변형이 억제된다. 따라서, 후술하는 개재부재를 사용한 단결정 인상장치에서는, 석영 도가니와 개재부재와의 접촉의 우려가 경감되므로, 제조 프로세스 중에서 석영 도가니와 개재부재가 접촉하여 지장을 초래할 우려는 없다.

또, 본 발명에서는, 상기 받이접시의 외주면과, 상기 석영 도가니의 직동부외주면은 대략 동일면으로 되어 있는 구성인 것이 바람직하다. 석영 도가니와 개재부재와의 간격을 보다 좁은 상태로 배치하기 쉬워진다.

또, 본 발명에서는, 상기 도가니 장치를 가열하기 위한 도가니 장치용 가열장치를 더 구비하며, 이 도가니 장치용 가열장치는 상기 도가니 장치의 외주를 둘러싸도록 해서 배치되는 히터와, 상기 도가니 장치와 상기 히터와의 사이에 개재되고, 도가니 장치의 외주를 둘러싸도록 해서 배치되는 원통 모양의 탄소질재로 이루어지는 개재부재를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 히터의 열은 흑연제 개재부재를 통하여 석영 도가니를 가열한다. 이 때, 개재부재는 원통 모양으로 슬릿이 없는 구성이므로, 히터의 발열 불균형이 개재부재에 의해 완화되어 석영 도가니를 가열하게 된다. 이 때문에, 석영 도가니는 균일하게 가열되게 된다.

또, 본 발명에서는, 상기 개재부재는 상기 석영 도가니와 미소 틈새를 두고 배치되어 있는 구성인 것이 바람직하다.

미소 틈새(M)의 크기는, 예를 들면, 22인치 사이즈의 석영 도가니를 사용하는 경우에는 1 ~ 3mm 정도이다. 이와 같이 규제하는 것은, 너무 좁으면 석영 도가니의 약간의 변형으로 접촉할 우려가 있고, 너무 넓으면 히터로부터의 전열부족이 일어날 우려가 있는 것에 의한다.

본 발명에 의하면, 도가니와 받이접시와의 사이 및 받이접시와 도가니 회전축과의 사이의 적어도 한쪽에 공극부를 형성함으로써, 도가니 회전축으로부터 노 외로 누설하는 열량을 저감할 수 있기 때문에, 도가니 내의 실리콘 등의 금속원료 융액에 가해지는 열량을 유지하여, 도가니 내의 온도를 금속원료의 융점 이상으로 유지할 수 있다. 환언하면, 공극부의 형성에 의해, 도가니 회전축 하부로부터 누설하는 열량이 저감하기 때문에, 열손실을 고려하여 히터의 발열량을 다량으로 필요로 하는 것이 없어진다.

또, 공극부는 저열전도 부재보다도 열방출 억제 효과가 크기 때문에, 종래예와 같은 도가니 회전축에 저열전도 부재를 개재 배치하는 구성에 비해, 본 발명이 보다 효과적으로 열방출을 억제할 수 있다.

또한, 공극부를 형성하기 위해서는, 예를 들면, 도가니와 받이접시와의 접합면, 받이접시와 도가니 회전축과의 접합면에, 얇은 부재를 개재 배치하면 되고, 이와 같은 구성이면, 도가니, 받이접시, 도가니 회전축 등의 단결정 인상장치의 구성부재를 그대로 사용할 수 있어, 제조비용을 염가로 억제하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 실시형태 1-1에 관한 실리콘 단결정 인상장치의 주요부 단면도.
도 2는 실시형태 1-2에 관한 실리콘 단결정 인상장치의 주요부 단면도.
도 3은 도가니 저부를 설명하기 위한 도면.
도 4는 실시형태 1-3에 관한 실리콘 단결정 인상장치의 주요부 단면도.
도 5는 실시형태 2에 관한 실리콘 단결정 인상장치의 주요부 단면도.
도 6은 도 5의 일부를 확대한 단면도.
도 7은 실시형태 3-1에 관한 실리콘 단결정 인상장치의 주요부 단면도.
도 8은 실시형태 3-2에 관한 실리콘 단결정 인상장치의 주요부 단면도.
도 9는 실시형태 3-3에 관한 실리콘 단결정 인상장치의 주요부 단면도.
도 10은 종래예의 실리콘 단결정 인상장치의 주요부 단면도.

이하, 본 발명을 실시형태에 근거하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

[실시형태 1]

(실시형태 1-1)

(금속 단결정 인상장치의 구성)

도 1은 본 실시형태 1-1에 관한 실리콘 단결정 인상장치의 주요부 단면도이다. 도면에서, 1은 단결정 인상장치, 2는 실리콘 융액(3)을 수용하는 석영 도가니, 4는 석영 도가니(2)를 유지하는 흑연 도가니, 5는 흑연 도가니(4)를 하부에서 고정 유지하기 위한 흑연제 받이접시, 6은 받이접시(5)를 하부에서 지지하여 받이접시(5) 및 도가니(2, 4)를 회전시키면서 승강시키는 흑연제 도가니 회전축이다. 석영 도가니(2), 흑연 도가니(4) 및 흑연제 받이접시(5)는 도가니 장치를 구성한다. 도가니 회전축(6)은 회전/승강 구동장치(도시생략)에 의해 회전 가능하게 제어된다. 그리고, 도가니 회전축(6)은 실리콘 단결정의 인상축 방향을 회전축으로 하여 받이접시(5), 흑연 도가니(4) 및 석영 도가니(2)를 회전시키고, 또, 위쪽 이동시켜 실리콘 융액(3)의 융액면을 일정한 높이로 유지하도록 되어 있다. 또, 흑연 도가니(4)의 외주에는 히터(7)가 배치되어 있고, 이 히터(7)에 의해 흑연 도가니(4) 및 석영 도가니(2)를 통하여 실리콘 융액(3)을 가열하며, 잉곳(ingot)(8)을 인상하면서 실리콘 단결정을 제작한다.

여기서 주목해야 할 것은, 받이접시(5)와 도가니 회전축(6)과의 접합면에 저열전도 부재(10)가 개재되어 있는 것이다. 즉, 받이접시(5)의 저부 하면과, 도가니 회전축(6)의 칼라부(6a) 상면과의 사이에 저열전도 부재(10)가 개재되어 있다. 이 저열전도 부재(10)는 대략 관 모양으로 형성되어 있으며, 저열전도 부재(10)의 중앙 구멍을 도가니 회전축(6)의 볼록부(6b)가 삽입 통과한 상태로 개재 배치되어 있다. 이것에 의해, 받이접시(5)의 저부 하측에 공극부(11)가 형성되어 있다.

저열전도 부재(10)는 2차원의 탄소섬유강화 탄소복합재로 이루어진다. 탄소섬유강화 탄소복합재로서는 1차원의 탄소섬유강화 탄소복합재, 2차원의 탄소섬유강화 탄소복합재, 3차원의 탄소섬유강화 탄소복합재 중 어느 하나를 이용해도 된다. 단, 바람직하게는 1차원의 탄소섬유강화 탄소복합재 또는 2차원의 탄소섬유강화 탄소복합재이며, 보다 바람직하게는, 2차원의 탄소섬유강화 탄소복합재이다. 그 이유는 이하와 같다.

저열전도 부재(10)의 소재로서는, 충분한 강도를 가지는 것, 열전도율이 낮은 것, 저비용인 것 등을 고려할 필요가 있다.

3차원의 탄소섬유강화 탄소복합재는 수직방향(본 실시형태에서 도가니 회전축 방향에 상당)의 열전도율이 2차원의 탄소섬유강화 탄소복합재보다도 높고, 단열 효과가 낮다. 이에 더하여, 가격이 비싸다. 따라서, 3차원의 탄소섬유강화 탄소복합재보다도 2차원 탄소섬유강화 탄소복합재를 이용하는 것이 바람직하다. 한편, 1차원의 탄소섬유강화 탄소복합재는 2차원의 탄소섬유강화 탄소복합재와 동일한 정도의 단열 효과를 가지고 있고, 가격에서도 2차원 탄소섬유강화 탄소복합재와 동일한 정도이다. 그러나, 1차원의 탄소섬유강화 탄소복합재는 환상으로 형성했을 경우로 갈라지기 쉽다. 따라서, 저열전도 부재(10)를 원판 형상과 같이 한 경우에는, 저열전도 부재(10)의 소재로서는 1차원의 탄소섬유강화 탄소복합재를 이용하도록 해도 되지만, 저열전도 부재(10)를 환상으로 형성하는 경우에는 2차원의 탄소섬유강화 탄소복합재를 이용하는 것이 바람직하다.

2차원의 탄소섬유강화 탄소복합재로 이루어지는 저열전도 부재(10)의 두께는 3 ~ 10mm이다. 두껍게 하는 쪽이 열전도가 보다 낮아지기 때문에, 단열 효과는 향상하지만, 실용적인 범위를 고려하면, 3 ~ 10mm의 범위 내가 바람직하다.

공극부(11)의 크기는 2mm 이상, 바람직하게는 3mm 이상, 보다 바람직하게는 5mm 이상이다. 단, 너무 크게 하면, 도가니의 안정성이 나빠지므로, 50mm 미만이 바람직하다.

다음으로, 상기 구성의 단결정 인상장치를 사용했을 경우의 실리콘 단결정의 제조방법에 대해서 설명한다.

먼저, 다결정 실리콘을 석영 도가니(2) 내에 충전한 후, 히터(7)를 발열시키고, 흑연 도가니(4)를 통하여 석영 도가니(2)를 가열함으로써, 석영 도가니(2) 내의 다결정 실리콘을 실리콘의 융점 이상으로 가열하여 융해한다. 다음으로, 시드척(seed chuck)에 장착된 종결정을 하강하고, 융해한 실리콘 융액(3)에 침지시킨 후, 시드척과 흑연 도가니(4)를 같은 방향 또는 반대 방향으로 회전시키면서, 시드척을 인상하여, 실리콘 결정을 성장시킨다.

여기서, 흑연 도가니(4)는 히터(7)에 의해 가열되고 있지만, 흑연 도가니(4)의 열량은 흑연 도가니(4) → 받이접시(5) → 도가니 회전축(6)으로 전달되어 도가니 회전축(6)의 하부로부터 노 외로 열이 방출해 가게 된다. 그렇지만, 받이접시(5) 저부 하측에는 공극부(11)가 형성되어 있는 것에 의해, 받이접시(5) 저부로부터 도가니 회전축(6)으로의 열방출이 억제된다. 이 때문에, 받이접시(5)로부터 도가니 회전축(6)으로의 열방출은 주로 저열전도 부재(10)를 개입시키게 된다. 여기서, 저열전도 부재(10)는 2차원의 탄소섬유강화 탄소복합재로 이루어져, 흑연재의 열전도율에 비해 낮기 때문에, 받이접시(5)로부터 도가니 회전축(6)으로의 열의 전달이 억제된다. 이것에 의해, 도가니 회전축(6)으로의 열방출을 지연시킬 수 있어, 도가니의 열량 로스를 방지할 수 있다. 또한, 흑연 도가니(4) 저부의 열의 방출이 곤란하기 때문에, 도가니(4, 2) 저부의 온도의 균일성이 양호하게 되므로, 도가니 상측과의 온도차에 기인한 실리콘 융액의 대류를 억제하는 것이 가능하게 된다.

(실시형태 1-2)

도 2는 실시형태 1-2에 관한 실리콘 단결정 인상장치의 주요부 단면도이다. 본 실시형태 1-2는 흑연 도가니(4) 저부 하측에 공극부(11A)가 형성되어 있고 또한 흑연 도가니(4)와 받이접시(5)와의 접합면에 저열전도 부재(10A)가 개재되어 있는 것을 특징으로 한다. 상기 실시형태 1-1이 받이접시(5)와 도가니 회전축(6)과의 사이의 단열 구조를 특징으로 한 것에 대해서, 본 실시형태 1-2는 흑연 도가니(4)와 받이접시(5)와의 사이의 단열 구조를 특징으로 한 것이다. 이하, 본 실시형태 1-2의 구체적인 구조에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서는, 흑연 도가니와 받이접시(5)와의 접합면에 대략 관 모양의 저열전도 부재(10A)가 개재되어 있는 것이다. 즉, 흑연 도가니(4) 저부 외측 가까이 면과, 받이접시(5) 상면과의 사이에, 저열전도 부재(10A)가 개재되어 있다. 이 저열전도 부재(10A)의 중앙 구멍은 받이접시(5)의 오목부(5a)에 대략 대응한 크기이며, 흑연 도가니(4) 저부가 이 중앙 구멍에 끼워 넣어져, 오목부(5a)의 저면에 임(臨)하는 상태로 배치되어 있다. 이것에 의해, 흑연 도가니(4)의 저부 하측에 공극부(11A)가 형성되어 있다.

여기서, 흑연 도가니(4)의 저부는 본원 명세서에서 이하의 의미로 사용하는 것으로 한다. 즉, 도 3에 나타내는 바와 같이, 흑연 도가니(4)의 최저부로부터 도가니 상단까지의 길이를 L1로 하면, 흑연 도가니(4)의 최저부로부터 외주 측에서의 저부로부터의 연직 방향의 길이가 1/3L이 되는 영역(M)을 의미한다.

본 실시형태에서는, 흑연 도가니(4)와 받이접시(5)는 직접 접촉하는 부위가 없는 구성이기 때문에, 흑연 도가니(4)의 열이 받이접시(5)로 전열되기 어려워져, 도가니 회전축(6)으로의 열방출을 지연시킬 수 있어, 흑연 도가니(4)의 열량 로스를 방지할 수 있다. 또한, 흑연 도가니(4) 저부의 열의 방출이 곤란하기 때문에, 도가니(4, 2)의 저부의 온도의 균일성이 양호하게 되므로, 도가니 상측과의 온도차에 기인한 실리콘 융액의 대류를 억제하는 것이 가능하게 된다.

(실시형태 1-3)

도 4는 실시형태 1-3에 관한 실리콘 단결정 인상장치의 주요부 단면도이다. 본 실시형태 3은 받이접시(5)와 도가니 회전축(6)과의 사이의 단열 구조와, 흑연 도가니(4)와 받이접시(5)와의 사이의 단열 구조의 양자를 구비한 것을 특징으로 한다. 환언하면, 본 실시형태 1-3은 상기 실시형태 1-1과 상기 실시형태 1-2를 조합한 구조를 가지는 것이다.

이하, 본 실시형태 1-3의 구체적인 구조에 대해서 설명하면, 흑연 도가니(4)와 받이접시(5)와의 접합면에 대략 관 모양의 저열전도 부재(10A)가 개재되어 있고, 이것에 의해, 흑연 도가니(4)의 저부 하측에 공극부(11A)가 형성되어 있다. 또, 받이접시(5)와 도가니 회전축(6)의 접합면에 대략 관 모양의 저열전도 부재(10)가 개재되어 있으며, 이것에 의해, 받이접시(5)의 저부 하측에 공극부(11)가 형성되어 있다. 이와 같은 구조에 의해, 받이접시(5)와 도가니 회전축(6)과의 사이의 단열 효과 및 흑연 도가니(4)와 받이접시(5)와의 사이의 단열 효과가 달성되기 때문에, 보다 도가니의 열량 로스를 방지할 수 있다.

(그 외의 사항)

(1) 상기 실시형태 1-1 ~ 1-3에서는, 실리콘 융액을 수납하는 석영 도가니와 이 석영 도가니를 유지하는 흑연 도가니를 구비한 실리콘 단결정 인상장치에 대해서 설명했지만, 석영 도가니가 없고, 게르마늄 융액 등을 직접 흑연 도가니에 수납하는 단결정 인상장치에도 본 발명은 적용할 수 있다.

(2) 상기 실시형태 1-1 ~ 1-3에서는, 환상의 저열전도 부재는 일체 형성된 것이었지만, 복수의 부재의 조합에 의해 환상이 되는 구성인 것이라도 된다. 또, 둘레방향으로 간격을 둔 복수의 부재에 의해 구성하도록 해도 된다. 단, 상기 실시형태 1 ~ 3과 같은 일체형성된 환상의 저열전도 부재가 바람직하다. 왜냐하면, 부재가 1개로 되어, 취급이 용이하게 되기 때문이다.

(3) 저열전도 부재는 환상으로 형성되었지만, 원판 형상이라도 된다. 단, 환상 형상의 경우가 바람직하다. 환상 형상이면, 흑연 도가니 저부의 하측이나 받이접시 저부의 하측에 확실히 공극부를 형성할 수 있고, 또한, 도가니를 안정적으로 고정, 지지하는 것이 가능하기 때문이다.

(4) 2차원의 탄소섬유강화 탄소복합재로 이루어지는 저열전도 부재에 대신하여, 팽창 흑연 시트 또는 단열재를 이용하는 것도 고려된다. 그러나, 팽창 흑연 시트 또는 단열재는 강도가 부족하기 때문에, 적절하지 않다.

(5) 받이접시 자체를 탄소섬유강화 탄소복합재로 형성하면, 본 발명과 같은 단열 효과를 얻을 수 있다고 생각되지만, 받이접시로 할 정도의 두꺼운 2차원의 탄소섬유강화 탄소복합재는 없다. 또, 시판의 2차원의 탄소섬유강화 탄소복합재를 적층시켜 제조한다고 하면, 매우 고가로 되어 버려, 가격면에서 비현실적이다. 또한, 만일 제조 가능하게 하더라도, 흑연 도가니와의 조합에서는 열전도율의 차이가 크고, 간섭해서 갈라지기 쉽다고 하는 문제가 있다. 이와 같은 문제는, 도가니 회전축을 탄소섬유강화 탄소복합재로 형성하는 경우에도 들어맞는다. 한편, 본 발명에서는 이와 같은 문제는 없다.

[실시형태 2]

도 5는 본 실시형태 2에 관한 실리콘 단결정 인상장치의 주요부 단면도, 도 6은 도 5의 일부를 확대한 단면도이다. 단결정 인상장치(21)는 단결정 인상용 용기로서의 CZ노(챔버)(22)를 구비하고 있다. CZ노(22) 내에는 도가니 장치(23)가 마련되어 있다. 도가니 장치(23)는 다결정 실리콘의 원료를 용융하여 융액(24)으로서 수용하는 석영 도가니(25)와, 석영 도가니(25)를 하부에서 유지하는 흑연제 받이접시(26)로 구성되어 있다. 이와 같이, 본 실시형태에 관한 도가니 장치(23)에서는 종래예의 도가니 장치에 구비되는 흑연 도가니에 대신하여, 흑연제 받이접시(26)가 이용되고 있다. 이와 같이 흑연 도가니를 사용하지 않는 도가니 장치(23)를 이용함으로써, 종래부터 문제로 되어 온 흑연 도가니에 관한 산화 소모에 의한 두께 저감과 규화(SiC화)에 의한 문제를 회피하는 것이 가능하게 된다. 또한, 이 점에 관해서는, 후에 상세하게 설명한다.

또, 도가니 장치(23)의 하측에는 도가니 회전축(27)이 마련되어 있다. 도가니 회전축(27)은 받이접시(26)를 하부에서 지지하여 받이접시(26) 및 석영 도가니(25)를 회전시키면서 승강시킨다. 도가니 회전축(27)은 회전/승강 구동장치(도시생략)에 의해 회전 가능하게 제어된다. 그리고, 도가니 회전축(27)은 실리콘 단결정의 인상축 방향을 회전축으로 하여 받이접시(26) 및 석영 도가니(25)를 회전시키고, 또, 위쪽 이동시켜 실리콘 융액(24)의 융액면을 일정한 높이로 유지하게 되어 있다.

도가니 장치(23)의 외주 측에는 가열장치(30)가 마련되어 있다. 가열장치(30)는 도가니 장치의 외주를 둘러싸도록 해서 배치되는 원통 모양의 흑연제 히터(31)와, 도가니 장치(23)와 히터(31)와의 사이에 개재되어 도가니 장치(23)의 외주를 둘러싸도록 해서 배치되는 원통 모양의 흑연제 개재부재(32)와, 열차폐부재(33)를 구비하고 있다. 개재부재(32)는 등방성 흑연재 또는 탄소섬유 강화 탄소재(C/C재)로서, 석영 도가니(25)와 미소 틈새(M)를 두고 배치되어 있다. 미소 틈새(M)의 크기는 22인치 사이즈의 석영 도가니(25)를 사용하는 경우에는 1 ~ 3mm 정도이다. 이와 같이 규제하는 것은, 너무 좁으면 석영 도가니(25)의 약간의 변형으로 접촉할 우려가 있고, 너무 넓으면 히터(31)로부터의 전열부족이 일어날 우려가 있는 것에 의한다. 또한, 개재부재(32)는 석영 도가니(25)를 보조적으로 유지하는 기능도 한다. 즉, 어떠한 트러블에 의해 석영 도가니(25)가 미소 틈새(M)를 넘어 변형한 것과 같은 경우, 개재부재(32)에 의해 석영 도가니(25)는 유지되므로, 석영 도가니(25)는 안정성이 항상 유지되도록 되어 있다.

다음으로, 상기의 받이접시(26) 및 개재부재(32)의 각각의 구조 및 작용을 상세히 설명한다.

석영 도가니(25)는 대략 컵 모양으로서, 저부(25a)와, 직동부(25c)와, 저부(25a)로부터 직동부(25c)로 이어지는 곡면 모양 부분(R부분)(25b)으로 이루어진다. 받이접시(26)는 저부(25a)를 유지하는 제1 받이접시부(26a)와, 곡면 모양 부분(25b)을 유지하는 제2 받이접시부(26b)로 구성되어 있다. 이와 같이, 받이접시(26)에 의해서 석영 도가니(25)의 곡면 모양 부분(25b)이 유지되어 있으므로, 히터(31)로 가열되었을 경우에, 석영 도가니(25)의 연화에 의한 변형이 억제되어 개재부재(32)와의 접촉의 우려가 경감된다.

또, 받이접시(26)의 제2 받이접시부(26b) 외주면은 석영 도가니(25)의 직동부(25c) 외주면과 대략 동일면으로 되어 있다. 이것에 의해, 미소 틈새(M)가 형성되기 쉬워진다.

상기 구성의 받이접시(26) 및 개재부재(32)를 마련하는 것에 의해, 흑연 도가니에 관한 산화 소모에 의한 두께 저감과 규화(SiC화)에 의한 문제를 회피하는 것이 가능하게 된다. 즉, 받이접시(26)는 종래예의 흑연 도가니와 비교하면, 흑연 도가니의 직동부를 없게 하여, 저부만으로 구성한 구조로 간주할 수도 있다. 그리고, 종래예의 흑연 도가니의 여러 가지의 문제는 주로 흑연 도가니의 직동부의 존재에 기인하고 있던 것이며, 따라서, 흑연 도가니의 직동부를 없게 하여 저부만으로 구성했다고 간주할 수 있는 받이접시(26)를 사용한 본 실시형태의 도가니 장치(23)에서는, 흑연 도가니에 관한 산화 소모에 의한 두께 저감과 규화(SiC화)에 의한 문제를 회피하는 것이 가능하게 된다. 즉, 석영 도가니(25)는 주위의 흑연 부품과 접촉하지 않으므로, 산화 소모에 의한 두께 저감과 규화(SiC화)에 의한 문제를 회피하는 것이 가능하게 된다.

이에 더하여, 개재부재(32)는 원통 모양으로 슬릿이 없으므로, 히터(31)의 발열 불균형을 개재부재(32)가 완화하고 나서, 석영 도가니(25)를 복사열로 가열하므로, 석영 도가니(25)는 균일하게 가열되게 된다. 이 때문에, 금속 결정의 품질의 안정성이 유지된다. 또한, 참고로 설명하면, 종래예의 흑연 도가니는 일반적으로 2분할 또는 3분할된 구조이기 때문에, 분할부에 슬릿이 있고, 이 슬릿에 기인하여 석영 도가니가 균일하게 가열되지 않고, 금속 결정의 품질의 안정성을 저해하는 문제가 있었다. 본 실시형태에서는, 개재부재(32)를 사용함으로써, 이와 같은 문제는 해소되게 된다.

또, 흑연 도가니에 대신하여 흑연제 받이접시(26)를 이용함으로써, 제조가 용이하고 비용의 저감을 도모할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 종래예의 흑연 도가니는 흑연 블록을 바닥이 있는 원통 모양으로 도려내기 가공을 행하고, 또한 내부를 마무리 가공하여 제조하고 있었다. 이 때문에, 제조에 수고와 시간이 걸리고 있었다. 이것에 대해서, 흑연제 받이접시(26)의 경우는, 직동부가 없는 접시 모양이므로, 가공이 간단하고, 제조에 수고와 시간이 걸리지 않는다는 메리트가 있다. 이에 더하여, 직동부가 없기 때문에, 재료비용을 저감할 수 있다고 하는 메리트도 있다.

또한, CZ노(22) 내는, CZ노(22) 내와 외기를 차단하는 것으로 진공으로 유지되어 있다. 즉, CZ노(22) 내에는 불활성 가스로서의 아르곤 가스가 공급되고, CZ노(22) 내의 배기구(43)로부터 펌프에 의해서 배기되도록 되어 있다. 이것에 의해, CZ노(22) 내는 소정 압력으로 감압된다. 또, 단결정 인상의 프로세스(1 배치)의 사이에서, CZ노(22) 내에는 여러 가지의 증발물이 발생한다. 이에, CZ노(22) 내에 아르곤 가스를 공급하여 CZ노(22) 외로 증발물과 함께 배기하여 CZ노(22) 내로부터 증발물을 제거해 깨끗하게 하고 있다.

또, 석영 도가니(25)의 위쪽에는 대략 역원추대 형상의 열차폐부재(40)가 마련되어 있다. 열차폐부재(40)는 CZ노(22) 내에 위쪽에서 공급되는 캐리어 가스로서의 아르곤 가스를 융액(24) 표면의 중앙으로 유도하고, 또한 융액(24) 표면을 통과시켜 융액(24) 표면의 주연부로 유도한다. 그리고, 아르곤 가스는 융액으로부터 증발한 SiO 등의 가스와 함께, 경로(41), 경로(42)를 흘러 CZ노(22)의 하부에 마련한 배기구(43)로부터 배출된다. 이와 같은 구성에 의해, SiO 가스는 핫 존 내에서 히터(31)의 상단보다 높은 위치까지 흡인된 후, 핫 존의 외측을 지나 배기구(43)를 향하여 흐르므로, 도 10에 나타내는 종래예와 같이 흑연 도가니와 히터, 히터와 열차폐부재와의 사이를 가스가 통과하지 않고, SiO 가스와 흑연 부재와의 반응이 억제되어, 각 흑연 부재(히터(31), 열차폐부재(33) 등)의 사용 수명이 늘어난다고 하는 메리트가 있다.

다음으로, 상기 구성의 단결정 인상장치를 사용했을 경우의 실리콘 단결정의 제조방법에 대해서 설명한다. 먼저, 다결정 실리콘을 석영 도가니(25) 내에 충전한 후, 히터(30)를 발열시켜, 개재부재(32)를 통하여 석영 도가니(25)를 가열함으로써, 석영 도가니(25) 내의 다결정 실리콘을 실리콘의 융점 이상으로 가열하여 융해한다. 그 다음으로, 시드척(45)에 장착된 종결정을 하강하여, 융해한 실리콘 융액(24)에 침지(浸漬)시킨 후, 시드척(45)과 도가니 장치(23)를 같은 방향 또는 반대 방향으로 회전시키면서, 시드척(45)을 인상하여, 실리콘 단결정을 제작한다.

[실시형태 3]

(실시형태 3-1)

본 실시형태 3-1은 상기 실시형태 2와 상기 실시형태 1-1을 조합한 것이다. 구체적으로는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 받이접시(26)와 도가니 회전축(27)과의 접합면에 저열전도 부재(10)가 개재되어 있는 것이다. 즉, 받이접시(26)의 저부 하면과 도가니 회전축(27)의 칼라부(27a) 상면과의 사이에 저열전도 부재(10)가 개재되어 있다. 이 저열전도 부재(10)는 대략 관 모양으로 형성되어 있고, 저열전도 부재(10)의 중앙 구멍을 도가니 회전축(27)의 볼록부(27b)가 삽입 통과한 상태에서 개재 배치되어 있다. 이것에 의해, 받이접시(26)의 저부 하측에 공극부(11)가 형성되어 있다. 상기 구성이면, 상기 실시형태 1-1과 마찬가지로, 공극부(11)의 존재에 의해, 받이접시(26) 저부로부터 도가니 회전축(27)으로의 열방출이 억제되며, 또한, 저열전도 부재(10)의 존재에 의해, 받이접시(26)로부터 도가니 회전축(27)으로의 열의 전달이 억제된다.

(실시형태 3-2)

본 실시형태 3-2는 상기 실시형태 2와 상기 실시형태 1-2를 조합한 것이다. 구체적으로는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 석영 도가니(25) 저부 하측에 공극부(11A)가 형성되어 있고 또한 석영 도가니(25)와 받이접시(26)와의 접합면에 저열전도 부재(10A)가 개재되어 있다. 상기 구성이면, 상기 실시형태 1-2와 마찬가지로, 석영 도가니(25)와 받이접시(26)는 직접 접촉하는 부위가 없는 구성이기 때문에, 석영 도가니(25)의 열이 받이접시(26)에 전열되기 어려워져, 도가니 회전축(27)으로의 열방출을 지연시킬 수 있어, 석영 도가니(25)의 열량 로스를 방지할 수 있다. 또한, 석영 도가니(25) 저부의 열의 방출이 곤란하기 때문에, 석영 도가니(25)의 저부의 온도의 균일성이 양호해지므로, 도가니 상측과의 온도차에 기인한 실리콘 융액의 대류를 억제하는 것이 가능하게 된다.

(실시형태 3-3)

본 실시형태 3-3은 상기 실시형태 2와 상기 실시형태 1-3을 조합한 것이다. 즉, 본 실시형태 3-3은 받이접시(26)와 도가니 회전축(27)과의 사이의 단열 구조와, 석영 도가니(25)와 받이접시(26)와의 사이의 단열 구조의 양자를 구비한 것을 특징으로 한다. 구체적으로는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 석영 도가니(25)와 받이접시(26)와의 접합면에 대략 관 모양의 저열전도 부재(10A)가 개재되어 있고, 이것에 의해, 석영 도가니(25)의 저부 하측에 공극부(11A)가 형성되어 있다. 또, 받이접시(26)와 도가니 회전축(27)의 접합면에 대략 관 모양의 저열전도 부재(10)가 개재되어 있고, 이것에 의해, 받이접시(26)의 저부 하측에 공극부(11)가 형성되어 있다. 이와 같은 구조에 의해, 받이접시(26)와 도가니 회전축(27)과의 사이의 단열 효과 및 석영 도가니(25)와 받이접시(26)와의 사이의 단열 효과가 달성되기 때문에, 보다 도가니의 열량 로스를 방지할 수 있다.

<산업상의 이용 가능성>

본 발명은, 실리콘 등의 단결정 인상장치에 적용된다.

1 : 단결정 인상장치 2 : 석영 도가니
3 : 실리콘 융액 4 : 흑연 도가니
5 : 받이접시 6 : 도가니 회전축
10, 10A : 저열전도 부재 11, 11A : 공극부
21 : 단결정 인상장치 22 : CZ노
23 : 도가니 장치 25 : 석영 도가니
25a : 석영 도가니의 저부 25b : 석영 도가니의 곡면 모양 부분(R부)
25c : 석영 도가니의 직동부 26 : 흑연제 받이접시
26a : 제1 받이접시부 26b : 제2 받이접시부
27 : 도가니 회전축 30 : 가열장치
31 : 히터 32 : 개재부재
M : 미소 틈새

Claims (15)

1. 도가니(crucible)와 이 도가니를 하부에서 고정 유지하기 위한 받이접시로 구성되는 도가니 장치와, 이 받이접시를 하부에서 지지하여 받이접시 및 도가니를 회전시키면서 승강시키는 도가니 회전축을 구비한 단결정 인상(引上)장치로서,
   상기 도가니와 상기 받이접시와의 사이 및 상기 받이접시와 상기 도가니 회전축과의 사이의 적어도 한쪽에 공극(空隙)부가 형성되며,
   상기 도가니와 상기 받이접시와의 접합면 및 상기 받이접시와 상기 도가니 회전축과의 접합면 중 적어도 한쪽에, 주면(主面)에 대해서 수직방향의 열전도가 낮은 저열전도성 부재가, 상기 도가니와 별체로서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 단결정 인상장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 도가니와 상기 받이접시와의 사이에 형성되는 공극부는 도가니 저부의 아래에 위치하고 있는 단결정 인상장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 받이접시와 상기 도가니 회전축과의 사이에 형성되는 공극부는 받이접시 저부의 아래에 위치하고 있는 단결정 인상장치.
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 저열전도성 부재는 1차원의 탄소섬유강화 탄소복합재 또는 2차원의 탄소섬유강화 탄소복합재로 이루어지는 단결정 인상장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 탄소섬유강화 탄소복합재는 환상(環狀)으로 형성되어 있는 단결정 인상장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 도가니 장치는 직동(直胴)부와 저부와 이 저부로부터 이 직동부로 이어지는 곡면 모양 부분으로 이루어지는 석영 도가니와, 이 석영 도가니를 하부에서 유지하는 흑연제의 받이접시로 구성되어 있는 단결정 인상장치.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 받이접시는 적어도 상기 석영 도가니의 저부를 유지하는 단결정 인상장치.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 받이접시는 상기 석영 도가니의 저부 및 곡면 모양 부분을 유지하는 단결정 인상장치.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 받이접시의 외주면과, 상기 석영 도가니의 직동부 외주면은 동일면으로 되어 있는 단결정 인상장치.
14. 청구항 10에 있어서,
    상기 도가니 장치를 가열하기 위한 도가니 장치용 가열장치를 더 구비하며,
    이 도가니 장치용 가열장치는,
    상기 도가니 장치의 외주를 둘러싸도록 해서 배치되는 히터와,
    상기 도가니 장치와 상기 히터와의 사이에 개재되고, 도가니 장치의 외주를 둘러싸도록 하여 배치되는 원통 모양의 탄소질재로 이루어지는 개재부재를 구비하고 있는 단결정 인상장치.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 개재부재는 상기 석영 도가니와 미소 틈새를 두고 배치되어 있는 단결정 인상장치.

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