KR102315982B1 - 실리콘 단결정 제조 방법 및 실리콘 단결정 인상 장치 - Google Patents

실리콘 단결정 제조 방법 및 실리콘 단결정 인상 장치 Download PDF

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Abstract

챔버와, 챔버 내에 마련되는 석영 도가니(3A)와, 석영 도가니(3A)를 에워싸도록 배치되고, 석영 도가니(3A)를 가열하는 히터(5)를 구비한 인상 장치를 사용하여 실리콘 단결정을 제조하는 실리콘 단결정 제조 방법은, 인상 중에 인상 장치 내에 도입된 가스를 히터(5)의 후면에 형성된 중부 배기구(16A)로부터 배기한다.

Description

실리콘 단결정 제조 방법 및 실리콘 단결정 인상 장치{Method of producing silicon single crystal and Apparatus of pulling silicon single crystal}
본 발명은 실리콘 단결정 제조 방법 및 실리콘 단결정 인상 장치에 관한 것이다.
반도체용 웨이퍼로서 사용된 경우에, 실리콘 단결정 중의 고농도의 탄소는 반도체 디바이스 불량을 일으키는 원인이 된다.
여기서, 결정 중의 탄소 농도는, 로(爐) 내의 히터, 흑연 도가니 등의 고온 탄소 부재로부터 원료 융액(融液) 중으로 혼입되는 CO의 오염 속도와 원료 융액으로부터의 CO의 증발 속도를 제어함으로써 저감하는 것이 알려져 있다. 덧붙여, 고온 탄소 부재로부터의 CO(gas)는 하기 반응식 (1)에 의거하여 발생한다.
SiO(gas)+2C(solid)→CO(gas)+SiC(solid)…식 (1)
이 때문에, 문헌 1(일본 특허 제4423805호 공보)에는, 석영 도가니 내에 존재하는 CO를 포함하는 가스를 인상 장치의 히터의 하방으로부터 배출하는 기술이 개시되어 있다.
또한, 문헌 2(일본 특허 공개 평 05-319976호 공보)에는, 인상 장치의 상방으로부터 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 석영 도가니 내에 도입하고, CO를 포함하는 가스를 히터의 상단보다 상방 및 하단보다 하방으로 유도하고, 인상 장치의 하방으로 배출하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 상기 문헌 1에 기재된 기술은, 일반적인 배기 구조이기는 하지만, 로 내 하부에서밖에 배기할 수 없기 때문에, 로 내 상부 측에서 발생하는 CO 가스를 효율적으로 배출할 수 없다는 문제가 있다.
또한, 상기 문헌 2에 기재된 기술은, 1계통 배기에 있어서, 핫존(hot zone)에 복수 개의 배기 경로를 마련하면, 장치측 배기구에 가까운 곳의 배기가 우세해지기 때문에, 장치측 배기구보다 먼 곳은 배관 저항의 영향으로 배기 효율이 저하되어 버린다. 이 때문에, 복수 개의 배기구를 마련하여도 충분한 효과를 얻을 수 없다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, CO를 포함하는 가스를 효율적으로 배기하여, 실리콘 단결정 중의 탄소 농도를 저감할 수 있는 실리콘 단결정 제조 방법 및 실리콘 단결정 인상 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실리콘 단결정 제조 방법은, 챔버와, 상기 챔버 내에 마련되는 석영 도가니와, 상기 석영 도가니를 에워싸도록 배치되고, 상기 석영 도가니를 가열하는 히터를 구비한 인상 장치를 사용하여 실리콘 단결정을 제조하는 실리콘 단결정 제조 방법으로서, 인상 중에 상기 인상 장치 내에 도입된 가스를 상기 히터의 후면(背面)으로부터 배기하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 히터의 후면이란, 히터의 이면(裏面)으로부터 내통을 향하여 수평 방향으로 히터를 투영한 영역을 말한다.
전술한 바와 같이, 히터 등의 고온이 되는 탄소 부재와 실리콘 융액으로부터 발생한 SiO 가스가 식 (1)과 같은 반응을 하고, CO 가스가 발생한다. 이 CO 가스가 실리콘 융액 중에 혼입됨으로써, 실리콘 단결정 중의 탄소 농도가 상승한다.
기본적으로는, 탄소 부재가 고온일수록, 식 (1)의 반응에 의해, CO 가스가 발생하기 쉬워진다. 로 내 부재 중에서 가장 고온이 되는 탄소 부재인 히터는, CO 가스를 가장 많이 발생시킨다. 따라서, CO 가스의 발생 부위가 되는 히터의 후면으로부터 배기함으로써, 최단 경로로 CO 가스를 배기할 수 있기 때문에, 실리콘 단결정 중의 탄소 농도를 저감할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 히터의 후면으로부터 배기하는 배기구가 상기 히터의 후면의 적어도 일부와 포개지는 위치에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 배기구가 히터의 후면의 적어도 일부와 포개지는 위치에 형성되어 있으면, 히터의 상부 또는 히터의 하부의 이면으로부터 생긴 CO 가스를 배기할 수 있기 때문에, 실리콘 단결정 중의 탄소 농도를 저감할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 히터는, 각각이 상하 방향으로 연장되고, 상하 방향에 직교하는 폭 방향으로 틈(隙間)을 마련하여 배열되는 복수 개의 제1 가열부와, 상기 복수 개의 제1 가열부 각각의 상단끼리 및 각각의 하단끼리를 교대로 연결하는 제2 가열부를 구비하고, 구불구불한(蛇行, meander) 형상으로 형성되며, 상기 히터의 후면으로부터 배기하는 배기구가 상기 제1 가열부의 후면의 적어도 일부와 포개지는(겹치는) 위치에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 배기구가 제1 가열부의 후면의 적어도 일부와 포개지는 위치에 형성되어 있으면, 제1 가열부 사이의 틈으로부터 CO 가스를 배기할 수 있기 때문에, 실리콘 단결정 중의 탄소 농도를 확실하게 저감할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 히터의 후면으로부터 배기하는 배기구가 상기 제1 가열부의 상단끼리를 연결하는 제2 가열부와 상기 제1 가열부의 하단끼리를 연결하는 제2 가열부 사이에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 히터에서 생긴 CO 가스를 히터의 제1 가열부(51) 사이의 틈으로부터 직접 배기할 수 있다. 따라서, 보다 확실하게 히터(5)에서 생긴 CO 가스를 배기하여, 인상된 실리콘 단결정 중의 탄소 농도를 저감할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 히터의 후면으로부터 배기하는 배기구가 상기 제1 가열부의 후면과 포개지는 위치에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 히터의 폭 방향으로 배열된 복수 개의 제1 가열부 사이의 슬릿 형태의 틈으로부터 CO 가스를 확실하게 배기할 수 있기 때문에, CO 가스 발생 위치로부터 최단 경로로 CO 가스를 배기할 수 있고, 실리콘 단결정 중의 탄소 농도를 보다 확실하게 저감할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 인상 장치 내에 도입된 가스를 추가로 상기 히터의 상단보다 상방으로부터 배기하는 것을 생각할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 인상 장치 내에 도입된 가스를 추가로 상기 히터의 하단보다 하방으로부터 배기하는 것을 생각할 수 있다.
이들 발명에 따르면, 히터의 상단보다 상방의 배기만의 경우나, 히터의 하단보다 하방만의 경우라도, 히터의 후면 측의 배기를 추가함으로써, CO 가스 발생 부위 근방으로부터 CO 가스를 배기할 수 있기 때문에, 실리콘 단결정 중의 탄소 농도를 저감할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 인상 장치는, 상기 히터의 외측에 배치되는 배기 덕트를 구비하고, 상기 배기 덕트는, 상기 히터의 후면에 대응하는 위치에 형성되는 중부(中部) 배기구를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 히터의 외측에 배기 덕트가 배치되어 있으면, 히터로부터 발생한 CO 가스를 효율적으로 배기할 수 있으므로, CO 가스가 실리콘 융액 중에 혼입되어 실리콘 단결정 중의 탄소 농도가 상승하는 것을 방지할 수 있다.
특히, 배기 덕트가 복수 개 있고, 각각의 배기 덕트가 히터의 둘레방향으로 균등하게 배치되어 있으면, 히터의 둘레 방향에 있어서의 균등한 위치로부터 CO 가스를 배기할 수 있다. 따라서, 실리콘 단결정 중에 들여보내지는 탄소를 포함하는 가스가 실리콘 단결정의 결정 축 둘레로 균등하게 배기된다. 또한, 각각의 배기 덕트가 중부 배기구를 구비함으로써, 효율적인 배기를 행할 수 있고, 실리콘 단결정 중의 탄소 농도를 훨씬 저감할 수 있다.
본 발명의 실리콘 단결정 인상 장치는, 챔버와, 상기 챔버 내에 마련되는 석영 도가니와, 상기 석영 도가니를 에워싸도록 배치되고, 상기 석영 도가니를 가열하는 히터와, 인상 중에 상기 챔버 내에 도입된 가스를 상기 히터의 후면으로부터 배기하는 배기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는, 상기 히터의 후면으로부터 배기하는 배기구가 상기 히터의 후면의 적어도 일부와 포개지는 위치에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 히터는, 각각이 상하 방향으로 연장되고, 상하 방향에 직교하는 폭 방향으로 틈을 마련하여 배열되는 복수 개의 제1 가열부와, 상기 복수 개의 제1 가열부 각각의 상단끼리 및 각각의 하단끼리를 교대로 연결하는 제2 가열부를 구비하고, 구불구불한 형상(사행 형상)으로 형성되며, 상기 히터의 후면으로부터 배기하는 배기구가 상기 제1 가열부의 후면의 적어도 일부와 포개지는 위치에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 히터의 후면으로부터 배기하는 배기구가 상기 제1 가열부의 상단끼리를 연결하는 제2 가열부와, 상기 제1 가열부의 하단끼리를 연결하는 제2 가열부 사이에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 히터의 후면으로부터 배기하는 배기구가 상기 제1 가열부의 후면과 포개지는 위치에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 석영 도가니의 상방에 마련되고, 상기 석영 도가니 내의 실리콘 융액으로부터의 열을 차폐하는 열 차폐체를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
이들 발명에 의해서도, 전술한 작용 및 효과와 동일한 작용 및 효과를 향수할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, CO를 포함하는 가스를 효율적으로 배기할 수 있다. 또한, CO 가스의 발생 부위가 되는 히터의 후면으로부터 배기함으로써, 최단 경로로 CO 가스를 배기할 수 있고, 이에 실리콘 단결정 중의 탄소 농도를 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 실리콘 단결정 인상 장치의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 2는 상기 실시 형태에 있어서의 배기 유로의 구조를 나타내는 수직 방향 단면도이다.
도 3은 상기 실시 형태에 있어서의 배기 유로의 구조를 나타내는 수평 방향 단면도이다.
도 4는 상기 실시 형태에 있어서의 히터의 구조 및 중부 배기구의 배치 범위를 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 배기 유로의 구조를 나타내는 수직 방향 단면도이다.
도 6은 실시예 및 비교예에 있어서의 실리콘 단결정 중의 탄소 농도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 시뮬레이션에 의한 배기구 위치를 나타내는 수직 방향 단면도이다.
도 8은 각 배기구 위치에 있어서의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
[1] 실리콘 단결정 인상 장치(1)의 구조
도 1에는, 본 발명의 실시 형태에 따른 실리콘 단결정(10)의 제조 방법을 적용할 수 있는 인상 장치(1)의 구조의 일례를 나타내는 모식도가 도시되어 있다. 인상 장치(1)는, 초크랄스키법에 의해 실리콘 단결정(10)을 인상하는 장치로서, 외곽을 구성하는 챔버(2)와, 챔버(2)의 중심부에 배치되는 도가니(3)를 구비한다.
도가니(3)는, 내측의 석영 도가니(3A)와 외측의 흑연 도가니(3B)로 구성되는 이중 구조로서, 회전 및 승하강이 가능한 지지축(4)의 상단부에 고정되어 있다.
도가니(3)의 외측에는, 도가니(3)를 에워싸는 저항 가열식의 히터(5)가 마련되고, 그 외측에는 챔버(2)의 내면을 따라 외통이 되는 단열재(6)가 마련되어 있다.
도가니(3)의 상방에는, 지지축(4)과 동축 상에서 역방향 또는 동일 방향으로 소정의 속도로 회전하는 와이어 등의 인상축(7)이 마련되어 있다. 이 인상축(7)의 하단에는 종결정(8)이 부착되어 있다.
챔버(2) 내에는, 통 형상의 열 차폐체(12)가 배치되어 있다.
열 차폐체(12)는, 육성 중인 실리콘 단결정(10)에 대하여, 도가니(3) 내의 실리콘 융액(9)이나 히터(5)나 도가니(3)의 측벽으로부터의 고온의 복사 열을 차단함과 아울러, 결정 성정 계면인 고액 계면(固液界面)의 근방에 대해서는, 외부로의 열의 확산을 억제하고, 단결정 중심부 및 단결정 외주부의 인상축 방향의 온도 구배를 제어하는 역할을 담당한다.
또한, 열 차폐체(12)는, 실리콘 융액(9)으로부터의 증발부를 로 상방으로부터 도입한 불활성 가스에 의해 로 밖으로 배기하는 정류통(整流筒)으로서의 기능도 있다.
챔버(2)의 상부에는 아르곤 가스(이하, Ar 가스라고 칭함) 등의 불활성 가스를 챔버(2) 내에 도입하는 가스 도입구(13)가 마련되어 있다. 챔버(2)의 하부에는, 도시하지 않은 진공 펌프의 구동에 의해 챔버(2) 내의 기체를 흡인하여 배출하는 배기구(14)가 마련되어 있다.
가스 도입구(13)로부터 챔버(2) 내에 도입된 불활성 가스는, 육성 중인 실리콘 단결정(10)과 열 차폐체(12) 사이를 하강하고, 열 차폐체(12)의 하단과 실리콘 융액(9)의 액면 간의 틈을 거친 후, 열 차폐체(12)의 외측, 나아가 도가니(3)의 외측을 향하여 흐르고, 그 후 후술하는 중부 배기구(16A)로부터 배기 덕트(15)를 통하여 도가니(3)의 외측을 하강하고, 배기구(14)로부터 배출된다.
이러한 인상 장치(1)를 사용하여 실리콘 단결정(10)을 제조할 때, 챔버(2) 안을 감압 하의 불활성 가스 분위기로 유지한 상태에서, 도가니(3)에 충전한 다결정 실리콘 등의 고형 원료를 히터(5)의 가열에 의해 용융하고, 실리콘 융액(9)을 형성한다. 도가니(3) 내에 실리콘 융액(9)이 형성되면, 인상축(7)을 하강시켜 종결정(8)을 실리콘 융액(9)에 침지하고, 도가니(3) 및 인상축(7)을 소정의 방향으로 회전시키면서, 인상축(7)을 서서히 인상하고, 이에 의해 종결정(8)에 이어진 실리콘 단결정(10)을 육성한다.
[2] 배기 유로의 구조
도 2 및 도 3에는, 전술한 인상 장치(1)에 형성된 배기 유로의 구조가 도시되어 있다. 도 2는, 수직 방향 단면도이고, 도 3은, 수평 방향 단면도이다.
배기 덕트(15)는, 도 3에 도시한 바와 같이 단면 U자형의 길이가 긴 부재로 구성되고, 히터(5)의 외측에 배치되는 내통(16)에, 배기 덕트(15)의 U자의 플랜지 선단이 접합되어 있다. 배기 덕트(15)는, 히터(5)의 외측으로서, 내통(16)의 둘레 방향으로 네 곳 마련된다. 서로 마주보는 한 쌍의 배기 덕트(15)와 다른 한 쌍의 배기 덕트(15)는, 도 3에 도시한 평면에서 보아 90°의 각도를 이루도록 균등하게 배치되어 있다.
내통(16)은, 그라파이트 등의 탄소 부재로 구성되는 원통형상체이다. 내통(16)에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 히터(5)의 후면에 중부 배기구(16A)가 형성되어 있다.
단, 본 실시 형태에서는 배기 덕트(15)를 네 곳 마련하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 세 곳일 수도 있고, 또한 여덟 곳일 수도 있으며, 복수 개의 배기 덕트(15)가 있으면 된다.
히터(5)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 가열부(51), 제2 가열부(52, 53)를 구비하고, 제1 가열부(51)의 상단을 제2 가열부(52)로, 제1 가열부의 하단을 제2 가열부(53)로 교대로 연결하며, 폭 방향으로 연장되는 구불구불한 형상으로 형성된다.
제1 가열부(51)는, 상하로 연장되는 저항 가열체인 탄소로 된 봉형상체 또는 판형상체로 구성되고, 상하 방향 에 직교하는 폭 방향으로 틈을 마련하여 복수 개 배열된다.
제2 가열부(52)는, 수평 방향으로 연장되는 탄소로 된 봉형상체 또는 판형상체로 구성되고, 폭 방향으로 인접하는 제1 가열부(51)의 상단끼리를 하나씩 걸러서 연결한다.
제2 가열부(53)는, 수평 방향으로 연장되는 탄소로 된 봉형상체 또는 판형상체로 구성되고, 폭 방향으로 인접하는 제1 가열부(51)의 하단끼리를 하나씩 걸러서 연결한다.
즉, 히터(5)는, 제1 가열부(51)를 폭 방향으로 간격을 두고 배열하고, 제1 가열부(51)의 상단끼리를 제2 가열부(52)로 하나씩 걸러서 연결하고, 제1 가열부(51)의 하단끼리를 제2 가열부(53)로 상부와 다른 위치에서 하나씩 걸러서 연결함으로써, 구불구불한 형상으로 형성된다.
중부 배기구(16A)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 히터(5)의 후면의 높이 방향의 범위(H2)의 범위 내에 배치하는 것이 가능하다. 범위(H2)는, 히터(5)의 높이 방향에 있어서, 적어도 중부 배기구(16A)의 일부가, 제2 가열부(52)의 상단으로부터 제2 가열부(53)의 하단 사이의 높이 방향의 범위(H0)에 포함되는 범위이다.
높이 방향의 범위(H2)에 중부 배기구(16A)가 형성되면, 적어도 히터(5)의 후면으로부터의 배기가 가능해진다. 따라서, 히터(5)에서 생긴 CO 가스를 히터(5)의 후면으로부터 배기할 수 있기 때문에, 인상된 실리콘 단결정(10) 중의 탄소 농도를 저감할 수 있다.
보다 바람직하게는, 중부 배기구(16A)를 히터(5)의 제2 가열부(52)의 상단으로부터 제2 가열부(53)의 하단 사이의 높이 방향의 범위(H0)에 배치한다.
높이 방향의 범위(H0)에 중부 배기구(16A)가 형성되면, 히터(5)에서 생긴 CO 가스를 히터(5)의 제1 가열부(51) 사이의 틈으로부터 직접 배기할 수 있다. 따라서, 보다 확실하게 히터(5)에서 생긴 CO 가스를 배기하여, 인상된 실리콘 단결정(10) 중의 탄소 농도를 저감할 수 있다.
가장 바람직하게는, 도 4에 도시한 바와 같이, 중부 배기구(16A)를 인접하는 제1 가열부(51) 사이에 형성되는 틈의 높이 방향의 범위(H1)에 배치한다.
높이 방향의 범위(H1)에 중부 배기구(16A)가 형성되면, 히터(5)의 제1 가열부(51) 사이에 형성되는 틈으로부터 배기되는 양이 많아진다. 따라서, 가장 고온이 되고, CO 가스의 발생량도 많아지는 제1 가열부(51)의 틈으로부터 직접 CO 가스를 최단 경로로 배기할 수 있기 때문에, 실리콘 단결정(10) 중의 탄소 농도를 보다 확실하게 저감할 수 있다.
[3] 실시 형태의 작용 및 효과
이러한 배기 유로에서는, 석영 도가니(3A)의 상부의 가스 도입구(13)(도 1 참조)로부터 도입된 불활성 가스는, 도 2에 도시한 바와 같이, 실리콘 융액(9)의 융액 표면을 따라, 석영 도가니(3A)의 외측으로 확산된다. 실리콘 융액(9)의 표면의 SiO 가스의 일부는, 히터(5)의 이면을 따라 흐르고, 다른 일부의 가스는, 석영 도가니(3A)와 히터(5) 사이를 흐른다. 이 때, 석영 도가니(3A)와 히터(5) 사이를 흐른 가스는, 히터(5)의 내부를 지나고, 히터(5)를 구성하는 탄소로 된 재료와 반응하여, CO 가스가 발생한다.
발생한 CO 가스는, 히터(5)의 후면에 형성된 중부 배기구(16A)로부터 흡입되고, 배기 덕트(15) 안을 흐르고, 다른 부위로 확산되지 않고 배기구(14)로부터 배출된다.
따라서, SiO 가스가 탄소와 반응하여 발생하는 CO 가스를 중부 배기구(16A)로부터 흡입하고, 배기 덕트(15)를 통하여 배기구(14)로부터 배기함으로써, 최단 경로로 CO 가스를 직접 배기할 수 있기 때문에, 인상 장치(1)에 의해 인상된 실리콘 단결정(10) 중의 탄소 농도를 저감할 수 있다.
또한, 히터(5)의 폭 방향으로 배열된 복수 개의 제1 가열부(51) 사이의 슬릿으로부터 CO 가스를 배기할 수 있기 때문에, CO 가스 발생 위치로부터 최단 경로로 CO 가스를 배기할 수 있고, 실리콘 단결정(10) 중의 탄소 농도를 저감할 수 있다.
복수 개의 배기 덕트(15)가 히터(5) 주위에 균등한 위치에 배치됨으로써, 석영 도가니(3A) 둘레에 균등한 위치로부터 CO 가스를 배기할 수 있다. 따라서, 실리콘 단결정(10) 중에 들어오는(취입되는) 탄소의 양을 실리콘 단결정(10)의 결정축 둘레에 균등하게 만들 수 있기 때문에, 실리콘 단결정의 탄소 농도를 균일하게 할 수 있다. 또한, 각각의 배기 덕트(15)가 중부 배기구(16A)를 구비함으로써, 효율적인 배기를 행할 수 있고, 실리콘 단결정(10) 중의 탄소 농도를 훨씬 저감할 수 있다.
[4] 제2 실시 형태
다음, 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명하기로 한다. 덧붙여, 이하의 설명에서는, 이미 설명한 부분과 동일한 부분에 대해서는 동일 부호를 붙여 설명을 생략하기로 한다.
전술한 제1 실시 형태에서는, 1단형의 히터(5)의 후면의 대략 중앙부에 중부 배기구(16A)를 형성하고, 발생한 CO 가스를 배기하였었다.
이에 반해, 본 실시 형태에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 2단형의 히터(5A, 5B)를 사용하고 있으며, 상방의 히터(5A)의 후면의 중앙부에 중부 배기구(16A)를 형성하고, 하방의 히터(5B)의 후면의 중앙부에 중부 배기구(16B)를 형성하고, 각각의 중부 배기구(16A, 16B)로부터 CO 가스를 배기하고 있는 점에서 차이가 있다. 덧붙여, 히터의 단 수는 이에 한정되지 않으며, 둘 이상의 단 수의 히터가 배치되어 있는 경우, 각각의 히터의 후면의 중앙부에 중부 배기구를 형성할 수도 있다.
이러한 본 실시 형태에 의해서도, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 작용 및 효과를 향수할 수 있다.
[5] 실시 형태의 변형
단, 본 발명은, 전술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 이하에 나타낸 바와 같은 변형도 포함하는 것이다.
전술한 실시 형태에서는, 배기 덕트(15)가 부착되는 내통(16)에는, 중부 배기구(16A)가 한 곳밖에 형성되어 있지 않았지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 중부 배기구(16A)에 더하여, 히터(5)의 상부에 CO 가스를 들여보내는 상부 배기구를 형성할 수도 있고, 히터(5)의 하부에 CO 가스를 들여보내는 하부 배기구를 형성할 수도 있다.
전술한 실시 형태에서는, 히터(5)는, 히터(5)의 폭 방향으로 구불구불한 것이었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 히터는, 상하 방향으로 구불구불한 것일 수도 있다. 요약하면, 히터를 구성하는 가열체 사이에 슬릿 형태의 틈이 있으면, 그 형상은 문제삼지 않는다.
그 밖에, 본 발명의 실시 시의 구체적인 구조 및 형상 등은 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서 다른 구조 등으로 할 수도 있다.
실시예
다음, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하기로 한다. 덧붙여, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[1] 실로(實爐) 시험
도 1에 도시되는 실가동하고 있는 인상 장치(1)를 사용하여, 히터(5)의 후면에 배기 덕트(15)를 형성하고, 히터(5)의 높이 방향의 대략 절반의 위치에 중부 배기구(16A)를 형성한 경우(실시예)와, 히터(5)의 높이 방향의 하단보다 아래에 하부 배기구를 형성한 경우(비교예)에 대하여, 인상된 실리콘 단결정(10) 중의 탄소 농도를 측정하였다. 결과를 도 6에 나타내었다. 덧붙여, 중부 배기구(16A)가 형성된 내통(16), 배기 덕트(15)는, 그라파이트재, 탄소 섬유 강화 복합재 등의 탄소로 된 재료에 의해 형성되어 있다.
도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예와 비교예를 대비하면, 비교예는, 실리콘 단결정(10)의 인상 당초부터, 실시예의 탄소 농도보다 탄소 농도가 높은 경향이 있다. 또한, 비교예는, 고화율(固化率)이 높아지는, 즉, 실리콘 단결정(10)의 인상이 진행됨에 따라, 실시예의 탄소 농도보다 높아지는 것이 확인되었다.
이에 반해, 실시예는, 하배기(하부 배기)의 경우보다, 실리콘 단결정(10) 중의 탄소 농도가 낮게 억제되고, 중부 배기구(16A)에 의한 CO 가스의 배기 효율이 양호한 것을 확인할 수 있었다.
[2] 시뮬레이션에 의한 확인
다음, 수치 시뮬레이션 소프트를 사용하여, 배기 위치별 실리콘 융액(9) 중의 탄소 농도의 추정을 행하였다.
구체적으로는, 도 7에 도시한 바와 같이, 하부 배기만(A), 중간 배기만(B), 중간 배기 및 하부 배기(C), 및 중간 배기 및 상부 배기(D)에 대하여, 실리콘 융액(9) 중의 탄소 농도를 추정하였다. 결과를 도 8에 나타내었다.
실제의 인상에서는, 실리콘 융액(9) 중의 탄소 농도를 초기 농도로 하여, 편석(偏析)에 따라 실리콘 단결정(10) 중에 탄소가 들어가므로, 시뮬레이션에 의한 산출값은, 실제의 실리콘 단결정(10)의 탄소 농도와 대응한다고 생각하여도 좋다.
실로 시험과 동일하게, 하부 배기만(A)의 경우, 도 8에 도시한 바와 같이, 실리콘 융액(9) 중의 탄소 농도가 가장 높다. 중간 배기만(B)의 경우, 실리콘 융액(9) 중의 탄소 농도가 가장 낮은 것이 확인되었다.
중간 배기 및 하부 배기(C)의 경우, 중간 배기만(B) 정도는 아니지만, 하부 배기(A)의 경우에 비교하여, 실리콘 융액(9) 중의 탄소 농도가 저하되어 있는 것이 확인되었다.
마찬가지로 중간 배기 및 상부 배기(D)에 대해서도, 하부 배기만(A)과 비교하여, 실리콘 융액(9) 중의 탄소 농도가 저하되어 있는 것이 확인되었다.
이상의 사실로부터, 상부 배기에 중간 배기를 조합하거나, 하부 배기에 중간 배기를 조합함으로써, 실리콘 단결정(10) 중의 탄소 농도를 저감시킬 수 있음을 알 수 있었다.
단, 중간 배기에 상부 배기 또는 하부 배기를 조합한 경우에, 중간 배기만 쪽이 실리콘 단결정(10) 중의 탄소 농도를 내릴 수 있는 것은, 상부 배기, 하부 배기가 존재하는 만큼, 중간 배기의 배기 효율이 저하되어 있기 때문이라고 추측된다.

Claims (13)

  1. 챔버와, 상기 챔버 내에 마련되는 석영 도가니와, 상기 석영 도가니를 에워싸도록 배치되고, 상기 석영 도가니를 가열하는 히터와, 상기 히터의 외측에 배치되는 내통을 구비한 인상 장치를 사용하여 실리콘 단결정을 제조하는 실리콘 단결정 제조 방법으로서,
    인상 중에 상기 인상 장치 내에 도입된 가스를 상기 내통의 외측에 설치되어, 상기 히터의 둘레방향으로 균등하게 배치되는 복수의 배기 덕트를 통하여 상기 히터의 후면만으로부터 배기하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
  2. 청구항 1에 기재된 실리콘 단결정 제조 방법에 있어서,
    상기 히터의 후면만으로부터 배기하는 배기구가, 상기 히터의 후면의 적어도 일부와 포개지는 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
  3. 청구항 2에 기재된 실리콘 단결정 제조 방법에 있어서,
    상기 히터는, 각각이 상하 방향으로 연장되고, 상하 방향에 직교하는 폭 방향으로 틈을 마련하여 배열되는 복수 개의 제1 가열부와, 상기 복수 개의 제1 가열부 각각의 상단끼리 및 각각의 하단끼리를 교대로 연결하는 제2 가열부를 구비하고, 구불구불한 형상으로 형성되며,
    상기 히터의 후면만으로부터 배기하는 배기구가 상기 제1 가열부의 후면의 적어도 일부와 포개지는 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
  4. 청구항 3에 기재된 실리콘 단결정 제조 방법에 있어서,
    상기 히터의 후면만으로부터 배기하는 배기구가 상기 제1 가열부의 상단끼리를 연결하는 제2 가열부와 상기 제1 가열부의 하단끼리를 연결하는 제2 가열부 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
  5. 청구항 4에 기재된 실리콘 단결정 제조 방법에 있어서,
    상기 히터의 후면만으로부터 배기하는 배기구가 상기 제1 가열부의 후면과 포개지는 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 챔버와,
    상기 챔버 내에 마련되는 석영 도가니와,
    상기 석영 도가니를 에워싸도록 배치되고, 상기 석영 도가니를 가열하는 히터와,
    상기 히터의 외측에 배치되는 내통과,
    상기 내통의 외측에 설치되어, 상기 히터의 둘레방향으로 균등하게 배치되는 복수의 배기 덕트와,
    상기 내통에 형성되어, 인상 중에 상기 챔버 내에 도입된 가스를 상기 배기 덕트를 통하여 상기 히터의 후면만으로부터 배기하는 배기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 인상 장치.
  9. 청구항 8에 기재된 실리콘 단결정 인상 장치에 있어서,
    상기 히터의 후면만으로부터 배기하는 배기구가 상기 히터의 후면의 적어도 일부와 포개지는 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 인상 장치.
  10. 청구항 9에 기재된 실리콘 단결정 인상 장치에 있어서,
    상기 히터는, 각각이 상하 방향으로 연장되고, 상하 방향에 직교하는 폭 방향으로 틈을 마련하여 배열되는 복수 개의 제1 가열부와, 상기 복수 개의 제1 가열부 각각의 상단끼리 및 각각의 하단끼리를 교대로 연결하는 제2 가열부를 구비하고, 구불구불한 형상으로 형성되며,
    상기 히터의 후면만으로부터 배기하는 배기구가 상기 제1 가열부의 후면의 적어도 일부와 포개지는 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 인상 장치.
  11. 청구항 10에 기재된 실리콘 단결정 인상 장치에 있어서,
    상기 히터의 후면만으로부터 배기하는 배기구가 상기 제1 가열부의 상단끼리를 연결하는 제2 가열부와, 상기 제1 가열부의 하단끼리를 연결하는 제2 가열부 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 인상 장치.
  12. 청구항 11에 기재된 실리콘 단결정 인상 장치에 있어서,
    상기 히터의 후면만으로부터 배기하는 배기구가 상기 제1 가열부의 후면과 포개지는 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 인상 장치.
  13. 청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 실리콘 단결정 인상 장치에 있어서,
    상기 석영 도가니의 상방에 마련되고, 상기 석영 도가니 내의 실리콘 융액으로부터의 열을 차폐하는 열 차폐체를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 인상 장치.
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