KR102355248B1 - 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

실시예는 챔버; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘 용융액이 수용되는 도가니; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 상기 도가니의 둘레에 배치되는 가열부; 상기 챔버 내부의 상부에 고정되어 구비되고, 상기 도가니로부터 성장되어 인상되는 실리콘 단결정 잉곳의 둘레에 배치되는 수냉관; 상기 도가니의 상부에 구비되는 제1 열차폐체; 및 상기 수냉관의 상부에 구비되고, 수직 방향의 길이가 가변인 제2 열차폐체를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치를 제공한다.

Description

실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GROWING SILICON SINGLE CRYSTAL INGOT}
실시예는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적인 실리콘 웨이퍼는, 단결정(Ingot)을 만들기 위한 단결정 성장 공정과, 단결정을 절삭(Slicing)하여 얇은 원판 모양의 웨이퍼를 얻는 절삭공정과, 상기 절삭으로 인하여 웨이퍼에 잔존하는 기계적 가공에 의한 손상(Damage)을 제거하는 연삭(Lapping) 공정과, 웨이퍼를 경면화하는 연마(Polishing) 공정과, 연마된 웨이퍼를 경면화하고 웨이퍼에 부착된 연마제나 이물질을 제거하는 세정 공정을 포함하여 이루어진다.
상술한 공정 중 실리콘 단결정을 성장시키는 공정은, 고순도 실리콘 용융액을 장입한 성장로를 고온에서 가열하여 원료를 용용한 후, 초크랄스키법(Czochralski Method, 이하 'CZ'법이라 함) 등으로 성장시킬 수 있으며, 본 특허에서 다루고자 하는 방법은 종자결정이 실리콘 용융액 상부에 위치하여 단결정을 성장시키는 CZ법에 적용할 수 있다.
종래의 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치는 아래와 같은 문제점이 있다.
실리콘 용융액으로부터 실리콘 단결정 잉곳의 성장이 완료된 이후, 수 시간 예를 들면 6시간 정도 실리콘 단결정 잉곳은 챔버의 내부에 있다. 즉, 고온이 실리콘 용융액이 아직 도가니에 일부 남아 있고, 열차폐체 등의 부자재 등이 고온으로 가열된 상태이므로, 실리콘 단결정 잉곳을 곧장 챔버 밖으로 꺼내면 실리콘 단결정 잉곳이 열충격을 받을 수 있고 상기의 부자재 등이 탄화 내지 산화될 수 있으므로, 실리콘 단결정 잉곳을 챔버 내에 일정 시간 잔존시키며 천천히 냉각할 수 있다.
이때, 상온의 불활성 기체를 챔버 내에 공급하면, 상기의 불활성 기체가 실리콘 용융액과 실리콘 단결정 잉곳 및 챔버 내부의 부자재들을 천천히 냉각시킬 수 있다.
그러나, 성장이 완료된 실리콘 단결정 잉곳을 보다 빠르게 챔버 밖으로 꺼내면서도, 챔버 내부의 다른 부자재들을 보다 빠르게 냉각시킬 필요가 있다. 또한, 실리콘 단결정 잉곳을 너무 빠르게 냉각시키면 품질이 저하될 수도 있다.
실시예는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실리콘 단결정 잉곳을 천천히 냉각시켜서 실리콘 단결정 잉곳의 품질 악화를 방지하고, 열차폐체 및 도가니 내의 실리콘 용융액 등을 신속하게 냉각시키고자 한다.
실시예는 챔버; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘 용융액이 수용되는 도가니; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 상기 도가니의 둘레에 배치되는 가열부; 상기 챔버 내부의 상부에 고정되어 구비되고, 상기 도가니로부터 성장되어 인상되는 실리콘 단결정 잉곳의 둘레에 배치되는 수냉관; 상기 도가니의 상부에 구비되는 제1 열차폐체; 및 상기 수냉관의 상부에 구비되고, 수직 방향의 길이가 가변인 제2 열차폐체를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치를 제공한다.
제2 열차폐체은 상기 실리콘 단결정 잉곳이 성장되어 인상되는 영역을 둘러싸고 배치될 수 있다.
제2 열차폐체는, 서로 직경이 다른 원통 형상의 제1 내지 제n 차폐부(여기서, n은 2이상의 정수)을 포함할 수 있다.
제1 내지 제n 차폐부는 각각 상기 원통 형상의 측면을 이루는 제1 부분을 포함하고, 상기 제1 부분의 상단부로부터 외부로 돌출된 제2 부분 및 상기 제1 부분의 하단부로부터 내부로 돌출된 제3 부분 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
서로 인접한 제(n-1) 차폐부의 내측면과 제n 차폐부의 외측면에는 4축의 구동부가 구비될 수 있다.
구동부는 리니어 모터일 수 있다.
4축의 구동부는 상기 제2 열차폐체의 중심에 대하여 대칭으로 구비될 수 있다.
서로 인접한 제(n-1) 차폐부의 내측면과 제n 차폐부의 외측면에 구비되는 4개 축의 구동부는, 제1 차폐부의 내측면과 제(n-1)차폐부의 외측면에 구비되는 4개 축의 구동부와 수직 방향으로 중첩할 수 있다.
실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치는 상기 챔버에 불활성 기체를 공급하는 기체 공급부; 상기 기체 공급부로부터 상기 제2 열차폐체의 내부 영역으로 상기 불활성 기체를 공급하는 제1 기체 공급라인; 및 상기 기체 공급부로부터 상기 제2 열차폐의 외부 영역으로 상기 불활성 기체를 공급하는 제2 기체 공급라인을 더 포함할 수 있다.
제2 기체 공급라인으로 공급되는 상기 불활성 기체를 냉각하는 냉각기를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예는 도가니에 담겨진 실리콘 용융액으로부터 쵸크랄스키법으로 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 (a) 단계; 성장이 종료된 상기 실리콘 단결정 잉곳을 상부로 인상하는 (b) 단계; 인상 중인 상기 실리콘 단결정 잉곳의 주변 영역에 상온의 불활성 기체를 공급하는 (c) 단계; 및 상기 도가니 방향으로 저온의 불활성 기체를 공급하는 (d) 단계를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법을 제공한다.
(d) 단계에서, 상기 (c) 단계의 상온의 불활성 기체를 냉각하여 상기 저온의 비활성 기체를 생성할 수 있다.
(c) 단계 및 (d) 단계에서, 상기 인상되는 실리콘 단결정 잉곳의 주변에 열차폐체를 구비하는 (e)단계를 더 포함할 수 있다.
열차폐체는 서로 직경이 다른 원통 형상의 제1 내지 제n 차폐부(여기서, n은 2이상의 정수)을 포함하여 이루어지고, 상기 (a) 단계에서 상기 제1 내지 제n 차폐부는 수평 방향으로 중첩되게 구비될 수 있다.
(e) 단계에서 상기 제1 내지 제n 차폐부는 수직 방향으로 펼쳐질 수 있다.
본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 및 방법에 따르면, 상온의 불활성 기체가 실리콘 단결정 잉곳을 천천히 냉각시켜서 실리콘 단결정 잉곳의 품질 악화를 방지하고, 냉각된 저온의 불활성 기체가 제1 열차폐체 및 도가니 내의 실리콘 용융액 등을 신속하게 냉각시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치를 나타낸 도면이고,
도 3은 도 1 및 도 2의 제2 열차폐체를 나타낸 도면이고,
도 4는 도 3의 일부분의 측단면도이고,
도 5는 도 1 및 도 2의 기체 공급부와 제1,2 기체 공급 라인을 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치를 나타낸 도면이다. 이하에서 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치를 설명한다.
도 1은 실리콘 단결정 잉곳이 성장 중인 상태이고, 도 2는 실리콘 단결정 잉곳의 성장이 완료된 후 챔버 내에서 냉각 중인 상태를 나타낸다.
실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치(1000)는 내부에 실리콘 용융액(Si melt)으로부터 실리콘 단결정 잉곳(Ingot)이 성장하기 위한 공간이 형성되는 챔버(100)와, 챔버(100) 상단에 위치하고 성장된 실리콘 단결정 잉곳을 인상하기 위한 공간을 제공하는 풀 챔버(150)와, 실리콘 용융액(Si melt)이 수용되기 위한 도가니(200, 250)와, 상기 도가니(200, 250)를 가열하기 위한 가열부(400)와, 실리콘 단결정 잉곳(Ingot)을 향한 가열부(400)의 열을 차단하기 위하여 도가니(200)의 상부에 위치되는 제1 열차폐체(600)와, 실리콘 단결정 잉곳(Ingot)의 성장을 위한 시드(미도시)를 고정하기 위한 시드척(10)과, 도가니(250)를 회전시키고 상승시키는 지지대(300)와, 챔버(100) 내부의 상부 영역에는 수냉관(500), 및 수냉관(500)의 상부에 구비되고, 수직 방향의 길이가 가변인 제2 열차폐체(700)를 포함할 수 있다.
성장되는 실리콘 단결정 잉곳(Ingot)은 시드척(10)에 의하여 인상될 수 있는데, 상부에 구비된 인상 유닛(50)이 실리콘 단결정 잉곳을 인상할 수 있으며, 상승되는 고온의 실리콘 단결정 잉곳(Ingot)을 냉각시키기 위하여 챔버(100) 내부의 상부 영역에는 수냉관(500)이 배치될 수 있다.
챔버(100)는 실리콘 용융액(Si melt)으로부터 실리콘 단결정 잉곳(Ingot)을 형성시키기 위한 소정의 공정들이 수행되는 공간을 제공한다.
도가니(200, 250)는 실리콘 용융액(Si melt)을 담을 수 있도록 챔버(100)의 내부에 구비될 수 있다. 도가니(200, 250)는, 상기 실리콘 용융액과 직접 접촉되는 제1 도가니(200)와, 제1 도가니(200)의 외면을 둘러싸면서 지지하는 제2 도가니(250)로 이루어질 수 있다. 제1 도가니(250)는 석영으로 이루어질 수 있고, 제2 도가니(250)는 흑연으로 이루어질 수 있다.
제2 도가니(250)는 제1 도가니(200)가 열에 의하여 팽창될 경우를 대비하여, 2개 또는 4개로 분할되어 구비될 수 있다. 예를 들어 제2 도가니(250)가 2개로 분할될 경우, 2개의 부분 사이에는 틈이 형성되어, 내부의 제1 도가니(200)가 팽창되어도 제2 도가니(250)가 손상되지 않을 수 있다.
챔버(100) 내에는 가열부(400)의 열이 방출되지 못하도록 단열재를 구비할 수 있다. 본 실시예에서는 도가니(200, 250) 상부의 제 열차폐체(600) 및 풀 챔버(150) 내의 제2 열차폐체(700)만이 도시되고 있으나, 도가니(200, 250)의 측면과 하부에 각각 단열재가 배치될 수도 있다.
가열부(400)는 도가니(200, 250) 내에 공급된 다결정의 실리콘을 녹여서 실리콘 용융액(Si melt)으로 만들 수 있는데, 가열부(400) 상부에 배치되는 전류 공급 로드(미도시)로부터 전류를 공급받을 수 있다.
도가니(200, 250)의 바닥면의 중앙에는 지지대(300)가 배치되어 도가니(200, 250)를 지지할 수 있다. 도가니(200, 250) 상부의 시드(미도시)로부터 실리콘 용융액(Si melt)이 일부 응고되어 실리콘 단결정 잉곳(Ingot)이 성장된다.
풀 챔버(150)에 배치되는 제2 열차폐체(700)은 실리콘 단결정 잉곳(Ingot)이 성장되어 인상될 영역을 둘러싸고 배치될 수 있다. 제2 열차폐체(700)의 구체적인 구성은 후술한다.
풀 챔버(150)의 외부에는 기체 공급부(800) 및 제1,2 기체 공급 라인(810, 820)과, 냉각기(830)가 구비될 수 있다.
기체 공급부(800)는 불활성 기체, 예를 들면 아르곤(Ar)을 공급하는데, 상기의 불활성 기체는 제1,2 기체 공급 라인(810, 820)에 각각 공급될 수 있다. 제1 기체 공급라인(810)은 제2 열차폐체(700)의 내부 영역으로 불활성 기체를 공급할 수 있고, 제2 기체 공급라인(820)은 제2 열차폐(700)의 외부 영역으로 불활성 기체를 공급할 수 있다. 이때, 제2 기체 공급라인(820)으로부터 불활성 기체가 풀 챔버(150) 방향으로 공급되기 전에, 냉각기(830)를 통과하며 상기 불활성 기체가 냉각될 수 있다.
도 1의 실리콘 단결정 잉곳의 성장 공정 중에는 제2 기체 공급 라인(820)은 닫히고, 제1 기체 공급 라인(810)만이 열려서, 제1 기체 공급 라인(810)을 통하여 불활성 기체가 풀 챔버(150)의 상부 영역으로 공급될 수 있다. 이때, 제1 기체 공급 라인(810)은 불활성 기체를 풀 챔버(150)의 상부 영역 중 중앙 영역 방향으로만 공급할 수 있다.
도 5는 도 1 및 도 2의 기체 공급부와 제1,2 기체 공급 라인을 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 기체 공급부(800)를 통하여 제1 기체 공급 라인(810)으로 공급되는 불활성 기체는 냉각기를 거치지 않아서 상온의 아르곤(Ar)이 공급되고, 기체 공급부(800)를 통하여 제2 기체 공급 라인(820)으로 공급되는 불활성 기체는 냉각기(830)를 통과하여 저온의 아르곤(Ar)이 공급될 수 있다. 이때, 제2 기체 공급 라인(820)에는 밸브(825)가 구비되어, 도 1의 상태에서 제2 기체 공급 라인(820)을 차단할 수 있다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 불활성 기체인 아르곤(Ar)이 제2 열차폐체(700)의 내부를 통하여 성장 중인 실리콘 단결정 잉곳(Ingot) 방향으로 공급될 수 있다.
도 2는 실리콘 단결정 잉곳(Ingot)이 성장 후 인상되는 상태를 나타낸다.
인상 유닛(50)에 의하여 실리콘 단결정 잉곳이 풀 챔버(150) 내에서 서서히 상승되고 있으며, 제2 열차폐체(700)가 도 1과 비교하여 하부로까지 연장되고 있다. 특히, 제2 열차폐체(700)의 하부는 수냉관(500)과 동일한 높이까지 연장되고 있으며, 제2 열차폐체(700)의 하부는 적어도 실리콘 단결정 잉곳의 하부에까지 연장되어야 저온의 불활성 기체가 실리콘 단결정 잉곳에 공급되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 제1,2 기체 공급 라인(810, 820)이 모두 열려서, 제1,2 기체 공급 라인(810, 820)을 통하여 불활성 기체, 예를 들면 아르곤(Ar)이 풀 챔버(150)의 상부 영역으로 공급될 수 있다. 이때, 제2 기체 공급라인(820)으로부터 불활성 기체가 풀 챔버(150) 방향으로 공급되기 전에, 냉각기(830)를 통과하며 불활성 기체가 냉각될 수 있다.
도 2에서 제2 열차폐체(700)가 상하 방향으로 커튼과 같이 펼쳐지며, 풀 챔버(150)의 내부를 중앙 영역과 가장 자리 영역으로 구분할 수 있다. 그리고, 제2 열차폐체(700)의 내부 영역 즉, 풀 챔버(150) 내부의 중앙 영역에는 상온의 불활성 기체가 공급되고, 제2 열차폐체(700)의 외부 영역 즉, 풀 챔버(150) 내부의 가장 자리 영역에는 저온의 불활성 기체가 공급될 수 있다.
이때, 제2 열차폐체(700)의 내부 영역 즉, 풀 챔버(150) 내부의 중앙 영역으로 공급되는 상온의 불활성 기체가 공급되어 실리콘 단결정 잉곳을 천천히 냉각시킬 수 있다. 그리고, 제2 열차폐체(700)의 외부 영역 즉, 풀 챔버(150) 내부의 가장 자리 영역에는 공급된 저온의 불활성 기체는, 제2 열차폐체(700)와 풀 챔버(150) 사이의 영역을 통하여 하부로 이동한 후, 제1 열차폐체(600) 등의 부자재 들에 공급되고, 상기의 제1 열차폐체(600)들은 냉각된 불활성 기체(Ar)에 의하여 신속히 냉각될 수 있다.
따라서, 상온의 불활성 기체가 실리콘 단결정 잉곳을 천천히 냉각시켜서 실리콘 단결정 잉곳의 품질 악화를 방지하고, 냉각된 저온의 불활성 기체가 제1 열차폐체 및 도가니 내의 실리콘 용융액 등을 신속하게 냉각시킬 수 있다.
도 3은 도 1 및 도 2의 제2 열차폐체를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 일부분의 측단면도이다.
도 3에서 좌측은 도 1의 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치에서 실리콘 단결정 잉곳이 성장 중일 때의 제2 열차폐체(700)을 나타내고, 우측은 도 2의 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치에서 실리콘 단결정 잉곳이 성장되어 풀 챔버(150) 내에 위치할 때의 제2 열차폐체(700)를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이 제2 열차폐체(700)은 원통과 유사한 형상이고, 서로 직경이 다른 원통 형상의 제1 내지 제n 차폐부(710~730)로 구성되어 수직 방향의 길이가 가변일 수 있다. 이때, n은 2 이상의 정수일 수 있고, 도 3에서는 n이 3인, 즉 제1 내지 제3 차폐부(710~730)로 구성된 제2 열차폐부(700)를 도시하고 있다.
제1 내지 제n 차폐부(710~730)는 원통 형상의 측면을 이루는 제1 부분(711, 721, 731)을 포함하고, 제1 부분(711, 721, 731)의 상단부로부터 외부로 돌출된 제2 부분(722, 732) 및 제1 부분(711, 721, 731)의 하단부로부터 내부로 돌출된 제3 부분(713, 723) 중 적어도 하나를 더 포할 수 있다.
제1 내지 제n 차폐부(710~730)를 이루는, 제1 부분(711, 721, 731)과 제2 부분(722, 732) 및 제3 부분(713, 723)은 내부에 단열재가 채워지고 외부는 스테인레스 재질로 이루어질 수 있다.
상세하게는, 제1 차폐부(710)는 원통 형상의 측면을 이루는 제1 부분(711) 및 제1 부분(711)의 하단부로부터 내부로 돌출된 제3 부분(713)를 포함할 수 있다. 제2 차폐부(720)는 원통 형상의 측면을 이루는 제1 부분(722)과, 제1 부분(720)의 상단부로부터 외부로 돌출된 제2 부분(722) 및 제1 부분(720)의 하단부로부터 내부로 돌출된 제3 부분(723)을 포함할 수 있다. 그리고, 제3 차폐부(730)는 원통 형상의 측면을 이루는 제1 부분(731) 및 제1 부분(731)의 상단부로부터 외부로 돌출된 제2 부분(732)를 포함할 수 있다.
따라서, 제1 차폐부(710)로부터 제2 차폐부(720)가 하부로 연장되고, 제3 차폐부(730)는 보다 길게 하부로 연장되어, 제2 열차폐체(700)의 전체 길이가 연장될 수 있다.
이때, 제1,2,3 차폐부(710, 720, 730)의 이동은 구동부, 예를 들면 리니어 모터에 의하여 구동될 수 있다. 상세하게 설명하면 다음과 같다.
서로 인접한 제(n-1) 차폐부의 내측면과 제n 차폐부의 외측면에는 4축의 구동부가 구비될 수 있다. 즉, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 차폐부(710)의 제1 부분(711)의 내측면에는 수직 방향으로 4축의 구동부(710a)가 구비되고, 제2 차폐부(720)의 제1 부분(721)의 내측면과 외측면에는 각각 4축의 구동부(720a, 720b)가 구비되고, 제3 차폐부(730)의 제1 부분(731)의 외측면에는 4축의 구동부(730b)가 구비될 수 있다.
이때, 상술한 4축의 구동부들은 각각 제2 열차폐체(700)의 중심에 대하여 대칭으로 구비될 수 있다. 상세하게는 4축의 구동부들은 각각 제2 열차폐체(700)의 제1,2,3 차폐부(710, 720, 730)의 수직 방향의 중심축에 대하여 대칭으로 구비될 수 있다.
그리고, 서로 인접한 제(n-1) 차폐부의 내측면과 제n 차폐부의 외측면에 구비되는 4개 축의 구동부는, 제1 차폐부의 내측면과 제(n-1)차폐부의 외측면에 구비되는 4개 축의 구동부와 수직 방향으로 중첩할 수 있다.
즉, 제1 차폐부(710)의 제1 부분(711)의 내측면에 구비된 4축의 구동부(710a)는 제2 차폐부(720)의 제1 부분(721)의 외측면에 구비된 4축의 구동부(720b)와 각각 수직 방향으로 중첩되어, 상기 제4축의 구동부(710a, 720b)의 작용에 의하여 제1 차폐부(710)의 제1 부분(711)과 제2 차폐부(720)의 제2 부분(721)이 수직 방향으로 상대적으로 이동할 수 있다.
또한, 제2 차폐부(720)의 제1 부분(721)의 내측면에 구비된 4축의 구동부(720a)는 제3 차폐부(730)의 제1 부분(731)의 외측면에 구비된 4축의 구동부(730b)와 각각 수직 방향으로 중첩되어, 상기 제4축의 구동부(720a, 730b)의 작용에 의하여 제1 차폐부(720)의 제1 부분(721)과 제3 차폐부(730)의 제1 부분(731)이 수직 방향으로 상대적으로 이동할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법을 나타낸 도면이다. 이하에서, 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법을 설명한다.
본 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법은, 도가니에 담겨진 실리콘 용융액으로부터 쵸크랄스키법으로 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 (a) 단계와, 성장이 종료된 상기 실리콘 단결정 잉곳을 상부로 인상하는 (b) 단계와, 인상 중인 상기 실리콘 단결정 잉곳의 주변 영역에 상온의 불활성 기체를 공급하는 (c) 단계, 그리고 상기 도가니 방향으로 저온의 불활성 기체를 공급하는 (d) 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 도가니 방향으로 저온의 불활성 기체를 공급하며 동시에 상온의 불활성 기체를 냉각하여 상기 저온의 비활성 기체를 생성할 수 있다.
그리고, 저온의 불활성 기체와 상온의 불활성 기체를 함께 공급할 때, 윗 방향으로 인상되는 실리콘 단결정 잉곳의 주변에 열차폐체, 즉, 도 1 내지 도 5에서 설명한 제2 열차폐체를 설치하는 (e)단계를 실시할 수 있다.
이때, 제2 열차폐체는 상술한 바와 같이, 서로 직경이 다른 원통 형상의 제1 내지 제n 차폐부(여기서, n은 2이상의 정수)을 포함하여 이루어지고, 도가니에 담겨진 실리콘 용융액으로부터 쵸크랄스키법으로 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 단계에서는 제1 내지 제n 차폐부는 수평 방향으로 중첩되게 구비될 수 있다.
그리고, 상온과 저온의 불활성 기체가 함께 공급될 때는, 제1 내지 제n 차폐부는 수직 방향으로 펼쳐져서, 상온의 불활성 기체는 실리콘 단결정 잉곳 주변으로 공급되고, 저온의 불활성 기체는 실리콘 단결정 잉곳 주변으로 공급되지 않고 하부의 도가니 주변의 영역으로 공급될 수 있다.
이상과 같이 실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 시드척 150: 풀 챔버
100: 챔버 200, 250: 제1,2 도가니
300: 지지대 400: 가열부
500: 수냉관 600: 제1 열차폐체
700: 제2 열차폐체 800: 기체 공급부
810, 820: 제1,2 기체 공급 라인 825: 밸브
830: 냉각기 1000: 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치

Claims (15)

  1. 챔버;
    상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘 용융액이 수용되는 도가니;
    상기 챔버의 내부에 구비되고, 상기 도가니의 둘레에 배치되는 가열부;
    상기 챔버 내부의 상부에 고정되어 구비되고, 상기 도가니로부터 성장되어 인상되는 실리콘 단결정 잉곳의 둘레에 배치되는 수냉관;
    상기 도가니의 상부에 구비되는 제1 열차폐체; 및
    상기 수냉관의 상부에 구비되고, 수직 방향의 길이가 가변인 제2 열차폐체를 포함하고,
    상기 제2 열차폐체는, 상기 제1 열차폐체와 이격되고, 상기 실리콘 단결정 잉곳이 성장되어 인상되는 영역을 둘러싸고 배치되고,
    상기 챔버 내에는 상온과 저온의 불활성 기체가 함께 공급되고,
    상기 상온의 불활성 기체는 상기 제2 열차폐체의 내부에서 상기 인상되는 실리콘 단결정 잉곳 주변으로 공급되고,
    상기 저온의 불활성 기체는 상기 제2 열차폐체의 외부에서 상기 도가니 주변의 영역으로 공급되는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 열차폐체는, 서로 직경이 다른 원통 형상의 제1 내지 제n 차폐부(여기서, n은 2이상의 정수)을 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제n 차폐부는 각각 상기 원통 형상의 측면을 이루는 제1 부분을 포함하고, 상기 제1 부분의 상단부로부터 외부로 돌출된 제2 부분 및 상기 제1 부분의 하단부로부터 내부로 돌출된 제3 부분 중 적어도 하나를 더 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    서로 인접한 제(n-1) 차폐부의 내측면과 제n 차폐부의 외측면에는 4축의 구동부가 구비되고,
    상기 구동부는 리니어 모터이고,
    상기 4축의 구동부는 상기 제2 열차폐체의 중심에 대하여 대칭으로 구비되는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제5 항에 있어서,
    서로 인접한 제(n-1) 차폐부의 내측면과 제n 차폐부의 외측면에 구비되는 4개 축의 구동부는, 제1 차폐부의 내측면과 제(n-1)차폐부의 외측면에 구비되는 4개 축의 구동부와 수직 방향으로 중첩하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 챔버에 불활성 기체를 공급하는 기체 공급부;
    상기 기체 공급부로부터 상기 제2 열차폐체의 내부 영역으로 상기 불활성 기체를 공급하는 제1 기체 공급라인;
    상기 기체 공급부로부터 상기 제2 열차폐의 외부 영역으로 상기 불활성 기체를 공급하는 제2 기체 공급라인; 및
    상기 제2 기체 공급라인으로 공급되는 상기 불활성 기체를 냉각하는 냉각기를 더 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.

  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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  14. 삭제
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