KR102670460B1 - 성장시킬 단결정의 품질을 향상시킨 단결정 성장 도가니 및 그를 포함하는 장치 - Google Patents

성장시킬 단결정의 품질을 향상시킨 단결정 성장 도가니 및 그를 포함하는 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102670460B1
KR102670460B1 KR1020230151412A KR20230151412A KR102670460B1 KR 102670460 B1 KR102670460 B1 KR 102670460B1 KR 1020230151412 A KR1020230151412 A KR 1020230151412A KR 20230151412 A KR20230151412 A KR 20230151412A KR 102670460 B1 KR102670460 B1 KR 102670460B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
crucible
single crystal
seed
melt
cover
Prior art date
Application number
KR1020230151412A
Other languages
English (en)
Inventor
김선훈
최주현
김두근
인정환
한가람
김소영
손원배
강준혁
Original Assignee
한국광기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국광기술원 filed Critical 한국광기술원
Priority to KR1020230151412A priority Critical patent/KR102670460B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102670460B1 publication Critical patent/KR102670460B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/32—Seed holders, e.g. chucks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/10—Crucibles or containers for supporting the melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/14—Heating of the melt or the crystallised materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/30—Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

성장시킬 단결정의 품질을 향상시킨 단결정 성장 도가니 및 그를 포함하는 장치를 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 단결정으로 성장할 소재의 융액을 장입받아 저장하는 도가니와 링 형태로 구현되어 상기 도가니 상부에 안착되어 상기 도가니로부터 외부로의 열 방출을 최소화하는 커버와 상기 도가니를 자신의 내부에 안착시켜 지지하는 도가니 지지부와 승·하강 및 회전하며 상기 도가니 내 융액을 결정으로 성장시키는 시드와 상기 도가니 지지부의 외곽에 배치되어, 상기 도가니를 가열하는 히터와 상기 히터의 외곽에 배치되어, 상기 히터에서 방출되는 열이 상기 도가니로부터 멀어지는 방향으로 방출되는 것을 최소화하는 단열재 및 하우징을 포함하며, 상기 커버는 상기 도가니를 향하는 일면에 상기 도가니의 외벽의 두께만큼의 폭으로 구현되는 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치를 제공한다.

Description

성장시킬 단결정의 품질을 향상시킨 단결정 성장 도가니 및 그를 포함하는 장치{Single Crystal Growth Crucible with Improved Quality of Single Crystal to Be Grown and Device Containing the Same}
본 발명은 성장시킬 단결정의 품질을 향상시킨 단결정 성장 도가니 및 그를 포함하는 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
단결정은 주기적으로 배열된 원자구조를 갖는 고상의 물질을 일컫는 것으로서, 주로 적당한 직경의 얇은 원판 형태로 가공하여 이용된다. 예를 들어, 단결정은 웨이퍼로 가공되어, 반도체 및 전자 소자 등의 제작에 사용될 수 있다. 또한, 단결정은 특정한 결정 방향에 맞추어 사각기둥, 원통형, 디스크형 또는 렌즈형 등의 렌즈벌크 형태로 가공하여 다양한 전자소자 및 광학소자로 사용될 수 있다. 단결정은 단결정 성분의 원료로부터 결정 성장용 전기로에서 여러 단계를 거쳐 순수 단결정으로 성장하며 제조된다.
단결정 제조를 위해 보편적으로 이용되는 방법이 초크랄스키법이다. 초크랄스키법은 성장시키고자 하는 원료를 결정 성장 장치 내 도가니에 장입한 후, 가열하여 용융한다. 이후, 시드를 도가니의 상부에서 내려서 용융액 위 표면에 접촉시키고, 시드를 천천히 끌어올린다. 이 때, 시드가 상승하며 고상과 액상 사이의 계면에서 냉각이 일어나고, 단결정체가 성장되어 잉곳(Ingot)이 만들어진다.
초크랄스키법의 장점은 육성 결정이 도가니에 직접 접하지 않기 때문에 도가니에 의한 반응이나 수축응력 등의 제약이 적고, 임의 결정 방위로 단결정을 성장시킬 수 있다. 또한, 초크랄스키법은 결정의 성장과정 관찰 가능하고, 재현성 있는 단결정을 얻을 수 있다.
다만, 종래의 장치 내 도가니는 단열성이 낮아 성장하는 단결정의 품질에 악영향을 미쳐왔으며, 원료의 용융물 내 포함된 불순물의 제거가 곤란하여 이로 인한 단결정 품질의 저하가 발생해왔다.
본 발명의 일 실시예는, 단열성을 향상시키고 성장과정에서 불순물을 제거함으로써, 성장시킬 단결정의 품질을 향상시킨 단결정 성장 도가니 및 그를 포함하는 장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 단결정으로 성장할 소재의 융액을 장입받아 저장하는 도가니와 링 형태로 구현되어 상기 도가니 상부에 안착되어 상기 도가니로부터 외부로의 열 방출을 최소화하는 커버와 상기 도가니를 자신의 내부에 안착시켜 지지하는 도가니 지지부와 승·하강 및 회전하며 상기 도가니 내 융액을 결정으로 성장시키는 시드와 상기 도가니 지지부의 외곽에 배치되어, 상기 도가니를 가열하는 히터와 상기 히터의 외곽에 배치되어, 상기 히터에서 방출되는 열이 상기 도가니로부터 멀어지는 방향으로 방출되는 것을 최소화하는 단열재 및 하우징을 포함하며, 상기 커버는 상기 도가니를 향하는 일면에 상기 도가니의 외벽의 두께만큼의 폭으로 구현되는 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 도가니는 백금(Pt), 백금로듐(PtRh), 이리듐(Ir), 카본(Carbon) 또는 몰리브덴(Mo)으로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 커버는 상기 홈에 의해 상기 도가니의 상부에 안착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 커버는 열전도도가 기 설정된 기준치 이하인 소재로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 단결정으로 성장할 소재의 융액을 장입받아 저장하는 도가니와 링 형태로 구현되어 상기 도가니 상부에 안착되어 상기 도가니로부터 외부로의 열 방출을 최소화하는 커버와 상기 도가니를 자신의 내부에 안착시켜 지지하는 도가니 지지부와 승·하강 및 회전하며 상기 도가니 내 융액을 결정으로 성장시키는 시드와 상기 도가니 지지부의 외곽에 배치되어, 상기 도가니를 가열하는 히터와 상기 히터의 외곽에 배치되어, 상기 히터에서 방출되는 열이 상기 도가니로부터 멀어지는 방향으로 방출되는 것을 최소화하는 단열재 및 하우징을 포함하며, 상기 커버는 상기 도가니를 향하는 일면에 상기 도가니의 외벽의 두께만큼의 폭으로 구현되는 홈 및 상기 커버 내 상기 홈이 구현된 일면에 상기 홈에 인접하여 구현되는 열 반사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 열 반사부는 상기 커버 내부로 점차 깊어지는 형태로 경사를 갖도록 패인 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 커버는 상기 홈에 의해 상기 도가니의 상부에 안착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 커버는 상기 홈에 의해 상기 도가니의 상부에 안착되며, 상기 도가니의 내측으로 기 설정된 길이만큼 돌출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 단결정으로 성장할 소재의 융액을 장입받아 저장하는 도가니와 상기 도가니를 자신의 내부에 안착시켜 지지하는 도가니 지지부와 승·하강 및 회전하며 상기 도가니 내 융액을 결정으로 성장시키는 제1 시드와 승·하강 및 회전하며 상기 도가니 내 융액에 포함된 불순물들을 결정으로 성장시키는 제2 시드와 상기 도가니 지지부의 외곽에 배치되어, 상기 도가니를 가열하는 히터와 상기 히터의 외곽에 배치되어, 상기 히터에서 방출되는 열이 상기 도가니로부터 멀어지는 방향으로 방출되는 것을 최소화하는 단열재 및 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 도가니 지지부는 일 방향으로 회전할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제1 시드는 상기 도가니 지지부의 회전방향과 반대방향으로 회전하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 단결정으로 성장할 소재의 융액을 장입받아 저장하는 도가니와 링 형태로 구현되어 상기 도가니 상부에 안착되어 상기 도가니로부터 외부로의 열 방출을 최소화하는 커버와 상기 도가니를 자신의 내부에 안착시켜 지지하는 도가니 지지부와 승·하강 및 회전하며 상기 도가니 내 융액을 결정으로 성장시키는 제1 시드와 승·하강 및 회전하며 상기 도가니 내 융액에 포함된 불순물들을 결정으로 성장시키는 제2 시드와 상기 도가니 지지부의 외곽에 배치되어, 상기 도가니를 가열하는 히터와 상기 히터의 외곽에 배치되어, 상기 히터에서 방출되는 열이 상기 도가니로부터 멀어지는 방향으로 방출되는 것을 최소화하는 단열재 및 하우징을 포함하며, 상기 커버는 상기 도가니를 향하는 일면에 상기 도가니의 외벽의 두께만큼의 폭으로 구현되는 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 도가니는 백금(Pt), 백금로듐(PtRh), 이리듐(Ir), 카본(Carbon) 또는 몰리브덴(Mo)으로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 단결정으로 성장할 소재의 융액을 장입받아 저장하는 도가니와 링 형태로 구현되어 상기 도가니 상부에 안착되어 상기 도가니로부터 외부로의 열 방출을 최소화하는 커버와 상기 도가니를 자신의 내부에 안착시켜 지지하는 도가니 지지부와 승·하강 및 회전하며 상기 도가니 내 융액을 결정으로 성장시키는 제1 시드와 승·하강 및 회전하며 상기 도가니 내 융액에 포함된 불순물들을 결정으로 성장시키는 제2 시드와 상기 도가니 지지부의 외곽에 배치되어, 상기 도가니를 가열하는 히터와 상기 히터의 외곽에 배치되어, 상기 히터에서 방출되는 열이 상기 도가니로부터 멀어지는 방향으로 방출되는 것을 최소화하는 단열재 및 하우징을 포함하며, 상기 커버는 상기 도가니를 향하는 일면에 상기 도가니의 외벽의 두께만큼의 폭으로 구현되는 홈 및 상기 커버 내 상기 홈이 구현된 일면에 상기 홈에 인접하여 구현되는 열 반사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 열 반사부는 상기 커버 내부로 점차 깊어지는 형태로 경사를 갖도록 패인 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 단열성을 향상시키고 성장과정에서 불순물을 제거함으로써, 성장시킬 단결정의 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 도가니의 일부분을 확대한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 단결정 성장 도가니의 일부분을 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치가 단결정을 성장시키는 과정에서 단결정 성장 도가니 내부의 온도 분포를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 도가니 내 용융물의 온도 분포를 도시한 그래프이다.
도 6 및 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치의 단결정 성장 과정을 예시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치(100, 이하에서 '장치'라 약칭함)는 도가니(110), 커버(115), 도가니 지지부(120), 제1 시드(130), 제2 시드(140), 히터(150), 단열재(160), 하우징(170) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
도가니(110)는 단결정으로 성장할 소재의 융액을 장입받아 저장하여, 시드에 의해 융액이 단결정으로 성장할 수 있도록 한다. 도가니(110)는 단결정으로 성장할 소재의 종류와 그의 성장 온도에 따라 다양한 소재로 구현될 수 있으며, 대표적으로 백금(Pt), 백금로듐(PtRh), 이리듐(Ir), 카본(Carbon) 또는 몰리브덴(Mo)으로 구현될 수 있다.
융액이 단결정으로 성장함에 있어 중요한 요소로는 (시드에 의한) 결정의 인상속도와 (시드에 의한) 결정의 회전속도 두 가지가 존재한다. 이들은 독립변수가 아니고, 장치(100) 내부 온도 분포와 밀접하게 연관되어 있다. 이에 따라, 장치(100) 내부, 특히, 도가니(110)의 열 방출을 최소화하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 도가니(110)의 상부에 링(Ring) 형태의 커버(115)가 배치된다. 커버(115)는 도 2 또는 도 3에 도시된 구조를 가짐에 따라, 도가니(110)로부터 외부로의 열 방출을 최소화한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 도가니의 일부분을 확대한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 커버(115)는 홈(210)을 포함하는 링 형태로 구현된다. 홈(210)은 도가니(110)를 향하는 커버(115)의 일면에 도가니(110)의 외벽의 두께만큼의 폭으로 구현된다. 이에 따라, 커버(115)가 도가니(110)의 상부에 안착될 수 있다. 커버(115)가 안착되며 도가니(110)의 상부에서 내측(도가니의 중심부를 향하는 방향)으로 기 설정된 길이만큼 돌출될 수 있다.
이때, 커버(115)는 열전도도가 낮은(기 설정된 기준치 이하인) 소재로 구현된다. 이에 따라, 커버(115)가 도가니(110)의 상부에서 도가니(110) 내측으로 기 설정된 길이만큼 돌출됨에 따라, 도가니(110)로부터 도가니(110) 외부로 배출되는 열의 방출을 차단할 수 있다. 커버(115)가 링형태로 구현됨에 따라, 시드들(130, 140)의 승·하강에는 영향을 미치지 않으면서, 전술한 효과를 가져올 수 있다.
혹은, 커버(115)는 도 3에 도시된 구조를 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 단결정 성장 도가니의 일부분을 확대한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 커버(115)는 홈(210) 및 열 반사부(310)를 포함하는 링 형태로 구현된다.
열 반사부(310)는 커버(115) 내 홈(210)이 구현된 일면에 홈(210)에 인접하여 구현된다. 열 반사부(310)는 커버(115)의 해당 면에 커버(115) 내부로 점차 깊어지는 형태로 경사를 갖도록 패인 형태를 갖는다. 이에 따라, 열 반사부(310)는 도가니(110)로부터 도가니(110) 외부로 배출되는 열의 방출을 차단하며, 열 방출을 차단함에 있어 도가니(110)의 중심으로부터 먼 외측으로 열을 집중하여 방출할 수 있다.
이와 같이 커버(115)가 도가니(110)의 상부에 배치됨에 따라 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 효과를 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치가 단결정을 성장시키는 과정에서 단결정 성장 도가니 내부의 온도 분포를 도시한 도면이다.
도 4a는 단결정 성장길이가 30mm인 경우에서 커버(115)가 배치되지 않았을 때의 (도가니 내부의) 온도 분포를 도시하고 있으며, 도 4b는 동일한 상황에서 본 발명의 일 실시예에 따른 커버(115)가 배치되었을 때의 (도가니 내부의) 온도 분포를, 도 4c는 동일한 상황에서 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 커버(115)가 배치되었을 때의 (도가니 내부의) 온도 분포를 각각 도시한다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 도 4a에 비해 도 4b나 도 4c에서의 도가니(110) 내부 온도가 상대적으로 높은 것을 확인할 수 있다.
도 4d는 단결정 성장길이가 5mm인 경우에서 커버(115)가 배치되지 않았을 때의 (도가니 내부의) 온도 분포를 도시하고 있으며, 도 4e는 동일한 상황에서 본 발명의 일 실시예에 따른 커버(115)가 배치되었을 때의 (도가니 내부의) 온도 분포를, 도 4f는 동일한 상황에서 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 커버(115)가 배치되었을 때의 (도가니 내부의) 온도 분포를 각각 도시한다.
도 4d 내지 도 4f를 참조하면, 이 경우에서도 마찬가지로 도 4d에 비해 도 4e나 도 4f에서의 도가니(110) 내부 온도가 상대적으로 높은 것을 확인할 수 있다. 이는 도 5에서도 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 도가니 내 용융물의 온도 분포를 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 커버(115)가 도가니(110)의 상부에 배치되는 경우의 (도가니 내부 수직방향으로) 용융물의 온도 분포가, 커버(115)가 존재하지 않을 때의 용융물의 온도 분포에 비해 상대적으로 높은 것을 확인할 수 있다. 즉, 커버(115)에 의해 열 방출이 감소하며, 도가니(110) 내부 용융물의 온도가 상대적으로 높아짐을 확인할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 도가니 지지부(120)는 도가니(110)의 크기와 일치하는 홈을 포함하여, 도가니(110)를 자신의 내부에 안착시켜 지지한다. 한편, 도가니 지지부(120)는 회전할 수 있는 구조를 가져, 자신과 함께 자신에 안착된 도가니(110)를 회전시킬 수 있다. 도가니 지지부(120)의 회전 방향은 각 시드(130, 140)가 결정을 성장시키기 위해 회전되는 방향과 반대되는 방향일 수 있다. 도가니 지지부(120)가 전술한 방향으로 회전하며, 각 시드(130, 140)가 결정을 보다 원활히 성장시킬 수 있도록 한다.
제1 시드(130)는 승·하강 및 회전하며 도가니(110) 내 융액을 결정으로 성장시킨다. 제1 시드(130)는 연직방향으로 승·하강하며, 도가니(110) 내 융액의 표면까지 하강하거나 그로부터 멀어지는 방향으로 상승할 수 있다. 제1 시드(130)는 제어부(미도시)의 제어에 따라, 도가니(110) 내 융액의 표면과 접촉하며, 접촉 후 기 설정된 제1 속도로 상승한다. 한편, 제1 시드(130)는 승·하강과는 별개로, 회전할 수 있다. 특히, 제1 시드(130)는 도가니 지지부(120)가 회전하는 방향과 반대되는 방향으로 회전할 수 있다. 제1 시드(130)가 융액의 표면과 접촉한 후 기 설정된 제1 속도로 상승하는 과정에서, 그와 동시에 기 설정된 제2 속도로 회전할 수 있다. 이에 따라, 융액은 제1 시드(130)를 따라 상승하며 단결정으로 성장한다.
제2 시드(140)는 승·하강 및 회전하며 도가니(110) 내 융액에 포함된 불순물들을 결정으로 성장시킨다. 제2 시드(140)는 몸체(142), 연결부(144), 회전축(146) 및 접촉부(148)를 포함한다.
몸체(142)는 제2 시드(140) 내 각 구성들과 연결되며, 승·하강 및 회전한다. 몸체(142)는 회전축(146)에 의해 연결부(144)와 연결된다. 이에 따라, 몸체(142)가 승·하강할 경우, 그와 함께 연결부(144) 및 접촉부(148)가 함께 승·하강하게 된다. 몸체(142)가 회전할 경우, 회전축(146)을 중심으로 연결부(144)가 회전하게 된다. 이에 따라, 연결부(144)에 결합되어 있는 접촉부(148)도 함께 회전하게 된다.
연결부(144)는 일면으로 회전축(146)에 의해 몸체(142)와 연결되며, 다른 일면으로 접촉부(148)와 연결된다. 연결부(144)는 양자(142, 148)를 연결하며, 몸체(142)에서 전달되는 동력에 따라 이동하며, 그와 함께 접촉부(148)도 함께 이동시킨다.
회전축(146)은 몸체(142)와 연결부(144)를 연결한다. 회전축(146)은 양자(142, 144)를 연결하며, 몸체(142)로부터 전달되는 회전력을 연결부(144)로 전달하여 연결부(144)가 회전하도록 한다.
접촉부(148)는 연결부(144)의 일면, 특히, 연결부(144)의 도가니(110)와 가장 근접한 일면에 연결되어, 도가니(110) 내 융액에 포함된 불순물들을 결정으로 성장시킨다. 접촉부(148)는 해당 위치에 연결되어, 도가니(110), 특히, 도가니(110)의 중앙부를 향하도록 배치된다. 접촉부(148)는 도가니(110)의 중앙부를 향하도록 배치되기 위해, 도 1에 도시된 바와 같이 굽은 상태로 구현될 수 있다. 이에 따라, 접촉부(148)는 연결부(144)의 이동에 따라 연결부와 함께 연직방향으로 승·하강하며, 도가니(110) 내 융액의 표면까지 하강하거나 그로부터 멀어지는 방향으로 상승할 수 있다. 또한, 접촉부(148)는 연결부(144)의 회전에 따라 함께 회전하며, 도가니(110)의 중앙부를 향하도록 위치하거나 도가니(110)로부터 멀어지는 방향으로 위치할 수 있다. 접촉부(148)가 도가니(110)의 중앙부를 향하도록 위치하는 경우, 도가니(110) 내 융액과 접촉하며 그에 포함된 불순물들을 결정으로 성장시킬 수 있다. 한편, 접촉부(148)가 도가니(110)로부터 멀어지는 방향으로 위치하는 경우, 제1 시드(130)가 도가니(110) 내 융액을 결정으로 성장시킬 수 있도록 한다.
히터(150)는 도가니 지지부(120)의 외곽에 배치되어, 도가니(110)를 가열한다. 히터(150)는 도가니(110)를 가열하여, 도가니(110) 혹은 도가니(110) 내 융액이 결정으로 성장하는데 있어 적합한 온도를 갖도록 한다.
단열재(160)는 히터(150)의 외곽(도가니로부터 멀어지는 방향)에 배치되어, 히터(150)에서 방출되는 열이 도가니(110)로부터 멀어지는 방향으로 방출되는 것을 최소화한다.
하우징(170)은 장치(100)의 최외곽에 배치되어, 장치(100) 내 구성을 외부와 분리한다.
제어부(미도시)는 도가니(110) 내 장입된 융액을 단결정으로 성장시키기 위해 장치(100) 내 각 구성의 동작을 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 제어한다.
도 6 및 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치의 단결정 성장 과정을 예시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(미도시)는 제1 시드(130)의 동작에 우선하여, 제2 시드(140)의 동작을 제어한다. 제어부(미도시)는 제2 시드(140) 내 접촉부(148)가 도가니(110)의 중앙부를 향한 상태로 도가니(110) 내 융액과 접촉하도록 몸체(142)를 회전시킨 후 하강시킨다. 도가니(110) 내 융액이 장입되고, 히터(150)에 의해 융액의 온도가 상승하거나 적합한 온도를 가질 경우, 융액은 회전 및 대류하게 된다. 이러한 과정에서, 융액 내 불순물은 상부의 중앙부에 집중되며 해당 부위에서 불순물의 농도가 높아진다. 이에 따라, 제어부(미도시)는 제2 시드(140) 내 접촉부(148)가 도가니(110)의 중앙부를 향한 상태로 도가니(110) 내 융액과 접촉하도록 제어한다.
제2 시드(140) 내 접촉부(148)가 도가니(110)의 중앙부와 접촉한 경우, 제어부(미도시)는 접촉부(148)가 기 설정된 제1 속도로 상승하도록 몸체(142)를 상승시킨다. 이에 따라, 제2 시드(140)를 따라 불순물 대부분을 포함하는 결정이 성장한다. 이때, 불순물을 포함하는 결정의 성장이 원활히 진행되도록, 제어부(미도시)는 도가니 지지부(120)가 회전하도록 제어할 수 있다.
제2 시드(140)가 상승하며 불순물을 포함하는 결정의 성장이 완료된 경우, 제어부(미도시)는 접촉부(148)가 도가니(110)로부터 멀어지도록 제2 시드(140) 내 몸체(142)를 제어한다.
이후, 제어부(미도시)는 제1 시드(130)가 융액과 접촉하도록 하강시킨다. 제1 시드(130)가 융액과 접촉한 경우, 제어부(미도시)는 제1 시드(130)를 기 설정된 제2 속도로 회전시키며 기 설정된 제1 속도로 상승시킨다. 이에 따라, 불순물은 최대한 배제된 단결정이 제조될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 단결정 성장 장치
110: 도가니
115: 커버
120: 도가니 지지부
130: 제1 시드
140: 제2 시드
142: 몸체
144: 연결부
146: 회전축
148: 접촉부
150: 히터
160: 단열재
170: 하우징
210: 홈
310: 열 반사부

Claims (15)

  1. 단결정으로 성장할 소재의 융액을 장입받아 저장하는 도가니;
    링 형태로 구현되어 상기 도가니 상부에 안착되어 상기 도가니로부터 외부로의 열 방출을 최소화하는 커버;
    승·하강 및 회전하며 상기 도가니 내 융액을 결정으로 성장시키는 제1 시드;
    승·하강 및 회전하며 상기 도가니 내 융액에 포함된 불순물들을 결정으로 성장시키는 제2 시드;
    상기 도가니를 자신의 내부에 안착시켜 지지하며, 각 시드가 결정을 성장시키기 위해 회전하는 방향과 반대되는 방향으로 회전하는 도가니 지지부;
    상기 도가니 지지부의 외곽에 배치되어, 상기 도가니를 가열하는 히터;
    상기 히터의 외곽에 배치되어, 상기 히터에서 방출되는 열이 상기 도가니로부터 멀어지는 방향으로 방출되는 것을 최소화하는 단열재;
    하우징; 및
    제어부를 포함하며,
    상기 커버는,
    상기 도가니를 향하는 일면에 상기 도가니의 외벽의 두께만큼의 폭으로 구현되는 홈; 및
    상기 커버 내 상기 홈이 구현된 일면에 상기 홈에 인접하여 구현되는 열 반사부를 포함하고,
    상기 제2 시드는,
    상기 제2 시드 내 각 구성들과 연결되며, 승·하강 및 회전하는 몸체;
    상기 몸체와 연결되어, 상기 몸체에서 전달되는 동력에 따라 이동하는 연결부;
    상기 연결부의 상기 도가니와 가장 근접한 일면에 연결되어, 상기 도가니 내 융액에 포함된 불순물을 결정으로 성장시키는 접촉부; 및
    상기 몸체와 상기 연결부를 연결하여, 상기 몸체로부터 전달되는 회전력을 상기 연결부로 전달하는 회전축을 포함하고,
    상기 접촉부는 상기 연결부의 회전에 따라 함께 회전하며 상기 도가니의 중앙부를 향하도록 위치하거나 상기 도가니로부터 멀어지는 방향으로 위치할 수 있고, 상기 도가니의 중앙부를 향하도록 위치하여 융액과 접촉하며 그에 포함된 불순물들을 결정으로 성장시키며,
    상기 제어부는 상기 제1 시드 동작에 우선하여 상기 제2 시드 내 접촉부가 상기 도가니의 중앙부를 향한 상태로 상기 도가니 내 융액과 접촉하도록 상기 몸체를 회전시킨 후 하강시키고,
    상기 접촉부가 상기 도가니의 중앙부와 접촉한 경우, 상기 접촉부가 기 설정된 제1 속도로 상승하도록 상기 몸체를 상승시키고, 불순물을 포함하는 결정의 성장이 완료된 경우 상기 접촉부가 상기 도가니로부터 멀어지도록 상기 몸체를 제어하고
    상기 제1 시드가 융액과 접촉하도록 하강시킨 후, 상기 제1 시드를 기 설정된 제2 속도로 회전시키며 기 설정된 제1 속도로 상승시키는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도가니는,
    백금(Pt), 백금로듐(PtRh), 이리듐(Ir), 카본(Carbon) 또는 몰리브덴(Mo)으로 구현되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커버는,
    상기 홈에 의해 상기 도가니의 상부에 안착되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 커버는,
    열전도도가 기 설정된 기준치 이하인 소재로 구현되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열 반사부는,
    상기 커버 내부로 점차 깊어지는 형태로 경사를 갖도록 패인 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 접촉부는,
    상기 도가니의 중앙부를 향하도록 배치되기 위해 굽은 상태로 구현되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 커버는,
    상기 홈에 의해 상기 도가니의 상부에 안착되며, 상기 도가니의 내측으로 기 설정된 길이만큼 돌출되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치.


  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
KR1020230151412A 2023-11-06 2023-11-06 성장시킬 단결정의 품질을 향상시킨 단결정 성장 도가니 및 그를 포함하는 장치 KR102670460B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230151412A KR102670460B1 (ko) 2023-11-06 2023-11-06 성장시킬 단결정의 품질을 향상시킨 단결정 성장 도가니 및 그를 포함하는 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230151412A KR102670460B1 (ko) 2023-11-06 2023-11-06 성장시킬 단결정의 품질을 향상시킨 단결정 성장 도가니 및 그를 포함하는 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102670460B1 true KR102670460B1 (ko) 2024-05-29

Family

ID=91277780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230151412A KR102670460B1 (ko) 2023-11-06 2023-11-06 성장시킬 단결정의 품질을 향상시킨 단결정 성장 도가니 및 그를 포함하는 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102670460B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003119095A (ja) * 2001-10-15 2003-04-23 Tokuyama Corp フッ化物単結晶の製造方法
KR20150064364A (ko) * 2013-12-03 2015-06-11 주식회사 엘지실트론 단결정 성장 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003119095A (ja) * 2001-10-15 2003-04-23 Tokuyama Corp フッ化物単結晶の製造方法
KR20150064364A (ko) * 2013-12-03 2015-06-11 주식회사 엘지실트론 단결정 성장 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101574749B1 (ko) 단결정 제조용 상부히터, 단결정 제조장치 및 단결정 제조방법
KR20030046483A (ko) 결정 인상 장치용 열 차폐 조립체
JP2012513950A (ja) シリコン溶融物から多結晶シリコンインゴットを引き上げるための方法及び引上アセンブリ
KR20100013854A (ko) 단결정 잉곳 제조장치
KR101048831B1 (ko) 단결정 제조용 흑연 히터 및 단결정 제조장치와 단결정 제조방법
JP2937108B2 (ja) 単結晶引き上げ方法及び単結晶引き上げ装置
KR102670460B1 (ko) 성장시킬 단결정의 품질을 향상시킨 단결정 성장 도가니 및 그를 포함하는 장치
JP2002220296A (ja) 単結晶引上げ装置
JP4844127B2 (ja) 単結晶製造装置および製造方法
JP5392040B2 (ja) 単結晶製造装置及び単結晶製造方法
JP2018052783A (ja) ヒータ断熱構造体および単結晶製造装置
JP3741418B2 (ja) シリコン単結晶引上装置
US7060133B2 (en) Single crystal pulling apparatus for a metal fluoride
JP2018111633A (ja) 酸化物単結晶の育成装置及び育成方法
US8691013B2 (en) Feed tool for shielding a portion of a crystal puller
KR100906281B1 (ko) 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 열실드 구조물 및 이를 이용한 실리콘 단결정 잉곳 성장장치
JP2520925B2 (ja) シリコン単結晶中の酸素濃度制御方法
CN112301417B (zh) 锭生长装置用坩埚
US12031229B2 (en) Ingot puller apparatus having heat shields with feet having an apex
JP2020037499A (ja) 熱遮蔽部材、単結晶引き上げ装置及び単結晶の製造方法
JP4148060B2 (ja) 単結晶製造用黒鉛ヒーター及び単結晶製造装置ならびに単結晶製造方法
JPH09255475A (ja) 単結晶成長装置
JP2705832B2 (ja) 単結晶引き上げ装置
CN114959880B (zh) 一种用于生产单晶硅棒的石英坩埚、坩埚组件及拉晶炉
JP2004217504A (ja) 単結晶製造用黒鉛ヒーター及び単結晶製造装置ならびに単結晶製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant