KR19980079893A - 반도체 단결정 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감압된 챔버내에서 큰 직경, 대중량의 단결정을 확실히 또한 안전하게 인상하는 것을 목적으로 한다. 종결정을 유지하여 상하방향으로 승강시키는 종결정 승강기구와, 형성되는 단결정의 잘록한 부분을 파지하는 단결정 파지기구를 가지는 반도체 제조장치에 있어서, 종결정 승강기구의 적어도 구동부분(14) 및 단결정 파지기구의 적어도 구동부분(15)을 수납하는 수납용기(10a)와, 수납용기를 상하방향으로 승강시키는 수납용기 승강기구(3, 4)를 설치하였다. 수납용기를 내열구조로 하기도 하거나, 수납용기의 내부를 냉각하는 냉각수단을 더 설치하는 수가 있고, 수납용기를 매달은 와이어(3)를 감아서 꺼내는 기구(4)의 작동에 동기하여, 종결정 승강기구든지 단결정 파지기구의 구동용 전원케이블이든지 제어신호용 케이블(7)의 감기를 하도록 구성할 수가 있다.

Description

반도체 단결정 제조장치

본 발명은, 인상CZ(Czochralski)법에 의해 Si(실리콘)의 무전위의 단결정을 제조하기 위한 반도체 단결정 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로, 인상CZ법에 의한 단결정 제조장치로는 그래파이트(graphite)에 의해 구성된 고내압 기밀챔버내를 10토르(torr) 정도로 감압하여 신선한 Ar(아르곤)개스를 흘림과 동시에, 챔버내의 아래쪽에 설치된 석영 도가니내의 다결정을 가열하여 용융하여, 이 용융액의 표면에 종결정을 위에서 침지하여, 종결정과 석영 도가니를 회전, 상하 이동시키면서 종결정을 인상하는 것에 의해, 종결정의 밑으로 상단이 돌출한 원추형의 상부 콘부와, 원통형의 보디부와 하단이 돌출한 원추형의 하부 콘부으로 이루어지는 단결정(소위 잉곳)을 성장시키도록 구성되어 있다.

또한, 이 성장방법으로서, 종결정을 용융액의 표면에 침지할 때의 열충격에 의해 종결정에 발생하는 전위를 제거(무전위화)하기 위해서, 종결정을 용융액의 표면에 침지한 뒤, 인상속도를 비교적 빨리하는 것에 의해 종결정보다 소지름의, 예컨대 지름이 3∼4mm의 넥부를 형성한 뒤에, 상기의 상부 콘부의 인상을 개시하는 대쉬(Dash)법이 알려져 있다.

또한, 이 소지름의 넥부를 통해서는, 큰 직경, 대중량(150∼200kg 이상)의 단결정을 인상할 수 없기 때문에, 예컨대 특공평 5-65477호 공보에 표시되어 있는 바와 같이 대쉬법에 의해 소지름의 넥부를 형성한 뒤, 인상속도를 비교적 느리게 하여 큰 직경을 형성하고, 이어서 인상속도를 비교적 빨리하여 소지름을 형성하는 것에 의해 「구상의 잘록한 부분」을 형성하여, 이 잘록한 부분을 파지구로 파지하는 것에 의해 큰 직경, 고중량의 단결정을 인상하는 방법이 제안되어 있다. 또한, 잘록한 부분을 파지하는 종래의 장치로서는, 상기 공보의 것 외에, 예컨대 특공평 7-103000호 공보, 특공평 7-515호 공보에 표시되어 있는 것이 있다.

또한, 다른 종래예로서는, 예컨대 특개평 5-270974호 공보, 특개평 7-172981호 공보에 표시되어 있는 것 같이 상기「잘록한 부분」을 형성하지 않고 보디부를 그대로 파지하는 방법이든지, 특개소 63-252991호 공보, 특개평 5-270975호 공보에 표시되어 있는 것같이 상기「구상의 잘록한 부분」을 대신해서, 상부 콘부와 보디부의 사이에 보디부보다 지름이 큰「환상의 잘록한 부분」을 형성하여, 이「환상의 잘록한 부분」을 파지하는 방법이 제안되어 있다.

그러나, 상기의 것같은 종래의 파지장치로는 어느것이나, 진공펌프에 의해 10토르 정도로 감압된 챔버, 안에서, 큰 직경, 대중량(예컨대 보디부의 지름이 400mm, 중량이 400kg)의 단결정을 매어달은 파지구와 구동원의 전달기구가 현실적이지 않고, 실제적이 아니다라고 하는 문제점이 있다. 또, 혹시 단결정과 파지구의 계지가 벗어나 단결정이 낙하하면, 전위가 발생하여 단결정이 상품이 되지 않을 수가 있고, 석영 도가니가 파손하여 최악의 경우에는 석영 도가니를 회전, 상하이동시키기 위한 도가니축의 내부의 냉각물과, 고온의 용융액이 반응하고 수증기폭발이 발생하는 것도 있을 수 있다.

본 발명은 상기 종래의 문제점에 비추어 보아, 감압된 챔버내에서 큰 직경, 대중량의 단결정을 확실히 또한 안전하게 인상할 수 있는 반도체 단결정 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 종결정을 유지하여 상하방향으로 승강시키는 종결정 승강기구의 적어도 구동부와, 종결정의 밑으로 형성되는 단결정의 잘록한 부분을 파지하는 단결정 파지기구의 적어도 구동부를 1개의 용기에 수납하여, 이 수납용기를 상하방향으로 승강시키도록 한 것이다.

즉 본 발명에 의하면, 인상CZ법에 의해 반도체 단결정을 제조하기 위한 반도체 단결정 제조장치에 있어서, 종결정을 유지하여 상하방향으로 승강시키는 종결정 승강기구와, 상기 종결정의 밑으로 형성되는 단결정의 잘록한 부분을 파지하는 단결정 파지기구를 가지는 것에 있어서, 상기 종결정 승강기구의 적어도 구동부분 및 상기 단결정 파지기구의 적어도 구동부분을 수납하는 수납용기와, 상기 수납용기를 상하방향으로 승강시키는 수납용기 승강기구를 설치한 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 제조장치가 제공된다.

상기본 발명의 목적이든지 특징은 다음 첨부도면와 같이 설명되는 하기의 실시예의 설명에서 명확하게 된다.

도 1는 본 발명에 관한 반도체 단결정 제조장치의 한 실시예의 주요부를 나타내는 측단면도이다.

도 2는 도 1의 단결정 유지장치를 상세히 나타내는 정면확대 단면도이다.

도 3는 도 2의 단결정 유지장치를 나타내는 측면도이다.

도 4는 도 2의 단결정 유지장치의 변형예를 게시하는 외관도이다.

도 5는 도 2중의 가동판의 평면도이다.

도 6는 도 3중의 한 쌍의 파지구로서의 2개의 아암의 하단을 나타내는 평면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명이 바람직한 실시예에 관해서 설명한다. 도 1은 본 발명에 관한 반도체 단결정 제조장치의 하나의 실시예의 주요부를 나타내는 측단면도, 도 2는 도 1의 단결정 유지장치를 상세히 나타내는 정면확대 단면도, 도 3은 도 2의 단결정 유지장치를 나타내는 측면도, 도 4는 도 2의 단결정 유지장치에 냉각개스 혼합기능을 갖게 한 변형예를 게시하는 외관도이다.

도 1은, 단결정(1)을 챔버(2)내에서 인상하는 제조장치의 주요부를 모식적 측단면도에 의해 나타낸다. 단결정 유지장치(10)는 챔버(2)내의 상부에 있어서 와이어(3)에 의해 매어달리고, 와이어(3)는 와이어 감기드럼(4)과 도시가 생략된 와이어 감기모터에 의해 감겨서 꺼내진다. 또한, 와이어 감기드럼(4) 등은 챔버(2)의 윗쪽의 드럼수납부(2a)내에 배치되고, 드럼수납부(2a)는 챔버(2)에 대하여 회전가능하게 설치되어, 따라서, 단결정 유지장치(10)는 드럼수납부(2a)가 회전하면 회전되어, 와이어(3), 와이어 감기드럼(4) 등에 의해 승강한다.

단결정 유지장치(10)에는 또, 챔버(2)의 외측에 설치된 모터전원(5)과 모터제어장치(6)에서부터 각각 전력·제어용 케이블(7)을 통해 전원·모터제어신호가 인가되고, 전력·제어용 케이블(7)은 도 1에 회전방향을 화살표로 나타난 바와 같이 단결정 유지장치(10)가 회전하더라도 비틀리지 않도록, 드럼수납부(2a)에 형성된 슬립 링(slip ring)(8)을 통해 모터전원(5)과 모터제어장치(6)에 접속된다. 또한, 챔버(2)의 아래쪽에는, 도시가 생략되어 있지만 석영 도가니든지 그 회전·승강기구, 석영 도가니를 가열하는 히터 등이 배치된다.

다음에, 도 2 및 도 3을 참조하여 단결정 유지장치(10)의 구성을 상세히 설명한다. 이 단결정 유지장치(10)는 원통형의 단열용기(10a)와, 단결정(1)을 파지하기 위해서 단열용기(10a)의 아래쪽에 설치된 한 쌍의 파지구(20)를 가지고, 또한, 단열용기(10a)의 아래쪽에는 열차폐판(11)이 설치되어 있다. 이것들의 부재는 그래파이트, 세라믹, 몰리브덴, 카본 등의 어느것으로부터 형성된다.

또한, 단열용기(10a)의 내부를 냉각하기 위해서, 단열용기(10a)의 벽부의 외측에 도시가 생략된 냉각핀(fin)을 설치하기도 하거나, 단열용기(10a)의 내부에 펠티어소자 등의 고체냉각소자를 배치하기도 하거나, 단열용기(10a)의 외부의 개스를 단열용기(10a)의 내부로 인도하는 수단을 설치하는 것은 바람직한 태양이다. 도 4는 단열용기(10a)의 상부에 Ar 개스수집용 콘(10b)이 설치되고, 단열용기(10a)의 상단에는 개스 도입구(10c)가, 하단에는 개스배출구(10d)가 형성되어 있는 변형예를 게시하고 있다. 또한, 단열용기(10a)의 단열효과를 높이기 위해서, 단열용기(10a)의 벽부의 안쪽에 열전도율이 낮은, 예컨대 세라믹재료를 첨부하도록 하더라도 좋다.

단열용기(10a)의 내부에는 종결정(seed)(12)을 유지하는 종결정 홀더(13)를 상하로 이동시키기 위한 종결정 승강기구(14)와, 파지구(20)의 하단부(20C, 20D)를 개폐·요동시키기 위한 파지구 개폐기구(15)와 밸런스 웨이트(16)등이 배치되어 있다. 이들은, 단열용기(10a)의 내부에 설치된 기판(9)상에설치되고, 기판(9)에서부터 아래쪽으로 신장하는 가이드레일(24)이 설치되어 있다. 종결정 승강기구(14)와 파지구 개폐기구(15)의 내부구조는 도시가 생략되어 있지만, 각각 종결정 승강모터와 파지구 개폐모터 및 기어기구를 가진다. 종결정 홀더(13)는 연결샤프트(17)의 하단에 설치되고, 또한, 연결샤프트(17)의 상단에 형성된 기어부가 종결정 승강기구(14)내의 기어기구에 맞물려 있다. 따라서, 종결정 승강기구(14)내의 종결정 승강모터가 회전하면 연결샤프트(17)와 종결정 홀더(13)가 상하방향으로 이동한다.

한 쌍의 파지구(20)의 상단은, 단열용기(10a)의 윗쪽의 위치에 설치된 축(21)의 주위를 회전가능하도록 설치되고, 파지구(20)의 하단부(20C, 20D)에는 단결정(1)의 잘록한 부분을 파지하기 위한 개구(22)가 설치된다. 또한, 파지구(20)의 중앙부에는 슬릿(23)이 형성되어 있다. 또한, 파지구 개폐기구(15)내의 기어기구가 로드(26)의 상단에 형성된 기어부에 맞물리고, 로드(26)의 하단에 설치된 가동판(27)이 가이드레일(24)에 따라서 상하한다. 도 3에 있어서, 한 쌍의 파지구(20)는 후술하는 것 같이, 가동판(27)의 상하이동에 응해서 개폐하지만, 닫힌 상태가 실선으로, 개방된 상태가 점선으로 표시되어 있다. 도 5는 가동판(27)의 평면도이다. 가동판(27)에는 연결샤프트(17)를 통과시키기 위한 중앙구(27a), 가이드레일(24)을 통과시키기 위한 4개의 구멍(27b)이 설치되고, 또한 외부로 신장하는 보스(25)가 4개 설치되어, 이 보스(25)가 파지구(20)의 4개의 슬릿(23)에 각각 연결되어 있다. 따라서, 파지구 개폐기구(15)내의 파지구 개폐모터가 회전하여 로드(26)가 위방향으로 이동하면 가동판(27)이 상승하여, 따라서 그 보스(25)가 슬릿(23)에 따라서 상승하여, 슬릿(23)의 상단과 연결되면 파지구(20)의 하단부(20C, 20D)가 개방되게 된다. 한편, 로드(26)가 밑방향으로 이동하면 가동판(27)이 하강하여, 따라서 보스(25)가 슬릿(23)에 따라서 하강하여, 슬릿(23)의 하단과 연결되어 파지구(20)의 하단부(20C, 20D)가 닫힌다.

도 6는 파지구(20)의 하단부(20C, 20D)의 개폐상태를 설명하기 위한 평면도이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 이 실시예로서는 한 쌍의 파지구(20)는 단결정의 인상방향으로 실질적으로 수직인 방향(도 6중의 화살표방향)으로 이동가능한 2개의 아암(20A, 20B)으로 되어 있고, 그 하단부(20C, 20D)에는, 단결정의 잘록한 부분의 지름이 큰 부분을 아래에서 지지하도록 개구(22)로 향하여 두께가 엷게 되도록 경사한 베벨(bevel)부(20E, 20F)를 가지고 있고, 2개의 베벨부(20E, 20F)는, 2개의 아암(20A, 20B)의 하단부(20C, 20D)가 닫힐 때, 원형의 개구(22)를 형성하는 형상으로 되어 있다. 또, 도 6은 측면(W)이 2개의 아암(20A, 20B)의 하단부(20C, 20D)가 완전히 닫히기 조금 전의 상태를 나타낸다. 또, 아암(20A, 20B)은 잘록한 부분을 유지하기에 충분한 힘을 가할 수 있고, 하단부(20C, 20D)를 제외한 부분은 폭이 40mm 정도, 두께가 10mm 정도, 길이가 600mm 정도이고, 또한, 하단부(20C, 20D)는 두께가 20∼30mm이다.

이러한 구성에 있어서, 단결정(1)을 제조하는 경우, 챔버(2)내를 10토르 정도로 감압하여 신선한 Ar(아르곤)개스를 흘림과 동시에, 챔버(2)내의 아래쪽에 설치된 석영 도가니내의 다결정을 가열하여 용융하고, 또한, 단결정 유지장치(10)와 석영 도가니를 회전시킨다. 그리고, 챔버(2)의 아래쪽의 석영 도가니내의 Si용융액의 표면에 대하여 파지구(20)의 하단은 접촉하지 않고, 종결정(12)이 침지하도록, 파지구(20)가 개방된 상태로 와이어 감기드럼(4)에 의해 결정 유지장치(10)를 하강시킴과 동시에 종결정 승강기구(14)에 의해 종결정(12)을 하강시킨다. 이어서 소정시간의 경과후에 종결정(12)을 비교적 빠른 속도로 인상하는 것에 의해, 종결정(12)의 밑으로 지름이 3∼4mm의 소지름의 넥부(1a)를 형성시키고, 이어서 인상속도를 비교적 느리게 하여 큰 직경을 형성한 뒤에 인상속도를 비교적 빨리하여 넥부(1a)의 밑으로 구상의 잘록한 부분(1b)을 형성시킨다.

이어서 잘록한 부분(1b)의 밑으로, 단결정(1)의 중량에 견딜 수 있는 지름의 제2의 넥부(1c)를 형성시킴과 동시에, 결정 유지장치(10)의 높이위치와 종결정(12)의 높이위치를 제어하는 것에 의해 파지구 개폐기구(15)에 의해 파지구(20)의 하단을 닫아 잘록한 부분(1b)의 밑을 파지시킨다. 그리고, 파지구(20)가 잘록한 부분(1b)의 밑을 파지하면, 결정 유지장치(10)를 상승시켜 그 속도를 서서히 느리게 하는 것에 의해 상부 콘부(1d)를 형성시키고, 이어서 일정한 속도로 인상하는 것에 의해 원통형의 보디부(1e)를 형성시킨다. 또, 인상시에는, 석영 도가니는 Si용융액의 표면의 높이위치가 항상 일정하게 되도록 상승시킨다.

또, 동기하여, 종결정 승강기구(14)든지 단결정 파지구 개폐기구(15)의 구동용 전원케이블 및/또는 제어신호용 케이블의 감기를 하는 기구를 설치하고, 결정 유지장치(10)를 매달고 있는 와이어(3)를 감아서 꺼내는 와이어 돌려감기드럼(4)의 회전에 동기하여 구동용 전원케이블이든지 제어신호용 케이블(7)의 감기를 하도록 하는 것은 바람직한 태양이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 종결정을 유지하여 상하방향으로 승강시키는 종결정 승강기구의 적어도 구동부와, 종결정의 밑으로 형성되는 단결정의 잘록한 부분을 파지하는 단결정 파지기구의 적어도 구동부를 1개의 용기에 수납하여, 이 수납용기를 상하방향으로 승강시키도록 하였기 때문에, 감압된 챔버내에서 큰 직경, 대중량의 단결정을 확실히 또한 안전하게 인상할 수 있다. 또한, 용기를 단열구조로 하여, 냉각기능을 갖게 하는 것에 의해, 내부의 구동부에 악영향을 미치게 하는 것을 방지할 수가 있어, 수납용기를 매달은 와이어를 감아서 꺼내는 기구의 작동에 동기하여, 종결정 승강기구든지 단결정 파지기구의 구동용 전원케이블이든지 제어신호용 케이블의 감기를 하도록 구성하면, 이것들의 케이블이 거추장스럽게 되지 않아 편리하다.

Claims (8)

1. 인상CZ법에 의해 반도체 단결정을 제조하기 위한 반도체 단결정 제조장치로서,

   종결정을 유지하여 상하방향으로 승강시키는 종결정 승강기구와,

   상기 종결정의 밑으로 형성되는 단결정의 잘록한 부분을 파지하는 단결정 파지기구를 가지는 것에 있어서,

   상기 종결정 승강기구의 적어도 구동부분 및 상기 단결정 파지기구의 적어도 구동부분을 수납하는 수납용기와,

   상기 수납용기를 상하방향으로 승강시키는 수납용기 승강기구를 설치한 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 제조장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 수납용기가 내열구조인 반도체 단결정 제조장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수납용기의 내부를 냉각하는 냉각수단을 더 설치한 반도체 단결정 제조장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 냉각수단이 상기 수납용기의 외부에 설치된 냉각핀,상기 수납용기의 내부에 설치된 고체냉각소자, 상기 수납용기의 외부의 개스를 상기 수납용기내로 인도하는 수단의 어느것중 1개 이상을 가지는 반도체 단결정 제조장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 단결정 파지기구가 상기 수납용기의 아래쪽에 있어 상기 단결정의 인상방향에 대하여 실질적으로 수직방향으로 이동하여 개폐하여, 단결정의 잘록한 부분의 큰 지름부를 아래쪽에서 파지하는 2개 이상의 부재를 가지는 반도체 단결정 제조장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 단결정 파지기구가 상기 수납용기의 어느 한 점을 중심으로 회동하는 복수의 아암과, 상기 아암에 설치된 슬릿을 따라서 이동가능한 부재를 가지는 반도체 단결정 제조장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 수납용기 승강기구가 상기 수납용기를 매달은 와이어를 감아서 꺼내는 기구를 가지고 있는 반도체 단결정 제조장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 와이어를 감아서 꺼내는 기구의 작동에 동기하여, 상기 종결정 승강기구 및/또는 상기 단결정 파지기구의 구동용 전원케이블 및/또는 제어신호용 케이블의 감기를 하는 동기 감기기구를 더 가지는 반도체 단결정 제조장치.