KR20010024278A - 결정 인상기용 차열판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융된 반도체 원료로 채워진 결정 인상기 내의 도가니에서 성장되는 단결정 잉곳 주위에 배치된 결정 인상기내에서 사용되는 차열판에 관한 것이다. 차열판은 잉곳이 성장할 때 도가니로부터의 열 전달을 감소시키기 위해 잉곳을 둘러싸도록 크기와 모양이 정해진 중앙 개구를 가지는 반사기를 구비한다. 반사기는 용융된 재료와, 잉곳과 용융된 재료의 상부 표면 사이에 형성된 메니스커스 상의 3개의 개별점들을 향하고 있는 카메라 사이의 결정 인상기에서 지지될 수 있게 개조된다. 반사기는 그것을 통해 연장하는 적어도 3개의 통로를 구비한다. 각 통로는 카메라와 메니스커스 상의 점들 중 하나 사이에서 연장하는 가상의 선을 따라 놓여져 있다. 이는 카메라로 점들을 볼 수 있게 하여 점들의 위치가 카메라에 의해 결정될 수 있게 하고, 통로를 통한 열 손실을 최소화하면서 잉곳의 직경을 계산하게 한다.

Description

결정 인상기용 차열판{HEAT SHIELD FOR CRYSTAL PULLER}

많은 전자 부품을 제조하는데 있어서 개시 물질인 단결정 반도체 재료는 초크랄스키(Czochralski; "Cz")법을 사용하여 통상 준비된다. 이 방법에서, 다결정 실리콘(다중 실리콘)과 같은 다결정 반도체 원료는 도가니에서 용융된다. 그 다음, 시드 결정은 용융된 재료속으로 하강된 다음, 단결정 잉곳(ingot)으로 성장하기 위해 천천히 상승된다. 잉곳이 성장함에 따라, 상부 엔드-콘(end-cone)이 목표 직경에 도달될 때까지 인상 속도 및/또는 용탕 온도를 감소시킴으로써 형성된다. 일단 목표 직경에 이르게되면 낮아지는 용탕 레벨을 보상하기 위해서, 인상 속도 및 용탕 온도를 조절함으로써 잉곳의 원추형 주몸통이 형성된다. 성장 단계의 말기에 이르러 도가니의 용융 실리콘이 고갈되기 전에, 반도체 재료의 완성된 잉곳을 제조하기 위해서 용융 과정으로부터 분리된 하부 엔드-콘을 형성하도록 잉곳 직경이 감소된다.

잉곳의 직경을 조절하기 위해서, 잉곳의 실제 직경이 인상 단계을 통해서 측정되어져야만 한다. 잉곳이 인상될 때 잉곳의 직경을 자동적으로 결정하기 위해서 도가니 위에 카메라가 탑재된다. 카메라는 잉곳과 용융된 재료의 상부 표면 사이에 형성된 메니스커스(meniscus) 상의 적어도 3점의 위치를 측정한다. 메니스커스는 주변 재료보다 밝게 나타나기 때문에, 카메라는 메니스커스와 주변 재료를 구분할 수 있다. 잉곳의 직경은, 당업자에게 잘 알려진 기하학적인 공식을 사용하여 3점으로부터 계산될 수 있다.

비록 종래의 Cz법이 광범위한 응용을 위한 용도의 단결정 반도체 재료를 성장시키는데 만족스러웠으나, 반도체 재료의 품질면에서 더욱 개선이 요구되었다. 예컨대, 반도체 제조업자는 반도체 상에 형성된 집적 회로 라인의 폭을 감소시킴에 따라, 재료에 있어서의 결함의 존재여부가 중요한 관심사가 된다. 단결정 반도체 재료에 있어서, 결정이 응고될 때와 결정 인상기에서 냉각될 때 결함이 형성된다. 이러한 결함들은, 부분적으로는 공공 (vacancy) 및 자기침입형 원자 (self-interstitials) 라고 알려진 고유 점결함 (intrinsic point defect) 이 과잉 존재 (즉, 용해 한도를 넘는 농도) 하기 때문에 발생한다. 공공은 그 이름이 암시하듯이, 결정 격자내에 하나 이상의 원자들이 존재하지 않거나 또는 비어있음으로 인해 발생한다. 자기침입형 원자는, 격자내에 하나 이상의 여분의 원자가 존재함으로서 발생된다. 이 두 종류의 결함들은 모두 반도체 재료의 품질에 악영향을 미친다.

잉곳은 일반적으로 고유 점결함 중 어느 하나 즉, 결정 격자 공공 또는 자기침입형 원자 중 어느 하나가 과잉된 상태로 성장된다. 응고시에 고정되는 잉곳내의 이러한 점결함들의 종류 및 초기 농도는 v/G₀비에 의해 조절되는데, v 는 성장 속도(즉, 인상 속도)이고 G₀는 응고시 잉곳내에서의 축방향으로의 온도 순간구배(instantaneous gradient) 이다. 이 비 (v/G₀) 의 값이 임계치를 초과하면 공공의 농도가 증가한다. 마찬가지로, v/G₀의 값이 임계치 미만으로 떨어지면 자기침입형 원자의 농도가 증가한다. 두 가지 결함이 모두 바람직하지는 않지만, 일반적으로 반도체 산업에서는 공공이 지배적인 점결함이 되도록 하는 성장 방법이 선호된다. 결정 격자 공공이 지배적인 고유 점결함이 되도록 결정 격자를 성장시키기 위해 v/G₀를 조절하고, 결정 인상 과정에서 온도가 약 1150℃ 내지 1050℃ 범위 내에 있을 때 실리콘 잉곳에서의 온도 구배(G₀)를 변화(보통, 감소시킴)시킴으로써 응집된 결함들의 핵형성 속도를 감소시켜, 고유 점결함들의 밀도를 감소시킬 수 있다.

공공이 많은 잉곳을 만들고 잉곳에서 방사상 공공/자기침입형 원자 경계링이 존재하는 것을 방지하기 위해서 v/G₀는 가능한 높게 조절된다. 이 비를 증가시키는 한 방법은 잉곳의 인상 속도 (즉, 성장 속도;v) 를 증가시키는 것이다. 그러나, 인상 속도는 또한 잉곳 직경과 같은 다른 파라미터에 영향을 미친다. 그러므로, 증가될 수 있는 인상 속도의 양은 제한적이다.

비를 증가시키는 다른 방법은 잉곳에서의 온도 구배 (G₀) 를 감소시키는 것이다. 이를 위해, 용융된 표면으로부터의 열 손실을 방지하기 위해서 잉곳과 용융된 재료 사이의 인터페이스에서 열을 보존하는 용융된 표면위의 도가니 내에 차열판이 위치할 수 있다. 이런 식으로, 인터페이스에서의 순간 축방향의 온도 구배 (G₀) 가 감소되고 비 (v/G₀) 는 증가하게 된다. 이러한 차열판은, 통상 중앙 개구를 구비하는데, 이것을 통해 잉곳이 용해물로부터 성장할 때 인상되는 것이다. 과거에 중앙 개구는, 잉곳의 직경을 결정하는 카메라가 개구를 통해서 메니스커스 상의 점을 볼 수 있도록 충분히 크게 만들어졌다. 그렇게 하지 않으면, 판이 카메라의 시야를 방해했을 것이다. 중앙 개구는 카메라가 점들을 볼 수 있게 비교적 컸기 때문에, 상당한 양의 열이 판을 지나서 위로 빠져나갔고, 그로 인해 차열판의 효율성이 상당히 감소되었다.

본 발명은 성장하는 단결정 반도체 재료용 결정 인상기에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 이러한 결정 인상기에 사용되는 차열판에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명의 차열판과 결정 인상기의 개략적인 부분 종단면도이다.

도 2 는 차열판의 외부 반사기의 평면도이다.

도 3 은 도 2 의 선 (3-3) 으로 표시된 위치에서 본 외부 반사기의 부분 정면도이다.

도 4 는 잉곳에서 그것의 길이 방향으로 표면 온도의 함수로서 축방향으로의 온도 구배의 구성도이다.

도 5 는 잉곳에서의 응고 인터페이스에서 반지름의 함수로서 축방향으로의 온도 구배의 구성도이다.

대응하는 도면 부호는 여러 도면에 걸쳐 대응하는 부분을 나타낸다.

본 발명의 목적 및 특징에는, 고품질의 단결정 잉곳의 성장을 용이하게 하는 차열판과 결정 인상기의 제공; 이러한 차열판과 용해물 표면에 이웃하는 결정의 순간 축방향의 온도 구배를 감소시키는 결정 인상기의 제공; 이러한 차열판과 자동화된 결정 직경 측정 기구와 간섭하지 않는 결정 인상기의 제공; 결정 인상기에 있어서의 고생산성을 가능케 하는 차열판의 제공; 결정 인상기의 제한된 공간에서 작동할 수 있는 차열판의 제공; 기존의 결정 인상기에 용이하게 사용될 수 있는 차열판의 제공; 및 사용하기 용이한 차열판 어셈블리 및 방법을 제공하는 것이 포함된다.

요약하면, 본 발명의 기구는 용융된 반도체 원료로 채워진 결정 인상기의 도가니로부터 성장한 단결정 잉곳 주위의 결정 인상기에서 사용하기 위한 차열판이다. 차열판은 도가니로부터의 열 전달을 감소시키기 위해, 잉곳이 성장할 때 잉곳을 둘러싸기 위한 크기와 모양을 갖춘 중앙 개구를 구비한 반사기를 구비하고 있다. 반사기는 용융된 재료와, 잉곳과 용융된 재료의 상부 표면 사이에 형성된 메니스커스 상의 적어도 3개의 개별점을 향하고 있는 카메라 사이의 결정 인상기에서 지지되도록 개조된다. 반사기는 그것을 통과하는 적어도 3개의 연장 통로를 가지고 있다. 각 통로는 카메라와 메니스커스 상의 점들 중 하나 사이에서 연장하는 가상의 선을 따라 놓여져 있다. 이것은 카메라로 점들을 볼 수 있게 하여 점들의 위치가 카메라에 의해 결정될 수 있게 하고, 통로를 통한 열 손실을 최소화하면서 잉곳의 직경을 계산하게 한다.

본 발명의 다른 측면에서, 본 발명의 장치는 단결정 잉곳 형성용 결정 인상기이다. 결정 인상기는 단결정 잉곳이 성장하는 용융된 반도체 원료를 담기 위한 도가니와, 도가니를 가열하기 위한 히터를 구비하고 있다. 인상기는 또한 잉곳을 용융된 재료로부터 인상하기 위한 인상 메카니즘과 용융된 재료에 관해 놓여진 카메라를 구비하고 있다. 카메라는 잉곳과, 용융된 재료의 상부 표면 사이에 형성된 메니스커스 상의 적어도 3개의 개별점들을 향하고 있다. 또한, 인상기는 용융된 재료와 카메라 사이에 위치한 차열판을 구비하고 있다. 차열판은 도가니로부터의 열 전달을 감소시키기 위해, 잉곳이 성장할 때 잉곳을 둘러싸기 위한 크기와 모양을 갖춘 중앙 개구를 구비하고 있다. 차열판은 그것을 통해 연장하는 적어도 3개의 통로를 가지고 있다. 각 통로는 카메라와, 메니스커스 상의 점들 중 하나 사이에서 연장하는 가상의 선을 따라 놓여져 있다. 이것은 카메라로 점들을 볼 수 있게 하여 점들의 위치가 결정될 수 있게 하고, 통로를 통한 열 손실을 최소화하면서 잉곳의 직경을 계산하게 한다.

본 발명의 또다른 측면에서 보면, 본 발명의 장치는 도가니로부터의 열 전달을 감소시키기 위해, 잉곳이 성장할 때 잉곳을 둘러싸기 위한 원형의 중앙 개구를 가지고 있는 반사기를 구비한 차열판이다. 중앙 개구는, 외주의 적어도 약 325도 정도의 잉곳의 소정 최대 목표 직경보다 약 10% 더 큰 직경을 가진다.

본 발명의 다른 목적 및 특징들 중 일부는 자명하고 일부는 이하에서 지적된다.

도 1 에서, 결정 인상기는 도면 부호 10 으로 지정된다. 인상기 (10) 는 반도체 웨이퍼를 제조하는데 사용되는 형태인 단결정 잉곳 (I) 을 성장시키는데 사용된다. 결정 인상기 (10) 는, 결정 성장 체임버 (14) 와 성장 체임버 위에 위치한 인상 체임버 (16) 를 포함하는 내부를 가지는 수냉셸(water cooled shell)(일반적으로 12로 표시됨)을 구비한다. 결정 도가니 (20) 는 용융된 반도체 재료 (S) 를 담고 있는데 여기에서 단결정 실리콘 잉곳 (I) 이 성장한다. 도가니 (20) 는, 그것을 수직축을 중심으로 회전시키고, 잉곳 (I) 이 성장하고 용탕의 원료가 고갈됨에 따라 용융된 원료 (M) 의 표면을 일정한 높이로 유지하기 위해 도가니를 상승시키는 모터가 달린 턴테이블 (22) 상에 탑재된다.

도가니 (20) 를 감싸는 가열기 (24) 는 도가니 (20) 내에서 원료 (S) 를 용융시킨다. 가열기 (24) 는 용융된 원료의 온도가 인상 단계를 통해 정확하게 조절되도록 외부 조절 시스템(도시하지 않음)에 의해 조절된다. 가열기 (24) 를 감싸는 단열재 (26) 는 셸 (12) 의 측면을 통한 열 손실의 양을 감소시키고 인상기의 외벽을 상대적으로 차게 유지시킨다.

인상 메카니즘 (30)(일부만이 도 1에 도시됨) 은 시드 결정 (C) 을 회전시키고 그것을 성장 체임버 (14) 와 인상 체임버 (16) 를 통해 상하로 움직인다. 먼저, 메카니즘 (30) 은 용융된 원료 (S) 의 표면과 접촉할 때까지 체임버 (14, 16) 를 통해 시드 결정 (C) 을 하강시킨다. 그 다음, 인상 메카니즘 (30) 은 단결정 잉곳 (I) 을 성장시키기 위해 체임버 (14, 16) 를 통해 결정 (C) 을 천천히 상승시킨다. 인상 메카니즘 (30) 의, 결정 (C) 을 회전시키는 속도와 결정을 상승시키는 속도(즉, 인상 속도(v))는 외부 조절 시스템에 의해서 조절된다. 조절 시스템은 또한, 인상 단계 동안에 도가니 (20) 가 움직이는 속도를 조절한다.

표시 포트 (viewport;32) 는, 포트 위에 탑재된 카메라 (34) 가 잉곳 (I) 이 성장할 때 그것을 볼 수 있도록 셸 (12) 을 통해 연장한다. 카메라 (34) 는, 그것이 잉곳 (I) 과 용융된 원료 (S) 의 상부 표면 사이에 형성된 메니스커스 (M) 상의 3개의 개별점들(P;그 중 하나만 도 1에 도시되어 있음)을 조망하도록 성장 체임버 (16) 쪽으로 향한다. 이 3개의 점들의 위치를 잉곳 (I) 의 직경을 계산하는 공지된 알고리즘에서 사용하여, 인상 속도와 재료 온도 등의 동작 파라미터를 조정함으로써 잉곳 직경을 조절한다. 결정 인상기 (10) 의 일반적인 구성과 동작은, 다음에 좀더 충분히 설명되는 것을 제외하고는 평범한 것이고 이 분야의 당업자들에게 공지된 것이다.

일반적으로 도면 부호 (40) 로 표시된 차열판은 용융된 원료 (S) 의 상부 표면 상에 탑재된다. 비록 다른 구성들도 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 가정될 수 있지만, 바람직한 실시예의 차열판 (40) 은 일반적으로 각가 동축상에 위치한 내부 및 외부 반사기 (44, 46) 사이에 끼워진 절연층 (42) 을 구비한다. 내부 반사기 (44) 는, 잉곳 (I) 이 성장할 때 잉곳 쪽의 상부로 열을 반사하기 위해 내부 아래로 그 끝이 뽀족하게 된 원뿔형이 된다. 내부 반사기 (44) 는, 잉곳 (I) 이 차열판 (40) 을 통과하게 하는 중앙 개구 (48) 를 구비한다. 중앙 개구 (48) 를 감싸는 내부 반사기 (44) 의 하부 엣지(edge)는 외부 반사기 (46) 에 형성된 홈 (50) 에 있게 된다. 외부 반사기 (46) 는 사발 (bowl) 모양으로 생겨서 잉곳 (I) 으로부터의 열을 아래로 반사하고, 공기의 흐름이 도가니 (20) 를 통해서 상승할 때 대류성 공기의 흐름을 외부로 향하도록 한다. 외부 반사기 (46) 의 상부 엣지 둘레에 설치된 림 (rim;52) 은, 차열판 (40) 을 고정기 (56) 로 인상기 (10) 에 자유롭게 부착할 수 있는 홀(hole;54)을 구비한다. 비록 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 다른 재료가 사용될 수 있지만, 바람직한 실시예의 내부 및 외부 반사기 (44, 46) 각각은 8mm 두께의 석영으로 제조된다. 바람직한 실시예에 사용되는 절연층 (42) 은 탄소 결합 탄소 섬유 절연 재료이다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 외부 반사기 (46) 는 내부 반사기 (44) 의 중앙 개구 (48) 에 나란하고 잉곳이 성장할 때 잉곳 (I) 을 감싸기 위해 크기와 모양이 정해진 중앙 개구 (60) 를 구비한다. 예컨대, 바람직한 실시예의 중앙 개구 (60) 는, 일반적으로 원통형 잉곳 (I) 의 둥근 단면을 수용할 수 있게 통상 둥글게 되어 있다. 또한, 인상기 (10) 를 가지고 약 200mm 인 명목상의 최대 목표 직경을 가지는 성장하는 잉곳 (I) 에 대해 인상기로 사용하기 위한 바람직한 실시예의 중앙 개구 (60) 의 직경은, 약 200mm이다. 비록 다른 크기의 중앙 개구 (60) 를 가지는 반사기 (46) 가 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 사용될 수 있지만, 가장 바람직한 실시예의 중앙 개구는 잉곳 (I) 의 소정 최대 목표 직경보다 약 10% 이상(즉, 1.1배 더 큰) 크지 않는 직경을 가지고 있다. 그러므로, 차열판의 통로 (60) 는 잉곳의 최대 목표 직경과, 그 직경의 허용 오차 및 차열판의 통로에 대한 인상 메카니즘 (30) 의 런아웃(runout) 허용 오차를 고려한 약간의 마진을 더한 것과 같은 직경을 가진다.

또한, 도 2 에 도시된 바와 같이 외부 반사기 (46) 는, 중앙 개구 (60) 에 인접한 반사기를 통해 연장하는 3개의 통로 (62a 내지 62c) 를 구비한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 용융된 재료 (S) 와 카메라 (34) 사이의 결정 인상기 (10) 에서 차열판 (40) 이 지지될 때, 이들 각 통로 (62a 내지 62c) 는 카메라와 카메라가 향하는 메니스커스 (M) 상의 점들 중 하나 사이에서 연장하는 가상의 라인 (L)(오직 하나만이 도 1 에 도시됨) 을 따라 놓여져 있다. 이들 통로 (62a 내지 62c) 는, 카메라 (34) 로 점들을 볼 수 있게 하여 점들의 위치가 결정될 수 있게 하여 잉곳의 직경을 계산하게 한다. 비록 도시된 실시예는 3개의 통로 (62a 내지 62c) 만을 가지지만, 만약 카메라 (34) 가 메니스커스 (M) 상의 더 많은 점들 (P) 을 볼 수 있게 의도된 것이라면, 차열판 (40) 은 더 많은 통로를 가질 수 있다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 바람직한 실시예의 통로 (62a 내지 62c) 들은 외부 반사기 (46) 의 중앙 개구 (60) 로 개방되는 U자형으로 된 노치(notch)이다. 각 통로 (62a 내지 62c) 는, 양끝의 통로 (62a, 62c) 가 중간 통로 (62b) 에 대해서 약 15°내지 50°의 각도 (A) 로 향하게 되도록 원호 상에 놓여지고, 좀더 구체적으로는 양 끝의 통로가 가운데 통로에 대해서 약 35°의 각도로 향하게 되는 것이 가장 바람직하다. 당업자들에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 이러한 통로의 방향은 카메라로 약 45°간격으로 놓여진 메니스커스 (M) 상의 3개의 점들을 볼 수 있게 한다. 경험상, 이러한 점들의 간격 배치가 잉곳 (I) 직경의 정확한 측정을 가능하게 한다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 점들의 위치가 정확하게 결정되도록 통로 (62a 내지 62c) 는, 카메라가 잉곳 (I) 에서의 메니스커스와 용융된 재료 (S) 의 표면을 구별할 수 있도록 하기 위해, 메니스커스 (M) 주위의 충분한 영역을 볼 수 있게 충분히 넓은 대응하는 가상선에 수직으로 측정된 유효 관측 판독폭 (W) 을 구비한다. 그러나, 통로 (62a 내지 62c) 의 폭 (W) 은 통로를 통한 열 손실을 감소시키기 위해 최소화되어야만 한다. 비록 통로 (62a 내지 62c) 가 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 다른 유효 관측폭을 가질 수 있지만, 바람직한 실시예의 통로들은 약 10mm 의 유효 관측폭을 가진다. 이로 인해, 도 2 에 도시된 바와 같이 각각의 끝의 통로 (62a, 62c) 가 가운데 통로 (62b) 보다 넓어져서 끝의 통로를 통해 지나가는 가상의 선 (L) 을 따라 발생하는 모양의 축소를 설명한다. 또한, 200mm 이상의 직경을 가진 잉곳 (I) 을 수용하기 위해 중앙 개구 (60) 를 가지는 차열판 (40) 에 있어서, 중앙 개구는 외주의 적어도 약 325도 정도의 잉곳의 소정 최대 목표 직경보다 약 10% 더 큰 직경을 가진다. 그러므로, 중앙 개구 (60) 와 통로 (62a 내지 62c) 를 통한 열 손실은 최소화된다. 통로 (62a 내지 62c) 의 방사상의 외부 단(end)은 반사기 (46) 에서의 스트레스 농도를 감소시키기 위해 둥글게 만들어진다. 각 통로 (62a 내지 62c) 는 약 40mm 의 길이 (D) 를 가짐으로써, 가상선 (L) 을 따라 모양이 축소되는 것이 설명되고, 용융된 재료 표면 (S) 이 변화할 때라도 카메라 (34) 가 점 (P) 을 볼 수 있게 한다. 바람직한 실시예에서, 통로 (62a 내지 62c) 는 약 30.4 평방 센티미터 보다 적은 결합된 넓이를 가진다. 이렇게 형성된 통로는 카메라 (34) 로 하여금 메니스커스 (M) 상에 소정의 점들 (P) 을 볼 수 있게 하고 잉곳 (I) 의 직경이 계산될 수 있게 하지만, 용융된 재료 (S) 로부터의 상당한 열 손실을 막는다.

설명된 차열판 (40) 의 유효성을 증명하기 위해, 본 발명의 차열판과 종래 기술의 차열판에 대해서 잉곳 (I) 의 온도 구배 (G₀) 분석이 행해진다. 종래 기술의 차열판은 통로를 가지고 있지 않다. 반면에 종래 기술의 차열판은, 카메라가 통로를 통해 메니스커스를 볼 수 있게 충분히 넓은 중앙 개구를 가지고 있었다. 그러므로, 종래 기술의 차열판의 중앙 개구의 직경은, 목표로 하는 잉곳 직경보다 약 1.1배 더 큰 본 발명의 차열판의 분석된 실시예와 비교해서, 목표 잉곳 직경보다 약 1.5배 더 크다. 분석의 결과는 도 4 및 도 5 에 도시되어 있다.

도 4 는 잉곳의 표면 온도 함수로서 잉곳을 통한 축 방향으로의 온도 구배 (G₀) 를 도시한다. 일반적으로, 전체적인 최대 온도 구배는 최소화되어야 하지만, 온도가, 결함 있는 핵형성(즉, 실리콘의 경우 약 1150℃와 1050℃ 사이)이 발생하는 범위에 이를 때까지, 단계 지속 시간이 최소화되도록 잉곳은 응고되자마자 신속히 냉각되어야 한다. 결함있는 핵형성의 범위에서, 온도 구배 (G₀) 는 결함의 발생을 피하기 위해 가능한 낮게 되어야만 한다. 표면 온도가 핵형성 온도 아래로 떨어진 다음, 결함 응집이 발생할 수 있는 시간의 길이를 최소화하기 위해 재차 잉곳은 신속히 냉각되어야만 한다. 종래 기술의 차열판(도 4 에서의 실선)과 본 발명의 차열판(도 4 에서의 점선)에 대한 비교 결과는, 본 발명의 차열판이 종래 기술의 것보다도 더 효과적이라는 것을 보여준다.

도 4 의 곡선의 우측 단에서의 최대점으로부터 알 수 있듯이, 응고 인터페이스(즉, 일반적으로 1425℃의 용융 표면 부근의)에서 발생하는 전체적인 최대 축방향 구배는, 종래 기술에서의 차열판보다 본 발명의 차열판에 대한 것이 더 낮다. 또한, 약 1400℃ 내지 약 1250℃의 표면 온도 범위에 걸친 축방향의 구배는 종래 기술의 차열판보다 본 발명의 차열판에 대한 것이 더 높다. 이러한 결과는 인상 단계의 지속 시간을 감소시키는 잉곳 냉각을 더 빠르게 한다. 결함있는 핵형성과 응집이 발생하는(즉, 약 1150℃이하) 온도 범위에서 종래 기술의 차열판과 본 발명의 차열판은 거의 같은 축방향의 구배를 가지게 된다. 그러므로, 본 발명의 차열판은 종래 기술의 차열판에 비해서 전체적인 온도 구배와 결함의 수 및 단계 지속 시간을 감소시킨다.

또한, 도 5 에 도시된 바와 같이 본 발명의 차열판은 잉곳의 외부 영역에 더 낮은 축방향의 온도 구배 (G₀) 를 만든다. 잉곳의 표면에서의 대류성 방사 냉각의 효과로 인해, 표면은 보다 빨리 냉각되고 따라서 외부 표면에서의 온도 구배가 더 높게 되는 경향이 있다. 구배가 표면에서 더 높을수록 잉곳의 외부 영역에서 더 많은 결함이 형성된다. 이상적인 것은, 온도 구배가 모든 반지름에 대해서 동일한 것(즉, 도 5 에서의 곡선이 평평한 것)이다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 전체적인 온도 구배를 감소시킴으로써 표면에서의 전체적인 구배가 감소되고 이로 인해 표면에서의 결함의 수도 감소된다. 그러므로, 결함의 분포에 있어서는, 본 발명의 차열판으로 제조된 잉곳이 종래 기술의 차열판으로 제조된 잉곳에 대한 것보다 잉곳 전체에 걸쳐 더 고르게 된다.

상기 관점에서, 본 발명의 여러 목적들이 달성되었으며, 다른 효과도 얻어졌음을 알 수 있다.

본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 상기 구성으로부터의 다양한 변화가 가능하므로, 상기 설명에 포함된 것 또는 첨부 도면에 도시된 것은 일예로 해석되어야 하며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (10)

1. 용융된 반도체 원료로 채워진 결정 인상기 내의 도가니에서 성장되는 단결정 잉곳 주위에 배치된 결정 인상기내에서 사용되는 차열판으로서,

   상기 차열판은 잉곳이 성장할 때 도가니로부터의 열 전달을 감소시키기 위해 잉곳을 둘러싸도록 크기와 모양이 정해진 중앙 개구를 가지는 반사기를 구비하며, 상기 반사기는 상기 용융된 재료와, 잉곳과 용융된 재료의 상부 표면 사이에 형성된 메니스커스 상의 3개의 개별점들을 향하고 있는 카메라 사이의 결정 인상기에서 지지되도록 개조되고, 상기 반사기는 그것을 통해 연장하는 적어도 3개의 통로를 가지고 있으며, 각 통로는 카메라와 메니스커스 상의 점들 중 하나 사이에서 연장하는 가상의 선을 따라 놓여져서 카메라로 점들을 볼 수 있게 하여 점들의 위치가 카메라에 의해 결정될 수 있게 하고, 통로를 통한 열 손실을 최소화하면서 잉곳의 직경을 계산하게 하는 것을 특징으로 하는 차열판.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 통로들은 반사기의 중앙 개구로 들어가는 노치 개구인 것을 특징으로 하는 차열판.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 통로들은 가운데 통로와, 가운데 통로의 서로 반대쪽에 놓여진 단부 통로인 것을 특징으로 하는 차열판.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 각 통로들은 원호 상에 위치하고, 각 단부의 통로들은 원호를 따라 측정된 약 15°의 각도 내지 50°의 각도로, 가운데 통로와 분리되는 것을 특징으로 하는 차열판.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 각 단부 통로들은 원호를 따라 측정된 약 35°의 각도로, 가운데 통로와 분리되는 것을 특징으로 하는 차열판.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 각 단부 통로는 가운데 통로보다 더 넓은 것을 특징으로 하는 차열판.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사기는 제 1 반사기이며 상기 차열판이 일반적으로 제 1 반사기와 동축인 제 2 반사기를 더 구비하고, 상기 제 2 반사기는 상기 제 1 반사기의 중앙 개구와 나란한 중앙 개구를 구비하는 것을 특징으로 하는 차열판.
8. 제 8 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 반사기 사이에 놓여진 절연층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 차열판.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 중앙 개구가 원이고, 잉곳의 직경보다 약 1.1배 더 큰 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 차열판.
10. 제 1 항에 있어서,

    각 통로는 약 10mm의 상기 대응하는 가상선에 수직으로 측정된 유효 관측폭을 구비하는 것을 특징으로 하는 차열판.