KR20010056550A - 열실드 설치를 위한 연결부품 및 연결부품에 의해열실드가 설치된 초크랄스키 결정 성장장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열실드 설치를 위한 연결부품 및 연결부품에 의해 열실드가 설치된 초크랄스키 결정 성장장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 결정 성장장치 내에 열실드를 설치하기 위한 연결부품은, 열실드를 지지하는 면이 형성된 지지부와, 승강장치가 끼워지도록 홈이 형성된 연결부가 일체로 이루어짐으로써, 열실드의 바깥 상부, 즉 결정 성장장치 내 비교적 저온부에서 작은 노출면적을 가지는 연결부품을 사용하여 열실드를 설치하기 때문에 고온환경에 의한 열실드의 손상 및 이로 인한 오염가능성이 작아지는 효과가 있다.

Description

열실드 설치를 위한 연결부품 및 연결부품에 의해 열실드가 설치된 초크랄스키 결정 성장장치{CONNECTING PARTS FOR CONSTRUCTION OF HEAT SHIELD AND CZOCHRALSKI CRYSTAL GROWER HAVING HEAT SHIELD BY THE CONNECTING PARTS}

본 발명은 열실드 설치를 위한 연결부품 및 연결부품에 의해 열실드가 설치된 초크랄스키 결정 성장장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열실드를 지지하는 지지부와 결정 성장장치의 일부와 연결하는 연결부가 일체로 형성된 연결부품을 사용하여 열실드의 외부 즉, 결정 성장장치 내 비교적 저온부에서 열실드를 결정 성장장치에 설치하는 방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조공정에서 사용되는 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법 중에서 가장 널리 사용되는 방법으로는 초크랄스키(Czochralski)법이 있다. 도 1은 초크랄스키법에서 사용되는 결정 성장장치로서, 이에 도시된 바와 같이, 석영 도가니(1)에 다결정 실리콘을 장입하고, 이를 흑연 발열체(2)에 의해 가열하여 용융시킨 후, 용융 결과 형성된 실리콘 용융액(3)에 종자결정(seed crystal)(4)을 담그고 이를 회전하면서 인상시킴으로써 실리콘 단결정을 성장시켜 실리콘 잉곳(5)을 만들며, 실리콘 잉곳(5)을 슬라이싱하여 웨이퍼로 제조한다.

도 1에 도시된 결정 성장장치 중에서 용융부 및 이로부터 성장되는 결정의 고/액 계면 영역은 고온의 온도환경을 유지해야 한다. 열실드(6)는 그 영역의 열적환경을 원하는 상태로 유지시켜 안정된 결정성장이 이루어지도록 하기 위해 실리콘 잉곳(5) 주위를 감싸도록 내부가 빈 원통형의 형상을 하고 있으며, 보통 흑연, 흑연펠트 또는 몰리브덴 등으로 이루어진다. 이러한 열실드(6)는 미국 특허 제5443034호 또는 국제특허공개 WO 99/16939 호에 개시된 바와 같이, 그 소정의 목적에 따라 여러가지 형태로 개발되었으며, 주로 결정 성장장치 상부의 승강장치(7)에 설치한다.

승강장치(7)는, 열실드(6)가 장입된 다결정 실리콘과 접촉하지 않도록 열실드(6)를 상승시켰다가 실리콘이 용융된 후에는 원하는 위치로 열실드(6)를 하강시키기 위한 것이다. 열실드(6)를 승강장치(7)에 부착시키기 위해 종래 일반적으로 사용된 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 4는 종래 기술에 의해 열실드(6)가 승강장치(7)에 설치된 상태를 도시한 열실드(6) 주변의 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 종래에는 볼트 및 너트(20)를 이용하여 열실드(6)를 지지대(21)에 고정시킨 후 지지대(21)를 승강장치(7)에 연결함으로써 열실드(6)를 승강장치(7)에 설치하여왔다.

열실드(6)를 지지대(21)와 연결하는 부품인 볼트 및 너트(20)는 열실드(6)의 내부, 즉 결정 성장장치 내 고온부에 위치하고 있다.

이와 같은 방법으로 열실드를 설치하여 결정을 성장시키면, 결정성장 중 생성되는 산화물 입자 또는 열실드와 연결되는 부분의 마찰에 의해 생긴 마모물 입자 등이 그 연결부분에 쉽게 쌓이게 되는데, 이들 입자를 제거하는 것은 어렵고 불편하다. 만약 이러한 입자들이 충분히 제거되지 않은 상태에서 성장을 진행시키면 성장되는 결정의 품질이 저하되는 문제점이 있다. 한편, 열실드와 지지대의 접촉면적은 볼트 및 너트 부분으로 너무 작아서 열실드가 성장장치 내부의 가스유동에 의해 흔들릴 수 있으며 그 과정에서 마모물과 같은 입자가 하부의 실리콘 용융액에 유입되어 결정의 품질을 저하시킬 위험이 있다.

또한, 이러한 방법에서 사용된 볼트, 너트 및 지지대 등의 부품은 금속으로 만들어지기 때문에 고온의 성장장치 내부환경에 노출되어 단결정을 오염시키는 원인이 될 수 있다. 따라서 연결부품의 노출면적을 최소화하는 것이 필요하다.

그리고, 열실드를 하강하여 지지부재에 안착시킬 때 분위기에 따라 안착정도를 파악하기가 어렵기 때문에, 과도한 하강으로 인한 사고의 위험성 및 불완전한 안착으로 인한 결정의 품질저하를 초래할 수 있는 문제점이 있었다.

또한, 지지대, 볼트 및 너트의 세 부품을 사용하여야 하므로 번거로운 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 볼트 및 너트와 같은 연결부품을 사용하지 않고 결정 성장장치 내의 저온부에 최소한의 면적이 노출되는 연결부품을 사용하여 열실드를 결정 성장장치 내에 설치하는 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 초크랄스키법에서 사용되는 일반적인 결정 성장장치의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연결부품을 이용하여 결정 성장장치 내에 열실드를 설치한 상태를 도시한 열실드 주변의 단면도이다.

도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 일실시예에 따른 연결부품을 이용하여 결정 성장장치 내에 열실드를 설치하기 전과 설치한 후를 도시한 사시도이다.

도 4는 종래 기술에 의해 열실드가 승강장치에 설치된 상태를 도시한 열실드 주변의 단면도이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 열실드를 지지하는 지지부와 결정 성장장치의 일부와 연결하는 연결부가 일체로 형성된 연결부품을 사용하여 열실드의 외부 즉, 결정 성장장치 내 비교적 저온부에서 열실드를 결정 성장장치에 설치하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 결정 성장장치 내에 열실드 설치를 위한 연결부품 및 이를 이용한 설치방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연결부품을 이용하여 결정 성장장치 내에 열실드를 설치한 상태를 도시한 열실드 주변의 단면도이다. 도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 일실시예에 따른 연결부품을 이용하여 결정 성장장치 내에 열실드를 설치하기 전과 설치한 후를 도시한 사시도이다. 본 실시예에서는 열실드(6)를 결정 성장장치 중의 승강장치(7)에 연결한 경우를 도시하고 있다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 결정 성장장치 내에열실드(6) 설치를 위한 연결부품은 열실드(6)를 지지하는 면이 형성된 지지부(A)와, 결정 성장장치의 일부, 여기서는 승강장치(7)가 끼워지도록 홈(10)이 형성된 연결부(B)의 두 부분으로 이루어져 있다.

이러한 연결부품은 고온에서 안정하고 충분한 강도를 지니도록 몰리브덴 합금, 텅스텐 합금, 탄탄륨 합금, 탄화규소, 질화규소, 또는 질화알루미늄으로 표면 코팅한 재질로 이루어진다.

한편, 열실드 지지부(A)에 의해 열실드(6)가 안전하게 지지되도록, 열실드 지지부(A)와 접촉되는 열실드(6) 부위에는 소정의 홈(8)을 형성하면 바람직하며, 열실드 지지부(A)는 열실드(6)를 안정적으로 지지하도록 넓은 면적을 가지는 것이 바람직하다. 열실드(6)에 형성된 홈(8)의 두께(t₁)는 본 발명에 따른 연결부품의 두께(t₂)보다 약간 크게 형성하며, 이로 인해 열실드(6)의 안착정도를 확인할 수 있는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.

연결부품을 이용하여 열실드(6)를 결정 성장장치에 설치하면 열실드 지지부(A)는 열실드(6)에 형성된 홈(8)에 삽입되는데, 이 때, 그 홈(8)에 열실드 지지부(A)의 폭(w) 이상으로 연결부품이 삽입되지 않도록 열실드 지지부(A)와 인접한 연결부(B)에는 열실드(6)의 최상단부 이상으로 돌출되는 돌출부(9)를 형성할 수도 있다.

또한, 열실드(6)를 하강하여 지지부재에 안착시키면, 열실드(6)에 형성된 홈(8)의 두께(t₁)보다 작은 두께(t₂)의 연결부품이 그 차이(d)만큼 하강하는데 이것은 돌출부(9)의 하강으로 관측된다. 즉, 돌출부(9)의 하강을 관측함으로써 열실드(6)의 안착정도를 확인할 수 있다.

연결부(B)에 형성된 홈(10)에 승강장치(7)가 끼워지면 승강장치(7)의 말단에 형성된 헤드부(11)가 맞닿도록 헤드부(11)의 직경(i)과 동일한 직경의 홈이 형성된 하부판(12)이 연결부(B)의 홈 하부에 부착될 수도 있다.

이러한 연결부품을 열실드(6) 주변에 복수개 사용하여 승강장치(7)와 연결하면 되며, 결과적으로 연결부품은 열실드(6)의 외부, 즉 결정 성장장치 내의 비교적 저온부에 위치하게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 연결부품은 열실드의 외부, 즉 결정 성장장치 내 비교적 저온부에 위치하고, 그 노출면적 또한 작기 때문에 고온환경에 의한 손상 및 이로 인한 오염가능성이 매우 작아지는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에 따른 연결부품은 열실드를 지지하는 방식으로 되어 있어 사용이 끝나면 즉시 분리되므로 연결부품의 청결상태가 자연스럽게 유지되는 효과가 있다.

또한, 열실드를 비교적 넓은 접촉면으로 안정적으로 지지하기 때문에 접촉부의 마모가 적고, 따라서 마모물 입자에 의한 오염 가능성이 작은 효과가 있다.

그리고, 연결부품에 부착된 돌출부로 인해 작업자가 열실드의 안착정도를 확인할 수 있으므로, 과도한 하강으로 인해 발생하였던 사고의 위험성을 줄이고 불완전한 안착으로 인한 결정의 품질저하를 방지하는 효과가 있다.

또한, 연결부품의 형상이 비교적 단순하고 단 하나의 부품으로 열실드의 지지 및 결정 성장장치에의 연결이 동시에 이루어지므로, 부품비가 저하되고 취급이 용이한 효과가 있다.

Claims (5)

1. 초크랄스키 결정 성장장치 내의 결정이 성장되는 영역 상부에 플랜지가 형성된 열실드를 설치하기 위하여 상기 결정 성장장치의 일부와 상기 열실드를 연결하는 부품에 있어서,

   상기 열실드의 플랜지 일부를 지지하는 지지부와, 상기 결정 성장장치의 일부가 끼워지도록 홈이 형성된 연결부를 포함하는 연결부품.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 연결부품은 몰리브덴 합금, 텅스텐 합금, 탄탄륨 합금, 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄 중의 하나로 표면 코팅한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연결부품.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 지지부와 접촉되는 열실드 플랜지의 하부에는 상기 지지부가 외측으로부터 삽입되도록 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 연결부품.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 지지부와 인접한 연결부에는 상기 연결부품이 설치되면 상기 열실드로부터 돌출되도록 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 연결부품.
5. 하부에 홈이 형성된 플랜지가 형성된 열실드와, 일측은 상기 플랜지 하부에 형성된 홈 내에 삽입되고 타측은 홈이 형성되어 결정 성장장치의 일부와 끼워져 결합된 연결부품에 의해, 결정이 성장되는 영역의 열적 환경을 안정시키는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 초크랄스키 결정 성장장치.