KR20020000155A

KR20020000155A - 단결정 잉곳 제조 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20020000155A
Application number: KR1020017012039A
Authority: KR
Inventors: 모리모토시게오; 몬덴히로시; 에비다이스케; 고투카도시로우
Original assignee: 고마쯔 덴시 긴조꾸 가부시끼가이샤
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2002-01-04
Also published as: EP1182280A4; JP2000344592A; US6569236B1; TWI227755B; EP1182280B1; KR100710701B1; WO2000060144A1; JP4498516B2; EP1182280A1

Abstract

냉각수가 유통하고 있는 배관시스템에 의해서 냉각을 행하는 쿨러(19)를 구비하는 단결정 잉곳 제조 장치에 있어서, 누수에 의한 장치 고장을 저감시키는 개량을 이루는 동시에, 생산 효율의 최대화를 달성하기 위한 조건을 추구하기 위해, 쿨러(19)를 열 차단체(18) 내측의 일부분에 배치하는 동시에, 냉각 배관의 하단(19a)이 실리콘 용융액 액면(12a)부터 150mm 이하의 위치에 위치하도록 설정한다.

Description

단결정 잉곳 제조 장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING SINGLE-CRYSTAL INGOT}

CZ법에 의한 단결정의 인상 방법은 주지의 기술이며, CZ법 단결정 잉곳 제조장치도 광범위하게 보급되어 있다. CZ법에 의해 단결정을 얻는데 있어서는, 원료 용융액으로부터 단결정의 인상이 행하여져, 인상되는 단결정의 결정 결함의 저감 등을 위해, 인상 속도 등 기타 조건이 여러 가지로 설정되지만, 최근에는 결함 형성 온도 영역을 급랭하여, 결정의 결함 사이즈를 작게 하여 그 후의 열처리로 웨이퍼 표층을 무결함 층으로 하는 것도 행하여지고 있다. 또, 급랭을 함으로써, 단결정 잉곳의 생산 효율을 높일 수 있다.

인상되는 단결정의 급랭을 행하는 것으로는, CZ로 내에 쿨러를 배치한 것이 있다(WO93/00462호 공보(일본국 특허 제2562245호)). 그리고, 이 공보에도 나타나 있는 바와 같이, 급랭을 행하기 위한 쿨러로는, 손쉬움이나 구축의 범용성의 관점으로 인하여, 냉각수를 통과시키는 냉각 배관을 채용하는 것이 일반적이다.

그러나, 냉각수를 통과시키는 냉각 배관을 쿨러로서 채용한 경우에는, 냉각배관이 파손되어 냉각수가 누출되었을 때에, 장치에 막대한 손상을 부여한다고 하는 문제가 있다. 이러한 사고가 발생한 경우에는, 단결정 잉곳의 인상 환경에 악영향을 미칠 뿐만 아니라, 때로는 생산 공정의 정지라는 사태를 초래하여, 단결정 잉곳의 안정된 공급이 저해된다.

본 발명은, 쵸크랄스키법(이하, CZ법)에 의해 단결정 잉곳(특히, 실리콘 단결정 잉곳)을 제조하는 단결정 잉곳 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 바람직한 실시예를 나타내는 블록도.

본 발명은 이상과 같은 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 냉각수가 유통하는 배관 시스템으로 이루어지는 쿨러를 구비하는 단결정 잉곳 제조장치에 있어서, 누수에 의한 장치 고장을 저감시키는 개량을 이루고, 동시에 생산 효율의 최대화를 달성하기 위한 조건을 추구하는 것에 있다.

이상과 같은 과제를 감안하여 본 발명자들이 예의 연구를 행한 결과, 인상되는 단결정 잉곳의 결정 결함을 조정하기 위한 쿨러는, 로 내의 광대한 영역에 설치할 필요는 없고, 한정된 좁은 영역에 설치하면 충분하다는 것을 발견하고, 동시에 이러한 한정된 좁은 영역에 설치된 쿨러이더라도, 냉각수의 유수량이나 유수 속도, 관 직경 등을 적절하게 설정함으로써, 단결정 잉곳의 인상 속도를 향상시켜 생산효율을 높이기 위한 쿨러로서 충분히 기능하는 것을 확인하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

보다 구체적으로는, 본 발명은, 다음과 같은 장치 및 방법을 제공한다.

[쵸크랄스키법 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치]

먼저, 본 발명은, 다음과 같은 쵸크랄스키법 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치를 제공한다.

(1) 도가니로 내의 원료 용융액으로부터 단결정 잉곳을 로 내에서 인상하는 쵸크랄스키법(이하, CZ법) 단결정 잉곳 제조장치에 있어, 인상 중의 단결정 잉곳(이하, 단결정 인상 잉곳) 주위를 둘러싸 용융액 액면에서의 복사열을 차단하는 열 차단체와, 이 열 차단체의 내측에 배치되고, 상기 단결정 인상 잉곳의 소정의 개소를 냉각하는 쿨러를 로 내에 구비하는 CZ법 단결정 잉곳 제조장치에 있어서, 상기 쿨러는 냉각수가 유통하는 냉각 배관으로 이루어지고, 또한 상기 열 차단체의 내측의 일부분에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 CZ법 단결정 잉곳 제조장치.

(2) 상기 쿨러는, 냉각수가 유통하는 냉각 배관으로서, 상기 단결정 인상 잉곳 주위를 둘러싸는 것이고, 또한, 상기 쿨러의 내경은 상기 열 차단체의 내경보다 큰 것을 특징으로 하는 상기 기재의 CZ법 단결정 잉곳 제조장치.

(3) 상기 냉각 배관의 하단이 용융액 액면에서 l50mm 이하의 위치에 위치하는 것을 특징으로 하는 상기 기재의 CZ법 단결정 잉곳 제조장치.

(4) 하기의 어느 하나의 검출 수단을 단독 또는 조합으로, 각각 적어도 하나는 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 상기 기재의 CZ법 단결정 잉곳 제조장치.

① CZ로의 배기 경로 내에 장착되는 온도 센서.

② CZ로 내의 배기를 행하는 펌프의 흡인량을 추적하는 추적 수단.

③ CZ로 내 또는 CZ로의 배기 경로 내에 장착되는 적외선 흡광도 측정 센서.

(5) 상기 도가니로 내의 원료 용융액 내에 자장을 인가하는 자계 인가 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 상기 기재의 CZ법 단결정 잉곳 제조장치.

(6) 상기 자계 인가 수단은, 상기 원료 용융액 내에 등축 대칭적이고 또한방사상의 커스프(cusp) 자계를 만드는 자계 인가 수단인 것을 특징으로 하는 상기 기재의 CZ법 단결정 잉곳 제조장치.

[CZ법 단결정 잉곳 제조장치의 배관의 설정방법]

(7) CZ로 내의 배관에 냉각용 유체를 유통시켜 인상 중의 단결정 잉곳의 급랭을 행하는 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치의 배관의 설정 방법으로서, 상기 냉각용 유체가 유통하는 배관의 하단의 위치를 낮게 설정하는 동시에 상기 배관의 내경을 가늘게 하고, 또한 상기 단결정 인상 잉곳의 직경에 대응하여 상기 냉각용 유체의 유통 속도를 조정함으로써, 상기 단결정 인상 잉곳의 인상 방향의 온도 구배를 높이는 동시에 장치의 안정성을 높이며, 또한 상기 배관의 배열에 대한 유연성을 높이는 방법.

(8) 상기 급랭에 이용하는 배관을 로 내의 상기 열 차단체 내측의 일부에 배치하는 것을 특징으로 하는 상기 기재의 설정 방법.

여기에서, 냉각 배관의 내경이 작은 경우에는, 만일 누수가 발생된 경우에도, 내경이 큰 경우와 비교하여 누수량은 적어진다. 그리고, 실리콘 용융액 액면으로부터 150mm 이하의 부분(특히 100mm 이하의 부분)에서는, 냉각 배관의 내경을 작게 하더라도 인상 방향의 온도 구배에 기여하는 냉각 효과에 큰 변화는 발생하지 않는 것이 본 발명자들에 의해 확인되어 있다. 따라서, 상기 부분에 있어서 냉각배관의 내경을 작게 한다는 것은, 인상 방향의 온도 구배의 조정에 기여하기 위한 냉각 효과를 유지하면서도 누수에 의한 장치 고장을 저감시킬 수 있다는 것을 의미하게 된다. 그리고 그것은, 동시에 인상 속도의 증대에 의한 생산 효율의 향상을실현하는 것으로도 이어진다.

본 발명에 따른 방법에 의해서 배관의 배열에 대한 유연성을 높일 수 있는 것은, 배관이 가늘면 그 만큼 수용 용적이 적어도 되고, 또 절곡 등의 가공도 용이하게 되기 때문이다. 그러나 본 발명은 냉각 효과를 저감시키지 않으면서도 안전성이 향상된 상태에서 배관의 배열에 대한 유연성을 높일 수 있다고 하는 점에서 의의를 가진다. 특히, 로 내의 상기 열 차단체의 내측의 일부에 배관을 배치했을 때에 그 의의는 크다.

[단결정 인상 잉곳의 온도 구배 조정 방법]

본 발명에 따른 쿨러는 단결정 잉곳의 인상 방향의 온도 구배를 크게 하기 위하여, 소정의 장소를 중점적으로 냉각하는 것이기 때문에, 본 발명은 그 별도의 측면으로서 다음과 같은 방법도 포함한다.

(9) 로 내에서 인상 중의 단결정 잉곳 주위를 둘러싸 용융액 액면에서의 복사열을 차단하는 열 차단체와, 이 열 차단체의 내측에 배치되고, 상기 단결정 인상 잉곳의 소정의 개소의 냉각을 행하는 쿨러를 로 내에 구비하는 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치에 적용되는 방법으로서, 상기 열 차단체 내측의 일부에 상기 쿨러를 배치함으로써, 상기 단결정 인상 잉곳의 인상 방향의 온도 구배를 조정하는 방법.

[CZ법 단결정 잉곳 제조 장치의 다른 형태]

또한, 본 발명은 다음과 같은 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치를 제공한다.

(l0) 상기 쿨러가 상기 단결정 인상 잉곳 측 표면에 열 흡수성을 향상시키는 처리가 실시된 쿨러인 것을 특징으로 하는 상기(1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 CZ법 단결정 잉곳 제조장치.

(11) 상기 열 흡수성이 향상되는 것과 같은 처리는 흑색의 착색 처리를 포함하는 처리인 것을 특징으로 하는 상기 (l0) 기재의 CZ법 단결정 잉곳 제조장치.

(12) 상기 흑색의 착색 처리는 PVD 법에 의해 행하여진 것을 특징으로 하는 상기 (11) 기재의 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치. 또, 바람직한 PVD 법으로는 이온플레이팅을 들 수 있고, 바람직한 막의 구성 물질로는 질화티탄알루미늄을 들 수 있다.

이와 같이 열 흡수성을 향상시키는 표면 처리가 실시된 쿨러를 이용하면, 본 발명에 의한 냉각 효과를 보다 한층 향상시킬 수 있고, 나아가서 냉각 효과의 향상에 의해 쿨러를 소형화하는 것도 가능하게 된다.

[단결정 인상 잉곳의 온도 구배 조정 방법의 다른 형태]

또한, 본 발명은 열 흡수성을 향상시키는 표면처리가 실시된 쿨러를 이용한 다음과 같은 방법도 포함한다.

(l3) 상기 쿨러로서 상기 단결정 인상 잉곳 측 표면에 열 흡수성을 향상시키는 처리가 실시된 쿨러를 이용함으로써, 상기 쿨러에 의한 흡열 효과를 높이면서 상기 단결정 인상 잉곳의 인상 방향의 온도 구배를 조정하는 상기 (9) 기재의 방법.

[용어의 정의 등]

이 장치에 있어서, 「냉각 배관의 하단이 용융액 액면으로부터 150mm 이하의 위치」란, 냉각 배관의 하단의 상한은 용융액 액면으로부터 l50mm의 위치이지만,냉각 배관의 하단의 하한은 실리콘 용융액 액면에 접촉하지 않는 정도의 거리이며, 용융액 액면의 복사열에 의한 이상 등이 쿨러에 생기지 않는 정도의 거리인 것이 바람직하다.

CZ로 내의 배기를 행하는 펌프의 흡인량을 추적하는 「추적 수단」이란, 펌프의 흡인량을 추적하여 그 변화를 검출하는 유량 센서와 같은 것을 별도로 설치하고 있는 것일 수도 있고, 펌프 자체가 그와 같은 검출 기구를 어떠한 모양으로 구비하고 있는 것일 수도 있다. 즉, 펌프는 그 자체, 예를 들면 인버터 제어되고 있는 경우에, 흡인량의 변화는 소비 전력의 변화로서 나타나지만, 상기「추적 수단」이란, 상기 소비 전력의 변화를 펌프 자체가 받아들이는 경우도 포함된다.

「단독 또는 조합」이라는 용어에 관해서 설명하면, 「단독」이라는 것은, 상기 ①, ② 또는 ③ 중 어느 하나를 채용한다는 것이며, 「조합」이라는 것은, ①과②, 또는 ①과③, 또는 ①과②와③처럼, 다른 2개 이상의 사물의 조합을 의미한다. 또, 「각각 적어도 하나는 구비하고 있다」라는 것은, ① 단독인 경우에는 ①과①, ①과②의 조합의 경우에는 예를 들면 ①과①과②처럼, 같은 종류의 2개 이상의 사물의 조합도 허용하는 의미이다. 즉, 온도 센서 2개에 유량 센서 1개라는 형태를 채용하는 것도, 이 장치의 개념에 포함되게 된다.

「온도 센서」란 예를 들면 열전대와 같은 것이다. 또, 「유량 센서」는 어떠한 모양으로 기체의 유량을 측정하는 것을 의미하며, 기체의 통과량을 측정하는 것이나, 기체의 통과 속도를 직접 측정하는 것도 포함된다. 「적외선 흡광도 측정 센서」는, 적외선의 흡수량을 측정하는 것일 수도 있고, 적외선의 흡수율을 측정하는 것일 수도 있다. 또「적외선 흡광도 측정 센서」는 반사형, 투과형 등 종류에 관계가 없다.

「도가니로 내의 원료 용융액 내에 자계를 인가하는 자계 인가 수단」이란, 예를 들면 일본 특개소 56-45889호 공보에 개시되어 있는 것과 같은 것을 사용할 수 있다. 또, 「커스프 자계를 만드는 자계 인가 수단」이란, 일본 특개소58-217493호 공보에 개시되어 있는 것과 같은 것을 사용할 수 있다.

「냉각용 유체」는 대표적으로는 물이지만, 이 방법의 경우에는 효율적으로 열을 전달하는 것이면 그 종류는 한정되지 않기 때문에, 물 이외의 기체, 액체도 사용할 수 있다.

「열 흡수성을 향상시키는 처리」의 예로는, 실시예에서 후술하는 바와 같은 「흑색 막의 형성 처리(즉 흑색의 착색 처리)」를 포함하는 처리 뿐 아니라, 착색처리를 행한다고 하여도, 적외선의 반사율을 저감시키는 색이면 흑색이 아니더라도 된다(예를 들면 갈색, 적흑색 등의 착색 처리). 또, 이러한 흑색 처리 이외의 착색 처리 이외에도, 예를 들면, 쿨러의 형상이나 표면의 상태를 변화시켜 열 반사율을 저감시키는 처리(예를 들면 표면에 요철을 형성하는 것 같은 처리 등)도 포함된다.

또한, 「흑색의 착색 처리를 포함하는 처리」라는 용어에 관해 설명하면, 「포함한다」라는 것은, 상기「열 흡수성을 향상시키는 처리」에「흑색의 착색 처리」이외의 처리가 포함되어 있더라도 상관없다는 의미이다. 따라서 예를 들면, 상기 「흑색의 착색 처리」에 상기 흑색 처리 이외의 착색 처리를 포함하는 처리나,쿨러의 형상이나 표면의 상태를 변화시켜 열 반사율을 저감시키는 처리(예를 들면 표면에 요철을 형성하는 것 같은 처리 등)가 수반되어 있을 수도 있다.

「IPVD법」에는, 후술하는 실시예에서 채용한 스퍼터링, 이온플레이팅 외에 진공증착도 포함된다. 그러나, 형성된 막의 밀착성이 높은 이온플레이팅을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 또, 막의 구성 원소의 다양성을 고려한 경우에는 스퍼터링을 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 방법 및 장치는 인상되는 단결정 잉곳의 종류에 영향 받는 인자가 없고, 일반적인 CZ법에 적용할 수 있는 방법이라고 고려되기 때문에, 인상되는 단결정 잉곳이 실리콘 단결정 잉곳인 경우에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 바람직한 실시예를 나타내는 블록도이다.

[전체구성]

본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는, 보통의 CZ법 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치와 같이, 밀폐 용기인 체임버(11) 내에 실리콘 용융액(12)의 제조 및 저장을 위한 도가니로(13)와, 이 도가니로(13)를 가열하기 위한 히터(14)를 구비하고 있다. 그리고, 이외에도 적당하고 일반적인 CZ법 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치와 같이, 히터(14)에 전력을 공급하는 전극, 도가니로(13)를 지지하는 도가니로 수용부, 도가니로(13)를 회전시키는 회전대, 단열재, 용융액받이, 내측 통부 등을 구비한다. 또, 이 장치에는, 실리콘 용융액(12) 및 히터(14)로부터 실리콘 잉곳(17)에 열 복사되는 것을 차단하기 위한 열 차단체(18)와, 이 열 차단체(18)의 내측에 배치된 쿨러(19)를 구비하고 있다.

또한, 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는, 특히 도시하지 않고 있지만, 이 종류의 CZ법 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에 통상 장치되는 불활성 가스의 도입 및 배기 시스템을 구비하고 있다. 그리고, 이러한 시스템 하에서, 열 차단체(18)는 불활성 가스의 유통로를 조정하는 기능도 겸하고 있다. 또, 이 장치에서는, 체임버(11) 내의 배기를 행하는 진공 펌프(20)가 접속되어 있다(또, 스로틀 밸브의 개방도를 검출하도록 하거나, 공급되는 전력량을 검출하도록 하거나 하는 수단을 진공 펌프(20)에 구비함으로써, 후술의 압력 센서를 별도로 설치할 필요가 없어진다).

또한, 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는, 실리콘 용융액(12)에 커스프 자계를 부여하는 솔레노이드(51) 및 (52)을 비치하고 있다. 이 솔레노이드(51) 및 (52)에 의해서 실리콘 용융액(12)에 커스프 자계가 인가됨으로써, 실리콘 용융액(12) 내에 생기는 미소한 대류(對流)를 소멸시킬 수 있어, 결정 결함의 저감이나 안정된 인상 등을 더욱 증진할 수 있게 된다.

[쿨러]

본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에서 특징적인 것은, 그 속을냉각수가 유통하는 배관으로 구성된 쿨러(19)가 열 차단체(18) 내측의 일부분에 배치되어 있는 것이며, 그 하단(19a)과 실리콘 용융액 액면(12a)에서의 거리 L이 150mm 이하로 설정되어 있는 것이다. 이미 설명을 한 바와 같이, 쿨러(19)의 하단(19a)을 이 범위로 설정함으로써 이러한 부분에서의 온도 구배의 증대를 통하여 결정 결함 사이즈의 미소화를 도모할 수 있고, 동시에, 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 높일 수 있어, 이에 따라 생산효율의 향상이 실현된다. 또, 본 발명에 따른 쿨러(19) 자체의 높이(배관의 하단에서 상단까지의 길이)는 100mm이면 그것으로 충분하다.

배관으로 구성되는 쿨러(19) 내에는 냉각수가 유통되지만, 냉각수는 공급관(21a)을 통하여 공급된다. 이 공급관(21a)을 포함하는 급배관(21)(공급관(21a)과 배출관(21b)의 세트로 이루어진다)을 체임버(11) 내에 관통 삽입하는 개소에는, 벨로스(bellows) 부재(23)가 장착되어 있고, 이에 따라 기밀이 유지되도록 되어 있다. 그리고, 쿨러(19) 자체는 움직이지 않는 한편, 도가니로(13)의 하부에 설치되어 있는 도시하지 않은 리프터에 의해서 도가니로(13)가 상하로 이동한다. 본 장치에서는 실리콘 단결정 잉곳의 인상에 따른 실리콘 용융액 액면(12a)의 하강에 대응하여 도가니로(13)가 상승하여, 쿨러(19) 하단(19a)과의 거리 L이 항상 l50mm 이하가 되도록 조정된다.

이 실시예에서, 쿨러(19)를 구성하는 배관의 내경은 17mm 이하이며, 배관 내를 유통하는 냉각수의 유통 속도는 15리터/분 이하로 설정된다. 배관의 내경은, 같은 종래 기술과 비교하여, 단면적으로 하여 반 정도로 작게 되어 있지만, 그렇다고는 해도 거리 L이 150mm 이하이면, 결함 형성 온도 영역에 대한 인상 방향의 온도 구배에 기여한다는 관점에서의 냉각 효과에 큰 차이는 생기지 않은 것은 이미 설명한 바와 같다. 그러나, 배관의 내경을 작게 함으로써, 쿨러(19)에 체류하는 수량(水量)이 적어지기 때문에, 만일 쿨러(19)의 냉각 배관이 파손되어 물의 누출이 일어난 경우에도 쿨러(19)에 체류하는 수량이 적은 것에 대응하여 누출 수량도 적기 때문에, 종래의 이러한 유형의 장치와 비교하면 누수가 생긴 경우의 피해를 작게 억제할 수 있다. 즉, 본 장치에 의하면 생산 효율을 향상시키면서 누수 시의 피해를 저감시킬 수 있게 된다.

또, 본 발명에 따른 쿨러(19)는 복사율을 높여 흡열량을 높게 하기 때문에, 실리콘 잉곳(17) 측 표면(실리콘 잉곳(17)에 대향하는 표면)에 흑색 막이 형성되어 있지만, 이 흑색 막은, PVD법(저온(200∼400℃)에서의 균일한 코팅 처리)에 의해 형성하고 있다.

여기에서, PVD법에 의해 형성한 흑색 막(발색 막)의 특성을 이하의 표 1에 나타낸다. 또, 하기의 표에 있어서, 「적외선 흡수율 75% 정도」라는 것은, 흑색 막을 형성하지 않은 경우보다 적외선 흡수율이 향상되어 있는 것을 나타내고 있다.

표 1

분류	발색 막	경도	적외선 흡수율	내열성	처리 로
스퍼터링	TiAl	2000Hv Kg/㎟	-	-	작음
이온플레이팅	TiAlN	2300-2500Hv kg/㎟	75% 정도	600 ℃	충분히 큼

이와 같이 쿨러(19)의 실리콘 잉곳(17) 측 표면에 흑색 막을 형성하여 상기실리콘 잉곳(17) 측 표면의 복사율을 향상시키고 있기 때문에, 흡열량이 많아져 냉각 효과를 보다 향상시킬 수 있다. 이로 인하여, 쿨러(19)의 실리콘 잉곳(17) 측 표면에 흑색 PVD 처리를 실시함으로써, 실리콘 잉곳(17)의 인상 속도를 높일 수 있다.

또, PVD법으로 막을 형성함으로써, 다음과 같은 이점도 얻을 수 있다.

(1) PVD법에 의한 막은 내열 온도가 600℃ 정도이기 때문에, 문제의 발생 등으로 쿨러(19)로 공급되는 냉각수가 차단된 경우에도 막이 변질될 가능성을 현저하게 저감시킬 수 있다. 예를 들면 흑색의 막을 형성하는 처리로서 지금까지 행하여져 온 인코법에서는, 막(인코 막)의 내열온도가 200℃이기 때문에 냉각수 정지 시에는 막이 변질되어 버릴 우려가 있다.

(2) PVD법에 의한 막은 강도나 내열성이 우수하기 때문에, 가공, 설치, 사용 시 등에 흠이 생기기 어려워서 막이 박리될 우려가 저감된다.

따라서, 제작 가공 시나 설치 시에 어떤 단단한 것과 부딪쳐 버린 경우에도, 흑색 막이 박리되는 것을 방지할 수 있다(인코 막은 막의 강도나 스테인레스 강 모재에의 밀착 강도가 약하기 때문에, 흑색 막까지 박리되어 버리는 경우가 있음).

또, 이와 같이 흑색 막이 박리될 우려가 적기 때문에, 흑색 막이 오염원이 되기 어렵다고 하는 이점도 있다.

또한, 쿨러(19) 표면에 부착된 비결정질의 SiO_x를 제거할 때에, 흑색 막까지 박리되어 버리는 것을 방지할 수 있다(인코법에서는 흑색 막까지 박리되어 버릴 우려가 있음). 또, 비결정질의 SiO_x의 제거도 용이하게 된다.

이와 같이 본 발명에 의하면 박리되기 어려운 흑색 막을 형성하고 있기 때문에, 장치의 반복 사용 시의 확실성을 증가시킬 수 있는 이외에, 쿨러를 소형화했을 때에 문제로 되는 흑색 막의 박리가 전체에 부여하는 손상을 저감시킬 수 있다.

[안전대책]

이 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에서는, 체임버(11) 내의 압력 변화를 추적하는 압력 센서(31)와, 진공 펌프(20)로 흡인되는 체임버(11) 내의 기체의 온도 변화를 보는 온도 센서(33)와, 진공 펌프(20)로 흡인되는 체임버(11) 내의 기체의 적외선 흡수를 보는 적외선 센서(34)가 장착되어 있다. 이것은 쿨러(19)의 배관에 누수가 생긴 경우에는 로 내의 열에 의해서 그 누수된 물이 수증기가 되고, 그것이 온도 변화 내지는 압력 변화를 발생하게 하게 하기 때문에, 그것을 검출함으로써 누수를 확실하게 감지하려고 하는 것이다. 적외선 센서(34)는, 수증기에는 적외선 흡수가 있기 때문에 그것을 측정함으로써 누수 검출의 확실성을 증대시키기 위해서 설치되어 있다.

이들 각 센서에 관해서는, 어느 하나가 설치되어 있으면 누수의 감지가 충분히 가능하지만, 검출의 만전을 기한다는 관점에서 적당히 조합시켜 복수 개 설치하도록 할 수도 있다. 또, 같은 관점에서, 같은 종류의 센서를 복수 개 설치하는 것도 방해되지 않는다.

또, 온도 센서(33)는, 비교적 다량의 수증기가 존재하지 않으면 다른 조건변화와 구별 가능한 감응을 하지 않기 때문에, 수증기에 의한 온도 변화를 확실하게 감지하기 위해서는 수증기가 집중되는 장소에 장착되어야 하기 때문에, 기본적으로는 배기 경로(즉, 진공 펌프(20)에 접속되어 있는 관)에 장착되는 것이 바람직하다. 이에 대하여, 적외선 센서(34)는 미량의 수증기라도 즉시 검출할 수 있기 때문에, 배기 경로 뿐 아니라, 체임버(11)의 내벽면 등 모든 곳에 장착하는 것이 가능하다.

여기에서, 상기 각 센서는 컨트롤러(35)에 접속되어 있다. 이 실시예에서는, 압력 센서(31)는 직접적으로, 온도 센서(33) 및 적외선 센서(34)는 각각 대응하는 처리 장치(33a) 및 (34a)를 통하여 컨트롤러(35)에 접속되어 있다.

예를 들면, 수증기의 발생에 의한 체임버(11) 내의 압력 상승이 압력 센서(31)에 의해서 검출된 경우, 수증기의 발생에 의한 배기 가스의 고온화가 온도 센서(33)에 의해서 검출된 경우, 적외선 센서(34)에 의해서 수증기의 흡수대에서의 이상한 흡수가 인정되는 경우, 또는 이들 사태가 동시에 검출된 경우에는, 컨트롤러(35)가 작동하여 표시기(36)를 점등시키고, 냉각수의 유입을 조정하는 전자 밸브(37)를 닫아 냉각수의 유입을 정지시키고, 그리고 동시에, 평소에는 닫혀 있는 전자 밸브(39)를 열어 배출관(21b)의 말단을 대기로 개방한다. 이렇게 하면, 누수가 생긴 경우에는, 누수되는 물이 수증기로 되어 압력이 증대하기 때문에, 그 경우에는, 전자 밸브(39)를 통해 쿨러(19) 내의 냉각수가 외부로 배출되어 실리콘 용융액 내로 떨어지는 물의 량을 저감시킬 수 있다.

또, 이 대기로 개방되는 관은 공급관(21a)에도 접속되어 있고, 쿨러(19) 내에 이제부터 공급되려고 한 것도 배출할 수 있다. 이로 인하여, 누수 시에는 쿨러(19) 내에 체류하고 있는 냉각수가 가능한 한 대부분 배출되기 때문에, 장치에 대한 손상이 적어져, 그와 같은 경우에도 장치의 조업 정지 등의 사태가 회피할 수 있게 된다. 단, 이 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에서는, 비상 사태에 대한 만전을 기하기 위하여, 그 대책으로서, 체임버(11)에는 안전 밸브(40)가 장착되어 있다. 또, 냉각수의 유출관이나 대기 개방관에도 체크 밸브(41 내지 43)가 장착되어 있어, 비상 사태에 대한 만전이 도모되어 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 단결정 잉곳 제조 장치는 단결정 잉곳의 용융액 액면 근처를 확실하게 냉각함으로써, 인상 방향의 온도 구배를 크게 하는 것에 기여하여, 결정 결함 사이즈의 미소화와 생산 효율의 향상이 실현되는 동시에, 소량의 냉각수로 냉각을 행하는 것을 실현할 수 있어, 단결정 잉곳의 생산효율의 향상과 누수 사고에 의한 손상의 저감을 동시에 도모할 수 있다.

또한, 쿨러의 실리콘 잉곳 측 표면에 흡열성을 향상시키는 처리를 실시하고 있기 때문에, 냉각 효과를 또 향상시킬 수 있고, 쿨러를 소형화한 경우에는, 본 발명에서의 누수 시의 손상 저감이라는 효과에 한층 공헌할 수 있다.

Claims

도가니로 내의 원료 용융액으로부터 단결정 잉곳을 로 내에서 인상하는 쵸크랄스키법(이하, CZ법) 단결정 잉곳 제조 장치에서, 인상 중의 단결정 잉곳(이하, 단결정 인상 잉곳) 주위를 둘러싸 용융액 액면에서의 복사열을 차단하는 열 차단체와, 이 열차단체의 내측에 배치되고, 상기 단결정 인상 잉곳의 소정의 개소의 냉각을 행하는 쿨러를 로 내에 구비하는 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치에 있어서,

상기 쿨러는 냉각수가 유통하는 냉각 배관으로 이루어지고, 또한, 상기 열 차단체의 내측의 일부분에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치.
제1항에 있어서,

상기 쿨러는 냉각수가 유통하는 냉각 배관으로서, 상기 단결정 인상 잉곳 주위를 둘러싸는 것이고, 또한 상기 쿨러의 내경은 상기 열 차단체의 내경보다 큰 것을 특징으로 하는 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 냉각 배관의 하단이 용융액 액면에서 150mm 이하의 위치에 위치하는 것을 특징으로 하는 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

① CZ로의 배기 경로 내에 장착되는 온도 센서

② CZ로 내의 배기를 행하는 펌프의 흡인량을 추적하는 추적 수단

③ CZ로 내 또는 CZ로의 배기 경로 내에 장착되는 적외선 흡광도 측정 센서

중 어느 하나의 검출 수단을 단독 또는 조합으로 하고, 각각의 적어도 하나는 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 도가니로 내의 원료 용융액 내에 자계를 인가하는 자계 인가 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치.
제5항에 있어서,

상기 자계 인가 수단은 상기 원료 용융액 내에 등축 대칭적이고 또한 방사상의 커스프(cusp) 자계를 만드는 자계 인가 수단인 것을 특징으로 하는 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치.
CZ로 내의 배관에 냉각용 유체를 유통시켜 인상 중의 단결정 잉곳의 급랭을 행하는 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치의 배관의 설정 방법으로서,

상기 냉각용 유체가 유통하는 배관의 하단의 위치를 낮게 설정하는 동시에 상기 배관의 내경을 가늘게 하고, 또한 상기 단결정 인상 잉곳의 직경에 대응하여상기 냉각용 유체의 유통 속도를 조정함으로써, 상기 단결정 인상 잉곳의 인상 방향의 온도 구배를 높이는 동시에 장치의 안정성을 높이며, 또한 상기 배관의 배열에 대한 유연성을 높이는 설정 방법.
제7항에 있어서,

상기 급랭에 이용하는 배관을 로 내의 상기 열 차단체의 내측의 일부에 배치하는 것을 특징으로 하는 설정 방법.
로 내에서 인상 중의 단결정 잉곳 주위를 둘러싸 용융액 액면으로부터의 복사열을 차단하는 열 차단체와, 이 열 차단체의 내측에 배치되고, 상기 단결정 인상 잉곳의 소정의 개소의 냉각을 행하는 쿨러를 로 내에 구비하는 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치에 적용되는 방법으로서,

상기 열 차단체 내측의 일부에 상기 쿨러를 배치함으로써, 상기 단결정 인상 잉곳의 인상 방향의 온도 구배를 조정하는 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 쿨러가 상기 단결정 인상 잉곳 측 표면에 열 흡수성을 향상시키는 처리가 실시된 쿨러인 것을 특징으로 하는 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치.
제10항에 있어서,

상기 열 흡수성이 향상되는 것과 같은 처리는 흑색의 착색 처리를 포함하는 처리인 것을 특징으로 하는 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치.
제11항에 있어서,

상기 흑색의 착색 처리는 PVD 법에 의해 행하여진 것을 특징으로 하는 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치.
제9항에 있어서,

상기 쿨러로서 상기 단결정 인상 잉곳 측 표면에 열 흡수성을 향상시키는 처리가 실시된 쿨러를 이용함으로써, 상기 쿨러에 의한 흡열 효과를 높이면서 상기 단결정 인상 잉곳의 인상 방향의 온도 구배를 조정하는 방법.