KR20040020813A - 자장 인가식 실리콘 단결정 인상 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 실리콘 단결정봉을 걸어 올리는 와이어 케이블의 꼬임의 풀림, 킹크를 제어하는 데 있다.

챔버(11) 내에 설치되는 석영 도가니(13)에 실리콘 융액(12)을 저장하여 한 쌍의 여자 코일(31)에 의해 형성되는 수평 자장이 상기 실리콘 융액(12)에 인가되고, 종결정(24)을 상기 실리콘 융액(12)에 침지하여 와이어 케이블(23)을 회전시키면서 인상함으로써 상승하는 단결정의 하부에 교축부(25a)를 형성하고, 그 후 또한 상기 와이어 케이블을 인상함으로써 종결정을 회전시키면서 상승시켜 상기 교축부의 하부에 실리콘 단결정봉(25)을 형성한다. 교축부(25a)의 직경이 6 mm 이하이고, 실리콘 단결정봉(25)의 직경이 300 mm 이상인 경우, 여자 코일(31, 31)이 안장형이고, 실리콘 단결정봉(25)의 형성시에 종결정(24)이 8회전/분 이상 12회전/분 이하의 속도로 회전하도록 와이어 케이블(23)을 회전시킨다.

Description

자장 인가식 실리콘 단결정 인상 방법 {Method of Pulling up Single Crystal Silicon by Applying a Magnetic Field}

본 발명은, 수평 자장을 인가한 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정봉을 인상하여 육성하는 자장 인가식 단결정 인상 방법에 관한 것이다.

종래, 실리콘 단결정봉을 육성하는 방법으로서, 도가니 내의 실리콘 융액으로부터 반도체용 고순도 실리콘 단결정봉을 성장시키는 초크랄스키법(이하 CZ법이라 함)이 알려져 있다. 이 CZ법은 석영 도가니의 주위에 설치된 카본 히터에 의해 석영 도가니 내의 실리콘 융액을 가열하여 소정 온도로 유지하고, 미러 에칭된 종결정(種結晶, seed crystal)을 실리콘 융액에 접촉시키고, 그 후 그 종결정을 회전시키면서 인상하여 실리콘 단결정봉을 육성하는 것이다. 이 실리콘 단결정봉의 육성 방법에서는 종결정을 인상하여 실리콘 융액으로부터 종결정과의 교축부(neck)를 형성한 후, 목적하는 실리콘 단결정봉의 직경까지 결정을 서서히 두껍게 하여 견부(肩部)를 형성하고, 그 후 더욱 인상하여 실리콘 단결정봉의 직동부(直胴部)를 형성하도록 되어 있다.

실리콘 결정 중에는 불순물이 포함되어 있고, 이는 전기 저항률을 조정하기 위해 의도적으로 첨가되는 붕소, 인 등의 도펀트나, 인상하는 중에 석영 도가니 벽으로부터 융액 속으로 용출, 혼입되는 산소이다. 이들 불순물은 실리콘 단결정봉에 의해 실리콘 웨이퍼를 형성할 때, 웨이퍼의 품질을 좌우하므로 적절히 제어되어야 한다. 특히 웨이퍼 속에 면내 불순물 분포를 균일하게 하기 위해, 실리콘 단결정봉 속의 반경 방향의 불순물 농도 분포를 균일하게 하는 것이 중요하다.

도가니 내의 융액은 도가니 외주로부터 히터로 가열되므로, 도가니의 측벽 근방에서는 상승하고, 그 중심부에서는 하강하는 자연대류가 생긴다. 이로 인해, 도가니에 회전을 부여하여 실리콘 융액이 가열되는 것에 기인하는 자연대류를 억제하는 동시에, 인상되어지는 실리콘 단결정봉을 회전시켜 실리콘 융액에 그 실리콘 단결정봉의 회전에 기인하는 강제대류, 소위 콕크란류를 발생시키고 있다. 이 콕크란류는 고액계면(固液界面)의 중심으로부터 주변을 향하는 방사형의 흐름이다. 불순물 농도 분포를 균일하게 하기 위해서는 이들 대류를 유효하게 제어하여 용액 속의 불순물을 교반하는 것이 필요해지고, 특히 이 콕크란류는 중심대칭성이 좋은 고액계면에서의 온도 분포를 실현하고, 불순물을 균일화하는 데 필수적이다.

또한 최근에는, 초크랄스키법에 의해 단결정을 끌어올릴 때에, 도가니 내의 융액에 초전도(超傳導) 코일로부터 발생되는 정자장(靜磁場)을 인가하여 열대류를 제어하는 기술(MCZ법 ; Magnetic Field Applied Czochralski)이 이용되고 있다. 이 MCZ법에서는 융액의 온도가 안정되고, 또 융액에 의한 도가니의 용해가 감소되는 것이 실증되어 있다.

한편, 초전도 코일로부터 발생되는 정자장을 인가하고 있는 도가니 내의 융액의 자연대류를 억제하면, 그 초전도 코일로부터 누설되는 자장에 의해 실리콘 단결정봉의 회전이 억제되는 효과가 있다. 이 현상은 직경 200 mm까지의 실리콘 단결정봉에서는 그 효과가 작아서 문제가 되는 일은 없었다.

그러나, 후술하는 바와 같이 이 효과는 직경의 4승 및 실리콘 단결정봉의 길이에 비례하여 커지기 때문에, 직경 300 mm 이상의 대구경이고 긴 실리콘 단결정봉에 있어서 현저해진다. 그로 인해 실리콘 단결정봉의 회전이 자장에 의해 억제된 상태에서 종결정을 회전시키기 위해 와이어 케이블을 회전시키면, 그 와이어 케이블이 비틀어지고, 그 와이어 케이블의 꼬임이 풀리거나 또는 꼬임이 지나치게 되어 루프를 그리는, 소위 킹크를 발생시키는 경우가 있다.

또 교축부는 일반적으로 직경 6 mm 이하의 굵기까지 가늘게 하지 않으면 무전위화하지 않는다고 알려져 있고, 이 굵기까지 교축하는(좁히는) 것이 통상의 프로세스이다. 따라서 실리콘 단결정봉의 회전이 자장에 의해 억제되면, 직경이 6 mm 이하의 굵기까지 교축된 교축부가 파단되어 그 하부에 형성된 실리콘 단결정봉의 낙하로 이어질 우려가 있다.

본 발명의 목적은 실리콘 단결정봉을 걸어 올리는 와이어 케이블의 꼬임의 풀림, 킹크 또는 교축부가 비틀어져 파단되는 것을 충분히 억제하는 동시에, 불순물의 면내 분포가 양호한 실리콘 단결정봉을 얻기 위한 자장 인가식 실리콘 단결정 인상 방법을 제공하는 데 있다.

도1은 본 발명의 방법에 의해 실리콘 단결정봉이 인상되어진 상태를 나타내는 단면도.

도2는 그 안장형 여자 코일을 나타내는 사시도.

도3은 도4의 A-A선 단면도.

도4는 그 실리콘 단결정봉의 회전과 콕크란류의 관계를 나타내는 종단면도.

도5는 그 자장 인가식 단결정 인상 장치를 나타내는 단면구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : 챔버

12 : 실리콘 융액

13 : 석영 도가니

23 : 와이어 케이블

24 : 종결정

25 : 실리콘 단결정봉

25a : 교축부

31 : 안장형 여자 코일

발명자들은 자장 속에서 회전하는 실리콘 단결정봉을 억제하는 전자기학적인 힘을 해석하였다. 그 결과, 이하의 식 1의 토오크(T)에 의해 나타나는 것을 알 수 있었다.

Ｔ ＝ (1 / 64) σωB²D⁴Ｌπ

여기서 σ : 실리콘 단결정봉의 전기 전도도, ω : 실리콘 단결정봉의 회전 각속도, B : 자속밀도, D : 실리콘 단결정봉의 직경, L : 실리콘 단결정봉의 자장이 인가되어 있는 부분의 길이, π : 원주율이다. 본 식의 해석에 의해 실리콘 단결정봉 회전시에 발생하는 토오크가 와이어 케이블의 꼬임이나 교축부의 강도보다도 작게 되는 범위에서 실리콘 단결정봉을 회전시키는 방법을 발견하여 발명을 완성시켰다.

즉, 청구항 1에 관한 발명은, 도1에 도시한 바와 같이 챔버(11) 내에 설치된 석영 도가니(13)에 실리콘 융액(12)을 저장하여 한 쌍의 여자(勵磁) 코일(31, 31)에 의해 형성되는 수평 자장이 실리콘 융액(12)에 인가되고, 와이어 케이블(23)의 하단부에 설치된 종결정(24)을 실리콘 융액(12)에 침지하여 와이어 케이블(23)을 회전시키면서 인상함으로써 상승하는 종결정(24)의 하부에 교축부(25a)를 형성하고, 그 후 더욱 와이어 케이블(23)을 회전시키면서 인상함으로써 종결정(24)을 회전시키면서 상승시켜 교축부(25a)의 하부에 직경이 300 mm 이상인 실리콘 단결정봉(25)을 형성하는 실리콘 단결정 인상 방법의 개량이다.

그 특징이 있는 점은, 여자 코일(31, 31)이 안장형이고, 실리콘 단결정봉(25)의 형성시에 종결정(24)이 8회전/분 이상, 12회전/분 이하의 속도로 회전하도록 와이어 케이블(23)을 회전시키는 데 있다.

식 1로부터 토오크는 자속밀도의 2승에 비례하므로, 실리콘 단결정봉(25)에 누설되는 자장을 작게 하는 것이 토오크를 저감하는 데 가장 효과적이다. 통상의자석에서는 융액에 인가되는 자장과 실리콘 단결정봉(25)에 누설되는 자장은 같은 정도의 크기가 된다. 누설 자속이 억제된 자석으로서 안장형 자석을 여자 코일로서 이용한 직경 방위(方位) 여자용 자장 장치(일본 특허 공개 평3-15809호)가 제안되어 있다.

따라서 청구항 1에 기재된 자장 인가식 실리콘 단결정 인상 방법에서는 누설 자속이 적은 안장형 여자 코일(31, 31)을 이용하므로, 누설 자속이 실리콘 단결정봉(25)에 인가되는 것이 방지된다. 이로 인해, 실리콘 단결정봉(25)의 회전이 충분히 허용되어 그 회전이 제한되는 데 기인하는 와이어 케이블(23)의 꼬임의 풀림 또는 소위 킹크나 교축부의 파단을 충분히 억제할 수 있다. 동시에 실리콘 단결정봉(25)의 회전 속도를 8회전/분 이상, 12회전/분 이하로 함으로써, 불순물의 면내 균일성을 양호하게 할 수 있다. 실리콘 단결정봉(25)의 회전속도가 12회전/분을 초과하면, 안장형 여자 코일(31, 31)을 이용해도 토오크가 커져 와이어 케이블(23)의 꼬임의 풀림 또는 소위 킹크나 교축부의 파단의 위험성도 커지고, 실리콘 단결정봉(25)의 회전속도가 8회전/분 미만이면, 실리콘 단결정봉의 회전에 기인하는 소위 콕크란류가 부족하여 불순물 농도 분포를 균일하게 하는 것이 곤란해진다. 이 실리콘 단결정봉(25)에 더욱 바람직한 회전 속도는 8회전/분 이상, 10회전/분 이하이다.

청구항 2에 관한 발명은, 청구항 1에 관련한 발명이며, 여자 코일(31, 31)의 상단부와 중심의 중점이 실리콘 융액(12)의 표면보다도 하방에 배치된 자장 인가식 실리콘 단결정 인상 방법이다.

식 1에 있어서 실리콘 단결정봉(25)의 자장이 인가되어 있는 부분의 길이(L)를 짧게 하기 위해, 실리콘 단결정봉(25)에는 최대한 극력(極力) 자장이 누설되지 않도록 하는 것이 좋다. 그를 위해 자석은 가능한 한 하방에 배치하고, 누설 자장이 작은 곳에서 실리콘 단결정봉(25)이 회전하는 배치가 바람직하지만, 동시에 실리콘 융액(12)에는 자장이 유효하게 인가되어 있을 필요가 있다. 이 청구항 2에 관한 발명에서는, 여자 코일(31, 31)의 상단부와 중심의 중점이 실리콘 융액(12)의 표면보다도 하방에 배치되므로, 실리콘 단결정봉(25)에 누설되는 자장은 저감된다. 이로 인해 실리콘 단결정봉(25)의 회전이 충분히 허용되어 그 회전이 제한되는 데 기인하는 와이어 케이블(23)의 꼬임의 풀림 또는 소위 킹크나 교축부(25a)의 파단을 충분히 억제할 수 있다. 여기서, 여자 코일(31, 31)의 상단부와 중심의 중점과 실리콘 융액(12) 표면의 수직 방향에 있어서의 위치 관계는 그 중점이 실리콘 융액(12)의 표면으로부터 실리콘 융액(12)의 바닥 사이에 있어서의 범위에 배치되는 것이 바람직하다.

다음에 본 발명의 실시 형태를 도면을 기초로 하여 설명한다.

도5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 방법을 실현하는 장치(9)는 실리콘 단결정 인상 장치(10)와 초전도 자석 장치(30)에 의해 구성된다. 실리콘 단결정 인상 장치(10)는 챔버(11)를 갖고, 챔버(11) 내에는 실리콘 융액(12)을 저장하는 석영 도가니(13)가 설치되고, 이 석영 도가니(13)의 외면은 도시되지 않은 흑연 서셉터에 의해 피복된다. 석영 도가니(13)의 하면은 상기 흑연 서셉터를 거쳐서 지지축(14)의 상단부에 고정되고, 이 지지축(14)의 하부는 도가니 구동 수단(17)에접속된다. 도가니 구동 수단(17)은 도시되지 않은 석영 도가니(13)를 회전시키는 제1 회전용 모터와, 석영 도가니(13)를 승강시키는 승강용 모터를 갖고, 이들 모터에 의해 석영 도가니(13)가 소정의 방향으로 회전할 수 있는 동시에, 상하 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.

석영 도가니(13)의 외주면은 석영 도가니(13)로부터 소정의 간격을 두고 히터(18)에 의해 포위되고, 이 히터(18)는 도시되지 않은 보온통에 의해 포위된다. 히터(18)는 석영 도가니(13)에 투입된 고순도의 실리콘 다결정체를 가열 및 융해하여 실리콘 융액(12)으로 한다. 또 챔버(11)의 상단부에는 원통형의 케이싱(21)이 접속된다. 이 케이싱(21)에는 회전 인상 수단(22)이 마련되어 있다. 회전 인상 수단(22)은 케이싱(21)의 상단부에 수평 상태로 선회 가능하게 설치된 인상 헤드(도시하지 않음)와, 이 헤드를 회전시키는 제2 회전용 모터(도시하지 않음)와, 헤드로부터 석영 도가니(13)의 회전 중심을 향해 수직 강하된 와이어 케이블(23)과, 상기 헤드 내에 설치된 와이어 케이블(23)을 권취 또는 조출(繰出)하는 인상용 모터(도시하지 않음)를 갖는다. 와이어 케이블(23)의 하단부에는 실리콘 융액(12)에 침지하여 실리콘 단결정봉(25)을 인상하기 위한 종결정(24)이 부착된다.

한편, 안장형 초전도 자석 장치(30)는 실리콘 융액(12)에 도면의 실선 화살표로 나타낸 수평 방향의 자장을 인가하기 위한 것이고, 인상 장치(10)의 챔버(11)를 포위하도록 설치되어 자속의 누설을 방지하기 위한 원통형의 외통 실드(32)와 그 외통 실드(32)의 내측에 설치된 보냉(保冷) 용기(33)를 구비한다. 보냉 용기(33)는 내조(33a)와 외조(33b) 및 이들 중간에 설치되어 외부로부터의 칩입 열량을 저감시키는 폭사 실드판(33c)에 의해 구성된다. 내조(33a)에는 한 쌍의 안장형 여자 코일(31, 31)이 챔버(11)를 협지하도록 설치된다. 도2에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 안장형 여자 코일(31, 31)은 동형동대(同形同大)이고, 한쪽의 안장형 여자 코일(31)을 대표하여 그 형상을 설명하면, 안장형 여자 코일(31)은 한 쌍의 직선형부(31a, 31b)와, 그들의 각 단부를 각각 접속하는 반원 환형부(31c, 31c)로 이루어진다.

도5로 복귀하여 한 쌍의 안장형 여자 코일(31, 31)은 내조(33a)에 수납되고, 내조(33a)는 소형 냉동기(34)에 의해 극저온(예를 들어 4.2 K) 액체 헬륨으로 채워져 한 쌍의 안장형 여자 코일(31, 31)을 초전도 상태로 유지하도록 구성된다. 한 쌍의 안장형 여자 코일(31, 31)은 파워, 리드선(37)에 의해 직렬로 접속되고, 전원(38)으로부터 여자 전류가 공급된다. 각 안장형 여자 코일(31, 31)에 통전하면, 양 코일(31, 31)의 중심을 연결하는 직선 방향으로 자속이 발생한다. 보냉용기(33)의 하부에는 기초 받침대(41)가 설치되어, 보냉용기(33)는 이 기초 받침대(41)를 통해 챔버를 협지하도록 설치된다.

회전 인상 수단(22)에 있어서 인상용 모터의 출력축(도시하지 않음)에는 로터리 엔코더(도시하지 않음)가 설치된다. 도가니 승강 수단(17)에는 지지축(14)의 승강 위치를 검출하는 리니어 엔코더(도시하지 않음)가 설치된다. 리니어 엔코더의 검출 출력은 컨트롤러(42)의 제어 입력에 접속되고, 컨트롤러(42)의 제어 출력은 도가니 구동 수단(17)의 도시하지 않은 제1 회전 모터와 승강용 모터 및 회전 인상 수단(22)의 도시하지 않은 제2 회전 모터와 인상 노(爐)용 모터에 각각 접속된다. 또한 컨트롤러(42)에는 메모리(42a)가 설치되고, 이 메모리(42a)에는 로터리 엔코더의 검출출력에 대한 와이어 케이블(23)의 권취 길이, 즉 실리콘 단결정봉(25)의 인상 길이가 제1 맵으로서 기억되고, 실리콘 단결정봉(25)의 인상 길이로부터 산출된 석영 도가니(13) 내의 실리콘 융액(12)의 액면 레벨이 제2 맵으로서 기억된다. 실리콘 단결정봉(25)이 8회전/분 이상, 12회전/분 이하의 속도로 회전하도록 회전 인상 수단(22)에 도시하지 않은 제2 회전 모터를 제어하도록 구성된다.

이와 같이 구성된 장치에 의한 본 발명에 의한 실리콘 단결정의 인상하는 방법을 설명한다.

도5에 도시한 바와 같이, 석영 도가니(13)에 고순도의 실리콘 다결정체 및 도펀트 불순물을 투입하고, 카본 히터(18)에 의해 이 고순도 실리콘 다결정체를 가열, 융해하여 실리콘 융액(12)으로 한다. 실리콘 다결정체가 융해하여 석영 도가니(13)에 실리콘 융액(12)이 저장된 후, 초전도 자석 장치(30)의 한 쌍의 안장형 여자 코일(31, 31)에 의해 수평 자장을 형성하고, 그 수평 자장에 의해 실리콘 융액(12)의 대류를 억제한다. 도1에 도시한 바와 같이, 안장형 여자 코일(31, 31)에 의해 생긴 자장은 그 코일(31, 31)의 중공 부분에 생기는 실선 화살표로 나타낸 자속은 비교적 균일하게 발생하지만, 반원 환형부(31c, 31d)에 있어서 파선 화살표로 나타내는 그 자속은 급격히 감소하여 반원 환형부(31c, 31d)를 초과한 부분에 있어서의 누설 자속은 현저히 억제된다.

그 후 도가니 구동 수단(17)에 의해 지지축(14)을 거쳐서 석영 도가니(13)를, 예를 들어 1회전/분의 속도로 반시계 방향으로 회전시킨다. 이 도가니 회전의 속도는, 예를 들어 실리콘 단결정봉(25)의 원하는 산소 농도 등의 결정 품질에 따라 다르다. 그리고 회전 인상 수단의 도시하지 않은 인상용 모터에 의해 와이어 케이블(23)이 조출되어 종결정(24)을 강하시키고, 종결정(24)의 선단부를 실리콘 융액(12)에 접촉시킨다. 그 후 종결정(24)을 서서히 인상함으로써 직경 6 mm 이하의 교축부(25a)를 형성하고, 그 종결정(24)의 하방에 직경 310 mm 정도의 실리콘 단결정봉(25)을 육성시킨다. 실리콘 단결정봉(25)을 인상할 때에 종결정(24)이 8회전/분 이상, 12회전/분 이하의 속도로 시계 방향으로 회전하도록 와이어 케이블(23)을 회전시킨다.

한 쌍의 안장형 여자 코일(31, 31)로부터의 누설 자속이 실리콘 단결정봉(25)까지 누설되는 일은 없으므로, 실리콘 단결정봉(25)의 회전이 제한되지 않아 와이어 케이블(23)의 꼬임의 풀림 또는 소위 킹크나 교축부가 비틀어져 파단되는 것을 억제할 수 있다.

한편, 도3의 실선 화살표로 나타낸 바와 같이 실리콘 단결정봉(25)이 회전하면, 도3 및 도4에 도시한 바와 같이 그 실리콘 단결정봉(25)의 하단부가 접촉하는 실리콘 융액(12)은 원심력에 의해 파선 화살표로 나타낸 바와 같이 방사형으로 유동하는 소위 콕크란류를 발생시킨다. 본 발명에서는 와이어 케이블(23)을 유효하게 회전시킬 수 있으므로, 유효하게 발생한 콕크란류는 고액계면부의 불순물 분포를 균일하게 하고, 나아가서는 실리콘 단결정봉(25) 속의 반경 방향의 면내 불순물 농도 분포를 균일하게 할 수 있다.

또한, 여기서는 실리콘 단결정봉(25)이 와이어 케이블(23)에 의해 회전하는 구성에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 샤프트에 의해 실리콘 단결정봉(25)이 회전하는 구성에 있어서도 교축부가 비틀어져 파단되는 것을 억제한다는 점에서 같은 효과를 얻을 수 있다.

[실시예]

다음에 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 상세하게 설명한다.

<제1 실시예>

도5에 도시한 바와 같이, 내경이 700 내지 900 mm이고, 깊이가 500 mm인 석영 도가니(13)를 갖는 실리콘 단결정 인상 장치(10)의 챔버(11)를 협지하도록 한 쌍의 안장형 여자 코일(31, 31)을 배치하였다. 안장형 여자 코일(31, 31)은 중공부의 높이 1000 mm의 것을 사용하였다. 이와 같은 자장 인가식 단결정 인상 장치에서 직동부의 직경 310 mm의 실리콘 단결정봉(25)을 회전 속도가 8 내지 12회/분이며 인상 속도가 0.5 mm 내지 0.7 mm/분으로 인상하였다.

<제1 비교예>

제1 실시예에 있어서 자장 인가식 단결정 인상 장치에서 직동부의 직경 310 mm의 실리콘 단결정봉(25)을 회전 속도가 4 내지 6회/분이며 인상 속도가 0.5 내지 0.7 mm/분으로 인상하였다.

<제2 비교예>

제1 실시예에 있어서 자장 인가식 단결정 인상 장치에서 직동부의 직경 310 mm인 실리콘 단결정봉(25)을 회전 속도가 12 내지 14회/분이며 인상 속도가 0.5 내지 0.7 mm/분으로 인상하였다.

<비교 실험 및 평가>

제1 실시예 및 제1 비교예 및 제2 비교예에 의해 인상된 실리콘 단결정봉(25)에 있어서의 불순물의 면내 균일성의 비교의 지표로서 저항률 면내 균일성 RRG(Resistivity Radial Gradient)와 산소 농도 면내 균일성 ORG(Oxygen Radial Gradient)를 비교하였다. 이들 값은 {(면내의 최대치) - (면내의 최소치)} / (면내의 최소치)를 계산함으로써 면내 균일성을 평가하는 지표이고, 값이 작을수록 균일하다는 것을 나타내고 있다.

또 인상 실시 후의 와이어의 상황 및 교축부의 비틀림 상황을 비교하였다. 이 결과를 표 1에 나타낸다.

[표 1]

표 1로부터 명백한 바와 같이, 제1 실시예에서는 RRG, ORG 모두 작은 값이 되어 있다. 또한, 와이어의 상황도 이상 없고, 교축부의 비틀림도 문제없는 수준이었다. 이는 실리콘 단결정봉을 충분히 회전시키고 있는 것에 기인하는 것이라 생각된다.

한편 제1 비교예에서는 RRG, ORG 모두 나쁘게 나타난다. 이는 실리콘 단결정봉의 회전수를 줄였기 때문이라 생각된다. 그러나 와이어의 상황에 이상은 없고, 교축부의 비틀림도 문제없는 수준이었다. 이는 회전수를 줄인 효과에 의한 것이라 생각된다.

또한 제2 비교예에서는 RRG, ORG 모두 작은 값이 되어 있다. 그러나 와이어에 작은 킹크가 발생하고 있고 교축부의 비틀림도 현저하였다. 이는 실리콘 단결정봉을 충분히 회전시키고 있는 것에 의한 것이라 생각된다.

이상 서술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 누설 자속이 적은 안장형 여자 코일을 이용하여 와이어 케이블의 꼬임의 풀림 또는 소위 킹크를 억제한다. 즉, 안장형 여자 코일은 그 코일의 중공 부분에 생기는 자속이 도1의 실선으로 나타낸 바와 같이 비교적 균일하게 발생하는 한편, 중공 부분과 외부와의 사이를 걸치는 반원 환형부에 있어서 그 자속은 급격히 감소한다. 따라서, 실리콘 융액의 액면 근방에 있어서의 대류가 허용되고, 그 액면 근방에 있어서 실리콘 단결정봉의 회전에 기인하는 콕크란류가 발생한다. 이로 인해, 실리콘 단결정봉의 회전이 충분히 허용되고, 그 회전이 제한되는 것에 기인하는 와이어 케이블의 꼬임의 풀림 또는 소위 킹크를 충분히 억제할 수 있다.

여기서, 자장에 의해 실리콘 단결정봉의 회전을 억제하고자 하는 토오크는 실리콘 단결정봉에 있어서의 직동부 직경의 4승에 비례하지만, 누설 자속이 적은 안장형 여자 코일을 이용하여 누설 자속이 실리콘 단결정봉에 인가되는 것을 방지하므로, 그 직동부의 직경을 300 mm 이상으로 해도 와이어 케이블의 꼬임의 풀림 또는 킹크나 교축부의 비틀림 파단을 확실하게 억제할 수 있다.

또한, 종결정이 8회전/분 이상, 12회전/분 이하의 속도로 회전하도록 와이어 케이블을 회전시키므로, 콕크란류를 유효하게 발생시켜 실리콘 단결정봉의 고액계면에 있어서의 불순물 농도 분포를 용이하게 균일화할 수 있고, 실리콘 단결정봉으로 작성되는 실리콘 웨이퍼의 불순물 농도 분포를 균일화할 수 있다.

Claims (2)

1. 챔버(11) 내에 설치되는 석영 도가니(13)에 실리콘 융액(12)을 저장하여 한 쌍의 여자 코일(31, 31)에 의해 형성되는 수평 자장이 상기 실리콘 융액(12)에 인가되고, 와이어 케이블(23)의 하단부에 설치된 종결정(24)을 상기 실리콘 융액(12)에 침지하여 상기 와이어 케이블(23)을 회전시키면서 인상함으로써 상승하는 상기 종결정(24)의 하부에 교축부(25a)를 형성하고, 그 후 더욱 상기 와이어 케이블(23)을 회전시키면서 인상함으로써 상기 종결정(24)을 회전시키면서 상승시켜 상기 교축부(25a)의 하부에 직경이 300 mm 이상의 실리콘 단결정봉(25)을 형성하는 실리콘 단결정 인상 방법에 있어서,

   상기 여자 코일(31, 31)이 안장형이고,

   상기 실리콘 단결정봉(25)의 형성시에 상기 종결정(24)이 8회전/분 이상, 12회전/분 이하의 속도로 회전하도록 상기 와이어 케이블(23)을 회전시키는 것을 특징으로 하는 자장 인가식 실리콘 단결정 인상 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 여자 코일(31, 31)의 상단부와 중심의 중점이 실리콘 융액(12)의 표면보다도 하방에 배치된 것을 특징으로 하는 자장 인가식 실리콘 단결정 인상 방법.