KR20040048217A - 실리콘 단결정 성장 장치 및 실리콘 단결정 성장 장치의멜트 갭 제어 방법 - Google Patents

실리콘 단결정 성장 장치 및 실리콘 단결정 성장 장치의멜트 갭 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘 단결정 성장 장치 및 실리콘 단결정 성장 장치의 멜트 갭을 제어하는 방법에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치는 실리콘 단결정 성장 장치에 있어서, 상단부에 열쉴드 결합부가 형성된 일정한 길이의 막대 모양으로 형성된 멜트 갭(melt gap) 제어봉이 열쉴드의 하단부에 탈ㆍ부착 가능하도록 설치된 것이 특징이며, 상기 멜트 갭(melt gap) 제어봉은 석영(Quartz)으로 형성된 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치의 멜트 갭 제어 방법은 실리콘 단결정 성장 장치에서, 상단부에 열쉴드 결합부가 형성된 일정한 길이의 막대 모양으로 형성된 멜트 갭(melt gap) 제어봉을 열쉴드의 하단부에 설치하는 단계와, 석영 도가니의 내부에 적재한 폴리 실리콘을 완전히 용융시키는 단계와, 페데스탈을 이용하여 상기 석영 도가니를 일정 거리 상승시켜 실리콘 융액의 멜트 레벨(melt level)과 상기 멜트갭 제어봉의 하단부를 접촉시키는 단계와, 미리 설정된 멜트 갭에서 상기 멜트갭 제어봉의 길이를 뺀 거리만큼 상기 석영 도가니를 하강시키는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

실리콘 단결정 성장 장치 및 실리콘 단결정 성장 장치의 멜트 갭 제어 방법{Grower of single crystalline silicon and Control method of melt gap of the same}
본 발명은 실리콘 단결정 성장 장치 및 실리콘 단결정 성장 장치의 멜트 갭을 제어하는 방법에 관한 것이다.
종래의 실리콘 단결정 성장 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버(10)와, 챔버(10) 내부에 설치된 석영 도가니(20)와, 석영 도가니(20)를 지지하는 흑연 도가니(30)와, 흑연 도가니(30)를 지지하며 상승ㆍ하강ㆍ회전시키는 페데스탈(40)과, 챔버(10) 내벽에 설치된 히터(50)와, 히터(50)의 열이 챔버(10)의 측벽부로 방출되지 못하도록 챔버(10) 내부벽에 설치된 복사 단열체(60)와, 석영 도가니(20) 내부의 실리콘 융액(SM)으로부터 성장하는 실리콘 단결정 잉곳(IG)으로 복사되는 열을 차단하기 위하여 설치된 열쉴드(70)를 포함하여 이루어진다.
여기에서 열쉴드(70)는 상술한 바와 같이 실리콘 융액(SM)의 표면과 히터(60)로부터 복사되는 열이 실리콘 단결정 잉곳(IG)으로 전달되지 못하도록 설치되는 것이 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 생산성과 품질 향상을 위하여 최근에 필수적으로 설치한다. 그리고, 열쉴드(70)의 설치 시, 열쉴드(70)의 하단부와 실리콘 융액(SM)의 표면(Melt Level : ML) 간에 일정한 간격(D1)을 유지하며 설치하며, 이 간격(D1)을 멜트 갭(Melt Gap : D1)이라 한다.
멜트 갭(D1)은 실리콘 단결정 성장 시, 실리콘 단결정 성장로의 상부에서 주입하여 하부로 배출하는 아르곤(Ar) 가스의 흐름 경로가 되고, 또한, 실리콘 단결정잉곳(IG)의 열이력에 영향을 주게된다. 따라서, 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 성장 시, 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 품질 향상과 생산성 증가를 위하여 멜트 갭(D1)을 일정하게 유지하여야 한다.
이에 종래에는 실리콘 단결정 성장 장치의 설계 도면을 참고하여 도면 상의 위치를 추정하고, 그 후 일정한 높이로 열쉴드(70)를 지지하여 설치한다.
그러나, 이러한 종래의 방법으로 열쉴드(70)를 설치하더라도, 열쉴드(70)를 설치하여 지지시키는 복사 단열체(60)의 가공 오차 및 석영 도가니(20)를 지지하는 흑연 도가니(30)의 가공 오차, 석영 도가니(20)의 내부에 적재시키는 폴리 실리콘(PS) 량의 오차에 의한 실리콘 융액(SM)의 멜트 레벨(ML)의 오차 등으로 정확한 멜트 갭(D1)을 확보할 수 없었던 것이다.
본 발명은 멜트 갭(Melt Gap)을 정확히 제어 할 수 있는 실리콘 단결정 성장 장치 및 실리콘 단결정 성장 장치의 멜트 갭 제어 방법을 제공하려는 것이다.
이를 위한 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치는 챔버와, 상기 챔버 내부에 설치된 석영 도가니와, 상기 석영 도가니를 지지하는 흑연 도가니와, 상기 흑연 도가니를 지지하며 상승ㆍ하강ㆍ회전시키는 페데스탈과, 상기 챔버 내벽에 설치된 히터와, 상기 히터의 열이 상기 챔버의 측벽부로 방출되지 못하도록 상기 챔버 내부벽에 설치된 복사 단열체와, 상기 석영 도가니 내부의 실리콘 융액으로부터 성장하는 실리콘 단결정 잉곳으로 복사되는 열을 차단하기 위하여 설치된 열쉴드를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치에 있어서, 상단부에 열쉴드 결합부가 형성된 일정한 길이의막대 모양으로 형성된 멜트 갭(melt gap) 제어봉이 상기 열쉴드의 하단부에 탈ㆍ부착 가능하도록 설치된 것이 특징이며, 상기 멜트 갭(melt gap) 제어봉은 석영(Quartz)으로 형성된 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치의 멜트 갭 제어 방법은 실리콘 단결정 성장 장치에서, 상단부에 열쉴드 결합부가 형성된 일정한 길이의 막대 모양으로 형성된 멜트 갭(melt gap) 제어봉을 상기 열쉴드의 하단부에 설치하는 단계와, 상기 석영 도가니의 내부에 적재한 폴리 실리콘을 완전히 용융시키는 단계와, 상기 페데스탈을 이용하여 상기 석영 도가니를 일정 거리 상승시켜 실리콘 융액의 멜트 레벨(melt level)과 상기 멜트갭 제어봉의 하단부를 접촉시키는 단계와, 미리 설정된 멜트 갭에서 상기 멜트갭 제어봉의 길이를 뺀 거리만큼 상기 석영 도가니를 하강시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
도 1은 종래의 실리콘 단결정 성장 장치의 개략적인 단면도.
도 2은 본 발명의 멜트 갭 제어봉의 단면도.
도 3은 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치의 단면도.
도 4는 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치의 멜트 갭 제어 방법의 공정 순서도.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치의 멜트 갭 제어 방법의 각 단계별 공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *
10 : 챔버 20 : 석영 도가니
30 : 흑연 도가니 40 : 페데스탈
50 : 히터 60 : 복사 단열체
70 : 열쉴드 80 : 멜트 갭 제어봉
IG : 실리콘 단결정 잉곳 SM : 실리콘 융액
PS : 폴리 실리콘
D1 : 멜트 갭(melt gap) L : 멜트 갭 측정봉의 길이
D2 : 멜트 갭에서 멜트 갭 측정봉의 길이를 뺀 거리
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치는, 도 2에 도시된 바와 같은, 상부에 열쉴드 결합부(81)가 형성된 일정한 길이의 막대부(82)로 형성된 멜트갭 제어봉(80)이 설치된다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 챔버(10)와, 챔버(10) 내부에 설치된 석영 도가니(20)와, 석영 도가니(20)를 지지하는 흑연 도가니(30)와, 흑연 도가니(30)를 지지하며 상승ㆍ하강ㆍ회전시키는 페데스탈(40)과, 챔버(10) 내벽에 설치된 히터(50)와, 히터(50)의 열이 챔버(10)의 측벽부로 방출되지 못하도록 챔버(10) 내부벽에 설치된 복사 단열체(60)와, 석영 도가니(10) 내부의 실리콘 융액(SM)으로부터 성장하는 실리콘 단결정 잉곳(IG)으로 복사되는 열을 차단하기 위하여 설치된 열쉴드(70)를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치에 있어서, 열쉴드(70)의 하단부에 멜트갭 제어봉(80)이 탈ㆍ부착 가능하도록 설치된 것이다.
따라서, 실리콘 단결정 성장 장치의 운영자(Operator)는 챔버(10)의 상부에 설치되어 있는 외부 관찰경(Ob)을 통하여 멜트갭 제어봉(80)을 관측하면서 멜트 갭(D1)을 정확하게 제어할 수 있는 것이다.
여기에서 실리콘 단결정 잉곳(IG)으로 멜트갭 제어봉(80)에 의한 오염을 방지하고, 고온의 챔버(10) 내부에서 녹지 않도록 석영(Quartz)으로 형성된 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치의 멜트갭 제어 방법은, 도 4에 나타낸 바와 같다.
즉, 먼저 도 5a에 도시된 바와 같이, 실리콘 단결정 성장 장치에 설치되어 있는 열쉴드(70)의 하단부에 멜트갭(melt gap) 제어봉(80)을 설치하고, 석영 도가니(20)의 내부에 적재한 폴리 실리콘(PS)을 완전히 용융시켜 도 5b에 도시된 바와 같이 되도록 한다.
그 후, 실리콘 단결정 성장 장치의 운영자(Operator)는 외부 관측경(Ob)를 통하여 멜트 레벨(ML)과 멜트 갭 제어봉(80)의 하단부를 관찰하면서, 페데스탈(40)을 이용하여 석영 도가니(20)를 일정 거리 상승시켜, 도 5c에 도시된 바와 같이, 실리콘 융액(SM)의 멜트 레벨(ML)과 멜트갭 제어봉(80)의 하단부를 접촉시킨다.
그리고, 미리 설정된 멜트 갭(D1)에서 멜트 갭 제어봉(80)의 길이(L)를 뺀거리(D2)만큼 석영 도가니(20)를 하강시킴으로서, 열쉴드(70)와 실리콘 융액(SM)의 표면간의 간격을 미리 설정된 멜트 갭(D1)과 정확하게 일치되도록 할 수 있는 것이다.
상술한 바와 같은 방법으로 미리 설정 된 멜트 갭(D1)으로 제어한 후에는 실리콘 융액(SM)으로 시드 결정을 디핑(dipping)시켜, 도 3에 도시된 바와 같이 실리콘 단결정 잉곳(IG)을 성장시키는 것이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
본 발명은 실리콘 단결정 성장 장치에 멜트 갭 제어봉을 설치함으로서, 멜트 갭(Melt Gap)을 정확히 제어 할 수 있는 실리콘 단결정 성장 장치 및 실리콘 단결정 성장 장치의 멜트 갭 제어 방법을 제공하였다.

Claims (4)

  1. 챔버와, 상기 챔버 내부에 설치된 석영 도가니와, 상기 석영 도가니를 지지하는 흑연 도가니와, 상기 흑연 도가니를 지지하며 상승ㆍ하강ㆍ회전시키는 페데스탈과, 상기 챔버 내벽에 설치된 히터와, 상기 히터의 열이 상기 챔버의 측벽부로 방출되지 못하도록 상기 챔버 내부벽에 설치된 복사 단열체와, 상기 석영 도가니 내부의 실리콘 융액으로부터 성장하는 실리콘 단결정 잉곳으로 복사되는 열을 차단하기 위하여 설치된 열쉴드를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치에 있어서,
    상단부에 열쉴드 결합부가 형성된 일정한 길이의 막대 모양으로 형성된 멜트 갭(melt gap) 제어봉이 상기 열쉴드의 하단부에 탈ㆍ부착 가능하도록 설치된 것이 특징인 실리콘 단결정 성장 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 멜트 갭(melt gap) 제어봉은 석영(Quartz)으로 형성된 것이 특징인 실리콘 단결정 성장 장치.
  3. 챔버와, 상기 챔버 내부에 설치된 석영 도가니와, 상기 석영 도가니를 지지하는 흑연 도가니와, 상기 흑연 도가니를 지지ㆍ회전시키는 페데스탈과, 상기 챔버 내벽에 설치된 히터와, 상기 히터의 열이 상기 챔버의 측벽부로 방출되지 못하도록 상기 챔버 내부벽에 설치된 복사 단열체와, 상기 석영 도가니 내부의 실리콘 융액으로부터 성장하는 실리콘 단결정 잉곳으로 복사되는 열을 차단하기 위하여 설치된 열쉴드를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치에서,
    상단부에 열쉴드 결합부가 형성된 일정한 길이의 막대 모양으로 형성된 멜트 갭(melt gap) 제어봉을 상기 열쉴드의 하단부에 설치하는 단계와;
    상기 석영 도가니의 내부에 적재한 폴리 실리콘을 완전히 용융시키는 단계와;
    상기 페데스탈을 이용하여 상기 석영 도가니를 일정 거리 상승시켜 실리콘 융액의 멜트 레벨(melt level)과 상기 멜트갭 제어봉의 하단부를 접촉시키는 단계와;
    미리 설정된 상기 열쉴드와 상기 실리콘 융액의 멜트 레벨의 간격(이하, '멜트 갭(melt gap)'이라 함)에서 상기 멜트갭 제어봉의 길이를 뺀 거리만큼 상기 석영 도가니를 하강시키는 단계를 포함하는 것이 특징인 실리콘 단결정 잉곳 성장 장치의 멜트 갭 제어 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 멜트 갭(melt gap) 제어봉은 석영(Quartz)으로 형성된 것이 특징인 실리콘 단결정 잉곳 성장 장치의 멜트 갭 제어 방법.
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