KR20070042208A

KR20070042208A - 열차폐 부재 및 이를 이용한 단결정 인상 장치

Info

Publication number: KR20070042208A
Application number: KR1020077006126A
Authority: KR
Inventors: 히토시 사사키; 지 쿠라가키
Original assignee: 가부시키가이샤 사무코
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2007-04-20
Also published as: KR100888221B1

Abstract

도가니(10)내에 저류된 융액(15)으로부터 단결정(16)을 인상하는 초크랄스키법에 의한 단결정 인상 장치에 있어, 단결정(16)의 주위를 열차폐하는 열차폐 부재(20)이다. 단결정(16)을 둘러싸도록 배치되어 하단부가 융액(15)의 근방에까지 이르는 대략 원통형상의 본체부(21)와, 이 본체부(21)의 하단부에서 직경방향으로 연장되어 융액(15)을 덮는 대략 둥근고리형상의 저판부(22)를 구비하여 이루어지고, 이 저판부(22)가 일 개소 이상에서 둘레방향으로 잘려분리된 상태로 본체부(21)에 부착되어 있다. 이러한 구성에 의해, 내구성이 우수한 열차폐 부재 및 이를 이용한 단결정 인상 장치를 제공할 수 있다.

단결정, 열차폐, 저판부

Description

열차폐 부재 및 이를 이용한 단결정 인상 장치{HEAT SHIELDING MEMBER AND SINGLE CRYSTAL PULLING EQUIPMENT USING THE SAME}

[기술분야]

본 발명은, 초크랄스키법에 의한 단결정 인상 장치 및 이에 이용되는 열차폐 부재에 관한 것이다.

[배경기술]

종래부터, 실리콘의 단결정을 성장시키는 방법으로서, 초크랄스키법이 알려져 있다. 초크랄스키법이란, 원료를 도가니 내에서 용융하여, 그 융액 내에 종결정(種結晶)을 침지하고, 종결정 및 도가니를 회전시키면서, 종결정을 서서히 인상함으로써, 그 아래에 실리콘의 단결정을 성장시키는 방법이다.

이 초크랄스키법에 의해 성장되는 단결정의 품질은, 성장 중의 온도에 의존하는 것이 일반적으로 알려져 있다. 결정의 온도에 큰 영향을 주는 인자로서는, 도가니 내의 융액으로부터 받는 복사열을 들 수 있고, 이를 제어하기 위해, 초크랄스키법에 의한 단결정 인상 장치에 있어서는, 통상, 성장 중의 결정 주위에 흑연 등으로 이루어진 열차폐 부재가 배치된다(예를 들면, 일본공개특허공보 평05-294784호(제2 페이지~제4 페이지) 및 일본공개특허공보 평11-290792호(제4 페이지) 참조).

또한, 상기 단결정 인상 장치에 있어서는, 성장 중의 결정의 직경을 비접촉 으로 계측하여 인상 속도를 제어하기 위한 광학 기기가 설치됨에 따라, 그 시야를 확보하기 위해, 상기 열차폐 부재에 절결부(슬릿을 포함)를 설치하는 경우가 많다.

[발명의 개시]

[발명이 해결하고자 하는 과제]

한편, 상기 단결정 인상 장치에 있어서는, 단결정의 인상을 행하고 있는 동안, 챔버 내의 온도를 1000℃ 이상의 고온으로 유지하는 한편, 단결정의 인상 종료 후에는, 챔버 내의 온도를 일단 상온으로까지 저하시키고, 이 상태에서 다음 인상에 이용하는 단결정의 원료를 도가니 내에 공급하도록 하고 있다. 즉, 챔버 내에 있어서는 원료의 공급시와 단결정의 인상시 간에 매우 큰 온도차가 생기고, 이것이 단결정의 제조 과정에서 반복 발생한다. 또한, 상기 열차폐 부재의 하단부에는, 융액에 대향하는 부분이 설치되지만, 이 부분에는, 그 표면을 따라 흐르는 불활성가스에 의한 영향이나, 도가니나 히터의 배치 등의 관계에서, 그 중심부와 외주부와의 사이에서 100℃~200℃의 온도차가 생긴다.

이 때문에, 상기 열차폐 부재에는, 상술한 바와 같은 챔버 내에서 생기는 급격한 온도 변화나 재료 중에 발생하는 급격한 온도차, 또한 재료 중의 잔류 응력이나 열화 방지용의 피복재와 내부 물질과의 열팽창 차이 등의 영향에 의해, 사용 중에 큰 응력이 발생하는 경우가 있다. 특히, 광학 기기용에 형성된 절결부의 근방에는 응력이 집중되기 쉽고, 열차폐 부재가 반복 사용되어 재질의 열화가 진행되면, 사용 중에 파괴될 우려가 있다. 그 경우에는, 열차폐 부재의 파편 등이 도가니 내의 융액에 혼입되어 융액 등이 사용 불가능하게 되기 때문에, 수율을 저하시키는 원인으로도 된다. 이것을 피하기 위해, 재질의 열화가 진행되기 이전에 열차폐 부재를 교환하는 것도 고려되지만, 열차폐 부재 자체가 비교적 고가이기 때문에, 빈번하게 교환을 반복하면 비용이 증대된다는 문제점이 있다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 재료 중에 발생하는 열응력을 완화할 수 있는 내구성이 우수한 열차폐 부재 및 이를 이용한 단결정 인상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항1에 기재된 발명은, 도가니 내에 저류(貯留)된 융액으로부터 단결정을 인상하는 초크랄스키법에 의한 단결정 인상 장치에 있어, 상기 단결정의 주위를 열차폐하는 열차폐 부재로서, 상기 단결정을 둘러싸도록 배치되어 하단부가 상기 융액의 근방에까지 이르는 대략 원통형상의 본체부와, 상기 본체부의 하단부에서 직경방향으로 연장되어 상기 융액을 덮는 대략 둥근고리형상의 저판부(底板部)를 구비하여 이루어지고, 상기 저판부가 일 개소(個所) 이상에서 둘레방향으로 잘려분리된 상태로 상기 본체부에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

여기서, 대략 원통형상의 본체부로는, 상하 양단의 지름이 거의 같은 치수로 되는 원통형상의 본체부가 포함되는 것 외에, 상단에서 하단을 향해 점차 지름이 작아지는 역원추대 형상의 본체부도 포함된다.

대략 둥근고리형상의 저판부로는, 내주측과 외주측의 높이가 거의 같게 되는 수평한 저판부가 포함되는 것 외에, 내주측이 외주측보다도 상방 또는 하방에 위치하는 경사진 상태의 저판부도 포함된다.

본체부에 저판부를 부착하는 방법으로서는, 예를 들면, 본체부의 하단에, 내주측으로 연장돌출하는 지지부를 설치하고, 이 지지부의 상면에 저판부의 원주 둘레부를 올려놓은 상태에서 부착하는 방법 등을 들 수 있다.

이 청구항1에 기재된 발명에 의하면, 융액을 덮는 대략 둥근고리형상의 저판부가 일 개소 이상에서 둘레방향으로 잘려분리된 상태로 본체부에 부착되어 있기 때문에, 저판부 중에 발생하는 열응력을 완화할 수 있고, 열차폐 부재의 특정 부위에 열응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 저판부가 둘레방향으로 연속하는 상태로 설치되어 있는 경우(즉, 잘려분리된 개소가 없는 경우)에는, 저판부의 자유 열팽창이 구속되어, 사용 중에 큰 열응력이 발생하는 경우가 있을 수 있지만, 본 발명에 의하면, 저판부를 일 개소 이상에서 둘레방향으로 잘라분리함으로써, 상기 큰 열응력의 발생을 방지할 수 있다. 그 결과, 재질의 열화가 진행되어도 열차폐 부재가 파괴되기 어렵게 되어, 해당 열차폐 부재의 내구성을 높일 수 있다. 또한 열차폐 부재가 파괴되기 어렵기 때문에, 부재 비용을 저감할 수도 있다.

청구항2에 기재된 발명은, 청구항1에 기재된 열차폐 부재에 있어서, 상기 저판부에는 절결부(切缺部)가 설치되고, 이 절결부를 지나는 선분을 따라 해당 저판부가 잘려분리되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

여기서, 상기 절결부로는, 저판부의 내주 또는 외주의 일부를 절결하도록 형성된 절결부가 포함되는 것 외에, 내주와 외주와의 사이에 형성되는 개구부도 포함된다. 또한, 상기 절결부는, 광학 기기의 시야를 확보하기 위해 형성되는 절결부에 한정되는 것은 아니고, 다른 용도를 위해 형성되는 절결부이어도 된다.

이 청구항2에 기재된 발명에 의하면, 절결부를 지나는 선분을 따라 저판부가 잘려분리되어 있기 때문에, 절결부의 주위에 열응력이 집중되는 것을 방지할 수 있어, 열차폐 부재의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.

청구항3에 기재된 발명은, 도가니 내에 저류된 융액으로부터 단결정을 인상하는 초크랄스키법에 의한 단결정 인상 장치로서, 상기 단결정의 주위를 덮는 열차폐 부재로서 청구항1 또는 2에 기재된 열차폐 부재를 이용하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 청구항3에 기재된 발명에 의하면, 단결정의 주위를 덮는 열차폐 부재로서 청구항1 또는 2에 기재된 열차폐 부재를 이용하도록 했기 때문에, 종래보다도 열차폐 부재의 내구성이 향상되어, 단결정의 제조에 드는 비용의 저감을 도모할 수 있음과 함께, 사용 중에 열차폐 부재가 파괴된다는 문제점의 발생을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 수율의 개선을 도모할 수 있다.

[발명의 효과]

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 저판부 중에 발생하는 열응력을 완화할 수 있고, 열차폐 부재의 특정 부위에 열응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 열차폐 부재의 내구성을 향상시킬 수 있고, 단결정의 제조에 드는 비용을 저감시킬 수 있다.

[도면의 간단한 설명]

도1 은 본 발명에 관련된 단결정 인상 장치의 일실시형태를 나타내는 단면도이다.

도2 는 도1 의 열차폐 부재를 나타내는 사시도이다.

도3A 는 도1 의 열차폐 부재의 저판부를 나타내는 평면도이다.

도3B 는 도1 의 열차폐 부재의 저판부를 나타내는 평면도이다.

[부호의 설명]

10 : 도가니

15 : 융액

16 : 단결정

20 : 열차폐 부재

21 : 본체부

22 : 저판부

25 : 절결부

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

도1~도3 은, 본 발명에 관련된 열차폐 부재 및 이를 이용한 단결정 인상 장치의 일실시형태를 나타내는 것으로, 도면 중 부호 10은 도가니이다. 이 도가니(10)는, 석영제의 내층 용기와 흑연제의 외층 용기로 이루어지고, 도1 에 나타내는 바와 같이, 지지축(12)에 의해 회전 및 승강이 자유롭게 지지된 상태로 챔버(11) 내에 수용되어 있다. 이 도가니(10)의 주위에는, 그 외주를 따라 히터(13)가 배치되는 한편, 도가니(10)의 상방에는, 지지축(12)과 반대 방향으로 회전 및 승강이 자유로운 인상축(14)이 배설되어 있다. 이 인상축(14)의 하단부에는 종결정(도시 생략)이 부착되어 있고, 이 종결정을 도가니(10) 내의 융액(15)에 침지하 고, 인상축(14) 및 지지축(12)을 역방향으로 회전시키면서, 융액(15)으로부터 종결정을 서서히 인상함으로써, 그 아래에 실리콘 단결정(16)이 성장하도록 되어 있다.

또한 챔버(11) 내의 소정 위치에는, 성장 중의 상기 단결정(16)의 직경을 계측하기 위한 광학 기기(도시생략)가 설치되어 있고, 이 광학 기기의 계측치에 기초하여 종결정의 인상 속도 등이 제어되도록 되어 있다.

그리고, 도가니(10)의 상방에는, 도1 에 나타내는 바와 같이, 성장 중의 상기 단결정(16)의 주위를 열차폐하는 열차폐 부재(20)가 배치되어 있다. 이 열차폐 부재(20)는, 단결정(16)을 둘러싸도록 배치되어 하단부가 도가니(10) 내의 융액(15)의 근방에까지 이르는 대략 원통형상의 본체부(21)와, 융액(15)에 대향하는 상태로 본체부(21)의 하단부에 배치되는 대략 둥근고리형상의 저판부(22)를 구비하고 있다. 이들 본체부(21) 및 저판부(22)는 모두 흑연이나 CC 합성재 등에 의해 형성되고, 그 표면에는 SiC에 의한 코팅이 행해져 있다.

본체부(21)의 상단부에는, 도1 및 도2 에 나타내는 바와 같이, 챔버(11) 내의 프레임(17)에 열차폐 부재(20)를 걸어두기 위한 플랜지부(23)가 형성되고, 하단부에는, 저판부(22)의 원주 둘레부를 지지하는 지지부(24)가 본체부(21)의 내주측으로 연장돌출하는 상태로 형성되어 있다.

한편, 저판부(22)의 중앙부에는, 상기 단결정(16)을 지나게 하는 개구부(26)가 형성되어 있다. 이 저판부(22)의 내주부에는, 도2 및 도3 에 나타내는 바와 같이, 광학 기기의 시야를 확보하기 위한 절결부(25)가 형성되어 있고, 이 절결부(25)를 지나는 선분을 따라 해당 저판부(22)가 둘레방향으로 잘려분리되어 복수 로 분할된 상태(여기서는, 절결부(25)를 지나는 직경(L)을 따라 반으로 분할된 상태)로 본체부(21)에 부착되어 있다.

상기 구성으로 이루어지는 단결정 인상 장치를 이용하여 실리콘의 단결정(16)을 성장시키는 경우에는, 먼저 원료가 되는 다결정 실리콘을 도가니(10) 내에 공급하고, 그 후, 챔버(11) 내를 진공 배기한 후, 불활성가스를 도입 유동시킨 상태에서 히터(13)를 작동시켜, 도가니(10) 내의 원료를 용해한다. 이어서, 인상축(14)의 하단부에 부착한 종결정을 도가니(10) 내의 융액(15)에 침지하고, 이 상태에서 인상축(14)과 지지축(12)을 역방향으로 회전시키면서 인상축(14)을 상승시킨다. 이에 따라, 종결정의 하방에 실리콘의 단결정(16)이 육성된다.

이때에, 실리콘의 단결정(16)은 주위가 열차폐 부재(20)에 의해 덮혀진 상태로 되어 있기 때문에, 도가니(10) 내의 융액(15)으로부터 발생된 복사열 등이 열차폐 부재(20)에 의해 차단되게 된다. 따라서, 단결정(16)의 온도 상승을 억제하여 단결정(16)을 미리 설정한 온도로 용이하게 제어할 수 있고, 단결정(16)의 온도 제어에 기인하는 품질의 불균일을 저감할 수 있다.

게다가, 본 실시 형태의 열차폐 부재(20)에 의하면, 융액(15)에 대향하는 둥근고리형상의 저판부(22)가 복수 개소에서 둘레방향으로 잘려분리된 상태로 본체부(21)에 부착되어 있기 때문에, 저판부(22) 중에 발생하는 열응력을 완화할 수 있다. 특히, 이 실시형태에 있어서는, 절결부(25)를 지나는 선분(직경L)을 따라 저판부(22)를 분할하도록 했기 때문에, 절결부(25)의 주위에 열응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 열차폐 부재(20)의 내구성을 향상시킬 수 있어, 재질의 열화가 진행되어도 열차폐 부재(20)가 파괴되기 어렵게 된다.

그 결과, 사용 중에 열차폐 부재(20)가 파괴된다는 문제점의 발생을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 수율의 개선을 도모할 수도 있다.

그리고, 이 실시형태에 있어서는, 절결부(25)를 지나는 직경(L)을 분할선으로 하여 저판부(22)를 2 분할하도록 했기 때문에, 그들 분할편(22a, 22b)이 본체부(21)로부터 탈락되지 않도록 각각을 안정된 상태로 유지할 수 있다.

또한, 이 실시형태에 있어서는, 둥근고리형상의 저판부(22)를 2 개소에서 잘라분리시켜 저판부(22)를 2 분할하도록 했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 저판부(22)를 3 개소 이상에서 잘라분리시켜 저판부(22)를 3개 이상으로 분할하도록 하거나, 또는 저판부(22)의 잘라분리시킨 개소를 1 개소만으로 하여 저판부(22)를 복수로 분할하지 않도록 구성하는 것도 가능하다.

[산업상 이용가능성]

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 저판부 중에 발생하는 열응력을 완화할 수 있어, 열차폐 부재의 특정 부위에 열응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 열차폐 부재의 내구성을 향상시킬 수 있어, 단결정의 제조에 드는 비용을 저감할 수 있다.

Claims

도가니 내에 저류(貯留)된 융액으로부터 단결정을 인상하는 초크랄스키법에 의한 단결정 인상 장치에 있어, 상기 단결정의 주위를 열차폐하는 열차폐 부재로서,

상기 단결정을 둘러싸도록 배치되어 하단부가 상기 융액의 근방에까지 이르는 대략 원통형상의 본체부와,

상기 본체부의 하단부에서 직경방향으로 연장되어 상기 융액을 덮는 대략 둥근고리형상의 저판부(底板部)를 구비하여 이루어지고,

상기 저판부가 일 개소 이상에서 둘레방향으로 잘려분리된 상태로 상기 본체부에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 열차폐 부재.
제1항에 있어서,

상기 저판부에는 절결부(切缺部)가 형성되고, 이 절결부를 지나는 선분을 따라 해당 저판부가 잘려분리되어 있는 것을 특징으로 하는 열차폐 부재.
도가니 내에 저류된 융액으로부터 단결정을 인상하는 초크랄스키법에 의한 단결정 인상 장치로서,

상기 단결정의 주위를 덮는 열차폐 부재로서 제1항 또는 제2항에 기재된 열차폐 부재를 이용하는 것을 특징으로 하는 단결정 인상 장치.