KR20100113510A - 단결정 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 원료융액을 수용하는 도가니 및 상기 원료융액을 가열하는 히터를 격납하는 메인챔버와, 이 메인챔버의 상부에 연설(連設)되어 성장한 단결정이 인상되어 수용되는 인상챔버와, 상기 인상 중의 단결정을 둘러싸도록 상기 메인챔버의 적어도 천장부에서 원료융액의 표면을 향해 연신되고, 냉각매체로 강제냉각되는 냉각통을 가진 쵸크랄스키법에 의해 단결정을 육성하는 단결정 제조장치로, 적어도 상기 냉각통의 내측에 감합(嵌合)되는 냉각보조통을 가지며, 이 냉각보조통은 축방향으로 관통하는 틈을 가지며, 상기 원료융액의 표면을 향해 연신되어 있는 것을 특징으로 하는 단결정 제조장치이다. 이에 의해 성장 중의 단결정을 효율이 좋게 냉각함으로써 단결정의 성장속도의 고속화를 도모할 수 있는 단결정 제조장치가 제공된다.

Description

단결정 제조장치{SINGLE CRYSTAL PRODUCING DEVICE}

본 발명은 쵸크랄스키법(Czochralski Method, 이하CZ법이라 함)에 의한 실리콘 단결정의 제조장치에 관한 것이다.

이하, 종래의 쵸크랄스키법에 의한 단결정 제조장치에 대해 실리콘 단결정의 육성을 예를 들어 설명한다.

도 4에 종래의 단결정 제조장치의 일예를 나타낸 개략단면도를 나타냈다.

CZ법으로 실리콘 단결정을 제조할 때 사용되는 단결정 제조장치(101)는 일반적으로 원료융액(105)이 수용된 승강 이동이 가능한 도가니(106, 107)와, 이 도가니(106, 107)를 둘러싸도록 배치된 히터(108)가 단결정(104)을 육성하는 메인챔버(102) 내에 배치되어 있으며, 이 메인챔버(102)의 상부에는 육성한 단결정을 수용하고 꺼내기 위한 인상챔버(103)가 연설(連設)되어 있다. 도가니(106, 107)는 단결정 제조장치(101)의 하부에 장착된 회전구동기구(미도시)에 의해 회전 승강 이동이 자유로운 도가니회전축(118)에 지지되어 있다.

또한, 히터(108)의 외측에는 히터(108)에서의 열이 메인챔버(102)에 직접 복사되는 것을 방지하기 위한 단열부재(109)가 주위를 감싸도록 설치되어 있다.

또한, 챔버내부에는 노내에 발생한 불순물을 노외로 배출하는 것 등을 목적으로 인상챔버(103) 상부에 설치된 가스도입구(111)에서 아르곤 가스 등의 불활성가스가 도입되고, 인상중의 단결정(104), 원료융액(105)의 표면을 통과하여 챔버내부를 유통하고 가스유출구(110)에서 배출된다. 또한, 이 불활성가스가 융액 위쪽에서 결정 근방을 하류하도록 정류하기 위한 정류통(114)이 설치되어 있다.

또한, 냉각통(112)이 인상중의 단결정(104)을 둘러싸도록 메인챔버(102)의 적어도 천장부에서 원료융액(105)의 표면을 향해 연신되어 있다. 냉각통(112) 내에는 냉각매체도입구(113)에서 냉각매체가 도입되고, 이 냉각매체는 냉각통(112) 내를 순환하여 냉각통(112)을 강제냉각한 후 외부로 배출된다.

이와 같은 단결정 제조장치(101)를 사용하여 단결정을 제조할 때에는 종결정(116)을 원료융액(105)에 침지하고 회전시키면서 조용히 위쪽으로 인상하여 봉형상의 단결정을 성장시키는 한편, 원하는 직경과 결정품질을 얻기 위해 융액면의 높이가 항상 일정한 위치로 유지되도록 결정의 성장에 맞춰 도가니(106, 107)를 상승시키고 있다.

그리고, 단결정을 육성할 때에는 종홀더(117)에 부착된 종결정(116)을 원료융액(105)에 침지한 후, 인상기구(미도시)에 의해 종결정(116)을 원하는 방향으로 회전시키면서 조용히 와이어(115)를 감아 올려, 종결정(116)의 선단부에 단결정(104)을 성장시킨다. 여기서, 종결정(116)을 융액에 착액시켰을 때 생기는 전위를 소멸시키기 위해 일단 성장초기의 결정을 3~5mm정도까지 얇게 만들고, 전위가 없어졌을 때 지름을 원하는 직경까지 확대하여 목적으로 하는 품질의 단결정(104)을 성장시킨다.

이 때, 단결정(104)의 일정한 직경을 가지는 정경부(定徑部)의 인상속도는 인상되는 단결정의 직경에 의존하지만 0.4~2.0mm/min정도로 매우 느린속도로 인상되며, 무리하게 빨리 인상하려고 하면 육성 중의 단결정이 변형하여 정경(定徑)을 가지는 원기둥형태의 제품을 얻을 수 없게 된다. 또는 단결정(104)에 슬립전위가 발생하거나 단결정(104)이 융액에서 절단되어 불량품이 되는 등의 문제가 발생하여 결정성장속도의 고속화를 도모하기에는 한계가 있었다.

하지만, 상기 CZ법에 의한 단결정(104)의 제조에서 생산성의 향상을 도모하고, 비용을 저감시키기 위해서는 단결정(104)의 성장속도를 고속화하는 것이 하나의 큰 수단이며, 지금까지도 단결정(104)의 성장속도의 고속화를 달성시키기 위해 많은 개선이 이루어졌다.

단결정(104)의 성장속도는 성장 중의 단결정(104)의 열수지에 의해 결정되며 이를 고속화하기 위해서는 단결정표면에서 방출되는 열을 효율적으로 제거하면 된다는 것이 알려져 있다. 이 때, 단결정(104)의 냉각효과를 높일 수 있다면 더욱 효율이 좋은 단결정의 제조가 가능하다. 또한, 단결정(104)의 냉각속도에 의해 결정의 품질이 변한다는 것이 알려져 있다. 예를 들면 실리콘 단결정에서 단결정 육성 중에 형성되는 Grown-in결함은 결정내 온도구배와 단결정의 인상속도(성장속도)의 비로 제어가능하며, 이를 컨트롤함으로써 무결함 단결정을 육성할 수도 있다(특개평11-157996호 공보참조). 따라서 무결함 결정을 제조하는데도 단결정의 성장속도를 고속화하여 생산성의 향상을 도모하는데도 육성 중의 단결정의 냉각효과를 높이는 것이 중요하다.

CZ법에서 단결정(104)을 효율 좋게 냉각하기 위해서는 히터(108)에서의 복사를 결정에 직접 닿지 않으면서 또한 단결정(104)에서의 복사열을 챔버 등 강제냉각된 물체에 흡수시키는 방법이 유효하다. 이를 실현 가능한 장치 구조로 스크린 구조를 들 수 있다(특공소57-40119호 공보참조). 하지만, 이 구조로는 도가니의 상승에 의한 접촉을 회피할 정도의 스크린 형상으로 하면 스크린 상부의 내경을 작게할 필요가 있으며 그 결과, 결정이 쉽게 식지 않는다는 결점이 있다.

또한, 결정인상 중에는 산화성가스에 의한 오염방지를 위한 불활성가스를 흘려 보내지만 이에 의한 단결정의 냉각효과를 활용할 수 없다는 문제도 있다.

그래서 불활성가스를 정류하기 위한 정류통과 이 정류통에 히터나 원료융액에서의 직접 복사를 차단하기 위한 단열링을 가진 구조가 제안되어 있다(특개소64-65086호 공보참조). 이 방법으로는 불활성가스에 의한 단결정의 냉각효과는 기대할 수 있으나 단결정으로부터의 복사열을 냉각챔버에 흡수시킨다는 점에서 그 냉각능력이 높다고는 말할 수 없다.

그래서 상기한 스크린이나 정류통의 문제점을 해결하여 효율이 좋게 냉각하는 방법으로, 결정 주위에 수냉된 냉각통을 배치하는 방법이 제안되어 있다(국제공개 제WO01/57293호 팜플랫 참조). 이 방법으로는 냉각통의 외측이 흑연재 등의 보호커버 등 냉각통보호재에 의해 보호되어, 냉각통의 내측에서 단결정의 열을 효율이 좋게 제거할 수 있다. 하지만, 안전을 위해 냉각통을 융액면 근처까지 연장시키지 않으며, 냉각통에 달할 때가지의 단결정의 냉각효과가 다소 약했다.

또한, 특개평6-199590호 공보에 냉각통에 감합(嵌合)하여 흑연재 등을 연신하는 방법이 예시되어 있다. 하지만, 이 방법으로는 냉각통 및 연신하는 흑연이 외측에서의 열을 받아서 충분한 냉각효과를 낼 수 없을 뿐만 아니라, 냉각통과 흑연재의 접촉이 어렵고, 효율이 좋게 흑연재에서 냉각통으로의 전열을 할 수 없었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로 육성 중의 단결정을 효율이 좋게 냉각함으로써 단결정의 성장속도의 고속화를 도모할 수 있는 단결정 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따르면 적어도 원료융액을 수용하는 도가니 및 상기 원료융액을 가열하는 히터를 격납하는 메인챔버와, 이 메인챔버의 상부에 연설(連設)되어, 성장한 단결정이 인상되어 수용되는 인상챔버와, 상기 인상중의 단결정을 둘러싸도록 상기 메인챔버의 적어도 천장부에서 원료융액의 표면을 향해 연신되어 냉각매체로 강제냉각되는 냉각통을 가지는 쵸크랄스키법에 의해 단결정을 육성하는 단결정 제조장치로, 적어도 상기 냉각통의 내측에 감합(嵌合)되는 냉각보조통을 가지고, 이 냉각보조통은 축방향으로 관통하는 틈을 가지며, 상기 원료융액의 표면을 향해 연신되어 있는 것을 특징으로 하는 단결정 제조장치가 제공된다.

이와 같이 본 발명의 단결정 제조장치는 적어도 상기 냉각통의 내측에 감합(嵌合)되는 냉각보조통을 가지고, 이 냉각보조통은 축방향으로 관통하는 틈을 가지며, 상기 원료융액의 표면을 향해 연신되어 있기 때문에 상기 냉각보조통은 열팽창에 의해 깨지지 않고 냉각통에 강하게 밀착되어 감합(嵌合)하고, 이 냉각보조통에서 육성 중의 단결정에서 흡수한 열을 상기 감합(嵌合)된 부분에서 냉각통에 효율이 좋게 전달할 수 있다. 이에 의해 육성 중의 단결정을 효율이 좋게 냉각할 수 있으며, 단결정의 성장속도의 고속화를 도모할 수 있다.

이 때, 상기 냉각보조통의 재질은 흑연재, 탄소복합재(CC재), 스텐레스, 몰리브덴, 텅스텐 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

이와 같이 상기 냉각보조통의 재질이 흑연재, 탄소복합재(CC재) 등의 탄소재 및 스텐레스, 몰리브덴, 텅스텐 등의 금속재 중 어느 하나라면 단결정에서의 열을 보다 효율 좋게 흡수할 수 있다. 또한, 그 열을 냉각통에 의해 효율 좋게 전달할 수 있다. 또한, 내열성도 높게 할 수 있다.

또한, 이 때, 상기 냉각통의 외측에 보호부재가 설치되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 상기 냉각통의 외측에 보호부재가 설치되어 있으면 히터 및 원료융액에서의 복사열이 직접냉각통의 외측에 닿는 것을 경감할 수 있다. 또한, 원료융액이 비산(飛散)하여 냉각통에 부착하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해 냉각통의 열화(劣化)를 방지할 수 있으며, 냉각통의 내측에 있는 육성 중의 단결정을 보다 효율 좋게 냉각할 수 있고, 단결정의 성장속도의 고속화 효과를 높일 수 있다.

이 때, 상기 보호부재의 재질은 흑연재, 탄소섬유재, 탄소복합재(CC재), 스텐레스, 몰리브덴, 텅스텐 중 어느 하나 인 것이 바람직하다.

이와 같이 상기 보호부재의 재질이 흑연재, 탄소섬유재, 탄소복합재(CC재) 등의 탄소재 및 스텐레스, 몰리브덴, 텅스텐 등의 금속재 중 어느 하나라면 보호부재의 복사율을 높일 수 있고 히터 및 원료융액에서의 복사열이 직접냉각통에 닿는 것을 경감하는 효과를 보다 높일 수 있다. 또한, 내열성도 높게 할 수 있다.

또한, 이 때, 상기 냉각통의 아래쪽으로 연신되는 정류통이 설치되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 상기 냉각통의 아래쪽으로 연신되는 정류통이 설치되어 있으면 히터 및 원료융액에서의 복사열을 차단하여 단결정을 냉각할 수 있다. 또한, 냉각통이 융액면의 직상까지 근접하는 것이 방지되어 안전성이 확보됨과 동시에 원료융액의 윗쪽에서 결정 근방을 하류하는 불활성가스의 정류효과를 발휘할 수 있다. 이에 의해 불활성가스에 의한 단결정의 냉각효과도 기대할 수 있다. 이에 의해 육성 중의 단결정을 보다 효율 좋게 냉각할 수 있으며 단결정의 성장속도의 고속화 효과를 높일 수 있다.

본 발명의 단결정 제조장치는 적어도 상기 냉각통의 내측에 감합(嵌合)되는 냉각보조통을 가지며, 이 냉각보조통은 축방향으로 관통하는 틈을 가지고, 상기 원료융액의 표면을 향해 연신되어 있기 때문에 상기 냉각보조통은 열팽창에 의해 깨지지 않고 냉각통에 강하게 밀착되어 감합(嵌合)하고, 이 냉각보조통에서 육성 중의 단결정에서 흡수한 열을 상기 감합(嵌合)된 부분에서 냉각통에 효율이 좋게 전달할 수 있다. 이에 의해 육성 중의 단결정을 효율 좋게 냉각할 수 있으며 단결정의 성장속도의 고속화를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 단결정 제조장치의 일 형태를 나타낸 개략단면도이다.
도 2는 본 발명에서 사용할 수 있는 냉각보조통의 일 예를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명에 관한 단결정 제조장치의 다른 형태를 나타낸 개략단면도이다.
도 4는 종래의 단결정 제조장치의 일 예를 나타낸 개략단면도이다.

이하, 본 발명에 대한 실시형태를 설명하나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

종래의 CZ법에 의한 단결정의 제조에서 생산성의 향상을 도모하고, 비용을 저감시키기 위해서는 단결정의 성장속도를 고속화하는 것이 하나의 큰 수단이며 이를 고속화하기 위해서는 단결정표면에서 방출되는 열을 효율적으로 제거하면 된다는 것이 알려져 있다. 또한, 무결함 결정의 제조에서도 육성 중의 단결정의 냉각효과를 높이는 것이 중요하다.

그래서, 본 발명자는 육성 중의 단결정의 냉각효과를 높이기 위해 예의검토를 거듭한 결과, 냉각통의 내측에 감합(嵌合)하고, 원료융액의 표면을 향해 냉각통보다도 아래쪽으로 연신되어 있는 냉각보조통에 의해 육성 중의 단결정에서 열을 효율적으로 흡수할 수 있다는 것을 발견했다. 또한, 상기 냉각보조통은 축방향으로 관통하는 틈을 가짐으로써 이 냉각보조통이 열에 의해 팽창했을 때 파손하지 않고 상기 냉각통에 강하게 감합(嵌合)하여 쌍방의 표면의 접촉면적이 증가하여 충분하게 밀착함으로써 상기 단결정에서 흡수한 열을 강제냉각된 냉각통으로 효율적으로 전달할 수 있다는 것에 생각이 도달해 본 발명을 완성했다.

즉, 본 발명의 단결정 제조장치는 적어도 강제냉각된 냉각통의 내측에 감합(嵌合)되는 냉각보조통을 가지고, 이 냉각보조통은 축방향으로 관통하는 틈을 가지며, 상기 원료융액의 표면을 향해 연신되어 있기 때문에 육성 중의 단결정을 효율이 좋게 냉각할 수 있으며, 단결정의 성장속도의 고속화를 도모할 수도 있게 되었다.

도 1은 본 발명의 단결정 제조장치의 일 예를 나타내는 개략단면도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이 단결정 제조장치(1)는 원료융액(5)을 수용하는 도가니(6, 7), 다결정 실리콘 원료를 가열, 융해하기 위한 히터(8) 등이 메인챔버(2) 내에 격납되고 메인챔버(2) 상에 연접(連接)된 인상챔버(3)의 상부에는 육성된 단결정(4)을 인상하는 인상기구(미도시)가 설치되어 있다.

인상챔버(3)의 상부에 장착된 인상기구에서는 인상와이어(15)가 감겨 있으며 그 선단에는 종결정(16)을 부착하기 위한 종홀더(17)가 접속되고, 종홀더(17)의 앞쪽에 부착된 종결정(16)을 원료융액(5)에 침지하고 인상와이어(15)를 인상기구로 감음으로써 종결정(16)의 아래쪽에 단결정(4)을 형성한다.

또한, 상기 도가니(6, 7)는 내측에 원료융액(5)을 직접수용하는 석영도가니(6)와, 외측에 이 도가니를 지지하기 위한 흑연도가니(7)로 구성되어 있다. 도가니(6, 7)는 단결정 제조장치(1)의 하부에 장착된 회전구동기구(미도시)에 의해 회전 승강 이동이 자유로운 도가니회전축(18)에 지지되어 있으며, 단결정 제조장치(1) 중의 융액면의 변화에 의해 결정직경이나 결정품질이 변하지 않도록 융액면을 일정 위치로 유지하지 위해 결정과 역방향으로 회전시키면서 단결정(4)의 인상에 따라 융액이 감소한 만큼 도가니(6, 7)를 상승시키고 있다.

또한, 도가니(6, 7)를 둘러싸도록 히터(8)가 배치되어 있으며, 이 히터(8)의 외측에는 히터(8)에서의 열이 메인챔버(2)에 직접복사되는 것을 방지하기 위한 단열부재(9)가 주위를 둘러싸도록 설치되어 있다.

또한, 챔버내부에는 노내에 발생한 불순물을 노외로 배출하는 등을 목적으로 하여, 인상챔버(3)의 상부에 설치된 가스도입구(11)에서 아르곤 가스 등의 불활성가스가 도입되어, 인상중의 단결정(4), 원료융액(5) 표면을 통과하여 챔버내부를 유통하고 가스유출구(10)에서 배출된다.

또한, 메인챔버(2) 및 인상챔버(3)는 스텐레스 등의 내열성, 열전도성이 우수한 금속으로 형성되어 있으며, 냉각관(미도시)을 통해 수냉되어 있다.

또한, 냉각통(12)이 인상중의 단결정(4)을 둘러싸도록 메인챔버(2)의 적어도 천장부에서 원료융액(5)의 표면을 향해 연신되어 있다. 냉각통(12) 내에는 냉각매체도입구(13)에서 냉각매체가 도입되고 이 냉각매체는 냉각통(12) 내를 순환하여 냉각통(12)을 강제냉각한 후, 외부로 배출된다.

그리고, 단결정을 육성할 때에는 종홀더(17)에 부착된 종결정(16)을 원료융액(5)에 침지한 후, 인상기구(미도시)에 의해 종결정(16)을 원하는 방향으로 회전시키면서 조용히 와이어(15)를 감아올려 종결정(16)의 선단부에 단결정(4)을 성장시킨다. 여기서, 종결정(16)을 융액에 착액시킬 때 생기는 전위를 소멸시키기 위해, 일단 성장초기의 결정을 3~5mm정도까지 좁게 만들고, 전위가 빠졌을 때 지름을 원하는 직경까지 확대하여 목적으로 하는 품질의 단결정(4)을 성장시키거나 혹은 상기 종조임을 행하지 않고 선단이 뽀족한 종결정(16)을 사용하여 종결정(16)을 원료융액(5)에 조용히 접촉하여 소정의 지름까지 침지시킨 후에 인상을 하는 무전위 종부법을 적용하여 단결정(4)을 육성할 수도 있다.

본 발명에 관한 단결정 제조장치는 냉각통(12)의 내측에 감합(嵌合)되는 냉각보조통(19)이 설치되어 있으며, 상기 냉각보조통(19)은 원료융액(5)의 표면을 향해 냉각통(12)보다도 아래쪽으로 연신되어 있다.

이와 같이 냉각통(12)의 내측에 감합(嵌合)하여 원료융액(5)의 표면을 향해 냉각통(12)보다도 아래쪽으로 연신되어 있는 냉각보조통(12)을 설치하면 냉각보조통(19)에 의해 육성 중의 단결정(4)의 아래쪽까지 감쌀 수 있으며, 단결정(4)에서 열을 효율적으로 흡수할 수 있다.

도 2에 본 발명에서 사용할 수 있는 냉각보조통의 일예를 나타낸다.

도 2에 나타낸 바와 같이 냉각보조통(19)은 축방향으로 관통하는 틈(20)을 가지고 있다.

냉각통(12)의 내측에 냉각보조통(19)을 감합(嵌合)시키기 위해 단순히 냉각통(12)의 내경과 냉각보조통(19)의 외경을 거의 동일하게 한 것만으로는 냉각보조통(19)을 장착 및 탈착하는 것이 곤란하지만 냉각보조통(19)는 축방향으로 관통하는 틈(20)을 가짐으로써 냉각보조통(19)을 손쉽게 장탈착할 수 있다. 또한, 단결정(4)의 육성 중에 냉각통(12)과 냉각보조통(19)의 열팽창 차에 의해 냉각보조통(19)이 깨지는 것을 방지할 수 있다. 즉, 냉각통(12)은 냉각매체로 강제냉각되어 있기 때문에 결정육성 시에 열이 닿아도 그다지 팽창하지 않으나 냉각보조통(19)은 팽창한다. 또한, 냉각보조통(19)이 열팽창함으로써 냉각보조통(19)은 냉각통(12)에 강하게 감합(嵌合)하여 쌍방의 표면의 접촉면적이 증가하여 충분히 밀착하기 때문에 냉각보조통(19)에서 냉각통(12)으로 열을 효율 좋게 전달할 수 있다.

여기서, 틈(20) 의 폭이 180°미만이라면 냉각보조통(19)이 열팽창에 의해 냉각통(12)에 말착하게 되어, 상기 냉각보조통(19)에서 냉각통(12)으로의 열전달 효율이 높아지는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 틈(20) 의 폭이 좁은 편이 보다 바람직하고, 열팽창에 의해 냉각보조통(19)이 깨지지 않는 효과를 얻을 수 있는 폭이상을 가지면 된다.

이 때, 상기 냉각보조통(19)의 재질은 흑연재, 탄소복합재(CC재), 스텐레스, 몰리브덴, 텅스텐 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

이와 같이 상기 냉각보조통(19)의 재질은 흑연재, 탄소복합재(CC재) 등의 탄소재 및 스텐레스, 몰리브덴, 텅스텐 등의 금속재 중 어느 하나라면, 단결정(4)에서의 열을 보다 효율 좋게 흡수할 수 있다. 또한, 그 열을 강제냉각된 냉각통(12)에 의해 효율 좋게 전달할 수 있다. 또한, 내열성도 높게 할 수 있다. 냉각보조통(19)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니며 열전달율 및 복사율이 높은 재질이라면 적용할 수 있다.

종래의 단결정 제조장치에서, 냉각통(12)은 히터(8)나 원료융액(5) 등의 복사로 외측에서 열을 받으면 그 내측에서 단결정(4)으로의 열을 흡수하는 능력이 저하한다는 문제가 있었다. 여기서, 상기 냉각통(12)의 외측에, 이 냉각통(12)을 열 등으로부터 보호하고, 이 냉각통의 냉각효과를 저하시키지 않게 하기 위한 보호부재가 설치되어 있으면 내측에 있는 결정의 냉각효과를 보다 높일 수 있다.

도 3에 상기 보호부재를 설치한 본 발명의 단결정 제조장치의 일예를 나타낸다.

도 3에 나타낸 바와 같이 본 발명의 단결정 제조장치(1’)는 냉각통(12)의 외측에 보호부재(21)가 설치되어 있기 때문에 히터(8) 및 원료융액(5)에서의 복사열이 직접냉각통(12)의 외측에 닿는 것을 경감할 수 있다. 이에 의해, 내측의 육성 중의 단결정(4)을 보다 효율 좋게 냉각할 수 있으며, 단결정(4)의 성장속도의 고속화 효과를 높일 수 있다. 또한, 원료용해시 등에 비산(飛散)하는 원료융액(5)이 냉각통(12)의 외측에 부착되어 냉각통(12)기 파손, 용손하는 것 등을 방지할 수 있다.

상기 보호부재(21)는 열이 냉각통(12)에 전달되지 않도록 냉각통(12)과 접촉되어 있지 않는 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다.

이 때, 상기 보호부재(21)의 재질은 흑연재, 탄소섬유재, 탄소복합재(CC재), 스텐레스, 몰리브덴, 텅스텐 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

이와 같이 상기 보호부재(21)의 재질은 흑연재, 탄소섬유재, 탄소복합재(CC재) 등의 탄소재 및 스텐레스, 몰리브덴, 텅스텐 등의 금속재 중 어느 하나라면 보호부재(21)의 복사율을 높일 수 있으며, 히터(8) 및 원료융액(5)에서의 복사열이 직접냉각통(12)에 닿는 것을 경감하는 효과를 보다 높일 수 있다. 또한, 내열성도 높게 할 수 있다.

또한, 이 때, 상기 냉각통(12)의 아래쪽으로 연신되는 정류통(14)이 설치되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 상기 냉각통(12)의 아래쪽으로 연신되는 정류통(14)이 설치되어 있다면, 히터(8) 및 원료융액(5)에서의 복사열을 차단하여 단결정(4)을 냉각할 수 있다. 또한, 냉각통(12)이 융액면의 직상까지 접근하는 것이 방지되어 안정성이 확보된다. 또한, 단결정의 인상 중에 발생하는 산화성가스에 의한 오염방지를 위한 불활성가스가 융액 위쪽에서 결정 근방을 하류하도록 정류하는 효과를 발휘할 수 있으며, 또한, 불활성가스에 의한 단결정(4)의 냉각효과도 기대할 수 있다. 이에 의해, 육성 중의 단결정(4)을 보다 효율 좋게 냉각할 수 있으며, 단결정(4)의 성장속도의 고속화 효과를 높일 수 있다.

또한, 냉각통(12)을 매우 고온의 융액면과 충분히 거리를 둘 수 있으며, 원료융해시 등에 비산(飛散)하는 원료융액(5)가 냉각통(12)에 부착하여 냉각통(12)의 파손, 용손 등이 발생하지 않고 매우 안전하게 단결정(4)의 육성을 행할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 단결정 제조장치는 적어도 상기 냉각통(12)의 내측에 감합(嵌合)되는 냉각보조통(19)을 가지며 이 냉각보조통(19)은 축방향으로 관통하는 틈(20)을 가지며, 상기 원료융액의 표면을 향해 연신되어 있는 것을 특징으로 하고 있기 때문에 육성 중의 단결정(4)을 효율 좋게 냉각할 수 있으며, 단결정(4)의 성장속도의 고속화를 도모할 수 있게 되어 있다.

또한, 동일하게 무결함 결정의 육성에 있어서도, 그 성장속도의 고속화를 도모할 수 있게 되어 있다.

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 나타내 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

도 1에 나타낸 바와 같은 단결정 제조장치를 사용하여 직경 12인치(300mm)의 실리콘 단결정을 자장인가쵸크랄스키법(MCZ법)에 의해 제조했다. 도가니(6)의 직경은 32인치(800mm)로 했다.

또한, 틈의 폭(20)이 1.5°인 도 2에 나타낸 바와 같은 냉각보조통(19)을 사용했다. 또한, 그 재질은 열전도율이 금속과 비교했을때 동등하며 또한 복사율이 금속보다 높은 흑연재를 사용했다.

이와 같은 단결정 제조장치(1)를 사용하여 단결정(4)을 육성하여 모두가 무결함 결정이 되는 성장속도를 구했다. 무결함 결정을 얻기 위한 성장속도는 그 마진이 매우 좁기 때문에 적정한 성장속도를 판단하기 쉽다. 이 때, 단결정에서 샘플을 잘라내, 무결함 결정이 되었는지 여부를 선택에칭에 의해 확인했다.

그 결과, 종래의 단결정 제조장치를 사용한 경우와 비교하여 약 5.5%의 성장속도의 고속화가 도모되었다.

이와 같이 본 발명의 단결정 제조장치(1)는 육성 중의 단결정을 효율 좋게 냉각할 수 있으며, 단결정의 성장속도의 고속화를 도모할 수 있게 되어 있다는 것을 확인 할 수 있었다.

(실시예2)

도 3에 나타낸 바와 같은 냉각통(12)의 외측에 흑연재의 보호부재(21)를 설치한 단결정 제조장치(1’)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 단결정을 제조하고 실시예 1과 동일한 평가를 행했다.

그 결과, 실시예 1에 비해 약 4%의 성장속도의 고속화를 도모할 수 있었다.

이와 같이 본 발명의 단결정 제조장치(1’)는 육성 중의 단결정을 보다 효율 좋게 냉각할 수 있으며, 단결정의 성장속도의 고속화 효과를 높일 수 있게 되었다는 것을 확인할 수 있엇다.

(비교예)

도 4에 나타낸 바와 같은 종래의 단결정 제조장치를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 단결정을 제조하고 실시예 1과 동일한 평가를 행했다. 그 결과, 실시예 1에 비해 약 5.5% 성장속도가 느린 것을 알았다.

또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지며 동일한 작용 효과를 나타내는 것은 어떠한 것도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (5)

1. 적어도 원료융액을 수용하는 도가니 및 상기 원료융액을 가열하는 히터를 격납하는 메인챔버와, 이 메인챔버의 상부에 연설(連設)되어 성장한 단결정이 인상되어 수용되는 인상챔버와, 상기 인상 중의 단결정을 둘러싸도록 상기 메인챔버의 적어도 천장부에서 원료융액의 표면을 향해 연신되고, 냉각매체로 강제냉각되는 냉각통을 가진 쵸크랄스키법에 의해 단결정을 육성하는 단결정 제조장치로, 적어도 상기 냉각통의 내측에 감합(嵌合)되는 냉각보조통을 가지며, 이 냉각보조통은 축방향으로 관통하는 틈을 가지며, 상기 원료융액의 표면을 향해 연신되어 있는 것을 특징으로 하는 단결정 제조장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 냉각보조통의 재질은 흑연재, 탄소복합재, 스텐레스, 몰리브덴, 텅스텐 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 단결정 제조장치.
   
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 냉각통의 외측에 보호부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 단결정 제조장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 보호부재의 재질은 흑연재, 탄소섬유재, 탄소복합재, 스텐레스, 몰리브덴, 텅스텐 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 단결정 제조장치.
   
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 냉각통의 아래쪽으로 연신되는 정류통이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 단결정 제조장치.

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