KR20110077261A - 단결정 성장 중 앰플과 단결정 사이의 스트레스를 최소화시킬 수 있는 단결정 성장용 앰플 및 이를 포함하는 단결정 성장장치 - Google Patents

Abstract

단결정 성장 중 발생되는 스트레스를 최소화할 수 있는 단결정 성장용 앰플 및 이를 포함하는 단결정 성장장치가 개시된다. 개시된 본 발명에 의한 단결정 성장장치는, 단결정 시료가 장착되는 앰플, 앰플을 가열하는 히터 및, 앰플 또는 히터를 단결정 시료가 성장되는 방향으로 승하강시키는 구동부를 포함하며, 앰플은 단결정 성장방향에 대해 비평행한 형상을 가지는 앰플 몸체를 구비한다. 이러한 구성에 의하면 성장과정에서 발생되는 부피변화에 따른 단결정 시료와 앰플 사이의 스트레스를 보완할 수 있어, 성장된 단결정 잉곳의 품질을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

단결정, 잉곳, 성장, 브릿지만, 석영, 부피, 비평행, 직경, 확장, 축소.

Description

단결정 성장 중 앰플과 단결정 사이의 스트레스를 최소화시킬 수 있는 단결정 성장용 앰플 및 이를 포함하는 단결정 성장장치{AMPULE TO REDUCE STRESS BETWEEN THE AMPULE AND SINGLE CRYSTAL AND SINGLE CRYSTAL GROWING APPARATUS HAVING THE SAME}

본 발명은 단결정 성장장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 성장과정 중 발생되는 앰플과 단결정 시료 사이의 스트레스를 최소화시킬 수 있는 단결정 성장용 앰플 및 이를 포함하는 단결정 성장장치에 관한 것이다.

하이브리드 자동차, 고속 전철, 풍력 및 태양광 발전소 등과 같이 광범위하게 사용되는 반도체를 제조하기 위해서는 단결정 실리콘 박판인 웨이퍼의 제조가 우선이다. 이러한 웨이퍼 제조는 성장된 단결정 실리콘 잉곳(Iingot)을 절단하여 제조된다. 여기서, 상기 단결정 실리콘 잉곳은 주로 쵸크랄스키법(Czochralski method) 또는, 브릿지만법(Bridgman method)에 의해 성장되어 제조된다.

상기와 같은 단결정 실리콘 잉곳 제조법 중, 상기 브릿지만법은 일방향성 응고(directional solidification: DS)를 기본 원리로 하여, 하나의 단결정 성장로에서 용융과 방향성 응고를 차례로 실시하는 기술이다. 이때, 상기 브릿지만법은 앰 플(Ampule)에 대상 시료를 장착하고 밀봉한 후, 상기 단결정 성장로에 상기 앰플을 장착한다. 그 후, 상기 단결정 성장로 내에서 상기 앰플 내의 시료가 모두 액상을 이루는 지점에서 상기 앰플 또는 히터를 이동시키면서 일부분에서 형성된 고상 단결정이 시료 전체로 성장하도록 한다.

그런데, 상기 단결정 성장로에 삽입되는 앰플은 일반적으로, 성장시키고자 하는 단결정 잉곳의 성장방향에 대해 나란한 길이방향으로 연장된 형상을 가진다. 이로 인해, 상기 단결정 성장이 진행되는 동안 발생되는 부피 변화로 성장되는 단결정이 앰플의 내측면으로부터 스트레스(Stress)를 받게 되는 문제점이 야기된다. 이러한 단결정 성장 중 발생되는 스트레스는 잉곳의 품질을 저하시킨다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 단결정 성장 시의 성장되는 단결정에 가해지는 스트레스를 최소화할 수 있는 단결정 성장용 앰플을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 목적이 달성된 단결정 성장용 앰플를 포함하는 단결정 성장장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 단결정 성장용 앰플은, 단결정 성장에 채용되어 대상 시료가 장착되는 것으로서, 단결정 성장방향에 대해 비평행한 형상을 가지는 앰플 몸체를 포함한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 앰플 몸체는 상기 단결정 성장방향으로 직경이 확장되는 형상을 가진다. 이 경우, 상기 시료는 성장 중 부피가 커지는 것이 좋다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 앰플 몸체는 상기 단결정 성장방향으로 직경이 축소되는 형상을 가진다. 이 경우, 상기 시료는 성장 중 부피가 작아지는 것이 좋다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 단결정 성장장치는, 단결정 시료가 장착되는 앰플, 상기 앰플을 가열하는 히터 및, 상기 앰플 또는 히터를 상기 단결정 시료가 성장되는 방향으로 승하강시키는 구동부를 포함하며, 상기 앰플은 상기 단결정 성장방향에 대해 비평행한 형상을 가지는 앰플 몸체를 구비한다. 여기서, 상기 앰플 몸체는 상기 단결정 성장방향으로 직경이 확장되거나, 축소되는 형상을 가진다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 단결정이 성장되는 앰플의 측부를 단결정 성장방향에 대해 비평행하게 형성함으로써, 액상에서 고형의 단결정으로 성장되는 과정 중 발생되는 앰플 몸체의 내측면과 단결정 시료 사이의 스트레스를 최소화할 수 있게 된다. 이는 결국, 성장된 단결정 잉곳의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 단결정의 성장 중 발생되는 부피 변화에 대응하여 앰플 몸체의 직경을 단결정 성장방향으로 확장 또는 축소시킬 수 있음에 따라, 단결정 성장 중 발생되는 스트레스의 저감 효율을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 단결정 성장용 앰플(1)은 단결정 성장방향(G)에 대해 비평행한 형상을 가지는 앰플 몸체(2)를 포함한다.

상기 앰플 몸체(2)는 단결정 성장방향(G)에 대해 비평행한 형상을 가진다. 구체적으로, 상기 앰플 몸체(2)는 대략 역원뿔 형상을 가지는 하부(3), 상기 하부로부터 연장되어 단결정 성장방향(G)에 대해 비평행한 형상을 가지는 측부(4) 및, 측부(4)의 최상단에 개방되어 형성되는 개구(5)를 포함한다. 이러한 구성에 의해, 상기 앰플 몸체(2)는 내부에 시료(L)가 수용되는 공간을 구비하는 일종의 도가니 형상을 가진다. 여기서, 상기 시료(L)는 고온에 의해 액체상태가 된 후, 온도가 서서히 변화됨에 의해 고체인 단결정 즉, 잉곳(I)(도 3 참고)으로 성장된다.

이러한 앰플 몸체(2)의 측부(4)는 상기 하부(3)로부터 단결정 성장방향(G)으로 직경이 점차적으로 확장되는 형상을 가짐으로써, 단결정 성장방향(G)에 대해 비평행한 형상을 가진다. 즉, 상기 앰플 몸체(2)는 상기 하부(3)를 제외한 측부(4)의 직경이 하부(3)로부터 개구(5)를 향해 점차적으로 커지는 것이다. 이러한 앰플 몸체(2)의 형상은 시료(L)가 고화되면서 부피가 커지는 경우에 적용됨이 좋다. 그로 인해, 상기 시료(L)가 단결정으로 성장될 때, 측부(4)로부터 받게 되는 스트레스(Stress)를 앰플 몸체(2)의 형상으로 저감시킬 수 있게 된다.

참고로, 상기와 같은 구성을 가지는 앰플 몸체(2)는 석영(Quartz)으로 형성되어, 무결점 단결정 잉곳(I) 성장에 기여한다.

상기와 같은 앰플(1)을 구비하는 단결정 성장장치(10)가 도 2에 도시된다.

도 2를 참고하면, 본 발명에 의한 단결정 성장장치(10)는 앰플(1), 히터(20) 및 구동부(30)를 포함한다.

상기 앰플(1)은 도 1에서 설명한 것과 동일 구성을 가지므로, 자세한 설명은 생략한다. 즉, 상기 앰플(1)은 상기 단결정 성장방향(G)으로 직경이 확장되는 형상 즉, 단결정 성장방향(G)에 대해 비평행한 형상의 앰플 몸체(2)를 가지는 것이다. 참고로, 상기 앰플 몸체(2)는 도 2의 도시와 같이, 지지대(6)에 의해 지지되며, 이 지지대(6)는 상기 앰플 몸체(2)를 회전 가능하게 지지할 수도 있다.

상기 히터(20)는 상기 앰플(1) 즉, 앰플 몸체(2)를 가열한다. 이러한 히터(20)는 자세히 도시되지 않았으나, 외부로부터 전원을 인가받아 발열하는 발열체이다. 또한, 상기 히터(20)는 자세히 도시되지 않았으나, 상부 및 하부로 상호 구획되어 구성될 수도 있다.

상기 구동부(30)는 상기 앰플(1) 또는 히터(20)를 상기 단결정 성장방향(G)으로 승하강시킨다. 본 실시예에서는 상기 구동부(30)가 도 2 및 도 3의 도시와 같이, 상기 히터(20)를 단결정 성장방향(G)으로 승하강시키는 것으로 예시한다. 이때, 상기 구동부(30)는 상기 히터(20)를 승강시켜 상기 앰플(1)을 가열시킨다. 이러한 구동부(30)는 자세히 도시되지 않았으나, 구동력을 발생시키는 구동원과, 상기 구동력을 상기 히터(20)로 전달하는 전달수단을 구비하나, 이러한 구성은 공지된 기술로부터 이해 가능하므로 자세한 설명 및 도시는 생략한다.

한편, 본 실시예에서는 상기 구동부(30)가 상기 히터(20)를 구동시키는 것으로 도시하였으나, 상기 앰플(1)을 지지하는 지지대(6)을 상하 방향으로 승강시키는 변형예도 가능하다. 이 경우, 상기 구동부(30)는 상기 지지대(6)를 승강시킴과 아울러 회전시킬 수도 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 단결정 성장장치(10)의 성장과정을 도 2 및 도 3을 참고하여 설명한다.

도 2의 도시와 같이, 상기 앰플(1)의 내부에 시료(L)가 담긴 상태일 때, 상기 히터(20)가 구동부(30)로부터 전달된 구동력에 의해 상방향으로 승강된다. 그러면, 상기 앰플(1)이 상기 히터(20)에 의한 온도 변화에 의해, 상기 앰플(1)의 내 부에서 액상으로 상태가 전환된 시료(L)는 고체인 단결정 잉곳(I)으로 점차적으로 성장하게 된다. 즉, 상기 히터(20)에 의해 가열되는 시료(L)가 점차적으로 단결정 잉곳(I)으로 고화되면서 성장되는 것이다. 이렇게 단결정 잉곳(I)으로의 성장은, 도 3의 도시와 같이, 히터(20)가 상방향으로 계속 이동함에 연동하여, 단결정 성장방향(G)으로 지속적으로 이루어져 완료된다.

이때, 상기 앰플(1)의 형상이 단결정 성장방향(G)에 대해 점차 확장되는 직경을 가짐에 따라, 상기 성장과정 중 앰플 몸체(2)의 측부(4)로부터 받는 스트레스(Stress)가 저감된다.

도 4를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 앰플(1')이 도시된다. 도 4를 참고하면, 다른 실시예에 의한 앰플(1')은 단결정 성장방향(G)으로 직경이 점차 감소되는 형상을 가지는 앰플 몸체(2)를 가진다는 점에서 도 1에 도시된 앰플(1')과 상이하다. 이러한 앰플 몸체(2')의 형상은 시료(L)가 고화되면서 부피가 작아지는 경우에 적용됨이 좋다. 상기 앰플 몸체(2')을 구비하는 앰플(1')을 구비하는 단결정 성장장치(10)는 앞서 설명한 일 실시예와 동일하므로, 자세한 설명 및 도시는 생략한다.

참고로, 상기 본 발명의 일 및 다른 실시예에 의한 앰플(1)(1') 내에서 성장된 단결정 잉곳(I)은 성장된 이후, 원하는 임의의 형상으로 절단되어 가동된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 단결정 성장용 앰플을 개략적으로 도시한 사시도,

도 2는 도 1에 도시된 앰플을 포함하는 단결정 성장장치를 개략적으로 도시한 단면도,

도 3은 도 2에 도시된 단결정 성장장치의 성장동작을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 단면도, 그리고,

도 4는 도 1에 도시된 단결정 성장용 앰플의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 앰플 2: 앰플 몸체

10: 단결정 성장장치 20: 히터

30: 구동부

Claims (7)

1. 단결정 성장에 채용되어 대상 시료가 장착되는 단결정 성장용 앰플에 있어서,

   단결정 성장방향에 대해 비평행한 형상을 가지는 앰플 몸체;

   를 포함하는 단결정 성장용 앰플.
2. 제1항에 있어서,

   상기 앰플 몸체는 상기 단결정 성장방향으로 직경이 확장되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 앰플.
3. 제2항에 있어서,

   상기 시료는 성장 중 부피가 커지는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 앰플.
4. 제1항에 있어서,

   상기 앰플 몸체는 상기 단결정 성장방향으로 직경이 축소되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 앰플.
5. 제4항에 있어서,

   상기 시료는 성장 중 부피가 작아지는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 앰플.
6. 단결정 시료가 장착되는 앰플;

   상기 앰플을 가열하는 히터; 및

   상기 앰플 또는 히터를 상기 단결정 시료가 성장되는 방향으로 승하강시키는 구동부;

   를 포함하며,

   상기 앰플은 상기 단결정 성장방향에 대해 비평행한 형상을 가지는 앰플 몸체를 구비하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 앰플 몸체는 상기 단결정 성장방향으로 직경이 확장되거나, 축소되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 단결정 성장장치.

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