KR20130035137A - Apparatus for fabricating ingot - Google Patents
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Abstract
Description
본 기재는 잉곳 제조 장치에 관한 것이다.The present description relates to an ingot manufacturing apparatus.
일반적으로, 전기, 전자 산업분야 및 기계부품 분야에 있어서의 소재의 중요도는 매우 높아 실제 최종 부품의 특성 및 성능지수를 결정하는 중요한 요인이 되고 있다.In general, the importance of the material in the electrical, electronics industry and mechanical parts field is very high, which is an important factor in determining the characteristics and performance index of the actual final component.
SiC는 열적 안정성이 우수하고, 내산화성이 우수한 특징을 가지고 있다. 또한, SiC는 4.6W/Cm℃ 정도의 우수한 열 전도도를 가지고 있으며, 직경 2인치 이상의 대구경의 기판으로서 생산 가능하다는 장점이 있다. 특히, SiC 단결정 성장 기술이 현실적으로 가장 안정적으로 확보되어, 기판으로서 산업적 생산 기술이 가장 앞서있다. SiC has excellent thermal stability and excellent oxidation resistance. In addition, SiC has an excellent thermal conductivity of about 4.6W / Cm ℃, has the advantage that can be produced as a large diameter substrate of 2 inches or more in diameter. In particular, SiC single crystal growth technology is most stably secured in reality, and industrial production technology is at the forefront as a substrate.
SiC의 경우, 종자정을 사용하여 승화재결정법에 의해 탄화규소 단결정을 성장시키는 방법이 제시되어 있다. 원료가 되는 탄화규소 분말을 도가니 내에 수납하고 그 상부에 종자정이 되는 탄화규소 단결정을 배치한다. 상기 원료와 종자정 사이에 온도구배를 형성함으로써 도가니 내의 원료가 종자정 측으로 확산되고 재결정화되어 단결정이 성장된다.In the case of SiC, a method of growing silicon carbide single crystals by sublimation recrystallization using seed crystals has been proposed. The silicon carbide powder used as a raw material is accommodated in a crucible, and the silicon carbide single crystal which becomes a seed crystal is arrange | positioned on the upper part. By forming a temperature gradient between the raw material and the seed crystal, the raw material in the crucible is diffused to the seed crystal side and recrystallized to grow a single crystal.
이러한 SiC 단결정 성장 시, SiC 단결정 성장을 위한 원료로부터 발생되는 탄소 불순물 및 오염 물질들이 단결정에 유입되어 단결정에 결함이 발생할 수 있다. 따라서, 도가니 내에 멤브레인을 적용하기도 하는데, 이러한 멤브레인 적용 시, 잉곳 성장률이 낮아질 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 잉곳 성장 초기에 잉곳의 가장자리 영역에 열에칭으로 인해 직경이 감소할 수 있고, 불균질한 성장으로 인해 최대직경을 갖는 웨이퍼의 수율이 제한적이다. 또한, 종자정의 수평부분의 온도구배가 크기 때문에 잉곳이 볼록한 형상을 가지게 되고 이로 인해 수율 저하 및 잉곳의 품질 저하를 초래할 수 있다.In the SiC single crystal growth, carbon impurities and contaminants generated from the raw material for SiC single crystal growth may flow into the single crystal, thereby causing defects in the single crystal. Therefore, there is a problem that the membrane is applied in the crucible, the application of such a membrane, the ingot growth rate can be lowered. In addition, the diameter may decrease due to thermal etching in the edge region of the ingot at the beginning of ingot growth, and the yield of the wafer having the largest diameter is limited due to the heterogeneous growth. In addition, since the temperature gradient of the horizontal portion of the seed crystals is large, the ingot has a convex shape, which may cause a decrease in yield and a decrease in quality of the ingot.
실시예는 고품질의 단결정을 성장시킬 수 있다.Embodiments can grow high quality single crystals.
실시예에 따른 잉곳 제조 장치는, 제1 원료 및 상기 제1 원료 상에 위치하는 제2 원료를 수용하는 도가니; 및 상기 제1 원료 및 상기 제2 원료 사이에 위치하고, 특정 성분을 선택적으로 통과시키는 제1 필터부를 포함한다.Ingot manufacturing apparatus according to an embodiment, the crucible for receiving a first raw material and a second raw material located on the first raw material; And a first filter part positioned between the first raw material and the second raw material and selectively passing a specific component.
실시예에 따른 잉곳 제조 장치는 제1 필터부를 포함하고, 상기 제1 필터부는 제1 원료의 표면으로부터 이격되어 위치하고, 상기 제1 필터부 상에 제2 원료가 위치할 수 있다. 따라서, 상기 제2 원료 및 종자정 홀더 사이에 제1 가스룸이 위치하고, 상기 제2 원료 및 상기 제1 원료 사이에 제2 가스룸이 위치할 수 있다.Ingot manufacturing apparatus according to an embodiment may include a first filter portion, the first filter portion is spaced apart from the surface of the first raw material, the second raw material may be located on the first filter portion. Therefore, a first gas room may be located between the second raw material and the seed crystal holder, and a second gas room may be located between the second raw material and the first raw material.
먼저, 상기 제1 가스룸에서는 상기 제2 원료의 승화가 일어날 수 있다. 상기 제2 원료와 상기 종자정 홀더 사이에 높은 온도구배로 인해 상기 제2 원료의 하부에서부터 원료가 소진될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 원료에서 온도가 높은 하단부에서 상단부쪽으로 원료들이 이동을 하게 되고, 그 결과 상기 제2 원료 표면에 고밀도의 치밀한 SiC층이 만들어진다. 상기 치밀한 SiC 층에서 균일한 승화가 일어날 수 있다.First, sublimation of the second raw material may occur in the first gas room. Due to the high temperature gradient between the second raw material and the seed crystal holder, the raw material may be exhausted from the lower part of the second raw material. Specifically, the raw materials move from the lower end of the high temperature to the upper end of the second raw material, and as a result, a dense and dense SiC layer is formed on the surface of the second raw material. Uniform sublimation may occur in the dense SiC layer.
이후, 상기 제2 원료보다 아래층에 위치하는 상기 제1 원료가 다시 상기 종자정 홀더와 높은 온도구배를 가지게 되고 지속적으로 원료를 공급하게 된다. 상기 제2 가스룸에서는 상기 제1 원료의 표면에서 승화된 기체가 상기 제1 필터부하단에 폭넓고 균질하게 응축되도록 유도할 수 있다. 즉, 상기 제1 원료의 표면에서 기체가 승화하여 상기 제1 원료 상에 위치하는 상기 제1 필터부의 표면에 다결정이 성장될 수 있다. 즉, 상기 제1 원료의 표면과 마주보는 상기 제1 필터부의 표면에 다결정이 성장될 수 있다. 상기 다결정은 원료로 공급될 수 있다. 또한, 상기 다결정은 고순도의 원료를 제공함으로써 고품질의 잉곳 성장이 가능하다. 상기 제1 원료는 상기 제1 필터부를 통과함으로써, 상기 종자정 홀더에 고순도 원료를 공급할 수 있다. Subsequently, the first raw material located below the second raw material again has a high temperature gradient with the seed crystal holder and continuously supplies the raw material. In the second gas room, the sublimed gas on the surface of the first raw material may be induced to condense broadly and homogeneously at the first filter load end. That is, a polycrystal may be grown on the surface of the first filter part positioned on the first raw material by sublimation of gas on the surface of the first raw material. That is, polycrystals may be grown on the surface of the first filter part facing the surface of the first raw material. The polycrystal may be supplied as a raw material. In addition, the polycrystal is capable of high quality ingot growth by providing a high purity raw material. The first raw material can supply a high purity raw material to the seed crystal holder by passing through the first filter part.
상기 제1 가스룸에서는 상기 제1 필터부를 통과한 기체가 상기 종자정으로 전면적으로 균일하게 이동할 수 있도록 할 수 있다. 따라서, 상기 종자정으로부터 균질하고 결함이 적은 단결정이 성장될 수 있다. 또한, 이로부터 성장하는 단결정이 중심 부분이 볼록한 형상을 가지는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 상기 단결정을 더 효율적으로 이용할 수 있다. 즉, 상기 단결정으로부터 얻어지는 웨이퍼의 수율을 높일 수 있다. In the first gas room, the gas passing through the first filter part may be uniformly moved to the seed crystal over the entire surface. Therefore, a homogeneous, low defect single crystal can be grown from the seed crystal. In addition, it is possible to prevent the single crystal growing therefrom from having a central convex shape. Thereby, the said single crystal can be utilized more efficiently. That is, the yield of the wafer obtained from the single crystal can be increased.
도 1은 제1 실시예에 따른 잉곳 제조 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3은 제2 실시예에 따른 잉곳 제조 장치의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of the ingot production device according to the first embodiment.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of part A of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view of the ingot production device according to the second embodiment.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. In the description of embodiments, each layer, region, pattern, or structure may be “on” or “under” the substrate, each layer, region, pad, or pattern. Substrate formed in ”includes all formed directly or through another layer. Criteria for the top / bottom or bottom / bottom of each layer will be described with reference to the drawings.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. The thickness or the size of each layer (film), region, pattern or structure in the drawings may be modified for clarity and convenience of explanation, and thus does not entirely reflect the actual size.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 도 2를 참조하여, 제1 실시예에 따른 잉곳 제조 장치를 상세하게 설명한다. 도 1은 제1 실시예에 따른 잉곳 제조 장치의 단면도이다. 도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 단면도이다.With reference to FIG. 1 and FIG. 2, the ingot manufacturing apparatus which concerns on a 1st Example is demonstrated in detail. 1 is a cross-sectional view of the ingot production device according to the first embodiment. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of part A of FIG. 1.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 잉곳 제조 장치(10)는, 도가니(100), 제1 원료(130) 및 제2 원료(132), 지지부(150), 제1 필터부(120), 상부 덮개(140), 종자정 홀더(160), 단열재(200), 석영관(400) 및 발열 유도부(500)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the
상기 도가니(100)는 제1 원료(130) 및 제2 원료(132)를 수용할 수 있다. The
상기 도가니(100)는 상기 제1 원료(130) 및 제2 원료(132)를 수용할 수 있도록 원통형의 형상을 가질 수 있다. The
상기 도가니(100)는 탄화규소의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질을 포함할 수 있다. The
일례로, 상기 도가니(100)는 흑연으로 제작될 수 있다. For example, the
또한, 도가니(100)는 흑연에 탄화규소의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질이 도포될 수도 있다. 여기서, 흑연 재질 상에 도포되는 상기 물질은, 탄화규소 단결정이 성장되는 온도에서 실리콘 및 수소에 대해 화학적으로 불활성인 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 금속 탄화물 또는 금속 질화물을 이용할 수 있다. 특히, Ta, Hf, Nb, Zr, W 및 V 중 적어도 둘 이상을 포함하는 혼합물 및 탄소를 포함하는 탄화물이 도포될 수 있다. 또한, Ta, Hf, Nb, Zr, W 및 V 중 적어도 둘 이상을 포함하는 혼합물 및 질소를 포함하는 질화물이 도포될 수 있다. In addition, the
상기 제1 원료(130) 및 제2 원료(132)는 규소 및 탄소를 포함할 수 있다. 구체적으로는, 상기 제1 원료(130) 및 제2 원료(132)는 규소, 탄소, 산소 및 수소를 포함하는 화합물일 수 있다. 상기 제1 원료(130) 및 제2 원료(132)는 탄화규소 분말(SiC powder) 또는 폴리카보실란(polycarbosilane)일 수 있다. The first
상기 제1 원료(130) 및 상기 제2 원료(132)는 이격되어 위치할 수 있다. 즉, 상기 제2 원료(132)는 상기 제1 원료(130) 상에 위치할 수 있고, 상기 제1 원료(130)와 일정거리 이격되어 위치할 수 있다. The first
이어서, 상기 지지부(150)는 상기 도가니(100) 내에 위치할 수 있다. 상기 지지부(150)는 상기 도가니(100) 내측면을 따라 위치할 수 있다. 상기 지지부(150)는 상기 도가니(100) 바닥면으로부터 상기 제1 필터부(120)의 위치까지 연장될 수 있다. Subsequently, the
상기 지지부(150)는 상기 제1 필터부(120)를 지지할 수 있다. 즉, 상기 제1 필터부(120)는 상기 지지부(150) 상에 위치할 수 있다.The
상기 지지부(150)는 내경 및 외경을 갖는 링 형상일 수 있다. 상기 지지부(150)는 그라파이트를 포함할 수 있다. 상기 지지부(150)의 밀도는 상기 도가니의 밀도와 대응될 수 있다. The
상기 지지부(150)의 두께는 2 mm 내지 5 mm 일 수 있다. 상기 지지부(150)의 두께가 2 mm 미만일 경우, 상기 제1 필터부(120)가 상기 지지부(150) 상에 안정적으로 위치하기 힘들 수 있다. 또한, 상기 지지부(150)의 두께가 5 mm 초과할 경우, 상기 지지부(150) 내에 위치하는 상기 제1 원료(130)의 분말 충진량이 감소할 수 있다. The thickness of the
상기 지지부(150)의 길이는 상기 제1 원료(130)의 두께 및 제2 가스룸(112)의 두께의 합과 대응될 수 있다.The length of the
상기 지지부(150)를 통해 다층의 원료를 갖는 시스템 구성이 가능하고, 상기 지지부(150)는 재사용이 가능하여 제조 비용을 절감할 수 있다. The
이어서, 상기 도가니(100) 내부에 상기 제1 필터부(120)가 위치할 수 있다. 상기 제1 필터부(120)는 상기 제1 원료(130) 및 상기 제2 원료(132) 사이에 위치할 수 있다. 자세하게, 상기 제1 필터부(120)는 상기 지지부(150) 상에 위치할 수 있고, 상기 제2 원료(132)의 하단에 위치할 수 있다. 따라서, 상기 제1 필터부(120)는 상기 제1 원료(130)의 표면으로부터 이격되어 위치할 수 있다. 즉, 상기 제1 필터부(120)가 상기 지지부(150)에 걸쳐져서 위치하므로, 상기 제1 원료(130)의 표면과 일정한 거리를 가질 수 있다. Subsequently, the
상기 제2 원료(132)는 상기 제1 필터부(120) 상면으로부터 위치할 수 있다. 따라서, 상기 제2 원료(132)는, 상기 도가니(100) 바닥면으로부터 위치하는 상기 제1 원료(130)와 이격되어 위치할 수 있다.The second
상기 제2 원료(132) 및 상기 종자정 홀더(160) 사이에 제1 가스룸(111)이 위치할 수 있다. 상기 제1 가스룸(111)을 통해 상기 제1 원료(130) 또는 상기 제2 원료(132)로부터 승화된 가스가 상기 종자정 홀더(160)로 이동할 수 있다. The
이어서, 상기 제1 원료(130) 및 상기 제2 원료(132) 사이에 제2 가스룸(112)이 위치할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 필터부(120) 및 상기 제1 원료(130) 사이에 제2 가스룸(112)이 위치할 수 있다. 상기 제2 가스룸(112)에서는 상기 제1 원료(130)의 승화가 일어날 수 있다. Subsequently, a
상기 제2 가스룸(112)의 높이는 상기 제1 원료(130)의 장입 양과 관련될 수 있다. 즉, 상기 제1 원료(130)의 장입 높이에 따라 상기 제2 가스룸(112)의 높이가 달라질 수 있다. 상기 제1 원료(130)가 미분말일 경우, 상기 제1 필터부(120)의 하부까지 상기 제1 원료(130) 및 제2 원료(132)가 장입되더라도, 단결정 성장으로 인해 원료의 부피가 줄어들면서 상기 제2 가스룸(112)이 생성될 수 있다. The height of the
상기 제2 가스룸(112)의 높이는 승화가스의 확산과 관계가 있으므로 공정 조건에 맞게 조절할 수 있다. 이때, 상기 제2 가스룸(112)이 너무 낮은 경우, 공정 중 제1 원료(130)의 표면과 상기 제1 필터부(120)의 하부가 붙게 될 수 있다. 다만, 앞서 설명한 바와 같이 상기 제1 원료(130)가 미분말일 경우에는 상기 제1 원료(130)의 표면과 상기 제1 필터부(120)가 붙지 않게 될 수 있다. 상기 제2 가스룸(112)이 너무 높은 경우, 상기 제1 원료(130) 및 제2 원료(132)의 장입량이 크게 줄 수 있고, 성장 거동 제어가 어려울 수 있다. 상기 제2 가스룸(112)의 높이는 도가니(100)의 크기, 구조 및 발열효과 등을 고려하여 정할 수 있다. Since the height of the
상기 제1 가스룸(111) 및 상기 제2 가스룸(112)을 통해, 각 가스룸에 존재하는 원료의 승화가 일어날 수 있다. Sublimation of the raw materials present in each gas room may occur through the
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.This will be described in detail as follows.
먼저, 상기 제1 가스룸(111)에서는 상기 제2 원료(132)의 승화가 일어날 수 있다. 상기 제2 원료(132)와 상기 종자정 홀더(160) 사이에 높은 온도구배로 인해 상기 제2 원료(132)의 하부에서부터 원료가 소진될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 원료(132)에서는 온도가 높은 하단부에서 상단부쪽으로 원료들이 이동을 하게 되고, 그 결과 상기 제2 원료(132) 표면에 고밀도의 치밀한 SiC층이 만들어진다. 상기 치밀한 SiC 층에서 균일한 승화가 일어날 수 있다.First, sublimation of the second
이후, 상기 제2 원료(132)보다 아래층에 위치하는 상기 제1 원료(130)가 다시 상기 종자정 홀더(160)와 높은 온도구배를 가지게 되고 지속적으로 원료를 공급하게 된다. 상기 제2 가스룸(112)에서는 상기 제1 원료(130)의 표면에서 승화된 기체가 상기 제1 필터부(120)하단에 폭넓고 균질하게 응축되도록 유도할 수 있다. 즉, 상기 제1 원료(130)의 표면에서 기체가 승화하여 상기 제1 원료(130) 상에 위치하는 상기 제1 필터부(120)의 표면에 다결정이 성장될 수 있다. 즉, 상기 제1 원료(130)의 표면과 마주보는 상기 제1 필터부(120)의 표면에 다결정이 성장될 수 있다. 상기 다결정은 원료로 공급될 수 있다. 또한, 상기 다결정은 고순도의 원료를 제공함으로써 고품질의 잉곳 성장이 가능하다. 또한, 상기 제1 원료(130)는 상기 제1 필터부(120)를 통과함으로써, 상기 종자정 홀더(160)에 고순도 원료를 공급할 수 있다. Thereafter, the first
상기 제1 가스룸(111)에서는 상기 제1 필터부(120)를 통과한 기체가 상기 종자정(170)으로 전면적으로 균일하게 이동할 수 있도록 할 수 있다. 따라서, 상기 종자정(170)으로부터 균질하고 결함이 적은 단결정이 성장될 수 있다. 또한, 이로부터 성장하는 단결정이 중심 부분이 볼록한 형상을 가지는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 상기 단결정을 더 효율적으로 이용할 수 있다. 즉, 상기 단결정으로부터 얻어지는 웨이퍼의 수율을 높일 수 있다. In the
도 1 에서는 상기 제1 필터부(120)를 사이에 두고 제1 가스룸(111) 및 제2 가스룸(112)이 형성되는 것으로 도시하였으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 상기 제1 필터부(120)가 다수개로 장입되어 다수개의 가스룸을 포함할 수 있다. In FIG. 1, although the
이어서, 상기 제1 필터부(120)는 다공질(porous)일 수 있다. 즉, 상기 제1 필터부(120)는 다수의 기공(120a)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 필터부(120)는 섬유간 기공(inter-fiber pore)을 포함하고, 상기 기공의 크기는 0.1 um 내지 300 um까지 다양하게 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 필터부(120)는 섬유 표면에 형성되는 기공(fiber surface pore)을 포함할 수 있다. Subsequently, the
도 2를 참조하면, 상기 기공(120a)들은 매우 작은 크기의 탄소 불순물 및 오염물질들을 여과할 수 있다. 또한, 상기 제1 필터부(120)는 SiC2, Si2C 및 Si를 투과하여 상기 종자정(170)으로 이동시킬 수 있다.Referring to FIG. 2, the
상기 제1 필터부(120)는 1 mm 내지 10 cm의 두께(T)를 가질 수 있다. 상기 제1 필터부(120)의 두께(T)는 상기 도가니(100)의 크기, 규모 및 공정조건에 따라 선택될 수 있다. 상기 제1 필터부(120)가 1 mm 미만의 두께(T)를 가질 경우, 상기 두께(T)가 너무 얇아 내구성이 크게 떨어지고 공정중 파손이 일어날 수 있다. 또한, 상기 탄소 불순물을 흡착하거나 가두는(trap) 역할을 하기 어려울 수 있다. 상기 제1 필터부(120)가 10 cm 초과의 두께(T)를 가질 경우, 상기 두께(T)가 너무 두꺼워 탄소 불순물 이외의 물질이 투과되는 속도가 느려질 수 있다. 즉, 상기 단결정을 성장하기 위한 탄화규소 가스가 투과되는 속도가 느려질 수 있다. 이로 인해, 단결정의 성장 속도가 느려질 수 있다.The
상기 제1 필터부(120)는 섬유상일 수 있다. The
상기 제1 필터부(120)가 섬유상의 연속 구조체이므로, 섬유간의 네킹(necking, chemical bonding)이 이루어져 있다. 따라서, 상기 제1 필터부(120)의 내구성을 향상시킬 수 있고, 단결정 성장 공정 중 상기 제1 필터부(120)가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 제1 필터부(120)의 조작이 용이하여 공정 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 단결정 성장에 필요한 실리콘카바이드 가스를 종자정(170)에 균일하게 공급할 수 있고, 시간당 공급량을 증가시킬 수 있다. 이로써, 단결정 성장률을 향상시킬 수 있다.Since the
구체적으로, 상기 제1 필터부(120)는 섬유상의 멤브레인일 수 있다.In detail, the
상기 제1 필터부(120)는 섬유상이기 때문에, 멜트스피닝법, 멜트블론법 및 전기방사법 중 어느 하나의 방법으로 제조될 수 있다. 즉, 상기 제1 필터부(120)는 섬유방사, 적재 및 적재된 섬유의 열처리를 통해 구현할 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 섬유상의 제1 필터부(120)는 다양한 방법에 의해 제조될 수 있다.Since the
또한, 상기 제1 필터부(120)는 특정 성분을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 필터부(120)는 탄소 불순물 및 오염물질들을 흡착하거나 분순물들을 가둘 수 있다. 즉, 상기 제1 필터부(120)에 포함된 기공(120a)은 미세한 불순물을 흡착할 수 있고, 입자가 큰 불순물들을 상기 기공(120a)과 기공(120a)사이에 걸리게 해 가둘 수 있다. 따라서, 상기 제1 원료(130)로부터 생성된 탄소 불순물이 상기 단결정 성장 과정에 참여하는 것을 방지할 수 있다. 상기 탄소 불순물이 상기 단결정으로 이동할 경우, 상기 단결정에 결함을 발생시킬 수 있다.In addition, the
상기 제1 필터부(120)는 탄소계 멤브레인일 수 있다.The
상기 탄소계 멤브레인은 흑연분말을 압축 성형 및 하소하여 제조될 수 있다. 상기 탄소계 멤브레인은 내구성, 투과성 및 불순물 여과특성이 우수하다. 따라서, 상기 제1 필터부(120)로 상기 탄소계 멤브레인이 사용될 경우, 고품질의 단결정이 제조될 수 있다. The carbon-based membrane may be prepared by compression molding and calcining graphite powder. The carbon-based membrane is excellent in durability, permeability and impurity filtration characteristics. Therefore, when the carbon-based membrane is used as the
그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니므로, 상기 제1 필터부(120)는 내구성, 투과성 및 불순물 여과특성이 우수한 다양한 물질을 포함할 수 있다.However, the embodiment is not limited thereto, and the
도면에 도시하지 않았으나, 상기 제1 필터부(120)는 제1 층 및 상기 제1 층 상에 위치하는 제2 층을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1 필터부(120)는 다수의 층으로 이루어질 수 있다. Although not shown in the drawing, the
상기 제1 층 및 상기 제2 층에 포함되는 기공들의 크기는 서로 다를 수 있다. The pores included in the first layer and the second layer may have different sizes.
구체적으로, 상기 제1 층에 포함되는 기공은 상기 제2 층에 포함되는 기공보다 크기가 더 클 수 있다. Specifically, the pores included in the first layer may be larger than the pores included in the second layer.
상기 제1 층은 단결정 성장 초기에 제1 원료(130)에 존재하는 크기가 큰 카본 입자 및 불순물들을 여과시킬 수 있다. 상기 제2 층은 상기 제1 층을 투과한 미세한 카본 불순물 및 다양한 오염 물질을 여과시킬 수 있다.The first layer may filter large carbon particles and impurities present in the first
상기 제1 필터부(120)가 두 개의 층으로 구성되어, 단결정에 투입되는 불순물 침입을 최소화할 수 있다. 또한, 최대한의 기체 투과율(gas permeability)을 확보할 수 있다.The
이어서, 상기 도가니(100)의 상부에 상부 덮개(140)가 위치할 수 있다. 상기 상부 덮개(140)는 상기 도가니(100)를 밀폐시킬 수 있다. 상기 상부 덮개(140)는 흑연을 포함할 수 있다. Subsequently, an
상기 상부 덮개(140)의 하단부에 종자정 홀더(160)가 위치한다. 상기 종자정 홀더(160)는 종자정(170)을 고정시킬 수 있다. 상기 종자정 홀더(160)는 고밀도의 흑연을 포함할 수 있다. The
상기 종자정(170)은 상기 종자정 홀더(160)에 부착된다. 상기 종자정(170)이 상기 종자정 홀더(160)에 부착됨으로써, 성장된 단결정이 상기 상부 덮개(140)에까지 성장되는 것을 방지할 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 종자정(170)은 상기 상부 덮개(140)에 직접 부착될 수 있다.The
이어서, 상기 단열재(200)는 상기 도가니(100)를 둘러싼다. 상기 단열재(200)는 상기 도가니(100)의 온도를 결정 성장 온도로 유지하도록 한다. 상기 단열재(200)는 탄화규소의 결정 성장 온도가 매우 높기 때문에, 흑연 펠트를 이용할 수 있다. 구체적으로, 상기 단열재(200)는 흑연 섬유를 압착시켜 일정 두께의 원통형으로 제작된 흑연 펠트를 사용할 수 있다. 또한, 상기 단열재(200)는 복수의 층으로 형성되어 상기 도가니(100)를 둘러쌀 수 있다.Subsequently, the
이어서, 상기 석영관(400)은 상기 도가니(100)의 외주면에 위치한다. 상기 석영관(400)은 상기 도가니(100)의 외주면에 끼워진다. 상기 석영관(400)은 상기 발열 유도부(500)에서 단결정 성장장치의 내부로 전달되는 열을 차단할 수 있다. 상기 석영관(400)은 내부가 빈 중공형의 관일 수 있다. 상기 석영관(400)의 내부 공간에 냉각수가 순환될 수 있다. Subsequently, the
상기 발열 유도부(500)는 상기 도가니(100)의 외부에 위치한다. 상기 발열 유도부(500)는 일례로, 고주파 유도 코일일 수 있다. 고주파 유도 코일에 고주파 전류를 흐르게 함으로써 상기 도가니(100) 및 상기 도가니(100)를 가열할 수 있다. 즉, 상기 도가니(100)에 수용되는 상기 원료를 원하는 온도로 가열할 수 있다.The heat
상기 발열 유도부(500)에서 유도 가열되는 중심 영역이 상기 도가니(100)의 중심부보다 낮은 위치에 형성된다. 따라서, 상기 도가니(100)의 상부 및 하부에 서로 다른 가열온도 영역을 갖는 온도구배가 형성된다. 즉, 발열 유도부(500)의 중심부인 핫존(hot zone, HZ)이 상기 도가니(100)의 중심에서 상대적으로 낮은 위치에 형성되어, 핫존(HZ)을 경계로 상기 도가니(100)의 하부의 온도가 상기 도가니(100) 상부의 온도보다 높게 형성된다. 또한, 상기 도가니(100)의 내부 중심부에서 외곽 방향을 따라 온도가 높게 형성된다. 이러한 온도구배로 인하여 탄화규소 제1 원료(130) 및 제2 원료(132)의 승화가 일어나고, 승화된 탄화규소 가스가 상대적으로 온도가 낮은 종자정(170)의 표면으로 이동한다. 이로 인해, 상기 탄화규소 가스가 재결정되어 단결정으로 성장된다.A central region that is induction heated in the
이하, 도 3을 참조하여, 제2 실시예에 따른 잉곳 제조 장치를 설명한다. 명확하고 간략한 설명을 위하여 제1 실시예와 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, an ingot manufacturing apparatus according to a second embodiment will be described with reference to FIG. 3. Detailed descriptions of parts identical or similar to those of the first embodiment will be omitted for clarity and simplicity.
도 3은 제2 실시예에 따른 잉곳 제조 장치의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of the ingot production device according to the second embodiment.
도 3을 참조하면, 제2 실시예에 따른 잉곳 제조 장치(20)는 서로 이격되어 위치하는 제1 원료(130), 제2 원료(132) 및 제3 원료(134)를 포함하고, 상기 원료들 사이에 위치하는 제3 가스룸(113), 제4 가스룸(114) 및 제5 가스룸(115)을 포함하며, 제1 필터부(120) 및 제2 필터부(122)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the
상기 제1 원료(130)는 상기 도가니(100) 바닥면으로부터 위치한다. The first
상기 제2 원료(132)는 상기 제1 원료(130) 상에 위치한다. 상기 제2 원료(132)는 상기 제1 원료(130)와 이격되어 위치한다.The second
상기 제3 원료(134)는 상기 제2 원료(132) 상에 위치한다. 상기 제3 원료(134)는 상기 제2 원료(132)와 이격되어 위치한다.The third
상기 제3 가스룸(113)은 상기 제3 원료(134) 및 상기 종자정 홀더(160) 사이에 위치한다. 상기 제3 가스룸(113)에서는 승화된 기체가 상기 종자정 홀더(160)로 이동할 수 있다.The
상기 제4 가스룸(114)은 상기 제2 원료(132) 및 상기 제3 원료(134) 사이에 위치한다. 상기 제4 가스룸(114)은 상기 제2 원료(132) 및 상기 제3 원료(134) 사이에 위치하는 상기 제2 필터부(122)에 의해 이격되어 위치할 수 있다. 상기 제2 필터부(122)는 지지부(150) 상에 위치한다. The
상기 제5 가스룸(115)은 상기 제1 원료(130) 및 상기 제2 원료(132) 사이에 위치한다. 상기 제5 가스룸(115)은 상기 제1 원료(130) 및 상기 제2 원료(132) 사이에 위치하는 상기 제1 필터부(120)에 의해 이격되어 위치할 수 있다. 상기 제1 필터부(120)는 지지부(150)의 걸림부에 걸쳐질 수 있다. The
이어서, 상기 지지부(150)의 길이는 상기 제1 원료(130)의 두께, 상기 제5 가스룸(115)의 두께, 상기 제1 필터부(120)의 두께, 상기 제2 원료(132)의 두께 및 상기 제4 가스룸(114)의 두께의 합과 대응될 수 있다. Subsequently, the length of the
제2 실시예에 따른 잉곳 제조 장치(20)에서는 세 개의 가스룸을 포함함으로써, 고순도의 원료 공급이 가능하다. 즉, 상기 제1 원료(130), 제2 원료(132) 및 제3 원료(134) 각각의 상부에 치밀한 SiC층이 형성되고, 상기 원료들은 상기 치밀한 SiC층에서 필터링(filtering)되어 고순도의 원료를 제공할 수 있다. 이를 통해, 잉곳의 수율을 향상시킬 수 있고, 고품질의 단결정을 성장시킬 수 있다. In the
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. The features, structures, effects and the like described in the foregoing embodiments are included in at least one embodiment of the present invention and are not necessarily limited to one embodiment. In addition, the features, structures, effects, and the like illustrated in the embodiments may be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention. It can be seen that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments may be modified. It is to be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.
Claims (18)
상기 제1 원료 및 상기 제2 원료 사이에 위치하고, 특정 성분을 선택적으로 통과시키는 제1 필터부를 포함하는 잉곳 제조 장치.A crucible containing a first raw material and a second raw material located on the first raw material; And
An ingot manufacturing apparatus, comprising a first filter unit positioned between the first raw material and the second raw material and selectively passing a specific component.
상기 제1 원료 및 상기 제2 원료는 이격되어 위치하는 잉곳 제조 장치.The method of claim 1,
The first raw material and the second raw material is ingot manufacturing apparatus spaced apart.
상기 도가니 내측면을 따라 위치하고, 상기 제1 필터부를 지지하는 지지부를 포함하는 잉곳 제조 장치.The method of claim 1,
Ingot manufacturing apparatus is located along the inner surface of the crucible, and including a support for supporting the first filter portion.
상기 지지부는 내경 및 외경을 갖는 링 형상인 잉곳 제조 장치.The method of claim 3,
The support portion is an ingot manufacturing apparatus having a ring shape having an inner diameter and an outer diameter.
상기 지지부는 그라파이트를 포함하는 잉곳 제조 장치.The method of claim 3,
The support unit ingot manufacturing apparatus comprising graphite.
상기 지지부의 두께는 2 mm 내지 5 mm 인 잉곳 제조 장치.The method of claim 3,
Ingot manufacturing apparatus of the support portion has a thickness of 2 mm to 5 mm.
상기 도가니 상부에 위치하고, 종자정을 고정하는 홀더를 더 포함하고,
상기 제2 원료 및 상기 홀더 사이에 제1 가스룸이 위치하고,
상기 제1 원료 및 상기 제2 원료 사이에 제2 가스룸이 위치하는 잉곳 제조 장치.The method of claim 3,
Located on the top of the crucible, further comprising a holder for fixing the seed crystals,
A first gas room is located between the second raw material and the holder,
An ingot manufacturing apparatus, wherein a second gas room is positioned between the first raw material and the second raw material.
상기 지지부의 길이는 상기 제1 원료의 두께 및 상기 제2 가스룸의 두께의 합과 대응되는 잉곳 제조 장치.The method of claim 7, wherein
The length of the support portion ingot manufacturing apparatus corresponding to the sum of the thickness of the first raw material and the thickness of the second gas room.
상기 제1 필터부는 상기 제2 원료의 하단에 위치하는 잉곳 제조 장치.The method of claim 1,
The ingot manufacturing apparatus of the first filter unit is located at the lower end of the second raw material.
상기 제2 원료 상에 위치하는 제3 원료를 더 포함하는 잉곳 제조 장치.The method of claim 3,
Ingot manufacturing apparatus further comprising a third raw material located on the second raw material.
상기 제2 원료 및 상기 제3 원료는 이격되어 위치하는 잉곳 제조 장치.The method of claim 10,
The second raw material and the third raw material ingot manufacturing apparatus spaced apart.
상기 도가니 상부에 위치하고, 종자정을 고정하는 홀더를 더 포함하고,
상기 제3 원료 및 상기 홀더 사이에 제3 가스룸이 위치하고,
상기 제2 원료 및 상기 제3 원료 사이에 제4 가스룸이 위치하고,
상기 제1 원료 및 상기 제2 원료 사이에 제5 가스룸이 위치하는 잉곳 제조 장치.The method of claim 10,
Located on the top of the crucible, further comprising a holder for fixing the seed crystals,
A third gas room is located between the third raw material and the holder,
A fourth gas room is located between the second raw material and the third raw material,
An ingot manufacturing apparatus, wherein a fifth gas room is positioned between the first raw material and the second raw material.
상기 제2 원료 및 상기 제3 원료 사이에 위치하는 제2 필터부를 더 포함하는 잉곳 제조 장치.The method of claim 10,
Ingot manufacturing apparatus further comprising a second filter portion located between the second raw material and the third raw material.
상기 제2 필터부는 상기 지지부 상에 위치하는 잉곳 제조 장치.The method of claim 13,
Ingot manufacturing apparatus, wherein the second filter portion is located on the support.
상기 제1 필터부 또는 상기 제2 필터부는 그라파이트를 포함하는 잉곳 제조 장치.The method of claim 13,
Ingot manufacturing apparatus of the first filter portion or the second filter portion comprises graphite.
상기 제1 필터부 또는 상기 제2 필터부는 다공질인 잉곳 제조 장치.The method of claim 13,
The ingot manufacturing apparatus of the said 1st filter part or the said 2nd filter part is porous.
상기 제1 필터부 또는 상기 제2 필터부는 멤브레인을 포함하는 잉곳 제조 장치.The method of claim 13,
The apparatus for producing an ingot, wherein the first filter part or the second filter part comprises a membrane.
상기 지지부의 길이는 상기 제1 원료의 두께, 상기 제4 가스룸의 두께, 상기 제1 필터부의 두께, 상기 제2 원료의 두께 및 상기 제5 가스룸의 두께의 합과 대응되는 잉곳 제조 장치.The method of claim 13,
And a length of the support part corresponds to a sum of a thickness of the first raw material, a thickness of the fourth gas room, a thickness of the first filter part, a thickness of the second raw material, and a thickness of the fifth gas room.
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