KR20140019580A - Growing apparatus for single crystal - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an apparatus for growing a silicon single crystal, which grows a single crystal ingot from a silicon melt surface and more particularly, to an apparatus for growing a single crystal, which cools a single crystal ingot near a melt surface rapidly and effectively. The present invention provides an apparatus for growing a silicon single crystal, comprising a chamber; a crucible placed in the chamber to grow a single crystal ingot from a melt surface; a water jacket installed near the melt surface of the crucible to cool the single crystal ingot passing therebetween; and a driving tool for vertically moving the water jacket.

Description

단결정 성장장치 {GROWING APPARATUS FOR SINGLE CRYSTAL}Single Crystal Growth Device {GROWING APPARATUS FOR SINGLE CRYSTAL}

본 발명은 실리콘 융액면으로부터 단결정 잉곳을 성장시키는 실리콘 단결정 성장장치에 관한 것으로서, 특히 융액면과 근접한 단결정 잉곳을 신속하고 효과적으로 냉각시키는 단결정 성장장치에 관한 것이다.The present invention relates to a silicon single crystal growth apparatus for growing a single crystal ingot from a silicon melt surface, and more particularly, to a single crystal growth apparatus for rapidly and effectively cooling a single crystal ingot proximate to the melt surface.

웨이퍼의 제조를 위해서는 먼저 단결정 실리콘을 잉곳(ingot) 형태로 성장시켜야 한다.In order to manufacture a wafer, first, single crystal silicon must be grown in an ingot form.

실리콘 단결정 잉곳(IG) 성장을 위한 대표적인 제조방법으로는 단결정인 종자결정(seed crystal)을 용융 실리콘에 담근 후 천천히 끌어올리면서 결정을 성장시키는 쵸크랄스키(Czochralsk:CZ)법이 있다.A typical manufacturing method for growing a silicon single crystal ingot (IG) is a Czochralsk (CZ) method of growing a crystal while immersing a single crystal seed crystal in molten silicon and then slowly pulling it up.

종래기술에 의하면 단결성 잉곳의 성장하는 데 있어 잉곳 상부의 열을 흡수하여 성장 속도를 상승하기 위하여 잉곳 상부에 냉각 장치가 구비되어 있다.According to the prior art, a cooling device is provided on the upper part of the ingot so as to absorb heat from the upper part of the ingot and increase the growth rate in growing the unitary ingot.

일본공개특허 제1996-119786호에는 단결정봉의 융액 계면 부근에 원통 테이퍼 모양의 냉각관이 구비되는데, 냉각관이 워터 재킷(water jacket)으로 구성된 것이 기재되어 있습니다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 1996-119786 discloses a cylindrical tapered cooling tube near the melt interface of a single crystal rod, which describes that the cooling tube is formed of a water jacket.

상기의 종래 기술은 냉각관이 테이퍼진 원통 형상으로 길어짐에 따라 냉각 효율을 높일 수 있지만, 초기에 도가니에 투입된 폴리 부피로 인하여 간섭이 발생될 수 있으며, 테이퍼진 원통 형상의 냉각관은 직선 원통 형상의 냉각관에 비해 단결정 잉곳의 성장 환경 하에서 공급되는 아르곤(Ar) 유로의 변동으로 품질 변화를 초래하는 문제점이 있다. The prior art described above can increase cooling efficiency as the cooling tube is lengthened to a tapered cylindrical shape, but interference may occur due to a poly volume initially charged into the crucible, and the tapered cylindrical cooling tube has a straight cylindrical shape. Compared to the cooling tube of the single crystal ingot has a problem that the quality change due to the fluctuation of the argon (Ar) flow path supplied under the growth environment of the single crystal ingot.

또한, 냉각관이 챔버에 고정된 형태이기 때문에 단결정 잉곳의 성장이 진행될수록 융액 계면의 높이가 낮아지더라도 냉각관의 위치가 그대로 유지됨에 따라 냉각 효율이 떨어지는 문제점이 있다.In addition, since the cooling tube is fixed to the chamber, as the growth of the single crystal ingot progresses, the cooling efficiency is lowered as the position of the cooling tube is maintained even though the height of the melt interface is lowered.

한국등록특허 제185521호에는 성장하는 단결정을 냉각하는 냉각수단이 구비되는데, 냉각수단은 액상 냉각제가 유동하는 덕트시스템 및 그 하부에 열전도성 냉각체로 구성된 것이 기재되어 있습니다.Korean Patent No. 185521 is provided with cooling means for cooling a growing single crystal, which describes that the cooling means consists of a duct system through which a liquid coolant flows and a thermally conductive cooling body thereunder.

상기의 종래 기술은 덕트시스템의 액상 냉각제로부터 냉각체로 열전도되기 때문에 실제 덕트시스템의 온도보다 냉각체의 온도가 높아 냉각 효율이 떨어지는 문제점이 있다.Since the conventional technology is thermally conducted from the liquid coolant of the duct system to the cooling body, there is a problem that the cooling efficiency is lowered because the temperature of the cooling body is higher than the temperature of the actual duct system.

따라서, 상기와 같은 종래 기술들은 융액면으로부터 성장되는 단결정 잉곳을 급속하게 냉각시킬 수 없으며, 이로 인하여 단결정 잉곳의 성장 속도 저하로 생산성이 떨어지고, 단결정 잉곳 외곽부분에서 냉각 온도 구배가 높아짐에 따라 단결정 잉곳 외곽 부분에 산소포화도 및 오염물질을 많이 함유하여 품질을 제어하기 어려운 문제점이 있다.Therefore, the prior art as described above can not rapidly cool the single crystal ingot grown from the melt surface, thereby reducing productivity due to the growth rate of the single crystal ingot, and the single crystal ingot as the cooling temperature gradient at the outer portion of the single crystal ingot increases. There is a problem that it is difficult to control the quality by containing a lot of oxygen saturation and pollutants in the outer portion.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 원료 공급 시 또는 단결정 잉곳 성장 시에 워터 자켓의 위치가 적합하게 가변될 수 있는 단결정 성장장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to provide a single crystal growth apparatus in which the position of the water jacket can be suitably changed during raw material supply or single crystal ingot growth.

또한, 본 발명은 워터 자켓이 단결정 잉곳을 융액면과 근접한 위치에서부터 급속 냉각시킬 수 있는 단결정 성장장치를 제공하는데 그 목적이 있다.It is also an object of the present invention to provide a single crystal growth apparatus in which a water jacket can rapidly cool a single crystal ingot from a position close to the melt surface.

또한, 본 발명은 워터 자켓을 실리콘 융액으로부터 보호하는 동시에 냉각 효과를 증대시킬 수 있는 단결정 성장장치를 제공하는데 그 목적이 있다.It is also an object of the present invention to provide a single crystal growth apparatus capable of increasing the cooling effect while protecting the water jacket from silicon melt.

본 발명은 챔버; 상기 챔버 내에 구비되고, 융액면으로부터 단결정 잉곳이 성장되는 도가니; 상기 도가니의 융액면에 근접하게 설치되고, 그 사이를 통과하는 단결정 잉곳을 냉각시키는 워터 재킷(Water jacket); 및 상기 워터 재킷을 상하 방향으로 이동시키는 구동수단;을 포함하는 단결정 성장장치를 제공한다.The present invention chamber; A crucible provided in the chamber, wherein a single crystal ingot is grown from the melt surface; A water jacket installed close to the melt surface of the crucible and cooling a single crystal ingot passing therebetween; And a driving means for moving the water jacket in the vertical direction.

본 발명에 따른 단결정 성장장치는 워터 자켓이 도가니 상측에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치됨으로써, 도가니에 원료 공급 시에 워터 자켓을 상향 이동시켜 간섭되는 것을 방지하고, 잉곳 성장 시에 도가니의 융액면이 하향 이동됨에 따라 워터 자켓을 하향 이동시켜 냉각 효과를 높일 수 있는 이점이 있다.In the single crystal growth apparatus according to the present invention, the water jacket is installed to move upward and downward in the upper side of the crucible, thereby preventing interference by moving the water jacket upward when supplying the raw material to the crucible, and the melt surface of the crucible at the time of ingot growth. As it is moved downward, there is an advantage of increasing the cooling effect by moving the water jacket downward.

또한, 본 발명은 워터 자켓의 하부로 갈수록 그 두께가 두껍게 형성됨으로써, 워터 자켓과 근접한 융액면에서 냉각 효과를 극대화시킬 수 있고, 냉각 효과가 높아짐에 따라 단결정 잉곳의 성장 속도를 높여 생산성을 향상시킬 뿐 아니라 단결정 잉곳의 외곽 부분에서 냉각 온도 구배를 낮출 수 있어 품질을 높일 수 있는 이점이 있다.In addition, according to the present invention, the thickness becomes thicker toward the bottom of the water jacket, thereby maximizing the cooling effect at the surface of the melt close to the water jacket, and increasing the growth rate of the single crystal ingot as the cooling effect increases, thereby improving productivity. In addition, the cooling temperature gradient in the outer portion of the single crystal ingot can be lowered, thereby improving the quality.

또한, 본 발명은 워터 자켓 주변에 냉각부재를 조립함으로써, 워터 자켓이 직접 융액면과 맞닿는 사고를 방지하고, 나아가 냉각부재를 검은 색의 흑연을 적용함으로써, 융액으로부터 발생되는 열을 더욱 잘 흡수하도록 하여 냉각 효과를 높일 수 있는 이점이 있다.In addition, the present invention is to assemble the cooling member around the water jacket, to prevent the water jacket directly contacting the melt surface, and furthermore to apply the black graphite to the cooling member to better absorb the heat generated from the melt There is an advantage to increase the cooling effect.

도 1은 본 발명에 따른 단결정 성장장치의 일예가 도시된 도면.
도 2는 본 발명에 따른 단결정 성장장치의 워터 자켓이 도시된 도면.
도 3은 본 발명에 따른 단결정 성장장치의 워터 자켓에 냉각부재가 조립된 도면.
도 4는 본 발명에 따른 단결정 성장장치의 구동수단이 도시된 도면.
도 5a 내지 도 5c는 다른 조건의 냉각장치를 구비한 단결정 성장장치의 온도 구배가 도시된 도면.1 is a view showing an example of a single crystal growth apparatus according to the present invention.
2 is a view showing a water jacket of a single crystal growth apparatus according to the present invention.
Figure 3 is a view of the cooling member assembled to the water jacket of the single crystal growth apparatus according to the present invention.
4 is a view showing the driving means of the single crystal growth apparatus according to the present invention.
5a to 5c show a temperature gradient of a single crystal growth apparatus with a chiller in different conditions.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the scope of the inventive concept of the present embodiment can be determined from the matters disclosed in the present embodiment, and the spirit of the present invention possessed by the present embodiment is not limited to the embodiments in which addition, Variations.

도 1은 본 발명에 따른 단결정 성장장치의 일예가 도시된 도면이다.1 is a view showing an example of a single crystal growth apparatus according to the present invention.

본 발명에 따른 단결정 성장장치는 도 1에 도시된 바와 같이 챔버(110)와, 도가니(120)와, 히터(130)와, 인상수단(150)과, 고정용 냉각장치(160)와, 이동용 냉각장치(200)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, the single crystal growth apparatus according to the present invention includes a chamber 110, a crucible 120, a heater 130, a pulling means 150, a fixing cooling device 160, and a moving device. It may include a cooling device (200).

상기 챔버(110)는 반도체 등의 전자부품 소재로 사용되는 실리콘 웨이퍼(wafer)용 단결정 잉곳(Ingot)을 성장시키기 위한 소정의 공정들이 수행되는 공간을 제공한다. The chamber 110 provides a space in which predetermined processes are performed to grow a single crystal ingot for a silicon wafer used as an electronic component material such as a semiconductor.

상기 챔버(110)는 도가니(120)가 수용되는 제1 챔버(111)와, 상기 제1 챔버(111) 상에 단결정 잉곳(IG)이 성장되어 나가는 제2 챔버(112)를 포함할 수 있다. 상기 제1 챔버(111)는 성장챔버(growing chamber)일 수 있고, 상기 제2 챔버(112)는 풀챔버(pull chamber) 일 수 있다.The chamber 110 may include a first chamber 111 in which the crucible 120 is accommodated, and a second chamber 112 in which a single crystal ingot IG is grown on the first chamber 111. . The first chamber 111 may be a growth chamber, and the second chamber 112 may be a pull chamber.

상기 챔버(110)의 내벽에는 히터(130)의 열이 상기 챔버(110)의 측벽부로 방출되지 못하도록 복사 단열체(140)가 설치될 수 있다.The radiant heat insulator 140 may be installed on the inner wall of the chamber 110 to prevent heat of the heater 130 from being discharged to the side wall of the chamber 110.

물론, 실리콘 단결정 성장 시의 산소 농도를 제어하기 위하여 석영으로 만들어진 도가니(120)의 회전 또는 내부의 압력 조건 등 다양한 인자들을 조절할 수 있다. 예를 들어, 실시예는 산소 농도를 제어하기 위하여 실리콘 단결정 성장장치의 챔버(110) 내부에 아르곤(Ar) 가스 등을 주입하여 하부로 배출할 수 있도록 구성된다.Of course, in order to control the oxygen concentration during silicon single crystal growth, various factors such as the rotation of the crucible 120 made of quartz or the pressure conditions therein may be adjusted. For example, the embodiment is configured to inject argon (Ar) gas and the like into the chamber 110 of the silicon single crystal growth apparatus to discharge the oxygen to control the oxygen concentration.

상기 도가니(120)는 실리콘 융액(SM)을 담을 수 있도록 상기 제1 챔버(111)의 내부에 구비되며, 석영 재질로 이루어질 수 있다. 상기 도가니(120)의 외부에는 도가니(120)를 지지할 수 있도록 흑연으로 이루어지는 도가니 지지대(125)가 구비될 수 있다. 상기 도가니 지지대(125)는 회전축(127) 상에 고정 설치되고, 이 회전축(127)은 구동수단(미도시)에 의해 회전되어 도가니(120)를 회전 및 승강 운동시키면서 고-액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 할 수 있다.The crucible 120 is provided inside the first chamber 111 to contain the silicon melt SM, and may be made of quartz. A crucible support 125 made of graphite may be provided outside the crucible 120 to support the crucible 120. The crucible support 125 is fixedly installed on the rotation shaft 127, which is rotated by a driving means (not shown) so that the solid-liquid interface has the same height while rotating and elevating the crucible 120. It can be maintained.

상기 히터(130)는 도가니(120)를 가열하도록 제1 챔버(111)의 내부에 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 히터(130)는 도가니 지지대(125)를 에워싸는 원통형으로 이루어질 수 있다. 이러한 히터(130)는 도가니(120) 내에 적재된 고순도의 다결정 실리콘 덩어리를 용융하여 실리콘 융액(SM)으로 만들게 된다.The heater 130 may be provided inside the first chamber 111 to heat the crucible 120. For example, the heater 130 may have a cylindrical shape surrounding the crucible support 125. The heater 130 melts a high-purity polycrystalline silicon mass loaded in the crucible 120 into a silicon melt SM.

상기 인상수단(150)은 그 하단에 종자결정(seed crystal, 152)이 구비된 형태로써, 종자결정(152)을 실리콘 융액(SM)에 담근 후 천천히 끌어올리면서 결정을 성장시키도록 구성된다.The pulling means 150 is provided with seed crystals 152 at the bottom thereof, and is configured to grow crystals while immersing the seed crystals 152 in the silicon melt SM and slowly pulling them up.

상기 고정용 냉각장치(160)는 상기 제2 챔버(112) 내주면으부로부터 일정길이만큼 하향 연장된 원통 형상으로써, 고정되도록 설치된다. 이때, 상기 고정용 냉각장치(160) 내부에 냉각수가 순환할 수 있도록 구성된다. 물론, 상기 고정용 냉각장치(160)는 상기 도가니(120)의 융액면으로부터 일정높이 이상을 유지하도록 설치되며, 그 내부를 통과하면서 성장하는 잉곳을 냉각시키게 된다.The fixing cooling device 160 has a cylindrical shape extending downward from the inner circumferential surface of the second chamber 112 by a predetermined length, and is installed to be fixed. At this time, the cooling water 160 is configured to circulate the cooling water inside. Of course, the fixing cooling device 160 is installed to maintain a predetermined height or more from the melt surface of the crucible 120, and cools the ingot growing while passing through the inside.

상기 이동용 냉각장치(200)는 상기 도가니(120)의 융액면과 근접한 위치에서 단결정 잉곳을 냉각시키는 워터 자켓(Water jacket, 210)과, 상기 워터 자켓(210)을 감싸도록 구비된 냉각부재(220)와, 상기 워터 자켓(210) 및 냉각부재(220)를 상하 방향으로 구동시키는 구동수단(230)을 포함하도록 구성된다. 물론, 상기 워터 자켓(210)과 냉각부재(220)는 상기 챔버(110) 내부에 구비되지만, 상기 구동수단(230)은 상기 챔버(110) 외부에 구비된다.The mobile cooling device 200 includes a water jacket 210 for cooling a single crystal ingot at a position close to the melt surface of the crucible 120, and a cooling member 220 provided to surround the water jacket 210. ), And a driving means 230 for driving the water jacket 210 and the cooling member 220 in the vertical direction. Of course, the water jacket 210 and the cooling member 220 are provided inside the chamber 110, but the driving means 230 is provided outside the chamber 110.

도 2는 본 발명에 따른 단결정 성장장치의 워터 자켓이 도시된 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 단결정 성장장치의 워터 자켓에 냉각부재가 조립된 도면이다.2 is a view showing a water jacket of the single crystal growth apparatus according to the present invention, Figure 3 is a view of the cooling member is assembled to the water jacket of the single crystal growth apparatus according to the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이 워터 자켓(210)은 테이퍼진 원통형 냉각부(211)와, 공급안내유로(212,213)와, 회수안내유로(214,215)를 포함하도록 구성된다.As shown in FIG. 2, the water jacket 210 is configured to include a tapered cylindrical cooling unit 211, supply guide passages 212 and 213, and recovery guide passages 214 and 215.

상기 냉각부(211)는 하단으로 갈수록 직경이 좁아지는 테이퍼진 원통 형상으로 형성되며, 그 내부에 냉각수가 순환할 수 있도록 구성된다. 이때, 상기 냉각부(211)는 하단으로 갈수록 그 두께가 두껍게 형성되는데, 이는 융액면과 근접한 위치에서 냉각 효과를 높이기 위함이다. 물론, 성장하는 단결정 잉곳이 관통하도록 단결정 잉곳의 직경보다 더 큰 내경을 가지도록 구성된다.The cooling unit 211 is formed in a tapered cylindrical shape that is narrow in diameter toward the lower end, it is configured to circulate the cooling water therein. At this time, the cooling portion 211 is formed thicker toward the bottom, this is to increase the cooling effect in the position close to the melt surface. Of course, it is configured to have an inner diameter larger than the diameter of the single crystal ingot so that the growing single crystal ingot can penetrate.

상기 공급안내유로(212,213)는 상기 냉각부(211)의 상단 일측에 구비되는데, 하기에서 설명된 구동수단에 의해 상하 방향으로 이동 가능하게 설치하기 위하여 다양한 형태로 구성될 수 있다. 실시예에서는, 플레이트 형상의 유로(212) 및 로드 형상의 유로(213)로 구성되고 있으며, 적어도 하나 이상의 공급홀(213h)이 상단에 구비되어 냉각수를 공급할 수 있다.The supply guide flow paths 212 and 213 are provided at one side of the upper end of the cooling unit 211, and may be configured in various forms so as to be movable in the vertical direction by the driving means described below. In the embodiment, the plate-shaped flow passage 212 and the rod-shaped flow passage 213, and at least one supply hole (213h) is provided at the upper end can supply the cooling water.

상기 회수안내유로(214,215)는 상기 공급안내유로(212,213)와 반대 방향에 위치하도록 상기 냉각부(211)의 상단 다른 일측에 구비되는데, 상기 공급안내유로(212.213)와 마찬가지로 다양하게 구성될 수 있다. 실시예에서는, 플레이트 형상의 유로(214) 및 로드 형상의 유로(215)로 구성되고 있으며, 적어도 하나 이상의 회수홀(215h)이 상단에 구비되어 냉각수를 회수할 수 있다.The recovery guide flow paths 214 and 215 are provided on the other side of the upper end of the cooling unit 211 so as to be opposite to the supply guide flow paths 212 and 213, and may be variously configured similarly to the supply guide flow paths 212 and 213. . In the embodiment, the plate-shaped flow path 214 and the rod-shaped flow path 215 is provided, and at least one recovery hole 215h is provided at the upper end to recover the cooling water.

따라서, 냉각수가 상기 공급홀(213h)에 공급되면, 상기 공급안내유로(212,213)를 통하여 상기 냉각부(211)를 순환한 다음, 상기 회수안내유로(214,215)를 통하여 상기 회수홀(215h)로 빠져나가게 된다. 이때, 상기 냉각부(211)는 테이퍼진 원통 형상으로 형성됨에 따라 기존에 냉각관에 비해 넓은 면적에 걸쳐 냉각 작용을 할 수 있으며, 그 하단의 두께가 더 넓게 형성됨에 따라 하부에서 냉각 작용을 높일 수 있다.Therefore, when cooling water is supplied to the supply hole 213h, the cooling unit 211 is circulated through the supply guide passages 212 and 213, and then to the recovery hole 215h through the recovery guide passages 214 and 215. Get out. At this time, the cooling unit 211 is formed in a tapered cylindrical shape can perform a cooling action over a larger area than the conventional cooling pipe, and as the thickness of the lower end is formed to be wider to increase the cooling action at the bottom. Can be.

도 3에 도시된 바와 같이 냉각부재(220)는 상기 워터 자켓(210)을 감싸도록 조립되는데, 내주부(221)와, 외주부(222)와, 하단부(223)와, 직선부(224)를 포함하도록 구성된다.As shown in FIG. 3, the cooling member 220 is assembled to surround the water jacket 210, and includes an inner circumferential portion 221, an outer circumferential portion 222, a lower end portion 223, and a straight portion 224. It is configured to include.

상기 내주부(221)는 상기 워터 자켓(210)의 내주면과 거의 맞닿도록 설치된 곡면 형상으로 형성되는 반면, 상기 외주부(222)는 상기 워터 자켓(210)의 외주면과 하단으로 갈수록 더 넓은 간격을 두고 설치되며, 상기 하단부(223)는 상기 내주부(221)와 외주부(222) 사이를 연결하도록 설치된다. 이때, 상기 내/외주부(221,222) 및 하단부(223) 내부에는 상기 워터 자켓(210)과 사이에 부드러운 재질이 충전될 수 있으며, 이러한 부드러운 충전제는 열전달율이 높은 재질이 적용되는 것이 바람직다.The inner circumferential portion 221 is formed in a curved shape which is installed to substantially contact the inner circumferential surface of the water jacket 210, while the outer circumferential portion 222 has a wider gap toward the outer circumferential surface and the lower end of the water jacket 210. The lower end portion 223 is installed to connect between the inner circumferential portion 221 and the outer circumferential portion 222. In this case, a soft material may be filled between the inner / outer peripheral parts 221 and 222 and the lower end 223, and the water jacket 210 may be filled, and the soft filler may be a material having high heat transfer rate.

상기 직선부(224)는 상기 내주부(221) 하단에 수직한 형태로 하향 연장된 부분으로써, 단결정 잉곳의 외주면과 가장 근접하게 위치하게 된다.The straight portion 224 extends downward in a form perpendicular to the lower end of the inner circumferential portion 221 and is positioned closest to the outer circumferential surface of the single crystal ingot.

이와 같은 냉각부재(220)는 열충격에 강하여 내화재 또는 열전달 물질로 많이 사용되는 흑연 재질로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 냉각부재(220)가 검은색 계열의 흑연으로 구성됨에 따라 기존에 회색 또는 밝은 색 계열의 스테인레스에 비해 단결정 잉곳에서 분출되는 열을 많이 흡수할 수 있어 냉각 효과를 높일 수 있다. 물론, 상기 냉각부재(220)는 스테인레스 재질로 제작된 다음, 검은색 계열의 세라믹으로 코팅되도록 구성될 수도 있다.The cooling member 220 is preferably made of a graphite material that is resistant to thermal shock and used as a refractory material or a heat transfer material. As the cooling member 220 is composed of black graphite, a gray or light color is used. Compared to the stainless series, it can absorb more heat emitted from the single crystal ingot, thereby improving the cooling effect. Of course, the cooling member 220 may be made of a stainless material, and then coated with a black ceramic.

도 4는 본 발명에 따른 단결정 성장장치의 구동수단이 도시된 도면이다.4 is a view showing the driving means of the single crystal growth apparatus according to the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이 구동수단(230)은 회전력을 제공하는 모터(231)와, 상기 모터(231)의 회전력을 상하 직선 구동력으로 변환하는 동력전달부(232,233)를 포함하도록 구성된다. 물론, 상기 구동수단(230)은 상기 워터 자켓(210 : 도 1에 도시)의 공급안내유로(213) 및 회수안내유로(215)와 각각 연결될 수 있도록 서로 대칭된 위치에 한 쌍이 구비된다. As shown in FIG. 4, the driving means 230 includes a motor 231 for providing a rotational force and power transmission units 232 and 233 for converting the rotational force of the motor 231 into a vertical linear driving force. Of course, the driving means 230 is provided with a pair of symmetrical positions to be connected to the supply guide passage 213 and the recovery guide passage 215 of the water jacket 210 (shown in FIG. 1), respectively.

실시예에서, 상기 동력전달부(232,233)는 상기 모터(231)의 회전축과 같이 회전하도록 수직 방향으로 길게 설치된 리드 스크루(Read screw : 232)와, 상기 리드 스크루(232)와 맞물려 상기 리드 스크루(232)가 회전됨에 따라 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된 블럭 보스(Block boss : 233)로 구성된다. 이때, 상기 블럭 보스(233)는 상기 공급안내유로(213) 또는 회수안내유로(215)에 고정됨에 따라 같이 상하 방향으로 이동될 수 있다.In an embodiment, the power transmission units 232 and 233 may have a lead screw installed in a vertical direction so as to rotate together with the rotation axis of the motor 231 and the lead screw 232 in engagement with the lead screw 232. As the 232 is rotated, the block boss 233 is configured to be movable in the vertical direction. In this case, the block boss 233 may be moved upward and downward as it is fixed to the supply guide passage 213 or the recovery guide passage 215.

상기 리드 스크루(232) 상에는 상기 블록 보스(233)의 근접 거리를 감지하는 상부 위치 센서(232a)와 하부 위치 센서(232b)가 구비되며, 상기 센서들(232a,232b)에서 발생된 신호에 의해 상기 모터(231)를 제어함으로써, 상기 블록 보스(233)의 상하 방향의 이동 거리를 제한하거나, 조절할 수 있다. An upper position sensor 232a and a lower position sensor 232b for detecting a proximity distance of the block boss 233 are provided on the lead screw 232, and are generated by signals generated by the sensors 232a and 232b. By controlling the motor 231, the moving distance in the vertical direction of the block boss 233 may be limited or adjusted.

상기 블록 보스(233)가 상기 워터 자켓(210 : 도 1에 도시)을 상하 방향으로 이동시키게 되지만, 실제 워터 자켓(210 : 도 1에 도시)이 상기 챔버(110 : 도 1에 도시) 내부에 구비됨에 따라 실제 육안으로 이동거리를 확인하기 어렵다. 따라서, 상기 리드 스크루(232)와 블럭 보스(233) 사이에는 육안으로 이동거리를 확인할 수 있도록 수직 방향으로 길게 스케일(Scale : 233)이 구비된다.Although the block boss 233 moves the water jacket 210 (shown in FIG. 1) in the up and down direction, an actual water jacket 210 (shown in FIG. 1) is inside the chamber 110 (shown in FIG. 1). As it is equipped, it is difficult to check the moving distance with the naked eye. Therefore, a scale 233 is provided between the lead screw 232 and the block boss 233 in the vertical direction so as to check the moving distance with the naked eye.

상기 블록 보스(233)가 고정되는 공급안내유로(213) 또는 회수안내유로(215)는 상기 챔버(110)를 관통하도록 설치되는데, 실시예에서는 상기 공급안내유로(213) 또는 회수안내유로(215)가 관통되는 챔버(110) 상에 커버 플레이트(235)가 설치되고, 상기 커버 플레이트(235)와 유로 사이를 오링(O-ring) 등에 의해 실링(Sealing)함으로써, 상기 챔버(110) 내부의 진공도를 유지할 수 있다.The supply guide passage 213 or the recovery guide passage 215 to which the block boss 233 is fixed are installed to penetrate the chamber 110. In this embodiment, the supply guide passage 213 or the recovery guide passage 215 is provided. The cover plate 235 is installed on the chamber 110 through which the cover penetrates, and is sealed between the cover plate 235 and the flow path by an O-ring or the like to seal the inside of the chamber 110. The degree of vacuum can be maintained.

따라서, 상기 모터(231)가 작동되면, 상기 리드 스크루(232)가 회전됨에 상기 블럭 보스(233)가 상향 또는 하향 이동되고, 상기 블럭 보스(233)와 같이 상기 공급안내유로(213) 및 회수안내유로(215)가 상향 또는 하향으로 같이 이동된다. 이때, 원료 공급 시에 상기 워터 자켓(210 : 도 1에 도시)을 상향 이동시키고, 성장 시에 상기 워터 자켓(210 : 도 1에 도시)을 하향 이동시키도록 작동될 수 있다. 또한, 상기 공급안내유로(213)와 연결된 구동수단과 상기 회수안내유로(215)와 연결된 구동수단을 별도로 조절할 수 있으며, 필요 시에 개별로 동작시켜 평행한 위치를 맞출 수도 있다.Therefore, when the motor 231 is operated, the block boss 233 is moved up or down as the lead screw 232 is rotated, and the supply guide flow path 213 and the recovery are similar to the block boss 233. The guide passage 215 is moved upward or downward together. In this case, the water jacket 210 (shown in FIG. 1) may be moved upward when raw materials are supplied, and the water jacket 210 (shown in FIG. 1) may be moved downward when grown. In addition, the driving means connected to the supply guide passage 213 and the driving means connected to the recovery guide passage 215 may be separately adjusted, and may be individually operated to adjust parallel positions as necessary.

도 5a 내지 도 5c는 다른 조건의 냉각장치를 구비한 단결정 성장장치의 온도 구배가 도시된 도면이다.5A to 5C are diagrams showing a temperature gradient of a single crystal growth apparatus having a cooling apparatus under different conditions.

도 5a는 워터 자켓이 생략된 냉각부재만 적용된 구조에서 온도 구배가 도시된 것으로써, 히터에 공급된 파워량이 86.34kW로 나타나고, 도 5b는 수냉관이 냉각부재에 내장된 구조에서 온도 구배가 도시된 것으로써, 히터에 공급된 파워량이 80.26kW로 나타나며, 도 5c는 워터 자켓이 냉각부재에 내장된 구조에서 온도 구배가 도시된 것으로써, 히터에 공급된 파워량이 93.81kW로 나타난다.5A shows a temperature gradient in a structure in which only a cooling member without a water jacket is applied, and the amount of power supplied to the heater is 86.34 kW, and FIG. 5B shows a temperature gradient in a structure in which a water cooling tube is embedded in the cooling member. As shown in FIG. 5C, the power supplied to the heater is shown as 80.26 kW, and FIG. 5C shows the temperature gradient in the structure in which the water jacket is embedded in the cooling member, and the power supplied to the heater is shown as 93.81 kW.

실리콘 단결정 잉곳을 성장시키기 위하여 챔버 내부의 온도를 일정온도 이상으로 유지하기 위하여 히터가 작동되며, 이러한 히터에 공급되는 파워량이 상기에서 언급한 바와 같이 나타난다. 즉, 일정온도 이상을 유지하기 위하여 히터에 공급된 파워량이 클수록 냉각 효과가 크게 나타난 것으로 볼 수 있다.The heater is operated to maintain the temperature inside the chamber above a certain temperature in order to grow the silicon single crystal ingot, and the amount of power supplied to the heater appears as mentioned above. In other words, the greater the amount of power supplied to the heater in order to maintain a certain temperature or more can be seen as a greater cooling effect.

따라서, 도 5a에 도시된 냉각부재만 구비된 종래의 구조가 냉각 효과가 제일 낮으며, 도 5c에 도시된 워터 자켓이 냉각부재에 내장된 본 발명의 구조가 냉각 효과가 제일 높은 것으로 나타난다.Accordingly, the conventional structure having only the cooling member shown in FIG. 5A has the lowest cooling effect, and the structure of the present invention having the water jacket shown in FIG. 5C embedded in the cooling member has the highest cooling effect.

또한, 종래와 본 발명을 시뮬레이션 결과 히터의 파워 공급량에 따른 단결정 잉곳의 인상 속도를 비교하면, 종래에 비해 본 발명의 파워 공급량이 약 6~7 kW 향상됨에 따라 인상 속도가 약 0.05 ~ 0.06mm/min 향상된 것으로 나타난다.
In addition, when comparing the pulling speed of the single crystal ingot according to the power supply amount of the heater according to the simulation results of the present invention, the pulling speed is about 0.05 to 0.06 mm / as the power supply amount of the present invention is improved by about 6 to 7 kW compared to the conventional method. min appears to be improved.

110 : 챔버 120 : 도가니
130 : 히터 150 : 인상수단
160 : 고정용 냉각장치 200 : 이동용 냉각장치
210 : 워터 자켓 220 : 냉각부재
230 : 구동수단110: chamber 120: crucible
130: heater 150: raising means
160: fixed cooling device 200: mobile cooling device
210: water jacket 220: cooling member
230: driving means

Claims (8)

챔버;
상기 챔버 내에 구비되고, 융액면으로부터 단결정 잉곳이 성장되는 도가니;
상기 도가니의 융액면에 근접하게 설치되고, 그 사이를 통과하는 단결정 잉곳을 냉각시키는 워터 재킷(Water jacket); 및
상기 워터 재킷을 상하 방향으로 이동시키는 구동수단;을 포함하는 단결정 성장장치.chamber;
A crucible provided in the chamber, wherein a single crystal ingot is grown from the melt surface;
A water jacket installed close to the melt surface of the crucible and cooling a single crystal ingot passing therebetween; And
Single crystal growth apparatus comprising a; drive means for moving the water jacket in the vertical direction. 제1항에 있어서,
상기 워터 재킷은 융액면과 가까워질수록 직경이 작아지도록 테이퍼지고, 그 두께가 두꺼워지도록 형성되는 단결정 성장장치.The method of claim 1,
And the water jacket is tapered to have a smaller diameter as it is closer to the melt surface, and is formed to have a thicker thickness. 제1항에 있어서,
상기 구동수단은,
상기 챔버 외부에 구비된 모터와,
상기 모터의 회전력을 상하 직선 이동시키도록 전달하는 동력전달부와,
상기 챔버를 관통하여 상기 동력전달부와 워터 재킷을 연결하고, 냉각수를 상기 워터 재킷에 공급 또는 회수하는 냉각수 유로를 폼하는 단결정 성장장치. The method of claim 1,
The driving means includes:
A motor provided outside the chamber,
A power transmission unit for transmitting the rotational force of the motor to move vertically and linearly;
A single crystal growth apparatus that connects the power transmission unit and the water jacket through the chamber, and forms a cooling water flow path for supplying or recovering cooling water to the water jacket. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 워터 재킷을 감싸도록 조립되는 냉각부재;를 더 포함하는 단결정 성장장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
And a cooling member assembled to surround the water jacket. 제4항에 있어서,
상기 냉각부재는 상기 워터 재킷의 내경을 감싸도록 설치된 내주부와, 상기 워터 재킷의 외경을 감싸도록 설치된 외주부와, 상기 내주부 또는 외주부와 연결되어 단결정 잉곳의 외주면과 수평하도록 융액면과 근접한 위치까지 연장된 직선부를 포함하는 단결정 성장장치.5. The method of claim 4,
The cooling member has an inner circumference portion installed to surround the inner diameter of the water jacket, an outer circumference portion installed to surround the outer diameter of the water jacket, and is connected to the inner circumference portion or the outer circumference portion to a position close to the molten surface so as to be horizontal with the outer circumferential surface of the single crystal ingot. Single crystal growth apparatus comprising an extended straight portion. 제5항에 있어서,
상기 내주부는 상기 워터 재킷의 내주면과 맞닿도록 설치되고, 상기 외주부는 상기 워터 재킷의 외주면과 간격을 두고 설치된 단결정 성장장치.6. The method of claim 5,
The inner circumferential portion is provided so as to contact the inner circumferential surface of the water jacket, the outer circumferential portion is provided with a distance from the outer circumferential surface of the water jacket. 제4항에 있어서,
상기 냉각부재는 상기 워터 재킷과 사이의 공간에 설치된 부드러운 재질의 열전달 물질을 더 포함하는 단결정 성장장치.5. The method of claim 4,
The cooling member further comprises a heat transfer material of a soft material installed in the space between the water jacket and. 제4항에 있어서,
상기 냉각부재는 흑연 재질인 단결정 성장장치.5. The method of claim 4,
The cooling member is a single crystal growth apparatus of a graphite material.
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