KR20160016231A - 잉곳성장장치 - Google Patents

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Abstract

실시예는, 실리콘 융액에서 잉곳을 성장시키기 위한 종자 결정을 수용하는 시드 척으로서, 상기 실리콘 융액의 상측으로 열이 방출되는 것을 차단하는 넥 커버; 및 상기 넥 커버의 바닥면에 배치되고, 상기 종자 결정을 수용하기 위한 홈 또는 홀을 구비하는 고정부; 를 포함하고, 상기 넥 커버는 승강 케이블이 연결되는 상면과, 상기 바닥면과, 상기 상면과 바닥면을 연결하는 측면을 포함하고, 상기 측면은 상기 바닥면과 경사각을 가지며 형성된 것을 특징으로 한다.
실시예에 의하면, 넥 커버를 구비한 시드 척은 멜팅 공정시 열차폐체의 홀에 배치되어 핫 존 구조물을 단열시킴으로써, 히터 파워를 감소시킴을 알 수 있다. 이를 통해, 상기 핫 존 구조물의 열화를 방지하고, 전력량을 감소시켜 잉곳 생산비용을 감소시킬 수 있다.

Description

시드 척 및 이를 포함하는 잉곳성장장치 {Seed chuck and ingot growing apparatus having the same}
실시예는 실리콘 잉곳 생산을 위한 시드 척 및 이를 포함하는 잉곳성장장치에 관한 것이다.
반도체 소자 제조용 실리콘 웨이퍼의 대구경화가 진행됨에 따라, 실리콘 웨이퍼의 대부분은 초크랄스키(CZ) 법에 의해 성장된 실리콘 단결정 잉곳으로부터 제조되고 있다.
CZ 방법에서는, 석영 도가니에 폴리실리콘을 장입하고, 이를 흑연 발열체에 의해 가열하여 용융시킨 후, 용융 결과 형성된 실리콘 융액에 종자 결정을 접촉시키고, 계면에서 결정화가 일어나도록 하여 종자 결정을 회전하면서 서서히 인상시킴으로써, 원하는 직경을 가진 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킨다.
그런데, 석영 도가니 내의 폴리실리콘을 용융하고 상기 용융된 실리콘 멜트로부터 잉곳을 성장시킬 때, 개방된 상기 석영 도가니 상측으로 열이 방출되어 열 손실이 커지게 된다.
이러한 열 손실에 의하여, 전력손실이 커지고 흑연 발열체에 과다하게 열을 가하게 되어, 흑연 도가니 등의 열화되어 수명이 단축되고, 이는 결국 잉곳의 단가 상승으로 이어지는 문제를 발생시킨다.
열 손실을 막기 위하여, 석영 도가니 상측에 열차폐체를 배치하는 방안이 제안되었으나, 상기 열차폐체에는 성장되는 잉곳이 통과하기 위하여 중앙에 홀이 필연적으로 형성되어, 상기 홀을 통해 열 손실이 발생하는 한계가 있다.
한편, 종자 결정을 실리콘에 침지할 때(deeping), 종자 결정 하단부의 온도가 실리콘 멜트의 표면온도로 급격히 상승하면서, 열 충격(thermal shock)이 가해진다. 그 결과, 종자결정에 전단 응력(shear stress)이 유발되고, 이로 인하여 멜트 접촉 부위에는 전위(dislocation)가 발생하여, 잉곳의 품질을 저하시킬 수 있다.
따라서, 열 충격을 감소시키기 위하여, 종자 결정은 침지 전에 실리콘 멜트의 온도에 근사하게 가열될 필요성이 있다.
실시예는 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 핫 존 구조물을 효과적으로 단열할 수 있는 시드 척 및 이를 포함하는 잉곳성장장치를 제안하고자 한다.
실시예는, 실리콘 융액에서 잉곳을 성장시키기 위한 종자 결정을 수용하는 시드 척으로서, 상기 실리콘 융액의 상측으로 열이 방출되는 것을 차단하는 넥 커버; 및 상기 넥 커버의 바닥면에 배치되고, 상기 종자 결정을 수용하기 위한 홈 또는 홀을 구비하는 고정부; 를 포함하고, 상기 넥 커버는 승강 케이블이 연결되는 상면과, 상기 바닥면과, 상기 상면과 바닥면을 연결하는 측면을 포함하고, 상기 측면은 상기 바닥면과 경사각을 가지며 형성된 것을 특징으로 한다.
다른 측면에서 실시예는 챔버; 상기 챔버 내에 실리콘 융액을 수용하는 핫 존 구조물; 상기 핫 존 구조물의 둘레에 배치되는 측면 단열부; 상기 핫 존 구조물의 상측 둘레에 배치되며, 성장되는 잉곳을 통과시키기 위한 홀을 구비하는 열차폐체; 상기 실리콘 융액에서 잉곳을 성장시키기 위한 종자 결정을 수용하는 시드 척; 및 상기 챔버 상부에 배치되는 온도센서;를 포함하고, 상기 시드 척은 넥 커버와, 상기 종자 결정을 수용하기 위한 홈 또는 홀을 구비한 고정부를 포함하고, 상기 넥 커버는 승강 케이블이 연결되는 상면과, 상기 바닥면과, 상기 상면과 바닥면을 연결하는 측면을 포함하고, 상기 측면과 바닥면에는 측정홈 또는 측정홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
실시예에 의하면, 넥 커버를 구비한 시드 척은 멜팅 공정시 열차폐체의 홀에 배치되어 핫 존 구조물을 단열시킴으로써, 히터 파워를 감소시킴을 알 수 있다. 이를 통해, 상기 핫 존 구조물의 열화를 방지하고, 전력량을 감소시켜 잉곳 생산비용을 감소시킬 수 있다.
실시예에 의하면, 넥 커버는 넥 커버의 바닥면과 실리콘 융액 사이 공간의 온도를 상승시켜, 이 공간에 배치된 종자 결정을 가열시킨 후 침지할 수 있다. 이를 통해, 종자 결정 침지시 열충격을 감소시켜 잉곳의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 잉곳성장장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 시드 척과 주변 구조물을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3(a) 내지 (e)는 넥 커버가 구비되지 않은 시드 척을 포함하는 잉곳성장장치와 넥 커버가 구비된 시드 척을 포함하는 잉곳성장장치의 열분포를 비교하여 나타낸다.
도 4 (a) 내지 (c)는 넥 커버의 경사면의 각도를 변화시킬 때, 넥 커버 주변의 열분포를 비교한 도면이다.
도 5는 넥 커버의 경사면 각도에 따라서 히터가 파워의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 넥 커버 바닥면의 외경 변화에 따라서 열분포를 비교한 도면이다.
도 7은 넥 커버 바닥면의 외경 변화에 따른 히터 파워 값을 나타낸다.
도 8은 제 1 실시예에 따른 시드 척의 분리 사시도이고, 도 9는 제 1 실시예에 따른 넥 커버 바닥면을 나타낸다.
도 10은 제 1 실시예에 따른 시드 척을 통해 측정한 온도센서의 데이터를 그래프로 나타낸 것이다.
도 11은 제 1 실시예에 따른 시드 척을 이용하여 온도를 측정하는 방법을 나타낸다.
도 12는 제 1 실시예가 적용되기 전후의 파워를 비교한 그래프(a)와 전력량을 비교한 그래프(b)이다.
도 13은 제 2 실시예에 따른 넥 커버의 저면도이다.
도 14는 제 3 실시예에 따른 넥 커버의 저면도이다.
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.
도 1은 실시예에 따른 잉곳성장장치(1)를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 잉곳성장장치(1) 내에는 잉곳이 성장하기 위한 공간을 제공하는 챔버(10)와, 실리콘 융액을 담을 수 있는 석영 도가니(30)와, 석영 도가니(30)를 수용하는 흑연 도가니(31)와, 흑연 도가니(31)에 열을 가하는 히터(35)와, 히터(35)의 측면에 배치되는 측면 단열부(60)와, 상기 석영 도가니(30)의 상측에 배치되는 열차폐체(50)와, 상기 실리콘 융액으로부터 잉곳을 성장시키기 위한 종자 결정(S)을 수용하는 시드 척(100)과, 상기 시드 척(100)을 회전/승강시키기 위한 승강 케이블(5)과, 승강 케이블(5)에 동력을 제공하는 구동부(미도시)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 잉곳성장장치(1)는 챔버(10) 내부를 관찰하기 위하여 챔버(10)를 관통하는 홀을 구비함과 동시에 챔버(10)의 밀폐상태를 유지하는 뷰 포트(80)와, 상기 뷰 포트(80)를 통해 잉곳 성장 상태를 감지하기 위한 감지부(미도시)와, 성장되는 잉곳을 냉각하기 위한 냉각관(40)과, 상기 챔버(10) 상부에서 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부(70)와, 상기 챔버(10) 상부에서 실리콘 융액의 온도를 측정하는 온도센서(90)를 더 포함할 수 있다.
또한, 실시예의 잉곳성장장치(1)는 상기 흑연 도가니(31)를 지지하는 받침대와, 받침대를 지지하며 회전 및 상하 이동 가능한 도가니 회전부를 더 포함할 수 있다. 상기 흑연 도가니(31) 내측에 장입되어 지지되는 상기 석영 도가니(30)는 석영으로 이루어진 보울 형태로, 내부 공간에 다결정 실리콘을 수용할 수 있다.
상기 흑연 도가니(31)의 외측을 둘러싸도록 배치될 수 있는 히터(35)부는 상기 흑연 도가니(31) 측으로 열을 가하여, 상기 석영 도가니(30)에 수용된 다결정 실리콘을 용융시킬 수 있다. 이러한 상기 히터(35)부의 외측 둘레에는 측면 단열부(60)가 배치될 수 있다.
그리고, 상기 석영 도가니(30)의 상측에는 열차폐체(50)가 배치될 수 있다. 상기 열차폐체(50)는 실리콘 융액으로부터 성장되는 잉곳을 통과시키기 위한 홀을 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 열차폐체(50)는 석영 도가니(30)의 상부 외측 둘레에 배치될 수 있다.
이러한 상기 측면 단열부(60)와 열차폐체(50)는 핫 존 구조물(예컨대, 히터(35), 흑연 도가니(31) 및 석영 도가니(30))을 둘러싸서 단열할 수 있다. 다만, 상기 열차폐체(50)의 홀을 통해 열의 손실이 일어나는 문제가 있다. 특히, 다결정 실리콘을 실리콘 융액으로 멜팅하는 과정에서, 상기 열차폐체(50)의 홀을 통하여 열이 과다하게 방출되어, 멜팅 공정 시간이 길어지고 전력 손실이 발생하며 핫 존 구조물의 열화가 심화되는 문제가 있다.
한편, 상기 석영 도가니(30)의 상측에는 실리콘 융액으로부터 잉곳을 성장시키기 위한 종자 결정(S)을 수용하는 시드 척(100)이 배치될 수 있다. 그리고, 상기 시드 척(100)에는 승강 케이블(5)이 연결되고, 상기 챔버(10) 상측에는 승강 케이블(5)을 권취하는 구동부가 배치될 수 있다.
상기 구동부는 승강 케이블(5)을 풀어 상기 시드 척(100)을 하강시켜 시드 척(100)에 수용된 종자 결정(S)을 상기 실리콘 융액에 침지시킬 수 있다. 이후, 상기 구동부는 승강 케이블(5)을 당겨 상기 시드 척(100)을 회전과 동시에 상승시켜 잉곳을 성장시킬 수 있다. 이때, 상기 도가니 회전부는 흑연 도가니(31)를 시드 척(100)과 반대 방향으로 회전시킴과 동시에 상승시킬 수 있다.
그런데, 상기 종자 결정(S)이 실리콘 융액에 침지될 때, 종자 결정(S)과 실리콘 융액에 온도차에 의하여 종자 결정(S)에 열 충격이 가해지고, 이로 인하여 인상되는 잉곳에 전위가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 종자 결정(S)을 실리콘 융액에 근사한 온도로 가열할 필요가 있다.
도 2는 실시예에 따른 시드 척(100)과 주변 구조물을 개략적으로 나타낸 도면이다.
실시예는 핫 존 구조물의 단열을 강화하고, 종자 결정(S)을 가열할 수 있는 시드 척(100)을 제안하고자 한다. 이를 위해, 상기 시드 척(100)은 열차폐체(50)의 홀을 선택적으로 차단할 수 있는 넥 커버(110)와, 상기 종자 결정(S)이 수용되는 고정부(120)를 포함할 수 있다.
상기 넥 커버(110)는 열차폐체(50)의 홀 보다 작은 크기로 형성되어, 상기 시드 척(100)이 하강되었을 때, 상기 열차폐체(50)의 홀에 배치되어 핫 존 구조물을 단열할 수 있다. 예를 들어, 다결정 실리콘이 멜팅될 때, 상기 시드 척(100)이 구동부에 의해 열차폐체(50)의 홀에 배치되어, 홀을 통해 방출되는 열을 차단할 수 있다. 즉, 상기 석영 도가니(30)의 상방으로 방출되는 열을 열차폐체(50)와 시드 척(100)의 넥 커버(110)가 함께 차단할 수 있다.
구체적으로, 상기 넥 커버(110)는 열차폐체(50)의 홀 형상에 대응되는 형상을 갖는 바닥면과, 상기 승강 케이블(5)과 연결되는 상면과, 상기 바닥면과 상면을 연결하는 측면으로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 바닥면, 상면 및 측면은 일정 두께를 가져, 상기 넥 커버(110)의 내부는 빈 공간이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 열차폐체(50)의 홀이 원형일 경우, 상기 넥 커버(110)의 바닥면은 열차폐체(50)의 외경보다 작은 직경을 가져, 상기 넥 커버(110)가 상기 열차폐체(50)의 홀에 배치되었을 때, 서로 이격거리(d)만큼 떨어지도록 배치될 수 있다. 즉, 상기 넥 커버(110)의 바닥면은 열차폐체(50)의 홀 보다 작은 외경을 가져, 상기 열차폐체(50)와의 충돌을 막고, 바닥면과 열차폐체(50) 사이로 가스가 유동시킬 수 있다.
그리고, 상기 넥 커버(110)의 측면은 경사지게 형성될 수 있다. 이를 통해, 상기 불활성 가스부를 통해 공급된 불활성 가스가 실리콘 융액에도 원활하게 유동하도록 안내할 수 있다.
즉, 상기 열차폐체(50)의 홀이 원형일 때, 상기 넥 커버(110)는 내부에 빈공간을 갖는 원뿔 또는 원뿔대 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
이러한, 상기 넥 커버(110)는 그래파이트(graphite)로 형성될 수 있다. 특히, 상기 넥 커버(110)의 바닥면은 열분해 탄소로 코팅되어, 단열능력을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 넥 커버(110)의 바닥면에는 종자 결정(S) 고정부(120)가 배치될 수 있다.
상기 고정부(120)는 상기 넥 커버(110)의 바닥면에서 돌출되도록 형성되며, 상기 시드가 수용되기 위한 홈을 구비할 수 있다. 그리고, 상기 홈의 내측면에는 종자 결정(S)을 단단하게 고정시키기 위한 고정홈이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 고정부(120)도 그래프이트로 형성될 수 있으며, 열분해 탄소로 코팅될 수도 있다.
도 3(a) 내지 (e)는 넥 커버(110)가 구비되지 않은 시드 척(100)을 포함하는 잉곳성장장치(1)와 넥 커버(110)가 구비된 시드 척(100)을 포함하는 잉곳성장장치(1)의 열분포를 비교하여 나타낸다.
도 3(a)는 넥 커버(110)가 없을 때 주위의 열분포인데, 상기 열차폐체(50)의 홀 상측으로 온도가 급격하게 낮아지는 것을 알 수 있다. 도 3(b)는 넥 커버(110)가 없고 불활성 가스가 공급될 때 열분포이며, 도 3(a)에 비해 더욱 온도가 급격하게 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
도 3(c)는 넥 커버(110)가 열차폐체(50)의 홀에 배치되었을 때 열분포이며, 열차폐체(50) 상측 홀에 온도가 상승된 것을 알 수 있다. 구체적으로, 상기 넥 커버(110)가 열차폐체(50)의 홀에 배치될 때 히터(35)가 가하는 파워는 REF보다 8.5% 정도 감소된다.
히터(35)가 가하는 파워는 핫 존 구조물의 온도 측정 결과에 따라 결정되는 것으로, 히터(35) 파워가 감소한 것은 핫 존 구조물의 온도가 충분히 높은 것을 나타낸다. 따라서, 히터(35) 파워 감소된 정도는 넥 커버(110)의 단열능력이 향상된 정도를 나타낸다.
도 3(d)와 (e)는 넥 커버(110)가 열차폐체(50)의 홀 상측으로 이동했을 때 열분포이다. 이 때에도, 히터(35)가 가하는 파워는 REF보다 각각 5.5%, 3.3% 감소된다.
즉, 도 3을 보면, 상기 넥 커버(110)를 구비한 시드 척(100)은 멜팅 공정시 열차폐체(50)의 홀에 배치되어 핫 존 구조물을 단열시킴으로써, 히터(35) 파워를 감소시킴을 알 수 있다. 이를 통해, 상기 핫 존 구조물의 열화를 방지하고, 전력량을 감소시켜 잉곳 생산비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 넥 커버(110)는 넥 커버(110)의 바닥면과 실리콘 융액 사이 공간의 온도를 상승시켜, 이 공간에 배치된 종자 결정(S)을 가열시킨 후 침지할 수 있다. 이를 통해, 종자 결정(S) 침지시 열충격을 감소시켜 잉곳의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 4 (a) 내지 (c)는 넥 커버(110)의 경사면의 각도를 변화시킬 때, 넥 커버(110) 주변의 열분포를 비교한 도면이다. 도 5는 넥 커버(110)의 경사면 각도에 따라서 히터(35)가 파워의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4 (a)는 넥 커버(110)의 경사면이 39도 일 때 열 분포이며, 도 4(b)는 넥 커버(110) 경사면이 48도 일 때 열 분포이며, 도 4(c)는 넥 커버(110) 경사면이 55도 일 때 열 분포이다.
도 4 내지 5를 참조하면, 상기 넥 커버(110)의 측면과 넥 커버(110)의 바닥면이 이루는 각이 39도 보다 작을 때 단열능력이 하락되어 히터(35)파워가 급격히 상승됨을 알 수 있다. 그리고, 상기 넥 커버(110)의 측면과 넥 커버(110)의 바닥면이 이루는 각(이하 “측각”이라 한다)이 48도 보다 클 때 단열능력이 하락되어 히터(35)파워가 급격히 상승됨을 알 수 있다. 이는 넥 커버(110)의 측각이 증가될 때 히터(35) 파워가 증가되는 경향을 갖고, 이와 함께 넥 커버(110) 와류 패턴이 작아지는 경향을 갖기 때문이다.
따라서, 상기 넥 커버(110)의 바닥면과 측면이 이루는 각은 39도 내지 48도 사이가 바람직하나, 이에 한정하지는 않는다.
도 6은 넥 커버(110) 바닥면의 외경 변화에 따라서 열분포를 비교한 도면이고, 도 7은 넥 커버(110) 바닥면의 외경 변화에 따른 히터(35) 파워 값을 나타낸다.
도 6 내지 도 7을 참조하면, 상기 넥커버 외경이 200mm 미만일 때부터 히터(35)파워가 급격하게 감소됨을 알 수 있다. 따라서, 상기 넥 커버(110)의 외경은 200mm 이상인 것이 바람직하나, 이에 한정하지는 않는다. 다만, 상기 넥 커버(110)의 외경이 홀 크기보다 클 경우, 열차폐체(50)와 넥 커버(110)의 충돌이 이루어질 수 있으므로, 넥 커버(110)의 외경은 열차폐체(50)의 홀 크기보다 작아야 한다.
한편, 상기 챔버(10) 상부에는 실리콘 융액에 온도를 측정하기 위한 온도센서(90)가 챔버(10) 상부에 배치될 수 있다. 상기 온도센서(90)는 자외선을 실리콘 융액으로 발사하고, 실리콘 융액에서 반사되어 돌아오는 자외선을 센싱하여 실리콘 융액의 온도를 측정할 수 있다. 그런데, 상기 시드 척(100)이 넥 커버(110)를 포함하는 경우, 상기 온도센서(90)와 실리콘 융액 사이는 넥 커버(110)로 가려져 실리콘 융액의 온도를 측정할 수 없다.
이하에서는 상기 온도센서(90)가 실리콘 융액의 온도를 측정할 수 있도록 하는 다양한 구조의 넥 커버(110)를 실시예를 달리하여 설명한다.
도 8은 제 1 실시예에 따른 시드 척(100)의 분리 사시도이고, 도 9는 제 1 실시예에 따른 넥 커버(110) 바닥면을 나타낸다.
도 8을 참조하면, 상기 넥 커버(110)의 각 구성은 탈착 가능하도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 넥 커버(110)는 승강 케이블(5)과 연결되는 상부 바디(111)와, 상기 케이블 연결부의 하부와 착탈 가능하도록 결합되는 측면 바디(112)와, 고정부(120)가 배치된 하부 바디(113)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 상부 바디(111)는 넥 커버(110)의 상면을 포함하고, 상기 측면 바디(112)는 넥 커버(110)의 측면을 포함하고, 상기 하부 바디(113)는 넥 커버(110)의 바닥면을 포함할 수 있며, 각 구성을 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
상기 케이블 연결부는 상부에 승강 케이블(5)이 연결될 수 있는 홈을 구비할 수 있고, 하부에 상기 넥 커버(110)와 결합을 위한 수나사를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 넥 커버(110)의 측면 바디(112)에 상부에는 상기 케이블 연결부의 수나사와 결합하기 위한 암나사가 구비될 수 있다. 그리고, 넥 커버(110)의 측면 바디(112)는 직경이 점차 증가하는 원뿔 또는 원뿔대의 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 넥 커버(110)의 하부 바디(113)는 편평하게 형성될 수 있다. 그리고, 상기 측면 바디(112)와 하부 바디(113)는 나사 결합될 수 있다.
한편, 상기 넥 커버(110)의 측면 바디(112)와, 넥 커버(110)의 하부 바디(113)의 둘레에는 적어도 하나 이상의 홈(이하 “측정홈”이라 지칭한다)이 형성될 수 있다. 상기 측정홈(130)을 통해 넥 커버(110) 하측에 위치한 실리콘 융액은 개방되어, 상기 챔버(10) 상부에 위치한 온도센서(90)는 실리콘 융액의 밝기를 인식하여 실리콘 융액의 온도를 측정할 수 있다.
그런데, 상기 넥 커버(110)는 회전하기 때문에, 상기 넥 커버(110) 회전에 따라서, 홈을 통해 실리콘 융액의 온도를 측정하는 시기와, 넥 커버(110)의 측면의 온도를 측정하는 시기로 나누어질 수 있다. 따라서, 상기 온도센서(90)에서 측정된 데이터 값으로 정확한 실리콘 융액의 온도를 산출하기 위하여, 온도센서(90)는 제어부(91)와 연결될 수 있다.
상기 제어부(91)는 온도센서(90)로부터 측정된 데이터를 실시간으로 수집하여 실리콘 융액의 온도를 산출할 수 있다.
도 10은 제 1 실시예에 따른 시드 척(100)을 통해 측정한 온도센서(90)의 데이터를 그래프로 나타낸 것이다.
제 1 실시예의 넥 커버(110)에는 측정홈(130)이 2개 형성되어 있다. 따라서, 상기 넥 커버(110)가 1 회전(rotation)할 때 2 구간에서 측정홈(130)을 통해 실리콘 융액의 온도 측정이 가능하다.
도 10을 보면, 온도센서(90)에서 측정된 실리콘 멜트 온도(ADC)는 시간에 따라서 피크(peak)값을 가지며 요동하고 있는 것을 알 수 있다. 이는 홈을 통해 실리콘 융액의 온도 측정될 때 높은 온도로 산출되고, 넥 커버(110) 상면의 온도가 측정될 때 낮은 온도가 산출되기 때문이다. 따라서, 상기 제어부(91)는 온도센서(90)로 측정되는 온도에서 피크 값이 실리콘 융액의 온도임을 알 수 있다. 이를 통해, 상기 제어부(91)는 하이패스필터 또는 최대값(Max) 처리기를 이용하여 온도센서(90) 측정된 데이터 값에서 실리콘 융액의 온도 값을 추출할 수 있다.
도 11은 제 1 실시예에 따른 시드 척(100)을 이용하여 온도를 측정하는 방법을 나타낸다.
상기 제어부(91)는 넥 커버(110)의 측정홈(130)을 이용하여 좀더 정밀하게 실리콘 융액의 온도를 측정할 수 있다. 도 11을 보면, 상기 온도센서(90)가 측정하는 지점(spot)은 동일하나 상기 넥 커버(110)가 회전함에 따라 실리콘 융액 또는 넥 커버(110)의 온도가 측정될 수 있다. 이때, 상기 온도센서(90)가 실리콘 융액의 온도를 측정하는 주기는 다음과 같은 수식으로 구해질 수 있다.
(T: 측정주기(sec), r: Seed Chuck rotation(RPM), n: 측정홈의 수)
이때, 상기 측정홈(130)의 수에 따라 측정주기를 계산하기 위해서, 상기 측정홈(130)이 복수개로 구성되는 경우, 측정홈(130)들은 서로 일정한 거리로 이격되어 형성될 수 있다.
상기 제어부(91)는 온도센서(90)의 데이터에서 실리콘 융액의 온도가 측정시점부터 상기 측정주기마다 데이터를 추출하여, 실리콘 융액의 온도를 측정할 수 있다. 그리고, 상기 제어부(91)는 실리콘 융액의 온도가 측정된 시점에 최대 온도를 한 측정주기구간 동안 실리콘 융액의 온도로 산출할 수 있다. 즉, 상기 제어부(91)는 실리콘 융액의 온도가 측정하고 그때의 최대 온도를 한 측정주기 동아 실리콘 융액의 온도로 출력하며, 측정주기가 지난 시점에서 최대 온도를 측정하여 다음 측정주기구간의 실리콘 융액의 온도로 출력할 수 있다. 이를 하이패스필터 기술이라 정의한다.
상기 제어부(91)는 하이패스필터 기술을 통해 실리콘 융액의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
도 12는 제 1 실시예가 적용되기 전후의 파워를 비교한 그래프(a)와 전력량을 비교한 그래프(b)이다.
실리콘 융액의 온도를 정확하게 측정하였을 때, 히터(35)가 흑연 발열체가 가할 파워를 정확하게 계산해 낼 수 있다. 상기 넥 커버(110)가 적용되어 열 손실이 줄어들고, 하이패스필터 기술을 이용하는 제어부(91)를 통해 실리콘 융액의 온도를 정확하게 계산해냄으로써, 변경전(REF)에 비하여 변경후(넥커버와 제어부(91) 적용)의 전력량이 감소된 것을 알 수 있다.
도 13은 제 2 실시예에 따른 넥 커버(110)의 저면도이다.
제 2 실시예의 넥 커버(110)는 제 1 실시예의 넥 커버(110)에서 측정홈(130)을 측정홀로 변경한 것으로, 이하에서는 제 1 실시예와의 차이점을 중심으로 서술하며 중복되는 기재는 생략한다.
제 2 실시예의 넥 커버(110)는 승강 케이블(5)과 연결되는 상부 바디(111)와, 상기 케이블 연결부의 하부와 착탈 가능하도록 결합되는 측면 바디(112)와, 고정부(120)가 배치된 하부 바디(113)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 상부 바디(111)는 넥 커버(110)의 상면을 포함하고, 상기 측면 바디(112)는 넥 커버(110)의 측면을 포함하고, 상기 하부 바디(113)는 넥 커버(110)의 바닥면을 포함할 수 있며, 각 구성을 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
상기 넥 커버(110)의 측면 바디(112)와, 넥 커버(110)의 하부 바디(113)에는 적어도 하나 이상의 홀(이하 “측정홀”이라 지칭한다)이 형성될 수 있다. 상기 측정홀(140)은 상기 온도센서(90)의 측정지점의 위치와 크기에 대응되도록 형성될 수 있다.
제 2 실시예는 상기 측정홀(140)을 통해 넥 커버(110) 하측에 위치한 실리콘 융액은 개방시켜, 상기 챔버(10) 상부에 위치한 온도센서(90)로 실리콘 융액의 밝기를 인식하여 실리콘 융액의 온도를 측정할 수 있다.
제 2 실시예의 측정홀(140)은 측정홈(130)에 비해 개방면적이 적어, 상기 넥 커버(110)의 단열 정도를 좀더 향상시킬 수 있다.
도 14는 제 3 실시예에 따른 넥 커버(110)의 저면도이다.
제 3 실시예의 넥 커버(110)는 제 2 실시예의 넥 커버(110)의 측정홀(140) 형상을 변형한 것으로, 이하에서는 제 3 실시예와의 차이점을 중심으로 서술하며 중복되는 기재는 생략한다.
제 3 실시예의 넥 커버(110)는 승강 케이블(5)과 연결되는 상부 바디(111)와, 상기 케이블 연결부의 하부와 착탈 가능하도록 결합되는 측면 바디(112)와, 고정부(120)가 배치된 하부 바디(113)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 상부 바디(111)는 넥 커버(110)의 상면을 포함하고, 상기 측면 바디(112)는 넥 커버(110)의 측면을 포함하고, 상기 하부 바디(113)는 넥 커버(110)의 바닥면을 포함할 수 있며, 각 구성을 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
상기 넥 커버(110)의 측면 바디(112)와, 넥 커버(110)의 하부 바디(113)에는 적어도 하나 이상의 홀(이하 “측정홀”이라 지칭한다)이 형성될 수 있다. 상기 측정홀(150)은 상기 온도센서(90)의 측정지점의 위치에 상기 넥 커버(110)의 둘레를 따라서 형성될 수 있다.
상기 넥 커버(110)의 외주연을 지지하기 위하여, 상기 측정홀(150)에는 브릿지(160)가 적어도 하나 이상 배치될 수 있다.
제 3 실시예는 상기 측정홀(150)을 통해 넥 커버(110) 하측에 위치한 실리콘 융액은 개방시켜, 상기 챔버(10) 상부에 위치한 온도센서(90)로 실리콘 융액의 밝기를 인식하여 실리콘 융액의 온도를 측정할 수 있다.
제 3 실시예의 측정홀(150)은 브릿지(160)가 형성된 지점을 제외하고, 온도센서(90)가 실리콘 융액의 온도를 측정할 수 있도록 하여, 실리콘 융액의 정확한 온도 측정이 가능한 장점이 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 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 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 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, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 실리콘 융액에서 잉곳을 성장시키기 위한 종자 결정을 수용하는 시드 척으로서,
    상기 실리콘 융액의 상측으로 열이 방출되는 것을 차단하는 넥 커버; 및
    상기 넥 커버의 바닥면에 배치되고, 상기 종자 결정을 수용하기 위한 홈 또는 홀을 구비하는 고정부; 를 포함하고,
    상기 넥 커버는 승강 케이블이 연결되는 상면과, 상기 바닥면과, 상기 상면과 바닥면을 연결하는 측면을 포함하고, 상기 측면은 상기 바닥면과 경사각을 가지며 형성된 시드 척.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 넥 커버의 측면과 바닥면의 경사각은 39도 내지 48도 사이인 시드 척.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 시드 척은 상기 넥 커버의 상면을 포함하는 상부 바디와, 상기 넥 커버의 측면을 포함하는 측면 바디와, 상기 넥 커버의 바닥면을 포함하는 하부 바디를 포함하며, 상기 상부 바디와 측면 바디는 탈착 가능하도록 결합되고, 상기 측면 바디와 하부 바디는 탈착 가능하도록 결합된 시드 척.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 넥 커버는 원뿔 또는 원뿔대 형상을 가지는 시드 척.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 넥 커버의 내부는 빈공간으로 이루어진 시드 척.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 넥 커버의 둘레에는 적어도 하나 이상의 측정홈이 형성된 시드 척.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 넥 커버의 둘레에는 적어도 하나 이상의 측정홀이 형성된 시드 척.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 측정홀은 상기 넥 커버의 둘레를 따라서 형성되고, 상기 측정홀에는 적어도 하나 이상의 브릿지가 배치된 시드 척.
  9. 챔버;
    상기 챔버 내에 실리콘 융액을 수용하는 핫 존 구조물;
    상기 핫 존 구조물의 둘레에 배치되는 측면 단열부;
    상기 핫 존 구조물의 상측 둘레에 배치되며, 성장되는 잉곳을 통과시키기 위한 홀을 구비하는 열차폐체;
    상기 실리콘 융액에서 잉곳을 성장시키기 위한 종자 결정을 수용하는 시드 척; 및
    상기 챔버 상부에 배치되는 온도센서;를 포함하고,
    상기 시드 척은 넥 커버와, 상기 종자 결정을 수용하기 위한 홈 또는 홀을 구비한 고정부를 포함하고,
    상기 넥 커버는 승강 케이블이 연결되는 상면과, 상기 바닥면과, 상기 상면과 바닥면을 연결하는 측면을 포함하고, 상기 측면과 바닥면에는 측정홈 또는 측정홀이 형성된 잉곳성장장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 온도센서는 상기 측정홈 또는 측정홀을 통해 상기 실리콘 융액의 밝기를 측정하고,
    상기 측정된 데이터를 분석하여 상기 실리콘 융액의 밝기를 측정하는 제어부를 더 포함하는 잉곳성장장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 온도센서로 전달된 데이터 중 최대 값을 추출하여 상기 실리콘 융액의 온도를 산출하는 잉곳성장장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는 하이패스필터기술을 이용하여 실리콘 융액의 온도를 산출하는 잉곳성장장치.
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