KR20160082437A - 히터 어셈블리 및 이를 적용한 잉곳 성장장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 장기간 사용하더라도 발열량을 일정하게 유지할 수 있는 히터 어셈블리 및 이를 적용한 잉곳 성장장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 히터 어셈블리 및 이를 적용한 잉곳 성장장치는 히터의 최대 발열 지점에 캡이 탈착 가능하게 장착됨으로써, 장시간 사용으로 인하여 이산화탄소 등과 같은 산화물이 증착되고 건조되는 과정을 반복하더라도 히터의 최대 발열 지점에 장착된 캡을 식각하게 되고, 식각된 캡을 손쉽게 교체할 수 있다.
따라서, 장시간 사용하더라도 히터의 부분적인 식각을 방지할 수 있고, 히터 전체에 걸쳐 발열량을 균일하게 유지할 수 있으며, 나아가 잉곳 성장 공정이 반복적으로 진행되더라도 균일한 품질의 잉곳을 제공할 수 있는 이점이 있다.

Description

히터 어셈블리 및 이를 적용한 잉곳 성장장치 {Heater assembly and ingot growth equipment with it}

본 발명은 장기간 사용하더라도 발열량을 일정하게 유지할 수 있는 히터 어셈블리 및 이를 적용한 잉곳 성장장치에 관한 것이다.

일반적으로 실리콘 웨이퍼의 제조를 위해서는 먼저 단결정 실리콘을 잉곳(ingot) 형태로 성장시켜야 하는데, 초크랄스키(czochralski, CZ) 법이 적용될 수 있다.

초크랄스키 법에 의해 단결정 실리콘을 제조하는 방법을 살펴보면, 다결정 실리콘을 도가니 내에서 용융시킨 다음, 실리콘 융액 내에 종자 결정을 담근 상태에서 회전시키면서 끌어올리면, 종자 결정 위에 동일한 결정 방위를 갖는 단결정의 잉곳으로 성장한다.

보통, 히터는 도가니를 감싸는 형태로 원통 형상으로 구성되며, 실리콘 웨이퍼의 품질에 영향을 미치지 않을 뿐 아니라 고온 하에서도 견딜 수 있는 그라파이트 소재로 만들어진다.

상기와 같은 히터는 상/하측에서 균일한 열을 발생시키도록 구성되는데, 잉곳 성장 중에 발생되는 온도 편차를 제어하기 어렵다.

한국등록특허 제467836호에는 히터의 상/하측 두께를 다르게 구성함으로써, 잉곳의 결정 성장 시에 잉곳의 중심부와 가장자리의 온도차를 최소화할 수 있는 잉곳 성장장치용 히터가 개시되고 있다.

그러나, 종래 기술에 따른 잉곳 성장장치의 히터는 그라파이트 소재로 구성되기 때문에 잉곳 성장 공정을 반복적으로 진행할수록 히터 표면에 이산화탄소 등의 산화물이 부착되고 건조되는 과정에서 히터 표면이 부분적으로 식각될 수 있으며, 이로 인하여 히터 전체에 걸쳐 균일한 열을 발생시키기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 장시간 사용 시에 부분적인 식각을 방지할 수 있는 히터 어셈블리 및 이를 적용한 잉곳 성장장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 전류가 공급됨에 따라 발열하는 원통 형상의 본체; 상기 본체의 하측에 구비되고, 상기 본체로 전류를 공급하는 한 쌍의 전극 연결부; 상기 본체의 일부에 탈착 가능하게 장착되는 복수개의 캡;을 포함하는 잉곳 성장장치의 히터 어셈블리를 제공한다.

또한, 본 발명은 잉곳이 성장되는 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내측에 승강 가능하게 구비되고, 상기 잉곳이 성장하는 실리콘 융액이 담기는 도가니; 상기 도가니 주변에 구비되고, 상기 도가니를 가열하는 히터 어셈블리; 및 상기 챔버과 히터 사이에 구비되고, 상기 챔버 내벽을 단열시키는 단열부재;를 포함하고, 상기 히터 어셈블리는, 전류가 공급됨에 따라 발열하는 원통 형상의 본체와, 상기 본체의 내측면에 탈착 가능하게 장착되는 복수개의 캡을 포함하는 잉곳 성장장치를 제공한다.

본 발명에 따른 히터 어셈블리 및 이를 적용한 잉곳 성장장치는 히터의 최대 발열 지점에 캡이 탈착 가능하게 장착됨으로써, 장시간 사용으로 인하여 이산화탄소 등과 같은 산화물이 증착되고 건조되는 과정을 반복하더라도 히터의 최대 발열 지점에 장착된 캡을 식각하게 되고, 식각된 캡을 손쉽게 교체할 수 있다.

따라서, 장시간 사용하더라도 히터의 부분적인 식각을 방지할 수 있고, 히터 전체에 걸쳐 발열량을 균일하게 유지할 수 있으며, 나아가 잉곳 성장 공정이 반복적으로 진행되더라도 균일한 품질의 잉곳을 제공할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 잉곳 성장장치가 도시된 도면.
도 2는 본 발명에 따른 히터 어셈블리가 도시된 도면.
도 3은 본 발명의 주요부인 캡 장착 구조가 도시된 도면.

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 본 발명에 따른 잉곳 성장장치가 도시된 도면이다.

본 발명에 따른 잉곳 성장장치는 도 1에 도시된 바와 같이 챔버(110)와, 도가니(120)와, 히터 어셈블리(130)와, 단열부재(140)를 포함하도록 구성된다.

상기 챔버(110)는 잉곳을 성장시킬 뿐 아니라 인상시키는 밀폐공간을 제공하며, 실시예에서 바디 챔버(body chamber)와, 돔 챔버(dome chamber)와, 풀 챔버(pull chamber)로 구분되고, 내부를 관찰할 수 있는 뷰 포트(view port)가 상측에 구비된다.

상기 도가니(120)는 석영 도가니(121)와, 흑연 도가니(122)와, 도가니 구동부(125)로 구성된다.

상기 석영 도가니(121)는 실리콘 융액(SM)이 담길 수 있는 오목한 용기 형상으로써, 순도에 영향을 미치지 않도록 석영 재질로 구성된다.

상기 흑연 도가니(122)는 상기 석영 도가니(121) 외측에 접합되도록 구비되고, 고온 하에서도 강도를 보장할 수 있는 흑연 재질로 구성된다.

상기 도가니 구동부(125)는 상기 흑연 도가니(122)의 하부 중심에 일체로 구비된 일종의 구동축으로써, 상기 도가니 구동부(125)을 회전 또는 승강시키는 구동수단이 상기 챔버(110) 외측에 별도로 구비된다.

따라서, 잉곳 성장 공정이 진행되는 동안, 상기 도가니 구동부(125)가 회전 또는 승강함에 따라 상기 석영 도가니(121)와 흑연 도가니(122)를 회전 또는 승강시킬 수 있다.

물론, 잉곳 성장 공정이 진행될수록 상기 석영 도가니(121)에 담긴 실리콘 융액면이 낮아지는데, 이런 실리콘 융액면의 높이를 상기 히터 어셈블리(130)의 상하 방향 중심부와 일치하도록 상기 도가니(120)의 승강을 제어하게 된다.

상기 히터 어셈블리(130)는 상기 흑연 도가니(140) 둘레에 소정 간격을 두고 구비되고, 상기 도가니(120)에 담긴 다결정 실리콘 또는 실리콘 융액을 가열하도록 구성된다.

특히, 상기 히터 어셈블리(130)의 최대 발열 지점에 식각을 방지할 수 있는 별도의 캡이 장착되도록 구성되는데, 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.

상기 단열부재(140)는 상기 히터 어셈블리(130) 둘레에 소정 간격을 유지하도록 상기 챔버(110) 내벽에 구비되고, 상기 히터 어셈블리(130)에서 제공되는 열이 상기 챔버(110)를 통하여 외부로 빠져나가는 것을 방지하도록 구성된다.

도 2는 본 발명에 따른 히터 어셈블리가 도시된 도면이고, 도 3은 본 발명의 주요부인 캡 장착 구조가 도시된 도면이다.

본 발명의 히터 어셈블리(130)는 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 원통형 본체(131)와, 한 쌍의 전극 연결부(132a,132b)와, 복수개의 캡(133)으로 구성된다.

상기 본체(131)는 전류가 공급됨에 따라 발열하는 그라파이트 소재로 구성되며, 상기 도가니(120 : 도 1에 도시) 둘레에 장착될 수 있는 원통 형상으로 구성된다.

실시예에서, 상기 본체(131)는 면적을 최대한 크게 하기 위하여 상/하 방향으로 길게 형성된 복수개의 슬릿(Slot)형 홈들 사이에 구비된 복수개의 본체 유닛으로 구성되고, 전체적으로 원통 형상으로 배열된다.

이때, 상기 본체 유닛(131)의 최대 발열 지점을 고려하여 상기 캡(133)이 장착될 수 있는 장착홈(131h)이 상기 본체 유닛(131)의 상/하 방향 중심부에 구비되고, 상기 캡(133)이 탈착하기 용이하도록 상기 장착홈(131h)은 상기 본체 유닛(131)의 내주면과 양측면에 걸쳐 구비되는 것이 바람직하다.

실시예에서, 상기 장착홈(131h)의 두께(t1,t2)는 10mm 정도로 구성될 수 있다.

상기 전극 연결부들(132a,132b)은 상기 본체 유닛(131)으로 전류를 공급할 수 있도록 하측에 일체로 구비된다.

상기 캡(133)은 상기 본체 유닛(131)의 장착홈(131h)에 탈착 가능하게 구비되고, 상기 본체 유닛(131)과 같이 전류가 공급됨에 따라 발열할 수 있는 그라파이트 소재로 구성된다.

이때, 상기 캡(133)은 상기 본체 유닛(131)의 내주면과 양측면에 구비된 장착홈(131h)에 장착할 수 있도록 내주부(133a)와 양측부(133b,133c)로 구성되며, 상기 캡이 상기 장착홈에 형합된다.

따라서, 상기 캡(133)이 상기 장착홈(131h)에 장착되면, 상기 본체 유닛(131)과 캡(133)이 동일한 내주면과 양측면을 이룰 수 있고, 상기 캡(133)이 손상되더라도 손쉽게 교체할 수 있다.

상기와 같이 구성된 히터 어셈블리(130)가 채용된 잉곳 성장장치에 의해 잉곳 성장 공정이 반복되면, 상기 히터 어셈블리(130)가 발열하고, 최대 발열 지점 즉, 상기 캡(133)에 이산화탄소 등의 산화물이 부착되고, 건조되는 과정을 거치면서 식각이 발생될 수 있다.

하지만, 손상된 캡(133)을 손쉽게 교체함으로써, 상기 히터 어셈블리(130)의 전체적인 두께를 일정하게 유지할 수 있어 전체적으로 균일한 발열량을 유지할 수 있으며, 반복적인 잉곳 성장 공정에서도 균일한 잉곳 품질을 제공할 수 있다.

110 : 챔버 120 : 도가니
130 : 히터 어셈블리 131 : 본체
132a,132b : 전극 연결부 140 : 단열부재

Claims (9)

1. 전류가 공급됨에 따라 발열하는 원통 형상의 본체;
   상기 본체의 하측에 구비되고, 상기 본체로 전류를 공급하는 한 쌍의 전극 연결부;
   상기 본체의 일부에 탈착 가능하게 장착되는 복수개의 캡;을 포함하는 잉곳 성장장치의 히터 어셈블리.
2. 제1항에 있어서,
   상기 본체는,
   상/하 방향으로 길게 형성된 복수개의 슬릿(Slot)형 홈들 사이에 구비된 복수개의 본체 유닛과,
   상기 캡이 장착될 수 있도록 상기 본체 유닛의 일부에 구비된 장착홈으로 구성된 잉곳 성장장치의 히터 어셈블리.
3. 제2항에 있어서,
   상기 장착홈은 상기 본체 유닛의 상/하 방향 중심부에 구비되는 잉곳 성장장치의 히터 어셈블리.
4. 제2항에 있어서,
   상기 장착홈은 상기 본체 유닛의 내주면과 양측면에 구비되는 잉곳 성장장치의 히터 어셈블리.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 본체와 캡들은 그라파이트 소재로 구성되는 잉곳 성장장치의 히터 어셈블리.
6. 잉곳이 성장되는 공간을 제공하는 챔버;
   상기 챔버 내측에 승강 가능하게 구비되고, 상기 잉곳이 성장하는 실리콘 융액이 담기는 도가니;
   상기 도가니 주변에 구비되고, 상기 도가니를 가열하는 히터 어셈블리; 및
   상기 챔버과 히터 사이에 구비되고, 상기 챔버 내벽을 단열시키는 단열부재;를 포함하고,
   상기 히터 어셈블리는,
   전류가 공급됨에 따라 발열하는 원통 형상의 본체와,
   상기 본체의 내측면에 탈착 가능하게 장착되는 복수개의 캡을 포함하는 잉곳 성장장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 본체는,
   상/하 방향으로 길게 형성된 복수개의 슬릿(Slot)형 홈들 사이에 구비된 복수개의 본체 유닛과,
   상기 캡이 장착될 수 있도록 상기 본체 유닛의 내주면과 양측면에 구비된 장착홈으로 구성된 잉곳 성장장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 장착홈은 상기 본체 유닛의 상/하 방향 중심부에 구비되는 잉곳 성장장치.
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 본체와 캡들은 그라파이트 소재로 구성되는 잉곳 성장장치.
   

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