KR20210011145A - 구동부 계측 장치 및 그를 구비한 실리콘 단결정 성장 장치 - Google Patents

구동부 계측 장치 및 그를 구비한 실리콘 단결정 성장 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도가니를 지지하는 도가니 지지대; 상기 도가니 상부에서 종자 결정을 승강 또는 회전시키는 인상수단; 상기 도가니 지지대를 회전 또는 승강시키는 도가니 구동수단; 상기 인상수단에 착탈 결합되는 플랫 너트; 상기 도가니 구동수단에 착탈 결합되는 도가니축 검사지그; 및 상기 플랫 너트와 상기 도가니축 검사지그에 결합되며, 상기 인상수단과 상기 도가니 구동수단의 승강 또는 회전 변위 중 적어도 어느 하나를 측정하는 변위 측정부를 포함하는 구동부 계측 장치를 제공한다.

Description

구동부 계측 장치 및 그를 구비한 실리콘 단결정 성장 장치{Driving unit measuring apparatus and silicon single crystal growing apparatus having same}
본 발명은 실리콘 단결정 성장 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도가니와 시드 케이블을 각각 구동시키는 구동부를 정밀하게 계측하기 위한 장치에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼(Silicon Wafer)의 제조 공정은, 단결정 잉곳(Ingot)을 만들기 위한 단결정 성장(Growing) 공정과, 단결정 잉곳을 슬라이싱(Slicing)하여 얇은 원판 모양의 웨이퍼를 얻는 슬라이싱(Slicing) 공정과, 슬라이싱 공정에 의해 얻어진 웨이퍼의 깨짐, 일그러짐을 방지하기 위해 그 외주부를 가공하는 외주 그라인딩(Edge Grinding) 공정과, 웨이퍼에 잔존하는 기계적 가공에 의한 손상(Damage)을 제거하여 웨이퍼의 평탄도를 향상시키기 위한 랩핑(Lapping) 공정과, 웨이퍼를 경면화하는 연마(Polishing) 공정과, 연마된 웨이퍼에 부착된 연마제나 이물질을 제거하는 세정(Cleaning) 공정으로 이루어진다.
이 가운데 단결정 성장 공정은, 단결정 성장 장치를 통해 종자결정(시드, Seed)으로부터 점점 단결정 잉곳으로 성장이 이루어진다.
단결정 성장 장치는 내부에 공간이 형성되는 챔버와, 챔버 내에 설치되어 다결정 원료가 투입되고 용융되는 도가니와, 원료를 용융시켜 실리콘 용융액을 생성하도록 도가니를 가열하는 가열수단과, 실리콘 종자 결정을 실리콘 용융액에 침지하여 성장되는 단결정 잉곳을 서서히 인상시키는 인상수단을 포함할 수 있다.
단결정 성장 공정시, 도가니는 도가니 구동수단에 의해 회전하거나 수직으로 승강할 수 있다. 또한, 인상수단은 시드 케이블(Seed Cable)과, 시드 케이블을 승강/회전시킬 수 있는 케이블 구동부와, 시드 케이블의 단부에 장착되어 실리콘 종자 결정을 매달 수 있는 시드 척(Seed Chuck)을 포함할 수 있다.
이와 같이 단결정 성장 장치는 도가니 구동수단, 인상 수단에 의해 도가니와 시드 케이블은 각각 종자 결정의 성장에 필요한 수직 방향 승강 또는 축방향 회전을 할 수 있다.
여기서 도가니 구동수단과 인상 수단, 즉 단결정 성장 장치의 구동부는 도가니와 시드 케이블을 적정한 속도와 변위로 구동시킴으로써 단결정 성장 잉곳의 품질을 제어할 수 있다.
그런데 종래 단결정 성장 장치의 구동부에 대한 계측은 작업자의 육안으로 관측, 계산 등을 통해서 검증과 보정을 진행하여 왔기 때문에 과정이 번거롭고 정밀성의 신뢰도가 낮아지는 문제가 있다. 또한, 도가니를 회전시키는 샤프트, 종자 결정을 인상시키는 시드 케이블은 소모품으로서 사용 횟수가 증가할수록 마모된다.
그러나 상술한 계측 방법은 소모품의 마모된 정도를 고려하지 않은 상태에서 구동부를 측정하는 방법이므로 구동부 상태를 정확하게 계측하기 어려운 문제가 있다.
따라서 본 발명은 보다 정밀하고 간편하게 구동부에 대한 계측을 수행할 수 있으며 구동부의 속도 검증을 통하여 구동부의 속도와 변위를 정확하게 제어할 수 있는 구동부 계측 장치 및 그를 구비한 실리콘 단결정 성장 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 도가니를 지지하는 도가니 지지대; 상기 도가니 상부에서 종자 결정을 승강 또는 회전시키는 인상수단; 상기 도가니 지지대를 회전 또는 승강시키는 도가니 구동수단; 상기 인상수단에 착탈 결합되는 플랫 너트; 상기 도가니 구동수단에 착탈 결합되는 도가니축 검사지그; 및 상기 플랫 너트와 상기 도가니축 검사지그에 결합되며, 상기 인상수단과 상기 도가니 구동수단의 승강 또는 회전 변위 중 적어도 어느 하나를 측정하는 변위 측정부를 포함하는 구동부 계측 장치를 제공한다.
상기 도가니 구동수단은 상기 도가니 지지대를 회전시키는 도가니축; 상기 도가니축을 회전시키는 도가니축 회전부; 및 상기 도가니축을 승강시키는 도가니축 인상부를 포함할 수 있다.
상기 도가니축 검사지그는 상기 도가니축과 대체되도록 결합될 수 있다.
상기 도가니축 검사지그는 베이스 플레이트; 일단이 상기 베이스 플레이트의 중심 영역에 결합되는 샤프트; 및 상기 샤프트의 타단과 결합되는 테이퍼 부시;를 포함할 수 있다.
상기 베이스 플레이트는 원반 형상을 가질 수 있다.
상기 베이스 플레이트는 상기 플랫 너트와 평행을 이루도록 상면이 평평하게 이루어질 수 있다.
상기 테이퍼 부시는 상부에서 하부로 갈수록 뾰족한 형상을 가질 수 있다.
상기 플랫 너트는 상기 베이스 플레이트와 나란하게 배치되는 수평 플레이트; 및 상기 수평 플레이트 상부에서 상기 인상수단과 결합되는 웨이트 연결부를 포함할 수 있다.
상기 인상수단은 시드 케이블; 상기 시드 케이블의 일단을 승강 또는 회전시키는 인상부; 및 상기 시드 케이블의 타단에 장착되는 시드 척;을 포함할 수 있다.
상기 웨이트 연결부는 상기 시드 척과 착탈 결합될 수 있다.
상기 웨이트 연결부는 내측에 나사산이 형성되며, 상기 시드 척과 나사결합될 수 있다.
상기 변위 측정부는 상기 도가니축 검사지그에 결합되는 적어도 하나의 변위센서를 포함할 수 있다.
상기 변위 측정부는 상기 도가니축 검사지그에 결합되는 제1 변위센서; 상기 도가니축 검사지그에 결합되는 제2 변위센서; 및 상기 도가니축 검사지그에 결합되는 기준 너트를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 변위센서, 상기 기준 너트는 상기 도가니축 검사지그의 베이스 플레이트 상부에 설치될 수 있다.
상기 변위 측정부는 상기 플랫 너트에 결합되어 회전 변위를 측정하는 근접 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 근접 센서와 상기 기준 너트는 상기 플랫 너트와 상기 도가니축 검사지그의 회전 중심축을 중심으로 동심원 상에 배치될 수 있다.
상기 변위 측정부는 상기 도가니축 검사지그에 결합되어 상기 플랫 너트와 상기 도가니축 검사지그의 움직임을 안내하는 가이드를 더 포함할 수 있다.
상기 가이드는 상기 도가니축 검사지그의 베이스 플레이트의 가장 자리 영역에 결합되는 다수의 봉형상 부재를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 챔버; 상기 챔버 상부에서 종자 결정을 고정하는 시드 케이블과, 상기 시드 케이블의 일단을 승강 또는 회전시키는 인상부와, 상기 시드 케이블의 타단에 장착되는 시드 척을 가지며, 상기 종자 결정을 승강 또는 회전시키는 인상수단; 도가니축과, 상기 도가니축을 회전시키는 도가니축 회전부와, 상기 도가니축을 승강시키는 도가니축 인상부를 가지며, 상기 챔버 하부에서 도가니를 회전 또는 승강시키는 도가니 구동수단; 상기 인상수단에 착탈 결합되는 플랫 너트; 상기 도가니축을 대체하여 상기 도가니 구동수단에 착탈 결합되는 도가니축 검사지그; 및 상기 플랫 너트와 상기 도가니축 검사지그에 결합되며, 상기 인상수단과 상기 도가니 구동수단의 승강 또는 회전 변위 중 적어도 어느 하나를 측정하는 변위 측정부를 포함하는 구동부 계측 장치를 제공한다.
한편, 본 발명은 상술한 구동부 계측 장치 중 어느 하나를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치를 제공한다.
따라서 본 발명의 구동부 계측 장치 및 그를 구비한 실리콘 단결정 성장 장치에 따르면, 단결정 성장 장치에 착탈 가능하게 결합되면서 보다 정밀하고 간편하게 실제 구동부에 대한 변위(회전 속도, 수직 이동) 계측을 수행할 수 있으므로 구동부의 구동 오차를 줄여 품질 산포를 개선할 수 있다.
도 1은 일 실시예의 단결정 성장 장치에 대한 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치의 구동부 계측 장치의 사시도이다.
도 3은 도 2의 주요부 확대도이다.
도 4는 도 2의 정면도로서, 시드케이블의 수직 변위를 계측하는 과정을 보여준다.
도 5는 도 2의 정면도로서, 도가니축 검사지그의 수직 변위를 계측하는 과정을 보여준다.
도 6은 도 2의 도가니축 검사지그와 변위 측정부 영역을 확대한 사시도이다.
도 7은 도 3의 주요부 확대도로서, 회전 변위 측정을 위한 변위 측정부를 보여준다.
도 8은 변위 측정부에 의한 회전 변위를 측정하는 과정을 보여준다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 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 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 원료 공급유닛 및 그를 구비하는 단결정 성장 장치를 설명한다.
도 1은 일 실시예의 단결정 성장 장치에 대한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치(1)는 크게 챔버(100), 도가니(200, Crucible), 가열수단(300), 도가니 구동수단(400), 인상수단(500), 및 구동부 계측 장치("A")를 포함하여 구성될 수 있다.
챔버(100)는 단결정 성장 공정이 수행되는 공간을 이루며, 구동부 계측 과정도 챔버(100)의 내부에서 수행될 수 있다. 챔버(100)는 결합하는 위치에 따라 바디 챔버(body chamber, 110), 돔 챔버(dome chamber, 120), 및 풀 챔버(pull chamber, 130)를 포함할 수 있다.
바디 챔버(110) 내에는 도가니(200)가 설치될 수 있고, 돔 챔버(120)는 바디 챔버(110)의 상단에서 덮개부를 형성할 수 있다. 바디 챔버(110)와 돔 챔버(120)는 다결정 실리콘 원료를 실리콘 단결정 잉곳으로 성장시키기 위한 환경을 제공하는 곳으로, 내부에 수용 공간을 갖는 원통일 수 있다. 풀 챔버(130)는 돔 챔버(120) 상단에 위치하고, 성장된 실리콘 단결정 잉곳을 인상하기 위한 공간일 수 있다.
도가니(200)는 바디 챔버(110) 내부에 배치될 수 있고, 도가니(200) 하부에 위치한 도가니 지지대(230)에 의해 지지될 수 있다. 도가니(200)는 석영 도가니(210), 석영 도가니(210)를 감싸는 흑연 도가니(220)의 이중 구조로 이루어질 수 있다. 도가니(200)는 도가니 지지대(230)에 의해 지지될 수 있다. 도가니(200)는 도가니 지지대(230)를 회전 또는 승강시키는 도가니 구동수단(400)에 의해 회전하거나 승강할 수 있다.
가열수단(300)은 도가니(200)의 외주면과 이격되도록 바디 챔버(110) 내에 배치될 수 있다. 가열수단(300)에 의해 도가니(200)가 가열됨으로써 도가니(200) 내부의 원료는 실리콘 용융액으로 변화될 수 있다. 단열재(310)는 가열수단(300)과 바디 챔버(110)의 내벽 사이에 설치될 수 있으며, 가열수단(300)의 열이 바디 챔버(110) 외부로 누출되는 것을 차단할 수 있다.
도가니 구동수단(400)은 도가니 지지대(230)를 회전 또는 승강시켜, 도가니(200)를 챔버(100) 내부에서 승강 또는 회전시킬 수 있다. 예를 들어 도가니 구동수단(400)은 도가니축(410), 도가니축 회전부(420), 도가니축 인상부(430)를 포함할 수 있다.
도가니축(410)은 도가니 지지대(230)의 중심 영역을 지지하면서 축 방향으로 회전하면서 도가니(200)를 회전시킬 수 있다. 도가니축(410)은 부자재, 즉 소모품으로서 일정한 시간 사용 후에는 새로운 부품으로 교체될 수 있다. 또한 실시예의 구동부 계측 장치("A")를 이용하여 도가니 구동수단(400)의 상태를 측정할 경우, 도가니축(410)은 도가니 구동수단(400)으로부터 분리될 수 있다. 즉, 구동부 계측시, 도가니축(410)은 후술할 도가니축 검사지그(600, 도 2 내지 도 6 참조)로 대체될 수 있다.
도가니축 회전부(420)는 도가니축(410)을 회전시킬 수 있다. 예를 들어 도가니축 회전부(420)는 자세히 도시하지는 않았지만 구동모터와 풀리, 벨트 등의 부품을 포함할 수 있다.
도가니축 인상부(430)는 도가니축(410)을 챔버 내부에서 일정한 높이로 승강시킬 수 있다. 예를 들어 도가니축 인상부(430)는 구동모터와 실린더, 풀리, 벨트 등을 포함할 수 있다.
이와 같이 도가니축(410), 도가니축 회전부(420) 및 도가니축 인상부(430)를 포함하는 도가니 구동수단(400)은 도가니축(410)을 회전시키고 승강시킴으로써 챔버(100) 내부에서 도가니(200)가 회전하거나 승강하도록 할 수 있다.
즉, 도가니 구동수단(400)은 C/R(Crucible Rotation), C/L(Crucible Lift)에 해당하는 구동력을 도가니(200)에 제공할 수 있다. 따라서 구동부 계측 장치("A")는 도가니 구동수단(400)의 C/R, C/L이 정상 범위에 속하는지 여부와 도가니축(410)의 마모, 기울기 등을 계측할 수 있다.
인상수단(500)은 도가니(200)의 상부에서 종자 결정을 승강 또는 회전시킬 수 있다. 인상수단(500)은 종자 결정 또는 성장하는 대상물을 고정하고 지지하는 고정부(510)과, 일단이 고정부(510)와 연결되면서 성장된 대상물(예컨대, 단결정 잉곳)을 상승 또는 하강시키는 인상부(520)와, 고정부(510)의 타단에 장착되어 대상물과 결합될 수 있는 결합부(530)를 포함할 수 있다.
고정부(510)는 케이블 타입(cable type) 또는 샤프트(shaft type)일 수 있으며, 일단에는 결합부(530)가 연결될 수 있다. 고정부(510)는 시드 케이블(seed cable, 이하 시드 케이블)로 명칭될 수 있다. 결합부(530)는 일정한 중량을 가지고 있으며 종자 결정 또는 후술한 구동부 계측 장치("A")의 플랫 너트(700)와 착탈 결합될 수 있다. 결합부(530)는 시드 척(Seed Chuck) 등으로 명칭될 수 있다.
인상부(520)는 모터 등을 이용하여 시드 케이블(510)에 연결된 대상물을 상승 또는 하강시킬 수 있다. 즉, 인상부(520)는 S/R(Seed Rotation), S/L(Seed Lift)를 시드 케이블(510)에 제공할 수 있다. 따라서 구동부 계측 장치("A")는 시드 케이블(510)의 S/R, S/L이 정상 범위에 속하는지 여부와 시드 케이블(510)의 마모, 기울기 등을 계측할 수 있다.
이와 같이 단결정 성장 장치(1)는 도가니 구동수단(400), 인상 수단(500)에 의해 도가니(200)와 시드 케이블(510)은 수직 방향(Y)으로 승강 또는 축방향 회전(R)을 할 수 있다(C/R, C/L, S/R, S/L).
구동부 계측 장치("A")는 상술한 도가니 구동수단(400), 인상 수단(500)의 수직 방향(Y)으로 승강 또는 축방향 회전(R)을 정밀하게 계측할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치의 구동부 계측 장치의 사시도이고, 도 3은 도 2의 주요부 확대도이며, 도 4는 도 2의 정면도로서, 시드케이블의 수직 변위를 계측하는 과정을 보여주고, 도 5는 도 2의 정면도로서, 도가니축 검사지그의 수직 변위를 계측하는 과정을 보여주며, 도 6은 도 2의 도가니축 검사지그와 변위 측정부 영역을 확대한 사시도이고, 도 7은 도 3의 주요부 확대도로서, 회전 변위 측정을 위한 변위 측정부를 보여주며, 도 8은 변위 측정부에 의한 회전 변위를 측정하는 과정을 보여준다.
도 2 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 일 실시예의 구동부 계측 장치("A")는 플랫 너트(700), 도가니축 검사지그(600) 및 변위 측정부(800)를 포함할 수 있다.
플랫 너트(700)는 인상수단(500)에 착탈 결합될 수 있다. 보다 상세하게는 플랫 너트(700)는 인상수단(500)의 시드 케이블(510)의 아래에 위치한 시드 척에 착탈 결합될 수 있다.
예를 들어 플랫 너트(700)는 수평 플레이트(720), 웨이트 연결부(710)를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 수평 플레이트(720)는 원반 형상으로 이루어지며, 인상수단(500)의 시드 척(530)의 지름보다 더 큰 크기를 가질 수 있다. 수평 플레이트(720)의 하부는 평평하게 이루어지며, 수평 상태로 배치될 수 있다.
웨이트 연결부(710)는 수평 플레이트(720)의 상부에 결합되며, 시드 척(530)의 지름과 동일한 크기를 가지며 원기둥 형상으로 이루어질 수 있다. 시드 척(530)의 하부는 나사산이 형성된, 지름이 더 작은 결합 영역이 형성될 수 있다.
웨이트 연결부(710)는 시드 척(530)과의 착탈 결합을 위해 내측에 나사산이 형성될 수 있다. 따라서 웨이트 연결부(710)의 내측에는 시드 척(530)의 하부 결합 영역이 나사결합되면서 삽입될 수 있다. 웨이트 연결부(710)는 수평 플레이트(720) 상부에서 인상수단(500)의 시드 척(530)과 결합될 수 있다.
즉, 상술한 구성을 포함하는 플랫 너트(700)는 시드 척(530)에 결합되면서 시드 케이블(510)에 장착될 수 있다. 플랫 너트(700)는 시드 케이블(510)과 도가니축 검사지그(600)의 수직 변위 또는 회전 변위 측정시 기준점으로 사용될 수 있다. 즉, 플랫 너트(700)의 수평 플레이트(720)의 평평한 바닥면은 구동부 계측의 기준점이 될 수 있다. 플랫 너트(700)의 수평 플레이트(720)는 후술할 도가니축 검사지그(600)의 베이스 플레이트(610)와 나란하게 배치될 수 있다.
도가니축 검사지그(600)는 도가니 구동수단(400)에 착탈 결합될 수 있다. 도가니축 검사지그(600)는 구동부 계측을 위해 단결정 성장 장치(1)에 장착시, 상술한 도 1의 도가니축(410)과 대체되도록 결합될 수 있다. 또한, 구동부 계측을 위해서, 도 1의 도가니 및 도가니 지지대는 챔버(100)로부터 분리될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이 도가니축 검사지그(600)는 베이스 플레이트(610), 샤프트(620), 테이퍼 부시(630)를 포함할 수 있다.
베이스 플레이트(610)는 원반 형상을 가지며, 상술한 플랫 너트(700)와 평행을 이루도록 상면이 평평하게 이루어질 수 있다.
샤프트(620)는 일단이 베이스 플레이트(610)의 중심 영역에 결합되고, 타단이 테이퍼 부시(630)와 결합될 수 있다. 샤프트(620)의 길이는 도가니축(410)의 길이와 동일하거나 다소 작은 크기로 실시될 수 있다.
테이퍼 부시(630)는 샤프트(620)의 타단과 결합되며, 상부에서 하부로 갈수록 뾰족한 형상을 가질 수 있다. 테이퍼 부시(630)는 샤프트(620)의 하부에 위치하면서 도가니 구동수단(400) 내부에 샤프트(620)를 고정시킬 수 있다.
이를 위해 테이퍼 부시(630)의 형상은 도가니축(410)의 하부 영역과 대응되는 형상을 가질 수 있다. 즉, 테이퍼 부시(630)는 도가니축(410)이 장착된 도가니 구동수단(400) 내부의 테이퍼진 삽입홈 내에서 억지끼워맞춤(tight fit) 형태로 삽입되면서 밀착결합될 수 있다.
상술한 도가니축 검사지그(600)는 계측의 정밀도를 높이도록 구동부 계측의 기준 역할을 아울러 제공할 수 있다. 즉, 도가니축(410)은 소모품이기 때문에 사용후 마모되거나 균형이 틀어져 있기 때문에 구동부 계측시 기준으로 부적합할 수 있다.
따라서 도가니축 검사지그(600)는 도가니 구동수단(400) 내부에서 균형있고 수평하게 장착되므로 인상수단(500)의 시드 케이블(510)의 변위 측정시 기준이 될 수 있다.
변위 측정부(800)는 상술한 플랫 너트(700)와 도가니축 검사지그(600)에 결합되며, 인상수단(500)과 도가니 구동수단(400)의 승강 또는 회전 변위 중 적어도 어느 하나를 측정할 수 있다.
먼저, 변위 측정부(800)는 도가니축 검사지그(600)에 결합되는 적어도 하나의 변위센서를 포함할 수 있다. 변위 센서는 시드 케이블(510)이나 도가니축 검사지그(600)의 수직 이동시 변위를 측정할 수 있다. 이때, 보다 정밀한 측정을 위해 변위센서는 측정 범위가 서로 다른 다수개의 변위센서들(810, 820)을 구비할 수 있다.
즉, 변위 측정부(800)는 도가니축 검사지그(600)에 결합되는 제1 변위센서(810)와, 제2 변위센서(820)를 구비할 수 있다. 제1 변위센서(810) 및 제2 변위센서(820)는 도가니축 검사지그(600)의 베이스 플레이트(610) 상부에 설치될 수 있다. 베이스 플레이트(610)는 수평 방향으로 평평하므로 제1 변위센서(810)와 제2 변위센서(820)는 수직 방향으로 정확한 변위를 측정할 수 있다.
예를 들어 제1 변위센서(810)와 제2 변위센서(820)는 레이저 센서일 수 있다. 따라서 제1 변위센서(810)와 제2 변위센서(820)는 레이저를 상부로 발사하고, 발사된 레이저는 변위센서들(810, 820)의 상부에 위치한 플랫 너트(700)의 수평 플레이트(720)에 반사되어 돌아온다.
이러한 원리를 이용하여, 도 4에 도시된 바와 같이 도가니축 검사지그(600)가 고정되고 시드 케이블(510)이 상부로 수직 이동할 때, 변위센서들(810, 820)은 수평 플레이트(720)의 기준점(H1)으로부터 이동점(H2)까지의 수직 변위(S/L)를 계측할 수 있다.
반대로, 도 5에 도시된 바와 같이, 시드 케이블(510)의 위치가 고정되고 도가니축 검사지그(600)가 하부로 수직 이동할 때, 변위센서들(810, 820)은 수평 플레이트(720)의 기준점(H1)으로부터 이동점(H3)까지의 수직 변위(S/L)를 계측할 수 있다.
상술한 바와 같이 변위센서들(810, 820)은 도가니축 검사지그(600) 또는 시드 케이블(510)의 승강시 수직 변위(S/L)를 정밀하게 계측할 수 있다.
한편, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 변위 측정부(800)는 구동부의 회전 변위 측정을 위해 도가니축 검사지그(600)에 결합되는 기준 너트(830)와, 플랫 너트(700)에 결합되는 근접 센서(840)를 더 포함할 수 있다.
기준 너트(830)는 도가니축 검사지그(600)의 베이스 플레이트(610) 상부에 설치되고, 근접 센서(840)는 플랫 너트(700)의 수평 플레이트(720)에 설치될 수 있다.
상술한 구성을 더 포함하는 변위 측정부(800)는 시드 케이블(510)이 회전하거나 도가니축 검사지그(600)가 도가니축 회전부(420)에 의해 회전할 경우, 회전 변위를 측정할 수 있다.
예를 들어 도 8에 도시된 바와 같이, 근접 센서(840)와 기준 너트(830)는 플랫 너트(700)와 도가니축 검사지그(600)의 회전 중심축을 중심으로 동심원 상에 배치될 수 있다. 따라서 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 근접 센서(840)와 기준 너트(830)는 동심원 상에서 떨어져 있다가 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 도가니축 검사지그(600) 또는 시드 케이블(510)이 회전할 때 서로 중첩될 수 있다.
근접 센서(840)는 기준 너트(830)와 중첩되었을 경우를 카운트 하고, 회전수를 측정하면 변위 측정부(800)는 도가니축 검사지그(600) 또는 시드 케이블(510)의 회전 변위(S/R, C/R)을 측정할 수 있게 된다.
한편, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 변위 측정부(800)는 가이드(640, 650, 660)를 더 포함할 수 있다.
가이드(640, 650, 660)는 구동부의 계측동안, 수직 변위 또는 수평 변위를 발생시키는 도가니축 검사지그(600)와 플랫 너트(700)가 서로 이탈하지 않도록 움직임을 안내할 수 있다.
이를 위해 가이드(640, 650, 660)는 도가니축 검사지그(600)에 결합되어 플랫 너트(700)와 상기 도가니축 검사지그(600)의 움직임을 안내할 수 있다. 예를 들어 가이드(640, 650, 660)는 도가니축 검사지그(600)의 베이스 플레이트(610)의 가장 자리 영역에 결합되는 다수의 봉형상 부재를 포함할 수 있다. 가이드(640, 650, 660)는 총 3개의 봉부재가 서로 일정 간격 이격된 것을 도시하였으나 이에 제한되지 않고 다양한 형상, 개수로 실시될 수 있을 것이다.
이와 같이 구동부 계측 장치 및 그를 구비한 실리콘 단결정 성장 장치에 따르면, 단결정 성장 장치에 착탈 가능하게 결합되면서 보다 정밀하고 간편하게 실제 구동부에 대한 변위(회전 속도, 수직 이동) 계측을 수행할 수 있으므로 구동부의 구동 오차를 줄여 품질 산포를 개선할 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 단결정 성장 장치 100 : 챔버
200 : 도가니 210 : 석영 도가니
220 : 흑연 도가니 230 : 도가니 지지대
300 : 가열수단 310 : 단열재
400 : 도가니 구동수단 410 : 도가니축
420 : 도가니축 회전부 430 : 도가니축 인상부
500 : 인상수단 510 : 고정부(시드 케이블)
520 : 인상부 530 : 결합부(시드 척)
600 : 도가니축 검사지그 610 : 베이스 플레이트
620 : 샤프트 630 : 테이퍼 부시
640, 650, 660 : 가이드 700 : 플랫 너트
710 : 웨이트 연결부 720 : 수평 플레이트
800 : 변위 측정부 810 : 제1 변위센서
820 : 변위센서들 830 : 기준 너트
840 : 근접 센서 A : 구동부 계측 장치

Claims (20)

  1. 도가니를 지지하는 도가니 지지대;
    상기 도가니 상부에서 종자 결정을 승강 또는 회전시키는 인상수단;
    상기 도가니 지지대를 회전 또는 승강시키는 도가니 구동수단;
    상기 인상수단에 착탈 결합되는 플랫 너트;
    상기 도가니 구동수단에 착탈 결합되는 도가니축 검사지그; 및
    상기 플랫 너트와 상기 도가니축 검사지그에 결합되며, 상기 인상수단과 상기 도가니 구동수단의 승강 또는 회전 변위 중 적어도 어느 하나를 측정하는 변위 측정부를 포함하는 구동부 계측 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도가니 구동수단은
    상기 도가니 지지대를 회전시키는 도가니축;
    상기 도가니축을 회전시키는 도가니축 회전부; 및
    상기 도가니축을 승강시키는 도가니축 인상부를 포함하는 구동부 계측 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 도가니축 검사지그는 상기 도가니축과 대체되도록 결합되는 구동부 계측 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 도가니축 검사지그는
    베이스 플레이트;
    일단이 상기 베이스 플레이트의 중심 영역에 결합되는 샤프트; 및
    상기 샤프트의 타단과 결합되는 테이퍼 부시;를 포함하는 구동부 계측 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 원반 형상을 갖는 구동부 계측 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 상기 플랫 너트와 평행을 이루도록 상면이 평평하게 이루어지는 구동부 계측 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 테이퍼 부시는 상부에서 하부로 갈수록 뾰족한 형상을 갖는 구동부 계측 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 플랫 너트는
    상기 베이스 플레이트와 나란하게 배치되는 수평 플레이트; 및
    상기 수평 플레이트 상부에서 상기 인상수단과 결합되는 웨이트 연결부를 포함하는 구동부 계측 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 인상수단은
    시드 케이블;
    상기 시드 케이블의 일단을 승강 또는 회전시키는 인상부; 및
    상기 시드 케이블의 타단에 장착되는 시드 척;을 포함하는 구동부 계측 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 웨이트 연결부는 상기 시드 척과 착탈 결합되는 구동부 계측 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 웨이트 연결부는 내측에 나사산이 형성되며, 상기 시드 척과 나사결합되는 구동부 계측 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 변위 측정부는 상기 도가니축 검사지그에 결합되는 적어도 하나의 변위센서를 포함하는 구동부 계측 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 변위 측정부는
    상기 도가니축 검사지그에 결합되는 제1 변위센서;
    상기 도가니축 검사지그에 결합되는 제2 변위센서; 및
    상기 도가니축 검사지그에 결합되는 기준 너트를 포함하는 구동부 계측 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 변위센서, 상기 기준 너트는 상기 도가니축 검사지그의 베이스 플레이트 상부에 설치되는 구동부 계측 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 변위 측정부는 상기 플랫 너트에 결합되어 회전 변위를 측정하는 근접 센서를 더 포함하는 구동부 계측 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 근접 센서와 상기 기준 너트는 상기 플랫 너트와 상기 도가니축 검사지그의 회전 중심축을 중심으로 동심원 상에 배치되는 구동부 계측 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 변위 측정부는
    상기 도가니축 검사지그에 결합되어 상기 플랫 너트와 상기 도가니축 검사지그의 움직임을 안내하는 가이드를 더 포함하는 구동부 계측 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 가이드는 상기 도가니축 검사지그의 베이스 플레이트의 가장 자리 영역에 결합되는 다수의 봉형상 부재를 포함하는 구동부 계측 장치.
  19. 챔버;
    상기 챔버 상부에서 종자 결정을 고정하는 시드 케이블과, 상기 시드 케이블의 일단을 승강 또는 회전시키는 인상부와, 상기 시드 케이블의 타단에 장착되는 시드 척을 가지며, 상기 종자 결정을 승강 또는 회전시키는 인상수단;
    도가니축과, 상기 도가니축을 회전시키는 도가니축 회전부와, 상기 도가니축을 승강시키는 도가니축 인상부를 가지며, 상기 챔버 하부에서 도가니를 회전 또는 승강시키는 도가니 구동수단;
    상기 인상수단에 착탈 결합되는 플랫 너트;
    상기 도가니축을 대체하여 상기 도가니 구동수단에 착탈 결합되는 도가니축 검사지그; 및
    상기 플랫 너트와 상기 도가니축 검사지그에 결합되며, 상기 인상수단과 상기 도가니 구동수단의 승강 또는 회전 변위 중 적어도 어느 하나를 측정하는 변위 측정부를 포함하는 구동부 계측 장치.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항의 구동부 계측 장치를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치.
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