KR20210110227A - 측정지그 및 측정방법 - Google Patents
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Abstract
[과제] CZ법에 의해 실리콘 단결정 잉곳을 육성하기 위한 바닥이 있는 통형상의 석영도가니가 바닥이 있는 통형상의 흑연도가니의 내부에 배치되었을 때의, 석영도가니의 외면과 흑연도가니의 내면과의 극간의 간격을 용이하게 측정하는 것이 가능한 측정지그를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[해결수단] CZ법에 의해 실리콘 단결정 잉곳을 육성하기 위해 바닥이 있는 통형상의 석영도가니가 바닥이 있는 통형상의 흑연도가니의 내부에 배치되었을 때의, 상기 바닥이 있는 통형상의 석영도가니의 외면과 상기 바닥이 있는 통형상의 흑연도가니의 내면과의 극간의 간격을 측정하기 위한 측정지그로서, 상기 흑연도가니의 중심축을 포함하는 종단면 중, 적어도 바닥부를 포함하는 영역의 상기 흑연도가니의 내면의 단면형상이 형성된 단면형상부를 갖는 갭판을 구비하는 측정지그이다.
[해결수단] CZ법에 의해 실리콘 단결정 잉곳을 육성하기 위해 바닥이 있는 통형상의 석영도가니가 바닥이 있는 통형상의 흑연도가니의 내부에 배치되었을 때의, 상기 바닥이 있는 통형상의 석영도가니의 외면과 상기 바닥이 있는 통형상의 흑연도가니의 내면과의 극간의 간격을 측정하기 위한 측정지그로서, 상기 흑연도가니의 중심축을 포함하는 종단면 중, 적어도 바닥부를 포함하는 영역의 상기 흑연도가니의 내면의 단면형상이 형성된 단면형상부를 갖는 갭판을 구비하는 측정지그이다.
Description
본 발명은, 바닥이 있는 통형상의 석영도가니의 외면과 바닥이 있는 통형상의 흑연도가니의 내면과의 극간의 간격을 측정하기 위한 측정지그 및 측정방법에 관한 것이다.
단결정의 제조방법으로서, 초크랄스키법(이하, 「CZ법」이라고 한다.)이 알려져 있다. 특히, 반도체 전자부품의 재료가 되는 실리콘 단결정의 대부분은, CZ법이 널리 공업적으로 채용되고 있다. CZ법은, 석영도가니 내에 충전된 다결정 실리콘 등을 히터로 용해한 후, 이 실리콘 융액의 표면에 종결정을 담그고, 실리콘 융액에 담근 종결정과 석영도가니를 회전시키면서 종결정을 상방으로 인상함으로써 종결정과 동일한 결정방위를 갖는 단결정을 육성하는 방법이다.
도 4는, 상술의 CZ법에 의해 단결정을 인상할 때에 이용되는 인상장치를 모식적으로 나타낸 개념도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 단결정 인상장치(10)는, 인상실(12)과, 인상실(12) 중에 마련된 도가니(13)와, 도가니(13)의 주위에 배치된 히터(14)와, 도가니(13)를 회전·승강시키는 도가니 유지축(15) 및 그의 회전·승강기구(도시하지 않음)와, 실리콘의 종결정(16)을 유지하는 시드척(17)과, 시드척(17)을 인상하는 와이어(18)와, 와이어(18)를 회전 또는 권취하는 권취기구(도시하지 않음)를 구비하여 구성되어 있다. 또한, 히터(14)의 외측 주위에는 단열재(19)가 배치되어 있다. 실리콘 단결정(20)은, 원료의 실리콘 융액(11)으로부터 와이어(18)에 의해 인상된다.
도 5에, 단결정 인상장치(10) 내에 배치되는 도가니(13)를 나타낸다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 도가니(13)는, 원료 융액을 수용하는 바닥이 있는 통형상의 석영도가니(13A)와, 석영도가니(13A)를 내부에 수용하는 바닥이 있는 통형상의 흑연도가니(13B)(「카본 서셉터」라고 불리는 경우도 있다)로 구성된다(예를 들어, 특허문헌 1, 2 등).
석영도가니(13A)는, 흑연도가니(13B)의 내부에 수용가능한 치수로 제작되는데, 각각의 제작오차 등에 의해, 석영도가니(13A)의 외면과 흑연도가니(13B)의 내면이 완전히 접촉하도록 제작하는 것은 곤란하다. 본 발명자가 예의 조사를 행한 결과, 석영도가니(13A)의 외면과 흑연도가니(13B)의 내면이 접촉하는 장소에 따라서는, 석영도가니(13A)를 흑연도가니(13B)의 내부에 설치했을 때에 형성된 극간(30)에 의해, 석영도가니(13A)가 불안정해져, 석영도가니(13A)가 흑연도가니(13B) 내에서 흔들리면, 석영도가니(13A)를 흑연도가니(13B)의 내부에 설치할 때에 파손될 우려가 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 실리콘멜트가 흔들려, 실리콘 단결정의 인상이 곤란해지는 탕면진동을 일으킬 뿐만 아니라, 실리콘 단결정의 인상시에 석영도가니(13A)가 편심상태가 되어, 실리콘 잉곳에의 균일한 열공급이 불가능해지므로, 실리콘 잉곳의 품질 열화로도 이어지는 것을 알 수 있었다.
상기와 같은 문제에 대하여, 석영도가니(13A)와 흑연도가니(13B)의 상성이 좋은 것을 선택하여 조합함으로써, 안정성이 좋은 도가니(13)로 하는 것이 생각된다. 그러나, 종래는, 상성이 좋은 석영도가니(13A)와 흑연도가니(13B)의 조합을 시행오차적으로 찾을 수 밖에 없으므로, 매우 효율이 나쁠 뿐만 아니라, 반드시 바람직한 조합이 얻어지는 것은 아니었다.
또한, 흑연도가니(13B)의 내면의 형상에 맞추어 석영도가니(13A)의 외면의 형상을 수정가공하는 것이나, 극간(30)을 없애도록 각 도가니를 제작하는 것과는 반대로, 석영도가니(13A)의 외면과 흑연도가니(13B)의 내면과의 사이에, 의도적으로 극간(30)을 마련하는 것도 생각된다.
그러나, 상기 어느 경우든 극간(30)의 간격을 취득할 필요가 있는 바, 석영도가니(13A)를 흑연도가니(13B)의 내부에 설치한 상태에서는, 외부로부터 극간(30)을 관찰하는 것은 불가능하며, 석영도가니(13A)의 외면과 흑연도가니(13B)의 내면과의 사이의 극간(30)의 간격을, 실측할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, CZ법에 의해 실리콘 단결정 잉곳을 육성하기 위한 바닥이 있는 통형상의 석영도가니가 바닥이 있는 통형상의 흑연도가니의 내부에 배치되었을 때의, 석영도가니의 외면과 흑연도가니의 내면과의 극간의 간격을 용이하게 측정하는 것이 가능한 측정지그를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 것으로, CZ법에 의해 실리콘 단결정 잉곳을 육성하기 위해 바닥이 있는 통형상의 석영도가니가 바닥이 있는 통형상의 흑연도가니의 내부에 배치되었을 때의, 상기 바닥이 있는 통형상의 석영도가니의 외면과 상기 바닥이 있는 통형상의 흑연도가니의 내면과의 극간의 간격을 측정하기 위한 측정지그로서, 상기 흑연도가니의 중심축을 포함하는 종단면 중, 적어도 바닥부를 포함하는 영역의 상기 흑연도가니의 내면의 단면형상이 형성된 단면형상부를 갖는 갭판을 구비하는 측정지그를 제공한다.
이러한 측정지그에 의하면, 석영도가니의 외면과 흑연도가니의 내면과의 극간의 간격을 용이하게 측정하는 것이 가능해진다.
이때, 상기 갭판을 복수 구비하며, 각각의 상기 갭판에 있어서의 상기 흑연도가니의 중심축에 대응하는 위치에서 교차상으로 연결된 측정지그로 할 수 있다.
이에 따라, 극간의 간격을, 보다 간편하게 안정적으로 정도(精度) 좋게 측정하는 것이 가능해진다.
이때, 상기 갭판은, 상기 석영도가니의 직경을 나타내는 스케일이 형성된 것인 측정지그로 할 수 있다.
이에 따라, 높은 위치정도로 극간의 간격을 용이하게 측정하는 것이 가능해진다.
이때, CZ법에 의해 실리콘 단결정 잉곳을 육성하기 위해 바닥이 있는 통형상의 석영도가니가 바닥이 있는 통형상의 흑연도가니의 내부에 배치되었을 때의, 상기 바닥이 있는 통형상의 석영도가니의 외면과 상기 바닥이 있는 통형상의 흑연도가니의 내면과의 극간의 간격을 측정하기 위한 측정방법으로서, 상술의 측정지그를 이용하고, 상기 갭판에 있어서의 상기 단면형상부를 상기 석영도가니의 바닥부의 외면에 대어, 상기 갭판에 있어서의 상기 단면형상부와 상기 석영도가니의 외면과의 사이의 극간에 원추 테이퍼게이지를 삽입하고, 상기 원추 테이퍼게이지의 원추면을, 상기 갭판에 있어서의 상기 단면형상부와 상기 석영도가니의 외면에 접촉시켜, 상기 원추 테이퍼게이지의 원추면과 상기 갭판에 있어서의 상기 단면형상부 및 상기 석영도가니의 외면과의 접촉위치로부터, 상기 극간의 간격을 측정하는 측정방법을 제공할 수 있다.
이에 따라, 석영도가니의 외면과 흑연도가니의 내면과의 극간의 간격을 용이하게 정도 좋게 측정할 수 있다.
이때, 상기 바닥이 있는 통형상의 석영도가니의 개구부를 아래로 하고, 상기 석영도가니의 바닥부의 외면이 상방을 향하는 상태로 하여 상기 극간의 간격을 측정하는 측정방법으로 할 수 있다.
이에 따라, 보다 간편하게 안정적으로, 또한, 안전하게, 극간의 간격을 용이하게 측정할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 측정지그에 의하면, 석영도가니의 외면과 흑연도가니의 내면과의 극간의 간격을 용이하게 측정하는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명의 측정방법에서는, 본 발명의 측정지그를 사용하여 측정을 행함으로써, 석영도가니의 외면과 흑연도가니의 내면과의 극간의 간격을 용이하게 측정하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명에 따른 측정지그의 측면도 및 상면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 측정지그의 구체예를 나타낸다.
도 3은 테이퍼게이지의 예를 나타낸다.
도 4는 인상장치를 모식적으로 나타낸 개념도를 나타낸다.
도 5는 석영도가니를 흑연도가니 내에 설치했을 때의 상태를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 측정지그의 구체예를 나타낸다.
도 3은 테이퍼게이지의 예를 나타낸다.
도 4는 인상장치를 모식적으로 나타낸 개념도를 나타낸다.
도 5는 석영도가니를 흑연도가니 내에 설치했을 때의 상태를 나타낸다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하나, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, CZ법에 의해 실리콘 단결정 잉곳을 육성하기 위해 바닥이 있는 통형상의 석영도가니가 바닥이 있는 통형상의 흑연도가니의 내부에 배치되었을 때의, 석영도가니의 외면과 흑연도가니의 내면과의 극간의 간격을 용이하게 측정하는 것이 가능한 측정지그 및 측정방법이 요구되고 있었다.
본 발명자들은, 상기 과제에 대해 예의 검토를 거듭한 결과, CZ법에 의해 실리콘 단결정 잉곳을 육성하기 위해 바닥이 있는 통형상의 석영도가니가 바닥이 있는 통형상의 흑연도가니의 내부에 배치되었을 때의, 상기 바닥이 있는 통형상의 석영도가니의 외면과 상기 바닥이 있는 통형상의 흑연도가니의 내면과의 극간의 간격을 측정하기 위한 측정지그로서, 상기 흑연도가니의 중심축을 포함하는 종단면 중, 적어도 바닥부를 포함하는 영역의 상기 흑연도가니의 내면의 단면형상이 형성된 단면형상부를 갖는 갭판을 구비하는 측정지그에 의해, 석영도가니의 외면과 흑연도가니의 내면과의 극간의 간격을 용이하게 측정하는 것이 가능해지는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.
이하, 도면을 참조하여 설명한다.
(측정지그)
도 1의 (A)에 본 발명에 따른 측정지그(1)의 측면도를, 도 1의 (B)에 상면도를 나타낸다. 본 발명에 따른 측정지그(1)는, 흑연도가니의 중심축을 포함하는 종단면 중, 적어도 바닥부를 포함하는 영역의 흑연도가니의 내면의 단면형상이 형성된 단면형상부(2)를 갖는 갭판(3)을 구비하는 것이다. 갭판(3)에는, 석영도가니(13A)의 직경을 나타내는 스케일(4)을 형성하는 것도, 유효하다. 이러한 갭판(3)이면, 높은 위치정도로 극간의 간격을 용이하게 측정하는 것이 가능해진다.
갭판(3)의 재료는 특별히 한정되지 않는다. 강성이 높은 금속재료를 이용하면, 갭판(3)의 두께를 얇게 할 수 있다. 수지재료를 이용하면, 도가니의 금속오염의 우려가 적어지는 점에서 바람직하다. 또한, 수지재료이면, 경량의 갭판(3)으로 할 수 있으므로, 측정의 작업성도 용이해진다. 또한, 비용의 점에서도 수지재료가 유리하다. 예를 들어, 테플론(등록상표) 등의 불소 수지, 쥬라콘(등록상표) 등의 폴리아세탈계 수지 등의 재료를 사용하는 것도 바람직하다.
갭판(3)은, 예를 들어, 흑연도가니(13B)의 내면의 단면형상에 맞추어 재료를 깎아내어 제작할 수도 있고, 이른바 3D프린터(적층 조형)에 의해 제작할 수도 있다. 갭판을 제작하는 경우에는, 미리 흑연도가니(13B)의 내면의 단면형상을 취득할 필요가 있다. 이때, 삼차원형상측정기를 사용하여 흑연도가니(13B)의 내면의 형상데이터를 취득하면, 단면형상 데이터도 용이하게 취득할 수 있으므로 바람직하다. 그리고, 취득한 단면형상 데이터에 기초하여, 적층 조형에 따라 갭판(3)을 용이하게 제작할 수 있다. 또한, 흑연도가니(13B)의 내면의 형(型)을 취하고, 그 형에 맞추어 갭판(3)의 단면형상부(2)를 형성하는 방법 등에 의해서도, 갭판(3)을 제작할 수 있다.
도 2에, 본 발명에 따른 측정지그(1)의 구체예를 나타낸다. 도 2의 측정지그는, 두께 3mm의 테플론(등록상표)판을 잘라내어 제작한, 직경 32인치(약 800mm)의 석영도가니에 대하여 사용하는 측정지그이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 갭판(3)을 복수 제작하고, 각각의 갭판에 있어서의 흑연도가니의 중심축에 대응하는 위치에서, 직교하도록 교차상으로 연결한 것으로 하는 것이 바람직하다. 도 2의 예에서는, 2매의 갭판을 직교하도록 연결하고 있다. 이렇게 하면, 석영도가니(13A)의 바닥부의 외면에 안정적으로 둘 수 있어, 대형의 석영도가니를 측정의 대상으로 하는 경우에도, 혼자서 정확하게 측정을 행할 수 있게 된다. 한편, 도 2는 2매의 갭판을 이용한 예인데, 3매 이상의 갭판을 연결하여 이용하는 것도, 물론 가능하다. 갭판의 수가 많을수록, 도가니 전체에 걸쳐 정도 높게, 용이하게, 극간의 평가를 행할 수 있다.
(측정방법)
상술과 같은 측정지그(1)를 이용하여, 바닥이 있는 통형상의 석영도가니의 외면과 바닥이 있는 통형상의 흑연도가니의 내면과의 극간의 간격을 측정하는 방법을 이하에 설명한다.
측정지그(1)의 갭판(3)의 단면형상부(2)는, 흑연도가니(13B)의 내면의 단면형상을 반영한 형상이므로, 석영도가니(13A)의 외면과 흑연도가니(13B)의 내면의 형상이 일치하지 않는 경우는, 갭판(3)의 단면형상부(2)를 석영도가니(13A)의 바닥부의 외면에 댐으로써, 측정지그(1)의 단면형상부(2)와 석영도가니(13A)의 바닥부와의 사이에 극간이 생긴다. 이 극간의 간격을 측정하면, 극간의 간격의 계측이 가능하다. 이때, 도 3에 나타내는 바와 같은 원추 테이퍼게이지를 극간에 삽입하고, 원추 테이퍼게이지의 원추면을, 갭판(3)에 있어서의 단면형상부(2)와 석영도가니(13A)의 외면에 접촉시켜, 원추 테이퍼게이지의 원추면과 갭판(3)에 있어서의 단면형상부(2) 및 석영도가니(13A)의 외면과의 접촉위치로부터, 극간의 간격을 측정할 수 있다. 이러한 측정방법으로 하면, 숙련을 요하는 일 없이, 매우 간편하면서도 정확하게, 바닥이 있는 통형상의 석영도가니(13A)의 외면과 바닥이 있는 통형상의 흑연도가니(13B)의 내면과의 극간의 간격을 측정할 수 있다.
또한, 상기와 같이 하여 극간의 측정을 행할 때에는, 바닥이 있는 통형상의 석영도가니의 개구부를 아래로 하고, 석영도가니의 바닥부의 외면이 상방을 향하는 상태로 하여 극간의 간격을 측정하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 특히 도가니가 큰 경우라도, 보다 간편하게 안정적으로, 또한, 안전하게 측정을 행할 수 있다.
본 발명에 따른 측정지그 및 이것을 이용한 측정방법에 따르면, 이제까지 측정할 수 없었던, CZ법에 의해 단결정을 인상할 때에 이용되는 인상장치에 있어서의 석영도가니의 외면과 흑연도가니의 내면과의 극간의 간격을, 매우 용이하면서도 정확하게 측정하는 것이 가능해졌다. 특히, 석영도가니의 외면과 흑연도가니의 내면과의 사이에, 의도적으로 극간을 형성하는 경우에는, 본 발명에 따른 측정지그를 이용하여 측정을 행함으로써, 용이하게 정도 높게, 원하는 극간을 갖는 석영도가니와 흑연도가니의 조합을 얻을 수 있다.
한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
1 측정지그
2 단면형상부
3 갭판
4 스케일
10 단결정 인상장치
11 실리콘 융액
12 인상실
13 도가니
13A 석영도가니
13B 흑연도가니
14 히터
15 도가니 유지축
16 종결정
17 시드척
18 와이어
19 단열재
20 실리콘 단결정
30 극간
2 단면형상부
3 갭판
4 스케일
10 단결정 인상장치
11 실리콘 융액
12 인상실
13 도가니
13A 석영도가니
13B 흑연도가니
14 히터
15 도가니 유지축
16 종결정
17 시드척
18 와이어
19 단열재
20 실리콘 단결정
30 극간
Claims (6)
- CZ법에 의해 실리콘 단결정 잉곳을 육성하기 위해 바닥이 있는 통형상의 석영도가니가 바닥이 있는 통형상의 흑연도가니의 내부에 배치되었을 때의, 상기 바닥이 있는 통형상의 석영도가니의 외면과 상기 바닥이 있는 통형상의 흑연도가니의 내면과의 극간의 간격을 측정하기 위한 측정지그로서,
상기 흑연도가니의 중심축을 포함하는 종단면 중, 적어도 바닥부를 포함하는 영역의 상기 흑연도가니의 내면의 단면형상이 형성된 단면형상부를 갖는 갭판을 구비하는 것을 특징으로 하는,
측정지그.
- 제1항에 있어서,
상기 갭판을 복수 구비하며, 각각의 상기 갭판에 있어서의 상기 흑연도가니의 중심축에 대응하는 위치에서 교차상으로 연결된 것을 특징으로 하는,
측정지그.
- 제1항에 있어서,
상기 갭판은, 상기 석영도가니의 직경을 나타내는 스케일이 형성된 것을 특징으로 하는,
측정지그.
- 제2항에 있어서,
상기 갭판은, 상기 석영도가니의 직경을 나타내는 스케일이 형성된 것을 특징으로 하는,
측정지그.
- CZ법에 의해 실리콘 단결정 잉곳을 육성하기 위해 바닥이 있는 통형상의 석영도가니가 바닥이 있는 통형상의 흑연도가니의 내부에 배치되었을 때의, 상기 바닥이 있는 통형상의 석영도가니의 외면과 상기 바닥이 있는 통형상의 흑연도가니의 내면과의 극간의 간격을 측정하기 위한 측정방법으로서,
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 측정지그를 이용하고,
상기 갭판에 있어서의 상기 단면형상부를 상기 석영도가니의 바닥부의 외면에 대어, 상기 갭판에 있어서의 상기 단면형상부와 상기 석영도가니의 외면과의 사이의 극간에 원추 테이퍼게이지를 삽입하고, 상기 원추 테이퍼게이지의 원추면을, 상기 갭판에 있어서의 상기 단면형상부와 상기 석영도가니의 외면에 접촉시켜, 상기 원추 테이퍼게이지의 원추면과 상기 갭판에 있어서의 상기 단면형상부 및 상기 석영도가니의 외면과의 접촉위치로부터, 상기 극간의 간격을 측정하는 것을 특징으로 하는,
측정방법.
- 제5항에 있어서,
상기 바닥이 있는 통형상의 석영도가니의 개구부를 아래로 하고, 상기 석영도가니의 바닥부의 외면이 상방을 향하는 상태로 하여 상기 극간의 간격을 측정하는 것을 특징으로 하는,
측정방법.
Applications Claiming Priority (2)
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| JP2020032945A JP7359720B2 (ja) | 2020-02-28 | 2020-02-28 | 測定冶具及び測定方法 |
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| JP2010042968A (ja) | 2008-08-18 | 2010-02-25 | Sumco Corp | シリコン単結晶の製造方法 |
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| JP2019167263A (ja) | 2018-03-23 | 2019-10-03 | クアーズテック株式会社 | 石英ガラスルツボおよび石英ガラスルツボの製造方法 |
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