KR20220080155A - 반도체 재료의 단결정을 인상하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 도가니(8)에 들어 있는 멜트(7)로부터 반도체 재료의 단결정(1)을 인상하기 위한 장치로서, 인상 샤프트(14)를 회전시키기 위한 디바이스(20)를 구비하고, 도가니 샤프트(13)를 회전시키기 위한 디바이스(21)를 구비하며, 구동부(22)와 상기 인상 샤프트(14) 사이에 이중 웜 기어를 포함하고, 추가 구동부(31)와 상기 도가니 샤프트(13) 사이에 추가 이중 웜 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 장치를 사용하여 반도체 재료의 단결정을 인상하는 방법을 제공한다.

Description

반도체 재료의 단결정을 인상하기 위한 장치 및 방법
본 발명은 도가니에 들어 있는 멜트로부터 반도체 재료의 단결정을 인상하기 위한 장치를 제공하고, 또한 상기 장치를 사용하는 반도체 재료의 단결정 인상 방법을 제공한다.
반도체 재료의 단결정은 흔히 CZ법에 의해 만들어지는데, 이 CZ법에서는 시드 결정에서 성장하는 단결정이 도가니에 들어 있는 멜트로부터 멀어지게 상방으로 인상된다. 산업 규모에서는, 실리콘 등과 같은 반도체 재료의 단결정은 특히, 반도체 웨이퍼로 그리고 이후에 전자 부품으로 후속 추가 가공되기 전에, 상기한 방식으로 만들어진다.
CZ법을 이용하는 장치는 일반적으로, 승강 가능한 도가니 샤프트에 의해 유지되는 도가니와, 성장 단결정을 멜트로부터 멀어지게 인상하는 데 사용되는 승강 가능한 인상 샤프트를 포함한다. 이러한 장치의 구성요소들은 또한, 각각 인상 샤프트의 회전과 도가니 샤프트의 회전을 위한 하나의 디바이스를 포함한다. 단결정 성장은 초저-지터 환경을 필요로 하고, 이는 인상 샤프트 및 도가니 샤프트의 회전 동작을 수행하기 위한 디바이스들을 매우 중요시하는 이유이다.
인상 샤프트를 회전시키기 위한 디바이스는 기어 휠을 구동하는 모터를 포함하고, 상기 기어 휠은 인상 샤프트에 장착된 웜 휠에 맞물리는 장치가 EP 0 466 457 A1에 제시되어 있다. 도가니 샤프트를 회전시키기 위한 디바이스는 도가니 샤프트를 직접 구동하는 모터를 포함한다.
이러한 종류의 장치는 오늘날의 초저-지터 환경의 제공에 대한 요구를 더 이상 충족시키지 못한다. 특히, 비교적 긴 파동의 진동이 충분히 억제된다는 보장이 없다.
본 발명의 목적은, 인상 샤프트를 회전시키기 위한 디바이스와 도가니 샤프트를 회전시키기 위한 디바이스가 이들 디바이스의 저-지터 작동을 보장하는 방식으로 구성되어 있는, 반도체 재료의 단결정을 인상하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적은, 도가니에 들어 있는 멜트로부터 반도체 재료의 단결정을 인상하기 위한 장치로서, 인상 샤프트를 회전시키기 위한 디바이스를 구비하고, 도가니 샤프트를 회전시키기 위한 디바이스를 구비하는 장치에 있어서, 구동부와 상기 인상 샤프트 사이에 이중 웜 기어를 포함하고, 추가 구동부와 상기 도가니 샤프트 사이에 추가 이중 웜 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치에 의해 달성된다.
상기 장치는 상기한 목적을 달성할 뿐만 아니라 인상 샤프트 및 도가니 샤프트의 회전을 야기하는 공간 절약형 및 유지 보수-친화적 해법을 제시한다. 상기한 두 이중 웜 기어는 비교적 유격이 적고 비교적 뚜렷이 매끄럽게 움직인다는 점에 주목할 만 하다. 특히 1 rpm 미만의 도가니 샤프트의 낮은 회전 속도에 의해 초래될 수 있고 및/또는 도가니 샤프트의 회전 방향의 변경에 뒤이어 오는 긴 파동의 진동이 효과적으로 억제된다.
본 발명자들은, 인상 샤프트와 이를 회전시키는 구동부의 사이, 그리고 도가니 샤프트와 이를 회전시키는 추가 구동부의 사이, 각각의 경우에 하나의 이중 웜 기어를 각각 설치할 필요가 있다는 것을 알아내었다. 이러한 종류의 배치 구성으로, 각각의 이중 웜 기어의 제1 웜을 구동하는 샤프트를 갖는 각각의 구동부, 바람직하게는 전기 모터는, 인상 샤프트의 회전축에 대한(또는 도가니 샤프트의 회전축에 대한, 각각의) 측방 위치를, 각각의 회전축으로부터 충분한 거리를 두고서 갖는다. 바람직하게는, 각각의 구동부는 각각의 이중 웜 기어의 하우징 플레이트에 견고하게 장착된다. 따라서, 각각의 구동부의 스프링 장착은 없다. 바람직하게는, 각각의 구동부의 샤프트는 인상 샤프트에(또는 도가니 샤프트에, 각각) 평행하게 배치된다. 각각의 이중 웜 기어의 제1 웜은 각각의 제1 웜 휠에 맞물리고, 각각의 제1 웜 휠은 각각의 이중 웜 기어의 제2 웜의 샤프트에 동축 관계로 장착된다. 또한, 각각의 제2 웜 휠이 인상 샤프트에(또는 도가니 샤프트에, 각각) 동축 관계로 장착되어 있는 상태로, 각각의 이중 웜 기어의 제2 웜은 각각의 이중 웜 기어의 각각의 제2 웜 휠에 맞물린다.
또한, 인상 샤프트와 도가니 샤프트는 각각 상부와 하부로 분할되고 각각의 경우 두 부분은 커플링 벨로우즈를 통해 연결되는 것이 바람직하다. 또한, 적어도 인상 샤프트의 경우, 커플링 벨로우즈가 인상 샤프트의 상부를 인상 샤프트의 하부로부터 전기적으로 절연하는 방식으로, 커플링 벨로우즈가 구성되어 있다. 이로써, 도가니 샤프트의 하부를 구성하는 전류 회로를 통해 멜트의 표면을 검출하는 것을 간단하게 구현하는 것이 가능해진다.
바람직하게는, 도가니 샤프트의 회전 방향이 또한 역전될 수 있는 방식으로, 도가니 샤프트의 구동부가 구성된다.
본 발명은 2개의 도면을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명을 구현하는 데 이용될 수 있는, CZ법에 의해 단결정을 인상하기 위한 장치를 예로서 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 특징부를 도시한다.
도 1은 본 발명에서 이용될 수 있는, 반도체 재료의 단결정(1)을 멜트(7)로부터 인상하기 위한 장치(10)를 예로서 도시한다. 상기 장치는 챔버(2), 히터(6), 도가니(8), 도가니 샤프트(13), 인상 샤프트(14) 및 자기장 발생 코일(18)을 포함한다. 상기 챔버(2)의 일측 내벽에는 단열 재료(3)가 마련되어 있다. 상기 챔버(2)의 상부에는 가스 유입구(2)가 있고, 이 가스 유입구를 통해 아르곤 등과 같은 불활성 가스가 도입되며, 상기 챔버(2)의 하부에는 가스 유출구(5)가 있다. 상기 도가니(8)는 내부 도가니를 지지하고, 이 내부 도가니에는 반도체 재료의 멜트(7)가 채워진다. 고체 반도체 재료를 용융시키고 용융된 상태로 유지하기 위해, 상기 도가니(8)의 주위에는 상기 히터(6)가 있다. 상기 도가니 샤프트(13)는 상기 도가니(8)의 하단부로부터 상기 챔버의 베이스까지 연장되고, 지지 디바이스(12)에 의해 장착된다. 상기 도가니 샤프트(13)는 상기 지지 디바이스(12)에 의해 승강 및 회전될 수 있다. 상기 인상 샤프트(14)는 상단에서 유지 디바이스(15)에 의해 유지되고, 상기 유지 디바이스(15)를 통해 승강될 수 있으며 회전축(D)을 중심으로 회전될 수 있다. 상기 지지 디바이스(12) 및 상기 유지 디바이스(15)는 컨트롤러(19)에 의해 제어된다. 상기 자기장 발생 코일(18)에 전류를 통하게 함으로써, 자기장, 예를 들어 수평 자기장이 멜트(7)에 부가될 수 있다. 게다가, 성장 단결정(11)의 주위에는 히트 실드(도면에는 도시되지 않음)가 또한 배치될 수 있다. 도면 부호 16과 17은 시드 결정 홀더와 시드 결정을 나타낸다.
도 2의 예시에 따르면, 유지 디바이스(15)는 인상 샤프트(14)를 회전시키기 위한 디바이스(20)를 포함하고, 지지 디바이스(12)는 도가니 샤프트(13)를 회전시키기 위한 디바이스(21)를 포함한다. 이들 디바이스(20, 21)는 본 발명에 따라 구성된다.
상기 인상 샤프트(14)를 회전시키기 위한 디바이스(20)는 제1 웜(24)을 구동하는 드라이브 샤프트(23)를 구비하는 구동부(22)를 포함한다. 상기 제1 웜(24)은 제1 웜 휠(25)에 맞물리고, 제1 웜 휠은 제2 웜(26)의 샤프트에 동축 관계로 고정된다. 상기 제2 웜(26)은 제2 웜 휠(27)에 맞물리고, 제2 웜 휠은 인상 샤프트(14)의 상부(28)에 동축 관계로 고정된다. 제1 및 제2 웜(24, 26)과 제1 및 제2 웜 휠(25, 27)은 함께 이중 웜 기어를 형성한다. 상기 구동부(22)는 상기 이중 웜 기어의 하우징 플레이트(9)에 견고하게 장착된다. 인상 샤프트(14)의 상부(28)와 인상 샤프트(14)의 하부(29) 사이에는 제1 벨로우즈 커플링(30)이 배치되어 있고, 상기 제1 벨로우즈 커플링은 인상 샤프트(14)의 하부(29)로부터 인상 샤프트(14)의 상부(28)를 전기적으로 절연한다.
상기 도가니 샤프트(13)를 회전시키기 위한 디바이스(21)는 추가 제1 웜(33)을 구동하는 추가 드라이브 샤프트(32)를 구비하는 추가 구동부(31)를 포함한다. 상기 추가 제1 웜(33)은 추가 제1 웜 휠(34)에 맞물리고, 추가 제1 웜 휠은 추가 제2 웜(35)의 샤프트에 동축 관계로 고정된다. 상기 추가 제2 웜(35)은 추가 제2 웜 휠(36)에 맞물리고, 추가 제2 웜 휠은 도가니 샤프트(13)의 하부(37)에 동축 관계로 고정된다. 상기 추가 제1 및 제2 웜(33, 35)과 상기 추가 제1 및 제2 웜 휠(34, 36)은 함께 추가 이중 웜 기어를 형성한다. 상기 추가 구동부(31)는 상기 추가 이중 웜 기어의 추가 하우징 플레이트(40)에 견고하게 장착된다. 도가니 샤프트(13)의 하부(37)와 도가니 샤프트(13)의 상부(38) 사이에는 추가 벨로우즈 커플링(39)이 배치된다.
예시적인 실시형태들에 대한 상기 설명은 실시예들의 설명으로서 이해되어야 한다. 한편으로는 이에 따라 이루어진 본 개시는 당업자가 본 발명 및 이와 연관된 이점을 이해할 수 있게 하고, 다른 한편으로는 당업자의 이해에는 또한 기술된 방법 및 구조의 명백한 변경 및 수정이 포함된다. 따라서 이러한 모든 변경 및 수정과 또한 등가물은 청구범위의 보호 범위에 의해 커버되는 것으로 의도되어 있다.
1 : 단결정 2 : 챔버
3 : 단열 재료 4 : 가스 유입구
5 : 가스 유출구 6 : 히터
7 : 멜트 8 : 도가니
9 : 하우징 플레이트 10 : 인상용 장치
11 : 성장 단결정 12 : 지지 디바이스
13 : 도가니 샤프트 14 : 인상 샤프트
15 : 유지 디바이스 16 : 시드 결정 홀더
17 : 시드 결정 18 : 자기장 발생 코일
19 : 컨트롤러
20 : 인상 샤프트를 회전시키기 위한 디바이스
21 : 도가니 샤프트를 회전시키기 위한 디바이스
22 : 구동부 23 : 드라이브 샤프트
24 : 제1 웜 25 : 제1 웜 휠
26 : 제2 웜 27 : 제2 웜 휠
28 : 인상 샤프트의 상부 29 : 인상 샤프트의 하부
30 : 벨로우즈 커플링 31 : 추가 구동부
32 : 추가 드라이브 샤프트 33 : 추가 제1 웜
34 : 추가 제1 웜 휠 35 : 추가 제2 웜
36 : 추가 제2 웜 휠 37 : 도가니 샤프트의 하부
38 : 도가니 샤프트의 상부 39 : 추가 벨로우즈 커플링
40 : 추가 하우징 플레이트 D : 회전축

Claims (8)

  1. 도가니(8)에 들어 있는 멜트(7)로부터 반도체 재료의 단결정(1)을 인상하기 위한 장치로서, 인상 샤프트(14)를 회전시키기 위한 디바이스(20)를 구비하고, 도가니 샤프트(13)를 회전시키기 위한 디바이스(21)를 구비하는 장치에 있어서,
    구동부(22)와 상기 인상 샤프트(14) 사이에 이중 웜 기어를 포함하고, 추가 구동부(31)와 상기 도가니 샤프트(13) 사이에 추가 이중 웜 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인상 샤프트의 상부(28)와 하부(29)의 사이에 벨로우즈 커플링(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도가니 샤프트(13)의 상부(38)와 하부(37)의 사이에 추가 벨로우즈 커플링(39)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동부(22)의 드라이브 샤프트(23)가 상기 인상 샤프트(14)에 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동부(22)는 상기 이중 웜 기어의 하우징 플레이트(9)에 견고하게 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가 구동부(31)의 추가 드라이브 샤프트(32)가 상기 도가니 샤프트(13)에 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가 구동부(31)는 상기 추가 이중 웜 기어의 추가 하우징 플레이트(40)에 견고하게 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. CZ법에 의해 반도체 재료의 단결정을 멜트로부터 인상하는 방법에 있어서,
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 장치를 사용하여 반도체 재료의 단결정을 인상하는 것을 특징으로 하는 방법.
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