KR20230028564A - 단결정 성장용 열장 조절 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 출원의 실시예는 단결정 성장용 열장 조절 장치 및 방법을 개시한다. 상기 열장 조절 장치는, 상부에 드래프트 튜브가 고정 장착되어 있는 단열 튜브; 결정 인상 과정에서 도가니의 높이 위치가 변하지 않도록 제어하도록 구성된 제1 제어 유닛; 및 상기 드래프트 튜브의 하부가 용융 실리콘의 액면과의 거리가 항상 일정하게 유지되도록 결정 인상 과정에서 상기 단열 튜브의 수직 방향에 따른 승하강 운동을 구동시키도록 구성된 제2 제어 유닛; 을 포함한다.

Description

단결정 성장용 열장 조절 장치 및 방법

관련 출원에 대한 참조

본 출원은 2021년 12월 29일 중국에 제출된 중국 특허 출원 제 202111632073.9호의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용을 본 출원에 원용한다.

본 출원의 실시예는 결정 인상 열장(Hot Zone) 기술 분야에 관한 것으로, 특히 단결정 성장용 열장 조절 장치 및 방법에 관한 것이다.

단결정 실리콘 막대를 제조하는 방법에는 존 용융법 및 초크랄스키법이 있는데, 통상적으로 초크랄스키(Czochralski, CZ)법을 적용한다. 아르곤 가스의 보호하에, CZ법은 다결정 실리콘 재료를 결정 인상로 노체내에 설치된 석영 도가니에 수용하고, 히터에 의해 다결정 실리콘 원료를 용융하여 용융 실리콘을 얻어, 히터에 의해 용융 실리콘을 지속적으로 보온시키는데, 직경이 10mm에 불과한 막대 모양의 시드 결정(종자 결정이라고 함)을 용융 실리콘 액면에 접촉시킨다. 공정 요건에 적절한 온도에서, 용융 실리콘 중의 실리콘 원자는 시드 결정의 실리콘 원자의 배열 구조에 따라 고액 경계면 상에 규칙적인 결정을 형성하여, 단결정체가 되는데, 결정 시드를 회전시키면서 인상하면, 용융 실리콘 중의 실리콘 원자가 이전에 형성된 단결정체 상에서 계속 결정화되어, 그 규칙적인 원자 배열 구조를 계속해 가는 동시에, 인상을 가속화하여, 목표 직경 및 품질의 단결정 실리콘 막대를 생산해 낸다.

첨부된 도 1를 참조하면, 흔히 보는 결정 인상로(10)의 개략도를 나타내고 있다. 당해 결정 인상로(10)는 노체(11), 도가니(12), 히터(13), 단열 튜브(14), 드래프트 튜브(15) 및 종자 결정 인상 장치(16)를 포함하는데, 여기서 히터(13), 단열 튜브(14) 및 드래프트 튜브(15)는 모두 고정 구조에 속한다. 결정 인상 과정에서, 결함이 비교적 적은 고품질 단결정 실리콘 막대(S)을 성장시키도록 확보하기 위해서는, 반드시 그 성장 환경을 엄격하게 제어해야 하는데, 이는, 초크랄스키법으로 단결정을 성장시키는 과정에서, 공정 가스가 결정 인상로(10)의 상부로부터 채워지기 때문이다. 휘발성 물질이 제때에 배출가능하도록 확보하기 위해, 도가니(12) 위에 장착된 드래프트 튜브(15)에 의해, 공정 가스가 드래프트 튜브(15) 및 노체(11)의 내벽을 거치도록 한다. 그리고 나서, 진공 펌프를 통해 결정 인상로(10) 하부의 배기구로부터 배출된다. 결정 막대(S)의 형성 과정에서, 단결정 실리콘 막대(S)는 고액 경계면에서 성장하게 되는데, 용융 실리콘이 지속적으로 액체에서 고체로 전화되어 종자 결정에 부착되므로, 도가니(12) 내의 용융 실리콘이 끊임 없이 감소함에 따라, 용융 실리콘의 액면 위치도 끊임 없이 하강하게 된다. 용융 실리콘의 액면이 항상 결정체와 접촉하도록 확보하기 위해서는, 지속적으로 도가니(12)를 위로 리프팅해야 하는데, 드래프트 튜브(15)가 용융 실리콘의 액면과 접촉하는 것을 피하는 동시에, 가스 유동의 안정성을 확보하기 위해서는, 드래프트 튜브(15)와 액면의 상대적 높이가 반드시 일정하게 유지해야 하므로, 도가니(12)는 결정체 인상과 동기화하여 상향 이동해야 한다. 아울러, CZ법은 주로 도가니와 종자 결정의 동기화 상승 및 도가니와 종자 결정의 회전에 의해 결정 인상로 내부 열장의 안정성을 유지하는 것인데, 도가니의 상승은 결정 인상로 내의 에너지 소모 및 열장의 안정성에 모두 적지 않은 폐단을 가져온다.

이러한 점을 감안하여, 본 출원의 실시예는, 결정 인상 과정에서, 단열 튜브를 조절하여 드래프트 튜브와 용융 실리콘 액면 사이의 거리를 일정하게 유지하는 동시에, 히터를 독립적으로 조절하여 단열 튜브의 이동에 협동함으로써 다양한 열장 제어를 실현하여, 결정 인상 공정에 더 많은 방법을 제공하고, 가공 효율을 향상시키도록 하는, 단결정 성장용 열장 조절 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

본 출원의 실시예의 기술방안은 다음과 같이 구현된다.

제1 측면에 있어서, 본 출원의 실시예는 단결정 성장용 열장 조절 장치를 제공한다. 상기 열장 조절 장치는 결정 인상로 내에 배치되며, 상기 열장 조절 장치는, 상부에 드래프트 튜브가 고정 장착되어 있는 단열 튜브; 결정 인상 과정에서 도가니의 높이 위치가 변하지 않도록 제어하도록 구성된 제1 제어 유닛; 및 상기 드래프트 튜브의 하부가 용융 실리콘의 액면과의 거리가 항상 일정하게 유지되도록 결정 인상 과정에서 상기 단열 튜브의 수직 방향에 따른 승하강 운동을 구동시키도록 구성된 제2 제어 유닛; 을 포함한다.

제2 측면에 있어서, 본 출원의 실시예는 단결정 성장용 열장 조절 방법을 제공한다. 상기 열장 조절 방법은,

단결정 실리콘 막대를 인상하기 전에, 단열 튜브에 의해 드래프트 튜브를 최고 위치에 위치하도록 하여, 다결정 실리콘 원료가 완전히 용융 실리콘으로 용융된 후, 상기 드래프트 튜브를 상기 용융 실리콘의 액면에서 고정 거리로 조절하는 단계; 및 결정 인상 과정에서, 도가니의 높이 위치가 변하지 않고 회전하도록 제어하고, 상기 드래프트 튜브가 수직 방향으로 하향 이동하게 움직이도록 상기 단열 튜브를 구동시켜, 결정 인상 과정에서 상기 드래프트 튜브의 하부와 상기 용융 실리콘의 액면 사이의 거리가 항상 일정하게 유지되도록 하는 단계; 를 포함한다.

본 출원의 실시예는 단결정 성장용 열장 조절 장치 및 방법을 제공한다. 이에 따라, 결정 인상 과정에서, 단열 튜브에 의해 드래프트 튜브를 수직 방향으로 하향 이동하게 움직임으로써, 드래프트 튜브와 용융 실리콘의 액면 거리를 일정하게 유지시켜, 도가니의 이동에 따른 폐단을 피한다. 아울러, 독립적으로 이동하는 히터에 의해 상기 단열 튜브와 협동함으로써 다양한 열장 제어를 실현하여, 공정 파라미터의 조절에 더 많은 방법 및 지원을 제공하고, 인상 속도를 효과적으로 향상시키며, 산소 농도를 저감시킨다. 즉, 인상 속도의 향상 및 산소 농도의 저감이 용이해져, 결정 막대가 더 빠르게 냉각되고, 더 빠르게 성장한다.

도 1은 관련 기술에 따른 결정 인상로의 개략도이다.
도 2는 본 출원의 실시예에 따른 단결정 성장을 조절하기 위한 열장 조절 장치를 갖는 결정 인상로의 개략도이다.
도 3(a)는 도 2에 도시된 결정 인상로가 차징된 후의 드래프트 튜브 및 히터 위치의 개략도이다.
도 3(b)는 도 2에 도시된 결정 인상로 재료 융화 단계에서의 드래프트 튜브 및 히터 위치의 개략도이다.
도 4는 본 출원의 실시예에 따른 단결정 성장을 조절하기 위한 열장 조절 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 5는 본 출원의 실시예에 따른 단결정 성장을 조절하기 위한 열장 조절 방법에서 단결정 실리콘 막대 냉각 가속화 방법의 개략적인 흐름도이다.

이하, 본 출원의 실시예에 따른 도면을 결부시켜, 본 출원의 실시예에 따른 기술방안을 명확하고 완전하게 설명하기로 한다.

결정 인상로 내에서 CZ법으로 단결정 실리콘을 인상하는 과정에서, 도가니의 상승 중에 보호 가스 흐름의 불안정성 및 기계적 전달에 의한 진동으로 인해 용융 실리콘 액면의 떨림과 단결정 실리콘 막대가 흔들림 문제를 초래한다. 흔들리는 단결정 실리콘 막대 및 불안정한 용융 실리콘 고액 계면은 결정 인상로 내의 열장의 안정성을 파괴하여, 결정 결함의 형성을 초래하게 된다. 상기의 문제점은 결정체가 전위 없이 성장하는 것을 어렵게 할 뿐만 아니라, 결정체의 품질에 매우 불리한 영향을 미친다.

계속해서 도 1을 참조하면, 결정 인상 과정이 진행됨에 따라, 도가니(12)가 수직 방향으로 완만하게 상승하여, 도가니(12)와 단결정 실리콘 막대(S) 사이의 거리가 이상적인 범위 내에 유지되도록 확보한다. 아울러, 도가니(12)의 완만한 상승은 기계적 부재에 의해 구동되는데, 히터(13)는 움직이지 않는 상태를 유지하기 때문에, 도가니(12)를 구동시키기 위한 기계적 부재는 장시간 히터(13)의 열장 내에 위치하면서 수동적으로 히터(13)의 열방사를 받아, 도가니(12)의 사용 수명의 단축을 초래하며, 또한 열팽창과 냉수축의 원리로 인해, 당해 기계적 부재의 운동 정확도도 어느 정도 영향을 받게 되고, 나아가 결정 인상 과정에서 도가니(12) 중의 용융 실리콘 고액 계면의 안정성에 영향을 미치게 된다.

따라서, 상기의 직면된 기술적 과제에 대해, 본 출원은, 도가니 상승 대신, 단열 튜브에 의해 드래프트 튜브가 하강하게 움직임으로써, 도가니의 높이 위치가 변하지 않도록 유지시켜, 결정 인상 효율을 향상시키는, 단결정 성장용 열장 조절 장치를 제안한다. 도 2를 참조하면, 당해 열장 조절 장치를 갖는 결정 인상로(100)의 개략적인 구조를 도시하고 있다. 당해 열장 조절 장치는 적어도, 상부에 드래프트 튜브(15)가 고정 장착된 단열 튜브(14), 제1 제어 유닛(T1) 및 제2 제어 유닛(T2)을 포함할 수 있다.

단열 튜브(14)는 결정 인상로의 노체(11) 및 히터(13) 사이에 배치되어, 결정 인상로(100) 내의 열장의 열에너지가 외부로 방사되는 것을 방지할 수 있다. 단열 튜브(14)는 강성 카본 펠트로 만들어질 수 있으며, 단열 및 보온 효과를 향상시키기 위해, 보다 선진적인 허니컴 구조를 적용할 수도 있다. 도 2를 참조하면, 단열 튜브(14)는 적어도, 측면 보온 커버(141) 및 상부 보온 커버(142) 를 포함한다. 단열 튜브(14) 전체적으로 성형될 수도 있고, 세그먼트별로 성형되고 나서 조합될 수도 있는데, 세그먼트별 조합형의 단열 튜브는 제조 비용이 낮으며, 손상된 세그먼트를 교체하기가 더 용이하다. 측면 보온 커버(141)는 히터(13)와 평행하게 배치되어, 히터(13)를 둘러싸 히터(13)의 열량이 외부로 방사되는 것을 방지함으로써, 히터(13)의 가열 효과를 증강시키고, 열량 손실을 감소시키기 위한 것이다. 상부 보온 커버(142)는 측면 보온 커버(141)의 상부에서 출발하여 인상된 단결정 실리콘 막대(S)를 향해, 도가니(12)의 위에서 멈출 때까지, 수평 방향으로 연장되어, 상부로부터 열장의 열량 손실을 보호하여, 결정 인상 열장의 효율을 향상시키기 위한 것이다.

상부 보온 커버(142)에 고정 장착된 드래프트 튜브(15)는 상부가 크고 하부가 작은 원뿔형으로, 주로 고온 가스의 흐름 안내 역할을 하기 때문에, 양호한 내열 성능 및 일정의 역학 성능을 갖는다. 드래프트 튜브(15)는 또한 보온 단열 성능을 가지며, 도가니(12) 중의 용융 실리콘이 반경 방향을 따라, 그리고 인상된 단결정 실리콘 막대(S)와 도가니(12) 중의 용융 실리콘이 축 방향을 따라 적절한 온도 기울기를 갖도록 확보하기 위한 것이다. 또한, 드래프트 튜브(15)는 결정 인상로(100) 상부의 일산화규소(SiO)의 퇴적을 감소시키도록 구성되는바, 따라서 인상된 단결정 실리콘 막대(S)가 비교적 양호한 품질을 갖도록 확보하는 동시에, 결정 인상로(100) 중의 각 부품의 사용 수명을 연장할 수 있다. 현재, 드래프트 튜브는 얇은 벽의 원뿔형 외부 흑연 튜브-펠트 바디 샌드위치-벽이 얇은 원뿔형 내부 흑연 튜브로 구성된 조합형 드래프트 튜브가 대부분이다. 선택적으로, 드래프트 튜브(15)와 상부 보온 커버(142)는 걸쇠(L)를 통해 탈착 가능하게 연결될 수 있다.

제1 제어 유닛(T1)은 도가니(12)의 하부에 연결되어, 결정 막대(S)를 인상하는 과정에서, 제1 제어 유닛(T1)은 기계적 부재에 의해 도가니(12)의 높이 위치가 변하지 않고 도가니(12)의 중심 축선에 대한 회전 운동만 하도록 제어된다. 제2 제어 유닛(T2)은 단열 튜브(14)에 연결되며, 선택적으로, 단열 튜브(14)의 하부에 장착되어, 제2 제어 유닛(T2)이 결정 인상로 내에서 장시간의 열방사를 받아 기계적 부재의 전달 정확도에 영향을 미치는 것을 피하도록 한다. 제2 제어 유닛(T2)은 모터나 볼스크류 등의 전달 방식에 의해 단열 튜브(14)를 수직 방향으로 승하강 운동을 하도록 구동시킬 수 있다. 도가니(12)의 상승 대신 단열 튜브(14)에 의해 드래프트 튜브(15)가 하강하게 움직이는 구상에 기초하여, 결정 인상 과정에서, 도가니(12)의 높이 위치는 변하지 않으며, 제2 제어 유닛(T2)은 단열 튜브(14)를 하향 이동하도록 구동시킨다. 이에 따라, 단열 튜브(14) 상부에 고정 장착된 드래프트 튜브(15)를 하강시켜, 드래프트 튜브(15)의 하부가 도가니(12) 내로 들어가게 되어, 드래프트 튜브(15)의 하부와 용융 실리콘의 액면 사이의 거리가 항상 인상된 단결정 실리콘 막대의 품질을 확보가능한 합리적인 범위내에 유지되도록 하며, 선택적으로, 항상 드래프트 튜브의 하부와 용융 실리콘의 액면 사이의 거리가 일정하게 유지된다.

상기 열장 조절 장치는 전기적으로 연결된 액면 센서 및 프로세서(미도시)를 더 포함한다. 액면 센서는 전하 결합 소자(Charge Coupled Device, CCD) 카메라, 디지털 카메라 또는 고화질 비디오 카메라 등의 이미징 장치가 될 수 있다. 액면 센서에 의해, 도가니 중의 용융 실리콘의 액면 변화 상태 정보를 실시간으로 획득할 수 있으며, 프로세서는 액면 센서로부터 수신된 용융 실리콘의 액면 변화 상태 정보를 처리한 후, 결정 인상 과정에서의 용융 실리콘의 액면 하강 높이를 획득하고, 제어 신호를 제2 제어 유닛(T2)에 송신하며, 제2 제어 유닛(T2)은 당해 제어 신호에 따라 단열 튜브(14)의 하강 높이를 정확하게 조절하여, 드래프트 튜브(15)의 하부와 용융 실리콘의 액면 사이의 거리를 정확하게 조정 제어하는데, 이는 드래프트 튜브(15)의 하부가 용융 실리콘의 액면과 접촉하지 않도록 확보하기 위한 것이다. 선택적으로, 프로세서의 신호 전송의 안정성을 확보하기 위해, 프로세서는 와이어를 통해 제2 제어 유닛(T2)과 연결된다.

도 2를 참조하면, 히터(13)는 도가니(12)의 외주에 배치되어 도가니(12)에 대해 열방사를 진행하여, 실리콘 원료를 용융시켜 용융 실리콘을 얻으며, 용융 실리콘을 항상 단결정 실리콘 막대(S)를 인상하는데 유리한 온도로 유지시킨다. 관련 기술에서는 히터가 고정되어 있어, 단결정 실리콘 막대를 인상 시 이동할 수 없기 때문에, 용융 실리콘에서 단결정 실리콘 막대가 인상됨과 동시에, 용융 실리콘 액면 상부에 위치하는 이미 성형된 단결정 실리콘 막대는 여전히 히터의 열방사 범위 내에 있어, 단결정 실리콘 막대의 열량 산실이 느려질 뿐만 아니라, 냉각 속도가 저감되어, 인상 속도가 효과적으로 향상되지 않으며, 단결정 실리콘 막대의 산소 농도까지 저감시킨다. 제2 제어 유닛(T2)에 의해 단열 튜브(14)가 하강하도록 구동됨과 동시에, 히터(13)에 대한 단열 튜브(14)의 위치가 낮아져, 단열 튜브(14)의 보온 효과가 저하되어, 용융 실리콘의 액면이 충분히 가열되지 못하며, 뒤이어 단결정 실리콘 막대(S)의 산소 농도를 충분히 저감시키지 못하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 당해 열장 조절 장치는 제3 제어 유닛(T3)을 더 포함하는데, 제3 제어 유닛(T3)은 히터(13)를 아래에서 지지하고, 히터(13)를 단열 튜브(14)의 하강에 협동하도록 수직 방향으로 하강하도록 구동시킬 수 있다. 상기의 구조를 통해, 인상된 단결정 실리콘 막대(S)가 냉각되기 용이한 상태에 있도록 하며, 냉각 효율이 향상되고, 인상팅 속도가 가속된다. 제2 제어 유닛(T2)과 제3 제어 유닛(T3)은 단열 튜브(14) 및 히터(13)를 각각 독립적으로 구동시킬 수 있어, 히터(13)와 단열 튜브(14)의 높이 위치 관계를 확보하기 때문에, 결정 품질 열화나 단결정화 효율 저하의 문제를 초래하지 않는다.

도 3에 도시된 결정 인상로(100)에 의해 단결정 실리콘 막대(S)를 인상하는 과정은, 도가니(12) 내에서 드래프트 튜브(15)가 상승된 위치에 다결정 실리콘 원료를 로딩하는 단계; 그 다음, 히터(13)에 의해 도가니(12) 내의 다결정 실리콘 원료를 가열하여 다결정 실리콘 원료를 용융시켜 용융 실리콘을 형성하는 단계; 다결정 실리콘 원료가 완전히 용융된 후, 드래프트 튜브(15)를 하강시켜, 드래프트 튜브(15)하부와 용융 실리콘의 액면 사이의 거리가 인상 단결정 실리콘 막대의 품질을 확보할 수 있도록 하는 단계; 및 히터(13) 및 단열 튜브(14)에 의해 용융 실리콘의 액면의 온도를 안정화하고, 종자 결정과 용융 실리콘이 접촉하는 방식에 의해 단결정 실리콘 막대(S)를 인상하는 단계; 를 포함할 수 있다. 상기의 과정에서, 드래프트 튜브(15) 하부와 용융 실리콘의 액면 사이의 거리를 항상 일정하게 유지함과 동시에, 용융 실리콘의 액면의 하강으로 인한 도가니(12) 상승에 따른 폐단을 피하기 위해, 드래프트 튜브(15) 하강의 방식을 적용하여, 드래프트 튜브(15) 하부와 용융 실리콘의 액면 사이의 거리가 일정하게 유지됨을 실현한다. 도 4를 참조하면, 본 출원의 실시예에 따른 단결정 성장용 열장 조절 방법을 나타내고 있다. 당해 열장 조절 방법은 도 2에 도시된 결정 인상로에 적용될 수 있다. 당해 열장 조절 방법은,

단결정 실리콘 막대를 인상하기 전에, 단열 튜브에 의해 드래프트 튜브를 최고 위치에 위치하도록 하여, 다결정 실리콘 원료가 완전히 용융 실리콘으로 용융된 후, 상기 드래프트 튜브를 용융 실리콘의 액면에서 고정 거리로 조절하는 단계; 및

결정 인상 과정에서, 도가니의 높이 위치가 변하지 않고 회전하도록 제어하고, 드래프트 튜브가 수직 방향으로 하향 이동하게 움직이도록 단열 튜브를 구동시켜, 결정 인상 과정에서 드래프트 튜브의 하부와 용융 실리콘의 액면 사이의 거리가 항상 일정하게 유지되도록 하는 단계; 를 포함한다.

도 4에 도시된 기술방안에 의해, 본 출원은, 도가니의 상승 대신 단열 튜브 하강 방식에 의해 드래프트 튜브가 하강하게 움직일 수 있어, 안정적으로 드래프트 튜브 하부와 용융 실리콘의 액면 사이의 거리가 일정하게 유지됨을 실현한다. 나아가, 드래프트 튜브가 수직 방향으로 하향 이동하게 움직이도록 단열 튜브를 구동시켜, 결정 인상 과정에서 드래프트 튜브의 하부와 용융 실리콘의 액면 사이의 거리가 항상 일정하게 유지되도록 하는 단계는 구체적으로,

결정 인상 과정에서, 용융 실리콘의 액면 높이 변화를 모니터링하는 단계; 및

용융 실리콘의 액면 높이 변화에 따라 제2 제어 유닛을 제어하여, 드래프트 튜브와 용융 실리콘의 액면 사이의 거리가 항상 일정하게 유지되도록 하는 단계; 를 포함한다.

용융 실리콘에서 단결정 실리콘 막대가 인상됨과 동시에, 용융 실리콘 액면 상부에 위치하는 이미 성형된 단결정 실리콘 막대는 여전히 히터의 열방사 범위 내에 있기 때문에, 단결정 실리콘 막대의 열량 산실이 느려질 뿐만 아니라, 냉각 속도가 저감되어, 인상 속도가 효과적으로 향상되지 않으며, 단결정 실리콘 막대의 산소 농도까지 저감시킨다. 도 5를 참조하면, 본 출원은, 히터와 단열 튜브가 동시에 하강가능한 방식에 의해, 인상된 단결정 실리콘 막대가 냉각되기 용이한 상태에 있도록 하는 열장 조절 방법을 더 제안한다. 당해 열장 조절 방법은,

단열 튜브를 하향 이동시키는 동시에, 용융 실리콘의 액면 온도를 일정하게 유지하고 히터가 더 이상 인상된 단결정 실리콘 막대에 열량을 전달하지 않도록 히터를 수직 방향으로 하향 이동하도록 구동시키는 단계; 및

단결정 실리콘 막대를 인상하는 열장을 개선하여 인상된 단결정 실리콘 막대의 냉각 속도가 더 빨라지도록 단열 튜브와 히터를 동시에 수직 방향으로 하향 이동시키는 단계; 를 포함한다.

따라서, 본 출원은 단결정 성장용 열장 조절 장치 및 방법을 제공하여, 단열 튜브에 의해 드래프트 튜브가 하강하게 움직이는 방식으로 도가니 상승을 대체함으로써, 도가니 상승에 의해 야기되는 용융 실리콘 액면 떨림 및 단결정 실리콘 막대의 흔들림 문제를 해결하는 동시에, 상기의 과정에서 히터를 상하로 이동하도로 하여 단열 튜브 하강에 협동하는 구조에 의해, 단결정 실리콘 막대 열량 산실이 완만한 문제 및 냉각 속도가 저감되는 문제를 해결한다.

본 출원의 실시예에 기재된 기술방안들은 모순되지 않는 한 임의로 조합될 수 있음을 일러둔다.

상기는 단지 본 출원의 구체적인 실시형태일 뿐, 본 출원의 보호 범위는 이에 국한되지 않으며, 당업자라면 본 출원에 개시된 기술 범위 내에서 변경 또는 대체를 쉽게 생각할 수 있으며, 이러한 변경 또는 대체들은 본 출원의 보호 범위 내에 내포되어야 한다. 따라서, 본 출원의 보호 범위는 특허청구범위의 보호 범위를 기준으로 해야 한다.

Claims (10)

1. 결정 인상로 내에 배치되는 단결정 성장용 열장 조절 장치에 있어서, 상기 열장 조절 장치는,
   상부에 드래프트 튜브가 고정 장착되어 있는 단열 튜브;
   결정 인상 과정에서 도가니의 높이 위치가 변하지 않도록 제어하도록 구성된제1 제어 유닛; 및
   상기 드래프트 튜브의 하부가 용융 실리콘의 액면과의 거리가 항상 일정하게 유지되도록 결정 인상 과정에서 상기 단열 튜브의 수직 방향에 따른 승하강 운동을 구동시키도록 구성된 제2 제어 유닛;
   을 포함하는 열장 조절 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 단열 튜브는,
   히터와 평행되는 측면 보온 커버; 및
   상기 측면 보온 커버의 상부에서 인상된 단결정 실리콘 막대를 향해 수평으로 연장되되 상기 도가니 위를 초과하지 않도록 배치되는 상부 보온 커버를 포함하고,
   상기 드래프트 튜브는 상기 상부 보온 커버와 고정 연결되는 열장 조절 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2 제어 유닛은 또한, 결정 인상 과정에서 상기 단열 튜브를 하강하도록 구동시키는 열장 조절 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 열장 조절 장치는, 상기 히터를 수직 방향으로 승하강 운동을 하도록 구동시키기 위한 제3 제어 유닛을 더 포함하는 열장 조절 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제2 제어 유닛 및 상기 제3 제어 유닛은 상기 단열 튜브 및 상기 히터를 각각 독립적으로 구동시킬 수 있는 열장 조절 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 제어 유닛은 또한, 상기 도가니의 중심선을 중심으로 회전하도록 상기 도가니를 구동시키기 위한 것인 열장 조절 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 열장 조절 장치는,
   상기 용융 실리콘의 액면의 높이 변화를 모니터링하도록 구성된 액면 센서; 및
   상기 용융 실리콘의 액면의 높이 변화에 따라 상기 제어 유닛에 제어 신호를 전달하도록 구성된 프로세서;를 더 포함하는 열장 조절 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 단결정 성장용 열장 조절 장치에 적용되는 단결정 성장용 열장 조절 방법에 있어서,
   상기 열장 조절 방법은,
   단결정 실리콘 막대를 인상하기 전에, 단열 튜브에 의해 드래프트 튜브를 최고 위치에 위치하도록 하여, 다결정 실리콘 원료가 완전히 용융 실리콘으로 용융된 후, 상기 드래프트 튜브를 상기 용융 실리콘의 액면에서 고정 거리로 조절하는 단계; 및
   결정 인상 과정에서, 도가니의 높이 위치가 변하지 않고 회전하도록 제어하고, 상기 드래프트 튜브가 수직 방향으로 하향 이동하게 움직이도록 상기 단열 튜브를 구동시켜, 결정 인상 과정에서 상기 드래프트 튜브의 하부와 상기 용융 실리콘의 액면 사이의 거리가 항상 일정하게 유지되도록 하는 단계;
   를 포함하는 열장 조절 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 드래프트 튜브가 수직 방향으로 하향 이동하게 움직이도록 상기 단열 튜브를 구동시켜, 결정 인상 과정에서 상기 드래프트 튜브의 하부와 상기 용융 실리콘의 액면 사이의 거리가 항상 일정하게 유지되도록 하는 단계는, 구체적으로,
   결정 인상 과정에서, 상기 용융 실리콘의 액면 높이 변화를 모니터링하는 단계; 및
   상기 용융 실리콘의 액면 높이 변화에 따라 제2 제어 유닛을 제어하여, 상기 드래프트 튜브와 상기 용융 실리콘의 액면 사이의 거리가 항상 일정하게 유지되도록 하는 단계;
   를 포함하는 열장 조절 방법.
10. 제8항에 있어서,
    상기 열장 조절 방법은,
    상기 단열 튜브를 하향 이동시키는 동시에, 상기 용융 실리콘의 액면 온도를 일정하게 유지하고 상기 히터가 인상된 단결정 실리콘 막대에 더 이상 열량을 전달하지 않도록 히터를 수직 방향으로 하향 이동하도록 구동시키는 단계; 및
    단결정 실리콘 막대를 인상하는 열장을 개선하여 상기 인상된 단결정 실리콘 막대의 냉각 속도가 더 빨라지도록 상기 단열 튜브와 상기 히터를 동시에 수직 방향으로 하향 이동시키는 단계;
    를 더 포함하는 열장 조절 방법.

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