KR100485662B1 - Grower of single crystalline silicon and Control method of melt gap of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 단결정 성장 장치 및 실리콘 단결정 성장 장치의 멜트 갭을 제어하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silicon single crystal growth apparatus and a method for controlling the melt gap of the silicon single crystal growth apparatus.
이를 위한 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치는 실리콘 단결정 성장 장치에 있어서, 상단부에 열쉴드 결합부가 형성된 일정한 길이의 막대 모양으로 형성된 멜트 갭(melt gap) 제어봉이 열쉴드의 하단부에 탈ㆍ부착 가능하도록 설치된 것이 특징이며, 상기 멜트 갭(melt gap) 제어봉은 석영(Quartz)으로 형성된 것이 바람직하다. The silicon single crystal growth apparatus according to the present invention is a silicon single crystal growth apparatus, in which a melt gap control rod formed in a rod shape having a predetermined length having a heat shield coupling portion at an upper end thereof is installed to be detachably attached to a lower end of the heat shield. The melt gap control rod is preferably formed of quartz.
그리고, 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치의 멜트 갭 제어 방법은 실리콘 단결정 성장 장치에서, 상단부에 열쉴드 결합부가 형성된 일정한 길이의 막대 모양으로 형성된 멜트 갭(melt gap) 제어봉을 열쉴드의 하단부에 설치하는 단계와, 석영 도가니의 내부에 적재한 폴리 실리콘을 완전히 용융시키는 단계와, 페데스탈을 이용하여 상기 석영 도가니를 일정 거리 상승시켜 실리콘 융액의 멜트 레벨(melt level)과 상기 멜트갭 제어봉의 하단부를 접촉시키는 단계와, 미리 설정된 멜트 갭에서 상기 멜트갭 제어봉의 길이를 뺀 거리만큼 상기 석영 도가니를 하강시키는 단계를 포함하여 이루어진다. Further, the melt gap control method of the silicon single crystal growth apparatus of the present invention, in the silicon single crystal growth apparatus, the step of installing a melt gap control rod formed in the shape of a rod of a constant length formed in the upper end of the heat shield coupling portion at the upper end of the heat shield And completely melting the polysilicon loaded in the quartz crucible, and raising the quartz crucible by a distance using a pedestal to contact the melt level of the silicon melt with the lower end of the melt gap control rod. And descending the quartz crucible by a distance obtained by subtracting the length of the melt gap control rod from a preset melt gap.
Description
본 발명은 실리콘 단결정 성장 장치 및 실리콘 단결정 성장 장치의 멜트 갭을 제어하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silicon single crystal growth apparatus and a method for controlling the melt gap of the silicon single crystal growth apparatus.
종래의 실리콘 단결정 성장 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버(10)와, 챔버(10) 내부에 설치된 석영 도가니(20)와, 석영 도가니(20)를 지지하는 흑연 도가니(30)와, 흑연 도가니(30)를 지지하며 상승ㆍ하강ㆍ회전시키는 페데스탈(40)과, 챔버(10) 내벽에 설치된 히터(50)와, 히터(50)의 열이 챔버(10)의 측벽부로 방출되지 못하도록 챔버(10) 내부벽에 설치된 복사 단열체(60)와, 석영 도가니(20) 내부의 실리콘 융액(SM)으로부터 성장하는 실리콘 단결정 잉곳(IG)으로 복사되는 열을 차단하기 위하여 설치된 열쉴드(70)를 포함하여 이루어진다. As shown in FIG. 1, a conventional silicon single crystal growth apparatus includes a chamber 10, a quartz crucible 20 installed inside the chamber 10, a graphite crucible 30 supporting the quartz crucible 20, , The pedestal 40 for supporting the graphite crucible 30 to ascend, descend and rotate, the heater 50 provided on the inner wall of the chamber 10, and the heat of the heater 50 are not discharged to the side wall of the chamber 10. A heat shield 70 installed to prevent heat radiated from the silicon insulator SM inside the quartz crucible 20 and the radiation insulator 60 provided on the inner wall of the chamber 10 to prevent heat radiating from the silicon single crystal ingot IG. )
여기에서 열쉴드(70)는 상술한 바와 같이 실리콘 융액(SM)의 표면과 히터(60)로부터 복사되는 열이 실리콘 단결정 잉곳(IG)으로 전달되지 못하도록 설치되는 것이 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 생산성과 품질 향상을 위하여 최근에 필수적으로 설치한다. 그리고, 열쉴드(70)의 설치 시, 열쉴드(70)의 하단부와 실리콘 융액(SM)의 표면(Melt Level : ML) 간에 일정한 간격(D1)을 유지하며 설치하며, 이 간격(D1)을 멜트 갭(Melt Gap : D1)이라 한다. Here, the heat shield 70 is installed so that heat radiated from the surface of the silicon melt SM and the heater 60 is not transferred to the silicon single crystal ingot IG as described above. In recent years, it is essential to improve the quality and quality. And, when installing the heat shield 70, while maintaining a constant distance (D1) between the lower end of the heat shield 70 and the surface (Melt Level: ML) of the silicon melt (SM), the space (D1) is installed It is called a melt gap (D1).
멜트 갭(D1)은 실리콘 단결정 성장 시, 실리콘 단결정 성장로의 상부에서 주입하여 하부로 배출하는 아르곤(Ar) 가스의 흐름 경로가 되고, 또한, 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 열이력에 영향을 주게된다. 따라서, 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 성장 시, 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 품질 향상과 생산성 증가를 위하여 멜트 갭(D1)을 일정하게 유지하여야 한다.The melt gap D1 becomes a flow path of argon (Ar) gas injected from the upper part of the silicon single crystal growth furnace and discharged to the lower part during the silicon single crystal growth, and also affects the thermal history of the silicon single crystal ingot (IG). do. Therefore, during the growth of the silicon single crystal ingot IG, the melt gap D1 must be kept constant to improve the quality of the silicon single crystal ingot IG and to increase productivity.
이에 종래에는 실리콘 단결정 성장 장치의 설계 도면을 참고하여 도면 상의 위치를 추정하고, 그 후 일정한 높이로 열쉴드(70)를 지지하여 설치한다.In the prior art, a position on the figure is estimated by referring to a design drawing of a silicon single crystal growth apparatus, and then, the heat shield 70 is supported and installed at a constant height.
그러나, 이러한 종래의 방법으로 열쉴드(70)를 설치하더라도, 열쉴드(70)를 설치하여 지지시키는 복사 단열체(60)의 가공 오차 및 석영 도가니(20)를 지지하는 흑연 도가니(30)의 가공 오차, 석영 도가니(20)의 내부에 적재시키는 폴리 실리콘(PS) 량의 오차에 의한 실리콘 융액(SM)의 멜트 레벨(ML)의 오차 등으로 정확한 멜트 갭(D1)을 확보할 수 없었던 것이다. However, even if the heat shield 70 is provided by such a conventional method, the processing error of the radiation insulator 60 for installing and supporting the heat shield 70 and the graphite crucible 30 for supporting the quartz crucible 20 are provided. Accurate melt gap D1 could not be secured due to an error in the melt level (ML) of the silicon melt (SM) due to a machining error and an error in the amount of polysilicon (PS) to be loaded into the quartz crucible 20. .
본 발명은 멜트 갭(Melt Gap)을 정확히 제어 할 수 있는 실리콘 단결정 성장 장치 및 실리콘 단결정 성장 장치의 멜트 갭 제어 방법을 제공하려는 것이다.An object of the present invention is to provide a silicon single crystal growth apparatus and a melt gap control method of a silicon single crystal growth apparatus capable of accurately controlling a melt gap.
이를 위한 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치는 챔버와, 상기 챔버 내부에 설치된 석영 도가니와, 상기 석영 도가니를 지지하는 흑연 도가니와, 상기 흑연 도가니를 지지하며 상승ㆍ하강ㆍ회전시키는 페데스탈과, 상기 챔버 내벽에 설치된 히터와, 상기 히터의 열이 상기 챔버의 측벽부로 방출되지 못하도록 상기 챔버 내부벽에 설치된 복사 단열체와, 상기 석영 도가니 내부의 실리콘 융액으로부터 성장하는 실리콘 단결정 잉곳으로 복사되는 열을 차단하기 위하여 설치된 열쉴드를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치에 있어서, 상단부에 열쉴드 결합부가 형성된 일정한 길이의 막대 모양으로 형성된 멜트 갭(melt gap) 제어봉이 상기 열쉴드의 하단부에 탈ㆍ부착 가능하도록 설치된 것이 특징이며, 상기 멜트 갭(melt gap) 제어봉은 석영(Quartz)으로 형성된 것이 바람직하다. The silicon single crystal growth apparatus according to the present invention has a chamber, a quartz crucible installed inside the chamber, a graphite crucible for supporting the quartz crucible, a pedestal for supporting the graphite crucible to rise, fall, and rotate, and the chamber inner wall. A heater installed, a radiant insulator provided on the inner wall of the chamber so that heat of the heater is not discharged to the side wall of the chamber, and heat provided to block heat radiated to the silicon single crystal ingot growing from the silicon melt inside the quartz crucible. A silicon single crystal growth apparatus including a shield, characterized in that a melt gap control rod formed in a rod shape having a predetermined length having a heat shield coupling portion formed at an upper end thereof is installed to be detachably attached to a lower end of the heat shield. Melt gap control rods formed of quartz This is preferred.
그리고, 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치의 멜트 갭 제어 방법은 실리콘 단결정 성장 장치에서, 상단부에 열쉴드 결합부가 형성된 일정한 길이의 막대 모양으로 형성된 멜트 갭(melt gap) 제어봉을 상기 열쉴드의 하단부에 설치하는 단계와, 상기 석영 도가니의 내부에 적재한 폴리 실리콘을 완전히 용융시키는 단계와, 상기 페데스탈을 이용하여 상기 석영 도가니를 일정 거리 상승시켜 실리콘 융액의 멜트 레벨(melt level)과 상기 멜트갭 제어봉의 하단부를 접촉시키는 단계와, 미리 설정된 멜트 갭에서 상기 멜트갭 제어봉의 길이를 뺀 거리만큼 상기 석영 도가니를 하강시키는 단계를 포함하여 이루어진다. In addition, the melt gap control method of the silicon single crystal growth apparatus of the present invention, in the silicon single crystal growth apparatus, a melt gap control rod formed in a rod shape having a predetermined length having a heat shield coupling portion formed at an upper end thereof is provided at a lower end of the heat shield. And melting the polysilicon loaded in the quartz crucible completely, and raising the quartz crucible by a predetermined distance using the pedestal to melt the melt level of the silicon melt and the lower end of the melt gap control rod. And bringing the quartz crucible down by a distance obtained by subtracting the length of the melt gap control rod from a preset melt gap.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.
먼저, 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치는, 도 2에 도시된 바와 같은, 상부에 열쉴드 결합부(81)가 형성된 일정한 길이의 막대부(82)로 형성된 멜트갭 제어봉(80)이 설치된다. First, in the silicon single crystal growth apparatus of the present invention, as shown in FIG. 2, a melt gap control rod 80 formed of a rod portion 82 having a constant length having a heat shield coupling portion 81 formed thereon is installed.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 챔버(10)와, 챔버(10) 내부에 설치된 석영 도가니(20)와, 석영 도가니(20)를 지지하는 흑연 도가니(30)와, 흑연 도가니(30)를 지지하며 상승ㆍ하강ㆍ회전시키는 페데스탈(40)과, 챔버(10) 내벽에 설치된 히터(50)와, 히터(50)의 열이 챔버(10)의 측벽부로 방출되지 못하도록 챔버(10) 내부벽에 설치된 복사 단열체(60)와, 석영 도가니(10) 내부의 실리콘 융액(SM)으로부터 성장하는 실리콘 단결정 잉곳(IG)으로 복사되는 열을 차단하기 위하여 설치된 열쉴드(70)를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치에 있어서, 열쉴드(70)의 하단부에 멜트갭 제어봉(80)이 탈ㆍ부착 가능하도록 설치된 것이다. That is, as shown in FIG. 3, the chamber 10, the quartz crucible 20 installed inside the chamber 10, the graphite crucible 30 supporting the quartz crucible 20, and the graphite crucible 30 The pedestal 40 which supports, lifts, lowers and rotates, the heater 50 provided on the inner wall of the chamber 10, and the heat of the heater 50 to prevent the heat of the heater 50 from being discharged to the side wall of the chamber 10. A silicon single crystal comprising a radiant insulator 60 provided in the heat shield and a heat shield 70 provided to block heat radiated from the silicon melt SM inside the quartz crucible 10 to the silicon single crystal ingot IG. In the growth apparatus, the melt gap control rod 80 is attached to the lower end of the heat shield 70 so as to be detachable.
따라서, 실리콘 단결정 성장 장치의 운영자(Operator)는 챔버(10)의 상부에 설치되어 있는 외부 관찰경(Ob)을 통하여 멜트갭 제어봉(80)을 관측하면서 멜트 갭(D1)을 정확하게 제어할 수 있는 것이다. Therefore, the operator of the silicon single crystal growth apparatus can accurately control the melt gap D1 while observing the melt gap control rod 80 through an external observation mirror Ob installed in the upper portion of the chamber 10. will be.
여기에서 실리콘 단결정 잉곳(IG)으로 멜트갭 제어봉(80)에 의한 오염을 방지하고, 고온의 챔버(10) 내부에서 녹지 않도록 석영(Quartz)으로 형성된 것이 바람직하다. Here, the silicon single crystal ingot IG is preferably formed of quartz to prevent contamination by the melt gap control rod 80 and to not melt inside the high temperature chamber 10.
그리고, 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치의 멜트갭 제어 방법은, 도 4에 나타낸 바와 같다. And the melt gap control method of the silicon single crystal growth apparatus of this invention is as showing in FIG.
즉, 먼저 도 5a에 도시된 바와 같이, 실리콘 단결정 성장 장치에 설치되어 있는 열쉴드(70)의 하단부에 멜트갭(melt gap) 제어봉(80)을 설치하고, 석영 도가니(20)의 내부에 적재한 폴리 실리콘(PS)을 완전히 용융시켜 도 5b에 도시된 바와 같이 되도록 한다.That is, first, as shown in FIG. 5A, a melt gap control rod 80 is installed at the lower end of the heat shield 70 installed in the silicon single crystal growth apparatus, and loaded into the quartz crucible 20. One polysilicon (PS) is completely melted to make it as shown in FIG. 5B.
그 후, 실리콘 단결정 성장 장치의 운영자(Operator)는 외부 관측경(Ob)를 통하여 멜트 레벨(ML)과 멜트 갭 제어봉(80)의 하단부를 관찰하면서, 페데스탈(40)을 이용하여 석영 도가니(20)를 일정 거리 상승시켜, 도 5c에 도시된 바와 같이, 실리콘 융액(SM)의 멜트 레벨(ML)과 멜트갭 제어봉(80)의 하단부를 접촉시킨다. Thereafter, the operator of the silicon single crystal growth apparatus observes the melt level ML and the lower end of the melt gap control rod 80 through the external observation mirror Ob, while using the quartz crucible 20 using the pedestal 40. ) By a certain distance, as shown in FIG. 5C, the melt level ML of the silicon melt SM is brought into contact with the lower end of the melt gap control rod 80.
그리고, 미리 설정된 멜트 갭(D1)에서 멜트 갭 제어봉(80)의 길이(L)를 뺀 거리(D2)만큼 석영 도가니(20)를 하강시킴으로서, 열쉴드(70)와 실리콘 융액(SM)의 표면간의 간격을 미리 설정된 멜트 갭(D1)과 정확하게 일치되도록 할 수 있는 것이다. Then, the quartz crucible 20 is lowered by the distance D2 obtained by subtracting the length L of the melt gap control rod 80 from the preset melt gap D1, thereby providing a surface of the heat shield 70 and the silicon melt SM. The spacing between the two can be exactly coincided with the preset melt gap D1.
상술한 바와 같은 방법으로 미리 설정 된 멜트 갭(D1)으로 제어한 후에는 실리콘 융액(SM)으로 시드 결정을 디핑(dipping)시켜, 도 3에 도시된 바와 같이 실리콘 단결정 잉곳(IG)을 성장시키는 것이다.After controlling to the predetermined melt gap D1 by the method as described above, the seed crystal is dipped with silicon melt SM to grow the silicon single crystal ingot IG as shown in FIG. 3. will be.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the claims It belongs to the scope of the present invention.
본 발명은 실리콘 단결정 성장 장치에 멜트 갭 제어봉을 설치함으로서, 멜트 갭(Melt Gap)을 정확히 제어 할 수 있는 실리콘 단결정 성장 장치 및 실리콘 단결정 성장 장치의 멜트 갭 제어 방법을 제공하였다. The present invention provides a melt gap control method of a silicon single crystal growth apparatus and a silicon single crystal growth apparatus capable of precisely controlling a melt gap by installing a melt gap control rod in a silicon single crystal growth apparatus.
도 1은 종래의 실리콘 단결정 성장 장치의 개략적인 단면도.1 is a schematic cross-sectional view of a conventional silicon single crystal growth apparatus.
도 2은 본 발명의 멜트 갭 제어봉의 단면도.2 is a cross-sectional view of the melt gap control rod of the present invention.
도 3은 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치의 단면도.3 is a cross-sectional view of a silicon single crystal growth apparatus of the present invention.
도 4는 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치의 멜트 갭 제어 방법의 공정 순서도.Figure 4 is a process flow chart of the melt gap control method of the silicon single crystal growth apparatus of the present invention.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명인 실리콘 단결정 성장 장치의 멜트 갭 제어 방법의 각 단계별 공정도. 5A to 5D are process charts for each step of the melt gap control method of the silicon single crystal growth apparatus of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 챔버 20 : 석영 도가니10 chamber 20 quartz crucible
30 : 흑연 도가니 40 : 페데스탈30: graphite crucible 40: pedestal
50 : 히터 60 : 복사 단열체50 heater 60 radiant insulation
70 : 열쉴드 80 : 멜트 갭 제어봉70: heat shield 80: melt gap control rod
IG : 실리콘 단결정 잉곳 SM : 실리콘 융액IG: silicon single crystal ingot SM: silicon melt
PS : 폴리 실리콘PS: Polysilicon
D1 : 멜트 갭(melt gap) L : 멜트 갭 측정봉의 길이D1: Melt Gap L: Length of Melt Gap Measuring Rod
D2 : 멜트 갭에서 멜트 갭 측정봉의 길이를 뺀 거리D2: Melt gap minus length of melt gap measuring rod
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