KR101376923B1 - Ingot growing apparatus and method for growing ingot - Google Patents
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Abstract
본 실시예의 잉곳 성장 장치는, 내부 공간을 갖는 메인 챔버; 상기 메인 챔버 내에 마련되고, 실리콘 융액이 수용되는 도가니; 상기 도가니를 수용하는 도가니 지지대; 상기 도가니 지지대를 승강 또는 회전시키는 회전축; 상기 도가니의 측방향에 마련되는 측면 히터; 상기 도가니의 상측에 위치하고, 잉곳 성장을 위한 종자 단결정이 결합가능한 씨드척; 상기 씨드척에 착탈되며, 실리콘 융액을 가열하기 위한 상부 히터; 상기 씨드척이 승강되도록 상기 씨드척에 연결되는 씨드척 와이어; 및 상기 상부 히터로 전기를 제공하기 위한 일렉트로드;가 포함되고, 상기 일렉트로드의 길이를 조절하기 위한 서브 권취부는, 상기 메인 챔버의 상측에 구성된다. Ingot growth apparatus of the present embodiment, the main chamber having an internal space; A crucible provided in the main chamber and containing a silicon melt; A crucible support for receiving the crucible; A rotating shaft for elevating or rotating the crucible support; A side heater provided in a lateral direction of the crucible; A seed chuck positioned above the crucible and capable of combining seed single crystals for ingot growth; An upper heater detachable from the seed chuck and configured to heat a silicon melt; A seed chuck wire connected to the seed chuck such that the seed chuck is elevated; And an electr rod for providing electricity to the upper heater, wherein the sub winding unit for adjusting the length of the electr rod is configured above the main chamber.
Description
본 실시예는 잉곳 성장 장치 및 잉곳 성장 방법에 대한 것이다. This embodiment relates to an ingot growth apparatus and an ingot growth method.
일반적으로 실리콘 단결정 잉곳은 초크랄스키법(CZ법)으로 제조된다. CZ법은 석영도가니에 실리콘을 넣고 도가니를 가열하여 실리콘을 용융시키고, 종자 단결정(seed crystal)을 실리콘 융액에 접촉시킨 상태에서 회전하면서 서서히 끌어올리면서 종자 단결정 표면에서 융액을 고체로 응고시킴에 따라 소정의 지름을 갖는 잉곳을 성장시키는 방법이다. Generally, silicon single crystal ingots are manufactured by Czochralski method (CZ method). In the CZ method, silicon is placed in a quartz crucible and the crucible is heated to melt the silicon, and the melt is solidified on the surface of the seed single crystal as it is slowly pulled up while rotating the seed crystal in contact with the silicon melt. It is a method of growing an ingot having a predetermined diameter.
CZ법을 이용한 실리콘 단결정 잉곳 제조장치는 실리콘의 용융을 위한 챔버와 실리콘 잉곳을 인상하면서 성장시키는 인상로로 이루어지고, 챔버 내부에는 실리콘을 용융시키고 융액을 수용하는 도가니, 히터, 단열재 등의 구조물이 구비된다. 여기서, 챔버 내에 구비되는 구조물들을 핫존 파트라고 하는데, 핫존 파트의 대부분은 흑연으로 이루어지며, 구성성분은 특성 및 제조사에 따라 달라진다. The silicon single crystal ingot manufacturing apparatus using the CZ method is composed of an impression furnace which grows while raising a silicon ingot and a chamber for melting silicon, and there are structures such as a crucible, a heater, a heat insulator that melts silicon and receives a melt inside the chamber. It is provided. Herein, the structures provided in the chamber are called hot zone parts, and most of the hot zone parts are made of graphite, and components vary according to characteristics and manufacturers.
한편, 도가니는 석영으로 이루어지는 것이 일반적인데, 실리콘을 용융시키기 위하여 도가니를 가열하면, 도가니를 구성하는 석영에 포함된 산소가 실리콘 용융액으로 침투하게 되어, 제조된 단결정 내의 산소 농도가 증가하게 된다. 이러한 사항은, 실제로 제작된 디바이스의 성능에 문제를 발생시키며, 중금속에 의한 오염보다도 단결정 내 산소의 과포화로 인한 디바이스 성능 열화가 더 큰 문제를 야기할 수 있다. On the other hand, the crucible is generally made of quartz. When the crucible is heated to melt the silicon, oxygen contained in the quartz constituting the crucible penetrates into the silicon melt, thereby increasing the oxygen concentration in the prepared single crystal. This causes a problem in the performance of the actually manufactured device, and the deterioration of device performance due to the supersaturation of oxygen in the single crystal may cause more problems than the contamination by heavy metals.
본 실시예는, 도가니 내의 실리콘을 용융시키면서 도가니로부터 실리콘 용융액으로 산소가 침투되는 것을 저감시킬 수 있는 상부 히터가 구비된 잉곳 성장 장치를 제안한다. The present embodiment proposes an ingot growth apparatus equipped with an upper heater that can reduce the penetration of oxygen from the crucible into the silicon melt while melting the silicon in the crucible.
특히, 도가니의 하측에 히터를 마련하지 않더라도, 실리콘 용융을 효율을 증대시키도록 하여, 실리콘의 효율적인 용융을 위하여 도가니 하측에 히터를 마련한 종래의 장치에 비하여 단결정 내 산소 농도를 충분히 저감시킬 수 있는 장치와 그 방법을 제안한다. Particularly, even if a heater is not provided below the crucible, the device can increase the efficiency of silicon melting and can sufficiently reduce the oxygen concentration in the single crystal compared to a conventional device in which a heater is provided below the crucible for efficient melting of silicon. Suggests and how.
또한, 도가니 상측에서 실리콘 용융을 위하여 제공되는 상부 히터가 상하로 승강되는 구조를 제안함으로써, 도가니 내의 실리콘 용융시에 그 용융 정도에 따라 상기 상부 히터가 도가니 측으로 하강하여 용융의 효과를 증가시키는 장치 및 그 방법을 제안한다. In addition, by suggesting a structure in which the upper heater provided for melting the silicon in the upper crucible up and down, the upper heater is lowered to the crucible side in accordance with the degree of melting when melting the silicon in the crucible to increase the effect of melting and I suggest the method.
또한, 상부 히터로 전기를 공급하기 위한 일렉트로드, 상부 히터를 상하로 승강시키기 위하여 씨드척에 연결되는 와이어 간에 꼬임 현상이 발생되지 않도록 하기 위하여, 일렉트로드를 권취하기 위한 권취부가 메인 챔버의 상부측에 형성되는 구조를 제안함으로써, 풀챔버 내부에서 승강하는 씨드척 와이어의 이동을 상부 히터의 일렉트로드가 방해하지 않게 된다. In addition, the winding portion for winding the electric rod to the upper side of the main chamber in order to prevent the occurrence of twisting between the electric wire for supplying electricity to the upper heater, the wire connected to the seed chuck to raise and lower the upper heater up and down By suggesting a structure formed in the upper chamber, the movement of the seed chuck wire which is raised and lowered inside the full chamber does not interfere with the movement of the electroload of the upper heater.
또한, 상부 히터의 상측에서 유입되는 비활성가스가 도가니 측으로 보다 잘 유입되도록 상부 히터의 형상을 갖도록 함으로써, 실리콘 용융시에 불활성 가스가 도가니 중심부를 향하게 되어 용융 효율을 증대시킬 수 있는 장치 및 방법을 제안한다. In addition, by providing a shape of the upper heater so that the inert gas flowing from the upper side of the upper heater is better introduced into the crucible side, it is proposed an apparatus and method for inert gas toward the center of the crucible during the melting of the silicon to increase the melting efficiency do.
본 실시예의 잉곳 성장 장치는, 내부 공간을 갖는 메인 챔버; 상기 메인 챔버 내에 마련되고, 실리콘 융액이 수용되는 도가니; 상기 도가니를 수용하는 도가니 지지대; 상기 도가니 지지대를 승강 또는 회전시키는 회전축; 상기 도가니의 측방향에 마련되는 측면 히터; 상기 도가니의 상측에 위치하고, 잉곳 성장을 위한 종자 단결정이 결합가능한 씨드척; 상기 씨드척에 착탈되며, 실리콘 융액을 가열하기 위한 상부 히터; 상기 씨드척이 승강되도록 상기 씨드척에 연결되는 씨드척 와이어; 및 상기 상부 히터로 전기를 제공하기 위한 일렉트로드;가 포함되고, 상기 일렉트로드의 길이를 조절하기 위한 서브 권취부는, 상기 메인 챔버의 상측에 구성된다. Ingot growth apparatus of the present embodiment, the main chamber having an internal space; A crucible provided in the main chamber and containing a silicon melt; A crucible support for receiving the crucible; A rotating shaft for elevating or rotating the crucible support; A side heater provided in a lateral direction of the crucible; A seed chuck positioned above the crucible and capable of combining seed single crystals for ingot growth; An upper heater detachable from the seed chuck and configured to heat a silicon melt; A seed chuck wire connected to the seed chuck such that the seed chuck is elevated; And an electr rod for providing electricity to the upper heater, wherein the sub winding unit for adjusting the length of the electr rod is configured above the main chamber.
또한, 본 실시예의 잉곳 성장 장치는, 실리콘이 수용되는 도가니와, 상기 도가니의 주위에 배치되어 상기 도가니로 열을 가하는 측면 히터와, 상기 도기니와 측면 히터가 수용되는 메인 챔버와, 실리콘 용융시에 상기 메인 챔버 내로 불활성 가스를 유입하기 위한 가스 도입구를 포함하는 잉곳 성장 장치로서, 상기 메인 챔버 내부를 출입하고, 실리콘 성장을 위한 종자 단결정이 결합가능한 씨드척과, 상기 씨드척에 장착가능하고, 상기 도가니의 상측에서 열을 발생하는 상부 히터가 포함되고, 상기 상부 히터는, 상기 종자 단결정과 연결되는 씨드척 연결부와, 상기 씨드척 연결부의 일단에 연결된 복수의 히터 윙으로 이루어진다. In addition, the ingot growth apparatus of the present embodiment includes a crucible in which silicon is accommodated, a side heater disposed around the crucible and applying heat to the crucible, a main chamber in which the crucible and the side heater are accommodated, and at the time of melting the silicon. An ingot growth apparatus comprising a gas inlet for introducing an inert gas into the main chamber, comprising: a seed chuck capable of entering and exiting the main chamber and capable of combining seed single crystals for silicon growth; An upper heater for generating heat on the upper side of the crucible is included, and the upper heater includes a seed chuck connection part connected to the seed single crystal and a plurality of heater wings connected to one end of the seed chuck connection part.
또한, 본 실시예의 잉곳 성장 방법은, 도가니가 수용되는 메인 챔버와, 상기 메인 챔버의 상측에 마련되는 풀챔버와, 상기 풀챔버의 상측에 구비된 메인 권취부와, 상기 메인 권취부에 의하여 씨드척 와이어의 길이가 조절됨으로써 높이가 조절되는 씨드척과, 상기 메인 챔버의 상측부에 마련되는 서브 권취부와, 상기 서브 권취부에 의하여 길이가 조절되는 일렉트로드와, 상기 일렉트로드를 통하여 전기를 공급받아 열을 발생시키는 상부 히터를 포함하는 장치를 이용하여 잉곳을 성장하는 방법에 있어서, 잉곳 성장을 위한 전단계로서, 상기 도가니 내에 수용되는 실리콘의 용융은, 상기 상부 히터가 순차적으로 하강함으로써, 상기 도가니 측으로 이동하는 것에 의하여 수행된다. In addition, the ingot growth method according to the present embodiment includes a main chamber in which the crucible is accommodated, a full chamber provided above the main chamber, a main winding part provided above the pool chamber, and a seed by the main winding part. A seed chuck whose height is adjusted by adjusting the length of the chuck wire, a sub winding part provided at an upper side of the main chamber, an electric rod whose length is adjusted by the sub winding part, and electricity is supplied through the electric rod. In the method of growing an ingot using a device comprising an upper heater for receiving heat, the melting of silicon contained in the crucible as a pre-step for ingot growth, the lower temperature of the crucible By moving to the side.
본 실시예에 의해서, 도가니 하측에 별도의 하측 히터를 구성시키지 않더라도, 상부 히터와 측면 히터에 의해서 효율적으로 실리콘을 용융시킬 수 있는 장점이 있다. 그리고, 측면 히터의 파워를 감소시키더라도, 상부 히터의 상하 이동에 의하여 실리콘 용융이 원활히 이루어질 수 있다. According to this embodiment, even if a separate lower heater is not configured under the crucible, there is an advantage that silicon can be efficiently melted by the upper heater and the side heater. And, even if the power of the side heater is reduced, the silicon melting can be made smoothly by the vertical movement of the upper heater.
또한, 상부 히터가 씨드척에 착탈가능하도록 구성하고, 상부 히터로 전기를 전달하기 위한 일렉트로드가 메인 챔버 상측에 마련된 권취부에 의하여 길이가 조절됨으로써, 씨드척 와이어와의 꼬임 현상을 피할 수 있으며, 그 착탈이 용이해지는 장점이 있다. In addition, the upper heater is configured to be detachable from the seed chuck, the length of the electric rod for transferring electricity to the upper heater is adjusted by the winding portion provided on the upper side of the main chamber, it is possible to avoid the twisting phenomenon with the seed chuck wire, There is an advantage that the removal is easy.
또한, 상부 히터가 갖는 자체 형상에 의하여, 불활성 가스가 도가니 중심부를 향하도록 가이드되기 때문에, 실리콘 용융시 산화물 증착 억제 효과가 보다 효과적으로 달성될 수 있다. In addition, since the inert gas is guided toward the crucible center by the shape of the upper heater, the effect of suppressing oxide deposition upon melting of silicon can be more effectively achieved.
도 1은 본 실시예의 잉곳 성장 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 실시예의 상부 히터의 사시도와 하부면을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 실시예의 상부 히터를 구성하는 히터 윙의 단면도이다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 실리콘 가열 방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 제 2 실시예에 따른 실리콘 가열 방법을 설명하는 도면이다. 1 is a view for explaining the ingot growth apparatus of this embodiment.
2 is a view showing a perspective view and a bottom surface of the upper heater of this embodiment.
3 is a cross-sectional view of a heater wing constituting the upper heater of the present embodiment.
4 is a view for explaining a silicon heating method according to the first embodiment.
5 is a view for explaining a silicon heating method according to the second embodiment.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the scope of the inventive concept of the present embodiment can be determined from the matters disclosed in the present embodiment, and the spirit of the present invention possessed by the present embodiment is not limited to the embodiments in which addition, Variations.
그리고, 이하의 설명에서, 단어 '포함하는'은 열거된 것과 다른 구성요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. In the following description, the word " comprising " does not exclude the presence of other elements or steps than those listed.
도 1은 본 실시예의 잉곳 성장 장치를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining the ingot growth apparatus of this embodiment.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 실시예의 잉곳 성장 장치는, 도가니(110)가 수용되는 메인 챔버(100)와, 메인 챔버(100)의 바닥부를 관통하여 설치되는 회전축(190)과, 상기 회전축(190) 상부에 고정되면서 도가니(110)를 수용하는 도가니 지지대(120)와, 상기 도가니 지지대(120)의 측면에 설치되는 측면 히터(130)와, 도가니로부터의 복사열에 의한 실리콘 단결정 잉곳의 가열을 방지하면서 실리콘 융액의 온도 변동을 억제하기 위한 리플렉터(150)와, 종자 단결정과 상부 히터가 선택적으로 결합되는 씨드척(160)과, 상기 씨드척(160)을 승강시키기 위하여 씨드척 상부에 연결되는 씨드척 와이어(170)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the ingot growth apparatus of the embodiment includes a
그리고, 상기 회전축(190)을 승강 및 회전시키기 위한 구동부가 더 포함된다. In addition, the driving unit for lifting and rotating the
또한, 상기 메인 챔버(100)의 상부에는 잉곳의 성장 경로를 제공하면서, 상기 씨드척 와이어(170)가 통과하는 풀챔버가 더 마련되며, 상기 풀챔버의 상부에는 상기 씨드척 와이어(170)를 권취하기 위한 권취장치(메인 권취부라 할 수 있음)가 마련된다. In addition, a full chamber through which the
특히, 본 실시예에 따르면, 상기 씨드척(160)에 결합 가능한 상부 히터(300)가 마련되고, 상기 상부 히터(300)는 잉곳 성장 공정 이전의 실리콘 용융 단계에서 상기 씨드척(160)에 결합되어 상기 씨드척 와이어(170)에 의하여 메인 챔버 내에서의 승강이 이루어진다. In particular, according to this embodiment, the
그리고, 상기 측면 히터(130)에 의한 실리콘 용융 시에, 용융 효율을 증대기시키기 위하여, 상기 상부 히터(300)에서도 발열이 이루어지며, 이를 위하여 상부 히터(300)에 전기를 공급하기 위한 일렉트로드(180)와, 상기 씨드척(160)의 승강에 따라 상기 일렉트로드(180)의 길이를 변화시키기 위한 권취부(200, 서브 권취부라 할 수 있음)가 마련된다. In addition, when the silicon is melted by the
상기 권취부(200)는 도가니를 수용하는 메인 챔버(100)의 상부 일측에 마련되는데, 이것은 씨드척 와이어(170)의 길이 조절에 따라 씨드척(160)의 승강하는 때에, 씨드척 와이어(170)가 상부 히터로 전기를 공급하기 위한 일렉트로드(180)와 꼬이게 되거나 승강에 방해가 되는 것을 방지하기 위함이다. The
왜냐하면, 씨드척 와이어(170)를 권취하기 위한 권취장치는 풀챔버의 상측에 위치하는 경우가 일반적인데, 상기 상부 히터(300)로 전기를 가하기 위한 일렉트로드 역시 풀챔버 내부를 통과하여 풀챔버 상측의 권취장치에 의하여 권취된다면, 씨드척 와이어(170)와 일렉트로드 사이에 꼬임 현상이 발생하거나 양자의 승강에 방해가 될 수 있기 때문이다. This is because the winding device for winding the
그리고, 본 실시예와 같이, 상부 히터를 위한 일렉트로드(180)를 권취하기 위한 권취부(200)가 메인 챔버(100)의 상측부에 구성되는 것에 의하여, 상기 씨드척(160)에 상부 히터(300)를 결합 또는 분리시키는 것이 용이해진다. 상기 씨드척(160)에 상부 히터(300) 또는 종자 단결정을 선택적으로 결합시키는 경우에, 메인 챔버(100)의 상측에 위치하는 풀챔버를 메인 챔버(100)로부터 분리하게 되는데, 상기 권취부(200)가 메인 챔버 상측에 마련됨으로써 풀챔버 분리시에 상기 상부 히터(300)의 결합과 분리가 보다 용이해진다. And, as in the present embodiment, the
또한, 실시예의 잉곳 성장 장치의 각 구성을 제어하는 제어장치는, 씨드척 와이어(170)의 길이를 조절함으로써 상기 상부 히터(300)가 도가니에 가깝게 이동되도록 하거나 멀리 이동되도록 한다. In addition, the controller for controlling each configuration of the ingot growth apparatus of the embodiment, by adjusting the length of the
이때, 상기 제어장치는 상기 씨드척 와이어(170)의 길이 변화시에 상기 권취부(200)를 제어하여 일렉트로드(180) 역시 동일하게 길이가 변화되도록 한다. 예를 들면, 제어장치는, 씨드척(160) 50mm 하강시에, 상기 일렉트로드(180)의 길이도 50mm 늘어나도록 상기 권취부(200)의 동작을 제어한다. 반대로, 씨드척(160)의 상승시에도, 그 상승 길이에 대응되도록 상기 권취부(200)의 동작을 제어하여야 한다. At this time, the control device controls the
한편, 상기 메인 챔버(100) 내부로 Ar과 같은 불활성 가스를 유입시키기 위한 가스 도입구와, 유입된 가스를 배출시키기 위한 가스 배출관 등이 더 형성되는데, 본 실시예의 상부 히터(300)는 유입되는 불활성 가스를 도가니 내측 중심부로 유도하여, 핫존 내에 산화물이 증착되는 것을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. Meanwhile, a gas inlet for introducing an inert gas such as Ar into the
즉, 메인 챔버(100)의 일측 또는 상측에서 유입되는 불활성 가스는 상부 히터(300)의 상부로 유입되는데, 상기 상부 히터(300)의 형상에 의하여 유입된 불활성 가스는 도가니의 중심부를 향하도록 가이드된다. 이에 대해서는, 첨부되는 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하여 본다. That is, the inert gas introduced from one side or the upper side of the
도 2(a)는 본 실시예의 상부 히터의 사시도이고, 도 2(b)는 본 실시예의 상부 히터의 하부면을 보여주는 도면이고, 도 3는 본 실시예의 상부 히터를 구성하는 히터 윙의 단면도이다. Figure 2 (a) is a perspective view of the upper heater of this embodiment, Figure 2 (b) is a view showing the lower surface of the upper heater of the present embodiment, Figure 3 is a cross-sectional view of the heater wing constituting the upper heater of the present embodiment. .
도 2 내지 도 3을 참조하면, 실시예의 상부 히터(300)는 씨드척(160)과 연결되는 씨드척 연결부(310)와, 상기 씨드척 연결부(310)의 일단으로부터 연장되는 적어도 2이상의 히터 윙(320)을 포함한다. 2 to 3, the
상기 씨드척 연결부(310)는 봉(俸) 형상으로 이루어지고, 일단은 상기 씨드척(160)과 연결되고, 타단은 복수의 히터 윙(320)이 연결되어 있다. The seed
또한, 상기 히터 윙(320)은 제 1 히터 윙(321), 제 2 히터 윙(322)과 같이 적어도 2 이상의 히터 윙들로 이루어지며, 상기 히터 윙(320)의 일측은 상기 씨드척 연결부(310)와 연결되어 있다. 그리고, 상기 히터 윙(320)은 상기 씨드척 연결부(310)에 대하여 수직하게 연결될 수 있으나, 구성요소의 배치가 반드시 수직하여야만 하는 것은 아니며, 실시예의 변형에 따라 다양하게 변경 적용가능하다. 도 2의 (a)와 (b)에는, 상기 히터 윙(320)을 12개로 구성되는 경우를 예시하였다. In addition, the
특히, 상기 히터 윙(320) 각각은 상기 씨드척 연결부(310)로부터 멀어지는 영역일수록 그 두께 내지는 그 높이가 큰 형상으로 이루어진다. 즉, 히터 윙(320) 각각은 사각 또는 다각 형상으로 이루어지며, 상기 씨드척 연결부(310)에 가까운 부위일수록 그 두께 또는 높이가 점차 작아지도록 형성된다. In particular, each of the
또 다른 표현으로는, 히터 윙(320)은 상기 씨드척 연결부(310)의 길이방향으로 소정 두께를 갖도록 형성되고, 상기 히터 윙(320)는 상기 씨드척 연결부(310)를 기준으로 외측부와, 중심부로 구분될 수 있으며, 상기 히터 윙(320)의 외측부의 두께는 중심부의 두께보다 더 크게 형성된다고 할 수 있다(도 3 참조).In another expression, the
그리고, 상기 히터 윙(320)의 씨드척 연결부의 길이방향에 대응되는 두께는, 씨드척 연결부에 가까운 중심부로 갈수록 점진적으로 감소하도록 형성될 수 있지만, 반드시 그 두께 변화가 순차적으로 내지는 연속하여 감소될 필요는 없다. 설계의 다양한 변경으로, 히터 윙(320)의 외측부 두께를 A mm 이상으로 설계하고, 중심부의 두께를 B mm 이하로 설계하는 것도 가능하다. 여기서, A는 50, B는 30이 될 수 있으며, 상부 히터의 하부면 전체 길이는 200mm가 될 수 있다(도 2(b)). In addition, the thickness corresponding to the longitudinal direction of the seed chuck connecting portion of the
상기 히터 윙(320)의 두께를 씨드척 연결부(320)에 가깝거나 멀수록 다르게 형성하는 것은, 상부 히터(300)의 상측에서 유입되는 불활성 가스가 도가니 중심측을 향하도록 가이드하는 역할을 하기 위함이다. 즉, 메인 챔버의 상측에서 유입되는 불활성 가스는 도가니 측에 도달하기 전에, 상부 히터(300)의 상부면에 도달하게 되는데, 상부 히터를 구성하는 히터 윙(320)의 두께 변화로 인하여 유입된 불활성 가스는 씨드척 연결부(310) 또는 도가니의 중심을 향하도록 안내될 수 있다.Forming the thickness of the
그리고, 상기 히터 윙(320)의 두께를 상부 히터의 중심부(씨드척 연결부에 인접한 부분)로 갈수록 그 두께가 얇아지는 이유로는, 실리콘의 융해 효율을 증대시키기 위한 것도 있다. 즉, 상부 히터의 발열 방식이 저항 발열인 경우에는, 중심부(씨드척 연결부에 인접한 영역) 측이 얇을수록 발열량이 증가하게 되는데, 용융의 대상이 되는 실리콘이 도가니 내에 산 모양으로 적층되더라도, 실리콘의 중심 영역(도가니 중심 영역)에 대한 가열이 강조될 수 있어, 결국 실리콘 용융의 효율을 증대시킬 수 있기 때문이다. In addition, the thickness of the
반면에, 용융의 대상이 되는 실리콘이 산 모양으로 적층되지 않은 경우라 하더라도, 본 실시예의 상부 히터(히터 윙)의 형상에 의하여, 도가니로부터 멀리 떨어진 중심부 영역의 실리콘에 대한 가열이 집중되므로, 도가니에는 열이 최소한으로 전달될 수 있어 열화 및 산호 농도의 용출을 막을 수 있는 효과까지 얻을 수 있다. On the other hand, even if the silicon to be melted is not stacked in the shape of an acid, the shape of the upper heater (heater wing) of the present embodiment concentrates heating on the silicon in the central region far from the crucible. The heat can be transferred to a minimum, and the effect of preventing deterioration and elution of the coral concentration can be obtained.
이러한 점을 고려한다면, 본 실시예의 상부 히터의 구성 요소인 히터 윙의 형상에 의하여, 용융의 효율을 증대시키기는 것과 함께 도가니 열화 및 산소 유입을 줄일 수 있게 된다. Considering this point, the shape of the heater wing as a component of the upper heater of the present embodiment can increase the efficiency of melting and reduce crucible deterioration and oxygen inflow.
한편, 상기 히터 윙(320)과 씨드척 연결부(310)로 이루어진 상부 히터(300)의 무게를 1.5kg 내지 2.5kg으로 제작하는 것이 바람직하며, 이것은 상부 히터(300)의 승강이나 불활성 가스의 흐름에 따라 흔들림이 발생하지 않도록 하기 위하여 상부 히터(300)의 자중에 무게감을 부여하기 위한 것이다. 씨드척에 종자 단결정을 결합한 다음 잉곳을 성장시키는 때에, 성장된 잉곳의 무게가 1.5kg 내지 2.5kg이 될 때에 불활성 가스 등에 의하여 흔들림이 발생하던 현상이 억제되기 때문에, 상기 상부 히터(300)의 무게를 1.5kg 내지 2.5kg으로 형성할 경우에, 불활성 가스의 흐름에 의한 흔들림이 억제될 수 있다. On the other hand, it is preferable to manufacture the weight of the
상기와 같은 형상과 무게를 갖는 상부 히터(300)는 저항 가열방식의 히터로 이루어질 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이, 상부 히터(300)로 전기를 공급하기 위한 전극선인 일렉트로드(180)가 연결된다. 그리고, 일렉트로드(180)의 권취(wind,roll)와 권출(unwind, unroll)은 메인 챔버의 상측에 마련되는 권취부(200)에 의하여 수행되고, 상기 권취부(200)의 동작은 제어장치에 의하여 권취 또는 권출의 길이가 제어된다. 상기 제어장치는 실리콘의 용융시에 상기 상부 히터(300)를 도가니 측으로 점차 하강시켜 도가니 내부의 중심부의 가열이 도모되도록 할 수 있다. The
상세히, 도가니의 측방향에 마련된 측면 히터(130) 역시 동작하여 실리콘 용융이 이루어지는데, 도가니 내부의 실리콘은 측면 히터(130)에 가까울수록 그 용융 속도가 증가하게 된다. 그러나, 도가니는 석영으로 이루어지기 때문에, 도가니의 가열로 인하여 실리콘 융액 내로 산소가 유입되고, 이것은 결국 성장된 잉곳의 품질 저하를 야기할 수 있다. In detail, the
또한, 측면 히터(130)의 가열과 함께 도가니의 하측에 별도의 히터를 더 구비하여, 도가니를 가열하는 장치도 있으나, 도가니의 측면 뿐만 아니라 도가니 측면 아래의 하부와 연결되는 모서리에서도 많은 양의 산소가 실리콘 융액 내로 유입되어, 성장된 잉곳의 품질을 저하시키게 된다. In addition, there is also a device for heating the crucible by further having a separate heater at the lower side of the crucible together with the heating of the
이와 같이, 도가니에 수용된 실리콘을 용융하기 위하여 측면 히터가 사용되는데, 측면 히터로부터 상대적으로 거리가 먼 영역인, 도가니 중심부에 위치한 실리콘도 효과적으로 용융시키기 위하여, 상기 측면 히터와 함께 도가니 하측에도 히터를 두어 함께 가열하는 방법이 실시되고 있었다. In this way, a side heater is used to melt the silicon contained in the crucible, and in order to effectively melt the silicon located in the center of the crucible, which is a relatively distant area from the side heater, a heater is also placed under the crucible together with the side heater. The method of heating together was performed.
그러나, 석영으로 이루어진 도가니로부터 산소가 실리콘 융액 내로 유입되는 것을 억제하기 위해서는, 하측 히터를 사용하지 않고 측면 히터만을 사용하는 것이 유리하지만, 측면 히터만을 사용하게 되면 보다 높은 파워를 인가하여야만 하기 때문에, 결국 측면 히터에 인접한 도가니는 더 높은 온도로 가열되고, 그에 따라 더 많은 산소를 실리콘 융액 내로 유입시키게 되는 결과가 되어, 효과적인 해결책이 될 수 없다. However, in order to suppress the inflow of oxygen from the crucible made of quartz into the silicon melt, it is advantageous to use only the side heater without using the lower heater, but if only the side heater is used, higher power must be applied. The crucibles adjacent to the side heaters are heated to higher temperatures, thus introducing more oxygen into the silicon melt, which is not an effective solution.
이러한 문제점을 해결하고, 품질 높은 잉곳을 성장시키기 위하여, 본 실시예에서는, 도가니의 하측에 별도의 하부 히터를 구성시키지 않으면서, 상기 측면 히터로 인가하는 파워를 더 높이지 않아도 되는 장치가 개시된다. 앞서 설명한 상부 히터(300)의 구성으로 인하여, 하부 히터의 제거로 인한 측면 히터의 파워 증가가 반드시 필요하지 않게 되며, 도가니 중심부에 위치한 실리콘을 효율적으로 가열시키기 위하여, 상기 상부 히터(300)가 실리콘 용융시 도가니 측으로 하강할 수 있다. 다만, 용융시에 주변부의 함몰로 인하여 용융액의 계면 높이가 일시적으로 상승하게 되는 경우에는, 상기 상부 히터(300)를 일시적으로 상승시킬 필요가 있으며, 용융액의 계면이 안정되면 다시 상기 상부 히터(300)를 순차적으로 하강시킬 수 있다. In order to solve this problem and grow a high quality ingot, in this embodiment, an apparatus is disclosed in which the power applied to the side heater is not further increased without configuring a separate lower heater under the crucible. . Due to the above-described configuration of the
실리콘 용융시에, 상기 상부 히터(300)를 순차적으로 하강 또는 필요에 따라 상승과 하강을 수행하는 것 대신에, 도가니를 상부 히터 측으로 상승시켜, 상부 히터가 도가니 중심부를 집중 가열시키는 구성 역시 가능하다. When melting the silicon, instead of sequentially lowering the
실리콘 용융시, 상부 히터의 승강 또는 도가니의 승강에 대해서는 도 4와 도 5를 참조하여 본다. When melting the silicon, the lifting of the upper heater or the lifting of the crucible will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
도 4는 제 1 실시예에 따른 실리콘 가열 방법을 설명하는 도면이고, 도 5는 제 2 실시예에 따른 실리콘 가열 방법을 설명하는 도면이다. 4 is a diagram illustrating a silicon heating method according to the first embodiment, and FIG. 5 is a diagram illustrating a silicon heating method according to the second embodiment.
먼저, 도 4와 도 5의 각 도면은, 본 발명의 사상을 설명하기 위하여, 실리콘의 용융 정도에 따라 상부 히터의 하강 및 도가니 지지대의 상승에 따른 실리콘 융액(SM)의 표현이 실제와 비교하여 과장되어 있음을 참조할 필요가 있다. First, each of Figures 4 and 5, in order to explain the idea of the present invention, the representation of the silicon melt SM according to the lowering of the upper heater and the rising of the crucible support according to the degree of melting of the silicon compared with the actual Note that it is exaggerated.
도 4를 참조하면, 제 1 실시예에 따라 실리콘의 용융 정도에 따라 상부 히터와 실리콘 사이의 간격을 더 좁히기 위하여, 상부 히터가 하강하는 경우가 도시되어 있다. 즉, 실리콘의 용융이 진행될수록, 도 4(a) 내지 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 도가니(110)의 중심부를 중심으로 실리콘 용융액(SM)이 상부 히터(300)에 의하여 가열되고, 순차적으로 상기 상부 히터(300)가 하강하면서 도가니(110) 내부로 진입하게 된다. 앞서 기술한 바와 같이, 상기 상부 히터(300)의 용융액의 용융 정도와, 용융액의 계면 높이의 일시적인 변화에 따라 하강 도중 상승할 수 있음은 물론이다. Referring to FIG. 4, according to the first embodiment, in order to further narrow the gap between the upper heater and the silicon according to the degree of melting of the silicon, the upper heater is lowered. That is, as melting of the silicon proceeds, as shown in FIGS. 4A to 4C, the silicon melt SM is heated by the
한편, 수용된 실리콘의 양 또는 다양한 실시예에 따라, 상기 상부 히터(300)가 하강하는 속도나 하강하는 깊이는 변경될 수 있으며, 이러한 상부 히터(300)의 하강은, 권취부(200)에 의한 일렉트로드(180)의 길이조절과, 풀챔버 상측에 배치된 권취장치에 의한 씨드척 와이어(170)의 길이조절에 의하여 수행된다. On the other hand, according to the amount of silicon accommodated or various embodiments, the rate at which the
한편, 전술한 방법은, 상부 히터(300)가 실리콘의 용융의 진행에 따라 점차 하강하는 것이지만, 상부 히터(300)의 위치는 고정되고, 도가니(110)가 도가니 지지대(120)와 함께 순차적으로 상승하는 경우가 도 5에 도시된다. On the other hand, in the above-described method, the
즉, 도 5(a) 내지 도 5(c)에 도시된 바와 같이, 실리콘의 용융이 진행될수록, 제어장치 또는 작업자의 조작에 의하여, 회전축(190)의 회전 및 승강을 조절하는 구동부에 의하여, 상기 도가니 지지대(120) 및 도가니(110)가 점차 상부 히터(300)를 향하여 위치가 상승하게 된다. 이에 따라, 도가니(110) 내의 중심부가 상부 히터(300)에 의하여 가열이 증가하게 되고, 이로 인하여 측면 히터에 의한 도가니의 가열과 함께, 도가니 중심부의 실리콘 가열도 이루어진다. That is, as shown in Figs. 5 (a) to 5 (c), as the melting of the silicon proceeds, by a control unit or operator's operation, by the drive unit for adjusting the rotation and lifting of the
또한, 상기 도가니 지지대(120) 및 도가니(110)가 순차적으로 상승하여 상부 히터에 가까워지는 동작은, 그 사이에 용융액의 계면 높이에 따라 일시적으로 하강한 다음 다시 상승하는 것을 포함한다. 앞서 설명한 바와 같이, 용융액의 용융 정도나 용융 계면 높이에 따라 상부 히터와의 거리를 조절할 필요가 있기 때문이다. In addition, the operation in which the
전술한 제 1 실시예의 방법과, 제 2 실시예의 방법 모두, 도가니(110)의 측방향에 마련되는 측면 히터(130)에 의해서 도가니(110)가 가열되며, 다만, 종래의 방법에 비하여 상부 히터(300)에 의한 도가니 내부의 가열이 이루어지게 되므로, 측면 히터(130)의 파워를 종전보다 감소시키더라도 실리콘의 용융이 효율적으로 이루어질 수 있다. Both the method of the first embodiment and the method of the second embodiment described above, the
Claims (15)
실리콘 용융시에 상기 메인 챔버 내로 불활성 가스를 유입하기 위한 가스 도입구;
상기 메인 챔버 내에 마련되고, 실리콘 융액이 수용되는 도가니;
상기 도가니를 수용하는 도가니 지지대;
상기 도가니 지지대를 승강 또는 회전시키는 회전축;
상기 도가니의 측방향에 마련되는 측면 히터;
상기 도가니의 상측에 위치하고, 잉곳 성장을 위한 종자 단결정이 결합가능한 씨드척;
상기 씨드척에 착탈되며, 실리콘 융액을 가열하기 위한 상부 히터;
상기 씨드척이 승강되도록 상기 씨드척에 연결되는 씨드척 와이어;
상기 씨드척 와이어의 권취를 위한 메인 권취부;
상기 상부 히터로 전기를 제공하기 위한 일렉트로드;
상기 일렉트로드를 권취하기 위한 서브 권취부; 및
상기 메인 권취부와 서브 권취부의 동작을 제어하기 위한 제어 장치; 를 포함하고,
상기 서브 권취부는 상기 메인 챔버의 상측에 구성되는 잉곳 성장 장치.A main chamber having an inner space;
A gas inlet for introducing an inert gas into the main chamber during silicon melting;
A crucible provided in the main chamber and containing a silicon melt;
A crucible support for receiving the crucible;
A rotating shaft for elevating or rotating the crucible support;
A side heater provided in a lateral direction of the crucible;
A seed chuck positioned above the crucible and capable of combining seed single crystals for ingot growth;
An upper heater detachable from the seed chuck and configured to heat a silicon melt;
A seed chuck wire connected to the seed chuck such that the seed chuck is elevated;
A main winding part for winding the seed chuck wire;
An electrorod for providing electricity to the upper heater;
A sub winding unit for winding the electrorod; And
A control device for controlling operations of the main winding unit and the sub winding unit; Lt; / RTI >
The sub winding unit is formed in the upper side of the main chamber ingot growth apparatus.
상기 메인 권취부는, 상기 메인 챔버의 상측에 마련되는 풀챔버의 상측에 마련되는 잉곳 성장 장치.The method of claim 1,
The main winding unit, the ingot growth apparatus provided on the upper side of the full chamber provided on the upper side of the main chamber.
상기 제어 장치는, 상기 상부 히터의 상승 또는 하강시에, 상기 메인 권취부의 서브 권취부의 동작을 함께 제어하는 잉곳 성장 장치.The method of claim 1,
The control apparatus is an ingot growth apparatus that controls the operation of the sub winding unit of the main winding unit at the time of raising or lowering the upper heater.
상기 제어 장치는, 실리콘 용융시에, 상기 상부 히터를 순차적으로 하강 또는 상승시키는 잉곳 성장 장치. The method of claim 3, wherein
The control device is an ingot growth device that sequentially lowers or raises the upper heater at the time of melting the silicon.
상기 회전축의 승강을 제어하는 제어 장치가 더 포함되고,
상기 제어 장치는, 실리콘 용융시에, 상기 회전축을 제어하여 상기 도가니가 상기 상부 히터 측으로 순차적으로 상승 또는 하강하도록 하는 잉곳 성장 장치. The method of claim 1,
A control device for controlling the lifting of the rotary shaft is further included,
The control apparatus, the ingot growth apparatus for controlling the rotating shaft to melt or raise the crucible sequentially to the upper heater side at the time of melting the silicon.
실리콘 용융시에 상기 메인 챔버 내로 불활성 가스를 유입하기 위한 가스 도입구;
상기 메인 챔버 내에 마련되고, 실리콘 융액이 수용되는 도가니;
상기 도가니를 수용하는 도가니 지지대;
상기 도가니 지지대를 승강 또는 회전시키는 회전축;
상기 도가니의 측방향에 마련되는 측면 히터;
상기 도가니의 상측에 위치하고, 잉곳 성장을 위한 종자 단결정이 결합가능한 씨드척;
상기 씨드척에 착탈되며, 실리콘 융액을 가열하기 위한 상부 히터;
상기 씨드척이 승강되도록 상기 씨드척에 연결되는 씨드척 와이어;
상기 씨드척 와이어의 권취를 위한 메인 권취부;
상기 상부 히터로 전기를 제공하기 위한 일렉트로드;
상기 일렉트로드를 권취하기 위한 서브 권취부; 및
상기 메인 권취부와 서브 권취부의 동작을 제어하기 위한 제어 장치; 를 포함하고,
상기 상부 히터는, 상기 종자 단결정과 연결되는 씨드척 연결부와, 상기 씨드척 연결부의 일단에 연결된 복수의 히터 윙으로 이루어지는 잉곳 성장 장치.A main chamber having an inner space;
A gas inlet for introducing an inert gas into the main chamber during silicon melting;
A crucible provided in the main chamber and containing a silicon melt;
A crucible support for receiving the crucible;
A rotating shaft for elevating or rotating the crucible support;
A side heater provided in a lateral direction of the crucible;
A seed chuck positioned above the crucible and capable of combining seed single crystals for ingot growth;
An upper heater detachable from the seed chuck and configured to heat a silicon melt;
A seed chuck wire connected to the seed chuck such that the seed chuck is elevated;
A main winding part for winding the seed chuck wire;
An electrorod for providing electricity to the upper heater;
A sub winding unit for winding the electrorod; And
A control device for controlling operations of the main winding unit and the sub winding unit; Lt; / RTI >
And the upper heater comprises a seed chuck connection part connected to the seed single crystal and a plurality of heater wings connected to one end of the seed chuck connection part.
상기 복수의 히터 윙은, 상기 씨드척 연결부의 길이방향에 대응되는 소정의 두께를 갖고,
상기 복수의 히터 윙의 두께는, 상기 씨드척 연결부로부터 멀어지는 위치일수록 두께가 증가하는 잉곳 성장 장치. The method according to claim 6,
The plurality of heater wings has a predetermined thickness corresponding to the longitudinal direction of the seed chuck connecting portion,
The thickness of the plurality of heater wings, the ingot growth apparatus increases in thickness as the position away from the seed chuck connecting portion.
상기 히터 윙 각각은, 상기 씨드척 연결부로부터 떨어진 거리에 따라 외측부와, 중심부로 구분되고, 상기 히터 윙의 외측부의 높이는 중심부의 높이보다 더 큰 잉곳 성장 장치. The method according to claim 6,
Each of the heater wings is divided into an outer portion and a central portion according to a distance away from the seed chuck connecting portion, and the height of the outer portion of the heater wing is greater than the height of the central portion.
상기 상부 히터는 1.5kg 내지 2.5kg의 무게를 갖는 잉곳 성장 장치. The method according to claim 6,
The upper heater has an ingot growth apparatus having a weight of 1.5kg to 2.5kg.
상기 상부 히터로 전기를 가하기 위한 일렉트로드를 더 포함하고,
상기 일렉트로드는 상기 메인 챔버의 상측에 마련된 서브 권취부에 의하여 길이가 가변되는 잉곳 성장 장치.The method according to claim 6,
Further comprising an electrorod for applying electricity to the upper heater,
The ingot growth apparatus of which the length of the electrod is variable by a sub winding part provided above the main chamber.
잉곳 성장을 위한 전단계로서, 상기 도가니 내에 수용되는 실리콘의 용융은,
상기 상부 히터가 순차적으로 하강함으로써, 상기 도가니 측으로 이동하는 것에 의하여 수행되는 잉곳 성장 방법. The height is adjusted by adjusting the length of the seed chuck wire by the main chamber that accommodates the crucible, the full chamber provided above the main chamber, the main winding provided above the pull chamber, and the main winding part. And a seed chuck, a sub winding unit provided at an upper side of the main chamber, an electric rod whose length is adjusted by the sub winding unit, and an upper heater configured to generate heat by receiving electricity through the electric rod. In the method of growing an ingot using a device,
As a preliminary step for ingot growth, the melting of the silicon contained in the crucible,
The ingot growth method is performed by moving to the crucible side by sequentially descending the upper heater.
상기 상부 히터가 순차적으로 하강하는 과정은, 상기 상부 히터가 일시적으로 상승한 다음 다시 하강하는 과정을 포함하는 잉곳 성장 방법. The method of claim 11,
The step of descending the upper heater sequentially, the ingot growth method comprising the step of raising the upper heater temporarily and then falling again.
상기 상부 히터의 하강은, 상기 메인 권취부와 서브 권취부에 의한 상기 씨드척 와이어와 일렉트로드의 권취 동작에 의하여 수행되는 잉곳 성장 방법. The method of claim 11,
The lowering of the upper heater, the ingot growth method is performed by the winding operation of the seed chuck wire and the electric rod by the main winding unit and the sub winding unit.
잉곳 성장을 위한 전단계로서, 상기 도가니 내에 수용되는 실리콘의 용융은,
상기 회전축의 동작에 의하여, 상기 도가니 및 도가니 지지대가 상기 상부 히터 측으로 상승하는 것에 의하여 수행되는 잉곳 성장 방법. A main chamber in which the crucible is accommodated, a crucible support for supporting the crucible, a rotating shaft for elevating or rotating the crucible support, a full chamber provided above the main chamber, and a main provided above the full chamber A winding unit, a sub winding unit provided at an upper side of the main chamber, an electric rod whose length is adjusted by the sub winding unit, and an upper heater configured to generate heat by receiving electricity through the electric rod; In the method of growing an ingot using a device,
As a preliminary step for ingot growth, the melting of the silicon contained in the crucible,
Ingot growth method is performed by the crucible and the crucible support is raised to the upper heater side by the operation of the rotary shaft.
상기 도가니 및 도가니 지지대가 상승하는 동작은, 일시적으로 하강한 다음 다시 상승하는 과정을 포함하는 잉곳 성장 방법. 15. The method of claim 14,
The rising operation of the crucible and the crucible support includes a step of temporarily lowering and then rising again.
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