(57)【要約】  本発明は、サファイアインゴットの成長装置に関するものである。本発明に係るサファイアインゴットの成長装置は、チャンバーと、前記チャンバーに設けられ、アルミナ融液を収容するるつぼと、前記るつぼ外側に設けられ、前記るつぼを加熱するヒーターと、前記るつぼから成長されるインゴット上側に設けられ、前記インゴットに熱を加える熱供給部と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバーと、
前記チャンバーに設けられ、アルミナ融液を収容するるつぼと、
前記るつぼの外側に設けられ、前記るつぼを加熱するヒーターと、
前記るつぼ内で成長するインゴットの上側に設けられ、前記インゴットに熱を加える熱供給部と、
を含むサファイアインゴットの成長装置。
【請求項２】
前記熱供給部は、前記アルミナ融液の表面に対して水平である請求項１に記載のサファイアインゴットの成長装置。
【請求項３】
前記熱供給部は、前記アルミナ融液の表面に対して-３０°〜+３０°の角度で配置される請求項１に記載のサファイアインゴットの成長装置。
【請求項４】
前記熱供給部は、発熱する上部ヒーターを含む請求項１に記載のサファイアインゴットの成長装置。
【請求項５】
前記上部ヒーターは、抵抗加熱上部ヒーターを具備する請求項４に記載のサファイアインゴットの成長装置。
【請求項６】
前記熱供給部は、前記チャンバーから発生する熱を前記インゴットの上側に向けて反射させるリフレクターを含む請求項１に記載のサファイアインゴットの成長装置。
【請求項７】
前記リフレクターはモリブデンを含む請求項１に記載のサファイアインゴットの成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サファイアインゴットの成長装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のサファイアウェハは、高純度のアルミナ(Al２O３)原料を装入した成長炉(growth furnace)を約２１００℃以上に加熱してアルミナ原料を鎔融する。その後、チョクラルスキー法(以下、「CZ法」という)、Kyropoulos法、EFG(Edge-defined Film-fed Growth)法、垂直水平温度勾配法(VHGF)等のような多様な方法を利用して単結晶に成長させた円柱状のインゴットをコアリング(Coring)、グラインディング(Grinding)、スライシング(Slicing)、ラッピング(Lapping)、熱処理(heat treatment)、ポリッシング(Polishing)等一連の研削及び研磨工程を経て製作される。
【０００３】
一方、サファイア単結晶の生産において、気泡(Bubble)制御と転位(Dislocation)制御が品質に大きい影響を及ぼす。
【０００４】
転位は、結晶成長後エッチング法を利用して測定することができ、このような転位生成は、結晶成長時に発生する結晶内外部の温度差、すなわち熱応力により発生し、このような熱応力を制御することで、発生する転位の濃度を制御することができる。
【０００５】
一方、従来のKyropoulos法によれば、成長炉の側部及び下部でのヒーティング(Heating)により、結晶上部は冷たくなり、結晶下部は熱くなる。これによって、結晶上部と結晶下部の間に温度勾配が発生することになり、このような温度勾配によって熱応力が発生することになり、熱応力によって転位が生成することになる。従って、このような熱応力を制御できるさらなる装置が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、サファイア単結晶の転位品質を制御できるサファイアインゴットの成長装置を提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のサファイアインゴットの成長装置は、チャンバーと、前記チャンバーに設けられ、アルミナ融液を収容するるつぼと、前記るつぼの外側に設けられ、前記るつぼを加熱するヒーターと、前記るつぼ内で成長するインゴットの上側に設けられ、前記インゴットに熱を加える熱供給部と、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、サファイア単結晶インゴットの上部にヒーターやリフレクター等のような熱供給部を具備することで、サファイア単結晶の上部と下部の温度偏差を減らすことで、熱応力を減少させ、これにより転位発生を抑制することができる。
【０００９】
また、本発明によれば、熱応力の制御によってサファイア単結晶成長時の構造欠陥(Structure loss)のような問題を解決できるだけでなく、熱応力によって発生する転位濃度(dislocation concentration)を制御することで、高品質のサファイア単結晶を成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例に係るサファイアインゴットの成長装置の例示図である。
【図２】実施例に係るサファイアインゴットの成長装置の部分拡大例示図である。
【図３】実施例に係るサファイアインゴットの成長装置の平面図の例示図である。
【図４】比較例に係るインゴットの結晶の内部及び外部の温度偏差の例示図である。
【図５】実施例に係るサファイアインゴットの成長装置を適用した時のインゴットの結晶内外部の温度偏差の例示図である。
【図６】実施例に係るサファイアインゴットの成長装置を適用した時のインゴットの結晶内外部の温度偏差の例示図である。
【図７】比較例に係る熱応力分布の例示図である。
【図８】実施例に係るサファイアインゴットの成長装置を適用した時の熱応力分布の例示図である。
【図９】実施例に係るサファイアインゴットの成長装置を適用した時の熱応力分布の例示図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施例の説明において、各ウェハ、装置、チャック、部材、部、領域または面などが、各ウェハ、装置、チャック、部材、部、領域または面などの「上」または「下」に形成されると記載される場合、「上」と「下」は「直接」または「他の構成要素を介在して」形成されるものを全部含む。また、各構成要素の「上」または「下」に対する基準は、図面を基準として説明する。図面での各構成要素の大きさは、説明の便宜を図って誇張される場合があり、実際に適用される大きさを意味するものではない。
【００１２】
（実施例）
図１は実施例に係るサファイアインゴットの成長装置１００の例示図であり、図２は実施例に係るサファイアインゴットの成長装置１００の部分拡大例示図あり、図３は実施例に係るサファイアインゴットの成長装置１００の平面図の例示図である。
【００１３】
実施例に係るサファイアインゴットの成長装置１００は、ＣＺ法またはKyropoulos法を適用できるが、これに限定されるものではない。
【００１４】
実施例に係るサファイアインゴットの成長装置１００は、チャンバー１１０と、前記チャンバー１１０内に設けられ、アルミナ融液Ｍを収容するるつぼ１２０と、前記るつぼ１２０外側に設けられ、前記るつぼ１２０を加熱するヒーター１３０と、前記るつぼ１２０内で成長するインゴットＩＧの上側に設けられ、前記インゴットＩＧに熱を加える熱供給部１５０と、を含むことができる。
【００１５】
前記チャンバー１１０は、サファイアインゴットＩＧを成長させるための工程が行われる空間を提供する。
【００１６】
前記るつぼ１２０は、アルミナ融液を収容できるように前記チャンバー１１０の内部に設けられ、タングステンＷまたはモリブデンＭｏ等の材質からなることができるが、これに限定されるものではない。
【００１７】
前記ヒーター１３０は、側面ヒーター１３２と下部ヒーター１３４を含むことができるが、これに限定されるものではない。前記ヒーター１３０は、抵抗加熱ヒーターまたは誘導加熱ヒーターからなることができるが、これに限定されるものではない。
【００１８】
例えば、前記ヒーター１３０が抵抗加熱ヒーターである場合、前記ヒーター１３０はグラファイトＣ、タングステンＷ、モリブデンＭｏ等から形成できるが、これに限定されるものではない。
【００１９】
一方、前記ヒーター１３０が誘導加熱ヒーターである場合、RF-コイル(coil)(図示されない)を具備し、前記るつぼ１２０はイリジウム(Iridium：Ir)るつぼからなることができる。前記RF-コイルは、高電圧電流の方向が無線周波(Radio Frequency)に変わりながら、Ir-るつぼの表面に誘導電流を発生させる。前記Ir-るつぼは、誘導電流の方向変化によるるつぼ表面のストレス(Stress)に起因した熱を発生させることができる。前記Ir-るつぼは、溶融した高温のアルミナ(Al２O３)を収容している鎔湯としての役割をすることができる。
【００２０】
実施例に係るサファイアインゴットの成長装置は、前記チャンバー１１０の内側に存在する、ヒーター１３０の熱が外部に放出されないようにする、輻射断熱材１４０をさらに含むことができる。前記断熱材１４０は、るつぼ１２０の側面に配置される側面断熱材１４２とるつぼ１２０の下側に配置される下部断熱材１４４を含むことができるが、これに限定されるものではない。前記断熱材１４０は、ヒーター１３０及びるつぼ１２０が最適な熱的分布を持つようにすると共に、その熱エネルギーの損失が最大限発生しないようにする材質と形状に設計される。
【００２１】
一般的に、高温のサファイア融液において単結晶を成長させる方法では、インゴットの内部に温度偏差が発生することになり、これによって熱応力が発生することになる。
【００２２】
実施例は、このような熱応力を制御するために、サファイアインゴットＩＧの上部に上部ヒーター(Upper Heater)やリフレクター等のような熱供給部１５０を設置することで、サファイアインゴットＩＧの温度偏差を最小化することができる。
【００２３】
実施例において、熱供給部１５０として上部ヒーターが使用される場合、上部ヒーターのサイズはインゴットサイズに比例して増加し、よって、上部ヒーターの最大直径はインゴットの直径と等しくなることができるが、これに限定されるものではない。
【００２４】
前記上部ヒーターは、タングステンやグラファイトの材質から形成されるが、これに限定されるものではない。
【００２５】
前記上部ヒーターは、抵抗加熱式からなることができ、よって、電極１５２から前記上部ヒーターに直接電源が供給されて、上部ヒーター自体が発熱される。
【００２６】
一方、前記チャンバー１１０から発生する熱を前記インゴットＩＧの上側で反射させるためのリフレクターが前記熱供給部１５０として使用される場合、前記リフレクターはモリブデン等のような反射率が高い物質によって製造されるが、これに限定されるものではない。
【００２７】
実施例で、前記熱供給部１５０は、前記アルミナ融液Ｍの表面に対して水平となるように、または前記アルミナ融液Ｍの表面に対して略-３０°〜略+３０°の角度で傾くように配置されることで、インゴットへの熱供給を効率的に行うことができる。
【００２８】
図４は比較例に係るインゴットの結晶の内部及び外部の温度偏差の例示図であり、図５及び図６は実施例に係るサファイアインゴットの成長装置を適用した時のインゴットの結晶内外部の温度偏差の例示図である。
【００２９】
例えば、図５はリフレクターを設置した場合のインゴットの内外部の温度偏差を示すものであり、図６は上部ヒーターを設置して、約５KWのパワー(Power)を加えた場合のインゴットの内外部の温度偏差を示すものである。
【００３０】
実施例によれば、リフレクターと上部ヒーターを設置した場合、軸方向の温度勾配であるΔTy値及び水平方向の温度勾配であるΔTx値が減ることが分かる。
【００３１】
図７は比較例に係る熱応力分布の例示図であり、図８及び図９は実施例に係るサファイアインゴットの成長装置を適用した時の熱応力分布の例示図である。
【００３２】
例えば、図８はリフレクターを設置した場合の熱応力分布の例示図であり、図９は上部ヒーターを設置した場合の熱応力分布の例示図である。
【００３３】
上述したように、熱供給部１５０の採用による温度勾配の減少は、図８及び図９のような熱応力の差として現れる。図７の比較例に比べて図８及び図９で熱応力値が減ることを確認でき、これにより転位濃度を制御することができる。
【００３４】
実施例に係るサファイアインゴットの成長装置によれば、サファイア単結晶インゴットの上部にヒーターやリフレクター等のような熱供給部を具備することで、サファイア単結晶の上部と下部の温度偏差を減らすことで熱応力を減少させ、これにより転位発生を抑制することができる。
【００３５】
また、実施例によれば、熱応力の制御によってサファイア単結晶成長時の構造欠陥のような問題を解決できるだけでなく、熱応力によって発生する転位濃度を制御することで、高品質のサファイア単結晶を成長させることができる。
【００３６】
以上の実施例で説明された特徴、構造、効果などは少なくとも一つの実施例に含まれ、必ず一つの実施例に限定されるものではない。また、各実施例で例示された特徴、構造、効果などは、本発明が属する分野で通常の知識を持つ者によって、他の実施例に対しても組合または変形されて実施が可能である。従って、このような組合と変形に係る内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【００３７】
以上、本発明を特定の実施例を中心に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係るサファイアインゴットの成長装置は、ＣＺ法またはKyropoulos法を適用することができるが、これに限定されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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