KR100450866B1 - 잉곳 성장용 챔버의 커버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 큰 내압성을 가지고, 응고계면의 확인이 용이하며, 냉각수의 유동이 안정화된 실리콘 잉곳 성장용 챔버의 커버에 관한 것으로서, 돔 형상의 내피와 외피로 동일 간격으로 이격되게 결합되어 내피와 외피 사이에 균일 폭의 냉각수 유동공간을 형성하고, 냉각수 유동 공간으로 냉각수가 유동되는 커버 본체와, 내피와 외피를 관통하게 형성된 제1및 제2 뷰포트와, 냉각수 유동 공간의 임의 지점에 형성되어 유동되는 냉각수의 유속을 변화시키는 유속 가변수단을 포함하여 실리콘 잉곳 성장용 챔버의 커버를 구성한다.

Description

잉곳 성장용 챔버의 커버{A cover of growing chamber}

본 발명은 잉곳 성장용 챔버의 커버에 관한 것으로서, 특히 커버 내부에 흐르는 냉각수의 정체를 방지하여 커버 내부에 이물질이 증착되지 않도록 하는 실리콘 잉곳 성장용 챔버의 커버에 관한 것이다.

일반적으로 실리콘 잉곳 성장용 챔버는 실리콘 잉곳을 성장시키는 것으로서 내부에 실리콘 잉곳의 성장을 위한 원부자재가 적층되는 석영 도가니를 비롯하여 원부자재를 가열하여 실리콘 용융물이 형성되도록 전기히터, 그리고 종자봉(seed)을 실리콘 융용물에 디핑시켜 소정의 속도로 인상(pull-up)및 회전시켜 실리콘 잉곳이 성장되도록 하는 인상 구동부가 장착되어 구성된다.

또한, 실리콘 잉곳 성장용 챔버에는 전기히터에 의한 형성된 실리콘 용융물이 1000°C 이상의 고온이고, 성장되는 실리콘 잉곳이 챔버의 상부에 연결된 리젝트 챔버로 인상되므로 열에 의한 영향을 방지하고, 실리콘 잉곳을 신속하게 성장시키기 위해 냉각자켓이 형성된 커버가 장착된다.

도 1 은 실리콘 잉곳 성장용 챔버에 사용되는 커버를 설명하기 위한 평면도이고, 도 2 는 커버의 내부 구조를 설명하기 위한 도 1 의 <Ⅱ-Ⅱ> 방향 단면도이다.

도시된 바와 같이, 종래 실리콘 잉곳 성장용 챔버의 커버는 밑판(12)과 케이스(14a,14b)로 냉각수 유동 공간이 형성되는 커버 본체(10)가 형성되고, 커버 본체(10)는 단면의 형태로 보아 플랫(flat)타입으로 형성된다.

또한, 커버 본체(10)내부의 냉각수 유동공간은 커버 본체의 외연 방향에서 내연 방향으로 점차 확대되게 형성된다.

즉, 밑판(12)과 케이스(14a)사이의 간격(d₁)이 커버 본체의 외연 방향에서 내연 방향으로 점차 넓어지게 형성된다.

그리고, 커버 본체의 케이스(14a)에는 냉각수 유동공간으로 냉각수가 인입 및 인출되도록 냉각수 인렛(inlet,16a)과 냉각수 아웃렛(outlet,16b)이 연결 형성되고, 냉각수 유동공간에서 냉각수가 신속하게 순환되도록 냉각수 유동공간에는 차폐판(baffle board,13)이 나선형으로 형성된다.

또한, 커버본체의 케이스(14a)상면에는 성장 중인 실리콘 잉곳의 응고 계면을 육안 또는 CCD카메라 등으로 관찰하기 위한 제1및 제2 뷰 포트(view port,18a,18b)가 형성된다.

그러나, 이러한 구조로 된 종래 실리콘 잉곳 성장용 챔버의 커버는 여러 가지 문제점을 안고 있다.

첫째, 종래 커버는 내압성에 취약하다.

즉, 실리콘 잉곳 성장용 챔버의 경우 대개 원부자재를 용융시키거나 실리콘 잉곳을 성장시키는 도중 고진공 상태를 유지하게 되는데, 고진공 상태가 유지되면 커버 본체의 밑판의 하부 중심에 고진공에 의해 응력이 집중적으로 발생되고, 이에 따라 커버 본체의 밑판 하부 중심이 파손되는 문제점이 있다.

둘째, 종래 커버는 제1및 제2 뷰포트에 의한 응고 계면의 확인이 불편하다.

즉, 제1및 제2 뷰포트의 경우 커버 본체의 케이스 및 밑판에 내연 방향으로 비스듬히 사선으로 형성되고, 케이스와 밑판 사이의 간격이 내연 방향으로 점차로 넓어지게 형성되어 넓어진 간격만큼 뷰포트의 깊이가 증가됨으로써 시야각이 감소되기 때문이다.

셋째, 종래 커버는 냉각수의 유동이 불안정하다.

즉, 종래 커버는 냉각수 유동공간에 냉각수의 유동을 위해 차폐판(baffler board)이 형성되나 차폐판은 냉각수의 흐름방향만을 제어할 뿐 냉각수의 유속에 영향을 주지 않고, 또한 케이스와 밑판 사이의 간격은 커버 본체의 외연에서 내연 방향으로 점차 넓어져 냉각수 유동공간이 넓어 진다.

따라서, 냉각수 인렛에서 유입되어 냉각수 아웃렛으로 배출되는 냉각수는 커버 본체의 외연에서 내연 방향으로 흐르는 동안 점차로 유속이 느려져 냉각효율이 저하되고, 냉각수에 포함된 불순물이 유속이 느려지는 부분에서 증착되어 커버의 부식을 유발한다.

이에 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 내압성이 강한 실리콘 잉곳 성장용 챔버의 커버를 제공하는데 그 첫번째 목적이 있다.

그리고, 본 발명은 제1및 제2 확인창에 의한 응고 계면의 확인이 용이하도록 넓은 시야각을 확대시킨 실리콘 잉곳 성장용 챔버의 커버를 제공하는데 그 두번째 목적이 있다.

또한, 본 발명은 냉각수의 유동을 안정화시킨 실리콘 잉곳 성장용 챔버의 커버를 제공하는데 그 세번째 목적이 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 목적들을 이루기 위해, 돔 형상의 내피와 외피로 동일 간격으로 이격되게 결합되어 내피와 외피 사이에 균일 폭의 냉각수 유동공간을 형성하고, 냉각수 유동 공간으로 냉각수가 유동되는 커버 본체와, 내피와 외피를 관통하게 형성된 제1및 제2 뷰포트와, 냉각수 유동 공간의 임의 지점에 형성되어 유동되는 냉각수의 유속을 변화시키는 유속 가변수단을 포함하여 실리콘 잉곳 성장용 챔버의 커버를 구성한다.

도 1 은 종래 잉곳 성장용 챔버의 커버를 설명하기 위한 평면도.

도 2 는 도 1 의 <Ⅱ-Ⅱ> 방향 단면도.

도 3 은 본 발명에 따른 잉곳 성장용 챔버의 커버의 평면도.

도 4 는 도 3 의 <Ⅳ-Ⅳ> 방향 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10,100 : 커버 본체 16a,106a : 냉각수 인렛(inlet)

16b,106b : 냉각수 아웃렛(outlet) 18 : 뷰포트(view port)

110 : 봉 112 : 보조 포트

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실리콘 잉곳 성장용 챔버의 커버에대한 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다.

도 3 은 본 발명에 따른 실리콘 잉곳 성장용 챔버의 커버를 설명하기 위한 평면도이고, 도 4 는 실리콘 잉곳 성장용 챔버의 커버 내부 구조를 설명하기 위한 도 3 의 <Ⅴ-Ⅴ> 방향 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 커버는 크게 커버 본체(100)와, 제1및 제2 뷰포트(108a,108b), 그리고 유속 가변수단을 포함하여 이루어진다.

좀더 구체적으로 설명하면, 커버 본체(100)는 돔 형태의 내피(102)와 외피(104)로 이루어지고, 내피와 외피는 서로 동일한 간격(d₂)으로 이격되게 결합되어 내피와 외피 사이에 균일 폭의 냉각수 유동공간을 형성하도록 한다.

그리고, 외피(104)에는 냉각수를 냉각수 유동공간으로 인입 및 인출하기 위한 냉각수 인렛(106a)및 냉각수 아웃렛(106b)이 각각 형성된다.

따라서, 커버 본체(100)는 냉각수 인렛(106a)으로 냉각수가 인입되면 냉각수 유동공간을 통해 순환하여 냉각수 아웃렛(106b)으로 인출된다.

또한, 커버 본체의 외피(104)에는 실리콘 잉곳 성장용 챔버 내부에 방열판 등을 설치하기 위한 제1및 제2 보조 포트(112a,112b)가 부가 형성된다.

제1및 제2 뷰포트(108a,108b)는 커버 본체의 외피(104)소정 위치에 내피(102)와 관통되게 형성되어 성장 중인 실리콘 잉곳의 응고 계면을 육안 또는 CCD카메라 등으로 관찰할 수 있도록 한다.

유속 가변수단은 내피(102)와 외피(104)사이의 냉각수 유동공간 내에서 냉각수가 정체되는 것을 방지하도록 냉각수의 유속을 변화시키는 것이다.

좀더 구체적으로 설명하면, 유속가변수단은 냉각수 인렛(106a)으로 인입된 냉각수가 냉각수 아웃렛(106b)으로 인출되는 도중 냉각수가 정체되는 것을 방지하도록 냉각수 유동 시뮬레이션(simulation)을 통해 냉각수 유동공간 내에서 냉각수가 정체되는 위치를 측정하고, 그 위치에 형성되어 냉각수의 유속을 변화시키는 것이다.

여기서, 유속 가변수단으로는 양단이 각각 내피와 외피에 접합된 봉(110)으로 하며, 봉은 중실(中實)봉 또는 중공(中空)봉에 관계없다.

이러한 유속가변수단으로 봉(110)을 사용한 것은 냉각수가 흐르면서 봉의 외주연에 부딪히더라도 냉각수의 유동을 방해하는 난류 또는 와류 등의 발생을 억제하고, 이에 따라 냉각수의 자연스러운 유동을 유발하기 위한 것이다.

이와 같은 구성으로 된 본 발명에 따른 실리콘 잉곳 성장용 챔버의 커버는 커버 본체의 내피(102) 및 외피(104)가 돔(dome)형태로 형성되어 큰 내압성을 갖는다.

즉, 내피(102)의 내측 외표면이 곡면으로 형성됨으로써 실리콘 잉곳 성장용 챔버가 고진공 상태를 유지하더라도 내피의 임의의 지점에 국부적으로 집중적인 응력이 발생되는 것이 방지되기 때문이다.

따라서, 본 발명의 커버는 고진공에 의한 파손이 방지된다.

또한, 본 발명의 커버는 제1및 제2 뷰포트에 의한 응고 계면의 확인이 용이하다.

즉, 본 발명의 커버는 제1및 제2 뷰포트(108a,108b)의 깊이가 내피와 외피 사이의 간격과 동일하게 되고, 내피(102)가 돔형태로 형성되어 있어 시야각이 증가되기 때문이다.

따라서, 본 발명의 커버는 육안 또는 CCD카메라에 의한 실리콘 잉곳의 응고계면 관찰이 용이하게 이루어진다.

그리고, 본 발명의 커버는 안정적인 냉각수의 유동을 얻을 수 있다.

즉, 본 발명의 커버는 내피(102)와 외피(104)사이의 간격이 일정하고, 냉각수 유동 공간 내에서 냉각수의 정체가 발생되는 임의의 지점에 유속을 가변시키는 봉(110)이 장착됨으로써 내피와 외피 사이에 흐르는 냉각수의 양이 균일하고, 그 지점에서 냉각수의 정체가 방지되기 때문이다.

따라서, 본 발명의 커버는 냉각수 인렛(106a)에서 유입되어 냉각수 아웃렛(106b)으로 배출되는 냉각수가 흐르는 동안 점차로 유속이 느려지는 것이 방지되어 냉각 효율이 향상되고, 냉각수에 포함된 불순물이 유속이 느려지는 부분에서 증착되어 발생되는 부식이 방지된다.

또한, 본 발명의 커버는 제1및 제2 보조 포트(112a,112b)가 형성되어 추후 챔버 내부의 석영 도가니에서 용융된 실리콘 용융물에 의해 발생되는 고온의 열이 내피에 직접적으로 전달되는 것을 차단하며, 또한 내피 사이의 개구를 통해 인상되는 실리콘 잉곳으로 고온의 열이 전달되는 것을 차단하는 방열판을 설치할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 실리콘 잉곳 성장용 챔버의 커버는 커버 본체의 내피와 외피가 돔 형태로 형성되어 실리콘 잉곳 성장용 챔버 내부에 고진공이 발생되더라도 국부적으로 응력이 집중되어 파손되는 것이 방지된다.

또한, 본 발명에 따른 실리콘 잉곳 성장용 챔버의 커버는 제1및 제2 뷰포트의 깊이가 짧고, 내피가 돔형태로 형성되어 시야각이 확대됨으로써 응고 계면의 확인이 용이하게 된다.

게다가, 본 발명에 따른 실리콘 잉곳 성장용 챔버의 커버는 내피와 외피 사이에 냉각수의 정체를 방지하는 봉이 임의의 지점에 장착됨으로써 냉각수 유동공간 내에서 냉각수의 유동이 안정화되어 냉각효율이 향상되고, 부식이 방지된다.

Claims (4)

1. 돔 형상의 내피와 외피로 동일 간격으로 이격되게 결합되어 상기 내피와 외피 사이에 균일 폭의 냉각수 유동공간을 형성하고, 상기 냉각수 유동 공간으로 냉각수가 유동되는 커버 본체와;

   상기 내피와 외피를 관통하게 형성된 제 1 및 제 2 뷰포트와;

   상기 냉각수 유동 공간으로 유동되는 냉각수가 정체되는 임의 지점에 설치되어 냉각수의 유속을 변화시키는 유속 가변수단을 포함하여 이루어진 실리콘 잉곳 성장용 챔버의 커버.
2. 제1항에 있어서,

   상기 유속 가변수단은 상기 냉각수 유동 공간에서 일단은 외피에 타단은 내피에 연결되는 봉인 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 성장용 챔버의 커버.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 커버 본체에는 제1및 제2 보조 포트가 부가 형성된 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 성장용 챔버의 커버.