KR100492281B1

KR100492281B1 - 잉곳 성장 장치의 챔버용 냉각 시스템

Info

Publication number: KR100492281B1
Application number: KR10-2004-0093165A
Authority: KR
Inventors: 이종구
Original assignee: 퀄리플로나라테크 주식회사
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2005-05-27
Also published as: US20080202721A1; WO2006052114A1; US7686888B2

Abstract

본 발명은 잉곳 성장 장치의 챔버용 냉각 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 베이스판(100)의 내부에 냉각수의 이동을 안내하는 가이드라인(170)이 마련되는데, 이 가이드라인의 굴곡진 부분마다 근접하게 가이드 편(180)을 형성한 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 뚜껑(300)의 내부에서 마련된 포트들과 간섭되는 부분마다 근접하게 가이드 편(180)을 형성한 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명은 챔버를 구성하는 베이스판과 뚜껑의 내부에 냉각수가 이동할 때 와류에 의해 정체 현상이 발생되는 부분마다 가이드 편이 형성되어 있기 때문에 냉각수 정체 현상이 해소되고, 이로 인해 냉각 효율이 향상되는 효과가 있다.

Description

잉곳 성장 장치의 챔버용 냉각 시스템{Cooling system for chamber of ingot growth arrangement}

본 발명은 잉곳 성장 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 챔버를 구성하는 베이스판과 뚜껑에 다수의 가이드 편을 형성하여 냉각수를 흐름을 원활하게 유지함으로써 우수한 냉각 효과를 얻을 수 있도록 한 잉곳 성장 장치의 챔버용 냉각 시스템에 관한 것이다.

첨부된 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 실리콘 잉곳 성장 장치는 폴리 실리콘을 용융시키는 부분인 챔버부(10)와, 용융된 폴리 실리콘에 종자 결정체를 접촉시켜 서서히 상승시키면서 원하는 지름의 실리콘 잉곳(Ingot)을 성장시키는 성장탑부(20)를 포함하여 구성된다.

그리고 챔버부(10)의 내부에는 폴리 실리콘을 용융하는 석영 도가니(12)가 회전가능하게 설치되고, 석영 도가니의 외부에는 열을 가하기 위한 히터부(14)가 설치되며, 히터부의 외부에는 열이 방출되는 것을 방지하기 위해 열차폐막(16)이 설치된다.

이러한 챔버부(10)는 통상적으로 베이스판과, 몸통과, 뚜껑으로 구성되는데, 베이스판과 몸통과 뚜껑에는 각각 히터 열에 의해 가열되는 것을 방지하기 위해 냉각 시스템이 구비되어 있다.

첨부된 도 2와 도 3에는 종래에 따른 챔버부의 베이스판이 도시되어 있다.

이를 참조하면, 종래의 베이스판(100)은 내부에 냉각수가 흐를 수 있는 공간이 형성되도록 상판(110)과 하판(120)이 소정의 간격을 두고 서로 이격되며, 그 측면은 측판(130)에 의해 밀봉된 구조를 갖는다.

그리고 베이스판(100)의 중앙에는 석영 도가니를 회전시키는 축이 결합되는 축결합공(140)이 관통 형성되며, 중간부분에는 석영 도가니를 가열시키는 전극봉이 결합 설치되는 다수의 전극봉 조립공(150)(152)이 관통 형성된다. 또한, 챔버 내에 진공 상태를 유지하기 위해 진공 펌프가 연결 설치되는 진공 배기공(160)이 관통 형성된다. 여기서, 다수의 전극봉 조립공(150)(152)은 측면 전극봉 조립공(150)과 하부 전극봉 조립공(152)으로 구분된다.

이러한 베이스판(100)에는 냉각 시스템이 마련된다. 즉, 중앙과 근접하게 냉각수가 주입되는 주입구(102)가 형성되고, 가장자리 일부분에는 냉각수가 배출되는 배출구(104)가 형성된다. 그리고 주입구(102)로 주입된 냉각수가 배출구(104)로 직접 직선 이동하는 것을 방지하기 위해 냉각수가 골고루 원을 그리면서 이동할 수 있도록 가이드라인(170)이 마련된다. 따라서 냉각수는 주입구(102)를 통해 주입되어 가이드라인(170)을 통해 이동하면서 베이스판 전체로 퍼진 후, 배출구(104)를 통해 배출된다. 물론, 배출된 냉각수는 별도의 과정을 통해 다시 주입구(102)로 주입되는 순환 시스템을 갖는다.

그러나 이러한 냉각 시스템을 갖는 종래의 베이스판은 가이드라인이 다수의 전극봉 조립공이나 진공 펌프 연결공 때문에 굴곡된 형상을 가질 수밖에 없으며, 이로 인해 굴곡 부분에서 와류로 인한 정체 현상이 발생되는 문제점이 있었다. 특히, 도 2를 참조하여 보면 해칭(H)으로 표시된 부분에서 정체 현상이 발생되는 것을 볼 수 있다. 상기 정체 현상은 챔버 내부에서 부분적으로 온도 저하를 일으켜 상대적인 온도 급상승을 유발하여 생산 공정에 있어서 제품 불량 등의 아주 큰 영향을 미칠 뿐만 아니라, 장기적으로 금속부식을 일으켜 내부에 흐르는 냉각수가 외부로 새는 원인이 된다.

한편, 첨부된 도 4에는 종래에 따른 챔버부의 뚜껑이 도시되어 있다.

이를 참조하면, 종래의 뚜껑(300)의 내부에는 냉각수가 흐를 수 있는 공간이 형성된다.

그리고 뚜껑(300)의 일부분에는 챔버부(10)의 내부를 관찰할 수 있도록 투시창(310)이 설치된다. 또한, 뚜껑(300)의 일부분에는 통상의 카메라용 포트(320), 직경제어용 포트(330), 폴리실리콘용 포트(340) 및 승강장치 포트(350)가 각각 설치된다.

이러한 뚜껑(300)에는 냉각 시스템이 마련된다. 즉, 뚜껑(300)의 하부 일측에는 냉각수가 주입되는 주입구(302)가 형성되며, 상부 일측에는 냉각수가 배출되는 배출구(304)가 형성된다. 따라서 냉각수는 주입구(302)를 통해 주입되어 도면상에서 화살표로 도시된 바와 같이 시계 방향으로 회전하면서 상부로 확산되어 뚜껑의 전체로 퍼진 후, 배출구(304)를 통해 배출된다. 물론, 배출된 냉각수는 별도의 과정을 통해 다시 주입구(302)로 주입되는 순환 시스템을 갖는다.

그러나 이러한 냉각 시스템을 갖는 종래의 뚜껑은 냉각수가 주입구로 주입되어 도면상의 화살표 방향을 따라 회전하며 상부로 확산될 때, 하부에서 상부로의 역류로 인하여 유속이 변하게 되고, 이로 인하여 와류가 발생한다. 뿐만 아니라, 상기 냉각수가 배출구를 통해 배출될 때까지 다수의 포트들과 간섭되면서 포트의 굴곡 지점에서 와류에 의한 정체 현상이 발생되는 문제점이 있다.

특히, 도 4를 참조하여 보면 해칭(H)으로 표시된 부분에서 정체 현상이 발생되는 것을 볼 수 있다. 물론, 상기 정체 현상은 챔버 내부에서 부분적으로 온도 저하를 일으켜 상대적인 온도 급상승을 유발하여 생산 공정에 있어서 제품 불량 등의 아주 큰 영향을 미칠 뿐만 아니라, 장기적으로 금속부식을 일으켜 내부에 흐르는 냉각수가 외부로 새는 원인이 된다.

본 발명은 상술한 바와 같이 제반되는 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 챔버부를 구성하는 베이스판의 내부에 냉각수가 가이드라인을 따라 주입구에서 배출구로 이동할 때 와류에 의한 정체 현상이 발생되지 않도록 하여 냉각 효율을 향상시킨 잉곳 성장 장치의 챔버용 냉각 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 챔버부를 구성하는 뚜껑의 내부에 냉각수가 주입구에서 배출구로 상부로 확산되면서 이동할 때 와류에 의한 정체 현상이 발생되지 않도록 하여 냉각 효율을 향상시킨 잉곳 성장 장치의 챔버용 냉각 시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉곳 성장 장치의 챔버용 냉각 시스템은 일부분에 마련된 주입구를 통해 주입된 냉각수가 전극봉 조립공과 진공 펌프 연결공에 의해 굴곡지게 형성된 가이드라인을 따라 이동하면서 배출구로 안내되어 배출되는 냉각 시스템을 갖는 베이스판을 포함하는 잉곳 성장 장치의 챔버에 있어서, 상기 베이스판에는 냉각수가 가이드라인을 따라 이동할 때 정체 현상이 발생되는 가이드라인의 굴곡진 부분마다 근접하게 가이드 편을 형성하여 냉각수의 흐름을 원활하게 유지한 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉곳 성장 장치의 챔버용 냉각 시스템은 일부분에 마련된 주입구를 통해 주입된 냉각수가 회전하면서 상부로 확산되어 다수의 포트들을 거쳐 배출구로 배출되는 냉각 시스템을 갖는 뚜껑을 포함하는 잉곳 성장 장치의 챔버에 있어서, 상기 뚜껑에는 냉각수가 하부에서 상부로 이동하는 방향변화로 인하여 와류가 발생되는 부분 및 냉각수가 다수의 포트들을 거쳐 이동할 때 포트와 간섭되는 부분마다 근접하게 가이드 편을 형성하여 냉각수의 흐름을 원활하게 유지한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 종래와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 명칭과 부호를 사용하여 설명한다.

먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위해 잉곳 성장 장치의 챔버부의 구성을 간략하게 설명하면, 상술한 바와 같이 일반적으로 잉곳 성장 장치의 챔버부는 베이스판과, 몸통과, 뚜껑으로 구성된다. 그리고 베이스판과 몸통과 뚜껑에는 각각 히터 열에 의해 가열되는 것을 방지하기 위해 냉각 시스템이 구비되어 있다.

또한, 챔버부의 내부에는 폴리 실리콘을 용융하는 석영 도가니가 회전가능하게 설치되고, 석영 도가니의 외부에는 열을 가하기 위한 히터부가 설치되며, 히터부의 외부에는 열이 방출되는 것을 방지하기 위해 열차폐막이 설치된다.

이렇게 구성되어 있는 챔버부에서 본 발명은 베이스판과 뚜껑의 냉각 시스템에 그 특징이 있으며, 이하에서 이를 자세히 설명한다.

첨부된 도 5는 본 발명에 따른 챔버부의 베이스판을 나타낸 평면도이고, 도 6은 도 5의 A-A선 단면도이다.

이를 참조하면, 본 발명에 따른 베이스판(100)은 내부에 냉각수가 흐를 수 있는 공간이 형성되도록 상판(110)과 하판(120)이 소정의 간격을 두고 서로 이격되며, 그 측면은 측판(130)에 의해 밀봉된 구조를 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면 가이드라인(170)의 굴곡진 부분마다 냉각수의 정체 현상을 방지하기 위해 가이드 편(180)이 형성된다. 즉, 가이드라인(170)은 전극봉 조립공(150)(152)과 진공 배기공(160)을 고려하여 굴곡진 형상을 갖게 되는데, 냉각수가 가이드라인(170)을 따라 이동할 때 가이드라인(170)의 굴곡진 부분에서 유속의 급변으로 인한 와류 현상이 발생되며, 이를 방지하기 위해 가이드라인(170)의 굴곡진 부분과 근접한 부분마다 가이드 편(180)이 형성되는 것이다.

여기서, 가이드 편(180)의 형상은 특별히 어떤 형상으로 한정하는 것은 아니나, 냉각수의 흐름이 원활하게 이루어지도록 냉각수의 흐름 방향을 따라 삼각형 또는 타원형의 형상을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 베이스판은 가이드라인의 굴곡진 부분마다 가이드 편이 마련되어 있기 때문에 냉각수가 가이드라인을 따라 이동할 때 와류에 의한 정체 현상이 발생되지 않게 된다.

이를 확인하기 위해 첨부된 도 7a 및 도 7b의 사진을 참조할 수 있다. 이 실험 사진에서는 좁쌀을 섞은 물이 냉각수로 이용되었다. 도 7a에서 볼 수 있는 바와 같이, 종래의 베이스판에는 좁쌀이 모여 있는 부분에서 냉각수가 와류를 일으켜 정체 현상이 발생되지만, 도 7b를 살펴보면 본 발명에 따른 가이드 편(도 7a에 붉은색 펜으로 표시한 부분)을 적용하면, 와류가 발생하지 않아 정체 현상이 완전히 해소되는 것을 볼 수 있다. 따라서 냉각수의 흐름이 원활하기 때문에 부분적 온도 상승이 발생하지 않아 생산 공정에 있어 최적의 상태를 유지할 수 있다.

다음으로, 첨부된 도 8은 본 발명에 따른 챔버부의 뚜껑을 나타낸 평면도이다.

이를 참조하면, 본 발명에 따른 뚜껑(300)은 돔의 형상을 갖도록 형성되며, 내부에는 냉각수가 흐를 수 있는 공간이 형성된다.

그리고 뚜껑(300)의 일부분에는 챔버부(10)의 내부를 관찰할 수 있도록 투시창(310)이 설치된다. 또한, 뚜껑(300)의 일부분에는 카메라용 포트(320), 직경제어용 포트(330), 폴리실리콘용 포트(340) 및 승강장치 포트(350)가 각각 설치된다. 이러한 포트들은 공지된 기술이기 때문에 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따르면 냉각수와 포트와 간섭되는 부분에는 냉각수의 정체 현상을 방지하기 위해 가이드 편(360)이 형성된다. 즉, 주입구(302)로 주입된 냉각수가 회전하면서 상부로 확산되어 다수의 포트들을 거쳐 배출구(304)로 배출될 때, 포트와 간섭되는 부분에서 와류에 의해 정체 현상이 발생되는데, 이를 방지하기 위해 포트들과 근접한 부분마다 가이드 편(360)이 형성되는 것이다.

여기서, 가이드 편(360)의 형상은 특별히 어떤 형상으로 한정하는 것은 아니나, 냉각수의 흐름이 원활하게 이루어지도록 냉각수의 흐름 방향을 따라 삼각형 또는 타원형의 형상을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면 냉각수가 주입부에서 상부로 확산될 때 유속의 급변으로 인한 와류 현상을 방지하기 위하여 6개의 핀(370)을 형성한다. 상기 핀(370)은 주입구에 근접한 위치에 형성되어 냉각수의 흐름을 원활히 하는데 도움을 준다.

여기서, 상기 핀(370)의 개수는 상기 뚜껑의 형성 및 포트들의 위치에 따라 변경될 수 있고, 냉각수와 간섭되지 않는 소정의 크기 및 모양으로 형상되며, 일반적으로는 원기둥 형상을 갖는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 뚜껑은 포트들과 간섭되는 부분에 가이드 편이 마련되고 주입구 부근에는 다수의 핀들이 마련되어 있어, 냉각수가 하부에서 상부로 확산될 때 와류에 의한 정체 현상이 발생되지 않게 된다.

이를 확인하기 위해 첨부된 도 9 및 도 10의 사진을 참조할 수 있다. 이 실험 사진에서는 실험 관찰을 용이하게 하기 위하여, 초록색의 물감이 풀어진 물을 냉각수로 이용하였다. 도 9a, 도 9b 및 도 9c에서 보는 바와 같이, 종래의 뚜껑에는 냉각수가 주입부에서 상부로 이동하는 동안 와류를 발생시켜 흐름이 원활하지 않지만, 도 10a, 도 10b 및 도 10c에서 나타나듯이 본 발명에 따른 가이드 편 및 핀들을 사용하면 와류로 인한 정체 현상이 완전히 해소되는 것을 볼 수 있다. 따라서 냉각수의 흐름이 원활하기 때문에 부분적 온도 상승이 발생하지 않아 생산 공정에 있어 최적의 상태를 유지할 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 챔버를 구성하는 베이스판과 뚜껑의 내부에 냉각수가 이동할 때 와류에 의해 정체 현상이 발생되는 부분마다 가이드 편이 형성되어 있기 때문에 냉각수 정체 현상이 해소되고, 이로 인해 냉각 효율이 향상되는 효과가 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 1은 일반적인 잉곳 성장 장치를 개략적으로 나타낸 정면도,

도 2는 종래에 따른 챔버부의 베이스판을 나타낸 평면도,

도 3은 도 2의 A-A선 단면도,

도 4는 종래에 따른 챔버부의 뚜껑을 나타낸 평면도,

도 5는 본 발명에 따른 챔버부의 베이스판을 나타낸 평면도,

도 6은 도 5의 A-A선 단면도,

도 7a 및 도 7b는 종래의 베이스판과 본 발명에 따른 베이스판에 냉각수를 주입했을 때 나타나는 냉각수의 흐름을 보인 비교 사진,

도 8은 본 발명에 따른 챔버부의 뚜껑을 나타낸 평면도,

도 9a, 도 9b 및 도 9c는 종래의 뚜껑에 따른 뚜껑에 냉각수를 주입했을 때 나타나는 냉각수의 흐름을 보인 비교 사진.

도 10a, 도 10b 및 도 10c는 본 발명에 따른 뚜껑에 냉각수를 주입했을 때 나타나는 냉각수의 흐름을 보인 비교 사진.

◎ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ◎

10: 챔버부 12: 석영 도가니

14: 히터부 16: 열차폐막

20: 성장탑부 22: 종자 결정체

100: 베이스판 102: 주입구

104: 배출구 110: 상판

120: 하판 130: 측판

140: 축결합공 150: 측면 전극봉 조립공

152: 하부 전극봉 조립공 160: 진공 배기공

170: 가이드라인 180: 가이드 편

200: 몸통 300: 뚜껑

302: 주입구 304: 배출구

310: 투시창 320: 카메라용 포트

330: 직경제어용 포트 340: 폴리실리콘용 포트

350: 승강장치 포트 360: 가이드 편

370: 핀

Claims

일부분에 마련된 주입구를 통해 주입된 냉각수가 전극봉 조립공과 진공 펌프 연결공에 의해 굴곡지게 형성된 가이드라인을 따라 이동하면서 배출구로 안내되어 배출되는 냉각 시스템을 갖는 베이스판을 포함하는 잉곳 성장 장치의 챔버에 있어서,

상기 베이스판에는 냉각수가 가이드라인을 따라 이동할 때 정체 현상이 발생되는 가이드라인의 굴곡진 부분마다 근접하게 가이드 편을 형성하여 냉각수의 흐름을 원활하게 유지한 것을 특징으로 하는 잉곳 성장 장치의 챔버용 냉각 시스템.
제1항에 있어서,

상기 가이드 편은 냉각수의 흐름 방향을 따라 삼각형 또는 타원형의 형상을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 잉곳 성장 장치의 챔버용 냉각 시스템.
일부분에 마련된 주입구를 통해 주입된 냉각수가 회전하면서 상부로 확산되어 다수의 포트들을 거쳐 배출구로 배출되는 냉각 시스템을 갖는 뚜껑을 포함하는 잉곳 성장 장치의 챔버에 있어서,

상기 뚜껑에는 냉각수가 하부에서 상부로 이동하는 방향변화로 인하여 와류가 발생되는 부분 및 냉각수가 다수의 포트들을 거쳐 이동할 때 포트와 간섭되는 부분마다 근접하게 가이드 편 및 핀을 형성하여 냉각수의 흐름을 원활하게 유지한 것을 특징으로 하는 잉곳 성장 장치의 챔버용 냉각 시스템.
제3항에 있어서,

상기 가이드 편은 냉각수의 흐름 방향을 따라 삼각형 또는 타원형의 형상을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 잉곳 성장 장치의 챔버용 냉각 시스템.
제3항에 있어서,

상기 핀은 냉각수가 하부에서 상부로 방향변화가 일어나는 주입구 부근에서 소정 크기의 원기둥 형상을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 잉곳 성장 장치의 챔버용 냉각 시스템.
베이스판과 몸통과 뚜껑으로 구성되고, 베이스판과 몸통과 뚜껑에는 각각 냉각수가 순환될 수 있는 냉각 시스템이 마련된 잉곳 성장 장치의 챔버에 있어서,

상기 베이스판은 중앙 일부분에 냉각수가 주입되는 주입구가 형성되고, 가장자리 일부분에는 냉각수가 배출되는 배출구가 형성되며, 주입구로 주입된 냉각수가 골고루 원을 그리며 전체적으로 확산되면서 배출구로 배출될 수 있게 이를 안내하는 가이드라인이 전극봉 조립공과 진공 펌프 연결공을 고려하여 굴곡진 형상을 갖도록 마련되고, 냉각수가 가이드라인을 따라 이동할 때 정체 현상이 발생되는 가이드라인의 굴곡진 부분마다 근접하게 가이드 편을 형성하여 냉각수의 흐름을 원활하게 유지하며,

상기 뚜껑은 돔 형상으로 형성되고, 하부 일부분에 냉각수가 주입되는 주입구가 형성되며, 상부 일부분에는 냉각수가 배출되는 배츨구가 형성되며, 중간 중간에는 다수의 포트들이 마련되고, 주입구로 주입된 냉각수가 회전하면서 상부로 확산될 때 방향변화로 인한 와류가 발생하는 부분에 다수의 핀을 형성하고, 다수의 포트들을 거쳐 배출구로 배출될 때 포트와 간섭되어 정체 현상이 발생되는 부분마다 근접하게 가이드 편을 형성하여 냉각수의 흐름을 원활하게 유지한 것을 특징으로 하는 잉곳 성장 장치의 챔버용 냉각 시스템.
제6항에 있어서,

상기 가이드 편은 냉각수의 흐름 방향을 따라 삼각형 또는 타원형의 형상을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 잉곳 성장 장치의 챔버용 냉각 시스템.
제6항에 있어서,

상기 핀은 냉각수가 하부에서 상부로 방향변화가 일어나는 주입구 부근에서 소정 크기의 원기둥 형상을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 잉곳 성장 장치의 챔버용 냉각 시스템.