KR101193662B1 - 단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치 - Google Patents

단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치 Download PDF

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Abstract

실시예는 단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에 관한 것이다.
상세히, 실시예에 따른 단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는, 멜팅 과정이 수행되는 동안 실리콘 융액의 상방을 선택적으로 차폐하는 단열 부재를 포함한다. 따라서, 상기 단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에 의하면, 상기 멜팅 과정이 수행되는 데 걸리는 시간이 더욱 단축될 수 있는 이점이 있다.

Description

단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치{Insulating member and Apparatus for manufacturing silicon single crystal ingot comprising the same}
실시예는 단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에 관한 것이다.
실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는, 내부에 실리콘 단결정 잉곳의 생성을 위한 공간이 형성되는 챔버와, 실리콘 단결정 잉곳의 생성을 위한 기본 재료가 되는 실리콘 융액이 수용되기 위하여 상기 챔버 내부에 구비되는 도가니를 포함한다.
그리고, 상기 도가니의 측방에는 상기 도가니를 가열하기 위한 가열부가 구비되고, 상기 도가니의 상방에는 상기 실리콘 융액으로부터 생성된 상기 실리콘 단결정 잉곳을 향한 상기 가열부의 열을 차단하기 위한 단열부가 구비된다. 상기 단열부는 상기 챔버의 내측면으로부터 상기 실리콘 융액 및 단결정 잉곳의 경계면을 향하여 연장된다. 이때, 상기 단열부는 상기 단결정 잉곳이 상승하는 데 지장이 없는 정도까지 연장된다. 즉, 상기 단열부의 중심에는 상기 단결정 잉곳이 상승할 때 관통하기 위한 개구부가 형성된다.
상기 실리콘 단결정 잉곳를 제조하기 위해서는, 먼저 상기 실리콘 단결정 잉곳의 원재료에 해당하는 실리콘 재료가 상기 도가니에 수용된다. 그리고, 상기 가열부가 작동하여 상기 도가니 및 실리콘을 가열함으로써, 상기 도가니 내부의 실리콘 재료가 실리콘 융액으로 용융되게 된다.
상기한 바와 같이, 상기 실리콘 원재료가 상기 실리콘 융액으로 용융되는 과정을 멜팅(melting) 과정이라 칭할 수 있다.
그런데, 상기 멜팅 과정이 수행되는 동안, 상기 단열부의 내측에 해당하는 상기 도가니의 상방은 개구되는 상태가 된다. 즉, 상기 가열부의 열이 상기 개구부를 통하여 상방으로 확산된다. 이때, 멜팅 과정은 상기 도가니 내부에 수용되는 실리콘 원재료를 용융시키는 것을 목적으로 하기 때문에, 상기 가열부의 열이 상방으로 확산되는 만큼 상기 멜팅 과정을 수행하는 데 걸리는 시간이 길어지는 문제점이 있다.
또한, 상기 가열부의 열이 상기 냉각 챔버를 향하여 전달되는 양만큼, 상기 가열부의 출력이 높아져야 하므로, 이로 인하여 상기 도가니가 과열되어 사용 수명이 단축되고, 에너지 소비량이 높아지는 문제점이 있다.
실시예는, 도가니를 향한 열을 더욱 집중시켜 멜팅 과정이 수행되는 시간을 단축할 수 있는 단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치를 제안하기 위한 것이다.
또한, 실시예는, 멜팅에 필요한 가열부의 출력을 감소시켜 도가니의 수명을 연장시킬 수 있는 단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치를 제안하기 위한 것이다.
실시예에 따른 단열 부재는, 단열바디; 상기 단열바디의 상단에 구비되고, 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 시드가 고정되기 위한 시드척에 결합되기 위한 결합부; 및 상기 단열바디의 하단에 구비되고, 실리콘 단결정 잉곳이 생성되기 위한 실리콘 융액의 상방을 차폐하는 단열저부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는, 챔버; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘이 수용되는 도가니; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 상기 실리콘을 가열하기 위한 가열부; 상기 실리콘으로부터 성장하는 단결정 잉곳을 향한 상기 가열부의 열을 차폐하기 위하여, 상기 도가니의 상방에 위치되는 상방 단열부; 및 상기 실리콘의 멜팅 과정이 수행되는 동안, 상기 상방 단열부의 내측에 해당하는 상기 도가니의 상방을 선택적으로 차폐하는 단열 부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에 의하면, 멜팅 과정이 수행되는 동안, 단열 부재가 상방 단열부의 내측에 해당하는 도가니의 상방을 차폐하게 된다. 따라서, 가열부에서 방출되는 열이 상기 도가지를 향하여 더욱 집중될 수 있으므로, 상기 멜틸 과정이 수행되는 시간이 더욱 단축될 수 있는 이점이 있다.
그리고, 상기 단열 부재에 의하여 상기 가열부의 열이 차단되는 만큼, 더욱 적은 가열부의 출력만으로도 상기 실리콘 원재료를 용융시키기 위한 온도에 도달할 수 있다. 즉, 상기 가열부의 출력이 더욱 감소될 수 있으므로, 에너지 소비량이 감소될 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 도가니 및 실리콘 융액의 전체적인 온도가 더욱 균일해질 수 있으므로, 상기 도가니의 특정 부분이 가열됨으로써 상기 도가니가 손상되는 현상이 최소화될 수 있다. 따라서, 상기 도가니의 수명이 연장될 수 있는 이점이 있다.
도 1은 단결정 잉곳이 성장하는 과정에서 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 모습을 보인 단면도.
도 2는 멜팅 과정에서 실시예에 따른 단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 단면도.
도 3은 실시예에 따른 단열 부재의 사시도.
도 4는 실시예에 따른 단열 부재의 단면도.
도 5는 실시예에 따른 단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 성능 평가 결과를 보인 표.
도 6은 실시예에 따른 단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에서 실리콘 융액 및 도가니의 온도 분포를 보인 도면.
도 7은 실시예에 따른 단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에서 멜팅 과정이 수행되는 데 걸리는 시간을 보인 도면.
이하, 실시예에 따른 단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
(실시예)
도 1은 단결정 잉곳이 성장하는 과정에서 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 모습을 보인 단면도이고, 도 2는 멜팅 과정에서 실시예에 따른 단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는, 내부에 실리콘 단결정 잉곳(101)이 성장하기 위한 공간이 형성되는 챔버(1)와, 상기 실리콘 단결정 잉곳(101)의 원재료에 해당하는 실리콘 융액(100)이 수용되기 위한 도가니(10)와, 상기 도가니(10)를 가열하기 위한 가열부(20)와, 상기 실리콘 단결정 잉곳(101)을 향한 상기 가열부(20)의 열을 차단하기 위하여 상기 도가니(10)의 상방에 위치되는 상방 단열부(32)와, 상기 실리콘 단결정 잉곳(101)의 성장을 위한 시드(102)를 고정하기 위한 시드척(41)와, 상기 실리콘 단결정 잉곳(101)을 상방으로 인상시키기 위한 인상수단을 포함한다.
그리고, 상기 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는, 상기 도가니(10)를 지지하고 회전 및 상승시키기 위한 지지수단(50)과, 상기 챔버(1)의 내벽을 향한 상기 가열부(20)의 열을 차단하기 위한 측방 단열부(31)와, 상기 실리콘 단결정 잉곳(101)의 상태를 감지하기 위한 감지부(미도시)와, 상기 실리콘 단결정 잉곳(101)을 냉각하기 위한 냉각관(70)을 더 포함한다.
보다 상세히, 상기 챔버(1)는 전체적으로 내부가 빈 원통 형상이다. 그리고, 상기 챔버(1)의 중앙부에 상기 도가니(10)가 위치된다. 상기 도가니(10)는, 상기 실리콘 융액(100)이 수용될 수 있도록 전체적으로 오목한 그릇의 형상이다. 그리고, 상기 도가니(10)는, 상기 실리콘 융액(100)과 직접 접촉되는 석영 도가니(11)와, 상기 석영 도가니(11)의 외면을 둘러싸면서 상기 석영 도가니(11)를 지지하는 흑연 도가니(12)를 포함한다.
상기 도가니(10)의 측방에는 상기 도가니(10)를 향하여 열을 방출하기 위한 가열부(20)가 위치된다. 그리고, 상기 측방 단열부(31)는 상기 가열부(20)와 상기 챔버(1)의 내벽 사이에 구비된다.
또한, 상기 상방 단열부(32)는, 상기 챔버(1)의 내벽으로부터 상기 실리콘 융액(100)과 단결정 잉곳(101)의 경계면을 향하여 연장된다. 다만, 상기 상방 단열부(32)의 단부와 상기 경계면 사이를 통하여 아르곤 가스가 유동할 수 있도록, 상기 상방 단열부(32)의 단부가 상기 경계면과 이격되는 범위 내에서 연장된다.
다른 한편으로는, 상기 상방 단열부(32)의 단부는 상기 실리콘 단결정 잉곳(101)을 둘러싸게 된다. 즉, 상기 상방 단열부(32)는 상기 챔버(1)의 내부 공간을, 상기 실리콘 융액(100)이 가열되고 상기 실리콘 융액(100)으로부터 단결정 잉곳(101)이 성장되는 가열 챔버(13)와, 상기 단결정 잉곳(101)이 냉각되는 냉각 챔버(14)로 구획한다.
그리고, 상기 시드척(41)의 하단에는 상기 시드(102)가 고정되고, 상기 단결정 잉곳(101)은 상기 시드(102)로부터 연속적으로 성장한다. 상기 시드척(41)이 상기 인상수단에 의하여 상방으로 인상됨으로써, 상기 시드(102) 및 단결정 잉곳(101)이 함께 상방으로 인상될 수 있다.
보다 상세히, 상기 시드척(41)은, 상기 시드케이블이 고정되기 위한 케이블고정부(411)와, 상기 시드(102)가 고정되기 위한 시드고정부(412)를 포함한다. 그리고, 상기 케이블고정부(411)의 상면에는 상기 시드고정부(412)가 수용되기 위한 결합홈(414)이 형성되고, 상기 시드고정부(412)의 하단에는 상기 결합홈(414)에 수용되기 위한 결합부(413)가 형성된다.
상기 결합부(413)의 외면 및 상기 결합홈(414)의 내면에는 상기 케이블고정부(411) 및 시드고정부(412)가 서로 결합 또는 분리되기 위한 나사산이 형성된다. 즉, 상기 결합부(413)의 나사산과 상기 결합홈(414)의 나사산이 서로 맞물려 회전하는 방식으로, 상기 시드고정부(412)는 상기 케이블고정부(411)에 결합 또는 분리될 수 있다.
그리고, 상기 인상수단은, 상기 시드척(41)에 연결되는 시드케이블(42)과, 상기 단결정 잉곳(101)이 인상되기 위한 동력을 제공하는 구동모터(미도시)를 포함한다. 상기 구동모터에 의하여 상기 시드케이블(42)을 당겨짐으로써, 상기 시드척(41), 시드(102) 및 단결정 잉곳(101)이 함께 상방으로 인상될 수 있다.
또한, 상기 지지수단(50)은, 상기 도가니(10)를 지지하는 지지부와, 상기 도가니(10)를 회전 및 승강시키기 위한 동력을 제공하는 구동모터(미도시)를 포함한다. 상기 지지부는 상기 도가니(10)의 하방에서 상기 도가니(10)의 저면을 지지하고, 상기 구동모터는 상기 지지부를 회전 및 승강시킴으로써 상기 도가니(10)가 회전 및 승강되도록 한다.
그리고, 상기 냉각관(70)은 전체적으로 상하 방향으로 긴 중공형의 원통 형상이다. 그리고, 상기 냉각관(70)은 상기 단결정 잉곳(101)의 상방에 해당하는 상기 챔버(1)의 상면에 고정된다.
그리고, 상기 냉각관(70)의 내부에는, 상기 단결정 잉곳(101)의 냉각을 위한 물이 유동하기 위한 유로가 형성된다. 상기 단결정 잉곳(101)의 쿨링(cooling) 과정이 수행되는 동안, 상기 단결정 잉곳(101)은 상기 냉각관(70)의 내측에 위치되고 상기 냉각관(70)을 통하여 물이 유동하는 방식으로 상기 단결정 잉곳(101)이 냉각될 수 있다.
한편, 상기 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는, 상기 단결정 잉곳(101)의 멜팅(melting) 과정이 수행되는 동안, 상기 상방 단열부(32)의 내측에 해당하는 상기 도가니(10)의 상방을 선택적으로 차폐하는 단열 부재(80)를 포함한다. 이때, 상기 상방 단열부(32) 및 단열 부재(80)는, 상기 냉각 챔버(14)로 향한 상기 가열부(20)의 열을 차단하는 역할을 하는 측면에서 각각, 제 1 단열부(32) 및 제 2 단열부(80)라고 칭할 수도 있다.
이하에서는, 실시예에 따른 단열 부재에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 실시예에 따른 단열 부재의 사시도이고, 도 4는 실시예에 따른 단열 부재의 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 그리고, 상기 단열 부재(80)는, 전체적으로 원뿔대 형상으로 형성되는 단열바디(81)와, 상기 단열바디(81)의 하단으로부터 하방으로 연장되는 단열저부(83)와, 상기 시드척에 결합되는 결합부(82)를 포함한다. 그리고, 상기 단열바디(81) 및 단열저부(83)의 내부에는 단열재(801)가 수용된다.
다른 한편으로는, 상기 단열 부재(80)는, 상기 단열 부재(80)의 외형을 형성하고 내부에 빈 공간이 형성되는 케이스(800)와, 상기 케이스(800)의 내부에 구비되는 상기 단열재(801)를 포함한다.
이때, 상기 케이스(800)는 예를 들면, CCM(Carbon composite material), 흑연(graphite)과 같은 상기 단결정 잉곳 생성에 영향이 없는 재질로 형성될 수 있고, 상기 단열재(801)는 예를 들면, 펠트(felt)와 같은 단열성이 좋은 재질로 형성될 수 있다.
상세히, 상기 단열바디(81)의 외면은 경사지게 형성되어, 상기 냉각 챔버(14) 내부를 유동하는 아르곤 가스를 상기 가열 챔버(13)를 향하여 유동하도록 안내하는 역할을 한다. 그리고, 상기 단열저부(83)는 상기 단열바디(81)의 하단과 동일한 외경을 가지도록 형성된다.
이때, 상기 단열바디(81)의 하단의 외경 및 상기 단열저부(83)의 외경은 상기 상방 단열부(32)의 내경보다 작다. 즉, 상기 단열 부재(80)의 저면의 면적은, 상기 상방 단열부(32)로 둘러싸이는 내측 공간의 면적보다 적다. 따라서, 상기 단열 부재(80)와 상기 상방 단열부(32)의 사이로 상기 아르곤 가스가 유동할 수 있도록, 상기 단열 부재(80) 및 상방 단열부(32)는 서로 이격된다.
그리고, 단열저부(83)의 저면 즉, 상기 단열 부재(80)의 저면은, 상기 실리콘 융액(100)의 표면으로부터 일정한 간격을 가지도록 편평하게 형성된다.
한편, 상기 결합부(82)는 상기 단열바디(81)의 상단에 구비되어, 상기 시드척(41)에 결합된다. 상기 결합부(82)의 상면에는 상기 케이블고정부(411)의 결합부(413)가 수용되기 위한 결합홈(820)이 형성된다. 상기 결합홈(820)은 상기 케이블고정부(411)의 길이와 대응되는 깊이로 형성되고, 상기 케이블고정부(411)의 결합부(413)와 맞물릴 수 있도록 상기 결합홈(820)의 내면에는 나사산이 형성된다.
따라서, 상기 단열 부재(80)는, 상기 단열 부재(80)의 나사산과 상기 케이블고정부(411)의 나사산이 맞물려 회전하는 방식으로, 상기 케이블고정부(411)에 결합 또는 분리될 수 있다.
이하에서는, 실시예에 따른 단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에서 작용에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 실리콘의 멜팅 과정을 수행하시 위하여 먼저, 상기 시드고정부(412)를 상기 케이블고정부(411)로부터 분리한다. 이때, 상기 시드고정부(412)를 상기 케이블고정부(411)에 대하여 상대적으로 회전시킴으로써, 상기 시드고정부(412)가 상기 케이블고정부(411)로부터 분리될 수 있다.
그리고, 상기 케이블고정부(411)에 상기 단열 부재(80)를 결합시킨다. 이때, 상기 케이블고정부(411)의 결합부(413)가 상기 단열 부재(80)의 결합홈(820)에 수용된 상태에서, 상기 단열 부재(80)를 상기 케이블고정부(411)에 대하여 상대적으로 회전시킴으로써, 상기 단열 부재(80)가 상기 케이블고정부(411)에 결합될 수 있다.
다음으로, 상기 인상 수단에 의하여 상기 단열 부재(80)가 하강됨으로써, 상기 단열 부재(80)가 적정 높이에 위치될 수 있다. 여기서, 상기 적정 높이는, 상기 단열 부재(80)의 저면이 상기 상방 단열부(32)의 하단과 동일한 높이에 위치되는 상태를 의미한다.
이는, 상기 단열 부재(80)가 상기 실리콘 융액(100)의 표면에 과도하게 가까워지면 상기 실리콘 융액(100)의 특성에 악영향을 미칠 가능성이 높아지고, 상기 단열 부재(80)가 상기 실리콘 융액(100)의 표면으로부터 과도하게 멀어지면 상기 가열 챔버(13) 및 냉각 챔버(14) 간의 단열 효과가 떨어지기 때문이다.
그리고, 상기 가열부(20)를 작동시켜, 상기 도가니(10)에 수용되는 실리콘 원재료를 가열하도록 한다.
그러면, 상기 가열부(20)로부터 방출되는 열은 상기 도가니(10)를 향하여 더욱 집중될 수 있다. 보다 상세히, 상기 단열 부재(80)에 의하여, 상기 상방 단열부(32)의 내측에 해당하는 상기 도가니(10)의 상방이 차폐된다. 따라서, 상기 가열부(20)의 열이 상기 상방 단열부(32)의 내측에 해당하는 공간을 통하여 상기 냉각 챔버(14)를 향하여 전달되는 현상이 최소화될 수 있다. 그러므로, 상기 가열부(20)의 열이 상기 도가니(10)를 향하여 더욱 집중될 수 있는 것이다.
또한, 상기 가열부(20)의 열이 상기 도가니(10)를 향하여 집중되는 만큼, 상기 도가니(10) 및 실리콘 융액(100) 상의 온도 분포가 더욱 균일해질 수 있다. 따라서, 상기 도가니(10)의 일부분이 과열됨으로써 손상 또는 변형되는 현상이 최소화될 수 있으므로, 상기 도가니(10)의 사용 수명이 연장될 수 있는 이점이 있다.
그리고, 상기 가열부(20)가 더욱 적은 출력으로도 상기 멜팅 과정을 수행할 수 있게 된다. 상기 가열부(20)의 출력이 종래에 비하여 감소될 수 있으므로, 상기 멜팅 과정을 수행하는 데 필요한 에너지 소비량이 감소될 수 있는 이점이 있다.
더불어, 상기 멜팅 과정에서도, 상기 아르곤 가스는 상기 냉각 챔버(14)로부터 상기 가열 챔버(13)를 향하여 유동하게 되는데, 상기 아르곤 가스는 상기 단열 부재(80)의 측면에 의하여 상기 가열 챔버(13)을 향하도록 안내될 수 있다.
한편, 상기 멜팅 과정이 완료된 경우에는, 상기 인상 수단에 의하여 상기 단열 부재(80)가 다시 상승되어, 상기 상방 단열부(32)의 내측에 해당하는 공간으로부터 이탈된다. 그리고, 상기 단열 부재(80)가 상기 케이블고정부(411)로부터 분리되고, 상기 시드고정부(412)가 상기 케이블고정부(411)에 다시 결합됨으로써, 상기 단결정 잉곳(101)을 생성하기 위한 다음 과정이 수행될 수 있다.
한편, 실시예에 따른 단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 성능 평가를 실시하였다.
이하에서는, 실시예에 따른 단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 성능 평가 결과에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5는 실시예에 따른 단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 성능 평가 결과를 보인 표이고, 도 6은 실시예에 따른 단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에서 실리콘 융액 및 도가니의 온도 분포를 보인 도면이며, 도 7은 실시예에 따른 단열 부재 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에서 멜팅 과정이 수행되는 데 걸리는 시간을 보인 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 실시예에 따른 단열 부재(80) 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(B)의 멜팅 성능이, 종래의 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(A)의 멜팅 성능에 비하여 향상됨을 확인할 수 있다.
상세히, 도 5 및 도 6을 참조하면, 실시예에 따른 단열 부재(80) 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(B)와 종래의 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(A) 각각에 의한, 멜팅 과정 중에 실리콘 융액(100)의 중심부(102,104) 온도와 상기 가열부(20)의 출력을 확인할 수 있다. 이때, 상기 중심부(102,104) 온도 및 가열부(20)의 출력은, 상기 실리콘 융액(100)의 측면부(101,103) 온도가 동일한 조건을 가정한 결과이다.
먼저, 실시예에 따른 단열 부재(80) 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(B)에 의하면, 상기 실리콘 융액(100)의 중심부(104) 온도가 1725K에 해당하고 가열부(20)의 출력은 112KW에 해당한다. 그리고, 종래의 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(A)에 의하면, 상기 실리콘 융액(100)의 중심부(102) 온도가 1685K이고 가열부(20)의 출력은 120KW에 해당한다.
상기 실리콘 융액(100)의 측면부(101,103) 온도는 1893K로서 동일한 조건임을 감안할 때, 실시예에 따른 단열 부재(80) 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(B)에 의하여 멜팅 과정이 수행되는 경우에, 상기 실리콘 융액(100)의 온도 편차가 상대적으로 적다.
이는, 도 6에서, 실시예에 따른 단열 부재(80) 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(B)에 의한 멜팅 과정에서 상기 실리콘 융액(100)의 등온선 간격이, 종래의 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(A)에 의한 멜팅 과정에서 상기 실리콘 융액(100)의 등온선 간격에 비하여 더욱 넓은 것을 통해서도 용이하게 확인할 수 있다. 따라서, 실시예에 의한 경우에는 종래에 비하여, 상기 도가니(10)의 일부분이 과열되는 현상이 최소화될 수 있다.
그리고, 실시예를 이용하여 멜팅 과정이 수행되는 경우에는, 종래의 경우에 비하여 상대적으로 적은 가열부(20)의 출력만으로도, 동일한 측면부 온도 조건을 유지한다. 즉, 실시예에 의한 경우에는 종래에 비하여, 상기 멜팅 과정에 필요한 상기 가열부(20)의 출력이 감소될 수 있다.
또한, 이를 통하여, 실시예를 이용하여 멜팅 과정이 수행되는 경우에는 종래의 경우에 비하여, 상기 가열부(20)에서 방출되는 열이 상기 도가니(10) 및 실리콘 융액(100)을 향하여 더욱 집중될 수 있음을 알 수 있다.
한편, 도 7을 참조하면, 실시예에 따른 단열 부재(80) 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(B)와, 종래의 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(A) 각각을 이용하여, 멜팅 과정이 수행되는 데 걸리는 시간을 확인할 수 있다.
성능 평가 실험은, 실시예에 따른 단열 부재(80) 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(B)를 이용한 멜팅 과정과, 종래의 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(A)를 이용한 멜팅 과정을, 각각 5회에 걸쳐 수행하는 방식으로 실시되었다. 그리고, 도 7에는, 상기 각 실험 결과에 해당하는 멜팅 과정 수행 시간 중에서, 최장 시간에 해당하는 수행 시간을 100%로 볼 때, 나머지 수행 시간이 비율적으로 나타난다.
실험 결과를 살펴보면, 종래의 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(A)를 이용한 멜팅 과정 수행 시간은 평균적으로 상기 최장 시간에 가깝다. 이와 대비하여, 실시예에 따른 단열 부재(80) 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(B)를 이용한 멜팅 과정 수행 시간은, 평균적으로 상기 최장 시간의 90%에 가깝다.
즉, 실시예에 따른 단열 부재(80) 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(B)를 이용하면, 종래의 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(A)를 이용하는 경우에 비하여, 멜팅 과정을 수행하는 데 걸리는 시간을 10% 가까이 단축할 수 있는 이점이 있음을 알 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.
1 : 챔버 10 : 도가니
100 : 실리콘 융액 101 : 실리콘 단결정 잉곳
41 : 시드척 411 : 케이블고정부
412 : 시드고정부 80 : 단열부재

Claims (17)

  1. 단열바디;
    상기 단열바디의 상단에 구비되고, 시드척에 결합되기 위한 결합부; 및
    상기 단열바디의 하단에 구비되고, 실리콘 단결정 잉곳이 생성되기 위한 실리콘 융액의 상방을 차폐하는 단열저부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 부재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열바디는 원뿔대 형상인 것을 특징으로 하는 단열 부재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합부는, 실리콘을 용융시키는 멜팅 과정(melting)이 수행되는 동안 상기 시드척에 결합된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 단열 부재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합부에는 상기 시드척의 일부분이 수용되기 위한 결합홈이 형성되고,
    상기 결합홈의 내면에는 상기 시드척의 일부분에 형성되는 나사산과 맞물리는 나사산이 형성되는 것을 특징으로 하는 단열 부재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열저부의 저면은 편평한 형상인 것을 특징으로 하는 단열 부재.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열바디 및 단열저부의 내부에 수용되는 단열재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 부재.
  7. 챔버;
    상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘이 수용되는 도가니;
    상기 챔버의 내부에 구비되고, 상기 실리콘을 가열하기 위한 가열부;
    상기 실리콘으로부터 성장하는 단결정 잉곳을 향한 상기 가열부의 열을 차폐하기 위하여, 상기 도가니의 상방에 위치되는 상방 단열부; 및
    상기 실리콘의 멜팅 과정이 수행되는 동안, 상기 상방 단열부의 내측에 해당하는 상기 도가니의 상방을 선택적으로 차폐하는 단열 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 단열 부재는 상방으로 뾰족한 원뿔 형상인 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 단열 부재의 저면의 면적은, 상기 상방 단열부의 하단부로 둘러싸이는 내측 공간의 면적보다 적은 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 단열 부재의 저면의 높이는, 상기 상방 단열부의 하단의 높이와 동일한 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 상방 단열부 및 단열 부재의 사이로 가스가 유동할 수 있도록, 상기 단열 부재는 상기 상방 단열부와 이격되는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 단열 부재의 저면은 편평한 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.
  13. 제 7 항에 있어서,
    시드가 고정되는 시드척을 더 포함하고,
    상기 단열 부재는 상기 시드척에 선택적으로 분리 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 시드척은,
    상기 시드척을 인상시키기 위한 케이블이 연결되는 케이블고정부; 및
    상기 시드가 고정되고, 상기 케이블고정부에 선택적으로 분리 가능하게 결합되는 시드고정부;를 포함하고,
    상기 멜팅 과정이 수행되는 경우에는, 상기 시드고정부는 상기 케이블고정부로부터 분리되고, 상기 단열 부재가 상기 케이블고정부에 결합되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 시드고정부를 상방으로 인상시키는 인상수단을 더 포함하고,
    상기 단열 부재는 상기 인상수단에 의하여 승강하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 멜팅 과정이 시작되는 경우에는 상기 단열 부재가 하강하고, 상기 멜팅 과정이 종료되는 경우에는 상기 단열 부재가 상승하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.
  17. 제 7 항에 있어서,
    상기 단열 부재는,
    내부에 빈 공간이 형성되는 케이스; 및
    상기 케이스의 내부에 수용되는 단열재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.
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