KR101194157B1 - 도가니 보유 지지 부재 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 도가니 보유 지지 부재 및 도가니 보유 지지 부재를 제조하는 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 도가니 보유 지지 부재는 축선과 평행하게 종방향으로 분할되어 방사상으로 배치된 복수의 흑연 분할편을 포함하는 도가니 지지부와, 환형으로 형성되고 도가니 지지부의 본체부 상에 끼워 맞춤되어 도가니 지지부를 원주 방향으로 결합시키는, C/C 복합재로 만들어진 외부 끼워 맞춤 부재를 포함한다. 본 발명에 따른 방법은 단일 등방성 흑연 블록으로부터 동일한 절단 방향으로 각각의 분할편을 절단하는 단계를 포함한다.

도가니 보유 지지 부재, 도가니 지지부, 끼워 맞춤 부재, 분할편, 메쉬체

Description

도가니 보유 지지 부재 및 그 제조 방법{CRUCIBLE HOLDING MEMBER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 출원은 본 명세서에서 그 전체 내용이 참고로 수록된 2008년 5월 1일자 출원된 일본특허출원 제2008-119948호를 우선권 주장한다.

본 발명은 금속, 유리 또는 실리콘과 같은 고온 용융물을 수용하는 도가니를 보유 지지하기 위한 도가니 보유 지지 부재에 관한 것으로, 특히 실리콘 단결정 풀링(pulling)에 사용되는 도가니를 보유 지지하는 도가니 보유 지지 부재에 관한 것이다.

종래의 실리콘 단결정 풀링 장치에는 카본 재료가 널리 사용되고 있는데, 그 이유는 카본 재료가 내열성이 높고 열 충격성이 높으며, 카본 재료는 실리콘을 거의 오염시키지 않기 때문이다. 특히, 등방성 흑연 재료는 고밀도이기 때문에 장치 내에서 발생하는 SiO와 같은 반응 가스와 반응하기 어렵고, 실리콘 용융물을 수용하는 석영 도가니용 재료인 SiO₂와 등방성 흑연 재료의 반응 속도는 느리다. 따라서, 등방성 흑연 재료가 석영 도가니의 주연을 보유 지지하는 흑연 도가니로서 사 용되고 있다.

최근, 수율을 증가시키고 생산성을 향상시키기 위해 실리콘 웨이퍼의 직경 증가가 진행되고 있으며, 300mm 웨이퍼가 주류로 되고 있다. 직경 400mm를 초과하는 웨이퍼의 개발도 진척되고 있다. 이러한 실리콘 웨이퍼 직경의 증가에 의해, 실리콘 단결정 풀링 장치의 크기가 커져서, 풀링 장치에 사용되는 흑연 도가니의 중량이 매우 커지고, 결과적으로 장치에 흑연 도가니를 설치하는 것과 같은 취급이 곤란하게 된다.

또한, 등방성 흑연 재료의 제조 공정에는 정압하에 가압 공정이 필요하며, 흑연 제품의 직경의 약 1.5배 크기를 갖는 CIP(Cold Isostatic Press) 장치가 필요하다. 큰 크기의 흑연 도가니와 같은 등방성 흑연 재료 용으로 종래의 CIP 장치의 직경은 충분하지 않으며, 더 큰 장치가 필요하게 된다.

CIP 장치를 사용하지 않고 큰 크기의 흑연 도가니를 제조하는 기술로서, 탄소 섬유를 필라멘트 와인딩법(filament winding process)에 의해 도가니 형태로 성형하고, 매트릭스로서 수지나 피치에 의해 함침시키고, 이것을 소성시켜 탄소/탄소 섬유 복합재(이하, C/C 복합재라 함)로 된 도가니를 제조하는 기술(예컨대, JP-A-10-152391 또는 JP-A-11-60373 참조)과, 성형 다이에 탄소 섬유 직물을 부착시키고, 성형 및 경화를 수행하여 탄소 섬유-강화 플라스틱을 얻은 후에, 함침 및 소성하여 C/C 복합재로 된 도가니를 제조하는 기술(예컨대, JP-A-10-245275 참조) 등이 제안되어 있다.

또한, 소형 CIP 장치를 사용하여 등방성 흑연 재료로 된 종래의 흑연 도가니 를 형성하는 방법으로서, CIP에 의해 3개 이상의 부분으로 분할된 흑연 도가니를 별도로 성형하는 방법(예컨대, JP-A-11-147199 참조)도 제안되어 있다.

전술한 바와 같이, 등방성 흑연 재료를 사용하는 대형 흑연 도가니에는 더 큰 CIP 장치가 요구되고, 등방성 흑연이 소성 및 흑연화 단계에서 변형되어 재료 손실 등이 발생하기 때문에 변형을 예상하여 전술한 CIP 성형 시에 성형된 제품에 대해 여분의 두께를 제공하는 것이 필요하다.

또한, C/C 복합재를 포함하는 도가니 보유 지지 부재에서는, 탄소 섬유가 대량으로 사용되는데, 이것은 매우 고가이다. 따라서, 실리콘 잉곳의 직경이 커지더라도 웨이퍼의 제조 비용 절감 효과는 충분히 달성되지 않는다.

흑연 도가니를 3개 이상의 단편으로 별도로 CIP 성형하는 방법은 열팽창 계수 또는 열 전도성에서의 서로 간의 차이가 도가니의 분할편에서의 단차부 발생, 또는 실리콘이 풀링업되는 온도로 가열할 때에 도가니의 각 분할편에 대한 온도차 발생을 야기하여, 고품질 실리콘 잉곳을 얻기 어렵다는 문제점을 갖는다. 또한, 흑연 재료의 제조에서도, 분할편들은 비대칭 형상을 갖기 때문에 소성 또는 흑연화 시에 개개의 분할편이 패킹되기 어렵고, 또는 조립 및 풀링업 시에 균형을 유지하기 어렵다.

또한, 도가니의 분할편의 수가 증가하면, 분할편의 크기가 감소하고, 실리콘 단결정을 풀링할 때에 도가니에 균열이 생기면, 분할편은 복수의 부분으로 분리된다. 이에 따른 파편들이 풀링업 장치에서 떨어지면, 히터와 도가니 사이에 빠져서 도가니를 회전 불가능하게 만들고, 히터는 기계적으로 손상되며, 또는 전기적 단락 에 의해 가열이 중지된다. 이와 관련하여, 석영 도가니측 상에도, 보유 지지 부재가 손실 및 변형되어 액체 레벨을 저하시켜, 그로 인해 풀링업된 실리콘 내에 결정 결함이 야기될 우려가 있다.

또한, 풀링업이 개시된 직후에 전원 고장과 같은 문제로 실리콘 용융물이 응고되면, 실리콘은 응고에 의해 팽창(약 9.6%의 체적 팽창)되는 성질을 갖는다. 따라서, 이는 석영 도가니와 흑연 도가니를 확장시키는 기능을 한다. 소직경 단결정 잉곳을 풀링업하는 장치의 경우에는, 이러한 문제가 도가니의 균열을 일으키더라도, 단시간 동안 냉각이 수행되고, 더욱이 범람한 응고되지 않은 실리콘 양도 적다. 따라서, 이는 심각한 문제가 되지 않는다. 그러나, 대직경 단결정 잉곳을 풀링업하는 장치의 경우에는, 이런 문제가 발생할 때 냉각에 시간이 걸리고 대량의 실리콘 용융물이 장치 내에서 범람할 우려가 있다.

또한, JP-A-1-183490은 단결정을 풀링업하는 흑연 도가니의 외벽부 상에 적어도 응력 집중 구역 둘레에 탄소 섬유를 권취하여, 탄소 섬유와 흑연 도가니 사이에 부착하는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 흑연 도가니의 균열에 대한 저항력이 탄소 섬유를 둘레에 권취 부착함으로써 증가하고, 전술한 바와 같이 팽창력이 원주 방향으로 작용할 때, 결합력은 저항력이 도가니 자체 내에서의 변형 또는 균열의 현저한 발생을 야기하게 할 우려가 있다.

본 발명은 전술한 문제를 고려한 것으로, 본 발명의 목적은 소형 CIP 장치에 의해서도 쉽게 제조될 수 있고, 원주 방향으로 큰 장력이 작용하더라도 형상이 안정되고, 풀링업 시에 균열이 발생한 후라도 작동될 수 있는 대형 단결정 풀링업 장치에 사용할 수 있는 도가니 보유 지지 부재를 제공하는 것이다.

본 발명의 태양에 따르면 이하가 제공된다.

(1) 본 발명의 태양에 따르면, 축선과 평행하게 종방향으로 분할되어 방사상으로 배치된 복수의 흑연 분할편을 포함하는 도가니 지지부와, 환형으로 형성되고 도가니 지지부의 본체부 상에 끼워 맞춤되어 흑연 분할편을 원주 방향으로 결합시키는 C/C 복합재로 만들어진 외부 끼워 맞춤 부재를 포함하는, 도가니 보유 지지 부재가 제공된다.

이 도가니 보유 지지 부재에 따르면, 도가니 지지부는 원주 방향으로 분할된 복수의 흑연 분할편을 포함하므로, 대형 도가니의 경우에라도 개개의 분할편은 소형으로 성형될 수 있다.

(2) (1)의 도가니 보유 지지 부재에서, 외부 끼워 맞춤 부재는 축선에 대해 사선으로 직조된 복수의 탄소 섬유의 스트랜드를 포함하는 메쉬체로 형성되고, 메쉬체의 탄소 섬유 사이의 틈에 매트릭스가 충전될 수 있다.

외부 끼워 맞춤 부재는 스트랜드가 사선으로 직조된 메쉬체로 형성되므로, 강한 장력이 원주 방향으로 작용하더라도 사선으로 직조된 스트랜드는 팽창을 처리할 수 있다. 분할편이 균열되더라도, 균열이 전체 도가니 지지부로 전개되지 않는다. 더욱이, 분할편은 외부 끼워 맞춤 부재로 둘러싸이므로 이탈이 방지된다. 또한, 외부 끼워 맞춤 부재가 분리되고, 손상된 분할편이 새로운 분할편으로 교체될 수 있으므로, 도가니 보유 지지 부재를 계속 사용하는 것이 가능하게 된다.

(3) (2)의 도가니 보유 지지 부재에서, 메쉬체는, 축선에 대해 제1 각도로 경사진 제1 방향으로 제공된 복수의 제1 스트랜드와, 축선에 대해 제1 각도와 동일한 제2 각도로 경사지고 축선에 대해 제1 방향과 대향하는 제2 방향으로 제공된 복수의 제2 스트랜드를 포함할 수 있다.

이 도가니 보유 지지 부재에 따르면, 원주 방향으로의 강도는 낮으므로, 원주 방향으로 팽창시키는 힘이 도가니 보유 지지 부재 상에 작용하더라도, 메쉬체는 제1 스트랜드와 제2 스트랜드에 의해 형성된 장사방형 형상의 격자의 뒤틀림에 의해 원주 방향으로 확장될 수 있으므로, 복수의 분할편을 포함하는 도가니 지지부가 원주 방향으로 팽창하는 것이 가능하다.

(4) (2) 또는 (3)의 도가니 보유 지지 부재에서, 메쉬체는 축선을 따라 복수의 종방향 스트랜드를 더 포함할 수 있다.

이 도가니 보유 지지 부재에 따르면, 수직 방향으로 작용하는 도가니의 하중은 종방향 스트랜드의 연장 방향과 일치하므로, 메쉬체의 수직 방향 강도가 증가한다.

(5) (2) 내지 (4) 중 어느 하나의 도가니 보유 지지 부재에서, 메쉬체는 축 선과 수직인 평면 내에 원주 방향과 평행하게 제공된 스트랜드를 포함하지 않을 수 있다.

이 도가니 지지 부재에 따르면, 원주 방향으로의 스트랜드가 존재하지 않으므로, 원주 방향으로 팽창시키는 힘이 작용하더라도 응력이 스트랜드의 일부에 집중되지 않아서, 스트랜드의 파손이 발생되지 않는다. 또한, 메쉬체는 원주 방향으로 팽창하기 쉬워서(즉, 메쉬체가 원주 방향으로 강체일 때와 같은 결합력은 발생하지 않는다), 복수의 분할편을 포함하는 도가니 지지부의 팽창성을 향상시킨다.

(6) (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 도가니 보유 지지 부재는, 도가니 지지부의 본체부 상에 제공되어 외부 끼워 맞춤 부재의 이탈을 규제하는 돌기를 더 포함할 수 있다.

이 도가니 보유 지지 부재에 따르면, 외부 끼워 맞춤 부재는 본체부 상에 제공된 돌기 상에 지지되고, 온도 변화에 의해 상대적으로 변하는 끼워 맞춤 상태의 변동(체결력의 변동)과 상관없이 항상 이탈없이 확실하게 보유 지지된다.

(7) (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 도가니 보유 지지 부재에서, 외부 끼워 맞춤 부재와 도가니 지지부는, 도가니 지지부의 바닥부를 향해 직경이 더 커지는, 각각의 테이퍼면에 의해 서로 끼워 맞춤될 수 있다.

이 도가니 보유 지지 부재에 따르면, 온도의 변화에 의해 끼워 맞춤 상태가 팽창 또는 수축하더라도, 외부 끼워 맞춤 부재는 항상 본체부가 조여지는 방향으로 이동하므로, 이탈을 방지할 수 있고 느슨함이 발생하지 않는 체결 상태를 계속해서 유지하는 것이 가능하다.

(8) (1) 내지 (7) 중 어느 하나의 도가니 보유 지지 부재에서, 방사상으로 배치된 복수의 분할편의 하단부는 축선 둘레에 원기둥 공간을 포위하여 결합될 수 있다. 도가니 보유 지지 부재는 상부면으로부터 원기둥체가 돌출된 플레이트를 더 포함할 수 있다. 원기둥체는 복수의 분할편의 하단부에 의해 포위된 원기둥 공간에 끼워 맞춤될 수 있다.

이 도가니 보유 지지 부재에 따르면, 분할편의 안정된 조립이 가능하게 된다. 바닥부로부터의 가열 성능을 증가시키기 위해, 도가니는 바닥부의 중심에 보유 지지하고 그 주연을 노출시키는 구조를 갖는다. 따라서, 도가니의 분할 수의 증가와 함께 개개의 분할편의 무게 중심 위치는 축선으로부터 벗어나고, 안정성이 결여되고 단일체와 같이 자체 지지될 수 없다. 이 구성에 따르면, 분할편의 하단부는 베드 플레이트(bedplate)의 원통형 본체와 접촉하게 되고, 그로 인해 위치 설정이 쉽게 된다.

(9) (1) 내지 (8) 중 어느 하나의 도가니 보유 지지 부재에서, 인접한 흑연 분할편이 연결되는 적어도 일부분에서 도가니 지지부의 내면 상에 탄소질 시트 또는 흑연질 시트가 도포될 수 있다.

(10) (1) 내지 (9) 중 어느 하나의 도가니 보유 지지 부재를 제조하는 방법은 단일 등방성 흑연 블록으로부터 동일 절단 방향으로 각 분할편을 절단하는 단계를 포함한다.

이 방법에 따르면, 각각의 분할편의 열팽창 계수 또는 열전도성에 있어서 서로간에 차이가 발생하지 않고, 분할편 사이에 단차부 또는 온도차가 발생하지 않는 다.

전술한 보유 지지 부재에 따르면, C/C 복합재를 포함하는 원형으로 형성된 외부 끼워 맞춤 부재가 도가니 지지부의 본체부 상에 끼워 맞춤되어 복수의 분할편을 원주 방향으로 결합시킨다. 따라서, 개개의 분할편은 대형 도가니의 경우에도 소형으로 형성될 수 있고, 도가니 보유 지지 부재는 소형 CIP 장치에 의해 쉽게 제조될 수 있다. 또한, 실리콘 단결정 풀링업 장치의 작업 시에 분할편에 균열이 발생되더라도, 균열은 전체 도가니로 전개되지 않는다. 더욱이, 분할편은 외부 끼워 맞춤 부재에 의해 둘러싸여져 이탈이 방지되므로, 실리콘 단결정 풀링업 작업은 안전하게 수행될 수 있다.

본 발명의 전술한 그리고 다른 태양은 첨부 도면과 결합하여 설명된 후속하는 본 발명의 예시적인 실시예의 설명으로부터 더욱 명확하고 더욱 쉽게 이해될 것이다.

본 발명에 따른 도가니 보유 지지 부재의 실시예가 도면을 참조하여 설명된다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 도가니 보유 지지 부재를 도시한 개략적인 구조도로서, 각각 측면도와 평면도이다.

본 실시예에 따르면, 도가니 보유 지지 부재(100)는 축선(L)과 평행하게 종방향으로 분할되어 방사상으로 배치된 복수(도 1에 도시된 예에서는 8 단편)의 흑 연 분할편(13)을 포함하는 석영 도가니 지지부(15)와, 원형으로 형성되고 석영 도가니 지지부(15)의 본체부(17) 상에 끼워 맞춤되어 원주 방향으로 석영 도가니 지지부{15, 복수의 흑연 분할편(13)}를 결합시키는 외부 끼워 맞춤 부재(19)를 포함한다. 외부 끼워 맞춤 부재(19)는 C/C 복합재를 포함한다. C/C 복합재의 구성은 특별히 한정되지 않고, 예컨대 탄소 섬유(21, 도 4 참조)의 스트랜드(23)가 축선(L)과 사선으로 직조된 메쉬체(25)에 의해 형성된 C/C 복합재가 적절하게 사용될 수 있으며, 메쉬체(25)의 탄소 섬유(21) 사이의 틈은 매트릭스로 충전된다.

분할편(13)이 개별적으로 제조되지 않고 단일 등방성 흑연 블록으로부터 동일한 절단 방향으로 절단함으로써 준비되는 것이 바람직하다. 이는 열팽창의 차이로 인해 야기되는 단차부의 발생 또는 열전도성의 차이로 인해 야기되는 가열 불균일의 발생이 사용 중에 거의 드물게 되기 때문이다. 석영 도가니 지지부(15)에서, 분할편(13)이 열화에 의해 균열되더라도, 외부 끼워 맞춤 부재(19)가 석영 도가니 지지부(15)의 형상을 유지하는 기능을 하므로 균열이 전개되어 도가니가 파손되지는 않는다. 특히, 전체 균형을 깨뜨리지 않도록 오래된 분할편(13)과 새로운 분할편이 몇몇 단편의 사이클로 배치된다면, 석영 도가니 지지부(15)의 열화는 전체적으로 진행되지 않는다. 따라서, 도가니의 교환 전후 사이에 온도 특성의 변화는 최소화되어 안정적인 풀링업 작업이 수행될 수 있다. 또한, 파손되기 쉬운 오래된 분할편과 파손되기 어려운 새로운 분할편이 혼합되어 배치되므로, 오래된 분할편에 균열이 생기더라도 큰 파손으로 진행하기는 어렵다.

외부 끼워 맞춤 부재(19)는 원주 방향으로 탄성을 갖는 것이 바람직하다. C/C 복합재의 열팽창 계수는 등방성 흑연 재료의 열팽창 계수보다 작기 때문에, 온도의 증가에 의해 큰 힘(체결력)이 석영 도가니 지지부(15)에 가해진다. 쉽게 조립되도록 외부 끼워 맞춤 부재(19)와 석영 도가니 지지부(15) 사이에 공간을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 외부 끼워 맞춤 부재가 석영 도가니 지지부(15)로부터 이탈되지 않도록 이탈 방지 수단을 제공하는 것이 바람직하다. 이탈 방지 수단으로서는, 석영 도가니 지지부(15)의 본체부(17) 상에 돌출하도록 제공되어 외부 끼워 맞춤 부재(19)의 이탈을 조절하는 플랜지(27)가 사용될 수 있다. 이 경우, 그것에 의해 외부 끼워 맞춤 부재(19)는 온도의 변화에 의해 상대적으로 변하는 끼워 맞춤 상태의 변동(체결력의 변동)과 무관하게 플랜지(27) 상에 보유 지지되어서, 외부 끼워 맞춤 부재(19)는 항상 이탈되지 않고 확실하게 보유 지지된다.

도 2a 및 도 2b는 외부 끼워 맞춤 부재가 테이퍼면에 의해 끼워 맞춤된 수정 실시예를 도시한 개략적인 구조도로서, 각각 측면도와 단면도이다.

이탈 방지 수단은 석영 도가니 지지부(15A)의 외주연면(14)과 외부 끼워 맞춤 부재(19A)의 내주연면(12) 상에 제공된 테이퍼면(29, 31)일 수 있다. 테이퍼면(29, 31)은 각각 석영 도가니 지지부(15A)의 바닥부(33)를 향해 직경이 더 커진다. 테이퍼면(29, 31)은 서로 끼워 맞춤되어, 온도 변화에 의해 끼워 맞춤 상태가 변하더라도(팽창 및 수축하더라도), 외부 끼워 맞춤 부재는 항상 본체부가 조여지는 방향을 향해 이동되므로, 이탈을 방지하고 느슨함 없이 끼워 맞춤 상태를 유지할 수 있다.

또한, 외부 끼워 맞춤 부재(19)는 C/C 복합재 또는 카본 재료로 만들어진 볼 트와 같은 고정구를 사용하여 그 외측으로부터 석영 도가니 지지부(15)에 고정되거나 그 위에 걸칠 수 있다. 특히, 외부 끼워 맞춤 부재(19)가 낮은 탄성을 갖고 흑연으로 된 석영 도가니 지지부(15)의 변형을 처리하기 어렵다면, 석영 도가니 지지부(15A)의 끼워 맞춤면과 외부 끼워 맞춤 부재(19A)는 바닥쪽으로 넓어지는 전술한 테이퍼면(29, 31) 갖는 것이 바람직하다. 이는 반복 사용에 의해 규화(silicification) 반응이 일어나더라도 느슨함 없이 석영 도가니 지지부(15A)를 항상 체결할 수 있게 한다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 석영 도가니 지지부(15A)는 반드시 축선(L)으로부터 분할될 필요는 없으며, 축선부는 다른 부재로 제공될 수 있고, 분할편(13A)은 이 다른 부재의 둘레에 배치될 수 있다. 분할편을 이런 식으로 배치함으로써, 개개의 분할편(13A)은 크기가 감소될 수 있다. 결과적으로, 전체적으로 큰 도가니가 제공될 수 있다.

예컨대, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 석영 도가니 지지부(15A)는 방사상으로 배치된 복수의 분할편(13A, 도 2a에 도시된 예에서는 16 단편)의 하단부가 축선(L) 둘레에 원통형 공간(35)을 둘러싸면서 결합되고, 베드 플레이트(37)의 상부면으로부터 돌출된 원통형 본체(39)가 원통형 공간(35)에 끼워 맞춤되는 구조를 갖는다. 따라서, 분할편(13A)의 안정적인 조립이 가능하게 된다. 도가니의 분할 수가 증가함에 따라 개개의 분할편(13A)의 무게 중심의 위치는 축선(L)으로부터 벗어나서, 안정성이 결여되고 단일체와 같은 자체 지지는 되지 않는다. 이런 구성에 따르면, 분할편(13A)의 하단은 베드 플레이트(37)의 원통형 본체(39)와 접촉하 게 되므로, 분할편(13A)의 위치 설정을 수행하기 용이하다. 또한, 바닥부(33)와 본체부(17)가 서로 상이한 흑연 부재로 구성된 경우에는, 개개의 분할편(13A)의 형상이 직사각 평행육면체에 가깝게 되고, 이는 재료의 수율을 향상시킨다.

도 3은 석영 도가니 지지부의 외면으로부터 메쉬체의 돌출이 제한된 수정예를 도시한 측면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 외부 끼워 맞춤 부재(19A)를 형성하는 메쉬체(25)는 개구부를 확장시킴으로써 히터로부터 석영 도가니 지지부(15)로 복사열을 효과적으로 전달할 수 있다. 도 3에서, 도면 부호 16은 두께가 얇은 외부 끼워 맞춤 부재(19B)의 이탈을 방지하기 위해 본체부(17)에 끼워 맞춤되는 이탈 방지 수단을 나타낸다.

도 4는 메쉬체의 주요부를 도시한 확대된 정면도이다.

메쉬체(25)는 각각 엮인 실과 같이 복수의 탄소 섬유(21)를 다발로 묶어서 얻어진 리본형 스트랜드(23)를 사용하여 3축 직조에 의해 형성된다. 즉, 메쉬체(25)는 메쉬체(25)의 축선(L)에 대해 +θ(0 < θ < 90도)의 경사각으로 경사진 제1 방향으로 제공된 제1 스트랜드(23A)와, -θ의 경사각으로 경사진 제2 방향으로 제공된 제2 스트랜드(23B)와, 사실상 축선(L)을 따라 제공된 종방향 스트랜드(23C)를 포함하는 3축 직조 구조를 갖는다.

메쉬체(25)는 제1 스트랜드(23A)와 제2 스트랜드(23B)가 노끈 형상으로 서로 엮어지므로 높은 강도를 보장하며, 석영 도가니 지지부(15)를 견고하게 보유 지지할 수 있다. 더욱이, 제1 스트랜드(23A)와 제2 스트랜드(23B)는 메쉬체(25)의 축 선(L)에 사선으로 배열되고, 중심축에 수직인 방향{즉, 메쉬체(25)의 원주 방향}으로는 배열되지 않으므로, 원주 방향으로의 강도가 낮은 구조가 얻어진다. 이런 이유 때문에, 어떤 원인에 의해 원주 방향으로 팽창시키는 힘이 석영 도가니 지지부(15) 상에 작용하더라도, 제1 스트랜드(23A)와 제2 스트랜드(23B)로 형성된 장사방형 형상의 격자는 비틀림으로써, 메쉬체(25)가 원주 방향으로 확장되어 복수의 분할편(13)을 포함하는 석영 도가니 지지부(15)가 원주 방향으로 팽창되는 것을 가능하게 한다.

또한, 메쉬체(25)에서, 축선(L)에 대한 제1 스트랜드(23A) 및 제2 스트랜드(23B)의 경사각(θ)은 도가니 보유 지지 부재(100)의 각 부분에 요구되는 강도에 따라 적절하게 변경될 수 있다. 메쉬체(25)의 원주 방향으로의 강성은 경사각(θ)을 변경시킴으로써 조절될 수 있으므로, 원주 방향으로의 강성은 그것의 용도 또는 메쉬체(25)의 각 부분에 따라 변경될 수 있다.

메쉬체(25)는 축선(L)에 평행한 방향으로(축선을 따라) 배열된{축선(L)과 동일 평면 내에 직조된} 종방향 스트랜드(23C)를 구비한다. 메쉬체는 종방향 스트랜드(23C)를 구비하기 때문에, 수직 방향으로 작용하는 외력은 종방향 스트랜드(23C)의 연장 방향과 일치하여 메쉬체(25)의 수직 방향으로의 강도를 증가시킨다.

스트랜드(23) 각각은 대략 수백 내지 수천 개의 탄소 섬유(21)를 묶어서 형성된다. 스트랜드(23)를 구성하는 탄소 섬유(21)로서, 피치계(pitch-based) 탄소 섬유, PAN계 탄소 섬유 등이 사용될 수 있다. 제1 스트랜드(23A), 제2 스트랜드(23B) 및 종방향 스트랜드(23C)를 포함하는 탄소 섬유(21)는 동일 재료일 수도 있고 상이한 재료일 수도 있다.

스트랜드(23)의 형상은 리본형 뿐만 아니라, 막대형 등일 수 있다. 또한, 에폭시 수지 등에 함침시킴으로써 사이징(sizing) 처리된 스트랜드가 스트랜드(23)로서 사용된다면, 적절한 탄성이 얻어진다. 따라서, 수작업으로 직조가 수행되더라도, 스트랜드는 동일 사이클로 쉽게 직조된다.

메쉬체(25)를 피복하기 위한 매트릭스 전구 물질은 소성에 의해 탄소질 또는 흑연 매트릭스를 형성할 수 있기만 하면 임의의 것일 수 있다. 소성에 의해 탄소화 또는 흑연화되는 매트릭스 전구 물질로서, COPNA 수지, 페놀 수지, 푸란 수지 또는 폴리이미드 수지와 같은 높은 탄소화율을 갖는 열경화성 수지 뿐만 아니라, 석유, 석탄 등으로부터 얻어진 피치가 사용될 수 있다. 또한, 매트릭스는 열분해 카본, SiC 등의 화학 증기 함침(CVI)에 의해 형성될 수도 있다.

전술한 바와 같이, 도가니 보유 지지 부재(100)에서, 석영 도가니 지지부(15)는 원주 방향으로 분할된 복수의 분할편(13)에 의해 구성된다. 따라서, 개개의 분할편은 대형 도가니의 경우에도 소형으로 형성될 수 있다. 외부 끼워 맞춤 부재(19)가 스트랜드(23)가 사선으로 직조된 본체(25)에 의해 형성되는 경우에는, 강한 장력이 원주 방향으로 작용하더라도 사선으로 직조된 스트랜드(23)가 팽창을 처리할 수 있다. 분할편(13)에 균열이 생기더라도, 균열은 도가니 보유 지지 부재 전체로 전개되지 않는다. 더욱이, 분할편은 외부 끼워 맞춤 부재(19)에 의해 둘러싸이므로, 이탈이 방지된다.

외부 끼워 맞춤 부재(19)는 실온에서 느슨하게 끼워 맞춤 되더라도 작업 온 도에서 조여지므로, 조립 작업이 쉬워진다. 외부 끼워 맞춤 부재(19)가 석영 도가니 지지부(15)와 견고하게 끼워 맞춤 되지 않고 쉽게 제거될 수 있는 흑연 도가니가 제공될 수 있다. 그로 인해, 파손된 분할편을 교체하는 것이 가능해진다. 부수적으로, 외부 끼워 맞춤 부재(19)에는, 개구부를 갖는 스티치(stitch)가 바람직하다. 개구부를 제공함으로써 히터로부터의 복사열은 석영 도가니 지지부(15)에 직접 도달하고, 그로 인해 실리콘 용융물을 충분히 가열하는 것이 가능하다.

또한, 종방향으로 분할된 도가니 보유 지지 부재(100)에는, 흑연의 내면측 상에 규화 반응 또는 석영 도가니의 열팽창에 의해 분할면 사이에 공간이 형성된다. 작업시, 분할면 사이에 이러한 공간을 통해 히터로부터의 복사열이 도입되어 석영 도가니와 접촉하는 내측 상의 에지부를 고온에 노출시킴으로써, 신속한 소진이 일어난다. 분할편(13)의 수가 증가하면, 이런 반응이 일어나는 지점의 수가 증가한다. 따라서, 쉽게 교체 가능한 고순도의 확장된 흑연 시트 등이 석영 도가니 지지부(15)의 내면 전체 또는 인접 분할편(13)이 연결되어 규화 반응 또는 석영 도가니 지지부(15)의 두께 감소 반응을 방지하는 부분으로 전개될 수 있다.

전술한 바와 같이, 앞서 언급한 도가니 보유 지지 부재(100)에 따르면, 원형으로 형성된 외부 끼워 맞춤 부재(19)는 석영 도가니 지지부(15)의 본체부(17) 상에 끼워 맞춤되어 복수의 분할편(13)을 원주 방향으로 결합시키고, 외부 끼워 맞춤 부재(19)는 탄소 섬유(21)를 포함하는 스트랜드(23)가 사선으로 직조된 메쉬체(25)로 구성된다. 따라서, 대형 도가니의 경우에도 개개의 분할편(13)은 소형으로 성형될 수 있어서, 도가니 보유 지지 부재는 소형 CIP 장치에 의해 용이하게 제조될 수 있다. 또한, 강한 장력이 원주 방향으로 작용하더라도, 사선으로 직조된 스트랜드(23)가 팽창을 처리하여 형상이 안정된다. 실리콘 단결정 풀링업 장치의 작업시에 분할편(13)에 균열이 생기더라도, 균열은 도가니 지지부 전체로 전개되지 않는다. 더욱이, 분할편은 외부 끼워 맞춤 부재(19)에 의해 둘러싸여져 이탈이 방지되므로, 실리콘 단결정 풀링업 작업은 안전하게 수행될 수 있다.

도가니 보유 지지 부재를 제조하는 방법의 일 예가 도 5 및 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 이하에 설명된다.

도 5는 도가니 보유 지지 부재의 제조 방법의 순서를 도시한 흐름도이고, 도 6a 내지 도 6d는 석영 도가니 지지부의 제조 방법의 순서를 도시한 개략도이다.

석영 도가니 지지부(15)는 회전 대칭 형상이므로, 개개의 분할편(13)을 형성하기 위해서는, 동일 형상의 단편을 반복적으로 마련하기만 하면 되어, 그 제조 방법이 용이하다.

그 제조 방법의 일 예가 이하에 설명되지만, 본 발명의 실시예에 따른 도가니 보유 지지 부재를 제조하는 방법은 이에 한정되지 않는다.

본 실시예에 따른 도가니 보유 지지 부재(100)는 주로 이하의 5단계, 즉 절단 단계(S1), C면 가공 단계(S2), 고정 단계(S3), 가공 단계(S4) 및 분리 단계(S5)에 의해 제조될 수 있다.

A) 분할편을 얻기 위한 절단 단계(S1)

우선, 개개의 분할편(13)의 크기로 절단하여 도 6a에 도시된 육면체(40)가 얻어진다. 이때 절단 방향에 대해서는, 재료의 등방성을 고려하여 각각의 분할 편(13)에 대해 동일 절단 방향으로 절단되는 것이 바람직하다. 또한, 재료의 변화량 변동을 제한하고 개개의 분할편의 열팽창 계수를 균일하게 하기 위해, 단일 등방성 흑연 재료로부터 동일 절단 방향으로 절단되는 것이 바람직하다.

일반적으로, CIP 성형에서는, 결정립의 배향 방향으로부터, 열팽창 계수는 성형시에 상하 방향으로 가장 크고, 상하 방향에 비해 성형시에 2개의 가로 방향으로 열팽창 계수는 낮다. 분할편들에 대해 절단 방향이 일치하지 않는 경우, 도가니 보유 지지 부재(100)가 가열되면, 열팽창으로 인해 불균일하게 변형되어 도가니 보유 지지 부재 전체의 형상의 변형 또는 큰 간극 발생이 초래된다.

B) 분할편의 C면 가공 단계(S2)

도 6b에 도시된 바와 같이, 플레이트 면(41a, 41b) 사이의 각도는 분할편(13)의 분할 수에 따라 조절된다. 예컨대, 균일하게 분할될 때, 플레이트 면(41a, 41b) 사이의 각도(θ)는 분할 수(n)에 의해 θ=360/n(°)이 되도록 결정된다. 또한, 복수의 분할편(13)의 형상은 균일하게 분할되지 않는 것도 포함될 수 있다.

C면 가공은 임의의 방법을 채용할 수 있다. 제1 예로서, C면 가공 방법은 전술한 양 플레이트 면(41a, 41b) 사이의 각도(θ)의 절반 각도(θ/2)로 경사진 지그에 전술한 플레이트(40)를 고정하고, 플레이트면 연삭기 또는 숫돌로 가공한 후, 각도(θ)로 경사진 지그에 플레이트(40)의 대향하는 측면을 고정하고, 플레이트면 연삭기 또는 숫돌로 가공하는 것을 포함한다. 이 방법에 따르면, 양면이 대칭 형상인 C면 가공된 제품이 얻어진다.

제2 예로서, C면 가공 방법은 전술한 플레이트(40)를 전술한 양 플레이트 면(41a, 41b) 사이의 각도(θ)에 대응하는 각도로 경사진 지그에 고정하고, 플레이트면 연삭기 또는 숫돌로 가공하는 것을 포함한다. 이 방법에 따르면, C면 가공은 하나의 단계로 수행될 수 있다.

제3 예로서, C면 가공 방법은 제2 예의 C면 가공이 수행된 후에 도가니 보유 지지 부재의 축선(L)에 가장 가까운 면의 각도를 조정하는 가공을 수행하는 단계를 포함한다. 이 방법에 따르면, 가공될 면적이 작아서 제1 가공 방법에 의해 얻어진 C면 가공 제품이 쉽게 얻어진다.

C) 분할편의 고정 단계(S3)

도 6c에 도시된 바와 같이, 단계(S2)에서 얻어진 C면 가공된 제품(41)들이 고정되어 도가니 형상을 형성한다. 이때 고정 방법은 가공 후에 쉽게 제거 가능한 수단을 사용하는 방법이라면 임의의 것일 수 있다. 가공 후에 가열에 의해 쉽게 제거될 수 있는 α-시아노아크릴레이트(순간 접착제)와 같은 접착제에 의해 제품을 고정하는 방법, 이미 가공된 상부면 및 하부면을 클램핑하는 방법 등이 사용될 수 있다.

이 고정 단계에서, 나중에 수행되는 선삭에서의 축선(L)은 결합된 석영 도가니 지지부(15)의 축선(L)과 정확하게 일치되어야 한다. 이들이 일치하지 않으면, 도가니 보유 지지 부재의 형상은 뒤틀리게 된다. 특히, 석영 도가니 지지부(15)의 분할편이 도가니 보유 지지 부재의 축선(L)을 둘러싸지 않을 때, 원통형 형상 지그에 대해 맞대여 고정함으로써 축선을 정확하게 일치시키는 것이 가능하다.

D) 석영 도가니 지지부의 가공 단계(S4)

도 6d에 도시된 바와 같이, 단계(S3)에서 고정된 석영 도가니 지지부(15)는 원하는 형상으로 가공된다. 본 실시예에 따른 도가니 보유 지지 부재(100)는 실리콘 단결정 풀링업 장치에 사용되고, 회전 대칭체이다. 따라서, 주로 선반(turning machine)을 사용하여 가공될 수 있다. 도가니 보유 지지 부재의 형상이 회전 대칭이 아니면, 복합 공작 기계 등을 사용하여 가공을 수행할 수 있다.

E) 석영 도가니 지지부의 분리 단계(S5)

단계(S4)에서 가공된 석영 도가니 지지부(15)는 개개의 분할편(13)으로 분리된다. 단계(S3)에서 C면 가공된 제품이 α-시아노아크릴레이트과 같은 접착제로 고정되면, 접착제는 단시간 내에 단량체로 분해될 수 있다. 가열 방법에 있어서, 전체를 노 내에 위치시키는 방법, 프로판 가스 버너에 의해 접착부를 가열하는 방법 등이 사용될 수 있다. 대기 중에서 흑연의 산화 개시 온도는 400℃이고, 약 200 내지 300℃로 가열되면, α-시아노아크릴레이트는 단량체로 분해되어 분할편(13)을 쉽게 분리하는 것이 가능하다.

이후에, 외부 끼워 맞춤 부재의 제조 방법의 일 예가 설명된다.

도 7은 외부 끼워 맞춤 부재의 제조 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.

외부 끼워 맞춤 부재(19)는 주로 이하의 5단계, 즉 골재(aggregate) 형성 단계(S6), 함침 단계(S7), 경화 단계(S8), 탄소화 단계(S9) 및 고순도화 단계(S10)에 의해 제조될 수 있다.

F) 골재(aggregate) 형성 단계(S6)

외부 끼워 맞춤 부재(19)의 형상을 형성하도록 원통형 또는 원뿔대 형상 다이 둘레에 탄소 섬유(21)가 권취된다. 권취 방법으로서는, 탄소 섬유가 원주 방향으로만 권취될 수 있으며 또는 탄소 섬유 직물로서 권취될 수도 있다.

특히, 원주 방향으로 탄성을 제어하는 것이 바람직할 때는, 종방향을 따라 배열된 스트랜드(23)와 대향하는 방향으로 나선 권취된 스트랜드(23)를 포함하는 3축 직조물이 사용될 수 있다.

원뿔대 형상 다이 둘레에 탄소 섬유를 권취하여 형성된 외부 끼워 맞춤 부재(19A)는 도가니의 외면 상에 하향으로 확장된 테이퍼면(31)과 접촉하게 될 수 있다(도 2 참조). 외부 끼워 맞춤 부재(19A)의 탄성에 부가하여, 외부 끼워 맞춤 부재(19A)는 중력 작용에 의한 체결력을 부여함으로써, 항상 석영 도가니 지지부(15A)의 팽창을 제한할 수 있다.

외부 끼워 맞춤 부재(19)에서, 섬유는 열팽창 계수가 상이한 다이 둘레에 권취되기 때문에 제조 단계에서 소성 되더라도 그 탄성으로 인해 섬유의 파손이 거의 일어나지 않으며, 외부 끼워 맞춤 부재(19)는 쉽게 제조될 수 있다.

G) 수지 함침 단계(S7)

주위에 탄소 섬유가 권취된, 전술한 단계(S6)에서 얻어진 다이는 수지 내에 침지되어 탄소 섬유를 수지로 함침한다. 함침에 사용되는 수지는 특별히 한정되지 않으며, 소성에 의해 탄소화될 수 있는 것이면 임의의 것일 수 있다. 페놀 수지, 푸란 수지, 폴리이미드 수지 또는 디비닐벤젠과 같은 합성 수지, 석유나 석탄으로부터 얻어지는 피치 등일 수 있다. 함침 전에 진공화가 수행되면, 스트랜드에 공 극이 남지 않을 것이다. 따라서, 동질의 외부 끼워 맞춤 부재(19)가 얻어질 수 있다. 함침은 평상시 압력에서 또는 증가된 압력하에서 수행될 수 있다. 또한, 탄소 섬유가 얇고 함침될 수지와의 습윤성이 약하다면, 증가된 압력하에서의 함침이 효과적이다.

H) 경화 단계(S8)

경화 시에 대량의 부산물을 생성하는 수지(예컨대, 페놀 수지 등)가 함침용 수지로 선택되면, 포움 형성을 방지하도록 경화 단계를 수행하는 것이 바람직하다. 경화와 관련된 겔화 반응이 심하게 발생되는 온도(수지의 종류에 따라 다르지만, 대략 100 내지 150℃) 부근에서 온도의 상승 속도를 늦추어 발생된 가스를 충분히 배기시킴으로써 가스를 충분히 확산시키는 것을 가능하게 하는 것이 중요할 수 있다.

I) 탄소화 단계(S9)

단계(S8)에서 얻어진, 수지에 의해 함침된 외부 끼워 맞춤 부재(19)에 함유된 유기 물질이 탄소화되어 탄소를 주로 포함하는 외부 끼워 맞춤 부재(19)를 얻는다. 소성 시에 크기의 수축이 발생하기 때문에, 권취에 사용된 다이가 탄소화 단계 전에 제거되는 것이 바람직하다.

탄소화 단계에서의 처리 온도는 적어도 약 600℃(유기 가스의 배출이 진정되기 시작하는 온도)가 바람직하고, 900℃ 이상(크기의 수축 및 가스 발생이 진정되는 온도)가 더욱 바람직하다.

J) 고순도화 단계(S10)

전술한 방법에 의해 얻어진 외부 끼워 맞춤 부재(19)와 석영 도가니 지지부(15)는 각각 실리콘 단결정 풀링업 장치에 사용될 수 있는 순도 레벨로 고순도화 된다.

고순도화를 위한 방법으로서, 공지된 할로겐 가스를 사용하여 고온에서 가열 처리에 의해 불순물이 제거된다.

그리고, 본 실시예에 따른 도가니 보유 지지 부재의 사용의 예로서, 실리콘 단결정 풀링업 장치에 적용되는 도가니 보유 지지 부재가 도 8을 사용하여 설명된다.

도 8은 본 실시예에 따른 도가니 보유 지지 부재를 사용하는 실리콘 단결정 풀링업 장치를 도시한 단면도이다.

실리콘 단결정 풀링업 장치(43)는 실리콘 용융물(45)을 수용하기 위한 석영 도가니(47)와, 외측에서 그것을 둘러싸는 상태로 석영 도가니(47)의 외주연면을 보유 지지하기 위한 도가니 보유 지지 부재(100)를 구비한다. 이들은 지지대(49) 상에 배치된다. 히터(51)는 도가니 보유 지지 부재(100)의 주연 둘레에 배치되고, 잉곳(53)은 히터(51)에 의해 도가니 보유 지지 부재(100)와 석영 도가니(47)를 거쳐 실리콘 용융물(45)을 가열하는 동안 서서히 풀링업되고, 그로 인해 실리콘 단결정을 제조한다.

원주 방향으로 팽창시키는 힘이 가해지더라도, 외부 끼워 맞춤 부재(19)가 팽창을 처리할 수 있으므로, 본 발명에 사용된 도가니 보유 지지 부재(100)는 균열 발생, 응고되지 않은 용융물의 유출 등을 방지할 수 있어서, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 팽창된 흑연 시트 또는 탄소 섬유 제지 시트와 같은 탄소질 또는 흑연질 시트가 도가니 보유 지지 부재(100)와 석영 도가니(47) 사이에 개재될 수 있다. 이러한 탄소질 또는 흑연질 시트가 개재되면, 석영 도가니(47)와 도가니 보유 지지 부재(100)는 서로 직접 접촉하지 않으므로, 석영 도가니(47)와의 반응에 의한 도가니 보유 지지 부재(100)의 열화는 발생되지 않을 것이다. 따라서, 도가니 보유 지지 부재는 탄소질 또는 흑연질 시트만 교환함으로써 반복 사용될 수 있다는 장점이 있다.

전술한 이용예에서는, 도가니 보유 지지 부재가 실리콘 단결정 풀링업 장치의 석영 도가니 보유 지지 부재에 적용되는 예가 도시되었다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 도가니 보유 지지 부재의 용도는 이에 한정되지 않으며, 예컨대 금속, 유리, 실리콘 등의 용융물을 수용하는 용기를 보유 지지하는 부재이기만 하면 임의의 용도에 적용될 수 있다. 특히, 내측에 열팽창 계수와 상이한 용기를 보유 지지하는 부재에 적용되면, 전술한 효과가 달성된다.

도 9는 종방향 스트랜드를 갖지 않는 직조 구조의 수정예의 주요부를 도시한 확대 정면도이고, 도 10은 복수의 사선 스트랜드를 갖는 직조 구조의 수정예의 주요부를 도시한 확대 정면도이다.

전술한 실시예에서는, 3축 직조에 의해 형성된 메쉬체(25)가 도시되어 있다. 그러나, 메쉬체(25)는 3축 직조에 의해 얻어지는 것에 한정되지 않으며, 도 9에 도시된 바와 같이 축선(L)에 사선으로 배열된 스트랜드(23A, 23B)만을 갖는 구성일 수 있다. 즉, 메쉬체는 축선(L)에 수직인 평면 내에 원주 방향(도 9에서 측방향)으로 스트랜드를 갖지 않는다. 그로 인해, 스트랜드의 일부에 응력이 집중되지 않고, 원주 방향으로 팽창시키려는 힘이 작용하더라도, 원주 방향으로 스트랜드가 존재하지 않기 때문에 스트랜드의 파손이 발생하지 않는다.

추가로, 도 10에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 스트랜드(23)가 사선으로 배열되는 형상을 가질 수 있다.

[예]

전술한 실시예들과 동일한 구조를 갖는 도가니 보유 지지 부재를 준비하고, 분할편에 균열이 생길 때 파편의 이탈 여부를 조사한 예가 이하에 설명된다.

<예 1>

도가니의 축선을 둘러싸고 16 단편으로 분할된 석영 도가니 지지부와, 탄소 섬유 및 탄소 섬유들 사이에 함침된 페놀 수지의 탄화물의 매트릭스를 포함하는 외부 끼워 맞춤 부재에 의해 도가니 보유 지지 부재가 준비되었다. 석영 도가니 지지부와 외부 끼워 맞춤 부재의 접촉면은 바닥 쪽으로 확장된 테이퍼면에 의해 서로 끼워 맞춤되었다.

준비된 도가니 보유 지지 부재에서, 외부 끼워 맞춤 부재는 중력에 의해 석영 도가니 지지부를 항상 조이고 분할편이 개방되지 않도록 작용하였다.

석영 도가니 지지부의 분할편 중 하나에 균열이 발생하여 대략 중심부에서 2개의 부분으로 상하로 분할되었다. 그리고, 석영 도가니는 도가니 내에 배치되고, 전체 도가니는 도가니 지지 테이블 상에 배치되었다. 이때, 균열된 분할편은 외부 끼워 맞춤 부재의 효과에 의해 이탈되지 않고, 도가니 보유 지지 부재는 전체 도가니 형상을 유지하였다.

<예 2>

도가니의 축선을 둘러싸지 않고 16 단편으로 분할된 석영 도가니 지지부와, 종방향으로 배열된 스트랜드와 대향하는 방향으로 둘레에 사선으로 권취된 스트랜드를 포함하는 3축 직조물의 메쉬와, 탄소 섬유 및 탄소 섬유 사이에 함침된 페놀 수지의 탄화물의 매트릭스를 포함하는 외부 끼워 맞춤 부재에 의해 도가니 보유 지지 부재가 준비되었다. 외부 끼워 맞춤 부재는 석영 도가니 지지부 상에 외측에 끼워 맞춤되고, 석영 도가니 지지부의 외주연부의 하부 상에 돌기에 의해 이탈되는 것이 방지되었다.

외부 끼워 맞춤 부재가 탄성을 가지므로, 외주연 쪽으로 팽창되는 상태로 끼워 맞춤되었다. 조임 효과는 항상 작용하며, 분할편은 개방되지 않았다.

또한, 석영 도가니 지지부의 분할편 중 하나에 균열이 발생되어 대략 중심부에서 2개의 부분으로 상하로 분할되었다. 그리고, 석영 도가니는 도가니 내에 배치되고, 전체 도가니는 도가니 지지 테이블 상에 배치되었다. 이때, 균열된 분할편은 외부 끼워 맞춤 부재의 작용에 의해 이탈되지 않고, 도가니 보유 지지 부재는 전체 도가니 형상을 유지하였다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 도가니 보유 지지 부재를 도시한 개략적인 구조도로서, 각각 측면도와 평면도.

도 2a 및 도 2b는 외부 끼워 맞춤 부재가 테이퍼면에 의해 끼워 맞춤된 수정 실시예를 도시한 개략적인 구조도로서, 각각 측면도와 단면도.

도 3은 석영 도가니 지지부의 외면으로부터의 메쉬체의 돌출이 제한된 수정 실시예를 도시한 측면도.

도 4는 메쉬체의 주요부를 도시한 확대 정면도.

도 5는 도가니 보유 지지 부재의 제조 방법의 순서를 도시한 흐름도.

도 6a 내지 도 6d는 석영 도가니 지지부의 제조 방법의 순서를 도시한 개략도.

도 7은 외부 끼워 맞춤 부재의 제조 방법의 순서를 도시한 흐름도.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 도가니 보유 지지 부재를 사용하는 실리콘 단결정 풀링업(pulling-up) 장치를 도시한 단면도.

도 9는 종방향 스트랜드를 갖지 않는 직조 구조의 수정예의 주요부를 도시한 확대 정면도.

도 10은 복수의 사선 스트랜드를 갖는 직조 구조의 수정예의 주요부를 도시한 확대 정면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

13 : 흑연 분할편

15 : 석영 도가니 지지부

17 : 본체부

19 : 외부 끼워 맞춤 부재

21 : 탄소 섬유

23 : 스트랜드

25 : 메쉬체

Claims (10)

1. 축선과 평행하게 종방향으로 분할되어 방사상으로 배치된 복수의 흑연 분할편을 포함하는 도가니 지지부와,

   환형으로 형성되고 상기 도가니 지지부의 본체부 상에 끼워 맞춤되어 상기 흑연 분할편을 원주 방향으로 결합시키는, C/C 복합재로 만들어진 외부 끼워 맞춤 부재를 포함하고,

   상기 외부 끼워 맞춤 부재는 축선에 대해 비스듬하게 짜진 복수의 탄소 섬유의 스트랜드를 포함하는 메쉬체로 형성되고, 메쉬체의 탄소 섬유 사이의 틈에 매트릭스를 충전한, 도가니 보유 지지 부재.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 메쉬체는,

   축선에 대해 제1 각도로 경사진 제1 방향으로 제공된 복수의 제1 스트랜드와,

   축선에 대해 제1 각도와 동일한 제2 각도로 경사지고 축선에 대해 제1 방향과 대향하는 제2 방향으로 제공된 복수의 제2 스트랜드를 포함하는, 도가니 보유 지지 부재.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 메쉬체는 축선을 따라 복수의 종방향 스트랜드를 더 포함하는, 도가니 보유 지지 부재.
5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 메쉬체는 축선과 수직인 평면 내에 원주 방향과 평행한 스트랜드를 포함하지 않는, 도가니 보유 지지 부재.
6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 도가니 지지부의 본체부 상에 제공되어 상기 외부 끼워 맞춤 부재의 이탈을 규제하는 돌기를 더 포함하는, 도가니 보유 지지 부재.
7. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 외부 끼워 맞춤 부재와 도가니 지지부는, 도가니 지지부의 바닥부를 향해 직경이 더 커지는, 각각의 테이퍼면에 의해 서로 끼워 맞춤되는, 도가니 보유 지지 부재.
8. 제1항 또는 제3항에 있어서, 방사상으로 배치된 복수의 상기 분할편의 하단부는 축선 둘레에 원기둥 공간을 포위하여 결합되고,

   도가니 보유 지지 부재는 상부면으로부터 원기둥체가 돌출된 플레이트를 더 포함하고,

   상기 원기둥체는 복수의 분할편의 하단부에 의해 포위된 원기둥 공간에 끼워 맞춤되는, 도가니 보유 지지 부재.
9. 제1항 또는 제3항에 있어서, 인접한 흑연 분할편이 연결되는 적어도 일부분에서 도가니 지지부의 내면 상에 탄소 시트 또는 흑연 시트가 도포된, 도가니 보유 지지 부재.
10. 삭제

Images