KR101258747B1 - 실리콘 재처리 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 분말을 사용하여 실리콘 알갱이를 제조할 수 있도록 한 실리콘 재처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 실리콘 재처리 장치 및 그 방법은 제1챔버, 상기 제1챔버 내부에 설치되며, 수용부가 형성된 도가니, 상기 제1챔버의 일측에 설치된 마이크로웨이브 공급부재, 상기 제1챔버의 내측면에 설치된 단열부재, 상기 제1챔버의 하부로 구비된 제2챔버, 일단이 상기 도가니에 연결되어 상기 제1챔버와 제2챔버를 관통하여 타단이 제2챔버 내로 연장된 유동통로관 및 상기 제2챔버 내부에 설치되며, 상기 제2챔버로 연장된 상기 유동통로관의 단부 하부로 위치한 적재용기를 포함한다.
본 발명에 따르면, 도가니와 마이크로웨이브 공급부재가 구비된 제1챔버에서 실리콘 분말에 마이크로웨이브를 방사시켜 실리콘 융액을 제조하고, 제1챔버보다 상대적으로 저온 상태의 제2챔버로 실리콘 융액이 흐르게 하여 실리콘 알갱이를 제조한 후 실리콘 용융장치 내의 도가니에 실리콘 덩어리와 함께 실리콘 알갱이를 투입시킴으로써 실리콘 덩어리 사이의 공극을 채울 수 있어서 도가니 내부를 가득 채울 정도의 실리콘 융액이 제조될 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 도가니와 마이크로웨이브 공급부재가 구비된 제1챔버에서 실리콘 분말에 마이크로웨이브를 방사시켜 실리콘 융액을 제조하고, 제1챔버보다 상대적으로 저온 상태의 제2챔버로 실리콘 융액이 흐르게 하여 실리콘 알갱이를 제조한 후 실리콘 용융장치 내의 도가니에 실리콘 덩어리와 함께 실리콘 알갱이를 투입시킴으로써 실리콘 덩어리 사이의 공극을 채울 수 있어서 도가니 내부를 가득 채울 정도의 실리콘 융액이 제조될 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 실리콘 재처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 분말을 사용하여 실리콘 알갱이를 제조할 수 있도록 한 실리콘 재처리 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
실리콘을 용융시키기 위해서 일반적으로 실리콘 재료를 도가니에 투입하고 도가니를 고온으로 가열하여 실리콘 융액을 만든다.
도 1은 종래의 실리콘 용융장치(10)를 도시한 것으로, 본체(11), 도가니(12), 도가니 지지대(12a), 히터(15) 및 보온벽(16)을 구비한다.
상기 본체(11)에는 내부에 수용부가 형성되어 있으며, 본체(11)의 상부에는 본체(11) 내부로 아르곤(Ar), 네온(Ne) 등의 불활성 가스(intert gas) 또는 질소(N2) 가스를 공급하기 위한 가스 공급구(11a)가 구비되고, 본체(11)의 하부에는 본체(11) 내부의 기체를 배기하기 위한 배기구(11b)가 형성되어 있다.
아울러, 상기 본체(11)의 하부에는 본체(11) 내부의 기체를 빼내어 진공 상태로 만들기 위한 진공펌프 연결구(17)가 형성된다.
상기 도가니(12)는 수용부가 형성되어 있는 용기로, 본체(11)의 내부에 설치된다.
상기 도가니 지지대(12a)는 상기 도가니(12)를 감싸도록 설치된다.
상기 도가니 지지대(12a)는 회전축(12b) 상에 고정 설치되고, 상기 회전축(12b)은 구동수단(미도시)에 의해 도가니(12)를 회전시키면서 상승 또는 하강시킨다.
상기 히터(15)는 원통형으로 형성되어 상기 도가니 지지대(12a)와 측방으로 소정 간격을 두고 이격되어 상기 도가니 지지대(12a)의 측방을 감싸도록 설치되며, 상기 도가니(12) 내부를 1500℃ 이상으로 가열시킨다.
상기 보온벽(16)은 상기 히터(15)와 도가니 지지대(12a) 전체를 감싸도록 설치되어, 상기 히터(15)에서 발산되는 열이 본체(11)의 외부로 확산되는 것을 방지하여 열효율을 향상시키며, 고온 복사열로부터 본체(11)를 보호하고, 내부를 보온시키며 실리콘 융액(23)을 액체 상태로 유지하는 역할을 한다.
상술한 바와 같이 구성된 실리콘 용융장치(10)에서 실리콘을 용융시키기 위해서, 도가니(12)의 수용부에 실리콘 덩어리(chuck) 또는 실리콘 알갱이(granule)를 투입한다.
이때, 도펀트(dopant)를 함께 투입할 수 있다. 도펀트는 n형과 p형을 결정짓는 것으로서, n형에는 인(P)이나 안티몬(Sb) 등이 사용되고, p형에는 붕소(B) 등이 사용된다.
그리고, 도가니(12) 내부의 압력을 50 내지 400 토르[Torr]가 되도록 조절한다. 도가니(12) 내부의 압력은 상기 불활성 가스를 가스 공급구(11a)를 통해 본체(11) 내부로 공급하여 조절한다.
도 2는 상기 도가니(12)의 수용부에 실리콘 덩어리(21)를 투입시킨 예를 도시한 것이며, 상기 도가니(12)의 수용부에는 실리콘 덩어리(21)로부터 이탈된 실리콘 분말(미도시)도 같이 투입될 수 있다.
상기 히터(15)에 의해 도가니(12)가 가열되면 실리콘 덩어리(21)와 실리콘 분말이 융해되어 도 3에 도시한 바와 같이, 실리콘 융액(23)이 형성된다.
이때, 상기 실리콘 덩어리(21)가 실리콘 융액(23)으로 형성되는 시간보다 실리콘 분말이 실리콘 융액(23)으로 형성되는 시간이 오래 걸리게 되어 전체적으로 실리콘을 용융시키는 시간이 길어지게 되는 문제점이 있었다.
한편, 도 2에 도시한 바와 같이 실리콘 분말을 제외한 실리콘 덩어리(21)만을 도가니(12)에 투입하고 가열하면 실리콘 융액으로 형성되는 시간은 빨라지지만, 실리콘 분말에 해당하는 부피만큼 실리콘 덩어리(21)가 더 소모되므로 제조 비용이 상승하는 문제점이 있었다.
그리고, 실리콘 덩어리(21)를 도가니(12) 내부에 돔 형태로 가득 채워지게 적층 하더라도 실리콘 덩어리(21)와 실리콘 덩어리(21) 사이에 공극(30)이 존재하므로 융해 후 공극(30)만큼의 부피가 줄어들어 잔유공간(30a)이 형성되어, 도 3에 도시한 바와 같이 실리콘 융액(23)의 전체 양은 도가니(12) 내부에 가득 채워지지 않게 된다.
따라서, 많은 양의 실리콘 융액을 형성시키기 위해서는 줄어들 부피만큼 실리콘 덩어리(21)를 더 도가니(12)에 투입시켜야 하며 이에 따른 도가니(12)의 크기가 커져야 하므로 실리콘 융액을 형성시키는 비용이 상승하는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 도가니와 마이크로웨이브 공급부재가 구비된 제1챔버에서 실리콘 분말에 마이크로웨이브를 방사시켜 실리콘 융액을 제조하고, 제1챔버보다 상대적으로 저온 상태의 제2챔버로 실리콘 융액이 흐르게 하여 실리콘 알갱이를 제조한 후 실리콘 용융장치 내의 도가니에 실리콘 덩어리와 함께 실리콘 알갱이를 투입시킴으로써 실리콘 덩어리 사이의 공극을 채울 수 있어서 도가니 내부를 가득 채울 정도의 실리콘 융액이 제조될 수 있는 실리콘 재처리 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실리콘 재처리 장치 및 그 방법은 제1챔버; 상기 제1챔버 내부에 설치되며, 수용부가 형성된 도가니, 상기 제1챔버에 구비되는 가열수단; 상기 제1챔버의 내측면에 설치된 단열부재; 상기 제1챔버의 하부로 구비된 제2챔버; 일단이 상기 도가니에 연결되어 상기 제1챔버와 제2챔버를 관통하여 타단이 제2챔버 내로 연장된 유동통로관; 및 상기 제2챔버 내부에 설치되며, 상기 제2챔버로 연장된 상기 유동통로관의 단부 하부로 위치한 적재용기;를 포함한다.
상기 가열수단은 마이크로웨이브 공급부재일 수 있다.
상기 도가니에 연결된 유동통로관의 일단부 또는 상기 적재용기에 연결된 유동통로관의 타단부에는 마개가 설치될 수 있다.
상기 유동통로관의 타단부와 상기 적재용기 사이에는 오목한 경사가이드가 설치될 수 있다.
상기 유동통로관의 외주면에는 가열 또는 냉각 기능을 가지는 온도조절수단이 설치될 수 있다.
상기 제2챔버에는 상기 적재용기와 이격되어 상기 제2챔버의 내측면으로 냉각수단이 구비될 수 있다.
상기 적재용기에는 내부에 냉각수단이 구비될 수 있다.
상기 제2챔버에는 가스주입구 및 가스배기구가 구비될 수 있다.
상기 마이크로 웨이브는 0.915GHz, 2.45GHz 또는 5.80GHz의 사용주파수를 갖을 수 있다.
상기 단열부재의 내부 또는 외부는 SiO2 로 덮힌 것을 특징으로 한 실리콘 재처리 장치.
상기 가열수단에는 제1가열부재가 포함되며, 상기 제1가열부재는 지르코니아(ZrO2), 산화마그네슘(MgO), 실리콘 카바이드(SiC)로 이루어질 수 있으며, 지르코니아와 알루미나 화합물, 지르코니아와 알루미나와 이산화규소 화합물, 산화마그네슘과 알루미나 화합물, 산화마그네슘과 알루미나와 이산화규소 화합물, 실리콘 카바이드와 알루미나 화합물 또는 실리콘 카바이드와 알루미나와 이산화규소 화합물로도 이루어질 수 있으며, 상기 실리콘 카바이드는 실리콘 카바이드 섬유 (SiC Fiber), 실리콘 카바이드 휘스카(SiC Whisker), 실리콘 카바이드가 코팅된 흑연 및 실리콘 카바이드로 만든 소결체를 포함하는 것을 특징으로 한 실리콘 재처리 장치.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실리콘 재처리 장치 및 그 방법에 따르면, 도가니와 마이크로웨이브 공급부재가 구비된 제1챔버에서 실리콘 분말에 마이크로웨이브를 방사시켜 실리콘 융액을 제조하고, 제1챔버보다 상대적으로 저온 상태의 제2챔버로 실리콘 융액이 흐르게 하여 실리콘 알갱이를 제조한 후 실리콘 용융장치 내의 도가니에 실리콘 덩어리와 함께 실리콘 알갱이를 투입시킴으로써 실리콘 덩어리 사이의 공극을 채울 수 있어서 도가니 내부를 가득 채울 정도의 실리콘 융액이 제조될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 실리콘 용융장치를 도시한 단면도이며,
도 2 및 도 3은 종래의 실리콘 용융장치의 도가니 내부에서 실리콘 융액을 제조하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 단면도이며,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 재처리 장치를 도시한 단면도이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 재처리 장치에 설치된 단열부재의 내부를 도시한 단면도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 재처리 장치에 구비된 유동통로관 및 열처리부재를 도시한 사시도이며,
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 재처리 장치에서 실리콘 알갱이를 제조하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 단면도이며,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 재처리 방법을 도시한 플로우차트이며,
도 10 및 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 재처리 장치에서 제조된 실리콘 알갱이를 도가니에 투입하여 실리콘 잉곳을 제조하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 예시도이다.
도 2 및 도 3은 종래의 실리콘 용융장치의 도가니 내부에서 실리콘 융액을 제조하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 단면도이며,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 재처리 장치를 도시한 단면도이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 재처리 장치에 설치된 단열부재의 내부를 도시한 단면도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 재처리 장치에 구비된 유동통로관 및 열처리부재를 도시한 사시도이며,
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 재처리 장치에서 실리콘 알갱이를 제조하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 단면도이며,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 재처리 방법을 도시한 플로우차트이며,
도 10 및 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 재처리 장치에서 제조된 실리콘 알갱이를 도가니에 투입하여 실리콘 잉곳을 제조하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 예시도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 재처리 장치를 도시한 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 재처리 장치에 설치된 단열부재의 내부를 도시한 단면도, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 재처리 장치에 구비된 유동통로관 및 열처리부재를 도시한 사시도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 재처리 장치(100)는 도 4에 도시한 바와 같이, 도가니(115), 가열수단 및 단열부재(111)를 구비한 제1챔버(110)와 상기 제1챔버(110)보다 상대적으로 저온 상태이며, 적재용기(157)가 구비된 제2챔버(150)와 상기 제1챔버(110)와 제2챔버(150)를 관통하여 상기 도가니(115)와 적재용기(157) 사이에 연결된 유동통로관(120)을 포함하여 구성된다.
상기 제1챔버(110)에는 아르곤(Ar) 가스 등의 불활성 가스(intert gas)를 제1챔버(110) 내부로 공급하기 위한 가스 공급구(110a)와 제1챔버(110) 내부의 기체를 배기하기 위한 가스배기구(110b)가 구비된다.
상기 가열수단은 상기 제1챔버(100)의 일측에 설치되어 마이크로웨이브(Microwave)를 상기 제1챔버(100)로 공급하는 마이크로웨이브 공급부재(900)와 상기 도가니 지지대(117)의 측방을 감싸도록 설치되는 제1가열부재(113)로 이루어진다.
상기 마이크로웨이브 공급부재(900)는 도파관(Waveguide) 일 수 있다.
상기 마이크로웨이브는 통신장비 등의 마이크로웨이브를 사용하는 장비와 주파수 혼선을 방지하기 위해 0.915GHz, 2.45GHz 또는 5.80GHz의 주파수를 사용할 수 있다.
상기 제1가열부재(113)는 도가니(115) 내부에 투입된 실리콘을 융해시키기 위해 상기 도가니(115)를 가열시키기 위한 보조적인 수단으로 이용된다.
상기 제1가열부재(113)는 지르코니아(ZrO2), 산화마그네슘(MgO) 또는 실리콘 카바이드(SiC)로 이루어질 수 있으며, 지르코니아와 알루미나 화합물, 지르코니아와 알루미나와 이산화규소 화합물, 산화마그네슘과 알루미나 화합물, 산화마그네슘과 알루미나와 이산화규소 화합물, 실리콘 카바이드와 알루미나 화합물 또는 실리콘 카바이드와 알루미나와 이산화규소 화합물 등으로도 이루어질 수 있다.
여기서, 실리콘 카바이드는 실리콘 카바이드 섬유 (SiC Fiber), 실리콘 카바이드 휘스카(SiC Whisker), 실리콘 카바이드가 코팅된 흑연 및 실리콘 카바이드로 만든 소결체 등이 포함될 수 있다.
상기 제1챔버(110)의 일측에는 내부를 관찰할 수 있는 관찰창(230)이 설치되고, 도가니(115)의 온도를 측정할 수 있는 온도센서(210)가 설치된다.
상기 도가니(115)는 알루미나, 이산화규소 또는 알루미나와 이산화규소 화합물 등으로 이루어질 수 있으며, 상부로 개구된 오목한 형태의 수용부가 형성된 용기로써 제1챔버(110) 내부에 설치된다.
상기 도가니(115)의 수용부에는 실리콘이 투입되며, 상기 마이크로웨이브 공급부재(900)를 통하여 마이크로웨이브를 방사시켜 상기 도가니(115)에 투입된 실리콘을 융해시킨다.
따라서, 마이크로웨이브로 인해 실리콘 분자들이 진동을 하여 도가니(115) 내부에서 열을 발산하게 된다. 마이크로웨이브로 인해 실리콘 분자들이 진동하면서 열을 발산하는 원리는 공지된 사항이므로 자세한 설명은 생략한다.
그리고, 상기 도가니(115)를 지지하는 도가니 지지대(117)가 구비된다.
상기 도가니 지지대(117)는 알루미나 또는 이산화규소 등으로 이루어질 수 있으며 상기 도가니(115)를 감싸도록 설치된다. 상기 도가니 지지대(117)의 하부는 제1챔버(110)의 하부 내측에 고정 설치된다.
상기 단열부재(111)는 알루미나, 이산화규소, 지르코니아 또는 알루미나, 이산화규소, 지르코니아 화합물 등으로 이루어지고, 상기 제1가열부재(113)와 도가니 지지대(117)의 하부와 측부를 감싸도록 제1챔버(110)의 측면 내측에 설치되며, 상기 도가니(115)에서 발산되는 열이 상기 제1챔버(110)의 외부로 확산되는 것을 방지하여 열효율을 향상시킨다.
아울러, 상기 단열부재(111)의 내부에는 도 5에 도시한 바와 같이, 석영관 내부로 냉각수가 흐르도록 한 냉각부재(1112)가 구비된다. 따라서, 제1챔버(110)의 내부가 너무 고온으로 되면 상기 냉각부재(1112)로 냉각수가 흐르게 하여 제1챔버(110) 내부의 온도를 낮출 수가 있다.
상기 제2챔버(150)는 상기 제1챔버(110)의 하부로 구비되며, 별도의 가열부재와 단열부재가 존재하지 않고 상온 상태의 외부와 열 교환이 이루어질 수 있다.
상기 제2챔버(150)에는 가스공급구(153) 및 가스배기구(154)가 구비된다.
상기 가스주입구(153)로 불활성 가스를 주입시키는데, 냉각을 위하여 많은 양을 주입시키고 배출시킬 수 있다.
상기 제2챔버(150)의 외벽 내부에는 제1냉각수단(151)가 구비되며, 상기 제1냉각수단(151)로는 냉각수 라인(미도시)으로 냉각수가 흐르는 수랭식 냉각 방식을 이용할 수가 있다.
상술한 바와 같이, 상기 제2챔버(150)는 별도의 가열부재 및 단열부재가 없고, 상온 상태의 외부와 열 교환이 이루어질 수 있으며, 제1냉각수단(151)으로 인해 상기 제2챔버(150)의 내부는 상기 제1챔버(110)보다 상대적으로 저온 상태가 될 수 있다.
그리고, 상기 불활성 가스를 제2챔버(150)에 주입시키고 배출시킴으로써 제2챔버(150)에서의 냉각 효율을 증가시킬 수 있다.
상기 적재용기(157)는 석영, 알루미나 또는 알루미나와 이산화규소 화합물로 제작될 수 있으며 상기 제2챔버(150) 내부에 설치되며, 상부가 개방된 오목한 형태의 수용부가 형성된다.
그리고, 상기 적재용기(157)의 하부에는 회전축(1571)이 구비되어, 상기 회전축(1571)에 연결된 별도의 구동부재(미도시)에 의해 상기 적재용기(157)는 회전가능하게 설치된다. 상기 적재용기(157)에는 제2냉각수단(1575)이 구비된다.
상기 제2냉각수단(1575)은 적재용기(157)의 내부로 냉각수가 유동되도록 하는 수랭식 냉각 방식일 수 있다.
상기 유동통로관(120)은 단면의 지름이 5mm 내지 20mm인 원통 형상이며, 상기 제1챔버(110)와 제2챔버(150)를 관통하여 하방으로 경사지게 구비되어 상기 도가니(115)와 상기 적재용기(157) 사이에 연결된다.
따라서, 상기 도가니(115)에 연결된 유동통로관(120)의 일단부는 상기 제2챔버(150) 내로 연장된 유동통로관(120)의 타단부 보다 높게 구비된다.
그리고, 도가니(115)로 연결된 상기 유동통로관(120)의 일단부에는 얇은 막 형태의 실리콘 재질인 내부마개(121)가 설치되고, 상기 제2챔버(150) 내로 연장된 유동통로관(120)의 타단부에는 상기 내부마개(121)와 마찬가지로 얇은 막 형태의 실리콘 재질인 외부마개(125)가 설치된다. 참고로, 상기 내부마개(121)와 외부마개(125) 중 어느 하나만 설치될 수도 있다.
상기 유동통로관(120)의 외측으로는 온도조절수단(130)이 설치된다.
상기 온도조절수단(130)은 도 6에 도시한 바와 같이, 냉각 기능을 가지는 제3냉각수단(131)과 가열 기능을 가지는 제2가열수단(135)으로 구성된다.
상기 제3냉각수단(131)으로는 상기 유동통로관(120) 외주면으로 석영관 내부로 냉각수가 흐르도록 한 수랭식 냉각 방식이 이용될 수 있고, 상기 제2가열수단(135)로는 상기 유동통로관(120) 외주면으로 열선을 감은 히터방식이 이용될 수 있다.
한편, 상기 제2챔버(150) 내에 위치하는 유동통로관(120)의 단부 하부로 상기 적재용기(157)가 위치하며, 상기 유동통로관(120)의 단부와 상기 적재용기(157) 사이에는 오목한 경사면이 형성된 경사가이드(170)가 설치될 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 재처리 장치에서 실리콘 알갱이를 제조하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 단면도이며, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 재처리 방법을 도시한 플로우차트이다.
상술한 바와 같이 실리콘 재처리 장치(100)가 구성되면, 먼저, 도 7에 도시한 바와 같이 제1챔버(110)의 도가니(115)에 실리콘 분말(300)을 투입시키고 제1챔버(110)를 밀폐시킨다(단계 S110).
이어서, 마이크로웨이브 공급부재(900)를 통하여 마이크로 웨이브를 제1챔버(110)로 방사시켜, 상기 도가니(115)에 투입된 실리콘 분말(300)이 가열되도록 하여 상기 실리콘 분말(300)이 융해된 실리콘 융액(300)을 형성시킨다(단계 S120).
이때, 제1가열부재(113)를 보조적으로 가동시킬 수도 있다.
이어서, 도 8에 도시한 바와 같이 고열의 상기 실리콘 융액(400)은 상기 내부마개(121)를 녹이면서 제2챔버(150)로 하향 경사지게 연장된 유동통로관(120)으로 흘러 제2챔버(150)의 적재용기(157)로 낙하한다(단계 S130).
참고로, 상기 유동통로관(120)을 흐르는 실리콘 융액(400)은 제3냉각수단(131)를 통하여 냉각되는데, 상기 제3냉각수단(131)를 통하여 냉각시키는 중에 급격한 냉각으로 인해 실리콘 융액(400)이 유동통로관(120) 내부에서 굳기 시작하여 이동이 정지될 수 있다.
이때, 상기 제2가열수단(135)를 가동시켜 굳기 시작하는 실리콘 융액(400)을 다시 융해시켜 상기 유동통로관(120)을 흐르도록 한다.
이어서, 상기 유동통로관(120)을 흐르던 실리콘 융액(400)에 의하여 외부마개(125)가 용해되어, 실리콘 융액(400)은 제2챔버(150)의 적재용기(157)로 낙하한다.
이때, 상기 실리콘 융액(400)은 상기 유동통로관(120)을 흐르면서 제3냉각수단(131)에 의해 냉각되어 온도가 낮아진 상태이고, 제2챔버(150)의 온도가 제1냉각수단(151)에 의해 낮은 상태라서 실리콘 융액(400)은 더욱 온도가 낮아지면서 점성이 높아지게 되어 작은 덩어리 형태로 분리되어 적재용기(157)로 낙하한다(단계 S140).
작은 덩어리 형태로 낙하하는 실리콘 융액(400)은 경사가이드(170)에 의해 충격이 흡수되어 모양이 변형되지 않으면서 적재용기(157)로 이동될 수 있다.
이어서, 적재용기(157)로 이동된 실리콘 융액(400)은 적재용기(157)에 구비된 제2냉각수단(1575)에 의해 다시 냉각되어 굳어지면서 실리콘 알갱이(500)로 된다(단계 S150).
아울러, 상기 적재용기(157)의 일측으로 실리콘 알갱이(500)가 쌓이면 상기 적재용기(157)를 회전시켜 타측으로 분산시키도록 한다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 재처리 장치에서 제조된 실리콘 알갱이를 도가니에 투입하여 실리콘 잉곳을 제조하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 예시도이다.
상술한 바와 같이 실리콘 알갱이(500)가 생성되면, 도 9에 도시한 바와 같이 실리콘 융액을 제조하기 위한 도가니(12)에 별도의 실리콘 덩어리(21)와 함께 실리콘 알갱이(500)를 투입시킨다.
이때, 상기 실리콘 알갱이(500)는 상기 실리콘 덩어리(21)들 사이에 존재하는 공극(30)으로 위치하게 되어, 상기 도가니(12)에 투입된 실리콘 양은 도가니(12)에 실리콘 덩어리(21)만 투입할 때보다 많아지게 된다.
이어서, 히터(15)를 가동시켜 도가니(12)에 투입된 실리콘 덩어리(21)와 실리콘 알갱이(500)를 함께 융해시켜 실리콘 융액(23)이 생성되도록 한다.
따라서, 도 11에 도시한 바와 같이, 실리콘 덩어리(21)만을 융해시킬 때의 부피에 실리콘 알갱이(500)가 융해된 부피가 합쳐져서 도가니(12)의 보충공간(600)을 채우게 된다.
아울러, 도가니(12)가 크지 않더라도, 도가니(12)를 가득 채울 정도로 많은 양의 실리콘 융액(23)을 형성할 수가 있다.
한편, 실리콘 웨이퍼를 제조하기 위한 방법들로써 Float-Zone 방법, Ribbon Growth 방법, Multi-crystalline 방법 또는 Czochralski Growth 방법 등에 사용되는 히터 대신 상기 마이크로웨이브 공급부재(900)를 구비하여, 마이크로웨이브를 상기 도가니(12)에 방사시켜 실리콘 덩어리와 실리콘 알갱이를 융해시킬 수가 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 제시하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
110: 제1챔버 111: 단열판
115: 도가니 120: 유동통로관
150: 제2챔버 157: 적재용기
900: 마이크로웨이브 공급부재
115: 도가니 120: 유동통로관
150: 제2챔버 157: 적재용기
900: 마이크로웨이브 공급부재
Claims (11)
- 제1챔버(110);
상기 제1챔버(110) 내부에 설치되며, 수용부가 형성된 도가니(115);
상기 제1챔버(100)에 구비되는 가열수단;
상기 제1챔버(110)의 내측면에 설치된 단열부재(111);
상기 제1챔버(110)의 하부로 구비된 제2챔버(150);
일단이 상기 도가니(115)에 연결되어 상기 제1챔버(110)와 제2챔버(150)를 관통하여 타단이 제2챔버(150) 내로 연장된 유동통로관(120) 및
상기 제2챔버(150) 내부에 설치되며, 상기 제2챔버(150)로 연장된 상기 유동통로관(120)의 단부 하부로 위치한 적재용기(157)
를 포함한 것을 특징으로 한 실리콘 재처리 장치. - 제1항에 있어서, 상기 가열수단은 마이크로웨이브 공급부재(900)인 것을 특징으로 한 실리콘 재처리 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 도가니(115)에 연결된 유동통로관(120)의 일단부 또는 상기 적재용기(157)에 연결된 유동통로관(120)의 타단부에는 마개가 설치된 것을 특징으로 한 실리콘 재처리 장치. - 제3항에 있어서, 상기 유동통로관(120)의 타단부와 상기 적재용기(157) 사이에는 오목한 경사가이드(170)가 설치된 것을 특징으로 한 실리콘 재처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 유동통로관(120)의 외주면에는 가열 또는 냉각 기능을 가지는 온도조절수단(130)이 설치된 것을 특징으로 한 실리콘 재처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제2챔버(150)에는 상기 적재용기(157)와 이격되어 상기 제2챔버(150)의 내측면으로 냉각수단(151)이 구비된 것을 특징으로 한 실리콘 재처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 적재용기(157)에는 내부에 냉각수단(1575)이 구비된 것을 특징으로 한 실리콘 재처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제2챔버(150)에는 가스주입구(153) 및 가스배기구(154)가 구비된 것을 특징으로 한 실리콘 재처리 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 마이크로 웨이브는 0.915GHz, 2.45GHz 또는 5.80GHz의 사용주파수를 갖는 것을 특징으로 한 실리콘 재처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 단열부재(111)의 내부 또는 외부는 SiO2 로 덮힌 것을 특징으로 한 실리콘 재처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 가열수단에는 제1가열부재(113)가 포함되며, 상기 제1가열부재(113)는 지르코니아(ZrO2), 산화마그네슘(MgO), 실리콘 카바이드(SiC), 지르코니아와 알루미나 화합물, 지르코니아와 알루미나와 이산화규소 화합물, 산화마그네슘과 알루미나 화합물, 산화마그네슘과 알루미나와 이산화규소 화합물, 실리콘 카바이드와 알루미나 화합물, 실리콘 카바이드와 알루미나와 이산화규소 화합물, 실리콘 카바이드 섬유(SiC Fiber), 실리콘 카바이드 휘스카(SiC Whisker), 실리콘 카바이드가 코팅된 흑연 중 어느 하나로 이루지는 것을 특징으로 한 실리콘 재처리 장치.
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