KR101390798B1 - 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치 - Google Patents

융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면은 실리콘 단결정 잉곳의 성장에 사용되는 융액에 도펀트를 정확한 양으로 투입시킬 수 있는 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치를 제공하는 것에 있으며, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치는 챔버의 외부에 위치하고, 내부공간에 도펀트를 진공상태 또는 진공해제상태로 저장하는 도펀트 투입 컵;과, 도펀트가 도펀트 투입 컵으로부터 챔버의 내부에 위치하는 융액까지 이동할 수 있도록 도펀트의 이동로를 제공하는 도펀트 이동관과, 도펀트 이동관의 일단에서 도펀트 이동관의 일부를 수용하되 도펀트 투입 컵에 접속되는 압력조절박스를 구비하는 도펀트 이동부재;와, 도펀트 투입 컵에 장착되고, 도펀트 투입 컵으로부터 도펀트 이동관으로 공급되는 도펀트의 양을 조절하는 도펀트 공급량 조절부재;와, 일단이 압력조절박스에 길이가 변화될 수 있는 형태로 구비되어, 도펀트 이동관의 부위 중 챔버의 외부에 위치하는 부위를 고정적으로 수용하는 케이스;와, 챔버의 외면과 케이스의 타단에 부착되어 도펀트 투입 컵 내부공간의 진공해제상태에서 챔버를 진공상태로 유지하도록 챔버의 내외부를 구획하는 게이트 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치{Apparatus for melting dopant in melt}
본 발명은 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘 단결정 잉곳의 성장에 사용되는 융액에 도펀트를 원하는 시기에 언제든지 정확한 양으로 투입시킬 수 있는 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치에 관한 것이다.
반도체소자에 사용되는 실리콘 단결정 웨이퍼는 일반적으로 초크랄스키법(Czochralski Method)에 의해 제조된 실리콘 단결정 잉곳으로부터 제조된다. 초크랄스키법은 석영 도가니 내에 용융 상태로 수용된 실리콘 융액에 시드(seed)를 침지시킨 후 석영 도가니와 시드를 반대방향으로 회전시키면서 시드를 인상시키는 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법이다. 이하. 초크랄스키법에 의해 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 장치를 도 1을 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 1은 초크랄스키법에 의해 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘 단결정 잉곳 성장 장치(1)는 챔버(2)와, 챔버(2) 내부(핫존 ; hot zone)에 위치하고 실리콘 융액(M)을 수용하는 도가니(3, 4)와, 상기 도가니(4)의 측벽으로부터 소정 거리 이격되어 상기 도가니(3)를 가열하는 히터(6)와, 상기 히터(6)로부터 발생되는 열이 외부로 유출되는 것을 방지하는 단열수단(7)과, 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 성장 소스인 시드(seed)(11)와, 시드(11)로부터 성장하는 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 하중을 지탱하는 시드척(11A)을 포함한다.
상기 융액(M)에 상기 시드(11)를 담근 후 시드 케이블(8)과 석영 도가니(3)와 흑연 도가니(4)를 서로 반대방향으로 회전시키면서 시드 케이블(8)을 상부로 서서히 인상하면 고액계면을 통해 실리콘 단결정 잉곳(IG)이 성장된다.
한편, 실리콘 단결정 잉곳(IG)으로부터 제조되는 웨이퍼의 전기적 특성을 조절하기 위하여 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 내부로는 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 성장이 이루어지는 동안 비소, 붕소, 인 등과 같은 도펀트(dopant)가 유입되어야 한다. 그리고, 융액(M)에는 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 내부로 유입되기 위한 도펀트가 투입되어야 한다. 융액(M)으로 투입된 도펀트는 융액(M)과 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 계면을 통해 실리콘 단결정 잉곳(IG) 내부로 유입된다.
여기서, 도펀트는 적절한 시점에 정확한 양만큼 융액(M)으로 투입되어야 한다. 만일, 도펀트가 융액(M)으로 투입되는 시점 및 양이 적절하지 않다면 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 길이방향에 따라 도펀트의 농도가 상이하여 지기 때문에 하나의 실리콘 단결정 잉곳(IG)으로부터 제조된 복수개의 웨이퍼 각각이 서로 상이한 전기적 특성을 갖게 된다. 따라서, 도펀트 투입시점 및 양의 정확성은 매우 중요하게 인식되고 있다.
종래에는 챔버(2)에 장착된 도펀트 투입장치(미도시)를 이용하여 융액(M)에 도펀트를 투입하였으나, 종래의 도펀트 투입장치는 도펀트의 투입량을 정확하게 제어할 수 없도록 구성되어 있다. 따라서, 현재 해당 업계에서는 도펀트 투입량을 보다 정확하게 제어할 수 있는 도펀트 투입장치의 개발이 요구되고 있다.
또한, 종래의 도펀트 투입장치는 최초 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 과정에서 사용되고 남은 도펀트는 잉곳을 재 성장시키는 과정에서 사용되기에 충분하지 않을 수 있기 때문에 잉곳의 재 성장 공정의 개시에 앞서 부족한 도펀트를 보충하기 위한 방안이 요구되고 있다.
본 발명의 일 측면은 실리콘 단결정 잉곳의 성장에 사용되는 융액에 도펀트를 원하는 시기에 언제든지 정확한 양으로 투입시킬 수 있는 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 측면은 실리콘 단결정 잉곳의 재 성장 공정의 개시에 앞서 부족한 도펀트를 손쉽게 보충할 수 있도록 하는 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치는 챔버의 외부에 위치하고, 내부공간에 도펀트를 진공상태 또는 진공해제상태로 저장하는 도펀트 투입 컵;과, 상기 도펀트가 상기 도펀트 투입 컵으로부터 상기 챔버의 내부에 위치하는 융액까지 이동할 수 있도록 상기 도펀트의 이동로를 제공하는 도펀트 이동관과, 상기 도펀트 이동관의 일단에서 상기 도펀트 이동관의 일부를 수용하되 상기 도펀트 투입 컵에 접속되는 압력조절박스를 구비하는 도펀트 이동부재;와, 상기 도펀트 투입 컵에 장착되고, 상기 도펀트 투입 컵으로부터 상기 도펀트 이동관으로 공급되는 도펀트의 양을 조절하는 도펀트 공급량 조절부재;와, 일단이 상기 압력조절박스에 길이가 변화될 수 있는 형태로 구비되어, 상기 도펀트 이동관의 부위 중 상기 챔버의 외부에 위치하는 부위를 고정적으로 수용하는 케이스;와, 상기 챔버의 외면과 상기 케이스의 타단에 부착되어 상기 도펀트 투입 컵 내부공간의 진공해제상태에서 상기 챔버를 진공상태로 유지하도록 상기 챔버의 내외부를 구획하는 게이트 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 게이트 밸브는, 상기 챔버의 외면과 케이스의 타단을 연결하되 상기 도펀트 이동관에 대응 형성되는 통로를 가지는 몸체;와, 상기 통로와 직교방향으로 관통하는 슬라이드 공간 내에 삽입되어 상기 통로를 개폐하는 통로밀폐부;와, 상기 통로밀폐부를 상기 슬라이드공간 내로 이동시키는 액츄에이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 도펀트 이동부재의 압력조절박스에 접속되는 제1연결관 상에 구비되어 상기 제1연결관을 개폐하는 제1밸브;와, 상기 제1밸브의 개방 시 상기 압력조절박스 및 도펀트 이동관으로 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급펌프;와, 상기 제1연결관 상에 구비되는 제1압력 게이지를 구비하는 불활성 가스 공급장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 도펀트 이동부재의 압력조절박스에 접속되는 제2연결관 상에 구비되어 상기 제2연결관을 개폐하는 제2밸브;와, 상기 제2밸브의 개방 시 상기 도펀트 이동부재 및 도펀트 투입 컵 내부의 공기를 흡입하여 진공상태를 형성하는 진공펌프;와, 상기 제2연결관 상에 구비되는 제2압력 게이지;를 구비하는 진공형성장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 도펀트 이동부재의 압력조절박스에 접속되어 상기 불활성 가스가 소정량 이상 공급되면 자동적으로 배출되게 하는 배기밸브(pop off valve)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 도펀트 이동관이 직선왕복운동을 수행할 수 있도록 상기 케이스의 길이를 조절하는 볼 스크류 조립체를 더 포함하며, 상기 볼 스크류 조립체는, 상기 챔버에 고정되는 모터와, 상기 모터의 구동 시 회전하는 볼 스크류와, 상기 볼 스크류에 결합되는 볼 너트를 포함하며, 상기 볼 너트는 상기 압력조절박스 및 케이스에 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치를 다른 측면에서 본다면, 챔버의 외부에 위치하고, 도펀트를 내부공간에 저장하고 있는 도펀트 투입 컵;과, 상기 도펀트가 상기 도펀트 투입 컵으로부터 상기 챔버의 내부에 위치하는 융액까지 이동할 수 있도록 상기 도펀트의 이동로를 제공하는 도펀트 이동관과, 상기 도펀트 이동관의 일단에서 상기 도펀트 이동관의 일부를 수용하되 상기 도펀트 투입 컵에 접속되는 압력조절박스를 구비하는 도펀트 이동부재;와, 상기 도펀트 투입 컵에 장착되고, 상기 도펀트 투입 컵으로부터 상기 도펀트 이동관으로 공급되는 도펀트의 양을 조절하는 도펀트 공급량 조절부재;와, 일단이 상기 압력조절박스에 길이가 변화될 수 있는 형태로 구비되어, 상기 도펀트 이동관의 부위 중 상기 챔버의 외부에 위치하는 부위를 고정적으로 수용하는 케이스;와, 상기 도펀트 이동관이 직선왕복운동을 수행할 수 있도록 상기 케이스의 길이를 조절하는 볼 스크류 조립체;와, 상기 도펀트 투입 컵 내부공간의 진공상태 해제 시 상기 챔버를 진공상태로 유지하도록 상기 챔버의 외면과 상기 케이스의 타단에 부착되는 게이트 밸브;와, 상기 도펀트 이동부재의 압력조절박스에 접속되는 연결관 상에 구비되어 상기 연결관을 개폐하는 밸브와, 상기 밸브의 개방 시 상기 도펀트 이동부재 및 도펀트 투입 컵 내부의 공기를 흡입하여 진공상태를 형성하는 진공펌프와, 상기 연결관 상에 구비되는 압력 게이지를 구비하는 진공형성장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 융액에 도펀트를 투입하기 위한 방법은 제1도펀트가 수용된 도펀트 투입 컵을 준비하는 단계와, 상기 도펀트 투입 컵에 접속되는 도펀트 이동부재의 도펀트 이동관을 통로가 개방된 게이트 밸브에 통과시켜 챔버 내부 융액(M)의 표면에 접촉되기 전까지 이동시키는 단계와, 도펀트 공급량 조절부재를 통하여 제1도펀트를 융액(M)으로 공급하여 상기 제1도펀트의 공급을 완료하는 단계와, 상기 도펀트 이동부재의 도펀트 이동관을 상기 챔버 외부에 위치하는 케이스에 수용될 때까지 융액으로 표면에서 멀어지는 방향으로 이동시키는 단계와, 상기 게이트 밸브의 통로를 폐쇄하여 상기 챔버가 진공상태를 유지하도록 상기 챔버의 내부와 외부를 구획시키는 단계와, 상기 도펀트 투입 컵 내부공간의 진공해제상태에서 상기 도펀트 투입 컵에 제2도펀트를 제공하는 단계와, 상기 도펀트 투입 컵에 제공된 제2도펀트를 상기 융액(M)에 공급하기 위하여 상기 도펀트 투입 컵에 접속되는 도펀트 이동부재의 도펀트 이동관을 통로가 개방된 게이트 밸브에 통과시켜 융액(M)의 표면에 접촉되기 전까지 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 도펀트 투입 컵에 제2도펀트를 제공한 다음 상기 도펀트 투입 컵 및 도펀트 이동부재의 내부를 진공으로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치는 실리콘 단결정 잉곳의 성장에 사용되는 융액에 원하는 시기에 언제든지 도펀트를 정확한 양으로 투입시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라, 실리콘 단결정 잉곳의 재 성장 공정의 개시에 앞서 부족한 도펀트를 손쉽게 보충할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 초크랄스키법에 의해 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치의 도펀트 공급량 조절부재를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치의 도펀트 이동부재의 압력조절박스를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 도펀트를 투입하기 위한 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 2에 도시된 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치의 게이트 밸브를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 융액에 도펀트를 투입하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치를 나타낸 도면이며, 도 3은 도 2에 도시된 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치의 도펀트 공급량 조절부재를 나타낸 도면이며, 도 4는 도 2에 도시된 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치의 도펀트 이동부재의 압력조절박스를 확대하여 나타낸 도면이며, 도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 도펀트를 투입하기 위한 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 도 2에 도시된 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치의 게이트 밸브를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치(10)는 도펀트 투입 컵(100), 도펀트 이동부재(200), 도펀트 공급량 조절부재(300), 케이스(400), 볼 스크류 조립체(500), 게이트 밸브(600), 불활성 가스 공급장치(700), 진공형성장치(800)를 포함하여 구성된다.
도펀트 투입 컵(100)은 챔버(20)의 외부에 위치하고, 내부공간(110)에 도펀트(120)를 저장하고 있다. 도펀트(120)는 챔버(20) 내부에 위치하는 도가니(30)에 수용된 융액(M)에 투입되기 위한 것이다. 도펀트 투입 컵(100)의 입구 및 출구 각각에는 플랜지(140,150)가 형성되는데, 플랜지(140)은 연결관(130)에 접속되고, 플랜지(140,150) 각각에는 외부로부터 기체가 유입되는 것을 방지하기 위해 오링(160,170)이 장착된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치(10)는 도펀트(120)를 보충하기 위하여 도펀트 투입 컵(100)의 입구를 개방하여 내부공간이 진공상태 또는 진공해제상태에 이르도록 선택할 수 있다.
도펀트 공급량 조절부재(300)는 도펀트 투입 컵(100)으로부터 공급되는 도펀트(120)의 양을 조절하기 위한 것이다. 이를 위해 도펀트 공급량 조절부재(300)는 개폐부재(310), 구동 샤프트(320), 종동 샤프트(330)를 포함한다.
개폐부재(310)는 직선왕복운동을 수행함으로써 도펀트 투입 컵(100)의 출구를 개방하거나 폐쇄한다.
구동 샤프트(320)는 외부에서 회전력이 가해질 경우 회전운동을 수행함과 동시에 회전각도에 대응하는 길이만큼 직선왕복운동을 수행한다.
종동 샤프트(330)는 개폐부재(310)에 구동 샤프트(320)의 회전운동은 전달하지 않고 구동 샤프트(320)의 직선왕복운동만을 전달한다.
따라서, 도펀트 공급량 조절부재(300)는 구동 샤프트(320)의 회전량을 조절하여 도펀트 투입 컵(100) 출구의 개방 정도를 조절할 수 있으므로, 도펀트 투입 컵(100)의 출구를 통해 배출되는 도펀트(120)의 양이 적절하고 용이하게 조절될 수 있다.
결국, 도펀트 공급량 조절부재(300)는 도펀트 투입 컵(100)의 출구가 폐쇄된 상태에서 구동 샤프트(320)를 회전시키면, 구동 샤프트(320)는 회전운동을 수행함과 동시에 오른쪽 방향으로 직선운동을 수행하게 된다.
이때, 종동 샤프트(330)와 개폐부재(310)는 구동 샤프트(320)를 따라 직선운동만을 수행하며, 개폐부재(310)의 직선운동은 도펀트 투입 컵(100)의 출구를 부분적으로 개방시키므로 도펀트(120)는 도펀트 투입 컵(100)으로부터 배출된다.
한편, 도펀트 공급량 조절부재(300)는 도펀트 투입 컵(100)으로부터 배출되는 도펀트(120)의 양을 조절하기 위해 도펀트 투입 컵(100)의 측면에 장착될 수 있다.
도펀트 이동부재(200)는 도펀트(120)가 도펀트 투입 컵(100)으로부터 챔버(20)의 내부에 위치하는 융액(M)까지 이동할 수 있도록 도펀트(120)의 이동로를 제공하는 도펀트 이동관(210)과, 도펀트 이동관(210)의 일단에서 도펀트 이동관(210)의 일부를 수용하되 도펀트 투입 컵(100)에 접속되는 압력조절박스(220)를 구비한다.
도펀트 이동관(210)은 도펀트 투입 컵(100)으로부터 배출된 도펀트(120)를 챔버(20)의 내부에 위치하는 융액(M)까지 이동시키기 위한 것으로서, 직선왕복운동을 수행하도록 이루어진다.
도펀트 이동관(210)의 직선왕복운동으로 인해 도펀트 이동관(210)의 일단은 융액(M) 내부 및 외부에 위치할 수 있게 된다. 도펀트 이동관(210)의 일단은 도펀트(120)를 융액(M)에 투입하는 작업이 이루어지는 동안에는 융액(M) 내부에 위치하게 되나, 도펀트(120)를 융액(M)에 투입하는 작업이 이루어지지 않는 동안에는 융액(M)의 외부에 위치하게 된다.
압력조절박스(220)는 도펀트 이동관(210)의 일단에서 도펀트 이동관(210)의 일부를 수용하되 연결관(130)을 통하여 도펀트 투입 컵(100)에 접속된다. 이러한 압력조절박스(220)는 도펀트 투입 컵(100)으로부터 도펀트 이동관(210)으로 공급되는 도펀트(120)가 융액(M)에 정확하게 공급되도록 도펀트 이동관(210)의 내부압력을 조절하게 된다.
도펀트 이동관(210)의 직선왕복운동은 케이스(400) 및 볼 스크류 조립체(500)에 의해 수행된다.
케이스(400)는 챔버(20)의 외부에 위치하는 도펀트 이동관(210)의 일부를 수용하기 위한 것으로, 그 일단은 후술하는 게이트 밸브(600)의 외면에 부착되어 길이가 변화될 수 있도록 구비된다. 이를 위해 케이스(400)의 적어도 일부는 접힘과 펴짐이 가능하도록 주름지게 형성된다. 또한, 케이스(400)는 도펀트 이동관(210)을 고정적으로 수용한다. 이를 위해 케이스(400)의 부위 중 주름지게 형성되지 않은 부위는 도펀트 이동관(210)에 고정된다.
케이스(400)가 이와 같이 이루어진 상태에서 케이스(400)의 부위 중 주름지게 형성되지 않은 부위가 챔버(20)에 가까워지는 방향으로 이동하면 주름진 부위가 접히면서 도펀트 이동관(210)의 일단이 도 5에 도시된 바와 같이, 융액(M)의 표면에 접촉되기 전까지 이동된다.
반면, 케이스(400)의 부위 중 주름지게 형성되지 않은 부위가 챔버(20)로부터 멀어지는 방향으로 이동하면 상기 주름진 부위가 펴지면서 도펀트 이동관(210)의 일단이 도 6에 도시된 바와 같이 융액(M)의 표면에서 멀어지는 방향으로 이동된다.
따라서, 도펀트 이동관(210)의 직선왕복운동을 위해서는 케이스(400)의 부위 중 주름지게 형성되지 않은 부위의 직선왕복운동이 수행되어야 한다.
케이스(400)의 부위 중 주름지게 형성되지 않은 부위의 직선왕복운동은 모터(510)와, 볼 스크류(520)와, 볼 너트(530)를 포함하는 볼 스크류 조립체(500)에 의해 이루어진다.
모터(510)는 챔버(20)의 외면에 고정된 고정수단(540)에 부착된다. 볼 스크류(520)는 모터(510)의 구동축에 연결되어 모터(510)의 구동시 회전한다. 볼 너트(530)는 도펀트 이동부재의 압력조절박스 및 케이스(400)의 부위 중 주름지게 형성되지 않은 부위에 부착됨과 동시에 볼 스크류(520)와 결합한다.
모터(510)가 작동하면 볼 스크류(520)가 회전되고, 볼 스크류(520)가 회전되면 볼 너트(530)와 도펀트 이동부재(200)의 압력조절박스(220)와 케이스(400)의 부위 중 주름지게 형성되지 않은 부위가 볼 스크류(520)의 길이방향을 따라 직선왕복운동을 수행한다.
한편, 케이스(400)의 부위 중 주름지게 형성된 부위의 길이가 너무 길게 형성되면 쳐짐이 발생할 수 있다. 따라서, 케이스(400)의 부위 중 주름지게 형성된 부위에는 처짐방지링(410)이 장착될 수 있다. 이 경우, 처짐방지링(410)은 볼 스크류(520)에 결합된 또 다른 볼 너트(530)에 부착된다.
도펀트 이동관(210)의 일단이 융액(M) 내부에 위치한 상태에서 도펀트 투입 컵(100)의 출구가 개방되면 도펀트(120)는 융액(M)으로 이동한다. 그러나, 이 경우 융액(M)의 높은 온도와 도펀트 이동관(210)의 낮은 압력으로 인해 이동된 도펀트 중 일부는 융액(M)에 용해되지 못하고 승화하여 도펀트 이동관(210)을 따라 상승하게 된다.
이와 같이 도펀트(120)가 승화할 경우, 최초 의도한 양과 상이한 양이 융액(M)에 투입되는 문제가 있다. 또한 승화한 도펀트(120)가 도펀트 투입 컵(100) 출구의 개방 시 도펀트 투입 컵(100)의 내부공간(110)으로 유입되면 내부공간(110)이 진공상태로 유지될 수 없는 문제가 있다. 따라서, 융액(M)으로 투입되는 도펀트(120)가 승화하는 현상은 방지될 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치(10)는 융액(M)으로의 투입 시 도펀트(120)가 승화하는 현상을 방지하기 위해 도펀트 이동부재(200)의 압력조절박스(220)에 접속되는 불활성 가스 공급장치(700)를 포함한다.
불활성 가스 공급장치(700)는 도펀트 이동부재(200)의 압력조절박스(220)에 접속되는 제1연결관(700A) 상에 구비되어 제1연결관(700A)을 선택적으로 개폐하는 제1밸브(710)와, 제1밸브(710)의 개방 시 압력조절박스(220) 및 도펀트 이동관(210)으로 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급펌프(720)와, 제1연결관(700A) 상에 구비되는 제1압력 게이지(730)를 구비한다.
제1밸브(710)는 도펀트 이동부재(200)의 압력조절박스(220)와 불활성 가스 공급펌프(720)를 선택적으로 연통시킨다.
불활성 가스 공급펌프(720)는 제1연결관(700A)과 연결되어 제1연결관(700A)의 내부로 아르곤(Ar) 등과 같은 불활성 가스를 공급한다.
제1압력 게이지(730)는 제1연결관(700A) 상에 구비되어 도펀트 이동부재(200)의 압력조절박스(220)로 공급되는 아르곤(Ar) 등과 같은 불활성 가스의 공급 압력을 측정하도록 한다.
도펀트 이동관(210)의 일단이 융액(M) 내부에 위치한 상태에서 원하는 양의 도펀트(120)가 도펀트 투입 컵(100)으로부터 배출되면 도펀트 투입 컵(100)의 출구는 폐쇄된다. 이후, 제1밸브(710)가 개방됨과 동시에 불활성 가스 공급펌프(720)이 작동하여 도펀트 이동부재의 압력조절박스(220) 내부로 불활성 가스가 공급된다. 도펀트 이동부재(200)의 압력조절박스(220) 내부로 공급된 불활성 가스는 도펀트 이동관(210) 내부를 고압환경으로 변경시키고, 이로 인해 융액(M)으로 투입되는 도펀트(120)의 승화현상이 억제된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치(10)는 도펀트 이동부재(200)의 압력조절박스(220)에 접속되는 배기밸브(pop off valve, 740)를 더 포함할 수 있다.
배기밸브(740)는 도펀트 이동부재(200)의 압력조절박스(220) 및 도펀트 이동관(210)으로 불활성 가스가 임계치 이상으로 과다 공급되면 임계치 이상의 Ar 가스가 자동적으로 외부로 배출되도록 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치(10)는 도펀트 투입 컵(100)을 개방하여 그 내부공간이 진공상태에서 진공해제상태로 바뀌더라도 챔버(20)를 진공상태로 유지하도록 챔버(20)의 외면과 케이스(400)의 타단에 부착되는 게이트 밸브(600)를 포함한다.
즉, 게이트 밸브(600)는 챔버(20)와 도펀트 투입 컵(100)이 진공 경계(Vacuum Boundary)를 형성할 수 있도록 챔버(20)와 도펀트 투입 컵(100)을 서로 구획하게 된다.
이러한 게이트 밸브(600)는, 챔버(20)의 외면과 케이스(400)의 타단을 연결하되 도펀트 이동관(210)에 대응 형성되는 통로(611)를 가지는 몸체부(610)와, 통로(611)와 직교방향으로 관통하는 슬라이드 공간(621) 내에 삽입되어 통로(611)를 개폐하는 통로밀폐부(620)와, 통로밀폐부(620)를 슬라이드 공간(621) 내로 이동시키는 액츄에이터(630)를 포함할 수 있다.
따라서, 게이트 밸브(600)의 액츄에이터(630)를 조절하여 통로밀폐부(620)가 통로(611)를 밀폐하여 챔버(20)의 내외부를 구획하게 되면 챔버(20)와 도펀트 투입 컵(100)이 진공 경계를 형성하여 도펀트(120) 투입 공정 중에도 도펀트 투입 컵(100)의 진공상태를 해제할 수 있어 도펀트(120)의 투입이 자유롭게 되도록 한다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치(10)는 진공해제상태로 바뀐 도펀트 투입 컵(100)이 재차 진공상태를 형성하도록 도펀트 이동부재(200)의 압력조절박스(220)에 접속되는 진공형성장치(800)를 더 포함한다.
진공형성장치(800)는 도펀트 이동부재(200)의 압력조절박스(220)에 접속되는 제2연결관(800A) 상에 구비되어 제2연결관(800A)을 개폐하는 제2밸브(810)와, 제2밸브(810)의 개방 시 도펀트 이동부재(200) 및 도펀트 투입 컵(100) 내부의 공기를 흡입하여 진공상태를 형성하는 진공펌프(820)와, 제2연결관(800A) 상에 구비되는 제2압력 게이지(830)를 구비한다.
제2밸브(810)는 도펀트 이동부재(200)의 압력조절박스(220)와 진공펌프(820)를 선택적으로 연통시킨다.
진공펌프(820)는 제2연결관(800A)과 연결되어 도펀트 이동부재(200) 및 도펀트 투입 컵(100) 내부의 공기를 흡입하여 진공상태를 형성한다.
제2압력 게이지(830)는 제2연결관(800A) 상에 구비되어 도펀트 이동부재(200)의 압력조절박스(220)로부터 흡입되는 내부 공기의 흡입 압력을 측정하도록 한다.
한편, 챔버(20) 내부에서 성장 중인 잉곳(IG)에는 품질불량 등의 현상이 발생할 수 있는데, 이와 같은 경우 인상 중인 잉곳을 융액(M)에 침지시켜 녹이는 잉곳 재 녹임 작업을 수행한 후 잉곳을 다시 성장시킨다.
도펀트(120)는 잉곳을 재 성장시키는 경우에도 융액(M)에 투입되어야 한다. 그러나, 최초 잉곳을 성장시키는 과정에서 사용되고 남은 도펀트(120)는 잉곳을 재 성장시키는 과정에서 사용되기에 충분하지 않을 수 있기 때문에 잉곳의 재 성장 공정의 개시에 앞서 부족한 도펀트를 보충하여야 한다.
이때, 도펀트 투입 컵(100)의 입구를 개방하여 도펀트 투입 컵(100)의 진공해제상태에서 도펀트(120)를 보충할 수 있게 된다. 따라서, 도펀트(120)를 보충하기 위하여 도펀트 투입 컵(100)의 입구를 개방하여 도펀트 투입 컵(100)이 대기압 상태로 해제되었더라도 진공형성장치(800)에 의해 도펀트 투입 컵(100) 및 도펀트 이동부재(200) 내부의 공기를 흡입하여 진공상태를 형성할 수 있게 되므로 도펀트(120)의 투입량과 횟수에 제한이 없이 도펀트의 농도를 제어할 수 있게 된다.
다음, 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 융액에 도펀트를 투입하기 위한 방법을 설명한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 융액에 도펀트를 투입하기 위한 방법은 제1도펀트가 수용된 도펀트 투입 컵을 준비하는 단계(S100)와, 상기 도펀트 투입 컵에 접속되는 도펀트 이동부재의 도펀트 이동관을 통로가 개방된 게이트 밸브에 통과시켜 챔버 내부 융액(M)의 표면에 접촉되기 전까지 이동시키는 단계(S200)와, 도펀트 공급량 조절부재를 통하여 제1도펀트를 융액(M)으로 공급하여 상기 제1도펀트의 공급을 완료하는 단계(S300)와, 상기 도펀트 이동부재의 도펀트 이동관을 상기 챔버 외부에 위치하는 케이스에 수용될 때까지 융액으로 표면에서 멀어지는 방향으로 이동시키는 단계(S400)와, 상기 게이트 밸브의 통로를 폐쇄하여 상기 챔버가 진공상태를 유지하도록 상기 챔버의 내부와 외부를 구획시키는 단계(S500)와, 상기 도펀트 투입 컵 내부공간의 진공해제상태에서 상기 도펀트 투입 컵에 제2도펀트를 제공하는 단계(S600)와, 상기 도펀트 투입 컵에 제2도펀트를 제공한 다음 상기 도펀트 투입 컵 및 도펀트 이동부재의 내부를 진공으로 형성하는 단계(S700)와, 상기 도펀트 투입 컵에 제공된 제2도펀트를 상기 융액(M)에 공급하기 위하여 상기 도펀트 투입 컵에 접속되는 도펀트 이동부재의 도펀트 이동관을 통로가 개방된 게이트 밸브에 통과시켜 융액(M)의 표면에 접촉되기 전까지 이동시키는 단계(S800)를 포함하여 구성된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치는 챔버의 내외부를 구획하는 게이트 밸브를 포함함으로써 도펀트를 보충하기 위하여 도펀트 투입 컵 내부공간의 진공해제상태에서도 챔버의 진공상태를 유지할 수 있게 하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.
10… 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치
100…도펀트 투입 컵 200…도펀트 이동부재
300…도펀트 공급량 조절부재 400…케이스
500…볼 스크류 조립체 600…게이트 밸브
700…불활성 가스 공급장치 800…진공형성장치

Claims (9)

  1. 챔버의 외부에 위치하고, 내부공간에 도펀트를 진공상태 또는 진공해제상태로 저장하는 도펀트 투입 컵;과,
    상기 도펀트가 상기 도펀트 투입 컵으로부터 상기 챔버의 내부에 위치하는 융액까지 이동할 수 있도록 상기 도펀트의 이동로를 제공하는 도펀트 이동관과, 상기 도펀트 이동관의 일단에서 상기 도펀트 이동관의 일부를 수용하되 상기 도펀트 투입 컵에 접속되는 압력조절박스를 구비하는 도펀트 이동부재;와,
    상기 도펀트 투입 컵에 장착되고, 상기 도펀트 투입 컵으로부터 상기 도펀트 이동관으로 공급되는 도펀트의 양을 조절하는 도펀트 공급량 조절부재;와,
    일단이 상기 압력조절박스에 길이가 변화될 수 있는 형태로 구비되어, 상기 도펀트 이동관의 부위 중 상기 챔버의 외부에 위치하는 부위를 고정적으로 수용하는 케이스;와,
    상기 챔버의 외면과 상기 케이스의 타단에 부착되어 상기 도펀트 투입 컵 내부공간의 진공해제상태에서 상기 챔버를 진공상태로 유지하도록 상기 챔버의 내외부를 구획하는 게이트 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 밸브는,
    상기 챔버의 외면과 케이스의 타단을 연결하되 상기 도펀트 이동관에 대응 형성되는 통로를 가지는 몸체;와, 상기 통로와 직교방향으로 관통하는 슬라이드 공간 내에 삽입되어 상기 통로를 개폐하는 통로밀폐부;와, 상기 통로밀폐부를 상기 슬라이드공간 내로 이동시키는 액츄에이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도펀트 이동부재의 압력조절박스에 접속되는 제1연결관 상에 구비되어 상기 제1연결관을 개폐하는 제1밸브;와, 상기 제1밸브의 개방 시 상기 압력조절박스 및 도펀트 이동관으로 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급펌프;와, 상기 제1연결관 상에 구비되는 제1압력 게이지를 구비하는 불활성 가스 공급장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도펀트 이동부재의 압력조절박스에 접속되는 제2연결관 상에 구비되어 상기 제2연결관을 개폐하는 제2밸브;와, 상기 제2밸브의 개방 시 상기 도펀트 이동부재 및 도펀트 투입 컵 내부의 공기를 흡입하여 진공상태를 형성하는 진공펌프;와, 상기 제2연결관 상에 구비되는 제2압력 게이지;를 구비하는 진공형성장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도펀트 이동부재의 압력조절박스에 접속되어 불활성 가스가 소정량 이상 공급되면 자동적으로 배출되게 하는 배기밸브(pop off valve)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 도펀트 이동관이 직선왕복운동을 수행할 수 있도록 상기 케이스의 길이를 조절하는 볼 스크류 조립체를 더 포함하며,
    상기 볼 스크류 조립체는, 상기 챔버에 고정되는 모터와, 상기 모터의 구동 시 회전하는 볼 스크류와, 상기 볼 스크류에 결합되는 볼 너트를 포함하며,
    상기 볼 너트는 상기 압력조절박스 및 케이스에 고정되는 것을 특징으로 하는 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치.
  7. 챔버의 외부에 위치하고, 도펀트를 내부공간에 저장하고 있는 도펀트 투입 컵;과,
    상기 도펀트가 상기 도펀트 투입 컵으로부터 상기 챔버의 내부에 위치하는 융액까지 이동할 수 있도록 상기 도펀트의 이동로를 제공하는 도펀트 이동관과, 상기 도펀트 이동관의 일단에서 상기 도펀트 이동관의 일부를 수용하되 상기 도펀트 투입 컵에 접속되는 압력조절박스를 구비하는 도펀트 이동부재;와,
    상기 도펀트 투입 컵에 장착되고, 상기 도펀트 투입 컵으로부터 상기 도펀트 이동관으로 공급되는 도펀트의 양을 조절하는 도펀트 공급량 조절부재;와,
    일단이 상기 압력조절박스에 길이가 변화될 수 있는 형태로 구비되어, 상기 도펀트 이동관의 부위 중 상기 챔버의 외부에 위치하는 부위를 고정적으로 수용하는 케이스;와,
    상기 도펀트 이동관이 직선왕복운동을 수행할 수 있도록 상기 케이스의 길이를 조절하는 볼 스크류 조립체;와,
    상기 도펀트 투입 컵 내부공간의 진공상태 해제 시 상기 챔버를 진공상태로 유지하도록 상기 챔버의 외면과 상기 케이스의 타단에 부착되는 게이트 밸브;와,
    상기 도펀트 이동부재의 압력조절박스에 접속되는 연결관 상에 구비되어 상기 연결관을 개폐하는 밸브와, 상기 밸브의 개방 시 상기 도펀트 이동부재 및 도펀트 투입 컵 내부의 공기를 흡입하여 진공상태를 형성하는 진공펌프와, 상기 연결관 상에 구비되는 압력 게이지를 구비하는 진공형성장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 융액에 도펀트를 투입하기 위한 장치.
  8. 제1도펀트가 수용된 도펀트 투입 컵을 준비하는 단계와,
    상기 도펀트 투입 컵에 접속되는 도펀트 이동부재의 도펀트 이동관을 통로가 개방된 게이트 밸브에 통과시켜 챔버 내부 융액(M)의 표면에 접촉되기 전까지 이동시키는 단계와,
    도펀트 공급량 조절부재를 통하여 제1도펀트를 융액(M)으로 공급하여 상기 제1도펀트의 공급을 완료하는 단계와,
    상기 도펀트 이동부재의 도펀트 이동관을 상기 챔버 외부에 위치하는 케이스에 수용될 때까지 융액으로 표면에서 멀어지는 방향으로 이동시키는 단계와,
    상기 게이트 밸브의 통로를 폐쇄하여 상기 챔버가 진공상태를 유지하도록 상기 챔버의 내부와 외부를 구획시키는 단계와,
    상기 도펀트 투입 컵 내부공간의 진공해제상태에서 상기 도펀트 투입 컵에 제2도펀트를 제공하는 단계와,
    상기 도펀트 투입 컵에 제공된 제2도펀트를 상기 융액(M)에 공급하기 위하여 상기 도펀트 투입 컵에 접속되는 도펀트 이동부재의 도펀트 이동관을 통로가 개방된 게이트 밸브에 통과시켜 융액(M)의 표면에 접촉되기 전까지 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 융액에 도펀트를 투입하기 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 도펀트 투입 컵에 제2도펀트를 제공한 다음 상기 도펀트 투입 컵 및 도펀트 이동부재의 내부를 진공으로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 융액에 도펀트를 투입하기 위한 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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