KR101408664B1 - Method for continuous supply apparatus of ingot raw material and its continuous supply apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 잉곳 성장 원료를 연속적으로 정량 공급하는 잉곳 원료 연속공급방법 및 그 연속공급장치에 관한 것이다.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a continuous feed method of an ingot raw material for continuously and continuously feeding an ingot growth raw material and a continuous feed device therefor.
일반적으로 초크랄스키(Czochralski) 결정 성장법에 의한 잉곳(Ingot) 성장장치는, 핫죤(Hot Zone) 영역에 설치되는 도가니(Crucible)에 폴리 실리콘(또는 갈륨비소 등)과 불순물 등의 고체 원료를 투입하고 전열히터로 가열 및 용융시켜 실리콘 융액(Hot Melt)을 만든 다음, 단결정 시드(seed)를 실리콘 융액에 접촉시켜 서서히 회전 및 인상시키면, 소정 길이와 소정 직경의 단결정 잉곳(Ingot)이 얻어진다.
Generally, an ingot growing apparatus by a Czochralski crystal growth method is a system in which a solid material such as polysilicon (or gallium arsenide) and impurities is added to a crucible provided in a hot zone region And heated and melted by an electric heater to form a silicon melt. Then, the single crystal seed is brought into contact with the silicon melt and slowly rotated and pulled up to obtain a single crystal ingot having a predetermined length and a predetermined diameter .
잉곳 성장 원료인 폴리 실리콘(Poly Silicon)은 덩어리(Chunk Poly)와 알갱이(Granule Poly)가 사용되며, 불순물(Dopant)로는 소정량의 붕소(Boron) 또는 인(Phosphorus)이 주로 사용된다. 상기 붕소(Boron)는 P형 잉곳 성장에 사용되고, 인(Phosphorus)은 N형 잉곳 성장에 사용된다.
Chunk Poly and Granule Poly are used for the ingot growth material Poly Silicon and a predetermined amount of boron or phosphorus is used as the dopant. The boron is used for P-type ingot growth, and phosphorus is used for N-type ingot growth.
상기 원료들은 고체 상태이므로 이를 용융시켜 실리콘 융액(Hot Melt)으로 형성하기 위해서는 도가니에 불순물을 넣고 폴리 실리콘 덩어리를 돔(Dome) 형태로 쌓아올려 적층(Stacking)하게 되며, 폴리 실리콘 덩어리와 알갱이 및 불순물을 도가니 내부에 채워 넣어 용해하더라도 실리콘 덩어리와 덩어리 사이에 형성되는 공극만큼의 부피가 줄어들게 된다.
Since the raw materials are in a solid state, in order to melt them to form a silicon melt (hot melt), impurities are added to the crucible and the polysilicon masses are stacked in the form of a dome to be stacked and the polysilicon mass, Is filled in the crucible and melted, the volume of the gap formed between the silicon ingot and the lump is reduced.
또한 잉곳(Ingot)이 성장함에 따라 실리콘 융액이 점차적으로 소모되면서 레벨(액위)이 낮아지면 거리측정수단을 이용하여 레벨변위를 검출하면서 승강수단으로 도가니를 상승시켜 실리콘 융액면이 일정하게 유지되도록 제어하고 있으나, 정밀 제어가 어렵고 원료의 정량 공급이 쉽지 않아 성장 잉곳(Ingot)의 직경이 불균일할 뿐 아니라, 잉곳(Ingot)이 인상되는 방향으로 불순물의 농도가 변화하면서 품질이 균일하지 않는 편석 현상이 발생되는 등의 문제점이 있었다.
Further, when the level of the silicon melt is gradually consumed as the ingot grows, and the level (liquid level) is lowered, the level displacement is detected using the distance measuring means while the crucible is elevated by the elevating means so that the silicon melt surface is kept constant However, since it is difficult to precisely control and it is not easy to supply the raw material in a fixed amount, the diameter of the ingot is not uniform, and the concentration of the impurity changes in the direction in which the ingot is pulled up, And the like.
따라서, 성장 잉곳(Ingot)의 품질을 균일하게 유지하면서 원하는 직경과 원하는 길이로 성장시키기 위해서는 잉곳의 성장에 따라 줄어드는 부피만큼(또는 필요한 부피만큼)의 잉곳 원료(폴리 실리콘 및 불순물)를 정량적으로 계속 보충해주는 연속공급방법 및 그 장치가 필요하다.
Therefore, in order to grow the ingot uniformly while keeping the quality of the ingot uniform, it is necessary to quantitatively continue the ingot raw material (polysilicon and impurities) by the volume (or the required volume) reduced by the ingot growth A continuous supply method and apparatus for replenishment are required.
본 발명은 잉곳(Ingot)을 성장시키기 위해서는 줄어드는 부피만큼의 잉곳 원료를 연속적으로 공급하는 잉곳 원료 연속공급방법 및 그 연속공급장치를 제공함에 목적이 있다.
An object of the present invention is to provide a continuous feed method of an ingot raw material continuously feeding an ingot raw material as much as a volume reduced in order to grow an ingot and a continuous feed apparatus therefor.
본 발명의 다른 목적은 잉곳 성장에 필요한 원료를 연속적으로 공급하되, 정량 공급함으로써 생산성이 크게 향상되고 품질이 균일한 잉곳 원료 연속공급방법 및 그 연속공급장치를 제공함에 특징이 있다.
It is another object of the present invention to provide a continuous feed method for an ingot raw material which is improved in productivity and uniform in quality by continuously feeding raw materials required for ingot growth and supplying the feed continuously, and a continuous supply device thereof.
본 발명의 또 다른 목적은 잉곳 성장에 필요한 원료를 공급할 때 연속공급장치로 상승 유입되는 고열을 차단하고 진공 상태를 유지하는 게이트(개폐수단)를 제공함에 특징이 있다.
It is still another object of the present invention to provide a gate (opening and closing means) for shutting off a high heat which flows upward into a continuous supply device when supplying a raw material necessary for growing an ingot and maintaining a vacuum state.
본 발명 잉곳 원료 연속공급장치는, 잉곳 성장용 원료가 투입되는 호퍼, 상기 호퍼로 부터 낙하하는 원료를 받아 정량 배출시키는 수차, 상기 수차를 회전시키는 회전수단, 상기 회전수단을 제어하는 제어기, 상기 수차로부터 정량 배출되는 원료를 내외부 도가니 사이의 공간으로 안내하는 공급관을 포함한다.
A continuous ingot raw material feeder according to the present invention comprises a hopper into which raw materials for growing an ingot are fed, a turbine to receive a raw material falling from the hopper, a turbine to rotate the turbine, a controller to control the turbine, To a space between the inner and outer crucibles.
상기 수차는, 전후 원판, 상기 전후 원판을 연결하는 연결부재, 상기 연결부재 바깥에 위치하고 방사상으로 설치되는 복수의 격리부재, 상기 격리부재 사이에 형성되는 원료 수용홈, 상기 전후 원판과 상기 연결부재의 중앙에 형성되는 축공을 포함한다.
Wherein the aberration includes at least one of front and rear discs, a connecting member connecting the front and rear discs, a plurality of insulating members located radially outside the connecting member, a raw material receiving groove formed between the insulating members, And a shaft hole formed in the center.
상기 수용홈에 형성되는 안쪽면을 포함하되, 상기 안쪽면은 원호형 돌출부, 평면부, 원호형 요입부 중 어느 하나임을 특징으로 한다.
And an inner surface formed in the receiving groove, wherein the inner surface is an arcuate protrusion, a flat surface portion, and an arc-shaped recessed portion.
본 발명은 공급관의 관로(管路)에 설치되어 교대로 개폐되면서 상승 고열을 차단하고 진공상태를 유지하는 복수의 개폐수단을 더 포함한다.
The present invention further includes a plurality of opening and closing means installed in a pipe line of the supply pipe and alternately opened and closed to block the rising heat and maintain the vacuum state.
본 발명은 수차와 개폐수단 사이에 위치하는 소정각도의 경사로를 더 포함한다.
The present invention further includes a ramp at a predetermined angle positioned between the aberration and the opening and closing means.
본 발명은, 원료 연속공급장치의 호퍼에 잉곳 성장 원료를 투입하는 단계와, 도가니에 수용된 실리콘 융액면의 레벨 변위를 검출하는 단계와, 레벨 변위를 토대로 원료 공급량을 결정하는 단계와, 구동수단으로 수차를 회전시켜 상기 호퍼의 원료를 정량 배출시키는 단계와, 공급관을 이용하여 정량 배출되는 원료를 도가니로 공급하는 단계와, 도가니에 수용된 실리콘 융액면의 레벨 변위를 검출하여 원료 투입이 필요하면 상기 단계를 반복하여 원료의 정량 연속공급을 달성하는 잉곳 원료 연속공급방법이 제공된다.
The present invention relates to a method for producing a silicon melt, comprising the steps of: inputting an ingot growth material into a hopper of a continuous raw material feed device; detecting a level displacement of the silicon melt surface contained in the crucible; determining a raw material supply amount based on the level displacement; A step of rotating the aberration to discharge the raw material of the hopper in a fixed amount, a step of supplying a raw material discharged in a predetermined amount by using a supply pipe to the crucible, and a step of detecting the level displacement of the silicon melt surface contained in the crucible, To continuously supply the raw materials continuously is provided.
본 발명은 복수의 개폐수단을 교대로 개폐시켜 공급관의 관로를 개폐시켜 원료 공급을 전후하여 상승되는 고열을 차단(遮斷)하고 진공 상태를 유지하는 단계를 더 포함한다.
The present invention further includes a step of opening / closing a plurality of opening / closing means alternately to open / close the pipe of the supply pipe to shut off the high heat which is raised before and after the supply of the raw material, and to maintain the vacuum state.
본 발명은 잉곳(Ingot)을 성장시키기 위해서는 줄어든 부피만큼의 잉곳 원료가 계속 보충될 뿐 아니라, 잉곳 성장 원료가 연속하여 정량 공급되므로 잉곳(Ingot)의 생산성이 크게 향상되고 품질이 균일한 효과가 있다.
In order to grow the ingot, the ingot raw material is continuously supplied in a reduced volume, and since the ingot growing raw material is continuously supplied in a constant amount, the productivity of the ingot is greatly improved and the quality is uniformly effected .
본 발명은 잉곳 성장에 필요한 원료(23)를 연속 공급할 수 있어서 잉곳의 크기(직경 및/또는 길이)를 조정할 수 있는 효과가 있다.
The present invention can continuously supply the raw material (23) necessary for growing the ingot so that the size (diameter and / or length) of the ingot can be adjusted.
본 발명은 정량의 잉곳 원료(23)를 연속 공급할 때 공급관(21) 관로(21b)에 설치되는 개폐수단(24)(25)에 의해 상승되는 고열이 차단되어 연속공급장치가 보호되며, 또한 진공 상태가 유지되면서 잉곳 성장이 방해되지 않는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.
The present invention is characterized in that when the quantitative ingot material (23) is continuously supplied, the high temperature raised by the opening / closing means (24) (25) provided in the conduit (21b) And the growth of the ingot is not disturbed while the state is maintained.
도 1 : 본 발명 일 예로 도시한 공정도.
도 2 : 본 발명 일 예로 도시한 단면 구성도.
도 3 : 본 발명 일 예로 도시한 정량 연속공급장치의 요부 사시도.
도 4 : 본 발명 일 예로 도시한 정량 연속공급장치의 요부 단면도.
도 5 : 본 발명 일 예로 도시한 정량 연속공급장치의 사용 상태 단면도로, 정량 개량된 원료가 폐쇄된 상부 게이트로 낙하한 상태.
도 6 : 본 발명 일 예로 도시한 정량 연속공급장치의 사용 상태 단면도로, 정량 개량된 원료가 하부 게이트로 낙하한 상태.
도 7 : 본 발명 일 예로 도시한 정량 연속공급장치의 사용 상태 단면도로,
상부 게이트가 폐쇄되고, 하부 게이트가 개방되면서 원료가 도가니로 투입되는 상태.
도 8 : 본 발명 일 예로 도시한 수차의 다른 실시 예 단면도.
도 9 : 본 발명 일 예로 도시한 수차의 또 다른 실시 예 단면도.
도 10 : 본 발명 일 예로 도시한 제어기의 회로 블럭도.
도 11 : 본 발명 일 예로 도시한 원료의 연속 공급 순서도. 1 is a process diagram showing an example of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing an example of the present invention.
3 is a main part perspective view of the constant-quantity continuous feeder shown in one example of the present invention.
4 is a cross-sectional view showing a main portion of the constant-quantity continuous feeder shown in one example of the present invention.
Fig. 5 is a sectional view showing the state of use of the constant-quantity continuous feeder shown in one example of the present invention, in which the quantitatively improved raw material has fallen to the closed upper gate.
Fig. 6 is a sectional view showing the state of use of the constant-quantity continuous feeder shown in one example of the present invention, in which the quantitatively improved raw material has dropped to the lower gate.
Fig. 7 is a sectional view showing the state of use of the constant-quantity continuous feeder shown in the embodiment of the present invention,
The state where the upper gate is closed and the lower gate is opened and the raw material is put into the crucible.
8 is a cross-sectional view of another embodiment of the aberration shown as one example of the present invention.
9 is a sectional view of still another embodiment of the aberration shown as one example of the present invention.
10 is a circuit block diagram of the controller shown as one example of the present invention.
11 is a flowchart showing the continuous supply of the raw materials shown as one example of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the embodiments of the present invention, the same components as in the drawings are denoted by the same reference numerals as possible, and detailed descriptions of known configurations and functions are omitted so as not to obscure the gist of the present invention.
도 1은 본 발명 잉곳 원료 연속공급방법을 도시한 것으로, Fig. 1 shows a continuous feeding method of the ingot raw material according to the present invention,
a. 원료 연속공급장치의 호퍼에 잉곳 성장 원료를 투입하는 단계와, a. Feeding the ingot growth material into a hopper of the continuous feed apparatus,
b. 도가니에 수용된 실리콘 융액면의 레벨 변위를 검출하는 단계와, b. Detecting a level displacement of the silicon melt surface contained in the crucible,
c. 레벨 변위를 토대로 원료 공급량을 결정하는 단계와, c. Determining a raw material supply amount based on the level displacement,
d. 구동수단으로 수차를 회전시켜 상기 호퍼의 원료를 정량 배출시키는 단계와, d. Rotating the aberration with the driving means to discharge the raw material of the hopper in a fixed amount,
e. 공급관을 이용하여 정량 배출되는 원료를 도가니로 공급하는 단계와, e. Supplying a raw material to be discharged in a crucible by a predetermined amount using a supply pipe;
g. 도가니에 수용된 실리콘 융액면의 레벨 변위를 검출하여 원료 투입이 필요하면 상기 b. ~ e. 단계를 반복하여 원료의 정량 연속공급이 달성된다.
g. If the level displacement of the silicon melt surface contained in the crucible is detected and the feedstock is required, ~ e. The steps are repeated to achieve a constant supply of raw materials.
본 발명은 상기 d. 단계와, e. 단계 사이에, 복수의 개폐수단을 교대로 개폐시켜 공급관의 관로를 개폐시키는 단계(f 단계)를 더 포함으로써, 원료 공급을 전후하여 원료 공급관을 통하여 상승되는 고열을 차단(遮斷)시켜 연속공급장치를 보호하고, 또한 진공 상태를 유지할 수 있게 된다.
The present invention relates to the above d. E. (Step < RTI ID = 0.0 > f) < / RTI > of opening and closing the channel of the supply pipe by alternately opening and closing a plurality of opening and closing means between the steps, Thereby protecting the apparatus and maintaining a vacuum state.
도 2는 잉곳 성장 원료를 연속적으로 정량 공급하는 본 발명 연속공급장치(20)가 부가 구성된 쵸크랄스키법 잉곳성장장치(또는 잉곳생산장치)의 일 예를 도시한 것이다.
Fig. 2 shows an example of a Czochralski method ingot growing apparatus (or ingot producing apparatus) to which continuously supplying
상기 잉곳성장장치는 냉각수단이 구비된 메인챔버(1)와, 메인챔버(1) 내부에 설치되고 폴리 실리콘(Hot Melt)을 용융시키는 내부 도가니(2) 및 외부 도가니(3)와, 내외부 도가니(2)(3)의 하부를 연통시키는 복수의 개구부(4)와, 내외부 도가니(2)(3)를 지지하는 페데스탈(5)과, 내외부 도가니(2)(3)를 가열하는 전열히터(6)와, 상기 전열히터(6)로 대전력(大電力)을 공급하는 전원공급수단과, 상기 내외부 도가니(2)(3) 및 페데스탈(5)을 지지ㆍ회전ㆍ상승ㆍ하강시키는 구동축(7) 및 구동수단(8)과, 메인챔버(1) 상부에 설치되는 돔챔버(9)와, 상기 돔챔버(9)에 설치되는 게이트밸브 및 뷰포트와, 돔챔버(9) 상부의 풀챔버(Pull Chamber)에 설치되는 인상수단(Seed Mechanism)(10)과, 인상수단(10)에 설치되고 잉곳(11)을 인상시키는 인상케이블(12)과 인상되는 잉곳(11)의 무게를 측정하는 로드셀(13)과, 인상케이블(11) 하단부에 설치되는 시드척(13)과, 뷰포트(14)를 통하여 실리콘 융액(M)의 융액면(ML)을 촬상하는 CCD 카메라 및 레이저 거리측정기(15)와, 진공수단, 냉각수단, 감지수단, 제어수단 및 계측수단 등으로 구성된다.
The ingot growing apparatus comprises a
도 3은 본 발명 일 예로 도시한 연속공급장치(20)의 구성도로, 잉곳 성장용 원료(23)가 투입되는 호퍼(26)와, 호퍼(26)로 부터 낙하하는 원료(23)를 받아 정량 배출시키는 수차(30)와, 수차(30)를 회전시키는 모터(32) 등의 회전수단과, 회전수단을 제어하는 제어기(C)와, 수차(30)로부터 정량 배출되는 원료(23)를 내외부 도가니(2)(3) 사이의 공간(19)으로 안내하는 공급관(21)으로 크게 구성된다.
3 is a diagram showing the construction of the
본 발명은 상기 공급관(21)의 관로(21b)에 설치되어 상승하는 고열을 차단(遮斷)시켜 연속공급장치(20)를 보호하고, 또한 진공 상태를 유지하는 개폐수단, 이를테면 상부 개폐수단(24)과 하부 개폐수단(25)을 더 포함한다.
The present invention is characterized in that it is provided with an opening / closing means installed in the
본 발명은 상부 개폐수단(24)과 하부 개폐수단(25)을 각각 개폐시키는 구동수단(엑츄에이터)을 더 포함한다.
The present invention further includes driving means (actuator) for opening / closing the upper opening / closing means (24) and the lower opening / closing means (25), respectively.
상기 구동수단은, 에어실린더, 또는 유압실린더, 또는 모터와 동력전달수단일 수 있으며, 본 발명에서는 모터와 동력전달수단이 예시된다.
The driving means may be an air cylinder, a hydraulic cylinder, or a motor and a power transmitting means. In the present invention, a motor and a power transmitting means are exemplified.
본 발명은 상부 개폐수단(24)과 하부 개폐수단(25)의 개폐 상태를 각각 검출(감지)하는 복수의 검출수단을 포함한다.
The present invention includes a plurality of detecting means for detecting (detecting) the opening / closing states of the upper opening / closing means (24) and the lower opening / closing means (25), respectively.
상기 검출수단은, 엔코더, 접촉센서, 근접센서, 광학센서 등을 예로 들 수 있으며, 본 발명에서는 설명의 편의상 엔코더(Encoder)가 예시된다.
The detecting means may be an encoder, a touch sensor, a proximity sensor, an optical sensor, or the like. In the present invention, an encoder is exemplified for convenience of explanation.
상기 호퍼(26)는, 도 3 ~ 도 7과 같이 원료(23)를 쉽게 투입할 수 있도록 상부가 넓고 하부가 좁은 깔대기 형상이며, 상부면에는 수동식 또는 자동식 또는 기계식 개폐수단(29)에 의해 축봉(28)을 중심으로 개폐되는 호퍼 게이트(27)가 설치되며, 소정량의 원료(23)가 투입되면 호퍼(26) 상부의 기밀(氣密)이 유지될 수 있도록 폐쇄함으로써 연속공급장치(20)를 통한 진공 파괴가 방지된다.
As shown in FIGS. 3 to 7, the
상기 호퍼(26)와 호퍼 게이트(27) 사이의 기밀(氣密, 또는 진공) 유지수단으로는 내마모도와 기밀성(기밀도)이 우수한 오링이나 패킹 등의 실링부재가 사용된다.
As sealing means between the
상기 호퍼(26)의 용적은 잉곳(11)을 1회 성장시키는데 필요한 량을 초과하는 량의 원료(23)를 수용할 수 있는 크기이며, 하부에는 내경이 축소된 배출구가 형성되고, 상기 배출구에는 수차(30)의 하우징(31)이 기밀(氣密)유지되게 결합되고, 하우징(31) 하부에는 공급관(21)의 상단부가 기밀(氣密) 유지되게 결합되고, 공급관(21)의 상부에는 상부 개폐수단(24) 및 하부 개폐수단(25)과 그 구동수단이 각각 설치되고, 공급관(21)의 하부는 베이스챔버(1)를 지나 내외부 도가니(2)(3) 사이에 형성되는 공간부(19)로 원료(23)가 공급될 수 있도록 설치되거나 위치한다.
The volume of the
상기 수차(30)와 상부 개폐수단(24) 사이에 위치하는 공급관(21)은 소정각도(θ2)의 경사로(21a)를 형성하여 수차(30)로부터 배출되는 정량의 원료(23)가 도 4와 같이 경사로(21a)를 따라 상부 게이트(34)로 흘러내리는 방법으로 이동되게 함으로써 원료(23)의 자유낙하가 방지되어 상부 게이트(34)가 충격으로부터 보호된다.
The
상기 경사로(21a)의 소정각도(θ2)는 원료(23)의 물성이나 크기 및 무게 등에 따라 30°~ 60°범위의 적정 기울기로 설정할 수 있다.The
상기 수차(30)는, 소정거리로 이격된 전후 원판(43)(44)과, 전후 원판(43)(44)이 소정거리로 유지되게 연결하는 연결부재(46)와, 연결부재(46) 바깥에 위치하고 소정각도(θ1)로 방사상으로 설치되는 복수의 격리부재(45)와, 격리부재(45) 사이에 형성되고 바깥 방향으로 개방되어 원료(23)가 수용되는 수용홈(47)과, 회전수단(모터)의 축봉(42)이 결합될 수 있도록 상기 전후 원판(43)(44)과 연결부재(46)의 중앙에 형성되는 축공으로 구성된다.
The
상기 수용홈(47)의 안쪽면(46a)은, 도 4와 같이 전후 원판(43)(44)의 변부로부터 소정의 거리(L1)를 갖는 원호형 돌출부이거나, 또는 도 8과 같이 전후 원판(43)(44)의 변부로부터 소정의 거리(L2)를 갖는 평면부이거나, 또는 도 9와 같이 전후 원판(43)(44)의 변부로부터 소정의 거리(L3)를 갖는 원호형 요입부로 구성되며, 원호형 돌출부의 경우 원료(23)를 수용할 수 있는 용적이 가장 적고, 평면부의 경우 원료(23) 수용 용적이 보통이고, 원호형 요입부의 경우 원료(23) 수용 용적이 가장 크다.
The
상기 수용홈(47)의 용적은, 격리부재(45)의 소정각도(θ1)를 조절하거나, 또는 격리부재(45)의 개수를 조절하거나, 또는 전후 원판(43)(44)의 직경(격리부재(45)의 길이)을 조절하거나, 또는 연결부재(46)의 외경을 조절하는 등의 방법으로 설정할 수 있음은 물론이다.
The volume of the receiving
상기 수차(30)에 형성되는 복수의 수용홈(47)에는 호퍼(26)로 부터 배출되는 원료(23)가 수용되며, 도 3과 같이 회전수단에 의해 수차(30)가 A방향으로 정회전하면 수용홈(47)으로 유입되었던 원료(23)가 B방향으로 자유 낙하하면서 도 5와 같이 공급관(21) 경사로(21b)를 따라 미끄럼 이동되며, 제어기(C)로 수차(30)의 회전량(회전각도 등)을 제어함으로써 원료(23)의 정량 공급이 달성된다.
The
상기 회전수단은, 정회전 또는 정역회전이 가능하고 제어기(C)의 제어에 의해 회전속도가 가변되는 모터(32)이고, 상기 모터(32)의 축봉(42)은 전후 원판(43)(44)과 연결부재(46)의 중앙에 형성되는 축공에 키(Key) 결합되거나, 또는 축봉(42)과 축공의 일측에 평면부가 형성되어 슬립이 방지된다.
The
상기 모터(32)의 축봉(42) 단부에는 수차(30)의 회전량(또는 회전각, 또는 각변위)을 검출하여 제어기(c)로 입력하는 제1 엔코더(33)가 설치된다.
A
상기 공급관(21)의 하부는 핫죤 영역에 위치하면서 고온(고열)에 노출되므로, 충분한 내열성을 갖는 재질로 구성하거나, 또는 수냉실이 형성되어 강제 수냉되는 구조이다.
Since the lower part of the
도 5 ~ 도 7은 상부 개폐수단(24)과 하부 개폐수단(25)이 교대로 개폐되면서 정량 배출되는 원료(23)를 도가니 공간(19)으로 공급하는 상태를 도시한 것으로, 교대로 개폐되는 상부 개폐수단(24)과 하부 개폐수단(25)에 의해 기밀(氣密)이 유지되는 상태에서 원료(23)의 공급이 달성된다.
5 to 7 show a state in which the upper and lower opening and closing means 24 and the lower opening and closing means 25 are alternately opened and closed to supply the
상부 개폐수단(24)과 하부 개폐수단(25)은, 공급관(21)의 관로(管路)(21b) 상하부에 각각 설치되어 관로(21b)를 개페시키는 상부 게이트(34) 및 하부 게이트(39)와, 상부 게이트(34)와 하부 게이트(39)를 전후진시키는 구동수단 및 동력전달수단과, 상부 게이트(34) 및 하부 게이트(39)의 개폐 상태를 각각 검출(감지)하는 복수의 검출수단을 포함한다.
The upper opening and closing means 24 and the lower opening and closing means 25 are provided on the upper and lower portions of the
상기 구동수단은 정역 회전하는 상부 게이트 모터(37) 및 하부 게이트 모터(42)로 구성되며, 모터(37)(42)의 회전력을 상하부 게이트(34)(39)로 전달하는 동력전달수단은 게이트 모터(37)(42)의 회전축에 연결되는 볼스크류(36)(41) 및 볼스크류(36)(41)에 체결되고 상부 게이트(34)와 하부 게이트(39)에 각각 고정되는 너트로 구성되며, 게이트 모터(37)(42)의 회전축에는 상하부 게이트(34)(39)의 개폐상태를 검출하여 제어기(C)로 입력하는 복수의 검출수단, 이를테면 제2, 제3 엔코더(38)(43)가 각각 설치되고, 상부 게이트(34)와 하부 게이트(39) 내부에는 볼스크류(36)(41)가 드나들 수 있는 공간이나 수용홈이 형성되어 상부 게이트(34)와 하부 게이트(39)가 전후진 이동할 수 있도록 구성된다.
The power transmission means for transmitting the rotational force of the
상기 제2, 제3 엔코더(38)(43)는 게이트 모터(37)(42)의 회전량(또는 회전각, 또는 각변위)과 회전부하를 검출하여 제어기(C)로 입력하게 되며, 제어기(C)는 제2, 제3 엔코더(38)(43)로 부터 입력되는 회전량과 회전부하를 미리 설정된 기준신호와 비교하여 개방 또는 폐쇄 상태를 판단하여 게이트 모터(37)(42)를 제어하게 된다.
The second and
상기 볼스크류(36)(41)가 설치되는 하우징(35)(40) 내부에는 관로(21b)가 개방될 때 후진하는 상부 게이트(34) 및 하부 게이트(39)가 수용될 수 있도록 각각의 수용실이 형성된다.The upper and
상부 게이트(34)와 관로(21b) 및 하부 게이트(39)와 관로(21b) 사이의 기밀(氣密, 또는 진공)유지수단으로는 내열성과 내마모도 및 기밀성(기밀도)이 우수한 오링이나 패킹 등의 실링부재가 사용된다.
The airtightness (vacuum or vacuum) holding means between the
도 5는 상부 게이트(34)와 하부 게이트(39)가 각각 패쇄되어 관로(管路)(21b)의 상하부 기밀이 유지되는 상태에서 정량의 원료(23)가 경사로(21a)를 따라 상부 게이트(34)로 이송되는 상태이고, 도 6은 상부 게이트(34)가 개방되면서 원료(23)가 낙하하여 하부 게이트(39)로 이동되는 상태로 관로(21b)를 폐쇄하고 있는 하부 게이트(39)에 의해 여전히 기밀이 유지되는 상태이며, 도 7은 상부 게이트(34)에 의해 관로(管路)(21b)가 폐쇄되어 기밀이 유지되면 하부 게이트(39)가 개방되면서 정량의 원료(23)가 낙하하여 도가니 공간(19)으로 공급되며, 하부 게이트(39)가 전부 개방되어 원료(23)가 전량 낙하하면 도 5와 같이 구동수단에 의해 하부 게이트(39)가 전진하여 관로(管路)(21b)가 페쇄되어 기밀이 유지되며, 이러한 과정의 반복으로 정량 원료의 연속공급이 달성된다.
5 shows a case where a predetermined amount of
도 10은 본 발명 일 예로 도시한 제어기(C)의 회로블럭도로, PLC, 또는 중앙처리장치, 또는 마이컴으로 구성되는 제어부(Ca)의 입력에는 제어기의 온(ON) 오프(OFF), 원료 종류 설정, 원료 공급량 설정, 초기화(Reset), 등의 선택 및 각종 데이터를 입력 및 설정할 수 있도록 복수의 키패드나 터치스크린 등으로 구성되는 설정부(S)와, 성장 중인 잉곳(11)의 무게를 측정하는 로드셀(13)과, 수차(30)의 회전량을 검출하는 제1 엔코더(33)와, 상부 게이트(34)의 개폐상태를 검출하는 제2 엔코더(38)와, 하부 게이트(39)의 개폐상태를 검출하는 제3 엔코더(43)가 각각 접속되고, 제어부(Ca)의 입출력에는 실리콘 융액면(ML)의 온도 및 레벨(또는 레벨 변위)을 측정하는 CCD 카메라 및 레이저거리측정기(15)가 접속된다.
10 is a diagram showing an example of an input of a controller Ca constituted by a circuit block road of a controller C shown in the present invention and a PLC or a central processing unit or a microcomputer, (S) composed of a plurality of keypads, a touch screen, and the like so as to be able to input and set various data, A
상기 제어부(Ca)의 출력에는 각종 동작상태ㆍ동작모드ㆍ설정값ㆍ현재값ㆍ각종 기기의 동작상태나 각종 이상 등이 표시되는 표시부(D)와, 수차(30)를 회전시켜 잉곳 원료(23)를 정량적으로 연속 공급시키는 수차모터(32)와, 상부 게이트(34)를 개폐시키는 상부 게이트 모터(37)와, 하부 게이트(39)를 개폐시키는 하부 게이트 모터(43)가 각각 접속된다.
The display unit D displays various operating states, operating modes, set values, current values, operation states of various devices, various kinds of abnormalities, and the like, An
상기 제어부(Ca)의 입출력에는 하드디스크, 플래시메모리, ROM(Read Only Memory), SSD(Solid State Driver) 등 다양한 형태의 기록매체로 구성되는 메모리부가 포함되며, 제어부(Ca)로 입출력되는 데이터는 상기 메모리부에 저장 및 독출되고, 또한 갱신 저장된다.
The input / output of the control unit Ca includes a memory unit composed of various types of recording media such as a hard disk, a flash memory, a ROM (Read Only Memory), and an SSD (Solid State Driver) Stored in the memory unit, read out from the memory unit, and updated and stored.
상기 제어부(Ca)의 출력에는 도면으로 도시하지 않았지만 각종 엑츄에이터를 구동시키는 구동 드라이브가 접속되며, 상기 설정부(S)는 통상의 키패드, 스위치군, 터치스크린 등을 각각 사용하거나 혼용할 수 있다.
Although not shown in the drawing, a driving drive for driving various actuators is connected to the output of the control unit Ca, and the setting unit S can use or mix a normal keypad, a switch group, a touch screen, etc., respectively.
상기 표시부(D)는 전원공급 상태를 표시하는 전원표시등과, 각종 센서류 및 엑츄에이터 등의 동작상태가 표시되며, 액정디스플레이(LCD), 세븐 세그먼트, 발광다이오드 등으로 구성되거나 복합 구성되며, 상황여건에 따라 터치스크린으로 표시부를 구성하여 사용의 편의를 도모할 수도 있다.
The display unit D displays an operation state of a power indicator, a power indicator, and various sensors and actuators to display a power supply state. The display unit D includes a liquid crystal display (LCD), a seventh segment, a light emitting diode, Accordingly, the display unit can be configured with a touch screen to facilitate the use.
도 11은 본 발명에서 잉곳 원료(23)를 도가니 공간(19)으로 연속 공급하는 과정을 도시한 순서도로, 호퍼 게이트(27)가 개방된 상태에서, 잉곳의 1회 성장에 필요한 량 또는 그 량 이상의 잉곳 성장 원료(23)를 호퍼(26) 내부로 투입 적재한 다음(S1 단계), 호퍼 게이트(27)를 폐쇄시켜(S2 단계) 호퍼(26)와 호퍼 게이트(27) 간의 기밀(氣密)을 유지하고, CCD 카메라 및 레이저 거리측정기(15)를 이용하여 실리콘 융액면(ML)의 레벨을 측정하고 로드셀(13)을 이용하여 성장 잉곳(11)의 무게를 측정하여(S3 단계) 원료 투입량이 결정되면(S4 단계), 제어기(C)가 수차 모터(32)를 가동시켜 도 5와 같이 정량의 원료가 상부 게이트(34)로 낙하하고(S5 단계), 제1 엔코더(33)로 검출되는 수차(30)의 회전량(회전값)을 검출한 다음(S6 단계) 제어기(C)에 설정된 기준량(기준 공급값)과 비교하여 수차(30)의 회전이 완료(원료 공급 완료)된 것으로 판단되면(S7 단계) 수차 모터(32)를 정지시켜 원료 공급이 중단되고(상부 게이트(34)에 정량의 원료(23)가 공급된 상태) 수차(30)의 회전량이 기준량 미만으로 판단되면(S7 단계) 수차(32)가 회전하여 원료(23)가 계속 공급되고, 원료 공급이 완료되어(S7 단계) 수차(30)가 정지되면(S8 단계) 제어기(C)의 제어에 의해 상부 게이트 모터(37)가 정회전하고 상부 게이트(34)가 후진 개방되면서 도 6과 같이 상부 게이트(34)의 원료(23)가 하부 게이트(39)로 낙하하고, 제어기(C)는 제2 엔코더(38)로부터 입력되는 신호와 기준신호를 비교하여 상부 게이트(34)의 개방이 완료된 것으로 판단되면(상부 게이트의 원료가 하부 게이트로 전부 낙하 한 상태)(S11 단계) 상부 게이트 모터(37)를 역회전시켜(S12 단계) 상부 게이트(37)가 전진하여 관로(21b)를 페쇄시키면서(S13 단계) 기밀이 유지되도록 하고, 상부 게이트(34)의 개방이 완료되지 않은 것으로 판단되면(S11 단계) 상부 게이트(34)의 개방이 완료될 때까지 상부 게이트 모터(37)를 정회전시켜(S9 단계) 상부 게이트(34)의 후진 개방을 유도한다(S11 단계).
11 is a flowchart showing the process of continuously feeding the ingot
상부 게이트 모터(37)의 역회전(S12 단계)에 의해 상부 게이트(34)의 폐쇄가 완료되면(S14 단계), 하부 게이트 모터(42)가 정회전(S15 단계)하여 상부 게이트(39)가 전진하여 관로(21b)를 페쇄시키면서(S13 단계) 기밀이 유지되도록 하고, 상부 게이트(39)에 의해 관로(21b)의 페쇄 및 기밀이 완료된 것으로 판단되면(S14 단계) 하부 게이트 모터(42)를 정회전시키고(S15 단계), 상부 게이트(34)의 페쇄가 완료되지 않은 것으로 판단되면(S14 단계) 상부 게이트(34)가 페쇄될 때까지 상부 게이트 모터(37)를 역회전시켜(S12 단계) 상부 게이트(34)의 전진 폐쇄를 유도한다(S12 단계).
When the
하부 게이트 모터(39)의 정회전(S15 단계)에 의해 하부 게이트(39)의 개방이 진행되면서(S16 단계) 도 7과 같이 하부 게이트(39)로 낙하 한 원료(23)가 공급관(21)을 따라 낙하하면서 도가니 공간(19)으로 공급되어 용융되면서 잉곳 성장에 사용되고 실리콘 융액(M)의 레벨은 상승하게 된다.
The
한편, 제어기(C)는 제3 엔코더(43)로부터 입력되는 신호와 기준신호를 비교하여 하부 게이트(39)의 개방이 완료된 것으로 판단되면(상부 게이트의 원료가 도가니로 하강 공급되는 상태)(S17 단계) 하부 게이트 모터(39)를 역회전시켜(S18 단계) 하부 게이트(39)를 전진시키고 관로(21b)를 폐쇄시키게 되며(S19 단계), 하부 게이트(39)의 개방이 완료되지 않은 것으로 판단되면(S17 단계) 하부 게이트(39)의 개방이 완료될 때 까지 하부 게이트 모터(39)를 역회전시키게 된다(S18 단계).
On the other hand, when the controller C compares the signal inputted from the
상기이 과정으로 정량 원료(23)의 1회 공급이 완료되고, 하부 게이트(39)의 폐쇄가 완료된 것으로 판단되면(S20 단계), CCD 카메라 및 레이저 거리측정기(15)를 이용하여 실리콘 융액면(ML)의 레벨을 측정하고 로드셀(13)을 이용하여 성장 잉곳(11)의 무게를 측정하여(S3 단계) 원료 공급이 필요할 때까지 대기하게 되며, 상기 단계(S3 단계)에서 실리콘 융액(M)의 레벨이 기준값 미만으로 낮아지면 원료(23) 공급이 필요한 상태이며, 이러한 경우 상기 과정의 반복으로 정량의 원료가 연속 공급되면서 소망의 잉곳(11)이 성장하게 되고, 원료(23)의 연속 공급에 의해 잉곳(11)의 성장이 완료되면(S21 단계), 원료의 (연속)공급이 종료된다.
If it is determined that the supply of the quantitative
상기 원료(23) 투입량 결정 단계(S4 단계)에서, 원료(23) 투입량은 잉곳(11)이 성장함에 따라 실리콘 융액(M)이 소모되면서 융액면(ML)의 레벨이 낮아지고, 성장중인 잉곳(11)의 무게가 증가하게 된다. 따라서 CCD 카메라 및 레이저 거리측정기(15)를 이용하여 실리콘 융액면(ML)의 레벨 변위(변화)를 측정하고 로드셀(13)을 이용하여 성장 잉곳(11)의 무게를 측정하여 판단하여 원료(23) 투입량이 결정되며, 측정된 실리콘 융액면(ML)의 레벨 변위가 기준치를 벗어나는 경우마다 제어기(C)의 제어에 의해 원료(23)가 연속하여 자동으로 정량 공급된다.
In the step of determining the amount of the
이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, It is self-evident to those of ordinary skill.
(1)--메인챔버 (2)--내부 도가니
(3)--외부 도가니 (6)--전열히터
(10)--인상수단 (11)--잉곳
(12)--인상케이블 (13)--로드셀
(15)--CCD 카메라 및 레이저 거리측정기 (20)--연속공급장치
(10)--공간 (21)--공급관
(21a)--경사부 (21b)--중공부
(23)--원료 (24)--상부 게이트
(25)--하부 게이트 (26)--호퍼
(27)--호퍼 게이트 (28)--축봉
(29)--개폐수단 (30)--수차
(31)--하우징 (32)--회전수단
(42)--회전수단의 축봉 (43)(44)--원판
(45)--격리부재 (46)--연결부재
(46a)--수용홈의 안쪽면 (47)--원료 수용홈
(C)--제어기 (L1)(L2)(L3)--소정의 거리
(M)--실리콘 융액 (ML)--실리콘 융액면(1) - main chamber (2) - internal crucible
(3) - external crucible (6) - electrothermal heater
(10) - lifting means (11) - ingot
(12) - impression cable (13) - load cell
(15) - CCD camera and laser range finder (20) - Continuous feeder
(10) - space (21) - supply pipe
(21a) - an inclined portion (21b) - a hollow portion
(23) - raw material (24) - upper gate
(25) - bottom gate (26) - hopper
(27) - hopper gate (28) - shaft
(29) - opening and closing means (30) - aberration
(31) - housing (32) - rotating means
(42) - the shaft of the rotating means (43) (44) - the disk
(45) -isolation member (46) -connection member
(46a) - the inside surface (47) of the receiving groove -
(C) -controller L1 (L2) (L3) - a predetermined distance
(M) - Silicon melt (ML) - Silicon melt surface
Claims (9)
상기 호퍼로 부터 낙하하는 원료를 받아 정량 배출시키는 수차;
상기 수차를 회전시키는 회전수단;
상기 회전수단을 제어하는 제어기;
상기 수차로부터 정량 배출되는 원료를 내외부 도가니 사이의 공간으로 안내하는 공급관; 을 포함하되,
상기 공급관의 관로에 설치되어 교대로 개폐되면서 상승 고열을 차단하고 진공상태를 유지하는 복수의 개폐수단;
을 더 포함하는 잉곳 원료 연속공급장치.A hopper into which the raw material for growing an ingot is injected;
Aberration for receiving and dropping the raw material falling from the hopper;
Rotating means for rotating the aberration;
A controller for controlling the rotating means;
A supply pipe for guiding a raw material to be discharged from the aberration to a space between the inner and outer crucibles; ≪ / RTI >
A plurality of opening / closing means installed on a pipe line of the supply pipe and alternately opened and closed to shut off the rising heat and maintain the vacuum state;
Further comprising the step of feeding the ingot raw material continuously.
개폐수단은,
공급관(21)의 관로(管路)(21b) 상하부에 각각 설치되어 관로(21b)를 개페시키는 상부 게이트(34) 및 하부 게이트(39);
상부 게이트(34)와 하부 게이트(39)를 전후진시키는 구동수단 및 동력전달수단;
상부 게이트(34) 및 하부 게이트(39)의 개폐 상태를 각각 검출(감지)하는 복수의 검출수단;
을 포함하는 잉곳 원료 연속공급장치.The method of claim 1,
The opening /
An upper gate 34 and a lower gate 39 which are installed on the upper and lower portions of the pipeline 21b of the supply pipe 21 to open the pipeline 21b;
Driving means for moving the upper gate 34 and the lower gate 39 back and forth and power transmission means;
A plurality of detecting means for detecting (detecting) the open / close states of the upper gate 34 and the lower gate 39, respectively;
The continuous feed of the ingot raw material.
구동수단은, 정역 회전하는 상부 게이트 모터(37) 및 하부 게이트 모터(42)이고,
동력전달수단은, 게이트 모터(37)(42)의 회전축에 연결되는 볼스크류(36)(41) 및 볼스크류(36)(41)에 체결되고 상부 게이트(34)와 하부 게이트(39)에 각각 고정되는 너트이고,
검출수단은, 게이트 모터(37)(42)의 회전축에 설치되어 상하부 게이트(34)(39)의 개폐상태를 검출하여 제어기(C)로 입력하는 제2, 제3 엔코더(38)(43)임을 특징으로 하는 잉곳 원료 연속공급장치.The method of claim 5, further comprising:
The driving means is an upper gate motor 37 and a lower gate motor 42 that rotate in normal and reverse directions,
The power transmission means is connected to the ball screws 36 and 41 and the ball screws 36 and 41 connected to the rotation shaft of the gate motors 37 and 42 and connected to the upper gate 34 and the lower gate 39 Respectively,
The detecting means includes second and third encoders 38 and 43 which are provided on the rotational axis of the gate motors 37 and 42 to detect the opening and closing states of the upper and lower gates 34 and 39 and input to the controller C, And the continuous feed of the ingot raw material.
수차와 개폐수단 사이에 위치하는 소정각도의 경사로;
를 더 포함하는 잉곳 원료 연속공급장치.The method of claim 1,
A slope at a predetermined angle positioned between the aberration and the opening and closing means;
Further comprising: a feeder for continuously feeding the ingot raw material.
b. 도가니에 수용된 실리콘 융액면의 레벨 변위를 검출하는 단계;
c. 레벨 변위를 토대로 원료 공급량을 결정하는 단계;
d. 구동수단으로 수차를 회전시켜 상기 호퍼의 원료를 정량 배출시키는 단계;
e. 공급관을 이용하여 정량 배출되는 원료를 도가니로 공급하는 단계;
g. 도가니에 수용된 실리콘 융액면의 레벨 변위를 검출하여 원료 투입이 필요하면 상기 b. ~ e. 단계를 반복하여 원료의 정량 연속공급을 달성하는 잉곳 원료 연속공급방법.a. Feeding an ingot growth material into a hopper of a continuous feed apparatus;
b. Detecting a level displacement of the silicon melt surface contained in the crucible;
c. Determining a feed amount based on the level displacement;
d. Rotating the aberration by the driving means to discharge the raw material of the hopper in a fixed amount;
e. Supplying a raw material discharged in a fixed quantity to the crucible using a supply pipe;
g. If the level displacement of the silicon melt surface contained in the crucible is detected and the feedstock is required, ~ e. And repeating the steps so as to achieve a constant supply of the raw material continuously.
d. 단계와, e. 단계 사이에, 복수의 개폐수단을 교대로 개폐시켜 공급관의 관로를 개폐시키는 단계(f 단계);
를 더 포함하는 잉곳 원료 연속공급방법.
The method of claim 8,
d. E. Opening and closing a plurality of opening and closing means alternately between steps to open and close the pipe of the supply pipe (step f);
Further comprising the step of continuously feeding the ingot raw material.
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