KR101437488B1

KR101437488B1 - 잉곳 원료 공급시스템

Info

Publication number: KR101437488B1
Application number: KR1020130055426A
Authority: KR
Inventors: 박진섭
Original assignee: (주)에스테크
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2014-09-03
Also published as: WO2014185572A1; US20160060787A1; US9834857B2

Abstract

본 발명은 잉곳(Ingot, 단결정 실리콘) 성장에 필요한 원료를 정량 공급하는 원료 공급시스템에 관한 으로, 구동장치(21) 상부에 설치되는 지지부(22)와, 지지부(22) 상부에 설치되는 함체(23)와, 함체(23) 내부에 설치되는 정량공급부(24)와, 함체(23) 상부 일측에 설치되고 상기 정량공급부(24)로 원료(25)를 공급하는 호퍼(26)와, 함체(23) 상부 일측에 설치되고 함체(23) 내부로 소정량의 불순물(27)을 공급하는 불순물 공급부(28)와, 정량공급부(24)로부터 배출되는 정량의 원료(25)와 불순물 공급부(28)로부터 배출되는 불순물(27)을 도가니(3)로 공급시키는 공급관(29)과, 함체(23) 측부에 설치되고 상기 공급관(29)을 승강시키는 승강수단(30)과, 공급관(29)이 하강하면 공급관(29) 상부로 경사 슈트(31)를 돌출시켜 원료(25)가 공급관(29)으로 낙하 공급되게 경사 슈트(31)를 이동시키는 이동수단(32)과, 지지부(22)와 함체(23) 사이에 설치되어 원료(25) 공급 무게를 감지하여 제어기(19)로 입력함으로써 원료(25)의 정량 공급을 달성하는 로드셀(33)을 포함하여 구성된다.

Description

잉곳 원료 공급시스템{INGOT RAW MATERIAL SUPPLY SYSTEM}

본 발명은 잉곳(Ingot, 단결정 실리콘) 성장(생산)에 필요한 원료 및/또는 불순물을 잉곳성장장치의 도가니로 정량 공급하는 잉곳 원료 공급시스템에 관한 것이다.

일반적으로 초크랄스키(Czochralski) 결정 성장법에 의한 잉곳(Ingot) 성장장치는, 핫죤(Hot Zone) 영역에 설치되는 도가니(Crucible)에 폴리 실리콘(또는 갈륨비소 등)과 불순물(Dopant) 등의 고체 원료를 투입(공급)하고 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.

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.

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 융해하더라도 실리콘 덩어리와 덩어리 사이에 형성되는 공극 만큼의 부피가 줄어들게 된다.

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 이른바 편석 현상이 발생되는 등의 문제점이 있었다.

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 공급해야 할 필요가 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0122563호(발명의 명칭: 원료 투입기, 2012. 11. 07. 특허공개) 대한민국 등록특허공보 제10-0811989호(발명의 명칭: 다결정 실리콘의 용융 속도를 증가시키기 위한 단속식 투입 기술, 2008. 03. 10. 특허공고)

본 발명은 잉곳(Ingot, 단결정 실리콘) 성장(생산)에 필요한 원료(잉곳 원료) 및/또는 불순물을 잉곳성장장치의 도가니로 공급하는 잉곳 원료 공급시스템을 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 잉곳 성장에 필요한 원료를 공급하되, 정량 공급함으로써 생산성이 크게 향상되고 품질이 균일한 잉곳 원료 공급시스템을 제공함에 특징이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 잉곳 성장에 필요한 원료를 공급할 때 공급관을 통하여 잉곳 원료 공급장치로 상승 유입되는 고열을 차단하고 진공 상태를 유지할 수 있는 게이트 밸브를 제공함에 특징이 있다.

본 발명 잉곳 성장(제조)에 필요한 잉곳 원료 공급장치는, 지지부, 상기 지지부 상부에 설치되는 함체, 상기 함체 내부에 설치되는 정량공급부, 상기 함체 상부 일측에 설치되고 상기 정량공급부로 원료를 공급하는 호퍼, 상기 함체 상부 일측에 설치되고 함체 내부로 소정량의 불순물을 공급하는 불순물 공급부, 상기 정량공급부로부터 배출되는 정량의 원료 및 불순물 공급부로부터 배출되는 불순물을 도가니로 공급시키는 공급관, 상기 함체 측부에 설치되고 상기 공급관을 승강시키는 승강수단, 상기 승강수단 하부에 설치되는 독킹부, 상기 공급관이 하강하면 공급관 상부로 경사 슈트를 돌출시키는 이동수단, 상기 함체 저부에 설치되는 로드셀을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 이동수단은, 함체(23) 바닥판(231)의 상부면에 고정되는 좌우 한 쌍의 LM 레일(321), 상기 LM 레일(321)에 결합되는 LM 블럭(322), 상기 LM 블럭(322) 상부면에 고정되는 판재(323), 상기 판재(323)의 상부면 일측에 고정되는 수직부재(324), 상기 수직부재(324) 상부에 고정되는 경사 슈트(31), 상기 판재(323) 상부면에 설치되는 유도판(326), 상기 유도판(326) 상부에 형성되는 경사공(327), 상기 판재(323)에 고정되는 수직봉(328)과 바닥판(231)에 고정되는 수직봉(329) 사이에 설치되는 스프링(330), 측판(304)에 수직으로 설치되는 LM 레일(331), 상기 LM 레일(331)에 결합되는 LM 블럭(332), 상기 LM 블럭(332) 표면에 고정되는 연결판(333), 상기 연결판(333)의 상부 후단으로 돌출되는 작동간(334), 상기 작동간(334) 단부에 설치되고 경사공(327)에 결합되는 작동핀(335), 상기 연결판(333)의 전면 일측에 경사지게 설치되고 가압블럭(43)에 의해 하강하는 경사부재(336)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 불순물 공급부는, 함체(23) 상부에 설치되고 내부 원료공급실(232)과 공간적으로 연결되는 하우징(281), 상기 하우징(281) 내부에 형성되는 수용실(282), 상기 수용실(282)에 위치하는 불순물(27) 수납용기(283), 상기 수납용기(283) 상부로 개방된 개방부(288); 상기 수납용기(283) 바깥 일측에 수평으로 설치되고 하우징(281) 바깥으로 돌출되는 회전봉(284), 상기 회전봉(284) 단부에 설치되고 수납용기(283)를 수직 및 수평으로 회전시키는 틸팅핸들(285), 상기 수용실(282) 하부에 설치되는 슈트(286), 상기 하우징(281) 상부에 형성되는 불순물 투입구(287), 상기 투입구(287)에 설치되는 잠금수단(52)을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 잠금수단은, 하우징(281)의 투입구(287) 상부면에 결합되는 복수의 마개(524), 축핀(521)을 중심으로 벌어지거나 오무려지는 반원형 압지구(522)(523), 상기 압지구(522)(523)의 내측면에 형성되는 수용홈(522a)(523a), 상기 투입구(287)와 마개(524) 사이에 결합되어 기밀을 달성하는 복수의 오링(525), 상기 압지구(522)의 단부에 축 설치되는 체결봉(526), 상기 압지구(522)의 단부에 형성되고 상기 체결봉(526)의 단부가 결합되는 결합홈(527), 상기 결합홈(527)에 끼워진 체결봉(526)의 나사부(528)에 체결되는 너트(529)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 승강수단(30)은, 길이가 긴 복수의 측판(301)(302)(303)(304)과 상부판(305) 및 하부판(306)이 사각통형으로 결합되어 내부에 형성되는 공간부, 상기 측판(304)에 경사 슈트(31)가 드나들 수 있도록 형성되는 구멍(308), 상기 하부판(306)에 공급관(29)이 드나들 수 있도록 형성되는 출입공(307), 상기 측판(302)의 길이방향 내측면에 축 설치되는 스크류(35), 상기 스크류(35)를 정/역회전하는 모터(37), 상기 스크류(35) 외면에 나사 결합되는 이동체(38), 상기 측판(302)의 내측면 상/하부에 각각 설치되는 상한 스위치(39) 및 하한 스위치(40)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 정량공급부는, 함체에 설치되는 진동장치, 상기 진동장치 상부에 고정되어 진동하면서 호퍼로부터 배출되는 원료를 경사 슈트로 이동 낙하시키는 진동 슈트, 상기 진동 슈트의 일측에 구성되는 배출부, 상기 배출부 하부에 설치되고 이동수단에 의해 공급관 방향으로 전/후진하는 경사 슈트를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 독킹부는, 승강수단의 하부판(306) 저면에 고정되는 신축형 밸로우즈관(46), 상기 밸로우즈관(46) 하부면에 고정되는 결합링(47), 상기 결합링(47) 중앙에 형성되는 출입공(47a), 상기 하부판(306)의 저부면에 고정되어 결합링(47)을 안내하는 복수의 안내봉(48), 상기 안내봉(48)의 단부에 형성되어 결합링(47)의 이탈을 방지하는 멈춤부, 상기 안내봉(48)에 설치되어 결합링(47)을 탄지하는 스프링(49)을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 함체 상부에 호퍼를 설치하되, 상기 호퍼는, 상부가 넓고 하부가 좁은 몸체(261), 상기 몸체(261) 내부에 형성되는 소정 용적의 충진실(262), 상기 몸체(261) 상부에 설치되는 잠금수단(263)과 손잡이(264)가 구비된 도어(265), 상기 몸체(261) 하부에 설치되는 하향 배출관(266), 상기 배출관(266) 외부에 설치되는 밸로우즈관(267), 상기 배출관(266) 내부에 형성되는 배출공(268)을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 로드셀은, 실시간 감지되는 원료 무게 값을 제어기로 입력하고, 상기 제어기는 진동장치의 진동세기와 진동주기를 제어하는 방법으로 입력값과 설정값을 일치시켜 원료의 정량 공급을 달성하도록 함을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 잉곳 원료 공급방법은, a). 잉곳 원료 공급장치로 소정량의 원료 및/또는 불순물을 충진하는 단계, b). 잉곳성장장치의 해치 부분에 잉곳 원료 공급장치의 독킹부를 독킹시키는 단계, c). 진공수단을 이용하여 잉곳 원료 공급장치의 원료공급실을 진공시키는 단계, d). 잉곳성장장치의 잉곳성장실과 잉곳 원료 공급장치의 원료공급실로 아르곤가스를 주입시켜 같은 진공분위기로 조성하는 단계, e). 해치에 설치된 게이트 밸브를 개방시켜 잉곳성장장치의 잉곳성장실과 잉곳 원료 공급장치의 원료공급실을 하나의 공간으로 연결하는 단계, f). 승강수단을 이용하여 공급관을 도가니 상부로 하강시키는 단계, g). 잉곳 원료 공급장치의 진동장치와 로드셀을 이용하여 원료 및/또는 불순물을 공급관으로 정량 이송하는 단계, h). 공급관으로 이송된 원료와 불순물을 활강시켜 도가니로 공급하는 단계, i). 승강수단을 이용하여 원료 및/또는 불순물의 투입이 완료된 공급관을 상승 복귀시키는 단계, j). 게이트 밸브를 폐쇄시켜 잉곳성장장치의 잉곳성장실과 잉곳 원료 공급장치의 원료공급실을 격리시키는 단계, k). 잉곳 원료 공급장치의 진공을 해제시키는 단계, l). 잉곳 원료 공급장치의 독킹 상태를 해제시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 d). 단계에서, 잉곳 원료 공급장치의 원료공급실로 아르곤가스를 주입시켜 같은 잉곳성장장치의 잉곳성장실과 같거나 그에 준하는 진공도와 진공분위기로 조성함으로써 원료 및/또는 불순물을 공급시 상기 원료공급실과 잉곳성장실을 하나의 공간으로 연결할 수 있다.

본 발명은 잉곳(Ingot)을 성장시키기 위해서는 원료가 융해되면서 줄어든 부피만큼의 원료가 보충 공급되므로 잉곳 생산성이 크게 향상되고 품질이 균일한 효과가 있다.

본 발명은 잉곳 성장에 필요한 원료를 적시에 공급할 수 있어서 소망의 크기(직경 및/또는 길이)로 잉곳을 성장시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 잉곳 원료의 자동충전이 가능하며, 진동방식으로 원료(25)의 연속공급이 가능하며, 진동장치(34)와 로드셀(Load Cell)(33)을 이용하여 원료(25) 공급량을 정확히 계량하면서 정량 공급할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에서 스크류(35)는 TM 스크류를 적용함으로써 공급관(29)의 정확한 상승과 하강이 달성되어 백레쉬(Backlash)가 방지되고, 모터(37) 정지나 모터 브레이크 고장시 공급관(29)의 위치를 고정시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 진동 슈트(241)와 진동장치(34)가 일체형으로 구성되어 부피와 무게를 줄일 수 있고, 경사 슈트(31)의 경사각 및 단위 면적 계산과 테스트(Test)로 인한 브릿지 현상이 방지되어 원활한 구동이 달성되는 효과가 있다.

본 발명에서 공급관(29)은 내열성이 우수한 석영 튜브(Quartz Tube)가 바람직하며, 강도가 떨어지는 석영 튜브의 승강을 한 쌍의 롤러(44)(45)로 지지함으로써 공급관(29)의 정지 및 승강운동의 안정성이 확보된다.

본 발명은 슬라이드 방식의 게이트 밸브(17)와 독킹부(50)의 스프링(49)의 탄성으로 인한 간편한 독킹과 기밀(氣密)이 달성되는 효과가 있다.

본 발명에서 불순물(27)은 틸팅핸들(285)을 이용하여 도가니(3)에 쉽게 공급할 수 있으며, 또한 표시부(D)를 통하여 진공도 및 공정흐름을 모니터링할 수 있는 효과가 있다.

본 발명 잉곳 잉곳 원료 공급장치(20)는 구동장치(21)에 의해 승강 및 회전하면서 해치(15) 부분에 독킹(Docking)되거나 언독킹(Un-Docking, 독킹해제)되며, 호퍼(26)에 원료(25)를 충진(투입)할 때 구동장치(21)를 이용하여 작업자가 작업하기 좋은 위치로 잉곳 잉곳 원료 공급장치(20)를 하강시킬 수 있으므로 작업성이 우수한 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1 : 본 발명 일 예로 도시한 공정 흐름도.
도 2 : 본 발명 일 예로 도시한 설치 상태도.
도 3 : 본 발명 일 예로 도시한 사시도.
도 4 : 본 발명 일 예로 도시한 정면도.
도 5 : 본 발명 일 예로 도시한 부분 단면도.
도 6 : 본 발명에서 공급관과 공급관 승강수단의 분해 사시도.
도 7 : 본 발명 일 예로 도시한 승강수단 단면도로, 공급관이 상승 복귀한 상태도.
도 8 : 본 발명 일 예로 도시한 승강수단 단면도로, 공급관이 하강한 상태도.
도 9 : 본 발명 일 예로 도시한 도 8의 A-A`선 단면도.
도 10 : 본 발명 일 예로 도시한 경사 슈트 부분 단면도로, 슈트가 돌출된 상태도.
도 11 : 본 발명 일 예로 도시한 경사 슈트 부분 단면도로, 슈트가 몰입된 상태도.
도 12 : 본 발명 일 예로 도시한 경사 슈트 부분 정면도.
도 13 : 본 발명 일 예로 도시한 경사 슈트 이동수단 사시도로, 경사 슈트가 돌출된 상태도.
도 14 : 본 발명 일 예로 도시한 경사 슈트 이동수단 사시도로, 경사 슈트가 몰입된 상태도.
도 15 : 본 발명 일 예로 도시한 함체 지지부 사시도.
도 16 : 본 발명 일 예로 도시한 불순물 공급부 단면도로, 불순물이 충진된 상태도.
도 17 : 본 발명 일 예로 도시한 불순물 공급부 단면도로, 불순물이 배출중인 상태도.
도 18 : 본 발명 일 예로 도시한 불순물 공급부의 잠금수단 평면도.
도 19 : 본 발명 일 예로 도시한 불순물 공급부의 잠금수단이 분리된 상태의 평면도.
도 20 : 본 발명 일 예로 도시한 함체부 단면도로, 원료 공급 전 상태도.
도 21 : 본 발명 일 예로 도시한 함체부 단면도로, 원료가 공급중인 상태도.
도 22 : 본 발명 일 예로 도시한 제어기의 회로 블럭도.

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.

도 1은 본 발명 일 예로 도시한 잉곳 원료 공급 흐름도로, a). 잉곳 잉곳 원료 공급장치(20)의 호퍼(26)와 불순물 공급부(28)에 소정량의 원료(25) 및/또는 불순물(27)을 충진(투입)하는 단계, b). 잉곳성장장치(1)의 해치(15) 부분에 잉곳 잉곳 원료 공급장치(20)의 독킹부(50)를 독킹(Docking)시키는 단계, c). 진공수단을 이용하여 잉곳 잉곳 원료 공급장치(20) 내부를 진공시키는 단계, d). 잉곳성장장치(1)의 잉곳성장실(2a) 및/또는 잉곳 잉곳 원료 공급장치(20)의 원료공급실(232)로 아르곤가스를 주입시켜 진공분위기로 조성하는 단계, e). 해치(15)에 설치된 게이트 밸브(17)를 개방시켜 잉곳성장장치(1)의 잉곳성장실(베이스 챔버 내부)(2a)과 잉곳 잉곳 원료 공급장치(20)의 원료공급실(232)을 하나의 공간으로 연결하는 단계, f). 승강수단(30)을 이용하여 공급관(29)을 도가니(3) 상부로 하강시키는 단계, g). 진동장치(34)와 로드셀(33)을 이용하여 원료(25)를 공급관(29)으로 정량 이송하는 단계, h). 공급관(29)으로 이송된 원료(25) 및/또는 불순물(27)이 활강(낙하)하여 도가니(3)로 공급되는 단계, i). 승강수단(30)을 이용하여 원료(25)와 불순물(27)의 투입이 완료된 공급관(29)을 상승 복귀시키는 단계, j). 게이트 밸브(17)를 폐쇄시켜 잉곳성장장치(1)의 잉곳성장실(2a)과 잉곳 원료 공급장치(20)의 원료공급실(232)을 격리시키는 단계, k). 잉곳 원료 공급장치(20)의 진공을 해제시키는 단계, l). 잉곳 원료 공급장치(20)를 잉곳성장장치(1)의 해치(15)로 부터 언-독킹(Un-Docking)시켜 분리하는 단계로 된다.

본 발명은 잉곳 성장중이거나 잉곳 성장을 전후하여 상기 a). 단계 ~ l) 단계를 반복함으로써 연속적이거나 주기적인 잉곳 성장이 달성된다.

상기 b). 단계에서, 잉곳성장장치(1)의 해치(15)와 잉곳 원료 공급장치(20)의 독킹부(50) 간의 기밀(氣密)이 유지된다.

상기 c). 단계에서, 잉곳 원료 공급장치(20)를 진공시키되 잉곳성장실(2a)의 진공도(진공분위기)와 같거나 그에 준하는 진공도(진공분위기)를 유지함으로써 잉곳 성장을 방해(저해)하지 않는다.

상기 d). 단계에서, 잉곳 원료 공급장치(20)의 원료공급실(232)로 아르곤가스를 주입시켜 같은 잉곳성장장치(1)의 잉곳성장실(2a)과 같거나 그에 준하는 진공도 및 진공분위기로 조성함으로써 원료(25) 공급시 상기 원료공급실(232)과 잉곳성장실(2a)을 하나의 공간으로 쉽게 연결할 수 있게 된다.

도 2는 원료(25)를 도가니(3)로 정량 공급하는 본 발명 잉곳 원료 공급장치(20)가 부가 구성된 잉곳성장장치(또는 잉곳생산장치)(1)의 일 예를 도시한 것이다.

상기 잉곳성장장치(1)는 냉각수단이 구비되는 메인챔버(2)와, 메인챔버(2) 내부에 설치되고 폴리 실리콘(원료)을 용융시키는 도가니(3)와, 도가니(3)를 지지하는 지지수단(4)과, 지지수단(4)을 상승/회전시키는 구동축(5) 및 구동수단(6)과, 도가니(3)를 가열하는 전열히터(7)와, 상기 전열히터(7)로 대전력(大電力)을 공급하는 전원공급수단과, 메인챔버(2) 상부에 설치되는 돔챔버(8)와, 상기 돔챔버(8)에 설치되는 게이트밸브 및 뷰포트와, 도가니(3) 상부에 설치되는 차열부재(9)와, 돔챔버(8) 상부의 풀챔버(Pull Chamber)에 설치되는 인상수단(Seed Mechanism)(10)과, 인상수단(10)에 설치되고 잉곳(도시안됨)을 인상시키는 인상케이블(11)과 인상되는 잉곳의 무게를 측정하는 로드셀(12)과, 인상케이블(11) 하단부에 설치되는 시드척(13)과, 뷰포트(14)를 통하여 실리콘 융액의 융액면을 촬상하는 CCD 카메라 및 레이저 거리측정기와, 진공수단과, 냉각수단과, 감지수단과 계측수단 및 제어수단 등으로 구성된다.

본 발명 잉곳 원료 공급장치(20)는, 구동장치(21)에 의해 상승 및 회전하면서 메인챔버(2) 상부 일측에 구성되는 해치(15) 부분에 독킹부(50)가 독킹(Docking)되어 메인챔버(2) 내부와 같은 진공분위기로 조성되면 소정량의 원료(불순물을 포함한다)(25)를 도가니(3)에 공급 한 다음 구동장치(21)에 의해 회전 및 하강하면서 독킹부(50)가 언-독킹(Un-Docking, 독킹해제) 되며, 상기 해치(15) 부분에는 잉곳 원료 공급장치(20)의 공급관(29)이 승강할 수 있도록 개구(16)가 구비되며, 상기 개구(16)는 게이트 밸브(17)에 의해 공급관(29)이 승강할 때 개폐되면서 메인챔버(2) 내부와 같은 진공분위기가 유지되며, 상기 게이트 밸브(17)는 개폐수단(18)에 의해 개폐되며, 상기 개폐수단(18)은 제어기(19)의 제어를 받는다.

상기 개구(16)에 설치되는 게이트 밸브(17)는 밀폐수단이 구비되어 잉곳 원료 공급장치(20)가 언독킹(Un-Docking)될 때 해치(15) 부분을 밀폐시켜 완고한 기밀(氣密)을 유지함으로써 메인챔버(2)의 진공분위기가 파괴(저하)되지 않는다.

상기 게이트 밸브(17)에는 개방 상태에서 개구(16) 상부에 위치하면서 공급관(29)이 출입할 수 있도록 출입구(17a)가 형성된다. 상기 출입구(17a)는 공급관(29)이 출입할 때 접촉하지 않도록 공급관(29)의 외경보다 조금 큰 내경을 갖는다.

도 3은 본 발명 일 예로 도시한 잉곳 원료 공급장치(20)의 사시도이고, 도 4는 그 측면도이고, 도 5는 부분 단면도로, 구동장치(21) 상부에 설치되는 지지부(22)와, 지지부(22) 상부에 설치되는 함체(23)와, 함체(23) 내부에 설치되는 정량공급부(24)와, 함체(23) 상부 일측에 설치되고 상기 정량공급부(24)로 원료(25)를 공급하는 호퍼(26)와, 함체(23) 상부 일측에 설치되고 함체(23) 내부로 소정량의 불순물(27)을 공급하는 불순물 공급부(28)와, 정량공급부(24)로부터 배출되는 정량의 원료(25)와 불순물 공급부(28)로부터 배출되는 불순물(27)을 도가니(3)로 공급시키는 공급관(29)과, 함체(23) 측부에 설치되고 상기 공급관(29)을 승강시키는 승강수단(30)과, 공급관(29)이 하강하면 공급관(29) 상부로 경사 슈트(31)를 돌출시켜 원료(25)가 공급관(29)으로 낙하 공급되게 경사 슈트(31)를 이동시키는 이동수단(32)과, 지지부(22)와 함체(23) 사이에 설치되어 원료(25)의 무게를 감지하여 제어기(19)로 입력함으로써 원료(25)의 정량 공급을 달성하는 로드셀(33)을 포함하여 구성된다.

상기 정량공급부(24)는 진동(振動)으로 원료(24) 공급량을 제어(단속)하는 진동장치(34)를 더 포함한다.

상기 함체(23) 상부에 설치되는 호퍼(26)는, 도 20, 도 21과 같이 상부가 넓고 하부가 좁은 몸체(261) 내부에 원료(25)가 충진되는 소정 용적의 충진실(262)이 형성되고, 몸체(261) 상부에는 잠금수단(263)과 손잡이(264)가 구비된 도어(265)가 설치되고, 몸체(261) 하부에는 하향 배출관(266)이 설치되고, 배출관(266) 외부에는 밸로우즈관(267)이 설치되고, 배출관(266) 내부에는 배출공(268)이 형성되어 충진실(262)의 원료(25)가 하부의 정량공급부(24)로 낙하 배출된다.

상기 도어(265)가 개폐되는 부분에는 패킹(오링)(269)이 설치되어 충진실(262)의 기밀(氣密)이 유지되며, 함체(23) 내부에는 원료공급실(232)이 형성된다.

상기 정량공급부(24)는, 함체(23)에 설치되는 진동장치(34)와, 진동장치(34) 상부에 고정되어 진동(振動)하면서 배출관(266)으로부터 배출되는 원료(25)를 경사 슈트(31)로 이동 낙하시키는 진동 슈트(241)와, 진동 슈트(241)의 일측에 구성되는 배출부(242)와, 배출부(242) 하부에 설치되고 이동수단(32)에 의해 공급관(29) 방향 또는 진동장치(34) 방향으로 전/후진 이동(출몰)하는 경사 슈트(31)로 구성된다.

상기 진동 슈트(241)의 상부에는 배출관(266)이 결합되는 통공(243)이 형성되며, 상기 배출관(266)과 통공(243) 사이에는 공간이 형성되어 진동 슈트(241)가 진동할 때 접촉이 방지된다.

상기 진동장치(34)는 제어기(19)에 접속되어 진동세기(진동강도)와 진동주기가 제어되며, 진동세기 및/또는 진동주기에 의해 원료(25) 공급속도가 조절되며, 또한 로드셀(33)에 의해 실시간 감지되는 원료(25) 무게 값(데이터)은 제어기(19)로 입력된(입력값) 다음 미리 설정된 원료 공급량(설정값)과 비교 판단되며, 상기 제어기(19)는 진동장치(34)의 진동세기 및/또는 진동주기를 제어하는 방법으로 입력값과 설정값을 일치시킴으로써 원료(25)의 정량 공급이 달성된다.

상기 승강수단(30)은, 길이가 긴 복수의 측판(301)(302)(303)(304)과 상부판(305) 및 하부판(306)이 사각통형으로 결합되어 내부에 공간부가 형성되고, 일측 측판(304)에는 경사 슈트(31)가 드나들 수 있도록 구멍(308)이 형성되고, 하부판(306)에는 공급관(29)이 드나들 수 있는 출입공(307)이 형성되고, 타측 측판(301)에는 적어도 하나 이상의 투시창(309)이 설치되어 공간부를 관망할 수 있게 구성된다.

상기 측판(302)의 길이방향 내측면에는 스크류(35)의 상/하부가 축브라켓(36)으로 설치되고, 측판(302)의 내측면 상부에는 제어기(19)에 의해 정/역회전하는 모터(37)가 설치되고, 상기 모터(37)의 회전축과 스크류(35)의 일측단부는 축 커플러로 연결되어 연동회전하고, 스크류(35) 외면에는 이동체(38)가 나사 결합되어 스크류(35) 길이방향으로 이동할 수 있도록 구성되고, 측판(302)의 내측면 상/하부에는 상기 이동체(38)의 상향 이동을 제한하는 상한 스위치(39) 및 이동체(38)의 하향 이동을 제한하는 하한 스위치(40)가 각각 설치되어 공급관(29)의 승강 스트로크가 결정된다.

상기 상한 스위치(39) 및 하한 스위치(40)는 이동체(38)의 접촉이나 근접에 의해 동작하면서 제한신호를 제어기(19)로 입력하게 되며, 제어기(19)는 상한 스위치(39) 및 하한 스위치(40)로부터 제한신호가 입력되면 모터(37)를 정지시켜 이동체(38)가 정지하게 되며, 제어기(19)로부터 역동작 제어신호 또는 역동작 전원이 입력되면 모터(37)가 반대방향으로 회전하다가 상한 스위치(39) 및 하한 스위치(40)로부터 입력되는 제한신호에 의해 정지하게 된다.

본 발명에서 스크류(35)는 TM 스크류를 적용함으로써 공급관(29)의 정확한 상승과 하강이 달성되어 백레쉬(Backlash)를 방지할 수 있으며, 모터(37)나 모터(37)에 내장된 모터브레이크 고장시 공급관(29)의 위치를 고정시킬 수 있다.

상기 이동체(38)에는 반원형의 결합공이 형성된 고정블럭(41)이 설치되고, 고정블럭(41) 전면에도 반원형의 결합공이 형성된 압지블럭(42)이 체결되어 원형 결합공이 구성되며, 상기 원형 결합공에는 공급관(29)의 상부가 결합되어, 이동체(38)를 따라 상승 및 하강할 수 있도록 설치된다.

상기 공급관(29)은 내열성이 우수한 석영 튜브(Quartz Tube)가 바람직하며, 길이방향 내부에 중공부(291)가 형성되고, 상부에는 원료(25) 및/또는 불순물(27) 투입이 쉽도록 보다 큰 외경의 호퍼 형상이면서 경사진(원료가 투입되는 반대방향으로 경사진) 호퍼 형상의 입구(292)가 형성되고, 상부 외주면에는 공급관(29)의 평균 외경보다 보다 큰 외경의 단턱부(293)가 형성되어 고정블럭(41)과 압지블럭(42) 사이의 결합공 상부에 걸림되며, 압지블럭(42)의 전면부에는 후술되는 경사 슈트(31) 이동수단(32)을 작동시키는 가압블럭(43)이 설치된다.

상기 승강수단(30)의 측판(302) 하부에는 브라켓(146)이 고정되고, 상기 브라켓(146)에는 공급관(29)을 지지하는 한 쌍의 안내롤러(44)(45)가 축설치되어 공급관(29)의 정지 및 승강운동의 안정성이 확보된다.

상기 안내롤러(44)(45)는 반원형 또는 반원형에 가까운 안내홈(441)(451)이 각각 형성되어 공급관(29)의 외주면을 감싸 지지하도록 함으로써 공급관(29)의 안정적인 승강이 안내되고, 위치 이탈이 방지된다.

상기 브라켓(146)에는 도 9와 같이 안내롤러(44)가 축설치되고, 브라켓(146)의 단부에는 대향 장공(461)(462)이 형성되고, 상기 장공(461)(462)에는 일측 안내롤러(45)의 양측으로 돌출된 축봉(452)이 각각 결합되어 장공(461)(462) 구간을 이동할 수 있게 구성되고, 브라켓(146)의 바깥면에는 지지봉(463)(464)이 고정되고, 상기 안내롤러(45)의 축봉(452)과 지지봉(463)(464) 사이에는 스프링(465)(466)이 각각 결합되어 안내롤러(45)가 다른 안내롤러(44) 방향으로 탄지되게 함으로써 공급관(29)이 안내된다.

상기 승강수단(30)의 하부판(306)에는 공급관(29)이 드나들 수 있도록 출입공(307)이 형성되며, 하부판(306)의 저부면에는 독킹부(50)가 구성된다.

상기 독킹부(50)는, 승강수단(30)의 하부판(306) 저면에 고정되는 신축형 밸로우즈관(46)와, 밸로우즈관(46)의 하부면에 고정되고 해치(15) 상부면에 독킹 및 언-독킹되는 결합링(47)과, 공급관(29)이 드나들 수 있도록 결합링(47)의 중앙에 형성되는 출입공(47a)과, 하부판(306)의 저부면에 고정되고 결합링(47)을 안내하는 복수의 안내봉(48)과, 상기 안내봉(48)의 단부에 형성되고 안내봉(48)의 평균 외경보다 조금 큰 외경으로 형성되어 결합링(47)의 이탈을 방지하는 멈춤부와, 결합링(47)을 탄지할 수 있게 안내봉(48)에 설치되는 스프링(49)으로 구성된다.

상기 공급관(29)은 하부판(306)에 형성된 출입공(307)과 밸로우즈관(46) 내부에 형성되는 중공부(도시안됨) 및 결합링(47)의 중앙에 형성되는 출입공(47a)을 통하여 상승 및 하강하게 된다.

상기 독킹부(50)는, 도 2와 같이 본 발명 잉곳 원료 공급장치(20)가 잉곳성장장치(1)의 해치(15) 부분에 독킹되면 상기 스프링(49)의 탄지력에 의해 결합링(47)의 저부면이 해치(15) 상부면에 강하게 밀착되면서 결합이 유지되며, 진공압 또는 진공분위기를 견딜 수 있는 충분한 기밀(氣密)이 유지된다.

상기 경사 슈트(31)를 공급관(29) 상부로 출몰시키는 이동수단(32)은 다음과 같이 구성된다.

함체(23) 바닥판(231)의 상부면에 고정되는 좌우 한 쌍의 LM 레일(321)과, 상기 LM 레일(321)의 길이 방향으로 왕복 운동할 수 있도록 LM 레일(321)에 결합되는 전후 한 쌍의 LM 블럭(322)과, LM 블럭(322) 상부면에 고정되는 판재(323)와, 판재(323)의 상부면 일측에 고정되는 수직부재(324)와, 수직부재(324) 상부에 고정되는 경사 슈트(31) 후단의 수용실(325)과, 판재(323) 상부면에 설치되는 유도판(326)과, 유도판(326) 상부에 형성되는 경사공(327)과, 판재(323)에 고정되는 수직봉(328)과 바닥판(231)에 고정되는 수직봉(329) 사이에 설치되는 스프링(330)과, 측판(304)에 수직으로 설치되는 한 쌍의 LM 레일(331)과, LM 레일(331)의 길이 방향으로 왕복 운동할 수 있도록 LM 레일(331)에 각각 결합되는 한 쌍의 LM 블럭(332)과, LM 블럭(332) 표면에 고정되는 연결판(333)과, 연결판(333)의 상부 후단으로 돌출되는 작동간(334)과, 작동간(334) 단부에 설치되고 경사공(327)에 결합되는 작동핀(335)과, 연결판(333)의 전면 일측에 경사지게 설치되고 가압블럭(43)에 의해 하강하는 경사부재(336)로 구성된다.

도 5, 도 8, 도 10, 도 13, 도 21은 공급관(29)이 하강하고 경사 슈트(31)가 돌출되어 원료(25)가 도가니(3)로 공급되는 상태의 도면이고, 도 7, 도 11, 도 14, 도 20은 반대로, 스프링(330)의 탄성력에 의해 경사 슈트(31)가 몰입된 상태이며, 또한 공급관(29)이 상승 복귀하면서 원료(25) 및/또는 불순물(27)의 공급이 종료되거나 완료된 상태이다.

상기 경사 슈트(31)는 공급관(29)이 승강할 때 방해되지 않도록 도 7, 도 11, 도 14와 같이 스프링(330)의 탄성력에 의해 몰입되어 있는 상태이며, 공급관(29)의 하강이 거의 완료되는 시점에 도 5, 도 8, 도 10, 도 13과 같이 가압블럭(43)이 경사부재(336)를 밀어 내리면서 연결판(333)과 작동간(334)가 하강하면서 작동핀(335)과 경사공(327)의 작용에 의해 판재(323)와 수직부재(324)와 경사 슈트(31)가 하강되어 있는 공급관(29) 상부로 돌출되며, 따라서 도 21과 같이 정량 배출된 원료(25)가 경사 슈트(31)를 따라 활강하다가 공급관(29)의 입구(292)로 유입된다.

본 발명의 동작과정을 설명하면, 적정량의 원료(25)와 불순물(27)이 호퍼(26)와 수납용기(283)에 충진 된 상태에서 도 2와 같이 제어기(19)의 제어를 받는 구동장치(21)로 본 발명 잉곳 원료 공급장치(20)를 상승 및 회전시켜 독킹부(50)가 잉곳성장장치(1)의 해치(15) 부분에 결합되도록 독킹시킨 다음, 진공수단으로 원료공급실(232)을 진공시키고, 주입구(56)로 아르곤 가스를 주입한 다음, 제어기(19)로 게이트 밸브(17)를 개방시키고, 모터(37)의 정회전에 의해 스크류(35)가 정회전하고, 이동체(38)가 하강하면서 공급관(29)도 따라서 하강하게 된다.

상기 이동체(38)가 계속 하강하면, 도 5, 도 8, 도 10, 도 13과 같이 압지블럭(42)의 전면에 고정되어 있는 가압블럭(43)이 경사부재(336)를 가압하게 되므로 LM레일(331)과 LM블럭(332)으로 가이드되는 연결판(33)이 따라서 하강하게 되고, 연결판(33)에 고정된 작동간(334) 또한 하강하게 되며, 상기 작동간(334)에 고정된 작동핀(335)이 경사공(327)을 따라 도 10의 h1 위치까지 하강하게 되며, 이에 따라 판재(323)와 수직부재(324)와 경사 슈트(31)가 진동장치(34) 반대방향으로 이동하게 되고, 경사 슈트(31)가 돌출되면서 하강되어 있는 공급관(29) 상부에 위치하게 되며, 공급관(29)은 도가니(3) 상부까지 하강하게 되고, 이동체(38)가 하한 스위치(40)를 작동시키면서 제어기(19)에 의해 모터(37)가 정지하고 공급관(29)이 더 이상 하강하지 않게 되고, 원료(25) 및/또는 불순물(27)을 공급할 수 있는 상태로 된다. 이러한 상태에서 도 21과 같이 정량 공급되는 원료(25) 및/또는 불순물(27)이 경사 슈트(31)를 활강하면서 공급관(29) 입구(292)로 유입되어 활강하면서 도가니(3)로 공급된다.

반대로, 도가니(3)로 원료(25) 공급이 완료되어 공급관(29)을 상승시키고 언-독킹하는 과정은 다음과 같다.

원료(25) 및/또는 불순물(27)이 도가니(3)로 공급이 완료된 상태에서, 제어기(19)로 게이트 밸브(17)를 폐쇄시키고, 모터(37)의 역회전에 의해 스크류(35)가 역회전하고, 이동체(38)가 상승하면서 공급관(29)도 상승하게 된다.

상기 이동체(38)가 계속 상승하면, 경사부재(336)를 가압하였던 가압블럭(43)이 상승하면서 경사부재(336)의 가압력이 제거되므로, LM레일(321)과 LM블럭(322)으로 가이드 되는 판재(323)가 스프링(330)의 탄성력에 의해 진동장치(34) 방향으로 이동하게 되고, 유도판(326)의 경사공(327)에 결합되어 있던 작동핀(335)이 도 11의 h2 위치까지 상승하면서 작동간(334)과 연결판(333) 및 경사부재(336)가 LM가이드의 안내에 의해 상승 복귀하게 되며, 판재(323)에 고정되어 있는 수직부재(324)와 수용실(325)과 경사 슈트(31)가 진동장치(34) 방향으로 이동하여 경사 슈트(31)가 몰입되므로 공급관(29)이 경사 슈트(31)의 방해없이 계속 상승할 수 있게 된다.

상기 모터(37)의 역회전에 의해 이동체(38)가 계속 상승하면서 상한 스위치(39)를 작동시키면 제어기(19)에 의해 모터(37)가 정지하고 공급관(29)이 더 이상 상승하지 않게 된다.

상기 게이트 밸브(17)가 폐쇄된 상태여서 잉곳성장실(2a)의 진공도 및/또는 진공분위기는 지속적으로 유지된다. 상기 게이트 밸브(17)가 폐쇄되어 잉곳성장실(2a)과 원료공급실(232)이 공간적으로 분리되면 손잡이(54)를 이용하여 진공해제구(55)를 들어올려 원료공급실(232)의 진공을 해제시키고, 제어기(19)로 구동장치(21)를 역동작시켜 잉곳 원료 공급장치(20)를 잉곳성장장치(1)로부터 언-독킹 및 분리하여 원료(25)와 불순물(27)을 재 충진시켜 다음번 공급작업이 가능해진다.

본 발명은 원료(25) 공급이 완료되면 잉곳 원료 공급장치(20)가 잉곳성장장치(1)로부터 언-독킹되어 분리되므로 도가니(3)로부터 상승하는 고열(高熱)과의 접촉이 근원적으로 방지되므로 열스트레스가 해소된다.

상기 게이브 밸브(17) 개폐수단(18)은, 에어실린더, 또는 유압실린더, 또는 모터와 동력전달수단일 수 있다.

본 발명에서 모터(37)는 회전방향, 회전수 및/또는 회전각도 등을 검출하는 검출수단이 설치되어 모터(37)를 정밀 제어할 수 있으며, 상기 검출수단으로는 엔코더, 접촉센서, 근접센서, 광학센서 등을 예로 들 수 있으며, 본 발명에서는 모터(37)에 내장되는 엔코더(Encoder)가 적용될 수 있다.

본 발명에서 함체(23) 하부에는 원료(25)의 공급량(배출량)을 실시간으로 감지하여 제어기(19)로 입력시키는 무게 감지수단, 이를테면 로드셀(33)이 설치된다. 상기 로드셀(33)은 도 5, 도 15와 같이 지지부(22)의 바닥판(221) 상부면에 설치되어 함체(23)의 저부면을 지지하는 방법으로 무게(하중)를 전달받아 원료(25)의 무게를 감지(검출)할 수 있게 된다.

상기 바닥판(221)의 선단 상부면에는 상향 결합홈(222)이 형성된 한 쌍의 지지링(223)이 전후로 고정되고, 함체(23)의 저부면에는 상기 결합홈(222)에 헐겁게 결합된다. 상기 결합홈(222)과 결합봉(224)의 허용 유격은 2~5㎜로 허용함으로써 함체(23) 선단부의 과도한 유동이 방지되어 로드셀(33)의 무게 감지를 방해하지 않도록 구성된다. 즉. 상기 결합홈(222)과 결합봉(224)은 함체(23)를 지지하는 구조가 아니고 함체(23)의 선단 유동을 방지하는 구조이다.

상기 지지부(22)의 후단에는 수직판(225)이 브라켓(226)으로 보강 연결되고, 수직판(225)과 함체(23)는 힌지(227)로 결합되어 함체(23)의 후단을 지지하게 되며, 따라서 함체(23)를 포함하여 함체(23)에 설치된 장치나 부품들의 전체 하중이 로드셀(33)로 전달된다.

상기 수직판(225)의 후면 상하부에는 결합링(228)이 설치되고, 상기 결합링(228)에는 구동장치(21)의 지지봉(51)이 결합되어 지지부(22)가 지지된다.

상기 로드셀(33)은 감지되는 전체 무게 변화를 실시간으로 감지하여 제어기(19)로 입력하게 되며, 원료(25)를 도가니(3)로 공급함에 따라 로드셀(33)이 감지되는 전체 무게가 감소되므로 제어기(19)는 이를 비교하여 원료(25) 공급량을 판단하여 설정값에 도달하면 진동장치(34)를 정지시켜 원료(25) 공급을 중단하게 되므로 원료(25)의 정량 공급이 달성된다.

도 16 ~ 도 19는 본 발명 불순물 공급부(28)를 도시한 것으로, 함체(23) 상부 일측에 설치된다.

상기 불순물 공급부(28)는, 함체(23) 상부에 설치되어 외부와 기밀(氣密)이 유지되고 내부 원료공급실(232)과 공간적으로 연결되는 하우징(281)과, 하우징(281) 내부에 형성되는 수용실(282)과, 수용실(282)에 위치하는 불순물(27) 수납용기(283)와, 수납용기(283) 상부로 개방된 개방부(288)와, 수납용기(283) 바깥 일측에 수평으로 설치되고 하우징(281) 바깥으로 돌출되는 회전봉(284)과, 수납용기(283)를 수직 및 수평으로 회전시킬 수 있도록 회전봉(284) 단부에 설치되는 틸팅핸들(285)과, 수용실(282) 하부에 설치되고 배출되는 불순물(27)을 배출부(242)로 낙하 공급하는 슈트(286)와, 하우징(281) 상부에 형성되는 불순물 투입구(287)에 설치되는 잠금수단(52)으로 구성된다.

상기 잠금수단(52)은 도 18과 같이 투입구(287) 상부면에 결합되어 기밀(氣密)이 유지되는 구조이며, 불순물(27)을 투입할 때에는 도 19와 같이 투입구(287)로부터 분리된다.

상기 잠금수단(52)은, 축핀(521)을 중심으로 벌어지거나 오무려지는 반원형 압지구(522)(523)와, 압지구(522)(523)의 내측면에 형성되는 수용홈(522a)(523a)과, 투입구(287) 상부면에 결합되는 복수의 마개(524)와, 투입구(287)와 마개(524) 사이에 결합되어 완고한 기밀(氣密)을 달성하는 복수의 오링(525)과, 일측 압지구(522)의 단부에 축 설치되는 체결봉(526)과, 타측 압지구(522)의 단부에 형성되고 상기 체결봉(526)의 단부가 결합되는 결합홈(527)과, 결합홈(527)에 끼워진 체결봉(526)의 나사부(528)에 체결되는 너트(529)로 구성된다.

도 16은 소정량의 불순물(27)이 수납용기(283)에 충진되고 마개(524)와 오링(525) 및 잠금수단(52)에 의해 수용실(282)이 밀폐된 상태이며, 도 17은 틸팅핸들(285)을 회전시켜 수납용기(283)가 수평 또는 수평 이하로 기울어지면서 불순물(27)이 개방부(288)를 통하여 낙하 배출되는 상태이며, 도 21은 낙하 배출되는 불순물(27)이 슈트(286)를 따라 배출부(242)로 활강 이송된 다음 경사 슈트(31)와 공급관(29)을 지나 도가니(3)로 공급된다.

도 22는 본 발명 일 예로 도시한 제어기(19)의 회로블럭도로, PLC, 또는 중앙처리장치, 또는 마이컴으로 구성되는 제어부(C)의 입력에는 제어기(19)의 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, 원료(25)의 무게를 측정하는 로드셀(33)과, 공급관(29)의 상승 한계를 감지하는 상한 스위치(39)와, 공급관(29)의 하강 한계를 감지하는 하한 스위치(40)가 각각 접속된다.

상기 제어부(C)의 출력에는 각종 동작상태ㆍ동작모드ㆍ설정값ㆍ현재값ㆍ각종 기기의 동작상태나 각종 이상 등이 표시되는 표시부(D)와, 스크류(35)를 정역회전시켜 공급관(29)을 승강시키는 모터(37)와, 게이트 밸브(17)을 개폐시키는 개폐수단(18)과, 본 발명 잉곳 원료 공급장치(20)를 상승 및 하강시키고 잉곳성장장치(1)에 독킹(Docking) 및 언-독킹(Un-Docking)시키는 구동장치(21)가 각각 접속된다.

상기 제어부(C)의 입출력에는 하드디스크, 플래시메모리, ROM(Read Only Memory), SSD(Solid State Driver) 등 다양한 형태의 기록매체로 구성되는 메모리부가 포함되며, 제어부(C)로 입/출력되는 데이터는 상기 메모리부에 저장 및 독출되고, 또한 갱신 저장된다.

상기 제어부(C)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.

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.

미설명 부호 (53)은 원료공급실(232)의 진공도나 진공압을 측정하는 게이지이고, (54)는 진공해제구이고, (55)는 진공해제구의 손잡이이고, (56)은 아르곤가스 주입구이고, (57)은 원료공급실(232)을 들여다 볼 수 있는 투시창이다.

상기에서 공급관(29)은 승강수단(30)을 이용하여 하강시킨 다음 정량의 원료(25)를 도가니(3)로 공급하고, 원료(25)의 공급이 완료되면 승강수단(30)을 이용하여 공급관(29)을 상승 복귀시켜 고열로 부터 보호하게 된다.

본 발명은 원료의 자동충전이 가능하며, 진동방식으로 원료(25)의 연속공급이 가능하며, 진동장치(34)와 로드셀(Load Cell)(33)을 이용하여 원료(25) 공급량을 정확히 계량하여 공급할 수 있다. 상기 로드셀(33)을 이용하여 공급되는 원료(25)의 실시간 무게 검출 및 확인이 가능하여 정량 공급이 달성된다.

본 발명은 진동 슈트(241)와 진동장치(34)가 일체형으로 구성되어 부피와 무게를 줄일 수 있고, 경사 슈트(31)의 배출로 경사각 및 단위 면적 계산과 테스트(Test)로 인한 브릿지 현상을 없애고 이로 인한 브릿지 현상이 방지되는 구동이 달성된다.

본 발명 잉곳 원료 공급장치(20)는 구동장치(21)에 의해 승강 및 회전하면서 해치(15) 부분에 독킹(Docking)되거나 언독킹(Un-Docking, 독킹해제)되며, 호퍼(26)에 원료(25)를 충진(투입)할 때 작업자가 작업하기 좋은 위치로 잉곳 원료 공급장치(20)를 하강시킬 수 있으므로 작업성이 우수하다.

본 발명은 슬라이드 방식의 게이트 밸브(17)와 독킹부(50)의 스프링(49)의 탄성으로 인한 간편한 독킹과 기밀(氣密)이 달성되며, 불순물(27)은 틸팅핸들(285)을 이용하여 도가니(3)에 쉽게 공급할 수 있으며, 표시부(D)를 통하여 진공도 및 공정흐름을 모니터링할 수 있다.

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.

(1)--잉곳성장장치 (2)--메인챔버
(3)--도가니 (4)--지지수단
(15)--해치 (16)--개구
(17)--게이트 밸브 (18)--개폐수단
(19)--제어기 (20)--원료공급장치
(21)--구동장치 (22)--지지부
(23)--함체 (24)--정량공급부
(25)--원료 (26)--호퍼
(27)--불순물 (28)--불순물 공급부
(29)--공급관 (30)--승강수단
(31)--경사 슈트 (32)--이동수단
(33)--로드셀 (34)--진동장치
(35)--스크류 (36)--축브라켓
(37)--모터 (38)--이동체
(39)--상한 스위치 (40)--하한 스위치
(41)--고정블럭 (42)--압지블럭
(43)--가압블럭 (44)(45)--안내롤러
(44a)(45a)--안내롤러의 안내홈 (146)--브라켓
(46)(267)--밸로우즈관 (47)--결합링
(47a)--결합링의 출입공 (48)--안내봉
(49)--스프링 (50)--독킹부
(261)--몸체 (262)--충진실
(263)--잠금수단 (264)--손잡이
(265)--도어 (266)--배출관
(268)--배출공 (269)--패킹(오링)
(241)--진동 슈트 (243)--통공
(291)--공급관의 중공부 (292)--공급관의 입구
(293)--공급관의 단턱부 (231)--바닥판
(301)(302)(303)(304)--측판 (305)--상부판
(306)--하부판 (307)--출입공
(308)--구멍 (309)--투시창
(321)(331)--LM 레일 (322)(332)--LM 블럭
(323)--판재 (324)--수직부재
(325)--수용실 (326)--유도판
(327)--경사공 (328)(329)--수직봉
(330)--스프링 (333)--연결판
(334)--작동간 (335)--작동핀
(336)--경사부재 (C)--제어부
(S)--설정부 (D)--표시부

Claims

지지부;
상기 지지부 상부에 설치되는 함체;
상기 함체 내부에 설치되는 정량공급부;
상기 함체 상부 일측에 설치되고 상기 정량공급부로 원료를 공급하는 호퍼;
상기 함체 상부 일측에 설치되고 함체 내부로 소정량의 불순물을 공급하는 불순물 공급부;
상기 정량공급부로부터 배출되는 정량의 원료 및 불순물 공급부로부터 배출되는 불순물을 도가니로 공급시키는 공급관;
상기 함체 측부에 설치되고 상기 공급관을 승강시키는 승강수단;
상기 승강수단 하부에 설치되는 독킹부;
상기 공급관이 하강하면 공급관 상부로 경사 슈트를 돌출시키는 이동수단;
상기 함체 저부에 설치되는 로드셀; 을 포함하되,
상기 이동수단은,
함체(23) 바닥판(231)의 상부면에 고정되는 좌우 한 쌍의 LM 레일(321);
상기 LM 레일(321)에 결합되는 LM 블럭(322);
상기 LM 블럭(322) 상부면에 고정되는 판재(323);
상기 판재(323)의 상부면 일측에 고정되는 수직부재(324);
상기 수직부재(324) 상부에 고정되는 경사 슈트(31);
상기 판재(323) 상부면에 설치되는 유도판(326);
상기 유도판(326) 상부에 형성되는 경사공(327);
상기 판재(323)에 고정되는 수직봉(328)과 바닥판(231)에 고정되는 수직봉(329) 사이에 설치되는 스프링(330);
측판(304)에 수직으로 설치되는 LM 레일(331);
상기 LM 레일(331)에 결합되는 LM 블럭(332);
상기 LM 블럭(332) 표면에 고정되는 연결판(333);
상기 연결판(333)의 상부 후단으로 돌출되는 작동간(334);
상기 작동간(334) 단부에 설치되고 경사공(327)에 결합되는 작동핀(335);
상기 연결판(333)의 전면 일측에 경사지게 설치되고 가압블럭(43)에 의해 하강하는 경사부재(336);
를 포함하는 잉곳 원료 공급장치.
삭제
청구항 1에 있어서 ;
불순물 공급부는,
함체(23) 상부에 설치되고 내부 원료공급실(232)과 공간적으로 연결되는 하우징(281);
상기 하우징(281) 내부에 형성되는 수용실(282);
상기 수용실(282)에 위치하는 불순물(27) 수납용기(283);
상기 수납용기(283) 상부로 개방된 개방부(288);
상기 수납용기(283) 바깥 일측에 수평으로 설치되고 하우징(281) 바깥으로 돌출되는 회전봉(284);
상기 회전봉(284) 단부에 설치되고 수납용기(283)를 수직 및 수평으로 회전시키는 틸팅핸들(285);
상기 수용실(282) 하부에 설치되는 슈트(286);
상기 하우징(281) 상부에 형성되는 불순물 투입구(287);
상기 투입구(287)에 설치되는 잠금수단(52);
을 포함하는 잉곳 원료 공급장치.
청구항 3에 있어서 ;
잠금수단은,
하우징(281)의 투입구(287) 상부면에 결합되는 복수의 마개(524);
축핀(521)을 중심으로 벌어지거나 오무려지는 반원형 압지구(522)(523);
상기 압지구(522)(523)의 내측면에 형성되는 수용홈(522a)(523a);
상기 투입구(287)와 마개(524) 사이에 결합되어 기밀을 달성하는 복수의 오링(525);
상기 압지구(522)의 단부에 축 설치되는 체결봉(526);
상기 압지구(522)의 단부에 형성되고 상기 체결봉(526)의 단부가 결합되는 결합홈(527);
상기 결합홈(527)에 끼워진 체결봉(526)의 나사부(528)에 체결되는 너트(529);
를 포함하는 잉곳 원료 공급장치.
청구항 1에 있어서 ;
승강수단은,
길이가 긴 복수의 측판(301)(302)(303)(304)과 상부판(305) 및 하부판(306)이 사각통형으로 결합되어 내부에 형성되는 공간부;
상기 측판(304)에 경사 슈트(31)가 드나들 수 있도록 형성되는 구멍(308);
상기 하부판(306)에 공급관(29)이 드나들 수 있도록 형성되는 출입공(307);
상기 측판(302)의 길이방향 내측면에 축 설치되는 스크류(35);
상기 스크류(35)를 정/역회전하는 모터(37);
상기 스크류(35) 외면에 나사 결합되는 이동체(38);
상기 측판(302)의 내측면 상/하부에 각각 설치되는 상한 스위치(39) 및 하한 스위치(40);
를 포함하는 잉곳 원료 공급장치.
삭제
청구항 1에 있어서 ;
독킹부는,
승강수단의 하부판(306) 저면에 고정되는 신축형 밸로우즈관(46);
상기 밸로우즈관(46) 하부면에 고정되는 결합링(47);
상기 결합링(47) 중앙에 형성되는 출입공(47a);
상기 하부판(306)의 저부면에 고정되어 결합링(47)을 안내하는 복수의 안내봉(48);
상기 안내봉(48)의 단부에 형성되어 결합링(47)의 이탈을 방지하는 멈춤부;
상기 안내봉(48)에 설치되어 결합링(47)을 탄지하는 스프링(49);
을 포함하는 잉곳 원료 공급장치.
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a). 잉곳 원료 공급장치로 소정량의 원료 및 불순물을 충진하는 단계,
b). 잉곳성장장치의 해치 부분에 잉곳 원료 공급장치의 독킹부를 독킹시키는 단계,
c). 진공수단을 이용하여 잉곳 원료 공급장치의 원료공급실을 진공시키는 단계,
d). 잉곳성장장치의 잉곳성장실과 잉곳 원료 공급장치의 원료공급실로 아르곤가스를 주입시켜 같은 진공분위기로 조성하는 단계,
e). 해치에 설치된 게이트 밸브를 개방시켜 잉곳성장장치의 잉곳성장실과 잉곳 원료 공급장치의 원료공급실을 하나의 공간으로 연결하는 단계,
f). 승강수단을 이용하여 공급관을 도가니 상부로 하강시키는 단계,
g). 잉곳 원료 공급장치의 진동장치와 로드셀을 이용하여 원료와 불순물을 공급관으로 정량 이송하는 단계,
h). 공급관으로 이송된 원료와 불순물을 활강시켜 도가니로 공급하는 단계,
i). 승강수단을 이용하여 원료와 불순물의 투입이 완료된 공급관을 상승 복귀시키는 단계,
j). 게이트 밸브를 폐쇄시켜 잉곳성장장치의 잉곳성장실과 잉곳 원료 공급장치의 원료공급실을 격리시키는 단계,
k). 잉곳 원료 공급장치의 진공을 해제시키는 단계,
l). 잉곳 원료 공급장치의 독킹 상태를 해제시키는 단계,
를 포함하는 잉곳 원료 공급방법.