KR101567663B1 - 잉곳성장장비의 배기장치 및 이를 이용한 잉곳성장방법 - Google Patents

잉곳성장장비의 배기장치 및 이를 이용한 잉곳성장방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 배기장치는 잉곳성장장비를 관통하는 가스배출관을 통해 상기 잉곳성장장비 내의 기체를 배기하는 배기장치로서, 상기 가스배출관에 연결되어 상기 기체의 통로가 되는 메인 배기관; 상기 메인 배기관을 통해 이동한 기체의 이물질을 거르는 필터; 상기 필터를 통과한 상기 기체를 흡입하는 진공펌프; 및 상기 메인 배기관으로 대기를 주입하는 대기공급수단;을 포함하고, 상기 대기공급수단은 상기 메인 배기관에서 분기되어 연장된 대기관과, 상기 대기관을 개폐하는 대기개폐벨브와, 상기 대기관으로 대기를 공급하는 대기공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 따른 배기장치를 통해, 잉곳 생산효율 및 생산품질이 향상될 수 있으며, 배기관 청소 작업자의 위험도 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

잉곳성장장비의 배기장치 및 이를 이용한 잉곳성장방법 {APPARATUS FOR TREATING EXHAUST GASES OF INGOT GROWER AND METHOD FOR GROWING INGOT USING THE SAME}
본 발명은 웨이퍼의 재료가 되는 잉곳을 성장하기 위한 잉곳성장장비의 배기장치 및 그 방법에 관한 것이다.
전자 제품들에서 사용하는 대부분의 반도체 칩이나, 태양 전지 등을 대량으로 생산하기 위해서 일반적으로 웨이퍼를 기판으로 사용한다.
이러한 웨이퍼는 주로 시드(seed)로부터 단결정 잉곳(single crystal ingot)을 성장시킨 후, 이를 얇은 두께로 잘라서(slicing) 만들며, 단결정 잉곳은 쵸크랄스키법(CZ법)으로 제조될 수 있다.
쵸크랄스키법이란, 챔버 안에서 석영도가니에 실리콘을 넣고 석영도가니를 가열하여 실리콘을 용융시키킨 후, 종자 결정(seed crystal)을 실리콘 융액에 접촉시킨 상태에서 회전하면서 서서히 끌어올리면서 종자 단결정 표면에서 융액을 고체로 응고시킴에 따라 소정의 직경을 갖는 잉곳을 성장시키는 방법이다.
이러한 공정이 수행되는 챔버는 가스배출관을 통해 진공펌프와 연결되어, 펌핑 공정을 통해 낮은 기압상태(이하 '진공상태'라 기재한다)를 유지한다.
또한, 챔버에 일측에 설치된 가스공급부(상온)는 아르곤(Ar)이나 헬륨(He) 등과 같은 불활성 가스를 챔버 내로 공급함으로써, 챔버의 진공상태로 유지함과 동시에 잉곳 성장시 발생되는 산화물(SixOy) 등과 같은 이물질을 가스배출관을 통해 외부로 배출한다.
그리고, 잉곳에 도펀트(dopant)를 주입하는 도핑 공정 중에도 잉곳으로 유입되지 못하고 기화되는 도펀트가 이물질로 발생할 수 있으며, 위와 마찬가지로 도펀트 또한 불활성 기체와 함께 가스배출관을 통해 외부로 배출된다.
이와 같이 가스배출관을 통해 배출되는 이물질들은 대부분 배기관을 외부로 배기되나, 나머지 부분은 온도가 낮은 배기관에 흡착된다.
이렇게 배기관에서 퇴적된 이물질들은 원활한 배기에 방해가 되므로, 잉곳성장이 끝난 후 진공펌프를 정지하고 잉곳을 분리시킨 뒤 성장장치와 연결된 배기관에 누적된 생성물을 단순 제거하는 배기관 클리닝 공정이 진행된다.
그런데, 이 과정에서 배관 내가 대기 중으로 노출되면 퇴적했던 분진이 국부적으로 발화하거나 대기 중으로 흩날릴 수 있다.
특히, 최근 파워 디바이스(Power Device) 제품의 확대로 인, 비소, 안티몬 등을 도펀트로 한 제품의 개발이 이루어지면서 배기관 내 생성물의 강한 발화로 인한 위험성이 제기되기 시작하였다.
예를 들어, 도펀트로 인이 사용되는 경우, 인은 발화성이 강하므로 배관 내 생성물이 대기에 노출된 상태에서 마찰에 의한 발화가 생길 경우 시작은 국부적이었다 할지라도 주위 생성물의 발화를 촉진하는 영향이 크고 발화 부위가 매우 넓어 질 수 있다. 이 때문에 종래의 방식을 그대로 적용하여 배관 청소를 진행할 경우 작업자가 위험에 노출될 위험이 있다.
이를 방지하기 위하여, 종래에는 잉곳성장 완료 후 진공펌프가 정지된 상태에서 대기를 투입함으로써 분진의 산화반응을 유도하는 산화공정(oxidation)을 진행하였다.
하지만, 인, 비소. 안티몬을 도펀트로 하는 제품의 경우 배관의 산화 공정에 상당한 시간이 긴 시간을 소비하게 되는데, 긴 시간에도 불구하고, 표면에만 산화가 이루어져서 내부 분진들의 발화 혹은 폭발 가능성은 여전히 내제되는 문제점이 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 잉곳성장공정에서 발생하는 분진을 효과적으로 처리하기 위한 배기장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 배기장치는 잉곳성장장비를 관통하는 가스배출관을 통해 상기 잉곳성장장비 내의 기체를 배기하는 배기장치로서, 상기 가스배출관에 연결되어 상기 기체의 통로가 되는 메인 배기관; 상기 메인 배기관을 통해 이동한 기체의 이물질을 거르는 필터; 상기 필터를 통과한 상기 기체를 흡입하는 진공펌프; 및 상기 메인 배기관으로 대기를 주입하는 대기공급수단;을 포함하고, 상기 대기공급수단은 상기 메인 배기관에서 분기되어 연장된 대기관과, 상기 대기관을 개폐하는 대기개폐벨브와, 상기 대기관으로 대기를 공급하는 대기공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 측면에서 본 발명에 따른 잉곳성장방법은, 잉곳성장장치 내에 배치된 석영도가니에 담긴 다결정 실리콘을 용융하는 단계; 상기 잉곳성장장치를 일정 기압으로 유지하면서, 상기 잉곳성장장치을 관통하는 가스배출관과 연결된 메인 배기관에 대기를 공급하는 산화공정을 시작하는 단계; 용융된 실리콘 융액으로부터 잉곳을 성장시키는 잉곳성장공정이 진행되는 단계; 및 상기 잉곳의 성장이 완료된 후 쿨링 공정이 진행되면서, 상기 산화공정을 종료하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 잉곳성장공정 중간에 산화공정을 수행할 수 있어서, 이후 배기관 클리닝 공정시 소비되는 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있으며, 이를 통해, 잉곳성장장치의 잉곳 생산효율이 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 가연성 이물질들이 분진상태일 때부터 안정적으로 산화를 진행시킴으로, 기존 클리닝 공정의 산화공정에서 퇴적된 가연성 이물질들의 표면에서만 산화가 일어나는 문제점도 극복할 수 있다.
즉, 본 발명에 의하여, 잉곳 생산효율 및 생산품질이 향상될 수 있으며, 배기관 청소 작업자의 위험도 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른, 잉곳성장장치에 연결된 배기장치의 단면을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 기존 클리닝 공정과정을 나타내는 흐름도 이다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 배기장치에 별도의 대기공급부가 설치된 개략적인 모습을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 대기공급부를 이용하여 잉곳성장공정을 진행하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 5는, 본 발명의 실시예에 따라서 산화공정이 이루어졌을 때 배기관 클리닝 공정 과정을 나타내는 흐름도이다.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
< 실시예 >
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른, 잉곳성장장치에 연결된 배기장치의 단면을 개략적으로 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 배기장치는, 잉곳성장장치(11)의 가스배출관과 진공펌프를 연결하는 메인 배기관(12)과, 배기관을 통해 잉곳성장장치(11) 내의 기체를 흡입하여 잉곳성장장치(11)를 낮은 기압상태(이하 '진공상태'라 기재한다)로 유지하는 진공펌프(42)와, 상기 진공펌프(42)로 기체가 유입되기 전에 이물질을 거르는 필터(41)와, 상기 메인 배기관(12)과 연결되어 진공상태를 대기압으로 해제하는 대기압 해제벨브(21, 22)를 포함한다.
각 구성요소에 대해 좀더 상세히 설명하면, 먼저, 잉곳성장장치(11)는 반도체 칩이나 태양 전지의 기판인 웨이퍼의 재료가 되는 단결정 잉곳을 생산하는 장치로, 성장되는 단결정 잉곳에 외부의 이물질 등이 유입되지 않도록 내부를 진공상태를 유지한다.
다만, 단결정 잉곳 인상 중에는 반응생성물로 실리콘 산화물이나 기화된 도펀트 등의 이물질이 발생되어 잉곳성장장치(11) 내에서 비산, 응축 및 고화될 수 있으므로, 단결정 잉곳의 오염을 방지하고 잉곳성장장치(11) 내의 분위기를 제어하기 위하여, 잉곳성장장치(11) 상부에는 불활성 기체를 공급하는 불활성 가스 공급부(50)가 더 설치된다.
이렇게 공급된 불활성 기체는 일정 경로로 흘러 발생된 이물질들과 함께 잉곳성장장치(11) 하부를 관통하는 가스배출관을 통해 배출된다.
그리고, 위와 같이 배출된 불활성 기체를 원활하게 배기하기 위하여, 가스배출관에는 메인 배기관(12)과, 필터(41)와, 진공펌프(42)가 순서대로 연결된다.
좀더 상세히, 상기 메인 배기관(12)은 메인 벨브(31)를 사이에 두고 가스배출관과 연결되며, 일측에는 청소를 위한 개구가 마련되고 이를 밀폐하는 배기관 캡(25)이 구성된다.
또한, 상기 메인 배기관(12)은 중심 라인과, 중심 라인의 일측에서 분기되는 하나 이상의 가지 라인들로 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 메인 배기관(12)의 중심 라인의 일측에서 분기되어 상측으로 연장된 가지 라인이 구성될 수 있으며 이러한 가지 라인 상단에는 대기를 유입하는 상부 대기압 해제벨브(21)가 마련될 수 있다. 이와 마찬가지로 중심 라인의 일측에서 분기되어 하측으로 연장된 가지 라인과, 가지 라인 하단에는 하부 대기압 해제벨브(22)가 더 마련될 수 있다.
본 실시예에서 설명하는 모든 벨브는 유량 조절이 가능한 전자 벨브로 구성되어 메인 계기판과 연결되도록 구성될 수 있으며, 작업자는 메인 계기판을 통해 각각의 벨브들을 개별적으로 개폐하거나 흐르는 유량 제어할 수 있으며, 이와 동시에 벨브를 통해 흐른 유량을 확인할 수 있다.
한편, 상기 메인 배기관(12)의 중심 라인은 필터 벨브(32)를 사이에 두고 불활성 기체에 포함된 이물질을 필터링(filtering)하기 위한 여과기가 마련된 필터(41)와 연결된다.
그리고, 상기 필터(41)는 필터(41)를 대기압으로 해제하기 위하여, 대기와 연결된 통로를 밀폐하는 상부 필터캡(23)과, 필터(41)를 클리닝시 사용되는 입구를 막아 놓은 하부 필터캡(24)과, 상단에 연결된 볼 벨브로 필터(41)에 대기 역류(blow back)을 위한 필터 역류 벨브(35)로 구성될 수 있다.
상기 메인 배기관(12)과 연결된 필터(41)의 반대편에는 진공펌프(42)가 펌프 벨브(33)와 스로틀 벨브(34)(throttle valve)를 사이에 두고 연결된다.
즉, 상술한 구성들에 의하여 배기되는 과정은, 진공 펌프(42)가 작동하여 기체를 흡입하면 잉곳성장장치(11) 내의 기체가 가스배출관을 통과해 메인 배기관(12)과 필터(41)를 지나 진공펌프(42)로 도달하는 순으로 이루어진다.
그런데, 앞서 설명한 바와 같이, 잉곳성장공정 중에는 이물질들이 발생되며, 이러한 이물질들은 대부분은 필터(41)에 걸러져 제거될 수 있으나, 나머지는 온도가 낮은 배기관에 고화 및 흡착된다.
그리고, 이와 같이 배기관에 퇴적된 이물질들은 다음 공정에서 원활한 배기를 방해하여 이후 공정에서 성장되는 잉곳의 품질을 저하할 수 있으므로, 잉곳성장공정이 끝난 이후에는 배기관을 청소하는 배기관 클리닝 공정을 수행한다.
도 2는 기존 클리닝 공정과정을 나타내는 흐름도이다.
이하에서는 도 2를 참조하여 기존 배기관 클리닝 공정에 대해 설명하면, 먼저, 잉곳성장공정이 완료된 후 잉곳성장장치(11)를 대기압 해제하고 성장이 완료된 잉곳을 분리한다. (S101)
이후, 배기관 내의 분진과 퇴적물을 산화하는 산화 공정(oxidation)이 이루어진 다음 각 배기관의 클리닝 공정이 실시됨으로써, 전체 클리닝 공정이 완료된다. (S102, S103)
여기서, 산화 공정이 수행되는 이유는, 이물질들에 포함된 가연성 물질들을 산화시켜 배기관 클리닝 공정시 산화물질의 발화에 작업자가 노출될 우려를 감소시키기 위함이다.
즉, 잉곳성장공정 중에 발생하는 반응생성물 중에는 발화물질, 예를 들면, 일산화규소(SiO)와 단결정에 도핑(dope)되는 보론(B), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등이 포함될 수 있는데, 이러한 이물질들은 낮은 온도에서 자연발화가 가능한 가연성 산화물로, 작은 마찰에도 발화할 위험성이 높다.
특히, 상기 인은 발화점이 34도로 상온에서도 자연적으로 연소될 수 있는 발화물질로, 클리닝 공정시 발생하는 마찰에 의하여 연소가 일어나 클리닝 작업자에게 화상을 입힐 수 있다.
그러므로, 이를 방지하기 위해, 배기관 클리닝 공정 전에는 배기관을 대기압으로 해제하고 대기를 유입하여, 배기관 내의 가연성 이물질들을 천천히 산화시키는 공정을 진행한다.
그런데, 이러한 산화 공정은 너무 많은 시간을 소모하는 문제점이 있다. 만약, 산화 공정의 진행시간을 단축하게 되면, 이물질의 일부만 산화되어 이후 배관 청소 진행시 작은 마찰에도 여전히 산화반응이 일어날 수 있기 때문이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 불활성 가스 공급부(50)를 통해 수증기를 함유한 대기를 공급하는 방법이 제안되었으나, 이와 같은 방법의 경우 잉곳성장장치 내 구성품 대다수 흑연인 점에서 구성품을 손상시킬 수 있고, 이물질의 표면에서만 산화반응이 일어나는 한계가 있었다.
본 실시예에서는 이러한 한계를 극복하기 위하여, 잉곳성장이 완료된 후 별도의 산화공정을 진행하는 것이 아닌, 잉곳성장공정과 동시에 산화공정을 진행하는 방법을 제안하고자 한다.
즉, 잉곳성장공정 진행 중에 잉곳성장장치(11) 내의 기체를 배기하는 과정에서 메인 배기관(12)을 통해 대기를 유입하여 이물질의 산화 반응을 유도함으로써, 공정 이후 별도의 산화공정을 할 필요가 없도록 하려는 것이다.
좀더 상세히, 잉곳성장장치(11)를 진공상태로 만드는 펌핑 공정이 수행되고, 잉곳에 원료가 되는 다결정 실리콘을 용융시키는 실리콘 멜팅 공정이 완료되면, 메인 배기관(12)에 대기압 해제벨브(21, 22)를 열어 대기를 유입시킴으로써, 메인 배기관(12) 내에서 이물질들에 산화가 일어나도록 한다. 그러나, 대기 유입 공정은 첨부되는 도펀트의 특성이나 공정 진행의 압력 정도에 따라서 도핑공정 이후 또는 공정 셋팅 이후에 적용될 수도 있다.
다만, 이와 같은 방법에 있어서, 대기압 해제 벨브(21, 22)를 통해 대기 유입시 잉곳성장장치(11)를 진공상태로 유지하는데 방해가 될 수 있으며, 이물질의 증착이 집중되는 메인 배기관(12)의 상부까지 대기가 유입되기 힘들어 공정 중 산화공정의 실효성이 떨어질 수 있다.
<다른 실시예 >
도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 배기장치에 별도의 대기공급부가 설치된 개략적인 모습을 나타내고, 도 4는 대기공급부를 이용하여 잉곳성장공정을 진행하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
본 실시예는, 배기관에서 산화가 일어나기 위하여 별도로 대기를 공급하는 수단을 추가함으로써 잉곳성장공정 중에 산화공정을 원활하게 수행하려는 것으로, 이하에서는 전술한 실시예와 공통된 내용에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 배기장치는 메인 배기관(12)과, 배기관을 통해 잉곳성장장치(11) 내의 기체를 흡입하는 진공펌프(42)와, 상기 진공펌프(42)로 기체가 배기 되기 전에 이물질을 거르는 필터(41)와, 상기 메인 배기관(12)과 연결되어 진공상태를 대기압으로 해제하는 대기압 해제벨브(21, 22)를 포함하며, 특히, 메인 배기관(12)에 연결되어 대기를 공급함으로써 이물질의 산화반응을 유도하는 대기공급부(100)를 더 포함한다.
각 구성요소에 대해 좀더 상세히 설명하면, 먼저, 잉곳성장장치(11)를 진공상태로 유지하기 위하여, 잉곳성장장치(11)의 상부에는 불활성 가스공급부(50)가 마련되고, 하부에는 잉곳성장장치(11)를 관통하는 가스배출관이 마련된다.
그리고, 상기 가스밸출관을 통해 배출된 기체는 배기장치의 메인 배기관(12)과, 필터(41)와, 진공펌프(42) 순으로 이동하여 배기된다.
좀더 상세히, 상기 메인 배기관(12)은 메인 벨브(31)를 사이에 두고 가스배출관과 연결되며, 일측에는 청소를 위해 마련된 개구와 이를 밀폐하는 배기관 캡(25)이 구성된다.
또한, 상기 메인 배기관(12)은 중심 라인과 하나 이상의 일측에서 분기되는 가지 라인들로 구성될 수 있으며, 중심 라인의 일측에서 분기되어 상부로 연결된 가지 라인에는 대기를 유입하는 상부 대기압 해제벨브(21)가 마련될 수 있고, 중심 라인의 일측에서 하부로 분기된 가지 라인에는 하부 대기압 해제벨브(22)가 더 마련될 수 있다.
한편, 상기 메인 배기관(12)의 중심 라인은 필터 벨브(32)를 사이에 두고 불활성 기체에 포함된 이물질을 필터링하는 여과기로 구성된 필터(41)와 연결된다.
상기 필터(41)는 필터(41)를 대기압으로 해제하기 위하여, 대기와 연결된 통로를 밀폐하는 상부 필터캡(23)과, 필터(41)를 클리닝시 사용되는 입구를 막아 놓은 하부 필터캡(24)과, 상단에 연결된 볼 벨브로 필터(41)에 대기 역류(blow back)을 위한 필터 역류 벨브(35)로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 필터(41)에서 걸러진 불활성 기체는 필터(41)에 연결된 진공펌프(42)로 이동되어 배기되며, 상기 필터(41)와 진공펌프(42)는 펌프 벨브(33)와 스로틀 벨브(34)(throttle valve)를 사이에 두고 연결된다.
여기서, 펌프 벨브(33)는 선택적으로 진공펌프(42)와 필터(41) 사이를 개폐하는 벨브이고, 스로틀 벨브(34)는 진공펌프(42)와 펌프 밸브(33) 사이에서 압력이 갑작스럽게 증가하거나 감소하는 것을 막는 역할을 한다.
특히, 본 실시예의 배기장치에는 메인 배기관(12)읫 상부에서 분기된 가지 라인을 통해 메인 배기관(12)으로 대기를 공급하는 대기공급부(100)가 더 마련된다.
좀더 상세히, 상기 메인 배기관(12)의 상부에서 분기된 가지 라인(110)(이하 대기관(110)이라 한다)은 대기를 공급하는 대기공급부(100)와 사이에 대기개폐밸브(120) 및 유량제어밸브(130)를 두고 연결된다.
이러한 대기공급부(100)는 메인 배기관(12) 상부에 대기를 공급하여 가스배출관을 통해 배출되는 이물질들을 곧바로 산화시킬 수 있으며, 공정에 따라서 대기 조성비를 달리함으로써 이물질을 안정적으로 산화시킬 수 있다.
예를 들어, 산화를 촉진하기 위하여 산소비율이 높은 대기를 공급할 수 있고, 인과 같은 도펀트 분진 발생시 급속한 연소반응을 방지하기 위하여 산소 비율을 낮추거나 수증기를 추가하여 공급할 수 있다.
또한, 본 실시예의 배기장치는 상기 메인 배기관(12)에 유입되는 대기의 압력 및 유량을 제어하는 것도 가능하다.
즉, 잉곳성장장치(11)의 크기 및 배기관의 크기 등에 따라서 달라지겠지만, 상기 유량제어밸브(130) 또는 대기공급부(100)는 대기관(110) 단면적 φ100당 공급되는 대기가 40 m/s를 넘지 않도록 대기를 공급할 수 있다. 이는 생성물 산화 시 생성물과 대기의 급속한 반응으로 인한 역류를 방지하기 위함이며, 더불어 충분한 산화 시간을 갖기 위함이다.
만약, 실제 배관 단면적 φ100당 40 m/s 이상으로 산화공정 진행 시, 급작스런 산화반응으로 인해 메인 배기관(12) 내에서 발화하는 현상이 발생할 수 있으며, 이에 따라서 발생된 분진들이 잉곳성장장치(11) 내로 유입될 수 있는 위험이 있다.
이하에서는 도 4를 참조하여, 이러한 대기공급부를 이용하여 잉곳성장공정을 진행하는 방법에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 잉곳성장장치(11) 내로 다결정 실리콘이 적층된 석영도가니가 장입된다.(S201)
이후, 잉곳성장장치(11)가 밀폐되고 진공펌프(42)를 이용하여 잉곳성장장치(11)의 기체를 흡입하는 진공 공정(pumping)이 수행된다. (S202)
잉곳성장장치(11)가 진공에 가까운 기압을 유지하면 다결정 실리콘을 용융시키는 실리콘 멜팅 공정이 진행된다. (S203)
다결정 실리콘이 용융되어 실리콘 융액이 되면, 배기관에 대기를 유입시키는 산화공정을 시작한다. (S204)
즉, 상기 대기공급부(100)가 작동됨과 동시에 대기개폐벨브(120)가 열리고, 유량제어벨브(130)는 서서히 열려 안정적으로 메인 배기관(12)에 대기가 공급되도록 제어한다.
좀더 상세히, 잉곳성장장치(11) 내를 일정한 기압으로 유지시키는 세팅 공정이 진행됨과 동시에, 실리콘 멜팅 공정이 완료될 시점에 대기공급부(120)가 대기를 공급하기 시작한다.
이를 위해, 대기개폐벨브(120)와 유량제어벨브(130)가 열리는데, 이때 유량 제어벨브(130)는 메인 배기관(12)으로 대기가 급하게 유입되는 것을 막기 위해서, 기 설정된 특정 유량에 도달할 때까지 서서히 열릴 수 있다.
그리고, 공정 중 대기가 유입됨에 따라서 잉곳성장장치(11)에서 발생되는 분진은 메인 배기관(12)내 대기공급부(100)의 위치부터 필터(41)를 거쳐 진공펌프(42)로 향하는 메인 배기관(12)내에서 산화반응을 거치게 된다.
예를 들어, 잉곳성장공정 중에 발생하는 대표적인 산화물들은 다음과 같은 화학식으로 산화반응이 일어날 수 있다.
Figure 112014001257914-pat00001
Figure 112014001257914-pat00002
한편, 이러한 산화과정은 발열 과정이므로 메인 배기관(12) 내 온도 변화를 가져올 수 있으므로, 대기의 유입량과 대기 조성비를 적절하게 제어하여야만 온도 변화 및 역류 발생을 방지하면서 산화를 진행할 수 있다.
예를 들어, 상기 대기공급부(100)는 배관 단면적 φ100당 40 m/s이하의 유량으로 유지하면서, 공급하는 대기 중 산소 조성비를 30%이하로 제어하고, 상황에 따라서 수증기를 추가하여 공급할 수 있다.
이러한 산화공정은 잉곳성장 공정이 완료되고, 잉곳을 냉각시키는 쿨링 공정(cooling)시까지 지속된다. (S205, S206)
이때, 공정 진행에 따라서 임의로 잉곳성장장치(11) 내의 분위기가 변경할 수 있는데, 대기공급부(100)는 이에 방해되지 않도록 적절하게 제어될 수 있다. 예를 들어, 잉곳의 냉각을 위하여 잉곳성장장치(11)를 설정압력으로 증가시킬 때, 유량제어벨브(130)를 통해 대기 유입량을 감소시킬 수 있다.
마지막으로, 쿨링 공정이 완료될 쯤에는, 대기공급부(100)는 오프되고 유량제어벨브(130) 및 대기개폐벨브(120)는 닫혀 산화공정이 완료된다. (S207)
이후, 배기관을 청소하는 클리닝 공정이 진행되는데, 본 실시예에서는 별도의 산화공정 없이 바로 배기관 청소를 진행할 수 있다. (S208)
도 5는, 본 발명의 실시예에 따라서 산화공정이 이루어졌을 때 배기관 클리닝 공정 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 클리닝 공정은 도 2에 도시된 기존의 클리닝 공정에서 산화공정을 제외하고 진행할 수 있다.
보통 기존 클리닝 공정에서 산화공정에 소비되는 시간은 약 24시간 정도인데, 본 실시예는 이러한 산화공정을 잉곳성장 중에 실시함으로써, 클리닝 공정시간을 획기적으로 줄일 수 있는 것이다.
이를 통해, 잉곳성장장치의 잉곳 생산효율이 향상될 수 있으며, 또한, 본 실시예는 가연성 이물질들이 분진상태일 때부터 산화를 시킴으로, 기존 클리닝 공정의 산화공정에서 퇴적된 가연성 이물질들의 표면에서만 산화가 일어나는 문제점도 극복할 수 있다.
즉, 전술한 본 실시예에 의하여, 잉곳 생산효율 및 생산품질이 향상될 수 있으며, 배기관 청소 작업자의 위험도 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
11: 잉곳성장장치
12: 메인 배기관
41: 필터
42: 진공펌프
50: 불활성 가스공급부
100: 대기공급부

Claims (10)

  1. 잉곳성장장비의 하부를 관통하는 가스배출관을 통해 상기 잉곳성장장비 내의 기체를 배기하는 배기장치로서,
    상기 가스배출관에 연결되어 상기 기체의 통로가 되는 메인 배기관;
    상기 메인 배기관을 통해 이동한 기체의 이물질을 거르는 필터;
    상기 필터를 통과한 상기 기체를 흡입하는 진공펌프; 및
    상기 메인 배기관으로 대기를 주입하는 대기공급수단;을 포함하고,
    상기 대기공급수단은 상기 메인 배기관에서 분기되어 연장된 대기관과, 상기 대기관을 개폐하는 대기개폐벨브와, 상기 대기관으로 대기를 공급하는 대기공급부;를 포함하고,
    상기 잉곳성장장비에서 다결정 실리콘이 용융되어 실리콘 융액이 형성되는 실리콘 멜팅 공정이 완료되는 시점에, 상기 대기공급부가 상기 메인 배기관에 대기를 공급하기 시작하며, 실리콘 단결정의 성장 공정과 실리콘 단결정의 성장시 발생되는 생성물에 대한 산화 공정이 동시에 수행되는 잉곳성장장비의 배기장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 대기개폐벨브와 상기 대기공급부 사이에는 유량을 조절하는 유량제어벨브가 더 포함된 잉곳성장장비의 배기장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 배기관은 중심 라인과, 상기 중심 라인의 일측에서 분기되어 연장되는 하나 이상의 가지 라인으로 구성되며, 상기 가지 라인의 단부에는 대기해제벨브가 구성된 잉곳성장장비의 배기장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 유량제어벨브와 대기개폐벨브는 전자 벨브로 구성되어 메인 계기판과 연결되는 잉곳성장장비의 배기장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 대기공급부는 산소의 조성비율을 달리하여 대기를 공급하는 잉곳성장장비의 배기장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 대기공급부는 대기에 수증기를 주입하여 상기 대기관으로 공급하는 잉곳성장장비의 배기장치.
  7. 잉곳성장장치 내에 배치된 석영도가니에 담긴 다결정 실리콘을 용융하는 단계;
    상기 잉곳성장장치를 일정 기압으로 유지하면서, 상기 잉곳성장장치을 관통하는 가스배출관과 연결된 메인 배기관에 대기를 공급하는 산화공정을 시작하는 단계;
    용융된 실리콘 융액으로부터 잉곳을 성장시키는 잉곳성장공정이 진행되는 단계; 및
    상기 잉곳의 성장이 완료된 후 쿨링 공정이 진행되면서, 상기 산화공정을 종료하는 단계; 를 포함하는 잉곳성장방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 산화공정을 시작하는 단계는, 상기 메인 배기관의 상부에서 분기된 대기관을 통해 대기를 주입하는 대기공급부에 의해 수행되는 잉곳성장방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 대기관에는 대기개폐벨브와 유량제어벨브가 구성되어,
    상기 대기 공급하는 단계에서는 상기 대기개폐벨브가 열리고, 상기 유량제어벨브는 기 설정된 유량에 도달할 때까지 서서히 열림으로써 상기 대기를 안정적으로 공급하는 잉곳성장방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 산화공정이 종료된 이후에 메인 배기관을 청소하는 배기관 클리닝 공정이 수행되는 단계;를 더 포함하는 잉곳성장방법.
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