KR101572093B1

KR101572093B1 - 충전 장치

Info

Publication number: KR101572093B1
Application number: KR1020140002761A
Authority: KR
Inventors: 박태진; 최현교; 김재성; 장윤선; 이득진
Original assignee: 주식회사 엘지실트론
Priority date: 2014-01-09
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2015-11-26
Also published as: KR20150083234A

Abstract

실시 예에 따른 충전 장치는 투입구, 및 배출구를 갖는 몸체, 중앙에 개구부를 갖는 판 형태이고, 복수 개로 분할된 덮개들을 포함하며, 상기 덮개들 각각은 상기 몸체의 일단에 연결되고 상기 몸체의 일단을 축으로 회전하는 덮개부, 상기 덮개들 각각의 일면을 지지하고, 상기 덮개들 각각을 상기 몸체의 일단과 연결된 부분을 축으로 회전시키는 개폐 조절부, 및 상기 덮개들 각각의 상기 일면에 연결되는 스플래쉬(splash) 차단부를 포함하며, 상기 스플래쉬 차단부는 상기 덮개들과 함께 회전한다.

Description

충전 장치{RECHARGE APPARATUS}

실시 예는 원료 물질을 충전시키는 충전 장치에 관한 것이다.

일반적으로 단결정 잉곳 성장 장치는 내부에 공간에 형성되는 챔버, 챔버 내에 설치되어 다결정 원료 물질이 투입되고 용융되는 도가니, 다결정 원료 물질을 융융시키기 위하여 도가니를 가열하는 히터, 종자 결정을 도가니에 담긴 용융액에 침지하고, 성장되는 단결정 잉곳을 서서히 인상시키는 인상 수단을 포함할 수 있다.

챔버 내에 위치하는 도가니에 원료 물질을 용이하게 투입하기 위하여 원료 충전 장치가 필요하다. 이러한 충전 장치는 투입구, 배출구, 및 내부에 원료 물질을 저장하는 공간을 구비하는 용기 형태이며, 배출구는 원료 물질을 채워진 상태에서는 폐쇄되나, 원료 물질을 도가니에 공급할 때에는 개방된다.

충전 장치는 원료 물질을 도가니에 최초로 투입할 경우에도 사용되거나, 용융액이 담긴 도가니에 원료 물질을 재충전할 경우에도 사용될 수 있다.

원료 물질을 도가니에 공급하기 위하여 인상 장치에 의하여 충전 장치는 챔버 내에서 도가니에 인접하도록 하강한다. 그리고 충전 장치가 도가니에 인접하여 위치한 상태에서, 충전 장치의 배출구가 개방되고, 저장된 원료 물질이 도가니 내에 투입될 수 있다. 충전을 위하여 충전 장치는 도가니 내의 용융액에 근접하기 때문에 충전 과정에서 충전 장치는 용융액에 의하여 오염될 수 있다.

실시 예는 용융액으로 인한 오염 또는 손상을 방지할 수 있고, 주변에 위치하는 구성물들의 파손을 방지할 수 있는 충전 장치를 제공한다.

실시 예에 따른 충전 장치는 투입구, 및 배출구를 갖는 몸체; 중앙에 개구부를 갖는 판 형태이고, 복수 개로 분할된 덮개들을 포함하며, 상기 덮개들 각각은 상기 몸체의 일단에 연결되고 상기 몸체의 일단을 축으로 회전하는 덮개부; 상기 덮개들 각각의 일면을 지지하고, 상기 덮개들 각각을 상기 몸체의 일단과 연결된 부분을 축으로 회전시키는 개폐 조절부; 및 상기 덮개들 각각의 상기 일면에 연결되는 스플래쉬(splash) 차단부를 포함하며, 상기 스플래쉬 차단부는 상기 덮개들과 함께 회전한다.

상기 덮개들이 상기 몸체의 일단을 축으로 회전함에 따라, 기준 수평면과 상기 스플래쉬 방지부들 각각이 이루는 각도가 조정되며, 상기 기준 수평면은 상기 투입구에서 상기 배출구로 향하는 방향과 수직인 면일 수 있다.

상기 덮개들 각각은 상부면, 하부면, 상기 상부면과 상기 하부면 사이에 위치하는 측면들을 포함하는 덮개판; 및 상기 측면들 중 어느 하나로부터 확장되고, 상기 몸체의 일단에 연결되는 확장부를 포함하며, 상기 스플래쉬 차단부는 상기 확장부에 인접하는 상기 하부면의 일 영역에 연결될 수 있다.

상기 개폐 조절부는 상기 덮개판의 하부면을 지지하는 지지콘; 및 상기 지지콘의 상단과 연결되고, 상기 지지콘을 지지하는 지지대를 포함할 수 있다.

상기 개폐 조절부는 상기 덮개판의 상부면과 상기 지지대의 외주면을 연결하는 와이어를 더 포함할 수 있다.

상기 지지콘은 상기 덮개판에 대응하는 관통부를 가지며, 상기 관통부의 면적은 상기 덮개판의 면적보다 작을 수 있다.

상기 지지콘은 중앙에 위치하고 상기 지지대와 연결되는 연결콘(connection cone); 상기 연결콘 주위에 배치되는 지지링(support ring); 및 상기 지지링과 상기 연결콘을 연결하는 복수의 연결대들을 포함할 수 있다.

상기 충전 장치는 상기 덮개판의 상부면에 형성되는 제1 연결 고리; 및 상기 지지대의 외주면에 형성되는 제2 연결 고리를 더 포함할 수 있으며, 상기 와이어의 일단은 상기 제1 연결 고리에 고정되고, 상기 와이어의 다른 일단은 상기 제2 연결 고리에 고정될 수 있다.

상기 연결콘의 하부면의 면적은 상기 덮개부의 상기 개구부의 면적보다 클 수 있다.

상기 복수의 연결대들 각각은 이웃하는 2개의 덮개판들 사이의 경계 부분에 정렬될 수 있다.

상기 복수의 연결대들 각각은 상기 확장부에 정렬될 수 있다.

상기 투입구에 인접하는 상기 몸체의 외주면에는 수평 방향으로 돌출되는 걸림턱이 형성될 수 있다.

상기 충전 장치는 상기 몸체의 직경 방향으로 연장되고, 양단이 상기 투입구에 인접한 상기 몸체의 서로 다른 2개의 영역들에 고정되고, 중앙에 상기 지지대가 삽입되는 관통 홀을 갖는 가이딩부를 더 포함할 수 있다.

상기 몸체 내에 충전되는 물질은 직경이 0.5mm ~ 100mm인 다결정 덩어리일 수 있다.

상기 덮개판과 상기 스플래쉬 차단부가 이루는 각도는 45°~ 135°일 수 있다.

실시 예는 용융액으로 인한 오염 또는 손상을 방지할 수 있고, 충전 장치 주변에 위치하는 구성물들의 파손을 방지할 수 있다.

도 1은 실시 예에 따른 충전 장치의 제1 사시도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 충전 장치의 제2 사시도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 충전 장치의 저면도를 나타낸다.
도 4는 도 2의 점선 부분의 제1 덮개의 분해 사시도를 나타낸다.
도 5는 도 4에 도시된 제1 덮개의 결합 사시도를 나타낸다.
도 6은 도 3에 도시된 복수의 덮개들의 저면도를 나타낸다.
도 7a는 도 3에 도시된 덮개판들 및 개폐 조절부의 사시도를 나타낸다.
도 7b는 도 7a에 도시된 개폐 조절부의 사시도를 나타낸다.
도 8은 도 7a에 도시된 덮개판들 및 개폐 조절부의 AB 방향의 단면도를 나타낸다.
도 9는 도 7b에 도시된 연결콘 및 지지링의 단면도를 나타낸다.
도 10은 일반적인 충전 장치의 단면도를 나타낸다.
도 11은 다른 실시 예에 따른 덮개들을 나타낸다.
도 12는 도 11에 도시된 제1 덮개의 분리 사시도를 나타낸다.
도 13은 다른 실시 예에 따른 연결대들의 배치를 나타내다.
도 14는 다른 실시 예에 따른 충전 장치의 사시도를 나타낸다.
도 15는 실시 예에 따른 단결정 성장 장치의 단면도를 나타낸다.
도 16a 내지 도 16c는 실시 예에 따른 충전 장치를 이용하여 도가니에 원료 물질을 채우는 것을 나타낸다.

이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.

도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 충전 장치, 및 이를 포함하는 단결정 성장 장치를 설명한다.

도 1은 실시 예에 따른 충전 장치(Recharge apparatus, 100)의 제1 사시도를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 충전 장치(100)의 제2 사시도를 나타내고, 도 3은 도 1에 도시된 충전 장치(100)의 저면도를 나타낸다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 충전 장치(100)는 반응 챔버(예컨대, 단결정 성장 챔버) 내에 위치하는 용기(예컨대, 도가니)에 원료 물질(예컨대, 폴리 실리콘 덩어리)을 채우는 수단이다.

충전 장치(100)는 투입구(13-1,13-2) 및 배출구(15)를 갖는 몸체(10), 배출구(15)를 덮도록 몸체(10) 하단에 연결되는 덮개부(20), 덮개부(20)를 지지하고 덮개부(20)를 조절하여 배출구(15)를 개방하거나 폐쇄하는 개폐 조절부(30), 및 덮개부(20)에 연결되고 덮개부(20)와 기설정된 각도만큼 기울어진 스플래쉬(splash) 차단부(25-1 내지 25-4)를 포함한다.

몸체(10)는 양 단부(12, 14)가 개방되고 길이 방향으로 연장되며, 가운데가 비어있는 관통부를 가질 수 있다. 예컨대, 몸체(10)는 원통형의 파이프(pipe) 또는 튜브(tube) 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 내부에 원료 저장 공간을 가지면 어떠한 형상이든 가능하다.

예컨대, 몸체(10)의 단면은 원, 타원, 또는 다각형 등과 같이 다양할 수 있다. 여기서 몸체(10)의 단부는 몸체(10)의 어느 한 측 끝단을 의미할 수 있다.

몸체(10)의 제1 단부(12)에는 원료 물질이 투입되는 투입구(13-1, 13-2)가 마련될 수 있다. 또한 몸체(10)의 제2 단부(14)에는 투입된 원료 물질을 밖으로 배출하기 위한 배출구(15)가 마련될 수 있다. 여기서 제1 단부(12) 및 제2 단부(14)는 몸체(10)의 서로 반대 편에 위치할 수 있다.

몸체(10)의 제1 단부(12), 및 제2 단부(12, 14) 각각의 형상은 원통형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 몸체(10)의 형상에 따라서 원형, 타원형, 또는 다각형 등으로 다양한 형상으로 구현 가능하다.

몸체(10)는 직경 방향으로 연장되고, 양단이 제1 단부(12)의 서로 다른 2개의 영역들에 고정되는 가이딩부(guiding part, 18)를 가질 수 있다.

몸체(10)의 제1 단부(12)에는 2개의 투입구들(13-1,13-2)이 마련될 수 있는데, 가이딩부(18)에 의하여 제1 투입구(13-1) 및 제2 투입구(13-2)가 서로 구분될 수 있다. 여기서 몸체(10)의 직경 방향은 몸체(10)의 길이 방향에 수직한 방향일 수 있다.

가이딩부(18)는 플레이트(plate) 또는 바(bar) 형상일 수 있으며, 일단은 제1 단부(12)의 일 영역과 연결될 수 있고, 나머지 다른 일단은 제1 단부(12)의 다른 영역과 연결될 수 있다.

가이딩부(18)의 일단과 나머지 다른 일단 사이에 개폐 조절부(30)의 지지대(34)가 삽입될 수 있는 관통 홀(18-1)을 구비할 수 있다.

예컨대, 관통 홀(18-1)은 가이딩부(18)의 중앙에 구비될 수 있으며, 관통 홀(18-1)은 몸체(10)의 중앙 또는 덮개부(20)의 개구부(24, 도 6 참조)의 중앙에 정렬될 수 있다.

몸체(10)의 제1 단부(12)에 인접하는 외주면에는 걸림턱(19)이 형성될 수 있다. 걸림턱(19)은 몸체(10)의 상측 외주면으로부터 수평 방향으로 돌출되는 링(ring) 형상의 구조일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시 예는 복수의 이격하는 걸림턱들을 구비할 수 있다. 걸림턱(19)은 후술하는 챔버(10) 내부에 마련되는 지지턱(701, 도 14 참조)에 걸려 지지되는 역할을 할 수 있다.

몸체(10)의 제2 단부(14)의 외주면에는 돌출부(14-1)가 마련될 수 있다. 돌출부(14-1)는 몸체(10)의 외주면으로부터 몸체(10) 바깥쪽으로 돌출된 구조일 있다. 예컨대, 돌출부(14-1)는 몸체(10)의 제2 단부(14)에 마련되는 플렌지(flange)일 수 있다. 덮개부(20)의 일단은 돌출부(14-1)에 연결될 수 있다.

돌출부(14-1)는 링(ring) 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 다른 실시 예에서 돌출부의 개수는 복수 개일 수 있고, 복수 개의 돌출부은 서로 이격하여 외주면에 마련될 수 있고, 각각의 돌출부에는 덮개부(20)의 덮개들(20-1, 20-2, 20-3, 20-4) 중 대응하는 어느 하나가 연결될 수 있다.

예컨대, 걸림턱(19)의 돌출 길이는 돌출부(14-1)의 돌출 길이보다 길 수 있다. 이는 돌출부(14-1)는 지지턱(701)에 걸리지 않고, 걸림턱(19)만이 지지턱(701)에 걸리도록 하기 위함일 수 있다.

몸체(10)의 재질은 내부에 저장되는 원료 물질의 오염을 방지하기 위하여 석영(quartz)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

덮개부(20)는 중앙에 개구부(24)를 가지며 복수 개로 분할되는 판 형태일 수 있다.

예컨대, 덮개부(20)는 중앙에 원형의 개구부(24)를 가지는 원판 형태일 수 있으며, 복수 개의 덮개들(20-1 내지 20-n, n>1인 자연수, 예컨대, n=4)로 분할될 수 있으며, 복수 개의 덮개들(예컨대, 20-1 내지 20-4) 각각은 돌출부(14-1)의 서로 다른 영역에 연결될 수 있다.

도 1 내지 도 3에는 덮개부(20)가 4개의 덮개들(예컨대, 20-1 내지 20-4)을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 덮개들(20-1 내지 20-n, n>1인 자연수)의 수는 2개 이상일 수 있다.

복수의 덮개들(예컨대, 20-1 내지 20-4) 각각은 일단이 몸체(10)의 제2 단부(14)에 연결될 수 있으며 여닫이 방식에 의하여 배출구(15)를 개방 또는 폐쇄하도록 제2 단부(14)에 연결된 일단을 축으로 회전할 수 있다.

복수의 덮개들(예컨대, 20-1 내지 20-4) 각각의 길이는 배출구(15)의 직경의 2분의 1보다 작기 때문에, 덮개들(예컨대, 20-1 내지 20-4)로 닫힌 배출구(15)에는 중앙에 개구부(24)가 형성될 수 있다.

예컨대, 배출구(15)를 닫은 덮개들(예컨대, 20-1 내지 20-n)의 전체 형상은 중앙에 개구부(24)를 갖는 판(plate) 또는 보드(board) 형상일 수 있다.

도 1은 배출구(15)를 폐쇄하도록 덮개들(예컨대, 20-1 내지 20-4)이 닫힌 도면일 수 있고, 도 2는 배출구(15)를 개방하도록 덮개들(예컨대, 20-1 내지 20-4)이 열린 도면일 수 있다.

덮개들(예컨대, 20-1 내지 20-4)의 닫힌 형상은 배출구(15)의 형상에 의하여 결정될 수 있다. 도 1 및 도 3에 도시된 개구부(24)는 원형이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 개구부(24)의 형상은 타원형, 또는 다각형 등과 같이 다양한 형상으로 구현될 수 있다.

덮개들(예컨대, 20-1 내지 20-4)은 서로 일정 거리 이격할 수 있으며, 각각의 일단은 돌출부(14-1)에 연결될 수 있다. 이때 덮개들(예컨대, 20-1 내지 20-4) 사이의 이격 거리는 충전 장치(100)에 저장되는 원료 물질 덩어리의 직경보다 작을 수 있다.

스플래쉬 차단부들(25-1 내지 25-4) 각각은 덮개들(예컨대, 20-1 내지 20-4) 중 대응하는 어느 하나에 연결된다. 스플래쉬 차단부들(25-1 내지 25-4) 각각은 덮개들(예컨대, 20-1 내지 20-4) 중 대응하는 어느 하나와 기설정된 각도만큼 기울어진 판 형태일 수 있다. 예컨대, 기설정된 각도는 45°~ 135°일 수 있다.

예컨대, 스플래쉬 차단부(25-1 내지 25-4)가 접힌 상태(도 16a 참조)에서 몸체(10) 밖으로 튀어나오지 않고, 스플래쉬 차단부(25-1 내지 25-4)가 펴진 상태(도 16c 참조)에서 최대로 펴지기 위하여 덮개(20-1 내지 20-4)의 덮개판(310,320,330,340)과 스플래쉬 차단부(25-1 내지 25-4) 간의 각도는 90°일 수 있다.

덮개들(예컨대, 20-1 내지 20-4) 각각이 몸체(10)의 일단과 연결된 부분을 축으로 회전할 때, 덮개들(예컨대, 20-1 내지 20-4) 각각에 연결되는 스플래쉬 차단부(예컨대, 25-1 내지 25-4)도 함께 회전할 수 있다.

예컨대, 도 1의 덮개들(20-1 내지 20-4)이 닫힌 상태에서 스플래쉬 차단부들(25-1 내지 25-4)은 접힌 상태일 수 있고, 도 2의 덮개들(20-1 내지 20-4)이 열린 상태에서는 스플래쉬 차단부들(25-1 내지 25-4)은 펴진 상태일 수 있다.

도 4는 도 2의 점선 부분(11)의 제1 덮개(20-1)의 분해 사시도를 나타내고, 도 5는 도 4에 도시된 제1 덮개(20-1)의 결합 사시도를 나타낸다. 나머지 제2 내지 제4 덮개들(20-2 내지 20-4)의 구조도 제1 덮개(20-1)와 동일할 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 덮개들(20-1 내지 20-4) 각각은 덮개판(310,320,330,340), 및 연결부(322a,324,332a,334,352,354)를 포함할 수 있다.

예컨대, 제1 덮개판(310)은 일단으로부터 연장 또는 확장되는 확장부(312)를 가질 수 있고, 확장부(312)에는 수평 방향으로 뚫린 관통 홀(101)이 마련될 수 있다. 이때 수평 방향은 확장부(312)의 서로 마주보는 2개의 측면들을 관통하는 방향일 수 있다.

연결부(322a,324,332a,334,352,354)는 확장부(312)를 돌출부(14-1)에 연결할 수 있으며, 연결부(322a,324,332a,334,352,354)를 축으로 덮개판(310)은 회전할 수 있다.

예컨대, 연결부(322a,324,332a,334,352,354)는 제1 및 제2 고정 볼트들(322a, 324), 연결 볼트(332a), 및 제1 내지 제3 너트들(334,352,354)을 포함할 수 있다.

제1 고정 볼트(322a)는 관통 홀(301)을 갖는 제1 부분(322-1), 및 제1 부분(322-1)으로부터 확장되는 제2 부분(322-2)을 포함할 수 있다. 제2 고정 볼트(324)는 관통 홀(302)을 갖는 제1 부분(324-1), 및 제1 부분(324-1)으로부터 확장되는 제2 부분(324-2)을 포함할 수 있다.

제2 부분(322-2,324-2)의 형상은 다면체이거나, 또는 십자 구조일 수 있으며, 제2 부분(322-2,324-2)의 말단에는 후술하는 제2 및 제3 너트(352,354)와 결합하기 위한 나사선이 형성될 수 있다.

제1 고정 볼트(322a)는 확장부(312)의 일 측에 위치할 수 있고, 제2 고정 볼트(324)는 확장부(312)의 다른 일 측에 위치할 수 있다.

연결 볼트(332a)는 제1 고정 볼트(322)의 관통 홀(301), 확장부(312)의 관통 홀(101), 및 제2 고정 볼트(324)을 관통 홀(302)을 통과하여 제1 너트(334)와 연결될 수 있다.

즉 연결 볼트(332a)는 제1 및 제2 고정 볼트(322a, 324)와 확장부(312)를 연결할 수 있으며, 덮개판(310)은 연결 볼트(332a)를 축으로 회전 운동할 수 있다.

돌출부(14-1)는 제1 고정 볼트(322a)의 제2 부분(322-2) 및 제2 고정 볼트(324)의 제2 부분(324-2)이 삽입될 수 있는 복수의 관통 홈들(예컨대, 342, 344)을 가질 수 있다.

관통 홈들(예컨대, 342,344) 각각의 단면 형상은 제1 및 제2 고정 볼트(322a, 324) 각각의 제2 부분(322-2, 324-2)의 형상에 의하여 결정될 수 있다.

예컨대, 관통 홈들(예컨대, 342,344)의 단면 형상은 제1 및 제2 고정 볼트(322a, 324) 각각의 제2 부분(322-2,324-2)이 삽입될 수 있도록 삼각형 또는 사각형 등의 다각형 또는 십자 형상일 수 있다.

제1 고정 볼트(322a)의 제2 부분(322-2)은 돌출부(14-1)에 마련된 관통 홈(342)을 통과하고, 통과된 제2 부분(322)의 말단은 제2 너트(352)와 결합할 수 있다.

제2 고정 볼트(324)의 제2 부분(324-2)은 돌출부(14-1)에 마련된 관통 홈(344)을 통과하고, 통과된 제2 부분(322)의 말단은 제3 너트(354)와 결합할 수 있다.

제1 및 제2 고정 볼트(322a,324) 및 제2 및 제3 너트(352,354)에 의하여 덮개판(310)은 돌출부(14-1)에 고정될 수 있다.

제1 및 제2 고정 볼트들(322a,324)이 확장부(312)의 양 측에서 덮개판(310)을 지지하고, 제1 및 제2 고정 볼트들(322a,324)의 제2 부분들(322-2,324-2)의 단면이 원형이 아니라, 다각형 또는 십자 형상이기 때문에, 덮개판(310)이 제1 및 제2 고정 볼트들(322a,324)을 축으로 회전하는 것을 방지할 수 있다.

도 6은 도 3에 도시된 복수의 덮개들(20-1 내지 20-4)의 저면도를 나타낸다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 덮개판들(310,320,330,340) 각각은 상부면(401, 도 4 참조), 하부면(402) 및 상부면(401)과 하부면(402) 사이에 위치하는 복수 개의 측면들(411,412,413,414)을 포함할 수 있다.

덮개판들(310,320,330,340)의 닫힌 형상(도 6 참조)은 중앙에 개구부(24)를 갖는 원판 형상일 수 있으며, 덮개판들(310,320,330,340) 각각은 복수의 측면들(411,412,413,414) 중 제1 측면(411)으로부터 돌출되는 확장부(312,322,332,342)를 가질 수 있다.

확장부(312,322,332,342)는 제1 측면(411)의 일 영역(예컨대, 중앙 영역)으로부터 제1 방향으로 돌출될 수 있으며, 확장부(312,322,332,342)는 관통 홀(101 내지 104)을 가질 수 있다. 이때 제1 방향은 제2 측면(412)으로부터 제1 측면(411)으로 향하는 방향일 수 있다.

제1 측면(411)은 곡면일 수 있다. 예컨대, 제1 측면(411)은 원통형의 몸체(10)의 내주면과 동일한 곡률을 갖는 곡면일 수 있으나, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 측면(411)과 제2 측면(412) 사이에 위치하는 제3 측면(413) 및 제4 측면(414)은 이웃하는 덮개판(320 또는 340)의 제3 측면(413) 및 제4 측면(414)과 서로 마주볼 수 있다.

제1 측면(411)과 마주보는 제2 측면(412)은 오목한 곡면일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 측면(412)은 지지콘(32)의 연결콘(32a)과 접하는 부분이기 때문에, 오목한 곡면은 지지콘(32)과 밀착될 수 있다.

덮개판들(310,320,330,340) 각각의 직경 또는 길이(d1)가 배출구(15)의 직경의 2분 1보다 작기 때문에, 덮개들(20-1 내지 20-4)이 배출구(15)를 닫을 경우에 덮개판들(310,320,330,340)의 제2 측면들(412)은 개구부(24)를 형성할 수 있다. 이때 제2 측면(412)이 오목한 곡면이기 때문에, 개구부(24)의 형상은 원형일 수 있으나, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다.

덮개판들(310,320,330,340) 각각은 배출구(15)의 일부 영역을 덮을 수 있으며, 후술하는 연결콘(32a)은 개구부(24)를 덮을 수 있다.

예컨대, 덮개판들(310,320,330,340) 각각의 직경(d1)과 배출구(15)의 직경(d2)의 비율(d1:d2)은 1:2.5 ~ 4일 수 있다. 개구부(24)의 직경(d3)과 배출구(15)의 직경(d2)의 비율(d3:d2)은 1:2~5일 수 있다.

스플래쉬 차단부들(25-1 내지 25-4)은 확장부(312)에 인접하는 하부면(402)의 일 영역에 연결될 수 있다. 예컨대, 스플래쉬 차단부들(25-1 내지 25-4)은 하부면(402)과 확장부(312) 간의 경계 부분에 접할 수 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 스플래쉬 차단부들(25-1 내지 25-4)의 형상은 사각형의 판(plate) 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다각형, 또는 반원 등과 같이 다양한 형상을 갖는 판일 수 있다.

용융액의 튀김을 차단하기 위하여 스플래쉬 차단부들(25-1 내지 25-4) 각각의 길이(L1)는 확장부(312,322,332,342)의 길이(L2)보다 길 수 있으며, 덮개판들(310,320,330,340) 각각의 직경(d1)보다 클 수 있다.

도 11은 다른 실시 예에 따른 덮개들(21-1, 21-2)을 나타내고, 도 12는 도 11에 도시된 제1 덮개(21-1)의 분리 사시도를 나타낸다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 도 1에 도시된 실시 예는 4개의 덮개들(20-1 내지 20-4)을 포함하지만, 도 11에 도시된 실시 예는 2개의 덮개들(21-1, 21-2)을 포함할 수 있다.

제1 및 제2 덮개들(21-1, 21-2) 각각은 서로 일정 거리 이격할 수 있으며, 각각의 일단은 돌출부(14-1)에 연결될 수 있다. 제1 및 제2 덮개들(21-1, 21-2) 각각은 덮개판(410, 420), 복수의 볼트들(322a, 324, 332a) 및 너트들(334,352,354)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 덮개들(21-1, 21-2)에 포함된 볼트들(322a, 324, 332a) 및 너트들(334,352,354)은 도 4에서 설명한 바와 동일한 구조일 수 있으며, 중복을 피하기 위하여 설명은 생략한다.

덮개판들(410, 420) 각각은 원판이 2개로 분할된 구조일 수 있고, 양자는 서로 동일하거나 대칭적인 형상일 수 있다.

덮개판들(410, 420) 각각은 상부면, 하부면, 및 상부면과 하부면 사이에 위치하는 복수 개의 측면들(511,512,513,514)을 포함할 수 있다.

덮개판들(410, 420)의 닫힌 형상은 중앙에 개구부(24)를 갖는 원판 형상일 수 있으며, 덮개판들(410,420) 각각은 복수의 측면들 중 제1 측면(511)의 일 영역으로부터 돌출되는 확장부(410-1, 또는 410-2)를 가질 수 있다.

확장부(410-1 또는 410-2)는 관통 홀(101-1, 101-2)을 가질 수 있다. 제1 측면(511)은 곡면일 수 있다. 이때 제1 방향은 제2 측면(512)으로부터 제1 측면(511)으로 향하는 방향일 수 있다.

제1 덮개판(410)의 제1 측면(511)과 제2 측면(512) 사이에 위치하는 제3 측면(513) 및 제4 측면(514)은 제2 덮개판(420)의 제3 측면 및 제4 측면과 서로 마주볼 수 있다. 제2 측면(512)은 오목한 곡면일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 측면(512)은 지지콘(32)과 접하는 부분이기 때문에, 오목한 곡면은 지지콘(32)과 밀착될 수 있다.

개폐 조절부(30)는 덮개판들(410,420) 각각을 지지할 수 있고, 상하로 이동함에 따라 덮개판들(410,420)을 회전 이동시킬 수 있다. 덮개판들(410,420)이 회전 이동함에 따라 배출구(15)는 개방되거나 폐쇄될 수 있다.

스플래쉬 차단부들(26-1, 26-2) 각각은 덮개판들(410, 420) 중 대응하는 어느 하나의 하부면에 연결되며, 스플래쉬 차단부들(26-1, 26-2) 각각은 대응하는 덮개판(410, 420)의 하부면으로부터 기설정된 각도만큼 경사질 수 있다.

도 7a는 도 3에 도시된 덮개판들(310,320,330,340) 및 개폐 조절부(30)의 사시도를 나타내고, 도 7b는 도 7a에 도시된 개폐 조절부(30)의 사시도를 나타내고, 도 8은 도 7a에 도시된 덮개판들(310,320,330,340) 및 개폐 조절부(30)의 AB 방향의 단면도를 나타낸다. 도 7a는 덮개판들(310,320,330,340)이 배출구(15)를 완전히 닫았을 때의 사시도이다.

도 7a, 도 7b, 및 도 8을 참조하면, 개폐 조절부(30)는 덮개판들(310,320,330,340) 각각의 하부면(402)의 다른 일 영역을 지지하는 지지콘(supporting cone, 32), 일단은 지지콘(32)과 연결되고 나머지 다른 일단은 인상 수단(780, 도 14 참조)과 연결되는 지지대(34), 및 덮개판들(310,320,330,340) 각각과 지지대(34)를 연결하는 와이어들(391 내지 394)을 포함한다.

도 7b에 도시된 바와 같이, 지지콘(32)은 복수의 관통부들(31-1 내지 31-4)을 가지며, 복수의 관통부들(31-1 내지 31-4) 각각은 덮개들(20-1 내지 20-4) 중 어느 하나에 대응하며, 관통부들(31-1 내지 31-4) 각각의 개구 면적은 덮개들(20-1 내지 20-4) 중 대응하는 어느 하나의 하부면의 면적보다 작을 수 있다.

예컨대, 지지콘(32)은 덮개판들(310,320,330,340) 각각에 대응하는 관통부(31-1 내지 31-4)를 가질 수 있으며, 관통부들(31-1 내지 31-4) 각각의 개구 면적은 덮개판들(310,320,330,340) 중 대응하는 어느 하나의 하부면(402)의 면적보다 작을 수 있다.

지지콘(32)은 원료 물질의 오염을 방지하기 위하여 석영(quartz)으로 이루어질 수 있다. 지지대(34)는 막대(rod) 형상일 수 있고, 몰리브덴(Mo)으로 이루어질 수 있다.

지지콘(32)은 중앙에 위치하고 지지대(34)와 연결되는 연결콘(connection cone, 32a), 및 연결콘(32a) 주위에 배치되는 지지링(support ring, 32b), 및 연결콘(32a)과 지지링(32b)을 연결하는 복수의 연결대들(32-1 내지 32-4)을 포함할 수 있다.

연결콘(32a)은 지지링(32b) 내에 배치될 수 있고, 가운데 부분이 가장 자리 부분보다 튀어나온 콘(cone) 형상일 수 있다.

복수의 연결대들(32-1 내지 32-4)은 서로 이격하여 배치될 수 있으며, 복수의 연결대들(32-1 내지 32-4)에 의하여 덮개판들(310,320,330,340) 각각에 대응하는 관통부(31-1 내지 31-4)가 마련될 수 있다. 예컨대, 관통부들(31-1 내지 31-4) 각각의 형상은 덮개판들(310,320,330,340) 중 대응하는 어느 하나의 형상과 일치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

덮개판들(310,320,330,340) 각각의 하부면(402)의 가장 자리 영역은 연결캡(32a), 연결대들(32-1 내지 32-4), 및 지지링(32b)에 의하여 지지될 수 있다.

복수의 연결대들(32-1 내지 32-4) 각각은 이웃하는 2개의 덮개판들(예컨대, 310과 320, 320과 330, 330과 340, 및 340과 310) 사이의 경계 부분에 정렬될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서 경계 부분은 이웃하는 2개의 덮개판들 사이의 공간을 의미할 수 있다.

도 13은 다른 실시 예에 따른 연결대들(32-1' 내지 32-4')의 배치를 나타내다.

도 13을 참조하면, 연결대들(32-1' 내지 32-4') 각각은 복수의 덮개들(20-1 내지 20-4) 중 대응하는 어느 하나에 정렬될 수 있다. 예컨대, 연결대들(32-1' 내지 32-4') 각각은 복수의 덮개들 중 대응하는 어느 하나의 확장부(312 내지 342)에 정렬될 수 있다.

예컨대, 연결대들(32-1' 내지 32-4') 각각은 복수의 덮개판들(310,320,330,340) 중 대응하는 어느 하나의 기준선(399)에 정렬될 수 있다. 기준선(399)은 덮개판(310,320,330,340)의 제1 측면(411)과 제2 측면(412) 각각의 중앙을 연결하는 선으로, 기준선(399)을 기준으로 덮개판(310,320,330,340)은 좌우 대칭일 수 있다.

연결대들(32-1' 내지 32-4')이 기준선(399)에 정렬되기 때문에, 도 3의 실시 예보다 더 안정적으로 덮개판들(310,320,330,340)을 지지할 수 있다.

와이어들(391 내지 394) 각각은 덮개판들(310,320,330,340) 중 대응하는 어느 하나의 상부면(401)과 지지대(34)의 외주면의 일 영역을 연결한다.

예컨대, 와이어들(391 내지 394) 각각은 덮개판(310,320,330,340)의 제1 측면(411)과 인접하는 덮개판(310,320,330,340)의 상부면 가장 자리에 연결될 수 있다.

예컨대, 와이어들(391 내지 394) 각각이 연결되는 덮개판(310,320,330,340)의 상부면의 일 영역은 기준선(399)에 정렬될 수 있다.

덮개판들(310,320,330,340) 각각의 상부면(401)의 일 영역에는 제1 연결 고리(371 내지 374)가 형성될 수 있고, 지지대(34)의 외주면에는 제1 연결 고리(371 내지 374)에 대응하는 제2 연결 고리(381 내지 384)가 형성될 수 있다. 와이어들(391 내지 394) 각각의 일단은 제1 연결 고리(371 내지 374)에 고정될 수 있고, 와이어들(391 내지 394) 각각의 타 단은 제2 연결 고리(381 내지 384)에 고정될 수 있다.

와이어들(391 내지 394) 각각은 몰리브덴(Mo)으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 9는 도 7b에 도시된 연결콘(32-1) 및 지지링(32b)의 단면도를 나타낸다.

도 9를 참조하면, 연결콘(32-1)은 하부의 측면(501)으로부터 일정 거리 이내에 해당하는 가장 자리 영역인 제1 부분(S1), 및 제1 영역(S1)을 제외한 중앙에 위치하는 나머지 영역에 해당하는 제2 부분(S2)을 포함할 수 있다.

제1 부분(S1)은 덮개판들(310,320,330,340) 각각의 제2 측면(412)에 인접하는 부분을 지지할 수 있다. 덮개판들(310,320,330,340)을 안정적으로 지지하기 위하여 제1 부분(S1)은 평평할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

제2 부분(S2)은 중앙 부분의 높은 콘(cone) 형상일 수 있으며, 콘의 외주면은 일정한 곡률(R1)을 갖는 곡면일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

덮개판들(310,320,330,340)이 회전 이동함에 따라 덮개판들(310,320,330,340)의 에지 부분 또는 모서리 부분은 제2 부분(S2)과 마찰이 일어날 수 있다. 실시 예는 제2 부분(S2)을 일정한 곡률을 갖는 곡면으로 해서 마찰에 의한 연결콘(32-1)의 파손을 방지할 수 있다.

연결콘(32-1)은 중앙에 지지대(34)가 삽입될 수 있고, 바닥을 노출하는 홈(31)을 가질 수 있다. 지지대(34)의 일단은 홈(31)에 삽입되어 지지콘(32)의 바닥과 결합할 수 있다.

예컨대, 연결콘(32-1)의 홈(31) 바닥에는 나사 홈(35)이 형성될 수 있으며, 지지대(34)의 일단에는 나사 홈(35)과 결합 가능한 나사선이 형성될 수 있다. 지지대(34)의 일단은 홈(31)에 삽입될 수 있고, 삽입된 지지대(34)의 일단은 홈(31)에 형성된 나사 홈(35)과 결합할 수 있다.

지지대(34)의 나머지 다른 일단은 상술한 가이딩부(18)의 관통 홀(18-1)을 통과하여 인상 수단(780, 도 14 참조)과 연결될 수 있다.

가이딩부(18)는 지지대(34)의 상하 이동을 용이하게 할 수 있고, 지지대(34)가 개구부(24)의 중심에 정렬하도록 가이드할 수 있고, 상하 이동시 지지대(34)가 좌우로 흔들리지 않도록 하는 역할을 할 수 있다.

인상 수단(780, 도 14 참조)에 의하여 지지대(34)에 연결된 연결콘(32-1)이 상하로 이동할 수 있으며, 연결콘(32-1)이 이동함에 따라 연결콘(32-1) 및 지지대(32-1 내지 32-4)에 의해 지지되는 덮개판들(310,320,330,340)이 회전축을 중심으로 회전 이동할 수 있다.

상술한 바와 같이 회전축은 돌출부(14-1)와 덮개판들(310,320,330,340)의 일단을 연결하는 연결부, 예컨대, 도 4에 도시된 연결 볼트(332a)일 수 있다. 그러나 연결부의 구조는 도 4에 한정되는 것은 아니며, 연결되어 회전 가능한 구조이면 충분하다.

개폐 조절부(30)는 기준 수평면(33)과 지지콘(32)의 최하단부(36)와의 거리를 조절함으로써, 덮개판들(310,320,330,340) 각각의 회전 각도를 조절할 수 있다.

여기서 기준 수평면(33)은 몸체(10)의 제2 단부(14)와 수평이고, 제2 단부(14)와 동일 평면 상에 위치하는 면일 수 있다. 또는 기준 수평면(33)은 몸체(10)의 제1 단부(12)에서 제2 단부(14)로 향하는 방향과 수직인 면일 수 있다. 또는 기준 수평면(33)은 투입구(13-1 내지 13-2)에서 배출구(15)로 향하는 방향과 수직인 면일 수 있다.

도 16a 내지 도 16c는 실시 예에 따른 충전 장치(100)를 이용하여 도가니(720, 도 15 참조)에 원료 물질을 채우는 것을 나타낸다.

도 16a를 참조하면, 덮개들(20-1 내지 20-4)이 배출구(15)를 완전히 닫은 상태가 되도록 지지콘(32)의 최하단부(36)와 기준 수평면(33)과의 거리(D)를 조절한다.

예컨대, 덮개들(20-1 내지 20-4)이 배출구(15)를 완전히 닫은 상태일 경우, 기준 수평면(33)과 지지콘(32)의 최하단부(36)와의 거리(D)는 α일 수 있다.

기준 수평면(33)과 지지콘(32)의 최하단부(36)와의 거리(D)가 α일 경우, 기준 수평면(33)을 기준으로 덮개판들(310,320,330,340)이 회전 이동하는 각도는 0°일 수 있다. 이때 배출구(15)는 덮개들(20-1 내지 20-4) 및 지지콘(32)에 의하여 폐쇄될 수 있다.

덮개들(20-1 내지 20-4)이 배출구(15)를 완전히 닫은 상태에서, 투입구(13-1, 13-2)를 통하여 원료 물질(810, 예컨대, 다결정 덩어리)을 몸체(10) 내부에 채운다.

몸체(10)에 원료 물질(810)은 채운 후에, 인상 수단(780)에 의하여 챔버(710) 내부로 충전 장치(100)를 하강시킬 수 있다.

하강하는 충전 장치(100)의 걸림턱(19)은 챔버(710) 내부에 마련된 지지턱(701)에 걸릴 수 있고, 충전 장치(100)의 몸체(10)는 지지턱(701)에 의하여 더 이상 하강하지 않고 정지할 수 있다.

걸림턱(19)이 지지턱(701)에 걸리기 이전에 기준 수평면(33)과 지지콘(32)의 최하단부(36)와의 거리(D)는 α일 수 있다.

덮개들(20-1 내지 20-4)이 배출구(15)를 완전히 닫은 상태일 경우, 기준 수평면(33)과 스플래쉬 차단부들(25-1 내지 25-4) 각각이 이루는 각도는 θ1일 수 있다. 예컨대, θ1은 90°일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 16b를 참조하면, 몸체(10)가 지지턱(701)에 걸려 정지한 이후에, 인상 수단(780)에 의하여 개폐 조절부(30)가 좀 더 하강함에 의하여 덮개들(20-1 내지 20-4) 및 스플래쉬 차단부(25-1 내지 25-4)가 회전 이동할 수 있고, 덮개들(20-1 내지 20-4) 회전 이동함에 따라 배출구(15)는 점차 개방될 수 있다. 덮개들(20-1 내지 20-4)의 회전 이동 각도가 증가함에 따라 배출구(15)가 개방되는 크기가 증가할 수 있다.

개폐 조절부(30)가 하강함에 의하여 기준 수평면(33)과 지지콘(32)의 최하단부(36)와의 거리(D)가 α보다 커질 수 있고, 기준 수평면(33)을 기준으로 덮개판들(310,320,330,340)이 회전 이동하는 각도가 증가할 수 있다. 이때 배출구(15)는 덮개판들(310,320,330,340) 및 지지콘(32)에 의하여 일부 폐쇄 및 일부 개방될 수 있다.

다결정 덩어리의 원료 물질(810)을 막힘없이 원활하게 배출할 수 있는 기준 수평면(33)과 지지콘(32)의 최하단부(36)와의 최소 거리(D)는 β일 수 있다.

지지콘(32)이 도 8에 도시된 위치에서 하강함에 따라 배출구(15)가 서서히 개방되는데, 원료 물질(810)을 막힘없이 원활하게 배출할 수 있는 기준 수평면(33)과 지지콘(32)의 최하단부(36) 사이의 최소 거리를 배출구(15)의 개방 거리(D=β)라 정의할 수 있다.

충전 장치(100) 내에 채워지는 원료 물질인 다결정 덩어리들(810, 예컨대, 폴리 실리콘 덩어리들)의 크기는 100mm이하, 예컨대, 0.5mm ~ 100mm일 수 있다.

다결정 덩어리들(810, 예컨대, 폴리 실리콘 덩어리들)은 그 크기에 따라 구분될 수 있다. 예컨대, 직경이 50mm 미만인 다결정 덩어리를 제1 다결정 덩어리(칩 폴리(chip poly)라고도 함)라 하고, 직경이 50mm 이상(예컨대, 50mm ~ 100m)인 다결정 덩어리를 제2 다결정 덩어리(너겟 폴리(nugget poly)라고도 함)라 할 수 있다. 이때 다결정 덩어리의 직경은 다결정 덩어리의 최대 직경일 수 있다.

배출구(15)가 점차 개방되도록 스플래쉬 차단부들(25-1 내지 25-4)이 회전 이동함에 따라, 기준 수평면(33)과 스플래쉬 차단부들(25-1 내지 25-4) 각각이 이루는 각도(θ2)는 증가할 수 있다. 예컨대, θ2는 θ1(예컨대, 90°)보다 클 수 있다.

즉 배출구(15)가 점차 개방되어 다결정 덩어리들(810)이 도가니(720) 내로 투하됨에 따라, 도가니(720) 내의 용융액이 몸체(10)로 튀는 것을 차단하도록 스플래쉬 차단부들(25-1 내지 25-4) 각각은 펴질 수 있다.

도 16c를 참조하면, 개폐 조절부(30)는 덮개판들(310,320,330,340)의 일단(319)이 지지링(32b)에 접하게 되는 위치까지 하강할 수 있으며, 이때 기준 수평면(33)과 스플래쉬 차단부들(25-1 내지 25-4) 각각이 이루는 각도는 θ3일 수 있다.

예컨대, θ3는 90°보다 크고 180°보다 작거나 같을 수 있다. 예컨대, 덮개판들(310,320,330,340)의 일단(319)은 제2 측면(412)에 인접하는 하부면(402)의 가장 자리, 또는 제2 측면(411)일 수 있다.

와이어들(391 내지 394)에 의하여 덮개판들(310,320,330,340)이 지지대(34)의 외주면의 일 영역과 연결되기 때문에, 덮개판들(310,320,330,340)의 일단(319)이 지지링(32b)에 접하게 되는 위치까지만 하강할 수 있다. 이때 배출구(15)는 최대 개방될 수 있다.

다결정 덩어리(810))가 도가니(720) 내의 용융액으로 투하됨에 따라 용융액이 도가니(720) 밖으로 튈 수 있지만, 실시 예는 덮개들(20-1 내지 20-4)이 배출구를 개방할 때 스플래시 차단부들도 함께 펴지게 되는 구조를 갖기 때문에, 스플래쉬 차단부(25-1 내지 25-4)에 의하여 몸체(10)에 용융액이 튀는 것을 방지할 수 있다.

개방된 배출구(15)를 통하여 다결정 덩어리(810)를 도가니(720)에 모두 투하한 후에, 개폐 조절부(30)는 상승할 수 있다.

지지대(34)가 상승함에 따라 덮개판들(310,320,330,340) 각각의 상부면에 연결된 와이어들(391 내지 394)이 덮개판들(310,320,330,340)을 위로 당길 수 있다. 그리고 위로 당겨진 덮개판들(310,320,330,340)은 지지콘(32)에 의하여 지지될 수 있고, 덮개판들(310,320,330,340)이 배출구(15)를 다시 폐쇄할 수 있다.

이와 같이, 와이어들(391 내지 394)은 덮개판들(310,320,330,340) 각각의 상부면(401)에 고정됨으로써, 덮개판들(310,320,330,340)이 닫히는 것을 도와주는 역할을 할 수 있다.

도 10은 일반적인 충전 장치(9)의 단면도를 나타낸다.

도 10을 참조하면, 충전 장치(9)는 양단(1a, 1b)이 개방되는 주 본체(1), 주 본체(1)의 일 단이 개폐될 수 있도록 하는 원추형의 리드 본체(2), 및 리드 본체(2)에 연결되는 와이어(3)를 포함할 수 있다. 주 본체(1)의 하단(1a)에는 투입구(4b)가 마련될 수 있고, 주 본체(1)의 상단(1b)에는 배출구(4a)가 마련될 수 있다.

충전 장치(9) 내에 채워진 다결정 덩어리들을 배출구(4a)로 원활하게 배출하기 위한 주 본체(1)의 하단(1a)으로부터 리드 본체(2)의 하단부까지의 거리(d, 이하 "개방 거리(open length)"라 한다.)는 다결정 덩어리들의 직경에 의해 결정될 수 있다. 예컨대, 다결정 덩어리들의 직경이 클수록 충전 장치(9)의 개방 거리(d)는 증가할 수 있다.

예컨대, 주 본체(1)의 직경이 230mm일 경우, 칩 폴리의 경우에는 개방 거리(d)는 80mm일 수 있고, 너겟 폴리의 경우에 개방 거리(d)는 120mm일 수 있다.

충전 장치(9)를 사용하여 원료 물질(예컨대, 실리콘)을 성장하는 공정은 원료 물질 멜팅 공정(melting process), 충전 장치를 이용하여 원료 물질을 추가로 차지하는 추가 차지 공정(additional charge process), 및 결정 성장 공정 순서로 진행될 수 있다.

여기서 추가 차지 공정은 최초 원료 물질을 도가니에 충전하고, 충전된 원료 물질을 녹일 경우, 원료 물질 크기의 차이 등에 의하여 도가니 내의 용융액의 표면이 상당히 낮게 될 수 있기 때문에, 원료 물질을 추가로 차지하여 용융액 양을 늘리는 것이다.

추가 차지 공정에서 용융액의 표면은 도가니의 상단부 근처까지 올라갈 수 있다. 따라서 크기가 직경이 너겟 폴리를 사용함에 따라 충전 장치(9)의 개방 거리(d)가 증가할 경우에 리드 본체(2)가 도가니 내의 용융액(melt), 또는 주변 구성물들(예컨대, 열차폐부, 스케일 로드(scale rod))에 닿을 위험이 있고, 이로 인하여 충전 장치(9)가 오염되거나, 주변 구성물들이 파손될 수 있다.

사이즈가 작은 칩 폴리를 사용하면 상기 문제점을 방지할 수 있지만, 칩 폴리는 너겟 폴리에 비하여 더 많은 제작 공정을 거쳐 생산되기 때문에 단가가 비싸다는 문제점이 있다.

도 10에 도시된 리드 본체(2)는 배출구(4a) 전체를 덮어야 하기 때문에, 리드 본체(2)의 하단부의 직경이 배출구(4a)의 직경과 동일해야 한다.

그러나 실시 예는 덮개부(20)에 의하여 형성되는 개구부(24)의 직경은 배출구(15)의 직경보다 작기 때문에, 도 10과 비교할 때 상대적으로 크기(예컨대, 높이(h) 및 직경(d4))가 작은 지지콘(32)을 사용하더라도 배출구(15)를 개방 또는 폐쇄할 수 있다.

따라서 실시 예는 크기가 작은 지지콘(32)을 사용하여 배출구(15)를 개방 또는 폐쇄하기 때문에, 너겟 폴리를 원활하게 배출하기 위하여 개방 거리(β, 도 16b 참조)를 단축시킬 수 있다.

예컨대, 도 8에 도시된 지지콘(32)의 위치에서 지지콘(32)이 10mm ~ 20mm 정도만 하강하더라도 막힘없이 너겟 폴리를 원활하게 배출할 수 있다.

따라서 실시 예는 너겟 폴리를 원활하게 배출할 수 있는 지지콘(32)의 하강 거리를 단축시킴으로써, 충전 장치(100)의 오염을 방지할 수 있고, 충전 장치(100) 주변에 위치하는 성장 장치의 구성물들의 파손을 방지할 수 있다.

또한 실시 예는 스플래쉬 차단부(25-1 내지 25-4)에 의하여 투하된 원료 물질에 의하여 용융액이 도가니 밖으로 튐에 의하여 충전 장치(100)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

도 14는 다른 실시 예에 따른 충전 장치(100-1)의 사시도를 나타낸다. 도 1과 동일한 도면 부호는 동일한 구성을 나타내며, 동일한 구성에 대해서는 설명의 중복을 피하기 위하여 설명을 간략하게 하거나 생략한다.

도 14를 참조하면, 도 1에 도시된 가이딩부(18)는 직선 또는 라인(line) 형태이지만, 충전 장치(100-1)의 가이딩부(180)는 중앙 부분이 절곡된 형태일 수 있다.

가이딩부(180)는 중앙에 위치하는 관통 홀(18-1)을 기준으로 일 측에 위치하는 제1 부분(182), 및 타 측에 위치하는 제2 부분(184)을 포함할 수 있다.

제1 부분(182)의 일단은 제1 단부(12)의 일 영역에 연결되고, 나머지 다른 일단은 제2 부분(182)의 일단과 연결될 수 있다. 제2 부분(184)의 나머지 다른 일단은 제1 단부(12)의 다른 영역에 연결될 수 있다.

제1 부분(182) 및 제2 부분(184)에 의하여 제1 투입구(13-3) 및 제2 투입구(13-4)가 서로 구분될 수 있다. 가이딩부(180)는 중앙 부분이 절곡된 형태이기 때문에, 제1 투입구와 제2 투입구는 서로 크기가 다르다. 즉 제1 투입구(13-3)의 크기가 제2 투입구(13-4)의 크기보다 크다.

충전 장치에 원료 물질 덩어리를 채울 때, 원활하게 원료 물질 덩어리를 몸체 내에 채우기 위하여 몸체를 기울이고, 2개의 투입구들 중에서 아래에 위치하는 투입구에 주로 원료 물질 덩어리를 투입하는 것이 편리하다.

투입구의 수는 2개일 수 있지만, 몸체를 기울여 사용하기 때문에 편리성을 위하여 실제적으로 1개의 투입구만이 사용될 수 있다. 이와 같이 사용되는 투입구의 크기를 사용되지 않는 투입구의 크기보다 크게 함으로써, 원료 물질 덩어리를 보다 쉽고, 빠르게 충전 장치에 투입할 수 있다.

그러나 제1 부분(182) 및 제2 부분(184) 사이의 각도를 너무 크게 할 경우에는 지지대(34)를 가이드하는 가이딩부(180)가 파손 또는 손상될 수 있는 위험이 있다.

제1 부분(182)과 제2 부분(184)이 이루는 각도(θ)는 90°보다 크고, 180°보다 작을 수 있다. 바람직하게는 제1 부분(182)과 제2 부분(184)이 이루는 각도(θ)는 120° ~ 160°일 수 있다.

원료 물질의 덩어리를 원활하게 투입하기 위하여 제1 단부(12)의 직경(D1)은 230mm ~260mm일 수 있다.

따라서 실시 예는 도 1에 도시된 실시 예에 비하여 보다 빠르고 용이하게 원료 물질 덩어리를 몸체(10) 내치에 채울 수 있다.

도 15는 실시 예에 따른 단결정 성장 장치(200)의 단면도를 나타낸다.

도 15를 참조하면, 단결정 성장 장치(200)는 챔버(710), 도가니(720), 발열체(730), 도가니 지지대(731), 충전 장치(740), 열차폐제(750), 단열재(760), 및 인상 수단(780)을 포함할 수 있다.

챔버(710)는 결합하는 위치에 따라 몸체 챔버(body chamber, 711), 돔 챔버(dome chamber, 712), 및 풀 챔버(pull chamber, 713)를 포함할 수 있다.

몸체 챔버(711) 내에는 도가니(720)가 설치될 수 있고, 돔 챔버(712)는 몸체 챔버(711)의 상단에서 덮개부를 형성할 수 있다. 몸체 챔버(711)와 돔 챔버(712)는 다결정 실리콘을 실리콘 단결정 잉곳으로 성장시키기 위한 환경을 제공하는 곳으로, 내부에 수용 공간을 갖는 원통일 수 있다. 풀 챔버(713)는 돔 챔버(712) 상단에 위치하고, 성장된 실리콘 단결정 잉곳을 인상하기 위한 공간일 수 있다.

챔버(710)는 내벽으로부터 수평 방향으로 돌출되는 지지턱(701)을 가질 수 있다. 예컨대, 지지턱(701)은 풀 챔버(713)의 내벽으로부터 수평 방향으로 돌출될 수 있다. 지지턱(701)은 충전 장치(740)의 걸림턱(19)을 지지할 수 있다.

도가니(720)는 챔버(711) 내부에 배치될 수 있고, 도가니 지지대(731)는 도가니(720) 하부에 위치하고, 도가니(720)를 지지할 수 있다. 발열체(730)는 도가니(720)의 외주면과 이격되도록 몸체 챔버(711) 내에 배치될 수 있다.

단열재(760)는 발열체(730)와 몸체 챔버(711)의 내벽 사이에 설치될 수 있으며, 발열체(730)의 열이 몸체 챔버(711) 외부로 누출되는 것을 차단할 수 있다.

인상 수단(780)은 성장하는 대상물 또는 충전 장치(740)을 고정하고 지지하는 고정부(782), 및 성장된 대상물(예컨대, 단결정 잉곳) 또는 충전 장치(740)의 개폐 조절부(30)를 상승 또는 하강시키는 인상부(784)를 포함할 수 있다.

고정부(782)는 케이블 타입(cable type) 또는 샤프트(shaft type)일 수 있으며, 일단에는 시드 척(790)이 마련될 수 있다. 인상부(784)는 모터 등을 이용하여 고정부(782)에 연결된 성장된 대상물 또는 충전 장치(740)를 상승 또는 하강시킬 수 있다.

단결정 성장을 위해서는 시드 척(790)에는 시드(seed)가 연결될 수 있다.

충전 장치(740)는 성장 장치(200)의 도가니(740) 내에 원료 물질을 공급하기 위하여 시드 척(790)에 연결될 수 있다. 충전 장치(740)는 실시 예들(100, 100-1) 중 어느 하나일 수 있다.

예컨대, 개폐 조절부(30)의 지지대(34)가 시드 척(790)에 연결될 수 있으며, 인상부(780)에 의하여 시드 척(790)에 연결된 개폐 조절부(30)는 상승 또는 하강할 수 있다.

충전 장치(740)의 걸림턱(19)이 챔버(710)의 지지턱(701)에 의하여 지지된 이후에는, 인상 수단(780)에 의하여 개폐 조절부(30)가 하강하더라도 충전 장치(100)의 몸체(10)는 더 이상 하강하지 않고, 정지된다.

충전 장치(100)는 지지턱(701)에 의하여 정지되고, 개폐 조절부(30)가 하강함에 의하여 덮개들(20-1 내지 20-4)이 회전 이동하고, 이로 인하여 배출구(15)가 점차 개방될 수 있다.

이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 몸체 12: 제1 단부
13-1,13-2: 투입구 14: 제2 단부
14-1: 돌출부 18: 가이딩부
19: 걸림턱 20: 덮개부
20-1 내지 20-4: 덮개들 25-1 내지 25-4: 스플래쉬 차단부
30: 개폐 조절부 32: 지지콘
32a: 연결콘 32b: 지지링
32-1 내지 32-4: 연결대들 34: 지지대
310,320,330,340: 덮개판 312,322,332,342: 확장부
322,324,332a: 볼트들 334,352,354: 너트들.
371 내지 374: 제1 연결 고리 381 내지 384: 제2 연결 고리
391 내지 394: 와이어들.

Claims

투입구, 및 배출구를 갖는 몸체;
중앙에 개구부를 갖는 판 형태이고, 복수 개로 분할된 덮개들을 포함하며, 상기 덮개들 각각은 상기 몸체의 일단에 연결되고 상기 몸체의 일단을 축으로 회전하는 덮개부;
상기 덮개들 각각의 일면을 지지하고, 상기 덮개들 각각을 상기 몸체의 일단과 연결된 부분을 축으로 회전시키는 개폐 조절부; 및
상기 덮개들 각각의 상기 일면에 연결되는 스플래쉬(splash) 차단부를 포함하며,
상기 스플래쉬 차단부는 상기 덮개들과 함께 회전하는 충전 장치.
제1항에 있어서,
상기 덮개들이 상기 몸체의 일단을 축으로 회전함에 따라, 기준 수평면과 상기 스플래쉬 차단부들 각각이 이루는 각도가 조정되며, 상기 기준 수평면은 상기 투입구에서 상기 배출구로 향하는 방향과 수직인 면인 충전 장치.
제1항에 있어서, 상기 덮개들 각각은,
상부면, 하부면, 상기 상부면과 상기 하부면 사이에 위치하는 측면들을 포함하는 덮개판; 및
상기 측면들 중 어느 하나로부터 확장되고, 상기 몸체의 일단에 연결되는 확장부를 포함하며,
상기 스플래쉬 차단부는 상기 확장부에 인접하는 상기 하부면의 일 영역에 연결되는 충전 장치.
제3항에 있어서, 상기 개폐 조절부는,
상기 덮개판의 하부면을 지지하는 지지콘; 및
상기 지지콘의 상단과 연결되고, 상기 지지콘을 지지하는 지지대를 포함하는 충전 장치.
제4항에 있어서, 상기 개폐 조절부는,
상기 덮개판의 상부면과 상기 지지대의 외주면을 연결하는 와이어를 더 포함하는 충전 장치.
제4항에 있어서, 상기 지지콘은,
상기 덮개판에 대응하는 관통부를 가지며,
상기 관통부의 면적은 상기 덮개판의 면적보다 작은 충전 장치.
제6항에 있어서, 상기 지지콘은,
중앙에 위치하고 상기 지지대와 연결되는 연결콘(connection cone);
상기 연결콘 주위에 배치되는 지지링(support ring); 및
상기 지지링과 상기 연결콘을 연결하는 복수의 연결대들을 포함하는 충전 장치.
제5항에 있어서,
상기 덮개판의 상부면에 형성되는 제1 연결 고리; 및
상기 지지대의 외주면에 형성되는 제2 연결 고리를 더 포함하며,
상기 와이어의 일단은 상기 제1 연결 고리에 고정되고, 상기 와이어의 다른 일단은 상기 제2 연결 고리에 고정되는 충전 장치.
제7항에 있어서,
상기 연결콘의 하부면의 면적은 상기 덮개부의 상기 개구부의 면적보다 큰 충전 장치.
제7항에 있어서,
상기 복수의 연결대들 각각은 이웃하는 2개의 덮개판들 사이의 경계 부분에 정렬되는 충전 장치.
제7항에 있어서,
상기 복수의 연결대들 각각은 상기 확장부에 정렬되는 충전 장치.
제1항에 있어서,
상기 투입구에 인접하는 상기 몸체의 외주면에는 수평 방향으로 돌출되는 걸림턱이 형성되는 충전 장치.
제5항에 있어서,
상기 몸체의 직경 방향으로 연장되고, 양단이 상기 투입구에 인접한 상기 몸체의 서로 다른 2개의 영역들에 고정되고, 중앙에 상기 지지대가 삽입되는 관통 홀을 갖는 가이딩부를 더 포함하는 충전 장치.
제1항에 있어서,
상기 몸체 내에 충전되는 물질은 직경이 0.5mm ~ 100mm인 다결정 덩어리인 충전 장치.
제3항에 있어서,
상기 덮개판과 상기 스플래쉬 차단부가 이루는 각도는 45°~ 135°인 충전 장치.