KR101780443B1 - 도가니 코팅장치 - Google Patents

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Abstract

도가니 코팅장치가 제공된다. 도가니 코팅장치는 도가니를 코팅하기 위해 도가니를 코팅시키는 코팅액이 수용되도록 일면에 수용홈이 형성된 저장 용기, 저장 용기의 내부에 설치되고, 제1 방향을 따라 연장되어 도가니를 지지하는 가이드 부 및 가이드 부와 연결되어 제1 방향과 나란하게 형성된 회전축을 중심으로 가이드 부를 회전시킴에 따라 도가니를 원주방향으로 회전시켜 도가니를 코팅액과 접촉시켜 도포시키는 구동부를 포함한다.

Description

도가니 코팅장치{Apparatus for coating crucible}
본 발명은 도가니 코팅장치에 관한 것이다.
일반적으로 단결정 잉곳(Ingot)은 쵸크랄스키(Czochralski) 결정 성장법(CZ 법)으로 제조된다. 보다 구체적으로, 핫존 영역에 설치되는 도가니에 폴리 실리콘 등의 고체 원료를 충전하고 전열히터로 가열 및 용융시켜 융액(Melt)을 만든 다음, 단결정 시드(seed)를 시드 커넥터에 매달아 융액에 접촉시킨 후 서서히 회전 및 인상시킨다.
그러면 시드 커넥터에는 네크부(neck part), 직경이 증가하는 숄더부(shoulder part) 및 직경이 일정한 원기둥 형태의 바디부(body part)의 순서로 인상되고, 마지막으로 직경이 감소하는 테일부(tail part)를 끝으로 단결정 잉곳이 얻어진다.
또한, 쵸크랄스키법 중 복수개의 잉곳을 하나의 석영도가니에서 수 차례 생산하는 다중성장형 쵸크랄스키법(MP-CZ:Multi Pulling-CZochralski)은 기존의 쵸크랄스키법에 비하여 더 작은 원가로 잉곳을 생산할 수 있어 새롭게 각광받고 있다.
그런데, 종래의 다중성장형 쵸크랄스키법 및 쵸크랄스키법에 의한 단결정 잉곳 성장 과정 동안 높은 온도에 도달한 도가니는 변형되고, 불순물을 방출하여 실리콘 융액에 불순물이 포함되어 단결정 잉곳의 품질을 저하시킨다.
본 발명의 일 실시예는 쵸크랄스키법 및 다중성장형 쵸크랄스키법에 의해 단결정 잉곳 성장 과정 동안 높은 온도에 도달한 도가니의 변형을 방지하고, 도가니로부터 불순물이 방출되지 않도록 도가니를 코팅하는 도가니 코팅 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 실리콘 융액이 시드 케이블을 따라 상승하면서 잉곳으로 성장할 때 상기 실리콘 융액이 수용되는 도가니를 코팅하는 코팅 장치로서, 상기 도가니를 코팅시키는 코팅액이 수용되도록 일면에 수용홈이 형성되고, 일측면에는 상기 수용홈에 연통된 배출구가 형성되며, 상기 수용홈의 하부면은 상기 배출구와 멀어질수록 소정의 각도로 상향 경사져 상기 코팅액이 상기 하부면에 형성된 경사에 의해 흘러서 상기 도가니의 내측면 및 외측면이 동시에 균일하게 코팅될 수 있도록 하는 저장 용기; 상기 저장 용기의 내부에 설치되고 제1 방향을 따라 연장되어 상기 도가니를 지지하는 가이드 부 및 상기 가이드 부와 연결되어 상기 제1 방향과 나란하게 형성된 회전축을 중심으로 상기 가이드 부를 회전시킴에 따라 상기 도가니를 원주방향으로 회전시켜 상기 도가니의 내측면 및 외측면이 동시에 상기 경사에 의해 흐르는 코팅액과 균일하게 접촉시켜 도포시키는 구동부를 포함하는 도가니 코팅 장치를 제공한다.
이때, 상기 가이드 부는 봉 형상으로, 상기 구동부와 연결된 제1 가이드 부재 및 상기 제1 가이드 부재와 서로 나란하게 설치되어 상기 제1 가이드 부재의 회전력을 전달받는 제2 가이드 부재를 포함하되, 상기 제1 가이드 부재 및 상기 제2 가이드 부재 사이에 상기 도가니가 배치되어 상기 제1 가이드 부재 및 상기 제2 가이드 부재가 회전함에 따라 상기 도가니를 회전시킬 수 있다.
이때, 상기 구동부는 상기 저장 용기의 일측에 설치되고, 상기 제1 가이드 부재와 연결되어 상기 제1 가이드 부재를 회전시키는 바 형상의 회전 부재, 상기 회전 부재에 회전 가능하게 결합된 구동기어 및 상기 제1 가이드 부재에 결합되고, 상기 구동기어와 연결되어 상기 구동기어의 회전력을 전달받는 중동기어를 포함할 수 있다.
이때, 상기 구동부는 상기 제1 가이드 부재의 일측에 결합되어 상기 중동기어의 회전력을 전달하는 구동풀리, 상기 제2 가이드 부재의 일측에 결합되어 상기 구동풀리의 회전력을 상기 제2 가이드 부재에 전달하는 중동풀리 및 일측은 구동풀리에 결합되고 타측은 중동풀리에 결합되어 구동풀리의 회전력을 중동풀리로 전달하는 구동벨트를 포함할 수 있다.
이때, 상기 코팅액은 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 티타늄, 지르코늄, 라듐, 크로뮴, 셀레늄, 바륨, 이트륨, 세륨, 하프늄, 탄타륨, 주석 및 실리콘 복합재 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
이때, 상기 코팅액은 바륨 아세테이트(C4H6O4Ba)를 탈 이온수(DI Water)에 용해시킨 후 건식 실리카(Fumed Silica)를 첨가할 수 있다.
이때, 상기 코팅액는 첨가제를 첨가하되 상기 첨가제는 분산제, 바인더(Binder) 및 증점제 중 적어도 하나일 수 있다.
이때, 상기 분산제는 아민계, 암모니아계, 폴리에스터계, 폴리아크릴레이트계 및 폴리우레탄계 중 적어도 하나일 수 있다.
이때, 상기 바인더는 비닐계, 아크릴계 및 셀룰로스계 중 적어도 하나일 수 있다.
이때, 상기 증점제는 셀룰로스계, 사카라이드계 아크릴계, 실리카계 및 우레탄계 중 적어도 하나일 수 있다.
이때, 상기 배출구와 결합되어 상기 배출구를 통해 상기 코팅액을 상기 저장용기의 외부로 배출시키는 개폐부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 도가니는 실리콘 융액을 수용할 수 있는 내부 도가니 및 상기 내부 도가니의 외면을 감싸서 내부 도가니에 원료를 공급하는 외부 도가니를 포함할 수 있다.
삭제
본 발명의 다른 측면에 따르면 전술한 도가니 코팅장치로 도가니를 코팅하는 방법으로서, 상기 도가니의 표면을 전처리하는 단계, 상기 도가니의 표면에 코팅될 코팅액을 제조하는 단계, 상기 상기 도가니의 내측면 및 외측면을 동시에 경사진 각도로 흐르는 코팅액과 접촉하도록 하여 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 도가니를 건조 및 열 처리 단계를 포함하는 도가니 코팅 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치는 구동부를 구비하여 도가니를 회전시킴으로써 도가니의 내면과 외면을 동시에 코팅시켜 높은 온도에 도달한 도가니의 변형을 방지하고 도가니로부터 불순물이 발생되지 않도록 할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치는 도가니의 내면과 외면을 동시에 코팅시켜 도가니의 표면 결정화를 통한 도가니의 내열 특성 및 표면 경도를 강화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치를 도시힌 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치를 이용하여 코팅된 도가니가 구비된 잉곳 성장 장치를 도시한 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치를 이용하여 코팅된 도가니가 구비된 잉곳 성장 장치를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치를 이용하여 코팅되는 내부 도가니를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치를 도시한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치를 이용하여 도가니를 코팅하는 방법을 도시한 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅 장치를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치를 도시힌 사시도이다.
이하의 설명에서 도 1을 참조하면, 저장 용기의 폭 방향을 제1 방향으로 하고, 길이 방향을 제2 방향으로 한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치(1)는 저장 용기(5), 가이드 부(6) 및 구동부(10)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치(1)는 구동부(10)를 구비하여 코팅액(3)에서 내부 도가니(33)를 회전시킴으로써 내부 도가니의 내면과 외면을 동시에 코팅액(3)으로 코팅시켜 높은 온도에 도달한 도가니의 변형을 방지하고, 도가니로부터 불순물이 발생되지 않도록 할 수 있다.
다만 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치(1)는 다중성장형 쵸크랄스키법에 이용되는 내부 도가니(33)의 내면과 외면을 동시에 코팅할 수 있으나 이에 한정되지 않고 쵸크랄스키법에 이용되는 도가니(미도시)도 내면과 외면을 동시에 코팅할 필요가 있다면 용이하게 코팅할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치(1)는 도가니의 내면과 외면을 동시에 코팅액(3)으로 코팅시켜 도가니의 표면 결정화를 통한 도가니의 내열 특성 및 표면 경도를 강화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치(1)는 잉곳 성장 장치(20)의 내부 도가니(33)에 수용된 실리콘 융액이 시드 케이블(57)을 따라 상승하면서 잉곳(47)으로 성장할 때 내부 도가니의 외면 및 내면으로부터 불순물이 발생되지 않도록 도가니의 외면과 내면을 코팅할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치(1)를 설명하기 앞서 다중성장형 쵸크랄스키법에 의한 단결정 잉곳(47)을 성장시키는 잉곳 성장 장치(20)에 대해 이하 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치를 이용하여 코팅된 도가니가 구비된 잉곳 성장 장치를 도시한 정면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치를 이용하여 코팅된 도가니가 구비된 잉곳 성장 장치를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 잉곳 성장 장치(20)는 베이스(21), 메인 챔버(30), 풀 챔버(70), 돔 챔버(90) 및 이동부(50)를 포함할 수 있다. 한편, 베이스(21)는 잉곳 성장 장치가 놓이는 바닥면에 설치되고 복수의 프레임이 결합된 형태로 이루어져 잉곳 성장 장치(20)를 지지할 수 있다.
이때, 베이스(21) 상에는 메인 챔버 지지대(33)가 설치되며 메인 챔버 지지대 상에는 메인 챔버(30)가 설치될 수 있다. 도 2 및 도 3을 참고하면, 메인 챔버(30)는 원통형으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
도 3을 참조하면, 메인 챔버(30) 내부에는 내부 도가니(33), 외부 도가니(31), 히터(41) 원료 공급부(43) 서셉터(37) 및 차폐부재(39)를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치를 이용하여 코팅되는 내부 도가니를 도시한 사시도이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 내부 도가니(33)는 폴리 실리콘을 용융시켜 실리콘 융액을 수용할 수 있다. 또한 외부 도가니(31)는 내부 도가니(33)의 외주면을 감싸서 내부 도가니에 원료(45)를 공급할 수 있다.
도 4를 참고하면, 내부 도가니(33)는 석영으로 원통형상으로 형성될 수 있다. 또한, 내부 도가니(33)의 하부측에는 외부 도가니(31)로부터 공급되는 원료(45)가 내부 도가니로 이동될 수 있도록 복수개의 이동공(35)이 형성될 수 있다.
한편, 외부 도가니(31)는 석영으로 반 구형상으로 형성될 수 있다. 이때 외부 도가니(31)의 내부에 내부 도가니(33)가 안착될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 외부 도가니(31) 및 내부 도가니(33)는 석영 도가니일 수 있다.
도 3을 참고하면, 히터(41)는 외부 도가니(31)의 외측 방향으로 이격되게 배치되어 외부 도가니를 가열시켜 원료 물질을 용융시킬 수 있다. 이때, 히터(41)는 단결정 잉곳(47) 성장에 필요한 열에너지를 외부 도가니(31)에 복사열로 공급한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 돔 챔버(90)는 내부 도가니(33)의 상부에 설치되고, 돔 챔버의 하부는 돔 형태로 이루어지며 상부는 통 형상으로 이루어질 수 있다.
돔 챔버(90) 내부에는 내부 도가니(33) 상에서 성장하는 잉곳(47)을 냉각시키는 냉각장치(미도시)가 설치될 수 있다. 냉각장치는 내부에 냉각수가 순환할 수 있도록 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 풀 챔버(70)는 돔 챔버(90)의 상부에 설치되고, 풀 챔버는 상측 방향으로 연장된 관형으로 이루어질 수 있다. 도 3을 참조하면, 풀 챔버(70)는 성장하는 잉곳(47)이 시드 케이블(57)을 따라 상승하면서 풀 챔버 내부를 통과한다. 즉, 풀 챔버(70)는 잉곳이 지나갈 수 있는 통로일 수 있다.
이때, 풀 챔버(70)의 둘레 면에는 도어(71)가 설치되어 잉곳(47)의 성장을 확인하거나 또는 공정이 마무리된 상태에서 잉곳이 분리되면 풀 챔버(70) 내부를 청소하기 위한 용도로 사용될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 이동부(50)는 풀 챔버(70)의 상부에 설치되고, 하우징(51), 지지 롤러(55), 드럼(53), 구동 모터(59) 및 시드 케이블(57)을 포함할 수 있다.
이때, 이동부(50)는 지지 롤러(55)에 의하여 지지되는 시드 케이블(57)을 상하방향으로 이동시켜 잉곳(47)을 내부 도가니(33)의 외부로 인출시킨다.
한편, 하우징(51)은 원통형상으로 풀 챔버(70)의 상부에 설치되며 내부가 진공상태로 유지될 수 있다. 이때, 지지 롤러(55)는 하우징(51) 내부에 설치되고 시드 케이블(57)을 지지하며 지지 롤러(55) 하부에는 시드 케이블이 상승 및 하강할 수 있도록 승강 홀(52)이 형성될 수 있다.
도 3을 참고하면, 시드 케이블(57)은 지지 롤러(55)의 외주홈에 회전되어 걸려있고, 드럼(53)의 표면에 감겨있어 승강 홀(52)을 통하여 실리콘 융액의 상부까지 하강할 수 있다.
도 3을 참조하면, 시드 케이블(57)의 단부에는 성장되는 잉곳(47)을 상승시킬 수 있게 시드(61) 및 시드척(도면 미도시)이 설치될 수 있다. 이때, 구동 모터(59)에 의해 드럼(53)이 회전하면 시드 케이블(57)이 드럼에 감겨 성장 중인 잉곳(47)은 천천히 회전하면서 상승한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 차폐부재(39)는 실리콘 융액의 계면 상부에 설치될 수 있고, 차폐부재(39)는 내부에 중공부가 형성된 원통형상일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 차폐부재(39)는 성장된 실리콘 잉곳(47)의 냉각을 위해 실리콘 융액에서 방출되는 열을 차단한다.
한편, 단결정 잉곳(47)의 성장이 완료되면 단결정 잉곳을 잉곳 성장 장치(20)로부터 분리한다. 이때, 단결정 잉곳(47)을 계속 생성하기 위해서 외부 도가니(31)로 유입된 원료는 내부 도가니(33)의 이동공(35)을 통해 내부 도가니 내부로 연속적으로 공급된다.
이때 내부 도가니(33)의 외주면과 내주면 및 외부 도가니(31)의 내주면은 고온의 실리콘 융액이 접하게 되고 이로 인해 고온에 도달한 내부 도가니(33) 및 외부 도가니(31)로부터 불순물이 발생될 수 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치(1)는 저장 용기(5), 가이드 부(7, 9) 및 구동부(10)가 구비되어 고온에 도달한 도가니의 변형을 방지하고 도가니로부터 발생되는 불순물을 방지하기 위해 도가니를 코팅할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치(1)는 내부 도가니(33)로부터 발생되는 불순물을 방지하기 위해서 내부 도가니(33)의 양면 예를 들어 외주면과 내주면을 동시에 효율적으로 코팅할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치를 도시한 개략도이다.
도 1 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 저장 용기(5)는 내부 도가니(33) 및 외부 도가니(31)를 코팅할 수 있는 코팅액(3)이 수용될 수 있도록 일면 예를 들어 저장 용기의 상부면에 수용홈(5a)이 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에서 저장 용기(5)는 단면이 사각형, 원형 또는 다각형일 수 있으나 내부에 코팅액(3)이 수용될 수 있다면 이에 한정되지 않는다.
한편 본 발명의 일 실시예에서 코팅액(3)은 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 티타늄, 지르코늄, 라듐, 크로뮴, 셀레늄, 바륨, 이트륨, 세륨, 하프늄, 탄타륨, 주석 및 실리콘 복합재 중 적어도 하나로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
코팅액(3)은 바륨 아세테이트를 DI Water(DeIonize water)에 용해시킬 수 있다. 이때, DI Water는 이온이 없는 순수한 물이다. 한편, 본 발명의 일 실시예에서 코팅액(3)의 부착성을 향상시켜 석영 도가니와 바륨 간의 표면 부착력을 높이기 위해서 코팅액에 건식 실리카(Fumed Silica)를 첨가할 수 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 저장 용기(5)의 일측면 예를 들어 도 1에서 저장 용기의 좌측면에는 저장 용기의 제2 방향을 따라 배출구(5b)가 형성될 수 있다.
또한, 저장 용기(5)의 배출구(5b)에는 개폐부(6)가 결합되어 도가니를 코팅한 코팅액(3)이 배출구(5b)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이때 개폐부(6)는 개폐밸브일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
개폐부(6)는 손잡이(6a)와 연결되어 손잡이의 회전을 통해 개폐부를 통해 배출구가 선택적으로 개폐될 수 있도록 한다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 저장용기(5)의 바닥면(5c)은 배출구(5b)와 멀어질수록 소정의 각도(θ)로 상향 경사질 수 있다. 이를 통해 저장 용기(5)에 저장된 코팅액(3)이 바닥면(5c)을 따라 흘러서 배출구(5b) 쪽으로 모이게 할 수 있다.
한편 가이드 부(7, 9)는 제1 가이드 부재(7) 및 제2 가이드 부재(9)를 포함할 수 있다. 이때 도 1 및 도 5를 참고하면, 제1 가이드 부재(7) 및 제2 가이드 부재(9)는 저장 용기(5)의 내부 예를 들어 내측면에 설치되고, 저장 용기의 폭 방향을 따라 서로 나란하게 연장될 수 있다.
도 1을 참고하면, 제1 가이드 부재(7) 및 제2 가이드 부재(9)는 봉 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 제1 가이드 부재(7) 및 제2 가이드 부재(9)는 저장 용기(5) 내측면에 회전할 수 있도록 결합될 수 있다.
또한, 제1 가이드 부재(7) 및 제2 가이드 부재(9)는 소정의 간격으로 이격되어 제1 가이드 부재(7)와 제2 가이드 부재(9) 사이에는 내부 도가니(33)가 배치될 수 있다.
이때, 제1 가이드 부재(7)와 제2 가이드 부재(9) 사이에 위치한 내부 도가니(33)는 제1 가이드 부재의 일부 및 제2 가이드 부재 일부와 면 접촉하여 내부 도가니를 지지할 수 있다.
또한 이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치(1)는 제1 가이드 부재(7) 및 제2 가이드 부재(9)의 회전을 통해 내부 도가니(33)가 회전할 수 있도록 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 따른 도가니 코팅장치(1)는 제1 가이드 부재(7) 및 제2 가이드 부재(9)를 회전시키기 위해 구동부(10)를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 구동부(10)는 회전부재(11), 구동기어(13) 및 중동기어(15), 구동풀리(17), 중동풀리(19) 및 구동벨트(16)를 포함할 수 있다.
도 1을 참고하면, 회전부재(11)는 바 형상으로 저장 용기(5)의 일측면 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 저장용기의 좌측면부에 형성되어 저장 용기(5)의 폭 방향과 나란하게 형성된 회전축을 중심으로 구동기어(13)를 회전시킬 수 있다.
이때, 회전부재(11)의 회전을 통해 가이드 부(6) 즉, 제1 가이드 부재(7) 및 제2 가이드 부재(9)를 회전시킬 수 있는 회전력을 발생시킬 수 있으나 이에 한정되지 않고 회전 모터(미도시)를 이용하여 가이드 부(6)를 회전시킬 수 있다.
한편 본 발명의 일 실시예에서 구동기어(13)는 회전부재(11)의 회전축에 결합될 수 있다. 이때, 구동기어(13)는 제1 가이드 부재(7)에 연결된 중동기어(15)에 회전력을 전달하여 제1 가이드 부재(7)를 회전시킬 수 있다.
또한 중동기어(15)는 제1 가이드 부재(7)의 일단부에 연결되어 구동기어(13)의 회전력을 전달받을 수 있다. 이때 구동기어(13)와 중동기어(15)는 맞물려서 회전력을 전달할 수 있다.
이때 구동기어(13) 및 중동기어(15)는 스프로킷 등과 같은 재질로 사용될 수 있다.
한편, 도 1을 참고하면, 제1 가이드 부재(7)의 일측에는 구동풀리(17)가 결합되고, 제2 가이드 부재(9)의 일측에는 중동풀리(19)가 결합되며 구동풀리와 중동풀리는 구동벨트(16)를 통해 연결될 수 있다.
이때 중동기어(15)를 통해 전달된 제1 가이드 부재(7)의 회전력을 구동벨트(16)를 통해 중동풀리(19)로 전달되어 제2 가이드 부재(9)를 회전시킬 수 있다. 이렇듯 구동벨트(16)를 이용하면 회전부재(11)의 회전력을 먼 거리에 있는 중동풀리(19)까지 전달할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 구동기어(13), 중동기어(15), 구동풀리(17) 및 중동풀리(19)는 모두 회전력을 전달하기 위해 원반 형상일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치를 이용하여 도가니를 코팅하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅 장치를 이용한 도가니 코팅방법은 도가니의 표면을 전처리하는 단계(S10), 상기 도가니 표면에 코팅될 코팅액을 제조하는 단계(S20), 상기 도가니의 내측면 및 외측면을 동시에 상기 코팅액으로 코팅하는 단계(S30), 상기 코팅된 도가니를 건조 및 열 처리하는 단계(S40)를 포함하여 도가니를 코팅할 수 있다.
이를 통해서 쵸크랄스키법에 의해 단결정 잉곳 성장 과정 동안 높은 온도에 도달한 도가니의 변형을 방지하고, 도가니로부터 불순물이 방출되지 않도록 할 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅 장치를 이용한 도가니 코팅 방법은 코팅된 도가니는 표면 결정화를 통해 내열 특성 및 표면 경도가 강화될 수 있다.
한편, 도가니의 표면을 전처리하는 단계(S10)는 도가니의 표면을 코팅하기 위해서 도가니의 표면에 코팅에 앞서 화학적, 물리적 작용을 가하여 예비적으로 처리한다.
도가니의 표면을 전처리하는 단계(S10)에서는 석영 도가니를 DI Water(탈 이온수)에 세정시킬 수 있다. 이때 DI Water는 18 MΩ이상일 수 있다. DI Water로 세정한 석영 도가니는 BOE(Buffered Oxide Etchant) 희석액 또는 HF 희석액으로 세정할 수 있다.
또한 도가니의 표면을 전처리하는 단계(S10)에서는 석영 도가니에 린스 및 세정제로 석영 도가니의 표면을 친수화 처리할 수 있다.
도가니의 표면에 코팅될 코팅액을 제조하는 단계(S20)는 전처리된 석영 도가니의 표면에 코팅될 수 있는 코팅액을 제조한다.
도가니의 표면에 코팅될 코팅액을 제조하는 단계(S20)에서는 용질 바륨 아세테이트(C4H6O4Ba) 0.1 내지 3 wt%를 용매 탈 이온수(DI Water)에 용해시킬 수 있다. 이 때 코팅액(3)의 부착성을 향상시켜 석영 도가니와 바륨 간의 표면 부착력을 높이기 위해서 코팅액에 건식 실리카(Fumed Silica)를 첨가할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 첨가제 0.5 내지 3 wt%를 코팅액에 첨가할 수 있다. 이때 첨가제는 분산제, 바인더(Binder) 및 증점제일 수 있다. 분산제는 아민계, 암모니아계, 폴리에스터계, 폴리아크릴레이트계 및 폴리우레탄계일 수 있다.
또한 바인더는 비닐계, 아크릴계 및 셀룰로스계일 수 있고, 증점제는 셀룰로스계, 사카라이드계 아크릴계, 실리카계 및 우레탄계일 수 있다.
한편 도가니의 표면에 코팅될 코팅액을 제조하는 단계(S20)에서는 첨가된 성분을 교반하여 잘 분산시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 도가니의 내측면 및 외측면을 동시에 상기 코팅액으로 코팅하는 단계(S30)는 석영 도가니 내주면과 외주면을 동시에 코팅하여 고온에 도달한 도가니 내부에 수용된 실리콘 융액을 오염시키지 않도록 할 수 있다. 또한 고온에 도달한 도가니의 변형을 방지할 수 있다.
도가니의 내측면 및 외측면을 동시에 상기 코팅액으로 코팅하는 단계(S30)에서는 저장 용기(5)에 일정량의 코팅액을 투입하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅 장치에 석영 도가니를 장착하고, 구동부를 작동시켜 도가니 내주면 및 외주면을 동시에 코팅할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 코팅된 도가니를 건조 및 열 처리하는 단계(S40)는 코팅액이 코팅된 석영 도가니에 열처리를 통해 건조시키고 표면 결정화를 촉진한다.
코팅된 도가니를 건조 및 열 처리하는 단계(S40)에서는 코팅된 석영 도기나에 100 내지 200 도에서 1 내지 2 시간 동안 열 처리 하거나 자연 건조시켜 완전 건조시킬 수 있다. 또한 800 내지 1,000 도에서 1 내지 2 시간 동안 열 처리 하여 건조된 석영 도가니의 표면의 결정화를 촉진할 수 있다.
이렇게 코팅액(3)으로 코팅된 석영 도가니는 평균 표면 경도가 403 HLD에서 739 HLD로 증가될 수 있고 석영 도가니의 표면이 비정질에서 크리스토발라이트로 결정화 됨에 따라 펴면 경도 및 열 내구성이 상승할 수 있다.
이때 바륨 아세테이트는 석영 도가니 표면에 촉매로 작용하여 석영도가니의 표면을 결정질로 변화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치는 구동부를 구비하여 내부 도가니를 회전시킴으로써 내부 도가니의 내면과 외면을 동시에 코팅시켜 높은 온도에서도 도가니로부터 불순물이 발생되지 않도록 할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 코팅장치는 내부 도가니의 내면과 외면을 동시에 코팅시켜 내부 도가니 내부에 수용된 실리콘 융액을 오염시키지 않도록 할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 : 도가니 코팅장치 3 : 코팅액
5 : 저장 용기 5a : 수용홈
5b : 배출구 5c : 바닥면
6 : 개폐부 6a : 손잡이
7 : 제1 가이드 부재 8 : 제2 가이드 부재
10 : 구동부 11 : 회전 부재
13 : 구동기어 15 : 중동기어
16 : 구동벨트 17 : 구동풀리
19 : 중동풀리 20 : 잉곳 성장 장치
21 : 베이스 30 : 메인 챔버
31 : 외부 도가니 33 : 내부 도가니
35 : 이동공 37 : 서셉터
39 : 차폐부재 41 : 히터
43 : 원료 공급부 45 : 원료
47 : 잉곳 50 : 잉곳 이동부
51 : 하우징 52 : 승강홀
55 : 지지롤러 57 : 시드 케이블
59 : 구동 모터 61 : 시드
70 : 풀 챔버 90 : 돔 챔버

Claims (14)

  1. 실리콘 융액이 시드 케이블을 따라 상승하면서 잉곳으로 성장할 때 상기 실리콘 융액이 수용되는 도가니를 코팅하는 코팅 장치로서,
    상기 도가니를 코팅시키는 코팅액이 수용되도록 일면에 수용홈이 형성되고, 일측면에는 상기 수용홈에 연통된 배출구가 형성되며, 상기 수용홈의 하부면은 상기 배출구와 멀어질수록 소정의 각도로 상향 경사져 상기 코팅액이 상기 하부면에 형성된 경사에 의해 흘러서 상기 도가니의 내측면 및 외측면이 동시에 균일하게 코팅될 수 있도록 하는 저장 용기;
    상기 저장 용기의 내부에 설치되고 제1 방향을 따라 연장되어 상기 도가니를 지지하는 가이드 부 및
    상기 가이드 부와 연결되어 상기 제1 방향과 나란하게 형성된 회전축을 중심으로 상기 가이드 부를 회전시킴에 따라 상기 도가니를 원주방향으로 회전시켜 상기 도가니의 내측면 및 외측면이 동시에 상기 경사에 의해 흐르는 코팅액과 균일하게 접촉시켜 도포시키는 구동부를 포함하는 도가니 코팅 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 가이드 부는 봉 형상으로,
    상기 구동부와 연결된 제1 가이드 부재; 및
    상기 제1 가이드 부재와 서로 나란하게 설치되어 상기 제1 가이드 부재의 회전력을 전달받는 제2 가이드 부재를 포함하되,
    상기 제1 가이드 부재 및 상기 제2 가이드 부재 사이에 상기 도가니가 배치되어 상기 제1 가이드 부재 및 상기 제2 가이드 부재가 회전함에 따라 상기 도가니를 회전시키는 도가니 코팅 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 구동부는
    상기 저장 용기의 일측에 설치되고, 상기 제1 가이드 부재와 연결되어 상기 제1 가이드 부재를 회전시키는 바 형상의 회전 부재;
    상기 회전 부재에 회전 가능하게 결합된 구동기어; 및
    상기 제1 가이드 부재에 결합되고, 상기 구동기어와 연결되어 상기 구동기어의 회전력을 전달받는 중동기어를 포함하는 도가니 코팅 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 구동부는
    상기 제1 가이드 부재의 일측에 결합되어 상기 중동기어의 회전력을 전달하는 구동풀리; 및
    상기 제2 가이드 부재의 일측에 결합되어 상기 구동풀리의 회전력을 상기 제2 가이드 부재에 전달하는 중동풀리; 및
    일측은 구동풀리에 결합되고 타측은 중동풀리에 결합되어 구동풀리의 회전력을 중동풀리로 전달하는 구동벨트를 포함하는 도가니 코팅 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 코팅액은
    알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 티타늄, 지르코늄, 라듐, 크로뮴, 셀레늄, 바륨, 이트륨, 세륨, 하프늄, 탄타륨, 주석 및 실리콘 복합재 중 적어도 하나로 형성된 도가니 코팅 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 코팅액은 바륨 아세테이트(C4H6O4Ba)를 탈 이온수(DI Water)에 용해시킨 후 건식 실리카(Fumed Silica)를 첨가하는 도가니 코팅 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 코팅액는 첨가제를 첨가하되 상기 첨가제는 분산제, 바인더(Binder) 및 증점제 중 적어도 하나인 도가니 코팅 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 분산제는 아민계, 암모니아계, 폴리에스터계, 폴리아크릴레이트계 및 폴리우레탄계 중 적어도 하나인 도가니 코팅 장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 바인더는 비닐계, 아크릴계 및 셀룰로스계 중 적어도 하나인 도가니 코팅 장치.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 증점제는 셀룰로스계, 사카라이드계 아크릴계, 실리카계 및 우레탄계 중 적어도 하나인 도가니 코팅 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 배출구와 결합되어 상기 배출구를 통해 상기 코팅액을 상기 저장 용기의 외부로 배출시키는 개폐부를 포함하는 도가니 코팅 장치.
  12. 삭제
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 도가니는
    실리콘 융액을 수용할 수 있는 내부 도가니 및 상기 내부 도가니의 외면을 감싸서 내부 도가니에 원료를 공급하는 외부 도가니를 포함하는 도가니 코팅 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 11 항 및 제13 항 중 어느 한 항에 따른 도가니 코팅장치로 도가니를 코팅하는 방법으로서,
    상기 도가니의 표면을 전처리하는 단계;
    상기 도가니의 표면에 코팅될 코팅액을 제조하는 단계;
    상기 도가니의 내측면 및 외측면을 동시에 경사진 각도로 흐르는 코팅액과 접촉하도록 하여 코팅하는 단계; 및
    상기 코팅된 도가니를 건조 및 열 처리 단계를 포함하는 도가니 코팅 방법.
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