KR101904430B1 - 잉곳의 접촉식 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잉곳의 접촉식 냉각장치에 관한 것으로, 잉곳의 열을 전도하는 인상케이블과, 모터의 구동력에 의해 회전하면서 상기 인상케이블을 감거나 풀면서 상기 잉곳을 인상 또는 인하하며, 인상을 할 때 냉각수가 공급되어 상기 인상케이블을 통해 전도된 열을 방열하는 스플드럼을 포함한다.

Description

잉곳의 접촉식 냉각장치{Contact type cooling device for ingot}

본 발명은 잉곳의 접촉식 냉각장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 성장되는 잉곳의 냉각효율을 높일 수 있는 잉곳의 접촉식 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 잉곳(ingot)은 반도체 웨이퍼를 제작하기 전단계의 구조물이며, 단결정 물질의 융액에 시드를 접촉시킨 후, 시드를 회전 및 인상시켜 형성한다.

융액은 통상 석영 재질의 도가니 내에서 용융상태를 유지하며, 인상시 온도의 제어에 의해 고화되어 원기둥형태의 잉곳을 제조할 수 있다.

잉곳의 성장을 위해서는 융액의 용융 상태를 유지하면서도 냉각을 통해 잉곳을 냉각 결정화해야 하기 때문에 온도의 제어가 매우 민감하게 이루어져야 한다.

또한, 잉곳을 완전히 성장시킨 후에도, 융액의 용융 상태를 유지하면서 잉곳을 외부로 탈거해야 하며, 이때 잉곳 자체 온도는 낮게 유지되어야 취급이 용이하다.

따라서 종래에는 잉곳 성장장치에 적용할 수 있는 다양한 구조의 냉각 장치들이 제안되었다.

등록특허 10-1774040호(잉곳 성장 장치용 냉각 구조체, 2017년 8월 28일)에는 성장되는 잉곳의 주변에 위치하여 잉곳을 냉각시키는 구조체에 관하여 기재하고 있다.

위의 등록특허에는 잉곳이 중심부에 위치한 상태로 성장하도록 돔챔버에 결합되며, 냉각수가 유입되는 유입부와 상기 냉각수가 유출되는 유출부를 포함하는 링형상의 지지부재와, 상기 유입부로부터 유입된 냉각수가 일측에서 타측으로 순환하도록 일부분이 절곡되게 형성되는 수냉관부재를 포함하는 구성이다.

이처럼 종래의 잉곳 냉각을 위한 냉각 장치들은 잉곳과는 비접촉식으로 위치하며, 잉곳 주변의 온도를 낮춰 간접적으로 잉곳을 냉각시킨다.

이는 잉곳은 성장시 상향으로 이동하는 상태이며, 잉곳에 직접 접촉하여 냉각시키는 경우 잉곳의 파손 등의 우려가 있기 때문이다.

이처럼 종래의 잉곳 냉각 장치들은 간접 냉각 방식을 사용하기 때문에 냉각 효율이 저하되며, 성장된 잉곳을 탈거할 때 충분히 식지 않아 취급이 어려운 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 잉곳의 열을 접촉식으로 배출할 수 있는 잉곳의 접촉식 냉각장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 잉곳의 접촉식 냉각장치는, 잉곳의 열을 전도하는 인상케이블과, 모터의 구동력에 의해 회전하면서 상기 인상케이블을 감거나 풀면서 상기 잉곳을 인상 또는 인하하며, 인상을 할 때 냉각수가 공급되어 상기 인상케이블을 통해 전도된 열을 방열하는 스플드럼을 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 스플드럼은, 중공된 원통형의 몸체와, 상기 몸체의 일측면 중앙에 결합되며, 외부에서 냉각수를 상기 몸체 내에 공급할 수 있는 유입공을 제공하는 제1회전축과, 상기 몸체의 타측면 중앙에 결합되며, 상기 몸체 내의 냉각수를 외부로 배출할 수 있는 배출공을 제공하는 제2회전축을 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면,상기 스플드럼의 내측에 마련되어 냉각수의 유로를 형성하는 다수의 유로형성판을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 유로형성판은, 원형의 판상 구조 일부에 통공이 형성된 것일 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 스플드럼의 양측면 각각에 원호형으로 돌출된 다수의 방열핀을 더 포함할 수 있다.

본 발명 잉곳의 접촉식 냉각장치는, 인상용 케이블을 통해 전달되는 잉곳의 열을 접촉식으로 방열시켜 냉각 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉곳의 접촉식 냉각장치의 구성도이다.
도 2는 스플드럼의 사시도이다.
도 3은 도 2의 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명에 적용될 수 있는 스플드럼의 다른 실시 단면도이다.
도 5는 도 4에 적용된 유로형성판의 일실시 구성도이다.
도 6은 본 발명에 적용되는 스플드럼의 다른 실시예의 사시도이다.

이하, 본 발명 잉곳의 접촉식 냉각장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 실시 예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이며, 아래에 설명되는 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시 예는 본 발명을 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시 예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.　

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되지 않음은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 실시 예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉곳의 접촉식 냉각장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉곳의 접촉식 냉각장치는, 모터(20)와, 상기 모터(20)의 구동력을 벨트(21)를 통해 전달받아 회전하며, 인상케이블(40)을 감거나 풀면서 인상 또는 인하하며, 상기 인상케이블(40)을 통해 전달되는 잉곳(50)의 열을 방열시키는 스풀드럼(10)과, 상기 스풀드럼(10)의 상부측부에 고정되어 인상케이블(40)을 지지하는 지지롤러(30)를 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉곳의 접촉식 냉각장치의 구성과 작용에 대하여 더 상세히 설명한다.

상기 모터(20), 스풀드럼(10), 인상케이블(40)은 잉곳(50)의 성장에 필요한 구성이며, 잉곳(50)을 성장시키기 위해 인상케이블(40)의 끝단에는 결정 시드가 고정되고, 모터(20)가 구동하여 스풀드럼(10)은 인상케이블(40)을 풀어 결정 시드를 융액이 담긴 도가니로 하향 이동시킨다.

상기 결정 시드가 융액에 접촉된 상태에서 상기 모터(20)는 반대방향의 회전 구동력을 발생시키고, 스풀드럼(10)이 회전하면서 상기 인상케이블(40)을 감아 인상케이블(40)을 인상시켜 잉곳(50)이 성장되도록 한다.

이때 성장되는 잉곳(50)은 융액이 결정화되는 것으로 그 온도가 매우 높다. 잉곳의 열은 금속인 인상케이블(40)을 통해 전달되며, 이때 전달된 열은 스풀드럼(10)에서 방열된다.

도 2는 상기 스풀드럼(10)의 사시도이고, 도 3은 스풀드럼의 단면 구성도이다.

도 2와 도 3을 각각 참조하면 상기 스풀드럼(10)은, 외면에 상기 인상케이블(40)이 권취되는 중공된 원통형 몸체(11)와, 원통형인 상기 몸체(11)의 회전중심부에 고정되는 관상의 제1회전축(13) 및 제2회전축(14)과, 상기 제1회전축(13)에 결합되어 상기 벨트(21)를 통해 모터(20)의 구동력을 전달받는 풀리(12)를 포함하여 구성된다.

상기 몸체(11)는 중공된 원통형의 구조이며, 몸체(11)의 외면에는 인상케이블(40)이 삽입되어 권선될 수 있는 나선형의 홈(11a)이 마련되어 있다.

상기 몸체(11)는 회전 방향에 따라 인상케이블(40)을 감거나 풀게 되며, 이를 위해 몸체(11)가 고정된 상태에서 회전을 할 수 있도록 회전축이 결합된다.

회전축은 관상의 제1회전축(13)과 제2회전축(14)으로 구분되며 몸체(11)의 원형인 두 면의 중앙에 관통하여 고정된다.

상기 제1회전축(13)과 제2회전축(14)을 몸체(11)에 고정하는 방법은 용접 또는 기계적인 체결을 선택적으로 사용할 수 있다.

상기 제1회전축(13) 또는 제2회전축(14)에는 풀리(12)가 결합되어, 상기 벨트(21)를 통해 모터(20)의 회전 구동력을 전달받아 제1회전축(13)과 제2회전축(14)을 중심으로 상기 몸체(11)를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시킬 수 있다.

상기 제1회전축(13)과 제2회전축(14)은 모두 관상이며, 외부에서 냉각수를 상기 몸체(11)의 내부로 유입 후 배출할 수 있다. 구체적으로 제1회전축(13)에 회전 커플러를 통해 튜브를 연결하여 외부에서 제1회전축(13)의 관로인 유입공(13a)을 통해 냉각수를 공급할 수 있으며, 제1회전축(13)의 유입공(13a)을 통해 유입되는 냉각수는 몸체(11)의 내부로 공급된다.

잉곳(50)의 인상시 상기 몸체(11)에는 인상케이블(40)이 감기게 되며, 앞서 설명한 바와 같이 잉곳(50)의 열은 금속인 인상케이블(40)을 따라 전도되며, 스풀드럼(10)의 몸체(11)에도 전도된다.

이때 몸체(11)의 내부로 공급된 냉각수와 열교환이 이루어지며, 직접 접촉에 의해 전도된 열을 방열시킬 수 있어, 냉각효율을 높일 수 있게 된다.

상기 몸체(11)에서 열교환된 냉각수는 상기 제2회전축(14)의 배출공(14a)를 통해 외부로 배출된다. 상기 제2회전축(14)의 배출공(14a)에도 회전 커플러에 의해 튜브가 연결된 것일 수 있다.

이처럼 본 발명은 냉각 대상인 잉곳(50)의 열이 직접 전도되는 인상케이블(40)을 권취하여 역시 잉곳(50)의 열이 접촉식으로 전도되는 스플드럼(10) 내에 냉각수를 공급하여 잉곳(50)의 열을 방열시킴으로써 냉각효율을 높일 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스플드럼(10)의 단면 구성도이고, 도 5는 도 4에 적용되는 유로형성격벽의 일실시 구성도이다.

도 4와 도 5를 각각 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 스플드럼(10)은 다른 구성은 앞서 도 3을 참조하여 설명한 예의 구성과 동일하나 몸체(11) 내에 다수의 유로형성격벽(15)을 포함하여, 냉각수와 몸체(11)의 접촉면적 및 접촉시간을 증가시켜 냉각효율을 더 높일 수 있다.

상기 유로형성격벽(15)은 원판 형상의 일부에 통공(15a)이 형성된 것일 수 있으며, 다수의 유로형성격벽(15)을 사용하여 상기 스플드럼(10) 내에 유로를 형성하여 상기 제1회전축(13)의 유입공(13a)을 통해 유입된 냉각수가 접촉되는 면을 증가시키고, 냉각수가 스플드럼(10)의 몸체(11) 내에 머무르는 시간을 증가시켜 열교환이 더 잘 일어나도록 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스플드럼(10)의 사시도이다.

도 6을 참조하면 본 발명의 스플드럼(10)의 몸체(11)에는 다수의 방열핀(16)이 형성될 수 있으며, 외부 공기와의 접촉면적을 증가시켜 방열효율을 높일 수 있다.

특히 상기 방열핀(16)은 원호형으로 돌출되어 스플드럼(10)이 회전할 때 원형의 공기 유로를 형성할 수 있도록 함과 아울러 원형의 공기 유로를 다수로 형성할 수 있도록 상기 제1회전축(13)과 제2회전축(14)이 결합된 면의 중심측에서 외측까지 다수로 마련된다.

이처럼 본 발명은 냉각수를 이용한 수랭식과 방열핀(16)을 이용한 공랭식을 동시에 사용하여 잉곳(50)에서 전도된 열을 방열시킬 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

10:스플드럼 11:몸체
12:풀리 13:제1회전축
14:제2회전축 15:유로형성격벽
20:모터 21:벨트
30:지지롤러 40:인상케이블
50:잉곳

Claims (5)

1. 잉곳의 열을 전도하는 인상케이블; 및
   모터의 구동력에 의해 회전하면서 상기 인상케이블을 감거나 풀면서 상기 잉곳을 인상 또는 인하하며, 인상을 할 때 냉각수가 공급되어 상기 인상케이블을 통해 전도된 열을 방열하는 스플드럼을 포함하며,
   상기 스플드럼은,
   중공된 원통형의 몸체와, 상기 몸체의 일측면 중앙에 결합되며, 외부에서 냉각수를 상기 몸체 내에 공급할 수 있는 유입공을 제공하는 제1회전축과, 상기 몸체의 타측면 중앙에 결합되며, 상기 몸체 내의 냉각수를 외부로 배출할 수 있는 배출공을 제공하는 제2회전축과, 상기 스플드럼의 내측에 마련되어 냉각수의 유로를 형성하되, 원형의 판상 구조 일부에 통공이 형성된 다수의 유로형성판으로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 잉곳의 접촉식 냉각장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 스플드럼의 양측면 각각에 원호형으로 돌출된 다수의 방열핀을 더 포함하는 잉곳의 접촉식 냉각장치.
   

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