KR101916831B1 - 잉곳 성장장치의 자기장 보정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 잉곳 성장장치의 자기장 보정장치에 관한 것으로, 고온 환경에서 고온 챔버 내로 인입되어 마그네트 히터에 의해 발생된 자기장을 검출하는 고온 자기장 센서부와, 상기 고온 자기장 센서부의 검출결과를 목표 자기장과 비교하여 그 차를 구하는 자기장 비교부와, 상기 자기장 비교부의 비교결과에 따라 전류 파라미터를 수정하여 상기 마그네트 히터를 제어하는 전류 파라미터 제어부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 잉곳 성장장치의 자기장 보정장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 잉곳 성장장치 등 고온의 환경을 제공하는 챔버 내의 자기장을 검출하고 보정할 수 있는 잉곳 성장장치의 자기장 보정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 고온 챔버를 이용하여 태양광용 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키고, 그 태양광용 실리콘 단결정 잉곳으로 만든 웨이퍼는 다결정 잉곳으로 만든 웨이퍼에 비하여 더 많은 산소원자를 포함하고 있다. 이는 석영도가니로부터 많은 산소 원자가 융액으로 유입되기 때문이다.
잉곳 내의 높은 산소 농도는 마스터 도판트인 보론과 결합하여, 솔라셀의 효율을 저하시키는 LID현상을 유발하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 등록특허 10-0830047호(2008년 5월 8일 등록, 대류 분포 제어에 의해 산소농도 제어가 가능한 반도체단결정 제조 방법, 그 장치 및 반도체 단결정 잉곳)에 기재된 바와 같이 자기장을 이용하여 융액의 자연대류를 최소화하고 강제대류를 최대화하여 산소 농도를 제어할 수 있는 방법에 대하여 기재하고 있다.
최근에는 제조 비용을 낮추기 위하여 고온 환경의 유지를 위한 히터와 융액의 대류를 제어할 수 있는 자기장 발생수단을 일체화한 마그네트 히터(magnet heater)를 사용하고 있다.
그러나 마그네트 히터는 도 1에 도시한 바와 같이 고온 챔버 내에서 발생하는 다양한 산화물(oxide)에 의해 손상되며, 손상에 의해 두께가 감소하여 저항 값이 변경된다.
마그네트 히터의 저항 값의 변경은 결국 마그네트 히터의 자기장 출력 값을 변화시켜 앞서 설명한 산소 농도 제어에 어려움이 발생하게 된다.
이때 자기장을 측정하고, 자기장의 변화를 보상할 수는 있으나, 자기장을 측정하는 센서는 고온 환경에서 파손되기 때문에 측정을 할 수 없고, 고온 챔버를 특정한 온도 이하로 식힌 후 자기장을 측정해야 한다.
그러나 마그네트 히터는 자기장과 열을 동시에 발생시키는 것으로, 특정 온도 이하에서 검출한 자기장의 세기나 형태는 보상에 적용할 수 없는 문제점이 있었다.
따라서 상대적으로 비용이 저렴한 마그네트 히터를 사용하는 경우에도 주기적인 마그네트 히터의 교체가 필요하다. 이러한 마그네트 히터의 잦은 교체는 비용의 증가와 함께 공정 중단에 따라 생산성이 감소하는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 고온 챔버의 고온 환경에서도 자기장을 측정할 수 있으며, 마그네트 히터의 손상에 따른 자기장을 보상할 수 있는 잉곳 성장장치의 자기장 보정장치을 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 잉곳 성장장치의 자기장 보정장치는, 고온 환경에서 고온 챔버 내로 인입되어 마그네트 히터에 의해 발생된 자기장을 검출하는 고온 자기장 센서부와, 상기 고온 자기장 센서부의 검출결과를 목표 자기장과 비교하여 그 차를 구하는 자기장 비교부와, 상기 자기장 비교부의 비교결과에 따라 전류 파라미터를 수정하여 상기 마그네트 히터를 제어하는 전류 파라미터 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 고온 자기장 센서부는, 자기장을 검출하는 자기장 센서와, 상기 자기장 센서가 외부에 노출되지 않도록 내측에 수용하는 보호관과, 상기 보호관의 외면을 감싸는 단열재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 보호관은, 그라파이트 또는 석영 튜브일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 보호관의 상단은 걸림부가 형성되어, 잉곳 형성을 위해 시드를 고정하는 시드고정부에 고정된 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 단열재는, 탄소 섬유 또는 리지드 펠트(rigid felt)일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 단열재는, 상기 보호관의 표면으로부터 측면으로 돌출되는 두께가 100 내지 150mm인 것일 수 있다.
또한 본 발명의 다른 측면에 따른 고온 챔버의 자기장 보정방법은, a) 고온 자기장 센서부를 이용하여 공정 온도에서의 고온 챔버 내 자기장을 검출하는 단계와, b) 상기 검출된 자기장을 목표 자기장과 비교하는 단계와, c) 상기 비교 결과에 따라 전류 파라미터를 조정하여 상기 고온 챔버 내에서 자기장을 생성하는 마그네트 히터를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 고온 챔버는 잉곳을 제조하는 챔버이며, 상기 고온 자기장 센서부는, 잉곳 인상을 위한 인상케이블에 의해 상기 고온 챔버 내로 인입될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 c) 단계를 수행한 후, 상기 a) 단계로 회귀하여 상기 b)단계의 비교 결과 검출된 자기장과 목표 자기장이 일치할 때까지 상기 c) 단계를 수행할 수 있다.
본 발명 잉곳 성장장치의 자기장 보정장치는, 고온 챔버의 공정 상태와 동일한 온도 조건에서 자기장을 검출하고, 검출된 자기장을 최초 설정 자기장과 비교하여, 자기장의 감소분에 대응하는 전류 파라미터로 마그네트 히터를 제어하여 목표한 자기장을 유지할 수 있도록 함으로써, 마그네트 히터의 수명을 연장하고, 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 마그네트 히터의 손상된 사진이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉곳 성장장치의 자기장 보정장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 고온 자기장 센서부의 일실시 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉곳 성장장치의 자기장 보정장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 고온 자기장 센서부의 일실시 단면 구성도이다.
이하, 본 발명 잉곳 성장장치의 자기장 보정장치에 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 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉곳 성장장치의 자기장 보정장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉곳 성장장치의 자기장 보정장치는, 자기장을 발생시킴과 아울러 챔버(10) 내부를 가열하는 마그네트 히터(11)와, 상기 마그네트 히터(11)의 열에 의해 수용된 융액을 유지하는 도가니(12)와, 결합된 시드를 이용하여 상기 도가니(12)의 융액으로부터 잉곳을 성장시키는 인상케이블(13)과, 상기 인상케이블(13)에 장착되어 고온 환경에서 상기 마그네트 히터(11)에서 발생되는 자기장을 검출하는 고온 자기장 검출부(20)와, 상기 고온 자기장 검출부(20)에서 검출된 자기장 검출 값을 수신하여 목표 자기장 값과 비교하는 자기장 비교부(30)와, 상기 자기장 비교부(30)의 비교결과에 따라 상기 마그네트 히터(11)의 자기장 파라미터를 제어하여 상기 마그네트 히터(11)에서 발생되는 자기장을 정상 자기장으로 보정하는 파라미터 제어부(40)를 포함한다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고온 챔버의 자기장 보정장치의 구성과 작용에 대하여 더 상세히 설명한다.
먼저, 마그네트 히터(11)는 융액을 수용하는 도가니(10)의 측면측에서 도가니(10)를 감싸도록 위치하고 있으며, 인상케이블(13)을 이용하여 도가니(10)의 융액으로부터 잉곳을 성장시키는 공정의 반복에 의해 발생되는 옥사이드에 의해 표면이 손상되어 두께가 얇아지게 된다.
표면이 손상되어 두께가 얇아진 마그네트 히터(11)는 저항 값이 변화하게 되며, 동일한 전류 파라미터에 의해 제어되는 경우에도 저항 값의 변화에 의해 자기장이 변화하게 된다.
따라서 본 발명에서는 설정된 횟수의 공정 후 주기적으로 상기 인상케이블(13)에 고온 자기장 센서부(20)를 장착하여 고온 챔버(10) 내의 자기장을 검출하여 자기장의 변화를 확인한다.
상기 고온 자기장 센서부(20)는 실제 잉곳을 성장시키는 공정과 동일한 조건에서 자기장을 검출할 수 있다.
도 3은 상기 고온 자기장 센서부(20)의 일실시 단면 구성도이다.
도 3을 참조하면 본 발명에 적용되는 고온 자기장 센서부(20)는, 자기장을 검출하는 자기장 센서(22)와, 상기 자기장 센서(22)가 외부에 노출되지 않도록 내측에 수용하는 보호관(21)과, 상기 보호관(21)의 외면을 감싸는 단열재(23)를 포함하여 구성된다.
상기 고온 자기장 센서부(20)는 융액이 유지되는 고온 조건에서 자기장 센서(22)가 열손상되는 것을 방지할 수 있는 것으로, 상기 보호관(21)은 그라파이트 또는 석영 튜브를 사용할 수 있다.
또한 자기장 측정을 위하여 고온 챔버(10)에 다른 설비를 추가적으로 설치하지 않고, 앞서 설명한 인상케이블(13)을 이용하여 고온 챔버(10)의 내부로 고온 자기장 센서부(20)를 이동시키기 위해서 상기 보호관(21)의 상단에는 걸림부(24)가 형성된다.
상기 단열재(23)는 상기 보호관(21)의 외면 전체를 덮도록 설치될 수 있으나, 비용과 무게를 고려하여 상기 자기장 센서(22)가 위치하는 영역의 보호관(21) 외면만 선택적으로 덮는 것으로 할 수 있다.
상기 단열재(23)의 재질은 탄소 섬유이거나 그라파이트 파이버와 탄소 섬유의 조합인 리지드 펠트(rigid felt)일 수 있다.
단열재(23)는 상기 보호관(21)의 외면에서부터 측면측으로 돌출되는 두께가 100 내지 150mm가 되도록 한다.
상기와 같이 구성되는 고온 자기장 센서부(20)를 인상케이블(13)의 시드 결합부분에 장착한다. 앞서 설명한 바와 같이 걸림부(24)를 시드 결합부분에 장착하여, 다른 설비를 추가적으로 설치하지 않고도 고온 자기장 센서부(20)를 안정적으로 고온 챔버(10)의 특정위치로 인입하고, 측정이 완료되면 인상하여 탈거할 수 있다.
상기 인상케이블(13)에 의해 고온 자기장 센서부(20)는 도가니(12)의 위치로 이동하게 되며, 이때 마그네트 히터(11)는 설정된 전류 파라미터에 따라 자기장을 생성함과 아울러 잉곳 성장공정에 필요한 열을 발생시킨다.
즉, 잉곳 성장공정과 동일한 분위기를 제공한다.
이와 같은 상태에서 상기 도가니(12)의 상부로 고온 자기장 센서부(20)가 이동하고, 이때 상기 단열재(23)에 의해 단열되어 열손상이 방지된 자기장 센서(22)는 도가니(12)측, 정확하게는 융액 위치에서의 자기장을 검출한다.
검출된 자기장은 자기장 비교부(30)로 입력되어 최초 목표한 자기장과 비교된다. 상기 자기장 비교부(30)는 목표 자기장과 상기 고온 자기장 센서부(20)에서 검출한 자기장을 비교한다.
그 다음, 상기 자기장 비교부(30)의 비교결과를 입력받은 전류 파라미터 제어부(40)는 목표 자기장과 현재 검출된 자기장의 차이를 보정하는 전류 파라미터를 생성하고, 생성된 전류 파라미터를 이용하여 상기 마그네트 히터(11)를 제어하여 저항의 변화에 따른 자기장의 변화를 보정하게 된다.
이때 상기 고온 자기장 센서부(20)는 다시 보정된 자기장을 검출하여 상기 자기장 비교부(30)로 제공하고, 자기장 비교부(30)에서 비교된 결과를 이용하여 전류 파라미터 제어부(40)는 다시 전류 파라미터를 수정하여 마그네트 히터(11)를 제어한다.
이러한 과정을 반복하여 목표 자기장으로 완전하게 보정할 수 있다.
이처럼 본 발명은 공정 중 발생하는 산화물에 의해 마그네트 히터(11)가 손상되고, 저항의 변경에 따라 자기장이 변화하는 것을 보상할 수 있어 마그네트 히터(11)의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.
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:고온 챔버 11:마그네트 히터
12:도가니 13:인상케이블
20:고온 자기장 센서부 21:보호관
22:자기장 센서 23:단열재
30:자기장 비교부 40:전류 파라미터 제어부
12:도가니 13:인상케이블
20:고온 자기장 센서부 21:보호관
22:자기장 센서 23:단열재
30:자기장 비교부 40:전류 파라미터 제어부
Claims (9)
- 잉곳 성장장치의 자기장 보정장치에 있어서,
자기장 센서와, 상기 자기장 센서를 내측에 수용하는 그라파이트 또는 석영 재질의 보호관과, 상기 보호관의 감싸되 비용과 무게를 고려하여 상기 자기장 센서가 위치하는 상기 보호관의 외면 일부를 감싸도록 하고, 단열 탄소 섬유 또는 리지드 펠트 재질로 하며, 상기 보호관의 표면으로부터 측면으로 돌출되는 두께가 100 내지 150mm인 단열재를 구비하여, 실제 잉곳을 성장시키는 공정과 동일한 고온 환경에서 인상케이블에 의해 잉곳 성장장치 내로 인입되어 마그네트 히터에 의해 발생된 자기장을 검출하는 고온 자기장 센서부;
상기 고온 자기장 센서부의 검출결과를 목표 자기장과 비교하여 그 차를 구하는 자기장 비교부; 및
상기 자기장 비교부의 비교결과에 따라 전류 파라미터를 수정하고, 수정된 전류 파라미터로 마그네트 히터를 제어하여, 상기 마그네트 히터의 손상에 따른 자기장의 변화를 보정하는 전류 파라미터 제어부를 포함하며,
상기 보호관의 상단은 걸림부가 형성되고, 상기 걸림부는 잉곳 형성을 위해 시드를 고정하는 시드고정부에 고정되어는 상기 보호관을 포함하는 고온 자기장 센서부를 안정적으로 잉곳 성장장치의 내부로 인입하고, 측정이 완료되면 탈거할 수 있는 것을 특징으로 하는 잉곳 성장장치의 자기장 보정장치.
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