KR101969648B1 - Method for removing residual impurity silicon melt in crucible for ingot growth - Google Patents
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Abstract
단결정잉곳 성장장치에 구성되는 고가의 도가니을 수차례 반복사용하면서도 고순도의 단결정잉곳을 얻을 수 있도록 하기 위하여, 단결정 잉곳성장용 도가니 내에 잔존하는 불순물이 포함된 실리콘용융액을 용이하게 제거할 수 있도록 하는 잉곳성장용 도가니 내의 잔존 불순물 실리콘용융액 제거방법에 관한 것이다.
본 발명은 카본펠트준비단계; 제1풀체임버개방단계; 카본펠트승하강준비단계; 풀체임버결합단계; 잔존실리콘용융액흡수단계; 실리콘용융액냉각단계; 카본펠트승강단계; 제2풀체임버개방단계; 카본펠트제거단계;를 포함하는 것이 특징이다.
본 발명은 내열성과 흡수성이 뛰어난 카본펠트를 고온진공상태의 도가니 내로 투입하여, 도가니에 잔존하는 불순물 실리콘용융액만 신속하게 흡수/제거할 수 있어 도가니를 재사용할 수 있을 뿐 아니라, 흡수/제거후에는 새로운 폴리실리콘을 도가니로 투입하고 잉곳성장장치를 신속하게 재셋팅하여 잉곳을 반복하여 다시 성장시킬 수 있으므로 잉곳의 생산 속도도 대폭 향상될 수 있다.In order to obtain a high-purity single crystal ingot while repeatedly using expensive crucibles formed in the single crystal ingot growing apparatus, it is possible to easily remove the silicon melt containing the impurities remaining in the crucible for growing a single crystal ingot, The present invention relates to a method for removing residual impurity silicon melt in a crucible for use.
The present invention relates to a carbon felt preparation method, A first pull chamber opening step; Preparing a carbon felt up and down; A full chamber joining step; A remaining silicon melt absorption step; Cooling the silicon melt; Carbon felt lifting step; A second pool chamber opening step; And a carbon felt removing step.
The present invention is capable of quickly absorbing / removing only the impurity silicon melt remaining in the crucible by injecting a carbon felt excellent in heat resistance and absorbability into a crucible in a high-temperature vacuum state so that the crucible can be reused, New polysilicon can be introduced into the crucible and the ingot growth apparatus can be quickly reset so that the ingot can be repeatedly grown again so that the production rate of the ingot can be greatly improved.
Description
본 발명은 잉곳성장용 도가니 내의 잔존 불순물 실리콘용융액 제거방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단결정잉곳 성장장치에 구성되는 고가의 도가니를 수차례 반복사용하면서도 고순도의 단결정잉곳을 얻을 수 있도록 하기 위하여, 단결정 잉곳성장용 도가니 내에 잔존하는 불순물이 포함된 실리콘용융액을 용이하게 제거할 수 있도록 하는 잉곳성장용 도가니 내의 잔존 불순물 실리콘용융액 제거방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of removing residual impurity silicon melt in a crucible for growing an ingot, and more particularly, to a method for removing a residual impurity silicon melt in a crucible for ingot growth, in which a single crystal ingot The present invention relates to a method for removing residual silicon impurities in a crucible for growing an ingot such that a silicon melt containing impurities remaining in an ingot growing crucible can be easily removed.
반도체웨이퍼나 솔라셀은 실리콘잉곳을 슬라이스하여 제조되어지는데, 실리콘잉곳은 초크랄스키 방법(czochralski method)으로 생산되는 단결정성장장치에 의해 제조될 수 있다.Semiconductor wafers and solar cells are manufactured by slicing a silicon ingot, which can be fabricated by a single crystal growth apparatus that is produced by the czochralski method.
일반적으로, 반도체웨이퍼나 솔라셀을 만들기 위해서는 먼저 추출된 실리콘을 얇은 판 모양의 웨이퍼 상태로 만들어야 하는데, 이 과정은 단결정 실리콘 잉곳(ingot)을 만드는 것으로 시작된다.Generally, in order to make a semiconductor wafer or a solar cell, the extracted silicon must first be made into a thin plate-like wafer state, which starts with making a single crystal silicon ingot.
이러한 단결정 실리콘 잉곳의 제조는 초크랄스키 방법(czochralski method)을 통해 많이 생산되고 있는데, 초크랄스키 방법은 실리콘 덩어리들을 도가니(crucible)에 투입하고 용융하여 실리콘용융액을 생성한 후, 원하는 결정 방향과 동일한 결정 방향을 가진 단결정 시드(seed;종자)를 실리콘용융액 표면 가운데 부분에 접촉시킨 다음, 시드와 도가니을 서로 반대 방향으로 회전시키면서 적절한 속도로 시드를 인상시켜 단결정을 성장시키는 방법이다. The production of single crystal silicon ingots is largely produced by the czochralski method. In the Czochralski method, silicon lumps are injected into a crucible and melted to produce a silicon melt. A single crystal seed having the same crystal orientation is brought into contact with the center portion of the surface of the silicon melt and then the seed is pulled at an appropriate speed while rotating the seed and the crucible in opposite directions to grow a single crystal.
초크랄스키 방법을 이용하는 단결정잉곳 성장장치는 시드 메커니즘(seed mechanism), 풀체임버(pull chamber), 돔체임버(dome chamber), 메인체임버(main chamber), 도가니 메커니즘(crucible mechanism) 등으로 구성되는 것이 통상적인데,The single crystal ingot growing apparatus using the Czochralski method includes a seed mechanism, a pull chamber, a dome chamber, a main chamber, and a crucible mechanism Typically,
도가니 메커니즘에 의해 승·하강 및 회전되어지는 도가니(crucible)를 메인체임버 내부에 정렬하고, 메인체임버 상부에 돔체임버와 풀체임버를 순차적으로 결합한 후, 진공상태로 형성된 메인체임버 내부의 도가니 안에서 가열에 의한 폴리실리콘의 용융후에 단결정 시드(seed)를 실리콘용융액으로부터 서서히 성장시켜 반도체웨이퍼나 솔라셀의 모체가 되는 단결정 잉곳(ingot)을 제조하게 되는 것이다.A crucible to be lifted and lowered by a crucible mechanism is aligned inside a main chamber, a dome chamber and a pull chamber are successively joined to an upper portion of the main chamber, and then heated in a crucible inside a main chamber formed in a vacuum state A single crystal seed is slowly grown from the silicon melt to melt the polysilicon, thereby producing a monocrystalline ingot to be a matrix of a semiconductor wafer or a solar cell.
그러나, 단결정잉곳 성장장치를 통해 잉곳이 성장되고 나면 도가니 내에는 최초 투입된 실리콘 덩어리의 중량과 대비하여 5~30%중량 정도의 실리콘용융액이 남아있게 되며, 잔존 실리콘용융액에는 잉곳성장시에 생성되는 어쩔수없이 생성되는 미량의 불순물이 녹아있게 되는데, 이러한 불순물로 인하여 도가니의 교체가 불가피하다는 문제점이 지적된다.However, once the ingot is grown through the single crystal ingot growing apparatus, a silicon melt of about 5 to 30% by weight is left in the crucible compared to the weight of the initially introduced silicon ingot, And thus it is pointed out that the replacement of the crucible is inevitable due to the impurities.
상기 불순물은 잔존 실리콘용융액과 도가니와의 물리적인 마찰로 인해 생성되는 불순물 및 폴리실리콘 자체의 불순물로 크게 구분될 수 있다.The impurities may be largely divided into impurities generated due to physical friction between the remaining silicon melt and the crucible, and impurities of the polysilicon itself.
물리적인 마찰로 인한 불순물은 시드에 의한 잉곳성장과정에서 실리콘용융액과 도가니의 상호간 서로 다른 방향으로의 회전에 의해 발생되는데, 잉곳성장과정은 실리콘용융액에 담궈진 시드를 일방향으로 회전시키면서 서서히 상승시키고 동시에 도가니는 반대방향으로 회전시키면서 잉곳을 성장시키는 과정이며, 이때 시드의 회전방향에 따라 실리콘용융액도 일방향으로 회전하게 되고 동시에 도가니는 반대방향으로 회전되면서 실리콘용융액과 도가니 간에는 물리적인 마찰이 발생하게 되는 것이다.The impurities due to physical friction are generated by rotation of the silicon melt and the crucible in different directions during the ingot growth process by the seed. The ingot growth process gradually raises the seed while rotating the seed dipped in the silicon melt in one direction The crucible is rotated in the opposite direction to grow the ingot. At this time, the silicon melt also rotates in one direction in accordance with the rotation direction of the seed, and at the same time, the crucible is rotated in the opposite direction and physical friction is generated between the silicon melt and the crucible .
폴리실리콘 자체의 불순물은 고순도의 폴리실리콘이라 하더라도 자체에는 극소량의 불순물을 포함하게 되는데, 잉곳성장시에 실리콘성분만 시드를 따라 상승하게 되고 자체의 불순물은 대상용융(Zone melting)현상에 의한 편석계수에 따라 에 지속적으로 남아있게 되면서 발생되는 것으로, 잉곳이 성장함에 따라 잔존 실리콘용융액에 남아있는 불순물의 농도는 지속적으로 높아지게 되는 것이다.Even when the polysilicon itself is a high-purity polysilicon, only a very small amount of impurities are contained in the polysilicon itself. In the ingot growth, only the silicon component rises along the seed, and the impurities of the polysilicon itself grow due to the zone melting phenomenon And the concentration of the impurities remaining in the remaining silicon melt is continuously increased as the ingot grows.
위와 같은 문제점 때문에 항상 일정한 고순도의 단결정 잉곳을 얻기 위해서는 매번 도가니를 교체하는 것이 최선이라 할 수 있겠으나, 고가(高價)로 제작되는 도가니를 매번 교체하여 폐기하는 것은 원가부담과 폐기처리비용부담이 상승되는 문제점은 물론 도가니를 교체하고 정위치에 재셋팅하는 복잡한 과정을 거쳐야하는 문제점과 그에 따른 생산성저하가 유발된다.In order to obtain a single crystal ingot having a constant high purity at all times due to the above problems, it is best to replace the crucible every time. However, replacing and disposing of a crucible manufactured at a high price every time causes a cost burden There is a problem that the crucible needs to be replaced and the crucible must be reset to a proper position.
한편, 도가니의 반복사용이 용이할 수 있도록 하기 위한 방법으로써, 도가니 내에 잔존하는 불순물 실리콘용융액을 흡입관을 통하여 강제로 진공흡입하여 뽑아내는 방법이 제안된 바 있으나, 이는 고온(대략 1,430℃ 가량)상태의 도가니 내에서 용융된 상태로 잔존하는 고온의 실리콘용융액이 진공관을 통해 상온의 외부로 뽑아져 나가는 과정에서 급속하게 굳어지면서 진공관이 좁아지거나 막히게 되는 문제점이 발생하게 되므로, 진공관을 수시로 교체하여야 하는 2차적인 문제점이 발생할 수 있는 등 잔존 불순물 실리콘용융액의 제거가 원활하지 못하였다.As a method for facilitating repeated use of the crucible, there has been proposed a method in which the impurity silicon melt remaining in the crucible is forcibly vacuumed through a suction pipe and drawn out. However, this method has a problem that a high temperature (about 1,430 캜) The high temperature silicon melt remaining in the molten state in the crucible of the crucible is quickly pulled out to the outside of the room through the tube to cause a problem that the tube becomes narrow or clogged, There is a problem in that the removal of residual impurity silicon melt is not smooth.
위와 같은 문제점들을 극복하여, 고가의 도가니를 수차례 사용하면서도 고순도의 단결정 잉곳을 반복해서 얻을 수 있는 방법이나 기술의 제안이 요구되고 있는 실정이다.There has been a demand for a method and a technology for overcoming the above problems and obtaining high-purity single crystal ingots repeatedly while using expensive crucibles several times.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 일소하기 위해 안출된 것으로, 특히 시드에 의한 잉곳성장후 도가니에 잔존하는 불순물이 포함된 실리콘용융액을 신속하게 제거함으로써 도가니를 수차례 반복 사용할 수 있음은 물론, 도가니내에서 새로운 폴리실리콘을 충전시키고 잉곳성장장치를 재셋팅하여 잉곳을 다시 반복하여 생산하는 과정이 신속하게 이루어질 수 있도록 하여 잉곳 생산속도를 증가시키고 아울러 도가니의 재사용도 용이한 잉곳성장용 도가니 내의 잔존 불순물 실리콘용융액 제거방법을 제공함에 그 기술적 과제의 주안점을 두고 완성한 것이다.The present invention has been made in order to solve the problems as described above. In particular, the crucible can be used repeatedly by repeatedly removing the silicon melt containing the impurities remaining in the crucible after the ingot is grown by the seed, It is possible to increase the speed of the ingot production and to make the reusability of the crucible easier in the crucible for ingot growth, And a method of removing a silicon melt.
위 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은일정 모양의 수직기둥 형태로 이루어져 내부에 다수의 기공이 형성되고 1,500℃ 이상의 고온에서도 견딜 수 있을 정도의 내열성을 갖는 카본펠트를 준비하는 카본펠트준비단계; 게이트밸브장치를 작동시켜 그 하부로는 진공상태가 유지될 수 있도록 내부를 폐쇄한 상태에서, 풀체임버를 개방시키는 제1풀체임버개방단계; 상기 개방된 풀체임버의 하방으로 상기 시드케이블 및 시드척을 하강시킨 다음, 상기 카본펠트를 시드척에 결합시켜 시드케이블과 함께 승하강이 가능하도록 하는 카본펠트승하강준비단계; 시드척에 결합된 상기 카본펠트를 승강시켜 풀체임버 내부에 위치시킨 다음 상기 풀체임버를 게이트밸브장치에 연결/결합시키고, 상기 게이트밸브장치를 개방시켜 그 내부가 상기 풀체임버와 연통될 수 있도록 한 상태에서 풀체임버에까지 진공상태가 되도록 하는 풀체임버결합단계; 상기 풀체임버결합단계를 거쳐 상기 메인체임버, 돔체임버, 게이트밸브장치, 풀체임버의 내부가 진공인 상태에서, 시드케이블을 하강시킴으로써 상기 카본펠트가 도가니 내에 잔존하는 실리콘용융액을 흡수할 수 있도록 하는 잔존실리콘용융액흡수단계; 상기 잔존실리콘용융액흡수단계를 통해 카본펠트에 흡수된 불순물 실리콘용융액이 굳을때까지 일정시간 냉각시키는 실리콘용융액냉각단계; 상기 실리콘용융액냉각단계를 통해 카본펠트에 흡수된 불순물 실리콘용융액이 냉각되면 이를 게이트밸브장치 상방의 풀체임버 내부에까지 승강시키는 카본펠트승강단계; 상기 카본펠트승강단계를 통해 굳어진 실리콘용융액이 승강된 후, 게이트밸브장치를 작동시켜 그 하부로는 진공상태가 유지될 수 있도록 내부를 폐쇄한 상태에서, 풀체임버를 개방시키는 제2풀체임버개방단계; 상기 제2풀체임버개방단계를 거친후, 상기 카본펠트를 풀체임버 외부로 하강시켜 카본펠트를 제거하거나 분리시키는 카본펠트제거단계;를 포함하는 것이 특징이다.According to another aspect of the present invention, there is provided a carbon felt comprising: a carbon felt having a plurality of pores formed in a vertical column shape having a predetermined shape and having heat resistance enough to withstand a high temperature of 1,500 DEG C or more; A first pull chamber opening step of operating the gate valve device and opening the pull chamber in a state in which the inside thereof is closed so that a vacuum state can be maintained at a lower portion thereof; A carbon felt lifting and lowering preparation step of lowering the seed cable and the seed chuck below the open pool chamber and then connecting the carbon felt to the seed chuck so that the carbon fiber can be lifted and lowered together with the seed cable; The carbon felt attached to the seed chuck is lifted and placed in the pull chamber, and then the pull chamber is connected / coupled to the gate valve device, and the gate valve device is opened to allow the inside thereof to communicate with the pull chamber To a vacuum state to a full chamber; The remaining portion of the silicon melt remaining in the crucible can be absorbed by lowering the seed cable while the inside of the main chamber, the dome chamber, the gate valve device, and the pull chamber is in a vacuum state through the pull chamber joining step A silicon melt absorption step; A silicon melt cooling step of cooling the impurity silicon melt absorbed in the carbon felt through the remaining silicon melt absorbing step for a predetermined time until the silicon melt is hardened; A carbon felt ascending and descending step of cooling the impurity silicon melt absorbed in the carbon felt through the silicon melt cooling step and moving it up to the inside of the pull chamber above the gate valve device; A second pool chamber opening step for opening the pool chamber in a state in which the gate valve device is operated and the inside thereof is closed so that a vacuum state can be maintained, after the hardened silicon melt is elevated through the carbon felt lifting step; ; And a carbon felt removing step of lowering the carbon felt to the outside of the pool chamber after the second pool chamber opening step to remove or separate the carbon felt.
이상의 해결 수단을 갖는 본 발명은 내열성과 흡수성이 뛰어난 카본펠트를 고온진공상태의 도가니 내로 투입하여, 도가니에 잔존하는 불순물 실리콘용융액만 신속하게 흡수/제거할 수 있어 도가니를 재사용할 수 있는 효과가 있을 뿐 아니라, 사용한 도가니의 제거 및 새로운 도가니의 장착작업이 불필요한 효과도 있으며, 흡수/제거후에는 새로운 폴리실리콘을 도가니로 투입하고 잉곳성장장치를 신속하게 재셋팅하여 잉곳을 반복하여 다시 성장시킬 수 있으므로 잉곳의 생산 속도도 대폭 향상될 수 있는 효과가 있는 등 그 기대되는 효과가 실로 유익한 발명이다.The present invention having the above-mentioned solution has the effect of reusing the crucible because the carbon felt having excellent heat resistance and absorbability can be put into the crucible in a high-temperature vacuum state so that only the impurity silicon melt remaining in the crucible can be absorbed / In addition, the removal of the crucible used and the installation of a new crucible are unnecessary. After the absorption / removal, new polysilicon can be introduced into the crucible and the ingot growth apparatus can be quickly reset and the ingot can be repeatedly grown again The production speed of the ingot can be greatly improved, and the expected effect is an advantageous invention.
도 1 및 도 2는 카본펠트의 다양한 제조과정을 간략하게 예시한 참고예시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 블록도.
도 4는 잉곳성장장치를 보인 참고도.
도 5은 본 발명에 따라 카본펠트가 결합된 상태를 보인 예시도.
도 6은 본 발명에 따라 풀체임버가 개방된 상태를 나타낸 개략 예시도.
도 7은 본 발명에 따른 투입관을 예시한 예시도.Fig. 1 and Fig. 2 are schematic views for explaining various manufacturing processes of the carbon felt.
3 is a block diagram showing a preferred embodiment of the present invention.
4 is a reference diagram showing an ingot growing apparatus.
5 is an exemplary view showing a state in which carbon felt is bonded according to the present invention.
6 is a schematic view showing a state in which a pull chamber is opened according to the present invention;
FIG. 7 is an exemplary view illustrating a charging tube according to the present invention; FIG.
이하 첨부되는 도면과 함께 본 발명 잉곳성장용 도가니 내의 잔존 불순물 실리콘용융액 제거방법을 보다 구체적으로 설명하자면 하기와 같다.Hereinafter, a method of removing residual impurity silicon melt in a crucible for ingot growth according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3에 본 발명에서 제시하는 잔존 불순물 실리콘용융액 제거방법의 바람직한 실시예를 나타낸 블록도가 도시되는데, 도시된 바와 같이 본 발명은 크루시블 메커니즘(7)에 의해 회전되어지는 도가니(61) 및 상기 도가니(61)를 가열하기 위하여 도가니 둘레에 구비되는 히터장치를 내부에 수용하는 메인체임버(6), 상기 메인체임버 상부에 결합되는 돔체임버(5), 상기 돔체임버 상부에 결합되는 게이트밸브장치(4), 상기 게이트밸브장치 상부에 결합되는 풀체임버(3), 상기 풀체임버 상부에 결합되는 시드메카니즘(2), 상기 시드메카니즘에 결합되어 회전 및 승하강이 가능하도록 구비되는 시드케이블(21), 상기 시드케이블과 시드를 결합시키기 위한 시드척(22)을 포함하며,FIG. 3 is a block diagram showing a preferred embodiment of the residual impurity silicon melt removing method according to the present invention. As shown in FIG. 3, the present invention includes a
상기 메인체임버, 돔체임버, 게이트밸브장치, 풀체임버는 그 내부가 상호 연통가능하게 연결되어 진공상태에서 잉곳(I)의 성장이 가능하도록 이루어지는 잉곳성장장치(1)에 있어서,The ingot growing apparatus (1) according to claim 1 or 2, wherein the ingot (I) is grown in a vacuum state so that the main chamber, the dome chamber, the gate valve apparatus and the full chamber are mutually communicably connected,
일정 모양의 수직기둥 형태로 이루어져 내부에 다수의 기공이 형성되고 1,500℃ 이상의 고온에서도 견딜 수 있을 정도의 내열성을 갖는 카본펠트(10)를 준비하는 카본펠트준비단계(101);A carbon felt preparing step (101) for preparing a carbon felt (10) having a vertical column shape of a predetermined shape and having a plurality of pores formed therein and having heat resistance enough to withstand a high temperature of 1,500 ° C or higher;
상기 게이트밸브장치를 작동시켜 그 하부로는 진공상태가 유지될 수 있도록 내부를 폐쇄한 상태에서, 상기 풀체임버를 개방시키는 제1풀체임버개방단계(102);A first pool chamber opening step (102) for opening the pool chamber in a state where the gate valve device is operated and the inside thereof is closed so that a vacuum state can be maintained at a lower portion thereof;
상기 개방된 풀체임버의 하방으로 상기 시드케이블 및 시드척을 하강시킨 다음, 상기 카본펠트를 상기 시드척에 결합시켜 시드케이블과 함께 승하강이 가능하도록 하는 카본펠트승하강준비단계(103);A carbon felt lifting preparation step (103) for lowering the seed cable and the seed chuck below the open pool chamber and then connecting the carbon felt to the seed chuck so that the carbon fiber can be lifted and lowered together with the seed cable;
시드척에 결합된 상기 카본펠트를 승강시켜 풀체임버 내부에 위치시킨 다음 상기 풀체임버를 게이트밸브장치에 연결/결합시키고, 상기 게이트밸브장치를 개방시켜 그 내부가 상기 풀체임버와 연통될 수 있도록 한 상태에서 풀체임버에까지 진공상태가 되도록 하는 풀체임버결합단계(104);The carbon felt attached to the seed chuck is lifted and placed in the pull chamber, and then the pull chamber is connected / coupled to the gate valve device, and the gate valve device is opened to allow the inside thereof to communicate with the pull chamber (104) to allow the vacuum chamber to be in a vacuum state to a full chamber;
상기 풀체임버결합단계를 거쳐 상기 메인체임버, 돔체임버, 게이트밸브장치, 풀체임버의 내부가 진공인 상태에서, 상기 시드케이블을 하강시킴으로써 상기 카본펠트가 상기 도가니 내에 잔존하는 실리콘용융액을 흡수할 수 있도록 하는 잔존실리콘용융액흡수단계(105);The seed cable is lowered in the state where the interior of the main chamber, the dome chamber, the gate valve apparatus, and the pull chamber is in a vacuum state through the pull chamber joining step so that the carbon felt can absorb the silicon melt remaining in the crucible A residual silicon melt absorption step (105);
상기 잔존실리콘용융액흡수단계를 통해 카본펠트에 흡수된 상기 실리콘용융액이 굳을때까지 일정시간 냉각시키는 실리콘용융액냉각단계(106);A silicon melt cooling step (106) for cooling the silicon melt absorbed in the carbon felt through the remaining silicon melt absorption step for a predetermined time until the silicon melt is solidified;
상기 실리콘용융액냉각단계를 통해 카본펠트에 흡수된 실리콘용융액이 냉각되면 이를 게이트밸브장치 상방의 풀체임버 내부에까지 승강시키는 카본펠트승강단계(107);A carbon felt lifting step (107) for lifting the silicon melt absorbed in the carbon felt through the silicon melt cooling step and lifting the silicon melt to the inside of the pull chamber above the gate valve device;
상기 카본펠트승강단계를 통해 굳어진 실리콘용융액이 승강된 후, 상기 게이트밸브장치를 작동시켜 그 하부로는 진공상태가 유지될 수 있도록 내부를 폐쇄한 상태에서, 상기 풀체임버를 개방시키는 제2풀체임버개방단계(108);A second pull chamber for opening the pull chamber in a state in which the gate valve apparatus is operated and the inside thereof is closed so that a vacuum state can be maintained at a lower portion thereof after the silicon melt is elevated through the carbon felt lifting step,
상기 제2풀체임버개방단계를 거친후, 상기 카본펠트를 풀체임버 외부로 하강시켜 카본펠트를 제거하거나 분리시키는 카본펠트제거단계(109);를 포함하여 이루어지는 것이 특징이다.And a carbon felt removing step (109) of lowering the carbon felt to the outside of the pool chamber to remove or separate the carbon felt after the second pool chamber opening step.
한편, 상기 카본펠트(10)는 일정 형태와 직경을 가지고, 1,500℃ 이상의 고온에서도 견딜 수 있을 정도의 내열성을 갖는 재질로 구성되는 투입관(201)의 내부에 투입된 상태에서 실시되는 것도 가능하다.Meanwhile, the carbon felt 10 may be put in the
또한, 상기 투입관(201)은 잉곳성장장치(1)와 별도로 설치된 기대에 고정된 상태에서 일측 단부는 돔체임버(5)의 일측 투입부를 통해 도가니 안쪽의 중공영역에까지 투입되고, 상기 투입관(201)을 통하여 상기 카본펠트를 도가니의 바닥면까지 투입시켜 도가니 바닥면에 남아있는 불순물이 포함된 실리콘용융액(이하 '불순물 실리콘용융액'이라 약칭함)에 담궈질 수 있도록 하며, 불순물 실리콘용융액은 카본펠트로 신속하게 흡수되면서 용이하게 제거될 수 있다. 이때 상기 카본펠트의 타측 단부를 승하강줄에 결합시킨 상태에서 승하강줄을 당기거나 풀게 되면 카본펠트가 승하강 가능할 수 있게 된다. The
이때, 상기 승하강줄은 승하강모터 및 승하강모터의 구동에 의해 회전되면서 상기 승하강줄을 감거나 풀수 있는 감김장치로 구성하여, 승하강모터의 구동방향에 때라 자동 승,하강이 가능하도록 구성될 수 있다.At this time, the up-down line is constituted by a winding device which is rotated by driving the up-down motor and the up-down motor to wind or unwind the up / down line, so that the automatic up / Lt; / RTI >
상기 투입관(201)은 내열성이 뛰어난 석영재질로 구성하여 도가니 내부의 고온에서도 견딜수 있도록 구성되는데, 그 내부를 육안으로 확인가능할 수 있도록 투명재질로 구성하게 되면 그 내부로 이동되는 카본펠트의 위치나 상태를 확인하기가 용이할 수 있다.The
상기 카본펠트준비단계의 상기 카본펠트는 조직내에 수많은 기공(porosity)들을 가지고 있어서 액체를 흡수할 시에 기공들로 흡수되는 흡수표면적이 매우 넓다는 특징 및 내열성이 뛰어나다는 특징을 갖는 것으로, 1200℃ 이상의 고온 실리콘용육액을 신속하게 흡수하기에 이상적이며, 각 기공의 평균직경은 약 5~30㎛ 정도로 이루어지며, 대략 2000℃ 이상에서도 견딜 수 있을 정도로 내열성이 뛰어난 특징을 갖는 것이다.The carbon felt in the carbon felt preparing step has numerous pores in the structure and is characterized by having a very wide absorption surface area absorbed by the pores when absorbing the liquid and excellent in heat resistance. Of the above-mentioned high-temperature silicon meat liquor. The average pore diameter of each pore is about 5 to 30 mu m, and is characterized by excellent heat resistance enough to withstand at least 2000 DEG C or more.
또한, 상기 카본펠트는 첨부된 도 1 및 도 2의 공정예시도에 도시된 바와 같이 다양한 형태로 제조가능한 것이다.In addition, the carbon felt can be manufactured in various forms as shown in the process examples of FIGS. 1 and 2.
상기 잉곳성장장치는 초크랄스키 방법(czochralski method)으로 생산되는 통상의 단결정성장장치로써, 메인체임버, 돔체임버, 게이트밸브장치, 풀체임버의 내부가 상호 연통가능하게 연결되어 있는데, 별도의 흡입진공장치에 의해 내부를 진공상태로 형성이 가능하도록 구성되며, 각 장치들은 상호 간의 결합 및 분리가 가능하도록 구성된다. The ingot growing apparatus is a conventional single crystal growing apparatus produced by the czochralski method. The inside chamber of the main chamber, the dome chamber, the gate valve apparatus, and the pull chamber are connected to each other so that they can communicate with each other. And is configured to be able to be formed into a vacuum state by the device, and each device is configured to be able to couple and separate each other.
이때, 상기 풀체임버를 분리하게 되면 외부 공기의 유입으로 전체적으로 진공상태가 해제가 되나, 상기 게이트밸브장치를 작동시켜 그 내부를 폐쇄한 상태에서 풀체임버를 개방하게 되면, 하부의 돔체임버 및 메인체임버는 진공상태를 유지된 상태에서 풀체임버만 개방될 수 있는 구조로 이루어져 있다. 이와 같은 상태에서 필요한 작업(카본펠트를 시드척에 결합시키는 등의 작업)을 수행후 다시 역순으로 풀체임버를 결합시키고 게이트밸브장치를 개방시켜 그 내부를 상호 연통되도록 하게되면, 메인체임버, 돔체임버, 게이트밸브장치, 풀체임버의 상호 연통된 내부 전체를 진공상태로 형성하는데 소요되는 상당한 진공공정시간보다 대폭 축소된 진공공정시간을 가질 수 있으므로, 진공공정시간의 대폭적인 절약을 도모할 수 있다.At this time, if the pull chamber is separated, the vacuum state is released as a whole due to the inflow of outside air. However, when the pull chamber is opened while the gate valve apparatus is operated and the inside thereof is closed, the dome chamber and the main chamber Is constructed such that only the pool chamber can be opened in a state where the vacuum state is maintained. In this state, the necessary operations (such as bonding the carbon felt to the seed chuck) are performed and then the full chamber is connected in reverse order, and the gate valve device is opened so that the interior of the main chamber is communicated with the main chamber. , The gate valve device, and the pull chamber can be significantly reduced as compared with the vacuum process time required for forming the entire interior of the vacuum chamber in the vacuum state.
앞서 설명한 바와 같은 게이트밸브장치의 작동으로써, 상기 제1풀체임버개방단계 및 카본펠트승하강준비단계, 풀체임버결합단계를 거치게 되면 그 내부를 진공상태로 다시 형성하는데 소요되는 진공공정시간을 대폭 단축시킬 수 있으므로, 본 발명에 따른 카본펠트를 시드척에 결합시키는 공정이 상당히 용이할 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 게이트밸브장치에 의해 하부의 돔체임버 및 메인체임버가 진공인 상태에서는 그 내부의 고온상태도 어느 정도 유지될 수 있게 되어 도가니를 포함하는 메인체임버 내부를 가열할시에도 상당한 가열공정시간이 대폭 단축될 수 있게 된다.By the operation of the gate valve device as described above, when the first pull chamber opening step, the carbon felt up / down preparation step, and the pull chamber combining step are performed, the vacuum process time required for re-forming the inside of the vacuum chamber is drastically shortened The process of bonding the carbon felt according to the present invention to the seed chuck can be considerably facilitated. In addition, when the dome chamber and the main chamber are in a vacuum state by the gate valve device, the high-temperature state of the dome chamber and the main chamber can be maintained to some extent, and a considerable heating process time is required even when heating the inside of the main chamber including the crucible It can be greatly shortened.
상기 카본펠트는 시드메카니즘에 의해 회전 및 승하강이 가능한 시드척에 결합되어 메인체임버 내부의 도가니에까지 승하강이 가능한 것인데, 상기와 같이 게이트밸브장치의 내부 폐쇄/개방 작동에 따른 풀체임버의 분리/결합을 이용하여, 게이트밸브장치 하부의 돔체임버 및 메인체임버 내부가 진공상태로 유지된 상태에서 카본펠트를 시드척에 신속하게 결합시킬 수 있게 되는 것이다.The carbon felt is coupled to a seed chuck capable of rotating and raising and lowering by a seed mechanism so that it can ascend and descend to a crucible inside the main chamber. As described above, the carbon felt can be separated / The carbon felt can be quickly coupled to the seed chuck in a state in which the dome chamber under the gate valve apparatus and the main chamber are maintained in a vacuum state.
상기 제1풀체임버개방단계 및 카본펠트승하강준비단계, 풀체임버결합단계를 통해 상기 카본펠트를 시드척에 결합시키는 과정이 완료되고 나면, 별도의 흡입진공장치를 작동시켜 메인체임버, 돔체임버, 게이트밸브장치, 풀체임버의 상호 연통된 내부 전체를 진공상태로 신속하게 형성시킬 수 있게 된다.After completion of the step of joining the carbon felt to the seed chuck through the first pull chamber opening step, the carbon felt up / down preparation step, and the pull chamber combining step, a separate suction vacuum device is operated to form the main chamber, the dome chamber, It is possible to quickly form the entire interconnected interior of the gate valve device and the pull chamber in a vacuum state.
카본펠트를 시드척에 결합시키고 잉곳성장장치 내부를 진공상태로 형성하고 난 후에는, 상기 시드메카니즘을 작동시켜 상기 시드케이블을 하강시킴으로써 상기 시드케이블 끝단의 시드척에 결합된 카본펠트를 하강시킬 수 있게 된다.After the carbon felt is bonded to the seed chuck and the interior of the ingot growing apparatus is formed in a vacuum state, the seeding mechanism is operated to lower the seed cable, so that the carbon felt bonded to the seed chuck at the end of the seed cable can be lowered .
상기 카본펠트는 메인체임버 내부에 구비된 도가니에 잔존하는 불순물 실리콘용융액에 담궈질 수 있을 정도로 하강되어 무수히 많은 기공구조를 갖는 카본펠트로 불순물 실리콘이 신속하게 흡수될 수 있게 된다.The carbon felt is lowered so as to be immersed in the impurity silicon melt remaining in the crucible provided in the main chamber, so that silicon impurity silicon impregnated with numerous pore structures can be rapidly absorbed.
상기 카본펠트로 불순물 실리콘용융액이 일정시간동안 흡수되고 나면, 서서히 굳을 때까지 일정시간 냉각시키는 단계를 거치게 되며, 냉각이 완료되어 굳어지고 나면 상기 시드메카니즘을 작동시켜 카본펠트를 풀체임버에까지 승강시키게 된다.After the silicon melt is absorbed for a predetermined period of time, the carbon felt is cooled for a predetermined time until it is gradually hardened. When the cooling is completed and the carbon melt is hardened, the seed mechanism is operated to lift the carbon felt to the full chamber.
그 후, 다시 게이트밸브장치를 작동시켜 내부를 폐쇄시킴으로써 하부의 돔체임버 및 메인체임버가 진공을 유지하도록 한 상태에서 풀체임버를 개방시킬 수 있게되고, 풀체임버를 개방한 상태에서 불순물 실리콘용융액을 흡수한 카본펠트를 하강시켜 시드척으로부터 분리시킴으로써 본 발명의 목적인 고온,진공상태의 도가니 내 불순물 실리콘용융액을 신속하게 제거할 수 있게 됨은 물론, 본 발명에 따른 불순물 실리콘용융액 제거 과정의 후속공정인 새로운 실리콘 원료를 도가니 내로 투입하고 시드를 시드척에 결합시킨 다음 다시 잉곳을 성장시키는 잉곳성장 공정을 원활하게 연결하여 실시할 수 있게 되는 것이며, 이와 같은 본 발명에 따라 초기 잉곳을 성장시키는 공정과 다시 잉곳을 성장시키는 공정 사이의 불순물 실리콘용융액 제거과정이 신속하게 이루어질 수 있게 되는 것이다.Thereafter, the gate valve device is operated again to close the inside, so that the pull chamber can be opened in a state in which the dome chamber and the main chamber are kept in vacuum, and the impurity silicon melt is absorbed It is possible to quickly remove the impurity silicon melt in the crucible in a high temperature and vacuum state for the purpose of the present invention by lowering the carbon felt down from the seed chuck, It is possible to smoothly connect the ingot growth process in which the raw material is introduced into the crucible and the seed is bonded to the seed chuck and then the ingot is grown again. According to the present invention, The process of removing the impurity silicon melt between the growing process It will be able to be done quickly.
이상과 같이 구성된 본 발명은 내열성과 흡수성이 뛰어난 카본펠트를 고온진공상태의 도가니 내로 투입하여, 도가니에 잔존하는 불순물 실리콘용융액만 신속하게 흡수/제거할 수 있어 도가니를 재사용할 수 있을 뿐 아니라, 사용한 도가니의 제거 및 새로운 도가니의 장착작업이 불필요하며, 흡수/제거후에는 새로운 폴리실리콘을 도가니로 투입하고 잉곳성장장치를 신속하게 재셋팅하여 잉곳을 반복하여 다시 성장시킬 수 있으므로 잉곳의 생산 속도도 대폭 향상될 수 있다.According to the present invention configured as described above, it is possible to reuse the crucible because the carbon felt having excellent heat resistance and absorbability can be absorbed / removed only by the impurity silicon melt remaining in the crucible by injecting the crucible into the crucible at high temperature and vacuum, Removal of the crucible and installation of the new crucible are unnecessary. After the absorption / removal, new polysilicon is introduced into the crucible and the ingot growth apparatus is rapidly reset so that the ingot can be repeatedly grown again, Can be improved.
1 : 잉곳성장장치 2 : 시드메카니즘
3 : 풀체임버 4 : 게이트밸브장치
5 : 돔체임버 6 : 메인체임버
7 : 크루시블메카니즘 10 : 카본펠트
21 : 시드줄 22 : 시드척
61 : 도가니1: ingot growth apparatus 2: seed mechanism
3: full chamber 4: gate valve device
5: Dome chamber 6: Main chamber
7: Crucible mechanism 10: Carbon felt
21: Seed line 22: Seed chuck
61: Crucible
Claims (2)
상기 메인체임버, 돔체임버, 게이트밸브장치, 풀체임버는 그 내부가 상호 연통가능하게 연결되어 진공상태에서 잉곳(I)의 성장이 가능하도록 이루어지는 잉곳성장장치(1)에 있어서,
일정 모양의 수직기둥 형태로 이루어져 내부에 다수의 기공이 형성되고 1,500℃ 이상의 고온에서도 견딜 수 있을 정도의 내열성을 갖는 카본펠트(10)를 준비하는 카본펠트준비단계(101);
상기 게이트밸브장치를 작동시켜 그 하부로는 진공상태가 유지될 수 있도록 내부를 폐쇄한 상태에서, 상기 풀체임버를 개방시키는 제1풀체임버개방단계(102);
상기 개방된 풀체임버의 하방으로 상기 시드케이블 및 시드척을 하강시킨 다음, 상기 카본펠트를 상기 시드척에 결합시켜 시드케이블과 함께 승하강이 가능하도록 하는 카본펠트승하강준비단계(103);
시드척에 결합된 상기 카본펠트를 승강시켜 풀체임버 내부에 위치시킨 다음 상기 풀체임버를 게이트밸브장치에 연결/결합시키고, 상기 게이트밸브장치를 개방시켜 그 내부가 상기 풀체임버와 연통될 수 있도록 한 상태에서 풀체임버에까지 진공상태가 되도록 하는 풀체임버결합단계(104);
상기 풀체임버결합단계를 거쳐 상기 메인체임버, 돔체임버, 게이트밸브장치, 풀체임버의 내부가 진공인 상태에서, 상기 시드케이블을 하강시킴으로써 상기 카본펠트가 상기 도가니 내에 잔존하는 실리콘용융액을 흡수할 수 있도록 하는 잔존실리콘용융액흡수단계(105);
상기 잔존실리콘용융액흡수단계를 통해 카본펠트에 흡수된 상기 실리콘용융액이 굳을때까지 일정시간 냉각시키는 실리콘용융액냉각단계(106);
상기 실리콘용융액냉각단계를 통해 카본펠트에 흡수된 실리콘용융액이 냉각되면 이를 게이트밸브장치 상방의 풀체임버 내부에까지 승강시키는 카본펠트승강단계(107);
상기 카본펠트승강단계를 통해 굳어진 실리콘용융액이 승강된 후, 상기 게이트밸브장치를 작동시켜 그 하부로는 진공상태가 유지될 수 있도록 내부를 폐쇄한 상태에서, 상기 풀체임버를 개방시키는 제2풀체임버개방단계(108);
상기 제2풀체임버개방단계를 거친후, 상기 카본펠트를 풀체임버 외부로 하강시켜 카본펠트를 제거하거나 분리시키는 카본펠트제거단계(109);를 포함하여 이루어지되,
상기 카본펠트는 일정 형태와 직경을 가지고, 1,500℃ 이상의 고온에서도 견딜 수 있을 정도의 내열성을 갖는 재질로 구성되는 투입관(201)의 내부에 투입된 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉곳성장용 도가니 내의 잔존 불순물 실리콘용융액 제거방법.A crucible 61 rotated by the crucible mechanism 7 and a main chamber 6 for accommodating therein a heater device provided around the crucible for heating the crucible 61, A gate valve device (4) coupled to the top of the dome chamber, a full chamber (3) coupled to the top of the gate valve device, a seed mechanism (2) coupled to the top of the pool chamber, And a seed chuck (22) for coupling the seed cable and the seed, wherein the seed cable (21) is coupled to the mechanism so as to rotate and move up and down,
The ingot growing apparatus (1) according to claim 1 or 2, wherein the ingot (I) is grown in a vacuum state so that the main chamber, the dome chamber, the gate valve apparatus and the full chamber are mutually communicably connected,
A carbon felt preparation step (101) for preparing a carbon felt (10) having a vertical column shape of a predetermined shape and having heat resistance enough to form a large number of pores therein and to withstand a high temperature of 1,500 占 폚 or more;
A first pool chamber opening step (102) for opening the pool chamber in a state where the gate valve device is operated and the inside thereof is closed so that a vacuum state can be maintained at a lower portion thereof;
A carbon felt lifting preparation step (103) for lowering the seed cable and the seed chuck below the open pool chamber and then connecting the carbon felt to the seed chuck so that the carbon fiber can be lifted and lowered together with the seed cable;
The carbon felt attached to the seed chuck is lifted and placed in the pull chamber, and then the pull chamber is connected / coupled to the gate valve device, and the gate valve device is opened to allow the inside thereof to communicate with the pull chamber (104) to allow the vacuum chamber to be in a vacuum state to a full chamber;
The seed cable is lowered in the state where the interior of the main chamber, the dome chamber, the gate valve apparatus, and the pull chamber is in a vacuum state through the pull chamber joining step so that the carbon felt can absorb the silicon melt remaining in the crucible A residual silicon melt absorption step (105);
A silicon melt cooling step (106) for cooling the silicon melt absorbed in the carbon felt through the remaining silicon melt absorption step for a predetermined time until the silicon melt is solidified;
A carbon felt lifting step (107) for lifting the silicon melt absorbed in the carbon felt through the silicon melt cooling step and lifting the silicon melt to the inside of the pull chamber above the gate valve device;
A second pull chamber for opening the pull chamber in a state in which the gate valve apparatus is operated and the inside thereof is closed so that a vacuum state can be maintained at a lower portion thereof after the silicon melt is elevated through the carbon felt lifting step, Opening step 108;
And a carbon felt removing step (109) of lowering the carbon felt to the outside of the pool chamber after the second pool chamber opening step to remove or separate the carbon felt,
Characterized in that the carbon felt is in a state of being inserted into a feed pipe (201) having a certain shape and diameter and being made of a material having a heat resistance enough to withstand a high temperature of 1,500 DEG C or higher. A method for removing an impurity silicon melt.
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- 2017-09-06 KR KR1020170114172A patent/KR101969648B1/en active IP Right Grant
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