KR102271712B1 - 히터를 포함하는 잉곳 성장 장치 및 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법 - Google Patents
히터를 포함하는 잉곳 성장 장치 및 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
잉곳 성장 장치가 개시된다. 본 발명의 일측면에 따른 히터를 포함하는 잉곳 성장 장치는, 용융된 실리콘을 수용하는 도가니; 상기 도가니가 설치되는 내부 공간을 갖는 성장로; 상기 도가니의 외측면을 감싸도록 상기 도가니의 외측면에 대응하는 형상으로 이루어진 내측면을 갖는 서셉터; 및 상기 서셉터를 가열하는 히터; 를 포함하고, 상기 히터는, 상기 서셉터의 외측면으로부터 소정 간격 이격된 위치에 고정되되 상기 서셉터의 외측면을 따라 감기도록 형성되어 자기장을 발생시키고, 상기 자기장에 의한 전자기 유도에 의해 상기 서셉터를 가열하는 코일; 및 상기 코일의 외측면을 감싸도록 형성되어 상기 코일을 지지하고, 상기 코일이 상기 성장로의 내부 공간에 노출되는 것을 차단하는 쉴드; 를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 히터를 포함하는 잉곳 제조 장치 및 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 잉곳 제조의 에너지 효율이 향상되는 히터를 포함하는 잉곳 성장 장치 및 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체용 단결정 실리콘 웨이퍼를 제조하기 위한 잉곳의 제작방법으로 초크랄스키(Czochralski) 결정 성장법을 주로 사용하고 있다.
초크랄스키 결정 성장법은 도가니에 실리콘을 넣고, 도가니를 가열하여 실리콘을 용융시킨다. 그리고, 단결정 시드(single crystal seed)가 이러한 용융된 실리콘에 접촉된 상태에서, 회전과 동시에 상측 방향으로 인상되면, 소정의 지름을 갖는 잉곳(ingot)이 성장된다.
종래의 잉곳 제조 장치에는 도가니 주변에 저항 가열 방식으로 복사열을 방출하는 히터가 구비된다. 이러한 히터는 도가니를 가열하여 용융된 실리콘을 생성한다.
그러나, 종래의 저항 가열 방식의 히터는 도가니뿐만 아니라, 잉곳 성장 장치의 내부 전체를 가열하게 되어, 전력 에너지 소모가 큰 문제가 있었다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 용융된 실리콘을 생성하기 위하여 소모되는 에너지의 효율이 개선될 수 있는 히터를 포함하는 잉곳 성장 장치 및 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일측면에 따른 히터를 포함하는 잉곳 성장 장치는, 용융된 실리콘을 수용하는 도가니; 상기 도가니가 설치되는 내부 공간을 갖는 성장로; 상기 도가니의 외측면을 감싸도록 상기 도가니의 외측면에 대응하는 형상으로 이루어진 내측면을 갖는 서셉터; 및 상기 서셉터를 가열하는 히터; 를 포함하고, 상기 히터는, 상기 서셉터의 외측면으로부터 소정 간격 이격된 위치에 고정되되 상기 서셉터의 외측면을 따라 감기도록 형성되어 자기장을 발생시키고, 상기 자기장에 의한 전자기 유도에 의해 상기 서셉터를 가열하는 코일; 및 상기 코일의 외측면을 감싸도록 형성되어 상기 코일을 지지하고, 상기 코일이 상기 성장로의 내부 공간에 노출되는 것을 차단하는 쉴드; 를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 코일은 상기 서셉터의 외측면을 따라 복수 회 감기도록 형성되며, 상기 코일의 외측면에는 복수의 너트가 형성될 수 있다.
이 때, 상기 복수의 너트는 상기 코일과 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 쉴드는, 상기 서셉터의 외측면과 대응하는 형상을 가지는 쉴드 바디; 및 상기 쉴드 바디의 내부에 배치되어 상기 복수의 너트가 외부로 노출되는 것을 차단하는 너트 차단부를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 너트 차단부는 볼트 형상에 대응하는 형상으로 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 쉴드는 비금속 재질로 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 쉴드는 세라믹 재질을 포함하여 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 세라믹은, 산화 알루미늄(Al2O3), 이산화규소(Si2O2) 및 이산화지르코늄(ZrO2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 쉴드는 상기 서셉터와 이격되어 배치될 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법은, 서셉터의 외측면에 대응하는 형상을 가진 코일 지지 부재에 코일을 감는 코일 형성 단계; 상기 코일의 외측면에 복수의 너트를 결합하는 복수의 너트 결합 단계; 상기 코일을 수용하는 내부 공간을 가진 금형을 준비하는 금형 준비 단계; 상기 금형에 상기 코일을 수용하는 코일 수용 단계; 상기 금형과 상기 복수의 너트 사이를 복수의 핀으로 결합하는 복수의 핀 결합 단계; 상기 금형에 내화물을 주입하는 제1 내화물 주입 단계; 상기 내화물을 응고시켜 상기 코일을 감싸는 쉴드를 제조하는 쉴드 제조 단계; 상기 복수의 핀을 제거하는 복수의 핀 제거 단계; 및 상기 핀 제거에 의해 생성된 스크류 홀에 내화물을 주입하는 제2 내화물 주입 단계; 를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 내화물은, 92 중량% 내지 94 중량% 인 세라믹 분말과 6 중량% 내지 8 중량% 인 물이 혼합되어 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 세라믹 분말은, 산화 알루미늄(Al2O3), 이산화규소(Si2O2) 및 이산화지르코늄(ZrO2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제1 내화물 주입 단계는, 진동 장치에 의해 상기 금형에 진동을 가하는 진동 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 쉴드 제조 단계는, 실온에서 24 시간 내지 48 시간 동안 내화물을 건조 시키는 제1 내화물 건조 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 쉴드 제조 단계는, 100 ℃ 내지 350 ℃ 에서 48 시간 내지 72 시간 동안 내화물을 건조시키는 제2 내화물 건조 단계를 포함할 수 있다.
상기의 구성에 따라, 본 발명의 일 측면에 따른 히터를 포함하는 잉곳 성장 장치는, 코일의 전자기 유도에 의해 도가니만을 가열하게 되어, 도가니를 가열하기 위한 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 히터를 포함하는 잉곳 성장 장치는, 쉴드가 코일이 외부로 노출되지 않게 차단하므로, 진공 분위기에서 코일에 의해 아크가 발생되는 것을 방지하게 되어, 잉곳 성장 장치의 안정성을 확보한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 히터를 포함하는 잉곳 성장 장치는, 쉴드가 코일을 지지하게 되므로, 코일을 지지하기 위한 별도의 지지 부재가 필요 없게 되어, 별도의 지지 부재에 의한 잉곳의 순도가 저하되는 것을 방지한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터를 포함하는 잉곳 성장 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터를 포함하는 잉곳 성장 장치의 서셉터와 쉴드를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터를 포함하는 잉곳 성장 장치의 서셉터와 히터를 나타내는 분해사시도이다.
도 4는 도 1에 표시된 A부분을 확대한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법에서 코일 형성 단계를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법에서 금형을 나타내는 분해사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법에서 복수의 핀 결합 단계를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법에서 복수의 핀이 제거된 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법으로 제조된 쉴드를 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터를 포함하는 잉곳 성장 장치의 서셉터와 쉴드를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터를 포함하는 잉곳 성장 장치의 서셉터와 히터를 나타내는 분해사시도이다.
도 4는 도 1에 표시된 A부분을 확대한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법에서 코일 형성 단계를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법에서 금형을 나타내는 분해사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법에서 복수의 핀 결합 단계를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법에서 복수의 핀이 제거된 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법으로 제조된 쉴드를 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 단어와 용어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 않고, 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 발명자가 용어와 개념을 정의할 수 있는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
그러므로 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 해당하고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로 해당 구성은 본 발명의 출원시점에서 이를 대체할 다양한 균등물과 변형예가 있을 수 있다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 설명하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "전방", "후방", "상부" 또는 "하부"에 있다는 것은 특별한 사정이 없는 한 다른 구성 요소와 바로 접하여 "전방", "후방", "상부" 또는 "하부"에 배치되는 것뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성 요소가 배치되는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소와 "연결"되어 있다는 것은 특별한 사정이 없는 한 서로 직접 연결되는 것뿐만 아니라 간접적으로 서로 연결되는 경우도 포함한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 제조 장치를 설명한다. 본 명세서에서는 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장 장치를 설명함에 있어 발명의 내용과 관련이 없는 구성은 도면의 간략화를 위하여 상세하게 도시하지 않거나 도시를 생략하도록 하고 발명의 사상과 관련된 내용을 중심으로 본 발명에 따른 잉곳 성장 장치를 설명하도록 한다.
본 명세서에서, 도면에 표시된 X축은 Y축과 수직하고, Z축과 수직하다. 그리고, 도면에 표시된 상기 Y축은 상기 Z축과 수직하다. 그리고, 상기 Z축의 화살표 방향은 상측이라 지칭한다. 하측은 상기 상측과 반대 방향을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 히터를 포함하는 잉곳 성장 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 제조 장치(100)는, 성장로(110), 도가니(115), 서셉터(120), 서셉터 지지부(130) 및 히터(200)를 포함할 수 있다.
성장로(110)는 진공 상태로 유지되는 내부 공간(110a)을 구비하여, 내부 공간(110a)에서 잉곳(I)이 성장되도록 형성된다. 상기 내부 공간(110a)에는 후술할 도가니(115)가 설치된다.
상기 성장로(110)에는 진공 펌프(미도시)와 비활성기체 공급부(미도시)가 구비될 수 있다. 상기 진공 펌프는 상기 내부 공간(110a)을 진공 분위기로 유지할 수 있다. 또한, 상기 비활성기체 공급부는 상기 내부 공간(110a)에 비활성기체를 공급할 수 있다. 상기 비활성기체는 예를 들어, 아르곤(Ar)일 수 있다.
상기 도가니(115)는 상기 성장로(110)의 상기 내부 공간(110a)에 수용될 수 있다. 상기 도가니(115)는 용융된 실리콘(M)을 수용할 수 있다. 상기 도가니(115)는 대체적으로 역돔(reverse dome) 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 도가니(115)는 역돔 형상으로 이루어지는 것에 한정되지 않고, 실린더 형상과 같이 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 도가니(115)는 실리카(silica) 재질로 이루어질 수 있다. 다만, 상기 도가니(115)는 실리카 재질로 이루어진 것에 한정되지 않고, 대략 1400 ℃ 이상의 온도에서 내열성을 가지면서 급격한 온도의 변화에 견디는 다양한 재질을 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고, 단결정 시드(S)는 상기 도가니(115)에 수용된 용융된 실리콘(M)에 접촉된 상태에서, 상기 성장로(110)의 상측에 연결된 와이어(W)가 상기 단결정 시드(S)를 상측 방향으로 인상하면, 소정의 지름을 갖는 잉곳(I)이 성장될 수 있다.
또한, 상기 성장로(110)에는 상기 도가니(115)에 고형의 실리콘 원료를 공급하는 정량 공급부(미도시)가 구비될 수 있다. 상기 정량 공급부(미도시)는 상기 고형의 실리콘 원료를 재료 공급부(미도시)로부터 공급받아 상기 도가니(115)로 공급할 수 있다. 상기 도가니(115)는 상기 정량 공급부로부터 공급받은 고형의 실리콘 원료를 용융시키고, 용융된 실리콘(M)을 수용한다.
상기 서셉터(susceptor)(120)는 상기 도가니(115)의 외측면을 감쌀 수 있다. 상기 서셉터(120)는 상기 도가니(115)를 지지할 수 있다. 상기 서셉터(120)의 내측면은 상기 도가니(115)의 외측면과 대응하는 형상으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 도가니(115)가 역돔 형상이면, 상기 서셉터(120)도 역돔 형상일 수 있다. 상기 서셉터(120)는 흑연(graphite) 재질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 서셉터(120)는 흑연 재질로 이루어지는 것에 한정되지 않고, 내열성이 강하면서 도체 성질을 가진 다양한 재질을 포함하여 이루어질 수 있다.
이에 따라, 상기 도가니(115)가 실리카 재질로 이루어져 고온에서 변형되더라도, 상기 서셉터(120)는 상기 도가니(115)가 상기 용융된 실리콘(M)을 수용하는 상태를 유지하도록 상기 도가니(115)를 감싸면서 지지할 수 있다. 그리고, 상기 실리카로 이루어진 도가니(115)는 상기 용융된 실리콘(M)과 상기 흑연 재질로 이루어진 서셉터(120)와 접촉되는 것을 차단하여, 흑연이 상기 용융된 실리콘(M)의 불순물이 되는 것을 방지한다.
또한, 상기 성장로(110)의 하측에는 상기 서셉터(120)를 지지하는 서셉터 지지부(130)가 배치된다. 상기 서셉터 지지부(130)의 상단은 상기 서셉터(120)의 하단과 대응하는 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 서셉터 지지부(130)가 상기 성장로(110)의 하측에서 상기 서셉터(120)를 지지한 상태에서, 상기 서셉터 지지부(130)는 상기 서셉터(120)와 함께 회전될 수 있다. 이에 따라, 상기 도가니(115)가 상기 용융된 실리콘(M)을 수용한 상태에서, 상기 도가니(115)는 서셉터(120)와 함께 회전될 수 있다.
또한, 상기 성장로(110)에는 상기 서셉터 지지부(130)를 회전하도록 회전력을 제공하는 구동부(미도시)가 구비된다. 상기 서셉터 지지부(130)는 상기 구동부와 회전 가능하게 연결될 수 있다. 상기 구동부는 전원을 공급받아 상기 서셉터 지지부(130)에 회전력을 제공하면, 상기 도가니(115)는 상기 서셉터 (120)와 함께 회전된다.
상기 히터(200)는 상기 성장로(110)의 내부 공간(110a)에 구비된다. 상기 히터(200)는 코일(210) 및 쉴드(220)를 포함한다.
상기 코일(210)은 상기 서셉터(120)의 외측면으로부터 소정 간격 이격된 위치에 고정되되 상기 도가니(115)의 외측면을 따라 감기도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 코일(210)은 나선 형태, 소용돌이 형태 또는 상기 코일(210)의 일 부분이 상기 도가니(115)의 외측면에 수평 방향으로 감기도록 형성되면서 상기 코일(210)의 다른 부분이 상기 도가니(115)의 외측면에 경사지게 감기도록 형성되는 형태 등 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 상기 코일(210)은 구리 재질로 이루어질 수 있다. 다만, 상기 코일(210)은 구리 재질로 이루어지는 것에 한정되지 않고, 전기전도성을 가지는 다양한 재질을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 코일(210)은 전원을 공급받아 자기장을 발생시킬 수 있다. 상기 코일(210)은 자기장에 의한 전자기 유도에 의해 상기 서셉터(120)에 전류를 발생시킨다. 그리고, 상기 서셉터(120)에 발생된 전류는 열 에너지로 전환된다. 이에 따라, 상기 코일(210)은 유도 가열 방식으로 상기 서셉터(120)를 가열할 수 있다. 상기 서셉터(120)가 가열됨에 따라, 상기 서셉터(120)는 상기 도가니(115)를 가열할 수 있다.
상기 쉴드(220)는 상기 코일(210)의 외측면을 감싸도록 형성된다. 상기 쉴드(220)는 상기 코일(210)이 일정한 형태(예: 나선 형태 등)를 유지하도록 상기 코일(210)을 지지할 수 있다. 상기 쉴드(220)는 상기 코일(210)이 외부에 노출되는 것을 차단할 수 있다. 여기서, 상기 외부는 상기 코일(210)의 외부, 즉, 상기 성장로(110)의 상기 내부 공간(110a)을 의미한다. 이에 따라, 상기 쉴드(220)는 상기 코일(210)이 상기 성장로(110)의 상기 내부 공간(110a)에 노출되는 것을 차단함으로써, 상기 코일(210)이 전원을 공급받아 자기장을 형성할 경우, 상기 진공 상태에서 플라즈마 현상에 의한 아크 방전(arc discharge)이 발생되거나 상기 코일(210)이 상기 성장로(110)의 내부 공간(110a)에 존재하는 비활성기체(예: 아르곤)과 접촉하여 아크 방전이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
상기 코일(210)과 상기 쉴드(220)에 대해서는, 이후 도면을 참조하여 자세하게 설명하기로 한다.
또한, 상기 성장로(110)의 하측에는 상기 쉴드(220)를 지지하는 쉴드 지지부(140)가 배치된다. 상기 쉴드 지지부(140)는 대체적으로 원통 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 원통 형상으로 이루어진 상기 쉴드 지지부(140)의 내부에는 상기 서셉터 지지부(130)가 배치될 수 있다. 또한, 상기 쉴드 지지부(140)의 상단은 상기 쉴드(220)의 하단과 대응하는 형상으로 이루어지게 되어, 상기 쉴드(220)는 상기 쉴드 지지부(140)의 상단에 배치될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터를 포함하는 잉곳 성장 장치의 서셉터와 쉴드를 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터를 포함하는 잉곳 성장 장치의 서셉터와 히터를 나타내는 분해사시도이고, 도 4는 도 1에 표시된 A부분을 확대한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 코일(210)은 상기 서셉터(120)의 외측면을 따라 나선형으로 복수 회 감기도록 형성될 수 있다. 상기 코일(210)은 상기 서셉터(120)의 외측면을 따라 감기는 제1 코일(210a), 상기 제1 코일(210a)과 이격되면서 상기 서셉터(120)의 외측면을 따라 감기는 제2 코일(210b) 및 상기 제2 코일(210b)과 이격되면서 상기 서셉터(120)의 외측면을 따라 감기는 제3 코일(210c)을 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상하 방향으로 볼 때, 상기 제1 코일(210a)은 상기 제2 코일(210b)과 제1 간격으로 이격될 수 있다. 상기 제2 코일(210b)은 상기 제3 코일(210c)과 제2 간격으로 이격될 수 있다. 또한, 상기 제1 간격과 상기 제2 간격은 동일할 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 상기 제1 간격은 상기 제2 간격보다 클 수 있다. 또한, 상기 코일(210)은 상기 코일(210)이 상기 서셉터(120)의 외측면에 감기는 횟수에 따라 제4 코일, 제5 코일, 제6 코일 등과 같이 다수의 코일들을 포함할 수 있다. 상기 코일(210)로부터 발생되는 자기장은 상기 코일(210)이 상기 서셉터(120)의 외측면을 따라 감기는 횟수에 따른 상기 다수의 코일들의 개수 및 상기 다수의 코일들 사이의 간격에 의해 조절될 수 있다.
또한, 상기 코일(210)의 외측면에는 복수의 너트(230)가 형성될 수 있다. 상기 복수의 너트(230)는 상기 쉴드(220)의 외측면을 향하도록 상기 코일(210)의 외측면에 용접 방식으로 체결될 수 있다. 상기 복수의 너트(230)는 상기 쉴드(220)를 제조하기 위한 금형과 연결되는 볼트(미도시)와 연결될 수 있다.
또한, 상기 복수의 너트(230)는 상기 코일(210)과 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 코일(210)이 구리 재질로 이루어진 경우, 상기 복수의 너트(230)는 구리 재질로 이루어질 수 있다. 상기 복수의 너트(230)의 재질이 상기 코일(210)의 재질과 동일함에 따라, 상기 코일(210)은 전원을 공급받을 경우, 상기 복수의 너트(230)에 의한 전기 저항이 증가하는 것을 방지한다.
또한, 상기 쉴드(220)는 쉴드 바디(221) 및 너트 차단부(222)를 포함할 수 있다.
상기 쉴드 바디(221)는 상기 서셉터(120)의 외측면과 대응하는 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 쉴드 바디(221)는 대략적으로 역돔 형상으로 이루어지고, 중앙 영역에 개구가 형성된다. 상기 서셉터(120)의 하부측은 상기 개구를 통과하여 전술한 서셉터 지지부(130, 도 1 참조)에 의해 지지될 수 있다.
또한, 상기 쉴드 바디(221)는 비금속 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 쉴드 바디(221)는 세라믹 재질을 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 세라믹은, 산화 알루미늄(Al2O3), 이산화규소(Si2O2) 및 이산화지르코늄(ZrO2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 쉴드 바디(221)가 세라믹 재질로 이루어지게 됨에 따라, 고온 상태에서도 쉴드 바디(221)가 손상되는 것이 방지된다.
또한, 상기 쉴드 바디(221)는 상기 서셉터(120)와 이격되어 배치될 수 있다. 그리고, 상기 서셉터(120)와 상기 쉴드 바디(221) 사이에는 차단 공간(125)이 형성된다. 상기 서셉터(120)가 상기 코일(210)에 의한 전자기 유도에 의해 가열된 경우, 상기 차단 공간(125)은 상기 서셉터(120)의 열이 다시 상기 쉴드 바디(221)로 열전달되는 것을 방지한다. 즉, 상기 차단 공간(125)은 상기 서셉터(120)의 열이 상기 도가니(115) 이외로 전달되어 에너지가 손실되는 것을 방지하여, 상기 잉곳 성장 장치의 에너지 효율을 개선한다.
또한, 상기 쉴드 바디(221)의 하단부(221a)에는 체결 홀(221a)이 형성될 수 있다. 상기 체결 홀(221a)은 상기 쉴드 지지부(140)의 상단(141)과 대응하는 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 쉴드 지지부(140)의 상단(141)이 상기 체결 홀(221a)에 삽입됨에 따라, 상기 쉴드(220)는 상기 쉴드 지지부(140)에 안정적으로 지지될 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 상기 성장로(110)에는 상기 서셉터(120)의 온도를 측정하는 센서(미도시)가 구비될 수 있다. 이 때, 온도를 측정하는 센서는 광 센서일 수 있다. 그리고, 상기 쉴드 바디(221)의 측면에는 상기 센서로부터 발산된 광의 이동을 위한 관통 홀(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 센서로부터 발산된 광은 상기 관통 홀을 통해 상기 서셉터(120)에 도달되어 반사되고, 상기 센서는 상기 반사된 광을 수신하여 상기 서셉터(120)의 온도를 측정할 수 있다.
상기 너트 차단부(222)는 상기 쉴드 바디(221)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 너트 차단부(222)는 상기 복수의 너트(230)가 외부로 노출되는 것을 차단할 수 있다. 상기 너트 차단부(222)는 핀 형상에 대응하는 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 쉴드(220)의 제조 과정에서 상기 복수의 너트(230)와 연결되는 볼트가 제거되면, 상기 너트 차단부(222)는 상기 쉴드 바디(221)에 형성되는 볼트 형상의 홀을 밀봉할 수 있다.
또한, 상기 너트 차단부(222)는 상기 쉴드 바디(221)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 너트 차단부(222)는 비금속 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 너트 차단부(222)는 세라믹 재질을 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 세라믹은, 산화 알루미늄(Al2O3), 이산화규소(Si2O2) 및 이산화지르코늄(ZrO2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법을 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법에서 코일 형성 단계를 나타내는 사시도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법에서 금형을 나타내는 분해사시도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법에서 복수의 핀 결합 단계를 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법에서 복수의 핀이 제거된 상태를 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법으로 제조된 쉴드를 나타내는 사시도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법은, 코일 형성 단계(S110), 복수의 너트 결합 단계(S120), 금형 준비 단계(S130), 코일 수용 단계(S140), 복수의 핀 결합 단계(S150), 제1 내화물 주입 단계(S160), 쉴드 제조 단계(S170), 복수의 핀 제거 단계(S180) 및 제2 내화물 주입 단계(S190)를 포함할 수 있다. 이 때, 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터(200')의 코일(210')은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치의 히터(200)의 코일(210)보다 나선형으로 감긴 회수가 많을 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터(200')의 크기는 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치의 히터(200)의 크기보다 클 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터(200')는 코일의 감긴 회수와 히터의 크기에서 차이가 있을 뿐, 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 제조 방법에 적용될 수 있다. 그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉곳 성장 장치용 히터의 구성 요소가 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 요소와 동일하거나 유사한 경우, 전술한 설명을 대체하기로 한다.
상기 코일 형성 단계(S110)에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 코일(210')이 코일 지지 부재(310)에 감기면서 안착된다. 상기 코일 지지 부재(310)는 상기 서셉터의 외측면에 대응하는 형상으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 서셉터가 역돔 형상인 경우, 상기 코일 지지 부재(310)도 역돔 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 코일 지지 부재(310)는 상기 코일(210')이 나선 형태로 이루어지도록 상기 코일(210')을 지지할 수 있다.
상기 복수의 너트 결합 단계(S120)에서는, 상기 코일(210)의 외측면에 상기 복수의 너트(230')를 용접 방식으로 결합할 수 있다.
상기 금형 준비 단계(S130)에서는, 상기 코일(210')을 수용하는 내부 공간을 가진 금형을 제공될 수 있다. 상기 금형은, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 금형(320) 및 제2 금형(330)을 포함할 수 있다.
상기 제1 금형(320)은 상기 나선 형태의 코일(210')을 감싸는 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 제2 금형(330)은 상기 제1 금형(320)과 대응하는 형상으로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 제2 금형(330)의 크기는 상기 제1 금형(320)의 크기보다 클 수 있다. 또한, 상기 제1 금형(320)은 상기 제2 금형(330)의 내부에 수용될 수 있다.
상기 코일 수용 단계(S140)에서는, 상기 금형이 상기 코일(210')을 수용할 수 있다. 상기 코일(210')은 상기 제2 금형(330)에 수용되고, 상기 제1 금형(320)은 상기 코일(210')을 부분적으로 덮을 수 있다. 즉, 상기 코일(210')은 상기 제1 금형(320)과 상기 제2 금형(330) 사이에 수용될 수 있다.
상기 복수의 핀 결합 단계(S150)는, 상기 제2 금형(330)과 상기 복수의 너트(230')를 복수의 핀(333)으로 결합할 수 있다.
상기 복수의 핀(333)은 볼트 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 복수의 핀(333)은 상기 복수의 너트(230')와 볼트 체결 방식으로 결합될 수 있다.
또한, 상기 제1 금형(320)과 상기 제2 금형(330)은 체결 부재(331)에 의해 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 금형(320)과 상기 제2 금형(330)은 상기 체결 부재(331)에 의한 결합에 의해 상기 코일(210')을 수용한 상태로 유지될 수 있다.
상기 제1 내화물 주입 단계(S160)에서는, 상기 금형에 내화물을 주입한다.
상기 내화물은 92 중량% 내지 94 중량% 인 세라믹 분말과 6 중량% 내지 8 중량% 인 물이 혼합되어 이루어질 수 있다. 상기 세라믹 분말과 상기 물은 혼합기에 의해 혼합될 수 있다. 또한, 상기 세라믹 분말은, 산화 알루미늄(Al2O3), 이산화규소(Si2O2) 및 이산화지르코늄(ZrO2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 내화물 주입 단계(S160)는 진동 장치에 의해 상기 금형에 진동을 가하는 진동 단계를 포함할 수 있다. 상기 진동 단계는, 상기 코일(210')을 수용한 금형(320, 330) 내의 상기 내화물의 밀도를 높일 수 있다.
상기 쉴드 제조 단계(S170)에서는, 상기 내화물을 응고시켜 상기 코일(210')을 감싸는 쉴드(220')를 제조할 수 있다.
상기 쉴드 제조 단계(S170)는, 실온에서 24 시간 내지 48 시간 동안 내화물을 건조 시키는 제1 내화물 건조 단계를 포함할 수 있다. 상기 내화물이 실온에서 건조됨에 따라, 건조에 소모되는 에너지의 효율이 개선될 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 상기 쉴드 제조 단계(S170)는, 대략 100 ℃ 내지 350 ℃ 에서 48 시간 내지 72 시간 동안 내화물을 건조시키는 제2 내화물 건조 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 내화물은 대략 350 ℃ 에서 소결될 수 있다. 상기 내화물이 대략 100 ℃ 내지 350 ℃ 에서 건조됨에 따라, 상기 내화물의 밀도를 높일 수 있다.
상기 복수의 핀 제거 단계(S180)는, 상기 제2 금형(330)의 체결 홀(330a)을 통해 체결된 상기 복수의 핀(333)을 제거할 수 있다. 상기 쉴드(220')에는 상기 복수의 핀(333)에 의해 상기 복수의 핀(333)과 대응하는 형상의 스크류 홀이 형성될 수 있다. 이때, 상기 복수의 핀(333)은 스크류(screw) 방식으로 회전시켜 상기 스크류 홀을 통해 상기 쉴드(220')로부터 분리될 수 있다.
상기 제2 내화물 주입 단계(S190)는 상기 핀 제거에 의해 생성된 스크류 홀에 내화물을 주입할 수 있다. 상기 내화물은 전술한 상기 제1 내화물 주입 단계(S190)의 내화물과 동일한 재질일 수 있다.
그리고, 상기 제2 내화물 주입 단계(S190) 이후 내화물이 응고되면, 도 9에 도시된 히터(200')가 제조될 수 있다.
상기 히터(200')의 외측면에는 상기 코일(210')의 일측과 연결되는 제1 단자(211') 및 상기 코일(210')의 타측과 연결되는 제2 단자(212')가 형성될 수 있다. 상기 제1 단자(211') 및 상기 제2 단자(212')는 외부로부터 공급되는 전원과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 의해 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100: 잉곳 성장 장치 110: 성장로
115: 도가니 120: 서셉터
130: 도가니 지지대 200: 히터
210: 코일 220: 쉴드
115: 도가니 120: 서셉터
130: 도가니 지지대 200: 히터
210: 코일 220: 쉴드
Claims (15)
- 용융된 실리콘을 수용하는 도가니;
상기 도가니가 설치되는 내부 공간을 갖는 성장로;
상기 도가니의 외측면을 감싸도록 상기 도가니의 외측면에 대응하는 형상으로 이루어진 내측면을 갖는 서셉터; 및
상기 서셉터를 가열하는 히터; 를 포함하고,
상기 히터는,
상기 서셉터의 외측면으로부터 소정 간격 이격된 위치에 고정되되 상기 서셉터의 외측면을 따라 감기도록 형성되어 자기장을 발생시키고, 상기 자기장에 의한 전자기 유도에 의해 상기 서셉터를 가열하는 코일; 및
상기 코일의 외측면을 감싸도록 형성되어 상기 코일을 지지하고, 상기 코일이 상기 성장로의 내부 공간에 노출되는 것을 차단하는 쉴드;
를 포함하는, 잉곳 성장 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 코일은 상기 서셉터의 외측면을 따라 복수 회 감기도록 형성되며,
상기 코일의 외측면에는 복수의 너트가 형성되는, 잉곳 성장 장치.
- 제2 항에 있어서,
상기 복수의 너트는 상기 코일과 동일한 재질로 이루어지는, 잉곳 성장 장치.
- 제2 항에 있어서,
상기 쉴드는,
상기 서셉터의 외측면과 대응하는 형상을 가지는 쉴드 바디; 및
상기 쉴드 바디의 내부에 배치되어 상기 복수의 너트가 외부로 노출되는 것을 차단하는 너트 차단부를 포함하는, 잉곳 성장 장치.
- 제4 항에 있어서,
상기 너트 차단부는 볼트 형상에 대응하는 형상으로 이루어지는, 잉곳 성장 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 쉴드는 비금속 재질로 이루어지는, 잉곳 성장 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 쉴드는 세라믹 재질을 포함하여 이루어지는, 잉곳 성장 장치.
- 제7 항에 있어서,
상기 세라믹은, 산화 알루미늄(Al2O3), 이산화규소(Si2O2) 및 이산화지르코늄(ZrO2) 중 적어도 하나를 포함하는, 잉곳 성장 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 쉴드는 상기 서셉터와 이격되어 배치되는, 잉곳 성장 장치.
- 잉곳 성장 장치용 히터 제조 방법에 있어서,
서셉터의 외측면에 대응하는 형상을 가진 코일 지지 부재에 코일을 감는 코일 형성 단계;
상기 코일의 외측면에 복수의 너트를 결합하는 복수의 너트 결합 단계;
상기 코일을 수용하는 내부 공간을 가진 금형을 준비하는 금형 준비 단계;
상기 금형에 상기 코일을 수용하는 코일 수용 단계;
상기 금형과 상기 복수의 너트 사이를 복수의 핀으로 결합하는 복수의 핀 결합 단계;
상기 금형에 내화물을 주입하는 제1 내화물 주입 단계;
상기 내화물을 응고시켜 상기 코일을 감싸는 쉴드를 제조하는 쉴드 제조 단계;
상기 복수의 핀을 제거하는 복수의 핀 제거 단계; 및
상기 핀 제거에 의해 생성된 스크류 홀에 내화물을 주입하는 제2 내화물 주입 단계;
를 포함하는 잉곳 성장 장치용 히터 제조 방법.
- 제10 항에 있어서,
상기 내화물은, 92 중량% 내지 94 중량% 인 세라믹 분말과 6 중량% 내지 8 중량% 인 물이 혼합되어 이루어지는, 잉곳 성장 장치용 히터 제조 방법.
- 제11 항에 있어서,
상기 세라믹 분말은, 산화 알루미늄(Al2O3), 이산화규소(Si2O2) 및 이산화지르코늄(ZrO2) 중 적어도 하나를 포함하는, 잉곳 성장 장치용 히터 제조 방법.
- 제10 항에 있어서,
상기 제1 내화물 주입 단계는, 진동 장치에 의해 상기 금형에 진동을 가하는 진동 단계를 포함하는, 잉곳 성장 장치용 히터 제조 방법.
- 제10 항에 있어서,
상기 쉴드 제조 단계는, 실온에서 24 시간 내지 48 시간 동안 내화물을 건조 시키는 제1 내화물 건조 단계를 포함하는, 잉곳 성장 장치용 히터 제조 방법.
- 제10 항에 있어서,
상기 쉴드 제조 단계는, 100 ℃ 내지 350 ℃ 에서 48 시간 내지 72 시간 동안 내화물을 건조시키는 제2 내화물 건조 단계를 포함하는, 잉곳 성장 장치용 히터 제조 방법.
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