KR102439437B1 - 실리콘 로드에 존재하는 크랙의 검출 방법 - Google Patents
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Abstract
실리콘 로드의 표면 또는 내부에 존재하는 크랙의 존재 및 크랙의 위치를 판별하기 위한 비파괴 검사 방법으로서, (a) 초음파 발생기를 이용하여 소정의 주파수를 가지는 초음파를 상기 실리콘 로드 일면에 인가하고, (b) 상기 실리콘 로드 타면에서 감지되는 초음파의 주파수를 측정하고, (c) 상기 측정된 초음파의 주파수와 참고 주파수(reference frequency)를 비교하여 크랙의 존재 및/또는 크랙의 위치를 판별하거나, 또는 (A) 열원을 이용하여 실리콘 로드의 일면에 대해 일부분을 가열하고, (B) 열 감지부를 이용하여 실리콘 로드의 타면에서 실리콘 표면 및 내부의 온도를 측정하고, (C) 상기 측정된 온도와 참고 온도(reference temperature)를 비교하여 크랙의 존재 및/또는 크랙의 위치를 판별하는 크랙의 존재 및/또는 크랙의 위치를 판별하는 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 실리콘 로드에 존재할 수 있는 크랙의 존재, 위치 및 크기 등을 파악하기 위한 검출 방법에 관한 것이다.
반도체용 단결정 실리콘을 제조하는 방법으로서, 초크랄스키법(CZ 법)이 있다. 이 방법은, 다결정 실리콘 덩어리를 도가니 내에 넣어 용융시키고, 그 융액으로부터 단결정 실리콘을 끌어 올리는 방법이다.
이 다결정 실리콘의 제조 방법으로서 지멘스법이 있는데, 이 방법에서는 다결정 실리콘은, 로드 형상으로 형성되기 때문에, 도가니 내에 효율적으로 장전할 수 있도록 적절한 크기로 조정할 필요가 있다.
전형적으로, 실리콘-함유 성분은 트리클로로실란(SiHCl3, TCS) 또는 트리클로로실란과 디클로로실란(SiH2Cl2, DCS) 및/또는 테트라클로로실란(SiC4, STC)의 혼합물이다. 덜 일반적이기는 하지만, 실란(SiH4) 또한 상업적인 규모로 사용된다.
필라멘트 로드는 반응기 베이스에 존재하는 전극 내로 수직으로 삽입되며, 이를 통하여 전원에 연결된다. 고순도 폴리실리콘이 가열된 필라멘트 로드 및 수평 브릿지 상에 증착되고, 그 결과 이들의 직경이 시간이 경과함에 따라 증가한다. 증착 공정은 전형적으로 로드 온도 및 반응 기체의 유속 및 조성의 설정에 따라 제어된다.
로드 온도는 일반적으로 반응기 벽과 마주하는 로드 표면 상에서 복사 온도계로 측정되며, 로드 온도는 전기 출력의 제어 또는 조절에 의하여 고정된 방식으로 또는 로드 직경의 함수로서 설정된다. 반응 기체의 양과 조성은 시간 또는 로드 직경의 함수로서 설정된다. 로드가 원하는 직경에 도달하면, 증착이 종료되고 이러한 방식으로 형성된 폴리실리콘 로드가 실온까지 냉각된다. 로드가 냉각되면, 추가적인 처리 또는 중간 보관을 위해서, 벨-용기형 반응기가 개방되고, 로드가 수동으로 또는 탈착 보조수단으로 불리는 특수한 장치의 도움으로 제거된다.
한편, 고순도 폴리실리콘이 가열된 필라멘트 로드 및 수평 브릿지 상에 증착되고, 성장하고 제조 공정 이후, 다결정 실리콘 로드의 냉각시 로드와 주위 온도와 로드 온도의 격차에 의해 로드가 급격히 수축함에 따라 실리콘 로드 표면 또는 내부에 균열이 발생한다. 이 때 생성된 크랙은 실리콘 로드 내부에 공간을 형성하고 불순물이 침투할 수 있는 경로를 제공하게 된다. 따라서, 크랙의 형성을 방지하거나 또는 원하는 정도의 크랙을 얻기 위해서 크랙의 형성을 조절하는 것이 필요하다.
종래 크랙 또는 결함을 가진 기계나 건축 구조물의 파괴 원인이 되는 결함을 진단하기 위하여 구조물에 손상을 주지 않고 결함의 탐지가 가능하고, 경제적으로나 편의성 측면에서 매우 효과적인 비파괴 검사법이 널리 사용되고 있다. 이러한 일반적인 비파괴 검사법은 비교적 검사 시간이 많이 소비되고, 특히 각각의 검사 방법에 따라 검출 가능한 대상이 한정된다는 문제점이 있었다. 특히, 종래 비파괴 검사법은 설비 및 장치 비용이 많이 들고, 표면의 크랙은 검출할 수 있을지라도 실리콘 로드 내부 깊이 존재하는 크랙은 높은 민감도로 감지해낼 수 없다는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명은 수득한 실리콘 로드의 표면 및 내부에 존재하는 크랙의 유무를 판별하고 나아가, 상기 크랙의 크기 및 위치를 정확하고 용이하게 검출할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명에 따라 실리콘 로드에 존재하는 크랙의 분포율에 따라 등급별로 분류하고 소정의 분포로 크랙을 함유하는 실리콘 로드를 용이하게 선택할 수 있도록 하고자 한다.
본 발명은 실리콘 로드의 표면 또는 내부에 존재하는 크랙의 존재 및 크랙의 위치를 판별하는 방법으로서, (a) 초음파 발생기를 이용하여 소정의 주파수를 가지는 초음파를 상기 실리콘 로드 일면에 인가하고, (b) 크랙을 포함하는 전도성 박막 구조체를 이용한 초음파 측정기에 의해 상기 실리콘 로드 타면에서 감지되는 초음파의 주파수를 측정하고, (c) 상기 측정된 초음파의 주파수와 참고 주파수(reference frequency)를 비교하여 크랙의 존재 위치, 크랙의 위치 및 크랙의 형상을 판별하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 실리콘 로드의 표면뿐만이 아니라, 실리콘 로드의 두께에 상관 없이 내부에 존재하는 크랙을 높은 민감도 및 정확도로 탐지하여, 크랙의 위치, 크기, 형상 등의 정보를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 종래 방법과 달리 복잡한 장비 및 시설을 요하지 않으며, 빠른 시간 내에 크랙의 유무 및 위치를 판별할 수 있으며, 이에 따라 소정의 크랙 함유율에 따라 실리콘 로드의 등급을 용이하게 결정 및 분류할 수 있다.
본 발명의 실리콘 로드의 표면 및 내부에 크랙의 유무 및 크랙의 위치를 판별하기 위한 장치는 이동 및 사용이 매우 용이하며 측정하고자 하는 부위에 대해서 다양한 각도로 측정이 가능하여 입체적인 정보를 얻을 수 있다.
도 1은 지멘스 석출법에 의해 폴리실리콘을 제조하는 장치의 개략도이다.
도 2는 폴리실리콘 제조장치에 적용되는 로드의 형상을 나타낸 예시도이다.
도 3은 초음파가 투과하는 실리콘 로드 단면도를 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5는 초음파를 이용한 실리콘 로드의 크랙 검출법을 도시한 것이다.
도 6은 열전도율 차이에 이용한 실리콘 로드의 크랙 검출법을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 실리콘 로드의 표면 및 내부에 크랙의 유무 및 크랙의 위치를 판별하기 위한 장치를 도시한 것이다.
도 2는 폴리실리콘 제조장치에 적용되는 로드의 형상을 나타낸 예시도이다.
도 3은 초음파가 투과하는 실리콘 로드 단면도를 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5는 초음파를 이용한 실리콘 로드의 크랙 검출법을 도시한 것이다.
도 6은 열전도율 차이에 이용한 실리콘 로드의 크랙 검출법을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 실리콘 로드의 표면 및 내부에 크랙의 유무 및 크랙의 위치를 판별하기 위한 장치를 도시한 것이다.
이 하에서는 본 발명에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 지멘스 석출법에 의해 폴리실리콘을 제조하는 장치의 개략도로서, 지멘스 석출법은 도 1에 도시된 바와 같이 종형 반응기(Bell-Jar Reactor)를 이용하여 실란가스로부터 실리콘 로드(막대형 폴리실리콘)을 제조하는 방법이다. 지멘스 석출법에 의하면, 청정 분위기로 유지되는 스테인리스 재질의 종형 반응기(A) 내부에 가느다란 굵기를 갖는 Si 코어 로드(B)를 ∩형상으로 위치시키고, Si 코어 로드(B)의 말단을 한 쌍의 전극(C)과 각각 연결시킨다. 이어서, 예열기(Preheater)를 이용하여 약 300 ℃ 이상으로 예열시킴으로써 Si 코어 로드(B)의 비저항을 낮춰 전기저항 가열이 가능하게 한다. 이때, 전극(C)을 통해 소정 전위차의 전기를 공급하면, Si 코어 로드(B)가 높은 온도(약 1,000 ~ 1,150 ℃)로 가열될 수 있고, 실란가스(예컨대 TCS) 및 수소가스(H2)로 이루어진 반응가스를 종형 반응기(A) 내부로 공급하면, Si 코어 로드(B)의 표면에 Si이 석출되면서 점차 Si 코어 로드(B)의 굵기가 증가하게 된다. 이와 같은 전기저항 가열 및 Si 석출을 수일 내지 수십일 이상 유지하게 되면, 직경이 약 10 내지 15 cm 정도가 되는 실리콘 로드 제품을 얻게 되는 것이다. 종형 반응기(A)의 내부에서 Si 코어 로드(B)의 직경이 더 증가하기 어려워지면 Si 석출 운전을 종료한 다음, 실리콘 로드를 꺼내고, 미반응 가스(TCS, H2)와 반응 중에 발생하는 가스(HCl, STC 등)는 외부로 배출시킨다.
도 2는 ∩형상으로 수득된 실리콘 로드(110)의 일 양태를 도시한 것이다.
실리콘 로드(110)는 ∩형상을 가지며, 상기 실리콘 로드는 다리부와 두개의 다리가 서로 연결되는 로드 분할부로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 크랙의 존재 및/또는 크랙의 위치를 판별하는 방법은 상기 지멘스 석출법 등에 따라 수득된 실리콘 로드 전체 또는 파쇄된 실리콘 로드 로드에 대해서 적용되며, 검출기에 감지된 정보에 의해 실리콘 로드 표면 또는 내부에 존재할 수 있는 크랙의 유무, 위치 및 크기를 판별한다.
본 발명에 따라 감지된 정보를 수집 및 처리하여 실리콘 로드의 크랙의 위치, 크기, 형상 등의 정보를 포함하는 맵(map)을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 구현예는 실리콘 로드 내에 존재하는 크랙의 존재 및 크랙의 위치를 판별하기 위한 비파괴 검사 방법으로서, (a) 초음파 발생기(generator)를 이용하여 소정의 주파수를 가지는 초음파를 상기 실리콘 로드 일면에 인가하고, (b) 상기 실리콘 로드 타면에서 감지되는 초음파의 주파수를 측정하고, (c) 상기 측정된 초음파의 주파수와 참고 주파수(reference frequency)를 비교하여 크랙의 존재 및/또는 크랙의 위치를 판별하는 방법을 제공한다.
이하 도 3 내지 5를 참조하여 본 발명의 구체적으로 설명한다.
도 3은 초음파 발생기(도 4의 120)로부터 인가된 초음파(150)가 실리콘 로드(110)를 투과하는 것을 나타낸다. 인가된 초음파(150)는 고유 주파수를 가지나 실리콘 로드(110)를 통과하면서 실리콘 로드(110)가 가지는 고유의 진동수에 의해 인가된 초음파(150)의 진동수는 소폭 상승되어 최초의 진동수와 상이한 진동수를 가지게 된다.
실리콘 로드(110) 내 크랙이 존재하지 않는 부위를 통과한 초음파(100, 106, 107, 108)는 서로 동일한 주파수를 가질 것이나, 크랙이 존재하는 부위를 통과한 초음파 (101, 102, 103, 104, 105)는 크랙의 크기 및 형상에 따라 서로 상이한 주파수를 가지게 된다.
본 발명은 크랙이 존재하는 부위는 상기 부위를 투과한 초음파(101, 102, 103, 104, 105)의 주파수를 측정하고, 크랙이 존재하지 않는 부위를 투과한 초음파(100, 106, 107, 108)의 미묘한 주파수 차이를 감지함으로써 크랙의 위치, 크기, 형상 등의 정보를 제공한다.
도 4를 참조하여 크랙의 존재 및/또는 크랙의 위치를 판별하는 방법을 설명한다.
초음파 발생기(120)는 실리론 로드(110)의 일면에 초음파를 인가한다. 인가된 초음파(150)는 실리콘 로드(110)를 투과하여 초음파 발생기(120)의 반대 방향에 위치하는 초음파 탐지기(130)에 의해 감지된다.
상기 초음파 탐지기(130)에 의해 측정된 초음파(160)는 소정의 참고 주파수(reference frequency)와 비교되고, 상기 초음파(160)의 주파수가 상기 참고 주파수의 영역대와 특정 범위 이상으로 차이 나는 경우 실리콘 로드(110) 내의 크랙의 존재 및/또는 크랙의 위치를 확인할 수 있다.
상기 참고 주파수는 미리 측정된 소정의 영역대를 가지며, 크랙의 존재 유무를 구분하는 기준 값으로 작용한다. 일 구현예로, 상기 참고 주파수는 실리콘 로드(110) 내 크랙이 존재하지 않는 부분을 투과하여 측정된 주파수, 즉 실리콘 로드의 고유 주파수 영역대일 수 있으며, 이는 크랙이 분포하지 않는 실리콘 로드(110)의 미리 측정된 평균값 또는 데이터 베이스 값을 참고하여 결정할 수 있다.
상기 실리콘 로드(110)는 서로 마주보는 초음파 발생기(120)와 초음파 탐지기(130) 사이 배치되어 이동되면서 상기 실리콘 로드(110)의 전면에 대해 상기 (a) 내지 (c) 단계가 수행될 수 있다. 일 예로, 상기 실리콘 로드(110)는 도 4에 도시된 길이 방향(화살표 방향)으로 이동하면서 전면에 대해 상기 (a) 내지 (c) 단계가 수행될 수 있다. 또는 상기 실리콘 로드(110)의 중심축을 기준으로 실리콘 로드(110)가 회전하면서 상기 실리콘 로드(110)의 전면에 대해 상기 (a) 내지 (c) 단계가 수행될 수 있다.
상기 실리콘 로드(110)의 전면에 대해 측정된 초음파(160)의 주파수는 수집 및 처리되어 실리콘 로드 내부 및 표면에 대한 크랙 맵(map)으로 제공될 수 있다.
도 5는 복수의 초음파 탐지기(130)를 설치하여 실리콘 로드(110)을 통과한 초음파(160)의 주파수를 여러 각도 및/또는 여러 지점에서 동시 다발적으로 감지하고, 수집된 정보를 가공 및 처리함으로써, 실리콘 로드 내부 및 표면에 대한 크랙의 정보 및 형상의 이미지를 제공한다.
본 발명에서 상기 초음파 측정기(130)로는 고감도 센서가 사용된다. 고감도 센서는 미세한 신호를 감지하여 이를 전기적 신호 등의 데이터로 전달하는 장치로서, 정전용량(capacitive) 센서, 압전기(piezoelectric) 센서, 스트레인 게이지 등이 알려져 있다.
상기 초음파 측정기(130)는 크랙을 포함하는 전도성 박막을 이용한 고감도 센서로, 외부 자극의 주파수를 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 초음파 측정기(130)에 사용되는 전도성 박막의 크랙은 미세 접합 구조 (interconnection)를 인위적으로 만들고 이를 통해 매우 작은 압력이나 진동의 변화를 감지할 수 있다.
상기 고감도 센서를 이용하는 경우, 상기 인가된 초음파(150)가 실리콘 로드(110, 외부 자극에 해당)을 통과함으로써 상이한 주파수를 갖게 되는 초음파(160)의 주파수 변화를 매우 높은 민감도로 감지할 수 있다.
일반적으로 금속의 전도성 박막은 박막은 증착시 금속의 작은 핵이 형성되고 그 핵이 성장하면서 그레인 바운더리 (grain boundary)를 형성하며 박막으로 형성된다. 이러한 금속의 그레인 바운더리는 외부로부터 변형이 왔을 때 그 바운더리 주변에 스트레스가 축적됨에 따라 상기 그레인 바운더리를 따라 크랙이 형성된다. 이와 같이, 상기 전도성 박막의 형성시 발생한 그레인 바운더리를 따라 형성시킨 크랙에 진동이나 압력 변화와 같은 외부 자극을 가할 경우 상기 크랙에 전기적 단락(short)이나 개방(open)이 형성되어 상기 전도성 박막상의 저항값의 변화가 발생하게 되며, 이를 검출함으로써 상기 전도성 박막 구조체를 진동센서, 압력센서, 스트레인 게이지와 같은 고감도 센서로서 활용 가능하다.
상기 전도성 박막에 존재하는 크랙은 다양한 형태를 가질 수 있으며, 이와 같은 형태는 상기 전도성 박막의 그레인 바운더리의 형태에 따라 달라질 수 있다. 또한 상기 크랙이 발생하는 정도 또한 전도성 박막의 두께, 형성 조건 등에 따라 달라질 수 있으며 특별히 제한되지 않는다.
상기와 같은 크랙 함유 전도성 박막에 사용될 수 있는 금속은 그레인을 가지고 결정성 박막으로 성장할 수 있는 금속, 즉 다결정성을 갖는 금속이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 백금, 니켈, 구리, 금, 은, 철, 크롬, 마그네슘, 아연, 주석, 알루미늄, 코발트, 망간, 텅스텐, 카드뮴, 팔라듐. 탄소 또는 이들의 2종 이상 혼합물 또는 합금을 사용할 수 있다
일 예로, 상기 전도성 박막으로는 크랙이 존재하는 백금 박막을 이용할 수 있다. 상기 크랙은 상에 형성된 백금 박막을 구부려 형성될 수 있으며 개별적인 크랙의 일단부는 다른 크랙과 직접적으로 접촉하여 연결되어 있거나(점선박스로 표시한 부분), 약간의 간격을 두고 이격된(실선박스로 표시한 부분) 구조를 가질 수 있다. 이들 중 다른 크랙과 직접적으로 접촉하여 연결되어 있는 크랙은 외부 자극이 있더라도 연결 구조가 깨지지 않으므로 상기 전도성 박막의 전기적 저항 값에 큰 영향을 끼치지 않게 된다.
그러나 이웃하는 크랙과 약간의 간격을 가지고 이격되어 있는 단부를 갖는 크랙의 경우, 외부 자극에 의해 이들의 접합 구조가 달라져 상기 크랙들에 의한 전기적 단락이 발생할 수 있으며, 그 결과 이들 크랙에 의해 구분된 그레인들이 서로 전기적으로 연결될 수 있게 된다. 외부 자극에 의해 이들 그레인들이 상기 크랙에 의해 전기적으로 단락됨으로써 상기 전도성 박막의 전기적 저항값이 감소하게 되고, 이를 측정함으로써 상기 외부자극의 유무, 강도 등을 알 수 있게 된다.
본 발명의 다른 구현예는, 실리콘 로드의 표면 또는 내부에 크랙의 유무 및 크랙의 위치를 판별하는 방법으로서, (A) 열원을 이용하여 실리콘 로드의 일면에 대해 일부분을 가열하고, (B) 열 감지부를 이용하여 실리콘 로드의 타면에서 실리콘 표면 및 내부의 온도를 측정하고, (C) 상기 측정된 온도와 참고 온도(reference temperature)를 비교하여 크랙의 존재 및/또는 크랙의 위치를 판별하는 방법을 제공한다.
이하 도 6을 참조하여 본 발명의 구체적으로 설명한다.
도 6은 실리콘 로드(110)를 기준으로 열원(200)과 열 감지부(300)를 서로 반대편에 배치되며, 상기 열원(200)을 이용하여 실리콘 로드(110)에 열을 가한 뒤, 상기 열원(200)의 반대 방향에 위치한 열 감지부(300)에서 측정되는 온도를 참고 온도(reference temperature)와 비교하여 실리콘 로드(110) 내에 상이한 열 전도율 및 열 분포도를 가지는 부위를 검출하여, 크랙의 존재 및 위치를 확인한다.
상기 참고 온도는 미리 측정된 소정의 값 또는 범위일 수 있으며, 크랙의 존재 유무를 구분하는 기준 값으로 작용한다. 일 구현예로, 상기 참고 온도는 크랙이 존재하지 않는 실리콘 로드의 온도 범위일 수 있으며, 크랙이 분포하지 않는 실리콘 로드의 미리 측정된 평균값 또는 데이터 베이스 값을 참고하여 결정할 수 있다.
상기 열원(200)을 이용하여 실리콘 로드(110)의 일면에 대해 소정의 시간 동안 열 에너지가 가해지면, 실리콘 로드(110)의 전체의 온도가 상승된다. 상기 실리콘 로드(110)는 소정의 열 전도율을 가지며, 특정 부위에 열 에너지를 가하면 열원으로부터 동일한 거리에 지점의 온도는 동일하게 측정된다. 그러나, 실리콘 로드 내부의 크랙이 존재하는 경우, 크랙의 공간에 존재하는 공기에 의해서 실리콘 열 전도율은 1000배 이상 감소된다. 따라서, 크랙이 존재하는 실리콘 로드의 부위에는 열저항이 급격하게 증가하며, 크랙이 없는 부위에 비해 훨씬 높은 열저항을 가지므로, 크랙 주위에는 다른 정상 부위에 비해서 낮은 온도 분포도를 가지게 된다.
공기 (air) 및 실리콘(silicon)의 열전도율 :
kair = 0.0257 W/(m K) at 20 ℃
ksilicon = 37 W/(m K) at 20 ℃ [1]
ksilicon >> kair (약 1000배 이상)
크랙에 의해 낮은 온도 분포도를 가지는 부분은 상기 열 감지부(300)에 의해 감지된다. 상기 열 감지부(300)는 영상 카메라모듈, 열화상 카메라모듈 및/또는 사운드 카메라 모듈을 포함할 수 있다. 발전 설비 또는 구동계 등 대상물의 작동 상태를 각 모듈이 일체화된 하나의 장치 내에서 동시에 촬상하여 각 입력 이미지를 생성하도록 한다. 상기 영상 카메라 모듈로는 적외선 카메라를 이용할 수 있다. 상기 측정된 온도와 참고 온도의 측정은 상기 적외선 이미지 카메라로부터 얻은 열화상 이미지로 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 열원(200)은 단위 면적(m2)당 0.01 내지 10 J의 열에너지를 가하면서, 반대측에 위치하는 열 감지부(300)을 이용하여 열 분포도를 감지하고, 이를 실리콘 로드 내부 및 표면에 대한 크랙의 정보 및 형상의 이미지를 제공할 수 있다.
상기 실리콘 로드(110)는 마주보게 배치된 열원(200)과 열 감지부(300) 사이 배치되어 이동되면서 상기 실리콘 로드(110)의 전면에 대해 상기 (A) 내지 (C) 단계가 수행될 수 있다. 일 예로, 상기 실리콘 로드(110)는 도 5에 도시된 길이 방향(화살표 방향)으로 이동하면서 전면에 대해 (A) 내지 (C) 단계가 수행될 수 있다. 또는 상기 실리콘 로드(110)의 중심축을 기준으로 실리콘 로드(110)를 회전하면서 상기 실리콘 로드(110)의 전면에 대해 상기 (A) 내지 (C) 단계가 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예는, 실리콘 로드의 표면 및 내부에 크랙의 유무 및 크랙의 위치를 판별하기 위한 장치로서, 초음파 발생기, 초음파 탐지기 및 핸들부를 포함하는 장치를 제공한다. 상기 초음파 발생기는 초음파 탐지기와 서로 마주보며, 상기 핸들부의 양 말단에 초음파 발생기와 초음파 탐지기가 위치한다.
본 발명의 또 다른 구현예는, 실리콘 로드의 표면 및 내부에 크랙의 유무 및 크랙의 위치를 판별하기 위한 장치로서, 열원, 열 감지부 및 핸들부를 포함하는 장치를 제공한다. 상기 열원은 열 감지부와 서로 마주보며, 상기 핸들부의 양말단에 열원와 열 감지부가 위치한다.
도 7은 전술한 장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 7은 핸들부(180)의 양 말단에는 초음파 발생기(120) 및 초음파 탐지기(130)가 연결되거나, 또는 열원(200)및 열 감지부(300)를 포함할 수 있다. 상기 초음파 발생기(120)와 초음파 탐지기(130) 사이 또는 열원(200)과 열 감지부(300) 사이에 실리콘 로드(110)을 두고 핸들부를 위/아래 및 좌/우의 방향으로 이동해 가면서 원기둥 형태의 실리콘 로드에 대해서 길이별 또는 둘레별로 모듈의 위치를 변경해가면서 실리콘 로드 표면 전체에 대해서 크랙의 유무를 판단할 수 있다.
상기 핸들부(180)는 길이 조절부(170)을 포함하며, 이를 이용하여 상기 초음파 발생기(120)와 초음파 탐지기(130) 사이 또는 열원(200)과 열 감지부(300) 사이의 길이(L2)를 조절할 수 있다. 또한 측정하고자 하는 실리콘 로드(110)의 두께에 따라 L1의 조절이 가능하다.
상기 전술한 실리콘 로드의 표면 또는 내부에 존재하는 크랙의 존재 및 크랙의 위치를 판별하기 위한 비파괴 검사 방법은 실리콘 로드 전체 표면에 대해서 2 이상의 부위에서 동시 다발적으로 시행함으로써, 보다 빠른 시간 내에 크랙의 존재 여부와 더불어 크랙의 위치 및 형태에 대한 입체적인 정보를 얻을 수 있다.
본 발명의 일 구현예는 전술한 실리콘 로드의 표면 또는 내부에 존재하는 크랙의 존재 및 크랙의 위치를 판별하기 위한 비파괴 검사 방법을 이용하여, 상기 실리콘 로드를 등급별로 분류하는 방법을 제공한다. 이 때, 상기 실리콘 로드 등급은 크랙이 존재하는 부위 또는 크랙의 함유율에 따라 결정될 수 있다.
크랙이 표면에 존재하는 경우, 불순물이 상기 실리콘 로드 내로 침투하여 실리콘 로드의 순도를 저하시키므로, 크랙의 함유율이 소정의 값 이상이면, 이러한 실리콘 로드는 분류해낼 필요가 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 이러한 크랙의 대부분은 CVD 증착 공정 중 달궈져 있던 실리콘 로드(통상 섭씨 수백도(약 1000도 이상))가 N2(질소) 또는/및 공기에 의한 냉각에 의해 발생한다.
실리콘 로드를 성장시키는 과정에 있어서, 벨-용기형 반응기의 내의 상부층 온도가 상대적으로 높기 때문에 N2(질소) 또는/및 공기에 의한 냉각에 의해 발생하는 크랙은 대부분 실리콘 로드의 상부 영역에 형성된다. 생성된 전체 크랙의 총 개수 대비 약 80% 이상이 실리콘 로드의 표면에 생성되지만, 나머지는 대부분 실리콘 로드 내부에 형성된다. 특히, 실리콘 로드의 내부에 존재하는 크랙은 대부분 상부 영역에 존재하며, 하부 및 중부 영역에 생성되는 크랙은 약 30% 미만이다.
본 발명에 따르면 실리콘 로드 존재하는 크랙을 용이하게 관측할 수 있으며, 분석한 결과를 이용하여 향후 증착 공정의 조건(반응가스 분출량 및 온도 등)에 활용할 수 있다.
본 발명에 따르면 전술한 실리콘 로드의 표면 또는 내부에 존재하는 크랙의 존재 및 크랙의 위치를 판별하기 위한 비파괴 검사 방법을 이용하여, 실리콘 로드의 특정 부위에 특정 함량 이상의 크랙을 가지는 실리콘 로드를 분류해낼 수 있으며, 일 예로 상기 실리콘 로드를 길이 방향으로 3 등분하여 상부, 중부 및 하부 영역으로 나눈 뒤, 상기 상부 영역에 크랙의 함유율이 50% 이상인 실리콘 로드를 분류해낼 수 있다.
110: 실리콘 로드 120: 초음파 발생기
130, 131, 132: 초음파 측정기
140: 크랙 150: 인가된 초음파
160: 탐지된 초음파 170: 길이 조절부
180: 핸들부 200: 열원
300: 열 감지부
130, 131, 132: 초음파 측정기
140: 크랙 150: 인가된 초음파
160: 탐지된 초음파 170: 길이 조절부
180: 핸들부 200: 열원
300: 열 감지부
Claims (19)
- 실리콘 로드의 표면 또는 내부에 존재하는 크랙의 존재 및 크랙의 위치를 판별하는 방법으로서,
(a) 초음파 발생기를 이용하여 소정의 주파수를 가지는 초음파를 상기 실리콘 로드 일면에 인가하고, 상기 실리콘 로드 일면에 가해진 초음파는 실리콘 로드를 투과하고,
(b) 크랙을 포함하는 전도성 박막 구조체를 이용한 초음파 측정기를 이용하여 상기 실리콘 로드 타면에서 투과한 초음파의 주파수를 측정하고,
(c) 상기 측정된 초음파의 주파수와 참고 주파수(reference frequency)를 비교하여 크랙의 존재 위치, 크랙의 위치 및 크랙의 형상을 판별하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 실리콘 로드 일면에 가해진 초음파는 실리콘 로드를 투과하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 참고 주파수는 크랙이 존재하지 않는 실리콘 로드의 고유 주파수 영역대인 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항에 있어서,
측정된 초음파의 주파수가 상기 참고 주파수의 영역대와 상이한 경우 크랙의 존재를 확인하는 것을 특징으로 하는 방법. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 실리콘 로드를 길이 방향으로 이동시키거나 및/또는 회전시키면서 상기 실리콘 로드에 대해 상기 (a) 내지 (c) 단계를 실시하는 것을 특징으로 하는 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항 내지 제4항 및 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용하여, 상기 실리콘 로드에 존재하는 크랙의 부위별 또는 함유율에 따라 실리콘 로드의 품질 등급을 분류하는 방법.
- 제17항에 있어서,
상기 실리콘 로드를 길이 방향으로 3 등분하여 상부, 중부 및 하부 영역으로 나누었을 때, 전체 크랙 중 50% 이상의 크랙이 상기 실리콘 로드의 상부 영역에 분포된 실리콘 로드를 분류하는 단계를 포함하는, 실리콘 로드의 품질 등급을 분류하는 방법. - 삭제
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