KR102461305B1 - 잉곳성장기용 냉각자켓 표면처리방법 - Google Patents

잉곳성장기용 냉각자켓 표면처리방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102461305B1
KR102461305B1 KR1020210044133A KR20210044133A KR102461305B1 KR 102461305 B1 KR102461305 B1 KR 102461305B1 KR 1020210044133 A KR1020210044133 A KR 1020210044133A KR 20210044133 A KR20210044133 A KR 20210044133A KR 102461305 B1 KR102461305 B1 KR 102461305B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cooling jacket
coating
coated
ingot
masking
Prior art date
Application number
KR1020210044133A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220138538A (ko
Inventor
박철재
최지웅
정언
Original Assignee
주식회사 한스코리아
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 한스코리아 filed Critical 주식회사 한스코리아
Priority to KR1020210044133A priority Critical patent/KR102461305B1/ko
Publication of KR20220138538A publication Critical patent/KR20220138538A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102461305B1 publication Critical patent/KR102461305B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134—Plasma spraying
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/32—Processes for applying liquids or other fluent materials using means for protecting parts of a surface not to be coated, e.g. using stencils, resists
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/12—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by mechanical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/14—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to metal, e.g. car bodies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/24—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials for applying particular liquids or other fluent materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/01—Selective coating, e.g. pattern coating, without pre-treatment of the material to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

본 발명은 저반사 및 고방사재질로 코팅을 수행하여 잉곳에서 발생하는 복사열을 냉각자켓을 통하여 외부로 효율적으로 배출할 수 있고, 코팅재질이 우수한 기계적 특성으로 인하여 잉곳성장기의 등방성 흑연 구조물과 충돌에도 손상을 주지않아 수명을 길게 할 수 있으면서 냉각자켓을 통한 메탈 오염을 방지하여 효울적이면서 고품질의 잉곳을 성장시킬 수 있도도록 한 것으로서;
단결정 실리콘 잉곳성장기에 설치되는 냉각자켓의 표면을 처리함에 있어서;
코팅하고자 하는 냉각자켓의 표면을 깨끗하게 유지하는 퍼스트클리닝과정과; 냉각자켓의 코팅처리할 부위와 코팅처리하지 않을 부위를 구분하는 마스킹과정과; 냉각자켓의 코팅할 부위의 표면 전체를 거칠게 처리하여 비표면적을 증가시키는 블라스팅과정과; 냉각자켓과 톱코팅재 사이에 완충과 열전도성 향상 및 톱 코팅의 용이성을 위한 본드코팅과정과; 블라스팅과 본드코팅으로 손상된 마스킹을 수정하는 리마스킹과정과, 본드코팅된 표면에 저반사 및 고방사성을 가지고 내구성이 우수한 재질로 수행하는 톱코팅과정과; 마스킹과 코팅처리된 표면의 오염을 제거하는 세컨드클리닝과정과; 잉곳성장기 내부의 유체 흐름에 지장이 없도록 냉각자켓의 내경면 위치의 코팅면을 연마하는 폴리싱과정과; 폴리싱과정에서 발생한 오염 등을 깨끗하게 제거하는 서드클리닝과정으로 이루어지는 것이 특징이다.

Description

잉곳성장기용 냉각자켓 표면처리방법{SURFACE COATING METHOD OF COOLING JACKET FOR INGOT GROWING DEVICE}
본 발명은 잉곳성장기용 냉각자켓 표면처리방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 잉곳성장기에 적용되는 냉각자켓의 재료가 가지고 있는 높은 반사율과 낮은 방사율 및 낮은 열전도도를 개선하고 재료가 가지고 있는 금속의 오염원을 감소시켜 낮은 반사율과 높은 방사율을 가지도록 함으로써 냉각성 향상을 통하여 고품질의 잉곳을 얻을 수 있도록 한 잉곳성장기용 냉각자켓 표면처리방법의 제공에 관한 것이다.
반도체 소자 제조용 재료로서 광범위하게 사용되고 있는 웨이퍼는 단결정 실리콘 박판을 지칭하는 데, 웨이퍼 제조는 성장된 단결정 실리콘 잉곳(Ingot)을 웨이퍼 형태로의 절단과, 두께를 균일화하여 평면화하는 래핑(Lapping)과, 기계적인 연마에 의하여 발생한 데미지를 제거 또는 완화하는 에칭(Etching)과, 웨이퍼 표면을 경면화하는 연마(Polishing)와, 완료된 웨이퍼를 깨끗하게하는 세정(Cleaning)으로 이루어진다.
상기와 같이 단결정 실리콘 잉곳은 도 1에 도시된 잉곳성장기(100)에 의하여 이루어지게 되며, 잉곳성장기(100)는, 원통으로 형성되는 성장챔버(101)와 상기 성장챔버(101) 내부에 설치되어 실리콘용액(102)이 수용되는 도가니(103)가 설치되고, 상기 도가니(103)를 가열하기 위한 발열체(104)와, 성장된 단결정 잉곳(105)을 냉각시키기 위한 냉각수가 순환되는 냉각자켓(110)이 설치되고, 도가니(103)와 냉각자켓(110)으로의 열을 차단하기 위한 단열재(106)를 포함하는 구성이다.
상기 발열체(104)에 의해 가열된 도가니(103)의 실리콘용액(102)과 접촉되도록 잉곳 종자를 접촉시킨 후, 서서히 끌어 올림으로써 단결정잉곳(105)으로 성장되며, 냉각자켓(110)은 표면광택을 가지는 스테인레스 스틸 재질로 형성되어 방사율이 매우 낮아 가열된 실리콘용액(102)과 접촉되는 단결정잉곳(105)으로부터 복사되는 복사열의 흡수율이 낮다는 문제점을 가진다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 냉각자켓의 냉각성을 높이기 위한 다양한 방법들이 선행기술로 제시되고 있으며 이를 특허문헌을 통하여 살펴보면 다음과 같다.
특허문헌 1은, 내측관;
상기 내측관과의 사이에 냉각수의 유동 공간을 형성하며, 상기 냉각수의 유입구와 배출구가 각각 형성되는 외측관; 및
상기 내측관의 내벽에 구비되고, 단결정 잉곳과 대향하는 면에 그루브(groove)가 형성되며, 단결정 잉곳 성장시 상기 잉곳으로부터 발산되는 복사열을 흡수하는 열흡수부를 포함하는 단결정 잉곳 냉각용 수냉관을 특징으로 하고 있다.
툭허문헌 2는, 실리콘 용액으로부터 성장하는 실리콘 단결정 잉곳을 냉각시키는 수냉관에 있어서,
상기 실리콘 단결정 잉곳을 냉각시키기 위한 냉각수가 내부에 순환하는 수냉관 몸체; 및 상기 수냉관 몸체의 표면에 형성되어 상기 실리콘 단결정 잉곳 성장 시 상기 잉곳에서 방출되는 복사열을 흡수하는 질화알루미늄 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
특허출원 제 10 - 2008 - 0120539 호 특허출원 제 10 - 2012 - 0031467 호
없슴.
상기와 같은 특허문헌 1의 경우에는 내측관의 내벽에 그루브를 가지는 열흡수부를 형성하여 잉곳으로부터 발산되는 복사열을 흡수할 수 있도록 하는 것이고, 특허문헌 2의 경우에는 수냉관 몸체의 표면에 형성되어 상기 실리콘 단결정 잉곳 성장 시 상기 잉곳에서 방출되는 복사열을 흡수하는 질화알루미늄 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기와 같은 선행기술의 경우 경면을 이루는 스테인리스 스틸재질의 내측과 또는 수냉관이 그대로 노출되어 있을 경우에는 열을 흡수하지 못하고 반사하는 것은 물론 금속오염을 유발하여 냉각성이 저하되는 잉곳성장을 저해하는 것은 물론 성장된 잉곳의 품질을 우수하고 균일하게 유지하는 것이 어려운 것에 비하여서는 냉각성이 높아질 수는 있다.
그러나, 내측관의 내벽에 그루브를 가지는 열흡수부를 형성하는 경우에는 이를 형성하는 것도 어렵지만, 열을 흡수하여 내측관의 냉각수로만 단순 전달하고 외측관을 통하여 방출하는 기능을 수행하지 못하게 되므로 원활한 목적의 냉각을 수행하는 것이 현실적으로 어렵게 된다.
질화알루미늄으로 코팅을 할 경우에는 강한 공유결합특성으로 인하여 소결성이 떨어지기 때문에 특수 소결방법을 채택하여야 하므로 냉각장치를 구성하는 데 불필요하게 많은 공정과 비용이 소요되고 이에 비하여 냉각성이 극히 우수하지 못하기 때문에 스테인리스 스틸재질 그대로의 냉각장치에 비하여 효율성이 높아지지 못하게 되는 등 여러 문제점들로부터 자유롭지 못하고 있다.
이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 단결정 실리콘 잉곳성장기(100)에 설치되는 냉각자켓(110)의 표면에 기계적 특성이 우수하면서 저반사 고방사율을 가지고 냉각성과 내구성을 높일 수 있도록 표면처리함에 있어서;
코팅하고자 하는 냉각자켓(110)의 표면을 깨끗하게 유지하는 퍼스트클리닝과정(S100)과;
냉각자켓(110)의 코팅처리할 부위와 코팅처리하지 않을 부위를 구분하는 마스킹과정(S200)과;
냉각자켓(110)의 코팅할 부위의 표면에 알루미나(Al2O3) 파우더를 분사시켜 코팅부위 전체를 거칠게 처리하여 비표면적을 증가시키는 블라스팅과정(S300)과;
냉각자켓(110)과 톱코팅재 사이에 완충과 열전도성 향상 및 톱 코팅의 용이성을 위한 본드코팅과정(S400)과;
블라스팅과 본드코팅으로 손상된 마스킹을 수정하는 리마스킹과정(S500)과, 본드코팅된 표면에 저반사 및 고방사성을 가지고 내구성이 우수한 재질로 수행하는 톱코팅과정(S600)과;
마스킹과 코팅처리된 표면의 오염을 제거하는 세컨드클리닝과정(S700)과;
잉곳성장기 내부의 유체 흐름에 지장이 없도록 냉각자켓(110)의 내경면 위치의 코팅면을 연마하는 폴리싱과정(S800)과;
폴리싱과정에서 발생한 오염 등을 깨끗하게 제거하는 서드클리닝과정(S900)으로 이루어지게하여;
저반사 및 고방사재질로 코팅을 수행하여 잉곳에서 발생하는 복사열을 냉각자켓을 통하여 외부로 효율적으로 배출할 수 있고, 코팅재질이 우수한 기계적 특성으로 인하여 잉곳성장기의 등방성 흑연 구조물과 충돌에도 손상을 주지않아 수명을 길게 할 수 있으면서 냉각자켓을 통한 메탈 오염을 방지하여 효율적이면서 고품질의 잉곳을 성장시킬 수 있는 목적 달성이 가능하다.
본 발명은 방사율이 낮은 경면의 스테인리스 스틸 재질로 구성되는 냉각자켓의 표면에 방사율이 높은 재질로 코팅을 수행하여 자연냉각 중 잉곳에서 방출되는 복사열을 잉곳 성장장치 외부로 효율적으로 배출할 수 있도록 함으로서 잉곳의 냉각 속도를 개선하여 냉각효율성을 높이고 단결정 잉곳을 빠른 속도로 성장할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명은 냉각자켓 표면에 코팅처리되는 코팅층이 가지고 있는 우수한 기계적 특성으로 인해 잉곳성장장치 내부의 등방성 흑연 구조물과의 충돌에도 코팅이 손상되지 않기 때문에 기존에 유기계열의 코팅에 대비하여 코팅의 수명을 연장할 수 있으며 냉각장치의 모재인 스테인리스 스틸이 가지고 있는 메탈 오염원을 잉곳에 노출되지 않기 때문에 고품질의 잉곳의 성장을 가능하게 하는 등 다양한 효과를 가진다.
도 1은 본 발명을 설명하기 위하여 도시한 잉곳성장기를 도시한 간략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 기술이 적용된 잉곳성장기용 냉각자켓 표면처리과정을 도시한 공정블록도.
도 3은 본 발명의 기술이 적용된 잉곳성장기용 냉각자켓 표면처리과정을 도시한 공정도해도.
도 4는 본 발명의 기술에 의하여 표면처리된 잉곳성장기용 냉각자켓 표면을 발췌하여 도시한 미세조직 사진.
도 5는 본 발명의 기술에 의하여 표면처리된 잉곳성장기용 냉각자켓의 표면조도 및 두께를 기존기술과 비교한 표.
도 6은 본 발명의 기술에 의하여 표면처리된 잉곳성장기용 냉각자켓의 방사율을 기존기술과 비교한 표.
도 7은 본 발명의 기술에 의하여 표면처리된 잉곳성장기용 냉각자켓의 열전도도를 기존기술과 비교한 표.
이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성과 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명을 설명하기 위하여 도시한 잉곳성장기를 도시한 간략적인 구성도, 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 잉곳성장기용 냉각자켓 표면처리과정을 도시한 공정블록도, 도 3은 본 발명의 기술이 적용된 잉곳성장기용 냉각자켓 표면처리과정을 도시한 공정도해도, 도 4는 본 발명의 기술에 의하여 표면처리된 잉곳성장기용 냉각자켓 표면을 발췌하여 도시한 미세조직 사진, 도 5는 본 발명의 기술에 의하여 표면처리된 잉곳성장기용 냉각자켓의 표면조도 및 두께를 기존기술과 비교한 표, 도 6은 본 발명의 기술에 의하여 표면처리된 잉곳성장기용 냉각자켓의 방사율을 기존기술과 비교한 표, 도 7은 본 발명의 기술에 의하여 표면처리된 잉곳성장기용 냉각자켓의 열전도도를 기존기술과 비교한 표로서 함께 설명한다.
단결정 실리콘 잉곳성장기(100)는, 원통으로 형성되는 성장챔버(101)와 상기 성장챔버(101) 내부에 설치되어 실리콘용액(102)이 수용되는 도가니(103)가 설치되고, 상기 도가니(103)를 가열하기 위한 발열체(104)와, 성장된 단결정 잉곳(105)을 냉각시키기 위한 냉각수가 순환되는 냉각자켓(110)이 설치되고, 도가니(103)와 냉각자켓(110)으로의 열을 차단하기 위한 단열재(106)를 포함하는 구성이다.
본 발명에서는 낮은 경면의 스테인리스 스틸 재질로 구성되는 냉각자켓(110)의 표면에 기계적 특성이 우수하면서 저반사 고방사율을 가지는 재질로 코팅처리하여 냉각성과 내구성을 높일 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각자켓(110)의 표면의 코팅처리는, 코팅하고자 하는 냉각자켓(110)의 표면을 깨끗하게 유지하는 퍼스트클리닝과정(S100)과, 냉각자켓(110)의 코팅처리할 부위와 코팅처리하지 않을 부위를 구분하는 마스킹과정(S200)과, 냉각자켓(110)의 코팅할 부위의 표면을 거칠게 처리하는 블라스팅과정(S300)과, 냉각자켓(110)과 톱코팅재 사이에 완충과 열전도성 향상 및 톱 코팅의 용이성을 위한 본드코팅과정(S400)과, 블라스팅과 본드코팅으로 손상된 마스킹을 수정하는 리마스킹과정(S500)과, 본드코팅된 표면에 저반사 및 고방사성을 가지고 내구성이 우수한 재질로 수행하는 톱코팅과정(S600)과, 마스킹과 코팅처리된 표면의 오염을 제거하는 세컨드클리닝과정(S700)과, 잉곳성장기 내부의 유체 흐름에 지장이 없도록 냉각자켓(110)의 내경면 위치의 코팅면을 연마하는 폴리싱과정(S800)과, 폴리싱과정에서 발생한 오염 등을 깨끗하게 제거하는 서드클리닝과정(S900)으로 이루어지게 된다.
상기 퍼스트클리닝과정(S100)에서는 냉각자켓(110)이 표면에 묻어 있는 이물질(오염질)을 무진지(크린페이퍼)와 이소프로필 알콜(IPA, Isopropyl Acohol)을 이용하여 깨끗한 상태로 유지한다.
상기 마스팅과정(S200)에서는 마스킹테이프를 코팅 처리할 부위와 코팅처리하지 않을 부위의 경계면 냉각자켓(110)에 부착하여 비 코팅면에 코팅처리되지 않도록 준비한다.
상기 블라스팅과정(S300)에서는 알루미나(Al2O3) 파우더를 이용하여 냉각자켓(110)의 표면에 분사시켜 코팅부위 전체를 거칠게 처리하여 비표면적을 증가시키도록 한다.
상기 본드코팅과정(S400)에서는 냉각자켓(110)을 구성하며 열팽창계수가 13-20㎛/(m.K)인 스테인리스 스틸과 톱 코팅하고자 하는 재질의 중간정도 열팽창계수를 가지는 금속분말을 플라즈마 서멀 스프레이(Plasma Thermal Spray)방법으로 코팅을 수행한다.
상기 본드코팅에 사용되는 금속분말은 몰리브덴, 스테인리스 스틸, 니켈, 크롬 등 다양한 종류가 있으나, 열팽창계수가 7㎛/(m.K)인 몰리브덴 만을 독립적으로 사용하여도 되고, 몰리브덴을 주성분으로하여 스테인리스 스틸, 니켓, 크롬 등에서 하나 또는 하나 이상을 소량 첨가하는 형태로도 가능할 것이다.
상기 리마스킹과정(S500)에서는 블라스팅과 본드코팅과정에서 손상된 마스킹 테이프를 제거하고 새로운 마스킹 테이프를 이용하여 코팅영역과 비코팅영역을 구분하도록 한다.
상기 톱코팅과정(S600)에서는 냉각자켓(110)의 표면에 금속분말을 본드코팅한 표면 위에 입도가 20-70㎛이면서 열팽창계수가 5㎛/(m.K)인 실리콘카바이드(SiC)를 플라즈마 서멀 스프레이(Plasma Thermal Spray)방법으로 코팅을 수행하여 고경도이면서 기계적 강도가 높아지고, 고방사 및 저반사로 인하여 잉곳성장기(100)에서 발생하는 열을 흡수하여 전달함으로서 원활한 냉각이 이루어질 수 있도록 한다.
이 과정에서 실리콘카바이드(SiC) 단일 조성으로 코팅을 수행하여도 무방하나 이 경우에는 실리콘카바이드(SiC)의 융점이 2730℃에 이르기 때문에 완전하게 융착시키는 것이 어려울 수 있으므로 실리콘카바이드 중량에 대하여 실리콘(Si)을 20중량부까지 혼합하여 실리콘가바이드가 용이하게 융착되어 코팅될 수 있는 바인더로 사용하여도 무방할 것이다.
상기 세컨드클리닝과정(S700)에서는 코팅과 비코팅 경계위치에 부착한 마스킹테이프를 제거하고 냉각자켓(110)에 완전하게 융착되지 못한 잔여분말과 코팅과정에서 발생한 오염물질을 무진지(크린페이퍼)와 이소프로필 알콜(IPA, Isopropyl Acohol)을 이용하여 깨끗한 상태로 유지하도록 한다.
상기 폴리싱과정(S800)에서는 코팅처리된 냉각자켓(110)의 내경부 위치에 잉곳성장기(100)의 내부 유체가 흐르는 데 지장이 없도록 연마파우더를 이용하여 폴리싱을 수행하여 목적하는 조도를 얻을 수 있도록 한다.
냉각자켓(110)의 내경부 코팅위치의 조도는 최소 0.3 - 3.0(Ra.㎛)을 유지하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 서드클리닝과정(S900)에서는 연마가 끝난 후 무진지(크린페이퍼)를 이용하여 오염물질을 1차로 제거한 후 초순수(DeIonized Water) 수조에서 초음파 세척을 수행한 후 무진지(크린페이퍼)와 이소프로필 알콜(IPA, Isopropyl Acohol)을 이용하여 깨끗한 상태로 청소하여 완료하도록 한다.
실험예 1.
냉각자켓(110)의 표면의 코팅처리는, 코팅하고자 하는 냉각자켓(110)의 표면을 깨끗하게 유지하는 퍼스트클리닝과정(S100)과, 냉각자켓(110)의 코팅처리할 부위와 코팅처리하지 않을 부위를 구분하는 마스킹과정(S200)과, 냉각자켓(110)의 코팅할 부위의 표면을 거칠게 처리하는 블라스팅과정(S300)과, 냉각자켓(110)과 톱코팅재 사이에 완충과 열전도성 향상 및 톱 코팅의 용이성을 위한 본드코팅과정(S400)과, 블라스팅과 본드코팅으로 손상된 마스킹을 수정하는 리마스킹과정(S500)과, 본드코팅된 표면에 저반사 및 고방사성을 가지고 내구성이 우수한 재질로 수행하는 톱코팅과정(S600)과, 마스킹과 코팅처리된 표면의 오염을 제거하는 세컨드클리닝과정(S700)과, 잉곳성장기 내부의 유체 흐름에 지장이 없도록 냉각자켓(110)의 내경면 위치의 코팅면을 연마하는 폴리싱과정(S800)과, 폴리싱과정에서 발생한 오염 등을 깨끗하게 제거하는 서드클리닝과정(S900)으로 코팅을 수행하였다.
이 과정에서 본드코팅과정S400)에서는 몰리브덴분말을 100％로 사용하고 톱코팅과정(S500)에서는 실리콘카바이드(SiC)에 대하여 실리콘(Si)을 5중량부를 혼합하여 코팅을 수행하였다.
코팅색상은 무광 진회색이었으며, 코팅두께는 본드코팅이 62, 톱코팅이 108㎛으로 확인되었으며, 조도(Ra.㎛)는 1.20이였으며, 방사율(@80℃, wavelength 5-20㎛)을 측정한 결과 0.826이었으며 열전도도(W/mK) 또한 기존에 비하여 상대적으로 상승하였음을 확인하였다.
실험예 2.
냉각자켓(110)의 표면의 코팅처리는, 코팅하고자 하는 냉각자켓(110)의 표면을 깨끗하게 유지하는 퍼스트클리닝과정(S100)과, 냉각자켓(110)의 코팅처리할 부위와 코팅처리하지 않을 부위를 구분하는 마스킹과정(S200)과, 냉각자켓(110)의 코팅할 부위의 표면을 거칠게 처리하는 블라스팅과정(S300)과, 냉각자켓(110)과 톱코팅재 사이에 완충과 열전도성 향상 및 톱 코팅의 용이성을 위한 본드코팅과정(S400)과, 블라스팅과 본드코팅으로 손상된 마스킹을 수정하는 리마스킹과정(S500)과, 본드코팅된 표면에 저반사 및 고방사성을 가지고 내구성이 우수한 재질로 수행하는 톱코팅과정(S600)과, 마스킹과 코팅처리된 표면의 오염을 제거하는 세컨드클리닝과정(S700)과, 잉곳성장기 내부의 유체 흐름에 지장이 없도록 냉각자켓(110)의 내경면 위치의 코팅면을 연마하는 폴리싱과정(S800)과, 폴리싱과정에서 발생한 오염 등을 깨끗하게 제거하는 서드클리닝과정(S900)으로 코팅을 수행하였다.
이 과정에서 본드코팅과정S400)에서는 몰리브덴분말을 100％에 대하여 소량의 니켈분말을 혼합하여 사용하고, 톱코팅과정(S500)에서는 실리콘카바이드(SiC)에 대하여 실리콘(Si)을 10중량부를 혼합하여 코팅을 수행하였다.
코팅색상은 무광 진회색이었으며, 코팅두께는 본드코팅이 62, 톱코팅이 112㎛으로 확인되었으며, 조도(Ra.㎛)는 1.12였으며, 방사율(@80℃, wavelength 5-20㎛)을 측정한 결과 0.835이었으며 열전도도(W/mK) 또한 기존에 비하여 상대적으로 상승하였음을 확인하였다.
실험예 3.
냉각자켓(110)의 표면의 코팅처리는, 코팅하고자 하는 냉각자켓(110)의 표면을 깨끗하게 유지하는 퍼스트클리닝과정(S100)과, 냉각자켓(110)의 코팅처리할 부위와 코팅처리하지 않을 부위를 구분하는 마스킹과정(S200)과, 냉각자켓(110)의 코팅할 부위의 표면을 거칠게 처리하는 블라스팅과정(S300)과, 냉각자켓(110)과 톱코팅재 사이에 완충과 열전도성 향상 및 톱 코팅의 용이성을 위한 본드코팅과정(S400)과, 블라스팅과 본드코팅으로 손상된 마스킹을 수정하는 리마스킹과정(S500)과, 본드코팅된 표면에 저반사 및 고방사성을 가지고 내구성이 우수한 재질로 수행하는 톱코팅과정(S600)과, 마스킹과 코팅처리된 표면의 오염을 제거하는 세컨드클리닝과정(S700)과, 잉곳성장기 내부의 유체 흐름에 지장이 없도록 냉각자켓(110)의 내경면 위치의 코팅면을 연마하는 폴리싱과정(S800)과, 폴리싱과정에서 발생한 오염 등을 깨끗하게 제거하는 서드클리닝과정(S900)으로 코팅을 수행하였다.
이 과정에서 본드코팅과정S400)에서는 몰리브덴분말을 100％에 대하여 소량의 크롬분말을 혼합하여 사용하고, 톱코팅과정(S500)에서는 실리콘카바이드(SiC)에 대하여 실리콘(Si)을 15중량부를 혼합하여 코팅을 수행하였다.
코팅색상은 무광 진회색이었으며, 코팅두께는 본드코팅이 58, 톱코팅이 110㎛으로 확인되었으며, 조도(Ra.㎛)는 1.02였으며, 방사율(@80℃, wavelength 5-20㎛)을 측정한 결과 0.832이었으며 열전도도(W/mK) 또한 기존에 비하여 상대적으로 상승하였음을 확인하였다.
상기와 같은 본 발명은 저반사 및 고방사재질로 코팅을 수행하여 잉곳에서 발생하는 복사열을 냉각자켓을 통하여 외부로 효율적으로 배출할 수 있고, 코팅재질이 우수한 기계적 특성으로 인하여 잉곳성장기의 등방성 흑연 구조물과 충돌에도 손상을 주지 않아 수명을 길게 할 수 있으면서 냉각자켓을 통한 메탈 오염을 방지하여 효울적이면서 고품질의 잉곳을 성장시킬 수 있는 등의 장점을 가진다.
100; 잉곳성장기
110; 냉각자켓

Claims (5)

  1. 단결정 실리콘 잉곳성장기(100)에 설치되는 냉각자켓(110)의 표면에 기계적 특성이 우수하면서 저반사 고방사율을 가지고 냉각성과 내구성을 높일 수 있도록 표면처리함에 있어서;
    코팅하고자 하는 냉각자켓(110)의 표면을 깨끗하게 유지하는 퍼스트클리닝과정(S100)과;
    냉각자켓(110)의 코팅처리할 부위와 코팅처리하지 않을 부위를 구분하는 마스킹과정(S200)과;
    냉각자켓(110)의 코팅할 부위의 표면에 알루미나(Al2O3) 파우더를 분사시켜 코팅부위 전체를 거칠게 처리하여 비표면적을 증가시키는 블라스팅과정(S300)과;
    냉각자켓(110)과 톱코팅재 사이에 완충과 열전도성 향상 및 톱 코팅의 용이성을 위한 본드코팅과정(S400)과;
    블라스팅과 본드코팅으로 손상된 마스킹을 수정하는 리마스킹과정(S500)과, 본드코팅된 표면에 저반사 및 고방사성을 가지고 내구성이 우수한 재질로 수행하는 톱코팅과정(S600)과;
    마스킹과 코팅처리된 표면의 오염을 제거하는 세컨드클리닝과정(S700)과;
    잉곳성장기 내부의 유체 흐름에 지장이 없도록 냉각자켓(110)의 내경면 위치의 코팅면을 연마하는 폴리싱과정(S800)과;
    폴리싱과정에서 발생한 오염을 깨끗하게 제거하는 서드클리닝과정(S900)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉곳성장기용 냉각자켓 표면처리방법.
  2. 제 1 항에 있어서;
    상기 본드코팅과정(S400)에서는, 냉각자켓(110)을 구성하며 열팽창계수가 13-20㎛/(m.K)인 스테인리스 스틸과 톱 코팅하고자 하는 재질의 중간정도 열팽창계수를 가지는 금속분말을 플라즈마 서멀 스프레이(Plasma Thermal Spray)로 코팅을 수행하는 것을 특징으로 하는 잉곳성장기용 냉각자켓 표면처리방법.
  3. 제 1 항에 있어서;
    상기 톱코팅과정(S600)에서는, 냉각자켓(110)의 표면에 금속분말을 본드코팅한 표면에 위에 입도가 20-70㎛이면서 열팽창계수가 5㎛/(m.K)인 실리콘카바이드(SiC)를 플라즈마 서멀 스프레이(Plasma Thermal Spray)로 코팅을 수행하는 것을 특징으로 하는 잉곳성장기용 냉각자켓 표면처리방법
  4. 제 2 항에 있어서;
    상기 본드코팅에 사용되는 금속분말은 몰리브덴, 스테인리스 스틸, 니켈, 크롬 중 열팽창계수가 7㎛/(m.K)인 몰리브덴 만을 사용하거나 또는;
    몰리브덴을 주성분으로하여 스테인리스 스틸, 니켈, 크롬 중에서 하나 또는 하나 이상을 첨가하는 것을 특징으로 하는 잉곳성장기용 냉각자켓 표면처리방법.
  5. 제 3 항에 있어서;
    상기 실리콘카바이드(SiC) 중량에 대하여 실리콘(Si)을 20중량부까지 혼합하여 실리콘가바이드가 융착하여 코팅될 수 있는 바인더로 사용하는 것을 특징으로 하는 잉곳성장기용 냉각자켓 표면처리방법.
KR1020210044133A 2021-04-05 2021-04-05 잉곳성장기용 냉각자켓 표면처리방법 KR102461305B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210044133A KR102461305B1 (ko) 2021-04-05 2021-04-05 잉곳성장기용 냉각자켓 표면처리방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210044133A KR102461305B1 (ko) 2021-04-05 2021-04-05 잉곳성장기용 냉각자켓 표면처리방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220138538A KR20220138538A (ko) 2022-10-13
KR102461305B1 true KR102461305B1 (ko) 2022-11-01

Family

ID=83599560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210044133A KR102461305B1 (ko) 2021-04-05 2021-04-05 잉곳성장기용 냉각자켓 표면처리방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102461305B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100445188B1 (ko) 2001-08-31 2004-08-18 주식회사 실트론 복사열 흡수용 코팅제 및 코팅제를이용한 실리콘 단결정 잉곳 성장장치
KR101501089B1 (ko) 2014-08-19 2015-03-12 주식회사뉴테크 플로우 클린 닥터 블레이드 및 그 제조 방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020045765A (ko) * 2000-12-11 2002-06-20 이 창 세 단결정 잉곳의 제조장치
DE102010041312A1 (de) 2010-09-24 2012-03-29 Huber Se Vorrichtung zum Entfernen von Siebgut aus in einem Gerinne strömender Flüssigkeit

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100445188B1 (ko) 2001-08-31 2004-08-18 주식회사 실트론 복사열 흡수용 코팅제 및 코팅제를이용한 실리콘 단결정 잉곳 성장장치
KR101501089B1 (ko) 2014-08-19 2015-03-12 주식회사뉴테크 플로우 클린 닥터 블레이드 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220138538A (ko) 2022-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6860564B2 (ja) 堆積された表面フィーチャを有する基板支持アセンブリ
TWI751269B (zh) 用於腔室蓋與噴嘴上之稀土氧化物系塗層的離子輔助沉積
JP4213790B2 (ja) 耐プラズマ部材およびそれを用いたプラズマ処理装置
US7722441B2 (en) Semiconductor processing
TW201504044A (zh) 稀土氧化物系抗電漿腐蝕薄膜塗層
WO2014113244A1 (en) Temperature management of aluminium nitride electrostatic chuck
JP4006535B2 (ja) 半導体または液晶製造装置部材およびその製造方法
US6491571B1 (en) Substrate for use in wafer attracting apparatus and manufacturing method thereof
JP2003212598A (ja) 石英ガラス部品及びセラミック部品並びにそれらの製造方法
JP2010070854A (ja) 耐食性部材およびこれを用いた半導体製造装置
KR102461305B1 (ko) 잉곳성장기용 냉각자켓 표면처리방법
JP2001102365A (ja) 真空容器及びその製造方法
WO2004027839A2 (en) Electrostatic chuck having a low level of particle generation and method of fabricating same
KR101559112B1 (ko) 공정부품 표면의 세라믹 코팅막 및 이의 형성방법
JP3808245B2 (ja) 半導体製造用チャンバ構成部材
JP2008260644A (ja) イットリア焼結体およびプラズマプロセス装置用部材
US20140274653A1 (en) PLASMA EROSION RESISTED TRANSPARENT Mg-Al-Y-Si-O
KR102581501B1 (ko) 석영유리 표면 처리 방법 및 이로부터 제조된 석영유리
US20230411124A1 (en) Ceramic component with channels
US20100209608A1 (en) Film formation method, die, and method of manufacturing the same
JPH04358068A (ja) ＣＶＤ−ＳｉＣ被覆部材
JP2001341064A (ja) 研磨用ワーク保持盤および研磨装置ならびに研磨方法
CN116457914A (zh) 具有通道的陶瓷构件
KR20240046578A (ko) 처리된 세라믹 챔버 부품들 (parts)

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant