KR20030033188A - 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치에서의 필터링 장치 - Google Patents

단결정 실리콘 잉곳 성장 장치에서의 필터링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치의 가동을 중단하지 않고 필터 표면에 흡착되는 산화물을 효율적으로 제거하여 진공펌프의 오 작동을 방지할 수 있는 필터링 효율이 향상된 단결정 실리콘 잉곳 성장장치의 필터링 장치에 관한 것으로, 단결정 실리콘 잉곳 성장용 진공 챔버와 진공 펌프 사이의 배기관에 설치된 하우징과, 하우징 내부에 설치되어 챔버에서 배기되는 공정가스의 산화물을 흡착하여 제거하는 필터와, 하우징 내부에 설치되어 필터의 표면에 흡착된 산화물을 제거하는 필터 세정수단을 포함하여 단결정 실리콘 잉곳 성장장치의 필터링 장치를 구성한다.

Description

단결정 실리콘 잉곳 성장 장치에서의 필터링 장치{A filtering apparatus using in a single crystalline silicon grower}
본 발명은 단결정 실리콘 잉곳 성장장치의 필터링 장치에 관한 것으로서, 특히 필터 표면에 흡착된 이물질을 자동 제거하는 단결정 실리콘 잉곳 성장장치의 필터링 장치에 관한 것이다.
일반적으로 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치는 진공 챔버 내부에 석영 도가니를 설치하고, 석영 도가니 내부에 단결정 잉곳 성장에 필요한 원자재인 폴리 실리콘(Poly-silicon)과 전도성을 주기 위한 불순물(Dopant)를 채운 다음 히터 등의 가열장치에 의해 원자재를 고온으로 가열하여 실리콘 용액(melt)을 형성하고, 단결정 성장봉인 시드(seed)를 실리콘 용액 내에서 서서히 회전 상승시켜 용융된 실리콘 용액이 시드에 적층되도록 하여 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 장치이다.
대개 이러한 단결정 실리콘 잉곳 성장장치는 시드의 성장시 진공 챔버 내부에 산소와 불활성 가스 등의 공정 가스를 주입하고, 진공 펌프를 통해 챔버 내부의 진공도를 조절함과 동시에 주입된 공정 가스를 배기시키게 된다.
도 1 은 단결정 실리콘 잉곳 성장장치의 배기 계통도를 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이 단결정 실리콘 잉곳 성장장치는 진공 챔버(10)에 산소와 불활성 가스 등의 공정가스를 주입하기 위한 공정가스 주입관(12)이 연결되고, 주입된 공정가스를 강제 배기시킴과 동시에 진공 챔버 내부가 공정 조건에 맞는 일정한 압력 상태를 유지하도록 진공 펌프(18)와 연결된 공정가스 배기관(14)이 연결된다.
그리고, 공정가스 배기관(14)의 소정 위치에는 진공 챔버(10)내부에서 단결정 실리콘 잉곳 성장시 반응이 완료된 공정가스에 포함되어 있는 각종 산화물(Oxide)을 필터링하여 진공 펌프의 오작동을 방지하기 위한 필터링 장치(16)가 설치된다.
그러나, 단결정 실리콘 잉곳 성장장치의 필터링 장치에서 여러 가지 문제점이 발생된다.
즉, 공정가스 배기관에 설치된 필터링 장치는 공정가스의 각종 산화물을 필터링하기 위한 필터가 내장 설치되어 있어 공정가스가 진공펌프의 펌핑에 의해 배기되는 동안 산화물을 흡착하여 제거하고 있으나, 장시간 사용하는 경우 계속적으로 필터의 표면에 산화물이 계속적으로 흡착되어 점차 필터링 효율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 필터링 효율의 저하는 일부 산화물만을 필터링하고, 나머지 산화물들이 그대로 진공 펌프에 유입되도록 하여 진공펌프의 오작동을 일으키는 주요인으로 작용한다.
특히 진공펌프의 오작동이 발생되면 단결정 실리콘 잉곳 성장의 주요 변수인 진공 챔버의 진공도 조절, 산소의 농도 조절 및 흐름 조절이 불가능하여 성장중인 단결정 실리콘 잉곳에 치명적인 불량을 발생시키게 된다.
또한, 이러한 문제점을 해결하기 위해 필터링 장치를 공정가스 배기관에서 분리하고, 에어 건(air gun)에 의한 고압 공기 분사 등을 이용하여 필터 표면에 흡착된 산화물을 제거하는 방법도 있으나, 고압 공기의 분사만으로 필터 표면에 증착된 산화물의 제거가 어렵고, 필터링 장치를 공정가스 배기관에서 분리하기 위해 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치의 가동을 중단하여야 하는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치의 가동을 중단하지 않고 필터 표면에 흡착되는 산화물을 효율적으로 제거하여 진공펌프의 오작동을 방지할 수 있는 필터링 효율이 향상된 단결정 실리콘 잉곳 성장장치의 필터링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 목적을 이루기 위해, 단결정 실리콘 잉곳 성장용 진공 챔버와 진공 펌프 사이의 배기관에 설치된 하우징과, 하우징 내부에 설치되어 챔버에서 배기되는 공정가스의 산화물을 흡착하여 제거하는 필터와, 하우징 내부에 설치되어 필터의 표면에 흡착된 산화물을 제거하는 필터 세정수단을 포함하여 단결정 실리콘 잉곳 성장장치의 필터링 장치를 구성한다.
도 1은 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치의 배기 계통도.
도 2는 본 발명에 따른 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치의 필터링 장치를 설명하기 위한 종단면도.
도 3은 본 발명에 따른 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치의 필터링 장치를 설명하기 위한 도 2 의 <Ⅲ-Ⅲ'> 방향 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 *
10 : 단결정 실리콘 잉곳 성장용 진공챔버 16 : 진공펌프
18 : 필터링 장치 110 : 하우징
116 : 경사면 120 : 배출구
122 : 덮개 130 : 필터
140 : 브러쉬 링(brush ring) 142 : 브러쉬
150 : 지지대 152 : 리드 스크류봉
154 : 구동모터 160 : 리미트 센서
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 단결정 실리콘 잉곳 성장장치의 필터링 장치에 대한 바람직한 일 실시예를 상세하세 설명한다.
도 2 는 본 발명의 필터링 장치를 설명하기 위한 종단면도이고, 도 3 은 도 2의 <Ⅲ-Ⅲ'> 방향 도면이고, 도2 및 3에 도시되지 않은 단결정 실리콘 잉곳 성장용 진공챔버 및 진공펌프는 도1과 도면부호를 참고하여 설명한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 필터링 장치는 크게 도 1에 도시된 단결정 실리콘 잉곳 성장용 진공챔버(10)와 진공 펌프(18)를 연결하는 배기관의 소정 위치에 설치되는 하우징(110)과, 하우징 내부에 설치되어 단결정 실리콘 잉곳 성장용 진공 챔버 내에서 단결정 실리콘 잉곳 성장시 발생되어 배기되는 공정 가스에 포함된 산화물을 흡착하여 필터링하는 필터(130)와, 필터 표면에 흡착된 산화물을 제거하는 필터세정수단으로 구성된다.
좀더 구체적으로 설명하면, 상기 하우징(110)은 일측에 단결정 실리콘 잉곳 성장용 진공챔버(10)와 연결된 인렛관(inlet,112)이 설치되고, 타측에는 진공으로 단결정 실리콘 잉곳 성장용 진공 챔버의 내부 진공도 유지 및 공정가스를 배기시키는 진공펌프(18)에 연결된 아웃렛관(outlet,114)이 설치된다.
또한, 하우징 바닥면은 평면 형태가 아닌 중심방향으로 하향 경사진 경사면(116)으로 형성하여 제거수단에 의해 필터(130)표면에서 제거된 산화물이 하우징 바닥면의 중심에 집결되도록 한다.
그리고, 하우징의 하향 경사면(116)중심에는 집결된 산화물이 하우징 내부에 쌓이지 않도록 산화물을 하우징 외부로 배출시키는 배출수단이 형성된다.
상기 배출 수단으로 하우징의 하향 경사면 중심에 배출구(120)를 형성하고, 배출구를 개폐시키는 덮개(122)로 구성되고, 덮개(122)는 하우징 내부의 진공 기밀유지를 위해 도시되지는 않았지만 씰링 처리된다.
따라서, 필터(130)표면에서 제거된 산화물이 하우징의 하향 경사면(116)을 따라 하우징의 중심방향으로 이동하여 배출구(120)에 쌓이게 되고, 일정 주기 단위로 덮개(122)를 개방시켜 쌓인 산화물을 외부로 배출할 수 있게 된다.
상기 필터(130)는 하우징(110)내부에 수직하게 설치되어 인렛 관(112)에서 인입되는 배기 공정가스가 아웃렛 관(114)으로 인출되는 동안 가스에 포함된 산화물을 흡착 제거하는 것으로, 산화물이 필터의 표면에 흡착되어 필터링된다.
상기 필터 세정수단은 필터(130)의 표면에 흡착된 산화물이 표면에서 이탈되도록하여 필터의 필터링 효율이 지속적으로 유지되도록 하기 위한 것으로서, 필터의 표면에 밀착되는 브러쉬(142)가 장착된 브러쉬 링(140)과, 브러쉬 링을 상하로 승강 이동시키는 브러쉬에 의해 필터의 표면에 흡착된 산화물이 제거되도록 하는 구동부와, 브러쉬 링(140)이 일정 범위 이내에서 필터의 표면을 따라 승강되도록 구동부의 구동을 제어하는 감지부를 포함하여 구성된다.
브러쉬 링(140)은 하나의 링으로 구성할 수 있고, 필요에 따라 2개 또는 3개를 일정한 간격으로 이격되게 형성하여도 된다.
그리고, 브러쉬 링의 브러쉬(142)는 단결정 실리콘 잉곳 성장용 진공챔버 내부에서 단결정 실리콘 잉곳 성장이 이루어지는 경우, 배기 공정가스가 고온 상태이므로 열에 의해 손상되지 않도록 내열 섬유로 형성하고, 필터의 표면을 따라 이동하면서 흡착된 산화물의 제거가 가능하도록 강성(剛性)을 가지도록 한다.
구동부는 브러쉬 링(140)에 일단이 연결 형성된 지지대(150)와, 지지대에 결합된 리드 스크류봉(152)과, 감지부에 의해 정회전 또는 역회전이 제어되어 지지대를 일정 범위 이내에서 상하 반복 승강시키는 구동모터(154)를 포함하여 구성된다.
구동모터(154)는 정회전 또는 역회전의 구동이 확실하게 이루어지고, 정밀 회전이 가능한 스텝 모터(stepping motor)또는 서보 모터(servo motor)를 사용한다.
구동모터의 구동방향을 제어하는 감지부는 리드 스크류봉(152)의 상단에 근접되게 하우징(110)내부 표면으로 설치되어 지지대가 상승하여 감지 범위 이내에 도달하면 구동모터(154)의 역 회전신호를 발생시키는 상한 리미트 센서(160a)와, 리드 스크류봉(152)의 하단에 근접되게 하우징 내부 표면으로 설치되어 지지대가 하강하여감지 범위 이내에 도달하면 구동모터의 정 회전신호를 발생시키는 하한 리미트 센서(160b)로 구성된다.
여기서, 역회전 신호는 정회전하여 지지대를 상승시키는 구동모터가 역회전하여 지지대가 하강하도록 하는 신호이고, 정회전 신호는 역회전하여 지지대를 하강시키는 구동모터가 정회전하여 지지대가 상승되도록 하는 신호이다.
즉, 상한 리미트 센서(160a)는 브러쉬 링(140)이 상승하면서 필터(130)의 최상단 표면까지 세정하면 역 회전신호를 발생시켜 브러쉬 링이 하강하도록 하고, 하한 리미트 센서(160b)는 브러쉬 링이 하강하면서 필터의 최하단 표면까지 세정하면 정 회전신호를 발생시켜 브러쉬 링이 상승하도록 한다.
이와 같은 구성으로 된 본 발명에 따른 단결정 실리콘 잉곳 성장장치의 필터링 장치에 의한 필터의 세정 동작을 설명한다.
단결정 실리콘 잉곳 성장용 진공챔버(10)내에서 단결정 실리콘 잉곳 성장공정이 진행되면 진공 펌프(18)가 챔버 내부의 진공을 유지시키거나 또는 공정이 완료된 공정가스를 배기시키기 위해 펌핑한다.
진공 펌프(18)가 펌핑되면 공정가스 배기관(14)에 설치된 본 발명에 따른 필터링 장치가 작동하게 되는데, 배기 공정가스의 산화물은 하우징의 인렛관(112)으로 유입되어 아웃렛관(114)으로 인출되면서 필터(130)의 표면에 흡착되어 제거된다.
필터의 표면에 산화물이 흡착되면 필터 세정수단에 의한 필터의 세정이 이루어진다.
이때, 필터 세정수단의 작동은 예를 들어 단결정 실리콘 잉곳 성장공정 중 임의로설정된 시간동안 이루어지거나 단결정 실리콘 잉곳 성장공정의 종료 후 임의로 설정된 시간동안 이루어질 수 있다.
필터 세정수단은 먼저 구동모터(154)를 작동시켜 리드 스크류봉(152)이 정회전 또는 역회전되도록 한다.
여기서, 구동모터(154)가 정회전이면 리드 스크류봉(152)이 정회전하여 지지대(150)와 브러쉬 링(140)을 상승시켜 필터(130)의 표면 하측에서 상측으로 브러쉬(142)에 의한 세정을 진행한다.
그리고, 구동모터가 역회전이면 리드 스크류봉이 역회전하여 지지대와 브러쉬 링을 하강시켜 필터의 표면 상측에서 하측으로 브러쉬에 의한 세정을 진행한다.
또한, 지지대(150)와 브러쉬 링(140)이 상승하거나 하강하는 도중 상한 리미트 센서(160a) 또는 하한 리미트 센서(160b)의 감지범위 이내에 도달하면 승강 방향이 반대로 되어 임의로 설정된 시간동안 브러쉬 링과 지지대는 반복적으로 승강 이동된다.
따라서, 본 발명에 따른 필터링 장치는 반복적으로 승강 이동되는 브러쉬 링의 브러쉬(142)에 의해 필터의 표면에 흡착된 산화물을 제거하게 된다.
또한, 브러쉬 링의 브러쉬에 의해 필터의 표면에서 제거된 산화물은 하우징의 하향 경사면(116)에 의해 배출구(120)방향으로 집결되어 쌓이게 되고, 단결정 실리콘 잉곳 성장 공정 및 진공펌프의 펌핑 동작이 진행되지 않은 상태에서 덮개(122)를 개방시켜 집결된 산화물이 하우징 외부로 배출되도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 단결정 실리콘 잉곳 성장장치의 필터링 장치는 하우징 내부의 진공을 유지한 상태에서 필터 표면에 흡착된 산화물을 제거할 수 있게 됨으로써 필터링 효율 저하를 방지하고, 이에 따라 진공 펌프의 오작동을 일으키는 요인을 제거되어 단결정 잉곳 성장의 주요 변수인 진공 챔버의 진공도, 산소 농도 및 흐름의 정밀한 제어가 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 단결정 실리콘 잉곳 성장장치의 필터링 장치는 필터의 세정과 제거된 산화물의 배출을 배기관에 설치된 상태에서 이루어짐으로써 필터링 장치의 분해 및 조립이 필요없게 되어 단결정 실리콘 잉곳 성장장치의 가동 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

Claims (9)

  1. 단결정 실리콘 잉곳 성장용 진공 챔버와 진공 펌프 사이의 배기관에 설치된 하우징과;
    상기 하우징 내부에 설치되어 상기 챔버에서 배기되는 공정가스의 산화물을 흡착하여 제거하는 필터와;
    상기 하우징 내부에 설치되어 상기 필터의 표면에 흡착된 산화물을 제거하는 필터 세정수단을 포함하여 이루어지는 단결정 실리콘 잉곳 성장장치의 필터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 바닥면은 내측방향으로 하향 경사진 경사면으로 형성되어 제거된 산화물이 집결되는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 성장장치의 필터링 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 경사면의 중심에는 집결된 산화물을 상기 하우징의 외부로 배출하기 위한 배출수단이 부가 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 성장장치의 필터링 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배출수단은 상기 경사면의 중심에 형성된 배출구와;
    상기 배출구를 개폐시키는 덮개로 이루어진 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 성장장치의 필터링 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 필터 세정수단은 상기 필터의 표면에 밀착되는 브러쉬가 장착된 브러쉬 링과;
    상기 브러쉬 링을 상하로 승강 이동시키는 상기 브러쉬에 의해 흡착된 산화물이 제거되도록 하는 구동부와;
    상기 브러쉬 링이 일정 범위 이내에서 승강되도록 상기 구동부의 구동을 제어하는 감지부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 성장장치의 필터링 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 브러쉬 링에 일단이 연결 형성된 지지대와;
    상기 지지대에 결합된 리드 스크류봉과;
    상기 리드 스크류봉을 정회전 또는 역회전시켜 상기 지지대를 상하 승강시키는 구동모터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 성장장치의 필터링 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구동모터는 스텝 모터 또는 서보 모터인 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘잉곳 성장장치의 필터링 장치.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 감지부는 상기 리드 스크류봉의 상단에 근접되게 상기 하우징 내벽에 설치되어 상기 구동모터의 역 회전신호를 발생시키는 상한 리미트 센서와;
    상기 리드 스크류봉의 하단에 근접되게 상기 하우징 내벽에 설치되어 상기 구동모터의 정 회전신호를 발생시키는 하한 리미트 센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 성장장치의 필터링 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 브러쉬는 강성을 가지는 내열 섬유로 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 성장장치의 필터링 장치.
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