KR20030040713A - A cooling tube and a growing apparatus using a cooling tube - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A cooling water pipe for cooling single crystalline ingot is provided to obtain high pull up speed of the single crystalline ingot by preventing flow congestion of cooling water inside the pipe and cooling the single crystalline ingot promptly, and a single crystalline ingot growing apparatus using the cooling water pipe is provided. CONSTITUTION: In a cooling water pipe (100) for cooling single crystalline ingot comprising inner pipe and outer pipe, wherein cooling water inlet and outlet are respectively formed on the outer pipe so that cooling water flown in from the cooling water inlet (102a) passes through between the inner and outer pipes to be discharged into the cooling water outlet, the cooling water pipe for cooling single crystalline ingot is characterized in that a downward flow part (110) is additionally installed between the inner and outer pipes to forcibly flow the cooling water flown in from the cooling water inlet downward, wherein the downward flow part is first and second vertical weirs (112a,112b) vertically formed between the inner and outer pipes at the lower side of the cooling water inlet, and wherein first and second horizontal weirs (114a,114b) are additionally formed on the first and second vertical weirs so that the downward flowing cooling water is flown horizontally. In a single crystalline ingot growing apparatus comprising a growing chamber for growing a single crystalline ingot, a quartz crucible installed inside the growing chamber to contain a polysilicon melt, an electrical heater for heating the quartz crucible, a cooling water pipe formed on the inner side of the growing chamber to cool the single crystalline ingot and first and second sensing sensors installed on the outer side of the growing chamber to detect the meniscus between the single crystalline ingot and polysilicon melt, the single crystalline ingot growing apparatus is characterized in that the cooling water pipe comprises an inner pipe, an outer pipe on which cooling water inlet and outlets are respectively formed, and a downward flow part installed between the inner and outer pipes to forcibly flow the cooling water flown in from the cooling water inlet downward.

Description

단결정 잉곳 냉각용 수냉관 및 이를 이용한 단결정 잉곳 성장장치{A cooling tube and a growing apparatus using a cooling tube}Water cooling tube for single crystal ingot cooling and single crystal ingot growth apparatus using the same {A cooling tube and a growing apparatus using a cooling tube}

본 발명은 단결정 잉곳 냉각용 수냉관 및 이를 이용한 단결정 잉곳 성장장치에 관한 것으로서, 관 내부에서 냉각수의 유동이 정체되는 것을 방지하고, 단결정 잉곳을 신속하게 냉각시켜 단결졍 잉곳의 높은 인상 속도를 얻을 수 있는 단결정 잉곳 냉각용 수냉관 및 이를 이용하여 단결정 잉곳의 냉각 효율을 향상시켜 높은 단결정 잉곳의 인상 속도를 얻을 수 있는 단결정 잉곳 성장장치에 관한 것이다.The present invention relates to a single-crystal ingot cooling water cooling tube and a single-crystal ingot growth apparatus using the same, to prevent the flow of cooling water in the tube, and to quickly cool the single-crystal ingot to obtain a high pulling speed of the unitary ingot. The present invention relates to a single-crystal ingot cooling water cooling tube and a single crystal ingot growth apparatus using the same to improve the cooling efficiency of the single crystal ingot and to obtain a high pulling speed of the single crystal ingot.

일반적으로 단결정 잉곳 성장 장치에 사용되는 단결정 잉곳 냉각용 수냉관은 석영 도가니의 폴리 실리콘 용융물(melt)에서 인상되면서 성장되는 단결정 잉곳을 신속하게 냉각시켜 잉곳의 인상속도를 증가시키기 위한 것이다.In general, a single crystal ingot cooling water cooling tube used in a single crystal ingot growth apparatus is for rapidly cooling a single crystal ingot grown while being pulled up from a polysilicon melt of a quartz crucible to increase the pulling speed of the ingot.

도 1 은 종래의 단결정 잉곳 냉각용 수냉관을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view for explaining a conventional single crystal ingot cooling water cooling tube.

도시된 바와 같이, 종래 단결정 잉곳 냉각용 수냉관(10)은 내부가 밀폐되면서 냉각수가 유동되는 공간이 형성되도록 내측 관(10a)과 외측 관(10b)으로 된 이중관 형태로 형성되고, 외측 관(10b)의 소정 위치에는 외측 관과 내측 관 사이의 공간으로 냉각수를 공급하는 냉각수 인입구(12a)및 공급된 냉각수를 배출하는 냉각수 배출구(12b)가 각각 형성된다.As shown, the conventional single crystal ingot cooling water cooling tube 10 is formed in the form of a double tube of the inner tube (10a) and the outer tube (10b) to form a space in which the coolant flows while the inside is sealed, the outer tube ( At a predetermined position of 10b), a coolant inlet 12a for supplying coolant to the space between the outer tube and the inner tube and a coolant outlet 12b for discharging the supplied coolant are respectively formed.

또한, 냉각수 인입구 및 냉각수 배출구 사이의 외측 관과 내측 관 사이의 공간에는 인입된 냉각수의 유속을 빠르게 하여 냉각수가 신속하게 배출되도록 외측 관과 내측 관 사이의 공간을 막아 관의 하단으로만 냉각수가 흐르도록 하는 물막이 둑(14)이 형성된다.In addition, in the space between the outer tube and the inner tube between the coolant inlet and the coolant outlet, the coolant flows only to the bottom of the tube by blocking the space between the outer tube and the inner tube so that the coolant flows quickly by increasing the flow rate of the introduced coolant. A water barrier wed 14 is formed.

그리고, 도시되지는 않았지만, 냉각수 인입구(12a)와 냉각수 배출구(12b)는 외부의 냉각수 순환 장치에 연결되어 계속적으로 냉각수가 반복적으로 인입 및 배출되는 순환 사이클이 반복된다.Although not shown, the cooling water inlet 12a and the cooling water outlet 12b are connected to an external cooling water circulation device so that the circulation cycle in which the cooling water is repeatedly drawn in and discharged is repeated.

이러한 구성으로 된 단결정 잉곳 냉각용 수냉관은 종래 단결정 잉곳 냉각용 수냉관이 장착된 단결정 잉곳 성장장치를 설명하기 위한 단면도인 도 2 를 참조하면, 석영 도가니(22)의 폴리 실리콘 용융물에서 성장되면서 인상되는 단결정 잉곳(28)이 그 내부를 통과하면서 냉각되도록 성장 챔버(20)의 상단부에 설치되어 핫-존(hot zone)내부에 위치된다.The single crystal ingot cooling water cooling tube having such a configuration is a cross-sectional view for explaining a single crystal ingot growth apparatus equipped with a conventional single crystal ingot cooling water cooling tube, while being grown in a polysilicon melt of a quartz crucible 22. The single crystal ingot 28 is installed at the upper end of the growth chamber 20 to be cooled while passing therein and positioned inside the hot zone.

여기서, 단결정 잉곳 냉각용 수냉관(10)은 성장 챔버(20)의 외연에 설치되어 단결정 잉곳(28)과 폴리 실리콘 융액과의 접촉부인 응고계면(meniscus)을 검출하여 단결정 잉곳의 직경 및 성장 속도 , 전기히터의 온도를 제어하기 위한 제1및 제2 감지센서(26a,26b)의 감지 동작을 간섭하지 않는 위치에 설치된다.Here, the single crystal ingot cooling water cooling tube 10 is installed at the outer edge of the growth chamber 20 to detect a meniscus, which is a contact portion between the single crystal ingot 28 and the polysilicon melt, and the diameter and growth rate of the single crystal ingot. In this case, the first and second sensing sensors 26a and 26b for controlling the temperature of the electric heater are installed at positions that do not interfere with the sensing operation.

그러나, 이러한 종래의 단결정 잉곳 냉각용 수냉관은 냉각수에 포함된 불순물에 의해 스케일(scale)이 관 내부에 국부적으로 침적되고, 이 스케일에 의해 관의 열화 및 부식이 발생되어 냉각수가 유출되는 문제점이 있다.However, such a conventional single crystal ingot cooling water cooling tube has a problem that a scale is locally deposited inside the tube due to impurities contained in the cooling water, and this scale causes deterioration and corrosion of the tube, resulting in leakage of the cooling water. have.

좀더 구체적으로, 종래의 단결정 잉곳 냉각용 수냉관은 그 내부에 물막이 둑을를 형성하여 냉각수 흐름구를 통해 냉각수가 빠르게 흘러 나가는 냉각수 유동을 발생시키고 있으나, 이러한 물막이 둑에 의한 냉각수의 유동은 관 내부에 불안정한 냉각수 유동을 발생시킨다.More specifically, the conventional single crystal ingot cooling water cooling tube forms a water jet in its interior to generate a coolant flow through which the coolant flows quickly through the cooling water flow port. Generates unstable coolant flow.

즉, 냉각수 인입구로 유입된 냉각수는 관의 내부를 따라 좌우로 퍼져 나감과 동시에 물막이 둑에 부딪히게 되고, 물막이 둑의 하부에 형성된 통로에서 빠른 속도로 흘러나가게 된다.That is, the coolant flowing into the coolant inlet spreads from side to side along the inside of the pipe and simultaneously hits a water barrier, and flows out of the passage formed at the lower portion of the water bank at a high speed.

따라서, 냉각수 통로 주변에서 냉각수의 흐름은 다른 부분에 비해 빠르게 되는 반면에, 냉각수 인입구에서 유입되어 인입구의 바로 하측으로 흐르는 냉각수는 관의 상측에서 하측으로 빠른 속도로 흐르는 냉각수에 의해 냉각수 통로를 통해 빠져나가지 못하는 맴돌이 현상이 발생되어 정체된다.Thus, the flow of the coolant around the coolant passage is faster than the other parts, while the coolant flowing from the coolant inlet and flowing immediately below the inlet exits through the coolant passage by the fast flowing coolant from the upper side to the lower side of the pipe. The eddy phenomenon that cannot go out occurs and becomes stagnant.

그리고, 냉각수의 흐름이 정체되는 동안, 스케일이 관 내부에 침적되고, 이 부분은 고온 상태인 석영 도가니의 폴리 실리콘 융액과 가장 근접된 부분이므로 쉽게 열화되어 부식이 발생된다.And, while the flow of cooling water is stagnant, the scale is deposited inside the tube, and this part is the portion closest to the polysilicon melt of the quartz crucible which is in a high temperature state, so it easily deteriorates and corrosion occurs.

따라서, 수냉관에 부식이 발생되면 냉각수가 누수되어 폴리 실리콘 융액에 직접적으로 주입되어 성장 중인 단결정 잉곳의 불량 발생을 유발시키게 된다.Therefore, when corrosion occurs in the water cooling tube, the cooling water leaks and is directly injected into the polysilicon melt, causing failure of the growing single crystal ingot.

또한, 종래의 단결정 잉곳 냉각용 수냉관은 항상 성장 챔버의 내부에 제1및 제2 감지센서의 감지 동작을 간섭하지 않도록 핫-존 내부에 설치되어야 하므로 관을 폴리실리콘 융액에 근접되게 위치시킬 수 없다.In addition, the conventional single crystal ingot cooling water cooling tube should always be installed inside the hot-zone so as not to interfere with the sensing operation of the first and second sensing sensors inside the growth chamber, so that the tube can be placed close to the polysilicon melt. none.

따라서, 신속하게 단결정 잉곳을 냉각시켜 잉곳의 인상 속도를 증가시킬 수 없는 문제점이 있고, 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 성장 챔버 내부의 핫-존 구조를 변경하여야 하는 설계상의 문제점이 있어왔다.Therefore, there is a problem that it is not possible to quickly cool the single crystal ingot to increase the pulling speed of the ingot, there has been a design problem to change the hot-zone structure inside the growth chamber to solve this problem.

이에 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 관 내부에 스케일이 침적되는 것을 방지하여 관의 열화 및 부식에 의한 냉각수의 누수를 방지하는 단결정 잉곳 냉각용 수냉관을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a single crystal ingot cooling water cooling tube which prevents leakage of cooling water due to deterioration and corrosion of a tube by preventing scale from being deposited inside the tube.

또한, 본 발명은 관의 직경 및 인상 속도 제어를 위한 감지센서들의 감지에 영향을 주지 않으면서 관을 도가니의 폴리 실리콘 융액에 근접되게 위치시켜 신속한 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있는 단결정 잉곳 냉각용 수냉관을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention is a water-cooled tube for single crystal ingot cooling that can grow the rapid single crystal ingot by placing the tube close to the polysilicon melt of the crucible without affecting the detection of the sensors for controlling the diameter and the pulling speed of the tube There is another purpose to provide.

그리고, 본 발명은 상기 단결정 잉곳 냉각용 수냉관을 이용하여 단결정 잉곳의 냉각 효율을 향상시켜 단결정 잉곳의 인상 속도를 빠르게 함으로써 단위 시간당 생산 수율을 향상시킬 수 있는 단결정 잉곳 성장장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a single crystal ingot growth apparatus capable of improving production yield per unit time by improving the cooling efficiency of the single crystal ingot by using the single crystal ingot cooling water cooling tube to increase the pulling speed of the single crystal ingot. There is this.

따라서, 본 발명은 상기 목적들을 해결하기 위해, 내측 관과 외측 관으로 형성되고, 외측 관에 냉각수 유입구 및 배출구가 각각 형성되어 냉각수 유입구에서 유입된 냉각수가 내측 관과 외측 관 사이를 흘러 냉각수 배출구로 배출되는 단결정 잉곳 냉각용 수냉관에 있어서, 내측 관과 외측 관 사이에 냉각수 유입구에서 유입된냉각수의 강제 하향 유동을 발생시키는 하향 유동부가 부가 형성하여 단결정 잉곳 성장용 수냉관을 구성하거나, 또는 하향 구동부와 내측 관과 외측 관의 하단부에 내측 관의 내측이 외부에서 보여지게 하는 관통부를 동시에 형성하여 단결정 잉곳 성장용 수냉관을 구성한다.Therefore, in order to solve the above objects, the present invention is formed of an inner tube and an outer tube, and a coolant inlet and an outlet are respectively formed in the outer tube so that the coolant flowing from the coolant inlet flows between the inner tube and the outer tube to the coolant outlet. In the discharged single-crystal ingot cooling water cooling tube, a downward flow portion for generating a forced downward flow of the coolant flowed from the cooling water inlet is formed between the inner tube and the outer tube to form a single-crystal ingot growth water cooling tube, or the downward drive unit And at the bottom of the inner tube and the outer tube at the same time to form a penetrating portion through which the inner side of the inner tube is seen from the outside to form a single-crystal ingot growth water cooling tube.

그리고, 본 발명은 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 성장 챔버와, 성장 챔버의 내부에 놓여져 소정 속도로 회전하고 내부에 폴리 실리콘 융액이 담겨진 석영 도가니 및 석영 도가니를 가열하는 전기히터, 그리고 성장 챔버의 내부에 형성되어 석영 도가니로부터 성장되는 단결정 잉곳을 에워싸 냉각시키는 수냉관과, 성장 챔버의 외부에 형성되어 단결정 잉곳과 폴리 실리콘 융액의 응고계면을 검출하는 제1및 제2 감지센서를 포함하여 이루어진 단결정 잉곳 성장장치에 있어서, 수냉관은 내측 관과 냉각수 유입구 및 배출구가 각각 형성된 외측 관으로 형성되고, 냉각수 유입구에서 유입된 냉각수의 강제 하향 유동을 발생시키는 하향 유동부를 포함하여 단결정 잉곳 성장장치를 구성하거나, 또는 수냉관에 하향 유동부와 내측 관과 외측 관의 하단부에 내측 관의 내측이 외부에서 보여지게 하는 관통부를 동시에 형성하여 단결정 잉곳 성장장치를 구성한다.In addition, the present invention provides a growth chamber for growing a single crystal ingot, an electric heater that is placed inside the growth chamber, rotates at a predetermined speed, and heats a quartz crucible and a quartz crucible containing polysilicon melt therein, and inside the growth chamber. A single crystal ingot formed by including a water cooling tube formed to surround and cooled a single crystal ingot grown from a quartz crucible, and first and second detection sensors formed outside the growth chamber to detect solidification interfaces of the single crystal ingot and polysilicon melt. In the growth apparatus, the water cooling tube is formed of an inner tube and an outer tube each formed with a cooling water inlet and an outlet, and constitutes a single crystal ingot growth apparatus including a downward flow unit for generating a forced downward flow of the cooling water introduced from the cooling water inlet, Or into the lower flow section of the water cooling pipe and the lower end of the inner pipe and the outer pipe. At the same time, a penetrating portion for allowing the inside of the side tube to be seen from the outside forms a single crystal ingot growth apparatus.

도 1 은 종래 단결정 잉곳 냉각용 수냉관을 설명하기 위한 단면도.1 is a cross-sectional view illustrating a conventional single crystal ingot cooling water cooling tube.

도 2 는 종래 단결정 잉곳 냉각용 수냉관이 장착된 단결정 잉곳 성장장치를 설명하기 위한 단면도.2 is a cross-sectional view for explaining a single crystal ingot growth apparatus equipped with a conventional single crystal ingot cooling water cooling tube.

도 3 은 본 발명에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관의 제1실시예를 설명하기 위한 정면도.Figure 3 is a front view for explaining a first embodiment of the water cooling tube for cooling single crystal ingot according to the present invention.

도 4 는 본 발명에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관의 제1실시예를 설명하기 위한 단면도.4 is a cross-sectional view illustrating a first embodiment of a water cooling tube for cooling a single crystal ingot according to the present invention.

도 5 는 본 발명에 따른 단결정 잉곳 수냉관이 장착된 단결정 잉곳 성장장치의 제1실시예를 설명하기 위한 단면도.5 is a cross-sectional view for explaining a first embodiment of a single crystal ingot growth apparatus equipped with a single crystal ingot water cooling tube according to the present invention.

도 6 은 본 발명에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관의 제2실시예를 설명하기 위한 정면도.Figure 6 is a front view for explaining a second embodiment of the water cooling tube for cooling single crystal ingot according to the present invention.

도 7 은 본 발명에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관의 제2실시예를 설명하기 위한 단면도.7 is a cross-sectional view illustrating a second embodiment of a water cooling tube for cooling single crystal ingot according to the present invention.

도 8 은 본 발명에 따른 단결정 잉곳 수냉관이 장착된 단결정 잉곳 성장장치의 제2실시예를 설명하기 위한 단면도.8 is a cross-sectional view for explaining a second embodiment of a single crystal ingot growth apparatus equipped with a single crystal ingot water cooling tube according to the present invention;

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10,100,200 : 수냉관 20,120 : 성장 챔버10,100,200: water cooling tube 20,120: growth chamber

22,122 : 석영도가니 24,124 : 전기히터22,122: quartz crucible 24,124: electric heater

26,126 : 감지센서 110,210 : 하향 유동부26,126 sensor 110,210 downward flow

112,212 : 수직 둑 114,214 : 수평 둑112,212 vertical weir 114,214 horizontal weir

230 : 관통부230: through part

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관 및 이를 이용한 단결정 잉곳 성장장치의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of a single crystal ingot cooling water cooling tube and a single crystal ingot growth apparatus using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3,4 는 본 발명에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관의 제1실시예를 설명하기 위한 정면도 및 단면도이다.3 and 4 are front and cross-sectional views illustrating a first embodiment of a water cooling tube for cooling single crystal ingots according to the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명의 수냉관(100)은 내측 관(100a)과 외측 관(100b)으로 형성되고, 외측 관(100b)에 냉각수 유입구(102a) 및 배출구(102b)가 각각 형성되어 냉각수 유입구에서 유입된 냉각수가 내측 관과 외측 관 사이를 흘러 냉각수 배출구로 배출된다.As shown, the water cooling tube 100 of the present invention is formed of the inner tube (100a) and the outer tube (100b), the coolant inlet (102a) and outlet 102b are formed in the outer tube (100b), respectively, the coolant Cooling water flowing from the inlet flows between the inner and outer tubes and is discharged to the cooling water outlet.

그리고, 냉각수 인입구 및 냉각수 배출구 사이의 외측 관과 내측 관 사이의 공간에는 인입된 냉각수의 유속을 빠르게 하여 냉각수가 신속하게 배출되도록 외측 관과 내측 관 사이의 공간을 막아 관의 하단에 냉각수가 흘러나가는 통로를 형성시키는 물막이 둑(104)이 형성된다.In addition, in the space between the outer tube and the inner tube between the coolant inlet and the coolant outlet, the flow rate of the introduced coolant is increased to close the space between the outer tube and the inner tube so that the coolant is discharged quickly, and the coolant flows out at the bottom of the tube. A water jet weir 104 forming a passage is formed.

그리고, 냉각수 유입구(102a)의 하측으로 유입된 냉각수의 하향 흐름을 발생시키는 하향 유동부(100)가 형성된다.Then, a downward flow portion 100 is formed to generate a downward flow of the cooling water introduced to the lower side of the cooling water inlet 102a.

여기서, 하향 유동부(100)는 내측 관과 외측 관 사이에 제1 및 제2 수직 둑(112a,112b)을 형성하여 냉각수가 유입되면 제1 및 제2 수직 둑에 의해 냉각수가 각각 세 방향으로 분산되어 하향 유동되도록 한다.Here, the downward flow portion 100 forms the first and second vertical weir (112a, 112b) between the inner tube and the outer tube and when the coolant flows into the cooling water in three directions by the first and second vertical weir, respectively. To be dispersed and flow downward.

또한, 제1 및 제2 수직 둑에는 각각 둑에 수직하게 제1및 제2 수평 둑(114a,114b)을 형성하여 제1및 제2 수직 둑(112a,112b)의 바깥쪽에서 하향 유동되는 냉각수가 수평 방향으로 유동되도록 하고, 제1 및 제2 수직 둑 사이에서 하향 유동되어 바닥에 부딪힌 냉각수가 상승하면서 수평 방향으로 유동되도록 한다.In addition, the first and second vertical weirs are formed with first and second horizontal weirs 114a and 114b perpendicular to the weir, respectively, so that the coolant flows downward from the outside of the first and second vertical weirs 112a and 112b. It flows in the horizontal direction and flows downward between the first and second vertical weirs so that the coolant hitting the bottom rises in the horizontal direction.

이러한 구성으로 된 본 발명에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관에서의 냉각수 유동을 설명한다.The cooling water flow in the water cooling tube for single crystal ingot cooling according to the present invention having such a configuration will be described.

냉각수 인입구(102a)를 통해 유입된 냉각수는 제1 및 제2 수직 둑(112a,112b)에 의해 제1 내지 제3 하향 흐름(도 3 에서 일점쇄선으로 표시)이 발생된다.The coolant introduced through the coolant inlet 102a generates first to third downward flows (indicated by dashed lines in FIG. 3) by the first and second vertical weirs 112a and 112b.

여기서, 제1 하향 흐름은 제1 수직 둑(112a)의 외측으로 흐르는 냉각수 흐름이고, 제2 하향 흐름은 제2 수직 둑(112b)의 외측으로 흐르는 냉각수 흐름이고, 제3 하향 흐름은 제1 및 제2 수직 둑 사이로 흐르는 냉각수 흐름이다.Here, the first downward flow is the coolant flow flowing outward of the first vertical weir 112a, the second downward flow is the coolant flow flowing outward of the second vertical weir 112b, and the third downward flow is the first and second flows. Coolant flows between the second vertical weirs.

그리고, 제1 및 제2 하향 흐름은 제1 및 제2 수평 둑(114a,114b)에 의해 수평방향으로 유동되고, 제3 하향 흐름은 관의 바닥에 부딪혀 상승하면서 제1 및 제2 수평 둑에 의해 수평방향으로 유동된다.The first and second downward flows are flowed horizontally by the first and second horizontal weirs 114a and 114b, and the third downward flow is directed to the first and second horizontal weirs by hitting the bottom of the tube. In the horizontal direction.

그리고, 제1 및 제2 수평 둑(114a,114b)에 의해 수평방향으로 유동되는 냉각수는 물막이 둑(104)의 냉각수 통로를 통해 신속하게 빠져 나가게 된다.The coolant flowing in the horizontal direction by the first and second horizontal weirs 114a and 114b quickly exits through the coolant passage of the water jetty 104.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관(100)은 냉각수가 냉각수 인입구(102a)에서 인입되어 물막이 둑(104)의 냉각수 통로를 통해 빠져나가는 동안 제1및 제2 수직 둑(112a,112b)에 의해 수직 햐향 흐름이 발생됨으로써 관 내부에 냉각수의 유동이 정체되는 것이 방지된다.As described above, the single crystal ingot cooling water cooling tube 100 according to the present invention has the first and second vertical weirs 112a while the coolant is introduced from the coolant inlet 102a and exits through the coolant passage of the water jetty 104. The vertical direction flow is generated by (112b) to prevent the flow of the cooling water in the tube.

따라서, 관의 내부에 스케일이 침적되는 것이 차단되어 관의 열화 및 부식을 방지하게 되고, 냉각수의 유동이 활발하게 이루어져 냉각 효율을 향상시킬 수 있게 된다.Therefore, the deposition of scale in the inside of the pipe is blocked to prevent deterioration and corrosion of the pipe, and the flow of the cooling water is active to improve the cooling efficiency.

도 5 는 본 발명에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관이 장착된 단결정 잉곳 성장장치를 설명하기 위한 단면도로서, 본 발명에 따른 단결정 잉곳 성장장치는 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 성장 챔버(120)와, 성장 챔버의 내부에 놓여져 소정 속도로 회전하고 내부에 폴리 실리콘 융액이 담겨진 석영 도가니(122) 및 석영 도가니를 가열하는 전기히터(124), 그리고 성장 챔버의 내부에 형성되어 석영 도가니로부터 성장되는 단결정 잉곳을 에워싸 냉각시키는 수냉관(200)과, 성장 챔버의 외부에 형성되어 단결정 잉곳과 폴리 실리콘 융액의 응고 계면을 검출하는 제1및 제2 감지센서(126a,126b)를 포함하여 이루어지고, 수냉관(100)을 도 3및 도 4에 도시된 바와 같은 내측 관(100a)과 냉각수 유입구(102a) 및 배출구가(102b) 각각 형성된 외측 관(100b)으로 형성하고, 내측 관과 외측 관에 냉각수 유입구에서 유입된 냉각수의 강제 하향 유동을 발생시키는 하향 유동부(110)를 부가 형성하여 구성한다.5 is a cross-sectional view illustrating a single crystal ingot growth apparatus equipped with a water cooling tube for cooling a single crystal ingot according to the present invention. The single crystal ingot growth apparatus according to the present invention includes a growth chamber 120 for growing a single crystal ingot, and growth. A quartz crucible 122 placed inside the chamber and rotating at a predetermined speed and containing polysilicon melt, an electric heater 124 for heating the quartz crucible, and a single crystal ingot formed inside the growth chamber and grown from the quartz crucible. A water cooling tube 200 enclosed and cooled, and first and second detection sensors 126a and 126b formed outside the growth chamber to detect the solidification interface between the single crystal ingot and the polysilicon melt. 3 and 4, the inner tube 100a and the outer tube 100b formed with the coolant inlet 102a and the outlet port 102b as shown in FIGS. 3 and 4, respectively, The outer pipe is formed by additionally forming a downward flow portion 110 for generating a forced downward flow of the cooling water introduced from the cooling water inlet.

그리고, 하향 유동부(100)는 내측 관(100a)과 외측 관(100b)사이에 형성된 제1 및 제2 수직 둑(112a,112b)으로 이루어져 냉각수가 유입되면 제1 및 제2 수직 둑에 의해 냉각수가 각각 세 방향으로 분산되어 하향 유동되도록 한다.Then, the downward flow portion 100 is composed of the first and second vertical weir (112a, 112b) formed between the inner tube (100a) and the outer tube (100b) when the coolant is introduced by the first and second vertical weir The cooling water is dispersed in three directions, respectively, to allow the flow downward.

또한, 제1 및 제2 수직 둑에는 각각 둑에 수직하게 제1및 제2 수평 둑(114a,114b)을 형성하여 제1및 제2 수직 둑의 바깥쪽에서 하향 유동되는 냉각수가 수평 방향으로 유동되도록 하고, 제1 및 제2 수직 둑 사이에서 하향 유동되어 바닥에 부딪힌 냉각수가 상승하면서 수평 방향으로 유동되도록 한다.In addition, the first and second vertical weirs are formed with first and second horizontal weirs 114a and 114b perpendicular to the weir, respectively, so that the coolant flowing downward from the outside of the first and second vertical weirs flows in the horizontal direction. And flows downward between the first and second vertical weirs so that the coolant hitting the bottom rises in the horizontal direction.

따라서, 본 발명에 따른 단결정 잉곳 성장장치는 전술한 단결정 잉곳 냉각용 수냉관이 장착됨으로써 단결정 잉곳 냉각용 수냉관 내부에 냉각수의 유동 정체가 방지되어 단결정 잉곳의 고온 열과 냉각수가 신속하게 열교환되어 단결정 잉곳을 빠른 속도로 인상하더라도 신속하게 단결정 잉곳을 냉각시킬 수 있게 된다.Therefore, the single crystal ingot growth apparatus according to the present invention is equipped with the above-described single crystal ingot cooling water cooling tube to prevent the flow of cooling water inside the single crystal ingot cooling water cooling tube, so that the high temperature heat of the single crystal ingot and the cooling water are quickly exchanged with the single crystal ingot. Even if we raise it at a high speed, it is possible to cool the single crystal ingot quickly.

그리고, 도 6 및 7 은 본 발명에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관의 제2실시예를 설명하기 위한 정면도 및 단면도로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예는 수냉관의 끝단을 폴리 실리콘 융액에 근접되게 위치시켜 단결정 잉곳의 냉각 범위를 증가시키기 위해 제1실시예의 수냉관 길이(L1)에 비해 수냉관의 길이(L2)를 증가시킨 것이다.6 and 7 are front and cross-sectional views illustrating a second embodiment of the single crystal ingot cooling water cooling tube according to the present invention. As shown in FIG. In order to increase the cooling range of the single crystal ingot by placing it close to the silicon melt, the length L2 of the water cooling tube is increased compared to the water cooling tube length L1 of the first embodiment.

도 6,7 에서는 제1실시예와 동일한 부재인 경우 제1실시예의 설명을 참조하고, 도면부호는 200 단위로 도시하였다.6 and 7 refer to the description of the first embodiment when the same member as the first embodiment, and reference numerals are shown in units of 200.

좀더 구체적으로 설명하면, 본 발명의 제2실시예인 수냉관(200)은 제1실시예와 동일한 구성으로 이루어지되, 수냉관의 길이(L2)가 길어짐에 따라 단결정 잉곳 성장장치에 장착되는 경우, 잉곳의 직경제어 및 폴리실리콘 융액의 온도를 검출하기 위한 센서들의 감지를 간섭하지 않도록 관의 하단부에 내측 관과 외측 관을 관통하는 관통부(230)가 형성된다.More specifically, the second embodiment of the water cooling tube 200 is made of the same configuration as the first embodiment, when the length (L2) of the water cooling tube is mounted on the single crystal ingot growth apparatus, A penetrating portion 230 penetrating the inner tube and the outer tube is formed at the lower end of the tube so as not to interfere with the sensing of the sensors for controlling the diameter of the ingot and the temperature of the polysilicon melt.

관통부(230)는 센서들의 감지를 간섭하지 않도록 여러 가지 형태로 형성할 수 있는데, 여기서는 역 U 자 형태로 형성하여 센서들의 감지를 간섭하지 않도록 한다.The penetrating portion 230 may be formed in various forms so as not to interfere with the sensing of the sensors. Here, the penetrating portion 230 may be formed in an inverted U shape so as not to interfere with the sensing of the sensors.

이러한 구성으로 된 본 발명의 제2 실시예인 수냉관이 장착된 단결정 잉곳 성장장치를 도 8을 참조하여 설명하면, 도시된 바와 같이, 수냉관(200)의 끝단이 석영 도가니(122)의 폴리 실리콘 융액과 근접되게 위치되더라도 관통부(230)에 의해 단결정 잉곳(128)과 폴리 실리콘 융액의 응고 계면이 제1및 제2 감지센서(126a,126b)에 의해 감지된다.Referring to FIG. 8, a single crystal ingot growth apparatus equipped with a water cooling tube having a second embodiment of the present invention having such a configuration, the end of the water cooling tube 200 is polysilicon of the quartz crucible 122. Although positioned close to the melt, the solidification interface between the single crystal ingot 128 and the polysilicon melt is detected by the first and second detection sensors 126a and 126b by the penetrating portion 230.

따라서, 제1및 제2 감지센서에 의해 단결정 잉곳의 직경 제어 및 인상속도의 조절, 폴리 실리콘 융액의 온도 제어가 가능하게 되고, 단결정 잉곳 냉각용 수냉관 내부에 냉각수의 유동 정체가 방지될 뿐만 아니라 단결정 잉곳과의 열교환 면적이 증대되어 단결정 잉곳의 고온 열과 냉각수가 신속하게 열교환되어 단결정 잉곳을 빠른 속도로 인상하더라도 신속하게 단결정 잉곳을 냉각시킬 수 있게 된다.Accordingly, the first and second detection sensors enable the diameter control of the single crystal ingot, the adjustment of the pulling speed, the temperature control of the polysilicon melt, and the flow of the cooling water inside the water cooling tube for cooling the single crystal ingot. Since the heat exchange area with the single crystal ingot is increased, the high temperature heat and the cooling water of the single crystal ingot can be rapidly exchanged to quickly cool the single crystal ingot even if the single crystal ingot is rapidly increased.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관은 관 내부에 냉각수의 유동 정체가 방지되어 관 내부 전체에 균일한 냉각수의 유동 분포를 가짐으로써 불순물의 침적에 의한 스케일 발생이 방지된다.As described above, the single crystal ingot cooling water cooling tube according to the present invention is prevented from stagnant flow of the cooling water inside the tube to have a uniform flow distribution of cooling water throughout the inside of the tube to prevent the generation of scale due to the deposition of impurities.

따라서, 관의 열화 및 부식에 의해 냉각수가 누수되어 폴리 실리콘 융액에 혼합되지 않게 되어 성장중인 단결정 잉곳의 불량 발생을 감소시키게 된다.Therefore, the cooling water leaks due to the deterioration and corrosion of the tube, which prevents it from mixing in the polysilicon melt, thereby reducing the occurrence of defects in the growing single crystal ingot.

또한, 본 발명에 따른 단결졍 잉곳 성장장치는 단결정 잉곳과 수냉관과의 열교환이 신속하게 이루어지게 되어 단결정 잉곳의 냉각을 신속하게 시킴으로써 단결정 잉곳의 성장 속도를 증대시킬 수 있어 단위 시간당 잉곳의 생산수율을 향상시킬 수 있게 된다.In addition, the single crystal ingot growth apparatus according to the present invention is a heat exchange between the single crystal ingot and the water cooling tube is made quickly to increase the growth rate of the single crystal ingot by the rapid cooling of the single crystal ingot, the production yield of the ingot per unit time It will be possible to improve.

Claims (14)

내측 관과 외측 관으로 형성되고, 상기 외측 관에 냉각수 유입구 및 배출구가 각각 형성되어 상기 냉각수 유입구에서 유입된 냉각수가 상기 내측 관과 외측 관 사이를 흘러 상기 냉각수 배출구로 배출되는 단결정 잉곳 냉각용 수냉관에 있어서,A single crystal ingot cooling water cooling tube is formed of an inner tube and an outer tube, and a coolant inlet and an outlet are formed in the outer tube, respectively, and the coolant flowing from the coolant inlet flows between the inner tube and the outer tube and is discharged to the coolant outlet. To 상기 내측 관과 외측 관 사이에 상기 냉각수 유입구에서 유입된 냉각수의 강제 하향 유동을 발생시키는 하향 유동부가 부가 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 냉각용 수냉관.A water cooling tube for single crystal ingot cooling, characterized in that a downward flow portion for generating a forced downward flow of the cooling water introduced from the cooling water inlet is formed between the inner tube and the outer tube. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하향 유동부는 상기 냉각수 유입구의 하측으로 상기 내측 관과 외측 관 사이에 수직하게 형성된 제1및 제2 수직 둑인 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 냉각용 수냉관.And said downward flow portion is a first and second vertical wefts formed vertically between said inner and outer tubes to the lower side of said cooling water inlet. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제1및 제2 수직 둑에는 하향 유동하는 냉각수의 수평 방향 유동을 발생시키는 제1및 제2 수평 둑이 각각 부가 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 냉각용 수냉관.And first and second horizontal dams are respectively formed in the first and second vertical dams to generate horizontal flow of the cooling water flowing downward. 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 성장 챔버와, 상기 성장 챔버의 내부에 놓여져 소정 속도로 회전하고 내부에 폴리 실리콘 융액이 담겨진 석영 도가니 및 상기 석영 도가니를 가열하는 전기히터, 그리고 상기 성장 챔버의 내부에 형성되어 상기 석영 도가니로부터 성장되는 단결정 잉곳을 에워싸 냉각시키는 수냉관과, 상기 성장 챔버의 외부에 형성되어 상기 단결정 잉곳과 상기 폴리 실리콘 융액의 응고계면을 검출하는 제1및 제2 감지센서를 포함하여 이루어진 단결정 잉곳 성장장치에 있어서,A growth chamber for growing a single crystal ingot, a quartz crucible placed inside the growth chamber, rotating at a predetermined speed and containing polysilicon melt, and an electric heater for heating the quartz crucible, and formed inside the growth chamber. A water cooling tube for enclosing and cooling the single crystal ingot grown from the quartz crucible, and first and second detection sensors formed outside the growth chamber to detect solidification interfaces of the single crystal ingot and the polysilicon melt. In the single crystal ingot growth apparatus, 상기 수냉관은 내측 관과 냉각수 유입구 및 배출구가 각각 형성된 외측 관으로 형성되고, 상기 냉각수 유입구에서 유입된 냉각수의 강제 하향 유동을 발생시키는 하향 유동부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 성장 장치.Wherein the water cooling tube is formed of an inner tube, an outer tube formed with a cooling water inlet and an outlet, respectively, and includes a downward flow portion for generating a forced downward flow of the cooling water introduced from the cooling water inlet. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 하향 유동부는 상기 냉각수 유입구의 하측으로 상기 내측 관과 외측 관 사이에 수직하게 형성되어 냉각수의 하향 유동을 발생시키는 제1및 제2 수직 둑인 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 성장장치.And said downward flow portion is a first and a second vertical weir formed vertically between said inner and outer tubes to the lower side of said cooling water inlet to generate a downward flow of cooling water. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제1및 제2 수직 둑에는 하향 유동하는 냉각수의 수평 방향 유동을 발생시키는 제1및 제2 수평 둑이 각각 부가 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 성장장치.And the first and second horizontal dams are respectively formed in the first and second vertical dams to generate horizontal flow of the cooling water flowing downward. 내측 관과 외측 관으로 형성되고, 상기 외측 관에 냉각수 유입구 및 배출구가 각각 형성되어 상기 냉각수 유입구에서 유입된 냉각수가 상기 내피와 외피 사이를 흘러상기 냉각수 배출구로 배출되는 단결정 잉곳 냉각용 수냉관에 있어서,In the inner tube and the outer tube, and the cooling water inlet and outlet are formed in the outer tube, respectively, the cooling water flowing in the cooling water inlet flows between the endothelial and the shell is discharged to the cooling water outlet in the single crystal ingot cooling water cooling tube , 상기 내측 관과 외측 관 사이에 형성되어 상기 냉각수 유입구에서 유입된 냉각수의 강제 하향 유동을 발생시키는 하향 유동부와;A downward flow portion formed between the inner tube and the outer tube to generate a forced downward flow of the cooling water introduced from the cooling water inlet; 상기 내측 관과 외측 관의 하단부에 형성되어 상기 내측 관의 내측이 외부에서 보여지게 하는 관통부를 포함하여 이루어지는 단결정 잉곳 냉각용 수냉관.Water cooling tube for cooling single crystal ingot formed in the lower end of the inner tube and the outer tube and comprises a through portion to the inside of the inner tube to be seen from the outside. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 하향 유동부는 상기 냉각수 유입구의 하측으로 상기 내측 관과 외측 관 사이에 수직하게 형성되어 냉각수의 하향 유동을 발생시키는 제1및 제2 수직 둑인 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 냉각용 수냉관.And said downward flow portion is a first and second vertical wefts formed vertically between said inner and outer tubes to the lower side of said cooling water inlet to generate a downward flow of cooling water. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제1및 제2 수직 둑에는 하향 유동하는 냉각수의 수평 방향 유동을 발생시키는 제1및 제2 수평 둑이 각각 부가 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 냉각용 수냉관.And first and second horizontal dams are respectively formed in the first and second vertical dams to generate horizontal flow of the cooling water flowing downward. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 관통부는 역 U 자 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 냉각용 수냉관.The through portion is formed in the inverted U-shaped single crystal ingot cooling water cooling tube. 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 성장 챔버와, 상기 성장 챔버의 내부에 놓여져 소정 속도로 회전하고 내부에 폴리 실리콘 융액이 담겨진 석영 도가니 및 상기 석영 도가니를 가열하는 전기히터, 그리고 상기 성장 챔버의 내부에 형성되어 상기 석영 도가니로부터 성장되는 단결정 잉곳을 에워싸 냉각시키는 수냉관과, 상기 성장 챔버의 외부에 형성되어 상기 단결정 잉곳과 상기 폴리 실리콘 융액의 응고계면을 검출하는 제1및 제2 감지센서를 포함하여 이루어진 단결정 잉곳 성장장치에 있어서,A growth chamber for growing a single crystal ingot, a quartz crucible placed inside the growth chamber, rotating at a predetermined speed and containing polysilicon melt, and an electric heater for heating the quartz crucible, and formed inside the growth chamber. A water cooling tube for enclosing and cooling the single crystal ingot grown from the quartz crucible, and first and second detection sensors formed outside the growth chamber to detect solidification interfaces of the single crystal ingot and the polysilicon melt. In the single crystal ingot growth apparatus, 상기 수냉관은 내측 관과 냉각수 유입구 및 배출구가 각각 형성된 외측 관으로 형성되고,The water cooling tube is formed of an inner tube and an outer tube formed with a cooling water inlet and an outlet, respectively, 상기 내측 관과 외측 관 사이에 상기 냉각수 유입구에서 유입된 냉각수의 강제 하향 유동을 발생시키는 하향 유동부가 형성되고,A downward flow portion is formed between the inner tube and the outer tube to generate a forced downward flow of the cooling water introduced from the cooling water inlet, 상기 내측 관과 외측 관의 하단부에 상기 내측 관의 내측이 외부에서 보여지게 하는 관통부가 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 성장장치.Single crystal ingot growth apparatus, characterized in that the through-hole is formed at the lower end of the inner tube and the outer tube to the inside of the inner tube to be seen from the outside. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 하향 유동부는 상기 냉각수 유입구의 하측으로 상기 내측 관과 외측 관 사이에 수직하게 형성되어 냉각수의 하향 유동을 발생시키는 제1및 제2 수직 둑인 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 성장장치.And said downward flow portion is a first and a second vertical weir formed vertically between said inner and outer tubes to the lower side of said cooling water inlet to generate a downward flow of cooling water. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 제1및 제2 수직 둑에는 하향 유동하는 냉각수의 수평 방향 유동을 발생시키는제1및 제2 수평 둑이 각각 부가 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 성장장치.Single and ingot growth apparatus, characterized in that the first and second vertical weeds are respectively provided with a first and a second horizontal weave to generate a horizontal flow of the cooling water flowing downward. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 관통부는 역 U 자 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 성장장치.Single penetrating ingot growth apparatus, characterized in that the through portion is formed in an inverted U shape.
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