KR20100057233A - 실리콘 단결정 잉곳 제조장치의 클리닝 방법 및 클리닝 모듈 - Google Patents

Abstract

잉곳의 제조가 완료된 후 핫존 파트 및 챔버의 클리닝 시간을 단축시킬 수 있는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치의 클리닝 방법 및 클리닝 모듈이 개시된다. 실리콘 단결정 잉곳 제조장치의 클리닝 방법은, 잉곳 성장이 완료되면 챔버에서 히터를 제외한 핫존 파트를 분리하는 단계, 상기 분리된 핫존 파트를 클리닝하는 단계, 상기 핫존 파트가 분리된 챔버의 배기부에 클리닝 모듈을 제공하는 단계, 상기 클리닝 모듈을 통해 상기 챔버 내부의 배기가스를 흡입하여 배출시키면서 상기 히터를 냉각시킴과 더불어 상기 배기부를 클리닝하는 단계, 상기 냉각된 히터를 클리닝하는 단계 및 상기 챔버에 상기 핫존 파트를 조립하는 단계를 포함하여 이루어진다.

단결정 잉곳, 초크랄스키(Czochralski, CZ), 핫존 파트 클리닝 공정

Description

실리콘 단결정 잉곳 제조장치의 클리닝 방법 및 클리닝 모듈{CLEANING METHOD AND CLEANING MODULE FOR MANUFACTURING APPARATUS FOR CRYSTAL INGOT}

본 발명은 실리콘 단결정 잉곳 제조장치의 클리닝 모듈 및 클리닝 방법에 관한 것으로, 단결정 잉곳 성장이 완료된 핫존 파트 및 챔버의 클리닝 시간을 단축시킬 수 있는 실리콘 잉곳 제조장치를 제공하는 것이다.

일반적으로 반도체 디바이스 제조용 기판으로 이용되는 실리콘 단결정은 초크랄스키법(Czochralski method, Cz)으로 제조된다. 초크랄스키법은 석영도가니에 실리콘을 넣고 도가니를 가열하여 실리콘을 용융시키고, 종자 단결정(seed crystal)을 실리콘 용융액에 접촉시킨 상태에서 회전하면서 서서히 끌어올리면서 종자 단결정 표면에서 용융액을 고체로 응고시킴에 따라 소정의 지름을 갖는 잉곳(ingot)을 성장시키는 방법이다.

초크랄스키법을 이용한 실리콘 단결정 잉곳 제조장치는 원형의 챔버와 실리콘 잉곳을 인상하면서 성장시키는 인상로부로 이루어지고, 챔버 내부에는 실리콘을 용융시키고 용융액을 수용하는 도가니, 히터, 단열부재, 도가니 지지축 등의 구조물이 구비되는데, 이러한 구조물들을 핫존 파트(Hotzone parts, H/Z parts)라 한 다. 핫존 파트들은 대부분 흑연(graphite)으로 제조되고, 핫존 파트의 구성성분은 특성 및 제조사에 따라 다르게 나타난다.

한편, 실리콘 단결정 잉곳의 성장이 완료되면 잉곳을 분리 인출하고, 챔버와 핫존 파트를 클리닝하게 된다. 여기서, 일반적으로 석영 도가니는 실리콘을 용융시키기 위해서 실리콘의 녹는점인 1420℃ 이상 고온으로 가열된다. 즉, 잉곳의 성장이 완료된 후 히터에 인가된 전원을 해제하더라도 챔버 내부, 특히, 중심부의 온도는 1000℃ 이상의 고온이 유지된다. 그리고, 고온인 상태에서 바로 챔버를 개방하게 되면 챔버 내외부의 온도차로 인해 핫존 파트가 손상될 우려가 있으므로, 챔버의 온도를 일정 온도(예를 들어, 350~400℃) 이하로 냉각시킨 후 챔버를 개방하고 히터를 제외한 핫존 파트들을 분리하게 된다. 그리고 분리된 핫존 파트와 히터 및 챔버를 클리닝하게 된다.

그런데, 핫존 파트가 분리된 후 히터의 온도가 350~400℃인데, 히터를 클리닝하고 챔버 내부와 배기라인에 잔존하는 오염물질들이 활성화되는 것을 방지하기 위해서 히터의 온도가 35~40℃ 정도로 냉각되어야 한다. 기존에는 핫존 파트를 분리한 후 별다른 조치 없이 자연냉각으로 히터를 냉각시키므로 히터의 냉각에 장시간(평균 4.8 시간 이상)이 소요되었다. 히터가 냉각되는 동안 분리된 핫존 파트의 클리닝을 수행하게 되는데, 분리된 핫존 파트를 클리닝하는 데는 1 내지 2시간 정도가 소요되므로 히터 냉각 시간 중 핫존 파트의 클리닝에 소요되는 1 내지 2 시간을 제외한 나머지 2.8 내지 3.8 시간은 무가치한 공정이다.

한편, 기존의 히터 및 챔버 클리닝 공정을 살펴보면, 히터를 브러시로 클리 닝하고 챔버의 배기라인 입구를 브러시로 클리닝한다. 그런데, 기존의 브러시를 이용한 클리닝 방식으로 오염물질을 완전히 제거할 수 없다는 문제점이 있다. 특히, 배기라인 입구에는 배기라인의 배관 사이로 냉각수가 유동하므로 챔버의 다른 부분에 비해 오염물질이 더 많이 적층되어 있으며, 기존의 클리닝 방식은 오염물질을 제거할 수 있는 범위에 한계가 있으므로 배기라인의 오염물질들이 제거되지 못하고 많은 양이 잔존하는 문제점이 있다. 그리고 이와 같이 잔존하는 오염물질은 다음 생산 공정에서 파티클로 작용하여 잉곳 품질에 악영향을 미치게 된다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 클리닝 시간을 단축시킬 수 있는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치의 클리닝 모듈 및 클리닝 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 챔버와 히터 및 배기라인의 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치의 클리닝 모듈 및 클리닝 방법을 제공하기 위한 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 핫존 파트 및 챔버의 클리닝 시간을 단축시킬 수 있는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치의 클리닝 방법은, 잉곳 성장이 완료되면 챔버에서 히터를 제외한 핫존 파트를 분리하는 단계, 상기 분리된 핫존 파트를 클리닝하는 단계, 상기 핫존 파트가 분리된 챔버의 배기부에 클리닝 모듈을 제공하는 단계, 상기 클리닝 모듈을 통해 상기 챔버 내부의 배기가스를 흡입하여 배출시키면서 상기 히터를 냉각시킴과 더불어 상기 배기부를 클리닝하는 단계, 상기 냉각된 히터를 클리닝하는 단계 및 상기 챔버에 상기 핫존 파트를 조립하는 단계를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 클리닝 모듈 제공 단계에서 상기 히터의 온도는 350 내지 400℃이고, 상기 히터 냉각 및 배기부 클리닝 단계는 상기 히터를 35 내지 40℃로 냉각시키며, 상기 히터 냉각 및 배기부 클리닝 단계는 3 내지 4시간 동안 수행된다.

그리고 상기 클리닝 모듈 내부로 유입되는 배기가스의 온도는 350 내지 400℃이고, 상기 클리닝 모듈이 고온의 배기가스로 인해 손상되는 것을 방지할 수 있도록 상기 클리닝 모듈은 배기가스의 온도를 70 내지 80℃로 냉각시키게 된다.

한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 핫존 파트 및 챔버의 클리닝 시간을 단축시킬 수 있는 초크랄스키법(Czochralski, CZ)에 의해 단결정 실리콘 잉곳을 제조하는 제조장치의 클리닝 모듈은, 챔버에 구비된 배기라인 일측에 구비되어 상기 배기라인과 연속된 유로를 형성하는 튜브 형상의 하우징, 상기 하우징 일측에 구비되어 상기 하우징 내부에 흡입력을 제공하는 흡입부 및 상기 하우징 일측에 구비되어 상기 하우징 내부의 배기가스를 냉각시키는 냉각 유닛을 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 클리닝 모듈은 성장이 완료된 잉곳이 제거된 후 상기 배기라인에 장착되며 상기 챔버 내부에서 배기가스를 흡입하여 배출시킴으로써 상기 챔버 내부를 냉각시키고 상기 챔버 및 상기 배기라인의 오염물질을 제거하게 된다.

상기 배기라인에는 상기 챔버 내부의 압력을 조절하는 압력 조절 밸브가 구비되고, 상기 클리닝 모듈은 상기 압력 조절 밸브에 장착된다. 또한, 상기 하우징은 일단이 상기 압력 조절 밸브와 체결되며 상기 배기라인에서 배기가스를 흡입하는 유입구가 되는 제1 체결부가 형성되고, 타단이 상기 흡입부와 체결되며 상기 하우징 내부의 배기가스를 상기 흡입부로 토출하는 토출구가 되는 제2 체결부가 형성되며, 상기 제1 및 제2 체결부가 직선 형태로 연통되는 튜브 형상을 갖는다. 예를 들어, 상기 하우징 및 상기 하우징과 상기 흡입부를 연결하는 연결관은 폴리염화비 닐(PVC) 재질로 형성되며, 상기 냉각 유닛은 폴리염화비닐 재질의 상기 하우징 및 연결관을 고온의 배기가스에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있도록 80℃ 이하로 배기가스를 냉각시키게 된다.

여기서, 상기 냉각 유닛은 보텍스 튜브(vortex tube)이다. 또한, 상기 냉각 유닛은 상기 냉각 유닛 내부에서 분리된 냉각 공기가 상기 하우징 내부로 공급되도록 구비되며, 상기 제1 체결부와 인접한 부분에 구비된다.

또한, 상기 하우징 내부에서 상기 제2 체결부에 인접한 부분에는 상기 하우징에서 배출되는 배기가스에서 오염물질을 필터링하기 위한 필터부가 구비될 수 있다. 그러나 상기 필터부의 위치는 상기 하우징 내부뿐만 아니라 상기 흡입부나 상기 연결관에 구비되는 것도 가능하다.

상기 하우징은 상기 제1 및 제2 체결부에 비해 큰 단면적을 갖도록 단차지게 형성되고, 상기 하우징은 내부를 개방할 수 있도록 분리 가능하게 형성된다. 그리고 상기 하우징이 분리된 부분에는 서로 분리된 하우징을 결합 및 분리할 수 있도록 하우징 체결부가 구비된다.

한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 핫존 파트 및 챔버의 클리닝 시간을 단축시킬 수 있는 초크랄스키법에 의해 단결정 실리콘 잉곳을 제조하는 제조장치는, 잉곳 제조가 완료되어 히터를 제외한 핫존 파트가 분리된 챔버, 상기 챔버 일측에 구비되어 상기 챔버 내부의 배기가스를 배출시키는 배기부 및 상기 핫존 파트가 분리된 후 상기 배기부에 장착되어 상기 배기부에서 배기가스를 흡입하여 배출시키면서 상기 배기가스에 포함된 오염물질을 제거하여 상기 배기부와 상기 챔버를 클리닝함과 동시에 상기 히터를 냉각시키는 클리닝 모듈을 포함하여 이루어진다.

상기 배기부는, 상기 챔버 하부에 연결되며 상기 챔버 내부의 배기가스가 배출되는 유로인 배기라인 및 상기 배기라인의 관로 상에 구비되어 상기 챔버 내부의 압력을 조절하는 압력 조절 밸브를 포함하여 구성되며, 특히, 상기 클리닝 모듈은 상기 압력 조절 밸브를 통해 배기가스를 흡입하도록 상기 압력 조절 밸브 일측에 구비된다. 여기서, 상기 압력 조절 밸브는 상기 배기라인의 압력이 기설정된 임계값에 도달하면 개방되는 팝 오프 밸브(pop off valve)이다.

상기 클리닝 모듈은, 일단이 상기 압력 조절 밸브와 체결되며 폴리염화비닐(PVC) 재질로 형성된 튜브 형상의 하우징, 상기 하우징 타단에 구비되어 상기 하우징 내부에 흡입력을 제공하는 흡입부 및 상기 하우징 일측에 구비되어 상기 하우징 내부의 배기가스를 냉각시키는 냉각 유닛을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 냉각 유닛은 보텍스 튜브(vortex tube)이다. 또한, 상기 하우징 내부에는 상기 하우징에서 배출되는 배기가스에서 오염물질을 제거하기 위한 필터부가 구비될 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 첫째, 챔버를 개방한 후 배기라인에 구비되어 배기라인을 통해 챔버 및 배기라인 내부의 배기가스를 흡입하여 배출시킴으로써 상기 배기라인의 클리닝은 물론 히터의 냉각이 동시에 이루어지며, 잉곳 제조장치의 클리닝 시간을 효과적으로 단축시킬 수 있다.

둘째, 배기라인에 결합되어 상기 배기라인 내부의 배기가스를 직접 흡입하여 제거하므로 상기 배기라인 내부의 잔존 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있으며, 잔존 오염물질로 인해 다음 생산 공정에서 잉곳 품질에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다. 또한, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 구성요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조장치의 클리닝 방법에 대해 설명하되, 도 2 내지 도 5의 실리콘 단결정 잉곳 제조장치 및 클리닝 모듈에서 도 1의 클리닝 단계에 해당하는 부분에 대해 설명하기로 한다. 참고적으로, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조장치(100)를 설명하기 위한 단면도이고, 도 3은 도 2의 잉곳 제조장치(100)에서 핫존 파트가 분리된 상태를 도시한 단면도이다. 또한, 도 4는 도 3의 잉곳 제조장치(100)에 본 발명의 일 실시예에 따른 클리닝 모듈(104)이 장착된 상태를 도시한 단면도이고, 도 5는 도 4의 클리닝 모듈(104)의 단면도이다.

우선, 실리콘 단결정 잉곳(10)을 성장시킨다(S11).

도 2를 참조하면, 실리콘 단결정 잉곳 제조장치(100)는 종결정(crystal seed)을 실리콘 융액에 침지시킨 상태에서 회전시키면서 인상함에 따라 원통형의 잉곳(10)을 성장시킨다. 상기 잉곳 제조장치(100)는 실리콘 단결정이 성장되는 성장로부(101)와 상기 성장로부(101)에서 잉곳(10)을 인상하는 인상로부(102) 및 상기 성장로부(101)의 배기가스를 배출시키는 배기부(103)로 이루어진다.

상기 성장로부(101)는 상기 잉곳(10)이 성장되는 공간을 제공하는 챔버(111)를 포함하고, 상기 챔버(111) 내부에는 실리콘 융액이 수용되는 도가니(113)와 상기 도가니(113) 주변에 구비되어 실리콘을 용융시키도록 열을 가하는 히터(115)가 구비된다.

상기 챔버(111)는 원통형의 구조를 갖고, 상기 챔버(111)의 상부가 개방 가능하도록 돔(dome) 형태의 돔 챔버(112)가 결합되어 형성되며, 하부에는 상기 배기부(103)의 배기라인(131)이 결합되어 배기가스를 토출시키는 배기구(111a)가 형성된다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 챔버(111)의 형태 및 상기 배기구(111a)의 위치와 형태, 수는 실질적으로 다양하게 변경 가능하다.

상기 도가니(113)는 실리콘 융액과 직접 접촉되는 내측은 석영 재질로 형성되고, 석영 도가니가 고온의 실리콘 융액에 의해 형태가 변하는 것을 방지하기 위해서 흑연 재질의 도가니가 구비된 이중 구조로 형성된다.

상기 도가니(113) 하부에는 상기 도가니(113)를 승하강 및 회전시키는 도가니 지지축(117)이 구비되며, 상기 도가니 지지축(117)은 상기 도가니(113)를 회전 및 상승시키면서 실리콘 융액의 고-액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 한다.

상기 히터(115)는 상기 도가니(113) 및 상기 도가니 지지축(117)에서 소정 간격 이격되어 구비되며, 상기 도가니(113)를 둘러쌀 수 있도록 원통형으로 형성된다.

상기 히터(115)의 외측으로는 상기 히터(115)에서 발산되는 열이 상기 챔버(111)의 벽 쪽으로 확산되는 것을 방지하고 상기 챔버(111)의 단열을 위해 단열부재(116)가 구비되고, 상기 도가니(113)의 상부에는 열실드(114)가 구비된다.

여기서, 상기 챔버(111) 내부에 구비된 상기 도가니(113), 상기 히터(115), 상기 열실드(114), 상기 단열부재(116), 상기 도가니 지지축(117) 등의 구조물들을 핫존 파트(Hotzone parts, H/Z parts)라 한다.

상기 인상로부(102)는 상기 챔버(111) 상부에 구비되어, 상기 챔버(111) 내부에서 상기 잉곳(10)을 인상 가능하도록 원통형의 인상 챔버(121)를 포함하여 구성된다. 상기 인상 챔버(121)는 상기 잉곳(10)이 수용되어 회전하면서 성장함과 더불어 인상될 수 있도록 소정 직경 및 길이를 갖는다.

상기 인상 챔버(121) 하단부는 상기 인상 챔버(121)를 상기 돔 챔버(112)에 분리 및 장착할 수 있도록 제2 인상 챔버 결합파트(123)가 형성되고, 상기 돔 챔버(112) 상부에는 상기 제2 인상 챔버 결합파트(123)와 서로 체결 가능한 형태를 갖는 제1 인상 챔버 결합파트(112a)가 형성된다. 그리고 상기 인상 챔버(121)의 상부에는 상기 잉곳(10)을 성장시킬 때 종결정을 회전시키기 위한 회전부(미도시)가 구비된다. 또한, 상기 인상 챔버(121)의 상부 일측에는 상기 잉곳(10)의 성장 이 종료된 후 상기 인상 챔버(121) 내부로 불활성 가스(예를 들어, 아르곤(Ar) 가스)를 공급하는 가스 주입구(122)가 형성된다.

상기 배기부(103)는 상기 챔버(111) 하부에 연결되며 상기 챔버(111) 내부의 배기가스를 배출시키는 배기라인(131)과 상기 배기라인(131)을 통해 배기가스를 흡입하여 배출시키는 진공펌프(133)를 포함하여 구성된다. 상기 배기라인(131) 상에는 상기 배기라인(131)을 개폐하는 메인 밸브(132)가 구비되어 상기 진공펌프(133)와 상기 챔버(111)의 연결을 선택적으로 차단시키게 된다.

그리고 상기 배기라인(131)에서 상기 챔버(111)와 상기 메인 밸브(132) 사이에는 상기 챔버(111) 내부의 압력 조절을 위한 압력 조절 밸브(134)가 구비된다. 상기 압력 조절 밸브(134)는 상기 챔버(111) 및 상기 배기라인(131)의 압력이 기설정된 임계값 이상이면 개방되는 팝 오프 밸브(pop off valve)이다. 즉, 상기 메인 밸브(132)가 개방되었을 때는 상기 진공펌프(133)의 흡입력에 의해 상기 챔버(111) 내부가 진공 상태가 되고, 상기 압력 조절 밸브(134)가 폐쇄되어 상기 챔버(111) 내부의 압력이 상승하면 개방됨에 따라 상기 챔버(111) 내부의 진공상태를 유지시키게 된다.

다음으로, 상기 잉곳(10)의 성장이 완료되면 상기 잉곳(10) 및 상기 잉곳 제조장치(100)를 냉각시킨다(S12).

상기 잉곳 제조장치 냉각 단계(S12)는 상기 인상 챔버(121) 내부로 불활성 가스를 일정량 주입하면서 상기 인상 챔버(121)와 상기 잉곳(10)을 냉각시키게 된다. 또한, 상기 잉곳 제조장치 냉각 단계(S12)에서는 주입된 불활성 가스에 의해 상기 잉곳 제조장치(100) 내부에 잔존하는 오염물질이 상기 배기라인(131)을 통해 상기 진공펌프(133)로 흡입되어 배출된다.

여기서, 일반적으로 실리콘을 용융시키기 위해서는 1420℃ 이상 고온으로 가열되므로, 상기 잉곳(10)의 성장이 완료된 후 상기 챔버(111) 내부의 온도는 1000℃ 이상의 고온이 유지되며, 상기 잉곳 제조장치 냉각 단계(S12)를 통해 상기 챔버(111)의 온도가350~400℃ 이하로 냉각된다.

다음으로, 상기 냉각 단계가 완료되면 상기 인상 챔버(121)를 분리하여 상기 잉곳(10)을 인출한다. 그리고 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 돔 챔버(112)를 분리하여 상기 챔버(111)를 개방하고(S13), 상기 챔버(111) 내부에서 상기 핫존 파트를 분리한다(S14). 여기서, 상기 핫존 파트 중 상기 히터(115)와 상기 도가니 지지축(117) 및 상기 단열부재(116) 등을 제외하고 상기 도가니(113)와 상기 열실드(114)를 분리한다.

다음으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 핫존 파트가 분리된 챔버(111)와 상기 히터(115)를 냉각시키고 클리닝하기 위해서 상기 배기라인(131)에 클리닝 모듈(104)을 장착한다(S15).

상기 클리닝 모듈(104)은 상기 배기라인(131)에서 상기 압력 조절 밸브(134)에 구비되며, 상기 배기라인(131)을 통해 상기 배기라인(131) 및 상기 챔버(111) 내부의 오염물질을 흡입하여 제거함으로써 상기 배기라인(131)과 상기 챔버(111)를 클리닝하고, 더불어, 상기 챔버(111) 내부의 배기가스를 배출시킴에 따라 상기 히터(115)가 냉각된다(S16).

여기서, 상기 잉곳 제조장치 냉각 단계(S12) 후 상기 챔버(111)의 온도는 350~400℃인데, 상기 히터(115)를 클리닝 하기 위해서는 상기 히터(115)의 온도가 35 내지 40℃ 이하로 냉각되어야 한다. 상기 히터 냉각 및 배기라인 클리닝 단계(S16)는 상기 히터(115)의 클리닝이 가능하도록 상기 히터(115)의 온도가 35 내지 40℃가 될 때까지 수행되며, 대략 3.5 시간 정도 수행된다.

본 발명에 따르면 기존에는 배기라인 내부에 잔존하는 오염물질을 제거하기가 어려웠으나, 상기 클리닝 모듈(104)은 상기 배기라인(131)을 통해 상기 챔버(111) 및 상기 배기라인(131) 내부의 배기가스를 흡입하는 과정에서 잔존 오염물질 역시 흡입하여 제거할 수 있어서 상기 배기라인(131)을 효과적으로 클리닝할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 상기 배기라인(131)을 클리닝하면서 동시에 상기 챔버(111)와 상기 히터(115)의 냉각이 이루어지므로, 상기 챔버(111) 및 상기 히터(115)의 온도가 적정 온도까지 냉각될 때까지 기다린 후 상기 챔버(111)와 상기 히터(115) 및 상기 배기라인(131)을 클리닝하는 것에 비해 시간을 효과적으로 단축시킬 수 있다.

한편, 도 4와 도 5를 참조하여 상기 클리닝 모듈(104)의 구조에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다. 상기 클리닝 모듈(104)은 배기가스를 흡입할 수 있도록 소정의 튜브 형태의 하우징(141)과 상기 클리닝 모듈(104)에 흡입력을 제공하는 흡입부(146) 및 상기 하우징(141)을 통과하는 배기가스의 냉각을 위한 냉각 유닛(145)을 포함하여 구성된다.

상기 흡입부(146)는 상기 하우징(141) 내부에 부압을 제공하여 흡입하는 진 공펌프 등의 펌프가 사용된다.

상기 하우징(141)은 일단이 상기 압력 조절 밸브(134)에 체결되며 상기 배기라인(131)에서 배기가스가 흡입되는 유입구가 되는 제1 체결부(142)와 타단에는 상기 흡입부(146)에 체결되며 상기 하우징(141) 내부의 배기가스가 상기 흡입부(146)로 토출되는 토출구가 되는 제2 체결부(143)가 형성되며 소정 단면적을 갖는 튜브 형상을 갖는다. 예를 들어, 상기 하우징(141)은 상기 배기라인(131) 및 상기 압력 조절 밸브(134)의 토출단부보다 큰 단면적을 갖는 원통형 튜브 형태를 갖는다. 또한, 상기 하우징(141)은 상기 제1 및 제2 체결부(142, 143)까지 직선 형태로 연통되는 직선형 원통 형상을 갖는다.

상기 하우징(141)과 상기 배기라인(131) 및 상기 흡입부(146)가 결합된 부분의 기밀성을 확보하기 위해서 상기 제1 및 제2 체결부(142, 143)는 상기 하우징(141)에 비해 작은 단면적을 가지며 상기 압력 조절 밸브(134)와 상기 흡입부(146)에 밀착 결합 가능한 구조를 갖는다.

여기서, 상기 하우징(141)은 폴리염화비닐(PVC) 재질로 형성된다. 또한, 상기 하우징(141)과 상기 흡입부(146)를 연결하는 연결관(미도시)이 구비되는데 이러한 연결관 역시 폴리염화비닐 재질로 형성된다. 그런데, 일반적으로 폴리염화비닐은 80℃ 이상에서는 연화되고, 120℃ 이상에서는 연소되는데, 상기 잉곳 제조장치 냉각 단계(S12)를 통해 냉각된 상기 챔버(111)의 온도가350~400℃이므로 상기 클리닝 모듈(104)이 장착된 후 상기 클리닝 모듈(104)로 유입되는 배기가스의 온도는 120℃ 이상이 되기 때문에 상기 하우징(141)의 손상을 방지하기 위해서는 적절한 냉각이 필요하다.

상기 냉각 유닛(145)은 상기 하우징(141) 일측에 구비되어 상기 하우징(141) 내부로 냉각 공기를 제공함으로써 상기 하우징(141)으로 유입되는 배기가스를 적절한 온도(즉, 80℃ 이하)로 냉각시켜서 상기 하우징(141)을 보호한다.

상기 냉각 유닛(145)은 보텍스 튜브(vortex tube)가 사용된다. 여기서, 상기 냉각 유닛(145)은 건조 압축공기가 제공되면 상기 보텍스 튜브 내부에서 공급된 공기를 유체역학적으로 찬 공기와 뜨거운 공기로 분리시키고, 이와 같이 분리된 찬 공기를 상기 하우징(141) 내부로 공급함으로써 상기 하우징(141) 내부의 배기가스를 냉각시키게 된다.

상기 냉각 유닛(145)은 상기 냉각 유닛(145) 내부로 건조 압축공기를 공급하는 압축공기 공급부(454)와 상기 냉각 유닛(145) 내부에서 분리된 찬 공기가 토출되는 냉각 공기 토출구(452) 및 분리된 뜨거운 공기가 토출되는 고온 공기 토출구(453)로 이루어진다. 그리고 상기 냉각 유닛(145)은 상기 냉각 공기 토출구(452)와 상기 고온 공기 토출구(453)가 직선 형태로 연통되는 원통형 튜브 형태를 가지며, 상기 냉각 유닛(145)의 측면을 통해 상기 냉각 유닛(145) 내부로 압축공기가 공급되도록 상기 냉각 유닛(145)의 측면을 관통하여 상기 압축공기 주입구(451)가 형성된다. 따라서 상기 냉각 유닛(145)으로 압축공기가 공급되면 상기 냉각 유닛(145)은 분리된 찬 공기를 상기 하우징(141) 내부로 제공하고 상기 하우징(141) 내부에서 찬 공기와 배기가스가 혼합됨에 따라 배기가스의 온도가 강하되어 상기 하우징(141) 내부로 유입되는 배기가스 및 상기 하우징(141)에서 상기 흡 입부(146)로 토출되는 배기가스의 온도가 80℃ 이하로 냉각된다.

한편, 상기 냉각 유닛(145)의 배기가스 냉각 효과를 향상시키고 고온의 배기가스에 의해 상기 하우징(141)이 손상되는 것을 방지할 수 있도록 상기 냉각 유닛(145)은 배기가스의 유입구인 상기 제1 체결부(142)에 인접한 위치에 구비된다.

한편, 상기 하우징(141)은 내부가 개방될 수 있도록 분리 가능하게 형성된다. 예를 들어, 상기 하우징(141)은 도 5에 도시한 바와 같이 양단으로 이등분 가능하게 형성되고, 상기 하우징(141)이 분리된 부분에는 상기 하우징(141)의 분리 및 장착을 위한 하우징 체결부(144)가 구비된다.

또한, 상기 하우징(141) 내부에는 상기 하우징(141)을 통해 배출되는 배기가스에서 오염물질을 필터링하기 위한 필터부(147)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 필터부(147)는 상기 하우징(141)의 단면적에 대응되는 메시(mesh) 형태를 갖고 상기 하우징(141)의 분리부에 장착된다. 또한, 상기 필터부(147)는 상기 하우징(141) 내부에서 상대적으로 상기 제2 체결부(143)에 인접한 위치에 구비된다.

그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 상기 필터부(147)는 상기 흡입부(146) 자체에 구비될 수 있으며, 또는, 상기 필터부(147) 없이 바로 상기 흡입부(146)에서 배기가스를 흡입하여 처리하는 것도 가능하다.

다음으로, 상기 히터 냉각 및 배기라인 클리닝 단계(S16)를 통해 상기 히터(115)의 온도가 35 내지 40℃ 정도로 냉각되면 상기 히터(115)를 클리닝한다(S17).

여기서, 상기 히터 냉각 및 배기라인 클리닝 단계(S16)와 상기 히터 클리닝 단계(S17)가 수행되는 동안 상기 챔버(111)에서 분리된 핫존 파트에서 오염물질을 제거하기 위한 클리닝 단계가 수행된다(S18). 상기 핫존 파트 클리닝 단계(S18)는 대략 1 내지 2시간 정도 소요된다. 따라서, 상기 히터 냉각 및 배기라인 클리닝 단계(S16)와 상기 히터 클리닝 단계(S17)가 수행되는 동안 상기 핫존 파트 클리닝 단계(S18)가 수행되며, 각 클리닝 단계(S16, S17, S18)를 모두 수행하는 데 소요되는 시간은 대략 4시간 정도로 단축시킬 수 있다.

다음으로, 상기 히터(115)의 클리닝이 완료되면 상기 클리닝이 완료된 핫존 파트를 상기 챔버(111)에 조립함으로써(S19), 실리콘 단결정 잉곳 제조장치(100)의 클리닝이 완료된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조장치의 클리닝 방법을 설명하기 위한 순서도;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조장치의 단면도;

도 3은 도 2의 잉곳 제조장치에서 핫존 파트가 분해된 상태를 도시한 단면도;

도 4는 도 3의 잉곳 제조장치에 본 발명의 일 실시예에 따른 클리닝 모듈이 장착된 상태를 도시한 단면도;

도 5는 도 4의 클리닝 모듈의 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 잉곳(ingot) 100: 잉곳 제조장치

101: 성장로부 102: 인상로부

103: 배기부 104: 클리닝 모듈

111: 챔버 111a: 배기구

112: 돔 챔버 112a: 제1 인상 챔버 결합파트

113: 도가니(crucible) 114: 열실드(shield)

115: 히터 116: 단열부재

117: 도가니 지지축 121: 인상챔버

122: 가스 주입구 123: 제2 인상 챔버 결합파트

131: 배기라인 132: 메인 밸브

133: 진공펌프 134: 압력 조절 밸브

141, 141a: 하우징 142: 제1 체결부

143: 제2 체결부 144: 하우징 체결부

145: 냉각 유닛(vortex tube) 146: 흡입부

147: 필터부 451: 압축공기 주입구

452: 냉각 공기 토출구 453: 고온 공기 토출구

454: 압축공기 공급부

Claims (18)

1. 잉곳 성장이 완료되면 챔버에서 히터를 제외한 핫존 파트를 분리하는 단계;

   상기 분리된 핫존 파트를 클리닝하는 단계;

   상기 핫존 파트가 분리된 챔버의 배기부에 클리닝 모듈을 제공하는 단계;

   상기 클리닝 모듈을 통해 상기 챔버 내부의 배기가스를 흡입하여 배출시키면서 상기 히터를 냉각시킴과 더불어 상기 배기부를 클리닝하는 단계;

   상기 냉각된 히터를 클리닝하는 단계; 및

   상기 챔버에 상기 핫존 파트를 조립하는 단계;

   를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치의 클리닝 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 히터 냉각 및 배기부 클리닝 단계는 3 내지 4시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치 클리닝 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 클리닝 모듈 제공 단계에서 상기 히터의 온도는 350 내지 400℃이고, 상기 히터 냉각 및 배기부 클리닝 단계는 상기 히터를 35 내지 40℃로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치 클리닝 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 클리닝 모듈 내부로 유입되는 배기가스의 온도는 350 내지 400℃이고, 상기 클리닝 모듈은 배기가스의 온도를 70 내지 80℃로 냉각시켜 배출시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치 클리닝 방법.
5. 초크랄스키법(Czochralski, CZ)에 의해 단결정 실리콘 잉곳을 제조하는 제조장치의 클리닝 모듈에 있어서,

   챔버에 구비된 배기라인 일측에 구비되어 상기 배기라인과 연속된 유로를 형성하는 튜브 형상의 하우징;

   상기 하우징 일측에 구비되어 상기 하우징 내부에 흡입력을 제공하는 흡입부; 및

   상기 하우징 일측에 구비되어 상기 하우징 내부의 배기가스를 냉각시키는 냉각 유닛;

   을 포함하고,

   상기 클리닝 모듈은 성장이 완료된 잉곳이 제거된 후 상기 배기라인에 장착되며 상기 챔버 내부에서 배기가스를 흡입하여 배출시킴으로써 상기 챔버 내부를 냉각시키고 상기 챔버 및 상기 배기라인의 오염물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치의 클리닝 모듈.
6. 제5항에 있어서,

   상기 배기라인에는 상기 챔버 내부의 압력을 조절하는 압력 조절 밸브가 구비되고, 상기 클리닝 모듈은 상기 압력 조절 밸브에 장착되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치 클리닝 모듈.
7. 제6항에 있어서,

   상기 하우징은 일단이 상기 압력 조절 밸브와 체결되며 상기 배기라인에서 배기가스를 흡입하는 유입구가 되는 제1 체결부가 형성되고, 타단이 상기 흡입부와 체결되며 상기 하우징 내부의 배기가스를 상기 흡입부로 토출하는 토출구가 되는 제2 체결부가 형성되며, 상기 제1 및 제2 체결부가 직선 형태로 연통되는 튜브 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치 클리닝 모듈.
8. 제7항에 있어서,

   상기 하우징은 폴리염화비닐(PVC) 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치 클리닝 모듈.
9. 제7항에 있어서,

   상기 냉각 유닛은 보텍스 튜브(vortex tube)인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치 클리닝 모듈.
10. 제9항에 있어서,

    상기 냉각 유닛은 상기 냉각 유닛 내부에서 분리된 냉각 공기가 상기 하우징 내부로 공급되도록 구비되며, 상기 제1 체결부와 인접한 부분에 구비된 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치 클리닝 모듈.
11. 제7항에 있어서,

    상기 하우징 내부에서 상기 제2 체결부에 인접한 부분에는 상기 하우징에서 배출되는 배기가스에서 오염물질을 필터링하기 위한 필터부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치 클리닝 모듈.
12. 제7항에 있어서,

    상기 하우징은 상기 제1 및 제2 체결부에 비해 큰 단면적을 갖도록 단차지게 형성되고,

    상기 하우징은 내부를 개방할 수 있도록 분리 가능하게 형성된 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치 클리닝 모듈.
13. 초크랄스키법에 의해 단결정 실리콘 잉곳을 제조하는 제조장치에 있어서,

    잉곳 제조가 완료되어 히터를 제외한 핫존 파트가 분리된 챔버;

    상기 챔버 일측에 구비되어 상기 챔버 내부의 배기가스를 배출시키는 배기부; 및

    상기 핫존 파트가 분리된 후 상기 배기부에 장착되어 상기 배기부에서 배기 가스를 흡입하여 배출시키면서 상기 배기가스에 포함된 오염물질을 제거하여 상기 배기부와 상기 챔버를 클리닝함과 동시에 상기 히터를 냉각시키는 클리닝 모듈;

    을 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치.
14. 제13항에 있어서,

    상기 배기부는,

    상기 챔버 하부에 연결되며 상기 챔버 내부의 배기가스가 배출되는 유로인 배기라인; 및

    상기 배기라인의 관로 상에 구비되어 상기 챔버 내부의 압력을 조절하는 압력 조절 밸브;

    를 포함하고,

    상기 클리닝 모듈은 상기 압력 조절 밸브를 통해 배기가스를 흡입하도록 상기 압력 조절 밸브 일측에 구비된 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치.
15. 제14항에 있어서,

    상기 압력 조절 밸브는 상기 배기라인의 압력이 기설정된 임계값에 도달하면 개방되는 팝 오프 밸브(pop off valve)인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치.
16. 제15항에 있어서,

    상기 클리닝 모듈은,

    일단이 상기 압력 조절 밸브와 체결되며 폴리염화비닐(PVC) 재질로 형성된 튜브 형상의 하우징;

    상기 하우징 타단에 구비되어 상기 하우징 내부에 흡입력을 제공하는 흡입부; 및

    상기 하우징 일측에 구비되어 상기 하우징 내부의 배기가스를 냉각시키는 냉각 유닛;

    을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치.
17. 제16항에 있어서,

    상기 냉각 유닛은 보텍스 튜브(vortex tube)인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치.
18. 제16항에 있어서,

    상기 하우징 내부에는 상기 하우징에서 배출되는 배기가스에서 오염물질을 제거하기 위한 필터부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조장치.

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