KR20100062103A - A cooling tube and single crystal ingot growth apparatus having the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 단결정 잉곳 성장장치에 관한 것으로, 단결정 잉곳 성장 시 단결정 잉곳의 냉각 효율을 향상시켜 단결정 잉곳의 높은 인상 속도를 얻을 수 있는 단결정 잉곳 냉각용 수냉관 및 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장장치에 관한 것이다. The present invention relates to a single crystal ingot growth apparatus, and to a single crystal ingot cooling water cooling tube capable of obtaining a high pulling speed of a single crystal ingot by improving the cooling efficiency of the single crystal ingot during single crystal ingot growth, and a single crystal ingot growth apparatus having the same. .
반도체 소자의 제조 시 기판으로 주로 사용되는 실리콘 웨이퍼(wafer)는 일반적으로 고순도 다결정 실리콘을 제조한 후, 쵸크랄스키(Czochralski: CZ) 결정성장법 또는 플로팅 존(floating-zone: FZ) 결정성장법 등에 따라 다결정 실리콘으로부터 단결정을 성장시켜 단결정 실리콘 봉을 생산하고 이를 얇게 절단하여 실리콘 웨이퍼를 생산하며, 웨이퍼의 일면을 경면 연마(polishing)하고 세정한 후 최종 검사하여 제조한다. Silicon wafers, which are mainly used as substrates in the manufacture of semiconductor devices, generally produce high purity polycrystalline silicon, followed by Czochralski (CZ) crystal growth method or floating-zone (FZ) crystal growth method. Single crystals are grown from polycrystalline silicon to produce single crystal silicon rods, and thinly cut to produce silicon wafers. The surface of the wafer is mirror polished, cleaned, and finally manufactured.
단결정 잉곳 성장장치에는 단결정 잉곳 성장 시 잉곳의 인상 속도를 향상시키기 위해 단결정 잉곳을 냉각시키는 단결정 잉곳 냉각용 수냉관이 구비된다.The single crystal ingot growth apparatus is equipped with a water cooling tube for cooling a single crystal ingot for cooling the single crystal ingot to improve the pulling speed of the ingot during single crystal ingot growth.
종래의 단결정 잉곳 냉각용 수냉관은 내부가 밀폐되면서 냉각수가 유동되는 공간이 형성되도록 내측관과 외측관으로 된 이중관 형태로 형성되고, 외측관에는 냉각수의 유입구와 배출구가 각각 형성된다. 그리고, 수냉관의 내벽에는 단결정 잉곳 성장시 잉곳으로부터 발산되는 복사열을 흡수하는 열흡수부재가 부착된다.The conventional single crystal ingot cooling water cooling tube is formed in the form of a double tube consisting of an inner tube and an outer tube to form a space in which the cooling water flows while the inside is sealed, and the inlet and outlet of the cooling water are formed in the outer tube, respectively. In addition, a heat absorbing member is attached to the inner wall of the water cooling tube to absorb radiant heat emitted from the ingot during single crystal ingot growth.
그러나, 종래의 단결정 잉곳 냉각용 수냉관에 구비되는 열흡수부재는 잉곳과 대향되는 표면적이 일정하므로 잉곳으로부터 복사열을 흡수하는데 한계가 있어 냉각 효율이 저하된다. 따라서, 단결정 잉곳 성장 시 단결정 잉곳을 효율적으로 냉각시키지 못하므로 잉곳의 인상 속도를 빠르게 향상시킬 수 없어 단위시간당 생산수율이 감소하게 된다.However, since the heat absorption member provided in the conventional single crystal ingot cooling water cooling tube has a constant surface area facing the ingot, there is a limit in absorbing radiant heat from the ingot and cooling efficiency is lowered. Therefore, the monocrystalline ingot is not cooled efficiently during the growth of the single crystal ingot, and thus the pulling speed of the ingot cannot be quickly improved, and the production yield per unit time is reduced.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명이 목적은 단결정 잉곳 성장 시 단결정 잉곳으로부터 복사열을 효율적으로 흡수하여 단결정 잉곳의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 단결정 잉곳 냉각용 수냉관을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a single-crystal ingot cooling water cooling tube that can efficiently absorb the radiant heat from the single crystal ingot during the growth of single crystal ingot to improve the cooling efficiency of the single crystal ingot. To provide.
본 발명의 다른 목적은 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 성장 장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a single crystal ingot growth apparatus capable of improving the production efficiency per unit time by improving the cooling efficiency of the single crystal ingot by using the water cooling tube for cooling the single crystal ingot, thereby increasing the pulling speed of the single crystal ingot.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관은, 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 성장 시 상기 잉곳으로부터 발산되는 복사열을 흡수하는 열흡수부를 포함할 수 있다.Single crystal ingot cooling water cooling tube according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the inner tube, the outer space to form a flow space of the cooling water between the inner tube and the inlet and outlet of the cooling water are respectively formed Grooves are formed on the inner wall of the inner tube and the inner tube and face the single crystal ingot, and may include a heat absorbing part that absorbs radiant heat emitted from the ingot when the single crystal ingot is grown.
또한, 상기 그루브는 상기 복사열을 흡수하는 표면적이 확장되는 형상을 갖을 수 있으며, 바람직하게는, 상기 그루브는 상기 열흡수부의 내측면에 반원형, 다 각형 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다.In addition, the groove may have a shape in which the surface area absorbing the radiant heat is expanded, and preferably, the groove may be formed in a semicircular shape, polygonal shape, or a combination thereof on the inner surface of the heat absorbing part.
또한, 상기 열흡수부는 상기 내측관의 하단으로부터 돌출되게 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the heat absorbing portion is preferably formed to protrude from the lower end of the inner tube.
또한, 상기 열흡수부는 흑연 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the heat absorbing portion is preferably made of a graphite material.
또한, 본 발명의 단결정 잉곳 냉각용 수냉관은, 냉각수가 유입 및 배출되는 순환 사이클을 형성하는 수냉관, 및 상기 수냉관의 내벽에 구비되고 단결정 잉곳과 대향하는 면에 그루브(groove)가 형성되며 단결정 성장 시 상기 잉곳으로부터 발산되는 복사열을 흡수하는 열흡수부를 포함할 수 있다.In addition, the single crystal ingot cooling water cooling tube of the present invention, a water cooling tube for forming a circulation cycle in which the cooling water is introduced and discharged, and grooves are formed on the inner wall of the water cooling tube and faces the single crystal ingot. It may include a heat absorbing portion for absorbing the radiant heat emitted from the ingot during single crystal growth.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 성장장치는, 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 챔버, 상기 챔버의 내부에 구비되며 실리콘 용액이 수용되는 도가니, 상기 챔버의 내부에 구비되며 상기 도가니를 가열하는 히터, 및 상기 챔버의 내부에 구비되며 상기 실리콘 용액으로부터 성장하는 상기 단결정 잉곳의 외곽을 둘러싸 냉각시키는 상기 단결정 잉곳 냉각용 수냉관을 포함할 수 있다.Single crystal ingot growth apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a chamber for growing a single crystal ingot, a crucible provided in the chamber and accommodated in the silicon solution, is provided in the chamber and the And a heater for heating the crucible, and a water cooling tube for cooling the single crystal ingot that is provided inside the chamber and surrounds and cools an outer portion of the single crystal ingot growing from the silicon solution.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings.
상기한 바와 같은 본 발명의 단결정 잉곳 냉각용 수냉관 및 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장장치에 따르면, 단결정 잉곳 성장 시 단결정 잉곳으로부터 복사열을 효율적으로 흡수하여 단결정 잉곳의 냉각 효율을 향상시켜 단결정 잉곳의 인상 속도를 빠르게 함으로써, 단위 시간당 생산 수율을 향상시킬 수 있다.According to the single crystal ingot cooling water cooling tube of the present invention and the single crystal ingot growth apparatus having the same, the radiant heat is efficiently absorbed from the single crystal ingot during the growth of the single crystal ingot to improve the cooling efficiency of the single crystal ingot, thereby increasing the pulling speed of the single crystal ingot. By speeding up, the production yield per unit time can be improved.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and only the embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the general knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관 및 이를 구비하는 단결정 성장장치를 상세히 설명하기로 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, a single crystal ingot cooling water cooling tube and a single crystal growth apparatus including the same according to exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail to avoid unnecessarily obscuring the subject matter of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관을 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a water cooling tube for cooling a single crystal ingot according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 단결정 잉곳 냉각용 수냉관(10)는 내측 관(11), 외측관(12) 및 열흡수부(13) 등을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, the single crystal ingot cooling
내측관(11)은 단결정 잉곳 성장 시 잉곳(IG, 도 7 참조)의 외곽을 감싸도록 상하면이 개방된 원통형상으로 형성될 수 있다. The
외측관(12)은 내측관(11)의 직경보다 큰 직경을 갖는 원통형상으로 형성되며, 내측관(11)과의 사이에 냉각수의 유동 공간을 형성한다. The
외측관(12)은 측면 상부 일측에 냉각수가 유입되는 유입구(12a)가 형성되고, 측면 상부 타측에 냉각수가 배출되는 배출구(12b)가 각각 형성된다.The
도면에 도시된 바 없지만, 냉각수 유입구(12a) 및 냉각수 배출구(12b)는 외부의 냉각수 순환장치에 연결되어 계속적으로 냉각수가 반복적으로 유입 및 배출되는 순환 사이클이 반복된다.Although not shown in the figure, the cooling water inlet 12a and the
내측관(11)과 외측관(12)은 스테인레스 스틸 등과 같은 불투명한 금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.The
열흡수부(13)는 단결정 잉곳 성장 시 잉곳(IG)으로부터 발산되는 복사열을 흡수할 수 있도록 내측관(11)의 내벽에 구비된다. The heat absorber 13 is provided on the inner wall of the
열흡수부(13)는 내측관(11)의 내벽과 대응되는 형상, 예컨대 원통형상으로 형성되어 외주면이 내측관(11)의 내벽에 부착되고, 단결정 잉곳(IG)과 대향하는 내주면에 그루브(groove)(13a)가 형성된다.The
그루브(13a)는 잉곳(IG)으로부터 발산되는 복사열을 더 많이 흡수하여 수냉관(10)에 전달함으로써 잉곳(IG)의 냉각 효과를 극대화할 수 있도록 복사열을 흡수하는 표면적을 확장 형상하는 것이 바람직하다. The
도 1에서 그루브(13a)는 열흡수부(13)의 내주면에 삼각 형상으로 다수 형성되는 확장 단면을 갖는 구성을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 그루브(13a)는 열흡수부(13)의 내주면에 반원형, 다각형 또는 이들의 조합으로 형성되는 확장 단면을 갖을 수 있다. In FIG. 1, the
도 2 내지 6은 본 발명의 단결정 잉곳 냉각용 수냉관의 구성요소 중 열흡수부에 형성되는 그루브의 다양한 형상들을 도시한 예시도이다.2 to 6 are exemplary views showing various shapes of grooves formed in the heat absorption unit among the components of the water cooling tube for cooling the single crystal ingot of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 그루브(13b)는 열흡수부(13)의 내주면에 반원 형상으로 다수 형성되는 확장 단면을 가질 수 있다. As shown in FIG. 2, the
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 그루브(13c)는 열흡수부(13)의 내주면에 사각 형상으로 다수 형성되는 확장 단면을 가질 수 있다.In addition, as shown in FIG. 3, the
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 그루브(13a,13b)는 열흡수부(13)의 내주면에 삼각 및 반원 형상의 조합으로 다수 형성되는 확장 단면을 가질 수 있다.In addition, as shown in FIG. 4, the
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 그루브(13a,13c)는 열흡수부(13)의 내주면에 삼각 및 사각 형상의 조합으로 다수 형성되는 확장 단면을 가질 수 있다.In addition, as shown in FIG. 5, the
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 그루브(13b,13c)는 열흡수부(13)의 내주면에 반원 및 사각 형상의 조합으로 다수 형성되는 확장 단면을 가질 수 있다.In addition, as shown in FIG. 6, the
즉, 본 발명은 열흡수부(13)에 형성되는 그루브(13a,13b,13c)가 잉곳(IG)으로부터 발산되는 복사열을 최대한 흡수할 수 있도록 잉곳(IG)과 대향하는 표면적을 다양한 확장 단면 형태로 선택 가능하다.That is, in the present invention, the
열흡수부(13)는 내측관(11)의 하단으로부터 약간 돌출되게 형성될 수 있다. 따라서, 수냉관(10)의 내부영역뿐만 아니라 수냉관(10)의 하부영역에 위치하는 실리콘 용액(SM)에 근접한 챔버(110) 내부의 열을 조금 더 효과적으로 흡수할 수 있다. The
열흡수부(13)는 흑연(graphite) 재질 등으로 이루어지고, 잉곳(IG)으로부터 복사열을 잘 흡수할 수 있도록 검은 색으로 형성되는 것이 바람직하다.The heat absorber 13 is made of graphite and the like, and is preferably formed in black so as to absorb the radiant heat from the ingot IG well.
또한, 열흡수부(13)는 단결정 잉곳 성장 시 오염을 방지할 수 있도록 표면코팅, 예컨대 SIC 코팅처리하는 것이 바람직하다. 여기서, SIC는 CVD 코팅이 필요없고, SIC의 이론 밀도치에 근접하여 RB-SIC, S-_SIC 보다 기계적 특성, 내화학성과 플라즈마의 저항성이 탁월하다.In addition, the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관을 구비하는 단결정 잉곳 성장장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.7 is a schematic cross-sectional view of a single crystal ingot growth apparatus having a water cooling tube for cooling a single crystal ingot according to an embodiment of the present invention.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 성장장치(100)는 챔버(110), 도가니(120), 히터(130), 인상수단(140) 및 수냉관(10) 등을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 7, the single crystal
챔버(110)는 반도체 등의 전자부품 소재로 사용되는 실리콘 웨이퍼(wafer)용 단결정 잉곳(IG)을 성장시키기 위한 소정의 공정들이 수행되는 공간을 제공한다. 여기서, 실리콘 단결정 잉곳(IG) 성장을 위한 대표적인 제조방법으로는 단결정인 종자결정(seed crystal)(미도시)을 용융 실리콘에 담근 후 천천히 끌어 올리면서 결정을 성장시키는 쵸크랄스키(Czochralsk.CZ)법이 있다. 이 방법에 따르면, 먼저, 종자결정으로부터 가늘고 긴 결정을 성장시키는 네킹(necking)공정을 거치고 나면, 결정을 직경방향으로 성장시켜 목표직경으로 만드는 솔더링(shouldering)공정을 거치며, 이후에는 일정한 직경을 갖는 결정으로 성장시키는 바디그로잉(body growing)공정을 거치며, 일정한 길이만큼 바디그로잉이 진행된 후에는 결정의 직경을 서서히 감소시켜 결국 용융 실리콘과 분리하는 테일링(tailing)공정을 거쳐 단결정 성장이 마무리된다.The
챔버(110)의 내벽에는 후술할 히터(130)의 열이 챔버(110)의 측벽부로 방출되지 못하도록 복사 단열체(111)가 설치될 수 있다.The
최근에는 실리콘 단결정 웨이퍼의 주요 품질 항목으로 산소 농도가 큰 부분을 차지하고 있으며, 이러한 실리콘 단결정 성장 시의 산소 농도를 제어하기 위하여 후술할 석영 도가니(120)의 회전 내부의 압력 조건 등 다양한 인자들을 조절하고 있다. 특히, 산소 농도를 제어하기 위하여 실리콘 단결정 성장 장치의 챔버(110) 내부에 아르곤 가스를 주입하여 하부로 배출할 수 있다.Recently, the oxygen concentration occupies a large part as a main quality item of the silicon single crystal wafer, and in order to control the oxygen concentration at the time of growing the silicon single crystal, various factors such as the pressure condition inside the rotation of the
도가니(120)는 실리콘 용액(SM)을 담을 수 있도록 챔버(110)의 내부에 구비되며, 석영 재질로 이루어진다. 석영 도가니(120)의 외부에는 석영 도가니(120)를 지지할 수 있도록 흑연으로 이루어지는 도가니 지지대(121)가 구비될 수 있다. 도가니 지지대(121)는 회전축(123) 상에 고정 설치되고, 이 회전축(123)은 구동수단(미도시)에 의해 회전되어 석영 도가니(120)를 회전 및 승강 운동시키면서 고액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 한다. The
히터(130)는 석영 도가니(120)를 가열하도록 챔버(110)의 내부에 구비된다. 보다 상세하게는, 히터(130)는 도가니 지지대(121)를 에워싸는 원통형으로 이루어 질 수 있다. 이러한 히터(130)는 석영 도가니(120) 내에 적재된 고순도의 다결정 실리콘 덩어리를 용융하여 실리콘 용액(SM)으로 만들게 된다.The
인상수단(140)은 케이블(141)을 감아 인상(引上)할 수 있도록 챔버(110)의 상부에 설치된다. 이 케이블(141)의 하부에는 석영 도가니(120) 내의 실리콘 용액(SM)에 접촉되어 인상되면서 단결정 잉곳(IG)을 성장시키는 종자결정이 고정된다. 인상수단(140)은 단결정 잉곳(IG) 성장 시 케이블(141)을 감아 인상하면서 회전 운동하며, 이 때 실리콘 단결정 잉곳(IG)은 석영 도가니(120)의 회전축(123)과 동일한 축을 중심으로 하여 도가니(120)의 회전방향과 반대방향으로 회전시키면서 끌어 올린다.The pulling means 140 is installed on the upper portion of the
수냉관(10)은 석영 도가니(120)의 실리콘 용액(SM)에서 성장되면서 인상되는 단결정 잉곳(IG)이 그 내부를 통과하면서 냉각되도록 챔버(110)의 상단부에 설치되어 핫-존(hot zone) 내부에 위치된다.The
수냉관(10)은 챔버(110)의 외연에 설치되어 단결정 잉곳(IG)과 실리콘 용액(SM)과의 접촉부인 응고계면을 검출하여 단결정 잉곳(IG)의 직경 및 성장 속도, 히터의 온도를 제어하기 위한 제 1 및 제 2 감지센서(미도시)의 감지동작을 간섭하지 않는 위치에 설치되는 것이 바람직하다.The
도 1 내지 6을 참조하여 상술한 바와 같이, 수냉관(10)은 단결정 잉곳(IG)으로부터 발산되는 복사열을 최대한 흡수하여 수냉관(10)에 전달하여 잉곳(IG)의 냉각 효과를 극대시키기 위해 잉곳(IG)과 대향되는 내측면에 반원형, 다각형 또는 이들의 조합으로 형성되는 그루브(13a,13b,13c) 행태로 표면적을 확장하는 열흡수 부(13)를 구비한다.As described above with reference to FIGS. 1 to 6, the
상기와 같이 구성되는 본 발명의 단결정 잉곳 냉각용 수냉관(10)을 구비하는 단결정 잉곳 성장장치(100)는 수냉관(10)의 내측면에 그루브(13a,13b,13c)가 형성된 열흡수부(13)를 구비하여 잉곳(IG)으로부터 발산되는 복사열을 효과적으로 흡수할 수 있도록 표면적을 확장한다. 즉, 단결정 성장 시 잉곳(IG)이 수냉관(10)의 내부로 통과하면서 발산하는 복사열을 열흡수부(13)의 그루브(13a,13b,13c)를 통해 효율적으로 신속하게 흡수하여 수냉관(10)에 전달함으로써 잉곳(IG)의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다. 또한, 그루브(13a,13b,13c)가 형성된 열흡수부(13)는 수냉관(10)의 내측관 하단으로부터 약간 돌출되게 형성되어 수냉관(10)의 내부영역뿐만 아니라 수냉관(10)의 하부영역에 위치하는 실리콘 용액(SM)에 근접한 챔버(110) 내부의 열을 조금 더 효과적으로 흡수함으로써, 잉곳(IG)의 G값을 향상시킬 수 있다. 따라서, 단결정 성장 시 잉곳(IG)의 냉각 효과를 극대화시킴으로써 단결정 잉곳(IG)을 빠른 속도로 인상할 수 있어 단위 시간당 잉곳(IG)의 생산 수율을 향상시킬 수 있다.The single crystal
도 8은 종래의 단결정 잉곳 냉각용 수냉관과 본 발명에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관에서 흡수된 열량을 비교한 결과를 보여주는 그래프이다.8 is a graph showing a result of comparing the amount of heat absorbed in the conventional single crystal ingot cooling water cooling tube and the single crystal ingot cooling water cooling tube according to the present invention.
도 8의 그래프에서 볼 수 있듯이 단결정 성장 시 잉곳(IG)으로부터 흡수되는 열량은 본 발명에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관(10)을 적용하는 경우(지시선 ①)에 종래의 수냉관을 적용(지시선 ②)하는 것 보다 10% 정도의 열량을 더 흡수되었다. 이는 그루브(13a,13b,13c)를 형성한 수냉관(10)이 단결정 잉곳(IG)으로부터 복사열을 흡수하는 효율이 크기 때문에 종래에 흡수된 열량보다 더 많은 열을 흡수하게 된다. 이로 인해 단결정 잉곳(IG)의 고온열과 코팅된 수냉관(10) 사이에 더 많은 열교환이 일어나게 되어 단결정 잉곳(IG)을 빠른 인상속도로 인상하더라도 신속하게 단결정 잉곳(IG)을 냉각시킬 수 있다. 따라서 그 만큼 단결정 잉곳(IG)을 성장 완료한 후에도 자연 냉각시간에 해당하는 재작업 시간도 감소시킬 수 있다.As can be seen in the graph of FIG. 8, the amount of heat absorbed from the ingot IG during single crystal growth is applied to the conventional water cooling tube in the case of applying the single crystal ingot cooling
도 9는 종래의 단결정 잉곳 냉각용 수냉관과 본 발명에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관을 이용해 성장시킨 잉곳의 품질 결과를 알아보기 위해 Vertical 샘플을 채취해 결정 영역을 확인한 실험 결과를 비교하여 보여주는 도면이다.9 is a view showing a comparison of the experimental results of determining the crystal region by taking a vertical sample to determine the quality results of the ingot grown using a conventional single crystal ingot cooling water cooling tube and a single crystal ingot cooling water cooling tube according to the present invention. to be.
실험 결과에 따르면, 도 9a에 도시된 바와 같이 종래의 단결정 잉곳 냉각용 수냉관을 적용한 경우, 단결정 성장 시 잉곳(IG)에서는 인상속도 0.54mm/min에서 P-band가 확인되었다. 여기서, P-band는 단결정 성장 시 생성되는 결정영역 중의 한 영역으로, 무결함 영역에 해당하는 PV의 끝부분에서부터 생성되기 시작한다. 즉, P-band가 시작되는 부분은 무결함 영역의 끝부분에 해당한다. 이에 반하여, 도 9b에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관(10)을 적용한 경우, 잉곳(IG)에서는 인상속도 0.57mm/min에서 P-band가 확인되었다. 즉, 본 발명은 Vertical 샘플의 품질 평가 결과, 잉곳(IG)의 G값 향상으로 종래에 비해 잉곳(IG)의 인상속도가 0.03mm/min 향상되어 단위시간당 생산 수율을 향상시킬 수 있었다. 여기서, G값은 고액 계면에서의 온도 구배를 의미한다. 즉, G값은 고액계면에서의 실리콘 용액(SM)과 고화된 고체의 단결정 봉의 온도차를 의미한다. 온도차가 클수록 G값이 증가하여 잉곳의 인상속도를 증가시킬 수 있게 된다.According to the experimental results, when the conventional single crystal ingot cooling water cooling tube is applied as shown in FIG. 9A, the P-band was confirmed at the pulling rate of 0.54 mm / min in the ingot IG during single crystal growth. Here, the P-band is one of the crystal regions generated during single crystal growth, and starts to be generated from the end of the PV corresponding to the defect-free region. That is, the beginning of the P-band corresponds to the end of the defect free area. On the contrary, when the single crystal ingot cooling
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. I can understand that. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관을 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a water cooling tube for cooling a single crystal ingot according to an embodiment of the present invention.
도 2 내지 6은 본 발명의 단결정 잉곳 냉각용 수냉관의 구성요소 중 열흡수부에 형성되는 그루브의 다양한 형상들을 도시한 예시도이다.2 to 6 are exemplary views showing various shapes of grooves formed in the heat absorption unit among the components of the water cooling tube for cooling the single crystal ingot of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관을 구비하는 단결정 잉곳 성장장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.7 is a schematic cross-sectional view of a single crystal ingot growth apparatus having a water cooling tube for cooling a single crystal ingot according to an embodiment of the present invention.
도 8은 일반적인 단결정 잉곳 냉각용 수냉관과 본 발명에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관에서 흡수된 열량을 비교하여 보여주는 그래프이다.8 is a graph showing a comparison of the amount of heat absorbed in the conventional single crystal ingot cooling water cooling tube and the single crystal ingot cooling water cooling tube according to the present invention.
도 9는 일반적인 단결정 잉곳 냉각용 수냉관과 본 발명에 따른 단결정 잉곳 냉각용 수냉관을 이용해 성장시킨 잉곳의 품질 결과를 비교하여 보여주는 도면이다.9 is a view showing a comparison of the quality results of ingots grown using a single crystal ingot cooling water cooling tube and a single crystal ingot cooling water cooling tube according to the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
10 : 단결정 잉곳 냉각용 수냉관 11 : 내측관 10: water cooling tube for single crystal ingot cooling 11: inner tube
12 : 외측관 13 : 열흡수부 12: outer tube 13: heat absorption portion
13a,13b,13c : 그루브(groove) 100 : 단결정 잉곳 성장장치13a, 13b, 13c: groove 100: single crystal ingot growth apparatus
110 : 챔버 120 : 도가니 110: chamber 120: crucible
130 : 히터 140 : 인상수단 130: heater 140: raising means
Claims (7)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
KR1020080120539A KR20100062103A (en) | 2008-12-01 | 2008-12-01 | A cooling tube and single crystal ingot growth apparatus having the same |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1020080120539A KR20100062103A (en) | 2008-12-01 | 2008-12-01 | A cooling tube and single crystal ingot growth apparatus having the same |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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KR1020080120539A KR20100062103A (en) | 2008-12-01 | 2008-12-01 | A cooling tube and single crystal ingot growth apparatus having the same |
Country Status (1)
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-
2008
- 2008-12-01 KR KR1020080120539A patent/KR20100062103A/en not_active Application Discontinuation
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