KR20110059944A

KR20110059944A - 잉곳성장장치의 잉곳 무게 측정장치

Info

Publication number: KR20110059944A
Application number: KR1020090116397A
Authority: KR
Inventors: 박진섭
Original assignee: (주)에스테크
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2011-06-08
Also published as: KR101155413B1

Abstract

본 발명은 잉곳성장장치에서 성장하는 잉곳(Ingot)의 무게를 측정하는 장치에 관한 것으로, 로드셀(Load cell)과 지지롤러(Roller)를 이용하여 성장중인 잉곳(Ingon)의 무게를 쉽고 정확하게 측정할 수 있어서 멜트 손실 및 시간 손실이 방지되며, 성장된 잉곳의 무게를 측정하는 공정을 생략할 수 있으며, 구조가 간단하며, 간편한 방법으로 잉곳의 무게를 실시간으로 정밀 측정할 수 있도록 한 것이다.

잉곳성장장치, 인상케이블, 지지롤러, 무게, 로드셀, 스풀드럼, 모터, 잉곳

Description

잉곳성장장치의 잉곳 무게 측정장치{INGOT WEIGHT MEASUREMENT DEVICE OF INGOT GROWING APPARATUS}

본 발명은 로드셀을 이용하여 성장하는 잉곳(Ingot)의 무게를 측정하는 잉곳성장장치의 잉곳 무게 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 단결정 잉곳(Ingot)은 초크랄스키(Czochralski) 결정 성장법(CZ 법)으로 제조되며, 핫죤 영역에 설치되는 도가니에 폴리 실리콘 등의 고체 원료를 충전하고 전열히터로 가열 및 용융시켜 융액(Melt)을 만든 다음, 단결정 시드(seed)를 시드 커넥터에 매달아 융액에 접촉시킨 후 서서히 회전 및 인상시키면, 네크부(neck part), 직경이 증가하는 숄더부(shoulder part), 직경이 일정한 원기둥 형태의 바디부(body part)의 순서로 인상되고, 마지막으로 직경이 감소하는 테일부(tail part)를 끝으로 단결정 잉곳이 얻어진다.

도 1은 초크랄스키법(Czochralski Method)으로 단결정 잉곳(Ingot)을 성장시 키는 잉곳성장장치(1)를 도시한 것으로, 상기 잉곳성장장치(또는 잉곳생산장치)는 냉각수단이 구비된 제1 챔버(1)와, 베이스챔버(1) 내부에 설치되고 멜트(Melt:폴리 실리콘)(2)을 용융시키는 석영도가니 및 흑연도가니(3)와, 석영도가니와 흑연도가니를 지지하는 페데스탈(4)과, 상기 도가니(3)를 가열하는 전열히터(5)와, 상기 전열히터(5)로 대전력(大電力)을 공급하는 전원공급수단과, 상기 도가니(3) 및 페데스탈(4)을 지지ㆍ회전ㆍ상승ㆍ하강시키는 구동축(6) 및 구동수단(7)과, 제1 챔버(1) 상부에 설치되는 제2 챔버(8)와, 제2 챔버(8)에 상부에 설치되는 풀챔버(9)와, 상기 풀챔버(9)에 설치되는 잉곳(Ingot)(10) 인상용 시드(11)와 인상케이블(12) 및 인상수단(Seed Mechanism)(13)과, 뷰포트(14), 차열수단(15), 진공수단, 냉각수단, 감지수단, 제어수단 및 계측수단 등으로 구성된다.

도 2는 초크랄스키법(Czochralski Method)으로 단결정 잉곳(Ingot)을 성장시키는 종래 잉곳성장장치(1)에서 풀챔버(9) 상부에 설치되는 잉곳 인상 메카니즘(13)을 도시한 것으로, 기밀(氣密) 구조의 챔버(14) 내부에 모터(15)와 동력전달수단(16)에 의해 회전하는 스풀드럼(17)이 축 설치되고, 스풀드럼(17)의 상부 일측에는 브라켓(18)으로 축 지지되는 지지롤러(19)가 설치되고, 상기 지지롤러(19) 하부에는 인상케이블(12)이 상승 및 하강하는 승강홀(20)이 형성되며, 상기 브라켓(18)은 챔버 바닥판(22)에 고정되거나, 챔버 측판에 고정된다.

상기 인상케이블(12)은 스풀드럼(17)의 표면에 형성된 복수의 나선홈에 권취 되고, 지지롤러(19)의 외주홈에 권회된 다음 승강홀(20)을 통하여 멜트(2) 상부까지 하강하고, 인상케이블(12)의 단부에는 성장 잉곳(10)을 인상시킬 수 있게 시드(11) 및 시드척이 설치되며, 잉곳(10)이 성장함에 따라 모터(15)가 회전하고 스풀드럼(17)이 회전하면 인상케이블(12)이 스풀드럼(17)에 감기면서 성장 중인 잉곳(10)을 천천히 인상시키게된다.

이때, 멜트(Melt)로부터 성장 및 인상되는 단결정 잉곳(10)의 무게를 정확히 측정하는 것은, 생산성 향상과 단결정 잉곳의 품질 확보를 위해서 필수적이다.

종래 잉곳성장장치(1)에는 잉곳의 무게를 측정하는 기능이나 수단이 없었기 때문에 성장중인 잉곳의 무게와 멜트 잔류무게를 계산하는 방법으로 잉곳 성장을 진행하거나, 또는 잉곳의 길이를 측정하여 잉곳 성장을 징행하였기 때문에 잉곳의 무게와 멜트 잔류무게가 설정값에 도달하는 경우, 또는 잉곳의 길이가 설정길이에 도달하는 경우 공정을 중단시키게되므로 고가의 잔류 멜트가 많이 남게되며, 남는 잔류 멜트는 녹여 사용할 수 있으나 품질이 크게 떨어지게 되므로 재활용 하기에도 문제가 있어 자원활용측면에서 바람직하지 못하다.

한편, 성장 중인 잉곳의 직경은 자동으로 조절되지만 원하는 직경이 되도록 작업자가 디지털게이지로 측정하게되며, 상기 측정값은 작업자의 개인차에 의해 가각 달라질 수 있다.

예컨대, 작업자가 성장중인 잉곳의 직경을 잘못 측정하여 실제 직경보다 보다 크게 측정한 경우(200㎜→202㎜), 잉곳의 길이가 설정길이에 도달하여 공정을 중단시켜면 멜트(Melt)가 모자랄 수 있고, 반대로, 작업자가 성장중인 잉곳의 직경을 잘못 측정하여 실제 직경보다 보다 작게 측정한 경우(200㎜→198㎜), 잉곳의 길이가 설정길이에 도달하여 공정을 중단시켜면 멜트(Melt)가 남아 낭비되는 문제점이 있어서 반복적인 공정진행이 어려운 문제점이 있다.

따라서 공정 종료후에도 멜트가 남거나 모자라는 현상이 발생되지 않는 바람직한 방법이나 대책이 필요한 실정이다.

본 발명은 초크랄스키법(Czochralski Method)에 의해 성장되는 단결정 잉곳(Ingot)의 무게를 정확히 측정하여 종래 문제점들이 해소되도록 함을 목적으로 한다.

본 발명은 잉곳성장장치의 시드 메카니즘과, 상기 시드 메카니즘 상부에 설치되는 하우징과, 상기 하우징 내상부에 위치하는 브라켓의 상단 수평부과, 상기 수평부에 고정되는 로드셀과, 상기 로드셀 하부에 고정되는 지지롤러를 포함하여 구성된다.

상기 하우징 일측에는 신호선 인출용 피드스루(Feedthrough)가 설치되어 로드셀(Load Cell)이 감지한 무게값을 제어기로 전달할 수 있게 구성된다.

상기 지지롤러의 일측에 축설치되어 인상케이블에 구름접촉하는 장력롤러와 상기 장력롤러를 탄지하는 스프링을 을 더 포함한다.

본 발명은 로드셀(Load cell)과 지지롤러(Roller)를 이용하여 성장중인 잉곳(Ingon)의 무게를 쉽고 정확하게 측정할 수 있어서 멜트 및 시간 손실이 방지되는 효과가 있다.

또한 본 발명은 성장된 잉곳의 무게를 측정하는 공정을 생략할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 구조가 간단하며, 간편한 방법으로 잉곳의 무게를 실시간으로 정밀 측정할 수 있는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략한다.

도 3은 시드 메카니즘(Seed Mechanism)에 설치되는 본 발명 잉곳성장장치의 잉곳 무게 측정장치(30)를 도시한 것으로 인상케이블(12) 지지롤러(19)의 하중을 로드셀(34)로 감지하여 잉곳(10)의 무게를 정밀 측정할 수 있게 된다.

상기 시드 메카니즘(31) 상부에 기밀(氣密) 유지형 하우징(32)이 설치되고, 하우징(32)의 내상부에는 챔버(14) 바닥판(22) 또는 챔버(14) 측판에 고정되는 브라켓(18)이 상승 설치되고, 상기 브라켓(18)의 상단 수평부(33)에 로드셀(34)의 상부가 고정되고, 로드셀(34)의 하부에는 지지롤러(19)가 고정되고, 지지롤러(19) 외주홈에는 스풀드럼(17)에 권취되는 인상케이블(12)이 권회 된 다음 승강홀(20)을 통하여 멜트(2) 상부까지 하강하고, 인상케이블(12)의 단부에는 성장 잉곳(10)을 인상시킬 수 있게 시드(11) 및 시드척이 설치되며, 잉곳(10)이 성장함에 따라 모터(15)가 회전하고 스풀드럼(17)이 회전하면 인상케이블(12)이 지지롤러(19)를 지나 스풀드럼(17)에 감기면서 성장 중인 잉곳(10)을 천천히 인상시키게된다.

이때 로드셀(34)에 의해 지지롤러(19)로 인가되는 무게(하중)가 감지되며, 시드(11)와 시드척의 무게 및 인상케이블(12)의 무게를 제외하면 순수 잉곳(10)의 무게가 정밀 측정된다.

따라서 멜트(Melt)로부터 성장 및 인상되는 단결정 잉곳(10)의 무게를 매번 정확히 측정할 수 있어서 잉곳(10)의 생산성 향상과 단결정 잉곳의 품질이 확보된다. 또한 인상되는 잉곳(10)의 무게가 실시간으로 정밀 측정되어 반복적인 공정 진행이 달성되며, 멜트(2)의 손실과 시간손실을 줄일 수 있게된다.

본 발명에서 지지롤러(19)의 일측에 인상케이블(12)에 접하여 구름접촉하는 장력롤러(36)를 핀(37)으로 축 설치한 다음 스프링(38)으로 탄지시켜 인상케이블(12)이 지지롤러(19)를 이탈하거나 유동되지 않도록 함이 바람직하다. 즉, 인상케이블(12)의 길이는 적어도 4m 이상이어서 잉곳(10)이 타원운동할 수 있으나, 상기 장력롤러(36)에 의해 타원운동이 억제된다.

본 발명에서 공정 후반에 잉곳의 무게를 측정하는 공정이 있으나, 본 발명에서는 성장중인 잉곳의 무게를 실시간으로 측정하여 생략할 수 있다.

본 발명에서 하우징(32)의 일측에는 로드셀(34)이 감지한 무게값을 제어기로 전달할 수 있게 기밀(氣密)이 유지되는 신호선 인출용 피드스루(Feedthrough)(35)가 구성된다.

상기 피드스루(35)는 일반 O-ring을 겹겹이 실링(Sealing)하거나 피드스루(Feedthrough) 내부에 유체를 포함하여 실링(Sealing)하거나, 자성유체(磁性流體)를 이용하여 실링(Sealing)하기도 한다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

도 1 : 종래 잉곳성장장치의 구성도.

도 2 : 종래 시드 메카니즘의 단면도.

도 3 : 본 발명 일 예로 도시한 시드 메카니즘의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

(30)--잉곳성장장치의 잉곳 무게 측정장치

(10)--잉곳 (11)--시드

(12)--인상케이블 (14)--챔버

(15)--모터 (17)--스풀드럼

(18)--브라켓 (19)--지지롤러

(20)--승강홀 (31)--시드 메카니즘

(32)--하우징 (33)--수평부

(34)--로드셀 (35)--피드스루(Feedthrough)

(36)--장력롤러 (37)--핀

(38)--스프링

Claims

잉곳성장장치의 시드 메카니즘;

상기 시드 메카니즘 상부에 설치되는 하우징;

상기 하우징 내상부에 위치하는 브라켓의 상단 수평부;

상기 수평부에 고정되는 로드셀;

상기 로드셀 하부에 고정되는 지지롤러;

를 포함하는 잉곳성장장치의 잉곳 무게 측정장치.
청구항 1에 있어서;

하우징 일측에 설치되는 피드스루;

를 더 포함하는 잉곳성장장치의 잉곳 무게 측정장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;

지지롤러의 일측에 축설치되어 인상케이블에 구름접촉하는 장력롤러;

상기 장력롤러를 탄지하는 스프링;

을 더 포함하는 잉곳성장장치의 잉곳 무게 측정장치.