KR20110087429A - 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치 - Google Patents

냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치 Download PDF

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KR20110087429A
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Abstract

실시예는 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에 관한 것이다.
상세히, 실시예에 따른 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는, 단결정 잉곳의 열을 흡수하는 면을 확장시키기 위하여 냉각관 하단에 구비되는 연장부를 포함한다. 따라서, 상기 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에 의하면, 상기 단결정 잉곳의 냉각 속도가 더욱 증대될 수 있고, 생산성이 더욱 향상될 수 있는 이점이 있다.

Description

냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치{Cooling system and Apparatus for manufacturing silicon single crystal ingot comprising the same}
실시예는 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에 관한 것이다.
실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는, 내부에 실리콘 단결정 잉곳의 생성을 위한 공간이 형성되는 챔버와, 실리콘 단결정 잉곳의 생성을 위한 기본 재료가 되는 실리콘 융액이 수용되기 위하여 상기 챔버 내부에 구비되는 도가니를 포함한다. 그리고, 상기 도가니의 상방에는, 상기 실리콘 융액으로부터 생성된 상기 실리콘 단결정 잉곳을 상방으로 인상시키는 인상수단이 구비된다.
상기 실리콘 단결정 잉곳은, 상기 인상수단에 고정되는 시드(seed)가 상기 실리콘 융액에 접촉됨으로써 점차적으로 성장하기 시작한다. 그리고, 상기 인상수단에 의하여 상기 시드가 상방으로 이동하면서, 상기 실리콘 단결정 잉곳이 하방으로 연속적으로 성장하게 된다.
한편, 상기 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는 상기 단결정 잉곳의 냉각을 위한 냉각 시스템을 포함한다. 보다 상세히, 상기 냉각 시스템은 상기 실리콘 단결정 잉곳을 둘러싸는 냉각관을 포함한다. 그리고, 상기 실리콘 융액으로부터 생성된 실리콘 단결정 잉곳은 상방으로 이동하는 동안 상기 냉각관에 의하여 냉각된다. 이때, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 냉각되는 속도는, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 전체적인 제조 작업에 걸리는 시간에 영향을 미친다. 즉, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 냉각되는 속도가 빠를수록 상기 실리콘 단결정 잉곳의 제조 시간이 더욱 단축될 수 있게 되는 것이다.
그런데, 상기 냉각관은, 상기 실리콘 융액 표면과의 거리와, 상기 실리콘 융액을 가열하기 위한 열기를 차폐하기 위하여 상기 도가니의 상방으로 구비되는 단열부와, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 상태를 감지하기 위한 감지부의 가시 영역과, 상기 챔버 내부를 유동하는 아르곤(Ar) 가스의 유동 등의 다양한 이유로, 상기 냉각관의 하방으로 연장될 수 있는 길이는 제한된다.
상기 냉각관의 상하 방향 길이는 상기 실리콘 단결정 잉곳의 열을 흡수하는 열흡수면의 면적과 직결되므로, 상기 실리콘 단결정 잉곳이 냉각되는 속도에 영향을 주게 된다. 결국, 상기 냉각관의 상하 방향 길이의 한계로 인하여, 상기 실리콘 단결정 잉곳을 제조하는 데 걸리는 전체적인 시간 즉, 생산성이 제한되는 문제점이 있다.
실시예는, 잉곳의 냉각 속도를 증가시킴으로써 상기 잉곳의 생산성을 향상시킬 수 있는 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치를 제안하기 위한 것이다.
실시예에 따른 냉각 시스템은, 실리콘 융액으로부터 성장하는 단결정 잉곳의 냉각을 위하여 상기 단결정 잉곳을 둘러싸고, 내부에 물이 유동하는 냉각관; 및 상기 단결정 잉곳의 열을 흡수하는 면을 확장시키기 위하여, 상기 냉각관의 하단부에 위치되는 연장부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는, 챔버; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘이 수용되는 도가니; 상기 실리콘으로부터 성장하는 단결정 잉곳의 냉각을 위하여 상기 단결정 잉곳을 둘러싸고, 내부에 물이 유동하는 냉각관; 및 상기 단결정 잉곳의 열을 흡수하는 면을 확장시키기 위하여, 상기 냉각관의 하단부에 위치되는 연장부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에 의하면, 잉곳의 냉각 속도를 증가시킬 수 있는 이점이 있다. 보다 상세히, 냉각관 하단부에 연장부가 구비됨으로써, 상기 잉곳으로부터 방출되는 열을 흡수하는 열흡수면의 전체 면적이 더욱 넓어질 수 있다. 따라서, 상기 잉곳의 냉각을 위하여 걸리는 시간은 더욱 단축될 수 있다. 즉, 상기 잉곳의 냉각 속도가 증가되는 것이다.
그리고, 일정한 시간 내에 생산될 수 있는 잉곳의 개수가 더욱 증가될 수 있으므로, 상기 잉곳의 생산성이 더욱 향상될 수 있는 이점이 있다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 단면도.
도 2는 제 1 실시예에 따른 냉각 시스템의 단면도.
도 3은 제 1 실시예에 따른 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에 구비되는 연장부의 사시도.
도 4는 제 1 실시예에 따른 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 성능 평가 결과를 보인 도면.
도 5는 제 1 실시예에 따른 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 성능 평가 결과를 보인 표.
도 6은 제 2 실시예에 따른 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에서 연장부의 사시도.
도 7은 제 2 실시예에 따른 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에서 연장부의 M-M' 단면도.
이하, 실시예에 따른 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
(실시예)
도 1은 제 1 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 제 1 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는, 내부에 실리콘 단결정 잉곳(101)이 성장하기 위한 공간이 형성되는 챔버(1)와, 상기 실리콘 단결정 잉곳(101)의 원재료에 해당하는 실리콘 융액(100)이 수용되기 위한 도가니(10)와, 상기 도가니(10)를 가열하기 위한 가열부(20)와, 상기 실리콘 단결정 잉곳(101)을 향한 상기 가열부(20)의 열을 차단하기 위하여 상기 도가니(10)의 상방에 위치되는 상방 단열부(32)와, 상기 실리콘 단결정 잉곳(101)의 성장을 위한 시드(102)를 고정하기 위한 시드고정부(41)와, 상기 실리콘 단결정 잉곳(101)을 상방으로 인상시키기 위한 인상수단을 포함한다.
그리고, 상기 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는, 상기 도가니(10)를 지지하고 회전 및 상승시키기 위한 지지수단(50)과, 상기 챔버(1)의 내벽을 향한 상기 가열부(20)의 열을 차단하기 위한 측방 단열부(31)와, 상기 실리콘 단결정 잉곳(101)의 상태를 감지하기 위한 감지부(60)를 더 포함한다.
보다 상세히, 상기 챔버(1)는 전체적으로 내부가 빈 원통 형상이다. 그리고, 상기 챔버(1)의 중앙부에 상기 도가니(10)가 위치된다. 상기 도가니(10)는, 상기 실리콘 융액(100)이 수용될 수 있도록 오목한 그릇의 형상이다. 그리고, 상기 도가니(10)는, 상기 실리콘 융액(100)과 직접 접촉되는 석영 도가니(11)와, 상기 석영 도가니(11)의 외면을 둘러싸면서 상기 석영 도가니(11)를 지지하는 흑연 도가니(12)를 포함한다.
상기 도가니(10)의 측방에는 상기 도가니(10)를 향하여 열을 방출하기 위한 가열부(20)가 위치된다. 그리고, 상기 측방 단열부(31)는 상기 가열부(20)와 상기 챔버(1)의 내벽 사이에 구비된다.
또한, 상기 상방 단열부(32)는, 상기 챔버(1)의 내벽으로부터 상기 실리콘 융액(100)과 단결정 잉곳(101)의 경계면을 향하여 연장된다. 다만, 상기 상방 단열부(32)의 단부와 상기 경계면 사이를 통하여 아르곤 가스가 유동할 수 있도록, 상기 상방 단열부(32)의 단부가 상기 경계면과 이격되는 범위 내에서 연장된다.
다른 한편으로는, 상기 상방 단열부(32)의 단부는 상기 실리콘 단결정 잉곳(101)을 둘러싸게 된다. 즉, 상기 상방 단열부(32)는 상기 챔버(1)의 내부 공간을, 상기 실리콘 융액(100)이 가열되고 상기 실리콘 융액(100)으로부터 단결정 잉곳(101)이 성장되는 가열 챔버(13)와, 상기 단결정 잉곳(101)이 냉각되는 냉각 챔버(14)로 구획한다.
그리고, 상기 감지부(60)는 상기 상방 단열부(32)보다 상방에 해당하는 상기 챔버(1)의 일측에 구비된다. 이때, 상기 감지부(60)는, 상기 챔버(1) 상에서 상기 실리콘 융액(100)과 단결정 잉곳(101)의 경계면을 관찰 가능한 지점에 위치된다. 또한, 상기 감지부(60)는 상기 챔버(1)에 형성되는 홀(16)을 통하여 상기 실리콘 융액(100) 및 단결정 잉곳(101)에서 방출되는 적외선을 감지하고, 상기 적외선에 기초하여 상기 실리콘 융액(100), 단결정 잉곳(101) 및 경계면의 상태를 의미하는 신호를 발생시키는 역할을 한다.
상기 감지부(60)에서 발생되는 신호는 제어부(미도시), 출력부(미도시) 중 적어도 하나로 전송되어, 상기 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치를 제어하는 기초 정보로 사용되거나, 사용자가 상기 실리콘 융액(100) 및 단결정 잉곳(101)의 상태를 확인 가능한 정보로 사용될 수 있다.
그리고, 상기 시드고정부(41)의 하단에는 상기 시드(102)가 고정되고, 상기 단결정 잉곳(101)은 상기 시드(102)로부터 연속적으로 성장한다. 상기 시드고정부(41)가 상기 인상수단에 의하여 상방으로 인상됨으로써, 상기 시드(102) 및 단결정 잉곳(101)이 함께 상방으로 인상될 수 있다.
보다 상세히, 상기 인상수단은, 상기 시드고정부(41)에 연결되는 시드케이블(42)과, 상기 단결정 잉곳(101)이 인상되기 위한 동력을 제공하는 구동모터(미도시)를 포함한다. 상기 구동모터에 의하여 상기 시드케이블(42)을 당겨짐으로써, 상기 시드고정부(41), 시드(102) 및 단결정 잉곳(101)이 함께 상방으로 인상될 수 있다.
또한, 상기 지지수단(50)은, 상기 도가니(10)를 지지하는 지지부와, 상기 도가니(10)를 회전 및 승강시키기 위한 동력을 제공하는 구동모터(미도시)를 포함한다. 상기 지지부는 상기 도가니(10)의 하방에서 상기 도가니(10)의 저면을 지지하고, 상기 구동모터는 상기 지지부를 회전 및 승강시킴으로써 상기 도가니(10)가 회전 및 승강되도록 한다.
한편, 상기 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는, 상기 단결정 잉곳을 냉각하기 위한 냉각 시스템을 더 포함한다.
이하에서는, 제 1 실시예에 따른 냉각 시스템에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 냉각 시스템의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 냉각 시스템은, 상기 단결정 잉곳(101)을 냉각하기 위한 냉각관(70)과, 상기 냉각관(70)의 하단부에 위치되는 연장부(80)를 포함한다. 그리고, 상기 냉각관(70) 및 연장부(80)는 상기 냉각 챔버(14)에 위치된다.
상세히, 상기 냉각관(70)은 전체적으로 상하 방향으로 긴 중공형의 원통 형상이다. 그리고, 상기 냉각관(70)은 상기 단결정 잉곳(101)의 상방에 해당하는 상기 챔버(1)의 상면에 고정된다. 상기 냉각관(70)의 내측 공간을 통하여 상기 시드케이블(42), 시드고정부(41), 시드(102) 및 단결정 잉곳(101)이 상하 방향으로 승강될 수 있다. 즉, 상기 시드케이블(42), 시드고정부(41), 시드(102) 및 단결정 잉곳(101)은 상기 냉각관(70)을 관통하여 승강되는 것이다.
따라서, 상기 냉각관(70)의 내경은, 상기 시드케이블(42), 시드고정부(41), 시드(102) 및 단결정 잉곳(101) 중 외경이 가장 큰 것보다 더 큰 값이 되어야 한다. 일반적으로는, 상기 단결정 잉곳(101)의 외경이 가장 크므로, 상기 냉각관(70)의 내경은 상기 단결정 잉곳(101)의 외경보다 큰 값에 해당해야 한다.
그리고, 상기 냉각관(70)의 내부에는, 상기 단결정 잉곳(101)의 냉각을 위한 물이 유동하기 위한 유로가 형성될 수 있다. 다만, 상기 냉각관(70)의 내부를 유동하는 냉각 물질이 물에 한정되는 것은 아니다. 상기 단결정 잉곳(101)의 쿨링(cooling) 과정이 수행되는 동안, 상기 단결정 잉곳(101)은 상기 냉각관(70)의 내측에 위치되고 상기 냉각관(70)을 통하여 물이 유동하는 방식으로 상기 단결정 잉곳(101)이 냉각될 수 있다.
상기 연장부(80)는, 상기 단결정 잉곳(101)으로부터 열을 흡수하는 실질적인 열흡수면의 면적을 증대시키기 위하여, 상기 냉각관(70)의 하단부로부터 하방으로 연장된다.
이하에서는, 제 1 실시예에 따른 냉각 시스템 및 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에 구비되는 연장부에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 제 1 실시예에 따른 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에 구비되는 연장부의 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 연장부(80)는 전체적으로 깔대기 형상이다. 즉, 상기 연장부(80)는 하방으로 갈수록 점점 직경이 감소되도록 형성된다. 상기 연장부(80)는, 예를 들면 흑연(graphite)과 같이, 열흡수율 및 열전도도가 비교적 높은 재질로 형성된다.
그리고, 상기 연장부(80)는, 상기 열흡수면의 면적을 실질적으로 증대시키는 연장바디(81)와, 상기 냉각관(70)에 안착되어 고정되기 위한 걸림부(82)와, 상기 연장바디(81)의 일부가 절개되어 형성되는 절개부(83)를 포함한다.
상세히, 상기 연장바디(81)는 상기 냉각관(70)의 하단부로부터 하방으로 실질적으로 연장되는 부분에 해당한다. 따라서, 상기 연장부(80)에 의하여, 상기 단결정 잉곳(101)의 냉각을 위하여 상기 단결정 잉곳(101)으로부터 방출되는 열을 흡수하는 열흡수면의 면적이 더욱 증대되는 것이다.
상기 연장바디(81)는, 상단으로부터 하방으로 갈수록 점차적으로 직경이 감소되는 형상이다. 이때, 상기 연장바디(81)의 내경은 상기 단결정 잉곳(101)의 외경보다 큰 값에 해당한다. 특히, 상기 연장바디(81) 상에서 하단의 내경이 가장 작은 값을 가지므로, 상기 연장바디(81)의 하단 내경은 상기 단결정 잉곳(101)의 외경보다 큰 값을 가져야 한다. 이는, 상기 단결정 잉곳(101)이 상기 연장부(80)의 내측 공간을 관통하여 원활하게 승강해야 하기 때문이다.
그리고, 상기 걸림부(82)는 상기 연장부(80)의 상단에 구비된다. 상기 걸림부(82)는 상기 연장부(80)의 상단으로부터 외측으로 돌출되어 형성된다. 즉, 상기 걸림부(82)의 외경은 상기 연장바디(81)의 상단 외경보다 큰 값에 해당한다.
한편, 상기 냉각관(70)의 하단에는, 상기 연장부(80)가 안착되어 고정될 수 있도록, 상기 냉각관(70)의 하단으로부터 내측으로 돌출되는 안착부(71)가 형성된다. 이때, 상기 안착부(71)의 내경은 상기 걸림부(82)의 외경보다 작은 값에 해당한다. 따라서, 상기 연장부(80)의 걸림부(82)가 상기 냉각관(70)의 안착부(71)에 안착됨으로써, 상기 연장부(80)는 상기 냉각관(70)에 고정될 수 있다.
또한, 상기 걸림부(82)를 제외한 상기 연장부(80)의 나머지 부분의 외경은 상기 안착부(71)의 내경보다 작은 값을 가진다. 따라서, 상기 연장부(80)가 상기 냉각관(70)에 고정된 상태에서, 상기 걸림부(82)를 제외한 상기 연장부(80)의 나머지 부분은 상기 안착부(71)의 하방에 위치될 수 있다. 즉, 상기 걸림부(82)를 제외한 상기 연장부(80)의 나머지 부분은 실질적으로 상기 단결정 잉곳(101)으로부터 열을 흡수하는 열흡수면의 면적을 증대시킬 수 있는 것이다.
그리고, 상기 절개부(83)는 상기 감지부(60)를 향하는 상기 연장부(80)의 일면에 위치된다. 상기 절개부(83)는, 상기 연장부(80)의 일면이 하단으로부터 상방으로 절개됨으로써 형성된다.
이때, 상기 절개부(83)의 높이 및 폭은, 상기 감지부(60)의 가시 영역(R)이 상기 연장부(80)에 의하여 차폐되지 않은 범위 내에서 형성된다.
상세히, 상기 감지부(60)는 상기 실리콘 융액(100) 및 단결정 잉곳(101)으로부터 방출되는 적외선을 감지한다. 그런데, 상기 단결정 잉곳(101)이 성장하는 과정에서, 상기 실리콘 융액(100) 및 단결정 잉곳(101)의 경계면은 변화한다.
보다 상세히, 네킹(necking) 과정이 수행되는 동안에는 상기 경계면이 상기 시드(102)의 직하방에 해당하는 일지점에 형성된다. 그리고, 숄더링(shouldering) 과정이 수행되는 동안에는 상기 경계면이 점차적으로 확장된다. 그리고, 바디(body) 과정이 수행되는 동안에는 상기 경계면이 비교적 일정하게 유지되다가, 테일링(tailing) 과정이 수행되는 동안에는 상기 경계면이 다시 상기 시드(102)의 직하방에 해당하는 일지점 정도로 축소된다. 이러한 상기 경계면의 변화에 관계없이 상기 모든 과정에서 상기 경계면을 관찰하기 위해서는, 상기 모든 과정에서 상기 경계면으로부터 직사되는 적외선을 감지할 수 있는 최소한의 가시 범위가 확보되어야 한다. 상기 최소한의 가시 범위를 상기 감지부(60)의 가시 영역(R)이라 칭할 수 있다.
그런데, 상기 연장부(80)에 상기 절개부(83)가 없는 경우를 가정하면, 상기 연장부(80)는 상기 감지부(60)의 가시 영역(R) 중 적어도 일부를 차폐하게 된다. 따라서, 상기 감지부(60)가 상기 경계면을 관찰할 수 없는 지점이 존재할 염려가 있다.
그러나, 상기 절개부(83)는, 상기 연장부(80)의 일부가 상기 감지부(60)의 가시 영역(R)을 확보할 수 있는 정도의 높이 및 폭으로 절개되어 형성되므로, 상기 감지부(60)의 작동을 방해하지 않는 동시에 상기 열흡수면을 확장할 수 있는 이점이 있다.
상기 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에 의하면, 상기 단결정 잉곳(101)의 냉각 속도가 더욱 증대될 수 있는 이점이 있다. 보다 상세히, 상기 냉각관(70) 뿐만 아니라, 상기 연장부(80)를 통해서도 상기 단결정 잉곳(101)으로부터 방출되는 열이 흡수된다. 이때, 상기 연장부(80)를 통하여 흡수된 열은 상기 냉각관(70)으로 전달된다. 즉, 상기 열흡수면이 실질적으로 더욱 확장될 수 있으므로, 상기 단결정 잉곳(101)이 더욱 신속하게 냉각될 수 있게 된다.
또한, 일정한 시간 동안 제조될 수 있는 상기 단결정 잉곳(101)의 개수가 증가되므로, 상기 단결정 잉곳(101)의 생산성이 더욱 향상될 수 있는 이점이 있다.
한편, 상기 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 냉각 성능을 확인하기 위한 평가 실험을 수행하였다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 성능 평가 결과를 보인 도면이고, 도 5는 제 1 실시예에 따른 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 성능 평가 결과를 보인 표이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 냉각 성능을 확인할 수 있다.
먼저, 도 4에는, 종래의 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(A)에서 냉각되는 단결정 잉곳(101)의 온도 분포와, 상기 제 1 실시예에 따른 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(B)에서 냉각되는 단결정 잉곳(101)의 온도 분포가 보여진다.
본 실시예에 따른 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에서 냉각되는 단결정 잉곳(101)의 온도 분포에서 표시되는 등온선 간의 간격이, 종래의 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에서 냉각되는 단결정 잉곳(101)의 온도 분포에서 표시되는 등온선 간의 간격보다 더욱 좁은 것을 확인할 수 있다.
그리고, 도 5에는, 상기 종래의 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(A)에서 냉각되는 단결정 잉곳(101)의 온도 기울기값과, 상기 제 1 실시예에 따른 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(B)에서 냉각되는 단결정 잉곳(101)의 온도 기울기값이 보여진다.
여기서, Gcenter는 상기 단결정 잉곳(101)의 중심부에서 나타나는 온도 기울기값을 의미하고, Gedge는 상기 중심부의 외측에 해당하는 상기 단결정 잉곳(101)의 일부분에 나타나는 온도 기울기값을 의미한다.
상기 Gcenter, Gedge을 비교하면, 본 실시예에 따른 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에서 냉각되는 단결정 잉곳(101)의 온도 기울기값이, 종래의 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에서 냉각되는 단결정 잉곳(101)의 온도 기울기값보다 큰 것을 확인할 수 있다.
이때, 상기 등온선 간의 간격 및 온도 기울기값은, 상기 단결정 잉곳(101) 상에서 일정 거리로 이격된 두 지점의 온도 차이 즉, 거리당 온도 차이량을 의미한다. 상기 등온선 간의 간격이 좁을 수록, 상기 온도 기울기값이 클수록 상기 두 지점 사이의 열전달량이 많음을 의미한다. 즉, 상기 등온선 간의 간격이 좁을 수록, 상기 온도 기울기값이 클수록 상기 단결정 잉곳(101)의 냉각이 더욱 신속하게 이루어지는 것을 의미한다.
따라서, 상기 성능 평가 결과를 통하여, 본 실시예에 따른 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에서 단결정 잉곳(101)의 냉각 속도가, 종래의 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에서 단결정 잉곳(101)의 냉각 속도에 비하여 더 증대됨을 알 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에 의하면, 상기 단결정 잉곳(101)의 냉각이 더욱 신속하게 수행될 수 있는 것이다.
이하에서는, 제 2 실시예에 따른 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예는, 제 1 실시예와 비교하여 연장부의 절개부 형상이 더욱 최적화되는 형상이라는 점에서 차이가 있다.
도 6은 제 2 실시예에 따른 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에서 연장부의 사시도이고, 도 7은 제 2 실시예에 따른 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에서 연장부의 M-M' 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 냉각 시스템 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는, 감지부(60)(도 1 참조)의 작동을 방해하지 않는 동시에 단결정 잉곳(101)(도 1 참조)의 열흡수면을 최대화하는 측면에서, 더욱 최적화된 형상의 연장부(90)를 포함한다.
본 실시예에서, 상기 연장부(90)은, 열흡수면의 면적을 실질적으로 증대시키는 연장바디(91)와, 상기 냉각관(70)에 안착되어 고정되기 위한 걸림부(92)와, 상기 연장바디(91)의 일부가 절개되어 형성되는 절개부(93)를 포함한다.
보다 상세히, 상기 연장부(90)는, 상기 연장부(90) 상에서 상기 감지부(60)의 가시 영역(R)과 중첩되는 부분이 절개되어 형성되는 절개부(93)를 포함한다. 즉, 상기 절개부(93)는 상기 감지부(60)의 가시 영역(R)과 중첩되는 형상이다.
따라서, 상기 감지부(60)는, 상기 연장부(90)에 의하여 차폐되는 부분 없이, 실리콘 융액(100)(도 1 참조) 및 단결정 잉곳(101)의 상태를 원활하게 감지할 수 있다. 그리고, 상기 연장부(90) 상에서 실질적으로 상기 감지부(60)의 가시 영역(R)과 중첩되는 부분을 제외한 나머지의 모든 부분이, 상기 단결정 잉곳(101)의 열을 흡수할 수 있다.
결국, 상기 감지부(60)의 작동을 방해하지 않는 범위 내에서 상기 단결정 잉곳(101)의 냉각 속도를 증대시키는 측면에서, 상기 연장부(90)는 최적의 형상을 가지게 되는 이점이 있다.
본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.
1 : 챔버 10 : 도가니
100: 실리콘 융액 101 : 실리콘 단결정 잉곳
70 : 냉각관 80 : 연장부

Claims (20)

  1. 실리콘 융액으로부터 성장하는 단결정 잉곳의 냉각을 위하여 상기 단결정 잉곳을 둘러싸는 냉각관; 및
    상기 단결정 잉곳의 열을 흡수하는 면을 확장시키기 위하여, 상기 냉각관의 하단부에 위치되는 연장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각관은 상하 방향으로 길게 놓이는 중공형의 원통 형상이고,
    상기 연장부는 상기 냉각관의 하단으로부터 하방으로 연장되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연장부는 흑연(graphite) 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연장부의 내경은 상기 단결정 잉곳의 외경보다 큰 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연장부는 상기 냉각관의 하단부에 안착되는 방식으로 고정되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 냉각관의 하단부에는 내측으로 연장되는 안착부가 구비되고,
    상기 연장부의 상단에는, 상기 안착부에 걸려 안착될 수 있도록 외측으로 연장되는 걸림부가 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 안착부의 내경은 상기 걸림부의 외경보다 큰 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 연장부는 깔대기 형상인 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    적외선을 이용하여 상기 단결정 잉곳의 상태를 감지하기 위하여 구비되는 감지부의 가시 영역을 확보하기 위하여, 상기 연장부는 상기 연장부의 일부분이 절개되어 형성되는 절개부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 절개부는, 상기 감지부의 가시 영역과 중첩되는 상기 연장부의 일부분이 절개되어 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  11. 챔버;
    상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘이 수용되는 도가니;
    상기 실리콘으로부터 성장하는 단결정 잉곳의 냉각을 위하여 상기 단결정 잉곳을 둘러싸고, 내부에 물이 유동하는 냉각관; 및
    상기 단결정 잉곳의 열을 흡수하는 면을 확장시키기 위하여, 상기 냉각관의 하단부에 위치되는 연장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 냉각관은 상하 방향으로 길게 놓이는 중공형의 원통 형상이고,
    상기 연장부는 상기 냉각관의 하단으로부터 하방으로 연장되는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 연장부는 흑연(graphite) 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 연장부의 내경은 상기 단결정 잉곳의 외경보다 큰 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 연장부는 상기 냉각관의 하단부에 안착되는 방식으로 고정되는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 냉각관의 하단부에는 내측으로 연장되는 안착부가 구비되고,
    상기 연장부의 상단에는, 상기 안착부에 걸려 안착될 수 있도록 외측으로 연장되는 걸림부가 구비되는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 안착부의 내경은 상기 걸림부의 외경보다 큰 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 연장부는 깔대기 형상인 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.
  19. 제 11 항에 있어서,
    적외선을 이용하여 상기 단결정 잉곳의 상태를 감지하기 위한 감지부를 더 포함하고,
    상기 연장부는, 상기 감지부의 가시 영역을 확보하기 위하여, 상기 연장부의 일부분이 절개되어 형성되는 절개부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 절개부는, 상기 감지부의 가시 영역과 중첩되는 상기 연장부의 일부분이 절개되어 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101339148B1 (ko) * 2012-01-03 2013-12-09 주식회사 엘지실트론 실리콘 단결정 냉각장치 및 이를 이용한 실리콘 단결정 성장 장치
KR20160098868A (ko) * 2015-02-11 2016-08-19 영남대학교 산학협력단 실리콘 잉곳 제조 장치
CN110735179A (zh) * 2018-07-20 2020-01-31 上海新昇半导体科技有限公司 一种应用于单晶炉的冷却装置及单晶炉
KR20210099771A (ko) 2020-02-05 2021-08-13 에스케이실트론 주식회사 잉곳 성장장치

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