KR20110087434A - 냉각 시스템, 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

냉각 시스템, 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

실시예는 냉각 시스템, 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
상세히, 실시예에 따른 냉각 시스템, 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치 및 그 제어방법은, 챔버의 내부 온도에 기초하여 쿨링 과정이 종료되는 냉각 시스템, 실리콘 단결정 잉곳 및 그 제어방법을 포함한다. 따라서, 상기 냉각 시스템, 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치 및 그 제어방법에 의하면, 상기 챔버의 내부가 실질적으로 완전히 냉각된 경우에 상기 쿨링 과정이 종료될 수 있으므로, 상기 챔버의 내부가 산화되는 현상이 방지되고, 생산성이 향상될 수 있는 이점이 있다.

Description

냉각 시스템, 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치 및 그 제어방법{Cooling system, Apparatus for manufacturing silicon single crystal ingot and a method for controlling the same}
실시예는 냉각 시스템, 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치 및 그 제어방법에 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.
상기 챔버에는, 상기 챔버의 냉각을 위한 물이 유동하는 냉각관이 구비된다. 상기 냉각관은 상기 챔버의 측벽을 따라 배치되고, 상기 챔버 내부의 열이 상기 챔버의 외부로 방출되는 것을 차단함과 동시에, 상기 챔버를 냉각시키는 역할을 한다.
한편, 상기 단결정 잉곳이 상기 실리콘 융액으로부터 분리되는 테일링 과정이 완료된 후에는, 상기 챔버가 냉각되는 쿨링(cooling) 과정이 수행된다. 그리고, 상기 쿨링 과정이 수행되는 동안, 상기 챔버는 폐쇄된 상태를 유지한다. 이는, 상기 챔버가 비교적 고온인 상태에서 외부 공기에 개방되면, 상기 챔버 내면 및 상기 챔버 내부에 수용되는 각종 부품이 산화될 염려가 있기 때문이다.
이때, 상기 쿨링 과정은 기설정된 시간동안 수행된다. 보다 상세히, 상기 챔버가 냉각되는 데 필요하다고 예상되는 최소한의 시간이 기설정되고, 상기 챔버는 폐쇄된 상태로 기설정된 시간동안 쿨링 과정이 수행된 후에 개방되는 것이다.
그러나, 상기 단결정 잉곳의 크기 및 상기 단결정 잉곳이 제조되는 구체적인 상황에 따라, 상기 챔버가 실질적으로 냉각되는 속도 및 시간은 차이가 있을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 상기 쿨링 과정은 기설정된 시간에 기초하여 수행되기 때문에, 상기 챔버가 완전히 냉각되기 이전에 상기 챔버가 개방되거나, 상기 챔버가 완전히 냉각된 후에도 상기 쿨링 과정이 더 진행되는 경우가 발생될 수 있다.
상기 챔버가 완전히 냉각되기 이전에 상기 챔버가 개방되는 경우에는, 상기 챔버 내면 및 상기 챔버 내부에 수용되는 각종 부품이 산화되는 문제점이 있다.
그리고, 상기 챔버가 완전히 냉각된 후에도 상기 쿨링 과정이 더 진행되는 경우에는, 상기 챔버가 완전히 냉각된 후의 쿨링 과정은 불필요한 과정으로서 상기 단결정 잉곳의 전체적인 제조 시간을 지연시킨다. 즉, 이러한 경우에는, 상기 단결정 잉곳의 생산성을 저하시키는 문제점이 있다.
실시예는, 챔버 내부의 온도에 기초하여 쿨링 과정을 종료함으로써, 생산성을 더욱 향상시킬 수 있는 냉각 시스템, 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치 및 그 제어방법을 제안하기 위한 것이다.
실시예에 따른 냉각 시스템은, 실리콘 단결정 잉곳이 생성되기 위한 챔버 내부의 온도를 감지하는 온도감지부; 및 내부로 상기 챔버의 냉각을 위한 냉각 물질이 유동하고, 상기 챔버에 연결되는 냉각관;을 포함하고, 상기 챔버를 냉각시키기 위한 쿨링(cooling) 과정은, 상기 챔버의 내부 온도에 기초하여 종료되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 냉각 시스템의 제어 방법은, 실리콘 단결정 잉곳이 생성되기 위한 챔버를 냉각시키기 위한 냉각 물질의 유량이 증가하는 단계; 상기 챔버의 내부 온도를 감지하는 단계; 및 상기 챔버의 내부 온도에 기초하여, 상기 냉각 물질의 유량이 감소되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는, 챔버; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘 융액이 수용되는 도가니; 및 내부로 상기 챔버의 냉각을 위한 냉각 물질이 유동하고, 상기 챔버에 연결되는 냉각관;을 포함하고, 상기 챔버를 냉각시키기 위한 쿨링 과정은, 상기 챔버의 내부 온도에 기초하여 종료되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 제어 방법은, 실리콘 단결정 잉곳이 생성되기 위한 챔버를 냉각시키는 냉각 물질이 최대 유량으로 유동하도록 유동조절부가 조절되는 단계; 상기 챔버의 내부 온도가 감지되는 단계; 및 상기 챔버의 내부 온도에 기초하여, 상기 냉각 물질이 기본 유량으로 유동하도록 상기 유동조절부가 조절되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 냉각 시스템, 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치 및 그 제어방법에 의하면, 챔버 내부의 온도를 감지하고, 상기 챔버 내부의 온도가 기준온도 이하에 해당하는 경우에, 쿨링 과정이 종료된다. 즉, 상기 챔버 내부의 온도에 기초하여 상기 쿨링 과정을 제어하므로, 상기 챔버가 실질적으로 완전히 냉각된 시점에 상기 쿨링 과정이 종료될 수 있다.
따라서, 상기 챔버가 완전히 냉각된 이후에 상기 쿨링 과정이 지속되는 시간을 제거할 수 있으므로, 실리콘 단결정 잉곳의 전체적인 생산성이 더욱 향상될 수 있는 이점이 있다.
도 1은 잉곳이 성장하는 과정 중에 제 1 실시예에 따른 냉각 시스템 및 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 구성을 보인 도면.
도 2는 쿨링 과정이 수행되는 중에 제 1 실시예에 따른 냉각 시스템 및 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 구성을 보인 도면.
도 3은 제 1 실시예에 따른 냉각 시스템 및 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 제어방법을 보인 플로차트.
도 4는 쿨링 과정이 수행되는 중에 제 2 실시예에 따른 냉각 시스템 및 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 구성을 보인 도면.
도 5는 제 2 실시예에 따른 냉각 시스템 및 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 제어방법을 보인 플로차트.
이하, 실시예에 따른 냉각 시스템, 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치 및 그 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
(실시예)
도 1은 잉곳이 성장하는 과정 중에 제 1 실시예에 따른 냉각 시스템 및 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 구성을 보인 도면이고, 도 2는 쿨링 과정이 수행되는 중에 제 1 실시예에 따른 냉각 시스템 및 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 구성을 보인 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 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 시드척(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 상태 감지부(60)와, 상기 실리콘 단결정 잉곳(101)을 냉각하기 위한 잉곳 냉각관(70)을 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 전체적으로 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.
그리고, 상기 상태 감지부(60)는 상기 상방 단열부(32)보다 상방에 해당하는 상기 챔버(1)의 일측에 구비된다. 이때, 상기 상태 감지부(60)는, 상기 챔버(1) 상에서 상기 실리콘 융액(100)과 단결정 잉곳(101)의 경계면을 관찰 가능한 지점에 위치된다. 또한, 상기 상태 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 상태 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.
이때, 상기 경계면의 상태는 예를 들면 상기 경계면의 온도 등과 같은 다양한 정보를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 시드척(41)의 하단에는 상기 시드(102)가 고정되고, 상기 단결정 잉곳(101)은 상기 시드(102)로부터 연속적으로 성장한다. 상기 시드척(41)이 상기 인상수단에 의하여 상방으로 인상됨으로써, 상기 시드(102) 및 단결정 잉곳(101)이 함께 상방으로 인상될 수 있다.
그리고, 상기 인상수단은, 상기 시드척(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 시드척(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.
그리고, 상기 잉곳 냉각관(70)은 전체적으로 상하 방향으로 긴 중공형의 원통 형상이다. 그리고, 상기 잉곳 냉각관(70)은 상기 단결정 잉곳(101)의 상방에 해당하는 상기 챔버(1)의 상면에 고정된다.
그리고, 상기 잉곳 냉각관(70)의 내부에는, 상기 단결정 잉곳(101)의 냉각을 위한 물이 유동하기 위한 유로가 형성될 수 있다. 다만, 상기 챔버를 냉각시키기 위한 냉각 물질은 물에 한정되지 않는다. 상기 단결정 잉곳(101)의 쿨링(cooling) 과정이 수행되는 동안, 상기 단결정 잉곳(101)은 상기 잉곳 냉각관(70)의 내측에 위치되고 상기 잉곳 냉각관(70)을 통하여 물이 유동하는 방식으로 상기 단결정 잉곳(101)이 냉각될 수 있다.
한편, 상기 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는, 상기 챔버(1)를 냉각시키기 위한 냉각 시스템을 더 포함한다.
이하에서는, 실시예에 따른 냉각 시스템에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 냉각 시스템는, 상기 챔버(1)를 냉각시키기 위한 물이 유동하는 냉각관(81)과, 상기 챔버(1)로 유입되는 상기 냉각관(81)의 입수 온도를 감지하기 위한 입수 온도감지부(821)와, 상기 챔버(1)로부터 토출되는 상기 냉각관(81)의 출수 온도를 감지하기 위한 출수 온도감지부(822)와, 상기 챔버(1)의 내부 온도를 감지하는 챔버 온도감지부(61)와, 상기 냉각관(81)으로 유동하는 물의 유량을 조절하는 유동조절부(83)와, 상기 입수 온도, 출수 온도, 챔버(1)의 내부 온도에 기초하여 상기 유동조절부(83)의 작동을 제어하는 제어부(85)를 포함한다.
이때, 상기 입수 온도감지부(821), 출수 온도감지부(822), 챔버 온도감지부(61), 유동조절부(83) 및 제어부(85)는, 제어 신호를 주고받을 수 있도록 전기적으로 연결된다. 한편, 상기 챔버(1)를 냉각시키기 위한 냉각 물질은 물에 한정되지 않는다.
보다 상세히, 상기 냉각관(81)은, 상기 챔버(1)를 향하여 물이 유동하기 위한 입수관(811)과, 상기 챔버(1)로부터 토출되는 물이 유동하기 위한 출수관(812)를 포함한다. 그리고, 상기 입수관(811) 및 출수관(812)은, 상기 챔버(1)의 내부를 냉각시키는 물이 유동하기 위하여 상기 챔버(1) 내부에 형성되는 유로(미도시)와 연결된다.
그리고, 상기 입수 온도감지부(821)는 상기 챔버(1)로 유입되는 입수의 온도를 감지할 수 있도록 상기 입수관(811)에 설치되고, 상기 출수 온도감지부(822)는 상기 챔버(1)로부터 토출되는 출수의 온도를 감지할 수 있도록 상기 출수관(812)에 설치된다.
또한, 상기 챔버 온도감지부(61)는 상기 챔버(1)의 상면에 설치된다. 그리고, 상기 챔버(1)의 내부로부터 방출되는 적외선을 감지하여, 상기 챔버(1)의 내부 온도를 의미하는 신호를 발생시킨다.
이때, 상기 챔버 온도감지부(61)는, 상기 상태 감지부(60)를 보완하는 역할을 한다. 보다 상세히, 상기 상태 감지부(60)는, 상기 단결정 잉곳(101)이 성장할 수 있는 고온에 해당하는 온도 대역을 집중적으로 정밀하게 감지하는 특성을 가진다. 따라서, 상기 상태 감지부(60)는, 상기 단결정 잉곳(101)이 성장 가능한 고온에 비하여 상대적으로 저온에 해당하는 온도 대역에서는 감지 성능이 감소되는 경향이 있다.
그런데, 상기 챔버 온도감지부(61)는, 상기 상태 감지부(60)에 비하여 상대적으로 넓은 온도 대역을, 비교적 균일한 정밀도로 감지할 수 있는 특성이 있다. 따라서, 상기 쿨링 과정과 같이, 상기 챔버(1) 내부의 온도가 상기 단결정 잉곳(101)이 성장 가능한 고온에 비하여 상대적으로 저온에 해당하는 조건에서는, 상기 챔버 온도감지부(61)가 상기 상태 감지부(60)에 비하여 더 나은 감지 성능을 발휘할 수 있다. 즉, 상기 쿨링 과정이 수행되는 경우에는, 상기 챔버 온도감지부(61)가 상기 상태 감지부(60)의 감지 성능을 보완할 수 있는 것이다.
그리고, 상기 유동조절부(83)는, 상기 냉각관(81)을 유동하는 냉각수의 유량을 조절할 수 있도록 상기 냉각관(81)에 설치된다. 이때, 상기 유동조절부(83)는 개도를 가변함으로써, 상기 냉각수의 유량을 연속적으로 조절할 수 있다.
이하에서는, 실시예에 따른 냉각시스템 및 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 제어방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 제 1 실시예에 따른 냉각 시스템 및 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 제어방법을 보인 플로차트이다.
도 2 및 3을 참조하면, 쿨링 과정이 수행되는 경우에, 실시예에 따른 냉각 시스템 및 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치가 제어되는 방법을 확인할 수 있다.
상세히, 상기 쿨링 과정이 시작되면, 상기 챔버(1)의 내부로 아르곤(Ar) 가스유동하면서, 상기 챔버(1)의 내부를 냉각시키게 된다(S11).
그리고, 상기 냉각관(81)을 유동하는 냉각수의 유량이 최대 유량으로 증가되도록, 상기 유동조절부(83)의 개도가 조절된다(S12).
상세히, 상기 쿨링 과정이 수행되기 이전에는, 상기 챔버(1)의 내부로부터 외부로 방출되는 열을 차단하기 위하여, 상기 냉각관(81) 내부의 냉각수가 기본 유량으로 유동하게 된다. 이때, 상기 기본 유량은, 상기 챔버(1) 내부에 상기 단결정 잉곳(101)이 성장할 수 있는 온도 환경이 조성되는 것을 방해하지 않는 범위 내에서, 상기 챔버(1)의 내부로부터 외부로 방출되는 열을 차단할 수 있는 정도의 적정한 유량을 의미한다.
다만, 상기 쿨링 과정 전, 상기 단결정 잉곳(101)이 성장하는 과정에서는, 상기 챔버(1) 내부의 온도가 일정하게 유지되어야 하므로, 상기 냉각수는 기본 유량으로 일정하게 유동한다.
그런데, 상기 쿨링 과정에서는, 상기 챔버(1)가 신속하게 냉각될 필요가 있으므로, 상기 냉각수의 유량이 최대 유량으로 증가되도록, 상기 유동조절부(83)가 조절되는 것이다.
여기서, 상기 아르곤 가스로 상기 챔버(1)의 내부가 냉각되는 과정과, 상기 냉각수가 최대 유량으로 유동하면서 상기 챔버(1)의 내부가 냉각되는 과정은 동시에 수행될 수 있다.
다음으로, 상기 챔버(1)의 내부 온도가 감지된다(S13). 그리고, 상기 챔버(1)의 내부 온도와 기준온도를 비교하게 된다(S14).
이때, 상기 기준온도는 상기 쿨링 과정이 종료되는 조건에 해당한다. 보다 상세히, 상기 단결정 잉곳(101)의 생성이 완료된 후에도, 상기 챔버(1)의 내부는 고온 상태로 남아 있다. 그런데, 상기 챔버(1)의 내부가 고온인 상태에서 상기 챔버(1)를 개방하게 되면, 상기 챔버(1) 내면 및 상기 챔버(1) 내부에 수용되는 각종 부품이 산화될 염려가 있다. 상기 각종 부품은, 예를 들면 상기 도가니(10), 상방 단열부(32), 가열부(20) 등과 같은 상기 챔버(1) 내부에 수용되는 다양한 부품이 될 수 있다.
따라서, 상기 챔버(1)의 내부 온도가, 상기 챔버(1) 내면 및 상기 챔버(1) 내부에 수용되는 각종 부품이 산화될 염려가 없는 온도 미만으로 하강할 때까지, 상기 쿨링 과정이 수행되어야 한다. 여기서, 상기 챔버(1) 내면 및 상기 챔버(1) 내부에 수용되는 각종 부품이 산화될 염려가 없는 온도가 상기 기준온도에 해당하는 것이다. 그리고, 상기 기준온도는 미리 설정될 수 있다.
상기 챔버(1)의 내부 온도가 상기 기준온도 이상에 해당하는 경우에는, 상기 아르곤 가스에 의한 냉각 및 상기 냉각수에 의한 냉각이 지속된다.
그러나, 상기 챔버(1)의 내부 온도가 상기 기준온도 미만에 해당하는 경우에는, 상기 냉각수의 유량이 기본 유량으로 복귀된다(S15).
제 1 실시예에 따른 냉각 시스템, 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치 및 그 제어방법에 의하면, 상기 쿨링 과정이 수행되는 시간이 최적화될 수 있는 이점이 있다.
보다 상세히, 챔버(1) 내부의 온도를 감지하고, 상기 챔버(1) 내부의 온도가 기준온도 이하에 해당하는 경우에, 쿨링 과정이 종료된다. 즉, 상기 챔버(1) 내부의 온도에 기초하여 상기 쿨링 과정을 제어하므로, 상기 챔버(1)가 실질적으로 완전히 냉각된 시점에 상기 쿨링 과정이 종료될 수 있다.
그리고, 상기 챔버(1)가 완전히 냉각되지 않은 상태에서, 상기 챔버(1)가 개방됨으로써 발생되는 상기 챔버(1)의 내면 및 상기 챔버(1)의 내부에 수용되는 각종 부품이 산화되는 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 챔버(1) 및 상기 챔버(1)에 수용되는 각종 부품의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 상기 챔버(1)가 완전히 냉각된 이후에 상기 쿨링 과정이 지속되는 시간을 제거할 수 있으므로, 실리콘 단결정 잉곳(101)의 전체적인 생산성이 더욱 향상될 수 있는 이점이 있다.
따라서, 상기 쿨링 과정이 수행되는 시간이 최적화될 수 있는 것이다.
이하에서는, 제 1 실시예에 따른 냉각 시스템, 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치 및 그 제어방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예는, 제 1 실시예와 비교하여, 챔버의 내부 온도를 냉각수의 입출수 온도를 이용하여 간접적으로 감지하는 점에서 차이가 있다.
도 4는 쿨링 과정이 수행되는 중에 제 2 실시예에 따른 냉각 시스템 및 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 구성을 보인 도면이고, 도 5는 제 2 실시예에 따른 냉각 시스템 및 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 제어방법을 보인 플로차트이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 냉각 시스템은, 챔버(2)를 냉각시키기 위한 물이 유동하는 냉각관(81)과, 상기 챔버(2)로 유입되는 상기 냉각관(81)의 입수 온도를 감지하기 위한 입수 온도감지부(821)와, 상기 챔버(2)로부터 토출되는 상기 냉각관(81)의 출수 온도를 감지하기 위한 출수 온도감지부(822)와, 상기 냉각관(81)으로 유동하는 물의 유량을 조절하는 유동조절부(83)와, 상기 입수 온도, 출수 온도, 챔버(2)의 내부 온도에 기초하여 상기 유동조절부(83)의 작동을 제어하는 제어부(85)를 포함한다.
이때, 상기 입수 온도감지부(821), 출수 온도감지부(822), 유동조절부(83) 및 제어부(85)는, 제어 신호를 주고받을 수 있도록 전기적으로 연결된다.
도 5를 참조하면, 쿨링 과정이 수행되는 경우에, 본 실시예에 따른 냉각 시스템 및 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치가 제어되는 방법을 확인할 수 있다.
상세히, 상기 쿨링 과정이 시작되면, 상기 챔버(2)의 내부로 아르곤(Ar) 가스유동하면서, 상기 챔버(2)의 내부를 냉각시키게 된다(S21). 그리고, 상기 냉각관(81)을 유동하는 냉각수의 유량이 최대 유량으로 증가되도록, 상기 유동조절부(83)의 개도가 조절된다(S22).
다음으로, 상기 냉각관(81)의 입수 온도 및 출수 온도가 감지된다(S23). 그리고, 상기 입수 온도 및 출수 온도의 차이와 기준온도차를 비교하게 된다(S24).
이때, 상기 기준온도차는 상기 쿨링 과정이 종료되는 조건에 해당한다.
보다 상세히, 상기 기준온도차는, 상기 챔버(2)의 내부 온도가 상기 챔버(2) 내면 및 상기 챔버(2) 내부에 수용되는 각종 부품이 산화될 염려가 없는 온도에 해당하고, 상기 냉각수가 최대 유량으로 유동하는 조건에서, 상기 냉각관(81)의 입출수 온도차에 해당한다. 그리고, 상기 기준온도차는 미리 설정될 수 있다.
상기 입출수 온도차가 상기 기준온도차 이상에 해당하는 경우에는, 상기 아르곤 가스에 의한 냉각 및 상기 냉각수에 의한 냉각이 지속된다.
그러나, 상기 입출수 온도차가 상기 기준온도차 미만에 해당하는 경우에는, 상기 냉각수의 유량이 기본 유량으로 복귀된다(S25).
본 실시예에 따른 냉각 시스템, 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치 및 그 제어방법에 의하면, 더 간단한 구조로써 상기 챔버(2)의 내부가 실질적으로 완전히 냉각된 경우에 상기 쿨링 과정이 종료되도록 할 수 있는 이점이 있다
보다 상세히, 본 실시예에서는, 상기 냉각관(81)의 입수 온도 및 출수 온도를 감지함으로써, 상기 챔버(2)의 내부 상태를 간접적으로 감지할 수 있다. 예를 들어, 상기 입출수 온도차는 상기 챔버(2)의 내부 온도가 낮아질수록 점차적으로 감소하게 된다. 이는, 상기 챔버(2)의 내부 온도가 낮아지게 되면, 상기 챔버(2)의 내부 온도와 상기 입수 온도 사이에 차이가 감소하여, 상기 챔버(2)로 유입되는 냉각수가 상기 챔버(2)로부터 흡수하는 열량이 감소하게 되기 때문이다. 물론, 상기 챔버(2)로 유입되는 냉각수의 온도는 일정하게 유지되는 것을 전제로 한다.
즉, 상기 입출수 온도차는 상기 챔버(2)의 내부 온도와 비례하므로, 상기 냉각수의 유량이 일정하다면 상기 입출수 온도차에 해당하는 값은 상기 챔버(2)의 내부 온도값과 일대일대응시킬 수 있다. 따라서, 상기 입출수 온도차가, 상기 챔버(2)의 내면 및 상기 챔버(2)의 내부에 수용되는 각종 부품이 산화될 염려가 없는 상기 챔버(2)의 내부 온도와 대응되는 상기 입출수 온도차에 해당한다면, 상기 챔버(2)의 내부 온도는 상기 산화될 염려가 없는 온도에 도달하였음을 의미하는 것이다.
그런데, 본 실시예에서는, 상기 입출수 온도차가, 상기 산화될 염려가 없는 상기 챔버(2)의 내부 온도에 대응되는 입출수 온도차에 해당한다면, 상기 쿨링 과정이 종료된다. 즉, 본 실시예서는, 상기 입수 온도감지부(821) 및 출수 온도감지부(822)만을 이용하여, 별개로 추가되는 구성없이, 상기 챔버(2)의 내부가 실질적으로 완전히 냉각된 경우에 상기 쿨링 과정이 종료되도록 할 수 있다.
결국, 상기 챔버(2)의 내부가 실질적으로 완전히 냉각된 경우에 상기 쿨링 과정이 종료되도록 하기 위한 상기 냉각 시스템 및 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 구조가 더욱 간단해질 수 있는 것이다.
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
61 : 챔버 온도감지부 81 : 냉각관
821 : 입수 온도감지부 822 : 출수 온도감지부
83 : 유동조절부

Claims (19)

  1. 실리콘 단결정 잉곳이 생성되기 위한 챔버 내부의 온도를 감지하는 온도감지부; 및
    내부로 상기 챔버의 냉각을 위한 냉각 물질이 유동하고, 상기 챔버에 연결되는 냉각관;을 포함하고,
    상기 챔버를 냉각시키기 위한 쿨링(cooling) 과정은, 상기 챔버의 내부 온도에 기초하여 종료되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버의 내부 온도가 기준온도 미만에 해당하는 경우에, 상기 쿨링 과정이 종료되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 물질의 유량을 조절하는 유동조절부;를 더 포함하고,
    상기 쿨링 과정이 시작되면, 상기 냉각 물질이 최대 유량으로 유동할 수 있도록 상기 유동조절부가 조절되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 챔버의 내부 온도가 기준온도 이하에 도달하는 경우에는, 상기 냉각 물질이 기본 유량으로 유동할 수 있도록 상기 유동조절부가 조절됨으로써, 상기 쿨링 과정이 종료되는 것을 특징으로하는 냉각 시스템.
  5. 실리콘 단결정 잉곳이 생성되기 위한 챔버를 냉각시키기 위한 냉각 물질의 유량이 증가하는 단계;
    상기 챔버의 내부 온도를 감지하는 단계; 및
    상기 챔버의 내부 온도에 기초하여, 상기 냉각 물질의 유량이 감소되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템의 제어방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 챔버의 내부 온도가 기준온도 미만에 해당하는 경우에, 상기 냉각 물질의 유량이 감소되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템의 제어방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 챔버의 내부 온도는, 상기 냉각 물질의 입출수 온도차를 이용하여 간접적으로 감지되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템의 제어방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉각 물질의 입출수 온도차가 기준온도차 미만에 해당하는 경우에는, 상기 냉각 물질의 유량이 감소되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템의 제어 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 유량이 증가하는 단계에서는 상기 냉각 물질의 유량이 최대 유량으로 증가하고,
    상기 유량이 감소하는 단계에서는 상기 냉각 물질의 유량이 기본 유량으로 감소하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템의 제어방법.
  10. 챔버;
    상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘 융액이 수용되는 도가니; 및
    내부로 상기 챔버의 냉각을 위한 냉각 물질이 유동하고, 상기 챔버에 연결되는 냉각관;을 포함하고,
    상기 챔버를 냉각시키기 위한 쿨링 과정은, 상기 챔버의 내부 온도에 기초하여 종료되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    각각 상기 냉각관의 입수 온도 및 출수 온도를 감지하는 입수 및 출수 온도감지부;를 더 포함하고,
    상기 챔버의 내부 온도는, 상기 입출수 온도를 이용하여 간접적으로 감지되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 입출수 온도가 기준온도차 미만에 해당하는 경우에는, 상기 쿨링 과정이 종료되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 챔버의 내부 온도가 기준온도 미만에 해당하는 경우에, 상기 쿨링 과정이 종료되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 냉각 물질의 유량을 조절하는 유동조절부;를 더 포함하고,
    상기 쿨링 과정이 시작되면, 상기 냉각 물질이 최대 유량으로 유동할 수 있도록 상기 유동조절부가 조절되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 챔버의 내부 온도가 기준온도 미만에 도달하는 경우에는, 상기 냉각 물질이 기본 유량으로 유동할 수 있도록 상기 유동조절부가 조절됨으로써, 상기 쿨링 과정이 종료되는 것을 특징으로하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치.
  16. 실리콘 단결정 잉곳이 생성되기 위한 챔버를 냉각시키는 냉각 물질이 최대 유량으로 유동하도록 유동조절부가 조절되는 단계;
    상기 챔버의 내부 온도가 감지되는 단계; 및
    상기 챔버의 내부 온도에 기초하여, 상기 냉각 물질이 기본 유량으로 유동하도록 상기 유동조절부가 조절되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 제어방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 챔버의 내부 온도가 기준온도 미만에 해당하는 경우에, 상기 냉각 물질이 기본 유량으로 유동하도록 상기 유동조절부가 조절되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템의 제어방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 챔버의 내부 온도는, 상기 냉각 물질의 입출수 온도차를 이용하여 간접적으로 감지되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템의 제어방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 냉각 물질의 입출수 온도차가 기준온도차 미만에 해당하는 경우에는, 상기 냉각 물질이 기본 유량으로 유동하도록 상기 유동조절부가 조절되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템의 제어 방법.
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