KR20110088689A - 실리콘 단결정 잉곳 형성장치용 가열로 승하강 유닛 및 이를 구비한 실리콘 단결정 잉곳 형성장치 - Google Patents

실리콘 단결정 잉곳 형성장치용 가열로 승하강 유닛 및 이를 구비한 실리콘 단결정 잉곳 형성장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가열로 내에서 용융상태의 실리콘을 실리콘 단결정 잉곳으로 인상 성장시키도록 저속 및 고속모드(Run / Fast Mode)를 선택적으로 적용하여 가열로를 승, 하강시키기 위한 가열로 승하강 유닛에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 가열로를 승, 하강시키기 위해 가열로와 연동되는 볼스크류 및 볼너트에 모드별로 개별 동작되는 2개의 모터 및 구동전달 구조를 적용하여, 가열로의 승, 하강시 진동을 최소화시킬 수 있고, 개별 모터 및 구동전달부의 이상 시 교체가 용이하도록 하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치용 가열로 승하강 유닛 및 이를 구비한 실리콘 단결정 잉곳 형성장치에 관한 것이다. 본 발명은 가열로 승하강 유닛에 저속 및 고속 모터를 각각 구비하고, 각각의 모터가 가열로와 연동되는 볼스크류 및 볼너트를 개별적으로 동작시키되, 하나의 모터가 구동시 다른 모터가 고정되도록 함으로써, 모터의 개별적 회전에 따라 가열로의 승, 하강이 기계적으로 안정적이며, 가열로의 승, 하강할 때 발생하는 진동이 최소화되고, 장치의 이상 시 각각의 모터 및 구동전달부 중 이상 부품만의 교체가 용이하여, 유지 비용을 절감할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

실리콘 단결정 잉곳 형성장치용 가열로 승하강 유닛 및 이를 구비한 실리콘 단결정 잉곳 형성장치{.}
본 발명은 가열로 내에서 용융상태의 실리콘을 실리콘 단결정 잉곳으로 인상 성장시키도록 저속 및 고속모드(Run / Fast Mode)를 선택적으로 적용하여 가열로를 승, 하강시키기 위한 가열로 승하강 유닛에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 가열로를 승, 하강시키기 위해 가열로와 연동되는 볼스크류 및 볼너트에 모드별로 개별 동작되는 2개의 모터 및 구동전달 구조를 적용하여, 가열로의 승, 하강시 진동을 최소화시킬 수 있고, 개별 모터 및 구동전달부의 이상 시 교체가 용이하도록 하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치용 가열로 승하강 유닛 및 이를 구비한 실리콘 단결정 잉곳 형성장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조에 사용되는 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)는 다결정 실리콘을 단결정체 성장장치의 가열로(석영 도가니)에 넣고 용융 가열하면서 이를 환봉 형태로 된 실리콘 단결정 잉곳을 형성한 다음, 이를 원판상으로 절단하여 제조하게 된다.
이 실리콘결 단결정 잉곳은 cz(초코랄스크)법 또는 fz(플롯존)법으로 성장되며 반도체 기판으로 사용되는 것은 80%정도가 cz법으로 만든다. cz법은 실리콘 상장장치의 축에 종자 결정을 부착하여 석영가열로에 넣어진 용융물(실리콘 다결정체)을 풀링(pulling)하는 기술이다.
이와 같이 실리콘 단결정 잉곳은 모터와 연결된 와이어 끝단의 시드 연결척에 장착되어 가열로에 넣어진 상태로 회전되면서 가공된다.
도 1을 참조하면, 일반적인 실리콘 단결정 잉곳 형성장치는 실리콘 용액(S)이 저장되는 가열로(3)와, 가열로(3)가 가열되도록 가열로(3)를 감싸는 히터(4)와, 히터(4)를 감싸도록 중공형상으로 이루어진 열쉴드(5)와, 가열로(3), 히터(4) 및 열쉴드(5)가 내부에 설치되고 바닥면에 관통 형성된 관통공을 가지는 반응챔버(1)와 종결정(Seed)이 연결되는 와이어(W)를 포함한다.
그리고 상술한 잉곳 형성장치를 이용하여 실리콘 단결정 잉곳(I)을 제조하기 위해서는 먼저 가열로(3)에 초 고순도의 다결정 실리콘(Poly silicon)과 보론(Boron)을 장입한 후 히터(4)로 가열하여 용융시킨다.
상기 히터(4)는 가열로(3) 내에 적재된 고순도의 다결정 실리콘 덩어리를 용융하여 실리콘 용액(S)으로 만들며, 상기 히터(4)를 에워싸는 열쉴드(5)는 히터(4)에서 발산되는 열이 반응챔버(1)의 외부 벽측으로 확산되는 것을 방지하여 열 효율을 향상시킨다.
이후, 용해된 실리콘 용액(S) 내에 와이어(W) 하단의 구비되는 시드 연결척(6)에 의해 연결된 종결정을 담근 후, 회전시키면서 서서히 끌어올림으로써 실리콘 단결정 잉곳(I)을 성장시키게 된다.
상기 반응챔버(1)의 상부에는 상기 와이어(W)를 감아서 인상(引上)하는 와이어 인상유닛(미도시)이 설치되며, 상기 와이어(W)의 하단에는 가열로(3) 내의 실리콘 용액(S)에 접촉되어 인상하면서 단결정 잉곳(I)으로 성장되는 종결정이 연결되도록 시드 연결척(6)이 구비된다.
상기 와이어 인상유닛은 단결정 잉곳(I) 성장 시 와이어(W)를 감아 인상하는 동시에 회전 운동시키게 된다.
상기 가열로(3)는 샤프트(2) 상에 고정 설치되고, 상기 샤프트(2)는 상기 반응챔버(1)의 하측부에 구비되는 가열로 승하강유닛(미도시)에 의해 상기 가열로(3)를 승, 하강시키게 된다.
이때, 상기 종결정은 상기 와이어 인상유닛에 의해 상기 가열로(3)의 샤프트(2)와 동일한 축을 중심으로 하여 회전하면서 인상되고, 상기 가열로(3)는 실리콘 용액(S)과 종결정의 고-액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 상기 가열로 승하강유닛에 의해 일정 속도로 상승되어, 실리콘 단결정 잉곳(I)이 성장된다.
용융상태의 실리콘(S)을 회전시키면서 인상시키면 봉상의 실리콘 단결정 잉곳(I)으로 성장되는데, 인상속도와 회전속도 및 가열로(3)의 온도변화에 따라 양질 또는 불량의 실리콘 단결정 잉곳(I)을 얻게 되므로, 가열로(3) 내의 용융상태의 실리콘(S)을 인상 성장시킬 때 충격 및 진동이 가해지지 않아야 하며, 일정한 속도로 회전 및 인상시켜야만 한다.
통상적으로 실리콘 단결정 잉곳 형성장치에 구비되는 가열로 승하강유닛은 가열로의 승, 하강 속도를 조절하여, 저속 및 고속모드(Run / Fast Mode)를 선택적으로 적용하게 된다.
이에 따라, 실리콘 단결정 잉곳 형성장치는 가열로의 승, 하강시 기계적으로 구조가 안정적이고, 장치의 이상 시 모터 등의 부품교체가 용이하도록 하여, 가열로의 승, 하강할 때 발생하는 진동을 최소화시키며, 생산, 유지 비용을 절감시킬 수 있는 가열로 승하강유닛을 필요로 하게 되었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가열로를 승, 하강시키기 위해 가열로와 연동되는 볼스크류 및 볼너트에 모드별로 개별 동작되는 저속 및 고속 모터 및 구동전달부를 구비하는 기계적 구조를 이루어, 가열로의 승, 하강시 발생되는 진동을 최소화시킬 수 있고, 각각의 모터, 구동전달부 등의 부품 이상 시 부분적으로 교체가 용이하도록 하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치용 가열로 승하강 유닛 및 이를 구비한 실리콘 단결정 잉곳 형성장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 실리콘 단결정 잉곳 형성장치의 반응챔버 내부에 구비되는 가열로를 소정 속도로 승하강 시키기 위한 가열로 승하강유닛에 있어서, 상하부 지지판넬과 그 사이에 수직으로 연결되는 가이드 포스트로 이루어져, 반응챔버의 하방에 위치되는 지지프레임; 상기 가이드 포스트를 축으로 상, 하로 유동되되, 상부는 상기 가열로의 샤프트 하단에 연동가능하게 연결되고, 일측부에는 몸체연결부가 연장형성되는 승강몸체; 상기 상하부 지지판넬 사이에서 상기 가이드 포스트와 평행을 이루어, 축 회전되도록 설치되는 볼스크류; 상기 볼스크류의 하단에 구비되어 상기 볼스크류를 저속 회전 구동시키는 제1모터부; 상기 볼스크류의 외주연에 스크류 연결되되, 상기 승강몸체의 몸체연결부 내측에 베어링결합되어 회전에 따라 상기 승강몸체가 승, 하강하도록 연동되는 볼너트; 일축부는 상기 볼너트의 하단에 연결되고, 평행하는 타축부의 회전력을 통해 상기 볼너트를 회전시키도록 설치되는 구동전달부; 및 상기 몸체연결부의 외측에 구비되어, 상기 구동전달부의 타축부를 고속 회전 구동시키는 제2모터부;를 포함하고, 상기 제1, 2모터부는 각각 개별적으로 동작하여, 상기 가열로의 승, 하강속도가 저속 또는 고속으로 조절되도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 볼너트의 외측 상단부와 상기 몸체연결부의 내측면 사이에는 볼베어링이 구비되어 상호 연결되는 것을 일 특징으로 한다.
또한, 상기 구동전달부는 통상의 타이밍벨트가 적용되는 것을 일 특징으로 한다.
또한, 상기 구동전달부는 통상의 타이밍벨트 또는 기어가 적용되는 것을 일 특징으로 한다.
그리고, 본 발명은 실리콘 용액을 담고 있는 가열로와, 상기 가열로를 가열하는 히터와, 상기 히터를 에워싸도록 설치되어 발산되는 열을 차단하는 열쉴드가 내부에 구비되는 반응챔버; 상기 반응챔버의 상부에 설치되어, 모터에 의해 와이어를 감아 인상하되 와이어 하단부에는 단결정 잉곳을 성장시키는 종결정이 연결되는 시드연결척이 구비되는 와이어 인상유닛; 및 상술한 실리콘 단결정 잉곳 형성장치용 가열로 승하강 유닛;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 가열로 승하강 유닛에 저속 및 고속 모터를 각각 구비하고, 각각의 모터가 가열로와 연동되는 볼스크류 및 볼너트를 개별적으로 동작시키되, 하나의 모터가 구동시 다른 모터가 고정되도록 함으로써, 모터의 개별적 회전에 따라 가열로의 승, 하강이 기계적으로 안정적이며, 가열로의 승, 하강할 때 발생하는 진동이 최소화되고, 장치의 이상 시 각각의 모터 및 구동전달부 중 이상 부품만의 교체가 용이하여, 유지 비용을 절감할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 일반적인 실리콘 단결정 잉곳 형성장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 가열로 승하강 유닛을 구비한 실리콘 단결정 잉곳 형성장치의 구조를 개략적으로 나태내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 가열로 승하강유닛과 가열로의 연결관계를 나태는 도면이다.
도 4는 본 발명의 가열로 승하강유닛의 구조 및 동작상태를 나태내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 설명하고자 하며, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 수 있다.
도 2는 본 발명의 가열로 승하강 유닛을 구비한 실리콘 단결정 잉곳 형성장치의 구조를 개략적으로 나태내는 도면이다.
도 2에 도시된 바를 참조하면, 본 발명의 실리콘 단결정 잉곳 형성장치는 크게 반응챔버(100), 와이어 인상유니(200) 및 가열로 승하강유닛(300)을 포함하여 이루어진다.
반응챔버(100)는 다결정 실리콘(Poly silicon)을 수용하는 가열로(110)와 히터(120)에 의해 가열로(110)를 가열하여 실리콘 용액(S)으로 용융시키고, 상기 히터(120)를 에워싸 외부로 발산되는 열을 차단하는 열쉴드(미도시)로 구성된다.
와이어 인상유니(200)은 하단에 시드 연결척(210)이 구비된 와이어(W)를 감아서 인상(引上) 및 회전시키도록 상기 반응챔버(100)의 상부에 설치된다.
가열로 승하강유닛(300)은 상기 반응챔버(100)의 샤프트(112)에 연결되어, 상기 가열로(110)를 소정의 속도(저속 및 고속모드)로 승, 하강시키는 역할을 한다.
이때, 와이어(W)의 하단의 시드 연결척(210)에 장착되는 종결정이 상기 가열로(110) 내의 실리콘 용액(S)에 담기고, 상기 와이어 인상유니(200)에 의해 서서히 회전 및 인상되어, 실온에 노출되면서 실리콘 단결정 잉곳(I)으로 성장되게 된다.
도 3은 본 발명의 가열로 승하강유닛과 가열로의 연결관계를 나태는 도면이고, 도 4는 본 발명의 가열로 승하강유닛의 구조 및 동작상태를 나태내는 도면이다.
도 3 내지 4에 도시된 바를 참조하여, 본 발명의 실리콘 단결정 잉곳 형성장치에 구비되는 가열로 승하강유닛(300)은 지지프레임(310), 승강몸체(330), 볼스크류(340), 볼너트(350), 제1,2모터부(M1,M2), 구동전달부(360)를 포함하는 구조로 이루어진다.
지지프레임(310)은 수평배치되는 상하부 지지판넬(312)들 사이에 수직을 이루도록 한 쌍 이상 연결 구비되는 가이드 포스트(314)들로 구성되어, 상기 반응챔버(100)의 하방에 위치되어 하중을 지지하게 된다.
승강몸체(330)는 모서리부에 상기 가이드 포스트(314)들이 수직방향으로 관통연결되어, 가이드 포스트(314)의 높이를 따라 상하로 유동하게 된다.
상기 승강몸체(330)의 일측방에는 후술할 볼너트(350)와 연동되도록 몸체연결부(332)가 연장형성되고, 중앙 상측면에는 상기 가열로(110)의 샤프트(112) 하단이 연결되는 구조를 이루어, 상기 승강몸체(330)는 볼너트(350)가 승 하강하게 됨에 따라, 가열로(110)를 승, 하강시키는 역할을 하게 된다.
볼스크류(340)는 상기 승강몸체(330)의 측방에 위치되도록 상기 가이드 포스트(314)와 평행을 이루어, 상기 상하부 지지판넬(312) 사이에서 수직으로 구비되되, 그 하단에 구비되는 제1모터부(M1)에 의해 축 회전가능하게 설치된다.
상기 볼스크류(340)의 둘레에는 스크류 형태의 수나사산이 형성되고, 상기 볼스크류(340)에는 내측에 암나사산이 형성되는 볼너트(350)가 스크류 연결된다.
그에 따라, 상기 볼너트(350) 또는 볼스크류(340) 중 어느 하나가 회전구동함에 따라, 상기 볼너트(350)가 볼스크류(340)의 외주연을 따라, 승, 하강하게 된다.
상기 볼너트(350)의 외측 상단과, 상기 몸체연결부(332)의 내측면이 상호 연결되되, 그 사이에 볼베어링(B)이 구비되어, 상기 볼너트(350)가 회전하면서 승, 하강 되면, 상기 승강몸체(330)가 동시에 상, 하방으로 연동하게 된다.
구동전달부(360)는 평행축의 회전력을 전달시키는 역할을 하는데, 통상의 타이밍벨트 또는 기어(Gear) 등의 전동장치가 적용되는 것이 바람직하다.
상기 구동전달부(360)의 일축부는 상기 볼너트(350)의 하단에 연결되고, 타축부에는 제2모터부(M2)가 연결되어, 상기 제2모터부(M2)가 회전구동되면, 상기 볼너트(350)가 상기 볼스크류(340)의 외주연을 따라 회전 상승/하강하게 된다.
상기 제1모터부(M1)와 제2모터부(M2)는 상기 제1모터부(M1)는 볼스크류(340)의 하단에 구비되어, 볼스크류(340)를 회전구동시키게 되고, 상기 제2모터부(M2)는 몸체연결부(332)의 외측에 구비되어, 볼너트(350)를 회전구동시키게 된다.
이때, 상기 제1모터부(M1)는 저속 감속기(370)를 구비하여, 볼스크류(340)를 저속회전시키도록 하고, 상기 제2모터부(M2)는 볼너트(350)를 고속회전시키도록 각각 개별적으로 구동되는 것이 바람직하다.
그에 따라, 본 발명의 가열로 승하강유닛(300)은 가열로(110)를 천천히 상승시키도록 저속모드를 적용할 경우, 제1모터부(M1)를 구동시키고, 가열로(110)를 빠르게 상승시키도록 고속모드를 적용할 경우, 제2모터부(M2)를 구동시켜, 가열로(110)의 승, 하강 속도의 조절이 가능하게 된다.
이와 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 반응챔버 110: 가열로
120: 히터 200: 와이어 인상유닛
210: 시드 연결척 300: 가열로 승하강유닛
310: 지지프레임 312: 상하부 지지판넬
314: 가이드 포스트 330: 승강몸체
332: 몸체연결부 340: 볼스크류
350: 볼너트 360: 구동전달부
370: 감속기 B: 볼베어링
M1,M2: 제1,2모터부 I: 잉곳
W: 와이어

Claims (4)

  1. 실리콘 단결정 잉곳 형성장치의 반응챔버 내부에 구비되는 가열로를 소정 속도로 승하강 시키기 위한 가열로 승하강유닛에 있어서,
    상하부 지지판넬과 그 사이에 수직으로 연결되는 가이드 포스트로 이루어져, 반응챔버의 하방에 위치되는 지지프레임;
    상기 가이드 포스트를 축으로 상, 하로 유동되되, 상부는 상기 가열로의 샤프트 하단에 연동가능하게 연결되고, 일측부에는 몸체연결부가 연장형성되는 승강몸체;
    상기 상하부 지지판넬 사이에서 상기 가이드 포스트와 평행을 이루어, 축 회전되도록 설치되는 볼스크류;
    상기 볼스크류의 하단에 구비되어 상기 볼스크류를 저속 회전 구동시키는 제1모터부;
    상기 볼스크류의 외주연에 스크류 연결되되, 상기 승강몸체의 몸체연결부 내측에 베어링결합되어 회전에 따라 상기 승강몸체가 승, 하강하도록 연동되는 볼너트;
    일축부는 상기 볼너트의 하단에 연결되고, 평행하는 타축부의 회전력을 통해 상기 볼너트를 회전시키도록 설치되는 구동전달부; 및
    상기 몸체연결부의 외측에 구비되어, 상기 구동전달부의 타축부를 고속 회전 구동시키는 제2모터부;를 포함하고,
    상기 제1, 2모터부는 각각 개별적으로 동작하여, 상기 가열로의 승, 하강속도가 저속 또는 고속으로 조절되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치용 가열로 승하강 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼너트의 외측 상단부와 상기 몸체연결부의 내측면 사이에는 볼베어링이 구비되어 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치용 가열로 승하강 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동전달부는 통상의 타이밍벨트 또는 기어가 적용되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치용 가열로 승하강 유닛.
  4. 실리콘 용액을 담고 있는 가열로와, 상기 가열로를 가열하는 히터와, 상기 히터를 에워싸도록 설치되어 발산되는 열을 차단하는 열쉴드가 내부에 구비되는 반응챔버;
    상기 반응챔버의 상부에 설치되어, 모터에 의해 와이어를 감아 인상하되 와이어 하단부에는 단결정 잉곳을 성장시키는 종결정이 연결되는 시드연결척이 구비되는 와이어 인상유닛; 및
    제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 실리콘 단결정 잉곳 형성장치용 가열로 승하강 유닛;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 형성장치.
KR1020100008310A 2010-01-29 2010-01-29 실리콘 단결정 잉곳 형성장치용 가열로 승하강 유닛 및 이를 구비한 실리콘 단결정 잉곳 형성장치 KR101198876B1 (ko)

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