KR20120004234A - 도가니용 덮개 - Google Patents

Abstract

본 출원의 일 실시예에서는, 구멍이 형성되어 있는 벽면과, 상기 벽면과 마주하는 곳에 형성되어 있는 오픈부를 포함하고, 상기 도가니에 덮개를 결합하는 경우에, 상기 도가니는 오픈부를 제외하고 모두 클로징(closing)되는 도가니용 덮개를 제공한다.

Description

도가니용 덮개{Cover of Crucible}

본 발명은 불순물의 침투를 방지하는 도가니용 덮개에 관한 것이다.

최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 에너지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목받고 있다.

태양 에너지의 이용방법으로는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 에너지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양광(photons)을 전기 에너지로 변환시키는 태양광 에너지가 있다. 이 중 태양광 에너지라고 하면 일반적으로 솔라셀(solar cell)을 일컫는다. 이 솔라셀은 p형 반도체와 n형 반도체를 접합시켜 만들며, 광전효과로 n형 반도체에서 p형 반도체로 전자가 흘러 전기가 만들어진다.

이 같은 솔라셀은 정제된 실리콘을 반도체 기판으로 이용해서 제작된다. 일반적으로, 6N-9N 급의 실리콘이 반도체 기판으로 사용되며, 자연에서 채취한 석영이 일련의 정제 과정을 거쳐서 6N-9N 급의 잉곳으로 성장된다. 잉곳은 실리콘을 용융시킨 다음, 천천히 온도를 내리면서 용융된 실리콘을 결정화시키는 방식으로 제작된다.

한편, 잉곳을 만들기 위해서, 실리콘은 도가니에 담겨 로에서 용융 및 결정화된다. 그런데, 로의 가열 수단이 도가니가 놓는 위치 상부로 위치하기도 하고, 로 내부의 불순물이 용탕에 들어가 성장하는 실리콘의 순도를 낮추는 문제가 있다.

본 발명은 이 같은 기술적 배경에서 제안된 것으로, 도가니 속으로 불순물이 침투하는 것을 방지할 뿐만 아니라, 불순물의 제거 역시도 효과적으로 할 수 있도록 하는데 있다.

본 출원의 일 실시예에서는, 구멍이 형성되어 있는 벽면과, 상기 벽면과 마주하는 곳에 형성되어 있는 오픈부를 포함하고, 상기 도가니에 덮개를 결합하는 경우에, 상기 도가니는 오픈부를 제외하고 모두 클로징(closing)되는 도가니용 덮개를 제공한다.

여기서, 상기 오픈부는 크기가 점진적으로 줄어드는 형상으로 만들어질 수 있다.

그리고, 단면 형상이 삼각형인 돌기가 상기 오픈부에 적어도 2 이상 형성되어 상기 오픈부에 채널을 형성할 수 있다.

또한, 상기 구멍에 결합되는 분사기가 더 포함돼 구성될 수 있고, 상기 분사기는, 상기 구멍에서 상기 오픈부를 향하는 제1 방향의 제1 기류와, 상기 도가니의 바닥을 향하는 제2 방향의 제2 기류를 형성할 수 있다.

이 경우, 상기 분사기는, 상기 제1 방향을 향하는 제1 토출구와, 상기 제2 방향을 향하는 제2 토출구를 포함하는 노즐을 포함해서 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 덮개가 도가니에 결합되면, 오픈부를 제외하고는 모두 닫히기 때문에, 불순물이 도가니 내부로 들어오는 것을 막을 수 있다.

그리고, 덮개에 마련된 구멍을 통해서는, 분사기가 결합되는데, 이 분사기는 오픈부를 향하는 방향으로 고압의 가스가 분사되기 때문에, 도가니 내부에 존재하는 불순물을 도가니 밖으로 쓸어버리고, 또한, 오픈부를 통해서 도가니 안으로 불순물이 투입되는 것을 방지한다.

또한, 분사기는 도가니의 바닥, 즉 용탕을 향해서도 고압의 가스를 분사해, 용탕의 반응을 촉진함과 동시에, 용탕 표면이나 그 위에 존재하는 불순물 역시도 쓸어 버려, 용탕의 오염을 줄인다.

도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 도가니용 덮개를 예시한 것이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 오픈부가 점진적으로 줄어드는 형상을 갖는 덮개를 예시한 것이다.
도 5는 분사기의 모습을 예시하는 도면이다.
도 6은 도 5의 VI-VI선을 따라 절단한 단면도이다.
도 7은 덮개에 분사기가 결합된 모습을 설명하는 도면이다.
도 8은 도가니, 덮개, 분사기가 결합된 모습을 예시하는 도면이다.
도 9는 도 8의 IX-IX 선을 따라 절단한 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 도가니용 덮개를 예시한 것이고, 도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 절단한 단면도이다.

도 1 및 도 2에서, 본 실시에의 덮개(10)는 도가니 형상에 맞춰 만들어진다. 도면에서는 도가니가 육면체의 박스 형상을 갖고 있으며, 이에 맞춰 덮개(10) 역시도 높이가 낮은 육면체 형상으로 만들어지는 것을 예시한다.

다만, 도가니와 다르게, 덮개(10)의 한쪽 측벽(11)은 개방된 오픈부(15)를 구비한다(도 2 참조). 도 2의 예에서는, 한쪽 측벽(11)을 제거해서 오픈부(15)를 구성한 것을 예시하고 있다. 이에 따라, 덮개(10)는 3개의 측벽(11)으로 구성된다.

한편, 한 측벽(11) 으로는 복수개의 구멍(13)이 마련된다. 이 구멍(13)은 바람직하게 오픈부(15)와 마주하는 측벽(11)에 형성된다. 구멍(13)으로는 도 3에서 설명하는 분사기(20)가 삽입되고, 노즐(20)을 통해서는 불활성 기체가 오픈부(15)를 향해서 분사된다.

이 덮개(10)는 높은 열에 장시간 노출됨으로, 카본 복합체(composite), 그라파이트(graphite), 텅스텐, 몰리브덴과 같은 단열재로 만들어진다.

도 3 및 도 4는 다른 실시예의 덮개를 보여준다.

도3에서, 도 1의 덮개(10)와 동일하게, 이 실시예의 덮개(10) 역시 한 측벽(33)에 복수개의 구멍(33)이 형성되어 있고, 이 측벽(33)과 마주하는 곳에 오픈부(35)가 형성되어 있다. 그리고, 한 쌍의 돌출부(37a, 37b)를 구비해서, 오픈부(35)를 구획하도록 구성된다.

돌출부(37a, 37b)는 이등변 삼각형 형상으로 서로 마주하는 돌출부를 향해 돌출하며, 이에 맞춰 오픈부(35)는 점진적으로 줄어드는 형상을 갖는다.

그리고, 도 4에서는 오픈부(45)에 복수개의 돌기 (47)가 더 형성되는 것을 예시하고 있다. 이 돌기(47)는 오픈부(45) 사이 사이에 위치해서 오픈부(45)를 구획하는데, 평면 모습이 삼각형 형상을 이루고 있다. 이에 따라, 오픈부(45)는 유로가 점진적으로 작아지는 복수개의 채널(ch)을 형성하게 된다.

이처럼, 도 3 및 도 4의 실시예에서는 오픈부(35, 45)가 점진적으로 줄어드는 형상을 갖도록 구성되는 경우를 설명하는데, 이처럼 오픈부(35, 45)를 구성하는 경우에, 오픈부(35, 45)를 향해 분사된 가스가 오픈부(35, 45)에서 가속해 분출되는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 분사기(20)에 대해서 설명한다.

도 5는 분사기의 모습을 예시하는 도면이고, 도 6은 도 5의 VI-VI선을 따라 절단한 단면도이다.

도 5 및 도 6에서 예시하는 바처럼, 분사기(20)는 튜브(21)와 튜브(21)의 끝에 구비된 노즐(23)를 포함한다. 튜브(21)는 속이 빈 관으로 아르곤(Ar), 질소(N)와 같은 비활성 기체를 노즐(23)로 공급한다.

노즐(23)은 튜브(21)의 끝에 설치되며, 제1 토출구(23a)와 제2 토출구(23b)를 포함한다. 제1 토출구(23a)는 튜브(21)의 길이 방향과 동일한 제1 방향(도면의 y축 방향)으로 배치되고, 제2 토출구(23b)는 제1 방향과 교차하는 제2 방향(도면의 x축 방향)으로 배치된다.

이에 따라서, 튜브(21)를 통해서 고압으로 공급된 불활성 기체는 제1 토출구(23a)를 통해 제1 방향으로 분사되고, 또한 제2 토출구(23b)를 통해서는 제2 방향으로 분사가 된다.

한편, 제1 토출구(23a) 및 제2 토출구(23b)의 지름(D1, D2)은 튜브(21)의 지름(D3)보다 작은 것이 바람직하다. 이 경우, 튜브(21)를 통과한 기체는 제1 토출구(23a) 및 제2 토출구(23b)에서 속도가 가속되면서 분사될 수 있다.

이 같은 분사기(20)는 높은 열에 견딜 수 있도록 카본 복합체(composite), 그라파이트(graphite), 텅스텐, 몰리브덴과 같은 단열재로 만들어진다.

이 같은 분사기(20)는 도 7에서 예시하는 바처럼, 덮개(10)에 구비된 구멍(13)에 안쪽에서 바깥을 향해 튜브(21)가 삽입된다. 이에 따라서, 분사기(20)의 노즐(23)이 덮개(10) 내부에 위치할 수 있고, 이 상태로 덮개(10)가 도가니(50) 위에 얹혀진다.

도 8은 분사기(20)가 결합된 채 덮개(10)가 도가니(50) 위에 결합된 모습을 보여준다.

로의 가동 전, 잉곳을 생산하기 위해서, 실리콘(S)을 도가니(50)에 장입하고, 그 다음에 덮개(10)를 도가니(50) 입구에 결합한다. 이때, 덮개(10)의 측벽(11)은 도가니(50)의 입구에 놓여지는데, 이에 따라서 도가니(50)의 안과 밖이 오픈부(15)를 통해서 부분적으로 오픈된다.

이처럼, 덮개(10)를 도가니에 결합한 상태로, 로를 가동시켜 실리콘을 용융시킨다. 이와 함께, 분사기(20)로 고압의 가스를 공급한다. 이에 따라, 분사기(20)는 제1 토출구(23a) 및 제2 토출구(23b)를 향해서 가스를 분사하는데, 제1 토출구(23a)에서 분사된 가스는 오픈부(15)를 향해 분사된다. 이에 따라서, 용탕에서 디가싱(degasing)된 불순물이나 도가니(50)에 존재하는 불순물을 쓸어 오픈부(15)를 통해 도가니(50) 밖으로 내보낸다. 이와 함께, 제1 토출구(23a)가 만드는 기류는 오픈부(15)를 통해서 외부에서 도가니 내부로 불순물이 들어오는 것 역시 방지한다.

또한, 제2 토출구(23b)에서 분사된 가스는 용탕을 향해 직접 분사되어 용탕의 반응을 촉진하거나, 용탕 표면이나 그 위에 존재하는 불순물을 위쪽으로 쓸어 올린다. 위쪽으로 쓸어 올려진 불순물은 제1 토출구(23a)가 만드는 기류에 의해 오픈부(15)를 통해 도가니(50) 밖으로 제거된다.

이 같은 본 실시예의 도가니용 덮개에 의한 효과는 아래의 그래프 1을 통해서 보다 명확해 진다.

[그래프 1]

그래프 1은 잉곳 성장 높이별 불순물인 탄소(Cs)의 농도를 나타낸다. 그래프 1에서, 세로축은 탄소의 농도이고, 가로축은 성장 높이에 따른 웨이퍼의 번호를 나타내며, 번호가 작아질수록 시간적으로 나중에 성장돼 성장 높이가 높은 것을 의미한다. 예로, 웨이퍼 No. 600은 최초로 성장된 지점의 잉곳을 절단해서 만든 웨이퍼를 의미하고, 웨이퍼 No. 0은 가장 나중에 성장된 잉곳을 절단해서 만든 웨이퍼이다.

그래프 1에서 나타나듯이, 초기 성장시의 불순물 농도는 비교예나 실시예나 모두 동일한 패턴을 갖는다. 그러나, 가장 늦게 성장되는 지점, 즉, 웨이퍼 No. 200 이하에서, 비교예는 불순물의 농도가 상승했다 하강하지만, 실시예는 계속해서 하강함으로써, 덮개가 불순물을 차단하고 있음을 보여준다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

1. 도가니용 덮개로,
   구멍이 형성되어 있는 벽면과,
   상기 벽면과 마주하는 곳에 형성되어 있는 오픈부를 포함하고,
   상기 도가니에 덮개를 결합하는 경우에, 상기 도가니는 오픈부를 제외하고 모두 클로징(closing)되는 도가니용 덮개.
2. 제1항에 있어서,
   상기 오픈부는 크기가 점진적으로 줄어드는 도가니용 덮개.
3. 제2항에 있어서,
   단면 형상이 삼각형인 돌기가 상기 오픈부에 적어도 2 이상 형성되어 있는 도가니용 덮개.
4. 제1항에 있어서,
   상기 구멍에 결합되는 분사기를 더 포함하고,
   상기 분사기는, 상기 구멍에서 상기 오픈부를 향하는 제1 방향의 제1 기류와, 상기 도가니의 바닥을 향하는 제2 방향의 제2 기류를 형성하는 도가니용 덮개.
5. 제4항에 있어서,
   상기 분사기는, 상기 제1 방향을 향하는 제1 토출구와, 상기 제2 방향을 향하는 제2 토출구를 포함하는 노즐을 포함하는 도가니용 덮개.

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