KR20120077327A - 온도 측정 장치 - Google Patents

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KR20120077327A
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Abstract

본 발명은 온도 측정 장치에 관한 것이다. 특히, 잉곳 성장 장치의 챔버 내부에서 성장되는 잉곳의 온도를 챔버의 일측면에 형성되는 윈도우를 통해 측정할 수 있는 온도 측정 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 온도 측정 장치는 내부에 공간을 구비한 챔버에 형성되는 윈도우를 통해 상기 챔버 내부에 구비되는 대상물의 온도를 측정하는 장치로서, 상기 윈도우를 차폐하도록 상기 챔버의 외주면에 일측면이 맞대어져 결합되고, 상기 챔버의 외측에서 상기 윈도우의 일부를 볼 수 있도록 중앙 부위에 측정홀이 수평하게 관통 형성되는 고정 플레이트와, 상기 챔버의 외측을 향해 돌출되도록 상기 고정 플레이트의 타측면 하부에 결합되고, 상기 고정 플레이트와 인접하여 센서 이동홀이 상하로 관통 형성되는 지지 플레이트와, 상기 센서 이동홀에 삽입되어 상기 측정홀을 통해 상기 대상물의 온도를 측정하는 온도 측정 센서가 내장되는 센서봉과, 상기 지지 플레이트의 상부면에 탑재되고, 상기 온도 측정 센서가 상기 측정홀을 향하도록 상기 센서봉을 상기 챔버를 향해 전후진 구동시키거나, 상기 전후진 구동 방향과 교차하는 수평 방향으로 좌우 구동시키거나 또는 상하 구동시키는 센서 위치 조절기를 포함한다.

Description

온도 측정 장치{Apparatus for measuring temperature}
본 발명은 온도 측정 장치에 관한 것이다. 특히, 잉곳 성장 장치의 챔버 내부에서 성장되는 잉곳의 온도를 챔버의 일측면에 형성되는 윈도우를 통해 측정할 수 있는 온도 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 실리콘 융액(融液)을 단결정으로 성장시킨 잉곳(ingot)은 웨이퍼 등과 같은 완성품의 제조를 위한 모재(母材)로 사용된다.
종래의 잉곳 성장 장치에 대하여 살펴보면, 종래의 잉곳 성장 장치는 단결정 성장용 원료가 장입되는 도가니와, 도가니를 내측에 구비하고 가열하여 단결정 성장용 원료를 용해시키는 챔버 및 챔버의 상측에서 시드(또는 종자정)를 용해된 단결정 성장용 원료에 침적시킨 후 상승시켜 시드에서 잉곳이 성장되도록 하는 시드 상승기를 포함한다. 이러한 잉곳 성장 장치에서는 잉곳의 성장 공정 중 단결정 성장용 원료를 용해시키기 위해 챔버의 내부 온도가 1400℃ 이상의 고온으로 가열되기 때문에 챔버의 내부에 잉곳의 온도를 측정할 수 있는 장치나 수단을 구비할 수 없었다.
이러한 문제점으로 인해 종래에는 챔버의 일측면에 챔버의 내부를 관찰할 수 있는 윈도우를 형성하고, 윈도우의 외측으로 잉곳 온도 측정 장치를 장착하여 성장되는 잉곳의 온도를 측정하였다.
그런데, 종래의 잉곳 온도 측정 장치는 잉곳의 온도를 측정하는 고온계의 위치가 윈도우의 외측에서 고정되어 있거나 또는 위치 변경이 어려운 구조로 형성되어 상승 구동되는 시드를 따라 성장되는 잉곳의 온도를 정확하게 측정하지 못하는 문제점이 있었다. 또한, 고온계가 챔버 내부의 일지점을 향하도록 위치 고정되어 잉곳의 성장 공정 중 잉곳의 복수 부위를 측정하지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 잉곳 온도 측정 장치는 최초 결합된 고온계 이외에 열화상 카메라나 스펙트로미터 등과 같은 다양한 온도 측정 센서를 적용하기 어려워 잉곳의 온도를 다양한 방식을 사용하여 정확하게 측정하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 온도 측정 장치를 제공한다.
본 발명은 잉곳 성장 장치의 챔버 내부에서 성장되는 잉곳의 온도를 챔버의 일측면에 형성되는 윈도우를 통해 정확하게 측정할 수 있는 온도 측정 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 온도 측정 장치는 내부에 공간을 구비한 챔버에 형성되는 윈도우를 통해 상기 챔버 내부에 구비되는 대상물의 온도를 측정하는 장치로서, 상기 윈도우를 차폐하도록 상기 챔버의 외주면에 일측면이 맞대어져 결합되고, 상기 챔버의 외측에서 상기 윈도우의 일부를 볼 수 있도록 중앙 부위에 측정홀이 수평하게 관통 형성되는 고정 플레이트와, 상기 챔버의 외측을 향해 돌출되도록 상기 고정 플레이트의 타측면 하부에 결합되고, 상기 고정 플레이트와 인접하여 센서 이동홀이 상하로 관통 형성되는 지지 플레이트와, 상기 센서 이동홀에 삽입되어 상기 측정홀을 통해 상기 대상물의 온도를 측정하는 온도 측정 센서가 내장되는 센서봉과, 상기 지지 플레이트의 상부면에 탑재되고, 상기 온도 측정 센서가 상기 측정홀을 향하도록 상기 센서봉을 상기 챔버를 향해 전후진 구동시키거나, 상기 전후진 구동 방향과 교차하는 수평 방향으로 좌우 구동시키거나 또는 상하 구동시키는 센서 위치 조절기를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 온도 측정 장치에 의하면, 잉곳 성장 장치의 챔버에 형성되는 윈도우의 외측에서 온도 측정 센서의 위치를 전후 방향, 좌우 방향 또는 수평 방향으로 자유롭게 변경시킬 수 있어 상승 구동되는 시드를 따라 성장되는 잉곳의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 온도 측정 센서의 위치를 변경함에 따라 측정 지점을 다르게 할 수 있다. 따라서, 잉곳의 복수 부위 온도를 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 챔버 내부에 구비되는 단결정 온도, 도가니의 온도 등도 측정할 수 있다.
또한, 온도 측정 장치에 고온계, 열화상 카메라, 스펙트로미터 등의 다양한 온도 측정 센서를 간편하게 장착시킬 수 있어 잉곳의 온도를 다양한 방식을 사용하여 정확하게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온도 측정 장치를 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 온도 측정 장치의 일측면도.
도 3은 본 발명에 따른 온도 측정 장치에 커버 플레이트를 결합시킨 모식도.
도 4는 도 1에 도시된 온도 측정 장치의 분해 사시도.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 온도 측정 장치의 구동 상태도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온도 측정 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 온도 측정 장치의 일측면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 온도 측정 장치에 커버 플레이트를 결합시킨 모식도이다. 또한, 도 4는 도 1에 도시된 온도 측정 장치의 분해 사시도이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 온도 측정 장치의 구동 상태도이다. 본 발명의 일실시예에서는 챔버 내부에 구비되는 온도 측정 대상물로서 잉곳을 설명하였지만, 잉곳 이외의 다른 대상물의 온도도 측정할 수 있다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 온도 측정 장치(100)는 잉곳 성장 장치의 챔버(10)에 형성되는 윈도우(20)를 통해 챔버(10)의 내부에서 성장되는 잉곳(ingot)의 온도를 측정하는 장치로서, 윈도우(20)를 차폐하도록 챔버(10)의 외주면에 일측면이 맞대어져 결합되고, 챔버(10)의 외측에서 윈도우(20)의 일부를 볼 수 있도록 중앙 부위에 측정홀(210)이 수평하게 관통 형성되는 고정 플레이트(200)와, 챔버(10)의 외측을 향해 돌출되도록 고정 플레이트(200)의 타측면 하부에 결합되고, 고정 플레이트(200)와 인접하여 센서 이동홀(310)이 상하로 관통 형성되는 지지 플레이트(300)와, 센서 이동홀(310)에 삽입되어 측정홀(210)을 통해 챔버(10)의 내부에서 성장되는 잉곳의 온도를 측정하는 온도 측정 센서(410)가 내장되는 센서봉(400)과, 지지 플레이트(300)의 상부면에 탑재되어 센서봉(400)을 챔버(10)를 향해 전후진(x방향) 구동시키거나, 전후진 구동 방향(x방향)과 교차하는 수평 방향(y방향)으로 좌우 구동시키거나 또는 상하(z방향) 구동시키는 센서 위치 조절기(500)를 포함한다. (여기서, '일측면'과 '타측면'은 서로 반대되는 면을 의미한다. 예를 들어, 일측면이 상부면일 경우에는 타측면은 하부면을 의미한다.)
또한, 온도 측정 장치(100)는 지지 플레이트(300)에 결합되어 센서봉(400) 및 센서 위치 조절기(500)를 덮어 외부에 노출되는 것을 방지하는 커버 플레이트(600)를 포함한다.
잉곳 성장 장치의 챔버(10)는 단결정 성장용 원료를 도가니에서 용해시키기 위해 1400℃ 이상의 고온으로 내부가 가열되기 때문에 챔버(10)의 일측면에 형성되는 윈도우(20)는 열변형 또는 열손상의 발생을 방지하기 위해 단면 형상의 원형으로 형성되는 것이 일반적이다. 이러한 윈도우(20)가 형성되는 챔버(10)의 외주면 부위에는 윈도우(20)를 차폐할 수 있도록 윈도우(20)의 직경보다 큰 직경을 갖는 고정 플레이트(200)가 결합되며, 고정 플레이트(200)의 중앙 부위에는 후술되는 온도 측정 센서(410)를 통해 잉곳의 온도를 측정할 수 있도록 측정홀(210)이 수평하게 관통 형성된다. 본 실시예에서는 측정홀(210)의 수직 단면의 형상이 원형을 이루도록 형성하였지만, 이외에도 타원형, 사각형 또는 다각형 등의 수직 단면 형상을 갖도록 형성할 수 있다. 고정 플레이트(200)에는 복수의 체결홀(220)이 형성되고, 나사 등을 사용하여 챔버(10)의 외주면에 견고하게 결합된다. 한편, 챔버(10)가 원통형으로 이루어져 챔버(10)의 외주면이 곡면으로 형성되는 경우에는 고정 플레이트(200)를 챔버(10)의 외주면에 밀착, 즉 면접촉시키기 위해 챔버(10)와 동일한 곡률 반경을 갖도록 고정 플레이트(200)의 일측면을 오목한 곡면으로 형성할 수 있다.
챔버(10)의 외주면에 고정 플레이트(200)가 결합되어 위치 고정되면, 외측을 향하는 고정 플레이트(200)의 타측면의 하부는 지지 플레이트(300)가 결합된다. 지지 플레이트(300)는 수직 단면의 형상이 'ㄴ'자 형상으로 이루어져 수직으로 세워지는 수직면(301)이 고정 플레이트(200)에 결합되고, 수직면(301)에서 굽혀진 수평면(302)이 외측을 향해서 돌출된다. 이러한 지지 플레이트(300)의 수평면(302) 상에는 센서 위치 조절기(500)가 설치되고, 수직면(301)과 센서 위치 조절기(500) 사이의 수평면(302)에는 센서 이동홀(310)이 상하로 관통 형성된다. 한편, 수직면(301)의 양측면에는 커버 플레이트(600)의 양측면에 형성되는 복수의 나사홀(603)과 대응되는 복수의 나사홈(303)이 형성되어 복수의 체결 나사(304)를 사용하여 커버 플레이트(600)를 결합시킬 수 있다.
지지 플레이트(300)에 형성된 센서 이동홀(310)에는 온도 측정 센서(410)가 상단부에 내장되는 센서봉(400)이 삽입되며, 이때, 센서봉(400)은 센서 위치 조절기(500)에 의해 지지된다. 센서봉(400)는 파이프(pipe) 형상의 센서봉 몸체(420)와, 센서봉 몸체(420)의 상단부에 장착되는 온도 측정 센서(410)를 포함하며, 센서봉 몸체(420)와 온도 측정 센서(410) 사이에 온도 측정 센서(410)의 설치 각도를 조절할 수 있는 경동 조절기(미도시)를 구비할 수 있다. 여기서, 온도 측정 센서(410)의 설치 각도는 온도 측정 센서(410)가 향하는 측정 지점의 각도를 의미한다. 센서봉 몸체(420)의 가운데 외주면에는 경사 방향이 반대인 나사홈(미도시)이 형성되고, 이러한 센서봉 몸체(420)의 상측 및 하측으로 한 쌍의 회전 나사(450)를 체결하여 센서 장착 플레이트(540)에 삽입되는 센서봉(400)을 위치 고정시킬 수 있다. 센서 장착 플레이트(540)에 센서봉(400)이 삽입된 상태에서 한 쌍의 회전 나사(450)가 센서 장착 플레이트(540)의 상부면 및 하부면에 맞대어지도록 회전된다.
온도 측정 센서(410)는 온도 측정 대상물로부터 나오는 복사 에너지를 측정하여 온도를 측정하는 고온계(pyrometer), 온도 측정 대상물로부터 나오는 적외선 등을 감지하여 온도로 산출하는 열화상 카메라, 온도 측정 대상물에서 나오는 전자파나 입자선을 파장에 따라 스펙트럼 분석하여 그 세기와 파장에 따라 온도로 산출하는 스펙트로미터(spectrometer, 또는 분광기) 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 본 실시예에서는 온도 측정 센서(410)로서 고온계를 사용하였다. 미도시되었지만, 고온계와 연결된 신호선은 센서봉 몸체(420)의 내부를 지나 외부로 빠져나오며, 외측에 구비되는 출력 장치를 통해 측정된 온도를 수치로 표시할 수 있다.
위와 같은 센서봉(400)의 상단부, 즉 측정홀(210)을 통해 윈도우(20)를 향하는 온도 측정 센서(410)의 위치를 조절하기 위해 3축(x방향, y방향, z방향)으로 구동되는 센서 위치 조절기(500)가 지지 플레이트(300)의 수평면(302) 상측에 결합된다. 센서 위치 조절기(500)는 상하로 맞물린 한 쌍의 블록(511, 512) 중 상부 블록(512)을 챔버(10)을 향하는 방향(x방향)으로 슬라이딩시키는 전후진 조절기(510)와, 전후진 조절기(510)의 상부 블록(512)에 탑재되고, 상하로 맞물린 한 쌍의 블록(521, 522) 중 상부 블록(522)을 전후진 조절기(510)의 슬라이딩 방향(x방향)과 교차하는 수평 방향(y방향)으로 슬라이딩시키는 좌우 조절기(520)와, 좌우 조절기(520)의 상부 블록(522)에 탑재되고, 수평하게 맞물린 한 쌍의 블록(531, 532) 중 챔버(10)와 마주하는 일측 블록(532)을 상하 방향(z방향)으로 슬라이딩시키는 상하 조절기(530)와, 상하 조절기(530)의 일측 블록(532)에 결합되고, 센서봉(400)이 지지되는 센서 장착홀(542)이 관통 형성되는 센서 장착 플레이트(540)를 포함한다. 상하로 맞물리거나 수평하게 맞물린 한 쌍의 블록들은 맞물린 면에 가이드돌기와 가이드홈이 형성되어 슬라이딩 구동시 상호 직교하는 3축 방향(x방향, y방향, z방향) 이외의 방향으로 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 좌우 조절기(520)와 상하 조절기(530) 사이에 수직 단면의 형상이 'ㄴ'자 형상으로 이루어지는 조절기 장착 플레이트(550)를 구비하여 이들을 간편하게 결합시킬 수 있다.
본 실시예에서는 전후진 조절기(510), 좌우 조절기(520) 및 상하 조절기(530) 각각에 회전 구동에 따라 돌출 길이가 증감되는 스핀들(미도시)을 구비하는 딤블 손잡이(516, 526, 536)가 구비된다. 즉, 사용자가 딤블 손잡이(516, 526, 536)를 회전시킴에 따라 스핀들의 돌출 길이가 늘어나거나 줄어들고, 스핀들의 일단에 슬라이딩되는 블록(512, 522, 532)을 연결시켜 센서봉(400)을 지지하는 센서 위치 조절기(500)를 구동시킬 수 있다. 미도시되었지만, 딤블 손잡이(516, 526, 536)에는 스핀들이 돌출되는 길이, 즉 슬라이딩되는 블록(512, 522, 532)이 움직인 길이를 나타내는 눈금이 표시되어 있어 사용자가 눈금을 보고 딤블 손잡이(516, 526, 536)를 조작하여 원하는 위치에 온도 측정 센서(410)를 위치시킬 수 있다. 따라서, 챔버(10)에 형성된 윈도우(20)에 온도 측정 센서(410)를 근접시키는 등 온도 측정 센서(410)의 위치를 자유롭게 변경시킬 수 있어 챔버(10)의 내부에서 성장하는 잉곳의 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서는 잉곳 성장 장치의 챔버를 예로 들어 설명하였지만, 잉곳 성장 장치 이외의 다양한 장치에서도 챔버 내부에 온도 측정 센서를 구비시키지 못하는 경우 본 발명에 따른 온도 측정 장치를 챔버 외주면의 윈도우 부위에 설치하여 챔버 내부에 구비되는 측정 대상물의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 온도 측정 장치에 의하면, 잉곳 성장 장치의 챔버에 형성되는 윈도우의 외측에서 온도 측정 센서의 위치를 전후 방향, 좌우 방향 또는 수평 방향으로 자유롭게 변경시킬 수 있어 상승 구동되는 시드를 따라 성장되는 잉곳의 온도를 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 온도 측정 센서의 위치를 변경함에 따라 측정 지점을 다르게 할 수 있다. 따라서, 잉곳의 복수 부위 온도를 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 챔버 내부에 구비되는 단결정 온도, 도가니의 온도 등도 측정할 수 있다. 또한, 온도 측정 장치에 고온계, 열화상 카메라, 스펙트로미터 등의 다양한 온도 측정 센서를 간편하게 장착시킬 수 있어 잉곳의 온도를 다양한 방식을 사용하여 정확하게 측정할 수 있다.
이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예들 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
10: 챔버 20: 윈도우
100: 온도 측정 장치 200: 고정 플레이트
210: 측정홀 300: 지지 플레이트
310: 센서 이동홀 400: 센서봉
410: 온도 측정 센서 420: 센서봉 몸체
450: 회전 나사 500: 센서 위치 조절기
510: 전후진 조절기 520: 좌우 조절기
530: 상하 조절기 540: 센서 장착 플레이트
600: 커버 플레이트

Claims (8)

  1. 내부에 공간을 구비한 챔버에 형성되는 윈도우를 통해 상기 챔버 내부에 구비되는 대상물의 온도를 측정하는 장치로서,
    상기 윈도우를 차폐하도록 상기 챔버의 외주면에 일측면이 맞대어져 결합되고, 상기 챔버의 외측에서 상기 윈도우의 일부를 볼 수 있도록 중앙 부위에 측정홀이 수평하게 관통 형성되는 고정 플레이트와;
    상기 챔버의 외측을 향해 돌출되도록 상기 고정 플레이트의 타측면 하부에 결합되고, 상기 고정 플레이트와 인접하여 센서 이동홀이 상하로 관통 형성되는 지지 플레이트와;
    상기 센서 이동홀에 삽입되어 상기 측정홀을 통해 상기 대상물의 온도를 측정하는 온도 측정 센서가 내장되는 센서봉과;
    상기 지지 플레이트의 상부면에 탑재되고, 상기 온도 측정 센서가 상기 측정홀을 향하도록 상기 센서봉을 상기 챔버를 향해 전후진 구동시키거나, 상기 전후진 구동 방향과 교차하는 수평 방향으로 좌우 구동시키거나 또는 상하 구동시키는 센서 위치 조절기;
    를 포함하는 온도 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지 플레이트에 결합되어 상기 센서봉 및 상기 센서 위치 조절기를 덮는 커버 플레이트를 포함하는 온도 측정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도 측정 센서는,
    고온계, 열화상 카메라, 스펙트로미터 중 어느 하나가 사용되는 온도 측정 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서 위치 조절기는,
    상하로 맞물린 한 쌍의 블록 중 상부 블록을 상기 챔버를 향하는 방향으로 슬라이딩시키는 전후진 조절기와;
    상기 전후진 조절기의 상부 블록에 탑재되고, 상하로 맞물린 한 쌍의 블록 중 상부 블록을 상기 전후진 조절기의 슬라이딩 방향과 교차하는 수평 방향으로 슬라이딩시키는 좌우 조절기와;
    상기 좌우 조절기의 상부 블록에 탑재되고, 수평하게 맞물린 한 쌍의 블록 중 상기 챔버와 마주하는 일측 블록을 상하 방향으로 슬라이딩시키는 상하 조절기와;
    상기 상하 조절기의 일측 블록에 결합되고, 상기 센서봉이 지지되는 센서 장착홀이 관통 형성되는 센서 장착 플레이트;
    를 포함하는 온도 측정 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 상하 조절기와 상기 좌우 조절기 사이에는 수직 단면의 형상이 'ㄴ'자 형상으로 이루어지는 조절기 장착 플레이트가 구비되는 온도 측정 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 전후진 조절기, 상기 좌우 조절기 및 상기 상하 조절기 각각에는,
    회전 구동에 따라 돌출 길이가 증감되는 스핀들을 구비하는 딤블 손잡이가 구비되고, 상기 스핀들의 증감되는 돌출 길이만큼 상기 상부 블록, 상기 일측 블록을 슬라이딩시키는 온도 측정 장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 센서봉의 상단부에는 상기 온도 측정 센서의 설치 각도를 조절하는 경동 조절기가 구비되는 온도 측정 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정 플레이트의 일측면은 상기 챔버의 외주면에 면 접촉되도록 오목한 곡면으로 형성되는 온도 측정 장치.
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