KR20140106217A - Method for continuous supply apparatus of ingot raw material and its continuous supply apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 잉곳 성장 원료를 연속적으로 정량 공급하는 잉곳 원료 연속공급장치 및 그 연속공급방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an ingot raw material continuous feeder for continuously and continuously feeding an ingot growth raw material and a continuous feed method thereof.
일반적으로 초크랄스키(Czochralski) 결정 성장법에 의한 잉곳(Ingot) 성장장치는, 핫죤(Hot Zone) 영역에 설치되는 도가니(Crucible)에 폴리 실리콘(또는 갈륨비소 등)과 불순물 등의 고체 원료를 투입하고 전열히터로 가열 및 용융시켜 실리콘 융액(Hot Melt)을 만든 다음, 단결정 시드(seed)를 실리콘 융액에 접촉시켜 서서히 회전 및 인상시키면, 소정 길이와 소정 직경의 단결정 잉곳(Ingot)이 얻어진다.
Generally, an ingot growing apparatus by a Czochralski crystal growth method is a system in which a solid material such as polysilicon (or gallium arsenide) and impurities is added to a crucible provided in a hot zone region And heated and melted by an electric heater to form a silicon melt. Then, the single crystal seed is brought into contact with the silicon melt and slowly rotated and pulled up to obtain a single crystal ingot having a predetermined length and a predetermined diameter .
잉곳 성장 원료인 폴리 실리콘(Poly Silicon)은 덩어리(Chunk Poly)와 알갱이(Granule Poly)가 사용되며, 불순물(Dopant)로는 소정량의 붕소(Boron) 또는 인(Phosphorus)이 주로 사용된다. 상기 붕소(Boron)는 P형 잉곳 성장에 사용되고, 인(Phosphorus)은 N형 잉곳 성장에 사용된다.
Chunk Poly and Granule Poly are used for the ingot growth material Poly Silicon and a predetermined amount of boron or phosphorus is used as the dopant. The boron is used for P-type ingot growth, and phosphorus is used for N-type ingot growth.
상기 원료들은 고체 상태이므로 이를 용융시켜 실리콘 융액(Hot Melt)으로 형성하기 위해서는 도가니에 불순물을 넣고 폴리 실리콘 덩어리를 돔(Dome) 형태로 쌓아올려 적층(Stacking)하게 되며, 폴리 실리콘 덩어리와 알갱이 및 불순물을 도가니 내부에 채워 넣어 용해하더라도 실리콘 덩어리와 덩어리 사이에 형성되는 공극만큼의 부피가 줄어들게 된다.
Since the raw materials are in a solid state, in order to melt them to form a silicon melt (hot melt), impurities are added to the crucible and the polysilicon masses are stacked in the form of a dome to be stacked and the polysilicon mass, Is filled in the crucible and melted, the volume of the gap formed between the silicon ingot and the lump is reduced.
또한 잉곳(Ingot)이 성장함에 따라 실리콘 융액이 점차적으로 소모되면서 레벨(액위)이 낮아지면 거리측정수단을 이용하여 레벨변위를 검출하면서 승강수단으로 도가니를 상승시켜 실리콘 융액면이 일정하게 유지되도록 제어하고 있으나, 정밀 제어가 어렵고 원료의 정량 공급이 쉽지 않아 성장 잉곳(Ingot)의 직경이 불균일할 뿐 아니라, 잉곳(Ingot)이 인상되는 방향으로 불순물의 농도가 변화하면서 품질이 균일하지 않는 편석 현상이 발생되는 등의 문제점이 있었다.
Further, when the level of the silicon melt is gradually consumed as the ingot grows, and the level (liquid level) is lowered, the level displacement is detected using the distance measuring means while the crucible is elevated by the elevating means so that the silicon melt surface is kept constant However, since it is difficult to precisely control and it is not easy to supply the raw material in a fixed amount, the diameter of the ingot is not uniform, and the concentration of the impurity changes in the direction in which the ingot is pulled up, And the like.
따라서, 성장 잉곳(Ingot)의 품질을 균일하게 유지하면서 원하는 직경과 원하는 길이로 성장시키기 위해서는 잉곳의 성장에 따라 줄어드는 부피만큼(또는 필요한 부피만큼)의 잉곳 원료(폴리 실리콘 및 불순물)를 정량적으로 계속 보충해주는 연속공급방법 및 그 장치가 필요하다.
Therefore, in order to grow the ingot uniformly while keeping the quality of the ingot uniform, it is necessary to quantitatively continue the ingot raw material (polysilicon and impurities) by the volume (or the required volume) reduced by the ingot growth A continuous supply method and apparatus for replenishment are required.
본 발명은 잉곳(Ingot)을 성장시키기 위해서는 줄어드는 부피만큼의 잉곳 원료를 연속적으로 공급하는 잉곳 원료 연속공급장치 및 그 연속공급방법을 제공함에 목적이 있다.
An object of the present invention is to provide an ingot raw material continuous feeding device for continuously feeding ingot raw materials as much as a volume reduced in order to grow an ingot and a continuous feeding method therefor.
본 발명의 다른 목적은 잉곳 성장에 필요한 원료를 연속적으로 공급하되, 정량 공급함으로써 생산성이 크게 향상되고 품질이 균일한 잉곳 원료 연속공급장치 및 그 연속공급방법을 제공함에 특징이 있다.
Another object of the present invention is to provide a continuous feed system for continuous feed of an ingot and a continuous supply method thereof, in which raw materials for growing an ingot are continuously supplied and supplied in a constant amount, and productivity is greatly improved and the quality is uniform.
본 발명의 또 다른 목적은 잉곳 성장에 필요한 원료를 공급할 때 연속공급장치로 상승 유입되는 고열을 차단하고 진공 상태를 유지하는 개폐수단을 제공함에 특징이 있다.
It is a further object of the present invention to provide an opening and closing means for shutting off a high temperature rising up to a continuous supply device and maintaining a vacuum state when supplying a raw material necessary for the ingot growth.
본 발명 잉곳 원료 연속공급장치는, 잉곳 성장용 원료가 투입되는 호퍼, 상기 원료가 배출될 수 있도록 호퍼 하부에 구성되는 배출구, 상기 호퍼를 상승 및 하강시켜 배출구를 개방 및 폐쇄시키는 호퍼승강수단, 상기 호퍼의 승강을 안내하는 승강안내수단, 상기 호퍼의 상승에 의해 배출되는 원료를 하부의 보조호퍼로 정량 배출시키는 정량배출수단, 상기 보조호퍼로 낙하되는 정량 원료를 공급관으로 이송하는 원료이송수단, 상기 원료이송수단에 의해 이송되는 원료를 내/외부 도가니 사이의 공간으로 안내 공급하는 공급관, 상기 공급관의 관로에 설치되는 상부 개폐수단과 하부 개폐수단 및 제어기를 포함하여 구성된다.
A continuous ingot raw material feeder according to the present invention includes a hopper into which raw materials for ingot growth are introduced, an outlet formed in a lower portion of the hopper so that the raw material can be discharged, a hopper elevating means for opening and closing the outlet by raising and lowering the hopper, A fixed amount discharge means for discharging a raw material discharged by the rising of the hopper to a lower auxiliary hopper, a raw material transfer means for transferring the quantitative raw material dropped by the auxiliary hopper to a supply pipe, A supply pipe for guiding and supplying the raw material conveyed by the raw material conveying means to a space between the inner and outer crucibles, an upper opening and closing means, a lower opening and closing means, and a controller installed in the duct of the supply pipe.
본 발명의 일 특징에 따르면, 호퍼승강수단은, 호퍼의 배출구 외주면에 형성되는 웜, 상기 웜의 양측에 치합되고 축설치되어 호퍼를 지지하는 일측 웜기어 및 타측 웜기어, 상기 일측 웜기어의 축봉에 축연결되는 승강모터, 상기 승강모터의 회전량(또는 회전방향과 회전수, 또는 회전방향과 회전각도, 또는 각변위)을 검출한 다음 제어기로 입력하는 제1 엔코더를 포함할 수 있다.
According to one aspect of the present invention, the hopper elevating means includes a worm formed on the outer circumferential surface of the discharge port of the hopper, a worm gear and the other worm gear which are mounted on both sides of the worm and are axially mounted to support the hopper, And a first encoder for detecting the amount of rotation of the elevating motor (or the rotational direction and the rotational number, the rotational direction and the rotational angle, or the angular displacement), and then inputting the detected amount to the controller.
본 발명의 일 특징에 따르면, 승강안내수단은, 호퍼 일측에 수직으로 설치되는 안내판, 상기 안내판의 수직방향으로 형성되는 안내공, 상기 호퍼의 측면에 설치되고 상기 안내공에 결합되어 호퍼의 회전을 억제하면서 수직 승강을 안내하는 안내봉을 포함할 수 있다.
According to one aspect of the present invention, the elevation guiding means includes a guide plate vertically installed on one side of the hopper, a guide hole formed in the vertical direction of the guide plate, a guide hole provided on a side surface of the hopper, And guide rods that guide the vertical lift.
본 발명의 일 특징에 따르면, 정량배출수단은, 일측 풀리 및 타측 풀리, 상기 풀리 외면에 설치되는 엔드레스형 컨베어 벨트, 상기 일측 풀리의 축봉에 축연결되는 정량모터, 상기 정량모터의 회전량을 감지한 다음 제어기로 입력하는 제2 엔코더를 포함할 수 있다.
According to one aspect of the present invention, the metering means includes a one-side pulley and a second side pulley, an endless type conveyor belt provided on the outer surface of the pulley, a metering motor connected to the shaft of the one side pulley, And then input to the controller.
본 발명의 일 특징에 따르면, 원료이송수단은, 케이스 내부에 축설치되는 소정 피치의 스크류, 상기 스크류를 회전시킬 수 있게 스크류축과 축연결되는 스크류모터, 상기 스크류모터의 회전량을 감지한 다음 제어기로 입력하는 제3 엔코더를 포함할 수 있다.
According to an aspect of the present invention, the raw material conveying means includes a screw having a predetermined pitch, which is installed in the case, a screw motor connected to the screw shaft so as to rotate the screw, And a third encoder for input to the controller.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상부 개폐수단은, 상/하부에 입구 및 출구가 각각 형성되는 하우징, 상기 하우징 내부에 설치되는 볼밸브, 상기 볼밸브에 형성되는 통공, 상기 통공과 직교하는 방향의 볼밸브 외주에 형성되는 회전축, 상기 회전축에 축연결되는 상부모터, 상기 상부모터에 설치되어 회전량을 감지한 다음 제어기로 입력하는 제4 엔코더를 포함할 수 있다.
According to an aspect of the present invention, the upper opening / closing means includes a housing having an inlet and an outlet formed at an upper portion and a lower portion, a ball valve installed in the housing, a through hole formed in the ball valve, An upper motor connected to the rotary shaft, and a fourth encoder installed in the upper motor for detecting the amount of rotation and then inputting the amount of rotation to the controller.
본 발명의 일 특징에 따르면, 하부 개폐수단은, 상/하부에 입구와 출구가 각각 형성된 하우징, 상기 하우징 내부에 설치되는 볼밸브, 상기 볼밸브에 형성되는 통공, 상기 통공과 직교하는 방향의 볼밸브 외주에 형성되는 회전축, 상기 회전축에 축연결되는 하부모터, 상기 하부모터에 설치되어 회전량을 감지한 다음 제어기로 입력하는 제5 엔코더를 포함할 수 있다.
According to an aspect of the present invention, the lower opening / closing means includes a housing having an inlet and an outlet formed at an upper portion and a lower portion, a ball valve installed in the housing, a through hole formed in the ball valve, And a fifth encoder installed in the lower motor to sense the amount of rotation and then input to the controller.
본 발명의 일 특징에 따르면, According to one aspect of the present invention,
엔드레스형 컨베어 벨트는, 표면에 소정 간격으로 형성되는 "V" 형 돌기에 의해 복수의 칸으로 구획되고, 양측에는 돌출부가 형성됨을 특징으로 한다.
The endless conveyor belt is divided into a plurality of chambers by a "V" -shaped protrusion formed at a predetermined interval on the surface, and protrusions are formed on both sides.
본 발명의 일 특징에 따르면, 케이스 일측 상부에 형성되는 입구는 보조호퍼에 기밀 상태로 연결되고, 상기 케이스 타측 하부에 형성되는 출구에는 배출관이 설치되고, 상기 배출관 하부에는 상부 개폐수단이 설치되고, 상기 상부 개폐수단 하부에는 연결관이 연결되고, 상기 연결관 하부에는 하부 개폐수단이 설치되고, 상기 하부 개폐수단 하부에는 공급관이 연결될 수 있다.
According to an aspect of the present invention, an inlet formed at an upper portion of one side of the case is hermetically connected to an auxiliary hopper, a discharge pipe is provided at an outlet formed at the lower portion of the other side of the case, A connection pipe is connected to the lower part of the upper opening and closing unit, a lower opening and closing unit is installed in the lower part of the connection pipe, and a supply pipe is connected to the lower part of the lower opening and closing unit.
본 발명의 일 특징에 따르면, 제어기는, 제어부의 입력에 제어기의 온(ON)/오프(OFF), 원료 종류 설정, 원료 공급량 설정, 초기화(Reset), 등의 선택 및 각종 데이터를 입력 및 설정할 수 있도록 복수의 키패드나 터치스크린 등으로 구성되는 설정부(S)와, 성장 중인 잉곳(11)의 무게를 측정하는 로드셀(13)과, 승강모터(44)의 회전량을 검출하는 제1 엔코더(45)와, 스크류모터(50)의 회전량을 검출하는 제2 엔코더(56)와, 정량모터(55)의 회전량을 검출하는 제3 엔코더(64)와, 상부모터(69)의 회전량을 검출하는 제4 엔코더(70)와, 하부모터(75)의 회전량을 검출하는 제5 엔코더(76)가 각각 접속되고, 상기 제어부(C)의 입/출력에는 실리콘 융액면(ML)의 온도 및 레벨(또는 레벨 변위)을 측정하는 CCD 카메라/레이저거리측정기(16)가 접속되고, 상기 제어부(C)의 출력에는 각종 동작상태ㆍ동작모드ㆍ설정값ㆍ현재값ㆍ각종 기기의 동작상태나 각종 이상 등이 표시되는 표시부(D)와, 호퍼(22)를 상승 및 하강시켜 원료(21)의 배출을 유도하는 호퍼승강수단(26)의 승강모터(44)와, 호퍼(22)로부터 배출되는 원료(21)를 컨베어 벨트(53)로 정량 배출시키는 정량배출수단(29)의 정량모터(55)와, 정량배출되는 원료를 상부 폐쇄수단(34)으로 낙하 이동시키는 원료이송수단(31)의 스크류모터(50)와, 상부 개폐수단(34)의 볼밸브(66)를 개폐시키는 상부모터(69)와, 하부 개폐수단(35)의 볼밸브(72)를 개폐시키는 하부모터(75)가 각각 접속될 수 있다.
According to one aspect of the present invention, the controller is configured to control the ON / OFF of the controller at the input of the control unit, the selection of the kind of raw material, the setting of the amount of raw material supply, the resetting, A
본 발명의 일 특징에 따르면, 원료 연속공급장치의 호퍼에 잉곳 성장 원료를 투입하는 단계와, 이어서 도가니에 투입 실리콘 융액면의 레벨 변위를 검출하는 단계와, 이어서 상기 레벨 변위를 토대로 원료 공급량을 결정하는 단계와, 이어서 호퍼승강수단으로 호퍼를 소정 높이 상승시켜 호퍼의 원료가 배출될 수 있도록 유도하는 단계와, 이어서 정량배출수단을 이용하여 호퍼로부터 배출되는 원료를 정량 배출하는 단계와, 이어서 원료이송수단을 이용하여 정량 배출되는 원료를 상부 개폐수단으로 낙하시키는 단계와, 이어서 상부 개폐수단을 개폐시켜 하부 개폐수단으로 원료를 낙하시키고 상부 개폐수단을 폐쇄하는 단계와, 이어서 하부 개폐수단을 개방시켜 도가니로 원료를 공급한 다음 하부 개폐수단을 폐쇄하는 단계와, 이어서 도가니로 투입된 실리콘 융액면의 레벨 변위를 검출하여 원료 투입이 필요하면 상기 단계를 반복하여 원료를 정량으로 연속 공급하는 방법이 제공된다.
According to one aspect of the present invention, there is provided a method for producing a silicon melt, comprising the steps of: inputting an ingot growth material into a hopper of a continuous material supply apparatus; detecting the level displacement of the silicon melt surface on the crucible; A step of raising the hopper to a predetermined height by a hopper elevating means so as to allow the raw material of the hopper to be discharged and then discharging the raw material discharged from the hopper in a fixed amount by using a fixed amount discharging means, Closing the upper opening and closing means, and then closing the upper opening and closing means, and then opening the lower opening and closing means to open the lower opening and closing means, Closing the lower opening and closing means, and then feeding into the crucible When detecting the level of the silicon melt liquid surface displacement required raw material In a method for repeating the step for continuously supplying raw material to the amount is provided.
본 발명은 잉곳(Ingot)을 성장시키기 위해서는 줄어든 부피만큼의 잉곳 원료가 계속 보충될 뿐 아니라, 잉곳 성장 원료가 연속하여 정량 공급되므로 잉곳(Ingot)의 생산성이 크게 향상되고 품질이 균일한 효과가 있다.
In order to grow the ingot, the ingot raw material is continuously supplied in a reduced volume, and since the ingot growing raw material is continuously supplied in a constant amount, the productivity of the ingot is greatly improved and the quality is uniformly effected .
본 발명은 잉곳 성장에 필요한 원료를 연속 공급할 수 있어서 잉곳을 소망의 크기(직경 및/또는 길이)로 성장시킬 수 있는 효과가 있다.
According to the present invention, it is possible to continuously feed the raw materials necessary for the ingot growth, and thus the ingot can be grown to a desired size (diameter and / or length).
본 발명은 정량의 잉곳 원료를 연속 공급할 때 공급관 관로에 설치되는 상/하부 개폐수단에 의해 공급관으로 상승되는 고열이 차단되어 연속공급장치가 보호되며, 또한 진공 상태가 유지되면서 잉곳 성장이 방해되지 않는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.
In the present invention, when the ingot material is continuously supplied in a constant amount, the high temperature rising to the supply pipe is blocked by the upper / lower opening / closing means installed in the supply pipe line to protect the continuous supply device. In addition, It is a very useful invention with effects such as.
도 1 : 본 발명 일 예로 도시한 공정도.
도 2 : 본 발명 일 예로 도시한 구성도.
도 3 : 본 발명 일 예로 도시한 정량 연속공급장치의 사시도.
도 4 : 본 발명 일 예로 도시한 정량 연속공급장치의 정면도.
도 5 : 본 발명에서 호퍼가 상승한 상태의 단면도.
도 6 : 본 발명에서 호퍼가 하강한 상태의 단면도.
도 7 : 본 발명 일 예로 도시한 정량 연속공급장치의 사용 상태 단면도로, 정량 개량된 원료가 폐쇄된 상부 개폐수단으로 낙하한 상태.
도 8 : 본 발명 일 예로 도시한 정량 연속공급장치의 사용 상태 단면도로, 정량 개량된 원료가 하부 개폐수단으로 낙하한 상태.
도 9 : 본 발명 일 예로 도시한 정량 연속공급장치의 사용 상태 단면도로,
상부 개폐수단이 폐쇄되고, 하부 폐쇄수단이 개방되면서 원료가 도가니로 투입되는 상태.
도 10 : 본 발명 일 예로 도시한 제어기의 회로 블럭도.
도 11 : 본 발명 일 예로 도시한 원료의 연속 공급 순서도. 1 is a process diagram showing an example of the present invention.
2 is a configuration diagram showing an example of the present invention.
3 is a perspective view of the constant-quantity continuous feeder shown in one example of the present invention.
Fig. 4 is a front view of the constant-quantity continuous feeder shown in one example of the present invention.
5 is a cross-sectional view of the hopper according to the present invention in an elevated state;
6 is a cross-sectional view of the hopper according to the present invention in a descended state;
Fig. 7 is a sectional view showing the state of use of the constant-quantity continuous feeder shown in one example of the present invention, in which the quantified raw material has fallen into the closed upper open-close means.
Fig. 8 is a sectional view showing the state in which the constant-quantity continuous feeder shown in the embodiment of the present invention is in use;
Fig. 9 is a sectional view showing the state of use of the constant-quantity continuous feeder shown in the embodiment of the present invention,
The state in which the upper opening and closing means is closed and the lower closing means is opened and the raw material is introduced into the crucible.
10 is a circuit block diagram of the controller shown as one example of the present invention.
11 is a flowchart showing the continuous supply of the raw materials shown as one example of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the embodiments of the present invention, the same components as in the drawings are denoted by the same reference numerals as possible, and detailed descriptions of known configurations and functions are omitted so as not to obscure the gist of the present invention.
도 1은 본 발명 잉곳 원료 연속 공급 방법을 도시한 것으로, Fig. 1 shows a continuous feeding method of the ingot raw material according to the present invention,
a. 원료 연속공급장치의 호퍼에 잉곳 성장 원료를 투입하는 단계와, a. Feeding the ingot growth material into a hopper of the continuous feed apparatus,
b. 도가니에 투입 실리콘 융액면의 레벨 변위를 검출하는 단계와, b. Detecting a level displacement of a charged silicon melt surface on a crucible;
c. 상기 레벨 변위를 토대로 원료 공급량을 결정하는 단계와, c. Determining a raw material supply amount based on the level displacement,
d. 호퍼승강수단으로 호퍼를 소정 높이 상승시켜 호퍼의 원료가 배출될 수 있도록 유도하는 단계와, d. A step of raising the hopper to a predetermined height by the hopper elevating means so that the raw material of the hopper can be discharged;
e. 정량배출수단을 이용하여 호퍼로부터 배출되는 원료를 정량 배출하는 단계와, e. Discharging the raw material discharged from the hopper in a fixed amount using a fixed amount discharging means;
f. 원료이송수단을 이용하여 정량 배출되는 원료를 상부 개폐수단으로 낙하시키는 단계와, f. A step of dropping the raw material discharged in a fixed amount by using the raw material transfer means by the upper opening and closing means,
g. 상부 개폐수단을 개폐시켜 하부 개폐수단으로 원료를 낙하시키고 상부 개폐수단을 폐쇄하는 단계와,g. Closing the upper opening and closing means to drop the raw material by the lower opening and closing means and closing the upper opening and closing means,
h. 하부 개폐수단을 개방시켜 도가니로 원료를 공급한 다음 하부 개폐수단을 폐쇄하는 단계와, h. Opening the lower opening / closing means to supply the raw material to the crucible, and then closing the lower opening / closing means;
i. 도가니로 투입된 실리콘 융액면의 레벨 변위를 검출하여 원료 투입이 필요하면 상기 b. ~ h. 단계를 반복하여 원료를 정량으로 연속 공급하는 단계로 된다.
i. If the level displacement of the silicon melt surface injected into the crucible is detected and the raw material input is necessary, ~ h. Step is repeated to continuously supply the raw materials in a constant amount.
상기에서 상/하 개폐수단을 교대로 개폐시켜 정량의 원료를 도가니로 연속 공급하면서 원료 공급관을 통하여 상승되는 고열을 차단(遮斷)시켜 연속공급장치를 보호하고, 또한 진공 상태를 유지시켜 대기압의 유입이 차단(遮斷)된다.
The upstream and downstream opening / closing means are alternately opened and closed to continuously supply a predetermined amount of raw material to the crucible while protecting the continuous supply device by blocking the high temperature rising through the raw material supply pipe, The flow is interrupted.
도 2는 잉곳 성장 원료를 연속적으로 정량 공급하는 본 발명 연속공급장치(20)가 부가 구성된 쵸크랄스키법 잉곳성장장치(또는 잉곳생산장치)의 일 예를 도시한 것이다.
Fig. 2 shows an example of a Czochralski method ingot growing apparatus (or ingot producing apparatus) to which continuously supplying
상기 잉곳성장장치는 냉각수단이 구비된 메인챔버(1)와, 메인챔버(1) 내부에 설치되고 폴리 실리콘(Hot Melt)을 용융시키는 내부 도가니(2) 및 외부 도가니(3)와, 내/외부 도가니(2)(3)의 하부를 연통시키는 복수의 개구부(4)와, 내/외부 도가니(2)(3)를 지지하는 페데스탈(5)과, 내/외부 도가니(2)(3)를 가열하는 전열히터(6)와, 상기 전열히터(6)로 대전력(大電力)을 공급하는 전원공급수단과, 상기 내/외부 도가니(2)(3) 및 페데스탈(5)을 지지ㆍ회전ㆍ상승ㆍ하강시키는 구동축(7) 및 구동수단(8)과, 메인챔버(1) 상부에 설치되는 돔챔버(9)와, 상기 돔챔버(9)에 설치되는 게이트밸브 및 뷰포트와, 돔챔버(9) 상부의 풀챔버(Pull Chamber)에 설치되는 인상수단(Seed Mechanism)(10)과, 인상수단(10)에 설치되고 잉곳(11)을 인상시키는 인상케이블(12)과 인상되는 잉곳(11)의 무게를 측정하는 로드셀(13)과, 인상케이블(11) 하단부에 설치되는 시드척(14)과, 뷰포트(15)를 통하여 실리콘 융액(M)의 융액면(ML)을 촬상하는 CCD 카메라 및 레이저 거리측정기(16)와, 진공수단, 냉각수단, 감지수단, 제어수단 및 계측수단 등으로 구성된다.
The ingot growing apparatus comprises a main chamber 1 provided with a cooling means, an
도 3은 본 발명 일 예로 도시한 연속공급장치(20)의 사시도이고, 도 4는 그 정면도로, 잉곳 성장용 원료(21)가 투입되는 호퍼(22)와, 원료(21)가 배출될 수 있도록 호퍼(22) 하부에 형성되는 배출구(23)와, 호퍼(22)의 상부를 폐쇄시켜 기밀을 유지하는 호퍼 게이트(24)와, 호퍼 게이트(24)를 개폐시키는 구동수단(25)과, 호퍼(21)의 원료(21)가 정량 배출될 수 있도록 호퍼(22)를 상승 및 하강시켜 배출구(23)를 개방 및 폐쇄시키는 호퍼승강수단(26)과, 호퍼(22)의 승강을 안내하는 승강안내수단(27)과, 호퍼(22)의 상승에 의해 배출되는 원료(21)를 하부의 보조호퍼(28)로 정량 배출시키는 정량배출수단(29)과, 보조호퍼(28)로 낙하되는 정량 원료(21)를 공급관(30)으로 낙하 배출시키는 원료이송수단(31)과, 낙하 배출되는 정량의 원료(21)를 내/외부 도가니(2)(3) 사이의 공간(32)으로 안내 공급하는 공급관(30)과, 공급관(30)의 관로(33)에 설치되어 교대로 개폐되면서 도가니(2)(3)로부터 상승하는 고열(高熱)을 차단(遮斷)시켜 연속공급장치(20)를 보호하고 또한 진공 상태를 유지(대기압 차단)하는 상부 개폐수단(34) 및 하부 개폐수단(35)과 제어기(36)로 구성된다.
FIG. 3 is a perspective view of a
상기 구동수단은, 에어실린더, 또는 유압실린더, 또는 모터와 동력전달수단일 수 있다.
The driving means may be an air cylinder, a hydraulic cylinder, or a motor and a power transmitting means.
본 발명에서 엑츄에이터, 이를테면 모터에는 검출수단이 설치되어 모터의 제어할 수 있게 회전 정도를 검출하는 검출수단이 구비된다. 상기 검출수단으로는 엔코더, 접촉센서, 근접센서, 광학센서 등을 예로 들 수 있으며, 본 발명에서는 설명의 편의상 엔코더(Encoder)가 예시된다.
In the present invention, the actuator, such as a motor, is provided with detection means for detecting the degree of rotation so that the motor can be controlled. Examples of the detecting means include an encoder, a touch sensor, a proximity sensor, an optical sensor, and the like. In the present invention, an encoder is exemplified for convenience of explanation.
상기 호퍼(22)는, 케이스(37) 내부에 설치되며, 도 3 ~ 도 7과 같이 원료(21)를 쉽게 투입할 수 있도록 상부가 넓고 배출구(23)가 위치하는 하부가 좁은 깔대기 형상이며, 케이스(37) 상부에는 수동식 또는 자동식 또는 기계식 개폐수단(25)에 의해 슬라이딩 방식으로 개폐되거나, 또는 도 4와 같이 축핀(38)을 중심으로 개폐되는 호퍼 게이트(24)가 설치되어, 따라서 호퍼 게이트(24)가 폐쇄된 상태에서는 대기압이 차단되고 케이스(37)의 견고한(완고한) 기밀(氣密)을 유지되면서 연속공급장치(20)의 진공 파괴가 방지된다.
The
상기 케이스(37)와 호퍼 게이트(24) 사이의 기밀(氣密, 또는 진공) 유지수단으로는 내마모도와 기밀성(기밀도) 및 내열성이 우수한 오링이나 패킹 등의 실링부재가 사용된다.
A seal member such as an O-ring or a packing having excellent wear resistance, airtightness (airtightness) and heat resistance is used as a hermetic (air tight or vacuum) holding means between the
상기 호퍼(22)의 용적은 잉곳(11)을 1회 성장시키는데 필요한 량을 초과하는 량의 원료(21)를 수용할 수 있는 크기이며, 상기 호퍼(22) 일측에는 호퍼(22)를 상승 및 하강시키는 호퍼승강수단(26)이 설치된다.
The volume of the
상기 호퍼승강수단(26)은, 호퍼(22)의 하부, 예컨대 배출구(23)의 외주면에 형성되는 웜(40)과, 상기 웜(40)의 양측에 치합되고 축설치되어 호퍼(22)를 지지하는 웜기어(41)(42)와, 일측 웜기어(41)의 축봉(43)에 축연결되는 승강모터(44)와, 승강모터(44)의 회전량(또는 회전방향과 회전수, 또는 회전방향과 회전각도, 또는 각변위)을 검출한 다음 제어기(36)로 입력하는 제1 엔코더(45)로 구성된다.
The
상기 호퍼(22) 일측에 설치되는 승강안내수단(27)은, 호퍼(22) 일측에 수직으로 설치되는 안내판(47)과, 안내판(47)의 수직방향으로 형성되는 안내공(48)과, 호퍼(22)의 측면에 설치되고 상기 안내공(48)에 결합되어 호퍼(22)의 회전을 억제하면서 수직 승강을 안내하는 안내봉(49)으로 구성된다.
The elevation guide means 27 provided at one side of the
상기 승강안내수단(27)은 LM가이드로 구성될 수 있다. 즉, 안내판(47) 대신 LM레일을 설치하고, 안내봉(49) 대신 LM블럭을 구성하여 결합함으로써 호퍼(22)의 보다 안정적인 승강을 달성할 수 있다.
The elevation guiding means 27 may be configured as an LM guide. That is, the LM rail is provided instead of the
호퍼(22) 배출구(23) 하부에 설치되는 정량배출수단(29)은, 좌우 한 쌍으로 구성되는 일측 풀리(51) 및 타측 풀리(52)와, 풀리(51)(52) 외면에 설치되는 엔드레스형 컨베어 벨트(53)와, 일측 풀리(51)의 축봉(54)에 축연결되는 정량모터(55)와, 정량모터(55)의 회전량(또는 회전방향과 회전수, 또는 회전방향과 회전각도, 또는 각변위)을 감지한 다음 제어기(36)로 입력하는 제2 엔코더(56)로 구성된다.
The fixed quantity discharge means 29 provided below the
상기 엔드레스형 컨베어 벨트(53)의 양측에는 돌출부(58)가 각각 형성되어 원료(21)가 측면으로 낙하하는 것이 방지된다.
At both sides of the
상기 엔드레스형 컨베어 벨트(53)의 표면에는 돌출부(58) 까지 연장되는 "V" 형상의 돌기(57)가 소정 간격으로 형성되어 복수의 칸으로 구획되며, 호퍼(22)로부터 배출되는 원료(21)가 상기 "V" 형 돌기(57) 사이의 칸으로 유입되어 배출량(공급량)이 정해지며, 호퍼(22)의 소정높이(h)에 따라 상기 칸으로 유입되는 원료(21)의 량이 정해진다.
V-shaped
상기 정량배출수단(29)에 의해 원료(21)가 낙하하는 케이스(37)의 바닥부분에는 보조호퍼(28)가 설치되고, 상기 보조호퍼(28)의 하부에는 원료이송수단(31)이 설치된다.
An
상기 원료이송수단(31)은, 기밀(氣密)이 유지되는 케이스(39) 내부에 축설치되는 소정 피치의 스크류(46)와, 스크류(46)를 회전시킬 수 있게 스크류축(46a)과 축연결되는 스크류모터(50)와, 스크류모터(50)의 회전량(또는 회전방향과 회전수, 또는 회전방향과 회전각도, 또는 각변위)을 감지한 다음 제어기(36)로 입력하는 제3 엔코더(64)로 구성되고, 케이스(39) 일측 상부에 형성되는 입구(60)는 보조호퍼(28)에 기밀(氣密) 상태로 연결되고, 케이스(39) 타측 하부에 형성되는 출구(61)에는 배출관(62)이 설치되고, 배출관(62) 하부에는 상부 개폐수단(34)이 설치되고, 상부 개폐수단(34) 하부에는 연결관(63)이 연결되고, 연결관(63) 하부에는 하부 개폐수단(35)이 설치되고, 하부 개폐수단(35) 하부에는 공급관(30)이 연결된다.
The raw
상기 원료이송수단(31)은 소정 피치의 스크류(46)가 수평으로 설치되고, 입구(60)로 유입된 원료가 스크류(46)의 회전에 의해 출구(61)로 균일하게 배출되면서 상부 개폐수단(34)으로 안정적으로 낙하하게 되므로 낙하 충격이 감소된다.
The raw material transfer means 31 is provided with a
상부 개폐수단(34)은, 상/하부에 입구 및 출구가 각각 형성되는 하우징(65)과, 하우징(65) 내부에 설치되는 볼밸브(66)와, 볼밸브(66)에 형성되는 통공(67)과, 상기 통공(67)과 직교하는 방향의 볼밸브(66) 외주에 형성되는 회전축(68)과, 상기 회전축(68)에 축연결되는 상부모터(69)와, 상부모터(69)에 설치되어 회전량(또는 회전방향과 회전수, 또는 회전방향과 회전각도, 또는 각변위)을 감지한 다음 제어기(36)로 입력하는 제4 엔코더(70)로 구성된다.
The upper opening and closing means 34 includes a
하부 개폐수단(35)은, 상/하부에 입구와 출구가 각각 형성된 하우징(71)과, 하우징(71) 내부에 설치되는 볼밸브(72)와, 볼밸브(72)에 형성되는 통공(73)과, 상기 통공(73)과 직교하는 방향의 볼밸브(72) 외주에 형성되는 회전축(74)과, 상기 회전축(74)에 축연결되는 하부모터(75)와, 하부모터(75)에 설치되어 회전량(또는 회전방향과 회전수, 또는 회전방향과 회전각도, 또는 각변위)을 감지한 다음 제어기(36)로 입력하는 제5 엔코더(76)로 구성된다.
The lower opening and closing means 35 includes a
상기 모터(4)(50)(55)(69)(75)는 정회전 또는 정/역회전이 가능하고 제어기(C)의 제어에 의해 회전속도가 가변되는 모터이다.
The
상기 공급관(21)의 하부는 핫죤 영역에 위치하면서 고온(고열)에 노출되므로, 충분한 내열성을 갖는 재질, 이를테면 석영튜브이거나, 또는 수냉실이 형성되어 강제 수냉되는 구조이다.
Since the lower part of the
도 5는 호퍼승강수단(26)에 의해 호퍼(22)가 소정 높이(h)로 상승한 상태의 단면도로, 호퍼(22)에 투입된 원료(21)가 배출구(23)를 통하여 컨베어 벨트(53) 상부면에 안착한 상태이고, 도 6은 호퍼승강수단(26)에 의해 호퍼(22)가 하강하여 컨베어 벨트(53)에 접촉한 상태의 단면도, 초기에 원료(21)를 호퍼(22)에 투입하거나 또는 원료(21) 공급을 잠시 중단한 상태의 단면도이다.
5 is a sectional view of the
상기 호퍼승강수단(26)은, 도 5와 같이 승강모터(44) 및 웜기어(41)가 시계방향으로 회전하면 웜기어(41)(42)에 치합된 웜(40)의 작용에 의해 호퍼(22)가 소정 높이(h)로 상승하여 컨베어 벨트(53)가 회전할 수 있는 상태로 되며, 승강모터(44)의 회전축에 설치된 제1 엔코더(45)가 승강모터(44)의 회전량(또는 회전방향과 회전수, 또는 회전방향과 회전각도, 또는 각변위)을 감지하여 제어기(36)로 입력하고, 제어기(36)는 제1 엔코더(45)로부터 입력되는 회전값과, CCD 카메라 및 레이저 거리측정기(16)를 이용하여 실리콘 융액면(ML)의 레벨을 측정하고 로드셀(13)을 이용하여 성장 잉곳(11)의 무게를 측정하여 계산된 기준값(원료 투입량)을 비교 판단하여 기준값에 도달하거나 일치하면 승강모터(44)를 정지시켜 호퍼(22)가 상승높이에서 정지하게 된다.
5, when the
상기 호퍼(22)가 상승할 때 승강안내수단(27)의 도움을 받는다. And is assisted by the elevation guide means 27 when the
즉, 호퍼(22)의 측면에 설치된 안내봉(49)이 안내판(47)의 안내공(48)에 결합되어 호퍼(22)의 회전은 억제되면서 수직 승강이 허용되므로 호퍼(22)가 안정적으로 상승 및 하강하게 된다.
That is, since the
상기 일측 웜기어(41)는 구동기어이고, 타측 웜기어(42)는 피동기어로, 상호작용에 의해 치차 결합이 유지된다.
The one
호퍼(22)가 도 5의 A방향으로 소정 높이(h)로 상승된 상태에서 정량배출수단(29)이 정량모터(55)가 반시계 방향(D방향)으로 회전하면 배출구(23)로 배출되는 원료(21)가 컨베어 벨트(53)의 표면에 안착된 상태에서 컨베어 벨트(53)를 따라 이동하다가 보조호퍼(28) 방향(C방향)으로 낙하 배출된다.
When the quantitative discharging
상기 컨베어 벨트(53)의 표면에는 "V" 형상 돌기(57)에 의해 복수의 칸이 구획되어 있어서, 일부 칸으로 안착된 원료(21)의 유동이나 진동 등에 의한 불필요한 이동이 방지되며, 양측에는 돌출부(58)가 각각 형성되어 원료(21)의 측면 낙하가 방지된다.
A plurality of chambers are defined by the V-shaped
한편, 원료(21)의 공급을 일시적이거나 잠시 중단시키는 경우, 정량모터(55)와 컨베어 벨트(53)를 정지시킴으로써 달성된다.
On the other hand, when the supply of the
도 6은 호퍼(22)에 원료(21)를 투입할 때, 승강모터(44)를 반시계 방향으로 회전시키면 웜기어(41)(42)에 치합된 웜(40)의 작용에 의해 호퍼(22)가 하강하면서 컨베어 벨트(53)의 표면에 접촉된 상태로, 호퍼(22)와 컨베어 벨트(53)로 원료(21)의 불필요한 유출이나 흘러내림이 방지된다.
6 shows a state in which when the
도 7 ~ 도 9는 상부 개폐수단(34)과 하부 개폐수단(35)이 교대로 개폐되면서 정량 배출되는 원료(21)를 도가니의 공간(19)으로 공급하는 상태를 도시한 것으로, 교대로 개폐되는 상부 개폐수단(34)과 하부 개폐수단(35)의 볼밸브(66)(72)에 의해 기밀(氣密)이 유지되는 상태에서 원료(21)의 연속 공급이 달성된다.
7 to 9 show a state in which the
상기 제4, 제5 엔코더(70)(76)는 상/하부 모터(69)(75)의 회전량(또는 회전방향과 회전수, 또는 회전방향과 회전각도, 또는 각변위)과 회전부하를 검출하여 제어기(36)로 입력하게 되며, 제어기(36)는 제4, 제5 엔코더(70)(76)로 부터 입력되는 회전량과 회전부하 신호를 미리 설정된 기준신호와 비교하여 볼밸브(66)(72)의 개방상태 또는 폐쇄상태를 판단하여 상/하부 모터(69)(75)를 제어하게 된다.
The fourth and
상부 개폐수단(34)과 하부 개폐수단(35)은 내열성과 내마모도 및 기밀성(기밀도)이 우수한 각각의 볼밸브(66)(72)에 의해 기밀(氣密, 또는 진공)이 달성되며, 또한 정확하고 신속한 개폐가 달성되므로, 별도의 오링이나 패킹 등의 실링부재가 불필요하다.
The airtightness (airtightness or vacuum) is achieved by the upper and lower opening and closing means 34 and the lower opening and closing means 35 by the
도 7은 상부 개폐수단(34)과 하부 개폐수단(35)이 각각 폐쇄된 상태, 이를테면, 볼밸브(66)(72)의 통공(67)(73)이 수평으로 유지되어 관로(管路)(33)의 상/하부 기밀이 유지되는 상태에서 정량의 원료(21)가 원료이송수단(31)에 의해 상부 개폐수단(34)으로 낙하 이동되는 상태이고, 도 8은 상부모터(69)에 의해 볼밸브(66)의 통공(67)이 수직으로 개방된 상태에서 원료(21)가 낙하하여 하부 개폐수단(35)으로 낙하 이동한 상태이며, 이러한 상태에서도 관로(33)를 폐쇄하고 있는 하부의 볼밸브(72)에 의해 여전히 관로(33)의 기밀(氣密)이 유지되는 상태이다.
7 shows a state in which the upper opening and closing means 34 and the lower opening and closing means 35 are closed respectively such that the through
도 9는 상부 볼밸브(66)에 의해 관로(管路)(33)가 폐쇄되어 기밀이 유지되면 하부모터(75)에 의해 하부 볼밸브(72)의 통공(73)이 수직상태로 회전하여 관로(33)가 개방되고 정량의 원료(21)가 공급관(30)으로 낙하하여 도가니 공간(21)으로 공급되며, 하부 볼밸브(72)가 소정시간 전부 개방되어 원료(21)가 전량 낙하하면 도 7과 같이 하부모터(75)에 의해 볼밸브(72)의 통공(73)이 수평상태로 회전하여 관로(管路)(33)가 페쇄되고 기밀이 유지되며, 이러한 과정의 반복으로 정량의 원료가 연속적으로 공급된다.
9 shows that the through
도 10은 본 발명 일 예로 도시한 제어기(36)의 회로블럭도로, PLC, 또는 중앙처리장치, 또는 마이컴으로 구성되는 제어부(C)의 입력에는 제어기(36)의 온(ON)/오프(OFF), 원료 종류 설정, 원료 공급량 설정, 초기화(Reset), 등의 선택 및 각종 데이터를 입력 및 설정할 수 있도록 복수의 키패드나 터치스크린 등으로 구성되는 설정부(S)와, 성장 중인 잉곳(11)의 무게를 측정하는 로드셀(13)과, 승강모터(44)의 회전량을 검출하는 제1 엔코더(45)와, 스크류모터(50)의 회전량을 검출하는 제2 엔코더(56)와, 정량모터(55)의 회전량을 검출하는 제3 엔코더(64)와, 상부모터(69)의 회전량을 검출하는 제4 엔코더(70)와, 하부모터(75)의 회전량을 검출하는 제5 엔코더(76)가 각각 접속되고, 제어부(C)의 입/출력에는 실리콘 융액면(ML)의 온도 및 레벨(또는 레벨 변위)을 측정하는 CCD 카메라/레이저거리측정기(16)가 접속된다.
10 is a block diagram showing an example of the ON / OFF (OFF) state of the
상기 제어부(C)의 출력에는 각종 동작상태ㆍ동작모드ㆍ설정값ㆍ현재값ㆍ각종 기기의 동작상태나 각종 이상 등이 표시되는 표시부(D)와, 호퍼(22)를 상승 및 하강시켜 원료(21)의 배출을 유도하는 호퍼승강수단(26)의 승강모터(44)와, 호퍼(22)로부터 배출되는 원료(21)를 컨베어 벨트(53)로 정량 배출시키는 정량배출수단(29)의 정량모터(55)와, 정량배출되는 원료를 상부 폐쇄수단(34)으로 낙하 이동시키는 원료이송수단(31)의 스크류모터(50)와, 상부 개폐수단(34)의 볼밸브(66)를 개폐시키는 상부모터(69)와, 하부 개폐수단(35)의 볼밸브(72)를 개폐시키는 하부모터(75)가 각각 접속된다.
The output of the control unit C includes a display unit D for displaying various operation states, operation modes, set values, current values, operation states of various devices, various kinds of anomalies, and the like, and a
상기 제어부(C)의 입출력에는 하드디스크, 플래시메모리, ROM(Read Only Memory), SSD(Solid State Driver) 등 다양한 형태의 기록매체로 구성되는 메모리부가 포함되며, 제어부(C)로 입/출력되는 데이터는 상기 메모리부에 저장 및 독출되고, 또한 갱신 저장된다.
The input / output of the control unit C includes a memory unit including various types of recording media such as a hard disk, a flash memory, a ROM (Read Only Memory), and an SSD (Solid State Driver) The data is stored in the memory unit, read out, and updated.
상기 제어부(C)의 출력에는 도면으로 도시하지 않았지만 각종 엑츄에이터를 구동시키는 구동 드라이브가 접속되며, 상기 설정부(S)는 통상의 키패드, 스위치군, 터치스크린 등을 각각 사용하거나 혼용할 수 있다.
Although not shown in the drawings, a driving drive for driving various actuators is connected to the output of the control unit C, and the setting unit S can use or mix a normal keypad, a switch group, a touch screen, etc., respectively.
상기 표시부(D)는 전원공급 상태를 표시하는 전원표시등과, 각종 센서류 및 엑츄에이터 등의 동작상태가 표시되며, 액정디스플레이(LCD), 세븐 세그먼트, 발광다이오드 등으로 구성되거나 복합 구성되며, 상황여건에 따라 터치스크린으로 표시부를 구성하여 사용의 편의를 도모할 수도 있다.
The display unit D displays an operation state of a power indicator, a power indicator, and various sensors and actuators to display a power supply state. The display unit D includes a liquid crystal display (LCD), a seventh segment, a light emitting diode, Accordingly, the display unit can be configured with a touch screen to facilitate the use.
도 11은 본 발명 일 예로 도시한 잉곳 원료(21)를 도가니 공간(32)으로 연속 공급하는 순서도로, 호퍼승강수단(26)으로 호퍼(22)를 하강시켜 컨베어 벨트(53)의 상부면에 접촉시켜 투입될 원료의 배출을 방지하는 단계(S1 단계); 구동수단(25)으로 호퍼 게이트(24)를 열어 원료(21)를 투입할 수 있게 호퍼(22) 상부를 개방하는 단계(S2 단계); 잉곳(11)의 1회 성장에 필요한 량 또는 그 량 이상의 잉곳 성장 원료(21)를 호퍼(22) 내부로 투입하는 단계(S3 단계); 구동수단(25)으로 호퍼 게이트(24)를 폐쇄시켜 호퍼(22) 및 호퍼(22) 주변의 기밀(氣密)을 유지하는 단계(S4 단계); CCD 카메라 및 레이저 거리측정기(16)를 이용하여 실리콘 융액면(ML)의 레벨을 측정하고 로드셀(13)을 이용하여 성장 잉곳(11)의 무게를 측정하는 단계(S5 단계); 상기 측정된 값을 토대로 원료(21) 투입량을 계산 및 결정하는 단계(S6 단계); 호퍼승강수단(26)으로 호퍼(22)를 상승높이를 조절시켜 원료 배출량을 제어하는 단계(S7 단계); 호퍼(22)에서 배출되는 원료배출량과 정량배출수단(29)에 의해 배출되는 실제배출량을 비교 판단하여 원료배출량이 실제배출량에 도달할 때까지 호퍼(22)의 상승높이를 조절하고(S7 단계), 원료배출량이 실제배출량에 도달하면 호퍼승강수단(26)을 정지시키는 판단단계(S8 단계); 원료배출량이 실제배출량에 도달하여 호퍼승강수단(26)이 정지하면 정량배출수단(29)을 가동시켜 보조호퍼(28)로 낙하 배출시키는 단계(S10 단계); 원료이송수단(31)을 이용하여 보조호퍼(28)로부터 낙하 배출되는 원료를 상부 개폐수단(34)으로 낙하 이송하는 단계(S11 단계); 원료이송수단(31)의 스크류 회전시간과 상부 개폐수단(34)까지의 원료이송시간을 비교하여 스크류 회전시간이 원료이송시간에 도달할 때까지 이송스크류를 계속 회전시켜 정량 원료를 상부 개폐수단으로 낙하 이송시키고(S11 단계), 스크류 회전시간이 원료이송시간에 도달하면 원료이송수단(31)을 정지시키는 판단단계(S12 단계); 상기 원료이송수단(31)이 정지되면(S13 단계) 상부 개폐수단(34)을 개방시켜 하부 개폐수단(35)으로 원료를 낙하 이동시키는 단계(S14 단계); 상부 개폐수단(34) 까지의 원료낙하시간과 원료이송수단(31)의 스크류 정지시간을 비교 판단하여 원료낙하시간이 스크류 정지시간에 도달할 때까지 상부 개폐수단(34)을 개방하고(S14 단계), 원료 낙하시간이 스크류 정지시간에 도달하면 상부 개폐수단(34)을 폐쇄시키는 판단단계(S15 단계); 상부 개폐수단(34)이 폐쇄되면(S16 단계), 하부 개폐수단(35)을 소정시간 개방시켜 공급관(30)을 통하여 도가니 공간(32)으로 정량의 원료를 공급하는 단계(S17 단계); 소정시간이 되면 하부 개폐수단(35)을 폐쇄하고 소정시간이 되지 않으면 하부 개폐수단(35)의 개방상태를 유지시켜 정량의 원료를 계속 공급하는 판단단계(S18 단계); 상기의 과정으로 잉곳성장이 완료될 때 까지 상기 단계(S5 단계)로 돌아가 원료(21)의 연속 공급을 달성하고, 잉곳의 성장이 완료되면 원료(21)의 연속공급을 중단하고 종료하는 판단단계(S19 단계)로 된다.
11 is a flowchart showing the continuous feeding of the ingot
이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, It is self-evident to those of ordinary skill.
(1)--메인챔버 (2)--내부 도가니
(3)--외부 도가니 (6)--전열히터
(10)--인상수단 (11)--잉곳
(12)--인상케이블 (13)--로드셀
(16)--CCD 카메라/레이저 거리측정기 (20)--연속공급장치
(21)--원료 (22)--호퍼
(23)--배출구 (24)--호퍼 게이트
(25)--게이트 구동수단 (26)--호퍼승강수단
(27)--승강안내수단 (28)--보조호퍼
(29)--정량배출수단 (30)--공급관
(31)--원료이송수단 (32)--공간
(33)--공급관의 관로 (34)--상부 개폐수단
(35)--하부 개폐수단 (36)--제어기
(37)(39)--케이스 (38)--축핀
(40)--웜 (41)(42)--웜기어
(43)(54)--축봉 (44)--승강모터
(45)(56)(64)(70)(76)--엔코더 (46)--스크류
(46a)--스크류축 (47)--안내판
(48)--안내공 (49)--안내봉
(50)--스크류모터 (51)(52)--풀리
(53)--컨베어 벨트 (55)--정량모터
(57)-돌기 (58)--돌출부
(60)--입구 (61)--출구
(62)--배출관 (63)--연결관
(65)(71)--하우징 (66)(72)--볼밸브
(67)(73)--통공 (68)(74)--회전축
(69)--상부모터 (75)--하부모터
(C)--제어부 (D)--표시부
(S)--설정부 (h)--높이
(M)--실리콘 융액 (ML)--실리콘 융액면(1) - main chamber (2) - internal crucible
(3) - external crucible (6) - electrothermal heater
(10) - lifting means (11) - ingot
(12) - impression cable (13) - load cell
(16) - CCD camera / laser range finder (20) - Continuous feeder
(21) - Raw material (22) - Hopper
(23) - outlet (24) - hopper gate
(25) - gate drive means (26) - hopper elevating means
(27) - elevating guide means (28) - auxiliary hopper
(29) - Quantitative discharge means (30) - Supply pipe
(31) - Feed conveying means (32) - Space
(33) - the conduit (34) of the supply pipe - the upper opening and closing means
(35) - Lower opening / closing means (36) - Controller
(37) (39) - Case (38) - Pivot pin
(40) - worm (41) (42) - worm gear
(43) (54) - Axle (44) - Lift motor
(45) (56) (64) (70) (76) - Encoder (46) - Screw
(46a) - screw shaft (47) - guide plate
(48) - Guide Ball (49) - Guide Ball
(50) - Screw motors (51) (52) - Pulleys
(53) - Conveyor belt (55) - Quantitative motor
(57) -projection (58) -projection
(60) - inlet (61) - outlet
(62) - discharge pipe (63) - connector
(65) (71) - Housing (66) (72) - Ball valve
(67) (73) - through holes (68) (74) - rotating shaft
(69) - upper motor (75) - lower motor
(C) -controller (D) -display unit
(S) - Setting section (h) - Height
(M) - Silicon melt (ML) - Silicon melt surface
Claims (12)
상기 원료가 배출될 수 있도록 호퍼 하부에 구성되는 배출구;
상기 호퍼를 상승 및 하강시켜 배출구를 개방 및 폐쇄시키는 호퍼승강수단;
상기 호퍼의 승강을 안내하는 승강안내수단;
상기 호퍼의 상승에 의해 배출되는 원료를 하부의 보조호퍼로 정량 배출시키는 정량배출수단;
상기 보조호퍼로 낙하되는 정량 원료를 공급관으로 이송하는 원료이송수단;
상기 원료이송수단에 의해 이송되는 원료를 내/외부 도가니 사이의 공간으로 안내 공급하는 공급관;
상기 공급관의 관로에 설치되어 교대로 개폐되는 상부 개폐수단과 하부 개폐수단 및 제어기;
를 포함하는 잉곳 원료 연속공급장치.A hopper into which the raw material for growing an ingot is injected;
An outlet formed in a lower portion of the hopper so that the raw material can be discharged;
Hopper lifting means for lifting and lowering the hopper to open and close the outlet;
An elevating guide means for guiding the elevation of the hopper;
A quantitative discharging means for discharging a raw material discharged by the rising of the hopper to a lower auxiliary hopper in a quantitative manner;
A raw material conveying means for conveying the quantitative raw material falling into the auxiliary hopper to a supply pipe;
A feed pipe for guiding and feeding the raw material conveyed by the raw material conveying means to a space between the inner and outer crucibles;
An upper opening / closing means, a lower opening / closing means, and a controller installed on the pipeline of the supply pipe and alternately opened and closed;
And the continuous ingot raw material supply device.
호퍼승강수단은,
호퍼의 배출구 외주면에 형성되는 웜;
상기 웜의 양측에 치합되고 축설치되어 호퍼를 지지하는 일측 웜기어 및 타측 웜기어;
상기 일측 웜기어의 축봉에 축연결되는 승강모터;
상기 승강모터의 회전량을 검출한 다음 제어기로 입력하는 제1 엔코더;
를 포함하는 잉곳 원료 연속공급장치.The method of claim 1,
The hopper elevating means,
A worm formed on the outer circumferential surface of the outlet of the hopper;
One side worm gear and the other side worm gear which are engaged with both sides of the worm and are axially installed to support the hopper;
A lifting motor axially connected to the shaft rod of the one-side worm gear;
A first encoder for detecting the amount of rotation of the elevating motor and then inputting the detected amount of rotation to the controller;
And the continuous ingot raw material supply device.
승강안내수단은,
호퍼 일측에 수직으로 설치되는 안내판;
상기 안내판의 수직방향으로 형성되는 안내공;
상기 호퍼의 측면에 설치되고 상기 안내공에 결합되어 호퍼의 회전을 억제하면서 수직 승강을 안내하는 안내봉;
을 포함하는 잉곳 원료 연속공급장치.The method according to claim 1 or 2,
The elevating /
A guide plate vertically installed on one side of the hopper;
A guide hole formed in the vertical direction of the guide plate;
A guide rod installed on a side surface of the hopper and coupled to the guide hole to guide the vertical lift while suppressing the rotation of the hopper;
The continuous feed of the ingot raw material.
정량배출수단은,
일측 풀리 및 타측 풀리;
상기 풀리 외면에 설치되는 엔드레스형 컨베어 벨트;
상기 일측 풀리의 축봉에 축연결되는 정량모터;
상기 정량모터의 회전량을 감지한 다음 제어기로 입력하는 제2 엔코더;
를 포함하는 잉곳 원료 연속공급장치.The method according to claim 1 or 2,
The quantitative discharge means,
One side pulley and the other side pulley;
An endless conveyor belt provided on the outer surface of the pulley;
A metering motor connected to the shaft rod of the one-side pulley;
A second encoder for sensing the amount of rotation of the metering motor and then inputting the amount of rotation to the controller;
And the continuous ingot raw material supply device.
원료이송수단은,
케이스 내부에 축설치되는 소정 피치의 스크류;
상기 스크류를 회전시킬 수 있게 스크류축과 축연결되는 스크류모터;
상기 스크류모터의 회전량을 감지한 다음 제어기로 입력하는 제3 엔코더;
를 포함하는 잉곳 원료 연속공급장치.The method according to claim 1 or 2,
The raw-
A screw having a predetermined pitch, which is installed inside the case;
A screw motor connected to the screw shaft so as to rotate the screw;
A third encoder for detecting a rotation amount of the screw motor and then inputting the rotation amount to the controller;
And the continuous ingot raw material supply device.
상부 개폐수단은,
상/하부에 입구 및 출구가 각각 형성되는 하우징;
상기 하우징 내부에 설치되는 볼밸브;
상기 볼밸브에 형성되는 통공;
상기 통공과 직교하는 방향의 볼밸브 외주에 형성되는 회전축;
상기 회전축에 축연결되는 상부모터;
상기 상부모터에 설치되어 회전량을 감지한 다음 제어기로 입력하는 제4 엔코더;
를 포함하는 잉곳 원료 연속공급장치.The method according to claim 1 or 2,
The upper opening /
A housing having an inlet and an outlet formed at an upper portion and a lower portion, respectively;
A ball valve installed inside the housing;
A through hole formed in the ball valve;
A rotating shaft formed on an outer periphery of the ball valve in a direction perpendicular to the through-hole;
An upper motor coupled to the rotating shaft;
A fourth encoder installed in the upper motor to sense the amount of rotation and then input to the controller;
And the continuous ingot raw material supply device.
하부 개폐수단은,
상/하부에 입구와 출구가 각각 형성된 하우징;
상기 하우징 내부에 설치되는 볼밸브;
상기 볼밸브에 형성되는 통공;
상기 통공과 직교하는 방향의 볼밸브 외주에 형성되는 회전축;
상기 회전축에 축연결되는 하부모터;
상기 하부모터에 설치되어 회전량을 감지한 다음 제어기로 입력하는 제5 엔코더;
를 포함하는 잉곳 원료 연속공급장치.The method according to claim 1 or 2,
The lower opening /
A housing having an inlet and an outlet formed at an upper portion and a lower portion, respectively;
A ball valve installed inside the housing;
A through hole formed in the ball valve;
A rotating shaft formed on an outer periphery of the ball valve in a direction perpendicular to the through-hole;
A lower motor shaft-connected to the rotary shaft;
A fifth encoder installed in the lower motor to sense the amount of rotation and then input to the controller;
And the continuous ingot raw material supply device.
엔드레스형 컨베어 벨트는;
표면에 소정 간격으로 형성되는 "V" 형 돌기에 의해 복수의 칸으로 구획되고, 양측에는 돌출부가 형성됨을 특징으로 하는 잉곳 원료 연속공급장치.The method of claim 4,
Endless conveyor belt;
Shaped projections formed at predetermined intervals on a surface thereof, and projections are formed on both sides thereof.
케이스 일측 상부에 형성되는 입구는 보조호퍼에 기밀 상태로 연결되고,
상기 케이스 타측 하부에 형성되는 출구에는 배출관이 설치되고,
상기 배출관 하부에는 상부 개폐수단이 설치되고,
상기 상부 개폐수단 하부에는 연결관이 연결되고,
상기 연결관 하부에는 하부 개폐수단이 설치되고,
상기 하부 개폐수단 하부에는 공급관이 연결됨을 특징으로 하는 잉곳 원료 연속공급장치.The method according to claim 1 or 2,
The inlet formed at the upper side of the case is hermetically connected to the auxiliary hopper,
A discharge pipe is provided at an outlet formed at the lower side of the case,
An upper opening / closing means is provided at a lower portion of the discharge pipe,
A connection pipe is connected to the lower portion of the upper opening /
A lower opening / closing means is provided at a lower portion of the connection pipe,
And a supply pipe is connected to the lower portion of the lower opening / closing means.
제어기는,
제어부의 입력에 제어기의 온(ON)/오프(OFF), 원료 종류 설정, 원료 공급량 설정, 초기화(Reset), 등의 선택 및 각종 데이터를 입력 및 설정할 수 있도록 복수의 키패드나 터치스크린 등으로 구성되는 설정부(S)와, 성장 중인 잉곳(11)의 무게를 측정하는 로드셀(13)과, 승강모터(44)의 회전량을 검출하는 제1 엔코더(45)와, 스크류모터(50)의 회전량을 검출하는 제2 엔코더(56)와, 정량모터(55)의 회전량을 검출하는 제3 엔코더(64)와, 상부모터(69)의 회전량을 검출하는 제4 엔코더(70)와, 하부모터(75)의 회전량을 검출하는 제5 엔코더(76)가 각각 접속되고,
상기 제어부(C)의 입/출력에는 실리콘 융액면(ML)의 온도 및 레벨(또는 레벨 변위)을 측정하는 CCD 카메라/레이저거리측정기(16)가 접속되고,
상기 제어부(C)의 출력에는 각종 상태가 표시되는 표시부(D)와, 호퍼승강수단(26)의 승강모터(44)와, 정량배출수단(29)의 정량모터(55)와, 원료이송수단(31)의 스크류모터(50)와, 상부 개폐수단(34)의 볼밸브(66)를 개폐시키는 상부모터(69)와, 하부 개폐수단(35)의 볼밸브(72)를 개폐시키는 하부모터(75)가 각각 접속된 잉곳 원료 연속공급장치.The method according to claim 1 or 2,
The controller,
It is composed of a plurality of keypads or touch screens such as a controller ON / OFF, a material type setting, a raw material supply amount setting, a reset, and the like for inputting and setting various data. A load cell 13 for measuring the weight of the ingot 11 being grown; a first encoder 45 for detecting the amount of rotation of the elevation motor 44; A third encoder 64 for detecting the amount of rotation of the metering motor 55; a fourth encoder 70 for detecting the amount of rotation of the upper motor 69; And a fifth encoder 76 for detecting the rotation amount of the lower motor 75 are respectively connected,
A CCD camera / laser distance measuring device 16 for measuring the temperature and level (or level displacement) of the silicon melt surface ML is connected to the input / output of the controller C,
The output of the control unit C includes a display unit D on which various states are displayed, a lift motor 44 of the hopper elevating unit 26, a metering motor 55 of the metering unit 29, An upper motor 69 for opening and closing the ball valve 66 of the upper opening and closing means 34 and a lower motor 65 for opening and closing the ball valve 72 of the lower opening and closing means 35, (75) are connected to each other.
b. 도가니에 투입 실리콘 융액면의 레벨 변위를 검출하는 단계;
c. 상기 레벨 변위를 토대로 원료 공급량을 결정하는 단계;
d. 호퍼승강수단으로 호퍼를 소정 높이 상승시켜 호퍼의 원료가 배출될 수 있도록 유도하는 단계;
e. 정량배출수단을 이용하여 호퍼로부터 배출되는 원료를 정량 배출하는 단계;
f. 원료이송수단을 이용하여 정량 배출되는 원료를 상부 개폐수단으로 낙하시키는 단계;
g. 상부 개폐수단을 개폐시켜 하부 개폐수단으로 원료를 낙하시키고 상부 개폐수단을 폐쇄하는 단계;
h. 하부 개폐수단을 개방시켜 도가니로 원료를 공급한 다음 하부 개폐수단을 폐쇄하는 단계;
i. 도가니로 투입된 실리콘 융액면의 레벨 변위를 검출하여 원료 투입이 필요하면 상기 b. ~ h. 단계를 반복하여 원료를 정량으로 연속 공급하는 단계;
로 된 잉곳 원료 연속공급방법.a. Feeding an ingot growth material into a hopper of a continuous feed apparatus;
b. Detecting a level displacement of a charged silicon melt surface on a crucible;
c. Determining a feed amount based on the level displacement;
d. Elevating the hopper to a predetermined height by the hopper elevating means so as to allow the raw material of the hopper to be discharged;
e. Discharging a raw material discharged from the hopper in a fixed amount using a fixed amount discharging means;
f. Dropping the raw material discharged in a fixed amount by using the raw material transfer means by the upper opening and closing means;
g. Closing the upper opening and closing means to drop the raw material by the lower opening and closing means and closing the upper opening and closing means;
h. Opening the lower opening / closing means to supply the raw material to the crucible, and then closing the lower opening / closing means;
i. If the level displacement of the silicon melt surface injected into the crucible is detected and the raw material input is necessary, ~ h. Repeating the steps so as to continuously feed the raw materials in a fixed amount;
Wherein the raw material is continuously fed.
이어서 구동수단(25)으로 호퍼 게이트(24)를 열어 원료(21)를 투입할 수 있도록 호퍼(22) 상부를 개방하는 단계;
이어서 잉곳(11)의 1회 성장에 필요한 량의 잉곳 성장 원료(21)를 호퍼(22) 내부로 투입하는 단계;
이어서 구동수단(25)으로 호퍼 게이트(24)를 폐쇄시켜 기밀을 유지하는 단계;
이어서 CCD 카메라 및 레이저 거리측정기(16)를 이용하여 실리콘 융액면(ML)의 레벨을 측정하고 로드셀(13)을 이용하여 성장 잉곳(11)의 무게를 측정하는 단계;
이어서 상기 측정된 값을 토대로 원료(21) 투입량을 계산 및 결정하는 단계;
이어서 호퍼승강수단(26)으로 호퍼(22)의 상승높이를 조절시켜 원료 배출량을 제어하는 단계;
이어서 호퍼(22)에서 배출되는 원료배출량과 정량배출수단(29)에 의해 배출되는 실제배출량을 비교 판단하여 원료배출량이 실제배출량에 도달할 때까지 호퍼(22)의 상승높이를 조절하고, 원료배출량이 실제배출량에 도달하면 호퍼승강수단(26)을 정지시키는 단계;
이어서 원료배출량이 실제배출량에 도달하여 호퍼승강수단(26)이 정지하면 정량배출수단(29)을 가동시켜 보조호퍼(28)로 낙하 배출시키는 단계;
이어서 원료이송수단(31)을 이용하여 보조호퍼(28)로부터 낙하 배출되는 원료를 상부 개폐수단(34)으로 낙하 이송하는 단계;
이어서 원료이송수단(31)의 스크류 회전시간과 상부 개폐수단(34)까지의 원료이송시간을 비교하여 스크류 회전시간이 원료이송시간에 도달할 때까지 이송스크류를 계속 회전시켜 정량 원료를 상부 개폐수단으로 낙하 이송시키고, 스크류 회전시간이 원료이송시간에 도달하면 원료이송수단(31)을 정지시키는 단계;
이어서 원료이송수단(31)이 정지되면(S13 단계) 상부 개폐수단(34)을 개방시켜 하부 개폐수단(35)으로 원료를 낙하 이동시키는 단계;
이어서 상부 개폐수단(34) 까지의 원료낙하시간과 원료이송수단(31)의 스크류 정지시간을 비교 판단하여 원료낙하시간이 스크류 정지시간에 도달할 때까지 상부 개폐수단(34)을 개방하고, 원료 낙하시간이 스크류 정지시간에 도달하면 상부 개폐수단(34)을 폐쇄시키는 단계;
이어서 상부 개폐수단(34)이 폐쇄되면(S16 단계), 하부 개폐수단(35)을 소정시간 개방시켜 공급관(30)을 통하여 도가니 공간(32)으로 정량의 원료를 공급하는 단계;
이어서 소정시간이 되면 하부 개폐수단(35)을 폐쇄하고 소정시간이 되지 않으면 하부 개폐수단(35)의 개방상태를 유지시켜 정량의 원료를 계속 공급하는 단계;
상기의 과정으로 잉곳성장이 완료될 때까지 원료(21)의 연속 공급을 달성하고, 잉곳의 성장이 완료되면 원료(21)의 연속공급을 중단하고 종료하는 단계;
로 된 잉곳 원료 연속공급방법.Lowering the hopper 22 by the hopper elevating means 26 so as to contact the upper surface of the conveyor belt 53 to prevent discharge of the material to be charged;
Opening the upper portion of the hopper 22 so that the hopper gate 24 can be opened by the driving means 25 to feed the raw material 21;
Then, the amount of the ingot growth material 21 required for one-time growth of the ingot 11 is injected into the hopper 22;
Closing the hopper gate (24) with the drive means (25) to maintain the airtightness;
Measuring the level of the silicon melt surface ML using the CCD camera and the laser distance measuring device 16 and measuring the weight of the growing ingot 11 using the load cell 13;
Calculating and determining an input amount of the raw material (21) based on the measured value;
Controlling the elevation height of the hopper 22 by the hopper elevating means 26 to control the amount of raw material discharge;
Then, the raw material discharge amount discharged from the hopper 22 is compared with the actual discharge amount discharged by the constant amount discharge means 29, the height of the hopper 22 is adjusted until the raw discharge amount reaches the actual discharge amount, Stopping the hopper lifting means (26) when the actual discharge amount is reached;
Subsequently, when the amount of discharged raw material reaches the actual discharge amount and the hopper elevating means 26 stops, the fixed amount discharging means 29 is operated to drop and discharge into the auxiliary hopper 28;
Feeding the raw material falling from the auxiliary hopper 28 to the upper opening / closing means 34 using the raw material feeding means 31;
Then, the screw rotation time of the raw material conveying means 31 is compared with the raw material conveying time to the upper opening / closing means 34, and the conveying screw is continuously rotated until the screw rotation time reaches the raw material conveying time, And stopping the material conveying means (31) when the screw rotation time reaches the material conveying time;
When the raw material conveying means 31 is stopped (S13), the upper opening / closing means 34 is opened and the raw material is dropped by the lower opening / closing means 35;
Next, the raw material falling time to the upper opening and closing means 34 is compared with the screw stopping time of the raw material conveying means 31, the upper opening and closing means 34 is opened until the raw material falling time reaches the screw stopping time, Closing the upper opening / closing means (34) when the dropping time reaches the screw stopping time;
When the upper opening and closing means 34 is closed (S16), the lower opening and closing means 35 is opened for a predetermined time to supply a predetermined amount of raw material to the crucible space 32 through the supply pipe 30;
Closing the lower opening / closing means (35) at a predetermined time, and maintaining the opened state of the lower opening / closing means (35) when the predetermined time has not elapsed,
Continuously supplying the raw material (21) until the ingot growth is completed by the above-mentioned process, and stopping and terminating the continuous supply of the raw material (21) when the ingot is completely grown;
Wherein the raw material is continuously fed.
Priority Applications (1)
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