KR20150106204A - 잉곳 제조 장치 - Google Patents

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KR20150106204A
KR20150106204A KR1020140028419A KR20140028419A KR20150106204A KR 20150106204 A KR20150106204 A KR 20150106204A KR 1020140028419 A KR1020140028419 A KR 1020140028419A KR 20140028419 A KR20140028419 A KR 20140028419A KR 20150106204 A KR20150106204 A KR 20150106204A
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chamber
feeding
suction
sweeping gas
silicon
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KR1020140028419A
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권현구
윤여균
손민수
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(주)기술과가치
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Abstract

잉곳 제조 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 제조 장치는 챔버; 상기 챔버 내부에 배치되며, 실리콘 입자가 멜팅되는 멜팅 존을 지니는 도가니; 상기 도가니 내부에 배치되며, 상기 멜팅 존으로부터 유입된 실리콘 용융액으로부터 잉곳이 성장하는 성장 존을 지닌 인너 월; 상기 실리콘 입자와 스위핑 가스를 상기 챔버 내부에 공급하는 피딩부; 및 상기 피딩부를 둘러싸며, 상기 피딩부를 통하여 공급된 상기 스위핑 가스를 상기 챔버 외부로 배출하는 석션부를 포함한다.

Description

잉곳 제조 장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING INGOT}
본 발명은 잉곳 제조 장치에 관한 것이다.
잉곳은 반도체 칩이나 태양전지를 제조하는데 있어서 중요하다. 잉곳은 도가니에 실리콘을 용융시킨 후 응고시키는 과정에서 제조된다.
잉곳은 쵸크랄스키법으로 제조되며, 쵸크랄스키법은 실리콘 용융액에 침투된 봉 또는 종자결정을 천천히 인양하면서 봉이나 종자결정 주변에 부착된 실리콘이 고화되면서 잉곳을 제조한다.
최근에는 실리콘을 연속적으로 투입함으로써 다수의 잉곳을 제조할 수 있는 continuous Czochralski 방식 잉곳 제조 장치에 대한 연구가 진행되고 있다.
등록특허 10-1111681 (등록일 : 2012년01월26일)
본 발명의 실시예에 따른 잉곳 제조 장치는 챔버 내부의 스위핑 가스의 분포에 대한 영향을 줄이면서 실리콘 더스트, 실리콘 옥사이드 및 이외의 분진들을 제거하기 위한 것이다.
본 출원의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 챔버; 상기 챔버 내부에 배치되며, 실리콘 입자가 멜팅되는 멜팅 존을 지니는 도가니; 상기 도가니 내부에 배치되며, 상기 멜팅 존으로부터 유입된 실리콘 용융액으로부터 잉곳이 성장하는 성장 존을 지닌 인너 월; 상기 실리콘 입자와 스위핑 가스를 상기 챔버 내부에 공급하는 피딩부; 및 상기 피딩부를 둘러싸며, 상기 피딩부를 통하여 공급된 상기 스위핑 가스를 상기 챔버 외부로 배출하는 석션부를 포함하는 잉곳 제조 장치가 제공된다.
상기 실리콘 용융액의 표면으로부터 상기 피딩부의 끝단 사이의 거리는 상기 실리콘 용융액의 표면으로부터 다른 하나의 끝단 사이의 거리보다 같거나 클 수 있다.
상기 석션부와 상기 피딩부는 서로 동일한 중심축을 지닐 수 있다.
상기 피딩부로부터 공급되는 상기 스위핑 가스의 공급 속도는 상기 석션부로부터 배출되는 상기 스위핑 가스의 석션 속도와 실질적으로 동일하거나 작을 수 있다.
상기 실리콘 입자의 직경보다 작은 실리콘 더스트가 피딩부를 통하여 상기 챔버 내부로 유입되고, 상기 석션부는 상기 실리콘 더스트를 상기 챔버 외부로 배출할 수 있다.
상기 석션부는 상기 실리콘 더스트와 더불어 상기 챔버 내의 실리콘 옥사이드를 상기 챔버 외부로 배출할 수 있다.
상기 피딩부의 끝단과 상기 석션부의 내측면 사이의 거리는, 상기 챔버 내의 상기 피딩부가 꺾인 영역에서의 상기 피딩부의 외측면과 상기 석션부의 내측면 사이의 거리보다 작을 수 있다.
상기 스위핑 가스의 일부가, 상기 피딩부의 측면에 형성된 관통홀을 통하여 상기 석션부로 배출되며, 상기 관통홀의 직경은 상기 피딩부 끝단의 직경보다 작을 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 잉곳 제조 장치는 상기 석션부의 내측면과 상기 피딩부의 외측면을 연결하여 상기 석션부와 상기 피딩부 끝단 사이의 석션 공간을 복수 개로 나누는 구획부를 더 포함할 수 있다.
상기 석션부는 복수의 단위부를 포함하며, 상기 복수의 단위부 각각은 상기 피딩부의 외측면과 연결될 수 있다.
상기 피딩부의 끝단을 통과하는 상기 스위핑 가스의 온도는 상기 챔버 내부의 온도보다 낮을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 챔버; 상기 챔버 내부에 배치되며, 상기 실리콘 입자가 멜팅되는 멜팅 존을 지니는 도가니; 상기 도가니 내부에 배치되며, 상기 멜팅 존으로부터 유입된 실리콘 용융액으로부터 잉곳이 성장하는 성장 존을 지닌 인너 월; 상기 실리콘 입자와 스위핑 가스를 상기 챔버 내부에 공급하는 피딩부; 및 상기 피딩부 내부에 위치하여 상기 피딩부를 통하여 공급된 상기 스위핑 가스를 상기 챔버 외부로 배출하는 상기 석션부를 포함하는 잉곳 제조 장치가 제공된다.
상기 실리콘 용융액의 표면으로부터 상기 석션부의 끝단 사이의 거리는 상기 실리콘 용융액의 표면으로부터 상기 피딩부의 끝단 사이의 거리보다 같거나 클 수 있다.
상기 석션부와 상기 피딩부는 서로 동일한 중심축을 지닐 수 있다.
상기 피딩부로부터 공급되는 상기 스위핑 가스의 공급 속도는 상기 석션부로부터 배출되는 상기 스위핑 가스의 석션 속도와 실질적으로 동일하거나 작을 수 있다.
상기 실리콘 입자의 직경보다 작은 실리콘 더스트가 상기 피딩부를 통하여 상기 챔버 내부로 유입되고, 상기 석션부는 상기 실리콘 더스트를 상기 챔버 외부로 배출할 수 있다.
상기 석션부는 상기 실리콘 더스트와 더불어 상기 챔버 내의 실리콘 옥사이드를 상기 챔버 외부로 배출할 수 있다.
상기 석션부의 끝단의 직경은 상기 챔버 내의 상기 피딩부가 꺾인 영역에서의 상기 석션부의 직경보다 작을 수 있다.
상기 스위핑 가스의 일부가 상기 석션부의 측면에 형성된 관통홀을 통하여 상기 석션부로 배출되며, 상기 관통홀의 직경은 상기 피딩부의 내측면과 상기 석션부의 외측면의 거리보다 작을 수 있다.
상기 피딩부의 끝단을 통과하는 상기 스위핑 가스의 온도는 상기 챔버 내부의 온도보다 낮을 수 있다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 챔버; 상기 챔버 내부에 배치되며, 실리콘 입자가 멜팅되는 멜팅 존을 지니는 도가니; 상기 도가니 내부에 배치되며, 상기 멜팅 존으로부터 유입된 실리콘 용융액으로부터 잉곳이 성장하는 성장 존을 지닌 인너 월; 상기 실리콘 입자와 스위핑 가스를 챔버 내부에 공급하는 피딩부; 상기 피딩부를 통하여 공급된 상기 스위핑 가스를 상기 챔버 외부로 배출하며, 상기 피딩부를 둘러싸거나 상기 피딩부 내부에 위치하는 석션부; 및 상기 챔버 내부 및 상기 석션부와 연통되어 상기 스위핑 가스가 상기 챔버 외부로 이동하는 유로를 제공하는 연결관; 상기 연결관을 통하여 이동하는 상기 스위핑 가스에 포함된 분진을 필터링하는 메인 필터; 및 상기 연결관을 통하여 상기 스위핑 가스가 이동하는 압력을 제공하는 메인 펌프를 포함하는 잉곳 제조 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 잉곳 제조 장치는 피딩부를 통하여 공급되는 스위핑 가스를 석션부를 통하여 배출함으로써 챔버 내부의 스위핑 가스의 분포에 대한 영향을 줄이면서 실리콘 더스트, 실리콘 옥사이드 및 이외의 분진들을 제거할 수 있다.
본 출원의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉곳 제조 장치를 나타낸다.
도 2는 도 1의 피딩부 및 석션부의 비교예를 나타낸다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉곳 제조 장치의 피딩부의 변형예들을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉곳 제조 장치를 나타낸다.
도 8은 도 7의 피딩부 및 석션부의 비교예를 나타낸다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉곳 제조 장치의 피딩부의 변형예들을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉곳 제조 장치를 나타낸다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 제조 장치를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 제조 장치는 챔버(110), 도가니(120), 인너 월(inner wall)(130), 피딩(feeding)부(140) 및 석션(suction)부(150)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 잉곳 제조 장치는 잉곳(ingot)(IG)이 성장하는 동안 실리콘 입자를 피딩부(140)를 통하여 간헐적 또는 연속적으로 공급할 수 있는 Continuous Czochralski 방식(이하, CCz 방식)의 잉곳 제조 장치일 수 있다.
챔버(110)는 실리콘 입자의 멜팅(melting) 및 잉곳(IG) 성장을 위한 환경을 제공하기 위하여 내부 공간을 외부와 차단시킨다.
도가니(120)는 챔버(110) 내부에 배치되며, 실리콘 입자가 멜팅되는 멜팅 존(melting zone)을 지닌다. 이 때 멜팅 존은 도가니(120)와 인너 월 (130)사이의 영역일 수 있다. 도가니(120)는 실리콘 입자 및 잉곳(IG)의 오염을 방지하고 고온 환경을 견딜 수 있는 쿼츠(quartz)로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
인너 월(130)은 도가니(120) 내부에 배치되며, 멜팅 존으로부터 유입된 실리콘 용융액으로부터 잉곳(IG)이 성장하는 성장 존(growth zone)을 지닌다. 인너 월(130) 역시 오염을 방지하고 고온 환경에 견딜 수 있는 쿼츠로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
피딩부(140)는 실리콘 입자와 스위핑 가스(sweeping gas)를 챔버(110) 내부에 공급한다. 스위핑 가스는 Ar, N2, He일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 잉곳(IG)이 성장하는 과정에서 피딩부(140)는 실리콘 입자를 간헐적 또는 연속적으로 멜팅 존에 공급함으로써 복수의 잉곳(IG)을 제조할 수 있다. 피딩부(140)는 파이프 또는 튜브 형태일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
잉곳(IG)이 성장하는 동안 실리콘 용융액의 표면에서 실리콘 옥사이드(silicon oxide) 가 발생할 수 있다. 즉, SiO2로 이루어진 도가니(120)가 고온의 실리콘 용융액과 만나면 도가니(120)로부터 산소가 용출되고, 이 산소가 실리콘 용융액과 반응하여 실리콘 옥사이드가 발생할 수 있다. 대부분의 실리콘 옥사이드는 가스 상태로 실리콘 용융액의 표면으로 방출될 수 있다. 이와 같은 실리콘 옥사이드는 피딩부(140)에 증착될 수 있다.
피딩부(140)에 증착된 실리콘 옥사이드는 시간이 지남에 따라 커지므로 실리콘 옥사이드가 실리콘 입자의 투입을 방해하거나 막을 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉곳 제조 장치는 피딩부(140)를 통하여 실리콘 입자와 더불어 스위핑 가스를 공급하므로 실리콘 옥사이드가 피딩부(140)에 증착되는 것을 방지할 수 있다.
이 때 피딩부(140)의 끝단을 통과하는 스위핑 가스의 온도는 챔버(110) 내부의 온도보다 낮을 수 있다. 즉, 스위핑 가스는 피딩부(140)를 냉각시켜 실리콘 옥사이드가 피딩부(140)에 증착되는 것을 막을 수 있다.
실리콘 입자는 섭씨 1420 도 내외에서 멜팅되므로 잉곳(IG)은 고온의 챔버(110) 내부 환경에서 성장한다. 실리콘 옥사이드의 증착은 고온의 챔버(110) 환경으로 인하여 이루어지는데, 스위핑 가스가 피딩부(140)를 냉각시킴으로써 실리콘 옥사이드가 피딩부(140)에 증착되는 것이 방지될 수 있다.
석션부(150)는 피딩부(140)를 둘러싸며, 피딩부(140)를 통하여 공급된 스위핑 가스를 챔버(110) 외부로 배출한다. 피딩부(140)를 통하여 실리콘 입자 뿐만 아니라 실리콘 입자의 직경보다 작은 실리콘 더스트(silicon dust)가 챔버(110) 내부로 유입될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 더스트는 실리콘 입자의 평균 직경보다 10 % 미만의 직경을 지닐 수 있다.
이와 같은 실리콘 더스트는 원료 자체에 포함되어 있을 수 있고, 공급 과정에서 실리콘 입자들 사이의 충돌과 같이 다양한 원인에 의하여 형성될 수 있다.
챔버(110) 내부로 유입된 실리콘 더스트는 성장 존 영역으로 이동하여 잉곳(IG)의 성장을 방해할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 석션부(150)는 실리콘 더스트를 챔버(110) 외부로 배출할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 스위핑 가스가 피딩부(140)로부터 공급되어 석션부(150)를 통하여 챔버(110) 외부로 배출되므로 피딩부(140)와 석션부(150) 사이에 스위핑 가스의 흐름이 형성될 수 있다.
실리콘 입자는 실리콘 더스트에 비하여 무거우므로 스위핑 가스의 흐름을 벗어나 도가니(120) 내로 투입될 수 있다. 반면에 실리콘 더스트는 실리콘 입자에 비하여 가벼우므로 스위핑 가스의 흐름을 따라 피딩부(140)에서 석션부(150)로 배출될 수 있다. 이에 따라 실리콘 더스트가 챔버(110) 내로 유입되는 것이 방지되어 안정적인 잉곳(IG) 성장이 이루어질 수 있다.
이 때 석션부(150)는 실리콘 더스트와 더불어 챔버(110) 내의 실리콘 옥사이드를 챔버(110) 외부로 배출할 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 실리콘 옥사이드는 잉곳(IG)이 제조되는 과정에서 실리콘 용융액 표면에서 발생하며, 실리콘 옥사이드는 챔버(110) 내부 공간에 분포될 수 있다.
스위핑 가스가 피딩부(140)에서 석션부(150)로 흐르게 되면, 피딩부(140) 근처의 실리콘 옥사이드 역시 스위핑 가스의 흐름을 따라 챔버(110) 외부로 배출될 수 있다. 따라서 스위핑 가스의 흐름은 피딩부(140)에 실리콘 옥사이드가 증착되는 것을 방지할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘 용융액의 표면으로부터 피딩부(140)의 끝단 사이의 거리 D1는 실리콘 용융액의 표면으로부터 다른 하나의 끝단 사이의 거리 D2보다 같거나 클 수 있다.
이와 다르게 거리 D1이 D2보다 작을 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 스위핑 가스의 일부가 석션부(150)가 아닌 챔버(110) 내부로 흐를 수 있으므로 실리콘 더스트가 챔버(110) 내부로 유입될 수 있다.
석션부(150)와 피딩부(140)는 서로 동일한 중심축을 지닐 수 있으며, 이에 따라 석션부(150)와 피딩부(140)는 동축 이중관 구조를 지닐 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 피딩부(140) 뿐만 아니라 챔버(110)의 상부와 하부를 통하여 스위핑 가스가 챔버(110) 내부로 유입될 수 있다.
즉, 챔버(110)의 상부로부터 유입되는 스위핑 가스는 실리콘 용융액의 표면에서 생성되는 실리콘 옥사이드를 제거하여 챔버(110)의 측면에 형성된 배출부(310)를 통하여 배출할 수 있다.
이와 같이 챔버(110)의 상부에서 유입되는 스위핑 가스는 실리콘 옥사이드와 섞이게 되는데, 스위핑 가스에 섞인 실리콘 옥사이드는 흑연으로 이루어진 히터(320)의 표면에 증착되어 히터(320)의 효율을 떨어뜨릴 수 있다.
따라서 챔버(110)의 하부로부터 유입되는 스위핑 가스는 실리콘 옥사이드를 함유한 스위핑 가스가 흐르는 방향의 반대로 이동함으로써 실리콘 옥사이드를 함유한 스위핑 가스가 흑연 부품과 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
이 외에도 상부에서 유입된 스위핑 가스가 챔버(110)를 지나 챔버(110) 하부의 배출부(미도시)로 배출될 수도 있다.
챔버(110)의 하부에서 유입된 스위핑 가스 역시 배출부(310)를 통하여 챔버(110)의 외부로 배출될 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 챔버(110) 상부에서 유입된 스위핑 가스는 실리콘 용융액의 표면을 스위핑(sweeping)하면서 배출부(310)로 이동하는데, 스위핑 가스의 분포가 멜팅 존과 성장 존 전체에 대하여 균일할수록 실리콘 옥사이드의 제거 효율이 증가할 수 있다.
이 때 피딩부(140)를 통하여 공급된 스위핑 가스는 챔버(110) 내의 스위핑 가스 분포의 균일성을 감소시킬 수 있다. 이를 방지하기 위하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉곳 제조 장치의 경우, 피딩부(140)로부터 공급되는 스위핑 가스의 공급 속도는 석션부(150)로부터 배출되는 스위핑 가스의 석션 속도와 실질적으로 동일하거나 작을 수 있다.
이에 따라 피딩부(140)를 통하여 공급되는 스위핑 가스의 대부분이 석션부(150)를 통하여 챔버(110) 외부로 배출되므로 피딩부(140)를 통하여 공급된 스위핑 가스가 챔버(110) 내의 스위핑 가스 분포의 균일성에 미치는 영향을 줄일 수 있다.
한편, 피딩부(140) 및 석션부(150)는 다양한 형상을 지닐 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 피딩부(140)의 끝단과 석션부(150)의 내측면 사이의 거리(d1)는, 챔버(110)를 관통하는 석션부(150) 영역(A)에서의 피딩부(140)의 외측면과 석션부(150)의 내측면 사이의 거리(d2)보다 작을 수 있다.
또는 상기 거리(d1)는, 챔버(110) 내의 피딩부(140)가 꺾인 영역(C)에서의 피딩부(140)의 외측면과 석션부(150)의 내측면 사이의 거리(d2) 보다 작을 수 있다.
이에 따라 피딩부(140)의 끝단과 석션부(150)의 내측면 사이의 단면적이 줄어듦으로써 피딩부(140)의 끝단에 음압이 형성되므로 실리콘 더스트, 실리콘 옥사이드 및 그 외의 분진 제거 효과가 커질 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 스위핑 가스의 일부가, 피딩부(140)의 측면에 형성된 관통홀(160)을 통하여 석션부(150)로 배출되며, 관통홀(160)의 직경(L1)은 피딩부(140) 끝단의 직경(L2)보다 작을 수 있다.
이와 같은 관통홀(160)이 형성됨으로써 스위핑 가스의 유로가 다변화될 수 있으며 스위핑 가스가 관통홀(160)과 같은 좁은 영역을 지나가므로 실리콘 더스트, 실리콘 옥사이드 및 그 외의 분진이 효율적으로 제거될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉곳 제조 장치는 석션부(150)의 내측면과 피딩부(140)의 외측면을 연결하여 석션부(150)와 피딩부(140) 끝단 사이의 석션 공간을 복수 개로 나누는 구획부(170)를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 석션부(150)와 피딩부(140) 끝단 사이의 석션 공간이 복수 개로 나누어짐으로써 스위핑 가스가 배출되는 유로가 나뉠 수 있다. 이에 따라 스위핑 가스가 석션 공간의 한쪽으로 쏠리지 않고 석션 공간 전체에 분포될 수 있다.
스위핑 가스가 석션 공간의 한쪽으로 쏠릴 경우, 스위핑 가스가 쏠린 석션 공간은 실리콘 옥사이드가 증착되기 어려우나 스위핑 가스가 부족한 석션 공간에는 실리콘 옥사이드가 증착될 수 있다.
따라서 스위핑 가스가 석션 공간 전체에 분포될 경우 석션 공간 전체에 실리콘 옥사이드의 증착이 어려워져 실리콘 옥사이드에 의해 피딩부(140)와 석션부(150)가 막히는 현상이 방지될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 석션부(150)는 복수의 단위부를 포함하며, 단위부 각각은 피딩부(140)의 외측면과 연결될 수 있다. 도 6의 석션부(150) 역시 스위핑 가스가 한쪽으로 쏠리는 것을 방지함으로써 실리콘 옥사이드에 의하여 석션부(150) 및 피딩부(140)가 막히는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 1에서 서셉터(susceptor)(330)는 도가니(120) 외부를 감쌀 수 있다. 실리콘 입자의 멜팅은 고온에서 이루어지기 때문에 도가니(120)가 물러질 수 있으며, 서셉터(330)는 이러한 도가니(120)의 형상을 유지하는 지지 역할을 할 수 있다.
히터(320)는 피딩부(140)를 통하여 공급된 실리콘 입자를 용융시키기 위해서 도가니(120)를 가열한다. 이와 같은 히터(320)는 서셉터(330)와 인접하도록 설치될 수 있다.
히터(320)는 실리콘 입자의 용융온도인 약 섭씨 1400 도 내외까지 실리콘 입자를 가열할 수 있으며, 이에 따라 실리콘 입자는 도가니(120)에서 멜팅될 수 있다.
도가니(120)에는 실리콘 입자 뿐만 아니라 도펀트(dopant)도 투입될 수 있으며, 히터(320)가 열을 가하면 실리콘 입자와 더불어 도펀트 역시 멜팅될 수 있다.
메인 펌프(340)는 챔버(110) 내부의 스위핑 가스, 실리콘 옥사이드 및 그 밖의 분진을 챔버(110) 외부로 배출하는 흡입압을 제공하고, 메인 필터(350)는 메인 펌프(340)로 향하는 실리콘 더스트, 실리콘 옥사이드 및 그 밖의 분진을 필터링할 수 있다.
호퍼(hopper)(360)는 실리콘 입자를 저장하고, 바이브레이터(vibrator)와 같은 공급 조절부(370)는 실리콘 입자가 도가니(120)에 공급되는 속도를 조절할 수 있다.
공급용 펌프(380)는 피딩부(140)를 통하여 흐르는 스위핑 가스의 공급압을 제공하고, 석션용 펌프(390)는 석션부(150)를 통하여 챔버(110) 외부로 배출되는 스위핑 가스의 흡입압을 제공할 수 있다. 석션용 필터(400)는 석션용 펌프(390)로 향하는 유입되는 실리콘 더스트, 실리콘 옥사이드 및 그 밖의 분진을 필터링할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉곳 제조 장치를 나타낸다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉곳 제조 장치는 챔버(110), 도가니(120), 인너 월(130), 피딩부(240) 및 석션부(250)를 포함한다. 챔버(110), 도가니(120), 및 인너 월(130)에 대해서는 제1 실시예를 통하여 설명이 이루어졌으므로 이에 대한 설명은 생략된다.
피딩부(240)는 실리콘 입자와 스위핑 가스를 챔버(110) 내부에 공급한다. 석션부(250)는 피딩부(240) 내부에 위치하여 피딩부(240)를 통하여 공급된 스위핑 가스를 챔버(110) 외부로 배출한다.
이 때 피딩부(240)의 끝단을 통과하는 스위핑 가스의 온도는 챔버(110) 내부의 온도보다 낮을 수 있다. 스위핑 가스는 피딩부(240)를 냉각시켜 실리콘 옥사이드가 피딩부(240)에 증착되는 것을 막을 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 석션부(250)와 피딩부(240) 역시 제1 실시예와 마찬가지로 서로 동일한 중심축을 지닐 수 있으며, 이에 따라 석션부(250)와 피딩부(240)는 동축 이중관 구조를 지닐 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 거리 D3이 D4보다 작을 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 스위핑 가스의 일부가 석션부(250)가 아닌 챔버(110) 내부로 흐를 수 있으므로 실리콘 더스트가 챔버(110) 내부로 유입될 수 있다.
이를 방지하기 위하여 도 7에 도시된 바와 같이, 실리콘 용융액의 표면으로부터 석션부(250)의 끝단 사이의 거리(D3)는 실리콘 용융액의 표면으로부터 피딩부(240)의 끝단 사이의 거리(D4)보다 같거나 클 수 있다.
이 때 피딩부(240)로부터 공급되는 스위핑 가스의 공급 속도는 석션부(250)로부터 배출되는 스위핑 가스의 석션 속도와 실질적으로 동일하거나 작을 수 있다. 이에 대해서는 앞서 제1 실시예를 통하여 설명되었으므로 이에 대한 설명은 생략된다.
실리콘 입자의 직경보다 작은 실리콘 더스트가 피딩부(240)를 통하여 챔버(110) 내부로 유입되고, 석션부(250)는 실리콘 더스트를 챔버(110) 외부로 배출할 수 있다. 실리콘 더스트의 경우 실리콘 입자에 비하여 무게가 가벼우므로 피딩부(240)에서 석션부(250)로 스위핑 가스의 흐름이 형성될 때 실리콘 더스트는 스위핑 가스의 흐름을 따라 석션부(250)를 통하여 챔버(110) 외부로 배출될 수 있다.
석션부(250)는 실리콘 더스트와 더불어 챔버(110) 내의 실리콘 옥사이드를 챔버(110) 외부로 배출할 수 있다. 이에 대해서는 제1 실시예에서 설명이 이루어졌으므로 이에 대한 설명은 생략된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 석션부(250)의 끝단의 직경(d3)은 챔버(110)를 관통하는 피딩부(240) 영역(B)에서의 석션부(250)의 직경(d4) 보다 작을 수 있다. 또는 상기 직경(d3)은 챔버(110) 내의 피딩부(240)가 꺾인 영역(D)에서의 석션부(250)의 직경(d4) 보다 작을 수 있다.
이와 같이 석션부(250)의 직경이 줄어듦으로 석션부(250)의 끝단에 음압이 형성되어 실리콘 더스트, 실리콘 옥사이드 및 그 외의 분진 제거 효과가 커질 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 스위핑 가스의 일부가 석션부(250)의 측면에 형성된 관통홀(260)을 통하여 석션부(250)로 배출될 수 있다. 이 때 관통홀(260)의 직경(T1)은 피딩부(240)의 내측면과 석션부(250)의 외측면의 거리(T2)보다 작을 수 있다.
이와 같은 관통홀(260)이 형성됨으로써 스위핑 가스의 유로가 다변화될 수 있으며 스위핑 가스가 관통홀(260)과 같은 좁은 영역을 지나가므로 실리콘 더스트, 실리콘 옥사이드 및 그 외의 분진이 효율적으로 제거될 수 있다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉곳 제조 장치를 나타낸다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉곳 제조 장치는 챔버(110), 도가니(120), 인너 월(130), 피딩부(140, 240), 석션부(150, 250), 연결관(345), 메인 필터(350), 메인 펌프(340)를 포함한다.
챔버(110), 도가니(120), 인너 월(130), 피딩부(140, 240) 및 석션부(150, 250)에 대해서는 앞서 제1 실시예 및 제2 실시예를 통하여 설명되었으므로 이에 대한 설명은 생략된다.
도 11에는 연결관(345)이 제1 실시예의 석션부(150)와 연결된 것으로 도시되어 있으나 제2 실시예의 석션부(250)와 연결될 수도 있다.
즉, 연결관(345)은, 제1 실시예와 같이 피딩부(140)를 둘러싸는 석션부(150)와 연결되거나 제2 실시예와 같이 피딩부(240) 내부에 있는 석션부(250)와 연결될 수 있다.
이 때 연결관(345)은 챔버(110) 내부 및 석션부(140, 250)와 연통되어 스위핑 가스가 챔버(110) 외부로 이동하는 유로를 제공한다. 예를 들어, 연결관(345)은 챔버(110)에 형성된 배출부(310)와 연결됨으로써 챔버(110) 내부와 연통될 수 있다.
메인 필터(350)는 연결관(345)을 통하여 이동하는 스위핑 가스에 포함된 분진을 필터링한다. 메인 펌프(340)는 연결관(345)을 통하여 스위핑 가스가 이동하는 압력을 제공한다.
즉, 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 잉곳 제조 장치는 챔버(110) 내부의 스위핑 가스를 배출하기 위한 메인 필터(350) 및 메인 펌프(340)와, 피딩부(140, 240)를 통하여 공급된 스위핑 가스를 배출하기 위한 석션용 필터(400) 및 석션용 펌프(390)를 포함할 수 있다.
이에 비하여 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 잉곳 제조 장치는 연결관(345), 메인 필터(350) 및 메인 펌프(340)를 통하여 챔버(110) 내부의 스위핑 가스와 석션부(150, 250)를 통하여 배출되는 스위핑 가스를 모두 처리할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉곳 제조 장치는 제1 실시예 및 제2 실시예에 비하여 간단한 구조를 지닐 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
잉곳 (IG), 챔버(110)
도가니(120), 인너 월 (130)
피딩부(140, 240), 석션부(150, 250)
관통홀(160, 260), 구획부(170)
배출부(310), 히터(320)
서셉터(330), 메인 펌프(340)
연결관(345), 메인 필터(350)
호퍼(360), 공급 조절부(370)
공급용 펌프(380), 석션용 펌프(390)
석션용 필터(400)

Claims (21)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내부에 배치되며, 실리콘 입자가 멜팅되는 멜팅 존을 지니는 도가니;
    상기 도가니 내부에 배치되며, 상기 멜팅 존으로부터 유입된 실리콘 용융액으로부터 잉곳이 성장하는 성장 존을 지닌 인너 월;
    상기 실리콘 입자와 스위핑 가스를 상기 챔버 내부에 공급하는 피딩부; 및
    상기 피딩부를 둘러싸며, 상기 피딩부를 통하여 공급된 상기 스위핑 가스를 상기 챔버 외부로 배출하는 석션부를 포함하는 잉곳 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 용융액의 표면으로부터 상기 피딩부의 끝단 사이의 거리는 상기 실리콘 용융액의 표면으로부터 다른 하나의 끝단 사이의 거리보다 같거나 큰 잉곳 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 석션부와 상기 피딩부는 서로 동일한 중심축을 지니는 잉곳 제조 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 피딩부로부터 공급되는 상기 스위핑 가스의 공급 속도는 상기 석션부로부터 배출되는 상기 스위핑 가스의 석션 속도와 실질적으로 동일하거나 작은 잉곳 제조 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 입자의 직경보다 작은 실리콘 더스트가 피딩부를 통하여 상기 챔버 내부로 유입되고,
    상기 석션부는 상기 실리콘 더스트를 상기 챔버 외부로 배출하는 잉곳 제조 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 석션부는 상기 실리콘 더스트와 더불어 상기 챔버 내의 실리콘 옥사이드를 상기 챔버 외부로 배출하는 잉곳 제조 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 피딩부의 끝단과 상기 석션부의 내측면 사이의 거리는,
    상기 챔버 내의 상기 피딩부가 꺾인 영역에서의 상기 피딩부의 외측면과 상기 석션부의 내측면 사이의 거리보다 작은 잉곳 제조 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스위핑 가스의 일부가, 상기 피딩부의 측면에 형성된 관통홀을 통하여 상기 석션부로 배출되며,
    상기 관통홀의 직경은 상기 피딩부 끝단의 직경보다 작은 잉곳 제조 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 석션부의 내측면과 상기 피딩부의 외측면을 연결하여 상기 석션부와 상기 피딩부 끝단 사이의 석션 공간을 복수 개로 나누는 구획부를 더 포함하는 잉곳 제조 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 석션부는 복수의 단위부를 포함하며, 상기 복수의 단위부 각각은 상기 피딩부의 외측면과 연결되는 잉곳 제조 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 피딩부의 끝단을 통과하는 상기 스위핑 가스의 온도는 상기 챔버 내부의 온도보다 낮은 잉곳 제조 장치.
  12. 챔버;
    상기 챔버 내부에 배치되며, 상기 실리콘 입자가 멜팅되는 멜팅 존을 지니는 도가니;
    상기 도가니 내부에 배치되며, 상기 멜팅 존으로부터 유입된 실리콘 용융액으로부터 잉곳이 성장하는 성장 존을 지닌 인너 월;
    상기 실리콘 입자와 스위핑 가스를 상기 챔버 내부에 공급하는 피딩부; 및
    상기 피딩부 내부에 위치하여 상기 피딩부를 통하여 공급된 상기 스위핑 가스를 상기 챔버 외부로 배출하는 상기 석션부를 포함하는 잉곳 제조 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 실리콘 용융액의 표면으로부터 상기 석션부의 끝단 사이의 거리는 상기 실리콘 용융액의 표면으로부터 상기 피딩부의 끝단 사이의 거리보다 같거나 큰 잉곳 제조 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 석션부와 상기 피딩부는 서로 동일한 중심축을 지니는 잉곳 제조 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 피딩부로부터 공급되는 상기 스위핑 가스의 공급 속도는 상기 석션부로부터 배출되는 상기 스위핑 가스의 석션 속도와 실질적으로 동일하거나 작은 잉곳 제조 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 실리콘 입자의 직경보다 작은 실리콘 더스트가 상기 피딩부를 통하여 상기 챔버 내부로 유입되고,
    상기 석션부는 상기 실리콘 더스트를 상기 챔버 외부로 배출하는 잉곳 제조 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 석션부는 상기 실리콘 더스트와 더불어 상기 챔버 내의 실리콘 옥사이드를 상기 챔버 외부로 배출하는 잉곳 제조 장치.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 석션부의 끝단의 직경은 상기 챔버 내의 상기 피딩부가 꺾인 영역에서의 상기 석션부의 직경보다 작은 잉곳 제조 장치.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 스위핑 가스의 일부가 상기 석션부의 측면에 형성된 관통홀을 통하여 상기 석션부로 배출되며,
    상기 관통홀의 직경은 상기 피딩부의 내측면과 상기 석션부의 외측면의 거리보다 작은 잉곳 제조 장치.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 피딩부의 끝단을 통과하는 상기 스위핑 가스의 온도는 상기 챔버 내부의 온도보다 낮은 잉곳 제조 장치.
  21. 챔버;
    상기 챔버 내부에 배치되며, 실리콘 입자가 멜팅되는 멜팅 존을 지니는 도가니;
    상기 도가니 내부에 배치되며, 상기 멜팅 존으로부터 유입된 실리콘 용융액으로부터 잉곳이 성장하는 성장 존을 지닌 인너 월;
    상기 실리콘 입자와 스위핑 가스를 챔버 내부에 공급하는 피딩부;
    상기 피딩부를 통하여 공급된 상기 스위핑 가스를 상기 챔버 외부로 배출하며, 상기 피딩부를 둘러싸거나 상기 피딩부 내부에 위치하는 석션부; 및
    상기 챔버 내부 및 상기 석션부와 연통되어 상기 스위핑 가스가 상기 챔버 외부로 이동하는 유로를 제공하는 연결관;
    상기 연결관을 통하여 이동하는 상기 스위핑 가스에 포함된 분진을 필터링하는 메인 필터; 및
    상기 연결관을 통하여 상기 스위핑 가스가 이동하는 압력을 제공하는 메인 펌프를 포함하는 잉곳 제조 장치.
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