KR20150130812A - 잉곳 성장 장치 - Google Patents

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Abstract

잉곳 성장 장치가 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 잉곳 성장 장치는 베이스; 베이스 상에 설치되되, 원료물질을 수용하는 도가니와 도가니를 가열시켜 원료물질을 용융시키는 히터를 포함하는 메인 챔버; 도가니의 상부에 설치되는 돔 챔버; 돔 챔버의 상부에 설치되는 풀 챔버; 베이스 측부에 설치되는 지주부; 지주부에 설치되어 메인 챔버를 이동시키는 제 1 실린더; 지주부에 설치되어 돔 챔버를 이동시키는 제 2 실린더 및 지주부에 설치되어 풀 챔버를 이동시키는 제 3 실린더를 포함하며, 제 1 내지 제 3 실린더 중 적어도 어느 하나는 파워 실린더이다.

Description

잉곳 성장 장치{INGOT GROWING APPARATUS}
본 발명은 잉곳 성장 장치에 관한 것이다.
일반적으로 단결정 잉곳(Ingot)은 초크랄스키(Czochralski) 결정 성장법(CZ 법)으로 제조된다. 보다 구체적으로, 핫죤 영역에 설치되는 도가니에 폴리 실리콘 등의 고체 원료를 충전하고 전열히터로 가열 및 용융시켜 융액(Melt)을 만든 다음, 단결정 시드(seed)를 시드 커넥터에 매달아 융액에 접촉시킨 후 서서히 회전 및 인상시킨다. 그러면 시드 커넥터에는 네크부(neck part), 직경이 증가하는 숄더부(shoulder part), 직경이 일정한 원기둥 형태의 바디부(body part)의 순서로 인상되고, 마지막으로 직경이 감소하는 테일부(tail part)를 끝으로 하는 단결정 잉곳이 얻어진다.
상기와 같은 방법으로 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 잉곳 성장 장치는 냉각수단이 구비된 메인 챔버, 메인 챔버 내부에 설치되고 폴리 실리콘(Hot Melt)을 용융시키는 석영도가니, 석영도가니를 지지하는 흑연도가니, 석영도가니와 흑연도가니를 지지하는 페데스탈, 도가니를 가열하는 전열히터, 전열히터로 대전력(大電力)을 공급하는 전원공급수단, 도가니 및 페데스탈을 지지ㆍ회전ㆍ상승ㆍ하강시키는 구동축 및 구동수단, 메인챔버(Main Chamber) 상부에 설치되는 돔챔버(Dome Chamber), 돔챔버에 설치되는 게이트밸브 및 뷰포트, 돔챔버 상부에 설치되는 풀 챔버(Pull Chamber), 풀 챔버에 설치되는 잉곳(Ingot) 인상 케이블 및 인상 수단(Seed Mechanism)을 포함할 수 있다.
또한 잉곳 성장 장치는 풀 챔버, 돔 챔버 및 메인 챔버 내부를 진공 상태로 유지하기 위한 진공수단, 잉곳을 냉각시키기 위한 냉각수단 및 잉곳 성장에 필요한 상태를 감지하는 감지수단, 각종 감지 수단을 제어하기 위한 제어수단 및 계측 수단 등을 포함할 수 있다.
그런데, 종래의 잉곳 성장 장치는 풀 챔버, 돔 챔버 및 메인 챔버를 이동시키기 위하여 유압 실린더를 이용하는 것이 일반적이었다. 이와 같이 풀 챔버, 돔 챔버 및 메인 챔버를 이동시키기 위하여 유압 실린더를 이용할 경우 유압 실린더에 유압을 공급하기 위한 별도의 공급 라인이 필요하였으며, 또한 별도의 유압 펌프가 필요하여 잉곳 성장 장치의 설비가 복잡하게 된다.
또한, 유압 실린더의 경우 오일 누유 등이 발생할 가능성이 있어 오일 누유와 같은 문제가 발생할 경우 유지 보수가 용이하지 않았다.
또한, 유압 실린더를 사용하여 풀 챔버, 돔 챔버 및 메인 챔버를 이동시킬 경우 유압 실린더의 스트로크를 조절하기 위한 리미트 스위치 장치를 별도로 구성해야 하였기 때문에 장비가 복잡하게 된다.
본 발명의 일 실시예는 간단한 구조로 이루어지는 잉곳 성장 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 유지 보수가 용이한 잉곳 성장 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 베이스; 상기 베이스 상에 설치되되, 원료물질을 수용하는 도가니와 상기 도가니를 가열시켜 상기 원료물질을 용융시키는 히터를 포함하는 메인 챔버; 상기 도가니의 상부에 설치되는 돔 챔버; 상기 돔 챔버의 상부에 설치되는 풀 챔버; 상기 베이스 측부에 설치되는 지주부; 상기 지주부에 설치되어 상기 메인 챔버를 이동시키는 제 1 실린더; 상기 지주부에 설치되어 상기 돔 챔버를 이동시키는 제 2 실린더 및 상기 지주부에 설치되어 상기 풀 챔버를 이동시키는 제 3 실린더를 포함하며, 상기 제 1 내지 제 3 실린더 중 적어도 어느 하나는 파워 실린더인 잉곳 성장 장치가 제공된다.
이 때, 상기 제 1 내지 제 3 실린더는 전기에 의하여 작동될 수 있다.
잉곳 성장 장치는 상기 제 1 내지 제 3 실린더의 단부에 각각 설치되는 제 1 내지 제 3 가이드 및 상기 지주부에 설치되어 상기 제 1 내지 제 3 가이드를 각각 가이드하는 제 1 내지 제 3 가이드 레일을 포함할 수 있다.
잉곳 성장 장치는 일측이 상기 제 1 가이드에 회전가능하게 결합되며, 타측에 상기 메인 챔버를 고정시킬 수 있는 메인 챔버 고정 부재가 결합된 제 1 지지대를 포함할 수 있다.
잉곳 성장 장치는 일측이 상기 제 2 가이드에 회전가능하게 결합되며, 타측에 상기 돔 챔버가 결합된 제 2 지지대를 포함할 수 있다.
잉곳 성장 장치는 일측이 상기 제 3 가이드에 회전가능하게 결합되며, 타측에 상기 풀 챔버가 결합된 제 3 지지대를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치는 메인 챔버, 돔 챔버 및 풀 챔버를 이동시키기 위하여 파워 실린더를 이용함으로써 간단한 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치는 파워 실린더를 이용하여 메인 챔버, 돔 챔버 및 풀 챔버를 이동시키므로 유압 실린더를 이용하는 경우 필요한 별도의 유압 라인 및 유압 펌프를 구축할 필요가 없고, 오일 누유 등의 문제가 발생되지 않아 유지 보수가 간단하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치가 작동된 상태 나타낸 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치의 측면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치가 작동된 상태 나타낸 사시도이다. 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치를 보다 상세히 설명하도록 한다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치를 설명함에 있어 본 발명의 사상이 되는 구성을 중심으로 잉곳 성장 장치를 설명하도록 하고 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치의 구성 중 본 발명의 사상과 직접적인 관련이 없거나 공지인 구성과 동일한 구성에 대하여는 상세한 설명을 생략하도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치(1)는 베이스(10), 메인 챔버(20), 돔 챔버(30), 풀 챔버(40), 지주부(2), 제 1 내지 제 3 실린더(62, 72, 82)를 포함한다.
베이스(10)는 잉곳 성장 장치(1)가 놓이는 바닥면에 설치되어 잉곳 성장 장치(1)를 지지하는 구성이다. 베이스(10)는 복수의 프레임이 결합된 형태로 이루어질 수 있다.
도 1을 참조하면, 베이스(10) 상에는 메인 챔버 지지대(12)가 설치되며, 메인 챔버 지지대(12) 상에는 메인 챔버(20)가 설치된다.
메인 챔버(20)는 원통형으로 이루어지며, 상부 메인 챔버(22) 및 하부 메인 챔버(24)로 이루어질 수 있다. 메인 챔버(20) 내에는 원료 물질을 수용하는 도가니와 상기 도가니를 가열시켜 원료 물질을 용융시키는 히터가 설치될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치(1)는 베이스(10)의 측부에 지주부(2)가 설치된다. 지주부(2)는 바닥면으로부터 상측 방향으로 수직하게 연장된 구조물로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 지주부(2)에는 메인 챔버(20) 일측에 설치되어 메인 챔버(20)를 이동시키는 메인 챔버 구동부(60)가 설치될 수 있다.
메인 챔버 구동부(60)는 제 1 실린더(62), 제 1 가이드(64), 제 1 가이드 레일(66) 및 제 1 지지대(68)를 포함할 수 있다.
보다 상세히, 지주부(2)의 하부측에는 제 1 실린더(62)가 설치된다. 제 1 실린더(62)의 연장 바는 상측 방향으로 연장가능하도록 형성된다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 실린더(62)는 파워 실린더일 수 있다. 파워 실린더는 전기의 공급에 의하여 연장 바가 신축될 수 있는 실린더이다. 파워 실린더는 모터와 기어를 이용하여 연장 바를 신축시킬 수 있으며, 파워 실린더 자체에 리미트 센서를 부착할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 메인 챔버를 이동시키기 위한 제 1 실린더(62)로서 파워 실린더를 이용하므로, 제 1 실린더(62)를 구동하기 위하여 유압을 이용하지 않을 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치는 종래에 유압 실린더를 이용하여 작동하던 경우 필요한 복잡한 유압 라인을 구축할 필요가 없으며, 또한 유압 펌프를 구비할 필요가 없다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치(1)는 제 1 실린더로서 유압 실린더를 사용하지 않으므로 유압 실린더에 사용되는 오일 누유의 문제가 발생하지 않을 수 있다.
한편, 제 1 실린더(62)의 연장 바의 단부에는 제 1 가이드(64)가 결합된다. 제 1 가이드(64)는 지주부(2)의 측면에 형성된 제 1 가이드 레일(66)을 따라 상하 방향으로 이동가능하도록 형성된다.
한편, 제 1 가이드(64)에는 제 1 지지대(68)가 결합된다. 제 1 지지대(68)는 제 1 힌지부(65)에 의하여 제 1 가이드(64)에 회전가능하게 결합된다. 제 1 지지대(68)는 제 1 가이드(64)로부터 횡방향으로 연장된 바형 부재로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 지지대(68)의 단부 하측면에는 메인 챔버 고정 부재(69)가 설치되어 제 1 지지대(68)의 단부 하측면이 메인 챔버(20) 상에 놓여진 상태에서 상부 메인 챔버(22)를 제 1 지지대(68)의 단부 하측면에 고정할 수 있도록 형성된다. 메인 챔버 고정 부재는 고리 형태로 이루어져 작업자가 수동으로 상부 메인 챔버를 고리 형태의 메인 챔버 고정 부재에 고정할 수 있는 형태로 이루어질 수 있으나, 메인 챔버 고정 부재의 형태가 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치(1)는 제 1 지지대(68)의 단부 하측면에 상부 메인 챔버(22)가 고정된 상태에서 제 1 실린더(62)를 작동시켜 상부 메인 챔버(22)를 상하 방향으로 이동시키거나, 또는 상부 메인 챔버(22)를 횡방향(화살표 방향)으로 회전이동 시킬 수 있다.
한편, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 메인 챔버(20) 상부에는 돔 챔버(30)가 형성된다. 돔 챔버(30)는 하부가 돔 형태로 이루어지며 돔 형태의 상부는 통형상으로 이루어질 수 있다. 돔 챔버(30)에는 가스를 주입하기 위한 가스 주입부가 위치될 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 지주부(2)에는 돔 챔버(30)를 이동시키기 위한 돔 챔버 구동부(70)가 설치될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 돔 챔버 구동부(70)는 제 2 실린더(72), 제 2 가이드(74), 제 2 가이드 레일(76) 및 제 2 지지대(78)를 포함할 수 있다.
보다 상세히, 돔 챔버 구동부(70)의 제 2 실린더(72)는 메인 챔버 구동부(60)의 제 1 실린더(62)와 나란하게 지주부(2)의 하부측에 위치될 수 있다.
제 2 실린더(72)의 연장 바는 상측 방향으로 연장가능하도록 형성된다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 실린더(72)로서 제 1 실린더(62)와 동일하게 파워 실린더를 이용할 수 있다.
이 때, 제 2 실린더(72)의 연장 바의 단부에는 제 2 가이드(74)가 결합된다. 제 2 가이드(74)는 지주부(2)의 측면에 형성된 제 2 가이드 레일(76)을 따라 상하 방향으로 이동가능하도록 형성된다.
한편, 제 2 가이드(74)에는 제 2 지지대(78)가 결합된다. 제 2 지지대(78)는 제 2 가이드(74)에 형성된 제 2 힌지부(75)에 의하여 제 2 가이드(74)에 대하여 회전가능하게 결합된다. 이 때, 제 2 지지대(78)의 일 단부는 돔 챔버(30)에 결합된다.
이에 따라, 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 제 2 가이드(74)가 제 2 실린더(72)에 의하여 상하 방향으로 이동하면 제 2 가이드(74)에 결합된 돔 챔버(30)가 상하 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 제 2 지지대(78)가 제 2 가이드(74)를 중심으로 회전하면 제 2 가이드(74)를 중심으로 돔 챔버(30)를 횡 방향(화살표 방향)으로 회전이동시킬 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 돔 챔버(30) 상부에는 풀 챔버(40)가 형성된다. 풀 챔버(40)는 상하 방향으로 연장된 관형 부재로 형성될 수 있다.
풀 챔버(40)의 상단부에는 잉곳을 인상시키기 위한 잉곳 인상 모듈(50)이 설치된다. 잉곳 인상 모듈(50)은 시드 메커니즘(seed mechanism)이라고도 칭해지는데, 시드 케이블 및 시드 케이블을 이동시키기 위한 드럼, 지지 롤러, 구동 모터 및 감속기 등을 포함할 수 있다. 잉곳 인상 모듈(50)의 구조는 공지된 구조로 이루어질 수 있으므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 지주부(2)에는 풀 챔버(40)를 이동시키기 위한 풀 챔버 구동부(80)가 설치될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 풀 챔버 구동부(80)는 제 3 실린더(82), 제 3 가이드(84), 제 3 가이드 레일(86) 및 제 3 지지대(88)를 포함할 수 있다.
보다 상세히, 풀 챔버 구동부(80)의 제 3 실린더(82)는 지주부(2)의 상부측에 위치될 수 있다. 제 3 실린더(82)의 연장 바는 하측 방향으로 연장가능하도록 형성될 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 3 실린더(82)로서 제 1 실린더(62) 및 제 2 실린더(72)와 동일하게 파워 실린더를 이용할 수 있다.
이 때, 제 3 실린더(82)의 연장 바의 단부에는 제 3 가이드(84)가 결합된다. 제 3 가이드(84)는 지주부(2)의 측면에 형성된 제 3 가이드 레일(86)을 따라 상하 방향으로 이동가능하도록 형성된다.
한편, 제 3 가이드(84)에는 제 3 지지대(88)가 결합된다. 제 3 지지대(88)는 제 3 가이드(84)에 형성된 제 3힌지부(85)에 의하여 제 3 가이드(84)에 회전가능하게 결합된다. 이 때, 제 3 지지대(88)의 일 단부는 풀 챔버(40)에 결합된다.
이에 따라, 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 제 3 가이드(84)가 제 3 실린더(82)에 의하여 상하 방향으로 이동하면, 제 3 가이드(84)에 결합된 풀 챔버(40)가 상하 방향으로 이동할 수 있다.
또한, 제 3 지지대(88)가 제 3 가이드(84)에 대하여 회전하면 제 3 가이드(84)를 중심으로 풀 챔버(40)를 횡방향(화살표 방향)으로 회전이동 시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치(1)는 잉곳을 성장시키기 위한 공정에서 제 1 실린더(62), 제 2 실린더(72) 및 제 3 실린더(82)를 작동시켜, 상부 메인 챔버(22), 돔 챔버(30) 및 풀 챔버(40)를 상하 방향으로 이동시킬 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치(1)는 전술한 바와 같이 제 1 내지 제 3 실린더(62, 72, 82) 중 적어도 하나, 예를 들어 3개의 실린더 모두를 파워 실린더로 구성함으로써, 유압 실린더를 사용하는 경우 필수적인 복수의 구성 요소, 예를 들어 유압 라인, 유압 펌프 및 스트로크 조정용 리미트 센서 장치 등의 설치를 생략하여 보다 간단한 구성으로 잉곳 성장 장치를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서와 같이 파워 실린더를 이용함으로써 잉곳 성장 장치(1)의 구성 및 작동이 간단해지며, 잉곳 성장 장치(1)의 유지 보수가 편리해질 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 잉곳 성장 장치 2 지주부
10 베이스 12 메인 챔버 지지대
20 메인 챔버 22 상부 메인 챔버
24 하부 메인 챔버 30 돔 챔버
40 풀 챔버 50 잉곳 인상 모듈
60 메인 챔버 구동부 62 제 1 실린더
64 제 1 가이드 65 제 1 힌지부
66 제 1 가이드 레일 68 제 1 지지대
69 메인 챔버 고정 부재 70 돔 챔버 구동부
72 제 2 실린더 74 제 2 가이드
75 제 2 힌지부 76 제 2 가이드 레일
78 제 2 지지대 80 풀 챔버 구동부
82 제 3 실린더 84 제 3 가이드
85 제 3 힌지부 86 제 3 가이드 레일
88 제 3 지지대

Claims (6)

  1. 베이스;
    상기 베이스 상에 설치되되, 원료물질을 수용하는 도가니와 상기 도가니를 가열시켜 상기 원료물질을 용융시키는 히터를 포함하는 메인 챔버;
    상기 도가니의 상부에 설치되는 돔 챔버;
    상기 돔 챔버의 상부에 설치되는 풀 챔버;
    상기 베이스 측부에 설치되는 지주부;
    상기 지주부에 설치되어 상기 메인 챔버를 이동시키는 제 1 실린더;
    상기 지주부에 설치되어 상기 돔 챔버를 이동시키는 제 2 실린더 및
    상기 지주부에 설치되어 상기 풀 챔버를 이동시키는 제 3 실린더를 포함하며, 상기 제 1 내지 제 3 실린더 중 적어도 어느 하나는 파워 실린더인 잉곳 성장 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 파워 실린더는 전기에 의하여 작동되는 잉곳 성장 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 파워 실린더의 단부에 각각 설치되는 제 1 내지 제 3 가이드 및
    상기 지주부에 설치되어 상기 제 1 내지 제 3 가이드를 각각 가이드하는 제 1 내지 제 3 가이드 레일을 포함하는 잉곳 성장 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    일측이 상기 제 1 가이드에 회전가능하게 결합되며, 타측에 상기 메인 챔버를 고정시킬 수 있는 메인 챔버 고정 부재가 결합된 제 1 지지대를 포함하는 잉곳 성장 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    일측이 상기 제 2 가이드에 회전가능하게 결합되며, 타측에 상기 돔 챔버가 결합된 제 2 지지대를 포함하는 잉곳 성장 장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    일측이 상기 제 3 가이드에 회전가능하게 결합되며, 타측에 상기 풀 챔버가 결합된 제 3 지지대를 포함하는 잉곳 성장 장치.
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