KR20190069056A - 잉곳 성장장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 불활성 기체의 배기 능력을 개선하는 동시에 배기유로의 청소가 용이한 잉곳 성장장치에 관한 것이다.
본 발명은, 불활성 기체가 상측에서 하측으로 유동되는 챔버; 상기 챔버 내부에 구비되고, 실리콘 융액으로부터 단결정 잉곳이 성장되는 도가니; 상기 챔버 하측에 상하 방향으로 구비되고, 불활성 기체를 수직하게 배기시키는 복수개의 배기유로; 및 상기 챔버 내측에 상기 배기유로들과 연통 가능하게 설치되고, 불활성 기체를 수평하게 안내하는 복수개의 안내유로;를 포함하고, 상기 안내유로는, 개폐 가능하게 설치되는 잉곳 성장장치를 제공한다.

Description

잉곳 성장장치 {Ingot growing apparatus}
본 발명은 불활성 기체의 배기 능력을 개선하는 동시에 배기유로의 청소가 용이한 잉곳 성장장치에 관한 것이다.
일반적으로 단결정 성장장치는 고체 상태의 다결정 실리콘을 도가니 내부로 공급한 다음, 도가니를 가열하여 액체 상태의 실리콘 융액을 만들고, 종자 결정을 응집시키는 시드(Seed)를 실리콘 융액에 넣어 회전시키는 동시에 인상시킴으로써, 원하는 직경을 가진 단결정 잉곳(Ingot)을 성장시킨다.
보통, 쵸크랄스키법을 이용한 단결정 잉곳의 제조 시에는 히터에 의해 용융된 실리콘 융액을 담기 위해 석영 도가니가 필수적으로 사용된다.
따라서, 석영 도가니와 실리콘 융액 접촉면에서는 고열에 의해 석영 도가니로부터 산소가 용해되는데, 산소의 일부가 실리콘 융액에 포함되고, 산소의 대부분은 실리콘 융액(SM)의 표면에서 증발된다.
이때, 실리콘 융액(SM) 표면으로부터 증발하는 산소는 SiOx 형태의 기체로서, 이 SiOx 기체는 챔버 내부로 주입되는 아르곤 등의 불활성 기체와 같은 경로를 이동하게 된다. 즉, 챔버의 상부에서 주입되는 아르곤 등의 불활성 기체는 실리콘 융액 표면에서 발생하는 SiOx 기체를 포함하여 챔버의 하부로 배출된다.
한국공개특허 제2007-0112471호에는 가스배출튜브는 관통공의 중심축 방향으로의 길이가 히터의 하단과 반응챔버의 바닥면 사이의 거리보다 짧게 형성함으로써, 가스배출튜브를 용이하게 설치할 뿐 아니라 증착되는 이물질의 양을 감소시킬 수 있는 실리콘 단결정 잉곳 생산장치가 개시되어 있다.
그러나, 상기의 기술에 따르면, 챔버 내부에 하측으로 유동되는 불활성 기체가 챔버의 가스배출튜브를 통하여 빠져나가게 되지만, 가스배출튜브의 주변에 잔류하는 가스를 효율적으로 배기시키기 어려운 문제점이 있다.
일본등록특허 제4423805호에는, 배기관에 연통하는 배기가스연장 부품을 챔버 내측에 설치하고, 배기가스연장 부품을 둘러싸도록 보호 가스관을 설치함으로써, 온도 변화를 완화시켜 배기구 주변의 산화물이 퇴적되는 것을 억제하는 동시에 불활성 기체의 안정된 배기 능력을 확보할 수 있는 실리콘 단결정의 제조 장치 및 제조 방법이 개시되어 있다.
그러나, 종래 기술에 따르면, 상부가 막히고 양측이 뚫린 보호 가스관에 의해 배기가스연장 부품의 주변에 잔류하는 가스를 효율적으로 배기시킬 수 있지만, 보호 가스관이 배기가스 연장 부품에 박혀 있어 주기적인 배관 청소가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 불활성 기체의 배기 능력을 개선하는 동시에 배기유로의 청소가 용이한 잉곳 성장장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 불활성 기체가 상측에서 하측으로 유동되는 챔버; 상기 챔버 내부에 구비되고, 실리콘 융액으로부터 단결정 잉곳이 성장되는 도가니; 상기 챔버 하측에 상하 방향으로 구비되고, 불활성 기체를 수직하게 배기시키는 복수개의 배기유로; 및 상기 챔버 내측에 상기 배기유로들과 연통 가능하게 설치되고, 불활성 기체를 수평하게 안내하는 복수개의 안내유로;를 포함하고, 상기 안내유로는, 개폐 가능하게 설치되는 잉곳 성장장치를 제공한다.
본 발명에 따른 잉곳 성장장치는 챔버 하측의 배기유로 내측에 불활성 기체를 수평하게 안내할 뿐 아니라 개폐 가능하게 안내유로가 구비됨으로써, 챔버 내부의 하측에서 불활성 기체의 배기 능력을 개선할 수 있고, 배기유로 및 안내유로의 내벽에 적층된 산화물을 깨끗하게 주기적으로 청소할 수 있다.
따라서, 불활성 기체의 배기 능력을 충분히 확보할 수 있어 안정적으로 잉곳 성장 공정을 운영할 수 있고, 배기유로 및 안내유로의 부식을 방지할 수 있어 부품의 수명도 연장시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 잉곳 성장장치가 도시된 측단면도.
도 2는 도 1에 적용된 안내유로가 도시된 사시도.
도 3 내지 도 4는 도 1에 적용된 안내유로의 청소 일예가 도시된 사시도.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 잉곳 성장장치가 도시된 측단면도이다.
본 발명의 잉곳 성장장치는 도 1에 도시된 바와 같이 챔버(110) 내측에 실리콘 융액으로부터 단결정 잉곳을 성장시키기 위하여 도가니(120)와 히터(130)와 열차폐 부재(140)가 구비되고, 상기 챔버(110) 하부에 배기유로(114)에 불활성 기체의 배기 능력을 개선시키는 안내유로(150)가 연통되는데, 상기 안내유로(150)는 개폐 가능하게 설치된다.
물론, 별도의 제어부(미도시)에 의해 상기의 구성 부품의 작동이 제어된다.
상기 챔버(110)는 잉곳(IG)이 성장되는 소정의 밀폐 공간을 제공하며, 각종 구성 요소가 내/외측에 장착된다.
실시예에서, 상기 챔버(110)는 상기 도가니(120)와 히터(130) 및 열차폐 부재(140)가 내장되는 원통 형상의 본체부(111)와, 상기 본체부(111)의 상측에 결합되고 잉곳 성장 공정을 관찰할 수 있는 뷰 포트(View port : V/P)가 구비된 돔 형상의 커버부(112)와, 상기 커버부(112)의 상측에 결합되고 잉곳이 인상될 수 있는 공간을 제공하는 원통 형상의 인상부(113)와, 상기 본체부(111)의 하측에 수직 방향으로 구비된 배기유로(114)로 구성될 수 있다.
이때, 상기 챔버(110)의 상측에서 하측 방향으로 아르곤(Ar) 등과 같은 불활성 기체가 유동시키도록 구성되고, 상기 제어부(미도시)가 불활성 기체의 유량 및 유속을 제어할 수 있다.
또한, 상기 챔버(110) 상측에는 종자결정이 매달리는 시드 케이블(W) 및 상기 시드 케이블(W)이 감긴 드럼(미도시)이 구비되고, 상기 제어부(미도시)가 상기 드럼(미도시)의 작동을 조절하여 인상속도를 제어할 수 있다.
상기 도가니(120)는 고체 실리콘 융액이 담기는 용기로써, 상기 챔버(110) 내측에 회전 가능하게 설치된다. 물론, 상기 도가니(120)는 불순물의 유입을 차단하는 동시에 고온 하에서도 견딜 수 있도록 구성되는데, 실시예에서 석영 도가니와 흑연 도가니가 겹쳐진 형태로 구성될 수 있으며, 고온 하에서 석영 도가니가 일부 녹으면서 Ox 성분이 실리콘 융액에 포함된다.
또한, 상기 도가니(120)의 하측에는 상기 도가니(120)를 회전 및 승강시키는 도가니 구동축(121)이 구비되며, 상기 제어부(미도시)가 상기 도가니 구동축(121)의 작동을 조절하여 상기 도가니(120)의 회전속도 및 승강속도를 제어할 수 있다.
상기 히터(130)는 상기 도가니(120) 둘레에 구비되고, 상기 도가니(120)를 가열함에 따라 상기 도가니(120)에 담긴 폴리 형태의 원료를 실리콘 융액으로 액화시키며, 마찬가지로 상기 제어부(미도시)가 상기 히터(130)의 작동을 조절하여 상기 챔버(110) 내부의 온도를 제어할 수 있다.
상기 열차폐 부재(140)는 고온의 실리콘 융액으로부터 성장되는 잉곳(IG)을 바로 냉각시키기 위하여 구비되는데, 상기 도가니(120) 상측에 매달리도록 설치되고, 고온 하에서도 견딜 수 있는 그라파이트(Graphite) 재질로 구성된다.
상세하게, 상기 열차폐 부재(140)의 하부가 상기 도가니(120)에 담긴 실리콘 융액으로부터 성장되는 잉곳(IG) 둘레에 소정 간격을 두고 감싸도록 설치되는 동시에 실리콘 융액 면과 소정 간격을 유지하도록 설치된다.
따라서, 상기 챔버(110)의 상측에서 공급되는 불활성 기체는 상기 열차폐 부재(140)의 하부 내주면과 단결정 잉곳(IG) 사이의 공간을 지나 상기 열차폐 부재(140)의 하단과 실리콘 융액 면 사이의 공간을 따라 유동하게 된다.
상기 안내유로(150)는 양측에서 불활성 기체가 유입되는 형상으로 구성되는데, 고온 하에서도 견딜 수 있는 소재로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 배기유로(114)를 통하여 불활성 기체를 안내하도록 상기 배기유로(114) 상측에 탈착 가능하게 설치된다.
물론, 상기 배기유로(114) 내부를 청소하기 위하여 상기 안내유로(150)를 탈거할 수도 있다. 하지만, 상기 배기유로(114)와 안내유로(150)를 한꺼번에 청소하기 위하여 상기 안내유로(150) 자체가 개폐 가능하게 구성될 수 있으며, 하기의 자세한 실시예를 통하여 살펴보기로 한다.
도 2는 도 1에 적용된 안내유로가 도시된 사시도이고, 도 3 내지 도 4는 도 1에 적용된 안내유로의 청소 일예가 도시된 사시도이다.
본 발명에 따른 안내유로(150)는 도 2에 도시된 바와 같이 불활성 기체가 양측에서 유입될 수 있는 수평 관(151) 하측에 불활성 기체를 하측으로 안내하는 수직 관(152)이 연결된다.
상기 수평 관(151)은 수평한 원통 형상으로써, 상부 커버(151a)가 하부 본체(151b)에 개폐 가능하게 설치되는데, 다양한 실시예로 구성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 상기 수평 관(151)의 길이 방향으로 상기 상부 커버(151a)가 상기 하부 본체(151b)로부터 개폐될 수 있고, 상기 상부 커버(151a)와 하부 본체(151b)가 서로 형합되는 구조로 구성될 수 있으나, 한정되지 아니한다.
도 4에 도시된 바와 같이 상기 수평 관(151)의 반경 방향으로 상기 상부 커버(151a)가 상기 하부 본체(151b)로부터 개폐될 수 있고, 그 선단에 힌지(미도시)가 구비될 뿐 아니라 그 후단에 후크 및 홈 등과 같은 잠금부(151h)가 구비될 수 있으나, 한정되지 아니한다.
상기 수직 관(152)은 수직한 원통 형상으로써, 상기 수평 관(151)의 하측 중심에 연통된 형상으로 상기 수평 관(151)과 일체로 구성된다.
이때, 상기 수직 관(152)의 하부가 상기 배기유로(114 : 도 1에 도시)의 상부 내주면에 맞물리도록 장착되어야 하며, 이를 고려하여 상기 수직 관(152)의 직경이 결정된다.
상기와 같이 구성된 안내유로(150)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 배기유로(114)의 상부에 장착되면, 잉곳 성장 공정 중 챔버(110) 내부에서 불활성 기체가 상측에서 하측으로 유동된 다음, 챔버(110) 하부에서 불활성 기체가 양측 방향으로 유동되더라도 상기 안내유로(150)의 양측을 통하여 유입되어 상기 배기유로(114)를 통하여 하측으로 빠져나가게 되고, 상기 안내유로(150) 주변의 불활성 기체의 유동 흐름을 개선하여 배기 성능을 개선할 수 있다.
나아가, 잉곳 성장 공정 중에 상기 안내유로(150)와 배기유로(114) 내주면에 산화물이 적층되더라도 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이 상기 상부 커버(151a)를 상기 하부 본체(151b)로부터 개방시키면, 상기 안내유로(150)와 배기유로(114 : 도 1에 도시) 내측에 적층된 산화물을 브러시(B)로 직접 긁어주어 상기 배기유로(114 : 도 1에 도시)를 통하여 빠져나가게 하고, 산화물에 의해 상기 안내유로(150)와 배기유로(114 : 도 1에 도시)가 부식되는 것을 방지하여 부품의 수명을 늘릴 수 있다.
110 : 챔버 114 : 배기유로
150 : 안내유로 151 : 수평 관
151a : 상부 커버 151b : 하부 본체
152 : 수직 관

Claims (6)

  1. 불활성 기체가 상측에서 하측으로 유동되는 챔버;
    상기 챔버 내부에 구비되고, 실리콘 융액으로부터 단결정 잉곳이 성장되는 도가니;
    상기 챔버 하측에 상하 방향으로 구비되고, 불활성 기체를 수직하게 배기시키는 복수개의 배기유로; 및
    상기 챔버 내측에 상기 배기유로들과 연통되고, 불활성 기체를 수평하게 안내하는 복수개의 안내유로;를 포함하고,
    상기 안내유로는, 개폐 가능하게 설치되는 잉곳 성장장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안내유로는,
    불활성 기체가 양측에서 유입되도록 하는 수평 관을 포함하는 잉곳 성장장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수평 관은,
    상부 커버가 하부 본체에 개폐 가능하게 설치되는 잉곳 성장장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상부 커버와 하부 본체는,
    선단에 힌지 구비되고,
    후단에 잠금부가 구비되는 잉곳 성장장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안내유로는,
    상기 수평 관의 하부에 연통되는 수직 관을 더 포함하는 잉곳 성장장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수직 관은,
    상기 배기유로 내주면에 맞물리도록 설치되는 잉곳 성장장치.
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