KR20200124404A - 분진 제거장치 및 그를 구비한 단결정 성장장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도가니 내부로 투입되는 원료에서 발생하는 분진을 제거하며, 상기 도가니에 착탈가능하게 설치되는 분진 흡입부; 및 상기 분진 흡입부로부터 흡입된 분진을 배출하는 분진 배출부를 포함하는 단결정 성장 장치의 분진 제거장치를 제공한다.

Description

분진 제거장치 및 그를 구비한 단결정 성장장치{Dust Removal Device and Single Crystal Ingot Grower Having The Same}
본 발명은 실리콘 단결정 성장장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도가니에 원료를 공급하는 과정에서 발생하는 분진을 제거하는 장치에 관한 것이다.
단결정 실리콘 잉곳(Single Crystal Silicon Ingot)은 일반적으로 초크랄스키법(Czochralski method)에 따라 성장되어 제조된다. 이 방법은 챔버 내의 도가니에서 다결정 실리콘(Polycrystal)을 용융시키고, 용융된 실리콘에 단결정인 종자 결정(seed crystal)을 담근 후, 이를 서서히 상승시키면서 원하는 지름의 단결정 실리콘 잉곳(이하, 잉곳)으로 성장시키는 방법이다.
단결정 실리콘 웨이퍼(Single Silicon Wafer)의 제조 공정은 상술한 방법을 이용하여 잉곳을 만들기 위한 단결정 성장(Growing) 공정과, 잉곳을 슬라이싱(Slicing)하여 얇은 원판 모양의 웨이퍼를 얻는 슬라이싱(Slicing) 공정과, 슬라이싱 공정에 의해 얻어진 웨이퍼의 깨짐, 일그러짐을 방지하기 위해 그 외주부를 가공하는 외주 그라인딩(Edge Grinding) 공정과, 웨이퍼에 잔존하는 기계적 가공에 의한 손상(Damage)을 제거하여 웨이퍼의 평탄도를 향상시키기 위한 랩핑(Lapping) 공정과, 웨이퍼를 경면화하는 연마(Polishing) 공정과, 연마된 웨이퍼에 부착된 연마제나 이물질을 제거하는 세정(Cleaning) 공정으로 이루어진다.
한편, 단결정 성장 공정은 단결정 성장장치에 의해 이루어진다.
단결정 성장장치는 내부에 공간이 형성되는 챔버와, 챔버 내에 설치되어 다결정 실리콘 원료(이하, 원료)가 투입되고 용융되는 도가니와, 원료를 용융시켜 실리콘 용융액을 생성하도록 도가니를 가열하는 가열수단과, 실리콘 종자 결정을 실리콘 용융액에 침지하여 성장되는 단결정 잉곳을 서서히 인상시키는 인상수단을 포함할 수 있다.
여기서 단결정 성장장치의 도가니 상부로 직접 원료를 부워서 도가니 내부로 투입할 수 있다. 또는, 도가니 내부로 원료를 용이하게 투입하기 위하여 단결정 성장 장치는 원료 공급유닛을 구비할 수 있다.
그런데 도가니 내부로 원료를 공급하는 과정에서, 원료에서 생긴 분진(Dust or Particle)이 도가니 내부로 유입되면서 도가니 내 외부를 오염시켜 단결정 성장시 불순물로 작용하여 단결정 잉곳의 품질을 저하시킬 수 있다.
따라서 본 발명은 단결정 성장 공정에 영향을 주지 않으면서 원료 투입과정에서 발생하는 분진을 효율적으로 제거할 수 있는 분진 제거장치 및 그를 구비한 단결정 성장장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 도가니 내부로 투입되는 원료에서 발생하는 분진을 제거하며, 상기 도가니에 착탈가능하게 설치되는 분진 흡입부; 및 상기 분진 흡입부로부터 흡입된 분진을 배출하는 분진 배출부를 포함하는 단결정 성장 장치의 분진 제거장치를 제공한다.
상기 분진 흡입부는 상기 도가니의 상부에서 일정한 높이를 갖도록 배치되고, 내주면에 다수의 흡입공이 형성된 흡입본체; 및 상기 흡입본체의 아래에 결합되어 상기 도가니에 상기 흡입본체가 착탈가능하게 안착되도록 하는 거치링을 포함할 수 있다.
상기 흡입본체는 링 형상을 가지며, 내부에는 상기 다수의 흡입공과 연통되는 흡입관이 형성될 수 있다.
상기 다수의 흡입공은 상기 흡입본체의 내주면을 따라 일정한 간격으로 배치되며, 수평 방향으로 적어도 일렬로 배치될 수 있다.
상기 흡입본체의 외주에는 상기 분진 배출부와 연통되는 적어도 하나의 배출공이 관통 형성될 수 있다.
상기 배출공은 한 쌍으로 이루어지고, 상기 분진 배출부는 상기 한 쌍의 배출공에 각각 결합되는 한 쌍의 배출관을 포함할 수 있다.
상기 흡입본체의 수평방향 직경은 상기 거치링의 직경보다 클 수 있다.
상기 거치링의 직경은 상기 도가니 상부의 내부 직경과 동일하거나 작을 수 있다.
상기 흡입본체와 상기 거치링의 높이비는 5 : 1일 수 있다.
상기 분진 흡입부는 폴리에틸렌(polyethylene) 재질을 가질 수 있다.
한편, 본 발명은 상부가 개구된 도가니; 및 상기 도가니 내부로 투입되는 원료로부터 발생하는 분진을 제거하는 다양한 분진 제거장치를 포함하는 단결정 성장장치를 제공할 수 있다.
한편, 본 발명은 상부가 개구된 도가니; 상기 도가니 내부로 원료를 투입하는 원료 공급유닛; 및 상기 원료 공급유닛에 의해 상기 도가니 내부로 투입되는 원료로부터 발생하는 분진을 제거하며, 상기 도가니에 착탈 가능하게 설치되는 분진 제거장치를 포함하는 단결정 성장장치를 제공한다.
본 발명의 분진 제거장치 및 그를 구비한 단결정 성장장치는, 도가니에 착탈 가능하게 설치되므로 단결정 성장 공정에 영향을 주지 않으며, 원료 투입과정에서 발생하는 분진을 도가니 상부에서 효율적으로 흡입하여 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 성장장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 분진 제거장치의 사시도이다.
도 3은 도 2의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 분진 흡입부의 정면도이다.
도 5는 도 2의 정단면도로서 분진 흡입 동작을 보여준다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 분진 제거장치 및 그를 구비하는 단결정 성장장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 성장장치의 개략적인 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 실시 예의 단결정 성장장치(1)는 크게 챔버(미도시), 도가니(20), 가열수단(30), 원료 공급유닛(10), 인상수단(50) 및 분진 제거장치(100)을 포함하여 구성될 수 있다.
챔버(chamber)의 내부에는 상술한 구성들이 장착되며, 밀폐된 공간에서 단결정 성장 공정을 수행하도록 한다. 도시하지는 않았지만, 챔버는 몸체 챔버(body chamber), 돔 챔버(dome chamber), 및 풀 챔버(pull chamber)를 포함할 수 있다.
몸체 챔버 내에는 도가니(20)가 설치될 수 있고, 돔 챔버는 몸체 챔버의 상단에서 덮개부를 형성할 수 있다. 몸체 챔버와 돔 챔버는 다결정 실리콘 원료(S)를 실리콘 단결정 잉곳으로 성장시키기 위한 환경을 제공하는 곳으로, 내부에 수용 공간을 갖는 원통일 수 있다. 풀 챔버는 돔 챔버 상단에 위치하고, 성장된 실리콘 단결정 잉곳을 인상하기 위한 공간일 수 있다.
도가니(20)는 챔버 내부에 배치될 수 있고, 도가니(20) 하부에 위치한 도가니 지지대(미도시)에 의해 지지될 수 있다. 도가니 지지대는 회전할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 가열수단(30)은 도가니(20)의 외주면과 이격되도록 챔버 내에 배치될 수 있다. 가열수단(30)에 의해 도가니(20)가 가열됨으로써 도가니(20) 내부의 원료(S)는 실리콘 용융액으로 변화될 수 있다.
단열재(미도시)는 가열수단(30)과 챔버의 내벽 사이에 설치될 수 있으며, 가열수단(30)의 열이 몸체 챔버 외부로 누출되는 것을 차단할 수 있다.
원료 공급유닛(10)은, 내부에 원료(S)가 채워진 상태에서 원뿔 형상의 원추밸브(40)에 의해 하부가 밀폐될 수 있으며, 원료(S)를 도가니(20)에 공급할 경우에는 원추밸브(40)가 일정 높이 더 하강하면 하부가 개방되어 원료(S)는 원추밸브(40)의 경사면을 따라 도가니(20) 내부로 투입될 수 있다.
인상수단(50)은 성장하는 대상물 또는 원료 공급유닛(10)을 고정하고 지지하는 고정부(미도시)와, 성장된 대상물(예컨대, 단결정 잉곳) 또는 후술할 원료 공급유닛(10)의 개폐부 상승 또는 하강시키는 인상부를 포함할 수 있다.
고정부는 케이블 타입(cable type) 또는 샤프트(shaft type)일 수 있으며, 일단에는 시드 척(Seed chuck)이 마련될 수 있다. 인상부는 모터 등을 이용하여 고정부에 연결된 대상물 또는 원료 공급유닛(10)을 상승 또는 하강시킬 수 있다.
한편, 상술한 원료 공급유닛(10)에 의해 원료(S)가 도가니(20) 내부로 투입되거나 원료(S)가 직접 담겨진 봉투를 통해 도가니(20) 내부로 원료(S)가 투입되는 과정에서 도가니(20)의 내부와 외부에는 분진이 발생할 수 있다.
실시예의 분진 제거장치(100)는 원료(S) 투입 전에 도가니(20)에 장착되며, 원료(S)의 투입과정에서 발생하는 분진을 도가니(20) 상부에서 효율적으로 흡착하여 제거할 수 있다. 또한, 분진 제거장치(100)는 도가니(20)에 착탈 가능하게 설치되므로 원료(S)의 투입 후에 도가니(20)로부터 분리되어 단결정 성장 공정에 영향을 주지 않게 된다.
도 2는 도 1의 분진 제거장치의 사시도이고, 도 3은 도 2의 분해 사시도이며, 도 4는 도 3의 분진 흡입부의 정면도이고, 도 5는 도 2의 정단면도로서 분진 흡입 동작을 보여준다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 분진 제거장치(100)는 도가니(20) 내부로 투입되는 원료(S)로부터 발생하는 분진을 제거하도록 도가니(20)의 상부에 설치된다.
예를 들어 분진 제거장치(100)는 분진 흡입부(200)와, 분진 배출부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
분진 흡입부(200)는 도가니(20) 내부로 투입되는 원료(S)에서 발생하는 분진을 제거하며, 도가니(20)에 착탈가능하게 설치될 수 있다. 즉, 분진 흡입부(200)는 원료(S)의 공급 전에 도가니(20)에 설치되고, 원료(S)의 공급을 마친 후에는 도가니(20)에서 분리될 수 있다.
보다 상세하게는 분진 흡입부(200)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 흡입본체(210)와 거치링(230)을 포함할 수 있다.
흡입본체(210)는 도가니(20)의 상부에서 일정한 높이(h1)를 갖도록 배치되고, 내주면에는 분진이 흡입되는 다수의 흡입공(220)이 형성될 수 있다. 여기서 흡입본체(210)는 도 5에 도시된 바와 같이 링(Ring) 형상을 가지며, 내부에는 다수의 흡입공(220)과 연통되는 흡입관(215)이 형성될 수 있다. 즉, 흡입본체(210)는 내부에 공간이 형성된 튜브(Tube) 형태를 가질 수 있다.
또한, 다수의 흡입공(220)은 흡입본체(210)의 내주면을 따라 일정한 간격으로 배치되며, 수평 방향으로 적어도 일렬로 배치될 수 있다. 즉, 다수의 흡입공(220)들은 2열 이상으로도 실시될 수 있고, 각 열들에 위치한 다수의 흡입공(220)들은 수직으로 나란하게 위치하거나 교차적으로 배치될 수도 있다.
다수의 흡입공(220)들은 360°를 이루는 원형상에 균형적으로 배치되면서 도가니(20) 상부로부터 비산하는 분진을 효율적으로 흡입할 수 있다.
또한, 흡입공(220)은 원형, 타원형, 슬릿, 다각형 등 다양한 형상을 가질 수 있으며, 도가니(20) 내측을 향해 일부 돌출된 형상을 가질 수도 있다.
거치링(230)은 흡입본체(210)의 아래에 결합되어 도가니(20)에 흡입본체(210)가 착탈가능하게 안착되도록 한다. 즉, 거치링(230)은 흡입본체(210)의 하부측 일부에 결합되면서 흡입본체(210)가 안정적으로 도가니(20) 상부에 안착되도록 하거나 삽입되는 방향을 안내하는 가이드 역할을 할 수 있다.
따라서 도 4에 도시된 바와 같이 흡입본체(210)의 수평방향 직경(d1)은 거치링(230)의 직경(d2)보다 클 수 있다. 즉, 거치링(230)의 직경(d2)은 도가니(20) 상부의 내부 직경과 동일하거나 작은 크기를 가지며, 흡입본체(210)의 직경(d1)보다 작으므로 도가니(20) 내부로 흡입본체(210)의 삽입을 안내한 후 안정적으로 안착되도록 할 수 있다.
상술한 분진 흡입부(200)의 효율적인 설계를 위해서 흡입본체(210)와 거치링(230)의 높이비(h1: h2)는 5 : 1 일 수 있다.
또한, 분진 흡입부(200)는 단결정 성장 공정에 방해 요소로 작용하는 것을 배제하기 위해서 폴리에틸렌(polyethylene) 재질을 가질 수 있다.
분진 배출부(300)는 분진 흡입부(200)로부터 흡입된 분진을 배출할 수 있다. 분진 흡입부(200)는 컴프레서(미도시) 등과 연결되어 압축공기를 분진 흡입부(200)에 제공할 수 있다.
따라서 분진 흡입부(200)의 흡입본체(210)의 외주에는 분진 배출부(300)와 연통되는 적어도 하나의 배출공(240)이 관통 형성될 수 있다.
본 실시예에서 배출공(240)은 한 쌍으로 이루어지고, 분진 배출부(300)는 한 쌍의 배출공(240)에 각각 결합되는 한 쌍의 배출관(300)을 포함하는 것을 도시하였으나 배출공(240)과 배출관(300)의 결합위치, 개수, 형상 등은 변형 실시가능하다.
이와 같은 구성을 포함하는 분진 제거장치와 이를 구비하는 단결정 성장장치는 도가니(20) 상부에 장착되어 원료(S) 투입과정에서 발생하는 분진을 흡입공(220)을 통해 도가니(20) 상부에서 360°방향으로 흡입하여 효율적으로 제거할 수 있다.
또한, 분진 제거장치는 도가니에 착탈가능하게 구성되고 폴리에틸렌 소재로 제작되어 단결정 성장 공정에 영향을 주지 않기 때문에 단결정 성장 잉곳의 품질을 향상시킬 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 단결정 성장장치 10 : 원료 공급유닛
20 : 도가니 30 : 가열수단
40 : 원추밸브 50 : 인상수단
S : 원료 100 : 분진 제거장치
200 : 분진 흡입부 210 : 흡입본체
215 : 흡입관 220 : 흡입공
230 : 거치링 240 : 배출공
300 : 분진 배출부(배출관)

Claims (12)

  1. 도가니 내부로 투입되는 원료에서 발생하는 분진을 제거하며, 상기 도가니에 착탈가능하게 설치되는 분진 흡입부; 및
    상기 분진 흡입부로부터 흡입된 분진을 배출하는 분진 배출부를 포함하는 단결정 성장 장치의 분진 제거장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분진 흡입부는
    상기 도가니의 상부에서 일정한 높이를 갖도록 배치되고, 내주면에 다수의 흡입공이 형성된 흡입본체; 및
    상기 흡입본체의 아래에 결합되어 상기 도가니에 상기 흡입본체가 착탈가능하게 안착되도록 하는 거치링을 포함하는 단결정 성장 장치의 분진 제거장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 흡입본체는 링 형상을 가지며, 내부에는 상기 다수의 흡입공과 연통되는 흡입관이 형성된 단결정 성장 장치의 분진 제거장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 다수의 흡입공은 상기 흡입본체의 내주면을 따라 일정한 간격으로 배치되며, 수평 방향으로 적어도 일렬로 배치되는 단결정 성장 장치의 분진 제거장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 흡입본체의 외주에는 상기 분진 배출부와 연통되는 적어도 하나의 배출공이 관통 형성된 단결정 성장 장치의 분진 제거장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배출공은 한 쌍으로 이루어지고,
    상기 분진 배출부는 상기 한 쌍의 배출공에 각각 결합되는 한 쌍의 배출관을 포함하는 단결정 성장 장치의 분진 제거장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 흡입본체의 수평방향 직경은 상기 거치링의 직경보다 큰 단결정 성장 장치의 분진 제거장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 거치링의 직경은 상기 도가니 상부의 내부 직경과 동일하거나 작은 크기를 갖는 단결정 성장 장치의 분진 제거장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 흡입본체와 상기 거치링의 높이비는 5 : 1인 단결정 성장 장치의 분진 제거장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 분진 흡입부는 폴리에틸렌(polyethylene) 재질을 갖는 단결정 성장 장치의 분진 제거장치.
  11. 상부가 개구된 도가니; 및
    상기 도가니 내부로 투입되는 원료로부터 발생하는 분진을 제거하는 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 분진 제거장치를 포함하는 단결정 성장장치.
  12. 상부가 개구된 도가니;
    상기 도가니 내부로 원료를 투입하는 원료 공급유닛; 및
    상기 원료 공급유닛에 의해 상기 도가니 내부로 투입되는 원료로부터 발생하는 분진을 제거하며, 상기 도가니에 착탈 가능하게 설치되는 분진 제거장치를 포함하는 단결정 성장장치.
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