KR20210108776A - 잉곳성장설비의 금속필터용 자동 세정장치 및 세정방법 - Google Patents

잉곳성장설비의 금속필터용 자동 세정장치 및 세정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 다른 측면에 따른 일 실시예에 따른 잉곳 제조 설비의 금속필터 자동 세정방법은, 잉곳 성장설비의 금속필터장치의 하우징에서 상부 유닛만 분리하여 별도의 본체를 갖는 자동 세척장치의 상부 유닛으로 설치하는 단계와, 상기 자동 세척장치 내부에 고압용 유체를 흘려서 상기 금속필터 내의 산화물을 1차 제거하는 단계와, 상기 자동 세척장치 내부에 세척용액을 투입하여 초음파로 2차 세정하는 단계와, 상기 2차 세정후 세척용액을 원심분리장치를 이용하여 폐수 및 폐기물로 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

잉곳성장설비의 금속필터용 자동 세정장치 및 세정방법{METAL FILTER WASHING METHOD AND APPARATUS FOR INGOT GROWING INSTALLATION}
본 발명은 잉곳성장설비의 금속필터용 자동 세정장치 및 세정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속필터 세정에 따른 잉곳성장설비의 중단 또는 펌프 부하 등의 문제도 없고, 자동으로 공기, 세정수, 및 초음파 등을 이용하여 세척함으로써 금속필터의 세정효율을 높일 수 있고, 산화실리카 등 공정부산화물이 금속필터에 누적되어 필터 수명을 단축하는 문제를 해결하여 금속필터 수명을 연장할 수 있는 잉곳성장설비의 금속필터용 자동 세정장치 및 세정방법에 관한 것이다.
일반적으로, 단결정으로 성장시킨 잉곳은 웨이퍼(wafer) 등과 같은 완성품 제조시 모재로 사용되며, 이를 위해 완성품의 전단계인 반제품의 형태로 제조 및 가공된다. 즉, 중간제품 형태의 잉곳은 단결정 성장장치를 사용하여 실리콘 융액(融液)을 원기둥 형상으로 단결정 성장시키는 제조 공정과, 단결정 성장된 잉곳을 일정한 길이로 절단한 후 외부 표면을 모따기(chamfering) 등의 가공방법을 사용하여 절삭하는 가공 공정을 거친다.
실리콘 등을 용융시켜 잉곳으로 성장시키는 잉곳 성장장치에는 잉곳의 성장을 위해 산소, 불활성가스 등의 공정 가스가 주입되며, 이들 공정 가스에는 화학 반응에 의해 생성된 각종 산화물이 포함된다. 따라서, 잉곳 성장장치에는 공정 가스를 배기시키면서 각종 산화물과 같은 불순물을 걸러주는 필터링 장치가 연결된다.
도 1a는 잉곳성장 설비의 블록도이며, 도 1b는 도 1a에 사용된 금속필터의 세정방법을 설명하는 개념도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 지금까지 잉곳 제조 설비는 실리콘 등을 가열하여 실리콘 융액(融液)을 형성하고, 실리콘 융액에서 시드(seed)를 회전 및 상승시켜 단결정으로 잉곳(ingot)을 제조하는 단결정 성장장치(grower; 10)와, 단결정 성장장치(10)의 내측으로 산소, 불활성가스 등의 공정 가스(이하에서는 '가스'라고 한다)를 주입시키는 가스공급부(20)와, 단결정 성장장치(10)의 내부압력을 조절하고 주입된 가스(G)를 펌핑(pumping)하는 가스펌핑부(30)와, 단결정 성장장치(10)에서 각종 산화물(oxides) 등의 불순물(P)이 포함되어 배기되는 가스(G)를 금속필터를 사용하여 흡착 방식으로 여과시키는 필터링 장치(100)와, 필터링 장치(100)에서 여과된 가스(G)가 배기되어 모이는 가스배기부(40)를 포함한다. 또한, 필터링 장치(100)의 내부에 흡착된 불순물(P)을 제거하기 위해 필터링 장치(100)의 일측에는 압축 공기(A; 이하에서는 '공기'라고 한다)를 분사하는 공기분사부(50) 및 공기(A)를 배기시키는 공기배기부(60)가 구비된다.
특히, 필터링 장치(100)를 중심으로 살펴보면, 가스펌핑부(30)와 필터링 장치(100) 사이에는 가스주입배관(32)이 구비되고, 필터링 장치(100)와 가스배기부(40) 사이에는 가스배기배관(42)이 구비된다.
또한, 필터링 장치(100)와 공기분사부(50) 사이에는 공기분사배관(52)이 구비되고, 필터링 장치(100)와 공기배기부(60) 사이에는 공기배기배관(62)이 구비된다.
상기 배관 라인에는 자동밸브수단(34, 44, 54, 64)이 각각 구비되고, 제어부에 의해 개폐가 제어된다.
즉, 필터링 장치(100)에서 가스(G)가 여과될 때에는 가스주입배관(32)과 가스배기배관(42)이 열린 상태로 유지되고, 공기분사배관(52)과 공기배기배관(42)은 닫힌 상태로 유지된다. 이와 반대로, 필터링 장치(100)가 세척될 때에는 가스주입배관(32)과 가스배기배관(42)이 닫힌 상태로 유지되고, 공기분사배관(52)과 공기배기배관(62)은 열린 상태로 유지되어, 필터링 장치(100)가 세척될 때에는 잉곳 성장 설비의 가동이 중단되어야 하는 문제점이 있었다.
보다 구체적으로 설명하면, 도 1b에 도시된 바와 같이, 필터링 장치(100)에서 금속필터가 세척되기 위해서는 하우징(101) 내부가 공기배기배관(62)을 통해 진공상태를 유지하다가 금속필터 설치부(103)에 현가된 금속필터(107)에 대해 하우징 (101) 양단에 설치되는 가스주입배관(32)이 닫히고, 공기분사배관(52)이 개방되면서 공기 벤트가 일어나면 하우징(101) 내부 압력차이가 증가하여 역류가 발생하여 공정부산물인 파티클이 떨어져 나와 부유시킴으로써 세척을 진행하였다.
하우징 배기가스는 공기배기배관(62)을 통과하여 펌프를 통해 외부로 배기된다.
즉, 하우징(101) 내부의 압력차에 의해서 발생하는 역류를 사용하므로 세정효율이 낮을 뿐만 아니라, 금속필터(107) 내부의 파티클을 제거하기 위해서 사용되는 압력은 순간적으로 공급되어야 하므로, 잦은 세정에도 불구하고 펌프 부하가 증가하는 문제점이 있으며, 공정 산화물이 금속필터(107)에서 완전히 제거되지 않아 펌프의 배기 흐름을 서서히 떨어뜨리며, 심한 경우 펌프 과부하로 동작이 정지하는 문제점이 있다.
또한, 필터 하우징(101) 하부에 누적되는 다량의 산화물로 수차례 공정 후 결국 세정을 위해 필터를 개별 분리시켜 고압의 공기로 제거해야 하는 문제점이 있다.
또한, 금속필터(107)를 분리하지 않고 자동으로 세정을 진행할 수 있지만, 펌프 과부하의 문제 뿐만 아니라 결국에 필터를 개별 분리시켜 고압의 공기로 세척하거나 털어내는 등 수작업을 진행하게 되면 작업 인원의 안전에 문제점이 여전히 발생한다.
또한, 파티클을 떼어 내기 위한 역류 조건을 여러 번 형성하려면 시간이 많이 걸리고 세정 효과가 많이 떨어져, 재사용되는 동안 사용수명이 단축되어 여과 공정 중 예기치 않은 사고를 발생시킬 수 있으며, 이를 방지하기 위해서 필터의 교체 주기가 단축되어 교체에 따른 비용이 증가되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 금속필터 세정에 다른 잉곳성장설비의 중단 또는 소음 등의 문제도 없고, 공기, 세정수, 및 초음파 등을 이용하여 세척함으로써 금속필터의 세정효율을 높일 수 있고, 산화실리카 등 공정부산화물이 금속필터에 누적되어 필터 수명을 단축하는 문제를 해결하여 금속필터 수명을 연장할 수 있는 잉곳성장설비의 금속필터용 자동 세정장치 및 세정방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 잉곳 제조설비에서 금속필터 설치부를 자동으로 별도로 설치한 자동세정유닛으로 이동시켜 금속필터 손상 없이 자동으로 금속필터의 이물질을 완전히 제거함으로써 필터 사용 기간을 늘릴 수 있는 잉곳성장설비의 금속필터용 자동 세정장치 및 세정방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 제조 설비의 금속필터 장치의 하우징으로부터 자동 분리된 금속필터가 달린 필터설치부를 본체의 탈부착가능한 본체 탑 플레이트로 이용하여 금속필터를 세척하는 잉곳 제조 설비의 금속필터 자동 세정장치에 있어서, 상기 본체 탑 플레이트는 고온 내압 재질로 이루어지며, 상기 본체 탑 플레이트 하부에는 상기 본체 탑 플레이트 하부와 상기 본체 사이의 기밀 유지를 위한 적어도 1 이상의 O링을 갖는 밀봉플랜지와, 상기 본체 탑 플레이트 상단부에 형성되는 1차 세척을 위한 세척용 기체인 고압공기 또는 비활성 기체를 공급하기 위한 세척용 기체 배관 연결구와, 2차 세척을 위한 세척용액 공급을 위한 세척용액 배관 연결구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 일 실시예에 따른 잉곳 제조 설비의 금속필터 자동 세정방법은, 잉곳 성장설비의 금속필터장치의 하우징에서 상부 유닛만 분리하여 별도의 본체를 갖는 자동 세척장치의 상부 유닛으로 설치하는 단계와, 상기 자동 세척장치 내부에 고압용 유체를 흘려서 상기 금속필터 내의 산화물을 1차 제거하는 단계와, 상기 자동 세척장치 내부에 세척용액을 투입하여 초음파로 2차 세정하는 단계와, 상기 2차 세정후 세척용액을 원심분리장치를 이용하여 폐수 및 폐기물로 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳성장설비의 금속필터용 자동 세정장치 및 세정방법에 의하면, 금속필터 세정에 따른 잉곳성장설비의 중단 또는 펌프 과부하등의 문제도 없고, 공기, 세정수, 및 초음파 등을 이용하여 세척함으로써 금속필터의 세정효율을 높일 수 있고, 산화실리카 등 공정부산화물이 금속필터에 누적되어 필터 수명을 단축하는 문제를 해결하여 금속필터 수명을 연장할 수 있다.
도 1a는 종래의 잉곳 제조 설비의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 1b는 도 1a의 잉곳 제조 설비의 금속필터 세정방법을 설명하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 제조 설비의 금속필터 세정방법을 설명하는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속필터 세정장치에 사용되는 금속필터 설치부의 구성을 설명하는 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속필터 세정장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 제조 설비의 금속필터 세정방법을 설명하는 플로우챠트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
먼저 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 제조 설비의 금속필터 자동 세정장치에 대해서 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 제조 설비의 금속필터 세정방법을 설명하는 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 제조 설비의 금속필터 세정방법을 설명하는 플로우챠트이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속필터 세정장치에 사용되는 금속필터 설치부의 구성을 설명하는 분해 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 제조 설비의 금속필터 자동 세정장치(200)는 금속필터 장치(100)의 하우징(101)에 대해 금속필터(107)가 달린 필터 설치부(103)를 자동으로 분리하여 금속필터 자동 세정장치(200)에 장착하여 금속필터(107)를 세척하고, 세척된 금속필터(107')를 필터 설치부(103')에 대해 장착된 상태로 하우징(101)에 대해 설치하여 잉곳 제조 설비가 거희 중단이 일어나지 않도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 제조 설비의 금속필터 자동 세정장치(200)에 있어서, 금속필터 설치부(103)는 고온/내압 재질로 이루어지고 필터 하우징(101)에 탈부착가능하게 설치되는 본체 탑 플레이트(230)와, 상기 본체 탑 플레이트(230)와 필터 하우징(101) 사이의 기밀 유지를 위해 적어도 1 이상의 O링으로 이루어진 밀봉플랜지(250)를 포함할 수 있다.
상기 본체 탑 플레이트(230)에는 세척용 기체인 고압공기 또는 비활성 기체 공급용 세척용 기체 배관 연결구(231, 235)와 상기 금속필터장치(100)의 작동시 여과된 가스를 배출하기 위한 가스배기배관 연결구(233)가 형성될 수 있다.
상기 세척용 기체 배관 연결구(231, 235)와 가스배기배관 연결구(233)에는 각각의 배관이 단단히 탈부착가능하게 나사산(231a, 233a, 235a)이 형성되어 각각의 배관과 나사결합될 수 있다.
한편, 상기 본체 탑 플레이트(230)에 대해 상기 밀봉플랜지(250)도 탈부착가능하게 결합되어 상기 밀봉플랜지(250)의 외주부에 형성되는 적어도 1 이상의 O링(251)을 교체할 수 있도록 구성된다.
상기 밀봉플랜지(250)에는 금속필터(270)가 결합되는 금속필터 체결홀(253)이 형성되며, 상기 금속필터 체결홀(253)에는 추가적으로 금속필터를 단단히 체결결합하는 체결부(255)가 더 형성되어 금속필터(270)를 탈부착하여 부분적으로 손상된 금속필터(270)를 교체할 수도 있다.
상기 밀봉플랜지(250)는 원판상으로 원주부에 상기 본체 탑 플레이트(230) 하부에 형성된 결합부(237)의 나사산(237a)에 대해 나사결합될 수 있는 나사산 결합부(251a)를 더 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 제조 설비의 금속필터 자동 세정장치(200)에 있어서, 금속필터 설치부(103)는 금속필터(270)의 하부에 고정부(280)와 더 결합되어 이후 자세히 설명하는 세정장치 본체(210) 내에 설치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속필터 세정장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속필터 세정장치(200)는 금속필터 설치부(103')가 결합될 수 있는 수용공간을 갖는 본체(210)와, 상기 본체(210)에 대해 고압공기 또는 비활성 기체 공급부(40, 50), 배기부(60), 세척용액 공급부(70)이 결합되는 배관 연결구(211, 213, 215)를 더 가질 수 있으며, 상기 배관 연결구(211, 213, 215)에는 고압공기 또는 비활성 기체 또는 세척용액용 배관(42, 52, 62, 72)이 설치될 수 있으며 상기 배관에는 각각 자동밸브(44, 54, 64, 64, 74)가 설치되며, 자동밸브(44, 54, 64, 64, 74)는 주 제어부(201)에 의해서 개폐가 제어될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속필터 세정장치(200)는 금속필터 고정홀(281, 283, 285)이 형성된 판형 고정부(280)가 상기 금속필터(270)의 타단부를 고정하도록 하여 상기 본체(210)에 대해 상기 금속필터(270)의 세척 표면적을 넓히도록 가로로 설치될 수 있다.
상기 본체(210) 하부에는 초음파세척장치(290)이 설치되는 데, 상기 본체(210)에 대해 가로로 설치되는 초음파 발생부(291)와 초음파 진동자(293)이 구비하되, 상기 초음파 진동자(293)는 세척볼형태로 이루어져 상기 금속필터(270)를 타격하여 파티클 등 부산물을 스크라이빙할 수 있다.
사용한 세척용액을 배수할 수도 있는데 상기 배수부에는 원심분리장치(80)가 더 구비되어 물과 폐기물을 제 1 배관을 통해 폐수처리부로 나머지 페기물을 페기물 처리장치(90)로 모아서 처리할 수 있도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속필터 세정장치(200)는 기존의 하우징(101)에서 상부 유닛만 분리하여 별도 세척 장치에 설치하고 세척 장치 내부에 고압용 유체를 흘려서 필터내의 산화물을 1차 제거하고, 세척 장치 내부에 용액을 투입하여 초음파로 2차 제정하여 완벽한 세정을 수행할 수 있으며, 발생하는 폐수 및 폐기물은 별도의 분리기를 통해 분리 후 폐기물 처리를 할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 제조 설비의 금속필터 자동 세정방법은, 필터 하우징(101)에서 배관을 분리하고, 금속필터 설치부(103)를 지그 등을 이용하여 분리하고(S110), 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 제조 설비의 금속필터 자동 세정장치(200)에 설치할 수 있다(S120).
상기 금속필터 설치부(103), 즉 상기 본체 탑 플레이트(230)의 세척용 기체 배관 연결구(231, 235)에 세척용 기체인 고압공기 또는 비활성 기체 공급용 공급관을 연결하고(S130), 금속필터(270) 내부에서 외부로 공기 유동을 생성하여 금속필터(270) 표면을 세척한다(S140).
이어서 세척 용액을 금속필터 자동세정장치(200) 내부로 공급하고(S150), 상기 세척용 기체 배관 연결구(231)에 연결된 고압공기 배관을 통해 압축 공기를 공급한다(S160).
초음파 발생 장치를 가동시키되(S170), 금속필터 표면의 부산물을 세척액 중의 고압공기에 의한 마이크로버블 또는 세척볼이 초음파 진동에 의하여 진동하면서 금속필터 표면을 스크라이빙하게 한다(S180).
상기 세척 용액을 배수시키고 상기 금속필터(270)를 상기 고압공기를 이용하여 건조시킨다(S190).
상기 배수된 세척 용액을 원심분리기를 사용하여 물과 폐기물을 원심분리하여 처리한다(S200).
200 : 금속필터 자동 세정장치 210 : 본체
230 : 본체 탑 플레이트 250 : 밀봉플랜지
231, 235 : 세척용 기체 배관 연결구 253 : 금속필터 체결홀
270 : 금속필터 290 : 초음파세척장치
291 : 초음파 발생기 293 : 세척볼

Claims (8)

  1. 잉곳 제조 설비의 금속필터 장치의 하우징으로부터 자동 분리된 금속필터가 달린 필터설치부를 본체의 탈부착가능한 본체 탑 플레이트로 이용하여 금속필터를 세척하는 잉곳 제조 설비의 금속필터 자동 세정장치에 있어서,
    상기 본체 탑 플레이트는 고온 내압 재질로 이루어지며, 상기 본체 탑 플레이트 하부에는 상기 본체 탑 플레이트 하부와 상기 본체 사이의 기밀 유지를 위한 적어도 1 이상의 O링을 갖는 밀봉플랜지와, 상기 본체 탑 플레이트(230) 상단부에 형성되는 1차 세척을 위한 세척용 기체인 고압공기 또는 비활성 기체를 공급하기 위한 세척용 기체 배관 연결구와, 2차 세척을 위한 세척용액 공급을 위한 세척용액 배관 연결구를 포함하는 잉곳 제조 설비의 금속필터 자동 세정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체 탑 플레이트는 상기 본체에 대응하여 나사체결가능한 나사체결부가 형성되며, 상기 세척용 기체 배관 연결구와 상기 세척용액 배관 연결구에도 세척용 기체 배관와 세척용액 배관이 각각 연결되는 나사체결부가 형성되는 잉곳 제조 설비의 금속필터 자동 세정장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 밀봉플랜지에는 상기 금속필터가 결합되는 금속필터 체결홀이 형성되며, 상기 금속필터 체결홀에는 O링과 나사산이 형성되어 상기 금속필터가 기밀하게 탈부착가능하게 결합되는 잉곳 제조 설비의 금속필터 자동 세정장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 금속필터의 하부에 상기 금속필터의 하단부에 결합되는 원판상의 고정부가 더 결합되며, 상기 원판상의 고정부는 상기 본체의 걸림턱에 끼임고정되는 잉곳 제조 설비의 금속필터 자동 세정장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 본체의 외부에 설치되는 초음파 발생부와, 상기 본체의 내부에서 상기 초음파 발생부에 의해서 진동하는 초음파 진동자를 갖는 초음파세척장치를 더 포함하며, 상기 초음파 진동자는 상기 금속필터에 접촉시 스크라이빙 가능한 돌기를 갖는 세척볼인 잉곳 제조 설비의 금속필터 자동 세정장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 세척용액을 배수하기 위한 배수배관과, 상기 배수배관에 연결되어 물과 산화물을 원심분리에 의해 분리하기 위한 원심분리장치를 더 구비하는 잉곳 제조 설비의 금속필터 자동 세정장치.
  7. 잉곳 성장설비의 금속필터장치의 하우징에서 상부 유닛만 분리하여 별도의 본체를 갖는 자동 세척장치의 상부 유닛으로 설치하는 단계와,
    상기 자동 세척장치 내부에 고압용 유체를 흘려서 상기 금속필터 내의 산화물을 1차 제거하는 단계와,
    상기 자동 세척장치 내부에 세척용액을 투입하여 초음파로 2차 세정하는 단계와,
    상기 2차 세정후 세척용액을 원심분리장치를 이용하여 폐수 및 폐기물로 분리하는 단계를 포함하는 잉곳 제조 설비의 금속필터 자동 세정방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 초음파로 2차 세정하는 단계는 상기 금속필터 표면의 부산물을 세척용액 중에 고압공기 공급에 의한 마이크로버블 또는 세척볼의 초음파 진동에 의하여 상기 금속필터 표면을 미세 스크라이빙하는 단계를 더 포함하는 잉곳 제조 설비의 금속필터 자동 세정방법.
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