KR20240049380A - 히터 어셈블리 및 단결정로 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 히터 어셈블리 및 단결정로에 관한 것이며, 상기 단결정로는 노체를 포함하고, 상기 노체 내에는 도가니가 설치되어 있으며, 상기 도가니의 바닥부는 지지축을 포함하는 지지 구조를 통해 지지되며, 상기 도가니는 상기 지지축의 이끌림에 의해 회전할 수 있으며, 상기 히터 어셈블리는, 상기 도가니의 외표면에 피복된 가열부 - 상기 가열부는 상기 도가니와 동기 회전할 수 있고, 상기 가열부는 복수의 연결 전극을 포함함 -; 및 상기 지지축에 설치된 도전부 - 상기 도전부는 상기 연결 전극에 일일이 대응하여 연결된 복수의 환형 도전체, 및 복수의 환형 도전체에 일일이 대응하여 연결된 외접 전극을 포함하며, 상기 연결 전극은 상기 환형 도전체를 따라 회전할 수 있으며, 상기 외접 전극은 외부 전원에 연결됨 -; 를 포함한다.
Description
[관련 출원에 대한 참조]
본 출원은 2022년 06월 21일 중국에 제출한 중국 특허 출원 No.202210705520.7호의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용을 본 출원에 원용한다.
본 개시는 실리콘 제품 제조 기술분야에 관한 것으로, 특히 히터 어셈블리 및 단결정로에 관한 것이다.
스트레이트 인발법으로 단결정 실리콘을 생산하는 것은 현재 단결정 실리콘을 제조하는 가장 중요한 방법이며, 핫 존 시스템은 실리콘 재료의 결정 형성을 위한 가장 중요한 조건 중 하나이며, 핫 존의 온도 구배 분포는 단결정을 원활하게 인발할 수 있는지 여부와 단결정의 품질의 좋고 나쁨을 제어하는 데 직접적인 영향을 미치며, 특히 스트레이트 인발법은 단결정로를 통해 단결정 실리콘 재료를 성장시키는 과정에서, 일반적으로 흑연 핫 존을 이용하여 성장 온도 및 구배 제어 등을 제공한다. 구체적인 과정에서, 저진공 및 불활성 가스를 수반하는 환경에서 다결정 원료의 용융을 진행하고, 시드 결정의 접촉을 통해, 회전하고 인발하여 단결정 재료를 제조하며, 그중, 열원은 주로 흑연 히터로부터 온다. 종래의 핫 존 구조에서, 히터는 일반적으로 도가니 외주에 위치한 고정 히터를 위주로 하며, 히터는 열에너지를 발생시켜 도가니와 내부 실리콘재를 방사 형태로 가열하는데, 이러한 가열 방식은 간접 가열로, 가열 효율이 낮다.
상술한 기술적 문제를 해결하기 위해, 본 출원은 히터 어셈블리 및 단결정로를 제공하여, 간접 가열 방식의 효율이 낮은 문제를 해결하려 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 출원의 실시예는 다음의 기술방안을 사용한다. 단결정로용 히터 어셈블리에 있어서, 상기 단결정로는 노체를 포함하고, 상기 노체 내에는 도가니가 설치되어 있으며, 상기 도가니의 바닥부는 지지축을 포함하는 지지 구조를 통해 지지되며, 상기 도가니는 상기 지지축의 이끌림에 의해 회전할 수 있으며, 상기 히터 어셈블리는,
상기 도가니의 외표면에 피복된 가열부 - 상기 가열부는 상기 도가니와 동기 회전할 수 있고, 상기 가열부는 복수의 연결 전극을 포함함 -; 및
상기 지지축에 설치된 도전부 - 상기 도전부는 상기 연결 전극에 일일이 대응하여 연결된 복수의 환형 도전체, 및 복수의 환형 도전체에 일일이 대응하여 연결된 외접 전극을 포함하며, 상기 연결 전극은 상기 환형 도전체를 따라 회전할 수 있으며, 상기 외접 전극은 외부 전원에 연결됨 -; 를 포함한다.
선택적으로, 상기 도전부는 상기 지지축에 소켓 설치된 통형 하우징을 포함하고, 상기 하우징의 내벽에는 그 둘레방향으로 복수의 환형 돌기가 이격 설치되어 상기 환형 도전체를 형성하며, 상기 하우징의 외벽에는 상기 환형 돌기에 일일이 대응하여 연결된 상기 외접 전극이 설치되어 있다.
선택적으로, 상기 하우징은 절연 재료로 제조된다.
선택적으로, 상기 지지 구조는 상기 도가니의 바닥부에 지지되는 지지 트레이를 포함하고, 상기 지지축은 상기 도가니로부터 멀리하는 상기 지지 트레이의 일측에 지지되며, 상기 연결 전극은 제1 서브전극 및 제2 서브전극을 포함하며, 상기 제1 서브전극은 상기 가열부에 연결되고, 상기 제2 서브전극의 일단은 상기 제1 서브전극에 연결되며, 상기 제2 서브전극의 다른 일단은 상기 지지 트레이를 통과하여 상기 지지축에 고정된 도체를 통해 상기 도전부에 연결된다.
선택적으로, 상기 도가니로부터 멀리하는 상기 도체의 일단에는 상기 환형 돌기와 결합된 연결 돌기를 가지며, 상기 연결 돌기는 상기 환형 돌기를 따라 이동할 수 있다.
선택적으로, 상기 가열부는 상기 도가니의 외부에 S자 형태로 분포된 막대형 가열체를 포함하며, 상기 막대형 가열체의 적어도 2개의 단부는 상기 도가니의 바닥부까지 연장되어, 상응한 상기 제1 서브전극을 연결한다.
선택적으로, 상기 가열부와 상기 도가니 사이에는 절연 열전도층이 설치되어 있다.
선택적으로, 상기 도가니로부터 멀리하는 상기 가열부의 일측에는 단열 보호 커버가 소켓 설치되어 있다.
본 출원의 실시예는 또한 상술한 히터 어셈블리를 포함하는 단결정로를 제공한다.
본 출원의 유익한 효과는, 가열부를 도가니 외부에 피복함으로써, 열이 직접 열전도에 의해 도가니와 내부 실리콘재를 가열하도록 하여, 효율을 향상시키는 것이다.
도 1은 관련기술에 따른 히터 어셈블리의 구조 개략도를 나타낸다.
도 2는 본 출원의 실시예에 따른 히터 어셈블리의 구조 개략도를 나타낸다.
도 3은 본 출원의 실시예에 따른 도체의 구조 개략도를 나타낸다.
도 4는 본 출원의 실시예에 따른 도전부의 구조 개략도를 나타낸다.
도 5는 본 출원의 실시예에 따른 가열부의 구조 개략도를 나타낸다.
도 2는 본 출원의 실시예에 따른 히터 어셈블리의 구조 개략도를 나타낸다.
도 3은 본 출원의 실시예에 따른 도체의 구조 개략도를 나타낸다.
도 4는 본 출원의 실시예에 따른 도전부의 구조 개략도를 나타낸다.
도 5는 본 출원의 실시예에 따른 가열부의 구조 개략도를 나타낸다.
본 출원의 실시예의 목적, 기술방안 및 장점을 더 명확하게 하기 위해, 아래에서는 본 출원의 실시예에서의 도면을 결부하여, 본 출원의 실시예에 따른 기술방안을 명확하고 완전하게 설명하기로 한다. 설명되는 실시예들은 본 출원의 일부 실시예일 뿐, 전부의 실시예가 아님은 자명한 것이다. 본 출원의 실시예들을 토대로, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들이 창조적 노동을 하지 않는다는 전제하에 얻어지는 모든 기타 실시예들은 모두 본 출원의 보호 범위에 속한다.
본 출원의 설명에서, 용어 "중앙", "상", "하", "좌", "우", "수직", "수평", "내", "외" 등으로 지시되는 방위 또는 위치 관계는 첨부 도면에 도시된 방위 또는 위치 관계를 기반으로 하며, 본 출원의 설명을 용이하게 하고 설명을 단순화하기 위한 것일 뿐, 지시되는 장치 또는 구성 요소가 특정 방위를 가져야 하고, 특정 방위로 구성 및 작동되어야 함을 지시하거나 또는 암시하는 것이 아니므로, 본 출원에 대한 한정으로 이해되어서는 안된다. 또한 용어 "제1", "제2", "제3"은 설명 목적으로만 사용되며, 상대적 중요성을 지시 또는 암시하는 것으로 이해되어서는 안된다.
도 1을 참조하면, 관련기술에서, 단결정로는 노체(5)를 포함하고, 노체(5)에는 도가니가 설치되어 있으며, 도가니는 지지 구조(2)를 통해 지지되며, 히터(11)는 일반적으로 도가니(도가니는 석영 도가니 및 석영 도가니 외부에 소켓 설치된 흑연 도가니(1)를 포함함) 외주에 위치한 고정 히터를 위주로 하며, 히터(11)와 도가니 사이에는 일정한 거리를 가지며, 히터(11)는 노체 바닥부에 설치된 전극(12)을 통해 외부 전원에 연결된다. 히터는 열에너지를 발생시켜 도가니와 내부 실리콘재를 방사 형태로 가열하는데, 이러한 가열 방식은 간접 가열로, 가열 효율이 낮다. 해당 문제에 대해, 본 실시예는 단결정로용 히터 어셈블리를 제공하며, 도 2 내지 도 5를 참조하면, 상기 단결정로는 노체(5)를 포함하고, 상기 노체(5) 내에는 도가니가 설치되어 있으며, 상기 도가니의 바닥부는 지지축(21)을 포함하는 지지 구조(2)를 통해 지지되며, 상기 도가니는 상기 지지축(21)의 이끌림에 의해 회전할 수 있으며, 상기 히터 어셈블리는,
상기 도가니의 외표면에 피복된 가열부(101) - 상기 가열부(101)는 상기 도가니와 동기 회전할 수 있고, 상기 가열부(101)는 복수의 연결 전극을 포함함 -; 및
상기 지지축(21)에 설치된 도전부(203) - 상기 도전부(203)는 상기 연결 전극에 일일이 대응하여 연결된 복수의 환형 도전체(2031), 및 복수의 환형 도전체(2031)에 일일이 대응하여 연결된 외접 전극(2032)을 포함하며, 상기 연결 전극은 상기 환형 도전체(2031)를 따라 회전할 수 있으며, 상기 외접 전극(2032)은 외부 전원에 연결됨 -; 를 포함한다.
본 실시예에서, 가열부(101)는 도가니의 외표면에 피복되어 있으며, 즉 상기 가열부(101)가 도가니와 직접 접촉하여, 열이 직접 열전도에 의해 도가니와 내부 실리콘재를 가열하도록 하여, 효율을 향상시킨다. 그러나, 실제 공정 과정에서는, 결정의 형상과 용융물의 대류제어를 보장하기 위해, 도가니를 회전하여야 하므로, 도가니의 회전 과정에서, 상기 가열부(101)가 통전 상태를 유지할 수 있도록 보장하기 위해, 본 실시예에서는 상기 도전부(203)를 설치하였으며, 상기 도전부(203)는 상기 연결 전극에 일일이 대응하여 연결된 복수의 환형 도전체(2031), 및 복수의 환형 도전체(2031)에 일일이 대응하여 연결된 외접 전극(2032)을 포함하며, 상기 가열부(101)에 포함된 복수의 연결 전극은 상기 환형 도전체(2031)를 따라 회전할 수 있으며, 즉, 상기 도가니에 따라 가열부(101)가 동기 회전하는 과정에서, 상기 연결 전극은 대응하는 상기 환형 도전체(2031)를 따라 회전하고, 상기 연결 전극은 항상 대응하는 환형 도전체(2031)와 접촉하여, 환형 도전체(2031)에 대응하여 연결된 외접 전극(2032)을 통해, 상기 가열부(101)가 외부 전원과 연통 상태를 유지하도록 한다.
요약하면, 본 실시예에 따른 히터 어셈블리는 회전 과정에서의 가열부(101)의 전원 연결 문제를 해결함과 동시에, 종래의 핫 존 가열 과정에서의 열 방사로부터 고체 간 열전도 방식으로의 전환을 구현하여, 핫 존 및 기기의 열 효율을 크게 향상시키고, 열 손실을 줄이며; 또한, 이러한 복합형 구조 설계는 노체(5) 내 핫 존 공간을 크게 절약하여, 기기 크기를 줄이거나 또는 기기의 재료 투입량(도가니의 부피 증가)을 늘리는 데 유리하다.
설명해야 할 것은, 상기 도가니는 함께 소켓 설치된 흑연 도가니(1)와 석영 도가니(3)를 포함하며, 상기 가열부(101)는 상기 흑연 도가니(1)의 외부에 피복되어 있다.
도 4를 참조하면, 예시적인 실시형태에서, 상기 도전부(203)는 상기 지지축(21)에 소켓 설치된 통형 하우징을 포함하고, 상기 하우징의 내벽에는 그 둘레방향으로 복수의 환형 돌기가 상기 환형 도전체(2031)로 이격 설치되어 있으며, 상기 하우징의 외벽에는 상기 환형 돌기에 일일이 대응하여 연결된 상기 외접 전극(2032)이 설치되어 있다.
예시적으로, 상기 하우징은 절연 재료로 제조되어, 인접한 상기 환형 도전체(2031) 사이의 단락을 방지한다.
예시적인 실시형태에서, 상기 하우징은 상기 노체(5)에 고정 연결된다.
예시적인 실시형태에서, 상기 지지 구조(2)는 상기 도가니의 바닥부에 지지되는 지지 트레이를 포함하고, 상기 지지축(21)은 상기 도가니로부터 멀리하는 상기 지지 트레이의 일측에 지지되며, 상기 연결 전극은 제1 서브전극 및 제2 서브전극(201)을 포함하며, 상기 제1 서브전극은 상기 가열부(101)에 연결되고, 상기 제2 서브전극(201)의 일단은 상기 제1 서브전극에 연결되며, 상기 제2 서브전극(201)의 다른 일단은 상기 지지 트레이를 통과하여 상기 지지축(21)에 고정된 도체(202)를 통해 상기 도전부(203)에 연결된다.
분리 설치된 제 1 서브전극과 제 2 서브전극(201)으로 상기 연결 전극을 분할함으로써, 상기 도가니, 상기 가열부(101) 및 상기 지지 구조(2)의 조립에 유리하다.
예시적으로, 상기 제2 서브전극(201)은 볼트 전극이지만, 이에 한정되지 않는다.
예시적으로, 상기 지지 트레이의 중앙 영역 및 상기 중앙 영역의 외곽에 둘러싸인 엣지 영역에서, 상기 중앙 영역은 내부로 함몰되어 오목홈을 형성하고, 상기 도가니의 바닥부는 상기 오목홈과 결합된 철부이며, 상기 제2 서브전극(201)은 상기 엣지 영역에 설치된다.
상기 제2 서브전극(201)은 볼트 전극을 사용하고, 상기 엣지 영역에는 상기 지지축(21)의 축방향을 따라 상기 엣지 영역을 관통하는 볼트홀이 설치되며, 상기 볼트 전극은 상기 볼트홀 내에 나선형으로 설치되며, 상기 볼트 전극의 일단은 상기 제1 서브전극에 연결되고, 다른 일단은 상기 도체(202)를 통해 상기 도전부(203)에 연결된다.
도 3을 참조하면, 예시적인 실시형태에서, 상기 도가니로부터 멀리하는 상기 도체(202)의 일단에는 상기 환형 돌기와 결합된 연결 돌기(2021)를 가지며, 상기 연결 돌기(2021)는 상기 환형 돌기를 따라 이동할 수 있다.
상기 도체(202)는 상기 지지축(21)의 축방향을 따라 상기 지지축(21)의 외표면에 분포되고, 상기 도체(202)는 도선일 수 있으며, 상기 하우징에 노출된 상기 도체 부분의 외부 커버에는 절연 보호 커버가 설치되어 있다.
예시적으로, 상기 지지축(21)의 축방향에서, 상기 연결 돌기(2021)의 높이는 인접한 2개의 상기 환형 도전체(2031) 사이의 거리보다 작으므로, 단락을 방지한다.
예시적으로, 상기 도체(202)는 접착층에 의해 상기 지지축(21)에 고정된다. 상기 연결 돌기(2021)는 접착층에 의해 상기 지지축(21)에 고정된다.
도 5를 참조하면, 예시적인 실시형태에서, 상기 가열부(101)는 상기 도가니의 외부에 S자 형태로 분포된 막대형 가열체를 포함하며, 상기 막대형 가열체의 적어도 2개의 단부는 상기 도가니의 바닥부까지 연장되어, 상응한 상기 제1 서브전극을 연결한다.
예시적으로, 상기 가열부(101)는 막대형 구조로, 상기 도가니의 외부에 세로 방향으로 분포되고, 세로 방향으로 분포된 가열부(101)는 가열부(101)의 구조 분포 및 전력 제어를 통해, 용융물의 열 대류 및 열 분포를 보장할 수 있으며, 결정 성장 과정에서의 열 구배를 더욱 최적화하여, 결정 성장 품질과 수율을 더 바람직하게 제어할 수 있다.
예시적으로, 상기 도가니의 반경 방향에서 상기 막대형 구조의 두께는 2-3 cm이지만, 이에 한정되지 않는다.
예시적인 실시형태에서, 상기 가열부(101)와 상기 도가니 사이에는 절연 열전도층이 설치되어 있다. 상기 절연 열전도층은 흑연 또는 세라믹 등의 재료로 제조될 수 있다.
상기 도가니는 흑연 재료로 제조되며, 상기 도가니의 벽 두께는 1-2cm이지만, 이에 한정되지 않는다.
예시적인 실시형태에서, 상기 도가니로부터 멀리하는 상기 가열부(101)의 일측에는 단열 보호 커버(102)가 소켓 설치되어 있다. 상기 단열 보호 커버(102)는 가열부(101)를 전체적으로 피복할 수 있으며, 한편으로는 공정 과정에서 생성된 산화물이 가열부(101)의 표면에 침착되어, 가열 효과에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있고, 다른 한편으로는 가열부(101)가 외부로 열 방사하는 것을 방지하여, 가열 안정성을 유지하고, 전력 소모를 줄일 수 있다.
본 출원의 실시예는 또한 상술한 히터 어셈블리를 포함하는 단결정로를 제공한다.
상기 단결정로는 노체(5)를 포함하고, 상기 노체(5) 내에는 도가니(흑연 도가니(1) 및 석영 도가니(3)를 포함함)가 설치되어 있으며, 도가니 내에는 실리콘 용액(6)이 수용되어 있으며, 부호 7은 결정 잉곳이며, 도가니의 외부에는 가열부(101)가 피복되어 있고, 가열부(101)의 외부 커버에는 단열 보호 커버(102)가 설치되어 있으며, 상기 지지 구조(2)에는 상기 가열부(101)에 연결된 제2 서브전극(201)이 설치되어 있으며, 제2 서브전극(201)은 도체(202)를 통해 도전부(203)에 연결되며, 상기 노체(5)의 내측에는 또한 보온층(4)이 설치되어 있다.
상술한 실시형태는 본 출원의 원리를 설명하기 위해 사용된 예시적인 실시형태일 뿐이며, 본 출원은 이에 국한되지 않음을 이해할 수 있다. 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 본 출원의 정신 및 청구범위를 이탈하지 않고, 다양한 개변 및 변형을 진행할 수 있으며, 이러한 개변 및 변형을 본 출원의 보호 범위에 귀속 시키고자 한다.
Claims (9)
- 단결정로용 히터 어셈블리에 있어서,
상기 단결정로는 노체를 포함하고, 상기 노체 내에는 도가니가 설치되어 있으며, 상기 도가니의 바닥부는 지지축을 포함하는 지지 구조를 통해 지지되며, 상기 도가니는 상기 지지축의 이끌림에 의해 회전할 수 있으며, 상기 히터 어셈블리는,
상기 도가니의 외표면에 피복된 가열부 - 상기 가열부는 상기 도가니와 동기 회전할 수 있고, 상기 가열부는 복수의 연결 전극을 포함함 -; 및
상기 지지축에 설치된 도전부 - 상기 도전부는 상기 연결 전극에 일일이 대응하여 연결된 복수의 환형 도전체, 및 복수의 환형 도전체에 일일이 대응하여 연결된 외접 전극을 포함하며, 상기 연결 전극은 상기 환형 도전체를 따라 회전할 수 있으며, 상기 외접 전극은 외부 전원에 연결됨 -;
를 포함하는 히터 어셈블리. - 제1 항에 있어서,
상기 도전부는 상기 지지축에 소켓 설치된 통형 하우징을 포함하고, 상기 하우징의 내벽에는 그 둘레방향으로 복수의 환형 돌기가 이격 설치되어 상기 환형 도전체를 형성하며, 상기 하우징의 외벽에는 상기 환형 돌기에 일일이 대응하여 연결된 상기 외접 전극이 설치되어 있는 것인 히터 어셈블리. - 제2 항에 있어서,
상기 하우징은 절연 재료로 제조되는 것인 히터 어셈블리. - 제2 항에 있어서,
상기 지지 구조는 상기 도가니의 바닥부에 지지되는 지지 트레이를 포함하고, 상기 지지축은 상기 도가니로부터 멀리하는 상기 지지 트레이의 일측에 지지되며, 상기 연결 전극은 제1 서브전극 및 제2 서브전극을 포함하며, 상기 제1 서브전극은 상기 가열부에 연결되고, 상기 제2 서브전극의 일단은 상기 제1 서브전극에 연결되며, 상기 제2 서브전극의 다른 일단은 상기 지지 트레이를 통과하여 상기 지지축에 고정된 도체를 통해 상기 도전부에 연결되는 것인 히터 어셈블리. - 제4 항에 있어서,
상기 도가니로부터 멀리하는 상기 도체의 일단에는 상기 환형 돌기와 결합된 연결 돌기를 가지며, 상기 연결 돌기는 상기 환형 돌기를 따라 이동할 수 있는 것인 히터 어셈블리. - 제4 항에 있어서,
상기 가열부는 상기 도가니의 외부에 S자 형태로 분포된 막대형 가열체를 포함하며, 상기 막대형 가열체의 적어도 2개의 단부는 상기 도가니의 바닥부까지 연장되어, 상응한 상기 제1 서브전극을 연결하는 것인 히터 어셈블리. - 제1 항에 있어서,
상기 가열부와 상기 도가니 사이에는 절연 열전도층이 설치되어 있는 것인 히터 어셈블리. - 제1 항에 있어서,
상기 도가니로부터 멀리하는 상기 가열부의 일측에는 단열 보호 커버가 소켓 설치되어 있는 것인 히터 어셈블리. - 단결정로에 있어서,
제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따른 히터 어셈블리를 포함하는 단결정로.
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