WO2022065735A1 - 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치 및 그 제어방법 Download PDF

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silicon
main
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전한웅
박진성
이영준
이영민
이영환
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주식회사 한화
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Definitions

  • the present invention relates to a pre-melting apparatus for pre-melting silicon supplied to a main crucible and a control method thereof, and more particularly, to control the input amount by accurately measuring the input amount of molten silicon input to the ingot growth crucible. It relates to a pre-melting apparatus for pre-melting silicon supplied to a main crucible that can effectively perform the pre-melting apparatus and a method for controlling the same.
  • Single crystal silicon is used as a basic material for most semiconductor components, and these materials are manufactured as single crystals with high purity.
  • One of these manufacturing methods is the Czochralski method.
  • the general ingot growth apparatus used by this Czochralski method grows the ingot while gradually pulling up after the seed crystal of single crystal silicon is contained at the interface of the molten silicon contained in the crucible.
  • the continuous growth Czochralski method is a method of continuously growing an ingot while replenishing consumed molten silicon by continuously injecting solid polysilicon into the crucible. That is, the polysilicon particles and the dopant are continuously supplied to the inside of the crucible to always keep the level of the interface of the molten silicon constant, thereby supplementing the consumption of molten silicon during the growth of the ingot.
  • a double crucible is formed by installing a partition wall inside the crucible to form an inner crucible and an outer crucible, so that polysilicon in the solid state is not attached to the ingot, and the solid state After the polysilicon supplied to the furnace is completely melted in the outer crucible, it flows into the inner crucible.
  • U.S. Patent No. 7,635,414 discloses a structure of an overflow method in which a solid raw material is supplied into a pre-melting crucible and the raw material as much as the raised liquid level is put into an ingot growth crucible.
  • the specific gravity is higher in the liquid state than in the solid state, and the silicon material in the solid state supplied by the specific gravity floats on the liquid level of the molten silicon in the liquid state.
  • the partition wall installed in the preliminary melting crucible blocks the inflow of the solid raw material suspended at the liquid level, and the liquefied silicon moved through the space formed under the partition wall is located in the preliminary melting crucible and extends the supply pipe to the ingot growth crucible. It has a structure that is injected into an ingot growth crucible through
  • This preliminary melting crucible is formed of a quartz material with low contamination and high heat resistance. Composing the body, bulkhead, and supply pipe of the preliminary melting crucible with quartz material may cause an increase in cost, and damage when handling each part may increase the risk of
  • the main body, bulkhead, and supply pipe may be damaged due to volume expansion generated as the remaining molten silicon solidifies.
  • the risk may increase, such as having to be very careful about the impact in the operation of the process.
  • the preliminary melting crucible In order to prevent this, the preliminary melting crucible must be heated even when the process is not in operation, and a heating system for heating the molten silicon so that the temperature of the molten silicon does not drop in each transfer section to which the molten silicon is transported must be separately provided, thereby complicating the design and making the equipment There is a problem in that the manufacturing cost is increased, and energy consumption is also increased.
  • the molten silicon is fused and solidified at the outlet of the supply pipe that supplies the molten silicon to the ingot growth crucible, and the supply pipe is blocked, making it impossible to continuously supply the molten silicon, and eventually stop the operation of the ingot growth device and perform maintenance. In this way, there is a problem in that it affects the continuous operation of the equipment, reduces the productivity, and it is difficult to produce an ingot of uniform quality.
  • Patent Document 1 US Patent No. 7,635,414
  • the present invention is intended to solve the above problems, and it is possible to exclude the phenomenon that molten silicon is solidified in the supply process of being supplied to a crucible for ingot growth and fusion or sticking, so that continuous operation of equipment is possible and productivity is improved It is a task to provide a preliminary melting part of a continuous ingot growing apparatus and a control method thereof that can make the quality of the ingot uniform.
  • the present invention is to provide a pre-melting apparatus for pre-melting the silicon supplied to the main crucible, which can accurately measure the amount of molten silicon supplemented and supplied to the crucible for ingot growth, and a method for controlling the same. .
  • a preliminary crucible for supplying silicon in a molten state to a main crucible in which an ingot is grown after receiving a silicon material in a solid state and heating it to become silicon in a molten state; a preliminary crucible moving module for moving the position of the preliminary crucible so that the preliminary crucible heats the silicon in the solid state or supplies the silicon in the molten state to the main crucible;
  • a pre-melting apparatus for pre-melting silicon supplied to a main crucible including a control unit for controlling a position of the preliminary crucible by operating the preliminary crucible moving module is disclosed.
  • the preliminary crucible includes a container part in the form of a container with an open top, and the preliminary crucible is a first position in which the silicon material in the solid state or the molten silicon is contained in the container part of the preliminary crucible.
  • the molten silicon of the preliminary crucible is provided to be movable between a second position where it flows into the main crucible, and the preliminary crucible moving module moves the preliminary crucible between the first position and the second position. It can be provided to tilt in the range of.
  • the preliminary crucible moving module a support member for rotatably supporting one side of the preliminary crucible facing the main crucible;
  • At least one pair of the support member may be provided to support both sides of the preliminary crucible.
  • the support member may be formed in the form of a pin extending upward, and the preliminary crucible may have a pin receiving groove formed in a bottom surface connected to the support member to receive the upper end of the support member in the pin shape.
  • the lifter may include: a lifting bar extending upward; and a driving unit for lifting and lowering the lifting bar in a vertical direction, wherein the preliminary crucible may have a rod receiving groove formed on a bottom surface connected to the lifting bar to receive the upper end of the lifting bar.
  • the support member and the lifter may be hinged to the preliminary crucible.
  • the preliminary crucible moving module may include a weight measuring unit for measuring the weight of the preliminary crucible.
  • the weight measuring unit may measure the weight of the preliminary crucible by measuring a load applied to the lifter.
  • the control unit first measures the weight of the preliminary crucible before the preliminary crucible supplies the molten silicon to the main crucible, and after the silicon in the molten state from the preliminary crucible is supplied to the main crucible, the preliminary The amount of the molten silicon supplied to the main crucible may be measured as a difference between the two weights measured by secondly measuring the weight of the crucible.
  • the control unit first measures the weight of the preliminary crucible while the preliminary crucible is moved from the first position to the second position, and the preliminary crucible is moved from the second position to the first position.
  • the weight of the preliminary crucible can be measured secondarily.
  • the control unit first measures the weight of the preliminary crucible when the other side of the preliminary crucible that is lifted by the lifter is raised, and when the other side of the preliminary crucible that is lifted by the lifter is lowered, the preliminary crucible can be measured secondarily.
  • the weight of the preliminary crucible is measured secondly, the weight of the preliminary crucible is measured while the other side of the preliminary crucible is lowered and then raised again, thereby excluding the effect of backlash of the lifter.
  • the slope of the preliminary crucible may be the same.
  • the melting by heating the solid silicon material put into the preliminary crucible located at the first position to melt step; a molten silicon replenishment step of supplying the molten silicon of the preliminary crucible to the main crucible by tilting the preliminary crucible of the first position to a second position;
  • a control method of a pre-melting apparatus for pre-melting silicon supplied to a main crucible including a molten silicon supply amount measuring step of measuring an amount of the molten silicon supplied to the main crucible through the preliminary crucible.
  • the first weight measurement step of measuring the weight of the preliminary crucible while temporarily stopping the movement of the preliminary crucible when the preliminary crucible is moved from the first position to the second position, the first weight measurement step of measuring the weight of the preliminary crucible while temporarily stopping the movement of the preliminary crucible ; a secondary weight measurement step of measuring the weight of the preliminary crucible while temporarily stopping the movement of the preliminary crucible when the preliminary crucible is moved from the second position to the first position.
  • the second weight measurement step after the other side of the preliminary crucible is lowered, it may be measured in a raised state again.
  • the slope of the preliminary crucible may be the same.
  • the pre-melting part of the pre-melting part is tilted and the molten silicon of the pre-melting part is poured into the main crucible and supplied, so a separate pipe is configured Since the occlusion phenomenon caused by the fusion and solidification of molten silicon can be eliminated, the equipment can be operated continuously for a long time, and thus productivity can be improved and the quality of the produced ingot can be uniform.
  • the amount of the supplied molten silicon is measured by comparing the weight before and after the molten silicon is supplied to the main crucible in the preliminary melting section, more accurate measurement of the amount is possible.
  • the weight can be measured while excluding the effect of mechanical backlash, enabling more accurate measurement.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a continuous ingot growth apparatus provided with a pre-melting apparatus for pre-melting silicon supplied to a main crucible according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a view showing when the preliminary crucible of the preliminary melting portion provided in the continuous ingot growth apparatus of Figure 1 is in the first position;
  • FIG. 3 is a view showing when the preliminary crucible of the preliminary melting portion provided in the continuous ingot growth apparatus of FIG. 1 is in the second position;
  • FIG. 4 is a perspective view showing a preliminary crucible and a preliminary crucible moving module of the preliminary melting apparatus for pre-melting silicon supplied to the main crucible according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a view showing the bottom surface of the preliminary crucible of Figure 4.
  • FIG. 6 is a view showing the state in which the preliminary crucible is tilted step by step
  • Figure 6 (a) is a view showing a state in which the preliminary crucible is in the first position
  • Figure 6 (b) is a view showing a state in which the preliminary crucible is positioned at a first weight measurement position
  • Figure 6 (c) is a view showing a state in which the preliminary crucible is in the second position
  • Figure 6 (d) is a view showing a state in which the preliminary crucible is positioned at a second weight measurement position
  • Figure 6 (e) is a view showing a state in which the preliminary crucible is returned to the first position
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for controlling a pre-melting apparatus for pre-melting silicon supplied to a main crucible according to an embodiment of the present invention.
  • Words and terms used in the present specification and claims are not limited to their ordinary or dictionary meanings, but in accordance with the principle that the inventor can define terms and concepts in order to best describe his invention. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea.
  • an element “in front”, “behind”, “above” or “below” of another element means that, unless otherwise specified, it is directly in contact with another element, such as “front”, “rear”, “above” or “below”. It includes not only being disposed at the “lower side” but also cases in which another component is disposed in the middle.
  • a component is “connected” with another component includes not only direct connection to each other, but also indirect connection to each other, unless otherwise specified.
  • the preliminary melting part 170 of the continuous ingot growing apparatus 100 may be provided in the continuous ingot growing apparatus 100 as shown in FIG. 1 .
  • the continuous ingot growth apparatus 100 may include a growth furnace 110 , a main crucible 120 , a material supply unit 130 , a quantitative supply unit 140 , and a preliminary melting unit 170 .
  • the growth furnace 110 may form a space in which the ingot 10 is grown and a space in which the main crucible 120 is installed.
  • the main crucible 120 may be heated while containing the molten silicon 20 to be grown into the ingot 10 .
  • Such a main crucible 120 is formed in the form of a container with an open upper side, and may be formed in a round shape to form a part of a sphere as a whole.
  • molten silicon 20 is grown into an ingot 10 , and the grown ingot 10 is gradually pulled up so that its size and length can be gradually increased.
  • a pulling device 114 for pulling up the ingot 10 may be provided in the growth furnace 110 .
  • the material supply unit 130 may be a space in which the silicon material 30 in a solid state such as polysilicon in a solid state before being melted into the molten silicon 20 is stored.
  • the quantitative supply unit 140 may receive the silicon material 30 from the material supply unit 130 and measure the amount of the supplied silicon material 30 .
  • the solidified silicon material 30 measured by the quantitative supply unit 140 may be supplied to a preliminary melting unit 170 to be described later.
  • the pre-melting unit 170 is provided on one side of the chamber to receive the solidified silicon material 30 weighed in from the quantitative supply unit 140, and heats the imported solidified silicon material 30 to completely It can be liquefied into molten silicon 20 .
  • the pre-melting unit 170 may supply the molten silicon 20 to the main crucible 120 .
  • the pre-melting unit 170 may supply the molten silicon 20 to the main crucible 120 after completely melting the solid silicon material 30 supplied from the quantitative supply unit 140 . .
  • the preliminary melting unit 170 is a heating space ( 184) and may include a preliminary crucible heating module 182 for heating the preliminary crucible 172.
  • the silicon material 30 in the solid state supplied from the quantitative supply unit 140 is accommodated in the preliminary crucible 172, and the preliminary crucible 172 is positioned in the heating space 184 and heated to receive it.
  • the silicon material 30 in the solid state may be brought into the state of the molten silicon 20 .
  • the preliminary crucible heating module 182 is provided in the body 183 and the body 183 forming the heating space 184 in which the preliminary crucible 172 is accommodated to heat the preliminary crucible 172 . It may include a heater 188 that does.
  • the side of the heating space 184 facing the main crucible 120 may form an opening 185 .
  • the preliminary crucible 172 is tilted to one side after the accommodated silicon material 30 is heated by the heater 188 and melted in the molten molten silicon 20 state to remove the molten silicon 20. It can be supplied by pouring it into the main crucible 120 .
  • a direction from the pre-melting part 170 to the main crucible 120 is referred to as one side, and the opposite side is referred to as the other side.
  • the preliminary crucible 172 has a first position where the silicon material 30 is accommodated and melts the accommodated silicon material 30, and the heated and molten silicon 20 is poured into the main crucible 120.
  • the posture can be controlled to any one of the second positions inclined to supply.
  • the first position is where the silicon material 30 or the molten silicon 20 accommodated in the preliminary crucible 172 is the It means the angle at which the preliminary crucible 172 is inclined so that it does not overflow or flow to the outside of the preliminary crucible 172
  • the second position is the molten silicon 20 accommodated in the preliminary crucible 172 is the main crucible ( 120) may mean an angle at which the preliminary crucible 172 is inclined to flow or pour.
  • the angle formed by the preliminary crucible 172 with the installation surface may be ⁇ 1
  • the angle between the preliminary crucible 172 and the installation surface may be ⁇ 3.
  • the installation surface is a bottom surface on which the continuous ingot growth apparatus 100 is installed, and may be a surface parallel to the ground.
  • a preliminary crucible moving module 192 for moving the position of the preliminary crucible 172 and a control unit 160 for controlling the preliminary crucible moving module 192 may be provided.
  • the preliminary crucible moving module 192 has one side facing the main crucible 120 of the preliminary crucible 172, the main crucible 120.
  • the molten silicon 20 accommodated in the preliminary crucible 172 may be poured into the main crucible 120 by tilting toward it.
  • the preliminary crucible 172 includes a container portion formed in a container shape with an open upper side.
  • the molten silicon 20 of the preliminary crucible 172 is the A side surface of one side of the container part facing the main crucible 120 of the preliminary crucible 172 may be formed to be opened so as to easily flow into the main crucible 120 .
  • the present invention is not limited thereto, and the side of one side of the preliminary crucible 172 facing the main crucible 120 has a lower height than the other side or a part is opened to form a separate outlet. It may be formed in various forms, such as may be.
  • the silicon material 30 and the molten silicon 20 accommodated in the preliminary crucible 172 do not overflow in the first position.
  • the opened side of the crucible 172 may be inclined to face upward.
  • the preliminary crucible 172 may be maintained in a horizontal state without being inclined when it is in the first position.
  • the molten silicon 20 contained in the preliminary crucible 172 can flow more effectively to the main crucible 120 in the second position.
  • One side of the preliminary crucible 172 may be inclined to face downward.
  • the molten silicon 20 in the preliminary crucible 172 flows through the open side of the preliminary crucible 172 along the slope by gravity and flows out. It can fall to the main crucible 120 .
  • the preliminary crucible moving module 192 is spaced apart from the support member 194 and the support member 194 in which one side of the preliminary crucible 172 is rotatably supported with respect to the body 183 to the other side.
  • a lifter 196 controlled by the controller 160 may be provided at a point to raise and lower the other side of the preliminary crucible 172 in the vertical direction.
  • the support member 194 may be formed in the form of a pin extending upward from the bottom surface of the body 183 of the preliminary crucible heating module, and the upper end thereof may be formed in a round shape.
  • the preliminary crucible may have a hemispherical pin receiving groove 174 formed on a bottom surface that is in contact with the upper end of the support member 194 to receive the upper end of the support member 194 in the form of a pin.
  • a pair of the support members 194 may be disposed to be spaced apart from each other to support both sides of the preliminary crucible 172 .
  • the lifter 196 may be provided to support the preliminary crucible 172 at a point spaced apart from the other side of the point supported by the support member 194 of the preliminary crucible 172 .
  • the pair of support members 194 and the lifter 196 support the preliminary crucible 172 at three points, thereby stably supporting the preliminary crucible 172 .
  • the lifter 196 may include a lifting bar 193 and a driving unit 195 .
  • the lifting rod 193 extends upwardly from the lower side of the preliminary crucible 172 toward the bottom of the preliminary crucible 172, and may be provided to be raised and lowered by the driving unit 195, and the lifting rod
  • the end of (193) may be formed in a spherical shape.
  • the driving unit 195 may be provided to elevate the lifting rod 193 .
  • Such a driving unit 195 may be implemented in a structure of a motor and a gear, or may be implemented in various structures and methods such as hydraulic, pneumatic, or the like.
  • the preliminary crucible 172 is a hemispherical rod on the bottom surface that is connected to the top of the lifting rod 193 to accommodate the upper end of the pin-shaped lifting rod 193 .
  • a receiving groove 176 may be formed.
  • the support member 194 and the lifter 196 are formed in the form of a pin or a rod, and a receiving groove for accommodating them is formed in the preliminary crucible 172 to be formed as a structure supported by gravity without any restriction.
  • the preliminary crucible moving module 192 of the present embodiment may include a weighing unit 197 .
  • the weight measurement unit 197 is a component for measuring the weight of the preliminary crucible 172 , and may be provided to transmit the measured value to the control unit 160 .
  • the weight measuring unit 197 as described above may be provided to measure the load applied to the lifter 196, and in this embodiment, a lifting bar coupled to the lifting bar to support the preliminary crucible 172 ( 193) can be implemented as a load cell that measures the weight of the
  • the present invention is not limited thereto, and the weight of the preliminary crucible 172 may be measured using various possible structures and methods.
  • control unit 160 controls the lifting and lowering of the lifting rod 193 by controlling the driving unit 195 of the lifter 196 to control the angle of the preliminary crucible 172 and the weight measurement unit As a signal measured at 197 , the weight of the preliminary crucible 172 may be measured.
  • controller 160 may calculate the amount of the molten silicon 20 additionally supplied from the preliminary crucible 172 to the main crucible 120 by measuring the weight of the preliminary crucible 172 .
  • the preliminary crucible 172 weighs 1 of the preliminary crucible 172 before supplying the molten silicon 20 to the main crucible 120 .
  • the difference is measured, and as shown in (d) of FIG. 6 , after the silicon 20 melted in the preliminary crucible 172 is supplied to the main crucible 120 , the weight of the preliminary crucible 172 is secondary
  • the amount of molten silicon 20 supplied to the main crucible 120 may be measured as a difference between the two measured weights.
  • the weight of the preliminary crucible 172 is first measured while the movement of the preliminary crucible 172 is temporarily stopped.
  • the weight of the preliminary crucible 172 is measured secondly, and then the first The amount of molten silicon 20 supplied to the main crucible 120 may be measured as a difference between the weight measured during the measurement and the weight measured during the secondary measurement.
  • the preliminary crucible 172 when the other side of the preliminary crucible 172 is lifted by the lifter 196 of the preliminary crucible 172 to supply the molten silicon 20 to the main crucible 120 is raised, the preliminary crucible ( The weight of the preliminary crucible 172 is first measured in a state in which the movement of 172 is temporarily stopped, and after the preliminary crucible 172 is supplied with the molten silicon 20, a lifter of the preliminary crucible 172 ( 196), when the other side is lowered, in a state where the movement of the preliminary crucible 172 is temporarily stopped, the weight of the preliminary crucible 172 is measured secondly, and the weight measured at the time of the first measurement and the second measurement
  • the amount of molten silicon 20 supplied to the main crucible 120 may be measured as a difference in the measured weight.
  • the preliminary crucible 172 does not necessarily have to be measured in a stopped state, and the preliminary crucible 172 is measured while the preliminary crucible 172 is moving at a constant constant speed, or Various modifications may be possible, such as may be measured regardless of whether the preliminary crucible 172 is moved and whether the constant velocity is there.
  • the slope of the preliminary crucible 172 at the weight measurement point during the first measurement and the second measurement may be the same as ⁇ 2.
  • the ⁇ 2 is the angle at which the solidified silicon material 30 or the molten silicon 20 contained in the preliminary crucible 172 does not overflow to the outside of the preliminary crucible 172 when the slope of the preliminary crucible 172 is ⁇ 2.
  • an error in weight measurement may occur due to a gap between the parts due to backlash or the like.
  • the error in weight measurement is minimized.
  • the weight of the preliminary crucible 172 is measured secondarily, the preliminary crucible 172 is rotated to the ⁇ 1 angle more than the ⁇ 2 angle, and the other side of the preliminary crucible 172 is lowered to reach the ⁇ 2 angle again. It is measured in a raised state so as to exclude the effect of backlash of the lifter 196 .
  • Pre-melting An embodiment of a method for controlling a pre-melting apparatus for
  • the control method of the pre-melting apparatus for pre-melting the silicon supplied to the main crucible is a melting step (S110), a molten silicon replenishment step (S120), a return step (S130) And it may include a molten silicon supply amount measurement step (S140).
  • the melting step (S110) is a step of heating the solid silicon material 30 put into the preliminary crucible 172 located at the first position to melt it into the molten silicon 20 state.
  • the preliminary crucible 172 may have an angle of ⁇ 1 as shown in (a) of FIG. 6 , and the molten silicon 20 is contained in the preliminary crucible 172 . there may be
  • the molten silicon replenishment step (S120) is, as shown in (c) of FIG. 6, the molten silicon 20 of the preliminary crucible 172 by tilting the preliminary crucible 172 of the first position to the second position. ) is supplied to the main crucible 120 .
  • a return step (S130) of returning the preliminary crucible 172 to the first position may be performed.
  • the molten silicon supply amount measurement step (S140) is a step of measuring the amount of the molten silicon 20 supplied to the main crucible 120 through the preliminary crucible 172, the first weight measurement step (S142) ) and a secondary weight measurement step (S144).
  • the preliminary crucible 172 is moved from the first position to the second position, the preliminary crucible 172 is moved It is a step of measuring the weight of the preliminary crucible 172 in a state in which it is temporarily stopped.
  • the preliminary crucible 172 may be positioned at an angle of ⁇ 2.
  • the preliminary crucible 172 when the preliminary crucible 172 is moved from the second position to the first position, the preliminary crucible 172 It is a step of measuring the weight of the preliminary crucible 172 in a state in which the movement is temporarily stopped. At this time, the preliminary crucible 172 may be positioned at a ⁇ 2 angle.
  • the preliminary crucible 172 lowered by the lifter 196 may be measured in a state in which it is raised to the ⁇ 2 angle again after the preliminary crucible 172 is lowered more than the ⁇ 2 angle. This is to exclude the effect of backlash of the lifter 196 .
  • control unit 160 as the difference between the weight measured in the first weight measurement step (S142) and the weight measured in the second weight measurement step (S144), in the molten silicon supplement step (S120)
  • the amount of molten silicon 20 supplied to the main crucible 120 through the preliminary crucible 172 can be accurately measured.

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Abstract

본 발명은 잉곳 성장 도가니에 투입되는 용융된 실리콘의 투입량을 정밀하게 측정할 수 있어 투입량 제어를 효과적으로 수행할 수 있는 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

Description

주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치 및 그 제어방법
본 발명은 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 잉곳성장 도가니에 투입되는 용융된 실리콘의 투입량을 정밀하게 측정할 수 있어 투입량 제어를 효과적으로 수행할 수 있는 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
단결정 실리콘은 대부분의 반도체 부품의 기본소재로서 사용되는 것으로, 이들 물질은 높은 순도를 가진 단결정체로 제조되는데, 이러한 제조방법 중 하나가 쵸크랄스키법이다.
이러한 쵸크랄스키법에 의해 사용되는 일반적인 잉곳 성장장치는 도가니에 담긴 용융 실리콘의 계면에 단결정 실리콘의 종자결정이 담긴 후 서서히 인상되면서 잉곳을 성장시키게 된다.
이러한 쵸크랄스키법 중 도가니 내부로 고체상태의 폴리실리콘을 계속적으로 주입함으로써 소모된 용융 실리콘을 보충하면서 잉곳을 지속적으로 성장시키는 방법이 연속성장형 쵸크랄스키법(CCz)이다. 즉, 폴리 실리콘 입자와 도판트가 상기 도가니의 내부로 연속적으로 공급되어 용융 실리콘의 계면의 레벨을 항상 일정하게 유지시킴으로써 잉곳의 성장 중에 용융 실리콘의 소모량을 보충하는 방식이다.
이러한, 연속성장형 쵸크랄스키법(CCz)에서는 일반적으로 도가니 내부에 격벽을 설치하여 내부 도가니와 외부 도가니를 형성하는 이중도가니를 형성함으로써, 고체 상태의 폴리 실리콘이 잉곳에 부착되지 않도록 하며, 고체 상태로 공급되는 폴리 실리콘이 외부 도가니에서 완전하게 용융된 후에 내부 도가니로 유동되도록 한다.
미국등록특허 7,635,414에는, 예비 용융 도가니 내에 고체 원료가 공급되어 상승된 액면만큼의 원료가 잉곳성장 도가니로 투입되는 오버플로우 방식의 구조가 개시된다.
실리콘의 경우, 고체상태보다 액체상태일 때 비중이 높으며, 비중에 의해 공급된 고체 상태의 실리콘 재료는 액체상태의 용융된 실리콘의 액면에 떠오르게 된다. 이를 이용하여 예비 용융 도가니에 설치된 격벽이 액면에 부유된 고체원료의 유입을 차단하고, 격벽 하부에 형성된 공간을 통해 이동된 액화된 실리콘은 예비 용융 도가니에 위치되어 잉곳성장 도가니까지 연장된 공급배관을 통해 잉곳성장 도가니로 주입되는 구조를 가지고 있다.
이러한 예비 용융 도가니는 오염이 적고 내열성이 높은 석영 재질로 형성되는데, 이러한 예비 용융 도가니의 본체, 격벽, 공급배관을 석영 재질로 구성하는 것은 비용의 증가를 초래할 수 있으며, 각 부품들을 취급할 때 파손의 위험이 커질 수 있다.
또한, 고온 공정이 종료될 때, 남은 용융실리콘이 응고되면서 발생하는 부피 팽창에 의해 본체 및 격벽, 공급배관 등이 파손될 수 있는데, 고가의 석영재질의 부품을 일회용으로 사용하게 되어 비용이 증가될 수 있으며, 공정 운영상에 충격에 매우 주의해야 하는 등의 리스크가 커질 수 있는 단점이 있다.
이를 예방하기 위해서는, 공정이 운용되지 않을 때에도 상기 예비 용융 도가니를 가열해야 하며, 용융된 실리콘이 이송되는 이송구간마다 용융된 실리콘의 온도가 떨어지지 않도록 가열하는 가열시스템을 따로 마련해야 하므로 설계가 복잡해지고 장비의 제조비용이 증가되며, 에너지 소모 또한 증가되는 문제점이 있다.
또한, 용융 실리콘을 잉곳성장 도가니에 공급하는 공급 배관의 출구에 용융 실리콘이 융착되고 고화되어 공급 파이프가 폐색됨으로써 용융 실리콘의 지속적인 공급이 불가능해지고 결국 잉곳 성장장치의 운전을 멈추고 유지보수를 하게 되는데, 이렇게 장비의 연속적인 운전에 영향을 주게 되어 생산성을 하락시키고 균일한 품질의 잉곳을 생산하기 어려운 문제점이 있다.
(특허문헌 1) 미국등록특허 7,635,414호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 용융된 실리콘이 잉곳 성장을 위한 도가니로 공급되는 공급과정에서 고화되어 융착 또는 고착되는 현상을 배제할 수 있어 장비의 지속적인 운전이 가능하여 생산성이 향상되며 잉곳의 품질이 균일해 질 수 있는 연속 잉곳 성장장치의 예비 용융부 및 그 제어방법을 제공하는 것이 과제이다.
또한, 본 발명은, 잉곳성장을 위한 도가니에 보충 공급되는 용융된 실리콘의 양을 정확하게 측정할 수 있는 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이 과제이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 형태에 따르면, 고형 상태의 실리콘 재료를 공급받아 용융상태의 실리콘이 되도록 가열한 후에 잉곳이 성장되는 주 도가니로 용융상태의 실리콘을 공급하는 예비도가니; 상기 예비도가니가 상기 고형 상태의 실리콘을 가열하거나 상기 주 도가니로 상기 용융 상태의 실리콘을 공급할 수 있도록 상기 예비도가니의 위치를 이동시키는 예비 도가니 이동 모듈; 상기 예비 도가니 이동 모듈을 작동시켜 상기 예비 도가니의 위치를 제어하는 제어부를 포함하는 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치가 개시된다.
상기 예비도가니는 상부가 개방된 용기 형태로 이루어진 용기부를 포함하며, 상기 예비도가니는, 상기 예비도가니의 상기 용기부에 상기 고형 상태의 실리콘 재료 또는 상기 용융된 실리콘이 담겨있는 자세인 제1위치 또는, 상기 예비도가니의 상기 용융된 실리콘이 상기 주 도가니로 흘러나가는 제2위치 사이에서 위치의 이동이 가능하도록 구비되고, 상기 예비 도가니 이동 모듈은 상기 예비도가니를 상기 제1위치와 상기 제2위치 사이의 범위에서 기울이도록 구비될 수 있다.
제2항에 있어서, 상기 예비 도가니 이동 모듈은, 상기 주 도가니를 향하는 상기 예비도가니의 일측을 회전가능하게 지지하는 지지부재; 상기 예비도가니의 일측으로부터 상기 주 도가니 측과 반대방향으로 이격된 타측을 상승 또는 하강시키도록 상기 제어부에 의해 제어되는 리프터;를 포함할 수 있다.
상기 지지부재는, 상기 예비도가니의 양 측을 지지하도록 적어도 한 쌍이 구비될 수 있다.
상기 지지부재는, 상방을 향하여 연장된 핀 형태로 형성되며, 상기 예비도가니는, 핀 형태의 상기 지지부재의 상단을 수용하도록 상기 지지부재와 연접되는 저면에 핀 수용홈이 형성될 수 있다.
상기 리프터는, 상방을 향하여 연장된 승강막대; 상기 승강막대를 상하 방향으로 승강시키는 구동부;를 포함하며, 상기 예비도가니는, 상기 승강막대의 상단을 수용하도록 상기 승강막대와 연접되는 저면에 막대 수용홈이 형성될 수 있다.
상기 지지부재와 상기 리프터는 상기 예비도가니에 힌지결합될 수 있다.
상기 예비 도가니 이동 모듈은, 상기 예비도가니의 무게를 측정하는 무게측정부를 포함할 수 있다.
상기 무게측정부는, 상기 리프터에 작용되는 하중을 측정함으로써 상기 예비도가니의 무게를 측정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 예비도가니가 상기 용융상태의 실리콘을 주 도가니로 공급하기 전에 상기 예비도가니의 무게를 1차 측정하고, 상기 예비도가니에서 상기 용융상태의 실리콘이 상기 주 도가니로 공급된 후에 상기 예비도가니의 무게를 2차 측정하여 측정된 두 무게의 차이로서 상기 주 도가니에 공급된 상기 용융된 실리콘의 양을 측정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 예비도가니가 상기 제1위치에서 상기 제2위치로 이동되는 중간에 상기 예비도가니의 무게를 1차 측정하고, 상기 예비도가니가 상기 제2위치에서 상기 제1위치로 이동되는 중간에 상기 예비도가니의 무게를 2차 측정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 리프터에 의해 승강되는 상기 예비 도가니의 타측이 상승될 때, 상기 예비도가니의 무게를 1차 측정하고, 상기 리프터에 의해 승강되는 상기 예비 도가니의 타측이 하강될 때, 상기 예비도가니의 무게를 2차 측정할 수 있다.
상기 예비도가니의 무게를 2차 측정할 때에는 상기 예비도가니의 타측이 하강된 후 다시 상승된 상태에서 측정되어 상기 리프터의 백레쉬의 영향을 배제할 수 있다.
상기 예비도가니의 무게를 1차 측정할 때와 2차 측정할 때의 상기 예비도가니의 기울기는 동일할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 형태에 따르면, 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치의 제어방법에 있어서, 제1위치에 위치된 예비도가니에 투입된 고형의 실리콘 재료를 가열하여 용융시키는 용융단계; 상기 제1위치의 상기 예비도가니를 제2위치로 기울여 상기 예비도가니의 용융된 실리콘을 상기 주 도가니로 공급하는 용융 실리콘 보충단계;
용융된 실리콘을 상기 주 도가니로 공급한 뒤에 상기 예비도가니가 상기 제1위치로 복귀하는 복귀단계; 상기 예비도가니를 통해 상기 주 도가니로 공급된 상기 용융된 실리콘의 양을 측정하는 용융 실리콘 공급량 측정단계;를 포함하는 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치의 제어방법이 개시된다.
상기 용융 실리콘 공급량 측정단계는, 상기 예비도가니가 상기 제1위치에서 상기 제2위치로 이동될 때, 상기 예비도가니의 이동을 잠시 중지시킨 상태에서 상기 예비도가니의 무게를 측정하는 1차 무게 측정단계; 상기 예비도가니가 상기 제2위치에서 상기 제1위치로 이동될 때, 상기 예비도가니의 이동을 잠시 중지시킨 상태에서 상기 예비도가니의 무게를 측정하는 2차 무게 측정단계;를 포함할 수 있다.
상기 2차 무게 측정단계는, 상기 예비도가니의 타측이 하강된 후, 다시 상승된 상태에서 측정될 수 있다.
상기 1차 무게 측정단계와 상기 2차 무게 측정단계에서 상기 예비도가니의 기울기는 동일할 수 있다.
본 발명의 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치 및 그 제어방법에 따르면, 예비 용융부의 예비도가니를 기울여서 상기 예비도가니의 용융 실리콘을 주 도가니로 부어서 공급하므로 별도의 파이프 등의 구성을 삭제할 수 있어 용융 실리콘이 융착되어 고화됨으로써 발생되는 폐색 현상을 원천적으로 배제할 수 있어 장비를 장시간 연속적으로 운전할 수 있으며 그에 따라 생산성이 향상되며 또한 생산된 잉곳의 품질이 균일할 수 있다.
또한, 예비 용융부에서 용융 실리콘이 주 도가니로 공급되기 전과 후의 무게를 비교하여 공급된 용융 실리콘의 양을 측정하므로 보다 정확한 양의 측정이 가능하다.
또한, 기구적인 백레시에 의한 영향을 배제한 상태에서 무게를 측정할 수 있어 보다 정확한 측정이 가능하다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
아래에서 설명하는 본 출원의 바람직한 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 형태에 따른 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치가 구비된 연속 잉곳 성장 장치의 일 예를 도시한 도면;
도 2는 도 1의 상기 연속 잉곳 성장 장치에 구비된 예비 용융부의 예비 도가니가 제1위치에 있을 때를 도시한 도면;
도 3은 도 1의 상기 연속 잉곳 성장 장치에 구비된 예비 용융부의 예비 도가니가 제2위치에 있을 때를 도시한 도면;
도 4는 본 발명의 일 형태에 따른 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치의 예비 도가니 및 예비 도가니 이동 모듈을 도시한 사시도;
도 5는 도 4의 상기 예비 도가니의 저면을 도시한 도면;
도 6은 상기 예비 도가니가 기울어지는 모습을 단계별로 도시한 도면으로서,
도 6의 (a)는 상기 예비 도가니가 제1위치에 있는 상태를 도시한 도면;
도 6의 (b)는 상기 예비 도가니가 제1무게 측정위치에 위치된 상태를 도시한 도면;
도 6의 (c)는 상기 예비 도가니가 제2위치에 있는 상태를 도시한 도면;
도 6의 (d)는 상기 예비 도가니가 제2무게 측정위치에 위치된 상태를 도시한 도면;
도 6의 (e)는 상기 예비 도가니가 제1위치로 복귀한 상태를 도시한 도면;
도 7은 본 발명의 일 형태에 따른 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치 제어방법을 도시한 순서도 이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 단어와 용어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 않고, 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 발명자가 용어와 개념을 정의할 수 있는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
그러므로 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 해당하고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로 해당 구성은 본 발명의 출원시점에서 이를 대체할 다양한 균등물과 변형예가 있을 수 있다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 설명하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "전방", "후방", "상부" 또는 "하부"에 있다는 것은 특별한 사정이 없는 한 다른 구성 요소와 바로 접하여 "전방", "후방", "상부" 또는 "하부"에 배치되는 것뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성 요소가 배치되는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소와 "연결"되어 있다는 것은 특별한 사정이 없는 한 서로 직접 연결되는 것뿐만 아니라 간접적으로 서로 연결되는 경우도 포함한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 잉곳 성장 장치(100)를 설명한다.
본 실시예에 따른 연속 잉곳 성장 장치(100)의 예비 용융부(170)는 도 1에 도시된 바와 같이 연속 잉곳 성장 장치(100)에 구비될 수 있다.
상기 연속 잉곳 성장 장치(100)는 성장로(110), 주 도가니(120), 재료 공급부(130), 정량 공급부(140) 및 예비 용융부(170)를 포함할 수 있다.
상기 성장로(110)는 내부에 잉곳(10)이 성장되는 공간을 형성하며 상기 주 도가니(120)가 설치되는 공간을 형성할 수 있다.
상기 주 도가니(120)는 잉곳(10)으로 성장되기 위한 용융된 실리콘(20)이 담기며 가열될 수 있다. 이와 같은 주 도가니(120)는 상측이 개구된 용기의 형태로 형성되며, 전체적으로 구의 일부를 이루도록 둥글게 형성될 수 있다.
상기 주 도가니(120)에는 용융된 실리콘(20)이 잉곳(10)으로 성장되며, 성장된 잉곳(10)은 서서히 인상되어 점진적으로 그 크기와 길이가 늘어날 수 있다. 상기 성장로(110)에는 상기 잉곳(10)을 인상시키기 위한 인상장치(114) 등이 구비될 수 있다.
상기 재료 공급부(130)는 용융된 실리콘(20)으로 용융되기 전의 고형 상태의 폴리 실리콘 등의 고형 상태인 실리콘 재료(30)가 보관되는 공간일 수 있다.
또한, 상기 정량 공급부(140)는 상기 재료 공급부(130)로부터 상기 실리콘 재료(30)를 공급받고, 공급받은 상기 실리콘 재료(30)의 양을 계량할 수 있다.
상기 정량 공급부(140)에서 계량된 상기 고형화된 실리콘 재료(30)는 후술하는 예비 용융부(170)로 공급될 수 있다.
상기 예비 용융부(170)는 상기 챔버의 일측에 구비되어 상기 정량 공급부(140)로부터 계량된 상기 고형화된 실리콘 재료(30)를 반입받고, 반입된 상기 고형화된 실리콘 재료(30)를 가열하여 완전하게 용융된 실리콘(20)으로 액화시킬 수 있다. 그리고, 상기 예비 용융부(170)는 상기 용융된 실리콘(20)을 상기 주 도가니(120)에 공급할 수 있다.
상기 예비 용융부(170)는 상기 정량 공급부(140)로부터 공급받은 상기 고형 상태의 실리콘 재료(30)를 완전하게 용융시킨 후에 상기 용융된 실리콘(20)을 상기 주 도가니(120)에 공급할 수 있다.
이를 위해, 상기 예비 용융부(170)는 상기 정량 공급부(140)로부터 공급되는 상기 고형 상태의 실리콘 재료(30)를 수용하는 예비도가니(172)와 상기 예비도가니(172)가 배치되는 가열 공간(184)을 형성하고 상기 예비도가니(172)를 가열하는 예비 도가니 가열모듈(182)을 포함할 수 있다.
따라서, 상기 정량 공급부(140)로부터 공급된 고형 상태의 실리콘 재료(30)는 상기 예비도가니(172)에 수용되며, 상기 예비도가니(172)는 상기 가열 공간(184) 내에 위치되어 가열됨으로써 공급받은 상기 고형 상태의 실리콘 재료(30)를 상기 용융된 실리콘(20) 상태로 만들 수 있다.
이 때, 상기 예비 도가니 가열모듈(182)은 상기 예비도가니(172)가 수용되는 가열 공간(184)을 형성하는 몸체(183) 및 상기 몸체(183)에 구비되어 상기 예비도가니(172)를 가열하는 히터(188)를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 가열 공간(184)의 상기 주 도가니(120)를 향하는 측은 개구(185)를 형성할 수 있다.
또한, 상기 예비도가니(172)는 수용된 실리콘 재료(30)가 상기 히터(188)에 의해 가열되어 용융된 용융된 실리콘(20) 상태로 녹은 후에 일측으로 기울어져 상기 용융된 실리콘(20)을 상기 주 도가니(120)에 부어서 공급할 수 있다.
본 실시예의 설명에서, 상기 예비 용융부(170)에서 주 도가니(120)를 향하는 방향을 일측이라 칭하고, 그 반대측을 타측이라 칭하기로 한다.
즉, 상기 예비도가니(172)는 상기 실리콘 재료(30)가 수용되고 수용된 실리콘 재료(30)를 용융시키는 제1위치와, 가열되어 상기 용융된 실리콘(20)을 상기 주 도가니(120)에 부어서 공급하도록 기울어지는 제2위치 중 어느 하나의 위치로 그 자세가 제어될 수 있다, 상기 제1위치는 상기 예비도가니(172)에 수용된 상기 실리콘 재료(30) 또는 상기 용융된 실리콘(20)이 상기 예비도가니(172)의 외측으로 넘치거나 흐르지 않도록 상기 예비도가니(172)가 기울어진 각도를 뜻하고, 상기 제2위치는 상기 예비도가니(172)에 수용된 용융된 실리콘(20)이 상기 주 도가니(120)로 흐르거나 쏟아지도록 상기 예비도가니(172)가 기울어진 각도를 뜻할 수 있다.
이 때, 상기 예비도가니(172)가 제1위치에 있을 때, 상기 예비도가니(172)가 설치면과 이루는 각도는 θ1 일 수 있고, 상기 예비도가니(172)가 제2위치에 있을 때, 상기 예비도가니(172)가 설치면과 이루는 각도는 θ3 일 수 있다. 또한, 상기 설치면은 상기 연속 잉곳 성장 장치(100)가 설치된 바닥면으로서, 지면과 평행한 면일 수 있다.
이를 위해 상기 예비도가니(172)의 위치를 이동시키는 예비 도가니 이동 모듈(192) 및 상기 예비 도가니 이동 모듈(192)을 제어하는 제어부(160)가 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 도 2 및 도 3에 도시된 봐와 같이, 상기 예비 도가니 이동 모듈(192)은 상기 예비도가니(172)의 주 도가니(120)를 향하는 일측을 상기 주 도가니(120)를 향하여 기울여 상기 예비도가니(172)에 수용된 용융된 실리콘(20)을 상기 주 도가니(120)에 부을 수 있다.
상기 예비도가니(172)는 상측이 개구된 용기형태로 이루어진 용기부를 포함하는데, 상기 예비도가니(172)가 상기 제2위치에 있을 때, 상기 예비도가니(172)의 용융된 실리콘(20)이 상기 주 도가니(120)로 용이하게 흐를 수 있도록 상기 예비도가니(172)의 상기 주 도가니(120)를 향하는 상기 용기부의 일측의 측면이 개방되게 형성될 수 있다. 물론, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 예비도가니(172)의 상기 주 도가니(120)를 향하는 일측의 측면이 다른 측면에 비해서 낮은 높이를 가지거나 또는 별도의 배출구를 형성하도록 일부가 개방될 수도 있는 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
또한, 일측이 개방된 상기 예비도가니(172)가 상기 제1위치에 있을 때 상기 예비도가니(172)에 수용된 실리콘 재료(30) 및 용융된 실리콘(20)이 넘치지 않도록 상기 제1위치에서는 상기 예비도가니(172)의 개구된 측면이 상측을 향하도록 경사될 수 있다.
물론, 상기 예비도가니(172)가 일측이 개방된 형태가 아닌 경우에는 상기 제1위치에 있을 때, 상기 예비도가니(172)는 경사되지 않고 수평상태를 유지할 수도 있을 것이다.
또한, 상기 예비도가니(172)가 상기 제2위치에 있을 때 상기 예비도가니(172)에 수용된 용융된 실리콘(20)을 보다 효과적으로 상기 주 도가니(120)에 흘려보낼 수 있도록 상기 제2위치에서는 상기 예비도가니(172)의 일측면이 하측을 향하도록 경사될 수 있다.
따라서, 상기 예비도가니(172)가 제2위치로 경사되면 상기 예비도가니(172) 내의 용융된 실리콘(20)은 상기 예비도가니(172)의 개구된 측면을 통해 중력에 의해 경사를 타고 흘러나가 상기 주 도가니(120)로 낙하할 수 있다.
이를 위해, 상기 예비 도가니 이동 모듈(192)은 상기 예비도가니(172)의 일측이 상기 몸체(183)에 대해서 회전 가능하게 지지되는 지지부재(194) 및 상기 지지부재(194)로부터 타측으로 이격된 지점에 상기 예비도가니(172)의 타측부를 상하방향으로 상승 및 하강 가능하게 승강시키도록 구비되며, 상기 제어부(160)에 의해 제어되는 리프터(196)를 포함할 수 있다.
상기 지지부재(194)는 상기 예비 도가니 가열 모듈의 몸체(183)의 저면으로부터 상방을 향하여 연장된 핀 형태로 형성될 수 있으며 그 상단부는 둥글게 형성될 수 있다.
또한, 상기 예비 도가니는 상기 핀 형태의 지지부재(194) 상단을 수용하도록 상기 지지부재(194)의 상단과 연접되는 저면에 반구 형태의 핀 수용홈(174)이 형성될 수 있다.
상기 지지부재(194)는 상기 예비도가니(172)의 양 측을 지지하도록 한 쌍이 서로 이격되게 배치될 수 있다.
그리고, 상기 리프터(196)는 상기 예비도가니(172)의 상기 지지부재(194)에 의해 지지되는 지점의 타측으로 이격된 위치의 일 지점에서 상기 예비도가니(172)를 지지하도록 구비될 수 있다.
따라서, 상기 한 쌍의 지지부재(194)와 상기 리프터(196)가 상기 예비도가니(172)를 3점 지지함으로써 상기 예비도가니(172)를 안정적으로 지지할 수 있다.
한편, 상기 리프터(196)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 승강막대(193) 및 구동부(195)를 포함할 수 있다.
상기 승강막대(193)는 상기 예비도가니(172)의 하측에서 상기 예비도가니(172)의 저면을 향하여 상방향 연장되며, 상기 구동부(195)에 의해 상승 및 하강되도록 구비될 수 있으며, 상기 승강막대(193)의 끝단은 구형태로 형성될 수 있다.
상기 구동부(195)는, 상기 승강막대(193)를 승강시키도록 구비될 수 있다. 이와 같은 구동부(195)는 모터 및 기어의 구조로 구현될 수도 있으며, 또는 유압, 공압 등의 수단으로 구현될 수도 있는 등 다양한 구조 및 방식으로 구현될 수 있다.
또한, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 예비도가니(172)는 상기 핀 형태의 승강막대(193) 상단을 수용하도록 상기 승강막대(193)의 상단과 연접되는 저면에 반구 형태의 막대 수용홈(176)이 형성될 수 있다.
따라서, 상기 지지부재(194)와 상기 리프터(196)가 핀 또는 막대 형태로 형성되고, 상기 예비도가니(172)에 이들을 수용하는 수용홈이 형성되어 별다른 구속없이 중력에 의해 지지되는 구조로서 형성될 수 있다.
즉, 고열이 가해지는 예비도가니(172)를 지지하는데 별도의 구속장치 없이 핀 및 홈 구조로 지지하므로 열변형에 의한 파손이나 고착 등의 결함 발생 우려가 최대한 배제될 수 있는 효과가 있다.
물론, 지지부재(194)와 리프터(196)가 상기 예비도가니(172)의 저면에 힌지결합된 구조로 제작하는 것 또한 가능할 수 있다.
한편, 본 실시예의 예비 도가니 이동 모듈(192)은 무게측정부(197)를 포함할 수 있다.
상기 무게측정부(197)는 상기 예비도가니(172)의 무게를 측정하는 구성요소로서, 측정된 수치를 제어부(160)로 송신하도록 구비될 수 있다.
상기와 같은 무게측정부(197)는 상기 리프터(196)에 작용되는 하중을 측정하도록 구비될 수 있으며, 본 실시예에서는 상기 승각막대에 결합되어 상기 예비도가니(172)를 지지하는 승강막대(193)의 무게를 측정하는 로드 셀 등으로 구현될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며 가능한 다양한 구조 및 방법으로서 상기 예비도가니(172)의 무게를 측정할 수 있을 것이다.
한편, 상기 제어부(160)는 상기 리프터(196)의 상기 구동부(195)를 제어함으로써 상기 승강막대(193)의 승강을 제어하여 상기 예비도가니(172)의 각도를 제어함과 더불어 상기 무게측정부(197)에서 측정되는 신호로서 상기 예비도가니(172)의 무게를 측정할 수 있다.
또한, 상기 제어부(160)는 상기 예비도가니(172)의 무게를 측정함으로써, 상기 예비도가니(172)로부터 주 도가니(120)로 추가 공급된 용융된 실리콘(20)의 양을 계산할 수 있다.
예를 들어, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 예비도가니(172)가 상기 용융된 실리콘(20)을 주 도가니(120)로 공급하기 전에 상기 예비도가니(172)의 무게를 1차 측정하고, 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 예비도가니(172)에서 용융된 실리콘(20)이 주 도가니(120)로 공급된 후에 상기 예비도가니(172)의 무게를 2차 측정하여 측정된 두 무게의 차이로서 주 도가니(120)에 공급된 용융된 실리콘(20)의 양을 측정할 수 있다.
이를 위해, 상기 예비도가니(172)가 제1위치에서 제2위치로 이동될 때, 상기 예비도가니(172)의 이동을 잠시 중지시킨 상태에서 상기 예비도가니(172)의 무게를 1차 측정하고, 상기 예비도가니(172)가 제2위치에서 제1위치로 이동될 때, 상기 예비도가니(172)의 이동을 잠시 중지시킨 상태에서 상기 예비도가니(172)의 무게를 2차 측정한 후, 1차 측정시 측정된 무게와 2차 측정시 측정된 무게의 차이로서 주 도가니(120)에 공급된 용융된 실리콘(20)의 양을 측정할 수 있다.
즉, 상기 예비도가니(172)가 용융된 실리콘(20)을 주 도가니(120)에 공급하기 위하여 상기 예비도가니(172)의 리프터(196)에 의해 승강되는 타측이 상승될 때, 상기 예비도가니(172)의 이동을 잠시 중지시킨 상태에서 상기 예비도가니(172)의 무게를 1차 측정하고, 상기 예비도가니(172)가 용융된 실리콘(20)을 공급한 후에 상기 예비도가니(172)의 리프터(196)에 의해 승강되는 타측이 하강될 때, 상기 예비도가니(172)의 이동을 잠시 중지시킨 상태에서 상기 예비도가니(172)의 무게를 2차 측정하여 1차 측정시 측정된 무게와 2차 측정시 측정된 무게의 차이로서 주 도가니(120)에 공급된 용융된 실리콘(20)의 양을 측정할 수 있다.
물론, 상기 예비도가니(172)의 무게를 측정할 때, 상기 예비도가니(172)가 반드시 정지된 상태에서 측정되어야 하는 것은 아니며, 상기 예비도가니(172)가 일정한 등속도로 이동하는 도중에 측정되거나 또는 상기 예비도가니(172)의 이동여부 및 등속도 여부와 상관없이 측정될 수도 있는 등, 다양한 변형이 가능할 수 있다.
이 때, 1차 측정과 2차 측정 때 무게측정지점에서 상기 예비도가니(172)의 기울기는 θ2 로서 동일할 수 있다.
상기 θ2는 상기 예비도가니(172)의 기울기가 θ2일 때, 상기 예비도가니(172)에 담긴 고형화된 실리콘 재료(30) 또는 용융된 실리콘(20)은 상기 예비도가니(172) 외부로 넘치지 않는 각도일 수 있다.
한편, 상기 리프터(196)의 구동부(195)로서 기어 등의 부품이 작용되었을 때 백레쉬 등에 의해 부품간의 유격으로 인한 무게측정의 오차가 발생할 수 있는데, 본 실시예에서는 이러한 무게측정의 오차를 최소화 하기 위하여, 상기 예비도가니(172)의 무게를 2차측정할 때에는 상기 예비도가니(172)가 θ2각도보다 더 θ1각도측으로 회전되어 상기 예비도가니(172)의 타측이 하강된 후 다시 θ2각도에 이르도록 상승된 상태에서 측정되어 상기 리프터(196)의 백레쉬의 영향을 배제할 수 있다.
이하에서는, 전술한 연속 잉곳 성장 장치(100)의 예비 용융부(170)로서 용융된 실리콘(20)을 주 도가니(120)에 공급할 때 공급량을 측정하기 위한 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치의 제어방법의 일 실시예를 설명하고자 한다.
본 실시예에 따른 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치의 제어방법은 도 7에 도시된 바와 같이, 용융단계(S110), 용융 실리콘 보충단계(S120), 복귀단계(S130) 및 용융 실리콘 공급량 측정단계(S140)를 포함할 수 있다.
상기 용융단계(S110)는, 제1위치에 위치된 상기 예비도가니(172)에 투입된 상기 고형의 실리콘 재료(30)를 가열하여 용융된 실리콘(20) 상태로 녹이는 단계이다.
상기 용융단계(S110)에서, 상기 예비도가니(172)는 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, θ1의 각도일 수 있으며, 상기 예비도가니(172) 내에는 용융된 실리콘(20)이 담겨있을 수 있다.
상기 용융 실리콘 보충단계(S120)는 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 제1위치의 상기 예비도가니(172)를 제2위치로 기울여 상기 예비도가니(172)의 용융된 실리콘(20)을 상기 주 도가니(120)로 공급하는 단계이다.
그리고, 상기 용융 실리콘 보충 단계의 후에는 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 예비도가니(172)가 제1위치로 복귀하는 복귀단계(S130)가 수행될 수 있다.
한편, 상기 용융 실리콘 공급량 측정단계(S140)는, 상기 예비도가니(172)를 통해 주 도가니(120)로 공급된 용융된 실리콘(20)의 양을 측정하는 단계로서, 1차 무게 측정단계(S142) 및 2차 무게 측정단계(S144)를 포함할 수 있다.
상기 1차 무게 측정단계(S142)는, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 예비도가니(172)가 제1위치에서 제2위치로 이동될 때, 상기 예비도가니(172)의 이동을 잠시 중지시킨 상태에서 상기 예비도가니(172)의 무게를 측정하는 단계이다. 이 때, 상기 예비도가니(172)는 θ2 각도에 위치될 수 있다.
또한, 상기 2차 무게 측정단계(S144)는, 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 예비도가니(172)가 제2위치에서 제1위치로 이동될 때, 상기 예비도가니(172)의 이동을 잠시 중지시킨 상태에서 상기 예비도가니(172)의 무게를 측정하는 단계이다. 이 때, 상기 예비도가니(172)는 θ2 각도에 위치될 수 있다.
또한, 상기 2차 무게측정단계는, 리프터(196)에 의해 하강되는 상기 예비도가니(172)가 θ2 각도보다 더 하강된 후, 다시 θ2 각도까지 상승된 상태에서 측정될 수 있다. 이는, 상기 리프터(196)의 백 레쉬의 영향을 배제하기 위함이다.
따라서, 상기 제어부(160)는, 상기 1차 무게 측정단계(S142)에서 측정된 무게와 상기 2차 무게 측정단계(S144)에서 측정된 무게의 차이로서, 상기 용융 실리콘 보충단계(S120)에서 상기 예비도가니(172)를 통해 주 도가니(120)로 공급된 용융 실리콘(20)의 양을 정확하게 측정할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

Claims (18)

  1. 고형 상태의 실리콘 재료를 공급받아 용융상태의 실리콘이 되도록 가열한 후에 잉곳이 성장되는 주 도가니로 용융 상태의 실리콘을 공급하는 예비도가니;
    상기 예비도가니가 상기 고형 상태의 실리콘을 가열하거나 상기 주 도가니로 상기 용융 상태의 실리콘을 공급할 수 있도록 상기 예비도가니의 위치를 이동시키는 예비 도가니 이동 모듈;
    상기 예비 도가니 이동 모듈을 작동시켜 상기 예비 도가니의 위치를 제어하는 제어부를 포함하는 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 예비도가니는 상부가 개방된 용기 형태로 이루어진 용기부를 포함하며,
    상기 예비도가니는,
    상기 예비도가니의 상기 용기부에 상기 고형 상태의 실리콘 재료 또는 상기 용융된 실리콘이 담겨있는 자세인 제1위치 또는,
    상기 예비도가니의 상기 용융된 실리콘이 상기 주 도가니로 흘러나가는 제2위치 사이에서 위치의 이동이 가능하도록 구비되고,
    상기 예비 도가니 이동 모듈은 상기 예비도가니를 상기 제1위치와 상기 제2위치 사이의 범위에서 기울이도록 구비되는 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 예비 도가니 이동 모듈은,
    상기 주 도가니를 향하는 상기 예비도가니의 일측을 회전가능하게 지지하는 지지부재;
    상기 예비도가니의 일측으로부터 상기 주 도가니 측과 반대방향으로 이격된 타측을 상승 또는 하강시키도록 상기 제어부에 의해 제어되는 리프터;
    를 포함하는 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 지지부재는,
    상기 예비도가니의 양 측을 지지하도록 적어도 한 쌍이 구비되는 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 지지부재는, 상방을 향하여 연장된 핀 형태로 형성되며,
    상기 예비도가니는, 핀 형태의 상기 지지부재의 상단을 수용하도록 상기 지지부재와 연접되는 저면에 핀 수용홈이 형성되는 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 리프터는,
    상방을 향하여 연장된 승강막대;
    상기 승강막대를 상하 방향으로 승강시키는 구동부;를 포함하며,
    상기 예비도가니는, 상기 승강막대의 상단을 수용하도록 상기 승강막대와 연접되는 저면에 막대 수용홈이 형성되는 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 지지부재와 상기 리프터는 상기 예비도가니에 힌지결합되는 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 예비 도가니 이동 모듈은,
    상기 예비도가니의 무게를 측정하는 무게측정부를 포함하는 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 무게측정부는,
    상기 리프터에 작용되는 하중을 측정함으로써 상기 예비도가니의 무게를 측정하는 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 예비도가니가 상기 용융상태의 실리콘을 주 도가니로 공급하기 전에 상기 예비도가니의 무게를 1차 측정하고, 상기 예비도가니에서 상기 용융상태의 실리콘이 상기 주 도가니로 공급된 후에 상기 예비도가니의 무게를 2차 측정하여 측정된 두 무게의 차이로서 상기 주 도가니에 공급된 상기 용융된 실리콘의 양을 측정하는 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 예비도가니가 상기 제1위치에서 상기 제2위치로 이동되는 중간에 상기 예비도가니의 무게를 1차 측정하고,
    상기 예비도가니가 상기 제2위치에서 상기 제1위치로 이동되는 중간에, 상기 예비도가니의 무게를 2차 측정하는 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 리프터에 의해 승강되는 상기 예비 도가니의 타측이 상승될 때, 상태에서 상기 예비도가니의 무게를 1차 측정하고,
    상기 리프터에 의해 승강되는 상기 예비 도가니의 타측이 하강될 때, 상기 예비도가니의 무게를 2차 측정하는 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 예비도가니의 무게를 2차 측정할 때에는 상기 예비도가니의 타측이 하강된 후 다시 상승된 상태에서 측정되어 상기 리프터의 백레쉬의 영향을 배제하는 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치.
  14. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예비도가니의 무게를 1차 측정할 때와 2차 측정할 때의 상기 예비도가니의 기울기는 동일한 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치.
  15. 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치의 제어방법에 있어서,
    제1위치에 위치된 예비도가니에 투입된 고형의 실리콘 재료를 가열하여 용융시키는 용융단계;
    상기 제1위치의 상기 예비도가니를 제2위치로 기울여 상기 예비도가니의 용융된 실리콘을 상기 주 도가니로 공급하는 용융 실리콘 보충단계;
    용융된 실리콘을 상기 주 도가니로 공급한 뒤에 상기 예비도가니가 상기 제1위치로 복귀하는 복귀단계;
    상기 예비도가니를 통해 상기 주 도가니로 공급된 상기 용융된 실리콘의 양을 측정하는 용융 실리콘 공급량 측정단계;
    를 포함하는 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치의 제어방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 용융 실리콘 공급량 측정단계는,
    상기 예비도가니가 상기 제1위치에서 상기 제2위치로 이동될 때, 상기 예비도가니의 이동을 잠시 중지시킨 상태에서 상기 예비도가니의 무게를 측정하는 1차 무게 측정단계;
    상기 예비도가니가 상기 제2위치에서 상기 제1위치로 이동될 때, 상기 예비도가니의 이동을 잠시 중지시킨 상태에서 상기 예비도가니의 무게를 측정하는 2차 무게 측정단계;
    를 포함하는 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치의 제어방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 2차 무게 측정단계는,
    상기 예비도가니의 타측이 하강된 후, 다시 상승된 상태에서 측정되는 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치의 제어방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 1차 무게 측정단계와 상기 2차 무게 측정단계에서 상기 예비도가니의 기울기는 동일한 주 도가니로 공급되는 실리콘을 예비 용융시키기 위한 예비 용융 장치의 제어방법.
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