KR100947836B1

KR100947836B1 - 실리콘 잉곳 제조장치

Info

Publication number: KR100947836B1
Application number: KR1020090091632A
Authority: KR
Inventors: 이근택; 박성은; 박종훈
Original assignee: (주)세미머티리얼즈
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2010-03-18
Also published as: WO2011037393A2; WO2011037393A3; CN102666943A

Abstract

본 발명은 실리콘 잉곳 제조장치에 관한 것으로, 챔버와, 챔버 내에 설치되는 도가니와, 도가니를 발열시키는 발열부와, 도가니가 올려지는 도가니 탑재부와, 도가니 탑재부 아래에 형성되는 적어도 2개 이상의 수냉로드군을 포함하되, 적어도 2개 이상의 수냉로드군은 도가니 탑재부 중심으로부터 외측으로 서로 이격되게 설치되며 서로 다른 물 공급관이 연결되는 것을 특징으로 한다.

실리콘, 잉곳, 수냉로드, 도가니

Description

실리콘 잉곳 제조장치{Apparatus for manufacturing silicon ingot}

본 발명은 실리콘 잉곳 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 잉곳 응고시 응고계면을 개별 수냉로드 제어를 통해 배양성이 좋은 <100>방향 응고 조직을 갖는 실리콘 잉곳 제조장치에 관한 것이다.

최근 지구온난화의 문제가 대두가 되면서 신재생에너지의 개발이 활발히 이루어 지고있다. 그중에서도 태양광 산업은 무공해, 에너지의 자원 보존, 무보수, 고신뢰성 등의 장점으로 인하여 최근 5년간 연평균 40%이상의 성장을 보이고 있다.

현재 태양전지의 기본 원료인 폴리실리콘의 공급이 원활히 이루어지지 못하여 역피라미드형 밸류 체인을 보이고 있다. 이것은 태양전지를 이용한 태양광 모듈 시스템의 수요량에 따른 공급이 원활하지 못하기 때문에 원재료인 폴리실리콘의 가격 상승의 원인이 되고 있다.

이에 실리콘 원재료의 원활한 수급을 확보하기 위한 노력이 관련 산업계에서 현안으로 등장하고 있다. 실리콘 원재료의 원활한 수급을 확보하기 위해, 현재 사용되고 있는 방안은 반도체 실리콘 웨이퍼 제조 공정에서 발생하는 많은 양의 폐실리콘을 정제하여 실리콘 잉곳으로 성장시켜 사용하는 것이다.

실리콘 잉곳 제조공정에서 중요한 인자로는 용융시 실리콘의 녹는 온도, 용융시간, 가스 분위기, 감압상태 등이 있으며, 응고시에는 응고속도(V)= 냉각속도(R)/온도구배(G)에 의해 일방향 응고를 제어할 수 있다. 통상적으로 다결정 실리콘의 일방향 응고는 수냉로드를 이용하여 초기 핵생성 후 배향성이 좋은 <100>의 결정방향을 갖는 실리콘 잉곳을 만드는 과정이다.

최근에 연구된 바에 의하면, 실리콘 잉곳 제조공정에서 응고시 중요한 변수로는 실리콘 잉곳의 응고계면 냉각온도를 제어하는 것이다. 실리콘 잉곳의 응고계면 냉각온도 불안정은 실리콘 잉곳의 결정 조직이 안쪽으로 모이는 현상, 한쪽으로 치우치는 현상, 결정 크기가 불균일하게 성장하는 현상 및 실리콘 잉곳에 크렉이 발생하는 원인이 되기도 한다.

한편, 기존 실리콘 잉곳 제조방법 중에는 도가니가 아래로 이동하며 온도차에 의해 실리콘 잉곳을 응고하는 방법(SRS 법)이 있다. 이 방법은 샤프트 엘리베이터의 진동에 따라 도가니 내에 형성되는 실리콘 잉곳에 결함이 발행되는 문제점이 있다. 이에 수냉로드를 이용하여 실리콘 잉곳을 성장시키는 방법이 제시되고 있다.

수냉로드를 이용하여 실리콘 잉곳을 성장시키고자 제안된 기술로는 일본 공개특허 공개평 11-310496호(발명의 명칭: 배향성이 좋은 일방향 응고 조직을 가지는 실리콘의 제조하는 방법 및 장치, 이하 “인용발명1”이라 함)가 있다.

인용발명1 에는 결정성장로의 히터부가 상부와 하부에만 존재하며, 응고시 도가니가 샤프트 엘리베이터에 의해 아래로 이동하며 응고를 진행시키는 방법을 사용하고 있다. 또한 수냉로드에 냉매가스로 불활성 기체인 아르곤(Ar) 가스를 투입 하며, 냉매가스를 챔버 안으로 이동시키는 냉매 공급부와 배출구와 불활성가스의 예열 히터부를 사용한다. 이때 수냉로드 쪽에서 냉매로 사용된 아르곤(Ar) 가스를 다시 챔버 내부로 공급하여 아르곤(Ar) 가스 분위기를 만들어 SiO, SiC의 불순물 형성을 감소시키는 실리콘 잉곳의 제조방법 및 장치에 대한 기술이 기재되어 있다.

그러나 인용발명1 에서는 수냉로드로 냉매가스로 사용되는 아르곤(Ar) 가스를 결정성장로의 가동시간 동안 끊임없이 공급해야 한다. 즉, 30시간 이상 아르곤(Ar) 가스를 냉각 매체로 사용하기 때문에 실리콘 잉곳 제작비용이 커지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 배경에서 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 도가니 내부의 용융된 실리콘을 응고시 냉각수량 제어를 통해 배양성이 좋은 <100>방향 응고 조직을 갖는 실리콘 잉곳을 제조할 수 있는 실리콘 잉곳 제조장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 부가적인 목적은 도가니를 가열시키는 발열부의 온도제어를 통해 배양성이 좋은 <100>방향 응고 조직을 갖는 실리콘 잉곳을 제조할 수 있는 실리콘 잉곳 제조장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 양상에 따른 실리콘 잉곳 제조장치는, 챔버와, 챔버 내에 설치되는 도가니와, 도가니를 발열시키는 발열부와, 도가니가 올려지는 도가니 탑재부와, 도가니 탑재부 아래에 형성되는 적어도 2개 이상의 수냉로드군을 포함하되, 적어도 2개 이상의 수냉로드군은 도가니 탑재부 중심으로부터 외측으로 서로 이격되게 설치되며 서로 다른 물 공급관이 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 부가적인 양상에 따른 실리콘 잉곳 제조장치는, 도가니 상부에 설치되는 상부 발열부와, 도가니 측면의 상부에 설치되는 제1 측면 발열부와, 도가니 측면의 중간부에 설치되는 제2 측면 발열부와, 도가니 측면의 하부에 설치되는 제3 측면 발열부를 포함한다.

본 발명의 다른 부가적인 양상에 따른 실리콘 잉곳 제조장치는, 도가니 탑재부가 도가니를 지지하는 제1 도가니 탑재부와, 수냉로드가 삽입되는 삽입홈이 형성되는 제2 도가니 탑재부와, 제2 도가니 탑재부와 제1 도가니 탑재부 사이에 설치되는 냉각판을 포함한다.

본 발명의 다른 부가적인 양상에 따른 실리콘 잉곳 제조장치는, 발열부에서 발열되는 열을 단열시키는 상부 단열판과, 도가니 탑재부와 수냉로드군 사이에 설치되는 하부 단열판과, 하부 단열판과 상부 단열판 사이에 형성되는 측면 단열재와, 하부 단열판과 함께 수냉로드군을 밀폐 및 단열시키는 수냉로드 단열부를 포함한다.

본 발명의 다른 부가적인 양상에 따른 실리콘 잉곳 제조장치는, 수냉로드군에 포함되는 수냉로드가 물 공급관으로부터 냉각수가 유입되는 제1, 제2 냉각수 유입구와, 제1, 제2 냉각수 유입구로부터 유입되는 냉각수가 흐르는 제1, 제2 냉각수 경로부와, 제1, 제2 냉각수 경로부를 통과한 냉각수를 외부로 배출하는 냉각수 배출구를 포함한다. 여기서, 제1, 제2 냉각수 경로부는 냉각수 배출구를 기준으로 좌, 우에 형성되되 미앤더(meander) 패턴 또는 루프 안테나 패턴 중 어느 하나로 구현되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 부가적인 양상에 따른 실리콘 잉곳 제조장치는, 수냉로드군에 물 공급관을 통해 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부와, 물 공급관을 개폐시키는 밸브와, 발열부의 발열온도를 감지하는 제1 열감지부와, 도가니 탑재부의 발열온도를 감지하는 제2 열감지부와, 제1, 제2 열감지부에서 감지된 발열온도에 따라 밸브의 개폐동작을 제어하는 밸브 제어기를 포함한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 실리콘 잉곳 제조장치는, 도가니 탑재부 아래에 적어도 2개 이상의 수냉로드군이 형성됨으로써, 도가니 내부의 용융된 실리콘 잉곳 응고시 도가니의 이동없이 수냉로드군 각각에 공급되는 냉각수량 제어를 통해 배양성이 좋은 <100>방향 응고 조직을 갖는 실리콘 잉곳을 제조할 수 있는 유용한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 실리콘 잉곳 제조장치는, 도가니 상부와 측면 각 부분에 설치되는 다수의 발열부가 형성되도록 구현됨으로써, 도가니를 가열시키는 발열부의 온도제어를 통해 배양성이 좋은 <100>방향 응고 조직을 갖는 실리콘 잉곳을 제조할 수 있는 유용한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 실리콘 잉곳 제조장치는, 상부 단열판과, 도가니 탑재부와 수냉로드군 사이에 설치되는 하부 단열판과, 하부 단열판과 상부 단열판 사이에 형성되는 측면 단열재와, 하부 단열판과 함께 수냉로드군을 밀폐 및 단열시키는 수냉로드 단열부를 포함하여 구현됨으로써, 도가니에 열을 가하여 실리콘을 용융하는 경우 수냉로드군을 보호할 수 있다. 또한, 용융된 실리콘을 응고시키기 위해 하부 단열판을 개방하더라도 수냉로드 단열부가 챔버 내부의 열이 외부로 방출되는 것을 막아주어 수냉로드군 각각에 공급되는 냉각수량 제어를 통해 배양성이 좋은 <100>방향 응고 조직을 갖는 실리콘 잉곳을 제조할 수 있는 유용한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 실리콘 잉곳 제조장치는, 제1, 제2 냉각수 유입구로부터 유입되는 냉각수가 흐르는 제1, 제2 냉각수 경로부가 냉각수 배출구를 기준으로 좌, 우에 형성되되 미앤더(meander) 패턴 또는 루프 안테나 패턴 중 어느 하나로 구현됨으로써, 도가니 내부의 용융된 실리콘을 응고시 수냉로드 내에서의 온도편차를 최소할 수 있는 유용한 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 잉곳 제조장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 2a, 2b 는 본 발명에 따른 실리콘 잉곳 제조장치의 수냉로드 단면도를 도시한 실시예, 도 3 은 본 발명에 따른 실리콘 잉곳 제조장치에서 다수의 수냉로드(130)를 연결하는 구조를 설명하기 위한 실시예이다.

먼저 도 1을 참조하여 설명하면, 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 실리콘 잉곳 제조장치는 크게 챔버(110)와, 도가니(120)와, 발열부(130)와, 도가니 탑재부(140)와, 수냉로드군(151, 152, 153)을 포함하여 구현될 수 있다.

챔버(110)는 보통 내부공간을 갖는 2중 구조로 형성되어, 발열부(130)가 가동되어 도가니(120)를 가열하는 경우, 챔버(110)의 표면에 가해지는 열을 식히기 위해 2중 구조 내부공간에 냉각수가 순환되도록 구현된다.

도가니(120)는 실리콘 잉곳으로 성장시킬 실리콘 원료를 투입받는 것으로, 도가니(120)는 용융물의 용융온도를 견딜 수 있는 재질로 구현되어야 한다. 일례로 본 발명에서 도가니(120)는 석영으로 구현되는 것이 바람직하다.

발열부(130)는 도가니(120)를 발열시키는 것으로, 챔버(110) 내부에 배치된 다. 일례로, 발열부(130)는 그라파이트(graphite)로 이루어진 전극 및 발열체로 구현될 수 있다. 본 발명의 특징적인 양상에 따라 발열부(130)는 도가니(120) 상부에 설치되는 상부 발열부(131)와, 도가니(120) 측면의 상부에 설치되는 제1 측면 발열부(132)와, 도가니(120) 측면의 중간부에 설치되는 제2 측면 발열부(133)와, 도가니(120) 측면의 하부에 설치되는 제3 측면 발열부(134)를 포함하여 구현된다. 이에, 본 발명에 따른 실리콘 잉곳 제조장치는 온도제어를 통해 용융된 실리콘을 응고시켜 실리콘 잉곳을 형성할 수 있다.

도가니 탑재부(140)는 도가니(120)가 올려지는 것으로, 그라파이트(graphite)로 구현되며, 표면은 SiC로 코팅된 것을 사용한다. 일례로, 도가니 탑재부(140)는 도가니(120)를 지지하는 제1 도가니 탑재부(141)와, 수냉로드가 삽입되는 삽입홈이 형성되는 제2 도가니 탑재부(142)와, 제2 도가니 탑재부(142)와 제1 도가니 탑재부(141) 사이에 설치되는 냉각판(143)을 포함하여 구현될 수 있다. 여기서, 냉각판(143)은 구리와 텅스텐 합금 또는 구리와 몰리브덴 합금으로 구현될 수 있다.

수냉로드군(151, 152, 153)의 개별 수냉로드는 도가니 탑재부(140) 아래에 형성되며, 재질은 구리(Cu)로 구현되며, 표면은 텅스텐이나 경질크롬도금으로 코팅된다. 수냉로드는 도가니(120)의 바닥 부분의 온도를 실리콘의 녹는점 이하로 급격히 낮추어 용융물의 초기 응고를 시작하는데 사용된다.

이하, 도 2a, 도 2b 및 도 3을 참조하여 수냉로드군(151, 152, 153)의 구조를 자세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 2a는 제1 실시예에 따른 수냉로드를 도시한 것으로, 도시한 바와 같이, 수냉로드군(151, 152, 153)의 개별 수냉로드는 물 공급관으로부터 냉각수가 유입되는 제1, 제2 냉각수 유입구(251a, 251b)와, 제1, 제2 냉각수 유입구(251a, 251b)로부터 유입되는 냉각수가 흐르는 제1, 제2 냉각수 경로부(252a, 252b)와, 제1, 제2 냉각수 경로부(252a, 252b)를 통과한 냉각수를 외부, 예컨대 냉각수 공급부(도1의 참조부호 413)로 배출하는 냉각수 배출구(253)를 포함하여 구현된다.

도 2a에 도시한 바와 같이, 수냉로드의 모양은 '┳'자형으로, 냉각수 배출구(253)를 기준으로 양쪽에 제1, 제2 냉각수 유입구(251a, 251b)가 형성되는 기둥(257)과 제1, 제2 냉각수 경로부(252a, 252b)가 냉각수 배출구(253)를 기준으로 좌,우에 형성되되 미앤더(meander) 패턴을 갖는 상부몸체(258)로 구현된다. 제1, 제2 냉각수 경로부(252a, 252b)는 도 2a에 도시한 바와 같이, 냉각수 흐름 경로가 길게 형성되어, 수냉로드 내에서의 온도편차를 최소할 수 있고 나아가 도가니 탑재부(도1의 참조번호 140)에 냉각수의 열효율을 높여줄 수 있다.

도 2b는 제2 실시예에 따른 수냉로드를 도시한 것으로, 도시한 바와 같이, 수냉로드군(151, 152, 153)의 개별 수냉로드는 물 공급관으로부터 냉각수가 유입되는 제1, 제2 냉각수 유입구(261a, 261b)와, 제1, 제2 냉각수 유입구(261a, 261b)로부터 유입되는 냉각수가 흐르는 제1, 제2 냉각수 경로부(262a, 262b)와, 제1, 제2 냉각수 경로부(262a, 262b)를 통과한 냉각수를 외부, 예컨대 냉각수 공급부(도1의 참조부호 413)로 배출하는 냉각수 배출구(263)를 포함하여 구현된다.

도 2b에 도시한 바와 같이, 수냉로드의 모양은 '┳'자형으로, 냉각수 배출구(263)를 기준으로 양쪽에 제1, 제2 냉각수 유입구(261a, 261b)가 형성되고, 제1, 제2 냉각수 경로부(262a, 262b)가 냉각수 배출구(263)를 기준으로 양쪽에 동일한 패턴을 갖도록 구현된다. 제1, 제2 냉각수 유입구(261a, 261b) 및 냉각수 배출구(263)는 ｚ방향으로 형성되고, 제1, 제2 냉각수 경로부(262a, 262b)는 x-y 평면상에 루프 안테나 패턴으로 형성된다. 제1, 제2 냉각수 경로부(262a, 262b)는 도 2b에 도시한 바와 같이, 냉각수 흐름 경로가 길게 형성되어, 수냉로드 내에서의 온도편차를 최소할 수 있고 나아가 도가니 탑재부(도1의 참조번호 140)에 냉각수의 열효율을 높여줄 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 각 수냉로드군(151, 152, 153)은 도가니 탑재부(40) 중심으로부터 외측으로 서로 이격되게 설치된다. 수냉로드군(151)은 물 공급관(도 1의 참조부호 211)으로부터 냉각수를 공급 받으며, 수냉로드군(152)은 물 공급관(도 1의 참조부호 212)으로부터 냉각수를 공급 받으며, 수냉로드군(153)은 물 공급관(도 1의 참조부호 213)으로부터 냉각수를 공급 받는다. 각 수냉로드군(151, 152, 153)은 동일한 온도의 냉각수를 공급 받을 수도 있고, 서로 다른 온도의 냉각수를 공급 받을 수도 있다. 또한 각 수냉로드군(151, 152, 153)은 서로 다른 냉각수량을 공급 받을 수도 있다. 도3에서 각 수냉로드군(151, 152, 153)은 직사각형으로 배치된 것을 예시하였지만, 도가니 탑재부(40) 중심으로부터 외측으로 원형을 띄도록 구현될 수 있다.

이하, 다시 도 1을 참조하여 설명하기로 한다. 도 1 에 도시한 바와 같이, 본 발명의 부가적인 양상에 따라 본 발명의 실리콘 잉곳 제조장치는 수냉로드군(151, 152, 153)에 물 공급관(211, 212, 213)을 통해 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부(411, 412, 413)와, 물 공급관(211, 212, 213)을 개폐시키는 밸브(171, 172, 173)와, 발열부(130)의 발열온도를 감지하는 제1 열감지부(181a, 181b)와, 도가니 탑재부(140)의 발열온도를 감지하는 제2 열감지부(182)와, 제1, 제2 열감지부(181a, 181b, 182)에서 감지된 발열온도에 따라 밸브(171, 172, 173)의 개폐동작을 제어하는 밸브 제어기(414)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 도면부호 214는 챔버(110)의 내부공간에 냉각수 공급부(413)로부터의 냉각수를 제공하는 물 공급관이다.

밸브(171, 172, 173)는 예컨대, 솔레노이드 밸브로 구현될 수 있다. 각 냉각수 공급부(411, 412, 413)는 냉각수 저장용량이 같을 수도 있고, 서로 다르게 구현될 수도 있다. 여기서, 냉각수 공급부(411, 412, 413)는 다수의 물 공급관(211, 212, 213) 각각에 연결되며, 냉각수 저장용량이 다른 다수의 냉각수 저장부와, 냉각수 저장부에 투입되는 물을 일례로, 냉매가스를 이용하여 냉각시키는 냉각장치를 포함한다.

이 같은 양상에 따라 본 발명에 따른 실리콘 잉곳 제조장치는 밸브 제어기(414)에 의해 수냉로드군(151, 152, 153)으로 공급되는 냉각수의 온도와 냉각수량을 개별적으로 제어하여 용융된 실리콘을 응고시 냉각수 온도와 냉각수량 제어를 통해 배양성이 좋은 <100>방향의 응고 조직을 갖는 실리콘 잉곳을 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 실리콘 잉곳 제조장치는 도가니 탑재부(140)를 상하로 이동시키는 도가니 탑재부 이동부(도시하지 않음.)와, 도가니 탑재부(140)를 챔버 바닥면(111)으로부터 소정 높이로 지지하며 도가니 탑재부 이동부의 동작에 따라 챔버 바닥면(111)을 개폐하는 도가니 탑재부 지지체(341)를 더 포함하여 구현될 수 있다. 여기서, 도가니 탑재부 이동부는 도가니 탑재부(140)를 상하로 이동시킬 수 있는 장치로서, 예컨대 모터와 모터의 동작을 제어하는 제어장치로 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 실리콘 잉곳 제조장치는 발열부(130)에서 발열되는 열을 단열시키는 상부 단열판(191)과, 도가니 탑재부(140)와 수냉로드군(151, 152, 153) 사이에 설치되는 하부 단열판(192)과, 하부 단열판(192)과 상부 단열판(191)과 사이에 형성되는 측면 단열재(193)와, 하부 단열판(192)과 함께 수냉로드군(151, 152, 153)을 밀폐 및 단열시키는 수냉로드 단열부(194)와, 하부 단열판(192)을 도가니 탑재부(140)와 나란한 방향으로 이동시키는 하부 단열판 이동부(192a)와, 수냉로드군(151, 152, 153)을 상하로 이동키시는 수냉로드 이동부(도시하지 않음.)를 더 포함하여 구현될 수 있다. 도 1에서 도면부호 331은 단열판 지지대로서, 하부 단열판(192) 및 측면 단열판(193)을 지지한다. 도면부호 351은 수냉로드 지지대로서, 수냉로드군(151, 152, 153)을 지지한다.

여기서, 하부 단열판 이동부(192a)는 도가니(120)를 외부로 배출하거나 수냉로드군(151, 152, 153)을 도가니 탑재부(140)로 이동시킬 때 하부 단열판(192)을 이동시키는 장치로서, 일례로 모터와 모터의 동작을 제어하는 제어장치로 구현될 수 있다. 수냉로드 이동부는 도가니(120)에 저장된 실리콘 용융물을 일방향 응고할 때, 수냉로드군(151, 152, 153)을 상하로 이동시킬 수 있는 장치로서, 예컨대 모터와 모터의 동작을 제어하는 제어장치로 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 실리콘 잉곳 제조장치는 상부 단열판(191)을 도가니 탑재부(140)와 나란한 방향으로 이동시키는 상부 단열판 이동부(191a)와, 도가니(120) 내부에 있는 용융물의 용융상태를 외부에서 확인할 수 있도록 해주는 투시창(196)과, 투시창(196)을 통해 도가니(120) 내부에 있는 용융물의 표면 온도를 측정하는 온도측정장치(197)를 더 포함하여 구현될 수 있다.

상부 단열판 이동부(191a)은 도가니(120) 내부의 실리콘 용융물의 온도를 확인할 때, 상부 단열판(191)을 이동시킬 수 있는 장치로서, 예컨대 모터와 모터의 동작을 제어하는 제어장치로 구현될 수 있다. 온도측정장치(197)는 일례로, 도가니(120) 내부에 있는 용융물의 표면 온도를 측정하는 파이로미터(pyrometer)로 구현될 수 있다. 파이로미터(pyrometer)는 조사된 레이저가 물체에 의해 반사되어 나오는 용융물의 표면 밝기를 기초로 물체 표면의 온도를 측정하는 장치이다.

본 발명에 따른 실리콘 잉곳 제조장치는 챔버(110) 내부를 진공상태로 유지시키는 진공펌프(198)를 더 포함하여 구현될 수 있다. 진공펌프(198)는 챔버(110) 내부의 진공도를 일정하게 유지하기 위한 장치로서, 일례로 로터리 펌프와 부스터 펌프로 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 실리콘 잉곳 제조장치는 실리콘 및 가스 투입부(199a)와, 가스 배출구(199b)를 더 포함하여 구현될 수 있다. 실리콘 및 가스 투입부(199a)는 도가니(120) 내부로 실리콘과 실리콘에 함유된 불순물을 제거하는 정제 가스를 투입하는데 사용된다. 정제 가스는 실리콘을 실리콘 및 가스 투입부(130)로 유입시키는 캐리어 역할을 수행한다. 가스 배출구(199b)는 도가니(120)에 투입된 정제 가스와 실리콘이 반응하여 발생하는 가스를 외부로 배출한다.

도 4a, 4b 는 도 1에 따른 실리콘 잉곳 제조장치의 실리콘 잉곳을 성장시키는 과정을 설명하기 위한 실시예이다.

먼저, 도 4a를 참조하여 설명하기로 한다. 챔버(110) 내부에 도가니(120)가 준비되면, 실리콘 및 가스 투입부(199a)를 통해 도가니(120) 내부로 실리콘과 정제 가스가 투입된다.

이후, 발열부(130)를 구동하여 발열온도가 실리콘 용융온도, 예컨대 1420℃ 이상이 되도록 한다. 소정 시간 동안 발열부(130)를 구동한 후, 도가니(120) 내의 실리콘 용융물을 응고시키기 위해, 하부 단열판 이동부(192a)를 구동하여, 하부 단열판(192)을 이동시킨다. 이후, 수냉로드군(151, 152, 153)을 도가니 탑재부(140)로 이동시킨다. 이때, 하부 단열판(192)을 개방하더라도 수냉로드 단열부(194)가 챔버(110) 내부의 열이 외부로 방출되는 것을 막아준다.

수냉로드군(151, 152, 153)이 도가니 탑재부(140)에 위치하게 되면, 밸브 제어기(414)는 수냉로드군(151, 152, 153)으로 물 공급관(211, 212, 213)을 통해 냉각수를 공급한다. 밸브 제어기(414)는 발열부(130)의 발열온도를 감지하는 제1 열감지부(181a, 181b)와, 도가니 탑재부(140)의 발열온도를 감지하는 제2 열감지 부(182)와, 제1, 제2 열감지부((181a, 181b, 182)에서 감지된 발열온도에 따라 밸브(171, 172, 173)의 개폐동작을 제어하여 냉각수량을 제어한다.

이하, 도 4b를 참조하여 설명하기로 한다. 도 4a에서 설명한 바와 같이, 도가니(120)의 실리콘 용융물을 응고하여 실리콘 잉곳이 형성되면, 도가니 탑재부 이동부를 구동하여 도가니 탑재부 지지체(341)를 하부로 이동시킨다. 도면에 도시하지 않았지만, 도가니 탑재부 이동부는 예컨대 모터와 모터의 동작을 제어하는 제어장치로 구현될 수 있다.

도가니 탑재부 지지체(341)가 아래로 이동될 때, 도가니 탑재부(140)와 수냉로드군(151, 152, 153)와 수냉로드 단열부(194) 및 챔버의 바닥면(111)도 함께 아래로 이동된다. 실리콘 용융물이 완전히 응고된 도가니(120)는 다른 장소로 옮겨지고, 새로운 도가니(120)가 도가니 탑재부(140)에 올려진다. 이후 새로운 도가니(120)가 챔버(110) 내부로 이동되면, 도가니(120)에 실리콘 및 정제 가스를 다시 투입함으로써, 다시 실리콘 융용물을 생성하는 과정을 실행한다.

지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 잉곳 제조장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도,

도 2a, 2b 는 본 발명에 따른 실리콘 잉곳 제조장치의 수냉로드 단면도를 도시한 실시예,

도 3 은 본 발명에 따른 실리콘 잉곳 제조장치에서 다수의 수냉로드를 연결하는 구조를 설명하기 위한 실시예,

<주요 도면 부호의 간단한 설명>

110: 챔버 111: 챔버 바닥면

120: 도가니

130: 발열부

131: 상부 발열부 132: 제1 측면 발열부

133: 제2 측면 발열부 134: 제3 측면 발열부

140: 도가니 탑재부

141: 제1 도가니 탑재부 142: 제2 도가니 탑재부

143: 냉각판

151, 152, 153: 수냉로드군

171, 172, 173: 밸브

181a, 181b: 제1 열감지부 182: 제2 열감지부

191: 상부 단열판 192: 하부 단열판

191a: 상부 단열판 이동부 192a: 하부 단열판 이동부

193: 측면 단열재 194: 수냉로드 단열부

196: 투시창 197: 온도측정장치

198: 진공펌프

199a: 실리콘 및 가스 투입구 199b: 가스 배출구

211, 212, 213, 214: 물 공급관

251a, 261a: 제1 냉각수 유입구 251b, 261b: 제2 냉각수 유입구

252a, 262a: 제1 냉각수 경로부 252b, 262b: 제2 냉각수 경로부

253, 263: 냉각수 배출구

331: 단열판 지지대

341: 도가니 탑재부 지지대

351: 수냉로드 지지대

411, 412, 413: 냉각수 공급부

Claims

실리콘 잉곳 제조장치에 있어서,

챔버;

상기 챔버 내에 설치되는 도가니;

상기 도가니를 발열시키는 발열부;

상기 도가니가 올려지는 도가니 탑재부;

상기 도가니 탑재부 아래에 형성되는 적어도 2개 이상의 수냉로드군;을 포함하되, 상기 적어도 2개 이상의 수냉로드군은,

상기 도가니 탑재부 중심으로부터 외측으로 서로 이격되게 설치되며, 서로 다른 물 공급관이 연결되는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조장치.
제 1 항에 있어서, 상기 발열부가:

상기 도가니 상부에 설치되는 상부 발열부; 및

상기 도가니 측면의 상부에 설치되는 제1 측면 발열부와, 상기 도가니 측면의 중간부에 설치되는 제2 측면 발열부와, 상기 도가니 측면의 하부에 설치되는 제3 측면 발열부를 포함하는 측면 발열부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조장치.
제 1 항에 있어서, 상기 도가니 탑재부가:

상기 도가니를 지지하는 제1 도가니 탑재부;

상기 수냉로드군에 포함되는 수냉로드가 삽입되는 삽입홈이 형성되는 제2 도가니 탑재부; 및

상기 제2 도가니 탑재부와 제1 도가니 탑재부 사이에 설치되는 냉각판;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조장치.
제 1 항에 있어서, 상기 수냉로드군에 포함되는 수냉로드가:

상기 물 공급관으로부터 냉각수가 유입되는 제1, 제2 냉각수 유입구;

상기 제1, 제2 냉각수 유입구로부터 유입되는 냉각수가 흐르는 제1, 제2 냉각수 경로부; 및

상기 제1, 제2 냉각수 경로부를 통과한 냉각수를 외부로 배출하는 냉각수 배출구;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조장치.
제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 잉곳 제조장치가 :

상기 발열부에서 발열되는 열을 단열시키는 상부 단열판;

상기 도가니 탑재부와 수냉로드군 사이에 설치되는 하부 단열판;

상기 하부 단열판과 상부 단열판 사이에 형성되는 측면 단열재; 및

상기 하부 단열판과 함께 상기 수냉로드군을 밀폐 및 단열시키는 수냉로드 단열부;

을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조장치.
제 5 항에 있어서, 상기 실리콘 잉곳 제조장치가 :

상기 하부 단열판을 상기 도가니 탑재부와 나란한 방향으로 이동시키는 하부 단열판 이동부; 및

상기 수냉로드군을 상하로 이동키시는 수냉로드 이동부;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조장치.
제 5 항에 있어서, 상기 실리콘 잉곳 제조장치가 :

상기 상부 단열판을 상기 도가니 탑재부와 나란한 방향으로 이동시키는 상부 단열판 이동부;

상기 도가니 내부에 있는 용융물의 용융상태를 외부에서 확인할 수 있도록 해주는 투시창; 및

상기 투시창을 통해 상기 도가니 내부에 있는 용융물의 표면 온도를 측정하는 온도측정장치;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조장치.
제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 잉곳 제조장치가:

상기 도가니 탑재부를 상하로 이동시키는 도가니 탑재부 이동부; 및

상기 도가니 탑재부를 상기 챔버의 바닥면으로부터 소정 높이로 지지하며 상 기 도가니 탑재부 이동부의 동작에 따라 상기 챔버의 바닥면을 개폐하는 도가니 탑재부 지지체;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조장치.
제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 잉곳 제조장치가 :

상기 수냉로드군에 물 공급관을 통해 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부;

상기 냉각수 공급부와 상기 수냉로드군 사이에 연결된 물 공급관을 개폐시키는 밸브;

상기 발열부의 발열온도를 감지하는 제1 열감지부;

상기 도가니 탑재부의 발열온도를 감지하는 제2 열감지부; 및

상기 제1, 제2 열감지부에서 감지된 발열온도에 따라 상기 밸브의 개폐동작을 제어하는 밸브 제어기;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조장치.
제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 잉곳 제조장치가 :

상기 챔버 내부를 진공상태로 유지시키는 진공펌프;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조장치.
제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 잉곳 제조장치가 :

상기 도가니 내부로 실리콘과 상기 실리콘에 함유된 불순물을 제거하는 정제 가스가 투입되는 실리콘 및 가스 투입부; 및

상기 도가니에 투입된 정제 가스와 실리콘이 반응하여 발생하는 가스를 외부로 배출하는 가스 배출구;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조장치.