KR101446720B1 - Apparatus for manufacturing ingot having single crystal - Google Patents
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Abstract
실시예의 단결정 잉곳 제조 장치는, 용융액을 수용 가능한 도가니와, 도가니를 가열하는 히터와, 히터와 용융액으로부터의 복사열을 차단하는 열 차폐 부재와, 서로 연통하는 제1 및 제2 챔버부를 갖는 챔버 및 냉각수의 유동 공간을 갖는 수냉관을 포함하고, 제2 챔버부는 제1 챔버부보다 넓은 폭을 가지며, 수냉관은 제1 챔버부의 내부에 배치된 제1 세그먼트 및 제1 세그먼트로부터 연장되어 제2 챔버부의 내부에 배치되며 제1 세그먼트보다 넓은 폭을 갖는 제2 세그먼트를 포함한다.The single crystal ingot manufacturing apparatus of the embodiment comprises a crucible capable of accommodating a melt, a heater for heating the crucible, a heat shielding member for shielding radiant heat from the heater and the melt, a chamber having first and second chamber portions communicating with each other, Wherein the second chamber portion has a wider width than the first chamber portion and the water cooling tube extends from the first segment disposed within the first chamber portion and from the first segment extending from the first chamber portion to the second chamber portion, And a second segment disposed within the first segment and having a wider width than the first segment.
Description
실시예는 단결정 잉곳 제조 장치에 관한 것이다.The embodiment relates to a single crystal ingot manufacturing apparatus.
일반적으로 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법으로서, 플로우팅존(FZ:Floating Zone)법 또는 초크랄스키(CZ:CZochralski)법이 많이 이용되고 있다. FZ 법을 적용하여 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 경우, 대구경의 실리콘 웨이퍼를 제조하기 어려울 뿐만 아니라 공정 비용이 매우 비싼 문제가 있기 때문에, CZ 법에 의거하여 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 것이 일반화되어 있다.In general, as a method of manufacturing a silicon wafer, a Floating Zone (FZ) method or a CZ (CZochralski) method is widely used. In the case of growing a single crystal silicon ingot by applying the FZ method, it is difficult to manufacture a large diameter silicon wafer, and there is a problem in that the process cost is very high. Therefore, it is general to grow a single crystal silicon ingot according to the CZ method.
CZ 법에 의하면, 석영 도가니에 다결정 실리콘을 장입하고, 흑연 발열체를 가열하여 이를 용융시킨 후, 용융 결과 형성된 실리콘 용융액에 씨드(seed) 결정을 침지시키고, 용융액 계면에서 결정화가 일어나도록 하여 씨드 결정을 회전하면서 인상시킴으로서 단결정 실리콘 잉곳이 육성된다. 이후, 육성된 단결정 실리콘 잉곳을 슬라이싱(slicing), 에칭(etching) 및 연마(polishing)하여 웨이퍼 형태로 만든다.According to the CZ method, polycrystalline silicon is charged into a quartz crucible, the graphite heating body is heated to melt it, and then seed crystals are immersed in the silicon melt formed as a result of melting and crystallization occurs at the interface of the melt, So that the single crystal silicon ingot is grown. Thereafter, the grown single crystal silicon ingot is sliced, etched and polished into a wafer shape.
단결정 실리콘 잉곳의 성장시 잉곳의 인상 속도를 향상시키기 위해, 기존의 단결정 잉곳 제조 장치는 단결정 잉곳을 냉각시키는 단결정 잉곳 냉각용 수냉관을 가질 수 있다. 그러나, 이러한 기존의 수냉관은 단결정 잉곳을 냉각시키는 데 한계를 가질 뿐만 아니라 실리콘 용융액을 만드는 과정에서 도가니의 열을 흡수하여 열 손실을 발생시킬 수 있는 문제점을 갖는다.A conventional single crystal ingot manufacturing apparatus may have a single crystal ingot cooling water cooling tube for cooling a single crystal ingot in order to improve the pulling speed of the ingot when the single crystal silicon ingot grows. However, such a conventional water-cooled tube not only limits the cooling of the single crystal ingot, but also has the problem of absorbing the heat of the crucible in the course of making the silicon melt, thereby generating heat loss.
실시예는 단결정 잉곳의 쿨링(cooling)을 가속화시킬 수 있고 용융액의 생성 시간을 단축시킬 수도 있는 단결정 잉곳 제조 장치를 제공한다.The embodiment provides a monocrystalline ingot manufacturing apparatus capable of accelerating the cooling of a single crystal ingot and shortening the generation time of a melt.
실시예의 단결정 잉곳 제조 장치는, 용융액을 수용 가능한 도가니; 상기 도가니를 가열하는 히터; 상기 히터와 상기 용융액으로부터의 복사열을 차단하는 열 차폐 부재; 서로 연통하는 제1 및 제2 챔버부를 갖는 챔버; 및 냉각수의 유동 공간을 갖는 수냉관을 포함하고, 상기 제2 챔버부는 상기 제1 챔버부보다 넓은 폭을 가지며, 상기 도가니와 상기 히터와 상기 열 차폐 부재를 수용하고, 상기 수냉관은 상기 제1 챔버부의 내부에 배치된 제1 세그먼트; 및 상기 제1 세그먼트로부터 연장되어 상기 제2 챔버부의 내부에 배치되며, 상기 제1 세그먼트보다 넓은 폭을 갖는 제2 세그먼트를 포함한다.The single crystal ingot manufacturing apparatus of the embodiment comprises: a crucible accommodating a melt; A heater for heating the crucible; A heat shielding member for shielding radiant heat from the heater and the melt; A chamber having first and second chamber portions communicating with each other; And a water-cooled tube having a flow space of the cooling water, wherein the second chamber portion has a width larger than that of the first chamber portion, receives the crucible, the heater and the heat shielding member, A first segment disposed within the interior of the chamber portion; And a second segment extending from the first segment and disposed within the second chamber portion, the second segment having a wider width than the first segment.
상기 제2 챔버부는 상기 제1 챔버부와 연통하는 돔 챔버부; 및 상기 돔 챔버부와 연통하는 메인 챔버부를 포함한다.The second chamber portion includes a dome chamber portion communicating with the first chamber portion; And a main chamber portion communicating with the dome chamber portion.
상기 제2 세그먼트는 상기 돔 챔버부의 내부에 배치되거나 상기 돔 챔버부로부터 상기 메인 챔버부의 내부까지 배치된다.The second segment is disposed inside the dome chamber part or from the dome chamber part to the inside of the main chamber part.
상기 수냉관은 상기 제1 챔버부에 착탈 가능하다. 상기 수냉관과 상기 제1 챔버부는 나사 결합 가능하다. 상기 제2 세그먼트는 외측으로 볼록하다.The water-cooled tube is detachable from the first chamber portion. The water-cooled tube and the first chamber portion are screwable. The second segment is outwardly convex.
상기 단결정 잉곳 제조 장치는 상기 챔버에서 성장되는 단결정 잉곳과 상기 용융액 사이의 계면에 광을 조사하여 상기 단결정 잉곳의 직경을 센싱하는 센서를 더 포함한다.The single crystal ingot manufacturing apparatus further includes a sensor for sensing the diameter of the single crystal ingot by irradiating light to an interface between the single crystal ingot grown in the chamber and the melt.
상기 제2 세그먼트에서, 상기 센서로부터 조사된 상기 광이 지나가는 경로 상에 위치한 부분은 투명한 재질로 이루어지거나 관통 홀을 갖는다.In the second segment, a portion located on a path through which the light irradiated from the sensor passes is made of a transparent material or has a through hole.
상기 단결정 잉곳 제조 장치는 상기 수냉관의 잉곳 출입구를 개방시키거나 차폐시키는 개폐부재; 및 상기 개폐 부재를 제어하는 개폐 제어부를 포함한다.Wherein the single crystal ingot manufacturing apparatus comprises: an opening / closing member for opening or closing an ingot entrance of the water-cooled tube; And an opening / closing control unit for controlling the opening and closing member.
상기 개폐 제어부는 유체에 의해 상기 개폐 부재를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 유체는 불활성 기체이다. 또는 상기 개폐 제어부는 개폐 와이어에 의해 상기 개폐 부재를 제어한다.The opening / closing control unit may control the opening / closing member by a fluid. For example, the fluid is an inert gas. Alternatively, the opening / closing control unit controls the opening / closing member by an opening / closing wire.
상기 용융액을 생성하거나 상기 단결정 잉곳을 쿨링할 때, 상기 개폐 제어부는 상기 개폐 부재를 제어하여 상기 잉곳 출입구를 차폐시키는 열 차폐막을 상기 열 차폐 부재와 함께 형성한다.When the melt is generated or the monocrystalline ingot is cooled, the open / close control unit controls the open / close member to form a heat shielding film together with the heat shielding member to shield the ingot entrance.
상기 개폐 부재는 원통형 몸체; 및 상기 원통형 몸체의 일단 내면에 서로 힌지 결합되어, 위로 부채꼴 모양으로 펼쳐진 개방 위치에서 상기 잉곳 출입구를 개방하고 아래로 접힌 차폐 위치에서 상기 잉곳 출입구를 차폐시키는 복수의 날개를 포함한다.Wherein the opening and closing member comprises: a cylindrical body; And a plurality of blades hinged to each other at an inner surface of the one end of the cylindrical body to open the ingot entrance at an open position in a fan shape and shield the ingot entrance at a folded down position.
상기 원통형 몸체는 상기 제2 세그먼트의 하부와 일체로 형성될 수 있다.The cylindrical body may be integrally formed with the lower portion of the second segment.
상기 제2 세그먼트 하부는 내측으로 경사질 수 있다.The lower portion of the second segment may be inclined inward.
상기 복수의 날개는 상기 개방 위치에서 상기 제2 세그먼트의 경사진 내면에 받쳐진다.The plurality of vanes are supported on the inclined inner surface of the second segment at the open position.
상기 단결정 잉곳 제조 장치는 상기 제2 세그먼트의 경사진 내면의 반대측의 외면에 배치되어, 상기 개방 위치에 있는 상기 복수의 날개를 자성에 의해 끌어 당기는 자성체; 및 상기 자성체의 자성을 변화시키는 자성체 제어부를 더 포함한다.The single crystal ingot manufacturing apparatus includes a magnetic body disposed on an outer surface of an opposite side of an inclined inner surface of the second segment and attracting the plurality of vanes at the open position by magnetism; And a magnetic body control unit for changing the magnetism of the magnetic body.
상기 개폐 제어부는 상기 개방 위치에 있는 상기 복수의 날개의 제1 면을 향해 유체를 분사하여 상기 복수의 날개를 상기 차폐 위치로 이동시키는 제1 분사 노즐; 상기 차폐 위치에 있는 상기 복수의 날개의 상기 제1 면의 반대측의 제2 면을 향해 유체를 분사하여 상기 복수의 날개를 상기 개방 위치로 이동시키는 제2 분사 노즐; 및 상기 제1 및 제2 분사 노즐로부터의 상기 유체의 분사 여부 및 상기 유체의 유속 중 적어도 하나를 제어하는 노즐 제어부를 포함한다.Wherein the opening / closing control unit includes: a first injection nozzle for spraying a fluid toward the first surface of the plurality of blades in the open position to move the plurality of blades to the shielded position; A second injection nozzle for spraying a fluid toward a second surface opposite to the first surface of the plurality of blades in the shielded position to move the plurality of blades to the open position; And a nozzle control unit for controlling at least one of whether or not the fluid is jetted from the first and second jet nozzles and the flow rate of the fluid.
상기 노즐 제어부는 상기 복수의 날개를 상기 개방 위치로부터 상기 차폐 위치로 이동시킬 때, 상기 제2 분사 노즐이 유체를 분사하도록 제어한다.The nozzle control unit controls the second injection nozzle to inject the fluid when the plurality of blades are moved from the open position to the shielded position.
상기 노즐 제어부는 상기 복수의 날개를 상기 차폐 위치로부터 상기 개방 위치로 이동시킬 때, 상기 제1 분사 노즐이 유체를 분사하도록 제어한다.The nozzle control unit controls the first injection nozzle to inject the fluid when the plurality of blades are moved from the shielded position to the open position.
상기 제1 및 제2 분사 노즐 각각은 상기 챔버의 외부로부터 유입된 상기 유체가 이동하는 유체 공급 배관; 및 상기 유체 공급 배관으로부터의 상기 유체가 분사되는 적어도 하나의 분사구를 포함한다.Wherein each of the first and second injection nozzles includes a fluid supply pipe through which the fluid introduced from the outside of the chamber moves; And at least one injection port through which the fluid from the fluid supply pipe is injected.
상기 제1 및 제2 분사 노즐 각각은 상기 수냉관의 내부에 배치될 수 있다.Each of the first and second injection nozzles may be disposed inside the water-cooled tube.
상기 적어도 하나의 분사구는 상기 복수의 날개와 각각 마주하는 복수의 분사구를 포함할 수 있다.The at least one jetting opening may include a plurality of jetting openings respectively facing the plurality of vanes.
실시예에 따른 단결정 잉곳 제조 장치는 단결정 잉곳을 기존보다 빨리 쿨링시킬 수 있어 단결정 잉곳의 인상 속도를 빠르게 하고 단결정 잉곳의 제조 시간을 단축시키고 제조 비용을 절감시키며, 수냉관을 투명한 재질로 만들거나 관통 홀을 배치하여 센서로부터 조사되는 광의 경로를 차단하지 않으므로 수냉관의 제2 세그먼트의 길이를 최대한 길게하여 단결정 잉곳의 쿨링 속도를 더욱 빠르게 할 수 있고, 수냉관의 제1 세그먼트와 제1 챔버부를 나사 결합시켜 서로 용이하게 체결될 수 있도록 할 뿐만 아니라 챔버로부터 수냉관의 교체를 용이하도록 하고, 용융액을 생성할 때 열 차폐 부재와 함께 개패 부재에 의해 열 차폐막을 형성하여 열 손실을 차단할 수 있을 뿐만 아니라 열을 반사시켜 도가니로 되돌릴 수 있어 용융액을 생성하는 데 소요되는 시간을 단축시키고 히터의 파워를 감소시킬 수 있으며, 개방 위치에 있는 복수의 날개가 순간적으로 닫힐 수 있는 위험을 자성체에 의해 안전하게 방지할 수 있고, 제1 및 제2 분사 노즐을 수냉관의 내부에 배치함으로써 챔버 내부에서 단결정 잉곳을 성장시킬 때 제1 및 제2 분사 노즐이 영향을 미치지 않도록 하고, 제1 및 제2 분사 노즐로부터 분사되는 유체의 유속을 제어하여 복수의 날개가 큰 충격없이 차폐 위치에 안착되거나 복수의 날개가 수냉관에 충격을 주지 않고 개방 위치에 안착될 수 있도록 한다.The single crystal ingot manufacturing apparatus according to the embodiment can cool the single crystal ingot faster than the conventional one to increase the pulling speed of the single crystal ingot, shorten the manufacturing time of the single crystal ingot and reduce the manufacturing cost, The length of the second segment of the water-cooled tube can be maximized to increase the cooling rate of the single crystal ingot, and the first segment and the first chamber portion of the water- Not only can it be fastened to each other easily, but also it is possible to easily replace the water-cooled tube from the chamber, and a heat shielding film can be formed by the separating member together with the heat shielding member when the melt is generated, The heat can be reflected back to the crucible, It is possible to shorten the interval and reduce the power of the heater and to safely prevent the risk that the plurality of blades in the open position may instantaneously be closed by the magnetic body and to prevent the first and second injection nozzles So that the first and second injection nozzles are not affected when the monocrystalline ingot is grown in the chamber and the flow rate of the fluid injected from the first and second injection nozzles is controlled so that the plurality of blades are moved to the shielded position Or a plurality of blades can be seated in the open position without impacting the water-cooled tube.
도 1은 실시예에 의한 단결정 잉곳 제조 장치의 블럭도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 예시된 수냉관의 실시예에 의한 사시도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 예시된 단결정 잉곳 제조 장치가 용융액을 생성할 때의 단면도를 나타낸다.
도 4는 실시예에 의한 단결정 잉곳 제조 장치의 실험 횟수에 따른 용융액 생성 시간을 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1에 예시된 단결정 잉곳 제조 장치가 육성된 단결정 잉곳을 쿨링할 때의 단면도를 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 도 1에 예시된 개폐 부재의 사시도 및 평면도를 각각 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 도 1 및 도 3의 "A" 및 "B" 부분을 각각 확대 도시한 도면이다.1 is a block diagram of a single crystal ingot manufacturing apparatus according to an embodiment.
Fig. 2 is a perspective view of an embodiment of the water-cooled tube illustrated in Fig.
Fig. 3 shows a cross-sectional view of the single crystal ingot producing apparatus illustrated in Fig. 1 when producing a melt.
FIG. 4 is a graph showing a melt generation time according to the number of experiments in the single crystal ingot manufacturing apparatus according to the embodiment.
Fig. 5 shows a cross-sectional view of a single crystal ingot manufacturing apparatus shown in Fig. 1 when cooling a single crystal ingot grown.
6A and 6B are a perspective view and a plan view of the opening and closing member shown in Fig. 1, respectively.
FIGS. 7A and 7B are enlarged views of the "A" and "B" portions of FIGS. 1 and 3, respectively.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to facilitate understanding of the present invention. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.
도 1은 실시예에 의한 단결정 잉곳 제조 장치(100)의 블럭도를 나타낸다.Fig. 1 is a block diagram of a single crystal
도 1을 참조하면, 단결정 잉곳 제조 장치(100)는 챔버(chamber)(110), 도가니(120), 지지 회전축(130), 단열부(140), 히터(heater)(150), 열 차폐 부재(160), 수냉관(170), 개폐 부재(180), 인상부(190), 와이어(192) 및 종결정(194)을 포함한다.1, a single crystal
단결정 실리콘 잉곳(I)을 육성하는 실시예에 의한 단결정 잉곳 제조 장치(100)의 구성 및 동작을 살펴보면 다음과 같다.The construction and operation of the single crystal
챔버(110)는 서로 연통하는 제1 및 제2 챔버부(112, 114)를 갖는다. 제1 챔버부(112)는 일반적으로 풀(pull) 챔버라 칭한다. 제2 챔버부(114)는 도가니(120), 지지 회전축(130), 단열부(140), 히터(150), 열 차폐 부재(160), 수냉관(170), 와이어(192) 및 종결정(194)을 수용하는 역할을 한다. 제1 챔버부(112)의 폭(W1)은 제2 챔버부(114)의 폭(W2)보다 좁다.The
또한, 제2 챔버부(114)는 돔(dome) 챔버부(114-1) 및 메인(main) 챔버부(또는 바디(body) 챔버부)(114-2)를 포함한다. 돔 챔버부(114-1)는 제1 챔버부(112)와 연통하며, 메인 챔버부(114-2)는 돔 챔버부(114-1)의 하단으로부터 연장되어 돔 챔버부(114-1)와 연통한다. 경우에 따라, 제1 챔버부(112)와 제2 챔버부(114)는 서로 분리될 수 있고, 돔 챔버부(114-1)와 메인 챔버부(114-2)도 서로 분리될 수 있다.The
도가니(120)는 단결정 잉곳을 육성시키기 위한 용융액(M)을 수용하는 역할을 한다. 용융액(M)을 수용할 수 있는 도가니(120)는 안쪽(122)은 석영으로 되어 있고, 바깥쪽(124)은 흑연 또는 탄소로 된 이중 구조를 가질 수 있다.The
단열부(140)는 히터(150)로부터의 열이 챔버(110)의 외부로 진행하는 것을 차단하는 역할을 한다. 이를 위해, 단열부(140)는 단열성이 높은 재질 예를 들어 펠트(felt) 소재로 구현될 수 있으며, 성형 단열재, 카본 또는 카본의 표면을 탄화 규소로 커버한 것이 사용될 수 있다.The
히터(150)는 도가니(120)를 가열하는 역할을 한다.The
전술한 구성에 의해, 도가니(120)에 담긴 실리콘의 고순도 다결정 원료를 융점 온도 이상으로 히터(150)에 의해 가열하여, 고순도 다결정 원료를 실리콘 용융액(M)으로 변화시킬 수 있다.With the above-described configuration, the high-purity polycrystalline raw material of silicon contained in the
이후, 인상부(190)는 와이어(192)를 풀어 실리콘 용융액(M)의 표면의 대략 중심부에 종결정(194) 선단을 접촉 또는 침지시킨다. 이때, 시드 척(seed chuck)(미도시)을 이용하여 실리콘 종결정(194)을 유지시킬 수 있다.Thereafter, the
이후, 지지축 구동부(미도시)는 도가니(120)의 지지 회전축(130)을 화살표와 같은 방향으로 회전시킴과 동시에 인상부(190)는 와이어(192)에 의해 단결정 잉곳(I)을 화살표 방향으로 회전시키면서 인상하여 육성한다. 이때, 단결정 잉곳(I)을 인상하는 속도(V)와 온도 구배(G, △G)를 조절하여 원주 형상의 단결정 잉곳(I)을 완성할 수 있다.The supporting shaft driving unit rotates the supporting
열차폐 부재(160)는 히터(150)와 용융액(M)으로부터의 복사열이 단결정 잉곳(I)으로 전달되는 것을 차단하는 역할을 한다. 즉, 열 차폐 부재(160)는 열이 단결정 잉곳(I)으로 전달되는 경로를 차단하여, 복사열에 의해 단결정 잉곳(I)이 가열되는 것을 차단할 수 있다. 이를 위해, 열 차폐 부재(160)는 단열성이 높은 재질 예를 들어 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈 등의 금속이나 카본, 카본의 표면을 탄화규소로 커버한 것이나 성형 단열재로 이루어질 수 있다.The
열 차폐 부재(160)는 단결정 잉곳(I)의 냉각 열 이력에 큰 영향을 미친다. 게다가, 열 차폐 부재(160)는 용융액(M)의 온도 변동을 억제하는 역할도 수행한다. 이러한 역할을 수행하기 위해, 열 차폐 부재(160)는 단결정 잉곳(I)과 도가니(120) 사이에서 단결정 잉곳(I)을 에워싸도록 배치될 수 있다.The
한편, 수냉관(170)은 단결정 잉곳(I)을 냉각수에 의해 식히는 역할을 한다. 수냉관(170)은 외측관(170-1), 유동 공간(170-2) 및 내측관(170-3)을 포함할 수 있다.On the other hand, the water-cooling
수냉관(170)의 외측관(170-1)은 원통 형상을 가질 수 있다. 내측관(170-3)은 외측관(170-1)의 직경보다 작은 직경을 가지며, 단결정 잉곳(I)의 외곽을 감싸도록 상하면이 개방된 원통 형상으로 형성될 수 있다. 외측관(170-1)과 내측관(170-3) 사이에 냉각수가 유동하는 유동 공간(170-2)이 형성된다. 냉각수는 수냉관(170)의 유입구(170A)를 통해 유입된 후 유동 공간(170-2)을 통해 수냉관(170)을 순환한 후, 배출구(170B)를 통해 배출된다. 수냉관(170)의 유입구(170A)와 배출구(170B)는 냉각수 순환 장치(미도시)에 연결되어 계속적으로 냉각수가 반복적으로 유입 및 배출되어, 냉각수가 순환되는 사이클이 반복될 수 있다. 외측관(170-1)과 내측관(170-3)은 스테일레스 스틸 등과 같은 불투명한 금속 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 국한되지 않는다.The outer tube 170-1 of the water-cooled
또한, 실시예에 의하면, 수냉관(170)은 제1 및 제2 세그먼트(172, 174)로 구분될 수 있다. 제1 세그먼트(172)는 제1 챔버부(112)의 내부에 배치되는 반면, 제2 세그먼트(174)는 제1 세그먼트(172)로부터 연장되어 제2 챔버부(114)의 내부에 배치된다. 제2 세그먼트(174)는 제1 세그먼트(172)의 폭(W3)보다 넓은 폭(W4)을 가질 수 있다. 만일, 제1 및 제2 세그먼트(172, 174)가 원통형일 경우, 제2 세그먼트(174)는 제1 세그먼트(172)의 직경보다 넓은 직경을 가질 수 있다. In addition, according to the embodiment, the water-cooled
또한, 도 1에 예시된 바와 같이, 수냉관(170)의 제2 세그먼트(174)는 외측으로 볼록한 형태를 가질 수 있지만, 실시예는 이에 국한되지 않으며 제2 세그먼트(174)의 폭이 제1 세그먼트(172)의 폭보다 크기만 하다면, 제2 세그먼트(174)는 다양한 형상을 가질 수 있다.1, the
기존의 단결정 잉곳 제조 장치의 경우 수냉관(170)은 제1 세그먼트(172)만을 갖고 제2 세그먼트(174)를 갖지 않는다. 반면에, 실시예에 의한 단결정 잉곳 제조 장치의 수냉관(170)은 제1 세그먼트(172)뿐만 아니라 제1 세그먼트(172)의 폭(W3)보다 큰 폭(W4)을 갖는 제2 세그먼트(174)를 더 포함한다. 따라서, 실시예에 의한 수냉관(170)이 단결정 잉곳(I)과 대향하는 면적은 기존의 단결정 잉곳 제조 장치의 수냉관이 단결정 잉곳(I)과 대향하는 면적보다 넓다. 예를 들어, 기존의 단결정 잉곳 제조 장치의 수냉관의 내부 면적보다 실시예에 의한 수냉관(170)의 내부 면적이 20% 정도 더 클 수 있다.In the case of the conventional single crystal ingot manufacturing apparatus, the water-cooling
결국, 이러한 넓은 내부 면적으로 인해, 실시예에 의한 수냉관(170)은 단결정 잉곳(I)의 표면으로부터 방사되는 열을 기존의 수냉관보다 더 빨리 흡수함으로써, 단결정 잉곳(I)을 보다 빨리 쿨링시킬 수 있다. 다음 수학식 1은 열 유속(heat flux)(Q)을 표현하는 수학식이다.As a result, due to such a large internal area, the water-cooled
여기서, A는 수냉관(170)의 표면적을 나타내고, ε는 방사율(emissivity)을 나타내고, σ는 스테판-볼츠만(Stefan-Boltzmann) 상수(constant)를 나타내고, TI는 단결정 잉곳(I)의 온도를 나타내고, T170은 수냉관(170)의 온도를 나타낸다.Where A represents the surface area of the water cooled
수학식 1을 참조하면, 수냉관(170)의 길이와 폭을 변화에 따른 열 유속(Q)의 변화를 확인할 수 있다. 이로부터, 수냉관(170)의 길이를 증가시키는 것보다 수냉관(170)의 폭을 증가시키는 것이 열 유속이 큼을 알 수 있다. 따라서, 실시예에 의하면, 수냉관(170)은 제1 세그먼트(172)의 폭(W3)보다 큰 폭(W4)을 갖는 제2 세그먼트(174)를 더 포함하므로, 단결정 잉곳(I)을 기존보다 빨리 냉각시킬 수 있음을 알 수 있다.Referring to Equation (1), it is possible to confirm a change in the heat flow rate Q as the length and width of the water-cooled
한편, 도 1의 경우, 제2 세그먼트(174)는 돔 챔버부(114-1)로부터 메인 챔버부(114-2)의 내부까지 배치되어 있지만, 실시예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 제2 세그먼트(174)는 도 1에 예시된 바와 달리, 돔 챔버부(114-1)의 내부에만 배치될 수도 있다.1, the
또한, 수냉관(170)의 제1 세그먼트(172)는 제1 챔버부(112)와 서로 착탈 가능한 구조를 가질 수 있다. 따라서, 제1 챔버부(112)를 제2 챔버부(114)로부터 분리시킨 후에, 수냉관(170)의 제1 세그먼트(172)를 오픈된 제1 챔버부(112)의 하부로부터 삽입하여 제1 챔버부(112)에 결합시킬 수 있다.In addition, the
도 2는 도 1에 예시된 수냉관(170)의 실시예에 의한 사시도를 나타낸다.2 shows a perspective view of an embodiment of the water-cooled
도 2에 예시된 바와 같이, 수냉관(170)의 제1 세그먼트(172)와 제1 챔버부(112)의 내측면은 서로 나사 결합 가능하다. 이를 위해, 수냉관(170)의 제1 세그먼트(172)는 수나사(173)의 모양을 갖고, 제1 챔버부(112)의 내측면은 암나사의 모양을 가질 수 있다. 이 경우, 제1 챔버부(112)와 제2 챔버부(114)를 서로 분리시킨 후, 오픈된 제1 챔버부(112)의 하단으로 수냉관(170)의 제1 세그먼트(172)를 삽입하여, 제1 세그먼트(172)와 제1 챔버부(112)를 수나사와 암나사가 결합되는 형태로 체결할 수 있다. 따라서, 제1 세그먼트(172)와 제1 챔버부(112)는 나사 결합에 의해 서로 용이하게 체결될 수 있을 뿐만 아니라, 챔버(110)로부터 수냉관(170)의 교체를 용이하도록 한다.2, the
한편, 실시예에 의한 단결정 잉곳 제조 장치(100)는 센서(142)를 더 포함할 수 있다. 센서(142)는 챔버(110)에서 성장되는 단결정 잉곳(I)과 용융액(M) 사이의 계면에 광을 조사하여 단결정 잉곳(I)의 직경을 센싱한다. 센서(142)에서 센싱된 직경에 따라 인상부(190)는 단결정 잉곳(I)의 인상 속도를 제어한다. 예를 들어, 센서(142)에서 센싱된 단결정 잉곳(I)의 직경이 목표 직경보다 크면, 인상부(190)는 단결정 잉곳(I)의 실측 직경이 목표 직경보다 큰 만큼 단결정 잉곳(I)의 인상 속도를 높인다. 그러나, 센서(142)에 센싱된 단결정 잉곳(I)의 직경이 목표 직경보다 적으면, 인상부(142)는 실측 직경이 목표 직경보다 적은 만큼 단결정 잉곳(I)의 인상 속도를 늦춘다.Meanwhile, the single crystal
만일, 수냉관(170)의 제2 세그먼트(174)의 길이가 길 경우, 센서(142)로부터 경계면으로 조사되는 광의 진행 경로(143)가 제2 세그먼트(174)에 의해 차단될 수 있다.If the length of the
이를 방지하기 위해, 실시예에 의하면, 수냉관(170)의 제2 세그먼트(174)에서, 센서(142)로부터 조사된 광이 지나가는 경로(143) 상에 위치한 부분은 광이 투과될 수 있도록 투명한 재질로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 수냉관(170)의 외측관(170-1)과 내측관(170-3)은 모두 투명한 재질로 이루어질 수 있다.To prevent this, according to the embodiment, in the
또는, 다른 실시예에 의하면, 도 2에 예시된 바와 같이, 수냉관(170)의 제2 세그먼트(174)에서, 센서(142)로부터 조사된 광이 지나가는 경로(143) 상에 위치한 부분은 광이 투과될 수 있도록 관통 홀(175)을 가질 수도 있다. 따라서, 제2 세그먼트(174)의 길이가 센서(142)로부터 조사된 광이 지나가는 경로(143)를 차단할 정도로 길다고 하더라도, 센서(142)로부터 조사된 광은 관통 홀(175)을 통과하여 단결정 잉곳(I)과 용융액(M)의 계면에 도달할 수 있다.2, in the
이와 같이, 수냉관(170)을 투명한 재질로 만들거나 관통 홀(175)을 배치하여 센서(142)로부터 조사되는 광의 경로(143)가 차단되지 않으므로 수냉관(170)의 제2 세그먼트(174)의 길이는 최대한 길어질 수 있어, 단결정 잉곳(I)의 쿨링 속도를 개선시키는 데 기여할 수 있다.Since the
한편, 실시예에 의한 단결정 잉곳 제조 장치(100)는 개폐 부재(180) 및 개폐 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 개폐 부재(180)는 수냉관(170)의 잉곳 출입구(176)를 개방시키거나 차폐시키는 역할을 한다. 개폐 제어부는 개폐 부재(180)를 제어하여 개폐 부재(180)가 잉곳 출입구(176)를 개방시키거나 차폐시키도록 한다.Meanwhile, the single crystal
예를 들어, 개폐 제어부는 유체에 의해 개폐 부재(180)를 제어하여, 개폐 부재(180)가 수냉관(170)의 잉곳 출입구(176)를 개방시키거나 차폐시키도록 할 수 있다. 예를 들어, 개폐 제어부에서 사용되는 유체는 아르곤이나 질소 같은 불활성 기체일 수 있다. 또는, 개폐 제어부는 인상용 와이어(192)와 다른 별개의 개폐 와이어(미도시)에 의해 개폐 부재(180)를 제어하여, 개폐 부재(180)가 잉곳 출입구(176)를 개방시키거나 차폐시키도록 할 수도 있다.For example, the opening / closing control unit may control the opening / closing
도 3은 도 1에 예시된 단결정 잉곳 제조 장치(100)가 용융액(M)을 생성할 때의 단면도를 나타낸다. 도 1의 개폐 부재(180)가 개방 위치에 있는 반면, 도 3의 개폐 부재(180)는 차폐 위치에 있다. 이를 제외하면, 도 3의 단결정 잉곳 제조 장치(100)는 도 1의 단결정 잉곳 제조 장치(100)와 동일하므로 이하 중복되는 설명을 생략한다.Fig. 3 shows a cross-sectional view when the single crystal
도 3을 참조하면, 단결정 잉곳 제조 장치(100)에서, 도가니(120) 내에 폴리(poly) 실리콘 다결정 원료를 채운 후, 히터(150)에 의해 도가니(120)를 가열하면, 폴리 실리콘 다결정 원료가 용융되어 용융액(M)이 생성된다. 이와 같이 용융액(M)이 생성될 때, 개폐 제어부는 도 3에 예시된 바와 같이 잉곳 출입구(176)를 차폐시키도록 개폐 부재(180)를 제어함으로써, 개폐 부재(180)와 열 차폐 부재(160)는 함께 열 차폐막(177)을 형성한다.3, in the single crystal
만일, 개폐 부재(180)가 존재하지 않는다면, 히터(150)와 도가니(120)로부터의 방출된 열이 수냉관(170)의 잉곳 출입구(176)를 통해 수냉관(170)의 제1 세그먼트(172)의 내부로 유입되어 열 손실이 발생하여, 용융액(M)을 생성하는 데 소요되는 시간이 증가하고, 히터(150)의 파워가 증가할 수 있다. 그러나, 실시예에 의하면, 용융액(M)을 생성할 때, 열 차폐 부재(160)와 함께 개패 부재(180)는 열 차폐막(177)을 형성하여, 전술한 열 손실을 차단할 수 있을 뿐만 아니라 열을 반사시켜 도가니(120)로 되돌릴 수 있어, 용융액(M)을 생성하는 데 소요되는 시간이 단축되고 히터(150)의 파워가 감소될 수 있다.The heat emitted from the
도 4는 실시예에 의한 단결정 잉곳 제조 장치의 실험 횟수에 따른 용융액(M) 생성 시간을 나타내는 그래프로서, 종축은 용융액(M)을 생성하는 데 소요되는 용융액 생성 시간을 백분율(%)로 나타내고 횡축은 실험 횟수를 나타낸다.FIG. 4 is a graph showing the time for producing the melt (M) according to the number of experiments in the single crystal ingot manufacturing apparatus according to the embodiment, wherein the axis of ordinates represents the melt generation time required to produce the melt (M) Represents the number of experiments.
다음 표 1은 히터(150)에서 가열되는 전력이 90 ㎾로 동일할 경우, 기존과 본 실시예에 의한 단결정 잉곳 제조 장치의 용융액(M) 생성 시간을 각각 비교한 결과이다.Table 1 below shows the results of comparing the melt generation times of the conventional single crystal ingot manufacturing apparatus according to the present embodiment when the electric power heated by the
표 1 및 도 4를 참조하면, 개폐 부재(180)에 의해 열 차폐막(177)이 형성됨으로 인해 기존(200) 대비 실시예(202)의 경우 용융액(M)을 생성하는 시간이 7% 내지 10% 정도 감소할 수 있음을 알 수 있다.Referring to Table 1 and FIG. 4, since the
도 3에 예시된 바와 같이, 단결정 잉곳 제조 장치(100)가 용융액(M)을 생성한 후, 종결정(194)을 용융액(M)의 표면에 접촉시킨 후, 종결정(194)에 연결된 와이어(192)를 인상부(190)에 의해 회전시키면서 끌어올려 도 1에 예시된 바와 같이 단결정 잉곳(I)을 성장시킨다. 이 경우, 개폐 제어부는 수냉관(170)의 잉곳 출입구(176)가 개방되도록 개폐 부재(180)를 제어한다.3, after the single crystal
도 1에 예시된 바와 같이 단결정 잉곳(I)이 인상되는 동안 수냉관(170)의 제2 세그먼트(174)에 의해 단결정 잉곳(I)이 신속히 쿨링될 수 있으므로, 단결정 잉곳(I)의 인상 속도가 빨라지고 단결정 잉곳(I)의 제조 시간이 단축되고, 제조 비용이 절감될 수 있다.Since the single crystal ingot I can be quickly cooled by the
도 5는 도 1에 예시된 단결정 잉곳 제조 장치(100)가 단결정 잉곳(I)을 쿨링(cooling)할 때의 단면도를 나타낸다. 도 1의 단결정 잉곳 제조 장치(100)가 단결정 잉곳(I)을 성장시키고 있는 반면, 도 5의 단결정 잉곳 제조 장치(100)는 단결정 잉곳(I)을 쿨링시키고 있다. 이를 제외하면, 도 5의 단결정 잉곳 제조 장치(100)는 도 1의 단결정 잉곳 제조 장치(100)와 동일하므로 이하 중복되는 설명을 생략한다.5 is a cross-sectional view of the single crystal
도 5를 참조하면, 성장이 완성된 단결정 잉곳(I)을 인상부(190)에 의해 끌어올린 후, 개폐 제어부는 도 5에 예시된 바와 같이 잉곳 출입구(176)를 차폐시키도록 개폐 부재(180)를 제어한다. 이때, 열 차폐 부재(160)와 함께 개폐 부재(180)는 열 차폐막(177)을 형성한다.5, the opening / closing control unit controls the opening and closing member 180 (or 180) so as to shield the ingot entrance /
만일, 단결정 잉곳(I)을 쿨링하는 동안 개폐 부재(180)가 존재하지 않는다면, 히터(150)와 도가니(120)로부터 방출된 열은 열 차폐 부재(160)만에 의해 차단된다. 따라서, 히터(150)와 도가니(120)로부터 방출되어 단결정 잉곳(I)으로 향하는 열을 열 차폐 부재(160)가 차단하지 못하여, 단결정 잉곳(I)을 쿨링하는 시간이 지연될 수 있다. 그러나, 실시예에 의하면, 단결정 잉곳(I)을 쿨링할 때, 열 차폐 부재(160)와 함께 개패 부재(180)는 열 차폐막(177)을 형성하여, 히터(150)와 도가니(120)로부터 방출되어 단결정 잉곳(I)으로 향하는 열을 차단하기 때문에, 단결정 잉곳(I)의 쿨링 시간이 단축될 수 있다.If the opening and closing
전술한 바와 같이, 수냉관(170)이 제2 세그먼트(174)를 더 포함하여 단결정 잉곳(I)의 쿨링 시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 개폐 부재(180)에 의해 열 차폐막(177)을 형성함으로써 쿨링 시간을 더욱 단축할 수 있다. 이와 같이, 단결정 잉곳(I)의 쿨링 시간이 단축되면, 단결정 잉곳(I)을 기존 보다 빨리 인상시킬 수 있어, 단결정 잉곳(I)의 제조 시간이 단축되고, 제조 비용이 절감될 수 있다.As described above, the water-cooled
도 6a 및 도 6b는 도 1에 예시된 개폐 부재(180)의 사시도 및 평면도를 각각 나타낸다.6A and 6B are respectively a perspective view and a plan view of the opening and closing
개폐 부재(180)는 원통형 몸체(182)와 복수의 날개(184)를 포함할 수 있다.The opening and closing
원통형 몸체(182)는 수냉관(170)의 제2 세그먼트(174)의 하부와 일체로 형성될 수도 있고 별개로 형성될 수도 있으며, 실시예는 이러한 원통형 몸체(182)의 구성에 국한되지 않는다.The
복수의 날개(184)는 원통형 몸체(182)의 일단(182A)의 내면에 서로 힌지(hinge) 결합된다. 원통형 몸체(182)와 힌지 결합함으로써, 복수의 날개(184)는 도 6a에 예시된 바와 같이 위로 부채꼴 모양으로 펼쳐진 개방 위치에서 수냉관(170)의 잉곳 출입구(176)를 개방할 수 있다. 도 6a 및 도 6b의 경우 복수의 날개(184)의 개수는 '9'개인 것으로 도시되어 있지만, 실시예는 복수의 날개(184)의 개수에 국한되지 않는다.The plurality of
여기서, 복수의 날개(184)가 도 6a에 예시된 바와 같이 부채꼴 모양으로 펼쳐져 도 1에 예시된 바와 같이 개방 위치에 있을 때, 각 날개(184)와 수평면이 이루는 각도(θ)는 90°보다 작다. 만일, 수냉관(170)의 제2 세그먼트(174)의 하부가 도 1에 예시된 바와 같이 내측으로 경사져 있다면, 개방 위치에 있는 복수의 날개(184)는 제2 세그먼트(174)의 경사진 내면(174A)에 중력에 의해 받쳐질 수 있다.Here, when the plurality of
또는, 원통형 몸체(182)과 힌지 결합함으로써, 복수의 날개(184)는 도 6b에 예시된 바와 같이 아래로 접혀져 도 3 또는 도 5에 예시된 바와 같이 차폐 위치에서 수냉관(170)의 잉곳 출입구(176)를 차폐시킨다. 또한, 복수의 날개(184)가 차폐 위치에 있을 때, 도 6b에 예시된 바와 같이 복수의 날개(184)는 와이어(192)가 관통할 수 있는 공동(186)을 형성할 수 있다.Alternatively, by hinging the
도 7a 및 도 7b는 도 1 및 도 3의 "A" 및 "B" 부분을 각각 확대 도시한 도면이다.FIGS. 7A and 7B are enlarged views of the "A" and "B" portions of FIGS. 1 and 3, respectively.
실시예에 의한 단결정 잉곳 제조 장치는 자성체(210) 및 자성체 제어부(220)를 더 포함할 수 있다.The single crystal ingot manufacturing apparatus according to the embodiment may further include a
자성체(210)는 도 7a에 예시된 바와 같이 개방 위치에 있는 복수의 날개(184)를 자성에 의해 끌어당기는 역할을 한다. 예를 들어, 자성체(210)는 도 7a 및 도 7b에 예시된 바와 같이 제2 세그먼트(174)의 경사진 내면(174A)의 반대측의 외면(174B)에 배치될 수 있으나, 실시예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 자성체(210)는 도 7a 및 도 7b에 예시된 바와 달리, 제2 세그먼트(174)의 경사진 내면(174A)에 배치될 수도 있다.The
개폐 제어부에 포함되는 자성체 제어부(220)는 도 1 및 도 7a에 예시된 바와 같이 복수의 날개(184)가 개방 위치에 있을 때, 자성체(210)의 자성을 변화시켜 자성체(210)가 복수의 날개(184)를 끌어당기도록 한다. 따라서, 개방 위치에 있는 복수의 날개(184)가 순간적으로 닫힐 수 있는 위험이 안전하게 방지할 수 있다.1 and 7A, when the plurality of
개폐 제어부는 개폐 부재(180)의 복수의 날개(184)를 도 1에 예시된 바와 같이 개방 위치에 위치시키거나 도 3 또는 도 5에 예시된 같이 폐쇄 위치에 위치시키기 위해, 전술한 바와 같이 유체를 이용하거나 개폐 와이어(미도시)를 이용할 수 있다.The opening and closing control section may control the opening and closing
개폐 와이어를 이용할 경우, 도 6a에 예시된 복수의 날개(184)와 개폐 와이어는 연결되고, 개폐 와이어를 인상할 경우 복수의 날개(184)는 개방 위치에 위치하고, 개폐 와이어를 내릴 경우 중력에 의해 복수의 날개(184)는 폐쇄 위치에 위치할 수 있다.When the opening and closing wires are used, the plurality of
또는, 유체를 이용할 경우, 개폐 제어부의 동작을 도 7a 및 도 7b를 참조하여 다음과 같이 상세히 살펴본다.Alternatively, when using a fluid, the operation of the opening / closing control unit will be described in detail with reference to FIGS. 7A and 7B as follows.
개폐 제어부는 제1 분사 노즐(170-5), 제2 분사 노즐(170-7) 및 노즐 제어부(230)를 포함할 수 있다. 도 7a 및 도 7b에 예시된 바와 같이, 제1 및 제2 분사 노즐(170-5, 170-7)은 수냉관(170)의 내부에 배치될 수도 있으나, 실시예는 이에 국한되지 않는다. 제1 및 제2 분사 노즐(170-5, 170-7)이 수냉관(170)의 내부에 배치될 경우, 챔버(110) 내부에서 단결정 잉곳(I)을 성장시킬 때, 제1 및 제2 분사 노즐(170-5, 170-7)이 영향을 미치지 않을 수 있다.The opening and closing control unit may include a first injection nozzle 170-5, a second injection nozzle 170-7, and a
만일, 제1 및 제2 분사 노즐(170-5, 170-7)이 수냉관(170)의 내부에 배치된다면, 도 7a 및 도 7b에 예시된 바와 같이, 수냉관(170)은 제1 및 제2 분리관(170-4, 170-6)을 더 포함할 수 있다.If the first and second injection nozzles 170-5 and 170-7 are disposed inside the water-cooling
제1 분사 노즐(170-5)은 제1 분리관(170-4)에 의해 유동 공간(170-2)과 이격되고, 제2 분사 노즐(170-7)은 제2 분리관(170-6)에 의해 제1 분사 노즐(170-5)과 이격될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 분리관(170-4, 170-6) 각각은 스테일레스 스틸 등과 같은 불투명한 금속 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 국한되지 않는다.The first injection nozzle 170-5 is separated from the fluid space 170-2 by the first separation pipe 170-4 and the second injection nozzle 170-7 is separated from the second separation pipe 170-6 by the second separation pipe 170-6 The first spray nozzle 170-5 may be spaced apart from the first spray nozzle 170-5. At this time, each of the first and second separation pipes 170-4 and 170-6 may be made of opaque metal such as stainless steel or the like, but is not limited thereto.
제1 분사 노즐(170-5)은 도 7a에 예시된 바와 같이 개방 위치에 있는 복수의 날개(184)의 제1 면(184A)을 향해 유체를 분사하여, 복수의 날개(184)를 도 7b에 예시된 바와 같이 차폐 위치로 이동시킴으로써 수냉관(170)의 잉곳 출입구(176)를 차폐시킬 수 있다. 제1 분사 노즐(170-5)로부터 강하게 유체를 분사하여 복수의 날개(184)를 도 7a에 예시된 개방 위치로부터 도 7b에 예시된 차폐 위치로 이동시킬 때, 노즐 제어부(230)는 제2 분사 노즐(170-7)이 유체를 강하게 분사한 후 점차적으로 약하게 분사하도록 제어하여, 복수의 날개(184)가 큰 충격없이 차폐 위치에 안착될 수 있도록 한다.The first injection nozzle 170-5 ejects the fluid toward the
또한, 제2 분사 노즐(170-7)은 도 7b에 예시된 바와 같이 차폐 위치에 있는 복수의 날개(184)의 제1 면(184A)의 반대측의 제2 면(184B)을 향해 유체를 분사하여 복수의 날개(184)를 도 7a에 예시된 개방 위치로 이동시킬 수 있다. 제2 분사 노즐(170-7)로부터 강하게 유체를 분사하여 복수의 날개(184)를 도 7b의 차폐 위치로부터 도 7a의 개방 위치로 이동시킬 때, 노즐 제어부(230)는 제1 분사 노즐(170-5)이 유체를 강하게 분사한 후 점차적으로 약하게 분사하도록 제어하여, 복수의 날개(184)가 수냉관(170)에 충격을 주지 않고 개방 위치에 안착될 수 있도록 한다.The second injection nozzle 170-7 also ejects the fluid toward the
노즐 제어부(230)는 제1 및 제2 분사 노즐(170-5, 170-7)로부터의 유체의 분사 여부 및 유체의 유속 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 이를 위해, 예를 들면, 개폐 제어부는 제1 및 제2 유체 밸브(236, 238)를 더 포함할 수 있다.The
제1 및 제2 유체 밸브(236, 238)는 유체 저장부(232)로부터 배출되는 유체를 각각 유입한다. 유체 저장부(232)는 챔버(110)의 외부에 배치될 수도 있으며, 실시예는 이러한 유체 저장부(232)의 배치 장소나 형태에 국한되지 않는다.The first and second
노즐 제어부(230)는 유체가 제1 분사 노즐(170-5)로 공급되거나 공급되지 않도록 제1 유체 밸브(236)를 제어할 수 있다. 또한, 노즐 제어부(230)는 제1 유체 밸브(236)를 제어하여 유체가 제1 분사 노즐(170-5)로부터 배출되는 속도와 량 중 적어도 하나를 조절할 수 있다. 이와 비슷하게, 노즐 제어부(230)는 유체가 제2 분사 노즐(170-7)로 공급되거나 공급되지 않도록 제2 유체 밸브(238)를 제어할 수 있다. 또한, 노즐 제어부(230)는 제2 유체 밸브(238)를 제어하여 유체가 제2 분사 노즐(170-7)로부터 배출되는 속도와 량 중 적어도 하나를 조절할 수 있다.The
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 제1 분사 노즐(170-5)은 적어도 하나의 제1 분사구(170-5A) 및 제1 유체 공급 배관(170-5B)을 포함할 수 있다. 제1 유체 공급 배관(170-5B)은 제1 유체 밸브(236)로부터 유입된 유체가 이동하는 경로를 제공하고, 제1 분사구(170-5A)는 제1 유체 공급 배관(170-5B)을 통해 공급된 유체가 분사되는 출구를 제공한다. 이와 비슷하게, 제2 분사 노즐(170-7)은 적어도 하나의 제2 분사구(170-7A) 및 제2 유체 공급 배관(170-7B)을 포함할 수 있다. 제2 유체 공급 배관(170-7B)은 제2 유체 밸브(238)로부터 유입된 유체가 이동하는 경로를 제공하고, 제2 분사구(170-7A)는 제2 유체 공급 배관(170-7B)을 통해 공급된 유체가 분사되는 출구를 제공한다.Referring to FIGS. 7A and 7B, the first injection nozzle 170-5 may include at least one first injection port 170-5A and a first fluid supply pipe 170-5B. The first fluid supply pipe 170-5B provides a path through which the fluid introduced from the first
유체에 의해 복수의 날개(184)를 도 7a의 개방 위치로부터 도 7b의 차폐 위치로 용이하게 이동시키거나 도 7b의 차폐 위치로부터 도 7a의 개방 위치로 이동시키기 위해, 적어도 하나의 분사구(170-5A, 170-7A)는 복수의 날개(184)와 각각 마주하는 복수의 분사구를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6a에 예시된 바와 같이, 복수의 날개(184)가 9개인 경우, 9개의 날개(184) 각각에 마주하는 9개의 분사구(170-5A, 170-7A)가 배치될 수 있다.In order to easily move the plurality of
전술한 바와 같이, 개폐 제어부는 유체를 이용하여 개폐 부재(180)를 개방 위치에 위치시킬 수도 있고 차폐 위치에 위치시킬 수도 있다. 이때, 도 3에 예시된 바와 같이 용융액(M)을 생성하기 위해, 개폐 부재(180)를 차폐 위치에 위치시키도록 제1 분사 노즐(170-5)로부터 분사되는 제1 유체의 량과 제2 분사 노즐(170-7)로부터 공급되는 제2 유체의 량의 비율은 50:50일 수 있다.As described above, the opening / closing control unit may place the opening / closing
또한, 도 1에 예시된 바와 같이 단결정 잉곳(I)을 성장시키기 위해, 개폐 부재(180)를 개방 위치에 위치시키도록 제2 분사 노즐(170-7)로부터 분사되는 제2 유체의 량과 화살표 방향(242)으로 공급되는 제3 유체의 량의 비율은 30:70일 수 있다.1, the amount of the second fluid jetted from the second jetting nozzle 170-7 so as to position the opening and closing
또한, 도 5에 예시된 바와 같이 단결정 잉곳(I)을 쿨링하기 위해, 개폐 부재(180)를 차폐 위치에 위치시키도록 제1 분사 노즐(170-5)로부터 분사되는 제1 유체의 량과 화살표 방향(242)으로 공급되는 제3 유체의 량의 비율은 30:70일 수 있다.5, in order to cool the single crystal ingot I, the amount of the first fluid injected from the first injection nozzle 170-5 to place the opening and closing
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.
100: 단결정 잉곳 제조 장치 110: 챔버
112: 제1 챔버부 114: 제2 챔버부
114-1: 돔 챔버부 114-2: 메인 챔버부
120: 도가니 130: 지지 회전축
140: 단열부 142: 센서
150: 히터 160: 열 차폐 부재
170: 수냉관 170-1: 외측관
170-2: 유동 공간 170-3: 내측관
170-4, 170-6: 분리관 170-5, 170-7: 분사 노즐
170A: 유입구 170B: 배출구
173: 수나사 175: 관통 홀
176: 잉곳 출입구 177: 열 차폐막
180: 개폐 부재 182: 원통형 몸체
184: 날개 186: 공동
190: 인상부 192: 와이어
194: 종결정 210: 자성체
220: 자성체 제어부 230: 노즐 제어부
232: 유체 저장부 236, 238: 유체 밸브100: single crystal ingot manufacturing apparatus 110: chamber
112: first chamber part 114: second chamber part
114-1: Dome chamber part 114-2: Main chamber part
120: crucible 130: support rotating shaft
140: insulation part 142: sensor
150: heater 160: heat shield member
170: Water cooling tube 170-1: Outer tube
170-2: flow space 170-3: inner tube
170-4, 170-6: separation pipes 170-5, 170-7: injection nozzle
170A:
173: Male thread 175: Through hole
176: ingot entrance 177: heat shield
180: opening and closing member 182: cylindrical body
184: wings 186: joint
190: lifting portion 192: wire
194: seed crystal 210: magnetic substance
220: magnetic body control unit 230: nozzle control unit
232:
Claims (25)
상기 도가니를 가열하는 히터;
상기 히터와 상기 용융액으로부터의 복사열을 차단하는 열 차폐 부재;
서로 연통하는 제1 및 제2 챔버부를 갖는 챔버; 및
냉각수의 유동 공간을 갖는 수냉관을 포함하고,
상기 제2 챔버부는 상기 제1 챔버부보다 넓은 폭을 가지며, 상기 도가니와 상기 히터와 상기 열 차폐 부재를 수용하고,
상기 수냉관은
상기 제1 챔버부의 내부에 배치된 제1 세그먼트; 및
상기 제1 세그먼트로부터 연장되어 상기 제2 챔버부의 내부에 배치되며, 상기 제1 세그먼트보다 넓은 폭을 갖는 제2 세그먼트를 포함하고,
상기 제2 챔버부는
상기 제1 챔버부와 연통하는 돔 챔버부; 및
상기 돔 챔버부와 연통하는 메인 챔버부를 포함하는 단결정 잉곳 제조 장치.A crucible capable of accommodating a melt;
A heater for heating the crucible;
A heat shielding member for shielding radiant heat from the heater and the melt;
A chamber having first and second chamber portions communicating with each other; And
And a water-cooled tube having a flow space of cooling water,
Wherein the second chamber portion has a width larger than that of the first chamber portion and receives the crucible, the heater, and the heat shielding member,
The water-
A first segment disposed within the first chamber portion; And
A second segment extending from the first segment and disposed within the second chamber portion, the second segment having a greater width than the first segment,
The second chamber portion
A dome chamber portion communicating with the first chamber portion; And
And a main chamber portion communicating with the dome chamber portion.
상기 수냉관의 잉곳 출입구를 개방시키거나 차폐시키는 개폐부재; 및
상기 개폐 부재를 제어하는 개폐 제어부를 포함하는 단결정 잉곳 제조 장치.The single crystal ingot manufacturing apparatus according to claim 1,
An opening and closing member that opens or closes the ingot entrance of the water-cooled tube; And
And an opening / closing control section for controlling the opening / closing member.
원통형 몸체; 및
상기 원통형 몸체의 일단 내면에 서로 힌지 결합되어, 위로 부채꼴 모양으로 펼쳐진 개방 위치에서 상기 잉곳 출입구를 개방하고 아래로 접힌 차폐 위치에서 상기 잉곳 출입구를 차폐시키는 복수의 날개를 포함하는 단결정 잉곳 제조 장치.11. The apparatus according to claim 10, wherein the opening and closing member
A cylindrical body; And
And a plurality of blades hinged to each other on an inner surface of the one end of the cylindrical body to shield the ingot entrance at a closed position where the ingot entrance is opened at an open position where the annular shape is spread out in a fan shape.
상기 자성체의 자성을 변화시키는 자성체 제어부를 더 포함하는 단결정 잉곳 제조 장치.18. The magnetic bearing according to claim 17, further comprising: a magnetic body disposed on an outer surface of an opposite side of the inclined inner surface of the second segment, for attracting the plurality of vanes at the open position by magnetism; And
And a magnetic body control unit for changing the magnetism of the magnetic body.
상기 개방 위치에 있는 상기 복수의 날개의 제1 면을 향해 유체를 분사하여 상기 복수의 날개를 상기 차폐 위치로 이동시키는 제1 분사 노즐;
상기 차폐 위치에 있는 상기 복수의 날개의 상기 제1 면의 반대측의 제2 면을 향해 유체를 분사하여 상기 복수의 날개를 상기 개방 위치로 이동시키는 제2 분사 노즐; 및
상기 제1 및 제2 분사 노즐로부터의 상기 유체의 분사 여부 및 상기 유체의 유속 중 적어도 하나를 제어하는 노즐 제어부를 포함하는 단결정 잉곳 제조 장치.16. The apparatus of claim 15, wherein the open /
A first injection nozzle for spraying a fluid toward the first surface of the plurality of blades in the open position to move the plurality of blades to the shielded position;
A second injection nozzle for spraying a fluid toward a second surface opposite to the first surface of the plurality of blades in the shielded position to move the plurality of blades to the open position; And
And a nozzle control unit for controlling at least one of whether or not the fluid is jetted from the first and second jet nozzles and the flow rate of the fluid.
상기 복수의 날개를 상기 개방 위치로부터 상기 차폐 위치로 이동시킬 때, 상기 제2 분사 노즐이 유체를 분사하도록 제어하는 단결정 잉곳 제조 장치.21. The apparatus of claim 20, wherein the nozzle control unit
And controls the second injection nozzle to inject the fluid when the plurality of vanes are moved from the open position to the shielding position.
상기 복수의 날개를 상기 차폐 위치로부터 상기 개방 위치로 이동시킬 때, 상기 제1 분사 노즐이 유체를 분사하도록 제어하는 단결정 잉곳 제조 장치.21. The apparatus of claim 20, wherein the nozzle control unit
And controls the first injection nozzle to inject the fluid when the plurality of blades are moved from the shielded position to the open position.
상기 챔버의 외부로부터 유입된 상기 유체가 이동하는 유체 공급 배관; 및
상기 유체 공급 배관으로부터의 상기 유체가 분사되는 적어도 하나의 분사구를 포함하는 단결정 잉곳 제조 장치.21. The apparatus of claim 20, wherein each of the first and second injection nozzles
A fluid supply pipe through which the fluid introduced from the outside of the chamber moves; And
And at least one injection port through which the fluid from the fluid supply pipe is injected.
상기 수냉관의 내부에 배치되는 단결정 잉곳 제조 장치.21. The apparatus of claim 20, wherein each of the first and second injection nozzles
Wherein the water-cooled tube is disposed inside the water-cooled tube.
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