KR101951735B1 - 원료 공급유닛 및 그를 구비한 단결정 성장장치 - Google Patents

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Abstract

실시 예에 따른 원료 공급유닛은 원료를 채우기 위한 제1 공간을 갖는 제1 투입관과, 원료를 채우기 위한 제2 공간을 가지며 상기 제1 투입관을 감싸는 제2 투입관을 포함하는 투입관본체; 및 상기 제1 투입관의 하부 개구부 및 상기 제2 투입관의 하부 개구부를 각각 개별적으로 개폐할 수 있는 개폐부를 포함한다.

Description

원료 공급유닛 및 그를 구비한 단결정 성장장치{Solid Raw Material Supplying Unit and Single Crystal Ingot Grower Having The Same}
실시 예는 실리콘 단결정 성장장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘 단결정 성장을 위해서 도가니로 원료를 공급하는 원료 공급유닛에 관한 것이다.
반도체 소자나 태양전지 등의 제조에 사용되는 기판은 주로 단결정 웨이퍼이며, 특히 실리콘 단결정 웨이퍼가 많이 사용된다. 이러한 단결정 웨이퍼는 일반적으로 종자결정(시드,seed)으로부터 단결정 잉곳을 성장시키고 이를 얇은 두께로 절단하여 만든다.
단결정 잉곳을 제조하기 위한 단결정 성장장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 공간이 형성되는 챔버(미도시)와, 챔버 내에 설치되어 다결정 원료(S)가 투입되고 용융되는 도가니(20)와, 원료(S)를 용융시켜 실리콘 용융액(L)을 생성하도록 도가니(20)를 가열하는 가열수단(30)과, 실리콘 종자 결정(미도시)을 실리콘 용융액(L)에 침지하여 성장되는 단결정 잉곳(미도시)을 서서히 인상시키는 인상수단(50)을 포함할 수 있다.
여기서 단결정 성장장치의 내부에는 원료(S)를 도가니(20) 내부로 용이하게 투입하기 위하여 원료 공급유닛(10)이 더 구비될 수 있다. 원료 공급유닛(10)은 원료(S)을 도가니(20)에 최초로 투입하거나 용융액(L)이 담긴 도가니(20)에 원료(S)를 재충전할 경우에도 사용될 수 있다. 따라서 원료 공급유닛은 충전장치로 불리울 수 있다.
원료(S)를 도가니(20)에 공급하기 위하여 원료 공급유닛(10)은 인상수단(50)에 의하여 챔버 내에서 도가니(20)에 인접하도록 하강할 수 있다.
실시 예는 원추밸브를 교체하지 않더라도 도가니에 투입되는 원료의 높이 불균형을 해소할 수 있는 원료 공급장치와 이를 구비한 단결정 성장장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시 예에 따른 원료 공급유닛은 원료를 채우기 위한 제1 공간을 갖는 제1 투입관과, 원료를 채우기 위한 제2 공간을 가지며 상기 제1 투입관을 감싸는 제2 투입관을 포함하는 투입관본체; 및 상기 제1 투입관의 하부 개구부 및 상기 제2 투입관의 하부 개구부를 각각 개별적으로 개폐할 수 있는 개폐부를 포함한다.
상기 개폐부는 상기 제1 투입관의 하부 개구부를 개폐하는 제1 개폐부; 및 상기 제2 투입관의 하부 개구부를 개폐하는 제2 개폐부;를 포함할 수 있다.
상기 제1 개폐부는 상기 인상수단과 연결되며 상기 제1 투입관 내부에 삽입되는 중심축; 및 상기 중심축의 하단과 결합되고, 상기 제1 투입관의 하부 개구부를 개폐하는 제1 원추밸브;를 포함할 수 있다.
상기 제2 개폐부는 상기 제2 투입관의 하부 개구부를 개폐하기 위한 제2 원추밸브; 및 상기 제2 원추밸브의 상단과 결합되는 승강축을 포함할 수 있다.
상기 제2 개폐부는 상기 승강축을 승하강시켜 상기 제2 원추밸브를 개폐시키는 구동수단;을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 원추밸브의 저면 직경은 제1 투입관의 내부 직경보다 클 수 있다.
상기 승강축은 복수개로 이루어져 상기 제2 원추밸브의 상단과 결합될 수 있다.
상기 제2 원추밸브의 저면 직경은 제2 투입관의 내부 직경보다 클 수 있다.
상기 제1 원추밸브의 경사각 및 상기 제2 원추밸브의 경사각은 각각 10°~ 70° 일 수 있다.
상기 투입관본체는 상기 제1 투입관 및 상기 제2 투입관을 상호 연결하는 연결바를 더 포함하며, 상기 구동수단은 상기 연결바 상부에 배치될 수 있다.
상기 제1 개폐부는 측면 방향으로 돌출되며 상기 중심축의 상부에 결합되는 스토퍼를 더 포함할 수 있다.
한편, 다른 실시 예의 원료 공급유닛은 제1 상부 개구부와 제1 하부 개구부를 포함하는 제1 투입관과, 상기 제1 투입관을 감싸도록 위치하고 제2 상부 개구부와 제2 하부 개구부를 포함하는 제2 투입관으로 구획된 투입관본체; 상기 제1 하부 개구부를 개폐하는 제1 원추밸브; 및 상기 제2 하부 개구부를 개폐하는 제2 원추밸브;를 포함하고, 상기 제1 원추밸브와 상기 제2 원추밸브는 서로 다른 시점에 상기 제1 및 제2 하부 개구부들을 개방할 수 있다.
일단이 인상수단과 연결되고 타단이 상기 제1 원추밸브와 연결되며 상기 제1 투입관 내부에 삽입되는 중심축을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 원추밸브를 승하강시키는 구동수단: 및 일단이 상기 구동수단과 연결되고 타단이 상기 제2 원추밸브와 연결되며 상기 제2 투입관 내부에 삽입되는 복수의 승강축을 포함할 수 있다.
상기 제1 원추밸브는 원뿔 형상이고, 상기 제2 원추밸브는 상기 제1 투입관이 관통하는 중공을 가질 수 있다.
상기 제1 원추밸브가 상기 제1 하부 개구부를 개방한 이후에, 상기 제2 원추밸브가 상기 제2 하부 개구부를 개방할 수 있다.
상기 제2 원추밸브가 상기 제2 하부 개구부를 개방한 이후에, 상기 제1 원추밸브가 상기 제1 하부 개구부를 개방할 수 있다.
상기 투입관본체는 상기 제1 투입관 및 상기 제2 투입관을 상호 연결하는 연결바를 더 포함하며, 상기 구동수단은 상기 연결바 상부에 배치될 수 있다.
한편, 본 발명은 챔버; 상기 챔버 내부에 배치되는 도가니; 및 상기 도가니 내부로 원료를 공급하는, 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 원료 공급유닛을 포함하는 단결정 성장장치를 제공한다.
실시 예의 원료 공급장치와 이를 구비한 단결정 성장장치는 원추밸브를 교체하지 않더라도 서로 다른 위치에서 개폐되는 원추밸브들을 통해 도가니에 투입되는 원료의 높이 불균형을 해소하여 도가니 내부에서 원료의 평활화를 도모할 수 있다.
도 1은 일반적인 실시 예에 따른 원료공급유닛의 사용 상태를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 원추밸브에서 빗면 경사각이 서로 다른 형태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단결정 성장장치에 관한 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3의 원료 공급유닛에 대한 확대도이다.
도 5는 도 4의 요부 확대도로서 개폐부를 보여준다.
도 6은 도 3의 제1 원추밸브 및 제2 원추밸브의 구성을 보여주는 사시도이다.
도 7 내지 도 8은 도 3의 원료 공급유닛의 사용 상태도이다.
도 9는 (A) 일반적인 실시 예의 원료 투입 형상과 (B) 본 실시 예의 원료 투입 형상을 비교해서 보여주는 도면이다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 원료 공급유닛 및 그를 구비하는 단결정 성장장치를 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단결정 성장장치에 관한 개략적인 단면도이고, 도 4는 도 3의 원료 공급유닛에 대한 확대도이며, 도 5는 도 4의 요부 확대도로서 개폐부를 보여주고, 도 6은 도 3의 제1 원추밸브 및 제2 원추밸브의 구성을 보여주는 사시도이며, 도 7 내지 도 8은 도 3의 원료 공급유닛의 사용 상태도이고, 도 9는 (A) 일반적인 실시 예의 원료 투입 형상과 (B) 본 실시 예의 원료 투입 형상을 비교해서 보여주는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 실시 예의 단결정 성장장치(1)는 크게 챔버(600), 도가니(200), 가열수단(300), 인상수단(500) 및 원료 공급유닛(100)을 포함하여 구성될 수 있다.
챔버(600)는 결합하는 위치에 따라 몸체 챔버(body chamber, 610), 돔 챔버(dome chamber, 620), 및 풀 챔버(pull chamber, 630)를 포함할 수 있다.
몸체 챔버(610) 내에는 도가니(200)가 설치될 수 있고, 돔 챔버(620)는 몸체 챔버(610)의 상단에서 덮개부를 형성할 수 있다. 몸체 챔버(610)와 돔 챔버(620)는 다결정 실리콘 원료를 실리콘 단결정 잉곳으로 성장시키기 위한 환경을 제공하는 곳으로, 내부에 수용 공간을 갖는 원통일 수 있다. 풀 챔버(630)는 돔 챔버(620) 상단에 위치하고, 성장된 실리콘 단결정 잉곳을 인상하기 위한 공간일 수 있다.
챔버(600)는 내벽으로부터 수평 방향으로 돌출되는 지지턱(640)과 도가니(200) 상부에 위치한 열차폐제(650)를 가질 수 있다. 예컨대, 지지턱(640)은 풀 챔버(630)의 내벽으로부터 수평 방향으로 돌출될 수 있다. 지지턱(640)은 원료 공급유닛(100)의 걸림턱(120)을 지지할 수 있다.
원료 공급유닛(100)의 걸림턱(120)이 챔버(600)의 지지턱(640)에 의하여 지지된 이후에는, 인상수단(500)에 의하여 개폐부(400)가 하강하면서 원료 공급유닛(100)의 투입관본체(110)의 하부는 점차 개방될 수 있다.
도가니(200)는 몸체 챔버(610) 내부에 배치될 수 있고, 도가니(200) 하부에 위치한 도가니 지지대(210)에 의해 지지될 수 있다. 도가니(200)는 원료가 충전되는 동안에 회전할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 가열수단(300)은 도가니(200)의 외주면과 이격되도록 몸체 챔버(610) 내에 배치될 수 있다. 가열수단(300)에 의해 도가니(200)가 가열됨으로써 도가니(200) 내부의 원료는 실리콘 용융액으로 변화될 수 있다.
단열재(310)는 가열수단(300)과 몸체 챔버(610)의 내벽 사이에 설치될 수 있으며, 가열수단(300)의 열이 몸체 챔버(610) 외부로 누출되는 것을 차단할 수 있다.
인상수단(500)은 성장하는 대상물 또는 원료 공급유닛(100)을 고정하고 지지하는 고정부(510)와, 성장된 대상물(예컨대, 단결정 잉곳) 또는 후술할 원료 공급유닛(100)의 개폐부(400)를 상승 또는 하강시키는 인상부(520)를 포함할 수 있다.
고정부(510)는 케이블 타입(cable type) 또는 샤프트(shaft type)일 수 있으며, 일단에는 시드 척(530)이 마련될 수 있다. 인상부(520)는 모터 등을 이용하여 고정부(510)에 연결된 성장된 대상물 또는 원료 공급유닛(100)을 상승 또는 하강시킬 수 있다.
도가니(200) 내부에 원료 물질을 공급하기 위하여 시드 척(530)에는 원료 공급유닛(100)의 개폐부(400)의 중심축(413)의 일단이 연결될 수 있다. 원료 공급이 끝나고 원료 공급유닛(100)이 챔버(600) 내에서 분리된 후, 단결정 성장을 위해서는 시드 척(530)에는 시드(seed)가 연결될 수 있다.
일반적으로 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 원료 공급유닛(10)은, 내부에 원료(S)가 채워진 상태에서 원뿔 형상의 원추밸브(40)에 의해 하부가 밀폐될 수 있으며, 원료(S)를 도가니(20)에 공급할 경우에는 원추밸브(40)가 일정 높이 더 하강하면 하부가 개방되어 원료(S)는 원추밸브(40)의 경사면을 따라 도가니(20) 내부로 배출될 수 있다.
그런데 원료 공급유닛(10)에서 원료(S)를 배출할 경우, 원추밸브(40)의 빗면 각도에 따라 원료(S)의 낙하되는 방향이 결정되기 때문에 도가니(20) 내부 일부 공간에만 집중적으로 원료가 충전되어 투입되는 원료(S)의 높이 불균형이 발생되는 문제가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 도 2의 (a),(b)에 도시된 바와 같이 각도(θ=100,θ=70°예시)가 다른 원추밸브(40)로 교체해야 하는 번거로운 과정과 많은 시간을 필요로 할 뿐만 아니라 그 과정에서 도가니(20) 내부로 불순물이 유입될 우려가 있다.
한편, 본 실시 예의 원료 공급유닛(100)은 원료(S, 도 7 내지 도 9 참조)가 채워지는 빈 공간이 형성된 투입관본체(110)와, 투입관본체(110)의 하부 개구부를 선택적으로 개폐하여 원료(S)를 지지하거나 배출할 수 있는 개폐부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서 투입관본체(110)는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 내부에 원료(S)가 채워지는 빈 공간이 형성된 제1 투입관(111)과, 원료(S)가 채워지는 빈 공간이 형성되도록 제1 투입관(111)을 감싸며 배치되는 제2 투입관(112)을 가질 수 있다. 즉, 투입관본체(110)는 제1 투입관(111)과 제2 투입관(112)으로 구획된 2중구조로서 원료(S)들은 구획된 상태로 투입관본체(110) 내부에 채워질 수 있다.
예를 들어 제1 투입관(111)과 제2 투입관(112)은 내부가 빈 원기둥 형상으로 실시될 수 있다. 즉, 제1 투입관(111)은 제1 상부 개구부와 제1 하부 개구부를 포함하면서 원료(S)를 채우기 위한 제1 공간을 가지며, 제2 투입관(112)은 제2 상부 개구부와 제2 하부 개구부를 포함하면서 원료(S)를 채우기 위한 제2 공간을 가지며 제1 투입관(111)을 감싸도록 배치된다.
그리고 투입관본체(110)의 단면, 즉 제1 투입관(111)과 제2 투입관(112)은 동심원 형상을 이루도록 배치될 수 있다.
투입관본체(110)는 도 4에 도시된 바와 같이 제1 투입관(111) 및 제2 투입관(112)을 상호 연결하도록 제1 투입관(111) 및 제2 투입관(112) 상부에 설치되는 연결바(113)를 더 포함할 수 있다. 연결바(113)는 제1 투입관(111) 및 제2 투입관(112)의 상부에서, 빈 공간{제1 공간과 제2 공간}이 간섭되지 않도록 투입관들(111, 112)을 상호 연결시킬 수 있도록 최소한의 폭 및 형상을 가질 수 있으며, 1개 또는 다수개로 이루어지거나 바(bar) 형상이 아니고 십자(+) 등 다양한 형상으로 실시될 수 있다.
개폐부(400)는 제1 투입관(111)의 하부 개구부(제1 하부 개구부) 및 제2 투입관(112)의 하부 개구부(제2 하부 개구부)를 각각 개별적으로 개폐할 수 있도록 구성된다. 즉, 개폐부(400)는 각각 개별적으로 제어가능한 제1 개폐부(410)와 제2 개폐부(420)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 개폐부(410)와 제2 개폐부(420)는 서로 다른 시점에 동작할 수 있다.
제1 개폐부(410)는 제1 투입관(111)의 하부 개구부(제1 하부 개구부)를 선택적으로 개폐하고, 제2 개폐부(420)는 제2 투입관(112)의 하부 개구부(제2 하부 개구부)를 선택적으로 개폐할 수 있다.
예를 들어 제1 개폐부(400)는 중심축(413)과, 중심축(413)과 연결되는 제1 원추밸브(411)를 포함할 수 있다.
중심축(413)은 일단이 단결정 성장장치(1)의 인상수단{500, 예컨데 시드척(530)}과 연결되며 원료 공급유닛(100)의 제1 투입관(111) 내부에 삽입될 수 있다. 예를 들어 중심축(413)은 제1 투입관(411)의 내부 중심에서 수직방향으로 길게 배치되는 봉(bar), 케이블, 로프 등을 포함할 수 있다. 중심축(413)은 내식열, 내열성이 뛰어난 몰리브덴과, 고열과 압력에 강하도 경도가 큰 텅스텐을 포함하는 금속 합금으로 이루어질 수 있다.
제1 원추밸브(411)는 중심축(413)을 중심으로 원추(원뿔)형상을 가지며 제1 투입관(111)의 하부 개구부(제1 하부 개구부)를 선택적으로 개폐할 수 있다. 여기서 제1 원추밸브(411)는 원료(S)가 상부에서 하부로 미끄러져 이동할 수 있는 라운드진 형상의 빗면(L1)과, 원형의 저면(411a)을 갖는 원추(원뿔)형상을 가질 수 있다. 이러한 형상의 제1 원추밸브(411)는 중심축(413)을 중심으로 지지되므로 인상수단(500)에 의해 승하강할 경우나 원료(S)가 도가니(200)로 배출될 경우 안정적으로 자리할 수 있다. 나아가, 제1 투입관(111)에 저장된 원료(S)는 제1 원추밸브(411)의 경사면을 따라 전방위(예컨데, 수평 360°전방향)로 배출되면서 도가니(200)에 충전될 수 있다.
여기서 제1 원추밸브(411)의 저면 직경(2R1)은 제1 투입관(111)의 내부 직경(2R12)보다 크게 형성될 수 있다. 따라서 제1 원추밸브(411)는 평상시에는 제1 투입관(111)의 하부를 밀폐함으로써 원료(S)가 배출되지 않도록 할 수 있으며, 원료(S) 투입시에는 제1 투입관(111)의 하부에서 일정 높이만큼 내려가면서 제1 투입관(111)의 하부(제1 하부 개구부)를 개방할 수 있다.
이때, 제1 개폐부(410)는 중심축(413)의 상부에 결합되어 상기 연결바(113)와 접촉되며 제1 원추밸브(411)의 하강 위치를 제어하는 스토퍼(415)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 스토퍼(415)는 측면 방향으로 돌출되어 중심축(431)의 상부에 결합되므로 연결바(113)와 접촉되면 인상수단(500)의 동작을 멈추도록 할 수 있다. 스토퍼(415)의 의해서 상술한 바와 같이 제1 원추밸브(411)의 하강 높이(위치)가 제어될 수 있다.
제2 개폐부(420)는 제2 원추밸브(421), 승강축(423), 구동수단(430)을 포함하여 구성될 수 있다.
제2 원추밸브(421)는 제1 투입관(111)의 외측을 감싸도록 중심 영역에 빈 공간이 형성된 도너츠(doughnut) 형상을 가질 수 있다. 예를 들어 제2 원추밸브(421)는 제1 투입관(111)이 관통하는 중공을 갖는 원뿔 형상, 즉 빈공간을 제외한 부분은 상부에서 하부로 경사진 원추형상을 가지며 제2 투입관(112)의 하부 개구부(제2 하부 개구부)를 선택적으로 개폐할 수 있다.
마찬가지로 제2 원추밸브(421)는 제1 원추밸브(411)와 마찬가지로 원료(S)가 상부에서 하부로 미끄러져 이동할 수 있는 라운드진 형상의 경사면(L2)을 가질 수 있다. 이에, 제2 투입관(112)에 저장된 원료(S)는 제2 원추밸브(421)의 경사면을 따라 전방위(예컨데, 수평 360°전방향)로 배출되면서 도가니(200)에 충전될 수 있다.
승강축(423)은 제2 원추밸브(421)를 지지하도록 일단이 구동수단(430)과 연결되고 타단이 제2 원추밸브(421)와 연결될 수 있다. 예를 들어 승강축(423)은 상술한 형상의 제2 원추밸브(421)를 균형적으로 지지하도록 복수개로 이루어질 수 있다. 승강축(423)은 와이어, 봉, 케이블 형태 등으로 실시될 수 있다. 이러한 형상의 제2 원추밸브(421)는 승강축(423)에 의해 균형적으로 되므로 구동수단(430)에 의해 승하강할 경우나 원료(S)가 도가니(200)로 배출될 경우 안정적으로 자리할 수 있다
여기서 제2 원추밸브(421)의 저면(421a) 직경(dr)은 제2 투입관(112)의 내부 직경(2R12)보다 크게 형성될 수 있다. 따라서 제2 원추밸브(421)는 평상시에는 제2 투입관(112)의 하부를 밀폐함으로써 원료(S)가 배출되지 않도록 할 수 있으며, 원료(S) 투입시에는 제2 투입관(112)의 하부에서 일정 높이만큼 내려가면서 제2 투입관(112)의 하부를 개방할 수 있다.
구동수단(430)은 승강축(423)을 승하강시켜 제2 원추밸브(421)를 개폐시킬 수 있다. 구동수단(430)은 전술한 투입관본체(110)의 연결바(113) 상부에 배치될 수 있으며, 구동모터 등을 포함하여 승강축(423)을 승하강시키는 구성으로 실시될 수 있다. 따라서 구동수단(430)에 의해 승하강되는 제2 원추밸브(421)는, 인상수단(500)에 의해 승하강되는 제1 원추밸브(411)와 달리 개별적으로 동작할 수 있게 된다.
한편, 전술한 제1 원추밸브(411) 및 제2 원추밸브(421)의 경사각(θ1, θ2)은 10°~ 70° 중에서 선택될 수 있다. 경사각(θ1, θ2)은 제1 원추밸브(411)의 저면(411a)과 경사면(L)이 이루는 각(θ1), 제2 원추밸브(421)의 저면(421a)과 경사면(L2)이 이루는 각(θ2)으로 정의될 수 있다.
여기서 제1 원추밸브(411)와 제2 원추밸브(421)의 경사각(θ1, θ2)은 동일하거나 서로 다른 형태로 실시될 수 있다. 경사각(θ1, θ2)이 클수록 경사면이 수직에 가깝고, 경사면이 수평에 가까운 기울기를 갖게 된다. 이때, 경사각이 크면 원료(S)는 제1 원추밸브(411) 또는 제2 원추밸브(421)의 경사면을 따라 도가니(200)의 중심 영역에 가까운 위치로 떨어지고, 경사각이 작으면 원료(S)는 도가니(200)의 가장 자리에 가까운 위치에 떨어질 수 있다.
그리고 제1 원추밸브(411)의 경사면(L1)과 중심축(413)이 접하는 제1 수직높이(h1)와, 제2 원추밸브(421)의 경사면(L2)과 상부면을 잇는 제2 수직높이(h2)는 같거나 서로 다를 수 있다. 이는 필요에 따라 변형실시가능하다.
한편, 전술한 투입관본체(110)과 제1 원추밸브(411) 및 제2 원추밸브(421) 내식성, 내구성 및 순도가 높은 석영유리 재질을 포함하여 구성될 수 있다. 따라서 투입관본체(110) 내부에 담겨진 원료(S)가 제1 원추밸브(411) 및 제2 원추밸브(421)의 표면을 따라 이동할 경우 불순물이 유입되지 않으면서 청정한 상태로 도가니(200) 내부로 충전될 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 원료 공급유닛(100)은 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 개폐부(400)에 의해 투입관본체(110)의 하부(제1 하부 개구부 및 제2 하부 개구부)가 개방되면서 원료(S)가 도가니(200)에 공급될 수 있다.
여기서 개폐부(400)의 제1 개폐부(410)의 제1 원추밸브(411)와 제2 개폐부(420)의 제2 원추밸브(421)는 서로 다른 시점에 제1 하부 개구부와 제2 하부 개구부를 각각 개방할 수 있다.
먼저 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 개폐부(410)는 인상수단(500)을 통해 중심축(413)에 연결된 제1 원추밸브(411)를 하강시켜 제1 투입관(111) 하부(제1 하부 개구부)를 개방하면, 원료(S)는 제1 원추밸브(411)의 경사면을 따라 도가니(200)의 중심 영역으로 충전될 수 있다. 이때, 중심축(413)에 결합된 스토퍼(415)가 연결바(113)에 접촉됨에 따라 원료(S)가 충전되는 동안 제1 원추밸브(411)의 개방위치는 일정 높이에서 안정적으로 고정될 수 있다.
이어서 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 개폐부(420)는 구동수단(430)을 통해 승강축(423)에 연결된 제2 원추밸브(421)를 하강시켜 제2 투입관(112) 하부(제2 하부 개구부)를 개방하면, 원료(S)는 제2 원추밸브(421)의 경사면을 따라 도가니(200)의 가장자리 영역으로 충전될 수 있다.
상술한 바와 같이 제1 원추밸브(411)가 제1 하부 개구부를 개방한 이후에, 제2 원추밸브(421)가 제2 하부 개구부를 개방할 수도 있고, 반대로 제2 원추밸브(421)가 제2 하부 개구부를 개방한 이후에 제2 원추밸브(421)가 제2 하부 개구부를 개방할 수도 있을 것이다.
이와 같이 투입관본체(110) 내부의 제1 투입관(111)과 제2 투입관(112)에 구획되어 담겨진 원료(S)는 2개의 원추밸브(411, 421)를 통해 도가니(200)의 중심영역과 가장자리 영역으로 떨어져서 도가니(200) 내부에서 용융될 수 있다. 따라서 도 9의 (B)에 도시된 바와 같이 본 발명은 원료(S)의 낙하지점을 다르게 할 수 있기 때문에 도가니(200) 내부에서 균형적인 모양을 가짐으로써 도 9의 (A)에 도시된 바와 같은 종래의 불균형을 해소할 수 있게 된다.
그러므로 본 실시 예의 원료 공급장치와 이를 구비한 단결정 성장장치는 원추밸브를 교체하지 않더라도 위치가 다르게 배치된 2개의 원추밸브들을 통해 도가니에 투입되는 원료의 높이 불균형을 해소하여 도가니 내부에서 원료(S)의 평활화를 도모할 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 단결정 성장장치 100 : 원료 공급유닛
110 : 투입관본체 111 : 제1 투입관
112 : 제2 투입관 113 : 연결바
200 : 도가니 300 : 가열수단
400 : 개폐부 410 : 제1 개폐부
411 : 제1 원추밸브 413 : 중심축
415 : 스토퍼 420 : 제2 개폐부
421 : 제2 원추밸브 423 : 승강축
430 : 구동수단 411a, 421a : 저면
500 : 인상수단 600 : 챔버

Claims (19)

  1. 원료를 채우기 위한 제1 공간을 갖는 제1 투입관과, 원료를 채우기 위한 제2 공간을 가지며 상기 제1 투입관을 감싸는 제2 투입관을 포함하는 투입관본체;
    상기 제1 투입관의 하부 개구부를 개폐하는 제1 개폐부; 및
    상기 제2 투입관의 하부 개구부를 개폐하는 제2 개폐부;를 포함하며,
    상기 제1 개폐부는 인상수단과 연결되며 상기 제1 투입관 내부에 삽입되는 중심축과, 상기 중심축의 하단과 결합되고 상기 제1 투입관의 하부 개구부를 개폐하는 제1 원추밸브;를 포함하고,
    상기 제2 개폐부는 상기 제2 투입관의 하부 개구부를 개폐하기 위한 제2 원추밸브와, 상기 제2 원추밸브의 상단과 결합되는 승강축을 포함하되,
    상기 제1 원추밸브는 원뿔 형상이고, 상기 제2 원추밸브는 상기 제1 투입관이 관통하는 중공을 갖는 원뿔 형상인 원료 공급유닛.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 개폐부는 상기 승강축을 승하강시켜 상기 제2 원추밸브를 개폐시키는 구동수단;을 더 포함하는 원료 공급유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 원추밸브의 저면 직경은 제1 투입관의 내부 직경보다 큰 원료 공급유닛.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 승강축은 복수개로 이루어져 상기 제2 원추밸브의 상단과 결합되는 원료 공급유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 원추밸브의 저면 직경은 제2 투입관의 내부 직경보다 큰 원료 공급유닛.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 원추밸브의 경사각 및 상기 제2 원추밸브의 경사각은 각각 10°~ 70° 인 원료 공급유닛.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 투입관본체는 상기 제1 투입관 및 상기 제2 투입관을 상호 연결하는 연결바를 더 포함하며, 상기 구동수단은 상기 연결바 상부에 배치되는 원료 공급유닛.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 개폐부는 측면 방향으로 돌출되며 상기 중심축의 상부에 결합되는 스토퍼를 더 포함하는 원료 공급유닛.
  12. 제1 상부 개구부와 제1 하부 개구부를 포함하는 제1 투입관과, 상기 제1 투입관을 감싸도록 위치하고 제2 상부 개구부와 제2 하부 개구부를 포함하는 제2 투입관으로 구획된 투입관본체;
    상기 제1 하부 개구부를 개폐하는 제1 원추밸브; 및
    상기 제2 하부 개구부를 개폐하는 제2 원추밸브;를 포함하고,
    상기 제1 원추밸브는 원뿔 형상이고, 상기 제2 원추밸브는 상기 제1 투입관이 관통하는 중공을 가지며,
    상기 제1 원추밸브와 상기 제2 원추밸브는 서로 다른 시점에 각각 상기 제1 및 제2 하부 개구부들을 개방하는 원료 공급유닛.
  13. 제12항에 있어서,
    일단이 인상수단과 연결되고 타단이 상기 제1 원추밸브와 연결되며 상기 제1 투입관 내부에 삽입되는 중심축을 더 포함하는 원료 공급유닛.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 원추밸브를 승하강시키는 구동수단: 및
    일단이 상기 구동수단과 연결되고 타단이 상기 제2 원추밸브와 연결되며 상기 제2 투입관 내부에 삽입되는 복수의 승강축을 포함하는 원료 공급유닛.
  15. 삭제
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 원추밸브가 상기 제1 하부 개구부를 개방한 이후에, 상기 제2 원추밸브가 상기 제2 하부 개구부를 개방하는 원료 공급유닛.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 원추밸브가 상기 제2 하부 개구부를 개방한 이후에, 상기 제1 원추밸브가 상기 제1 하부 개구부를 개방하는 원료 공급유닛.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 투입관본체는 상기 제1 투입관 및 상기 제2 투입관을 상호 연결하는 연결바를 더 포함하며, 상기 구동수단은 상기 연결바 상부에 배치되는 원료 공급유닛.
  19. 챔버;
    상기 챔버 내부에 배치되는 도가니; 및
    상기 도가니 내부로 원료를 공급하는, 제1항, 제5항 내지 제14항, 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항의 원료 공급유닛을 포함하는 단결정 성장장치.
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