KR20160081398A - 뷰 포트 및 이를 포함하는 잉곳 성장 장치 - Google Patents

Abstract

실시예의 뷰 포트 및 이를 포함하는 잉곳 성장 장치는 챔버 내부와 연통되는 바디부; 바디부 상에 배치되며 챔버 외부에서 유입되는 빛을 투과시키는 제1 윈도우; 제1 윈도우를 안착시키고, 내부로 분사된 가스를 이용하여 에어 커튼을 형성하는 윈도우 퍼지; 및 윈도우 퍼지와 바디부 사이에 배치되며 중간 구조물에 의하여 고정되는 제2 윈도우;를 포함하여, 분사된 가스의 흐름을 제1 윈도우 하부에서 원활하게 순환시키고, 분사된 가스를 집중시켜 제2 윈도우를 통하여 챔버 내부로 유출되도록 하여 챔버 내벽과 제1 윈도우에 오염원이 증착되는 것을 억제할 수 있다.

Description

뷰 포트 및 이를 포함하는 잉곳 성장 장치{VIEW PORT AND INGOT GROWING APPARATUS INCLUDING THE SAME}

실시예는 뷰 포트 및 이를 포함하는 잉곳 성장 장치에 관한 것이다.

일반적으로 웨이퍼의 재료가 되는 실리콘 단결정 잉곳은 초크랄스키법(CZ 법)에 의해 제조된다. CZ 법이란, 석영도가니에 실리콘을 넣고 석영도가니를 가열하여 실리콘을 용융시킨 후, 종자 결정(seed crystal)을 실리콘 융액에 접촉시켜 종자 단결정 표면에서 융액을 고체로 응고시킴에 따라 소정의 직경을 갖는 잉곳을 성장시키는 방법을 의미한다.

이러한 잉곳을 성장시키는 장치는 챔버 내부에 구성되며, 상기 챔버는 반도체 등의 전자 부품 소재로 사용되는 웨이퍼용 잉곳을 성장시키기 위한 소정의 공정들이 수행되는 공간을 제공하였다.

또한 챔버는 오염물질 유입 방지 및 내부 분위기를 유지하기 위하여 밀봉되어 있기 때문에, 챔버 내부에서 성장하는 잉곳을 관찰하기 위한 별도의 뷰 포트(view port) 및 상기 뷰 포트를 포함하고 있으며, 이외에 이러한 뷰 포트를 통해 잉곳의 직경과 멜트 갭과 같은 공정 데이터를 측정하는 측정 센서들을 더 포함하고 있다.

이러한 측정 센서를 이용한 공정 데이터의 정확한 측정은 잉곳의 품질을 결정하는 중요한 요소가 된다.

그러나, 챔버 내부에서 발생된 다량의 가스 또는 기화된 산화물 입자가 챔버 내벽과 더불어, 뷰 포트 글래스(윈도우)에 증착됨으로써, 챔버 내벽과 뷰 포트 글래스를 오염시키는 원인을 제공하며, 이러한 뷰 포트 글래스의 오염으로 정확한 공정 데이터를 얻을 수 없는 문제를 가진다.

실시예는 뷰 포트 글래스로 진입하는 오염원 증착 현상을 막을 수 있는 뷰 포트 및 이를 포함한 잉곳 성장 장치를 제공한다.

실시예는 챔버 내부와 연통되는 바디부; 상기 바디부 상에 배치되며 상기 챔버 외부에서 유입되는 빛을 투과시키는 제1 윈도우; 상기 제1 윈도우를 안착시키고, 내부로 분사된 가스를 이용하여 에어 커튼을 형성하는 윈도우 퍼지; 및 상기 윈도우 퍼지와 상기 바디부 사이에 배치되며 중간 구조물에 의하여 고정되는 제2 윈도우; 를 포함하는 뷰 포트를 제공한다.

상기 제1 윈도우는 상기 윈도우 퍼지의 상부에 결합되는 윈도우 바디; 및 상기 윈도우 바디에 삽입되는 제1 글라스; 를 포함할 수 있다.

상기 제2 윈도우는 상기 중간 구조물에 안착되는 제2 글래스; 및 상기 제2 글래스 상에 수직 방향으로 연결되어 배치된 가스 집중관; 을 포함할 수 있다.

상기 가스 집중관의 표면은 블라스트 처리된 것일 수 있다.

상기 챔버로 향하는 상기 글래스의 하부면과 상기 가스 집중관의 외부 표면은 블라스트 처리된 것일 수 있다.

상기 가스 집중관은 상기 제2 윈도우의 중심에서 일측 방향으로 치우쳐 배치되며, 상기 일측 방향은 상기 윈도우의 최대 폭 방향일 수 있다.

상기 가스 집중관의 중심은 상기 제2 윈도우의 중심에서 상기 일측 방향으로 20mm 내지 25mm 이격되어 배치될 수 있다.

상기 제2 윈도우는 'T'자 형상을 가지며, 상기 가스 집중관의 수평 단면은 사각형 형상을 가질 수 있다.

상기 제2 글래스에 대하여 수직하는 상기 가스 집중관의 높이는 30mm 내지 50mm일 수 있다.

상기 가스 집중관의 최대 폭은 40mm 내지 60mm일 수 있다.

상기 가스 집중관은 2.5mm 내지 3.5mm의 두께를 가질 수 있다.

상기 중간 구조물은 상기 바디부와 플랜지 결합되며, 상기 제2 윈도우는 상기 중간 구조물에 플랜지 결합될 수 있다.

상기 윈도우 퍼지는 상기 중간 구조물 상측에 결합되는 퍼지 바디; 및 상기 퍼지 바디의 일측에서 가스를 분사하여 에어 커튼을 형성하는 가스 분사부; 를 포함할 수 있다.

상기 중간 구조물과 상기 퍼지 바디 사이 및 상기 중간 구조물과 상기 제2 윈도우 사이는 오링 또는 삽입형 오링을 끼운 상태로 각각 체결될 수 있다.

상기 가스 분사부는 상기 가스의 분사 방향을 조절하는 가스 노즐을 포함할 수 있다.

상기 퍼지 바디는 상기 가스 분사부로부터 공급된 가스의 이동 통로가 되는 가스 안내부; 및 상기 가스 안내부와 상기 퍼지 바디 사이에 배치되며 상기 이동된 가스를 분사하는 복수 개의 가스 분출구; 를 포함할 수 있다.

상기 가스 분출구는 넓은 면적으로 상기 가스가 분사되도록 가로 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다.

상기 윈도우 퍼지는 분사된 상기 가스를 분개하는 경사진 턱; 을 더 포함할 수 있다.

다른 실시예는 챔버; 상기 챔버의 내부에 배치되며 실리콘 멜트를 수용하는 석영도가니; 상기 실리콘 멜트에 시드를 침지하고 회전 및 인상하여 상기 잉곳을 성장시키는 인상 수단; 및 상기 챔버의 일측에 배치되는 상술한 실시예의 뷰 포트; 를 포함하는 잉곳 성장 장치를 제공한다.

잉곳 성장 장치의 실시예에서 상기 뷰 포트를 통해 상기 잉곳의 직경을 측정하는 센서부; 를 더 포함할 수 있다.

상기 석영도가니는 안티모니(Sb)를 도펀트로 함유한 상기 실리콘 멜트를 수용할 수 있다.

실시예의 뷰 포트와 이를 포함한 잉곳 성장 장치는 제1 윈도우 및 제2 윈도우를 포함하여 윈도우 퍼지에서 분사된 가스의 흐름을 제1 윈도우 하부에서 원활하게 순환시키고, 챔버로부터 도입되는 불순물 유입을 제2 윈도우에서 물리적으로 차단하고 또한 분사된 가스를 집중시켜 배출시킴으로써 챔버 내벽과 제1 윈도우에 오염원이 증착되는 것을 억제시키는 효과가 있다.

이로써 실시예의 뷰 포트 및 이를 포함하는 잉곳 성장 장치를 이용하여 챔버 내부에서 성장하는 잉곳을 명확히 관찰할 수 있으며, 성장되는 잉곳의 직경 등의 챔버 내부의 공정 데이터를 정확하게 측정하며, 정확하게 측정된 공정 데이터를 통해 잉곳 성장 공정 조건을 결정하여, 고품질의 잉곳을 생산하고, 장비 운용 시간에 제한되지 않은 장점들을 제공한다.

도 1은 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치(1000)를 도식화하여 나타낸 도면이고,
도 2는 일 실시예에 따른 뷰 포트(100)의 구조(A)를 보다 상세하게 나타낸 도면이고,
도 3은 일 실시예에 따른 뷰 포트(100)의 제2 윈도우(140) 구조를 보다 상세하게 나타낸 사시도이고,
도 4는 일 실시예에 따른 뷰 포트(100)의 제2 윈도우(140) 구조를 보다 상세하게 나타낸 단면도이고,
도 5는 일 실시예에 따른 윈도우 퍼지(130)를 포함한 뷰 포트(100)의 평면 상태를 나타낸 도면이고,
도 6은 일 실시예에 따른 윈도우 퍼지(130)를 보다 상세하게 나타낸 사시도이고,
도 7은 일 실시예에 따른 윈도우 퍼지(130)를 절단한 상태를 나타낸 절단 사시도이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 퍼지(130)를 분리한 분리 사시도이다.

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.

본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

도 1은 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치(1000)를 도식화하여 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치(1000)는 챔버(10), 석영도가니(20), 히터(30), 인상수단(미도시), 열차폐체(40), 불활성 가스 주입부(50), 시드 척(70, seed chuck), 뷰 포트(100) 및 센서부(200)를 포함하여 구성된다.

일 실시예의 잉곳 성장 장치에서, 챔버(10)는 반도체 등의 전자 부품 소재로 사용되는 웨이퍼용 잉곳을 성장시키기 위한 소정의 공정들이 수행되는 공간을 제공한다. 이러한 챔버(10)는 오염물질 유입 방지 및 내부 분위기를 유지하기 위하여 밀봉된 상태를 유지할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 석영도가니(20)는 챔버(10)의 내부에 구비되어 실리콘 멜트(S)를 수용할 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 실시예의 잉곳 성장 장치에서 히터(30)는 앞서 설명한 실리콘 멜트가 석영도가니(20)에 수용될 경우, 석영도가니(20)를 가열하여 실리콘을 용융시킬 수 있다.

이 경우, 히터(30)는 실리콘을 용융 시킨 후, 종자 결정(seed crystal)을 실리콘 융액에 접촉시킨 상태에서 회전하면서 서서히 끌어올려 종자 단결정 표면에서 융액을 고체로 응고시킬 수 있다. 이를 통해 소정의 직경을 갖는 잉곳을 챔버(10)내에서 성장시킬 수 있게 한다.

시드척(70, seed chuck)은 실리콘 멜트에서 접하여 잉곳을 인상하는 시드(seed)를 고정할 수 있다. 또한, 인상 수단은 시드 척(70)을 승강 및 회전시키는 역할을 할 수 있다.

열차폐체(40)는 석영도가니(20) 상측에서 실리콘 멜트와 멜트 갭(M/G)을 형성시킨다.

또한, 불활성 가스 주입부(50)는 챔버(10) 내부에 불활성 가스, 예컨대 아르곤 가스(Ar gas)를 공급하여 불활성 가스의 흐름과 분위기를 제어할 수 있다.

도 1의 잉곳 성장 장치에서, 뷰 포트(100)는 챔버(10)의 일측에 구비되어 외부로부터 유입되는 빛을 투과시켜 챔버(10) 내부에서 진행되는 잉곳(ingot) 성장을 육안으로 관찰할 수 있도록 한다.

또한, 도 1에 도시된 센서부(200)는 앞서 설명한 뷰 포트(100)를 통해 잉곳의 성장 공정의 상황을 측정하는 역할을 할 수 있다. 이때, 잉곳의 직경과 같은 공정 상황을 측정하여 공정 데이터(raw data)로 출력하면, 공정 데이터에 기반하여 인상 속도와 같은 공정 조건이 결정되므로, 정확한 공정 데이터를 측정하는 것은 성장한 잉곳 품질에 큰 영향을 미칠 수 있다.

특히, 잉곳 성장 공정 진행 중에 잉곳의 직경이 균일한지 여부는 잉곳의 품질을 결정하는 중요한 요소이므로, 뷰 포트(100)를 통해 성장하는 잉곳의 직경 등을 정확하게 측정하여야만 균일한 직경의 잉곳을 생산할 수 있다.

이러한 잉곳의 직경을 측정하는 센서부(200)로는 적외선 센서(IR sensor), CCD 카메라 또는 고온계(pyrometer) 다양한 센서가 사용될 수 있으며, 출력된 공정 데이터를 분석하여 인상 속도(P/S) 변경을 통해 잉곳의 직경을 제어하는 제어부로 ADC(Automatic Diameter Control) 센서가 사용될 수 있다.

뷰 포트(110)에 구비된 윈도우는 잉곳 성장 공정 진행 중에 불투명하게 오염될 수 있다.

예를 들면, 안티모니(Sb) 도펀트를 함유하는 실리콘 멜트에서 잉곳을 성장시키는 공정 중에는 기화된 안티모니가 윈도우에 흡착되어, 챔버(10) 내부를 전혀 관찰할 수 없을 정도로 윈도우(110)를 오염시킬 수 있다.

이하에서는, 상술한 잉곳 성장 장치에 포함되는 뷰 포트(100)의 구조에 대하여 보다 상세히 설명하고자 한다.

일 실시예에 따른 뷰 포트(100)는 앞서 설명한 기화된 안티모니 또는 산화물 입자를 포함하는 오염원이 윈도우에 흡착되지 않도록 오염원의 상승을 억제하고 챔버 내부(10)의 가스 흐름을 원활하게 하고자 복수 개의 윈도우, 예컨대 제1 윈도우(120) 및 제2 윈도우(140) 등을 포함할 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따른 뷰 포트(100)의 구조(A)를 보다 상세하게 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 일 실시예의 뷰 포트(100)는 바디부(110), 제1 윈도우(120), 윈도우 퍼지(130) 및 제2 윈도우(140)를 포함하여 구성된다.

일 실시예에 따른 바디부(110)는 챔버(10)의 일측, 예컨대 챔버의 상부 일측에 배치되어 내부의 공정 상황을 관찰할 수 있도록 하는 챔버 내부와 연통되는 원통형 관으로 구성될 수 있다.

예를 들면, 성장되는 잉곳과 실리콘 멜트의 표면이 만나는 지점의 메니스커스(meniscus)를 향할 수 있도록, 챔버(10)의 상부에서 상측으로 연장되며, 내경이 45cm 정도로 형성된 원통형 관 구조를 가질 수 있다.

이러한 바디부(110)의 상측에는 윈도우 홀을 구비하며 상기 윈도우의 홀에는 빛을 투과할 수 있는 제1 윈도우(120)를 포함할 수 있다.

제1 윈도우(120)는 챔버 외부에서 유입되는 빛을 투과할 수 있다.

즉, 도 2의 실시예에서, 제1 윈도우(120)는 이후에 설명될 윈도우 퍼지(130)에 결합되는 윈도우 바디(122)와 상기 윈도우 바디(122)에 삽입되는 투명한 재질의 제1 글라스(121)를 포함할 수 있다.

이때, 제1 글라스(121)는 유리뿐만 아니라 빛을 투과할 수 있는 다양한 재질로 구성될 수 있으며, 예를 들어 열에 강하고 잉곳을 오염시키지 않는 석영 유리로 제작될 수 있다.

도 2를 참조하면, 실시예의 뷰 포트(100)는 바디부(110)와 제1 윈도우(120) 사이에 제1 윈도우(120)로 오염물질이 접근하는 것을 막기 위하여 불활성 가스를 분사하는 윈도우 퍼지(130, window purge)를 포함할 수 있다. 이때, 분사되는 불활성 가스는 아르곤(Ar) 가스일 수 있다.

실시예에서 윈도우 퍼지(130)는 상술한 제1 윈도우(120)를 안착시키고, 이후에 설명될 중간 구조물(141) 상측에 결합되는 퍼지 바디(132) 및 퍼지 바디(132)의 일측에 배치된 가스 분사부(131)를 포함할 수 있다.

이중에서 가스 분사부(131)는 제1 윈도우(120)의 제1 글라스(121)의 하측으로 불활성 가스를 분사함으로써, 제1 글라스(121)로 오염 물질의 유입되는 것을 방지하고, 챔버에서 제1 윈도우(120)로 향하는 공기와 단절되도록 에어 커튼을 형성할 수 있다.

이와 같이, 불활성 가스를 분사하는 가스 분사부(131)는 노즐의 각도를 조절하여 제1 글라스(121)를 향해 가스를 분사함으로써, 제1 글라스(121)에 흡착된 오염 물질을 제거할 수도 있다.

이러한 윈도우 퍼지(130)의 하부에는 제2 윈도우(140)가 배치될 수 있다.

실시예에서 제2 윈도우(140)는 중간 구조물(141)을 매개로 윈도우 퍼지(130)와 바디부(110)의 사이에 배치될 수 있다.

제2 윈도우(140)는 윈도우 퍼지(130)에서 공급된 불활성 가스를 집중시켜 챔버(10) 쪽으로 배출되도록 할 수 있다.

일 실시예의 뷰 포트에서 제2 윈도우(140)는 중간 구조물(141)에 안착되는 제2 글래스(142) 및 제2 글래스(142)의 수직 방향으로 연결되어 배치된 가스 집중관(143)을 포함할 수 있다.

이때, 수직 방향은 제2 글래스(142)의 수평면에 수직되는 일측 방향일 수 있다.

제2 윈도우의 제2 글래스(142)는 챔버로부터 제1 윈도우(120)로 유입되는 불순물을 물리적으로 차단할 수 있다.

또한, 제2 윈도우의 가스 집중관(143)은 윈도우 퍼지(130)의 가스 분사부(131)에서 분사하는 불활성 가스가 에어 커튼을 형성하면서 동시에 챔버 쪽으로 불활성 가스가 집중되어 흐를 수 있도록 할 수 있다.

이때, 제2 글라스(142) 및 가스 집중관(143)은 앞서 설명한 제1 윈도우(120)의 제1 글라스(121)와 마찬가지로 석영 유리로 제작될 수 있으나, 제2 윈도우(140)의 재질은 이에 한정되지 않는다.

제2 윈도우(140)의 표면은 블라스트(Blast) 처리될 수 있다.

예를 들어, 제2 윈도우(140)의 외부 표면은 샌드블라스트(sand blast) 처리되어 제1 윈도우(120)를 통해 투과된 빛의 산란 현상을 막을 수 있다.

또한, 제2 윈도우의 가스 집중관(143)의 외부 표면, 즉 불활성 가스의 배출관이 되는 내부가 아닌 챔버쪽으로 향한 외부 표면은 블라스트 처리된 표면일 수 있다.

이때, 가스 집중관(143)의 표면을 블라스트 처리함으로써 뷰 포트를 통하여 챔버 외부에서 잉곳의 직경을 센싱할 때, 가스 집중관(143)의 표면에서의 빛 산란을 최대한 억제시킬 수 있어 측정에 대한 오류, 예컨대 잉곳의 직경 측정 오류를 최소화할 수 있다.

한편, 가스 집중관(143)의 외부 표면뿐 아니라 가스 집중관(143)의 내부도 블라스트 처리할 수 있으며, 또한 제2 윈도우(140)의 제2 글라스(142)도 블라스트 처리할 수도 있다. 이러한 제2 글라스(142)의 표면을 블라스트 처리함으로써, 상술한 바와 같이 빛의 산란에 의한 측정 오류를 최소화할 수 있다.

상술한 제2 윈도우(140)는 바디부(110)와 플랜지(Flange) 결합된 중간 구조물(141)에 안착되어 중간 구조물(141)에 플랜지 결합될 수 있다.

이때, 중간 구조물(141)은 제2 윈도우(140)를 안착시켜 플랜지 결합될 뿐만 아니라 앞서 설명한 윈도우 퍼지(130)의 퍼지 바디(132)와도 플랜지 결합될 수도 있다.

이 경우, 중간 구조물(141)과 퍼지 바디(132) 사이 및 중간 구조물(141)과 제2 윈도우(140) 사이에는 플랜지 결합된 부위에 오링(150) 또는 삽입형 오링(160)을 끼운 상태로 각각 플랜지 결합 함으로써, 뷰 포트(100)의 홀을 완전하게 밀폐시켜 챔버(10)의 밀봉 상태를 유지시켜 줄 수 있다.

그러나, 위와 같은 오링(150) 또는 삽입형 오링(160)은 다양한 형태를 가질 수 있음은 물론이다.

더욱이, 윈도우 퍼지(130), 중간 구조물(141) 및 바디부(110)에는 나사 홈이 마련되고 이 나사홈에 볼트(180)가 체결됨으로써, 윈도우 퍼지(130), 중간 매개물(141) 및 바디부(110) 사이는 단단하게 고정 및 결합될 수 있다.

또한, 도 2를 참조하면 볼트(180)는 제1 윈도우의 윈도우 바디(122)와 윈도우 퍼지(130), 중간 구조물(141)까지 관통하여 삽입될 수 있으며, 제1 윈도우(120), 윈도우 퍼지(130) 및 제2 글래스(132)가 안착된 중간 구조물(141)까지 결합하여 고정할 수 있다.

한편, 도 2에서 볼트(180)는 뷰 포트(100) 단면에서 일측에만 배치되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정하지 않으며 적어도 하나 이상의 볼트(180)가 더 배치될 수 있다.

또한, 도 2를 참조하면, 윈도우 퍼지의 퍼지 바디(132)와 제2 윈도우의 중간 구조물(141)은 직경 방향으로 돌출 부위를 가질 수 있으며, 돌출된 부위에서 서로 볼트(180a)에 의하여 결합될 수 있다.

제2 윈도우(140)는 볼트(180, 180a)의 체결에 의하여 뷰 포트의 다른 구성과 결합될 수 있으며, 볼트(180, 180a) 체결을 해체하여 용이하게 교체될 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 각 구성들 간에는 플랜지 결합이 이루어졌으나 이에 한정되지 않고 다양한 체결 구조를 가짐은 물론이다.

일 실시예의 뷰 포트는 제2 윈도우(140) 구성을 포함함으로써, 제1 윈도우(120)의 글라스 오염을 방지할 수 있어 챔버 내부의 공정 상황을 정확하게 관찰 및 측정할 수 있으며, 정확하게 측정된 데이터로 공정 조건을 제어하여 고품질의 잉곳을 생산할 수 있다.

또한, 제2 윈도우(140)는 중간 구조물(141)에 결합되어 뷰 포트에 포함될 수 있어 제2 윈도우(140)만을 탈착하는 것이 용이하므로 제2 윈도우(140)가 오염된 경우 세척 또는 교환을 용이하게 할 수 있다.

한편, 일 실시예에 따른 뷰 포트(100)는 메니스커스를 향하기 위하여 비스듬하게 기울어져 형성될 수 있다. 이렇게 기울어진 뷰 포트(100)에 효과적인 에어 커튼을 형성하기 위해 뷰 포트(100)의 상부에서 뷰 포트(100)의 하부로 가스를 분사할 수 있다.

또한, 챔버(10)의 내부에서 불활성 가스의 흐름은 잉곳이 성장하는 상부 챔버에서 하부 챔버로 흐르기 때문에, 이러한 가스의 흐름을 방해하지 않기 위해 가스 분사부(131)는 뷰 포트(100)의 상부에서 하부로 가스를 분사할 수 있다.

이 경우, 뷰 포트(100)에서 불활성 가스의 순환이 보다 원활하게 이루어질 수 있고, 제2 윈도우(140)의 가스 집중관(143)으로 순환된 불활성 가스를 보다 확실하게 집중시켜 챔버(10) 쪽으로 배출시킬 수 있다.

또한, 실시예의 뷰 포트에서는 가스 집중관(143)의 불활성 가스 집중을 통해 챔버(10)의 내부로 배출되면 기존에 남아 있던 챔버 내부 가스 흐름(예: Ar gas)이 셀(cell) 형태를 가지고 있던 것을 파괴시켜 챔버(10)의 내부에 흐르는 가스 흐름을 보다 원활하게 함으로써, 챔버(10)의 내벽에서의 오염원의 증착을 억제하거나 증착된 오염원을 제거할 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 뷰 포트(100)의 제2 윈도우(140) 구조를 보다 상세하게 나타낸 사시도이고, 도 4는 뷰 포트(100)의 제2 윈도우(140)를 상측에서 바라본 단면도이다.

도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 뷰 포트(100)의 제2 윈도우(140)는 제2 글래스(142) 및 제2 글래스(142)의 일측 수평면, 예를 들어 제2 글래스의 하부면에 연결되어 형성된 가스 집중관(143)을 포함한다.

가스 집중관(143)은 제2 윈도우의 중심에서 일측 방향으로 치우쳐서 배치될 수 있다. 이때, 일측 방향은 제2 윈도우의 최대 폭 방향일 수 있다.

도 4를 참조하면, 가스 집중관(143)의 중심(O1)은 제2 윈도우의 중심(O2)에서 일측 방향으로 이격되어 배치될 수 있으며, 도 4에서 두 개의 중심(O1 및 O2) 사이의 간격은 X일 수 있다.

이때, 이격 된 간격 X는 20mm 내지 25mm일 수 있다.

이격 된 간격이 20mm 내지 25mm를 벗어날 경우, 센서부(200)에서 잉곳 직경 측정시 제2 윈도우(140)가 간섭 현상을 야기할 수 있다.

도 3을 참조하면, 제2 윈도우에 포함된 제2 글래스(142)는 가로 및 세로 폭이 다르고, 가로 및 세로 폭 중 넓은 폭을 사이에 두고 마주 보는 양측에서 곡면을 갖는 형상을 가질 수 있다.

제 2 윈도우(140)는 석영 유리로 제작될 수 있다.

이때, 제2 글래스(142)의 두께(t)는 0.1mm 내지 20mm 범위를 가질 수 있다. 제2 글래스(142)의 두께가 0.1mm보다 작을 경우 제2 글래스의 가공이 어려울 수 있으며, 또한 강도(strength)가 확보되지 못할 수 있다. 또한 제1 윈도우(120)를 통과한 빛을 다시 투과시킬 수 있도록 하기 위하여 두께(t)는 20mm 이하일 수 있다.

또한, 가스 집중관(143)은 제2 글래스(142)와 연통되어 배치되어 사각형 형상을 가질 수 있다.

도 3을 참조하면, 일 실시예의 뷰 포트에서 가스 집중관(143)의 수평 단면은 직사각형 형상일 수 있다.

하지만, 가스 집중관(143)의 형상은 도면에 도시된 실시예에 한정하지 않으며, 다양한 형상을 가질 수 있다.

도 3을 참조하면, 제2 글래스(142) 및 가스 집중관(143)을 포함한 제2 윈도우(140)를 측면에서 바라보면, 'T'자 형상을 가질 수 있다. 이러한 “T”자 형상의 제2 윈도우(140)에서 가스 집중관(143)은 제2 글래스(142)를 기준으로 30mm 내지 50mm의 높이(H)를 가질 수 있다.

또한, 도 3의 실시예에서 가스 집중관(143)의 최대 폭(L)은 40mm 내지 60mm일 수 있다. 이때, 가스 집중관에서 최대 폭은 챔버 외부에 배치된 센서부(도 1에서 200)의 이동 범위일 수 있다.

한편, 도 3에 도시된 실시예에서 가스 집중관(143)은 도면의 도시를 기준으로 제2 글래스(142)의 우측 끝단으로부터 좌측 방향으로 40mm 내지 50mm 떨어져 위치하고(S1), 제2 글래스(142)의 상측 끝단으로부터 하측 방향으로 30mm 내지 38mm 떨어져 위치(S2)할 수 있다. 이는 센서부(200)의 센싱 범위와 일치되도록 형성되는 것일 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 실시예에서, 가스 집중관(143)은 2.5mm 내지 3.5mm의 두께(T)으로 제작될 수 있다. 두께(T)가 2.5mm보다 작을 경우 빛의 산란 현상이 일어날 수 있으며, 3.5mm 이하의 두께로 제작될 경우 제작 비용을 절감할 수 있다.

도 5는 일 실시예에 따른 윈도우 퍼지(130)를 포함한 뷰 포트(100)의 평면 상태를 나타낸 도면이고, 도 6은 일 실시예에 따른 윈도우 퍼지(130)를 보다 상세하게 나타낸 사시도이며, 도 7은 일 실시예에 따른 윈도우 퍼지(130)를 절단한 상태를 나타낸 단면 사시도이다.

도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 뷰 포트(100)는 가스 분사부(131)로 가스를 공급하기 위하여, 가스 공급부(170)를 더 구비할 수 있다. 가스 공급부(170)는 가스 라인(171)을 통해 가스 분사부(131)와 연결되어 불활성 가스를 공급할 수 있다.

이때, 가스 라인(171)에는 가스 벨브(172) 및 가스 플로우 미터(gas flow meter)가 설치되어 공급 압력을 조절하고 분사된 가스 유량을 확인함으로써, 적절한 가스 공급 압력과 분사된 총 가스 유량을 제어할 수도 있다.

예를 들어, 윈도우 퍼지(130)에서 분사되는 가스는 불활성 가스로 아르곤 가스(Ar gas)가 사용될 수 있으며, 아르곤 가스의 공급 압력은 2.5kg/cm2 내지 2.8 kg/cm2 사이에서 형성될 수 있다. 그리고, 총 분사된 가스 유량은 20 lpm 이하일 수 있다.

이러한 가스 공급부(170)는 윈도우 퍼지(130)에 가스를 공급하도록 별도로 구성되는 것도 가능하나, 설비의 편의를 위하여 불활성 가스 주입부(50)로 불활성 가스를 공급하는 라인을 분개하여 가스 라인(171)을 구성할 수도 있다.

이 경우, 실시예에 따른 윈도우 퍼지(130)는 플랜지로 형성되는데, 플랜지를 이루는 퍼지 바디(132)의 내부에는 앞서 설명한 가스 공급부(170)로부터 공급된 가스가 이동하는 통로인 가스 안내부(133)를 포함하고, 상기 가스 안내부(133)와 퍼지 바디(132) 사이에는 이동된 가스를 분사하는 가스 분출구(134)를 포함할 수 있다.

이를 통해, 가스 분사부(131)가 퍼지 바디(132)의 일측에서 내부로 가스를 공급하면, 공급된 가스는 가스 안내부(133)를 따라 가스 분출구(134)로 이동됨으로써, 가스 분출구(134)에서 이동된 가스가 분출되어 에어 커튼을 형성할 수 있게 된다.

즉, 퍼지 바디(132)에서 가스를 분사하고자 하는 위치에 가스 분출구(134)가 형성되고, 가스 분사부(131)와 가스 분출구(134)가 가스 안내부(133)를 통해 연결되면, 가스 분사부(131)가 가스를 공급하는 위치에 관계없이 원하는 위치에서 가스를 분사할 수 있게 된다.

다시 말해, 실시예에서 윈도우 퍼지(130)는 가스 분사부(131)가 뷰 포트(100)의 하부측 퍼지 바디(132)에 구비되고, 가스 분출구(134)가 뷰 포트(100)의 상부측 퍼지 바디(132)에 구비되도록 함으로써, 가스 분사부(131)와 가스 분출구(134)는 퍼지 바디(132)를 따라 형성된 가스 안내부(133)를 통해 연결되는 구조를 가질 수 있다.

이러한 구조로 인하여, 뷰 포트(100)의 하부 측에서 분사된 가스는 가스 안내부(133)를 따라 이동하여 뷰 포트(100)의 상부측으로 분사될 수 있다. 이때, 가스 분출구(134)는 에어 커튼의 면적을 넓히기 위하여, 복수 개로 구성될 수 있으며, 도시된 바와 다르게 가로 방향으로 연장된 홀 형상으로 구성될 수도 있는 등 다양한 변형이 가능함은 물론이다.

이와 같이, 에어 커튼을 형성하는 윈도우 퍼지(130)의 구조로 인하여, 실시예에서는 제1 윈도우(120)의 글라스(121)의 오염을 차단할 수 있고, 동시에 제2 윈도우(140)의 가스 집중관(143)으로 불활성 가스를 집중시키는데 도움을 줄 수 있다.

도 8은 일 실시예에 따른 윈도우 퍼지(130)를 분리한 분리 사시도이다.

도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른 윈도우 퍼지(130)는 앞서 도 2에서 설명한 실시예에서 윈도우 퍼지(130)의 구조만 변형된 것일 수 있다. 이하, 상술한 실시예의 설명과 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으나, 상술한 실시예의 윈도우 퍼지(130)와 공통되는 부분에 대해서는 후술하는 실시예서도 동일하게 적용됨은 물론이다.

일 실시예에 따른 윈도우 퍼지(130)는 가스 분출구(134)와 제1 윈도우(120)에 구비된 글라스(121)의 하면 사이에서 분사된 가스를 분개하는 경사진 턱(135)을 더 포함할 수 있다.

이러한 경사진 턱(135)이 구비되면, 가스 분출구(134)에서 분출된 가스가 경사진 턱을(135)을 거치면서 분개되므로, 제1 윈도우(120)에 구비된 글라스(121)의 하측 수평면에 균일하고 조밀하게 에어 커튼을 형성하는데 효과적일 수 있다.

보다 구체적으로, 도 8에 도시된 윈도우 퍼지(130) 실시예에서는 가스를 분사하는 제1 윈도우 퍼지(130a)와 그 하면에 결합되는 제2 윈도우 퍼지(130b)를 포함할 수 있다.

이때, 제 1 윈도우 퍼지(130a)는 가스를 공급하는 가스 분사부(131), 공급된 가스를 안내하는 가스 안내부(133), 안내된 가스를 수직 방향으로 분사하는 가스 분출구(134) 및 분출된 가스를 분개하는 경사진 턱(135)을 포함할 수 있다.

이러한 제1 윈도우 퍼지(130a)의 하면에는 제2 윈도우 퍼지(130b)가 결합되는데, 경사진 턱(135)과 소정의 간격을 두도록 결합되어 분출된 가스가 간격을 통해 제1 윈도우(120)의 글라스(121) 하측으로 분사되도록 할 수 있다.

이로 인하여, 가스 분출구(134)에서 수직 방향으로 분출된 가스는 제2 윈도우 퍼지(130b)의 바디에 막혀서 경사진 턱(135)과 바디 사이에서 소정의 간격으로 분개된 후 분사되어 조밀하고 균일한 에어 커튼을 형성하게 되는 것이다. 이로써, 좀더 효과적으로 제1 윈도우(120)의 글라스(121)의 하면에 오염을 방지하는데 도움을 줄 수 있다.

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.

1000 : 잉곳 성장 장치 10 : 챔버
20 : 석영도가니 30 : 히터
40 : 열차폐체 50 : 불활성 가스 주입부
60 : 수냉관 70 : 시드 척
100 : 뷰 포트 200 : 센서부
110 : 바디부 120 : 제1 윈도우
121 : 제1 글라스 122 : 윈도우 바디
130 : 윈도우 퍼지 131 : 가스 분사부
132 : 퍼지 바디 133 : 가스 안내부
134 : 가스 분출구 135 : 경사진 턱
140 : 제2 윈도우 141 : 중간 구조물
142 : 제2 글라스 143 : 가스 집중관
150 : 오링 160 : 삽입형 오링
170 : 가스 공급부 171 : 가스 라인
172 : 가스 벨브 180, 180a : 볼트

Claims (21)

1. 챔버 내부와 연통되는 바디부;
   상기 바디부 상에 배치되며 상기 챔버 외부에서 유입되는 빛을 투과시키는 제1 윈도우;
   상기 제1 윈도우를 안착시키고, 내부로 분사된 가스를 이용하여 에어 커튼을 형성하는 윈도우 퍼지; 및
   상기 윈도우 퍼지와 상기 바디부 사이에 배치되며 중간 구조물에 의하여 고정되는 제2 윈도우;를 포함하는 뷰 포트.
2. 제 1항에 있어서,상기 제1 윈도우는 상기 윈도우 퍼지의 상부에 결합되는 윈도우 바디; 및
   상기 윈도우 바디에 삽입되는 제1 글라스; 를 포함 하는 뷰 포트.
3. 제 1항에 있어서, 상기 제2 윈도우는 상기 중간 구조물에 안착되는 제2 글래스; 및
   상기 제2 글래스 상에 수직 방향으로 연결되어 배치된 가스 집중관; 을 포함하는 뷰 포트.
4. 제 3항에 있어서, 상기 가스 집중관의 표면은 블라스트 처리된 뷰 포트.
5. 제 3항에 있어서, 상기 챔버로 향하는 상기 제2 글래스의 하부면과 상기 가스 집중관의 외부 표면은 블라스트 처리 된 뷰 포트.
6. 제 3항에 있어서, 상기 가스 집중관은 상기 제2 윈도우의 중심에서 일측 방향으로 치우쳐 배치되며,
   상기 일측 방향은 상기 윈도우의 최대 폭 방향인 뷰 포트.
7. 제 6항에 있어서, 상기 가스 집중관의 중심은 상기 제2 윈도우의 중심에서 상기 일측 방향으로 20mm 내지 25mm 이격되어 배치된 뷰 포트.
8. 제 3항에 있어서,
   상기 제2 윈도우는 'T'자 형상을 가지며,
   상기 가스 집중관의 수평 단면은 사각형 형상을 갖는 뷰 포트.
9. 제 3항에 있어서,
   상기 제2 글래스에 대하여 수직하는 상기 가스 집중관의 높이는 30mm 내지 50mm인 뷰 포트.
10. 제 3항에 있어서, 상기 가스 집중관의 최대 폭은 40mm 내지 60mm인 뷰 포트.
11. 제 3항에 있어서, 상기 가스 집중관은 2.5mm 내지 3.5mm의 두께를 갖는 뷰 포트.
12. 제 1항에 있어서,
    상기 중간 구조물은 상기 바디부와 플랜지 결합되며,
    상기 제2 윈도우는 상기 중간 구조물에 플랜지 결합된 뷰 포트.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 윈도우 퍼지는 상기 중간 구조물 상측에 결합되는 퍼지 바디; 및
    상기 퍼지 바디의 일측에서 가스를 분사하여 에어 커튼을 형성하는 가스 분사부; 를 포함하는 뷰 포트.
14. 제 13항에 있어서,
    상기 중간 구조물과 상기 퍼지 바디 사이 및 상기 중간 구조물과 상기 제2 윈도우 사이는
    오링 또는 삽입형 오링을 끼운 상태로 각각 체결되는 뷰 포트.
15. 제 13항에 있어서,
    상기 가스 분사부는 상기 가스의 분사 방향을 조절하는 가스 노즐을 포함 하는 뷰 포트.
16. 제 13항에 있어서,
    상기 퍼지 바디는 상기 가스 분사부로부터 공급된 가스의 이동 통로가 되는 가스 안내부; 및
    상기 가스 안내부와 상기 퍼지 바디 사이에 배치되며 상기 이동된 가스를 분사하는 복수개의 가스 분출구; 를 포함 하는 뷰 포트.
17. 제 16항에 있어서,
    상기 가스 분출구는 넓은 면적으로 상기 가스가 분사되도록 가로 방향으로 연장된 형상을 갖는 뷰 포트.
18. 제 13항에 있어서,
    상기 윈도우 퍼지는 분사된 상기 가스를 분개하는 경사진 턱; 을 더 포함 하는 뷰 포트.
19. 챔버;
    상기 챔버의 내부에 배치되며 실리콘 멜트를 수용하는 석영도가니;
    상기 실리콘 멜트에 시드를 침지하고 회전 및 인상하여 상기 잉곳을 성장시키는 인상 수단; 및
    상기 챔버의 일측에 배치되는 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항의 뷰 포트;를 포함하는 잉곳 성장 장치.
20. 제 19항에 있어서,
    상기 뷰 포트를 통해 상기 잉곳의 직경을 측정하는 센서부;를 더 포함하는 잉곳 성장 장치.
21. 제 19항에 있어서,
    상기 석영도가니는,
    안티모니(Sb)를 도펀트로 함유한 상기 실리콘 멜트를 수용하는 잉곳 성장 장치.

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