WO2023038257A1 - 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경 - Google Patents

잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경 Download PDF

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WO2023038257A1
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guide tube
prevented
endoscope
lens
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전한웅
박진성
김근호
이영민
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한화솔루션 주식회사
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    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
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    • G02B23/2492—Arrangements for use in a hostile environment, e.g. a very hot, cold or radioactive environment

Definitions

  • the present invention relates to a high-temperature endoscope of an ingot growing apparatus, and more particularly, to a high-temperature endoscope of an ingot growing apparatus in which impurity deposition is prevented by having a structure for increasing the flow rate of an inert gas to prevent impurity deposition.
  • a grower using the Czochralski method uses a vision camera such as CCD and a sensor for diameter measurement to measure the diameter of the ingot and the melt level of the silicon melted inside the crucible. (Laser sensor, etc.) is used, which measures the diameter of the growing ingot or the height level of the molten silicon through the view port installed on the top or side of the chamber.
  • a vision camera such as CCD
  • a sensor for diameter measurement to measure the diameter of the ingot and the melt level of the silicon melted inside the crucible. (Laser sensor, etc.) is used, which measures the diameter of the growing ingot or the height level of the molten silicon through the view port installed on the top or side of the chamber.
  • an industrial camera is installed outside the port to measure the diameter of the crystal inside the equipment and proceed with the process, which is a method commonly used in the field of single crystal growth.
  • a field of view in order to secure a field of view, a field of view must be secured from the monitoring port outside the crystal growing device to the crystal growth region inside the single crystal growing device without interference from internal structures. This causes a lot of heat energy loss and brings restrictions on the structural design corresponding to the viewing path.
  • an endoscopic monitoring system applicable to high heat is applied. This is a structure that secures only a minimum space up to the area where crystals grow, and can reinforce a large amount of insulation compared to the existing method. Therefore, it has a function of reducing power consumption by strengthening the insulation performance.
  • the high-temperature endoscope of the ingot growth apparatus does not directly affect the camera lens when impurities generated inside the apparatus are installed outside the equipment.
  • the endoscope device is located inside the growth furnace and is easily exposed to lens contamination by impurities because it is used for a long time.
  • the front gas outlet 11a does not include a function to enhance the gas flow rate and simply blows gas toward the lens 12 from the end of the frame 11. Since it is a feeding method, there is a problem in that impurities are deposited and accumulated on the lens 12 over time, resulting in contamination.
  • a guide to increase the flow rate of inert gas sprayed from the end of the endoscope to prevent impurities from being deposited on the lens, a high-temperature endoscope in which impurity deposition is prevented in an ingot growth device is prevented. It is to be provided.
  • a high-temperature endoscope in which impurity deposition is prevented in an ingot growth apparatus includes a frame extending to the inside of a chamber of the ingot growth apparatus and having a gas outlet at an end portion through which an inert gas is discharged; a lens installed at the center of an end of the frame and protected by an inert gas discharged from the gas outlet; and a guide tube installed on an outer surface of the frame and extending from an end of the frame to increase a flow rate by guiding the inert gas to prevent impurities from being deposited on the lens.
  • At least one gas outlet may be installed at one side of an end of the frame, and a direction of discharged gas may be disposed toward the center of the lens.
  • the guide tube may be prevented from depositing impurities in the ingot growing apparatus, in which an insulator for insulating the frame is installed.
  • the guide tube is inserted into the outer surface of the frame, and a plurality of piece holes are formed at the top so that the frame can be assembled and disassembled by a plurality of pieces.
  • deposition of impurities in the ingot growing apparatus may be prevented by forming a reduced diameter portion having a reduced inner diameter at an end portion of the guide tube.
  • the inner diameter of the reduced diameter portion of the guide tube may be linearly reduced toward the end side.
  • the end of the guide tube may be formed in the form of a long hole on a plane.
  • the guide tube may be formed with a one-way protrusion protruding inward on one side at an end.
  • the one-way protrusion of the guide tube may be installed in front of the gas discharge port so that the discharged inert gas collides with the opposite partition wall to form a vortex.
  • the high-temperature endoscope in which deposition of impurities is prevented in the ingot growing apparatus according to the present invention is guided by the guide tube to increase the flow rate of the inert gas, it is possible to prevent impurities from being deposited on the lens.
  • heat loss caused by the hyperthermal endoscope can be supplemented by installing an insulator in the guide tube.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an end of a hyperthermia endoscope of an ingot growing apparatus according to the prior art.
  • Fig. 2 is a plan view of an end of the hyperthermia endoscope shown in Fig. 1;
  • FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram of an ingot growth apparatus equipped with a high-temperature endoscope in which impurity deposition is prevented according to the present invention.
  • Figure 4 is a cross-sectional view of the end of the high-temperature endoscope in which impurity deposition is prevented in the ingot growing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of an end of a high-temperature endoscope in which impurity deposition is prevented in an ingot growing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view and a plan view of a high-temperature endoscope in which impurity deposition is prevented in an ingot growing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view and a plan view of a high-temperature endoscope in which impurity deposition is prevented in an ingot growing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view and a plan view of a high-temperature endoscope in which impurity deposition is prevented in an ingot growing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view and a plan view of a high-temperature endoscope in which impurity deposition is prevented in an ingot growing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
  • Words and terms used in this specification and claims are not construed as limited in their ordinary or dictionary meanings, but in accordance with the principle that the inventors can define terms and concepts in order to best describe their inventions. It should be interpreted as a meaning and concept that corresponds to the technical idea.
  • a component being in the "front”, “rear”, “above” or “below” of another component means that it is in direct contact with another component, unless there are special circumstances, and is “in front”, “rear”, “above” or “below”. It includes not only those disposed at the lower part, but also cases in which another component is disposed in the middle.
  • the fact that certain components are “connected” to other components includes cases where they are not only directly connected to each other but also indirectly connected to each other unless there are special circumstances.
  • FIG. 3 a cross-sectional configuration of an ingot growing device 20 equipped with a hyperthermia endoscope 60 according to the present invention is shown.
  • a growth furnace 50 is installed inside the vacuum chamber 30, and single crystals grow in the center.
  • a heater is installed in close contact with the growth furnace 30, and an upper insulator 41, a lower insulator 42, and a side insulator 43 are installed to minimize heat loss.
  • Heat loss is a very important factor because it directly affects the unit cost of a product. Therefore, it is very important to minimize heat loss.
  • a high-temperature endoscope 60 is installed through the vacuum chamber 30 and the side heat insulating material 43 so that the ingot growth inside can be observed.
  • the hyperthermia endoscope 60 has a form in which a lens 62 is installed at an end of a frame 61, which is a long extension member in the form of a pipe.
  • the high-temperature endoscope 60 in which impurity deposition is prevented in the ingot growing apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a frame 61, a lens 62, and a guide tube 63 can include
  • the frame 61 may extend to the inside of the chamber 30 of the ingot growth apparatus 20 and may have a gas outlet 61a through which an inert gas is discharged at an end thereof.
  • the frame 61 extends to the vicinity of the growth furnace 50 through the vacuum chamber 30 and through the side insulation 43 as well. It may be installed adjacent to the growth furnace 50 so that the diameter and state of the single crystal ingot growing inside the growth furnace 50 can be visually grasped.
  • electronic components such as an image sensor may be installed behind the frame 61 to obtain an image through the lens 62 .
  • a cooling jacket may be formed in the frame 61 to maintain the temperature inside the high-temperature chamber 30 below a certain level, and cooling equipment may be connected thereto.
  • argon gas which is an inert gas
  • argon gas may be supplied at a certain pressure through a gas outlet 61a formed at the end. Due to the provision of such an inert gas, deposition of impurities on the lens 62 can be prevented as much as possible.
  • the frame 61 is an extension member and may be formed in a pipe shape, and an image through the lens 62 may be provided to a rear image sensor through a central hole of the frame 61 .
  • the lens 62 is installed at the center of the end of the frame 61 and may be protected by an inert gas discharged from the gas outlet 61a.
  • the ingot growth apparatus 20 uses the growth furnace 50 made of quartz in terms of process structure, impurities of SiOx are generated inside during the working process.
  • At this time, at least one gas outlet 61a may be installed at one side of an end of the frame 61 and the direction of the discharged gas may be disposed toward the center of the lens 62 .
  • one gas outlet 61a is formed, and the inert gas discharged through the gas outlet 61a passes through the center of the lens 62 and is disposed to be discharged to the opposite side.
  • this flow of gas will be operated simultaneously when ingot growth begins and will continue until the work is completed.
  • the impurities When the ingot grows in this state, impurities are generated in the growth furnace 50 , the impurities will flow inside the chamber 30 according to the flow of the fluid, and the impurities will also come into contact with the lens 62 . At this time, due to the temperature and material, a part is deposited on the lens 62, making it impossible to obtain a clear image. However, before the impurities come into contact with the lens 62, a large portion will move away from the lens 62 along the flow of the inert gas, thereby preventing deposition.
  • the guide tube 63 is installed on the outer surface of the frame 61 and a guide portion extending from an end of the frame 61 is formed to guide the inert gas to increase the flow rate. Thus, it is possible to prevent impurities from being deposited on the lens 62 .
  • the guide tube 63 is inserted into the outer surface of the frame 61, and a plurality of piece holes 163b-463b are formed at the top so that the frame 61 can be assembled and disassembled by a plurality of pieces there is.
  • it can be assembled and attached in the form of forming about 3 to 4 piece holes and fastening or pressing to the frame 61 by means of bolts.
  • the high-temperature endoscope 60 of the ingot growth apparatus in which the guide tube 63 is installed is discharged through the gas outlet 61a because a guide portion having a certain length is formed from the lens 62 at the position where the gas outlet 61a is formed.
  • the inert gas flows through the front part of the lens 62 to the opposite partition wall, then flows along the guide part to the end of the guide tube 63, and then has a fluid flow that escapes from the guide tube 63.
  • the inert gas flows sequentially while the inert gas is filled in a space larger than the length of the guide part, impurities must pass through the flow of the inert gas filling the guide part in order to contact the lens 62, so the impurities are on the surface of the lens 62. Since it is difficult to penetrate to the lens 62, the deposition of impurities can be prevented more reliably.
  • FIG. 3 an ingot growing apparatus 20 to which a high-temperature endoscope 60 in which impurity deposition is prevented according to a first embodiment of the present invention is applied is shown.
  • the growth furnace 50 is installed inside the chamber 20, and insulators 41, 42, and 43 are installed on the top, side, and bottom.
  • the frame 61 of the hyperthermia endoscope 60 passes through the side of the chamber 20 and is installed up to the vicinity of the growth furnace 50, and the diameter of the ingot growing through the lens 62 installed at the end of the frame 61 and It is in a state where visibility is secured so that you can check the status. Accordingly, a large amount of impurities generated in the growth furnace 50 may directly flow toward the lens 62 .
  • a guide tube 63 is assembled to the end of the frame 61 of the hyperthermia endoscope 60.
  • the guide portion of the guide tube 63 protects the lens 62 in a form extending a predetermined length from the lens 62 .
  • the inert gas is discharged through the gas outlet 61a of the frame 61 to fill the guide unit, and therefore, the impurities flowing towards the lens 62 cannot pass through the inert gas filling the guide unit and are discharged back to the opposite side of the lens 62. Deposition of impurities on the surface of the lens 62 is reliably prevented.
  • a hyperthermic endoscope 60 in which impurity deposition is prevented according to a second embodiment of the present invention is shown.
  • the difference from the previous embodiment is that an insulator 64 for insulating the frame 61 is installed in the guide tube 63.
  • the heat insulating material 64 on the guide tube 63, the heat insulating performance of the frame 61 can be improved.
  • an insulator 64 may be inserted into the outer surface of the guide tube 63 to reduce heat energy loss and may have a guide tube 63 structure that is safely used even in a high temperature region.
  • a reduced diameter portion 163a having a reduced inner diameter may be formed at an end of the guide tube 163 .
  • the inert gas is guided by the guide part of the guide tube 163, and a diameter reduced part 163a having a reduced inner diameter is formed at the end of the guide part, and the inert gas injected by the shape of the reduced diameter part 163a is formed.
  • a function to amplify the vortex of and at the same time increase the flow rate according to Bernoulli's theorem can be added through a narrow passage.
  • a guide tube 263 of a hyperthermia endoscope in which impurity deposition is prevented according to a fourth embodiment of the present invention is shown.
  • the inner diameter of the reduced diameter portion 263a of the guide tube 263 is linearly reduced toward the end. That is, it is designed to play a role of facilitating the flow of the injected inert gas by processing the end of the guide part in an oblique shape on the cross section.
  • the guide tube 363 may have an end in the form of a long hole 363a on a plane. By having the shape of the long hole 363a in this way, it is possible to monitor only the diameter of the functional crystal and the observed local area.
  • the guide tube 463 may have a one-way protruding part 463a protruding inward at one side at an end thereof.
  • the one-way protruding part 463a of the guide tube 463 is installed in front of the gas outlet 61a, and the discharged inert gas collides with the opposite partition wall to form a vortex. Deposition due to penetration of impurities can be further prevented by the increased vortex flow of the inert gas.
  • the present invention can be applied to an ingot growing apparatus.

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Abstract

불순물 증착을 방지하기 위한 불활성 기체의 유속을 증가시키는 구조를 가짐으로써 불순물 증착이 방지되는 잉곳 성장 장치의 고열 내시경이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경은, 잉곳 성장 장치의 챔버 내부까지 연장되고 단부에는 불활성 가스가 배출되는 가스 배출구가 구비된 프레임; 상기 프레임의 단부 중앙에 설치되고 상기 가스 배출구로부터 배출되는 불활성 가스에 의해 보호되는 렌즈; 및 상기 프레임의 외면에 설치되고 상기 프레임의 단부로부터 연장된 가이드부가 형성되어 상기 불활성 가스를 안내함으로써 유속을 증가시켜 불순물이 상기 렌즈에 증착되는 것을 방지하는 가이드 튜브;를 포함할 수 있다.

Description

잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경
본 발명은 잉곳 성장 장치의 고열 내시경에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 불순물 증착을 방지하기 위한 불활성 기체의 유속을 증가시키는 구조를 가짐으로써 불순물 증착이 방지되는 잉곳 성장 장치의 고열 내시경에 관한 것이다.
일반적으로 쵸크랄스키법을 사용하는 성장로(Grower)는 잉곳의 직경 및 도가니 내부에서 용융된 실리콘의 높이 수준(Melt Level)을 측정하기 위해 CCD 등의 비전 카메라(Vision Camera) 및 직경측정용 센서(Laser 센서 등)를 사용하고 이는 챔버(Chamber)의 상부 혹은 측부에 설치된 뷰 포트(View Port)를 통하여 성장중인 잉곳의 직경 혹은 용융된 실리콘의 높이 수준을 측정한다.
종래 잉곳 성장장치는 포트 외부에 산업용 카메라를 설치하여 장비 내부 결정의 직경을 측정하여 공정을 진행하는 것이 단결정 성장분야에 통상적으로 사용되는 방식이다. 해당 방식을 사용할 경우, 시야 확보를 위해서 결정 성장장치의 외부에 모니터링 포트로부터 단결정 성장 장치 내부 결정성장영역까지 내부 구조물의 간섭 없이 시야를 확보해 주어야 한다. 이는 많은 열 에너지 손실을 유발시키며 시야 경로에 해당되는 구조디자인의 제약을 가져온다.
이러한 종래 잉곳 성장장치의 열 에너지 손실을 방지하기 위하여 고열에 적용 가능한 내시경 방식의 모니터링 시스템을 적용한다. 이는 결정이 성장되는 영역까지 최소한의 공간만 확보하며, 기존 방식에 비해 많은 양의 단열재를 보강할 수 있는 구조이다. 따라서, 단열성능 강화하여 사용되는 전력 사용량을 감소하는 기능을 가진다.
종래 기술에 의한 잉곳 성장장치의 고열 내시경은 단결정 성장분야에서 보편적으로 사용하는 산업용 카메라의 경우, 장치내부에서 발생되는 불순물이 장비 외부에 설치된 경우에는 카메라 렌즈에 직접적인 영향을 끼치지 않는다. 그러나 종래 장비가 성장로 내부에 설치된 고열 내시경(10)의 경우, 내시경 장치가 성장로 내부에 위치되고 장시간 사용하기에 불순물에 의한 렌즈오염에 쉽게 노출되어 있다. 해당 문제해결을 위해 고열 내시경(10) 렌즈(12) 표면에 내시경 전면에 불활성 기체를 공급해주는 별도의 가스 배출구(11a)가 프레임(11)에 존재하지만, 오염물질이 과다하게 발생되는 본 공정에 적용하기에는 적합하지 않는 구조이며, 도 1 및 도 2를 참고하면, 전면 가스 배출구(11a)는 가스 유속을 강화해주는 기능을 포함하지 않고 프레임(11) 끝단에서 단순히 렌즈(12) 방향으로 가스를 불어주는 방식이기 때문에 시간이 지남에 따라 렌즈(12)에 불순물이 증착 및 축적되어 오염되는 문제점이 있었다.
본 발명에 따르면 내시경 끝단에서 분사되어 불순물이 렌즈에 증착되는 것을 방지하는 불활성 가스의 유속이 증대되도록 가이드를 설치함으로써 불순물 증착이 방지되는 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경을 제공하고자 한다.
본 발명의 일측면에 따른 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경은, 잉곳 성장 장치의 챔버 내부까지 연장되고 단부에는 불활성 가스가 배출되는 가스 배출구가 구비된 프레임; 상기 프레임의 단부 중앙에 설치되고 상기 가스 배출구로부터 배출되는 불활성 가스에 의해 보호되는 렌즈; 및 상기 프레임의 외면에 설치되고 상기 프레임의 단부로부터 연장된 가이드부가 형성되어 상기 불활성 가스를 안내함으로써 유속을 증가시켜 불순물이 상기 렌즈에 증착되는 것을 방지하는 가이드 튜브;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 가스 배출구는 상기 프레임의 단부 일측에 적어도 하나 이상이 설치되고 배출되는 가스의 방향이 상기 렌즈 중앙을 향하도록 배치될 수 있다.
이때, 상기 가이드 튜브에는 상기 프레임을 단열하기 위한 단열재가 설치된, 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지될 수 있다.
이때, 상기 가이드 튜브는 상기 프레임의 외면에 삽입되고, 상단에 복수개의 피스 홀이 형성되어 상기 프레임에 복수개의 피스에 의해 조립 및 분해될 수 있다.
이때, 상기 가이드 튜브의 단부에는 내경이 축소된 축경부가 형성된, 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지될 수 있다.
이때, 상기 가이드 튜브의 축경부는 단부 측으로 갈수록 내경이 선형적으로 축소될 수 있다.
이때, 상기 가이드 튜브는 단부가 평면 상 장공 형태로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 가이드 튜브는 단부에는 일측에 내측으로 돌출된 편방향 돌출부가 형성될 수 있다.
이때, 상기 가이드 튜브의 편방향 돌출부는 상기 가스 배출구의 전방에 설치되어 배출되는 불활성 가스가 반대편 격벽에 부딪혀 와류를 형성할 수 있다.
상기의 구성에 따라, 본 발명에 따른 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경은 가이드 튜브에 의해 불활성 가스의 유속이 증대되도록 안내되므로 불순물이 렌즈에 증착되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경은 가이드 튜브에 단열재를 설치함으로써 고열 내시경에 의해 손실되는 열 손실을 보충할 수 있다.
도 1은 종래기술에 의한 잉곳 성장 장치의 고열 내시경의 단부의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 고열 내시경의 단부의 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경이 장착된 잉곳 성장 장치의 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경의 단부의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경의 단부의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경의 단면도와 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경의 단면도와 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경의 단면도와 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경의 단면도와 평면도이다.
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 발명에 따른 잉곳 성장 장치(20)의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경(60)을 설명한다.
도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 고열 내시경(60)이 장착된 잉곳 성장장치(20)의 단면 구성이 도시되어 있다. 진공 챔버(30) 내부에는 성장로(50)가 설치되어 있고 중앙으로 단결정이 성장하게 된다. 성장로(30)에는 히터가 밀착되어 설치되어 있고, 열손실을 최소화하기 위하여 상부 단열재(41), 하부 단열재(42), 그리고 측면 단열재(43)가 설치되어 있다. 열손실은 직접적으로 제품의 단가에 영향을 미치기 때문에 매우 중요한 요소이다. 따라서 열손실을 최소화하는 것이 매우 중요하다.
이때, 상기 잉곳 성장장치(20)의 진공 챔버(30)의 측면에는 고열 내시경(60)이 내부의 잉곳 성장을 관찰할 수 있도록 진공 챔버(30)와 측면 단열재(43)를 관통하여 설치되어 있다.
이때, 상기 고열 내시경(60)은 파이프 형태의 긴 연장 부재인 프레임(61)의 단부에 렌즈(62)가 설치된 형태를 가진다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경(60)은, 도 3 및 도 4를 참고하면, 프레임(61), 렌즈(62), 그리고 가이드 튜브(63)를 포함할 수 있다.
상기 프레임(61)은, 도 3 및 도 4를 참고하면, 잉곳 성장 장치(20)의 챔버(30) 내부까지 연장되고 단부에는 불활성 가스가 배출되는 가스 배출구(61a)가 구비될 수 있다.
이때, 상기 프레임(61)은 진공 챔버(30)를 관통하고 측면 단열재(43) 또한 관통하여 성장로(50) 부근까지 연장되어 있다. 성장로(50) 내부에서 성장하는 단결정 잉곳의 직경과 상태를 시각적으로 파악할 수 있도록 성장로(50)에 인접하도록 설치될 수 있다.
이때, 상기 프레임(61)은 진공 챔버(30)와 측면 단열재(43)를 관통하여 설치되기 때문에 아무리 작은 공간과 면적을 차지하더라도 열손실을 막기 어렵다.
이때, 상기 프레임(61)의 후방에는 렌즈(62)를 통하여 이미지를 획득할 수 있도록 이미지 센서 등의 전자 부품들이 설치될 수 있다.
이때, 상기 프레임(61)에는 고온의 챔버(30) 내부에서 온도를 일정 이하로 유지하기 위하여 냉각 재킷이 형성되고, 냉각 장비가 연결될 수 있다.
이때, 상기 프레임(61)에는 단부까지 가스 통로가 형성되고, 단부에 형성된 가스 배출구(61a)를 통하여 불활성 가스인 아르곤 가스가 일정 압력으로 공급될 수 있다. 이러한 불활성 가스의 제공으로 인해 렌즈(62)에 불순물이 증착되는 것을 최대한 방지할 수 있다.
이때, 상기 프레임(61)은 연장부재로서, 파이프 형상으로 이루어질 수 있고, 렌즈(62)를 통한 이미지가 프레임(61) 중앙 홀을 통하여 후방의 이미지 센서로 제공될 수 있다.
상기 렌즈(62)는, 도 3 및 도 4를 참고하면, 상기 프레임(61)의 단부 중앙에 설치되고 상기 가스 배출구(61a)로부터 배출되는 불활성 가스에 의해 보호될 수 있다. 통상 잉곳 성장 장치(20)는 공정 구조 상 석영 재질의 성장로(50)를 사용하기 때문에 작업 공정에서 내부에서 SiOx의 불순물이 발생하게 된다.
이때, 상기 렌즈(62)에 활성 가스에 의해 불순물 증착이 방지되지 않으면 단기간에 렌즈(62) 표면에 불순물이 증착되어 렌즈(62)를 청소 또는 교체하는 것을 반복해야 할 수 있다.
이때, 상기 가스 배출구(61a)는 상기 프레임(61)의 단부 일측에 적어도 하나 이상이 설치되고 배출되는 가스의 방향이 상기 렌즈(62) 중앙을 향하도록 배치될 수 있다. 여기서는 한 개의 가스 배출구(61a)가 형성되어 있고, 상기 가스 배출구(61a)로 배출되는 불활성 가스는 렌즈(62) 중앙 방향을 거쳐 반대쪽으로 배출되도록 배치되어 있다. 물론 이러한 가스의 흐름은 잉곳 성장이 시작되면 동시에 작동되어 작업이 마무리될 때까지 계속 이루어질 것이다.
이러한 상태에서 잉곳 성장이 진행되면 성장로(50)에서 불순물이 발생되고 불순물은 챔버(30) 내부를 유체의 흐름에 따라 흘러갈 것이고, 렌즈(62)에도 불순물이 접촉하게 될 것이다. 이때 온도와 재질에 의해 일부가 렌즈(62)에 증착되어 선명한 이미지를 얻을 수 없게 된다. 그러나 렌즈(62)에 불순물이 접촉하기 전에 많은 부분은 불활성 가스의 흐름을 따라 렌즈(62)로부터 멀어져 증착이 방해될 것이다.
이때, 일부의 불순물은 불활성 가스의 흐름이 전체를 커버하기 어렵고, 불활성 가스의 유속 또한 속도가 빠른 불순물이나 무거운 불순물을 모두 렌즈(62)로부터 완전히 이탈시키는 것은 어렵다. 따라서 빠른 유속과 많은 양의 불활성 가스의 흐름은 다양한 불순물을 렌즈(62)에 접촉되지 않도록 거의 처리할 수 있을 것이다. 그러나 불활성 가스를 너무 높은 압력과 많은 양을 공급하면 열손실 문제 등의 문제점이 발생되기 때문에 불활성 가스의 공급하는 양과 압력을 유지하면서 불순물의 증착을 방지하는 구조가 필요하다. 이러한 구조는 가이드 튜브(63)에 의해 달성된다.
상기 가이드 튜브(63)는, 도 3 및 도 4를 참고하면, 상기 프레임(61)의 외면에 설치되고 상기 프레임(61)의 단부로부터 연장된 가이드부가 형성되어 상기 불활성 가스를 안내함으로써 유속을 증가시켜 불순물이 상기 렌즈(62)에 증착되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 상기 가이드 튜브(63)는 상기 프레임(61)의 외면에 삽입되고, 상단에 복수개의 피스 홀(163b-463b)이 형성되어 상기 프레임(61)에 복수개의 피스에 의해 조립 및 분해될 수 있다. 여기서 3 - 4 개 정도의 피스 홀을 형성하고 볼트들에 의해 프레임(61)에 체결 또는 압착하는 형태로 조립 및 부착될 수 있다.
이때, 상기 가이드 튜브(63)는 고온에서 프레임(61) 외면에 부착된 상태를 변형없이 유지해야 하기 때문에 그 소재로는 흑연, 세라믹, 몰리브덴 등의 고온에 강한 재질을 적용할 수 있다.
이때, 상기 가이드 튜브(63)가 설치된 잉곳 성장 장치의 고열 내시경(60)은 가스 배출구(61a)가 형성된 위치의 렌즈(62)로부터 일정 길이의 가이드부가 형성되어 있기 때문에 가스 배출구(61a)로 배출된 불활성 가스는 렌즈(62) 앞부분을 거쳐 반대편의 격벽까지 흘러간 다음 가이드부를 따라 가이드 튜브(63) 단부까지 흘러간 다음 가이드 튜브(63)로부터 벗어나게 되는 유체 흐름을 가지게 된다. 따라서 가이드부 길이만큼 더 큰 공간에 불활성 가스가 채워진 상태에서 불활성 가스가 차례로 흘러가기 때문에 불순물이 렌즈(62)에 접촉하기에는 이러한 가이드부를 채운 불활성 가스의 흐름을 뚫고 들어가야 하므로 불순물이 렌즈(62) 표면까지 침투하기 어려워 불순물의 렌즈(62) 증착은 더욱 더 확실하게 방지될 수 있게 된다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경(60)이 적용된 잉곳 성장 장치(20)가 도시되어 있다. 성장로(50)는 챔버(20) 내부에 설치되어 있고, 상부, 측면, 하부에 단열재(41, 42, 43)가 설치되어 있다. 챔버(20) 측면에는 고열 내시경(60)의 프레임(61)이 관통하여 성장로(50) 부근까지 설치되어 있고, 프레임(61) 단부에 설치된 렌즈(62)를 통하여 성장하고 있는 잉곳의 직경과 상태를 확인할 수 있도록 시야 확보가 된 상태이다. 따라서 성장로(50)에서 발생되는 불순물은 직접적으로 렌즈(62) 쪽으로 많은 양이 흘러올 수 있다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경(60)의 단부가 도시되어 있다. 고열 내시경(60)의 프레임(61)의 단부에는 가이드 튜브(63)가 조립되어 있다. 가이드 튜브(63)의 가이드부는 렌즈(62)로부터 일정 길이 연장된 형태로 렌즈(62)를 보호하고 있다. 물론 프레임(61)의 가스 배출구(61a)를 통하여 불활성 가스가 배출되면서 가이드부 채우게 되고, 따라서 렌즈(62) 쪽으로 흘러가던 불순물은 가이드부를 채운 불활성 가스를 뚫지 못하고 렌즈(62) 반대쪽으로 다시 배출됨으로써 렌즈(62) 표면에 불순물이 증착되는 것을 확실하게 방지하게 된다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경(60)이 도시되어 있다. 전번 실시예와 다른 점은 가이드 튜브(63)에 상기 프레임(61)을 단열하기 위한 단열재(64)가 설치된 것이다.
이때, 상기 가이드 튜브(63)에 단열재(64)를 설치함으로써 프레임(61)의 단열 성능을 향상시킬 수 있다.
이때, 수냉 시스템이 포함된 고열 내시경의 경우, 주변 열에너지의 손실을 초래할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 가이드 튜브(63) 외면에 단열재(64)를 삽입하여 열에너지 손실을 줄일 뿐만 아니라 고온영역에서도 안전하게 사용하는 가이드 튜브(63) 구조를 가질 수 있다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경의 가이드 튜브(163)가 도시되어 있다. 상기 가이드 튜브(163)의 단부에는 내경이 축소된 축경부(163a)가 형성될 수 있다.
이때, 상기 가이드 튜브(163)의 가이드부에 의해 불활성 가스가 안내되되, 가이드부의 단부에 내경이 축소된 축경부(163a)가 형성되고, 이러한 축경부(163a)의 형태에 의해 분사된 불활성 기체의 와류를 증폭시켜주고, 동시에 좁은 통로에 의해 베르누이 정리에 따라 유속이 증가되는 기능이 추가될 수 있다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경의 가이드 튜브(263)가 도시되어 있다. 상기 가이드 튜브(263)의 축경부(263a)는 단부 측으로 갈수록 내경이 선형적으로 축소되는 형태로 이루어져 있다. 즉 가이드부의 단부를 단면 상 사선 형상으로 가공함으로써 분사되는 불활성 가스의 흐름을 원활하게 해주는 역할을 수행하도록 설계된 것이다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경의 가이드 튜브(363)가 도시되어 있다. 상기 가이드 튜브(363)는 단부가 평면 상 장공(363a) 형태로 이루어질 수 있다. 이렇게 장공(363a) 형상을 가짐으로써, 기능상 결정의 직경 및 관측되는 국부영역만 모니터링이 가능할 수 있다.
도 9를 참고하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경의 가이드 튜브(463)가 도시되어 있다. 상기 가이드 튜브(463)는 단부에는 일측에 내측으로 돌출된 편방향 돌출부(463a)가 형성될 수 있다. 이때 상기 가이드 튜브(463)의 편방향 돌출부(463a)는 상기 가스 배출구(61a)의 전방에 설치되어 배출되는 불활성 가스가 반대편 격벽에 부딪혀 와류를 형성할 수 있다. 이러한 불활성 가스의 증가된 와류의 흐름에 의해 불순물의 침투에 따른 증착은 더욱 더 방지될 수 있다.
본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 의해 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
본 발명은 잉곳 성장 장치에 적용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 잉곳 성장 장치의 챔버 내부까지 연장되고 단부에는 불활성 가스가 배출되는 가스 배출구가 구비된 프레임;
    상기 프레임의 단부 중앙에 설치되고 상기 가스 배출구로부터 배출되는 불활성 가스에 의해 보호되는 렌즈; 및
    상기 프레임의 외면에 설치되고 상기 프레임의 단부로부터 연장된 가이드부가 형성되어 상기 불활성 가스를 안내함으로써 유속을 증가시켜 불순물이 상기 렌즈에 증착되는 것을 방지하는 가이드 튜브;
    를 포함하는, 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 가스 배출구는 상기 프레임의 단부 일측에 적어도 하나 이상이 설치되고 배출되는 가스의 방향이 상기 렌즈 중앙을 향하도록 배치된, 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 가이드 튜브에는 상기 프레임을 단열하기 위한 단열재가 설치된, 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 가이드 튜브는 상기 프레임의 외면에 삽입되고, 상단에 복수개의 피스 홀이 형성되어 상기 프레임에 복수개의 피스에 의해 조립 및 분해되는, 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 가이드 튜브의 단부에는 내경이 축소된 축경부가 형성된, 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 가이드 튜브의 축경부는 단부 측으로 갈수록 내경이 선형적으로 축소되는, 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 가이드 튜브는 단부가 평면 상 장공 형태로 이루어진, 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 가이드 튜브는 단부에는 일측에 내측으로 돌출된 편방향 돌출부가 형성된, 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 가이드 튜브의 편방향 돌출부는 상기 가스 배출구의 전방에 설치되어 배출되는 불활성 가스가 반대편 격벽에 부딪혀 와류를 형성하는, 잉곳 성장 장치의 불순물 증착이 방지되는 고열 내시경.
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