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1. WO2020111368 - INGOT GROWING APPARATUS

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명세서

발명의 명칭

기술분야

1  

배경기술

2   3   4   5   6   7   8   9  

발명의 상세한 설명

기술적 과제

10  

과제 해결 수단

11   12   13   14   15   16   17  

발명의 효과

18   19   20  

도면의 간단한 설명

21   22   23   24   25   26   27   28  

발명의 실시를 위한 형태

29   30   31   32   33   34   35   36   37   38   39   40   41   42   43   44   45   46   47   48   49   50   51   52   53   54   55   56   57  

산업상 이용가능성

58  

청구범위

1   2   3   4   5   6   7  

도면

1   2   3   4   5   6   7   8  

명세서

발명의 명칭 : 잉곳 성장장치

기술분야

[1]
본 발명은 생산되는 잉곳의 길이가 길어짐에도 불구하고 케이블의 궤도 값을 작게 유지할 수 있는 잉곳 성장장치에 관한 것이다.

배경기술

[2]
일반적으로, 실리콘 웨이퍼는, 단결정 잉곳(Ingot)을 만들기 위한 단결정 성장 공정과, 단결정 잉곳을 슬라이싱(Slicing)하여 얇은 원판 모양의 웨이퍼를 얻는 슬라이싱 공정과, 상기 슬라이싱 공정에 의해 얻어진 웨이퍼의 깨짐, 일그러짐을 방지하기 위해 그 외주부를 가공하는 그라인딩(Grinding) 공정과, 상기 웨이퍼에 잔존하는 기계적 가공에 의한 손상(Damage)을 제거하는 랩핑(Lapping) 공정과, 상기 웨이퍼를 경면화하는 연마(Polishing) 공정과, 연마된 웨이퍼를 연마하고 웨이퍼에 부착된 연마제나 이물질을 제거하는 세정 공정을 포함하여 이루어진다.
[3]
실리콘 단결정 잉곳을 성장시킬 때에는 도가니를 지지하는 축을 전진시키면서 도가니를 상승시켜 고, 액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 하고, 실리콘 단결정 잉곳은 도가니의 회전축과 동일한 축을 중심으로 하여 도가니의 회전방향과 반대방향으로 회전시키면서 끌어올린다.
[4]
이렇게 성장된 실리콘 단결정 잉곳은 상술한 공정을 거쳐서, 반도체 디바이스의 기판, 태양광 발전 등에 사용하게 된다.
[5]
이러한 실리콘 단결정 잉곳의 성장 공정 중에서 넥킹, 숄더링, 바디 그로잉, 테일링 공정은 종자를 폴리 실리콘 용융액과 접촉시킨 상태에서 목적하는 단결정 잉곳의 직경 및 길이까지 성장을 시키는 공정이므로 공정 진행 중 여러 가지 공정변수를 고려해야 한다.
[6]
종래 잉곳 성장장치(10)는 도가니(12)에서 잉곳을 성장시키면서 끌어 올리게 되는데, 인상 구동부(20)인 풀 헤드(PULL HEAD)가 케이블(11)을 이용하여 잉곳을 끌어 올리게 된다.
[7]
이때, 도 1을 참고하면, 잉곳과 인상 구동부(20)는 서로 케이블(11)에 의해 연결되어 있으므로 잉곳의 회전 시 발생되는 진동과 잉곳의 무게에 의해 단결정 잉곳의 중심축이 좌우로 흔들리는 임의의 회전궤도(orbit)(11a)를 형성하게 된다.
[8]
도 2를 참고하면, 종래기술에 의한 잉곳 성장장치(10)에서 케이블(11)은 인상 구동부(20)에 끝단이 고정되고, 가이드(22)에 의해 케이블(11) 움직임이 전후좌우 방향으로의 이동이 제한된다. 케이블 가이드(22)는 가이드 하우징(21) 내부에 고정 설치된다. 또한 케이블 가이드(22)의 상측방향으로의 움직임을 제한하도록 그 방향으로 고정하는 가이드 고정 커버(21)가 가이드 하우징(21) 상부에 설치된 구조이다. 따라서 케이블(11)은 케이블 가이드(22)에 의해 전후좌우 방향으로의 움직임이 제한되도록 되어 있고, 케이블(11)의 고정구조는 1포인트에서 가이드하는 구조라 할 수 있다. 즉 케이블 가이드(22)로부터 하부 쪽으로 케이블(11)을 고정할 수 있는 구성품이 없기 때문에 그 아랫부분은 피봇회전이 가능하여 좌우로 진동하여 그로부터 시작하여 회전궤도(11a)를 형성하게 된다.
[9]
이에 따라, 종래기술에 의한 잉곳 성장장치는 생산되는 잉곳의 길이가 길어짐에 따라 잉곳 성장장치의 케이블도 길어져 케이블의 회전궤도가 증가하게 되어 장비 전체 크기가 증가하게 되는데 이를 줄이기 어려운 문제점이 있었다.

발명의 상세한 설명

기술적 과제

[10]
본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 케이블의 움직임을 제한하는 케이블 가이드를 상하 2 포인트에 둠으로써 목표 잉곳의 길이가 증가하더라도 케이블의 회전궤도를 작게 하여 안정적인 생산이 가능한 잉곳 성장장치를 제공하는 것이다.

과제 해결 수단

[11]
상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 내부에 도가니를 구비한 챔버에서 잉곳을 성장시키기 위하여 상부로부터 케이블을 회전시키면서 승강시키는 인상 구동부를 포함하는 잉곳 성장장치에 있어서, 상기 인상 구동부에서 상기 케이블의 전후좌우 방향의 움직임을 제한하도록 상기 케이블에 밀착되는 제1가이드; 상기 인상 구동부에서 상기 제1가이드로부터 하측 방향으로 이격된 위치에서 상기 케이블의 전후좌우 방향의 움직임을 제한하도록 상기 케이블에 밀착되는 제2가이드; 및 상기 제1가이드는 상단에 장착 고정되고 상기 제2가이드는 하단에 장착 고정되며, 상기 제1가이드와 제2가이드를 지지하도록 상기 인상 구동부에 설치된 가이드 하우징;을 포함할 수 있다.
[12]
바람직하게는, 상기 가이드 하우징은 원통형으로 이루어지고, 상기 제1가이드와 제2가이드의 위치 사이에는 통기홀이 구비될 수 있다.
[13]
바람직하게는, 상기 제2가이드는 원통형 형태로 이루어지고, 상기 가이드 하우징에는 상기 제2가이드가 안착될 수 있도록 내측홈이 형성될 수 있다.
[14]
바람직하게는, 상기 제2가이드가 빠지지 않도록 상기 제2가이드 하부에는 스냅링이 삽입되어 고정될 수 있다.
[15]
바람직하게는, 상기 제2가이드는 상기 제1가이드보다 길게 형성될 수 있다.
[16]
바람직하게는, 상기 제1가이드의 상측방향으로의 움직임을 제한하도록 상기 가이드 하우징 상부에 조립된 고정용 커버를 더 포함할 수 있다.
[17]
바람직하게는, 상기 제1가이드 및 제2가이드는 테프론 재질로 이루어질 수 있다.

발명의 효과

[18]
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
[19]
(1) 본 발명은 케이블의 움직임을 제한하는 최하부의 제2가이드가 제1가이드보다 낮은 위치에 설치되기 때문에 케이블의 회전궤도를 작게 유지할 수 있어 안정적인 잉곳 인상 구동이 가능해진다.
[20]
(2) 본 발명은 케이블의 움직임을 제한하는 가이드를 2 포인트에서 실행하기 때문에 케이블의 안정적인 운전이 가능하다.

도면의 간단한 설명

[21]
도 1은 종래기술에 의한 잉곳 성장장치의 정면도이다.
[22]
도 2는 종래기술에 의한 잉곳 성장장치의 인상 구동부의 케이블 가이드 부분의 단면도이다.
[23]
도 3은 본 발명에 의한 잉곳 성장장치의 정면도이다.
[24]
도 4는 본 발명에 의한 잉곳 성장장치의 인상 구동부의 투시도이다.
[25]
도 5는 본 발명에 의한 잉곳 성장장치의 일부 구성요소인 케이블 가이드 하우징의 단면도이다.
[26]
도 6은 본 발명에 의한 잉곳 성장장치의 일부 구성요소인 케이블 가이드 하우징의 사시도이다.
[27]
도 7은 본 발명에 의한 잉곳 성장장치의 일부 구성요소인 케이블 가이드 하우징의 반단면도이다.
[28]
도 8은 본 발명에 의한 잉곳 성장장치의 일부 구성요소인 케이블 가이드 하우징의 분해 사시도이다.

발명의 실시를 위한 형태

[29]
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
[30]
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
[31]
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장장치(110)를 보다 상세히 설명하도록 한다.
[32]
본 발명은 내부에 도가니를 구비한 챔버(112)에서 잉곳을 성장시키기 위하여 상부로부터 케이블(111)을 회전시키면서 승강시키는 인상 구동부(120)를 포함하는 잉곳 성장장치(110)에 관련된다.
[33]
본 발명의 제1실시예에 따른 잉곳 성장장치(110)는 도 3 내지 도 8을 참고하면, 제1가이드(122), 제2가이드(124), 가이드 하우징(121), 그리고 고정용 커버(123)를 포함한다.
[34]
상기 제1가이드(122)는, 도 3 내지 도 8을 참고하면, 상기 인상 구동부(120)에서 상기 케이블(111)의 전후좌우 방향의 움직임을 제한하도록 상기 케이블(111)에 밀착될 수 있다.
[35]
이때, 상기 제1가이드(122)는 4개의 원형 링 형태로 이루어진 부품들이 적층되어 상기 케이블(111)에 밀착하도록 상기 가이드 하우징(121) 상단에 설치되는 바, 적층 후, 상기 고정용 커버(123)가 상기 가이드 하우징(121) 상면에 조립되어 상측으로 빠지지 않게 된다.
[36]
이때, 상기 제1가이드(122)의 재질로는 열에 강한 테프론(Teflon)을 적용할 수도 있다.
[37]
상기 제2가이드(124)는, 도 3 내지 도 8을 참고하면, 상기 인상 구동부(120)에서 상기 제1가이드(122)로부터 하측 방향으로 이격된 위치에서 상기 케이블(111)의 전후좌우 방향의 움직임을 제한하도록 상기 케이블(111)에 밀착된다.
[38]
이때, 상기 제2가이드(124)는, 도 8을 참고하면, 2개의 원통형 부재로 이루어져 상기 가이드 하우징(121)의 하단부에 조립된다.
[39]
이때, 상기 가이드 하우징(121)에는 상기 제2가이드(124)가 안착될 수 있도록 내측홈이 형성되고, 상기 가이드 하우징(121)의 내측홈(121a)에 상기 제2가이드(124)가 삽입되어 안착된다.
[40]
이때, 상기 제2가이드(124)가 빠지지 않도록 상기 제2가이드(124) 하부에는 스냅링(125)이 삽입되어 고정된다. 상기 가이드 하우징(121)의 내측홈 하부에 이어서 더 내경이 큰 스냅링용 홈(121c)이 형성되고, 상기 스냅링(125)이 조립되어 안착됨으로써 상기 제2가이드(124)가 상기 가이드 하우징(121)으로부터 빠지지 않게 된다.
[41]
이때, 상기 제2가이드(124)는 전술한 제1가이드(122)와 마찬가지로 열에 강한 테프론(Teflon) 재질로 이루어질 수 있다.
[42]
상기 가이드 하우징(121)은, 도 3 내지 도 8을 참고하면, 상기 제1가이드(122)는 상단에 장착 고정되고 상기 제2가이드(124)는 하단에 장착 고정되며, 상기 제1가이드(122)와 제2가이드(124)를 지지하도록 상기 인상 구동부(120)에 설치된다.
[43]
이때, 상기 가이드 하우징(121)은 원통형으로 이루어지고, 상기 제1가이드(122)와 제2가이드(124)의 위치 사이에는 통기홀(121a)이 구비된다.
[44]
이때, 상기 가이드 하우징(121)은 상단부에 플랜지가 형성되어 상기 고정용 커버(123)와 조립될 수 있도록 되어 있고, 상단부에는 제1가이드(122)가, 하단부에는 제2가이드(124)가 삽입되어 조립된다.
[45]
이때, 상기 가이드 하우징(121)의 하단부 외측에는 테이퍼부(121d)가 형성되고, 내측에는 상기 제2가이드(124)가 안착되는 내측홈(121b), 그리고 내측홈(121b)과 연결된 내경이 더 크게 형성된 스냅링용 홈(121c)이 형성된다. 따라서 상기 제2가이드(124)가 내측홈(121b)에 삽입된 상태에서 스냅링(125)을 조립하면 상기 제2가이드(124)가 가이드 하우징(121)으로부터 빠지지 않게 된다.
[46]
상기 고정용 커버(123)는, 도 3 내지 도 8을 참고하면, 전술한 바와 같이, 제1가이드(122)의 상측방향으로의 움직임을 제한하도록 상기 가이드 하우징(121) 상부 플랜지에 조립된다.
[47]
한편, 상기 제2가이드(124)는 상기 제1가이드(122)보다 길게 형성되도록 구성하고 있으나, 그 반대로 형성할 수도 있다.
[48]
또한, 상기 제1가이드(122)와 제2가이드(124)는 테프론 재질을 적용하였으나, 열에 강한 다른 재질을 적용할 수 있음은 물론이다.
[49]
도 3을 참고하면, 본 발명에 의한 잉곳 성장장치(110)가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 하부에는 도가니가 내장된 챔버(112)가 있고, 도가니에서는 잉곳이 성장되어 회전하면서 상승하게 된다. 이때 잉곳은 시드, 시드척, 케이블(111), 인상 구동부(120)에 의해 상측으로 회전 인상되며 성장하게 된다.
[50]
이때, 상기 케이블(111)은 인상 구동부(120)에 의해 상단이 고정된 상태에서 회전 인상되고, 전술한 바와 같이 외부환경과 진동에 의해 회전궤도를 가지게 된다. 기존 잉곳 성장장치에서 2.5mm 회전궤도 발생 시, 4m 잉곳 생산용 성장장치에서 이론 상 3.25mm 회전궤도 발생이 예상되었으나, 본 발명에서는 회전궤도(111a)를 2.5mm 이내로 맞추어 케이블(111)의 회전 시 편차를 감소시킨 것이다.
[51]
도 4를 참고하면 본 발명에 의한 잉곳 성장장치의 인상 구동부(120)가 도시되어 있다. 상기 인상 구동부(120)의 중앙에 가이드 하우징(121)이 구비되어 있다. 상기 가이드 하우징(121)의 중앙으로 케이블(111)이 안내되면서 통과되도록 되어 있고, 케이블(111)은 전후좌우로의 움직임을 제한받게 되어 회전궤도(111a)가 한정된다.
[52]
도 5내지 도 8을 참고하면, 본 발명에 의한 잉곳 성장장치(110)의 일부 구성요소인 가이드 하우징(121)이 도시되어 있다. 도면을 참고하면, 가이드 하우징(121)의 상부에 형성된 플랜지에 고정용 커버(123)가 조립되어 제1가이드(122)를 이루는 어셈블리들이 상측으로 빠지지 않게 되어 있고, 가이드 하우징(121) 하부에는 제2가이드(124)가 조립된 다음 스냅링(125)이 마지막으로 조립되어 빠지지 않도록 되어 있다.
[53]
이때, 상기 케이블(111)은 제1가이드(122)의 중앙과 가이드 하우징(121)을 통과한 다음, 제2가이드(124)의 중앙을 다시 통과하여 챔버(112)까지 연장된다.
[54]
이때, 도 5를 참고하면, 상기 케이블(111)의 전후좌우의 움직임을 마지막으로 제한하는 가이드는 제2가이드(124)이기 때문에 그 점을 기준으로 케이블(111)이 회전궤도를 가지게 되기 때문에 제1가이드(122)를 기준으로 한 경우보다 작은 회전궤도(111a)를 가지게 된다.
[55]
더불어, 상기 케이블(111)의 전후좌우 이동을 제한하는 가이드가 하나가 아니라 제1가이드(122)와 제2가이드(124) 두 개로, 즉 2 포인트에서 가이드하도록 이루어져 외력에 의해 발생되는 케이블(111)의 진동이 저감되어 더욱 안정적인 운전이 가능하게 된다.
[56]
[57]
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

산업상 이용가능성

[58]
본 발명은 웨이퍼를 제조하기 위한 잉곳 성장장치에 적용될 수 있다.

청구범위

[청구항 1]
내부에 도가니를 구비한 챔버에서 잉곳을 성장시키기 위하여 상부로부터 케이블을 회전시키면서 승강시키는 인상 구동부를 포함하는 잉곳 성장장치에 있어서, 상기 인상 구동부에서 상기 케이블의 전후좌우 방향의 움직임을 제한하도록 상기 케이블에 밀착되는 제1가이드; 상기 인상 구동부에서 상기 제1가이드로부터 하측 방향으로 이격된 위치에서 상기 케이블의 전후좌우 방향의 움직임을 제한하도록 상기 케이블에 밀착되는 제2가이드; 상기 제1가이드는 상단에 장착 고정되고 상기 제2가이드는 하단에 장착 고정되며, 상기 제1가이드와 제2가이드를 지지하도록 상기 인상 구동부에 설치된 가이드 하우징; 을 포함하는 잉곳 성장장치.
[청구항 2]
제1항에 있어서, 상기 가이드 하우징은 원통형으로 이루어지고, 상기 제1가이드와 제2가이드의 위치 사이에는 통기홀이 구비된 잉곳 성장장치.
[청구항 3]
제1항에 있어서, 상기 제2가이드는 원통형 형태로 이루어지고, 상기 가이드 하우징에는 상기 제2가이드가 안착될 수 있도록 내측홈이 형성된 잉곳 성장장치.
[청구항 4]
제3항에 있어서, 상기 제2가이드가 빠지지 않도록 상기 제2가이드 하부에는 스냅링이 삽입되어 고정된 잉곳 성장장치.
[청구항 5]
제1항에 있어서, 상기 제2가이드는 상기 제1가이드보다 길게 형성된 잉곳 성장장치.
[청구항 6]
제1항에 있어서, 상기 제1가이드의 상측방향으로의 움직임을 제한하도록 상기 가이드 하우징 상부에 조립된 고정용 커버를 더 포함하는 잉곳 성장장치.
[청구항 7]
제1항에 있어서, 상기 제1가이드 및 제2가이드는 테프론 재질로 이루어진 잉곳 성장장치.

도면

[도1]

[도2]

[도3]

[도4]

[도5]

[도6]

[도7]

[도8]