KR19990080464A - 다결정 실리콘 건조방법 및 건조장치 - Google Patents

Abstract

동일한 용기를 사용하여 세정공정과 건조공정을 거치므로 외부로부터 오염원이 제공되는 것을 최소화하고 대량생산이 가능한 흐름방식으로 건조를 행할 수 있도록, 다결정 실리콘이 담긴 용기를 이송하여 가압탱크에 장입하고 질소가스를 소정의 압력으로 가압탱크에 채운 다음 순간적으로 배출시켜 다량의 수분을 제거하는 가압건조단계와, 용기를 가압탱크에서 진공탱크로 옮겨 밀봉하고 소정의 압력 이하로 진공상태를 만들어 저온에서 수분을 증발시키고 질소가스를 분사시키는 것에 의하여 제거하는 진공건조단계로 이루어지는 다결정 실리콘 건조방법을 제공한다.

또 다결정 실리콘이 담긴 용기가 장입 및 배출되는 입구가 형성되는 통형상의 가압탱크와 입구를 개방 또는 밀봉하는 가압덮개와 가압탱크에 연결되어 설치되고 소정 압력의 질소가스를 공급하며 제1개폐밸브가 설치되는 가스공급관과 가압탱크에 연결되어 설치되고 제2개폐밸브가 설치되는 배출관을 포함하는 가압건조수단과, 용기가 장입 및 배출되는 입구가 형성되는 통형상의 진공탱크와 입구를 개방 또는 밀봉하는 진공덮개와 진공탱크에 연결되어 설치되고 진공펌프와 연결되며 개폐밸브가 설치되는 진공배기관과, 진공탱크에 연결되어 설치되고 질소가스를 공급하며 개폐밸브가 설치되는 가스공급관을 포함하는 다결정 실리콘 건조장치를 제공한다.

Description

다결정 실리콘 건조방법 및 건조장치

본 발명은 다결정 실리콘 건조방법 및 건조장치에 관한 것으로서, 다결정 실리콘을 세정한 다음 진공에서 저온으로 건조시키는 것에 의해 오염원의 제공을 최소화하면서 흐름방식으로 대량생산이 가능한 다결정 실리콘 건조방법 및 건조장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체를 제조하기 위해서는 단결정 실리콘으로 이루어진 웨이퍼를 사용하는 데, 이 웨이퍼는 다결정 실리콘을 용융시킨 다음, 단결정 실리콘으로 제조된 실리콘 조각(seed)을 용융된 실리콘 표면에 담가 성장시키는 것에 의하여 일정한 지름을 갖는 단결정 실리콘봉을 만들고, 이 단결정 실리콘봉을 소정의 두께로 자르고 폴리싱을 행하여 제조한다.

상기한 다결정 실리콘은 모래(SiO₂)로부터 산소(O₂)성분을 제거하여 제조하거나 반도체 제조공정에서 발생하는 불량품 또는 조각 등을 재생하여 사용하는 데, 제조 또는 재생하는 다결정 실리콘을 단결정 실리콘을 제조하기 위하여 용융하기 전에 제조 또는 보관이나 운반 중에 표면에 부착된 오염물질(미세한 분진이나 이물질 등)이나 산화물질(표면의 실리콘이 산화되는 경우)을 제거하여야 한다. 이는 오염물질이 웨이퍼의 품질 및 수율에 크게 영향을 미치므로 매우 중요하다.

따라서 종래에는 단결정 실리콘을 제조하기 위하여 다결정 실리콘을 용융시키기 전에 에칭(etching) 또는 세정하여 오염물질이나 산화물질을 제거한 다음, 에칭 또는 세정한 다결정 실리콘을 오븐을 이용하여 가열하거나 고온의 질소(N₂)를 분사하는 방법으로 건조하는 공정을 거친다.

상기에서 에칭 또는 세정한 다결정 실리콘을 건조하는 공정은 고온에서 이루어지므로 다결정 실리콘을 운반하는 용기가 내열성이어야 한다.

그러나 에칭 또는 세정하는 공정은 저온에서 이루어지므로 일반적으로 다결정 실리콘을 운반하는 용기를 값비싼 내열성의 용기 대신에 내열성이 작은 값이 싼 합성수지로 이루어진 용기를 사용한다.

따라서 에칭 또는 세정공정을 거친 다결정 실리콘을 내열성의 용기로 옮겨담은 다음 건조공정을 행한다.

상기와 같은 종래의 다결정 실리콘 건조방법에 의하면, 에칭이나 세정이 끝난 다결정 실리콘을 내열성의 용기로 옮겨담을 때에 젖은 상태의 다결정 실리콘을 만져야 하며 옮겨담는 용기의 관리도 문제가 되므로 이 과정에서 오염원이 제공될 수 있다.

또 오븐의 열원이 주로 금속성분(히터코일 등)으로 이루어지고 오븐의 내부는 주로 석면이나 세라믹 등의 내열성 단열재를 사용하므로 분진(미세한 입자)이 발생할 가능성이 높고, 이에 의하여 건조과정에서 오염원이 제공될 수도 있다.

그리고 완전히 건조된 다결정 실리콘을 보관하거나 용융시키기 위하여 이동 또는 충진할 때에 오염원이 제공될 수도 있다.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 진공에서 저온으로 건조하여 동일한 용기를 사용하여 세정공정과 건조공정을 거치므로 외부로부터 오염원이 제공되는 것을 최소화하고 흐름방식으로 건조를 행하는 다결정 실리콘 건조방법 및 건조장치를 제공하는 것이다.

본 발명 다결정 실리콘 건조방법은 진공상태에서는 끓는점이 낮아지는 원리를 응용한 것으로 다결정 실리콘을 진공탱크에 장입하고 소정의 압력 이하로 진공시키는 것에 의하여 저온에서 짧은 시간에 수분을 증발시켜 제거하는 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 다결정 실리콘 건조방법은 다결정 실리콘이 담긴 용기를 이송하여 가압탱크에 장입하여 밀봉하고 불활성가스를 소정의 압력으로 가압탱크에 채운 다음 순간적으로 배출시키는 것에 의하여 다량의 수분을 제거하는 가압건조단계와, 상기 가압건조단계에서 수분이 제거된 다결정 실리콘이 담긴 용기를 가압탱크에서 진공탱크로 옮겨 밀봉하고 소정의 압력 이하로 진공상태를 만들어 소정의 온도에서 수분을 증발시키고 증발된 수분은 불활성가스를 분사시켜 함께 배출시키는 것에 의하여 제거하는 진공건조단계로 이루어진다.

상기한 진공건조단계는 상기 가압건조단계에서 수분이 제거된 다결정 실리콘이 담긴 용기를 가압탱크에서 제1진공탱크로 옮겨 밀봉하고 소정의 압력 이하로 진공상태를 만들어 소정의 온도에서 수분을 증발시키고 증발된 수분은 불활성가스를 분사시켜 함께 배출시키는 것에 의하여 제거하는 제1진공건조단계와, 상기 제1진공건조단계에서 수분이 제거된 다결정 실리콘이 담긴 용기를 제1진공탱크에서 제2진공탱크로 옮겨 밀봉하여 제1진공탱크보다 고진공상태를 만들어 소정의 온도에서 남아있는 수분을 증발시키고 증발된 수분은 불활성가스를 분사시켜 함께 배출시키는 것에 의하여 제거하는 제2진공건조단계로 이루어진다.

상기한 가압건조단계와 진공건조단계에서 사용하는 불활성가스는 실리콘(Si)과 쉽게 반응하지 않는 가스로서 주로 질소(N₂)를 사용하며, 아르곤(Ar)이나 네온(Ne) 등을 사용하는 것도 가능하다.

상기한 가압건조단계는 밀폐용기에 소정의 압력으로 가스를 채운 다음 밸브를 열여 순간적으로 가스를 배출시키면 폭발할 때와 마찬가지로 순간적인 힘에 의하여 배출되는 기류의 속도가 매우 빨라져 밀폐용기 내부의 내용물이 함께 배출되는 원리를 이용한 것으로서, 가압탱크를 소정의 압력으로 불활성가스를 채운다음 순간적으로 불활성가스를 배출시키는 것에 의하여 다결정 실리콘에 부착되어 있는 크기가 큰 수분까지 포함하여 대량의 수분을 빠른 속도로 배출되는 불활성가스와 함께 배출되도록 하여 제거한다.

상기와 같이 가압건조단계에서 크기가 큰 수분까지 포함하여 대량의 수분을 제거하면, 진공건조단계에서 제거해야하는 수분의 양이 적어져 부하가 작게 걸리고 효율이 높아진다.

상기한 가압건조단계에서 가압탱크를 채우는 불활성가스의 압력은 대략 3∼5㎏/㎠ 정도가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 대략 4㎏/㎠ 정도이다. 이는 압력이 너무 낮으면 기류의 속도가 낮아 크기가 큰 수분이 불활성가스와 함께 배출되지 않으며, 압력이 너무 높으면 기류의 속도가 너무 빨라 다결정 실리콘도 불활성가스와 함께 배출되기 때문이다.

상기한 진공건조단계에서는 진공탱크 내부의 온도를 대략 50∼120℃ 정도로 유지하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 대략 60∼100℃ 정도이다. 이는 온도가 너무 낮으면 수분의 증발이 충분하게 일어나지 않으며, 온도가 너무 높으면 내열성의 용기를 사용하여야 하므로 세정할 때 사용하는 용기에서 내열성의 용기로 다결정 실리콘을 옮겨담아야 하고 다결정 실리콘을 옮겨 담는 과정에서 오염원이 제공될 수가 있기 때문이다.

또 상기한 제1진공건조단계에서는 제1진공탱크 내부의 진공압력을 대략 30torr 이하로 유지하여 상기한 온도범위(50∼120℃)에서도 수분의 증발이 이루어지도록 하고, 상기한 제2진공건조단계에서는 제2진공탱크 내부의 진공압력을 대략 200mtorr 이하로 유지하여 상기한 온도범위(50∼120℃)에서 미세한 수분까지 충분하게 증발이 이루어지도록 한다.

그리고 본 발명 다결정 실리콘 건조장치는 소정의 압력으로 불활성가스를 채운 다음 순간적으로 배출시키는 것에 의하여 용기에 담겨 장입된 다결정 실리콘에 부착된 수분을 제거하는 가압건조수단과, 소정의 온도에서 소정의 진공압력을 유지하여 다결정 실리콘에 부착된 수분을 증발시켜 제거하는 진공건조수단을 포함하여 이루어진다.

상기한 가압건조수단은 이송수단을 통하여 이송되는 다결정 실리콘이 담긴 용기가 장입 및 배출되는 입구가 형성되는 통형상의 가압탱크와, 상기한 가압탱크의 입구를 개방 또는 밀봉하는 가압덮개와, 상기한 가압탱크에 연결되어 설치되고 가스공급장치로부터 소정 압력의 불활성가스를 가압탱크로 공급하며 제1개폐밸브가 설치되는 가스공급관과, 상기한 가압탱크에 연결되어 설치되고 제2개폐밸브가 설치되며 불활성가스와 수분이 함께 배출되는 배출관을 포함한다.

상기한 진공건조수단은 다결정 실리콘이 담긴 용기가 장입 및 배출되는 입구가 형성되는 통형상의 진공탱크와, 상기한 진공탱크의 입구를 개방 또는 밀봉하는 진공덮개와, 상기한 진공탱크에 연결되어 설치되고 진공펌프와 연결되며 개폐밸브가 설치되는 진공배기관을 포함한다.

또 상기한 진공건조수단은 상기한 진공탱크에 연결되어 설치되고 가스공급장치와 연결되어 불활성가스를 공급하며 개폐밸브가 설치되는 가스공급관을 더 포함한다.

상기한 진공건조수단은 2단계 이상으로 형성하는 것이 미세한 수분까지 완벽하게 제거되므로 바람직하다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명 다결정 실리콘 건조방법 및 건조장치에 의하면, 저온(대략 50∼120℃정도)에서 건조가 이루어지므로 에칭 및 세정공정에서 사용한 용기에 다결정 실리콘이 담긴 상태로 이송하여 건조하는 것이 가능하여 오염원이 제공될 가능성이 거의 없다.

또 밀폐된 상태에서 불활성가스(예를 들면 질소)를 이용하여 수분을 제거하므로 공기중의 산소와 실리콘이 접촉할 기회가 적어 표면에 산화물이 거의 형성되지 않는다.

그리고 에칭 및 세정된 다결정 실리콘이 이송수단에 의하여 자동으로 이송되어 가압건조가 이루어지고 이어서 진공건조가 이루어지므로, 소정의 시간마다 연속하여 차례로 자동이송되어 대량생산이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 다결정 실리콘 건조장치의 일실시예를 개략적으로 나타내는 평면도.

도 2는 본 발명에 따른 다결정 실리콘 건조장치의 일실시예를 개략적으로 나타내는 정면도.

도 3은 본 발명에 따른 다결정 실리콘 건조장치의 일실시예를 개략적으로 나타내는 블럭도.

다음으로 본 발명에 따른 다결정 실리콘 건조장치의 가장 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 도 1∼도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 다결정 실리콘 건조장치의 일실시예는 소정의 압력으로 불활성가스를 채운 다음 순간적으로 배출시키는 것에 의하여 용기(8)에 담겨 장입된 다결정 실리콘에 부착된 수분을 제거하는 가압건조수단과, 소정의 온도에서 소정의 진공압력을 유지하여 다결정 실리콘에 부착된 수분을 증발시켜 제거하는 진공건조수단을 포함하여 이루어진다.

상기한 가압건조수단은 도 1∼도 3에 나타낸 바와 같이, 이송수단을 통하여 이송되는 다결정 실리콘이 담긴 용기(8)가 장입 및 배출되는 입구가 형성되는 통형상의 가압탱크(10)와, 상기한 가압탱크(10)의 입구를 개방 또는 밀봉하는 가압덮개(12)와, 상기한 가압탱크(10)에 연결되어 설치되고 가스공급장치(40)로부터 소정 압력의 불활성가스를 가압탱크(10)로 공급하며 제1개폐밸브(44)가 설치되는 가스공급관(42)과, 상기한 가압탱크(10)에 연결되어 설치되고 제2개폐밸브(54)가 설치되며 수분과 불활성가스가 함께 배출되는 배출관(52)을 포함한다.

상기에서 이송수단은 컨베이어 시스템 및 크레인 시스템 또는 산업용 로봇을 이용하여 자동화하는 것이 작업자가 직접 용기를 만지지 않으므로 오염원의 제공이 최소화되어 바람직하다.

예를 들면 에칭 또는 세정공정을 거친 다결정 실리콘이 담긴 용기(8)를 상기한 가압건조수단까지 이송하는 경우에는 로울러 컨베이어(2)나 벨트 컨베이어를 이용하고, 상기한 로울러 컨베이어(2)나 벨트 컨베이어(도면에 나타내지 않음)를 통하여 이송되어 온 용기(8)를 상기한 가압탱크(10)에 장입하거나 배출하는 경우에는 크레인 시스템(도면에 나타내지 않음)이나 산업용 로봇(도면에 나타내지 않음)을 이용하여 자동화하는 것이 바람직하다.

그러나 생산량에 비하여 설비비가 많이 소요되는 경우에는 가압탱크(10)에 용기(8)를 장입하거나 배출하는 작업을 작업자가 직접 행하는 것도 가능하다.

그리고 에칭 또는 세정공정을 거친 다결정 실리콘이 담긴 용기(8)를 상기한 가압건조수단까지 이송하는 이송수단에는 용기(8)로부터 떨어지는 수분을 배출하기 위한 수분배출관(6)을 연결하는 것이 수분을 한곳으로 모아서 배출시키는 것이 가능하므로 바람직하다.

상기한 가스공급장치(40)로부터 공급되는 불활성가스로는 실리콘(Si)과 쉽게 반응하지 않는 가스인 질소(N₂)를 주로 사용하며, 아르곤(Ar)이나 네온(Ne) 등을 사용하는 것도 가능하다.

또 상기한 가스공급관(42)에는 공급되는 불활성가스의 유량을 조정하는 유량조정기(46)와 공급되는 불활성가스에 포함된 이물질과 수분을 제거하는 필터(48) 및 공급되는 불활성가스의 유량을 측정하는 유량계(43)가 설치된다.

상기한 배출관(52)에는 순간적으로 배출되는 가스에 의하여 발생하는 배출음을 제거하는 소음기(56)가 설치된다.

그리고 상기한 가압덮개(12)에는 자동으로 가압덮개(12)를 열고 닫기 위하여 실린더(14)를 설치하는 것이 바람직하다.

상기한 실린더(14)로는 공압실린더를 사용하고, 그 구성은 통상적인 구성으로 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명 및 도면표기를 생략한다.

또 상기한 가압덮개(12)에는 가압탱크(10)에 압력이 채워진 경우 압력에 의하여 가압덮개(12)가 열리는 것을 방지하기 위하여 하나이상의 고정장치(18)를 소정의 간격으로 설치한다.

상기한 고정장치(18)는 압력용기의 덮개에 사용하는 다양한 통상적인 방식으로 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명 및 도면표기를 생략한다.

상기한 가압탱크(10)에 채워지는 압력은 대략 3∼5㎏／㎠정도가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 대략 4㎏／㎠정도이다. 이는 압력이 너무 낮으면(3㎏／㎠이하이면) 기류의 속도가 낮아 크기가 큰 수분이 불활성가스와 함께 배출되지 않으며, 압력이 너무 높으면(5㎏／㎠이상이면) 기류의 속도가 너무 빨라 다결정 실리콘도 불활성가스와 함께 배출되기 때문이다.

또 상기한 제1개폐밸브(44)와 제2개폐밸브(54)는 각각 솔레노이드밸브를 이용하여 이루어지는 것이 자동으로 제어하는 것이 가능하므로 바람직하다.

그리고 상기한 배출관(52)에는 배출되는 불활성가스 및 수분의 압력을 측정하기 위한 압력게이지(58)를 설치한다.

상기한 진공건조수단은 도 1∼도 3에 나타낸 바와 같이, 다결정 실리콘이 담긴 용기(8)가 장입 및 배출되는 입구가 형성되는 통형상의 진공탱크(20), (30)와, 상기한 진공탱크(20), (30)의 입구를 개방 또는 밀봉하는 진공덮개(22), (32)와, 상기한 진공탱크(20), (30)에 연결되어 설치되고 진공펌프(70), (71)와 연결되며 개폐밸브(74), (75)가 설치되는 진공배기관(72), (73)을 포함한다.

또 상기한 진공건조수단은 상기한 진공탱크(20), (30)에 연결되어 설치되고 가스공급장치(40)와 연결되어 불활성가스를 공급하며 개폐밸브(64), (65)가 설치되는 가스공급관(62), (63)을 더 포함한다.

상기한 가스공급관(62), (63)에는 각각 공급되는 불활성가스의 유량을 측정하는 유량계(66), (67)를 설치한다.

상기한 진공건조수단은 2단계 이상으로 형성하는 것이 미세한 수분까지 완벽하게 제거되므로 바람직하다.

따라서 상기한 진공건조수단을 제1진공건조수단과 제2진공건조수단의 2단계로 형성한 일실시예는 도 1∼도 3에 나타낸다.

상기한 제1진공건조수단은 상기한 가압건조수단에서 1차로 수분이 제거된 다결정 실리콘이 담긴 용기(8)가 장입 및 배출되는 입구가 형성되는 통형상의 제1진공탱크(20)와, 상기한 제1진공탱크(20)의 입구를 개방 또는 밀봉하는 제1진공덮개(22)와, 상기한 제1진공탱크(20)에 연결되어 설치되고 제1진공펌프(70)와 연결되며 제3개폐밸브(74)가 설치되는 제1진공배기관(72)과, 상기한 제1진공탱크(20)에 연결되어 설치되고 가스공급장치(40)와 연결되어 불활성가스를 공급하며 제4개폐밸브(64)가 설치되는 제1분기가스공급관(62)을 포함한다.

상기한 제1분기가스공급관(62)에는 공급되는 불활성가스의 유량을 측정하기 위한 유량계(66)를 설치한다.

상기한 제2진공건조수단은 상기한 제1진공건조수단에서 2차로 수분이 제거된 다결정 실리콘이 담긴 용기(8)가 장입 및 배출되는 입구가 형성되는 통형상의 제2진공탱크(30)와, 상기한 제2진공탱크(30)의 입구를 개방 또는 밀봉하는 제2진공덮개(32)와, 상기한 제2진공탱크(30)에 연결되어 설치되고 제2진공펌프(71)와 연결되며 제5개폐밸브(75)가 설치되는 제2진공배기관(73)과, 상기한 제2진공탱크(30)에 연결되어 설치되고 가스공급장치(40)와 연결되어 불활성가스를 공급하며 제6개폐밸브(65)가 설치되는 제2분기가스공급관(63)을 포함한다.

상기한 제2분기가스공급관(63)에는 공급되는 불활성가스의 유량을 측정하기 위한 유량계(67)를 설치한다.

상기에서 제1진공펌프(70)와 제2진공펌프(71)에는 상기한 제1진공탱크(20)와 제2진공탱크(30)로부터 배출되는 불활성가스와 수분을 외부로 배출하기 위한 배기관(78)을 연결한다.

또 상기한 제1분기가스공급관(62)과 제2분기가스공급관(63)은 각각 상기한 필터(48)를 통과한 다음에 상기한 가압건조수단의 가스공급관(42)으로부터 분기하여 설치한다.

상기한 실시예에서는 가압건조수단의 가스공급관(42)과 진공건조수단의 제1분기가스공급관(62) 및 제2분기가스공급관(63)을 하나의 가스공급장치(40)에 연결하는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 가압건조수단과 진공건조수단에 각각 다른 가스공급장치를 설치하여 연결하는 것도 가능하다.

상기한 제3개폐밸브(74)와 제4개폐밸브(64) 및 제5개폐밸브(75)와 제6개폐밸브(65)는 각각 솔레노이드밸브를 이용하여 이루어지는 것이 자동으로 개폐를 제어하는 것이 가능하므로 바람직하다.

그리고 상기한 제1진공배기관(72)과 제2진공배기관(73)에는 각각 배기되는 진공압력을 측정하기 위한 압력게이지(76), (77)를 설치한다.

상기한 제1진공탱크(20)를 개방 또는 밀봉하는 제1진공덮개(22)와 제2진공탱크(30)를 개방 또는 밀봉하는 제2진공덮개(32)에는 자동으로 열고 닫기 위하여 각각 실린더(24), (34)를 설치하는 것이 바람직하다.

상기한 실린더(24), (34)로는 공압실린더를 사용하고, 그 구성은 통상적인 구성으로 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명 및 도면표기는 생략한다.

상기한 제1진공탱크(20)와 제2진공탱크(30)의 내부에는 소정의 온도를 유지하기 위하여 열을 공급하는 열원(82), (83)을 각각 설치한다.

상기한 열원(82), (83)으로는 복수의 할로겐램프를 사용하는 것도 가능하고, 자외선램프나 적외선램프 등을 사용하는 것도 가능하다.

상기한 열원(82), (83)에 의한 상기한 제1진공탱크(20)와 제2진공탱크(30) 내부의 온도는 대략 50∼120℃ 정도로 유지하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 대략 60∼100℃ 정도로 유지한다. 이는 온도가 너무 낮으면(50℃이하이면) 수분의 증발이 충분하게 일어나지 않으며, 온도가 너무 높으면(120℃이상이면) 내열성의 용기를 사용하여야 하므로 세정할 때 사용하는 용기(8)에서 내열성의 용기로 다결정 실리콘을 옮겨담아야 하고 다결정 실리콘을 옮겨 담는 과정에서 오염원이 제공될 수가 있기 때문이다.

상기와 같이 열원(82), (83)을 할로겐램프 등을 사용하고 온도를 저온으로 유지하면 제1진공탱크(20)와 제2진공탱크(30)의 내부를 내화벽돌 등의 단열재로 형성하지 않아도 되므로 분진이나 이물질이 다결정 실리콘에 부착되어 오염될 가능성이 거의 없다.

또 상기한 열원(82), (83)으로 할로겐램프 등을 사용하는 경우에는 상기한 제1진공탱크(20)와 제2진공탱크(30)의 내부를 반사율이 높고 내식성이 좋은 재료인 스테인레스강 등을 사용하여 형성하는 것이 열효율이 높고 수명이 오래가므로 바람직하다.

또 상기한 제1진공탱크(20) 내부의 진공압력을 대략 30torr 이하로 유지하여 상기한 온도범위(50∼120℃)에서 수분의 증발이 이루어지도록 하고, 상기한 제2진공탱크(30) 내부의 진공압력을 대략 200mtorr 이하로 유지하여 상기한 온도범위(50∼120℃)에서 미세한 수분까지 충분하게 증발이 이루어지도록 한다.

다음으로 상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 다결정 실리콘 건조장치의 작동에 대하여 설명한다.

먼저 이송수단인 로울러 컨베이어(2)를 통하여 에칭 또는 세정공정을 거친 다결정 실리콘이 담긴 용기(8)가 이송되어 오면, 상기한 제1개폐밸브(44)와 제2개폐밸브(54)를 닫은 상태에서 상기한 실린더(14)를 작동시켜 가압덮개(12)를 열고, 상기한 이송수단인 크레인 시스템이나 산업용 로봇 또는 작업자에 의하여 용기(8)를 상기한 가압탱크(10)에 장입하고, 상기한 실린더(14)를 작동시켜 상기한 가압덮개(12)를 덮고 상기한 고정장치(18)에 의하여 가압덮개(12)를 고정시키므로 가압탱크(10)를 완벽하게 밀봉시킨다.

상기와 같은 상태에서 상기한 제1개폐밸브(44)를 열고 상기한 가스공급장치(40)로부터 불활성가스(예를 들면 질소)를 상기한 가스공급관(42)을 통하여 가압탱크(10) 내부의 압력이 대략 4㎏／㎠정도로 될 때까지 가압탱크(10)로 공급한다.

상기한 가압탱크(10)의 압력이 소정의 압력(대략 4㎏／㎠정도)으로 되면, 상기한 제1개폐밸브(44)를 닫고 상기한 제2개폐밸브(54)를 열어 가압탱크(10)에 채워진 불활성가스를 배출관(52)을 통하여 순간적으로 배출시킨다.

상기와 같이 불활성가스가 순간적으로 배출되면 배출관(52)쪽으로 매우 빠른 기류가 형성되고 용기(8)에 담겨진 다결정 실리콘에 부착되어 있던 수분이 기류에 함께 휩쓸려 배출된다. 이 때 다결정 실리콘에 부착되어 있는 크기가 큰 수분까지 기류에 휩쓸려 배출되므로 이 가압건조수단에 의하여 대량의 수분이 제거된다.

이어서 상기한 제2개폐밸브(54)를 닫고, 상기한 실린더(14)를 작동시켜 가압덮개(12)를 열고 상기한 이송수단인 크레인 시스템이나 산업용 로봇 또는 작업자에 의하여 상기한 가압탱크(10)로부터 용기(8)를 꺼내어 상기한 진공건조수단인 제1진공탱크(20)에 장입한다.

이 때 상기한 제1진공건조수단의 제1진공덮개(22)는 실린더(24)에 의하여 열린 상태이고, 상기한 제3개폐밸브(74)와 제4개폐밸브(64)는 닫힌 상태이다.

상기와 같이 제1진공탱크(20)에 용기(8)를 장입한 다음 상기한 실린더(24)를 작동시켜 제1진공덮개(22)를 닫아 제1진공탱크(20)를 밀봉하고, 상기한 제3개페밸브(74)를 열고 상기한 제1진공펌프(70)를 작동시켜 대략 30torr 이하로 제1진공탱크(20) 내부에 대한 진공을 행하며 상기한 열원(82)을 통하여 열을 공급하여 제1진공탱크(20) 내부의 온도를 대략 60∼100℃ 정도로 유지하면, 다결정 실리콘에 부착되어 있는 수분의 증발점이 낮아져 수분의 증발이 활발하게 이루어진다.

상기와 같이 다결정 실리콘에 부착되어 있는 수분의 증발이 소정의 시간(예를 들면 대략 10∼30분 정도)동안 이루어지면, 상기한 제4개폐밸브(64)를 열어 가스공급장치(40)로부터 공급되는 불활성가스를 상기한 제1진공탱크(20) 내부로 분사하여 증발된 수분을 불활성가스와 함께 상기한 제1진공배기관(72)을 통하여 배출하여 제거한다.

상기와 같이 행하여 증발된 수분의 제거가 이루어지면, 상기한 제3개폐밸브(74)와 제4개폐밸브(64)를 닫고, 상기한 실린더(24)를 작동시켜 제1진공덮개(22)를 열고 상기한 이송수단인 크레인 시스템이나 산업용 로봇 또는 작업자에 의하여 상기한 제1진공탱크(20)로부터 용기(8)를 꺼내어 상기한 제2진공탱크(30)에 장입한다.

이 때 상기한 제2진공건조수단의 제2진공덮개(32)는 실린더(34)에 의하여 열린 상태이고, 상기한 제5개폐밸브(75)와 제6개폐밸브(65)는 닫힌 상태이다.

상기와 같이 제2진공탱크(30)에 용기(8)를 장입한 다음 상기한 실린더(34)를 작동시켜 제2진공덮개(32)를 닫아 제2진공탱크(30)를 밀봉하고, 상기한 제5개페밸브(75)를 열고 상기한 제2진공펌프(71)를 작동시켜 대략 200mtorr 이하로 제2진공탱크(30) 내부에 대한 진공을 행하며 상기한 열원(83)을 통하여 열을 공급하여 제2진공탱크(30) 내부의 온도를 대략 60∼100℃ 정도로 유지하면, 다결정 실리콘에 부착되어 있는 수분의 증발점이 낮아져 미세한 수분의 증발까지 활발하게 이루어진다.

상기와 같이 다결정 실리콘에 부착되어 있는 수분의 증발이 소정의 시간(예를 들면 대략 10∼30분 정도)동안 이루어지면, 상기한 제6개폐밸브(65)를 열어 가스공급장치(40)로부터 공급되는 불활성가스를 상기한 제2진공탱크(30) 내부로 분사하여 증발된 수분을 불활성가스와 함께 상기한 제2진공배기관(73)을 통하여 배출하여 제거한다.

상기와 같이 행하여 증발된 수분의 제거가 이루어지면, 상기한 제5개폐밸브(75)와 제6개폐밸브(65)를 닫고, 상기한 실린더(34)를 작동시켜 제2진공덮개(32)를 열고 상기한 이송수단인 크레인 시스템이나 산업용 로봇 또는 작업자에 의하여 상기한 제2진공탱크(30)로부터 용기(8)를 꺼내어 상기한 이송수단인 로울러 컨베이어(2)에 올려놓아 다음 공정인 단결정 실리콘을 제조하기 위하여 다결정 실리콘을 용융하는 공정으로 이송하고, 수분이 완전하게 제거된 다결정 실리콘은 용융도가니에 장입된다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 다결정 실리콘 건조장치의 일실시예는 상기한 제2진공탱크(30)에서 진공건조가 이루어지는 동안 상기한 바와 같이 제1진공탱크(20)와 가압탱크(10)에서도 동시에 수분의 제거가 이루어지며, 상기한 제2진공탱크(30)로부터 용기(8)가 로울러 컨베이어(2)로 이송되고 다시 용기(8)가 장입되는 동안 동시에 상기한 제1진공탱크(20)와 가압탱크(10)에서도 용기(8)의 이송과 장입이 이루어지도록 구성하는 것이 흐름생산방식으로 생산성이 향상되고 대량생산이 가능하므로 바람직하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 다결정 실리콘 건조방법 및 건조장치에 의하면, 저온(대략 50∼120℃정도)에서 건조가 이루어지므로 에칭 및 세정공정에서 사용하는 합성수지 등으로 이루어진 용기에 다결정 실리콘이 담긴 상태로 이송하여 건조를 행하는 것이 가능하여 건조과정에서 용기를 교체하는 것에 의하여 오염원이 제공될 가능성이 거의 없다.

또 밀폐된 상태에서 불활성가스(예를 들면 질소)를 이용하여 수분을 제거하므로 공기중의 산소와 실리콘이 접촉할 기회가 적어 표면에 산화물이 거의 형성되지 않는다.

그리고 에칭 및 세정된 다결정 실리콘이 이송수단에 의하여 자동으로 이송되어 가압건조가 이루어지고 이어서 진공건조가 이루어지므로, 소정의 시간마다 연속하여 차례로 자동으로 건조가 행해지는 흐름생산방식이 가능하고, 이에 의하여 대량생산이 가능하다.

Claims (17)

1. 다결정 실리콘이 담긴 용기를 가압탱크에 장입하여 밀봉하고 불활성가스를 소정의 압력으로 가압탱크에 채운 다음 순간적으로 배출시키는 것에 의하여 다량의 수분을 제거하는 가압건조단계와, 상기한 가압건조단계에서 수분을 제거한 다결정 실리콘이 담긴 용기를 가압탱크에서 진공탱크로 옮겨 밀봉하고 소정의 압력 이하로 진공상태를 만들어 소정의 온도에서 수분을 증발시키고 증발된 수분은 불활성가스를 분사시켜 함께 배기시키는 것에 의하여 제거하는 진공건조단계로 이루어지는 다결정 실리콘 건조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기한 가압건조단계와 진공건조단계에서 사용하는 불활성가스는 질소로 이루어지는 다결정 실리콘 건조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기한 가압건조단계에서 가압탱크를 채우는 불활성가스의 압력은 3∼5㎏/㎠인 다결정 실리콘 건조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기한 진공건조단계에서 유지하는 진공탱크 내부의 온도는 50∼120℃인 다결정 실리콘 건조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기한 진공건조단계는 상기한 가압건조단계에서 수분이 제거된 다결정 실리콘이 담긴 용기를 가압탱크에서 제1진공탱크로 옮겨 밀봉하고 소정의 압력 이하로 진공상태를 만들어 소정의 온도에서 수분을 증발시키고 증발된 수분은 불활성가스를 분사시켜 함께 배기시키는 것에 의하여 제거하는 제1진공건조단계와, 상기 제1진공건조단계에서 수분이 제거된 다결정 실리콘이 담긴 용기를 제1진공탱크에서 제2진공탱크로 옮겨 밀봉하여 제1진공탱크보다 고진공상태를 만들어 소정의 온도에서 남아있는 수분을 증발시키고 증발된 수분은 불활성가스를 분사시켜 함께 배기시키는 것에 의하여 제거하는 제2진공건조단계로 이루어지는 다결정 실리콘 건조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기한 제1진공건조단계에서 유지하는 제1진공탱크 내부의 진공압력은 30torr 이하이고, 상기한 제2진공건조단계에서 유지하는 제2진공탱크 내부의 진공압력은 200mtorr 이하인 다결정 실리콘 건조방법.
7. 소정의 압력으로 불활성가스를 채운 다음 순간적으로 배출시키는 것에 의하여 다결정 실리콘에 부착된 수분을 제거하는 가압건조수단과, 소정의 온도에서 소정의 진공압력을 유지하여 다결정 실리콘에 부착된 수분을 증발시켜 제거하는 진공건조수단을 포함하는 다결정 실리콘 건조장치.
8. 제7항에 있어서, 상기한 가스공급장치로부터 공급되는 불활성가스는 질소로 이루어지는 다결정 실리콘 건조장치.
9. 제7항에 있어서, 상기한 가압건조수단은 다결정 실리콘이 담긴 용기가 장입 및 배출되는 입구가 형성되는 통형상의 가압탱크와, 상기한 가압탱크의 입구를 개방 또는 밀봉하는 가압덮개와, 상기한 가압탱크에 연결되어 설치되고 가스공급장치로부터 소정 압력의 불활성가스를 가압탱크로 공급하며 제1개폐밸브가 설치되는 가스공급관과, 상기한 가압탱크에 연결되어 설치되고 제2개폐밸브가 설치되며 불활성가스와 수분이 함께 배출되는 배출관을 포함하는 다결정 실리콘 건조장치.
10. 제9항에 있어서, 상기한 가압덮개에는 자동으로 가압덮개를 열고 닫기 위한 실린더와, 가압덮개가 가압탱크 내부의 압력에 의하여 열리는 것을 방지하기 위한 하나이상의 고정장치를 설치하는 다결정 실리콘 건조장치.
11. 제9항에 있어서, 상기한 가압탱크에 채워지는 압력은 3∼5㎏／㎠인 다결정 실리콘 건조장치.
12. 제7항에 있어서, 상기한 진공건조수단은 다결정 실리콘이 담긴 용기가 장입 및 배출되는 입구가 형성되는 통형상의 진공탱크와, 상기한 진공탱크의 입구를 개방 또는 밀봉하는 진공덮개와, 상기한 진공탱크에 연결되어 설치되고 진공펌프와 연결되며 개폐밸브가 설치되는 진공배기관과, 상기한 진공탱크에 연결되어 설치되고 가스공급장치와 연결되어 불활성가스를 공급하며 개폐밸브가 설치되는 가스공급관을 포함하는 다결정 실리콘 건조장치.
13. 제7항에 있어서, 상기한 진공건조수단은 상기한 가압건조수단에서 1차로 수분이 제거된 다결정 실리콘이 담긴 용기가 장입 및 배출되는 입구가 형성되는 통형상의 제1진공탱크와, 상기한 제1진공탱크의 입구를 개방 또는 밀봉하는 제1진공덮개와, 상기한 제1진공탱크에 연결되어 설치되고 제1진공펌프와 연결되며 제3개폐밸브가 설치되는 제1진공배기관과, 상기한 제1진공탱크에 연결되어 설치되고 가스공급장치와 연결되어 불활성가스를 공급하며 제4개폐밸브가 설치되는 제1분기가스공급관과, 상기한 제1진공탱크에서 2차로 수분이 제거된 다결정 실리콘이 담긴 용기가 장입 및 배출되는 입구가 형성되는 통형상의 제2진공탱크와, 상기한 제2진공탱크의 입구를 개방 또는 밀봉하는 제2진공덮개와, 상기한 제2진공탱크에 연결되어 설치되고 제2진공펌프와 연결되며 제5개폐밸브가 설치되는 제2진공배기관과, 상기한 제2진공탱크에 연결되어 설치되고 가스공급장치와 연결되어 불활성가스를 공급하며 제6개폐밸브가 설치되는 제2분기가스공급관을 포함하는 다결정 실리콘 건조장치.
14. 제13항에 있어서, 상기한 제1진공덮개와 제2진공덮개에는 자동으로 열고 닫기 위한 실린더를 각각 설치하는 다결정 실리콘 건조장치.
15. 제13항에 있어서, 상기한 제1진공탱크와 제2진공탱크의 내부에는 소정의 온도를 유지하기 위하여 열을 공급하는 열원을 각각 설치하는 다결정 실리콘 건조장치.
16. 제15항에 있어서, 상기한 열원에 의하여 유지되는 상기한 제1진공탱크와 제2진공탱크 내부의 온도는 50∼120℃인 다결정 실리콘 건조장치.
17. 제15항에 있어서, 상기한 제1진공탱크 내부의 진공압력은 30torr 이하로 유지하고, 상기한 제2진공탱크 내부의 진공압력은 200mtorr 이하로 유지하는 다결정 실리콘 건조장치.