KR101101989B1 - Manufacturing method of poly silicon and manufacturing device for the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고순도의 금속 실리콘을 높은 효율로 생산하기 위한 것으로, 용융 상태의 제1실리콘을 제조하는 단계; 상기 제1실리콘을 도가니로 주입해 상부에서 하부로 떨어지는 흐름을 갖는 제2실리콘으로 제조하는 단계; 상기 도가니의 내부 공간에 물이 분사되도록 하는 단계; 상기 제2실리콘의 흐름이 상기 물이 분사되고 있는 공간을 통과하도록 하되, 상기 분사되는 물이 상기 제2실리콘의 흐름의 표면 및 심부에 모두 닿도록 함으로써, 상기 제2실리콘의 흐름이 분산된 흐름을 갖는 제3실리콘이 되도록 하는 단계; 및 상기 제3실리콘을 상기 도가니로부터 배출한 후 고화시켜 제4실리콘이 되도록 하는 단계;를 포함하는 금속 실리콘의 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것이다.The present invention is to produce a high-purity metal silicon with high efficiency, comprising the steps of preparing a first silicon in a molten state; Injecting the first silicon into a crucible to produce a second silicon having a flow falling from top to bottom; Allowing water to be injected into the inner space of the crucible; The flow of the second silicon flows through the space in which the water is being sprayed, and the sprayed water reaches both the surface and the core of the flow of the second silicon, whereby the flow of the second silicon is dispersed. To be a third silicon having; And discharging the third silicon from the crucible and solidifying the third silicon so as to become the fourth silicon.
Description
본 발명은 폴리 실리콘의 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고품질의 폴리 실리콘을 높은 효율로 생산할 수 있는 폴리 실리콘의 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing polysilicon and an apparatus for manufacturing the same, and more particularly, to a method for producing polysilicon and a production apparatus for producing a high quality polysilicon with high efficiency.
전자 산업의 발달과 더불어 폴리 실리콘은 매우 폭넓게 활용되고 있다.With the development of the electronics industry, polysilicon is very widely used.
실리콘은 자연 상태에서는 대개 실리콘 옥사이드(SiOx)의 형태로 존재하기 때문에 환원반응을 통해 고순도의 실리콘 금속을 얻는다. 특히 생산된 금속 실리콘에 붕소(B)와 같은 반도체 공정의 불순물이 함유되어 있을 경우 후에 제조되는 폴리 실리콘의 특성에 큰 영향을 미치게 된다.Since silicon is usually present in the form of silicon oxide (SiOx) in a natural state, a high purity silicon metal is obtained through a reduction reaction. In particular, when the produced metal silicon contains impurities of a semiconductor process such as boron (B), it has a great influence on the properties of the polysilicon produced later.
한편 실리콘 옥사이드의 환원 반응 시 실리콘 카바이드(SiC)가 생성되면 실리콘의 생산 수율을 감소시킬 뿐 아니라 이 실리콘 카바이드로 인해 용광로가 막혀 버릴 수 있다. 따라서 실리콘 옥사이드의 환원 반응에 있어 최종 용융 실리콘에 실리콘 카바이드가 생성되지 않도록 하는 것이 매우 중요하다.On the other hand, when silicon carbide (SiC) is produced during the reduction reaction of silicon oxide, not only the production yield of silicon is reduced but also the furnace can be blocked by the silicon carbide. Therefore, it is very important to prevent the formation of silicon carbide in the final molten silicon in the reduction reaction of silicon oxide.
본 발명은 상기와 같은 문제 및/또는 한계를 극복하기 위한 것으로, 고순도의 폴리 실리콘을 높은 효율로 생산할 수 있는 폴리 실리콘의 제조방법 및 그 제조장치를 제공하는 데에 목적이 있다. The present invention is to overcome the above problems and / or limitations, and an object of the present invention is to provide a method for producing polysilicon and a manufacturing apparatus thereof capable of producing high purity polysilicon with high efficiency.
본 발명의 다른 목적은 생산된 폴리 실리콘에 붕소, 철, 알루미늄 등이 포함되지 않도록 할 수 있는 폴리 실리콘의 제조방법 및 그 제조장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing polysilicon and an apparatus for producing the polysilicon which can prevent boron, iron, aluminum, etc. from being produced in the produced polysilicon.
본 발명의 또 다른 목적은 폴리 실리콘의 제조 시 용융 실리콘에 실리콘 카바이드의 생성을 방지할 수 있는 폴리 실리콘의 제조방법 및 그 제조장치를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing polysilicon and an apparatus for manufacturing the same, which can prevent the formation of silicon carbide in molten silicon during the production of polysilicon.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 금속 실리콘을 제조하는 단계; 상기 금속 실리콘을 진공 상태에서 용융해 용융 실리콘을 형성하는 단계; 상기 용융 실리콘을 냉각해 폴리 실리콘을 형성하는 단계; 상기 진공 상태를 해제하는 단계; 및 상기 폴리 실리콘의 표면을 깍아 내는 단계;를 포함하는 폴리 실리콘의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of preparing a metal silicon; Melting the metal silicon in a vacuum to form molten silicon; Cooling the molten silicon to form polysilicon; Releasing the vacuum state; And scraping off the surface of the polysilicon.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 용융 단계는 제1진공도의 상태에서 행해지고, 상기 용융 실리콘에 아르곤 가스를 포함하는 가스를 주입하는 단계; 및 상기 용융 실리콘을 교반하는 단계;를 더 포함할 수 있다.According to another feature of the invention, the melting step is performed in a state of the first vacuum degree, injecting a gas containing argon gas into the molten silicon; And stirring the molten silicon.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 교반하는 단계 후에는 상기 용융 실리콘을 상기 제1진공도보다 압력이 낮은 제2진공도에서 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another feature of the invention, after the stirring step may further comprise the step of maintaining the molten silicon at a second vacuum lower than the first vacuum degree.
본 발명은 또한 전술한 목적을 달성하기 위하여, 제1챔버; 상기 제1챔버와 결합되어 공간부를 형성하는 제2챔버; 상기 제2챔버를 상기 제1챔버의 방향으로 승강시켜 상기 제1챔버와 제2챔버가 결합 또는 분리되도록 하는 제1승강기; 상기 공간부에 수용되고 상기 제2챔버의 구동에 연동하는 도가니; 상기 도가니를 가열하는 히터; 상기 도가니를 냉각하는 냉각기; 및 상기 제1챔버와 제2챔버가 결합되었을 때에 상기 공간부를 진공시키는 진공 펌프;를 포함하는 폴리 실리콘 제조장치를 제공한다.The present invention also to achieve the above object, the first chamber; A second chamber coupled to the first chamber to form a space part; A first elevator for elevating the second chamber in a direction of the first chamber so that the first chamber and the second chamber are coupled or separated; A crucible accommodated in the space part and linked to driving of the second chamber; A heater for heating the crucible; A cooler for cooling the crucible; And a vacuum pump for vacuuming the space part when the first chamber and the second chamber are coupled to each other.
이러한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 공간부에 수용되는 교반기를 더 포함하고, 상기 교반기는, 상기 도가니 내부의 용융 실리콘을 교반하고 복수의 분사공을 구비한 블레이드; 상기 블레이드의 분사공을 통해 상기 용융 실리콘에 가스를 주입하는 가스 주입기; 및 상기 블레이드를 상기 도가니의 방향으로 승강시키는 제2승강기;를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, further includes a stirrer accommodated in the space portion, the stirrer, a blade for stirring the molten silicon in the crucible and having a plurality of injection holes; A gas injector for injecting gas into the molten silicon through an injection hole of the blade; And a second elevator for elevating the blade in the direction of the crucible.
상기와 같은 본 발명에 따르면 불순물의 함량이 최소한으로 억제된 고순도의 폴리 실리콘을 얻을 수 있다.According to the present invention as described above it is possible to obtain a high-purity polysilicon with a minimum content of impurities.
그리고, 실리콘 용탕 내에 실리콘 카바이드 생성을 억제함으로써 폴리 실리콘 생산 효율을 향상시키고 생성된 폴리 실리콘 순도를 높일 수 있다.In addition, by suppressing the production of silicon carbide in the molten silicon, it is possible to improve polysilicon production efficiency and to increase the polysilicon purity.
이하, 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나. 본 발명은 이 밖에도 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments of the present invention shown in the accompanying drawings. But. The present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 폴리 실리콘의 제조 방법을 순차적으로 나타내는 순서도이다. 그리고 도 2 내지 도 9는 도 1의 제조방법을 수행하는 폴리 실리콘의 제조 장치를 나타내는 개략도이다.1 is a flowchart sequentially illustrating a method of manufacturing polysilicon according to an embodiment of the present invention. 2 to 9 are schematic diagrams illustrating an apparatus for manufacturing polysilicon performing the manufacturing method of FIG. 1.
먼저, 용광로(11) 내에서 용융상태의 제1실리콘(21)을 제조한다(S1). First, the
용광로(11)는 전기로가 사용될 수 있는 데 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The
먼저, 용광로(11)에는 실리콘 옥사이드, 목탄, 석유코크스 및 석탄으로 이루어진 제1성분군과 나무 또는 옥수수심으로 이루어진 제2성분군을 충전한다.First, the
제1성분군 중 목탄, 석유코크스 및 석탄과 제2성분군은 환원제가 되는 탄소의 공급원이 된다.Charcoal, petroleum coke and coal in the first component group and the second component group serve as a source of carbon as a reducing agent.
실리콘 옥사이드는 46 내지 64 중량%가 포함되는 것이 바람직하다. 목탄 및 석탄은 각각 6 내지 7 중량%가 포함되도록 하고, 석유 코크스는 20 내지 25중량%가 포함되도록 한다. 그리고 제2성분군은 4 내지 15 중량%가 포함되도록 한다.Silicon oxide preferably contains 46 to 64% by weight. Charcoal and coal each contain 6-7 wt% and petroleum coke 20-20 wt%. And the second component group is to be included 4 to 15% by weight.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 실리콘 옥사이드를 56.8 중량%, 목탄을 6.8중량%, 석유코크스를 22.7중량%, 석탄을 6.8중량%, 제2성분군으로서 나무조각을 6.8 중량% 함유하였다. 이 경우, 용융된 제1실리콘(21)에 실리콘 카바이드가 생성되는 것을 방지할 수 있었다. 또한, 생성되는 폴리 실리콘의 순도가 가장 좋았다.According to a preferred embodiment of the present invention, 56.8% by weight of silicon oxide, 6.8% by weight of charcoal, 22.7% by weight of petroleum coke, 6.8% by weight of coal, and 6.8% by weight of wood chips as the second component group. In this case, it was possible to prevent the formation of silicon carbide in the molten
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 나무조각 대신 옥수수심을 사용할 수 있다. 옥수수심을 사용할 경우 나무조각의 대략 2배의 양을 넣는 것이 바람직하다.According to another embodiment of the present invention, corn cores may be used instead of the wood chips. When using corn cores, it is desirable to add approximately twice the amount of wood chips.
상기와 같은 조성 비율은 공정 조건에 따라 적당한 비율로 조정이 가능할 것이다.The composition ratio as described above may be adjusted to an appropriate ratio depending on the process conditions.
한편, 상기 실리콘 옥사이드, 석탄, 석유 코크스, 나무조각, 옥수수심 등은 그 크기 및 비율을 조정하여 용광로에 투입하는 것이 바람직하다.On the other hand, the silicon oxide, coal, petroleum coke, wood chips, corn core and the like is preferably added to the furnace by adjusting the size and ratio.
실리콘 옥사이드의 경우, 8 내지 80mm의 크기의 것을 투입하는 것이 바람직한 데, 이 때, 20mm 미만의 분말이 포함될 수도 있는 데 다만 전체 실리콘 옥사이드 양의 20%가 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다.In the case of silicon oxide, it is preferable to add a size of 8 to 80mm, at this time, it may be included in the powder less than 20mm, but preferably not more than 20% of the total amount of silicon oxide.
하기 표 1은 실리콘 옥사이드의 투입 크기 별로 생성되는 폴리 실리콘의 상태를 파악한 것이다. 표 1에서 볼 수 있듯이, 실리콘 옥사이드의 투입 크기는 위 조건을 만족하는 것이 바람직하다.Table 1 below shows the state of the polysilicon produced by the input size of the silicon oxide. As can be seen in Table 1, the input size of the silicon oxide preferably satisfies the above conditions.
투입크기Silicon oxide
Input size
20%미만Less than 3mm
Less than 20%
5%미만Less than 20mm
Less than 5%
10%미만Less than 20mm
Less than 10%
20%미만Less than 20mm
Less than 20%
40%미만Less than 20mm
Less than 40%
50%미만Less than 20mm
Less than 50%
석탄은 그 크기가 6 내지 10mm인 것이 바람직하다. 그 중 1mm 미만의 미세 분말이 일부 포함될 수도 있는 데, 다만 전체 석탄 함량의 20%를 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다.Coal preferably has a size of 6 to 10 mm. Some of the fine powder of less than 1mm may be included, but it is preferable not to exceed 20% of the total coal content.
하기 표 2는 석탄의 투입 크기별로 생성되는 폴리 실리콘의 상태를 파악한 것이다. 표 2에서 볼 수 있듯이, 석탄의 투입 크기는 위 조건을 만족하는 것이 바람직하다.Table 2 shows the state of the polysilicon generated by the input size of the coal. As can be seen from Table 2, the input size of coal preferably satisfies the above conditions.
투입크기Coal
Input size
20%미만Less than 1mm
Less than 20%
10%미만Less than 1mm
Less than 10%
20%미만Less than 1mm
Less than 20%
30%미만Less than 1mm
Less than 30%
40%미만Less than 1mm
Less than 40%
50%미만Less than 1mm
Less than 50%
20%미만Less than 1mm
Less than 20%
20%미만Less than 1mm
Less than 20%
상기 석유 코크스는 30mm 이하의 입도를 갖는 것으로 장전하는 것이 바람직하다. 이 때, 직경 3mm 미만의 미세 분말의 경우 전체 석유 코크스 량 중 20%가 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다.The petroleum coke is preferably loaded with a particle size of 30 mm or less. At this time, it is preferable not to exceed 20% of the total petroleum coke amount in the case of fine powder having a diameter of less than 3mm.
하기 표 3은 코크스의 투입 크기별로 생성되는 폴리 실리콘의 상태를 파악한 것이다. 표 3에서 볼 수 있듯이, 코크스의 투입 크기는 위 조건을 만족하는 것이 바람직하다.Table 3 below shows the state of the polysilicon produced by the input size of the coke. As can be seen from Table 3, the coke input size preferably satisfies the above conditions.
투입크기cokes
Input size
40%미만Less than 3mm
Less than 40%
20%미만Less than 3mm
Less than 20%
20%미만Less than 33mm
Less than 20%
20%미만Less than 63mm
Less than 20%
20%미만93mm or less
Less than 20%
나무 조각은 크기가 10 내지 150mm인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그 중 30mm보다 작은 것의 양은 나무 조각 전체 양 중 20%를 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다.It is preferable to use wood chips having a size of 10 to 150 mm. It is desirable that the amount smaller than 30 mm does not exceed 20% of the total amount of wood chips.
하기 표 4는 나무 조각의 투입 크기 별로 생성되는 폴리 실리콘의 상태를 파악한 것이다. 표 4에서 볼 수 있듯이, 나무조각의 투입 크기는 위 조건을 만족하는 것이 바람직하다.Table 4 shows the state of the polysilicon produced by the input size of the wood chips. As can be seen in Table 4, the input size of the wood chips preferably satisfy the above conditions.
투입크기Wood carving
Input size
20%미만Less than 2mm
Less than 20%
30%미만Less than 3mm
Less than 30%
20%미만Less than 30mm
Less than 20%
20%미만Less than 170mm
Less than 20%
20%미만Less than 320mm
Less than 20%
옥수수심은 크기가 200 내지 250mm인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그 중 100mm 미만의 것이 일부 포함될 수도 있는 데, 다만 전체 옥수수심 함량의 20%를 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다.Corn cores are preferably used having a size of 200 to 250mm. Some of the less than 100mm may be included, but it is preferable not to exceed 20% of the total corn core content.
하기 표 5는 옥수수심의 투입 크기 별로 생성되는 폴리 실리콘의 상태를 파악한 것이다. 표 5에서 볼 수 있듯이, 옥수수심의 투입 크기는 위 조건을 만족하는 것이 바람직하다.Table 5 shows the state of the polysilicon produced by the input size of the corn core. As can be seen in Table 5, the input size of the corn core preferably satisfies the above conditions.
투입크기cokes
Input size
40%미만Less than 100mm
Less than 40%
20%미만Less than 100mm
Less than 20%
20%미만Less than 100mm
Less than 20%
20%미만Less than 50mm
Less than 20%
40%미만Less than 100mm
Less than 40%
상기와 같은 함량 조정에 의해 용융된 제1실리콘(21)에 실리콘 카바이드가 생성되는 것을 최대한 억제할 수 있었고 제조된 폴리 실리콘의 순도도 향상될 수 있었다.By adjusting the content as described above it was possible to suppress the production of silicon carbide in the molten
이러한 성분들을 용광로(11)에 장전한 후 2000℃ 이상으로 용융하여 용융 상태의 제1실리콘(21)을 얻는다. 이 때, 산소를 상기 용광로(11)에 미량 취입할 수 있다.These components are loaded into the
이러한 제1실리콘(21)은 도 2에서 볼 수 있듯이 제1도가니(12)에 주탕한 다음 이 제1도가니(12)의 제1실리콘(21)을 도 3에서 볼 수 있듯이 제2도가니(13)로 주입한다.This
제1도가니(12)는 용융상태의 제1실리콘(21)을 제2도가니(13)에 일정량씩 주입하기 위한 이동식 도가니가 사용될 수 있는 데, 도면에 도시하지는 않았지만 상기 제1도가니(12)에는 제1실리콘(21)의 온도를 유지할 수 있도록 별도의 히터 설비가 더 설치될 수 있다. 물론, 상기 제1도가니(12)를 별도로 사용하지 않고 상기 용광로(11)로부터 제2도가니(13)로 제1실리콘(21)을 직접 주입할 수도 있다.The
다음으로, 상기 제1도가니(12)로부터 제1실리콘(21)을 제2도가니(13)로 주입한다. 이 때 제1도가니(12)로부터 토출된 제1실리콘(21)은 상부에서 하부로 떨어지는 흐름을 갖는 제2실리콘(22)이 된다(S2). Next, the
이 제2실리콘(22)의 흐름은 그대로 제2도가니(13)의 내부 공간(14)으로 유입되는 데, 이 공간(14)에는 복수의 분사 노즐(15)에 의해 물이 분사되고 있는 상태이다.The flow of the
즉, 도 4에서 볼 수 있듯이, 상기 제2도가니(13)는 그 내벽을 따라 상부에서 하부로 걸쳐 복수의 분사 노즐(15)이 장착되어 있다. 이 분사 노즐(15)은 제2실리콘(22)의 흐름이 제2도가니(13)로 유입되기 전부터 제2도가니(13) 내부 공간(14)에 고압의 물을 분사한다(S3).That is, as shown in Figure 4, the
이렇게 고압의 물이 분사되고 있는 제2도가니(13)의 공간(14)으로 제2실리콘(22)의 흐름이 유입된다. 이 때, 제2도가니(13)의 공간(14)으로 유입되는 제2실리콘(22)의 흐름량을 조절하여 상기 분사 노즐(15)로부터 분사된 물이 상기 제2실리콘(22) 흐름의 표면 및 심부에 걸쳐 모두 닿도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라 제2실리콘(22)의 흐름은 분산된 흐름을 갖는 제3실리콘(23)이 되도록 한다(S4). 즉, 상기 제2실리콘(22)의 흐름은 상기 분사 노즐(15)로부터 분사된 물의 압력에 의해 분무 형태의 흐름을 갖는 제3실리콘(23)이 되는 것이다.The flow of the
이렇게 고압의 물이 분사되고 있는 공간을 제2실리콘(22)의 흐름이 지나도록 함에 따라 제2실리콘(22) 내의 붕소(B)가 제거된다. 따라서 생성된 제3실리콘(23)에는 붕소의 양이 최대한 줄어들어 후에 형성되는 금속 실리콘의 순도를 더욱 높일 수 있게 된다.As the flow of the
한편 상기 고압의 물의 분사와 동시에 일부 분사 노즐(15)로는 산소 및/또는 아르곤 가스를 분사토록 할 수도 있고, 이에 더하여 공기를 혼합하여 분사토록 할 수도 있다. 이 경우 철과 알루미늄 등의 불순물의 제거가 가능해진다.Meanwhile, at the same time as the high pressure water is sprayed, some
상기 제2도가니(12)는 배출공(16)을 구비하며, 형성된 제3실리콘(23)이 저장되지 않고 그대로 배출될 수 있도록 한다(S5). The
배출된 제3실리콘(23)은 이동대(17)를 따라 흐르면서 서서히 응고되어 제4실리콘(24)이 된다(S6). 이동대(17)에는 경우에 따라 냉각수가 뿌려져 제4실리콘(24)의 응고를 촉진시킬 수 있다.The discharged
생성된 제4실리콘(24)은 금속 실리콘이다. 이 제4실리콘(24)을 파쇄기(26)를 이용하여 파쇄한다(S7). 파쇄된 제4실리콘 분말은 폴리 실리콘 제조기(30)로 이송된다. 생성된 제4실리콘(24)을 덩어리 상태로 폴리 실리콘 제조기(30)로 이송할 수도 있지만 파쇄하여 분말 상태에서 폴리 실리콘 제조기(30)로 투입하는 것이 더욱 바람직하고, 이 분말을 사용했을 때 폴리 실리콘의 순도가 더욱 향상된다.The
도 5 내지 도 9에는 상기 폴리 실리콘 제조기(30)를 상세히 나타내었다.5 to 9 show the
폴리 실리콘 제조기(30)는 제1챔버(31)와 제2챔버(32)를 포함한다. 제2챔버(32)는 제1승강기(39)에 연결되어 있어 고정된 제1챔버(31)에 대하여 상대 운동하도록 구비된다. 물론 제2챔버(32)가 고정되고 제1챔버(31)가 승강되도록 할 수도 있다.The
상기 제1챔버(31)와 제2챔버(32)는 서로 결합했을 때에 내부에 공간부(50)를 구비하며, 밀폐되어 공간부(50)가 진공상태가 되도록 할 수 있다.When the
상기 제2챔버(32)에는 진공 벤트(37)가 설치되어 진공 펌프(38)에 연결되어 공간부(50)의 진공도를 조절할 수 있다.A
상기 공간부(50)에는 제3도가니(33)가 배치된다. 이 제3도가니(33)는 상기 제1승강기(39)에 연결되어 제2챔버(32)의 승강운동과 연동하여 승강운동한다. The
제3도가니(33)의 측벽 주위로는 코일상의 히터(34)가 배설되어 있고, 제3도가니(33)의 하면에는 냉각기(35) 및 온도 유지기(36)가 설치되어 있다.A coil-shaped
상기 공간부(50)에는 교반기(40)가 더 설치될 수 있는 데, 바람직하게는 제2챔버(32)에 설치될 수 있다.The
상기 교반기(40)는 상기 제3도가니(33) 내부의 용융 실리콘을 교반하는 블레이드(41)와, 이 블레이드(41)를 상기 제3도가니(33)의 방향으로 승강운동시키고 블레이드(41)를 회전시키는 제2승강기(43)를 포함한다. The
상기 블레이드(41)에는 도 9에서 볼 수 있듯이, 블레이드(41)의 날을 따라 복수의 분사공(42)이 형성되어 있는 데, 이 분사공(42)은 가스 주입기(44)에 연결되어 분사공(42)을 통해 제3도가니(33) 내부에 가스를 주입할 수 있다.As shown in FIG. 9, the
이러한 폴리 실리콘 제조기(30)는 먼저, 도 5에서 볼 수 있듯이 제1챔버(31)와 제2챔버(32)가 서로 분리되어 있는 상태가 된다. 그리고 히터(34)를 가동하여 제3도가니(33)가 1500℃ 이상이 되도록 한다.First, as shown in FIG. 5, the
그리고 상기 파쇄된 제4실리콘(24)을 제3도가니(33)에 투입하고, 제1승강기(39)를 가동시켜 제2챔버(32)가 제1챔버(31)에 결합되도록 해 상기 공간부(50)가 밀봉된 상태가 되도록 한다.The crushed
이 상태에서 진공펌프(38)를 가동하여 공간부(50)가 제1진공도로 진공상태가 되도록 한다. 상기 제1진공도는 100Pa 내지 10Pa의 진공압력이 되도록 하는 것이 바람직하다.In this state, the
이 제1진공도의 상태에서 상기 히터(34)에 50kw 이상의 교류전력을 가해 제3도가니(33) 내의 제4실리콘(24)을 완전히 용융시켜(S8) 용융 상태의 제5실리콘을 제조한다.In the state of the first vacuum degree, the alternating power of 50 kw or more is applied to the
상기 제4실리콘(24)은 대개 1400℃에서부터 녹기 시작하여 1500℃가 되면 다 녹게 된다.The
용융 상태의 제5실리콘의 온도가 1800℃에 이르렀을 때에 도 7에서 볼 수 있듯이 상기 교반기(40)의 블레이드(41)를 제3도가니(33)의 방향으로 하강시키고 가스 주입기(44)를 통해 블레이드(41)의 분사공(42)으로부터 제5실리콘으로 가스가 분사되도록 한다(S9). 상기 가스는 98%의 아르곤 가스와 2%의 산소 가스의 혼합 가스로 구비되는 것이 바람직하다.When the temperature of the fifth silicon in the molten state reaches 1800 ° C., as shown in FIG. 7, the
이렇게 가스를 분사하면서 상기 블레이드(41)를 제3도가니(33) 내에 수용된 제5실리콘에 투입하여 제5실리콘을 교반한다(S10). 상기 가스의 주입과 교반은 동시에 이뤄지도록 할 수 있다. While spraying the gas as described above, the
상기 블레이드(41)의 회전속도는 30~50rpm이 바람직하며, 상기 가스의 주입량은 1~5ℓ/min이 되도록 하는 것이 바람직하다. 가스 주입 시간은 30분~1시간으로 한다.The rotational speed of the
다음으로 상기 진공펌프(38)를 가동하여 공간부(50)가 제2진공도의 진공압력이 되도록 한다. 상기 제2진공도는 상기 제1진공도보다 높은 진공도, 즉, 낮은 압력의 진공압력을 갖는 것으로, 진공압력이 10-1Pa이하가 되도록 한다(S11). 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 상기 진공압력이 9.6*10-2Pa이 된 후 1시간동안 진공시킨다.Next, the
그 후, 상기 히터(34)를 끄고, 도 8에서 볼 수 있듯이, 상기 제2챔버(32)를 천천히 하강시켜 제1챔버(31)와의 밀폐를 해제한다(S12). 제2챔버(32)의 하강 속도는 4~5㎝/h로 하는 것이 바람직하다. 이 때 상기 냉각기(35)를 작동하여 상기 제3도가니(33)를 냉각시킨다.Thereafter, the
이렇게 냉각과 동시에 진공상태를 해제하면 상기 제5실리콘은 결정화가 진행되어 폴리실리콘화함과 동시에 표면이 수축되어 쪼그라든 형상을 갖는 제6실리콘이 된다(S13).When the vacuum is released at the same time as the cooling is performed, the fifth silicon crystallizes to advance polysilicon, and at the same time, the surface shrinks to form a sixth silicon having a broken shape (S13).
이 표면이 수축된 제6실리콘의 쪼그라든 표면을 절단하여 내부의 고순도 폴리 실리콘인 제7실리콘을 얻어낸다(S14). 제6실리콘의 쪼그라든 표면은 불순물이 많이 있는 상태인 데, 상부의 불순물이 측면의 불순물보다 많다. 따라서 상부는 최소 1/10 두께를 절단하고, 측면도 최소 1/20 두께를 절단한다.The broken surface of the sixth silicon in which the surface is shrunk is cut to obtain a seventh silicon that is internally high-purity polysilicon (S14). The broken surface of the sixth silicon is in a state where there are many impurities, and the upper part has more impurities than the side parts. Thus the top cuts at least 1/10 the thickness and the side cuts at least 1/20 thickness.
이렇게 제조된 제7실리콘은 순도가 99.9999%인 고순도의 폴리 실리콘이 된다.The seventh silicon thus produced becomes high purity polysilicon having a purity of 99.9999%.
도면으로 설명하지는 않았지만, 상기 제7실리콘은 다시 진공 상태에서 플라즈마를 가해 붕소(B)와 같은 불순물을 추가로 더 제거해줄 수 있다.Although not illustrated in the drawings, the seventh silicon may further remove impurities such as boron (B) by applying plasma in a vacuum again.
그리고, 상기 S7 단계 내지 S14 단계는 복수회 반복 실시되어 수요자가 원하는 높은 순도의 폴리 실리콘을 얻도록 할 수 있다.In addition, the steps S7 to S14 may be repeated a plurality of times to obtain high purity polysilicon desired by the consumer.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims, and various forms of substitution, modification, and within the scope not departing from the technical spirit of the present invention described in the claims. It will be apparent to those skilled in the art that changes are possible.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 폴리 실리콘의 제조방법을 순차적으로 나타내는 순서도이다.1 is a flowchart sequentially illustrating a method of manufacturing polysilicon according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 폴리 실리콘의 제조장치의 일부인 용광로 및 제1도가니를 도시한 개략도이다.2 is a schematic view showing a furnace and a first crucible which are part of the apparatus for producing polysilicon according to the embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 폴리 실리콘의 제조장치의 일부인 제1도가니, 제2도가니 및 이동대를 도시한 개략도이다.3 is a schematic view showing a first crucible, a second crucible, and a moving table that are part of a polysilicon manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3의 제2도가니를 보다 상세히 설명하기 위한 개략도이다.4 is a schematic view for explaining the second crucible of FIG. 3 in more detail.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 관한 폴리 실리콘 제조장치의 일부인 폴리 실리콘 제조기를 도시한 개략도이다.5 is a schematic diagram showing a polysilicon manufacturing machine which is part of a polysilicon manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 6은 도 5의 폴리 실리콘 제조기에 있어 제1챔버와 제2챔버가 결합된 상태를 도시한 개략도이다.FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a state in which a first chamber and a second chamber are coupled to the polysilicon maker of FIG. 5.
도 7은 도 6의 폴리 실리콘 제조기에 있어 교반기가 가동된 상태를 도시한 개략도이다.FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a state in which a stirrer is operated in the polysilicon maker of FIG. 6.
도 8은 도 7의 폴리 실리콘 제조기에 있어 제1챔버와 제2챔버의 결합이 해제된 상태를 도시한 개략도이다.FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a state in which a coupling between the first chamber and the second chamber is released in the polysilicon maker of FIG. 7.
도 9는 도 5의 폴리 실리콘 제조기에 있어 블레이드의 일 예를 도시한 부분 확대도이다.FIG. 9 is a partially enlarged view illustrating an example of a blade in the polysilicon maker of FIG. 5.
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