KR101302231B1 - 조립형 그라파이트 척 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 발전용 모듈(Module)의 제작에 필요한 고순도 폴리실리콘 로드(Rod)를 제조하기 위한 소모성 부품인 조립형 그라파이트 척(Graphite Chuck)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 그라파이트 척을 일체형이 아닌 Two Piece의 분리형으로 제작하여 조립함으로써 폐기되는 그라파이트 척의 소모량을 획기적으로줄일 수 있을 뿐만 아니라 교체적업 시에는 서브 척만을 간단히 교체할 수 있으므로 작업이 간단하며, 나아가 폴리실리콘 로드의 생선원가 절감에도 효과가 있는 발명이다.

Description

조립형 그라파이트 척{Two Pieces Graphite Chuck}

본 발명은 태양광 발전용 모듈의 제작에 필요한 고순도 폴리실리콘 로드(Rod)를 제조하기 위한 소모성 부품인 조립형 그라파이트 척(Graphite Chuck)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 그라파이트 척을 Two Piece의 분리형으로 하여 제작한 후에 조립하여 사용함으로써 폐기되는 그라파이트 척의 소모량을 획기적으로 줄일 수 있는 조립형 그라파이트 척에 관한 것이다.

태양광 발전시스템은 무공해 그린에너지로 각광을 받고 있어 세계적으로 획기적인 확장 추세에 있으며, 이로 인하여 지속적인 연구와 개발이 이루어지고 있으므로 태양광 발전시스템의 가장 핵심적인 요소인 태양광 발전용 모듈에 관한 개발 및 생산 기술을 선점하는 것이 무엇보다 중요하다. 태양광 발전용 모듈의 제작에 있어서 필수적인 재료는 폴리실리콘(Polysilicon)이며, 그 국내 생산능력은 2013년에는 13만톤으로서 세계 제1위의 생산능력을 갖출 것으로 예측되고 있다. 이에 따라 고순도 그라파이트 척의 수요 또한 급속하게 증가하여 2013년 기준으로 국내 수요는 약 2,000톤까지 성장할 것으로 예상되기 때문에 고순도 그라파이트 척의 개발기술 및 대량 생산기술의 확보가 시급한 실정이다.

현재 고순도 그라파이트 척의 국내 공급업체는 영세하여 독자적인 생산기술은 전무하며, 외국계 기업이 자사 제품의 수입 판매에 불과한 실정으로 이를 국산화에 성공한다면 수천억원의 수입대체 효과 및 수출도 가능할 것으로 여겨지고 있다. 한편, 그에 대한 급속한 성장이 지속되면서 글로벌 시장의 경쟁심화에 따라 소재가격은 상승하고 제품가격은 하락하는 현상이 두드러지게 나타날 것으로 예상되고 있으며, 이러한 문제를 해결하고 세계적인 경쟁구도 속에서 생산기술 및 능력을 선점하기 위해서는 소재인 그라파이트 척의 소비량을 획기적으로 줄일 수 있는 방법이 절대적으로 필요하다.

반도체소자 또는 태양전지의 원재료로 사용되는 고순도 폴리실리콘을 제조하는 방법으로는 지멘스방법(Siemens method)이 잘 알려져 있다. 대한민국 공개특허공보 10-2011-0113804호에 개시된 [도 1]과 같은 화학 기상증착 반응기에 삼염화실란(Trichlorosilane, TCS)과 수소가 섞여있는 혼합가스를 넣어주면, 가열된 실리콘 시드로드(seed rod)(1)와 접촉된 혼합가스는 실리콘, 수소 및 염소가스로 열분해된다. 이때 열분해 된 실리콘은 시드로드 표면의 종자자리(seed site)에 증착되어 고체의 입자로 생성되며 이러한 반응이 반복적으로 일어나게 되어 고체덩어리의 폴리실리콘(3)을 얻게 된다. [도 1]에서와 같이 실리콘 시드로드(1)는 막대기둥 모양의 2개의 로드와 로드 윗부분에 로드와 로드 사이를 연결시켜 주는 브릿지(Bridge)(2)로 구성되며, 실리콘 반응기 바닥에 U자를 뒤집어 놓은 형태로 조립된다. 로드(1)의 아랫부분은 실리콘 반응기의 바닥에 설치된 전극(4)에 고정되며, 이 전극(4)을 통해서 전류를 흘려주어 로드(1)와 브릿지(2), 그리고 다시 로드로 전류가 흐르게 되고 결국 실리콘 시드로드 전체가 가열되도록 한다. 이때 흐르는 전류량을 조절하여 실리콘 시드로드(1)의 온도를 조절할 수 있다.

그러나 이와 같은 전극(4)에는 [도 3]에 나타난 바와 같이 1개의 부품으로 구성된 One Piece로 된 일체형 그라파이트 척이 부착되는데, 이는 1회 사용 후에는 폐기되는 소모성 부품으로서, 폴리실리콘 로드의 생산량이 증가할수록 그라파이트 척의 사용량도 증가하게 되어 결국 폐기되는 그라파이트 척의 수량도 증가함에 따라 자원이 낭비되는 등 문제점이 발생되었다.

본 발명자들은 그라파이트 척의 형상을 일체형에서 분리형으로 나누어 결합시킴으로써 위와 같은 문제점을 극복할 수 있음을 확인하고, 이를 토대로 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고순도 폴리실리콘 로드를 제조하기 위한 전극의 소모성 부품인 그라파이트 척을 One Piece의 일체형에서 Two Piece의 분리형으로 대체하여 조립함으로써 폐기되는 그라파이트 척의 소모량을 획기적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 교체작업 시에는 서브 척만을 간단히 교체할 수 있으므로 작업이 간단하며, 나아가 폴리실리콘 로드의 생선원가도 절감할 수 있는 조립형 그라파이트 척의 제공에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

슬림로드(40) 상에서 트리클로로실란을 열분해에 의하여 폴리실리콘 로드(50)를 제조함에 있어서, 상기 슬림로드(40)를 전극(20)에 부착하는 데 적합한 그라파이트 척(60)이 2개로 분할된 것을 특징으로 하는 조립형 그라파이트 척을 제공한다.

또한 본 발명은, 상기 슬림로드(40)는 가늘고 긴 로드가 브릿지로 연결된 것을 특징으로 하는 조립형 그라파이트 척을 제공한다.

또한 본 발명은, 상기 그라파이트 척(60)이 슬림로드(40)가 연결되는 상부에 서브 척(62)이 형성되고, 전극(20)이 연결되는 하부에 메인 척(61)이 형성되는 것을 특징으로 하는 조립형 그라파이트 척을 제공한다.

또한 본 발명은, 상기 메인 척(61)이 서브 척(62)보다 크기가 큰 것을 특징으로 하는 조립형 그라파이트 척을 제공한다.

또한 본 발명은, 상기 메인 척(61)의 상부에는 서브 척(62)이 결합될 수 있도록 하는 결합부(70)가 형성되는 것을 특징으로 하는 조립형 그라파이트 척을 제공한다.

마지막으로 본 발명은, 상기 결합부(70)가 상광하협(上廣下狹)의 형태로 형성되거나 나사로 형성되는 것을 특징으로 하는 조립형 그라파이트 척을 제공한다.

본 발명에 의한 조립형 그라파이트 척은 태양광 발전용 모듈의 제작에 필요한 고순도 폴리실리콘 로드를 제조하기 위한 일회용 소모성 부품인 그라파이트 척을 One Piece의 일체형으로부터 Two Piece의 분리형으로 하여 제작한 후에 조립하여 사용함으로써 폐기되는 그라파이트 척의 소모량을 획기적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 교체작업 시에는 서브 척만을 간단히 교체할 수 있으므로 작업이 간단하며, 나아가 폴리실리콘 로드의 생선원가 절감에도 효과가 있다.

도 1은 종래 발명에 의한 실리콘 반응기의 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의한 실리콘 반응기의 단면 구성도이다.
도 3은 종래 발명에 의한 One Piece의 일체형 그라파이트 척의 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명에 의한 Two Piece의 분리형 그라파이트 척의 단면 구성도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 아래에 예시된 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. [도 2]는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 실리콘 반응기의 단면 구성도이다. [도 2]를 참조하면, 고순도 폴리실리콘 로드(50)를 제조하기 위해서는 먼저, 실리콘 반응기에 삼염화실란(Trichlorosilane, TCS)과 수소가 섞여있는 혼합가스(30)를 충전한 상태에서 가늘고 긴 슬림로드(Slim Rod)(40)을 브릿지로 하여 전원(10)을 연결하고 고온 하에서 분해된 실리콘을 화학적으로 증착하게 되는데, 이때 전원(10)과 슬림로드(40) 사이를 연결하는 고순도 그라파이트 척은 전극(20)의 소모성 부품으로 사용된다.

[도 3]에 나타난 바와 같이 기존의 그라파이트 척(60)은 1개로 구성되어 있는 일체형의 소모성 부품으로서, 슬림로드(40)에 실리콘을 증착시켜 제작된 폴리실리콘 로드(50)를 얻기 위하여 그라파이트 척을 분해 시에는 슬림로드(40)와 연결 부위가 훼손되어 폐기되어야만 한다. 이때에는 그라파이트 척(60)의 일부가 아닌 전체를 폐기하여야 하므로 폴리실리콘 로드(50)의 생산량이 증가할수록 그라파이트 척의 사용량에 따라서 이를 폐기하는 양도 증가하게 되는 문제점이 발생하였다.

본 발명에서는 위와 같은 문제점을 보완하기 위해서 [도 4]에 나타나는 것처럼 그라파이트 척(60)을 메인 척(61)과 서브 척(62)의 2개의 개체로 나누어 분리형으로 구성한다. 아울러 상기 메인 척(61)의 상부에는 서브 척(62)이 결합될 수 있도록 하는 결합부(70)를 형성하여 서브 척(62)을 메인 척(61)의 상부에 견고하게 결합시킬 수 있게 되는데, 상기 결합부(70)는 상광하협(上廣下狹)의 형태로 형성되거나 나사로 형성됨으로써 메인 척(61)으로부터 서브 척(62)이 용이하게 끼워지거나 분리될 수 있도록 한다.

이렇게 2개의 개체로 나누어진 분리형 그라파이트 척을 하나로 조립하여 슬림로드(40)와 그라파이트 척(60)을 결합시킨 다음에 슬림로드(40)에 실리콘을 증착시킴으로써 폴리실리콘 로드(50)를 제조한다. 제작이 완료된 폴리실리콘 로드(50)는 그라파이트 척(60)을 분리시킴으로써 폴리실리콘 로드(50)를 얻을 수 있다. 그라파이트 척(60)을 분리 시에는 메인 척(61) 부분보다는 서브 척(62) 부분의 훼손이 심하므로 메인 척(61) 부분보다는 서브 척(62) 부분의 크기를 작게 하는 것이 그라파이트 척의 소모량을 줄이는 데 유리하다.

그라파이트 척(60)은 1회 사용 후에는 그 상부에 제작된 소형의 서브 척(62)만을 메인 척(61)으로부터 분리시켜 폐기하고, 새로운 서브 척(62)으로 교환해서 다시 메인 척(61)에 결합시켜 사용한다. 이렇게 함으로써 폐기되는 그라파이트 척의 소모량을 획기적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 교체작업 시에는 서브 척만을 간단히 교체할 수 있으므로 작업이 간단하며, 나아가 폴리실리콘 로드의 생산원가도 절감할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10 : 전원
20 : 전극
30 : 혼합가스
40 : 슬림로드
50 : 실리콘로드
60 : 그라파이트 척
61 : 메인 척
62 : 서브 척
70 : 결합부

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 슬림로드(40) 상에서 트리클로로실란의 열분해에 의하여 폴리실리콘 로드(50)를 제조함에 있어서,
   상기 슬림로드(40)를 전극(20)에 부착하는 데 적합한 그라파이트 척(60)이 2개로 분할되되,
   상기 슬림로드(40)는 가늘고 긴 로드가 브릿지로 연결되며,
   상기 그라파이트 척(60)은 상부에 슬림로드(40)가 연결되는 서브 척(62)이 구비되고, 하부에 전극(20)이 연결되는 메인 척(61)이 구비되는 것을 특징으로 하는 조립형 그라파이트 척.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 메인 척(61)이 서브 척(62)보다 크기가 큰 것을 특징으로 하는 조립형 그라파이트 척.
   
5. 제 3항에 있어서,
   상기 메인 척(61)의 상부에는 서브 척(62)이 결합될 수 있도록 하는 결합부(70)가 형성되는 것을 특징으로 하는 조립형 그라파이트 척.
   
6. 제 4항에 있어서,
   상기 메인 척(61)의 상부에는 서브 척(62)이 결합될 수 있도록 하는 결합부(70)가 형성되는 것을 특징으로 하는 조립형 그라파이트 척.
   
7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
   상기 결합부(70)는 상광하협(上廣下狹)의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 조립형 그라파이트 척
   
8. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
   상기 결합부(70)는 나사로 형성되는 것을 특징으로 하는 조립형 그라파이트 척.
   

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