KR101483697B1 - Apparatus for manufacturing Silicon Ingot - Google Patents

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Abstract

실리콘 잉곳 제조 장치가 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 잉곳 제조 장치는 상기 일방향 응고부 내부에 구비되며, 실리콘 용탕을 응고시키는 일방향 응고부 및 내부에 상기 실리콘 용탕을 수용하기 위한 수용 공간을 갖는 수용부를 갖는 더미실린더를 포함한다.A silicon ingot manufacturing apparatus is disclosed.
A silicon ingot manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a one-way solidifying portion provided in the unidirectional solidification portion for solidifying silicon melt and a dummy cylinder having a receiving portion having a receiving space for receiving the silicon melt therein .

Description

실리콘 잉곳 제조 장치{Apparatus for manufacturing Silicon Ingot}[0001] Apparatus for manufacturing silicon ingot [0002]

본 출원은 실리콘 잉곳 제조 장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 실리콘 잉곳의 길이를 최대한 길게 형성하면서, 상기 실리콘 잉곳을 연속적으로 제조할 수 있는 실리콘 잉곳 제조 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon ingot manufacturing apparatus, and more particularly, to a silicon ingot manufacturing apparatus capable of continuously manufacturing the silicon ingot while making the length of the silicon ingot as long as possible.

최근 국제 추세에 따라, 친환경적인 발전 방법으로서 태양광 발전이 세계적으로 널리 사용되고 있다. 이와 같은 태양광 발전은 빛에너지를 전기에너지로 전환시키는 역할을 수행하는 태양 전지에서 이루어진다. 이러한 태양전지는 작은 실리콘 결정체들로 이루어진다.Recently, according to the international trend, solar power generation is widely used as an environmentally friendly development method in the world. Such solar power generation takes place in solar cells that convert light energy into electrical energy. These solar cells are made up of small silicon crystals.

태양 전지를 구성하는 실리콘의 순도는 통상 5N, 6N, 9N과 같이 표시한다. 여기서 N는 중량% 단위에서 9의 개수를 의미하며, 5N의 경우 99.999% 순도를 의미한다.The purity of the silicon constituting the solar cell is usually expressed as 5N, 6N, and 9N. Here, N means the number of 9 in terms of weight%, and 5 N means 99.999% purity.

초고순도를 요구하는 반도체를 생산하는 실리콘의 경우 순도가 11N에 이른다. 그러나, 태양 전지를 구성하는 실리콘은 5~7N의 순도를 가지는 경우에도 간단한 게터링 공정 추가만으로 11N의 순도를 가지는 경우와 비슷한 광전환 효율을 얻을 수 있는 것으로 알려져 있어 초고순도를 요하지 아니한다.For silicon producing semiconductors requiring ultra-high purity, the purity reaches 11N. However, even when the purity of silicon constituting the solar cell is 5 to 7N, it is known that the photoconversion efficiency similar to the case of having a purity of 11N can be obtained merely by adding a simple gettering process, so that ultra high purity is not required.

또한, 반도체를 생산하는 실리콘은 화학적 가스화 공정(CVD; Chemical Vapor Deposition)을 통해 제조되고 있다. 그러나, 이러한 실리콘 제조 공정은 오염물질을 대량으로 발생시키고, 생산효율이 떨어지며, 또한 생산 단가가 높은 것으로 알려져 있다.In addition, silicon that produces semiconductors is manufactured through chemical vapor deposition (CVD). However, such a silicon production process is known to generate a large amount of pollutants, low production efficiency, and high production cost.

이에 따라, 태양 전지를 구성하는 실리콘은 낮은 제조 비용으로 고순도의 실리콘을 대량 생산할 수 있는 야금학적 정련공정(metallurgical Refining Process)이 활발히 개발되고 있다.Accordingly, a metallurgical refining process capable of mass-producing high-purity silicon at a low manufacturing cost has been actively developed in the silicon constituting the solar cell.

이 야금학적 정련공정은 저가/저품위의 급속급 실리콘 분말뿐 아니라 최근에는 폐/불량 태양전지, 공정 스크랩 등을 이용해서도 고순도 폴리실리콘을 제조하기 때문에 기술의 중요성은 더욱 부각되고 있다In this metallurgical refining process, high-purity polysilicon is produced not only from low-price / low-grade rapid-grade silicon powder, but also recently from waste / bad solar cell and process scrap.

태양전지용 다결정 실리콘 잉곳의 제조는 기본적으로 방향성 응고를 특징으로 하고 있다.The production of polycrystalline silicon ingots for solar cells is basically characterized by directional solidification.

도가니 속에 실리콘 입자를 충진하고 이를 1420 ℃ 이상에서 용융시킨 후 실리콘의 응고열을 도가니 하부 쪽의 일정방향으로 제거하면 고화가 도가니 하부로부터 상부 쪽으로 퍼져나가는 방식이 방향성 응고 공정이다.When the silicon particles are filled in the crucible and melted at a temperature of 1420 ° C or higher, the solidification heat of the silicon is removed in a certain direction under the crucible, and then the solidification process spreads from the bottom of the crucible to the upper side.

방향성 응고공정을 통하여 고액계면의 층분리를 형성하여 불순물을 액상쪽으로 유도하여 불순물이 잉곳의 상부방향으로 포집될 수 있다. The impurities can be collected toward the upper side of the ingot by inducing the impurities to the liquid phase by forming the layer separation of the solid-liquid interface through the directional solidification step.

고순도의 태양광 발전용 실리콘의 야금학적 정련법은 진공 정련법, 산화 처리법, 일방향 응고 정련법 등의 대표적인 공정이 개발되어 있다.Typical processes such as vacuum refining, oxidation treatment and unidirectional solidification refining have been developed for metallurgical refining of high purity silicon for solar power generation.

이들 야금학적 정련법들 중에서 진공 정련법과 일방향 응고 정련법 등과 같은 금속 용융법에 의한 실리콘 제조 기술이 특성 제어가 용이하고, 조업중 불순물에 의한 오염이 적어 활발한 연구가 진행되고 있다.Among these metallurgical refining methods, silicon manufacturing technology by a metal melting method such as a vacuum refining method and a unidirectional solidifying refining method is easy to control characteristics, and there is little contamination due to impurities during operation, and active research is proceeding.

여기서, 진공 정련법이란 통상적으로 금속원료를 용융시킨 후 용융된 금속으로부터 실리콘에 비해 증기압이 높은 불순물을 제거하는 정련공정을 말하며, 대표적인 비금속 불순물인 Al, Ca, Mn, P 등을 제거할 수 있다.Here, vacuum refining refers to a refining process in which impurities having a higher vapor pressure than silicon are removed from a molten metal after melting a metal raw material, and representative nonmetal impurities such as Al, Ca, Mn, and P can be removed .

또한, 일방향 응고 정련법은 실리콘이 액체에서 고체로 상변이 중에 고체-액체 계면을 따라 불순물을 액체로 편석(Segregation)시키는 정련공정을 말하며, 편석계수가 작아 편석이 잘 되는 대표적인 금속 불순물인 Fe, Ti, Cr, Cu, Ni등을 제거할 수 있다.Unidirectional solidification refining is a refining process in which silicon segregates impurities along the solid-liquid interface during the phase transition from liquid to solid. The refining process is a typical metal impurity such as Fe, Ti, Cr, Cu, Ni, and the like can be removed.

한편, 종래에는 태양전지용 잉곳을 회분 방식으로 1회씩 생산하여 왔으며, 이러한 회분 방식에 의한 잉곳의 크기를 확대하는 방향으로 연구가 추진되기도 하였으나, 잉곳의 크기를 무한정 확대하는 것은 곤란하여 태양전지용 잉곳의 대량생산에 문제점이 있었다.Conventionally, ingots for solar cells have been produced once by batch method, and studies have been conducted in the direction of enlarging the size of the ingot by such batch method. However, it is difficult to infinitely increase the size of the ingot, There was a problem in mass production.

일본 공개특허 제 1999-240710 호Japanese Patent Application Laid-Open No. 1999-240710 대한민국 공개특허 제 10-2011-0120617 호Korean Patent Publication No. 10-2011-0120617

본 출원은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양전지용 잉곳을 연속적으로 대량생산할 수 있는 실리콘 잉곳 제조 장치를 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a silicon ingot manufacturing apparatus capable of continuously mass-producing ingots for solar cells.

또한, 전자빔 용융법에 기초하여 실리콘을 용융함에 있어서, 전자빔에 의해 파손되는 것을 방지하며 연속적으로 실리콘을 용융할 수 있는 실리콘 잉곳 제조 장치를 제공하고자 한다.It is also an object of the present invention to provide a silicon ingot manufacturing apparatus capable of continuously melting silicon while preventing silicon carbide from being damaged by electron beams in melting silicon based on the electron beam melting method.

본 발명의 일 측면에 따르면, 실리콘 용탕을 응고시키는 일방향 응고부 및 상기 일방향 응고부 내부에 구비되며, 내부에 상기 실리콘 용탕을 수용하기 위한 수용 공간을 갖는 수용부를 갖는 더미실린더를 포함하는 실리콘 잉곳 제조 장치가 제공될 수 있다. According to one aspect of the present invention, there is provided a silicon ingot including a one-way solidifying portion for solidifying a silicon melt and a dummy cylinder provided inside the one-way solidification portion and having a receiving portion having a receiving space for receiving the silicon melt therein A device may be provided.

또한, 상기 수용부의 측면은 하방향으로 상기 수용부의 단면적이 증가되도록 경사질 수 있다. Further, the side surface of the receiving portion may be inclined such that the cross-sectional area of the receiving portion is increased in the downward direction.

또한, 상기 수용부의 측면은 라운드될 수 있다.Further, the side surface of the receiving portion can be rounded.

또한, 상기 일방향 응고부는 하방향으로 단면적이 증가하도록 경사지게 형성된 경사부를 포함할 수 있다. In addition, the unidirectional solidifying portion may include an inclined portion formed to be inclined to increase the cross-sectional area in the downward direction.

또한, 상기 더미실린더는 상기 실리콘 용탕이 상기 경사부에서 응고되는 속도와 대응되는 속도로 하강할 수 있다. The dummy cylinder may be lowered at a speed corresponding to a speed at which the molten silicon melts at the inclined portion.

또한, 상기 더미실린더는 흑연재질을 가질 수 있다.Also, the dummy cylinder may have a graphite material.

또한, 상기 더미실린더의 표면은 코팅 층을 포함할 수 있다. In addition, the surface of the dummy cylinder may include a coating layer.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 진공 분위기를 유지하는 진공 챔버, 상기 진공 챔버에 구비되며, 전자빔을 조사하는 적어도 하나 이상의 전자총(Electron-gun), 상기 진공 챔버 내에 구비되며, 실리콘 원료물질을 공급하는 원료 공급부, 상기 전자빔에 의해 상기 실리콘 원료물질이 용융되어 실리콘 용탕이 형성되는 실리콘 용융부, 상기 실리콘 용융부로부터 공급되는 실리콘 용탕을 응고시키는 일방향 응고부, 상기 실리콘 용융부의 제 1 채널부와 상기 일방향 응고부의 제 2 채널부가 서로 접하여 이루어진 연결탕로부 및 상기 일방향 응고부 내부에 구비되며, 상부에 내측으로 함몰된 홈을 가지고, 상기 실리콘 용탕을 일방향 응고부의 하부로 이송시키는 더미실린더를 포함하되, 상기 홈은 상기 홈의 상부보다 하부가 단면적이 큰 것을 특징으로 하는 실리콘의 정련 장치가 제공될 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a vacuum chamber comprising: a vacuum chamber for maintaining a vacuum atmosphere; at least one electron gun provided in the vacuum chamber for irradiating an electron beam; A silicon melt portion in which the silicon raw material is melted by the electron beam to form a silicon melt, a unidirectional solidifying portion for solidifying the silicon melt supplied from the silicon melting portion, a first channel portion of the silicon melt portion, And a dummy cylinder which is provided in the unidirectional solidification portion and has a recess recessed inwardly and which transports the silicon melt to a lower portion of the unidirectional solidification portion, Wherein the groove has a lower cross-sectional area than an upper portion of the groove, There is the refining device can be provided.

또한, 상기 일방향 응고부는 외측에 배치된 복수의 냉각유로부를 갖고, 상기 복수의 냉각유로부 중 적어도 어느 하나의 냉각유로부의 유로 폭은 나머지 유로 폭보다 클 수 있다. The unidirectional solidification portion may have a plurality of cooling channel portions disposed on the outer side, and the flow channel width of at least one of the plurality of cooling channel portions may be larger than the remaining channel width.

또한, 상기 적어도 어느 하나의 냉각유로부는 상기 일방향 응고부의 외측 상부에 배치될 수 있다. In addition, the at least one cooling channel portion may be disposed on the outer side of the unidirectional solidification portion.

또한, 상기 일방향 응고부는 상기 일방향 응고부의 중심을 기준으로 상측의 냉각유로부에 연결되는 제 1 유체공급부와 상기 일방향 응고부의 중심을 기준으로 하측의 냉각유로부에 연결되는 제 2 유체공급부를 더 포함할 수 있다. The unidirectional solidification unit may further include a first fluid supply unit connected to the upper cooling channel unit with respect to the center of the unidirectional solidification unit and a second fluid supply unit connected to the lower cooling channel unit with respect to the center of the unidirectional solidification unit can do.

또한, 상기 일방향 응고부는 구리 재질을 가질 수 있다. Further, the unidirectional solidification portion may have a copper material.

또한, 상기 일방향 응고부의 상단부의 단면적은 상부 방향으로 증가할 수 있다. In addition, the cross-sectional area of the upper end portion of the unidirectional solidification portion may increase in the upward direction.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 실리콘 용탕을 응고시키는 일방향 응고부 및 상기 실리콘 용탕이 수용되어 응고되는 공간을 갖는 수용부를 포함하며, 상기 수용부에 응고된 실리콘과 연속적으로 제조된 잉곳을 잡아당기는 더미실린더를 포함하는 실리콘 잉곳 제조 장치가 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a silicon ingot including a one-way solidifying portion for solidifying the silicon melt and a receiving portion having a space in which the silicon melt is received and solidified, A silicon ingot manufacturing apparatus including a dummy cylinder may be provided.

상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.In order to solve the above problems, the present invention has the following effects.

첫째, 더미실린더는 일방향 응고부에서 응고된 실리콘을 수용할 수 있는 홈을 가짐으로써, 더미실린더가 하방향으로 이동하는 경우 잉곳의 하단과 더미실린더의 상단 사이가 벌어지는 것을 방지할 수 있다.First, the dummy cylinder has a groove capable of receiving solidified silicon in the unidirectional solidification portion, thereby preventing the lower end of the ingot and the upper end of the dummy cylinder from spreading when the dummy cylinder moves downward.

또한, 잉곳과 더미실린더 사이가 벌어지게 되는 부분에서 발생할 수 있는 크랙의 전파를 방지할 수 있다.In addition, it is possible to prevent propagation of cracks that may occur at a portion where the ingot and the dummy cylinder are spread.

이에 따라, 제조되는 잉곳의 크랙의 전파를 방지함으로써, 잉곳의 길이를 종래보다 길게 제작할 수 있게 되어 제조 단가를 절감할 수 있는 이점이 있다.Thus, propagation of cracks in the ingot to be produced is prevented, whereby the ingot length can be made longer than in the past, and the manufacturing cost can be reduced.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 잉곳 제조 장치를 나타낸 도이다.
도 2는 도 1의 일방향 응고부를 보다 자세히 나타낸 도이다.
도 3은 변형된 일방향 응고부를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 잉곳 제조 장치를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실리콘 잉곳 제조 장치를 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 일방향 응고부의 외측을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 일방향 응고부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는 일방향 응고부에 유체 공급부가 배치된 모습을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a silicon ingot manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a more detailed view of the unidirectional solidification of Figure 1;
3 is a view showing a modified unidirectional solidification part.
4 is a view showing a silicon ingot manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
5 is a view illustrating a silicon ingot manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
6 is a perspective view schematically showing the outer side of the unidirectional solidification part according to another embodiment of the present invention.
Fig. 7 is a sectional view of Fig. 6. Fig.
8 is a cross-sectional view schematically showing a unidirectional solidification part according to another embodiment of the present invention.
9 is a view showing a state in which the fluid supply portion is disposed in the unidirectional solidification portion.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be understood, however, that the appended drawings illustrate the present invention in order to more easily explain the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto. You will know.

또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래 실리콘 잉곳 제조 장치와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.In describing the embodiments of the present invention, the same names and the same symbols are used for constituent elements having the same function, and it is to be understood in advance that they are substantially not the same as those of the conventional silicon ingot manufacturing apparatus.

또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Also, the terms used in the present application are used only to describe certain embodiments and are not intended to limit the present invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 잉곳 제조 장치를 나타낸 도이다.1 is a view showing a silicon ingot manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 실리콘 잉곳 제조 장치는 진공 챔버(100), 전자총(200), 실리콘 용융부(300) 및 일방향 응고부(400)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a silicon ingot manufacturing apparatus includes a vacuum chamber 100, an electron gun 200, a silicon melting unit 300, and a unidirectional solidification unit 400.

진공 챔버(100)는 후술할 실리콘 용탕 내에 불순물이 증발될 수 있도록 내부에 진공 분위기를 유지한다. 상기 진공 챔버(100) 내부의 압력은 대략 10-5 torr 일 수 있다.The vacuum chamber 100 maintains a vacuum atmosphere therein so that impurities can be evaporated in the silicon melt, which will be described later. The pressure inside the vacuum chamber 100 may be about 10-5 torr.

상기 진공 챔버(100)의 상단에는 입자 형태의 실리콘 원료물질이 공급될 수 있는 원료투입부(120)가 설치된다.At the upper end of the vacuum chamber 100, there is provided a raw material input part 120 through which a silicon raw material in the form of particles can be supplied.

상기 원료투입부(120) 내부는 후술할 전자빔에 의한 열에 의해 파손되는 것을 방지하기 위하여 냉각수로가 설치될 수 있다.The inside of the raw material charging part 120 may be provided with a cooling water path to prevent damage due to heat due to an electron beam which will be described later.

또한, 상기 원료투입부(120)는 원료 공급라인(122)과 원료 공급부의 투입구(124)를 포함할 수 있고, 상기 원료 공급부의 투입구(124)는 후술할 실리콘 용융부(300)에 실리콘 원료물질이 공급되는 위치와 각도를 조절할 수 있다.The raw material input portion 120 may include a raw material supply line 122 and an input port 124 of the raw material supply portion. The input port 124 of the raw material supply portion may include a silicon raw material The position and angle at which the material is supplied can be adjusted.

전자총(Electron-gun)(200)은 상기 진공 챔버(100) 내에 설치되며, 복수 개일 수 있다.The electron gun 200 is installed in the vacuum chamber 100, and may be a plurality of electron guns.

본 실시예에 따른 상기 전자총(200)은 제 1 전자총(210) 및 제 2 전자총(220)을 포함한다.The electron gun 200 according to the present embodiment includes a first electron gun 210 and a second electron gun 220.

상기 제 1 전자총(210)은 전자빔이 상기 진공 챔버(100) 내부로 조사되도록 상기 진공 챔버(100)의 상단에 설치된다.The first electron gun 210 is installed at the upper end of the vacuum chamber 100 so that an electron beam is irradiated into the vacuum chamber 100.

실리콘 용융부(300)는 상기 제 1 전자총(210)에 의한 전자빔이 조사되는 영역에 배치된다. The silicon fused portion 300 is disposed in a region irradiated with the electron beam by the first electron gun 210.

상기 실리콘 용융부(300)에는 상기 원료투입부(120)로부터 입자 형태의 실리콘 원료물질이 장입될 수 있다.The silicon melt part 300 may be charged with a silicon raw material in the form of particles from the raw material input part 120.

한편, 상기 원료투입부(120)는 상기 메인 챔버(100) 상단에서부터 상기 실리콘 용융부(300) 사이의 경사를 조절함으로써, 상기 실리콘 원료물질의 공급량을 조절할 수도 있다.The raw material input part 120 may adjust the supply amount of the silicon raw material by adjusting the inclination between the silicon melt part 300 and the upper end of the main chamber 100.

또한, 상기 실리콘 용융부(300)는 전자빔이 조사될 수 있도록 상부가 개방된 형태로 이루어진다.In addition, the silicon melting portion 300 is formed in an open top so that the electron beam can be irradiated.

이에 따라, 상기 실리콘 용융부(300)에 장입된 상기 실리콘 원료물질은 상기 제 1 전자총(210)에 의하여 가속, 집적된 전자빔에 의해 용융되어 실리콘 용탕(P2)으로 형성된다.Accordingly, the silicon raw material loaded in the silicon melting unit 300 is melted by the electron beam accelerated and accumulated by the first electron gun 210, and is formed of the silicon melt P2.

한편, 상기 제 1 전자총(210)은 30~35 kWh/cm2의 출력 에너지를 갖도록 제 1 전자빔을 가속 및 집적할 수 있다.Meanwhile, the first electron gun 210 may accelerate and accumulate the first electron beam to have an output energy of 30 to 35 kWh / cm 2.

다만, 이에 한정되지 않고, 상기 제 1 전자총(210)는 전자빔에 의해 상기 실리콘 용탕(P2)이 외부로 튀는 등 상기 실리콘 용탕의 거동이 불안정해지는 점을 방지하기 위한 출력 에너지를 가질 수 있다.However, the present invention is not limited to this, and the first electron gun 210 may have an output energy for preventing the behavior of the silicon melt to become unstable, such as the silicon melt P2 bounces outward by an electron beam.

또한, 상기 실리콘 용융부(300)는 상기 실리콘 용융부(300) 자체 재질에 의하여 발생할 수 있는 불순물이 실리콘 용탕에 유입되는 것을 방지하기 위하여 구리 재질을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 구리 재질을 가지는 실리콘용융부(300)는 전자빔에 의하여 파손되는 것을 방지하기 위하여 냉각 효율을 용이하게 제어할 수 있는 유로부를 포함할 수 있다. 상기 유로부를 포함하는 상기 실리콘 용융부에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.It is preferable that the silicon melting unit 300 has a copper material in order to prevent impurities, which may be generated by the material of the silicon melting unit 300 itself, from flowing into the silicon melt. In addition, the silicon melting portion 300 having a copper material may include a flow path portion that can easily control the cooling efficiency to prevent the silicon melting portion 300 from being damaged by the electron beam. A detailed description of the silicon melting portion including the flow path portion will be described later.

일방향 응고부(400)는 상기 제 2전자총(220)에 의한 제 2 전자빔이 조사되는 영역에 배치되며, 상기 실리콘 용융부(300)와 인접하게 된다.The unidirectional solidification unit 400 is disposed in a region irradiated with the second electron beam by the second electron gun 220 and is adjacent to the silicon melting unit 300.

또한, 상기 일방향 응고부(400)는 상기 실리콘 용융부(300)와 마찬가지로 구리 재질을 가질 수 있다. The unidirectional solidification part 400 may have a copper material similar to the silicon melting part 300.

상기 일방향 응고부(400)는 상기 실리콘 용탕(P2)을 이용하여 잉곳을 연속적으로 주조함과 동시에 금속 불순물의 편석을 유도하여 실리콘 정련 및 고순도 폴리실리콘 생산 효율을 향상시킬 수 있다.The unidirectional solidification part 400 can continuously cast an ingot using the silicon melt P2 and induce segregation of metal impurities to improve silicon refining and high purity polysilicon production efficiency.

한편, 상기 제 2 전자총(220)은 8~14 kWh/cm2의 출력 에너지를 갖도록 제 2 전자빔을 가속 및 집적할 수 있다.Meanwhile, the second electron gun 220 may accelerate and accumulate the second electron beam to have an output energy of 8 to 14 kWh / cm 2.

다만, 이에 한정되지 않고, 상기 제 2 전자총(220)는 상기 제 2 전자빔에 용융 상태를 유지하고 전자빔에 의해 상기 실리콘 용탕(P2)이 외부로 튀는 등 상기 실리콘 용탕의 거동이 불안정해지는 점을 방지하기 위한 출력 에너지를 가질 수 있다.However, the present invention is not limited to this, and the second electron gun 220 maintains the molten state of the second electron beam and prevents the behavior of the silicon melt, such as the silicon melt P2, Lt; / RTI >

도 2 는 도 1의 일방향 응고부를 보다 자세히 나타낸 도이다.Figure 2 is a more detailed view of the unidirectional solidification of Figure 1;

도 2를 참조하면, 일방향 응고부(400)는 용탕투입부(402), 경사부(404) 및 잉곳안내부(406)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the unidirectional solidification part 400 may include a molten metal input part 402, an inclined part 404, and an ingot guide part 406.

상기 용탕투입부(402)는 상기 실리콘 용융부(300)로부터 상기 실리콘 용탕(P2)이 투입되어 상기 실리콘 용탕을 상기 경사부(404)로 이동시킨다.The molten metal charging unit 402 introduces the molten silicon P2 from the silicon melting unit 300 and moves the molten silicon to the inclined unit 404.

상기 경사부(404)는 상기 용탕투입부(402)와 연속적으로 연결되며, 하방향으로 상기 일방향 응고부(400)의 단면적이 증가하도록 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 상기 경사부(404)는 상기 용탕투입부(402)를 기준으로 예각의 기울기를 가질 수 있다.The inclined portion 404 may be continuously connected to the molten metal input portion 402 and may be inclined to increase the cross-sectional area of the unidirectional solidification portion 400 in the downward direction. That is, the inclined portion 404 may have an acute angle with respect to the molten metal input portion 402.

이때, 상기 실리콘 용융부(300)로부터 공급된 상기 실리콘용탕(P2)은 도 1에 도시된 제 2 전자총(220)로부터 전자빔이 조사되어 용융상태가 유지되며, 하측 일부는 냉각채널(450)에 의해서 냉각되어 응고된다.The silicon melt P2 supplied from the silicon melting unit 300 is irradiated with an electron beam from the second electron gun 220 shown in FIG. 1 to maintain the molten state, and a lower part of the silicon melt P2 is supplied to the cooling channel 450 And then solidified.

여기서, 상기 실리콘 용탕(P2)은 상기 용탕투입부(402) 하부에서 응고의 시작이 일어나며 하부로 갈수록 단단하게 응고되어 상기 잉곳안내부(406)의 상부에서 완전히 응고된다.Here, the molten silicon (P2) starts to solidify at the lower portion of the molten metal inlet (402), solidifies more firmly at the lower portion, and completely solidifies at the upper portion of the ingot guide portion (406).

이때, 상기 용탕투입부(402)의 단면적 보다 상기 경사부(404)의 단면적이 하부방향으로 갈수록 더 크게 형성됨으로써, 상기 실리콘 용탕(P2)이 팽창할 수 있는 팽창공간이 생성되어 상기 실리콘 용탕(P2)이 응고되는 과정 중에 팽창을 하여도 상기 용탕투입부(402) 또는 상기 경사부(404)에 끼임 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.At this time, the cross-sectional area of the inclined portion 404 is larger than the cross-sectional area of the molten metal input portion 402 as the cross-sectional area of the inclined portion 404 increases toward the downward direction. As a result, an expansion space, P2 can be prevented from being trapped in the molten metal input portion 402 or the inclined portion 404 even when the molten metal is expanded during the solidification process.

또한, 상기 일방향 응고부(400)의 하부에는 상하 방향으로 상기 일방향 응고부의 내측을 따라 구동되는 하강부(490)가 장착된다.The lower portion of the unidirectional solidification portion 400 is mounted with a downward portion 490 driven along the inside of the unidirectional solidification portion in the up and down direction.

상기 하강부(490)는 상기 경사부(404) 내부에서, 후술하는 더미실린더(410)를 하부로 이송시켜 실리콘 잉곳을 성장시키면서 물리적으로 상기 실리콘용탕(P2)을 하부로 이송시키는 역할을 한다.The descending part 490 transports the silicon melt P2 downward physically while the silicon ingot is being grown by transferring the dummy cylinder 410 to be described below inside the inclined part 404.

본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 잉곳 제조 장치는 상기 일방향 응고부(400) 내부에 구비되며, 내부에 상기 실리콘 용탕을 수용하기 위한 수용 공간을 갖는 수용부를 갖는 더미실린더(410)를 가질 수 있다.The silicon ingot manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention may have a dummy cylinder 410 provided inside the unidirectional solidifying portion 400 and having a receiving portion having a receiving space for receiving the silicon melt therein .

그리고, 상기 더미실린더(410)는 상기 하강부(490) 상 측에 체결되어 상기 하강부(490)와 일체로 상기 일방향 응고부(400) 내측을 따라 상하방향으로 이동할 수 있다. 더미실린더(410)의 재질은 열전도율이 우수하고 가공성이 좋은 흑연일 수 있고, 더미실린더(410)의 표면은 탄소오염을 방지하기 위한 탄화규소 코팅이 이루어 질 수 있다. 또한, 더미실린더(410)의 재질로는 저밀도 그라파이트일 수 있다. 상기 더미실린더(410)의 재질로 저밀도 그라파이트를 사용할 경우, 상기 실리콘용탕(P2)의 모세관현상에 의해서 그라파이트의 기공 안으로 상기 실리콘용탕(P2)의 침투를 쉽게 하여 응고된 실리콘과 더미실린더(410)의 접합강도를 증가시킬 수 있다.The dummy cylinder 410 is coupled to the lower part 490 and can move up and down along the inner side of the unidirectional solidification part 400 integrally with the lower part 490. The material of the dummy cylinder 410 may be graphite having excellent thermal conductivity and good workability, and the surface of the dummy cylinder 410 may be coated with silicon carbide to prevent carbon contamination. The material of the dummy cylinder 410 may be low density graphite. When the low density graphite is used as the material of the dummy cylinder 410, the capillary phenomenon of the silicon melt P2 facilitates penetration of the silicon melt P2 into the pores of the graphite, Can be increased.

한편, 흑연으로 더미실린더(410)가 이루어질 경우, 상기 더미실린더(410)상에는 별도의 냉각채널을 형성할 수 없어 상기 더미실린더(410)내에 수용된 실리콘 용탕의 열을 냉각 시킬 수 없는 문제가 발생할 수 있다.Meanwhile, when the dummy cylinder 410 is made of graphite, a separate cooling channel can not be formed on the dummy cylinder 410, so that the heat of the silicon melt contained in the dummy cylinder 410 can not be cooled have.

이에 따라, 실리콘 용탕의 열이 열 전도율이 우수한 더미실린더를 거쳐(410) 냉각이 이루어질 수 있도록, 상기 더미실린더(410)와 하강부(490)사이에 하부 냉각부(430)를 체결할 수 있다.Accordingly, the lower cooling part 430 can be fastened between the dummy cylinder 410 and the lower part 490 so that the heat of the silicon melt can be cooled (410) through the dummy cylinder having an excellent thermal conductivity .

상기 하부 냉각부(430)는 구리재질로 이루어져 가공성이 우수한 상기 더미실린더(410)의 하측에 나사형태로 결합될 수 있다.The lower cooling unit 430 is made of copper and can be screwed to the lower side of the dummy cylinder 410 having excellent processability.

한편, 상기 더미실린더(410)는 상기 실리콘 용탕(P2)과 접촉하여 하부방향으로 이동을 하게 되며, 상기 하강부(490)를 따라 하부로 이동되는 상기 실리콘 용탕이 응고되는 과정 중에 팽창을 하게 된다. 이와 같이, 상기 용탕투입부(402)와 상기 경사부(404)의 경계부분에서 단면적의 차이에 의해 생성된 팽창공간을 통해 상기 실리콘용탕이 상기 용탕투입부(402)의 하부로 이동하면서 팽창하게 된다. 이때, 상기 실리콘 용탕은 상기 용탕투입부(402)과 상기 경사부(404)의 경계부분에서 액체와 고체의 중간상태가 되며, 상기 하강부(490)의 하강에 의해 이동되는 상기 실리콘 용탕(P2)은 상기 경사부(404) 하측에서 완전히 고체가 된다.On the other hand, the dummy cylinder 410 moves downward in contact with the silicon melt P2, and the silicon melt, which is moved downward along the downward portion 490, expands during solidification of the silicon melt . As described above, the silicon melt flows into the lower portion of the molten metal inlet 402 through the expansion space created by the difference in sectional area at the boundary between the molten metal inlet 402 and the slope 404, do. At this time, the silicon melt is in an intermediate state between the liquid and the solid at the boundary portion between the molten metal input portion 402 and the slope portion 404, and the silicon melt P2 Is completely solid at the lower side of the inclined portion 404.

이와 함께, 상기 하강부(490)의 상측에 안착된 더미실린더(410)의 하강속도는 상기 실리콘 용탕(P2)의 응고로 인한 팽창크기 및 응고속도에 대응하여 용탕투입부(402)의 하부에 생성되는 팽창공간의 크기가 조절되도록 한다.The lowering speed of the dummy cylinder 410 placed on the lower portion of the lower portion 490 is lower than the lower portion of the molten metal inlet portion 402 corresponding to the expansion amount and solidification speed due to solidification of the silicon melt P2. So that the size of the generated expansion space is adjusted.

즉, 상기 실리콘 용탕(P2)은 상기 하강부(490)에 의해서 서서히 하강됨과 동시에 응고되며, 상기 하강부(490)의 하강속도는 상기 실리콘 용탕의(P2) 팽창에 의해 증가되는 부피에 대응하는 부피를 상기 경사부(404)의 상부에서 생성할 수 있도록 조절된다.That is, the molten silicon P2 is gradually lowered and solidified by the lowering portion 490, and the descending speed of the lowering portion 490 corresponds to the volume increased by the (P2) expansion of the silicon melt So that a volume can be created at the top of the ramp 404.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 일방향응고부(400)에 투입된 상기 실리콘 용탕(P2)을 세 개의 영역으로 나누어서 설명하면, a영역은 상기 실리콘용융부(300)로부터 투입된 상기 실리콘 용탕(P2)이 상기 용탕투입부(402)의 상부에 위치하며 상기 제 2 전자총(220)으로부터 전자빔을 조사받아 용융상태를 지속적으로 유지되는 영역이다.As shown in FIG. 2, the molten silicon P2 injected into the unidirectional solidifying portion 400 is divided into three regions. The region a is a portion of the silicon melt P2 injected from the silicon melting portion 300, Is located above the molten metal charging unit 402 and is continuously irradiated with the electron beam from the second electron gun 220 to continuously maintain the molten state.

그리고 c영역은 상기 실리콘용융부(300)로부터 투입된 상기 실리콘용탕(P2)이 상기 더미실린더(410)에 접촉되어 상기 경사부(404)를 따라 하부방향으로 이송되며 상기 냉각채널(450)에 의해 냉각되어 응고된 고체상태의 실리콘(P4)이 구비되는 영역이다.In the region c, the silicon melt P2 supplied from the silicon melting portion 300 contacts the dummy cylinder 410 and is transported downward along the slope portion 404, And is a region where solid state silicon P4 is cooled and solidified.

한편, b영역은 상기 실리콘용융부(300)를 통해서 공급된 상기 실리콘 용탕(P2)이 상기 하강부(490)의 하강으로 인해서 상기 용탕투입부(402)와 상기 경사부(404)의 경계영역으로 이동되어 상기 용탕투입부(402)의 하측에서 액체와 고체의 중간상태로 유지되는 영역이다. 즉, 액체와 고체 공존상태의 실리콘(P3)이 유지되는 것이다.The region b is a region where the molten silicon P 2 supplied through the silicon melting portion 300 flows into the boundary region between the molten metal input portion 402 and the slope portion 404 due to the descent of the falling portion 490, And is maintained in an intermediate state between the liquid and the solid at the lower side of the molten metal charging unit 402. That is, the silicon P3 in the state of coexistence of liquid and solid is held.

이와 같이, 상기 일방향응고부(400)의 내부에 투입된 상기 실리콘 용탕(P2)은 상기 하강부(490)에 의해 상기 용탕투입부(402)에서부터 상기 경사부(404)로 이송되며 이 과정 중에 상기 a영역 및 b영역을 거치면서 응고된 후 c영역으로 이동되어 완전히 응고된다.The molten silicon P2 injected into the unidirectional solidification part 400 is transferred from the molten metal charging part 402 to the inclined part 404 by the lower part 490, After passing through the a and b regions, they solidify and then move to the c region, resulting in complete solidification.

상기 실리콘 용탕(P2)은 상기 b영역에서 액체와 고체의 중간상태에 이르게 되며 상기 실리콘 용탕(P2)이 응고되면서 팽창을 하게 된다. 이때, 상기 하강부(490)의 하강을 통해 응고가 되고 있는 상기 실리콘용탕(P2)은 단면적이 더 넓은 상기 경사부(404)의 상부로 이동하게 된다. The molten silicon P2 reaches an intermediate state between the liquid and the solid in the region b, and the molten silicon P2 is solidified and expanded. At this time, the molten silicon P2 which is solidified through the descending part 490 moves to the upper part of the inclined part 404 having a larger sectional area.

이와 같이, 응고되고 있는 상기 공존상태의 실리콘(P3)이 상기 경사부(404)의 상부로 이동되면, 단면적이 상기 용탕투입부(402)의 단면적보다 더 커지기 때문에 팽창공간이 생성되며 상기 실리콘 용탕(P2)이 팽창을 하여도 생성된 팽창공간에 의해서 상기 경사부(404)의 측벽에 압력을 가하지 않게 된다.As described above, when the coagulated silicon P3 in the coexisting state is moved to the upper portion of the inclined portion 404, the cross-sectional area becomes larger than the cross-sectional area of the molten metal charging portion 402, The pressure of the sidewall of the inclined portion 404 is not applied by the generated expansion space even if the expansion portion P2 expands.

본 도면에서 상기 일방향응고부(400) 내부에서 응고되고 있는 상기 실리콘용탕(P2)의 응고상태에 따라서 다르게 도시하였지만 이는 발명을 쉽게 이해하기 위하기 위함이다. 사실은 각각의 상태에 따른 실리콘(P2, P3, P4)는 모두 동일하며 연속적으로 구성되어 있다.Although the solidification state of the silicon melt P2 solidified in the unidirectional solidification part 400 is shown in the figure, it is for the purpose of easy understanding of the invention. In fact, the silicon (P2, P3, P4) according to each state are all the same and are constructed continuously.

도 3은 변형된 일방향 응고부를 나타낸 도이다.3 is a view showing a modified unidirectional solidification part.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 일방향응고부(400)는 상기 용탕투입부(402) 및 상기 용탕투입부(402)의 하부에 연결된 상기 경사부(404)로 구성되며 상기 경사부(404)의 하부에 동일한 단면적을 가지는 잉곳안내부(406)를 포함하여 구성된다. 3, the unidirectional solidification unit 400 includes the molten metal input unit 402 and the inclined unit 404 connected to the lower portion of the molten metal input unit 402, And an ingot guide portion 406 having the same cross-sectional area at a lower portion of the ingot guide portion 406.

상기 잉곳안내부(406)는 상기 경사부(404)의 하부에 연속적으로 연결되며, 상기 잉곳안내부(406)가 동일한 단면적을 가지도록 형성됨으로써, 상기 하강부(490)를 따라 응고되어 하강하는 상기 실리콘 용탕(P2)이 상기 하강부(490)와 상기 경사부(404)와의 단면적 차이에서 발생할 수 있는 공간으로 누출되지 않는다.The ingot guide portion 406 is continuously connected to the lower portion of the inclined portion 404 and the ingot guide portion 406 is formed to have the same cross sectional area so that the ingot guide portion 406 cools down along the descending portion 490, The molten silicon P2 does not leak into the space that can occur at the cross sectional area difference between the descending part 490 and the inclined part 404.

이와 같은 구성은 상기 일방향응고부(400)의 변형된 형태로, 상기 용탕투입부(402)의 하부가 상기 경사부(404)의 상부에 대응하여 연결되며 상기 경사부(404)의 단면적이 하부방향을 따라서 증가하도록 구성되면 상기 경사부(404)는 어떤 형태로든 적용이 가능하다.This configuration is a modified form of the unidirectional solidification part 400 in which the lower part of the molten metal charging part 402 is connected to the upper part of the inclined part 404 and the sectional area of the inclined part 404 is lower The inclined portion 404 can be applied in any form.

한편, 종래의 흑연 재질의 더미실린더는 실리콘 용탕(P2)과 흑연의 열팽창 계수가 달라 실리콘 용탕이 응고되면서 접촉하는 부분 중 일부와 이격된 영역이 존재할 수 있다.On the other hand, in the conventional dummy cylinder made of graphite, the thermal expansion coefficient of the molten silicon (P2) is different from that of graphite, and there may be a region separated from a part of the molten silicon melt.

이러한 이격된 영역에 위치하는 응고된 실리콘은 응고된 실리콘 내부에 크랙(Crack)이 발생할 수 있다.The solidified silicon located in these spaced regions may crack within the solidified silicon.

특히, 응고된 실리콘이 안착된 더미실린더가 하방향으로 이동함에 따라 연속적으로 성장하는 잉곳 내부에 크랙이 전파될 우려가 있다.Particularly, as the dummy cylinder on which the solidified silicon is placed moves downward, cracks may propagate inside the continuously growing ingot.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 적용되는 더미실린더(410)는 내부에 상기 실리콘 용탕을 수용하기 위한 수용 공간을 갖는 수용부(412)를 가질 수 있다.In order to solve such a problem, the dummy cylinder 410 according to an embodiment of the present invention may have a receiving portion 412 having a receiving space for receiving the silicon melt therein.

이처럼, 상기 더미실린더(410)는 실리콘 용탕이 공급되어 응고된 실리콘을 수용함으로써, 상기 더미실린더(410)와 응고된 실리콘의 접촉 면적을 넓힐 수 있게 되어 상기 더미실린더(410)가 하방향으로 이동 시 상기 더미실린더(410)와 응고된 실리콘 사이에 공간이 형성되는 것을 방지할 수 있다.As described above, the dummy cylinder 410 receives silicone solidified by supplying the molten silicon, so that the contact area between the dummy cylinder 410 and the solidified silicon can be widened, so that the dummy cylinder 410 moves downward It is possible to prevent a space from being formed between the dummy cylinder 410 and the solidified silicon.

이에 따라, 상기 더미실린더(410)와 응고된 실리콘 사이가 이격 되는 것을 방지함으로써, 응고된 실리콘 내부에 크랙이 발생하더라도 연속적으로 잉곳 제조를 할 수 있다.Thus, by preventing the dummy cylinder 410 from being separated from the solidified silicon, the ingot can be continuously produced even if cracks are generated in the solidified silicon.

그리고, 상기 수용부(412)의 측면은 하방향으로 상기 수용부(412)의 단면적이 증가될 수 있도록 경사질 수 있다.The side surface of the receiving portion 412 may be inclined so that the cross-sectional area of the receiving portion 412 may be increased in a downward direction.

이에 따라, 상기 수용부(412)에 실리콘 용탕이 공급된 후 상기 수용부(412) 내에서 실리콘 용탕이 응고됨으로써, 상기 수용부(412)에 수용되어 응고된 실리콘은 외부로 배출될 수 없게 된다.Accordingly, after the molten silicon is supplied to the accommodating portion 412, the molten silicon is solidified in the accommodating portion 412, so that the coagulated silicon contained in the accommodating portion 412 can not be discharged to the outside .

즉, 상기 수용부(412)의 돌출부(411)는 응고된 실리콘이 상방향으로 배출될 수 없게 함으로써, 상기 수용부(412) 내에 응고된 실리콘과 연속적으로 응고된 잉곳은 상기 더미실린더(410)가 하방향으로 이동 시 상기 더미실린더(410) 상측에서 성장하는 잉곳과 더미실린더가 이격 되는 것을 방지할 수 있다.In other words, the protruding portion 411 of the receiving portion 412 prevents the solidified silicon from being discharged upward, so that the ingot continuously solidified with the silicon solidified in the receiving portion 412 passes through the dummy cylinder 410, It is possible to prevent the ingot growing on the upper side of the dummy cylinder 410 from being separated from the dummy cylinder.

이에 따라, 상기 실리콘 용탕(P2)에 의해 제조된 잉곳 내부의 크랙이 전파되는 것을 방지하게 됨으로써, 잉곳의 품질을 향상시킬 수 있다.As a result, cracks in the ingot produced by the molten silicon (P2) are prevented from propagating, thereby improving the quality of the ingot.

또한, 종래 제조된 잉곳에 비하여 잉곳의 길이를 더 길게 제조하게 되어 실리콘 잉곳의 제작비용을 절감할 수 있다.In addition, the length of the ingot can be made longer as compared with the conventionally-produced ingot, and the manufacturing cost of the silicon ingot can be reduced.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 실리콘 잉곳 제조 장치는 상부에 내측으로 함몰된 홈을 가지고, 상기 실리콘 용탕을 일방향 응고부의 하부로 이송시키는 더미실린더를 포함할 수 있다.The silicon ingot manufacturing apparatus according to another aspect of the present invention may include a dummy cylinder having a groove recessed inwardly at an upper portion thereof and transferring the silicon melt to a lower portion of the unidirectional solidification portion.

상기 홈은 상기 홈의 상부보다 하부가 단면적이 크도록 형성된다. The grooves are formed such that a lower cross-sectional area is larger than an upper portion of the grooves.

이와 같이, 본 발명의 다른 측면에 따른 실리콘 잉곳 제조 장치는 홈에 수용되어 응고된 실리콘이 상기 홈의 하부에 고정되며 동시에 상기 홈의 상부에 걸리게 됨으로써, 응고된 실리콘과 더미실린더가 완벽한 접합이 되지 않더라도 더미실린더의 이동 시 잉곳 내부의 크랙이 전파되는 것을 방지할 수 있다. As described above, in the silicon ingot manufacturing apparatus according to another aspect of the present invention, the solidified silicon accommodated in the groove is fixed to the lower portion of the groove and is caught at the upper portion of the groove, so that the solidified silicon and the dummy cylinder are not perfectly joined It is possible to prevent a crack from propagating inside the ingot when the dummy cylinder moves.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 잉곳 제조 장치를 나타낸 도이다.4 is a view showing a silicon ingot manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 잉곳 제조 장치에 적용되는 더미실린더(420)는 본 발명의 일 실시 예와 달리 경사진 측면을 가지는 수용부(422)를 가질 수 있다.The dummy cylinder 420 applied to the silicon ingot manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention may have a receiving portion 422 having a sloping side surface, unlike the embodiment of the present invention.

상기 수용부(422)의 측면은 하방향으로 상기 수용부(422)의 단면적이 증가되도록 경사질 수 있다.The side surface of the accommodating portion 422 may be inclined so that the cross-sectional area of the accommodating portion 422 increases in a downward direction.

이에 따라, 상기 수용부(422)의 측면이 경사지게 됨으로써, 본 발명의 일 실시예에 비하여 응고된 실리콘에 모서리진 부분이 적게 형성되어 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있다.As a result, the sides of the accommodating portion 422 are inclined so that the edge portions of the solidified silicon are less formed than in the embodiment of the present invention, thereby preventing cracks from being generated.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실리콘 잉곳 제조 장치를 나타낸 도이다.5 is a view illustrating a silicon ingot manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실리콘 잉곳 제조 장치에 적용되는 더미실린더(427)는 라운드 된 측면을 가지는 수용부(425)를 가질 수 있다.The dummy cylinder 427 applied to the silicon ingot manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention may have a receiving portion 425 having a rounded side surface.

이에 따라, 상기 수용부(425)의 측면이 경사지게 됨으로써, 본 발명의 다른 실시예에 비하여 응고된 실리콘에 모서리진 부분이 적게 형성되어 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있다.As a result, the sides of the accommodating portion 425 are inclined so that the corners of the solidified silicon are less formed than in the other embodiments of the present invention, thereby preventing cracks from being generated.

한편, 상기 수용부(425)는 수용부 내부를 향하여 돌출되도록 라운드된 측면을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 상기 수용되어 응고된 실리콘이 외측으로 배출되지 않으며 동시에 응고된 실리콘에 크랙이 발생되는 것을 최소화할 수 있는 구조라면 적용될 수 있다.Meanwhile, the accommodating portion 425 may have a rounded side so as to protrude toward the inside of the accommodating portion. However, the accommodating portion 425 is not limited to this, and the accommodated silicon may not be discharged to the outside and a crack may be generated in the coagulated silicon It can be applied if the structure can be minimized.

이러한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 실리콘 잉곳 제조 장치는 상기 실리콘 용탕이 수용되어 응고되는 공간을 갖는 수용부를 포함하며, 상기 수용부에 응고된 실리콘과 연속적으로 제조된 잉곳을 잡아당기는 더미실린더를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a silicon ingot manufacturing apparatus comprising a receiving portion having a space in which the molten silicon is received and solidified, and a dummy cylinder for pulling the ingot successively produced with the silicon solidified in the receiving portion .

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 일방향 응고부의 외측을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 7은 도 6의 단면도이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 일방향 응고부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.FIG. 6 is a perspective view schematically showing the outer side of the unidirectional solidified portion according to another embodiment of the present invention, FIG. 7 is a sectional view of FIG. 6, and FIG. 8 is a schematic view of a unidirectional solidification portion according to another embodiment of the present invention Sectional view.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 일방향 응고부(400)는 외측에 배치된 복수의 냉각유로부(440)를 가질 수 있다. The unidirectional solidification part 400 according to another embodiment of the present invention may have a plurality of cooling channel parts 440 disposed outside.

상기 일방향 응고부(400)는 복수의 냉각유로부(440)를 가짐으로써, 상기 일방향 응고부(400)의 외측의 표면적을 증가시키게 되어 연속적으로 진행되는 실리콘의 정련 과정에서 장시간의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.Since the unidirectional solidification part 400 has a plurality of cooling channel parts 440, the surface area outside the unidirectional solidification part 400 is increased, thereby improving the cooling efficiency for a long time in the continuous refining process of silicon .

상기 복수의 냉각유로부(440)는 상기 일방향 응고부(400)의 외측에 복수의 슬릿에 의해 형성되며, 상기 복수의 냉각유로부(440) 중 적어도 어느 하나의 냉각유로부(440)의 유로 폭은 나머지 유로 폭보다 클 수 있다.The plurality of cooling channel portions 440 are formed by a plurality of slits on the outer side of the unidirectional solidification portion 400 and are connected to the cooling channel portions 440 of at least one of the plurality of cooling channel portions 440, The width may be greater than the remaining width of the channel.

또한 상기 적어도 어느 하나의 냉각유로부(440)는 상기 일방향 응고부의 외측 상부에 배치될 수 있다.Also, at least one of the cooling channel portions 440 may be disposed on the outer side of the unidirectional solidification portion.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 일방향 응고부(400)는 외측에 설치된 유체가 흐르는 제 1 냉각유로부(451)와 제 2 냉각유로부(452)를 포함하고, 상기 제 1 냉각유로부(451)에 흐르는 유체의 유량은 상기 제 2 냉각유로부(452)에 흐르는 유체의 유량보다 많을 수 있다.According to another aspect of the present invention, the unidirectional solidification portion 400 includes a first cooling channel portion 451 and a second cooling channel portion 452 through which the fluid provided on the outer side flows, and the first cooling channel portion 451 may be larger than the flow rate of the fluid flowing through the second cooling channel portion 452. [

또한, 상기 제 1 냉각유로부(451)는 상기 일방향 응고부(400)의 외측 상부에 배치될 수 있다. The first cooling channel portion 451 may be disposed on the outer side of the unidirectional solidification portion 400.

따라서, 상기 제 1 냉각유로부(451)는 전자빔이 직접적으로 노출될 수 있는 상기 일방향 응고부(400)의 외측 상부에 배치됨으로써, 상기 제 2 냉각유로부(452)보다 많은 유체를 제 1 냉각유로부(451)에 흐를 수 있게 되어 상기 일방향 응고부(400)의 외측 상부의 냉각 속도를 향상시킬 수 있다.Accordingly, the first cooling channel portion 451 is disposed on the outer side of the one-direction solidification portion 400 where the electron beam can be directly exposed, thereby making the first cooling channel portion 451 cool more than the second cooling channel portion 452 It is possible to flow through the flow path portion 451 and improve the cooling speed at the upper side of the unidirectional solidification portion 400.

도 9는 일방향 응고부에 유체 공급부가 배치된 모습을 나타내는 도면이다.9 is a view showing a state in which the fluid supply portion is disposed in the unidirectional solidification portion.

상기 일방향 응고부(400)는 상기 일방향 응고부(400)의 중심을 기준으로 상측의 냉각유로부(440)에 연결되는 제 1 냉각유체공급부(471)와 상기 일방향 응고부(400)의 중심을 기준으로 하측의 냉각유로부(440)에 연결되는 제 2 냉각유체공급부(472)를 더 포함할 수 있다.The unidirectional solidification unit 400 includes a first cooling fluid supply unit 471 connected to the upper cooling channel unit 440 with respect to the center of the unidirectional solidification unit 400 and a second cooling fluid supply unit 471 connected to the center of the unidirectional solidification unit 400 And a second cooling fluid supply unit 472 connected to the lower cooling channel unit 440 as a reference.

상기 제 1 냉각유체공급부(471)와 상기 제 2 냉각유체공급부(472)는 도면에 도시되지 않았지만, 하나의 냉각기(Chiller)에 의해 제어될 수 있다.The first cooling fluid supply part 471 and the second cooling fluid supply part 472 are not shown in the figure, but can be controlled by one cooler.

이에 따라, 상기 하나의 냉각기를 통하여 상기 제 1 냉각유체공급부(471)와 상기 제 2 냉각유체공급부(472)에 공급되는 유체를 제어함으로써, 설치 및 유지비용을 절감할 수 있다.Accordingly, by controlling the fluid supplied to the first cooling fluid supply part 471 and the second cooling fluid supply part 472 through the one cooler, the installation and maintenance cost can be reduced.

한편, 상기 제 1 냉각유체공급부(471)와 상기 제 2 냉각유체공급부(472)에 공급되는 유체는 복수 개의 냉각기에 의해 유체의 유량을 제어될 수 있다.Meanwhile, the fluid supplied to the first cooling fluid supply part 471 and the second cooling fluid supply part 472 can be controlled by the plurality of coolers.

이에 따라, 상기 제 1 냉각유체공급부(471)와 상기 제 2 냉각유체공급부(472)에 공급되는 유체의 유량을 개별적으로 제어함으로써, 상기 상측의 냉각유로부(440) 및 상기 하측의 냉각유로부(440)의 유체의 온도가 개별적으로 제어되어 냉각효율을 높일 수 있다. 이와 같이, 상기 일방향 응고부(400)는 상기 제 1 냉각유체공급부(471)와 상기 제 2 냉각유체공급부(472) 각각을 통하여 유체가 공급됨으로써, 유체가 공급되어 배출되는 시간과 경로를 줄이게 되어 냉각효율을 높일 수 있다.The flow rate of the fluid supplied to the first cooling fluid supply unit 471 and the second cooling fluid supply unit 472 is controlled individually so that the cooling flow channel unit 440 and the cooling channel unit The temperature of the fluid in the first chamber 440 can be individually controlled to improve the cooling efficiency. As described above, since the fluid is supplied through the first cooling fluid supply part 471 and the second cooling fluid supply part 472, the unidirectional solidification part 400 reduces the time and the passage time of the fluid being supplied and discharged The cooling efficiency can be increased.

한편, 상기 일방향 응고부(400)는 상기 일방향 응고부(400)에 설치된 흑연 재질의 더미실린더를 냉각시킬 수 있는 제 3 냉각유체공급부를 포함할 수 있다.The unidirectional solidification unit 400 may include a third cooling fluid supply unit for cooling the dummy cylinder made of the graphite material installed in the unidirectional solidification unit 400.

본 발명은 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고, 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention as defined by the appended claims, It is obvious.

100: 메인 챔버
200: 전자총
300: 실리콘 용융부
400: 일방향 응고부
410,420,427: 더미실린더
412,422,425: 수용부
430: 하부 냉각부
440: 냉각유로부
450: 냉각채널
490: 하강부100: main chamber
200: electron gun
300: silicon melting portion
400: unidirectional solidification part
410, 420, 427: dummy cylinder
412, 422, 425:
430: Lower cooling section
440: cooling channel portion
450: cooling channel
490:

Claims (14)

실리콘 용탕을 응고시키며, 상기 실리콘 용탕의 액체와 고체가 공존하는 영역에서 시작되는 경사부를 포함하는 일방향 응고부;
상기 일방향 응고부 내부에 구비되며, 내부에 상기 실리콘 용탕을 수용하기 위한 수용 공간을 갖는 수용부를 갖는 더미실린더;
를 포함하는 실리콘 잉곳 제조 장치.A unidirectional solidifying portion including an inclined portion which solidifies the molten silicon and starts in a region where the liquid of the molten silicon and the solid coexist;
A dummy cylinder provided in the unidirectional solidifying portion and having a receiving portion having a receiving space for receiving the silicon melt therein;
Wherein the silicon ingot is a silicon ingot. 제 1항에 있어서,
상기 수용부의 측면은
하방향으로 상기 수용부의 단면적이 증가되도록 경사진 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.The method according to claim 1,
The side surface of the receiving portion
And the inclination is such that the cross-sectional area of the accommodating portion is increased in a downward direction. 제 1항에 있어서,
상기 수용부의 측면은
라운드된 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.The method according to claim 1,
The side surface of the receiving portion
And the silicon ingot is rounded. 제 1항에 있어서,
상기 일방향 응고부는
하방향으로 단면적이 증가하도록 경사지게 형성된 경사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.The method according to claim 1,
The one-
And an inclined portion formed so as to be inclined so as to increase the cross-sectional area in the downward direction. 제 4항에 있어서,
상기 더미실린더는 상기 실리콘 용탕이 상기 경사부에서 응고되는 속도와 대응되는 속도로 하강하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the dummy cylinder is lowered at a speed corresponding to a speed at which the molten silicon is solidified at the inclined portion. 제 4항에 있어서,
상기 더미실린더는 상기 실리콘 용탕이 상기 경사부에서 응고되는 속도와 대응되는 속도로 하강하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the dummy cylinder is lowered at a speed corresponding to a speed at which the molten silicon is solidified at the inclined portion. 제 6항에 있어서,
상기 더미실린더의 표면은 코팅 층을 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 실리콘의 정련 장치.The method according to claim 6,
Wherein the surface of the dummy cylinder may comprise a coating layer. 진공 분위기를 유지하는 진공 챔버;
상기 진공 챔버에 구비되며, 전자빔을 조사하는 적어도 하나 이상의 전자총(Electron-gun);
상기 진공 챔버 내에 구비되며, 실리콘 원료물질을 공급하는 원료 공급부;
상기 전자빔에 의해 상기 실리콘 원료물질이 용융되어 실리콘 용탕이 형성되는 실리콘 용융부;
상기 실리콘 용융부로부터 공급되는 실리콘 용탕을 응고시키며, 상기 실리콘 용탕의 액체와 고체가 공존하는 영역에서 시작되는 경사부를 포함하는 일방향 응고부;
상기 실리콘 용융부의 제 1 채널부와 상기 일방향 응고부의 제 2 채널부가 서로 접하여 이루어진 연결탕로부; 및
상기 일방향 응고부 내부에 구비되며, 상부에 내측으로 함몰된 홈을 가지고, 상기 실리콘 용탕을 일방향 응고부의 하부로 이송시키는 더미실린더를 포함하되,
상기 홈은 상기 홈의 상부보다 하부가 단면적이 큰 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.A vacuum chamber for maintaining a vacuum atmosphere;
At least one electron gun provided in the vacuum chamber and irradiating an electron beam;
A raw material supply unit provided in the vacuum chamber for supplying a silicon raw material;
A silicon melting portion in which the silicon raw material is melted by the electron beam to form silicon melt;
A unidirectional solidifying portion including an inclined portion which solidifies the molten silicon supplied from the silicon melting portion and starts in a region where the liquid of the molten silicon and the solid coexist;
A connecting bath having a first channel portion of the silicon melt portion and a second channel portion of the unidirectional solidification portion being in contact with each other; And
And a dummy cylinder provided in the unidirectional solidifying portion and having a recess recessed inward at an upper portion thereof and transferring the silicon melt to a lower portion of the unidirectional solidification portion,
Wherein the groove has a lower cross-sectional area than an upper portion of the groove. 제 8항에 있어서,
상기 일방향 응고부는 외측에 배치된 복수의 냉각유로부를 갖고,
상기 복수의 냉각유로부 중 적어도 어느 하나의 냉각유로부의 유로 폭은 나머지 유로 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the unidirectional solidifying portion has a plurality of cooling channel portions disposed on the outer side,
Wherein a flow path width of at least one of the plurality of cooling path portions is greater than a remaining flow path width. 제 9항에 있어서,
상기 적어도 어느 하나의 냉각유로부는 상기 일방향 응고부의 외측 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.10. The method of claim 9,
Wherein at least one of the cooling channel portions is disposed on an outer side of the unidirectional solidification portion. 제 9항에 있어서,
상기 일방향 응고부는
상기 일방향 응고부의 중심을 기준으로 상측의 냉각유로부에 연결되는 제 1 유체공급부와
상기 일방향 응고부의 중심을 기준으로 하측의 냉각유로부에 연결되는 제 2 유체공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.10. The method of claim 9,
The one-
A first fluid supply part connected to the cooling channel part on the upper side with respect to the center of the unidirectionally solidified part;
Further comprising a second fluid supply part connected to a lower cooling channel part with respect to the center of the unidirectional solidification part. 제 9항에 있어서,
상기 일방향 응고부는
구리 재질을 가지는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.10. The method of claim 9,
The one-
Wherein the silicon ingot has a copper material. 제 9항에 있어서,
상기 일방향 응고부의 상단부의 단면적은
상부 방향으로 증가하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 제조 장치.10. The method of claim 9,
The cross-sectional area of the upper end portion of the unidirectional solidification portion
And increasing in the upward direction. 실리콘 용탕을 응고시키며, 상기 실리콘 용탕의 액체와 고체가 공존하는 영역에서 시작되는 경사부를 포함하는 일방향 응고부; 및
상기 일방향 응고부 내부에 구비되며, 상기 실리콘 용탕이 수용되어 응고되는 공간을 갖는 수용부를 포함하며, 상기 수용부에 응고된 실리콘과 연속적으로 제조된 잉곳을 잡아당기는 더미실린더
를 포함하는 실리콘 잉곳 제조 장치.A unidirectional solidifying portion including an inclined portion which solidifies the molten silicon and starts in a region where the liquid of the molten silicon and the solid coexist; And
A dummy cylinder which is provided in the unidirectional solidification portion and has a space having a space in which the silicon melt is accommodated and solidified,
Wherein the silicon ingot is a silicon ingot.
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