KR101611053B1

KR101611053B1 - 폴리실리콘 절편을 이용한 폴리실리콘 필라멘트 접합장치

Info

Publication number: KR101611053B1
Application number: KR1020140079452A
Authority: KR
Inventors: 강병창; 김창열
Original assignee: 오씨아이 주식회사
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2016-04-11
Also published as: EP3162487A4; EP3162487A1; WO2015199498A1; KR20160001837A; CN106457457A; EP3162487B1; US20180050917A1

Abstract

폴리실리콘 필라멘트 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파손 등에 의하여 절단된 폴리실리콘 절편을 연결하여 원하는 길이의 폴리실리콘 필라멘트를 제조하기 위한 폴리실리콘 필라멘트 접합장치에 관하여 개시한다.
본 발명은 통 형상의 몸체부; 상기 몸체부의 내부에 형성되어 진입하는 폴리실리콘 절편을 안내하는 가이드부; 및 상기 폴리실리콘 절편의 접합면을 가열하기 위한 주광원;을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 필라멘트 접합장치를 제공한다.

Description

폴리실리콘 절편을 이용한 폴리실리콘 필라멘트 접합장치{POLY SILICONE FILAMENT INOSCULATION DEVICE}

본 발명은 폴리실리콘 필라멘트 접합장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파손 등에 의하여 절단된 폴리실리콘 절편을 연결하여 원하는 길이의 폴리실리콘 필라멘트를 제조하기 위한 폴리실리콘 필라멘트 접합장치에 관한 것이다.

지멘스 방법으로 폴리실리콘을 제조할 때 폴리실리콘 필라멘트가 필수적으로 필요하다. 현재 사용되는 필라멘트는 초크랄스키법 (CZ법) 또는 플로팅존법(FZ법)으로 제조되거나, 제조된 폴리실리콘 로드를 필라멘트 규격으로 가공하여 사용하고 있다.

폴리실리콘을 녹여서 필라멘트를 만드는 방법인 CZ법이나 FZ법의 경우 긴 필라멘트를 만들기 위해서는 그 길이 이상의 반응기가 필요하게 되고, 제조 도중 필라멘트 모양의 특성으로 인해서 파손될 확률이 매우 높다.

특히 폴리실리콘 로드에서부터 필라멘트를 직접 가공하여 사용하는 경우는 폴리실리콘 로드의 길이가 필라멘트 길이 이상이 되어야 한다는 어려움이 있다.

또한, 가늘고 긴 필라멘트를 반응기 내부에 설치할 때도 부러질 확률이 매우 높으며, 그 경우 부러진 필라멘트의 재사용이 사실상 불가능한 한계를 가지고 있었다.

관련선행기술로는 대한민국 공개특허 공개번호 10-2013-0019568호 (공개일자 2013년 2월 27일) '폴리실리콘 제조장치 및 폴리실리콘 제조방법'이 있다.

본 발명의 목적은 폴리실리콘 절편을 연결하여 폴리실리콘 필라멘트를 접합하는 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 폴리실리콘 절편을 불순물의 유입 없이 연결할 수 있는 폴리실리콘 필라멘트 접합 장치를 제공함에 있다.

본 발명은 원통 형상의 몸체부; 상기 몸체부의 내부에 형성되어 진입하는 폴리실리콘 절편을 안내하는 가이드부; 및 상기 폴리실리콘 절편의 접합면을 가열하기 위한 주광원;을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 필라멘트 접합장치를 제공한다.

상기 몸체부 내부에 수용된 폴리실리콘 절편을 예비 가열하기 위한 보조광원;을 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 보조광원은 상기 가이드부와 간섭하지 않도록 배열되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 몸체부는 내면에 반사층을 구비하면 보조광원을 이용한 가열 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 주광원에서 발산되는 빛을 접합면으로 집광하기 위한 집광수단을 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 몸체부는 폴리실리콘 접합면을 관찰하기 위한 투시창을 구비할 수 있으며, 폴리실리콘 절편을 고정하기 위한 고정수단을 더 포함할 수 있다.

상기 가이드부는 폴리실리콘 재질인 것이 바람직하다.

또한, 상기 가이드부는 프레임과, 상기 프레임에 회전가능하게 연결된 복수의 롤러를 포함할 수 있으며, 폴리실리콘의 외주면을 균일하게 지지하도록 사각형 형태로 구비되면 더욱 바람직하다.

그리고, 상기 가이드부는 상기 몸체부에 탈부착 가능하게 형성되어, 상기 폴리실리콘 절편의 직경에 따라 교체 가능하면 더욱 바람직하다.

상기 몸체부에 일정깊이 삽입 가능하게 형성되며, 상기 몸체부에 삽입되었을 때 단부가 상기 주광원의 가열영역에 위치하는 가이드바를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 폴리실리콘 절편을 불순물 없이 연결하여 폴리실리콘 필라멘트를 접합할 수 있는 장치를 제공함으로써, 폴리실리콘 제조에 소모되는 비용을 절감할 수 있는 효과를 가져온다.

도 1은 본 발명에 따른 폴리실리콘 절편을 이용한 폴리실리콘 필라멘트 접합장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폴리실리콘 절편을 이용한 폴리실리콘 필라멘트 접합장치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폴리실리콘 절편을 이용한 폴리실리콘 필라멘트 접합장치를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리실리콘 절편을 이용한 폴리실리콘 필라멘트 접합장치를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리실리콘 절편을 이용한 폴리실리콘 필라멘트 접합장치를 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 폴리실리콘 절편을 이용한 폴리실리콘 필라멘트 접합장치의 가이드바를 나타낸 단면도이다.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폴리실리콘 절편을 이용한 폴리실리콘 필라멘트 접합장치를 나타낸 개념도이다.

본 발명에 따른 폴리실리콘 필라멘트 접합장치는 폴리실리콘 절편(10,20)을 연결하여 원하는 길이의 폴리실리콘 필라멘트를 접합할 수 있도록 하는 장치이다.

본 발명에 따른 폴리실리콘 필라멘트 접합장치는 두 개의 절편(10,20)을 폴리실리콘 필라멘트 접합장치(100)의 내부에서 별도의 접착제 등의 이물질 없이 용융시켜 접착할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리실리콘 필라멘트 제조장치(100)는 통 형상의 몸체부(110)와, 상기 몸체부의 내부에 형성되어 진입하는 폴리실리콘 절편을 안내하는 가이드부(120)와, 상기 몸체부의 내부로 진입한 폴리실리콘 절편을 가열하여 용접하기 위한 광원(130,140)을 포함한다.

광원은 접합면을 폴리실리콘 용융온도 이상으로 가열하기 위한 주광원(130)과, 접합면 주변의 폴리실리콘을 용융온도 이하로 가열하기 위한 보조광원(140)을 포함한다.

상기 가이드부(120)는 접합되는 폴리실리콘 필라멘트의 오염을 방지하기 위하여, 폴리실리콘 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폴리실리콘 절편을 이용한 폴리실리콘 필라멘트 접합장치를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폴리실리콘 절편을 이용한 폴리실리콘 필라멘트 접합장치를 나타낸 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리실리콘 필라멘트 접합장치(100)는 통 형상의 몸체부(110)와, 상기 몸체부의 내부에 형성되어 진입하는 폴리실리콘 절편을 안내하는 가이드부(120)와, 상기 몸체부의 내부로 진입한 폴리실리콘 절편의 접합면을 가열하기 위한 주광원(130)을 포함한다.

도면에서는 도시의 편의를 위하여 폴리실리콘 필라멘트 제조장치(100)를 수직으로 도시하였으나, 도 1의 구성도에 도시한 것처럼 수평방향으로 배치하여 사용할 수도 있다.

폴리실리콘의 용융온도는 약 1414℃ 인데, 광원으로 할로겐램프를 사용하고 오목거울이나 볼록렌즈와 같은 집광수단(132)을 이용하면, 광원에 의한 직접가열로 광이 조사되는 부분의 온도를 1414℃ 이상으로 가열할 수 있다.

서로 연결될 폴리실리콘 절편의 접합면을 서로 대응하는 형태로 가공한 후, 주광원(130)의 가열영역에 접합면이 위치하도록 폴리실리콘 절편 하나를 삽입한 후, 고정수단(150)을 이용하여 삽입된 폴리실리콘 절편을 고정한 후 주광원으로 접합면을 용융시키고, 접합될 폴리실리콘 절편을 삽입하여 두개의 폴리실리콘 절편을 연결시킨다.

고정수단(150)은 도시한 바와 같이 클램프 형태로 형성될 수 있으며, 폴리실리콘 절편의 직경에 대응할 수 있도록 탈부착 가능한 형태가 될 수도 있다. 다른 형태로는 클램프에 별도의 어댑터를 탈부착 가능하게 형성하여 고정될 폴리실리콘의 직경이나 단면 형태에 따라서 어댑터를 교체하는 방식을 사용할 수도 있다.

폴리실리콘 필라멘트를 제조하기 위한 폴리실리콘 절편은 원형 또는 정사각형의 단면을 가지고 있는 것으로, 서로 연결되는 폴리실리콘 절편이 일직선 상으로 연결되는 것이 중요하다. 가이드부(120)는 서로 연결되는 폴리실리콘을 일직선으로 정렬되도록 하는 역할을 수행한다.

이를 위해서 가이드부(120)는 정사각형 형태로 배열되는 것이 바람직하다.

또한, 가이드부(120)는 프레임(122)과 복수의 롤러(124)를 포함하며, 상기 프레임(122)은 몸체부(110)의 내부에 형성된 홀더부(112)에 탈부착 가능하게 고정된다.

프레임(122)은 상기 홀더부(112)에 슬라이딩 끼움 또는 억지끼움 방식으로 고정될 수 있다.

이는 가이드부(120)를 교체하여 접합되는 폴리실리콘의 직경에 대응할 수 있도록 하기 위한 것이다.

또한, 몸체부(110)에는 주광원(130)의 가열영역을 관찰할 수 있는 투시창(114)을 구비하는 것이 바람직하다. 투시창(114)을 통해서 접합면이 주광원(130)의 가열영역의 내부에 올바르게 위치하였는지를 확인할 수 있으며, 또한 접합면의 용융상태를 확인할 수 있도록 하기 위한 것이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리실리콘 절편을 이용한 폴리실리콘 필라멘트 접합장치를 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리실리콘 절편을 이용한 폴리실리콘 필라멘트 접합장치를 나타낸 평면도이다.

도 4와 도 5의 실시예는 몸체부(110)에 수용된 폴리실리콘 절편을 가열할 수 있는 보조광원(140)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

주광원(130)을 이용하여 접합면만을 고온으로 가열하게 되면, 국부적인 온도편차가 커서 폴리실리콘 절편이 열충격에 의하여 손상될 수 있으므로, 몸체부(110)에 수용된 폴리실리콘 절편을 적정온도로 가열하기 위하여 보조광원(140)을 추가로 구비한 것이다.

보조광원(140)은 도 4에 도시한 바와 같이 가이드부(120)의 사이사이에 배치될 수 있으며, 보조광원(140)을 이용한 가열온도는 800~900℃ 범위인 것이 바람직하다. 보조광원(140)의 온도가 상기 온도범위 보다 낮은 경우 주광원에 의한 접합면과의 온도차가 여전히 커서 열충격에 의한 손상 가능성이 높아지며, 상기 온도 범위보다 높은 경우 불필요한 에너지 비용이 증가하게 된다.

보조광원(140)으로는 주광원(130)과 동일하게 할로겐 램프를 사용할 수 있으며, 보조광원을 이용한 가열 효과를 증가시키기 위하여, 몸체부(110)의 내면에 반사층(미도시)을 구비할 수 있다. 반사층은 보조광원(140)에서 발산되는 빛을 반사시킴으로써 가열 효과를 향상시킨다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 폴리실리콘 절편을 이용한 폴리실리콘 필라멘트 접합장치의 가이드바를 나타낸 단면도이다.

본 발명에 따른 폴리실리콘 필라멘트 접합장치는 가이드바(160)를 더 포함할 수 있다. 가이드바(160)는 폴리실리콘 필라멘트의 접합면을 정위치시킬 때 사용하는 것이다.

가이드바(160)는 머리부(162)와 삽입봉(164)을 포함하며, 머리부(162)는 몸체부(110)에 삽입될 수 없는 직경을 가지고, 삽입봉(164)은 몸체부(110)의 내부로 삽입될 수 있는 직경을 가지고 있다. 삽입봉(164)은 완전히 삽입되었을 때 하단이 주광원의 가열영역 중심에 놓여질 수 있는 길이를 가지고 있다.

도시한 바와 같이, 가이드바(160)를 삽입한 후, 몸체부(110)의 하부를 통해 폴리실리콘 절편을 삽입하여 폴리실리콘 절편의 접합면의 상기 삽입봉과 맞닿도록 한 후, 폴리실리콘 절편을 고정수단(150)으로 고정하며, 접합면이 주광원(130)의 가열영역 중심에 위치한 상태에서 고정된다.

이후, 주광원(130)을 이용하여 접합면을 가열하고, 몸체부의 상부에서 접합될 폴리실리콘 절편을 삽입하여 폴리실리콘 절편을 연결하게 된다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리실리콘 필라멘트 접합장치는 복수개의 폴리실리콘 절편을 별도의 접착제 등의 사용없이 용융시켜 접합할 수 있도록 함으로써, 원하는 길이의 폴리실리콘 필라멘트를 제조할 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 폴리실리콘 필라멘트 접합장치를 이용하면 파손된 폴리실리콘 필라멘트 절편을 재활용할 수 있으며, 짧은 길이의 폴리실리콘 필라멘트 절편을 제조한 후 이들을 연결할 수도 있게 되므로 결과적으로 폴리실리콘 필라멘트 제조에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 효과를 가져온다.

전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 폴리실리콘 필라멘트 제조장치
110 : 몸체부
120 : 가이드부
130 : 주광원
140 : 보조광원
150 : 고정수단
160 : 가이드바

Claims

원통 형상의 몸체부;
상기 몸체부의 내부에 형성되어 상기 몸체부의 내부로 진입하는 서로 연결될 폴리실리콘 절편이 일직선 상에 놓이도록 안내하는 가이드부; 및
상기 폴리실리콘 절편의 접합면을 가열하기 위한 주광원;을 포함하며,
상기 몸체부는 내면에 반사층을 구비하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 필라멘트 접합장치.
제 1 항에 있어서,
상기 몸체부 내부에 수용된 폴리실리콘 절편을 예비 가열하기 위한 보조광원;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 필라멘트 접합장치.
제 2 항에 있어서,
상기 보조광원은 상기 가이드부와 간섭하지 않도록 배열되는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 필라멘트 접합장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 주광원에서 발산되는 빛을 접합면으로 집광하기 위한 집광수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 필라멘트 접합장치.
제 1 항에 있어서,
상기 몸체부는 폴리실리콘 접합면을 관찰하기 위한 투시창을 구비하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 필라멘트 접합장치.
제 1 항에 있어서,
상기 몸체부는 폴리실리콘 절편을 고정하기 위한 고정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 필라멘트 접합장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가이드부는
폴리실리콘 재질인 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 필라멘트 접합장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가이드부는 프레임과, 상기 프레임에 회전가능하게 연결된 복수의 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 필라멘트 접합장치.
제 9 항에 있어서,
상기 가이드부는
폴리실리콘의 외주면을 균일하게 지지하도록 사각형 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 필라멘트 접합장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가이드부는 상기 몸체부에 탈부착 가능하게 형성되어,
상기 폴리실리콘 절편의 직경에 따라 교체 가능한 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 필라멘트 접합장치.
제 1 항에 있어서,
상기 몸체부에 일정깊이 삽입 가능하게 형성되며, 상기 몸체부에 삽입되었을 때 단부가 상기 주광원의 가열영역에 위치하는 가이드바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 필라멘트 접합장치.