KR101964999B1 - 주조 장치 및 주조 방법 - Google Patents

Abstract

저라이프 타임 영역 및 불순물량을 각각 적게 할 수 있어, 도가니의 주조시 부착물 형성의 문제가 잘 발생하지 않아 이상적인 일방향 응고에 의해 잉곳을 제조한다. 용탕을 수용하여 상부에 개구부를 갖는 도가니 (20) 와, 도가니를 가열하는 히터 (33, 43) 와, 도가니 내의 상부에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 수단 (42) 을 구비한 주조 장치이다. 불활성 가스 공급 수단은 도가니 내의 상부에까지 연장되어 선단부에 가스 토출구가 형성된 가스 유로를 구비한다. 가스 토출구는, 그곳으로부터 토출되는 불활성 가스의 흐름이 도가니 내의 용탕면에 평행해지도록 형성되어 있다.

Description

주조 장치 및 주조 방법{CASTING APPARATUS AND CASTING METHOD}

본 발명은, 다결정 실리콘 등의 반도체 또는 금속 잉곳을 제조하기 위한 주조 장치 및 주조 방법에 관한 것이다.

실리콘 잉곳은, 소정 두께로 슬라이스 되고, 또한 소정 형상으로 잘라내지는 것에 의해 실리콘 웨이퍼가 된다.

실리콘 웨이퍼는, 예를 들어 태양 전지용 기판의 소재로서 이용된다. 여기서, 태양 전지에 있어서는, 변환 효율 등의 성능이, 태양 전지용 기판의 소재가 되는 실리콘 잉곳의 특성에 크게 영향을 받는다.

특히, 실리콘 잉곳에서는, 내부에 함유되는 불순물량이 많으면 태양 전지의 변환 효율이 대폭 저하되기 때문에, 변환 효율을 높이기 위해서는 불순물량을 저감시킬 필요가 있다.

여기서, 실리콘은, 응고시에 팽창하는 금속이기 때문에, 실리콘 융액이 주괴 (鑄塊) 의 내부에 잔존하지 않도록, 예를 들어 도가니의 저부로부터 상방을 향하여 일방향 응고되어 주조된다. 또, 일방향 응고됨으로써, 실리콘 융액 내의 불순물이 응고의 상변화에 수반하여 액상측으로 평형 편석 계수에 기초하여 분배되어, 도가니 내의 불순물이 고상 (주괴) 에서 액상 (실리콘 융액) 으로 배출되기 때문에, 불순물이 적은 실리콘 잉곳을 얻는 것이 가능해진다.

하기의 특허문헌 1, 2 에는, 불활성 가스 공급 수단을 이용하여 도가니 내를 향하여 아르곤 가스를 공급함으로써, 실리콘의 산화를 억제하는 기술이 개시되어 있다. 또, 이와 같이 도가니 내에 공급하는 아르곤 가스에 의해, 실리콘 융액으로부터 발생되는 산화실리콘 가스 등을 제거하고, 이로써, 산화실리콘 가스와 도가니 내의 카본이 반응하는 것을 방지할 수도 있다. 산화실리콘 가스가 카본과 반응하면, CO 가스가 생성되고, 이 생성된 CO 가스가 실리콘 융액 내에 혼입되면, 실리콘 잉곳 중의 카본량이 증가해 버려, 제품 특성에 악영향을 미친다. 또, 도가니 내에 공급하는 아르곤 가스에 의해, 산화실리콘 가스가 실리콘 융액 중에 혼입되어 산소량이 증가하는 것도 억제되었다.

일본 공개특허공보 2004-058075호 일본 공개특허공보 2010-534179호

상기 종래의 주조 기술에 있어서는, 이하의 과제가 있었다.

즉, 아르곤 가스가 용탕면에 대해 수직 방향을 향하여 분사되어 충돌 분류를 형성하기 때문에, 아르곤 가스의 분사 위치 및 그 근방에서 용탕 온도가 강하되어 버려, 그곳으로부터 응고가 개시된다. 이 결과, 전술한 원하는 일방향 응고가 실시되지 않게 됨과 함께, 특히, 실리콘 잉곳의 상부에서 저라이프 타임 영역이 증가해 버린다.

또, 상기와 같이, 도가니 내의 용탕면의 일부에서 응고가 개시하기 때문에, 응고 계면이 평활하지 않게 되어, 이상적인 결정 성장이 실시되지 않는다.

또, 상기와 같이 아르곤 가스가 충돌 분류를 형성하기 때문에, 도가니 내의 아르곤 가스의 흐름이 균일하지 않게 되어, 도가니 내에서의 산화실리콘 가스 등의 불순물의 배척을 충분히 실시할 수 없다.

또한, 충돌 분류에 의해 용탕면에 굴곡이 생기기 때문에 도가니의 침식이 촉진되어 버려, 도가니의 내면으로부터 발생되는 불순물의 혼입이나 주조시 부착물 형성의 문제가 발생하였다.

주조시 부착물 형성이란, 용탕으로부터 발생되는 가스나 불순물 등이 도가니 내의 용탕면의 메니스커스 부분에서 도가니 내벽과 화학 반응하여, 도가니 내벽에 고형물이 고착되어 벗겨지지 않게 되는 것이다. 이 주조시 부착물 형성이 발생하면, 주조시 부착물 형성 부분을 잉곳으로부터 분리해야만 하여, 잉곳의 수율은 저하된다.

본 발명은, 상기 서술한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 저라이프 타임 영역 및 불순물의 혼입량을 각각 적게 할 수 있어, 도가니의 주조시 부착물 형성의 문제가 잘 발생하지 않고, 또한 응고 계면이 평활해지는 이상적인 일방향 응고에 의해 잉곳을 제조할 수 있는 주조 장치 및 주조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 과제를 해결하여, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관련된 주조 장치는, 용탕을 수용하여 상부에 개구부를 갖는 도가니와, 그 도가니를 가열하는 히터와, 상기 도가니 내의 상부에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 수단을 구비한 주조 장치로서, 상기 불활성 가스 공급 수단은 상기 도가니 내의 상부에까지 연장되어 선단부에 가스 토출구가 형성된 가스 유로를 구비하고, 상기 가스 토출구는, 그곳으로부터 토출되는 불활성 가스의 흐름이 상기 도가니 내의 용탕면, 요컨대 수평면에 평행해지도록, 또는 상기 도가니 내의 용탕면, 요컨대 수평면에 대해 소정 각도를 가지고 경사지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

또, 본 발명의 주조 방법은, 용탕을 수용하여 상부에 개구부를 갖는 도가니와, 그 도가니를 가열하는 히터와, 상기 도가니 내의 상부에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 수단을 구비하는 주조 장치를 사용한 주조 방법으로서, 상기 불활성 가스 공급 수단은 상기 도가니 내의 상부에까지 연장되어 선단부에 가스 토출구가 형성된 가스 유로를 구비하고, 상기 가스 토출구로부터는, 흐름이 상기 도가니 내의 용탕면, 요컨대 수평면에 평행해지도록, 또는 상기 도가니 내의 용탕면, 요컨대, 수평면에 대해 소정 각도를 가지고 경사지도록 불활성 가스를 공급하는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 주조 장치 또는 주조 방법에 있어서는, 가스 유로의 선단부의 가스 토출구로부터, 흐름이 도가니 내의 용탕면에 평행해지도록 또는 도가니 내의 용탕면에 대해 소정 각도를 가지고 경사지도록, 불활성 가스를 공급한다. 따라서, 불활성 가스는, 도가니 내의 용탕면에 국소적으로 분사하는 충돌 분류를 형성하지 않고, 용탕면을 따라 거의 균일하게 흐른다.

이 결과, 도가니 내의 용탕면에는 온도 강하를 일으키는 지점이 잘 발생하지 않아, 응고 계면이 평활해지는 도가니의 저부로부터의 이상적인 일방향 응고를 실시할 수 있다. 이 때문에, 저라이프 타임 영역이 적어져, 불순물의 잉곳에 대한 혼입도 적어진다.

또, 가스 토출구로부터는, 흐름이 도가니 내의 용탕면에 평행해지도록, 또는 도가니 내의 용탕면에 대해 소정 각도를 가지고 경사지도록 불활성 가스가 공급되기 때문에, 도가니 내의 불활성 가스의 흐름이 원활해져, 산화실리콘 가스 등의 불순물의 혼입의 원인이 되는 가스의 제거 효율이 향상된다. 따라서, 이 점에 있어서도, 불순물의 혼입을 줄일 수 있다.

또한 도가니 내의 용탕면이 평활해지기 때문에, 용탕면에 의한 도가니의 침식이 억제되어, 도가니의 내면으로부터 새어나오는 불순물의 잉곳에 대한 혼입이나, 주조시 부착물 형성의 문제도 잘 발생하지 않게 된다.

본 발명의 주조 장치에 있어서, 상기 가스 유로는 상기 도가니 내의 상부를 향하여 배치된 가스 공급관을 가지고, 상기 가스 공급관의 선단부측면에 상기 가스 토출구가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이 경우, 가스 공급관의 선단부측면에 가스 토출구를 형성함으로써, 불활성 가스의 흐름이, 도가니 내의 용탕면에 평행해지도록, 또는 도가니 내의 용탕면에 대해 소정 각도를 가지고 경사지도록 형성할 수 있다. 요컨대, 가스 공급관의 선단부측면에 단순히 개구를 형성하거나 하는 간단한 구성에 의해, 원하는 불활성 가스류가 얻어지는 가스 유로를 형성할 수 있다.

본 발명의 주조 장치에 있어서, 상기 가스 유로는 상기 도가니 내의 상부를 향하여 배치된 가스 공급 주관과, 그 가스 공급 주관의 선단으로부터 분기된 복수의 가스 공급 지관을 구비하고, 상기 가스 공급 지관이 상기 도가니 내의 용탕면에 평행하게 배치되고, 상기 가스 공급 지관의 선단에 상기 가스 토출구가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이 경우, 가스 공급 지관의 갯수나 직경 그리고 연재 방향을 적절히 설정하는 것에 의해, 도가니 내에 있어서 용탕면에 평행해지는 이상적인 불활성 가스류를 임의로 형성할 수 있다.

본 발명의 주조 장치에 있어서, 상기 가스 유로는 상기 도가니 내의 상부를 향하여 배치된 가스 공급 주관과, 그 가스 공급 주관의 선단으로부터 분기된 복수의 가스 공급 지관을 구비하고, 상기 가스 공급 지관이 용탕면에 대해 상기 소정 각도를 갖도록 경사지게 배치되고, 상기 가스 공급 지관의 선단에 상기 가스 토출구가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이 경우, 가스 공급 지관의 갯수나 직경 그리고 연재 방향을 적절히 설정하는 것 의해, 도가니 내에 있어서 용탕면에 소정 각도를 가지고 경사지는 이상적인 불활성 가스류의 흐름을 임의로 형성할 수 있다.

본 발명에 의하면, 저라이프 타임 영역 및 불순물량을 각각 적게 할 수 있어, 도가니의 주조시 부착물 형성의 문제가 잘 발생하지 않고, 또한 응고 계면이 평활해지는 이상적인 일방향 응고에 의해 잉곳을 제조할 수 있다.

또, 본 발명은, 각종 실리콘 파트 부재 (반도체 제조 장치용 부재, 액정 성막용 타깃재, 열처리노의 균열판) 를 제조하는 경우에도 유효하고, 잉곳 내의 이물질, 불순물의 저감과 도가니와 잉곳의 주조시 부착물 형성에 의한 수율의 저하를 방지할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 주조 장치의 제 1 실시형태의 개략 단면 설명도이다.
도 2a 는 도 1 에 나타내는 주조 장치에 구비된 가스 공급관의 측면도이다.
도 2b 는 도 1 에 나타내는 주조 장치에 구비된 가스 공급관을 나타내고, 도 2a 의 II-II 선을 따른 단면도이다.
도 3a 는 가스 공급관의 변형예의 측면도이다.
도 3b 는 도 3a 에 나타내는 가스 공급관의 변형예의 III-III 선을 따른 단면도이다.
도 4a 는 가스 공급관의 다른 변형예의 측면도이다.
도 4b 는 도 4a 에 나타내는 가스 공급관의 다른 변형예의 IV-IV 선을 따른 단면도이다.
도 5a 는 가스 공급관의 다른 변형예의 측면도이다.
도 5b 는 도 5a 에 나타내는 가스 공급관의 다른 변형예의 Va-Va 선을 따른 단면도이다.
도 5c 는 도 5a 에 나타내는 가스 공급관의 다른 변형예의 Vb-Vb 선을 따른 단면도이다.
도 6a 는 본 발명의 주조 장치의 제 2 실시형태의 주요부를 나타내는 것으로, 가스 유로의 측면도이다.
도 6b 는 본 발명의 주조 장치의 제 2 실시형태의 주요부를 나타내는 것으로, 가스 유로의 상면도이다.
도 7a 는 가스 유로의 변형예의 측면도이다.
도 7b 는 가스 유로의 변형예의 상면도이다.
도 8a 는 가스 유로의 다른 변형예의 측면도이다.
도 8b 는 가스 유로의 다른 변형예의 상면도이다.
도 9 는 본 발명의 주조 장치의 제 3 실시형태의 주요부를 나타내는 가스 유로의 측면도이다.
도 10 은 가스 유로의 변형예를 나타내는 측면도이다.
도 11 은 가스 유로의 다른 변형예를 나타내는 측면도이다.
도 12 는 본 발명의 주조 장치에 의해 제조된 실리콘 잉곳으로부터 만들어진 태양 전지의 변환 효율을 나타내는 도면이다.
도 13 은 종래의 주조 장치에 의해 제조된 실리콘 잉곳으로부터 만들어진 태양 전지의 변환 효율을 나타내는 도면이다.
도 14 는 본 발명의 주조 장치에 의해 제조된 실리콘 잉곳의 라이프 타임을 나타내는 도면이다.
도 15 는 종래의 주조 장치에 의해 제조된 실리콘 잉곳의 라이프 타임을 나타내는 도면이다.

이하에, 본 발명의 실시형태인 주조 장치, 제조 방법에 대해, 첨부한 도면을 참조로 하여 설명한다.

이하의 실시형태의 설명에서는, 용탕에는 실리콘 융액이 사용되고 있지만, 용탕의 종류에 관해서는, 실리콘 융액만에 한정되지 않는다. 용탕으로는, 금속 및 반도체를 원료로 한 용탕을 사용할 수 있다. 예를 들어 금속 원료로는 구리 합금, 알루미 합금, 티탄 합금, 마그네슘 합금, 또는 니켈 합금 등을 사용할 수 있다. 반도체 원료로는 사파이어, 갈륨비소, 또는 질화갈륨 등을 사용할 수 있다.

<제 1 실시형태>

도 1 ∼ 도 5c 는 본 발명에 관련된 주조 장치의 제 1 실시형태를 나타낸다. 도 1 은 제 1 실시형태의 개략 단면 설명도이다. 본 실시형태인 주조 장치 (10) 는, 내부를 기밀 상태로 유지하는 챔버 (11) 와, 실리콘 융액 (3) 이 저류되는 도가니 (20) 와, 이 도가니 (20) 가 재치 (載置) 되는 칠 플레이트 (31) 와, 이 칠 플레이트 (31) 의 하방에 위치하는 하부 히터 (33) 와, 도가니 (20) 의 상방에 위치하는 상부 히터 (43) 와, 도가니 (20) 의 상단에 재치된 덮개부 (50) 와, 도가니 (20) 와 덮개부 (50) 사이의 공간에 불활성 가스 (예를 들어 아르곤 가스) 를 도입하는 가스 공급관 (42) 을 구비하고 있다.

또, 도가니 (20) 의 외주측에는, 단열벽 (12) 이 배치 형성되어 있고, 상부 히터 (43) 의 상방에 단열 천정 (13) 이 배치 형성되고, 하부 히터 (33) 의 하방에 단열 플로어 (14) 가 배치 형성되어 있다. 즉, 본 실시형태인 주조 장치 (10) 는, 도가니 (20), 상부 히터 (43), 하부 히터 (33) 등을 감싸도록, 단열재 (단열벽 (12), 단열 천정 (13), 단열 플로어 (14)) 가 배치 형성되어 있다. 또, 단열 플로어 (14) 에는 배기 구멍 (15) 이 형성되어 있다.

상부 히터 (43) 및 하부 히터 (33) 는, 각각 전극봉 (44, 34) 에 접속되어 있다.

상부 히터 (43) 에 접속되는 전극봉 (44) 은, 단열 천정 (13) 을 관통하여 도가니 (20) 의 상부 근방까지 연장되어 있다. 하부 히터 (33) 에 접속되는 전극봉 (34) 은, 단열 플로어 (14) 를 관통하여 도가니 (20) 의 저부 근방까지 연장되어 있다.

도가니 (20) 가 재치되는 칠 플레이트 (31) 는, 하부 히터 (33) 에 삽입 통과된 지지부 (32) 의 상단에 설치되어 있다. 이 칠 플레이트 (31) 는, 중공 구조로 되어 있고, 지지부 (32) 의 내부에 형성된 공급로 (도시 없음) 를 개재하여 내부에 아르곤 가스가 공급되는 구성으로 되어 있다.

도가니 (20) 는, 수평 단면 형상이 각형 (사각형상) 으로 되어 있고, 본 실시형태에서는, 수평 단면 형상이 정방형을 이루고 있다. 이 도가니 (20) 는 석영으로 구성되어 있고, 칠 플레이트 (31) 에 접촉하는 저면 (21) 과, 이 저면 (21) 으로부터 상방을 향하여 수직 형성된 측벽부 (22) 를 구비한다. 이 측벽부 (22) 는, 수평 단면이 사각형상 고리형을 이루고 있다.

덮개부 (50) 는, 도가니 (20) 의 측벽부 (22) 의 상단면에 재치되는 재치부 (51) 와, 도가니 (20) 의 측벽부 (22) 의 외부 가장자리에서 외측으로 돌출된 차양부 (52) 와, 전술한 가스 공급관 (42) 이 삽입되는 삽입 구멍 (53) 과, 두께 방향으로 관통하여 도가니 (20) 내의 가스를 배출하는 도시하지 않은 개구부를 구비하고 있다.

또한, 덮개부 (50) 에 가스 배출용의 개구부를 형성하는 대신에, 덮개부 (50) 자체를, 도가니 (20) 의 측벽부 (22) 로부터 간극을 두고 배치하여, 이 간극을 도가니 (20) 내의 가스 배출용으로 이용해도 된다.

이 덮개부 (50) 는 탄소계 재료로 구성되는 것이 바람직하지만, 본 실시형태에서는 탄화 규소로 구성되어 있다.

상기 가스 공급관 (42) 은, 예를 들어 몰리브덴 또는 카본제의 것이고, 기단측 (도 1 에 있어서 상단측) 에는 도시하지 않은 가스 공급부에 접속되어 있다. 가스 공급관 (42) 은, 연직 방향으로 연재되도록 배치되어 있고, 챔버 (11) 의 천정부를 관통하고 또한 덮개 (50) 의 상기 삽입 구멍 (53) 을 지나, 그 선단이 도가니 내의 상부, 요컨대, 도가니 (20) 내에 저류되는 실리콘 융액 (3) 의 액면 근방 (예를 들어, 액면으로부터 10 ∼ 70 ㎜ 의 범위) 까지 연장되도록 배치되어 있다. 그리고, 가스 공급관 (42) 의 선단으로부터는, 상기 가스 공급부로부터 도입되는 불활성 가스가, 실리콘 융액 (3) 의 상방 공간을 향하여 공급된다.

즉, 가스 공급관 (42) 및 가스 공급관 (42) 의 기단측에 접속된 가스 공급부는 도가니 (20) 내의 상부에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 수단을 구성하고, 가스 공급관 (42) 은 가스 공급부로부터 도가니 내의 상부에까지 연장되는 가스 유로를 구성하고 있다.

도 2a 및 도 2b 는, 가스 공급관 (42) 의 상세를 나타내고 있고, 도 2a 는 측면도, 도 2b 는 도 2a 의 II-II 선을 따른 단면도이다. 이들 도면에 나타내는 바와 같이, 가스 공급관 (42) 의 선단부측면에는 가스 토출구 (42A) 가 복수 형성되어 있다. 가스 토출구 (42A) 는, 가스 공급관 (42) 의 축선 L 에 직교하는 방향으로 연재되도록 형성되어 있다. 즉, 가스 토출구 (42A) 는, 가스 공급관 (42) 의 선단부의 관측벽에 개구가, 그 가스 공급관 (42) 의 축선 L 에 직교하는 방향으로 관통됨으로써 형성되어 있다.

또, 가스 토출구 (42A) 는, 도 2a 에 나타내는 바와 같이 개구의 정면에서 보아 원형상을 이루도록 형성되고, 또 둘레 방향으로 등간격을 두고 합계 6 개 형성되어 있다. 또한, 가스 공급관 (42) 의 선단은 도시하지 않은 덮개에 의해 폐색되어 있다.

도 3a ∼ 3b, 도 4a ∼ 4b, 도 5a ∼ 5c 는 각각 가스 공급관 (42) 의 변형예를 나타내고 있다. 가스 공급관 (42) 의 선단에 형성되는 가스 토출구로는, 도 2a 및 도 2b 에 나타내는 것 이외에, 이들 도 3a ∼ 3b, 도 4a ∼ 4b, 도 5a ∼ 5c 에 나타내는 것이어도 된다.

도 3a 및 도 3b 에 나타내는 것은, 가스 토출구 (42B) 가 개구의 정면에서 보아 정방형상으로 형성되고, 도 4a 및 도 4b 에 나타내는 것은, 가스 토출구 (42C) 가 개구의 정면에서 보아 가로가 긴 장방형상으로 형성되어 있다. 또, 도 5a ∼ 도 5c 에 나타내는 것은, 가스 토출구 (42D) 가 상하 3 단 형성되고, 각각의 단에는, 가스 토출구 (42D) 가 복수 형성되어 있다. 각 단에 형성되는 가스 토출구 (42D) 의 구체적 형상은, 개구의 정면에서 보아 원형상이어도 되고, 방형상이어도 되고, 혹은 가로가 긴 장방형상이어도 되며, 나아가 도시는 하지 않았지만, 개구의 정면에서 보아 타원형상이어도 된다.

다음으로, 상기 서술한 주조 장치 (10) 를 사용한 실리콘 잉곳의 제조 방법에 대해 설명한다.

먼저, 도가니 (20) 내에 실리콘 원료를 장입한다. 여기서, 실리콘 원료로는, 11 N (순도 99.999999999) 의 고순도 실리콘을 분쇄하여 얻어진 「청크」라고 불리는 괴상의 것이 사용된다. 이 괴상의 실리콘 원료의 입경은, 예를 들어, 30 ㎜ 내지 100 ㎜ 로 되어 있다.

다음으로, 도가니 (20) 내에 장입된 실리콘 원료를, 상부 히터 (43) 및 하부 히터 (33) 에 통전함으로써 가열하여, 실리콘 융액 (3) 을 생성한다. 이 때, 도가니 (20) 내의 실리콘 융액 (3) 의 탕면은, 도가니 (20) 의 측벽부 (22) 의 상단보다 낮은 위치로 설정되게 된다.

다음으로, 도가니 (20) 내의 실리콘 융액 (3) 을 응고시킨다. 거기에는 먼저, 하부 히터 (33) 에 대한 통전을 정지시키고, 칠 플레이트 (31) 의 내부에 공급로를 개재하여 아르곤 가스를 공급한다. 이로써, 도가니 (20) 의 저부를 냉각시킨다. 이 때, 상부 히터 (43) 의 통전을 계속한 상태로 함으로써, 도가니 (20) 내에는 저면 (21) 으로부터 상방을 향하여 온도 구배가 발생하고, 이 온도 구배에 의해, 실리콘 융액 (3) 이 상방을 향하여 일방향 응고되게 된다. 또한, 상부 히터 (43) 에 대한 통전을 서서히 감소시킴으로써, 도가니 (20) 내의 실리콘 융액 (3) 이 상방을 향하여 응고되어, 실리콘 잉곳이 생성되게 된다.

그리고, 이 응고 공정에 있어서는, 가스 공급관 (42) 및 삽입 구멍 (53) 을 개재하여, 도가니 (20) 와 덮개부 (50) 사이의 공간에 불활성 가스로서 예를 들어 아르곤 가스가 공급된다. 덮개부 (50) 의 평면 중심의 삽입 구멍 (53) 에 삽입되는 가스 공급관 (42) 의 선단부의 예를 들어 가스 토출구 (42A) 로부터 공급된 아르곤 가스는, 가스 토출구 (42A) 가 가스 공급관 (42) 의 축선 L 에 직교하는 방향으로 연재되도록 복수 형성되어 있기 때문에, 실리콘 융액 (3) 의 액면에 평행해지도록 또한 방사상으로 확대되면서 도가니 (20) 내의 실리콘 융액 (3) 상을 통과하여, 덮개부 (50) 의 개구부, 혹은 덮개부 (50) 와 측벽부 (22) 사이의 간극으로부터 도가니 (20) 의 외부로 배출되고, 그곳으로부터 다시 단열 플로어 (14) 에 형성된 배기 구멍 (15) 을 통하여 챔버 (11) 의 외측으로 배기된다.

이와 같이 하여, 일방향 응고법에 의해 실리콘 잉곳이 제조된다. 이 실리콘 잉곳은, 예를 들어 태양 전지용 기판으로서 사용되는 실리콘 웨이퍼나 그 밖의 실리콘 파트의 소재가 된다.

이상과 같은 구성으로 이루어진 본 실시형태인 실리콘 잉곳의 주조 장치 (10) 에 의하면, 가스 공급관 (42) 의 선단부측면의 가스 토출구 (42A ∼ 42D) 로부터 아르곤 가스가, 그 흐름을 도가니 (20) 내의 실리콘 융액 (3) 의 액면에 평행해지도록 공급된다. 따라서, 아르곤 가스는, 도가니 내의 실리콘 융액 (3) 의 액면에 국소적으로 분사하는 충돌 분류를 형성하지 않고, 실리콘 융액의 액면을 따라 평행하고 또한 거의 균일하게 흐르게 된다.

이 결과, 종래 기술에서 설명한 바와 같은, 도가니 (20) 내의 실리콘 융액 (3) 의 액면의 일부에서 온도 강하를 일으켜 그곳으로부터 응고가 개시된다는 사태를 회피할 수 있다. 이 때문에, 응고 계면이 평활해지는 도가니의 저부로부터 상방을 향한 이상적인 일방향 응고를 실시할 수 있다. 이 때문에, 저라이프 타임 영역이 적어져, 불순물 혼입도 적어진다.

또, 도가니 내에 있어서 아르곤 가스는 가스 토출구로부터 공급되는 시점에서, 실리콘 융액 (3) 의 액면에 평행해지도록 공급되므로, 아르곤 가스의 흐름이 원활해져, 산화실리콘 가스 등의 불순물 혼입의 원인이 되는 가스의 제거 효율이 향상된다. 이 때문에, 산화실리콘 가스와 도가니 내의 카본이 반응하여 CO 가스가 생성되는 것을 방지할 수 있고, CO 가스가 실리콘 융액 (3) 내로 혼입되는 것에 따라 불순물 (카본) 이 혼입되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이 아르곤 가스는, 도가니 내의 실리콘 융액 (3) 의 액면에 국소적으로 분사되는 충돌 분류를 형성하지 않고, 실리콘 융액의 액면을 따라 평행하고 또한 거의 균일하게 흐르기 때문에, 도가니 내의 실리콘 융액 (3) 의 액면이 평활해지기 때문에, 용탕면에 의한 도가니의 침식이 억제되어, 도가니의 내면으로부터의 새어나오는 불순물의 실리콘 잉곳에 대한 혼입이나, 주조시 부착물 형성의 문제도 잘 발생하지 않게 된다.

이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 불순물량이 적고, 결정의 성장 방향이 안정적인 고품질의 실리콘 잉곳을 제조할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에서는, 가스 토출구 (42A ∼ 42D) 를, 가스 공급관 (42) 의 축선 L 에 직교하는 방향으로 연재되도록 형성하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 가스 공급관 (42) 의 축선 L 에 대해 소정 각도 (예를 들어 90 °∼ 45 ° 를 갖도록 경사지게 형성해도 된다.

<제 2 실시형태>

도 6a ∼ 도 8b 는 본 발명에 관련된 주조 장치의 제 2 실시형태를 나타낸다. 도 6a 및 도 6b 는, 본 발명의 주조 장치의 제 2 실시형태의 주요부를 나타내는 것으로, 도 6a 는 가스 유로의 측면도, 도 6b 는 가스 유로의 상면도이다.

제 2 실시형태가 상기 제 1 실시형태와 상이한 점은, 가스 유로뿐이고, 다른 구성은 제 1 실시형태와 공통된다. 여기서는 공통 부분의 설명은 생략한다.

제 2 실시형태의 가스 유로 (60) 는, 기단측이 가스 공급부에 접속됨과 함께 선단을 도가니의 상부 공간을 향하여 배치된 가스 공급 주관 (61) 과, 가스 공급 주관 (61) 의 선단으로부터 분기된 복수의 가스 공급 지관 (62) 을 구비한다.

가스 공급 주관 (61) 은, 연직 방향으로 연재되도록 배치되어 있고, 도 1 에 나타내는 챔버 (11) 의 천정부를 관통하여 다시 덮개부 (50) 의 삽입 구멍을 지나, 그 선단이 도가니 (20) 내의 상부, 요컨대, 도가니 (20) 내에 저류되는 실리콘 융액 (3) 의 액면 근방까지 연장되도록 배치된다.

가스 공급 지관 (62) 은, 가스 공급 주관 (61) 에 직교하도록 또한 둘레 방향으로 90 °간격으로 합계 4 개 접속되고, 각각의 선단이 개구되어 가스 토출구 (62A) 로 되어 있다. 그리고, 가스 토출구 (62A) 로부터는, 아르곤 가스 등의 불활성 가스가 가스 공급 지관 (62) 의 축선 상을 따라, 실리콘 융액 (3) 의 액면과 평행하게 공급된다.

가스 공급 주관 (61) 및 가스 공급 지관 (62) 은, 단면 형상이 원형상으로 되어 있지만, 이것에 한정되지 않고, 단면 타원상으로 하거나, 혹은 단면 정방형상으로 해도 된다. 또, 가스 공급 지관 (62) 은 가스 공급 주관 (61) 보다 소직경인 것을 이용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 가스 공급 주관 (61) 과 동일한 직경인 것을 이용해도 된다.

도 7a ∼ 7b, 도 8a ∼ 8b 는 각각 가스 유로 (60) 의 변형예를 나타내고 있다. 가스 유로 (60) 로는, 도 6a ∼ 도 6b 에 나타내는 것 이외에, 이들 도 7a ∼ 7b, 도 8a ∼ 8b 에 나타내는 구성이어도 된다.

도 7a ∼ 도 7b 에 나타내는 것은, 가스 공급 주관 (65) 의 선단에 복수의 가스 공급 지관 (66) 이 접속되고, 그들 가스 공급 지관 (66) 은, 가스 공급 주관 (65) 에 직교하도록 또한 둘레 방향 45 °간격으로 합계 8 개 접속되어 있다. 가스 공급 지관 (66) 의 선단은 개구되어 가스 토출구 (66A) 로 되어 있다.

그리고, 가스 토출구 (66A) 로부터는, 불활성 가스가 가스 공급 지관 (66) 의 축선 상을 따라 실리콘 융액의 액면과 평행해지도록 공급된다.

도 8a ∼ 도 8b 에 나타내는 것은, 가스 공급 주관 (67) 의 선단에, 중공 원판상의 챔버 (68) 가 접속되어 있다. 챔버 (68) 의 측벽에는 둘레 방향 등간격으로 개구가 형성되고, 이 개구가 가스 토출구 (68A) 로 되어 있다.

그리고, 가스 토출구 (68A) 로부터는, 불활성 가스가 가스 공급 주관 (67) 에 직교하도록, 요컨대, 실리콘 융액의 액면과 평행해지도록 공급된다.

이 제 2 실시형태에 있어서도, 가스 공급 지관 (62, 66) 또는 챔버 (68) 에 형성된 가스 토출구 (62A, 66A, 68A) 로부터 불활성 가스, 예를 들어 아르곤 가스가, 그 흐름을 도가니 내의 실리콘 융액의 액면에 평행해지도록 공급된다. 따라서, 아르곤 가스는, 도가니 내의 실리콘 융액 (3) 의 액면에 국소적으로 분사하는 충돌 분류를 형성하지 않고, 실리콘 융액의 액면을 따라 평행하고 또한 거의 균일하게 흐르게 되어, 전술한 제 1 실시형태와 동일한 효과를 발휘한다.

<제 3 실시형태>

도 9, 도 10 은 본 발명에 관련된 주조 장치의 제 3 실시형태를 나타낸다. 도 9 는, 본 발명의 주조 장치의 제 3 실시형태의 주요부를 나타내는 사시도이다.

이 실시형태에서도, 제 2 실시형태와 같이, 특징 부분인 가스 유로 이외의 구성은 상기 제 1 실시형태와 공통되어 있어, 그들의 설명은 생략한다.

제 3 실시형태의 가스 유로 (70) 는, 기단측이 가스 공급부에 접속됨과 함께 선단을 도가니의 상부 공간을 향하여 배치된 가스 공급 주관 (71) 과, 가스 공급 주관 (71) 의 선단으로부터 분기된 복수의 가스 공급 지관 (72) 을 구비한다.

가스 공급 주관 (71) 은, 연직 방향으로 연재되도록 배치되어 있고, 도 1 에 나타내는 챔버 (11) 의 천정부를 관통하고 또한 덮개부 (50) 의 삽입 구멍 (53) 을 지나, 그 선단이 도가니 (20) 내의 상부, 요컨대, 도가니 (20) 내에 저류되는 실리콘 융액 (3) 의 액면 근방까지 연장되도록 배치된다.

가스 공급 지관 (72) 은, 가스 공급 주관 (71) 의 선단에, 동 가스 공급 주관 (71) 의 축선 L 에 직교하는 면, 요컨대 수평면 H 에 대해 소정 각도 θa (예를 들어 0 °＜ θa ＜ 45 °, 바람직하게는 0 °＜ θa ＜ 35 ° 보다 바람직하게는 0 °＜ θa ＜ 25 °) 가 되도록 기울기 하방으로 경사지고, 또한 둘레 방향으로 90 ° 간격으로 합계 4 개 접속되어 있다. 가스 공급 지관 (72) 의 선단이 개구되어 가스 토출구 (72A) 로 되어 있다. 그리고, 가스 토출구 (72A) 로부터는, 불활성 가스가 가스 공급 지관 (72) 의 축선 상을 따라, 실리콘 융액 (3) 의 액면에 대해 소정 각도를 갖도록 기울기 하방으로 경사지게 공급된다.

또한, 소정 각도 θa 는, 가스 토출구 (72A) 로부터 실리콘 융액의 액면과의 거리나, 도가니 상부의 공간 용량 등에 따라 적절히 설정된다.

가스 공급 주관 (71) 및 가스 공급 지관 (72) 은, 단면 형상이 원형상으로 되어 있지만, 이것에 한정되지 않고, 단면 타원상이어도 되고, 혹은 단면 정방형상이어도 된다. 또, 가스 공급 지관 (72) 은 가스 공급 주관 (71) 보다 소직경인 것을 이용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 가스 공급 주관 (71) 과 동일한 직경인 것을 이용해도 된다.

도 10 은 가스 유로 (70) 의 변형예를 나타내고 있다. 가스 유로 (70) 로는, 도 9 에 나타내는 것 이외에, 이들 도 10 에 나타내는 구성이어도 된다.

도 10 에 나타내는 것은, 가스 공급 지관 (74) 이, 가스 공급 주관 (73) 의 선단에, 동 가스 공급 주관 (73) 의 축선 L 에 직교하는 면, 요컨대 수평면 H 에 대해 소정 각도 θb (예를 들어 0 °＜ θa ＜ 45 °, 바람직하게는 0 °＜ θa ＜ 35 °, 보다 바람직하게는 0 °＜ θa ＜ 25 °) 가 되도록 기울기 상방에 경사지게, 또한 둘레 방향에 90 ° 간격으로 합계 4 개 접속되어 있다. 가스 공급 지관 (74) 의 선단이 개구되어 가스 토출구 (74A) 로 되어 있다. 그리고, 가스 토출구 (74A) 로부터는, 불활성 가스가 가스 공급 지관 (74) 의 축선 상을 따라, 실리콘 융액의 액면에 대해 소정 각도를 갖도록 기울기 상방으로 경사지게 공급된다.

이 제 3 실시형태에 있어서도, 가스 공급 지관 (72, 74) 에 형성된 가스 토출구 (72A, 74A) 로부터 아르곤 가스가, 그 흐름을 도가니 내의 실리콘 융액의 액면에 대해 소정 각도를 갖도록 기울기 하방 또는 기울기 상방으로 경사지게 공급된다. 따라서, 아르곤 가스는, 도가니 내의 실리콘 융액 (3) 의 액면에 국소적으로 분사하는 충돌 분류를 형성하지 않고, 실리콘 융액의 액면을 따라 거의 평행하게 또한 균일하게 흐르게 되어, 전술한 제 1 실시형태와 동일한 효과를 발휘한다.

<제 4 실시형태>

도 11 은 본 발명에 관련된 주조 장치의 제 4 실시형태를 나타내는 측면도이다.

이 실시형태에서도, 제 2 실시형태와 마찬가지로, 특징 부분인 가스 유로 이외의 구성은 상기 제 1 실시형태와 공통되어 있어, 그들의 설명은 생략한다.

도 11 에 나타내는 것은, 도 6a ∼ 6b 로 나타내는 제 2 실시형태의 가스 유로 (60) 와 거의 동일한 구성이다.

즉, 이 가스 유로 (80) 는, 기단측이 가스 공급부에 접속됨과 함께 선단을 도가니의 상부 공간을 향하여 배치된 가스 공급 주관 (81) 과, 가스 공급 주관 (81) 의 선단으로부터 분기된 복수의 가스 공급 지관 (82) 을 구비한다.

가스 공급 지관 (82) 은, 가스 공급 주관 (81) 에 직교하도록 또한 둘레 방향으로 90 °간격으로 합계 4 개 접속되고, 각각의 선단이 개구되어 가스 토출구 (82A) 로 되어 있다.

이 제 4 실시형태가 제 2 실시형태와 상이한 점은, 가스 공급 지관 (82) 의 선단에 가스 토출구 (82A) 가 형성되는 것 이외에, 가스 공급 주관 (81) 의 하단 중앙에도 가스 토출구 (81A) 가 형성되어 있는 점이다.

이 가스 공급 주관 (81) 의 하단 중앙에 형성된 가스 토출구 (81A) 로부터 공급되는 불활성 가스량, 예를 들어 아르곤 가스량은 극소량이고, 예를 들어, 다른 가스 토출구 (82A) 로부터 공급되는 아르곤 가스의 총 량에 대해 예를 들어 1/5 ∼ 1/10 정도이다.

즉, 이 제 4 실시형태에서는, 주로, 가스 공급 지관 (82) 의 선단의 가스 토출구 (82A) 로부터 공급되는 아르곤 가스에 의해, 도가니 내에서 발생하는 산화실리콘 가스 등의 불필요한 가스를 제거하고, 보조적으로, 가스 토출구 (81A) 로부터 공급되는 아르곤 가스에 의해, 가스 공급 주관 (81) 의 바로 아래에 위치하는 실리콘 융액 근방의 불필요한 가스를 제거하고 있다.

이 제 4 실시형태에 있어서도, 주로, 가스 공급 지관 (82) 에 형성된 가스 토출구 (82A) 로부터 아르곤 가스가, 그 흐름을 도가니 내의 실리콘 융액의 액면에 대해 평행해지도록 공급되기 때문에, 아르곤 가스는, 도가니 내의 실리콘 융액 (3) 의 액면에 국소적으로 분사하는 충돌 분류를 형성하지 않고, 실리콘 융액의 액면을 따라 거의 평행하고 또한 균일하게 흐르게 되어, 전술한 실시형태와 동일한 효과를 발휘한다.

이상, 본 발명의 실시형태인 주조 장치, 주조 방법에 대해 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 적절히 설계 변경할 수 있다.

예를 들어, 상기 각 실시형태에서는, 불활성 가스를 공급하는 가스 유로가 1 개인 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 가스 유로는 복수 개 있어도 된다.

또, 제 1 ∼ 4 실시형태에 나타낸 형태가 상이한 가스 유로를, 각각 적절히 조합하여 전체로서 하나의 가스 유로를 구성하는 것도 가능하다.

또, 도가니 내에 공급하는 불활성 가스는, 물론 아르곤 가스에 한정되지 않고, 다른 불활성 가스여도 된다.

또, 본 주조 장치 및 주조 방법은, 실리콘 이외의 재료를 주조하는 경우에 적용 가능하다. 예를 들어 금속 원료로는 구리 합금, 알루미 합금, 티탄 합금, 마그네슘 합금, 또는 니켈 합금 등을 사용할 수 있다. 반도체 원료로는 사파이어, 갈륨비소, 또는 질화갈륨 등을 사용할 수 있다.

실시예 1

본 발명의 효과를 확인하기 위하여 실험을 실시하였다. 제 1 실시형태의 도 2a 및 도 2b 에 나타내는 가스 유로를 구비하는 주조 장치를 이용하여, 가로세로 680 ㎜ × 높이 250 ㎜ 의 사각형 기둥상의 실리콘 잉곳을 제조하였다. 또한, 응고 속도를 5 ㎜/h 로 하였다. 또, 가스 공급관에 의한 Ar 가스의 공급량을 50 ℓ/min 로 하였다.

또, 배경 기술에서 설명한, 용탕면에 대해 수직 방향을 향하여 아르곤 가스를 분사하는 불활성 가스 공급 수단을 구비하는 주조 장치를 사용하는 것 이외에는, 상기 서술과 동일한 조건으로 실리콘 잉곳을 제조하였다. 이것을 비교예 1 로 하였다.

또, 얻어진 실리콘 잉곳을 수평 방향으로 슬라이스함으로써, 실리콘 웨이퍼를 제조하여, 다음의 순서로 태양 전지를 구성하였다.

먼저, 실리콘 잉곳을 제조할 때에, 억셉터로서 B (붕소) 를 첨가하여, 저항값 1 ∼ 2 Ω·㎝ 정도의 P 형 실리콘 웨이퍼를 제조하였다. 이 P 형 실리콘 웨이퍼에 P (인) 의 도펀트를 이용하고, 850 ℃ × 30 분의 열처리를 실시하여, P 형 실리콘층 위에 N 형 실리콘층을 형성하였다.

다음으로, 반사율을 저하시키기 위해서, 실리콘 웨이퍼의 표면에 에칭하였다. 에칭에는, KOH 수용액을 사용하였다.

에칭 후의 실리콘 웨이퍼의 양 면에, Ag 페이스트 (dupont 사 제조 솔라메트) 를 스크린 인쇄에 의해 도포하고, 소성하였다. 도포 두께를 30 ㎛ 로 하여, 750 ℃ × 1 분의 조건으로 소성하였다. 이 때, 실리콘 웨이퍼의 이면에 Al 페이스트 (dupont 사 제조 솔라메트) 를 도포·확산시켜 전극 부근에 P＋ 층 (Al-BSF) 을 형성하였다.

여기서, Al 페이스트의 도포 두께는 20 ㎛ 로 하였다.

또, 실리콘 웨이퍼의 표면에 반사 방지막으로서 SiNx 를, 플라스마 화학 기상법 (CVD) 을 이용하여 형성하였다. 주식회사 시마즈 제작소 제조의 태양 전지 반사 방지막 제조용 장치 (SLPC) 를 이용하여 두께를 100 ㎚ 로 하였다.

이 시험용의 태양 전지를 이용하여, 솔라 시뮬레이터에 의해 변환 효율을 평가하였다.

본 실시예 1 에서는, 주식회사 산에이 전기 제작소 제조의 XES-155S1 을 이용하여, 1000 W/m2, AM 1.5, 25 ℃ 의 조건으로 실시하였다.

평가 결과를 도 12, 도 13 에 나타낸다.

도 12 가 본 발명에 관련된 실시예 1 의 결과, 도 13 이 비교예 1 의 결과이다.

본 실시예 1 는, 0 ㎜ ∼ 200 ㎜ 의 높이 위치에 관계없이, 거의 16 ％ 를 초과하는 일정한 변환 효율이 얻어지고, 평균적인 변환 효율은 16.5 ％ 였다.

한편, 비교예 1 은, 0 ㎜ ∼ 200 ㎜ 의 높이 위치에서는 실시예 1 에 비해, 변환 효율이 낮고, 또한 편차도 컸다. 또, 평균적인 변환 효율은 15.9 ％ 였다.

또, 전술한 실시예 1, 비교예 1 에 대해, 잉곳의 중앙부의 단면을 따라 캐리어의 라이프 타임의 측정을 실시하였다. 측정은 세미 레버러토리사 제조의 라이프 타임 측정 장치 WT-2000 을 이용하여 실시하였다.

측정 결과를 도 14, 도 15 에 나타낸다.

도 14 가 본 발명에 관련된 실시예 1 의 결과, 도 15 가 비교예 1 의 결과이다.

본 실시예 1 로는, 라이프 타임이 짧은 영역 S (예를 들어 2 ㎲ 이하의 영역) 이, 상단으로부터 겨우 5 ㎜ 정도까지였다. 이에 대해, 비교예 1 로는, 중앙부에 상단으로부터 25 ㎜ 정도에 이르는 지점까지, 라이프 타임이 짧은 영역 S 가 계측되었다. 상단의 라이프 타임이 짧은 영역 S 는, 아르곤 가스의 분사에 의해 용탕 온도가 강하되어 버려, 그곳으로부터 응고가 개시되었기 때문에 발생한 것으로 추측된다.

이상으로부터, 본 발명에 의하면, 저라이프 타임 영역 및 불순물량이 모두 적고, 또한 결정의 성장 방향이 안정적인 실리콘 잉곳을 제조할 수 있는 것이 확인되었다.

또한, 본 발명의 효과를 확인하기 위하여 다른 실험을 실시하였다.

실시예 2

제 1 실시형태의 도 4a 및 도 4b 에 나타내는 가스 유로를 구비하는 주조 장치를 이용하여, 가로세로 680 ㎜ × 높이 250 ㎜ 의 사각형 기둥상의 실리콘 잉곳을 제조하였다. 또한, 응고 속도를 5 ㎜/h 로 하였다. 또, 가스 공급관에 의한 Ar 가스의 공급량을 50 ℓ/min 으로 하였다.

실시예 3

제 4 실시형태의 도 11 에 나타내는 가스 유로를 구비하는 주조 장치를 이용하여, 가로세로 680 ㎜ × 높이 250 ㎜ 의 사각형 기둥상의 실리콘 잉곳을 제조하였다. 또한, 응고 속도를 5 ㎜/h 로 하였다. 또, 가스 공급관에 의한 Ar 가스의 공급량을 50 ℓ/min 으로 하였다.

실시예 1 ∼ 3 및 비교예 1 에서 얻어진 실리콘 잉곳을 수평 방향으로 슬라이스함으로써 실리콘 웨이퍼를 제조하고, 푸리에 변환 적외선 분광법 (FI-IR) 에 의해, 실리콘 웨이퍼 중의 산소 농도 및 탄소 농도를 측정하였다. (닛폰 분광 주식회사 제조 FT/IR-4000, JEIDA-61-2000)

측정 결과를 표 1 에 나타낸다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1
잉곳 상부에서의 산소 농도 ×1018 atoms/cc	0.07	<0.01	0.08	0.27
잉곳 상부에서의 탄소 농도 ×1018 atoms/cc	0.06	0.12	0.11	0.16

상기 표 1 로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1 ∼ 3 의 실리콘 웨이퍼는, 산소 농도는 0.08 이하, 탄소 농도는 0.12 이하였다.

한편, 비교예 1 의 실리콘 웨이퍼는, 산소 농도 및 탄소 농도 모두 본 실시예 1 ∼ 3 의 실리콘 웨이퍼에 비해, 불순물 농도가 높다.

이상으로부터, 본 발명에 의하면, 저라이프 타임 영역 및 불순물량이 모두 적고, 또한 결정의 성장 방향이 안정적인 실리콘 잉곳을 제조할 수 있기 때문에, 예를 들어, 태양 전지 전용 혹은 실리콘 파트 전용 등의 어느 목적으로도 바람직하게 사용할 수 있다.

태양 전지 전용 혹은 실리콘 파트 전용 등의 실리콘 잉곳의 수율의 저하를 방지할 수 있다.

3 실리콘 융액
10 주조 장치
20 도가니
22 측벽부
33 하부 히터
43 상부 히터
42 가스 공급관 (불활성 가스 공급 수단, 가스 유로)
42A, 42B, 42C, 42D 가스 토출구
50 덮개부
60, 70 가스 유로
61, 65, 67, 71, 73, 81 가스 공급 주관
62, 66, 68, 72, 74, 82 가스 공급 지관
62A, 66A, 68A, 72A, 74A, 82A 가스 토출구

Claims (5)

1. 용탕을 수용하여 상부에 개구부를 갖는 도가니와, 그 도가니를 가열하는 히터와, 상기 도가니 내의 상부에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 수단을 구비한 주조 장치로서,
   상기 불활성 가스 공급 수단은 상기 도가니 내의 상부에까지 연장되어 선단부에 가스 토출구가 형성된 가스 유로를 구비하고,
   상기 가스 토출구는, 그곳으로부터 토출되는 불활성 가스의 흐름이 상기 도가니 내의 용탕면에 평행해지도록, 또는 상기 도가니 내의 용탕면에 대해 소정 각도를 가지고 경사지도록 형성되어 있고, 상기 불활성 가스의 흐름이 방사상으로 확대되면서 상기 도가니 내의 용탕면을 통과하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 주조 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 가스 유로는 상기 도가니 내의 상부를 향하여 배치된 가스 공급관을 가지고,
   상기 가스 공급관의 선단부측면에 상기 가스 토출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 주조 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 가스 유로는 상기 도가니 내의 상부를 향하여 배치된 가스 공급 주관과, 그 가스 공급 주관의 선단으로부터 분기된 복수의 가스 공급 지관을 구비하고,
   상기 가스 공급 지관이 상기 도가니 내의 용탕면에 평행하게 배치되고,
   상기 가스 공급 지관의 선단에 상기 가스 토출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 주조 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 가스 유로는 상기 도가니 내의 상부를 향하여 배치된 가스 공급 주관과, 그 가스 공급 주관의 선단으로부터 분기된 복수의 가스 공급 지관을 구비하고,
   상기 가스 공급 지관이 용탕면에 대해 상기 소정 각도를 갖도록 경사지게 배치되고, 상기 가스 공급 지관의 선단에 상기 가스 토출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 주조 장치.
5. 용탕을 수용하여 상부에 개구부를 갖는 도가니와, 그 도가니를 가열하는 히터와, 상기 도가니 내의 상부에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 수단을 구비하는 주조 장치를 사용한 주조 방법으로서,
   상기 불활성 가스 공급 수단은 상기 도가니 내의 상부에까지 연장되어 선단부에 가스 토출구가 형성된 가스 유로를 구비하고,
   상기 가스 토출구로부터는, 흐름이 상기 도가니 내의 용탕면에 평행해지도록 또는 상기 도가니 내의 용탕면에 대해 소정 각도를 가지고 경사지도록, 또한 방사상으로 확대되면서 상기 도가니 내의 용탕면을 통과하도록 불활성 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 주조 방법.

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