KR20120015981A - Electromagnetic casting apparatus for silicon ingot - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 태양전지용 기판의 소재인 실리콘 잉곳을 연속 주조하기 위한 전자 주조 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electronic casting device for continuously casting a silicon ingot that is a raw material of a solar cell substrate.
태양전지의 기판에는, 다결정의 실리콘 웨이퍼를 이용하는 것이 주류이다. 그 다결정 실리콘 웨이퍼는, 일방향성 응고의 실리콘 잉곳을 소재로 하고, 이 잉곳을 슬라이스하여 제조된다. 따라서, 태양전지의 보급을 도모하려면, 실리콘 웨이퍼의 품질을 확보함과 함께, 코스트를 저감할 필요가 있기 때문에, 그 전단계에서, 실리콘 잉곳을 고품질이며 염가로 제조하는 것이 요구된다. 이 요구에 대응할 수 있는 방법으로서, 예를 들면, 특허 문헌 1에 개시되는 바와 같이, 전자 유도를 이용한 연속 주조 방법(이하, 「전자 주조법」이라고도 한다)이 실용화되고 있다. As a substrate of a solar cell, it is mainstream to use a polycrystalline silicon wafer. The polycrystalline silicon wafer is made of a silicon ingot of unidirectional solidification as a material, and is produced by slicing this ingot. Therefore, in order to spread the solar cell, it is necessary to secure the quality of the silicon wafer and to reduce the cost. Therefore, it is required to manufacture the silicon ingot at high quality and low cost in the previous step. As a method which can respond to this request, for example, as disclosed in
도 4는, 전자 주조법에서 이용되는 종래의 대표적인 전자 주조 장치의 구성을 모식적으로 나타낸 도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 전자 주조 장치는 챔버(1)를 구비한다. 챔버(1)는, 내부를 외기로부터 격리하여 주조에 적합한 불활성 가스 분위기로 유지하는 이중벽 구조의 수냉 용기이다. 챔버(1)의 상벽에는, 개폐 가능한 원료 공급 셔터(2)를 통하여, 도시하지 않은 원료 공급 장치가 연결되어 있다. 챔버(1)는, 상부에 불활성 가스 도입구(5)가 설치되고, 하부의 측벽에 배기구(6)가 설치되어 있다. 4 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional representative electronic casting device used in the electronic casting method. As shown in this figure, the electronic casting apparatus includes a
챔버(1) 내에는, 바닥이 없는 냉각 도가니(7), 유도 코일(8) 및 애프터 히터(9)가 배치되어 있다. 냉각 도가니(7)는, 용해 용기로서 뿐만 아니라, 주형으로서도 기능하여, 열전도성 및 도전성이 우수한 금속(예를 들면, 구리)제의 각통체로, 챔버(1) 내에 매달려 있다. 이 냉각 도가니(7)는, 상부와 하부를 남기고 세로 방향으로 도시하지 않은 슬릿이 복수 형성되며, 이 슬릿에 의해 둘레 방향으로 복수의 조붓한 직사각형 형상의 소편(素片)으로 분할되어 있어, 내부를 유통하는 냉각수에 의해 강제 냉각된다. In the
유도 코일(8)은, 냉각 도가니(7)를 둘러싸도록, 냉각 도가니(7)와 동심(同芯)으로 설치되고, 도시하지 않은 전원 장치에 접속되어 있다. 애프터 히터(9)는, 냉각 도가니(7)의 아래쪽에 냉각 도가니(7)와 동심으로 복수 연속 설치되어, 냉각 도가니(7)로부터 끌어 내려지는 실리콘 잉곳(3)을 가열하고, 그 축방향으로 적절한 온도 구배를 부여한다. The
또, 챔버(1) 내에는, 원료 공급 셔터(2)의 아래쪽에 원료 도입관(10)이 설치되어 있다. 원료 공급 셔터(2)의 개폐에 따라, 입자 상태나 덩어리 상태의 실리콘 원료(11)가 원료 공급 장치로부터 원료 도입관(10)에 공급되고, 원료 도입관(10)을 통해서 냉각 도가니(7) 내에 투입된다. In addition, in the
챔버(1)의 저벽에는, 애프터 히터(9)의 바로 아래에, 잉곳(3)을 뽑아내기 위한 인출구(4)가 설치되고, 이 인출구(4)는 가스로 시일되어 있다. 잉곳(3)은, 인출구(4)를 관통하여 하강하는 지지대(14)에 의해 지지되면서 끌어 내려진다. In the bottom wall of the
냉각 도가니(7)의 바로 위에는, 플라즈마 토치(13)가 승강 가능하게 설치되어 있다. 플라즈마 토치(13)는, 도시하지 않은 플라즈마 전원 장치의 한쪽의 극에 접속되고, 다른쪽의 극은, 잉곳(3)측에 접속되어 있다. 이 플라즈마 토치(13)는, 하강에 의해 냉각 도가니(7)의 상부에 삽입된다. Immediately above the
이러한 전자 주조 장치를 이용한 전자 주조법에서는, 냉각 도가니(7)에 실리콘 원료(11)를 투입하고, 유도 코일(8)에 교류 전류를 인가함과 함께, 냉각 도가니(7)의 상부에 삽입된 플라즈마 토치(13)에 통전을 행한다. 이 때, 냉각 도가니(7)를 구성하는 조붓한 직사각형 형상의 각 소편이 서로 전기적으로 분할되어 있기 때문에, 유도 코일(8)에 의한 전자 유도에 따라 각 소편 내에서 와전류가 발생하고, 냉각 도가니(7)의 내벽측의 와전류가 냉각 도가니(7) 내에 자계를 발생시킨다. 이것에 의해, 냉각 도가니(7) 내의 실리콘 원료(11)는 전자 유도 가열되고 용해되어, 용융 실리콘(12)이 형성된다. In the electroforming method using such an electronic casting apparatus, the silicon
또, 플라즈마 토치(13)와 실리콘 원료(11), 또한 용융 실리콘(12)의 사이에 플라즈마 아크가 발생하고, 그 줄열에 의해서도, 실리콘 원료(11)가 가열되고 용해되어, 전자 유도 가열의 부담을 경감시키고 효율적으로 용융 실리콘(12)이 형성된다. In addition, a plasma arc is generated between the
용융 실리콘(12)은, 냉각 도가니(7)의 내벽의 와전류에 따라 발생하는 자계와, 용융 실리콘(12)의 표면에 발생하는 전류의 상호 작용에 의해, 용융 실리콘(12)의 표면의 내측 법선 방향으로 힘(핀치력)을 받기 때문에, 냉각 도가니(7)와 비접촉 상태로 유지된다. 냉각 도가니(7) 내에서 실리콘 원료(11)를 용해시키면서, 용융 실리콘(12)을 지지하는 지지대(14)를 서서히 하강시키면, 유도 코일(8)의 하단으로부터 멀어짐에 따라 유도 자계가 작아지기 때문에, 발열량 및 핀치력이 감소하고, 또한 냉각 도가니(7)로부터의 냉각에 의해, 용융 실리콘(12)은 외주부로부터 응고가 진행된다. 그리고, 지지대(14)의 하강에 따라 실리콘 원료(11)를 냉각 도가니(7) 내에 순차 투입하고, 용해 및 응고를 계속함으로써, 용융 실리콘(12)이 일방향으로 응고되어, 잉곳(3)을 연속 주조할 수 있다. The
주조 중, 챔버(1) 내를 불활성 가스 분위기로 유지하기 위해, 챔버(1)의 상부의 불활성 가스 도입구(5)로부터 불활성 가스가 순차 공급되고, 챔버(1) 내의 불활성 가스는, 챔버(1)의 하부 측벽의 배기구(6)로부터 순차 배출된다. 이 때, 플라즈마 토치(13)로부터의 플라즈마 아크에 의해 용융 실리콘(12)으로부터 Si(실리콘)가 격렬하게 증발하고 있어, 이 Si 증기는 챔버(1) 내에서 응집하여 Si 흄이 되어, 불활성 가스와 함께 배기구(6)로부터 배출된다. During casting, in order to maintain the inside of the
이러한 전자 주조 장치에 의하면, 용융 실리콘(12)과 냉각 도가니(7)의 접촉이 경감되기 때문에, 그 접촉에 따른 냉각 도가니(7)로부터의 불순물 오염이 방지되어, 고품질의 잉곳(3)을 얻을 수 있다. 또한, 연속 주조이기 때문에, 염가로 잉곳(3)을 제조하는 것이 가능해진다. According to such an electronic casting apparatus, since the contact of the
통상, 전자 주조법에서는, 잉곳(3)의 주물 표면의 온도를 냉각 도가니(7)의 바로 아래에서 감시하여, 그 주물 표면 온도의 변동에 따라 유도 코일(8)에 인가하는 전류의 설정값을 조정하는 조업(操業)이 행해진다. 이 때문에, 상기 서술한 종래의 전자 주조 장치에서는, 상기 도 4에 나타내는 바와 같이, 챔버(1)의 측벽에 투명한 유리판이 끼워 넣어진 감시창(15)을 설치하고, 이 감시창(15)의 외부에 방사 온도계(16)가 설치되어 있다. 방사 온도계(16)는, 냉각 도가니(7)의 바로 아래에서의 잉곳(3)의 주물 표면의 온도를 직접 측정하고, 이것에 의해, 잉곳(3)의 주물 표면의 온도 변동을 감시한다. Usually, in the electroforming method, the temperature of the casting surface of the
그러나, 종래의 전자 주조 장치에서는, 주조 중, 플라즈마 토치(13)에 통전하여 플라즈마 아크 가열을 병용한 원료 용해에 따라, 챔버(1) 내에 Si 흄이 현저하게 발생하여, 상기 도 4에 나타내는 바와 같이, 감시창(15)과 냉각 도가니(7)의 바로 아래의 잉곳(3)의 사이에 Si 흄 F가 불규칙하게 부유하는 상태가 된다. 이 때문에, 잉곳(3)의 주물 표면의 실체 온도가 일정해도, 부유하는 Si 흄 F의 양에 따라, 잉곳(3)의 주물 표면으로부터 방사 온도계(16)에 도달하는 방사열 에너지가 변화되고, 이것에 따라 방사 온도계(16)에 의한 측정 온도가 변화되는 사태가 발생한다. 즉, 잉곳(3)의 주물 표면의 실체 온도와 방사 온도계(16)에 의한 측정 온도의 차(이하, 「계측 오차」라고 한다)가 일정해지지 않는다. 그 결과, 잉곳(3)의 주물 표면의 온도 변동을 정확하게 감시할 수 없다. However, in the conventional electronic casting apparatus, during the casting, Si fume is remarkably generated in the
본 발명은, 상기의 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 실리콘 잉곳을 연속 주조할 때에, 플라즈마 토치에 의한 플라즈마 아크 가열을 병용한 원료 용해에 따라, 챔버 내에 Si 흄이 발생한 경우여도, 계측 오차를 일정하게 하여, 냉각 도가니의 바로 아래에서 잉곳의 주물 표면의 온도 변동을 정확하게 감시할 수 있는 실리콘 잉곳의 전자 주조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. This invention is made | formed in view of the said problem, Even when a Si fume generate | occur | produces in a chamber according to raw material melt | dissolution which combined plasma arc heating with a plasma torch at the time of continuous casting of a silicon ingot, a measurement error is made constant. Therefore, an object of the present invention is to provide an electronic casting device of a silicon ingot capable of accurately monitoring the temperature variation of the casting surface of the ingot directly under the cooling crucible.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 이하의 지견을 얻었다. 감시창과 냉각 도가니의 바로 아래의 잉곳의 사이에 Si 흄이 불규칙하게 부유하는 상태여도, 계측 오차를 일정하게 하려면, 감시창과 잉곳의 주물 표면 근방의 사이에 걸쳐 내열관을 설치하여, 이 내열관의 잉곳측의 단면을 내열판으로 폐색하고, 방사 온도계에 의해 내열관 내를 통하여 내열판의 온도를 측정하는 것이 유효하다. 내열판은 잉곳의 주물 표면으로부터의 복사열을 순차 흡수하고, 그 복사열에 따라 적열(赤熱)되기 때문에, 내열판의 온도는 잉곳의 주물 표면 온도를 순차 반영한 것이 되고, 또, 내열판에 의해 폐색된 내열관 내는, 온도 측정의 장해가 되는 Si 흄의 진입이 저지되어 있기 때문이다. MEANS TO SOLVE THE PROBLEM The present inventors obtained the following knowledge as a result of earnestly examining in order to achieve the said objective. Even if Si fume is irregularly floating between the monitoring window and the ingot just below the cooling crucible, in order to keep the measurement error constant, a heat-resistant tube is provided between the monitoring window and the casting surface of the ingot, It is effective to close the end surface of the ingot side with a heat resistant plate and measure the temperature of the heat resistant plate through the inside of the heat resistant tube with a radiation thermometer. Since the heat-resistant plate absorbs radiant heat from the casting surface of the ingot one by one, and heats up in accordance with the radiant heat, the temperature of the heat-resistant plate is one that reflects the casting surface temperature of the ingot one by one. This is because the inside of the heat resistant tube is prevented from entering Si fume which is a obstacle of temperature measurement.
본 발명은, 상기의 지견에 기초하여 완성시킨 것이며, 그 요지는, 하기에 나타내는 실리콘 잉곳의 전자 주조 장치에 있다. 즉, 챔버 내에 배치한 도전성을 가지는 바닥이 없는 냉각 도가니에 실리콘 원료를 투입하고, 바닥이 없는 냉각 도가니를 둘러싸는 유도 코일로부터의 전자 유도 가열에 의해 실리콘 원료를 용해시키고, 이 용융 실리콘을 바닥이 없는 냉각 도가니로부터 끌어 내리면서 응고시켜 실리콘 잉곳을 연속 주조하는 전자 주조 장치에 있어서, 챔버의 측벽에 감시창을 설치하고, 이 감시창과 바닥이 없는 냉각 도가니의 바로 아래에서의 실리콘 잉곳의 주물 표면 근방의 사이에 걸쳐 내열관을 설치하며, 이 내열관의 실리콘 잉곳측의 단면이 내열판으로 폐색되어 있고, 감시창의 외부에 배치한 방사 온도계에 의해 내열관 내를 통하여 내열판의 온도를 측정하고, 측정한 내열판의 온도에 기초하여 실리콘 잉곳의 주물 표면 온도의 변동을 감시하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳의 전자 주조 장치이다. This invention is completed based on said knowledge, The summary is the electroforming apparatus of the silicon ingot shown below. That is, a silicon raw material is put into a non-floating cooling crucible disposed in the chamber, and the silicon raw material is dissolved by electromagnetic induction heating from an induction coil surrounding the non-floating cooling crucible. In an electronic casting device that continuously casts silicon ingots by solidifying while pulling them out of a cooling crucible that is not present, a watch window is installed on the sidewall of the chamber and near the casting surface of the silicon ingot just below the watch window and the bottomless cooling crucible. A heat-resistant tube is installed between the heat-resistant tubes, the end face of the silicon ingot side of the heat-resistant tube is blocked by a heat-resistant plate, and the temperature of the heat-resistant plate is measured through the inside of the heat-resistant tube by a radiation thermometer disposed outside the monitoring window. The temperature of the casting surface temperature of the silicon ingot is monitored based on the measured temperature of the heat-resistant plate. It is an electronic casting device of a silicon ingot.
상기의 전자 주조 장치에서는, 상기 내열판이 석영으로 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 내열판이 불투명한 것이 바람직하다. In the above electronic casting device, it is preferable that the heat-resistant plate is made of quartz. In this case, it is preferable that the heat-resistant plate is opaque.
본 발명의 실리콘 잉곳의 전자 주조 장치에 의하면, 실리콘 잉곳을 연속 주조할 때에, 감시창과 냉각 도가니의 바로 아래의 잉곳의 사이에 Si 흄이 불규칙하게 부유하는 상태여도, 내열판에 의해 폐색된 내열관 내에는, Si 흄의 진입이 저지되어 Si 흄이 존재하는 일이 없고, 또, 내열판이 잉곳의 주물 표면으로부터의 복사열에 의해 적열되어, 잉곳의 주물 표면 온도를 순차 반영한 온도가 되기 때문에, 방사 온도계에 의해 내열관 내를 통하여 내열판의 온도를 측정하면, 계측 오차를 일정하게 할 수 있고, 그 방사 온도계로부터 순차 출력되는 온도 데이터에 기초하여, 잉곳의 주물 표면의 온도 변동을 정확하게 감시하는 것이 가능해진다. According to the electronic casting apparatus of the silicon ingot of the present invention, even when Si fume is irregularly suspended between the monitoring window and the ingot immediately below the cooling crucible when the silicon ingot is continuously cast, the heat-resistant tube occluded by the heat-resistant plate. The inside of the Si fume is prevented from entering and the Si fume does not exist, and since the heat-resistant plate is glowing by the radiant heat from the casting surface of the ingot, the radiation thermometer becomes a temperature reflecting the casting surface temperature of the ingot sequentially. By measuring the temperature of the heat-resistant plate through the inside of the heat-resistant tube, the measurement error can be made constant, and based on the temperature data sequentially output from the radiation thermometer, it is possible to accurately monitor the temperature variation of the casting surface of the ingot. Become.
도 1은, 본 발명의 전자 주조 장치의 구성을 모식적으로 나타낸 도이다.
도 2는, 실시예 1의 시험 결과로서 잉곳의 주조 길이에 대해 방사 온도계에 의한 측정 온도 및 유도 코일로의 인가 전력의 관계를 나타낸 도이다.
도 3은, 실시예 2의 시험 결과로서 잉곳의 주조 길이에 대해 방사 온도계에 의한 측정 온도 및 유도 코일로의 인가 전력의 관계를 나타낸 도이다.
도 4는, 전자 주조법에서 이용되는 종래의 대표적인 전자 주조 장치의 구성을 모식적으로 나타낸 도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows typically the structure of the electronic casting apparatus of this invention.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the measured temperature by the radiation thermometer and the applied power to the induction coil with respect to the casting length of the ingot as a test result of Example 1. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the measured temperature by the radiation thermometer and the applied power to the induction coil with respect to the casting length of the ingot as a test result of Example 2. FIG.
4 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional representative electronic casting device used in the electronic casting method.
이하에, 본 발명의 실리콘 잉곳의 전자 주조 장치에 대해서, 그 실시 형태를 상세하게 서술한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the embodiment is described in detail about the electroforming apparatus of the silicon ingot of this invention.
도 1은, 본 발명의 전자 주조 장치의 구성을 모식적으로 나타낸 도이다. 이 도면에 나타내는 본 발명의 전자 주조 장치는, 상기 도 4에 나타내는 전자 주조 장치의 구성을 기본으로 하여, 그와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 적절히 생략한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows typically the structure of the electronic casting apparatus of this invention. The electroforming apparatus of this invention shown in this figure is based on the structure of the electroforming apparatus shown in said FIG. 4, The same code | symbol is attached | subjected to the same structure, and the overlapping description is abbreviate | omitted suitably.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 전자 주조 장치는, 챔버(1)의 측벽에 설치된 감시창(15)과, 냉각 도가니(7)의 바로 아래에서의 잉곳(3)의 주물 표면 근방의 사이에 걸쳐, 내열관(17)이 설치되어 있다. 이 내열관(17)은, 잉곳(3)측의 단면이 내열판(18)으로 폐색되고, 그 반대의 감시창(15)측의 단면이 개방되어 있다. As shown in FIG. 1, the electronic casting apparatus of this invention is provided between the monitoring
또, 감시창(15)의 외부에는, 내열관(17)의 연장선 상에 방사 온도계(16)가 설치되어 있다. 방사 온도계(16)는, 전자 주조 장치의 조업 조건을 제어하는 도시하지 않은 제어부에 접속되어 있다. 이 제어부는, 방사 온도계(16)로부터 순차 출력되는 온도 데이터에 기초하여, 잉곳(3)의 주물 표면의 온도 변동을 감시하여, 유도 코일(8)에 인가하는 전류의 설정값을 조정한다. Moreover, the
내열판(18)은, 내열성에 더하여, 근접하는 잉곳(3)의 주물 표면으로부터 복사열을 순차 흡수하고, 그 복사열에 따라 적열되는 특성이 필요하여, 투명 석영, 불투명 석영, 카본, PNB(열분해 질화 붕소), 알루미나 등의 세라믹스를 채용할 수 있다. 그 중에서도 투명 석영 또는 불투명 석영을 채용한 내열판(18)은, 복사율이 높고, 또한, 잉곳(3)으로의 불순물 오염의 걱정도 없기 때문에 적합하다. 특히, 불투명 석영은, 투명 석영과 비교하여, 복사율이 보다 높고, 내열성도 우수한 점에서, 내열판(18)으로서 가장 적합하다. In addition to the heat resistance, the heat
내열관(17)은, 내열성을 가지는 이상 재질의 한정은 없지만, 상기한 내열판(18)과 동일한 재질을 채용하는 것이 바람직하다. 또, 내열관(17)과 내열판(18)은, 일체로 성형한 것이어도 되고, 개별적으로 성형하여 조합한 것이어도 상관없다. The heat-
내열관(17)의 잉곳(3)측의 단면, 즉 내열판(18)과, 잉곳(3)의 주물 표면의 간극은, 10~30mm 정도가 바람직하다. 이 간극은, 너무 작으면, 내열판(18)이 잉곳(3)과 접촉할 우려가 있고, 너무 크면, 잉곳(3)의 주물 표면으로부터 내열판(18)으로의 복사열의 흡수 시간 지연이 현저해지기 때문이다. As for the clearance gap of the end surface of the heat-
내열관(17)의 감시창(15)측의 단면과, 감시창(15)의 간극은, 20~50mm 정도가 바람직하다. 이 간극은, 양자가 접촉함으로써 없어도 상관없지만, 너무 크면, 그 간극에 온도 측정의 장해가 되는 Si 흄 F가 진입하기 때문이다. As for the cross section of the
이러한 구성의 전자 주조 장치에 의하면, 실리콘 잉곳을 연속 주조할 때에, 내열판은 잉곳의 주물 표면으로부터의 복사열을 순차 흡수하고, 그 복사열에 따라 적열되기 때문에, 내열판의 온도는 잉곳의 주물 표면 온도를 순차 반영한 것이 된다. 이 때, 플라즈마 토치에 의한 플라즈마 아크 가열을 병용한 원료 용해에 따라, 챔버 내에 Si 흄이 발생하고, 감시창과 냉각 도가니의 바로 아래의 잉곳의 사이에 Si 흄이 불규칙하게 부유하는 상태여도, 내열판에 의해 폐색된 내열관 내에는, Si 흄의 진입이 저지되어 Si 흄이 존재하지 않기 때문에, 방사 온도계에 의해 내열관 내를 통하여 내열판의 온도를 측정하면, 계측 오차를 일정하게 할 수 있다. 그 결과, 방사 온도계로부터 순차 출력되는 온도 데이터에 기초하여, 잉곳의 주물 표면의 온도 변동을 정확하게 감시하는 것이 가능해진다. According to the electronic casting apparatus of such a structure, when continuously casting a silicon ingot, since the heat-resistant plate absorbs radiant heat from the casting surface of the ingot sequentially, and heats up according to the radiant heat, the temperature of the heat-resistant plate is the casting surface temperature of the ingot. Will be reflected sequentially. At this time, even if Si fume is generated in the chamber and the Si fume is irregularly floated between the monitoring window and the ingot immediately below the cooling crucible, in accordance with dissolution of the raw material by using plasma arc heating with a plasma torch. Since the entry of Si-fume is prevented and Si-fume does not exist in the heat-resistant tube occluded by, the measurement error can be made constant by measuring the temperature of a heat-resistant plate through a heat-resistant tube with a radiation thermometer. As a result, it is possible to accurately monitor the temperature variation of the casting surface of the ingot based on the temperature data sequentially output from the radiation thermometer.
[실시예][Example]
본 발명의 전자 주조 장치에 의한 효과를 확인하기 위해, 한 변이 345mm인 정사각형 단면이며 전체 길이가 4000mm인 실리콘 잉곳을 연속 주조하는 시험을 행했다. 이 시험에서는, 잉곳을 사이에 끼우는 챔버의 양측벽에, 각각 감시창을 설치함과 함께, 각 감시창의 외부에 방사 온도계를 배치한 전자 주조 장치를 이용하여, 한쪽의 감시창의 내측에는, 상기 도 1에 나타내는 바와 같이 내열관(17)을 설치하고, 다른쪽의 감시창의 내측에는, 상기 도 4에 나타내는 바와 같이 아무것도 설치하지 않았다. In order to confirm the effect by the electronic casting apparatus of this invention, the test which continuously casted the silicon ingot of 345 mm square cross section and 4000 mm in total length was done. In this test, the monitoring windows are provided on both side walls of the chamber in which the ingot is sandwiched, and an electronic casting device in which a radiation thermometer is arranged outside of each monitoring window is used. As shown in FIG. 1, the heat-
(실시예 1)(Example 1)
실시예 1의 시험에서는, 내열관의 잉곳측의 단면에 내열판으로서 불투명한 석영판을 부착하고, 잉곳을 연속 주조했다. 그 때에, 잉곳의 주조 길이에 따라 본 발명예로서 내열관을 배치한 측의 방사 온도계에 의한 측정 온도, 및 비교예로서 내열관을 배치하고 있지 않는 측의 방사 온도계에 의한 측정 온도, 및 유도 코일로의 인가 전력을 조사했다. In the test of Example 1, an opaque quartz plate was affixed as a heat-resistant plate on the end surface of the heat-resistant tube at the ingot side, and the ingot was continuously cast. In that case, the measurement temperature by the radiation thermometer of the side which arrange | positioned the heat-resistant tube as the example of this invention according to the casting length of an ingot, and the measurement temperature by the radiation thermometer of the side which does not arrange the heat-resistant tube as a comparative example, and an induction coil The power applied to the furnace was investigated.
도 2는, 실시예 1의 시험 결과로서 잉곳의 주조 길이에 대해 방사 온도계에 의한 측정 온도 및 유도 코일로의 인가 전력의 관계를 나타낸 도이다. 이 도면에서는, 냉각 도가니로의 실리콘 원료의 투입을 멈춘 주조 종반의 상황이며, 플라즈마 토치로의 통전을 비통전으로 전환하고, 플라즈마 아크 가열에 의한 원료 용해의 정지 전후의 상황을 나타내고 있다. 또한, 이 도면 중의 종축 및 횡축의 단위[a.u.]는 arbitrary unit(임의 단위)를 의미한다. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the measured temperature by the radiation thermometer and the applied power to the induction coil with respect to the casting length of the ingot as a test result of Example 1. FIG. In this figure, it is the situation of the end of casting which stopped supply of the silicon raw material to a cooling crucible, switching the electricity supply to a plasma torch to non-energization, and the state before and after stopping raw material melt | dissolution by plasma arc heating is shown. In addition, the unit [a.u.] of a vertical axis | shaft and a horizontal axis | shaft in this figure means arbitrary unit.
이 도면에 나타내는 바와 같이, 유도 코일로의 인가 전력이 대체로 일정함에도 불구하고, 비교예에서는, 측정 온도가 크게 변동하여, 특히, 플라즈마 아크 가열에 의한 원료 용해를 정지시켰을 때, Si 흄의 발생이 진정됨에 따라, 측정 온도가 100℃ 이상 급격하게 상승했다. 한편, 본 발명예에서는, 유도 코일로의 인가 전력과 동일한 경향이며, 측정 온도가 대체로 일정해졌다. As shown in this figure, although the power applied to the induction coil is substantially constant, in the comparative example, the measured temperature fluctuates greatly, and in particular, generation of Si fume occurs when the raw material dissolution by the plasma arc heating is stopped. As it calmed down, the measurement temperature rose rapidly above 100 ° C. On the other hand, in the example of this invention, it is the same tendency as the applied electric power to an induction coil, and the measurement temperature became substantially constant.
(실시예 2)(Example 2)
실시예 2의 시험에서는, 내열관의 잉곳측의 단면에 내열판으로서 투명한 석영판을 부착하여, 잉곳을 연속 주조했다. 그 때에, 상기 실시예 1의 시험과 마찬가지로, 잉곳의 주조 길이에 따라, 본 발명예로서 내열관을 배치한 측의 방사 온도계에 의한 측정 온도, 및 비교예로서 내열관을 배치하고 있지 않는 측의 방사 온도계에 의한 측정 온도, 및 유도 코일로의 인가 전력을 조사했다. In the test of Example 2, a transparent quartz plate was attached as a heat-resistant plate to the end surface of the heat-resistant tube at the ingot side, and the ingot was continuously cast. In that case, like the test of the said Example 1, according to the casting length of an ingot, the measurement temperature by the radiation thermometer of the side which arrange | positioned the heat-resistant tube as the example of this invention, and the side which does not arrange | position the heat-resistant tube as a comparative example The measured temperature by the radiation thermometer and the applied power to the induction coil were examined.
도 3은, 실시예 2의 시험 결과로서 잉곳의 주조 길이에 대해 방사 온도계에 의한 측정 온도 및 유도 코일로의 인가 전력의 관계를 나타낸 도이다. 이 도면에서는, 냉각 도가니로의 실리콘 원료의 투입을 순차로 행하는 주조 중반의 상황이며, 플라즈마 토치에 통전하여, 플라즈마 아크 가열에 의한 원료 용해를 계속적으로 행하고 있는 상황을 나타내고 있다. 또한, 이 도면 중의 종축 및 횡축의 단위[a.u.]는 arbitrary unit(임의 단위)를 의미한다. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the measured temperature by the radiation thermometer and the applied power to the induction coil with respect to the casting length of the ingot as a test result of Example 2. FIG. In this figure, it is the situation of the middle of casting which sequentially injects a silicon raw material into a cooling crucible, The state which energized a plasma torch and continued melting of raw material by plasma arc heating is shown. In addition, the unit [a.u.] of a vertical axis | shaft and a horizontal axis | shaft in this figure means arbitrary unit.
이 도면에 나타내는 바와 같이, 유도 코일로의 인가 전력이 일정함에도 불구하고, 비교예에서는, 측정 온도가 크게 변동했다. 한편, 본 발명예에서는, 유도 코일로의 인가 전력과 동일한 경향이며, 측정 온도가 대체로 일정해지고, 그 변동도 매우 작았다. As shown in this figure, although the applied power to the induction coil was constant, in the comparative example, the measured temperature varied greatly. On the other hand, in the example of this invention, it is the same tendency as the applied electric power to an induction coil, the measurement temperature became substantially constant, and the fluctuation was also very small.
본 발명의 실리콘 잉곳의 전자 주조 장치에 의하면, 내열판에 의해 폐색된 내열관 내에는, Si 흄의 진입이 저지되어 Si 흄이 존재하는 일이 없고, 또, 내열판이 잉곳의 주물 표면으로부터의 복사열에 의해 적열되어, 잉곳의 주물 표면 온도를 순차 반영한 온도가 되기 때문에, 방사 온도계에 의해 내열관 내를 통하여 내열판의 온도를 측정하면, 계측 오차를 일정하게 할 수 있어, 잉곳의 주물 표면의 온도 변동을 정확하게 감시하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명의 전자 주조 장치는, 잉곳의 주물 표면 온도의 변동에 따라 유도 코일에 인가하는 전류의 설정값을 정밀도 있게 조정할 수 있는 점에서 매우 유용하다. According to the electronic casting apparatus of the silicon ingot of the present invention, the entry of Si fume is prevented from entering into the heat-resistant tube occluded by the heat-resistant plate, and the Si-fume does not exist, and the heat-resistant plate is radiant heat from the casting surface of the ingot. It is accumulated by and becomes the temperature reflecting the casting surface temperature of the ingot one by one. Therefore, if the temperature of the heat-resistant plate is measured through the inside of the heat-resistant tube with a radiation thermometer, measurement error can be made constant and the temperature of the casting surface of the ingot It is possible to accurately monitor the change. Therefore, the electronic casting apparatus of this invention is very useful at the point which can adjust the setting value of the electric current applied to an induction coil precisely according to the fluctuation of the casting surface temperature of an ingot.
1:챔버 2:원료 공급 셔터
3:실리콘 잉곳 4:인출구
5:불활성 가스 도입구 6:배기구,
7:바닥이 없는 냉각 도가니 8:유도 코일
9:애프터 히터 10:원료 도입관
11:실리콘 원료 12:용융 실리콘,
13:플라즈마 토치 14:지지대
15:감시창 16:방사 온도계
17:내열관 18:내열판
F:Si 흄1: Chamber 2: Raw material supply shutter
3: silicon ingot 4: outlet
5: inert gas inlet 6: exhaust vent,
7: Cooling crucible without bottom 8: Induction coil
9: After heater 10: Raw material introduction pipe
11: silicon raw material 12: molten silicon,
13: Plasma torch 14: Support stand
15: Watch window 16: Radiation thermometer
17: Heat-resistant pipe 18: Heat-resistant board
F : Si fume
Claims (3)
챔버의 측벽에 감시창을 설치하고, 이 감시창과 바닥이 없는 냉각 도가니의 바로 아래에서의 실리콘 잉곳의 주물 표면 근방의 사이에 걸쳐 내열관을 설치하며, 이 내열관의 실리콘 잉곳측의 단면이 내열판으로 폐색되어 있고,
감시창의 외부에 배치한 방사 온도계에 의해 내열관 내를 통하여 내열판의 온도를 측정하고, 측정한 내열판의 온도에 기초하여 실리콘 잉곳의 주물 표면 온도의 변동을 감시하는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳의 전자 주조 장치.The silicon raw material is placed in a conductive bottomless cooling crucible disposed in the chamber, and the silicon raw material is dissolved by electromagnetic induction heating from an induction coil surrounding the bottomless cooling crucible, and the molten silicon is cooled without bottoms. In the electronic casting device which solidifies while pulling down from the crucible, the continuous casting of the silicon ingot,
A monitoring window is installed on the side wall of the chamber, and a heat-resistant tube is installed between the monitoring window and the vicinity of the casting surface of the silicon ingot just below the bottomless cooling crucible. Occluded by hotplate,
The temperature of the heat-resistant plate is measured through the inside of the heat-resistant tube by a radiation thermometer disposed outside the monitoring window, and the variation of the surface temperature of the casting surface of the silicon ingot is monitored based on the measured temperature of the heat-resistant plate. Electronic casting device.
상기 내열판이 석영으로 구성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳의 전자 주조 장치.The method according to claim 1,
Electro-casting device of a silicon ingot, characterized in that the heat-resistant plate is made of quartz.
상기 내열판이 불투명한 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳의 전자 주조 장치.The method according to claim 2,
Electro-casting device of a silicon ingot, characterized in that the heat-resistant plate is opaque.
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