KR20120021136A - 실리콘 잉곳의 전자 주조 장치 - Google Patents

Abstract

바닥에 없는 냉각 도가니에 원료 도입관을 통해서 실리콘 원료를 투입하고, 유도 코일로부터의 전자 유도 가열, 및 도가니의 상부에 삽입된 플라즈마 토치로부터의 플라즈마 아크 가열에 의해 실리콘 원료를 용해시키고, 이 용융 실리콘을 도가니로부터 끌어내리면서 응고시켜 잉곳을 연속 주조하는 전자 주조 장치에 있어서, 원료 도입관이 절연부재를 통해 지지됨과 더불어, 원료 도입관의 선단이 도가니 내에서 플라즈마 토치의 선단과 같은 높이의 위치, 또는 그것보다도 높고 도가니의 상단보다도 낮은 위치에 배치되어 있으며, 이 원료 도입관을 통해 실리콘 원료가 용융 실리콘의 탕면의 중앙에 투입된다. 이에 의해, 전자 주조법에 의해 연속 주조할 때, 사이드 아크의 발생을 억제하면서, 용해 속도가 상승할 수 있다.

Description

실리콘 잉곳의 전자 주조 장치{ELECTROMAGNETIC CASTING APPARATUS FOR SILICON INGOT}

본 발명은, 태양전지용 기판의 소재인 실리콘 잉곳을 연속 주조하기 위한 전자(電磁) 주조 장치에 관한 것이다.

태양전지의 기판에는, 다결정의 실리콘 웨이퍼를 이용하는 것이 주류이다. 그 다결정 실리콘 웨이퍼는, 한방향성 응고의 실리콘 잉곳을 소재로 하고, 이 잉곳을 슬라이스하여 제조된다. 따라서, 태양전지의 보급을 도모하려면, 실리콘 웨이퍼의 품질을 확보함과 더불어, 코스트를 저감할 필요가 있기 때문에, 그 전단층에서, 실리콘 잉곳을 고품질이면서 염가로 제조하는 것이 요구된다. 이 요구에 대응할 수 있는 방법으로서, 예를 들면, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 전자 유도를 이용한 연속 주조 방법(이하, 「전자 주조법」이라고도 한다)이 실용화되어 있다.

도 3은, 전자 주조법에서 이용되는 종래의 대표적인 전자 주조 장치의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 전자 주조 장치는 챔버(1)를 구비한다. 챔버(1)는, 내부를 바깥 공기로부터 격리하여 주조에 적절한 불활성 가스 분위기로 유지하는 이중벽 구조의 수냉 용기이다. 챔버(1)의 상벽에는, 원료 공급 호퍼(2)가 연결되어 있다. 챔버(1)는, 상부에 불활성 가스 도입구(5)가 설치되고, 하부의 측벽에 배기구(6)가 설치되어 있다.

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, 주형(鑄型)으로 해도 기능하고, 열 전도성 및 도전성이 뛰어난 금속(예를 들면, 동)제의 각통체이며, 챔버(1) 내에 매달려 있다. 이 냉각 도가니(7)는, 상부와 하부를 남기고 종방향으로 도시하지 않은 슬릿이 복수 형성되고, 이 슬릿에 의해 주방향에서 복수의 직사각형상의 소편(素片)으로 분할되어 있으며, 내부를 유통하는 냉각수에 의해 강제 냉각된다.

유도 코일(8)은, 냉각 도가니(7)를 둘러싸도록, 냉각 도가니(7)와 동심으로 설치되고, 도시하지 않은 전원 장치에 접속되어 있다. 애프터 히터(9)는, 냉각 도가니(7)의 하방에 냉각 도가니(7)와 동심으로 복수 연속 설치되고, 냉각 도가니(7)로부터 끌어 내려지는 실리콘 잉곳(3)을 가열해서, 그 축방향으로 적절한 온도 구배를 준다.

또, 챔버(1) 내에는, 원료 공급 호퍼(2)의 하방에 원료 도입관(10)이 설치되어 있다. 입상이나 괴상의 실리콘 원료(11)가 원료 공급 호퍼(2)로부터 원료 도입관(10)에 공급되고, 원료 도입관(10)을 통해서 냉각 도가니(7)의 상방으로부터 냉각 도가니(7) 내로 투입된다.

챔버(1)의 저벽에는, 애프터 히터(9)의 바로 아래에, 잉곳(3)을 추출하기 위한 인출구(4)가 설치되고, 이 인출구(4)는 시일되어 있다. 잉곳(3)은, 인출구(4)를 관통하여 하강하는 지지대(14)에 의해 유지되면서 끌어내려진다.

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.

이러한 전자 주조 장치를 이용한 전자 주조법에서는, 냉각 도가니(7)에 실리콘 원료(11)를 투입하고, 유도 코일(8)에 교류 전류를 인가함과 더불어, 냉각 도가니(7)의 상부에 삽입한 플라즈마 토치(13)에 통전을 행한다. 이 때, 냉각 도가니(7)를 구성하는 직사각형상의 각 소편이 서로 전기적으로 분할되어 있는 점으로부터, 유도 코일(8)에 의한 전자 유도를 수반하여 각 소편 내에서 와전류가 발생하고, 냉각 도가니(7)의 내벽측의 와전류가 냉각 도가니(7) 내에 자계를 발생시킨다.

이에 의해, 냉각 도가니(7) 내의 실리콘 원료(11)는 전자 유도 가열되어 용해되고, 용융 실리콘(12)이 형성된다. 또, 플라즈마 토치(13)와 용융 실리콘(12)의 사이에 플라즈마 아크가 발생하고, 플라즈마 아크 가열에 의해서도, 실리콘 원료(11)가 가열되어 용해되고, 전자 유도 가열의 부담을 경감하여 효율적으로 용융 실리콘(12)이 형성된다.

용융 실리콘(12)은, 냉각 도가니(7)의 내벽의 와전류를 수반하여 발생하는 자계와, 용융 실리콘(12)의 표면에 발생하는 전류와의 상호작용에 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 작아지는 것으로부터, 발열량 및 핀치력이 감소하고, 또한 냉각 도가니(7)로부터의 냉각에 의해, 용융 실리콘(12)은 외주부로부터 응고가 진행된다. 그리고, 지지대(14)의 하강을 수반하여, 원료 도입관(10)을 통해 실리콘 원료(11)를 냉각 도가니(7)의 상방으로부터 순차적으로 투입하고, 용해 및 응고를 계속함으로써, 용융 실리콘(12)이 한방향으로 응고하고, 잉곳(3)을 연속 주조할 수 있다.

이러한 전자 주조 장치에 의하면, 용융 실리콘(12)과 냉각 도가니(7)의 접촉이 경감되기 때문에, 그 접촉을 수반하는 냉각 도가니(7)로부터의 불순물 오염이 방지되고, 고품질의 잉곳(3)을 얻을 수 있다. 게다가, 연속 주조인 점으로부터, 염가로 잉곳(3)을 제조하는 것이 가능하게 된다.

특허 문헌 1 : 국제 공개 WOO2/053496호 팜플렛

상술한 종래의 전자 주조 장치에 있어서, 냉각 도가니(7)의 상단부는, 챔버(1)에 부착된 금속 프레임(20)에 고정되고, 냉각 도가니(7)는 그 금속 프레임(20)에 의해서 챔버(1) 내에 매달려 지지된다. 원료 도입관(10)은, 금속 프레임(20)상에 고정된 금속 부재(121)에 의해 지지된다. 그리고, 원료 도입관(10)의 선단은, 냉각 도가니(7)의 상부에 삽입된 플라즈마 토치(13)의 선단(하단)으로부터 10cm 이상 상방으로 떨어진 위치에 배치된다. 통상, 원료 도입관(10)의 선단의 배치 높이는, 상기 도 3에 나타낸 바와 같이, 냉각 도가니(7)의 상단보다도 높은 위치로 된다.

이와 같이 원료 도입관(10)의 선단과 플라즈마 토치(13)의 선단을 거리를 두는 것은, 이하의 이유에 의한다. 플라즈마 토치(13)의 어스는 지지대(14)에 접속되고, 이 지지대(14)는 잉곳(3) 및 용융 실리콘(12)과 도통함과 더불어, 챔버(1)와도 도통하고 있다. 이 때문에, 용융 실리콘(12)의 전위는, 챔버(1)와 같은 어스 전위가 된다. 이 때문에, 플라즈마 토치(13)의 선단과 용융 실리콘(12)의 사이에 형성되는 플라즈마 공간의 근방에, 용융 실리콘(12)의 전위(어스 전위)와 같거나 그것보다도 낮은 저전위 부재가 배치된 경우, 그 저전위 부재와 플라즈마 토치(13)의 선단의 사이에 아크가 발생한다. 이 아크는, 원료 용해에 기여하지 않고, 오히려 연속 주조의 조업을 불안정하게 하는 이상 아크로서, 플라즈마 토치(13)와 용융 실리콘(12)의 사이에 발생하여 원료 용해에 기여하는 정상적인 아크와 구별해서, 사이드 아크라고 칭해진다.

여기서, 원료 도입관(10)의 전위는, 원료 도입관(10)을 지지하는 금속 부재(121)을 통해 챔버(1)와 같은 어스 전위가 되기 때문에, 원료 도입관(10)의 선단과 플라즈마 토치(13)의 선단이 가까우면, 이들 사이에 사이드 아크가 발생한다. 따라서, 이 사이드 아크의 발생을 방지하기 위해, 원료 도입관(10)의 선단과 플라즈마 토치(13)의 선단을 거리를 둘 필요가 있다.

이러한 사정으로부터, 종래의 전자 주조 장치에서는, 원료 도입관(10)의 선단이 냉각 도가니(7)의 상단보다도 높은 위치에 배치되어 있는데, 이 경우, 이하의 문제가 발생한다.

원료 도입관(10)으로부터 투입된 실리콘 원료(11)는, 용융 실리콘(12)의 탕면까지의 낙하 거리가 길기 때문에, 낙하의 과정에서 크게 퍼져 용융 실리콘(12)의 탕면상에 광범위하게 흩어지고, 그 대부분이, 플라즈마 토치(13)의 선단과 용융 실리콘(12)의 사이에 형성되는 플라즈마 공간으로부터 벗어난 영역에 퇴적한다. 이 때문에, 플라즈마 아크 가열에 의한 실리콘 원료(11)의 용해가 유효하게 진행하지 않고, 용해 속도가 오르지 않는 점으로부터, 잉곳(3)의 끌어내림 속도, 즉 주조 속도를 낮게 설정한 조업이 강요된다. 그 결과, 생산성의 향상을 도모할 수 없다.

본 발명은, 상기의 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 원료 용해에 플라즈마 아크 가열을 병용한 전자 주조법에 의해 실리콘 잉곳을 연속 주조할 때, 사이드 아크의 발생을 억제하면서, 실리콘 원료의 용해 속도를 상승할 수 있고, 이에 따라 주조 속도를 상승시켜 생산성을 향상시키는 것이 가능한 실리콘 잉곳의 전자 주조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해서 예의 검토를 거듭한 결과, 하기의 (a)~(c)에 나타낸 지견을 얻었다.

(a) 플라즈마 토치의 선단과 용융 실리콘의 사이에 형성되는 플라즈마 공간은, 플라즈마 토치의 선단으로부터 뿜어져 나오는 Ar가스에 의해 좁혀지고, 그 온도는 1만℃ 이상에 달한다. 이 플라즈마 공간의 직하는 용융 실리콘의 탕면의 중앙부에 상당하고, 여기에 집중해서 실리콘 원료를 투입할 수 있으면, 순간적으로 실리콘 원료가 용해되고, 용해 속도가 상승한다. 실리콘 원료를 흩어지게 하지 않고, 용융 실리콘의 탕면 중앙부에 집중해서 투입하려면 , 원료 도입관을 그 선단이 냉각 도가니 내에 배치되도록 연장하는 것이 유효하다.

(b) 상기 (a)에 나타낸 시책으로서, 원료 도입관을 단순히 연장하고, 그 선단을 냉각 도가니 내에 배치한 경우, 원료 도입관의 선단과 플라즈마 토치의 선단이 가까워 지기 때문에, 이들의 사이에 사이드 아크가 발생한다.

(c) 상기 (b)에 나타낸 사이드 아크의 발생을 억제하려면, 원료 도입관의 전위를 챔버의 전위(어스 전위), 즉 용융 실리콘의 전위보다 높게 하는 것이 유효하며, 이것은, 원료 도입관을 전기적으로 절연한 상태로 지지함으로써 실현될 수 있다.

본 발명은, 상기 (a)~(c)의 지견에 의거해 완성시킨 것이며, 그 요지는, 하기에 나타낸 실리콘 잉곳의 전자 주조 장치에 있다. 즉, 챔버 내에 배치한 도전성을 가지는 바닥이 있는 냉각 도가니에 원료 도입관을 통해서 실리콘 원료를 투입하고, 바닥이 있는 냉각 도가니를 둘러싸는 유도 코일로부터의 전자 유도 가열, 및 바닥이 있는 냉각 도가니의 상부에 삽입된 플라즈마 토치로부터의 플라즈마 아크 가열에 의해 실리콘 원료를 용해시키고, 이 용융 실리콘을 바닥이 있는 냉각 도가니로부터 끌어내리면서 응고시켜 실리콘 잉곳을 연속 주조하는 전자 주조 장치에 있어서, 원료 도입관이 절연부재를 통해 지지됨과 더불어, 원료 도입관의 선단이 바닥이 있는 냉각 도가니 내에서 플라즈마 토치의 선단과 같은 높이의 위치, 또는 그것보다도 높고 바닥이 있는 냉각 도가니의 상단보다도 낮은 위치에 배치되고 있으며, 이 원료 도입관을 통해서 실리콘 원료가 용융 실리콘의 탕면의 중앙에 투입되는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳의 전자 주조 장치이다.

상기의 전자 주조 장치에서는, 상기 절연부재가 애자(碍子)로 구성되는 것이 바람직하다.

또, 상기의 전자 주조 장치에 있어서는, 상기 원료 도입관이 상자성(常磁性) 금속으로 구성되고, 이 원료 도입관의 내면이 실리콘으로 덮여있는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 상자성 금속이 Mo인 것이 바람직하다.

또, 상기의 전자 주조 장치에서는, 상기 원료 도입관이 절연 세라믹스로 구성되어도 된다.

본 발명의 실리콘 잉곳의 전자 주조 장치에 의하면, 실리콘 잉곳를 연속 주조할 때에, 원료 도입관의 선단을 냉각 도가니 내에 배치함으로써, 플라즈마 공간의 직하에 상당하는 용융 실리콘의 탕면 중앙부에 실리콘 원료를 집중해서 투입할 수 있기 때문에, 플라즈마 아크 가열에 의한 실리콘 원료의 용해가 순간적으로 진행되고, 용해 속도가 상승하는 결과, 주조 속도를 상승시킬 수 있고, 생산성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 게다가, 원료 도입관이 절연부재에 의해 전기적으로 절연된 상태로 지지되고 있기 때문에, 원료 도입관의 전위를 용융 실리콘의 전위보다도 높게 할 수 있고, 이에 의해, 원료 도입관과 플라즈마 토치의 쌍방의 선단간에서 사이드 아크의 발생을 억제할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 전자 주조 장치의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는, 실시예의 시험에 의한 실리콘 잉곳에 있어서의 라이프 타임의 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은, 전자 주조법에서 이용되는 종래의 대표적인 전자 주조 장치의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.

이하에, 본 발명의 실리콘 잉곳의 전자 주조 장치에 대해서, 그 실시 형태를 상술한다.

도 1은, 본 발명의 전자 주조 장치의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다. 이 도면에 나타낸 본 발명의 전자 주조 장치는, 상기 도 3에 나타낸 전자 주조 장치의 구성을 기본으로 하고, 그것과 같은 구성에는 동일한 부호를 달아, 중복되는 설명은 적절 생략한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 전자 주조 장치에서는, 챔버(1) 내에서 냉각 도가니(7)를 매달아 지지하는 금속 프레임(20)상에 절연부재(21)가 고정되고, 원료 도입관(10)은 그 절연부재(21)에 의해 지지되고 있다. 절연부재(21)에는, 전기 절연성에 더해서, 챔버(1) 내의 고온 분위기하에서 안정되어 원료 도입관(10)을 지지할 수 있도록, 내열성이나 기계 강도 등도 구해지는 점으로부터, 애자가 매우 적절하다. 이에 의해, 원료 도입관(10)은, 금속 프레임(20), 또한 챔버(1)에 대해 전기적으로 절연된 상태가 되고, 그 전위를 챔버(1)의 어스 전위, 즉 용융 실리콘(12)의 전위보다도 높게 할 수 있다.

이 원료 도입관(10)은, 상기 도 3에 나타낸 것과 비교해 연장되어 있으며, 그 선단이 냉각 도가니(7)내에 배치되어 있다. 즉, 원료 도입관(10)의 선단은, 냉각 도가니(7)의 상부에 삽입된 플라즈마 토치(13)의 선단과 같은 높이의 위치, 또는 그것보다도 높고 냉각 도가니(7)의 상단보다도 낮은 위치에 배치되어 있다. 이에 의해, 원료 도입관(10)의 선단의 배치 높이는, 플라즈마 토치(13)의 선단으로부터 상방으로 10cm 이하가 된다. 도 1에서는, 원료 도입관(10)의 선단이 플라즈마 토치(13)의 선단과 같은 높이에 배치된 예를 나타내고 있다.

또한, 원료 도입관(10)의 선단은, 실리콘 원료(11)을 용융 실리콘(12)의 탕면의 중앙에 투입할 수 있도록, 플라즈마 토치(13)에 접근하여 배치된다.

이러한 원료 도입관(10)과 플라즈마 토치(13)의 배치 관계에서는, 원료 도입관(10)의 선단과 플라즈마 토치(13)의 선단이 가까워 지는데, 원료 도입관(10)이 절연부재(21)로 지지됨으로써, 다른 어느 부재와도 전기적으로 절연된 상태로서, 원료 도입관(10)의 전위를 용융 실리콘(12)의 전위(어스 전위)보다도 높게 할 수 있으므로, 원료 도입관(10)의 선단과 플라즈마 토치(13)의 선단의 사이에 사이드 아크의 발생을 억제할 수 있다.

또, 본 발명의 전자 주조 장치에 있어서, 원료 도입관(10)은, Mo나 W나 스테인리스강 등의 상자성 금속으로 구성하고, 이 내면에, 잉곳으로부터 잘라낸 실리콘판을 붙이거나, 실리콘의 피막을 형성하거나 하는 등 해서, 내면이 실리콘으로 덮인 구성으로 할 수 있다. 여기서 원료 도입관(10)을 상자성 금속으로 구성하는 것은, 유도 코일(8)에 의한 전자 유도에 영향을 주지 않게 하기 위해서이다. 상자성 금속으로서는, 내열성과 가공성이 뛰어난 Mo가 적절하다. 한편, 원료 도입관(10)의 내면을 실리콘으로 덮는 구성으로 하는 것은, 원료 도입관(10)의 내면에는 실리콘 원료(11)가 접촉하는 점으로부터, 이 접촉을 수반하는 실리콘 원료(11)의 불순물 오염을 예방하기 위해서이다.

또, 본 발명의 전자 주조 장치에 있어서, 원료 도입관(10)은, 절연 세라믹스로 구성할 수도 있다. 여기서 원료 도입관(10)을 절연 세라믹스로 구성하는 것은, 유도 코일(8)에 의한 전자 유도에 영향을 주지 않게 함과 동시에, 원료 도입관(10) 자체를 절연체로 해서 사이드 아크의 한층의 억제를 도모하기 위해서이다. 절연 세라믹스로서는, 자기(磁器)가 적절하다.

이러한 구성의 전자 주조 장치에 의하면, 원료 용해에 플라즈마 아크 가열을 병용한 전자석 주조법에 의해 실리콘 잉곳을 연속 주조할 때에, 원료 도입관(10)의 선단을 냉각 도가니(7) 내에 배치함으로써, 용융 실리콘(12)의 탕면까지의 실리콘 원료(11)의 낙하 거리가 짧아지고, 이것을 수반하여, 실리콘 원료(11)를 흩어지게 하지 않고, 플라즈마 공간의 직하에 상당하는 용융 실리콘(12)의 탕면 중앙부에 집중하여 투입할 수 있다. 이 때문에, 플라즈마 아크 가열에 의한 실리콘 원료(11)의 용해가 순간적으로 진행되고, 용해 속도가 상승한다. 이에 따라, 주조 속도를 상승시킬 수 있으며, 생산성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 원료 도입관(10)의 선단이 플라즈마 토치(13)의 선단의 근처에 배치되어도, 원료 도입관(10)이 절연부재(21)에 의해 전기적으로 절연된 상태로 지지되고 있기 때문에, 원료 도입관(10)의 전위를 용융 실리콘(12)의 전위(어스 전위)보다도 높게 할 수 있으며, 이에 의해, 원료 도입관(10)과 플라즈마 토치(13)의 쌍방의 선단간에서 사이드 아크의 발생을 억제할 수 있다.

[실시예]

본 발명의 전자 주조 장치에 의한 효과를 확인하기 위해, 본 발명예로서, 상기 도 1에 나타낸 전자 주조 장치를 이용하여, 한 변이 345mm인 정방형 단면으로 전체 길이가 7000mm인 실리콘 잉곳을 연속 주조했다. 또, 비교예로서, 상기 도 3에 나타낸 종래의 전자 주조 장치를 이용하여, 동일한 치수의 실리콘 잉곳을 연속 주조했다. 이 때, 본 발명예의 연속 주조에서는, 주조 속도(잉곳의 끌어내림 속도)를 비교예의 경우보다도 빠른 속도로 설정했다.

어느 연속 주조도 3배치씩 실시하고, 얻어진 각 잉곳으로부터 시료를 채취하여, 라이프 타임을 측정하는 시험을 행했다. 시료는, 잉곳의 하단(연속 주조의 선두의 위치)으로부터 길이 3600mm에 상당하는 단면에 있어서, 잉곳의 중심부로부터 채취했다. 라이프 타임은, 마이크로파광도전율 감쇠법(Microwave Photo Conductivity Decay：μ-PCD법)에 의해 측정하고, 레이저광을 조사했을 때의 조사 시간에 대한 시료중의 캐리어의 재결합 라이프 타임을 조사했다.

도 2는, 실시예의 시험에 의한 실리콘 잉곳에 있어서의 라이프 타임의 측정 결과를 나타낸 도면이다. 또한, 이 도면 중의 종축의 단위［a. u.］는 arbitrary unit(임의 단위)를 의미한다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 비교예와 비교해 본 발명예에서는, 실리콘 원료의 용해 속도의 상승에 따라 주조 속도를 상승시킨 것으로 인해, 응고를 수반하는 단위시간 당의 잠열이 증가하고, 이 증가한 잠열을 열원에 이용하여 잉곳을 서냉할 수 있기 때문에, 잉곳의 결정립이 확대되면서 균일하게 되고, 그 결과로서 라이프 타임이 향상했다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명의 실리콘 잉곳의 전자 주조 장치에 의하면, 원료 용해에 플라즈마 아크 가열을 병용한 전자 주조법에 의해 실리콘 잉곳을 연속 주조할 때, 원료 도입관과 플라즈마 토치의 쌍방의 선단간에서 사이드 아크의 발생을 억제하면서, 실리콘 원료의 용해 속도가 상승할 수 있으며, 이에 따라 주조 속도를 상승시키는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명의 전자 주조 장치는, 생산성을 향상할 수 있다는 점에서 대단히 유용하다.

1：챔버
2：원료 공급 호퍼
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
20：금속 프레임
21：절연부재

Claims (5)

1. 챔버 내에 배치한 도전성을 가지는 바닥이 없는 냉각 도가니에 원료 도입관을 통해서 실리콘 원료를 투입하고, 바닥이 없는 냉각 도가니를 둘러싸는 유도 코일로부터의 전자 유도 가열, 및 바닥이 없는 냉각 도가니의 상부에 삽입된 플라즈마 토치로부터의 플라즈마 아크 가열에 의해 실리콘 원료를 용해시키고, 이 용융 실리콘을 바닥이 없는 냉각 도가니로부터 끌어내리면서 응고시켜 실리콘 잉곳을 연속 주조하는 전자 주조 장치에 있어서,
   원료 도입관이 절연부재를 통해 지지됨과 더불어, 원료 도입관의 선단이 바닥이 없는 냉각 도가니 내에서 플라즈마 토치의 선단과 같은 높이의 위치, 또는 그것보다도 높고 바닥이 없는 냉각 도가니의 상단보다도 낮은 위치에 배치되어 있으며, 이 원료 도입관을 통해서 실리콘 원료가 용융 실리콘의 탕면(湯面)의 중앙에 투입되는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳의 전자 주조 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 절연부재가 애자(碍子)로 구성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳의 전자 주조 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 원료 도입관이 상자성(常磁性) 금속으로 구성되고, 이 원료 도입관의 내면이 실리콘으로 덮여있는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳의 전자 주조 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 상자성 금속이 Mo인 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳의 전자 주조 장치.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 원료 도입관이 절연 세라믹스로 구성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳의 전자 주조 장치.

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