KR20120058330A - Apparatus for manufacturing polysilicon based electron-beam melting using dummy bar and method of manufacturing polysilicon using the same - Google Patents

Apparatus for manufacturing polysilicon based electron-beam melting using dummy bar and method of manufacturing polysilicon using the same Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A poly-silicon manufacturing device and method of electronic beam melting base are provided to maximize elimination efficiency of metallic impurities by applying a dummy bar when unidirectionally coagulating molten silicon. CONSTITUTION: The inside of a vacuum chamber(110) is maintained under high-vacuum atmosphere. A first electron gun(120a) and a second electron gun(120b) radiate electron beam in the inner side of the vacuum chamber. A silicon melting unit(130) is arranged is arranged in a first electron beam radiation area. A one-way solidification unit(140) is arranged in a second first electron beam radiation area. The one-way solidification unit comprises a start block(145) transferring molten silicon to a down direction.

Description

더미 바를 이용한 전자빔 용융 기반의 폴리실리콘 제조 장치 및 방법 {APPARATUS FOR MANUFACTURING POLYSILICON BASED ELECTRON-BEAM MELTING USING DUMMY BAR AND METHOD OF MANUFACTURING POLYSILICON USING THE SAME}Apparatus and method for manufacturing polysilicon based on electron beam melting using a dummy bar

본 발명은 폴리실리콘 제조 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자빔 용융(electron-beam melting)법을 기반으로 하여 실리콘 주조를 행함에 있어, 더미 바를 이용함으로써 실리콘 정련 효과를 향상시킬 수 있는 더미 바를 이용한 전자빔 용융 기반의 실리콘 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a polysilicon manufacturing technology, and more particularly, in performing silicon casting based on an electron-beam melting method, using a dummy bar that can improve the silicon refining effect by using a dummy bar. An electron beam melting based silicon fabrication apparatus and method are disclosed.

실리콘의 순도는 통상 2N, 3N, 6N, 11N 등과 같이 표시된다. 여기서 'N' 앞의 숫자는 중량% 단위에서 9의 개수를 의미하며, 2N의 경우 99%의 순도를 의미하고, 6N의 경우 99.9999% 순도를 의미한다. The purity of silicon is usually expressed as 2N, 3N, 6N, 11N or the like. Here, the number before 'N' means the number of 9 in the weight unit, 2N means 99% purity, and 6N means 99.9999% purity.

초고순도를 요구하는 반도체급 실리콘의 경우 순도가 11N에 이른다. 그러나, 태양광 발전 전지의 원료물질로 이용되는 실리콘은 반도체급 실리콘의 순도인 11N에 비해 상대적으로 낮은 5N ~ 7N의 순도에도 순도 11N의 실리콘을 적용한 경우와 비슷한 광전환 효율을 얻는 것으로 알려져 있다.In the case of semiconductor grade silicon requiring ultra high purity, the purity reaches 11N. However, silicon used as a raw material of the photovoltaic cell is known to obtain a light conversion efficiency similar to that of applying silicon of 11N, even at a purity of 5N to 7N, which is relatively lower than that of semiconductor-grade silicon, 11N.

반도체급 실리콘은 화학적 가스화 공정을 통해 제조되고 있다. 그러나 이러한 실리콘 제조 공정은 오염물질이 대량으로 발생하고, 생산효율이 떨어지며, 또한 생산 단가가 높은 것으로 알려져 있다.Semiconductor grade silicon is manufactured through a chemical gasification process. However, the silicon manufacturing process is known to generate a large amount of contaminants, low production efficiency, and high production cost.

이에 따라, 태양광 발전 전지의 원료물질로 이용되는 실리콘은 상기의 반도체급 실리콘 제조 공정을 적용하기 어려우며, 낮은 제조 비용으로 고순도의 실리콘을 대량 생산할 수 있는 야금학적 정련공정이 활발히 개발되고 있다.
Accordingly, the silicon used as a raw material of the solar cell is difficult to apply the semiconductor-grade silicon manufacturing process, and the metallurgical refining process that can mass-produce high purity silicon at low manufacturing cost has been actively developed.

고순도의 태양광 발전용 실리콘의 야금학적 정련법은 진공 정련법, 습식 정련법, 산화 처리법, 일방향응고 정련법등의 대표적인 공정이 개발되었으며, 일부는 상용화되고 있다.Metallurgical refining of high-purity silicon for solar power generation has been developed such as vacuum refining, wet refining, oxidation, and unidirectional solidification refining, and some of them are commercially available.

이들 야금학적 정련법들 중에서 진공 정련법과 일방향응고 정련법 등과 같은 금속 용융법에 의한 실리콘제조 기술이 특성제어가 용이하고, 조업중 불순물에 의한 오염이 적어 활발한 연구가 진행되고 있다. Among these metallurgical refining methods, silicon manufacturing technology by metal melting method such as vacuum refining method and unidirectional coagulation refining method is easy to control characteristics, and active research is being conducted because there is little contamination by impurities during operation.

여기서, 진공 정련법이란 통상 금속원료를 용융시킨 후 용융된 금속으로부터 실리콘에 비해 끓는점과 증기압이 낮은 불순물을 제거하는 정련공정을 말하며, 일방향응고 정련법은 실리콘이 액체에서 고체로 상변이 중에 고체-액체 계면을 따라 불순물을 액체로 편석시키는 정련공정이다.
Here, the vacuum refining method is a refining process that removes impurities having a lower boiling point and vapor pressure from the molten metal than the silicon after melting the metal raw material. It is a refining process that segregates impurities into liquid along the liquid interface.

본 발명의 목적은 전자빔 용융 기반의 폴리실리콘 제조 장치에 있어, 더미 바를 이용하여 실리콘 정련 효율을 향상시킬 수 있는 더미 바를 이용한 전자빔 용융 기반의 실리콘 제조 장치를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide an electron beam melting-based silicon manufacturing apparatus using a dummy bar in the electron beam melting-based polysilicon manufacturing apparatus, which can improve the silicon refining efficiency by using a dummy bar.

본 발명의 다른 목적은 더미 바의 구동을 제어함으로써 금속 불순물 제거 효과를 극대화할 수 있는 더미 바를 이용한 전자빔 용융 기반의 폴리실리콘 제조 방법을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide an electron beam melting-based polysilicon manufacturing method using a dummy bar that can maximize the removal of metal impurities by controlling the driving of the dummy bar.

상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전자빔 용융 기반의 폴리실리콘 제조 장치는 진공 챔버 상단에 배치되어, 진공 챔버 내부로 전자빔(electron beam)을 조사하는 제1, 제2 전자총(electron-gun); 상기 제1 전자총에 의한 제1 전자빔 조사 영역에 배치되며, 실리콘 원료물질이 장입되어 상기 제1 전자빔에 의해 용융되는 실리콘 용융부; 및 상기 제2 전자총에 의한 제2 전자빔 조사 영역에 배치되어 상기 실리콘 용융부로부터 공급되는 용융 실리콘의 용융 상태를 유지하고, 내부에 하부 방향으로 구동되어 용융 실리콘을 하부 방향으로 이송하는 스타트 블록(start block)이 장착되어 있으며, 하측에 냉각 채널이 형성되어 상기 용융 실리콘이 하부에서 상부 방향으로 응고 및 주조되는 일방향응고부;를 포함하고, 상기 스타트 블록은, 상부에 실리콘 버튼이 접합되어 있는 더미 바(dummy bar)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
Electron beam melting-based polysilicon manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above one object is disposed on the top of the vacuum chamber, the first and second electron gun for irradiating the electron beam (electron beam) into the vacuum chamber ( electron-gun); A silicon melting part disposed in the first electron beam irradiation region by the first electron gun, wherein a silicon raw material is charged and melted by the first electron beam; And a start block disposed in the second electron beam irradiation area by the second electron gun to maintain the molten state of the molten silicon supplied from the silicon melting part, and to be driven downward in the inside to transfer the molten silicon in the downward direction. and a one-way solidification unit in which a cooling channel is formed at a lower side thereof to solidify and cast the molten silicon from the bottom to the upper direction thereof. The start block includes a dummy bar having a silicon button bonded to the top thereof. It is characterized by including a (dummy bar).

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 방법은 용융 실리콘을 형성하는 실리콘 용융부와, 상기 용융 실리콘이 주조되는 일방향응고부를 포함하는 폴리실리콘 제조 장치를 마련하는 단계; 상기 일방향응고부 내부에 그라파이트 재질의 더미 바를 장착하는 단계; 상기 더미 바 상에 실리콘버튼의 용융을 통하여, 일방향응고부 내부에 스타트 블록을 제작하는 단계; 상기 실리콘 용융부에 입자 형태의 실리콘 원료물질을 피딩하고, 전자빔 조사에 의하여 피딩된 실리콘 원료를 용융시키는 단계; 상기 실리콘 원료물질의 피딩과, 피딩된 실리콘 원료의 용융이 연속적으로 이루어지면서, 용융 실리콘이 오버플로우되는 단계; 상기 일방향응고부에서 오버플로우된 용융 실리콘을 공급받고, 전자빔 조사에 의하여 용융상태를 유지하면서 상기 스타트 블록을 하부로 구동하여 용융 실리콘을 하부로 이송한 후, 상기 용융 실리콘의 하부를 냉각하여 상부 방향으로 응고를 통한 정련하는 단계; 및 상기 정련된 실리콘의 상부를 절단하여, 정련된 실리콘 상부의 금속 불순물을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Polysilicon manufacturing method according to an embodiment of the present invention for achieving the above another object comprises the steps of providing a polysilicon manufacturing apparatus comprising a silicon melting portion to form molten silicon, and a unidirectional solidification portion is cast molten silicon; Mounting a dummy bar of graphite material inside the one-way solidification unit; Manufacturing a start block inside the one-way solidification part through melting of the silicon button on the dummy bar; Feeding a silicon raw material in the form of particles into the silicon melting part and melting the silicon raw material fed by electron beam irradiation; The molten silicon overflows while feeding the silicon raw material and melting of the fed silicon raw material continuously; The molten silicon overflowed from the one-way solidification part is supplied, the molten silicon is transferred to the lower part by driving the start block downward while maintaining the molten state by electron beam irradiation, and then the lower part of the molten silicon is cooled to the upper direction. Refining through solidification; And cutting the upper portion of the refined silicon to remove metal impurities on the upper portion of the refined silicon.

본 발명에 따른 더미 바를 이용한 전자빔 용융 기반의 폴리실리콘 제조 장치 및 방법은 제1 전자빔을 이용한 진공 정련을 통하여 휘발성 불순물을 제거할 수 있다. The apparatus and method for producing polysilicon based on electron beam melting using a dummy bar according to the present invention may remove volatile impurities through vacuum refining using a first electron beam.

특히, 본 발명에 따른 폴리실리콘 제조 장치는 용융 실리콘의 일방향응고시 더미 바를 적용함으로써 용융 실리콘의 거동을 용이하게 제어할 수 있어 금속 불순물의 제거 효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다. In particular, the polysilicon manufacturing apparatus according to the present invention has an advantage of maximizing the removal efficiency of metal impurities by easily controlling the behavior of molten silicon by applying a dummy bar during unidirectional solidification of molten silicon.

따라서, 본 발명에 따른 장치 및 방법을 이용하여 주조된 실리콘은 5N ~ 7N 급의 순도를 가짐으로써 태양광 발전용 실리콘으로 활용할 수 있다.
Therefore, the silicon cast using the apparatus and method according to the present invention can be utilized as silicon for solar power generation by having a purity of 5N ~ 7N class.

도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 전자빔 용융 기반의 폴리실리콘 제조 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 실시예에 따른 더미 바를 포함하는 스타트 블록의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 적용될 수 있는 전자빔 용융 기반의 폴리실리콘 제조 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 전자빔 패턴에 의해 형성된 고액계면의 예를 나타낸 것이다.
도 5는 흑연 더미 바와 실리콘 버튼을 접합한 스타트 블록을 적용하였을 경우 주조된 실리콘 단면 단면을 나타낸 것이다.
도 6은 흑연 더미 바만 이용된 스타트 블록을 적용하였을 경우 주조된 실리콘 단면을 나타낸 것이다.
도 7은 실시예에 따른 과정으로 주조된 실리콘 사진을 나타낸 것이다.
도 8은 실시예에 따른 과정으로 주조된 실리콘에서 불순물 집중부 경계 부분의 단면을 나타내는 사진이다.
Figure 1 schematically shows an apparatus for producing polysilicon based on electron beam melting that can be applied to the present invention.
2 schematically shows an example of a start block including a dummy bar according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 schematically shows a method for producing polysilicon based on electron beam melting that can be applied to the present invention.
Figure 4 shows an example of a liquid-liquid interface formed by the electron beam pattern applied to the present invention.
FIG. 5 shows a cross-sectional view of a cast silicon cross section when a start block in which a graphite dummy bar and a silicon button are bonded is applied.
FIG. 6 shows a cast silicon cross section when a start block using only graphite dummy bars is applied.
Figure 7 shows a silicon photo cast by the process according to the embodiment.
8 is a photograph showing a cross section of an impurity concentration boundary portion in silicon cast by the process according to the embodiment.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the examples described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the examples disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the examples are intended to complete the disclosure of the present invention and those skilled in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the scope of the invention, and the invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 더미 바를 이용한 전자빔 용융 기반의 폴리실리콘 제조 장치 및 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, an apparatus and method for manufacturing polysilicon based on electron beam melting using a dummy bar according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 전자빔 용융 기반의 폴리실리콘 제조 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.Figure 1 schematically shows an apparatus for producing polysilicon based on electron beam melting that can be applied to the present invention.

도 1을 참조하면, 도시된 전자빔 용융 기반의 폴리실리콘 제조 장치는 진공 챔버(110), 제1 전자총(120a)과 제2 전자총(120b)을 포함하는 2기의 전자총(electron-gun), 실리콘 용융부(130) 및 일방향응고부(140)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the illustrated electron beam melting-based polysilicon manufacturing apparatus includes a vacuum chamber 110, two electron guns including a first electron gun 120a and a second electron gun 120b, and silicon. Melting unit 130 and one-way solidification unit 140 is included.

진공 챔버(110)는 실리콘 원료 물질을 용융하고, 용융 실리콘을 주조하는 동안 내부를 고진공 분위기로 유지한다. 진공 챔버(110) 내부의 압력은 대략 10-5 torr 정도가 될 수 있다. The vacuum chamber 110 melts the silicon raw material and maintains the interior in a high vacuum atmosphere while casting molten silicon. The pressure inside the vacuum chamber 110 may be about 10 −5 torr.

제1 전자총(120a)과 제2 전자총(120b)은 전자빔(electron beam)이 진공 챔버(110) 내부로 조사되도록 진공 챔버(110) 상단에 배치된다. The first electron gun 120a and the second electron gun 120b are disposed above the vacuum chamber 110 so that an electron beam is irradiated into the vacuum chamber 110.

실리콘 용융부(130)는 제1 전자총(120a)에 의한 제1 전자빔이 조사되는 영역에 배치된다. 실리콘 용융부(130)에서는 원료 공급 장치(101)로부터 입자 형태의 실리콘 원료물질이 장입되고, 장입된 실리콘 원료물질은 제1 전자총(120a)에 의하여 가속, 집적된 제1 전자빔에 의해 용융된다. The silicon melter 130 is disposed in a region where the first electron beam is irradiated by the first electron gun 120a. In the silicon melting unit 130, the silicon raw material in the form of particles is charged from the raw material supply device 101, and the loaded silicon raw material is melted by the first electron beam accelerated and integrated by the first electron gun 120a.

이때, 제1 전자총(120a)은 제1 전자빔이 4000 kW/m2 이하, 대략 2000~4000 kW/m2 의 출력 에너지를 갖도록 제1 전자빔을 가속 및 집적하는 것이 바람직하다. 제1 전자빔의 출력 에너지가 4000 kW/m2를 초과할 경우, 전자빔에 의해 용탕이 도가니 외부로 튀는 등 용탕 거동이 불안정해지는 문제점이 발생할 수 있다. In this case, the first electron gun 120a preferably accelerates and integrates the first electron beam such that the first electron beam has an output energy of 4000 kW / m 2 or less, approximately 2000 to 4000 kW / m 2 . When the output energy of the first electron beam exceeds 4000 kW / m 2 , the molten metal may be unstable because the molten metal splashes out of the crucible by the electron beam.

실리콘 용융부(130)는 조업 중에 발생할 수 있는 도가니로부터의 불순물의 유입 차단하고, 냉각 효율을 용이하게 제어할 수 있는 수냉동 도가니를 구비하는 것이 바람직하다.
The silicon melter 130 is preferably provided with a water-cooled crucible capable of blocking the inflow of impurities from the crucible which may occur during the operation and easily controlling the cooling efficiency.

일방향응고부(140)는 용융 실리콘을 연속적으로 주조함과 동시에 금속 불순물의 편석을 유도하여 실리콘 정련 효율을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 일방향응고부(140)는 제2 전자총(120b)에 의한 제2 전자빔이 조사되는 영역에 배치되며, 실리콘 용융부(130)와 탕로(湯路)(135)를 통하여 연결된다. 실리콘 용융부(130)에 실리콘 원료물질 장입이 연속적으로 이루어지면서 실리콘 용융부(130)에 형성되는 용융 실리콘의 양이 증가한다. 이에 따라 실리콘 용융부(130)에서 오버플로우(overflow)된 용융 실리콘이 탕로(135)를 통하여 일방향응고부(140)로 공급된다. The one-way solidification unit 140 continuously casts molten silicon and at the same time induces segregation of metal impurities to improve silicon refining efficiency. The one-way solidification unit 140 is disposed in a region where the second electron beam is irradiated by the second electron gun 120b and is connected to the silicon melting unit 130 through the water flow path 135. As the silicon raw material is continuously charged into the silicon melter 130, the amount of molten silicon formed in the silicon melter 130 increases. Accordingly, the molten silicon overflowed from the silicon melter 130 is supplied to the one-way solidification unit 140 through the water flow passage 135.

또한, 일방향응고부(140)의 하측에는 용융 실리콘을 냉각하기 위한 냉각수 등이 공급되는 냉각 채널(142)이 형성되어 있다. 또한, 일방향응고부(140)의 내부에는 하부 방향으로 구동되는 스타트 블록(start block)(145)이 장착된다. In addition, a cooling channel 142 is formed below the one-way solidification unit 140 to which cooling water or the like for cooling the molten silicon is supplied. In addition, a start block 145 driven in the downward direction is mounted inside the one-way solidification unit 140.

스타트 블록(145)은 일방향응고부(140) 내에서 하부로 구동되면서 실리콘 주조를 위한 주형을 성장시키면서 물리적으로 용융 실리콘을 하부로 이송하는 역할을 한다. 스타트 블록(145)은 주조된 실리콘의 흑연 오염 등을 방지하기 위하여 고순도 실리콘 버튼이 접합된 더미 바의 형태가 될 수 있다. The start block 145 is driven downward in the one-way solidification unit 140 and serves to physically transfer the molten silicon to the bottom while growing a mold for silicon casting. The start block 145 may be in the form of a dummy bar to which high purity silicon buttons are bonded to prevent graphite contamination of the cast silicon.

일방향응고부(140)에서는 실리콘 용융부(130)에서 공급되는 용융 실리콘이 제2 전자총(120a)에 의하여 가속, 집적된 제2 전자빔에 의해 용융 상태를 유지한 상태에서 스타트 블록(145)에 의하여 하부 방향으로 이송된 후 냉각 채널(142)을 통하여 상부방향으로 응고 및 주조된다. In the one-way solidification unit 140, the molten silicon supplied from the silicon melting unit 130 is maintained by the start block 145 in a state in which the molten silicon is maintained by the second electron beam accelerated and integrated by the second electron gun 120a. After being transferred downward, it solidifies and casts upward through the cooling channel 142.

제2 전자총(120b)은 제2 전자빔이 1000 ~ 2000kW/m2의 출력 에너지를 갖도록, 제2 전자빔을 가속 및 집적할 수 있다. 제2 전자빔의 출력 에너지가 1000 kW/m2 미만일 경우 실리콘의 용융 상태를 유지하기 어렵고, 제2 전자빔의 출력 에너지가 2000 kW/m2를 초과할 경우, 전자빔에 의해 용탕이 도가니 외부로 튀는 등 용탕 거동이 불안정해지는 문제점이 발생할 수 있다. 이와 같은 불안정한 용탕 거동은 용융부로부터의 오버플로우 공정제어에도 영향을 주게 된다.일방향응고부(140)는 수냉동 도가니와 마찬가지로 냉각 채널을 갖는 구리 재질의 주조 용기를 구비할 수 있다. The second electron gun 120b may accelerate and integrate the second electron beam such that the second electron beam has an output energy of 1000 to 2000 kW / m 2 . When the output energy of the second electron beam is less than 1000 kW / m 2 , it is difficult to maintain the molten state of silicon. When the output energy of the second electron beam exceeds 2000 kW / m 2 , the molten metal splashes out of the crucible by the electron beam. The problem that the melt behavior becomes unstable may occur. Such unstable melt behavior also affects the overflow process control from the molten portion. The one-way solidification portion 140 may include a casting vessel made of copper having a cooling channel similar to the water freezing crucible.

도 2는 본 발명에 실시예에 따른 더미 바를 포함하는 스타트 블록의 예를 개략적으로 나타낸 것이다. 2 schematically shows an example of a start block including a dummy bar according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 스타트 블록(145)은 더미 바(dummy bar)(146) 상에 고순도의 실리콘 버튼(147)이 접합되어 있는 것을 이용할 수 있다. Referring to FIG. 2, the start block 145 may use a high purity silicon button 147 bonded to a dummy bar 146.

실리콘 버튼(147)은 순도 8N ~ 10N, 10 ~ 15mm 정도의 두께를 가질 수 있으며, 이는 실리콘 청크(chunk)가 일방향응고부(140) 내부에서 제2 전자빔에 의하여 더미 바(146)에 용융 접합될 수 있다. The silicon button 147 may have a thickness of about 8N to 10N and about 10 to 15 mm in purity, and the silicon chunk is melt-bonded to the dummy bar 146 by the second electron beam inside the one-way solidification unit 140. Can be.

더미 바(146)는 그라파이트(graphite) 재질로 이루어진 것을 이용할 수 있다. 특히, 더미 바(146)의 재질로는 저밀도 그라파이트가 가장 바람직하다. 더미 바의 재질로 저밀도 그라파이트를 사용할 경우, 실리콘 용탕이 그라파이트의 다공성 표면에 침투하여 고화된 후 더미 바와 강하게 접합되는 역할을 하며, 하부 냉각장치와 초기 형성된 용탕 사이의 급격한 온도편차가 발생하는 것을 방지하는 기능을 할 수 있다. The dummy bar 146 may be formed of a graphite material. In particular, as the material of the dummy bar 146, low density graphite is most preferable. When low density graphite is used as the material of the dummy bar, the silicon molten metal penetrates into the porous surface of the graphite to solidify and bonds strongly to the dummy bar, and prevents rapid temperature deviation between the lower cooling device and the initially formed melt. Can function.

스타브 블록(145)으로 더미 바(146)만을 사용하는 것이 아니라 실리콘 버튼(147)을 접합하여 사용하는 이유는 더미 바(146)을 적용할 경우 주조되는 실리콘의 흑연 오염 등의 오염 문제가 발생할 수 있기 때문이다. The reason for using the silicon button 147 instead of the dummy bar 146 as the stab block 145 is that when the dummy bar 146 is applied, contamination problems such as graphite contamination of the cast silicon may occur. Because it can.

따라서, 실리콘 버튼(147)은 더미 바(146)가 용융 실리콘 혹은 주조된 실리콘과 직접 접촉하지 않도록 함으로써 그라파이트로부터의 오염을 방지하는 역할을 한다.
Thus, the silicon button 147 serves to prevent contamination from graphite by preventing the dummy bar 146 from directly contacting molten silicon or cast silicon.

도 3은 본 발명에 적용될 수 있는 전자빔 용융 기반의 폴리실리콘 제조 방법을 개략적으로 나타낸 것이다. Figure 3 schematically shows a method for producing polysilicon based on electron beam melting that can be applied to the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 폴리실리콘 제조 방법은 폴리실리콘 제조 장치 마련 단계(S310), 더미 바 장착 단계(S320), 실리콘버튼 용융을 통한 스타트 블록 제조 단계(S330), 저순도 실리콘 피딩 및 용융 단계(S340), 용탕의 오버플로우 단계(S350), 실리콘 응고를 통한 정련 단계(S360) 및 실리콘 상부 절단 단계(S370)를 포함한다. Referring to Figure 3, the polysilicon manufacturing method according to the present invention is a polysilicon manufacturing apparatus preparing step (S310), the dummy bar mounting step (S320), a start block manufacturing step (S330) by melting the silicon button, low-purity silicon feeding And a melting step S340, an overflow step S350 of the molten metal, a refining step S360 through silicon solidification, and a silicon upper cutting step S370.

폴리실리콘 제조 장치 마련 단계(S310)에서는 도 1에 도시된 예와 같이, 진공 챔버, 제1 전자총, 제2 전자총, 실리콘 용융부 및 일방향응고부를 포함하여, 실리콘 원료물질을 용융한 후, 용융 실리콘을 주조할 수 있는 폴리실리콘 제조 장치를 마련한다. In the polysilicon manufacturing apparatus preparing step (S310), as shown in FIG. 1, the molten silicon material is melted after melting the silicon raw material, including a vacuum chamber, a first electron gun, a second electron gun, a silicon melting part, and a unidirectional solidification part. The polysilicon manufacturing apparatus which can cast is provided.

더미 바 장착 단계(S320)에서는 일방향응고부 내부에 더미 바를 장착한다. 이후, 스타트블록 제조 단계(S330)에서는 실리콘버튼 용융을 통한 스타트 블록을 제조한다. In the dummy bar mounting step (S320), the dummy bar is mounted inside the one-way solidification part. Then, in the start block manufacturing step (S330) to manufacture a start block by melting the silicon button.

더미 바의 장착은 다음의 과정으로 이루어질 수 있다. Mounting of the dummy bar may be performed by the following procedure.

우선, 일방향응고부(140) 내부에 그라파이트 재질로 이루어진 더미 바를 장착한다. 이후, 더미 바 상에 실리콘 청크(chunk)를 투입한다. 다음으로, 10-5 torr 정도의 진공 분위기 하에서 제2 전자빔으로 실리콘 청크를 더미 바에 용융 접합한다. 이러한 과정을 통하여, 상부의 실리콘 버튼과 하부의 그라파이트 재질의 더미 바가 접합된 스타트 블록이 형성된다.
First, a dummy bar made of graphite material is mounted inside the one-way solidification unit 140. Thereafter, silicon chunks are put on the dummy bar. Next, the silicon chunk is melt-bonded to the dummy bar by a second electron beam in a vacuum atmosphere of about 10 −5 torr. Through this process, a start block in which an upper silicon button and a lower dummy bar of graphite material is bonded to each other is formed.

다음으로, 실리콘 용융 단계(S430)에서는 실리콘 용융부에 입자 형태의 실리콘 원료물질을 장입하고, 상기 제1 전자총으로 제1 전자빔을 조사하여 장입된 실리콘 원료를 용융시킨다. 실리콘 용융부에 장입되는 실리콘 원료물질은 순도 2N, 평균입경 1 ~ 2mm인 입자 형태의 실리콘 원료물질을 이용할 수 있다. Next, in the silicon melting step (S430), the silicon raw material in the form of particles is charged to the silicon melting unit, and the first electron beam is irradiated with the first electron gun to melt the charged silicon raw material. As the silicon raw material loaded into the silicon melting part, a silicon raw material having a purity of 2N and an average particle diameter of 1 to 2 mm may be used.

제1 전자빔에 의하여 실리콘 원료물질이 용융되면서, 실리콘 원료물질에 포함된 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 인(P), 마그네슘(Mg), 망간(Mn) 등과 같은 휘발성 불순물이 진공 휘발된다. As the silicon raw material is melted by the first electron beam, volatile impurities such as aluminum (Al), calcium (Ca), phosphorus (P), magnesium (Mg), manganese (Mn), and the like included in the silicon raw material are volatilized in vacuum. .

실리콘에 비하여 끓는점과 증기압이 상대적으로 낮은 휘발성 불순물은 높은 진공도와 제1 전자빔에 의한 높은 가열온도에 의해 휘발하게 된다. 이때, 제1 전자빔 출력 에너지를 상승시키고 제1 전자빔 조사 시간을 증가시킬 경우 정련 효율을 향상시킬 수 있다. Volatile impurities having a lower boiling point and vapor pressure than silicon are volatilized by high vacuum and high heating temperature by the first electron beam. In this case, when the first electron beam output energy is increased and the first electron beam irradiation time is increased, refining efficiency may be improved.

본 단계(S340)에서는 제1 전자빔이 약 4000 kW/m2의 출력 에너지를 가져 실리콘용융 및 휘발성 불순물 제거가 용이하도록, 제1 전자총에서 제1 전자빔을 가속 및 집적할 수 있다.
In the step S340, the first electron beam may be accelerated and integrated in the first electron gun so that the first electron beam has an output energy of about 4000 kW / m 2 to facilitate silicon melting and volatile impurities removal.

다음으로, 용탕의 오버플로우 단계(S350)에서는 실리콘 용융부에 실리콘 원료물질 피딩이 연속적으로 이루어지고 아울러 실리콘 용융부에 형성되는 용융 실리콘의 양이 증가하면서, 용융 실리콘이 오버플로우되어 탕로를 통하여 일방향응고부로 공급된다. Next, in the overflow step (S350) of the molten metal, the silicon raw material is continuously fed to the molten silicon, and the amount of molten silicon formed in the molten silicon increases, while the molten silicon overflows and flows in one direction through the molten metal. It is supplied to the coagulation part.

다음으로, 실리콘 응고를 통한 정련 단계(S360)에서는 일방향응고부에서 실리콘 용융부로부터 오버 플로우되는 용융 실리콘을 공급받고, 제2 전자총으로 제2 전자빔을 조사하여 공급된 용융 실리콘의 용융상태를 유지하면서 내부의 더미 바를 구비하는 스타트 블록을 하부로 구동하여 용융 실리콘을 하부 방향으로 이송한 후, 용융 실리콘의 하부를 냉각하여 용융 실리콘이 하부에서 상부 방향으로 응고와 동시에 정련되도록 한다. Next, in the refining step (S360) through silicon coagulation, the molten silicon overflowed from the silicon melting part is supplied from the one-way solidification part, and the molten silicon supplied by irradiating the second electron beam with the second electron gun is maintained. After the start block having an internal dummy bar is driven downward to transfer the molten silicon in the downward direction, the lower portion of the molten silicon is cooled so that the molten silicon is solidified and solidified simultaneously from the bottom to the upper direction.

본 단계(S360)에서는 제2 전자빔이 1000 ~ 2000 kW/m2의 출력 에너지를 가져 실리콘 용융부로부터 공급된 실리콘이 용융 상태를 유지할 수 있도록, 제2 전자총에서 제2 전자빔을 가속 및 집적할 수 있다. In the step S360, the second electron beam may accelerate and accumulate the second electron beam in the second electron gun so that the silicon supplied from the silicon melting part maintains the molten state by having an output energy of 1000 to 2000 kW / m 2 . have.

한편, 본 단계(S360)에서 더미 바를 구비하는 스타트 블록은 0.005 ~ 0.05 mm/s의 속도로 하강하도록 구동될 수 있다. 스타트 블록이 0.005mm/s 미만의 속도로 하강할 경우 실리콘 용탕의 수위가 지속적으로 상승하여 공정제어가 불가능하며, 스타트 블록이 0.05mm/s를 초과하여 하강할 경우 용탕의 수위가 지속적으로 낮아져, 일방향응고부 하부로 용탕이 새어나가는 문제점이 있다. On the other hand, the start block having a dummy bar in the step S360 may be driven to descend at a rate of 0.005 ~ 0.05 mm / s. If the start block falls at a speed of less than 0.005 mm / s, the level of the silicon melt continuously rises and process control is impossible. If the start block falls below 0.05 mm / s, the melt level is continuously lowered. There is a problem that the molten metal leaks to the lower one-way solidification.

이 과정에서 용융 실리콘에 포함된 철(Fe), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 구리(Cu) 등의 금속 불순물이 고액 계면을 따라 상부로 이동된다. 이러한 불순물의 편석 효과는, 도 4에 도시된 예와 같이, 실리콘 응고 과정에서 고상(420)과 액상(410)의 계면이 성장방향과 수직하게 유지되면서, 고액간의 온도차가 높을 때 충분히 발휘될 수 있다. In this process, metal impurities such as iron (Fe), nickel (Ni), titanium (Ti), chromium (Cr), and copper (Cu) included in the molten silicon are moved upward along the solid-liquid interface. The segregation effect of such impurities can be sufficiently exhibited when the temperature difference between the solid and liquid is high while maintaining the interface between the solid phase 420 and the liquid phase 410 perpendicular to the growth direction during the silicon solidification process, as shown in the example shown in FIG. 4. have.

본 발명에서는 일방향응고부에 더미 바를 구비하는 스타트 블록을 이용함으로써 제2 전자빔에 의한 용융 실리콘의 용융 상태를 상대적으로 길게 유지하고, 더미 바를 구비하는 스타트 블록을 통하여 용융 실리콘의 거동을 용이하게 제어할 수 있어, 고액 계면을 따라 이루어지는 불순물 편석 효과를 향상시킬 수 있다.
In the present invention, by using the start block having the dummy bar in the one-way solidification portion, the molten silicon of the molten silicon by the second electron beam can be kept relatively long, and the behavior of the molten silicon can be easily controlled through the start block having the dummy bar. The impurity segregation effect along the solid-liquid interface can be improved.

다음으로, 실리콘 상부 절단 단계(S370)에서는 주조된 실리콘의 상부를 절단한다. 용융 실리콘에 포함된 금속 불순물이 고액 계면을 따라 상부로 이동함에 따라 주조된 실리콘의 최상부에는 도 8에 도시된 예와 같이, 금속 불순물의 편석이 집중되어 있다. 따라서, 이 부분을 일정한 길이로 절단하여 제거함으로써 고순도의 폴리실리콘을 제조할 수 있게 된다. Next, in the silicon upper cutting step (S370) to cut the upper portion of the cast silicon. As the metal impurity contained in the molten silicon moves upward along the solid-liquid interface, segregation of the metal impurity is concentrated at the top of the cast silicon, as shown in FIG. 8. Therefore, by cutting off the portion to a certain length, it is possible to produce a high-purity polysilicon.

본 발명의 실시예에서, 최종 형성된 폴리실리콘은 지름이 대략 100 mm이고, 조업시간, 성장속도의 조절을 통하여 높이는 1~1000 mm 정도 될 수 있었다. 이 때, 불순물이 집중된 상부의 높이는 전체 시편높이의 20 %미만이 되도록 공정이 제어되었다. In the embodiment of the present invention, the final polysilicon is approximately 100 mm in diameter, the height of the operation time, the growth rate can be 1 ~ 1000 mm by adjusting the growth rate. At this time, the process was controlled so that the height of the upper portion where the impurities were concentrated was less than 20% of the total specimen height.

상기의 과정들을 통하여 주조되는 실리콘은 순도 5N ~ 7N을 가질 수 있어, 태양광 발전용 실리콘으로 유용하게 활용할 수 있다.
Silicon cast through the above process may have a purity of 5N ~ 7N, it can be usefully used as silicon for solar power generation.

실시예Example

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. Hereinafter, the configuration and operation of the present invention through the preferred embodiment of the present invention will be described in more detail. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
Details that are not described herein will be omitted since those skilled in the art can sufficiently infer technically.

우선, 다음과 같은 과정으로 폴리실리콘을 제조하였다. First, polysilicon was prepared by the following procedure.

그라파이트 재질의 더미 바를 일방향응고부 내에 위치시키고, 순도 9N, 질량 180g의 실리콘 덩어리를 장입한 후, 진공분위기를 10-5 torr로, 제2 전자총을 사용하여 전자빔을 2000 kW/m2 출력 에너지로 10분간 조사하여 실리콘을 용융시키고 하부의 더미 바와 접합시켰다. A graphite dummy bar was placed in the one-way solidification unit, charged with a silicon mass of 9N purity and mass of 180g, and then the vacuum atmosphere was 10-5 torr, and the electron beam was discharged at 2000 kW / m 2 using a second electron gun. Irradiation for 10 minutes melted the silicon and bonded to the dummy bottom bar.

수냉동도가니에 원료공급장치를 통하여 공급된 1 ~ 10 mm 크기의 실리콘 입자를 실리콘 용융부에 공급하고 동시에 제1 전자총을 사용하여 1000 ~ 1500 kW/m2의 출력 에너지로 제1 전자빔을 조사하였다. Silicon particles of 1 to 10 mm size supplied to the water-cooling crucible through the raw material supply device were supplied to the molten silicon and simultaneously irradiated the first electron beam with an output energy of 1000 to 1500 kW / m 2 using the first electron gun. .

이후, 탕로를 따라 일방향응고부로 용융 실리콘이 공급되도록 하고, 제2 전자총을 사용하여 1000 ~ 2000 kW/m2의 출력 에너지를 갖는 제2 전자빔을 조사하여 실리콘의 용융 상태를 유지한 상태에서, 스타트 블록을 0.005 ~ 0.05mm/s의 속도로 하강시킨 후, 스타트 블록을 냉각하였다.
Then, the molten silicon is supplied to the one-way solidification unit along the waterway, and the second electron beam is irradiated with an output energy of 1000 to 2000 kW / m 2 using a second electron gun to start the molten state of silicon. After the block was lowered at a rate of 0.005 to 0.05 mm / s, the start block was cooled.

도 5는 그라파이트 더미 바와 실리콘 버튼을 접합한 스타트 블록을 적용하였을 경우 제조된 폴리실리콘 단면 단면을 나타낸 것이고, 도 6은 그라파이트 더미 바만 이용된 스타트 블록을 적용하였을 경우 제조된 폴리실리콘 단면을 나타낸 것이다. 5 is a cross-sectional view showing a polysilicon cross section prepared when a graphite dummy bar and a start block are bonded to a silicon button, and FIG. 6 shows a cross section of polysilicon prepared when a start block using only a graphite dummy bar is applied.

도 5 및 도 6을 참조하면, 그라파이트 더미 바와 실리콘 버튼을 접합한 스타트 블록을 적용하였을 경우에 제조된 폴리실리콘의 경우, 그라파이트 단독의 더미 바만 이용한 경우에 비하여 그라파이트 오염이 현저히 적은 것을 볼 수 있다. 5 and 6, it can be seen that the polysilicon produced when the start block is bonded to the graphite dummy bar and the silicon button is significantly less graphite contamination than when only the dummy bar of graphite alone is used.

도 7은 실시예에 따른 과정으로 제조된 폴리실리콘 사진을 나타낸 것이고, 도 8은 실시예에 따른 과정으로 제조된 폴리실리콘 상부의 불순물 집중부 경계 부분의 단면을 나타내는 사진이다. 7 is a view showing a polysilicon picture prepared by the process according to the embodiment, Figure 8 is a picture showing a cross section of the impurity concentration portion upper portion of the polysilicon prepared by the process according to the embodiment.

도 7 및 도 8을 참조하면, 금속 불순물 등은 폴리실리콘이 제조되면서 잉곳의 최상부로 이동하는 것을 볼 수 있다.
Referring to FIGS. 7 and 8, it can be seen that metal impurities and the like move to the top of the ingot while polysilicon is manufactured.

표 1은 실시예에 따라 제조된 폴리실리콘의 ICP-AES 분석을 통한 불순물층과 정련층의 순도분석 결과를 나타낸다. Table 1 shows the results of purity analysis of the impurity layer and the refined layer by ICP-AES analysis of the polysilicon prepared according to the embodiment.

[표 1] (단위 : ppm)[Table 1] (Unit: ppm)

Figure pat00001
Figure pat00001

표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 더미 바를 이용한 전자빔 용융 기반의 폴리실리콘 제조 장치를 이용하여 폴리실리콘을 제조한 결과, 2N 순도의 실리콘 원료가 6N 순도로 정련되어 있음을 볼 수 있고, 불순물은 최상부의 불순물층에 집중되는 것을 볼 수 있다.
Referring to Table 1, as a result of manufacturing polysilicon using an electron beam melting-based polysilicon manufacturing apparatus using a dummy bar according to the present invention, it can be seen that the silicon raw material of 2N purity is refined to 6N purity, and impurities are It can be seen that it is concentrated in the uppermost impurity layer.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art to which the art belongs can make various modifications and other equivalent embodiments therefrom. I will understand.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the claims below.

110 : 진공 챔버 120a : 제1 전자총
120b : 제2 전자총 130 : 실리콘 용융부
135 : 탕로 140 : 일방향응고부
142 : 냉각 채널 145 : 스타트 블록
146 : 더미 바 147 : 실리콘 버튼
S310 : 폴리실리콘 제조 장치 마련 단계
S320 : 더미 바 장착 단계
S330 : 스타트 블록 제조 단계
S340 : 서순도 실리콘 피딩 및 용융 단계
S350 : 용탕의 오버플로우 단계
S360 : 실리콘 응고를 통한 정련 단계
S370 : 실리콘 상부 절단 단계
110: vacuum chamber 120a: first electron gun
120b: second electron gun 130: silicon melt
135: Tango 140: one-way solidification unit
142 cooling channel 145 start block
146: Dummy Bar 147: Silicon Button
S310: polysilicon manufacturing device arrangement step
S320: Dummy Bar Mounting Steps
S330: Start Block Manufacturing Steps
S340: Low purity silicon feeding and melting step
S350: overflow stage of the molten metal
S360: refining step through silicon solidification
S370: Silicon Top Cutting Step

Claims (13)

진공 챔버 상단에 배치되어, 진공 챔버 내부로 전자빔(electron beam)을 조사하는 제1, 제2 전자총(electron-gun);
상기 제1 전자총에 의한 제1 전자빔 조사 영역에 배치되며, 실리콘 원료물질이 장입되어 상기 제1 전자빔에 의해 용융되는 실리콘 용융부; 및
상기 제2 전자총에 의한 제2 전자빔 조사 영역에 배치되어 상기 실리콘 용융부로부터 공급되는 용융 실리콘의 용융 상태를 유지하고, 내부에 하부 방향으로 구동되어 용융 실리콘을 하부 방향으로 이송하는 스타트 블록(start block)이 장착되어 있으며, 하측에 냉각 채널이 형성되어 상기 용융 실리콘이 하부에서 상부 방향으로 응고 및 주조되는 일방향응고부;를 포함하고,
상기 스타트 블록은, 상부에 실리콘 버튼이 접합되어 있는 더미 바(dummy bar)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자빔 용융 기반의 폴리실리콘 제조 장치.
First and second electron-guns disposed above the vacuum chamber and irradiating electron beams into the vacuum chamber;
A silicon melting part disposed in the first electron beam irradiation region by the first electron gun, wherein a silicon raw material is charged and melted by the first electron beam; And
A start block disposed in a second electron beam irradiation region by the second electron gun to maintain a molten state of molten silicon supplied from the silicon melting unit, and to be driven downward in the inside to transfer molten silicon in a downward direction; And a one-way solidification unit in which a cooling channel is formed at a lower side thereof so that the molten silicon is solidified and casted from the bottom to the upper direction thereof.
The start block, the electron beam melting-based polysilicon manufacturing apparatus, characterized in that it has a dummy bar (silicon bar) is bonded to the upper portion.
제1항에 있어서,
상기 제2 전자총은
상기 제2 전자빔이 1000 ~ 2000 kW/m2의 에너지를 갖도록 상기 제2 전자빔을 가속 및 집적하는 것을 특징으로 하는 전자빔 용융 기반의 폴리실리콘 제조 장치.
The method of claim 1,
The second electron gun
Electron beam melting-based polysilicon manufacturing apparatus, characterized in that for accelerating and integrating the second electron beam so that the second electron beam has an energy of 1000 ~ 2000 kW / m 2 .
제1항에 있어서,
상기 일방향응고부는
하측에 냉각 채널이 형성된 구리 재질의 주조 용기를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자빔 용융 기반의 폴리실리콘 제조 장치.
The method of claim 1,
The one-way solidification unit
Electron beam melting-based polysilicon manufacturing apparatus characterized in that it comprises a casting vessel made of copper formed with a cooling channel on the lower side.
제1항에 있어서,
상기 실리콘 버튼은
순도 8N ~ 10N, 10 ~ 15mm 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전자빔 용융 기반의 폴리실리콘 제조 장치.
The method of claim 1,
The silicone button
Electron beam melting-based polysilicon manufacturing apparatus having a purity of 8N ~ 10N, 10 ~ 15mm thickness.
제1항에 있어서,
상기 실리콘 버튼은
실리콘 청크(chunk)가 상기 일방향응고부 내부에서 상기 제2 전자빔에 의하여 상기 더미 바에 용융 접합되어 형성된 것을 특징으로 하는 전자빔 용융 기반의 폴리실리콘 제조 장치.
The method of claim 1,
The silicone button
An apparatus for manufacturing electron beam melting-based polysilicon, wherein a silicon chunk is melt-bonded to the dummy bar by the second electron beam inside the one-way solidification unit.
제1항에 있어서,
상기 더미 바는
그라파이트(graphite) 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자빔 용융 기반의 폴리실리콘 제조 장치.
The method of claim 1,
The dummy bar is
Electron beam melting-based polysilicon manufacturing apparatus, characterized in that the graphite (graphite) material.
용융 실리콘을 형성하는 실리콘 용융부와, 상기 용융 실리콘이 주조되는 일방향응고부를 포함하는 폴리실리콘 제조 장치를 마련하는 단계;
상기 일방향응고부 내부에 그라파이트 재질의 더미 바를 장착하는 단계;
상기 더미 바 상에 실리콘버튼의 용융을 통하여, 일방향응고부 내부에 스타트 블록을 제작하는 단계;
상기 실리콘 용융부에 입자 형태의 실리콘 원료물질을 피딩하고, 전자빔 조사에 의하여 피딩된 실리콘 원료를 용융시키는 단계;
상기 실리콘 원료물질의 피딩과, 피딩된 실리콘 원료의 용융이 연속적으로 이루어지면서, 용융 실리콘이 오버플로우되는 단계;
상기 일방향응고부에서 오버플로우된 용융 실리콘을 공급받고, 전자빔 조사에 의하여 용융상태를 유지하면서 상기 스타트 블록을 하부로 구동하여 용융 실리콘을 하부로 이송한 후, 상기 용융 실리콘의 하부를 냉각하여 상부 방향으로 응고를 통한 정련하는 단계; 및
상기 정련된 실리콘의 상부를 절단하여, 정련된 실리콘 상부의 금속 불순물을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조 방법.
Providing a polysilicon manufacturing apparatus including a silicon melter to form molten silicon and a unidirectional solidified part to which the molten silicon is cast;
Mounting a dummy bar of graphite material inside the one-way solidification unit;
Manufacturing a start block inside the one-way solidification part through melting of the silicon button on the dummy bar;
Feeding a silicon raw material in the form of particles into the silicon melting part and melting the silicon raw material fed by electron beam irradiation;
The molten silicon overflows while feeding the silicon raw material and melting of the fed silicon raw material continuously;
The molten silicon overflowed from the one-way solidification part is supplied, the molten silicon is transferred to the lower part by driving the start block downward while maintaining the molten state by electron beam irradiation, and then the lower part of the molten silicon is cooled to the upper direction. Refining through solidification; And
Cutting the upper portion of the refined silicon to remove metal impurities on the refined silicon; polysilicon manufacturing method comprising a.
제7항에 있어서,
상기 스타트 블록의 제작은
상기 그라파이트 재질의 더미 바 상에 실리콘 청크를 투입하는 단계와,
진공 분위기 하에서 전자빔 조사에 의하여 상기 실리콘 청크를 상기 더미 바에 용융 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
Production of the start block
Injecting silicon chunks on the graphite dummy bars;
And melting-bonding the silicon chunk to the dummy bar by electron beam irradiation in a vacuum atmosphere.
제7항에 있어서,
상기 스타트 블록은
0.005 ~ 0.05 mm/s의 속도로 하강하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
The start block
Method for producing polysilicon, characterized in that descending at a rate of 0.005 ~ 0.05 mm / s.
제7항에 있어서,
상기 실리콘 원료 물질은
순도 2N, 평균입경 1 ~ 2mm의 입자 형태인 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
The silicon raw material is
Polysilicon production method characterized in the form of particles of purity 2N, average particle diameter of 1 ~ 2mm.
제7항에 있어서,
상기 실리콘 용융부에서의 실리콘 용융 시에, 상기 실리콘 원료물질에 포함된 휘발성 불순물이 진공 휘발되는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
And volatile impurities contained in the silicon raw material are evaporated under vacuum at the time of melting the silicon in the silicon melting part.
제11항에 있어서,
상기 용융 실리콘이 응고되는 과정에서, 상기 용융 실리콘에 포함된 금속 불순물이 고액 계면을 따라 상부로 이동되는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조 방법.
The method of claim 11,
In the process of solidifying the molten silicon, the metal impurity contained in the molten silicon is moved to the top along the solid-liquid interface, characterized in that the polysilicon manufacturing method.
제7항 내지 제12항 중 어느 하나에 기재된 방법으로 주조되어, 순도 5N ~ 7N을 갖는 태양광 발전용 실리콘. Silicon for photovoltaic power generation which is cast by the method in any one of Claims 7-12, and has purity 5N-7N.
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