回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置
【課題】 多結晶シリコン成長空間の熱的不平衡度を解消し、今後の技術展望に対応して鋳塊装置の高さ方向への大きさ制約による問題点を解消するとともにドアの大きさをふやすことができる多結晶シリコン鋳塊製造装置を提供する。
【解決手段】 所定大きさの真空チャンバーと、前記真空チャンバー内に備えられ、シリコン原材を収容するるつぼと、前記るつぼ内のシリコン原材を溶融させるために熱を加えるヒーターと、前記るつぼの下側に備えられるサセプタと、前記るつぼ内に溶融したシリコン結晶を成長させるために熱を放出させる冷却板と、前記るつぼと冷却板の間に備えられ、放熱を拘束するドア開閉装置と、前記るつぼの温度を測定する温度センサーと、前記温度センサーの出力値を受けてるつぼ内の温度を制御する制御部とを含む多結晶シリコン鋳塊製造装置であって、前記ドア開閉装置は所定間隔を置いて開放部が形成された第１ドアと第２ドアを含んでなり、前記第１ドアと第２ドアの相対回転によって開放部を選択的に開閉する駆動部を含んでなる。
【解決手段】 所定大きさの真空チャンバーと、前記真空チャンバー内に備えられ、シリコン原材を収容するるつぼと、前記るつぼ内のシリコン原材を溶融させるために熱を加えるヒーターと、前記るつぼの下側に備えられるサセプタと、前記るつぼ内に溶融したシリコン結晶を成長させるために熱を放出させる冷却板と、前記るつぼと冷却板の間に備えられ、放熱を拘束するドア開閉装置と、前記るつぼの温度を測定する温度センサーと、前記温度センサーの出力値を受けてるつぼ内の温度を制御する制御部とを含む多結晶シリコン鋳塊製造装置であって、前記ドア開閉装置は所定間隔を置いて開放部が形成された第１ドアと第２ドアを含んでなり、前記第１ドアと第２ドアの相対回転によって開放部を選択的に開閉する駆動部を含んでなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多結晶シリコン鋳塊製造装置にかかり、より詳しくはドア開閉装置を補って熱平衡度向上による効果的なシリコン成長を達成することができる回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、珪素型太陽電池による太陽光発電は、無公害、安全性、信頼性などの利点によって試験的な段階を経て商業化段階に至った。
【０００３】
アメリカ、日本、ドイツの場合には、珪素太陽電池を用いて数百〜数千Ｋｗ容量の太陽光発電が行われている。現在、太陽光発電に用いられている太陽電池は、主にＣｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ引上げ法によって製造された単結晶珪素薄板を用いて製造しているが、これからの持続的な大容量化のためには、珪素薄板の値段を低めて生産性を一層高めなければならないと認識されている。このような背景の下で太陽電池用珪素薄板の原価を節減させるための努力の一環として鋳造法が開発された。
【０００４】
鋳造法による太陽電池用多結晶珪素鋳塊の製造は基本的に方向性凝固を特徴としている。石英や黒鉛で製造されたるつぼ内に多結晶珪素粒子を入れて溶融させた後、るつぼの下部側に珪素の溶解熱を除去して行くことで冷却固化もるつぼの下部側から上部側に移動するようにすることにより、一定の方向性を持つ、いわゆる、柱状構造（Ｃｏｌｕｍｎａｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の鋳塊を得ようとするものである。
【０００５】
このように製造された多結晶珪素鋳塊は、引上げ法によって製造される単結晶珪素鋳塊に比べ、内部に存在する多結晶粒界（Ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）によって太陽電池製造の際に電気的効率が低下するが、結晶が鋳塊の成長方向に対して柱状に構成されているため、全体物性の面では単結晶鋳塊に比べて約２０％程度劣る。しかし、大量生産（単結晶引上げ法の２〜３倍）が可能であり、生産性（単結晶引き上げ法の２〜３倍）に優れ、製造技術が簡単であるという利点があるので、価格の面において単結晶珪素鋳塊に比べて約１／２〜１／３の水準である。今まで知られた鋳造法は、石英で作られた多結晶珪素溶融部で、多結晶珪素を黒鉛るつぼに供給する前に予め溶融させた後、下部から上部が６００〜１，２００℃に維持される四角形または円形の黒鉛るつぼに供給して結晶成長を引き起こして多結晶珪素鋳塊を製造する方法がある。
【０００６】
しかし、前記従来の鋳造法は、冷たいるつぼが急激に冷却固化するため、固化した珪素とるつぼの間の固着は防止することができるが、るつぼからの汚染が酷くて熱ストレスが残存して欠陷濃度が高くなり、結晶粒子が小さくなるという問題点がある。
【０００７】
このような問題点を解決するために、本出願人は特許文献１（発明の名称：太陽電池用多結晶シリコン鋳塊製造装置）を出願したことがあり、シリコン成長において放熱のための冷却板接近方式においてドア開閉方式の問題点を解消するために多様な大韓民国出願を行った。
【０００８】
従来いろいろの方法があるが、このうち、溶融した液体が入ったるつぼを下降させてヒーターから遠くして下部を冷却させる方法と、下部に熱交換器を設置することで、るつぼに対して相対的に冷たい冷却板を介して強制に熱を引き出す方法とが普遍的である。るつぼ下降方法は下部に熱を排出するのに限界があるため熱交換器による方法が好まれているが、この方法はシリコンをとかす段階で下部熱交換器に熱が放出されるため、シリコンが充分にとけない現象が現れることがあり、よって溶融段階でエネルギー消耗が大きく発生する。
【０００９】
かかる理由で、熱交換器を用いた装置は、熱交換器とるつぼの下部の間に断熱材を装着した一種のゲートが構成される。このゲートはシリコンの溶融時には閉まっているので、熱交換器に放出される熱を遮断して円滑に溶融するようにし、結晶成長時には開かれてゲート下部の熱交換器に十分な熱が放出されるようにする。
【００１０】
図１〜図３は本出願人が出願した従来技術のもので、真空チャンバー１０、ヒーター２０、るつぼ３０、温度センサー４０及びゲート４０を備えた鋳塊製造装置においてゲート（ドア開閉装置）を構成する方法としていろいろを提案した。常用に適用されている方法は、図１に示す水平スライド法と、図２に示すヒンジ構造によって熱交換器が上がりながらゲートを押し上げて開閉を制御する構造を備えた方法がある。水平スライド方法は装備の成長空間に熱的に不平衡を引き起こすため、インゴットの均一な成長に不利である。これは一番重要なインゴット成長に影響を与える構造なので好ましくない。ヒンジ構造を備えたドア方法は対称の熱平衡条件を得ることができる利点があるが、熱交換器がドアを押して上がる方法なので、熱交換器が充分にゲートを開閉することができる程度の高さ方向に空間が必要である。
【００１１】
今後インゴットを大型化するためには、高さ方向ではなくて広さ方向にインゴットを成長させて行かなければならないが、ヒンジ構造方法はインゴットが横に伸びればドアも一緒に増えなければならないため、装備の高さも一緒に増えることになるので、インゴットの大型化に不利な構造を持つ問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】大韓民国特許出願第１０−２００７−０００６２１８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前記のような問題点を解決するために、本発明は、多結晶シリコン成長空間の熱的不平衡度を解消し、今後の技術展望に対応して鋳塊装置の高さ方向への大きさ制約による問題点を解消するとともにドアの大きさをふやすことができる多結晶シリコン鋳塊製造装置を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記のような目的を達成するために、本発明は、所定大きさの真空チャンバーと、前記真空チャンバー内に備えられ、シリコン原材を収容するるつぼと、前記るつぼ内のシリコン原材を溶融させるために熱を加えるヒーターと、前記るつぼの下側に備えられるサセプタと、前記るつぼ内に溶融したシリコン結晶を成長させるために熱を放出させる冷却板と、前記るつぼと冷却板の間に備えられ、放熱を拘束するドア開閉装置と、前記るつぼの温度を測定する温度センサーと、前記温度センサーの出力値を受けてるつぼ内の温度を制御する制御部とを含む多結晶シリコン鋳塊製造装置であって、前記ドア開閉装置は所定間隔を置いて開放部が形成された第１ドアと第２ドアを含んでなり、前記第１ドアと第２ドアの相対回転によって開放部を選択的に開閉する駆動部を含んでなる、回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置を提供する。
【００１５】
前記駆動部は、前記第１ドアと第２ドアをそれぞれ回転させる第１駆動モーターと第２駆動モーターを含んでなることができる。
【００１６】
前記第１ドアと第２ドアは、前記第１駆動モーターと第２駆動モーターにそれぞれ連結された第１中空軸と第２中空軸に結合されて回転し、前記第２中空軸は第１中空軸の中空に挿設され、前記第１中空軸は前記サセプタの下部を支持する支持軸をさらに備えることができる。
【００１７】
前記支持軸は、前記第１中空軸が延設されることでなり、前記サセプタと接する部位にベアリングをさらに備えることができる。
【００１８】
前記支持軸は別に備えられ、前記第１中空軸と接する部位にベアリングをさらに備えることができる。
【００１９】
前記支持軸は前記第１中空軸の中空を貫き、別に外部に固定されることができる。
【００２０】
前記駆動部は、前記第１ドアを上下に移送させるシャフトを含む移送手段；前記第２ドアを回転させる駆動モーター；及び前記第２ドアの回転によって第１ドアを連動させるために第１ドアと第２ドアにそれぞれ設けられて互いに係止される係止部；を含んでなることができる。
【００２１】
前記シャフトは前記サセプタを支持するために備えられる中空型支持軸の中空に挿合され、第１ドアを前記移送手段によって上下に移送させるために前記シャフトの端部にプレートが備えられ、前記プレートは前記中空型支持軸に形成された結合ホールに結合され、上下移送によって前記第１ドアを移送させることができる。
【００２２】
前記駆動部は、前記第１ドアと第２ドアの回転量を検出するためのエンコーダをさらに備えることができる。
【００２３】
前記第１ドアと第２ドアは、任意の角度だけ開放部の開放度を調節して吸熱量を調節するように制御することができる。
【００２４】
また、前記のような目的を達成するために、本発明は、所定大きさの真空チャンバー内に備えられたるつぼでシリコン原材を溶融した後、ドア開閉装置の選択的な開放で冷却板を露出させることで溶融したシリコン原材の結晶を成長させる多結晶シリコン鋳塊製造装置であって、前記ドア開閉装置は所定間隔を置いて開放部が形成された第１ドアと第２ドアを含んでなり、前記第１ドアと第２ドアの相対回転によって開放部を選択的に開閉する駆動部を含んでなる、回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置を提供する。
【発明の効果】
【００２５】
前記のように構成されて作用する本発明は、熱的不平衡度を解消してシリコン成長の欠点を解消することができる利点がある。
【００２６】
また、開閉装置の構造的特徴によって鋳塊製造装置の全体大きさを小さくすることができるとともにドアの大きさを増大させることができるので、結果として効果的なシリコンの凝固を達成することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来技術による太陽電池用鋳塊製造装置の概略切開斜視図である。
【図２】従来技術による太陽電池用鋳塊製造装置の概略切開斜視図である。
【図３】従来技術による太陽電池用鋳塊製造装置の概略切開斜視図である。
【図４】本発明による回転型ドア開閉装置の開放前の状態を示す斜視図である。
【図５】本発明による回転型ドア開閉装置の開放後の状態を示す状態図である。
【図６】本発明による回転型ドア開閉のための駆動手段の一実施例を示す断面図である。
【図７】本発明による回転型ドア開閉のための駆動手段の他の実施例を示す断面図である。
【図８】図７の他の実施例を示す断面図である。
【図９】図７のさらに他の実施例を示す断面図である。
【図１０】本発明による回転型ドア開閉のための駆動手段のさらに他の実施例を示す断面図である。
【図１１】図１０の動作状態を示す断面図である。
【図１２】本発明による回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置の切開斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付図面に基づいて本発明による回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置の好適な実施例を詳細に説明する。
【００２９】
図４は本発明による回転型ドア開閉装置の開放前の状態を示す斜視図、図５は本発明による回転型ドア開閉装置の開放後の状態を示す状態図、図６は本発明による回転型ドア開閉装置のための駆動手段の一実施例を示す断面図、図７は本発明による回転型ドア開閉のための駆動手段の他の実施例を示す断面図である。
【００３０】
また、図８は図７の他の実施例を示す断面図、図９は図７のさらに他の実施例を示す断面図、図１０は本発明による回転型ドア開閉のための駆動手段のさらに他の実施例を示す断面図、図１１は図１０の動作状態を示す断面図、図１２は本発明による回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置の切開斜視図である。
【００３１】
本発明による回転型ドア開閉装置５００を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置は、所定大きさの真空チャンバー１００と、前記真空チャンバー内に備えられ、シリコン原材を収容するるつぼ２００と、前記るつぼ内のシリコン原材を溶融させるために熱を加えるヒーター２２０と、前記るつぼの下側に備えられるサセプタ２１０と、前記るつぼ内に溶融したシリコンを成長させるために熱を放出させる冷却板４００と、前記るつぼと冷却板の間に備えられ、シリコンを溶融または成長させるために放熱を拘束するドア開閉装置５００と、前記るつぼの温度を測定する温度センサー３００と、前記温度センサーの出力値を受け、るつぼ内のシリコンの溶融及び均一な成長がなされるようにるつぼ内の温度を制御する制御部とを含む太陽電池用多結晶シリコン鋳塊製造装置において、前記ドア開閉装置は円形構造に所定間隔を置いて開放部が形成された第１ドア５１０及び第２ドア５２０からなり、前記第１ドアと第２ドア間の相対回転によって開放部を選択的に開閉する駆動部５４０を含んでなることを特徴とする。
【００３２】
真空チャンバー１００の内部には所定の空間部が形成され、鋳塊製造装置の大部分の構成要素がこの真空チャンバー１００内に備えられる。
【００３３】
るつぼ２００はシリコン原材を収容し、その内部で溶融させるためのもので、真空チャンバー１００の中心に備えられることが好ましい。前記るつぼ２００は上部が開放した形態のもので、この上部を開閉させるカバー（図示せず）を別に備えてもよい。るつぼ（ｃｒｕｃｉｂｌｅ）２００は、図面にも示すように、正六面体の形状に形成することが好ましく、石英で製造される。
【００３４】
一方、前記るつぼ２００の下側にはサセプタ（ｓｕｃｅｐｔｏｒ）２１０が備えられる。このサセプタは前記るつぼ２００を保護する役目をする。前記サセプタの材質は伝熱特性に優れたカーボンまたは黒鉛でなることが好ましい。
【００３５】
前記サセプタ２１０が備えられたるつぼの下側を除き、るつぼのまわりに沿ってヒーター２２０が備えられる。もちろん、前記サセプタ２１０の下部にもヒーターが備えられても構わないが、本発明の一実施例においては、前記ヒーター２２０がサセプタ２１０の上部及びまわりにだけ備えられる。これは、ヒーター２２０をサセプタ２１０の上部及びまわりにだけ備えてもるつぼ２００内のシリコン原材を溶融させることができるからである。
【００３６】
前記ヒーターは、前述したように、るつぼ内のシリコン原材を溶融させるためのもので、シリコン原材の溶融点は約１，４２３℃である。ヒーターの電力制御方式には、一例として、ヒーターに印加される電圧パルスのデューティ比を制御する方式、またはヒーターに印加される電圧パルスの周期を制御する方式などで作動させることができる。
【００３７】
もちろん、このような温度測定は温度センサー３００によって行われる。この温度センサーは鋳塊製造装置に多数備えられることができ、好ましい例として前記ヒーターとるつぼに設置して温度を測定する。
【００３８】
一方、前記るつぼの下側に備えられたサセプタの下側には溶融シリコンを成長させるための冷却板４００が備えられ、この冷却板とサセプタの間にはドア開閉装置５００が備えられる。すなわち、ドア開閉装置のドア開放により、前記冷却板４００によってるつぼ内の溶融シリコンが成長するものである。
【００３９】
前記冷却板４００は、一例として内側に冷媒通路が形成され、この冷媒通路に沿って冷媒が移動して冷たくなった冷却板がるつぼの熱を放出させる。
【００４０】
前述したように構成される多結晶シリコン鋳塊製造装置の概略的な構成は本出願人が出願した特許文献１（太陽電池用多結晶シリコン鋳塊製造装置）に詳細に説明されているので、その具体的な説明は省略する。
【００４１】
前記ドア開閉装置５００は本発明による主要な技術的要旨であり、一定の間隔で開放部が形成された第１ドア５１０と第２ドア５２０が上下に配設され、ドアの回転によって開放部を一定の角度だけ開放させることで、ドア開閉装置の下側に備えられた冷却板４００をるつぼに直接露出させることによりシリコン成長（凝固）のための放熱を実施する。
【００４２】
以下、本発明によるドア開閉装置５００をより詳細に説明する。
【００４３】
第１ドア５１０と第２ドア５２０は放射状の構造を持つもので、円形または多角形の構造に放射状に開放部が形成される。このような形態の構造に第１ドアと第２ドアが同等に備えられ、回転によって第１ドア及び第２ドアの開放部を一致させるかあるいは特定の角度だけ一致させた後、同時に回転させながら放熱を実施する。ここで、開放部の特定角度だけの開放度を決定することは吸熱量を適切に調節するためである。
【００４４】
また、前記第１ドアと第２ドアを駆動させるための駆動部５４０の多様な実施例を説明する。
【００４５】
図６は本発明によるドア開閉装置５００の一実施例による駆動部５４０の構造を示すもので、これは第１ドアを駆動させる第１駆動モーター５４１と第２ドアを駆動させる第２駆動モーター５４２とを備える。ここで、それぞれのドアと駆動モーターは中空型の第１中空軸と第２中空軸を介して駆動力を伝達する。
【００４６】
図示のように、第１中空軸は第１ドアに連結され、第２中空軸は第２ドアに連結される。この際、前記第１中空軸は第２中空軸の中空内に挿入された構造を持ち、その間には円滑な回転のためにベアリング（図示せず）のような部品が配設されることができる。さらに、前記第２中空軸の外側にも円滑な回転のためにベアリングが設置されることが好ましい。
【００４７】
この際、前記駆動モーターの連結構造を説明すれば、第２中空軸の内部に挿設された第１中空軸の構造的特性によって第１駆動モーター５４１が第１中空軸５１１に直接連結され、第２駆動モーター５４２は駆動ベルトまたはチェーンベルトなどの動力伝達手段を用いて一側から第２中空軸５２１に駆動力を伝達する。このような駆動部のメカニズムは当業者であるならいくらでも容易に変更することができる。
【００４８】
このように構成されるドア開閉装置の動作原理を説明すれば、シリコン原材をるつぼ内で溶融させるときには、第１ドアと第２ドアの開放部がずれたまま（閉じた状態）で溶融がなされ、溶融したシリコンを多結晶に成長させるときには駆動部の動作で第１ドアまたは第２ドアを回転させて開放部が互いに特定の開放度をなすように一定量回転させる。
【００４９】
すると、ドア開閉装置の下側に備えられた冷却板４００によって放熱を実施することによりシリコンが成長するようになる。また、第１ドアと第２ドアの開放部が一致してシリコン成長が始まれば、その状態で１ドアと２ドアを同時に回転させながら成長させれば、るつぼの下部側の熱的平衡状態を維持しながら下側から徐々に冷却させる。
【００５０】
一方、前記第１及び第２駆動モーターにはエンコーダ（ｅｎｃｏｄｅｒ）５６０のような回転位置検出手段をさらに備えることができる。前記エンコーダは、各ドア間の開放角度の調節のために回転量を検出するかドアの全回転から適正な回転量を検出して制御するために備えられる。
【００５１】
図７は本発明の他の実施例による駆動部の構造を用いてるつぼの下側に備えられたサセプタ２１０を支持する構造を示す。前記サセプタの中央は荷重が最も高く加わるため、垂れが発生することができる。したがって、前記第１中空軸に延設される支持軸５３０をさらに備えてサセプタの中央を支持する構造を持つ。ここで、前記支持軸５３０はサセプタと接する末端にベアリング５１２を備えることで、前記第１中空軸が回転するとき、前記ベアリングによって摩擦なしになだらかに回転するようにする。
【００５２】
他の実施例として、図８に示すものは支持軸５３０を備えるものである。これは、前記第１中空軸から分割して構成され、サセプタと接する一端はサセプタと固定されるなど、回転による摩擦なしに固定設置され、支持軸の他端が回転する第１中空軸と接するように構成され、これにベアリングが設置される構造である。
【００５３】
図９は本発明によるさらに他の実施例を示すもので、先に説明した支持軸が第１中空軸線上に備えられずに別に備えられ、第１中空軸の中空内部を貫通して前記サセプタを支持する構造を持つ。
【００５４】
前記支持軸の一端はサセプタを支持し、第１中空軸の中空を貫き、他端は外部構造物に支持されるように構成される。この際、前記第１中空軸と支持軸の間には円滑な回転とともに支持のためにベアリングが備えられることができる。
【００５５】
図１０及び図１１は本発明による駆動部のさらに他の実施例を示すもので、これは一つの駆動モーターとシリンダーを用いて駆動する構造を持ち、シリンダーと駆動モーターの動作によって二つのドアを駆動させる方法が提案される。
【００５６】
まず、先に言及したように、第１中空軸と第２中空軸を備える。前記第１中空軸は第１ドアと連結されず、延設されてサセプタを支持する。第１中空軸の中空内部には、シリンダーに連結されて上下に遊動するシャフトが貫いており、シャフトの端部には前記第１ドアを支えて上下に移送させるためのプレート５５２が備えられる。この際、前記プレートの位置に対応する第１中空軸の両側には結合ホール５３１が備えられ、前記プレートは結合ホールを通じて外側に突出している。
【００５７】
第２中空軸は、前述した実施例と同様に、第２ドアに連結されて第２ドアを回転させる役目は同一である。
【００５８】
一方、前記第２ドアの回転によって第１ドアが連動することができるように、第１及び第２ドアにはそれぞれ係止部５２２が備えられている。前記係止部は、第１ドアが第２ドアに定着すれば係止部が互いに係止されて、第２ドアの回転によって第１ドアも一緒に回転するように提供するものである。
【００５９】
前記係止部の動作原理を説明すれば、まずドアが閉鎖した状態で、シリコン成長のために放熱が要求されれば、シリンダーが上向に操作され、シャフトに連結されたプレートは第１ドアを上方に押し上げる。第１ドアが押し上げられた状態で、第１駆動モーターが第２ドアを一定角度だけ回転させることにより第１ドアと第２ドアの係止部が互いに係止されるので、第１ドアと第２ドアの位置を特定することができる準備状態となる。その後、第２ドアを逆方向に所望角度だけ回転させれば、第１ドアと第２ドアの開閉角度が所望の程度に特定される。
【００６０】
その後、第１ドアを支えていたプレートがシリンダーの下向駆動によってさらに１ドアを第２ドアに載せる。このように、第１ドアが第２ドアに載せられた状態で、第１ドアは第２ドアの回転に拘束され、前記ドアの開放動作によって特定の第２ドアとの相手角度を維持したまま回転するようになる。
【００６１】
ドアの閉鎖は、さらにシリンダーによって第１ドアを第２ドアから上向きに移動して解除させ、第２ドアを所定角度だけ回転させて開放角度の分だけ逆方向に回転させた後にさらに第１ドアを下向きに移動させることで開放部の開放が解除される。
【００６２】
このように構成される本発明は、回転型ドア開閉装置を適用して熱的不平衡度を解消してシリコン成長の欠点を解消することができる利点があり、回転型開閉装置の構造的特徴によって鋳塊製造装置の全体大きさを減らすことができる効果がある。
【００６３】
以上、本発明の原理を例示するための好適な実施例に基づいて図示しながら説明したが、本発明はここで図示しながら説明した構成及び作用にだけ限定されるものではない。
【００６４】
むしろ、添付の特許請求範囲の思想及び範囲を逸脱しない範疇内で本発明の多様な変更及び修正が可能であるのが当業者は明らかに理解可能であろう。したがって、そのようなすべての適切な変更及び修正と均等物も本発明の範囲に属するものとして見なされなければならないであろう。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、ドア開閉装置を補って熱平衡度向上による効果的なシリコン成長を達成することができる回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置に適用可能であろう。
【符号の説明】
【００６６】
１００ 真空チャンバー
２００ るつぼ
２１０ サセプタ
２２０ ヒーター
３００ 温度センサー
４００ 冷却板
５００ ドア開閉装置
５１０ 第１ドア
５１１ 第１中空軸
５１２ ベアリング
５１３ 係止部
５２０ 第２ドア
５２１ 第２中空軸
５２２ 係止部
５３０ 支持軸
５３１ 結合ホール
５４０ 駆動部
５４１ 第１駆動モーター
５４２ 第２駆動モーター
５５０ 移送手段
５５１ シャフト
５５２ プレート
５６０ エンコーダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は多結晶シリコン鋳塊製造装置にかかり、より詳しくはドア開閉装置を補って熱平衡度向上による効果的なシリコン成長を達成することができる回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、珪素型太陽電池による太陽光発電は、無公害、安全性、信頼性などの利点によって試験的な段階を経て商業化段階に至った。
【０００３】
アメリカ、日本、ドイツの場合には、珪素太陽電池を用いて数百〜数千Ｋｗ容量の太陽光発電が行われている。現在、太陽光発電に用いられている太陽電池は、主にＣｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ引上げ法によって製造された単結晶珪素薄板を用いて製造しているが、これからの持続的な大容量化のためには、珪素薄板の値段を低めて生産性を一層高めなければならないと認識されている。このような背景の下で太陽電池用珪素薄板の原価を節減させるための努力の一環として鋳造法が開発された。
【０００４】
鋳造法による太陽電池用多結晶珪素鋳塊の製造は基本的に方向性凝固を特徴としている。石英や黒鉛で製造されたるつぼ内に多結晶珪素粒子を入れて溶融させた後、るつぼの下部側に珪素の溶解熱を除去して行くことで冷却固化もるつぼの下部側から上部側に移動するようにすることにより、一定の方向性を持つ、いわゆる、柱状構造（Ｃｏｌｕｍｎａｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の鋳塊を得ようとするものである。
【０００５】
このように製造された多結晶珪素鋳塊は、引上げ法によって製造される単結晶珪素鋳塊に比べ、内部に存在する多結晶粒界（Ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）によって太陽電池製造の際に電気的効率が低下するが、結晶が鋳塊の成長方向に対して柱状に構成されているため、全体物性の面では単結晶鋳塊に比べて約２０％程度劣る。しかし、大量生産（単結晶引上げ法の２〜３倍）が可能であり、生産性（単結晶引き上げ法の２〜３倍）に優れ、製造技術が簡単であるという利点があるので、価格の面において単結晶珪素鋳塊に比べて約１／２〜１／３の水準である。今まで知られた鋳造法は、石英で作られた多結晶珪素溶融部で、多結晶珪素を黒鉛るつぼに供給する前に予め溶融させた後、下部から上部が６００〜１，２００℃に維持される四角形または円形の黒鉛るつぼに供給して結晶成長を引き起こして多結晶珪素鋳塊を製造する方法がある。
【０００６】
しかし、前記従来の鋳造法は、冷たいるつぼが急激に冷却固化するため、固化した珪素とるつぼの間の固着は防止することができるが、るつぼからの汚染が酷くて熱ストレスが残存して欠陷濃度が高くなり、結晶粒子が小さくなるという問題点がある。
【０００７】
このような問題点を解決するために、本出願人は特許文献１（発明の名称：太陽電池用多結晶シリコン鋳塊製造装置）を出願したことがあり、シリコン成長において放熱のための冷却板接近方式においてドア開閉方式の問題点を解消するために多様な大韓民国出願を行った。
【０００８】
従来いろいろの方法があるが、このうち、溶融した液体が入ったるつぼを下降させてヒーターから遠くして下部を冷却させる方法と、下部に熱交換器を設置することで、るつぼに対して相対的に冷たい冷却板を介して強制に熱を引き出す方法とが普遍的である。るつぼ下降方法は下部に熱を排出するのに限界があるため熱交換器による方法が好まれているが、この方法はシリコンをとかす段階で下部熱交換器に熱が放出されるため、シリコンが充分にとけない現象が現れることがあり、よって溶融段階でエネルギー消耗が大きく発生する。
【０００９】
かかる理由で、熱交換器を用いた装置は、熱交換器とるつぼの下部の間に断熱材を装着した一種のゲートが構成される。このゲートはシリコンの溶融時には閉まっているので、熱交換器に放出される熱を遮断して円滑に溶融するようにし、結晶成長時には開かれてゲート下部の熱交換器に十分な熱が放出されるようにする。
【００１０】
図１〜図３は本出願人が出願した従来技術のもので、真空チャンバー１０、ヒーター２０、るつぼ３０、温度センサー４０及びゲート４０を備えた鋳塊製造装置においてゲート（ドア開閉装置）を構成する方法としていろいろを提案した。常用に適用されている方法は、図１に示す水平スライド法と、図２に示すヒンジ構造によって熱交換器が上がりながらゲートを押し上げて開閉を制御する構造を備えた方法がある。水平スライド方法は装備の成長空間に熱的に不平衡を引き起こすため、インゴットの均一な成長に不利である。これは一番重要なインゴット成長に影響を与える構造なので好ましくない。ヒンジ構造を備えたドア方法は対称の熱平衡条件を得ることができる利点があるが、熱交換器がドアを押して上がる方法なので、熱交換器が充分にゲートを開閉することができる程度の高さ方向に空間が必要である。
【００１１】
今後インゴットを大型化するためには、高さ方向ではなくて広さ方向にインゴットを成長させて行かなければならないが、ヒンジ構造方法はインゴットが横に伸びればドアも一緒に増えなければならないため、装備の高さも一緒に増えることになるので、インゴットの大型化に不利な構造を持つ問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】大韓民国特許出願第１０−２００７−０００６２１８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前記のような問題点を解決するために、本発明は、多結晶シリコン成長空間の熱的不平衡度を解消し、今後の技術展望に対応して鋳塊装置の高さ方向への大きさ制約による問題点を解消するとともにドアの大きさをふやすことができる多結晶シリコン鋳塊製造装置を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記のような目的を達成するために、本発明は、所定大きさの真空チャンバーと、前記真空チャンバー内に備えられ、シリコン原材を収容するるつぼと、前記るつぼ内のシリコン原材を溶融させるために熱を加えるヒーターと、前記るつぼの下側に備えられるサセプタと、前記るつぼ内に溶融したシリコン結晶を成長させるために熱を放出させる冷却板と、前記るつぼと冷却板の間に備えられ、放熱を拘束するドア開閉装置と、前記るつぼの温度を測定する温度センサーと、前記温度センサーの出力値を受けてるつぼ内の温度を制御する制御部とを含む多結晶シリコン鋳塊製造装置であって、前記ドア開閉装置は所定間隔を置いて開放部が形成された第１ドアと第２ドアを含んでなり、前記第１ドアと第２ドアの相対回転によって開放部を選択的に開閉する駆動部を含んでなる、回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置を提供する。
【００１５】
前記駆動部は、前記第１ドアと第２ドアをそれぞれ回転させる第１駆動モーターと第２駆動モーターを含んでなることができる。
【００１６】
前記第１ドアと第２ドアは、前記第１駆動モーターと第２駆動モーターにそれぞれ連結された第１中空軸と第２中空軸に結合されて回転し、前記第２中空軸は第１中空軸の中空に挿設され、前記第１中空軸は前記サセプタの下部を支持する支持軸をさらに備えることができる。
【００１７】
前記支持軸は、前記第１中空軸が延設されることでなり、前記サセプタと接する部位にベアリングをさらに備えることができる。
【００１８】
前記支持軸は別に備えられ、前記第１中空軸と接する部位にベアリングをさらに備えることができる。
【００１９】
前記支持軸は前記第１中空軸の中空を貫き、別に外部に固定されることができる。
【００２０】
前記駆動部は、前記第１ドアを上下に移送させるシャフトを含む移送手段；前記第２ドアを回転させる駆動モーター；及び前記第２ドアの回転によって第１ドアを連動させるために第１ドアと第２ドアにそれぞれ設けられて互いに係止される係止部；を含んでなることができる。
【００２１】
前記シャフトは前記サセプタを支持するために備えられる中空型支持軸の中空に挿合され、第１ドアを前記移送手段によって上下に移送させるために前記シャフトの端部にプレートが備えられ、前記プレートは前記中空型支持軸に形成された結合ホールに結合され、上下移送によって前記第１ドアを移送させることができる。
【００２２】
前記駆動部は、前記第１ドアと第２ドアの回転量を検出するためのエンコーダをさらに備えることができる。
【００２３】
前記第１ドアと第２ドアは、任意の角度だけ開放部の開放度を調節して吸熱量を調節するように制御することができる。
【００２４】
また、前記のような目的を達成するために、本発明は、所定大きさの真空チャンバー内に備えられたるつぼでシリコン原材を溶融した後、ドア開閉装置の選択的な開放で冷却板を露出させることで溶融したシリコン原材の結晶を成長させる多結晶シリコン鋳塊製造装置であって、前記ドア開閉装置は所定間隔を置いて開放部が形成された第１ドアと第２ドアを含んでなり、前記第１ドアと第２ドアの相対回転によって開放部を選択的に開閉する駆動部を含んでなる、回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置を提供する。
【発明の効果】
【００２５】
前記のように構成されて作用する本発明は、熱的不平衡度を解消してシリコン成長の欠点を解消することができる利点がある。
【００２６】
また、開閉装置の構造的特徴によって鋳塊製造装置の全体大きさを小さくすることができるとともにドアの大きさを増大させることができるので、結果として効果的なシリコンの凝固を達成することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来技術による太陽電池用鋳塊製造装置の概略切開斜視図である。
【図２】従来技術による太陽電池用鋳塊製造装置の概略切開斜視図である。
【図３】従来技術による太陽電池用鋳塊製造装置の概略切開斜視図である。
【図４】本発明による回転型ドア開閉装置の開放前の状態を示す斜視図である。
【図５】本発明による回転型ドア開閉装置の開放後の状態を示す状態図である。
【図６】本発明による回転型ドア開閉のための駆動手段の一実施例を示す断面図である。
【図７】本発明による回転型ドア開閉のための駆動手段の他の実施例を示す断面図である。
【図８】図７の他の実施例を示す断面図である。
【図９】図７のさらに他の実施例を示す断面図である。
【図１０】本発明による回転型ドア開閉のための駆動手段のさらに他の実施例を示す断面図である。
【図１１】図１０の動作状態を示す断面図である。
【図１２】本発明による回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置の切開斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付図面に基づいて本発明による回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置の好適な実施例を詳細に説明する。
【００２９】
図４は本発明による回転型ドア開閉装置の開放前の状態を示す斜視図、図５は本発明による回転型ドア開閉装置の開放後の状態を示す状態図、図６は本発明による回転型ドア開閉装置のための駆動手段の一実施例を示す断面図、図７は本発明による回転型ドア開閉のための駆動手段の他の実施例を示す断面図である。
【００３０】
また、図８は図７の他の実施例を示す断面図、図９は図７のさらに他の実施例を示す断面図、図１０は本発明による回転型ドア開閉のための駆動手段のさらに他の実施例を示す断面図、図１１は図１０の動作状態を示す断面図、図１２は本発明による回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置の切開斜視図である。
【００３１】
本発明による回転型ドア開閉装置５００を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置は、所定大きさの真空チャンバー１００と、前記真空チャンバー内に備えられ、シリコン原材を収容するるつぼ２００と、前記るつぼ内のシリコン原材を溶融させるために熱を加えるヒーター２２０と、前記るつぼの下側に備えられるサセプタ２１０と、前記るつぼ内に溶融したシリコンを成長させるために熱を放出させる冷却板４００と、前記るつぼと冷却板の間に備えられ、シリコンを溶融または成長させるために放熱を拘束するドア開閉装置５００と、前記るつぼの温度を測定する温度センサー３００と、前記温度センサーの出力値を受け、るつぼ内のシリコンの溶融及び均一な成長がなされるようにるつぼ内の温度を制御する制御部とを含む太陽電池用多結晶シリコン鋳塊製造装置において、前記ドア開閉装置は円形構造に所定間隔を置いて開放部が形成された第１ドア５１０及び第２ドア５２０からなり、前記第１ドアと第２ドア間の相対回転によって開放部を選択的に開閉する駆動部５４０を含んでなることを特徴とする。
【００３２】
真空チャンバー１００の内部には所定の空間部が形成され、鋳塊製造装置の大部分の構成要素がこの真空チャンバー１００内に備えられる。
【００３３】
るつぼ２００はシリコン原材を収容し、その内部で溶融させるためのもので、真空チャンバー１００の中心に備えられることが好ましい。前記るつぼ２００は上部が開放した形態のもので、この上部を開閉させるカバー（図示せず）を別に備えてもよい。るつぼ（ｃｒｕｃｉｂｌｅ）２００は、図面にも示すように、正六面体の形状に形成することが好ましく、石英で製造される。
【００３４】
一方、前記るつぼ２００の下側にはサセプタ（ｓｕｃｅｐｔｏｒ）２１０が備えられる。このサセプタは前記るつぼ２００を保護する役目をする。前記サセプタの材質は伝熱特性に優れたカーボンまたは黒鉛でなることが好ましい。
【００３５】
前記サセプタ２１０が備えられたるつぼの下側を除き、るつぼのまわりに沿ってヒーター２２０が備えられる。もちろん、前記サセプタ２１０の下部にもヒーターが備えられても構わないが、本発明の一実施例においては、前記ヒーター２２０がサセプタ２１０の上部及びまわりにだけ備えられる。これは、ヒーター２２０をサセプタ２１０の上部及びまわりにだけ備えてもるつぼ２００内のシリコン原材を溶融させることができるからである。
【００３６】
前記ヒーターは、前述したように、るつぼ内のシリコン原材を溶融させるためのもので、シリコン原材の溶融点は約１，４２３℃である。ヒーターの電力制御方式には、一例として、ヒーターに印加される電圧パルスのデューティ比を制御する方式、またはヒーターに印加される電圧パルスの周期を制御する方式などで作動させることができる。
【００３７】
もちろん、このような温度測定は温度センサー３００によって行われる。この温度センサーは鋳塊製造装置に多数備えられることができ、好ましい例として前記ヒーターとるつぼに設置して温度を測定する。
【００３８】
一方、前記るつぼの下側に備えられたサセプタの下側には溶融シリコンを成長させるための冷却板４００が備えられ、この冷却板とサセプタの間にはドア開閉装置５００が備えられる。すなわち、ドア開閉装置のドア開放により、前記冷却板４００によってるつぼ内の溶融シリコンが成長するものである。
【００３９】
前記冷却板４００は、一例として内側に冷媒通路が形成され、この冷媒通路に沿って冷媒が移動して冷たくなった冷却板がるつぼの熱を放出させる。
【００４０】
前述したように構成される多結晶シリコン鋳塊製造装置の概略的な構成は本出願人が出願した特許文献１（太陽電池用多結晶シリコン鋳塊製造装置）に詳細に説明されているので、その具体的な説明は省略する。
【００４１】
前記ドア開閉装置５００は本発明による主要な技術的要旨であり、一定の間隔で開放部が形成された第１ドア５１０と第２ドア５２０が上下に配設され、ドアの回転によって開放部を一定の角度だけ開放させることで、ドア開閉装置の下側に備えられた冷却板４００をるつぼに直接露出させることによりシリコン成長（凝固）のための放熱を実施する。
【００４２】
以下、本発明によるドア開閉装置５００をより詳細に説明する。
【００４３】
第１ドア５１０と第２ドア５２０は放射状の構造を持つもので、円形または多角形の構造に放射状に開放部が形成される。このような形態の構造に第１ドアと第２ドアが同等に備えられ、回転によって第１ドア及び第２ドアの開放部を一致させるかあるいは特定の角度だけ一致させた後、同時に回転させながら放熱を実施する。ここで、開放部の特定角度だけの開放度を決定することは吸熱量を適切に調節するためである。
【００４４】
また、前記第１ドアと第２ドアを駆動させるための駆動部５４０の多様な実施例を説明する。
【００４５】
図６は本発明によるドア開閉装置５００の一実施例による駆動部５４０の構造を示すもので、これは第１ドアを駆動させる第１駆動モーター５４１と第２ドアを駆動させる第２駆動モーター５４２とを備える。ここで、それぞれのドアと駆動モーターは中空型の第１中空軸と第２中空軸を介して駆動力を伝達する。
【００４６】
図示のように、第１中空軸は第１ドアに連結され、第２中空軸は第２ドアに連結される。この際、前記第１中空軸は第２中空軸の中空内に挿入された構造を持ち、その間には円滑な回転のためにベアリング（図示せず）のような部品が配設されることができる。さらに、前記第２中空軸の外側にも円滑な回転のためにベアリングが設置されることが好ましい。
【００４７】
この際、前記駆動モーターの連結構造を説明すれば、第２中空軸の内部に挿設された第１中空軸の構造的特性によって第１駆動モーター５４１が第１中空軸５１１に直接連結され、第２駆動モーター５４２は駆動ベルトまたはチェーンベルトなどの動力伝達手段を用いて一側から第２中空軸５２１に駆動力を伝達する。このような駆動部のメカニズムは当業者であるならいくらでも容易に変更することができる。
【００４８】
このように構成されるドア開閉装置の動作原理を説明すれば、シリコン原材をるつぼ内で溶融させるときには、第１ドアと第２ドアの開放部がずれたまま（閉じた状態）で溶融がなされ、溶融したシリコンを多結晶に成長させるときには駆動部の動作で第１ドアまたは第２ドアを回転させて開放部が互いに特定の開放度をなすように一定量回転させる。
【００４９】
すると、ドア開閉装置の下側に備えられた冷却板４００によって放熱を実施することによりシリコンが成長するようになる。また、第１ドアと第２ドアの開放部が一致してシリコン成長が始まれば、その状態で１ドアと２ドアを同時に回転させながら成長させれば、るつぼの下部側の熱的平衡状態を維持しながら下側から徐々に冷却させる。
【００５０】
一方、前記第１及び第２駆動モーターにはエンコーダ（ｅｎｃｏｄｅｒ）５６０のような回転位置検出手段をさらに備えることができる。前記エンコーダは、各ドア間の開放角度の調節のために回転量を検出するかドアの全回転から適正な回転量を検出して制御するために備えられる。
【００５１】
図７は本発明の他の実施例による駆動部の構造を用いてるつぼの下側に備えられたサセプタ２１０を支持する構造を示す。前記サセプタの中央は荷重が最も高く加わるため、垂れが発生することができる。したがって、前記第１中空軸に延設される支持軸５３０をさらに備えてサセプタの中央を支持する構造を持つ。ここで、前記支持軸５３０はサセプタと接する末端にベアリング５１２を備えることで、前記第１中空軸が回転するとき、前記ベアリングによって摩擦なしになだらかに回転するようにする。
【００５２】
他の実施例として、図８に示すものは支持軸５３０を備えるものである。これは、前記第１中空軸から分割して構成され、サセプタと接する一端はサセプタと固定されるなど、回転による摩擦なしに固定設置され、支持軸の他端が回転する第１中空軸と接するように構成され、これにベアリングが設置される構造である。
【００５３】
図９は本発明によるさらに他の実施例を示すもので、先に説明した支持軸が第１中空軸線上に備えられずに別に備えられ、第１中空軸の中空内部を貫通して前記サセプタを支持する構造を持つ。
【００５４】
前記支持軸の一端はサセプタを支持し、第１中空軸の中空を貫き、他端は外部構造物に支持されるように構成される。この際、前記第１中空軸と支持軸の間には円滑な回転とともに支持のためにベアリングが備えられることができる。
【００５５】
図１０及び図１１は本発明による駆動部のさらに他の実施例を示すもので、これは一つの駆動モーターとシリンダーを用いて駆動する構造を持ち、シリンダーと駆動モーターの動作によって二つのドアを駆動させる方法が提案される。
【００５６】
まず、先に言及したように、第１中空軸と第２中空軸を備える。前記第１中空軸は第１ドアと連結されず、延設されてサセプタを支持する。第１中空軸の中空内部には、シリンダーに連結されて上下に遊動するシャフトが貫いており、シャフトの端部には前記第１ドアを支えて上下に移送させるためのプレート５５２が備えられる。この際、前記プレートの位置に対応する第１中空軸の両側には結合ホール５３１が備えられ、前記プレートは結合ホールを通じて外側に突出している。
【００５７】
第２中空軸は、前述した実施例と同様に、第２ドアに連結されて第２ドアを回転させる役目は同一である。
【００５８】
一方、前記第２ドアの回転によって第１ドアが連動することができるように、第１及び第２ドアにはそれぞれ係止部５２２が備えられている。前記係止部は、第１ドアが第２ドアに定着すれば係止部が互いに係止されて、第２ドアの回転によって第１ドアも一緒に回転するように提供するものである。
【００５９】
前記係止部の動作原理を説明すれば、まずドアが閉鎖した状態で、シリコン成長のために放熱が要求されれば、シリンダーが上向に操作され、シャフトに連結されたプレートは第１ドアを上方に押し上げる。第１ドアが押し上げられた状態で、第１駆動モーターが第２ドアを一定角度だけ回転させることにより第１ドアと第２ドアの係止部が互いに係止されるので、第１ドアと第２ドアの位置を特定することができる準備状態となる。その後、第２ドアを逆方向に所望角度だけ回転させれば、第１ドアと第２ドアの開閉角度が所望の程度に特定される。
【００６０】
その後、第１ドアを支えていたプレートがシリンダーの下向駆動によってさらに１ドアを第２ドアに載せる。このように、第１ドアが第２ドアに載せられた状態で、第１ドアは第２ドアの回転に拘束され、前記ドアの開放動作によって特定の第２ドアとの相手角度を維持したまま回転するようになる。
【００６１】
ドアの閉鎖は、さらにシリンダーによって第１ドアを第２ドアから上向きに移動して解除させ、第２ドアを所定角度だけ回転させて開放角度の分だけ逆方向に回転させた後にさらに第１ドアを下向きに移動させることで開放部の開放が解除される。
【００６２】
このように構成される本発明は、回転型ドア開閉装置を適用して熱的不平衡度を解消してシリコン成長の欠点を解消することができる利点があり、回転型開閉装置の構造的特徴によって鋳塊製造装置の全体大きさを減らすことができる効果がある。
【００６３】
以上、本発明の原理を例示するための好適な実施例に基づいて図示しながら説明したが、本発明はここで図示しながら説明した構成及び作用にだけ限定されるものではない。
【００６４】
むしろ、添付の特許請求範囲の思想及び範囲を逸脱しない範疇内で本発明の多様な変更及び修正が可能であるのが当業者は明らかに理解可能であろう。したがって、そのようなすべての適切な変更及び修正と均等物も本発明の範囲に属するものとして見なされなければならないであろう。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、ドア開閉装置を補って熱平衡度向上による効果的なシリコン成長を達成することができる回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置に適用可能であろう。
【符号の説明】
【００６６】
１００ 真空チャンバー
２００ るつぼ
２１０ サセプタ
２２０ ヒーター
３００ 温度センサー
４００ 冷却板
５００ ドア開閉装置
５１０ 第１ドア
５１１ 第１中空軸
５１２ ベアリング
５１３ 係止部
５２０ 第２ドア
５２１ 第２中空軸
５２２ 係止部
５３０ 支持軸
５３１ 結合ホール
５４０ 駆動部
５４１ 第１駆動モーター
５４２ 第２駆動モーター
５５０ 移送手段
５５１ シャフト
５５２ プレート
５６０ エンコーダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定大きさの真空チャンバーと、前記真空チャンバー内に備えられ、シリコン原材を収容するるつぼと、前記るつぼ内のシリコン原材を溶融させるために熱を加えるヒーターと、前記るつぼの下側に備えられるサセプタと、前記るつぼ内に溶融したシリコン結晶を成長させるために熱を放出させる冷却板と、前記るつぼと冷却板の間に備えられ、放熱を拘束するドア開閉装置と、前記るつぼの温度を測定する温度センサーと、前記温度センサーの出力値を受けてるつぼ内の温度を制御する制御部とを含む多結晶シリコン鋳塊製造装置において、
前記ドア開閉装置は所定間隔を置いて開放部が形成された第１ドアと第２ドアを含んでなり、
前記第１ドアと第２ドアの相対回転によって開放部を選択的に開閉する駆動部を含んでなることを特徴とする、回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【請求項２】
前記駆動部は、前記第１ドアと第２ドアをそれぞれ回転させる第１駆動モーターと第２駆動モーターを含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【請求項３】
前記第１ドアと第２ドアは、前記第１駆動モーターと第２駆動モーターにそれぞれ連結された第１中空軸と第２中空軸に結合されて回転し、
前記第２中空軸は第１中空軸の中空に挿設され、
前記第１中空軸は前記サセプタの下部を支持する支持軸をさらに備えることを特徴とする、請求項２に記載の回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【請求項４】
前記支持軸は、前記第１中空軸が延設されることでなり、前記サセプタと接する部位にベアリングをさらに備えることを特徴とする、請求項３に記載の回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【請求項５】
前記支持軸は別に備えられ、前記第１中空軸と接する部位にベアリングをさらに備えることを特徴とする、請求項３に記載の回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【請求項６】
前記支持軸は前記第１中空軸の中空を貫き、別に外部に固定されることを特徴とする、請求項３に記載の回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【請求項７】
前記駆動部は、
前記第１ドアを上下に移送させるシャフトを含む移送手段；
前記第２ドアを回転させる駆動モーター；及び
前記第２ドアの回転によって第１ドアを連動させるために第１ドアと第２ドアにそれぞれ設けられて互いに係止される係止部；を含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【請求項８】
前記シャフトは前記サセプタを支持するために備えられる中空型支持軸の中空に挿合され、第１ドアを前記移送手段によって上下に移送させるために前記シャフトの端部にプレートが備えられ、前記プレートは前記中空型支持軸に形成された結合ホールに結合され、上下移送によって前記第１ドアを移送させることを特徴とする、請求項７に記載の回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【請求項９】
前記駆動部は、前記第１ドアと第２ドアの回転量を検出するためのエンコーダをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【請求項１０】
前記第１ドアと第２ドアは、任意の角度だけ開放部の開放度を調節して吸熱量を調節するように制御することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【請求項１１】
所定大きさの真空チャンバー内に備えられたるつぼでシリコン原材を溶融した後、ドア開閉装置の選択的な開放で冷却板を露出させることで溶融したシリコン原材の結晶を成長させる多結晶シリコン鋳塊製造装置において、
前記ドア開閉装置は所定間隔を置いて開放部が形成された第１ドアと第２ドアを含んでなり、
前記第１ドアと第２ドアの相対回転によって開放部を選択的に開閉する駆動部を含んでなることを特徴とする、回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【請求項１】
所定大きさの真空チャンバーと、前記真空チャンバー内に備えられ、シリコン原材を収容するるつぼと、前記るつぼ内のシリコン原材を溶融させるために熱を加えるヒーターと、前記るつぼの下側に備えられるサセプタと、前記るつぼ内に溶融したシリコン結晶を成長させるために熱を放出させる冷却板と、前記るつぼと冷却板の間に備えられ、放熱を拘束するドア開閉装置と、前記るつぼの温度を測定する温度センサーと、前記温度センサーの出力値を受けてるつぼ内の温度を制御する制御部とを含む多結晶シリコン鋳塊製造装置において、
前記ドア開閉装置は所定間隔を置いて開放部が形成された第１ドアと第２ドアを含んでなり、
前記第１ドアと第２ドアの相対回転によって開放部を選択的に開閉する駆動部を含んでなることを特徴とする、回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【請求項２】
前記駆動部は、前記第１ドアと第２ドアをそれぞれ回転させる第１駆動モーターと第２駆動モーターを含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【請求項３】
前記第１ドアと第２ドアは、前記第１駆動モーターと第２駆動モーターにそれぞれ連結された第１中空軸と第２中空軸に結合されて回転し、
前記第２中空軸は第１中空軸の中空に挿設され、
前記第１中空軸は前記サセプタの下部を支持する支持軸をさらに備えることを特徴とする、請求項２に記載の回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【請求項４】
前記支持軸は、前記第１中空軸が延設されることでなり、前記サセプタと接する部位にベアリングをさらに備えることを特徴とする、請求項３に記載の回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【請求項５】
前記支持軸は別に備えられ、前記第１中空軸と接する部位にベアリングをさらに備えることを特徴とする、請求項３に記載の回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【請求項６】
前記支持軸は前記第１中空軸の中空を貫き、別に外部に固定されることを特徴とする、請求項３に記載の回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【請求項７】
前記駆動部は、
前記第１ドアを上下に移送させるシャフトを含む移送手段；
前記第２ドアを回転させる駆動モーター；及び
前記第２ドアの回転によって第１ドアを連動させるために第１ドアと第２ドアにそれぞれ設けられて互いに係止される係止部；を含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【請求項８】
前記シャフトは前記サセプタを支持するために備えられる中空型支持軸の中空に挿合され、第１ドアを前記移送手段によって上下に移送させるために前記シャフトの端部にプレートが備えられ、前記プレートは前記中空型支持軸に形成された結合ホールに結合され、上下移送によって前記第１ドアを移送させることを特徴とする、請求項７に記載の回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【請求項９】
前記駆動部は、前記第１ドアと第２ドアの回転量を検出するためのエンコーダをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【請求項１０】
前記第１ドアと第２ドアは、任意の角度だけ開放部の開放度を調節して吸熱量を調節するように制御することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【請求項１１】
所定大きさの真空チャンバー内に備えられたるつぼでシリコン原材を溶融した後、ドア開閉装置の選択的な開放で冷却板を露出させることで溶融したシリコン原材の結晶を成長させる多結晶シリコン鋳塊製造装置において、
前記ドア開閉装置は所定間隔を置いて開放部が形成された第１ドアと第２ドアを含んでなり、
前記第１ドアと第２ドアの相対回転によって開放部を選択的に開閉する駆動部を含んでなることを特徴とする、回転型ドア開閉装置を備えた多結晶シリコン鋳塊製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図６】
【公表番号】特表２０１３−５０５８９１（Ｐ２０１３−５０５８９１Ａ）
【公表日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３０７６７（Ｐ２０１２−５３０７６７）
【出願日】平成２２年９月１０日（２０１０．９．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２０１０／００６１８３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３７３４３
【国際公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（５１２０７７８６０）グロシル インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１０日（２０１０．９．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２０１０／００６１８３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３７３４３
【国際公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（５１２０７７８６０）グロシル インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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