JP3872233B2 - シリコン鋳造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコン鋳造装置に関し、特に鋳型内にシリコン原料を供給して加熱溶融させた後に、一方向凝固させて鋳塊を作るシリコン鋳造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のシリコン鋳造装置を図２に示す。図２において、１１はグラファイトなどから成る鋳型、１２はその内部で水などの冷媒が循環する冷却板、１３は抵抗加熱ヒータ、１４はグラファイトなどから成る断熱壁、１５ａ、１５ｂは断熱壁の上部に設けられた原料供給タンクである。このような鋳型１１や断熱壁１４などは全て真空容器（不図示）内に設置されている（例えば特開平１０−１３９５８６号公報参照）。
【０００３】
このシリコン鋳造装置では、鋳型１１の内面壁に窒化珪素や炭化珪素などを主成分とする離型材を塗布して、この鋳型１１内にシリコン原料１７を入れ、このシリコン原料１７をヒータ１３で加熱して溶融させる。次に、シリコン原料１７が溶融して鋳型１１の上部に空きができたら、第一の原料供給タンク１５ａ内のシリコン原料を鋳型１１内へ供給する。次に、追加供給したシリコン原料が溶融して鋳型１１の上部に空きができたら、第二の原料供給タンク１５ｂ内のシリコン原料を鋳型１１内へ供給する。最後に、全てのシリコン原料が溶融したら、鋳型１１を徐々に下降させてシリコン融液１７をヒータ１３から徐々に離して冷却し、あるいは鋳型１１の位置はそのままでヒータ１３の温度を下げて冷却し、この鋳型１１内でシリコン融液を一方向凝固させて鋳塊を形成するものである。
【０００４】
この一方向性凝固したシリコン融液１７の鋳塊は、鋳型１１を破壊することにより、鋳型１１から取り出したり、もしくは組立型鋳型の場合は、鋳型１１を分解して取り出す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなシリコンの鋳造方法では、一つの鋳型１１内で全ての原料１７を加熱溶融させるために原料の溶解時間が長くかかっていた。従来技術のままで溶解時間を短くするためには、ヒータ１３の温度を高くする必要があるが、ヒータ１３の温度を上げ過ぎると、鋳型１１の内壁面に塗布する離型材が破損するという問題があり、溶解時間の短縮は困難であった。
【０００６】
本発明は、このような従来装置の問題点に鑑みて発明されたものであり、シリコン原料の溶解時間が長くかかるという従来装置の問題点を解消したシリコン鋳造装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るシリコン鋳造方法は、シリコン原料を鋳型内に投入する工程と、シリコン原料を溶解るつぼ内に投入する工程と、前記鋳型内のシリコン原料を、鋳型内で加熱溶融する工程と、前記溶解るつぼ内のシリコン原料を、溶解るつぼ内で加熱溶融する工程と、前記溶解るつぼ内で溶融されたシリコン融液を、前記溶解るつぼの底から出湯させて前記鋳型内に追加供給する工程と、を少なくとも有したことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明に係るシリコン鋳造方法を用いたシリコン鋳造装置の一実施形態を示す断面図であり、１はグラファイトなどから成る鋳型、２はその内部で水などの冷媒が循環する冷却板、３は抵抗加熱ヒータ、４はグラファイトなどから成る断熱壁、５ａは石英るつぼ、５ｂは黒鉛るつぼ、６（６ａ、６ｂ）はるつぼ用抵抗加熱ヒータである。このような鋳型１や断熱壁４などは全て真空容器（不図示）内に設置される。
【０００９】
本発明では鋳型１の上部に、石英るつぼ５ａと黒鉛るつぼ５ｂから成る溶解るつぼ５を設ける。この溶解るつぼ５の底部には、融液を出湯する穴５ｃが設けられている。この溶解るつぼ５も鋳型１と共に真空容器内に設置する。溶解るつぼ５の上部または周囲、若しくは両方に、るつぼ用抵抗加熱ヒータ６（６ａ、６ｂ）を設置する。
【００１０】
本発明に係る鋳造方法は、シリコン原料を鋳型内に投入する工程と、シリコン原料を溶解るつぼ内に投入する工程と、前記鋳型内のシリコン原料を、鋳型内で加熱溶融する工程と、前記溶解るつぼ内のシリコン原料を、溶解るつぼ内で加熱溶融する工程と、前記溶解るつぼ内で溶融されたシリコン融液を、前記溶解るつぼの底から出湯させて前記鋳型内に追加供給する工程と、を有している。具体的には、本発明を用いた鋳造装置での鋳造方法は次の通りである。まず、約半分の量のシリコン原料７を鋳型１内に、残りの約半分の量のシリコン原料８を石英るつぼ５ａ内に入れる。次に、鋳型１内のシリコン原料７、および石英るつぼ５ａ内のシリコン原料８をヒータ３、およびヒータ６（６ａ、６ｂ）で加熱して溶融させる。石英るつぼ５ａ内で融液になったシリコンはるつぼ底の穴５ｃから流れ出し、鋳型１内に追加供給される。最後に、全てのシリコン原料７、８が溶融したら、ヒータ６（６ａ、６ｂ）の出力を切り、ヒータ３の出力を調節して一方向凝固させる。
【００１１】
入るだけのシリコン原料７を鋳型１内に入れ、残りの原料を石英るつぼ５ａに入れれば、必要な石英るつぼ５ａの大きさが一番小さくなる。一般的なシリコン原料の嵩比重は１．０〜１．５で、シリコンの比重２．３３の半分程度である。このため、鋳造に適した大きさの鋳型には、約半分のシリコン原料を入れることができる。したがって、約半分の量のシリコン原料７を鋳型１内に入れ、残りの約半分の量のシリコン原料８を石英るつぼ５ａ内に入れるようにすると、鋳型もるつぼも最も有効に利用することができる。ただし鋳型１内に入れるシリコン原料の量は、上記の説明にかかわらず、半分より少なくしても特に問題は無い。溶解るつぼ５ａの方を主体にして溶解する場合は、溶解るつぼ５ａの大きさを少し大きくし、溶解るつぼ５ａに半分より多い量の原料を入れて溶解すればよい。
【００１２】
溶解るつぼ５とヒータ３の間をグラファイトなどから成る断熱材で仕切ることもできる。ただし断熱材には出湯に必要な穴を設けておく。断熱仕切りを入れると、凝固中のヒータ３の出力を小さくすることができ、節電になる。
【００１３】
るつぼ５は鋳造装置の上部から出し入れする。このとき、るつぼ５の上のヒータ６ａと断熱壁４は横へ移動させるようになっている。原料は、るつぼ５が入っている状態でヒータ６ａと断熱壁４を横へ移動させて入れる。または予め原料を入れておいたるつぼ５を鋳造装置内にいれる。鋳型１の場合、予め鋳型１内に原料を入れておき、その鋳型１を鋳造装置内に入れる。
【００１４】
鋳型１とるつぼ５で原料を溶解すると、溶解時間はほぼ１／２になるが、シリコン原料を溶解する場合、るつぼ５内の方が短時間で溶解できるので、るつぼ５を大きくして、鋳型１内で溶解する量を減らし、るつぼ５内で溶解する量を増やすと溶解時間を１／２よりも短くできる。
【００１５】
鋳型１のみで溶解する場合は、溶解時間が長く、鋳型１が長時間高温状態にさらされるため、鋳型１内面の離型材の損傷が発生しやすい。離型材の損傷が発生すると鋳塊の良品歩留りが低下する。本発明の場合は、溶解時間が短いので、離型材の損傷が発生しやすく、鋳塊の良品歩留りが高い。
【００１６】
本発明の場合、溶解時間が約半分に短縮され生産性が向上するが、それに対して、設備費の増加はわずかである。真空容器の大きさは、図２に示す従来装置と同等か、または少し小さくて済む。また、図２に示す従来装置では、原料タンクの蓋１５ｄおよび断熱壁１４ｂに駆動装置が必要であるが、本発明ではこのような駆動装置は不要である。
【００１７】
本発明では、図２の従来装置に比べて自動化が容易である。図２の従来装置では、鋳型１１内の原料の溶け具合を観察して、適当な時期にタンク１５ａ、１５ｂ内の原料を鋳型内に供給することが必要であるが、本発明では、溶解状態を観察して制御する必要はないので自動溶解が容易である。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るシリコン鋳造方法によれば、シリコン原料を鋳型内に投入する工程と、シリコン原料を溶解るつぼ内に投入する工程と、前記鋳型内のシリコン原料を、鋳型内で加熱溶融する工程と、前記溶解るつぼ内のシリコン原料を、溶解るつぼ内で加熱溶融する工程と、前記溶解るつぼ内で溶融されたシリコン融液を、前記溶解るつぼの底から出湯させて前記鋳型内に追加供給する工程と、を少なくとも有したことから、シリコンの加熱溶融を鋳型内だけではなく、溶解るつぼ内でも平行して行うことができるようになり、溶解時間が大幅に短くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシリコン鋳造方法を用いたシリコン鋳造装置の一実施形態を示す図である。
【図２】従来のシリコン鋳造装置を示す図である。
【符号の説明】
１‥‥‥鋳型、２‥‥‥冷却板、３‥‥‥ヒータ、４‥‥‥断熱壁、５（５ａ、５ｂ）‥‥‥溶解るつぼ、６（６ａ、６ｂ）‥‥‥るつぼ用ヒータ
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコン鋳造装置に関し、特に鋳型内にシリコン原料を供給して加熱溶融させた後に、一方向凝固させて鋳塊を作るシリコン鋳造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のシリコン鋳造装置を図２に示す。図２において、１１はグラファイトなどから成る鋳型、１２はその内部で水などの冷媒が循環する冷却板、１３は抵抗加熱ヒータ、１４はグラファイトなどから成る断熱壁、１５ａ、１５ｂは断熱壁の上部に設けられた原料供給タンクである。このような鋳型１１や断熱壁１４などは全て真空容器（不図示）内に設置されている（例えば特開平１０−１３９５８６号公報参照）。
【０００３】
このシリコン鋳造装置では、鋳型１１の内面壁に窒化珪素や炭化珪素などを主成分とする離型材を塗布して、この鋳型１１内にシリコン原料１７を入れ、このシリコン原料１７をヒータ１３で加熱して溶融させる。次に、シリコン原料１７が溶融して鋳型１１の上部に空きができたら、第一の原料供給タンク１５ａ内のシリコン原料を鋳型１１内へ供給する。次に、追加供給したシリコン原料が溶融して鋳型１１の上部に空きができたら、第二の原料供給タンク１５ｂ内のシリコン原料を鋳型１１内へ供給する。最後に、全てのシリコン原料が溶融したら、鋳型１１を徐々に下降させてシリコン融液１７をヒータ１３から徐々に離して冷却し、あるいは鋳型１１の位置はそのままでヒータ１３の温度を下げて冷却し、この鋳型１１内でシリコン融液を一方向凝固させて鋳塊を形成するものである。
【０００４】
この一方向性凝固したシリコン融液１７の鋳塊は、鋳型１１を破壊することにより、鋳型１１から取り出したり、もしくは組立型鋳型の場合は、鋳型１１を分解して取り出す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなシリコンの鋳造方法では、一つの鋳型１１内で全ての原料１７を加熱溶融させるために原料の溶解時間が長くかかっていた。従来技術のままで溶解時間を短くするためには、ヒータ１３の温度を高くする必要があるが、ヒータ１３の温度を上げ過ぎると、鋳型１１の内壁面に塗布する離型材が破損するという問題があり、溶解時間の短縮は困難であった。
【０００６】
本発明は、このような従来装置の問題点に鑑みて発明されたものであり、シリコン原料の溶解時間が長くかかるという従来装置の問題点を解消したシリコン鋳造装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るシリコン鋳造方法は、シリコン原料を鋳型内に投入する工程と、シリコン原料を溶解るつぼ内に投入する工程と、前記鋳型内のシリコン原料を、鋳型内で加熱溶融する工程と、前記溶解るつぼ内のシリコン原料を、溶解るつぼ内で加熱溶融する工程と、前記溶解るつぼ内で溶融されたシリコン融液を、前記溶解るつぼの底から出湯させて前記鋳型内に追加供給する工程と、を少なくとも有したことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明に係るシリコン鋳造方法を用いたシリコン鋳造装置の一実施形態を示す断面図であり、１はグラファイトなどから成る鋳型、２はその内部で水などの冷媒が循環する冷却板、３は抵抗加熱ヒータ、４はグラファイトなどから成る断熱壁、５ａは石英るつぼ、５ｂは黒鉛るつぼ、６（６ａ、６ｂ）はるつぼ用抵抗加熱ヒータである。このような鋳型１や断熱壁４などは全て真空容器（不図示）内に設置される。
【０００９】
本発明では鋳型１の上部に、石英るつぼ５ａと黒鉛るつぼ５ｂから成る溶解るつぼ５を設ける。この溶解るつぼ５の底部には、融液を出湯する穴５ｃが設けられている。この溶解るつぼ５も鋳型１と共に真空容器内に設置する。溶解るつぼ５の上部または周囲、若しくは両方に、るつぼ用抵抗加熱ヒータ６（６ａ、６ｂ）を設置する。
【００１０】
本発明に係る鋳造方法は、シリコン原料を鋳型内に投入する工程と、シリコン原料を溶解るつぼ内に投入する工程と、前記鋳型内のシリコン原料を、鋳型内で加熱溶融する工程と、前記溶解るつぼ内のシリコン原料を、溶解るつぼ内で加熱溶融する工程と、前記溶解るつぼ内で溶融されたシリコン融液を、前記溶解るつぼの底から出湯させて前記鋳型内に追加供給する工程と、を有している。具体的には、本発明を用いた鋳造装置での鋳造方法は次の通りである。まず、約半分の量のシリコン原料７を鋳型１内に、残りの約半分の量のシリコン原料８を石英るつぼ５ａ内に入れる。次に、鋳型１内のシリコン原料７、および石英るつぼ５ａ内のシリコン原料８をヒータ３、およびヒータ６（６ａ、６ｂ）で加熱して溶融させる。石英るつぼ５ａ内で融液になったシリコンはるつぼ底の穴５ｃから流れ出し、鋳型１内に追加供給される。最後に、全てのシリコン原料７、８が溶融したら、ヒータ６（６ａ、６ｂ）の出力を切り、ヒータ３の出力を調節して一方向凝固させる。
【００１１】
入るだけのシリコン原料７を鋳型１内に入れ、残りの原料を石英るつぼ５ａに入れれば、必要な石英るつぼ５ａの大きさが一番小さくなる。一般的なシリコン原料の嵩比重は１．０〜１．５で、シリコンの比重２．３３の半分程度である。このため、鋳造に適した大きさの鋳型には、約半分のシリコン原料を入れることができる。したがって、約半分の量のシリコン原料７を鋳型１内に入れ、残りの約半分の量のシリコン原料８を石英るつぼ５ａ内に入れるようにすると、鋳型もるつぼも最も有効に利用することができる。ただし鋳型１内に入れるシリコン原料の量は、上記の説明にかかわらず、半分より少なくしても特に問題は無い。溶解るつぼ５ａの方を主体にして溶解する場合は、溶解るつぼ５ａの大きさを少し大きくし、溶解るつぼ５ａに半分より多い量の原料を入れて溶解すればよい。
【００１２】
溶解るつぼ５とヒータ３の間をグラファイトなどから成る断熱材で仕切ることもできる。ただし断熱材には出湯に必要な穴を設けておく。断熱仕切りを入れると、凝固中のヒータ３の出力を小さくすることができ、節電になる。
【００１３】
るつぼ５は鋳造装置の上部から出し入れする。このとき、るつぼ５の上のヒータ６ａと断熱壁４は横へ移動させるようになっている。原料は、るつぼ５が入っている状態でヒータ６ａと断熱壁４を横へ移動させて入れる。または予め原料を入れておいたるつぼ５を鋳造装置内にいれる。鋳型１の場合、予め鋳型１内に原料を入れておき、その鋳型１を鋳造装置内に入れる。
【００１４】
鋳型１とるつぼ５で原料を溶解すると、溶解時間はほぼ１／２になるが、シリコン原料を溶解する場合、るつぼ５内の方が短時間で溶解できるので、るつぼ５を大きくして、鋳型１内で溶解する量を減らし、るつぼ５内で溶解する量を増やすと溶解時間を１／２よりも短くできる。
【００１５】
鋳型１のみで溶解する場合は、溶解時間が長く、鋳型１が長時間高温状態にさらされるため、鋳型１内面の離型材の損傷が発生しやすい。離型材の損傷が発生すると鋳塊の良品歩留りが低下する。本発明の場合は、溶解時間が短いので、離型材の損傷が発生しやすく、鋳塊の良品歩留りが高い。
【００１６】
本発明の場合、溶解時間が約半分に短縮され生産性が向上するが、それに対して、設備費の増加はわずかである。真空容器の大きさは、図２に示す従来装置と同等か、または少し小さくて済む。また、図２に示す従来装置では、原料タンクの蓋１５ｄおよび断熱壁１４ｂに駆動装置が必要であるが、本発明ではこのような駆動装置は不要である。
【００１７】
本発明では、図２の従来装置に比べて自動化が容易である。図２の従来装置では、鋳型１１内の原料の溶け具合を観察して、適当な時期にタンク１５ａ、１５ｂ内の原料を鋳型内に供給することが必要であるが、本発明では、溶解状態を観察して制御する必要はないので自動溶解が容易である。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るシリコン鋳造方法によれば、シリコン原料を鋳型内に投入する工程と、シリコン原料を溶解るつぼ内に投入する工程と、前記鋳型内のシリコン原料を、鋳型内で加熱溶融する工程と、前記溶解るつぼ内のシリコン原料を、溶解るつぼ内で加熱溶融する工程と、前記溶解るつぼ内で溶融されたシリコン融液を、前記溶解るつぼの底から出湯させて前記鋳型内に追加供給する工程と、を少なくとも有したことから、シリコンの加熱溶融を鋳型内だけではなく、溶解るつぼ内でも平行して行うことができるようになり、溶解時間が大幅に短くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシリコン鋳造方法を用いたシリコン鋳造装置の一実施形態を示す図である。
【図２】従来のシリコン鋳造装置を示す図である。
【符号の説明】
１‥‥‥鋳型、２‥‥‥冷却板、３‥‥‥ヒータ、４‥‥‥断熱壁、５（５ａ、５ｂ）‥‥‥溶解るつぼ、６（６ａ、６ｂ）‥‥‥るつぼ用ヒータ
Claims (1)
- シリコン原料を鋳型内に投入する工程と、
シリコン原料を溶解るつぼ内に投入する工程と、
前記鋳型内のシリコン原料を、鋳型内で加熱溶融する工程と、
前記溶解るつぼ内のシリコン原料を、溶解るつぼ内で加熱溶融する工程と、
前記溶解るつぼ内で溶融されたシリコン融液を、前記溶解るつぼの底から出湯させて前記鋳型内に追加供給する工程と、
を少なくとも有したことを特徴とするシリコン鋳造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18443699A JP3872233B2 (ja) | 1999-06-29 | 1999-06-29 | シリコン鋳造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18443699A JP3872233B2 (ja) | 1999-06-29 | 1999-06-29 | シリコン鋳造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001019591A JP2001019591A (ja) | 2001-01-23 |
| JP3872233B2 true JP3872233B2 (ja) | 2007-01-24 |
Family
ID=16153131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18443699A Expired - Fee Related JP3872233B2 (ja) | 1999-06-29 | 1999-06-29 | シリコン鋳造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3872233B2 (ja) |
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| KR20130133884A (ko) | 2006-01-20 | 2013-12-09 | 에이엠지 아이디얼캐스트 솔라 코포레이션 | 광전 변환 소자용 단결정 캐스트 실리콘 및 단결정 캐스트 실리콘 바디들을 제조하는 방법 및 장치 |
| AU2008279415A1 (en) | 2007-07-20 | 2009-01-29 | Amg Idealcast Solar Corporation | Methods and apparatuses for manufacturing cast silicon from seed crystals |
| WO2009015168A1 (en) | 2007-07-25 | 2009-01-29 | Bp Corporation North America Inc. | Methods for manufacturing geometric multi-crystalline cast materials |
| US8709154B2 (en) | 2007-07-25 | 2014-04-29 | Amg Idealcast Solar Corporation | Methods for manufacturing monocrystalline or near-monocrystalline cast materials |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE4018967A1 (de) * | 1990-06-13 | 1991-12-19 | Wacker Chemitronic | Verfahren und vorrichtung zum giessen von siliciumbloecken mit kolumnarstruktur als grundmaterial fuer solarzellen |
| JP3713332B2 (ja) * | 1996-06-21 | 2005-11-09 | 同和鉱業株式会社 | 単結晶銅ターゲット及びその製造方法 |
| JP3512576B2 (ja) * | 1996-10-30 | 2004-03-29 | 京セラ株式会社 | シリコン鋳造装置 |
| JP3852147B2 (ja) * | 1996-12-27 | 2006-11-29 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 太陽電池用多結晶シリコン・インゴットの製造方法 |
-
1999
- 1999-06-29 JP JP18443699A patent/JP3872233B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001019591A (ja) | 2001-01-23 |
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| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060720 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060822 |
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