JPH0230698A - シリコン鋳造装置 - Google Patents
シリコン鋳造装置Info
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- JPH0230698A JPH0230698A JP16719488A JP16719488A JPH0230698A JP H0230698 A JPH0230698 A JP H0230698A JP 16719488 A JP16719488 A JP 16719488A JP 16719488 A JP16719488 A JP 16719488A JP H0230698 A JPH0230698 A JP H0230698A
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- ingot
- bottomless
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野〕
本発明は、電M1誘導によるシリコンの連続鋳造装置お
よびこれを使用した連続鋳造方法に関する。
よびこれを使用した連続鋳造方法に関する。
電磁誘導による連続鋳造法の1つとして、第4図に示さ
れるように、誘導コイル7内に、周方向で複数に分割さ
れた導電性の無底るつぼ6を設置し、この中で材料20
を溶解しながら順次下方に引き抜いて凝固させる方法が
知られている(以下、電磁誘導による連続鋳造とはこの
方法を指す)。
れるように、誘導コイル7内に、周方向で複数に分割さ
れた導電性の無底るつぼ6を設置し、この中で材料20
を溶解しながら順次下方に引き抜いて凝固させる方法が
知られている(以下、電磁誘導による連続鋳造とはこの
方法を指す)。
この方法によると、無底るつぼ6が周方向で複数に分割
されていることから、誘導コイル7を流れる電流により
個々のるつぼ分割片16に電流が生じ、これがるつぼ6
内の材料20に電流を生じさせ、材料20を加熱溶解す
るとともに、るつぼ分割片16を流れる電流と材料20
を流れる電流との間に反発力が生じて、るつぼ6に対し
て材料20を非接触の状態に維持することができるとさ
れている。
されていることから、誘導コイル7を流れる電流により
個々のるつぼ分割片16に電流が生じ、これがるつぼ6
内の材料20に電流を生じさせ、材料20を加熱溶解す
るとともに、るつぼ分割片16を流れる電流と材料20
を流れる電流との間に反発力が生じて、るつぼ6に対し
て材料20を非接触の状態に維持することができるとさ
れている。
ところが、実際の操業においては、第5図(イ)に示さ
れるように、るつぼ6内の溶融材料20がるつぼ分割片
16の間隙部17に入り込み固化する。
れるように、るつぼ6内の溶融材料20がるつぼ分割片
16の間隙部17に入り込み固化する。
この現象は差し込みと呼ばれ、るつぼ6内から凝固材料
20を引き下げるのを困難にするとともに、るつぼ分割
片16間に差し込んで固化した材料が、帯電したるつぼ
表面に接触して放電を生じさせる。
20を引き下げるのを困難にするとともに、るつぼ分割
片16間に差し込んで固化した材料が、帯電したるつぼ
表面に接触して放電を生じさせる。
このため、この方法は、るつぼ6とるつぼ肉材料20と
の間にスラグを挟んで、連続的にチャージ、溶融、引き
下げ、凝固を行う形でしか実用されていない。
の間にスラグを挟んで、連続的にチャージ、溶融、引き
下げ、凝固を行う形でしか実用されていない。
るつぼとるつぼ肉材料との間にスラグを挟んで行う電磁
誘導による連続鋳造法は、インダクトスラグ溶解法(注
)と呼ばれ、チタン等の活性金属の溶解鋳造に主に用い
られ、スラグはるつぼとるつぼ肉材料との間の緩衝材お
よび絶縁材として作用する。
誘導による連続鋳造法は、インダクトスラグ溶解法(注
)と呼ばれ、チタン等の活性金属の溶解鋳造に主に用い
られ、スラグはるつぼとるつぼ肉材料との間の緩衝材お
よび絶縁材として作用する。
(注) P、G、CLITES and R,A
、BEALL : Proc、theFifth
International Conf、on Ele
ctr。
、BEALL : Proc、theFifth
International Conf、on Ele
ctr。
slag and 5pecial Meltjng
Technology(1975) P477 一方、太陽電池等の素材として使用されるシリコンの方
向性凝固鋳塊は、従来は溶解シリコンに対して不活性な
雰囲気下でシリコンを有底るつぼ内で溶解し、これを垂
直方向で所定の温度勾配が付与された鋳型内に流し込ん
で凝固させる方法でもっばら製造されている。
Technology(1975) P477 一方、太陽電池等の素材として使用されるシリコンの方
向性凝固鋳塊は、従来は溶解シリコンに対して不活性な
雰囲気下でシリコンを有底るつぼ内で溶解し、これを垂
直方向で所定の温度勾配が付与された鋳型内に流し込ん
で凝固させる方法でもっばら製造されている。
しかるに、この方法においてはるつぼおよび鋳型からの
不純物によるシリコン汚染が避けられない、また、この
汚染を抑えるためにるつぼおよび鋳型は特に高純度な材
質を必要とし、鋳型に対する加熱設備が複雑なこととあ
いまって鋳造コストを著しく高める。更に、結晶化が鋳
型底面および鋳型側面から同時に進行するため、結晶学
上も好ましくない。
不純物によるシリコン汚染が避けられない、また、この
汚染を抑えるためにるつぼおよび鋳型は特に高純度な材
質を必要とし、鋳型に対する加熱設備が複雑なこととあ
いまって鋳造コストを著しく高める。更に、結晶化が鋳
型底面および鋳型側面から同時に進行するため、結晶学
上も好ましくない。
そこで、このシリコン鋳造に対して、前述した電磁誘導
による連続鋳造法の導入が考えられてくる。
による連続鋳造法の導入が考えられてくる。
電M1誘導による連続鋳造法は、古くから考えられてい
た方法であるが、インダクトスラグ溶解法が開発される
までは電源設備、電力コストとのバランスで工業的規模
での実施はほとんどなされていなかった。しかるに、最
近の著しい技術進歩は小型で大容量の電源設備を提供し
、電力コストも低下させた。このような状況を背景とし
て、電磁誘導による連続鋳造法がシリコン鋳造法として
再び注目を集めている。
た方法であるが、インダクトスラグ溶解法が開発される
までは電源設備、電力コストとのバランスで工業的規模
での実施はほとんどなされていなかった。しかるに、最
近の著しい技術進歩は小型で大容量の電源設備を提供し
、電力コストも低下させた。このような状況を背景とし
て、電磁誘導による連続鋳造法がシリコン鋳造法として
再び注目を集めている。
電磁誘導による連続鋳造法は、前述したように、無底る
つぼとの間で材料接触がなく、シリコンの鋳造に利用し
た場合にシリコンの不純物汚染を完全に防ぐ、るつぼか
らの汚染がなければ、るつぼの材質を低級化でき、鋳型
を必要しないこととあいまって設備コストが著しく低下
し、大容量の電源装置と組合せることによって大形で高
品質のシリコン鋳塊が連続的に低コストで製造できる。
つぼとの間で材料接触がなく、シリコンの鋳造に利用し
た場合にシリコンの不純物汚染を完全に防ぐ、るつぼか
らの汚染がなければ、るつぼの材質を低級化でき、鋳型
を必要しないこととあいまって設備コストが著しく低下
し、大容量の電源装置と組合せることによって大形で高
品質のシリコン鋳塊が連続的に低コストで製造できる。
また結晶学上もるつぼ側壁からの結晶化が抑制できるの
で非常に好ましいものとなる。
で非常に好ましいものとなる。
米国はこのような考えに立って、電磁誘導によるシリコ
ンの連続鋳造法を特開昭61−5’2962号公報にて
我国に特許出願した。
ンの連続鋳造法を特開昭61−5’2962号公報にて
我国に特許出願した。
しかしながら、特開昭61−52962号公報に開示さ
れた方法は、電磁誘導による連続鋳造法で問題となる差
し込みを何ら解決していない。
れた方法は、電磁誘導による連続鋳造法で問題となる差
し込みを何ら解決していない。
また、この方法においては、シリコンが凝固してから冷
却されるときの温度勾配が大きく、凝固したシリコン鋳
塊中に大きな熱歪みが発生、残留して、シリコン鋳塊に
クランクおよび結晶欠陥を多発させ、満足な品質が得ら
れないことも明らかとなった。
却されるときの温度勾配が大きく、凝固したシリコン鋳
塊中に大きな熱歪みが発生、残留して、シリコン鋳塊に
クランクおよび結晶欠陥を多発させ、満足な品質が得ら
れないことも明らかとなった。
差し込みは大電力の供給で解決できるが、熱歪みによる
品質欠陥は、このような周知技術では一向に解決されず
、半導体素材としての致命的欠陥となる。また、大電力
によって差し込みを抑制すれば、電力コストがかさむの
で、できれば大電力によらずに差し込みを抑制すること
が望まれる。
品質欠陥は、このような周知技術では一向に解決されず
、半導体素材としての致命的欠陥となる。また、大電力
によって差し込みを抑制すれば、電力コストがかさむの
で、できれば大電力によらずに差し込みを抑制すること
が望まれる。
本発明は斯かる状況に鑑み、熱歪みによる品質欠陥を完
全に防止できる電磁誘導によるシリコンの連続鋳造装置
を提供することを第1目的とする。
全に防止できる電磁誘導によるシリコンの連続鋳造装置
を提供することを第1目的とする。
本発明の第2目的は、前記品質欠陥を防止した上で、更
に大電力によらず差し込み乃至は差し込みに伴う問題が
解決できる電磁誘導によるシリコンの連tIt鋳造装置
およびこれを使用した鋳造方法を提供することにある。
に大電力によらず差し込み乃至は差し込みに伴う問題が
解決できる電磁誘導によるシリコンの連tIt鋳造装置
およびこれを使用した鋳造方法を提供することにある。
本発明の第1装置は、前記第1目的を達成したもので、
電磁誘導によるシリコンの連続鋳造装置において、溶融
シリコンと凝固シリコンの界面レベルの直下に、凝固シ
リコンの引き下げ路に沿って凝固シリコンに対する加熱
手段を配設せしめたものである。
電磁誘導によるシリコンの連続鋳造装置において、溶融
シリコンと凝固シリコンの界面レベルの直下に、凝固シ
リコンの引き下げ路に沿って凝固シリコンに対する加熱
手段を配設せしめたものである。
本発明の第2〜第4装置および本発明の方法は前記第2
目的を達成したものである。
目的を達成したものである。
本発明の第2装置は、前記第1装置において、無底るつ
ぼの周方向の分割間隙を0.3〜1.0 mとするもの
である。
ぼの周方向の分割間隙を0.3〜1.0 mとするもの
である。
本発明の第3装置は、前記第1装置において、無底るつ
ぼの内壁面に下方に向かって0.4〜2.0°の角度で
外側へ拡がる傾斜を付与したものである。
ぼの内壁面に下方に向かって0.4〜2.0°の角度で
外側へ拡がる傾斜を付与したものである。
本発明の第4装置は、前記第2装置において、無底るつ
ぼの内壁面に下方に向かって0.4〜2.0°の角度で
外側へ拡がる傾斜を付与したものである。
ぼの内壁面に下方に向かって0.4〜2.0°の角度で
外側へ拡がる傾斜を付与したものである。
本発明の方法は、第1〜4装置のいずれかを使用したシ
リコン鋳造方法において、誘導周波数を0.5〜200
KHzとするものである。
リコン鋳造方法において、誘導周波数を0.5〜200
KHzとするものである。
本発明の第1〜4装置および方法によると、無底るつぼ
から引き下げられるシリコン鋳塊の冷却が加熱手段によ
る加熱にて制JTJされ、シリコン鋳塊に対してその引
き下げ方向で緩やかな温度勾配を付与する作用が得られ
る。
から引き下げられるシリコン鋳塊の冷却が加熱手段によ
る加熱にて制JTJされ、シリコン鋳塊に対してその引
き下げ方向で緩やかな温度勾配を付与する作用が得られ
る。
本発明の第2〜第4装置および方法における差し込みに
対しての作用は以下のとおりであ名。
対しての作用は以下のとおりであ名。
本発明者らは、電磁誘導による連続鋳造法で工業的にシ
リコン鋳造を行うには、大電力を供給することなく差し
込みを抑えることが重要であると判断した。また、差し
込みを抑えることができなくても、鋳塊の円滑な引き下
げが保証できれば、大電力の供給が不要になる。斯かる
観点からその具体的対策について研究を続けた結果、前
者の観点からは無底るつぼの周方向の分割間隙の管理と
、誘導周波数の管理が有効であり、後者の観点からはる
つぼ内壁面の角度管理が有効なことを知見した。
リコン鋳造を行うには、大電力を供給することなく差し
込みを抑えることが重要であると判断した。また、差し
込みを抑えることができなくても、鋳塊の円滑な引き下
げが保証できれば、大電力の供給が不要になる。斯かる
観点からその具体的対策について研究を続けた結果、前
者の観点からは無底るつぼの周方向の分割間隙の管理と
、誘導周波数の管理が有効であり、後者の観点からはる
つぼ内壁面の角度管理が有効なことを知見した。
すなわち、無底るつぼの周方向分割間隙を1.0−以下
にすれば、るつぼ内壁面に流れる電流とるつぼ内の溶解
シリコンの表皮部に流れる電流とが逆向きであるために
両者の間に生じる反発力が、分割間隙部で切れ目なく働
き、差し込みを効果的に抑える。
にすれば、るつぼ内壁面に流れる電流とるつぼ内の溶解
シリコンの表皮部に流れる電流とが逆向きであるために
両者の間に生じる反発力が、分割間隙部で切れ目なく働
き、差し込みを効果的に抑える。
第3図は電磁誘導により直径50鵬および120+ga
のシリコンを標準的な電力(45〜95 kw)で連続
鋳造したときの誘導周波数と、分割間隙部への溶解シリ
コン差し込み深さとの関係を、分割間隙寸法をパラメー
タとして表わしたグラフである。
のシリコンを標準的な電力(45〜95 kw)で連続
鋳造したときの誘導周波数と、分割間隙部への溶解シリ
コン差し込み深さとの関係を、分割間隙寸法をパラメー
タとして表わしたグラフである。
分割間隙が1.5 ergのときは差し込み深さが0.
6閣を超えているが、分割間隙が1.0111m以下の
ときは、シリコンの加熱溶解を主体的に考えた標準的な
電力しか与えていないにもかかわらず、差し込み深さが
、1.511Itaのときの1/3以下の約0.2mm
以下に大幅抑制される。
6閣を超えているが、分割間隙が1.0111m以下の
ときは、シリコンの加熱溶解を主体的に考えた標準的な
電力しか与えていないにもかかわらず、差し込み深さが
、1.511Itaのときの1/3以下の約0.2mm
以下に大幅抑制される。
差し込み深さが0.2m以下に抑制されれば、るつぼ内
壁面に流れる電流とるつぼ内の溶解シリコンの表皮部に
流れる電流とが逆向きであるために生じる反発力による
隙間があるために、鋳塊の円滑なダ1き下げが可能とな
る。
壁面に流れる電流とるつぼ内の溶解シリコンの表皮部に
流れる電流とが逆向きであるために生じる反発力による
隙間があるために、鋳塊の円滑なダ1き下げが可能とな
る。
ただし、分割間隙が0.3 am未満になると、るっぼ
分割片に生じた電流が、るつぼ内の溶解シリコンに誘起
させる電流の効率を急激に低下させるため、無用な電力
の消耗を引き起こし、経済的な溶解を行うことができな
くなる。
分割片に生じた電流が、るつぼ内の溶解シリコンに誘起
させる電流の効率を急激に低下させるため、無用な電力
の消耗を引き起こし、経済的な溶解を行うことができな
くなる。
以上のことから、本発明の第2装置によると、大電力を
供給することなく鋳塊の円滑な引き下げが可能になる。
供給することなく鋳塊の円滑な引き下げが可能になる。
一方、差し込みは本発明者らの調査によると、第5図(
ロ)に示されるように誘導コイル7の下部で顕著となる
。これは、るつぼ6内の溶融シリコン13が下部はど自
重による垂直方向の力を強く受けるためと考えられる。
ロ)に示されるように誘導コイル7の下部で顕著となる
。これは、るつぼ6内の溶融シリコン13が下部はど自
重による垂直方向の力を強く受けるためと考えられる。
したがって、るつぼ6内壁面に下方に向かって外側へ拡
がる傾斜を付与しておけば、差し込みが生じていても、
下方^、の引き下げが可能になる。
がる傾斜を付与しておけば、差し込みが生じていても、
下方^、の引き下げが可能になる。
第1表は、電磁誘導によりるつぼ分割間隙1.0−で直
径50■のシリコンを標準的な電力(45〜55kw)
で連続鋳造したときの前記傾斜角と、鋳塊引き下げの可
否の判定結果との関係を示したものである。
径50■のシリコンを標準的な電力(45〜55kw)
で連続鋳造したときの前記傾斜角と、鋳塊引き下げの可
否の判定結果との関係を示したものである。
第
表
同表から明らかなように、前記傾斜角が0.4゜以上で
鋳塊引き下げが可能になる。
鋳塊引き下げが可能になる。
ただし、前記傾斜角が2.Oo を超えると、るつぼ下
方の直径が過度に大きくなるため、鋳塊引き下げ速度を
速くすると、溶解シリコンが固化する前に鋳塊側面の固
相一液相界面から溶解シリコンが滴下するようになり、
連続的な鋳塊凝固ができなくなる。
方の直径が過度に大きくなるため、鋳塊引き下げ速度を
速くすると、溶解シリコンが固化する前に鋳塊側面の固
相一液相界面から溶解シリコンが滴下するようになり、
連続的な鋳塊凝固ができなくなる。
以上のことから、本発明の第3装置によると、鋳塊の円
滑な引き下げが可能になる。
滑な引き下げが可能になる。
また、本発明の第4装置は、分割間隙の管理と内壁面の
角度管理とを組合せたもので、無底るつぼからのシリコ
ン鋳塊引き下げを一層円滑ならしめる。
角度管理とを組合せたもので、無底るつぼからのシリコ
ン鋳塊引き下げを一層円滑ならしめる。
他方、電気的な条件については、誘導加熱時の発振周波
数が差し込みを抑え、電力消費を少なくする上で重要で
ある。この誘導周波数は、るつぼ内壁面に流れる電流と
るつぼ内の溶解シリコン表皮部に流れる電流の各浸透深
さを決定する因子であり、誘導周波数と差し込み深さと
の関係は第3図に示されるとおりである。
数が差し込みを抑え、電力消費を少なくする上で重要で
ある。この誘導周波数は、るつぼ内壁面に流れる電流と
るつぼ内の溶解シリコン表皮部に流れる電流の各浸透深
さを決定する因子であり、誘導周波数と差し込み深さと
の関係は第3図に示されるとおりである。
周波数が低いほど差し込み深さは大きくなるが、分割間
隙を0.3〜1.0mに管理した条件下および/または
るつぼ内壁面の前記傾斜角を0.4〜2.0°に管理し
た条件下では、誘導周波数が0.5〜200 K H□
の範囲内で鋳塊の連続引き下げをより一層円滑ならしめ
、電力消費を少なくする。
隙を0.3〜1.0mに管理した条件下および/または
るつぼ内壁面の前記傾斜角を0.4〜2.0°に管理し
た条件下では、誘導周波数が0.5〜200 K H□
の範囲内で鋳塊の連続引き下げをより一層円滑ならしめ
、電力消費を少なくする。
誘導周波数が0.5KH,未満では、誘導コイル、無底
るつぼおよび溶解シリコンを総合した周波数特性が整合
せず、過度の電力を消費しなければ溶解シリコンの差し
込みを抑えることができず、200KHz超でも、同様
に誘導コイル、無底るつぼおよび溶解シリコン相互間の
周波数特性が悪化して、無用の電力消費を引き起こす。
るつぼおよび溶解シリコンを総合した周波数特性が整合
せず、過度の電力を消費しなければ溶解シリコンの差し
込みを抑えることができず、200KHz超でも、同様
に誘導コイル、無底るつぼおよび溶解シリコン相互間の
周波数特性が悪化して、無用の電力消費を引き起こす。
以上のことから、本発明の方法によると、より一層円滑
な鋳塊引き下げが可能になる。
な鋳塊引き下げが可能になる。
第1図は本発明の第1〜第4装置の一例についてその全
体構造を示す縦断面図である。
体構造を示す縦断面図である。
lは気密容器で、容器を内部の発熱から保護するために
二重構造の水冷容器になっている。更に、容器内を真空
排気できるようにダクトを経由して真空排気ポンプと連
結され、一方、容器内を不活性ガスの任意の圧力に制御
できるように不活性ガスの供給管とも連結されている。
二重構造の水冷容器になっている。更に、容器内を真空
排気できるようにダクトを経由して真空排気ポンプと連
結され、一方、容器内を不活性ガスの任意の圧力に制御
できるように不活性ガスの供給管とも連結されている。
また、この気密容器lは上部および下部に真空遮断装置
2および3によって仕切られた原料装入容器4および鋳
塊取出室5を有し、原料装入および鋳塊の取出し気密容
器lの中のシリコンに対して不活性な雰囲気を維持した
まま行えるようになっている。
2および3によって仕切られた原料装入容器4および鋳
塊取出室5を有し、原料装入および鋳塊の取出し気密容
器lの中のシリコンに対して不活性な雰囲気を維持した
まま行えるようになっている。
気密容器lのほぼ中央部に固定された無底るつぼ6は、
その周囲に誘導コイル7を巻回し、下方に加熱手段24
を連設した構造である。この部分の構造は後で第2図に
より詳しく説明する。
その周囲に誘導コイル7を巻回し、下方に加熱手段24
を連設した構造である。この部分の構造は後で第2図に
より詳しく説明する。
気密容器1内の原料装入容器4下方には原料ホンパー8
が設けられ、ホッパー8内に装入された粒状、塊状の原
料シリコン9が旋回式の装入ダク)10を経て無底るつ
ぼ内の溶解シリコン13に供給されるようになっている
。
が設けられ、ホッパー8内に装入された粒状、塊状の原
料シリコン9が旋回式の装入ダク)10を経て無底るつ
ぼ内の溶解シリコン13に供給されるようになっている
。
無底るつぼ6の直上にはグラファイト等からなる抵抗性
の発熱体11が昇降可能に設けられ、下降した状態で無
底るつぼ6内に挿入されるようになっている。
の発熱体11が昇降可能に設けられ、下降した状態で無
底るつぼ6内に挿入されるようになっている。
加熱手段24の下方には、シリコン鋳塊12を支えなが
ら下方へ引き出す支持および引き抜き装置14が設けら
れている。
ら下方へ引き出す支持および引き抜き装置14が設けら
れている。
支持および引き抜き手段14としては、クランブロール
形式のものでもよいが、シリコン鋳塊12に与える影響
を考慮すると、シリコン鋳塊12をスリップなく把持し
、所定距離下降した後、シリコン鋳塊12を解放して元
の位置まで上昇するクランプ体を、位相をずらせて複数
同時に駆動させるものが好ましい。
形式のものでもよいが、シリコン鋳塊12に与える影響
を考慮すると、シリコン鋳塊12をスリップなく把持し
、所定距離下降した後、シリコン鋳塊12を解放して元
の位置まで上昇するクランプ体を、位相をずらせて複数
同時に駆動させるものが好ましい。
また、シリコン鋳塊12に対しては、レーザー光等によ
る切断装置を容器l内に設けること可能である。
る切断装置を容器l内に設けること可能である。
第2図は本発明の第1〜第4装置の要部である無底るつ
ぼおよび加熱手段の構造例を示したものである。
ぼおよび加熱手段の構造例を示したものである。
この無底るつぼ6は銅製の筒体で、上部を残して周方向
に複数分割された構造である。るつぼの内部は仕切板2
5によって内側と外側に仕切られ、導入管18からるつ
ぼ内に導入された冷却水が周方向に循回しながら内側部
分を下降し、内壁面を冷却した後、外側部分を上昇し、
導出管19に集められてるつぼ6の外へ排出されるよう
になっている。
に複数分割された構造である。るつぼの内部は仕切板2
5によって内側と外側に仕切られ、導入管18からるつ
ぼ内に導入された冷却水が周方向に循回しながら内側部
分を下降し、内壁面を冷却した後、外側部分を上昇し、
導出管19に集められてるつぼ6の外へ排出されるよう
になっている。
而して、この無底るつぼ6は周方向分割部分においてる
つぼ分割片16の間隙が0.3〜1.0口とされるか、
内壁面が下方に向かって外側へ0.4〜2°の角度で広
がるか、もしくはその双方の条件を具備した構造となっ
ている。
つぼ分割片16の間隙が0.3〜1.0口とされるか、
内壁面が下方に向かって外側へ0.4〜2°の角度で広
がるか、もしくはその双方の条件を具備した構造となっ
ている。
無底るつぼ6については、図示例では上部を残して周方
向に分割されているが1.下部を残してもよく、また軸
方向全体で周方向に分割されてもよい。
向に分割されているが1.下部を残してもよく、また軸
方向全体で周方向に分割されてもよい。
また、円筒状に限らす角筒状でもよく、材質も銅基外の
導電性材料を使用することが可能である。
導電性材料を使用することが可能である。
誘導コイル7は、無底るつぼ6の外側に間怠に周設され
、図示されていない同軸ケーブルにて電源に接続される
。誘導コイル7および同軸ケーブルは同一の冷却水路を
用いて冷却される。
、図示されていない同軸ケーブルにて電源に接続される
。誘導コイル7および同軸ケーブルは同一の冷却水路を
用いて冷却される。
加熱手段24は、無底るつぼ6の下方に間怠に連設され
、石英管からなる円筒状の遮へい板21の外側に金属製
抵抗発熱体22を、下部に比べて上部の方を密に巻きつ
け、更にその外側をアルミナを主成分にした保温用の炉
壁23で覆った構造である。
、石英管からなる円筒状の遮へい板21の外側に金属製
抵抗発熱体22を、下部に比べて上部の方を密に巻きつ
け、更にその外側をアルミナを主成分にした保温用の炉
壁23で覆った構造である。
発熱体22は上下方向で複数のブロックに分け、独立し
て発熱制御できるようにしてもよい。
て発熱制御できるようにしてもよい。
第6図(イ)(ロ)は加熱手段24の他の例を示したも
のである。
のである。
第6図(イ)に示された加熱手段24は、無底るつぼ6
の直下に間怠に連設された円筒状の導電体30と、その
外側に周設した第2の誘導コイル31とからなり、導電
体30は保温壁32で外面が被覆されている。第2の誘
導コイル31は、無底るつぼ6に設けた誘導コイル7と
共通のiitagを用いても独立のtllを用いてもよ
い。導電体30の材質としては例えば黒鉛、Ta、Mo
等が選択され、保温壁32の材質としては例えば黒鉛繊
維成形体、アルミナ等が選択される。
の直下に間怠に連設された円筒状の導電体30と、その
外側に周設した第2の誘導コイル31とからなり、導電
体30は保温壁32で外面が被覆されている。第2の誘
導コイル31は、無底るつぼ6に設けた誘導コイル7と
共通のiitagを用いても独立のtllを用いてもよ
い。導電体30の材質としては例えば黒鉛、Ta、Mo
等が選択され、保温壁32の材質としては例えば黒鉛繊
維成形体、アルミナ等が選択される。
第6図(ロ)に示された加熱手段24は、無底るつぼ6
を下方に延長して加熱手段24としたものである。延長
部に周設される凝固シリコン加熱用の第2の誘導コイル
31も第6図(イ)に示した例と同様、誘導コイル7と
共通の1を源を用いても独立の電源を用いてもよい。加
熱コイル7と共通電源を使用した場合は誘導コイルに対
して第2の誘導コイル31が独立制御できることが必要
である。いずれの加熱手段24を使用した場合も凝固直
後のシリコンに所望の軸方向温度勾配が付与され、急冷
による熱歪みの発生が防止される。
を下方に延長して加熱手段24としたものである。延長
部に周設される凝固シリコン加熱用の第2の誘導コイル
31も第6図(イ)に示した例と同様、誘導コイル7と
共通の1を源を用いても独立の電源を用いてもよい。加
熱コイル7と共通電源を使用した場合は誘導コイルに対
して第2の誘導コイル31が独立制御できることが必要
である。いずれの加熱手段24を使用した場合も凝固直
後のシリコンに所望の軸方向温度勾配が付与され、急冷
による熱歪みの発生が防止される。
第1図および第2図装置によるシリコン鋳造法の具体的
手順を次に説明する。
手順を次に説明する。
まず、気密容器lの中を真空排気した後に、不活性ガス
としてアルゴンを封入し、その後、シリコンからなる円
柱状の種鋳塊を支持および引き抜き装置14によって種
鋳塊の上端が無底るつぼ6の高さ方向の中央にくるよう
に設置する。
としてアルゴンを封入し、その後、シリコンからなる円
柱状の種鋳塊を支持および引き抜き装置14によって種
鋳塊の上端が無底るつぼ6の高さ方向の中央にくるよう
に設置する。
次に、無底るつぼ6の上方にある装入ダクトlOを横方
向に退避した状態で、グラフ1イト等からなる発熱体1
1を無底るつぼ6の中に陣下、挿入して種鋳塊の直上に
接近設定し、誘導コイル7に道電を開始する。
向に退避した状態で、グラフ1イト等からなる発熱体1
1を無底るつぼ6の中に陣下、挿入して種鋳塊の直上に
接近設定し、誘導コイル7に道電を開始する。
誘導コイル7の中の種鋳塊の上端面が溶解され、発熱体
11を上昇させて元の位置に戻し、種鋳塊をるつぼ6内
で上昇させると、溶解シリコン13が初期形成される。
11を上昇させて元の位置に戻し、種鋳塊をるつぼ6内
で上昇させると、溶解シリコン13が初期形成される。
溶解シリコン13を初期形成した後、直ちに粒状の原料
シリコン9を装入ダクトlOから溶解シリコ/13の溶
融表面に添加し原料シリコン9を溶解するとともに、加
熱手段24を作動させた状態で、支持および引き抜き装
置14を作動させることによって、種鋳塊を含むシリコ
ン鋳塊12を無底るつぼ6および加熱手段24から引き
出す。
シリコン9を装入ダクトlOから溶解シリコ/13の溶
融表面に添加し原料シリコン9を溶解するとともに、加
熱手段24を作動させた状態で、支持および引き抜き装
置14を作動させることによって、種鋳塊を含むシリコ
ン鋳塊12を無底るつぼ6および加熱手段24から引き
出す。
これにより、溶解シリコン13は電磁力の作用する領域
から順次引き離され、シリコン12と接触している部分
から連続的に凝固するとともに、凝固まもない部分に対
して加熱手段24により所望の軸方向温度勾配が付与さ
れる。
から順次引き離され、シリコン12と接触している部分
から連続的に凝固するとともに、凝固まもない部分に対
して加熱手段24により所望の軸方向温度勾配が付与さ
れる。
以上の連続的な原料装入、溶解、凝固の操作を継続する
ことにより、熱歪のない高品質なシリコンの方向性凝固
鋳塊を製造することができる。
ことにより、熱歪のない高品質なシリコンの方向性凝固
鋳塊を製造することができる。
製造されたシリコン鋳塊12は遮断装置3を解放して取
出室5に移され、遮断装置3を閉止した後、取出室5の
外に抽出される、 原料シリコン9については、遮断装置2を解放して装入
容器4よりホッパー8内に所定量供給され、その後、再
び遮断装置2を閉止して次の鋳造に備える。
出室5に移され、遮断装置3を閉止した後、取出室5の
外に抽出される、 原料シリコン9については、遮断装置2を解放して装入
容器4よりホッパー8内に所定量供給され、その後、再
び遮断装置2を閉止して次の鋳造に備える。
以上の手順により実際に鋳造を行った結果を比較例も含
めて次に述べる。
めて次に述べる。
誘導周波数は0.5〜20 KHz 、100〜200
KH,の2帯域を使用した。
KH,の2帯域を使用した。
100〜200 KHzについては、内径50mg+、
外径801で周方向分割数が12、分割間隙が1゜5.
1.0.0.3m、るつぼ分割片高さが150mmの第
1図に示す形状の銅製無底るつぼを使用した。
外径801で周方向分割数が12、分割間隙が1゜5.
1.0.0.3m、るつぼ分割片高さが150mmの第
1図に示す形状の銅製無底るつぼを使用した。
るつぼ内壁面の前記傾斜角は1.0°を基本とし、分割
間隙が1.0 tmのものについては1.0°の他、0
.2.0.4.2.0.5.0°の5種類とした。
間隙が1.0 tmのものについては1.0°の他、0
.2.0.4.2.0.5.0°の5種類とした。
この無底るつぼと組合せる誘導コイルは、外径90m、
高さ45mmの4ターンの銅製水冷式である。電力はシ
リコンの加熱溶解を主体に考えた45〜55kwを投入
した。
高さ45mmの4ターンの銅製水冷式である。電力はシ
リコンの加熱溶解を主体に考えた45〜55kwを投入
した。
0.5〜20KHzについては、内径12011+++
。
。
外径15011で周方向分割数が24、分割間隙が1.
5.1.0.0.3 am、るつぼ分割片の高さが15
0m、るつぼ内壁面の前記傾斜角1.0°の第1図に示
す形状の無底るつぼを使用した。
5.1.0.0.3 am、るつぼ分割片の高さが15
0m、るつぼ内壁面の前記傾斜角1.0°の第1図に示
す形状の無底るつぼを使用した。
この無底るつぼと組合せる誘導コイルは、外径160m
、高さ45+m*の4ターンの銅製水冷式で70〜95
kwの電力を投入した。
、高さ45+m*の4ターンの銅製水冷式で70〜95
kwの電力を投入した。
鋳塊引き下げ速度はいずれの場合も、1.5 cm /
分とした。
分とした。
また加熱手段24は第2図に示す構造で、加熱有効部の
大きさが内径60!II(内径50閣の無底るつぼのと
き)あるいは130m(内径120 rn*の無底るつ
ぼのとき)で高さが150onの円筒状であり、いずれ
の内径のものも無底るつぼ側の上端の温度が1050°
C1下端の出口温度が650°Cに温度制御されるよう
に構成した。
大きさが内径60!II(内径50閣の無底るつぼのと
き)あるいは130m(内径120 rn*の無底るつ
ぼのとき)で高さが150onの円筒状であり、いずれ
の内径のものも無底るつぼ側の上端の温度が1050°
C1下端の出口温度が650°Cに温度制御されるよう
に構成した。
先に説明した第3図および第1表は上記条件による鋳造
の結果を整理して示したものである。
の結果を整理して示したものである。
また、鋳塊の引き下げが可能であったものについて、そ
の鋳塊から、直径50mm+、厚さ0.35mmの円形
の基板をダイヤモンドカッターによって切り出したとこ
ろ、円形基板はカッティング途中で割れることがなく、
鋳塊中に熱歪みが全く残留していないことを示した。更
に、この半導体円形基仮の拡散長を測定したところ、半
導体P型1Ωcmで200〜300μmを示し、本発明
の装置および方法で製造した半導体多結晶が太陽電池用
基板として十分に利用できることも判明した。
の鋳塊から、直径50mm+、厚さ0.35mmの円形
の基板をダイヤモンドカッターによって切り出したとこ
ろ、円形基板はカッティング途中で割れることがなく、
鋳塊中に熱歪みが全く残留していないことを示した。更
に、この半導体円形基仮の拡散長を測定したところ、半
導体P型1Ωcmで200〜300μmを示し、本発明
の装置および方法で製造した半導体多結晶が太陽電池用
基板として十分に利用できることも判明した。
本発明の第1〜第4装置および方法は、電磁誘導によっ
てシリコンを連続鋳造する際に、半導体として致命的な
鋳塊中の熱歪みを生じさせず、電磁誘導による高品質、
低コストなシリコン鋳造を可能にする。
てシリコンを連続鋳造する際に、半導体として致命的な
鋳塊中の熱歪みを生じさせず、電磁誘導による高品質、
低コストなシリコン鋳造を可能にする。
その上、本発明の第2装置は、無底るつぼの分割間隙を
規制することにより、大電力を供給することなく、分割
間隙部へのシリコンの差し込みを引き下げに支承のない
程度に抑制する。
規制することにより、大電力を供給することなく、分割
間隙部へのシリコンの差し込みを引き下げに支承のない
程度に抑制する。
本発明の第3装置は、無底るつぼの内壁面に傾斜を付与
することにより、シリコンの差し込みが生じてもその円
滑な引き下げを可能にする。
することにより、シリコンの差し込みが生じてもその円
滑な引き下げを可能にする。
本発明の第4装置は、分割間隙の規制と内壁面の角度規
制とによりシリコン鋳塊の引き下げを一層円滑にする。
制とによりシリコン鋳塊の引き下げを一層円滑にする。
その結果、いずれの装置も電磁誘導による経済的、効率
・的な工業的規模でのシリコン連続鋳造を可能にし7、
シリコンの鋳造コスト低減に多大の効果を発揮する。
・的な工業的規模でのシリコン連続鋳造を可能にし7、
シリコンの鋳造コスト低減に多大の効果を発揮する。
また、本発明の方法は、第1〜第4装置に対して周波数
管理を組合せることにより、シリコン鋳塊の引き下げを
一層円滑ならしめるものである。
管理を組合せることにより、シリコン鋳塊の引き下げを
一層円滑ならしめるものである。
第1図は本発明の装!の全体構造を例示する縦断面図、
第2図は本発明の装置の要部である無底るつぼおよび加
熱手段の構造例を示す斜視図、第3図は無底るつぼの分
割間隙および誘導周波数が差し込みに与える影響を定量
的に示すグラフ、第4図(イ)および(ロ)は電磁誘導
による連続鋳造法の基本原理を示す平面図および縦断面
図、第5図(イ)および(ロ)は差し込み現象を表わし
た横断面図および縦断面図、第6図(イ)および(口1
は加熱手段の他の構造例を示す縦断面図である。 図中、6:無底るつぼ、7:誘導コイル、24:加熱手
段。 第1図 第 2 図 第 図 周波数[にHz ] 第 図 (イ)
第2図は本発明の装置の要部である無底るつぼおよび加
熱手段の構造例を示す斜視図、第3図は無底るつぼの分
割間隙および誘導周波数が差し込みに与える影響を定量
的に示すグラフ、第4図(イ)および(ロ)は電磁誘導
による連続鋳造法の基本原理を示す平面図および縦断面
図、第5図(イ)および(ロ)は差し込み現象を表わし
た横断面図および縦断面図、第6図(イ)および(口1
は加熱手段の他の構造例を示す縦断面図である。 図中、6:無底るつぼ、7:誘導コイル、24:加熱手
段。 第1図 第 2 図 第 図 周波数[にHz ] 第 図 (イ)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、誘導コイル内に、軸方向の少なくとも一部が周方向
で複数に分割された導電性の無底るつぼを設置し、該無
底るつぼでシリコンをるつぼ内壁に対して非接触で電磁
誘導により溶融し下方に引き下げ凝固させる電磁誘導に
よるシリコンの連続鋳造装置において、溶融シリコンと
凝固シリコンの界面レベルの直下に、凝固シリコンの引
き下げ路に沿って凝固シリコンに対する加熱手段を配設
せしめたことを特徴とするシリコン鋳造装置。 2、請求項1に記載のシリコン鋳造装置において、前記
無底るつぼの周方向の分割間隙を0.3〜1.0mmと
したことを特徴とするシリコン鋳造装置。 3、請求項1に記載のシリコン鋳造装置において、前記
無底るつぼの内壁面に下方に向かって0.4〜2.0°
の角度で外側へ拡がる傾斜を付与したことを特徴とする
シリコン鋳造装置。 4、請求項2に記載のシリコン鋳造装置において、前記
無底るつぼの内壁面に下方に向かって0.4〜2.0の
角度で外側へ拡がる傾斜を付与したことを特徴とするシ
リコン鋳造装置。 5、請求項1〜4のいずれかに記載のシリコン鋳造装置
を使用したシリコン鋳造方法において、誘導周波数を0
.5〜200KHzとすることを特徴とするシリコン鋳
造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16719488A JP2657240B2 (ja) | 1988-04-15 | 1988-07-05 | シリコン鋳造装置 |
| DE68913237T DE68913237T2 (de) | 1988-07-05 | 1989-06-29 | Siliciumgiessvorrichtung. |
| EP89111868A EP0349904B1 (en) | 1988-07-05 | 1989-06-29 | Apparatus for casting silicon |
| US07/374,250 US4915723A (en) | 1988-07-05 | 1989-06-30 | Apparatus for casting silicon with gradual cooling |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9368588 | 1988-04-15 | ||
| JP63-93685 | 1988-04-15 | ||
| JP16719488A JP2657240B2 (ja) | 1988-04-15 | 1988-07-05 | シリコン鋳造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0230698A true JPH0230698A (ja) | 1990-02-01 |
| JP2657240B2 JP2657240B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=26434985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16719488A Expired - Fee Related JP2657240B2 (ja) | 1988-04-15 | 1988-07-05 | シリコン鋳造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2657240B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04240192A (ja) * | 1990-06-13 | 1992-08-27 | Wacker Chemitronic Ges Elektron Grundstoffe Mbh | 太陽電池用基礎材料としての多結晶シリコンブロツクの鋳造方法および装置 |
| WO1993012272A1 (fr) * | 1991-12-18 | 1993-06-24 | Nobuyuki Mori | Procede et appareil de coulee d'un lingot de silicium cristallin par fusion par bombardement electronique |
| EP1754806A1 (en) | 2005-08-18 | 2007-02-21 | Sumco Solar Corporation | Method for casting polycrystalline silicon |
| JP2007152386A (ja) * | 2005-12-05 | 2007-06-21 | Japan Steel Works Ltd:The | 水素吸蔵合金およびその製造方法 |
| WO2012023165A1 (ja) * | 2010-08-16 | 2012-02-23 | 株式会社Sumco | シリコンの電磁鋳造装置 |
| JP2012533516A (ja) * | 2009-07-20 | 2012-12-27 | ピラー エルティーディー. | 誘導法により多結晶シリコンインゴットを製造するための装置 |
| WO2013111314A1 (ja) * | 2012-01-27 | 2013-08-01 | Kaneko Kyojiro | シリコン純化法 |
| US10766777B2 (en) | 2009-11-20 | 2020-09-08 | Consarc Corporation | Method for electromagnetic casting of silicon in a conductive crucible using a highest- and lowest-disposed induction coil |
| JP2020536217A (ja) * | 2017-10-05 | 2020-12-10 | ラム リサーチ コーポレーションLam Research Corporation | シリコンチューブを製造するための炉および鋳型を含む電磁鋳造システム |
| CN113215656A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-08-06 | 弘元新材料(包头)有限公司 | 一种大尺寸硅单晶提渣装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006088037A1 (ja) * | 2005-02-17 | 2006-08-24 | Sumco Solar Corporation | シリコン鋳造装置およびシリコン基板の製造方法 |
-
1988
- 1988-07-05 JP JP16719488A patent/JP2657240B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
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| JPH04240192A (ja) * | 1990-06-13 | 1992-08-27 | Wacker Chemitronic Ges Elektron Grundstoffe Mbh | 太陽電池用基礎材料としての多結晶シリコンブロツクの鋳造方法および装置 |
| WO1993012272A1 (fr) * | 1991-12-18 | 1993-06-24 | Nobuyuki Mori | Procede et appareil de coulee d'un lingot de silicium cristallin par fusion par bombardement electronique |
| EP1754806A1 (en) | 2005-08-18 | 2007-02-21 | Sumco Solar Corporation | Method for casting polycrystalline silicon |
| US7682472B2 (en) | 2005-08-18 | 2010-03-23 | Sumco Solar Corporation | Method for casting polycrystalline silicon |
| JP2007152386A (ja) * | 2005-12-05 | 2007-06-21 | Japan Steel Works Ltd:The | 水素吸蔵合金およびその製造方法 |
| JP2012533516A (ja) * | 2009-07-20 | 2012-12-27 | ピラー エルティーディー. | 誘導法により多結晶シリコンインゴットを製造するための装置 |
| US10766777B2 (en) | 2009-11-20 | 2020-09-08 | Consarc Corporation | Method for electromagnetic casting of silicon in a conductive crucible using a highest- and lowest-disposed induction coil |
| WO2012023165A1 (ja) * | 2010-08-16 | 2012-02-23 | 株式会社Sumco | シリコンの電磁鋳造装置 |
| WO2013111314A1 (ja) * | 2012-01-27 | 2013-08-01 | Kaneko Kyojiro | シリコン純化法 |
| JP2020536217A (ja) * | 2017-10-05 | 2020-12-10 | ラム リサーチ コーポレーションLam Research Corporation | シリコンチューブを製造するための炉および鋳型を含む電磁鋳造システム |
| CN113215656A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-08-06 | 弘元新材料(包头)有限公司 | 一种大尺寸硅单晶提渣装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2657240B2 (ja) | 1997-09-24 |
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