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JP3528540B2 - シリコン溶解用ルツボの製造方法 - Google Patents
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JP3528540B2 - シリコン溶解用ルツボの製造方法 - Google Patents

シリコン溶解用ルツボの製造方法

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JP3528540B2
JP3528540B2 JP27893497A JP27893497A JP3528540B2 JP 3528540 B2 JP3528540 B2 JP 3528540B2 JP 27893497 A JP27893497 A JP 27893497A JP 27893497 A JP27893497 A JP 27893497A JP 3528540 B2 JP3528540 B2 JP 3528540B2
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layer
crucible
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silica
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三郎 脇田
章 三橋
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ルツボの内側が
高純度シリカ層からなり、ルツボの外側が低純度シリカ
層からなる積層構造を有するシリコン溶解用ルツボおよ
びその製造方法に関するものであり、特に規格外の形状
を有するルツボの内側空間が立方体または直方体形状を
有するシリコン溶解用ルツボおよびその製造方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、シリコン溶解用ルツボとして高純
度石英ルツボまたは高純度黒鉛ルツボが使用されてい
た。しかし高純度黒鉛ルツボで作製したシリコンインゴ
ットは十分な純度が得られないところから、高純度のシ
リコンインゴットを製造するにはどうしても高純度石英
ルツボを使用しなければならなかった。この高純度石英
ルツボを製造するには、純度:99.9%以上の高純度
溶融シリカ粉末を用意し、この高純度溶融シリカ粉末
を、ルツボの形状をしたキャビティを有する内型と外型
からなる黒鉛型の前記キャビティに充填し、ついで内型
を取り除いて外型の内面側壁に張り付いている高純度溶
融シリカ粉末にアーク炎を当てながら外型を回転し、シ
リカ粉末を溶融しながらルツボに成形することにより作
製していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、高純度石英ル
ツボを製造するための原料である高純度溶融シリカ粉末
は高価であり、近年のシリコンインゴットのコストダウ
ンに対する要求に十分答えることができず、さらにバー
ナーを使用するために内径が小さい小径の高純度石英ル
ツボを製造することができない。また、黒鉛型を使用し
て作るために、例えばルツボの内側空間が立方体または
直方体形状を有する高純度石英ルツボのように規格寸法
から外れた高純度石英ルツボを製造するには価格が高く
なることは避けられなかった。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
工業上使用するシリコン溶解用ルツボはもちろんのこ
と、規格から外れた形状の高純度石英ルツボであっても
安価にかつ簡単に製造すべく研究を行なった結果、ルツ
ボの内側空間と同じ任意の寸法および形状を有する蝋型
を、純度:99.9%以上の高純度溶融シリカ粉末とコ
ロイダルシリカからなるスラリーに浸漬した後引き上げ
て蝋型の表面にスラリー層を形成し、このスラリー層の
表面に純度:99.9%以上の高純度溶融シリカ砂を散
布してスタッコ層を形成することにより高純度シリカ層
を形成し、この表面に前記高純度シリカ層を形成した蝋
型を、純度:99.9%未満の低純度溶融シリカ粉末と
コロイダルシリカからなるスラリーに浸漬した後引き上
げて蝋型の表面にスラリー層を形成し、このスラリー層
の表面に純度:99.9%未満の低純度溶融シリカ砂を
散布してスタッコ層を形成することにより低純度シリカ
層を形成すると、ルツボの内側が高純度シリカ層からな
り、ルツボの外側が低純度シリカ層からなる積層構造を
有するシリコン溶解用ルツボが得られ、このシリコン溶
解用ルツボは高価な純度:99.9%以上の高純度溶融
シリカ粉末の使用量を大幅に少なくすることができ、し
かも、蝋型の形状を変えることにより形の自由なシリコ
ン溶解用ルツボを製造することができるという知見を得
たのである。
【0005】この発明は、かかる知見に基づいて成され
たものであって、ルツボの内側空間と同じ形状を有する
蝋型を、純度:99.9%以上の高純度溶融シリカ粉末
とコロイダルシリカからなるスラリーに浸漬した後引き
上げて蝋型の表面にスラリー層を形成し、このスラリー
層の表面に純度:99.9%以上の高純度溶融シリカ砂
を散布してスタッコ層を形成することにより高純度シリ
カ層を形成し、この表面に前記高純度シリカ層を形成し
た蝋型をさらに純度:99.9%未満の溶融シリカ粉末
とコロイダルシリカからなるスラリーに浸漬した後引き
上げて蝋型の表面にスラリー層を形成し、このスラリー
層の表面に純度:99.9%未満の溶融シリカ砂を散布
してスタッコ層を形成することにより、内側の高純度シ
リカ層および外側の低純度シリカ層からなる積層構造を
有するシリコン溶解用ルツボの製造方法、に特徴を有す
るものである。
【0006】この発明のシリコン溶解用ルツボを構成す
る内層の高純度シリカ層は、純度:99.9%以上の高
純度溶融シリカ粉末とコロイダルシリカからなるスラリ
ーに浸漬した後引き上げて蝋型の表面にスラリー層を形
成し、このスラリー層の表面に純度:99.9%以上の
高純度溶融シリカ砂を散布してスタッコ層を形成する操
作を複数繰り返すことにより成形することができる。
【0007】またこの発明のシリコン溶解用ルツボを構
成する外層の低純度シリカ層は、前記内層の高純度シリ
カ層を有する蝋型を、純度:99.9%未満の低純度溶
融シリカ粉末とコロイダルシリカからなるスラリーに浸
漬した後引き上げることによりスラリー層を形成し、こ
のスラリー層の表面に純度:99.9%未満の低純度溶
融シリカ砂を散布してスタッコ層を形成する操作を複数
回繰り返すことにより成形することができる。
【0008】さらにこの発明のシリコン溶解用ルツボ
は、ルツボの内側空間が立方体または直方体形状の空間
を有することができる。このルツボの内側空間の形状が
立方体または直方体形状の空間を有するシリコン溶解用
ルツボは、立方体または直方体形状の蝋型を使用し、こ
の蝋型を純度:99.9%以上の高純度溶融シリカ粉末
とコロイダルシリカからなるスラリーに浸漬した後引き
上げて蝋型の表面にスラリー層を形成し、このスラリー
層の表面に純度:99.9%以上の高純度溶融シリカ砂
を散布してスタッコ層を形成することにより高純度シリ
カ層を形成し、さらにこの高純度シリカ層を形成した立
方体または直方体形状の蝋型を純度:99.9%未満の
低純度溶融シリカ粉末とコロイダルシリカからなるスラ
リーに浸漬した後引き上げて蝋型の表面にスラリー層を
形成し、このスラリー層の表面に純度:99.9%未満
の低純度溶融シリカ砂を散布してスタッコ層を形成し低
純度シリカ層を形成することにより製造することができ
る。
【0009】従って、この発明は、立方体または直方体
形状の蝋型を、純度:99.9%以上の高純度溶融シリ
カ粉末とコロイダルシリカからなるスラリーに浸漬した
後引き上げて蝋型の表面にスラリー層を形成し、このス
ラリー層の表面に純度:99.9%以上の高純度溶融シ
リカ砂を散布してスタッコ層を形成することにより高純
度シリカ層を形成し、さらに、表面に高純度シリカ層を
形成した立方体または直方体形状の蝋型を、純度:9
9.9%未満の溶融シリカ粉末とコロイダルシリカから
なるスラリーに浸漬した後引き上げて蝋型の表面にスラ
リー層を形成し、このスラリー層の表面に純度:99.
9%未満の溶融シリカ砂を散布してスタッコ層を形成す
ることにより純度:99.9%未満の低純度シリカ層を
形成するルツボの内側空間が立方体または直方体形状を
有するシリコン溶解用ルツボの製造方法、に特徴を有す
るものである。
【0010】この発明の内側空間が立方体または直方体
形状を有するシリコン溶解用ルツボを使用すると、断面
が正方形または長方形を有するシリコンインゴットが得
られる。この断面が正方形または長方形を有するシリコ
ンインゴットは、特に太陽光発電用電池のシリコン基板
のような正方形または長方形を有するシリコン基板の製
造に用いると、高価なシリコンインゴットを最も有効に
活用することができる。
【0011】すなわち、従来の丸棒形状のシリコンイン
ゴットから正方形または長方形の太陽光発電用電池シリ
コン基板を作るには、丸棒形状のシリコンインゴットを
スライスして図4の平面図に示されるシリコン円板6を
作製し、このシリコン円板6の隅を切り落として図4の
平面図に示されるように正方形または長方形の太陽光発
電用電池シリコン基板7を作製する。この時、切り落と
した切除部分5が無駄となる。しかし、シリコンインゴ
ットが角型形状であり、スライスしてえられたシリコン
板が正方形または長方形であるならば、正方形または長
方形の太陽光発電用電池シリコン基板を作るには、図3
の平面図に示されるように切除部分5が極めて少なくす
ることができ、従って、コストを下げることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図面に基
づいて一層具体的に説明する。図1はこの発明のシリコ
ン溶解用ルツボの製造方法を示す断面説明図である。
縦:320mm、横:320mm、高さ:400mmの
寸法を有する図1(a)に示される直方体蝋型1用意
し、この蝋型1を、市販の純度:99.99%、平均粒
径:44μm以下の高純度溶融シリカ粉末:65%をコ
ロイダルシリカに添加してなるスラリーに浸漬し、スラ
リーから引き上げて蝋型の表面にスラリー層を形成し、
このスラリー層の表面に純度:99.99%、最大粒
径:150メッシュの高純度溶融シリカ砂を散布してス
タッコ層を形成することにより蝋型の表面に高純度シリ
カ層を形成し、この操作を3回繰り返して蝋型1の表面
に3層からなる合計厚さ:3mmの図1(b)に示され
る高純度シリカ層2を形成した。
【0013】この表面に高純度シリカ層2を有する蝋型
1を、さらに市販の純度:99%、平均粒径:44μm
以下の低純度溶融シリカ粉末:68%をコロイダルシリ
カに添加してなるスラリーに浸漬し、スラリーから引き
上げて蝋型の表面にスラリー層を形成し、このスラリー
層の表面に純度:99%、最大粒径:150メッシュの
低純度溶融シリカ砂を散布してスタッコ層を形成するこ
とにより蝋型の表面に低純度シリカ層を形成し、この操
作を7回繰り返して蝋型の表面に7層からなる合計厚
さ:10mmの図1(c)に示される低純度シリカ層3
を形成した。
【0014】次に、蝋型1の表面に高純度シリカ層2お
よび低純度シリカ層3を形成した図1(c)に示される
蝋型被覆体を温度:100℃に加熱して蝋型1を溶解除
去し、得られた高純度シリカ層2および低純度シリカ層
3からなる積層体を温度:800℃で8時間加熱保持す
ることにより焼成し、図2の斜視図に示されるような本
発明ルツボ4を製造した。
【0015】この本発明ルツボを使用して縦:320m
m、横:320mm、高さ:300mmの寸法を有する
シリコンインゴットを製造し、このシリコンインゴット
から縦:150mm、横:150mm、厚さ:400μ
mの寸法を有する角型シリコン板を作製し、このシリコ
ン板の端部を切除して太陽光発電用電池シリコン基板7
を製造したところ、図3の平面図に示されるように切除
部分5が極めて少なくすることができ、21%の切除で
太陽光発電用電池シリコン基板7を製造することができ
た。
【0016】一方、比較のために、外径:150mmの
丸棒状シリコンインゴットを用意し、このインゴットを
スライスして図4の平面図に示される直径:150mm
のシリコン円板6を作製し、このシリコン円板6の端部
を切除して縦:100mm、横:100mm、厚さ:4
00μmの寸法を有する太陽光発電用電池シリコン基板
7を製造したところ、図4の平面図に示される切除部分
5は43%に達した。
【0017】
【発明の効果】上述のように、この発明は、(1)ルツ
ボの内側が高純度シリカ層からなりルツボの外側が低純
度シリカ層からなる積層構造を有するのでシリコン溶解
用ルツボ自体の製造コストを下げることができる、
(2)従来のような黒鉛型を使用しないので規格外の形
状を有するシリコン溶解用ルツボ、例えばルツボの内側
空間が立方体または直方体形状を有するシリコン溶解用
ルツボを安価に製造することができる、(3)このルツ
ボを使用して角型シリコンインゴットを製造し、この角
型シリコンインゴットを使用して太陽光発電用電池シリ
コン基板などの正方形または長方形のシリコン基板を無
駄なく製造することができるなど、大量生産とコストダ
ウンに優れた効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のルツボの製造方法を説明するための
断面説明図である。
【図2】この発明のルツボの製造方法で得られた内側空
間が立方体または直方体形状を有するシリコン溶解用ル
ツボの斜視説明図である。
【図3】この発明のルツボを使用して作製した角型シリ
コンインゴットのスライス板から太陽光発電用電池シリ
コン基板を切り出す方法を説明するための平面図であ
る。
【図4】従来の丸棒シリコンインゴットのスライス板か
ら太陽光発電用電池シリコン基板を切り出す方法を説明
するための平面図である。
【符号の説明】
1 蝋型 2 高純度シリカ層 3 低純度シリカ層 4 本発明ルツボ 5 切除部分 6 シリコン円板 7 太陽光発電用電池シリコン基板
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−108515(JP,A) 特開 平7−126004(JP,A) 特開 昭56−17996(JP,A) 特開 平6−279167(JP,A) 特開 平8−169798(JP,A) 特開 平9−255476(JP,A) 特開 平8−174151(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01B 33/02 B22C 9/10

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ルツボの内側空間と同じ形状を有する蝋型
    を、純度:99.9%以上の高純度溶融シリカ粉末とコ
    ロイダルシリカからなるスラリーに浸漬した後引き上げ
    て前記蝋型の表面にスラリー層を形成し、このスラリー
    層の表面に純度:99.9%以上の高純度溶融シリカ砂
    を散布してスタッコ層を形成することにより前記ルツボ
    の内側空間と同じ形状を有する蝋型の表面に高純度シリ
    カ層を形成し、 この表面に前記高純度シリカ層を形成した蝋型を、さら
    に純度:99.9%未満の低純度溶融シリカ粉末とコロ
    イダルシリカからなるスラリーに浸漬した後引き上げて
    前記高純度シリカ層の表面にスラリー層を形成し、この
    スラリー層の表面に純度:99.9%未満の低純度溶融
    シリカ砂を散布してスタッコ層を形成することにより前
    記高純度シリカ層の上に低純度シリカ層を形成し、 次いで、前記ルツボの形状を有する蝋型を溶融除去する
    ことを特徴とするシリコン溶解用ルツボの製造方法。
  2. 【請求項2】前記高純度シリカ層を形成する操作を複数
    回繰り返し、さらに前記低純度シリカ層を形成する操作
    を複数回繰り返すことにより形成することを特徴とする
    請求項1記載のシリコン溶解用ルツボの製造方法。
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