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JP4258973B2 - Crystalline silicon production equipment - Google Patents
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JP4258973B2 JP2000395228A JP2000395228A JP4258973B2 JP 4258973 B2 JP4258973 B2 JP 4258973B2 JP 2000395228 A JP2000395228 A JP 2000395228A JP 2000395228 A JP2000395228 A JP 2000395228A JP 4258973 B2 JP4258973 B2 JP 4258973B2
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silicon
chill plate
plate
heating
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浩司 続橋
明仁 矢野尾
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン融液を冷却して一方向に徐々に凝固させる結晶シリコン製造装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
多結晶シリコン太陽電池は、今日最も多く製造されている太陽電池である。多結晶シリコン太陽電池の発電素子(ソーラー・セル)の最も重要な性能は、エネルギー変換効率である。このエネルギー変換効率は、基板が有する結晶粒界および結晶粒内の結晶の配向性に大きく左右される。これらは、ソーラー・セル内のキャリアの寿命の短縮や移動度の低下の原因となって、エネルギー変換効率を低下させるためである。そのため、エネルギー変換効率を向上させるためには、多結晶シリコンの製造において、その結晶粒界をできるだけ少なくする、言い換えると、結晶粒径をできるだけ大きな結晶粒に成長させること、そして、その結晶粒内の配向性を向上させることが重要である。
【0003】
多結晶シリコンを製造する方法で代表的なものに、一方向凝固法がある。この方法では、例えば、アルゴンガス雰囲気中において、図4に示すように、ほぼ直方体状に形成された鋳型51にシリコン原料Sを収容し、鋳型51から離間した上部ヒータ52および下部ヒータ53によってこのシリコン原料Sを溶融させて溶湯54とし、次いで下部ヒータ53による加熱を解き、鋳型51を冷却板55によってその底面側から抜熱して凝固させることにより生成される。このとき生成されるインゴットは、冷却板55や各ヒータ52、53を調節して溶湯54内に鋳型51の底部から上部方向へ正の温度勾配を付与して、溶湯54を底部から徐々に冷却・凝固させることにより、結晶を上方へと成長させていく。この方法によれば、太陽電池用ウェハとして十分な数ミリ以上の結晶粒径を有する多結晶シリコンインゴットが得られることが知られている。
【0004】
このとき、一方向凝固性の良好なインゴットを生成するため、鋳型51の全ての抜熱は底面側から行われ、側壁面51a側からは抜熱されないのが理想的である。そのため、鋳型51の側壁面51a外側には、冷却板55上に断熱材56が周設されている。
また、一度に生成されるインゴットは100kg程度以上のものとされていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の一方向凝固法を採用する従来の結晶シリコン製造装置50においては、一度に冷却するべき溶湯54が100kg程度以上であるため、この冷却時間を短縮したいという要求が存在していた。
【0006】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、多結晶シリコン製造における製造時間、特に、溶湯の冷却時間の短縮を図るという目的を達成しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の結晶シリコン製造装置においては、シリコン原料を溶融した溶湯を収容する鋳型と、シリコン原料を加熱して溶湯を生成する加熱手段と、格子部と該格子部の間で上下に貫通された貫通部分とを有し前記鋳型が前記格子部に載置され冷却時に前記貫通部分から下方への熱輻射によって前記鋳型の冷却が可能なチルプレートと、を備え、前記加熱手段は、前記チルプレートの下方に配置された複数のヒータを有し、平面視した際に、前記鋳型の中央部側に配設される前記ヒータの本数が前記鋳型の周辺部側に配設される前記ヒータの本数に比べて少なくなるように設定されてなることにより上記課題を解決した。
【0008】
本発明の結晶シリコン製造装置においては、前記鋳型が格子状のチルプレートに載置されているため、この格子部によって鋳型を支持できるとともに、冷却時に、鋳型からチルプレートに熱が伝導して冷却されるだけでなく、チルプレートの貫通部分から、熱輻射によって直接冷却することが可能となるため、チルプレートへの熱伝導のみによって冷却をおこなう場合に比べて冷却時間を短縮することが可能となる。
さらに、格子部8aにより鋳型の底部位置における表面積を増大することができるため、より放熱効率を向上して、冷却時間のより一層の短縮を図ることができる。
【0009】
また、上記の構成であると、加熱時においても、チルプレートの下側に位置する加熱手段からの熱が、先ず、チルプレートを加熱し、その後、昇温したチルプレートからの熱伝導によって鋳型内部のシリコン原料を加熱する場合に比べて、鋳型にチルプレートから熱が伝導して加熱されるだけでなく、チルプレートの貫通部分から、熱輻射によって直接加熱することが可能となるため、チルプレートからの熱伝導のみによって加熱をおこなう場合に比べて加熱時間を短縮することが可能となる。
【0010】
ここで、チルプレートの格子部は、鋳型を支持可能な強度を有し、かつ、チルプレートを透過して熱輻射が可能な形状に上下方向に貫通する貫通部分を有するように構成されていればどのような形状でもよい。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る結晶シリコン製造装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は本実施形態における結晶シリコン製造装置の一実施形態を示す正断面図であり、図2は図1のチルプレート付近を示す拡大正断面図であり、図3は図1のチルプレートを示す平面図であり、図において符号1は、結晶シリコン製造装置である。
【0012】
結晶シリコン製造装置1は、図1に示すように、チャンバ2内に、シリコン融液3を収容するルツボ(鋳型)4と、そのルツボ4を収容する収容体5と、ルツボ4の収容された収容体5を載置する格子状のチルプレート8と、ルツボ4、収容体5、およびチルプレート8を包囲する包囲炉6と、包囲炉6内でルツボ4の上方位置および、下方位置に配置され、固体シリコン(シリコン原料)3aを加熱してシリコン融液(溶湯)3を生成する上加熱部7a,下加熱手段7bとを有する構成とされている。
【0013】
チャンバ2を構成する壁の内部には中空部2aが形成され、そこに冷却水を流すことによって、固体シリコン3aの溶融後のチャンバ2およびその内部の冷却を効率的に行えるようになっている。
【0014】
包囲炉6は、複数の断熱材により天板部と底板部とそれらの周囲を囲む側板部とを有して形成され、例えば正面から見て図1に示す如き円筒状で、かつ側面から見て四角の形状をなしている。また、包囲炉6の下部には支持部64が相対向して設けられ、この支持部64上にチルプレート8を介し収容体5を支持している。
包囲炉6の天板部には、この天板部を貫通して流入ノズルが配管されている。流入ノズルは不活性ガスであるアルゴンガスを包囲炉6内に流入させるものであり、チャンバ2の外部に設置された昇降機構の駆動により、シリコン融液3に対する距離を変更できるようになっている。
【0015】
上加熱部7aは、ルツボ4の長さ方向に沿って複数配設されたヒータで構成されている。また、下加熱部7bは、チルプレート8より下方位置にあって、かつ包囲炉6の支持部64の間に配設されている。これら上加熱部7aおよび下加熱部7bは加熱手段を形成している。また、下加熱部7b,7bは、図1,図2に示すように、平面視した際に、ルツボ4の中央部側に配設されるヒータの本数が、ルツボ4の周辺部側に比べて少なくなるように配置されている。
【0016】
チルプレート8は、図1ないし図3に示すように、平面視して矩形の格子状とされ、格子部8a,8aの間には上下に貫通された貫通部分8b,8bを有するよう構成されている。
チルプレート8上にはこのチルプレート8と密着する状態に収容体5が載置されている。このカーボンからなる収容体5は、側壁部5aと底部5bとを有する桶状とされ、その内部に、ルツボ4が収容されている。この側壁部5aは、ルツボ4の側壁部の周囲を囲むように設けられ、その上端が、少なくともシリコン融液3の液面よりも高い位置まであるよう設定されている。底部5bはチルプレート8の格子部8aとルツボ4の底部と密着されている。この収容体5は設置せずに直接ルツボ4をチルプレート8上に載置することも可能である。
【0017】
そして、包囲炉6のチルプレート8の下方位置に吸熱板13が設けられている。吸熱板13は、シリコン融液3の冷却時に包囲炉6内の輻射熱を吸熱するためのものであって、チャンバ2の下部においてチルプレート8と対向する位置に取付けられ、カーボンで形成されている。包囲炉6には載置台5の下方位置に下開口が形成され、その下開口には開閉可能なシャッターが設けられる。このシャッターは、固体シリコン3aの加熱時、下開口を閉じた状態にしておき、シリコン融液3の冷却時、シャッターを開くようにしている。
【0018】
また、吸熱板13は、チャンバ2内を流通する冷却水用の冷却水路14を形成している。即ち、吸熱板13はチャンバ2の底面と適宜の空間をもって配置されており、冷却水路14は、チャンバ2内の中空部2a及びチャンバ2の底面と吸熱板13との間の空間によりチャンバ2内全体を包囲するように形成されている。
なお、チャンバ2の底部にはチャンバ2及び吸熱板13を貫通する冷却ノズル21が設けられている。冷却ノズル21は、シリコン融液3の冷却時、アルゴンガスをチルプレート8に向けて吹き付けるように包囲炉6内に下方から流入する。
【0019】
さらに、包囲炉6の側板部の上部には、上開口が設けられ、この上開口を開閉する上部開閉機構をも有している。この上部開閉機構は、開閉扉と、この開閉扉に連結されたアクチュエータとを具備している。そして、固体シリコン3aの加熱時には、開閉扉が上開口を閉じた状態にしておき、シリコン融液3の冷却時、アクチュエータの駆動により、開閉扉を開くようにしている。またさらに、包囲炉6およびチャンバ2の上部には排気ポート22が配管されている。この排気ポート22は、シリコン融液3の冷却時、下方の冷却ノズル21等から包囲炉6内にアルゴンガスが流入したとき、そのガスを排気するためのものである。なお、包囲炉6には、観察用のビューポート、温度センサー、加熱手段7a,7bの配線類を通すポート等が設けられる。
【0020】
上記構成の結晶シリコン製造装置1を用いて、結晶シリコンを製造する場合には、まず、原料のチップ状の固体シリコン3aをルツボ4内に収容する。
次いで、シャッターおよび上部の開閉扉を閉じて包囲炉6内に流入ポート20からアルゴンガスを流入し、所定圧のガス雰囲気に保ち、その状態で上加熱部7a,下加熱部7bを作動して包囲炉6内を昇温させる。
すると、貫通部分8bを通過した下加熱部7bからの輻射熱とチルプレート8からの熱伝導によりルツボ4が加熱され、同時に上加熱部7aから加熱されることによりルツボ4内の固体シリコン3aが溶融する。溶融温度に達した時点でシリコン融液3が生成される。シリコンの溶解温度は1480℃である。
【0021】
そして、シリコン融液3が生成されると、上加熱部7aを作動状態のままとして下加熱部7bの作動を停止し、シャッターを開くと、ルツボ4からチルプレート8に熱が伝導して冷却されるとともに、チルプレート8の貫通部分8bから、図2に矢印で示すように、熱輻射によって吸熱板13に直接吸熱される。
同時に、包囲炉6内の熱が下開口から吸熱板13に吸熱される。これらにより、包囲炉6内はシリコンの溶融温度から1000℃程度まで降下する。そうして包囲炉6内の下部が1000℃以下に降下すると、ルツボ4内のシリコン融液3が凝固し始める。このシリコン融液3が凝固し始めて、上加熱部7aの作動も停止することにより、ルツボ4内のシリコン融液3が下部から上部にかけて徐々に凝固する。
このように、ルツボ4の底部から上部方向へ正の温度勾配を付与するとともに、シリコン融液3を冷却することにより、シリコンが凝固して結晶化されることとなる。
【0022】
本実施形態では、チルプレート8の格子部8aの間の貫通部分8bから、図2に矢印で示すように、熱輻射によって吸熱板13に直接吸熱することにより、例えば貫通部分のないチルプレートへの熱伝導のみによって冷却をおこなう場合に比べて冷却時間を1時間程度短縮することが可能となる。
また、加熱時においても、チルプレート8の下側に位置する下加熱部7bからの加熱に際して、ルツボ4にチルプレート8の格子部8aから熱が伝導して加熱するだけでなく、チルプレート8の貫通部分8bから、下加熱部7bの熱輻射によって加熱することが可能となるため、貫通部分のないチルプレートからの熱伝導のみによってルツボ4内部の固体シリコン3aを加熱する場合に比べて、加熱時間を短縮することが可能となる。
【0023】
このとき、チルプレート8の下方に位置する下加熱部7bにおいて、平面視してルツボ4中央部側の本数がルツボ4の周辺部側に比べて少なくなるように配置されていることにより、チルプレート8の貫通部分8bから輻射される熱を効率よく吸熱板13に吸熱させることが可能なため、熱輻射の効率を上げて、冷却時間を更に短縮することができる。
【0024】
【発明の効果】
本発明の結晶シリコン製造装置によれば、前記鋳型が格子状のチルプレートに載置されることで、格子部によって鋳型を支持できるとともに、冷却時に、鋳型からチルプレートに熱が伝導して冷却されるだけでなく、チルプレートの貫通部分から、熱輻射によって直接冷却することが可能となるため、貫通部分のないチルプレートへの熱伝導のみによって冷却をおこなう場合に比べて冷却時間を短縮することが可能となり、同時に、加熱時においても、鋳型へのチルプレートからの熱伝導により加熱するだけでなく、チルプレートの貫通部分から、熱輻射によって直接加熱することが可能となるため、チルプレートの下側に位置する加熱手段からの熱が、まず貫通部分のないチルプレートを加熱した後、チルプレートからの熱伝導によって鋳型内部のシリコン原料を加熱する場合に比べて、加熱時間を短縮することが可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る結晶シリコン製造装置の一実施形態を示す正断面図である。
【図2】 図1の結晶シリコン製造装置のチルプレート付近を示す拡大正断面図である。
【図3】 図1の結晶シリコン製造装置のチルプレートを示す平面図である。
【図4】 従来の結晶シリコン製造装置を示す模式図である。
【符号の説明】
1…結晶シリコン製造装置
2…チャンバ
3…シリコン融液(溶湯)
3a…固体シリコン(シリコン原料)
4…ルツボ(鋳型)
5…収容体
5a…側壁部
6…包囲炉
8…チルプレート
8a…格子部
8b…貫通部分
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a crystalline silicon manufacturing apparatus that cools and gradually solidifies a silicon melt in one direction.
[0002]
[Prior art]
Polycrystalline silicon solar cells are the most commonly produced solar cells today. The most important performance of a power generation element (solar cell) of a polycrystalline silicon solar cell is energy conversion efficiency. This energy conversion efficiency greatly depends on the crystal grain boundaries of the substrate and the crystal orientation in the crystal grains. These are for reducing the energy conversion efficiency due to the shortening of the life of the carrier in the solar cell and the decrease of the mobility. Therefore, in order to improve the energy conversion efficiency, in the manufacture of polycrystalline silicon, the crystal grain boundary is reduced as much as possible, in other words, the crystal grain size is grown as large as possible, and It is important to improve the orientation.
[0003]
A typical method for producing polycrystalline silicon is a unidirectional solidification method. In this method, for example, in an argon gas atmosphere, as shown in FIG. 4, the silicon raw material S is contained in a mold 51 formed in a substantially rectangular parallelepiped shape, and this is performed by an upper heater 52 and a lower heater 53 that are separated from the mold 51. It is generated by melting the silicon raw material S to form a molten metal 54, then releasing the heating by the lower heater 53 and extracting the mold 51 from the bottom surface side by the cooling plate 55 to solidify it. The ingot generated at this time adjusts the cooling plate 55 and the heaters 52 and 53 to give a positive temperature gradient in the molten metal 54 from the bottom to the top of the mold 51, and gradually cools the molten metal 54 from the bottom.・ Grow crystals upward by solidifying. According to this method, it is known that a polycrystalline silicon ingot having a crystal grain size of several millimeters or more sufficient as a solar cell wafer can be obtained.
[0004]
At this time, in order to generate an ingot having good unidirectional solidification, it is ideal that all the heat removal from the mold 51 is performed from the bottom surface side and not from the side wall surface 51a side. Therefore, a heat insulating material 56 is provided around the cooling plate 55 outside the side wall surface 51 a of the mold 51.
Moreover, the ingot produced | generated at once shall be about 100 kg or more.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional crystalline silicon manufacturing apparatus 50 that employs the above-mentioned unidirectional solidification method, there is a demand for shortening the cooling time because the molten metal 54 to be cooled at a time is about 100 kg or more.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and intends to achieve the object of shortening the manufacturing time in the manufacture of polycrystalline silicon, in particular, the cooling time of the molten metal.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the crystalline silicon manufacturing apparatus of the present invention, a mold for containing a molten metal obtained by melting a silicon raw material, a heating means for heating the silicon raw material to generate a molten metal, and a lattice portion and the lattice portion are vertically penetrated. and a transmembrane portion, and a chill plate capable cooling of the mold by thermal radiation downward from said penetrating portion upon cooling the mold is placed on the grid unit, the heating means, the chill A plurality of heaters disposed below the plate, and when viewed in plan, the number of the heaters disposed on the center side of the mold is the number of the heaters disposed on the periphery side of the mold. The above-mentioned problem has been solved by setting the number to be smaller than the number .
[0008]
In the crystalline silicon manufacturing apparatus of the present invention, since the mold is placed on a lattice-shaped chill plate, the mold can be supported by the lattice portion, and heat is conducted from the mold to the chill plate during cooling. In addition, the cooling time can be shortened compared to cooling only by heat conduction to the chill plate because it can be directly cooled by heat radiation from the penetration part of the chill plate. Become.
Furthermore, since the surface area at the bottom position of the mold can be increased by the lattice portion 8a, the heat radiation efficiency can be further improved and the cooling time can be further shortened.
[0009]
Also, with the above configuration, even during heating, the heat from the heating means located on the lower side of the chill plate first heats the chill plate, and then heat conduction from the heated chill plate causes the mold to Compared to heating the silicon raw material inside, not only is the heat transferred from the chill plate to the mold, but also it can be heated directly from the through part of the chill plate by thermal radiation. The heating time can be shortened compared to the case where heating is performed only by heat conduction from the plate.
[0010]
Here, the lattice portion of the chill plate has a strength that can support the mold and is configured to have a through portion that penetrates the chill plate in the vertical direction so as to transmit heat through the chill plate. Any shape is acceptable.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a crystalline silicon manufacturing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a front sectional view showing an embodiment of a crystalline silicon manufacturing apparatus according to the present embodiment, FIG. 2 is an enlarged front sectional view showing the vicinity of the chill plate in FIG. 1, and FIG. 1 is a crystal silicon manufacturing apparatus.
[0012]
As shown in FIG. 1, the crystalline silicon manufacturing apparatus 1 has a crucible (mold) 4 for containing a silicon melt 3, a container 5 for containing the crucible 4, and a crucible 4 accommodated in a chamber 2. A lattice-shaped chill plate 8 on which the container 5 is placed, a crucible 4, a container 5, a surrounding furnace 6 that surrounds the chill plate 8, and an upper position and a lower position of the crucible 4 in the surrounding furnace 6. Then, it is configured to have an upper heating portion 7a and a lower heating means 7b for heating the solid silicon (silicon raw material) 3a to generate a silicon melt (molten metal) 3.
[0013]
A hollow portion 2a is formed inside the wall constituting the chamber 2, and the cooling of the chamber 2 after melting the solid silicon 3a and the inside thereof can be efficiently performed by flowing cooling water therethrough. .
[0014]
The surrounding furnace 6 has a top plate portion, a bottom plate portion, and side plate portions surrounding the periphery of the top plate portion, the bottom plate portion, and the periphery thereof, and is formed in a cylindrical shape as shown in FIG. It has a square shape. A support portion 64 is provided opposite to the lower portion of the surrounding furnace 6, and the container 5 is supported on the support portion 64 via the chill plate 8.
An inflow nozzle is piped through the top plate portion of the surrounding furnace 6 through the top plate portion. The inflow nozzle allows argon gas, which is an inert gas, to flow into the surrounding furnace 6, and the distance to the silicon melt 3 can be changed by driving an elevating mechanism installed outside the chamber 2. .
[0015]
The upper heating unit 7 a is composed of a plurality of heaters arranged along the length direction of the crucible 4. Further, the lower heating part 7 b is located below the chill plate 8 and is disposed between the support parts 64 of the surrounding furnace 6. These upper heating part 7a and lower heating part 7b form a heating means. In addition, as shown in FIGS. 1 and 2, the lower heating sections 7 b and 7 b have a number of heaters arranged on the center side of the crucible 4 in a plan view as compared with the peripheral side of the crucible 4. It is arranged to be less.
[0016]
As shown in FIGS. 1 to 3, the chill plate 8 has a rectangular lattice shape in plan view, and is configured to have through portions 8b and 8b penetrating vertically between the lattice portions 8a and 8a. ing.
The container 5 is placed on the chill plate 8 in close contact with the chill plate 8. The container 5 made of carbon has a bowl shape having a side wall portion 5a and a bottom portion 5b, and the crucible 4 is accommodated therein. The side wall part 5 a is provided so as to surround the periphery of the side wall part of the crucible 4, and the upper end thereof is set to be at least a position higher than the liquid level of the silicon melt 3. The bottom portion 5 b is in close contact with the lattice portion 8 a of the chill plate 8 and the bottom portion of the crucible 4. It is also possible to place the crucible 4 directly on the chill plate 8 without installing the container 5.
[0017]
A heat absorbing plate 13 is provided below the chill plate 8 of the surrounding furnace 6. The heat absorbing plate 13 is for absorbing the radiant heat in the surrounding furnace 6 when the silicon melt 3 is cooled, and is attached to a position facing the chill plate 8 in the lower part of the chamber 2 and is made of carbon. . A lower opening is formed in the surrounding furnace 6 at a position below the mounting table 5, and a shutter that can be opened and closed is provided in the lower opening. In this shutter, the lower opening is closed when the solid silicon 3a is heated, and the shutter is opened when the silicon melt 3 is cooled.
[0018]
Further, the heat absorbing plate 13 forms a cooling water passage 14 for cooling water flowing through the chamber 2. That is, the endothermic plate 13 is arranged with an appropriate space with the bottom surface of the chamber 2, and the cooling water channel 14 is formed in the chamber 2 by the space between the hollow portion 2 a in the chamber 2 and the bottom surface of the chamber 2 and the endothermic plate 13. It is formed so as to surround the whole.
A cooling nozzle 21 that penetrates the chamber 2 and the heat absorbing plate 13 is provided at the bottom of the chamber 2. The cooling nozzle 21 flows into the surrounding furnace 6 from below so that argon gas is blown toward the chill plate 8 when the silicon melt 3 is cooled.
[0019]
Furthermore, an upper opening is provided in the upper part of the side plate portion of the surrounding furnace 6, and an upper opening / closing mechanism for opening and closing the upper opening is also provided. The upper opening / closing mechanism includes an opening / closing door and an actuator connected to the opening / closing door. When the solid silicon 3a is heated, the opening / closing door is in a state of closing the upper opening, and when the silicon melt 3 is cooled, the opening / closing door is opened by driving the actuator. Furthermore, an exhaust port 22 is piped on the upper part of the surrounding furnace 6 and the chamber 2. This exhaust port 22 is for exhausting the argon gas when it flows into the surrounding furnace 6 from the lower cooling nozzle 21 or the like when the silicon melt 3 is cooled. The surrounding furnace 6 is provided with a view port for observation, a temperature sensor, a port through which wirings of the heating means 7a and 7b are passed, and the like.
[0020]
When crystal silicon is manufactured using the crystal silicon manufacturing apparatus 1 having the above-described configuration, first, raw material chip-shaped solid silicon 3 a is accommodated in the crucible 4.
Next, the shutter and the upper opening / closing door are closed, and argon gas flows into the surrounding furnace 6 from the inflow port 20 to maintain a gas atmosphere at a predetermined pressure, and in this state, the upper heating unit 7a and the lower heating unit 7b are operated. The temperature in the surrounding furnace 6 is increased.
Then, the crucible 4 is heated by the radiant heat from the lower heating part 7b that has passed through the penetration part 8b and the heat conduction from the chill plate 8, and at the same time, the solid silicon 3a in the crucible 4 is melted by being heated from the upper heating part 7a. To do. When the melting temperature is reached, the silicon melt 3 is generated. The melting temperature of silicon is 1480 ° C.
[0021]
When the silicon melt 3 is generated, the operation of the lower heating unit 7b is stopped while the upper heating unit 7a remains in an operating state, and when the shutter is opened, heat is conducted from the crucible 4 to the chill plate 8 to be cooled. At the same time, the heat absorbing plate 13 directly absorbs heat from the penetrating portion 8b of the chill plate 8 as indicated by an arrow in FIG.
At the same time, the heat in the surrounding furnace 6 is absorbed by the heat absorbing plate 13 from the lower opening. As a result, the inside of the surrounding furnace 6 is lowered from the melting temperature of silicon to about 1000 ° C. Then, when the lower part in the surrounding furnace 6 falls to 1000 ° C. or lower, the silicon melt 3 in the crucible 4 starts to solidify. When the silicon melt 3 starts to solidify and the operation of the upper heating unit 7a is also stopped, the silicon melt 3 in the crucible 4 is gradually solidified from the lower part to the upper part.
As described above, by applying a positive temperature gradient from the bottom of the crucible 4 to the upper side and cooling the silicon melt 3, silicon is solidified and crystallized.
[0022]
In this embodiment, as shown by the arrow in FIG. 2, the heat absorbing plate 13 directly absorbs heat from the through portions 8b between the lattice portions 8a of the chill plate 8 to, for example, a chill plate having no through portions. The cooling time can be shortened by about 1 hour as compared with the case where cooling is performed only by heat conduction.
In addition, during heating, not only the crucible 4 is heated by conduction from the lattice portion 8a of the chill plate 8 but also when the heating from the lower heating portion 7b located on the lower side of the chill plate 8 is performed, the chill plate 8 Since it is possible to heat from the through portion 8b of the lower heating portion 7b by heat radiation, compared with the case of heating the solid silicon 3a inside the crucible 4 only by heat conduction from the chill plate without the through portion, It is possible to shorten the heating time.
[0023]
At this time, in the lower heating part 7b located below the chill plate 8, the number of the crucible 4 center side is smaller than that of the crucible 4 peripheral part in plan view. Since the heat radiated from the penetrating portion 8b of the plate 8 can be efficiently absorbed by the heat absorbing plate 13, the efficiency of heat radiation can be increased and the cooling time can be further shortened.
[0024]
【The invention's effect】
According to the crystalline silicon manufacturing apparatus of the present invention, the mold is placed on the lattice-shaped chill plate so that the mold can be supported by the lattice portion, and at the time of cooling, heat is conducted from the mold to the chill plate to cool the mold. In addition, the cooling time can be shortened compared to the case of cooling only by heat conduction to the chill plate without the through portion because it can be directly cooled by the heat radiation from the through portion of the chill plate. At the same time, it is possible not only to heat by heat conduction from the chill plate to the mold, but also to directly heat by heat radiation from the piercing portion of the chill plate during heating. The heat from the heating means located on the lower side first heats the chill plate without the penetrating part, and then casts by heat conduction from the chill plate As compared with the case of heating the interior of the silicon material, an effect that it becomes possible to shorten the heating time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view showing an embodiment of an apparatus for producing crystalline silicon according to the present invention.
2 is an enlarged front sectional view showing the vicinity of the chill plate of the crystalline silicon manufacturing apparatus of FIG. 1. FIG.
3 is a plan view showing a chill plate of the crystalline silicon manufacturing apparatus of FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a conventional crystalline silicon manufacturing apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Crystal silicon production apparatus 2 ... Chamber 3 ... Silicon melt (molten metal)
3a: Solid silicon (silicon raw material)
4 ... Crucible (mold)
5 ... Container 5a ... Side wall 6 ... Surrounding furnace 8 ... Chill plate 8a ... Lattice part 8b ... Penetration part

Claims (1)

シリコン原料を溶融した溶湯を収容する鋳型と、シリコン原料を加熱して溶湯を生成する加熱手段と、格子部と該格子部の間で上下に貫通された貫通部分とを有し前記鋳型が前記格子部の上に載置され冷却時に前記貫通部分から下方への熱輻射によって前記鋳型の冷却が可能なチルプレートと、を備え
前記加熱手段は、前記チルプレートの下方に配置された複数のヒータを有し、平面視した際に、前記鋳型の中央部側に配設される前記ヒータの本数が前記鋳型の周辺部側に配設される前記ヒータの本数に比べて少なくなるように設定されてなることを特徴とする結晶シリコン製造装置。
Has a mold which accommodates the molten metal by melting the silicon raw material, a heating means for generating a molten metal by heating a silicon material, a pierced penetrating portion up and down between the grating portion and the grating portion, the mold A chill plate placed on the grid portion and capable of cooling the mold by thermal radiation downward from the penetrating portion during cooling , and
The heating means includes a plurality of heaters disposed below the chill plate, and when viewed in plan, the number of heaters disposed on the center side of the mold is on the peripheral side of the mold. An apparatus for producing crystalline silicon, wherein the apparatus is set to be smaller than the number of heaters provided .
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