CN103498195B - 铸造装置及铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铸造装置及铸造方法，能够分别减少低寿命区域及杂质量，难以产生坩埚的结渣问题，通过理想的单向凝固来制造铸锭。铸造装置具备收容熔融物且上部具有开口部的坩埚（20）、加热坩埚的加热器（33,43）和对坩埚内的上部供给惰性气体的惰性气体供给单元（42）。惰性气体供给单元具备延伸至坩埚内的上部并在前端部设置有气体吐出口的气体通道。气体吐出口设置为从该气体吐出口吐出的惰性气体的流动平行于坩埚内的熔融物表面。
Description
技术领域
本发明涉及用于制造多晶硅等半导体或金属锭的铸造装置及铸造方法。
背景技术
硅锭通过被切成预定厚度并切割成预定形状从而成为硅片。
硅片例如用作太阳能电池用基板的材料。在此，对于太阳能电池来说，转换效率等性能受到作为太阳能电池用基板的材料的硅锭的特性的影响较大。
特别是，在硅锭中，若内部含有的杂质量多则太阳能电池的转换效率大幅降低，因此，为了提高转换效率需要降低杂质量。
在此，硅是凝固时膨胀的金属，为了使硅熔液不残留于铸块的内部，例如从坩埚的底部向上方单向凝固而被铸造。另外，通过单向凝固，硅熔液内的杂质伴随着凝固的相变基于平衡偏析系数分配在液相侧，坩埚内的杂质从固相（铸块）排出至液相（硅熔液），因此能够得到杂质较少的硅锭。
下述专利文献1、2中公开了利用惰性气体供给单元向坩埚内供给氩气以抑制硅的氧化的技术。另外，通过如此对坩埚内供给的氩气，除去从硅熔液产生的氧化硅气体等，据此能够防止氧化硅气体与坩埚内的碳反应。如果氧化硅气体与碳反应会生成CO气体，如果该生成的CO气体混入硅熔液内则导致硅锭中的碳量增加，会对产品特性产生不良影响。另外，通过对坩埚内供给的氩气还抑制氧化硅气体混入硅熔液中而导致氧量增加。
专利文献1：特开2004-058075号公报
专利文献2：特开2010-534179号公报
上述现有的技术存在以下课题。
即，氩气对于熔融物表面向垂直方向喷射形成碰撞射流，因此在氩气的喷射位置及其附近熔融物温度下降，导致从该处开始凝固。结果，不能进行上述希望的单向凝固，并且特别是在硅锭的上部，低寿命区域增多。
另外，如上所述，由于在坩埚内的熔融物表面的局部开始凝固，所以凝固界面不平滑，不能进行理想的结晶生长。
另外，由于如上所述氩气形成碰撞射流，所以坩埚内的氩气的流动不均匀，不能充分进行坩埚内的氧化硅气体等的杂质的排斥。
而且，熔融物表面由于碰撞射流发生波动而促进坩埚的侵蚀，出现从坩埚的内表面产生的杂质的混入和结渣问题。
所谓结渣是指，从熔融物产生的气体或杂质等在坩埚内的熔融物表面的弯液面部分与坩埚内壁发生化学反应，导致固态物附着于坩埚内壁且不会剥离。当产生该结渣时，必须将结渣部分从铸锭分离，铸锭的成品率下降。
发明内容
本发明有鉴于上述情况而产生，目的在于提供一种能够分别减少低寿命区域及杂质的混入量，难以产生坩埚的结渣问题，进而能够通过使凝固界面平滑的理想的单向凝固来制造铸锭的铸造装置及铸造方法。
为了解决这种课题并达到上述目的，本发明所涉及的铸造装置，具备收容熔融物且上部具有开口部的坩埚、加热该坩埚的加热器和对所述坩埚内的上部供给惰性气体的惰性气体供给单元，所述铸造装置的特征在于，所述惰性气体供给单元具备延伸至所述坩埚内的上部并在前端部设置有气体吐出口的气体通道，所述气体吐出口设置为从所述气体吐出口吐出的惰性气体的流动平行于所述坩埚内的熔融物表面，即平行于水平面，或者相对于所述坩埚内的熔融物表面即水平面具有规定角度地倾斜。
另外，本发明的铸造方法使用具备收容熔融物且上部具有开口部的坩埚、加热该坩埚的加热器和对所述坩埚内的上部供给惰性气体的惰性气体供给单元的铸造装置，所述铸造方法的特征在于，所述惰性气体供给单元具备延伸至所述坩埚内的上部并在前端部设置有气体吐出口的气体通道，从所述气体吐出口以流动平行于所述坩埚内的熔融物表面即水平面，或者相对于所述坩埚内的熔融物表面即水平面具规定角度地倾斜的方式供给惰性气体。
该结构的铸造装置或者铸造方法中，从气体通道的前端部的气体吐出口，以流动平行于坩埚内的熔融物表面或者相对于坩埚内的熔融物表面具有规定角度地倾斜的方式供给惰性气体。因此，惰性气体不会在坩埚内的熔融物表面形成局部喷射的碰撞射流，而是沿着熔融物表面大致均匀地流动。
结果，难以在坩埚内的熔融物表面上产生温度下降的部分，因此能够进行凝固界面平滑的从坩埚的底部的理想的单向凝固。因此，低寿命区域变少，杂质向铸锭的混入也变少。
另外，从气体吐出口以流动平行于坩埚内的熔融物表面，或者相对于坩埚内的熔融物表面具有规定角度地倾斜的方式供给惰性气体，因此坩埚内的惰性气体的流动平滑，氧化硅气体等引起杂质的混入的气体的去除效率提高。因此，在这点上也能够减少杂质的混入。
进而，由于坩埚内的熔融物表面平滑，抑制熔融物表面造成的坩埚的侵蚀，从坩埚的内部漏出的杂质向铸锭的混入，或结渣的问题也难以产生。
在本发明的铸造装置中，优选地，所述气体通道具有朝向所述坩埚内的上部配置的气体供给管，所述气体供给管的前端部侧面形成有所述气体吐出口。
在该情况下，通过在气体供给管的前端部侧面形成气体吐出口，惰性气体的流动能够以平行于坩埚内的熔融物表面，或者相对于坩埚内的熔融物表面具有规定角度地倾斜的方式形成。即通过仅在气体供给管的前端部侧面形成开口的简单结构，能够形成获得希望的惰性气体流动的气体通道。
在本发明的铸造装置中，优选地，所述气体通道具备朝向所述坩埚内的上部配置的气体供给主管和从该气体供给主管的前端分支的多个气体供给支管，所述气体供给支管被配置为平行于所述坩埚内的熔融物表面，所述气体供给支管的前端设置有所述气体吐出口。
在该情况下，通过适宜设定气体供给支管的数量、直径和延伸方向，在坩埚内能够任意形成平行于熔融物表面的理想的惰性气体流。
在本发明的铸造装置中，优选地，所述气体通道具备朝向所述坩埚内的上部配置的供给主管和从该供给主管的前端分支的多个气体供给支管，所述气体供给支管被配置为相对于熔融物表面具有所述规定角度地倾斜，所述气体供给管的前端设置有所述气体吐出口。
在该情况下，通过适宜设定气体供给支管的数量、直径和延伸方向，在坩埚内能够任意形成相对于熔融物表面具有规定角度地倾斜的理想的惰性气体流的流动。
根据本发明，能够分别减少低寿命区域及杂质量，难以产生坩埚的结渣问题，进而能够通过使凝固界面平滑的理想的单向凝固来制造铸锭。
另外，本发明在制造各种硅配件材料（半导体制造装置用材料、液晶成膜用靶材、热处理炉的均热板）时也有效，能够减少铸锭中的异物、杂质和防止坩埚与铸锭的结渣造成的成品率下降。
附图说明
图1是本发明的铸造装置的第一实施方式的概要剖视说明图。
图2A是表示图1所示的铸造装置所具备的气体供给管的侧视图。
图2B是表示图1所示的铸造装置所具备的气体供给管,是沿着图2A的II-II线的剖视图。
图3A是表示气体供给管的变形例的侧面图。
图3B是沿着图3A所示的气体供给管的变形例的III-III线的剖视图。
图4A是表示气体供给管的其他变形例的侧面图。
图4B是沿着图4A所示的气体供给管的其他变形例的IV-IV线的剖视图。
图5A是表示气体供给管的其他变形例的侧面图。
图5B是沿着图5A所示的气体供给管的其他变形例的Va-Va线的剖视图。
图5C是沿着图5A所示的气体供给管的其他变形例的Vb-Vb线的剖视图。
图6A是表示本发明的铸造装置的第二实施方式的主要部分的图，是气体通道的侧视图。
图6B是表示本发明的铸造装置的第二实施方式的主要部分的图，是气体通道的俯视图。
图7A是表示气体通道的变形例的侧视图。
图7B是表示气体通道的变形例的俯视图。
图8A是表示气体通道的其他变形例的侧视图。
图8B是表示气体通道的其他变形例的俯视图。
图9是表示本发明的铸造装置的第三实施方式的主要部分的气体通道的侧视图。
图10是表示气体通道的变形例的侧视图。
图11是表示气体通道的其他变形例的侧视图。
图12是表示利用由本发明的铸造装置制造的硅锭制作的太阳能电池的转换功率的图。
图13是表示利用由现有铸造装置制造的硅锭制作的太阳能电池的转换功率的图。
图14是表示由本发明的铸造装置制造的硅锭的寿命的图。
图15是表示由现有铸造装置制造的硅锭的寿命的图。
符号说明
3硅熔液
10铸造装置
20坩埚
22侧壁部
33下部加热器
43上部加热器
42气体供给管（惰性气体供给单元、气体通道）
42A、42B、42C、42D气体吐出口
50盖部
60、70气体通道
61、65、67、71、73、81气体供给主管
62、66、68、72、74、82气体供给支管
62A、66A、68A、72A、74A、82A气体吐出口
具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施方式的铸造装置、制造方法进行说明。
在以下的实施方式的说明中，熔融物使用硅熔液，但关于熔融物的种类，不仅限于硅熔液。作为熔融物，可以使用以金属和半导体为原料的熔融物。例如，作为金属原料可以使用铜合金、铝合金、钛合金、镁合金、或镍合金等。作为半导体原料可以使用青玉、砷化稼、或氮化稼等。
〈第一实施方式〉
图1～图5C表示本发明所涉及的铸造装置的第一实施方式。图1是第一实施方式的概要剖视说明图。本实施方式的铸造装置10具备将内部保持为气密状态的腔室11、贮留硅熔液3的坩埚20、载置该坩埚20的冷硬板31、位于该冷硬板31的下方的下部加热器33、位于坩埚20的上方的上部加热器43、载置在坩埚20的上端的盖部50、以及对坩埚20与盖部50之间的空间导入惰性气体（例如氩气）的气体供给管42。
另外，在坩埚20的外周侧配设有绝热壁12，在上部加热器43的上方配设有绝热顶板13，在下部加热器33的下方配设有绝热底板14。即，本实施方式的铸造装置10以包围坩埚20、上部加热器43、下部加热器33等的方式配设有绝热材料（绝热壁12、绝热顶板13、绝热底板14）。另外，在绝热底板14中设置有排气孔15。
上部加热器43和下部加热器33分别与电极棒44、34连接。
连接于上部加热器43的电极棒44贯穿绝热顶板13并延伸至坩埚20的上部附近。连接于下部加热器33的电极棒34贯穿绝热底板14并延伸至坩埚20的底部附近。
载置坩埚20的冷硬板31被设置在插通于下部加热器33的支撑部32的上端。该冷硬板31为中空结构，经由设置在支撑部32的内部的供给路径（未图示）对内部供给氩气。
坩埚20的水平剖面形状为方形（矩形），在本实施方式中，水平剖面形状呈正方形。该坩埚20由石英构成，具备与冷硬板31接触的底面21和从该底面21向上方竖立设置的侧壁部22。该侧壁部22的水平剖面呈矩形环状。
盖部50具备载置在坩埚20的侧壁部22的上端的载置部51、从坩埚20的侧壁部22的外边缘向外侧突出的檐部52、供前述的气体供给管42插入的插入孔53、以及在厚度方向上贯穿并排出坩埚20内的气体的未图示的开口部。
此外，代替在盖部50上形成气体排出用的开口部，还可以使盖部50自身与坩埚20的侧壁部22隔开间隙配置，利用该间隙排出坩埚20内的气体。
该盖部50优选由碳系材料构成，本实施方式中由碳化硅构成。
上述气体供给管42例如为钼制或碳制的部件，在基端侧（图1中上端侧）连接有未图示的气体供给部。气体供给管42沿着铅直方向延伸配置，并被配置为贯穿腔室11的顶板部进而通过盖部50的上述插入孔53，其前端延伸至坩埚内的上部、即贮留在坩埚20内的硅熔液3的液面附近（例如，距液面10~70mm的范围）。另外，从上述气体供给部导入的惰性气体从气体供给管42的前端向硅熔液3的上方空间供给。
即，连接于气体供给管42及气体供给管42的基端侧的气体供给部构成对坩埚20内的上部供给惰性气体的惰性气体供给单元，气体供给管42构成从气体供给部延伸至坩埚内的上部的气体通道。
图2A及图2B表示气体供给管42的详细结构，图2A是侧视图，图2B是沿图2A的II-II线的剖视图。如这些图所示，在气体供给管42的前端部侧面形成有多个气体吐出口42A。气体吐出口42A形成为向与气体供给管42的轴线L正交的方向延伸。即，气体吐出口42A通过开口在气体供给管42的前端部的管侧壁沿与该气体供给管42的轴线L正交的方向贯穿而形成。
另外，气体吐出口42A如图2A所示，被形成为从开口的正面看呈圆形，另外，在圆周方向隔开相等间隔共形成6个。此外，气体供给管42的前端被未图示的盖所阻塞。
图3A～3B、图4A～4B、图5A～5C分别表示气体供给管42的变形例。形成于气体供给管42的前端的气体吐出口除了图2A及图2B所示之物外，还可以为图3A～3B、图4A～4B、图5A～5C所示之气体吐出口。
图3A及图3B所示之结构，从开口的正面看气体吐出口42B呈正方形，图4A及图4B所示之结构，从开口的正面看气体吐出口42C呈横向长的长方形。另外，图5A~5C所示之结构的气体吐出口42D被形成为上下三级，并在各级形成有多个气体吐出口42D。形成于各级的气体吐出口42D的具体形状，从开口的正面看可以为圆形，或者方形，或者横向长的长方形，虽然没有进一步图示，但从开口的正面看还可以为椭圆形。
接着，对使用上述的铸造装置10的硅锭的制造方法进行说明。
首先，对坩埚20内装入硅原料。在此，作为硅原料，使用粉碎11N（纯度99.999999999）的高纯度硅得到的被称为“块”的块状物。该块状的硅原料的粒径例如为30mm到100mm。
接着，通过对上部加热器43和下部加热器33通电从而加热装入坩埚20内的硅原料，以生成硅熔液3。此时，坩埚20内的硅熔液3的熔融物表面被设定在低于坩埚20的侧壁部22的上端的位置。
接着，使坩埚20内的硅熔液3凝固。为此，首先，停止对下部加热器33的通电，经由供给路径对冷硬板31的内部供给氩气。据此，冷却坩埚20的底部。此时，继续上部加热器43的通电，由此在坩埚20内从底面21向上方产生温度梯度，通过该温度梯度，硅熔液3向上方单向凝固。进而，通过使对上部加热器43的通电缓慢地减少，坩埚20内的硅熔液3向上方凝固并生成硅锭。
另外，在该凝固工序中，经由气体供给管42和插入孔53，对坩埚20与盖部50之间的空间中例如供给氩气作为惰性气体。从插入盖部50的平面中心的插入孔53的气体供给管42的前端部的例如气体吐出口42A供给的氩气，由于与气体供给管42的轴线L正交的方向延伸地形成有多个气体吐出口42A，因此，平行于硅熔液3的液面，并放射状地扩散的同时通过坩埚20内的硅熔液3上，从盖部50的开口部、或者盖部50与侧壁部22之间的间隙向坩埚20的外部排出，并从坩埚20的外部进一步通过设置在绝热底板14上的排气孔15向腔室11的外侧排气。
如此，利用单向凝固法制造硅锭。该硅锭例如为用作太阳能电池用基板的硅片或其他硅部件的素材。
根据如以上结构的本实施方式的硅锭的铸造装置10，氩气以其流动平行于坩埚20内的硅熔液3的液面的方式从气体供给管42的前端部侧面的气体吐出口42A～42D供给。因此，氩气在坩埚内的硅熔液3的液面不会形成局部喷射的碰撞射流，而是沿着硅熔液的液面平行并大致均匀地流动。
该结果，能够避免如现有技术中说明的在坩埚20内的硅熔液3的液面的局部引起温度下降而导致从该处开始凝固的情况。因此，能够进行凝固界面平滑的从坩埚的底部向上方的理想的单向凝固。因此，低寿命区域减少，杂质的混入也减少。
另外，在坩埚内氩气从气体吐出口供给时，以平行于硅熔液3的液面的方式供给，因此，氩气的流动变得平滑，氧化硅气体等引起杂质混入的气体的去除效率提高。因此，能够防止氧化硅气体与坩埚内的碳反应而生成CO气体，从而能够防止杂质（碳）随着CO气体混入硅熔液3内而混入。
而且，如上所述，氩气不会在坩埚内的硅熔液3的液面形成局部喷射的碰撞射流，而是沿着硅熔液的液面平行且大致均匀地流动，所以坩埚内的硅熔液3的液面平滑，因此，抑制熔融物表面导致的坩埚的侵蚀，从坩埚的内部漏出的杂质混入硅锭以及结渣问题也难以产生。
如此，根据本实施方式能够制造杂质量少，结晶的生长方向稳定的高品质硅锭。
此外，上述实施方式中，气体吐出口42A～42D被形成为向与气体供给管42的轴线L正交的方向延伸，但并不限定于此，还可以形成为相对于气体供给管42的轴线L具有规定角度（例如90°～45°）地倾斜。
〈第二实施方式〉
图6A～图8B表示本发明所涉及的铸造装置的第二实施方式。图6A及图6B是表示本发明的铸造装置的第二实施方式的主要部分的图。图6A是气体通道的侧视图，图6B是气体通道的俯视图。
第二实施方式与上述第一实施方式的不同点只有气体通道，其他的结构与第一实施方式相同，在此省去相同部分的说明。
第二实施方式的气体通道60将基端侧连接于气体供给部的同时，具备将前端侧朝向坩埚的上部空间配置的气体供给主管61和从气体供给管61的前端分支的多个气体供给支管62。
气体供给管61沿铅直方向延伸配置，被配置为贯穿图1所示腔室11的顶板部进而通过盖部50的插入孔，其前端延伸至坩埚20内的上部、即贮留在坩埚20内的硅熔液3的液面附近。
气体供给支管62与气体供给主管61正交，并向圆周方向相隔90°共连接四个，各个支管的前端均开口为气体吐出口62A。另外，从气体吐出口62A沿气体供给支管62的轴线上与硅熔液3的液面平行地供给氩气等惰性气体。
气体供给主管61及气体供给支管62的剖面形状为圆形，但并不限定于此，还可以为剖面椭圆状，或者剖面正方形状。另外，气体供给支管62使用了直径小于气体供给主管61的支管，但并不限定于此，还可以使用直径相同于气体供给主管61的支管。
图7A～图7B、图8A～图8B分别表示气体通道60的变形例。气体通道60除了图6A~图6B所示之结构外，还可以为图7A～图7B、图8A～图8B所示之结构。
图7A~图7B所示之结构，在气体供给主管65的前端连接多个气体供给支管66，这些气体供给支管66与气体供给主管正交并在圆周方向相隔45°共连接八根，气体供给支管66的前端开口为气体吐出口66A。
另外，从气体吐出口66A沿气体供给支管66的轴线上与硅熔液的液面平行地供给惰性气体。
图8A~图8B所示之结构，在气体供给主管67的前端连接中空圆板状的腔室68。腔室68的侧壁上在圆周方向相隔同等间隔形成开口，该开口为气体吐出口68A。
另外，从气体吐出口68A与气体供给主管67正交，即与硅熔液的液面平行地供给惰性气体。
该第二实施方式中，惰性气体例如氩气以其流动与坩埚内的硅熔液的液面平行的方式从设置在气体供给支管62、66或者腔室68中的气体吐出口62A、66A、68A供给。因此，氩气不会在坩埚内的硅熔液3的液面形成局部喷射的碰撞射流，而是沿硅熔液的液面平行且大致均匀地流动，以取得与上述第一实施方式相同的效果。
＜第三实施方式＞
图9，图10表示本发明所涉及的铸造装置的第三实施方式。图9是表示本发明的铸造装置的第三实施方式的主要部分的立体图。
该实施方式也与第二实施方式相同，除了作为其特征部分的气体通道以外的结构与上述第一实施方式相同，故省去其说明。
第三实施方式的气体通道70，将基端侧连接于气体供给部，并具备将前端朝向坩埚的上部空间配置的气体供给主管71和从气体供给主管71的前端分支的多个气体供给支管72。
气体供给主管71沿着铅直方向延伸配置，被配置为贯穿图1所示的腔室11的顶板部进而通过盖部50的插入孔53，其前端延伸至坩埚20内的上部、即贮留在坩埚20内的硅熔液3的液面附近。
气体供给支管72在气体供给主管71的前端，相对于与该气体供给主管71的轴线L正交的面，即水平面形成规定角度θa（例如0°＜θa＜45°，优选为0°＜θa＜35°，更优选为0°＜θa＜25°）地向斜下方倾斜，并向圆周方向相隔90°共连接四根。气体供给支管72的前端开口为气体吐出口72A。另外，从气体吐出口72A沿着气体供给支管72的轴线上相对于硅熔液3的液面具有规定角度地向斜下方倾斜供给惰性气体。
此外，规定角度θa根据从气体吐出口72A到硅熔液的液面的距离和坩埚上部的空间容量等适当设定。
气体供给主管71及气体供给支管72的剖面形状为圆形，但并不限定于此，还可以为剖面椭圆状，或者剖面正方形状。另外，气体供给支管72使用了直径小于气体供给主管71的支管，但并不限定于此，还可以使用直径相同于气体供给主管71的支管。
图10表示气体通道70的变形例。气体通道70除了图9所示结构外，还可以为图10所示之结构。
图10所示之结构，气体供给支管74在气体供给主管73的前端，相对于与该气体供给主管73的轴线L正交的面，即水平面H形成预定角度θb（例如0°＜θa＜45°，优选为0°＜θa＜35°，更优选为0°＜θa＜25°）地向斜上方倾斜，并向圆周方向相隔90°共连接四根。气体供给支管74的前端开口为气体吐出口74A。另外，从气体吐出口74A沿着气体供给支管74的轴线上相对于硅熔液的液面具有预定角度地向斜上方倾斜供给惰性气体。
该第三实施方式之结构中，氩气从设置在气体供给支管72、74的气体吐出口72A、74A以其流动相对于坩埚内的硅熔液的液面具有规定角度的方式向斜下方或者斜上方倾斜供给。因此，氩气不会在坩埚内的硅熔液3的液面形成局部喷射的碰撞射流，而是沿着硅熔液的液面大致平行且均匀地流动，以取得与上述第一实施方式相同的效果。
＜第四实施方式＞
图11是表示本发明所涉及的铸造装置的第四实施方式的侧视图。
该实施方式也与第二实施方式相同，除了作为其特征部分的气体通道以外的结构与上述第一实施方式相同，故省去其说明。
图11所示结构与图6A～6B所示之第二实施方式的气体通道60几乎为相同结构。
即，该气体通道80，将基端侧连接于气体供给部，并具备将前端朝向坩埚的上部空间配置的气体供给主管81和从气体供给主管81的前端分支的多个气体供给支管82。
气体供给支管82与气体供给主管81正交，并向圆周方向相隔90°共连接四个，各个支管的前端开口为气体吐出口82A。
该第四实施方式与第二实施方式的不同点是除了在气体供给支管82的前端设置有气体吐出口82A之外，在气体供给主管81的下端中央还设置有气体吐出口81A。
从设置在该气体供给主管81的下端中央的气体吐出口81供给的惰性气体量例如氩气量为极少量，例如相对于从其他气体吐出口82A供给的氩气的总量例如1／5～1／10左右。
即，该第四实施方式中，主要通过从气体供给支管82的前端的气体吐出口82A供给的氩气，除去在坩埚内产生的氧化硅气体等不需要的气体，辅助地通过从气体吐出口81A供给的氩气除去位于气体供给主管81的正下方的硅熔液附近的不需要的气体。
该第四实施方式的结构中，氩气主要从设置于气体供给支管82的气体吐出口82A以其流动平行于坩埚内的硅熔液液面的方式供给，因此，氩气不会在坩埚内的硅熔液3的液面形成局部喷射的碰撞射流，而是沿着硅熔液的液面大致平行并均匀地流动，以取得与上述实施方式相同的效果。
以上对本发明的实施方式的铸造装置、铸造方法进行了说明，但并不限定于此，能够适宜进行设计变更。
例如，在上述实施方式中，以供给惰性气体的气体通道为一条的情况为例进行了说明，但并不限定于此，气体通道还可以为多条。
另外，还可以将第一至第四实施方式所示的不同气体通道分别适宜组合而整体构成一条气体通道。
另外，对坩埚内供给的惰性气体当然并不限定于氩气，还可以为其他惰性气体。
另外，本发明的铸造装置及铸造方法还能够应用于铸造硅以外的材料的情况。例如，作为金属原料可以使用铜合金、铝合金、钛合金、镁合金、或镍合金等。作为半导体原料可以使用青玉、砷化稼、或氮化稼等。
【实施例1】
进行了确认本发明的效果的实验。使用具备第一实施方式的图2A及图2B所示气体通道的铸造装置，制造了680mm方形×高度250mm的四角形柱状硅锭。此外，凝固速度为5mm/h。另外，通过气体供给管的Ar气体的供给量为501/min。
另外，除了使用背景技术中说明的具备相对于熔融物表面向垂直方向喷射氩气的惰性气体供给单元以外，在与上述相同条件下制造了硅锭。以此为比较例1。
另外，通过将获得的硅锭沿水平方向切片制造硅片，按照下面步骤构成了太阳能电池。
首先，制造硅锭时，添加B（硼）作为受体，制造了阻抗值为1～2Ω·cm左右的P型硅片。在该P型硅片中使用P（磷）掺杂剂，实施850℃×30分钟的热处理，在P型硅层上形成了N型硅层。
接着，为了降低反射率，在硅片的表面上进行了蚀刻。蚀刻时使用了KOH水溶液。
在蚀刻后的硅片的两面通过丝网印刷涂布并煅烧Ag糊剂（dupont公司制Solamet）。涂布厚度为30μm，在750℃×1分钟的条件下进行了煅烧。此时，在硅片的里面涂布并扩散A1糊剂（dupont公司制Solamet），在电极附近形成了P+层（A1-BSF）。
在此，A1糊剂的涂布厚度为20μm。
另外，硅片的表面利用等离子体化学气相法（CVD）形成SiNx以作为防反射膜。使用了株式会社岛津制作所制造的太阳能电池防反射膜制造用装置（SLPC），厚度为100nm。
使用该试验用的太阳能电池，通过太阳能模拟器来评价转换效率。
本实施例1中，使用株式会社三永电机制作所制造的XES-155S1，在1000W/m2、AM1.5、25℃的条件下实施。
评价结果用图12、图13表示。
图12为本发明所涉及的实施例1的结果，图13为比较例1的结果。
本实施例1的结果无论在0mm～200mm的高度位置，都取得了大体上超过16%的固定的转换效率，平均转换效率为16.5%。
另一方面，比较例1的结果，在0mm～200mm的高度位置上与实施例1的结果相比，转换效率低，且偏差也大。另外，平均转换效率为15.9%。
另外，关于上述实施例1，比较例1，沿着铸锭的中央部的剖面进行了载体的寿命测定。测定使用瑟米莱伯公司制造的寿命测定装置WT-2000进行。
测定结果用图14、图15表示。
图14是本发明所涉及的实施例1的结果，图15是比较例1的结果。
本实施例1的结果中，寿命短的区域S（例如2μs以下的区域）离上端最多5mm左右。与此相对，比较例1的结果中，在中央部从上端至25mm左右的部分测定出寿命短的区域S。上端的寿命短的区域S推测是由于氩气的喷射导致熔液温度下降，凝固从该处开始而产生的。
由以上事项确认了根据本发明能够同时减少低寿命区域及杂质量，并且能够制造结晶的成长方向稳定的硅锭。
此外，进行了确认本发明的效果的其他实验。
【实施例2】
使用具备第一实施方式的图4A及图4B所示气体通道的制造装置制造了680mm角×高度250mm的四角形柱状硅锭。此外，凝固速度为5mm/h。另外，通过气体供给管的Ar气体的供给量为501/min。
【实施例3】
使用具备第四实施方式的图11所示气体通道的制造装置制造了680mm方形×高度250mm的四角形柱状硅锭。此外，凝固速度为5mm/h。另外，通过气体供给管的Ar气体的供给量为501/min。
将实施例1～3及比较例1中获得的硅锭沿水平方向切片制造了硅片，通过傅里叶变换红外线分光法（FI-IR）测定了硅片中的氧气浓度及碳浓度。（日本分光株式会社制造FT/IR-4000，JEIDA-61-2000）
测定结果用表1表示。
【表1】
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 比较例1 | |
| 铸锭上部的氧浓度×1018atoms/cc | 0.07 | ＜0.01 | 0.08 | 0.27 |
| 铸锭上部的碳浓度×1018atoms/cc | 0.06 | 0.12 | 0.11 | 0.16 |
从上述表1表明，实施例1～3的硅片中氧浓度为0.08以下，碳浓度为0.12以下。
另一方面，比较例1的硅片中氧浓度及碳浓度都与本实施例1～3的硅片相比杂质浓度高。
由以上事项可知，根据本发明，能够制造低寿命区域及杂质量同时减少，并且结晶的生长方向稳定的硅锭，因此，能够适于用于例如面向太阳能电池或者硅部件等任一目的。
产业上的可利用性
能够防止面向太阳能电池或者硅部件等的硅锭的成品率的下降。
Claims (5)
1.一种铸造装置，具备收容熔融物且上部具有开口部的坩埚、加热该坩埚的加热器和对所述坩埚内的上部供给惰性气体的惰性气体供给单元，所述铸造装置的特征在于，
所述惰性气体供给单元具备延伸至所述坩埚内的上部并在前端部设置有气体吐出口的气体通道，
所述气体通道具有朝向所述坩埚内的上部配置的气体供给管，
所述气体供给管的前端部侧面形成有所述气体吐出口，
所述气体吐出口设置为从所述气体吐出口吐出的惰性气体的流动平行于所述坩埚内的熔融物表面。
2.根据权利要求1所述的铸造装置，其特征在于，
所述气体吐出口在圆周方向隔开相等间隔形成有多个。
3.根据权利要求1所述的铸造装置，其特征在于，
所述气体吐出口被形成为上下三级。
4.根据权利要求1所述的铸造装置，其特征在于，
在所述气体供给管的前端部设有与所述气体通道连接的中空圆板状的腔室，所述腔室的侧面上在圆周方向相隔同等间隔设有多个气体吐出口。
5.一种铸造方法，使用具备收容熔融物且上部具有开口部的坩埚、加热该坩埚的加热器和对所述坩埚内的上部供给惰性气体的惰性气体供给单元的铸造装置，所述铸造方法的特征在于，
所述惰性气体供给单元中设有延伸至所述坩埚内的上部并在前端部设置有气体吐出口的气体通道，
所述气体通道设有朝向所述坩埚内的上部配置的气体供给管，
所述气体供给管的前端部侧面形成有所述气体吐出口，
从所述气体吐出口供给惰性气体，使得该惰性气体的流动平行于所述坩埚内的熔融物表面。
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