JP2001010900A - シリコン鋳塊切断方法 - Google Patents
シリコン鋳塊切断方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリコン鋳塊を連続的に製造するシリコン鋳
造装置２０から引き出されるシリコン鋳塊１０を高温で
切断して、設備高さの増大を回避する。 【解決手段】 シリコン鋳造装置２０から引き出される
シリコン鋳塊１０を、回転式のダイヤモンドカッタ３１
により、鋳塊温度が２５０〜６５０℃の範囲で乾式切断
する。
造装置２０から引き出されるシリコン鋳塊１０を高温で
切断して、設備高さの増大を回避する。 【解決手段】 シリコン鋳造装置２０から引き出される
シリコン鋳塊１０を、回転式のダイヤモンドカッタ３１
により、鋳塊温度が２５０〜６５０℃の範囲で乾式切断
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池基板等の
製造に使用されるシリコン鋳塊の切断方法、特に、シリ
コンを連続的に鋳造するシリコン鋳造装置から引き出さ
れるシリコン鋳塊の切断方法に関する。
製造に使用されるシリコン鋳塊の切断方法、特に、シリ
コンを連続的に鋳造するシリコン鋳造装置から引き出さ
れるシリコン鋳塊の切断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池基板には、シリコン鋳塊から定
型の薄板に切り出されたシリコンウエーハが使用されて
いる。ここにおけるシリコン鋳塊は、多結晶シリコンの
方向性凝固鋳塊であり、その製造は、例えば電磁鋳造と
呼ばれる連続的な鋳造方法により行われる。
型の薄板に切り出されたシリコンウエーハが使用されて
いる。ここにおけるシリコン鋳塊は、多結晶シリコンの
方向性凝固鋳塊であり、その製造は、例えば電磁鋳造と
呼ばれる連続的な鋳造方法により行われる。
【０００３】シリコンの電磁鋳造は、軸方向の少なくと
も一部で周方向に分割された筒状の導電性無底ルツボを
使用し、無底ルツボの外側に配置された誘導コイルによ
り、無底ルツボ内の原料シリコンを溶解し、その融液を
凝固させながら無底ルツボの下方へ引き出すことによ
り、シリコン鋳塊を連続的に製造する。この鋳造方法
は、シリコン鋳塊を連続的に製造することができるの
で、鋳造コストを安価に抑えることができる上に、無底
ルツボ内のシリコン融液をルツボ内面に対して反発させ
ることができ、無底ルツボからの融液の汚染を低位に抑
制できるので、高い鋳塊品質を確保できるという特徴が
ある。
も一部で周方向に分割された筒状の導電性無底ルツボを
使用し、無底ルツボの外側に配置された誘導コイルによ
り、無底ルツボ内の原料シリコンを溶解し、その融液を
凝固させながら無底ルツボの下方へ引き出すことによ
り、シリコン鋳塊を連続的に製造する。この鋳造方法
は、シリコン鋳塊を連続的に製造することができるの
で、鋳造コストを安価に抑えることができる上に、無底
ルツボ内のシリコン融液をルツボ内面に対して反発させ
ることができ、無底ルツボからの融液の汚染を低位に抑
制できるので、高い鋳塊品質を確保できるという特徴が
ある。
【０００４】本出願人は、このシリコンの電磁鋳造に早
くから着目し、既に、これによるシリコン鋳塊の量産を
開始しており、その過程で新しい技術を数多く提案して
いる（特許第２６３０４１７号公報、同２６５７２４０
号、同２６６０２２５号等）。そして、提案された技術
の一つとして、チャンバ内で連続的に製造されるシリコ
ン鋳塊を、チャンバ下部の非接触シールを備えた引き出
し口からチャンバの下方へ引き出し、チャンバの下方で
回転式のダイヤモンドカッタによって切断するものがあ
る（特許第２６６０２２５号）。この技術は、鋳造を長
時間継続する上で不可欠のものであり、量産化を図る上
で果たした役割は非常に大きい。
くから着目し、既に、これによるシリコン鋳塊の量産を
開始しており、その過程で新しい技術を数多く提案して
いる（特許第２６３０４１７号公報、同２６５７２４０
号、同２６６０２２５号等）。そして、提案された技術
の一つとして、チャンバ内で連続的に製造されるシリコ
ン鋳塊を、チャンバ下部の非接触シールを備えた引き出
し口からチャンバの下方へ引き出し、チャンバの下方で
回転式のダイヤモンドカッタによって切断するものがあ
る（特許第２６６０２２５号）。この技術は、鋳造を長
時間継続する上で不可欠のものであり、量産化を図る上
で果たした役割は非常に大きい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、チャン
バから引き出されるシリコン鋳塊は、通常の金属材料と
比べて非常に硬く、しかも、チャンバ直下で数１００℃
と高温である。このような高温・高硬度のシリコン鋳塊
を支障なく切断できる技術は、出願人の知る限り存在し
なかった。このため、従来は鋳塊温度が常温近くまで低
下した段階、即ちチャンバのかなり下方でダイヤモンド
カッタによる切断を行っていた。
バから引き出されるシリコン鋳塊は、通常の金属材料と
比べて非常に硬く、しかも、チャンバ直下で数１００℃
と高温である。このような高温・高硬度のシリコン鋳塊
を支障なく切断できる技術は、出願人の知る限り存在し
なかった。このため、従来は鋳塊温度が常温近くまで低
下した段階、即ちチャンバのかなり下方でダイヤモンド
カッタによる切断を行っていた。
【０００６】即ち、シリコン鋳塊のような高硬度の材料
を切断する方法としては、レーザ等を用いた加熱溶解切
断と、回転式のダイヤモンドカッタによる切削切断があ
るが、溶解切断は急速加熱による熱歪み（割れ）を発生
させるため、シリコン鋳塊の切断には適用できない。こ
のため、シリコン鋳塊の切断には、回転式のダイヤモン
ドカッタによる切削しか適用が困難である。
を切断する方法としては、レーザ等を用いた加熱溶解切
断と、回転式のダイヤモンドカッタによる切削切断があ
るが、溶解切断は急速加熱による熱歪み（割れ）を発生
させるため、シリコン鋳塊の切断には適用できない。こ
のため、シリコン鋳塊の切断には、回転式のダイヤモン
ドカッタによる切削しか適用が困難である。
【０００７】回転式のダイヤモンドカッタは、円形のベ
ース板の外周部にダイヤモンドの粉末を接着固定したも
のであり、これを回転させながら材料に切り込むが、材
料との摩擦による熱が発生し、この発熱を放置すると、
早期にダイヤモンドが剥離又は磨滅して使用不能になっ
たり、ベース板が歪んだりする。このため、ダイヤモン
ドカッタによる切断では、切断部に多量の水や油などの
冷却・潤滑媒体を吹き付けながら切断を行う、いわゆる
湿式切断が採用される。
ース板の外周部にダイヤモンドの粉末を接着固定したも
のであり、これを回転させながら材料に切り込むが、材
料との摩擦による熱が発生し、この発熱を放置すると、
早期にダイヤモンドが剥離又は磨滅して使用不能になっ
たり、ベース板が歪んだりする。このため、ダイヤモン
ドカッタによる切断では、切断部に多量の水や油などの
冷却・潤滑媒体を吹き付けながら切断を行う、いわゆる
湿式切断が採用される。
【０００８】しかし、チャンバから出た直後のシリコン
鋳塊は、前述したとおり高温である。このような高温の
シリコン鋳塊に湿式切断を行うと、媒体の気化放熱の影
響で高温鋳塊が局部的に急冷され、熱歪みによる割れや
残留応力が発生する。このため、鋳塊温度が常温近くま
で低下した段階、即ちチャンバのかなり下方で回転式の
ダイヤモンドカッタによる湿式切断を行っていた。
鋳塊は、前述したとおり高温である。このような高温の
シリコン鋳塊に湿式切断を行うと、媒体の気化放熱の影
響で高温鋳塊が局部的に急冷され、熱歪みによる割れや
残留応力が発生する。このため、鋳塊温度が常温近くま
で低下した段階、即ちチャンバのかなり下方で回転式の
ダイヤモンドカッタによる湿式切断を行っていた。
【０００９】鋳造速度が遅い場合は、鋳塊温度が常温近
くまで低下する間に鋳塊が下降する距離は小さく、設備
高さ等に大きな影響を与えないが、最近は様々な工夫に
より鋳塊速度が大きく増大しており、これに伴い、ダイ
ヤモンドカッタはチャンバの数１０ｍ下方へ位置させね
ばならず、この切断位置低下による設備高さの増大等が
非常に大きな問題になってきた。
くまで低下する間に鋳塊が下降する距離は小さく、設備
高さ等に大きな影響を与えないが、最近は様々な工夫に
より鋳塊速度が大きく増大しており、これに伴い、ダイ
ヤモンドカッタはチャンバの数１０ｍ下方へ位置させね
ばならず、この切断位置低下による設備高さの増大等が
非常に大きな問題になってきた。
【００１０】本発明の目的は、シリコンを連続的に鋳造
するシリコン鋳造装置から引き出される高温のシリコン
鋳塊を、鋳造装置直下で支障なく切断できるシリコン鋳
塊切断方法を提供することにある。
するシリコン鋳造装置から引き出される高温のシリコン
鋳塊を、鋳造装置直下で支障なく切断できるシリコン鋳
塊切断方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは、高温のシリコン鋳塊を切断する方法
を開発するべく、回転式のダイヤモンドカッタを用いた
種々の切断実験を繰り返した。その結果、鋳塊温度が６
５０℃までであれば、切断部に水や油などの潤滑冷却媒
体を直接供給しない乾式切断によって、シリコン鋳塊が
支障なく切断され、しかも、比較的長いカッタ寿命が確
保されることを知見した。また、カッタの外周部に切り
込みや開口部を設けたり、その外周部に水や油を少量供
給したりすることにより、鋳塊に悪影響を及ぼすことな
く、カッタ寿命が一層延長されることを、合わせて知見
した。
に、本発明者らは、高温のシリコン鋳塊を切断する方法
を開発するべく、回転式のダイヤモンドカッタを用いた
種々の切断実験を繰り返した。その結果、鋳塊温度が６
５０℃までであれば、切断部に水や油などの潤滑冷却媒
体を直接供給しない乾式切断によって、シリコン鋳塊が
支障なく切断され、しかも、比較的長いカッタ寿命が確
保されることを知見した。また、カッタの外周部に切り
込みや開口部を設けたり、その外周部に水や油を少量供
給したりすることにより、鋳塊に悪影響を及ぼすことな
く、カッタ寿命が一層延長されることを、合わせて知見
した。
【００１２】本発明のシリコン鋳塊切断方法は、かかる
知見に基づいて開発されたものであり、シリコンを連続
的に鋳造するシリコン鋳造装置から引き出されるシリコ
ン鋳塊を、回転式のダイヤモンドカッタにより鋳塊温度
が２５０〜６５０℃の範囲で乾式切断するものである。
知見に基づいて開発されたものであり、シリコンを連続
的に鋳造するシリコン鋳造装置から引き出されるシリコ
ン鋳塊を、回転式のダイヤモンドカッタにより鋳塊温度
が２５０〜６５０℃の範囲で乾式切断するものである。
【００１３】回転式のダイヤモンドカッタは、カッタ冷
却手段により刃部の冷却を促進する構成が好ましい。カ
ッタ冷却手段としては、外周面に周方向に所定の間隔で
形成された多数の切り込み及び／又は外周面近傍に周方
向に所定の間隔で形成された多数の開口部がある。ま
た、ダイヤモンドカッタの外周部に、潤滑冷却液を噴霧
又は塗布により少量供給するのも効果的なカッタ冷却手
段であり、切り込みや開口部との併用が特に好ましい。
却手段により刃部の冷却を促進する構成が好ましい。カ
ッタ冷却手段としては、外周面に周方向に所定の間隔で
形成された多数の切り込み及び／又は外周面近傍に周方
向に所定の間隔で形成された多数の開口部がある。ま
た、ダイヤモンドカッタの外周部に、潤滑冷却液を噴霧
又は塗布により少量供給するのも効果的なカッタ冷却手
段であり、切り込みや開口部との併用が特に好ましい。
【００１４】本発明のシリコン鋳塊切断方法では、乾式
切断を採用し、切断部に潤滑冷却液が直接供給されない
ため、鋳塊温度が２５０℃以上であるにもかかわらず、
局部的な急冷による熱歪み（割れや残留応力）の発生が
防止される。また、鋳塊温度が６５０℃以下（好ましく
は６００℃以下）に制限されているため、乾式切断であ
るにもかかわらず、ダイヤモンドの剥離又は磨滅が抑制
され、比較的長いカッタ寿命が確保される。これらによ
り、シリコン鋳造装置直下で高温のシリコン鋳塊が支障
なく切断される。
切断を採用し、切断部に潤滑冷却液が直接供給されない
ため、鋳塊温度が２５０℃以上であるにもかかわらず、
局部的な急冷による熱歪み（割れや残留応力）の発生が
防止される。また、鋳塊温度が６５０℃以下（好ましく
は６００℃以下）に制限されているため、乾式切断であ
るにもかかわらず、ダイヤモンドの剥離又は磨滅が抑制
され、比較的長いカッタ寿命が確保される。これらによ
り、シリコン鋳造装置直下で高温のシリコン鋳塊が支障
なく切断される。
【００１５】ただし、切断時の鋳塊温度が６５０℃を超
えると、ダイヤモンドの炭化のため、カッタ寿命が極端
に悪化する。また、６５０℃を超える高温で鋳塊に機械
的衝撃を与えると、鋳塊が割れる危険性が高い。更に、
このような高温で鋳塊を鋳造装置外へ引き出すと、熱衝
撃による割れの危険性もある。一方、切断時の鋳塊温度
が２５０℃未満の場合は、鋳造装置から切断位置までの
距離が長くなり、設備高さの増加が問題になる。ちなみ
に、シリコン鋳塊の製造でその鋳塊を２５０℃未満にす
るには加熱をしない状態でも２５時間程度は必要であ
り、鋳造速度が２ｍｍ／分の場合は鋳造装置から切断位
置までの距離が３ｍ以上になる。
えると、ダイヤモンドの炭化のため、カッタ寿命が極端
に悪化する。また、６５０℃を超える高温で鋳塊に機械
的衝撃を与えると、鋳塊が割れる危険性が高い。更に、
このような高温で鋳塊を鋳造装置外へ引き出すと、熱衝
撃による割れの危険性もある。一方、切断時の鋳塊温度
が２５０℃未満の場合は、鋳造装置から切断位置までの
距離が長くなり、設備高さの増加が問題になる。ちなみ
に、シリコン鋳塊の製造でその鋳塊を２５０℃未満にす
るには加熱をしない状態でも２５時間程度は必要であ
り、鋳造速度が２ｍｍ／分の場合は鋳造装置から切断位
置までの距離が３ｍ以上になる。
【００１６】ダイヤモンドカッタの外周面に切り込みを
設けたり、外周面近傍に開口部を設けた場合は、空気の
攪拌が促進されると共に、放熱面積が増大することによ
り、ダイヤモンド刃部の冷却が促進され、カッタ寿命が
一層延びる。同様に、ダイヤモンドカッタの外周部に、
冷却液を噴霧又は塗布により少量供給した場合も、供給
液の気化によりダイヤモンド刃部の冷却が促進され、カ
ッタ寿命が一層延びる。また、その気化によって供給液
がカッタから除去され、切断部への液供給が回避された
め、鋳塊の局部的な急冷が防止される。そして、切り込
みや開口部を設けたカッタの外周部へ液供給を行った場
合は、カッタ寿命が特に効果的に延長される。
設けたり、外周面近傍に開口部を設けた場合は、空気の
攪拌が促進されると共に、放熱面積が増大することによ
り、ダイヤモンド刃部の冷却が促進され、カッタ寿命が
一層延びる。同様に、ダイヤモンドカッタの外周部に、
冷却液を噴霧又は塗布により少量供給した場合も、供給
液の気化によりダイヤモンド刃部の冷却が促進され、カ
ッタ寿命が一層延びる。また、その気化によって供給液
がカッタから除去され、切断部への液供給が回避された
め、鋳塊の局部的な急冷が防止される。そして、切り込
みや開口部を設けたカッタの外周部へ液供給を行った場
合は、カッタ寿命が特に効果的に延長される。
【００１７】シリコン鋳造装置は、実質的に際限なく鋳
造を継続する装置だけでなく、所定長の鋳塊を連続製造
する半連続的な装置も含む。原料加熱は、前述した電磁
加熱に限らず、プラズマ加熱等も可能であり、これらの
併用も可能である。鋳造装置から引き出されるシリコン
鋳塊の切断は、鋳塊が下降している状態で行うことも、
下降を一時的に停止した状態で行うことも可能である。
下降を一時的に停止した状態で切断を行う場合、鋳造部
では、例えば加熱を制限して原料供給を一時的に停止す
る。
造を継続する装置だけでなく、所定長の鋳塊を連続製造
する半連続的な装置も含む。原料加熱は、前述した電磁
加熱に限らず、プラズマ加熱等も可能であり、これらの
併用も可能である。鋳造装置から引き出されるシリコン
鋳塊の切断は、鋳塊が下降している状態で行うことも、
下降を一時的に停止した状態で行うことも可能である。
下降を一時的に停止した状態で切断を行う場合、鋳造部
では、例えば加熱を制限して原料供給を一時的に停止す
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示すシ
リコン鋳造設備の構成図、図２はダイヤモンドカッタの
平面図、図３は図２のＡ−Ａ線矢示図である。
基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示すシ
リコン鋳造設備の構成図、図２はダイヤモンドカッタの
平面図、図３は図２のＡ−Ａ線矢示図である。
【００１９】図１に示すように、シリコン鋳造設備は、
シリコン鋳塊１０を連続的に製造するシリコン鋳造装置
２０と、シリコン鋳造装置２０の下方に設けられた鋳塊
切断装置３０とを備えている。
シリコン鋳塊１０を連続的に製造するシリコン鋳造装置
２０と、シリコン鋳造装置２０の下方に設けられた鋳塊
切断装置３０とを備えている。
【００２０】シリコン鋳造装置２０は、連続鋳造部及び
鋳塊保温部を収容するチャンバ２１を備えている。チャ
ンバ２１内には、誘導コイル２２と組み合わされた角筒
状の無底ルツボ２３が設けられている。無底ルツボ２３
の下方には、角筒状の第１保温炉２４が設けられ、更に
その下には、角筒状の第２保温炉２５が設けられてい
る。
鋳塊保温部を収容するチャンバ２１を備えている。チャ
ンバ２１内には、誘導コイル２２と組み合わされた角筒
状の無底ルツボ２３が設けられている。無底ルツボ２３
の下方には、角筒状の第１保温炉２４が設けられ、更に
その下には、角筒状の第２保温炉２５が設けられてい
る。
【００２１】無底ルツボ２３は水冷式の銅製であり、誘
導コイル２２と共同してシリコン鋳塊１０を連続的に製
造する。この製造のために、無底ルツボ２３は上端部を
残して周方向に複数に分割されている。また、無底ルツ
ボ２３内には、チャンバ２１の上方に設けられた原料ホ
ッパ２７からダクト２８を介してシリコン原料が投入さ
れる。その投入原料の加熱のために、無底ルツボ２３内
には上方からプラズマトーチ２６が挿入されている。
導コイル２２と共同してシリコン鋳塊１０を連続的に製
造する。この製造のために、無底ルツボ２３は上端部を
残して周方向に複数に分割されている。また、無底ルツ
ボ２３内には、チャンバ２１の上方に設けられた原料ホ
ッパ２７からダクト２８を介してシリコン原料が投入さ
れる。その投入原料の加熱のために、無底ルツボ２３内
には上方からプラズマトーチ２６が挿入されている。
【００２２】無底ルツボ２３の下に続けて配置された第
１保温炉２４は誘導加熱式、その下の第２保温炉２５は
温度傾斜型であり、これらは、無底ルツボ２３から引き
出されるシリコン鋳塊１０に軸方向で所定の温度勾配を
付与する。第２保温炉２５から出たシリコン鋳塊１０
は、非接触式又は軟接触式のシールを備えた出口からチ
ャンバ２１の下方に引き出され、鋳片切断装置３０へ送
られる。
１保温炉２４は誘導加熱式、その下の第２保温炉２５は
温度傾斜型であり、これらは、無底ルツボ２３から引き
出されるシリコン鋳塊１０に軸方向で所定の温度勾配を
付与する。第２保温炉２５から出たシリコン鋳塊１０
は、非接触式又は軟接触式のシールを備えた出口からチ
ャンバ２１の下方に引き出され、鋳片切断装置３０へ送
られる。
【００２３】鋳塊切断装置３０は、チャンバ２１の下方
に配置された回転式のダイヤモンドカッタ３１と、その
上下に配置された複数のクランプ機構３２，３２・・と
を備えており、ダイヤモンドカッタ３１の配置位置は、
チャンバ２１の下方に引き出されるシリコン鋳塊１０が
２５０〜６５０℃の温度範囲で切断されるように設定さ
れている。
に配置された回転式のダイヤモンドカッタ３１と、その
上下に配置された複数のクランプ機構３２，３２・・と
を備えており、ダイヤモンドカッタ３１の配置位置は、
チャンバ２１の下方に引き出されるシリコン鋳塊１０が
２５０〜６５０℃の温度範囲で切断されるように設定さ
れている。
【００２４】鋳塊切断装置３０のダイヤモンドカッタ３
１は、図２及び図３に示すように、所定速度で回転駆動
される水平な円形のベース板３１ａと、ベース板３１ａ
の外周部に、ダイヤモンドの粉末を接着固定して形成さ
れた刃部３１ｂとを有している。ダイヤモンドカッタ３
１の冷却手段として、その外周面には、多数の切り込み
３１ｃ，３１ｃ・・が周方向に所定の間隔で設けられて
いる。またダイヤモンドカッタ３１の外周面近傍には、
切り込み３１ｃ，３１ｃ・・とは別に或いは切り込み３
１ｃ，３１ｃ・・と共に、多数の円形開口部３１ｄ，３
１ｄ・・が周方向に所定の間隔で設けられている。
１は、図２及び図３に示すように、所定速度で回転駆動
される水平な円形のベース板３１ａと、ベース板３１ａ
の外周部に、ダイヤモンドの粉末を接着固定して形成さ
れた刃部３１ｂとを有している。ダイヤモンドカッタ３
１の冷却手段として、その外周面には、多数の切り込み
３１ｃ，３１ｃ・・が周方向に所定の間隔で設けられて
いる。またダイヤモンドカッタ３１の外周面近傍には、
切り込み３１ｃ，３１ｃ・・とは別に或いは切り込み３
１ｃ，３１ｃ・・と共に、多数の円形開口部３１ｄ，３
１ｄ・・が周方向に所定の間隔で設けられている。
【００２５】このダイヤモンドカッタ３１は、所定速度
で回転しながら、チャンバ２１の下方に引き出されるシ
リコン鋳塊１０に直角に切り込まれることにより、シリ
コン鋳塊１０を定位置で乾式切断する。ダイヤモンドカ
ッタ３１の近傍には、ダイヤモンドカッタ３１の刃部３
１ａに水等の冷却液を少量供給するために、冷却液の噴
霧機構３３が冷却手段として設けられている。
で回転しながら、チャンバ２１の下方に引き出されるシ
リコン鋳塊１０に直角に切り込まれることにより、シリ
コン鋳塊１０を定位置で乾式切断する。ダイヤモンドカ
ッタ３１の近傍には、ダイヤモンドカッタ３１の刃部３
１ａに水等の冷却液を少量供給するために、冷却液の噴
霧機構３３が冷却手段として設けられている。
【００２６】複数のクランプ機構３２，３２・・は、複
数本の支柱３４，３４・・に固定されており、チャンバ
２１の下方に引き出されるシリコン鋳塊１０を、その切
断時に切断部の上下で固定する。切断時以外は、クラン
プ機構３２，３２・・はシリコン鋳塊１０を解放し、そ
の下降を許容する。
数本の支柱３４，３４・・に固定されており、チャンバ
２１の下方に引き出されるシリコン鋳塊１０を、その切
断時に切断部の上下で固定する。切断時以外は、クラン
プ機構３２，３２・・はシリコン鋳塊１０を解放し、そ
の下降を許容する。
【００２７】次に、上記のシリコン鋳造設備を用いてシ
リコン鋳塊１０を製造する方法について説明する。
リコン鋳塊１０を製造する方法について説明する。
【００２８】チャンバ２１内を所定の不活性ガス雰囲気
（常圧）に保持する。無底ルツボ２３の底をダミー鋳塊
により閉じた状態で、無底ルツボ２３内に初期原料を投
入し、誘導コイル２２とプラズマトーチ２６により溶解
し、原料融液１１を形成する。無底ルツボ２３内に原料
投入を続けながら、無底ルツボ２３内の原料融液１１を
下降させて凝固させる。これにより、無底ルツボ２３か
らシリコン鋳塊１０が連続的に引き出される。
（常圧）に保持する。無底ルツボ２３の底をダミー鋳塊
により閉じた状態で、無底ルツボ２３内に初期原料を投
入し、誘導コイル２２とプラズマトーチ２６により溶解
し、原料融液１１を形成する。無底ルツボ２３内に原料
投入を続けながら、無底ルツボ２３内の原料融液１１を
下降させて凝固させる。これにより、無底ルツボ２３か
らシリコン鋳塊１０が連続的に引き出される。
【００２９】無底ルツボ２３から引き出されるシリコン
鋳塊１０は、第１保温炉２４内及び第２保温炉２５内を
通過し、その過程で軸方向で所定の温度勾配を付与され
た後、チャンバ２１の下方に引き出される。鋳塊温度は
保温炉の下方に引き出された時点で例えば６００〜８０
０℃程度である。
鋳塊１０は、第１保温炉２４内及び第２保温炉２５内を
通過し、その過程で軸方向で所定の温度勾配を付与され
た後、チャンバ２１の下方に引き出される。鋳塊温度は
保温炉の下方に引き出された時点で例えば６００〜８０
０℃程度である。
【００３０】チャンバ２１の下方に引き出されたシリコ
ン鋳塊１０は、鋳塊切断装置３０を通過し、その下方に
成長を続ける。ダイヤモンドカッタ３１の下方に所定長
のシリコン鋳塊１０が製造されると、シリコン鋳塊１０
の下降を一時停止し、鋳塊切断装置３０によりシリコン
鋳塊１０の切断を行う。一時停止中は、無底ルツボ２３
内への原料投入を停止すると共に、無底ルツボ２３内の
投入原料に対する加熱を制限する。
ン鋳塊１０は、鋳塊切断装置３０を通過し、その下方に
成長を続ける。ダイヤモンドカッタ３１の下方に所定長
のシリコン鋳塊１０が製造されると、シリコン鋳塊１０
の下降を一時停止し、鋳塊切断装置３０によりシリコン
鋳塊１０の切断を行う。一時停止中は、無底ルツボ２３
内への原料投入を停止すると共に、無底ルツボ２３内の
投入原料に対する加熱を制限する。
【００３１】鋳塊切断装置３０によるシリコン鋳塊１０
の切断では、複数のクランプ機構３２，３２・・により
シリコン鋳塊１０が保持固定される。この状態で、シリ
コン鋳塊１０がダイヤモンドカッタ３１により、切断部
への直接的な液供給なしに乾式切断される。切断中、ダ
イヤモンドカッタ３１の刃部３１ｂには、水等の冷却液
が噴霧機構３３により噴霧されるが、その噴霧量は、乾
式切断が阻害されないよう、散布液が散布と同時に気化
して切断部に殆ど供給されない程度の少量とされる。
の切断では、複数のクランプ機構３２，３２・・により
シリコン鋳塊１０が保持固定される。この状態で、シリ
コン鋳塊１０がダイヤモンドカッタ３１により、切断部
への直接的な液供給なしに乾式切断される。切断中、ダ
イヤモンドカッタ３１の刃部３１ｂには、水等の冷却液
が噴霧機構３３により噴霧されるが、その噴霧量は、乾
式切断が阻害されないよう、散布液が散布と同時に気化
して切断部に殆ど供給されない程度の少量とされる。
【００３２】切断が終わると、切断されたシリコン鋳塊
１０を取り出し、鋳造を再開して、再度、ダイヤモンド
カッタ３１の下方に所定長のシリコン鋳塊１０を製造す
る。これを繰り返すことにより、シリコン鋳塊１０が連
続的に製造される。
１０を取り出し、鋳造を再開して、再度、ダイヤモンド
カッタ３１の下方に所定長のシリコン鋳塊１０を製造す
る。これを繰り返すことにより、シリコン鋳塊１０が連
続的に製造される。
【００３３】また切断では、切断部への直接的な液供給
がない乾式切断が用いられているため、切断時点の鋳塊
温度が２５０℃以上であるにもかかわらず、局部的な急
冷による熱歪み（割れや残留応力）の発生が防止され
る。また、切断時点の鋳塊温度が６５０℃以下に制限さ
れているため、乾式切断であるにもかかわらず、ダイヤ
モンドの剥離又は磨滅が抑制され、比較的長いカッタ寿
命が確保される。このような高温での鋳塊切断により、
チャンバ２１からダイヤモンドカッタ３１までの距離が
低減され、設備高さが抑制される。
がない乾式切断が用いられているため、切断時点の鋳塊
温度が２５０℃以上であるにもかかわらず、局部的な急
冷による熱歪み（割れや残留応力）の発生が防止され
る。また、切断時点の鋳塊温度が６５０℃以下に制限さ
れているため、乾式切断であるにもかかわらず、ダイヤ
モンドの剥離又は磨滅が抑制され、比較的長いカッタ寿
命が確保される。このような高温での鋳塊切断により、
チャンバ２１からダイヤモンドカッタ３１までの距離が
低減され、設備高さが抑制される。
【００３４】
【実施例】次に、本発明の実施結果を示し、比較例と対
比させることにより、本発明の効果を明らかにする。
比させることにより、本発明の効果を明らかにする。
【００３５】図１の形態でシリコン鋳造装置２０から下
方に引き出されるシリコン鋳塊１０を鋳塊切断装置３０
により８００ｍｍずつ切断するに当たり、切断時点の鋳
塊温度（保温炉下端からダイヤモンドカッタ３１までの
距離）を種々変更した。また、ダイヤモンドカッタ３１
の冷却手段を種々変更した。
方に引き出されるシリコン鋳塊１０を鋳塊切断装置３０
により８００ｍｍずつ切断するに当たり、切断時点の鋳
塊温度（保温炉下端からダイヤモンドカッタ３１までの
距離）を種々変更した。また、ダイヤモンドカッタ３１
の冷却手段を種々変更した。
【００３６】シリコン鋳造装置の全高は約８ｍである。
シリコン鋳造装置で製造されるシリコン鋳塊は太陽電池
用であり、鋳造寸法は１６０ｍｍ角、鋳造速度は０．５
〜１０ｍｍ／分である。シリコン鋳造装置から引き出さ
れたシリコン鋳塊の熱衝撃による割れを防止するため
に、チャンバからの引き出し温度は、一部の比較例を除
き６５０℃とした。使用したダイヤモンドカッタは、直
径５５０ｍｍ×厚さ２ｍｍのベース板の外周部に、粒径
が５０μｍ程度のダイヤモンド粉を均等に塗布し固定剤
で固定したものであり、回転数は２５４０ｒｐｍ、切り
込み速度は５０ｍｍ／分とした。
シリコン鋳造装置で製造されるシリコン鋳塊は太陽電池
用であり、鋳造寸法は１６０ｍｍ角、鋳造速度は０．５
〜１０ｍｍ／分である。シリコン鋳造装置から引き出さ
れたシリコン鋳塊の熱衝撃による割れを防止するため
に、チャンバからの引き出し温度は、一部の比較例を除
き６５０℃とした。使用したダイヤモンドカッタは、直
径５５０ｍｍ×厚さ２ｍｍのベース板の外周部に、粒径
が５０μｍ程度のダイヤモンド粉を均等に塗布し固定剤
で固定したものであり、回転数は２５４０ｒｐｍ、切り
込み速度は５０ｍｍ／分とした。
【００３７】切断時点の鋳塊温度がカッタ寿命及び保温
炉下端からカッタまでの距離に及ぼす影響について調査
した結果を表１に示す。カッタ寿命はシリコン鋳塊の面
積で表されており、鋳塊の断面積は０．０２５６ｍ
2 （０．１６ｍ×０．１６ｍ）であるから、例えばカッ
タ寿命が１ｍ2 は３９回の鋳塊切断が可能であったこと
を表す。
炉下端からカッタまでの距離に及ぼす影響について調査
した結果を表１に示す。カッタ寿命はシリコン鋳塊の面
積で表されており、鋳塊の断面積は０．０２５６ｍ
2 （０．１６ｍ×０．１６ｍ）であるから、例えばカッ
タ寿命が１ｍ2 は３９回の鋳塊切断が可能であったこと
を表す。
【００３８】表１から分かるように、切断時点の鋳塊温
度が７００℃の場合は、カッタ寿命が極端に悪化する。
また、チャンバ外で７００℃で切断を行うため、チャン
バからの引き出し温度を６５０℃より上げたため、引き
出されたシリコン鋳塊の熱衝撃による割れが発生する場
合があった。これに対し、切断時点の鋳塊温度を６５０
℃以下に制限することにより、１枚のカッタで数十回を
超える切断が可能になり、６００℃以下では約２００回
以上の切断が可能になる。カッタ冷却手段として、その
外周部に切り込みを設けたり水を噴霧したりすることに
よりカッタ寿命は更に延び、両者を併用することによ
り、カッタ寿命はカッタ冷却手段のない場合と比べ１．
５倍に達する。一方、切断時点の鋳塊温度が２００℃未
満の場合は、カッタ寿命は問題ないものの、保温炉下端
からカッタまでの距離の増大による設備高さが問題にな
る。なお、切り込みは、幅５ｍｍ×深さ２５ｍｍのもの
を３０ｍｍピッチで設けた。
度が７００℃の場合は、カッタ寿命が極端に悪化する。
また、チャンバ外で７００℃で切断を行うため、チャン
バからの引き出し温度を６５０℃より上げたため、引き
出されたシリコン鋳塊の熱衝撃による割れが発生する場
合があった。これに対し、切断時点の鋳塊温度を６５０
℃以下に制限することにより、１枚のカッタで数十回を
超える切断が可能になり、６００℃以下では約２００回
以上の切断が可能になる。カッタ冷却手段として、その
外周部に切り込みを設けたり水を噴霧したりすることに
よりカッタ寿命は更に延び、両者を併用することによ
り、カッタ寿命はカッタ冷却手段のない場合と比べ１．
５倍に達する。一方、切断時点の鋳塊温度が２００℃未
満の場合は、カッタ寿命は問題ないものの、保温炉下端
からカッタまでの距離の増大による設備高さが問題にな
る。なお、切り込みは、幅５ｍｍ×深さ２５ｍｍのもの
を３０ｍｍピッチで設けた。
【００３９】
【表１】
【００４０】
【発明の効果】以上に説明した通り、本発明のシリコン
鋳塊切断方法は、シリコンを連続的に鋳造するシリコン
鋳造装置から引き出されるシリコン鋳塊を支障なく高温
で切断することにより、鋳造速度が速い場合も、シリコ
ン鋳造装置から切断位置までの距離を抑え、設備高さの
低減及びこれによる設備コストの低減、メンテナンスの
簡略化等に大きな効果を発揮する。
鋳塊切断方法は、シリコンを連続的に鋳造するシリコン
鋳造装置から引き出されるシリコン鋳塊を支障なく高温
で切断することにより、鋳造速度が速い場合も、シリコ
ン鋳造装置から切断位置までの距離を抑え、設備高さの
低減及びこれによる設備コストの低減、メンテナンスの
簡略化等に大きな効果を発揮する。
【図１】本発明の一実施形態を示すシリコン鋳造設備の
構成図である。
構成図である。
【図２】ダイヤモンドカッタの一例を示す平面図であ
る。
る。
【図３】図２のＡ−Ａ線矢示図である。
１０ シリコン鋳塊 ２０ シリコン鋳造装置 ２１ チャンバ ２２ 誘導コイル ２３ 無底ルツボ ２４，２５ 保温炉 ３０ 鋳塊切断装置 ３１ ダイヤモンドカッタ ３２ クランプ機構 ３３ 噴霧機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２４Ｄ 5/12 Ｂ２４Ｄ 5/12 Ｚ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６１１ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６１１Ｓ (72)発明者 笹谷 賢一 兵庫県尼崎市東浜町１番地 株式会社住友 シチックス尼崎内 (72)発明者 木村 成利 兵庫県尼崎市東浜町１番地 株式会社住友 シチックス尼崎内 Ｆターム(参考） 3C063 AA10 AB03 BA12 BA23 BB02 EE10 EE31 FF16 4G077 AA02 BA04 CD08 CF01 EG01 FG12 FG13 HA06
Claims (3)
- 【請求項１】 シリコンを連続的に鋳造するシリコン鋳
造装置から引き出されるシリコン鋳塊を、回転式のダイ
ヤモンドカッタにより鋳塊温度が２５０〜６５０℃の範
囲で乾式切断することを特徴とするシリコン鋳塊切断方
法。 - 【請求項２】 回転式のダイヤモンドカッタは、外周面
に周方向に所定の間隔で形成された多数の切り込み及び
／又は外周面近傍に周方向に所定の間隔で形成された多
数の開口部を有することを特徴とする請求項１に記載の
シリコン鋳塊切断方法。 - 【請求項３】 回転式のダイヤモンドカッタの外周部
に、冷却液を噴霧又は塗布により少量供給することを特
徴とする請求項１又は２に記載のシリコン鋳塊切断方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17437799A JP4085521B2 (ja) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | シリコン鋳塊切断方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17437799A JP4085521B2 (ja) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | シリコン鋳塊切断方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001010900A true JP2001010900A (ja) | 2001-01-16 |
| JP4085521B2 JP4085521B2 (ja) | 2008-05-14 |
Family
ID=15977559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17437799A Expired - Fee Related JP4085521B2 (ja) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | シリコン鋳塊切断方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4085521B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008156166A (ja) * | 2006-12-25 | 2008-07-10 | Sumco Solar Corp | シリコンインゴットの鋳造方法および切断方法 |
| WO2011061847A1 (ja) * | 2009-11-20 | 2011-05-26 | Kaneko Kyojiro | シリコン電磁鋳造装置 |
-
1999
- 1999-06-21 JP JP17437799A patent/JP4085521B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008156166A (ja) * | 2006-12-25 | 2008-07-10 | Sumco Solar Corp | シリコンインゴットの鋳造方法および切断方法 |
| WO2011061847A1 (ja) * | 2009-11-20 | 2011-05-26 | Kaneko Kyojiro | シリコン電磁鋳造装置 |
| JP4846070B2 (ja) * | 2009-11-20 | 2011-12-28 | 恭二郎 金子 | シリコン電磁鋳造装置 |
| 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4085521B2 (ja) | 2008-05-14 |
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