JP2006036583A - Apparatus and method for manufacturing granular crystal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は粒状結晶の製造装置および製造方法に関し、特に光電変換装置に用いられる粒状シリコン結晶を得るのに好適な粒状結晶の製造装置および製造方法に関する。 The present invention relates to a granular crystal manufacturing apparatus and manufacturing method, and more particularly to a granular crystal manufacturing apparatus and manufacturing method suitable for obtaining a granular silicon crystal used in a photoelectric conversion apparatus.
従来、結晶シリコンウエハを用いた変換効率の高い太陽電池が実用化されている。この結晶シリコンウエハは、結晶性が良く、かつ不純物が少なくてその分布に偏りのない大型の単結晶シリコンインゴットから切り出されて作製されている。しかし、大型の単結晶シリコンインゴットは作製するのに長時間を要するため生産性が悪く、これにより高価となるので、大型の単結晶シリコンインゴットを必要とせず、高効率な次世代太陽電池の出現が強く望まれている。 Conventionally, solar cells with high conversion efficiency using crystalline silicon wafers have been put into practical use. This crystalline silicon wafer is manufactured by cutting from a large single crystal silicon ingot having good crystallinity, low impurities, and no uneven distribution. However, large single crystal silicon ingots take a long time to produce, so the productivity is poor and this makes it expensive, so there is no need for large single crystal silicon ingots and the emergence of highly efficient next-generation solar cells Is strongly desired.
そこで、今後の市場において有望な光電変換装置の一つとして、光電変換手段の構成要素として粒状シリコン結晶を用いた太陽電池が注目されている。 Thus, as one of promising photoelectric conversion devices in the future market, solar cells using granular silicon crystals as constituent elements of photoelectric conversion means are attracting attention.
現在、粒状シリコン結晶を作製するための原料は、単結晶シリコン材料を粉砕した結果として発生するシリコンの微小粒子や流動床法によって気相合成された高純度シリコンを用いている。それら原料のサイズあるいは重量による分別を行なった後に、赤外線や高周波コイルを用いて原料を容器内で再度溶融し、その後に自由落下させることで球状化させる方法(例えば、特許文献1,特許文献2を参照。)が、または高周波プラズマ加熱溶融により球状化させる方法(例えば、特許文献2を参照。)が用いられている。
しかしながら、これらの方法では、原料の重量の均一化が困難で生産性が低いという問題がある。原料の重量のバラツキは作られる粒状結晶の球の大きさに反映されるため、均一な重量の原料が必要とされるが、有効な大きさに対応する重量の原料を粉砕や分級等の手法で効率よく得ることは、金属材料においては困難である。さらに、粉砕をする工程において、粉砕メディアからのコンタミ(汚染)が生じることから、不純物の混入が避けられないという問題がある。さらに、高周波プラズマ加熱溶融装置は非常に大きな電源等が必要であり、装置コストが高く、使用電力が大きいことから生産コストも高いという問題がある。 However, these methods have a problem that it is difficult to make the weight of the raw material uniform and the productivity is low. Since the variation in the weight of the raw material is reflected in the size of the spheres of the granular crystals that are made, a uniform weight of the raw material is required, but the raw material with the weight corresponding to the effective size is pulverized or classified. It is difficult to obtain efficiently with a metal material. Further, in the pulverizing step, contamination (contamination) from the pulverizing media occurs, so that there is a problem that impurities cannot be avoided. Furthermore, the high-frequency plasma heating and melting apparatus requires a very large power source and the like, and there is a problem that the apparatus cost is high and the production power is high due to the large power consumption.
これらの問題を解決する方法として、結晶材料を坩堝の中で一旦溶融し、それを排出すると同時に粒子化して粒状結晶を得る方法が開示されている(例えば、特許文献4を参照。)。 As a method for solving these problems, a method is disclosed in which a crystalline material is once melted in a crucible, discharged and simultaneously granulated to obtain granular crystals (see, for example, Patent Document 4).
しかしながら、特許文献4には、安定した粒状結晶の作製に欠かせない、落下凝固容器の圧力変動を制御する方法についての具体的記述はない。また、高品質・高純度の粒状結晶の作製に欠かせない雰囲気制御方法についても具体的な記述はない。特に、例えばシリコンのように高温で反応しやすい結晶材料による粒状結晶の作製には、不活性雰囲気の制御が不可欠である。雰囲気制御が不十分であるときは、粒状シリコン結晶の表面が例えば酸素や窒素等の不純物で汚染されることとなり、結晶の品質低下および純度低下を伴うため好ましくない。
However,
従って、以上のような従来の技術においては、粒状結晶の製造装置および製造方法の生産性が低く、作製された粒状結晶の純度が低く、しかもコストが高いものとなるという問題点があった。 Therefore, the conventional techniques as described above have the problems that the productivity of the granular crystal production apparatus and method is low, the purity of the produced granular crystals is low, and the cost is high.
本発明は、以上のような従来の技術における問題に鑑み、これらを解決すべくなされたものであり、その目的は、高生産性で高純度の粒状結晶を低コストで製造することができる粒状結晶の製造装置および製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems in the conventional technology, and has been made to solve these problems. The object of the present invention is to produce granular particles that can produce high-productivity and high-purity granular crystals at low cost. An object is to provide a crystal manufacturing apparatus and a manufacturing method.
本発明の粒状結晶の製造装置は、坩堝のノズル部から上下方向に配置された管の内部に結晶材料の融液を粒状に排出して落下させるとともに、この粒状の融液を落下中に冷却して凝固させることによって粒状結晶を製造する粒状結晶の製造装置において、前記管は、内部の雰囲気が所定のガスを用いて制御されており、その途中に内部の圧力上昇時に前記管から前記所定のガスを蓄え、圧力減少時に蓄えたガスを前記管へ戻すバッファー容器が接続されていることを特徴とするものである。 The apparatus for producing granular crystals of the present invention discharges the crystal material melt in a granular manner from a crucible nozzle portion to the inside of a pipe arranged in the vertical direction, and cools the granular melt while dropping. In the granular crystal manufacturing apparatus for manufacturing the granular crystal by solidifying by the solidification, the internal atmosphere of the tube is controlled using a predetermined gas, and the predetermined pressure is removed from the tube when the internal pressure rises in the middle. A buffer container is connected to return the gas stored when the pressure decreases to the pipe.
また、本発明の粒状結晶の製造装置は、上記構成において、前記バッファー容器に、所定の圧力以上となったときに前記ガスを前記バッファー容器から排出する逆止弁を備えたことを特徴とするものである。 The granular crystal production apparatus of the present invention is characterized in that, in the above configuration, the buffer container is provided with a check valve that discharges the gas from the buffer container when a predetermined pressure or higher is reached. Is.
本発明の粒状結晶の製造方法は、坩堝のノズル部から上下方向に配置された管の内部に結晶材料の融液を粒状に排出して落下させるとともに、この粒状の融液を落下中に冷却して凝固させることによって粒状結晶を製造する粒状結晶の製造方法において、前記管の内部の雰囲気を所定のガスを用いて制御するととともに、前記管の途中にバッファー容器を接続して、前記管の内部の圧力上昇時に前記管から前記ガスを前記バッファー容器に蓄え、圧力減少時に前記バッファー容器に蓄えた前記ガスを前記管へ戻すことによって、前記管内の圧力を制御することを特徴とするものである。 The method for producing a granular crystal according to the present invention discharges the crystal material melt in a granular manner from the nozzle portion of the crucible to the inside of the pipe and drops it, and cools the granular melt while dropping. In the method for producing granular crystals by solidifying by solidification, the atmosphere inside the tube is controlled using a predetermined gas, and a buffer container is connected in the middle of the tube, The pressure in the pipe is controlled by storing the gas from the pipe in the buffer container when the internal pressure increases and returning the gas stored in the buffer container to the pipe when the pressure decreases. is there.
また、本発明の粒状結晶の製造方法は、上記構成において、前記ガスにアルゴンおよびヘリウムの少なくとも一方を用いることを特徴とするものである。 Further, the method for producing granular crystals of the present invention is characterized in that, in the above configuration, at least one of argon and helium is used as the gas.
本発明の粒状結晶の製造装置によれば、坩堝のノズル部から上下方向に配置された管の内部に結晶材料の融液を粒状に排出して落下させるとともに、この粒状の融液を落下中に冷却して凝固させることによって粒状結晶を製造する粒状結晶の製造装置において、前記管は、内部の雰囲気が所定のガスを用いて制御されており、その途中に内部の圧力上昇時に前記管から前記所定のガスを蓄え、圧力減少時に蓄えたガスを前記管へ戻すバッファー容器が接続されていることにより、管の内部の圧力の変動を小さくし、管の内部への大気等の不要なガス混入も防ぐことができるので、安定した融液の排出および安定した結晶材料の凝固ならびに粒状結晶への不純物の混入防止ができることから、高い生産性でもって高品質かつ高純度の粒状結晶を製造することができる。 According to the granular crystal manufacturing apparatus of the present invention, the melt of the crystal material is discharged in a granular form from the nozzle portion of the crucible to the inside of the pipe arranged in the vertical direction, and the granular melt is being dropped. In the granular crystal production apparatus for producing granular crystals by solidifying by cooling to the inside, the tube has an internal atmosphere controlled using a predetermined gas, and when the internal pressure rises in the middle of the tube, A buffer container that stores the predetermined gas and returns the gas stored when the pressure is reduced to the pipe is connected, so that fluctuations in pressure inside the pipe are reduced, and unnecessary gas such as the atmosphere inside the pipe is reduced. Mixing can be prevented, so stable discharge of the melt, stable solidification of the crystal material, and prevention of impurities from mixing into the granular crystals, so that high quality and high purity granular crystals can be produced with high productivity. It is possible to elephants.
また、本発明の粒状結晶の製造装置によれば、前記バッファー容器に、所定の圧力以上となったときに前記ガスを前記バッファー容器から排出する逆止弁を備えたときには、管の内部の圧力の変動を小さくし、所定の圧力以上に管の内部の圧力およびバッファー容器の内部の圧力が上がることを防止することができるので、安定した融液の排出が行なえるとともに、圧力による製造装置の破損防止が実現できる。 Further, according to the granular crystal manufacturing apparatus of the present invention, when the buffer container is provided with a check valve for discharging the gas from the buffer container when the pressure exceeds a predetermined pressure, the pressure inside the pipe Fluctuations in the pressure and the pressure inside the tube and the pressure inside the buffer container can be prevented from rising above a predetermined pressure, so that stable discharge of the melt can be performed and Damage prevention can be realized.
また、本発明の粒状結晶の製造方法によれば、坩堝のノズル部から上下方向に配置された管の内部に結晶材料の融液を粒状に排出して落下させるとともに、この粒状の融液を落下中に冷却して凝固させることによって粒状結晶を製造する粒状結晶の製造方法において、前記管の内部の雰囲気を所定のガスを用いて制御するととともに、前記管の途中にバッファー容器を接続して、前記管の内部の圧力上昇時に前記管から前記ガスを前記バッファー容器に蓄え、圧力減少時に前記バッファー容器に蓄えた前記ガスを前記管へ戻すことによって、前記管内の圧力を制御することにより、管の内部の圧力の変動を小さくし、管の内部への大気等の不要なガス混入を防ぐことができるので、安定した融液の排出および安定した結晶材料の凝固ならびに粒状結晶への不純物の混入防止ができることから、高い生産性でもって高品質かつ高純度の粒状結晶を製造することができる。 Further, according to the method for producing a granular crystal of the present invention, the crystal material melt is discharged in a granular form from the crucible nozzle portion into the pipe arranged in the vertical direction, and dropped. In the method for producing granular crystals, wherein the granular crystals are produced by cooling and solidifying during dropping, the atmosphere inside the tube is controlled using a predetermined gas, and a buffer container is connected in the middle of the tube. By controlling the pressure in the pipe by storing the gas from the pipe in the buffer container when the pressure inside the pipe rises, and returning the gas stored in the buffer container to the pipe when the pressure decreases, Since fluctuations in the pressure inside the tube can be reduced and unnecessary gas such as air can be prevented from entering the inside of the tube, stable discharge of the melt and stable solidification of the crystal material and Because it can be prevent contamination of impurities into Jo crystal, it is possible to produce a granular crystal of a high quality and high purity with high productivity.
また、本発明の粒状結晶の製造方法によれば、前記ガスにアルゴンおよびヘリウムの少なくとも一方を用いるときには、粒状結晶の表面に反応層が形成されにくいので、粒状結晶への不純物の混入防止および結晶性の改善を効果的に行なうことができる。 In addition, according to the method for producing granular crystals of the present invention, when at least one of argon and helium is used as the gas, a reaction layer is hardly formed on the surface of the granular crystals. It is possible to effectively improve the sex.
以下、本発明の粒状結晶の製造装置および製造方法の実施の形態の例を添付図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an example of an embodiment of a manufacturing apparatus and a manufacturing method of a granular crystal of the present invention is explained in detail based on an accompanying drawing.
図1は本発明の粒状結晶の製造装置の実施の形態の一例の概略構成を示す側面図である。図1において、1は坩堝を、1aは坩堝1の底部に設けられたノズル部を、2は坩堝1の下方に上下方向に配置された管を、3は管2の途中に接続されたバッファー容器を、3aは管2とバッファー容器3とを接続する枝管を、3bは逆止弁を、4は粒状の融液を、5は粒状結晶をそれぞれ示す。
FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of an example of an embodiment of an apparatus for producing granular crystals according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a crucible, 1 a is a nozzle part provided at the bottom of the
坩堝1は、所望の結晶材料を加熱溶融して結晶材料の融液とするとともに、底部のノズル部1aから粒状の融液4として排出するための容器である。坩堝1内で加熱溶融した所望の結晶材料の融液は、ノズル部1aより管2中へ排出され、粒状の融液4となって管2の内部を落下する。坩堝1は所望の結晶材料の融点より高い融点を有する材料から成る。また、結晶材料の融液との反応が小さい材料であることが好ましく、結晶材料の融液との反応が大きい場合には坩堝1の材料が不純物として粒状結晶5中へ多量に混入することとなるため好ましくない。例えば、粒状結晶5の結晶材料がシリコンであるときは、坩堝1の材料は炭素,炭化珪素,酸化珪素,窒化珪素,酸化アルミニウム等が好ましい。また、坩堝1において結晶材料を融点以上に加熱する加熱方法は、誘導加熱や抵抗加熱等が適当である。
The
坩堝1のノズル部1aから下方に向けて上下方向に配置された管2は、ノズル部1aから排出された粒状の融液4を落下中に冷却して凝固させる容器である。この管2の内部は所望の雰囲気で所望の圧力に制御されている。この所望の雰囲気としては、ヘリウムまたはアルゴンが好ましい。ヘリウムまたはアルゴンは不活性ガスであり、粒状の融液4への雰囲気からの不純物混入を防ぐことができる。さらに、粒状の融液4との反応が小さく、粒状の融液4が凝固して結晶化する際の妨げとなる溶融材料表面への反応層形成が抑制できるため好ましい。また、その圧力は、ガス流入量とガス排出量を調整することにより制御する。これにより、管2は内部の雰囲気が所定のガスを用いて制御される。
The
また、管2は結晶材料の融点よりも高い融点を有する材料から成ることが好ましく、または管2自身を冷却するための冷却構造(図示せず)を有することが好ましい。管2の材料が結晶材料の融点よりも高い融点を有するときは、粒状の融液4が斜め方向に排出されて管3の内壁に衝突したとしても、管2が材料の融点以上に加熱されることはなく、管2の材料が衝突した粒状の融液4中へ不純物として混入することがない。また、管2の材料の融点が結晶材料の融点よりも低いときには、粒状の融液4が斜め方向に排出されて管2の内壁に衝突した際に、管2が材料の融点以上に加熱されることとなり、衝突した粒状の融液4中へ管2の材料が不純物として混入することがあるため好ましくないが、管2に管2自身をする冷却するための冷却構造を付加して、粒状の融液4の衝突によって管2が材料の融点以上に加熱されないようにすることで、不純物混入を回避して使用することが可能である。例えば、粒状結晶5の材料がシリコンであるときは、管2の材料はシリコンより高融点である炭素,炭化珪素,酸化珪素,窒化珪素,酸化アルミニウム等であることが好ましい。または、例えば二重管構造や水冷ジャケット等で水冷された管2の場合であれば、管2の材料はステンレス,アルミニウム等であることが好ましい。
The
本発明の粒状結晶の製造装置においては、管2の途中に枝管3aでバッファー容器3が接続されている。このバッファー容器3によって、粒状の融液4が管2の内部へ排出されることにより管2の内部の雰囲気ガスが急激に加熱膨張することで圧力が上昇した時に、管2からその内部の所定の雰囲気ガスをバッファー容器3へ導入して蓄えることにより管2の内部の雰囲気を速やかに所望の圧力に回復させる。一方、粒状の融液4の排出が終了または中断することにより管2の内部の雰囲気ガスが急激に冷却収縮することで圧力が減少した時に、バッファー容器3からその蓄えた雰囲気ガスを管2へ戻すことにより管2の内部の雰囲気を速やかに所望の圧力へ回復させると同時に、管2の内部に外部から大気等の不要なガスが流入することを防止する。これにより、管の内部の圧力の変動を小さくし、管の内部へ大気等の不要なガス混入を防ぐことができるので、安定した融液の排出および安定した結晶材料の凝固ならびに粒状結晶5への不純物の混入防止を実現することができる。
In the granular crystal production apparatus of the present invention, the
このバッファー容器3は、管2の内部の圧力上昇時に管2からその内部の雰囲気ガスである所定のガスを蓄え、圧力減少時に蓄えたガスを管2へ戻す機能を有するものであり、バッファー容器3の容積は可変であることが好ましい。例えば、ガスを蓄える部分が蛇腹部を有するものとし、それによってガスを蓄える際にはバッファー容器3の容積を増加させ、蓄えたガスを管2へ戻す際にはバッファー容器3の容積を減少させてガスを押し出すようにするとよい。このようにバッファー容器3の容積を可変とする場合に、そのバッファー容器3の最大容積は、管2の内部のガスが粒状の融液4の排出により加熱膨張する体積に対応させて決定される。例えば、粒状の融液4の排出により管2の内部のガスの温度が50℃から100℃へ上昇する場合には、管2の内部のガスの体積は約15%膨張すると見積もられるので、このときのバッファー容器3の最大容積は管2の体積の15%程度とすることが適当である。
The
バッファー容器3は、管2の体積と管2の内部の温度変化に応じて蓄えるガス量を選択し、材料はステンレス,アルミニウム等の金属材料、塩化ビニル,PET,PC,PMMA,エポキシ等の樹脂材料、ケイ酸塩ガラス,石英,鉛ガラス等のガラス材料、アルミナセラミックス,コージライトセラミックス,炭化珪素セラミックス等の無機材料を適宜組み合わせて、内容積が変化可能な構造とし、あるいは内容積が不変で内圧力を変化させてガスを蓄える構造とする。
The
ただし、内圧力が変化する構造を選択する場合には、別途レギュレーター等を設けて管2へ戻すガス圧力を一定にする機構を付加することが好ましい。管2へ戻すガス圧力が変化すると、管2の内部の圧力変動が大きくなるため好ましくない。また、内容積が変化可能な構造としては、シリンダー型,蛇腹型,風船型等があり、内圧力が変化する構造としては、ボンベ型,液化型等がある。
However, when selecting a structure in which the internal pressure changes, it is preferable to add a mechanism for making the gas pressure returned to the
管2に対してバッファー容器3を接続する位置は、管2の上部・中部・下部のいずれでもよく、管2の周囲に配置される加熱部等の他の部材と重ならない位置に配置すればよい。
The
また、バッファー容器3は上下方向に配置された管2に対して左右方向に配置された枝管3aにより接続されることが好ましい。これにより、坩堝1のノズル部1aより排出された粒状の融液4が管2の内部を落下する際に、管2の内部の圧力上昇に伴ってバッファー容器3の内部へ粒状の融液4が混入することを効果的に防ぐことができるため好ましい。さらに、管2から左右方向の斜め上方に向けて枝管3aを設置すると、粒状の融液4の混入防止効果がさらに増すため、より好ましいものとなる。このような枝管3aには、例えば内径が10mmφ以上で、かつ長さが2m以下の管を用いればよい。内径が細すぎる場合および長さが長すぎる場合には、バッファー容器3への雰囲気ガスの流入およびバッファー容器3から雰囲気ガスを管2へ戻す際に抵抗が大きくなるため好ましくない。
The
また、バッファー容器3には、バッファー容器3の内部の圧力が所定の圧力以上となったときにバッファー容器3の内部に蓄えたガスをバッファー容器3から排出する逆止弁3bを備えることが好ましい。このような逆止弁3bをバッファー容器3に設けることにより、所定の圧力以上でガスを外部へ放出することができ、外部からのガス流入はないので、バッファー容器3内に蓄えた余分なガスを外部へ放出することができるとともに、バッファー容器3の圧力がその所定の圧力より下がったときに外部の大気等の不要なガスをバッファー容器3の内部へ流入させないことが可能となる。これにより、バッファー容器3および管2の内部を所定の圧力に維持することができるため、さらに好ましいものとなる。
Further, the
この逆止弁3bは、スプリング調整式やリフト式等のものが使用可能であり、雰囲気ガスが大気よりも重いガスである場合には、バッファー容器3の上部に逆止弁3bを設け、雰囲気ガスが大気より軽いガスである場合には、バッファー容器3の下部に逆止弁3bを設けることが好ましい。また、バッファー容器3の内部に大気が混入した場合を考慮すると、通常はバッファー容器3の内部で雰囲気ガスと大気とが上下に分離するので、大気の方が重い場合には、バッファー容器3の下側に逆止弁3bを設けることにより大気を優先的に外部へ排出することができ、管2の内部へは雰囲気ガスが優先的に戻されることとなるので、より好ましいものとなる。
The check valve 3b can be of a spring adjustment type, a lift type or the like, and when the atmospheric gas is heavier than the atmosphere, the check valve 3b is provided above the
また、逆止弁3bを作動させる所定の圧力は、管2を始めとする製造装置およびバッファー容器3が破損する圧力より低くする。
Further, the predetermined pressure for operating the check valve 3b is set lower than the pressure at which the manufacturing apparatus including the
本発明の粒状結晶の製造装置においては、管2の内部の雰囲気を所定のガスを用いて制御するために、管2には所定の雰囲気ガスを供給するための雰囲気ガス供給口(図示せず)が設けられる。管2に雰囲気ガス供給口を設けることにより、例えば装置のメンテナンス等により一度大気開放した管2の内部を再度雰囲気ガスで満たす際に、この雰囲気ガス供給口より所定のガスを雰囲気ガスとして供給することで、管2の内部の雰囲気ガスへの置換を速やかに行なうことができる。さらに、粒状の融液4を排出する前後においても、この雰囲気ガス供給口より定常的に雰囲気ガスを少量ずつ供給し、バッファー容器3の逆止弁3bより少量ずつ排出して管2の内部に雰囲気ガスの流れを保持しておくと、管2の内部の雰囲気をより安定な状態に制御しやすいため、さらに好ましいものとなる。
In the granular crystal manufacturing apparatus of the present invention, an atmosphere gas supply port (not shown) for supplying a predetermined atmosphere gas to the
以上、本発明の粒状結晶の製造装置および製造方法について実施の形態を例示したが、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の変更を加えても何ら差し支えない。 As mentioned above, although embodiment was illustrated about the manufacturing apparatus and manufacturing method of the granular crystal | crystallization of this invention, this invention is not limited to the example of the above embodiment, As long as it does not deviate from the summary of this invention, it is various. You can make any changes.
次に、本発明の粒状結晶の製造装置および製造方法の具体例を、図1に示した例に基づいて説明する。 Next, specific examples of the granular crystal production apparatus and production method of the present invention will be described based on the example shown in FIG.
まず、結晶材料としてp型ドーパントとしてBを1×1016原子/cm3添加したシリコンを、グラファイトから成る坩堝1内へ入れ、坩堝1をシリコンの融点である1414℃以上に加熱した。このとき、坩堝1のノズル部1aから下方に上下方向に配置された石英から成る管2の内部はヘリウムガスを用いて不活性雰囲気に保持し、管2の下部には石英から成る枝管3aを介して管2の内容積の0〜20%の間で調整可能なバッファー容器3を接続しておいた。
First, silicon added with 1 × 10 16 atoms / cm 3 of B as a p-type dopant as a crystal material was put into a
次いで、シリコンが溶融して融液となった後に、坩堝1内の融液に圧力を加え、ノズル部1aから管2の内部へシリコンの融液を排出し、シリコンの粒状の融液4を管2の内部を落下させ、冷却して凝固させ、シリコンの粒状結晶5を得た。この際、管2の内部のヘリウムガスがシリコンの粒状の融液4によって平均温度40℃から80℃へ加熱され、この加熱によりヘリウムガスが膨張し、膨張分のヘリウムガスは枝管3aを通してバッファー容器3内へ導入して蓄えた。これにより、粒状の融液4の排出前後における管2の内部の圧力はほぼ一定に保たれた。
Next, after the silicon melts to form a melt, pressure is applied to the melt in the
次に、坩堝1内のシリコンの融液が全て排出完了したことによって、管2が周囲から冷却されて内部のヘリウムガスが冷却収縮され、管2の内部の圧力が減少するのに伴いバッファー容器3内に蓄えたヘリウムガスを枝管3aを介して管2の内部へ戻した。これにより、粒状の融液4の排出完了の前後においても、管2の内部の圧力はほぼ一定に保たれた。
Next, when all of the silicon melt in the
一方、比較例として、管2にバッファー容器3を接続せずに同様に管2の内部へシリコンの粒状の融液4を排出して、粒状結晶5を得た。
On the other hand, as a comparative example, the
以上の本発明の実施例により得たシリコンの粒状結晶と、比較例により得たシリコンの粒状結晶とについて、それらの混入酸素濃度(単位:ppm)を調べ、製造中の管2の内部の圧力変動(単位:MPa)およびヘリウムガス使用量(単位:L/min)とともに、その結果を表1にまとめた。
表1に示す結果より、本発明の実施例により得たシリコンの粒状結晶5においては、比較例により得たシリコンの粒状結晶に比較して、混入酸素濃度は約1/100となり、圧力変動は約1/10となり、ヘリウムガス使用量は約1/20となった。この結果は、本発明の粒状結晶の製造装置および製造方法によれば、少ないヘリウムガスで管2の内部の雰囲気をほぼ一定な状態に保持することが可能であることから、得られた粒状結晶5において酸素濃度等の不純物の低減ができて良好な結晶性の粒状結晶5が得られること、および管2にバッファー容器3を接続していることから、製造時の管2の内部の圧力変動を抑えることができて、生産性が高く再現性も良好であること、さらに製造時のヘリウムガス使用量を削減できて、製造コストの低コスト化の実現が可能となることを示すものであった。
From the results shown in Table 1, in the
1・・・坩堝
1a・・・ノズル部
2・・・管
3・・・バッファー容器
3a・・・枝管
3b・・・逆止弁
4・・・粒状の融液
5・・・粒状結晶
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2004
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Legal Events
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