JP2014529568A

JP2014529568A - 消耗電極真空アーク再溶解法によるメタロイドの精製

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Publication number: JP2014529568A
Application number: JP2014527183A
Authority: JP
Inventors: レイモンド・ジェイ・ロバーツ
Original assignee: Consarc Corp
Current assignee: Consarc Corp
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2012-08-15
Publication date: 2014-11-13
Anticipated expiration: 2032-08-15
Also published as: CN103764880A; SG2014013692A; EP2748355B1; CN103764880B; EP2748355A2; WO2013032703A2; KR20140059823A; WO2013032703A3; JP5945601B2; TWI547451B; US9340896B2; US20130047670A1; HK1197278A1; US20160258684A1; TW201313631A; EP2748355A4; ES2592814T3

Abstract

予熱された電極が短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼを使用するＣＥＶＡＲ炉システムで溶解された後、制御された加熱及び冷却によりインゴットを作り出すことにより、予熱された固体電極の形態のシリコン等のメタロイドがＣＥＶＡＲ精製法によって精製される。

Description

関連出願の相互参照
この出願は、２０１１年８月２６日付け出願の米国仮出願第６１/５２７，７９９の利益を主張する。該出願は全体として参照によりここに組み込まれる。

発明の分野
本発明は、消耗電極真空アーク再溶解法によるシリコン等の精製したメタロイドの製造に関する。

高純度シリコンは、シリコントランジスタ、シリコン集積回路及びシリコン太陽電池等、多種の電子部品に必要である。最初のシリコントランジスタの発明以来、必要な純度レベルを有するシリコンを製造するために多くの方法が開発されてきた。

鋼、ニッケルベースの超合金、チタン等の高品質金属を製造するために使用されている方法が、消耗電極真空アーク再溶解（ＣＥＶＡＲ）法として知られている。ＣＥＶＡＲ法の種々の技術的側面に対し、例えば、米国特許第３，１８７，０７９号（Pestel）；第３，３４４，８４０号（Buehl等）；第３，４８０，７１６号（Lynch等）；第４，３０３，７９７号（Roberts）；第４，５６９，０５６号（Veil, Jr.）；及び米国特許出願公開第２００８／０１４２１８８Ａ１号（Ishigami）を参照されたい。これらすべての公報は全体として参照によりここに組み込まれる。ＣＥＶＡＲ法は、例えば米国特許第３，５４６，３４８号（Serafino）に開示されるように、チタン又はジルコニウムを溶解するのに非消耗電極、例えばグラファイト電極又はタングステン電極が用いられる非消耗電極真空アーク再溶解と区別される。米国特許出願公開第２０１０／０１５４４７５号Ａ１（Matheson等）は、９９．９９パーセントから９９．９９９９パーセントの範囲のシリコン純度を有するホウ素及びリンドープシリコンからなるシリコン組成物の高温真空溶解を伴う二次シリコン組成物精製法の手短な言及と共に、チタンのクロール精製法と類似点がある一次シリコン精製法を開示している。

米国特許第３１８７０７９号明細書米国特許第３３４４８４０号明細書米国特許第３４８０７１６号明細書米国特許第４３０３７９７号明細書米国特許第４５６９０５６号明細書米国特許出願公開第２００８／０１４２１８８Ａ１号米国特許第３５４６３４８号明細書米国特許出願公開第２０１０／０１５４４７５Ａ１号米国特許第４１３１７５４号明細書

一般にＣＥＶＡＲ法は、次の４ステップにより精製された金属を作り出す。
（１）金属電極が溶解され、ＣＥＶＡＲ炉内の真空に晒しながら、不純物を蒸発させ、（２）溶解されている金属電極よりも低い比重を有する液体（溶解した）金属不純物を浮き出させ、（３）電極の下端部と形成されているインゴット上方の溶解した（液体）金属のプールとの間のアーク域の高エネルギープラズマに分子不純物を晒すことにより分子不純物を分離し、（４）凝固偏析、これは、固体インゴットが形成されている隣接液体金属の不純物レベルよりもある成分では低い、インゴットの固化金属の不純物レベルをもたらす。

通常のＣＥＶＡＲ法では、室温金属電極がＣＥＶＡＲ炉内に装填され、ＣＥＶＡＲ炉は次いで真空にされる。次に、高振幅直流（ＤＣ電流）アークが、電極の下端部とＣＥＶＡＲ水冷式るつぼとの間に発生される。該アークは電極の下端部を溶解させる。すると、溶解した金属が底部閉鎖型るつぼ内に落下する。ここで、それは固化し、次いで冷め、精製されたインゴットを形成する。

ＣＥＶＡＲ法の種々の金属を浄化する能力にもかかわらず、該方法は、シリコン等のメタロイドを精製するための使用は知られていない。シリコンは、比較的純度の高い状態で半導体であり金属ではないので（上記最終用途では更に浄化が必要であるが）、室温又は室温付近で比較的高い電気抵抗を有する。実際、ＣＥＶＡＲ法による精製に対する候補となる程十分に純粋なリコン電極は、それが室温又は室温付近にある際、任意の合理的な印加電圧においてそのような高いアーク電流の通過を許容するにはあまりにも高すぎる電気抵抗を有するであろう。

慣用のＣＥＶＡＲ法で形成される固化インゴットの金属は、当初、その固相線温度にあり、次いで水冷式るつぼ内で徐々に冷める。インゴットの縁は、るつぼの隣接する水冷式壁に近接するために中心よりも急速に冷める。これは、異なる熱収縮、すなわちインゴット表面を引っ張り、中心を圧縮する作用によりインゴットに応力を引き起こす。ＣＥＶＡＲ法により、通常、溶解される金属の場合、これは問題ではない。何故なら、これらは比較的延性があり、すなわちひび割れに対し抵抗力があるからである。しかしながら、広範囲の温度にわたって脆いシリコンを溶解するために使用される任意の従来のＣＥＶＡＲ法の場合、そのようなインゴットは、望ましくないひび割れが生じがちである。

本発明の一つの目的は、ＣＥＶＡＲ炉及びＣＥＶＡＲ法を含む、シリコン等のメタロイドの精製のための装置及び方法を提供することである。

一つの側面において、本発明は、シリコン等の精製されたメタロイドのインゴットを製造するための装置及び方法である。シリコン電極は、一つ又は複数のシリコン片から形成され得る。該電極は、過剰な電圧降下及び該電極のクラッキングを伴うことなく、その後のＣＥＶＡＲ精製処理工程において電流を通すのに十分な導電性となる温度まで予熱され、次いで、短ＣＥＶＡＲ底部開放型かつ冷水式るつぼを有するＣＥＶＡＲ精製法で溶解される。ＣＥＶＡＲ法によりもたらされたホットインゴットは、インゴットが依然としてホットである間に、底部開放型短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼに隣接する加熱システム内へと通される。加熱システムは、シリコンインゴットが冷める際、シリコンインゴットのクラッキング（ひび割れ）を防ぐように制御される。

別の側面において、本発明は、短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼを有するメタロイド精製ＣＥＶＡＲ炉システムである。前記るつぼは、ＣＥＶＡＲ精製法にアーク域を含める手段を有する。加熱システムは、底部開放型短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼに隣接して設けられる。また、加熱システムは、インゴットが冷める際にインゴットのクラッキングを防ぐため、短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼで形成されるホットインゴットの制御された冷却を提供する手段を有する。インゴット引き出し駆動システムは、ＣＥＶＡＲ精製法の定常状態中、例えば、アーク域及び固化インゴットの上部がＣＥＶＡＲるつぼ内に留まるように、インゴットの垂直成長に等しい速度でるつぼからインゴットを引く出すために設けられる。あるいは、るつぼ／ヒータ駆動システムが、短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼ、電極及びヒータを引き上げるために設けられる。該ヒータは、インゴットが静止状態に留まる際、ホットインゴットに対する温度制御された熱環境を提供する。

本発明の上記及び他の側面は、この明細書及び特許請求の範囲に記載される。

図面は、明細書及び特許請求の範囲と共に、本発明の一つ又は複数の非限定実施形態を例示する。本発明は、図面の例示されたレイアウトや内容には限定されない。

図１は、本発明のＣＥＶＡＲ炉システムの一例の簡易断面図である。

ＣＥＶＡＲ精製法でシリコン電極からシリコンインゴットを製造する本発明において、
最初のプロセスステップは、ＣＥＶＡＲ法で使用されることとなるシリコン電極の予熱である。シリコンの固有抵抗は、温度の上昇に伴って急速に低下する。そのため、固体のままであるように（ＣＥＶＡＲ溶解法にとって必要な条件）溶解温度未満に留まりながらも十分高温に予熱されたシリコン電極は、十分なアーク電流の通過を許容してＣＥＶＡＲ法が始動することを可能にする。特定のＣＥＶＡＲ溶解法での該電極に対する必要な予熱温度は、該特定のＣＥＶＡＲ溶解法に対するプロセスパラメータによって確定するＣＥＶＡＲ法固有抵抗（ＣＥＶＡＲ法抵抗率）に指定され得る。そのような予熱温度は、少なくとも摂氏数百度になることが必要であろう。加えて、電極の予熱温度の増長は電極の初期電圧降下を下げ、そのため、これは、より低電圧、低コストの電源の使用を可能にする。

電極の予熱は、ＣＥＶＡＲ炉内で又は外部で成し遂げられ得る。例えば、真空又は不活性ガス（制御された）雰囲気を有する抵抗炉内での外部加熱は、電極が空気中をＣＥＶＡＲ炉へと移される際、電極表面での酸素及び窒素のピックアップ（捕集）をもたらし得、後のＣＥＶＡＲインゴットの不純物レベルを高めるリスクがある。随意的に、真空ロック室は、移動中に電極を空気に露出させることなく制御された環境を確立するために、外部炉室とＣＥＶＡＲ炉との間に設けられ得る。

加熱された電極がＣＥＶＡＲ炉内で溶解される際、ＣＥＶＡＲ法でのアーク電流の通路が、電極の温度を維持するために使用され得るか、又は、ＣＥＶＡＲ炉の内部の補助電極加熱システムが、ＣＥＶＡＲプロセス中に電極温度を保つために用いられ得る。いずれの場合でも、プロセス中に消費されるエネルギーを低減するためにＣＥＶＡＲ炉内の電極の周囲に断熱を設けることが有利である。例えば、炭素繊維断熱材が、ＣＥＶＡＲ炉内の電極の周囲に少なくとも部分的に使用され得る。

本発明において、短ＣＥＶＡＲるつぼ（ＣＥＶＡＲ炉で用いられる）が好ましく使用される。るつぼは、およそるつぼで形成されるインゴットの直径ｄの範囲あたりである室内高ｈを有する。例えば、短ＣＥＶＡＲるつぼの室内高は、形成されたシリコンインゴットの直径の６０パーセントよりも高くかつ該形成されたシリコンインゴットの直径の１２０パーセント未満とすることができる。あるいは、短ＣＥＶＡＲるつぼの内壁の断面が矩形形状である場合、るつぼの室内高は、およそるつぼで形成されるインゴットの矩形側部の長さの範囲あたりである。例えば、矩形短ＣＥＶＡＲるつぼの室内高は、形成されたシリコンインゴットの矩形側部の６０パーセントより高くかつ該形成されたシリコンインゴットの矩形側部の１２０パーセント未満とすることができる。底部が閉じたるつぼを伴う慣用のＣＥＶＡＲ法において、例えば米国特許第４，１３１，７５４号（Roberts）に開示されるように、るつぼの室内高はインゴットの高さよりも格段に高くなるであろう。

本発明で利用するＣＥＶＡＲ精製法は、ここに開示するようなＣＥＶＡＲ法で用いるシリコン電極の予熱及び短ＣＥＶＡＲ底部開放型水冷式金属るつぼの使用を除き、例えば上記開示の先行技術に記述されたものとほぼ同様である。一般に、本発明では、ＣＥＶＡＲ精製プロセス中、予熱されたシリコン電極がＣＥＶＡＲ炉内の短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼ内に置かれる。ＣＥＶＡＲ炉は気密に形成され、真空又は制御された他の環境にされる。プロセス中、直流（ＤＣ電流）は電極を通って流れ、電極下に形成された溶解物が電極の下端と溶解物の上部との間にアークを確立する。アーク域は、ホット（室温よりも上昇した温度にある）固化インゴットが短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼの底部かれ出るように、短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼの高さ以内に留まる。短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼから出るホット固化インゴットの更なる制御された冷却が、更に後述するように、固化インゴットのひび割れを実質的に避けるために行われる。

インゴットは、短ＣＥＶＡＲるつぼから加熱システム内へと引き出され、加熱システムは、インゴットがひび割れする可能性がある温度範囲に対して制御された冷却を提供する。インゴット引き出し速度は、定常状態動作中、インゴット成長速度に本質的に整合され、これによりアーク域及びインゴットの上部はるつぼ内に留まる。本発明の別の構成において、インゴットは静止状態に保たれ、インゴットの成長速度に本質的に整合するように、るつぼ、電極及びるつぼの出口ヒータが共に持ち上げられる。

本発明の一実施形態の実施において、次のプロセスステップが実行される。（１）一つ又は複数のシリコン片から電極を形成し、（２）過度な電圧降下及び電極のひび割れの予防を伴うことなくその後のＣＥＶＡＲ処理ステップに電流を通すため、電極を十分に電導性（ＣＥＶＡＲ法固有抵抗により）を帯びる温度まで予熱し（非限定の一例として摂氏８００〜１２００度）、（３）ＣＥＶＡＲ法により電極を溶解し、（４）底部開放型ＣＥＶＡＲるつぼに隣接する結果として生じたホットインゴットを加熱システム内に移し、その間、ひび割れを防ぐためにインゴットが十分に高められた温度にあり、（５）シリコンインゴットが冷える際、シリコンインゴットのひび割れを防ぐために加熱システムを制御する。

本発明の別の例において、上記予熱プロセスステップ（２）は、上述したようにＣＥＶＡＲ炉内又は該炉外部で行われ得る。

本発明の別の例において、電極の上記溶解は、溶解ステップが行われている間、電極を断熱するプロセスステップを含み得る。

図１は、本発明のＣＥＶＡＲ炉システム１０の一例を示す。ＤＣ回路が、電極９０と短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼ１２との間に形成され、導線９２及び９４が外部ＤＣ電源に対する接続を図式的に示す。電極９４（一般に陽電位電極）は、ベース３２（又は、代替的に駆動アクチュエータ３４）に電気的に接続される。

図１において、ＣＥＶＡＲ炉システム１０は、中間（定常状態）ＣＥＶＡＲ溶解プロセスで示され、るつぼの室内高以内でホット固化インゴット９６が部分的に形成される。金属の溶けた液滴が予熱された電極９０からアーク域ＡＺを通じて落下するので、インゴットの上部上に溶解した（液体）金属のプール９８が形成される。加熱システムは、短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼの開放底部に隣接して設けられる。加熱システムは、インゴットのひび割れを防ぐために、るつぼ内に形成されたインゴットの制御された冷却を提供する。加熱システムは、底部開放型るつぼを出るホットインゴットを囲むインゴットヒータ２２と、インゴットがインゴットヒータを通過する際にインゴットに対し温度が制御された熱環境を与えるインゴットヒータコントローラ２４とを含む。温度が制御された熱環境は、ひび割れが回避され得るようにインゴットが冷める際、インゴットの内部への制御された伝導熱（時には、「均熱」とも呼ばれる）、及びインゴットの外側面からの制御された熱放射を可能にするように設けられる。

気密ＣＥＶＡＲ炉室１１は、点線により図１に図式的に示され、また、駆動アクチュエータ３４に対する気密シールを含み、これは更に後述される。

インゴット引き出し駆動システムは、定常状態ＣＥＶＡＲプロセス動作中のインゴットの垂直成長速度と実質的に同じ速度で固化インゴットを引き出すために設けられ得る。これは、例えば、アーク域及び固化インゴットの上部がるつぼ内に留まるようにされる。又は、代替的に、駆動システムは、固化インゴットを静止状態にしたまま、るつぼ、電極及びインゴットヒータを持ち上げるように設けられ得る。ＣＥＶＡＲ精製法の最初と最後では、インゴット引き出し速度が過渡的な始動及び終了プロセスパラメータにより変化する。図１に示すように、インゴット引き出し駆動システムは、固化インゴットの底部が着座するベース３２と、るつぼからの下向き方向へのインゴットの引き出し（落下）の速度を制御する駆動アクチュエータ３４とを含むことができる。ベース３２は、固化インゴットの底部とのインターロッキング接続を高めるような外形に構成され得る。例えば、図１に示すように、ベース３２は、固化インゴット９６の底部との蟻継ぎインターフェースにより構成される。これは、固化インゴット側壁が短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼの内側壁との接触抵抗を高める場合に有利である。これは、固化インゴットにインターロックされたベースを、駆動アクチュエータ３４が側壁抵抗に反して引き下げることができるためである。

ＣＥＶＡＲ精製プロセス中にシリコン電極の下端が溶解され、該電極から滴る際、慣用のＣＥＶＡＲ炉におけるように、予熱されたシリコン電極を降下させるための電極駆動システム（図示しない）が設けられる。

非限定の一例として、本発明のＣＥＶＡＲ精製法での７，０００アンペアＤＣで溶解されることとなる長さ２００ｃｍ、直径３０ｃｍのシリコン電極の場合、電極の初期電圧降下を５ボルトＤＣに制限することが望ましいかもしれない。その理由は、５ボルトＤＣが、（ＣＥＶＡＲ炉内の圧力の関数として）２０〜４０ボルトＤＣの範囲内にある典型的なＣＥＶＡＲ法アーク電圧に比べて控えめな（適度な）値であるためである。そのような例において、慣用の計算は、シリコン電極が、該電極のシリコン固有抵抗(ＣＥＶＡＲ法固有抵抗)２，５２４microhm-cmをもたらすであろう温度へ予熱することが必要であることを示す。このＣＥＶＡＲ法固有抵抗を実現するのに要する温度は、本発明の特定の用途に使用されるシリコン電極における不純物の種類及びレベルに依存するであろう。該温度は、シリコン電極のシリコン純度が高まるにつれて上昇する。

形成されたシリコンインゴットの形状、従って短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼの内壁形状は、円筒形又は矩形を含む種々の断面形状であり得、ホット固化インゴットが形成された際にインゴットの下方運動を促進するために上方に先細る内径又は周囲を有しても有さなくてもよい。

本発明のある例において、ＣＥＶＡＲ炉への予熱された電極の連続的な装填が実行可能であり、これにより、連続した複数の予熱された電極から、結果として連続したインゴットが形成される。これらの例において、この連続的ＣＥＶＡＲ精製法が継続する際、結果として生じたインゴットから部分を、該インゴット部分を移動すべく切断するため、インゴット切断装置が設けられ得る。

本発明の上記例において、ＣＥＶＡＲにおける用語「真空」は、１気圧未満の圧力のいかなるレベルでの溶解を意味する。

本発明の他の例において、溶解は、有利には、不活性ガス雰囲気において大気圧又はそれ以上でも行われ得、シリコンのそのような「圧力アーク溶解」は本発明の範囲内にある。

本発明は、好ましい例及び実施形態に関して記述された。明示的に記述したもの以外の均等、代替及び変更も可能であり、本発明の範囲内にある。この明細書の教示に利益を有する当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、それらに変更を加え得る。

１０ＣＥＶＡＲ炉システム
１１気密ＣＥＶＡＲ炉室
１２短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼ
２２インゴットヒータ
２４インゴットヒータコントローラ
３２ベース
３４駆動アクチュエータ
９０電極
９２、９４導電
９６ホット固化インゴット
９８プール

鋼、ニッケルベースの超合金、チタン等の高品質金属を製造するために使用されている方法が、消耗電極真空アーク再溶解（ＣＥＶＡＲ）法として知られている。ＣＥＶＡＲ法の種々の技術的側面に対し、例えば、米国特許第３，１８７，０７９号（Pestel）；第３，３４４，８４０号（Buehl等）；第３，４８０，７１６号（Lynch等）；第４，３０３，７９７号（Roberts）；第４，５６９，０５６号（Veil, Jr.）；及び米国特許出願公開第２００８／０１４２１８８Ａ１号（Ishigami）を参照されたい。これらすべての公報は全体として参照によりここに組み込まれる。ＣＥＶＡＲ法は、例えば米国特許第３，５４６，３４８号（DeCorso）に開示されるように、チタン又はジルコニウムを溶解するのに非消耗電極、例えばグラファイト電極又はタングステン電極が用いられる非消耗電極真空アーク再溶解と区別される。米国特許出願公開第２０１０／０１５４４７５号Ａ１（Matheson等）は、９９．９９パーセントから９９．９９９９パーセントの範囲のシリコン純度を有するホウ素及びリンドープシリコンからなるシリコン組成物の高温真空溶解を伴う二次シリコン組成物精製法の手短な言及と共に、チタンのクロール精製法と類似点がある一次シリコン精製法を開示している。

本発明で利用するＣＥＶＡＲ精製法は、ここに開示するようなＣＥＶＡＲ法で用いるシリコン電極の予熱及び短ＣＥＶＡＲ底部開放型水冷式金属るつぼの使用を除き、例えば上記開示の先行技術に記述されたものとほぼ同様である。一般に、本発明では、ＣＥＶＡＲ精製プロセス中、予熱されたシリコン電極がＣＥＶＡＲ炉内の短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼ内に置かれる。ＣＥＶＡＲ炉は気密に形成され、真空又は制御された他の環境にされる。プロセス中、電極及び電極下に形成された溶解物を通って流れる直流（ＤＣ電流）は、電極の下端と溶解物の上部との間にアークを確立する。アーク域は、ホット（室温よりも上昇した温度にある）固化インゴットが短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼの底部から出るように、短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼの高さ以内に留まる。短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼから出るホット固化インゴットの更なる制御された冷却が、更に後述するように、固化インゴットのひび割れを実質的に避けるために行われる。

Claims

ＣＥＶＡＲ炉に配置された短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼで実行されるＣＥＶＡＲ精製法においてシリコン電極からシリコンインゴットを製造する方法であって、
ＣＥＶＡＲ法固有抵抗を有する予熱されたシリコン電極を形成するため、ＣＥＶＡＲ精製法の開始前にシリコン電極の溶解点未満の温度にシリコン電極を加熱するステップと、
短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼの開放底部における上昇した温度でのシリコンインゴットの形成のために、ＣＥＶＡＲ精製法により前記予熱されたシリコン電極を溶解するステップと、
前記上昇した温度のシリコンインゴットを、短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼに隣接する加熱システムに通過させるステップと、
シリコンインゴットをひび割れを伴うことなく冷却するため、シリコンインゴットが底部開放型るつぼを出る際、前記上昇した温度のシリコンインゴットに対し温度管理された熱環境を提供するために前記加熱システムを調整するステップとを含む方法。
前記シリコン電極を加熱するステップは、前記予熱されたシリコン電極をＣＥＶＡＲ炉に配置する前に外部加熱室で行われ、前記予熱されたシリコン電極の外部加熱室からＣＥＶＡＲ炉への移動が管理された環境で成し遂げられる請求項１の方法。
前記シリコン電極を加熱するステップは、シリコン電極をＣＥＶＡＲ炉内にシリコン電極に配置した後に行われる請求項１の方法。
前記シリコン電極を加熱するステップは、前記予熱されたシリコン電極を形成するため、シリコン電極を摂氏８００から１，２００度の範囲内の温度に加熱することを更に含む請求項１の方法。
ＣＥＶＡＲ精製法により前記予熱されたシリコン電極を溶解する間、該予熱されたシリコン電極を断熱するステップを更に含む請求項１の方法。
ＣＥＶＡＲ精製法中、前記予熱されたシリコン電極を加熱するための、ＣＥＶＡＲ炉内に配置された補助ヒータ装置を更に含む請求項１の方法。
シリコン電極から精製されたシリコンインゴットを製造するためのＣＥＶＡＲ炉システムであって、
予熱されたシリコン電極を形成すべくシリコン電極を予熱するためのシリコン電極加熱装置と、
気密ＣＥＶＡＲ炉室と、
前記予熱されたシリコン電極を溶解するＣＥＶＡＲ精製法からのアーク域の閉じ込めのための短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼにして、気密ＣＥＶＡＲ炉室に配置される短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼと、
前記予熱されたシリコン電極の下端部がＣＥＶＡＲ精製法で溶解する際、短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼ内の前記予熱されたシリコン電極を降下させるための予熱シリコン電極駆動システムと、
短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼの開放底部に隣接して配置されるインゴット加熱装置にして、ＣＥＶＡＲ精製法で形成されたシリコンインゴットが通過するインゴット加熱装置と、
インゴット加熱装置を通過するシリコンインゴットに温度管理された熱環境を提供すべく、インゴット加熱装置を制御するためのインゴット加熱コントローラと、
ＣＥＶＡＲ精製法の定常状態の間、短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼからシリコンインゴットをシリコンインゴットの垂直成長速度で引き出すか、又は短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼを上昇させるためのインゴット引き出し駆動システムにして、シリコン電極及びインゴット加熱装置は、ＣＥＶＡＲ精製法の定常状態の間、シリコンインゴットの垂直成長速度にあるインゴット引き出し駆動システムとを備えるＣＥＶＡＲ炉システム。
前記短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼの室内高は、ＣＥＶＡＲ精製法で形成されるシリコンインゴットの直径の少なくとも６０パーセントでかつ１２０パーセント未満である請求項７のＣＥＶＡＲ炉システム。
前記シリコン電極加熱装置から気密ＣＥＶＡＲ炉室への移動中、前記予熱されたシリコン電極の空気への露出を防ぐため、シリコン電極加熱装置とＣＥＶＡＲ炉内の短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼとの間に接続される真空ロック室を更に備える請求項７のＣＥＶＡＲ炉システム。
ＣＥＶＡＲ精製法中に予熱されたシリコン電極を加熱するため、気密ＣＥＶＡＲ炉室内に配置される補助電極ヒータを更に備える請求項７のＣＥＶＡＲ炉システム。
前記インゴット引き出し駆動システムは、シリコンインゴットの底部が着座するベースと、シリコンインゴットを短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼから引き出す速度を制御するために前記ベースに接続される駆動アクチュエータとを更に備える請求項７のＣＥＶＡＲ炉システム。
前記ベースは、シリコンインゴットの底部とインターロッキング接続するための外形を有する請求項７のＣＥＶＡＲ炉システム。
前記予熱されたシリコン電極とベース又は駆動アクチュエータとに接続される第１出力及び第２出力を有するＤＣ電源を更に備える請求項１１のＣＥＶＡＲ炉システム。
前記短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼは矩形断面の内壁を有し、短ＣＥＶＡＲ底部開放型るつぼの室内高は、ＣＥＶＡＲ精製法で形成されるシリコンインゴットの矩形側部の少なくとも６０パーセントでかつ１２０パーセント未満である請求項７のＣＥＶＡＲ炉システム。