JP2630417B2 - Silicon casting equipment - Google Patents

Silicon casting equipment

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JP2630417B2
JP2630417B2 JP9368488A JP9368488A JP2630417B2 JP 2630417 B2 JP2630417 B2 JP 2630417B2 JP 9368488 A JP9368488 A JP 9368488A JP 9368488 A JP9368488 A JP 9368488A JP 2630417 B2 JP2630417 B2 JP 2630417B2
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silicon
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SUMITOMO SHICHITSUKUSU KK
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電磁誘導によるシリコンの連続鋳造装置お
よびこれを使用した連続鋳造方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a continuous casting apparatus for silicon by electromagnetic induction and a continuous casting method using the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

電磁誘導による連続鋳造法の1つとして、第4図に示
されるように、誘導コイル7内に、周方向で複数に分割
された導電性の無底るつぼ6を設置し、この中で材料20
を溶解しながら順次下方に引き抜いて凝固させる方法が
知られている(以下、電磁誘導による連続鋳造とはこの
方法を指す)。
As one of the continuous casting methods by electromagnetic induction, as shown in FIG. 4, a conductive bottomless crucible 6 divided into a plurality in the circumferential direction is installed in an induction coil 7 and a material 20 is placed therein.
There is known a method of solidifying by successively pulling downward while solidifying (hereinafter, continuous casting by electromagnetic induction means this method).

この方法によると、無底るつぼ6が周方向で複数に分
割されていることから、誘導コイル7を流れる電流によ
り個々のるつぼ分割片16に電流が生じ、これがるつぼ6
内の材料20に電流を生じさせ、材料20を加熱溶解すると
ともに、るつぼ分割片16を流れる電流と材料20を流れる
電流との間に反発力が生じて、るつぼ6に対して材料20
を非接触の状態に維持することができるとされている。
According to this method, since the bottomless crucible 6 is divided into a plurality in the circumferential direction, a current is generated in each crucible divided piece 16 by the current flowing through the induction coil 7, and the current is generated in the crucible 6.
An electric current is generated in the material 20 inside, and the material 20 is heated and melted. At the same time, a repulsive force is generated between the electric current flowing through the crucible segment 16 and the electric current flowing through the material 20, and the material 20
Can be maintained in a non-contact state.

ところが、実際の操業においては、第5図(イ)に示
されるように、るつぼ6内の溶融材料20がるつぼ分割片
16の間隙部17に入り込み固化する。この現象は差し込み
と呼ばれ、るつぼ6内から凝固材料20を引き下げるのを
困難にするとともに、るつぼ分割片16間に差し込んで固
化した材料が、帯電したるつぼ表面に接触して放電を生
じさせる。このため、この方法は、るつぼ6とるつぼ内
材料20との間にスラグを挟んで、連続的にチャージ、溶
融、引き下げ、凝固を行う形でしか実用されていない。
However, in the actual operation, as shown in FIG. 5A, the molten material 20 in the crucible 6 is divided into crucible pieces.
It enters the gap 17 of 16 and solidifies. This phenomenon is called insertion, which makes it difficult to pull down the solidified material 20 from inside the crucible 6, and causes the solidified material inserted between the crucible pieces 16 to come into contact with the charged crucible surface to generate a discharge. For this reason, this method is practically used only in a form in which a slag is interposed between the crucible 6 and the material 20 in the crucible, and charging, melting, pulling down, and solidifying are continuously performed.

るつぼとるつぼ内材料との間にスラグを挟んで行う電
磁誘導による連続鋳造法は、インダクトスラグ溶解法
(注)と呼ばれ、チタン等の活性金属の溶解鋳造に主に
用いられ、スラグはるつぼとるつぼ内材料との間の緩衝
材および絶縁材として作用する。
The continuous casting method by electromagnetic induction in which a slag is sandwiched between a crucible and a material in the crucible is called an induct slag melting method (Note), and is mainly used for melting and casting of an active metal such as titanium. Acts as a cushioning and insulating material between the crucible and the material in the crucible.

(注)P.G.CLITES and R.A.REALL:Proc.the Fifth Inte
rnational Conf.on Electro−slag and Special Meltin
g Technology(1975)P477 一方、太陽電池等の素材として使用されるシリコンの
方向性凝固鋳塊は、従来は溶解シリコンに対して不活性
な雰囲気下でシリコンを有底るつぼ内で溶解し、これを
垂直方向で所定の温度勾配が付与された鋳型内に流し込
んで凝固させる方法でもっぱら製造されている。
(Note) PGCLITES and RAREALL: Proc.the Fifth Inte
rnational Conf.on Electro-slag and Special Meltin
g Technology (1975) P477 On the other hand, the directionally solidified ingot of silicon used as a material for solar cells, etc., conventionally dissolves silicon in a bottomed crucible under an atmosphere inert to molten silicon. Is solidified by pouring into a mold provided with a predetermined temperature gradient in the vertical direction and solidifying.

しかるに、この方法においてはるつぼおよび鋳型から
の不純物によるシリコン汚染が避けられない。また、こ
の汚染を抑えるためにるつぼおよび鋳型は特に高純度な
材質を必要とし、鋳型に対する加熱設備が複雑なことと
あいまって鋳造コストを著しく高める。更に、結晶化が
鋳型底面および鋳型側面から同時に進行するため、結晶
学上も好ましくない。
However, in this method, silicon contamination due to impurities from the crucible and the mold is inevitable. Further, in order to suppress this contamination, the crucible and the mold require particularly high-purity materials, and the cost of casting is significantly increased due to the complicated heating equipment for the mold. Further, since crystallization proceeds simultaneously from the bottom of the mold and the side of the mold, it is not preferable from the viewpoint of crystallography.

そこで、このシリコン鋳造に対して、前述した電磁誘
導による連続鋳造法の導入が考えられてくる。
Therefore, introduction of the above-described continuous casting method by electromagnetic induction to silicon casting has been considered.

電磁誘導による連続鋳造法は、古くから考えられてい
た方法であるが、インダクストスラグ溶解法が開発され
るまでは電源設備、電力コストとのバランスで工業的規
模での実施はほとんどなされていなかった。しかるに、
最近の著しい技術進歩は小型で大容量の電源設備を提供
し、電力コストも低下させた。このような状況を背景と
して、電磁誘導による連続鋳造法がシリコン鋳造法とし
て再び注目を集めている。
The continuous casting method by electromagnetic induction is a method that has been considered for a long time, but until the development of the indext slag melting method, power supply equipment and the balance with the power cost have hardly been implemented on an industrial scale. Was. However,
Recent significant technological advances have provided small, high-capacity power supplies and reduced power costs. Against this background, continuous casting by electromagnetic induction has attracted attention again as a silicon casting method.

電磁誘導による連続鋳造法は、前述したように、無底
るつぼとの間で材料接触がなく、シリコンの鋳造に利用
した場合にシリコンの不純物汚染を完全に防ぐ。るつぼ
からの汚染がなければ、るつぼの材質を低級化でき、鋳
型を必要しないこととあいまって設備コストが著しく低
下し、大容量の電源装置と組合せることによって大形で
高品質のシリコン鋳塊が連続的に低コストで製造でき
る。また結晶学上もるつぼ側壁からの結晶化が抑制でき
るので非常に好ましいものとなる。
As described above, the continuous casting method using electromagnetic induction has no material contact with the bottomless crucible, and completely prevents impurity contamination of silicon when used for casting silicon. If there is no contamination from the crucible, the material of the crucible can be reduced in grade, and the cost of equipment will be significantly reduced due to the absence of the need for a mold. Can be continuously manufactured at low cost. Further, it is very preferable because crystallization from the side wall of the crucible can be suppressed in crystallography.

米国はこのような考えに立って、電磁誘導によるシリ
コンの連続鋳造法を特開昭61−52962号公報にて我国に
特許出願した。
Based on this idea, the United States filed a patent application in Japan for a continuous casting method of silicon by electromagnetic induction in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-52962.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、特開昭61−52962号公報に開示された
方法は、電磁誘導による連続鋳造法で問題となる差し込
みを何ら解決していない。差し込みを解決するには理論
上は大電力の供給が有効である。しかし、大電力の供給
は、大形のシリコン鋳塊を低コストで製造するという主
旨から外れる。
However, the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 61-52962 does not solve any problem of insertion which is a problem in continuous casting by electromagnetic induction. Theoretically, large power supply is effective in solving the insertion. However, the supply of large electric power departs from the gist of producing large silicon ingots at low cost.

以上のことから、電磁誘導による連続鋳造法を工業的
規模で実施するには、前述したインダクストスラグ溶解
法に頼らざるを得ないのが現状であり、一方、インダク
ストスラグ溶解法はスラグがるつぼ内材料を汚染するこ
とから、シリコンの鋳造には適さない。
From the above, at present, it is necessary to rely on the above-described inductive slag melting method to implement the continuous casting method by electromagnetic induction on an industrial scale. It is not suitable for casting silicon because it contaminates the material in the crucible.

本発明は斯かる状況に鑑み、インダクストスラグ溶解
法によることなく、また大電力の供給も必要とすること
なく差し込み乃至は差し込みにともなう問題を解決し、
円滑な鋳塊引き下げを保証して、大形のシリコン鋳塊を
低コストで製造することが可能な電磁誘導によるシリコ
ン連続鋳造装置およびこれを使用したシリコン連続鋳造
方法を提供することを目的とする。
In view of such a situation, the present invention solves the problem associated with insertion or insertion without using the inductive slag melting method and also without requiring the supply of large power,
It is an object of the present invention to provide a continuous silicon casting apparatus by electromagnetic induction and a continuous silicon casting method using the same, which can produce a large silicon ingot at a low cost while guaranteeing a smooth ingot reduction. .

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明者らは、電磁誘導による連続鋳造法で工業的に
シリコン鋳造を行うには、大電力を供給することなく差
し込みを抑えることが重要であると判断した。また、差
し込みを抑えることができなくても、鋳塊の円滑が引き
下げが保証できれば、大電力の供給が不要になる。斯か
る観点からその具体的対策について研究を続けた結果、
前者の観点からは無底るつぼの周方向の分割間隙の管理
と、誘導周波数の管理が有効であり、後者の観点からは
るつぼ内壁面の角度管理が有効なことを知見した。
The present inventors have determined that it is important to suppress insertion without supplying large electric power in order to industrially perform silicon casting by a continuous casting method using electromagnetic induction. Even if the insertion cannot be suppressed, if the smoothness of the ingot can be guaranteed to be reduced, the supply of large power is not required. As a result of continuing research on specific measures from such a viewpoint,
From the former point of view, it was found that the management of the dividing gap in the circumferential direction of the bottomless crucible and the control of the induction frequency were effective, and from the latter point of view, the angle control of the inner wall surface of the crucible was found to be effective.

本発明は斯かる知見に基づきなされたもので、下記の
3つの装置と1つの方法を要旨とする。
The present invention has been made based on such knowledge, and has the following three devices and one method.

本発明の第1装置は、電磁誘導によるシリコンの連続
鋳造装置において、無底るつぼの周方向の分割間隙を0.
3〜1.0mmとするものである。
The first apparatus of the present invention is a continuous casting apparatus for silicon by electromagnetic induction, in which a circumferentially divided gap of a bottomless crucible is reduced to 0.
3 to 1.0 mm.

本発明の第2装置は、電磁誘導によるシリコンの連続
鋳造装置において、無底るつぼの内壁面に下方に向かっ
て0.4〜2.0゜の角度で外側へ拡がる傾斜を付与したもの
である。
A second apparatus of the present invention is an apparatus for continuously casting silicon by electromagnetic induction, in which an inner wall surface of a bottomless crucible is provided with a slope that extends outward at an angle of 0.4 to 2.0 degrees downward.

本発明の第3装置は、前記第1装置において、無底る
つぼの内壁面に下方に向かって0.4〜2.0゜の角度で外側
へ拡がる傾斜を付与したものである。
According to a third device of the present invention, in the first device, the inner wall surface of the bottomless crucible is provided with a slope that extends outward at an angle of 0.4 to 2.0 ° downward.

本発明の方法は、第1〜3装置のいずれかを使用した
シリコン鋳造方法において、誘導周波数を0.5〜200KHz
とするものである。
In the method of the present invention, in the silicon casting method using any of the first to third devices, the induction frequency is 0.5 to 200 KHz.
It is assumed that.

〔作用〕[Action]

無底るつぼの周方向分割間隙を1.0mm以下にすれば、
るつぼ内壁面に流れる電流とるつぼ内の溶解シリコンの
表皮部に流れる電流とが逆向きであるために両者の間に
生じる反発力が、分割間隙部で切れ目なく働き、差し込
みを効果的に抑える。
By setting the circumferential division gap of the bottomless crucible to 1.0 mm or less,
Since the current flowing on the inner wall surface of the crucible and the current flowing on the surface of the melted silicon in the crucible are in opposite directions, the repulsive force generated between the two works seamlessly in the divided gap, thereby effectively suppressing insertion.

第3図は電磁誘導により直径50mmおよび120mmのシリ
コンを標準的な電力(45〜95kw)で連続鋳造したときの
誘導周波数と、分割間隙部への溶解シリコン差し込み深
さとの関係を、分割間隙寸法をパラメータとして表わし
たグラフである。
Fig. 3 shows the relationship between the induction frequency when silicon with diameters of 50mm and 120mm is continuously cast by electromagnetic power at a standard power (45 to 95kw) and the depth of insertion of molten silicon into the split gap. Is a graph in which is represented as a parameter.

分割間隙が1.5mmのときは差し込み深さが0.6mmを超え
ているが、分割間隙が1.0mm以下のときは、シリコンの
加熱溶解を主体的に考えた標準的な電力しか与えていな
いにもかかわらず、差し込み深さが、1.5mmのときの1/3
以下の約0.2mm以下に大幅抑制される。
When the division gap is 1.5 mm, the insertion depth exceeds 0.6 mm, but when the division gap is 1.0 mm or less, only the standard power mainly considering heat melting of silicon is given. Regardless, the insertion depth is 1/3 of 1.5mm
It is greatly suppressed to about 0.2 mm or less.

差し込み深さが0.2mm以下に抑制されれば、るつぼ内
壁面に流れる電流とるつぼ内の溶解シリコンの表皮部に
流れる電流とが逆向きであるために生じる反発力による
隙間があるために、鋳塊の円滑な引き下げが可能であ
る。
If the insertion depth is suppressed to 0.2 mm or less, there is a gap due to the repulsive force generated because the current flowing on the inner wall surface of the crucible and the current flowing on the skin portion of the molten silicon in the crucible are in the opposite direction. The lump can be lowered smoothly.

ただし、分割間隙が0.3mm未満になると、るつぼ分割
片に生じた電流が、るつぼ内の溶解シリコンに誘起させ
る電流の効率を急激に低下させるため、無用な電力の消
耗を引き起こし、経済的な溶解を行うことができなくな
る。
However, when the division gap is less than 0.3 mm, the current generated in the crucible divided piece rapidly reduces the efficiency of the current induced in the molten silicon in the crucible, causing unnecessary power consumption and economical melting. Can not be performed.

以上のことから、本発明の第1装置によると、大電力
を供給することなく鋳塊の円滑な引き下げが可能にな
る。
As described above, according to the first apparatus of the present invention, the ingot can be smoothly lowered without supplying a large amount of power.

一方、差し込みは本発明者らの調査によると、第5図
(ロ)に示されるように誘導コイル7の下部で顕著とな
る。これは、るつぼ6内の溶融シリコン13が下部ほど自
重による垂直方向の力を強く受けるためと考えられる。
したがって、るつぼ6内壁面に下方に向かって外側へ拡
がる傾斜を付与しておけば、差し込みが生じていても、
下方への引き下げが可能になる。
On the other hand, according to the investigation by the present inventors, the insertion becomes prominent below the induction coil 7 as shown in FIG. This is probably because the lower part of the molten silicon 13 in the crucible 6 receives a stronger vertical force due to its own weight.
Therefore, if the inner wall surface of the crucible 6 is provided with a slope that expands downward and outward, even if insertion occurs,
Lowering is possible.

第1表は、電磁誘導によりるつぼ分割間隙1.0mmで直
径50mmのシリコンを標準的な電力(45〜55kw)で連続鋳
造したときの前記傾斜角と、鋳塊引き下げの可否の判定
結果との関係を示したものである。
Table 1 shows the relationship between the inclination angle when silicon with a diameter of 50 mm is continuously cast with a standard electric power (45 to 55 kw) by crucible division gap 1.0 mm by electromagnetic induction and the judgment result of whether or not the ingot can be lowered. It is shown.

同表から明らかように、前記傾斜角が0.4゜以下で鋳
塊引き下げが可能になる。
As is clear from the table, when the inclination angle is 0.4 ° or less, the ingot can be lowered.

ただし、前記傾斜角が2.0゜を超えると、るつぼ下方
の直径が過度に大きくなるため、鋳塊引き下げ速度を速
くすると、溶解シリコンが固化する前に鋳塊側面の固相
−液相界面から溶解シリコンが滴下するようになり、連
続的な鋳塊凝固ができなくなる。
However, if the inclination angle exceeds 2.0 °, the diameter below the crucible becomes excessively large.If the ingot pulling speed is increased, the molten silicon melts from the solid-liquid interface on the side of the ingot before the molten silicon solidifies. Silicon is dropped, and continuous ingot solidification cannot be performed.

以上のことから、本発明の第2装置によると、鋳塊の
円滑な引き下げ可能になる。
From the above, according to the second apparatus of the present invention, the ingot can be smoothly lowered.

また、本発明の第3装置は、分割間隙の管理と内壁面
の角度管理とを組合せたもので、無底るつぼからのシリ
コン鋳塊引き下げを一層円滑ならしめる。
Further, the third apparatus of the present invention combines the management of the divided gap and the angle management of the inner wall surface, and makes it possible to more smoothly lower the silicon ingot from the bottomless crucible.

他方、電気的な条件については、誘導加熱時の発振周
数数が差し込みを抑え、電力消費を少なくする上で重要
である。この誘導周波数は、るつぼ内壁面に流れる電流
とるつぼ内の溶解シリコン表皮部に流れる電流の各浸透
深さを決定する因子であり、誘導周波数と差し込み深さ
との関係は第3図に示されるとおりである。
On the other hand, regarding the electrical conditions, the oscillation frequency during induction heating is important in suppressing insertion and reducing power consumption. The induction frequency is a factor that determines the penetration depth of the current flowing through the inner wall surface of the crucible and the current flowing through the surface of the molten silicon in the crucible. The relationship between the induction frequency and the insertion depth is as shown in FIG. It is.

周波数が低いほど差し込み深さは大きくなるが、分割
間隙を0.3〜1.0mmに管理した条件下および/またはるつ
ぼ内壁面の前記傾斜角を0.4〜2.0゜に管理した条件下で
は、誘導周波数が0.5〜200KHzの範囲内で鋳塊の連続引
き下げをより一層円滑ならしめ、電力消費を少なくす
る。
The lower the frequency, the greater the insertion depth, but under the condition that the dividing gap is controlled to 0.3 to 1.0 mm and / or the condition that the inclination angle of the inner wall of the crucible is controlled to 0.4 to 2.0 °, the induction frequency is 0.5. In the range of ~ 200KHz, the continuous lowering of the ingot is further smoothed and the power consumption is reduced.

誘導周波数が0.5KHz未満では、誘導コイル、無底るつ
ぼおよび溶解シリコンを総合した周波数特性が整合せず
に、過度の電力を消費しなければ溶解シリコンの差込み
を抑えることができず、200KHz超でも、同様に誘導コイ
ル、無底るつぼおよび溶解シリコン相互間の周波数特性
が悪化して、無用の電力消耗を引き起こす。
If the induction frequency is less than 0.5 KHz, the frequency characteristics of the induction coil, the bottomless crucible and the molten silicon do not match, and the insertion of the molten silicon cannot be suppressed unless excessive power is consumed. Similarly, the frequency characteristics among the induction coil, the bottomless crucible, and the molten silicon deteriorate, causing unnecessary power consumption.

以上のことから、本発明の方法によると、より一層円
滑な鋳塊引き下げが可能になる。
From the above, according to the method of the present invention, it is possible to lower the ingot more smoothly.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の第1〜第3装置の要部である無底る
つぼの一例を示したものである。
FIG. 1 shows an example of a bottomless crucible which is a main part of the first to third devices of the present invention.

この無底るつぼ6は銅製の筒体で、下部を残して周方
向に複数分割された構造である。るつぼの内部は仕切板
2によって内側と外側に仕切られ、導入管18からるつぼ
内に導入された冷却水が周方向に循回しながら外側部分
を上昇し、内側部分を下降し内壁面を冷却した後、導出
管19に集められてるつぼ6の外へ排出されるようになっ
ている。
The bottomless crucible 6 is a copper cylinder and is divided into a plurality of parts in the circumferential direction except for the lower part. The inside of the crucible is partitioned into the inside and the outside by the partition plate 2, and the cooling water introduced into the crucible from the introduction pipe 18 circulates in the circumferential direction, ascends the outer portion, descends the inner portion, and cools the inner wall surface. Thereafter, the liquid is discharged out of the crucible 6 collected in the outlet pipe 19.

而して、この無底るつぼ6は周方向分割部分において
るつぼ分割片16の間隙が0.3〜1.0mmとされるか、内壁面
が下方に向かって外側へ0.4〜2゜の角度で広がるか、
もしくはその双方の条件を具備した構造となっている。
The bottomless crucible 6 may have a gap of 0.3 to 1.0 mm between the crucible divided pieces 16 in the circumferentially divided portion, or may have an inner wall surface extending outward at an angle of 0.4 to 2 ° downward.
Alternatively, it has a structure satisfying both conditions.

無底るつぼ6については、図示例では下部を残して周
方向に分割されているが、上部を残してもよく、また軸
方向全体で周方向に分割されてもよい。
In the illustrated example, the bottomless crucible 6 is divided in the circumferential direction while leaving the lower part, but may be left in the upper part or may be divided in the circumferential direction in the entire axial direction.

また、円筒状に限らず角筒状でもよく、材質も銅以外
の導電性材料を使用することが可能である。
Further, the material is not limited to a cylindrical shape, and may be a rectangular tube shape, and the material may be a conductive material other than copper.

第2図は本発明の第1〜第3装置の一例についてその
全体構造を示す縦断面図である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the entire structure of one example of the first to third devices of the present invention.

1は気密容器で、容器を内部の発熱から保護するため
に二重構造の水冷容器になっている。更に、容器内を真
空排気できるようにダクトを経由して真空排気ポンプと
連結され、一方、容器内を不活性ガスの任意の圧力に制
御できるように不活性ガスの供給管とも連結されてい
る。
Numeral 1 denotes an airtight container, which is a water cooling container having a double structure to protect the container from internal heat generation. Furthermore, it is connected to a vacuum exhaust pump via a duct so that the inside of the container can be evacuated, and also connected to an inert gas supply pipe so that the inside of the container can be controlled to an arbitrary pressure of the inert gas. .

また、この気密容器1は上部および下部に真空遮断装
置2および3によって仕切られた原料装入容器4および
鋳塊取出室5を有し、原料装入および鋳塊の取出し気密
容器1の中のシリコンに対して不活性な雰囲気を維持し
たまま行えるようになっている。
The hermetic container 1 has a raw material charging container 4 and an ingot take-out chamber 5 separated by vacuum shut-off devices 2 and 3 at an upper portion and a lower portion, respectively. This can be performed while maintaining an inert atmosphere with respect to silicon.

溶解シリコン13を形成保持するために電磁力を発生す
る誘導コイル7は、気密容器1の中央部やや上方に設置
され、その中に第1図で示した無底るつぼ6を設置す
る。
An induction coil 7 for generating an electromagnetic force for forming and holding the molten silicon 13 is installed slightly above the center of the hermetic container 1, and the bottomless crucible 6 shown in FIG. 1 is installed therein.

気密容器1内の原料装入容器4下方には原料ホッパー
8が設けられ、ホッパー8内に装入された粒状、塊状の
原料シリコン9が旋回式の装入ダクト10を経て無底るつ
ぼ内の溶解シリコン13に供給されるようになっている。
A raw material hopper 8 is provided below the raw material charging container 4 in the airtight container 1, and granular and massive raw material silicon 9 charged in the hopper 8 passes through a revolving charging duct 10 in a bottomless crucible. The molten silicon 13 is supplied.

無底るつぼ6の直上にはグラファイト等からなる抵抗
性の発熱体11が昇降可能に設けられ、下降した状態で無
底るつぼ6内に挿入されたるようになっている。
Immediately above the bottomless crucible 6, a resistance heating element 11 made of graphite or the like is provided so as to be able to move up and down, and is inserted into the bottomless crucible 6 in a lowered state.

無底るつぼ6の下方には、シリコン鋳塊12を支えなが
ら下方へ引き出す支持および引き抜き装置14が設けられ
ている。
Below the bottomless crucible 6, there is provided a support and pull-out device 14 for pulling out the silicon ingot 12 while supporting it.

支持および引き抜き手段14としては、クランプロール
形式のものでもよいが、シリコン鋳塊12に与える影響を
考慮すると、シリコン鋳塊12をスリップなく把持し、所
定距離下降した後、シリコン鋳塊12を解放して元の位置
まで上昇するクランプ体を、位相をずらせて複数同時に
駆動させるものが好ましい。
The support and pull-out means 14 may be of a clamp roll type, but in consideration of the influence on the silicon ingot 12, the silicon ingot 12 is gripped without slip, and after descending a predetermined distance, the silicon ingot 12 is released. Then, it is preferable that a plurality of clamp bodies which are raised to the original position be simultaneously driven with a phase shift.

また、シリコン鋳塊12に対しては、レーザー光等によ
る切断装置を容器1内に設けること可能である。
Further, for the silicon ingot 12, a cutting device using a laser beam or the like can be provided in the container 1.

第2図装置による本発明の方法の具体的手順を次に説
明する。
The specific procedure of the method of the present invention using the apparatus shown in FIG. 2 will be described below.

まず、気密容器1の中を真空排気した後に、不活性ガ
スとしてアルゴンを封入し、その後、シリコンからなる
円柱状の種鋳塊を支持および引き抜き層14によって種鋳
塊の上端が無底るつぼ6の高さ方向の中央にくるように
設置する。
First, the inside of the airtight container 1 is evacuated and then filled with argon as an inert gas. Thereafter, the cylindrical seed ingot made of silicon is supported and drawn by the support layer 14 so that the upper end of the seed ingot is a bottomless crucible 6. So that it is located at the center in the height direction.

次に、無底るつぼ6の上方にある装入ダクト10を横方
向に退避した状態で、グラファイト等からなる発熱体11
を通電加熱してから無底るつぼ6の中に降下、装入して
種鋳塊の直上に接近設定し、誘導コイル7に通電を開始
する。
Next, with the charging duct 10 above the bottomless crucible 6 retracted in the horizontal direction, the heating element 11 made of graphite or the like is used.
Is heated and then lowered into the bottomless crucible 6, charged and set so as to approach immediately above the seed ingot, and energization of the induction coil 7 is started.

誘導コイル7の中の種鋳塊の上端面が溶解され、発熱
体11を上昇させて元の位置戻し、種鋳塊をるつぼ6内で
上昇させると、溶解シリコン13が初期形成される。
When the upper end surface of the seed ingot in the induction coil 7 is melted, the heating element 11 is raised and returned to its original position, and when the seed ingot is raised in the crucible 6, molten silicon 13 is initially formed.

溶解シリコン13を初期形成した後、直ちに粒状の原料
シリコン9を装入ダクト10から溶解シリコン13の溶融表
面に添加し原料シリコン9を溶解するとともに、支持お
よび引き抜き装置14を作動させることによって種鋳塊を
含むシリコン鋳塊12を無底るつぼ6から引き出し、溶解
シリコン13を電磁力の作用する領域から順次引き離すこ
とによって、溶解シリコン13をシリコン12と接触してい
る部分から連続的に凝固させる。
Immediately after the molten silicon 13 is initially formed, granular raw silicon 9 is immediately added to the molten surface of the molten silicon 13 through the charging duct 10 to melt the raw silicon 9 and the seed casting is performed by operating the support and drawing device 14. The silicon ingot 12 containing the lump is pulled out of the crucible 6 without bottom, and the molten silicon 13 is sequentially separated from the region where the electromagnetic force acts, so that the molten silicon 13 is continuously solidified from the portion in contact with the silicon 12.

この連続的な原料装入、溶解、凝固の操作を継続する
ことにより、シリコンの方向性凝固鋳塊を製造すること
ができる。
By continuing the continuous raw material charging, melting and solidifying operations, a directional solidified ingot of silicon can be produced.

製造されたシリコン鋳塊12は遮断装置3を解放して取
出室5に移され、遮断装置3を閉止した後、取出室5の
外に抽出される。
The manufactured silicon ingot 12 is moved to the discharge chamber 5 with the shut-off device 3 released, and is extracted outside the discharge chamber 5 after the shut-off device 3 is closed.

原料シリコン9については、遮断装置2を解放して、
装入容器4よりホッパー8内に所定量供給され、その
後、再び遮断装置2を閉止して次の鋳造に備える。
As for the raw material silicon 9, the shut-off device 2 is released,
A predetermined amount is supplied from the charging container 4 into the hopper 8, and then the shutoff device 2 is closed again to prepare for the next casting.

以上の手順により実際に鋳造を行った結果を比較例も
含めて次に述べる。
The results of actual casting according to the above procedure are described below, including comparative examples.

誘導周波数は0.5〜20KHz、100〜200KHzの2帯域を使
用した。
The induction frequency used two bands of 0.5 to 20 KHz and 100 to 200 KHz.

100〜200KHzについては、内径50mm、外径80mmで周方
向分割数が12、分割間隙が1.5、1.0、0.3mm、るつぼ分
割片高さが150mmの第1図に示す形状の銅製無底るつぼ
を使用した。るつぼ内壁面の前記傾斜角は1.0゜を基本
とし、分割間隙が1.0mmのものについては1.0゜の他、0.
2、0.4、2.0、5.0゜の5種類とした。
For 100 to 200 KHz, a copper bottomless crucible with an inner diameter of 50 mm, an outer diameter of 80 mm, a circumferential division number of 12, a division gap of 1.5, 1.0, 0.3 mm, and a crucible division piece height of 150 mm as shown in FIG. used. The inclination angle of the crucible inner wall surface is basically 1.0 °, and 1.0 ° for the one with a division gap of 1.0 mm, and 0.1 °.
There are five types: 2, 0.4, 2.0, and 5.0 mm.

この無底るつぼと組合せる誘導コイルは、外径90mm、
高さ45mmの4ターンの銅製水冷式である。電力はシリコ
ンの加熱溶解を主体に考えた45〜55kwを投入した。
The induction coil combined with this bottomless crucible has an outer diameter of 90 mm,
It is a water-cooled copper-cooled 4-turn 45mm high. The electric power was 45-55kw, mainly considering the heating and melting of silicon.

0.5〜20KHzについて、内径120mm、外径150mで周方向
分割数が24、分解間隙が1.5、1.0、0.3mm、るつぼ分割
片の高さが150mm、るつぼ内壁面の前記傾斜角1.0゜の第
1図に示す形状の無底るつぼを使用した。
For 0.5 to 20 KHz, the first of 120 mm in inner diameter, 150 m in outer diameter, 24 circumferential divisions, 1.5, 1.0, 0.3 mm disassembly gap, 150 mm crucible split piece height, and 1.0 ° inclination angle of crucible inner wall surface A bottomless crucible having the shape shown in the figure was used.

この無底るつぼの組合せる誘導コイルは、外径160m
m、高さ45mmの4ターンの銅製水冷式で70〜95kwの電力
を投入した。
The induction coil combined with this bottomless crucible has an outer diameter of 160m
Power of 70 to 95 kw was supplied by a water-cooled 4-turn copper-made 45 m high, 45 mm high.

鋳塊引き下げ速度はいずれの場合も、1.5mm/分とし
た。
The ingot lowering speed was 1.5 mm / min in each case.

先に説明した第3図および第1表は上記条件による鋳
造の結果を整理して示したものである。
FIG. 3 and Table 1 described above summarize the results of casting under the above conditions.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明の第1装置は、無底るつぼの分割間隙を規制す
ることにより、大電力を供給することなく、分解間隙部
へのシリコンの差し込みを引き下げに支障のない程度に
抑制する。
The first device of the present invention regulates the division gap of the bottomless crucible, thereby suppressing the insertion of silicon into the decomposition gap portion to a level that does not hinder the lowering without supplying large power.

本発明の第2の装置は、無底るつぼの内壁面に傾斜を
付与することにより、シリコンの差し込みが生じてもそ
の円滑な引き下げを可能にする。
The second device of the present invention allows the inner wall surface of the bottomless crucible to be inclined smoothly by lowering it even if silicon is inserted.

本発明の第3装置は、分割間隙の規制と内壁面の角度
規制とによりシリコン鋳塊の引き下げを一層円滑にす
る。
The third device of the present invention further facilitates the lowering of the silicon ingot by regulating the division gap and regulating the angle of the inner wall surface.

その結果、いずれの装置も電磁誘導による経済的、効
率的な工業的規模でのシリコン連続鋳造を可能にし、シ
リコンの鋳造コスト低減に多大の効果を発揮する。
As a result, any of the devices enables economical and efficient continuous silicon casting on an industrial scale by electromagnetic induction, and exhibits a great effect in reducing the cost of casting silicon.

また、本発明の方法は、第1〜第3装置に対して周波
数管理を組合せることにより、シリコン鋳塊の引き下げ
を一層円滑ならしめるものである。
In addition, the method of the present invention further facilitates lowering of the silicon ingot by combining frequency management with the first to third devices.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の装置の要部である無底るつぼの構造例
を示す斜視図、第2図は本発明の装置の全体構造を例示
する縦断面図、第3図は無底るつぼの分割間隙および誘
導周波数が差し込みに与える影響を定量的に示すグラ
フ、第4図(イ)および(ロ)は電磁誘導による連続鋳
造法の基本原理を示す平面図および縦断面図、第5図
(イ)および(ロ)は差し込み現象を表わした横断面図
および縦断面図である。 図中、6:無底るつぼ、7:誘導コイル、16:るつぼ分割
片、17:分割間隙部。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the structure of a bottomless crucible which is a main part of the apparatus of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view illustrating the entire structure of the apparatus of the present invention, and FIG. FIGS. 4 (a) and 4 (b) are a plan view and a longitudinal sectional view showing the basic principle of continuous casting by electromagnetic induction, and FIGS. (A) and (b) are a cross-sectional view and a vertical cross-sectional view showing the insertion phenomenon. In the figure, 6: bottomless crucible, 7: induction coil, 16: crucible split piece, 17: split gap.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】誘導コイル内に、軸方向の少なくとも一部
が周方向で複数に分割された導電性の無底るつぼを設置
し、該無底るつぼでシリコンをるつぼ内壁に対して非接
触で電磁誘導により溶融し下方に引き下げ凝固させる電
磁誘導によるシリコンの連続鋳造装置において、前記無
底るつぼの周方向の分割間隙を0.3〜1.0mmとしたことを
特徴とするシリコン鋳造装置。
1. A conductive bottomless crucible, at least part of which is divided in the axial direction into a plurality of sections in a circumferential direction, is installed in an induction coil, and silicon is brought into contact with the bottomless crucible without contacting the inner wall of the crucible. A continuous casting apparatus for silicon by electromagnetic induction, which is melted by electromagnetic induction and pulled down and solidified, wherein the circumferentially divided gap of the bottomless crucible is 0.3 to 1.0 mm.
【請求項2】請求項1に記載の電磁誘導によるシリコン
の連続鋳造装置において、前記無底るつぼの内壁面に下
方に向かって0.4〜2.0゜の角度で外側へ拡がる傾斜を付
与したことを特徴とするシリコン鋳造装置。
2. The continuous casting apparatus for silicon by electromagnetic induction according to claim 1, wherein the inner wall surface of the bottomless crucible is provided with a slope extending downward and outward at an angle of 0.4 to 2.0 °. Silicon casting equipment.
【請求項3】請求項1に記載のシリコン鋳造装置におい
て、前記無底るつぼの内壁面に下方に向かって0.4〜2.0
゜の角度で外側で拡がる傾斜を付与したことを特徴とす
るシリコン鋳造装置。
3. The silicon casting apparatus according to claim 1, wherein the inner wall surface of said bottomless crucible has a thickness of 0.4 to 2.0.
A silicon casting apparatus characterized by having a slope extending outward at an angle of ゜.
【請求項4】請求項1〜3のいずれかに記載のシリコン
鋳造装置を使用したシリコン鋳造方法において、誘導周
波数を0.5〜200KHzとすることを特徴とするシリコン鋳
造方法。
4. A silicon casting method using the silicon casting apparatus according to claim 1, wherein the induction frequency is 0.5 to 200 KHz.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0412083A (en) * 1990-04-27 1992-01-16 Osaka Titanium Co Ltd Production of silicon single crystal
JP2922078B2 (en) * 1993-03-17 1999-07-19 株式会社トクヤマ Silicon rod manufacturing method
JP5040521B2 (en) * 2007-08-17 2012-10-03 株式会社Sumco Silicon casting equipment
KR101063250B1 (en) 2008-10-16 2011-09-07 한국에너지기술연구원 Graphite Crucible for Silicon Electromagnetic Induction Melting
JP5228899B2 (en) * 2008-12-26 2013-07-03 株式会社Sumco Silicon melting method, silicon melting apparatus, and silicon single crystal manufacturing apparatus
UA95131C2 (en) * 2009-08-25 2011-07-11 Частное Акционерное Общество «Пиллар» Method for producing of ingots of multicrystal silicon by induction
IT1396761B1 (en) * 2009-10-21 2012-12-14 Saet Spa METHOD AND DEVICE FOR OBTAINING A MULTI-CRYSTALLINE SEMICONDUCTOR MATERIAL, IN PARTICULAR SILICON
EP2502880A4 (en) 2009-11-20 2013-07-03 Consarc Corp Electromagnetic casting apparatus for silicon
JP2011173775A (en) * 2010-02-25 2011-09-08 Sumco Corp Continuous casting method of silicon ingot
JP2012025600A (en) * 2010-07-21 2012-02-09 Sumco Corp Electromagnetic casting device for silicon ingot

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