JP4274833B2 - 多結晶シリコン鋳造用部材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池等の材料となる多結晶シリコンを鋳造する際に用いる多結晶シリコン鋳造用部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽光発電は安全、かつ、低価格に発電が可能な発電方法として脚光を浴び、その普及のために太陽電池の研究開発が盛んに行われている。多結晶シリコンは、この太陽電池を構成する半導体基板の材料として用いられている。多結晶シリコンは、高温で溶融したシリコンを鋳型に流し込み冷却固化してインゴットとする方法、鋳型中でシリコンを溶融し、冷却固化してインゴットとする方法等により製造される。
【０００３】
多結晶シリコンの鋳造に用いられる鋳型としては、通常、安価な黒鉛製の鋳型が用いられ、シリコンインゴットの取り出しを容易にするため、分割可能な構造とするとともに、その内表面に離型材層を設けている。
このような離型材としては、二酸化シリコン（ＳｉＯ２：特許文献１参照）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４：特許文献２参照）等が挙げられる。なかでも、窒化シリコンを用いれば、不純物の少ない高品質の多結晶シリコンを得ることができる。
【０００４】
従来、窒化シリコン層は、窒化シリコン等の粉末を適当なバインダーと溶剤とから構成される溶液中に混合、攪拌してスラリーとし、これを鋳型の内表面に塗布又はスプレー等の手段でコーティングすることにより形成されていた。
しかしながら、窒化シリコン層は、脆弱で剥離しやすいため、内表面に窒化シリコン層を形成した黒鉛製鋳型を用いて多結晶シリコンを鋳造する場合には、鋳型内に入れたシリコン原料を溶解する際、シリコン融液を注湯する際、シリコン融液を凝固させる際等に、窒化シリコン層が破損して、シリコンインゴットと鋳型とが接着してしまい、脱型する際にシリコンインゴットや鋳型が破損してしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、再使用が可能であって、割れのないシリコンインゴットを製造しうる鋳型を得る技術として、例えば、窒化シリコンと二酸化シリコンとを併用した離型材を塗布する技術（特許文献３参照）が提案されたが、二酸化シリコンを含有する層は、基材である黒鉛との付着性がよいものの、シリコンインゴットとの離型性が充分でなく、また、高温での使用中に黒鉛が酸化されてしまい、基材の損傷を早めるという問題があった。
また、１層目として窒化シリコン層、２層目として二酸化シリコン層を設けて多層構造にする技術（特許文献４参照）、１層目として二酸化シリコン層、２層目として窒化シリコンと二酸化シリコンとの混合層、３層目として窒化シリコン層を設けて多層構造にする技術（特許文献５参照）、１層目として窒化シリコン層、２層目として窒化シリコンと二酸化シリコンとを所定の割合で混合した混合層を設けて多層構造にする技術（特許文献６参照）等も提案されているが、多層構造にすると、手間とコストがかかるという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２４４９８８号公報
【特許文献２】
特開平１０−３１６４８９号公報
【特許文献３】
特開平９−１７５８０９号公報
【特許文献４】
特開平６−１４４８２４号公報
【特許文献５】
特開平７−２０６４１９号公報
【特許文献６】
特開２００２−２９２４４９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、耐久性に優れ、繰り返し使用することができ、簡便に作製することができる多結晶シリコン鋳造用部材を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材は、炭素基材と上記炭素基材の表面に形成された窒化シリコン層とからなる多結晶シリコン鋳造用部材であって、上記炭素基材の上記窒化シリコン層と接する表面におけるＪＩＳＢ ０６０１に基づく算術平均粗さＲａは、１〜１５μｍであることを特徴とする。
【０００９】
なお、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材としては、多結晶シリコンの鋳造に用いられる部材のうち、シリコン融液又は気化したシリコンが付着する可能性のある部材全てが含まれ、例えば、多結晶シリコン鋳造用鋳型、多結晶シリコン鋳造装置の本体、多結晶シリコン鋳造装置の上蓋、多結晶シリコン鋳造用ヒータの保護部材等が挙げられる。
以下、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材について詳細に説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の多結晶シリコン鋳造用部材は、炭素基材と上記炭素基材の表面に形成された窒化シリコン層とから構成されている。
本発明の多結晶シリコン鋳造用部材を構成する炭素基材は、窒化シリコン層と接する表面におけるＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づく算術平均粗さＲａが１〜１５μｍである。
【００１１】
ＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づく算術平均粗さＲａが１〜１５μｍである炭素基材の粗面上に窒化シリコン層が形成されると、炭素基材と窒化シリコン層との間でアンカー効果が得られやすくなり、両者の接着強度が強固なものとなるので、炭素基材と窒化シリコン層との間で剥離等が発生することを防止することができる。
【００１２】
ＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づく算術平均粗さＲａが１μｍ未満であると、炭素基材の表面に形成される窒化シリコン層は、炭素基材との間でアンカー効果が得られにくく、両者の接着強度が不充分となる。一方、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づく算術平均粗さＲａが１５μｍを超えると、炭素基材の表面に窒化シリコン層を形成する際に、炭素基材の表面における種々の高さの地点で窒化シリコン結晶の成長が始まるため、窒化シリコン結晶の積層が良好に進行せず、形成される窒化シリコン層は、気孔を多く含むものとなり、この気孔の増加に起因して強度が弱いものになると推定される。
【００１３】
上記炭素基材の窒化シリコン層と接する表面におけるＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づく算術平均粗さＲａを１〜１５μｍに調整する方法としては特に限定されず、例えば、サンドブラスト処理、切削加工、サンドペーパーや砥石による研磨処理等の表面加工方法が挙げられる。なかでも、切削加工が好適に用いられる。切削加工の処理速度を調整することにより、表面粗度の大小を調整することが比較的容易だからである。
【００１４】
上記炭素基材の窒化シリコン層と接する表面におけるＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づく算術平均粗さＲａの好ましい下限は３．２μｍ、好ましい上限は１２．５μｍである。この範囲内であれば、炭素基材と窒化シリコン層との間でアンカー効果が充分に得られ、両者の接着強度が特に強固なものとなるので、炭素基材と窒化シリコン層との間で剥離等が発生することを特に効果的に防止することができる。
【００１５】
上記炭素基材の材質としては、耐熱性に優れたものであれば特に限定されないが、例えば、黒鉛が好ましく、なかでも、窒化シリコン層との親和性に優れる高純度等方性黒鉛が特に好ましい。
【００１６】
上記炭素基材の熱膨張係数は、その表面に形成される窒化シリコン層の熱膨張係数に対し、±２．０×１０−６／Ｋ であることが好ましい。炭素基材と窒化シリコン層との熱膨張係数の差により窒化シリコン層に発生する熱応力を小さくするためである。
【００１７】
上記炭素基材の平均気孔半径は、０．２〜５μｍであることが好ましい。ここで「平均気孔半径」とは、水銀ポロシメーターにより、最大圧力９８ＭＰａ、試料と水銀の接触角１４１．３°の条件で気孔容積を求めたときに、累積気孔容積の半分値となる気孔容積に対応する気孔半径の値である。
上記平均気孔半径が０．２μｍ未満では、アンカー効果を充分に得ることができず、窒化シリコン層が剥離しやすくなる。一方、５μｍを超えると、高温下での炭素基材からの放出ガスの量が多くなる。
【００１８】
上記炭素基材の１０００℃基準でのガス放出圧力は、１０−４Ｐａ／ｇ以下であることが好ましい。放出されるガスとしては、Ｈ２、ＣＨ４、ＣО、ＣО２、Ｈ２О等が挙げられる。
【００１９】
上記炭素基材における不純物の含有量は、Ａｌ＜０．３ｐｐｍ、Ｆｅ＜１．０ｐｐｍ、Ｍｇ＜０．１ｐｐｍ、Ｓｉ＜０．１ｐｐｍで、灰分が１０ｐｐｍ以下であることが好ましい。不純物の含有量がこの範囲を超えると、高温下において不純物と窒化シリコンとが化学反応を起こして炭素基材と窒化シリコン層との界面が剥離することがある。
【００２０】
上記炭素基材の形状としては特に限定されず、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材の種類に応じて種々の形状をとってよく、例えば、平板状等が挙げられる。
【００２１】
本発明の多結晶シリコン鋳造用部材を構成する窒化シリコン層は、上記炭素基材の表面に形成される。上記窒化シリコン層は、上記炭素基材の表面の全面に形成されてもよく、上記炭素基材の表面の一部に形成されてもよいが、炭素基材が直接シリコン融液に接触することがないように形成されていることが好ましい。
【００２２】
上記窒化シリコン層は、微粒な窒化シリコン結晶粒子が均質かつ緻密に積層されてなる層であることが望ましい。均質かつ緻密であると、クラックが生じにくい窒化シリコン層とすることができる。また、積層されてなると、たとえクラックが生じたとしても、積層面方向にクラックが進行しやすくなるので、クラックは表面付近の浅い層で止まり、内部まで進行しにくくなる。更に、積層されてなると、炭素基材中の不純物（Ｆｅ、Ａｌ等）が拡散して窒化シリコン層の下層まで到達したとしても、窒化シリコン層中での不純物の拡散速度を遅くすることができるので、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材に起因するシリコンインゴットの汚染を防止することができる。
【００２３】
上記窒化シリコン層の厚さの望ましい下限は１０μｍであり、望ましい上限は１００μｍである。１０μｍ未満であると、窒化シリコン層の強度が充分でないことがあり、１００μｍを超えると、熱膨張係数の違い等に起因して、窒化シリコン層と炭素基材との剥離が生じやすくなり、また、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材のコストの上昇を招くこととなる。
【００２４】
次に、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材の製造方法の一例について説明する。本発明の多結晶シリコン鋳造用部材を製造する際には、まず、炭素基材を製造する。
炭素基材を製造する際には、最初に、原料であるコークス等の粉砕、整粒を行い、粉砕粒子を様々な粒度に分けた後、複数の粒度の粉末を組み合わせて原料粉末を調製する。
次に、この原料粉末に結合材であるピッチ等を添加して混捏し、必要により再粉砕した後、ＣＩＰ成形、型込め成形、押し出し成形等の成形方法を用いて所定形状の成形体を作製する。
この後、成形体は、熱処理中の変形と酸化を防ぐため、コークス粉等のパッキング材中に埋め込まれ、還元雰囲気下、１０００℃前後で加熱焼成処理を行い、更に、より高温に上げて黒鉛化処理を行うことにより黒鉛からなる炭素基材を製造する。
なお、炭素基材の製造方法は、上記方法に限られず、他の方法を用いてもよい。
【００２５】
更に、必要に応じて、上記炭素基材の形状を加工したり、表面の粗面化処理を施したり、ハロゲンガス等により高純度化処理を施したりする。
上記炭素基材の形状を加工する方法としては、切削液による汚染を防止するために、乾式による切削加工や研削加工が望ましい。
【００２６】
上述したように、上記炭素基材を構成する炭素としては、等方性黒鉛等が好ましく、例えば、ＣＩＰ法等により成形を行うことにより、等方性黒鉛を製造することができる。
【００２７】
次に、炭素基材上に窒化シリコン層を形成する。
上記窒化シリコン層の形成方法としては特に限定されず、例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）法、溶射法、塗布法、物理蒸着（ＰＶＤ）法、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法、アークイオンプレーティング式反応性蒸着法等が挙げられる。なかでも、化学蒸着（ＣＶＤ）法、溶射法が好適に用いられる。
【００２８】
上記化学蒸着（ＣＶＤ）法としては、例えば、窒素原子の原料ガスであるアンモニアガス又は窒素ガスと、シリコン原子の原料ガスであるシランガスとを９００〜１６００℃の真空加熱炉で熱分解反応させて、窒化シリコンを炭素基材に堆積させる方法等が挙げられる。
【００２９】
上記化学蒸着（ＣＶＤ）法により窒化シリコン層を形成する場合には、反応温度、各原料ガスのモル比、真空度等の反応条件をコントロールすることにより、窒化シリコン層の結晶性をコントロールすることが比較的容易であるとともに、反応時間の変更等により窒化シリコン層の厚さをコントロールすることも比較的容易であり、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材の製造に適している。
【００３０】
上記溶射法では、窒化シリコンを加熱して溶融し、窒化シリコン融液を微粒子状にして炭素基材の表面に衝突させることにより、窒化シリコンを炭素基材に堆積させる。
上記溶射法としては、例えば、プラズマ溶射（熱源：電気）、アーク溶射（熱源：電気）、フレーム溶射（熱源：燃焼ガス）、レーザー溶射（熱源：レーザー光）等が挙げられる。
【００３１】
上記溶射法により窒化シリコン層を形成する場合には、炭素基材の表面に衝突させる窒化シリコン融液の液滴の大きさ等をコントロールすることにより、窒化シリコン層の結晶性をコントロールすることが比較的容易であるとともに、炭素基材の表面に衝突させる窒化シリコン融液の量を調整することにより窒化シリコン層の厚さをコントロールすることも比較的容易であり、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材の製造に適している。
【００３２】
上記塗布法では、スラリー状の窒化シリコン溶液を作製して炭素基材に塗布し、窒化シリコン溶液を乾燥硬化させる。
上記窒化シリコン溶液としては、例えば、窒化シリコン、溶剤、塗布成形用バインダー、流動性を高めるための添加剤等を混合したもの等が挙げられる。
上記溶剤としては特に限定されず、例えば、水、アルコール等が挙げられる。
上記塗布成形用バインダーとしては特に限定されないが、例えば、塗布性及び接着性に優れていることから、ポリビニルアルコールが好適に用いられる。
【００３３】
上記窒化シリコン溶液を乾燥硬化させる際には、通常、酸化雰囲気中、６００℃程度の温度で脱脂処理を行う。上記脱脂処理を行うことにより、窒化シリコン層が加熱されたり、シリコン融液と接触したりして高温となった際に、熱分解生成物が生成してシリコン融液中に混入してしまうことを防止することができる。
なお、上記塗布法では、塗布成形用バインダー等が煤等のカーボン残渣となって、窒化シリコン層内部に混入したり、窒化シリコン層表面に付着したりすることがあるので、脱脂処理の条件を充分に管理する必要がある。カーボン残渣が窒化シリコン層内部に混入したり、窒化シリコン層表面に付着したりしていると、シリコン融液が窒化シリコン層に接触し、シリコンインゴット内部に炭素が溶け込んだり、シリコンインゴット表面に炭素が付着したりするので、シリコンインゴットをスライスする際に加工不良が生じたり、得られる太陽電池の特性が低下したりする。
【００３４】
上記方法により、炭素基材と上記炭素基材の表面に形成された窒化シリコン層とからなるものであって、上記炭素基材の上記窒化シリコン層と接する表面におけるＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づく算術平均粗さＲａが１〜１５μｍである多結晶シリコン鋳造用部材を作製することができる。
【００３５】
本発明の多結晶シリコン鋳造用部材の形状としては特に限定されず、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材の種類に応じて種々の形状をとってよい。
【００３６】
図１は、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材を用いた多結晶シリコン鋳造装置を模式的に示した断面図である。
図１において、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材としては、多結晶シリコン鋳造用鋳型１０、多結晶シリコン鋳造装置の本体２０、及び、多結晶シリコン鋳造装置の上蓋３０が示されている。
【００３７】
図１に示したように、多結晶シリコン鋳造用鋳型１０は、炭素基材１１と炭素基材１１の表面に形成された窒化シリコン層１２とからなり、上蓋が設けられていない容器形状である。また、多結晶シリコン鋳造用鋳型１０は、分割可能となるように複数の平板をボルト又は締めつけ用の枠状部材等（図示せず）により組み立てて作製されたものであることが好ましい。
多結晶シリコンを鋳造する際、多結晶シリコン鋳造用鋳型１０は、まず加熱され、その鋳型内でシリコンを溶解してシリコン融液４０が作製されるか、鋳型内にシリコン融液４０が注湯される。次に、多結晶シリコン鋳造用鋳型１０は、冷却され、鋳型内でシリコン融液４０が固化し、シリコンインゴットが作製される。最後に、多結晶シリコン鋳造用鋳型１０からシリコンインゴットが取り出される。このとき、多結晶シリコン鋳造用鋳型１０は、窒化シリコン層１２を有するので、シリコンインゴットの取り出しが容易であり、シリコンインゴット、及び、多結晶シリコン鋳造用鋳型１０自体の破損を防止することができる。
【００３８】
多結晶シリコン鋳造装置の本体２０は、炭素基材２１と、炭素基材２１の内表面に形成された窒化シリコン層２２と、炭素基材２１の内部に設けられた多結晶シリコン鋳造用ヒータ２３とからなり、上蓋が設けられていない容器形状である。なお、本発明の多結晶シリコン鋳造装置の本体２０は、熱電対等の温度測定手段（図示せず）を有し、必要に応じて、温度測定手段により測定された温度に基づき、多結晶シリコン鋳造用ヒータ２３の出力を制御する出力制御手段、水等の冷却媒体を循環させる冷却手段等（図示せず）が取り付けられる。また、本発明の多結晶シリコン鋳造装置の本体２０は、多結晶シリコン鋳造用ヒータを内蔵していていなくてもよく、その場合、本発明の多結晶シリコン鋳造装置２０の容器内に、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材である多結晶シリコン鋳造用ヒータの保護部材により覆われた多結晶シリコン鋳造用ヒータを設置するか、本発明の多結晶シリコン鋳造装置２０の外周に多結晶シリコン鋳造用ヒータを設置することが好ましい。
多結晶シリコンを鋳造する際、多結晶シリコン鋳造装置の本体２０は、内部に設けられた多結晶シリコン鋳造用ヒータ２３により、容器内に載置された多結晶シリコン鋳造用鋳型１０及び鋳型内のシリコンを加熱する。また、多結晶シリコン鋳造装置の上蓋３０とともに、容器内を密閉状態にして、多結晶シリコンの鋳造に最適な雰囲気を形成する。このとき、多結晶シリコン鋳造装置の本体２０は、内表面に窒化シリコン層２２を有するので、飛散したシリコンが内表面に付着しても容易に剥離させることができ、内表面の清掃が容易であり、付着したシリコンの再利用も可能である。
【００３９】
多結晶シリコン鋳造装置の上蓋３０は、炭素基材３１と炭素基材３１の下面の表面に形成された窒化シリコン層３２とからなり、平板状である。
多結晶シリコンを鋳造する際、多結晶シリコン鋳造装置の上蓋３０は、多結晶シリコン鋳造装置の本体２０とともに、容器内を密閉状態にして、多結晶シリコンの鋳造に最適な雰囲気を形成する。このとき、多結晶シリコン鋳造装置の上蓋３０は、下面に窒化シリコン層３２を有するので、飛散したシリコンが下面に付着しても容易に剥離させることができ、下面にシリコンがつらら状に成長したりせず、下面の清掃が容易であり、付着したシリコンの再利用も可能である。
【００４０】
以上説明したように、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材では、炭素基材の窒化シリコン層と接する表面のＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づく算術平均粗さＲａが１〜１５μｍに調整される。
これにより、炭素基材の表面に形成された窒化シリコン層は、炭素基材との間で強いアンカー効果を示し、強固な接着強度を有することとなるので、炭素基材と窒化シリコン層との間で剥離が発生しにくい。従って、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材は、耐久性に優れ、繰り返し使用することができ、多層構造にする必要がないので、簡便に作製することができる。また、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材が多結晶シリコン鋳造用鋳型である場合には、炭素基材と窒化シリコン層との間で剥離が発生しにくいので、シリコン融液と炭素基材とが接触することを防止することができ、シリコンインゴット、及び、本発明の多結晶シリコン鋳造用鋳型を損傷することなくシリコンインゴットの取り出しを行うことができる。
【００４１】
【実施例】
以下に実施例を掲げて、本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００４２】
（実施例１）
多結晶シリコン鋳造用鋳型の底面用に、等方性黒鉛材（イビデン社製、商品名 ＥＴ−１０）を切削加工して、縦３５０ｍｍ、横３５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの黒鉛からなる炭素板を作製した。
また、多結晶シリコン鋳造用鋳型の側面用に、等方性黒鉛材（イビデン社製、商品名 ＥＴ−１０）を切削加工して、縦２５０ｍｍ、横３５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの黒鉛からなる炭素板を４枚作製した。
これらの炭素板の全面を、送り速度０．１ｍｍ／秒の条件で切削加工することにより、炭素板の表面粗さＲａを１μｍにした。
次いで、これらの炭素板を真空中２０００℃の雰囲気でハロゲンガスを用いて高純度化処理を行った。
【００４３】
次に、真空加熱炉内に上記高純度化処理後の炭素板を設置した後、真空加熱炉内を２０００Ｐａ、１５００℃にして、シランガス及びアンモニアガスを供給、混合して３時間反応を行い、炭素板の全面に窒化シリコンを３０μｍの厚さで堆積させた。すなわち、ＣＶＤ法により窒化シリコン層を形成した。
【００４４】
最後に、窒化シリコン層を形成した底面用の炭素板、及び、窒化シリコン層を形成した側面用の４枚の炭素板をボルトにより組み合わせて多結晶シリコン鋳造用鋳型を作製した。
【００４５】
（実施例２）
底面用及び側面用の炭素板の全面を切削加工する際の送り速度を０．３ｍｍ／秒として、炭素板の表面粗さＲａを５μｍにしたこと以外は、実施例１と同様にして多結晶シリコン鋳造用鋳型を作製した。
【００４６】
（実施例３）
底面用及び側面用の炭素板の全面を切削加工する際の送り速度を０．８ｍｍ／秒として、炭素板の表面粗さＲａを１５μｍにしたこと以外は、実施例１と同様にして多結晶シリコン鋳造用鋳型を作製した。
【００４７】
（比較例１）
底面用及び側面用の炭素板の全面を切削加工する際の送り速度を０．１ｍｍ／秒として、炭素板の表面粗さＲａを０．３μｍにしたこと以外は、実施例１と同様にして多結晶シリコン鋳造用鋳型を作製した。
【００４８】
（比較例２）
底面用及び側面用の炭素板の全面を切削加工する際の送り速度を１ｍｍ／秒として、炭素板の表面粗さＲａを１８μｍにしたこと以外は、実施例１と同様にして多結晶シリコン鋳造用鋳型を作製した。
【００４９】
（多結晶シリコンの鋳造）
実施例１〜３及び比較例１〜２に係る多結晶シリコン鋳造用鋳型を、図１に示したような多結晶シリコン鋳造装置内に載置し、装置内部を１０００Ｐａに減圧したアルゴン雰囲気とし、実施例１〜３及び比較例１〜２に係る多結晶シリコン鋳造用鋳型を１０００℃にした状態で、シリコン融液を注湯した。７時間かけてシリコン融液を徐々に冷却して凝固させ、シリコンインゴットを作製した。常温まで冷却した後、シリコンインゴットを実施例１〜３及び比較例１〜２に係る多結晶シリコン鋳造用鋳型から取り出した。
【００５０】
実施例１〜３に係る多結晶シリコン鋳造用鋳型からは、シリコンインゴットを容易に取り出すことができ、取り出し後の多結晶シリコン鋳造用鋳型、及び、シリコンインゴットともに、割れ等の損傷は見られなかった。
一方、比較例１〜２に係る多結晶シリコン鋳造用鋳型からは、シリコンインゴットを容易に取り出すことができなかったので、取り出し後の多結晶シリコン鋳造用鋳型、及び、シリコンインゴットともに、割れが見られた。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材では、炭素基材の窒化シリコン層と接する表面におけるＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づく算術平均粗さＲａが１〜１５μｍに調整されているので、炭素基材の表面に形成された窒化シリコン層は、炭素基材との間で強いアンカー効果を示し、強固な接着強度を有することとなり、炭素基材と窒化シリコン層との間で剥離が発生しにくい。従って、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材は、耐久性に優れ、繰り返し使用することができ、多層構造にする必要がないので、簡便に作製することができる。また、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材が多結晶シリコン鋳造用鋳型である場合には、炭素基材と窒化シリコン層との間で剥離が発生しにくいので、シリコン融液と炭素基材とが接触することを防止することができ、シリコンインゴット、及び、本発明の多結晶シリコン鋳造用鋳型を損傷することなくシリコンインゴットの取り出しを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の多結晶シリコン鋳造用部材を用いた多結晶シリコン鋳造装置を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
１０ 多結晶シリコン鋳造用鋳型
１１、２１、３１ 炭素基材
１２、２２、３２ 窒化シリコン層
２０ 多結晶シリコン鋳造装置の本体
２３ 多結晶シリコン鋳造用ヒータ
３０ 多結晶シリコン鋳造装置の上蓋
４０ シリコン融液
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池等の材料となる多結晶シリコンを鋳造する際に用いる多結晶シリコン鋳造用部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽光発電は安全、かつ、低価格に発電が可能な発電方法として脚光を浴び、その普及のために太陽電池の研究開発が盛んに行われている。多結晶シリコンは、この太陽電池を構成する半導体基板の材料として用いられている。多結晶シリコンは、高温で溶融したシリコンを鋳型に流し込み冷却固化してインゴットとする方法、鋳型中でシリコンを溶融し、冷却固化してインゴットとする方法等により製造される。
【０００３】
多結晶シリコンの鋳造に用いられる鋳型としては、通常、安価な黒鉛製の鋳型が用いられ、シリコンインゴットの取り出しを容易にするため、分割可能な構造とするとともに、その内表面に離型材層を設けている。
このような離型材としては、二酸化シリコン（ＳｉＯ２：特許文献１参照）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４：特許文献２参照）等が挙げられる。なかでも、窒化シリコンを用いれば、不純物の少ない高品質の多結晶シリコンを得ることができる。
【０００４】
従来、窒化シリコン層は、窒化シリコン等の粉末を適当なバインダーと溶剤とから構成される溶液中に混合、攪拌してスラリーとし、これを鋳型の内表面に塗布又はスプレー等の手段でコーティングすることにより形成されていた。
しかしながら、窒化シリコン層は、脆弱で剥離しやすいため、内表面に窒化シリコン層を形成した黒鉛製鋳型を用いて多結晶シリコンを鋳造する場合には、鋳型内に入れたシリコン原料を溶解する際、シリコン融液を注湯する際、シリコン融液を凝固させる際等に、窒化シリコン層が破損して、シリコンインゴットと鋳型とが接着してしまい、脱型する際にシリコンインゴットや鋳型が破損してしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、再使用が可能であって、割れのないシリコンインゴットを製造しうる鋳型を得る技術として、例えば、窒化シリコンと二酸化シリコンとを併用した離型材を塗布する技術（特許文献３参照）が提案されたが、二酸化シリコンを含有する層は、基材である黒鉛との付着性がよいものの、シリコンインゴットとの離型性が充分でなく、また、高温での使用中に黒鉛が酸化されてしまい、基材の損傷を早めるという問題があった。
また、１層目として窒化シリコン層、２層目として二酸化シリコン層を設けて多層構造にする技術（特許文献４参照）、１層目として二酸化シリコン層、２層目として窒化シリコンと二酸化シリコンとの混合層、３層目として窒化シリコン層を設けて多層構造にする技術（特許文献５参照）、１層目として窒化シリコン層、２層目として窒化シリコンと二酸化シリコンとを所定の割合で混合した混合層を設けて多層構造にする技術（特許文献６参照）等も提案されているが、多層構造にすると、手間とコストがかかるという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２４４９８８号公報
【特許文献２】
特開平１０−３１６４８９号公報
【特許文献３】
特開平９−１７５８０９号公報
【特許文献４】
特開平６−１４４８２４号公報
【特許文献５】
特開平７−２０６４１９号公報
【特許文献６】
特開２００２−２９２４４９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、耐久性に優れ、繰り返し使用することができ、簡便に作製することができる多結晶シリコン鋳造用部材を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材は、炭素基材と上記炭素基材の表面に形成された窒化シリコン層とからなる多結晶シリコン鋳造用部材であって、上記炭素基材の上記窒化シリコン層と接する表面におけるＪＩＳＢ ０６０１に基づく算術平均粗さＲａは、１〜１５μｍであることを特徴とする。
【０００９】
なお、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材としては、多結晶シリコンの鋳造に用いられる部材のうち、シリコン融液又は気化したシリコンが付着する可能性のある部材全てが含まれ、例えば、多結晶シリコン鋳造用鋳型、多結晶シリコン鋳造装置の本体、多結晶シリコン鋳造装置の上蓋、多結晶シリコン鋳造用ヒータの保護部材等が挙げられる。
以下、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材について詳細に説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の多結晶シリコン鋳造用部材は、炭素基材と上記炭素基材の表面に形成された窒化シリコン層とから構成されている。
本発明の多結晶シリコン鋳造用部材を構成する炭素基材は、窒化シリコン層と接する表面におけるＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づく算術平均粗さＲａが１〜１５μｍである。
【００１１】
ＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づく算術平均粗さＲａが１〜１５μｍである炭素基材の粗面上に窒化シリコン層が形成されると、炭素基材と窒化シリコン層との間でアンカー効果が得られやすくなり、両者の接着強度が強固なものとなるので、炭素基材と窒化シリコン層との間で剥離等が発生することを防止することができる。
【００１２】
ＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づく算術平均粗さＲａが１μｍ未満であると、炭素基材の表面に形成される窒化シリコン層は、炭素基材との間でアンカー効果が得られにくく、両者の接着強度が不充分となる。一方、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づく算術平均粗さＲａが１５μｍを超えると、炭素基材の表面に窒化シリコン層を形成する際に、炭素基材の表面における種々の高さの地点で窒化シリコン結晶の成長が始まるため、窒化シリコン結晶の積層が良好に進行せず、形成される窒化シリコン層は、気孔を多く含むものとなり、この気孔の増加に起因して強度が弱いものになると推定される。
【００１３】
上記炭素基材の窒化シリコン層と接する表面におけるＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づく算術平均粗さＲａを１〜１５μｍに調整する方法としては特に限定されず、例えば、サンドブラスト処理、切削加工、サンドペーパーや砥石による研磨処理等の表面加工方法が挙げられる。なかでも、切削加工が好適に用いられる。切削加工の処理速度を調整することにより、表面粗度の大小を調整することが比較的容易だからである。
【００１４】
上記炭素基材の窒化シリコン層と接する表面におけるＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づく算術平均粗さＲａの好ましい下限は３．２μｍ、好ましい上限は１２．５μｍである。この範囲内であれば、炭素基材と窒化シリコン層との間でアンカー効果が充分に得られ、両者の接着強度が特に強固なものとなるので、炭素基材と窒化シリコン層との間で剥離等が発生することを特に効果的に防止することができる。
【００１５】
上記炭素基材の材質としては、耐熱性に優れたものであれば特に限定されないが、例えば、黒鉛が好ましく、なかでも、窒化シリコン層との親和性に優れる高純度等方性黒鉛が特に好ましい。
【００１６】
上記炭素基材の熱膨張係数は、その表面に形成される窒化シリコン層の熱膨張係数に対し、±２．０×１０−６／Ｋ であることが好ましい。炭素基材と窒化シリコン層との熱膨張係数の差により窒化シリコン層に発生する熱応力を小さくするためである。
【００１７】
上記炭素基材の平均気孔半径は、０．２〜５μｍであることが好ましい。ここで「平均気孔半径」とは、水銀ポロシメーターにより、最大圧力９８ＭＰａ、試料と水銀の接触角１４１．３°の条件で気孔容積を求めたときに、累積気孔容積の半分値となる気孔容積に対応する気孔半径の値である。
上記平均気孔半径が０．２μｍ未満では、アンカー効果を充分に得ることができず、窒化シリコン層が剥離しやすくなる。一方、５μｍを超えると、高温下での炭素基材からの放出ガスの量が多くなる。
【００１８】
上記炭素基材の１０００℃基準でのガス放出圧力は、１０−４Ｐａ／ｇ以下であることが好ましい。放出されるガスとしては、Ｈ２、ＣＨ４、ＣО、ＣО２、Ｈ２О等が挙げられる。
【００１９】
上記炭素基材における不純物の含有量は、Ａｌ＜０．３ｐｐｍ、Ｆｅ＜１．０ｐｐｍ、Ｍｇ＜０．１ｐｐｍ、Ｓｉ＜０．１ｐｐｍで、灰分が１０ｐｐｍ以下であることが好ましい。不純物の含有量がこの範囲を超えると、高温下において不純物と窒化シリコンとが化学反応を起こして炭素基材と窒化シリコン層との界面が剥離することがある。
【００２０】
上記炭素基材の形状としては特に限定されず、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材の種類に応じて種々の形状をとってよく、例えば、平板状等が挙げられる。
【００２１】
本発明の多結晶シリコン鋳造用部材を構成する窒化シリコン層は、上記炭素基材の表面に形成される。上記窒化シリコン層は、上記炭素基材の表面の全面に形成されてもよく、上記炭素基材の表面の一部に形成されてもよいが、炭素基材が直接シリコン融液に接触することがないように形成されていることが好ましい。
【００２２】
上記窒化シリコン層は、微粒な窒化シリコン結晶粒子が均質かつ緻密に積層されてなる層であることが望ましい。均質かつ緻密であると、クラックが生じにくい窒化シリコン層とすることができる。また、積層されてなると、たとえクラックが生じたとしても、積層面方向にクラックが進行しやすくなるので、クラックは表面付近の浅い層で止まり、内部まで進行しにくくなる。更に、積層されてなると、炭素基材中の不純物（Ｆｅ、Ａｌ等）が拡散して窒化シリコン層の下層まで到達したとしても、窒化シリコン層中での不純物の拡散速度を遅くすることができるので、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材に起因するシリコンインゴットの汚染を防止することができる。
【００２３】
上記窒化シリコン層の厚さの望ましい下限は１０μｍであり、望ましい上限は１００μｍである。１０μｍ未満であると、窒化シリコン層の強度が充分でないことがあり、１００μｍを超えると、熱膨張係数の違い等に起因して、窒化シリコン層と炭素基材との剥離が生じやすくなり、また、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材のコストの上昇を招くこととなる。
【００２４】
次に、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材の製造方法の一例について説明する。本発明の多結晶シリコン鋳造用部材を製造する際には、まず、炭素基材を製造する。
炭素基材を製造する際には、最初に、原料であるコークス等の粉砕、整粒を行い、粉砕粒子を様々な粒度に分けた後、複数の粒度の粉末を組み合わせて原料粉末を調製する。
次に、この原料粉末に結合材であるピッチ等を添加して混捏し、必要により再粉砕した後、ＣＩＰ成形、型込め成形、押し出し成形等の成形方法を用いて所定形状の成形体を作製する。
この後、成形体は、熱処理中の変形と酸化を防ぐため、コークス粉等のパッキング材中に埋め込まれ、還元雰囲気下、１０００℃前後で加熱焼成処理を行い、更に、より高温に上げて黒鉛化処理を行うことにより黒鉛からなる炭素基材を製造する。
なお、炭素基材の製造方法は、上記方法に限られず、他の方法を用いてもよい。
【００２５】
更に、必要に応じて、上記炭素基材の形状を加工したり、表面の粗面化処理を施したり、ハロゲンガス等により高純度化処理を施したりする。
上記炭素基材の形状を加工する方法としては、切削液による汚染を防止するために、乾式による切削加工や研削加工が望ましい。
【００２６】
上述したように、上記炭素基材を構成する炭素としては、等方性黒鉛等が好ましく、例えば、ＣＩＰ法等により成形を行うことにより、等方性黒鉛を製造することができる。
【００２７】
次に、炭素基材上に窒化シリコン層を形成する。
上記窒化シリコン層の形成方法としては特に限定されず、例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）法、溶射法、塗布法、物理蒸着（ＰＶＤ）法、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法、アークイオンプレーティング式反応性蒸着法等が挙げられる。なかでも、化学蒸着（ＣＶＤ）法、溶射法が好適に用いられる。
【００２８】
上記化学蒸着（ＣＶＤ）法としては、例えば、窒素原子の原料ガスであるアンモニアガス又は窒素ガスと、シリコン原子の原料ガスであるシランガスとを９００〜１６００℃の真空加熱炉で熱分解反応させて、窒化シリコンを炭素基材に堆積させる方法等が挙げられる。
【００２９】
上記化学蒸着（ＣＶＤ）法により窒化シリコン層を形成する場合には、反応温度、各原料ガスのモル比、真空度等の反応条件をコントロールすることにより、窒化シリコン層の結晶性をコントロールすることが比較的容易であるとともに、反応時間の変更等により窒化シリコン層の厚さをコントロールすることも比較的容易であり、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材の製造に適している。
【００３０】
上記溶射法では、窒化シリコンを加熱して溶融し、窒化シリコン融液を微粒子状にして炭素基材の表面に衝突させることにより、窒化シリコンを炭素基材に堆積させる。
上記溶射法としては、例えば、プラズマ溶射（熱源：電気）、アーク溶射（熱源：電気）、フレーム溶射（熱源：燃焼ガス）、レーザー溶射（熱源：レーザー光）等が挙げられる。
【００３１】
上記溶射法により窒化シリコン層を形成する場合には、炭素基材の表面に衝突させる窒化シリコン融液の液滴の大きさ等をコントロールすることにより、窒化シリコン層の結晶性をコントロールすることが比較的容易であるとともに、炭素基材の表面に衝突させる窒化シリコン融液の量を調整することにより窒化シリコン層の厚さをコントロールすることも比較的容易であり、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材の製造に適している。
【００３２】
上記塗布法では、スラリー状の窒化シリコン溶液を作製して炭素基材に塗布し、窒化シリコン溶液を乾燥硬化させる。
上記窒化シリコン溶液としては、例えば、窒化シリコン、溶剤、塗布成形用バインダー、流動性を高めるための添加剤等を混合したもの等が挙げられる。
上記溶剤としては特に限定されず、例えば、水、アルコール等が挙げられる。
上記塗布成形用バインダーとしては特に限定されないが、例えば、塗布性及び接着性に優れていることから、ポリビニルアルコールが好適に用いられる。
【００３３】
上記窒化シリコン溶液を乾燥硬化させる際には、通常、酸化雰囲気中、６００℃程度の温度で脱脂処理を行う。上記脱脂処理を行うことにより、窒化シリコン層が加熱されたり、シリコン融液と接触したりして高温となった際に、熱分解生成物が生成してシリコン融液中に混入してしまうことを防止することができる。
なお、上記塗布法では、塗布成形用バインダー等が煤等のカーボン残渣となって、窒化シリコン層内部に混入したり、窒化シリコン層表面に付着したりすることがあるので、脱脂処理の条件を充分に管理する必要がある。カーボン残渣が窒化シリコン層内部に混入したり、窒化シリコン層表面に付着したりしていると、シリコン融液が窒化シリコン層に接触し、シリコンインゴット内部に炭素が溶け込んだり、シリコンインゴット表面に炭素が付着したりするので、シリコンインゴットをスライスする際に加工不良が生じたり、得られる太陽電池の特性が低下したりする。
【００３４】
上記方法により、炭素基材と上記炭素基材の表面に形成された窒化シリコン層とからなるものであって、上記炭素基材の上記窒化シリコン層と接する表面におけるＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づく算術平均粗さＲａが１〜１５μｍである多結晶シリコン鋳造用部材を作製することができる。
【００３５】
本発明の多結晶シリコン鋳造用部材の形状としては特に限定されず、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材の種類に応じて種々の形状をとってよい。
【００３６】
図１は、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材を用いた多結晶シリコン鋳造装置を模式的に示した断面図である。
図１において、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材としては、多結晶シリコン鋳造用鋳型１０、多結晶シリコン鋳造装置の本体２０、及び、多結晶シリコン鋳造装置の上蓋３０が示されている。
【００３７】
図１に示したように、多結晶シリコン鋳造用鋳型１０は、炭素基材１１と炭素基材１１の表面に形成された窒化シリコン層１２とからなり、上蓋が設けられていない容器形状である。また、多結晶シリコン鋳造用鋳型１０は、分割可能となるように複数の平板をボルト又は締めつけ用の枠状部材等（図示せず）により組み立てて作製されたものであることが好ましい。
多結晶シリコンを鋳造する際、多結晶シリコン鋳造用鋳型１０は、まず加熱され、その鋳型内でシリコンを溶解してシリコン融液４０が作製されるか、鋳型内にシリコン融液４０が注湯される。次に、多結晶シリコン鋳造用鋳型１０は、冷却され、鋳型内でシリコン融液４０が固化し、シリコンインゴットが作製される。最後に、多結晶シリコン鋳造用鋳型１０からシリコンインゴットが取り出される。このとき、多結晶シリコン鋳造用鋳型１０は、窒化シリコン層１２を有するので、シリコンインゴットの取り出しが容易であり、シリコンインゴット、及び、多結晶シリコン鋳造用鋳型１０自体の破損を防止することができる。
【００３８】
多結晶シリコン鋳造装置の本体２０は、炭素基材２１と、炭素基材２１の内表面に形成された窒化シリコン層２２と、炭素基材２１の内部に設けられた多結晶シリコン鋳造用ヒータ２３とからなり、上蓋が設けられていない容器形状である。なお、本発明の多結晶シリコン鋳造装置の本体２０は、熱電対等の温度測定手段（図示せず）を有し、必要に応じて、温度測定手段により測定された温度に基づき、多結晶シリコン鋳造用ヒータ２３の出力を制御する出力制御手段、水等の冷却媒体を循環させる冷却手段等（図示せず）が取り付けられる。また、本発明の多結晶シリコン鋳造装置の本体２０は、多結晶シリコン鋳造用ヒータを内蔵していていなくてもよく、その場合、本発明の多結晶シリコン鋳造装置２０の容器内に、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材である多結晶シリコン鋳造用ヒータの保護部材により覆われた多結晶シリコン鋳造用ヒータを設置するか、本発明の多結晶シリコン鋳造装置２０の外周に多結晶シリコン鋳造用ヒータを設置することが好ましい。
多結晶シリコンを鋳造する際、多結晶シリコン鋳造装置の本体２０は、内部に設けられた多結晶シリコン鋳造用ヒータ２３により、容器内に載置された多結晶シリコン鋳造用鋳型１０及び鋳型内のシリコンを加熱する。また、多結晶シリコン鋳造装置の上蓋３０とともに、容器内を密閉状態にして、多結晶シリコンの鋳造に最適な雰囲気を形成する。このとき、多結晶シリコン鋳造装置の本体２０は、内表面に窒化シリコン層２２を有するので、飛散したシリコンが内表面に付着しても容易に剥離させることができ、内表面の清掃が容易であり、付着したシリコンの再利用も可能である。
【００３９】
多結晶シリコン鋳造装置の上蓋３０は、炭素基材３１と炭素基材３１の下面の表面に形成された窒化シリコン層３２とからなり、平板状である。
多結晶シリコンを鋳造する際、多結晶シリコン鋳造装置の上蓋３０は、多結晶シリコン鋳造装置の本体２０とともに、容器内を密閉状態にして、多結晶シリコンの鋳造に最適な雰囲気を形成する。このとき、多結晶シリコン鋳造装置の上蓋３０は、下面に窒化シリコン層３２を有するので、飛散したシリコンが下面に付着しても容易に剥離させることができ、下面にシリコンがつらら状に成長したりせず、下面の清掃が容易であり、付着したシリコンの再利用も可能である。
【００４０】
以上説明したように、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材では、炭素基材の窒化シリコン層と接する表面のＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づく算術平均粗さＲａが１〜１５μｍに調整される。
これにより、炭素基材の表面に形成された窒化シリコン層は、炭素基材との間で強いアンカー効果を示し、強固な接着強度を有することとなるので、炭素基材と窒化シリコン層との間で剥離が発生しにくい。従って、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材は、耐久性に優れ、繰り返し使用することができ、多層構造にする必要がないので、簡便に作製することができる。また、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材が多結晶シリコン鋳造用鋳型である場合には、炭素基材と窒化シリコン層との間で剥離が発生しにくいので、シリコン融液と炭素基材とが接触することを防止することができ、シリコンインゴット、及び、本発明の多結晶シリコン鋳造用鋳型を損傷することなくシリコンインゴットの取り出しを行うことができる。
【００４１】
【実施例】
以下に実施例を掲げて、本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００４２】
（実施例１）
多結晶シリコン鋳造用鋳型の底面用に、等方性黒鉛材（イビデン社製、商品名 ＥＴ−１０）を切削加工して、縦３５０ｍｍ、横３５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの黒鉛からなる炭素板を作製した。
また、多結晶シリコン鋳造用鋳型の側面用に、等方性黒鉛材（イビデン社製、商品名 ＥＴ−１０）を切削加工して、縦２５０ｍｍ、横３５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの黒鉛からなる炭素板を４枚作製した。
これらの炭素板の全面を、送り速度０．１ｍｍ／秒の条件で切削加工することにより、炭素板の表面粗さＲａを１μｍにした。
次いで、これらの炭素板を真空中２０００℃の雰囲気でハロゲンガスを用いて高純度化処理を行った。
【００４３】
次に、真空加熱炉内に上記高純度化処理後の炭素板を設置した後、真空加熱炉内を２０００Ｐａ、１５００℃にして、シランガス及びアンモニアガスを供給、混合して３時間反応を行い、炭素板の全面に窒化シリコンを３０μｍの厚さで堆積させた。すなわち、ＣＶＤ法により窒化シリコン層を形成した。
【００４４】
最後に、窒化シリコン層を形成した底面用の炭素板、及び、窒化シリコン層を形成した側面用の４枚の炭素板をボルトにより組み合わせて多結晶シリコン鋳造用鋳型を作製した。
【００４５】
（実施例２）
底面用及び側面用の炭素板の全面を切削加工する際の送り速度を０．３ｍｍ／秒として、炭素板の表面粗さＲａを５μｍにしたこと以外は、実施例１と同様にして多結晶シリコン鋳造用鋳型を作製した。
【００４６】
（実施例３）
底面用及び側面用の炭素板の全面を切削加工する際の送り速度を０．８ｍｍ／秒として、炭素板の表面粗さＲａを１５μｍにしたこと以外は、実施例１と同様にして多結晶シリコン鋳造用鋳型を作製した。
【００４７】
（比較例１）
底面用及び側面用の炭素板の全面を切削加工する際の送り速度を０．１ｍｍ／秒として、炭素板の表面粗さＲａを０．３μｍにしたこと以外は、実施例１と同様にして多結晶シリコン鋳造用鋳型を作製した。
【００４８】
（比較例２）
底面用及び側面用の炭素板の全面を切削加工する際の送り速度を１ｍｍ／秒として、炭素板の表面粗さＲａを１８μｍにしたこと以外は、実施例１と同様にして多結晶シリコン鋳造用鋳型を作製した。
【００４９】
（多結晶シリコンの鋳造）
実施例１〜３及び比較例１〜２に係る多結晶シリコン鋳造用鋳型を、図１に示したような多結晶シリコン鋳造装置内に載置し、装置内部を１０００Ｐａに減圧したアルゴン雰囲気とし、実施例１〜３及び比較例１〜２に係る多結晶シリコン鋳造用鋳型を１０００℃にした状態で、シリコン融液を注湯した。７時間かけてシリコン融液を徐々に冷却して凝固させ、シリコンインゴットを作製した。常温まで冷却した後、シリコンインゴットを実施例１〜３及び比較例１〜２に係る多結晶シリコン鋳造用鋳型から取り出した。
【００５０】
実施例１〜３に係る多結晶シリコン鋳造用鋳型からは、シリコンインゴットを容易に取り出すことができ、取り出し後の多結晶シリコン鋳造用鋳型、及び、シリコンインゴットともに、割れ等の損傷は見られなかった。
一方、比較例１〜２に係る多結晶シリコン鋳造用鋳型からは、シリコンインゴットを容易に取り出すことができなかったので、取り出し後の多結晶シリコン鋳造用鋳型、及び、シリコンインゴットともに、割れが見られた。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材では、炭素基材の窒化シリコン層と接する表面におけるＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づく算術平均粗さＲａが１〜１５μｍに調整されているので、炭素基材の表面に形成された窒化シリコン層は、炭素基材との間で強いアンカー効果を示し、強固な接着強度を有することとなり、炭素基材と窒化シリコン層との間で剥離が発生しにくい。従って、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材は、耐久性に優れ、繰り返し使用することができ、多層構造にする必要がないので、簡便に作製することができる。また、本発明の多結晶シリコン鋳造用部材が多結晶シリコン鋳造用鋳型である場合には、炭素基材と窒化シリコン層との間で剥離が発生しにくいので、シリコン融液と炭素基材とが接触することを防止することができ、シリコンインゴット、及び、本発明の多結晶シリコン鋳造用鋳型を損傷することなくシリコンインゴットの取り出しを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の多結晶シリコン鋳造用部材を用いた多結晶シリコン鋳造装置を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
１０ 多結晶シリコン鋳造用鋳型
１１、２１、３１ 炭素基材
１２、２２、３２ 窒化シリコン層
２０ 多結晶シリコン鋳造装置の本体
２３ 多結晶シリコン鋳造用ヒータ
３０ 多結晶シリコン鋳造装置の上蓋
４０ シリコン融液
Claims (1)
- 炭素基材と前記炭素基材の表面に形成された窒化シリコン層とからなる多結晶シリコン鋳造用部材であって、
前記炭素基材の前記窒化シリコン層と接する表面におけるＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づく算術平均粗さＲａは、１〜１５μｍであり、
前記窒化シリコン層は、化学蒸着（ＣＶＤ）法により形成されたものであることを特徴とする多結晶シリコン鋳造用部材。
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