JP4824940B2 - 結晶シリコン製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、結晶シリコンを育成するためのルツボの出し入れを容易にするための結晶シリコン製造装置に関する。

太陽電池の製造に用いられる多結晶シリコンは、一般には一方向凝固法によって製造されている。結晶シリコンの製造方法としては、離型剤を塗布した石英やカーボンルツボに原料となるシリコンを入れ、ヒータを備えた結晶シリコン製造装置内にルツボを入れて原料であるシリコンを高温で溶融し、その後、ルツボ内の溶融したシリコンを結晶シリコン製造装置内で冷却して結晶シリコンを製造するものである。この結晶シリコンの製造方法は、例えば特許文献１等で知られている。

特開２００１−２１３６９１

ここで、従来の結晶シリコン製造装置の基本構造を図５に示す。結晶シリコン製造装置は、炉体としてのチャンバー１０を有する。このチャンバー１０は内部に空間１２を形成し、その空間１２を密閉するためのものである。このチャンバー１０は、円筒状または四角柱状のメインチャンバー１４と、そのメインチャンバー１４の上下を覆うための上部チャンバー１６並びに下部チャンバー１８とから成る。チャンバー１０の内部には、円筒状または四角柱状のメイン耐火物２０と、そのメイン耐火物２０の上部に備えられる上部耐火物２２と、メイン耐火物２０の下部に備えられる下部耐火物２４とを有する。円筒状または四角柱状のメイン耐火物２０の内部には、ヒーター２６が同心円状に多数配置される。同心円状のヒーター２６の中心位置に原料であるシリコンを入れたルツボ２８が備えられる。ルツボ２８は受台３０に載せられ、その受台３０は駆動手段３２の軸３４で支持されている。ルツボ２８内で結晶シリコンを育成するには、同心円状に配置されたヒーター２６の中央位置にルツボ２８を配置して、ヒーター２６で原料シリコンを溶融する。その後、駆動手段３２でルツボ２８をゆっくりした速度で下降させてその後徐冷することで、ルツボ２８内に結晶シリコンが育成される。

従来の結晶シリコン製造装置では、装置の上方か下方のどちらかから、ルツボの出し入れを行っている。先ず、ルツボ２８を装置の上方から出し入れする上部開閉式構造を図６に示す。上部チャンバー１６はメインチャンバー１４から着脱自在となっており、かつ上部耐火物２２はメイン耐火物２０から着脱自在となっている。ルツボ２８内で結晶シリコンを育成した後、上部チャンバー１６と上部耐火物２２とを外す。その後、駆動手段３２を作動させてルツボ２８をメインチャンバー１４より上方まで上昇させる。ルツボ２８が充分上方に移動した後、ルツボ２８をクレーン等の動力機械によって受台３０から取り出す。

次に、ルツボ２８を装置の下方から出し入れする下部開閉式構造を図７並びに図８に示す。この下部開閉式構造では、上部チャンバー１６はメインチャンバー１４に固定されているが、下部チャンバー１８はメインチャンバー１４から着脱自在となっている。下部チャンバー１８はチャンバー駆動手段３６の支持軸３８で支持されている。ルツボ２８内で結晶シリコンを育成した後、チャンバー駆動手段３６を作動させ下部チャンバー１８をメインチャンバー１４から下方に下降させる。その後、駆動手段３２を作動させルツボ２８をメインチャンバー１４の下方に下降させる。ルツボ２８が充分下方に移動した後、リフター等の機械によってルツボ２８を受台３０から取り出す。

図６に示す上部開閉式構造においては、ルツボ２８を出し入れするには、上部チャンバー１６をメインチャンバー１４から持ち上げて取り外すと共に、上部耐火物２２をメイン耐火物２０から持ち上げて取り外さなければならない。更に、原料シリコンまたは凝固完了後の結晶シリコン製品が入っているルツボ２８を装置の内部に出し入れしなければならない。この上部開閉式構造においては、上部チャンバー１６と上部耐火物２２とを移動させるために、クレーン等の動力機械（図示せず）を用いる必要がある。また、図７に示す下部開閉式構造においては、ルツボ２８を出し入れするには、下部チャンバー１８を移動させるためのチャンバー駆動手段３６を備える必要があった。

上部開閉式構造や下部開閉式構造のいずれの場合でも、結晶シリコン製造装置の上方または下方にルツボ２８を出し入れするための空間領域が必要であった。また、結晶育成のためにルツボ２８を移動させる駆動手段３２の他に、上部開閉式構造のものでは上部チャンバー１６を移動させるための動力機械（図示せず）を必要とし、下部開閉式構造のものでは下部チャンバー１８を上下に移動させるためのチャンバー駆動手段３６を必要とするものであり、どちらも製造コストが高くなるという欠点があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、従来必要とした装置の上方または下方の空間領域を不用とし、構造が簡単で製造コストを低減できる結晶シリコンの製造装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る結晶シリコンの製造装置は、チャンバーと、前記チャンバー内に備えられるものであってシリコンを入れたルツボを加熱するためのヒーターと、前記チャンバーの内部で前記ヒーターの外側に備えられる断熱耐火物とを有する結晶シリコンの製造装置において、前記チャンバーを本体部とその本体部の側面から前記ルツボを出し入れするための扉部とから構成し、前記断熱耐火物を前記本体部に固定する第一断熱耐火物と前記扉部に固定する第二断熱耐火物とから構成するようにしたものである。本発明は、前記第一断熱耐火物に前記扉部を閉じた際に前記第二断熱耐火物と接合する第一接合面を形成し、前記第二断熱耐火物に前記扉部を閉じた際に前記第一断熱耐火物と接合する第二接合面を形成し、それら第一接合面と第二接合面との接合面は一直線状の平面以外としたものである。本発明は、前記ヒーターを、前記本体部に固定する第一ヒーターと、前記扉部に固定する第二ヒーターとから構成するようにしたものである。

本発明では、チャンバーの側面にルツボを出し入れするための扉部を設け、扉部を開けてチャンバーの側面からルツボを出し入れするようにしたので、チャンバーの上方や下方から出し入れする従来のものと比べて、チャンバーの上方や下方にルツボの出し入れ用の空間領域を設ける必要が無い。また、上部チャンバーや下部チャンバーを移動させる必要が無いので、それらチャンバーを移動させる動力機械や駆動手段を必要としなくなり、コストを低減することができる。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。図１及び図２は本発明に係る結晶シリコン製造装置の一実施形態を示す縦断面図で、図１は閉鎖状態を示し、図２は分離状態を示す。図３は図１のＡ−Ａ線断面図、図４は図３から扉部を開いた状態を示す断面図である。図１乃至図４において、図５乃至図８と同一符号は同一部材を示す。炉体としてのチャンバー４０は内部に空間４２を形成し、その空間４２を密閉するためのものである。チャンバー４０は、第一チャンバーである本体部４４ａと、その本体部４４ａに対して空間４２を開閉する第二チャンバーである扉部４４ｂとの２つのチャンバーから形成する。概略的に言えば、両端閉鎖の筒状のチャンバー４０を鉛直方向に大小に２つに分けて切断し、大きい方を固定状態の本体部４４ａとし、小さい方を本体部４４ａに対して移動可能な扉部４４ｂとするものである。

図３及び図４に示すように、本体部４４ａにヒンジ４６を支持する支持部材４８が固定されており、ヒンジ４６にアーム５０の一端が取り付けられ、そのアーム５０の他端に扉部４４ｂが回転自在に取り付けられている。扉部４４ｂは、ヒンジ４６を中心に本体部４４ａに対して開閉移動できるように設定されている。また、本体部４４ａにおける扉部４４ｂとの接合部には密閉保持用フランジ５２ａが備えられており、扉部４４ｂにおける本体部４４ａとの接合部には密閉保持用フランジ５２ｂが備えられており、密閉保持用フランジ５２ａと密閉保持用フランジ５２ｂとで空間４２の密閉状態を確保する。密閉保持用フランジ５２ａと密閉保持用フランジ５２ｂの少なくとも一方にシール部材（図示せず）が備えられており、扉４４ｂを閉じた場合に、図３に示すように、扉固定用クランプ５４によって、密閉保持用フランジ５２ａと密閉保持用フランジ５２ｂとを固定する。

本体部４４ａの内側に、筒状の大半をなす形状の第一側面断熱耐火物６０ａと、その上方の第一上部断熱耐火物６２ａと、その下方の第一下部断熱耐火物６４ａとから成る第一断熱耐火物６６ａが備えられる。扉部４４ｂの内側に、筒状の一部の形状の第二側面断熱耐火物６０ｂと、その上方の第二上部断熱耐火物６２ｂと、その下方の第二下部断熱耐火物６４ｂとから成る第二断熱耐火物６６ｂが備えられる。

本体部４４ａに対して扉部４４ｂを閉じた場合には、第一断熱耐火物６６ａと第二断熱耐火物６６ｂとは接合し、その接合面の密閉断熱性が確保される。図３並びに図４に示すように、第一側面断熱耐火物６０ａにおける第二断熱耐火物６６ｂとの第一接合面６８ａの断面はＶ字山形の突出形状となっており、第二断熱耐火物６６ｂにおける第一側面断熱耐火物６０ａとの第二接合面６８ｂの断面はＶ字形の凹部形状となっており、第一接合面６８ａと第二接合面６８ｂとを接合させた接合箇所は２つの面で接合する。なお、第一接合面６８ａと第二接合面６８ｂとの接合箇所（断面の接合箇所）の形状は、Ｖ字形状の他に段差形状や円弧形状としても良く、一直線状の平面で接触しないようにする。即ち、第一接合面６８ａと第二接合面６８ｂとの接合箇所は、一直線状の平面で接触しない（一直線状の平面以外の面とする）ように設定する。これによって、断熱耐火物同士の接合面から、熱ができるだけ外方に漏れないようにすることができる。

図３並びに図４に示すように、第一断熱耐火物６６ａの内側に、同心円状に多数配置された第一ヒーター７０ａを備える。第二断熱耐火物６６ｂの内側には、扉部４４ｂを閉じた際に、前記第一ヒーター７０ａと同じ同心円状の位置になるように第二ヒーター７０ｂが備えられる。ルツボ２８内で結晶シリコンを育成するには、同心円状に配置されたヒーター７０ａ，７０ｂの中央位置にルツボ２８を配置して、ヒーター７０ａ，７０ｂで原料シリコンを溶融する。ルツボ２８は受台３０の上に載せられており、受台３０は駆動手段３２によって上下させられ、ルツボ２８はヒーター７０ａ，７０ｂによる加熱領域に進出したりまたは加熱領域から退却したりする。

次に、チャンバー４０内に入れられたルツボ２８を取出す場合について説明する。図１及び図３の状態では、ルツボ２８は受台３０の上に載せられており、本体部４４ａに対して扉部４４ｂは閉じられた状態となっている。この状態から扉部４４ｂを開くが、この扉部４４ｂの開閉は人力によって行う。その後、図２及び図４に示すように、リフター７２を扉部４４ｂを開いた箇所からチャンバー４０の中心部に向けて進行させ、リフター７２のフォーク７４でルツボ２８の底面を受台３０から持上げる。その後、リフター７２を後退させることによって、ルツボ２８をチャンバー４０から取出すことができる。なお、この反対の手順を行えば、ルツボ２８をチャンバー４０の内部に入れることができる。

以上のように本発明では、側面からチャンバー４０にルツボ２８を出し入れすることができ、チャンバー４０の上方や下方から出し入れする従来のものと比べて、チャンバー４０の上方や下方にルツボ２８の出し入れ用の空間を備える必要が無くなる。本発明では、扉部４４ｂを人力で開閉するので、上部チャンバーや下部チャンバーを動力機械や駆動手段を用いて行うものと比べて、コストを大幅に低減することができる。なお、装置が大型になると、扉部４４ｂを人力ではなく簡易な開閉手段を用いる場合もあり得るが、その場合でも、従来のものよりコストを大幅に低減することができる。

また、扉部４４ｂの内側に備えられる第二断熱耐火物６６ｂを、筒状の一部の形状の第二側面断熱耐火物６０ｂと、その上方の第二上部断熱耐火物６２ｂと、その下方の第二下部断熱耐火物６４ｂとから成るとしたが、第二断熱耐火物６６ｂは少なくとも第二側面断熱耐火物６０ｂを含んでいれば良い。更に、扉部４４ｂを１個としたが、観音開きのように扉部４４ｂを２個としても良い。

本発明に係る結晶シリコン製造装置の閉鎖状態を示す縦断面図である。 図１の本体部と扉部との分離状態を示す縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図３の状態から扉部を開いた状態を示す断面図である。 従来の結晶シリコン製造装置の基本構造を示す縦断面図である。 図５の装置においてルツボを上部から取出す状態を示す断面図である。 従来の結晶シリコン製造装置の下部開閉式構造の縦断面図である。 図７の状態からルツボを下部から取出す状態を示す断面図である。

符号の説明

２８ ルツボ
４０ チャンバー
４４ａ 本体部
４４ｂ 扉部
６６ａ 第一断熱耐火部
６６ｂ 第二断熱耐火部
６８ａ 第一接合部
６８ｂ 第二接合部
７０ａ 第一ヒーター
７０ｂ 第二ヒーター

Claims (3)

1. チャンバーと、前記チャンバー内に備えられるものであってシリコンを入れたルツボを加熱するためのヒーターと、前記チャンバーの内部で前記ヒーターの外側に備えられる断熱耐火物とを有する結晶シリコンの製造装置において、前記チャンバーを本体部とその本体部の側面から前記ルツボを出し入れするための扉部とから構成し、前記断熱耐火物を前記本体部に固定する第一断熱耐火物と前記扉部に固定する第二断熱耐火物とから構成することを特徴とする結晶シリコンの製造装置。
2. 前記第一断熱耐火物に前記扉部を閉じた際に前記第二断熱耐火物と接合する第一接合面を形成し、前記第二断熱耐火物に前記扉部を閉じた際に前記第一断熱耐火物と接合する第二接合面を形成し、それら第一接合面と第二接合面との接合面は一直線状の平面以外としたことを特徴とする請求項１記載の結晶シリコンの製造装置。
3. 前記ヒーターを、前記本体部に固定する第一ヒーターと、前記扉部に固定する第二ヒーターとから構成することを特徴とする請求項１または２記載の結晶シリコンの製造装置。

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