シリコン溶解装置
【課題】シリコン融液を出湯させる際に下部に設置してある鋳型の周囲にシリコン融液を飛散させずに、シリコン融液を安定して鋳型６内に注湯することのできるシリコン溶解装置を提供することを目的とする。
【解決手段】内部にシリコン原料を保持し溶融させる溶融坩堝１ａと、前記シリコン原料を加熱し融液とするための加熱手段２と、前記溶融坩堝１ａの底部に設けられた出湯口３と、前記出湯口３の下方に配置された鋳型６とから成るシリコン溶解装置であって、前記溶融坩堝１ａは、その出湯口３に、一端が出湯口３に直結し且つ他端が融液出口となるとともに、前記融液出口におけるシリコン融液の表面張力を抑える貫通孔８を有する融液ガイド７を設けたことを特徴とするシリコン溶解装置。
【解決手段】内部にシリコン原料を保持し溶融させる溶融坩堝１ａと、前記シリコン原料を加熱し融液とするための加熱手段２と、前記溶融坩堝１ａの底部に設けられた出湯口３と、前記出湯口３の下方に配置された鋳型６とから成るシリコン溶解装置であって、前記溶融坩堝１ａは、その出湯口３に、一端が出湯口３に直結し且つ他端が融液出口となるとともに、前記融液出口におけるシリコン融液の表面張力を抑える貫通孔８を有する融液ガイド７を設けたことを特徴とするシリコン溶解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に太陽電池用多結晶シリコンを鋳造するのに適したシリコン溶解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は入射した光エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。太陽電池のうち主要なものは使用材料の種類によって結晶系、アモルファス系、化合物系などに分類される。このうち、現在市場で流通しているのはほとんどが結晶系シリコン太陽電池である。この結晶系シリコン太陽電池はさらに単結晶型、多結晶型に分類される。単結晶型のシリコン太陽電池は基板の品質がよいために高効率化が容易であるという長所を有する反面、基板の製造コストが高いという短所を有する。これに対して多結晶型のシリコン太陽電池は基板の品質が劣るために高効率化が難しいという短所はあるものの、低コストで製造できるという長所がある。また、最近では多結晶シリコン基板の品質の向上やセル化技術の進歩により、研究レベルでは１８％程度の変換効率が達成されている。
【０００３】
一方、量産レベルの多結晶シリコン太陽電池は低コストであったため、従来から市場に流通しており、近年環境問題が取りざたされる中でさらに需要が増してきている。
【０００４】
多結晶シリコン太陽電池に用いる多結晶シリコン基板は一般的にキャスティング法と呼ばれる方法で製造される。このキャスティング法とは、離型材を塗布した石英などからなる鋳型内のシリコン融液を冷却固化することによってシリコン鋳塊を形成する方法である。このシリコン鋳塊の端部を除去し、所望の大きさに切断して切り出して、切り出した鋳塊を所望の厚みにスライスすることで太陽電池を形成するための多結晶シリコン基板を得る。
【０００５】
図５は、シリコン材料を溶融する従来のシリコン溶解装置を示す（例えば、特許文献１参照）。図５において、１は坩堝、１ａは溶融坩堝、１ｂは保持坩堝、２は加熱手段、２ａは上部加熱手段、２ｂは側部加熱手段、３は出湯口、４は出湯口を塞ぐシリコン原料、５はノズル、６は鋳型を示す。
【０００６】
シリコン原料を溶融するための溶融坩堝１ａが保持坩堝１ｂに保持されて配置されている。溶融坩堝１ａの底部にはシリコン融液を出湯させるための出湯口が設けられ、例えば口径ｄ２が５ｍｍから２０ｍｍ程度の出湯口３が設けられている。この出湯口を塞ぐためにシリコン原料４を用いている。その上に、溶融坩堝１ａ内に溶解用のシリコン原料が投入されている。そして出湯口３を覆うように垂下し、鉛直下方に対して垂直に切断したときの内断面が略円形状であるノズル５が設けられている。また、坩堝１の上部と側部にはそれぞれ加熱手段２（上部加熱手段２ａ、側部加熱手段２ｂ）が配置されている。また、このとき溶融坩堝１ａ、ノズル５はシリコン融液中への不純物の溶出を抑えるために、高純度の石英などが用いられている。
【０００７】
溶融坩堝１ａ内のシリコン原料は上部加熱手段２ａと側部加熱手段２ｂにより、上部のシリコン原料から下部のシリコン原料へ徐々に溶解して、最後に出湯口を塞ぐシリコン原料４を溶解させ、出湯口３に設けられたノズル５から溶融したシリコン融液を鋳型６に出湯させるように構成されている。また、鋳型６の内側には離型材（不図示）が塗布されている。このように溶融坩堝１ａの上部から徐々にシリコン原料を溶融させ、シリコン原料が完全に融液となった瞬間に出湯が開始されることからシリコン原料が溶融した後の出湯を効率よく行うことができ、装置を極めて簡略化することができる。また、出湯口３に設けられたノズル５により整流されたシリコン融液を鋳型に出湯することができ、シリコン融液が周囲に飛散するのを抑制することができる。
【特許文献１】特開２００３−２４７７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ノズル５を設けることによるシリコン融液の飛散を抑制する効果は十分とは言えず、鋳型６内にシリコン融液が入らずに鋳型６の外に漏れたり、シリコン融液を出湯して鋳型６に注湯する時、その流れが十分に安定せず、乱れているために、シリコン融液が周囲に飛散したりすることによって、装置を破損させてしまったり、シリコン融液が鋳型６を構成している部品に付着することにより部品の消耗を激しくし、生産性が低下するといった問題があった。
【０００９】
また、シリコン融液は出湯時に流れ方向に乱れがあると、鋳型６内で跳ね飛ぶ割合が多くなり、鋳型内側面に付着し、その後付着したシリコン粒が急速に固まる。後の出湯したシリコン融液と鋳型内で混じりあった時、シリコンの結晶性を悪くさせ基板特性を低下させ、さらには急速に固まったシリコン粒が鋳型内部の離型材と共に剥がれ、シリコン融液内部に異物として混入して、切断、切削性を悪化させる。また、不純物による基板特性の低下を招く問題もあった。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的はシリコン融液を出湯させる際に下部に設置してある鋳型の周囲にシリコン融液を飛散させずに、シリコン融液を安定して鋳型６内に注湯することのできるシリコン溶解装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は上述の問題に鑑み、鋭意検討を行ったところ、以下の事実を知見した。
【００１２】
図７は、従来のシリコン溶解装置においてシリコン融液が出湯する状態を示す模式図である。従来の場合、融液出湯の際、融液出口付近において、ノズル５を構成する石英とシリコン融液との濡れ性により表面張力が生じ、白矢印に示すように、融液に対して水平方向の速度成分が付与されていた。その結果、融液が飛散する現象が起こっていた。そこで、本発明者らは融液出口付近においてシリコン融液との間に生じる表面張力を抑制できれば、融液の水平方向の速度成分の増加を抑え、融液の飛散を抑制できる可能性に着目した。この知見に基づき、実験を繰り返し行ない本発明に到達したのである。
【００１３】
すなわち、本発明の請求項１に係るシリコン溶解装置は、内部にシリコン原料を保持し溶融させる溶融坩堝と、前記シリコン原料を加熱し融液とするための加熱手段と、前記溶融坩堝の底部に設けられた出湯口と、前記出湯口の下方に配置された鋳型とから成るシリコン溶解装置であって、前記溶融坩堝は、その出湯口に、一端が出湯口に直結し且つ他端が融液出口となるとともに、前記融液出口におけるシリコン融液の表面張力を抑える貫通孔を有する融液ガイドを設けたことを特徴とするシリコン溶解装置である。
【００１４】
本発明の請求項２に係るシリコン溶解装置は、請求項１に記載のシリコン溶解装置において、前記融液ガイドは、前記貫通孔の融液出口側から鉛直上方に向かって平面視したときに、前記融液出口における貫通孔の口径をｄ１、前記融液出口における前記融液ガイドの外径をＴ１とした場合、前記融液ガイドの縁部における肉厚部分の最長表面距離（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘが０．１ｄ１≦（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２＜０．２ｄ１の関係を満足することを特徴とするシリコン溶解装置である。
【００１５】
本発明の請求項３に係るシリコン溶解装置は前記融液ガイドの外形形状が、下方に向かって外径が細くなる円錐台または角錐台の外形を成し、その側面は鉛直方向に対して５度以上６０度未満の角度で傾斜する請求項１又は請求項２に記載のシリコン溶解装置である。
【００１６】
本発明の請求項４に係るシリコン溶解装置は、前記融液ガイドの貫通孔の内面形状が、下方に向かって口径が細くなるように設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のシリコン溶解装置である。
【００１７】
本発明の請求項５に係るシリコン溶解装置は内部にシリコン原料を保持し溶融させる溶融坩堝と、前記シリコン原料を加熱し融液とするための加熱手段と、前記溶融坩堝の底部に設けられた出湯口と、前記出湯口の下方に備えられた鋳型ととから成るシリコン溶解装置であって、前記溶融坩堝は、出湯口の外表面側におけるシリコン融液の表面張力を抑えるべく、出湯口の外表面周囲に、切欠部を周設したこと特徴とするシリコン溶解装置である。
【００１８】
本発明の請求項６に係るシリコン溶解装置は、請求項５に記載のシリコン溶解装置であって、前記出湯口は、鉛直方向の直線に直交する平面で切断した出湯口外表面での口径をｄ２、前記出湯口の外径をＴ２とした場合、前記出湯口の縁部における前記切欠部の肉厚部分の最長表面距離（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘが、０．１ｄ２≦（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２＜０．２ｄ２の関係を満足することを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項７に係るシリコン溶解装置は、請求項５、または請求項６に記載のシリコン溶解装置において、前記出湯口の外表面に周設した切欠部を構成する面のうち、最も内側の面は、鉛直方向に対して５度以上６０度未満の角度で傾斜しているシリコン溶解装置である。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明に係るシリコン溶解装置によれば、内部にシリコン原料を保持し溶融させる溶融坩堝と、前記シリコン原料を加熱し融液とするための加熱手段と、前記溶融坩堝の底部に設けられた出湯口と、前記出湯口の下方に配置された鋳型とから成るシリコン溶解装置であって、前記溶融坩堝は、その出湯口に、一端が出湯口に直結し且つ他端が融液出口となるとともに、前記融液出口におけるシリコン融液の表面張力を抑える貫通孔を有する融液ガイドを設けたことによって、この融液ガイドの融液出口から前記融液を出湯するときに、この融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを制限するようにしている。
【００２１】
もしくは、内部にシリコン原料を保持し溶融させる溶融坩堝と、前記シリコン原料を加熱し融液とするための加熱手段と、前記溶融坩堝の底部に設けられた出湯口と、前記出湯口の下方に備えられた鋳型ととから成るシリコン溶解装置であって、前記溶融坩堝は、出湯口の外表面側におけるシリコン融液の表面張力を抑えるべく、出湯口の外表面周囲に、切欠部を周設したこと特徴とすることによって、この出湯口の融液出口から前記融液を出湯するときに、この融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを制限するようにしている。
【００２２】
このように、融液出口から融液を出湯するときに、前記融液との間の表面張力を制限して、この前記融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを制限するため、鋳型に注湯した融液が周囲に飛散することを効果的に抑制することができる。その結果、飛散した融液で装置を破損させることがなく、融液が鋳型を構成している部品に付着することで生じる部品の消耗を軽減できるため、生産性と歩留まりを向上できる。
【００２３】
さらには、跳ね飛ぶ融液を抑えられるため、シリコン融液が鋳型内側面に付着し、その後付着した融液の粒が急速に固まり、後に鋳型内に出湯した融液と混じりあった時に、結晶性を悪くさせ基板特性を低下させる現象を回避できる。また、急速に固まった融液の粒が鋳型内部の離型材と共に剥がれ、融液内部に異物として混入して、切断、切削性を悪化させることを防止できる。さらに、不純物による基板特性の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２５】
まず本発明の第一実施形態に係るシリコン溶解装置について説明する。図１（ａ）は、本発明に係るシリコン溶解装置の第一実施形態の断面の構造を示す図であり、１は坩堝、１ａは溶融坩堝、１ｂは保持坩堝、２は加熱手段、２ａは上部加熱手段、２ｂは側部加熱手段、３は出湯口、４は出湯口を塞ぐシリコン原料、６は鋳型、７は融液ガイド、８は貫通孔である。
【００２６】
また図１（ｂ）は図１（ａ）の融液ガイドの先端部拡大図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）を、貫通孔８の融液出口側から鉛直上方に向かって平面視したときの図である。図１（ｃ）において融液ガイド７の外径をＴ１、貫通孔８の融液出口側の口径をｄ１とした。ここで、融液ガイドのリング形状の肉厚部分はＴ１−ｄ１とする。また、図３（ｃ）に示すように、複数の略円筒形が鉛直方向に重なった形状でもよい。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、溶融坩堝１ａは、投入されたシリコン原料を内部に保持して加熱溶解してシリコン融液を鋳型に注湯するものである。なお、溶融坩堝１ａで溶解されて鋳型６に注湯されたシリコン融液が冷却、凝固したシリコン鋳塊は、例えば太陽電池用多結晶シリコン基板材料などに用いられる。
【００２８】
溶融坩堝１ａ、保持坩堝１ｂの下部に配置された鋳型６は石英などの二酸化珪素や黒鉛などのカーボン材、またはセラミック材からなり、その内側には離型材（不図示）を塗布して用いられる。また、この鋳型６の周りには抜熱を抑制するための鋳型断熱材（不図示）が設置される。鋳型断熱材は耐熱性、断熱性などを考慮してカーボン系の材質が一般的に用いられる。また鋳型６の下方には注湯されたシリコン融液を冷却・固化するための冷却板（不図示）を設置してもよい。なお、これらはすべて真空容器（不図示）内に設置される。
【００２９】
溶融坩堝１ａは通常、高純度の石英などが用いられるが、シリコン原料の融解温度以上の温度において、融解、蒸発、軟化、変形、分解などを生じにくく、かつ太陽電池特性を落とさない純度であれば特に限定されない。
【００３０】
溶融坩堝１ａの底部に設ける出湯口３の位置は溶融坩堝１ａ内の最低部であれば、図上の如何なる位置でも構わないが、溶融坩堝１ａ内での水平方向の温度分布を考慮して中心位置に設けるのが望ましい。溶融坩堝１ａの底部に備えられた出湯口３出口に連設され垂下された融液ガイド７は、貫通孔８を有している。そして、融液ガイド７の下方には鋳型６を設けている。そのため、シリコン融液が出湯口３を通り、融液ガイド７の貫通孔８を通過し、融液ガイド７の下方にある鋳型６へと流れ込む。出湯初期においては、シリコン融液は液位による圧力によって押し出されるが、出湯後期には液位による圧力がほとんどなくなるために、自重による落下で貫通孔８から流れ出るようになる。したがって、無駄なく出湯させるためには、溶融坩堝１ａの底部はある一定以上の傾斜があるほうが好ましい。そして、溶融坩堝１ａの底部に設けられた出湯口３は、例えば口径ｄ１が５ｍｍから２０ｍｍ程度の大きさを有している。また、溶融坩堝１ａの本体の形状は特に限定されるものではない。
【００３１】
溶融坩堝１ａ、保持坩堝１ｂの上部と側部にはそれぞれ上部加熱手段２ａ、側部加熱手段２ｂが配置されている。これらの上部加熱手段２ａ、側部加熱手段２ｂによって、溶融坩堝１ａ内部のシリコン原料を加熱溶融して、シリコン融液とするのである。なお、これらの加熱手段２としては、例えば、抵抗加熱式のヒーターや誘導加熱式のコイルなどを用いることができる。
【００３２】
さらに、出湯口３を塞ぐシリコン原料４によりあらかじめ出湯口３は塞がれている。出湯口３を塞ぐシリコン原料４上で溶融坩堝１ａ内の溶解させるシリコン原料を保持し、上部加熱手段２ａおよび側部加熱手段２ｂによって、溶融坩堝１ａ内のシリコン原料が上部から下部へと徐々に溶解させていき、最後に出湯口３を塞ぐシリコン原料４が溶解して、シリコン融液が出湯する。ゆえに、出湯口３を塞ぐシリコン原料４は、溶解させるシリコン原料が完全に溶解される前に出湯漏れが起こらないようにする役割を有している。
【００３３】
出湯口３に、一端が出湯口３に直結し且つ他端が融液出口となるとともに、融液との間の表面張力を制限することによって、この融液出口から融液を出湯するときに、この融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを抑制することができる。この原理を以下に示す。
【００３４】
図６に本発明に係るシリコン溶解装置において、シリコン融液が出湯する状態を示す模式図、図７に従来のシリコン溶解装置において、シリコン融液が出湯する状態の模式図を示す。図７に示されるように従来は、ノズル５を設けることで融液の跳ね飛びを軽減するものであったが、出湯口３先端が平面もしくは平面に近い形状であったために、シリコンと石英の濡れ性により水平方向に発生する表面張力によって、鉛直方向以外の、例えば水平方向の速度成分が増加し、シリコン融液が出湯するときに出湯口３の周囲に拡散し跳ね飛んでいた。
【００３５】
しかしながら本発明においては、図６に示されるように、出湯口３の先端に設けられた融液ガイド７の融液出口において、水平方向に広がる面積を少なくすることでシリコンと石英の濡れ性により水平方向に発生する表面張力を制限することができ、シリコン融液中に鉛直方向以外の、例えば水平方向の速度成分が増加することを抑え、鋳型６に注湯したシリコン融液が周囲に飛散することを抑制できる。
【００３６】
なお、融液ガイド７は、溶融坩堝１ａとは別体に形成し、溶融坩堝１ａの底部に取り付けるようにしてもよい。また、融液ガイド７は保持坩堝１ｂにぶつからない範囲で、熱により融液ガイド７の形状が変化しない程度の強度を持たせるために、融液ガイド７の縁部における肉厚部分の最長表面距離（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘが所定の範囲とすることが望ましい。また、貫通孔８は、シリコン融液の内部の圧力を均等に分布させるために、鉛直下方方向に対して垂直に切断したときの外形形状が略円形状となっていることが望ましい。そして、貫通孔８は少なくとも直径１ｍｍの球が通過できる口径ｄ１とすることが望ましく、その内面形状が、下方に向かって口径ｄ１が細くなるように設定されていることが望ましい。このようにすることで、融液が融液ガイド７の融液出口側に向かって収束される。出湯時において、融点近傍のシリコンは粘性が高いため、貫通孔８の口径ｄ１が１ｍｍよりも小さければシリコン融液を鋳型６に円滑に出湯させることが困難である。
【００３７】
図３に本発明のシリコン溶解装置の第一実施形態に係る融液ガイド７の例を示す。図３（ａ）、（ｂ）のように融液ガイド７の外形形状は、下方に向かって外径が細くなった円錐台または、角錐台の外形形状を有し、その側面と、鉛直方向の直線に対してなす角度をθ１とした。ここで、このなす角度θ１は内角を示すこととする。この角度θ１が５度以上６０度未満で傾斜するようにすることで、上述したような原理によって、シリコン融液と石英との間の表面張力を制限でき、シリコン融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを防ぐことができる。さらに角度θ１は１５度以上４５度未満の角度で傾斜していることがより好ましい。その結果、よりシリコン融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを抑え、鋳型６に注湯したシリコン融液が周囲に飛散することを抑制できる。
【００３８】
しかし、融液ガイド７の側面が、鉛直方向の直線に対して５度より小さい角度θ１で傾斜している場合、融液ガイド７の先端の強度不足によって歪みが生じる恐れがある。また、融液ガイド７の先端部は高温のシリコン融液による軟化の影響が大きいために、融液ガイド７が変形してシリコン融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加し、この結果、鋳型に注湯したシリコン融液が周囲に飛散する恐れがある。
【００３９】
また、側面が、鉛直方向の直線に対して６０度以上大きい角度θ１で傾斜している場合、下方方向に対して水平方向に発生する表面張力を制限することができず、シリコン融液中に鉛直方向以外の速度成分の増加を抑制することができない恐れがある。そのため、鋳型に注湯したシリコン融液が周囲に飛散する恐れがある。
【００４０】
さらに、図１（ｃ）に示すように本発明に係る貫通孔８は、鉛直方向の直線に直交する平面で切断したときに略円形状を有するようにし、また前記融液ガイド７は、前記貫通孔８の融液出口側から鉛直上方に向かって平面視したときに、融液出口側における貫通孔８の口径をｄ１、融液出口における前記融液ガイド７の外径をＴ１とした場合、この融液ガイド７の縁部における肉厚部分はＴ１−ｄ１で示すことができる。この肉厚部分が最大となる長さを最長表面距離とし（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘとする。この融液ガイド７の縁部における肉厚部分の最長表面距離（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘが、０．１ｄ１≦（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２＜０．２ｄ１とすることが望ましい。融液ガイド７は、円錐台、角錐台形状に限らず、図３（ｃ）に示す円筒形が重なった外形をとる場合においても、この融液ガイド７の縁部における肉厚部分のうち最大となる最長表面距離（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘが、０．１ｄ１≦（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２＜０．２ｄ１とすることが望ましい。この範囲にすることで、より効果的にシリコン融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを抑え、鋳型６に注湯したシリコン融液が周囲に飛散することを効果的に抑制できる。
【００４１】
しかし、（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２が０．１ｄ１より小さい場合、融液ガイド７の融液出口側の先端部の強度不足によって融液ガイド７の融液出口側先端部に歪みが生じ、高温による軟化の影響が大きいために融液ガイド７が変形してシリコン融液の水平方向の拡散を十分に抑えることができない恐れがある。また、（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２が０．２ｄ１以上の場合、水平方向に発生する表面張力の影響を抑制する効果が小さいため、シリコン融液の水平方向の拡散が抑えられず、安定した垂直方向へのシリコン融液の流れを十分に得ることができない可能性がある。以上のようにして、本発明の第一実施形態を実施することができる。
【００４２】
次に、本発明に係るシリコン溶解装置の第二実施形態について説明する。
【００４３】
図２（ａ）は、本発明に係るシリコン溶解装置の第二実施形態を示す断面構造図であり、１は坩堝、１ａは溶融坩堝、１ｂは保持坩堝、２は加熱手段、２ａは上部加熱手段、２ｂは下部加熱手段、３は出湯口、４は出湯口を塞ぐシリコン原料、６は鋳型である。また、図２（ｂ）は、出湯口３の融液出口の側から鉛直上方に向かって平面視した図である。溶融坩堝１ａには出湯口３の外表面周囲に、切欠部ｋを周設した。図２（ｃ）中、切欠部ｋによって囲われて成る出湯口外表面での口径をｄ２、出湯口の外径をＴ２とした場合、切欠部ｋの出湯口外表面における肉厚部分はＴ２−ｄ２で示すことができる。そして、図２（ｃ）において、点線で囲った部分と隣接する２つの外郭線は切欠部ｋを示す。以下、出湯口の外表面に周設した切欠部ｋを構成する最も内側の面とは、出湯口３の外表面において、肉厚部分Ｔ２−ｄ２以外の面で最も出湯口３に近い切欠部ｋの面を指すものとする。
【００４４】
第二実施形態においても第一実施形態と同様に、溶融坩堝１ａは高温になると軟化して、形を保てないために、グラファイトなどからなる保持坩堝１ｂで保持される。また、溶融坩堝１ａ、保持坩堝１ｂの寸法は、一度に溶解する溶解量に応じたシリコン原料を内包できる寸法とする。シリコン原料の溶解量は、およそ１ｋｇから１５０ｋｇの範囲である。
【００４５】
第二実施形態と第一実施形態で大きく異なる点は、出湯口３の融液出口側の構造である。第二実施形態では、溶融坩堝１ａに切欠部を設けることで、出湯口３の融液出口側に対し、第一実施形態での融液ガイド７と同等な効果を奏するようにしている。つまり、本発明においては、図６に示されるように、出湯口３の融液出口側に設けられた切欠部ｋにより、シリコン融液が水平方向に広がる面積を少なくすることでシリコン融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを抑えることができる。その結果、鋳型６に注湯するときにシリコン融液が周囲に飛散することを抑制できる。
【００４６】
図４に出湯口３の融液出口側に設けられた切欠部の好ましい例を示す。図４（ａ）に第二実施形態における切欠部ｋを構成する最も内側の面と鉛直方向の直線とがなす角度θ２について示す。ここで、このなす角度θ２は内角を示すこととする。第二実施形態において、出湯口３の融液出口の外表面に周設した切欠部ｋを構成する面のうち、最も内側の面は、鉛直方向の直線に対してなす角度θ２が５度以上６０度未満で傾斜していることが好ましく、さらに角度θ２は１５度以上４５度未満の角度で傾斜していることがより好ましい。このようなテーパー形状を設けることによって、よりシリコン融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを抑え、鋳型６に注湯したシリコン融液が周囲に飛散することを抑制できる。
【００４７】
しかし、これら出湯口３融液出口形状の下方方向と切欠部ｋを構成する面のうち、最も内側の面は、鉛直方向の直線に対して角度θ２が５度より小さい場合、出湯口３融液出口の強度不足によって歪みが生じる可能性がある。また、出湯口３の融液出口の先端部は高温のシリコン融液による軟化の影響が大きいために、出湯口３の融液出口が変形してシリコン融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加する恐れがある。この結果、鋳型６に注湯したシリコン融液が周囲に飛散する恐れがある。
【００４８】
また、出湯口３融液出口形状の下方方向と切欠部を構成する面のうち、最も内側の面は、鉛直方向の直線に対して角度θ２が６０度以上大きい場合、下方方向に対して水平方向に発生する表面張力を制限することができない可能性があり、シリコン融液中に鉛直方向以外の速度成分の増加を抑制することができない恐れがある。そのため、鋳型６に注湯したシリコン融液が周囲に飛散する可能性がある。
【００４９】
また、図２（ｃ）に示されるように、融液出口の側から鉛直上方に向かって平面視したときに、切欠部ｋによって囲われて成る出湯口外表面での口径をｄ２、出湯口の外径をＴ２とした場合、切欠部ｋの出湯口外表面における肉厚部分はＴ２−ｄ２で示すことができる。
【００５０】
また、この肉厚部分が最大となる長さを最長表面距離とし、（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘとする。この最長表面距離（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘが０．１ｄ２≦（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２＜０．２ｄ２となることが好ましく、より効果的にシリコン融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを抑え、鋳型６に注湯したシリコン融液が周囲に飛散することを効果的に抑制できる。また、図４に出湯口３出口形状の例を示す。図４（ｂ）、（ｃ）の形状をとった場合でもよく、この場合もリング形状の肉厚部分が最大となる最長表面距離（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘが０．１ｄ２≦（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２＜０．２ｄ２である方が好ましい。
【００５１】
しかし、（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２が０．１ｄ２より小さい場合、出湯口３の外表面における融液出口側の強度不足によって歪みが生じ、高温による軟化の影響が大きくなり、出湯口３の融液出口側が変形してシリコン融液の水平方向の拡散を十分に抑えることができない可能性がある。また、（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２が０．２ｄ２以上大きい場合、水平方向に発生する表面張力の影響を抑制する効果が小さいため、シリコン融液の水平方向の拡散が抑えられず、安定した垂直方向へのシリコン融液の流れを十分に得ることができない恐れがある。以上のようにして第二実施形態を実施することができる。
【００５２】
上述したような、本発明の溶解装置によって溶解したシリコン融液は、溶融坩堝１ａの底部に設けられた貫通孔８から、その下方に配置された鋳型６に注湯され、いわゆる、一方向凝固法により冷却固化され多結晶シリコンインゴットとなる。この多結晶シリコンインゴットから端部を除去し、所望の大きさに切断して切り出し、切り出した鋳塊を所望の厚みにスライスして例えば太陽電池を形成するための多結晶シリコン基板を得ることができる。
【００５３】
このとき、本発明に係るシリコン溶解装置によれば融液出口から融液を出湯するときに、前記融液との間の表面張力を制限して、この前記融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを制限するため、鋳型６に注湯した融液が周囲に飛散することを効果的に抑制することができる。その結果、飛散した融液で装置を破損させることがなく、融液が鋳型６を構成している部品に付着することで生じる部品の消耗を軽減できるため、生産性と歩留まりを向上できる。
【００５４】
さらには、跳ね飛ぶ融液を抑えられるため、シリコン融液が鋳型６内側面に付着し、その後付着した融液の粒が急速に固まり、後に鋳型内に出湯した融液と混じりあった時に、結晶性を悪くさせ基板特性を低下させる現象を回避できる。また、急速に固まった融液の粒が鋳型内部の離型材と共に剥がれ、融液内部に異物として混入して、切断、切削性を悪化させることを防ぐことができる。さらに、不純物による基板特性の低下も防ぐことができる。
【００５５】
なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることはもちろんである。
【００５６】
例えば、融液ガイド７の貫通孔８の内面形状が、下方に向かって口径が細くなくてもよい。出湯口８の口径に対して融液ガイド７の融液出口側で、出湯口８の口径よりも小さくなっていればよい。
【００５７】
また、出湯口３を塞ぐシリコン原料４を加熱する加熱手段を別に設けても良い。このようにすることで、その他の部分の影響を考慮することなく、出湯口３を塞ぐシリコン原料４を溶解させることが可能になるとともに、短時間で出湯口３を塞ぐシリコン原料４を溶解させることができるようになるため、溶融坩堝１ａの中のシリコン融液の出湯のタイミングを任意に図ることが可能になる。
【００５８】
さらに、鋳型６と溶融坩堝１ａの間に、鋳型加熱手段を設けてもよい。この鋳型加熱手段は、例えば、カーボンヒーターなどによって構成され、鋳型６に出湯したシリコン融液の表面を適度に加熱することによって、シリコン融液を鋳型６の下部から徐々に上方向に向かって一方向凝固させる機能を有する。さらに、鋳型６の周囲に断熱材を設けて周方向からの抜熱を防いだり、鋳型６の下部に冷却板を設けて下部から抜熱するようにしたりしてもよく、これによって、鋳型６の内部のシリコン融液を下部から上部へ向けて一方向凝固する効果がより促進される。
【００５９】
また、上述の説明では融液出口側において、融液ガイド７や、出湯口３の出口側に切欠部を設けるなどして、融液との接触する面積を減らすことでシリコン融液が出湯するときに、この融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを防ぐようにしたが、これに限らず、融液ガイド７の融液出口の先端部を加熱する機構を設けてもよい。この機構によって、シリコン融液の出口付近を加熱することでシリコン融液の粘度が低くなり、表面張力が制限され、本発明の効果を得ることができる。
【００６０】
さらに、融液ガイド７や、出湯口３の出口側にあるシリコン融液出口側において図１（ｃ）、図２（ｃ）に示すリング形状の厚み部分を石英よりもシリコン融液に対して濡れ性の悪い材質のものでコーティングしてもよい。その結果、シリコン融液の表面張力が制限され本発明の効果を得ることができる。
【００６１】
また、本発明に係る融液ガイド７の中にノズルを有しているようにしてもよく、本発明の効果を得ることができる。
【実施例１】
【００６２】
以下、本発明の第一実施形態の実施例について説明する。
【００６３】
底部に出湯口３を持ち、さらに融液ガイド７を出湯口３に連設して垂下させた石英からなる溶融坩堝１ａをグラファイトからなる保持坩堝１ｂで保持し、溶融坩堝１ａ内に８０ｋｇのシリコン原料を投入した。融液ガイド７を通る貫通孔８は筒状で、融液ガイド７の最大肉厚部分は１５ｍｍであり、上端部から下端部までの直線距離を６０ｍｍとし、貫通孔８の融液出口側の口径ｄ１は１０ｍｍの略円形状とした。また、出湯口３の口径は１５ｍｍとし、融液出口側までは貫通孔８の内面形状がテーパー形状となるようにした。
【００６４】
鋳型６は内寸３５０ｍｍ×３５０ｍｍ、深さ３５０ｍｍからなる石英鋳型であり、鋳型内面には炭化珪素からなる離型材層が形成されている。
【００６５】
溶融坩堝１ａの上部に上部加熱手段を設け、側部には融液ガイド７より上方に側部加熱手段を設置し、加熱手段によって溶融坩堝１ａ内のシリコン原料を溶解させた。溶融坩堝１ａ内のシリコン融液の温度を上昇させ、出湯口３を塞ぐシリコン原料４を溶解し、溶融坩堝１ａ下部に融液ガイド７の先端から鋳型６上部までの距離が３５０ｍｍとなるように配設された鋳型６内にシリコン融液を注湯した。
【００６６】
このとき、融液ガイド７の外形形状が図３（ａ）に示されるように、融液ガイド７が下方に向かって外径Ｔ１が細くなった円錐台の外形形状を有し、その側面が、鉛直方向の直線に対して交わる角度θ１を３度から６５度の範囲で変化させた試料を用意し、それぞれの試料において鋳型６内側面へのシリコン融液の付着頻度と融液ガイド７の歪みの有無を調べた。
【００６７】
また、従来例として図５に示す外形形状が円筒形のノズル５を備えた試料を準備した。融液出口側の口径が１０ｍｍ、融液出口側のノズル５における最大肉厚部分を１５ｍｍとした。
【００６８】
これらの結果を表１に示す。表１の評価結果において、記号で示した内容は以下の通りである。
【００６９】
（鋳型６内側面へのシリコン融液の付着頻度）
◎：全く観察されなかった、○：わずかに認められるが全く問題なし、△：若干認められるが可、×：顕著に認められ不可
【表１】
【００７０】
表１より、従来例である試料Ｎｏ．１については、鋳型６内側面にシリコン融液の付着が顕著に認められ、鋳型６に注湯したシリコン融液の周囲への飛散を抑制できないことが確認された。
【００７１】
また、角度θ１が６０度以上の試料Ｎｏ.８、９においては、鋳型６内側面に若干シリコン融液の付着が認められたが、特に影響はなく、本発明の効果が確認された。
【００７２】
また、角度θ１が５５度以上６０度未満の試料Ｎｏ．６、７においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着がわずかに認められたが、鋳型６に注湯したシリコン融液の周囲への飛散を抑制でき、本発明の効果が確認された。
【００７３】
また、角度θ１が５度以上５５度未満の試料Ｎｏ．３、４、５においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着が認められず、鋳型６に注湯したシリコン融液の周囲への飛散を効果的に抑制でき、本発明の効果を良好に奏することが確認された。
【００７４】
また、角度θ１が３度の試料Ｎｏ.２においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着がわずかに認められた。融液ガイド７の先端に若干ゆがみが確認されたが出湯には問題がなかった。
【実施例２】
【００７５】
次に、本発明の第一実施形態における他の実施例について説明する。
【００７６】
実施例２においても実施例１と同様の方法で、坩堝から融液ガイド７を利用して鋳型６にシリコン融液を注湯した。このとき実施例１と同様に、融液ガイド７を通る貫通孔８は筒状で、融液ガイド７の最大肉厚部分は１５ｍｍであり、上端部から下端部までの直線距離を６０ｍｍとし、融液出口側の口径ｄ１は１０ｍｍの略円形状とした。また、出湯口３の口径は１５ｍｍとし、融液出口側までは貫通孔８の内面形状がテーパー形状となるようにした。
【００７７】
ここで、融液ガイド７の形状において、図３（ｃ）に示されるように、貫通孔８の融液出口側から鉛直上方に向かって平面視したときに、融液ガイド７の縁部における肉厚部分はＴ１−ｄ１で示すことができる。この肉厚部分が最大となる長さを最長表面距離（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘとした。このとき、（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２がｄ１／１５からｄ１／４の範囲で変化させた試料を用意し、それぞれの試料において鋳型６内側面へのシリコン融液の付着頻度と出湯口３の歪みの有無を調べた。このとき、融液ガイド７にはテーパー角は設けずに実施した。
【００７８】
さらに、従来例として図５に示す外形形状が円筒のノズル５を備えた試料を用意した。ノズル５の融液出口側口径は１０ｍｍ、その最大肉厚部分は１５ｍｍとした。
【００７９】
これらの結果を表１に示す。表１の評価結果において、記号で示した内容は以下の通りである。
【００８０】
（鋳型６内側面へのシリコン融液の付着頻度）
◎：全く観察されなかった、○：わずかに認められるが全く問題なし、△：若干認められるが可、×：顕著に認められ不可
表１より、（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２が０．２ｄ１以上の試料Ｎｏ.１４、１５においては、鋳型６の側面に若干のシリコン融液の付着が認められたが、特に影響はなく本発明の効果が確認された。
【００８１】
また、（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２がｄ１／６の試料Ｎｏ．１３においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着がわずかに認められたが、鋳型６に注湯したシリコン融液の周囲への飛散を抑制でき、本発明の効果が確認された。
【００８２】
また、（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２がｄ１／１０以上ｄ１／６未満の試料Ｎｏ．１１、１２においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着が認められず、鋳型６に注湯したシリコン融液の周囲への飛散を効果的に抑制でき、本発明の効果を良好に奏することが確認された。
【００８３】
また、（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２がｄ１／１５の試料Ｎｏ.１０においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着がわずかに認められた。融液ガイド７の先端に若干ゆがみが確認されたが出湯には問題がなかった。
【実施例３】
【００８４】
次に、本発明の第二実施形態の実施例について説明する。
【００８５】
底部に出湯口３を持つ石英からなる溶融坩堝１ａをグラファイトからなる保持坩堝１ｂで保持し、溶融坩堝１ａ内に８０ｋｇのシリコン原料を投入した。
【００８６】
鋳型６は内寸３５０ｍｍ×３５０ｍｍ、深さ３５０ｍｍからなる石英鋳型であり、鋳型内面には炭化珪素からなる離型材層が形成されている。
【００８７】
溶融坩堝１ａの上部に上部加熱手段２ａを設け、側部には溶融坩堝１ａと同等の高さに側部加熱手段２ｂを設置し、加熱手段２によって溶融坩堝１ａ内のシリコン原料を溶解させた。溶融坩堝１ａ内のシリコン融液の温度を上昇させ、出湯口３を塞ぐシリコン原料を溶解し、溶融坩堝１ａ下部に出湯口３から鋳型６内側面までの距離が３５０ｍｍとなるように配設された鋳型６内にシリコン融液を注湯した。
【００８８】
このとき図４（ａ）に示されるように、溶融坩堝１の出湯口３の口径ｄ２は１０ｍｍとし、出湯口３の外表面周囲に切欠部ｋを周設し、この切欠部ｋを構成する面のうち、最も内側の面が、鉛直方向の直線に対して交わる角度θ２を３度から６５度の範囲で変化させた試料を用意し、それぞれの試料において鋳型６内側面へのシリコン融液の付着頻度と出湯口３の融液出口付近における歪みの有無を調べた。
【００８９】
また、従来例として出湯口３の外表面周囲に、切欠部ｋを周設していない坩堝１を用いた。出湯口３の口径が１０ｍｍとし、出湯口３融液出口側の形状はテーパー角がついていないものとした。
【００９０】
これらの結果を表２に示す。表２の評価結果において、記号で示した内容は以下の通りである。
【００９１】
（鋳型６内側面へのシリコン融液の付着頻度）
◎：全く観察されなかった、○：わずかに認められるが全く問題なし、△：若干認められるが可、×：顕著に認められ不可
【表２】
【００９２】
表２より、従来例である試料Ｎｏ．１６については、鋳型６内側面にシリコン融液の付着が顕著に認められ、鋳型６に注湯したシリコン融液の周囲への飛散を抑制できないことが確認された。
【００９３】
また、角度θ２が６０度以上の試料Ｎｏ.２３、２４においては、鋳型６内側面に若干のシリコン融液の付着が認めらたが、特に影響はなく本発明の効果が確認された。
【００９４】
また、角度θ２が４５度以上６０度未満の試料Ｎｏ．２１、２２においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着がわずかに認められたが、鋳型６に注湯したシリコン融液の周囲への飛散を抑制でき、本発明の効果が確認された。
【００９５】
また、角度θ２が５度以上４５度未満の試料Ｎｏ．１８、１９、２０においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着が認められず、鋳型６に注湯したシリコン融液の周囲への飛散を効果的に抑制でき、本発明の効果が確認された。
【００９６】
また、角度θ２が３度の試料Ｎｏ.１７においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着がわずかに認められた。そして、出湯口３の先端に若干の歪みが確認されたが出湯に何ら影響はなく、本発明の効果が確認された。
【実施例４】
【００９７】
次に、第二実施形態の他の実施例について説明する。
【００９８】
実施例４においても実施例３と同様の方法で、坩堝から鋳型６にシリコン融液を注湯した。
【００９９】
出湯口３の融液出口側の形状において、図４（ｃ）に示されるように、融液出口の側から鉛直方向の直線に直交する平面で切断した出湯口３外表面での口径をｄ２、切欠部ｋを周設したことによる出湯口３外表面の外径をＴ２とした。このように、出湯口３の縁部における肉厚部分はＴ１−ｄ１で示すことができる。この肉厚部分が最大となる長さを最長表面距離（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘとした。このとき、（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２がｄ２／１５からｄ２／４の範囲で変化させた試料を用意し、それぞれの試料において鋳型６内側面へのシリコン融液の付着頻度と出湯口３の歪みの有無を調べた。本実施例において、出湯口３の融液出口側口径ｄ２は１０ｍｍとし、最長表面距離（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘを上記のように変化させた坩堝１を用意した。
【０１００】
従来例として、実施例３と同様に出湯口の外表面周囲に、切欠部ｋを周設していない坩堝であり、出湯口の融液出口側の口径が１０ｍｍ、この出湯口の口径はテーパー角がついていないものを用いた。
【０１０１】
これらの結果を表２に示す。表２の評価結果において、記号で示した内容は以下の通りである。
【０１０２】
（鋳型６内側面へのシリコン融液の付着頻度）
◎：全く観察されなかった、○：わずかに認められるが全く問題なし、△：若干認められるが可、×：顕著に認められ不可
表２において、（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２がｄ２／５以上の試料Ｎｏ.２９、３０においては、鋳型６内側面に若干のシリコン融液の付着が認められたが、特に影響はなく本発明の効果が確認された。
【０１０３】
また、（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２がｄ２／６の試料Ｎｏ．２８においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着がわずかに認められたが、鋳型６に注湯したシリコン融液の周囲への飛散を抑制でき、本発明の効果が確認された。
【０１０４】
また、（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２がｄ２／１０以上１／６未満の試料Ｎｏ．２６、２７においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着が認められず、鋳型６に注湯したシリコン融液の周囲への飛散を効果的に抑制でき、本発明の効果を良好に奏することが確認された。
【０１０５】
また、（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２がｄ２／１５の試料Ｎｏ.２５においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着がわずかに認められた。出湯口３の先端に歪みが確認されたが出湯に何ら影響はなく本発明の効果が確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】（ａ）本発明に係るシリコン溶解装置の第一実施形態を示す概略断面構造図である。
【０１０７】
（ｂ）本発明に係るシリコン融解装置の第一実施形態において融液ガイド部の先端部部分拡大図である。
【０１０８】
（ｃ）本発明に係るシリコン溶解装置の第一実施形態において融液ガイド部を鉛直上方に平面視したときの図である。
【図２】（ａ）本発明に係るシリコン溶解装置の第二実施形態を示す概略断面構造図である。
【０１０９】
（ｂ）本発明に係るシリコン融解装置の第二実施形態において出湯口融液出口側の部分拡大図である。
【０１１０】
（ｃ）本発明に係るシリコン溶解装置の第二実施形態において出湯口融液出口側の部分を鉛直上方に平面視したときの図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る融液ガイドの第一実施形態を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る出湯口出口側形状の第二実施形態を示す図である。
【図５】従来のシリコン溶解装置を示す概略断面構造図である。
【図６】本発明に係るシリコン溶解装置においてシリコン融液が出湯する状態を示す模式図である。
【図７】従来のシリコン溶解装置においてシリコン融液が出湯する状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１・・・坩堝
１ａ・・・溶融坩堝
１ｂ・・・保持坩堝
２・・・加熱手段
２ａ・・・上部加熱手段
２ｂ・・・側部加熱手段
３・・・出湯口
４・・・出湯口を塞ぐシリコン原料
５・・・ノズル
６・・・鋳型
７・・・融液ガイド
８・・・貫通孔
ｄ１・・・融液出口における貫通孔の口径
Ｔ１・・・融液出口における融液ガイドの外径
ｄ２・・・出湯口外表面での口径
Ｔ２・・・溶融坩堝に切欠部を設けた場合の出湯口の外径
ｋ・・・切欠部の範囲
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に太陽電池用多結晶シリコンを鋳造するのに適したシリコン溶解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は入射した光エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。太陽電池のうち主要なものは使用材料の種類によって結晶系、アモルファス系、化合物系などに分類される。このうち、現在市場で流通しているのはほとんどが結晶系シリコン太陽電池である。この結晶系シリコン太陽電池はさらに単結晶型、多結晶型に分類される。単結晶型のシリコン太陽電池は基板の品質がよいために高効率化が容易であるという長所を有する反面、基板の製造コストが高いという短所を有する。これに対して多結晶型のシリコン太陽電池は基板の品質が劣るために高効率化が難しいという短所はあるものの、低コストで製造できるという長所がある。また、最近では多結晶シリコン基板の品質の向上やセル化技術の進歩により、研究レベルでは１８％程度の変換効率が達成されている。
【０００３】
一方、量産レベルの多結晶シリコン太陽電池は低コストであったため、従来から市場に流通しており、近年環境問題が取りざたされる中でさらに需要が増してきている。
【０００４】
多結晶シリコン太陽電池に用いる多結晶シリコン基板は一般的にキャスティング法と呼ばれる方法で製造される。このキャスティング法とは、離型材を塗布した石英などからなる鋳型内のシリコン融液を冷却固化することによってシリコン鋳塊を形成する方法である。このシリコン鋳塊の端部を除去し、所望の大きさに切断して切り出して、切り出した鋳塊を所望の厚みにスライスすることで太陽電池を形成するための多結晶シリコン基板を得る。
【０００５】
図５は、シリコン材料を溶融する従来のシリコン溶解装置を示す（例えば、特許文献１参照）。図５において、１は坩堝、１ａは溶融坩堝、１ｂは保持坩堝、２は加熱手段、２ａは上部加熱手段、２ｂは側部加熱手段、３は出湯口、４は出湯口を塞ぐシリコン原料、５はノズル、６は鋳型を示す。
【０００６】
シリコン原料を溶融するための溶融坩堝１ａが保持坩堝１ｂに保持されて配置されている。溶融坩堝１ａの底部にはシリコン融液を出湯させるための出湯口が設けられ、例えば口径ｄ２が５ｍｍから２０ｍｍ程度の出湯口３が設けられている。この出湯口を塞ぐためにシリコン原料４を用いている。その上に、溶融坩堝１ａ内に溶解用のシリコン原料が投入されている。そして出湯口３を覆うように垂下し、鉛直下方に対して垂直に切断したときの内断面が略円形状であるノズル５が設けられている。また、坩堝１の上部と側部にはそれぞれ加熱手段２（上部加熱手段２ａ、側部加熱手段２ｂ）が配置されている。また、このとき溶融坩堝１ａ、ノズル５はシリコン融液中への不純物の溶出を抑えるために、高純度の石英などが用いられている。
【０００７】
溶融坩堝１ａ内のシリコン原料は上部加熱手段２ａと側部加熱手段２ｂにより、上部のシリコン原料から下部のシリコン原料へ徐々に溶解して、最後に出湯口を塞ぐシリコン原料４を溶解させ、出湯口３に設けられたノズル５から溶融したシリコン融液を鋳型６に出湯させるように構成されている。また、鋳型６の内側には離型材（不図示）が塗布されている。このように溶融坩堝１ａの上部から徐々にシリコン原料を溶融させ、シリコン原料が完全に融液となった瞬間に出湯が開始されることからシリコン原料が溶融した後の出湯を効率よく行うことができ、装置を極めて簡略化することができる。また、出湯口３に設けられたノズル５により整流されたシリコン融液を鋳型に出湯することができ、シリコン融液が周囲に飛散するのを抑制することができる。
【特許文献１】特開２００３−２４７７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ノズル５を設けることによるシリコン融液の飛散を抑制する効果は十分とは言えず、鋳型６内にシリコン融液が入らずに鋳型６の外に漏れたり、シリコン融液を出湯して鋳型６に注湯する時、その流れが十分に安定せず、乱れているために、シリコン融液が周囲に飛散したりすることによって、装置を破損させてしまったり、シリコン融液が鋳型６を構成している部品に付着することにより部品の消耗を激しくし、生産性が低下するといった問題があった。
【０００９】
また、シリコン融液は出湯時に流れ方向に乱れがあると、鋳型６内で跳ね飛ぶ割合が多くなり、鋳型内側面に付着し、その後付着したシリコン粒が急速に固まる。後の出湯したシリコン融液と鋳型内で混じりあった時、シリコンの結晶性を悪くさせ基板特性を低下させ、さらには急速に固まったシリコン粒が鋳型内部の離型材と共に剥がれ、シリコン融液内部に異物として混入して、切断、切削性を悪化させる。また、不純物による基板特性の低下を招く問題もあった。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的はシリコン融液を出湯させる際に下部に設置してある鋳型の周囲にシリコン融液を飛散させずに、シリコン融液を安定して鋳型６内に注湯することのできるシリコン溶解装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は上述の問題に鑑み、鋭意検討を行ったところ、以下の事実を知見した。
【００１２】
図７は、従来のシリコン溶解装置においてシリコン融液が出湯する状態を示す模式図である。従来の場合、融液出湯の際、融液出口付近において、ノズル５を構成する石英とシリコン融液との濡れ性により表面張力が生じ、白矢印に示すように、融液に対して水平方向の速度成分が付与されていた。その結果、融液が飛散する現象が起こっていた。そこで、本発明者らは融液出口付近においてシリコン融液との間に生じる表面張力を抑制できれば、融液の水平方向の速度成分の増加を抑え、融液の飛散を抑制できる可能性に着目した。この知見に基づき、実験を繰り返し行ない本発明に到達したのである。
【００１３】
すなわち、本発明の請求項１に係るシリコン溶解装置は、内部にシリコン原料を保持し溶融させる溶融坩堝と、前記シリコン原料を加熱し融液とするための加熱手段と、前記溶融坩堝の底部に設けられた出湯口と、前記出湯口の下方に配置された鋳型とから成るシリコン溶解装置であって、前記溶融坩堝は、その出湯口に、一端が出湯口に直結し且つ他端が融液出口となるとともに、前記融液出口におけるシリコン融液の表面張力を抑える貫通孔を有する融液ガイドを設けたことを特徴とするシリコン溶解装置である。
【００１４】
本発明の請求項２に係るシリコン溶解装置は、請求項１に記載のシリコン溶解装置において、前記融液ガイドは、前記貫通孔の融液出口側から鉛直上方に向かって平面視したときに、前記融液出口における貫通孔の口径をｄ１、前記融液出口における前記融液ガイドの外径をＴ１とした場合、前記融液ガイドの縁部における肉厚部分の最長表面距離（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘが０．１ｄ１≦（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２＜０．２ｄ１の関係を満足することを特徴とするシリコン溶解装置である。
【００１５】
本発明の請求項３に係るシリコン溶解装置は前記融液ガイドの外形形状が、下方に向かって外径が細くなる円錐台または角錐台の外形を成し、その側面は鉛直方向に対して５度以上６０度未満の角度で傾斜する請求項１又は請求項２に記載のシリコン溶解装置である。
【００１６】
本発明の請求項４に係るシリコン溶解装置は、前記融液ガイドの貫通孔の内面形状が、下方に向かって口径が細くなるように設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のシリコン溶解装置である。
【００１７】
本発明の請求項５に係るシリコン溶解装置は内部にシリコン原料を保持し溶融させる溶融坩堝と、前記シリコン原料を加熱し融液とするための加熱手段と、前記溶融坩堝の底部に設けられた出湯口と、前記出湯口の下方に備えられた鋳型ととから成るシリコン溶解装置であって、前記溶融坩堝は、出湯口の外表面側におけるシリコン融液の表面張力を抑えるべく、出湯口の外表面周囲に、切欠部を周設したこと特徴とするシリコン溶解装置である。
【００１８】
本発明の請求項６に係るシリコン溶解装置は、請求項５に記載のシリコン溶解装置であって、前記出湯口は、鉛直方向の直線に直交する平面で切断した出湯口外表面での口径をｄ２、前記出湯口の外径をＴ２とした場合、前記出湯口の縁部における前記切欠部の肉厚部分の最長表面距離（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘが、０．１ｄ２≦（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２＜０．２ｄ２の関係を満足することを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項７に係るシリコン溶解装置は、請求項５、または請求項６に記載のシリコン溶解装置において、前記出湯口の外表面に周設した切欠部を構成する面のうち、最も内側の面は、鉛直方向に対して５度以上６０度未満の角度で傾斜しているシリコン溶解装置である。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明に係るシリコン溶解装置によれば、内部にシリコン原料を保持し溶融させる溶融坩堝と、前記シリコン原料を加熱し融液とするための加熱手段と、前記溶融坩堝の底部に設けられた出湯口と、前記出湯口の下方に配置された鋳型とから成るシリコン溶解装置であって、前記溶融坩堝は、その出湯口に、一端が出湯口に直結し且つ他端が融液出口となるとともに、前記融液出口におけるシリコン融液の表面張力を抑える貫通孔を有する融液ガイドを設けたことによって、この融液ガイドの融液出口から前記融液を出湯するときに、この融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを制限するようにしている。
【００２１】
もしくは、内部にシリコン原料を保持し溶融させる溶融坩堝と、前記シリコン原料を加熱し融液とするための加熱手段と、前記溶融坩堝の底部に設けられた出湯口と、前記出湯口の下方に備えられた鋳型ととから成るシリコン溶解装置であって、前記溶融坩堝は、出湯口の外表面側におけるシリコン融液の表面張力を抑えるべく、出湯口の外表面周囲に、切欠部を周設したこと特徴とすることによって、この出湯口の融液出口から前記融液を出湯するときに、この融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを制限するようにしている。
【００２２】
このように、融液出口から融液を出湯するときに、前記融液との間の表面張力を制限して、この前記融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを制限するため、鋳型に注湯した融液が周囲に飛散することを効果的に抑制することができる。その結果、飛散した融液で装置を破損させることがなく、融液が鋳型を構成している部品に付着することで生じる部品の消耗を軽減できるため、生産性と歩留まりを向上できる。
【００２３】
さらには、跳ね飛ぶ融液を抑えられるため、シリコン融液が鋳型内側面に付着し、その後付着した融液の粒が急速に固まり、後に鋳型内に出湯した融液と混じりあった時に、結晶性を悪くさせ基板特性を低下させる現象を回避できる。また、急速に固まった融液の粒が鋳型内部の離型材と共に剥がれ、融液内部に異物として混入して、切断、切削性を悪化させることを防止できる。さらに、不純物による基板特性の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２５】
まず本発明の第一実施形態に係るシリコン溶解装置について説明する。図１（ａ）は、本発明に係るシリコン溶解装置の第一実施形態の断面の構造を示す図であり、１は坩堝、１ａは溶融坩堝、１ｂは保持坩堝、２は加熱手段、２ａは上部加熱手段、２ｂは側部加熱手段、３は出湯口、４は出湯口を塞ぐシリコン原料、６は鋳型、７は融液ガイド、８は貫通孔である。
【００２６】
また図１（ｂ）は図１（ａ）の融液ガイドの先端部拡大図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）を、貫通孔８の融液出口側から鉛直上方に向かって平面視したときの図である。図１（ｃ）において融液ガイド７の外径をＴ１、貫通孔８の融液出口側の口径をｄ１とした。ここで、融液ガイドのリング形状の肉厚部分はＴ１−ｄ１とする。また、図３（ｃ）に示すように、複数の略円筒形が鉛直方向に重なった形状でもよい。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、溶融坩堝１ａは、投入されたシリコン原料を内部に保持して加熱溶解してシリコン融液を鋳型に注湯するものである。なお、溶融坩堝１ａで溶解されて鋳型６に注湯されたシリコン融液が冷却、凝固したシリコン鋳塊は、例えば太陽電池用多結晶シリコン基板材料などに用いられる。
【００２８】
溶融坩堝１ａ、保持坩堝１ｂの下部に配置された鋳型６は石英などの二酸化珪素や黒鉛などのカーボン材、またはセラミック材からなり、その内側には離型材（不図示）を塗布して用いられる。また、この鋳型６の周りには抜熱を抑制するための鋳型断熱材（不図示）が設置される。鋳型断熱材は耐熱性、断熱性などを考慮してカーボン系の材質が一般的に用いられる。また鋳型６の下方には注湯されたシリコン融液を冷却・固化するための冷却板（不図示）を設置してもよい。なお、これらはすべて真空容器（不図示）内に設置される。
【００２９】
溶融坩堝１ａは通常、高純度の石英などが用いられるが、シリコン原料の融解温度以上の温度において、融解、蒸発、軟化、変形、分解などを生じにくく、かつ太陽電池特性を落とさない純度であれば特に限定されない。
【００３０】
溶融坩堝１ａの底部に設ける出湯口３の位置は溶融坩堝１ａ内の最低部であれば、図上の如何なる位置でも構わないが、溶融坩堝１ａ内での水平方向の温度分布を考慮して中心位置に設けるのが望ましい。溶融坩堝１ａの底部に備えられた出湯口３出口に連設され垂下された融液ガイド７は、貫通孔８を有している。そして、融液ガイド７の下方には鋳型６を設けている。そのため、シリコン融液が出湯口３を通り、融液ガイド７の貫通孔８を通過し、融液ガイド７の下方にある鋳型６へと流れ込む。出湯初期においては、シリコン融液は液位による圧力によって押し出されるが、出湯後期には液位による圧力がほとんどなくなるために、自重による落下で貫通孔８から流れ出るようになる。したがって、無駄なく出湯させるためには、溶融坩堝１ａの底部はある一定以上の傾斜があるほうが好ましい。そして、溶融坩堝１ａの底部に設けられた出湯口３は、例えば口径ｄ１が５ｍｍから２０ｍｍ程度の大きさを有している。また、溶融坩堝１ａの本体の形状は特に限定されるものではない。
【００３１】
溶融坩堝１ａ、保持坩堝１ｂの上部と側部にはそれぞれ上部加熱手段２ａ、側部加熱手段２ｂが配置されている。これらの上部加熱手段２ａ、側部加熱手段２ｂによって、溶融坩堝１ａ内部のシリコン原料を加熱溶融して、シリコン融液とするのである。なお、これらの加熱手段２としては、例えば、抵抗加熱式のヒーターや誘導加熱式のコイルなどを用いることができる。
【００３２】
さらに、出湯口３を塞ぐシリコン原料４によりあらかじめ出湯口３は塞がれている。出湯口３を塞ぐシリコン原料４上で溶融坩堝１ａ内の溶解させるシリコン原料を保持し、上部加熱手段２ａおよび側部加熱手段２ｂによって、溶融坩堝１ａ内のシリコン原料が上部から下部へと徐々に溶解させていき、最後に出湯口３を塞ぐシリコン原料４が溶解して、シリコン融液が出湯する。ゆえに、出湯口３を塞ぐシリコン原料４は、溶解させるシリコン原料が完全に溶解される前に出湯漏れが起こらないようにする役割を有している。
【００３３】
出湯口３に、一端が出湯口３に直結し且つ他端が融液出口となるとともに、融液との間の表面張力を制限することによって、この融液出口から融液を出湯するときに、この融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを抑制することができる。この原理を以下に示す。
【００３４】
図６に本発明に係るシリコン溶解装置において、シリコン融液が出湯する状態を示す模式図、図７に従来のシリコン溶解装置において、シリコン融液が出湯する状態の模式図を示す。図７に示されるように従来は、ノズル５を設けることで融液の跳ね飛びを軽減するものであったが、出湯口３先端が平面もしくは平面に近い形状であったために、シリコンと石英の濡れ性により水平方向に発生する表面張力によって、鉛直方向以外の、例えば水平方向の速度成分が増加し、シリコン融液が出湯するときに出湯口３の周囲に拡散し跳ね飛んでいた。
【００３５】
しかしながら本発明においては、図６に示されるように、出湯口３の先端に設けられた融液ガイド７の融液出口において、水平方向に広がる面積を少なくすることでシリコンと石英の濡れ性により水平方向に発生する表面張力を制限することができ、シリコン融液中に鉛直方向以外の、例えば水平方向の速度成分が増加することを抑え、鋳型６に注湯したシリコン融液が周囲に飛散することを抑制できる。
【００３６】
なお、融液ガイド７は、溶融坩堝１ａとは別体に形成し、溶融坩堝１ａの底部に取り付けるようにしてもよい。また、融液ガイド７は保持坩堝１ｂにぶつからない範囲で、熱により融液ガイド７の形状が変化しない程度の強度を持たせるために、融液ガイド７の縁部における肉厚部分の最長表面距離（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘが所定の範囲とすることが望ましい。また、貫通孔８は、シリコン融液の内部の圧力を均等に分布させるために、鉛直下方方向に対して垂直に切断したときの外形形状が略円形状となっていることが望ましい。そして、貫通孔８は少なくとも直径１ｍｍの球が通過できる口径ｄ１とすることが望ましく、その内面形状が、下方に向かって口径ｄ１が細くなるように設定されていることが望ましい。このようにすることで、融液が融液ガイド７の融液出口側に向かって収束される。出湯時において、融点近傍のシリコンは粘性が高いため、貫通孔８の口径ｄ１が１ｍｍよりも小さければシリコン融液を鋳型６に円滑に出湯させることが困難である。
【００３７】
図３に本発明のシリコン溶解装置の第一実施形態に係る融液ガイド７の例を示す。図３（ａ）、（ｂ）のように融液ガイド７の外形形状は、下方に向かって外径が細くなった円錐台または、角錐台の外形形状を有し、その側面と、鉛直方向の直線に対してなす角度をθ１とした。ここで、このなす角度θ１は内角を示すこととする。この角度θ１が５度以上６０度未満で傾斜するようにすることで、上述したような原理によって、シリコン融液と石英との間の表面張力を制限でき、シリコン融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを防ぐことができる。さらに角度θ１は１５度以上４５度未満の角度で傾斜していることがより好ましい。その結果、よりシリコン融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを抑え、鋳型６に注湯したシリコン融液が周囲に飛散することを抑制できる。
【００３８】
しかし、融液ガイド７の側面が、鉛直方向の直線に対して５度より小さい角度θ１で傾斜している場合、融液ガイド７の先端の強度不足によって歪みが生じる恐れがある。また、融液ガイド７の先端部は高温のシリコン融液による軟化の影響が大きいために、融液ガイド７が変形してシリコン融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加し、この結果、鋳型に注湯したシリコン融液が周囲に飛散する恐れがある。
【００３９】
また、側面が、鉛直方向の直線に対して６０度以上大きい角度θ１で傾斜している場合、下方方向に対して水平方向に発生する表面張力を制限することができず、シリコン融液中に鉛直方向以外の速度成分の増加を抑制することができない恐れがある。そのため、鋳型に注湯したシリコン融液が周囲に飛散する恐れがある。
【００４０】
さらに、図１（ｃ）に示すように本発明に係る貫通孔８は、鉛直方向の直線に直交する平面で切断したときに略円形状を有するようにし、また前記融液ガイド７は、前記貫通孔８の融液出口側から鉛直上方に向かって平面視したときに、融液出口側における貫通孔８の口径をｄ１、融液出口における前記融液ガイド７の外径をＴ１とした場合、この融液ガイド７の縁部における肉厚部分はＴ１−ｄ１で示すことができる。この肉厚部分が最大となる長さを最長表面距離とし（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘとする。この融液ガイド７の縁部における肉厚部分の最長表面距離（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘが、０．１ｄ１≦（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２＜０．２ｄ１とすることが望ましい。融液ガイド７は、円錐台、角錐台形状に限らず、図３（ｃ）に示す円筒形が重なった外形をとる場合においても、この融液ガイド７の縁部における肉厚部分のうち最大となる最長表面距離（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘが、０．１ｄ１≦（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２＜０．２ｄ１とすることが望ましい。この範囲にすることで、より効果的にシリコン融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを抑え、鋳型６に注湯したシリコン融液が周囲に飛散することを効果的に抑制できる。
【００４１】
しかし、（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２が０．１ｄ１より小さい場合、融液ガイド７の融液出口側の先端部の強度不足によって融液ガイド７の融液出口側先端部に歪みが生じ、高温による軟化の影響が大きいために融液ガイド７が変形してシリコン融液の水平方向の拡散を十分に抑えることができない恐れがある。また、（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２が０．２ｄ１以上の場合、水平方向に発生する表面張力の影響を抑制する効果が小さいため、シリコン融液の水平方向の拡散が抑えられず、安定した垂直方向へのシリコン融液の流れを十分に得ることができない可能性がある。以上のようにして、本発明の第一実施形態を実施することができる。
【００４２】
次に、本発明に係るシリコン溶解装置の第二実施形態について説明する。
【００４３】
図２（ａ）は、本発明に係るシリコン溶解装置の第二実施形態を示す断面構造図であり、１は坩堝、１ａは溶融坩堝、１ｂは保持坩堝、２は加熱手段、２ａは上部加熱手段、２ｂは下部加熱手段、３は出湯口、４は出湯口を塞ぐシリコン原料、６は鋳型である。また、図２（ｂ）は、出湯口３の融液出口の側から鉛直上方に向かって平面視した図である。溶融坩堝１ａには出湯口３の外表面周囲に、切欠部ｋを周設した。図２（ｃ）中、切欠部ｋによって囲われて成る出湯口外表面での口径をｄ２、出湯口の外径をＴ２とした場合、切欠部ｋの出湯口外表面における肉厚部分はＴ２−ｄ２で示すことができる。そして、図２（ｃ）において、点線で囲った部分と隣接する２つの外郭線は切欠部ｋを示す。以下、出湯口の外表面に周設した切欠部ｋを構成する最も内側の面とは、出湯口３の外表面において、肉厚部分Ｔ２−ｄ２以外の面で最も出湯口３に近い切欠部ｋの面を指すものとする。
【００４４】
第二実施形態においても第一実施形態と同様に、溶融坩堝１ａは高温になると軟化して、形を保てないために、グラファイトなどからなる保持坩堝１ｂで保持される。また、溶融坩堝１ａ、保持坩堝１ｂの寸法は、一度に溶解する溶解量に応じたシリコン原料を内包できる寸法とする。シリコン原料の溶解量は、およそ１ｋｇから１５０ｋｇの範囲である。
【００４５】
第二実施形態と第一実施形態で大きく異なる点は、出湯口３の融液出口側の構造である。第二実施形態では、溶融坩堝１ａに切欠部を設けることで、出湯口３の融液出口側に対し、第一実施形態での融液ガイド７と同等な効果を奏するようにしている。つまり、本発明においては、図６に示されるように、出湯口３の融液出口側に設けられた切欠部ｋにより、シリコン融液が水平方向に広がる面積を少なくすることでシリコン融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを抑えることができる。その結果、鋳型６に注湯するときにシリコン融液が周囲に飛散することを抑制できる。
【００４６】
図４に出湯口３の融液出口側に設けられた切欠部の好ましい例を示す。図４（ａ）に第二実施形態における切欠部ｋを構成する最も内側の面と鉛直方向の直線とがなす角度θ２について示す。ここで、このなす角度θ２は内角を示すこととする。第二実施形態において、出湯口３の融液出口の外表面に周設した切欠部ｋを構成する面のうち、最も内側の面は、鉛直方向の直線に対してなす角度θ２が５度以上６０度未満で傾斜していることが好ましく、さらに角度θ２は１５度以上４５度未満の角度で傾斜していることがより好ましい。このようなテーパー形状を設けることによって、よりシリコン融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを抑え、鋳型６に注湯したシリコン融液が周囲に飛散することを抑制できる。
【００４７】
しかし、これら出湯口３融液出口形状の下方方向と切欠部ｋを構成する面のうち、最も内側の面は、鉛直方向の直線に対して角度θ２が５度より小さい場合、出湯口３融液出口の強度不足によって歪みが生じる可能性がある。また、出湯口３の融液出口の先端部は高温のシリコン融液による軟化の影響が大きいために、出湯口３の融液出口が変形してシリコン融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加する恐れがある。この結果、鋳型６に注湯したシリコン融液が周囲に飛散する恐れがある。
【００４８】
また、出湯口３融液出口形状の下方方向と切欠部を構成する面のうち、最も内側の面は、鉛直方向の直線に対して角度θ２が６０度以上大きい場合、下方方向に対して水平方向に発生する表面張力を制限することができない可能性があり、シリコン融液中に鉛直方向以外の速度成分の増加を抑制することができない恐れがある。そのため、鋳型６に注湯したシリコン融液が周囲に飛散する可能性がある。
【００４９】
また、図２（ｃ）に示されるように、融液出口の側から鉛直上方に向かって平面視したときに、切欠部ｋによって囲われて成る出湯口外表面での口径をｄ２、出湯口の外径をＴ２とした場合、切欠部ｋの出湯口外表面における肉厚部分はＴ２−ｄ２で示すことができる。
【００５０】
また、この肉厚部分が最大となる長さを最長表面距離とし、（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘとする。この最長表面距離（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘが０．１ｄ２≦（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２＜０．２ｄ２となることが好ましく、より効果的にシリコン融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを抑え、鋳型６に注湯したシリコン融液が周囲に飛散することを効果的に抑制できる。また、図４に出湯口３出口形状の例を示す。図４（ｂ）、（ｃ）の形状をとった場合でもよく、この場合もリング形状の肉厚部分が最大となる最長表面距離（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘが０．１ｄ２≦（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２＜０．２ｄ２である方が好ましい。
【００５１】
しかし、（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２が０．１ｄ２より小さい場合、出湯口３の外表面における融液出口側の強度不足によって歪みが生じ、高温による軟化の影響が大きくなり、出湯口３の融液出口側が変形してシリコン融液の水平方向の拡散を十分に抑えることができない可能性がある。また、（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２が０．２ｄ２以上大きい場合、水平方向に発生する表面張力の影響を抑制する効果が小さいため、シリコン融液の水平方向の拡散が抑えられず、安定した垂直方向へのシリコン融液の流れを十分に得ることができない恐れがある。以上のようにして第二実施形態を実施することができる。
【００５２】
上述したような、本発明の溶解装置によって溶解したシリコン融液は、溶融坩堝１ａの底部に設けられた貫通孔８から、その下方に配置された鋳型６に注湯され、いわゆる、一方向凝固法により冷却固化され多結晶シリコンインゴットとなる。この多結晶シリコンインゴットから端部を除去し、所望の大きさに切断して切り出し、切り出した鋳塊を所望の厚みにスライスして例えば太陽電池を形成するための多結晶シリコン基板を得ることができる。
【００５３】
このとき、本発明に係るシリコン溶解装置によれば融液出口から融液を出湯するときに、前記融液との間の表面張力を制限して、この前記融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを制限するため、鋳型６に注湯した融液が周囲に飛散することを効果的に抑制することができる。その結果、飛散した融液で装置を破損させることがなく、融液が鋳型６を構成している部品に付着することで生じる部品の消耗を軽減できるため、生産性と歩留まりを向上できる。
【００５４】
さらには、跳ね飛ぶ融液を抑えられるため、シリコン融液が鋳型６内側面に付着し、その後付着した融液の粒が急速に固まり、後に鋳型内に出湯した融液と混じりあった時に、結晶性を悪くさせ基板特性を低下させる現象を回避できる。また、急速に固まった融液の粒が鋳型内部の離型材と共に剥がれ、融液内部に異物として混入して、切断、切削性を悪化させることを防ぐことができる。さらに、不純物による基板特性の低下も防ぐことができる。
【００５５】
なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることはもちろんである。
【００５６】
例えば、融液ガイド７の貫通孔８の内面形状が、下方に向かって口径が細くなくてもよい。出湯口８の口径に対して融液ガイド７の融液出口側で、出湯口８の口径よりも小さくなっていればよい。
【００５７】
また、出湯口３を塞ぐシリコン原料４を加熱する加熱手段を別に設けても良い。このようにすることで、その他の部分の影響を考慮することなく、出湯口３を塞ぐシリコン原料４を溶解させることが可能になるとともに、短時間で出湯口３を塞ぐシリコン原料４を溶解させることができるようになるため、溶融坩堝１ａの中のシリコン融液の出湯のタイミングを任意に図ることが可能になる。
【００５８】
さらに、鋳型６と溶融坩堝１ａの間に、鋳型加熱手段を設けてもよい。この鋳型加熱手段は、例えば、カーボンヒーターなどによって構成され、鋳型６に出湯したシリコン融液の表面を適度に加熱することによって、シリコン融液を鋳型６の下部から徐々に上方向に向かって一方向凝固させる機能を有する。さらに、鋳型６の周囲に断熱材を設けて周方向からの抜熱を防いだり、鋳型６の下部に冷却板を設けて下部から抜熱するようにしたりしてもよく、これによって、鋳型６の内部のシリコン融液を下部から上部へ向けて一方向凝固する効果がより促進される。
【００５９】
また、上述の説明では融液出口側において、融液ガイド７や、出湯口３の出口側に切欠部を設けるなどして、融液との接触する面積を減らすことでシリコン融液が出湯するときに、この融液中に鉛直方向以外の速度成分が増加することを防ぐようにしたが、これに限らず、融液ガイド７の融液出口の先端部を加熱する機構を設けてもよい。この機構によって、シリコン融液の出口付近を加熱することでシリコン融液の粘度が低くなり、表面張力が制限され、本発明の効果を得ることができる。
【００６０】
さらに、融液ガイド７や、出湯口３の出口側にあるシリコン融液出口側において図１（ｃ）、図２（ｃ）に示すリング形状の厚み部分を石英よりもシリコン融液に対して濡れ性の悪い材質のものでコーティングしてもよい。その結果、シリコン融液の表面張力が制限され本発明の効果を得ることができる。
【００６１】
また、本発明に係る融液ガイド７の中にノズルを有しているようにしてもよく、本発明の効果を得ることができる。
【実施例１】
【００６２】
以下、本発明の第一実施形態の実施例について説明する。
【００６３】
底部に出湯口３を持ち、さらに融液ガイド７を出湯口３に連設して垂下させた石英からなる溶融坩堝１ａをグラファイトからなる保持坩堝１ｂで保持し、溶融坩堝１ａ内に８０ｋｇのシリコン原料を投入した。融液ガイド７を通る貫通孔８は筒状で、融液ガイド７の最大肉厚部分は１５ｍｍであり、上端部から下端部までの直線距離を６０ｍｍとし、貫通孔８の融液出口側の口径ｄ１は１０ｍｍの略円形状とした。また、出湯口３の口径は１５ｍｍとし、融液出口側までは貫通孔８の内面形状がテーパー形状となるようにした。
【００６４】
鋳型６は内寸３５０ｍｍ×３５０ｍｍ、深さ３５０ｍｍからなる石英鋳型であり、鋳型内面には炭化珪素からなる離型材層が形成されている。
【００６５】
溶融坩堝１ａの上部に上部加熱手段を設け、側部には融液ガイド７より上方に側部加熱手段を設置し、加熱手段によって溶融坩堝１ａ内のシリコン原料を溶解させた。溶融坩堝１ａ内のシリコン融液の温度を上昇させ、出湯口３を塞ぐシリコン原料４を溶解し、溶融坩堝１ａ下部に融液ガイド７の先端から鋳型６上部までの距離が３５０ｍｍとなるように配設された鋳型６内にシリコン融液を注湯した。
【００６６】
このとき、融液ガイド７の外形形状が図３（ａ）に示されるように、融液ガイド７が下方に向かって外径Ｔ１が細くなった円錐台の外形形状を有し、その側面が、鉛直方向の直線に対して交わる角度θ１を３度から６５度の範囲で変化させた試料を用意し、それぞれの試料において鋳型６内側面へのシリコン融液の付着頻度と融液ガイド７の歪みの有無を調べた。
【００６７】
また、従来例として図５に示す外形形状が円筒形のノズル５を備えた試料を準備した。融液出口側の口径が１０ｍｍ、融液出口側のノズル５における最大肉厚部分を１５ｍｍとした。
【００６８】
これらの結果を表１に示す。表１の評価結果において、記号で示した内容は以下の通りである。
【００６９】
（鋳型６内側面へのシリコン融液の付着頻度）
◎：全く観察されなかった、○：わずかに認められるが全く問題なし、△：若干認められるが可、×：顕著に認められ不可
【表１】
【００７０】
表１より、従来例である試料Ｎｏ．１については、鋳型６内側面にシリコン融液の付着が顕著に認められ、鋳型６に注湯したシリコン融液の周囲への飛散を抑制できないことが確認された。
【００７１】
また、角度θ１が６０度以上の試料Ｎｏ.８、９においては、鋳型６内側面に若干シリコン融液の付着が認められたが、特に影響はなく、本発明の効果が確認された。
【００７２】
また、角度θ１が５５度以上６０度未満の試料Ｎｏ．６、７においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着がわずかに認められたが、鋳型６に注湯したシリコン融液の周囲への飛散を抑制でき、本発明の効果が確認された。
【００７３】
また、角度θ１が５度以上５５度未満の試料Ｎｏ．３、４、５においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着が認められず、鋳型６に注湯したシリコン融液の周囲への飛散を効果的に抑制でき、本発明の効果を良好に奏することが確認された。
【００７４】
また、角度θ１が３度の試料Ｎｏ.２においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着がわずかに認められた。融液ガイド７の先端に若干ゆがみが確認されたが出湯には問題がなかった。
【実施例２】
【００７５】
次に、本発明の第一実施形態における他の実施例について説明する。
【００７６】
実施例２においても実施例１と同様の方法で、坩堝から融液ガイド７を利用して鋳型６にシリコン融液を注湯した。このとき実施例１と同様に、融液ガイド７を通る貫通孔８は筒状で、融液ガイド７の最大肉厚部分は１５ｍｍであり、上端部から下端部までの直線距離を６０ｍｍとし、融液出口側の口径ｄ１は１０ｍｍの略円形状とした。また、出湯口３の口径は１５ｍｍとし、融液出口側までは貫通孔８の内面形状がテーパー形状となるようにした。
【００７７】
ここで、融液ガイド７の形状において、図３（ｃ）に示されるように、貫通孔８の融液出口側から鉛直上方に向かって平面視したときに、融液ガイド７の縁部における肉厚部分はＴ１−ｄ１で示すことができる。この肉厚部分が最大となる長さを最長表面距離（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘとした。このとき、（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２がｄ１／１５からｄ１／４の範囲で変化させた試料を用意し、それぞれの試料において鋳型６内側面へのシリコン融液の付着頻度と出湯口３の歪みの有無を調べた。このとき、融液ガイド７にはテーパー角は設けずに実施した。
【００７８】
さらに、従来例として図５に示す外形形状が円筒のノズル５を備えた試料を用意した。ノズル５の融液出口側口径は１０ｍｍ、その最大肉厚部分は１５ｍｍとした。
【００７９】
これらの結果を表１に示す。表１の評価結果において、記号で示した内容は以下の通りである。
【００８０】
（鋳型６内側面へのシリコン融液の付着頻度）
◎：全く観察されなかった、○：わずかに認められるが全く問題なし、△：若干認められるが可、×：顕著に認められ不可
表１より、（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２が０．２ｄ１以上の試料Ｎｏ.１４、１５においては、鋳型６の側面に若干のシリコン融液の付着が認められたが、特に影響はなく本発明の効果が確認された。
【００８１】
また、（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２がｄ１／６の試料Ｎｏ．１３においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着がわずかに認められたが、鋳型６に注湯したシリコン融液の周囲への飛散を抑制でき、本発明の効果が確認された。
【００８２】
また、（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２がｄ１／１０以上ｄ１／６未満の試料Ｎｏ．１１、１２においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着が認められず、鋳型６に注湯したシリコン融液の周囲への飛散を効果的に抑制でき、本発明の効果を良好に奏することが確認された。
【００８３】
また、（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２がｄ１／１５の試料Ｎｏ.１０においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着がわずかに認められた。融液ガイド７の先端に若干ゆがみが確認されたが出湯には問題がなかった。
【実施例３】
【００８４】
次に、本発明の第二実施形態の実施例について説明する。
【００８５】
底部に出湯口３を持つ石英からなる溶融坩堝１ａをグラファイトからなる保持坩堝１ｂで保持し、溶融坩堝１ａ内に８０ｋｇのシリコン原料を投入した。
【００８６】
鋳型６は内寸３５０ｍｍ×３５０ｍｍ、深さ３５０ｍｍからなる石英鋳型であり、鋳型内面には炭化珪素からなる離型材層が形成されている。
【００８７】
溶融坩堝１ａの上部に上部加熱手段２ａを設け、側部には溶融坩堝１ａと同等の高さに側部加熱手段２ｂを設置し、加熱手段２によって溶融坩堝１ａ内のシリコン原料を溶解させた。溶融坩堝１ａ内のシリコン融液の温度を上昇させ、出湯口３を塞ぐシリコン原料を溶解し、溶融坩堝１ａ下部に出湯口３から鋳型６内側面までの距離が３５０ｍｍとなるように配設された鋳型６内にシリコン融液を注湯した。
【００８８】
このとき図４（ａ）に示されるように、溶融坩堝１の出湯口３の口径ｄ２は１０ｍｍとし、出湯口３の外表面周囲に切欠部ｋを周設し、この切欠部ｋを構成する面のうち、最も内側の面が、鉛直方向の直線に対して交わる角度θ２を３度から６５度の範囲で変化させた試料を用意し、それぞれの試料において鋳型６内側面へのシリコン融液の付着頻度と出湯口３の融液出口付近における歪みの有無を調べた。
【００８９】
また、従来例として出湯口３の外表面周囲に、切欠部ｋを周設していない坩堝１を用いた。出湯口３の口径が１０ｍｍとし、出湯口３融液出口側の形状はテーパー角がついていないものとした。
【００９０】
これらの結果を表２に示す。表２の評価結果において、記号で示した内容は以下の通りである。
【００９１】
（鋳型６内側面へのシリコン融液の付着頻度）
◎：全く観察されなかった、○：わずかに認められるが全く問題なし、△：若干認められるが可、×：顕著に認められ不可
【表２】
【００９２】
表２より、従来例である試料Ｎｏ．１６については、鋳型６内側面にシリコン融液の付着が顕著に認められ、鋳型６に注湯したシリコン融液の周囲への飛散を抑制できないことが確認された。
【００９３】
また、角度θ２が６０度以上の試料Ｎｏ.２３、２４においては、鋳型６内側面に若干のシリコン融液の付着が認めらたが、特に影響はなく本発明の効果が確認された。
【００９４】
また、角度θ２が４５度以上６０度未満の試料Ｎｏ．２１、２２においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着がわずかに認められたが、鋳型６に注湯したシリコン融液の周囲への飛散を抑制でき、本発明の効果が確認された。
【００９５】
また、角度θ２が５度以上４５度未満の試料Ｎｏ．１８、１９、２０においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着が認められず、鋳型６に注湯したシリコン融液の周囲への飛散を効果的に抑制でき、本発明の効果が確認された。
【００９６】
また、角度θ２が３度の試料Ｎｏ.１７においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着がわずかに認められた。そして、出湯口３の先端に若干の歪みが確認されたが出湯に何ら影響はなく、本発明の効果が確認された。
【実施例４】
【００９７】
次に、第二実施形態の他の実施例について説明する。
【００９８】
実施例４においても実施例３と同様の方法で、坩堝から鋳型６にシリコン融液を注湯した。
【００９９】
出湯口３の融液出口側の形状において、図４（ｃ）に示されるように、融液出口の側から鉛直方向の直線に直交する平面で切断した出湯口３外表面での口径をｄ２、切欠部ｋを周設したことによる出湯口３外表面の外径をＴ２とした。このように、出湯口３の縁部における肉厚部分はＴ１−ｄ１で示すことができる。この肉厚部分が最大となる長さを最長表面距離（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘとした。このとき、（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２がｄ２／１５からｄ２／４の範囲で変化させた試料を用意し、それぞれの試料において鋳型６内側面へのシリコン融液の付着頻度と出湯口３の歪みの有無を調べた。本実施例において、出湯口３の融液出口側口径ｄ２は１０ｍｍとし、最長表面距離（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘを上記のように変化させた坩堝１を用意した。
【０１００】
従来例として、実施例３と同様に出湯口の外表面周囲に、切欠部ｋを周設していない坩堝であり、出湯口の融液出口側の口径が１０ｍｍ、この出湯口の口径はテーパー角がついていないものを用いた。
【０１０１】
これらの結果を表２に示す。表２の評価結果において、記号で示した内容は以下の通りである。
【０１０２】
（鋳型６内側面へのシリコン融液の付着頻度）
◎：全く観察されなかった、○：わずかに認められるが全く問題なし、△：若干認められるが可、×：顕著に認められ不可
表２において、（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２がｄ２／５以上の試料Ｎｏ.２９、３０においては、鋳型６内側面に若干のシリコン融液の付着が認められたが、特に影響はなく本発明の効果が確認された。
【０１０３】
また、（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２がｄ２／６の試料Ｎｏ．２８においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着がわずかに認められたが、鋳型６に注湯したシリコン融液の周囲への飛散を抑制でき、本発明の効果が確認された。
【０１０４】
また、（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２がｄ２／１０以上１／６未満の試料Ｎｏ．２６、２７においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着が認められず、鋳型６に注湯したシリコン融液の周囲への飛散を効果的に抑制でき、本発明の効果を良好に奏することが確認された。
【０１０５】
また、（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２がｄ２／１５の試料Ｎｏ.２５においては、鋳型６内側面にシリコン融液の付着がわずかに認められた。出湯口３の先端に歪みが確認されたが出湯に何ら影響はなく本発明の効果が確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】（ａ）本発明に係るシリコン溶解装置の第一実施形態を示す概略断面構造図である。
【０１０７】
（ｂ）本発明に係るシリコン融解装置の第一実施形態において融液ガイド部の先端部部分拡大図である。
【０１０８】
（ｃ）本発明に係るシリコン溶解装置の第一実施形態において融液ガイド部を鉛直上方に平面視したときの図である。
【図２】（ａ）本発明に係るシリコン溶解装置の第二実施形態を示す概略断面構造図である。
【０１０９】
（ｂ）本発明に係るシリコン融解装置の第二実施形態において出湯口融液出口側の部分拡大図である。
【０１１０】
（ｃ）本発明に係るシリコン溶解装置の第二実施形態において出湯口融液出口側の部分を鉛直上方に平面視したときの図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る融液ガイドの第一実施形態を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る出湯口出口側形状の第二実施形態を示す図である。
【図５】従来のシリコン溶解装置を示す概略断面構造図である。
【図６】本発明に係るシリコン溶解装置においてシリコン融液が出湯する状態を示す模式図である。
【図７】従来のシリコン溶解装置においてシリコン融液が出湯する状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１・・・坩堝
１ａ・・・溶融坩堝
１ｂ・・・保持坩堝
２・・・加熱手段
２ａ・・・上部加熱手段
２ｂ・・・側部加熱手段
３・・・出湯口
４・・・出湯口を塞ぐシリコン原料
５・・・ノズル
６・・・鋳型
７・・・融液ガイド
８・・・貫通孔
ｄ１・・・融液出口における貫通孔の口径
Ｔ１・・・融液出口における融液ガイドの外径
ｄ２・・・出湯口外表面での口径
Ｔ２・・・溶融坩堝に切欠部を設けた場合の出湯口の外径
ｋ・・・切欠部の範囲
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にシリコン原料を保持し溶融させる溶融坩堝と、
前記シリコン原料を加熱し融液とするための加熱手段と、
前記溶融坩堝の底部に設けられた出湯口と、
前記出湯口の下方に配置された鋳型とから成るシリコン溶解装置であって、
前記溶融坩堝は、その出湯口に、一端が出湯口に直結し且つ他端が融液出口となるとともに、前記融液出口におけるシリコン融液の表面張力を抑える貫通孔を有する融液ガイドを設けたことを特徴とするシリコン溶解装置。
【請求項２】
前記融液ガイドは、前記貫通孔の融液出口側から鉛直上方に向かって平面視したときに、前記融液出口における貫通孔の口径をｄ１、前記融液出口における前記融液ガイドの外径をＴ１とした場合、前記融液ガイドの縁部における肉厚部分の最長表面距離（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘが０．１ｄ１≦（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２＜０．２ｄ１の関係を満足することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコン溶解装置。
【請求項３】
前記融液ガイドの外形形状が、下方に向かって外径が細くなる円錐台または角錐台の外形を成し、その側面は鉛直方向に対して５度以上６０度未満の角度で傾斜する請求項１又は請求項２に記載のシリコン溶解装置。
【請求項４】
前記融液ガイドの貫通孔の内面形状が、下方に向かって口径が細くなるように設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のシリコン溶解装置。
【請求項５】
内部にシリコン原料を保持し溶融させる溶融坩堝と、
前記シリコン原料を加熱し融液とするための加熱手段と、
前記溶融坩堝の底部に設けられた出湯口と、
前記出湯口の下方に備えられた鋳型ととから成るシリコン溶解装置であって、
前記溶融坩堝は、出湯口の外表面側におけるシリコン融液の表面張力を抑えるべく、出湯口の外表面周囲に、切欠部を周設したこと特徴とするシリコン溶解装置。
【請求項６】
前記出湯口は、鉛直方向の直線に直交する平面で切断した出湯口外表面での口径をｄ２、前記出湯口の外径をＴ２とした場合、前記出湯口の縁部における前記切欠部の肉厚部分の最長表面距離（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘが、０．１ｄ２≦（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２＜０．２ｄ２の関係を満足することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のシリコン溶解装置。
【請求項７】
前記出湯口の外表面に周設した切欠部を構成する面のうち、最も内側の面は、鉛直方向に対して５度以上６０度未満の角度で傾斜している請求項５又は請求項６に記載のシリコン溶解装置。
【請求項１】
内部にシリコン原料を保持し溶融させる溶融坩堝と、
前記シリコン原料を加熱し融液とするための加熱手段と、
前記溶融坩堝の底部に設けられた出湯口と、
前記出湯口の下方に配置された鋳型とから成るシリコン溶解装置であって、
前記溶融坩堝は、その出湯口に、一端が出湯口に直結し且つ他端が融液出口となるとともに、前記融液出口におけるシリコン融液の表面張力を抑える貫通孔を有する融液ガイドを設けたことを特徴とするシリコン溶解装置。
【請求項２】
前記融液ガイドは、前記貫通孔の融液出口側から鉛直上方に向かって平面視したときに、前記融液出口における貫通孔の口径をｄ１、前記融液出口における前記融液ガイドの外径をＴ１とした場合、前記融液ガイドの縁部における肉厚部分の最長表面距離（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘが０．１ｄ１≦（Ｔ１−ｄ１）ｍａｘ／２＜０．２ｄ１の関係を満足することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコン溶解装置。
【請求項３】
前記融液ガイドの外形形状が、下方に向かって外径が細くなる円錐台または角錐台の外形を成し、その側面は鉛直方向に対して５度以上６０度未満の角度で傾斜する請求項１又は請求項２に記載のシリコン溶解装置。
【請求項４】
前記融液ガイドの貫通孔の内面形状が、下方に向かって口径が細くなるように設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のシリコン溶解装置。
【請求項５】
内部にシリコン原料を保持し溶融させる溶融坩堝と、
前記シリコン原料を加熱し融液とするための加熱手段と、
前記溶融坩堝の底部に設けられた出湯口と、
前記出湯口の下方に備えられた鋳型ととから成るシリコン溶解装置であって、
前記溶融坩堝は、出湯口の外表面側におけるシリコン融液の表面張力を抑えるべく、出湯口の外表面周囲に、切欠部を周設したこと特徴とするシリコン溶解装置。
【請求項６】
前記出湯口は、鉛直方向の直線に直交する平面で切断した出湯口外表面での口径をｄ２、前記出湯口の外径をＴ２とした場合、前記出湯口の縁部における前記切欠部の肉厚部分の最長表面距離（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘが、０．１ｄ２≦（Ｔ２−ｄ２）ｍａｘ／２＜０．２ｄ２の関係を満足することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のシリコン溶解装置。
【請求項７】
前記出湯口の外表面に周設した切欠部を構成する面のうち、最も内側の面は、鉛直方向に対して５度以上６０度未満の角度で傾斜している請求項５又は請求項６に記載のシリコン溶解装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１４２３５３（Ｐ２００６−１４２３５３Ａ）
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３３７６０６（Ｐ２００４−３３７６０６）
【出願日】平成１６年１１月２２日（２００４．１１．２２）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２２日（２００４．１１．２２）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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