(57)【要約】【課題】シリコンの精製効率を大幅に向上することによって、シリコンの精製を低コストで行なうことが可能なシリコンの精製装置およびシリコン精製方法を提供する。【解決手段】内部圧力を低減可能な減圧容器と、耐熱性容器と、耐熱性容器を加熱するための加熱装置とを含む処理室を複数具備し、複数の処理室が、減圧状態で溶融シリコンからリンを除去する脱リン処理装置、または偏析により溶融シリコンから金属を除去する脱メタル処理装置に選択的に切替可能に設置されているシリコン精製装置とその装置を用いたシリコン精製方法である。【選択図】図１
2010228938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部圧力を低減可能な減圧容器と、
耐熱性容器と、
前記耐熱性容器を加熱するための加熱装置と、を含む処理室を複数具備し、
前記複数の処理室が、減圧状態で溶融シリコンからリンを除去する脱リン処理装置、または偏析により溶融シリコンから金属を除去する脱メタル処理装置に選択的に切替可能に設置されている、シリコン精製装置。
【請求項２】
前記処理室の前記耐熱性容器に原料シリコンを投入することが可能なシリコン投入装置を備えている、請求項１に記載のシリコン精製装置。
【請求項３】
前記シリコン投入装置が前記処理室の少なくとも２つに共有されている、請求項２に記載のシリコン精製装置。
【請求項４】
前記処理室の内部圧力を低減することが可能な圧力低減装置を備えている、請求項１から３のいずれかに記載のシリコン精製装置。
【請求項５】
前記圧力低減装置が前記処理室の少なくとも２つに共有されている、請求項４に記載のシリコン精製装置。
【請求項６】
前記処理室を前記脱リン処理装置または前記脱メタル処理装置に切替使用するための機構として、上下移動かつ鉛直軸に対して回転可能な回転体を備えている、請求項１から５のいずれかに記載のシリコン精製装置。
【請求項７】
前記回転体が前記処理室の少なくとも２つの間を移動可能に設置されている、請求項６に記載のシリコン精製装置。
【請求項８】
前記回転体が内部に冷却用媒体を通過させることによる冷却機能を備えた析出用基体である、請求項６または７に記載のシリコン精製装置。
【請求項９】
前記耐熱性容器が、該耐熱性容器内部に収納された溶融シリコンを排出する出湯機構を備えた、請求項１から８のいずれかに記載のシリコン精製装置。
【請求項１０】
前記複数の処理室のうち、前記脱リン処理装置として使用する第１の処理室の台数と、前記脱メタル処理装置として使用する第２の処理室の台数とを前記原料シリコンの不純物濃度によって決定する、請求項１から９のいずれかに記載のシリコン精製装置。
【請求項１１】
内部圧力を低減可能な減圧容器と、
耐熱性容器と、
前記耐熱性容器を加熱するための加熱装置と、を含む処理室を複数具備し、
前記複数の処理室が、減圧状態で溶融シリコンからリンを除去する脱リン処理装置、または偏析により溶融シリコンから金属を除去する脱メタル処理装置に選択的に切替可能に設置されているシリコン精製装置を用いたシリコン精製方法であって、
前記処理室を、前記脱リン処理装置または前記脱メタル処理装置のいずれかに選択的に切替使用する際に、前記耐熱性容器の加熱設定温度、前記溶融シリコンの加熱設定温度、前記処理室の内部圧力、および前記処理室の内部への不活性ガスの導入の有無からなる群から選択される少なくとも１つを変更する工程を含む、シリコン精製方法。
【請求項１２】
内部圧力を低減可能な減圧容器と、
耐熱性容器と、
前記耐熱性容器を加熱するための加熱装置と、を含む処理室を複数具備し、
前記複数の処理室が、減圧状態で溶融シリコンからリンを除去する脱リン処理装置、または偏析により溶融シリコンから金属を除去する脱メタル処理装置に選択的に切替可能に設置されているシリコン精製装置を用いたシリコン精製方法であって、
原料シリコンの不純物濃度を測定する工程と、
前記不純物濃度によって前記複数の処理室の切替使用台数および切替使用タイミングを決定する工程とを含む、シリコン精製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン精製装置およびシリコン精製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題から石油などの代替としての自然エネルギの利用が注目されている。なかでも、シリコン半導体の光電変換原理を利用する太陽電池は、太陽エネルギから電気エネルギへの変換を容易に行なうことができることから特に注目されている。
【０００３】
しかしながら、太陽電池は未だ高価であるため、太陽電池をさらに広く普及させるためには、太陽電池の製造コストの低減、特に太陽電池の本体部となるシリコン半導体の製造コストを低減させることが重要である。
【０００４】
たとえば特許文献１には、純度７Ｎ程度まで金属シリコンを精製することによって、太陽電池用のシリコンを安価に提供するシリコンの精製方法が開示されている。以下、図３（ａ）〜図３（ｃ）を参照して、特許文献１に記載の従来のシリコンの精製方法について説明する。
【０００５】
まず、図３（ａ）に示すように、溶解炉１０１の内部に設置したるつぼ１０２内に固体状の原料シリコンを溶融することによって得られた溶融シリコン１０５を収容するとともに溶融シリコン１０５中に精製添加剤１０４を収容する。そして、回転体１００を回転させて攪拌することによって、溶融シリコン１０５と精製添加剤１０４とを混合し、回転体１００の先端から精製ガス１０３を吹き込む。これにより、精製添加剤１０４中の酸化ケイ素により溶融シリコン１０５中のボロンを酸化させて溶融シリコン１０５からボロンを除去する。
【０００６】
次に、図３（ｂ）に示すように、回転体２００でるつぼ２０２中の溶融シリコン２０５を攪拌しながら溶解炉２０１の内部を減圧することによって、溶融シリコン２０５からリン等を除去する。
【０００７】
最後に、図３（ｃ）に示すように、内部を冷却させた析出用基体３００をるつぼ３０２中の溶融シリコン３０５中に浸漬することによって、析出用基体３００の表面にシリコン結晶３０３を偏析させる。これにより、析出用基体３００の表面に溶融シリコン３０５から金属が除去されてシリコン結晶３０３が得られる。
【０００８】
以上の工程により、太陽電池用シリコンに必要とされる純度７Ｎ程度のシリコンに精製することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２５５４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、溶融シリコンからリンを除去する工程は、他の工程と比べて時間を要するため、シリコンの精製速度は溶融シリコンからのリンの除去速度に大きく依存することになる。
【００１１】
したがって、上記の特許文献１に記載の方法では、溶融シリコンからリンを除去する工程以外の工程の処理速度を向上できたとしても、シリコンの精製効率の大幅な向上は望めない。それゆえ、シリコンの精製効率を大幅に向上することによって、シリコンの精製を低コストで行なうことが求められていた。
【００１２】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、シリコンの精製効率を大幅に向上することによって、シリコンの精製を低コストで行なうことが可能なシリコンの精製装置およびシリコン精製方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、内部圧力を低減可能な減圧容器と、耐熱性容器と、耐熱性容器を加熱するための加熱装置とを含む処理室を複数具備し、複数の処理室が、減圧状態で溶融シリコンからリンを除去する脱リン処理装置、または偏析により溶融シリコンから金属を除去する脱メタル処理装置に選択的に切替可能に設置されているシリコン精製装置である。
【００１４】
本発明のシリコン精製装置は、処理室の耐熱性容器に原料シリコンを投入することが可能なシリコン投入装置を備えていることが好ましく、シリコン投入装置は処理室の少なくとも２つに共有されていることがより好ましい。
【００１５】
また、本発明のシリコン精製装置は、処理室の内部圧力を低減することが可能な圧力低減装置を備えていることが好ましく、圧力低減装置は処理室の少なくとも２つに共有されていることがより好ましい。
【００１６】
また、本発明のシリコン精製装置は、処理室を脱リン処理装置または脱メタル処理装置に切替使用するための機構として、上下移動かつ鉛直軸に対して回転可能な回転体を備えていることが好ましく、回転体は処理室の少なくとも２つの間を移動可能に設置されていることがより好ましい。また、回転体は内部に冷却用媒体を通過させることによる冷却機能を備えた析出用基体であることがさらに好ましい。
【００１７】
また、本発明のシリコン精製装置においては、耐熱性容器が該耐熱性容器内部に収納された溶融シリコンを排出する出湯機構を備えていることが好ましい。
【００１８】
また、本発明のシリコン精製装置は、複数の処理室のうち、脱リン処理装置として使用する第１の処理室の台数と、脱メタル処理装置として使用する第２の処理室の台数とを原料シリコンの不純物濃度によって決定することが好ましい。
【００１９】
また、本発明は、内部圧力を低減可能な減圧容器と、耐熱性容器と、耐熱性容器を加熱するための加熱装置と、を含む処理室を複数具備し、複数の処理室が、減圧状態で溶融シリコンからリンを除去する脱リン処理装置、または偏析により溶融シリコンから金属を除去する脱メタル処理装置に選択的に切替可能に設置されているシリコン精製装置を用いたシリコン精製方法であって、処理室を、脱リン処理装置または脱メタル処理装置のいずれかに選択的に切替使用する際に、耐熱性容器の加熱設定温度、溶融シリコンの加熱設定温度、処理室の内部圧力、および処理室の内部への不活性ガスの導入の有無からなる群から選択される少なくとも１つを変更する工程を含むシリコン精製方法である。
【００２０】
さらに、本発明は、内部圧力を低減可能な減圧容器と、耐熱性容器と、耐熱性容器を加熱するための加熱装置と、を含む処理室を複数具備し、複数の処理室が、減圧状態で溶融シリコンからリンを除去する脱リン処理装置、または偏析により溶融シリコンから金属を除去する脱メタル処理装置に選択的に切替可能に設置されているシリコン精製装置を用いたシリコン精製方法であって、原料シリコンの不純物濃度を測定する工程と、その不純物濃度によって複数の処理室の切替使用台数および切替使用タイミングを決定する工程とを含むシリコン精製方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、シリコンの精製効率を大幅に向上することによって、より低コストでシリコンの精製を実施することが可能なシリコンの精製装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のシリコン精製装置の一例の概略を示した模式図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、図１に示すシリコン精製装置を用いたシリコンの精製方法の一例のタイムチャートである。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、従来のシリコンの精製方法について図解する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２４】
図１に、本発明のシリコン精製装置の一例の概略を示した模式図を示す。ここで、図１に示す構成のシリコン精製装置は、並列に配置された、第１の処理室１５ａと、第２の処理室１５ｂと、第３の処理室１５ｃとを有している。
【００２５】
ここで、第１の処理室１５ａの内部には、第１の耐熱性容器１７ａと、第１の耐熱性容器１７ａを加熱するための第１の加熱装置１９ａと、第１の耐熱性容器１７ａに原料シリコンを投入するための第１のシリコン導入路１３ａとが備え付けられている。なお、第１の処理室１５ａは、内部圧力が低減可能とする減圧容器を備えるものである。
【００２６】
また、第１の処理室１５ａの外部には、シリコン投入装置１１を接続するための第１のシリコン投入装置用接続部１２ａと、回転装置１８を接続するための第１の回転装置用接続部１４ａとが備え付けられている。
【００２７】
また、第１の処理室１５ａには、第１の圧力低減装置２０ａを接続するための第１の圧力低減装置用接続部２１ａが備え付けられている。
【００２８】
また、第２の処理室１５ｂの内部には、第２の耐熱性容器１７ｂと、第２の耐熱性容器１７ｂを加熱するための第２の加熱装置１９ｂと、第２の耐熱性容器１７ｂに原料シリコンを投入するための第２のシリコン導入路１３ｂとが備え付けられている。なお、第２の処理室１５ｂは、内部圧力が低減可能とする減圧容器を備えるものである。
【００２９】
また、第２の処理室１５ｂの外部には、シリコン投入装置１１を接続するための第２のシリコン投入装置用接続部１２ｂと、回転装置１８を接続するための第２の回転装置用接続部１４ｂとが備え付けられている。
【００３０】
また、第２の処理室１５ｂには、第１の圧力低減装置２０ａを接続するための第２の圧力低減装置用接続部２１ｂと、第２の圧力低減装置２０ｂを接続するための第３の圧力低減装置用接続部２１ｃとが備え付けられている。
【００３１】
さらに、第３の処理室１５ｃの内部には、第３の耐熱性容器１７ｃと、第３の耐熱性容器１７ｃを加熱するための第３の加熱装置１９ｃと、第３の耐熱性容器１７ｃに原料シリコンを投入するための第３のシリコン導入路１３ｃとが備え付けられている。なお、第３の処理室１５ｃは、内部圧力が低減可能とする減圧容器を備えるものである。
【００３２】
また、第３の処理室１５ｃの外部には、シリコン投入装置１１を接続するための第３のシリコン投入装置用接続部１２ｃと、回転装置１８を接続するための第３の回転装置用接続部１４ｃとが備え付けられている。
【００３３】
また、第３の処理室１５ｃには、第２の圧力低減装置２０ｂを接続するための第４の圧力低減装置用接続部２１ｄが備え付けられている。
【００３４】
なお、上記の第１の耐熱性容器１７ａ、第２の耐熱性容器１７ｂおよび第３の耐熱性容器１７ｃの少なくとも１つが耐熱性容器内部に収容された溶融シリコンを排出するための出湯機構を備えていることが好ましい。出湯機構としてはたとえば以下のような機構を挙げることができる。
（１）耐熱性容器に出湯口などを設け、耐熱性容器を傾けることによって、耐熱性容器内部の溶融シリコンのみを出湯させる機構。
（２）耐熱性容器の底に出湯穴と栓とを設け、普段は栓をした状態で運用するが、栓を外すことで耐熱性容器内部の溶融シリコンのみを出湯させる機構。
（３）管状の配管部材の一方の端部を溶融シリコン内に浸漬させ、配管部材の他方の端部圧力を下げる（あるいは炉内の圧力を上げる）ことで、溶融シリコンのみを吸い出す機構。
【００３５】
また、上記の回転装置１８によって駆動される回転体１６としては、たとえば以下のような回転体を用いることができる。なお、回転体１６は、上下移動かつ鉛直軸に対して回転可能とされることが好ましい。
（１）処理室を脱リン処理装置として使用する際に好ましく使用される、溶融シリコンを減圧状態で撹拌するための撹拌棒。
（２）処理室を脱メタル処理装置として使用する際に好ましく使用される、内部に冷却用媒体を通過させることによる冷却機能を備えた析出用基体。
【００３６】
また、上記において、第１の耐熱性容器１７ａ、第２の耐熱性容器１７ｂおよび第３の耐熱性容器１７ｃとしては、たとえば、それぞれ独立に、後述の加熱装置の加熱方式に合わせて、高融点金属からなる容器または黒鉛製のるつぼなどを用いることができる。
【００３７】
また、上記において、第１の加熱装置１９ａ、第２の加熱装置１９ｂおよび第３の加熱装置１９ｃとしては、たとえば、抵抗加熱方式の加熱装置または誘導加熱方式の加熱装置などを用いることができる。
【００３８】
また、上記において、第１のシリコン投入装置用接続部１２ａ、第２のシリコン投入装置用接続部１２ｂ、第３のシリコン投入装置用接続部１２ｃ、第１の回転装置用接続部１４ａ、第２の回転装置用接続部１４ｂ、第３の回転装置用接続部１４ｃ、第１の圧力低減装置用接続部２１ａ、第２の圧力低減装置用接続部２１ｂ、第３の圧力低減装置用接続部２１ｃおよび第４の圧力低減装置用接続部２１ｄとしてはそれぞれ、たとえば、従来から公知のゲートバルブなどの開閉機構を有する構成のものを用いることができる。
【００３９】
また、上記において、第１の圧力低減装置２０ａおよび第２の圧力低減装置２０ｂの少なくとも一方には付属設備として、第１の処理室１５ａ、第２の処理室１５ｂおよび第３の処理室１５ｃの少なくとも１つの処理室の内部に不活性ガス（窒素やアルゴンガスなど）を導入可能なガス供給装置を備えていることが好ましい。
【００４０】
また、上記において、第１のシリコン導入路１３ａ、第２のシリコン導入路１３ｂおよび第３のシリコン導入路１３ｃとしてはそれぞれシリコン投入装置１１から投入される固体シリコンを搬送することができる構成のものであれば特には限定されない。
【００４１】
また、シリコン投入装置１１は、原料シリコンである固体シリコンを収容可能な構成とされている。なお、シリコン投入装置１１としては、たとえば、原料シリコンである固体シリコンを収容することができる底部に固体シリコンの通過の可否を制御することが可能な開閉機構を備えているものなどを用いることができる。
【００４２】
また、シリコン投入装置１１は、図示しない搬送装置によって移動自在な構成とされているとともに、第１のシリコン投入装置用接続部１２ａ、第２のシリコン投入装置用接続部１２ｂおよび第３のシリコン投入装置用接続部１２ｃにそれぞれ接続可能な構成とされている。したがって、シリコン投入装置１１は、１台で、第１の処理室１５ａの第１の耐熱性容器１７ａ、第２の処理室１５ｂの第２の耐熱性容器１７ｂおよび第３の処理室１５ｃの第３の耐熱性容器１７ｃにそれぞれ固体シリコンを投入することが可能であるため、シリコン投入装置１１は、第１の処理室１５ａ、第２の処理室１５ｂおよび第３の処理室１５ｃに共有されている構成となっている。
【００４３】
また、回転装置１８は、第１の耐熱性容器１７ａ、第２の耐熱性容器１７ｂおよび第３の耐熱性容器１７ｃにそれぞれ収容された溶融シリコンを攪拌可能な回転体１６を備えており、回転体１６は処理室１５ａ，１５ｂ，１５ｃそれぞれの使用目的に応じて交換して用いることができる。
【００４４】
また、回転装置１８も、図示しない搬送装置によって移動自在な構成とされているとともに、第１の回転装置用接続部１４ａ、第２の回転装置用接続部１４ｂおよび第３の回転装置用接続部１４ｃにそれぞれ接続可能な構成とされている。したがって、回転装置１８も、１台で、第１の処理室１５ａの第１の耐熱性容器１７ａ内の溶融シリコン、第２の処理室１５ｂの第２の耐熱性容器１７ｂ内の溶融シリコンおよび第３の処理室１５ｃの第３の耐熱性容器１７ｃ内の溶融シリコンをそれぞれ回転体１６により精製処理することが可能であるため、回転装置１８は、第１の処理室１５ａ、第２の処理室１５ｂおよび第３の処理室１５ｃに共有されている構成となっている。
【００４５】
また、第１の圧力低減装置２０ａは、第１の処理室１５ａの第１の圧力低減装置用接続部２１ａおよび第２の処理室１５ｂの第２の圧力低減装置用接続部２１ｂにそれぞれ接続されて、第１の処理室１５ａの内部の圧力および第２の処理室１５ｂの内部の圧力を低減することが可能な構成とされている。したがって、第１の圧力低減装置２０ａは、第１の処理室１５ａおよび第２の処理室１５ｂに共有されている構成となっている。なお、第１の圧力低減装置２０ａとしては、従来から公知の真空装置などを用いることができる。
【００４６】
また、第２の圧力低減装置２０ｂは、第２の処理室１５ｂの第３の圧力低減装置用接続部２１ｃおよび第３の処理室１５ｃの第４の圧力低減装置用接続部２１ｄにそれぞれ接続されて、第２の処理室１５ｂの内部の圧力および第３の処理室１５ｃの内部の圧力を低減することが可能な構成とされている。したがって、第２の圧力低減装置２０ｂは、第２の処理室１５ｂおよび第３の処理室１５ｃに共有されている構成となっている。なお、第２の圧力低減装置２０ｂとしては、従来から公知の真空装置などを用いることができる。
【００４７】
なお、上記の図１を用いた実施形態の説明においては、処理室が３つである例を示しているが、本発明はこれに限るものではなく、さらに多くの処理室を用いるものであっても良い。
【００４８】
また、各処理室に接続されるシリコン投入装置、圧力低減装置および回転装置はそれぞれ２つ以上の処理室に共有されることが装置製造コスト、装置ランニングコストおよび装置の占有面積低減などの点で好ましいが、これらの装置は単独の処理室に接続された単独の装置であっても良いことは言うまでもない。
【００４９】
また、上記のような（たとえば図１に示されるような）装置構成を採ることにより、各処理室が、以下の（ａ）〜（ｃ）のうちいずれか２つ以上の処理装置として選択的に切替可能に設置されることになる。
（ａ）原料シリコンを加熱して溶融シリコンとする溶融処理装置。
（ｂ）溶融シリコンからリンを除去する脱リン処理装置。
（ｃ）溶融シリコンから金属を除去する脱メタル処理装置。
【００５０】
なお、（ａ）処理室を溶融処理装置として用いる場合には、溶融時のシリコンの酸化を防ぐことが好ましいので、原料シリコンを減圧下（たとえば５００Ｐａ以下程度）あるいは不活性ガス雰囲気下（たとえば、減圧に引き続いてアルゴンガスにて常圧とする）においてシリコン融点（１４１０℃〜１４１４℃）以上の温度（たとえば１４５０℃〜１６００℃）になるように条件設定を行なうことができる。
【００５１】
また、（ｂ）処理室を脱リン処理装置として用いる場合には、リンの蒸発効率を上げるために溶融シリコンを比較的高温（たとえば１５００℃〜１７００℃）かつ比較的高真空（好ましくは１０Ｐａ以下、さらに好ましくは２Ｐａ以下）となるように条件設定を行なうことができる。
【００５２】
また、（ｃ）処理室を脱メタル処理装置として用いる場合には、偏析による析出用基体への析出効率を上げるために、溶融シリコンを比較的低温（たとえば１４２５℃〜１５００℃）とすることが好ましい。雰囲気ガスが不活性ガスである場合には圧力を限定する必要は無く、通常は常圧とすることができる。
【００５３】
このように、各処理室を目的別に使用するために、少なくとも耐熱性容器の加熱設定温度、溶融シリコンの加熱設定温度、処理室の内部圧力、および処理室の内部への不活性ガスの導入の有無からなる群から選択される少なくとも１つを変更することが好ましい。なお、溶融シリコンの温度を設定する方法および溶融シリコンの温度を測定する方法としては、たとえば、溶融シリコン自体の温度設定や温度測定を行う方法および／または耐熱性容器の温度設定や温度測定を行う方法などが考えられる。
【００５４】
溶融シリコンの温度を直接設定・測定する方が耐熱性容器の温度を設定・測定するよりも溶融状態を正確に反映するものとして好ましい。しかしながら、溶融シリコンの温度を直接測定（たとえば発光スペクトルなどによる）して、設定温度と比較することにより加熱装置の駆動状態を変更（フィードバック）するよりも、耐熱性容器の温度を直接測定（たとえば熱電対による）してフィードバックする方が容易であること、ならびに溶融開始時においては原料シリコンそのものの温度を測定することにあまり意味が無く（固体状態においては場所による温度のばらつきが大きい）、耐熱性容器の温度設定・測定を行った方が良いことなどの理由により、溶融シリコンの温度設定・測定および耐熱性容器の温度設定・測定を使い分けることが可能となる。
【００５５】
さらに、本実施形態の装置を用いたシリコン精製方法においては、シリコン精製工程開始前に、原料シリコンの不純物の種類と濃度を測定する濃度測定工程と、その不純物濃度によって処理室の切替使用台数および切替使用タイミングを決定するタイムチャート作成工程とが行なわれることが好ましい。原料シリコン（たとえば金属級シリコン、シリコンインゴットの端材、ＩＣ用単結晶シリコンの規格外品、シリコンウエハの再利用などが考えられる）に含まれる不純物の種類や濃度は一定ではないため、それら各不純物除去に必要な装置構成や必要時間が変わってくる。それゆえ、これらを効率よく除去するために処理室の切替使用台数および切替使用タイミングをあらかじめ決定しておくことが好ましいためである。
【００５６】
一般に、原料シリコンに含まれる不純物として、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）およびメタル（Ｍ：一般に鉄、アルミニウムなど）が考えられるが、本実施形態においては、以下の実施例で使用した原料シリコンの例に即して、ＰとＭを含む原料シリコンについて述べる。
【００５７】
たとえば特許文献１に示すような従来装置を用いて、リン濃度が高く、脱Ｐプロセスが脱Ｍプロセスよりも長時間かかる原料シリコンを精製すると、脱Ｍ装置（析出用基体）の遊休時間が長くなるため、脱Ｐ装置として使用する処理室の台数を増やした方が（装置全体としての）稼動効率が良くなると考えられる。一方、リン濃度が低く、脱Ｍプロセスが脱Ｐプロセスよりも長時間かかる原料シリコンを精製する場合は脱Ｍ装置でプロセス全体が律速されることになるため、析出用基体の軸本数の増加または脱Ｍ装置として使用する処理室の台数の増加により稼動効率が良くなると考えられる。
【００５８】
したがって、本発明のシリコン精製装置は装置を適宜変更することが可能であり、特に複数の処理室のうち脱Ｐ処理装置として使用する第１の処理室の台数と、脱Ｍ処理装置として使用する第２の処理室の台数とを原料シリコンの不純物濃度によって決定することが好ましい。
【実施例】
【００５９】
以下、図２（ａ）〜図２（ｃ）のタイムチャートを参照して、図１に示すシリコン精製装置を用いたシリコンの精製方法の一例について説明する。
【００６０】
本実施例に用いた原料シリコンはリンおよび金属を不純物として含み、ボロン濃度は太陽電池用シリコンとして問題にならないレベル（０．１重量ｐｐｍ程度）であったので、脱Ｂプロセス（溶融シリコンからボロンを除去する工程）は行なっていない。
【００６１】
なお、図２（ａ）が第１の処理室１５ａで行なわれる脱Ｐプロセス（溶融シリコンからリンを除去する工程）および脱Ｍプロセス（溶融シリコンから金属を除去する工程）のタイムチャートを示している。また、図２（ｂ）が第２の処理室１５ｂで行なわれる脱Ｐプロセスおよび脱Ｍプロセスのタイムチャートを示している。さらに、図２（ｃ）が第３の処理室１５ｃで行なわれる脱Ｐプロセスおよび脱Ｍプロセスのタイムチャートを示している。
【００６２】
また、図２（ａ）〜図２（ｃ）において、横軸は第１の処理室１５ａにおいて原料シリコンとなる固体シリコンの投入準備が開始された時点からの経過時間を示しており、縦軸は脱Ｐプロセスおよび脱Ｍプロセスの各工程を示している。また、図２（ａ）〜図２（ｃ）における斜線部が脱Ｐプロセスおよび脱Ｍプロセスの各工程を実施していることを示している。
【００６３】
まず、図２（ａ）の（最上段（第１段目））に示すように、第１の処理室１５ａにおいて、原料シリコンとなる固体シリコンの投入準備工程がたとえば３０分間行なわれる。ここで、固体シリコンの投入準備工程は、たとえば、シリコン投入装置１１を第１の処理室１５ａの第１のシリコン投入装置用接続部１２ａに接続し、その後、シリコン投入装置１１に原料シリコンとなる固体シリコンを充填することなどにより行なうことができる。
【００６４】
次に、図２（ａ）の第２段目に示すように、第１の処理室１５ａにおいて、原料シリコンとなる固体シリコンの投入工程がたとえば１時間３０分間行なわれる。ここで、固体シリコンの投入工程は、たとえば、固体シリコンが充填されたシリコン投入装置１１の底部の開閉機構を開くとともに、第１のシリコン投入装置用接続部１２ａの開閉機構を開くことによって、固体シリコンをシリコン投入装置１１から第１のシリコン導入路１３ａを通して第１の処理室１５ａの内部の第１の耐熱性容器１７ａに投入することなどにより行なうことができる。
【００６５】
次に、図２（ａ）の第３段目に示すように、第１の処理室１５ａにおいて、原料シリコンとなる固体シリコンの溶解工程がたとえば３０分間行なわれる。ここで、固体シリコンの溶解工程は、たとえば、第１の処理室１５ａの内部の第１の耐熱性容器１７ａを第１の加熱装置１９ａで加熱することによって第１の耐熱性容器１７ａ内の固体シリコンを溶解させて溶融シリコンとすることなどにより行なうことができる。
【００６６】
次に、図２（ａ）の第４段目に示すように、第１の処理室１５ａにおいて、第１の処理室１５ａ内部の圧力を低減する真空引き工程が行なわれる。ここで、真空引き工程は、たとえば、第１の圧力低減装置用接続部２１ａの開閉機構を開いて第１の圧力低減装置２０ａによって第１の処理室１５ａ内部の気体を吸引することなどにより行なうことができる。なお、真空引き工程によって、第１の処理室１５ａ内部の圧力はたとえば１０-2Ｐａ程度とすることができる。また、図２（ａ）の第４段目においては説明の便宜上、真空引き工程は１５分間のみ行なわれる記載とされているが、真空引き工程は後述する脱Ｐ処理工程の間も引き続き行なわれる。
【００６７】
次に、図２（ａ）の第５段目に示すように、第１の処理室１５ａにおいて、溶融シリコンからリンを除去する脱Ｐ処理工程がたとえば６時間３０分間行なわれる。ここで、脱Ｐ処理工程は、たとえば、第１の耐熱性容器１７ａ内の溶融シリコンの溶融状態を保持したまま上記の真空引き工程を引き続き行なうこと、およびこれに加えて回転機構１８によって回転する回転体１６（この場合は撹拌棒）によって溶融シリコンを撹拌することなどにより実施することができる。
【００６８】
次に、図２（ａ）の第６段目に示すように、第１の処理室１５ａにおいて、第１の処理室１５ａの内部にアルゴンを導入するＡｒ導入工程がたとえば３０分間行なわれる。ここで、Ａｒ導入工程は、たとえば、図示しないアルゴン導入路から第１の処理室１５ａの内部にアルゴンを導入して第１の処理室１５ａの内部の圧力を大気圧程度まで上昇させることによって行なうことができる。
【００６９】
次に、図２（ａ）の第７段目に示すように、第１の処理室１５ａにおいて、第１の耐熱性容器１７ａ内の溶融シリコンの温度を調整する温度調整工程がたとえば３０分間行なわれる。ここで、温度調整工程は、たとえば、耐熱性容器、加熱装置および溶融シリコンの少なくとも１つを測定対象とし、これを熱電対および／または放射温度計などにて温度測定し、ＰＩＤ制御などを用いて加熱出力にフィードバックする方法を用いることができる。また、溶融シリコンをサンプリングしてリン濃度あるいは抵抗率を測定する（温度が低い場合は、リンの蒸発速度が遅いため、リン濃度が想定より高くなっている、あるいは抵抗率が低い、などの現象が生じる）方法、蒸発物の量を測定する（温度が低い場合はリンの蒸発速度が遅いため、蒸発物の量が想定より少ない）方法、溶融シリコン重量を測定する（温度が低い場合はシリコンの蒸発速度も遅いため、溶融シリコン重量の減少が想定より少ない）方法などを利用して間接的に温度を推測してフィードバックすることなどにより行なうことができる。
【００７０】
次に、図２（ａ）の第８段目に示すように、第１の処理室１５ａにおいて、第１の耐熱性容器１７ａ内の溶融シリコンを回転偏析により偏析することによって金属等が除去されて精製されたシリコン結晶を得る回転偏析工程がたとえば３時間行なわれる。ここで、回転偏析工程は、たとえば、以下のようにして行なうことができる。まず、第１の処理室１５ａまで回転装置１８を移動させ、回転装置１８と第２の回転装置用接続部１４ｂとを接続し、第２の回転装置用接続部１４ｂの開閉機構を開いて回転体１６（この場合は析出用基体）を降下させて第１の耐熱性容器１７ａ内の溶融シリコンに回転装置１８の回転体１６を浸漬させる。その後、回転体１６の内部にたとえば窒素などの冷媒を流しながら回転させることによって回転体１６の外表面にシリコン結晶を偏析させることにより行なうことができる。
【００７１】
ここで、図２（ａ）の第５段目および図２（ｂ）の第１段目に示すように、上記の第１の処理室１５ａにおける脱Ｐ処理工程の開始時点から１時間３０分経過後には、第１の処理室１５ａにおける処理と同様に、第２の処理室１５ｂにおいて、原料シリコンとなる固体シリコンの投入準備工程（たとえば３０分間）が開始される。そして、固体シリコンの投入準備工程に引き続いて、固体シリコンの投入工程（たとえば１時間３０分間）、固体シリコンの溶解工程（たとえば３０分間）、真空引き工程（たとえば１５分間）、脱Ｐ処理工程（たとえば６時間３０分間）、Ａｒ導入工程（たとえば３０分間）、温度調整工程（たとえば３０分間）および回転偏析工程（たとえば３時間）がこの順序で行なわれる。
【００７２】
なお、第２の処理室１５ｂにおける固体シリコンの投入準備工程（図２（ｂ）の第１段目）は、たとえば、シリコン投入装置１１と第１の処理室１５ａの第１のシリコン投入装置用接続部１２ａとの接続を解除した後に、シリコン投入装置１１を第２の処理室１５ｂまで移動させ、シリコン投入装置１１と第２の処理室１５ｂの第２のシリコン投入装置用接続部１２ｂとの接続を行ない、その後、シリコン投入装置１１に原料シリコンとなる固体シリコンを充填することなどにより行なうことができる。
【００７３】
また、第２の処理室１５ｂにおける固体シリコンの投入工程（図２（ｂ）の第２段目）は、たとえば、固体シリコンが充填されたシリコン投入装置１１の底部の開閉機構を開くとともに、第２のシリコン投入装置用接続部１２ｂの開閉機構を開くことによって、固体シリコンをシリコン投入装置１１から第２のシリコン導入路１３ｂを通して第２の処理室１５ｂの内部の第２の耐熱性容器１７ｂに投入することなどにより行なうことができる。
【００７４】
また、第２の処理室１５ｂにおける固体シリコンの溶解工程（図２（ｂ）の第３段目）は、たとえば、第２の処理室１５ｂの内部の第２の耐熱性容器１７ｂを第２の加熱装置１９ｂで加熱することによって第２の耐熱性容器１７ｂ内の固体シリコンを溶解させて溶融シリコンとすることなどにより行なうことができる。
【００７５】
また、第２の処理室１５ｂにおける真空引き工程（図２（ｂ）の第４段目）は、たとえば、以下のようにして行なうことができる。まず、上記の第１の処理室１５ａにおける脱Ｐ処理工程（図２（ａ）の第５段目）が行なわれている間は第３の圧力低減装置用接続部２１ｃの開閉機構を開いて第２の圧力低減装置２０ｂによって第２の処理室１５ｂ内部の気体を吸引することなどにより行なう。そして、第１の処理室１５ａにおける脱Ｐ処理工程が終了した時点で第２の圧力低減装置２０ｂによる第２の処理室１５ｂ内部の気体の吸引を停止させるとともに第３の圧力低減装置用接続部２１ｃの開閉機構を閉じる。そして、第２の圧力低減装置用接続部２１ｂの開閉機構を開いて第２の処理室１５ｂ内部の気体を吸引を第１の圧力低減装置２０ａに切り替えて行なうことができる。なお、真空引き工程によって、第２の処理室１５ｂ内部の圧力はたとえば１０-2Ｐａ程度とすることができる。また、図２（ｂ）の第４段目においても説明の便宜上、真空引き工程は１５分間のみ行なわれる記載とされているが、真空引き工程は後述する脱Ｐ処理工程（図２（ｂ）の第５段目）の間も引き続き行なわれる。
【００７６】
また、第２の処理室１５ｂにおける脱Ｐ処理工程（図２（ｂ）の第５段目）は、たとえば、第２の耐熱性容器１７ｂ内の溶融シリコンの溶融状態を保持したまま上記の真空引き工程を引き続き行なうことなどにより実施することができる。
【００７７】
また、第２の処理室１５ｂにおけるＡｒ導入工程（図２（ｂ）の第６段目）は、たとえば、図示しないアルゴン導入路から第２の処理室１５ｂの内部にアルゴンを導入して第２の処理室１５ｂの内部の圧力を大気圧程度まで上昇させることによって行なうことができる。
【００７８】
また、第２の処理室１５ｂにおける温度調整工程（図２（ｂ）の第７段目）は、上記と同様の方法で行なうことができる。
【００７９】
また、第２の処理室１５ｂにおける回転偏析工程（図２（ｂ）の第８段目）は、たとえば、以下のようにして行なうことができる。まず、第２の処理室１５ｂまで回転装置１８を移動させ、回転装置１８と第２の回転装置用接続部１４ｂとを接続し、第２の回転装置用接続部１４ｂの開閉機構を開いて回転体１６（この場合は析出用基体）を降下させて第２の耐熱性容器１７ｂ内の溶融シリコンに回転装置１８の回転体１６を浸漬させる。その後、回転体１６の内部にたとえば窒素などの冷媒を流しながら回転させることによって回転体１６の外表面にシリコン結晶を偏析させることにより行なうことができる。
【００８０】
また、図２（ｂ）の第５段目および図２（ｃ）の第１段目に示すように、上記の第２の処理室１５ｂにおける脱Ｐ処理工程の開始時点から１時間３０分経過後に、第１の処理室１５ａおよび第２の処理室１５ｂにおける処理と同様に、第３の処理室１５ｃにおいて、原料シリコンとなる固体シリコンの投入準備工程（たとえば３０分間）が開始される。そして、固体シリコンの投入準備工程に引き続いて、固体シリコンの投入工程（たとえば１時間３０分間）、固体シリコンの溶解工程（たとえば３０分間）、真空引き工程（たとえば１５分間）、脱Ｐ処理工程（たとえば６時間３０分間）、Ａｒ導入工程（たとえば３０分間）、温度調整工程（たとえば３０分間）および回転偏析工程（たとえば３時間）がこの順序で行なわれる。
【００８１】
ここで、第３の処理室１５ｃにおける固体シリコンの投入準備工程（図２（ｃ）の第１段目）は、たとえば、シリコン投入装置１１と第２の処理室１５ｂの第２のシリコン投入装置用接続部１２ｂとの接続を解除した後に、シリコン投入装置１１を第３の処理室１５ｃまで移動させ、シリコン投入装置１１と第３の処理室１５ｃの第３のシリコン投入装置用接続部１２ｃとの接続を行ない、その後、シリコン投入装置１１に原料シリコンとなる固体シリコンを充填することなどにより行なうことができる。
【００８２】
また、第３の処理室１５ｃにおける固体シリコンの投入工程（図２（ｃ）の第２段目）は、たとえば、固体シリコンが充填されたシリコン投入装置１１の底部の開閉機構を開くとともに、第３のシリコン投入装置用接続部１２ｃの開閉機構を開くことによって、シリコン投入装置１１から固体シリコンを第３のシリコン導入路１３ｃを通して第３の処理室１５ｃの内部の第３の耐熱性容器１７ｃに投入することなどにより行なうことができる。
【００８３】
また、第３の処理室１５ｃにおける固体シリコンの溶解工程（図２（ｃ）の第３段目）は、たとえば、第３の処理室１５ｃの内部の第３の耐熱性容器１７ｃを第３の加熱装置１９ｃで加熱することによって第３の耐熱性容器１７ｃ内の固体シリコンを溶解させて溶融シリコンとすることなどにより行なうことができる。
【００８４】
また、第３の処理室１５ｃにおける真空引き工程（図２（ｃ）の第４段目）は、たとえば、第４の圧力低減装置用接続部２１ｄの開閉機構を開いて第２の圧力低減装置２０ｂによって第３の処理室１５ｃ内部の気体を吸引することなどにより行なうことができる。なお、真空引き工程によって、第３の処理室１５ｃ内部の圧力はたとえば１０-2Ｐａ程度とすることができる。また、図２（ｃ）においても説明の便宜上、真空引き工程は１５分間のみ行なわれる記載とされているが、真空引き工程は後述する脱Ｐ処理工程の間も引き続き行なわれる。
【００８５】
また、第３の処理室１５ｃにおける脱Ｐ処理工程（図２（ｃ）の第５段目）は、たとえば、第３の耐熱性容器１７ｃ内の溶融シリコンの溶融状態を保持したまま上記の真空引き工程を引き続き行なうことなどにより実施することができる。
【００８６】
また、第３の処理室１５ｃにおけるＡｒ導入工程（図２（ｃ）の第６段目）は、たとえば、図示しないアルゴン導入路から第３の処理室１５ｃの内部にアルゴンを導入して第３の処理室１５ｃの内部の圧力を大気圧程度まで上昇させることによって行なうことができる。
【００８７】
また、第３の処理室１５ｃにおける温度調整工程（図２（ｃ）の第７段目）は、上記と同様の方法で行なうことができる。
【００８８】
また、第３の処理室１５ｃにおける回転偏析工程（図２（ｃ）の第８段目）は、たとえば、以下のようにして行なうことができる。まず、第３の処理室１５ｃまで回転装置１８を移動させ、回転装置１８と第３の回転装置用接続部１４ｃとを接続し、第３の回転装置用接続部１４ｃの開閉機構を開いて回転体１６（この場合は析出用基体）を降下させて第３の耐熱性容器１７ｃ内の溶融シリコンに回転装置１８の回転体１６を浸漬させる。その後、回転体１６の内部にたとえば窒素などの冷媒を流しながら回転させることによって回転体１６の外表面にシリコン結晶を偏析させることにより行なうことができる。
【００８９】
さらに、図２（ａ）の第１段目および図２（ｃ）の第５段目に示すように、上記の第３の処理室１５ｃにおける脱Ｐ処理工程の開始時点から１時間３０分経過後に、第１の処理室１５ａにおいて、上記と同様の第２回目のシリコン精製工程が開始される。ここで、第２回目のシリコン精製工程は、上記と同様に、固体シリコンの投入準備工程（たとえば３０分間）、固体シリコンの投入工程（たとえば１時間３０分間）、固体シリコンの溶解工程（たとえば３０分間）、真空引き工程（たとえば１５分間）、脱Ｐ処理工程（たとえば６時間３０分間）、Ａｒ導入工程（たとえば３０分間）、温度調整工程（たとえば３０分間）および回転偏析工程（たとえば３時間）がこの順序で行なわれる。
【００９０】
ここで説明した実施例においては、脱Ｐ処理工程の処理時間が、脱Ｍ処理工程（回転偏析工程）の処理時間よりも長い。このような場合、上述したように、第１〜３の処理室のいずれか１つの処理室で脱Ｐプロセスを行っている間に、他の処理室で脱Ｐプロセスの一部と脱Ｍプロセスとを行うように制御することによって、シリコン精製効率を向上させることができる。
【００９１】
以上のように、本発明のシリコン精製装置においては、第１の処理室１５ａにおけるシリコン精製工程と、第２の処理室１５ｂにおけるシリコン精製工程と、第３の処理室１５ｃにおけるシリコン精製工程とをそれぞれ並行して行なうことができる。そのため、本発明のシリコン精製装置においては、ある処理室で脱Ｐ処理工程を進めておきながら、他の処理室で回転偏析工程などの脱Ｐ処理工程以外の工程を行なうことができる。
【００９２】
それゆえ、本発明のシリコン精製装置においては、シリコンの精製速度が脱Ｐ処理工程に依存することなくシリコンの精製を進めることが可能であるため、シリコンの精製効率を大幅に向上することができ、ひいてはシリコンの精製を低コストで行なうことができるのである。
【００９３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明のシリコン精製装置は、たとえば太陽電池用シリコンなどの精製に好適に用いることができる可能性がある。
【符号の説明】
【００９５】
１１  シリコン投入装置、１２ａ  第１のシリコン投入装置用接続部、１２ｂ  第２のシリコン投入装置用接続部、１２ｃ  第３のシリコン投入装置用接続部、１３ａ  第１のシリコン導入路、１３ｂ  第２のシリコン導入路、１３ｃ  第３のシリコン導入路、１４ａ  第１の回転装置用接続部、１４ｂ  第２の回転装置用接続部、１４ｃ  第３の回転装置用接続部、１５ａ  第１の処理室、１５ｂ  第２の処理室、１５ｃ  第３の処理室、１６  回転体、１７ａ  第１の耐熱性容器、１７ｂ  第２の耐熱性容器、１７ｃ  第３の耐熱性容器、１８  回転装置、１９ａ  第１の加熱装置、１９ｂ  第２の加熱装置、１９ｃ  第３の加熱装置、２０ａ  第１の圧力低減装置、２０ｂ  第２の圧力低減装置、２１ａ  第１の圧力低減装置用接続部、２１ｂ  第２の圧力低減装置用接続部、２１ｃ  第３の圧力低減装置用接続部、２１ｄ  第４の圧力低減装置用接続部、１００，２００  回転体、１０１，２０１，３０１  溶解炉、１０２，２０２，３０２  るつぼ、１０３  精製ガス、１０４  精製添加剤、１０５，２０５，３０５  溶融シリコン、３００  析出用基体、３０３  シリコン結晶。
【図１】
2010228938.tif 000003
【図２】
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【図３】
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