(57)【要約】【課題】装置の構造と機構に起因して鋳造装置が複雑化し、大型化するという問題があった。【解決手段】るつぼ１内にシリコン原料を投入して加熱手段２で加熱溶解して底部に設けた出湯口３から出湯する溶解装置であって、上記出湯口３に向かってＡｒガスを吹き付ける機構１１を設けて上記出湯口３にＡｒガスを吹き付けるとともに、上記シリコン原料の融液を出湯させるときに、このＡｒガスの吹き付けを停止する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
るつぼ内にシリコン原料を投入して加熱手段で加熱溶解して底部に設けた出湯口から出湯する溶解装置において、前記出湯口に向かってＡｒガスを吹き付ける機構を設けたことを特徴とする溶解装置。
【請求項２】
前記出湯口に向かってＡｒガスを吹き付ける機構を設けて前記出湯口にＡｒガスを吹き付けるとともに、前記シリコン原料の融液を出湯させるときに、このＡｒガスの吹き付けを停止することを特徴とする請求項１に記載の溶解装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶解装置に関し、特に太陽電池用多結晶シリコンを鋳造するための鋳造装置などに用いられる溶解装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンなどの半導体材料を溶解する従来の溶解装置を図２に示す。図２において、１はるつぼ、２は加熱手段、３は出湯口、４はノズル、５はるつぼ補強材、６は上部断熱材、７は側部断熱材、８は第二の加熱手段を示す。
【０００３】
上部断熱材６および側部断熱材７に囲まれた領域の中で、るつぼ補強材５で補強されたるつぼ１の中に原料を投入して加熱手段２で加熱して溶解した後、るつぼ１の底部にある出湯口３を有するノズル４内の原料を第二の加熱手段８で溶解させて、るつぼ１の中の融液を出湯させ下部にある凝固室（図不示）内の凝固用の鋳型に注湯するように構成したものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このとき溶解装置、および下部にある凝固室は不活性ガス雰囲気に保たれる。これは溶融したもしくは凝固中の半導体材料の酸化を防ぐためである。不活性ガスとしてはＡｒやＨｅなどが挙げられるが、価格の点からＡｒガスを使用するのが一般的である。
【０００５】
また、図３は従来の他の溶解装置である。図３において、１はるつぼ、２は加熱手段、３は出湯口、５はるつぼ補強材、６は上部断熱材、７は側部断熱材、９は蓋部材を示す。
【０００６】
上部断熱材６および側部断熱材７に囲まれた領域の中で、るつぼ補強材５で補強されたるつぼ１の中に原料を投入して加熱手段２で加熱して溶解する。るつぼ１の底部には出湯口３を設け、この出湯口３に可動式の水冷金属板から成る蓋部材９を設け、出湯の際にはこの蓋部材９を取り去ることでるつぼ１内の融液を出湯させるものである（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
更に、るつぼ１を装置内にセットした後、機械的な栓機構を使用してるつぼ１の底部の出湯口３に栓をし、原料の溶解と共にこの栓を引き抜くといった機構とすることも可能である。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−４３３１８号公報
【特許文献２】
特開２０００−１０５０８３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これら従来の鋳造装置でシリコン原料を溶解して出湯させるためには、ノズル４内のシリコン原料を加熱するための第二の加熱手段８、または可動式の水冷金属板から成る蓋部材９、若しくは機械的な栓機構といった駆動部が必要になり、装置の価格が高くなるという問題があった。また、第二の加熱手段８または可動式の水冷金属板から成る蓋部材９が必要であるため、装置が大型化するといった問題もあった。
【００１０】
本発明は、このような従来装置の問題点に鑑みてなされたものであり、装置が高価格化したり大型化するという問題点を解消した溶解装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る溶解装置では、るつぼ内にシリコン原料を投入して加熱手段で加熱溶解して底部に設けた出湯口から出湯する溶解装置において、前記出湯口に向かってＡｒガスを吹き付ける機構を設けたことを特徴とする。
【００１２】
上記溶解装置では、前記出湯口に向かってＡｒガスを吹き付ける機構を設けて前記出湯口にＡｒガスを吹き付けるとともに、例えば前記シリコン原料の融液を出湯させるときに、このＡｒガスの吹き付けを停止する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明に係る溶解装置の一実施形態を示す断面図であり、１はるつぼ、２は加熱手段、３は出湯口、５はるつぼ補強材、６は上部断熱材、７は側部断熱材、１０は出湯口を塞ぐシリコン、１１は出湯口３にＡｒガスを吹き付けるためのパイプを示す。
【００１４】
るつぼ１は、シリコン原料を加熱溶解して融液を凝固用鋳型（図付示）に注湯するものであるが、このるつぼは高温になると軟化して形を保てないため、るつぼ補強材５によりるつぼ１を保持する。
【００１５】
るつぼ１の材料は、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、分解等を生じず、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が、通常は高純度の石英やグラファイト等が用いられる。耐火強度と半導体材料中に不純物が拡散しないことを考慮すると石英製のものが望ましい。また、るつぼ補強材５は例えばグラファイトなどからなる。
【００１６】
出湯初期においては、出湯口５を通過する融液は液位に依存す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、自重による落下で出湯口５から流れ出るようになる。従って、無駄なく出湯させるためにはるつぼ１の底部はある一定以上の傾斜が必要である。
【００１７】
るつぼ１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受容できる寸法である必要がある。シリコン原料の溶解量は、およそ１ｋｇから１５０ｋｇの範囲である。
【００１８】
るつぼ１の上部と側部には加熱手段２が設けられている。この加熱手段２は、抵抗加熱式のヒーターや誘導加熱式のコイルなどから成る。
【００１９】
るつぼ１と加熱手段２の周囲には、保温と断熱のためにグラファイトなどから成る断熱材６、７が設けられている。
【００２０】
パイプ１１は例えばステンレスなどからなり、図１に示すように、凝固室（不図示）の側壁から出湯口３の下まで延在するように設けられる。
【００２１】
また、シリコンブロックや装置の部材が酸化するのを防ぐために不活性ガス雰囲気に保つ必要があるが、アルゴンガスは安価であることから一般的に使用される。すなわち、従来から装置内をアルゴンガス雰囲気に保っており、ガスの吹き出し口を変更若しくは追加するのみで簡単に実施することができ、インゴットに悪影響を与えることもない。ちなみに、従来は出湯後の凝固室に向けて吹き出していたものである。
【００２２】
アルゴンガスの供給源は溶解装置の外部に設置されたアルゴンガスタンクもしくはボンベであるが、９９％以上の高純度ガスを用いる。このアルゴンガスタンクに圧力がかかっていて、そこから配管（不図示）を伝って圧力の低い方にガスが流れる。ガス流量は流量計を見ながらバルブ（不図示）の開閉で調整する。吹きつけは連続でも断続でもよい。発停はバルブの開閉で行えばよい。このアルゴンガスは出湯口のシリコンが溶けないように冷やすためのものであり、出湯口のシリコンに向けて吹き付ける。
【００２３】
このようにアルゴンガスを出湯口３付近に吹き付けると、その部分が冷やされて結果として出湯口３付近の原料が溶融せずに出湯しなくなる。しかし、アルゴンガスの吹き付けを止めると、出湯口３付近のシリコンの温度が上昇して徐々に融液して出湯し始める。
【００２４】
次に、シリコン融液の出湯の制御方法を説明する。まず、るつぼ１内にシリコン原料を供給する。その際、るつぼの出湯口３を塞ぐようにシリコン原料で栓をする。次に、るつぼ上部の加熱手段２を駆動して、るつぼ１内の原料を所定温度に加熱して上方から徐々に溶解する。るつぼ１内の上方のシリコン原料の一部が融液になったら、るつぼ側部の加熱手段２を駆動して、シリコン原料の溶解を促進する。また、溶解中に出湯口３に向かってパイプ１１からＡｒガスを吹き付けることで、出湯口５に近いシリコン原料は出湯まで低温に保たれ、るつぼ１内のシリコン原料が完全に融液に変わるまで、まだ溶けていないシリコン原料の隙間を流れ落ちて来た融液が出湯口３の周囲で凝固する。これで、るつぼ１内のシリコン融液は、シリコン原料が完全に融液に変わるまで、るつぼ１から流れ落ちにくくなってるつぼ内に保持される。このパイプ１１の位置は融液が出湯する際に、融液が当たらない場所で、かつ吹き付けたＡｒガスが出湯口３付近のシリコン原料に当たる位置に設けることが望ましい。
【００２５】
るつぼ１内の融液を出湯する時は、Ａｒガスを吹き付けるのをやめる。そうするとＡｒガスの吹き付けによって冷やされていた出湯口３に近いシリコン原料がるつぼ１内の融液によって溶解して、るつぼ内の全ての融液が流れ出す。
【００２６】
この装置によれば従来より装置内に導入していたＡｒガスの噴出し口の位置を変えるだけで、従来必要であった駆動部や出湯口近辺の局部的な加熱手段が必要なくなるため、装置の高価格化、大型化の問題を解決することができる。
【００２７】
以上詳細に説明してきたが、本発明はこの実施形態に制限される限るものではない。例えば図２に示すように、出湯口３の下に垂下した筒状のノズル４をつければ、るつぼ１内で溶解されたシリコン融液はるつぼ１内のシリコン融液の残量にかかわらず、常に石英るつぼ１の真下の同じ位置に落下させることができる。このようにすれば出湯したシリコン融液の飛散を抑えることができ、断熱材６、７や加熱手段２の長寿命化につながる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る溶解装置によれば、るつぼ内にシリコン原料を投入して加熱手段で加熱溶解して底部に設けた出湯口から出湯する溶解装置において、上記出湯口に向かってＡｒガスを吹き付ける機構を設けたことから、溶解中に出湯口に向かってパイプからＡｒガスを吹き付けると出湯口に近いシリコン原料は低温に保たれ、まだ溶けていないシリコン原料の隙間を流れ落ちて来た融液が出湯口の周囲で凝固する。もって、るつぼ内のシリコン融液はシリコン原料が完全に融液に変わるまで、るつぼから流れ落ちずにるつぼ内に保持される。これにより従来より装置内に導入していたＡｒガスの噴出し口の位置を変えるだけで、従来必要であった駆動部や出湯口近辺の局部的な加熱手段が必要なくなり、装置の高価格化、大型化の問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る溶解装置の一実施形態を示す図である。
【図２】従来の溶解装置を示す図である。
【図３】従来の他の溶解装置を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・・るつぼ、２・・・・・加熱手段、３・・・・・出湯口、４・・・・・ノズル、５・・・・・るつぼ補強材、６・・・・・上部断熱材、７・・・・・側面断熱材、８・・・・・第二の加熱手段、９・・・・・蓋部材、１０・・・・・出湯口を塞ぐシリコン、１１・・・・・パイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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