(57)【要約】 【課題】  シリコン原料からシリコンよりも高い蒸気圧を有する高蒸気圧不純物と金属不純物とを同時に除去することが可能なシリコン精製装置およびシリコン精製方法を提供する。【解決手段】  シリコン精製装置１は、真空ポンプ２１によって溶解炉１１内を真空状態に保持し、溶解炉１内の坩堝１２に収容されるシリコン原料１０をヒータ１３によって加熱して溶融させて溶融シリコン１０ａとし、この溶融シリコン１０ａに冷却体１４を浸漬させて溶融シリコン１０ａを冷却し、冷却体１４のシリコン晶出部２９に精製シリコン３０を晶出させる。ヒータ１３は、シリコン原料１０の温度が１４１５℃以上１５００℃以下になるように、制御手段１８によって制御される。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物を含有するシリコン原料を収容可能な坩堝と、
坩堝に収容されるシリコン原料を加熱可能な加熱手段と、
坩堝に収容されるシリコン原料に浸漬可能に設けられ、シリコン原料を冷却して晶出させるための冷却体と、
少なくとも坩堝および冷却体を収容するチャンバと、
チャンバ内を真空状態に保持する真空保持手段と、
坩堝に収容されるシリコン原料の温度が１４１５℃以上１５００℃以下になるように、加熱手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とするシリコン精製装置。
【請求項２】
制御手段は、チャンバ内の圧力が０．０００１Ｐａ以上１Ｐａ以下になるように、真空保持手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のシリコン精製装置。
【請求項３】
冷却体は中空状に形成され、
冷却体を冷却する冷却流体を冷却体の内部空間に供給する冷却流体供給手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン精製装置。
【請求項４】
冷却流体供給手段は、冷却体の内表面部に冷却流体を吹付け可能に構成されることを特徴とする請求項３に記載のシリコン精製装置。
【請求項５】
冷却流体は、冷却体に対して不活性な不活性ガスであることを特徴とする請求項３または４に記載のシリコン精製装置。
【請求項６】
不活性ガスは、窒素ガスであることを特徴とする請求項５に記載のシリコン精製装置。
【請求項７】
冷却体は、筒状に形成され、軸線まわりに回転自在に設けられ、
冷却体を軸線まわりに回転駆動する駆動手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のシリコン精製装置。
【請求項８】
制御手段は、冷却体の外周面部の回転速度が０．１ｍｍ／ｓ以上３０００ｍｍ／ｓ以下になるように、駆動手段を制御することを特徴とする請求項７に記載のシリコン精製装置。
【請求項９】
不純物を含有するシリコン原料が収容される坩堝および冷却体を少なくとも収容するチャンバ内を真空状態に保持するとともに、坩堝に収容されるシリコン原料の温度を１４１５℃以上１５００℃以下にして、坩堝に収容されるシリコン原料に冷却体を浸漬してシリコン原料を冷却して晶出させることを特徴とするシリコン精製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンの精製装置および精製方法に関し、より詳細には、太陽電池に使用可能な純度を有するシリコンを得るためのシリコンの精製装置および精製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池に使用されるシリコン原料（以下、「太陽電池用シリコン原料」という）は、不純物の含有量が少ないほど良く、純度が９９．９９９９％であるシックスエヌ（以下、「６Ｎ」という）以上という高純度であることが要求される。また太陽電池には半導体素子に比べて多量のシリコン原料が使用されるので、太陽電池用シリコン原料には安価に供給されることが要求される。
【０００３】
太陽電池用シリコン原料としては、半導体製造プロセスで発生するスクラップシリコンが用いられているが、太陽電池に対する需要の急速な伸びにスクラップシリコンの供給量が追いつかず、太陽電池用シリコン原料の供給不足が大きな問題となっている。
【０００４】
高純度シリコン原料を製造する方法としては、半導体用シリコン原料の製造に用いられているシーメンス法がある。シーメンス法で製造されるシリコン原料は、純度が９９．９９９９９９９９９％であるイレブンエヌ（以下、「１１Ｎ」という）以上という超高純度であるが、高価であり、太陽電池用シリコン原料として使用するには製造原価が高い。太陽電池用シリコン原料を安価に提供するために、半導体用シリコン原料と比較して純度は低いが安価な金属級シリコン原料から高純度シリコン原料を製造する冶金的プロセスの開発が進められている。
【０００５】
冶金的プロセスは、不純物とシリコンとの物理的な挙動の差を利用した幾つかの冶金的なサブプロセスを組合せてシリコン原料を精製するプロセスである。不純物としては、たとえば、同一環境下においてシリコンよりも高い蒸気圧を有する不純物（以下、「高蒸気圧不純物」という）たとえばリン（Ｐ）、ならびに鉄（Ｆｅ）およびチタン（Ｔｉ）などの金属不純物が挙げられる。
【０００６】
金属級シリコン原料には、たとえばリンが１０ｐｐｍ以上という高い濃度で含有される。リンなどの高蒸気圧不純物は、たとえば真空溶解法によって除去される（たとえば、特許文献１および非特許文献１参照）。特許文献１および非特許文献１に開示の真空溶解法によれば、減圧可能な真空容器内に設けられる坩堝中に金属級シリコン原料を投入し、減圧下または不活性ガス雰囲気下で加熱して溶融させて溶湯とし、減圧下において溶湯をシリコン原料の凝固温度以上の温度に一定時間保持する。このとき、シリコンよりも蒸気圧の高いリンが蒸発し、坩堝内のシリコン原料中のリン濃度が時間の経過に伴って低下する。
【０００７】
真空溶解法に用いられる装置は、減圧可能な真空容器中に設置された坩堝と加熱装置との組合せであり、装置コスト的には安価な構成となっているが、リンの除去速度は遅い。真空溶解法におけるリンの除去速度を速めるための技術として、電子ビームを用いてシリコン原料を融解する技術がある（たとえば、特許文献２参照）。特許文献２に開示の技術のように電子ビームを用いることによって、溶融状態にあるシリコン原料の温度を２０００℃以上に昇温し、リンの除去速度を速めることが可能であるが、設備および設備コストが莫大なものとなり、装置コスト的に実用上問題がある。
【０００８】
鉄およびチタンなどの金属不純物は、たとえば偏析効果を利用した一方向凝固法によって除去される（たとえば、特許文献３参照）。特許文献３に開示の技術では、不活性ガス雰囲気下において、シリコン原料を加熱して溶融させ、溶融したシリコン原料の温度をシリコン原料の凝固温度以上の温度に保持した状態で、溶融したシリコン原料中に筒状の冷却体を浸漬して冷却し、冷却体の外周面部にシリコン原料を晶出させることによってシリコン原料を精製する。
【０００９】
高蒸気圧不純物および金属不純物を除去するために、真空溶解法および一方向凝固法を組合せることによって、金属級シリコン原料を精製する技術がある（たとえば、特許文献４参照）。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第４３０４７６３号明細書（第３−４頁）
【特許文献２】特開平７−３０９６１４号公報（第３頁，第１図）
【特許文献３】特開平９―４８６０７号公報（第６頁，第２図）
【特許文献４】特開平１１−２０９１９５号公報（第３−４頁，第１図）
【非特許文献１】湯下憲吉、外３名，「溶融シリコン中のリン，アルミニウムならびにカルシウムの蒸発除去」，日本金属学会誌、１９９７年，第６１巻，第１０号，ｐ．１０８６−１０９３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献４に開示の技術では、真空溶解法によって高蒸気圧不純物を除去した後、一方向凝固法によって金属不純物を除去する。このように特許文献４に開示の技術では金属級シリコン原料の精製プロセスがそれぞれ直列的に行われる。したがって、精製に用いられる坩堝などの部材が精製プロセスの数分必要であるので、装置構成が複雑になり、装置コストの上昇、ひいては製造原価の上昇を招く。またシリコン原料の精製に要する時間が長くなるので、生産性が悪く、多量のシリコン原料を精製するためには長時間を要する。
【００１２】
本発明の目的は、シリコン原料から高蒸気圧不純物と金属不純物とを同時に除去することが可能なシリコン精製装置およびシリコン精製方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、不純物を含有するシリコン原料を収容可能な坩堝と、
坩堝に収容されるシリコン原料を加熱可能な加熱手段と、
坩堝に収容されるシリコン原料に浸漬可能に設けられ、シリコン原料を冷却して晶出させるための冷却体と、
少なくとも坩堝および冷却体を収容するチャンバと、
チャンバ内を真空状態に保持する真空保持手段と、
坩堝に収容されるシリコン原料の温度が１４１５℃以上１５００℃以下になるように、加熱手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とするシリコン精製装置である。
【００１４】
本発明に従えば、真空状態に保持されるチャンバ内において、不純物を含有するシリコン原料が坩堝に収容され、加熱手段によって１４１５℃以上１５００℃以下に加熱されて溶融する。溶融したシリコン原料に冷却体が浸漬され、シリコン原料が冷却体によって冷却され、冷却体の表面部に晶出する。チャンバ内が真空状態に保持され、かつ坩堝に収容されるシリコン原料が１４１５℃以上１５００℃以下に加熱されるので、シリコン原料に含有される不純物のうち、偏析によって除去可能な不純物（以下、「偏析可能不純物」という）を効率良く除去することができる。またシリコン原料に含有される不純物のうち、同一環境下においてシリコンよりも高い蒸気圧を有する不純物（以下、「高蒸気圧不純物」という）のシリコン原料からの蒸発を促進し、高蒸気圧不純物を除去することができる。したがってシリコン原料に含有される偏析可能不純物および高蒸気圧不純物を同時に除去することができる。またシリコン原料の温度は１４１５℃以上１５００℃以下であるので、シリコン原料からのシリコンの蒸発を抑えることができる。
【００１５】
また本発明は、制御手段は、チャンバ内の圧力が０．０００１Ｐａ以上１Ｐａ以下になるように、真空保持手段を制御することを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、チャンバ内の圧力は、真空保持手段によって０．０００１Ｐａ以上１Ｐａ以下に保持されるので、シリコン原料に含有される高蒸気圧不純物の蒸発をより確実に促進することができる。
【００１７】
また本発明は、冷却体は中空状に形成され、
冷却体を冷却する冷却流体を冷却体の内部空間に供給する冷却流体供給手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、冷却体の内部空間には、冷却流体供給手段によって冷却流体が供給されるので、溶融したシリコン原料をより確実にシリコン原料の凝固温度以下まで冷却することができ、不純物をより効率的に除去することができる。
【００１９】
また本発明は、冷却流体供給手段は、冷却体の内表面部に冷却流体を吹付け可能に構成されることを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、冷却体の内表面部には冷却流体が吹付けられるので、冷却体の内表面部に冷却流体が吹付けられない場合に比べてより低い温度に冷却体を冷却することができる。これによって、一定時間に冷却体の外表面部に晶出するシリコン原料の量を増加させることができるので、シリコン原料の精製効率を向上させることができる。
【００２１】
また本発明は、冷却流体は、冷却体に対して不活性な不活性ガスであることを特徴とする。
【００２２】
本発明に従えば、冷却体に供給される冷却流体は、冷却体に対して不活性な不活性ガスであるので、冷却体と冷却流体とが反応することを防止し、反応による冷却体の劣化、たとえば酸化による冷却体の劣化を防止することができる。
【００２３】
また本発明は、不活性ガスは、窒素ガスであることを特徴とする。
本発明に従えば、冷却体に冷却流体として供給される不活性ガスは窒素ガスである。窒素ガスは、他の不活性ガスたとえばアルゴンなどの希ガスに比べて安価であるので、窒素ガスを不活性ガスとして用いることによって、冷却体の劣化を安価に防止することができる。
【００２４】
また本発明は、冷却体は、筒状に形成され、軸線まわりに回転自在に設けられ、
冷却体を軸線まわりに回転駆動する駆動手段をさらに備えることを特徴とする。
【００２５】
本発明に従えば、筒状の冷却体が駆動手段によって軸線まわりに回転駆動されるので、溶融したシリコン原料が冷却体によって撹拌される。溶融したシリコン原料を撹拌することによって、高蒸気圧不純物の蒸発を促進し、蒸発による除去を促進することができる。また偏析によって除去された不純物を冷却体から速やかに遠ざけることができるので、偏析によって除去された不純物が冷却体に付着することを防止することができる。
【００２６】
また本発明は、制御手段は、冷却体の外周面部の回転速度が０．１ｍｍ／ｓ以上３０００ｍｍ／ｓ以下になるように、駆動手段を制御することを特徴とする。
【００２７】
本発明に従えば、冷却体は、外周面部の回転速度が０．１ｍｍ／ｓ以上３０００ｍｍ／ｓ以下になるよう駆動手段によって回転駆動される。これによって、高蒸気圧不純物の蒸発による除去を確実に促進することができる。また偏析によって除去された不純物が冷却体に付着することをより確実に防止することができる。
【００２８】
また本発明は、不純物を含有するシリコン原料が収容される坩堝および冷却体を少なくとも収容するチャンバ内を真空状態に保持するとともに、坩堝に収容されるシリコン原料の温度を１４１５℃以上１５００℃以下にして、坩堝に収容されるシリコン原料に冷却体を浸漬してシリコン原料を冷却して晶出させることを特徴とするシリコン精製方法である。
【００２９】
本発明に従えば、不純物を含有するシリコン原料が収容される坩堝および冷却体を少なくとも収容するチャンバ内を真空状態に保持するとともに、坩堝に収容されるシリコン原料を１４１５℃以上１５００℃以下の温度にして、坩堝に収容されるシリコン原料に冷却体を浸漬してシリコン原料を冷却して晶出させる。これによってシリコン原料に含有される不純物のうち、偏析可能不純物を偏析によって効率良く除去することができる。また高蒸気圧不純物のシリコン原料からの蒸発を促進し、高蒸気圧不純物を除去することができる。したがってシリコン原料に含有される偏析可能不純物および高蒸気圧不純物を同時に除去することができる。またシリコン原料の温度は１４１５℃以上１５００℃以下であるので、シリコン原料からのシリコンの蒸発を抑えることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、真空状態に保持されるチャンバ内において、１４１５℃以上１５００℃以下に加熱されるシリコン原料に冷却体が浸漬されてシリコン原料が冷却されるので、シリコン原料に含有される偏析可能不純物を効率良く除去することができ、また高蒸気圧不純物の蒸発を促進し、蒸発による除去を促進することができる。したがって偏析可能不純物および高蒸気圧不純物を同時に除去することができるので、偏析可能不純物および高蒸気圧不純物を別々に除去する場合に比べて製造原価を削減することができる。またシリコンの蒸発を抑えることができるので、精製による損失を抑えることができる。
【００３１】
また本発明によれば、チャンバ内の圧力は０．０００１Ｐａ以上１Ｐａ以下に保持されるので、シリコン原料に含有される高蒸気圧不純物の蒸発をより確実に促進することができる。
【００３２】
また本発明によれば、冷却体の内部空間には冷却流体が供給されるので、溶融したシリコン原料をより確実にシリコン原料の凝固温度以下まで冷却することができ、不純物をより効率的に除去することができる。
【００３３】
また本発明によれば、冷却体の内表面部には冷却流体が吹付けられるので、冷却体の内表面部に冷却流体が吹付けられない場合に比べて、一定時間に冷却体の外表面部に晶出するシリコン原料の量を増加させることができ、シリコン原料の精製効率を向上させることができる。
【００３４】
また本発明によれば、冷却体に供給される冷却流体は不活性ガスであるので、冷却体と冷却流体とが反応することを防止し、反応による冷却体の劣化たとえば酸化による冷却体の劣化を防止することができる。
【００３５】
また本発明によれば、冷却体に冷却流体として供給される不活性ガスは窒素ガスであるので、冷却体の劣化を安価に防止することができる。
【００３６】
また本発明によれば、冷却体が回転駆動されることによって、溶融したシリコン原料が撹拌されるので、高蒸気圧不純物の蒸発を促進し、蒸発による除去を促進することができ、また偏析によって除去された不純物が冷却体に付着することを防ぐことができる。したがって、不純物を一層効率良く除去することができる。
【００３７】
また本発明によれば、冷却体は外周面部の回転速度が０．１ｍｍ／ｓ以上３０００ｍｍ／ｓ以下になるように回転駆動されるので、高蒸気圧不純物の蒸発による除去をより確実に促進することができ、また偏析によって除去された不純物が冷却体に付着することをより確実に防止することができる。したがって、不純物を一層効率良く除去することができる。
【００３８】
また本発明によれば、真空状態に保持されるチャンバ内において、１４１５℃以上１５００℃以下の温度のシリコン原料に冷却体が浸漬されてシリコン原料が冷却されるので、シリコン原料に含有される偏析可能不純物を効率良く除去することができ、また高蒸気圧不純物の蒸発を促進し、蒸発による除去を促進することができる。したがって偏析可能不純物および高蒸気圧不純物を同時に除去することができるので、偏析可能不純物および高蒸気圧不純物を別々に除去する場合に比べて製造原価を削減することができる。またシリコンの蒸発を抑えることができるので、精製による損失を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
図１は、本発明の実施の一形態であるシリコン精製装置１の構成を簡略化して示す断面図である。図２は、図１に示すシリコン精製装置１に備わる冷却体１４および回転軸部材１５の断面構成を簡略化して示す断面図である。図３は、図１に示すシリコン精製装置１を用いてシリコン原料を精製する様子を簡略化して示す断面図である。シリコン精製装置１は、不純物を含有するシリコン原料を精製し、より高純度のシリコン原料を生成する。
【００４０】
シリコン精製装置１は、チャンバである溶解炉１１と、精製に供されるシリコン原料１０を収容する坩堝１２と、坩堝１２に収容されるシリコン原料を加熱する加熱手段であるヒータ１３と、冷却体１４と、冷却体１４を支持する支持部材である回転軸部材１５と、制御手段１８とを含んで構成される。溶解炉１１は、密閉可能に構成される。坩堝１２および冷却体１４は溶解炉１１の内方に設けられる。
【００４１】
シリコン原料１０は、たとえば金属級シリコン原料である。金属級シリコン原料は、シリコンの重量濃度である純度が９９％以上である。金属級シリコン原料に含有される不純物としては、たとえばリン（Ｐ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、カルシウム（Ｃａ）およびアルミニウム（Ａｌ）が挙げられる。不純物のうち、偏析によって除去可能な偏析可能不純物としては、たとえば鉄、チタンおよびバナジウムなどの重金属、ならびにカルシウムおよびアルミニウムなどの軽金属などの金属が挙げられる。金属級シリコン原料中における鉄の濃度は、たとえば１０００ｗｔ ｐｐｍである。「１ｗｔ ｐｐｍ」は１０−４重量％を意味する。以下、「ｗｔ ｐｐｍ」を「ｐｐｍ」という。「偏析可能不純物」とは、「シリコン中における後述の偏析係数が０．１以下である不純物」とここでは定義する。本実施形態において偏析可能不純物は、偏析凝固の原理を利用した一方向凝固法によって除去される。不純物のうち、同一の環境下、より詳細には同一の温度および圧力下においてシリコンよりも高い蒸気圧を有する高蒸気圧不純物としては、たとえばリン、カルシウムおよびアルミニウムが挙げられる。
【００４２】
溶解炉１１は中空の略直方体状に形成される。溶解炉１１は一壁面部である頂壁部１１ａが鉛直方向上方に位置し、頂壁部１１ａに対向する壁面部である底壁部１１ｂが鉛直方向下方に位置するように配置される。溶解炉１１は、耐火物によって形成される。溶解炉１１の頂壁部１１ａには、貫通孔が形成される貫通孔部（以下、「頂壁側貫通孔部」という）１６が設けられる。頂壁側貫通孔部１６に形成される貫通孔には回転軸部材１５が挿通される。
【００４３】
回転軸部材１５は、筒状または柱状、本実施形態では筒状に形成され、軸線が鉛直方向に平行になるように設けられる。本実施形態では溶解炉１１は頂壁部１１ａが水平方向に平行になるように配置されるので、回転軸部材１５は軸線が頂壁部１１ａに対して垂直になるように設けられる。回転軸部材１５は中空状に形成される。本実施形態において回転軸部材１５は円筒状に形成される。
【００４４】
回転軸部材１５は、たとえば黒鉛によって形成される。回転軸部材１５は、溶解炉１１の上方において、図示しない固定部に対して上下動自在な回転軸保持アームに、軸受けを介して回転自在に支持される。回転軸部材１５は、回転駆動手段１７によって所定の回転速度で回転するように回転駆動される。回転駆動手段１７は、制御手段１８によって制御される。
【００４５】
冷却体１４は、回転軸部材１５の軸線方向一端部に設けられる。より詳細には、冷却体１４は、回転軸部材１５の軸線方向一端部に固定して設けられる。冷却体１４は、中空状に形成される。本実施形態では冷却体１４は、有底の筒状、より詳細には有底の円筒状に形成される。冷却体１４は、冷却体１４の内部空間と回転軸部材１５の内部空間とが連通するように回転軸部材１５に保持される。より詳細には、冷却体１４は、軸線方向他端部である上端部が、回転軸部材１５の軸線方向一端部である下端部に嵌合されて、回転軸部材１５に支持される。冷却体１４は、回転軸部材１５を介して回転自在に保持され、回転駆動手段１７によって回転駆動される。冷却体１４は、熱伝導性が良く、かつ溶融したシリコン原料１０と反応せず、溶融したシリコン原料１０を汚染することの無い材料、たとえば窒化シリコンまたは黒鉛などによって形成される。
【００４６】
坩堝１２は、有底の筒状、より詳細には有底の円筒状に形成される。坩堝１２は、シリコン原料１０との反応性が小さい材料によって形成される。坩堝１２をシリコン原料１０との反応性の小さい材料によって形成することによって、坩堝１２に収容されるシリコン原料１０の汚染を抑制することができる。シリコン原料１０との反応性が小さい材料としては、たとえば石英、黒鉛およびアルミナが挙げられる。坩堝１２は、溶解炉１１の底壁部１１ｂに設置された坩堝台１９に載置される。坩堝台１９は、耐火物によって形成される。
【００４７】
ヒータ１３は、坩堝１２の周方向全周にわたって坩堝１２の外周面部に沿って設けられる。ヒータ１３は、たとえば高周波誘導加熱ヒータまたは抵抗式加熱ヒータによって実現される。ヒータ１３は、制御手段１８によって制御される。制御手段１８は、坩堝１２に収容されるシリコン原料１０の温度が１４１５℃以上１５００℃以下に保持されるように、ヒータ１３を制御する。「シリコン原料１０の温度」とは、シリコン原料１０の冷却体１４が浸漬されていない部分の温度のことである。
【００４８】
シリコン原料１０の温度は、たとえば熱電対によって測定される。熱電対を用いる場合、熱電対は、坩堝１２に収容されるシリコン原料１０の冷却体１４が浸漬されていない部分、たとえば坩堝１２の内周面部近傍のシリコン原料１０に挿入されて使用される。熱電対によって測定されるシリコン原料１０の温度は、制御手段１８に入力される。制御手段１８は、熱電対からの入力値に基づいて、熱電対によって測定されるシリコン原料１０の温度が１４１５℃以上１５００℃以下の範囲に保持されるように、ヒータ１３を制御する。これによってシリコン原料１０の温度を１４１５℃以上１５００℃以下に保持することができる。
【００４９】
またシリコン原料１０の温度は、たとえば、冷却体１４が浸漬されていない状態で、ヒータ１３の出力値とシリコン原料１０の温度との関係を予め求めておき、シリコン原料１０の温度が所定の温度になるようにヒータ１３の出力値を調整することによって、調整することができる。たとえばヒータ１３が高周波誘導加熱ヒータである場合、冷却体１４が浸漬されていない状態で、予めヒータ１３の高周波出力値とシリコン原料１０の温度との関係を求めておき、求めた関係に基づいてシリコン原料１０の温度が所定の温度になるようにヒータ１３の高周波出力値を調整することによって、シリコン原料１０の温度を所定の温度、本実施形態では１４１５℃以上１５００℃以下に調整することができる。
【００５０】
溶解炉１１の頂壁部１１ａおよび底壁部１１ｂに連なる壁面部である側壁部１１ｃおよび１１ｄのうち、一側壁部１１ｃには、側壁側貫通孔が形成される側壁側貫通孔部２０が設けられる。側壁側貫通孔部２０に形成される側壁側貫通孔には、溶解炉１１内を真空引きする真空ポンプ２１に接続される真空排気管２２が挿通して取り付けられている。真空ポンプ２１は真空保持手段に相当する。真空保持手段である真空ポンプ２１は、制御手段１８によって制御される。より詳細には、真空ポンプ２１は、溶解炉１１の内部空間を真空状態に保持するように、制御手段１８によって制御される。「真空状態」とは、圧力が１Ｐａ以下である状態のことである。本実施形態において真空ポンプ２１は、溶解炉１１内の圧力が０．０００１Ｐａ以上１Ｐａ以下になるように、制御手段１８によって制御される。「溶解炉１１内の圧力」とは、溶解炉１１の内部空間に含まれる気体の圧力のことである。
【００５１】
溶解炉１１の頂壁部１１ａに設けられる頂壁側貫通孔部１６と回転軸部材１５の外周面部との間にはパッキン２４が設けられ、これによって溶解炉１１が密封されている。パッキン２４は、たとえば合成ゴムによって形成されオイルシールとして用いられるパッキンによって実現される。
【００５２】
回転軸部材１５の内部には、冷却流体供給管２５が設けられる。冷却流体供給管２５は、筒状、より詳細には円筒状に形成される。冷却流体供給管２５は、たとえば金属、セラミックスまたは黒鉛によって形成される。冷却流体供給管２５の軸線方向一端部である下端部には、冷却流体吹出し部材２６が設けられる。冷却流体供給管２５および冷却流体吹出し部材２６は、冷却流体供給手段２７を構成する。
【００５３】
冷却流体吹出し部材２６は、有底の筒状、より詳細には有底の円筒状に形成される。冷却流体吹出し部材２６は、外周面部に、吹出し口が形成される吹出し口部２８を複数有する。吹出し口は、冷却流体供給管２５を介して冷却流体吹出し部材２６に供給される冷却流体を冷却体１４の内周面部に吹出し可能に形成される。これによって冷却流体供給手段２７は冷却体１４の内表面部、より詳細には内周面部に冷却流体を吹付け可能に構成される。冷却流体吹出し部材２６は、軸線方向他端部である上端部が、冷却流体供給管２５の下端部に嵌合されて、冷却流体供給管２５に支持される。冷却流体供給管２５および冷却流体吹出し部材２６は、回転軸部材１５の内周面部から間隔を空けて設けられる。
【００５４】
冷却流体供給管２５には、図示しない冷却流体貯留手段が接続され、この冷却流体貯留手段から冷却流体が供給される。冷却流体供給管２５に供給された冷却流体は、冷却流体吹出し部材２６の吹出し口部２８に形成される吹出し口から冷却体１４の内周面部に向けて吹出され、冷却体１４の内周面部に吹付けられる。これによって冷却体１４の内周面部が冷却されて冷却体１４が外周面部まで冷却される。冷却体１４の内周面部に吹付けられた冷却流体は、冷却流体供給管２５の外周面部と回転軸部材１５の内周面部との間を鉛直方向上方に流下して図示しない排気口部からシリコン精製装置１の外部に排出される。
【００５５】
溶融したシリコン原料１０に冷却体１４が浸漬された状態で冷却体１４の内周面部を冷却流体で冷却して冷却体１４の外周面部を冷却することによって、図３に示すように、冷却体１４の外周面部であるシリコン晶出部２９に精製シリコン３０が晶出する。精製シリコン３０は冷却体１４の外周面部に全周にわたって晶出する。図３では、理解を容易にするために、冷却体１４の外周面部に晶出した精製シリコン３０の冷却体１４の軸線を含む仮想平面における断面構成を示す。
【００５６】
冷却流体には、冷却体１４に対して不活性な不活性ガス、より詳細には冷却体１４を酸化させないガスが用いられる。不活性ガスを用いることによって、冷却体１４と冷却流体とが反応することを防止し、反応によって冷却体１４が劣化することを防止することができる。たとえば冷却体１４が冷却流体によって酸化されることを防止し、冷却体１４の酸化による劣化を防止することができる。
【００５７】
本実施形態では、不活性ガスとして窒素ガスが用いられる。不活性ガスは、窒素ガスに限定されず、たとえばアルゴンまたはヘリウムなどの希ガスであってもよいが、本実施形態のように窒素ガスであることが好ましい。窒素ガスは、希ガスなどの他の不活性ガスに比べて安価であるので、不活性ガスとして窒素ガスを用いることによって、冷却体１４の劣化を安価に防止することができる。
【００５８】
本発明の実施の他の形態であるシリコン精製方法は、図１に示すシリコン精製装置１によって実行される。本実施形態のシリコン精製装置１によれば、以下のようにしてシリコン原料１０が精製される。精製に供されるシリコン原料１０がたとえば作業者によって坩堝１２内に投入されると、シリコン精製装置１は、溶解炉１１内が真空状態になるように、制御手段１８によって真空ポンプ２１を制御する。真空ポンプ２１は、真空排気管２２を介して溶解炉１１を真空引きし、溶解炉１１の内部空間を真空状態にする。真空ポンプ２１は、溶解炉１１内の圧力がたとえば０．１Ｐａになるまで溶解炉１１を真空引きする。
【００５９】
溶解炉１１内が真空状態に達すると、シリコン精製装置１は、制御手段１８によって、坩堝１２に収容されるシリコン原料１０の温度が１４１５℃以上１５００℃以下になるように、ヒータ１３を制御する。ヒータ１３は、坩堝１２に収容される原料シリコン１０である粗製シリコンを、１４１５℃以上、１５００℃以下の温度になるように加熱する。これによってシリコン原料１０が溶融し、溶融シリコン１０ａとなる。
【００６０】
このようにしてシリコン原料１０が溶融されると、シリコン精製装置１は、図示しない回転軸保持アームを鉛直方向下方に下降させることによって回転軸部材１５および冷却体１４を鉛直方向下方に下降させ、図３に示すように溶融シリコン１０ａに冷却体１４を浸漬させる。またシリコン精製装置１は、冷却体１４が溶融シリコン１０ａに浸漬された状態で、冷却流体供給管２５に図示しない冷却流体貯留手段から冷却流体用配管を介して冷却流体を供給し、冷却流体吹出し部材２６の吹出し口部２８の吹出し口から冷却体１４の内周面部に向かって冷却流体を吹出させる。これによって冷却体１４が冷却され、冷却体１４の外周面部に滞留する溶融シリコン１０ａが冷却され、冷却体１４の外周面部であるシリコン晶出部２９に晶出する。
【００６１】
本実施形態では、シリコン精製装置１は、冷却体１４を浸漬するとともに、回転駆動手段１７によって回転軸部材１５を介して冷却体１４を回転駆動させる。回転駆動手段１７は、冷却体１４の外周面部の回転速度が０．１ｍｍ／ｓ以上になるように、より詳細には０．１ｍｍ／ｓ以上３０００ｍｍ／ｓ以下になるように、制御手段１８によって制御される。
【００６２】
溶融シリコン１０ａは、偏析凝固の原理に従って晶出するので、シリコン晶出部２９には、精製に供される原料シリコン１０よりも高純度の精製シリコン３０が晶出する。溶融したシリコン原料１０である溶融シリコン１０ａが凝固して固相になるとき、シリコン原料１０に含有される偏析可能不純物たとえば金属不純物は、共存する液相である溶融シリコン１０ａに固相よりも多く分配され、固化したシリコンにはわずかしか取り込まれないという偏析現象が生じる。この現象の原理が「偏析凝固の原理」であり、各種金属不純物を含む偏析可能不純物は、液相に濃縮される。本実施形態では、冷却体１４を溶融シリコン１０ａに浸漬して冷却体１４のシリコン晶出部２９に精製シリコン３０を晶出させるので、液相、すなわち坩堝１２に収容される溶融シリコン１０ａ中に偏析可能不純物を残留させることができ、シリコン原料１０の大部分から偏析可能不純物を除去することができる。
【００６３】
シリコン原料１０に含有される不純物の液相および固相に対する分配係数（以下、単に「分配係数」ということがある）は、液相シリコン中の不純物濃度に対する固相シリコン中の不純物濃度の比（固相シリコン中の不純物濃度／液相シリコン中の不純物濃度）で表され、偏析可能不純物の分配係数は偏析係数とも呼ばれる。前述の鉄などの各種金属不純物の偏析係数は１よりもはるかに小さい。たとえば、シリコン中における鉄の偏析係数は０．００３４であり、チタンの偏析係数は０．０００１である。したがって各種金属不純物は、偏析凝固の原理を利用した一方向凝固法によってシリコン原料１０から除去することができる。
【００６４】
本実施形態では、制御手段１８によってヒータ１３が制御され、坩堝１２に収容されるシリコン原料１０の温度が、シリコン原料１０の凝固温度である１４１５℃以上、１５００℃以下のある温度に保持される。
【００６５】
シリコン原料１０の温度が真空状態におけるシリコン原料１０の凝固温度である１４１５℃未満になると、冷却体１４が浸漬されていない部分までシリコン原料１０の凝固が始まるので、偏析可能不純物を偏析によって充分に除去することができず、また高蒸気圧不純物を充分に除去することができない。シリコン原料１０の温度を真空状態におけるシリコン原料１０の凝固温度である１４１５℃以上にすることによって、シリコン原料１０を溶融状態に保持することができ、偏析可能不純物を偏析によって除去することができる。また高蒸気圧不純物の除去を促進することができる。
【００６６】
一方、シリコン原料１０の温度を必要以上に上昇させても、不純物の更なる濃度低減は困難であり、電力コストが高くなるだけでなく、シリコン原料１０からのシリコンの蒸発を促進することから精製シリコンの収率の減少という新たな課題が生じる。また必要以上の温度にまで耐久し得る設備を備えることは、装置コストを高め、製造原価を高めることになるので好ましくない。本実施形態ではシリコン原料１０の温度は最大でも１５００℃あれば充分である。またシリコン原料１０の温度が１５００℃を超えると、坩堝１２内のシリコン原料１０からの蒸発物が多くなり過ぎ、その蒸発物が冷却されて固化した固化物が溶解炉１１の内壁面部に多量に付着し、その付着物の処理が難しくなるので好ましくない。たとえば、坩堝１２内のシリコン原料１０から蒸発したシリコンで溶解炉１１内部全体が覆われ、その処理に繁雑な作業が必要となる。
【００６７】
シリコン原料１０の温度を１５００℃以下にすることによって、シリコン原料１０の加熱に要するエネルギを削減し、電力コストの上昇を抑えることができる。またシリコン原料１０からのシリコンの蒸発を抑えることができるので、精製によるシリコンの損失を抑え、精製シリコンの収率の減少を抑えることができる。またシリコンの精製を容易に行なうことができる。
【００６８】
したがって、シリコン原料１０の温度は、１４１５℃以上１５００℃以下であることが好ましい。シリコン原料１０の温度を上記温度範囲に保持することによって、偏析可能不純物を効率良く除去することができる。
【００６９】
また本実施形態では、溶解炉１１内は真空状態に保持されるので、高蒸気圧不純物のシリコン原料１０からの蒸発を促進し、高蒸気圧不純物をシリコン原料１０から除去することができ、精製シリコン３０中の高蒸気圧不純物の濃度を低減することができる。したがって本実施形態では、偏析可能不純物および高蒸気圧不純物を同時に除去することができるので、偏析可能不純物および高蒸気圧不純物を別々に除去する場合に比べて製造原価を削減することができる。
【００７０】
また本実施形態では高蒸気圧不純物を蒸発によって除去するだけでなく、冷却体１４による偏析凝固によって偏析可能不純物を除去するので、溶融シリコン１０ａの温度を高くし過ぎると、冷却体１４によって溶融シリコン１０ａを凝固温度以下に冷却するために要するエネルギが多くなり過ぎるので好ましくない。また冷却体１４による冷却速度が低下するおそれもあるので、生産性の観点からも好ましくない。したがってシリコン原料１０の温度は前述のように１４１５℃以上１５００℃以下であることが好ましい。シリコン原料１０の温度を１４１５℃以上１５００℃以下にすることによって、冷却体１４による溶融シリコン１０の冷却に要するエネルギを削減することができ、また冷却体１４による冷却速度を速めることができる。
【００７１】
また本実施形態では、溶解炉１１内の圧力は０．０００１Ｐａ以上１Ｐａ以下に保持されるので、シリコン原料１０に含有される高蒸気圧不純物の蒸発をより確実に促進することができ、また製造原価の高騰を抑えることができる。溶解炉１１内の圧力が０．０００１Ｐａ未満であると、溶解炉１１内を前記圧力に保持するための真空装置が高価となり、製造原価が高くなる。一方、溶解炉１１内の圧力が１Ｐａを超えると、シリコン原料１０から蒸発する高蒸気圧不純物の蒸発速度が遅くなり、精製に要する時間が長くなるので、製造原価が高くなる要因となる。したがって、溶解炉１１内の圧力は０．０００１Ｐａ以上１Ｐａ以下であることが好ましい。
【００７２】
また本実施形態では、冷却体１４は中空状に形成され、冷却体１４の内部空間に冷却流体が供給されるので、たとえば冷却体１４が中実状に形成されて外部から冷却される場合に比べて、溶融シリコン１０ａをより確実にシリコン原料１０ａの凝固温度以下まで冷却することができる。したがって偏析可能不純物をより効率的に除去することができる。
【００７３】
また本実施形態では、冷却流体吹出し部材２６の吹出し口部２８の吹出し口から冷却流体が冷却体１４の内周面部に向かって吹出され、冷却体１４の内周面部に吹付けられるので、冷却体１４の内周面部に冷却流体が吹付けられない場合に比べて、一定時間に冷却体１４のシリコン晶出部２９に晶出する精製シリコン３０の量を増加させることができる。したがってシリコン原料の精製効率を向上させることができる。
【００７４】
また本実施形態では、冷却流体吹出し部材２６の上端部が冷却流体供給管２５の下端部に嵌合されるので、冷却体１４の内周面部に吹付けられた冷却流体は、冷却流体供給管２５の外周面部と回転軸部材１５の内周面部との間を鉛直方向上方に流下して図示しない排気口部からシリコン精製装置１の外部に排出される。これによって、シリコン原料１０から蒸発した高蒸気圧不純物が冷却流体によって冷却されることを防ぎ、蒸発した高蒸気圧不純物が液化してシリコン原料１０に再度混入することを防ぐことができる。したがって高蒸気圧不純物の除去効率を向上させることができる。
【００７５】
このように冷却体１４の内周面部に吹付けられた後の冷却流体が冷却流体供給管２５の外周面部と回転軸部材１５の内周面部との間を流下する場合、回転軸部材１５と溶解炉１１の頂壁側貫通孔部１６との間に設けられるパッキン２４が、冷却流体の有する熱によって加熱されて損傷し、シール機能を失うおそれがある。また回転軸部材１５が冷却流体の有する熱によって劣化するおそれもある。回転軸部材１５の劣化を防ぐためには、回転軸部材１５の内部を断熱材で覆う必要があり、回転軸部材１５の構造が複雑化し、シリコン精製装置１が高価になる。
【００７６】
本実施形態では、シリコン原料１０の温度は１４１５℃以上１５００℃以下であるので、シリコン原料１０の温度が１５００℃を超える場合に比べて、冷却体１４の内周面部に吹付けられた後に冷却流体供給管２５の外周面部と回転軸部材１５の内周面部との間を流下する冷却流体の温度を低くすることができる。これによって冷却流体の有する熱によるパッキン２４の損傷を抑え、パッキン２４のシール機能の劣化を抑えることができるので、溶解炉１１内をより確実に真空状態に保持することができ、高蒸気圧不純物をより確実に除去することができる。また回転軸部材１５の劣化の進行を抑えることができるので、回転軸部材１５の内部を覆う断熱材が不要となり、回転軸部材１５の構造が簡単化され、シリコン精製装置１のコストの上昇を抑えることができる。
【００７７】
また本実施形態では、冷却体１４は、溶融シリコン１０ａに浸漬されるとともに回転駆動される。冷却体１４を回転させることによって溶融シリコン１０ａを撹拌することができるので、高蒸気圧不純物の蒸発を促進し、蒸発による除去を促進することができる。また偏析によって除去された不純物を冷却体１４から速やかに遠ざけることができるので、偏析によって除去された不純物が冷却体１４に付着することを防止することができる。また冷却体１４の回転によって、凝固界面から液相中に排出された不純物を凝固界面から遠ざけて液相全体に分散させながら、溶融シリコン１０ａの凝固を進行させることができるので、平衡偏析係数に近い値の偏析係数で溶融シリコン１０ａの凝固を進行させることができる。したがって、冷却体１４を回転させない場合に比べてより高純度の精製シリコン３０をシリコン晶出部２９に晶出させることができる。
【００７８】
また本実施形態では、冷却体１４は、外周面部の回転速度が０．１ｍｍ／ｓ以上になるように、より詳細には０．１ｍｍ／ｓ以上３０００ｍｍ／ｓ以下になるように、回転駆動される。冷却体１４の外周面部の回転速度は、前記範囲に限定されないが、本実施形態のように０．１ｍｍ／ｓ以上であることが好ましく、０．１ｍｍ／ｓ以上３０００ｍｍ／ｓ以下であることがさらに好ましい。冷却体１４の外周面部の回転速度が０．１ｍｍ／ｓ未満であると、冷却体１４を回転させることによる不純物の除去効率の向上効果が充分に発揮されない。また冷却体１４を回転させることによって不純物を凝固界面から遠ざけ、精製シリコン３０に含有される不純物の量を減少させる効果は、冷却体１４の外周面部の回転速度が３０００ｍｍ／ｓ以下の範囲において頭打ちになるので、冷却体１４の外周面部の回転速度を３０００ｍｍ／ｓを超える値にしても、それ以上の効果は得られない。また冷却体１４の外周面部の回転速度が３０００ｍｍ／ｓを超えて過度に大きくなると、シリコン晶出部２９に晶出した精製シリコン３０の外周面の水平面における断面形状が真円形状でない場合に、冷却体１４の回転によって溶融シリコン１０ａが坩堝１２の外部に飛び散る危険性が大きくなるので、好ましくない。
【００７９】
冷却体１４の回転速度は、冷却体１４の外周面部の回転速度が前記範囲になるように、冷却体１４の外径寸法に応じて選ばれる。たとえば冷却体１４の外径寸法が０．２ｍである場合、冷却体１４の回転速度は、１回転／分（１ｒｐｍ）以上に選ばれ、より詳細には１回転／分（１ｒｐｍ）以上２８０回転／分（２８０ｒｐｍ）以下に選ばれる。
【実施例】
【００８０】
以下の実施例および比較例において、粗製シリコンおよび精製シリコン中におけるリンおよび鉄の濃度は、高周波誘導プラズマ（inductively coupled plasma；略称ＩＣＰ）発光分光分析によって測定した。
【００８１】
（実施例１）
図１に示すシリコン精製装置１を用い、以下のようにしてシリコン原料１０を精製した。シリコン原料１０には、粗製シリコン（金属級シリコン原料、純度ツーナイン（２−Ｎｉｎｅ））を用いた。「純度ツーナイン（２−Ｎｉｎｅ）」とは、純度が９９％以上であることを意味する。用いた粗製シリコン中におけるリンの濃度は２０ｐｐｍであり、鉄の濃度は１０００ｐｐｍであった。
【００８２】
坩堝１２内にシリコン原料１０として粗製シリコン６．０ｋｇを入れ、溶解炉１１内の圧力が０．０１Ｐａになるまで、真空ポンプ２１を用いて真空排気管２２を介して溶解炉１１内を真空引きした。
【００８３】
溶解炉１１内の圧力を０．０１Ｐａに保持した状態で、ヒータ１３によってシリコン原料１０を加熱して溶融させ、溶融シリコン１０ａとした。ヒータ１３は、溶融シリコン１０ａである融液の温度が１４１５℃以上１５００℃以下の範囲に保持され、かつ後述する浸漬時間内における融液の平均温度が１４７０℃になるように、制御手段１８によって制御した。制御手段１８によるヒータ１３の制御は、坩堝１２の内周面部近傍の融液に熱電対を挿入し、溶融シリコン１０ａである融液の温度を熱電対で測定しながら行なった。
【００８４】
溶融シリコン１０ａに冷却体１４を回転させながら浸漬し、溶融シリコン１０ａを晶出させた。冷却体１４には外径寸法が０．２ｍのものを用い、冷却体１４の回転速度を毎分２００回転（２００ｒｐｍ）として、冷却体１４の外周面部の回転速度を２．１ｍ／ｓとした。冷却体１４の内部空間には冷却流体として窒素ガスを供給した。窒素ガスの流量は、冷却体１４の内周面部の単位面積あたり、１．０（ｍ３／秒）／ｍ２とした。溶融シリコン１０ａへの冷却体１４の浸漬時間は３０分間とした。
【００８５】
冷却体１４を引上げ、シリコン晶出部２９に晶出した精製シリコン３０を冷却体１４から取外し、精製シリコン３０中におけるリンおよび鉄の濃度を測定した。精製シリコン３０中におけるリンの濃度は０．７ｐｐｍであり、鉄の濃度は３ｐｐｍであった。
【００８６】
以上のようにシリコン精製装置１による精製によって、リン濃度は２０ｐｐｍから０．７ｐｐｍまで減少し、鉄濃度は１０００ｐｐｍから３ｐｐｍまで減少した。
【００８７】
（実施例２）
冷却体１４を回転させないこと以外は実施例１と同様にしてシリコン原料１０を精製した。具体的には以下のようにしてシリコン原料１０を精製した。実施例１と同様に溶解炉１１内の圧力を０．０１Ｐａに保持した状態で粗製シリコンを加熱して溶融シリコン１０ａとし、溶融シリコン１０ａである融液の温度が１４１５℃以上１５００℃以下の範囲に保持され、かつ浸漬時間内における融液の平均温度が１４７０℃になるようにヒータ１３を制御した状態で、溶融シリコン１０ａに冷却体１４を回転させずに浸漬し、溶融シリコン１０ａを晶出させた。溶融シリコン１０ａへの冷却体１４の浸漬時間は実施例１と同様に３０分間とした。冷却体１４の内部空間には冷却流体として窒素ガスを供給した。窒素ガスの流量は、実施例１と同様に、冷却体１４の内周面部の単位面積あたり、１．０（ｍ３／秒）／ｍ２とした。実施例２において冷却体１４を用いる理由は、溶融シリコン１０ａの冷却を自然冷却で行なうと、自然冷却の過程で、溶融シリコン１０ａの温度がシリコンの融点より高い温度ではリンの蒸発が進み、実施例１との適切な比較ができないためである。
【００８８】
冷却体１４を引上げ、シリコン晶出部２９に晶出した精製シリコン３０を冷却体１４から取外し、精製シリコン３０中におけるリンおよび鉄の濃度を測定した。得られた精製シリコン中のリンの濃度は４ｐｐｍであり、鉄の濃度は６ｐｐｍであった。
【００８９】
（比較例１）
溶解炉１１内の圧力を１Ｐａ以下の真空状態に保持しないこと以外は実施例１と同様にしてシリコン原料１０を精製した。具体的には以下のようにしてシリコン原料１０を精製した。本比較例では、まず溶解炉１１内の雰囲気を非酸化性気体、具体的には窒素で十分に置換した後、溶解炉１１内の非酸化性気体の圧力を３Ｐａに保持した状態で、粗製シリコンを加熱して溶融シリコン１０ａとし、溶融シリコン１０ａである融液の温度が１４１５℃以上１５００℃以下の範囲に保持され、かつ浸漬時間内における融液の平均温度が１４７０℃になるようにヒータ１３を制御した状態で、溶融シリコン１０ａに冷却体１４を回転させながら浸漬し、溶融シリコン１０ａを晶出させた。溶融シリコン１０ａへの冷却体１４の浸漬時間は実施例１と同様に３０分間とした。冷却体１４の外周面部の回転速度は、実施例１と同様に２．１ｍ／ｓとした。冷却体１４の内部空間には冷却流体として窒素ガスを供給した。窒素ガスの流量は、実施例１と同様に、冷却体１４の内周面部の単位面積あたり、１．０（ｍ３／秒）／ｍ２とした。比較例１において溶解炉１１内の雰囲気を非酸化性気体で置換する理由は以下のとおりである。溶解炉１１内の雰囲気が空気などの酸化性気体雰囲気である場合、シリコンを溶融するために高温にする過程で不純物を除去するより早くシリコンの酸化が進み、シリコンが酸化シリコンとなってしまい、実施例１との適切な比較ができない。比較例１では、このシリコンの酸化を防ぐために、溶解炉１１内の雰囲気を非酸化性気体で置換している。
【００９０】
冷却体１４を引上げ、シリコン晶出部２９に晶出した精製シリコン３０を冷却体１４から取外し、精製シリコン３０中におけるリンおよび鉄の濃度を測定した。得られた精製シリコン中のリンの濃度は１３ｐｐｍであり、鉄の濃度は６ｐｐｍであった。
【００９１】
実施例１および２と比較例１との比較から、本発明のシリコン精製方法によれば、精製シリコン３０中のリンの濃度は、比較例１のように１Ｐａを超える圧力下で精製して得られる精製シリコン中のリンの濃度である１３ｐｐｍから、０．７ｐｐｍまたは４ｐｐｍへと大きく減少することが判る。また実施例１では、精製シリコン３０中の鉄の濃度は、比較例１のように１Ｐａを超える圧力下で精製して得られる精製シリコン中の鉄の濃度である６ｐｐｍから、３ｐｐｍへと減少することが判る。
【００９２】
また実施例１と実施例２との比較から、精製シリコン３０中のリンの濃度は、実施例１のように冷却体１４を回転させることによって、実施例２のように冷却体１４を回転させない場合に得られる精製シリコン中の値である４ｐｐｍから、０．７ｐｐｍへと大きく減少することが判る。また精製シリコン３０中の鉄の濃度は、冷却体１４を回転させない場合の濃度である６ｐｐｍから、３ｐｐｍへと減少することが判る。これは、溶解炉１１内を真空状態にし、さらに冷却体１４を回転させることによって溶融シリコン１０ａを撹拌したことによる相乗効果であると考えられる。
【００９３】
本実施例で実現された不純物濃度は、太陽電池の原料として使用可能な濃度を達成していないが、以上に述べた方法を複数回繰返すことによって太陽電池の原料として使用可能な不純物濃度を容易に達成できることはいうまでもない。
【００９４】
今回開示された実施の形態は、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均等の範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の実施の一形態であるシリコン精製装置１の構成を簡略化して示す断面図である。
【図２】図１に示すシリコン精製装置１に備わる冷却体１４および回転軸部材１５の断面構成を簡略化して示す断面図である。
【図３】図１に示すシリコン精製装置１を用いてシリコン原料を精製する様子を簡略化して示す断面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１  シリコン精製装置
１０  シリコン原料
１１  溶解炉
１２  坩堝
１３  ヒータ
１４  冷却体
１５  回転軸部材
１７  回転駆動手段
１８  制御手段
１９  坩堝台
２１  真空ポンプ
２２  真空排気管
２４  パッキン
２５  冷却流体供給管
２６  冷却流体吹出し部材
２７  冷却流体供給手段
２９  シリコン晶出部
３０  精製シリコン
【図１】
2007326749.tif 000003
【図２】
2007326749.tif 000004
【図３】
2007326749.tif 000005