JP2010228938A - Silicon purification apparatus and silicon purification method - Google Patents
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Abstract
【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1To provide a silicon purification apparatus and a silicon purification method capable of refining silicon at a low cost by greatly improving the purification efficiency of silicon.
A plurality of treatment chambers including a decompression vessel capable of reducing an internal pressure, a heat-resistant vessel, and a heating device for heating the heat-resistant vessel are provided, and the plurality of treatment chambers are molten silicon under reduced pressure. A silicon refining apparatus that is selectively switchable to a dephosphorization processing apparatus that removes phosphorus from the metal or a demetallation processing apparatus that removes metal from molten silicon by segregation, and a silicon purification method using the apparatus.
[Selection] Figure 1
Description
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。 The present invention relates to a silicon purification apparatus and a silicon purification method.
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。 Due to environmental problems, the use of natural energy as an alternative to oil has attracted attention. Among them, a solar cell using the photoelectric conversion principle of a silicon semiconductor is particularly attracting attention because it can easily convert solar energy into electric energy.
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。 However, since solar cells are still expensive, it is important to reduce the manufacturing cost of solar cells, especially the manufacturing cost of the silicon semiconductor that will be the main body of the solar cells, in order to further spread the solar cells. is there.
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。
For example,
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。
First, as shown in FIG. 3A,
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。
Next, as shown in FIG. 3B, phosphorus or the like is removed from the
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。
Finally, as shown in FIG. 3 (c), the
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。 Through the above steps, it is possible to purify the silicon having a purity of about 7N required for solar cell silicon.
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。 However, since the process of removing phosphorus from the molten silicon requires more time than other processes, the purification rate of silicon greatly depends on the removal rate of phosphorus from the molten silicon.
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。
Therefore, in the method described in
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。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a silicon purification apparatus and a silicon purification method capable of performing silicon purification at a low cost by greatly improving the silicon purification efficiency. is there.
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。 The present invention includes a plurality of processing chambers including a decompression vessel capable of reducing an internal pressure, a heat resistant container, and a heating device for heating the heat resistant container, and the plurality of processing chambers are made of molten silicon in a reduced pressure state. This is a silicon refining apparatus that is selectively switchable to a dephosphorization processing apparatus that removes phosphorus from a metal or a demetallation processing apparatus that removes metal from molten silicon by segregation.
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。 The silicon purification apparatus of the present invention preferably includes a silicon charging apparatus capable of charging raw silicon into a heat-resistant container of the processing chamber, and the silicon charging apparatus is shared by at least two of the processing chambers. It is more preferable.
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。 Further, the silicon purification apparatus of the present invention preferably includes a pressure reducing device capable of reducing the internal pressure of the processing chamber, and the pressure reducing device is shared by at least two of the processing chambers. More preferred.
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。 In addition, the silicon purification apparatus of the present invention includes a rotating body that can move up and down and rotate with respect to the vertical axis as a mechanism for switching the processing chamber to a dephosphorization processing apparatus or a demetalization processing apparatus. Preferably, the rotating body is more preferably installed so as to be movable between at least two of the processing chambers. More preferably, the rotating body is a deposition substrate having a cooling function by allowing a cooling medium to pass therethrough.
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。 In the silicon purification apparatus of the present invention, it is preferable that the heat-resistant container is provided with a hot water discharge mechanism for discharging the molten silicon stored in the heat-resistant container.
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。 Moreover, the silicon purification apparatus of the present invention uses, as a raw material, the number of first processing chambers used as a dephosphorization processing apparatus and the number of second processing chambers used as a demetallation processing apparatus among a plurality of processing chambers. Preferably, it is determined by the impurity concentration of silicon.
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。 The present invention also includes a plurality of processing chambers including a decompression container capable of reducing the internal pressure, a heat resistant container, and a heating device for heating the heat resistant container, and the plurality of processing chambers are in a decompressed state. A silicon refining method using a silicon refining device that can be selectively switched to a dephosphorization processing device that removes phosphorus from molten silicon or a metal removal device that removes metal from molten silicon by segregation. When the processing chamber is selectively switched to either a dephosphorization processing device or a demetalization processing device, the heat setting temperature of the heat-resistant container, the heat setting temperature of the molten silicon, the internal pressure of the processing chamber, and the processing The silicon purification method includes a step of changing at least one selected from the group consisting of the presence or absence of introduction of an inert gas into the chamber.
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。 Furthermore, the present invention comprises a plurality of processing chambers including a decompression container capable of reducing the internal pressure, a heat resistant container, and a heating device for heating the heat resistant container, and the plurality of processing chambers are in a decompressed state. A silicon refining method using a silicon refining device that can be selectively switched to a dephosphorization processing device that removes phosphorus from molten silicon or a metal removal device that removes metal from molten silicon by segregation. The silicon purification method includes a step of measuring the impurity concentration of the raw silicon and a step of determining the number of switching chambers used and the switching timing of the plurality of processing chambers based on the impurity concentration.
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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the silicon | silicone refinement | purification apparatus which can implement the refinement | purification of silicon | silicone at lower cost by significantly improving the refinement | purification efficiency of silicon | silicone can be provided.
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。 Embodiments of the present invention will be described below. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.
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。
In FIG. 1, the schematic diagram which showed the outline of an example of the silicon refinement | purification apparatus of this invention is shown. Here, the silicon purification apparatus having the configuration shown in FIG. 1 has a
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。
Here, inside the
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。
Further, outside the
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。
The
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。
The
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。
In addition, outside the
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。
The
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。
Further, in the third processing chamber 15c, a third heat
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。
Further, outside the third processing chamber 15 c, a third silicon loading
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。
The third processing chamber 15c is provided with a fourth pressure reducing device connecting portion 21d for connecting the second
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。
Note that at least one of the first heat-
(1) A mechanism in which only the molten silicon inside the heat-resistant container is discharged by providing a tap hole in the heat-resistant container and tilting the heat-resistant container.
(2) A mechanism in which a tapping hole and a stopper are provided at the bottom of the heat-resistant container, and normally operated with the stopper plugged, but only the molten silicon inside the heat-resistant container is discharged by removing the stopper.
(3) A mechanism for sucking out only molten silicon by immersing one end of a tubular piping member in molten silicon and lowering the pressure of the other end of the piping member (or increasing the pressure in the furnace).
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。
Further, as the rotating
(1) A stirring rod for stirring molten silicon under reduced pressure, which is preferably used when the processing chamber is used as a dephosphorization processing apparatus.
(2) A deposition substrate having a cooling function by allowing a cooling medium to pass inside, which is preferably used when the processing chamber is used as a demetallizing apparatus.
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。
In the above description, the first heat-
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。
Further, in the above, as the
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。
In addition, in the above, the first silicon loading
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。
In the above description, at least one of the first
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。
Further, in the above, the first
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。 Further, the silicon loading device 11 is configured to be able to accommodate solid silicon which is raw material silicon. In addition, as the silicon | silicone injection | throwing-in apparatus 11, what equips the bottom part which can accommodate the solid silicon which is raw material silicon | silicone with the opening / closing mechanism which can control the passage of solid silicon etc. is used, for example. it can.
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。
Further, the silicon loading device 11 is configured to be movable by a transfer device (not shown), and the first silicon loading
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。
The
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。
The
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。
The first
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。
The second
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。 In the description of the embodiment using FIG. 1 described above, an example in which there are three processing chambers is shown, but the present invention is not limited to this, and more processing chambers are used. May be.
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。 In addition, in terms of device manufacturing costs, device running costs, and reduction of device footprint, it is necessary that the silicon input device, pressure reducing device, and rotating device connected to each processing chamber are shared by two or more processing chambers. Although preferred, these devices may of course be a single device connected to a single processing chamber.
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。
Further, by adopting the apparatus configuration as described above (for example, as shown in FIG. 1), each processing chamber can be selectively used as any two or more of the following processing apparatuses (a) to (c). It will be installed in a switchable manner.
(A) A melt processing apparatus that heats raw material silicon to form molten silicon.
(B) A dephosphorization apparatus for removing phosphorus from molten silicon.
(C) A demetallation apparatus for removing metal from molten silicon.
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。 Note that (a) when the processing chamber is used as a melting processing apparatus, it is preferable to prevent silicon from being oxidized at the time of melting, so the raw material silicon is reduced under reduced pressure (for example, about 500 Pa or less) or under an inert gas atmosphere (for example, Conditions can be set so that the temperature is higher than the melting point of silicon (1410 ° C. to 1414 ° C.) (for example, 1450 ° C. to 1600 ° C.) at a normal pressure with argon gas following depressurization.
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。 Further, (b) when the processing chamber is used as a dephosphorization processing apparatus, molten silicon is heated at a relatively high temperature (for example, 1500 ° C. to 1700 ° C.) and a relatively high vacuum (preferably 10 Pa or less) in order to increase the efficiency of phosphorus evaporation. Furthermore, it is possible to set the conditions so as to be 2 Pa or less.
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。 In addition, when (c) the processing chamber is used as a demetallizing apparatus, the molten silicon is set at a relatively low temperature (for example, 1425 ° C. to 1500 ° C.) in order to increase the deposition efficiency on the deposition substrate by segregation. preferable. When the atmospheric gas is an inert gas, there is no need to limit the pressure, and it can usually be a normal pressure.
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。 Thus, in order to use each processing chamber for each purpose, at least the heating set temperature of the heat-resistant container, the heating setting temperature of the molten silicon, the internal pressure of the processing chamber, and the introduction of the inert gas into the processing chamber It is preferable to change at least one selected from the group consisting of presence and absence. As a method for setting the temperature of the molten silicon and a method for measuring the temperature of the molten silicon, for example, a method for setting the temperature of the molten silicon and a method for measuring the temperature and / or a temperature setting and measuring the temperature of the heat resistant container are performed. Possible methods.
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。 Directly setting and measuring the temperature of the molten silicon is preferable as reflecting the molten state more accurately than setting and measuring the temperature of the heat-resistant container. However, rather than directly measuring the temperature of the molten silicon (for example, by an emission spectrum) and changing (feedback) the driving state of the heating device by comparing with the set temperature, the temperature of the heat-resistant container is directly measured (for example, It is easier to feed back by using a thermocouple, and it does not make much sense to measure the temperature of the raw silicon itself at the start of melting (the temperature varies greatly depending on the location in the solid state) and is heat resistant. The temperature setting / measurement of the molten silicon and the temperature setting / measurement of the heat-resistant container can be properly used because it is better to set / measure the temperature of the heat resistant container.
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。 Furthermore, in the silicon refining method using the apparatus of the present embodiment, before starting the silicon refining process, a concentration measuring step for measuring the type and concentration of impurities in the raw silicon, and the number of processing chambers switched depending on the impurity concentration and It is preferable that a time chart creating step for determining the switching use timing is performed. Since the types and concentrations of impurities contained in the raw material silicon (for example, metal grade silicon, silicon ingot mills, non-standard IC single crystal silicon products, silicon wafer reuse, etc.) are not constant, The device configuration and time required for impurity removal vary. Therefore, in order to remove these efficiently, it is preferable to determine in advance the number of switching chambers used and the switching timing.
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。 Generally, phosphorus (P), boron (B), and metal (M: generally iron, aluminum, etc.) can be considered as impurities contained in the raw material silicon. In this embodiment, the raw material silicon used in the following examples The raw material silicon containing P and M will be described in line with the example.
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。
For example, if a conventional apparatus as shown in
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。 Therefore, it is possible to change the apparatus of the silicon purification apparatus of the present invention as appropriate, and in particular, the number of first processing chambers used as the de-P processing apparatus among the plurality of processing chambers and the de-M processing apparatus. The number of second processing chambers is preferably determined by the impurity concentration of the raw silicon.
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。 Hereinafter, an example of a silicon purification method using the silicon purification apparatus shown in FIG. 1 will be described with reference to the time charts of FIGS. 2 (a) to 2 (c).
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。 Since the raw material silicon used in this example contains phosphorus and metal as impurities and the boron concentration is at a level that does not cause a problem as solar cell silicon (about 0.1 ppm by weight), the de-B process (from molten silicon to boron) Is not performed.
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。
FIG. 2A shows a time chart of a de-P process (step of removing phosphorus from molten silicon) and a de-M process (step of removing metal from molten silicon) performed in the
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。
2 (a) to 2 (c), the horizontal axis indicates the elapsed time from the start of the preparation of the solid silicon serving as the source silicon in the
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。
First, as shown in FIG. 2 (a) (the uppermost stage (first stage)), in the
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。
Next, as shown in the second stage of FIG. 2 (a), in the
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。
Next, as shown in the third stage of FIG. 2A, in the
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。
Next, as shown in the fourth stage of FIG. 2A, a evacuation step is performed in the
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。
Next, as shown in the fifth stage of FIG. 2A, a de-P treatment process for removing phosphorus from the molten silicon is performed in the
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。
Next, as shown in the sixth stage of FIG. 2A, in the
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。
Next, as shown in the seventh stage of FIG. 2A, in the
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。
Next, as shown in the eighth stage of FIG. 2 (a), in the
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。
Here, as shown in the fifth stage of FIG. 2 (a) and the first stage of FIG. 2 (b), 1 hour 30 minutes from the start of the de-P treatment process in the
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。
The solid silicon charging preparation step (first stage in FIG. 2B) in the
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。
In addition, the solid silicon charging step (second stage in FIG. 2B) in the
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。
In addition, the solid silicon melting step (second stage in FIG. 2B) in the
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。
Further, the evacuation process (fourth stage in FIG. 2B) in the
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。
In addition, the de-P treatment process (fifth stage in FIG. 2B) in the
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。
In addition, the Ar introduction step (sixth stage in FIG. 2B) in the
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。
Further, the temperature adjustment step (seventh stage in FIG. 2B) in the
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。
Moreover, the rotation segregation process (8th stage | paragraph of FIG.2 (b)) in the
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。
Further, as shown in the fifth stage of FIG. 2B and the first stage of FIG. 2C, 1 hour and 30 minutes have elapsed since the start of the de-P treatment process in the
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。
Here, the solid silicon charging preparation step (first stage in FIG. 2C) in the third processing chamber 15c is, for example, the silicon charging device 11 and the second silicon charging device in the
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。
The solid silicon charging step (second stage in FIG. 2C) in the third processing chamber 15c opens, for example, an opening / closing mechanism at the bottom of the silicon charging apparatus 11 filled with solid silicon, By opening the opening / closing mechanism of the silicon injection
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。
In addition, the solid silicon melting step (third stage in FIG. 2C) in the third processing chamber 15c is performed by, for example, replacing the third heat-
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。 Further, in the evacuation step (fourth stage in FIG. 2C) in the third processing chamber 15c, for example, the second pressure reducing device is opened by opening the opening / closing mechanism of the fourth pressure reducing device connecting portion 21d. It can be performed by sucking the gas inside the third processing chamber 15c by 20b. Note that the pressure inside the third processing chamber 15c can be set to, for example, about 10 −2 Pa by the evacuation step. In FIG. 2C, for convenience of explanation, it is described that the evacuation process is performed only for 15 minutes, but the evacuation process is continued during the de-P treatment process described later.
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。
Further, the de-P treatment process (fifth stage in FIG. 2 (c)) in the third treatment chamber 15c is, for example, the above vacuum while maintaining the molten state of the molten silicon in the third heat-
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。 The Ar introducing step (the sixth stage in FIG. 2C) in the third processing chamber 15c is performed by introducing argon into the third processing chamber 15c from an argon introduction path (not shown), for example. This can be done by increasing the pressure inside the processing chamber 15c to about atmospheric pressure.
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。 Further, the temperature adjustment step (seventh stage in FIG. 2C) in the third processing chamber 15c can be performed by the same method as described above.
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。
Moreover, the rotation segregation process (the 8th stage of FIG.2 (c)) in the 3rd process chamber 15c can be performed as follows, for example. First, the rotating
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。
Further, as shown in the first stage of FIG. 2A and the fifth stage of FIG. 2C, 1 hour and 30 minutes have elapsed since the start of the de-P treatment process in the third treatment chamber 15c. Later, in the
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。 In the embodiment described here, the treatment time of the de-P treatment process is longer than the treatment time of the de-M treatment process (rotational segregation process). In such a case, as described above, while the de-P process is performed in any one of the first to third process chambers, a part of the de-P process and the de-M process are performed in another process chamber. By controlling to perform the steps, the silicon purification efficiency can be improved.
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。
As described above, in the silicon purification apparatus of the present invention, the silicon purification step in the
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。 Therefore, in the silicon purification apparatus of the present invention, the purification rate of silicon can be advanced without depending on the de-P treatment process, so that the silicon purification efficiency can be greatly improved. As a result, the silicon can be purified at a low cost.
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。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
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。 There is a possibility that the silicon purification apparatus of the present invention can be suitably used for purification of silicon for solar cells, for example.
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。 11 Silicon input device, 12a First silicon input device connection, 12b Second silicon input device connection, 12c Third silicon input device connection, 13a First silicon introduction path, 13b Second Silicon introduction path, 13c 3rd silicon introduction path, 14a 1st rotation apparatus connection part, 14b 2nd rotation apparatus connection part, 14c 3rd rotation apparatus connection part, 15a 1st process chamber, 15b 2nd processing chamber, 15c 3rd processing chamber, 16 rotator, 17a 1st heat resistant container, 17b 2nd heat resistant container, 17c 3rd heat resistant container, 18 rotation apparatus, 19a 1st heating Device, 19b second heating device, 19c third heating device, 20a first pressure reducing device, 20b second pressure reducing device, 21a first pressure reducing device connection, 21b second Force reduction device connection, 21c third pressure reduction device connection, 21d fourth pressure reduction device connection, 100,200 rotor, 101, 201, 301 melting furnace, 102, 202, 302 crucible, 103 Purified gas, 104 Purified additive, 105, 205, 305 Molten silicon, 300 Precipitation substrate, 303 Silicon crystal.
Claims (12)
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。 A decompression vessel capable of reducing the internal pressure;
A heat-resistant container;
A plurality of processing chambers including a heating device for heating the heat-resistant container,
The silicon purification, wherein the plurality of processing chambers are selectively switchable to a dephosphorization apparatus for removing phosphorus from molten silicon in a reduced pressure state or a demetallation apparatus for removing metal from molten silicon by segregation. apparatus.
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。 A decompression vessel capable of reducing the internal pressure;
A heat-resistant container;
A plurality of processing chambers including a heating device for heating the heat-resistant container,
The silicon purification apparatus in which the plurality of processing chambers are selectively switchable to a dephosphorization apparatus that removes phosphorus from molten silicon in a reduced pressure state or a demetallation apparatus that removes metal from molten silicon by segregation. A silicon purification method using
When the processing chamber is selectively switched to either the dephosphorization processing apparatus or the demetalization processing apparatus, the heat setting temperature of the heat-resistant container, the heat setting temperature of the molten silicon, A silicon purification method comprising a step of changing at least one selected from the group consisting of an internal pressure and presence / absence of introduction of an inert gas into the processing chamber.
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。 A decompression vessel capable of reducing the internal pressure;
A heat-resistant container;
A plurality of processing chambers including a heating device for heating the heat-resistant container,
The silicon purification apparatus in which the plurality of processing chambers are selectively switchable to a dephosphorization apparatus that removes phosphorus from molten silicon in a reduced pressure state or a demetallation apparatus that removes metal from molten silicon by segregation. A silicon purification method using
Measuring the impurity concentration of the raw material silicon;
And determining the switching usage number and switching usage timing of the plurality of processing chambers according to the impurity concentration.
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| JP2009075973A JP2010228938A (en) | 2009-03-26 | 2009-03-26 | Silicon purification apparatus and silicon purification method |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012111672A (en) * | 2010-11-29 | 2012-06-14 | Sharp Corp | Method for purifying silicon and purified silicon |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005255417A (en) * | 2002-03-18 | 2005-09-22 | Sharp Corp | Silicon purification method |
-
2009
- 2009-03-26 JP JP2009075973A patent/JP2010228938A/en active Pending
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