專利名稱：硅精制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對金屬硅材料照射電子束進(jìn)行精制的硅的制造方法，特別涉及一種硅 精制方法，能夠精制適用于太陽能電池材料的磷(P)、鐵(Fe)、鋁(Al)、或鈣(Ga)的含量少 的高純度硅。本申請基于2008年8月12日在日本申請的特愿2008-207797號主張優(yōu)先權(quán)，在 此援用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
作為現(xiàn)有的硅精制方法，公開了一種連續(xù)在水冷銅爐(Water-cooled Cu hearth) 上對磷等雜質(zhì)蒸發(fā)精制后，下滴到銅制水冷模具中，對液面照射電子束使其自底部單向凝 固的方法(非專利文獻(xiàn)1)。但是，這種方法需要用于脫磷的精制機(jī)構(gòu)和凝固精制機(jī)構(gòu)，裝置很復(fù)雜。進(jìn)而在凝固精制時，由于熔融池中總是連續(xù)重新投入并混合凝固精制前的硅，因 此與將凝固精制對象的金屬全部熔融后使其單向凝固的情況相比，精制效果劣化。進(jìn)而在非專利文獻(xiàn)1的方法中，隨著凝固層的高度增加，與液相和固相之間的界 面(凝固界面)附近的凝固界面垂直的方向的液相的溫度梯度變小，易于引起下述的成分 過冷現(xiàn)象。實際上，根據(jù)工業(yè)規(guī)模實驗裝置中的晶錠中的雜質(zhì)濃度分布的解析結(jié)果，在深度 方向上超過50%或60%的位置上，精制效果顯著下降。進(jìn)而，為了解決如上所述的問題，還提出了一種具備使水冷銅模具旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)的 凝固精制方法(非專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2)。但是，為此需要附加使模具旋轉(zhuǎn)并以適當(dāng)?shù)臅r間間隔反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)方向的機(jī)構(gòu)，從而 存在設(shè)備上更為復(fù)雜的問題。進(jìn)而，實際上為了提高精制效率需要使模具高速旋轉(zhuǎn)，因此存在熔融金屬因離心 力飛出的問題。另外，在不使模具旋轉(zhuǎn)時，硅在水冷銅模具的壁面形成薄凝固層、即結(jié)殼(卞力 ^)，與此相對，使模具高速旋轉(zhuǎn)時，結(jié)殼消失，硅熔融金屬與銅模具直接接觸，從而不能忽 視構(gòu)成模具的銅造成污染的影響。因此，特別是為硅的情況下，已知除了 B和P以外的Fe、Al等雜質(zhì)元素的平衡分配 系數(shù)(雜質(zhì)在液相中以對流或擴(kuò)散完全均勻化時的液相中的雜質(zhì)濃度與固相中的雜質(zhì)濃 度之比)極小，通過凝固精制可效率良好地去除這些雜質(zhì)。但實際上，在以考慮了生產(chǎn)率的有限的凝固速度進(jìn)行凝固時，從凝固界面排出到 液相中的雜質(zhì)來不及通過擴(kuò)散或?qū)α鲗崿F(xiàn)輸送、均勻化，因而以更高濃度分布在凝固界面?？紤]了這種現(xiàn)象，雜質(zhì)的分配系數(shù)、即有效分配系數(shù)比平衡分配系數(shù)更接近1，導(dǎo) 致精制效率下降。進(jìn)而在實際的凝固中，被擠出凝固界面的濃化的雜質(zhì)導(dǎo)致液相的熔點下降，根據(jù)對應(yīng)于該濃度分布的熔點與實際的溫度分布的相對關(guān)系，會在凝固界面附近超過熔點并產(chǎn) 生未凝固的區(qū)域。這種現(xiàn)象被稱為成分過冷，因此凝固界面變得不穩(wěn)定，喪失平坦性，凹凸增加(晶 胞成長)，進(jìn)而在極端的情況下生長為枝狀(樹枝狀)。S卩，硅的結(jié)晶以凸?fàn)钕蛞合嘌由?，雜質(zhì)被排斥在兩肋。因此，雜質(zhì)元素在微觀上偏 析，但在宏觀上幾乎不偏析，從而大大地喪失了凝固精制效果。特別是已知這種成分過冷在(1)凝固界面附近的液相的溫度梯度緩和時、(2)雜 質(zhì)濃度高時、以及(3)凝固速度快時易于發(fā)生。專利文獻(xiàn)1 特開平10-251008號公報非專利文獻(xiàn)1 金屬學(xué)會志、第67卷、第10號、2003年10月、p575_582在以往提出的使用電子束加熱熔融法的冶煉方法之中，蒸發(fā)去除磷等蒸汽壓高的 雜質(zhì)，進(jìn)而組合凝固精制的方法中存在使用的設(shè)備復(fù)雜且設(shè)備成本高的問題。為了解決上述課題，目的在于開發(fā)一種能夠以設(shè)備成本廉價的簡單裝置實現(xiàn)凝固 精制和脫磷兩者的精制的方法。作為解決上述課題的方法，考慮了例如利用使用了水冷銅爐的電子束熔融法使全 部硅熔融，之后緩慢地減弱輸出，自熔融的硅熔融金屬底部向著電子束照射側(cè)的熔融金屬 表面部單向凝固，排出雜質(zhì)濃化的液相后，進(jìn)行脫磷精制的方法?；蛘?，考慮了先進(jìn)行脫磷 精制，然后進(jìn)行單向凝固的方法。但是，這種方法中存在一次可熔融的金屬硅材料被限制從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率低的問 題。其理由是由于在電子束熔融爐的水冷銅爐內(nèi)一次裝填大量的金屬硅材料時，底部的金 屬硅材料未熔融而出現(xiàn)結(jié)殼。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述現(xiàn)有問題而作出，目的在于提供一種能夠提高金屬硅材料的精 制效率、且能夠提高生產(chǎn)率的硅精制方法。本發(fā)明的硅精制方法至少具有對由金屬硅構(gòu)成的母材照射電子束以去除金屬雜 質(zhì)的凝固精制工序，所述凝固精制工序依次包括工序(A)，準(zhǔn)備要進(jìn)行一次精制的所述母 材，將所述母材的一部分裝填到水冷坩堝中，對配置在高真空氣氛中的所述裝填的母材的 一部分的全部區(qū)域照射所述電子束，使所述母材的一部分全都熔融；工序(B)，緩慢地減弱 所述電子束的輸出，自熔融的所述母材的一部分的熔融金屬底部向著熔融金屬表面部緩慢 凝固，進(jìn)行凝固直至凝固的部分占所述母材整體之中的第一規(guī)定比例；工序(C)，在所述水 冷坩堝中進(jìn)一步裝填所述母材的剩余部分，對所述母材的剩余部分的全部區(qū)域照射所述電 子束，使所述母材的剩余部分全都熔融；工序(D)，緩慢地減弱所述電子束的輸出，自熔融 金屬部的底部向著熔融金屬表面部緩慢凝固，進(jìn)行凝固直至凝固的部分占所述熔融金屬部 整體之中的第二規(guī)定比例；以及工序(E)，去除未凝固的熔融金屬部。在本發(fā)明的硅的制造方法中，優(yōu)選作為所述母材，使用脫磷精制前的金屬硅，進(jìn)一 步包括脫磷精制工序，在所述凝固精制工序之后繼續(xù)對去除了金屬雜質(zhì)的所述水冷坩堝中 的母材的全部區(qū)域照射所述電子束，以規(guī)定時間繼續(xù)對使去除了所述金屬雜質(zhì)的母材熔融 的熔融金屬部照射所述電子束，使用真空精煉法揮發(fā)去除磷。
在本發(fā)明的硅的制造方法中，優(yōu)選在照射所述電子束使所述母材的一部分全都熔 融時(工序(A))，熔融的硅的一部分的量在裝填到水冷銅爐中的狀態(tài)下，深度設(shè)定在10 30mm的范圍內(nèi)，所述要進(jìn)行一次精制的母材的總量在裝填到水冷銅爐中的狀態(tài)下，深度設(shè) 定在40 70mm的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的硅的制造方法中，優(yōu)選所述水冷爐的寬度尺寸與長度尺寸之中較小的 尺寸為所述水冷爐的深度的四倍以上。在本發(fā)明的硅的制造方法中，優(yōu)選照射所述電子束使所述母材的一部分全都熔融 時(工序(A))，以及照射所述電子束使所述母材的剩余部分全都熔融時(工序(C))，所述 電子束的照射密度的最高值為1500kW/m2 3000kW/m2。根據(jù)本發(fā)明，使一次精制的金屬硅母材的一部分熔融并進(jìn)行凝固精制后，追加使 硅母材的剩余部分熔融后進(jìn)行凝固精制，從而能夠利用電子束照射增加一次(一批次)的 凝固精制量，因此具有可提高生產(chǎn)率的效果。另外，根據(jù)本發(fā)明，利用電子束照射進(jìn)行凝固精制，去除雜質(zhì)濃化的液相，減少液 相的絕對量之后繼續(xù)照射電子束并進(jìn)行脫磷精制，從而具有能夠進(jìn)一步提高精制效率的效^ ο
圖IA是說明本發(fā)明的硅精制程序的截面示意圖；圖IB是說明本發(fā)明的硅精制程序的截面示意圖；圖IC是說明本發(fā)明的硅精制程序的截面示意圖；圖ID是說明本發(fā)明的硅精制程序的截面示意圖；圖2A是說明本發(fā)明的硅精制程序的截面示意圖；圖2B是說明本發(fā)明的硅精制程序的截面示意圖；圖2C是說明本發(fā)明的硅精制程序的截面示意圖；圖2D是說明本發(fā)明的硅精制程序的截面示意圖；圖3A是說明比較例的硅精制程序的截面示意圖；圖3B是說明比較例的硅精制程序的截面示意圖；圖3C是說明比較例的硅精制程序的截面示意圖；圖3D是說明比較例的硅精制程序的截面示意圖；圖3E是說明比較例的硅精制程序的截面示意圖。
具體實施例方式下面參考附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的技術(shù)范圍并不限于以下描述的實 施方式，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)可以施加各種變更。圖IA 圖ID和圖2A 圖2D是說明本發(fā)明的硅精制程序的截面示意圖。在圖IA 圖ID和圖2A 圖2D中，水冷坩堝10為淺底坩堝，這里使用淺底水冷 銅爐。此外，圖IA 圖ID和圖2A 圖2C是說明本發(fā)明的凝固精制的圖，圖2D是說明 本發(fā)明的脫磷精制的圖。
在水冷坩堝(水冷銅爐)10的底部和四個側(cè)部形成有水路10a。水路IOa構(gòu)成設(shè) 置在水冷銅爐10中的水冷卻機(jī)構(gòu)。另外，電子束照射裝置11與水冷銅爐10的開口部相對配置。電子束照射裝置11 構(gòu)成為包括例如電子槍和偏轉(zhuǎn)線圈，對裝填于水冷銅爐10內(nèi)的金屬材料照射從電子槍射 出的電子束EB來使上述金屬材料溶解。上述水冷卻機(jī)構(gòu)使熔融的金屬冷卻并凝固。這些水冷銅爐10和電子束照射裝置11配置在電子束熔融爐內(nèi)的高真空氣氛30 中。這里，高真空氣氛30優(yōu)選為ICT2Pa以下。首先，如圖IA所示，在淺底的水冷銅爐10內(nèi)裝填金屬硅材料(金屬硅構(gòu)成的母 材)20a。該金屬硅材料20a為在水冷銅爐10中一次精制的金屬硅材料之中的一部分。最初裝填的金屬硅材料20a的量設(shè)定為在裝填到水冷銅爐中的狀態(tài)下，金屬硅材 料20a的深度為10 30mm的范圍內(nèi)。金屬硅材料20a的深度不滿IOmm時，則會導(dǎo)致無法增多整體的熔融量，生產(chǎn)率惡 化。另一方面，該深度超過30mm時，則會導(dǎo)致結(jié)殼的生成量增加，精制效率下降。進(jìn)一步優(yōu) 選的是，最初裝填的金屬硅材料20a的量設(shè)定為在裝填到水冷銅爐中的狀態(tài)下，金屬硅材 料20a的深度為15 25mm的范圍內(nèi)。此外，優(yōu)選水冷銅爐10的寬度尺寸與長度尺寸之中較小的尺寸為深度D的四倍以 上。水冷銅爐的寬度尺寸與長度尺寸之中較小的尺寸小于深度D的四倍時，相對于深度，水 冷銅爐的面積小、熔融量少而導(dǎo)致生產(chǎn)率無法提高。接著，如圖IB所示，對裝填了金屬硅材料20a的水冷銅爐10的整個表面由電子束 照射裝置11照射電子束EB，使金屬硅材料20a完全熔融。據(jù)此，裝填于上述裝水冷銅爐10 內(nèi)的金屬硅材料20a全部變?yōu)槿廴诮饘俟?0b。此外，在圖IB中，優(yōu)選例如將電子束照射密度設(shè)定在1500kW/m2 3000kW/m2的范 圍內(nèi)，并照射整面以使金屬硅材料熔融。電子束照射密度不滿1500kW/m2時，不能使硅材料充分熔融。相反，電子束照射密 度為3000kW/m2以上時，會存在超出水路IOa的水冷卻能力的不良問題。接著，如圖IC所示，不改變電子束EB的照射幅度(保持整面照射電子束EB)，緩慢 地減弱電子束EB的照射輸出(照射密度)，從水冷銅爐10的底部使熔融金屬硅20b緩慢凝 固并形成凝固部20c。此時，F(xiàn)e、Al、Ca等雜質(zhì)主要濃縮在未凝固的熔融金屬部20d中。以凝固部20c與 熔融金屬部20d之間的界面20e為分界，凝固部(雜質(zhì)精制部)20c的雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)低于熔融 金屬部(雜質(zhì)濃縮部)20d的雜質(zhì)濃度。此外，在上述圖IC中，F(xiàn)e、Al、Ca等雜質(zhì)主要存在于熔融金屬部20d中，凝固速度 過快時，會導(dǎo)致精制效率下降。因此，雜質(zhì)也殘留于凝固部20c中，無法精制高純度硅。因 而，例如控制電子束EB的照射輸出，使凝固速度為2mm/min以下、即照射輸出緩慢減弱。在本發(fā)明中，如上述圖IA所示，并不裝填一次精制的金屬硅材料的總量，而是將 一部分裝填于水冷銅爐10，將熔融金屬深度d最大設(shè)為30mm，因此幾乎不會產(chǎn)生結(jié)殼。另外，通過保持對熔融金屬硅20b的整個表面照射電子束EB，緩慢地減弱電子束 EB的照射輸出(照射密度)，能夠使與液相和固相之間的界面(凝固界面)附近的凝固界 面垂直的方向的液相的溫度梯度變大。
獲得該效果的同時，控制使凝固速度為2mm/min以下，從而難以引起成分過冷，能 夠提高精制效果。接著，如圖IC和圖ID所示，緩慢地減弱整面照射的電子束輸出并進(jìn)行凝固，雜質(zhì) 精制部(凝固部)20c與雜質(zhì)濃縮部(熔融金屬部)20d之間的界面20e上升，硅材料總量 之中雜質(zhì)精制部(凝固部)20c的比例終于多于雜質(zhì)濃縮部(熔融金屬部)20d的比例。在凝固進(jìn)行的過程中，至少雜質(zhì)濃縮部(熔融金屬部)20d的比例少于雜質(zhì)精制部 (凝固部)20d時，停止電子束照射一次，將由水冷銅爐10 —次精制的金屬硅材料之中最初 未裝填的剩余的金屬硅材料20f裝填到水冷銅爐10內(nèi)。優(yōu)選在雜質(zhì)濃縮部(熔融金屬部)20d的比例為全部(凝固部20c和熔融金屬部 20d)的四成以下時，裝填剩余的金屬硅材料20f。進(jìn)一步優(yōu)選在雜質(zhì)濃縮部(熔融金屬部)20d的比例為全部的三成以下時，裝填剩 余的金屬硅材料20f。裝填該剩余的金屬硅材料20f時，雜質(zhì)精制部20c的深度尺寸為dl。接著，如圖2A所示，對上述裝填的金屬硅材料20f的整面再次照射電子束EBdi 該金屬硅材料20f和最初裝填的金屬硅材料的雜質(zhì)濃縮部20d完全熔融，得到熔融金屬部 20g。此外，優(yōu)選此時的最高電子束照射密度也設(shè)定為1500kW/m2 3000kW/m2的范圍 內(nèi)。其理由是，電子束照射密度不滿1500kW/m2時，不能使硅材料充分熔融。進(jìn)一步優(yōu)選的是，為了使先前的精制部20c的上部、未精制部硅以及追加裝入的 硅更完全地熔融，電子束照射密度設(shè)定為1800kW/m2以上。另一方面，由于電子束照射密度 超過3000kW/m2時，會存在超出水路IOa的水冷卻能力的不良問題，因此優(yōu)選為3000kW/m2 以下。接著，如圖2B所示，不改變電子束EB的照射幅度(保持對上述整面照射電子束 EB)，緩慢地減弱電子束EB的照射輸出(照射密度)，自與凝固部(雜質(zhì)精制部)20c之間的 界面20h使熔融金屬部20g緩慢凝固來形成凝固部20i。此時，F(xiàn)e、Al、Ca等雜質(zhì)主要濃縮在未凝固的熔融金屬部20j中。以凝固部20i與 熔融金屬部20 j之間的界面20k為分界，凝固部(雜質(zhì)精制部)20 的雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)低于熔融 金屬部(雜質(zhì)濃縮部)20 j的雜質(zhì)濃度。此外，在上述圖2B中，F(xiàn)e、Al、Ca等雜質(zhì)主要存在于熔融金屬部20j中，凝固速度 過快時，會導(dǎo)致精制效率下降。因而，雜質(zhì)還易于殘留在凝固部20i中，無法精制高純度硅。 因此，例如控制電子束EB的照射輸出，使凝固速度為2mm/min以下，即照射輸出緩慢減弱。而且，如圖2C和圖2D所示，雜質(zhì)精制部(凝固部)20i與雜質(zhì)濃縮部(熔融金屬 部)20j之間的界面20k上升，硅材料總量之中雜質(zhì)精制部(凝固部)20c、20i的比例終于 多于雜質(zhì)濃縮部(熔融金屬部)20j的比例。在凝固進(jìn)行的過程中，雜質(zhì)濃縮部(熔融金屬部)20d的比例少于雜質(zhì)精制部(凝 固部)20d和20i的比例時，傾倒(傾斜)水冷銅爐10，鑄造(去除)雜質(zhì)濃縮部(熔融金 屬部)20j。優(yōu)選在雜質(zhì)濃縮部(熔融金屬部)20j的比例為全部(凝固部20c、20i、以及熔融 金屬部20j)的兩成 四成時，傾倒水冷銅爐10，鑄造(去除)雜質(zhì)濃縮部(熔融金屬部)。
進(jìn)一步優(yōu)選在雜質(zhì)濃縮部(熔融金屬部)20i的比例變?yōu)槿?凝固部20c、20i、 以及熔融金屬部20j)的兩成 三成時，傾倒水冷銅爐10，鑄造(去除)雜質(zhì)濃縮部(熔融
金屬部)ο而且，此時一旦全部凝固，還能夠使欲去除的雜質(zhì)濃縮的部分再熔融并鑄造、去 除。另外，此時使去除雜質(zhì)濃縮部(熔融金屬部)之后的雜質(zhì)精制部(凝固部)的深 度為例如60mm以下。接著，如圖2D所示，對去除了雜質(zhì)濃縮部20 j的剩余的雜質(zhì)精制部(凝固部)20c、 20i進(jìn)一步整面照射電子束EB，再次使該雜質(zhì)精制部20c、20i全部熔融，得到硅熔融金屬部 20m，全部熔融之后，還繼續(xù)照射一定時間的電子束。之后，停止電子束照射，使硅熔融金屬部20m全部凝固，據(jù)此能夠得到Fe、Al、Ca、 P等雜質(zhì)濃度低的高純度硅。Fe、Al、Ca等雜質(zhì)主要存在于雜質(zhì)濃縮部(熔融金屬部)20j中，通過上述鑄造去 除。但是，去除了雜質(zhì)濃縮部20 j的剩余的雜質(zhì)精制部(凝固部)20c、20i中殘存有雜 質(zhì)P。通過電子束照射使該雜質(zhì)精制部(凝固部)20c、20i全部熔融并得到硅熔融金屬 部20m，對該硅熔融金屬部20m進(jìn)一步繼續(xù)照射電子束，能夠通過真空精煉揮發(fā)去除上述雜 質(zhì)P。此外，在圖2D中，優(yōu)選在例如熔融金屬深度d3為60mm以下的池中，將電子束照射 密度設(shè)定為1500kW/m2 3000kW/m2的范圍內(nèi)，并對整面進(jìn)行照射以使金屬硅材料熔融。進(jìn) 一步優(yōu)選將電子束照射密度設(shè)定為2000kW/m2 2500kW/m2。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過將一次精制的金屬硅材料分成兩次進(jìn)行熔融，從而能 夠增加一批次的凝固精制量。進(jìn)而，根據(jù)本發(fā)明，通過以同一電子束熔融爐內(nèi)的水冷銅爐實施凝固精制和脫磷 精制，從而能夠在短時間且廉價地實現(xiàn)無消耗品的高純度硅的精制。另外，與分別實施脫磷 精制與凝固精制時相比，由于可省略試料取出、粉碎、熔融的程序，從而可通過時間縮短實 現(xiàn)生產(chǎn)量增加。另外，通過調(diào)整凝固精制后的硅量以變?yōu)榭擅摿拙频淖畲笕廴诮饘偕疃?，從?能夠毫無浪費地進(jìn)行脫磷精制。另外，由于脫磷與凝固精制相比功率消耗量大，因此通過在凝固精制并減少硅量 之后進(jìn)行，從而能夠廉價地進(jìn)行生產(chǎn)。接著，對比實施例與比較例，對本發(fā)明進(jìn)行具體描述。(實施例1)首先，使用具備兩臺300kW的電子槍的電子束熔融爐，在深度D為10mm、寬度為 400mm、長度為500mm的水冷銅爐10內(nèi)裝填35kg的金屬硅材料之中的一部分、即12. 5kg的 金屬硅材料(參照圖1A)。此外，在金屬硅材料中含有25ppm的磷(P)、350ppm的鐵(Fe)、260ppm的鋁(Al)、 7ppm 的鈣(Ga)。
此外，硅重量12. 5kg和35kg換算為硅熔融金屬深度，分別為約25mm、約70mm。接著，對上述裝填的12. 5kg的金屬硅材料的整面照射400kW的電子束(照射密 度2000kW/m2)，使該12. 5kg的金屬硅材料完全熔融(參考圖1B)。接著，不改變電子束的照射幅度(保持對上述整面照射電子束)，緩慢地減弱該電 子束的輸出，以使在水冷銅爐的深度方向上熔融金屬硅的凝固速度變?yōu)?mm/min，使上述熔 融金屬硅從爐底部向熔融金屬表面單向緩慢地凝固(參考圖1C)。然后，凝固界面上升，在熔融金屬部、即雜質(zhì)濃縮部為全部(使最初的12. 5kg的金 屬硅材料全部熔融時的熔融金屬部)的三成時，停止電子束照射一次，將上述35kg的金屬 硅材料之中剩余的22. 5kg裝填到水冷銅爐內(nèi)(參考圖1D)。接著，再次對金屬硅材料的整面照射電子束使硅熔融(參考圖2A)。將此時的電子 束輸出設(shè)定為500kW(照射密度2500kW/m2)。接著，不改變電子束的照射幅度(保持對上述整面照射電子束)，緩慢地減弱該電 子束的輸出，以使在水冷銅爐的深度方向上熔融金屬硅的凝固速度為2mm/min，使上述熔融 金屬硅單向緩慢地凝固(參考圖2B)。然后，凝固界面上升，在熔融金屬部、即雜質(zhì)濃縮部為全部(35kg的金屬硅材料的 凝固部和熔融金屬部)的三成時，傾倒水冷銅爐，鑄造(去除)熔融金屬部(參考圖2C和 圖2D)。而且，此時一旦全部凝固，則還能夠使三成的部分再熔融，并進(jìn)行鑄造、去除。另外， 此時去除了三成的熔融金屬后的硅換算為熔融金屬深度約為50mm。接著，對去除了熔融金屬之后的硅進(jìn)一步以電子束輸出500kW進(jìn)行整面照射(照 射密度2500kW/m2)并進(jìn)行熔融，全部熔融后還繼續(xù)照射1小時的電子束(參考圖2D)。此后，停止電子束照射，使上述硅熔融金屬部全部凝固之后，實施該精制硅中的雜 質(zhì)分析。分析采樣位置為晶錠的平面中心部，為晶錠厚度(高度)方向的上部、中央部、底 部三處。結(jié)果如以下的表1所示。此外，以下表中的數(shù)值單位都為ppm。表權(quán)利要求
1.一種硅精制方法，其特征在于，至少具有對由金屬硅構(gòu)成的母材照射電子束以去除金屬雜質(zhì)的凝固精制工序，所述凝固精制工序為依次進(jìn)行(A) (E)(A)準(zhǔn)備要進(jìn)行一次精制的所述母材，將所述母材的一部分裝填到水冷坩堝中，對配置 在高真空氣氛中的所述裝填的母材的一部分的全部區(qū)域照射所述電子束使所述母材的一 部分全都熔融；(B)緩慢地減弱所述電子束的輸出，自熔融的所述母材的一部分的熔融金屬底部向著 熔融金屬表面部緩慢凝固，進(jìn)行凝固直至凝固的部分占所述母材整體之中的第一規(guī)定比 例；(C)在所述水冷坩堝中進(jìn)一步裝填所述母材的剩余部分，對所述母材的剩余部分的全 部區(qū)域照射所述電子束，使所述母材的剩余部分全都熔融；(D)緩慢地減弱所述電子束的輸出，自熔融金屬部的底部向著熔融金屬表面部緩慢凝 固，進(jìn)行凝固直至凝固的部分占所述熔融金屬部整體之中的第二規(guī)定比例；(E)去除未凝固的熔融金屬部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅精制方法，其特征在于，作為所述母材，使用脫磷精制前的金屬硅，進(jìn)一步包括脫磷精制工序，在所述凝固精制工序之后繼續(xù)對去除了金屬雜質(zhì)的所述水 冷坩堝中的母材的全部區(qū)域照射所述電子束，以規(guī)定時間繼續(xù)對使去除了所述金屬雜質(zhì)的 母材熔融的熔融金屬部照射所述電子束，使用真空精煉法揮發(fā)去除磷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硅精制方法，其特征在于，在照射所述電子束使所述母材的一部分全都熔融時，熔融的硅的一部分的量在裝填到水冷銅爐中的狀態(tài)下，深度設(shè)定在10 30mm的范圍內(nèi)，所述要進(jìn)行一次精制的母材總量在裝填到水冷銅爐中的狀態(tài)下，深度設(shè)定在40 70mm的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硅精制方法，其特征在于，所述水冷爐的寬度尺寸與長度 尺寸之中較小的尺寸為所述水冷爐的深度的四倍以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硅精制方法，其特征在于，照射所述電子束使所述母材的 一部分全都熔融時，以及照射所述電子束使所述母材的剩余部分全都熔融時，所述電子束 的照射密度的最高值為1500kW/m2 3000kW/m2。
全文摘要
一種硅精制方法，至少具有對由金屬硅構(gòu)成的母材照射電子束(EB)以去除金屬雜質(zhì)的凝固精制工序，所述凝固精制工序為準(zhǔn)備要進(jìn)行一次精制的所述母材(20a)，將所述母材(20a)的一部分裝填到水冷坩堝(10)中，對配置在高真空氣氛中的所述裝填的母材(20a)的一部分的全部區(qū)域照射所述電子束(EB)使所述母材(20a)的一部分全都熔融；緩慢地減弱所述電子束(EB)的輸出，自熔融的所述母材(20a)的一部分的熔融金屬底部向著熔融金屬表面部緩慢凝固，進(jìn)行凝固直至凝固的部分占所述母材(20a)整體之中的第一規(guī)定比例；在所述水冷坩堝(10)中進(jìn)一步裝填所述母材(20a)的剩余部分(20f)，對所述母材的剩余部分(20f)的全部區(qū)域照射所述電子束(EB)使所述母材(20a)的剩余部分全都熔融；緩慢地減弱所述電子束(EB)的輸出，自熔融金屬部(20d)的底部向著熔融金屬表面部緩慢凝固，進(jìn)行凝固直至凝固的部分占所述熔融金屬部(20d)整體之中的第二規(guī)定比例；去除未凝固的熔融金屬部(20j)。
文檔編號C01B33/037GK102112394SQ200980130258
公開日2011年6月29日 申請日期2009年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月12日
發(fā)明者大久保裕夫, 廣瀨洋一, 永田浩 申請人:株式會社愛發(fā)科