太阳电池作为清洁的石油替代能源，从小规模的家用到大规模的发电 系统的广阔领域中都期待其实用化。太阳电池根据使用原料的种类，被分 类为结晶系、非结晶系、化合物系等，特别是现在市场上流通的多为结晶 系硅太阳电池。此结晶系硅太阳电池进一步被分类为单结晶型与多晶型。 单结晶硅太阳电池因为基板的品质优良，而具有转换效率易于高效化的优 点，相反，具有基板的制造成本高的缺点。
相对于此，多晶硅太阳电池一直以来在市场上流通，不过近年来其需 求增加，要求以更低成本具有高的转换效率。为了应对这样的要求，需要 多晶硅基板的低成本化，高品质化，特别是要求高成品率地制造高纯度的 硅锭。
多晶硅锭，一般由如下方法形成：将加热熔解的硅的熔液注入铸模内， 从铸模底面部使其单方向凝固而形成，或者将硅原料放入铸模内，熔解后， 从铸模底面部使其单方向凝固而形成。
如此得到的铸锭，通常要将缺陷和杂质多的铸锭侧面部和底面部，以 及由于凝固偏析现象而杂质稠化的铸锭顶部的组织切除数mm以上厚度， 再以多股钢丝锯(multiwire saw)等切成薄片，加工成太阳电池用多晶硅 基板。
作为这样的铸模，采用由即使在使硅熔解、凝固的1450℃左右的高温， 形状稳定性也优异的石英和熔融硅石等的二氧化硅(SiO2)和石墨等构成 的铸模，在其内面，可采用形成以氮化硅(Si3N4)和二氧化硅(SiO2)等 为主要成分的脱模材皮膜(例如，参照文献[1])。
图16是由现有的石英和熔融硅石等的的二氧化硅(SiO2)和石墨等 形成的、底面部和侧面部成为整体模的铸模121的剖面图。在铸模121的 内面，涂敷有脱模材122。
因为这样的整体模的铸模121，为了取出硅锭而必须破坏铸模，所以 铸模无法再利用，存在硅锭的制造成本非常高的问题。
另外，为了成形这样的整体模的铸模121，在铸模内面需要有用于使 成形体从金属模具脱模的起模斜度(taper)，该金属模具用于通过浇铸成 形和压制成形等而将原料成形为铸模形状。为此，在由此铸模121铸造的 硅锭的侧面，也附带有从铸锭的底部向顶部变宽的逆锥形123，因为非制 品的零头部分增加，所以不得不多余地除去高价的硅原料，存在硅锭的制 造成本增加的问题。
为了从这样的整体模铸模不破坏铸模地取出硅锭，而提出了给予铸模 内面更大的锥度的方法(参照例如文献[2])，不过，特别是由熔融硅石 构成的铸模，在从高温的状态冷却成块的工序中，由于铸模内的温度梯度 和烧结状态的差，铸模开裂难以再利用，另外石英制的铸模涂敷了脱模材 的铸模内面表层方石英化(cristobalite)，因为表层剥离消耗铸模，所以再 利用非常困难，制造的硅锭的原料生产率差，从这样的理由出发，具有硅 锭的制造成本大幅增加的问题。
为了避免这样的问题点，也尝试了采用高纯度石墨制作板状的底面构 件和侧面构件，组装它们用螺钉固定而制作铸模的方法(参照例如文献 [3])。
图17是现有的由石墨等构成的组装式的铸模131的立体图。它们通 过钉入组装一个底面构件132和四个侧面构件131用的螺钉134而接合。 这样做，在取出硅锭时，与整体模铸模不同，不破坏铸模131便能够取出 硅锭。
因为此高纯度石墨制铸模高价，所以为了实现多晶硅锭的低成本化， 需要重复使用石墨制铸模。但是，因为硅的密度与固体相比液体大是凝固 膨胀的物质，所以在铸模内冷却固化硅熔液时，铸模的底面构件132和侧 面构件133，在向外侧扩展的方向受到应力。使用了这种组装用的螺钉134 的组装式铸模，由于硅熔液的冷却固化时的凝固膨胀产生的应力，在铸模 131的螺钉固定部分承受剪应力和拉伸应力，造成螺钉134断裂，螺钉134 的螺纹牙被损伤等，其结果，存在底面构件132和侧面构件133的接合变 松，硅熔液从铸模泄漏，使螺钉134和铸模构件的再利用变得不可能的问 题。
为了避免此问题，还尝试了如下的方法：在铸模内的脱模材被膜中设 置硅石粉末层，通过硅石粉末层的软化变形，吸收硅的凝固膨胀的应力的 方法，和改变铸模侧面构件的壁厚，利用壁厚薄的面容易变形，使硅的凝 固膨胀时发生的应力的方向成为螺钉的位伸应力的方向，从而防止螺钉的 断裂等的方法(参照例如文献[4]、[5])。
但是这样的铸模组装用的螺钉，及加工于铸模侧的螺母等的螺纹牙由 于反复使用而消耗，螺钉固定部分和各侧面构件133与底面构件132相接 的部分有松懈产生，在硅的熔解和硅熔液的冷却固化过程中，仍旧残存硅 熔液泄漏这样的问题。另外，在铸模的侧面构件133和底面构件132上设 置用于安装螺钉的螺纹牙的结构中，因为若螺纹牙部损伤，则铸模构件本 身变得不能使用，所以无论多高价，因为石墨铸模构件的寿命短，所以残 存硅锭的制造成本增加的问题。
另外，使用这样的螺钉的组装式的铸模，在其组装和拆卸时，需要一 个一个地安装或拆卸螺钉134，还有其作业浪费时间这样的问题。此外， 因为需要在底面构件132和侧面构件133上，设置螺钉固定部分，所以不 能减薄铸模构件的厚度，不能削减铸模构件的成本，仍有硅锭的制造成本 增加的问题。
[1]15th Photovoltaic Specialist Conf.(1981)，P576-P580，“A NEW DIRECTIONAL SOLIDIFICATION TECHNIQUE FOR POLYCRYSTALINE SOLAR GRADE SILICON”
[2]特开平10-190025号公报
[3]特开昭62-108515号公报
[4]特开平6-144824号公报
[5]特开平10-182285号公报
本发明目的在于，提供一种用于以低成本制造高品质硅锭的多晶硅锭 的铸造用铸模及其形成方法，和采用了此铸模的多晶硅基板的制造方法。

本发明的铸模，是组合底面构件和抵接于所述底面构件的四个侧面构 件而成，在所述各侧面构件的侧边部，设有嵌合结构，其包括用于使邻接 的侧面构件彼此嵌合的凹部和凸部。
此结构的铸模，因为无需在铸模的侧面构件上设置用于安装螺钉的螺 钉孔，所以解决了螺钉孔的螺纹牙部损伤，使铸模构件自身变得不能使用， 缩短高价的石墨铸模构件的寿命这样的问题。因此，能够抑制硅锭的制造 成本的增加。另外，与为了固定而需要将大量的螺钉或螺栓安装在铸模上 的现有的铸模比较，铸模的组装拆卸的作业飞跃式地简化，作业效率大幅 度地提高。
所述嵌合结构，是一个侧面构件的凸部和邻接的另一侧面构件的凹部 嵌合的结构，优选在相对于所述底面构件的底面为大致水平的嵌合面中， 最接近所述侧面构件的上边部的嵌合面，与所述上边部的距离为1cm以上 8cm以下的范围。通过设定在此范围，能够有效地抑制侧面构件的上部的 翘曲，使侧面构件相对于底面构件大致垂直地保持。
设置于所述侧面构件的两侧的侧边部的嵌合结构的形状，如果是以所 述侧面构件的中心线为基准成为非对称的关系，则侧面构件彼此的嵌合强 度增大，翘曲和挠曲的影响被缓和。
如果使设于所述侧面构件的两侧的侧边部的嵌合结构的形状，成为点 对称的关系，则能够使侧面构件的上部与下部反转，其结果，能够延长铸 模构件的寿命。另外，因为四个侧面构件的形状完全相同，所以可仅以一 种形状的侧面构件组装铸模，能够抑制硅锭的制造成本。
所述底面构件，具有将其上面分割为四边形状的底面中央部和底面外 周部的闭合槽，所述四个侧面构件的底边部，以所述四个侧面构件组合而 成的状态，围绕所述底面中央部，如此嵌装于所述底面构件的槽中，能够 成为如下的结构，即，在被嵌装于所述底面构件的槽的所述四个侧面构件 的外周面和所述底面外周部的间隙中，配置有楔构件。通过利用楔构件按 压铸模的侧面构件，在大量承受硅熔液的重量产生的应力的铸模底部中， 底面构件和各侧面构件的接合部分被牢固地固定，所以能够防止硅熔液从 铸模的泄漏，铸模的大型化成为可能。
所述底面构件为四边形状，所述四个侧面构件，抵接于所述底面构件 的侧面，也可以构成为具有：铸模支架(holder)，其用于设置所述组合而 成的底面构件和四个侧面构件；多个的楔座部，其配置于所述铸模支架的 上面；楔构件，其配置于围绕所述底面构件而竖立设置的所述四个侧面构 件的外周面，和所述多个的楔座部的间隙。通过利用楔构件按压铸模的侧 面构件，因为在大量承受硅熔液的重量产生的应力的铸模底部，底面构件 和各侧面构件的接合部分被牢固地固定，所以能够防止硅熔液从铸模泄 漏，可以使铸模大型化。
如果对于所述铸模支架的上面，所述楔座部可自由装卸，即使随着反 复使用楔座部消耗时，因为只需独立地更换楔座部，而无需更换铸模支架， 可以继续再利用，所以可削减铸模成本。
在所述铸模支架的上面，如果从所述多个的楔座部选择的某个楔座 部，和在相对位置配置的其他的楔座部的间隔能够调节，例如即使在底面 构件与各侧面构件的接合部分，和楔与楔座部相接的面消耗的情况下，通 过调整相对的两个楔座部的间隔，也能够牢固地固定底面构件与各侧面构 件的接合部。
此外，优选设置框状构件，用于围绕使邻接的所述侧面构件彼此嵌合 而成为一体的所述四个侧面构件的外周，从而约束侧面构件的位移。通过 使用此框状构件，侧面构件彼此的嵌合结构的固定强度变大，能够进行铸 模的大型化、薄型化。此外，即使施加到侧面构件的应力变大，也能够防 止侧面构件的翘曲。
另外，也可以设置使四个侧面构件之间留有空隙而配置的框状构件， 在所述框状构件，和由所述邻接的所述侧面构件彼此而形成的四个外侧角 部的间隙，钉进按压夹具。通过此按压夹具，即使施加到侧面构件的应力 大，也能够坚实地固定侧面构件，能够防止侧面构件的挠曲。因此，铸模 的组装拆卸的工作飞跃地简化，工作效率大幅度地提高。
所述按压夹具，也可以具有分别抵接于构成所述铸模的所述外侧角部 的两个所述侧面构件的外周面的两个夹具面。此按压夹具，因为只配置于 铸模的外侧角部的四处，所以能够减少构件数，关系到作业的简化，构件 成本的降低。另外，利用按压夹具的两个夹具面，能够以均等的力固定构 成外侧角部的两个侧面构件的外周面。
所述按压夹具，优选在与外侧角部对应的位置设置间隙槽，以使得所 述铸模的所述外侧角部不直接接触。通过在对应此外侧角部的位置设置间 隙槽，而在从框状构件安装、拆除按压夹具时，因为防止了铸模的外侧角 部与按压夹具相接，所以即使反复进行安装、拆除工作，也能够防止外侧 角部的变形和破损，能够降低铸型的成本。
所述框状构件，也可以在其内周部设置突出部，其抵接于相对的所述 侧面构件，用于约束其位移。通过设置突出部，根据随着硅熔液的冷却固 化的膨胀，铸模的侧面构件向外侧挠曲时，利用这些突出部能够抑制位移。
所述嵌合结构，在一个侧面构件的凸部和邻接的另一个的侧面构件的 凹部嵌合而抵接，并且还包括相对于所述底面构件的底面为大致水平的嵌 合面时，优选所述框状构件配置于这些嵌合面的位置。如此，随着框状构 件的固定，即使侧面构件受到很大的应力，也能够防止侧面构件的挠曲。
所述铸模，如果还具有：由底面构件和所述侧面构件构成的铸模内面 部，和适用于作为所述底面构件与侧面构件，所述侧面构件之间的卡合部 的四个边角部和八个棱部的脱模材，则在硅熔液凝固后，铸模的内壁和硅 锭熔合减少，所述底面构件和所述侧面构件能够多次重复使用。另外，作 为所述卡止部的四个边角部和八个棱部，因为通过脱模材被确实地密封， 所以硅的熔液的泄漏变小。
另外，本发明这种铸模的形成方法，包括：第一工序，在一个底面构 件和四个侧面构件的表面涂敷脱模材、进行干燥；第二工序，将所述底面 构件作为底面竖立设置所述四个侧面构件，以使涂敷了所述脱模材的面成 为内侧的方式，组装成箱型；第三工序，对由所述底面构件和所述侧面构 件构成的四个边角部和八个棱部所构成的卡止部，追加涂敷脱模材。在组 装铸模前，对各铸模构件涂敷脱模材，成装成铸模1的形状后，因为只需 针对各铸模构件的接合部分，追加涂敷脱模材即可，所以工作飞跃式地简 化，工作效率大幅地提高。
另外，本发明的多晶硅基板的制造方法，是采用迄今说明的本发明的 铸模，制造硅锭，由此硅定获得多晶硅基板的方法。根据此方法制造的多 晶硅基板，是从采用可经受反复使用，且组装拆卸的工作非常简单的铸模 所制造的硅锭所获得，能够期待低成本化。
附图说明
图1(a)是表示本发明的组合底面构件2和四个侧面构件3而成的铸 模的一实施方式的立体图。
图1(b)是展开图。
图2是表示侧面构件的翘曲状态的图。
图3(a)是表示本发明的组合底面构件2和四个侧面构件3而成的铸 模的其他的实施方式的立体图。
图3(b)是展开图。
图4(a)是包含具有用于分割为四角形状的底面中央部和底面外周部 的闭合槽的底面构件的铸模的剖面图。
图4(b)是(a)的A-A方向的剖面图。
图5(a)是表示包含铸模支架和楔座部的本发明的铸模的实施方式的 剖面图。
图5(b)是(a)的B-B方向的剖面图。
图6是表示本发明这种铸模的其他实施方式的剖面图。
图7是本发明的铸模的楔座部的部分放大剖面图。
图8(a)是具有框状构件的本发明的铸模的立体图。
图8(b)是表示框状构件的形状的剖面图。
图8(c)是表示框状构件的其他的形状的剖面图。
图9(a)是表示在框状构件，和由所述邻接的所述侧面构件彼此形成 的四个外侧角部的间隙，配置按压夹具的状态的立体图。
图9(b)是同一剖面图。
图10(a)～图10(c)是表示本发明的铸模的按压夹具的形状的图。
图11(a)是具有框状构件和按压夹具的本发明的铸模的立体图。
图11(b)是同一剖面图。
图12(a)是具有有突出部的框状构件的本发明的铸模的立体图。
图12(b)是同一俯视图。
图13(a)是在嵌合面4a的位置配置框状构件的本发明的铸模的立体 图。
图13(b)是在嵌合面4a的位置配置按压夹具的本发明的铸模的立体 图。
图14是表示硅铸造装置的图解图。
图15是用于说明利用多股钢丝锯的铸锭的切片方法的立体图。
图16是表示现有的铸模的剖面结构图。
图17是表示现有的铸模的立体图。

以下，一边参照附加图纸，一边详细地说明本发明的实施方式。
图1(a)是表示本发明这种铸模的立体图，图1(b)是其展开图。
在图1(a)和图1(b)中，1表示铸模，2表示底面构件，3(3a、 3b)表示侧面构件，4表示嵌合部，5表示凸部，6表示凹部。
该铸模1是可分割、组装的分割铸模。
该铸模1，是例如由石墨构成，在构成铸模的底部的一个底面构件2 上，组合构成铸模1的侧部的四个侧面构件3(3a、3b)。
如图1(a)、图1(b)所示，设置四个侧面构件3，使其围绕设于底 部的底面构件2的外周。各侧面构件3，为了对各侧面构件3彼此进行结 合，而在侧面构件3的侧边部具有使凸部5和凹部6嵌合的嵌合部4。通 过使一个侧面构件3a的凸部5嵌合于另一个侧面构件3b的凹部6，另外 使一个侧面构件3a的凹部6嵌合于另一个侧面构件3b的凸部5，由此使 侧面构件3彼此组合而竖立设置，形成铸模1。
上述的本发明的铸模1，是为了现有这样的铸模的组装和固定，而不 使用螺钉和螺栓等的结构。
例如，硅的密度与固体相比，液体的大，因为硅是在凝固时会膨胀的 物质，所以在此铸模1内冷却固化硅熔液时，铸模的底面构件2和侧面构 件3在向外侧扩展的方向承受应力。
根据本发明的铸模1，与使用螺钉和螺栓等的结构相比，因为没有由 螺钉和螺栓等的断裂及螺纹牙的消耗，铸模1的底面构件2和侧面构件3， 或侧面构件3之间的接合部分的固定变松这样的问题，所以能够防止在铸 模1内部冷却固化的硅熔液泄漏。
另外，螺纹牙损毁，铸模构件本身变得不能使用，而解决了作为昂贵 的石墨铸模构件的寿命缩短的问题。
另外，与为了固定而需要在铸模上安装大量的螺钉或螺栓的现有的铸 模比较，铸模的组装拆卸的工作飞跃式地简化，工作效率大幅地提高。
还有，在本发明的铸模1中，如图1所示，在作为侧面构件3的凸部 和邻接的其他的侧面构件3的凹部嵌合抵接的面的嵌合面4a(指构成嵌合 部4的面中，相对于底面构件2的底面大致水平的面)中，最接近侧面构 件的上边部的，与此上边部的距离d处于1cm以上8cm以下的范围，如 此而构成。还有，距离d，优选为1cm以上4cm以下的范围。
据此，能够确保侧面构件3相对于底面构件2更趋于垂直。
其理由是，如图2所示，因为在位于侧面构件3的最上部的凸部5和 凹部6的接合部分，具有凹部6的侧面构件3a，其上部不受别的侧面构件 3b制约，对于内侧/外侧的双方，将容易向箭头P方向移动。另外，侧面 构件3b，当其上部要向内侧挠曲时，由于邻接的侧面构件3a而移动被制 约，但是当其要向外侧挠曲时，却没有制约。
因此，若铸模构件的厚度很薄，则由于随着硅熔液的冷却固化的应力， 侧面构件3有可能向外侧翘曲。由于这样的侧面构件3的翘曲，侧面构件 3自身打开，由此铸模铸造的硅锭的侧面也会有倾斜，非制品的零头部分 增加，所以不得不多余地除去昂贵的硅原料，硅锭的制造成本上升。
因此，将从该侧面构件3的上边部到嵌合面4a的宽度d，减小为1cm 以上8cm以下，优选为1cm以上4cm以下，能够减少由于随着硅熔液的 冷却固化的应力而产生的侧面构件3上部的翘曲。
据此，侧面构件3相对于底面构件2大致保持垂直，能够最小限度地 抑制铸锭的零头部分的去除，能够抑制硅锭的制造成本的上升。
还有，若将此范围d减小得比1cm小，则特别在凸部5会有来自重复 使用的消耗，为此将容易损坏凸部5，存在铸模构件的寿命变短的问题。 另外，若比8cm大，则侧面构件3的上部有翘曲产生，侧面构件3相对于 底面构件2不能保持大致垂直，非制品的零头部分增加，存在硅锭的制造 成本增加的问题。
接下来，说明本发明这种铸模的其他的嵌合结构。
图3(a)是表示本发明铸模的立体图，图3(b)是其展开图。
在此铸模1中，侧面构件3c，形成为使设于两侧的侧边的嵌合部4 的凸部5和凹部6的位置，对于侧面构件3c的中心线F为相互非对称的 关系。
此外，将设置于侧面构件3c的一个侧边部的凸部5的数目，和凹部6 的数目，分别形成偶数个(图中各为两个)。
在此实施方式的铸模1中，侧面构件3c要向内侧挠曲时，由于邻接 的侧面构件3c，其动作被制约。
如此，通过在侧面构件3c的两端，以非对称的关系设置凸部5和凹 部6，侧面构件3c的翘曲和挠曲的影响被缓和，组装的铸模1被牢固地固 定。
本实施方式的铸模1的侧面构件3c，优选设置设于其两侧的侧边的凸 部5和凹部6，使其相对侧面构件3c的中心点G，满足点对称的关系。据 此，选择任意的凸部、凹部的组合都可以嵌合。
然后，通过如此使凸部5和凹部6形成点对称的结构，即使旋转180 度也是相同的形状，所以侧面构件3c没有上下的概念。
铸模1，在上部设置由电阻加热式的加热器，或感应加热式的线圈等 构成的铸模加热机构，通过由石墨质成形体等构成的铸模隔热材覆盖铸模 1的侧壁部，在下部设置冷却机构。通过从下部冷却浇注于铸模1内的硅 熔液，仅从铸模的上方加热硅熔液，能够从下部向上部单方向地使硅熔液 凝固。为此，因为铸模的上部由铸模加热机构加热，所以铸模构件的消耗 剧烈，寿命变短。然而，在本实施方式这种侧面构件的结构中，因为即使 旋转180度也是同样的形状，所以能够使侧面构件的上部和下部反转，其 结果是能够延长铸模构件的寿命。
另外，因为四个侧面构件3c的形状完全相同，所以仅以一个形状的 侧面构件就可组装铸模，能够抑制硅锭的制造成本。
还有，在本实施方式中，若还将从侧面构件3的上边部到嵌合面4a 的距离d缩小在1cm以上8cm以下，优选为1cm以上4cm以下，则能够 减少由于随着硅熔液的冷却凝固的应力而产生的侧面构件3c上部的翘曲。
接下来，说明本发明这种铸模的另一实施方式。
图4(a)是表示本发明铸模的剖面图，图4(b)是图4(a)的A-A 线的剖面图。
此铸模1的侧面构件3，具有从图1到图3所说明的嵌合结构。铸模 1的底面构件2，在其表面部，具有用于承受被组装的侧面构件3的底边 部的槽7。槽7平视为四角形，将底面构件2分割成底面中央部2a和底面 外周部2b。
底面中央部2a，其各边与侧面构件3的底边部相对应，成为铸模1 的内底面。
使各侧面构件3的底边部，以围绕所述底面中央部的方式，嵌装于槽 7而竖立设置于时，在四个侧面构件3的外周面和底面外周部2b的间隙， 设置有契8。换言之，就是在底面构件2上设置槽7，在此槽7上设置侧 面构件3，钉入楔8，由此组装铸模1。
作为这样的楔8，譬如可以采用碳纤维强化碳材料(C/C材)。
在铸模1中保持硅熔液时，在铸模1的底部很大地承受硅熔液的重量 产生的应力。特别是若使铸模大型化时，施加到铸模底部的应力进一步变 大。为此，底面构件2和各侧面构件3的接合部分形成间隙，硅熔液有可 能泄漏。然而，在本发明的结构中，通过由楔8固定底面构件2和各侧面 构件3，底面构件2和各侧面构件3的接合部分不会松弛，被牢固地固定， 所以可抑制硅熔液的泄漏，能够进行铸模1的大型化。
这里楔8的形状和使用数量，没有被特别限定。可以在各侧面构件3 的每个上，钉入1个贯穿侧面构件3的侧面整体的长楔8，另外也可以安 装多个小的楔8。
另外，成为铸模1的内底面的底面中央部2a，和具有楔座的机能的底 面外周部2b，无需形成同样的高度，例如，如图4(a)所示，如果使底 面外周部2b的一方比底面中央部2a还高，则因为可适度地完成各自的机 能，所以优选。
接下来，说明本发明这种铸模的另一实施方式。
图5(a)是表示本发明这种铸模的其他的实施方式的侧剖面图，图5 (b)是图5(a)的B-B方向的剖面图。
此铸模1的侧面构件3，具有从图1到图3所说明的嵌合结构。根据 此实施方式的这种铸模，底面构件2，成为其各边与四个侧面构件3的底 边部相对应的大致四角形。
铸模1还具有：铸模支架9，其用于设置底面构件2；四个侧面构件3， 其在铸模支架9的上面以围绕底面构件2的方式而竖立设置；多个的楔座 部10，其包围侧面构件3的外周面；楔8，其配置于侧面构件3的外周面 和多个的楔座部10的间隙。换言之，在设置了楔座10的铸模支架9上设 置底面构件2，以围绕底面构件2的外周的方式配置四个侧面构件3，在 侧面构件3的外面和楔座部10之间钉入楔8，由此组装铸模1。
因为通过在楔座部10和各侧面构件3之间钉入楔8来固定，底面构 件2和各侧面构件3的接合部分不会松懈，而是被牢固地固定，所以可抑 制硅熔液的泄漏，能够进行铸模1的大型化。另外，因为无需对由昂贵的 石墨铸模构件构成的底面构件2，实施用于防止硅熔液的泄漏的特别的加 工，所以能够抑制铸模的成本的上升。
另外，在本发明的铸模中，如图6所示，也可形成将设于铸模支架9 上的多个的楔座部10(10a、10b)，对于铸模支架9的上面可自由装卸的 结构。通过使楔座部10相对于铸模支架9的上面可自由装卸，即使在伴 随重复使用，楔座部10消耗时，也能够单独只更换楔座部10，而无需更 换铸模支架9，可以继续再利用，所以可以削减铸模成本。
这时楔座部10的固定方法，例如，如图6所示，对铸模支架9和楔 座部10实施钻孔，镶上正好可嵌入于此的直径的楔座部固定构件11而固 定。
或者，如图7的楔部周边的放大剖面图所示，将平行配置于铸模1的 各侧面构件3的四个乃至更多的楔座部10，在一个乃至多个地方，采用楔 座部固定用螺栓12和上下的螺帽13a、13b，以夹住的方式而固定。通过 形成如图7所示的结构，楔座部10被更确实地固定于铸模支架9，其结果， 能够将底面构件2和各侧面构件3的接合部分固定得更结实。
另外，如上述，在形成将多个的楔座部10相对于铸模支架9的上面 可自由装卸的结构时，从多个的楔座部10任意选择的楔座部10a，在铸模 支架9的上面，与被配置于夹住底面构件2而相对的位置的另外的楔座部 10b的间隔，优选为可调节。
具体来说，如图7所示，为了安装楔座部固定用螺栓12，可以使设于 铸模支架9的楔座部固定用孔部14的内部尺寸D，比楔座部固定用螺栓 12的外部尺寸E大。如此，可以在从他们的内部尺寸D和外部尺寸E以 规定的范围，调整楔座部10的位置，可以形成相向的两个楔座之间的间 隔可进行调整的结构。
因为如此可调整楔座部10a、10b的间隔，所以即使在例如底面构件2 与各侧面构件3的接合部分，和楔8与楔座部10接触的面消耗时，通过 调整相向的两个楔座部10a、10b的间隔，也可以使铸模构件的固定不会 变松地进行固定。此楔座部固定用孔部14的内部尺寸D，优选与楔座部 固定用螺栓12的外部尺寸E相比，在5mm以内的范围大。楔座部固定用 孔部14的内部尺寸D，若与楔座部固定用螺栓12的外部尺寸E相比大超 过5mm，则为了消除由于构件的消耗而发生的间隙而相向的两个楔座部 10a、10b的间隔的调整宽度变大到必要的调整量以上，从而楔座部10a、 10b的定位变得困难，所以不为优选。
接着，说明本发明其他的铸模的结构。
图8(a)是表示本发明的铸模的立体图，图8(b)、图8(c)是进一 步表示各自的实施方式的俯视图。
此铸模1，具有框状构件15，其以围绕使邻接的侧面构件3彼此嵌合 而成为一体的铸模侧面部的外周的方式而配置，以拘束它们的位移。
通过由此框状构件15固定铸模侧面部的外周，侧面构件3之间的嵌 合强度变大，另外，因为底面构件2和各侧面构件3的接合部分被固定， 所以能够进行铸模的大型化、薄型化。另外，如果使用框状构件15，则对 铸模1的安装、拆除容易，能够顺畅地进行铸模1的组装拆卸的工作。
框状构件15如图8(b)所示，可以是固定侧面构件3的整个周围的 形状，也可以如图8(c)所示，是只固定铸模的角部的形状。
框状构件15的材质，与所述同样，优选由轻且强度高的碳纤维强化 碳材料(C/C材)等构成。如果其厚度h为3～10mm，则处理容易，能 够得到充分的强度。
另外，由于随着硅熔液的冷却固化产生的膨胀，铸模1的侧面构件3 的上端部的方面容易扩展。特别是，因为若使铸模1大型化、薄型化，则 该影响也大，所以优选将框状构件15设置于从铸模1的上端部4cm以内 的范围。
此外，若同时进行上述的图4到图7中所示的基于钉入铸模底部的楔 8的底面构件2和各侧面构件3的固定，及利用此框状构件15的侧面构件 3之间的紧固，则因为各自的接合部被牢固地固定，所以能够对铸模1进 一步进行大型化、薄型化，因此为优选。
在上述的铸模中，利用框状构件15，直接使其压住侧面构件3，不过 以下说明的铸模，是在铸模1和框状构件15之间留有空隙，在此间隙配 置按压夹具16，而拘束侧面构件3的位移的结构。
图9、图11、图12是表示此结构的铸模，图9(a)是表示铸模结构 的立体图，图9(b)是其俯视图。图11(a)是表示基于其他的结构的铸 模的结构的立体图，图11(b)是其俯视图。图12还是表示其他的结构的 铸模的立体图，图12(b)是其俯视图。
另外，图11(a)～(c)是表示图(a)、(b)所示的本发明的铸模的 按压夹具的例子的立体图。
图9所示的铸模1，具有框状构件15，其以围绕使邻接的侧面构件3 之间嵌合而成为一体的四个侧面构件3的外周的方式，与铸模1之间具有 空隙而配置。然后，在由铸模1的邻接的侧面构件3彼此而形成的外侧角 部和框状构件15的间隙配置按压夹具16，由此拘束侧面构件3的位移。
在图9所示的示例中，按压夹具16在一个的框状构件15上，在四处 的外侧角部，分别被设置各两个。通过这些两个的按压夹具16，分别压住 形成铸模1的角部的两个侧面构件3。
如此一来，框状构件15，因为在与铸模1的侧面构件3之间持有空隙 而配置，所以对铸模1的安装容易，此外由于通过按压夹具16，铸模1 和框状构件15被确切地固定，所以即使在使侧面构件3薄型化时，也能 够防止由伴随硅熔液的冷却固化的膨胀所致的向铸模1的外侧的扩展。
另外，通过取下按压夹具16，可以容易地从铸模1拆除框状构件15， 与为了固定而需要在铸模安装大量的螺钉或螺栓的现有的铸模比较，能够 更顺畅地进行铸模1的组装拆卸的作业。
另外，若为了固定而在侧面构件3的中央部施加应力，则会使侧面构 件3向内侧挠曲。为此，在形成硅锭时，因为非制品的零头部分增加，所 以不得不多余地除去昂贵的硅原料，硅锭的制造成本将上升而不为优选。 然而，如图9所示，通过在铸模1的一个角部配置各2个，共计8个按压 夹具16而固定，伴随框状构件15的固定的应力，施加于侧面构件3的端 部，特别是嵌合部4。为此，既能确实地固定各个的侧面构件3，又可减 轻施加于侧面构件3的中央部的应力，能够抑制向侧面构件3的内侧的挠 曲。
作为按压夹具16，优选为楔形状。通过将细的一方插入铸模1和框状 构件15之间，钉入固定，从而能够更确实地保持铸模1的各个的侧面构 件3。此外，通过调节按压夹具16的钉入强度，也可以调节框状构件15 的固定的强度。
此外按压夹具的形状，如从图10(a)到图10(c)所示，可以是由1 个构件，或多个的构件组装成一体，也可以是使构成铸模1的外侧角部的 两个侧面构件3的外周面，分别具有抵接的两个夹具面。
图10(a)的按压夹具17，是分别具有两个夹具面17a、17b的整体 模的夹具。此按压夹具17，如图11所示，被配置于铸模1的侧面的四处 的外侧角部，相对于构成角部的两个侧面构件3的外周部，以这些夹具面 17a、17b分别抵接的方式而构成。因此，铸模1的侧面的角部，由一个按 压夹具17保持，能够以更均等的力压住形成角部的侧面构件3的两面， 与图9的情况相比，仅一方深嵌，也没有过度的力施与铸模1，其结果， 能够防止铸模1的变形和破损，防止铸模构件的寿命变短。此外，因为按 压夹具17的所需数目为四个，所以与图9的情况相比，能够减少构件数 量，能够进行固定·拆卸的工作的简化，构件成本的降低。
另外，如图10(b)所示，优选形成如下结构，即，在按压夹具18 中，在于外侧角部对应的位置设置间隙槽18a，以使得铸模1的外侧角部 不与按压夹具18直接接触。如果是这样，在从框状构件15安装、取下按 压夹具18时，因为能够防止铸模1的外侧角部与按压夹具18直接接触， 所以即使重复进行安装、拆除作业，也能够防止易于破损的铸模1的侧面 角部的变形和破损，能够降低铸型1的成本。
另外，如图10(c)所示，也可以在整体模的按压夹具19的上部，设 置宽广的宽阔部19a。通过设置这样的宽阔部19a，在铸模1和框状构件7 的间隙插入按压夹具19时，能够直接按压宽阔部19a。在强有力地压入时， 扣击宽阔部19a压入即可。此外在拆除时，因为具有能够保持宽阔部19a 而拔出等的效果，所以操作性进一步提高。
另外，如图12(a)、图12(b)所示，也可以在框状构件15的内周 部，朝向相对的铸模1的四个侧面构件3，设置突出部15a。由于伴随硅 熔液的冷却固化的膨胀，铸模1的侧面构件3向外侧挠曲，不过，若铸模 1的构件薄型化，则此影响加大。这里，如果在框状构件15设置突出部 15a，则侧面构件3的外周面抵接于突出部15a，因为其行动被制约，所以 能够抑制向侧面构件3的外侧的挠曲。
作为突出部15a的突出量，也如图12(b)所示，与铸模1和框状构 件15的间隙的宽度大致相同即可。另外，优选使突出部15a，按压侧面构 件3的外周面的大致中央部。这是因为由于伴随硅熔液的冷却固化的膨胀， 特别是在侧面构件3的中央部H的位移变得显著。
还有，在上述的实施方式中，作为设置于框状构件15的突出部15a， 根据使各自的每一片侧面构件3与一处接触的例子进行说明，但不限于此， 也可以在两个至三个以上的多个的框状构件15分别设置突出部15a，使一 片的侧面构件3在多处接触。框状构件15为两个时，使能够将设置于上 下的框状构件15的突出部15a分别连结的直线通过中央部H，当框状构 件15为三个以上时，使能够将设于三个框状构件15各个的突出部15a连 结的图形的内部，包含中央部H，若如此，因为利用各个的突出部15a， 能够有效地压制中央部H的位移，所以优选。
此外，也可以对于一片侧面构件3，使一个框状构件15的突出部15a 以二处以上相接。
还有，按压夹具16～19的材质，优选由轻且强度高的碳纤维强化碳 材料(C/C材)等构成。另外，按压夹具16～19，优选与铸模1的侧面 构件3的外周面相接的面为平面，与框状构件15相接的面为具有一定的 倾斜的楔形。
另外，由于伴随硅熔液的冷却固化的膨胀，在本发明的结构上，铸模 1的侧面构件3的上端部容易扩展。特别是，因为若使铸模1大型化、薄 型化，则此影响也大，所以优选将框状构件15，设置在距铸模1的上端部 4cm以下的范围。
此外，从上述图4到图7中所示，通过同时进行基于钉入铸模底部的 楔8的底面构件2和各侧面构件3的固定，及利用所述框状构件15的侧 面构件3之间的紧固，则因为各自的接合部被结实地固定，所以能够对铸 模1进一步进行大型化、薄型化，因此为优选。
另外，在采用框状构件15时，如图13(a)、图13(b)所示，优选 在作为嵌合的侧面构件3的凸部和邻接的其他的侧面构件3的凹部抵接的 面的嵌合面4a的位置，配置框状构件15。还有，所谓该嵌合面4a，指的 是在构成嵌合部4的面中，相对于底面构件2的底面大致水平的面。通过 这样做，伴随着框状构件15的固定，即使对侧面构件3很大地施加应力， 也能够防止侧面构件3的挠曲。
对以上说明的本发明的实施方式这种铸模1的使用方法加以说明。
在使用铸模1时，优选在由底面构件2和侧面构件3构成的铸模内表 面部，和四个角部与八个棱部所组成的卡止部设置脱模材。
此脱模材，例如，能够以PVA(聚乙烯醇)水溶液使氮化硅(Si3N4) 粉状体混合涂敷于铸模1的内面而形成。通过以PVA水溶液等混合，作 为粉状体的氮化硅成为浆状，易于涂敷在铸模1上。作为氮化硅的粉状体， 可采用具有0.4～0.6μm左右平均粒径的材料。将这样的氮化硅混合于浓 度为5～15重量％左右的聚乙烯醇水溶液，成为浆状，用抹刀、毛刷、分 配器(dispenser)等涂敷。还有，也可以涂敷混合了氮化硅和二氧化硅的 粉状体的材料。
通过设置这样的脱模材，硅熔液凝固后，铸模1的内壁和硅锭熔接减 少，铸模能够多次重复使用。另外，底面构件2和侧面构件3的卡止部， 因为通过在下述第三工序中所追加涂敷的脱模材，被更切实地密封，所以 硅的熔液的泄漏变少。
具体的脱模材的形成方法，优选经如下所示的三个工序而进行。作为 第一工序，是在底面构件2和四个侧面构件3的表面，如上样这样涂敷作 为浆状的脱模材浆液，使之干燥。其次，作为第二工序，是将底面构件2 作为底面，竖立设置四个侧面构件3，使涂敷了脱模材的面成为内侧，如 此而组装成箱型。然后作为第三工序，是在由底面构件2和侧面构件3所 构成的四个角部，和八个棱部组成的卡止部，以例如分配器等追加涂敷脱 模材。
如果依据这样的三个工序进行，在组装铸模1之前，在各铸模构件涂 敷脱模材，组装成铸模1的形状后，因为可以只对各铸模构件的接合部分， 仅追加涂敷脱模材，所以作业飞跃式地简化，作业效率大幅提高。
这样做能够实现本发明的铸模
过去，限于能够进行用于对铸模构件安装螺钉和螺栓等的追加工的素 材，采用了石墨材料。然而，在本发明中，因为无需进行上述这样的复杂 的加工，铸模构件的构造能够大幅度简化，所以不限于石墨材料，可以使 用熔融硅石、氮化硅、碳化硅等各种的耐火物。
还有，本发明的实施方式，不只限定于上述的示例，在不脱离本发明 要旨的范围内，当然也可以加以各种变更。
例如，在上述的说明中，通过保持硅熔液而使多晶硅凝固的例子进行 了说明，不过并不限于此，即使是其他的材料也能够起到同样的效果。例 如，可以以在铸模的底部将单晶硅保持为规定的方向的为种，由硅熔液使 单结晶的硅锭成长。另外，如果是采用浇铸(casting)的铸造法，则也不 限定于半导体非金属材料，也可以是金属材料。
另外，在铸模1的外周，也可以配置以石墨毡(graphite felt)等的主 成分为碳(carbon)的材质，和特别是对其表面以碳的粉状体进行了涂层 处理的铸模隔热材(未图示)等。可以使这些构件，介于楔8与楔座部10 之间，和楔8与侧面构件3之间。或者，也可以使其介于框状构件15与 侧面构件3之间。这样的铸模隔热材，在如后述用于得到多晶硅锭的浇铸 法中，用于将铸模1的侧面隔热，使其在单方向凝固。
接下来，说明基于浇铸法的铸锭的铸造方法，及由此硅锭得到多晶硅 基板的多晶硅基板的制造方法。
多晶硅基板，一般由被称为浇铸法的方法制造。所谓此浇铸法，是通 过将涂敷了脱模材的铸模内的硅熔液冷却固化，而形成多晶的硅锭的方 法。去除此硅定的端部，切割并切块成希望的大小，将切块的铸锭切片成 希望的厚度，得到用于形成太阳电池的多晶硅基板。
为了实施浇铸法，使用例如图14的硅铸造装置。在图14中，21a表 示熔解坩埚，21b表示保持坩埚，22表示灌注口，1表示本发明的铸模， 24表示加热机构，25表示硅熔液。
用于熔化硅原料的熔解坩埚21a被保持于保持坩埚21b而设置，在熔 解坩埚21a的上缘部，设有倾斜熔解坩埚21a而用于灌注的灌注口22。另 外，在熔解坩埚21a、保持坩埚21b的周围，配置有加热机构24，在熔解 坩埚21a、保持坩埚21b的下部，配置有硅熔液灌入的铸模1。熔解坩埚 21a考虑到耐热性能，和杂质不在硅熔液中扩散等，而使用例如高纯度的 石英等。因为石英等形成的熔解坩埚21a，在硅熔点附近的高温软化而不 能保持其形状，所以保持坩埚21b用于保持其，其材料使用石墨。加热机 构24，采用例如电阻加热式的加热器，和感应加热式的线圈等。
配置于熔解坩埚21a、保持坩埚21b的下部的铸模1，在其内侧涂敷 所述的脱模材(未图示)而使用。另外，在此铸模1的周围，设置有用于 抑制散热的铸模隔热材(未图示)。铸模隔热材考虑到耐热性、隔热性等， 一般采用碳系的材质。另外，也有在铸模1的下方，设置用于冷却·固化 被灌注的硅熔液的冷却板(未图示)的情况。还有，这些全部配置于密闭 腔内(未图示)。
使用由图14所示的硅铸造装置制造硅锭的方法如下。首先，向熔解 坩埚21a内投入硅原料，通过加热机构24使熔解坩埚21a内的硅原料熔 解，完全成为熔液25后倾斜坩埚，从位于熔解坩埚21a的上缘部的灌注 口22，向设置于下部的铸模灌注硅熔液。灌注后，使铸模内的硅从底部冷 却，使其单向凝固后，一边控制温度达到取出炉外的温度一边缓冷，最终 取出到炉外结束铸造。
所述方法，是使铸模1中完全成为熔液的硅原料熔解，进行灌注，灌 注后，从底部冷却铸模内的硅，使其单向凝固的浇铸法。与之不同，也可 以采用在铸模1中投入硅原料，在铸模1中使其熔解，从底部冷却熔解的 硅而使其凝固的铸模内熔解法。在此铸模内熔解法中，在铸模1内均一地 熔解材料，形成材料的熔融体后，使冷却媒介(水和冷媒气体等)通过铸 模的底座中，由此从铸模1的底面进行散热，能够实现使此熔融体从铸模 1的底部单向凝固。
图15是用于说明利用多股钢丝锯的铸锭的切片方法的立体图。
切掉根据上述的浇铸法所制造的多晶硅的铸锭的零头，切成规定的尺 寸，形成半导体铸锭31。然后，将此半导体铸锭31用环氧系等的粘合剂， 粘合于玻璃和碳材，或树脂制的切片基座(slice base)33后，以多股钢丝 锯装置将半导体铸锭31切割形成多片。
半导体铸锭31，被粘合于切片基座33，一边从上方的数处向被称为 磨粒浆的油或水中供给混合有SiC等的磨粒的切削液，一边用由直径约 100～300μm的钢琴线等构成的1根钢丝35切割。
在主辊38上留有一定间隔地设有螺旋状的槽。然后，钢丝35从钢丝 供给卷轴被拉出，以落入主辊38上的槽中的方式缠绕以规定的间隔基本 平行地配置。
如此通过使配置了钢丝35的2个主辊38旋转，这些分布于主辊38 之间的多条的钢丝35以高速移动运转。然后，通过使多个的半导体铸锭 31向钢丝35缓缓地下降按压，半导体铸锭31被切断，制作成具有对应于 钢丝35的间隔厚度的半导体基板。
在利用此多股钢丝锯的切割中，能够同时切断多个半导体铸锭31，另 外与使用外周刃和内周刃等的其他的切割方法比较，其切割精度高，且有 因使用的钢丝细，而能够减小锯口损失(切割损失)这样的优点。
根据此方法制造的多晶硅基板，是由采用可经受重复使用，且组装拆 卸的作业简单的铸模1所制造的硅锭得到，能够期待低成本化。
<实施例1>
对图17所示的现有例的铸模，和图7所示的本发明的结构的铸模进 行比较。
在现有例中，将由涂敷了厚2mm的由氮化硅组成的脱模材的石墨所 构成的一个底面构件(厚20mm)，和四个侧面构件(厚20mm)，组装成 箱型，由32个组装用螺钉(5mm×长40mm)固定，得到铸模(内部尺 寸220mm×220mm×高250mm)。
在得到的铸模内部灌注22kg的硅熔液，在减压至100Torr的氩(Ar) 气氛中，将铸模上部加热到1460℃，从铸模底面部缓缓使之降温，使硅熔 液单向凝固，得到高约200mm的硅锭。
在本发明的实施例中，将由涂敷了厚2mm的由氮化硅组成的脱模材 的石墨所构成的一个底面构件(厚20mm)，和四个侧面构件(厚20mm)， 在铸模固定用支架上组装成箱型，如图7所示由楔8固定，得到铸模(内 部尺寸220mm×220mm×高250mm)。
在得到的铸模内部灌注22kg的硅熔液，在减压至100Torr的氩(Ar) 气氛中，将铸模上部加热到1460℃，从铸模底面部缓缓使之降温，使硅熔 液单向凝固，得到高约200mm的硅锭。
根据所述两个方法分别重复10次铸造，比较铸模的组装作业时间， 硅熔液的泄漏的有无，构件的消耗的状况。
在现有例中，平均的铸模的组装时间为15分钟。硅熔液泄漏1次， 铸模固定用螺钉由于断裂和螺纹牙的消耗而更换22根，底板和侧板由于 加工螺纹牙的损耗而更换了7片，因在底板和侧板加工螺钉安装用的孔部， 有断裂的螺钉折入而更换4片。
另一方面在本发明中，平均的铸模的组装时间为4分钟。硅泄漏一 次都没有发生，10次的铸造后，全部的构件均为可使用的状态。
<实施例2>
对图17所示的现有的铸模，和图13所示的本发明的构造的铸模进行 比较。
在现有例中，将由涂敷了厚2mm的由氮化硅组成的脱模材的石墨所 构成的一个底面构件(厚20mm)，和四个侧面构件(厚20mm)，组装成 箱型，由40个组装用螺钉(5mm×长40mm)固定，得到铸模(内部尺 寸350mm×350mm×高350mm)。
在得到的铸模内部灌注85kg的硅熔液，在减压至100Torr的氩(Ar) 气氛中，将铸模上部加热到1460℃，从铸模底面部缓缓使之降温，使硅熔 液单向凝固，得到高约300mm的硅锭。
在本发明的实施例中，将由涂敷了厚2mm的由氮化硅组成的脱模材 的石墨所构成的一个底面构件(厚10mm)，和四个侧面构件(厚2mm)， 在铸模固定用支架上组装成箱型，如图7所示由楔8固定，得到铸模(内 部尺寸350mm×350mm×高350mm)。
然后，在侧面构件的凸部和凹部的嵌合面4a上设置框状构件15，将 位于侧面构件3的最上部的凸部或凹部的高度，即图1所示的距离d，在 0.5～10cm的范围变更。
在得到的铸模内部灌注85kg的硅熔液，在减压至100Torr的氩(Ar) 气氛中，将铸模上部加热到1460℃，从铸模底面部缓缓使之降温，使硅熔 液单向凝固，得到高约300mm的硅锭。
根据所述两个方法分别重复10次铸造，比较硅熔液的泄漏的有无， 构件的消耗的状况。表1显示其结果。
<表1>   侧面构件的厚度   (cm)   d(cm)   硅熔液泄漏   (cm)   铸模破损次数(次)             现有构造   3   8   2   0.5   0   2   2   1   0   0   2   4   0   0   2   8   0   1   2   10   0   2
在现有例中，硅熔液泄漏3次，铸模固定用螺钉由于破断和螺纹牙的 消耗导致更换，由加工在底板和侧板的螺纹牙的消耗导致更换，因在底板 和侧板加工螺钉安装用的孔部，有断裂的螺钉折入导致更换，10次中需要 有8次的更换。
另一方面在本发明中，作为最佳的条件，位于侧面构件3的最上部的 凸部或凹部的高度，即图1所示的距离d为1～4cm时，没有硅熔液的泄 漏，也无需进行构件的更换。另外，最上部的凸部、凹部的高度为8cm时， 由于铸模构件的翘曲变形，需要更换1次，但硅熔液的泄漏没有发生。另 外，最佳的条件以外的0.5cm、10cm的情况，虽然需要更换，但比起现有 的构造，构件的更换的次数减少，能够确认发明的效果。
由以上的结果能够确认，在本发明的构造中，可以进行铸模的大型化、 薄型化。