(57)【要約】  好ましくない不純物混入や欠陥の少ない、平坦な、大面積の多結晶薄板状シリコン基板並びに表面酸化物被膜等を有する複合シリコン基板を効率的に生産する製造装置、製造方法および製品を実現する。  溶融シリコンから不活性な気体雰囲気下においてシリコンリボン１２を製造する成形ゾーンにおいて、坩堝炉から溶融シリコン２が、該熔融シリコンを成形に適した状態に調整する回転ロール３を介して、供給される基材１１から成る成形用ベルトコンベア（成形ベッド）５が配置され、基材１１は、溶融シリコン２から成形されてゆく成形シリコンリボン４に対して、その下方からそれぞれ気体を噴出し、排出する複数の気体噴出孔及び気体排出孔を有しており、これらの噴出される気体と排出される気体の両者の動的圧力均衡状態によって気体上に成形シリコンリボン４を安定して保持しつつ、シリコン表面に気体中に含まれる反応性物質等によって被膜を形成させながら成形シリコンリボン４の面と平行方向に引っ張り応力をかけ、シリコンリボン１２を成形する。
2008090864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン溶融炉から熔融シリコンを成形に適した状態に調整するインターフェースを介して溶融シリコンが供給される成形ベッドが配置され、該ベッドを用いて、シリコンに対して不活性な気体雰囲気下において、上記熔融シリコンを板状に成形するシリコン基板の製造装置であって、
該ベッドは、板状に成形される溶融シリコンに対して、少なくともその一方の面に向けて気体を噴出する複数の気体噴出孔と、噴出した該気体を成形ベッドから排出する複数の気体排出孔およびまたは排出溝を有しており、
該ベッドから噴出する気体と排出される気体の両者の形成する動的圧力均衡状態にシリコンを保持しつつ、シリコンの面と平行方向に引っ張り応力をかけながら、シリコンを板状に成形することを特徴とするシリコン基板の製造装置。
【請求項２】
前記インターフェースが重力、圧力、遠心力、界面張力、凝集力およびせん断力の複数の作用の組み合わせを利用して熔融シリコンに一定の広がりを持たせる仕組みを有する装置からなることを特徴とする請求項１に記載のシリコン基板の製造装置。
【請求項３】
前記インターフェースが熔融シリコンを大気圧以下の一定圧力の不活性気体存在下に一定温度で貯えることのできる下辺に開口部を設けた装置からなることを特徴とする請求項１に記載のシリコン基板の製造装置。
【請求項４】
前記成形ベッドは、板状に成形されるシリコンと平行な平面上を異なる速度や方向で移動、反復移動又は振動をおこなうことを特徴とする請求項１記載のシリコン基板の製造装置。
【請求項５】
前記成形ベッドは、エンドレスベルト、回転円板、振動板又は固定板、ロール或いはその組み合わせのいずれか一つの構造であることを特徴とする請求項４記載のシリコン基板の製造装置。
【請求項６】
熔融シリコンを、熔融シリコンを成形に適した状態に調整するインターフェースを介して熔融シリコンが供給される成形ベッドを用いて、シリコンに対して不活性な気体雰囲気下において板状に成形するシリコン基板の製造方法であって、板状に成形される溶融シリコンの少なくともその一方の面を、該成形ベッドに設けられた気体噴出孔及び気体排出孔・溝を通してそれぞれ噴出される気体と排出される気体の両者の形成する動的圧力均衡状態に保持しつつ、シリコンの面と平行方向に引っ張り応力をかけてシリコンを板状に成形することを特徴とするシリコン基板の製造方法。
【請求項７】
シリコンと該シリコン上面の気体の荷重による、該シリコンを保持する気体にかかる圧力が急激な変化を生じないように制御してシリコンを板状に成形することを特徴とする請求項６に記載のシリコン基板の製造方法。
【請求項８】
前記成形ベッドから噴出する気体の主成分は、アルゴン又はヘリウムであることを特徴とする請求項６に記載のシリコン基板の製造方法。
【請求項９】
前記成形ベッドから噴出する気体は、酸素、窒素および炭素のうちの少なくとも一つを構成元素とする揮発性物質を含み、前記シリコンの表面を該揮発性物質と反応せしめ、被膜を形成させつつ成形することを特徴とする請求項６に記載のシリコン基板の製造方法。
【請求項１０】
前記揮発性物質の濃度および温度、該揮発性物質の前記シリコンとの接触時間および該シリコンの温度のいずれか１つ又は２以上によって前記反応を調節し、制御することを特徴とする請求項６に記載のシリコン基板の製造方法。
【請求項１１】
前記シリコンの表面と平行方向および直行方向の温度分布を、前記成形ベッド表面基材の温度、該基材の放射率、前記気体の温度、該気体の流量、前記シリコン表面の輻射伝熱及び該シリコン表面の対流伝熱および該シリコンの移動速度のいずれか１つ又は２以上によって調節し、前記シリコンの結晶成長を制御することを特徴とする請求項６に記載のシリコン基板の製造方法。
【請求項１２】
請求項６に記載の方法で製造されたシリコン基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池等に使用されるシリコン基板等の製造装置、製造方法及びシリコン基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池用シリコン基板（以下、「Si基板」と称す。）は、大別して単結晶と多結晶シリコンからなるものがある。【０００３】
単結晶Si基板はチョックラルスキー法と帯熔融法のいずれかによって作られるが、前者が主流となっている。得られるSi単結晶インゴットをスライスしてSi基板が形成される。単結晶Si基板は、高い光電変換効率を与えるが、単結晶の作製にコストがかかり、またインゴットのスライスによりおよそ５０％のシリコンをロスするため、急増する太陽電池需要に対してシリコン基板の供給不足を招いている。【０００４】
より効率的な単結晶シリコン基板の作製方法として、横引き法により、シリコン長尺単結晶を得る方法（幅２５〜３０mm、長さ１〜２mの長尺単結晶、サンシャイン計画１０年の歩み、92ページ）、一対の細管からシリコン融液を湧出させて、該細管間に形成されるシリコンのメニスカスを種結晶リボンにより引き上げる方法（特許文献１参照）等が提案されている。しかし、これらの改良法によっても、単結晶の成長速度等が律速となって生産性の点で問題を抱えている。【０００５】
一方、高価な単結晶に換えてコスト低減を目的とした多結晶Si基板の製造方法が開発されている。多結晶Si基板は大別して、熔融シリコンから直接基板を作製するリボン法と、鋳型内で冷却固化させ得られるインゴットをスライスするキャスティング法が知られており、市販多結晶Si太陽電池は後者を用いたものが多い。【０００６】
キャスティング法における熔融シリコンと坩堝の接触によるシリコンへの不純物の混入を避けるために、電磁誘導により熔融シリコンを坩堝と非接触の状態に保つ方法も考案されている。【０００７】
多結晶Si基板においても、キャスティング法では、上記単結晶と同様にインゴットのスライスによる原料シリコンのロスが大きな問題となっている。リボン法は原理的にこれらの問題を解決可能であるが、Si基板に適用可能な高品質リボンを効率的に作製する技術として完成されていない。【０００８】
これまでに試みられている板状多結晶シリコンの製造方法としては、連続的にベルト状炭素繊維機基材に粉末シリコンを被覆した後、集光ミラーを利用して赤外線を原料シリコンに当てて溶融する方法（特許文献２参照）、円柱状原料シリコンの上部を溶融し、溶融部分に設けたスリット付き蓋のスリットからワイヤー等を利用して溶融シリコンを引き上げて板状シリコンを作製する方法（特許文献３参照）、板状溶融シリコンの面に垂直方向にシリコンの固液界面を進展させ、同方向に不純物濃度分布の増大をもたらす方法（特許文献４参照）、高周波誘導加熱によって板状原料シリコンに溶融帯を形成させ、板状原料の結晶化または純化させた板状シリコンを作製する方法（特許文献５参照）、支持基板上に高融点粉末層を設け、その上にシリコン層を形成させ、該シリコン層上に表面保護層を製膜した後、連続的にゾーンメルティングによってシリコン層を溶融結晶化させて板状シリコン結晶を得る方法（特許文献６参照）、逆に低融点金属層の上に同様にシリコン層と保護層とを設けてゾーンメルティングを適用する方法等が知られている。【０００９】
また、最近RGS（Ribbon-Growth-on-Substrate）法（非特許文献１参照）が提唱されている。この方法では、熔融シリコンを溜めるフレームの下辺をシリコンの融点以下の温度の基材を走らせることによってフレームの下辺一端に設けられたスリットから薄板状のシリコンリボンを基材に付着させた状態で連続的に引き出し、以降の冷却過程で基材とシリコンとの収縮率の違いを利用してシリコンリボンと基材を引き剥がしてシリコン基板を得るものである。【００１０】
しかし、これらの方法は、板状シリコンの製造方法としての安定性、基材との接触による好ましくない不純物の浸入の恐れや表面状態、生産性等の点で問題を有しており、実用的に満足すべき板状シリコン結晶の製造方法は未だ知られていない。【００１１】
さらに、非晶性Siを直接透明電極を被覆したガラス基板に蒸着するいわゆる薄膜アモルファスシリコン太陽電池も用いられているが、結晶性シリコン太陽電池と比べて光電変換効率と長期安定性の点で課題を抱えている。【００１２】
一方、近年板ガラスの新しい製法として水蒸気で溶融状態にあるガラスを保持して、板ガラスを成形する方法（「アクアフロート法」）等が提案されている（特許文献７、８参照）。しかし、この方法を熔融状態にあるシリコンに適用しようとした場合、シリコンと水の反応、溶融状態のシリコンの非常に小さな粘度、非常に大きな表面張力、溶融状態から結晶化状態への相転移に伴う物性の急激な変化等の諸要因によって、板状シリコンの製法への直接適用は困難である。
【特許文献１】特開２０００−３２７４９０号公報
【特許文献２】特開平０８−２８３０９５号公報
【特許文献３】特開平９−１２３９４号公報
【特許文献４】特開２０００−２６４６１８号公報
【特許文献５】特開平９−１２３９０号公報
【特許文献６】特開平９−１１０５９１号公報
【特許文献７】特許第３９４８０４４号公報
【特許文献８】国際公開第２００６／０６４６７４号パンフレット
【非特許文献１】12th Workshop on Crystalline Silicon Solar Cells, Materials and Process (2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明者らは、上記の従来技術の問題点の認識に立ち、それらを解決することを目的とし、好ましくない不純物混入や欠陥の少ない、薄膜フィルム化をも可能とする、平坦な、大面積の多結晶薄板状シリコン基板を効率的に生産する製造装置及び製造方法を実現することを課題とするものである。また、最近シリコン半導体素子の高性能化を目指した理想的基板構造として期待の大きな薄膜SOI（Silicon On Insulator）等に利用可能な酸化物被膜シリコン基板等を効率的に生産する製造装置及び製造方法を実現し、併せて酸化物被覆等を有する基板を得ることをも課題とするものである。【００１４】
より、具体的には、引き上げ、引き下げ法に見られるリボンの操作困難性と不安定性や温度管理の困難性、横引き法に見られる支持基材との接触による不純物混入、温度管理の困難性、形状制御困難性等の解決及び改良を図るものである。また、同時に、シリコン基板の表面を酸化物等の特定のシリコン化合物で被覆した状態の複合基板を、シリコン溶融物から一段で合成を図るものでもある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上記課題を解決するために、シリコン溶融炉から熔融シリコンを成形に適した状態に調整するインターフェースを介して溶融シリコンが供給される成形ベッドが配置され、該ベッドを用いて、シリコンに対して不活性な気体雰囲気下において、上記熔融シリコンを板状に成形するシリコン基板の製造装置であって、該ベッドは、板状に成形される溶融シリコンに対して、少なくともその一方の面に向けて気体を噴出する複数の気体噴出孔と、噴出した該気体を成形ベッドから排出する複数の気体排出孔およびまたは排出溝を有しており、該ベッドから噴出する気体と排出される気体の両者の形成する動的圧力均衡状態にシリコンを保持しつつ、シリコンの面と平行方向に引っ張り応力をかけながら、シリコンを板状に成形することを特徴とするシリコン基板の製造装置を提供する。【００１６】
前記シリコン基板の製造装置において、前記インターフェースが重力、遠心力、界面張力およびせん断力の複数の作用の組み合わせを利用して熔融シリコンに一定の広がりを持たせる仕組みを有する装置からなることを特徴とする。【００１７】
また前記シリコン基板の製造装置において、前記インターフェースが熔融シリコンを大気圧以下の一定圧力の不活性気体存在下に一定温度で貯えることのできる下辺に開口部を設けた貯槽からなることを特徴とする。【００１８】
また前記シリコン基板の製造装置において、前記成形ベッドは、板状に成形されるシリコンと平行な平面上を異なる速度や方向で移動、反復移動又は振動をおこなうことを特徴とする。【００１９】
前記シリコン基板の製造装置において、前記成形ベッドは、エンドレスベルト、回転円板、振動板又は固定板、ロール或いはその組み合わせのいずれか一つの構造であることを特徴とする。【００２０】
また本発明は上記課題を解決するために、熔融シリコンを、熔融シリコンを成形に適した状態に調整するインターフェースを介して熔融シリコンが供給される成形ベッドを用いて、シリコンに対して不活性な気体雰囲気下において、板状に成形するシリコン基板の製造方法であって、板状に成形される溶融シリコンの少なくともその一方の面を、該成形ベッドに設けられた気体噴出孔及び気体排出孔・溝を通してそれぞれ噴出される気体と排出される気体の両者の形成する動的圧力均衡状態に保持しつつ、シリコンの面と平行方向に引っ張り応力をかけてシリコンを板状に成形することを特徴とするシリコン基板の製造方法を提供するものである。【００２１】
前記シリコン基板の製造方法において、シリコンと該シリコン上面の気体の荷重による、該シリコンを保持する気体にかかる圧力が急激な変化を生じないように制御してシリコンを板状に成形することを特徴とする。【００２２】
前記シリコンの製造方法において、成形ベッドから噴出する気体の主成分は、アルゴン又はヘリウムであることを特徴とする。【００２３】
前記シリコン基板の製造方法において、前記成形ベッドから噴出する気体は、酸素、窒素および炭素のうちの少なくとも一つを構成元素とする揮発性物質を含み、前記シリコンの表面を該揮発性物質と反応せしめ、被膜を形成させつつ成形することを特徴とする。【００２４】
前記シリコン基板の製造方法において、前記揮発性物質の濃度および温度、該揮発性物質の前記シリコンとの接触時間および該シリコンの温度のいずれか１つ又は２以上によって前記反応を調節し、制御することを特徴とする。【００２５】
前記シリコン基板の製造方法において、前記シリコンの表面と平行方向および直行方向の温度分布を、前記成形ベッド表面基材の温度、該基材の放射率、前記気体の温度、該気体の流量、前記シリコン表面の輻射伝熱及び該シリコン表面の対流伝熱および該シリコンの移動速度のいずれか１つ又は２以上によって調節し、前記シリコンの結晶成長を制御することを特徴とする。【００２６】
本発明はまた上記課題を解決するために、上記方法で製造されたシリコン基板を提供するものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は次のような効果を奏する。
（１）基材から噴出する気体と排出される気体の両者の動的圧力均衡状態を利用して、成形するシリコンを固体・液体と非接触状態で安定して保持する構成であるから、シリコン基板を清浄で、平坦で平滑な表面性状とすることができる。【００２８】
（２）基材から噴出する不活性気体に酸素、水等の揮発性物質を含ませることによって、表面の性状を変え、自己支持性を与えてシリコンを成形するとともに、その表面に酸化シリコン等の被覆を同時形成することができる。【００２９】
（３）シリコンの表面と平行方向および直行方向の温度分布を調節し、シリコンリボンの結晶成長を制御することによって、シリコン基板の形状、性能等を向上させることができる。【００３０】
（４）シリコンの切断ロスを無くし、シリコン基板を簡単に生産性良く大量に製造できるから、多結晶Ｓｉ基板の大幅コストダウン及び供給不足の回避が可能となり、太陽電池用基板の製造に適用すれば、太陽電池の一層の普及を促進し、エネルギー・環境問題への波及効果がきわめて大きい。【００３１】
（５）シリコン半導体素子の高性能化のための理想的基板構造として期待の大きな薄膜SOI（Silicon On Insulator）等に利用可能な酸化物被膜シリコン基板を効率的かつ安価に生産でき、半導体事業や情報産業の飛躍的発展を促すことができる。【００３２】
（６）多結晶シリコン基板以外の半導体ならびに金属等の基板製造への応用も原理的に可能であり、省資源・省エネルギーと共に広範な産業の活性化と競争力強化への波及も期待される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るシリコン基板の製造装置および製造方法の実施例１を説明する図である。
【図２】実施例１の要部を説明する図であり、具体的には、基材の構成を説明する図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図３】実施例１の要部を説明する図であり、具体的には、溶融シリコン供給口の直下部分の構成、作用を説明する図である。
【図４】本発明に係るシリコン基板の製造装置および製造方法の実施例２を説明する図であり、スピンコートを利用してリコン基板を製造する方法及び製造装置の全体構成を示す図である。
【図５】実施例３の主要部を説明する図（主部側面図）である。
【符号の説明】
【００３４】
１  溶融シリコン供給部
２  溶融シリコン
３  回転ロール
４  成形シリコンリボン
５  成形用のベルトコンベア（成形ベッド）
６  アルゴン系ガス層
７  アニール用のベルトコンベア（アニールベッド）
８  アルゴンガス層
９、１０  気体噴出排出装置
１１  基材
１２  シリコンリボン
１３  基材表面
１４  シリコンリボン幅確保部
１５  オーバーフロー防止壁
１６  気体噴出加圧セル
１７  気体排出管
１８  気体排出セル
１９  気体噴出面
２０  気体排出孔
２１  溶融シリコン供給口
２２  成形ゾーン
４１  坩堝
４２  溶融シリコン
４３  溶融シリコン供給口
４４  ストッパー兼非接触用のガイド
４６  溶融シリコン接触ガイド
４７  非接触スピンコーター基材
４８  シリコン円板
４９  非接触ストッパー
５０  スピンコータ支持盤
５１  スピンコータ回転軸
５２  非接触ガイド回転軸
５３  非接触温度調節カバー
５４  温度調節カバー
５５  非接触／接触ガイド境界
５６  シリコン切断治具
５７  ガイド/スピンコーター境界
５８  成形ゾーン
７１  熔融ゾーン
７２  供給ゾーン
７３  成形ゾーン
７４  シリコン溶融炉
７５  シリコン熔融坩堝
７６  熔融シリコン
７７  熔融シリコン供給ノズル
７８  供給量調節バルブ
７９  供給熔融シリコン
８０  熔融シリコン貯槽
８１  貯層内熔融シリコン
８２  熔融シリコン貯槽壁
８３  圧力調節口
８４  気体浮上シリコン成形ベッド
８５  気体浮上シリコン成形ユニット
８６  気体噴出・排出基材
８７  気体加圧セル
８８  気体排出セル
８９  噴出喜多排出孔
９０  加圧気体供給口
９１  排出気体回収口
９２  シリコンリボン出口
９３  気体噴出ロール
９４  浮上気体
９５  貯層下部シリコン
９６  シリコンリボン
９７  加熱温調機
９８  除熱温調機
９９  不活性ガス
１００  雰囲気調整壁
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明を実施するための最良の形態を、実施例とともに図面を参照して以下に説明する。なお、ここに例示する最良の形態以外の本発明の趣旨に基づく実施形態を除外するものではない。【００３６】
本発明の基本的な原理は、坩堝内で溶融された溶融シリコンを、板状シリコンの成形に適した温度で一定流量で供給できるように設計された供給口を経て、熔融シリコンを成形に適した状態に調整するインターフェースを介してシリコンに対して不活性な気体環境にある成形装置に供給し、供給された溶融シリコンからシリコンリボンや円板状のシリコンを経て成形する過程で、シリコンリボン等を気体の薄膜上に安定な状態で保持し、必要かつ適切な応力を印加して板状に成形することである。【００３７】
「シリコンリボン」、「シリコン円板」と「シリコン基板」という用語を記載しているが、本明細書では、「シリコンリボン」は溶融状態から製品に至るまでの間の成形の過程にある長尺のシリコンを意味するものとし、「シリコン円板」は同じく成形の過程にある円板盤状に広がりを持つシリコンを意味するものとし、「シリコン基板」は、成形後の製品としての板状のシリコンを意味するものとする。また、本明細書に述べる「板状」の意味には数百ミクロン以下の厚みのフィルム状も含む。【００３８】
ここで、不活性な気体としては、周知のアルゴン、ヘリウム等のいわゆる希ガスが好適に利用可能である。また、シリコンの溶融は、抵抗加熱方式のみに限られず電磁誘導加熱炉等の電気炉を利用してもよい。【００３９】
本発明の原理に沿った具体的な構成及び方法をさらに以下に説明する。本発明は、高温のシリコンに対して不活性な気体環境とした成形装置を設け、この成形装置内に設置した表面全面に亘り気体を緩やかかつ定常的に加圧噴出するとともに系外に排出する機能を備えた基材で覆われた成形ベッドの表面に、溶融状態にあるシリコンを成形に適した状態に調整するインターフェースを介して融点以上の適切な温度で一定流速（連続法）もしくは一定量（バッチ法）供給し、該シリコン（シリコンリボン又はシリコン円板）と基材の間にあって基材を薄層状に覆っている気体が形成する動的圧力均衡状態によって該シリコンを安定保持し、保持されたシリコンを外部からシリコンの面に沿って引張応力を印加することによって板状に成形する方法とそれを具現化する装置である。【００４０】
熔融状態にあるシリコンは、低粘度・高表面張力のためにシリコン熔融炉から直接成形ベッドに供給しても板状リボンへの成形は困難であって、シリコンの特性をできるだけ損なわずに成形に適した状態に調整する仕組みと装置の介在が必要である。熔融シリコンの供給装置と成形装置の間にあって、熔融シリコンに働く各種の物理的な力の作用の組み合わせを利用して上記の状態調整を行なう装置、具体的には温度や流量等を制御しつつ熔融シリコンに一定の広がりを持たせる仕組みを有する装置を本明細書では「インターフェース」と称する。【００４１】
ここで言う動的圧力均衡状態とは、基材表面に一定の分布状態で設けられた一群の気体噴出孔から低速かつ一定の定常的な流速で系内に加圧噴出する気体と、同様に一定の分布状態で設けられた他の一群の気体排出孔もしくは溝から低速かつ一定の定常的な流速で系外に排出される気体とが形成する圧力の均衡状態を言うものである。【００４２】
本発明者らは、鋭意研究開発を進めた結果、このような構成、方法とすれば、溶融シリコンからシリコン基板を成形する過程でシリコンを固体もしくは液体と接触することなく安定して保持し、板状に成形できる可能性を有するということを見出し、本発明を想到したものである。【００４３】
そして、上記のとおり、溶融シリコンをインターフェースを介して成形ベッドの基材上に供給しながら、該シリコンに必要かつ適切な応力を印加して板状に成形するのであるが、このシリコンに印加する応力は、シリコンリボン又はシリコン円板の面と平行方向の引っ張り応力を適用する。【００４４】
その引っ張り応力の具体的な印加の方法としては、延伸ロール、ギアロール、ピンチロール等の機械的治具を用いる方法、重力を利用する方法、遠心力を利用する方法、クエット流等の流体力学的な作用を利用する方法、等が適用可能である。【００４５】
基材の気体噴出孔から加圧噴出する気体は、その主成分がアルゴン、ヘリウム等のシリコンに対して不活性な気体であって、必要に応じて酸素、窒素および炭素を構成元素とする揮発性物質を適量含ませることが可能かつ有用である。【００４６】
即ち、特に薄板や薄膜状の複合シリコンの成形に当たっては、基材から加圧噴出する気体が少なくとも一種類の酸素、窒素および炭素を構成元素とする揮発性物質を含み、成形すべきシリコンの少なくとも一方の面を、基材から放出される気体に含まれる上記揮発性物質と反応せしめると共に、その気体上に保持した状態で成形する構成とすることが望ましい。【００４７】
ここで、揮発性物質としては、酸素ガス、窒素ガスを始めとして、空気、亜酸化窒素、一酸化炭素、水、アンモニア、アルコール等、種々の化合物が適用可能である。【００４８】
溶融シリコンを供給口からインターフェースを介して融点以上の一定温度で不活性気体を発生する基材上に一定流量で供給するが、この供給口は、従来用いられているようなスリット、リップ、管口等が利用可能であるが、シリコンとの接触によるシリコンへの不純物の混入を極小化するために、できるだけ接触面積の小さな形状とシリコンへ混入し難い材質の利用が好ましい。或いはまた、供給口部材をシリコンの融点以下に冷却し、内部を流通するシリコンに温度勾配を形成し、部材と接する部分のシリコンを冷却固着せしめ、中心部付近のシリコンのみを供給する所謂スカルメソッドも有効である。【００４９】
供給口から成形装置に供給されるシリコンの温度はシリコンの融点以上であれば良いが、余りに高温では、用いる装置部材に与える影響が増大し、また供給口からの不純物の混入も活発となるので、融点以上１５００℃くらいまでの間の温度が好適である。成形操作可能な熱容量を保持する最適温度は、成形する基板の大きさ、形状、厚み、操作条件等によって適宜定めることが可能でありまた好ましい。また溶融シリコンの供給は上からの流下、下からの湧出、或いは横方向からの送出、何れも可能であって、適宜設計・採用することが望ましい。【００５０】
溶融シリコンは、成形装置でシリコンリボン又は円板として成形される初期過程において、気体を発生する基材上に供給される際に、インターフェースにおいて重力、圧力、遠心力、界面張力（表面張力を含む）、凝集力、せん断力等の複数の物理的な力の働きにより移動、慣性付与、整形、温度（分布を含む）、圧力、量等のシリコンの成形に適した状態調整が行われる。この状態調整を行なうために、インターフェースは熔融シリコンを熔融炉からノズル等を通して供給を受ける部位と、導入された熔融シリコンに上記の物理的な力を作用させて状態調整を行う部位と、状態調整を施された熔融シリコンを成形ベッドに供給する部位とから構成されるが、これらの部位はそれぞれが独立している場合、一体をなしている場合、連続的な組み合わせとなっている場合等がある。【００５１】
前記インターフェースは状態調整を行なう部位として回転ロール、流延ガイド、遠心力利用ガイド、定圧容器など各種の形状や形態が適用可能である。【００５２】
また、成形ベッドでの成形に重力を利用する場合には、シリコンリボン又は円板を保持する基材は、上流から下流に向かって一定の勾配の傾斜を有している構造が望ましい。引き下げる場合には、基材上のシリコンの重量はほぼそのまま勾配に応じた分力で上流のシリコンを引き落とす力として働き、薄肉化をもたらす。また、引き上げる場合には、逆に上流のシリコンが下流のシリコンを勾配に応じた分力で引き落し、薄肉化をもたらす。いずれの場合にも勾配の取り方によってシリコンに掛かる応力を制御可能である。そして、いずれの場合にも、シリコンリボンは気体上に保持されているので摩擦力が働かずに１００％重力が機能することになり、しかも勾配が自由に取れる利点がある。【００５３】
このような方法の延長上に垂直引き落しもあり、その場合には流下する溶融シリコンの片面もしくは両面に気体を噴出・排出する基材を接面させ、表面の酸化反応等を惹起し、成形を容易にすることが可能で有り、有用である。あるいはまた、流下する溶融シリコンを回転するロール状の基材に懸架し、表面の反応と成形を行う方法も可能であり、有用である。【００５４】
遠心力を利用する場合には、成形装置に設けられた円盤状の基材の中央部に一定量の溶融シリコンが流下もしくは湧出し、インターフェースで付与される遠心力の働きで基材の円周方向へと広がりつつシリコン円板の薄肉化が行われる。【００５５】
その際、シリコンは気体上に保持されているので、基材とのせん断応力によるシリコンへの円運動の力を付与され難いので、これを補うために、円盤状の基材の中心から一定距離の間は基材に一定の凹凸を設け、扱き効果によるシリコン基板への円運動の加速を行うことも可能かつ有効である。【００５６】
溶融シリコンは溶融坩堝内における時から供給口を出て、成形装置で処理される間、基本的には常に不活性気体の環境下に処理される必要がある。不活性気体として用いる気体は通常アルゴンが好適である。【００５７】
しかしながら、溶融シリコンのような低粘度の液体を気体上に保持することは必ずしも容易ではない。特に、成形すべきシリコンリボンの厚みが数百μ以下のレベルの場合には、（低）粘度、シリコンの内部凝集力、表面張力（780mN/m）と薄板化を図るために付与する応力等との不適合を招き、シリコンリボンの変形が起き易く、シリコンリボンの幅の縮小、皺の発生や分裂、小片化を招く恐れが増大する。【００５８】
本発明者らはこの点について鋭意検討を重ねた結果、溶融シリコンを気体上に保持すると同時に、適度の粘度及び剛性を有し、溶融シリコンとの親和性が高く、溶融シリコンの好ましくない変形を防ぐ支持体となるシリコン酸化物被膜やシリコン結晶被膜等（以下酸化シリコン被膜等と略す）をその場で形成させる方法（「自己支持性被膜形成法」）を見出し、本発明の高度化を達成するに至った。ここで言う「自己支持性被膜」とは熔融状態にある物質を気体上に安定保持するために有用な、該物質を含む成分からなる一定の剛性や粘度を有する被膜を意味する。【００５９】
このようにして得られた酸化シリコン被膜等を有するシリコン基板は、用途によってはそのまま用いることも可能であり、研削、研磨、化学エッチング等によって除去して用いることも可能であり、さらに部分的にパターニングとエッチング等により必要部分だけに酸化シリコンを残した状態で用いることも可能である。逆に酸化シリコンの上に各種の半導体素子や回路を形成させることも可能であり、有用である。特にシリコン半導体素子の高性能化のための理想的基板構造として期待の大きな薄膜SOI（Silicon On Insulator）等に利用可能な酸化物被膜シリコン基板としての用途は重要である。【００６０】
上記のとおり、シリコン酸化物被膜等を形成する目的で、不活性気体に酸素、水等の含酸素物質を混入して用いることも好ましく、或いは予め親水性多孔質体から成る基材に水を含浸させて、溶融シリコンの熱によって水蒸気を発生させてシリコン表面の酸化反応剤と支持気体とを兼ねることも可能である。このような場合の不活性気体と酸素、水等の混合割合は溶融シリコンを扱う諸条件と得られるシリコン基板の材料としての要求品質によって適宜設定されることが望ましい。【００６１】
自己支持性被膜の形成は、気体中の反応性物質の濃度、気体の温度、気体の流量、シリコンの温度、基材の温度、基材の放射率、基材の熱伝導率、シリコンからの輻射放熱や対流放熱並びに処理時間等の調整によって、制御が可能となる。【００６２】
基材は、平均口径数十μ以下、特に１０ミクロン以下の微小な連続多孔を有する、所謂多孔質体を用いることが好ましく、これらの微小な連続多孔は、本発明の気体噴出孔として機能し、溶融シリコンの有無に係わらず一定流量の気体の噴出が可能なように構造設計されている。孔径が小さすぎる場合には孔からの気体の噴出の抵抗が余りに大き過ぎて充分な気体の噴出量が得られ難くなり、逆に大きすぎる場合には抵抗が小さすぎて、基材上の物体（シリコン）の有無が気体噴出を支配するようになり、シリコンの気体上の安定浮上保持が困難となる。【００６３】
またこれらの多孔質体が親水性の場合には、予め含浸しておいた水が高温の溶融シリコンの熱によって蒸発気化するので、好適に利用可能である。基材としてこのような多孔質体を用いる場合には、気体を除去するために、適宜、気体排出孔を設けることが有用であり、さらに気体排出用の溝を設けてもよい。つまり、微小な連続多孔を有する多孔質体の場合には、気体噴出孔と気体排出孔を気体の流れに関して縁切りさせることが困難なためであり、また、排出用は噴出用と比べてよりマクロな大きさと配置で差し支えないからである。【００６４】
また、上記多孔質体とは異なる構成の気体噴出孔及び排出孔を有する基材としては、一様に分布する小孔（直径０．５ｍｍ〜３ｍｍ）が、５ｍｍから１０ｍｍ間隔で統計的に一様に設けられ、これらのうち一群の小孔から低速で、一定流量（１０ｍ３／ｍ２・ｈｒ以上２００ｍ３／ｍ２・ｈｒ以下）の不活性気体が噴出し、別の一群の小孔から気体が排出されるものも適用可能である。【００６５】
上記の基材における一定流量を確保するメカニズムは渦巻き流による気体の流れの制御として知られているものであるが（米国特許第６，５２３，５７２号明細書）、これを、溶融シリコンのような低粘度の溶融状態にある物質に応用した例は知られていない。【００６６】
このような噴出と排出の流動気体のバランスは基材面積の大半に亘って動的に安定した一定の気体圧力を発生し（動的圧力均衡状態）、気体上の物体（シリコン）を基材と接触することなく安定して保持することが可能となる。この際、シリコンの肉厚に拠らず、一定流量の気体が噴出し、排出されることが重要かつ必要な要件である。【００６７】
基材の材質は、上記の要件及び構造を満たし得るものであって、耐熱性や物理的・化学的安定性の高いものが望ましい。また、一定の形状に加工可能な材質であることも望ましい。かかる観点からカーボン、シリコンカーバイドやシリカ、アルミナ、コージェライト等のセラミックス等、またモリブデン、タングステン等の耐熱金属等が好適に利用可能であるが、場合により鉄、SUS、アルミニウム等の金属も好適に利用可能である。反応性物質を気体に含有させる場合にはその物質との反応性にも注意を払って基材材質を選択する必要がある。また、温度制御と言う観点からは基材表面の放射率も考慮して設計・製作することが可能かつ有用である。【００６８】
さらに、溶融状態にあるシリコンは前記したとおり、動的圧力均衡状態にある気体上に保持されているが、その際、基材の気体噴出孔から吹き出す気体がシリコン表面に垂直方向に作用する圧力の大きさが、シリコンリボンにかかる重力の同じくシリコン表面と垂直な成分の大きさとシリコン上面の気圧との和と安定した均衡状態を維持することも、シリコンの破断、不必要な凹凸や異常な形状を防ぐために重要なことである。【００６９】
原理的に、基材とシリコンリボンとの距離が大きくなれば圧力は急速に減少し、逆に距離が縮まれば圧力は急速に増大するので、一種の自動安定化機構が作用し、基材からシリコンリボンまでの距離は概ね一定に保持されるが、余りに大きな噴出圧力や噴出量、或いはまた成形過程で大きな圧力変化を設定することは不安定要因を増大させることになり望ましくない。【００７０】
基材の構造は種々考えられるが、得られるシリコン基板の薄板化を図る上で重要な技術要素であって、一定厚みのシリコン基板の形状を形成し易く、また維持しやすい構造が望ましい。【００７１】
基材の表面形状としては、平坦な平面、全体にかまぼこ型の凸面、一定の山谷を有する凹凸面等が採用可能であり、目的とするシリコン基板の仕様や温度、成形速度等の各種の操作条件との組合せによって最適な構造が選択可能であり、有用である。【００７２】
また、基材は接触時間をより短く制御する場合等にはロール形状を有していてもよく、気体を噴出、排出する基材からなる回転ロールに溶融シリコンを供給する場合には、ロールの直径やロールとシリコンの接面する面積の調整によって、シリコンと基材の面接時間を抑制することが容易である。さらにバッチ方式での生産には所謂スピンコート方式の採用も可能である。【００７３】
また、本発明の成形方法は、溶融シリコンの冷却過程で、シリコンを移動させながら成形を行うものであり、気体の動的圧力均衡状態に保持され、しかも場合により反応を伴う、ミクロには非平衡で非定常な状態変化や反応が進行しているが、連続成形の場合にはマクロには非平衡・動的定常状態でのプロセスである。【００７４】
このようなプロセスにおいては、マクロな均一化、平均化を図るための動的な平準化は重要な技術要素であって、動的平準化効果を発揮させるために、基材を、シリコンリボン又は円板と平行な平面をシリコンリボン又は円板と異なる速度や方向に移動させたり、回転、反復移動や振動等を行わせたりして摺動せしめ、一定の軌跡やパターンが形成されることを極小化する構成と操作条件とすることが好ましい。このような動的平準化効果は、シリコンの片面に限らず、両面に作用させることによって、両面がより平坦な基板を得ることが可能となる。【００７５】
また、基材に設ける気体排出孔や気体排出用溝の構造と配置・分布についても成形するシリコン基板の大きさ、肉厚等に応じて適宜設計・製作することが重要かつ有用である。【００７６】
シリコンリボン又は円板の温度、温度分布および冷却速度は、溶融シリコンの温度、流量や流速等に加えて、基材の温度、基材の放射率、噴出する気体の温度及び流量、基材との距離、シリコンリボン又は円板の基材に面していない部分からの輻射放熱と対流放熱、シリコンリボン又は円板と基材の対面時間、等により制御可能であって、得られる基板の形状や性能向上のために需要である。本発明ではシリコンが熱伝導の小さな気体上に保持されていることによって、より厳密な温度及び温度分布等の制御が可能となる。【００７７】
さらにシリコンリボン又は円板の両面に反応性物質含有気体発生基材を設ければ、得られるシリコン基板の両面に酸化被膜等を形成させることも可能である。【００７８】
シリコンリボン又は円板に沿うように流れる気体は層流状態に制御することが望ましい。そのために上面、下面ともに激しい上昇気流が起きないような流動制御の工夫が望ましい。シリコンリボン又は円板の傾斜が大きな場合には近接する熱流速制御兼気体流制御板を設けることも望ましい。【００７９】
シリコンリボン又は円板の下面と上面に温度差を設けることにより、結晶成長に方向性を持たせることも可能である。このような結晶成長によって、シリコン基板を光電変換デバイスに利用する場合は、より高い光電変換効率の実現が期待できる。【００８０】
シリコンを一定の方向に移動せしめ、或いは延伸する駆動の方法は種々考えられる。例えば、シリコンに一定方向の円滑な移動をもたらすために、基材を川下方向に向けて水平から一定の角度を下方向かうように傾斜して配設することで、重力の作用で移動する構成としてもよい。また川下で駆動ロールによって引張応力を掛けてもよい。また、一定の半径を有する供給口から円周方向スピンをかけて遠心力を利用してもよい。【００８１】
さらに、連続成形におけるシリコンリボンの形状保持や幅方向の引張応力確保のために幅方向両端部分にシリコンリボンを保持するためのエッジコーナーを設けた構造も可能かつ有用である（図２（ａ）参照）。【００８２】
さらに、このエッジコーナーについては、シリコンリボンの上面に、不活性気体又は不活性気体を主として含酸素物質を含む気体を放出するエッジロールを接面することによって、シリコンリボンの上下両面からサンドイッチ状に保持し、シリコンリボンの両端部分の保持効果を上げるとともに上下両面を酸化シリコン被膜を有する状態にする構成としてもよい。【００８３】
また、成形ゾーンにおいて、基材を幾つかのサブゾーンに分けて、酸化シリコン被膜形成、薄板化、アニーリング、冷却等の機能分担を行わせても良い。
【実施例１】
【００８４】
図１〜３は、本発明の実施例１を説明する図である。この実施例１では、熔融シリコンを成形に適した状態に調整するインターフェースに非接触回転ロールを用いる、２段コンベヤータイプの装置を示す。坩堝炉の下方に、成形ゾーン２２内にインターフェースとしての回転ロール３、成形ベッド及び調整ベッド（アニールベッド）が配置されている。この実施例１の成形ベッド及び調整ベッド（アニールベッド）は、具体的には、エンドレス状の基材１１から構成されている成形用のベルトコンベア５及び調整用のベルトコンベア７である。【００８５】
坩堝で溶融された溶融シリコン２を、アルゴン雰囲気下の成形ゾーンにおいて、図１に示すように、坩堝の溶融シリコン供給部１の供給口２１から約１４４０℃の温度で、成形ベッドとして機能するベルトコンベア５を構成する基材１１上に流延し、基材１１の表面を覆っているアルゴン系ガス層６上に浮上した状態でシリコンリボン４が板状に成形されながら、川下に連続的に移動する。【００８６】
その際、溶融シリコン２は、図３に示すように、厚み５ｍｍ程度の状態で供給口２１から流下するが、その直下にアルゴンガスを低速で噴出する多孔質基材からなる回転ロール３を設けている。回転ロール３を回転するために回転ロール３の中心に組み込んだ中空軸を通してアルゴンガスを回転ロール３に供給する。必要に応じて回転ロールは供給される熔融シリコンの片側だけでもよい。【００８７】
この回転ロール３によって、溶融シリコン２は非接触状態でリボンとしての幅、厚み、位置等を制御されると共に、周辺のアルゴンの好ましくない上昇気流を防ぎ、溶融シリコン２の温度等を均一にすることが可能となる。【００８８】
さらに、川下でギアロール等（図示せず）によってシリコンリボン４に印加される引張応力によって、基材１１から噴出し排出されるアルゴン系ガス層６上のシリコンリボン４を連続的に成形し搬送する。【００８９】
アルゴンガスを噴出し排出するベルトコンベアを構成する基材１１は、直径数ミクロン以下の微小な連続多孔を有するアルミナ多孔質体からなり、その基材表面１３には一様に分布した複数の気体排出孔２０が設けられ、それらの孔は気体排出管１７によって底面に設けられた気体排出セル１８に連通している。アルゴンガスは、多孔質体の微小な連続多孔が開口している気体噴出面１９と気体排出孔２０からそれぞれ一定の低速で噴出と排出が行われ、動的圧力均衡状態によってその上にシリコンリボン４を安定的に保持する。【００９０】
基材表面１３から噴出され、また排出されるアルゴンガスの圧力、流量、流速は、基材の内部もしくは下部に設けられた渦巻き流や微小孔を利用した抵抗負荷機構によって調節、制御される。図２に示す基材の場合には、気体噴出面１９からの噴出は、基材に内在する微小な連続多孔を利用した抵抗負荷機構によって調節、制御される構造と機構になっており、気体排出孔２０からの排出は、気体排出管１７内に設けられた渦巻き流抵抗部位によって調節、制御される構造と機構になっている。【００９１】
基材の多孔質体部分に供給される加圧アルゴンガスは、基材底部に設けられた気体噴出加圧セル１６から供給され、気体排出管１７から排出されるアルゴンガスは、気体噴出加圧セル１６の底部に設けられた気体排出セル１８から排出される。これらの気体噴出加圧セルと気体排出セルは、ポンプ等で構成された気体噴出排出装置９によって、ベルトコンベア５の循環移動に支障なくアルゴンガスの供給と回収が行えるように連結されている。【００９２】
噴出、排出される気体の動的圧力バランスの上に安定状態で保持されたシリコンリボン４は、必要に応じて、図２（ａ）に示すように、基材１１の両端に設けられたシリコンリボン幅確保のためのシリコンリボン幅確保部（エッジコーナー）１４や余剰のシリコンの系外への垂れこぼれを防止するオーバーフロー防止壁１５によって、その両端部が確保される。この部分で必要に応じてシリコンリボン幅の保持をより確実にするためにギアやロール等を付設してもよい。【００９３】
基材１１から噴出するアルゴンガスには必要に応じてppm〜％オーダーの酸素、或いは水を含ませ、温度、処理時間と併せて、シリコンリボンの下面に酸化被膜形成をナノメーターからミクロンメーターレベルの所望の厚みで形成させることができる。酸素皮膜の形成の制御因子として、アルゴン中の酸素等の濃度はppmから％のオーダー（１００万分の１〜１００分の１のオーダー）まで広範囲に設定可能である。【００９４】
溶融シリコン２から形成されるシリコンリボン４は、上記酸化被膜によって剛性が付与されて自己支持性が与えられ、より安定な、また、リボン状に連続体として存在することが容易となり、下流の引張応力に応じて一様に移動し、また酸化被膜の厚みや粘度、剛性に応じて変形や更新を行いつつ一層の薄膜化が可能となる。【００９５】
成形されたシリコンリボン４は、引き続き必要に応じて、下流に設けた調整ベッドにおいて、温度調整を受けながら調整コンベア７を構成する基材１１上で搬送されながら、所望の結晶状態のシリコン基板１２として調製される。【００９６】
調整ベッド７を構成する基材１１は、成形ベッド５の基材１１と同様に、気体噴出孔及び気体噴出孔を有し、そこからアルゴンガスがシリコンリボン４の下面に向けて噴出し、シリコンリボン４と基材１１の間に気体薄膜８を形成し、シリコンリボン４を非接触状態で支持、移動する。これによって、成形ゾーンで成形されたシリコンリボン４は、アニール、徐冷等を受けながら、所望の結晶状態のシリコン基板１２として調製される。【００９７】
一連の作業において、シリコンリボン４の厚みを、溶融シリコン２で供給された時の値（例えば５mm）から１０分の１に成形するために、シリコンリボン４は川下領域で最終的には供給される時の溶融シリコンの１０倍の速さで移動させる。そのような移動の速度と成形装置の長さによって、シリコンリボン４とアルゴン系ガス層（気体薄膜）６との接触時間をも制御することが可能となる。【００９８】
また、シリコンリボン４の温度は、基材１１の温度、表面の放射率、噴出する気体の流量、噴出する気体の温度、上記接触時間等を、適宜組み合せることによって制御可能である。さらに、図示はしないが、上部空間に、温度調節用のパネルヒーターや遮熱パネルを設置することによって一層効果的に行え、また、アルゴンガスの流れを調節して、シリコンリボン４の温度の均一性の向上に資することも可能である。【００９９】
なお、上記のとおり、基材１１から噴出するアルゴンガスには必要に応じてppm〜％オーダーの酸素、或いは水を含ませてもよいが、その場合、基材１１から発生する酸素や水は概ねシリコンと反応するが、一部未反応のまま系外に排出され恐れもあるので、このシリコンリボン４の下面もしくは基材１１から、成形ゾーンの系外に出る含酸素、含水気体をシリコンリボン４の上面を覆う不活性気体に混入させない構成が必要となる。【０１００】
そのような構成としては、シリコンリボン４の幅方向両端付近にシリコンの上下の気体の混合を防ぐセパレーター（図示せず）を設けて、それぞれの気体を回収する装置を設置することが望ましい。この気体セパレーターと回収装置の設計と設置においては、溶融シリコン２の基材１１への流下部分の構成が最も困難な課題であるが、これは、先端が管状や複数の孔を設けた中空パネル等の気体回収用治具の設計、設置等によって解決できる。【０１０１】
本実施例１の装置を用いて、酸化シリコン被膜を有する厚み１０μ以上、数ｍｍ以下の複合シリコン基板が作製できる。【０１０２】
この実施例１では、連続的にシリコン基板を製造する装置として基材１１が移動する形式を例示したが、基材１１が振動する構成や固定床の構成でも採用可能である。また、気体の噴出および排出の制御機構は微小孔と渦巻き流の抵抗の様々な組み合せが可能である。アルゴンガスに微量含有させる反応性物質としては、酸素の代わりに窒素を用いてもよく、その場合には形成される被膜は窒化シリコンとなる。
【実施例２】
【０１０３】
図４は、本発明の実施例２を説明する図である。この実施例２では、熔融シリコンを成形に適した状態に調整するインターフェースとして接触回転ガイドを用いる、スピンコータータイプの装置を示す。坩堝４１内で溶融した溶融シリコン４２は、供給口４３から、ストッパー兼非接触ガイド４４と非接触温度調節カバー５３の間を、ガイド４４に沿って非接触状態で流下する。このガイド４４は、上部ストッパー部分がシリカからなり、下部ガイド部分が不活性気体を噴出し、排出するコージェライトからなる。【０１０４】
この実施例２では、シリコン基板成形ゾーン５８の主要部分は、スピンコーター回転軸５１で回転されるスピンコーター支持盤５０上に設けられた非接触スピンコーター基材４７で構成されている。スピンコーター回転軸５１の内側に、同軸で非接触ガイド回転軸５２が配置されている。この非接触ガイド回転軸５２の上端には、ストッパー兼溶融シリコン非接触ガイド４４が設けられている。【０１０５】
溶融シリコン４２は、回転するガイド４４に沿って流下し、ガイド４４の下部のシリコンカーバイドからなる溶融シリコン接触ガイド４６上を流下しつつ、回転する接触ガイド４６によって遠心力を与えられて非接触スピンコーター基材４７上に流延する。【０１０６】
流下シリコン４５は、ガイド４６で初期に与えられた遠心力によって、非接触スピンコーター基材４７上に流延してシリコン円板４８として薄膜化される。その際、非接触スピンコーター基材４７から噴出し、排出する酸素もしくは水をppmから％オーダーで含むアルゴンガス気体上に支持されると同時に、表面の酸化反応が生じ、表面に酸化被膜を形成することで自己支持性を得て遠心力も付け易く、薄膜化も容易となる。アルゴンガス等の気体は回転円板の中心軸から円板の下部に設けられているセルに供給される。【０１０７】
このような酸化反応は、アルゴンガスに含有させる含酸素物質の濃度や処理温度によって制御されると共に、アルゴンガスに該含酸素物質を一定時間含有させた後、純アルゴンガスに切り替えることによって反応時間を調節することも可能である。このような操作によって、実施例１と同様にナノメーター〜ミクロンメーターレベルの酸化被膜の厚み制御が可能となる。また、シリコン上面の気体と基材から噴出する気体の混合を抑制するために円盤４７に沿って中心から円周方向への気体の流れを設け気体カーテンを形成させる。【０１０８】
一連の工程において、シリコンの温度は重要な因子であって、特にシリコン円板４８の非接触スピンコーター基材４７上の展開に従って、先端部分の温度低下を防ぐために、温度調節カバー５４と非接触スピンコーター基材４７の温度と放射率並びに基材４７から噴出する気体の温度等によって、シリコン円板４８全体に亘る温度を一定に保つことが可能かつ有用である。また、シリコン円板４８は場合により、非接触ストッパー４９によって円周部の厚みと形状を調節することも可能である。【０１０９】
これらの操作と並行して、過剰な溶融シリコン４２の流下を防ぐために、ガイド４４は、接触ガイド以下の部分と境界５５から分かれて上昇し、供給口４３を封鎖し、停止する。その際、非接触スピンコーター基材４７上のシリコン円板４８とガイド４４上の流下シリコン４５とを絶縁するために、適宜、レーザー等のシリコン切断治具５６によって互いに流下シリコン４５とシリコン円板４８が切断される。【０１１０】
薄膜形成と酸化被膜形成を終えたシリコン円板４８は所定の温度調整を受けつつ、そのまま結晶成長とアニーリングを施された後、所定の温度下に回転軸５１ごと引き下げられた後、非接触ガイド回転軸５２が分離され、シリコン円板４８を乗せたスピンコーター基材４７からシリコン円板４８をシリコン基板として回収する。【０１１１】
その際、必要に応じて溶融シリコン接触ガイド４６の下端部分で適宜シリコン円板４８を切り離してもよく、或いはそのままガイド／スピンコーター境界５７からガイド部分ごと外して製品のホルダーとして使用してもよい。【０１１２】
本実施例の装置を用いて、厚み１０μ以上、数ｍｍ以下の複合シリコン基板が作製できる。
【実施例３】
【０１１３】
図５は、本発明の実施例３を説明する図である。本実施例では、熔融シリコンを成形に適した状態に調整するインターフェースとして定圧熔融シリコン貯槽を用いる、一段ベッドタイプの装置を示す。本装置は熔融ゾーン７１、供給ゾーン７２および成形ゾーン７３から構成される。【０１１４】
熔融ゾーン７１は基本的にシリコン溶融炉７４、シリコン熔融坩堝７５から構成され、坩堝内には、熔融されたシリコン７６が融点以上の一定温度で貯えられる。【０１１５】
前記供給ゾーン７２は基本的に熔融シリコンの供給ノズル７７と供給される熔融シリコン７９の量を調節するバルブ７８から構成される。バルブはボールバルブ、円錐型バルブ、バタフライバルブなどが適宜選択使用されるが、用いる材質は高温のシリコンとの反応の恐れの小さなものを選ぶ必要がある。また、図示されていないがバルブは定圧貯槽内の圧力や成形の処理速度に見合った速度で熔融シリコンを供給するためのフィードバックシステムによる制御を行うことができる仕組みを備えている。【０１１６】
前記成形ゾーン７３はシリコン成形ベッド８４、その上に非接触状態で設置されている熔融シリコン貯槽８０、貯槽下方に同じく設けられた気体噴出ロール９３、加熱温調機９７、除熱温調機９８、雰囲気調整壁１００等で構成されている。【０１１７】
前記熔融シリコン貯槽８０は成形ベッドに向かう面が開放となっており、一時的に貯える熔融シリコン８１の上面の圧力を一定に保持・調節できるように貯槽壁８２で周辺と上部を覆われており、圧力調節口８３から気体を出し入れし内圧を調整する仕組みとなっている。なお、図示していないが、貯槽内部のシリコンの量や成形処理速度等をフィードバックして貯槽内部のシリコンとその上部気体とが合成する圧力が貯槽下部シリコン９５の下面で一定になるように制御される仕組みとなっている。【０１１８】
前記成形ベッド８４は、成形ユニット８５が一定間隔で連結された構造となっており、該ユニット８５はその表面を構成する気体噴出・排出基材８６、該基材に一定速度で気体を加圧供給するセル８７、基材から噴出した気体の排出孔８９、排出した気体を回収するセル８８、基材８６に加圧セル８７を介して気体を圧送するための気体供給口９０、同様に気体の回収口９１がそれぞれの対応するセルに設けてあり図示されていないが、必要に応じてフレキシブル配管によってベッドの移動に応じて円滑に気体の供給・回収が行える仕組みとなっている。【０１１９】
本実施例に示した装置を用いて、熔融シリコン７６は一定量、一定温度で一時的に貯槽内熔融シリコン８１として貯えられ、その下面を成形ベッド８４の表面を構成する基材から噴出し、排出される浮上気体９４によって保持され、浮上気体に含まれる酸素等の反応性物質等によって表面に自己支持性被膜を形成しつつ、シリコンリボン出口９２から基材８６と噴出ロールの間を通過して一定の厚みでシリコンリボン９６として引き出される。シリコンリボン９６は図示されていないが、図の右方でギアロール等の治具によって一定速度で引張応力を掛けられて、移動・成形される。【０１２０】
シリコンリボン９６は出口９２から下面に自己支持性被膜を有し、上面は溶融状態のシリコンとして貯槽外に出るが、その後、温調機９７、９８によってリボンの温度は調節・制御され、所定の結晶構造を有するシリコンリボンとなる。その際基材上の気体にシリコンを介して掛かる圧力が急激な変動を生じないように貯槽内の圧力と外部の圧力が調製・制御されている。なお、シリコンリボンの上面空間は不活性ガス９９で雰囲気を調整されている。【０１２１】
本実施例の装置を用いて、厚み１０μ以上、数ｍｍ以下の複合シリコン基板が作製できる。また本実施例の装置を用いて、シリコンを保持する気体に反応性物質を含ませない場合には、温度制御によって下面を結晶化した被膜としたシリコンリボンとしてインターフェースから引き出して基板を作製することもできる。【０１２２】
以上、本発明に係るシリコン基板の製造装置および製造方法を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内で、いろいろな実施の形態があることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
以上の構成から成るシリコン基板の製造装置、製造方法および得られる製品は、太陽電池、高性能シリコン半導体素子およびその他の用途に使われるシリコン基板等の製造に利用可能である。
【図２】
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【図３】
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【図１】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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