(57)【要約】 【課題】  冷却体表面に凝固析出して生成される析出板の自壊による破片を適正処理し、析出板の生産に対して悪影響を及ぼすことを防止する。【解決手段】  溶解炉２４でシリコンを加熱して溶湯２３にし、析出板生成の原板である冷却体２５を、浸漬手段２６によって溶湯中へ浸漬し溶湯中から引上げてシリコンを冷却体の表面に凝固析出させてシート状シリコン２７を製造する。このシート状シリコンの製造に際し、冷却体が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される搬送経路途中に設けられる落下物受容手段２８が、冷却体から離脱して落下するシート状シリコンを受容し、落下物再投入手段２９が、落下物受容手段によって受容されたシート状シリコンを、溶解炉の坩堝３２内へ移動させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解対象物を加熱して溶湯にし、該溶湯を収容する溶解炉と、析出板生成の原板である冷却体を、溶湯の上方位置へ搬送し、溶湯中へ浸漬し、溶湯中から引上げて溶湯の上方位置から離反する方向へ搬送する浸漬手段とを備え、溶解対象物を冷却体の表面に凝固析出させて析出板を製造する析出板製造装置であって、
冷却体が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される搬送経路途中に設けられ、冷却体から離脱して落下する落下物を受容する落下物受容手段と、
落下物受容手段によって受容される落下物を溶解炉内へ移動させる落下物再投入手段とを含むことを特徴とする析出板製造装置。
【請求項２】
落下物受容手段は、
落下物を受容する受容面が、溶解炉に収容される溶湯の液面よりも高い位置になるように設けられることを特徴とする請求項１記載の析出板製造装置。
【請求項３】
落下物受容手段は、
落下物を受容する受容面の少なくとも一部が、カーボンまたは石英から成ることを特徴とする請求項１または２記載の析出板製造装置。
【請求項４】
落下物再投入手段は、
落下物受容手段の落下物受容面が溶解炉へ近づくにつれて下方に傾斜するように、落下物受容手段を傾動させる傾動手段を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の析出板製造装置。
【請求項５】
落下物再投入手段は、
落下物受容手段の落下物受容面に対して平行に、かつ落下物受容面をまたぐように設けられる払落し部材と、
落下物受容面に対して平行に、かつ溶解炉に対して近接離反するように払落し部材を移動させる移動手段とを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の析出板製造装置。
【請求項６】
落下物再投入手段は、
振動フィーダーであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の析出板製造装置。
【請求項７】
受容される落下物を加熱する加熱手段をさらに含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の析出板製造装置。
【請求項８】
溶解炉が高周波誘導コイルを備える高周波誘導加熱炉であり、
落下物受容手段が、高周波誘導コイルが形成する磁束によって発熱する発熱体を備え、
落下物を加熱する加熱手段が、高周波誘導コイルと発熱体とを含んで構成されることを特徴とする請求項７記載の析出板製造装置。
【請求項９】
溶解対象物を溶解炉で加熱して溶湯にし、析出板生成の原板である冷却体を、溶解炉に収容される溶湯の上方位置へ搬送し、溶湯中へ浸漬し、溶湯中から引上げて溶湯の上方位置から離反する方向へ搬送することによって、溶解対象物を冷却体の表面に凝固析出させて析出板を製造する析出板製造方法であって、
冷却体が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される途中で冷却体から離脱して落下する落下物を受容する工程と、
受容された落下物を溶解炉内へ移動させる工程とを含むことを特徴とする析出板製造方法。
【請求項１０】
溶解対象物を溶解炉に収容される溶湯中へ追加投入する工程をさらに含み、
溶解対象物を溶解炉に収容される溶湯中へ追加投入する工程は、
受容される落下物を溶解炉内へ移動させる工程と同じ機会に実行されることを特徴とする請求項９記載の析出板製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、析出板製造装置および析出板製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境に対する負荷を軽減するべく、化石燃料を用いる火力発電以外の、風力発電、波力発電などの発電方法が種々試みられている。なかでも最も注目され、実用化の先端に位置付けられているのが太陽電池による発電であり、この太陽電池には、その素材として多結晶シリコンが用いられている。
【０００３】
太陽電池に用いられる多結晶シリコンを製造する従来の代表的な技術として、不活性ガス雰囲気中でリン（Ｐ）またはボロン（Ｂ）等のドーパントを添加した高純度シリコンを坩堝中で加熱溶融させ、この融液を鋳型に流し込んで冷却し、多結晶インゴットを得る鋳造方法がある（特許文献１参照）。
【０００４】
太陽電池に使用されるシート状のシリコンは、上記のようにして得られる多結晶インゴットを、バンドソー等で小さなブロックに切断し、さらにワイヤソーまたは内周刃法などでスライスすることによって製造される。
【０００５】
このような製造方法は、多結晶シリコンインゴットを得るための鋳造工程に加え、シート状シリコンの外形ブロックサイズに切断する工程と、高いコストを要するシート厚さにスライスするスライシング工程が必要なこと、またこのスライシング工程でワイヤまたは内周刃の厚み分以上の材料ロスを生じること等、太陽電池の製造コスト低減を図るうえで大きな障害になっている。
【０００６】
このような問題を解決する従来技術に、スライシング工程を省略し、溶融シリコンに冷却体を浸漬させ、冷却体のシート生成面にシリコンを付着、凝固析出させるシート状のシリコンを製造する方法が提案されている（たとえば、特許文献２〜４参照）。
【０００７】
図１２は従来のシート状シリコン製造に用いられる析出板製造装置１の構成を簡略化して示す図であり、図１３は析出板製造装置１におけるシート状シリコン製造の概要を説明する図である。以下図１２および図１３を参照し、溶融シリコンに冷却体を浸漬させ、冷却体のシート生成面にシリコンを付着、凝固析出させるシート状のシリコン製造方法を説明する。
【０００８】
本背景技術では、析出板製造装置を用い、特にシート状シリコンを製造する例について説明を行うけれども、本発明の背景技術がシート状シリコンの製造のみに限定されるものではなく、たとえば、シリコン以外のシート状半導体または金属板の製造においても利用可能である。
【０００９】
析出板製造装置１は、チャンバ２によって形成される処理空間３内に溶解炉４が配置される。溶解炉４には坩堝５が備えられ、坩堝５内にはシリコンを加熱溶解した溶湯６が収容される。また、処理空間３内には、冷却体７を溶湯６に浸漬させる浸漬手段８が設けられる。
【００１０】
浸漬手段８は、不図示の搬送装置によって、チャンバ２の１側壁に形成される冷却体搬入口９を通して処理空間３内に搬入された冷却体７を保持することができる。浸漬手段８は、保持する冷却体７を、矢符１２で示される方向、すなわち冷却体搬入口９付近から坩堝５に収容される溶湯６の上方位置まで搬送し、溶湯６に浸漬させ、冷却体７の表面にシリコンを凝固析出させる。その後、浸漬手段８は、冷却体７と冷却体７の表面に生成されたシート状シリコン１１を、溶湯６から引上げ、さらに溶湯６の上方位置から離反させる矢符１３で示す方向、すなわち冷却体搬入口９が形成される１側壁に対向する側壁に形成される冷却体搬出口１０へ向けて搬送し、冷却体搬出口１０を通して不図示の搬送装置へ受渡す。制御装置１４は、析出板製造装置１の各部の動作を制御する。
【００１１】
以上の一連のシート状シリコン製造の動作を複数回繰返すと、溶解炉４に備わる坩堝５に収容される溶湯６が減少し、シート状シリコン１１の製造に支障が出る。その場合、一旦シート状シリコン１１の製造を停止し、図示しないシリコンの溶解材料追加装置によって、析出板製造装置１の外部から追加のシリコンを、坩堝５内へ導入して溶解し、減少分の溶湯を補充する。
【００１２】
このような従来技術で用いられる方法では、冷却体７が、溶解したシリコンの溶湯６内に浸漬され、その後溶湯６外に引上げられるので、冷却体７の表面に析出したシート状シリコン１１は、析出およびその後の冷却過程における急激な温度変化により大きな内部応力を内包することが避けられない。
【００１３】
シート状シリコンのサイズがある値以上の場合、冷却体表面に析出したシート状シリコン内部に発生した大きな応力は、シート状シリコンを破壊してしまう場合がある。一方、シート状シリコンのサイズが比較的小さい場合、内部応力の発生は大きな問題とはならない。一般的には、シート状シリコンのサイズが、一辺１００ｍｍ以下の矩形であれば、内部応力による破壊はほとんど発生しない。
【００１４】
しかしながら、近年、太陽電池用シート状シリコンのサイズは大きくなる傾向にあり、たとえば、現在生産されている多結晶太陽電池に使用されるシート状シリコンは、大きなものでは、一辺が１５０ｍｍ程度の矩形である。このような大きいサイズのシート状シリコンを、前述のように冷却体をシリコン溶湯に浸漬して製造する場合、内部応力によるシート状シリコンの破壊が比較的高い確率で発生する。
【００１５】
図１４および図１５は、シート状シリコンが内部応力によって破壊した状態を示す図である。内部応力によって破壊したシート状シリコン１１の破片１１ａ，１１ｂは、冷却体７から離脱して落下し、シリコンを溶解する溶解炉４の周辺に堆積する。破壊し堆積したシート状シリコン１１の破片１１ａ，１１ｂが多くなると、冷却体７または凝固析出によって冷却体７表面に生成されたシート状シリコン１１に接触し、シート状シリコン製造を阻害する要因となる。
【００１６】
このような問題を解決する方法として、破壊して堆積したシート状シリコンの破片１１ａ，１１ｂが、シート状シリコン製造を阻害する要因となる前に、堆積したシート状シリコンの破片１１ａ，１１ｂを、析出板製造装置１の外部に排出してしまうことが考えられる。しかしながら、シート状シリコンの製造において、チャンバ２内部の処理空間３は、通常密閉された不活性ガス雰囲気に保たれているので、処理空間３内の不活性ガス雰囲気の環境を維持しつつ、堆積したシート状シリコンの破片１１ａ，１１ｂを析出板製造装置１の外部に排出するためには、専用のロードロック室とゲートバルブとを設けることが必要である。この、専用のロードロック室は、一種の真空チャンバーであり、これを付設することによる装置価格の大幅な上昇と、装置設置面積の増加という問題を招来する。
【００１７】
また、このような凝固析出したシート状シリコンの自壊を防ぐことを目的として、冷却体をシート状シリコンに発生する内部応力が分散するような形状にしたり、仮にシート状シリコンが自壊しても目的とする製品が得られるように、製品寸法よりも外側部分にあらかじめ壊れやすい部分を設けておくなどの方法が考えられているけれども、完全に自壊を防ぐことは困難であり、やはり発生するシート状シリコンの破片の適正な処理が、重要な解決課題である。
【００１８】
【特許文献１】特開平６−６４９１３号公報
【特許文献２】特開平１０−２９８９５号公報
【特許文献３】特開２００２−１７５９９６号公報
【特許文献４】特開２００３−５９８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の目的は、冷却体表面に凝固析出して生成される析出板の自壊による破片を適正処理し、析出板の生産に対して悪影響を及ぼすことを防止できる析出板製造装置および析出板製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、溶解対象物を加熱して溶湯にし、該溶湯を収容する溶解炉と、析出板生成の原板である冷却体を、溶湯の上方位置へ搬送し、溶湯中へ浸漬し、溶湯中から引上げて溶湯の上方位置から離反する方向へ搬送する浸漬手段とを備え、溶解対象物を冷却体の表面に凝固析出させて析出板を製造する析出板製造装置であって、
冷却体が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される搬送経路途中に設けられ、冷却体から離脱して落下する落下物を受容する落下物受容手段と、
落下物受容手段によって受容される落下物を溶解炉内へ移動させる落下物再投入手段とを含むことを特徴とする析出板製造装置である。
【００２１】
また本発明は、落下物受容手段は、
落下物を受容する受容面が、溶解炉に収容される溶湯の液面よりも高い位置になるように設けられることを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、落下物受容手段は、落下物を受容する受容面の少なくとも一部が、カーボンまたは石英から成ることを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、落下物再投入手段は、
落下物受容手段の落下物受容面が溶解炉へ近づくにつれて下方に傾斜するように、落下物受容手段を傾動させる傾動手段を含むことを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、落下物再投入手段は、
落下物受容手段の落下物受容面に対して平行に、かつ落下物受容面をまたぐように設けられる払落し部材と、
落下物受容面に対して平行に、かつ溶解炉に対して近接離反するように払落し部材を移動させる移動手段とを含むことを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、落下物再投入手段は、振動フィーダーであることを特徴とする。
また本発明は、受容される落下物を加熱する加熱手段をさらに含むことを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、溶解炉が高周波誘導コイルを備える高周波誘導加熱炉であり、
落下物受容手段が、高周波誘導コイルが形成する磁束によって発熱する発熱体を備え、
落下物を加熱する加熱手段が、高周波誘導コイルと発熱体とを含んで構成されることを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、溶解対象物を溶解炉で加熱して溶湯にし、析出板生成の原板である冷却体を、溶解炉に収容される溶湯の上方位置へ搬送し、溶湯中へ浸漬し、溶湯中から引上げて溶湯の上方位置から離反する方向へ搬送することによって、溶解対象物を冷却体の表面に凝固析出させて析出板を製造する析出板製造方法であって、
冷却体が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される途中で冷却体から離脱して落下する落下物を受容する工程と、
受容された落下物を溶解炉内へ移動させる工程とを含むことを特徴とする析出板製造方法である。
【００２８】
また本発明は、溶解対象物を溶解炉に収容される溶湯中へ追加投入する工程をさらに含み、
溶解対象物を溶解炉に収容される溶湯中へ追加投入する工程は、
受容される落下物を溶解炉内へ移動させる工程と同じ機会に実行されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、析出板製造装置は、冷却体から落下する落下物を受容する落下物受容手段と、落下物受容手段によって受容される落下物を溶解炉内へ移動させる落下物再投入手段とを含んで構成される。このことによって、冷却体の表面に凝固析出して生成された析出板が自壊して冷却体から離脱落下した場合、該落下物を受止めて溶解炉内に移動させることが可能となり、析出板の破片が溶解炉周辺に堆積することを防止し、破片の堆積が析出板の生産に対して悪影響を及ぼすことを最小限にとどめることができる。
【００３０】
また本発明によれば、落下物受容手段は、落下物を受容する受容面が、溶解炉に収容される溶湯の液面よりも高い位置になるように設けられるので、受容した落下物を溶解炉内へ移動させる際、移動の駆動力として重力を利用することができ、落下物を溶解炉内へ移動させる落下物再投入手段の構成を簡易にすることができる。
【００３１】
また本発明によれば、落下物受容手段は、落下物を受容する受容面の少なくとも一部が、カーボンまたは石英から成るので、受容した落下物に対する重金属等の不純物混入を避けることができ、製造される析出板の品質を高品位に保つことができる。
【００３２】
また本発明によれば、落下物再投入手段は、落下物受容手段の落下物受容面が溶解炉へ近づくにつれて下方に傾斜するように、落下物受容手段を傾動させる傾動手段を含んで構成されるので、傾動手段を駆動させるという簡単な動作で落下物を溶解炉内に移動させることができる。
【００３３】
また本発明によれば、落下物再投入手段は、落下物受容手段の落下物受容面に対して平行に、かつ落下物受容面をまたぐように設けられる払落し部材と、落下物受容面に対して平行に、かつ溶解炉に対して近接離反するように払落し部材を移動させる移動手段とを含んで構成されるので、落下物を溶解炉内に確実に移動させることができる。
【００３４】
また本発明によれば、落下物再投入手段が、振動フィーダーであり、このことによって、落下物を溶解炉内へ移動させる手段の可動部品が可動する範囲を小さくすることができるので、コンパクト化される。
【００３５】
また本発明によれば、受容される落下物を加熱する加熱手段をさらに含んで構成されるので、落下物を受容して溶解炉内へ移動させる前に、落下物の温度を上昇させておくことができる。このことによって、落下物が溶解炉内に投入されたときの溶解時間を短縮することができる。
【００３６】
また本発明によれば、落下物を加熱する加熱手段が、溶解炉の高周波誘導コイルと、落下物受容手段に備えられて高周波誘導コイルが形成する磁束によって発熱する発熱体とを含んで構成されるので、落下物加熱用に別途加熱装置および電源を設ける必要がなく、装置構成を簡略化することができる。
【００３７】
また本発明によれば、冷却体の表面に凝固析出して生成された析出板が自壊して冷却体から離脱落下した場合、該落下物を受止め溶解炉内に移動させて析出板の破片が溶解炉周辺に堆積することを防止し、破片の堆積が析出板の生産に対して悪影響を及ぼすことを最小限にとどめることができる析出板製造方法が提供される。
【００３８】
また本発明は、溶解対象物を溶解炉に収容される溶湯中へ追加投入する工程が、受容される落下物を溶解炉内へ移動させる工程と同じ機会に実行されるので、落下物の溶解時間を見かけ上考慮する必要がなく、効率の良い析出板の生産を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
図１は本発明の実施の一形態である析出板製造装置２０の構成を簡略化して示す図であり、図２は図１に示す析出板製造装置２０による析出板製造の概要を示す図である。
【００４０】
析出板製造装置２０は、溶解対象物を溶解炉で加熱して溶湯にし、析出板生成の原板である冷却体を、溶湯中へ浸漬し、溶湯中から引上げて、溶解対象物を冷却体の表面に凝固析出させて析出板を製造することに用いられる。本実施の形態では、溶解対象物としてシリコンを用い、冷却体の表面上にシリコンを凝固析出させて析出板であるシート状シリコンを製造する場合について例示する。
【００４１】
析出板製造装置２０は、大略、チャンバ２１と、チャンバ２１が形成する内部空間である処理空間２２内に設けられ、溶解対象物であるシリコンを加熱して溶湯２３にし、該溶湯２３を収容する溶解炉２４と、シート状シリコン生成の原板である冷却体２５を、溶湯２３の上方位置へ搬送し、溶湯２３中へ浸漬し、溶湯２３中から引上げて溶湯２３の上方位置から離反する方向へ搬送する浸漬手段２６と、冷却体２５が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される搬送経路途中に設けられ、冷却体２５から離脱して落下する落下物であるシート状シリコン２７の破片を受容する落下物受容手段２８と、落下物受容手段２８によって受容されるシート状シリコン２７の破片を溶解炉２４内へ移動させる落下物再投入手段２９とを含む構成である。
【００４２】
チャンバ２１は、外観が大略直方体形状を有し、内部が中空の構造体である。チャンバ２１は、たとえば鋼製の躯体に図示を省くけれどもアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの断熱材が内張りされて、断熱かつ耐火構造を備える。このチャンバ２１には、不図示の真空排気手段と不活性ガス供給手段とが付設され、これらによって、チャンバ２１の処理空間２２を真空雰囲気または不活性ガス雰囲気に保つことができる。
【００４３】
またチャンバ２１の一方の側壁２１ａには、チャンバ２１の外部にある不図示の搬送装置と、処理空間２２内にある浸漬手段２６との間で、冷却体２５を受渡しするための冷却体搬入口３１が形成される。この冷却体搬入口３１には、不図示の開閉自在の扉が設けられ、扉の外方にはさらに副室チャンバが設けられる。この副室チャンバは、チャンバ２１と同様に雰囲気調整が可能に構成され、冷却体搬入口３１と反対側には開閉自在の扉が設けられる。したがって、搬送装置でチャンバ２１まで搬送された冷却体２５は、まず大気開放された副室チャンバ内へ搬入され、副室チャンバ内を雰囲気調整した後、さらに副室チャンバ内に備わる搬送手段によって冷却体搬入口３１を通して浸漬手段２６へ渡される。
【００４４】
チャンバ２１の前記一方の側壁２１ａに対向する他方の側壁２１ｂには、チャンバ２１の外部にある不図示のもう一つの搬送装置と、処理空間２２内にある浸漬手段２６との間で、冷却体２５を受渡しするための冷却体搬出口３２が形成される。この冷却体搬出口３２にも、開閉自在の扉とその外方に副室チャンバが設けられ、冷却体搬入口３１の場合と同様にして、浸漬手段２６ともう一つの搬送手段との間でシート状シリコン２７を有する冷却体２５が受渡しされる。
【００４５】
本実施の形態では、溶解炉２４は、高周波誘導溶解炉であり、溶解対象物であるシリコンが投入され溶解されてその溶湯２３が収容される坩堝３２と、坩堝３２のまわりに巻きまわされる高周波誘導コイル３３と、坩堝３２と高周波誘導コイル３３とを収容する炉体容器３５と、不図示の高周波電源とを含む。
【００４６】
坩堝３２は、たとえばグラファイト製の有底円筒状容器である。炉体容器３５は、たとえば耐火煉瓦から成り、坩堝３２とほぼ相似形の有底円筒状容器である。炉体容器３５と坩堝３２および高周波誘導コイル３３との間は、図では空隙であるけれども、実際にはここに断熱性および絶縁性の耐火物などが充填される。溶解炉２４は、処理空間２２内であって、チャンバ２１の底板２１ｃ上に設置される。溶解炉２４は、高周波電源から高周波誘導コイル３３に高周波電流を流すことによって、グラファイト製の坩堝３２および坩堝３２内のシリコンに誘導電流が発生し、自ら発熱することを利用する装置である。
【００４７】
浸漬手段２６は、冷却板２５を保持する保持ヘッド３６と、保持ヘッド３６が装着されて鉛直方向に延びて設けられる垂直アーム３７と、垂直アーム３７を鉛直方向に移動させる鉛直駆動部３８と、垂直アーム３７および保持ヘッド３６を水平方向に移動させる水平駆動部３９と、鉛直駆動部３８および水平駆動部３９が搭載される台車部４０と、台車部４０が案内されて水平方向に走行する軌道部材４１とを含む。
【００４８】
軌道部材４１は、たとえば金属製の細長い部材であり、処理空間２２内において前記一方の側壁２１ａと他方の側壁２１ｂとの両者に隣接する側壁に装着され、坩堝３２の上方空間を、冷却板搬入口３１から冷却板搬出口３２に向って延びるように設けられる。
【００４９】
水平駆動部３９は、軌道部材４１に形成されるたとえば溝状の軌道に案内されて台車部４０を水平方向へ進退自在に移動させる。
【００５０】
鉛直駆動部３８は、垂直アーム３７と垂直アーム３７に装着される保持ヘッド３６とを鉛直方向、すなわち坩堝３２の上方に位置するときには、坩堝３２に収容される溶湯２３に近接離反するように移動させることができる。
【００５１】
垂直アーム３７に装着される保持ヘッド３６は、ハンドリング機構を有し、ハンドリング機構の動作により冷却板２５を把持し、また解放することができる。
【００５２】
したがって、浸漬手段２６は、以下の動作をすることができる。浸漬手段２６は、水平駆動部３９の動作によって、垂直アーム３７と保持ヘッド３６とが、台車部４０とともに冷却板搬入口３１近傍まで移動し、冷却板搬入口３１を通して冷却板２５を受取って保持ヘッド３６で保持し、再び水平駆動部３９の動作によって、図２中矢符４２で示す方向である冷却板搬入口３１から坩堝３２上方位置へ向って移動する。さらに浸漬手段２６は、鉛直駆動部３８の動作によって、垂直アーム３７を下降させて保持ヘッド３６に保持される冷却板２５を坩堝３２に収容される溶湯２３中へ浸漬し、シリコンを冷却板２５の表面に凝固析出させた後、再度鉛直駆動部３８の動作によって垂直アーム３７を上昇させて冷却板２５を溶湯２３から引上げ、図２中矢符４３で示す方向である坩堝３２上方位置から冷却板搬出口３２へ向って移動し、冷却板搬出口３２を通して冷却板２５を引渡す。
【００５３】
落下物受容手段２８は、カーボンまたは石英から成る平面形状が矩形の台板状部材である。なお、落下物受容手段２８は、落下物を受容する部分のみがカーボンまたは石英から成るように形成されてもよい。このように落下物を受容する部分が、カーボンまたは石英で形成されることによって、落下したシート状シリコン２７の破片に対する重金属等の不純物混入を避けることができるので、製造される析出板の品質を高品位に保つことができる。
【００５４】
前述のように落下物受容手段２８は、冷却体２５が溶湯上方位置から離反する方向へ搬送される搬送経路途中、すなわち冷却体搬出口３２寄りの坩堝３２の縁近傍から冷却体搬出口３２付近まで水平方向に延びて設けられる。また落下物受容手段２８は、落下物を受容する受容面２８ａが、坩堝３２に収容される溶湯２３の液面よりも高くなるように配置され、坩堝３２の縁近傍側が、チャンバ２１またはチャンバ２１に設けられる支持体に角変位自在に支持され、冷却体搬出口３２寄りの端部付近の下部に軸受４４が設けられる。
【００５５】
落下物受容手段２８の受容面２８ａが、溶湯２３液面よりも高い位置に配置されることによって、落下物受容手段２８に堆積したシート状シリコン２７の破片を、坩堝３２内へ落下させる際、シート状シリコン２７の破片を、溶湯２３の液面よりも高い位置まで持上げる必要がないので、装置構成を単純化できる利点を有する。
【００５６】
本実施の形態では、落下物再投入手段２９は、落下物受容手段２８の落下物受容面２８ａが溶解炉２４へ近づくにつれて下方に傾斜するように、落下物受容手段２８を傾動させる傾動手段である。傾動手段２９は、たとえば直動装置２９ａと不図示の電動機とで構成される。直動装置２９ａは、ロッド先端に設けられるピンが、落下物受容手段２８に設けられる軸受４４に支持され、ロッドを退縮させた状態で、落下物受容手段２８の受容面２８ａが水平になるように位置決めされてチャンバ２１に装着される。このことによって、傾動手段２９は、直動装置２９ａのロッドを伸長させたとき、落下物受容手段２８を前述のように傾斜させることができる。
【００５７】
析出板製造装置２０には、さらに制御装置４５が備えられる。制御装置４５は、たとえば中央処理装置（ＣＰＵ）を備える処理回路であり、溶解炉２４の電源、浸漬手段２６の各駆動部、落下物再投入手段である傾動手段２９などに電気的に接続され、制御装置４５のメモリ部に予めストアされる装置全体の動作制御プログラムに従って、析出板製造に係る装置の全体動作を制御する。
【００５８】
図３は析出板製造装置２０に備わる落下物受容手段２８の落下物受容の状態を示す図であり、図４は析出板製造装置２０に備わる落下物再投入手段２９の落下物再投入の状態を示す図である。
【００５９】
以下図３および図４を参照し、冷却板２５の表面で凝固析出後、熱履歴によって発生する内部応力によって自壊したシート状シリコン２７から成る落下物の受容と再投入について説明する。
【００６０】
溶湯２３中へ浸漬された冷却体２５を、シリコンの凝固析出によってシート状シリコン２７が生成された後に溶湯中から引上げ、図２中矢符４３で示す溶湯２３の上方位置から離反する方向へ搬送する途上において、シート状シリコン２７に生じる内部応力によって、シート状シリコン２７が自壊することがある。シート状シリコン２７が自壊すると、シート状シリコン２７の冷却体２５に対する付着力が低下し、シート状シリコン２７が破片となり、冷却体２５から離脱して落下する。析出板製造装置２０では、図２中矢符４３で示す搬送経路の下方に落下物受容手段２８が設けられるので、落下するシート状シリコン２７の破片が、落下物受容手段２８で受容され、その受容面２８ａ上に堆積する。
【００６１】
落下物受容手段２８に堆積したシート状シリコン２７の破片は、坩堝３２内の溶湯２３の量が減少して補充の必要が生じたとき、または堆積量が一定量に達したとき、シート状シリコンの製造を一旦停止し、落下物再投入手段である傾動手段２９を動作させて落下物受容手段２８を傾斜させることによって、重力が作用し、坩堝３２に落下して再度溶解される。
【００６２】
坩堝３２内への溶湯２３の補充とシート状シリコン２７の破片の再投入は、たとえば次のようにして実行することができる。溶湯２３の液面高さ検出器を設け、液面高さ検出器による検出値を、シリコンを補充しなければならない液面高さの限界値として予め定めてメモリにストアしてある値と制御装置が比較し、検出値が該限界値以下になったとき、制御装置４５がシート状シリコンの製造動作を停止し、傾動手段２９を動作させるとともに、不図示のシリコン補充装置を動作させる制御指令を出力することによって可能である。
【００６３】
また堆積量が一定量に達した場合の坩堝３２内へのシート状シリコン２７の破片の再投入は、たとえば次のようにして実行することができる。落下物受容手段２８に重量検出器を設け、重量検出器による検出値を、再投入動作をしなければならない臨界値として予め定めてメモリにストアしてある値と制御装置が比較し、検出値が該臨界値以上になったとき、制御装置４５がシート状シリコンの製造動作を停止し、傾動手段２９を動作させる制御指令を出力することによって可能である。
【００６４】
このように、析出板製造装置２０では、シート状シリコン２７の自壊した破片が処理されるので、シート状シリコン２７の自壊した破片の過剰な堆積により浸漬手段２６および冷却体２５の動作に支障をきたさないようにすることができる。
【００６５】
また、上述のように、坩堝３２内にシリコンを補充する際にシート状シリコン２７の破片を再投入するようにすると、設計にもよるけれども、通常シリコンの補充頻度の方が、シート状シリコンの破片処理頻度よりも多いので、シート状シリコン２７の破片の処理だけのために、シート状シリコン製造を停止する必要がなくなり、効率良くシート状シリコン２７を製造することが可能になる。
【００６６】
図５は本発明の実施の第２形態である析出板製造装置５０の構成を簡略化して示す図であり、図６は析出板製造装置５０に備わる落下物受容手段５１の落下物受容の状態を示す図であり、図７は析出板製造装置５０に備わる落下物再投入手段５２の落下物再投入の状態を示す図である。
【００６７】
本実施の形態の析出板製造装置５０は、実施の第１形態の析出板製造装置２０に類似し対応する部分については、同一の参照符号を付して説明を省略する。析出板製造装置５０は、落下物受容手段５１と落下物再投入手段５２とに特徴を有する。
【００６８】
落下物受容手段５１は、実施の第１形態の落下物受容手段２８に類似し、素材および台板状の形状を同じくし、坩堝３２内の溶湯２３の液面よりも高い位置に配置されることも同じである。ただし、本実施形態の落下物受容手段５１は水平状態に固定して設けられ、移動することがない。
【００６９】
落下物再投入手段５２は、落下物受容手段５１の落下物の受容面５１ａに対して平行に、かつ落下物受容面５１ａをまたぐように設けられる払落し部材５３と、受容面５１ａに対して平行に、かつ溶解炉２４に対して近接離反するように払落し部材５３を移動させる移動手段５４とを含む。
【００７０】
払落し部材５３は、角棒状部材であり、好ましくはシート状シリコン２７の破片に対する汚染を防止するためにカーボンまたは石英で形成される。払落し部材５３の長手方向両端部には、突起部が形成される。
【００７１】
移動手段５４は、案内部材５４ａと不図示の駆動部とを含む。移動手段５４の案内部材５４ａは、たとえば金属製の細長い板状部材であり、その短手方向の中央部には、長手方向に延びて案内長孔５５が形成される。この案内部材５４ａは、一対が、落下物受容手段５１の延びる方向と平行に、かつ落下物受容手段５１の幅方向の両縁部に対向するように設けられる。払落し部材５３の長手方向両端部に形成される突起部が、案内部材５４ａの案内長孔５５に摺動可能に係合される。不図示の駆動部は、たとえば直動装置と電動機とを含み、直動装置が、案内長孔５５を挿通する払落し部材５３の突起部に接続される。したがって、移動手段５４の駆動部が可逆的に駆動することによって、払落し部材５３は、案内部材５４ａに案内されて、受容面５１ａに平行に溶解炉２４へ近接離反するように移動することができる。
【００７２】
通常のシート状シリコン２７の製造時には、払落し部材５３は、溶解炉２４から離反し、冷却体搬出口３２寄りの位置に待機している。坩堝３２内の溶湯２３の量が減少して補充の必要が生じたとき、または堆積量が一定量に達したとき、シート状シリコンの製造が一旦停止され、払落し部材５３は、落下物再投入手段５２の移動手段５４が動作することによって、溶解炉２４に近づく方向である矢符５６方向に移動されて、落下物受容手段５１に堆積したシート状シリコン２７の破片を、坩堝３２中に再投入する。なお、シート状シリコン２７の破片を坩堝３２中へ再投入した後、移動手段５４の逆方向の動作によって、払落し部材５３が、再び溶解炉２４から離反した冷却体搬出口３２寄りの位置へ戻る。
【００７３】
本実施の形態の析出板製造装置５０では、落下物受容面５１ａに平行に直線移動する払落し部材５３により、一層確実にシート状シリコン２７の破片を坩堝３２内へ再投入することができる。
【００７４】
図８は本発明の実施の第３形態である析出板製造装置６０の構成を簡略化して示す図であり、図９は析出板製造装置６０に備わる落下物再投入手段６１の落下物再投入の状態を示す図である。
【００７５】
本実施の形態の析出板製造装置６０は、実施の第２形態の析出板製造装置５０に類似し対応する部分については、同一の参照符号を付して説明を省略する。析出板製造装置６０は、落下物受容手段６１と落下物再投入手段６２とに特徴を有する。
【００７６】
落下物受容手段６１は、実施の第２形態の落下物受容手段５１に、素材および配置される位置ならびに水平状態に設けられる点を同じくするけれども、その形状が樋状に形成されることに特徴を有する。また落下物再投入手段６２は、振動フィーダーで構成される。ここで、振動フィーダーとは、水平または傾斜した「樋状の構造物」に、機械的に上下運動の加わった振動を与え、搬送物を斜め前方に投出すようにして搬送物を移動する装置のことである。
【００７７】
したがって、本実施形態の析出板製造装置６０では、落下物受容手段６１が樋状構造物に相当し、坩堝３２内の溶湯２３の量が減少して補充の必要が生じたとき、または堆積量が一定量に達したとき、シート状シリコンの製造を一旦停止し、落下物受容手段６１に堆積したシート状シリコン２７の破片が、振動フィーダー６２の動作によって坩堝３２内へ再投入される。
【００７８】
このように、落下物再投入手段６２に振動フィーダーを用いることによって、可動部品の可動距離を小さくできるので、落下物再投入手段６２がコンパクト化される。
【００７９】
図１０は、本発明の実施の第４形態である析出板製造装置７０の構成を簡略化して示す図である。本実施の形態の析出板製造装置７０は、実施の第３形態の析出板製造装置６０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００８０】
析出板製造装置７０において注目すべきは、落下物受容手段７１に受容されるシート状シリコン２７の破片を加熱する加熱手段７２が設けられることである。本実施の形態では、加熱手段７２は、台板状の落下物受容手段７１の内部に設けられるたとえば抵抗発熱体などから成るヒータと、ヒータに電力供給する不図示の加熱電源とを含む構成である。加熱手段７２は、落下物受容手段７１上に落下したシート状シリコン破片の堆積物を加熱し昇温することができる。
【００８１】
落下物受容手段７１上に堆積した少なくとも一部のシート状シリコン２７の破片を、たとえば５００℃以上の充分な温度に高めておくことによって、シート状シリコン２７の破片を坩堝３２内に落下させ、溶解する際の溶解所要時間を短くすることができる。その結果、シート状シリコン製造の停止時間を短くすることができるので、効率の良いシート状シリコン２７の製造が可能となる。
【００８２】
なお、本実施の形態では、加熱手段７２が落下物受容手段７１の内部に設けられる構成であるけれども、これに限定されることなく、シート状シリコン２７の破片を昇温させることができる構成であれば、落下物受容手段７１の外方に設けられる構成であっても良い。
【００８３】
図１１は、本発明の実施の第５形態である析出板製造装置８０の構成を簡略化して示す図である。本実施の形態の析出板製造装置８０は、実施の第４形態の析出板製造装置７０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００８４】
析出板製造装置８０において注目すべきは、落下物受容手段８１がカーボンで形成され、落下物受容手段８１の少なくとも一部が、高周波誘導コイル３３が形成する磁束８２の中に位置することである。このような析出板製造装置８０では、カーボンで形成される落下物受容手段８１は、高周波誘導コイル３３が形成する交番磁界によって誘導電流が流れて発熱し昇温するので、落下物受容手段８１上に堆積するシート状シリコン２７の破片を加熱し昇温することができる。したがって、析出板製造装置８０における落下物を加熱する加熱手段８３は、高周波誘導コイル３３と自ら発熱体になる落下物受容手段８１とを含んで構成される。
【００８５】
本実施形態の析出板製造装置８０によれば、前述の実施の第４形態の析出板製造装置７０と同様の効果を奏することができる。また本実施形態の析出板製造装置８０によれば、落下物受容手段８１に別途加熱手段の加熱源を付加する必要がなく、坩堝３２の加熱に用いられる高周波誘導コイル３３を加熱源として兼用できるので、簡単な構成で目的を達成することができる。
【００８６】
なお本実施の形態では、落下物受容手段８１がカーボンで形成されるけれども、これに限定されることなく、高周波誘導加熱の可能な導電性材料であれば良い。また、高周波誘導加熱が可能な導電性材料を、磁束８２中であって、落下物受容手段８１の近傍に配置したり、また落下物受容手段８１の内部に設けることによっても同等の効果を得ることができる。
【００８７】
以上に述べたように、本実施の形態では、析出板製造装置は、シート状シリコンの製造に用いられるけれども、これに限定されることなく、シート状の他の半導体、たとえばシート状ガリウム−ヒ素などの製造、またシート状金属の製造に用いられても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施の一形態である析出板製造装置２０の構成を簡略化して示す図である。
【図２】図１に示す析出板製造装置２０による析出板製造の概要を示す図である。
【図３】析出板製造装置２０に備わる落下物受容手段２８の落下物受容の状態を示す図である。
【図４】析出板製造装置２０に備わる落下物再投入手段２９の落下物再投入の状態を示す図である。
【図５】本発明の実施の第２形態である析出板製造装置５０の構成を簡略化して示す図である。
【図６】析出板製造装置５０に備わる落下物受容手段５１の落下物受容の状態を示す図である。
【図７】析出板製造装置５０に備わる落下物再投入手段５２の落下物再投入の状態を示す図である。
【図８】本発明の実施の第３形態である析出板製造装置６０の構成を簡略化して示す図である。
【図９】析出板製造装置６０に備わる落下物再投入手段６１の落下物再投入の状態を示す図である。
【図１０】本発明の実施の第４形態である析出板製造装置７０の構成を簡略化して示す図である。
【図１１】本発明の実施の第５形態である析出板製造装置８０の構成を簡略化して示す図である。
【図１２】従来のシート状シリコン製造に用いられる析出板製造装置１の構成を簡略化して示す図である。
【図１３】析出板製造装置１におけるシート状シリコン製造の概要を説明する図である。
【図１４】シート状シリコンが内部応力によって破壊した状態を示す図である。
【図１５】シート状シリコンが内部応力によって破壊した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
２０，５０，６０，７０，８０  析出板製造装置  
２１  チャンバ
２３  溶湯
２４  溶解炉
２５  冷却体
２６  浸漬手段
２７  シート状シリコン
２８，５１，６１，７１，８１  落下物受容手段
２９，５２，６２  落下物再投入手段
３２  坩堝
３３  第１高周波誘導コイル
３４  第２高周波誘導コイル
５３  払落し部材
５４  移動手段
７２，８３  加熱手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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