(57)【要約】【課題】球状半導体の製造と、その球状半導体の基板への配置とを連続的に行うことができる半導体デバイスの製造装置とそれを用いた半導体デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】本発明の半導体デバイスの製造装置は、半導体原料１０を溶融する溶融炉１１０と、溶融炉１１０に接続された落下塔１２０と、落下塔１２０の下部に接続された収容部１３０とを備え、溶融炉１１０は、溶融した半導体原料１０を落下塔１２０に滴下するための電磁開閉弁１１１と、溶融した半導体原料１０を帯電させる直流電圧印加装置１１２とを備え、落下塔１２０は、帯電して落下する半導体原料１０の落下軌道を制御する静電偏向器１２１を備え、収容部１３０は、基板１２を載置するステージ１３１を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体原料を溶融する溶融炉と、前記溶融炉に接続された落下塔と、前記落下塔の下部に接続された収容部とを含む球状半導体素子を備えた半導体デバイスの製造装置であって、
前記溶融炉は、溶融した半導体原料を前記落下塔に滴下するための供給部と、溶融した前記半導体原料を帯電させる帯電付与部とを含み、
前記落下塔は、帯電して落下する前記半導体原料の落下軌道を制御する偏向器を含み、
前記収容部は、基板を載置するステージを含むことを特徴とする球状半導体素子を備えた半導体デバイスの製造装置。
【請求項２】
前記半導体原料は、シリコンである請求項１に記載の半導体デバイスの製造装置。
【請求項３】
前記供給部は、開閉弁で構成されている請求項１に記載の半導体デバイスの製造装置。
【請求項４】
前記帯電付与部は、直流電圧印加装置で構成されている請求項１に記載の半導体デバイスの製造装置。
【請求項５】
前記偏向器は、静電偏向器である請求項１に記載の半導体デバイスの製造装置。
【請求項６】
前記偏向器は、電磁偏向器である請求項１に記載の半導体デバイスの製造装置。
【請求項７】
前記偏向器は、静電偏向器及び電磁偏向器を含む請求項１に記載の半導体デバイスの製造装置。
【請求項８】
前記偏向器は、前記落下塔の上下方向に複数配置されている請求項１、５、６又は７のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造装置。
【請求項９】
前記ステージは、多次元移動が可能である請求項１に記載の半導体デバイスの製造装置。
【請求項１０】
前記ステージは、直流電圧印加装置に接続されている請求項１に記載の半導体デバイスの製造装置。
【請求項１１】
前記直流電圧印加装置が、前記ステージに電圧を印加することにより、帯電して落下する前記半導体原料の落下速度を制御する請求項１０に記載の半導体デバイスの製造装置。
【請求項１２】
前記直流電圧印加装置が、前記ステージに逆電圧を印加することにより、帯電して落下した前記半導体原料を除電する請求項１０に記載の半導体デバイスの製造装置。
【請求項１３】
前記落下塔は、排気装置に接続されている請求項１に記載の半導体デバイスの製造装置。
【請求項１４】
前記溶融炉は第１制御ユニットに接続され、前記偏向器は第２制御ユニットに接続され、前記ステージは第３制御ユニットに接続され、前記第１制御ユニット、前記第２制御ユニット及び前記第３制御ユニットは、それぞれ電子計算機で制御されている請求項１〜１３のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造装置を用いた半導体デバイスの製造方法であって、
半導体原料を溶融炉で溶融する工程と、
溶融した前記半導体原料を、前記溶融炉の帯電付与部により帯電させる工程と、
前記溶融炉の供給部から溶融し帯電した前記半導体原料を落下塔に滴下する工程と、
滴下された前記半導体原料の落下軌道を、偏向器により制御する工程と、
前記半導体原料を、ステージ上に載置された基板の任意の位置に落下させる工程とを含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球状半導体素子を備えた半導体デバイスの製造装置及びこれを用いた半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、特許文献１に示すように、球状太陽電池用半導体素子等の球状半導体素子を用いて太陽電池等の半導体デバイスを製造することが提案されている。従来、この種の球状半導体素子を大量生産可能な製造装置としては、例えば、図２３に示すような球状半導体製造装置が用いられていた。図２３において、球状半導体製造装置４００は、半導体原料４０を溶融する溶融炉４１０と、溶融炉４１０に接続された落下塔４２０と、落下塔４２０の下部に接続された収容部４３０とを備えている。溶融炉４１０は、溶融した半導体原料４０を落下塔４２０に滴下するための電磁開閉弁４１１を備えている。落下塔４２０のほぼ中央には、電磁開閉弁４２１を有する吸引パイプ４２２を介して真空ポンプ４２３が接続されている。球状半導体製造装置４００により、球状半導体を製造するには、溶融炉４１０でシリコン等の半導体原料４０を溶融し、溶融した半導体原料４０を電磁開閉弁４１１を開放して落下塔４２０に滴下する。滴下された半導体原料４０は、落下塔４２０を自由落下する間に表面張力により真球状となるとともに、放熱により凝固して球状結晶４１となり、収容部４３０内に落下する。
【０００３】
このようにして、製造した球状結晶４１は、収容部４３０から取り出され、通常の半導体製造プロセスにより球状半導体素子に加工される。最終的には、所定数の球状半導体素子が、配線基板等の電極上に電気的に接続されて太陽電池等の半導体デバイスが完成する。
【特許文献１】国際公開第９８／１５９８３号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の球状半導体製造装置では、球状半導体を大量に且つ迅速に製造することはできるが、最終的に半導体デバイスを製造するためには、製造した球状半導体を半導体デバイス用の基板の上に配置する必要があり、製造工程が煩雑となる問題があった。また、従来の製造方法では、球状半導体を物理的なハンドリングにより基板上に配置する必要があったため、球状半導体がミクロンオーダーの微粒子となった場合には対応が困難となる問題もあった。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決したもので、球状半導体の製造と、その球状半導体の基板への配置とを連続的に行うことができる半導体デバイスの製造装置とそれを用いた半導体デバイスの製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体デバイスの製造装置は、半導体原料を溶融する溶融炉と、前記溶融炉に接続された落下塔と、前記落下塔の下部に接続された収容部とを含む球状半導体素子を備えた半導体デバイスの製造装置であって、前記溶融炉は、溶融した半導体原料を前記落下塔に滴下するための供給部と、溶融した前記半導体原料を帯電させる帯電付与部とを含み、前記落下塔は、帯電して落下する前記半導体原料の落下軌道を制御する偏向器を含み、
前記収容部は、基板を載置するステージを含むことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の半導体デバイスの製造方法は、上記本発明の半導体デバイスの製造装置を用いた半導体デバイスの製造方法であって、半導体原料を溶融炉で溶融する工程と、溶融した前記半導体原料を、前記溶融炉の帯電付与部により帯電させる工程と、前記溶融炉の供給部から溶融し帯電した前記半導体原料を落下塔に滴下する工程と、滴下された前記半導体原料の落下軌道を、偏向器により制御する工程と、前記半導体原料を、ステージ上に載置された基板の任意の位置に落下させる工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、球状半導体の製造と、球状半導体の基板への配置とを連続して行うことができる。また、本発明は、球状半導体の基板への配置精度を高められる。さらに、本発明は、球状半導体が微粒子となっても対応可能であり、球状半導体素子を基板上に高密度に配置できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の球状半導体素子を備えた半導体デバイスの製造装置は、半導体原料を溶融する溶融炉と、溶融炉に接続された落下塔と、落下塔の下部に接続された収容部とを備えている。溶融炉は、溶融した半導体原料を落下塔に滴下するための供給部と、溶融した半導体原料を帯電させる帯電付与部とを備えている。また、落下塔は、帯電して落下する半導体原料の落下軌道を制御する偏向器を備えている。さらに、収容部は、基板を載置するステージを備えている。そして、本発明の半導体デバイスの製造装置は、半導体原料の落下軌道を制御することにより、半導体原料をステージの主面の任意の位置に落下させることができる。
【００１０】
本発明の製造装置により、球状半導体の製造と、球状半導体の基板への配置とを連続して行うことができる。また、本発明の製造装置では、帯電して落下する半導体原料の落下軌道の制御を偏向器を用いて行うため、球状半導体の基板への配置精度を高めることができる。また、本発明の製造装置は、球状半導体が微粒子となっても対応可能であり、球状半導体素子を基板上に高密度に配置できる。
【００１１】
上記半導体原料は特に限定されないが、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の半導体のほか、これら半導体にヒ素（Ａｓ）やリン（Ｐ）等を添加した化合物を用いることができる。
【００１２】
最終的に製造される球状半導体素子の種類も特に限定されないが、例えば、球状太陽電池素子、受光素子、発光素子、光触媒素子等が挙げられる。球状半導体素子として球状太陽電素子を製造する場合には、基板上に球状太陽電池素子を高密度に配置できるので、集光効率が高い太陽電池を提供できる。
【００１３】
上記供給部の構造は特に限定されないが、例えば、開閉弁、圧電素子射出器等で構成することができる。
【００１４】
上記帯電付与部の構造も特に限定されず、例えば、直流電圧印加装置、電子線照射装置等を用いることができる。
【００１５】
上記偏向器は、静電偏向器を用いることができる。静電偏向器を用いると、印加電圧の変更により静電力の調整が精密に行えるため、球状半導体の基板への配置精度を高めることができる。但し、印加電圧を上げて偏向幅を大きくしすぎると、静電偏向器の電極間で放電が発生するおそれがあるので、印加電圧は電極間の絶縁距離を勘案することが好ましい。
【００１６】
また、上記偏向器は、電磁偏向器を用いることもできる。電磁偏向器を用いると、大きな磁場を加えることができるので、偏向幅を大きくできる。但し、磁場の変更による磁力の微調整は困難であるため、偏向幅のナノメートルレベルの精密な制御にはむかない。
【００１７】
以上より、上記偏向器は、静電偏向器と電磁偏向器とを併用することが好ましい。これにより、電磁偏向器で偏向幅を大きくすることができるとともに、静電偏向器で偏向幅の微調整も可能となる。
【００１８】
また、上記偏向器は、落下塔の上下方向に複数配置することもできる。例えば、上記静電偏向器を落下塔の上下方法に複数配置すると、個々の静電偏向器の偏向幅が小さくても、全体として偏向幅を大きくすることができ、偏向精度を向上できる。
【００１９】
上記ステージは、多次元移動が可能であることが好ましい。ステージの多次元移動による基板位置の調整と上記偏向器による落下軌道の調整とを併用することにより、球状半導体の基板への配置精度をより高めることができる。即ち、ステージの移動により基板位置を大きく調整でき、さらに偏向器により配置位置を微調整できる。多次元移動には、例えば、ステージの主面をｘｙ平面とし、ｘｙ平面に垂直な方向をｚ軸とした場合、ｘｙ平面上の移動、ｚ軸方向の移動、ｘ軸まわりの回転（ｐｉｔｃｈｉｎｇ）、ｙ軸まわりの回転（ｒｏｌｌｉｎｇ）、ｚ軸まわりの回転（ｙａｗｉｎｇ）が含まれる。
【００２０】
上記ステージは、ステージ上に載置された基板に直流電圧を印加できる直流電圧印加装置に接続されていることが好ましい。直流電圧印加装置を用いてステージに載置された基板に電圧を印加することにより、帯電して落下する半導体原料の落下速度を制御することができる。これにより、半導体原料の固化時間を考慮した落下速度に調整できる。また、ステージに載置された基板に逆電圧を印加することにより、帯電して落下した半導体原料を除電することも可能となる。落下した半導体原料を除電することにより、半導体原料相互間の静電力による反発を除去でき、半導体原料の基板上での位置精度を維持できる。
【００２１】
上記落下塔は、真空ポンプ等の排気装置に接続されていることが好ましい。排気装置により落下塔及び収容部の内部を真空にすることにより、半導体原料の不要な酸化を防止できるとともに、半導体原料の落下抵抗をなくして落下軌道の制御をより精密に行うことができる。
【００２２】
上記溶融炉は第１制御ユニットに接続され、上記偏向器は第２制御ユニットに接続され、上記ステージは第３制御ユニットに接続され、第１制御ユニット、第２制御ユニット及び第３制御ユニットは、それぞれ電子計算機で制御されていることが好ましい。溶融炉、偏向器及びステージについてそれぞれ個別に制御することも可能であるが、全体を総合的に制御することにより、より効率的な制御が可能となる。さらに、上記ステージに接続された直流電圧印加装置及び上記排気装置についても同様にして電子計算機で制御することが好ましい。
【００２３】
上記本発明の半導体デバイスの製造装置を用いることにより、下記本発明の半導体デバイスの製造方法の実施が可能となる。即ち、本発明の半導体デバイスの製造方法は、半導体原料を溶融炉で溶融する工程と、溶融した半導体原料を溶融炉の帯電付与部により帯電させる工程と、溶融炉の供給部から溶融し帯電した半導体原料を落下塔に滴下する工程と、滴下された半導体原料の落下軌道を偏向器により制御する工程と、半導体原料をステージ上に載置された基板の任意の位置に落下させる工程とを少なくとも含んでいる。
【００２４】
本発明の製造方法により、球状半導体の製造と、球状半導体の基板への配置とを連続して行うことができる。また、本発明の製造方法では、帯電して落下する半導体原料の落下軌道の制御を偏向器を用いて行うため、球状半導体の基板への配置精度を高めることができる。また、本発明の製造方法は、球状半導体が微粒子となっても対応可能であり、球状半導体素子を基板上に高密度に配置できる。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。以下の実施形態では、半導体原料としてシリコンを用い、球状半導体素子を備えた半導体デバイスとして、球状太陽電池素子を備えた太陽電池を製造する例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２６】
（実施形態１）
先ず、本発明の球状半導体素子を備えた半導体デバイスの製造装置の実施形態を説明する。
【００２７】
図１は、本発明の半導体デバイスの製造装置の一例を示す概略図である。図１において、球状半導体製造装置１００は、ヒ素が微量添加されたｎ型シリコン半導体からなる半導体原料１０を溶融する溶融炉１１０と、溶融炉１１０に接続され、鉛直に設置された落下塔１２０と、落下塔１２０の下部に接続された収容部１３０とを備えている。また、溶融炉１１０と落下塔１２０とは絶縁されている。球状半導体製造装置１００の各部分の大きさは特に限定されないが、例えば、落下塔１２０の高さは５〜８ｍ、直径は３０〜８０ｃｍとすればよい。
【００２８】
溶融炉１１０は、溶融した半導体原料１０を落下塔１２０に滴下するための供給部として電磁開閉弁１１１と、溶融した半導体原料１０を帯電させる帯電付与部として直流電圧印加装置１１２とを備えている。また、直流電圧印加装置１１２はアースされている。図１では、溶融炉１１０の加熱部の図示は省略したが、加熱ヒータ等により溶融炉１１０内の半導体原料１０を加熱して溶融すればよい。
【００２９】
落下塔１２０は、帯電して落下する半導体原料１０の落下軌道を制御する２極式の静電偏向器１２１を備えている。静電偏向器１２１は、互いに対向する電極１２１ａと１２１ｂとを備え、電極１２１ａはアースされ、電極１２１ｂは直流電圧印加装置１２２に接続されている。直流電圧印加装置１２２により静電偏向器１２１に電圧を印加することにより、電極１２１ａと１２１ｂとの間に静電力を生じさせることができる。なお、直流電圧印加装置１２２はアースされている。また、落下塔１２０には、電磁開閉弁１２３を有する吸引パイプ１２４を介して排気装置として真空ポンプ１２５が接続されている。真空ポンプ１２５により、落下塔１２０及び収容部１３０の内部の空気を吸引・排気することができる。
【００３０】
収容部１３０は、太陽電池用の基板１２を載置した多次元移動が可能なステージ１３１を備えている。ステージ１３１は、駆動装置１３２により多次元移動が可能である。また、ステージ１３１は、直流電圧印加装置１３３に接続されている。また、直流電圧印加装置１３３はアースされている。
【００３１】
溶融炉１１０の直流電圧印加装置１１２は制御ユニット１４１に接続され、真空ポンプ１２５は制御ユニット１４２に接続され、静電偏向器１２１の直流電圧印加装置１２２は制御ユニット１４３に接続され、駆動装置１３２は制御ユニット１４４に接続され、ステージ１３１の直流電圧印加装置１３３は制御ユニット１４５に接続されている。また、制御ユニット１４１〜１４５は、電子計算機１４０に接続されている。
【００３２】
図１では２極式の静電偏向器１２１を用いた例を示したが、多極式の静電偏向器を用いることもできる。図２は、多極式並行平板型の静電偏向器の一例を示す側面図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。図２において、静電偏向器１２６は、互いに対向する電極１２６ａ、ｂ及び電極１２６ｃ、ｄを備えている。電極１２６ａ、ｄはアースされ、電極１２６ｃは直流電圧印加装置１２２ａに接続され、電極１２６ｂは直流電圧印加装置１２２ｂに接続されている。また、直流電圧印加装置１２２ａ、ｂは、制御ユニット１４３に接続されている。また、直流電圧印加装置１２２ａ、ｂはアースされている。直流電圧印加装置１２２ａ、ｂにより静電偏向器１２６に電圧を印加することにより、電極１２６ａと１２６ｂとの間及び電極１２６ｃと１２６ｄとの間に静電力を生じさせることができる。
【００３３】
図３は、多極式円筒分割型の静電偏向器の一例を示す側面図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。図３に示した静電偏向器は、図２の静電偏向器と電極の形状のみが異なるため、それぞれ同一部分には同一の符号付して、その説明は省略する。図２又は図３に示した多極式静電偏向器を用いることにより、偏向方向を自由に設定できる。
【００３４】
また、図４は、多極式静電偏向器の他の例を示す平面図である。図４において、静電偏向器１２７は、互いに対向する複数の小電極からなる電極１２７ａ、ｂ及び電極１２７ｃ、ｄを備えている。電極１２７ａ〜ｄは直流電圧印加装置１２２に接続され、直流電圧印加装置１２２は制御ユニット１４３に接続されている。また、直流電圧印加装置１２２はアースされている。直流電圧印加装置１２２により静電偏向器１２７に電圧を印加することにより、電極１２７ａ、ｂ、ｃ、ｄで囲まれた空間に電場が形成され、電極１２７ａ、ｂ、ｃ、ｄの各小電極の静電力を変化させることにより、電場の中心位置を自由に設定できる。これにより、偏向方向及び偏向幅をより精密に設定できる。
【００３５】
また、上記静電偏向器は、落下塔１２０の上下方向に複数配置することもできる。図５は、多段階式静電偏向器の一例を示す側面図である。図５において、静電偏向器１２８は、電極１２８ａ、ｂ、ｃと、それらに対向する電極１２８ｄ、ｅ、ｆとを備えている。電極１２８ａ、ｂ、ｃはアースされ、電極１２８ｅは直流電圧印加装置１２２ａに接続され、電極１２８ｄ、ｆは直流電圧印加装置１２２ｂに接続されている。また、直流電圧印加装置１２２ａ、ｂは、制御ユニット１４３に接続されている。なお、直流電圧印加装置１２２ａ、ｂはアースされている。図５に示した多段階式静電偏向器を用いることにより、偏向幅を増幅することができる。
【００３６】
次に、球状半導体製造装置１００を用いて、ｎ型シリコン半導体からなる半導体原料１０を供給して球状結晶１１を製造する方法を説明する。
【００３７】
先ず、電磁開閉弁１２３を開放し、真空ポンプ１２５を用いて落下塔１２０と収容部１３０の内部の空気を吸引・排気して所定の真空状態にした後、電磁開閉弁１２３を閉じて真空を維持する。次に、半導体原料１０を溶融炉１１０で溶融する。溶融温度は、シリコンであれば１６８７Ｋ以上、ゲルマニウムであれば１２１１．４Ｋ以上とすればよい。次に、直流電圧印加装置１１２を用いて溶融炉１１０にステップ電圧を印加することにより、溶融した半導体原料１０をマイナスに帯電させる。印加する電圧は特に限定されないが、例えば、ステップ電圧は、−１００〜−２００ｋＶとすればよい。次に、溶融炉１１０の電磁開閉弁１１１を開放して溶融し帯電した半導体原料１０を落下塔１２０の静電偏向器１２１の内部を通過するように滴下する。滴下する半導体原料１０の直径は、通常１〜２ｍｍとすればよく、１ｍｍ未満とすることもできる。滴下された半導体原料１０は、落下塔１２０を自由落下する間に表面張力により真球状となるとともに、放熱により凝固して球状結晶１１となる。球状結晶１１の凝固は、落下塔１２０のほぼ中央部まで落下した際に完了する。次に、球状結晶１１が静電偏向器１２１を通過する間に直流電圧印加装置１２２より静電偏向器１２１の電極１２１ａ、ｂにステップ電圧を印加することにより、電極１２１ａと１２１ｂとの間に静電力を発生させ、マイナスに帯電した球状結晶１１の落下軌道を基板１２上の目標落下位置に応じて修正する。ステップ電圧は、偏向幅に応じて適宜設定できる。この時にステージ１３１側を多次元移動させて基板１２の配置位置を調整して球状結晶１１の落下位置を調整してもよい。その後、落下軌道が修正された球状結晶１１は、基板１２上の目標落下位置に落下して固定される。このようにして、連続的に球状結晶１１を基板１２の任意の位置に落下させて固定することができる。
【００３８】
また、直流電圧印加装置１３３からステージ１３１に所定の加速電圧を連続して印加することにより、帯電して落下する球状結晶１１の落下速度を制御することもできる。即ち、ステージ１３１と溶融炉１１０との間に順方向バイアスを加えると球状結晶１１の落下速度が増加し、逆方向バイアスを加えると落下速度が低下する。
【００３９】
図６は、ステージ１３１上に載置された基板１２の上に球状結晶１１を落下させて固定している工程を示す斜視図である。落下直後の球状結晶１１は、マイナスに帯電しているので、球状結晶１１をあまり密に基板１２上に配置すると球状結晶１１相互間の静電反発力によって球状結晶１１の配置位置が乱れるおそれがある。そのため、球状結晶１１が基板１２に落下すると同時に球状結晶１１の電荷を除去することが好ましい。このため、直流電圧印加装置１３３からステージ１３１にステップ電圧を印加して球状結晶１１を除電することが好ましい。例えば、ステップ電圧は、１００〜２００ｋＶ、印加時間は系統のインピーダンスを考慮して決定すればよい。
【００４０】
（実施形態２）
図７は、本発明の半導体デバイスの製造装置の他の例を示す概略図である。図７において、球状半導体製造装置２００は、実施形態１の球状半導体製造装置１００の静電偏向器１２１に代えて、電磁偏向器１５０を備えている以外は、実施形態１の球状半導体製造装置１００と同様であるため、それぞれ同一部分には同一の符号付して、その説明は省略する。
【００４１】
２極式の電磁偏向器１５０は、磁極１５０ａと１５０ｂとを備え、磁極１５０ｂは電流印加装置１５１に接続されている。また、電流印加装置１５１はアースされている。電流印加装置１５１により磁極１５０ａと１５０ｂとの間に磁場を生じさせることができる。これにより、落下塔１２０中を帯電して落下する半導体原料１０の落下軌道を制御することができる。電磁偏向器１５０を用いることにより、静電偏向器１２１に比べて偏向幅を大きくできる。
【００４２】
また、本実施形態の電磁偏向器１５０は、実施形態１の図２〜図５に示したように、多極式又は多段階式にすることもできる。
【００４３】
球状半導体製造装置２００を用いることにより、実施形態１と同様にして基板１２の上に球状結晶１１を落下させて固定することができる。
【００４４】
（実施形態３）
図８は、本発明の半導体デバイスの製造装置の他の例を示す概略図である。図８において、球状半導体製造装置３００は、実施形態１の静電偏向器１２１と、実施形態２の電磁偏向器１５０とを併設している以外は、実施形態１及び実施形態２の球状半導体製造装置１００、２００と同様であるため、それぞれ同一部分には同一の符号付して、その説明は省略する。但し、図８では、直流電圧印加装置１２２は制御ユニット１４３ａに接続され、電流印加装置１５１は制御ユニット１４３ｂに接続されて、制御ユニット１４３ａ、ｂは電子計算機１４０に接続されている。静電偏向器１２１と電磁偏向器１５０とを合わせて用いることにより、偏向幅の大幅調整と微調整とを同時に行うことができる。
【００４５】
また、本実施形態の静電偏向器１２１及び電磁偏向器１５０は、実施形態１の図２〜図５に示したように、それぞれ多極式又は多段階式にすることもできる。
【００４６】
球状半導体製造装置３００を用いることにより、実施形態１と同様にして基板１２の上に球状結晶１１を落下させて固定することができる。
【００４７】
次に、球状結晶１１を用いて、球状太陽電池素子を備えた太陽電池パネルを製造する方法を説明する
先ず、前述の球状半導体製造装置１００〜３００のいずれかを用いて、図９及び図１０に示すように、ヒ素が微量添加されたｎ型シリコン半導体からなる球状結晶１１を基板１２の上に落下させる。基板１２は、例えばガラスから形成された支持板１４と、支持板１４の上に形成された導体パターン１３とからなる。導体パターン１３は、例えばアルミニウム（Ａｌ）を支持板１４にスパッタリングすることにより形成できる。球状結晶１１は、基板１２に落下した後、導体パターン１３上に固定される。
【００４８】
次に、図１１に示すように、球状結晶１１を基板１２に固定した状態で、基板１２上に球状結晶１１の半径程度の厚さの液状樹脂からなる樹脂膜１５を形成し、球状結晶１１の下半分を樹脂膜１５で覆った後、樹脂膜１５を固化させる。次に、図１２に示すように、樹脂膜１５をマスクとして、球状結晶１１の上半分の表面部にホウ素（Ｂ）を熱拡散させ、ｐ型拡散層１６を形成する。次に、図１３に示すように、樹脂膜１５を溶剤で溶解させて基板１２から除去する。これにより、基板１２上にｐｎ接合したシリコン半導体からなる球状太陽電池素子前駆体が形成される。
【００４９】
続いて、図１４に示すように、例えば、物理蒸着法（ＰＶＤ）又は化学蒸着法（ＣＶＤ）により、球状結晶１１の表面に厚さ１μｍの酸化シリコン（ＳｉＯ2）の被膜１７を形成する。次に、図１５に示すように、被膜１７を形成した球状結晶１１を基板１２に固定した状態で、基板１２上に球状結晶１１の上部の被膜１７が露出する程度の厚さの液状耐酸性樹脂からなる樹脂膜１８を形成し、球状結晶１１の大部分を樹脂膜１８で覆った後、樹脂膜１８を固化させる。次に、図１６に示すように、フッ酸水溶液を用いてエッチング処理することにより、球状結晶１１の表面の被膜１７を除去する。
【００５０】
続いて、図１７に示すように、基板１２とは反対面に例えば銅（Ｃｕ）をスパッタリングすることにより、金属層１９を形成する。次に、図１８に示すように、金属層１９上にフォトレジスト２０を塗布する。次に、図１９に示すように、フォトリソグラフィ法によりフォトレジスト２０をパターン化する。次に、図２０に示すように、例えばウェットエッチングを用いてエッチング処理することにより、金属層１９を除去する。次に、図２１に示すように、フォトレジスト剥離液を用いてフォトレジスト２０を除去するともに、樹脂膜１８を溶剤で溶解させて基板１２から除去する。これにより、ｐ型拡散層１６上に電極２１が形成され、球状太陽電池素子２２が完成する。なお、球状太陽電池素子２２において被膜１７は絶縁層として機能する。
【００５１】
以上の工程では、基板１２の導体パターン１３上に、１個の球状太陽電池素子２２を形成する一例を説明したが、実際には、図２２に示すように、基板１２の導体パターン１３上に、複数の球状太陽電池素子２２をまとめて形成することにより、太陽電池パネル２３が完成する。
【００５２】
以上のようにして製造した太陽電池パネル２３は、多数の球状太陽電池素子２２を基板１２上に高密度に配置できるので、集光効率が向上する。また、その製造工程も、溶融した半導体原料１０から基板１２上への配置まで連続して行えるので、効率的である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、球状半導体の製造と、球状半導体の基板への配置とを連続して行うことができる。また、本発明は、球状半導体の基板への配置精度を高められる。さらに、本発明は、球状半導体が微粒子となっても対応可能であり、球状半導体素子を基板上に高密度に配置できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の半導体デバイスの製造装置の一例を示す概略図である。
【図２】多極式並行平板型の静電偏向器の一例を示す側面図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。
【図３】多極式円筒分割型の静電偏向器の一例を示す側面図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。
【図４】多極式静電偏向器の他の例を示す平面図である。
【図５】多段階式静電偏向器の一例を示す側面図である。
【図６】基板上に球状結晶を落下させて固定する工程を示す斜視図である。
【図７】本発明の半導体デバイスの製造装置の他の例を示す概略図である。
【図８】本発明の半導体デバイスの製造装置の他の例を示す概略図である。
【図９】球状太陽電池素子の製造工程を示す断面図である。
【図１０】球状太陽電池素子の製造工程を示す断面図である。
【図１１】球状太陽電池素子の製造工程を示す断面図である。
【図１２】球状太陽電池素子の製造工程を示す断面図である。
【図１３】球状太陽電池素子の製造工程を示す断面図である。
【図１４】球状太陽電池素子の製造工程を示す断面図である。
【図１５】球状太陽電池素子の製造工程を示す断面図である。
【図１６】球状太陽電池素子の製造工程を示す断面図である。
【図１７】球状太陽電池素子の製造工程を示す断面図である。
【図１８】球状太陽電池素子の製造工程を示す断面図である。
【図１９】球状太陽電池素子の製造工程を示す断面図である。
【図２０】球状太陽電池素子の製造工程を示す断面図である。
【図２１】球状太陽電池素子の製造工程を示す断面図である。
【図２２】太陽電池パネルの断面図である。
【図２３】従来の半導体デバイスの製造装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０、４０  半導体原料
１１、４１  球状結晶
１２  基板
１３  導体パターン
１４  支持板
１５、１８  樹脂膜
１６  ｐ型拡散層
１７  被膜
１９  金属層
２０  フォトレジスト
２１  電極
２２  球状太陽電池素子
２３  太陽電池パネル
１００、２００、３００、４００  球状半導体製造装置
１１０、４１０  溶融炉
１１１、４１１  電磁開閉弁
１１２  直流電圧印加装置
１２０、４２０  落下塔
１２１、１２６、１２７、１２８  静電偏向器
１２１ａ、１２１ｂ  電極
１２２  直流電圧印加装置
１２３  電磁開閉弁
１２４  吸引パイプ
１２５  真空ポンプ
１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄ  電極
１２７ａ、１２７ｂ、１２７ｃ、１２７ｄ  電極
１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄ、１２８ｅ、１２８ｆ  電極
１３０、４３０  収容部
１３１  ステージ
１３２  駆動装置
１３３  直流電圧印加装置
１４０  電子計算機
１４１、１４２、１４３、１４４、１４５  制御ユニット
１５０  電磁偏向器
１５０ａ、１５０ｂ  磁極
１５１  電流印加装置
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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