(57)【要約】【課題】シリコンの無駄を省いて歩留まりを向上させることができ、簡略化かつ縮小化され、装置に使用する材質の制限などもなく、大量生産が可能な、シリコン結晶シートの製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】本発明は、基板の最大面が互いに対向するように、平行に配設された複数の基板を備えた基体を、搬送機構により、るつぼの上方に搬送する工程と、前記基体をるつぼ中のシリコン融液に浸漬させる工程と、該基体を引き上げる工程と、を包含するシリコン結晶シート製造方法であって、前記基体を前記融液から引き上げる工程においては、前記基板の最大面と該融液の上面とを略垂直に維持しつつ行なってもよいし、前記基板の最大面と該融液の上面とを実質的に平行に維持しつつ行なってもよい、シリコン結晶シート製造方法を提供する。【選択図】　　　　図１
2004143006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の最大面が互いに対向するように、平行に配設された複数の基板を備えた基体を、搬送機構により、るつぼの上方に搬送する工程と、前記基体をるつぼ中のシリコン融液に浸漬させる工程と、該基体を引き上げる工程と、を包含することを特徴とする、シリコン結晶シート製造方法。
【請求項２】
前記基体を前記融液から引き上げる工程において、前記基板の最大面と該融液の上面とを略垂直に維持しつつ行なうことを特徴とする、請求項１に記載のシリコン結晶シート製造方法。
【請求項３】
前記基体を前記融液から引き上げる工程において、前記基板の最大面と該融液の上面とを実質的に平行に維持しつつ行なうことを特徴とする、請求項１に記載のシリコン結晶シート製造方法。
【請求項４】
前記基体は、該基体の一面に、前記基板の最大面に垂直な開口面が設けられ、それ以外の面には、壁部材が設けられている構成であり、前記基体を該融液から引き上げる工程の前に、前記基体の開口面が頂部側になるように配置する工程をさらに行なうことを特徴とする、請求項１または２に記載のシリコン結晶シート製造方法。
【請求項５】
前記基体は、該基体の一面に、前記基板の最大面に垂直な開口面が設けられ、それ以外の面には、壁部材が設けられている構成であり、前記基体をシリコン融液中に浸漬させる工程の前に、前記開口面と前記融液の上面とが略垂直になるように配置する工程を行なうことを特徴とする、請求項１または４に記載のシリコン結晶シート製造方法。
【請求項６】
前記基体は、該基体の一面に、前記基板の最大面に垂直な開口面が設けられ、それ以外の面には、壁部材が設けられ、さらに、前記開口面を塞ぐための蓋が設けられている構成であり、該基体を融液中に浸漬する際には、該開口面と該融液の上面とが略垂直になるように配置され、前記基体を該融液から引き上げる際には、前記蓋により前記開口面に蓋をすることを特徴とする、請求項１に記載のシリコン結晶シート製造方法。
【請求項７】
前記基体は、前記基板の最大面に垂直な、対向する２つの面に、開口面が設けられ、それ以外の面には、壁部材が設けられ、さらに前記開口面のいずれか一方を塞ぐための蓋が設けられている構成であり、前記基体をシリコン融液中に浸漬させる工程の前に、前記２つの開口面が該融液の上面と実質的に平行になるように配置する工程を行ない、さらに、
該基体を引き上げる工程の前に、該蓋により前記２つの開口面のうちの底部側の開口面に蓋をする工程を行なうことを特徴とする、請求項１に記載のシリコン結晶シート製造方法。
【請求項８】
前記基板の温度がシリコンの融点よりも高い場合において、前記基体がシリコン融液から引き上げられて、融液の上面からでてくる際に、溶融シリコンが冷却されて、シリコン結晶が成長することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のシリコン結晶シート製造方法。
【請求項９】
前記基板の温度がシリコンの融点よりも低い場合において、前記基体がシリコン融液に浸漬される際に、前記基板表面上のシリコン融液が基板により冷却されて、シリコン結晶が成長することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のシリコン結晶シート製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の製造方法を、不活性ガス雰囲気で行なうことを特徴とする、シリコン結晶シート製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれかに記載の製造方法を、不活性ガスおよび水素ガスを含む雰囲気で行なうことを特徴とする、シリコン結晶シート製造方法。
【請求項１２】
シリコン材料を溶融するためのるつぼと、該るつぼ中のシリコン融液に浸漬させることにより、シリコン結晶を成長させるための基体と、を備えたシリコン結晶シート製造装置において、
前記基体は、複数の基板が、その最大面が互いに対向するように平行に配置されおり、かつ、該基板の間には所定の間隙が設けられており、
前記基体を該融液に浸漬させ、その後、引き上げることにより、前記基板表面上にシリコン結晶を成長させることを特徴とする、シリコン結晶シート製造装置。
【請求項１３】
前記基体を前記融液に浸漬させ、その後、引き上げる際に、前記基板の最大面と該融液の上面とが略垂直に配置されていることを特徴とする、請求項１２に記載のシリコン結晶シート製造装置。
【請求項１４】
前記基体を前記融液に浸漬させ、その後、引き上げる際に、前記基板の最大面と該融液の上面とが実質的に平行に配置されていることを特徴とする、請求項１２に記載のシリコン結晶シート製造装置。
【請求項１５】
前記基体は、該基体の一面に、前記基板の最大面に垂直な開口面が設けられ、それ以外の面には、壁部材が設けられており、該基体を融液中に浸漬する際には、該開口面と該融液の上面とが垂直になるように配置され、前記基体を該融液から引き上げる際には該開口面が上になるように配置されることを特徴とする、請求項１２に記載のシリコン結晶シートの製造装置。
【請求項１６】
前記基体は、該基体の一面に、前記基板の最大面に垂直な開口面が設けられ、それ以外の面には、壁部材が設けられている構成であり、該基体には、さらに前記開口面を塞ぐための蓋が設けられており、該基体を融液中に浸漬する際には、該開口面と該融液の上面とが略垂直になるように配置され、前記基体を該融液から引き上げる際には、前記蓋により前記開口面に蓋をすることを特徴とする、請求項１２に記載のシリコン結晶シートの製造装置。
【請求項１７】
前記基体は、前記基板の最大面に垂直な、対向する２つの面に、開口面が設けられ、それ以外の面には、壁部材が設けられた構成であり、該基体には、前記開口面のいずれか一方を塞ぐための蓋がさらに設けられており、該基体を融液中に浸漬する際には、該２つの開口面が該融液の上面と実質的に平行になるように配置され、該基体を引き上げる際には、該蓋により前記２つの開口面のうちの底部側の開口面に蓋をすることを特徴とする、請求項１２に記載のシリコン結晶シート製造装置。
【請求項１８】
前記基体は、分解可能な組み立て式であることを特徴とする、請求項１２〜１７のいずれかに記載のシリコン結晶シート製造装置。
【請求項１９】
前記基体は、溶融シリカ焼結体、カーボンまたは石英のいずれかまたはこれらの組合せであることを特徴とする、請求項１２〜１７のいずれかに記載のシリコン結晶シート製造装置。
【請求項２０】
前記るつぼの上方に前記基体を搬送するための搬送機構がさらに設けられた、請求項１２〜１９のいずれかに記載のシリコン結晶シート製造装置において、
前記搬送機構には基体保持手段が取り付けられ、前記基体には該基体保持手段に脱着可能である保持部材が取り付けられており、
前記搬送機構が水平方向およびそれに直交する、略垂直な方向に前記基体を搬送することにより、前記基体を、前記るつぼへ浸漬し、かつ、前記るつぼから引き出し、もって前記基体にシリコン結晶シートが形成されることを特徴とするシリコン結晶シート製造装置。
【請求項２１】
前記るつぼの上方に回転可能な回転体がさらに設けられた請求項１２〜１９のいずれかに記載のシリコン結晶シート製造装置において、
前記回転体には基体保持手段が取り付けられ、前記基体には、前記基体保持手段に脱着可能な保持部材が取り付けられており、
前記回転体が回転することにより、前記基体を、前記るつぼへ浸漬し、かつ、前記るつぼから引き出し、もって前記基体にシリコン結晶シートが形成されることを特徴とするシリコン結晶シート製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体材料、特に、シリコン融液から結晶シートを製造するためのシリコン結晶シート製造装置および製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、太陽電池に用いられている多結晶シリコンウエハの作製方法は、例えば下記特許文献１に開示されているようなシリコン等の多結晶物体の鋳造方法がある。すなわち、不活性雰囲気中でリンあるいはボロン等のドーパントを添加した高純度シリコン材料をるつぼ中で加熱溶融させる。そして、このシリコン融液を鋳型に流し込んで徐冷し、多結晶インゴットを得ようとする方法である。したがって、このようにして得られた多結晶インゴットから太陽電池用に使用可能な多結晶シリコンウエハを作製する場合には、上記インゴットをワイヤーソーや内周刃法などを用いてスライシングしている。
【０００３】
しかしながら、この方法では、多結晶シリコンインゴットに対するスライス工程が必要となるため、ワイヤーや内周刃の厚み分だけスライスロスが生ずることになる。そのため、全体としての歩留まりが悪くなり、結果として低価格なウエハを提供することが困難となってしまう。
【０００４】
他の方法としては、スライス工程のないシリコン結晶薄板を作製するものとして、下記特許文献２に開示されたシリコンリボンの製造方法がある。内部に水冷もしくは空冷等の冷却手段を持つ円筒型の回転冷却体の一部をシリコン融液に浸透し、その円筒面に生成するシリコン凝固核を引き出すことにより、シリコンリボンを得る方法である。回転冷却体の構造としては、熱伝導性の良い銅などからなる水冷金属体の外側をセラミックスからなる耐火物で覆った構造となっている。この方法によると、平衡分配係数が１より小さい不純物元素が溶融シリコン側に排出されることによる精製効果によって純度が向上したシリコンリボンを引き出すことが可能である。
【０００５】
しかしながら、この方法では、回転冷却体が水冷もしくは空冷による冷却機構を内蔵するため、回転冷却体の構造としては、熱伝導性の良い銅などからなる水冷金属体の外側をセラミックスからなる耐火物で覆った２層構造を必要としている。この場合、該金属体は、冷却方式や、シリコンを凝固させるために必要な冷却効率を満足させる熱伝導率などにより、使用できる材質が制限されてしまう。特に水冷方式を使用した場合、冷却水を内部に導通させるため、耐水性や機密性を必要とするため、前記のように使用できる材質が酸化しにくく高強度な金属に制限されてしまう。シリコンを成長させる耐火物に関しても、溶融シリコンに直接浸漬し、表面にはシリコンリボンを成長させるため、高温高強度であり、かつ溶融シリコンおよびシリコンリボンに不純物が拡散することを防ぐためには、使用できる材質が制限される。このように、回転冷却体の材質が制限されるため、薄板を成長させるために必要な、成長面の温度制御を行うためには、冷却能力を変化させる必要がある。
【０００６】
しかし、例えば水冷による冷却方式を使用する場合、冷却水の沸騰や高圧による部材破損を防ぐために冷却水流量を大幅に変更することは困難であり、また冷却水による冷却効率が高いために、回転冷却体の温度が必要以上に低温となり、成長面の温度制御が困難である。空冷を用いた場合、冷却ガス流量を大幅に変化させることは可能であり、温度制御は比較的容易であるが、融点が１４００℃以上である溶融シリコンを凝固させるために必要な冷却能力を満足させるためには、大流量の冷却ガスを必要とするため、冷却ガスや、それに伴う配管、供給手段等のユーティリティが高コスト、大規模となってしまう。
【０００７】
冷却能力を変更せずに、回転冷却体の温度を制御するためには、回転冷却体の厚みによって制御することが可能である。しかし、例えば温度をより低くする場合、厚みを大幅に薄くする必要があり、回転冷却体の強度が損なわれてしまう。逆に、温度を高くする場合は、厚みを大幅に厚くする必要があり、装置が大規模となる。以上の点で、かかる方法も問題点が多い。
【０００８】
また、下記特許文献３には、平行平板の間隙にシリコン融液を保持、結晶化する板状シリコン多結晶の製造方法が開示されている。さらに、下記特許文献４には、シリコン融液に基体を接触させることにより、基体表面にシリコン多結晶薄板を製造する方法が開示されている。しかし、これらに記載の方法では、基体の大きさに限定されるシリコン薄板を一度に１枚しか得られず、必ずしも大量生産に向いていないという問題点があった。
【０００９】
【特許文献１】
特開平６―６４９１３号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開昭６１―２７５１１９号公報
【００１１】
【特許文献３】
特開昭５８−９０７２０号公報
【００１２】
【特許文献４】
特開２００２−９４０９８
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記従来の技術の問題に鑑み、シリコンの無駄を省いて歩留まりを向上させることができ、簡略化かつ縮小化され、装置に使用する材質の制限などもなく、大量生産が可能な、シリコン結晶シート製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板の最大面が互いに対向するように、平行に配設された複数の基板を備えた基体を、搬送機構により、るつぼの上方に搬送する工程と、前記基体をるつぼ中のシリコン融液に浸漬させる工程と、該基体を引き上げる工程と、を包含することを特徴とする、シリコン結晶シート製造方法を提供する。かかる基体は、複数の基板を備えているので、一回の浸漬および引き上げで形成されるシリコン結晶シートの数は、大幅に増加し、大量生産を可能とする。
【００１５】
ここで、前記基体を前記融液から引き上げる工程において、前記基板の最大面と該融液の上面とを略垂直に維持しつつ行なってもよいし、前記基板の最大面と該融液の上面とを実質的に平行に維持しつつ行なってもよい。
【００１６】
好ましくは、前記基体は、該基体の一面に、前記基板の最大面に垂直な開口面が設けられ、それ以外の面には、壁部材が設けられている構成であり、前記基体を該融液から引き上げる工程の前に、前記基体の開口面が頂部側になるように配置する工程をさらに行なう。
【００１７】
好ましくは、前記基体は、該基体の一面に、前記基板の最大面に垂直な開口面が設けられ、それ以外の面には、壁部材が設けられている構成であり、前記基体をシリコン融液中に浸漬させる工程の前に、前記開口面と前記融液の上面とが略垂直になるように配置する工程を行なう。
【００１８】
好ましくは、前記基体は、該基体の一面に、前記基板の最大面に垂直な開口面が設けられ、それ以外の面には、壁部材が設けられ、さらに、前記開口面を塞ぐための蓋が設けられている構成であり、該基体を融液中に浸漬する際には、該開口面と該融液の上面とが略垂直になるように配置され、前記基体を該融液から引き上げる際には、前記蓋により前記開口面に蓋をする。かかる手法を採用することにより、引き上げの際に、基体の方向を変える必要もなく、製造工程が簡略化される。
【００１９】
好ましくは、前記基体は、前記基板の最大面に垂直な、対向する２つの面に、開口面が設けられ、それ以外の面には、壁部材が設けられ、さらに前記開口面のいずれか一方を塞ぐための蓋が設けられている構成であり、前記基体をシリコン融液中に浸漬させる工程の前に、前記２つの開口面が該融液の上面と実質的に平行になるように配置する工程を行ない、さらに、該基体を引き上げる工程の前に、該蓋により前記２つの開口面のうちの底部側の開口面に蓋をする工程を行なう。上記のような方向で基体を浸漬させると、融液の圧力の影響を少なくすることができるので、容易に浸漬し得、また、蓋を設けていることから、引き上げの際に基体の方向を変化させる必要もなく、製造工程も簡略化される。
【００２０】
好ましくは、前記基板の温度がシリコンの融点よりも高い場合において、前記基体がシリコン融液から引き上げられて、融液の上面からでてくる際に、溶融シリコンが冷却されて、シリコン結晶が成長する。かかる場合、成長速度は遅いが、成長が遅いため、結晶粒界の大きさや、ライフタイム等の高品質が期待できる。
【００２１】
好ましくは、前記基板の温度がシリコンの融点よりも低い場合において、前記基体がシリコン融液に浸漬される際に、前記基板表面上のシリコン融液が基板により冷却されて、シリコン結晶が成長する。かかる場合は、成長が早く、生産性もよく、さらに、基板を高温に保持するという困難もない点で好ましい。
【００２２】
好ましくは、上記の製造方法を、不活性ガス雰囲気で行なうか、または不活性ガスおよび水素ガスを含む雰囲気で行なう。
【００２３】
本発明はまた、シリコン材料を溶融するためのるつぼと、該るつぼ中のシリコン融液に浸漬させることにより、シリコン結晶を成長させるための基体と、を備えたシリコン結晶シート製造装置において、前記基体は、複数の基板が、その最大面が互いに対向するように平行に配置されおり、かつ、該基板の間には所定の間隙が設けられており、前記基体を該融液に浸漬させ、その後、引き上げることにより、前記基板表面上にシリコン結晶を成長させることを特徴とする、シリコン結晶シート製造装置を提供する。上記基板の間に間隙が設けられることにより、かかる間隙に基づいたシリコン結晶が形成されるので、目的の形状のシリコン結晶シートを得ることができる。
【００２４】
ここで、前記基体を前記融液に浸漬させ、その後、引き上げる際に、前記基板の最大面と該融液の上面とが略垂直に配置されていてもよいし、前記基板の最大面と該融液の上面とが実質的に平行に配置されててもよい。
【００２５】
好ましくは、前記基体は、該基体の一面に、前記基板の最大面に垂直な開口面が設けられ、それ以外の面には、壁部材が設けられており、該基体を融液中に浸漬する際には、該開口面と該融液の上面とが垂直になるように配置され、前記基体を該融液から引き上げる際には該開口面が上になるように配置される。
【００２６】
好ましくは、前記基体は、該基体の一面に、前記基板の最大面に垂直な開口面が設けられ、それ以外の面には、壁部材が設けられている構成であり、該基体には、さらに前記開口面を塞ぐための蓋が設けられており、該基体を融液中に浸漬する際には、該開口面と該融液の上面とが略垂直になるように配置され、前記基体を該融液から引き上げる際には、前記蓋により前記開口面に蓋をする。
【００２７】
好ましくは、前記基体は、前記基板の最大面に垂直な、対向する２つの面に、開口面が設けられ、それ以外の面には、壁部材が設けられた構成であり、該基体には、前記開口面のいずれか一方を塞ぐための蓋がさらに設けられており、該基体を融液中に浸漬する際には、該２つの開口面が該融液の上面と実質的に平行になるように配置され、該基体を引き上げる際には、該蓋により前記２つの開口面のうちの底部側の開口面に蓋をする。
【００２８】
好ましくは、前記基体は、分解可能な組み立て式であり、前記基体は、溶融シリカ焼結体、カーボンまたは石英のいずれかまたはこれらの組合せである。
【００２９】
本発明はさらに、前記るつぼの上方に前記基体を搬送するための搬送機構がさらに設けられた、上記のシリコン結晶製造装置において、前記搬送機構には基体保持手段が取り付けられ、前記基体には該基体保持手段に脱着可能である保持部材が取り付けられており、前記搬送機構が水平方向およびそれに直交する、略垂直な方向に前記基体を搬送することにより、前記基体を、前記るつぼへ浸漬し、かつ、前記るつぼから引き出し、もって前記基体にシリコン結晶シートが形成されることを特徴とするシリコン結晶シート製造装置を提供する。
【００３０】
本発明はまたさらに、前記るつぼの上方に回転可能な回転体がさらに設けられた上記のシリコン結晶製造装置において、前記回転体には基体保持手段が取り付けられ、前記基体には、前記基体保持手段に脱着可能な保持部材が取り付けられており、前記回転体が回転することにより、前記基体を、前記るつぼへ浸漬し、かつ、前記るつぼから引き出し、もって前記基体にシリコン結晶シートが形成されることを特徴とするシリコン結晶シート製造装置を提供する。かかる製造装置を用いることで、効率よく大量生産することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を以下に説明するが、本発明の範囲はこれに限定されるわけではない。
【００３２】
（実施形態１）
実施形態１を、図１〜５を用いて説明する。図１は、本発明におけるシリコン結晶シートの製造装置を模式的に表わした概略断面図である。図１において、シリコン結晶製造装置１は、るつぼ２と、複数の基板６からなる基体３と、該基体３をシリコン融液４中に浸漬および引き出しを行なう、図示しない搬送手段を備え、図中の矢印は、基体３の浸漬および引き出し方向を示している。図示していないが、るつぼ２の周囲には、シリコン融液の温度調節を行なうために、加熱ヒーターなどの温度調節機構を取り付けることができる。また、必要に応じて断熱材なども設置することができる。
【００３３】
図２は、基体３の斜視図である。図２において、基体３は、複数の基板６が一定の間隔をあけられて、互いの最大面が対向するように平行に配設され、該基板６が、枠部材５によって固定された構成になっている。基板６は、枠部材５にねじなどを用いて固定されている。かかるねじは、容易に取り外すことができ、また、かかる基体は容易に分解することもできる。
【００３４】
本発明のシリコン結晶シート製造装置は、図１に示されるように、基体３が図１中の下向きの矢印方向に向かってシリコン融液４中に浸漬される。完全に浸漬されると、次いで、図中の上向きの矢印方向に引き上げられ、基体３中の基板６の表面上にシリコン結晶シートが形成されるものである。
【００３５】
＜基体＞
本発明のシリコン結晶シート製造装置１における基体３は、図２に示されるように、複数の基板６と、枠部材５とを備え、基板はねじなどにより枠部材に固定されている。基体３の材質は、耐熱性に優れ、使用する際の圧力に対して耐久でき、かつ、シリコン融液を汚染しないものがよい。これらの条件を満たすものの具体例としては、カーボン、セラミックス（炭化ケイ素、窒化ホウ素、窒化ケイ素、ホウ化ケイ素、石英、アルミナなどの炭化物、酸化物、窒化物およびホウ化物）などが挙げられるが、これらに限定されない。このなかでも、加工性およびコストなどを考慮すると、カーボン、石英、または石英などからなる溶融シリカ焼結体がより好ましい。
【００３６】
基体３において、基板６の最大面の表面形状は、平面や曲面、点や線状、平面状の頂点を有する溝加工された面など、目的に応じた形状とすることができるが、特に用途の面を考慮すると平面が好ましい。また、基板６の厚さは、必要に応じて適宜選択できるが、一例を挙げると、５〜２０ｍｍが好ましく、より好ましくは、７〜１５ｍｍである。
【００３７】
また、基体３中の基板６は、必要に応じて温度を設定することができるものであり、シリコン結晶の成長を融液中で行なう場合には、その基板温度をシリコンの融点よりも低くし、融液外で結晶成長させる場合は、その基板温度をシリコンの融点よりも高くすることが好ましい。かかる基板温度の調節は、別途加熱室などを設けてるつぼの周囲で制御する手法など必要に応じて適宜設けることができる。
【００３８】
＜るつぼ＞
本発明において、るつぼ２は、シリコンを溶融するための加熱ヒーターなどの温度調節機構がそのまわりに設置されている。また、必要に応じて断熱部材が設置されていることもある。また、このるつぼは、周囲雰囲気をアルゴンガスなどにできるような機構を、該るつぼを取り囲むように設けている。周囲雰囲気としては、アルゴン雰囲気などの他に、窒素、ヘリウムなどの不活性ガスの雰囲気にすることができる。かかる周囲雰囲気にすることにより、シリコン結晶シートの表面が酸化などの悪影響をうけることもなく、高品質のシリコン結晶シートを得ることができる。さらに、上記に列挙した不活性ガスに加えて、水素ガスを一緒に混合することにより、結晶成長の際に、パッシベーション効果も得ることができ、さらに高品質の結晶シートを得ることができるとともに、パッシベーション工程をその後に行なう必要もなく、製造工程も簡略化される。
【００３９】
＜動作＞
本実施形態１における、シリコン結晶シート製造装置の動作について説明する。まず、るつぼ２内にシリコン材料を充填し、図示しない加熱ヒーターなどによってるつぼ２を加熱することにより、るつぼ２内のシリコンを溶融する。次いで、基体３を、基板６の最大面と融液４の上面とが略垂直になるように、図示しない搬送手段によって、融液４の上方に配設する。
【００４０】
次いで、基体３の方向をこの状態に維持しつつ、搬送手段を用いて図１中の下向きの矢印の方向に移動させて、融液４中に浸漬させる。このとき、浸漬する際の基体３の速さは、５０ｍｍ／ｓｅｃ程度であることが好ましいが、融液４の温度や基板の材質などを考慮して、適宜設定する。
【００４１】
基体３をシリコン融液４中に完全に浸漬させた後、次に、基体３を浸漬させたときと反対の矢印の方向に引き上げていく。そうすると、融液４の表面から出てきた基板６の表面上にシリコン結晶シートが形成されている。このとき、このシリコン結晶シートは、基板６の両面上に形成されるので、大量生産に適するものである。さらには、基体３が複数の基板６からなることから、一回の浸漬かつ引上げで形成可能なシリコン結晶シートの数は、大幅に増大するので、量産に好適である。
【００４２】
上記動作において、シリコン結晶が成長する工程について、詳細に説明する。基体３を融液４中に浸漬させ、次いで、引き上げるときに、シリコンは結晶成長する。この場合、基板６の温度によって、その成長の時は異なる。すなわち、基板６がシリコンの融点よりも低い場合、具体的には、シリコン融液が約１４１０℃で、基板６が約６００℃である場合は、基体３を融液４中に浸漬させるときに、基板６の両面上に順次シリコン結晶が成長していくことになる。
【００４３】
一方で、基板６の温度がシリコンの融点よりも高い場合は、基体３がシリコン融液４中に浸漬した後引き上げられて、融液４から出ていくときに、周囲温度により冷却されて、基板６の両面上に順次結晶が成長していくことになる。
【００４４】
基体３を融液４中に浸漬する際に、完全に融液４中に浸漬させることもできるし、基板６に引っかかり部を設け、該引っかかり部まで融液４に浸漬させることもできる。かかる場合について説明する。
【００４５】
図３は、基体３を融液４中に浸漬させる際に、その浸漬の深さに応じて形成されたシリコン結晶を示す概略断面図であり、図３（ａ）は、基体３を完全に融液４中に浸漬させて、基板６ａ表面に所定厚さのシリコン結晶シート７ａが形成された場合であり、図３（ｂ）は、基板６ｂに引っかかり部８を設け、該引っかかり部８まで融液に浸漬させて、基板６ｂ表面に所定厚さのシリコン結晶シート７ｂが形成された場合である。図３（ａ）において、基体３が完全に融液４中に浸漬されているので、基板６ａの上部側の面と両側面においてシリコン結晶シートが形成される。したがって、一回の浸漬により、基板６ａの２つの最大面に、シリコン結晶が成長することになるので、製造効率が非常によい。また、図３（ｂ）の場合においては、引っかかり部８を設けることで、基板６ｂの途中の引っかかり部８まで浸漬すれば、そのくぼみ部分までシリコン結晶が成長するので、結晶成長後にシリコン結晶シートが下方に落下しにくくなり、歩留まりを向上することができる。
【００４６】
また、上述したような、基体３の融液４への浸漬の方法の代替の形態を、図４および図５を用いて説明する。図４は、基板の最大面をシリコン融液の上面と自室的に平行としつつ浸漬させることを特徴とする、シリコン結晶シート製造装置の概略断面図であり、図５は、図４の製造装置によって製造されたシリコン結晶シートの概略断面図である。
【００４７】
図４に示されるように、上述したシリコンの溶融などの所定の工程の後、基板６の最大面と融液４の上面とが略垂直になるように基体３を配設する代わりに、基板６の最大面と融液４の上面とが実質的に平行になるように基体３を配設することを特徴としている。ここで、「実質的に平行」とは、完全に平行である場合も含むが、完全に平行でなくてもよく、具体的には、基板の最大面と融液の上面とがなす角度が、０〜４５度未満の場合を含む。
【００４８】
上記浸漬の工程の後、次いで、基体３をこの向きに維持しつつ、下向きの矢印の方向に移動させて、融液４中に浸漬させる。このときの基体３の速さは、一例を挙げると５０ｍｍ／ｓｅｃであることが好ましいが、これに限定されるわけではない。基体３をシリコン融液４中に完全に浸漬させた後、次に、基体３の方向をこの状態に維持しつつ、上向きの矢印の方向に引き上げていく。かかる操作により、基板６の表面上にシリコン結晶シートが形成される。この動作方法では、基板６の最大面を融液４と実質的に平行としつつ、融液４中に浸漬させたので、図５に示されるように、形成したシリコン結晶シート７ｃは、基板の上部側の面と側面上にのみ形成されており、基板６ｃの下面にはシリコン結晶シートが形成されていない点で、上述の方法とは異なっている。
【００４９】
上記のようにして成長したシリコン結晶シートは、周辺部をレーザーなどによって切断して取り出すことができる。
【００５０】
（実施形態２）
実施形態１における基体３の代替として、基体３１を使用した態様を実施形態２に図６〜９を用いて説明する。本発明における基体は、その６つの表面に壁部材を設けることができ、そのうち少なくとも１つの面は開口面とすることが好ましい。当然、基板が壁部材を構成することも可能である。かかる開口面は、１つの場合もあるし、対向する２つの面である場合もある。また、このような開口面は、基板が配設されている方向、すなわち、各基板が並べられている平行な方向に対して、平行であることが好ましい。かかるように開口面を設けることにより、基板の最大面と垂直な方向に開口面を形成することができる。このような壁部材が設けられた基体を用いた形態を本実施形態において説明する。
【００５１】
図６は、基体３１を用いたシリコン結晶シート製造装置を模式的に示した概略断面図である。図７は、基体３１の概略斜視図である。図６において、基体３１を使用した以外は、基本的に実施形態１と同じであるが、図７に示されるように基体３１の構成が実施形態１と異なることから、基体３１の浸漬と引き上げの工程が若干異なる。
【００５２】
本実施形態２において使用する基体３１について、その構成を変化させた以外は、実施形態１のものと同じである。つまり、基板の材質および形状などについては、実施形態１に記載したとおりである。図７において、基板６の配列は実施形態１と同じであるが、間隙９の間隔、すなわち、基板６同士の間９の間隔が１ｍｍ以下となっており、かつ、実施形態１における保持部材５の代替として、一面全面を覆う壁部材１０が取り付けられ、残りの２つの面のうちの一方も壁部材１０が取り付けられていることの２つの点で、実施形態１と異なっている。つまり、図７において、基体３１が有する６つの面のうちの１つの面は、壁部材１０が取り付けられておらず、開口面１１となっている。ここで、間隙９は、隣り合う基板６同士の間や、基板６と壁部材１０との間に形成される間隔のことをいう。後述するように、この間隙９にシリコン融液が含浸することになる。したがって、この間隙９に基づいた型枠に応じたシリコン結晶シートが形成されることになる。
【００５３】
次に、基体３１を用いた場合のシリコン結晶シート製造装置の動作について、説明する。図示しない搬送手段を用いて基体３１を融液の上方まで搬送する。このとき、基体３１の開口面１２と融液４の上面とが略垂直で、かつ基体３１中の基板６の最大面と融液４の上面とが略垂直になるように配置する。次いで、基体３１をこの状態に維持したまま、図６中の下向きの矢印方向に上記搬送手段を用いて進め、基体３１を融液４中に浸漬させる。このときの深さは、基体３１が完全に融液４中に浸漬してしまうまでとする。また、このときの基板６の温度は、シリコンの融点よりも高くしておく。かかるようにすることで、基体３１の開口面１１からシリコン融液４が容易に基体３１の間隙９内に含浸していく。
【００５４】
この後、図示しない手段を用いて、開口面１１が上向きとなるように、基体３１の向きを変え、次いで上記搬送手段を用いて上方に引き出す。向きを変える手段としては、特に限定されないが、一例を挙げると、一般的なバケツの取っ手形状のもので、可動式であるものを、壁部材１０に取り付けるなどして行なうことができる。
【００５５】
基体３１が融液４から引き上げられると、融液４の入った基体３１を冷却することにより、間隙９内のシリコン融液４が結晶成長し、シリコン結晶シート７が形成される。シリコン結晶シート７の取り出しは、実施形態１において記載したねじをはずすことにより、基体３１を分解して取り出してもよいし、基体３１を壊してしまってもよい。
【００５６】
上記基体３１を引き上げる工程において、図８および図９に示すような方法も使用することができる。図８は、基体３１を用いたシリコン結晶シートの製造装置の別の例を示す概略断面図であり、図９は、蓋１２を設けた基体３１の斜視図である。
【００５７】
図８において、基体３１を融液４中に浸漬させる工程までは、実施形態２において上述したとおりであるが、引き上げる工程の際に、蓋１２を用いて基体３１の開口面１１に蓋をし、基体３１が融液４から引き上げられたときに、基体３１中のシリコン融液４が漏れてこないようにしている点で異なっている。図９に示されるように、蓋１２には、保持部材１３が取り付けられており、蓋１２の移動および保持を、該保持部材１３を介して行なうことができる。かかるように、引き上げ工程の際に、蓋１２を用いて蓋をすることで、基体３１の向きを変えることなく引き上げることができる。したがって、向きを変える機構を省くことができ、製造工程も簡略化され、大量生産に効果的である。
【００５８】
（実施形態３）
上記実施形態２における基体３１の代替として、図１０に示すような基体３２を用いたシリコン結晶シートの製造装置を用いた。図１０は、基体３２を用いた、別の例のシリコン結晶シートの製造方法を示す概略断面図であり、図６および図８における基体３１の代替として基体３２が用いられている点で異なっている。図１１は、基体３２の斜視図である。基体３２は、頂部側および底部側が開口面１１となっている点で、実施形態１の基体と異なり、材質および形状については、実施形態１に記載したとおりである。基体３２において、基板の平行方向に平行な、すなわち、基板の最大面に対して垂直な、対向する２つの開口面１１以外の４つの面は、壁部材１０が取り付けられている。
【００５９】
本実施形態３における動作について説明する。基体３２を融液４の上方に図示しない搬送手段を用いて搬送した後、基体３２を融液４中に浸漬させる。このとき、開口面１１が融液４の上面と実質的に平行になるようにする。このようにすることで、開口面１１の頂部側および底部側の面のいずれも融液４の上面と実質的に平行になる。また、底部側の面が開口面８となっているので、融液４の抵抗の影響も少なく、基体３２を容易に融液４中に浸漬させることができる。基体３２を完全に融液４中に浸漬すると、蓋１２を用いて基体３２の底部側の開口面８に蓋をして、この状態で基体３２を引き上げると、融液４から引き上げられた基体３２は周囲温度により冷却されて、間隙９中にシリコン結晶シートが形成される。上記実施形態３における方法では、シリコン融液４が容易に間隙９に含浸することができるので、間隙９の間隔が狭い場合などにおいては、特に優れている。さらに、基体３２の引き上げの際に回転する必要がないので、装置の簡略化および製造工程も少なくすみ、低コストでの生産が可能となる。
【００６０】
上記実施形態１〜３で説明した基体を用いて大量生産する方法を、図１２および１３を用いて説明する。図１２は、大量生産可能なシリコン結晶シートの製造装置の概略図であり、るつぼ２の上方に回転体１５が配設され、基体３には、保持部材１６がとりつけられており、この保持部材１６は回転体１５の基体保持手段１４に脱着自在に取り付けられるという構成になっている。基体３は、シリコン融液４に浸漬される前に、回転体１５に取り付けられ、引き上げ後に取り外される。図示していないが、浸漬後には、板状基体３中の基板表面上には、シリコン結晶シートが形成されている。この工程を連続的に繰り返して行なうことにより、大量生産が可能となる。
【００６１】
また、図１３に示すような方法を用いても大量生産可能である。図１３は、大量生産可能な、別の例のシリコン結晶シートの製造装置を示す概略図である。基本的動作は、図１２に示した装置と同様であるが、基体３の搬送手段として、図１２の装置では、回転体１５を用い、図１３の装置では、搬送機構１７を用いている点で異なる。
【００６２】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００６３】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明に従うシリコン結晶シート製造装置および製造方法によれば、基体が複数の基板を備えているので、一回の浸漬および引き上げで、多数のシリコン結晶シートを同時に形成することができ、さらに、基板の最大面を融液の上面と略垂直になるようにすることで、基板の両面にシリコン結晶を成長させることができる。また、基体における基板の間に間隙を設けることで、種々の特定の形状のシリコン結晶シートを、多数かつ同時に製造することができる。また、回転体または基体搬送機構を、さらに設けることにより大量生産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるシリコン結晶シートの製造装置を模式的に表わした概略断面図である。
【図２】本発明に基づく基体の斜視図である。
【図３】基体を融液中に浸漬させる際にその浸漬の深さに応じて形成されたシリコン結晶を示す概略断面図である。
【図４】基板の最大面と融液の上面とが実質的に平行になるようにした場合のシリコン結晶シート製造装置を模式的に表わした概略断面図である。
【図５】基板の最大面と融液の上面とが実質的に平行になるようにして製造した場合の、シリコン結晶シートを模式的に表わした概略斜視図である。
【図６】本発明に基づく基体を用いたシリコン結晶シート製造装置を模式的に示した概略断面図である。
【図７】本発明に基づく基体の概略斜視図である。
【図８】本発明に基づく別の基体を用いたシリコン結晶シートの製造装置を示す概略断面図である。
【図９】蓋を設けた基体の斜視図である。
【図１０】本発明に基づく基体を用いたシリコン結晶シートの製造装置を示す概略断面図である。
【図１１】本発明に基づく基体の斜視図である。
【図１２】大量生産可能なシリコン結晶シートの製造装置の概略図である。
【図１３】大量生産可能な別の例のシリコン結晶シートの製造装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１　シリコン結晶シート製造装置、２　るつぼ、３，３１，３２　基体、４融液、５　枠部材、６，６ａ，６ｂ，６ｃ　基板、７ａ，７ｂ，７ｃ　シリコン結晶シート、８　引っかかり部、９　間隙、１０　壁部材、１１　開口面、１２　蓋、１３　保持部材、１４　基体保持手段、１５　回転体、１６　搬送機構、１７　搬送機構。
【図１】
2004143006.tif 000003
【図２】
2004143006.tif 000004
【図３】
2004143006.tif 000005
【図４】
2004143006.tif 000006
【図５】
2004143006.tif 000007
【図６】
2004143006.tif 000008
【図７】
2004143006.tif 000009
【図８】
2004143006.tif 000010
【図９】
2004143006.tif 000011
【図１０】
2004143006.tif 000012
【図１１】
2004143006.tif 000013
【図１２】
2004143006.tif 000014
【図１３】
2004143006.tif 000015