(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
種結晶及びこの先端で成長するリボン状結晶を鉛直方向に引き上げる直線引き上げ装置と、前記リボン状結晶部分を把持して連続的に引き上げる連続引き上げ機構とを備え、
前記直線引き上げ装置は、
ガイドレールと、
前記ガイドレールに設けられた可動機構と、
前記可動機構を前記ガイドレールに沿って移動させるモータと、
前記可動機構に接続された結晶位置調整ステージと、
前記種結晶が取り付けられる金具とを有し、
前記金具は、前記結晶位置調整ステージに取り付けられており、
前記金具に取り付けられた前記種結晶がるつぼ内の融液に接触する位置は、前記結晶位置調整ステージによって調整されることを特徴とする結晶の連続引き上げ装置。
【請求項２】
前記連続引き上げ機構は、前記リボン状結晶を挟んで連続的に上方に連続的に引き上げるための少なくとも１組のベルトまたはローラを有することを特徴とする請求項１に記載の結晶の連続引き上げ装置。
【請求項３】
前記種結晶が前記１組のベルトまたはローラの間を通過した後、該１組のベルトまたはローラが閉じることで前記リボン状結晶を挟むことを特徴とする請求項２に記載の結晶の連続引き上げ装置。
【請求項４】
前記可動機構の速度と前記１組のベルトまたはローラの回動速度とは同期することを特徴とする請求項３に記載の結晶の連続引き上げ装置。
【請求項５】
前記１組のベルトまたはローラが前記リボン状結晶を挟んだ後に、前記種結晶を前記リボン状結晶から切断する切断機構をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の結晶の連続引き上げ装置。
【請求項６】
前記リボン状結晶を所定長さに切断する切断装置と、
前記１組のベルトまたはローラの間を通過した後に前記リボン状結晶を前記切断装置の方に曲げる結晶位置変移用ローラとをさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の結晶の連続引き上げ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池等の用途に好適な、シリコン等の薄板状の結晶を連続的に引き上げる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造等に用いられるシリコン等の結晶の引き上げは、るつぼ内で溶解している過冷却状態の融液に種結晶を付け、融液と種結晶の間で結晶化させた後に、これをゆっくり引き上げることにより融液と結晶の境界部で連続的に融液を結晶化させつつ、結晶体を製造している。図６にこの代表的なＣＺ法による引き上げ装置を示す。図６において、頂部に設けられたワイヤ巻き取り装置１１より吊り下げられた種結晶１２を炉下部のるつぼ１３中の融液１４に付け、結晶の成長を開始する。そして、ワイヤ１５を巻き取りながら結晶１６を成長させ、引き上げ装置１１の上限の高さまで引き上げた後に、結晶１６の成長を中断する。尚、符号１７はるつぼ１３内の融液１４の温度を制御するヒータであり、符号１８は断熱材である。この後、最初のステップに戻って再度結晶を成長させるが、中断から再スタートまでは融液温度の再調整、結晶の取り外し、種結晶の取り付け等に多大な時間を要し、生産性を阻害していた。
【０００３】
一方、厚さが０．１ｍｍ程度の薄板状のリボン状の結晶においては、リボン状の結晶体が可撓性を有するため、図７に示すようなリール方式等の引き上げ装置により連続的な引き上げが行われていた。この装置においては、可撓性のあるテープ２１の先端に種結晶２２を取り付け、その反対側はリール型の巻き取り用プーリ２３に接続される。プーリ２３を回して種結晶２２を下げて融液１４に付けて結晶成長を開始した後、プーリ２３を先とは反対側に回転させて結晶を引き上げる。種結晶２２及びその先端で成長した結晶は、このプーリ２３に巻き取られて連続して引き上げることができる。この方式は、原理的に長尺の結晶体が得られるため、可撓性のあるリボン状の結晶の成長に好適である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、るつぼ１３内の融液１４は温度勾配があるため、結晶成長の開始時には種結晶はその中心に正確に下ろすことが必要である。又、引き上げを開始した後も、結晶成長部はその位置に正確に保つように調整することが必要である。図７に示すような連続引き上げ装置では、テープ２１の可撓性のため、結晶成長開始時にテープがゆれて種結晶を正確に必要な場所に下ろすことが難しく、多大な時間を要し、結晶成長の開始に失敗したり、開始したとしても引き上げ途中で動いて成長が中断することがあった。
【０００５】
本発明は上記従来の引き上げ装置の問題点を解決し、結晶成長の開始時には種結晶を融液の所定位置に正確に下ろすことができ、いったん成長が開始したら連続的に引き上げることができる結晶の引き上げ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の結晶の連続引き上げ装置は、種結晶及びこの先端で成長するリボン状結晶を鉛直方向に引き上げる直線引き上げ装置と、前記リボン状結晶部分を把持して連続的に引き上げる連続引き上げ機構とを備え、前記直線引き上げ装置は、ガイドレールと、前記ガイドレールに設けられた可動機構と、前記可動機構を前記ガイドレールに沿って移動させるモータと、前記可動機構に接続された結晶位置調整ステージと、前記種結晶が取り付けられる金具とを有し、前記金具は、前記結晶位置調整ステージに取り付けられており、前記金具に取り付けられた前記種結晶がるつぼ内の融液に接触する位置は、前記結晶位置調整ステージによって調整されることを特徴とする。
【０００７】
上述した本発明によれば、結晶の成長開始時には、種結晶を正確に所定の位置に下ろすことができる直線動作型の引き上げ装置で、所定位置から鉛直方向に引き上げることができる。これにより所望の寸法のリボン状の結晶を安定に且つ確実に成長させることができる。そして、直線引き上げ装置で十分な高さ迄引き上げた後に、連続引き上げ機構によりリボン状結晶を把持し、引き続きこれにより連続的に引き上げることから、原理的に極めて長尺のリボン状結晶体が得られる。
【０００８】
又、本発明の結晶の連続引き上げ装置は、前記直線引き上げ装置による種結晶部分の前記引き上げ機構の通過後に前記連続引き上げ機構による連続的引き上げに切り換る切換機構と、前記種結晶部分とリボン状結晶部分とを切断する切断機構とを備えることが好ましい。
【０００９】
又、前記連続引き上げ機構は、結晶の引き上げ位置を調整する機構を備えることが好ましい。前記リボン状結晶を連続的に引き上げた後、該結晶を切断する機構を設けることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図５を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。尚、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１１】
図１及び図２は、本発明の第１の実施の形態の結晶の連続引き上げ装置を示す。この装置は、断熱材１８内にヒータ１７により加熱制御されるるつぼ１３を備え、シリコン等の半導体材料を例えば１４００℃程度の高温に加熱し、半導体材料を融液１４の状態とする。尚、この点は従来の技術と同様である。この装置は、種結晶からリボン状結晶を鉛直方向に引き上げる直線引き上げ装置３０と、リボン状結晶部分を把持して連続的に引き上げる連続引き上げ機構４０とを備えている。直線引き上げ装置３０は、種結晶１２を固定する金具３４と、その種結晶１２のるつぼ１３内の引き上げ位置を調整する結晶位置調整ステージ（調整機構）３５と、モータ３３により回転することでガイドレール３２に沿って種結晶１２から成長したリボン状結晶１６を引き上げる直線引き上げ機構（可動機構）３１とを備えている。
【００１２】
又、同様に直線引き上げ装置３０の下部には、連続引き上げ機構４０が備えられている。これは２枚のベルト４１からなり、図２に示すようにリボン状結晶１６を把持して、ベルト４１の回転により上方にリボン状結晶１６を引き上げるものである。そしてカッター３９は、金具３４に固定された種結晶１２とリボン状結晶１６とを切断するためのものである。そして結晶位置変位用ローラ４２は、軸４２ａを中心にして揺動し、リボン状結晶１６を変位させ、切り取り部４５側に移動させるものである。同様にローラ４６は、リボン状結晶１６を切り取り部４５の曲面に沿って押圧しつつ移動させるものである。リボン状結晶切断装置４７は、引き上げられて進行してくるリボン状結晶１６を、例えば１ｍ程度の所定長さで切断するカッターである。
【００１３】
図１及び２では直線動作型の引き上げ装置としてガイドレールによる方式、連続引き上げ機構としては２枚のベルトで挟んで結晶を引き上げる方式について説明したが、種々の方式が可能なことは勿論である。
【００１４】
この装置における結晶引き上げの手順は、次のとおりである。まず直線引き上げ機構３１の先端の種結晶取付金具３４に種結晶１２を取り付け、これを種結晶１２の先端がるつぼ１３内の融液１４に接するまで下げる。この引き上げ機構３１の動きはガイドレール３２にて案内されており、結晶位置調整ステージ３５の調整により、種結晶１２を正確に融液の所定の位置に下ろすことができる。種結晶取付金具３４は位置調整用のステージ３５に取り付けられており、これにより適宜位置を調整することができ、例えば厚さ０．１ｍｍ程度で幅が５ｃｍ程度の薄板状の結晶の成長を安定に開始することができる。又種結晶取付金具３４は十分な剛性を持って製作されており、種結晶１２は振れることがない。種結晶１２が融液１４に付いたら、融液１４の温度を下げて過冷却の状態とし、上述した薄板状の結晶の成長を開始する。薄板状の結晶の成長が開始したら、直線引き上げ装置３０で種結晶１２及びその先端で成長したリボン状結晶１６をゆっくりと引き上げる。引き上げ中でも直線引き上げ機構３１はガイドレール３２によってこれに沿って上昇するため、正確に鉛直方向に引き上げることができる。
【００１５】
リボン状結晶が成長して連続引き上げ装置４０の２枚のベルト４１の間を通り、これを越える長さに成長したら、ゆっくりと２枚のベルト４１を閉じ、２枚のベルト４１でリボン状結晶１６を挟む。この時ベルトは直線引き上げ機構３１と同期した速度で回動している。２枚のベルト４１が閉じてリボン状結晶１６が完全に保持されたら、リボン状結晶１６の直上で種結晶１２を切断し、直線引き上げ装置３０の動作を停止する。そして、リボン状結晶１６は２枚のベルト４１にて挟持されつつ引き上げられる。この後、図２に示すように、結晶位置変位用ローラ４２にて結晶を切り取り部４５の方に曲げる。そして、リボン状結晶１６は、ローラ４６により切り取り部４５の曲面に沿うように押圧されつつ、連続引き上げ機構４０の動作により切断装置４７の下面方向に進行する。リボン状結晶１６が成長して切断装置４７に入ると、例えば１ｍ等の所定の長さ毎に切断される。
【００１６】
連続引き上げ機構４０には、位置調整用のステージ４３が取り付けられており、必要により適宜位置を調整することができる。これにより、るつぼ１３の融液１４内のリボン状結晶の成長開始位置を制御することができ、従って、安定した薄板状の結晶成長を行うことができる。このようにリボン状結晶１６は連続引き上げ装置４０で連続的に引き上げられ、切断装置４７で所定の長さ毎に切断されるので、切り取り部４５の端部には、次々と例えば長さ１ｍ、幅５ｃｍ、厚さ０．１ｍｍ程度の薄板長尺状のシリコン等の結晶体が製造される。従って、図示しないベルトコンベア等により、この結晶体を次工程に送ることができる。尚、直線引き上げ装置の駆動方式としては、ワイヤの巻き取り或いは軸ネジ方式等の他の形式としてもよい。軸ネジ方式の場合は、軸ネジが直線案内作用を有しているので、ガイドレールを省略することも可能である。
【００１７】
図３及び図４は、本発明の第２の実施の形態の結晶の連続引き上げ装置を示す。この連続引き上げ装置においては、図１又は図２に示すベルト４１をローラ４９に置き換えたもので、基本的な構成及び動作は第１の実施の形態と同様である。
【００１８】
図５は、本発明の第３の実施の形態の結晶の連続引き上げ装置を示す。第１又は第２の実施の形態の連続引き上げ装置に、掴み換えハンド方式５０を用いたものである。直線引き上げ機構は上述した各実施の形態の場合と同じであるが、結晶が成長して連続引き上げ装置５０の上部まで到達すると、連続引き上げ装置５０の把持部５１にて保持される。結晶切断装置３９にて種結晶１２を切断し、以後は連続引き上げ装置５０で引き上げを継続する。尚、把持部５１，５２による薄板リボン状結晶１６の保持は、２枚の弾性的な部材がリボン状結晶１６を挟み込むことによって行われる。把持部５１が上昇してリボン状結晶１６を引き上げ、引き上げ装置５０の上端に把持部５１が近づくと、連続引き上げ装置５０の下端に位置している把持部５２がリボン状結晶１６を把持し、把持部５１と同期した速度で結晶を引き上げる。把持部５１が上端に到達すると、把持部５１は結晶を放し、連続引き上げ装置５０の下端に戻る。そして、把持部５２が上端に近づくまで、結晶１６は把持部５２で引き上げられる。把持部５２が上端に近づくと、今度は下端で待っていた把持部５１がリボン状結晶１６を保持し、把持部５２と同期した速度でリボン状結晶１６を引き上げる。把持部５２が上端に到達すると、把持部５２はリボン状結晶１６を放し、リボン状結晶１６は把持部５１で引き上げられ、把持部５２は引き上げ装置５０の下端まで戻る。以後この動作を繰り返して、連続的に結晶１６を引き上げる。引き上げられた結晶は所定の長さ毎に、結晶切断装置４７で切断される。
【００１９】
尚、上記各実施の形態は、それぞれ本発明の一実施例を示すもので、これらを組み合わせるようにしても勿論よい。このように本発明の趣旨を逸脱することなく、種々の変形実施例が可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、直線引き上げ装置と連続引き上げ機構とを組み合わせることにより、精度良く種結晶をるつぼの融液からリボン状結晶を引き上げることが可能となる。これにより従来の直線引き上げ装置による種結晶の交換等の手間を省くことができ、精度の良好な長尺状のリボン状結晶体を効率的に生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の結晶引き上げ装置の種結晶の引き上げ段階を示す図である。
【図２】図１のリボン状結晶の連続引き上げ段階を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の結晶引き上げ装置の種結晶の引き上げ段階を示す図である。
【図４】図３のリボン状結晶の連続引き上げ段階を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態の結晶の引き上げ装置を示す図である。
【図６】従来のＣＺ法による結晶引き上げ装置を示す図である。
【図７】従来の連続リボン状結晶の引き上げ装置を示す図である。
【符号の説明】
１２              種結晶
１３              るつぼ
１４              融液
１６              リボン状結晶
３０              直線引き上げ装置
３５，４３        位置調整装置
４０              連続引き上げ機構
４７              結晶切断装置
【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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