DE10047929A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Halbleiter- und Metallscheiben oder -folien und Verwendung so hergestellter Folien oder Scheiben - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Halbleiter- und Metallscheiben oder -folien und Verwendung so hergestellter Folien oder ScheibenInfo
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- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/007—Pulling on a substrate
Abstract
Verfahren zur Herstellung von Halbleiter- und Metallscheiben oder -folien durch Erstarrung einer Schmelze eines Halbleiters, Metalls oder eines Gemisches mehrerer Halbleiter und/oder Metalle auf einem bewegten Substrat, wobei sich die Schmelze in einem oberhalb des Substrates angeordneten beheizten Gießrahmen befindet und die Schmelze im Bereich des Austritts des Substrates aus dem Bereich des Gießrahmens eine Temperatur zwischen der Schmelztemperatur des eingesetzten Materials und einer Temperatur von 5 DEG C oberhalb dieser Schmelztemperatur aufweist, bevorzugt eine Temperatur zwischen der Schmelztemperatur und 1 DEG C oberhalb derselben, und in der Schmelze ein Temperaturgradient eingestellt wird, wobei die Temperatur vom Bereich des Austritts des Substrates aus dem Bereich des Gießrahmens im Mittel in Richtung des Eintritts des Substrates in den Bereich des Gießrahmens ansteigt, wobei das Temperaturprofil ganz oder teilweise dadurch eingestellt wird, dass die Temperatur der Substratoberfläche unmittelbar vor der Beschichtung des Substrates mit dem Metall- oder Halbleitermaterial selektiv gegenüber dem Substratvolumen angehoben wird und/oder durch einen entsprechend ungleichmäßigen Wärmeeintrag in den Gießrahmen, geeignete Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens, die einen Gießrahmen mit unterschiedlichen Wandstärken, einen Zweikammerrahmen und/oder einen Keilbodenrahmen aufweisen und Verwendung entsprechend hergestellter Folien oder Scheiben, insbesondere auf dem ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiter- und
Metallscheiben oder -folien durch Erstarrung einer Halbleiter- oder Metallschmelze
auf einem bewegten Substrat nach dem Ribbon Growth on Substrate-Verfahren
(RGS-Verfahren), Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens und die
Verwendung von entsprechend hergestellten Halbleiter- und Metallscheiben oder
-folien, insbesondere von Siliciumfolien.
Die direkte Umwandlung von Sonnenstrahlungsenergie in elektrischen Strom mit
photvoltaischen Systemen ist eine der interessantesten alternativen Methoden der
Nutzenergieerzeugung. Kleinste bis mittelgroße Photovoltaik-Anlagen mit und ohne
Anschluß an ein Elektrizitätsverbundnetz können aus entsprechenden Solarmodulen
nach Bedarf zusammengestellt und durch die benötigten Peripheriegeräte wie
beispielsweise Wechselrichter oder Akkumulatoren samt Ladesystemen erweitert
werden. Geeignete Systeme können auch einfach auf Land-, Wasser- und Luft
fahrzeugen installiert werden.
Es sind jedoch nach wie vor große Anstrengungen erforderlich, um Verfahren zu
entwickeln bzw. zu verbessern, mit denen die Kosten, vor allem die Herstellkosten
der photovoltaischen Systeme, weiter deutlich gesenkt werden können. Einen be
sonders hohen Anteil an den Gesamtkosten photovoltaischer Systeme hat die Her
stellung des flächigen Halbleiter-Basismaterials, aus dem die Solarzellen unter
schiedlichster Art prozessiert werden können.
Da kontinuierlich arbeitende Verfahren in aller Regel die leichte Produktion großer
Mengen erlauben und kostengünstiger arbeiten als Chargenprozesse, besteht ein
hohes Interesse an kontinuierlichen Prozessen zur Herstellung von Halbleiter- und
Metallscheiben oder -folien, speziell für den Einsatz in der Photovoltaik.
Ein besonders interessantes und elegantes Verfahren zur Herstellung von Halbleiter-
und Metallscheiben oder -folien, insbesondere für die Herstellung flächiger Halb
leitermaterialien, ist das RGS-Verfahren (Ribbon Growth on Substrate). Bei diesem
Verfahren werden die aufwendigen Sägeschritte eingespart und die damit
verbundenen Materialverluste vermieden, die beim Aufsägen von Einkristallsäulen
oder multikristallin erstarrten Halbleiterblöcken, die etwa nach dem Blockguss
verfahren hergestellt werden, nicht zu vermeiden sind. Das RGS-Verfahren zeichnet
sich weiterhin durch eine hohe Flächenerzeugungsrate aus. Bevorzugt wird das RGS-
Verfahren zur Herstellung von Siliciumfolien eingesetzt, es können aber auch alle
dem Fachmann bekannten Halbleitermaterialien und Metalle bzw. Mischungen
daraus, die sich aus einer Schmelze oder Lösung definiert abscheiden lassen, zu
Scheiben oder Folien verarbeitet werden.
EP 165 449 A1 offenbart die grundlegende Funktionsweise des RGS-Verfahrens.
Aus der Schmelze werden bei hohen Geschwindigkeiten Halbleiterfolien auf einer
Unterlage (Substrat) abgeschieden. Es werden dabei Folien mit großen kolumnar
gewachsenen Kristallkörnern und einer geringen Fehlstellenkonzentration erhalten.
Der flüssige Halbleiter wird mit Hilfe eines Formkörpers, hier im Folgenden
Gießrahmen genannt, auf das plattenförmige horizontale oder bis zu ±30° gegen die
Horizontale geneigte Substrat aufgebracht, wobei parallel in Längsrichtung zwischen
Substrat und Gießrahmen eine Relativbewegung eingestellt wird. Gleichzeitig wird
im Beschichtungsbereich zwischen dem Gießrahmen und der Unterlage ein
Temperaturgradient so eingestellt, dass in diesem Bereich die Kristallisation einsetzt.
Der in EP 165 449 A1 beschriebene Gießrahmen hat in der Aufsicht die Form eines
Rahmens von quadratischem oder rechteckigem Querschnitt. Diese Rahmenform
wird deshalb im Folgenden als Kastenrahmen bezeichnet. Das flüssige Halb
leitermaterial wird durch das Substrat bzw. das auf diesem aufgewachsene feste
Halbleitermaterial im Gießrahmen gehalten, wobei die hohe Oberflächenspannung
des Halbleitermaterials ausgenutzt wird. Diese Konstruktion stellt somit eine Wanne
dar, bestehend aus einem Gießrahmen mit im Wesentlichen senkrechten Wänden und
aus einem separaten Boden. Boden und Gießrahmen werden relativ zueinander
bewegt. Die Abmessungen des Gießrahmens bestimmen die Größe der Grenzfläche
zwischen dem flüssigen und dem bereits erstarrten Halbleiter oder Metall. Somit
kann durch eine Vergrößerung der effektiven Länge des Gießrahmens die wachsende
Folienoberfläche verlängert werden und umgekehrt. Dies wiederum erlaubt
Transportgeschwindigkeiten, die um deutlich mehr als den Faktor 100 höher liegen
als die Kristallisationsgeschwindigkeit.
Aus DE 41 02 484 A1 ist bekannt, dass das RGS-Verfahren durch Verwendung von
Substratmaterialien mit geeigneten Nuten so verbessert werden kann, dass direkt
Metall- und Halbleiterfolien in Form diskreter Scheiben erzeugt werden können.
Damit entfallen entsprechende Trennschritte zur Zerteilung senkrecht zur Folien
ebene, beispielsweise unter Verwendung der aus der Halbleitertechnik bekannten
Trennsägen (dicing saws) oder durch Einsatz von Lasern zum Durchtrennen bzw.
zum Anritzen mit anschließendem Brechen.
DE 41 05 910 A1 offenbart, dass sich erstarrende Metall- oder Halbleiterschmelzen
durch Behandeln mit einem Gas reiner herstellen lassen. Unter Gas wird hierbei ein
unter den Bedingungen des RGS-Verfahrens oxidierend wirkendes Gas oder eine
Mischung mehrerer solcher Gase in Mischung mit einem Inertgas oder mehreren ver
schiedenen Inertgasen verstanden. Anschließend ist die unter diesen Bedingungen er
starrte oberflächennahe Metall- oder Halbleiterschicht von einigen µm Dicke durch
einen mechanischen oder chemischen Abtrag zu entfernen. Dieses Vorgehen ist ins
besondere geeignet bei der Herstellung von Siliciumfolien für den Einsatz in der
Photovoltaik nach dem RGS-Verfahren.
Mit dem RGS-Verfahren steht eine Methodik zur Verfügung, die sich ausgezeichnet
zur Herstellung von Halbleiter- und Metallscheiben oder -folien eignet. Es hat sich
aber gezeigt, dass das RGS-Verfahren teilweise empfindlich auf Änderungen der
Verfahrensparameter reagiert. Kritische Verfahrensparameter sind insbesondere die
Temperatur des Gießrahmens, des Substrates und der Schmelze und die Füllhöhe im
Gießrahmen. Änderungen dieser Verfahrensparameter haben insbesondere Einfluß
auf die Qualität der Unterseite der erzeugten Scheiben oder Folien, die Seite, die dem
Substrat zugewandt ist. In nach dem RGS-Verfahren hergestellten Scheiben oder
Folien finden sich in ungünstigen Fällen mechanische Strukturen, die als
eingefrorene Wellen beschrieben werden können. Werden diese Strukturen zu groß,
bilden sich im Extremfall von der Unter- zur Oberseite durchgehende Löcher in den
Scheiben oder Folien. Beim Prozessieren von Solarzellen aus oder auf Silicium
scheiben ist man auf hinreichend glatte oder sogar ebene Siliciumscheibenober
flächen angewiesen. Die geschilderten Oberflächenstrukturen stören oder verhindern
im Extremfall die Herstellung von Solarzellen aus oder auf diesen Scheiben oder
Folien.
Im bekannten RGS-Verfahren lassen sich die beschriebenen kritischen Verfahrens
parameter oftmals nur schwer mit hinreichender Zuverlässigkeit konstant halten.
Darüber hinaus ist es schwierig, nach dem bekannten RGS-Verfahren Siliciumfolien
zu erzeugen, die eine Dicke von kleiner 200 µm aufweisen. Wird die Substratge
schwindigkeit relativ zum Gießrahmen erhöht, was prinzipiell zur Bildung dünner
Folien führen sollte, tritt oft zwischen der schon erstarrten Folie und der Unterseite
der vorderen Gießrahmenwand so viel flüssiges Silicium aus, dass der gewünschte
Effekt durch diese flüssige Masse wieder näherungsweise aufgehoben wird. Dieses
flüssig ausgetretene Silicium wird als Schmelzeschlupf bezeichnet. Darüber hinaus
erstarrt eine erhöhte Menge des Schmelzeschlupfs geometrisch und damit thermisch
sehr ungleichmäßig auf der Folie; diese wird damit in der Regel für die Solarzellen
produktion unbrauchbar.
Dünnere Folien sind prinzipiell auch durch eine entsprechende Verkürzung des
Gießrahmens zugänglich. Damit wird dieser jedoch in Relation schmal und hoch. Da
der Gießrahmen nur lose in einer Halterung liegt, die ihn gegen Verschieben fixiert,
kann der Gießrahmen gemäß Stand der Technik nicht mehr hinreichend plan und
ruhig auf dem bewegten Substrat aufliegen. Wiederum stellt sich ein erhöhter
Schmelzeschlupf mit allen Folgeeffekten ein. Weiterhin muß der Gießrahmen für
einen diskontinuierlichen Ansatz einmalig oder für den dauerhaften Betrieb
kontinuierlich mit flüssigem Silicium befüllt werden. Bei immer schmaler
werdendem Rahmen wird entsprechend das Arbeitsvolumen an flüssigem Silicium
immer geringer. Entsprechend diffizil wird die verfahrenstechnisch zuverlässige
Befüllung bzw. das Halten des Füllstandes.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein RGS-Verfahren zur
Herstellung von Halbleiter- und Metallscheiben und -folien zur Verfügung zu
stellen, das es erlaubt, zuverlässig Scheiben oder Folien herzustellen, die eine für die
weitere Verarbeitung hinreichend glatte und ebene Oberfläche aufweisen, wobei die
kritischen Verfahrensparameter auf einfache Weise stabil gehalten werden können.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiter- und
Metallscheiben oder -folien durch Erstarrung einer Schmelze eines Halbleiters,
Metalls oder eines Gemisches mehrerer Halbleiter und/oder Metalle auf einem
bewegten Substrat, wobei sich die Schmelze in einem oberhalb des Substrates
angeordneten beheizten Gießrahmen befindet und die Schmelze im Bereich des
Austritts des Substrats aus dem Bereich des Gießrahmens eine Temperatur zwischen
der Schmelztemperatur des eingesetzten Materials und einer Temperatur von 5°C
oberhalb dieser Schmelztemperatur aufweist und in der Schmelze ein Temperatur
gradient eingestellt wird, wobei die Temperatur vom Bereich des Austritts des
Substrats aus dem Bereich des Gießrahmens im Mittel in Richtung des Eintritts des
Substrats in den Bereich des Gießrahmens ansteigt.
Vorzugsweise weist die Schmelze im Bereich des Austritts des Substrats aus dem
Bereich des Gießrahmens eine Temperatur zwischen der Schmelzetemperatur und
1°C oberhalb derselben auf.
Weist die Schmelze erfindungsgemäß im Bereich des Austritts des Substrats aus dem
Bereich des Gießrahmens eine Temperatur zwischen der Schmelztemperatur des
eingesetzten Materials und einer Temperatur von 5°C oberhalb dieser Schmelz
temperatur auf, bevorzugt eine Temperatur zwischen der Schmelzetemperatur und
1°C oberhalb derselben, wird die kleinstmögliche Menge schon erstarrter Schmelze
wieder aufgeschmolzen. Die aus dem Rahmen austretende und dabei auf der schon
erstarrten Scheibe oder Folie aufliegende Menge flüssigen Halbleiters oder Metalls
wird so minimiert. Im Idealfall tritt nur die hydrodynamisch nicht zu vermeidende
Menge flüssigen Halbleiters oder Metalls zusammen mit der kristallisierten Scheibe
oder Folie aus.
Wird an der genannten Stelle hingegen eine Temperatur unterhalb des Schmelz
punktes des eingesetzten Materials eingestellt, beginnt der Gießrahmen auf der
Scheibe oder Folie anzufrieren. Es kommt zu einem Mitreißen des Gießrahmens bis
sich dieser wieder ablöst. Dabei wird der Gießrahmen angehoben, wobei erhöhte
Mengen flüssigen Halbleiters oder Metalls austreten. Dieser Vorgang wiederholt sich
ständig und es entstehen in der Regel keine brauchbaren Scheiben oder Folien mehr.
An der äußeren Wand des Gießrahmens bildet sich beim Austritt der erstarrten
Schmelze durch die auf diesem aufliegende dünne noch flüssige Schicht ein vorderer
Meniskus aus. Im Anfangsbereich des Wachstumskeils bildet sich ein hinterer
Meniskus der Schmelze aus, der ein Auslaufen entgegen der Transportrichtung
verhindert.
Ist die Temperatur auf der Seite des Eintritts des Substrats in den Bereich des
Gießrahmens zu niedrig, erstarrt die Schmelze schon im Bereich des hinteren
Meniskus. Es bilden sich Folien mit unregelmäßigen und unbrauchbaren Folien
unterseiten. Häufig bildet sich dabei der eingefrorene Meniskus als Wellenmuster
quer zur Transportrichtung ab.
Erfindungsgemäß wird in der Schmelze ein Temperaturgradient eingestellt, so dass
die Temperatur im Mittel in Richtung der Seite des Eintritts des Substrats in den
Bereich des Gießrahmens ansteigt.
Auf Grund des Wärmeübergangs in der Schmelze wird die Temperatur dabei in der
Regel ungleichmäßig ansteigen. Während die Temperatur zunächst nicht oder nur
schwach ansteigt, wobei es sogar zu einem gewissen Temperaturabfall kommen
kann, steigt die Temperatur nahe der Seite des Eintritts des Substrats in den Bereich
des Gießrahmens stark an.
Vorzugsweise wird die Temperatur an der Seite des Eintritts des Substrats in den
Bereich des Gießrahmens so hoch eingestellt, dass die Schmelze im ganzen hinteren
Meniskus flüssig bleibt, und das Metall- oder Halbleitermaterial erst dann zu
kristallisieren beginnt, wenn es makroskopisch flächigen Kontakt mit dem Substrat
erhalten hat.
Alternativ kann der Temperaturgradient in der Schmelze auch so eingestellt werden,
dass das Metall- oder Halbleitermaterial zu kristallisieren beginnt, wenn es soeben
noch keinen makroskopisch flächigen Kontakt mit dem Substrat erhalten hat.
Bei einer erfindungsgemäßen Temperaturführung stellt das relativ zur Schmelze kalte
Substrat Fremdkeime in hinreichender Menge für eine makroskopisch in der Aufsicht
nahezu isotrope Kristallisation bereit. Es entsteht ein globulitischer Kristallhabitus.
Als globulitisch wird ein Kristallbild bezeichnet, bei dem die einzelnen Kristalle
überwiegend als säulenartige Gebilde von der Folienunter- zur Folienoberseite
gewachsen sind und bei denen damit in der Aufsicht die Transportrichtung von
Substrat und Folie kaum oder gar nicht erkennbar ist.
Ein globulitisches Kristallgefüge korreliert mit deutlich weniger Kristalldefekten als
ein dendritisches und ist daher wünschenswert. Dies hat seine wesentliche Ursache in
der Keimbildung und im Kristallwachstum (I. Steinbach, H.-U. Höfs, Microstructural
Analysis of the Crystallization of Silicon Ribbons Produced by the RGS Process, 26th
PVSC, 1997 Anaheim, USA). Um dem Idealfall einer globulitischen, vom Habitus
isotropen Kristallisation möglichst nahe zu kommen, muß die Temperatur des
Gießrahmens direkt am Eintritt des Substrates so hoch wie praktisch möglich
einstellt werden.
Die beiden Forderungen der erfindungsgemäßen Temperaturführung, dass einerseits
die Temperatur der Schmelze im Bereich des Austritts des Substrats aus dem
Gießrahmen möglichst knapp über dem Schmelzpunkt des Folienmaterials liegt und
andererseits in der Schmelze ein Temperaturgradient eingestellt wird, wobei die
Temperatur im Mittel in Richtung des Eintritts des Substrats in den Bereich des
Gießrahmens ansteigt, d. h. dass die Schmelze im Bereich des Eintritts des Substrats
in den Gießrahmen eine deutlich höhere Temperatur aufweist, sind ein innerer
Widerspruch. Im ersten Fall muß nur relativ wenig Wärmeenergie zugeführt werden,
um die gewünschte Temperatur zu halten. Im zweiten Fall wird viel Wärmeenergie
benötigt.
Die Temperatur im Bereich des Austritts des Substrats aus dem Bereich des
Gießrahmens wird beispielsweise mittels der Temperatur der Seite des Gießrahmens
im Bereich des Austritts des Substrats gesteuert, indem man die Gießrahmen
temperatur mit einer geeigneten Heizung entsprechend einstellt. Hierbei müssen
empirisch oder per numerischer Simulation die Wärmeströme im Gießrahmenbereich
entsprechend berücksichtigt werden. Die optimale Gießrahmentemperatur wird
vorzugsweise ermittelt und eingestellt, indem der scheinbare Schmelzeschlupf auf
ein Minimum gebracht wird. Unter scheinbarem Schmelzeschlupf wird der hydro
dynamisch gegebene Schmelzeschlupf und zuzüglich die wieder aufgeschmolzene
Schmelzeschicht verstanden. Die gemessene und optimal einjustierte Temperatur im
freien Raum über der Schmelze liegt dabei deutlich höher als die damit gekoppelte
effektive Temperatur der unteren Gießrahmenaustrittsseite.
Das erfindungsgemäße Temperaturprofil der Schmelze, d. h. die Temperatur im
Bereich des Austritts des Substrats aus dem Bereich des Gießrahmens und der
Temperaturgradient in der Schmelze kann beispielsweise ganz oder teilweise dadurch
eingestellt werden, dass die Temperatur der Substratoberfläche unmittelbar vor der
Beschichtung des Substrates mit dem Metall- oder Halbleitermaterial selektiv
gegenüber dem Substratvolumen angehoben wird.
Es ist beispielsweise auch möglich, das erfindungsgemäße Temperaturprofil der
Schmelze ganz oder teilweise durch ein entsprechendes Temperaturprofil des
Gießrahmens einzustellen.
Der Gießrahmen zur Durchführung des RGS-Verfahrens läßt sich prinzipiell mit
einer oben liegenden Deckelheizung und/oder mit einer an den vier Seiten
angebrachten Heizung betreiben. Eine solche Seitenheizung kann als Wider
standsheizung ausgebildet sein, wobei der Heizleiter, beispielsweise aus Graphit oder
Siliciumcarbid besteht. Eine Seitenheizung kann beispielsweise auch als
Induktionsheizung ausgebildet sein. Hier wirkt der Rahmen als Suszeptor. Dieser ist
von einer metallischen, vorzugsweise wassergekühlten Induktionsspule umgeben.
Erfindungsgemäß wird die Temperatur im Bereich des Austritts des Substrats aus
dem Bereich des Gießrahmens und der Temperaturgradient in der Schmelze
vorzugsweise durch den Einsatz einer Zusatzheizung, eines Gießrahmens mit
verschiedenen Wandstärken, eines Gießrahmens, der als Zweikammerrahmen
ausgebildet ist, eines Gießrahmens, der als Keilbodenrahmen ausgebildet ist oder
einer Kombination mehrerer dieser Maßnahmen eingestellt.
Im Folgenden werden verschiedene beispielhafte Ausführungsformen des
erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert, wobei
andere Ausgestaltungsformen möglich und ebenfalls Gegenstand der vorliegenden
Erfindung sind, und die Figuren nicht einschränkend zu verstehen sind.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Tempe
raturgradient in der Schmelze durch den Einsatz einer Zusatzheizung eingestellt, die
in Form einer Querheizung ausgebildet ist.
In dieser Ausführungsform beheizt die Zusatzheizung die Oberfläche des Substrats
quer zu dessen Transportrichtung im Bereich der eintrittsseitigen Wand des
Gießrahmens selektiv gegenüber dem Substratvolumen und/oder die untere Wandung
des Gießrahmens im Bereich des Substrateintritts.
Ein Gießrahmen mit Zusatzheizung ist in den Fig. 1a und 1b exemplarisch
dargestellt, wobei Fig. 1b einen Querschnitt durch die in Fig. 1a dargestellte
Ausführungsform wiedergibt. Die Querheizung (9) wird möglichst nahe an der in
Transportrichtung (4) hinteren Wand des Gießrahmens (1) und direkt über dem
Substrat (2) installiert, wobei das Substrat (2) vorteilhaft Nuten (3) aufweist. Die
Querheizung (9) soll einen möglichst großen Teil ihrer Energie direkt auf die
Substratoberfläche bzw. in die hintere Seite des Gießrahmens (1) einbringen.
Wesentlich ist ein geringer Abstand von Querheizung (9) und Gießrahmen (1), um zu
verhindern, dass die auf die Substratoberfläche eingestrahlte Wärmeenergie in das
Substratvolumen dissipiert bzw. wieder abgestrahlt wird. Die Fig. 1a und 1b
zeigen als ein mögliches Ausführungsbeispiel der Zusatzheizung einen rechteckigen
Widerstandsheizungsstab (9). Neben der Zusatzheizung ist exemplarisch eine
Widerstandsheizung (a) für den Gießrahmen (1) in näherungsweiser Ω-Form
dargestellt. Im Gießrahmen (1) befindet sich die Schmelze (5) eines Halbleiters oder
eines Metalls, vorzugsweise eine Silicium-Schmelze, wobei im Bereich des Austritts
des Substrats aus dem Gießrahmen (1) eine Scheibe oder Folie (6) des Halbleiters
oder Metalls auf dem Substrat (2) entsteht. Im Bereich des Austritts des Substrats (2)
aus dem Gießrahmen (1) bildet sich ein vorderer Meniskus (8), im Bereich des
Eintritts des Substrats (2) in den Gießrahmen (1) ein hinterer Meniskus (7).
Die Querheizung kann beispielsweise als Widerstandsheizung ausgebildet sein und
weist vorzugsweise die Form eines Stabes mit näherungsweise rundem, quadratischem,
ellipsenförmigem oder rechteckigem Profil auf. Wird eine Querheizung in
Form einer Widerstandsheizung eingesetzt, besteht diese vorzugsweise aus Graphit
oder Siliciumcarbid. Die Widerstandsheizung kann auch in Form eines Mäanders
gebaut sein.
Vorzugsweise ist die Widerstandsheizung so gestaltet und angeordnet, dass ein
möglichst großer Teil der strahlenden Oberfläche auf das Substrat und/oder die
eintrittsseitige untere Wandung des Gießrahmens gerichtet ist, wobei die Energie
ausbeute durch reflektierende bzw. isolierende Elemente verbessert wird.
Die Querheizung kann beispielsweise auch als Lampenheizung ausgestaltet sein,
wobei die Lampenheizung vorzugsweise eine linearer Form aufweist und mit einem
fokussierenden Spiegel ausgestattet ist. Die Heizleistung wird vorzugsweise
weitgehend auf eine Linie fokussiert, die quer über dem Substrat und möglichst nahe
an der Gießrahmenwandung liegt. Alternativ kann diese Fokussionslinie auch auf der
hinteren Gießrahmenwandung liegen, möglichst nahe am unteren Ende und damit
möglichst nahe am Substrat.
Die Querheizung kann weiterhin beispielsweise als Induktionsheizung ausgestaltet
sein. Dabei erfolgt der Einbau einer Induktionsspule vor der hinteren Gieß
rahmenwandung. Die hintere Gießrahmenwandung ist entsprechend zu modifizieren,
damit sie möglichst effektiv als Suszeptor wirken kann. Alternativ kann auch ein
besonderer Suszeptor installiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die
Temperatur der Schmelze im Bereich des Austritts des Substrats aus dem Bereich des
Gießrahmens und der Temperaturgradient in der Schmelze ganz oder teilweise durch
Einsatz eines Gießrahmens mit unterschiedlichen Wandstärken, der mittels einer
Induktionsheizung beheizt wird, eingestellt.
Vorzugsweise weist die Wandung des Gießrahmens an der Eintrittsseite des
Substrates 10 bis 99% der Dicke der seitlichen Wandung auf, besonders bevorzugt
30 bis 95%, und die Wandung des Gießrahmens an der Austrittsseite des Substrates
101 bis 500% der seitlichen Wandstärke, besonders bevorzugt 105 bis 200%.
Diese Ausführungsform ist schematisch in den Fig. 2a und 2b dargestellt, wobei
Fig. 2b einen Querschnitt durch Fig. 2a wiedergibt. Die in Transportrichtung (4)
vordere Wand (11) weist eine größere Wandstärke auf als die übrigen Wände des
Gießrahmens (1), während die hintere Wand (10) eine geringere Wandstärke
aufweist. Der so gestaltete Gießrahmen wird mit einer Induktionsheizung beheizt.
Die Induktionsspule (b) wird dabei vorzugsweise um den Gießrahmen (1) herum
installiert. Es ist jedoch auch möglich, die Induktionsspule oberhalb des
Gießrahmens (1) anzuordnen.
Vorzugsweise wird die Induktionsspule (b) aus einem elektrisch gut leitenden Metall
gebaut. Beispielhaft seien Kupfer, Aluminium und Silber genannt. Die
Induktionsspule (b) ist vorzugsweise nicht aus massivem Material, sondern aus
einem Rohr gefertigt, das während des Betriebs von einem Kühlmedium,
beispielsweise Wasser, durchströmt wird. Die Anzahl der Windungen der
Induktionsspule (b), der Rohrdurchmesser und die Rohrwandstärke sind nach den
Regeln der Technik durch Rechnung oder empirisch an den Gießrahmen (1), die
Mittelfrequenzenergieversorgung der Induktionsheizung und den gesamten Aufbau
anzupassen.
Vorzugsweise wird eine Mittelfrequenz im Bereich von etwa 1 bis 30 kHz eingesetzt.
In diesem Fall weist die Induktionsspule (b) vorzugsweise 1 bis 5 Windungen und
das verwendete Rohr einen quadratischen Querschnitt von 1 cm Durchmesser und
eine Wandstärke von 1,5 mm auf.
Die Wandung des Gießrahmens (1) dient als Suszeptor. Das Mittelfrequenzfeld der
Induktionsspule kann jedoch auch so eingestellt werden, dass eine gewisse
Eindringtiefe in das Innere des Gießrahmens (1) hinein gegeben ist. In diesem Fall
wird die im Gießrahmen (1) befindliche Schmelze (5) auch direkt beheizt. Je höher
die Frequenz der Induktionsspule gewählt wird, desto geringer ist dieser Effekt.
Weiterhin bewirkt das Mittelfrequenzfeld in Abhängigkeit von Geometrie und
Frequenz eine gewisse Bewegung der flüssigen Schmelze (5).
Dominierend ist jedoch der Einfluß des Gießrahmens (1). Die Gießrahmenwandung
wirkt als kurzgeschlossene Spule mit 1 Windung. Somit entsteht in erster Näherung
durch das Induktionsfeld ein im Takt der Mittelfrequenz alternierender Ringstrom in
der Gießrahmenwandung. Dieser induzierte Strom heizt im Sinne einer
Widerstandsheizung den Gießrahmen (1). Die Dicke der Gießrahmenwandung ist im
Gesamtzusammenhang des induktiven Systems vom Fachmann entsprechend
auszulegen. Einerseits muß das Mittelfrequenzfeld gut einkoppeln können.
Andererseits ist im Sinne der Widerstandsheizung ein adäquater elektrischer
Widerstand einzustellen. Dieser ist eine Funktion der Geometrie und der elektrischen
Leitfähigkeit des verwandten Materials.
Wird nun gemäß der beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens die Dicke der Gießrahmenwandung auf einer Seite erhöht, verringert sich
dort der effektive elektrische Widerstand. Damit wird in diesem Bereich durch
ohmsche Heizung weniger elektrische Energie in thermische umgewandelt. Durch
die Wärmeabflüsse innerhalb der RGS-Anlage sinkt die Temperatur dieser Wand
(11) gegenüber den anderen ab.
Wird die Dicke der Gießrahmenwandung auf einer Seite vermindert, erhöht sich dort
der effektive Widerstand dieses Wandsegments. Die Temperatur der dünneren Wand
(10) des Gießrahmens (1) steigt analog. In Abhängigkeit vom induktiven Gesamt
system gibt es jedoch eine kritische dünnste Wandstärke. Unterhalb dieser Grenze
wird der Widerstand so hoch, dass die betreffende Wand (10) die Leistung nur noch
unzureichend aufnehmen kann. Seine Temperatur sinkt wieder. Je nach Ausmaß und
in Abhängigkeit von den gegebenen Randbedingungen kann damit auch die
aufgenommen Leistung des gesamten Rahmens beeinträchtigt werden.
Beim erfindungsgemäßen Einsatz eines Gießrahmens (1) mit unterschiedlichen
Wandstärken, wird bevorzugt ein Gießrahmen (1) aus hochdichtem Graphit ein
gesetzt, wie er typischerweise in der Halbleitertechnik verwendet wird. Vorteilhaft
beträgt in diesem Fall die mittlere Wanddicke etwa 1 cm. Die in Transportrichtung
(4) vordere Wand (11) weist erfindungsgemäß eine größere Wandstärke auf als die
übrigen Wände des Gießrahmens (1), die hintere Wand (10) eine geringere Wand
stärke. Bei Verwendung eines Gießrahmens aus hochdichtem Graphit weist die
Wand (11) vorzugsweise eine Wandstärke von 1,1 bis 2,0 cm, besonders bevorzugt
1,2 bis 1,5 cm, die Wand (10) eine Wandstärke von 0,3 bis 0,9 cm, vorzugsweise 0,5
bis 0,8 cm auf.
Es ist möglich und ebenfalls Gegenstand der Erfindung zur Einstellung des Tem
peraturgradienten im erfindungsgemäßen Verfahren einen Gießrahmen mit unter
schiedlichen Wandstärken und Induktionsheizung und zusätzlich eine oben be
schriebene Zusatzheizung zu verwenden.
Prinzipiell ist es denkbar, die gewünschten Temperaturen und den erfindungs
gemäßen Temperaturgradienten auch mittels einer umliegenden Widerstandsheizung
zu erzeugen. Hierzu sind an den verschiedenen Rahmenstellen unterschiedliche
Querschnittsflächen der Widerstandsheizung erforderlich oder eine Heizung aus
entsprechenden unterschiedlichen und einzeln betriebenen Heizleitern. Mittels einer
Induktionsheizung in Verbindung mit den oben beschriebenen Maßnahmen ist das
gewünschte Ergebnis jedoch eleganter und einfacher zu erhalten.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die
Temperatur der Schmelze im Bereich des Austritts des Substrats aus dem Bereich des
Gießrahmens und der Temperaturgradient in der Schmelze ganz oder teilweise durch
Einsatz eines Gießrahmens, der in 2 Kammern unterteilt ist, eingestellt, wobei die
Unterteilung mittels eines lose oder fest eingebauten Wehres quer zu der
Transportrichtung des Substrates vorgenommen wird, so dass an der Austrittsseite
des Substrates eine Hauptkammer für die Aufnahme der Metall- bzw. Halb
leiterschmelze und an der Eintrittsseite des Substrates eine nicht mit Schmelze
gefüllte Vorkammer gebildet wird. Mittels der Vorkammer wird die Temperatur im
Eintrittsbereich des Substrates und mittels der Hauptkammer die Temperatur im
Austrittsbereich eingestellt. Der beschriebene Gießrahmen wird im Folgenden als
Zweikammerrahmen bezeichnet.
Der Zweikammerrahmen kann durch eine Widerstandsheizung oder eine Induktions
heizung beheizt werden, wobei die Heizung von den Seiten oder von oben erfolgen
kann.
Vorzugsweise beträgt die Länge der Vorkammer parallel zur Transportrichtung des
Substrates 0,1 bis 500% der Länge der Hauptkammer parallel zur Transportrichtung
des Substrates, besonders bevorzugt 5 bis 100%.
Das Wehr zur Unterteilung des Gießrahmens besteht beispielsweise aus Silicium
nitrid, Siliciumcarbid, Graphit, Quarzglas, Quarzgut oder einer Kombination oder
Mischung dieser Materialien. Bevorzugt besteht das Wehr zumindest an der der
Schmelze zugewandten Seite aus Quarzglas oder Quarzgut.
Die Ausführungsform ist exemplarisch in den Fig. 3a und 3b dargestellt, wobei
Fig. 3b einen Querschnitt durch Fig. 3a wiedergibt. Der Gießrahmen (1) ist durch
das Wehr (12) in eine austrittsseitige Hauptkammer (14) und eine eintrittsseitige
Vorkammer (13) unterteilt.
Die austrittsseitige Hauptkammer (14) wird mit dem gewünschten Metall bzw. Halb
leiter, vorzugsweise mit Silicium beschickt. Diese Hauptkammer (14) funktioniert
für sich weitgehend wie ein einfacher Gießrahmen in Form eines Kastenrahmens und
wird entsprechend betrieben.
Die eintrittsseitige Vorkammer (13) bleibt leer. Sie ist im Wesentlichen eine
Strahlungskammer. Damit herrscht hier das Bestreben zum Temperaturausgleich
aller Wandsegmente. Dies geschieht vor allem per thermischer Strahlung. Die
Substratoberfläche ist ein solches Wandsegment, wobei dieses im Zuge der
Transportbewegung ständig erneuert wird. Deshalb wird die Substratoberfläche
strahlend deutlich über die Temperatur des Substratvolumens aufgeheizt. Dies
geschieht mit dem geringstmöglichen Abstand zur Schmelze (5) und damit mit dem
geringstmöglichen Zeitverzug bis zum Kontakt von Schmelze (5) und Substrat (2).
Darüber hinaus wird das Wehr (12), das Vorkammer (13) und Hauptkammer (14)
trennt, und besonders der unterste Teil des Wehres (12) durch diesen Strahlungs
kammereffekt in etwa auf die mittlere Temperatur der Vorkammer (13) gebracht.
Man kann somit von einer aktiven Isolierung sprechen. Damit wird insbesondere im
hinteren Meniskus (7) eine erhöhte Temperatur eingestellt.
Das Wehr (12) und der gesamte Gießrahmen (1) kann beispielsweise aus einem
Stück gefertigt werden, beispielsweise aus Graphit oder Siliciumcarbid, vorzugs
weise aus hochdichtem Graphit. Die Wandstärke des Wehres (12) muß nur so groß
sein, wie es die Festigkeit des Materials bzw. die Fertigungstechnik erfordern. In dem
Falle, dass das Wehr (12) und der Gießrahmen (1) aus einem hochdichten Graphit
bestehen, weist der Gießrahmen (1) vorzugsweise eine Wandstärke von 0,8 bis 1,2 cm
und das Wehr (12) eine Wandstärke von 0,2 bis 0,7 cm, besonders bevorzugt von
0,3 bis 0,6 cm auf.
Das Wehr (12) kann alternativ auch separat gefertigt und nachträglich in den
Gießrahmen (1) eingebaut oder eingehängt werden. Dazu ist es vorteilhaft, in den
Gießrahmen (1) entsprechende Führungs- oder Haltenuten oder -federn
einzuarbeiten. Auch in diesem Falle kann das Wehr (12) aus dem gleichen Werkstoff
wie der Gießrahmen (1) gefertigt werden, es kann aber auch ein anderes Material
benutzt werden.
Es ist besonders vorteilhaft das Wehr (12) aus Quarz zu fertigen. Ein solches Wehr
(12) aus Quarz kann einfach durch Sägen und Schleifen aus einer entsprechenden
Quarzglas- oder Quarzgutscheibe hergestellt werden. Vorzugsweise weist ein Wehr
(12) aus Quarz eine Wandstärke von 2 bis 4 mm auf. Quarz (SiO2) als Material zur
Herstellung des Wehres (12) hat insbesondere bei der Verarbeitung von Silicium-
Schmelzen den besonderen Vorteil, dass ein Wehr (12) aus Quarz unter den
Bedingungen des RGS-Verfahrens überraschenderweise besser von der Schmelze
benetzt wird, als ein Wehr (12) aus Graphit. Dadurch wird der hintere Meniskus (7)
kleiner, wodurch es besser gelingt, den Start der Kristallisation der Schmelze in den
gewünschten Bereich des flächigen Kontakts von Schmelze und Substrat zu
verschieben. Weiterhin ist die Verwendung von Quarz vorteilhaft, weil Quarz bei den
gegebenen Temperaturen eine gewisse Transparenz aufweist. Daher dringt die
thermische Strahlung der Vorkammer (13) teilweise direkt bis in die Schmelze und in
den Meniskus (7). Damit wird die Schmelze, insbesondere der Meniskus (7) zusätz
lich beheizt, was die Ausbildung des erfindungsgemäßen Temperaturgradienten
begünstigt.
Der beschriebene Zweikammerrahmen zeichnet sich durch ein hohes Maß an
Variabilität aus. Das Wehr (12) kann auf einfache Weise im Gießrahmen (1)
verschoben werden, ohne dass andere Bestandteile einer Apparatur zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens geändert werden müssen. Die Länge der
Hauptkammer (14) kann damit einfach variiert Werden, wodurch die Dicke der
erzeugten Scheiben oder Folien bei sonst praktisch konstanten Bedingungen
eingestellt werden kann. Weiterhin kann der Gießrahmen (1) für den Fall, dass eine
kurze Länge der Hauptkammer (14) gewünscht ist, durch eine entsprechende
Verlängerung der Vorkammer (13) insgesamt so lang gefertigt werden, dass er stabil
auf dem relativ zu ihm bewegten Substrat ruht. Auf diese Weise kann der scheinbare
Schmelzeschlupf nicht nur thermisch, sondern auch hydrodynamisch minimiert
werden.
Es ist möglich und ebenfalls Gegenstand der Erfindung zur Einstellung des
Temperaturgradienten im erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich zum Zwei
kammerrahmen eine oben beschriebene Zusatzheizung zu verwenden. Weiterhin ist
es möglich, einen Zweikammerrahmen einzusetzen, der unterschiedliche Wand
stärken aufweist.
In einer weiteren und besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Verfahrens wird die Temperatur der Schmelze im Bereich des Austritts des
Substrats aus dem Bereich des Gießrahmens und der Temperaturgradient in der
Schmelze ganz oder teilweise durch den Einsatz eines Gießrahmens mit einer Boden
platte eingestellt, wobei diese Bodenplatte an der Seite des Substrataustritts ein
Fenster über 1 bis 100% der lichten Breite des Rahmens offen läßt. Im Folgenden
wird dieser Gießrahmen als Keilbodenrahmen bezeichnet.
Diese Ausführungsform ist in den Fig. 4a und 4b exemplarisch dargestellt. Fig.
4b gibt einen Querschnitt durch Fig. 4a wieder. Der Gießrahmen (1) besitzt eine
Bodenplatte (15).
Die Größe der Bodenplatte (15) ist weitgehend frei wählbar und läßt sich der Größe
des Keilbodenrahmens leicht anpassen. Bevorzugt weist die Bodenplatte (15) parallel
zur Transportrichtung (4) eine Länge von 5 bis 200 mm, besonders bevorzugt von 20
bis 100 mm auf.
Die Länge des Bodenfensters des Gießrahmens (1) ist variabel. Beispielsweise kann
die Länge des Bodenfensters parallel zur Transportrichtung (4) 1 bis 100 mm,
vorzugsweise 1 bis 40 mm betragen. Weisen die Seiten des Keilbodenrahmens eine
Länge von 10 cm auf, so ist eine Länge des Fensters parallel zur Transportrichtung
(4) von 10 bis 20 mm besonders bevorzugt.
Die Bodenplatte (15) ist vorzugsweise in Richtung des Fensters im Mittel abschüssig
geneigt und weist insbesondere bevorzugt Keilform auf. Direkt am Fenster hat sie die
minimale technisch sinnvolle Dicke, beispielsweise 0,1 bis 20 mm, vorzugsweise 0,5
bis 5 mm, insbesondere bevorzugt 1 bis 3 mm.
Am Übergang zur Wandung des Gießrahmens (1) auf der Seite des Substrateintritts
erreicht die Bodenplatte (15) beispielsweise eine Dicke, die der oberen Betriebs
füllhöhe des Gießrahmens (1) entspricht. Vorzugsweise beträgt die Dicke der
Bodenplatte (15) an dieser Stelle 5 bis 80 mm, besonders bevorzugt 10 bis 40 mm.
Die Verlaufsform der Steigung der oberen Begrenzungsfläche der Bodenplatte (15)
ist weitgehend frei wählbar, vorzugsweise sollte sie linear sein. Auch ein angenähert
asymptotischer Übergang der Bodenplatte (15) in die Rahmenwandung ist
verfahrenstechnisch sinnvoll.
Ein Gießrahmen in Form eines Kastenrahmens gleich welcher Ausführungsform und
ein Zweikammerrahmen haben beim Gießen von beispielsweise Siliciumfolien nur
wenig Kontakt mit dem Substrat. Die Seite des Substrataustritts ist auf flüssigem
Silicium gelagert. Die erstarrte Folie mit dem aufliegenden Schmelzeschlupf hebt
einen Gießrahmen der genannten Formen entsprechend an und verkippt ihn, so dass
nur noch eine Auflagezone an der Seite des Substrateintritts auf dem Substrat aufliegt
und mit dem Substrat reibenden Kontakt hat. Eine Aussparung an der Unterseite der
Wand des Gießrahmens auf der Seite des Substrateintritts, vorzugsweise in dem
mittleren Bereich in dem die Folie erstarrt, kann den Kontakt weiter minimieren und
den reibenden Kontakt ganz in die Randzone von Substrat und Rahmen verlegen, in
dem das Kristallisieren der Folien nicht mehr direkt beeinflußt werden kann. Eine
solche Aussparung kann beispielsweise eine Höhe von 0,1 bis 0,5 mm, vorzugsweise
von 0,2 bis 0,4 mm haben.
Im Falle des Keilbodenrahmens wird vorzugsweise eine entsprechende Aussparung
im gesamten Bereich der Bodenplatte und der Wand des Gießrahmens auf der Seite
des Substrateintritts angebracht, wobei jedoch besonders bevorzugt direkt am Fenster
der Bodenplatte ein Steg ausgespart wird. Der Steg weist vorteilhaft eine Breite von
mindestens 3 mm auf. Durch das oben beschriebene leichte Verkippen des
Gießrahmens durch die kristallisierte Siliciumfolie hat auch dieser Steg in der Regel
keinen Kontakt zum Substrat, verhindert aber ein mögliches, durch das Verkippen
des Gießrahmens gefördertes Unterkriechen des Keilbodens durch das flüssige
Silicium im Gießrahmen.
Vorzugsweise weisen Scheiben oder Folien, die gemäß der beschriebenen Aus
führungsform hergestellt werden, eine Dicke von 25 bis 1000 µm, insbesondere
bevorzugt von 70 bis 400 µm auf.
Mit einem Keilbodenrahmen mit einer Fensterlänge von 15 bis 20 mm lassen sich
beispielsweise Siliciumfolien von etwa 300 µm Dicke gießen. Diese Folien sind
überraschenderweise kaum merklich dünner als solche, die unter vergleichbaren
Bedingungen mit einem Gießrahmen in Kastenform von 100 mm lichter Länge oder
einem oben beschriebenen Zweikammerrahmen von 60 mm lichter Länge erhalten
werden.
Bei einer Fensterlänge von 4 mm sind beispielsweise sehr gleichmäßige Folien von
etwa 160 µm Dicke zugänglich. Siliciumscheiben einer entsprechenden Dicke sind
durch Sägeverfahren oder durch bekannte Abscheideverfahren über eine Schmelze
oder die Gasphase nur schwer erhältlich. Das Sägen entsprechend dünner Schichten
ist äußerst diffizil und bei den bekannten Sägeverfahren wegen der hohen Bruchrate
nicht wirtschaftlich. Gemäß der beschriebenen Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Verfahrens unter Verwendung eines Keilbodenrahmens hingegen sind
durch einfache Variation der Länge des Fensters der Bodenplatte Scheiben oder
Folien mit unterschiedlicher Dicke, insbesondere vergleichsweise dünne Scheiben
oder Folien leicht zugänglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung eines Keilbodenrahmens
zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus, die sich stabilisierend auf das
gesamte dynamische Gießsystem auswirken. Die wichtigsten dieser Vorteile seien im
Folgenden kurz erläutert.
Die Schmelze wird durch die Bodenplatte zur Austrittseite gedrängt. Dadurch
entstehen schon bei niedrigsten Füllmengen bzw. Füllständen im Gießrahmen
gleichmäßige Scheiben oder Folien über die volle Fensterbreite. Durch Verwendung
eines Keilbodenrahmens lassen sich qualitativ hochwertige Scheiben oder Folien
auch dann erzielen, wenn das Füllvolumen im Keilbodenrahmen sehr gering ist,
wodurch die Fahrstabilität des gesamten Prozesses und die Fehlertoleranz
hinsichtlich der Füllhöhe deutlich verbessert wird.
Mit steigender Füllhöhe im Gießrahmen steigt der hydrostatische Druck der
Schmelze im Gießrahmen. Wird der hydrostatische Druck zu groß, wird der Gieß
rahmen angehoben und die Schmelze wird unter dem Gießrahmen herausgedrückt.
Die Bodenplatte des Keilbodenrahmens kompensiert diesen Effekt weitgehend, weil
derselbe Druck hier eine kompensierende Kraft nach unten entfaltet. Dadurch wird
zudem eine dynamisch ruhige Lage des Gießrahmens bewirkt, weil eventuelle
Schwingungen gedämpft werden. Die Verwendung eines Keilbodenrahmens erlaubt
also eine vergleichsweise große maximale Füllhöhe, beispielsweise bis zu 5 cm.
Auch dies trägt zu einer Verbesserung der Fahrstabilität des gesamten Prozesses und
der Fehlertoleranz hinsichtlich der Füllhöhe bei. Dies vermindert die Anforderungen
an die Regelung der Nachdosierung der Schmelze in den Gießrahmen deutlich
Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Keilbodenrahmens besteht darin, dass die
Zudosierung von Schmelze in den Gießrahmen auch bei sehr niedriger Füllhöhe so
erfolgen kann, dass die Schmelze nicht direkt auf eine Substratplatte trifft. Die
Schmelze kann vielmehr direkt auf die Bodenplatte geführt werden und wird von
dieser dann gleichmäßig und in einem breiten Fließwinkel in Richtung des Fensters
der Bodenplatte verteilt. Dieser Effekt kann durch eine geeignete Strukturierung der
Oberfläche der Bodenplatte weiter verbessert werden. Diese Strukturierung kann
beispielsweise aus fischgrätenartig hintereinander angeordneten flachen Gräben
bestehen, die sich V-förmig nach unten öffnen. Durch Einsatz einer entsprechenden
Bodenplatte im Keilbodenrahmen entfällt die Gefahr, dass einfließende Schmelze
direkt in die Nut zwischen den Substratplatten gelangt und dort beim Erstarren zu
einem Verbacken dieser Platten führt. Weiterhin wird auf diese Weise verhindert,
dass die heiße Schmelze aus der Zudosierungseinheit eine thermisch induzierte Spur
im Kristallbild der entstehenden Scheiben oder Folien erzeugt.
Der Keilbodenrahmen kann beispielsweise mit einer Induktionsheizung oder einer
Widerstandsheizung geheizt werden. Bevorzugt ist ein Beheizen mit einer Wider
standsheizung, die seitlich um den Keilbodenrahmen angebracht ist.
Es ist möglich und ebenfalls Gegenstand der Erfindung zur Einstellung des Tempe
raturgradienten im erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich zum Keilbodenrahmen
eine oben beschriebene Zusatzheizung zu verwenden. Weiterhin ist es möglich, einen
Keilbodenrahmen einzusetzen, der unterschiedliche Wandstärken und/oder eine
Vorkammer aufweist.
Zum Testen von Teilen, Einrichtungen und Maßnahmen an und in einer Anlage zur
Herstellung von Halbleiter- und Metallscheiben und -folien nach dem RGS-
Verfahren ist es notwendig, diese Anlage längere Zeit zu betreiben. Dabei werden
große Mengen an Einsatzmaterial verbraucht, die bereitgestellt und gegebenenfalls
entsorgt werden müssen. Eine Reduzierung der Transportgeschwindigkeit des
Substrats und damit des Verbrauchs an Einsatzmaterial ist in dem dynamischen
System einer solchen Anlage nur in engen Grenzen sinnvoll möglich. Insbesondere
die Testung verschiedener Substratmaterialien erfordert eine Reihe von Versuchen.
Gerade hier ist die Absolvierung einer hohen Zyklenzahl erforderlich, was eine
Absenkung der Transportgeschwindigkeit von vornherein widersinnig macht.
Durch Verwendung einer besonderen Ausgestaltungsform des beschriebenen
Keilbodenrahmens kann nun der Materialverbrauch deutlich verringert werden. Dazu
wird die Breite des Fensters in der Bodenplatte des Keilbodenrahmens, d. h. die
Dimension quer zur Transportrichtung des Substrats, in geeigneter Weise minimiert.
In dieser besonderen Ausgestaltung wird also ein Keilbodenrahmen verwendet,
dessen Fenster der Bodenplatte schmaler als die lichte Breite des Rahmens
ausgeführt wird. Die Breite kann bis auf 1 mm reduziert werden, eine Reduzierung
der Breite auf 5 bis 10 mm ist vorteilhaft. Die gewählte Fensterbreite hängt von der
Aufgabenstellung und den technischen Randbedingungen ab. Hierbei ist die laterale
Lage des Fensters, mehr mittig oder nahe am Rand des Gießrahmens, frei wählbar.
Eine modifizierte Form des Keilbodenrahmens eignet sich insbesondere zur
gleichzeitigen Testung verschiedener Substratmaterialien, sofern sich diese thermisch
ähnlich verhalten. Dazu wird der Keilbodenrahmen dahingehend modifiziert, dass die
Bodenplatte zwei oder mehrere lateral nebeneinander liegende Fenster aufweist. Das
eingesetzte Substrat ist entsprechend der Anzahl und Breite der Fenster so unterteilt,
dass verschiedene Materialien nebeneinander angeordnet sind und die Schmelze, die
aus einem Fenster austritt nur mit einem dieser Materialien in Kontakt kommt. Auf
diese Weise lassen sich insbesondere verschiedenartige Oberflächenmodifikationen
eines gemeinsamen Basissubstrates testen.
Es ist offensichtlich, dass ein Gießrahmen in der Ausgestaltung eines einfachen
Kastenrahmens gemäß Stand der Technik mit der lichten Breite eines hinreichend
schmalen Fensters in wesentlichen Anlagenteilen eine Neukonstruktion erforderte
und regeltechnisch kaum handhabbar wäre. Dies gilt auch für den oben
beschriebenen Gießrahmen mit unterschiedlichen Wandstärken und den Zwei
kammerrahmen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird ein Rahmen mit integrierter Schwimmereinheit eingesetzt.
Prinzipiell ist es möglich, jeden der oben beschriebenen Rahmen mit einer Schwim
mereinheit auszustatten. Bevorzugt wird jedoch ein Keilbodenrahmen mit integrierter
Schwimmereinheit eingesetzt, so dass sich die weitere Beschreibung auf einen Keil
bodenrahmen bezieht, wobei dies nicht als Beschränkung verstanden werden soll.
In den Keilbodenrahmen wird ein Schwimmkörper eingepaßt, wobei der
Schwimmkörper in der Waagerechten nur eine geringe Beweglichkeit besitzt, jedoch
in der Senkrechten dem Schmelzespiegel weitgehend frei folgen kann. Der
Schwimmkörper wird durch die Beheizung über eine oder mehrere Wandungen des
Gießrahmens einschließlich der Bodenplatte vor dem Festfrieren unter dem Einfluß
des kühleren Substrates bewahrt. Der Schwimmkörper dient zur Messung des
Füllstandes im Gießrahmen einem mit elektromagnetischen Feldern oder mit
elektromagnetischer Strahlung arbeitenden Meßgerät als Ersatzmeßfläche für die
Schmelzeoberfläche.
Die Verwendung eines solchen Keilbodenrahmens mit Schwimmereinheit erlaubt es,
die Füllhöhe des Gießrahmens auch in dem Fall, in dem der Gießrahmen eine
Siliciumschmelze enthält, auf sehr einfache Weise zuverlässig zu bestimmen. Bei
Verwendung von Gießrahmen ohne Schwimmereinheit ist eine entsprechende
Bestimmung oftmals nur mit nicht zufriedenstellender Zuverlässigkeit möglich. Die
zuverlässige Bestimmung der Füllhöhe ist insbesondere dann nötig, wenn das er
findungsgemäße Verfahren kontinuierlich durchgeführt werden soll.
Aufgrund der Isolierung des Gießrahmens im RGS-Verfahren ist dieser für Meß
geräte schlecht zugänglich. Die Meßgeräte bzw. Meßköpfe sind weiterhin thermisch
hoch belastet und müssen unter den Bedingungen des RGS-Verfahrens hinreichend
stabil sein. Auch darf die Schmelze nicht unzulässig kontaminiert werden. Somit sind
praktisch nur berührungslos arbeitende Verfahren zur Füllstandsmessung anwendbar,
die beispielsweise unter Verwendung elektromagnetischer Felder bzw. elektro
magnetischer Strahlung arbeiten. Beispielhaft seien Messgeräte genannt, die auf der
Messung der Laufzeit eines elektromagnetischen Strahlungspulses beruhen oder
optische Triangulometer. Vorzugsweise werden Lasertriangulometer eingesetzt.
Derartige Geräte eignen sich prinzipiell für die Höhen- bzw. Füllstandsmessung von
Metallschmelzen direkt auf der Schmelzeoberfläche. Nun zeigt sich jedoch
überraschend, dass ein Lasertriangulationsgerät, das zur Bestimmung der Füllhöhe
einer Siliciumschmelze eingesetzt wird, häufig reversibel, ohne Schaden für das
Gerät selbst ausfällt und kein verwertbares Füllhöhensignal mehr liefert.
Dies kann durch Verwendung eines Schwimmers geeigneter Geometrie aus einem
hinreichend beständigen Material mit einer nicht spiegelnden, diffus streuenden
Oberfläche, beispielsweise Siliciumcarbid oder Graphit, vermieden werden.
Bevorzugt besteht ein solcher Schwimmer aus Graphit. Der Schwimmer liegt
innerhalb des Meßbereichs in der Vertikalen frei beweglich auf der Schmelze auf und
liefert eine Referenzoberfläche für die Höhenmessung. Der Schwimmer kann als
massiver Körper oder vorteilhaft als Hohlform ausgeführt werden, zum Beispiel in
Form einer Dose oder Wanne mit oder ohne Deckel. Bei einer makroskopischen
Dichte des Schwimmermaterials im Bereich der des flüssigen Siliciums und darüber
muß der Schwimmer als Hohlform ausgebildet werden. Das Meßsignal kann
entsprechend der Geometrie und der relativen scheinbaren Dichte des Schwimmer
körpers leicht korrigiert werden, um ein Maß für die wahre Füllhöhe zu liefern.
Problematisch bei der Verwendung eines Schwimmers ist, dass der Schwimmer dazu
neigt, durch kristallisierendes Silicium mit dem Substrat oder seiner Halterung zu
verbacken und damit für die Füllhöhenbestimmung unbrauchbar zu werden.
Der beschriebene Keilbodenrahmen kann überraschend einfach modifiziert werden,
so dass der Einsatz eines Schwimmers möglich und ein Verbacken effizient
verhindert wird. In den Fig. 4a und 4b ist ein Keilbodenrahmen mit Schwimmer
einheit exemplarisch dargestellt.
Ein Schwimmer (d) mit hohem Auftrieb in Trog- oder Kastenform wird in den
Gießrahmen (1) eingelegt. Dieser Schwimmer (d) ist vorzugsweise aus Graphit oder
Siliciumcarbid gefertigt. Der Schwimmer (d) wird seitlich durch eine Schwimmer
führung (e) und nach unten durch eine Schwimmerauflage (f) gehaltert.
Die Schwimmerführung (e) kann in Form einer geeigneten Aussparung in der
Rahmenwandung ausgeführt werden oder in Form von auf der Rahmenwandung
aufsitzenden Federn. Beide Ausführungsformen dienen dazu, den Bewegungsbereich
des Schwimmers im gewünschten Maße zu kontrollieren. Analoges gilt für die
Schwimmerauflage (f).
Im Falle einer ausgesparten Schwimmerführung (e) ist die Wand des Gießrahmens
(1) im Schwimmerbereich dünner, als in den anderen Bereichen. Vorzugsweise
beträgt die Wandstärke im Bereich der Führung (e) 50 bis 80% der Wandstärke im
übrigen Bereich. Beispielsweise kann ein Keilbodenrahmen verwendet werden, der
eine Rahmenwandstärke von etwa 7 mm im Bereich der Schwimmerführung (e) und
10 mm im übrigen Bereich aufweist.
Die Länge und Breite des Schwimmers (d) ist so zu wählen, dass dieser den Bereich
der Schwimmerführung (e) nicht verlassen kann und dass der Schwimmer (d)
gleichzeitig innerhalb der Schwimmerführung (e) frei beweglich bleibt. Der
Schwimmer (d) ist weiterhin genau über dem Fenster der Bodenplatte (15)
angeordnet, wobei die Länge des Fensters etwas kleiner oder größer sein kann als die
Länge des Schwimmers (d) in Transportrichtung (4). Bei einem sehr kleinen Fenster
muß die Konstruktion der Bodenplatte (15) auf die des Meßschwimmers abgestimmt
werden.
Vorteilhafterweise erhält der Meßschwimmer in dem Bereich, in dem er in Kontakt
mit der Innenseite des Keilbodenrahmens kommen kann, kleine Noppen von
beispielsweise 0,3 bis 3 mm Höhe über der ebenen Schwimmeroberfläche, wodurch
ein eventuelles Festhalten durch flüssiges Silicium verhindert wird.
Die minimale Länge des Schwimmers (d) in Transportrichtung (4) bestimmt sich aus
der Größe des Meßflecks des eingesetzten Meßgerätes und aus den notwendigen
Toleranzzuschlägen. Zur Minimierung der Gefahr des Festfrierens, empfiehlt es sich,
eine möglichst geringe Länge zu wählen. Durch die Schwimmerführung (e) ist die
Gefahr des Kenterns des Schwimmers (d) unterbunden.
Die Heizung des beschriebenen Keilbodenrahmens mit Meßschwimmer kann
beispielsweise mittels Induktionsheizung oder Widerstandsbeheizung erfolgen.
Bevorzugt ist die Heizung mittels Widerstandsbeheizung.
Durch den Wärmeübergang aus dem Gießrahmen in den Schwimmer (d) erfolgt eine
indirekte Beheizung des Schwimmers (d). Gleichzeitig wirkt die Bodenplatte (15) als
thermisch isolierendes Element zwischen Schmelze und Substrat. Dies bewirkt eine
höhere Schmelzetemperatur über der Bodenplatte (15) und eine höhere Temperatur
des Schwimmers (d) an seiner der Schmelze zugewandten Seite. Dadurch erhöht sich
die Temperatur des Schwimmerbodens. Ein Anbacken des Schwimmers (d) wird
verhindert.
Die Verwendung eines Keilbodenrahmens mit der beschriebenen Schwimmereinheit
erlaubt eine problemlose Füllstandsmessung nach dem Lasertriangulationsprinzip
innerhalb eines hinreichend großen Meßbereichs.
Zur weiteren Erhöhung der Zuverlässigkeit und Standzeit des Meßsystems kann
beispielsweise eine dünne Schicht eines geeigneten feinen Pulvers von 0,01-1 mm
Dicke in den trog- oder dosenförmigen Meßschwimmer eingestreut werden.
Vorzugsweise wird Pulver aus Graphit oder Siliciumcarbid bzw. aus einer Mischung
daraus eingesetzt, das einen Korndurchmesser im Bereich von 0,01 bis 1 mm
aufweist. Hierbei ist ein größerer Korndurchmesser im Bereich von 0.3 bis 1 mm
besonders vorteilhaft, da ein solches Pulver weniger leicht von Gasströmen
verfrachtet werden kann. Pulverschichtdicken bis hin zu 1 mm stören das System und
die Messung kaum, auch nicht bei einer Verlagerung und Konzentration des Pulvers
an bestimmten Stellen im Schwimmer. Sollte nun widrigenfalls flüssiges Silicium in
den so präparierten Schwimmer geraten, ist das System problemlos in der Lage, auf
die Partikel in der Oberfläche des eingedrungenen flüssigen Siliciums zu messen.
Gegebenenfalls kann dies Eindringen von Siliciumschmelze an der Änderung der
vom Meßsystem einjustierten Leistung des Meßlaserstrahles festgestellt werden.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung der nach dem erfindungs
gemäßen Verfahren hergestellten Scheiben oder Folien für die Herstellung von
Solarzellen oder anderen Halbleiterbauelementen.
Bei der Herstellung von Solarzellen sind zwei Fälle zu unterscheiden. Einmal wird
das halbleitende Basismaterial direkt zur Prozessierung der Solarzellen eingesetzt. Es
wird dabei integraler Bestandteil des physikalischen Systems zur Umwandlung von
Lichtstrahlung in elektrischen Strom.
Zum anderen kann das flächige Halbleiter-Basismaterial als Trägermaterial für die
darauf nach Abscheidung geeigneter Halbleitermaterialien zu prozessierenden
Solarzellen dienen. Das Trägermaterial dient hierbei in der Regel gleichzeitig zur
Ableitung des erzeugten elektrischen Stromes. Hierzu ist es normalerweise
vorteilhaft, durch entsprechende Maßnahmen eine relativ hohe elektrische
Leitfähigkeit einzustellen, beispielsweise durch eine gegenüber dem Basismaterial
der üblichen Solarzellen deutlich erhöhte Dotierung. Anstelle des Halbleiter-
Basismaterials kann in einem solchen System auch ein geeigneter metallischer
Werkstoff eingesetzt werden, der von vornherein eine erhöhte elektrische
Leitfähigkeit aufweist. Das Aufbringen der eigentlichen photovoltaisch aktiven
Schichten kann zum Beispiel per Flüssigphasenepitaxie, durch chemische
Abscheidung aus der Gasphase (Chemical Vapour Deposition CVD), durch
Aufdampfen oder über ein Plasma geschehen.
In beiden genannten Fällen kann der Fachmann die Dotierung so wählen, dass in
Abhängigkeit vom gewählten Solarzellentyp das flächige Halbleiter-Basismaterial
n- oder p-leitend eingestellt wird.
Gegenstand der Erfindung ist demnach weiterhin die Verwendung der nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Scheiben oder Folien für die
Abscheidung von anderen Materialien auf diesen Scheiben oder Folien und die
Verwendung der so erhaltenen Produkte für die Herstellung von Solarzellen oder
anderen Halbleiterbauelementen.
Weiterhin sind Vorrichtungen Gegenstand der Erfindung, die sich zur Herstellung
von Halbleiter- und Metallscheiben oder -folien nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren in seinen verschiedenen Ausgestaltungsformen eignen.
Gegenstand der Erfindung ist daher eine Vorrichtung zur Herstellung von Halbleiter-
und Metallscheiben oder -folien durch Erstarrung einer Schmelze eines Halbleiters
oder Metalls oder eines Gemisches mehrerer Halbleiter und/oder Metalle auf einem
bewegten Substrat, wobei die Vorrichtung einen oberhalb des Substrates
angeordneten beheizten Gießrahmen enthält, dessen Wandung an der Eintrittsseite
des Substrates 10 bis 99% der Dicke der seitlichen Wandung und dessen Wandung
an der Austrittsseite des Substrates 101 bis 500% der seitlichen Wandstärke
aufweist.
Gegenstand der Erfindung ist ebenso eine Vorrichtung zur Herstellung von
Halbleiter- und Metallscheiben oder -folien durch Erstarrung einer Schmelze eines
Halbleiters oder Metalls oder eines Gemisches mehrerer Halbleiter und/oder Metalle
auf einem bewegten Substrat, wobei die Vorrichtung einen oberhalb des Substrates
angeordneten beheizten Gießrahmen enthält, der mittels eines lose oder fest
eingebauten Wehres quer zu der Transportrichtung des Substrates in eine Vor- und
eine Hauptkammer unterteilt ist, wobei sich die Hauptkammer mit der Schmelze an
der Austrittsseite des Substrates und die schmelzefreie Vorkammer an der
Eintrittsseite des Substrates befindet.
Gegenstand der Erfindung ist ebenso eine Vorrichtung zur Herstellung von
Halbleiter- und Metallscheiben oder -folien durch Erstarrung einer Schmelze eines
Halbleiters oder Metalls oder eines Gemisches mehrerer Halbleiter und/oder Metalle
auf einem bewegten Substrat, wobei die Vorrichtung einen oberhalb des Substrates
angeordneten beheizten Gießrahmen enthält, der eine Bodenplatte aufweist, die an
der Seite des Substrataustritts ein Fenster über 1 bis 100% der lichten Breite des
Rahmens offen läßt.
Vorzugsweise ist die Oberseite der Bodenplatte in Richtung des Fensters im Mittel
abschüssig geneigt und die Bodenplatte weist eine Länge in Transportrichtung von 5
bis 200 mm und direkt am Fenster eine Dicke von 0,1 bis 20 mm und am Übergang
zur Wandung des Gießrahmens auf der Seite des Substrateintritts eine Dicke von 5
bis 80 mm auf.
Vorteilhaft beträgt die Länge des Bodenfensters in Transportrichtung 1 bis 100 mm.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Herstellung von Halbleiter-
und Metallscheiben oder -folien durch Erstarrung einer Schmelze eines Halbleiters
oder Metalls oder eines Gemisches mehrerer Halbleiter und/oder Metalle auf einem
bewegten Substrat, wobei die Vorrichtung einen oberhalb des Substrates
angeordneten beheizten Gießrahmen und eine Zusatzheizung im Bereich der
eintrittseitigen Wand des Gießrahmens enthält.
Weitere vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Vorrichtungen entsprechen den vorteilhaften und bevorzugten Ausgestaltungen, die
bereits bei der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen weiter erläutert, ohne dass
darin eine Einschränkung zu sehen ist, insbesondere nicht in der exemplarischen
Verwendung von Silicium.
Eine diskontinuierlich arbeitende RGS-Anlage nach EP 165 449 A1 ist erfindungs
gemäß ausgestattet mit einem Zweikammerrahmen, wie er schematisch in den
Fig. 3a und 3b dargestellt ist. Der Zweikammerrahmen weist zudem Wände
unterschiedlicher Wandstärke auf. Der Zweikammerrahmen besteht aus dichtem
Graphit in Halbleiterqualität und weist Außenmaße von 110 mm Länge × 110 mm
Breite × 60 mm Höhe auf. Die Seitenwände sind 10 mm stark, die Wandstärke am
Substrateintritt (10) beträgt 7 mm, die am Substrataustritt (11) 12 mm. Die
Vorkammer (13) hat eine lichte Länge von 20 mm, die Hauptkammer (14) eine von
68 mm. Das in Nuten lose eingehängte Wehr (12) zwischen Vor- und Hauptkammer
besteht aus Quarzglas und hat eine Dicke von 3 mm.
Der Zweikammerrahmen wird mittels einer umliegenden wassergekühlten Indukti
onsspule geheizt, die 3 Windungen aus quadratischem Kupferrohr mit 1 cm × 1 cm
Querschnitt, 1,5 mm Wandstärke und ca. 3 mm Windungsabstand aufweist. Diese
Heizung wird nach der integralen Schmelzetemperatur im Rahmen geregelt, typische
Betriebsdaten sind 24 kW, 165 V und 10 kHz.
Weiterhin ist erfindungsgemäß eine Zusatzheizung (9) in Form einer Widerstands-
Querheizung aus dichtem Graphit in Halbleiterqualität direkt vor der eintrittsseitigen
Wand des Zweikammerrahmens und direkt oberhalb des Substrates (2) installiert.
Die Zusatzheizung (9) besteht im Gießbereich aus einem Heizstab von 155 mm
Länge und 6 mm × 6 mm Querschnitt. Der Heizstab ist auf der dem Substrat
abgewandten Oberseite durch eine elektrisch isoliert angebrachte 0,5 mm dicke
Graphitfolie auf einer 2 mm dicken Graphitplatte thermisch isoliert und wird mit
2 kW bei 25 V betrieben.
Passend zum Gießrahmen (1) haben die Substratplatten (2) innerhalb der Begren
zungsnuten (3) eine lichte Breite von 86 mm und eine lichte Länge von 128 mm. Die
Substratplatten bestehen aus Graphit und werden auf eine pyrometrisch gemessene
Temperatur von 1200°C eingestellt.
300 g Silicium-Granalien werden zusammen mit 1,286 g einer Bor-Silicium-
Stammlegierung mit 43 ppmg Bor in einem Quarzglastiegel aufgeschmolzen und
dann in die Hauptkammer (14) des Gießrahmens (1) gegossen. Bei einer integralen
Schmelzetemperatur im Gießrahmen (1) von 1570°C werden die Graphit-Substrat
platten (2) der RGS-Anlage mit einer Geschwindigkeit von 6,5 m/min unter dem
Gießrahmen (1) entlangbewegt. Dabei wird ein Begasungsstrom von 7,5 m3/h,
bestehend aus 67 Vol.% Sauerstoff und 33 Vol.% Argon hinter dem Rahmen über die
Oberfläche des erstarrenden Siliciums geleitet. Die so entstehenden Siliciumfolien
werden mittels Kompensationsheizung zunächst 1 h auf ca. 1130°C gehalten, dann
durch entsprechendes Herunterfahren der Heizung mit einer Rate von -50°C/h bis
auf ca. 990°C und schließlich durch Abstellen der Heizung innerhalb von etwa 2 h
bis auf Raumtemperatur abgekühlt. Die so erzeugten Siliciumfolien besitzen einen
gemischt dendritisch-globulitischen Kristallhabitus und weisen gute Ober- und
Bodenseiten auf. Die mittlere Foliendicke beträgt 310 µm.
Eine diskontinuierlich arbeitende RGS-Anlage nach EP 165 449 A1 ist erfindungs
gemäß ausgestattet mit einem Keilbodenrahmen, wie er schematisch in den Fig.
4a und 4b dargestellt ist. Der Keilbodenrahmen weist zudem Wände unterschiedliche
Wandstärke auf. Der Keilbodenrahmen besteht aus dichtem Graphit in Halb
leiterqualität und weist Außenmaße von 110 mm Länge × 110 mm Breite × 60 mm
Höhe auf. Die Seitenwände sind 10 mm stark, die Wandstärke am Substrateintritt
(10) beträgt 7 mm, die am Substrataustritt (11) 12 mm. Der Rahmen ist mit einer
Bodenplatte (15) in Keilform versehen. Diese hat eine Länge von 87 mm, so dass
eine Bodenfenster von 4 mm Länge in Transportrichtung (4) offen bleibt. Die Dicke
der Bodenplatte (15) beträgt am Fenster 2 mm und an der eintrittsseitigen Wand
20 mm.
Der Keilbodenrahmen wird mittels einer umliegenden wassergekühlten Induktions
spule (b) beheizt, die 3 Windungen aus quadratischem Kupferrohr mit 1 cm × 1 cm
Querschnitt, 1,5 mm Wandstärke und ca. 3 mm Windungsabstand aufweist. Diese
Heizung wird nach der integralen Schmelzetemperatur im Gießrahmen geregelt,
typische Betriebsdaten sind 24 kW, 165 V und 10 kHz.
Weiterhin ist erfindungsgemäß eine Zusatzheizung (9) in Form einer Widerstands-
Querheizung aus dichtem Graphit in Halbleiterqualität direkt vor der eintrittsseitigen
Wand des Zweikammerrahmens und direkt oberhalb des Substrates (2) installiert.
Die Zusatzheizung (9) besteht im Gießbereich aus einem Heizstab von 155 mm
Länge und 6 mm × 6 mm Querschnitt. Der Heizstab ist auf der dem Substrat
abgewandten Oberseite durch eine elektrisch isoliert angebrachte 0,5 mm dicke
Graphitfolie auf einer 2 mm dicken Graphitplatte thermisch isoliert und wird mit 2 kW
bei 25 V betrieben.
Passend zum Gießrahmen (1) haben die Substratplatten (2) innerhalb der Begren
zungsnuten (3) eine lichte Breite von 86 mm und eine lichte Länge von 128 mm. Die
Substratplatten bestehen aus Graphit und werden auf eine pyrometrisch gemessene
Temperatur von 1190°C eingestellt.
300 g Silicium-Granalien werden zusammen mit 1,286 g einer Bor-Silicium-Stamm
legierung mit 43 ppmg Bor in einem Quarzglastiegel aufgeschmolzen und dann in
den Gießrahmen gegossen. Bei einer integralen Schmelzetemperatur im Gießrahmen
von 1570°C werden die Graphit-Substratplatten (2) der RGS-Anlage mit einer
Geschwindigkeit von 4 m/min unter dem Gießrahmen entlangbewegt. Dabei wird ein
Begasungsstrom von 7,5 m3/h, bestehend aus 67 Vol.% Sauerstoff und 33 Vol.%
Argon hinter dem Rahmen über die Oberfläche des erstarrenden Siliciums geleitet.
Die so entstehenden Siliciumfolien werden mittels Kompensationsheizung zunächst
1 h auf ca. 1130°C gehalten, dann durch entsprechendes Herunterfahren der Heizung
mit einer Rate von -50°C/h bis auf ca. 990°C und schließlich durch Abstellen der
Heizung innerhalb von rund 2 h bis auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Folien
besitzen einen gemischt dendritisch-globulitischen Kristallhabitus und weisen gute
Ober- und Bodenseiten auf. Die mittlere Foliendicke beträgt 160 µm.
Eine kontinuierlich arbeitende RGS-Anlage nach EP 165 449 A1 ist erfindungs
gemäß ausgestattet mit einem Keilbodenrahmen, wie er schematisch in den Fig.
4a und 4b dargestellt ist. Der Keilbodenrahmen weist zudem eine Schwimmereinheit
auf, wie sie ebenfalls schematisch in den Fig. 4a und 4b dargestellt ist. Der
Keilbodenrahmen besteht aus dichtem Graphit in Halbleiterqualität und weist
Außenmaße von 117 mm Länge × 117 mm Breite × 60 mm Höhe auf. Alle 4
Wandungen sind einheitlich 10 mm stark. Der Gießrahmen ist mit einer Bodenplatte
(15) in Keilform versehen. Diese hat eine Länge von 82 mm, so dass ein
Bodenfenster von 15 mm Länge in Transportrichtung (4) offen bleibt. Die Dicke der
Bodenplatte (15) beträgt am Fenster 1,5 mm und an der eintrittsseitigen Wand
20 mm.
In den Gießrahmen sind eine Schwimmerführung (e) und eine Schwimmerauflage (f)
eingearbeitet, jedoch gegenüber den Fig. 4a und 4b in modifizierter Ausführungs
form. Die Schwimmerführung (e) ist in Form von 2 je 2 mm breiten Federn
ausgeführt, die auf der rechten und der linken inneren Seitenwand des Gießrahmens
(1) sitzen und je 6 mm in den Schmelzeraum hineinreichen. Schwimmerführungs
feder und Innenseite der austrittsseitigen Rahmenwandung haben einen lichten
Abstand von 25 mm. Als Schwimmerauflage (f) dient eine Verstärkung der seitlichen
Rahmenwandung im Bereich des Bodenfensters in Form eines Absatzes. Je ein
Absatz reicht 6 mm von rechts und von links in den Bereich des Bodenfensters
hinein und reduziert so dessen Breite auf 85 mm gegenüber der lichten Rahmenbreite
von 97 mm. Die Absätze haben eine Höhe von 4 mm über der Rahmenbasis und
reichen längs bis zur Bodenplatte (15), in die sie fugenlos übergehen.
In die Schwimmerführung (e) ist ein trogförmiger Schwimmer (d) aus dichtem
Halbleitergraphit lose eingelegt. Dieser hat die Außenmaße 90 mm Breite × 21 mm
Länge × 17 mm Höhe und eine allseitige Wandstärke von 2 mm. Die senkrechten
Innenkanten sind gerundet. Die senkrechten Außenkanten des Schwimmers (d) haben
eine Fase von 5 mm Basislänge. Die beiden langen unteren Außenkanten haben eine
Fase von 2 mm Basislänge. Auf den Außenseiten des Schwimmers (d) sind auf
halber Höhe mehrere Noppen als Abstandshalter zur Schwimmerführung (e) bzw. zur
inneren Rahmenwandung angebracht. Die Noppen haben eine Basisfläche von 3 mm × 3 mm
und an der konisch geformten Spitze einen Abstand von 2 mm von der
Schwimmeraußenwandung. Ein Noppenpaar sitzt auf der der Rahmenaustrittsseite
benachbarten Schwimmerwandung und hat einen lichten Abstand von jeweils 1 cm
von der schmalen Schwimmerseite. Je eine Noppe sitzt in der Mitte der beiden
schmalen Schwimmerseiten. Je eine Noppe sitzt in der Mitte der beiden senkrechten
Fasen, die zum freien Schmelzeraum des Gießrahmens bzw. zu den Federn der
Schwimmerführung (e) zeigen.
Der Keilbodenrahmen wird mittels eines umliegenden Widerstandsheizers aus
Graphit mit rechteckigem Querschnitt von 35 mm Höhe × 10 mm Dicke in
annäherungsweiser Ω-Form beheizt. Diese Heizung wird nach der integralen
Schmelzetemperatur im Rahmen geregelt, typische Betriebsdaten sind 30 kW und
25 V.
Passend zum Gießrahmen (1) haben die Substratplatten (2) innerhalb der Begren
zungsnuten (3) eine lichte Breite von 84 mm und eine lichte Länge von 115 mm. Die
Substratplatten bestehen aus Graphit und werden auf eine pyrometrisch gemessene
Temperatur von 1130°C eingestellt.
Die RGS-Anlage ist in einer geschlossenen Arbeitskammer untergebracht. Darüber
ist ein Lasertriangulator des Typs Optocator 2008-100/1178 der Firma Selcom AB,
Schweden, zur Bestimmung des Schmelzefüllstandes im Gießrahmen installiert. Das
Gerät arbeitet bei einer Wellenlänge von 670 nm mit einer maximalen Pulsleistung
von 52 mW. Die Meßwerte werden analogisiert als Strom von 4-20 mA
ausgegeben. Der Primärstrahl beleuchtet über ein optisches Fenster in der Wandung
der Arbeitskammer die Bodenfläche des Schwimmertroges im Gießrahmen. Die zur
Triangulation verwendete Streustrahlung gelangt über eine weiteres optisches Fenster
zurück in den Detektor des Meßgerätes.
600 g Silicium-Granalien werden zusammen mit 2,570 g einer Bor-Silicium-Stamm
legierung mit 43 ppmg Bor in einem Graphittiegel aufgeschmolzen und dann in den
Gießrahmen (1) gegossen. Bei einer integralen Schmelzetemperatur im Gießrahmen
(1) von 1560°C werden die Graphit-Substratplatten (2) der RGS-Anlage mit einer
Geschwindigkeit von 4 m/min unter dem Gießrahmen entlangbewegt. Der Laser
triangulator liefert ein mit dem Rahmenfüllstand sehr gut korrespondierendes
Füllhöhensignal mit konstant guter Qualität und minimalem Rauschen.
Claims (39)
1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiter- und Metallscheiben oder -folien
durch Erstarrung einer Schmelze eines Halbleiters, Metalls oder eines
Gemisches mehrerer Halbleiter und/oder Metalle auf einem bewegten
Substrat, wobei sich die Schmelze in einem oberhalb des Substrates
angeordneten beheizten Gießrahmen befindet, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schmelze im Bereich des Austritts des Substrats aus dem Bereich des
Gießrahmens eine Temperatur zwischen der Schmelztemperatur des
eingesetzten Materials und einer Temperatur von 5°C oberhalb dieser
Schmelztemperatur aufweist und in der Schmelze ein Temperaturgradient
eingestellt wird, wobei die Temperatur im Mittel vom Bereich des Austritts
des Substrats aus dem Bereich des Gießrahmens in Richtung des Eintritts des
Substrats in den Bereich des Gießrahmens ansteigt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze im
Bereich des Austritts des Substrats aus dem Bereich des Gießrahmens eine
Temperatur zwischen der Schmelztemperatur und 1°C oberhalb derselben
aufweist.
3. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Einstellung der Temperatur im Bereich des Austritts des Substrats aus dem
Bereich des Gießrahmens anhand einer Messung oder Abschätzung der zu
minimierenden Menge des Schmelzerestes auf den kristallisierten Scheiben
oder Folien direkt nach deren Austritt aus dem Bereich des Gießrahmens
vorgenommen wird.
4. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Temperatur im Bereich des Substrateintritts und der Temperaturgradient in
der Schmelze ausreichend hoch eingestellt werden, dass das Metall- bzw.
Halbleitermaterial erst dann zu kristallisieren beginnt, wenn es
makroskopisch flächigen Kontakt mit dem Substrat erhalten hat.
5. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Temperatur im Bereich des Substrateintritts und der Temperaturgradient in
der Schmelze so eingestellt werden, dass das Metall- bzw. Halbleitermaterial
zu kristallisieren beginnt, wenn es soeben noch keinen makroskopisch
flächigen Kontakt mit dem Substrat erhalten hat.
6. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Temperatur der Schmelze im Bereich des Austritts des Substrats aus dem
Bereich des Gießrahmens und der Temperaturgradient in der Schmelze ganz
oder teilweise dadurch eingestellt wird, dass die Temperatur der Substrat
oberfläche unmittelbar vor der Beschichtung des Substrates mit dem Metall-
oder Halbleitermaterial selektiv gegenüber dem Substratvolumen angehoben
wird.
7. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Zusatzheizung die Oberfläche des Substrats quer zu dessen Transportrichtung
im Bereich der eintrittsseitigen Wand des Gießrahmens selektiv gegenüber
dem Substratvolumen und/oder die untere Wandung des Gießrahmens im
Bereich des Substrateintritts beheizt.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der
Zusatzheizung um einen Widerstandsheizer in Stabform handelt.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wider
standsheizer so gestaltet und angeordnet ist, dass ein möglichst großer Teil
der strahlenden Oberfläche auf das Substrat und/oder die eintrittsseitige
untere Wandung des Gießrahmens gerichtet ist, wobei die Energieausbeute
durch reflektierende bzw. isolierende Elemente verbessert wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der
Zusatzheizung um eine Induktionsheizung handelt.
11. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der
Zusatzheizung um eine Lampenheizung handelt.
12. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die
Temperatur der Schmelze im Bereich des Austritts des Substrats aus dem
Bereich des Gießrahmens und der Temperaturgradient innerhalb der
Schmelze ganz oder teilweise durch ein entsprechendes Temperaturprofil des
Gießrahmens eingestellt wird.
13. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
Temperatur der Schmelze im Bereich des Austritts des Substrats aus dem
Bereich des Gießrahmens und der Temperaturgradient in der Schmelze ganz
oder teilweise durch Einsatz eines Gießrahmens mit unterschiedlichen
Wandstärken, der mittels einer Induktionsheizung beheizt wird, eingestellt
wird.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung
des Gießrahmens an der Eintrittsseite des Substrates 10 bis 99% der Dicke
der seitlichen Wandung aufweist, vorzugsweise 30 bis 95%, und die
Wandung des Gießrahmens an der Austrittsseite des Substrates 101 bis 500%
der seitlichen Wandstärke aufweist, vorzugsweise 105 bis 200%.
15. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
Temperatur der Schmelze im Bereich des Austritts des Substrats aus dem
Bereich des Gießrahmens und der Temperaturgradient in der Schmelze ganz
oder teilweise durch Einsatz eines Gießrahmens, der in 2 Kammern unterteilt
ist, eingestellt wird, wobei die Unterteilung mittels eines lose oder fest
eingebauten Wehres quer zu der Transportrichtung des Substrates vor
genommen wird, so dass an der Austrittsseite des Substrates eine Haupt
kammer für die Aufnahme der Metall- bzw. Halbleiterschmelze und an der
Eintrittsseite des Substrates eine nicht mit Schmelze gefüllte Vorkammer
gebildet wird, wobei in erster Näherung mittels der Vorkammer die
Temperatur im Eintrittsbereich des Substrates und mittels der Hauptkammer
die Temperatur im Austrittsbereich eingestellt wird.
16. Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der
Vorkammer parallel zur Transportrichtung des Substrates 0,1 bis 500% der
Länge der Hauptkammer parallel zur Transportrichtung des Substrates
beträgt, vorzugsweise 5 bis 100%.
17. Verfahren gemäß der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das
Wehr aus Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Graphit, Quarzglas, Quarzgut oder
einer Kombination oder Mischung dieser Materialien besteht.
18. Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Wehr
zumindest an der der Schmelze zugewandten Seite aus Quarzglas oder
Quarzgut besteht.
19. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
Temperatur der Schmelze im Bereich des Austritts des Substrats aus dem
Bereich des Gießrahmens und der Temperaturgradient ganz oder teilweise
durch den Einsatz eines Gießrahmens mit einer Bodenplatte eingestellt wird,
wobei diese Bodenplatte an der Seite des Substrataustritts ein Fenster über 1
bis 100% der lichten Breite des Rahmens offen läßt.
20. Verfahren gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite
der Bodenplatte in Richtung des Fensters im Mittel abschüssig geneigt ist.
21. Verfahren gemäß der Ansprüche 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, dass die
Bodenplatte direkt am Fenster eine minimale Dicke, wobei darunter die Dicke
zu verstehen ist, die aus Stabilitätsgründen nicht unterschritten werden darf,
und am Übergang zur Wandung des Gießrahmens auf der Seite des
Substrateintritts eine Dicke aufweist, die 40 bis 170% der normalen Betriebs
füllhöhe beträgt.
22. Verfahren gemäß der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die
Bodenplatte direkt am Fenster eine Dicke von 0,1 bis 20 mm, bevorzugt 0,5
bis 5 mm, und am Übergang zur Wandung des Gießrahmens auf der Seite des
Substrateintritts eine Dicke von 5 bis 80 mm, bevorzugt 10 bis 40 mm,
aufweist.
23. Verfahren gemäß der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die
Länge des Fensters in Transportrichtung 1 bis 100 mm beträgt, vorzugsweise
1 bis 40 mm.
24. Verfahren gemäß der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die
Länge der Bodenplatte in Transportrichtung 5 bis 200 mm, vorzugsweise 20
bis 100 mm, beträgt.
25. Verfahren gemäß der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die
hergestellten Scheiben oder Folien eine Dicke von 25 bis 1000 µm, vorzugs
weise 70 bis 400 µm, aufweisen.
26. Verfahren gemäß der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass in
der Bodenplatte mehrere Fenster nebeneinander angeordnet sind.
27. Verfahren gemäß der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass in
den Gießrahmen ein Schwimmkörper eingepaßt wird, wobei der
Schwimmkörper in der Waagerechten nur eine geringe Beweglichkeit besitzt,
jedoch in der Senkrechten dem Schmelzespiegel weitgehend frei folgen kann,
durch die Beheizung über eine oder mehrere Wandungen des Gießrahmens
einschließlich der Bodenplatte vor dem Festfrieren unter dem Einfluß des
kühleren Substrates bewahrt wird, und zur Messung des Füllstandes im
Gießrahmen einem mit elektromagnetischen Feldern oder mit elektro
magnetischer Strahlung arbeitenden Meßgerät als Ersatzmeßfläche für die
Schmelzeoberfläche dient.
28. Verfahren gemäß Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Meßgerät
unter Verwendung von Licht nach dem Prinzip der Triangulation oder dem
der Laufzeitmessung arbeitet.
29. Verfahren gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem
verwendeten Meßgerät um ein Lasertriangulometer handelt.
30. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Temperatur der Schmelze im Bereich des Austritts des Substrats aus dem
Bereich des Gießrahmens und der Temperaturgradient in der Schmelze durch
eine Kombination wenigstens zweier Maßnahmen gemäß der Ansprüche 7,
13, 15 und 19 eingestellt wird.
31. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass es
sich bei der eingesetzten Schmelze um eine Siliciumschmelze handelt.
32. Verwendung der gemäß der Ansprüche 1 bis 31 hergestellten Scheiben oder
Folien für die Herstellung von Solarzellen oder anderen Halbleiterbau
elementen.
33. Verwendung der gemäß der Ansprüche 1 bis 31 hergestellten Scheiben oder
Folien für die Abscheidung von anderen Materialien auf diesen Scheiben oder
Folien.
34. Verwendung der gemäß Anspruch 33 erhaltenen Produkte für die Herstellung
von Solarzellen oder anderen Halbleiterbauelementen.
35. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleiter- und Metallscheiben oder -folien
durch Erstarrung einer Schmelze eines Halbleiters oder Metalls oder eines
Gemisches mehrerer Halbleiter und/oder Metalle auf einem bewegten
Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen oberhalb des
Substrates angeordneten beheizten Gießrahmen enthält, dessen Wandung an
der Eintrittsseite des Substrates 10 bis 99% der Dicke der seitlichen
Wandung und dessen Wandung an der Austrittsseite des Substrates 101 bis
500% der seitlichen Wandstärke aufweist.
36. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleiter- und Metallscheiben oder -folien
durch Erstarrung einer Schmelze eines Halbleiters oder Metalls oder eines
Gemisches mehrerer Halbleiter und/oder Metalle auf einem bewegten
Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen oberhalb des
Substrates angeordneten beheizten Gießrahmen enthält, der mittels eines lose
oder fest eingebauten Wehres quer zu der Transportrichtung des Substrates in
eine Vor- und eine Hauptkammer unterteilt ist, wobei sich die mit Schmelze
gefüllte Hauptkammer an der Austrittsseite des Substrates und die nicht mit
Schmelze gefüllte Vorkammer an der Eintrittsseite des Substrates befindet.
37. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleiter- und Metallscheiben oder -folien
durch Erstarrung einer Schmelze eines Halbleiters oder Metalls oder eines
Gemisches mehrerer Halbleiter und/oder Metalle auf einem bewegten
Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen oberhalb des
Substrates angeordneten beheizten Gießrahmen enthält, der eine Bodenplatte
aufweist, die an der Seite des Substrataustritts ein Fenster über 1 bis 100%
der lichten Breite des Rahmens offen läßt.
38. Vorrichtung gemäß Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite
der Bodenplatte in Richtung des Fensters im Mittel abschüssig geneigt ist und
die Bodenplatte eine Länge in Transportrichtung von 5 bis 200 mm und direkt
am Fenster eine Dicke von 0,1 bis 20 mm und am Übergang zur Wandung
des Gießrahmens auf der Seite des Substrateintritts eine Dicke von 5 bis
80 mm aufweist.
39. Vorrichtung gemäß der Ansprüche 37 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass
die Länge des Bodenfensters in Transportrichtung 1 bis 100 mm beträgt.
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DE2000147929 DE10047929B4 (de) | 2000-09-27 | 2000-09-27 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Halbleiter- und Metallscheiben oder -folien |
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Publication Number | Publication Date |
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NL (1) | NL1019030C2 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL1026043C2 (nl) * | 2004-04-26 | 2005-10-27 | Stichting Energie | Werkwijze en inrichting voor het fabriceren van metalen folies. |
NL2004209C2 (en) * | 2010-02-08 | 2011-08-09 | Rgs Dev B V | Apparatus and method for the production of semiconductor material foils. |
EP2395132A1 (de) * | 2010-06-14 | 2011-12-14 | Korea Institute of Energy Research | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Silicium-Substrats mit ausgezeichneter Produktivität und Oberflächenqualität mittels Stranggießverfahren |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3419137A1 (de) * | 1984-05-23 | 1985-11-28 | Bayer Ag, 5090 Leverkusen | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von halbleiterfolien |
DE4102484A1 (de) * | 1991-01-29 | 1992-07-30 | Bayer Ag | Verfahren zur herstellung von metallscheiben sowie die verwendung von siliciumscheiben |
-
2000
- 2000-09-27 DE DE2000147929 patent/DE10047929B4/de not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-09-25 NL NL1019030A patent/NL1019030C2/nl not_active IP Right Cessation
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL1026043C2 (nl) * | 2004-04-26 | 2005-10-27 | Stichting Energie | Werkwijze en inrichting voor het fabriceren van metalen folies. |
WO2005104244A1 (en) * | 2004-04-26 | 2005-11-03 | Rgs Development B.V. | Method and device for producing metal foils |
AU2005236766B2 (en) * | 2004-04-26 | 2010-01-21 | Stichting Bol Ip | Method and device for producing metal foils |
US8246745B2 (en) | 2004-04-26 | 2012-08-21 | Rgs Development B.V. | Method and device for producing metal foils |
NL2004209C2 (en) * | 2010-02-08 | 2011-08-09 | Rgs Dev B V | Apparatus and method for the production of semiconductor material foils. |
WO2011096815A1 (en) * | 2010-02-08 | 2011-08-11 | Rgs Development B.V. | Apparatus and method for the production of semiconductor material foils |
CN102834553A (zh) * | 2010-02-08 | 2012-12-19 | Rgs发展有限公司 | 用于生产半导体材料箔的装置和方法 |
JP2013518794A (ja) * | 2010-02-08 | 2013-05-23 | エルヘーエス ディベロップメント ベースローテン フェンノートシャップ | 半導体材料薄片の製造装置および方法。 |
US8733425B2 (en) | 2010-02-08 | 2014-05-27 | RGS Development B.V. Petten | Apparatus and method for the production of semiconductor material foils |
CN102834553B (zh) * | 2010-02-08 | 2016-05-18 | Rgs发展有限公司 | 用于生产半导体材料箔的装置和方法 |
KR101842265B1 (ko) * | 2010-02-08 | 2018-03-26 | 알쥐에스 디벨롭먼트 비.브이. | 반도체 재료 포일의 제조 장치 및 방법 |
EP2395132A1 (de) * | 2010-06-14 | 2011-12-14 | Korea Institute of Energy Research | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Silicium-Substrats mit ausgezeichneter Produktivität und Oberflächenqualität mittels Stranggießverfahren |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NL1019030A1 (nl) | 2002-03-28 |
NL1019030C2 (nl) | 2006-03-27 |
DE10047929B4 (de) | 2013-04-11 |
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