JP2001019595A - 回転冷却体およびそれを用いた結晶シート製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スライス工程は必要とはせず、所望の厚みの
均一姓がよいシリコンシートを生産性よく得る。 【解決手段】 回転冷却体１は、表面に凸部２と凹部３
で成る凹凸構造を有している。ガス導入管４は、ノズル
５から冷却ガスを吹き出して内部から凸部２を冷却す
る。こうして、冷却された凸部２をシリコン融液に浸漬
することで、凸部２から優先的にシリコンの結晶核を成
長させ、互いに隣接する凸部２,２から成長してきた結
晶が凹部３で接触してシリコンシートが形成される。そ
の場合、凹部３の幅や上記凹凸の段差の大きさを制御す
ることによって、容易に結晶粒の大きさやシリコンシー
トの厚みを制御でき、所望の厚みの均一性のよいシリコ
ンシートが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、回転冷却体、お
よび、この回転体を用いて比較的結晶粒の大きな太陽電
池用シリコン結晶シートを作製する結晶シート製造装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、太陽電池に用いられている多結晶
シリコンウェハは、例えば特開平６−６４９１３号公報
に開示されたシリコン等多結晶物体の鋳造方法によって
形成された多結晶物体を用いて作製される。この特開平
６−６４９１３号公報に開示されたシリコン等多結晶物
体の鋳造方法においては、以下のようにして多結晶シリ
コン等の鋳造品を得ている。

【０００３】すなわち、不活性雰囲気中でリンあるいは
ボロン等のドーパントを添加した高純度シリコン材料を
坩堝中で加熱溶融させる。そして、このシリコン融液を
鋳型に流し込んで徐冷し、多結晶インゴットを得るよう
にしている。したがって、こうして得られた多結晶イン
ゴットから太陽電池用に使用可能な多結晶シリコンウェ
ハを作成する場合には、上記インゴットをワイヤーソー
や内周刃法等を用いてスライシングすることになる。

【０００４】また、スライス工程のないシリコンシート
を作製する方法として、特開平７−２５６６２４号公報
に開示されたシリコン板の連続鋳造方法がある。このシ
リコン板の連続鋳造方法においては、水平加熱鋳型に溶
融シリコンを供給し、水平方向にダミーの黒鉛プレート
を挿入してその先端を厚み制御板下のシリコン融液に直
接接触させる。そして、シリコンが黒鉛プレートの先端
に固着したところで、ローラを用いてシリコン板を横に
引き出すようにしている。また、冷却装置のガス吹出し
管からの冷却ガスによる冷却によって、シリコン板を連
続的に得ることが可能な構造になっている。

【０００５】また、シリコンシートの製造装置として、
特開平１０−２９８９５号公報に開示されたシリコンリ
ボンの製造装置がある。このシリコンリボンの製造装置
においては、シリコンの加熱溶解部と耐熱材で構成され
た回転冷却体とで概略構成されている。そして、カーボ
ンネットの一端部が予め巻き付けた回転冷却体をシリコ
ン融液に接触させることによって、上記回転冷却体の表
面にシリコンリボンを形成するものである。そして、上
記形成されたシリコンリボンを取り出す場合には、回転
冷却体を回転させると同時に巻き付けられたカーボンネ
ットを引き出すことによって、上記カーボンネットに固
着されたシリコンに続くシリコンリボンを連続的に取り
出すのである。

【０００６】この場合、シリコンの成長速度は、シリコ
ンを溶融状態に保持するためのヒータ温度、回転冷却体
の浸漬深さ、回転冷却体の温度(つまり、回転冷却体内
を循環している冷却ガスの種類とその流量)、および、
回転冷却体の回転速度で制御されている。

【０００７】また、上記回転冷却体の表面には、深さ
０.０７mm,ピッチ０.０７mm程度のＵ字型またはＶ字型
の加工が施されている。これは、太陽電池を作製するた
めに、より多くの太陽光を閉じ込めるための溝をシリコ
ンリボンの表面に転写するためのものである。こうし
て、シリコンリボンの表面に溝を形成することによって
光閉込め効果を積極的に利用することができるのであ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のシリコン板あるいはシリコンシートを製造する方法
や装置には、以下のような問題がある。先ず、特開平６
−６４９１３号公報に開示されたシリコン等多結晶物体
の鋳造方法においては、多結晶シリコンインゴットに対
するスライス工程が必要となるため、ワイヤーや内周刃
の厚み分だけスライスロスが生ずることになる。そのた
め、全体としての歩留まりが悪くなり、結果として低価
格なウェハを提供することが困難になる。

【０００９】また、特開平７−２５６６２４号公報に開
示されたシリコン板の連続鋳造方法においては、上記厚
み制御板の下からシリコン板を引き出すによって、シリ
コン板の厚みを制御しているため、太陽電池に使用され
ているような６００μm以下の厚みの制御は困難と予想
される。

【００１０】また、特開平１０−２９８９５号公報に開
示されたシリコンリボンの製造方法においては、上記回
転冷却体を回転させてカーボンネットを引き出すことに
よって、カーボンネットに固着されたシリコンに続くシ
リコンリボンを連続的に取り出している。ところが、成
長したシリコンの厚みが非常に薄い場合には、カーボン
ネットとシリコンとが反応してシリコンリボンが脆くな
っているために、引き出し途中でシリコンリボンが切れ
て落下する場合がある。その場合には、運転を中止しな
ければならず、生産性が悪くなる。

【００１１】また、上述したように、シリコンの成長速
度は、シリコンを溶融状態に保持するためのヒータ温
度、浸漬深さ、回転冷却体内を循環している冷却ガスの
種類とその流量、および、回転冷却体の回転速度等の多
数の因子で制御されている。そのために、成長速度を制
御しながらシリコンリボンを引き出すのは非常に困難で
ある。

【００１２】さらに、上記回転冷却体の表面に残ったシ
リコン細片をかき取るために楔体を設けている。したが
って、成長面である回転冷却体表面に直接接する楔体に
よって、回転冷却体表面が傷付けられたり、塗布してい
る離型材が削り取られることによって、成長するシリコ
ンリボンの均一性が損なわれるという問題もある。

【００１３】そこで、この発明の目的は、スライス工程
を必要とはせず、所望の厚みの均一性がよいシリコンシ
ートを得ることができる生産性のよい回転冷却体、およ
び、それを用いた結晶シート製造装置を提供することに
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明の回転冷却体は、金属あるいは半導体材
料の加熱融解液に部分浸漬すると共に冷却されて,上記
金属あるいは半導体材料の結晶シートを析出させる回転
冷却体であって、上記金属あるいは半導体材料の結晶が
析出される表面に、上記金属あるいは半導体材料の加熱
融解液に浸漬される凸部とこの凸部間の凹部とで成る凹
凸構造を備えたことを特徴としている。

【００１５】上記構成によれば、回転冷却体の表面に設
けられた凹凸構造における凸部が、上記金属あるいは半
導体材料としてのシリコンの融液に浸漬されると共に、
内部から冷却される。こうすることによって、上記凸部
にシリコンの結晶核が発生して成長し、隣り合った凸部
から成長してきた結晶と凹部で接触してシリコンシート
が形成される。

【００１６】また、上記第１の発明の回転冷却体は、上
記凸部の幅を上記凹部の幅より狭くすることが望まし
い。

【００１７】上記構成によれば、上記凹部の幅が上記凸
部の幅をより広くなっているため、回転冷却体とシリコ
ンシートとの接着強度が相対的に低下し、上記シリコン
シートが回転冷却体から容易に剥離される。さらに、上
記凹部の幅が広いために、比較的大きな結晶粒が得られ
る。

【００１８】また、上記第１の発明の回転冷却体は、上
記凸部の幅を５mm以上にすることが望ましい。

【００１９】上記構成によれば、回転冷却体の強度が確
保されると共に、結晶核の発生サイトの面積が必要十分
に確保される。

【００２０】また、上記第１の発明の回転冷却体は、上
記凸と凹部とで成る凹凸の段差を５mm以上にすることが
望ましい。

【００２１】上記構成によれば、上記回転冷却体の表面
部をシリコンの加熱融解部に浸漬した際に、確実に上記
凸部のみがシリコンの加熱融解部に浸漬される。こうし
て、適度な厚みのシリコンシートが形成される。

【００２２】また、第２の発明の結晶シート製造装置
は、上記第１の発明の回転冷却体と、上記回転冷却体の
凹部に先端部が挿入された結晶シートのかき取り部を備
えたことを特徴としている。

【００２３】上記構成によれば、上記回転冷却体の表面
の凸部にシリコン等の結晶核が発生して成長し、隣り合
った凸部から成長してきた結晶と凹部で接触してシリコ
ンシート等の結晶シートが形成される。そして、こうし
て形成された結晶シートが、かき取り部によって容易に
かつ連続的に上記回転冷却体の凹凸部構造からかき取ら
れて剥離される。

【００２４】その場合、上記かき取り部は、上記回転冷
却体表面の凹部の位置に設けられている。したがって、
結晶成長面である上記凸部の表面を傷つけることがな
い。

【００２５】また、上記第２の発明の結晶シート製造装
置は、上記かき取り部に冷却ガスの吹き出し口を設ける
ことが望ましい。

【００２６】上記構成によれば、上記回転冷却体の凹部
に沿ったシリコン融液等の湯面近傍が、上記かき取り部
の吹き出し口からの冷却ガスによって直接冷却される。
したがって、上記湯面近傍の温度が精度よく制御されて
上記凸部での結晶核成長が促進される。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。図１は、本実施の形態の回転
冷却体における断面図である。本実施の形態における回
転冷却体は、その表面に凹凸構造を形成することによっ
て、シリコンシートを容易に且つ連続的に引き出すこと
を可能にするものである。以下、詳細に説明する。

【００２８】図１において、１は中空の回転冷却体、２
は回転冷却体１の凸部、３は回転冷却体１の凹部、４は
冷却ガスを導入するガス導入管である。回転冷却体１の
材質は高温でも耐久性のある材質であればよい。例えば
高純度カーボン,耐火性のセラミックス,窒化珪素・窒化
硼素等の成形体などが考えられるが、上記カーボン材料
は安価である上に加工性に富んでいるためより好まし
い。凸部２は、回転冷却体１の表面に環状に複数形成さ
れており、所定幅で所定の高さを有すると共に内部は空
間になっている。また、凹部３は、凸部２間における回
転冷却体１の表面である。

【００２９】上記回転冷却体１の内部には、軸に沿って
ガス導入管４が配設されており、凸部２の上記空間に向
うノズル５が設けられている。このガス導入管４には外
部から冷却ガスが導入され、ノズル５から凸部２の上記
空間に向って吹き出される。上記冷却ガスの種類は、直
接シリコン融液とは接触しないために特に限定しない
が、より好ましくは不活性ガスであるＮ₂,Ｈe,Ａr等で
ある。特に、冷却能力を考えると、ＨeまたはＨeとＮ₂
との混合ガスが好ましいが、コストを考慮するとＮ₂が
より好ましい。上記冷却ガスは、回転冷却体１を内側か
ら冷却した後は外部に排気されるのであるが、回転冷却
体１を冷却した後の排気ガスを外部の熱交換器(図示せ
ず)を循環させることで、更なるコスト低減を図ること
が好ましい。

【００３０】上述のごとく、本実施の形態における回転
冷却体１の表面には、図１に示すように凹凸構造が設け
られている。さらに、ガス導入管４のノズル５が、その
位置を凸部２の内部空間と一致させて設置されている。
このような構造を取ることによって、凸部２を優先的に
冷却することが可能となる。また、回転冷却体１の肉厚
を凸部２を薄く凹部３は厚くすることで、更なる冷却効
果が期待できる。尚、更に冷却効果を高めるには、回転
冷却体１内部の表面積(つまりは、冷却ガスの接触面積)
を大きくすることが好ましい。

【００３１】上記回転冷却体１は、シリコン融液に浸漬
されて表面にシリコンシートを形成するのであるが、そ
の際に、冷却された凸部２をシリコン融液に浸漬するこ
とによって、凸部２から優先的にシリコンの結晶核を発
生させることができ、その結晶核から結晶成長が始ま
る。そして、結晶成長が進行するに連れて、隣接する凸
部２から成長してきたシリコン結晶同士が凹部３上で繋
がってシリコンシー卜が形成されるのである。

【００３２】尚、上記ガス導入管４は回転せず、回転冷
却体１のみが回転することが好ましい。それは、ガス導
入管４(ノズル５)と回転冷却体１が共に回転すると、回
転冷却体１における冷却される個所が常に同じになるた
め、回転冷却体１の表面に一様にシリコンシートを成長
させることが困難になるためである。このような構造を
取ることによって、回転冷却体１の内部を均一に冷却す
ることができ、均一なシリコンシートを得ることが可能
になる。

【００３３】また、図１においては、上記ガス導入管４
のノズル５は下向きに設置されているが、特に限定する
ものではない。しかしながら、均一に冷却するという観
点からすれば、ノズル５が一方向に向いているよりも複
数のノズル５が放射方向に向いていることが好ましい。
つまり、冷却能力にも依存するが、少なくともシリコン
融液中に在る回転冷却体１の内部を冷却できる位置にノ
ズル５を設置することが好ましい。こうすることによっ
て、回転冷却体１の表面に効果的に結晶核を発生させる
ことができ、均一なシリコンシートを得ることが可能に
なるのである。

【００３４】上記回転冷却体１の表面に設ける凹凸構造
においては、凸部２の幅よりも凹部３の幅の方が大きく
なっている。これは、凹部３の幅が狭い場合には、直接
シリコン融液と接触している隣接凸部２から成長したシ
リコンシート同士が直接強固に接着して、回転冷却体１
の表面からの剥離が困難になる可能性がある。ところ
が、凹部３の幅の方を凸部２の幅よりも広くした場合に
は結果的に凸部２の数が減り、凸部２と成長したシリコ
ンシートとの接触面積の割合を下げることができる。し
たがって、回転冷却体１とシリコンシートとの接着強度
を相対的に下げることができ、シリコンシートを容易に
剥離できるのである。

【００３５】上記凸部２の幅は５mm以上がより好まし
い。５mmよりも幅が狭い場合には、回転冷却体１の強度
を確保できなくなるばかりでなく、冷却を十分に行うこ
とができなくなる。さらに、結晶核の発生サイトの面積
が小さくなって核発生が十分できなくなる。そのため
に、シリコンシートが成長するまで長時間が必要になっ
て好ましくない。

【００３６】一方、上記凹部３の幅が広いと、凸部２で
発生した結晶核からシリコンの結晶が成長して、隣りの
凸部２からの成長してきた結晶に凹部３上で到達してシ
リコンシートが形成されるため、結果として比較的大き
な結晶粒が得られることになる。つまり、凹部３の幅を
制御することで、ある程度結晶粒の大きさを制御するこ
とが可能になる。

【００３７】また、上記凸部２の高さ、つまり凹部３の
深さ(換言すれば「段差」)は５mm以上が好ましく、より好
ましくは１０mm以上である。この深さは、回転冷却体１
のシリコン融液への浸漬深さを制限することになる。す
なわち、段差を大きくすることで浸漬深さを深くするこ
とができ、浅ければ浸漬深さが浅くなってあまり浸漬で
きなくなる。シリコンシートは、シリコン融液中もしく
はシリコン液面近傍で成長するため、浸漬深さは、成長
してくる結晶シリコンシートの厚みを制限することにな
る。

【００３８】上述のような凹凸構造にすることによっ
て、比較的容易に、結晶粒の大きさやシリコンシートの
厚みを制御することが可能になる。また、結晶粒の大き
さやシリコンシートの厚みは、ヒータの温度,回転冷却
体１内を流れる冷却ガス流量,回転冷却体１の回転数等
にも依存しており、これらの組み合わせによって所望の
厚みのシリコンシートを得ることができるのである。

【００３９】上記凹凸構造における最表面には、シリコ
ンシートの剥離性をより容易にするための離型材を塗布
する。この離型材は、窒化硼素粉末等を塗布する方法
や、窒化珪素粉末とポリビニルアルコールとの混合物を
塗布・焼成する方法等が挙げられる。しかしながら、上
記離型材の材料,塗布方法および塗布厚等は、離型効果
があれば特に限定するものではない。尚、離型効果は、
回転冷却体１表面の微細な形状によっても影響を受ける
ことから、上記離型材の塗布厚は制御する必要がある。
また、回転冷却体１の材質や成長条件によっては離型材
が不要である場合もある。

【００４０】また、本実施の形態においては、上記回転
冷却体１によって生成されたシリコンシートを剥離する
ための棒状のかき取り部を設けている。図２に示すよう
に、かき取り部６は、回転冷却体１表面における凹凸構
造の凹部３に、先端部が挿入されて設置されている。図
２においては、凹部３の数とかき取り部６の数とは同数
であるが、特に同じ数に合わせる必要はない。

【００４１】上記かき取り部６の形状は、棒状,角柱状
等が挙げられるが特に限定されることはない。しかしな
がら、かき取り部６の位置が凹部３に一致しているこ
と、太さが凹部３の深さ(段差)よりも小さいことが必要
である。すなわち、図２に示すように、かき取り部６の
位置が回転冷却体１の凹部３に一致し、かき取り部６の
太さがシリコン融液１６に浸漬しない大きさであればよ
い。このようなかき取り部６を用いることによって、シ
リコンシート製造装置を煩雑な構成にすることなく、容
易に且つ連続的にシリコンシートを剥離して引き出すこ
とが可能となる。そして、例え、成長途中でシリコンシ
ートが脱落したとしても、シリコンシートのみがシリコ
ン融液８中に落下するだけである。そのため、シリコン
シートがカーボンネットに固着される特開平１０−２９
８９５号公報の場合のごとくシリコンシート製造装置を
止める必要がなく、連続運転が可能になる。

【００４２】このように、本実施の形態においては、上
記かき取り部６を、結晶成長面である凸部２の個所にで
はなく、凸部２間の凹部３の個所に設置している。した
がって、凸部３の表面に傷がついたりすることが無く、
均一なシリコンシートを形成できるのである。

【００４３】上記かき取り部６の材質は、高温の不活性
雰囲気下でも安定な材質である。例えば、カーボン,セ
ラミックス,窒化珪素,窒化硼素等の成形体が挙げられる
が、特に限定するものではない。しかしながら、シリコ
ン融液８の近傍に位置するために温度が高くなること
や、回転冷却体１の表面に傷を付けないことが望ましい
ことから、回転冷却体１の材料と同じであることが好ま
しい。コスト面および自己潤滑性を有することから高純
度カーボンを用いることがより好ましい。また、凹凸構
造に一致するような形状であれば、棒状の形態に限定さ
れることはなく、フォーク状の形態であっても差し支え
ない。

【００４４】また、図３に、上記回転冷却体１とかき取
り部６との真横から見た位置関係を示す。かき取り部６
は、シリコン湯面に対して５゜以上の角度で設置するこ
とが好ましい。その理由は、かき取り部６の設置角度が
５゜以下になると、成長したシリコンシートをシリコン
融液８から出た直後に剥離することになり、シリコン湯
面近傍での成長途中のシリコンシートにも影響を与える
可能性があるためである。その一方では、上記設置角度
が大きすぎると、シリコンシートは回転冷却体１の形状
を反映して成長して反った形状になるため、あまり好ま
しくない。

【００４５】また、本実施の形態によれば、上記かき取
り部６として、上記凹凸構造の凹部３に位置が一致する
ような管(パイプ)を用いることによって、シリコンシー
トの厚みの制御をより容易に行うことができる。これ
は、かき取り部４に管を用いることで、管(かき取り部
６)内にガスを流すことが可能となり、回転冷却体１の
凹部３に沿ったシリコン融液８の湯面近傍を直接冷却す
ることができる。したがって、ヒータだけでは制御困難
なシリコン湯面近傍の温度をかき取り部６で冷却するこ
とによって、互いに隣接する凸部２,２へのシリコン成
長を促進するように制御可能になる。尚、その場合のか
き取り部６内に供給する冷却ガスとしては、回転冷却体
１やシリコン融液８を包含するチャンバ内に導入してい
るガスと同じガスを用いることが、上記チャンバ内の雰
囲気を汚染することがないためより好ましい。

【００４６】このように、本実施の形態においては、上
記回転冷却体１の表面に凸部２と凹部３で成る凹凸構造
を設け、ガス導入管４のノズル５からの冷却ガスで内部
から凸部２を冷却するようにしている。したがって、凸
部２をシリコン融液に浸漬することで凸部２からシリコ
ンの結晶核を成長させ、隣り合う凸部２から成長してき
た結晶と凹部３で接触させてシリコンシートが形成され
る。その場合、凹部３の幅や上記凹凸の段差の大きさを
制御することによって、容易に結晶粒の大きさやシリコ
ンシートの厚みを制御でき、所望の厚みの均一なシリコ
ンシートが得られる。

【００４７】その場合、上記凸部２の幅を凹部３の幅よ
り狭くしている。したがって、凹部３の幅が広くなって
いる分だけ、回転冷却体１とシリコンシートとの接着強
度が相対的に低下し、上記特開平１０−２９８９５号公
報に開示されたシリコンリボンの製造装置のごとくカー
ボンネットを用いることなく、上記シリコンシートを回
転冷却体１から容易に剥離することができる。さらに、
凹部２の幅が広いために、比較的大きなシリコン結晶粒
を得ることができる。

【００４８】さらに、上記凹部４の位置に一致させてか
き取り部６を設けて、回転冷却体１の表面に形成された
シリコンシートを剥離するようにしている。したがっ
て、回転冷却体１の凸部２から成長して凹部４に形成さ
れたシリコンシートを容易に剥がして、上記チャンバ外
に搬出することができるのである。

【００４９】その際に、上記かき取り部６は、結晶成長
面である凸部２の個所にではなく、凸部２間の凹部３の
個所に設置している。したがって、凸部３の表面に傷が
ついたりすることが無く、均一なシリコンシートを形成
できるのである。

【００５０】こうして作成されたシリコンシートは、マ
イクロカッターやＹＡＧ(イットリウム・アルミニウム・
ガーネット)レーザ等を用いて所望の大きさ(長さ)に切
断されて、シリコンウェハが完成する。

【００５１】以下、上記回転冷却体を用いてシリコン結
晶シートを作成するシリコン結晶シート製造装置につい
て説明する。図４はシリコン結晶シート製造装置の概略
断面図をに示す。図４において、１１は回転冷却体、１
２はシリコンシート引き出し用のガイドローラ、１３は
引き出されたシリコンシート、１４はかき取り部、１５
はシリコン融液供給用の多結晶シリコンインゴットであ
る。

【００５２】このシリコン結晶シート製造装置は、密閉
性の良好なチャンバ(図示せず)内に設置されており、真
空排気後に不活性ガスでガス置換が行われる。その場合
の不活性ガスとしては、ＡrやＨe等が挙げられるが、コ
ストを考慮するとＡrがより好ましい。また、上記チャ
ンバ内には、シリコン融液温度を厳密に制御するため
に、複数のヒータを設置することが好ましい。こうし
て、坩堝１６内のシリコン融液１７の温度を厳密に調節
することによって、より再現性よくシリコンシートを作
成することが可能となるのである。尚、シリコン融液１
７の温度は、シリコンの融点温度(約１４２０℃)以上で
あることが好ましい。融点近傍であると、回転冷却体１
１がシリコン融液１７に接することで湯面凝固を引き起
こす可能性があるため、融液温度は１４３０℃以上がよ
り好ましい。

【００５３】さらに、上記坩堝１６には昇降機構が付い
ていることが好ましい。これは、回転冷却体１１の表面
でシリコンシートを成長させるためには、常に回転冷却
体１１がシリコン融液１７に対して同じ深さに浸漬され
ていることが必要であり、上記昇降機構によって坩堝１
６を上昇して湯面の位置を一定に保つことができるので
ある。尚、シリコン融液１７の湯面位置を一定に保つ方
法として、多結晶シリコンインゴット１５を溶融させた
り、シリコンパウダーを順次投入したりすることが考え
られるが、その方法は特に限定するものではない。

【００５４】以下、上記シリコン結晶シート製造装置の
動作について、シリコンシート製造の実施例を挙げて具
体的に説明する。尚、各実施例およびその比較例におけ
るシリコンシート形成条件(融液温度,回転冷却体回転
数,冷却ガス流量,浸漬深さ)と得られた結果(シート厚
み,平均粒径)を表１にまとめて示す。

【００５５】＜実施例１＞シリコン原料１０ｋg(純度９
９.９９９９９９９９９％)を高純度カーボン製坩堝で保
護された石英坩堝１６内に入れて、チャンバ内の真空引
きを行って５×１０^-5torr以下まで減圧する。その後、
チャンバ内にＡrガスを導入して常圧まで戻し、その後
は常に１０Ｌ/minでチャンバ上部よりＡrガスをフロー
したままにする。次に、シリコン溶解用のヒータ温度を
１５００℃に設定し、完全にシリコンを溶融状態にす
る。さらに、新たにシリコン原料を投入して湯面位置を
所定の位置にあわせる。その後、シリコン融液温度を１
４３０℃に設定し、３０分間そのまま保持してシリコン
融液温度の安定化をはかる。

【００５６】次に、上記回転冷却体１１を回転させず
に、窒素ガスを流量２００Ｌ/minで回転冷却体１１内に
導入して内部に吹き付けて回転冷却体１１を冷却する。
尚、回転冷却体１１の凸部の幅は５mm、凹部の幅は７m
m、凹凸の段差は１０mmであり、高純度カーボン製のか
き取り部１４を設置している。但し、かき取り部１４か
らの冷却は行っていない。その後、石英坩堝１６を徐々
に上昇させ、所定の位置まで上昇した位置で、回転冷却
体１１を回転速度５rpmで回転させシリコンシートを作
成した。その場合における浸漬深さは３mmであり、シリ
コンシートの厚みは５００μmであった。

【００５７】＜実施例２＞シリコン融液温度を１４５０
℃とする。また、かき取り部１４をパイプ状に成して、
かき取り部１４からの冷却を行った。そして、その他の
回転冷却体１１の構造および浸漬条件は総て実施例１と
同じ条件として、シリコンシートを作成した。得られた
シリコンシートの厚みは８００μmであった。

【００５８】＜実施例３＞シリコン原料１０ｋg(純度９
９.９９９９９９９９９％)を高純度カーボン製坩堝で保
護された石製坩堝１６内に入れて、チャンバ内の真空引
きを行って５×１０^-5torr以下まで減圧する。その後、
チャンバ内にＡrガスを導入して常圧まで戻し、その後
は常に５Ｌ/minでチャンバ上部よりＡrガスをフローし
たままにする。次に、シリコン溶解用のヒータ温度を１
５３０℃に設定し、完全にシリコンを溶融状態にする。
さらに、新たにシリコン原料を投入して湯面位置を所定
の位置にあわせる。その後、シリコン融液温度を１４６
０℃に設定し、３０分間そのまま保持してシリコン融液
温度の安定化をはかる。

【００５９】次に、上記回転冷却体１１を回転させず
に、Ａrガスを流量８００Ｌ/minで回転冷却体１１内に
導入して内部に吹き付けて、回転冷却体１１を冷却す
る。尚、回転冷却体１１の凸部の幅は１０mm、凹部の幅
は１３mm、凸凹の段差は２０mmであり、高純度カーボン
パイプ製のかき取り部１４からの冷却も行っている。そ
の後に、石英坩堝１６を徐々に上昇させ、所定の位置ま
で上昇した位置で、回転冷却体１１を回転速度１０rpm
で回転させてシリコンシートを作成した。その場合にお
ける浸漬深さは５mmであり、シリコンシートの厚みは５
００μmであった。

【００６０】＜実施例４,５＞実施例３における回転冷
却体１１の回転速度を、１５rpmとしたものを実施例４
とし、２０rpmとしたものを実施例５とした。

【００６１】〔比較例１〕本比較例においては、回転冷
却体の表面に凹凸構造を設けない。但し、それ以外は総
て実施例１と同じ条件にしてシリコンシートを作成し
た。その場合には、回転冷却体表面にシリコンは成長し
ているものの、不均一な成長であり、剥離することがで
きなかった。これは、回転冷却体の表面に凹凸構造がな
いために全面にシリコンが成長し、回転冷却体との接着
強度が強くなったためである。

【００６２】〔比較例２〕上記回転冷却体における凸部
の幅を１０mmとし、凹部の幅を５mm、凸凹段差を１５mm
とした。それ以外は総て実施例１と同じ条件にしてシリ
コンシートを作成した。その場合には、回転冷却体表面
にシリコンシートは形成されるが、剥離することができ
なかった。これは、上記凸部が広く、凹部の幅が狭いた
め、回転冷却体とシリコンシートとの接着強度が強くな
ったためである。

【００６３】〔比較例３〕上記回転冷却体における上記
凹凸構造の深さ(段差)を３mmとした。それ以外は総て実
施例１と同じ条件にしてシリコンシートを作成した。そ
の場合には、回転冷却体表面にシリコンシートは形成さ
れるが剥離することができなかった。これは、上記段差
が３mmと小さ過ぎたために、シリコン融液が上記凹部に
も入ってしまって強固に接着したためである。

【００６４】〔比較例４〕上記回転冷却体の凸部の幅を
３mmとし、凹部の幅を１０mmとした。それ以外総て実施
例１と同じ条件にしてシリコンシートを作成した。その
場合には、互いに隣接した凸部からの成長が十分ではな
く凸部上にのみシリコンが成長した。これは、凸部の幅
が十分ではなく、結晶核の数が十分でなかったためと考
えられる。

【表１】

【００６５】

【発明の効果】以上より明らかなように、第１の発明の
回転冷却体は、金属あるいは半導体材料の結晶が析出さ
れる表面に、上記金属あるいは半導体材料の加熱融解液
に浸漬される凸部とこの凸部間の凹部とで成る凹凸構造
を設けたので、内部から冷却される凸部を上記金属ある
いは半導体材料としてのシリコンの融液に浸漬すること
によって上記凸部に優先的にシリコンの結晶核を発生・
成長させて、隣り合った凸部から成長してきた結晶と凹
部で接触させてシリコンシートを形成できる。

【００６６】したがって、スライス工程によらずにシリ
コンウェハを形成でき、スライスロスが無くがなく、よ
り低コストでシリコンウェハを提供できる。さらに、上
記凸部の浸漬深さを適宣変更することによって、所望の
厚みのシリコンシートを得ることができる。

【００６７】また、上記第１の発明の回転冷却体は、上
記凸部の幅を上記凹部の幅より狭くすれば、上記凹部の
幅を上記凸部の幅をより広くして回転冷却体とシリコン
シートとの接着強度を相対的に低下させることができ、
上記シリコンシートを回転冷却体から容易に剥離でき
る。さらに、シリコン結晶の成長領域である上記凹部の
幅が広いために、比較的大きな結晶粒を得ることができ
る。

【００６８】また、上記第１の発明の回転冷却体は、上
記凸部の幅を５mm以上にすれば、回転冷却体の強度を確
保できると共に、結晶核の発生サイトの面積を必要十分
に確保できる。

【００６９】また、上記第１の発明の回転冷却体は、上
記凸部と凹部とで成る凹凸の段差を５mm以上にすれば、
確実に上記凸部のみをシリコンの加熱融解部に浸漬でき
る。したがって、適度な厚みのシリコンシートを形成で
きる。

【００７０】また、第２の発明の結晶シート製造装置
は、上記第１の発明の回転冷却体と、上記回転冷却体の
凹部に先端部が挿入された結晶シートのかき取り部を設
けたので、上記回転冷却体の表面の凸部に結晶核を発生
・成長させ、隣り合った凸部から成長してきた結晶と凹
部で接触させて結晶シートを形成できる。さらに、こう
して形成された結晶シートをかき取り部によって容易に
且つ連続的に上記凹凸部構造から剥離できる。

【００７１】その場合、上記かき取り部は、上記回転冷
却体表面の凹部の位置に設けられているので、結晶成長
面である上記凸部の表面を傷つけることを防止できる。
さらに、特開平１０−２９８９５号公報の場合のごとく
上記結晶シートはカーボンネット等に固着されていな
い。したがって、例え成長途中で結晶シートが脱落して
も、結晶シート製造装置を止める必要がなく、連続運転
が可能になる。

【００７２】また、上記第２の発明の結晶シート製造装
置は、上記かき取り部に冷却ガスの吹き出し口を設けれ
ば、上記回転冷却体の凹部に沿ったシリコン融液等の湯
面近傍を上記冷却ガスによって直接冷却できる。したが
って、上記湯面近傍の温度を精度よく制御して上記凸部
での結晶核成長を促進できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の回転冷却体における断面図であ
る。

【図２】 図１に示す回転冷却体とかき取り部との関係
の説明図である。

【図３】 回転冷却体とかき取り部との真横から見た位
置関係を示す図である。

【図４】 図１に示す回転冷却体を用いたシリコン結晶
シート製造装置の概略断面図である。

【符号の説明】

１,１１…回転冷却体、２…凸部、
３…凹部、４…ガス導入部、
５…ノズル、６,１４…かき取り部、
７,１６…坩堝、８,１７…シリコン融液、
１２…ガイドローラ、１３…シリコンシート、
１５…多結晶シリコンインゴット。

フロントページの続き (72)発明者 五十嵐 万人 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 光安 秀美 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 布居 徹 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA04 CD08 EG15 EG30 5F051 AA03 BA14 CB06 CB29

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属あるいは半導体材料の加熱融解液に
   部分浸漬すると共に冷却されて、上記金属あるいは半導
   体材料の結晶シートを析出させる回転冷却体であって、 上記金属あるいは半導体材料の結晶が析出される表面
   に、上記金属あるいは半導体材料の加熱融解液に浸漬さ
   れる凸部とこの凸部間の凹部とで成る凹凸構造を備えた
   ことを特徴とする回転冷却体。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の回転冷却体において、 上記凸部の幅が上記凹部の幅より狭いことを特徴とする
   回転冷却体。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の回転冷却体において、 上記凸部の幅は５mm以上であることを特徴とする回転冷
   却体。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の回転冷却体において、 上記凸部と凹部とで成る凹凸の段差は５mm以上であるこ
   とを特徴とする回転冷却体。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４の何れか一つに記
   載の回転冷却体と、 上記回転冷却体の凹部に先端部が挿入された結晶シート
   のかき取り部を備えたことを特徴とする結晶シート製造
   装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の結晶シート製造装置に
   おいて、 上記かき取り部に冷却ガスの吹き出し口を設けたことを
   特徴とする結晶シート製造装置。