JP2001031496A - シリコンリボン製造装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な結晶成長を行わせるとともに、製造
効率の高いシリコンリボン製造装置を提供する。 【解決手段】 シリコンリボン製造装置は、ルツボ８
と、ルツボ８に原料を供給する原料供給部２と、ルツボ
８に供給された原料を加熱するヒーター３と、加熱によ
り溶融した原料液Ｓ１を回転円筒１２（冷却体表面）に
接触させ、結晶成長させたリボン状シリコンＳ２をルツ
ボ８から取り出す冷却体とを備え、原料供給部２が、ル
ツボ８内のシリコン溶融液Ｓ１をおしのけるための排液
バルク体６と、供給される原料Ｓの少なくとも一部を、
排液バルク体６を介してルツボ８内に導くためのパイプ
６１（導体）と、ルツボ８内の原料液面の昇降に応じて
排液バルク体６をルツボ８内に抜き挿しするバルク体挿
抜手段（９、２１）とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン原料を加
熱溶融して冷却体表面に接触させ、結晶成長させたリボ
ン状シリコンを得るためのシリコンリボン製造装置及び
その製造方法に関する。

【０００１】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】シリコ
ン溶融液中に冷却体を浸漬し冷却体表面にシリコンの結
晶を成長させる方法としては、窒化珪素で覆った水冷冷
却金属体を溶融液に浸漬する結晶成長方法（特開昭６１
−２７５１１９号公報）、不活性ガスで冷却した中空ド
ラムに溶融シリコンを加圧供給し浸漬させる結晶成長方
法（特開平１０−２９８９５号公報）等が知られてい
る。

【０００２】これらの方法は、冷却体上に薄いシリコン
を成長させることによって、溶融液から直接、シート状
のシリコン基板を得ることを目的とした製造方法であ
り、この方法によれば、現在の主流をなす、インゴット
をワイヤーソー等によりスライスしてウェハを得るシリ
コン基板製造法におけるスライスによって生じるコスト
アップ及び原料損失の双方を低減することができる。ま
た、これらの方法は、スライスレスを目的としたＥＦＧ
法、ＷＥＢ法などの結晶成長方法に比べ、成長面積が広
いことから結晶成長速度が大きく、高い生産性が期待さ
れている。

【０００３】一方、結晶成長で一般的に用いられている
抵抗加熱方式の炉では、生産性を向上させる目的で、結
晶成長した量に応じた原料を追加供給し、結晶成長を連
続して進行させる方法が考案されてきた。結晶の成長法
として、一般的なＣＺ法においては、原料をルツボに供
給するために、二重ルツボを用いた方法（特開昭６３−
７９７９０号公報）あるいは連続チャージ法（特開平５
−３３０９７６号公報、特開昭５６−１６４０９７号公
報）が提案されている。

【０００４】しかし、上記した二重ルツボによる原料の
供給は、結晶の育成部分が内側のルツボで隔てられるの
で、ヒーターからの熱を育成部分の中心部まで十分に供
給できないという問題がある。一方、連続チャージ法に
は、棒状の原料を用いるもの（特開平５−３３０９７６
号公報等）と、原料溶融場所、結晶育成場所をそれぞれ
分離して輸送するもの（特開昭５６−１６４０９７号公
報等）がある。

【０００５】これらの方法のうち、太陽電池用基板の製
造を主目的とする、リボン法と称される結晶成長方法に
おいては、通常、ＣＺのスクラップや、高純度多結晶ロ
ッドを破砕した際にできる破砕屑などの安価なシリコン
原料を用いるため、原料の形状のばらつきが大きく、棒
状の原料を使用する前者の手法を応用することは困難で
ある。 また、原料溶融、結晶育成の場所を分離した後
者の手法は、その構造が複雑になり、装置全体の大型化
を招く。さらに、装置全体の大型化は、加熱・温度保持
が必要な加熱室の容積の増加となり、エネルギーロスの
大きい装置となる。

【０００６】この発明は、上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、良好な結晶成長を行わせるとともに、製
造効率の高いシリコンリボン製造装置及びこの装置を用
いたシリコンリボン製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、ルツ
ボと、ルツボに原料を供給する原料供給部と、ルツボに
供給された原料を加熱する加熱部と、加熱により溶融し
た原料液を冷却体表面に接触させ、結晶成長させたリボ
ン状シリコンを得る冷却体とを備えたシリコンリボン製
造装置であって、原料供給部が、ルツボ内の原料液をお
しのけるための排液バルク体と、供給される原料の少な
くとも一部を、排液バルク体を介してルツボ内に導くた
めの導体と、ルツボ内の原料液面の昇降に応じて排液バ
ルク体をルツボ内に抜き挿しするバルク体挿抜手段とを
具備することを特徴とするシリコンリボン製造装置が提
供される。

【０００８】すなわち、この発明では、ルツボ内の溶融
した原料液を、冷却体表面に接触させ、結晶成長させた
リボン状シリコンとしてルツボから取り出す際に、原料
液がリボン状シリコンとして消費されることによる原料
液面の下降、原料液が導体からルツボ内へ追加補充され
ることによる原料液面の上昇、あるいは、これら双方に
よる原料液面の変動に応じて、排液バルク体がルツボ内
に抜き挿しされるので、ルツボ内の原料液面を一定のレ
ベル、あるいは一定のレベル幅に維持することができ
る。したがって、冷却体表面と原料液面との位置関係
（距離）は一定に維持されるので、常時、安定した結晶
成長条件下でシリコンリボンを連続的に製造することが
できる。さらに、結晶成長プロセスにおいて、ルツボ内
へ追加補充される溶融した原料液は、直接、ルツボ内に
投入されることなく、一旦、排液バルク体を介して、ル
ツボ内に供給されるので、ルツボ内の原料液面の揺らぎ
や原料液温度の急激な変動を防止できる。

【０００９】この発明における原料供給部とは、固形の
シリコン原料または溶融した原料液を、ルツボへ初期投
入する機構、あるいは初期投入後にルツボへ追加補充す
る機構をさし、具体的には、スクリューコンベア、ホッ
パー、ポンプとチューブ等が挙げられる。この発明にお
ける加熱部とは、固形のシリコン原料をルツボ内で溶融
させる熱量を有するものが好ましいが、少なくとも溶融
した原料液をルツボ内で溶融状態に保持できる熱量を有
するものが好ましい。

【００１０】この発明における冷却体とは、溶融した原
料液が接触するときに、原料液を付着させ結晶として成
長させ得る、温度及び性状を有する表面を備えかつ結晶
成長させたリボン状シリコンをルツボから取り出すため
の搬送機構を有する装置が好ましい。このような装置と
しては、例えば、冷媒を内部で循環させることにより得
られる冷却体表面を有する回転円筒を有し、定速で水平
軸周りを回転する円筒の周面にシリコン結晶として成長
させるとともに、円筒の回転力で、リボン状に形成され
たシリコンの結晶をルツボの外に送り出す装置が挙げら
れる。

【００１１】この発明における排液バルク体とは、ルツ
ボ内の原料液をおしのける、すなわち、排液バルク体の
原料液中に没した部分の体積に相当する原料液を排除
し、排除された原料液の体積に応じてルツボ内の原料液
の液面を押し上げるための、所定の「嵩」を有する容積
体を意味する。排液バルク体は、液面制御の点から、ル
ツボ内の挿入長さが排液量と相関する形状の容積体、例
えば、円柱、角柱のように、挿入方向において断面形状
が一定のものが好ましい。

【００１２】この発明において、排液バルク体の挿入方
向は、ルツボの上方（液面の上方）から原料液中への下
向き、ルツボの底面から原料液中へ向かう上向き、ルツ
ボの側面から原料液中へ向かう横向きが可能である。ル
ツボの上方から原料液中へ下向きに排液バルク体を挿入
する構成とすれば、ルツボと排液バルク体の液密性を保
持し、初期投入時及び／または追加投入時の原料供給を
容易にし、かつ視覚による動作の確認を容易にすること
ができる。

【００１３】導体から供給された原料を、排液バルク体
を介して、すなわち、一旦、排液バルク体に接触させた
後にルツボ内へ導くのは、ルツボ内の原料液の液面の揺
らぎ及び原料液の温度の変動を抑えるためである。した
がって、排液バルク体は、導体から供給された原料液
を、排液バルク体の内部に一旦留める構成、あるいは排
液バルク体の表面等に単に接触させる構成が挙げられ
る。前者の構成としては、導体から供給された原料を一
旦貯留する原料ピットと、原料ピット内の原料をルツボ
内に流すための流出孔部とを有する有底中空体からなる
排液バルク体が挙げられる。後者の構成としては、原料
が伝う円錐斜面あるいは角錐斜面と、その下部から垂れ
下がった円柱あるいは角柱からなる排液バルク体が挙げ
られる。

【００１４】この発明における導体とは、供給した固形
のシリコン原料または溶融した原料液が、排液バルク体
の内部に一旦留まった後、あるいは排液バルク体の表面
等に接触させた後、排液バルク体からルツボ内に流れる
ように前記原料等を導く部材であって、具体的には、内
側が通路となるパイプが好ましいが、単に、表面に原料
を伝わせる棒体であってもよい。

【００１５】この発明におけるバルク体挿抜手段として
は、ルツボ内の原料液面を検知する液面センサと、液面
センサからの情報に基づいて排液バルク体及び／または
ルツボを昇降する昇降駆動部とからなるものが挙げられ
る。液面センサとしては、レーザー検出器等のフォトセ
ンサ、フロートスイッチ、導電率の変化を検出するセン
サ等が例示される。昇降駆動部としては、導体の基端を
支持するとともにガイドレールに沿って上下に移動可能
なスライダと、スライダを固着するベルトと、ベルトを
垂直方向に張り渡すプーリ対と、プーリを正逆方向に回
転駆動するモータとからなる装置あるいは、ボールねじ
と、ボールねじに螺合するナットと、ボールねじを正逆
方向に回転駆動するモータとからなる装置が挙げられ
る。昇降駆動部が、冷却体に対してルツボを粗調整しな
がら昇降させる下部昇降駆動部と、ルツボに対して排液
バルク体を微調整しながら昇降させる上部昇降駆動部と
からなるので、溶融された原料液を冷却体表面に接触さ
せる際に、原料液に対する冷却体表面の位置決めを高い
精度で行うことができる。

【００１６】加熱部が、原料を溶融する第１加熱室と、
溶融された原料液を冷却体表面に接触させる際に原料液
を加熱する第２加熱室と、これら２室にルツボを移動さ
せるルツボ移動手段とを有し、さらに、これら２室が、
開閉式の仕切り部材を介して隔離された構成とすること
により、加熱室の容積を減じて加熱効率を上げることが
できる。すなわち、溶融のプロセスでは高い熱量を要
し、結晶成長のプロセスでは比較的低い熱量で足りるの
で、これらのプロセスを１つの加熱室で交代に行うと、
溶融プロセスの高熱量下では、ルツボへの原料の初期投
入時の原料飛散と、熱的影響とを避けるために、冷却体
をルツボから隔離せねばならないし、結晶成長プロセス
では、溶融プロセスの高温状態から結晶成長に適した低
温状態に速やかに移行するのが困難になる。

【００１７】したがって、上記のように、加熱室を仕切
って２室とし、ルツボを２室間で移動することにより、
溶融プロセス下のルツボから冷却体を隔離すること及び
結晶成長プロセスにおいて適正な低温状態へ速やかに移
行することが容易になる。なお、前記２室からなる加熱
室は、上下に仕切られてもよいし、左右に仕切られても
よい。

【００１８】さらに、第１加熱室及び第２加熱室が、上
下に隔てられ、ルツボ移動手段が、開いた仕切り部材を
通ってこれら２室にルツボを上下移動させる昇降機構か
らなり、上部に配置された第２加熱室に冷却体及び排液
バルク体を支持してなる構成とすることにより、例え
ば、下部の第１加熱室で溶融された原料が入ったルツボ
を上部の第２加熱室へ上昇させることにより、第２加熱
室に取り付けられた冷却体及び排液バルク体を、ルツボ
に接触することなくかつルツボ内の一定の深さに配置さ
せることができる。

【００１９】この発明の別の観点によれば、ルツボ内の
溶融した原料液を、冷却体表面に接触させ、結晶成長さ
せたリボン状シリコンをルツボから取り出すシリコンリ
ボンの製造方法であって、ルツボ内の原料液をおしのけ
るための排液バルク体を介してルツボ内に原料を供給す
るとともに、排液バルク体を原料液中に抜き挿ししてル
ツボ内の原料液面を所定の高さに維持しながら、原料液
に冷却体表面を接触させるシリコンリボン製造方法が提
供される。

【００２０】排液バルク体が、導体から供給される原料
を一旦貯留する原料ピットと、原料ピット内の原料液を
ルツボ内に流すための流出孔部とを有する有底中空体か
らなり、排液バルク体をルツボ内の原料液に接触させた
後に、原料ピット内の原料液をルツボ内に流す工程を有
することにより、原料液に回転する冷却体表面を浸漬し
て結晶成長を行わせる際の、ルツボ内の原料液の液面の
揺らぎと、原料液の温度の変動を防止できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の一形態と
してのシリコンリボン製造装置を図１〜７に基づいて説
明する。図１〜図３は、溶融プロセスにおけるシリコン
リボン製造装置の正面断面図、側面断面図及び平面断面
図であり、図６及び図７は、結晶成長プロセスにおける
同装置の正面断面図及び側面断面図である。シリコンリ
ボン製造装置は、角型のルツボ８と、ルツボ８に供給さ
れたシリコン原料Ｓを加熱するヒーター３（３ａ，３
ｂ）と、冷却体支持軸１１に取り付けられた回転円筒１
２（冷却体）と、ルツボ８に原料を供給する原料供給部
２（図２及び図３）と、これらを支持する直方体状の加
熱室５とから主に構成される。

【００２２】加熱室５は、断熱材に囲まれて内部をアル
ゴンガス雰囲気下に保持可能にシールされ、さらに、開
閉可能な仕切り板４（仕切り部材）を介して、初期投入
されるシリコン原料Ｓを溶融する下部加熱室５ａ（第１
加熱室）と、冷却体支持軸１１及び原料供給部２が支持
された上部加熱室５ｂ（第２加熱室）とに区画される。
さらに、加熱室５内には、ルツボ台８１に載置されたル
ツボ８を、上下２つの加熱室５ａ、５ｂの間を移動させ
る下部昇降機構９（ルツボ移動手段）が配設されてい
る。

【００２３】仕切り板４は、下部加熱室５ａと上部加熱
室５ｂとの間に略水平に配置されており、左右に配置さ
れた各固定板と、固定板の間に配置された１対の可動板
と、可動板を電磁力で開閉する電磁駆動部（いずれも図
示しない）とからなる。可動板は、図２に示すように、
中央部分で双方が当接して閉位置を形成し、この閉位置
から固定板の間を図７の矢印方向にスライドしてルツボ
８を載置したルツボ台８１が通過可能な開口を形成する
位置で停止して開位置を形成する。

【００２４】下部加熱室５ａ及び上部加熱室５ｂには、
ヒーター３ａ及び３ｂがそれぞれ設置されている。ヒー
ター３ａ及び３ｂは、図３に示すように、ルツボ８の外
側を囲む４側面、すなわち、前後、左右に対向配置さ
れ、それぞれが蛇行した発熱部を有するカーボン抵抗加
熱方式のヒーターで構成され、それぞれが温度制御部
（図示せず）を有する。なお、下部のヒーター３ａは、
図３中の紙面下方向で上部のヒーター３ｂと重なる位置
に配置されている。上部ヒーター３ｂは、生成されたシ
リコンリボンの引き出しを妨げないよう、図７に示した
ように一側面が低く形成され、冷却体支持軸１１と交差
する側面の発熱部は、図２に示したように、上部の発熱
部が冷却体支持軸１１から下方に退避した変形発熱部３
ｃを形成した２段積層式となっている。下部ヒーター３
ａは、このような構造上の制約がないので、ツルボ８を
囲う４つの面を同じ高さの発熱部で構成する。

【００２５】冷却体支持軸１１は、上部加熱室５ｂの上
部の対向する側壁に回動可能に軸支されるとともに、冷
却体支持軸１１の一端が図示しない回転駆動部に接続さ
れている。回転円筒１２は、その周面を冷却体表面とす
るカーボン製の円筒で、内部に冷媒ガスを通す冷媒管路
（図示せず）が形成されている。この冷媒管路は冷却体
支持軸１１の内部を延出して外部の冷却用コンプレッサ
（図示せず）に接続され、冷凍サイクルを形成する。回
転円筒１２がツルボ８内の溶融液、すなわち、溶融した
シリコン原料液Ｓ１の中で一方向に回転するとき（図２
中の矢印方向に回転）、溶融液中から冷却体表面が上が
ってくる側に、結晶引き出し部（図７の５Ｃ部位）が形
成される。

【００２６】原料供給部２は、上部加熱室５ｂでシリコ
ンの結晶成長プロセスが行われる際に、上部加熱室５ｂ
に位置するツルボ８に挿抜される排液バルク体６と、追
加原料Ｓを、排液バルク体６を介してルツボ８内に導く
ためのパイプ６１（導体）と、ルツボ８内の原料液面の
昇降に応じて排液バルク体６をルツボ８内に相対的に抜
き挿しするための、後述するバルク体挿抜手段とからな
る（図２参照）。

【００２７】排液バルク体６は、外形が直方体のカーボ
ン製有底中空体で形成され、図４に示すように、中空部
が直方体形状に形成され、上部に接続されたパイプ６１
から供給されるシリコン原料Ｓを一旦貯留する原料ピッ
ト６３と、原料ピット６３内の原料液をルツボ８内に流
すための流出孔部とを有する。流出孔部は、１つの側面
の上部に開口した矩形の大開口部６６と、大開口部６６
の下方に穿設された複数の細孔６４と、各細孔６４から
下方に向かって側面の下端まで穿設された断面半円状の
溝６５とからなる。

【００２８】大開口部６６は、原料ピット６３に投入さ
れた固形のシリコン原料Ｓをツルボ８内に速やかに供給
するための大口の孔部である。細孔６４は原料ピット６
３の底面よりわずかに高い位置に水平に並んだ同じ口径
の貫通孔であり、溝６５と共働して原料ピット６３内の
原料をルツボ８内へ偏らないようかつ少量ずつ流すこと
ができる。細孔６４の直径は２ｍｍ、溝６５の深さは２
ｍｍが例示される。このような流出孔部により、ルツボ
８内へは溶融液が滑らかに流れ出し、液はね及び湯面、
すなわち、シリコン原料液Ｓ１の液面の揺らぎを防止す
る。なお、パイプ６１の上端には、図示しない原料フィ
ーダの供給口が接続されている。

【００２９】バルク体挿抜手段は、ルツボ台８１を昇降
させる下部昇降機構９と、パイプ６１を支持して排液バ
ルク体６を昇降させる上部昇降機構２１とから構成され
る（図２参照）。この構成では、ツルボ８に対する排液
バルク体６の相対移動について、その粗調整を下部昇降
機構９が、その微調整を上部昇降機構２１が受け持ち、
両昇降機構２１、９はともに、ボールねじと、ボールね
じに螺合し、ルツボ台８１またはパイプ６１を支持する
移動子と、ボールねじを回転駆動するモータ（いずれも
図示しない）とからなる公知の装置からなる。このモー
タは、図５に示した液面センサ９１と、液面センサ９１
の情報に基づいてモータを正逆方向に回転駆動する回転
駆動制御回路（図示せず）に接続されている。

【００３０】液面センサ９１は、湯面検知針９２と、湯
面検知針９２の底部から下方に延出し、互いに絶縁され
た、導体からなる長針９３及び短針９４の２つの検知針
とからなり、溶融液中に湯面検知針９２が接触した際に
回路が短絡し、電気抵抗が変化することにより、長針９
３及び短針９４が湯面に浸漬したことをそれぞれ個別に
検知できる。したがって、長針９３と短針９４の長さの
ギャップが０．５ｍｍのものを用いて、長針９３が湯面
を検知し、短針９４が浸漬しない位置に保持されること
により、０．５ｍｍの精度で湯面位置をコントロールす
ることができる。

【００３１】冷却体支持軸１１及び回転円筒１２の設計
上の留意点について、以下に説明する。従来、回転円筒
は内部に冷却媒体を循環させる固定配管を備え、チャン
バー外壁部分で回転シールを設ける必要から、回転円筒
を支持する支持軸の位置は固定された構造となってい
る。特に、アルゴンや窒素などの不活性ガスを冷媒とし
て使用する場合は、大量のガスを流すことができるよう
にガス配管径を大きくとりたいので、支持軸の径を大型
化する必要がある。

【００３２】しかし、回転円筒は表面積が広いほど周囲
との熱交換が容易になるため、より多くの冷媒ガスを必
要とする。よって支持軸の配管径に対して、回転円筒を
大型化することは好ましくない。回転円筒をコンパクト
にするには、幅を狭めるか、直径を小さく方法がある
が、幅を狭めると、この結晶成長法の特長である、広い
成長界面を得ることが困難になる。そのため、支持軸の
径に対して回転円筒の径を大きくするには制限がある。

【００３３】支持軸とルツボを干渉させずに回転円筒を
浸漬させるために、支持軸と回転円筒の半径に対して回
転円筒の径を小さくすれば、湯面高さをツルボの上端近
傍に保持しなければならない。回転円筒の支持軸の部分
だけに切り込みを入れることにより、若干の湯面高さの
低下を期待できるが、切り込みが深いと、その部分から
溶融液が漏れてしまうため、補助的な手段にしかならな
い。

【００３４】また、回転円筒を浸漬し、結晶成長を継続
していくと、シリコンリボンが取り出された分だけ湯面
高さは減少し続け、回転円筒の浸漬深さがどんどん浅く
なる。したがって、連続的な結晶の引き出しを行うには
原料の追加供給が必要となる。溶融液温度、浸漬深さ、
湯面の揺らぎなどはすべて結晶成長条件に影響するた
め、これらを一定に保ちながら、原料供給を行なわなけ
ればならない。

【００３５】そこで、上記の観点から、本発明のシリコ
ンリボン製造装置では、冷却体支持軸１１の径及び回転
円筒１２の径・長さが、結晶成長プロセスにおける最適
化を図るべく、各部の設計が行われている。

【００３６】以下に、シリコンリボン製造装置を用いた
シリコンリボン製造の一例を説明する。まず、図１及び
図２に示すように、下部加熱室５ａにツルボ台８１が位
置する状態で、内寸Ｗ２００ｍｍ×Ｌ２８０ｍｍ×Ｈ８
５ｍｍのツルボ８に、固形のシリコン原料Ｓを７Ｋｇセ
ットし、下部ヒーター３ａを通電し、約２時間かけて１
５００℃まで昇温し、シリコン原料Ｓを溶融した。冷却
体支持軸１１、結晶引き出し部などにより、発熱部の形
状に制限を受ける上部ヒーター３ｂに比べ、下部ヒータ
ー３ａはルツボ８の周囲を囲み、輻射熱が加わりやすい
ため、加熱効率が高く、昇温速度を高めることができ
る。なお、下部ヒーター３ａは、カーボン抵抗発熱体を
使用したが、昇温が比較的早い高周波加熱（マグネトロ
ン）を用いてもよい。

【００３７】下部ヒーター３ａの通電から１時間後に、
上部ヒーター３ｂの通電を開始し、上部加熱室５ｂを約
１５００℃まで加熱した。シリコン原料Ｓが完全に溶融
したとき、ルツボ８内の溶融液Ｓ１の湯面高さは５０ｍ
ｍとなり、ルツボ８の上端から湯面までの距離が３５ｍ
ｍとなった。回転円筒１２は半径５５ｍｍ、冷却体支持
軸１１は半径３０ｍｍのものを使用したので、ルツボ８
の上端に冷却体支持軸１１を接触させずに回転円筒１２
を浸漬するには、回転円筒１２と冷却体支持軸１１の半
径差２５ｍｍよりも、ルツボ８の上端から湯面の距離が
小さくなければならない。

【００３８】次いで、仕切り板４を開放し、上部昇降機
構２１により排液バルク体６の下降を開始させ、排液バ
ルク体６を湯面から１０ｍｍ沈めたところで下降を停止
した。排液バルク体６を湯面に沈めることにより、湯面
下にある排液バルク体６の体積と同体積の溶融液Ｓ１が
おしのけられ、湯面は上昇する。

【００３９】次いで、パイプ６１の基端から粉状のシリ
コン原料Ｓ２．８Ｋｇを速やかに追加投入し、湯面高さ
を約７０ｍｍ、すなわち、ツルボ８の上端から１５ｍｍ
の位置に調整した。次いで、下部昇降機構９及び上部昇
降機構２１により、ルツボ台８１及び排液バルク体６を
同じ速度で上昇させ、上部加熱室５ｂに移動した後、し
きり板４を閉じた。その後、電力節約のため、下部ヒー
ター３ａの通電を停止した。

【００４０】ルツボ８の上端と回転円筒１２の下端が一
致するところまでルツボ台８１を上昇させた後、湯面検
知針９２を下ろし、湯面位置の測定を行った。この例で
は、湯面位置の測定に基づいて、排液バルク体６の浸漬
深さを変化させ、湯面高さがルツボ８の底面から７０ｍ
ｍ（ルツボ８の上端から１５ｍｍ）となるように調節し
た。

【００４１】次いで、結晶成長を行う所定の温度まで降
温させるために、上部ヒーター３ｂの制御温度を１４３
０℃に設定した。回転円筒１２を１ｒｐｍで回転させ、
内部に冷媒ガスを流し、制御温度が安定するまで、この
状態を保持した。なお、冷媒ガスとして、この例では窒
素ガスを用いたが、窒素ガスのほかにヘリウムガスやア
ルゴンガスなど、その他の不活性ガスを使用してもよい
し、水冷構造としても構わない。

【００４２】制御温度が安定したところで、下部昇降機
構９により、ルツボ台８１をゆっくりと上昇させ、回転
円筒１２をシリコン溶融液Ｓに浸漬し、結晶成長を開始
した（図６及び図７）。このとき、ルツボ台８１は、回
転円筒１２の浸漬深さを４ｍｍとなる位置で停止させ
た。排液バルク体６はその浸漬深さが一定となるように
ルツボ台８１の上昇速度にシンクロさせて上昇させた。

【００４３】このとき、湯面検知針９２も同様の速度で
上昇させ、湯面位置を検知した状態を維持した。回転円
筒１２がシリコン溶融液Ｓ１に浸かっている分だけ湯面
が上昇するので、上部昇降機構２１により排液バルク体
６の浸漬深さを微調整し、湯面位置を７０ｍｍの高さに
保った。冷却体支持軸１１の下端とルツボ８の上端の間
隔は６ｍｍとなり、冷却体支持軸１１とルツボ８が接触
することはなかった。

【００４４】以上の結晶成長プロセスを経て、厚み０．
５ｍｍ、幅６０ｍｍのシリコンリボンＳ２を成長させた
（図７参照）。なお、毎分約２０ｇのリボンが連続して
取り出されるので、原料ピット６３に毎分約２０ｇのシ
リコン原料Ｓを追加投入した。シリコン原料Ｓには溶け
やすい粉状のものを用いた。

【００４５】上記の実施例では、排液バルク体６の原料
ピット６３には溶融液Ｓ１が常に一定量だけ溜まるの
で、速やかに追加原料Ｓを溶融することができた。溶融
液Ｓ１が細孔６４から徐々にルツボ８内へ供給されるの
で、固体のシリコン原料Ｓは、結晶成長している溶融液
Ｓ１の部分に流れて行ったり、融解時の凝固潜熱で溶融
液温度が下がること等の、結晶成長に及ぼす悪影響を排
除することができた。また、排液バルク体６の浸漬深さ
を調整することで、溶融液Ｓ１の液面変動を最小限に抑
え、湯面位置を一定の高さを維持することができた。得
られたシリコンリボンＳ２の板厚は、常に０．５ｍｍで
安定していた。

【００４６】

【発明の効果】この発明では、ルツボ内の溶融した原料
液を、冷却体表面に接触させ、結晶成長させたリボン状
シリコンをルツボから取り出す際に、原料液がリボン状
シリコンとして消費されることによる原料液面の下降、
原料液が導体からルツボ内へ追加補充されることによる
原料液面の上昇、あるいは、これら双方による原料液面
の変動に応じて、排液バルク体がルツボ内に抜き挿しさ
れるので、ルツボ内の原料液面を一定のレベル、あるい
は一定のレベル幅に維持することができる。したがっ
て、冷却体表面と原料液面との位置関係（距離）は一定
に維持されるので、常時、安定した結晶成長条件下でシ
リコンリボンを連続的に製造することができる。さら
に、結晶成長プロセスにおいて、ルツボ内へ追加補充さ
れる溶融した原料液は、直接、ルツボ内に投入されるこ
となく、一旦、排液バルク体を介して、ルツボ内に供給
されるので、ルツボ内の原料液面の揺らぎや原料液温度
の急激な変動を防止できる。

【００４７】加熱室を上下に分割することにより、下部
加熱室を溶融に適した構造にできるため、スタート時に
ツルボに原料シリコンを十分に充填し、速やかに溶融す
ることが可能となる。シリコン溶融後は、ルツボ移動手
段により、ルツボを下部加熱室から結晶成長を行う上部
加熱室に速やかに移動させ、回転冷却体を所定の深さに
浸漬することができる。排液バルク体を中空にし、原料
シリコンを流出孔部から溶融液として徐々に供給するこ
とにより、溶融液温度の変動や湯面の揺らぎなどを最小
限に抑え、結晶成長時の条件を一定に保つことができ
る。また、排液バルク体が原料の追加投入口を兼ねるこ
とで、別途、投入口のスペースを確保する必要がない。

【００４８】加熱室を開閉式の仕切り板で上部、下部に
隔離することで、各室を必要に応じて個別に加熱するこ
とができるため、加熱容積を減らし、投入エネルギーを
節減することができる。この発明は、良好な結晶成長を
行わせるとともに、製造効率の高いシリコンリボン製造
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるシリコンリボン製造装置の実施の
一形態を示す正面断面図。

【図２】図１の側面断面図。

【図３】図１の平面断面図。

【図４】図１の排液バルク体の一部断面斜視図。

【図５】図３の液面センサを説明する正面図。

【図６】回転円筒をシリコン溶融液に浸漬したときの正
面断面図。

【図７】回転円筒をシリコン溶融液に浸漬したときの側
面断面図。

【符号の説明】

２ 原料供給部 ３ａ 下部ヒーター ３ｂ 上部ヒーター ５ａ 下部加熱室（加熱部） ３ｂ 上部加熱室（加熱部） ６ 排液バルク体 ８ ルツボ ９ 下部昇降機構（バルク体挿抜手段／ルツボ
移動手段） １２ 回転円筒（冷却体） ２１ 上部昇降機構（バルク体挿抜手段） ６１ パイプ（導体） Ｓ シリコン（原料） Ｓ１ シリコン（原料液） Ｓ２ リボン状シリコン

フロントページの続き (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 Ｆターム(参考） 4G077 BA04 CF03 CF05 EG14 EG20 EG29 EH06 PE03 PE07

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ルツボと、ルツボに原料を供給する原料
   供給部と、ルツボに供給された原料を加熱する加熱部
   と、加熱により溶融した原料液を冷却体表面に接触さ
   せ、結晶成長させたリボン状シリコンを得る冷却体とを
   備えたシリコンリボン製造装置であって、 原料供給部が、ルツボ内の原料液をおしのけるための排
   液バルク体と、供給される原料の少なくとも一部を、排
   液バルク体を介してルツボ内に導くための導体と、ルツ
   ボ内の原料液面の昇降に応じて排液バルク体をルツボ内
   に抜き挿しするバルク体挿抜手段とを具備することを特
   徴とするシリコンリボン製造装置。
2. 【請求項２】 排液バルク体が、導体から供給される原
   料を一旦貯留する原料ピットと、原料ピット内の原料を
   ルツボ内に流すための流出孔部とを有する有底中空体か
   らなる請求項１に記載のシリコンリボン製造装置。
3. 【請求項３】 導体が、先端に排液バルク体を取り付
   け、基端をバルク体挿抜手段に支持されたパイプからな
   り、バルク体挿抜手段が、ルツボ内の原料液面を検知す
   る液面センサと、液面センサからの情報に基づいてルツ
   ボに対する排液バルク体の相対的な昇降を行う昇降駆動
   部とからなる請求項１または２に記載のシリコンリボン
   製造装置。
4. 【請求項４】 昇降駆動部が、冷却体に対してルツボを
   粗調整しながら昇降させる下部昇降駆動部と、ルツボに
   対して排液バルク体を微調整しながら昇降させる上部昇
   降駆動部とからなる請求項１から３のいずれか１つに記
   載のシリコンリボン製造装置。
5. 【請求項５】 加熱部が、原料を溶融する第１加熱室
   と、溶融された原料液を冷却体表面に接触させる際に原
   料液を加熱する第２加熱室と、これら２室にルツボを移
   動させるルツボ移動手段とを有し、さらに、これら２室
   が、開閉式の仕切り部材を介して隔離されてなる請求項
   １から４のいずれか１つに記載のシリコンリボン製造装
   置。
6. 【請求項６】 第１加熱室及び第２加熱室が、上下に隔
   てられ、ルツボ移動手段が、開いた仕切り部材を通って
   これら２室にルツボを上下移動させる昇降機構からな
   り、上部に配置された第２加熱室に冷却体及び排液バル
   ク体を支持してなる請求項５に記載のシリコンリボン製
   造装置。
7. 【請求項７】 冷却体が、冷却体表面を有する回転円筒
   からなる請求項１から６のいずれか１つに記載のシリコ
   ンリボン製造装置。
8. 【請求項８】 ルツボ内の溶融した原料液を、冷却体表
   面に接触させ、結晶成長させたリボン状シリコンをルツ
   ボから取り出すシリコンリボンの製造方法であって、 ルツボ内の原料液をおしのけるための排液バルク体を介
   してルツボ内に原料を供給するとともに、排液バルク体
   を原料液中に抜き挿ししてルツボ内の原料液面を所定の
   高さに維持しながら、原料液に冷却体表面を接触させる
   シリコンリボン製造方法。
9. 【請求項９】 排液バルク体が、導体から供給される原
   料を一旦貯留する原料ピットと、原料ピット内の原料液
   をルツボ内に流すための流出孔部とを有する有底中空体
   からなり、排液バルク体をルツボ内の原料液に接触させ
   た後に、原料ピット内の原料液をルツボ内に流す請求項
   ８に記載のシリコンリボン製造方法。 【０００１】