JP3754321B2

JP3754321B2 - 結晶シート製造装置

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Publication number: JP3754321B2
Application number: JP2001151124A
Authority: JP
Inventors: 善二郎山下; 光三郎矢野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2021-05-21
Also published as: JP2002338225A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池の結晶シリコン基板などの結晶シートを製造するために好適に実施することができる結晶シート製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術における結晶シート製造技術の一例として、太陽電池セルの基板に用いられる多結晶シリコンの代表的な製造手順について述べる。炉内に封止される高温の不活性ガス雰囲気中で、容器に入れた低コスト精製シリコンなどのシリコン原料に、リンまたはボロンなどのドーパントを添加して加熱溶融し、その融液を鋳型に流し込み、冷却して固化することによって、多結晶シリコンインゴットを製造する鋳造法またはキャスト法と呼ばれる手法が採用されている。
【０００３】
この多結晶シリコンインゴットは、スライシング工程においてブレードソーまたはワイヤーソーによって切断され、複数のシリコンウエハに分割される。こうして作製されたシリコンウエハは、洗浄工程、拡散工程および電極形成工程などを経て、多結晶シリコン太陽電池セルが製造される。
【０００４】
このような従来の技術では、多結晶シリコンインゴットを得るための鋳造工程に加え、多結晶シリコンインゴットをスライシングするスライス工程が必要である。このスライス工程で、シリコンウエハを１枚切断するたびに、ブレードまたはワイヤの厚み（約０．２ｍｍ）と、砥粒の粒径（約０．１ｍｍ）とを加えた切り代（約０．３ｍｍ）に相当する材料が、切断粉として除去されてしまうため、歩留まりが悪く、太陽電池の製造コストに対する低コスト化を図る上で、大きな障害になっている。
【０００５】
他の従来の技術では、上記の従来の技術の問題を解決するために、溶融シリコンから直接、シリコンシートを作製する方法および装置が提案され、試みられつつある。この従来の技術は、炉内の不活性ガス雰囲気中で、シート生成基板を、シリコン融液中に一定時間浸漬させ、該シート生成基板の表面にシリコンを付着、成長させてシリコンシートを作製する。
【０００６】
図１２は、従来のシリコンシート製造装置２１０の一例の概略構成を示す側面断面図である。シリコンシート製造装置２１０は、回転軸２１３と一体に回転する基板保持体２１１の外周部に、シート生成基板２０２が周方向に間隔をあけて配置され、これらの下方に、シリコン融液２１６が貯留された坩堝２１７を上下移動させる昇降台２１８が配置されて構成されている。また、基板保持体２１１の内部には、シリコンシート製造装置２１０外部から冷却媒体を導入する冷却回路２１２が設けられ、回転軸２１３内にシリコンシート製造装置２１０外部から冷却媒体を導入する管路２１４と、管路２１４の外周に該管路２１４を覆うように管路２１５とが設けられている。冷却媒体としては、基板保持体１１の下部にはシリコン融液２１６が貯留された坩堝２１７があるので、安全上Ｎ₂ガスを用いることが好ましい。
【０００７】
シート生成基板２０１は、基板保持体２１１が回転軸２１３の軸線まわりに回転駆動され、坩堝２１７に貯留されたシリコン融液２１６中に順次浸漬され、該シート生成基板２０１の表面にシリコンが付着する。この間、シリコン融液２１６に浸漬されたシート生成基板２０１から基板保持体２１１に伝達された熱は、管路２１４から冷却回路２１２内に送込まれる冷却媒体によって吸収され、該冷却媒体は管路２１５から外部へ流される。このようにしてシート生成基板２０１から伝達された基板保持体２１１の熱を効率よく外部に放出して抜熱することによって、該シート生成基板２０１の表面に付着したシリコンが凝固成長する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような従来の技術では、シート生成基板２０１から最も離れた回転軸２１３付近から基板保持体２１１が除熱されるので、シート生成基板２０１の冷却効果は低いという問題がある。
【０００９】
また、外部から冷却媒体を基板保持体２１１内部に導入して再び外部へ導出するための構造を設けなければならないので、シリコンシート製造装置２１０の構成が複雑になるという問題がある。
【００１０】
さらに、基板保持体１１は、回転軸２１３に常に固定された状態で使用され、下部からの高温の融液２１６に常に暴露されるので、基板保持体１１だけでなく回転軸２１３の構造材料も耐熱性材料に限定され、その耐熱性材料によって回転軸２１３の機械的強度をも維持することは困難である。したがって、機械的強度を維持するために頻繁にメンテナンスが必要で、その複雑な装置構成とも相まってさらにメンテナンス費用がかかるという問題もある。
【００１１】
本発明の目的は、融液への浸漬による結晶シートの製造において、簡単な装置構成で装置への熱負荷を軽減して信頼性および生産を向上した結晶シート製造装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、製造されるべき結晶シートの原料を加熱溶融した融液が貯留される容器と、前記容器内の融液に浸漬して融液を付着させ、この付着した融液の凝固によって結晶シートを生成するシート生成基板と、前記シート生成基板を保持し、冷却媒体を封入した流路を有する基板保持体とを含むことを特徴とする結晶シート製造装置である。
【００１３】
本発明に従えば、融液に浸漬されるシート生成基板を保持する基板保持体の内部に冷却媒体を封入した流路を有するので、基板保持体を効果的に冷却することができ、基板保持体が本体装置に装着される構造部分への熱移動によって機械的強度の維持が困難になるなどの熱的問題が発生することがない。また、冷却媒体は基板保持体内部の流路に封入するので、簡単な構成により、低コストで結晶シート製造装置を作製することができるとともに、複雑な装置構成によってメンテナンス費用がかかるという問題も生じない。
【００１４】
また本発明は、前記基板保持体は、１以上のシート生成基板を保持して、本体装置の略水平な回転軸線まわりに転動可能に備えられていることを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、１以上のシート生成基板を保持する基板保持体が本体装置の略水平な回転軸線まわりに転動可能に配設されているので、基板保持体を転動することよって、シート生成基板を融液に浸漬し、シート生成基板の表面に融液を付着させることができる。シート生成基板の表面に付着した融液は、時間経過に伴う温度低下によって凝固し、シート生成基板の表面に結晶シートが生成される。特に複数のシート生成基板を保持して基板保持体の転動によって各シート生成基板を順次融液に浸漬する場合でも、前記流路の冷却媒体によって、基板保持体が取付けられた本体装置の回転軸を含む構造部分への熱移動により該構造部分付近が絶えず高温に暴露されることを防ぐことができる。
【００１６】
また本発明は、前記基板保持体は、本体装置の回転軸に着脱可能に設けられていることを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、シート生成基板を保持したまま基板保持体を取外したり取付けたりすることができるので、本体装置内の浸漬位置または高温の余熱のある位置でシート生成基板から生成されたシートの剥離を行う場合と異なり、本体装置外できわめて安定した状態で、取外した基板保持体に保持されているシート生成基板から剥離作業を行うことが可能である。また、シート生成基板を浸漬した状態で基板保持体を１回転または複数回転した後は、基板保持体を融液の容器上から移動して取外すので、基板保持体は、シート生成基板を浸漬した状態で基板保持体を１回転または複数回転する限られた時間だけ高温の融液からの熱を受け、熱負荷が軽減される。
【００１８】
また本発明は、前記流路は、冷却媒体の量を調整して封入可能に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、流路へ封入する冷却媒体の量を調整することによって、生成するシート厚に対応する浸漬時間によって基板保持体に必要な冷却能力を調整して確保することができ、結晶シートの高品質化および歩留まり向上に大きく寄与することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施形態による結晶シート製造装置に備えられる基板保持体１の概略構成を示す正面図である。図２は、図１の切断面腺Ｉ−Ｉから見た断面を示す。基板保持体１は、円筒状耐熱材７の外周部に、周方向に支持基板３を介して複数のシート生成基板２を備える。該円筒状耐熱材７の内部に、周方向に流路４が設けられている。流路４内には、その一部を占めるように冷却媒体８が封止カバー６で封入されている。前記円筒状耐熱材７の軸部分には、基板保持体取付け穴５として空洞が設けられている。冷却媒体８としては、水、油などの液体を用いることができる。本実施形態においては、水を用いる。
【００２１】
図３は、図１のシート生成基板２を融液２１に浸漬するようすを示す部分断面図である。基板保持体１の下方に、上下移動可能な昇降台２６上に載置された容器２０が配置される。容器２０は、坩堝によって実現され、シート生成基板２の表面に成膜する結晶シート材料を過熱溶融した融液２１を貯留する。シート生成基板２の素材としては、融液２１の温度よりも融点が高く、融液との反応性の少ない黒鉛、炭化ケイ素、石英、窒化ケイ素、アルミナ、酸化ジルコニウムなどから融液材料に応じて適した材料を選択する。本実施形態においては、融液２１としてシリコン融液を使用し、シート生成基板２として耐熱性に優れた黒鉛材料を用いる。
【００２２】
結晶シート生成時には、基板保持体１の外周部に配設された複数の黒鉛材料からなるシート生成基板２のうち、最も下方に配置されるシート生成基板２がシリコンの融液２１に浸漬される位置まで、昇降台２６を上昇させて、基板保持体１を軸線周りに矢符Ａ方向に回転して各シート生成基板２を順次的に融液２１に浸漬し、各シート生成基板２の表面にシリコンを付着させて、シリコンシートを生成する。
【００２３】
その間、シート生成基板２は、融液２１への浸漬時に高温の融液２１から直接的に加熱され、当該シート生成基板２を固定している基板保持体１の円筒状耐熱材７に熱が伝達される。その熱の一部は、基板保持体１内に周方向に設けられた流路４に封入された冷却媒体８によって吸熱される。冷却媒体８としての水は、吸熱して蒸気となって、流路４内の上部に移動する過程で、または、上部に到達して、流路４内部上方で蒸気は冷却されて水滴となって滴下する。冷却媒体８としての水は、シート生成基板２から基板保持体１に伝達される熱量に応じて、相当する量の蒸気となって流路４内を上方に移動する。たとえば伝達される熱量が多いと、水は大量の蒸気となって流路４内を上方に移動するので、伝達熱量が多くても、すばやく基板保持体１全体に熱が分散移動される。具体的には、生成するシート厚に対応して浸漬時間によって、基板保持体内に封じ込める冷却媒体の量を調整することで、基板保持体の温度制御が可能である。
【００２４】
図４は、本発明の第１実施形態による結晶シート製造装置の概略構成を示す平面断面図である。本実施形態の結晶シート製造装置は、図１および図２に示した基板保持体１を用いることを特徴とし、該基板保持体１は、基板保持体取付け穴５で結晶シート製造装置に着脱可能に装着される。結晶シート製造装置は、装置本体１００、第１搬送装置６５、供給装置６０、取出し装置５０および第２搬送装置５５を含む。この製造装置は、結晶シートの製造方法を実施するために用いられ、本実施の形態では、結晶シートの一例として、太陽電池の多結晶シリコン基板を製造する場合について説明する。
【００２５】
前記装置本体１００は、円筒状の周壁３２と、この周壁３２内に周壁３２と同軸の回転軸線Ｌ１まわりに回転自在に設けられる回転体３３とを含む。回転体３３は、周壁３２よりその半径が小さい円筒状の中央璧部３４と、その外周部に周方向等間隔で周壁３２に近接するように突出する４本の側壁部３５とを有する。周壁３２の内周面は、回転体３３の側壁部３５の突出する先端と、回転体３の回転を許容し得る程度の微小な間隔をあけて離間している。周壁３２および回転体３３は、熱膨張率の小さく耐熱性で断熱性の材料、たとえば多孔質セラミックで構成される。したがって、各断熱室２９ａ〜２９ｄは、相互間の自由な雰囲気ガスの移動を許容しない、いわば遮蔽状態とされる。
【００２６】
周壁３２内側は、回転体３３の中央璧部３５外側および側壁部３５によって、４つの断熱室３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄに仕切られる。回転体３３の中央璧部３５の外周部には、両側の側壁部３５に挟まれる略中央に、各保持体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ（総称する場合には、基板保持体１と記す場合がある）が各回転軸３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄに取付けられる。したがって、各基板保持体１は、各断熱室３６ａ〜３６ｄに収納される。
【００２７】
回転軸３７ａ〜３７ｄは、各基板保持体１ａ〜１ｄを軸周りに回転させるため、回転体３３の中央壁部３５内で、各々クラッチ３８ａ〜３８ｄに結合され、クラッチより回転体３３の中心部で、その同軸上に回転軸傘歯車４１ａ〜４１ｄが配設されている。回転軸傘歯車４１ａ〜４１ｄは、回転体３３の中央部に設けられ、基板保持体駆動モータ３９に連結する駆動傘歯車４０にそれぞれ噛合わされ、軸周りに回転する。
【００２８】
前記断熱室３６ａ〜３６ｄは、回転体３３の回転方向Ｆに沿って、各基板保持体１を回転軸３７ａ〜３７ｄに順次的に装着する供給行程、回転体３３を回転方向Ｆに９０°回動した位置でシート生成基板２が予備加熱される予備加熱行程、基板保持体１に保持される各シート生成基板２を容器２０に貯留される融液２１に浸漬する浸漬行程、および浸漬行程において各シート生成基板２に融液２１が付着・凝固した基板保持体１を装置本体１００から周壁３２の外方へ取出す取出し行程にそれぞれ対応して、９０°毎に振分けられた供給位置Ｐ１、予備加熱位置Ｐ２、浸漬位置Ｐ３および取出し位置Ｐ４にそれぞれ設けられている。
【００２９】
浸漬位置Ｐ３の断熱室３６ｃ内で、容器２０は、回転体３３の回転軸線Ｌ１まわりの回転によって移動する基板保持体１の移動経路の下方に設けられる。この断熱室２９ｃには、たとえば酸化などのように融液が不純物材料と反応することを避けるため、不活性ガス雰囲気とされる。この不活性ガスとしては、たとえばＡｒガスが用いられる。
【００３０】
供給位置Ｐ１に配置される周壁部分には、供給側透孔が形成され、この供給側透孔は、シート生成基板２を備える基板保持体１が遊通することができ、開閉可能に設けられる扉４５で塞がれる。また、取出し位置Ｐ４に配置される周壁部分には、取出し側透孔が形成され、この取出し側透孔には、結晶シリコン膜が生成されたシート生成基板２を備える基板保持体１が遊通することができ、開閉可能に設けられる扉４６で塞がれる。
【００３１】
供給位置Ｐ１の扉４５の外側方（図１の上方）には、供給装置６０が設けられる。この供給装置６０は、第１搬送装置６５によって矢符Ｂ方向に搬送されてきた基板保持体１を、供給位置Ｐ１に配置されている断熱室３６ａ内に供給して、回転軸３７ａに装着する着脱装置６２と、供給位置Ｐ１に配置される周壁部分に気密に接合され、着脱装置６２が収容される中空直方体状の封止カバー体６１とを含む。封止カバー体６１の一側部には、第１搬送装置６５によって矢符Ｂ方向に搬送されてきた基板保持体１が、着脱装置６２によって把持された状態で、封止カバー体６１の前記空間内へ通過することができる搬入孔が形成され、開閉可能な扉６４によって塞がれる。供給側の着脱装置６２は、略鉛直な回転軸線Ｌ２まわりに矢符Ｄ１，Ｄ２方向に回動する回動部と、回動部から一半径線方向に突出し、先端部を基板保持体１の基板保持体取付け穴に挿入して把持することができるアーム６３とを有する。
【００３２】
取出し装置４０は、封止カバー体５１と、封止カバー体５１内に収容され、矢符Ｅ１，Ｅ２方向に回動する着脱装置５２とを有する。封止カバー体５１は、周壁３２の取出し位置Ｐ４に配置される周壁部分に、開閉可能な扉４６によって塞がれる取出し側透孔を外囲して、気密に接続される。着脱装置５２は、略鉛直な回転軸線Ｌ３まわりに矢符Ｅ１，Ｅ２方向に回動する回動部と、回動部から一半径線方向に突出し、先端部を基板保持体１の基板保持体取付け穴５に挿入して把持することができるアーム５３とを有する。この取出し側の着脱装置５２は、前記供給側の着脱装置６２と同様の構成を有する。封止カバー体５１の一側部には、着脱装置５２によって把持された基板保持体１が、第２搬送装置５５内へ通過することができる搬入孔が形成され、開閉可能な扉５４によって塞がれる。
【００３３】
次に、本実施形態の結晶シート製造装置の動作について、図３をも参照して説明する。基板保持体１ｃは、供給位置Ｐ１から予備加熱位置Ｐ２を経て、浸漬位置Ｐ３の断熱室３６ｃに配置される。
【００３４】
まず、浸漬位置Ｐ３の断熱室３６ｃでは、基板保持体１ｃが容器２０上に位置するまでは、容器２０は下方にある。基板保持体１ｃが容器２０上に位置するまで移動して停止すると、図示しない昇降台昇降モータの駆動により、基板保持体１ｃの外周部に配設された複数のシート生成基板２のうち最も下方に配置されたシート生成基板２が、容器２０内のシリコンの融液２１に浸漬される位置まで、昇降台２６を上昇させる。
【００３５】
昇降台２６の上昇によって、その最も下方のシート生成基板２を浸漬すると、基板保持体駆動モータ３９を回転させ、かつ基板保持体１ｃの回転軸３７ｃと連結しているクラッチ３８ｃを動作させる。駆動傘歯車４０による駆動力が、回転軸傘歯車４１ｃ、クラッチ３８ｃ、基板保持体１ｃへ回転力として伝達され、基板保持体１ｃを矢符Ａ方向に１回転または複数回転させる。この回転によって、各シート生成基板２を順次的に融液２１に浸漬し、各シート生成基板２の表面にシリコンを付着させる。
【００３６】
この浸漬時に、シート生成基板２は高温の融液２１から直接的に加熱され、当該シート生成基板２を固定している基板保持体１に熱が伝達される。その熱の一部は、基板保持体１内に周方向に設けられた流路４に封入された冷却媒体８としての水によって吸熱される。吸熱して水は蒸気となって流路４内の上部に移動し、その蒸気は流路４内部上方で冷却されて水滴となって滴下する。水が蒸気となって流路４内の上部に移動する過程で基板保持体１全体にすばやく熱を分散することによって、融液２１から直接的に加熱されたシート生成基板２および該シート生成基板２の近傍の基板保持体１の温度が下げられ、シート生成基板２に凝固成長したシリコンシートが形成される。
【００３７】
浸漬終了後、容器２０を昇降台昇降モータの駆動により昇降台２６を下方に移動させ、結晶シートを形成した基板保持体１ｃを、回転体３３と一体に矢符Ｆ方向に回転移動させ、隣接する取出し位置Ｐ４の基板保持体１ｄで示す位置に配置する。断熱室３６ｃも断熱室３６ｄで示す位置に移動されることになる。
【００３８】
次いで、取出し位置Ｐ４に配置された基板保持体１ｃを取出す。シート生成基板２の表面に生成した結晶シートを１枚ずつ剥離回収することも可能であるが、本実施形態では基板保持体１を取出す。周壁３２に設けられた扉４６を開き、取出し装置５０では、着脱装置５２がアーム５３の先端部を一半径線方向に突出して基板保持体１ｃの基板保持体取付け穴５に挿入して把持する。着脱装置５２は、基板保持体１ｃを把持したまま、その先端部を突出前の位置まで引込んで、基板保持体１ａを回転軸３７ｃから抜去し、回転軸線Ｌ３まわりに矢符Ｅ１方向に回動し、扉５４に対峙する位置で停止する。このとき扉４６を閉鎖するとともに扉５４が開き、基板保持体１ｃを把持した先端部を一半径線方向に突出し、第２搬送装置５５の基板保持体１ｅで示す位置に装着させた後、先端部を突出前の位置まで引込む。
【００３９】
第２搬送装置５５では、扉５４を塞いで矢符Ｃ方向に基板保持体１ｃが搬送される。搬送された基板保持体１ｃは、別途剥離装置で、その基板保持体取付け穴５が回転可能に保持され、シート生成基板２から結晶シートが剥離回収される。この作業は本体装置１００の制約された中で、かつ前工程である浸漬工程での高温の余熱がある取出し位置Ｐ４に位置する断熱室３６の中で行う場合に比べ、きわめて安定した状態で作業することが可能である。
【００４０】
次いで、取出し位置Ｐ４で基板保持体１ｃが取外された回転体３３を矢符Ｆ方向に回動させ、基板保持体１ｃが取外された断熱室３６ｃを、断熱室３６ａで示す位置、すなわち供給位置Ｐ１に配置する。
【００４１】
第１搬送装置６０では、基板保持体１ｆが矢符Ｂ方向に搬送されてくる。着脱装置６２は、アーム６３の先端部を回転軸線Ｌ２まわりに矢符Ｄ２で示す時計方向に略９０°回動し、扉６４に対峙する位置で停止する。このとき扉６４が開き、アーム６３の先端部を一半径線方向に突出し、基板保持体１ｆの基板保持体取付け穴５に挿入して把持し、そのまま先端部を突出前の位置まで引込み、扉６４が塞がれる。
【００４２】
着脱装置６２は、アーム６３の先端部が基板保持体１ｆを把持したまま、その先端部を回転軸線Ｌ２まわりに矢符Ｄ１で示す反時計方向に略９０°回動し、扉４５に対峙する位置で停止する。装置本体１００の扉４５が開かれ、着脱装置６２は、基板保持体１ｆが把持された先端部を一半径線方向に突出し、周壁２を通過して、基板保持体１ｃが取外されて供給位置Ｐ１の断熱室３６ａで示す位置に配置された断熱室３６ｃの回転軸３７ｃに基板保持体１ｆを装着する。その後、先端部を突出前の位置まで引込み、扉４５が塞がれる。
【００４３】
次いで、供給位置Ｐ１で基板保持体１ｆが装着された回転体３３を矢符Ｆ方向に回動させ、基板保持体１ｆが装着された断熱室３６ｃを、断熱室３６ｂで示す位置、すなわち予備加熱位置Ｐ２に配置する。予備加熱位置Ｐ２の基板保持体１ｂで示す位置に移動され、予備加熱装置４４の上方に配置された基板保持体１ｆは、基板保持体駆動モータ３９を回転させ、クラッチ３８ｃを動作させて駆動傘歯車４０による駆動力が、回転軸傘歯車４１から回転力として伝達されて矢符Ａ方向に回転される。基板保持体１ｆが回転することによって、基板保持体１ｆの外周部に備えられたシート生成基板２が均一に予備加熱される。予備加熱温度は、使用される溶融材料の材質および作製する結晶シート厚さなどにより異なるが、本実施形態による結晶シート製造装置においては４００〜１２００℃に加熱可能である。本実施形態による結晶シート製造装置は、予備加熱位置Ｐ２および浸漬位置Ｐ３のように、加熱する空間が断熱壁で仕切られて限定されているので、加熱時の熱損失を最小に押さえることができる。
【００４４】
次いで、予備加熱位置Ｐ２で予備加熱された基板保持体１ｆが装着された回転体３３を矢符Ｆ方向に回動させ、基板保持体１ｆが装着された断熱室３６ｃを、再び浸漬位置Ｐ３に配置して、前述の動作を繰返す。
【００４５】
以上の動作説明においては、断熱室３６ｃ内に設けられ基板保持体１ｃが浸漬位置Ｐ３に配置された状態から、回転体３を矢符Ｆ方向に３６０°回動し、再び浸漬位置Ｐ３に戻るまでの、浸漬位置Ｐ３、取出し位置Ｐ４、供給位置Ｐ１、予備加熱位置Ｐ２における各動作について説明した。各断熱室３６ａ，３６ｂ，３６ｄに設けられた基板保持体１についても、動作時期が異なること以外は断熱室３６ｃに設けられた基板保持体１が配置される浸漬位置Ｐ３、取出し位置Ｐ４、供給位置Ｐ１、予備加熱位置Ｐ２における動作と全く同様である。
【００４６】
本実施形態による結晶シート製造装置の本体装置１００に装着される各基板保持体１は、その内部に冷却媒体を封入した流路を設けて必要な冷却能力を有しているので、本体装置１００を連続的に稼動させても本体装置１００の回転軸３７への熱移動による熱的問題は発生することがなく、内部構造体の設計が容易になるとともに、簡潔に構成することができる。このような構成により装置をコンパクトにすることができる。特に、第１実施形態による結晶シート製造装置のような構成において、基板保持体は、断熱室３６ｃで最も熱負荷を受けるが、図１２に示した従来装置において常時、融液２１６からの熱負荷を受ける基板保持体２１１と比較して、基板保持体１が熱負荷を受けるのは、外周部のシート生成基板２を浸漬した状態で１回転または複数回転する限られた時間のみであり、当該基板保持体１を装着した装置に対する熱負荷も軽くなる。また、浸漬位置Ｐ３、取出し位置Ｐ４、供給位置Ｐ１、予備加熱位置Ｐ２における動作は独立に、かつ並行して行う場合に、熱的問題が発生することなく連続稼動させることができるので、きわめて高い生産性が得られる。
【００４７】
図５は、本発明の第２実施形態による結晶シート製造装置に備えられる基板保持体１の概略構成を示す正面図である。図６は、図５の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面を示す。第２実施形態における基板保持体１０１は、図１に示した第１実施形態における基板保持体１の冷却媒体流路の形状を応用した例である。したがって、基板保持体１０１は、第１実施形態の基板保持体１と同様、図４に示したような結晶シート製造装置において用いられる。
【００４８】
基板保持体１０１は、円筒状耐熱材１０７の外周部に、周方向に支持基板１０３を介して複数のシート生成基板１０２を備える。該円筒状耐熱材１０７の内部に、半径の異なる２本の円周状流路１０４ａ，１０４ｂが周方向に設けられ、これらの流路間を複数本のスリット状流路１０４ｃで半径方向に連結している。連結された流路内には、その一部を占めるように冷却媒体１０８が封止カバー１０６で封入されている。円筒状耐熱材１０７の軸部分には、基板保持体取付け穴１０５として空洞が設けられている。円筒状耐熱材１０７，シート生成基板１０２および支持基板１０３の材質ならびに冷却媒体１０８は、第１実施形態と同様である。
【００４９】
次に、基板保持体１０１の外周部に備えたシート生成基板１０２に結晶シートを形成する動作について説明する。
【００５０】
基板保持体１０１の外周部に配設されたシート生成基板１０２には、第１実施例と同様にして結晶シートが形成される。その間、シート生成基板１０２は、融液への浸漬時に高温の融液から直接的に加熱され、円筒状耐熱材１０７に熱が伝達され、その一部が、円周状流路１０４ａ，１０４ｂおよびスリット状流路１０４ｃに封入された冷却媒体１０８によって吸熱される。冷却媒体１０８としての水は、吸熱して蒸気となって、円周状流路１０４ａからスリット状流路１０４ｃを経て円周状流路１０４ｂへ、または円周状流路１０４ａ内を上方へ移動する。移動した蒸気は、円周状流路１０４ｂまたは円周状流路１０４ａ内の上方で冷やされて水滴となり、円周状流路１０４ｂからスリット状流路１０４ｃを経て円周状流路１０４ａに、または円周状流路１０４ａの上方から下方へ滴下する。
【００５１】
基板保持体１０１においては、円周状流路１０４ａ，１０４ｂおよびスリット状流路１０４ｃを設けたので、冷却媒体１０８としての水の蒸発量をより広範に拡散させることができるとともに、より多くの冷却媒体１０８を密封することができる。このような基板保持体１０１は、たとえば、基板保持体１０１を低速で回転させて厚めのシートを作製する際に、より多量の熱を融液から受けるような結晶シート生成条件においても、多量の伝達熱量に対応して基板保持体１０１の円筒状耐熱材１０７下部の温度上昇を抑えることができる。
【００５２】
図７は、本発明の第３実施形態による結晶シート製造装置に備えられる基板保持体１１１の概略構成を示す正面図である。図８は、図７の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面を示す。基板保持体１１１は、板状耐熱材１１７の下端に支持基板１１３を介してシート生成基板１１２を連結固定している。該板状耐熱材１１７に、流路１１４ａと、その上部に円周状流路１１４ｂとを設け、これらの流路１１４ａおよび１１４ｂの間をスリット状流路１１４ｃで連結している。連結された流路内には、その一部を占めるように冷却媒体１１８が封止カバー１１６で封入されている。板状耐熱材１１７において円周状流路１１４ｂの軸部分には、基板保持体取付け穴１１５として貫通孔が設けられている。板状耐熱材１１７の材質は第１実施形態の円筒状耐熱材７と同様であり、シート生成基板１１２および支持基板１１３の材質ならびに冷却媒体１１８についても、第１実施形態と同様である。該基板保持体１１１は、図４に示したような結晶シート製造装置において用いられる。
【００５３】
図９は、図７のシート生成基板１１２を融液２１に浸漬するようすを示す部分断面図である。基板保持体１１１は、基板保持体取付け穴１１５を、たとえば図４に示した結晶シート製造装置の回転軸３７へ挿入して、着脱自在に取付けられる。したがって、基板保持体１１１の下方に、上下移動可能な昇降台２６上に載置され、結晶シート材料を過熱溶融した融液２１を貯留する容器２０が配置されることになる。
【００５４】
結晶シート生成時には、基板保持体１１１の下部で連結固定されたシート生成基板２がシリコンの融液２１に浸漬される適正な位置まで、昇降台２６を上昇させて、容器２６の上昇により融液２１が納められた容器２６が浸漬適正な位置まで上昇する。回転軸３７に取付けられた基板保持体１１１は、α位置から矢符Ｈ方向に回動し、融液２１中にシート生成基板１１２が浸漬した後、β位置で停止する。これによりシリコンがシート生成基板１１２に付着生成する。シート生成条件により、たとえば厚いシートを生成する場合には、さらにＧ方向に逆回転させる。シート生成厚みにより、この時計の振り子運動を複数回以上繰返す場合もある。
【００５５】
前述のようにしてシート生成基板１１２にシリコンが付着生成する間、シート生成基板１１２は、融液への浸漬時に高温の融液から直接的に加熱され、板状耐熱材１１７に熱が伝達され、その一部が、流路１１４ａに封入された冷却媒体１１８によって吸熱される。冷却媒体１１８としての水は、吸熱して蒸気となって、流路１１４ａからスリット１１４ｃを経て円周状流路１０４ｂへ移動することによって、すばやく板状耐熱材１１７上部に熱が分散移動する。移動した蒸気は、円周状流路１０４ｂ内で冷やされて水滴となり、円周状流路１０４ｂからスリット状流路１０４ｃを経て流炉１０４ａに滴下する。
【００５６】
次に、基板保持体１１１を備える結晶シート製造装置の動作について、第１実施形態と異なる動作を主として簡単に説明する。
【００５７】
結晶シート製造装置において、基板保持体１１１は第１実施形態と同様にして本体装置１００の供給位置Ｐ１で回転軸３７に取付けられ、該基板保持体１１１が取付けられた回転体３３は、矢符Ｆ方向に回動して予備加熱位置Ｐ２に位置する。予備加熱位置Ｐ２に位置する断熱室３６内で、基板保持体１１１は、たとえばα位置からβ位置までの傾きで回転摺動して当該基板保持体１１１のシート生成基板１１２が均一に予備加熱される。予備加熱後、回転体３３は矢符Ｆ方向に回動して予備加熱された基板保持体１１１は浸漬位置Ｐ３に位置し、前述のように、図９に示した浸漬動作において、流路１１４ａ，円周状流路１１４ｂ、スリット状流路１１４ｃ内で冷却媒体１１８が作用し、シート生成基板１１２に結晶シートが生成する。結晶シートを形成した基板保持体１１１は、回転体３３がさらにＦ方向に回動して取出し位置Ｐ４に位置し、第１実施形態と同様にして基板保持体１１１が取出される。回転体３３が矢符Ｆ方向に回動し、基板保持体１１１が取出された断熱室３６が再び供給位置Ｐ１に配置されて、前述の動作を繰返す。
【００５８】
図１０は、本発明の第４実施形態による結晶シート製造装置に備えられる基板保持体１２１の概略構成を示す正面図である。図１１は、本発明の第５実施形態による結晶シート製造装置に備えられる基板保持体１３１の概略構成を示す正面図である。第４および第５実施形態における基板保持体１２１，１３１は、いずれも図７に示した第３実施形態における基板保持体１１１の冷却媒体１１８を封入する流路形状をアレンジした例である。
【００５９】
第４実施形態の基板保持体１２１において、冷却媒体１２８を封入する流路は、板状耐熱材１２７に下部の流路１２４ａ、上部の流路１２４ｃが水平方向に配置され、これらの流路を２本のスリット状流路１２４ｂで連結している。これらの流路１２４ａ，１２４ｃ，１２４ｂで囲まれた板状耐熱材１２７に基板保持体取付け穴１２５が設けられる。第５実施形態の基板保持体１３１において、冷却媒体１３８を封入する流路は、板状耐熱材１３７の外周に沿った形状で外周より内側に一本の閉じられた流路１３４として形成されている。
【００６０】
基板保持体１２１，１３１は、第３実施形態の基板保持体１１１と同様の結晶シート製造装置において用いられ、その浸漬動作においても、基板保持体１２１，１３１の流路１２４，１３４に封じ込められた冷却媒体１２８，１３８は、基板保持体１１１における冷却媒体１１８と同様に作用して、結晶シートを生成する。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、融液に浸漬されるシート生成基板を保持する基板保持体の内部に冷却媒体を封入した流路を有することによって、簡単な構成で基板保持体を効果的に冷却して装置への熱負荷を軽減し、低コストで熱的問題が発生することがない結晶シート製造装置を提供することができる。
【００６２】
また本発明によれば、前記冷却媒体を封入した基板保持体を、着脱可能に本体装置の回転軸線まわりに転動可能に配設したので、転動により基板保持体が保持するシート生成基板を融液に浸漬した後、基板保持体を取外して本体装置外でシートを剥離するようにして、基板保持体が高温の融液からの熱負荷を受ける時間を軽減して、信頼性および生産性を向上した結晶シート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】本発明の第１実施形態による結晶シート製造装置に備えられる基板保持体１の概略構成を示す正面図である。
【図２】図１の切断面腺Ｉ−Ｉから見た断面を示す。
【図３】図１のシート生成基板２を融液２１に浸漬するようすを示す部分断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による結晶シート製造装置の概略構成を示す平面断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態による結晶シート製造装置に備えられる基板保持体１の概略構成を示す正面図である。
【図６】図５の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面を示す。
【図７】本発明の第３実施形態による結晶シート製造装置に備えられる基板保持体１１１の概略構成を示す正面図である。
【図８】図７の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面を示す。
【図９】図７のシート生成基板１１２を融液２１に浸漬するようすを示す部分断面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態による結晶シート製造装置に備えられる基板保持体１２１の概略構成を示す正面図である。
【図１１】本発明の第５実施形態による結晶シート製造装置に備えられる基板保持体１３１の概略構成を示す正面図である。
【図１２】従来のシリコンシート製造装置２１０の一例の概略構成を示す側面断面図である。
【符号の説明】
１，１０１，１１１，１２１，１３１基板保持体
２，１０２，１１２，１２２，１３２シート生成基板
３，１０３，１１３，１２３，１３３支持基板
４，１０４ａ〜ｃ，１１４ａ〜ｃ，１２４ａ〜ｃ，１３４流路
５，１０５，１１５，１２５，１３５基板保持体取付け穴
６，１０６，１１６封止カバー
７，１０７円筒状耐熱材
８，１０８，１１８，１２８，１３８冷却媒体
２０容器
２１融液
２４誘電加熱装置
２６昇降台

Claims

製造されるべき結晶シートの原料を加熱溶融した融液が貯留される容器と、
前記容器内の融液に浸漬して融液を付着させ、この付着した融液の凝固によって結晶シートを生成するシート生成基板と、
前記シート生成基板を保持し、冷却媒体を封入した流路を有する基板保持体とを含むことを特徴とする結晶シート製造装置。
前記基板保持体は、１以上のシート生成基板を保持して、本体装置の略水平な回転軸線まわりに転動可能に備えられていることを特徴とする請求項１記載の結晶シート製造装置。
前記基板保持体は、本体装置の回転軸に着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の結晶シート製造装置。
前記流路は、冷却媒体の量を調整して封入可能に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか記載の結晶シート製造装置。