JP3788907B2 - Crystal sheet manufacturing apparatus and crystal sheet manufacturing method - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属もしくは半導体の融液から板状の基体である結晶シートを製造する結晶シート製造装置および製造方法に関するものである。特に低コスト太陽電池用シート状Ｓｉ（シリコン）基板の製造装置および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池に用いられている多結晶Ｓｉを作製する従来の代表的な技術として、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Ｓｉ材料を坩堝中で加熱溶融させ、この融液を鋳型に流込んで冷却し、多結晶インゴットを得る鋳造方法がある。この多結晶インゴットは、さらにスライシング工程を経て太陽電池に使用されるシート状Ｓｉ基板が得られる。
【０００３】
従来方法では、Ｓｉ鋳造工程に加え、高いコストを要するスライシング工程が必要なこと、またこのスライシング工程でワイヤまたは内周刃の厚み分以上の材料ロスを生じること等、低コスト化を図るうえで大きな障害になっていた。
【０００４】
これにかわり、他の従来の技術としてスライシング工程を省略し、溶融Ｓｉからシート状のＳｉ基板を直接作製する方法として、平坦なシート生成面を有する冷却体をＳｉ融液中に一定時間浸漬させ、冷却体のシート生成面にＳｉを付着、成長させるＳｉシート製造方法が本件出願人によって提案されている。
【０００５】
図１０は、冷却体を用いた従来の結晶シート製造装置１００を示す断面図である。図１０に示すように、結晶シート製造装置１００は、Ｓｉ融液１２２が貯留される坩堝１２３の上方に回転機構を有する円筒状の回転体９２が配置される。回転体９２は回転軸９０を有し、回転軸９０の軸線は、水平に配置される。また回転体９２の外周部を覆うようにＳｉを凝固、成長させるための冷却体９３が複数（図１０中では１２個）配置される。回転軸９０に接続される回転機構によって複数の冷却体９３と回転体９２とが一体に回転する。
【０００６】
このとき回転体９２の最も下方に位置する冷却体９３ａだけが、Ｓｉ融液中に浸漬する。冷却体９３のシート生成面９４は、Ｓｉ融液よりも低温に保持され、一定時間Ｓｉ溶液中に浸漬されることによって、Ｓｉ結晶が凝固、成長し、冷却体９３ａのシート生成面９４ａに沿って、シート状のＳｉ結晶が形成される。したがって、回転体９２が回転するとともに、複数の冷却体が順次Ｓｉ融液に浸漬し、各冷却体９３にシート状のＳｉ結晶を形成することができる。次に形成された結晶シートをシート生成面９４から剥離させることによって、結晶シートを得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示すような従来の技術の結晶シート製造装置１００は、Ｓｉ融液中に浸漬する複数の冷却体９３を回転体９２の外周部を覆うように配置される。これら冷却体９３が回転軸９０と一体に回転するので、冷却体９３の最外周部が描く軌跡は、冷却体９３のシート生成面９４の寸法によって異なる。
【０００８】
図１１は、冷却体９３の回転移動の模式図を示す該略図である。たとえば１５０ｍｍ×１５０ｍｍの正方形のＳｉシートを形成する場合、冷却体９３の最外周部の描く軌跡Ｓ２の半径Ｒは２９９．４ｍｍとなる。また最下方に位置する冷却体９３ａの回転方向Ｃの寸法Ｂ２（シート幅方向寸法）は１５０ｍｍとなる。ここで上下方向Ｚ１，Ｚ２は鉛直な方向であり、幅方向Ｘ１，Ｘ２は、回転体の軸線方向と上下方向Ｚ１，Ｚ２とに対して直交する方向である。
【０００９】
また１つの冷却体９３ａが坩堝１２３内の融液１２２内に浸漬したときの、冷却体９３ａの下面から融液面１２２ｈまでの寸法（深さ）ｈ１は１５ｍｍ、融液面１２２ｈと坩堝上端１２３Ｅとの間の寸法ｈ３は５ｍｍとする。必要な構造上の要件として、冷却体最外周部９６が坩堝上端１２３Ｅとの接触を避けなければならない。したがって、冷却体最外周部９６が描く軌跡Ｓ２と坩堝上端１２３Ｅとの上下方向Ｚ１，Ｚ２の間に余裕を持たせたスペースが必要となり、ここではスペースの寸法ｈ２を１０ｍｍとする。
【００１０】
これらの寸法Ｒ，ｈ１，ｈ２，ｈ３から坩堝１２３の幅方向寸法Ｗ２を計算すると、２６１．３ｍｍになる。これは、本来製作するシート幅方向寸法Ｂ２である１５０ｍｍの１．７４倍にあたり、坩堝１２３の幅方向寸法Ｗ２が必要以上に大きくなりがちであった。
【００１１】
また装置のメンテナンスによる停止時、特にＳｉ融液１２２については冷却により膨張することから坩堝１２３を損傷しやすく、前述したように実質的に必要寸法以上の大きさの坩堝１２３を用いていることから、コスト負担はきわめて大きかった。
【００１２】
さらに、図１０に示すように、冷却体９３が融液１２２に浸漬開始するとき、冷却体９３のシート生成面９４と融液面との成す侵入角度α１は浸漬開始時の融液の揺らぎを抑える目的のために、さらに融液１２２からの引上げるとき、冷却体９３のシート生成面９４と融液面との成す引き上げ角度α２は融液の液たれを低減する目的のために、重要な要素である。しかし、回転体９２に冷却体９３を取付けた場合、当該角度調整を行うことが困難であり、品質向上の障害になっていた。これらの特性低下は、形成される結晶シートの品質低下のみならず、冷却体９３の結晶シート剥離時の不良発生原因にもなり、生産性向上を図るうえでも大きな障害になっていた。
【００１３】
したがって本発明の目的は、浸漬している冷却体の表面に結晶を付着、成長させる結晶シート製造方法において、融液が貯留される坩堝の小形化を図り、かつ冷却体の侵入角度および引き上げ角度の最適化を図ることができる結晶シート製造装置および製造方法を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属もしくは半導体材料の融液を坩堝に貯留し、冷却体を融液内に浸漬し、金属もしくは半導体材料を前記冷却体の一表面であるシート生成面で凝固成長させる結晶シート製造装置であって、
冷却体を、シート生成面が下方に配置される状態で、前記シート生成面の反対側の面で支持する支持基板と、
支持基板に支持される冷却体を、坩堝上に水平方向に移動させる水平移動手段と、
支持基板に支持される冷却体を、上下方向に移動させる上下移動手段と、
支持基板に支持される冷却体を、前記支持基板上の水平な回転中心軸線まわりに回転させる回転手段と、
前記水平移動手段、前記上下移動手段および回転手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記上下移動手段および前記回転手段を用いて、前記冷却体の姿勢を任意の角度で融液内に一定時間浸漬させ、融液中に浸漬された状態の冷却体を前記回転中心軸線まわりに回転させることを特徴とする結晶シート製造装置である。
【００１５】
本発明に従えば、冷却体のシート生成面を下方に配置して、一定時間融液内に浸漬することによって、シート生成面に融液の結晶が凝固、成長することで、シート生成面に結晶シートを生成することができる。また結晶シート製造装置は、冷却体を水平方向、上下方向および水平な回転中心軸をまわる回転方向に変位させることができるので、任意の姿勢で任意の方向から冷却体を、坩堝に浸漬させることができる。したがって複数の冷却体のうち、１つの冷却体のみが坩堝上から下降して坩堝に浸漬することで、従来の技術に比べて坩堝開口部の面積を小型化することができる。
【００１６】
また回転手段によって、融液面に対して冷却体のシート生成面を任意に傾斜させて融液内へ侵入させることができる。これによって、冷却体は融液の揺らぎを抑えて浸漬することができる。同様に回転手段によって、融液面に対して冷却体のシート生成面を任意に傾斜させて融液内から引き上げることができる。これによって、冷却体の引き上げ時に生じる融液のたれを抑えることができる。したがってシート生成面に形成される結晶シートの品質を向上するとともにシート剥離不良を減少させて結晶シートの生産性を向上することができる。
【００１７】
また本発明は、前記冷却体の回転中心軸は、冷却体のシート生成面に平行であることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、冷却体の回転中心軸は、冷却体のシート生成面に平行でありまた水平に形成される。これによって冷却体のシート生成面を、坩堝に満たされる融液の液面と平行な位置に配置することができる。
【００１９】
また本発明は、前記冷却体の姿勢調整および上下動作を前記坩堝上で行わせる制御手段を有することを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、水平移動手段、上下移動手段および回転手段によって冷却体の姿勢調整および上下動作を前記坩堝上で行わせる制御手段を有するので、冷却体を水平、上下および、回転中心軸まわりに変位させて、良好な結晶シートを形成することができる姿勢位置に調整および配置することができる。
【００２５】
また本発明は、金属もしくは半導体材料の融液を坩堝に貯留し、冷却体を融液内に浸漬し、金属もしくは半導体材料を前記冷却体の一表面であるシート生成面で凝固成長させる結晶シート製造方法であって、
冷却体を、シート生成面が下方に配置される状態で、前記シート生成面の反対側の面で支持する支持基板に支持させ、支持基板に支持される冷却体を水平方向に移動させて坩堝上に位置決めするステップと、
坩堝上の位置で、支持基板に支持される冷却体を、前記支持基板上の水平な軸まわりに回転させて、シート生成面が融液面に対して傾斜するように、冷却体の姿勢を調整するステップと、
シート生成面が融液面に対して傾斜する姿勢で、支持基板に支持される冷却体を下降させて融液に一定時間浸漬するステップと、
浸漬後に、冷却体を水平な軸まわりに回転させて、シート生成面が水平になるように、支持基板に支持される冷却体の姿勢を調整するステップとを含むことを特徴とする結晶シート製造方法である。
【００２６】
本発明に従えば、冷却体を、シート生成面が下方に配置される状態で支持し、最初のステップで冷却体が坩堝上の所定の位置に位置決めされ、次のステップでシート生成面が任意の角度に保持されて、さらに次のステップで冷却体が下方に移動し融液内に浸漬される。複数の冷却体のうち、１つの冷却体が坩堝上方から下降して浸漬することによって、坩堝の開口の面積を小型化することができる。さらにシート生成面が、任意の角度に保持されて融液内に浸漬することによって、融液の揺らぎを抑えて浸漬することができ、良好な結晶シートを形成することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。図１に本発明の結晶シート製造装置１を示し、図２に結晶シート製造装置１の平面図を示す。結晶シート製造装置１は断熱材で構成される炉壁２１を有し、炉壁２１によって囲まれる炉が形成される。炉内に配置される坩堝２３には、Ｓｉ融液２２が貯留される。結晶シート製造装置１は、この融液内に冷却体３０を浸漬させ、冷却体３０にＳｉ結晶を凝固、成長させて平板状の結晶シートを形成させる装置である。
【００２８】
さらに結晶シート製造装置１は４つの製造工程を行うことができる。第１の工程は炉外の冷却体３０を炉内に順次収納する収納工程、第２の工程は冷却体３０に結晶シートを形成する前に予備加熱を行う予熱工程、第３の工程は冷却体３０に結晶シートを形成する形成工程、第４の工程は結晶シートが形成された結晶シート付き冷却体を炉内から順次取り出し、結晶シートと冷却体３０とを剥離する取出工程である。
【００２９】
また結晶シート製造装置１は、炉内の冷却体３０を搬送する製造装置本体１１０を有し、製造装置本体１１０は、冷却体３０を水平方向に移動させる水平移動手段、上下方向に移動させる上下移動手段、水平な水平軸まわりに回転させる回転手段を含んで構成され、これらは図示しない制御手段によって制御される。
【００３０】
図１に示すように、製造装置本体１１０は、断熱材で構成された炉壁２１の内部に、垂直回転軸４を固定している回転基板２と、回転基板２に一体に固定される上部回転側板３と下部回転側板３−２とが配設される。垂直回転軸４は、軸受基板５内のベアリング７に保持される。本体駆動モータ６の駆動力は、本体駆動モータ６の軸に直結したギア８−１からギア８−２に伝達される。ギア８−２は、垂直回転軸４に同軸固定されている。本体駆動モータ６の回転動作により回転基板２、上部回転側板３および下部回転側板３−２は、垂直回転軸４まわりに一体的に転動し、図２に示す９０°分割された位置（冷却体３０−１，３０−２，３０−３，３０−４）で停止する。図に示す冷却体３０−１の位置で金属もしくは半導体（本実施例ではＳｉ）の凝固成長が行われる。
【００３１】
冷却体３０および冷却体３０と一体に固定されて成る支持基板３１の斜視図を図３に示す。支持基板３１に形成される垂直方向板面には回転軸穴２９ｈ、一対の取付穴２９ｈ１が設けられる。冷却体３０の厚み方向一方側の面に支持基板３１が設けられ、厚み方向他方側の面にシート生成面３０ａが形成される。このシート生成面３０ａは、製造装置本体１１０に取り付けられた状態で下方に配置され、融液内に浸漬し、シート生成面上に結晶シートが形成される。
【００３２】
冷却体３０の材質の一例として、耐熱性に優れた黒鉛性の材料を使用しているが、本発明の例で示すＳｉ融液２２の温度よりも融点が高く、融液との反応性が小さい炭化珪素、石英、窒化ケイ素、アルミナ、酸化ジルコニウム等から融液材料に適した材料を選択することができる。
【００３３】
図１に示すように坩堝２３のＳｉは、誘導加熱装置３９で加熱溶解される。坩堝２３は、坩堝移動モータ２６の駆動によりＳｉ融液２２の湯面高さをコントロールすることを目的に上下方向に駆動されて位置決めされる。冷却体３０は、リンク機構部に装着され水平駆動軸１３によって、Ｓｉ融液２２への浸漬角度、およびＳｉ融液２２の引上げ角度の調整が可能である。水平回転軸１３は、カップリング１２で回転シリンダ１０−１の軸１１に結合されている。回転シリンダ１０−１は回転駆動源であって取付板９１に固定され、取付板９１は摺動内金具１４−１に固定され、摺動内金具１４−１に摺動外金具１４−２が固定され、摺動内金具１４−１と摺動外金具１４−２とで上部回転側板３を摺動可能に把持している。
【００３４】
上部回転側板３には冷却部材９−１が密着固定され、冷却部材９−１内部には冷却水路が設けられてあり、垂直回転軸４内から冷却管９６を配し、分岐管９７を介し、各冷却部材９−１，９−２，９−３に冷却水が供給され、周辺部品の冷却を行う。上記で説明した冷却体３０、回転リンク機構、および回転シリンダ１２の一連の構造部は、図２に示すように４つのブロックすなわち４カ所にそれぞれ設けられている。
【００３５】
上記冷却体３０の回転および上下動の具体的実施例について、図４、図５および図６を用いて説明する。図６に示すように、冷却体３０と一体に固定された支持基板３１の取付穴２９ｈ１にリンク１７−２に設けてあるピン２９Ｐ１を嵌合させることによって、冷却体３０と支持基板３１とで形成される冷却体部は、製造装置本体１１０に装着される。
【００３６】
図４および図５に示すように、リンク１７−２とリンク１７−１および、リンク１８−１とリンク１８−２は、それぞれ同一形状であって、ピン３９−１とピン３９−２によって回転可能に連結され、平行リンク構造を構成してある。リンク１７−１の中心には、水平回転軸１３が固定され、回転シリンダ１０−１によりリンク１７−１は回転駆動される。リンク機構部が左右にぶれるのを防止するため、リンク１７−２の中心に取付けたピン２９Ｐ０を保持金具２８で保持する。保持金具２８は、リンク保持基板１５に固定されている。前記水平回転軸１３のリンク１７−１に連結する軸受１６（図１）は、このリンク保持基板１５に設けられている。これにより、リンク１７−２に装着された冷却体３０は、支持基板３１の回転軸穴２９ｈの軸線２９を中心に回転することになる。したがって、冷却体３０の回転中心軸２９は、シート生成面３０ａに平行に形成される。
【００３７】
リンク保持基板１５は、図１に示すリンク保持側板１５−２に連結固定され、このリンク保持側板１５−２は、上下シリンダ１９−１の駆動により、リンク保持基板１５、リンク機構部が上下運動することになる。なお、リンク保持側板１５−２は、摺動軸２０−１により上下方向に直線運動が可能である。回転基板３に前記上下シリンダ１９−１、摺動軸２０−１のガイド軸受が設けられてある。リンク機構部の下方には、坩堝２３、坩堝受け２４および坩堝基板２５が上記リンク機構部とは独立して設けられてある。
【００３８】
したがって、冷却部材３０は、水平移動手段である本体駆動モータ６によって垂直回転軸４まわりに水平移動することができ、回転手段である回転シリンダ１０およびリンク機構部によって水平軸まわりに回転移動することができ、上下移動手段である上下シリンダ１９によって、上下方向に移動することができる。
【００３９】
図７は、冷却体３０が融液内に浸漬する過程を示す断面図である。図７（１）に示すように、冷却体３０は、Ｓｉ融液２２の貯留される坩堝２３の上方から、はずれた位置にある。次に図７（２）に示すように、冷却体３０は坩堝２３上を水平移動し、次に必要な侵入角度に支持基板３１の水平な回転軸線２９を中心に一方向Ｊまわり（図７では、時計まわり）に回転し、その姿勢を保持する。なお、冷却体３０の水平移動と回転は並行して行われてもよい。図７（２）に示す冷却体３０の傾いた状態で冷却体３０を下降させる。
【００４０】
次に図７（３）に示すように坩堝２３の中のＳｉ融液２２に冷却体３０のエッジ部３０Ｅ１を浸漬させる。この浸漬時には、Ｓｉ融液の揺れを抑えるように移動させることが望ましい。図７（４）では、浸漬された状態の傾いた冷却体３０を回転軸線２９を中心に他方向Ｋまわり（図７では、反時計まわり）に回転させ、Ｓｉ融液２２の液面と平行、したがってシート生成面３０ａを水平にする。次に成長させるＳｉ板厚によって、このシート生成面３０ａを水平に保持する時間の調整を行う。
【００４１】
図８は、冷却体３０が融液内から引き出される過程を示す断面図である。図８（１）で冷却体３０を回転軸線２９を中心に他方向Ｋまわりに回転させ、冷却体３０のエッジ部３０Ｅ１からＳｉ融液２２を上面より引上げていく。このとき支持基板３１の回転軸線２９を中心に冷却体３０は回転しながら、同時に冷却体３０の上方向への移動も並行して進行する。冷却体３０の回転は、設定した引き上げ角度α３まで回転する。なお、冷却体３０を回転させた後、上方向へ移動してもよい。
【００４２】
図８（２）に示すように、設定した引き上げ角度α３に回転、上昇したら図８（３）に示すように冷却体３０をＳｉ融液２２より上方向に引上げる。本工程の最後に図８（４）に示すように、坩堝２３上方を水平に移動し、所定の位置で停止する。この直後、冷却体３０は、水平な回転軸線２９を中心に一方向Ｊまわり（図８では、時計まわり）に回転し、水平に保持される。なお、前記冷却体３０の水平移動と回転は、並行して行われてもよい。また、回転をさきに終了した後、水平移動してもよい。
【００４３】
図９は、上記図７および図８で説明した本発明の実施の形態を利用した場合の冷却体３０と、坩堝２３の関係を示す断面図である。図９において本発明の冷却体３０は、冷却体３０に一体的に固定された支持基板３１上の回転軸線２９を中心に回転する。回転軸線２９から冷却体３０の下面したがってシート生成面３０ａまでの寸法ｒ１を、４５ｍｍ、冷却体幅Ｂ１を、１５０ｍｍとすると、冷却体３０が回転する最外周回転半径ｒ２は８７．５ｍｍ、これによって最外周回転直径ｄは１７５ｍｍとなる。坩堝一方の端部の内壁と最外周回転直径ｄとのクリアランスｃを１５ｍｍとすると、坩堝寸法Ｗ１は２０５ｍｍとなる。これは従来の技術で２６１ｍｍを必要とするのに対し、寸法比で約７８％まで小型化することができる。
【００４４】
図２において第１ブロック位置の冷却体３０−１は、Ｓｉシートを生成後、生成したＳｉシートを冷却体３０−１に付着させた状態で、垂直回転軸４のまわりに、第２のブロック位置の冷却体３０−２に回転移動する。扉３７−１で遮蔽された取出し装置４１が、冷却体３０−２に面する炉壁２１の外側に設けられ、本取出し装置４１の内部も炉壁２１の内部と同様のガスで満たされている。取出し装置４１の扉３７−１を開き、炉壁２１の窓３６−１より分離テーブル４２がシリンダ４７により摺動レール４６をスライドし、冷却体３０−２の下面に移動する。次に冷却体３０−２が上下シリンダ１９−２により下降し、分離テーブル４２の面上に下降した後、シリンダ４５によりブロック４３がブロック４４側に移動し、冷却体３０−２を把持固定する。この把持固定した冷却体３０−２を、シリンダ４７により取出し装置４１内に移動させることにより、支持固定板３１−２と一体に固定された冷却体３０−２がリンク機構部から分離される。したがって、結晶シート製造装置１は、取り出し手段として取り出し装置４１を有する。
【００４５】
この分離移載完了後に扉３７−１は閉じられる。本取出し装置４１に移載されたシート付き冷却体３０−２は、シャッタ４９で仕切られた別室の徐冷手段である徐冷装置５０に移載される。この移載については突出し方式か、把持移載等（図示省略）で徐冷装置５０内のコンベア５１−１上に搭載される。
【００４６】
徐冷装置５０内では、コンベア５１−１がＪＪ方向に進行し、必要な温度に段階的に低下させていく。必要な温度にまで冷却が完了すると、徐冷装置５０からシート分離装置６０のブロック６０−１，６０−２に移載・固定され、剥離手段であるバキュームパッド６１により剥離分離される。この取出工程の一連の作業は、他のブロック位置で行われる工程とは独立して動作可能である。
【００４７】
冷却体部を取除いた機構部が次の第３のブロック位置に回転移動した後の動作を図２を用いて説明する。第３のブロック位置では、支持基板３１−３と一体の冷却体３０−３をリンク機構部に装着する装着工程が行われる。図２では、冷却体３０−３を装着完了した後の状況を示す。冷却体３０−３をストックし、かつ搬送するローダ装置８０でコンベア５１−２はＫＫ方向に搬送する。ローダ装置８０と装着装置７１の間のシャッタ７９を開き、別途移載送り装置（図示せず）により装着テーブル７２上に位置決め移載し、ブロック７３およびブロック７４にシリンダ７５を用いて冷却体を固定する。
【００４８】
装着手段である装着装置７１によって、扉３７−２を開き、シリンダ７７で冷却体３０−３を固定したテーブルを炉内のリンク機構部の下方に移動する。冷却体３０−３と一体の支持基板３１−３に設けた２個の穴（図６で２９ｈ１に該当）にリンク部ピン（図６で２９Ｐ１に該当）を挿入すると同時に、シリンダ７５によりブロック７３が後退し、ブロック７４との把持を解消する。その後、冷却体３０−３と一体のリンク機構部を上下シリンダ１９−３により上昇せしめ、装着テーブル７２がローダ装置８０内に後退し、扉３７−２が閉じられ、装着作業は完了する。この第３のブロック位置の一連の装着工程は、他のブロック位置で行われる工程とは独立して動作可能である。
【００４９】
第３のブロック位置で装着された冷却体３０−３、および支持基板３１−３は、次の第４のブロック位置に移動し、位置決め停止した後、予備加熱手段である誘導加熱装置３４により予備加熱される。本工程では、次のＳｉ融液２２の温度以下に加熱される。本加熱の終了は、結晶シート生成を行う次工程への移送の直前が最もよい。
【００５０】
なお図１で、坩堝２３内のＳｉ融液２２の輻射熱による機構部の温度上昇を防止するため、以下に説明する断熱構造になっている。
【００５１】
リンク保持基板１５により、水平回転軸１３、リンク保持側板１５−２、上部回転側板３、摺動金具１４−２が断熱保護される。上部回転側板３で仕切られた最上部９７は、上下シリンダ１９−１（１９−２，１９−３，１９−４）およびガイド軸２０−１（２０−２，２０−３，２０−４）が断熱保護される。上部回転側板３で仕切られた中央部９６では、回転シリンダ１０−１（１０−２，１０−３，１０−４）、取付金具９１およびカップリング１１が断熱保護される。下部回転側板３−２で仕切られた駆動空間９５では、本体駆動モータ６、ギア８−１、ギア８−２、垂直回転軸４、ベアリング７および軸受基板５が断熱保護されてある。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、冷却体のシート生成面を下方に配置して、一定時間融液内に浸漬することによって、シート生成面に融液の結晶が凝固、成長することで、シート生成面に対応する結晶シートを生成することができる。また結晶シート製造装置は、冷却体を水平方向、上下方向および水平な回転中心軸をまわる回転方向に変位させることができるので、任意の姿勢および任意の方向から冷却体を、坩堝に浸漬させることができる。したがって複数の冷却体のうち、１つの冷却体のみが坩堝上から下降して坩堝に浸漬することで、残余の冷却体が坩堝に接触することを防止することができるので、坩堝開口部の面積を小型化することができる。また坩堝の配置を従来の装置に比べて水平方向の任意の位置に設定することができる。したがって、坩堝の小形化によってメンテナンス性が向上し、生産コスト低減を行うことができる。
【００５３】
また回転手段によって、冷却体は融液の揺らぎを抑えて浸漬することができるとともに冷却体の引き上げ時に生じる融液のたれを抑えることができる。これによって、良好な結晶シートを形成することができ、結晶シートの品質を向上することができる。
【００５４】
また本発明によれば、冷却体が回転中心軸まわりに回転し最下方に配置されるとき、冷却体のシート生成面を、坩堝に満たされる融液の液面と平行な位置に配置することができる。
【００５５】
また本発明によれば、水平移動手段、上下移動手段および回転手段によって冷却体の姿勢調整および上下動作を前記坩堝上で行わせる制御手段を有するので、冷却体を水平、上下および、回転中心軸まわりに変位させて、複雑な姿勢位置に調整および配置することができる。
【００５８】
また本発明によれば、冷却体を、シート生成面が下方に配置される状態で支持し、最初のステップで冷却体が坩堝上の所定の位置に位置決めされ、次のステップでシート生成面が任意の角度に保持されて、さらに次のステップで冷却体が下方に移動し融液内に浸漬される。複数の冷却体のうち、１つの冷却体が坩堝上方から下降して浸漬することによって、残余の冷却体が坩堝に接触することを防止して坩堝の開口の面積を小型化することができる。さらにシート生成面が、任意の角度に保持されて融液内に浸漬することによって、融液の揺らぎを抑えて浸漬することができ、良好な結晶シートを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の結晶シート製造装置１の実施の一形態を示す横断面図である。
【図２】本発明の結晶シート製造装置１を示す平面図である。
【図３】冷却体３０と支持基板３１とを示す斜視図である。
【図４】冷却体３０が水平位置に保持された状態を示す断面図である。
【図５】冷却体３０が傾斜位置に保持された状態を示す断面図である。
【図６】冷却体３０とリンク１７ー２とを示す側面図である。
【図７】冷却体３０の下降および回転機構を示す部分断面図である。
【図８】冷却体３０の上昇および回転機構を示す部分断面図である。
【図９】冷却体３０の回転動作を説明する概略図である。
【図１０】回転体表面に冷却体９３を付設した従来の装置１００を示す断面図である。
【図１１】従来の冷却体９３の回転動作を説明する概略図である。
【符号の説明】
１ 結晶シート製造装置
２ 回転基板
３，３−２ 回転側板
４ 垂直回転軸
５ 軸受基板
６ 本体駆動モータ
７ ベアリング
８−１，８−２ ギア
１０，１０−１，１０−２，１０−３ 回転シリンダ
１２ カップリング
１３ 水平回転軸
１７−１，１７−２ リンク
１８−１，１８−２ リンク
１９ シリンダ
２１ 炉壁
２２ Ｓｉ融液
２３ 坩堝
２４ 坩堝受け
３０，３０−１，３０−２，３０−３，３０−４ 冷却生成体
３１，３１−３ 支持基板
３０ａ シート生成面
３４ 誘導加熱装置
４１ 取出し装置
４２ 分離テーブル
４３，４４，７３，７４ ブロック
６０ シート分離装置
７１ 装着装置
８０ ローダ装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a crystal sheet manufacturing apparatus and a manufacturing method for manufacturing a crystal sheet which is a plate-like substrate from a melt of metal or semiconductor. In particular, the present invention relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing method for a sheet-like Si (silicon) substrate for low-cost solar cells.
[0002]
[Prior art]
As a typical conventional technique for producing polycrystalline Si used in solar cells, a high-purity Si material to which a dopant such as phosphorus or boron is added is heated and melted in a crucible in an inert atmosphere. There is a casting method in which a polycrystalline ingot is obtained by pouring into a mold and cooling. The polycrystalline ingot is further subjected to a slicing process to obtain a sheet-like Si substrate used for a solar cell.
[0003]
In the conventional method, in addition to the Si casting process, a costly slicing process is required, and in addition, a material loss exceeding the thickness of the wire or the inner peripheral blade is generated in this slicing process. It was a big obstacle.
[0004]
Instead of this, as another conventional technique, a slicing step is omitted and a sheet-like Si substrate is directly produced from molten Si. A cooling body having a flat sheet generating surface is immersed in the Si melt for a certain period of time. The present applicant has proposed a Si sheet manufacturing method in which Si is deposited and grown on the sheet generating surface of the cooling body.
[0005]
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a conventional crystal sheet manufacturing apparatus 100 using a cooling body. As shown in FIG. 10, in the crystal sheet manufacturing apparatus 100, a cylindrical rotating body 92 having a rotating mechanism is disposed above a crucible 123 in which the Si melt 122 is stored. The rotating body 92 has a rotating shaft 90, and the axis of the rotating shaft 90 is disposed horizontally. A plurality of cooling bodies 93 (12 in FIG. 10) for solidifying and growing Si are disposed so as to cover the outer peripheral portion of the rotating body 92. The plurality of cooling bodies 93 and the rotating body 92 rotate integrally by a rotating mechanism connected to the rotating shaft 90.
[0006]
At this time, only the cooling body 93a located at the lowest position of the rotating body 92 is immersed in the Si melt. The sheet generating surface 94 of the cooling body 93 is kept at a temperature lower than that of the Si melt, and is immersed in the Si solution for a certain period of time, so that the Si crystal is solidified and grows along the sheet generating surface 94a of the cooling body 93a. Thus, a sheet-like Si crystal is formed. Accordingly, the rotating body 92 rotates, and a plurality of cooling bodies are sequentially immersed in the Si melt, and a sheet-like Si crystal can be formed in each cooling body 93. Next, the crystal sheet can be obtained by peeling the formed crystal sheet from the sheet generation surface 94.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the crystal sheet manufacturing apparatus 100 of the prior art as shown in FIG. 10, a plurality of cooling bodies 93 immersed in the Si melt are arranged so as to cover the outer peripheral portion of the rotating body 92. Since these cooling bodies 93 rotate integrally with the rotating shaft 90, the locus drawn by the outermost peripheral portion of the cooling body 93 varies depending on the size of the sheet generation surface 94 of the cooling body 93.
[0008]
FIG. 11 is a schematic diagram showing a schematic diagram of the rotational movement of the cooling body 93. For example, when a 150 mm × 150 mm square Si sheet is formed, the radius R of the locus S2 drawn by the outermost peripheral portion of the cooling body 93 is 299.4 mm. Further, the dimension B2 (sheet width direction dimension) in the rotation direction C of the cooling body 93a located at the lowermost position is 150 mm. Here, the vertical directions Z1 and Z2 are vertical directions, and the width directions X1 and X2 are directions orthogonal to the axial direction of the rotating body and the vertical directions Z1 and Z2.
[0009]
When one cooling body 93a is immersed in the melt 122 in the crucible 123, the dimension (depth) h1 from the lower surface of the cooling body 93a to the melt surface 122h is 15 mm, the melt surface 122h and the crucible upper end 123E. The dimension h3 between them is 5 mm. As a necessary structural requirement, the outermost peripheral portion 96 of the cooling body must avoid contact with the crucible upper end 123E. Therefore, a space is required between the trajectory S2 drawn by the outermost periphery 96 of the cooling body and the vertical direction Z1, Z2 between the crucible upper end 123E, and the space dimension h2 is 10 mm here.
[0010]
When the width direction dimension W2 of the crucible 123 is calculated from these dimensions R, h1, h2, and h3, it is 261.3 mm. This is 1.74 times 150 mm, which is the original sheet width direction dimension B2, and the width direction dimension W2 of the crucible 123 tends to be larger than necessary.
[0011]
Further, when the apparatus is stopped due to maintenance of the apparatus, the crucible 123 is likely to be damaged because the Si melt 122 expands by cooling, and the crucible 123 having a size substantially larger than the necessary size is used as described above. The cost burden was very large.
[0012]
Furthermore, as shown in FIG. 10, when the cooling body 93 starts to be immersed in the melt 122, the intrusion angle α1 formed between the sheet generating surface 94 of the cooling body 93 and the melt surface is the fluctuation of the melt at the start of the immersion. For the purpose of restraining, when pulling up from the melt 122 further, the pulling angle α2 formed by the sheet generating surface 94 of the cooling body 93 and the melt surface is important for the purpose of reducing the dripping of the melt. Is an element. However, when the cooling body 93 is attached to the rotating body 92, it is difficult to adjust the angle, which is an obstacle to quality improvement. These characteristic deteriorations not only cause deterioration of the quality of the formed crystal sheet but also cause defects when the cooling body 93 peels off the crystal sheet, which has been a major obstacle to improving productivity.
[0013]
Accordingly, an object of the present invention is to reduce the size of a crucible in which a melt is stored in a crystal sheet manufacturing method in which crystals are attached to and grow on the surface of a submerged cooling body, and the intrusion angle and pulling angle of the cooling body A crystal sheet manufacturing apparatus and manufacturing method that can optimize the above are provided.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention stores a melt of metal or semiconductor material in a crucible and cools it.BodyImmerse it in the melt and apply the metal or semiconductor material to theOne surface of the cooling bodyA crystal sheet manufacturing apparatus for solidifying and growing on a sheet generating surface,
  A support substrate that supports the cooling body on a surface opposite to the sheet generation surface in a state where the sheet generation surface is disposed below;
  Supported by support substrateCooling body,On the crucibleHorizontal moving means for moving in the horizontal direction;
  Supported by support substrateCooling body,Up and down moving means for moving up and down;
  Supported by support substrateCooling body,On the support substrateHorizontal rotation center axislineRotating means to rotate around,
  Control means for controlling the horizontal movement means, the vertical movement means and the rotation means,
  The control means uses the up-and-down moving means and the rotating means to immerse the cooling body in an arbitrary angle in the melt for a predetermined time, and rotate the cooling body in a state immersed in the melt. Rotate around central axisThis is a crystal sheet manufacturing apparatus.
[0015]
  According to the present invention,coldThe sheet generation side of the rejectionPlace it below for a certain timeBy immersing in the melt, the crystal of the melt is solidified and grows on the sheet generation surface, so that a crystal sheet can be generated on the sheet generation surface. In addition, since the crystal sheet manufacturing apparatus can displace the cooling body in the horizontal direction, the vertical direction, and the rotation direction around the horizontal rotation center axis, the cooling body can be immersed in the crucible from any direction in any posture. Can do. Therefore, only one cooling body of the plurality of cooling bodies descends from the crucible and is immersed in the crucible, so that the area of the crucible opening can be reduced as compared with the conventional technique.
[0016]
Further, the sheet generating surface of the cooling body can be arbitrarily inclined with respect to the melt surface by the rotating means, and can enter the melt. Thereby, the cooling body can be immersed while suppressing fluctuation of the melt. Similarly, the sheet generating surface of the cooling body can be arbitrarily inclined with respect to the melt surface by the rotating means, and can be pulled up from the melt. Thereby, it is possible to suppress melt dripping that occurs when the cooling body is pulled up. Accordingly, the quality of the crystal sheet formed on the sheet generation surface can be improved and the sheet peeling failure can be reduced to improve the productivity of the crystal sheet.
[0017]
In the invention, it is preferable that a rotation center axis of the cooling body is parallel to a sheet generation surface of the cooling body.
[0018]
According to the present invention, the rotation center axis of the cooling body is parallel to the sheet generation surface of the cooling body and is formed horizontally. Accordingly, the sheet generating surface of the cooling body can be disposed at a position parallel to the melt surface filled in the crucible.
[0019]
  The present invention also provides the cooling body.Figure ofIt is characterized by having a control means for performing the force adjustment and the vertical movement on the crucible.
[0020]
According to the present invention, the cooling body is horizontally, vertically, and rotated around the rotation center axis because it has control means for adjusting the posture of the cooling body and the vertical movement on the crucible by the horizontal movement means, the vertical movement means, and the rotation means. And can be adjusted and arranged at a position where a good crystal sheet can be formed.
[0025]
  The present invention also provides a melt of a metal or semiconductor material.坩CrucibleStorage, Cooling bodyIn the meltImmerse the metal or semiconductor materialOne surface of the cooling bodyA crystal sheet manufacturing method for solidifying and growing on a sheet generation surface,
  The cooling body is supported by a support substrate supported by a surface opposite to the sheet generation surface in a state where the sheet generation surface is disposed below, and is supported by the support substrate.Moving the cooling body horizontally and positioning it on the crucible;
  Supported by the support substrate at a position on the crucibleCooling body,On the support substrateRotate around a horizontal axis, So that the sheet generation surface is inclined with respect to the melt surface,Adjusting the posture of the cooling body;
  The sheet generation surface is supported by the support substrate in a posture inclined with respect to the melt surface.Lower the cooling body into the meltFixed timeSoaking step and,
  After the immersion, rotating the cooling body around a horizontal axis and adjusting the posture of the cooling body supported by the support substrate so that the sheet generation surface is horizontal; andIt is a crystal sheet manufacturing method characterized by including these.
[0026]
  According to the present invention,The cooling body is supported in a state where the sheet generation surface is disposed below,In the first step, the cooling body is positioned at a predetermined position on the crucible. In the next step, the sheet generation surface is held at an arbitrary angle. In the next step, the cooling body moves downward and is immersed in the melt. Is done. Of the plurality of cooling bodies, one cooling body descends from the top of the crucible and is immersed, whereby the area of the crucible opening can be reduced. Further, the sheet generation surface is held at an arbitrary angle and immersed in the melt, so that it can be immersed while suppressing fluctuation of the melt, and a good crystal sheet can be formed.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a crystal sheet manufacturing apparatus 1 of the present invention, and FIG. 2 shows a plan view of the crystal sheet manufacturing apparatus 1. The crystal sheet manufacturing apparatus 1 has a furnace wall 21 made of a heat insulating material, and a furnace surrounded by the furnace wall 21 is formed. The Si melt 22 is stored in the crucible 23 arranged in the furnace. The crystal sheet manufacturing apparatus 1 is an apparatus in which a cooling body 30 is immersed in the melt, and Si crystals are solidified and grown on the cooling body 30 to form a flat crystal sheet.
[0028]
Furthermore, the crystal sheet manufacturing apparatus 1 can perform four manufacturing processes. The first step is a storing step for sequentially storing the cooling body 30 outside the furnace in the furnace, the second step is a preheating step for preheating before forming the crystal sheet on the cooling body 30, and the third step is cooling. The forming process for forming the crystal sheet on the body 30 and the fourth process are taking-out processes in which the cooling body with the crystal sheet on which the crystal sheet is formed is sequentially taken out from the furnace, and the crystal sheet and the cooling body 30 are separated.
[0029]
The crystal sheet manufacturing apparatus 1 includes a manufacturing apparatus main body 110 that conveys the cooling body 30 in the furnace. The manufacturing apparatus main body 110 includes a horizontal moving unit that moves the cooling body 30 in the horizontal direction, and an upper and lower direction that moves the cooling body 30 in the vertical direction. It comprises moving means and rotating means for rotating around a horizontal axis, and these are controlled by control means (not shown).
[0030]
As shown in FIG. 1, the manufacturing apparatus main body 110 includes a rotary substrate 2 that fixes a vertical rotary shaft 4 inside a furnace wall 21 that is made of a heat insulating material, and an upper portion that is integrally fixed to the rotary substrate 2. The rotation side plate 3 and the lower rotation side plate 3-2 are disposed. The vertical rotating shaft 4 is held by a bearing 7 in the bearing substrate 5. The driving force of the main body drive motor 6 is transmitted from the gear 8-1 directly connected to the shaft of the main body drive motor 6 to the gear 8-2. The gear 8-2 is coaxially fixed to the vertical rotation shaft 4. The rotating substrate 2, the upper rotating side plate 3 and the lower rotating side plate 3-2 are integrally rolled around the vertical rotating shaft 4 by the rotation operation of the main body driving motor 6, and are divided by 90 ° positions (cooling) shown in FIG. Stop at the body 30-1, 30-2, 30-3, 30-4). Solidification growth of metal or semiconductor (Si in this embodiment) is performed at the position of the cooling body 30-1 shown in the drawing.
[0031]
FIG. 3 is a perspective view of the cooling body 30 and the support substrate 31 fixed integrally with the cooling body 30. The vertical plate surface formed in the support substrate 31 is provided with a rotation shaft hole 29h and a pair of attachment holes 29h1. A support substrate 31 is provided on one surface in the thickness direction of the cooling body 30, and a sheet generation surface 30a is formed on the other surface in the thickness direction. The sheet generation surface 30a is disposed below in a state of being attached to the manufacturing apparatus main body 110, and is immersed in the melt, whereby a crystal sheet is formed on the sheet generation surface.
[0032]
As an example of the material of the cooling body 30, a graphite material having excellent heat resistance is used, but the melting point is higher than the temperature of the Si melt 22 shown in the example of the present invention, and the reactivity with the melt is high. A material suitable for the melt material can be selected from small silicon carbide, quartz, silicon nitride, alumina, zirconium oxide and the like.
[0033]
As shown in FIG. 1, Si in the crucible 23 is heated and melted by an induction heating device 39. The crucible 23 is driven and positioned in the vertical direction for the purpose of controlling the melt surface height of the Si melt 22 by driving the crucible moving motor 26. The cooling body 30 is attached to the link mechanism portion, and the immersion angle in the Si melt 22 and the pulling angle of the Si melt 22 can be adjusted by the horizontal drive shaft 13. The horizontal rotating shaft 13 is coupled to the shaft 11 of the rotating cylinder 10-1 by a coupling 12. The rotary cylinder 10-1 is a rotational drive source and is fixed to the mounting plate 91. The mounting plate 91 is fixed to the sliding inner bracket 14-1, and the sliding outer bracket 14-2 is attached to the sliding inner bracket 14-1. The upper rotating side plate 3 is slidably held by the sliding inner fitting 14-1 and the sliding outer fitting 14-2.
[0034]
A cooling member 9-1 is tightly fixed to the upper rotating side plate 3, and a cooling water passage is provided inside the cooling member 9-1. A cooling pipe 96 is provided from the vertical rotary shaft 4, and a branch pipe 97 is provided. The cooling water is supplied to the cooling members 9-1, 9-2, and 9-3 to cool the peripheral components. The series of structural parts of the cooling body 30, the rotary link mechanism, and the rotary cylinder 12 described above are provided in four blocks, that is, four places, as shown in FIG.
[0035]
Specific examples of the rotation and vertical movement of the cooling body 30 will be described with reference to FIGS. 4, 5, and 6. As shown in FIG. 6, by fitting the pin 29 </ b> P <b> 1 provided on the link 17-2 into the mounting hole 29 h <b> 1 of the support substrate 31 fixed integrally with the cooling body 30, the cooling body 30 and the support substrate 31 are connected. The formed cooling body part is attached to the manufacturing apparatus main body 110.
[0036]
As shown in FIGS. 4 and 5, the link 17-2 and the link 17-1 and the link 18-1 and the link 18-2 have the same shape, and are rotated by the pin 39-1 and the pin 39-2. They are connected so as to form a parallel link structure. A horizontal rotating shaft 13 is fixed at the center of the link 17-1, and the link 17-1 is rotationally driven by the rotating cylinder 10-1. In order to prevent the link mechanism portion from moving from side to side, the pin 29P0 attached to the center of the link 17-2 is held by the holding metal fitting 28. The holding metal fitting 28 is fixed to the link holding substrate 15. A bearing 16 (FIG. 1) connected to the link 17-1 of the horizontal rotating shaft 13 is provided on the link holding substrate 15. As a result, the cooling body 30 attached to the link 17-2 rotates around the axis 29 of the rotation shaft hole 29 h of the support substrate 31. Therefore, the rotation center axis 29 of the cooling body 30 is formed in parallel to the sheet generation surface 30a.
[0037]
The link holding substrate 15 is connected and fixed to the link holding side plate 15-2 shown in FIG. 1, and the link holding side plate 15-2 moves up and down by driving the upper and lower cylinders 19-1. Will do. The link holding side plate 15-2 can be linearly moved in the vertical direction by the sliding shaft 20-1. The rotary substrate 3 is provided with guide bearings for the upper and lower cylinders 19-1 and the slide shaft 20-1. Below the link mechanism, a crucible 23, a crucible receptacle 24 and a crucible substrate 25 are provided independently of the link mechanism.
[0038]
Therefore, the cooling member 30 can be horizontally moved around the vertical rotation shaft 4 by the main body drive motor 6 which is a horizontal movement means, and can be rotated around the horizontal axis by the rotary cylinder 10 and the link mechanism portion which are rotation means. It can be moved in the vertical direction by the vertical cylinder 19 which is the vertical movement means.
[0039]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a process in which the cooling body 30 is immersed in the melt. As shown in FIG. 7 (1), the cooling body 30 is at a position deviated from above the crucible 23 in which the Si melt 22 is stored. Next, as shown in FIG. 7 (2), the cooling body 30 moves horizontally on the crucible 23, and then rotates around the horizontal rotation axis 29 of the support substrate 31 in one direction J at a necessary penetration angle (FIG. 7). Now rotate clockwise) and hold that posture. The horizontal movement and rotation of the cooling body 30 may be performed in parallel. The cooling body 30 is lowered while the cooling body 30 shown in FIG.
[0040]
Next, as shown in FIG. 7 (3), the edge 30 </ b> E <b> 1 of the cooling body 30 is immersed in the Si melt 22 in the crucible 23. At the time of this immersion, it is desirable to move so as to suppress shaking of the Si melt. In FIG. 7 (4), the inclined cooling body 30 in the immersed state is rotated around the rotation axis 29 in the other direction K (counterclockwise in FIG. 7) and parallel to the surface of the Si melt 22. Therefore, the sheet generation surface 30a is made horizontal. Next, the time for holding the sheet generation surface 30a horizontally is adjusted according to the Si plate thickness to be grown.
[0041]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a process in which the cooling body 30 is drawn out from the melt. In FIG. 8A, the cooling body 30 is rotated around the rotation axis 29 in the other direction K, and the Si melt 22 is pulled up from the upper surface from the edge portion 30 </ b> E <b> 1 of the cooling body 30. At this time, while the cooling body 30 rotates around the rotation axis 29 of the support substrate 31, the upward movement of the cooling body 30 also proceeds in parallel. The cooling body 30 rotates to the set pulling angle α3. In addition, after rotating the cooling body 30, you may move upward.
[0042]
As shown in FIG. 8 (2), after rotating and raising to the set pulling angle α3, the cooling body 30 is pulled upward from the Si melt 22 as shown in FIG. 8 (3). At the end of this step, as shown in FIG. 8 (4), the upper part of the crucible 23 is moved horizontally and stopped at a predetermined position. Immediately after this, the cooling body 30 rotates around one direction J (clockwise in FIG. 8) around the horizontal rotation axis 29 and is held horizontally. The horizontal movement and rotation of the cooling body 30 may be performed in parallel. Alternatively, the rotation may be performed horizontally after completing the rotation.
[0043]
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the relationship between the cooling body 30 and the crucible 23 when the embodiment of the present invention described in FIGS. 7 and 8 is used. In FIG. 9, the cooling body 30 of the present invention rotates around a rotation axis 29 on a support substrate 31 fixed integrally to the cooling body 30. When the dimension r1 from the rotation axis 29 to the lower surface of the cooling body 30 and hence the sheet generation surface 30a is 45 mm and the cooling body width B1 is 150 mm, the outermost peripheral rotation radius r2 around which the cooling body 30 rotates is 87.5 mm. The outermost peripheral rotation diameter d is 175 mm. If the clearance c between the inner wall of one end of the crucible and the outermost peripheral rotation diameter d is 15 mm, the crucible dimension W1 is 205 mm. This requires 261 mm in the prior art, but can be downsized to about 78% in dimension ratio.
[0044]
In FIG. 2, the cooling body 30-1 at the first block position is the second block around the vertical rotation axis 4 in a state where the generated Si sheet is attached to the cooling body 30-1 after the Si sheet is generated. It rotates to the cooling body 30-2 at the position. The take-out device 41 shielded by the door 37-1 is provided outside the furnace wall 21 facing the cooling body 30-2, and the inside of the take-out device 41 is filled with the same gas as the inside of the furnace wall 21. Yes. The door 37-1 of the take-out device 41 is opened, the separation table 42 slides on the slide rail 46 by the cylinder 47 from the window 36-1 of the furnace wall 21, and moves to the lower surface of the cooling body 30-2. Next, after the cooling body 30-2 is lowered by the upper and lower cylinders 19-2 and lowered onto the surface of the separation table 42, the block 43 is moved to the block 44 side by the cylinder 45, and the cooling body 30-2 is held and fixed. . By moving the gripped and fixed cooling body 30-2 into the take-out device 41 by the cylinder 47, the cooling body 30-2 fixed integrally with the support fixing plate 31-2 is separated from the link mechanism section. Therefore, the crystal sheet manufacturing apparatus 1 has the take-out device 41 as take-out means.
[0045]
After this separation and transfer is completed, the door 37-1 is closed. The sheet-mounted cooling body 30-2 transferred to the take-out device 41 is transferred to the slow cooling device 50 that is a slow cooling means in a separate chamber partitioned by the shutter 49. About this transfer, it mounts on the conveyor 51-1 in the slow cooling apparatus 50 by a protrusion system, a grip transfer, etc. (illustration omitted).
[0046]
Within the slow cooling device 50, the conveyor 51-1 advances in the JJ direction and gradually decreases to the required temperature. When the cooling is completed to the required temperature, it is transferred and fixed from the slow cooling device 50 to the blocks 60-1 and 60-2 of the sheet separating device 60, and separated and separated by a vacuum pad 61 as a separating means. A series of operations in the extraction process can be performed independently of processes performed at other block positions.
[0047]
The operation after the mechanism part with the cooling body part removed rotates to the next third block position will be described with reference to FIG. At the third block position, a mounting step of mounting the cooling body 30-3 integral with the support substrate 31-3 on the link mechanism unit is performed. FIG. 2 shows a situation after the mounting of the cooling body 30-3 is completed. The conveyor 51-2 is transported in the KK direction by the loader device 80 that stocks and transports the cooling body 30-3. The shutter 79 between the loader device 80 and the mounting device 71 is opened, and is transferred to the mounting table 72 by a separate transfer feeding device (not shown), and the cooling body is mounted on the block 73 and the block 74 using the cylinder 75. Fix it.
[0048]
With the mounting device 71 as mounting means, the door 37-2 is opened, and the table to which the cooling body 30-3 is fixed by the cylinder 77 is moved below the link mechanism in the furnace. A link pin (corresponding to 29P1 in FIG. 6) is inserted into two holes (corresponding to 29h1 in FIG. 6) provided in the support substrate 31-3 integral with the cooling body 30-3, and at the same time, the block 75 is blocked by the cylinder 75. Retreats and the grip with the block 74 is canceled. Thereafter, the link mechanism unit integrated with the cooling body 30-3 is raised by the upper and lower cylinders 19-3, the mounting table 72 is retracted into the loader device 80, the door 37-2 is closed, and the mounting operation is completed. The series of mounting steps at the third block position can be performed independently of the steps performed at other block positions.
[0049]
The cooling body 30-3 and the support substrate 31-3 mounted at the third block position are moved to the next fourth block position, stopped after positioning, and then spared by the induction heating device 34 serving as preheating means. Heated. In this step, heating is performed at a temperature equal to or lower than the temperature of the next Si melt 22. The end of the main heating is best just before the transfer to the next process for generating the crystal sheet.
[0050]
In FIG. 1, in order to prevent the temperature of the mechanism portion from rising due to the radiant heat of the Si melt 22 in the crucible 23, a heat insulating structure described below is provided.
[0051]
By the link holding substrate 15, the horizontal rotating shaft 13, the link holding side plate 15-2, the upper rotating side plate 3, and the sliding metal fitting 14-2 are insulated and protected. The uppermost portion 97 partitioned by the upper rotating side plate 3 includes upper and lower cylinders 19-1 (19-2, 19-3, 19-4) and a guide shaft 20-1 (20-2, 20-3, 20-4). Is insulated and protected. In the central portion 96 partitioned by the upper rotating side plate 3, the rotating cylinder 10-1 (10-2, 10-3, 10-4), the mounting bracket 91, and the coupling 11 are insulated and protected. In the drive space 95 partitioned by the lower rotary side plate 3-2, the main body drive motor 6, the gear 8-1, the gear 8-2, the vertical rotary shaft 4, the bearing 7 and the bearing substrate 5 are protected against heat.
[0052]
【The invention's effect】
  According to the present invention,coldThe sheet generation side of the rejectionPlace it below for a certain timeBy immersing in the melt, the crystal of the melt solidifies and grows on the sheet generation surface, so that a crystal sheet corresponding to the sheet generation surface can be generated. In addition, since the crystal sheet manufacturing apparatus can displace the cooling body in the horizontal direction, the vertical direction, and the rotation direction around the horizontal rotation center axis, the cooling body can be immersed in the crucible from an arbitrary posture and an arbitrary direction. Can do. Therefore, since only one cooling body descends from the crucible and is immersed in the crucible among the plurality of cooling bodies, the remaining cooling body can be prevented from coming into contact with the crucible. Can be miniaturized. Moreover, the arrangement of the crucible can be set at an arbitrary position in the horizontal direction as compared with the conventional apparatus. Therefore, maintainability is improved by reducing the size of the crucible, and the production cost can be reduced.
[0053]
Further, the rotating body can immerse the cooling body while suppressing the fluctuation of the melt, and can suppress the dripping of the melt that occurs when the cooling body is pulled up. Thereby, a good crystal sheet can be formed, and the quality of the crystal sheet can be improved.
[0054]
Further, according to the present invention, when the cooling body rotates around the rotation center axis and is disposed at the lowermost position, the sheet generating surface of the cooling body is disposed at a position parallel to the liquid level of the melt filled in the crucible. Can do.
[0055]
Further, according to the present invention, since the cooling means is controlled by the horizontal movement means, the vertical movement means, and the rotation means, the posture adjustment and the vertical movement of the cooling body are performed on the crucible. It can be displaced around and adjusted and placed in complex posture positions.
[0058]
  Also according to the invention,The cooling body is supported in a state where the sheet generation surface is disposed below,In the first step, the cooling body is positioned at a predetermined position on the crucible. In the next step, the sheet generation surface is held at an arbitrary angle. In the next step, the cooling body moves downward and is immersed in the melt. Is done. Of the plurality of cooling bodies, one cooling body descends from the upper part of the crucible and is immersed, whereby the remaining cooling body can be prevented from coming into contact with the crucible and the area of the crucible opening can be reduced. Further, the sheet generation surface is held at an arbitrary angle and immersed in the melt, so that it can be immersed while suppressing fluctuation of the melt, and a good crystal sheet can be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a crystal sheet manufacturing apparatus 1 of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing the crystal sheet manufacturing apparatus 1 of the present invention.
3 is a perspective view showing a cooling body 30 and a support substrate 31. FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which a cooling body 30 is held in a horizontal position.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which a cooling body 30 is held at an inclined position.
FIG. 6 is a side view showing a cooling body 30 and a link 17-2.
7 is a partial cross-sectional view showing a mechanism for lowering and rotating the cooling body 30. FIG.
8 is a partial cross-sectional view showing a mechanism for raising and rotating the cooling body 30. FIG.
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the rotation operation of the cooling body 30;
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a conventional device 100 in which a cooling body 93 is attached to the surface of a rotating body.
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining a rotation operation of a conventional cooling body 93.
[Explanation of symbols]
1 Crystal sheet manufacturing equipment
2 Rotating substrate
3, 3-2 Rotating side plate
4 Vertical rotation axis
5 Bearing substrate
6 Body drive motor
7 Bearing
8-1, 8-2 Gear
10, 10-1, 10-2, 10-3 Rotating cylinder
12 Coupling
13 Horizontal rotation axis
17-1, 17-2 links
18-1, 18-2 link
19 cylinders
21 Furnace wall
22 Si melt
23 crucible
24 crucible holder
30, 30-1, 30-2, 30-3, 30-4 Cooling product
31, 31-3 Support substrate
30a Sheet generation surface
34 Induction heating device
41 Unloader
42 separation table
43, 44, 73, 74 blocks
60 Sheet separator
71 Mounting device
80 Loader device

Claims (4)

金属もしくは半導体材料の融液を坩堝に貯留し、冷却体を融液内に浸漬し、金属もしくは半導体材料を前記冷却体の一表面であるシート生成面で凝固成長させる結晶シート製造装置であって、
冷却体を、シート生成面が下方に配置される状態で、前記シート生成面の反対側の面で支持する支持基板と、
支持基板に支持される冷却体を、坩堝上に水平方向に移動させる水平移動手段と、
支持基板に支持される冷却体を、上下方向に移動させる上下移動手段と、
支持基板に支持される冷却体を、前記支持基板上の水平な回転中心軸線まわりに回転させる回転手段と、
前記水平移動手段、前記上下移動手段および回転手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記上下移動手段および前記回転手段を用いて、前記冷却体の姿勢を任意の角度で融液内に一定時間浸漬させ、融液中に浸漬された状態の冷却体を前記回転中心軸線まわりに回転させることを特徴とする結晶シート製造装置。A crystal sheet manufacturing apparatus that stores a melt of metal or semiconductor material in a crucible, immerses a cooling body in the melt, and solidifies and grows the metal or semiconductor material on a sheet generation surface that is one surface of the cooling body. ,
A support substrate that supports the cooling body on a surface opposite to the sheet generation surface in a state where the sheet generation surface is disposed below;
Horizontal moving means for moving the cooling body supported by the support substrate horizontally on the crucible;
A vertical movement means for moving the cooling body supported by the support substrate in the vertical direction;
The cooling body supported by the supporting substrate, and rotating means for rotating around a horizontal rotation center axis on said supporting substrate,
Control means for controlling the horizontal movement means, the vertical movement means and the rotation means,
The control means uses the up-and-down moving means and the rotating means to immerse the cooling body in an arbitrary angle in the melt for a predetermined time, and rotate the cooling body in a state immersed in the melt. A crystal sheet manufacturing apparatus that rotates around a central axis . 前記冷却体の回転中心軸は、冷却体のシート生成面に平行であ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。  The crystal sheet manufacturing apparatus according to claim 1, wherein a rotation center axis of the cooling body is parallel to a sheet generation surface of the cooling body. 前記冷却体の姿勢調整および上下動作を前記坩堝上で行わせる制御手段を有す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。Crystal sheet manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the control means for causing the attitude adjustment and down movement of the cooling body on the crucible. 金属もしくは半導体材料の融液を坩堝に貯留し、冷却体を融液内に浸漬し、金属もしくは半導体材料を前記冷却体の一表面であるシート生成面で凝固成長させる結晶シート製造方法であって、
冷却体を、シート生成面が下方に配置される状態で、前記シート生成面の反対側の面で支持する支持基板に支持させ、支持基板に支持される冷却体を水平方向に移動させて坩堝上に位置決めするステップと、
坩堝上の位置で、支持基板に支持される冷却体を、前記支持基板上の水平な軸まわりに回転させて、シート生成面が融液面に対して傾斜するように、冷却体の姿勢を調整するステップと、
シート生成面が融液面に対して傾斜する姿勢で、支持基板に支持される冷却体を下降させて融液に一定時間浸漬するステップと、
浸漬後に、冷却体を水平な軸まわりに回転させて、シート生成面が水平になるように、支持基板に支持される冷却体の姿勢を調整するステップとを含むことを特徴とする結晶シート製造方法。 A crystal sheet manufacturing method in which a melt of a metal or a semiconductor material is stored in a crucible, a cooling body is immersed in the melt, and a metal or a semiconductor material is solidified and grown on a sheet generation surface that is one surface of the cooling body. ,
The cooling body is supported by a support substrate that is supported on a surface opposite to the sheet generation surface in a state where the sheet generation surface is disposed below, and the cooling body supported by the support substrate is moved in the horizontal direction to move the crucible. Positioning on,
At a position on the crucible, the cooling body supported by the support substrate is rotated about a horizontal axis on the support substrate, and the posture of the cooling body is set so that the sheet generation surface is inclined with respect to the melt surface. Adjusting steps,
The sheet generating surface is inclined with respect to the melt surface, and the cooling body supported by the support substrate is lowered and immersed in the melt for a certain period of time;
After immersion, by rotating the cooling body about a horizontal axis, so that the sheet product surface is horizontal, crystal you; and a step of adjusting the posture of the cooling body supported by the support substrate Sheet manufacturing method .
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