JP4073941B2 - 固相シート成長用基体および固相シートの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、固相シート成長用基体および固相シートの製造方法に関し、特に、融液を材料として固相シートを形成するための固相シート成長用基体および固相シートの製造方法に関するものである。
近年、固相シート成長用基体を半導体材料もしくは金属材料の融液に浸漬し、固相シート成長用基体の表面に固相シートを形成する方法が開発されている（例えば、特許文献１、２）。この方法では、一定間隔で配置された複数の固相シート成長用基体が連続的に坩堝中の融液に浸漬される。例えば、固相シートとして太陽電池に用いられる多結晶シリコンシートを製造する場合、不活性雰囲気中で、坩堝内において、リンまたはボロンなどのドーパントを添加した高純度シリコン材料が加熱溶解された融液に浸漬される。これにより、固相シート成長用基体の表面に多結晶シリコンシートが形成される。形成された多結晶シリコンシートは、固相シート成長用基体より剥離され、所望のサイズにレーザーもしくはダイサーなどで切断され、太陽電池用ウェハとされる。
図１６は、特開２００２−２３７４６５号公報（特許文献１）において開示された従来の固相シート成長用基体を概略的に示す斜視図である。図１６を参照して、固相シート成長用基体１００の図中上面には周縁溝１０が形成されている。さらに、図中、左右の側面にも切り欠き溝１７０が形成されている。この構成により、周縁溝１０の外側の周辺部１２が２つのコの字型部分に分割されることになる。
図１７は、国際公開第０４／０１６８３６号パンフレット（特許文献２）に開示された従来の基板（固相シート成長用基体）を概略的に示す斜視図である。また、図１８は、シリコンが基板（固相シート成長用基体）の表面に形成された状態における、図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿った断面図である。
図１７を参照して、基板第一面１３５Ａおよび第二面１３６Ａには堀構造Ｆ１３が形成されている。この堀構造Ｆ１３は、板状シリコンの主として製品として用いる部分から、周縁部分１３５ａ、１３６ａに成長したシリコンを分離するものである。シリコン融液と基板Ｃ１３（固相シート成長用基体）との表面張力は大きいため、シリコン融液は基板第一面１３５Ａおよび周縁部分１３５ａと接触するが、堀構造Ｆ１３とは接触しない。そのために、図１８に示すように、基板第一面１３５Ａの表面で結晶成長した板状シリコン１３１Ａと周縁部分１３５ａの表面で結晶成長したシリコンとは堀構造Ｆ１３を挟んで分離される。
また、基板Ｃ１３（固相シート成長用基体）には、基板第三面１３８Ａが形成されている。基板第一面１３５Ａと基板第二面１３６Ａと基板第三面１３８Ａとの三面構造により、形成されたシリコンが基板Ｃ１３（固相シート成長用基体）に係合される。
特開２００２−２３７４６５号公報（第７図）
国際公開第０４／０１６８３６号パンフレット（第１３図）
しかし、上述した特開２００２−２３７４６５号公報で開示されているような切り欠き溝１７０を有する固相シート成長用基体１００を検討したところ、図１６の三叉部３０においてシリコン融液と固相シート成長用基体１００との間の表面張力の作用が弱くなり、周縁溝１０内にシリコン融液が入り込む可能性があることが分かった。周縁溝１０内に入り込んだシリコン融液は、凝固することで、周縁溝１０の効果を喪失させる。このため、製品となるシリコンシートの縁にバリが生じたり、膜厚分布が悪くなったり、シリコンシートに亀裂が入ったりする。よって、シリコンシートの再生産が必要となり、生産効率が低下し、製品コストが上昇するという問題がある。
また、上述した国際公開第０４／０１６８３６号パンフレットで開示されているような基板Ｃ１３（固相シート成長用基体）についても検討をおこなった。この基板Ｃ１３（固相シート成長用基体）を用いた板状の多結晶シリコンの製造方法は、堀構造Ｆ１３に囲まれた製品が形成される部分と、堀構造Ｆ１３の外側の部分である周縁部分１３５ａとを高純度シリコン融液に浸漬させ、堀構造Ｆ１３に囲まれた部分に板状の多結晶シリコンを形成する方法である。この際、周縁部分１３５ａにも多結晶シリコンが形成されることとなる。また、図１８に示すように、図中、側面においても、基板Ｃ１３（固相シート成長用基体）が融液へ浸漬された深さと同等分だけシリコンが延びることとなる。
この周縁部分１３５ａに形成された多結晶シリコンは、基板Ｃ１３（固相シート成長用基体）が融液から離脱すると同時に熱収縮を開始する。周縁部分１３５ａに形成された多結晶シリコンは基板Ｃ１３（固相シート成長用基体）の側面部分に形成された多結晶シリコンと一体となっているため、熱収縮による変形が基板Ｃ１３（固相シート成長用基体）側面において阻害される。熱収縮による変形が阻害された周縁部分１３５ａに形成された多結晶シリコンには応力が加わる。この応力は、やがてシリコンの破断応力に達し、基板Ｃ１３（固相シート成長用基体）の周縁部分１３５ａから脱落することとなる。この脱落した多結晶シリコンは、坩堝中の融液中、もしくは坩堝外へ落下することとなる。
シリコン融液中に落下した多結晶シリコンは十分に時間が経てば再溶融することとなるが、この落下した多結晶シリコンの再溶融を長時間待つことにより、生産効率が低下してしまい、製品コストが上昇するという問題がある。
また、再溶融が不十分な状態で次の基板Ｃ１３（固相シート成長用基体）の浸漬が行なわれると、融液中に浮遊している多結晶シリコンが基板Ｃ１３（固相シート成長用基体）と坩堝との間に挟まれ、基板Ｃ１３（固相シート成長用基体）または基板Ｃ１３（固相シート成長用基体）を融液に浸漬させるための浸漬機構が損傷するおそれがあるという問題がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、生産効率が高く、製造装置の破損のおそれの少ない固相シートの製造方法およびそれに用いる固相シート成長用基体を提供することである。
本発明の固相シート成長用基体は、主面と、主面を取り囲む側面とを有している。主面は周縁溝によって周縁溝より外側の周辺部と前記周縁溝より内側の内側部とに区画され、周辺部の側面には周縁溝から分離された複数のスリット溝が形成され、複数のスリット溝のうち互いに隣り合うスリット溝の間に位置する側面の部分が平坦面である。
本発明の固相シート成長用基体によれば、固相シート成長用基体の側面にはスリット溝が形成されている。このため、坩堝中の融液への脱落物にもスリット部が形成される。この脱落物は、融液中でスリット部から優先的に溶け、速やかに小片化される。よって、固相シート成長用基体と坩堝との間に脱落物が挟まるおそれが低減され、製造装置の破損を防止することができる。
また、大きな塊状の場合と比して、小片化された脱落物は速やかに完全溶融するので、再溶融の待ち時間が短縮化される。このため、複数の固相シート成長用基体を坩堝内の融液に浸漬させていく間隔を短くすることができる。よって、固相シートの生産効率を向上することができる。
本発明の固相シート成長用基体によれば、スリット溝は周縁溝から分離されている。このため、融液の表面張力が不足すると考えられるスリット溝と周縁溝とが合わさった部分が存在しない。よって、表面張力の不足を原因としてスリット溝や周縁溝に融液が侵入することを防止することができる。
上記の固相シート成長用基体において好ましくは、周辺部に形成される固相シートと、内側部に形成される固相シートとが周縁溝に沿って分離して形成されるように周縁溝が設けられている。
またスリット溝の幅が１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
またスリット溝の幅が１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
スリット溝の幅が１ｍｍ以上であることにより、固相シート成長用基体が半導体の固相シートの製造に用いられた場合、スリット溝をブリッジするように固相シートが成長することが抑制される。また、スリット溝の幅が５ｍｍ以下であることにより、スリット溝内に材料融液が入り込んでスリット溝を埋めてしまうことが抑制される。
上記の固相シート成長用基体において好ましくは、スリット溝の深さが１ｍｍ以上である。
このため、固相シート成長用基体が半導体の固相シートの製造に用いられた場合、融液がスリット溝内で固相シート成長用基体と接触して成長してしまうことが抑制される。
上記の固相シート成長用基体において好ましくは、スリット溝を複数個有し、隣り合うスリット溝の間隔が１ｍｍ以上である。
このため、固相シート成長用基体１００が半導体の固相シートの製造に用いられた場合、固相シート成長用基体１００の破損を防止することができる。
本発明の固相シートの製造方法は、上記の固相シート成長用基体を融液に浸漬させ、融液を材料として固相シート成長用基体の主面に固相シートを成長させる。
本発明の固相シートの製造方法によれば、上述した本発明の固相シート成長用基体の効果と共に固相シートを製造することができる。
上記の固相シートの製造方法において好ましくは、固相シート成長用基体を融液に浸漬させる際に、スリット溝の一部分が浸漬され、スリット溝の一部分が浸漬されない。
このため、上述した脱落物に、固相シート成長用基体が浸漬された深さ以上の長さのスリット部を形成することができる。よって、脱落物に十分な長さのスリット状の分割がなされる。
上記の固相シートの製造方法において好ましくは、固相シート成長用基体がスリット溝を複数個有し、坩堝の内部に融液が入れられており、固相シート成長用基体が坩堝の内壁からスリット溝の間隔よりも長い距離を保って浸漬される。
このため、坩堝内でスリット部が優先的に溶融して小片化した脱落物が、固相シート成長用基体と坩堝との間に挟まれることがない。
上記の固相シートの製造方法において好ましくは、製造される固相シートが半導体である。
このため、半導体固相シートを、高い生産効率で、製造装置の破損を抑制しつつ、製造することができる。
以上説明したように、本発明によれば、固相シート成長用基体の周辺部の側面に周縁溝と分離したスリット溝が形成されているため、固相シートの生産効率を向上し、固相シートの製造装置の破損を防止することができる。
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
最初に、本発明の一実施の形態の固相シート成長用基体の構成について、図に基づいて説明する。
最初に、本発明の一実施の形態の固相シート成長用基体の構成について、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態における固相シート成長用基体の構成を概略的に示す斜視図である。図１を参照して、固相シート成長用基体１００の主面１の縁部分の近傍には周縁溝１０Ａが形成されている。この周縁溝１０Ａにより、主面１は内側部１１と周辺部１２とに区画されている。内側部１１は、周縁溝１０Ａより内側に位置し、製品となる固相シートが形成される領域であり、主面１の面積の大部分を占めている。周辺部１２は、周縁溝１０Ａの外側に位置し、内側部１１の例えば３辺を取り囲むように位置している。主面１は側面２Ａ、２Ｂに取り囲まれている。ここで、側面２Ａは周辺部１２の側面であり、側面２Ｂは内側部１１の側面である。
主面１の周辺部１２の側面２Ａには、スリット溝２０が形成されている。このスリット溝２０は、周縁溝１０Ａから分離されて形成されている。すなわち、周縁溝１０Ａとスリット溝２０は、間隔ＥＳにより隔てられており、繋がっていない。
周辺部１２の側面２Ａと内側部１１の側面２Ｂとの境界部分には周縁溝１０Ｂが形成されている。周縁溝１０Ａと周縁溝１０Ｂとは連続的に形成されている。内側部の側面２Ｂには、内側部１１と分離された領域に形成された凹みである係合用凹部２９が形成されている。
スリット溝２０の幅ＳＷは、好ましくは１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。また、スリット溝２０の深さＳＤは、好ましくは１ｍｍ以上である。また、スリット溝２０は複数個存在することが好ましく、その際、隣り合うスリット溝２０の間隔ＳＳは１ｍｍ以上であることが好ましい。スリット溝２０の長さＳＬは、この固相シート成長用基体１００が固相シートの原料となる融液に浸漬される際の浸漬深さ以上であることが好ましい。
周縁溝１０Ａ、１０Ｂの幅ＥＷは、好ましくは１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。また、周縁溝１０Ａ、１０Ｂの深さＥＤは、好ましくは１ｍｍ以上である。
続いて、本発明の一実施の形態の固相シート成長用基体が備え付けられた固相シートの製造装置について、図に基づいて説明する。
図２は、本発明の一実施の形態における固相シート製造装置の構成を概略的に示す断面図である。図２を参照して、内部の雰囲気を制御することのできるチャンバ５０２内は、装置主室５１１と装置副室５０９とに、ゲートバルブ５１０を介して区画されている。また、装置副室５０９は、別のゲートバルブ５１０を介して外界とつながっており、ゲートバルブ５１０が開放されれば、固相シート成長用基体１００をチャンバ５０２に出し入れすることができる。装置副室５０９と装置主室５１１との間には、基体搬送用コンベア５０８が設置されており、固相シート成長用基体１００を搬送可能である。
基体搬送用コンベア５０８の装置主室５１１側端部において、固相シート成長用基体１００を着脱することのできる浸漬機構５０４が設けられている。この浸漬機構５０４は、固相シート成長用基体１００を吊設した状態で移動可能な機構である。この移動可能範囲内に、坩堝５０１が設置されている。この坩堝５０１には、坩堝５０１の内容物を加熱するための溶解用ヒーター５０３が設けられており、材料を加熱融解して融液５０６とすることができる。この融液５０６に、固相シート成長用基体１００の主面１が浸漬されることで、固相シート２００が成長する。
次に、本発明の一実施の形態の固相シートが製造される過程を、図３〜図１２を用いて説明する。
図３は、本発明の一実施の形態における固相シート成長用基体が融液に向かって進行していく様子を概略的に示す斜視図である。図３を参照して、固相シート成長用基体１００は、浸漬機構５０４に吊設された状態で坩堝５０１内の融液５０６に向かって、図中矢印方向に移動される。固相シート成長用基体１００の浸漬機構５０４に対する取り付け方向は、主面１が図中における下面（図示されていない側の面）となり、また係合用凹部２９が進行方向側となるようにされる。
図４は、本発明の一実施の形態における固相シート成長用基体が坩堝内を移動する軌跡を概略的に示す断面図である。図４を参照して、図中矢印で示すように、浸漬機構５０４および固相シート成長用基体１００が、坩堝５０１内を移動する。坩堝５０１内には、加熱溶融された固相シート材料の融液５０６が入れられている。固相シート成長用基体１００の移動に伴い、固相シート成長用基体１００の主面が、いったん融液５０６に浸漬された後、融液５０６から離脱される。
図５は、本発明の一実施の形態における固相シート成長用基体が最も深く融液に浸漬されたときの固相シート成長用基体の側面における固相シートの成長の様子を概略的に示す断面図である。図５を参照して、固相シート成長用基体１００が最も深く浸漬された状態においても、融液５０６の湯面はスリット溝２０の途中部分にある。すなわち、スリット溝２０の一部分が融液５０６に浸漬され、かつ一部分が融液５０６に浸漬されていない状態となる。
固相シート成長用基体１００が浸漬された部分において固相シート２００の成長が行なわれるが、スリット溝２０の部分には融液５０６に表面張力が作用して固相シート２００が成長しない。
図６は、本発明の一実施の形態における固相シート成長用基体の側面における固相シートの成長の様子を概略的に示す断面図である。図６を参照して、本発明の一実施の形態のスリット溝２０は周縁溝１０Ａと分離されて形成されている。
スリット溝２０の幅ＳＷおよび深さＳＤが適切である場合、スリット溝２０部分での固相シート２００の成長が、より確実に抑制される。この結果、固相シート２００はスリット溝２０で分断された状態で形成される。
スリット溝２０の幅ＳＷが広過ぎると、融液５０６と固相シート成長用基体１００との間の表面張力が不足する。その結果、融液５０６がスリット溝２０内に侵入してしまい、スリット溝２０を埋めるように固相シート２００が形成されてしまう。例えば、半導体材料の融液５０６が用いられる場合、融液５０６の表面張力が十分に作用するようにするためには、スリット溝２０の幅ＳＷは５ｍｍ以下であることが好ましい。
スリット溝２０の幅ＳＷが狭過ぎると、融液５０６の粘性のためにスリット溝２０を跨ぐ形で固相シート２００が成長し、スリット溝２０部分で固相シート２００が分割されなくなる部分が生じる。例えば、半導体材料の融液５０６が用いられる場合、スリット溝２０の幅ＳＷを１ｍｍ以上とすることで、この現象を抑制することができる。
上述した理由から、スリット溝２０の幅ＳＷは１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。また、この寸法範囲の中央値付近である３ｍｍ付近をスリット溝２０の幅ＳＷとすることにより、より安定的にスリット溝２０部分での固相の成長を抑制することができる。
スリット溝２０の深さＳＤが浅過ぎると、スリット溝２０に入り込んだ融液５０６がスリット溝２０の内壁と接触し、固相を形成してしまう。例えば半導体材料の融液５０６が用いられる場合、スリット溝２０の深さＳＤを１ｍｍ以上とすることで、この現象を抑制することができる。
複数のスリット溝２０の間隔ＳＳは、固相シート成長用基体１００と融液５０６との熱伝導の度合いに影響を及ぼす。スリット溝２０の間隔ＳＳが短過ぎると、側面２Ａにおいてスリット溝２０が形成されていない部分の面積が小さくなっていく。これにより、側面２Ａと融液５０６との接触面積が小さくなる。
融液５０６から固相が形成されるためには、固相シート成長用基体１００と融液５０６との間の十分な接触による熱伝導が必要となる。熱伝導が十分でなく、スリット溝２０の周辺部において固相が形成されない場合、スリット溝２０内への融液５０６の入り込みを防止するための表面張力が作用しないと考えられる。この結果、スリット溝２０内部で固相が形成される。このようにスリット溝２０内部で固相が形成される際、凝固膨張により固相の体積は融液５０６の体積よりも大きくなる。この結果、スリット溝２０を拡張する力が作用し、固相シート成長用基体１００の周辺部１２の破損が生じ得る。
複数のスリット溝２０の間隔ＳＳが１ｍｍ未満である場合、この破損現象が頻発することが実験により確かめられている。よって、複数のスリット溝２０の間隔ＳＳは１ｍｍ以上であることが好ましい。
なお、複数のスリット溝２０の間隔ＳＳについての望ましい上限値は、固相シート成長用基体１００が融液５０６に浸漬される際の固相シート成長用基体１００と坩堝５０１内壁との間隔以下とされることが好ましい。この詳細については後述する。
図７は、本発明の比較例における固相シート成長用基体の側面における固相シートの成長の様子を概略的に示す断面図である。図７を参照して、この比較例は、スリット溝２０の幅ＳＷが広過ぎるか深さＳＤが浅過ぎるか少なくともいずれかの場合の例である。スリット溝２０の幅ＳＷが広過ぎる場合、スリット溝２０部分における融液５０６と固相シート成長用基体１００との表面張力が不十分となり、スリット溝２０内部に融液５０６が侵入して固相が形成されている。スリット溝２０の深さＳＤが浅過ぎる場合、スリット溝２０に入り込んだ融液５０６がスリット溝２０の内壁と接触し、固相を形成してしまう。
図８は、本発明の一実施の形態における固相シート成長用基体が融液から脱出した直後の様子を概略的に示す上面図である。図８を参照して、図中の矢印は、固相シート成長用基体１００および浸漬機構５０４の移動方向を示している。
図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線での断面図であり、本発明の一実施の形態における固相シート成長用基体が融液から脱出した直後の様子を概略的に示す断面図である。図９を参照して、浸漬機構５０４の斜め上方への動き（図中、左上方に向かう実線矢印）に伴い、固相シート成長用基体１００は融液５０６から離脱する。すると、固相シート成長用基体１００の表面に形成された固相シート２００は、周囲の雰囲気により急速に冷却される。固相シート２００の主要部分に関しては、図中の白抜き矢印のように熱収縮が生じるが、右側端部が拘束されていないため、熱応力が緩和される。また、固相シート２００は、係合用凹部２９で固相シート成長用基体１００と係合しているため、重力により落下することが防止される。固相シート成長用基体１００の周辺部１２および周辺部１２の側面２Ａに形成された固相物は、このような係合部分が存在しないため、熱収縮の際に、坩堝５０１内の融液５０６中に脱落物２０１として落下する。この脱落物２０１についての詳細は後述する。
図１０は、本発明の比較例における固相シート成長用基体が融液から脱出した直後の様子を概略的に示す断面図であり、その断面位置は、図９と同様である。図１０を参照して、周縁溝１０Ａの幅ＥＷが広過ぎる場合、融液５０６と固相シート成長用基体１００との間の表面張力が不足する。その結果、融液５０６が周縁溝１０Ａ内に侵入してしまい、周縁溝１０Ａを埋めるように固相が形成されてしまう。この場合、図９に示す本発明の一実施の形態の場合と異なり、固相シート２００の一方端部が係合用凹部２９に拘束され、他方端部が周縁溝１０Ａに拘束された状態となる。このように両端が拘束された状態で、図１０に示す白抜き矢印のように熱応力が加わると、急速冷却された際の熱応力が緩和されないため、固相シート成長用基体１００の内側部１１に形成された固相シート２００が破損する。
図１１は、図８のＸＩ−ＸＩ線での断面図であり、本発明の一実施の形態における固相シート成長用基体が融液から脱出した直後の様子を概略的に示す断面図である。図１１を参照して、固相シート成長用基体１００の表面に形成された固相シート２００は、周囲の雰囲気により急速に冷却される。固相シート２００の主要部分に関しては、図中の白抜き矢印のように熱収縮が生じ熱応力が緩和されるが、図９において説明したように固相シート２００が係合用凹部２９にて係合されているため落下しない。周縁溝１０Ａの外側の周辺部１２に形成された固相物は、このように係合されていないため、熱収縮時に、脱落物２０１として融液５０６へと落下する。この脱落物２０１の詳細については後述する。
図１２は、本発明の比較例における固相シート成長用基体が融液から脱出した直後の様子を概略的に示す断面図であり、その断面位置は、図１１と同様である。図１２を参照して、周縁溝１０Ａの幅ＥＷが広すぎる場合、融液５０６と固相シート成長用基体１００との間の表面張力が不足する。その結果、融液５０６が周縁溝１０Ａ内に侵入してしまい、周縁溝１０Ａを埋めるように固相が形成されてしまう。この場合、図１１に示す本発明の一実施の形態の場合と異なり、固相シート２００の両端が周縁溝１０Ａに拘束された状態となる。このように両端が拘束された状態で、図１２に示す白抜き矢印のように熱応力が加わると、急速冷却された際の熱応力が緩和されないため、固相シート成長用基体１００の内側部１１に形成された固相シート２００が破損する。
図９に示すように浸漬機構５０４により融液５０６から引き上げられた固相シート成長用基体１００は、図２で説明した基体搬送用コンベア５０８により装置副室５０９へと搬送される。この際、装置副室５０９と装置主室５１１との間のゲートバルブ５１０は開放された状態である。続いてこのゲートバルブ５１０を閉じた後に、必要に応じて装置副室５０９内の雰囲気の置換を行なった後に装置副室５０９と外界とを隔てるゲートバルブ５１０を開放し、固相シート成長用基体１００を外界に取り出す。取り出された固相シート成長用基体１００の内側部１１の表面に形成された固相シート２００が剥離され、必要に応じて切断され、製品として用いられる。
次に、前述した製造過程における脱落物２０１の詳細に関して、図１３を用いて詳述する。図１３は、本発明の一実施の形態における脱落物を概略的に示す斜視図である。図１３を参照して、固相シート成長用基体１００のスリット溝２０が形成されている位置に対応して、脱落した固相シート２００にもスリット部２１が形成されている。また、スリット部２１のスリットの幅は、おおよそスリット溝２０の幅ＳＷに等しくなる。この脱落物２０１はスリット部２１において幅が細くなっていて強度が弱い。このため、脱落物２０１は、固相シート成長用基体１００の周辺部１２から脱落する際に、複数存在するスリット部２１の内の数カ所程度において分裂し、数個程度の脱落物として融液５０６中へと落下する。
続いて、本発明の一実施の形態で用いられる坩堝５０１の内部寸法について、図１４および図１５を用いて説明する。
図１４は、本発明の一実施の形態における固相シート成長用基体が坩堝内を移動する軌跡を概略的に示す上面図である。図１４を参照して、固相シート成長用基体１００が融液５０６内を移動しているときの、固相シート成長用基体１００と坩堝５０１内壁との距離ＭＳは、スリット溝２０の間隔ＳＳよりも長い距離とされる。
図１５は、本発明の一実施の形態における固相シート成長用基体が融液から脱出する瞬間を概略的に示す断面図である。図１５を参照して、固相シート成長用基体１００が融液５０６から脱出するときの、固相シート成長用基体１００と坩堝５０１内壁との距離ＭＦは、スリット溝２０の間隔ＳＳよりも長い距離とされる。
本実施の形態によれば、図１および図６に示すように、固相シート成長用基体１００の周辺部１２の側面２Ａにスリット溝２０が形成されている。このため、図１３に示すように、製造過程における固相シート２００の脱落物２０１にスリット部２１が形成される。以下に、このスリット部２１の作用効果について説明する。
まず、脱落物２０１にスリット部２１が形成されていると、融液５０６に落下した脱落物２０１のスリット部２１から融液５０６が侵入する。よって、融液５０６と脱落物２０１との接触面積が広くなり、脱落物２０１が短時間で再溶融する。このため、再溶融の待ち時間が短縮され、生産効率が向上する。
また、脱落物２０１はＬ字状の断面形状を有するが、脱落物２０１がこのＬ字の角部を上にして融液５０６に落下した場合、この角部の内側にチャンバ５０２内の雰囲気を包容し、その結果、包容された雰囲気が融液５０６から浮力を受けることがある。本実施の形態においては上述したスリット部２１からこの包容された雰囲気が抜け得るため、浮力が低減される。よって、もし脱落物２０１が融液５０６よりも比重が大きければ、確実に融液５０６に脱落物２０１が沈み、短時間で再溶融する。また、脱落物２０１が融液５０６よりも比重が小さい場合においても、浮力が低減すれば融液５０６に浸漬される部分が増えるため、短時間で再溶融する。このため、再溶融の待ち時間が短縮され、生産効率が向上する。
また、脱落物２０１はスリット部２１から優先的に再溶解する。この優先的な再溶解は脱落物２０１全体が溶解し切るよりも短時間で完了し、その時点では、脱落物２０１は固相シート成長用基体１００のスリット溝２０の間隔ＳＳにほぼ対応した長さを有する小片と化している。このように小片化されることで、再溶融が加速される。また、小片化されているため、固相シート成長用基体１００と坩堝５０１との間に脱落物２０１が挟まる事故の発生を抑制することができる。
本実施の形態によれば、図１および図６に示されるように、スリット溝２０と周縁溝１０Ａとが分離されて形成されている。仮に、スリット溝２０と周縁溝１０Ａとが一体化されているとすると、両者が合わさった部分において融液５０６の表面張力が不足し、スリット溝２０や周縁溝１０Ａに融液５０６が侵入してしまう。逆に、スリット溝２０と周縁溝１０Ａとが分離されていれば、このような侵入を防止することができる。
本実施の形態によれば、好ましくは、図５に示すように、固相シート成長用基体１００はスリット溝２０の一部分が融液５０６に浸漬され、一部分が融液５０６に浸漬されない状態とされる。これにより、図１３に示すような、一端が開放したスリット部２１が確実に形成される。
本実施の形態によれば、好ましくは、スリット溝２０の幅ＳＷが１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。これにより、固相シート成長用基体１００が半導体の固相シートの製造に用いられた場合、脱落物２０１に確実にスリット部２１を形成することができる。
本実施の形態の固相シート成長用基体１００によれば、好ましくは、スリット溝２０の深さＳＤが１ｍｍ以上である。これにより、固相シート成長用基体１００が半導体の固相シートの製造に用いられた場合、脱落物２０１に確実にスリット部２１を形成することができる。
本実施の形態によれば、好ましくは、スリット溝２０を複数個有し、隣り合う前記スリット溝２０の間隔が１ｍｍ以上である。これにより、固相シート成長用基体１００が半導体の固相シートの製造に用いられた場合、固相シート成長用基体１００の破損を防止することができる。
本実施の形態によれば、好ましくは、固相シート成長用基体１００が坩堝５０１中の融液５０６に浸漬されている際、図１４および図１５に示す固相シート成長用基体１００と坩堝５０１との距離ＭＳおよびＭＦは、固相シート成長用基体１００のスリット溝２０の間隔ＳＳよりも長い距離とされる。よって、スリット溝２０の間隔ＳＳ以下の大きさの物体は固相シート成長用基体１００と坩堝５０１との間に挟まることがない。本実施の形態においては、融液５０６中に落下した脱落物２０１は、スリット部２１の作用により早い段階でその長さがスリット溝２０の間隔ＳＳ以下である小片となっている。このため、脱落物２０１が、固相シート成長用基体１００と坩堝５０１との間に挟まり製造装置を破損させることを抑制することができる。
本実施の形態によれば、好ましくは、固相シートは半導体である。これにより、太陽電池などに用いられる多結晶シリコンシートを製造することができる。また、融液５０６が半導体材料の融液５０６となるため、スリット溝２０の幅ＳＷが１ｍｍ以上５ｍｍ以下とされ、スリット溝２０の深さＳＤが１ｍｍ以上とされた場合に、融液５０６に最適な表面張力が働き、脱落物２０１に確実にスリット部２１が形成される。
本発明による固相シート成長用基体およびそれを用いた固相シートの製造方法で、太陽電池に用いられる半導体固相シートの製造を行なった具体例を以下に示す。
図１を参照して、黒鉛で形成された固相シート成長用基体１００が準備された。固相シート成長用基体１００の外形の概形は正方形の板状であった。この正方形の板状形状の正方形の一辺の長さＷ１は１５０ｍｍ、厚みＨは２０ｍｍであった。また、内側部１１の周縁溝１０Ａで挟まれた領域の長さＷ２は１３２ｍｍであった。側面２Ａに形成されたスリット溝２０の幅ＳＷは３ｍｍ、深さＳＤは２ｍｍ、長さＳＬは１５ｍｍであり、複数のスリット溝２０の間隔ＳＳは１２ｍｍであった。周縁溝１０Ａ、１０Ｂの幅ＥＷは３ｍｍ、深さＥＤは２ｍｍであった。
図２を参照して、得られる固相シート２００の比抵抗が２Ω・ｃｍになるように、シリコン原料のボロン濃度が調整された。このシリコン原料が、高純度黒鉛製の坩堝５０１に入れられた。この坩堝５０１が、チャンバ５０２の装置主室５１１に設置された。
次に、チャンバ５０２が真空引きされた後、雰囲気としてＡｒガスが導入された。チャンバ５０２内は、Ａｒガスがチャンバ５０２上部から１００Ｌ／ｍｉｎで常に供給されつつ圧力が８００ｈＰａとなるような定常状態とされた。
その後、坩堝５０１の周囲にあるシリコン溶解用ヒーター５０３の制御用熱電対の設定温度が１５００℃とされた。これにより、シリコン原料が完全に溶融状態にされた。投入されたシリコン原料は溶融することで嵩が低くなるが、シリコン原料を追加投入して、シリコン融液５０６の湯面を所定の高さにした。その後、設定温度が１４３０℃に変更され、融液５０６の温度の安定化のため３０分間保持された。
続いて、固相シート成長用基体１００が浸漬機構５０４の先端に取り付けられた。その後、固相シート成長用基体１００がシリコン融液５０６に、深さ１０ｍｍほど浸漬された。これにより、固相シート２００が固相シート成長用基体１００の表面に成長した。
その後、固相シート成長用基体１００は基体搬送用コンベア５０８にて装置副室５０９に搬送された。続いて、装置副室５０９と装置主室５１１とを仕切るゲートバルブ５１０が閉じられ、装置副室５０９内がロータリーポンプで真空排気され、大気で置換された。その後、装置副室５０９の外に、固相シート２００が形成された状態の固相シート成長用基体１００が取り出された。
固相シート成長用基体１００に形成された固相シート２００は容易に剥離することができた。内側部１１の領域から得られた１３２×１３２ｍｍの固相シート２００は、レーザー切断装置を用いて、１２６×１２６ｍｍに切断された。
次に、このレーザー切断により得られた１２６×１２６ｍｍサイズの固相シート２００を用いて太陽電池の作製を行なった。上述した固相シート２００は、硝酸とフッ酸との混合溶液でエッチングされ、その後、水酸化ナトリウム水溶液を用いてアルカリエッチングされた。続いて、ＰＯＣｌ３拡散によりｐ型基板にｎ層を形成した。シリコン固相シート２００表面に形成されているＰＳＧ膜がフッ酸により除去された後、太陽電池の受光面となるｎ層上にプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法を用いてシリコン窒化膜が形成された。次に太陽電池の裏面となる面に形成されているｎ層が硝酸とフッ酸の混合溶液でエッチング除去され、ｐ型基板が露出された。続いて、その上にスクリーン印刷法を用いてＡｌペーストを印刷され、焼成されることにより、裏面電極およびｐ＋層を同時に形成された。その後、半田コートが行なわれ、太陽電池が得られた。
このように製造された１００枚の太陽電池のセル特性の測定がＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ２）の照射下にて行なわれ、その結果は良好であった。具体的には、平均開放電圧が５８０ｍＶ、平均短絡電流が３０．８ｍＡ／ｃｍ２、平均フィルファクターが０．７３６、平均変換効率が１３．１％であった。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
本発明は、融液からなる材料をその表面に成長させるための固相シート成長用基体およびその固相シート成長用基体を用いた固相シートの製造方法に特に有利に適用され得る。
１ 主面、２Ａ，２Ｂ 側面、１０，１０Ａ，１０Ｂ 周縁溝、１１ 内側部、１２ 周辺部、２０ スリット溝、２１ スリット部、２９ 係合用凹部、３０ 三叉部、１００ 固相シート成長用基体、１３５ａ，１３６ａ 周縁部分、１３５Ａ 基板第一面、１３６Ａ 基板第二面、１３８Ａ 基板第三面、１７０ 切り欠き溝、２００ 固相シート、２０１ 脱落物、５０１ 坩堝、５０２ チャンバ、５０３ 溶解用ヒーター、５０４ 浸漬機構、５０６ 融液、５０８ 基体搬送用コンベア、５０９ 装置副室、５１０ ゲートバルブ、５１１ 装置主室、Ｃ１３ 基板。
Claims (9)
- 主面と、前記主面を取り囲む側面とを有し、前記主面は周縁溝によって前記周縁溝より外側の周辺部と前記周縁溝より内側の内側部とに区画され、前記周辺部の前記側面には前記周縁溝から分離された複数のスリット溝が形成され、前記複数のスリット溝のうち互いに隣り合うスリット溝の間に位置する前記側面の部分が平坦面である、固相シート成長用基体。
- 前記周辺部に形成される固相シートと、前記内側部に形成される固相シートとが前記周縁溝に沿って分離して形成されるように前記周縁溝が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の固相シート成長用基体。
- 前記スリット溝の幅が１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の固相シート成長用基体。
- 前記スリット溝の深さが１ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の固相シート成長用基体。
- 前記スリット溝を複数個有し、隣り合う前記スリット溝の間隔が１ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の固相シート成長用基体。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の前記固相シート成長用基体を融液に浸漬させ、前記融液を材料として前記固相シート成長用基体の前記主面に固相シートを成長させることを特徴とする、固相シートの製造方法。
- 前記固相シート成長用基体を前記融液に浸漬させる際に、前記スリット溝の一部分が浸漬され、前記スリット溝の一部分が浸漬されないことを特徴とする、請求項６に記載の固相シートの製造方法。
- 前記固相シート成長用基体が前記スリット溝を複数個有し、坩堝の内部に前記融液が入れられており、前記固相シート成長用基体が前記坩堝の内壁から前記スリット溝の間隔よりも長い距離を保って浸漬されることを特徴とする、請求項６または７に記載の固相シートの製造方法。
- 前記固相シートが半導体であることを特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載の固相シートの製造方法。
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