JPH0142339Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、多結晶シリコンウエハの製造に用
いられ、特に、均一な厚さのウエハを得るのに好
適な製造皿の改良に関する。

従来から多結晶シリコンウエハは各種の方法に
よつて製造されており、最も一般的にはシリコン
母材により一たん所定形状のインゴツトを鋳造
し、これをスライスすることによつてウエハを得
るようにしているが、これではスライス作業に大
変な時間をかけなければならないだけでなく、イ
ンゴツトの約50％がスライス時のロスとなつてし
まうため、製品がコスト高につき大量生産も不可
能である。

そこでスライスによらない方法としてリボン法
とキヤステイング法（鋳造法）が既に実施されて
いるが、リボン法は例えば回転ドラムの周面に溶
融シリコンを噴当させ、当該周面にリボン状のウ
エハを形成するものであり、同法によるときは実
際上リボン幅が数mm程度のものしか製造すること
ができず、大形の太陽電池素材等が得られない難
点がある。

また上記キヤステイング法と呼ばれているもの
は、シリコン母材を加熱して融液となし、これを
製品ウエハの寸法に応じた鋳型に流し込み、さら
に当該型の可動部分により融液を押圧成型して固
化させるものであるが、同法によるときは、一度
に所定形状のウエハが得られ、量産性の点で望ま
しい結果が期待できるものゝ、上記のように融液
は四方から押えつけられることになる。

このため同法では鋳型の上下面と側面が上記融
液の固化に際し、シリコン結晶粒（グレイン）の
成長を抑制してしまうことゝなり、固化製品の前
記各面と接する部分近傍が、非常に細かい結晶粒
となつて大きな結晶粒が得られず、太陽電池用シ
リコンウエハ等にあつて望ましいとされている大
結晶粒生成の要請を満足させることができないた
め、当該ウエハによつて得られた太陽電池の光電
変換効率も２〜３％と極度に悪くなつてしまう欠
陥をもつている。

そこで本願人は先に、第１図に示す如く、所望
雰囲気内にあつて、回転する製造皿２０における
シリコン母材の融液を、当該製造皿２０の回転に
よる遠心力によつて製造皿２０の拡径方向へ流動
させることにより、当該融液による所望径の融液
薄層３を形成し、これを固化することにより多結
晶シリコンウエハを製造する方法（以下、スピン
法という。）につき提案した。

しかし、上記の如く融液を遠心力により拡径流
動させて得られる融液薄層３は、第２図に示すよ
うに、融液薄層３の外周縁部３ａにあつて外側方
へ振り切られることなく余剰シリコンとして溜滞
し、その結果同層３の外周縁部３ａの肉厚は、そ
の中央部分３ｂの肉厚に比べ大きくなつてしま
い、望ましい全面等厚のウエハが製造しにくいと
いう問題を有していた。

このような傾向は、薄板状のウエハを形成しよ
うとして高速回転すればするほど顕現化され、こ
れを解決するため、更に製造皿２０の回転を高速
化すると、融液が遠心力によつて同皿２０上から
ふき飛ばされ、今度は外周縁部３ａが薄肉状とな
つて、結局、均一厚の融液薄層３が形成されない
こととなり、しかも、高速稼動のため、製造皿２
０の回転駆動機構や制御機構も複雑化してしまう
ことになる。

また、反対に同皿２０の回転を低速とした場合
には、融液薄層３に対する遠心力による拡径作用
が過小となるので、その外用縁部３ａと中央部分
３ｂとの厚さが不均一となるといつた問題は解消
されるものの、結局、第３図に示す如き厚肉のウ
エハしか形成することができず、太陽電池等に適
用し得るウエハは得られないこととなる。

この考案は、かかる現状に鑑み創案されたもの
であつて、その目的とするところは、スピン法に
おいて、薄板状でしかも均一な肉厚の多結晶シリ
コンウエハを極めて容易に製造することができる
製造皿を提供しようとするものである。

この目的を達成するため、この考案にあつて
は、所望雰囲気内にあつて、皿本体を所要速度で
回転させ、この回転する皿本体のウエハ形成面に
シリコン母材融液を当該回転による遠心力によつ
て拡径方向へ流動させることにより所望径の融液
薄層を形成し、これを固化することにより多結晶
シリコンウエハを製造するための製造皿であつて
上記皿本体のウエハ形成面を、ウエハ形成平面
と、その外周縁部に、外側へ向け下降して連続さ
せた傾斜面とにより形成してなるものである。

次に、第４図以下に示す実施例にもとづき、こ
の考案を詳細に説明する。

この実施例において、製造皿１は、その皿本体
Ａがシリコンとの反応性が少ない石英SiO₂やカ
ーボンＣで形成され、各種寸法の円形、四角形等
所望形状のウエハ形成面１ａが上面に形成されて
おり、同面１ａは、中央部にあつて水平状態に保
持されるウエハ形成平面１ｂと、その外周縁部に
あつて、外側に向け下降するように傾設されてな
る傾斜面１ｃとを連続したもので、第４図では、
傾斜面１ｃの下縁部が外周側面１ｄに連続されて
いる。

このように構成された製造皿１を使用して、均
一厚のウエハを製造する場合につき、第４図に従
つて説明すると、同図の坩堝４にシリコン母材を
投入して、これを溶融用熱源５により加熱融解
し、当該融液２を坩堝４の転動によつて漏斗７へ
放流し、こゝで一たん漏斗７に受承されて、さら
にその流出口７′から、図中点線で示すように当
該融液をウエハ形成面１ａの中央部分３ｂに滴下
する。

そしてこの際ターンテーブル機構８は予め所要
速度で回転させておくのがよいが、同時回転で
も、滴下完了後融液２が固化しないうちに回転を
開始させてもよく、当該回転による遠心力によつ
て融液は拡径方向へ流動する。そして、この拡径
流動する融液２は、ウエハ形成平面１ｂの全面に
わたり拡径した後、同面１ｂの外周縁部には下降
傾斜の傾斜面１ｃが連続しているので、当該融液
２は外周縁部において溜滞することなく傾斜面１
ｃの下り勾配に沿つて流下することになり、さら
に、当該流下融液が同面１ｃの下周縁部に至れ
ば、遠心力の作用による余剰シリコンがここに溜
滞することになる。従つて、同余剰シリコンによ
る肉厚は、ウエハ形成平面１ｂにおける融液薄層
３の肉厚よりも大きくなるが、同平面１ｂ上に積
層された同層３の肉厚は、同面１ｂの外周縁部か
ら流下した傾斜面１ｃ上の融液薄層３にかけての
溜滞がないので均一厚に形成される。

尚、上記シリコン母材としては金属シリコン、
半導体級高純度シリコンなどを用いるようにし、
同母材は、坩堝４の外周側に配設７−２された電
気ヒータ等による溶融用熱源５によつて、当該シ
リコンの溶融温度1420℃を考慮して加熱すること
により、これを溶融し得るようになつており、当
該熱源５としては、図示例のように電熱源である
とか、高周波加熱装置によることができ、もちろ
ん適時当該加熱を停止したり、加熱条件を制御可
能にしておくことが望ましい。

また、上記ターンテーブル機構８は、その回転
軸９に固設した回収受皿１０に製造皿１を載置
し、同軸９を回転中心として回収受皿１０と製造
皿１は同期して回動される。

この後、製造皿１のウエハ形成面１ａ上に積層
形成された融液薄層３を、自然放冷か、適宜の冷
却手段によつて固化し、これによつて得られたシ
リコンシートを製造皿１から剥離する。このシリ
コンシートは当然水平板部から境界線部を介して
傾斜板部が曲成された皿状のものとなるから、当
該境界線部から折つて傾斜板部を除去して、水平
板部は製品ウエハとなし、傾斜板部は再度溶融し
て再利用する。

ここで製造皿１の前記傾斜面１ｃを形成するに
際し、その傾斜角度θを決定するには、当該θを
小さくするほど、ウエハ形成平面１ｂから傾斜面
１ｃへと融液が流下しやすくなり、ウエハ形成面
１ａ上の融液薄層３が均一厚となること、しかし
その反面シリコンシートの水平板部と傾斜板部と
のなす境界線部における曲成角度が小さくなるの
で、前記の折り曲げによる傾斜板部の除去作業が
やりにくくなることを考慮すべきであり、これら
のことからθは30度程度とすべきである。

第６図は、この考案の第２実施例に係る製造皿
１を示すものであつて、この場合は、傾斜面１ｃ
を皿本体Ａの底面まで形成して断面円錘台状に形
成し、加工性の向上を図つた他は、前記第１実施
例に係る製造皿と全く同じである。

尚、実際上は、融液２を直接、回転する製造皿
１に滴下して融液薄層３を生成するのではなく、
ウエハ形成面１ａに離型剤層を形成して剥離性等
を向上させることになる。

ここで、この考案に係る製造皿と従来の製造と
を用いて、多結晶シリコンウエハを試作してみた
結果、次のような効果が確認できた。

何れの製造皿も110rpmで回転させ、各ウエハ
形成面に融液を滴下して拡径方向へ流動させ、冷
却固化後、その肉厚を計測した（尚、本考案に係
る製造皿の傾斜面における傾斜角度は30度であ
る）。従来の製造皿で得られたウエハは、その中
央部分の肉厚が約0.5mmで、外周縁部の肉厚約３
mmと６倍厚であつたのに比べ、本考案に係る製造
皿で得られたウエハは、その中央部分の肉厚が約
0.5mmで、外周縁部の肉厚が約１mmと２倍厚まで
の改善を見ることができた。

この考案は、以上説明したように、スピン法で
多結晶シリコンウエハを製造する場合、薄板状
で、しかも均一な肉厚のウエハを容易に得ること
ができ、製造も容易にして廉価な多結晶シリコン
ウエハ用製造皿を提供でき、特に太陽電池用ウエ
ハの製造に好適である。

また、この考案によれば、製造皿を、それほど
高速回転にしなくとも薄板状のウエハを製造でき
るので、製造皿の回転制御も容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、本出願人が先に提案した
スピン法によるウエハの製造方法に係り、第１図
は同法の実施装置を示す断面説明図、第２図は同
装置の製造皿を高速回転させた場合断面説明図、
第３図は同製造皿低速回転状態の断面説明図、第
４図と第５図は、この考案の第１実施例に係る製
造皿を示し、第４図は同皿でウエハを製造する設
備例を示す一部断面説明図、第５図は第４図Ｖ円
内拡大説明図、第６図はこの考案の第２実施例に
係る製造皿の縦断面図である。 Ａ……皿本体、１……製造皿、１ａ……ウエハ
形成面、１ｂ……ウエハ形成平面、１ｃ……傾斜
面、２……融液、３……融液薄層。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 所望雰囲気内にあつて、皿本体を所要速度で回
   転させ、この回転する皿本体のウエハ形成面にシ
   リコン母材融液を当該回転による遠心力によつて
   拡径方向へ流動させることにより所望径の融液薄
   層を形成し、これを固化することにより多結晶シ
   リコンウエハを製造するための製造皿であつて、
   上記皿本体のウエハ形成面を、ウエハ形成平面
   と、その外周縁部に、外側へ向け下降して連続さ
   せた傾斜面とにより形成してなる多結晶シリコン
   ウエハ用製造皿。