JPH0314766B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽電池その他の光電変換素子等に用
いられている多結晶シリコンウエハの製造に用い
られる製造用皿に関する。

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。

そこで本出願人は、上記諸法の欠陥を大幅に改
善することができる多結晶シリコンウエハの製造
方法として、既に、シリコン母材を溶融し、この
融液を石英又はカーボンで形成され、かつ回転状
態にあるターンテーブル上の製造用皿上に滴下す
るなどして、遠心力を有効利用することにより所
望拡径状態の融液薄層を形成し、同層の固化後、
これを製造用皿から剥離する方法（以下、スピン
法という。）を提案した。

このスピン法は、多くの優れた特徴をもつてい
るが、現在同法による製造方法では、水平に配置
された製造用皿に融液薄層を形成するため一度の
工程で多数枚のウエハを製造することができず、
この結果、製造設備の稼働効率が悪く、製品ウエ
ハがコスト高となる他、同法により大面積のウエ
ハを製造しようとする場合、ターンテーブルを高
速回転させて、遠心力を増大さしめなければなら
ないから、回転装置が複雑かつ大型化し、回転制
御も高精度としなければならない等の問題を有し
ていた。

この発明は、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、スピン法で
大面積のウエハを製造する場合、ターンテーブル
を高速化することなく容易に同ウエハを製造で
き、しかも一度の製造工程で多数枚のウエハをも
製造することができる多結晶シリコンウエハの製
造用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、この発明にあつて
は、所望雰囲気内にあつて、回転するターンテー
ブル上に配設されウエハ形成平面上に供与された
シリコン母材の融液を、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、当該融
液による所望大の融液薄層を形成し、これを固化
するようにして用いられる製造用皿において、前
記ウエハ形成平面を、ターンテーブルの回転軸心
に対し、所要の角度をもつて斜交するよう形成し
ている。

以下、添付図面に示す実施例にもとづき、この
発明を詳細に説明する。

第１図と第２図は、この発明の第１実施例に係
る多結晶シリコンウエハの製造用皿Ａを示すもの
であつて、同皿Ａは、ターンテーブル１の回転中
心である上面略中央部より直交状に立設された支
持ロツド２と、同ロツド２の上端に設けられた平
面状のウエハ皿３とから構成され、当該ウエハ皿
３の上面にウエハ形成平面３ａが形成されてお
り、図中１′はターンテーブル１の回転軸を示し
ている。ここで上記同ウエハ皿３は、回転軸１′
の軸心に対し、図示例では、約45度の傾斜を有し
て同ロツド２に固着されているが、もちろん支持
ロツド２に嵌合するなどして着脱自在に取り付け
るようにしてもよく、同皿３はシリコンとの反応
性が少ない石英、グラフアイト等で形成し、かつ
各種寸法の四角形等所望形状のウエハ形成平面３
ａをもつたものが用意され、これを任意に選択し
て用いられる。

このように構成されたウエハ皿３は、図示外の
駆動機構により回転駆動制御されるターンテーブ
ル１と同期して回転される。

そこで上記製造皿Ａを用いて、そのウエハ形成
平面３ａに所望拡径状態とした融液薄層Ｂを形成
するには、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６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、第１図中点線で示すように当該融
液６をウエハ形成平面３ａの上部に滴下する。

そしてこの際ターンテーブル１は予め回転させ
ておくのがよいが、同時回転でも、滴下完了後融
液が固化しないうち回転を開始させてもよく、か
くして当該融液６は当該回転による遠心力だけで
はなく、傾斜したウエハ形成平面３ａに基づく重
力の影響をも受けることによつて拡径流下方向へ
流動する。この場合、ウエハ皿３を400℃〜700℃
位の比較的低い温度で加熱しておくことが望まし
く、前記融液６は、第３図から第５図への順にて
上部よりウエハ皿３の傾斜方向に沿つて拡径流下
しつつウエハ形成平面３ａの全面にわたつて、そ
の外周縁まで拡径され、余剰供給の融液６は、ウ
エハ皿３の下縁から遠心力と重力とによりターン
テーブル１上へと放出され、この結果ウエハ形成
平面３ａの形状に見合つた融液薄層Ｂが形成さ
れ、これを自然放冷か適宜の冷却手段によつて固
化することで、多結晶シリコンウエハがウエハ形
成平面３ａ上に形成され、これを剥離した後製品
ウエハとしての仕上げ加工が施こされる。

尚、上記シリコン母材としては金属級シリコ
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℃を考慮して加熱し、これを
溶融するのであり、当該熱源５としては図示例の
ように電熱線であるとか、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、この際、ターンテーブル１の回転速度と
ウエハ皿３の傾斜角度により製品の大きさを加減
することができ、これらは勿論、融液量と製品の
厚さとの関係を考慮し、実験的に求めればよい
が、所望製品を得るための回転速度としては、本
発明によれば60rpm程度まで低速化でき、またウ
エハ皿３の傾斜角度としては45度程度が望まし
い。尚、ターンテーブル１の大きさは、得ようと
するうウエハ製品の直径よりも大きなものとして
おくことは当然である。

第６図と第７図は、この発明の第２実施例に係
る製造皿Ａを示し、ウエハ皿３０を四角錐体で構
成しウエハを一度の製造工程で４枚同時に形成で
きるようにした他は、前実施例と同様である。

すなわち、ウエハ皿３０は、いわゆるピラミツ
ド型に成形されており、所要角度で傾斜した４個
のウエハ形成平面３０ａが形成されており、前記
ロツド２の上端にウエハ皿３０の底面略中央部が
連結されている。そこでターンテーブル１により
回動しているウエハ皿３０の頂部に向け融液６を
前記の如く滴下すると、同融液６は回転による遠
心力と前記重力との相乗作用により４面のウエハ
形成平面３０ａへと夫々分流されつつ拡径流下
し、同形成平面３０ａには計４枚のウエハが形成
される。

尚、上記第２実施例では、ウエハ皿３０を四角
錐体で構成した場合につき説明したが、多角錐体
のウエハ皿として、さらに多数枚のものを一度に
製造し得るようにしてもよい。

上記の通り本発明によれば、従来のインゴツト
スライス法やリボン法の難点が解消されるのはも
ちろん、既応キヤステイング法のように鋳型の各
面による制限を受けることなく、ウエハ皿上で固
化され、しかもこの発明によれば、同ウエハ皿が
所要角度傾斜させた状態で回転することになるか
ら、この回転による遠心力と傾斜面に沿つて作用
する重力とが加算され、これにより融液が拡径流
動されるようになり、このためターンテーブルを
それほど高速回転させなくとも、大面積のウエハ
を容易に製造でき、かつ同ウエハ皿の回転駆動機
構も大形化せず回転精度を高くすることも容易と
なり、さらにはウエハ皿を多角錐体等で形成する
ことも可能であるから、多数のウエハを一度で同
時に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第１実施例に係る製造皿
を用いてウエハを製造する際の設備例を示す正面
説明図、第２図は同皿の縦断面説明図、第３図乃
至第５図は、同皿上で融液薄層が形成されてゆく
状態を夫々示す縦断面説明図、第６図はこの発明
の第２実施例に係る製造皿を用いてウエハを製造
する際の設備例を示す正面説明図、第７図は同皿
を一部切欠して示す縦断説明図である。 Ａ……製造皿、Ｂ……融液薄層、１……ターン
テーブル、３，３０……ウエハ皿、３ａ，３０ａ
……ウエハ形成平面、６……融液。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所望雰囲気内にあつて、回転するターンテー
   ブル上に配設され、ウエハ形成平面上に供与され
   たシリコン母材の融液を、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、当該
   融液による所望大の融液薄層を形成し、これを固
   化するようにして用いられる製造用皿において、
   前記ウエハ形成平面を、ターンテーブルの回転軸
   心に対し、所要角度をもつて斜交するよう形成し
   たことを特徴とする多結晶シリコンウエハの製造
   用皿。 ２ ウエハ皿は、上面に単一のウエハ形成平面を
   有する平板である特許請求の範囲第１項記載の多
   結晶シリコンウエハの製造用皿。 ３ ウエハ皿は、所要数の傾斜したウエハ形成平
   面を有する多角錐体である特許請求の範囲第１項
   記載の多結晶シリコンウエハの製造用皿。