NL1019030C2

NL1019030C2 - Method and device for the manufacture of semiconductor and metal disks or foils and application of foils or disks manufactured in such a way.

Info

Publication number: NL1019030C2
Application number: NL1019030A
Authority: NL
Inventors: Hans-Ulrich Hoefs; Ralf Kuhn; Hans-Ulrich Lambert; Ulrich Kowitz; Ingo Steinbach
Original assignee: Bayer Ag
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2006-03-27
Also published as: NL1019030A1; DE10047929B4; DE10047929A1

Description

Werkwijze en inrichting voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaal schijven of -folies en toepassing van op zodanige wiize vervaardigde folies of schijven 5 De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaalschijven of -folies door stolling van een halfgeleider- of metaalsmelt op een bewogen substraat volgens de Ribbon Growth on Substrate- werkwijze (RGS-werkwijze), inrichtingen voor de uitvoering van deze werkwijze en de toepassing van op overeenkomstige wijze vervaardigde halfgelei-10 der- en metaalschijven of -folies, in het bijzonder van siliciumfolies.Method and device for the manufacture of semiconductor and metal disks or foils and application of foils or disks manufactured in such a manner The present invention relates to a method for the manufacture of semiconductor and metal disks or foils by solidification of a semiconductor - or metal melt on a moved substrate according to the Ribbon Growth on Substrate method (RGS method), devices for carrying out this method and the use of correspondingly manufactured semiconductor and metal discs or foils, in particular of silicon foils.

De directe omzetting van zonnestralingsenergie in elektrische stroom met fo-tovoltaïsche systemen is een van de meest interessante alternatieve methodes van de nuttige stroomopwekking. De kleinste tot middelgrote fotovoltaïsche installaties met of zonder aansluiting op een elektriciteitsverbindingsnet kunnen uit overeenkomstige 15 zonne-energiemodules naar behoefte worden samengesteld en door de vereiste randapparatuur zoals bijvoorbeeld wisselrichters of accumulators inclusief laadsystemen worden uitgebreid. Geschikte systemen kunnen eenvoudig op land-, water- en luchtvoertuigen geïnstalleerd worden.The direct conversion of solar energy into electric power with photovoltaic systems is one of the most interesting alternative methods of useful power generation. The smallest to medium-sized photovoltaic installations with or without connection to an electricity connection network can be assembled from corresponding solar modules as required and expanded by the required peripherals such as for example inverters or accumulators including charging systems. Suitable systems can easily be installed on land, water and air vehicles.

Nog steeds zijn echter grote inspanningen noodzakelijk om werkwijzen te 20 ontwikkelen respectievelijk te verbeteren, waarmee de kosten, vooral de vervaardi-gingskosten van de fotovoltaïsche systemen, verder duidelijk verlaagd kunnen worden. Een bijzonder hoog aandeel aan de totale kosten van fotovoltaïsche systemen heeft de vervaardiging van het vlakke halfgeleiderbasismateriaal, waaruit de zonnecellen van de meest verschillende soort procesmatig geproduceerd kunnen worden.However, considerable efforts are still needed to develop or improve processes with which the costs, especially the production costs of the photovoltaic systems, can be further reduced considerably. A particularly high proportion of the total costs of photovoltaic systems is the production of the flat semiconductor base material, from which the solar cells of the most different types can be produced process-wise.

25 Omdat continu werkende werkwijzen normaliter de eenvoudige productie van grote hoeveelheden mogelijk maken en goedkoper werken dan ladingsgewijs werkende processen, bestaat een grote interesse voor continu werkende processen voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaalschijven of -folies, in het bijzonder voor de toepassing op het fotovoltaïsche gebied.Because continuous working methods normally allow the simple production of large quantities and work cheaper than batch processes, there is a great interest in continuous working processes for the manufacture of semiconductor and metal discs or foils, in particular for the application to the photovoltaic area.

30 Een bijzonder interessante en elegante werkwijze voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaalschijven of -folies, in het bijzonder voor de vervaardiging van vlakke halfgeleidermaterialen, is de RGS-werkwijze (Ribbon Growth on Substrate). Bij deze werkwijze wordt bespaard op de dure en omslachtige zaagstappén i Π i O Π \ 2 en worden de daarmee verbonden materiaalverliezen vermeden, die bij het zagen van eenkristalkolommen of multikristallijn geharde halfgeleiderblokken, die bijvoorbeeld volgens de blokgietwerkwijze worden vervaardigd, niet te vermijden zijn. De RGS-werkwijze is verder gekenmerkt, door een hoge vlakproductiesnelheid. Bij 5 voorkeur wordt de RGS-werkwijze voor de vervaardiging van siliciumfolies toegepast, ook kunnen echter alle aan de vakman bekende halfgeleidermaterialen en metalen respectievelijk mengsels daarvan, die uit een smelt of oplossing op gedefinieerde wijze afgescheiden kunnen worden, tot schijven of folies verwerkt worden.A particularly interesting and elegant method for the manufacture of semiconductor and metal discs or films, in particular for the manufacture of flat semiconductor materials, is the RGS method (Ribbon Growth on Substrate). This method saves on the expensive and cumbersome sawing steps and avoids the associated material losses which cannot be avoided when sawing single-crystal columns or multi-crystalline cured semiconductor blocks which are produced, for example, by the block casting method. The RGS method is further characterized by a high surface production speed. The RGS method is preferably used for the production of silicon foils, but it is also possible to process all semiconductor materials and metals or mixtures thereof known to those skilled in the art, which can be separated from a melt or solution in a defined manner, into disks or foils.

Uit EP 165 449 Al is de principiële functioneringswijze van de RGS-10 werkwijze bekend. Uit de smelt worden bij hoge snelheden halfgeleiderfolies op een onderlaag (substraat) afgescheiden. Daarbij worden folies met grote in kolommen gegroeide kristalkorrels en een geringe concentratie foutieve plaatsen verkregen. De vloeibare halfgeleider wordt met behulp van een vormlichaam, hier in het onderstaande gietframe genoemd, op het plaatvormige horizontale of tot ± 30° ten op-15 zichte van de horizontaal gehelde substraat opgebracht, waarbij parallel in de langs-richting tussen substraat en gietframe een relatieve beweging wordt ingesteld. Gelijktijdig wordt in de bekledingszone tussen het gietframe en de onderlaag een tem-peratuurgradiënt zodanig ingesteld, dat in deze zone de kristallisatie begint.The basic mode of operation of the RGS-10 method is known from EP 165 449 A1. Semiconductor films are deposited from the melt at high speeds on a substrate (substrate). Films with large crystal grains grown in columns and a small concentration of defective sites are obtained. The liquid semiconductor is applied to the plate-shaped horizontal or up to ± 30 ° with respect to the horizontally inclined substrate with the aid of a molded body, hereinafter referred to as the casting frame here, whereby a parallel parallel to the longitudinal direction between substrate and casting frame relative motion is set. At the same time, a temperature gradient is set in the coating zone between the casting frame and the bottom layer such that crystallization begins in this zone.

Het in EP 165 449 Al beschreven gietframe heeft in het bovenaanzicht de 20 vorm van een frame met een vierkante of rechthoekige dwarsdoorsnede. Deze fra-mevorm wordt derhalve in het onderstaande als kastframe aangeduid. Het vloeibare halfgeleidermateriaal wordt door het substraat respectievelijk het daarop gegroeide vaste halfgeleidermateriaal in het gietframe gehouden, waarbij de hoge oppervlaktespanning van het halfgeleidermateriaal wordt benut. Deze constructie vormt zodoen-25 de een kuip, bestaande uit een gietframe met in hoofdzaak verticale wanden en uit een afzonderlijke bodem. Bodem en gietframe worden ten opzichte van elkaar bewogen. De afmetingen van het gietframe bepalen de grootte van het grensvlak tussen de vloeibare en de reeds geharde halfgeleider of het vloeibare en reeds geharde metaal. Zodoende kan door een vergroting van de effectieve lengte van het gietframe de 30 groeiende folieoppervlakte worden verlengd en omgekeerd. Dit maakt wederom transportsnelheden mogelijk, die met duidelijk meer dan een factor 100 hoger liggen dan de kristallisatiesnelheid.The casting frame described in EP 165 449 A1 has the shape of a frame with a square or rectangular cross section in the top view. This frame shape is therefore referred to below as a cabinet frame. The liquid semiconductor material is held in the casting frame by the substrate or the solid semiconductor material grown thereon, wherein the high surface tension of the semiconductor material is utilized. This construction thus forms a tub consisting of a casting frame with substantially vertical walls and a separate bottom. Bottom and casting frame are moved relative to each other. The dimensions of the casting frame determine the size of the interface between the liquid and the already cured semiconductor or the liquid and already cured metal. Thus, by increasing the effective length of the casting frame, the growing film surface can be extended and vice versa. This again makes transport speeds possible, which are clearly more than a factor of 100 higher than the crystallization speed.

Uit DE 41 02 484 Al is bekend, dat de RGS-werkwijze door toepassing van 3 substraatmaterialen met geschikte groeven zodanig verbeterd kan worden, dat direct metaal- en halfgeleiderfolies in de vorm van discrete schijven geproduceerd kunnen worden. Zodoende komen overeenkomstige scheidingsstappen voor de verdeling loodrecht op het folievlak, bijvoorbeeld met gebruik van de uit de halfgeleidertech-S niek bekende scheidingszagen (dicing saws) of door toepassing van lasers voor het doorscheiden respectievelijk voor het inkrassen met daarop volgend breken te vervallen.It is known from DE 41 02 484 A1 that the RGS method can be improved by using 3 substrate materials with suitable grooves such that metal and semiconductor films in the form of discrete discs can be produced directly. Corresponding separation steps for the distribution perpendicular to the foil surface, for example by using the separating saws known from the semiconductor technology, or by applying lasers for separating or for scraping with subsequent breaking, are eliminated.

Uit DE 41 05 910 is bekend, dat hard wordende metaal- of halfgeleidersmel-ten door behandeling met een gas zuiverder vervaardigd kunnen worden. Onder gas 10 wordt hierbij een onder de voorwaarden van de RGS-werkwijze oxiderend werkend gas of een mengsel van meerdere van dergelijke gassen in een mengsel met een inert gas of meerdere inerte gassen begrepen. Vervolgens dient de onder deze omstandigheden hard geworden metaal- of halfgeleiderlaag met een dikte van enkele pm verwijderd te worden door mechanische of chemische abrasie. Deze handelwijze is in 15 het bijzonder bij de vervaardiging van siliciumfolies voor de toepassing op het foto-voltaïsche gebied volgens de RGS-werkwijze geschikt.It is known from DE 41 05 910 that hardening metal or semiconductor melts can be made purer by treatment with a gas. Gas 10 is herein understood to mean a gas which oxidizes under the conditions of the RGS process or a mixture of several such gases in a mixture with an inert gas or several inert gases. Subsequently, the metal or semiconductor layer hardened under these conditions must be removed with a thickness of a few µm by mechanical or chemical abrasion. This procedure is particularly suitable for the production of silicon foils for use in the photovoltaic field according to the RGS method.

Met de RGS-werkwijze is een methodiek beschikbaar, die uitstekend geschikt is voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaal schijven of -folies. Gebleken is echter, dat de RGS-werkwijze gedeeltelijk gevoelig reageert op veranderingen van 20 de werkwijzeparameters. Kritische werkwijzeparameters zijn in het bijzonder de temperatuur van het gietframe, van het substraat en van de smelt en de vulhoogte in het gietframe.Veranderingen van deze werkwijzeparameters hebben in het bijzonder invloed op de kwaliteit van de onderzijde van de geproduceerde schijven of folies; de zijde, die naar het substraat toe is gekeerd. In volgens de RGS-werkwijze ver-25 vaardigde schijven of folies zijn in de meest ongunstige gevallen mechanische structuren te vinden, die als ingevroren golven aangeduid kunnen worden. Worden deze structuren te groot, dan vormen zich in het extreme geval van de onder- naar de bovenzijde doorlopende gaten in de schijven of folies. Bij het procesmatig produceren van zonnecellen uit of op siliciumschijven is men aangewezen op siliciumschijf-30 oppervlaktes, die voldoende glad of zelfs vlak zijn. De beschreven oppervlaktestructuren storen of verhinderen in het extreme geval de vervaardiging van zonnecellen uit of op deze schijven of folies.With the RGS method, a method is available that is excellent for the manufacture of semiconductor and metal disks or films. However, it has been found that the RGS method responds in part sensitively to changes in method parameters. Critical process parameters are in particular the temperature of the casting frame, of the substrate and of the melt and the filling height in the casting frame. Changes in these process parameters in particular influence the quality of the underside of the discs or films produced; the side that faces the substrate. In disks or films made according to the RGS method mechanical structures can be found in the most unfavorable cases, which can be referred to as frozen waves. If these structures become too large, then, in the extreme case, the holes or foils through the bottom to the top form. In the process-based production of solar cells from or on silicon wafers, silicon wafer surfaces are required that are sufficiently smooth or even flat. The described surface structures in the extreme case disturb or prevent the production of solar cells from or on these discs or films.

Met de bekende RGS-werkwijze kunnen de beschreven kritische werkwijze- 4 parameters vaak slechts moeilijk met een betrouwbaarheid, die voldoende is, constant worden gehouden.With the known RGS method, the critical method parameters described can often only be kept constant with sufficient reliability.

Bovendien is het moeilijk om volgens de bekende RGS-werkwijze silicium-folies te produceren, die een dikte hebben, die kleiner is dan 200 pm. Wordt de sub-5 straatsnelheid ten opzichte van het gietframe verhoogd, wat in principe de vorming van dunne folies tot gevolg zou moeten te hebben, dan treedt vaak tussen de al geharde folie en de onderzijde van de voorste gietframewand zo veel silicium naar buiten, dat het gewenste effect door deze vloeibare massa bij benadering weer wordt opgeheven. Dit vloeibaar naar buiten getreden silicium wordt als smeltslip aange-10 duid. Bovendien hardt een grotere hoeveelheid van de smeltslip geometrisch en daarmee thermisch zeer ongelijkmatig op de folie; deze wordt daarmee normaliter onbruikbaar voor de productie van zonnecellen.Moreover, according to the known RGS method, it is difficult to produce silicon films which have a thickness of less than 200 µm. If the substrate speed is increased relative to the casting frame, which should in principle result in the formation of thin films, so much silicon often comes out between the already cured film and the underside of the front casting frame wall. the desired effect is approximately eliminated by this liquid mass. This liquid silicon which has escaped is referred to as melting slip. Moreover, a larger amount of the melt slip hardens geometrically and thus thermally very unevenly on the film; this therefore normally becomes unusable for the production of solar cells.

Dunnere folies zijn in principe ook door een overeenkomstige verkorting van het gietframe toegankelijk. Daarmee wordt dit echter in relatie smal en hoog. Omdat 15 het gietframe slechts los in een houder ligt, die dit tegen verschuiven fixeert, kan het gietframe volgens de stand van de techniek niet meer voldoende vlak en rustig op het bewogen substraat liggen. Wederom wordt een hogere smeltslip met alle neveneffecten ingesteld. Veder moet het gietframe voor een discontinu begin eenmalig of voor het duurzame bedrijf continu met vloeibaar silicium worden gevuld. Bij een 20 steeds smaller wordend frame wordt dienovereenkomstig het werkvolume aan vloeibaar silicium steeds geringer. Dienovereenkomstig ingewikkeld wordt het werkwij-zetechnisch betrouwbaar vullen respectievelijk het aanhouden van het vulniveau.Thinner films are in principle also accessible through a corresponding shortening of the casting frame. However, this makes it narrow and high in relation to it. Because the casting frame only lies loosely in a holder which fixes it against sliding, the casting frame according to the prior art can no longer lie sufficiently flat and quietly on the moved substrate. Again, a higher melting slip with all side effects is set. Furthermore, for a discontinuous start, the casting frame must be filled continuously with liquid silicon for one-off or for sustainable operation. Accordingly, with a frame becoming increasingly narrower, the working volume of liquid silicon becomes increasingly smaller. Accordingly, the method becomes reliable and reliable from the point of view of filling.

De onderhavige uitvinding beoogt een RGS-werkwijze voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaalschijven en -folies beschikbaar te stellen, die het mogelijk 25 maakt om op een betrouwbare wijze schijven of folies te vervaardigen, die een oppervlakte hebben, die voldoende glad en vlak is voor de verdere verwerking, waarbij de kritische werkwijzeparameters op een eenvoudige wijze stabiel kunnen worden gehouden.It is an object of the present invention to provide an RGS method for the manufacture of semiconductor and metal discs and films, which makes it possible to produce discs or films in a reliable manner which have a surface which is sufficiently smooth and flat. for further processing, wherein the critical process parameters can be kept stable in a simple manner.

Onderwerp van de uitvinding is een werkwijze voor de vervaardiging van 30 halfgeleider- en metaalschijven of -folies door stolling van een smelt van een halfgeleider, een metaal of een mengsel van meerdere halfgeleiders en/of metalen op een bewogen substraat, waarbij de smelt zich in een boven het substraat aangebracht verwarmd gietframe bevindt en de smelt in de zone van het naar buiten treden van -ί A '· · - · ' 5 het substraat uit de zone van het gietframe een temperatuur tussen de smelttempera-tuur van het toegepaste materiaal en een temperatuur van 5° C boven deze smelttem-peratuur heeft en in de smelt een temperatuurgradiënt wordt ingesteld, waarbij de temperatuur van de zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van 5 het gietframe gemiddeld in de richting van het naar binnen treden van het substraat in de zone van het gietframe stijgt.The object of the invention is a method for the manufacture of semiconductor and metal disks or films by solidifying a melt of a semiconductor, a metal or a mixture of several semiconductors and / or metals on a moved substrate, the melt being in a heated casting frame disposed above the substrate and the melt in the zone of the emergence of the substrate from the zone of the casting frame being a temperature between the melting temperature of the material used and has a temperature of 5 ° C above this melting temperature and a temperature gradient is set in the melt, the temperature of the zone of the outflow of the substrate from the zone of the casting frame averaging in the direction of the inward direction steps of the substrate in the zone of the casting frame.

Bij voorkeur heeft de smelt in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van het gietframe een temperatuur tussen de smelttemperatuur en 1° C daarboven.Preferably, the melt in the zone of the substrate emerging from the casting frame zone has a temperature between the melting temperature and 1 ° C above.

10 Heeft de smelt volgens de uitvinding in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van het gietframe een temperatuur tussen de smelttemperatuur van het toegepaste materiaal en een temperatuur van 5° C daarboven, bij voorkeur een temperatuur tussen de smelttemperatuur en 1° C daarboven, dan wordt de kleinst mogelijke hoeveelheid al geharde smelt weer opgesmolten. De uit het frame 15 naar buiten tredende en daarbij op de al geharde schijf of folie liggende hoeveelheid vloeibare halfgeleider of de daarop liggende hoeveelheid metaal wordt zo geminimaliseerd. In het ideale geval treedt alleen de hydrodynamisch te niet te vermijden hoeveelheid vloeibare halfgeleider of vloeibaar metaal samen met de gekristalliseerde schijf of folie naar buiten.In the zone of the substrate emerging from the casting frame zone, the melt according to the invention has a temperature between the melting temperature of the material used and a temperature of 5 ° C above it, preferably a temperature between the melting temperature and 1 ° C above that, the smallest possible amount of already cured melt is melted down again. The amount of liquid semiconductor or the amount of metal lying thereon which emerges from the frame 15 and thereby lies on the already cured disc or foil is minimized. Ideally, only the hydrodynamically unavoidable amount of liquid semiconductor or liquid metal escapes together with the crystallized disk or film.

20 Wordt op de genoemde plaats daarentegen een temperatuur onder het smeltpunt van het toegepaste materiaal ingesteld, dan begint het gietframe op de schijf of de folie aan te vriezen. Een meescheuren van het gietframe tot dit weer loskomt vindt plaats. Daarbij wordt het gietframe omhoog gebracht, waarbij grotere hoeveelheden van de vloeibare halfgeleider of van het vloeibare metaal naar buiten treden.If, on the other hand, a temperature below the melting point of the material used is set at the said location, the casting frame on the disk or film starts to freeze. A tearing of the casting frame until it comes loose again takes place. The casting frame is thereby raised, whereby larger quantities of the liquid semiconductor or of the liquid metal emerge.

25 Dit proces herhaalt zich continu en normaliter ontstaan geen bruikbare schijven of folies meer.This process is repeated continuously and normally no more usable discs or films are produced.

Aan de buitenste wand van het gietframe vormt zich bij de uitlaat van de geharde smelt door de daarop liggende dunne nog vloeibare laag een voorste meniscus. In de beginzone van de groeiwig vormt zich een achterste meniscus van de smelt, die 30 een naar buiten lopen tegen de transportrichting verhindert.On the outer wall of the casting frame, a front meniscus forms at the outlet of the cured melt through the thin, still liquid layer lying thereon. A posterior meniscus of the melt forms in the initial zone of the growth wedge, which prevents an outward movement against the direction of transport.

Is de temperatuur aan de zijde van het naar binnen treden van het substraat in de zone van het gietframe te laag, dan hardt de smelt al in de zone van de achterste meniscus. Folies met onregelmatige en onbruikbare folieonderzijden worden ge 6 vormd. Vaak wordt daarbij de ingevroren meniscus als golfpatroon dwars op de transportrichting afgebeeld.If the temperature on the side of the substrate entering the zone of the casting frame is too low, the melt already hardens in the zone of the posterior meniscus. Films with irregular and unusable film surfaces are formed. The frozen meniscus is often depicted as a wave pattern transverse to the direction of transport.

Volgens de uitvinding wordt in de smelt een temperatuurgradiënt ingesteld, zodat de temperatuur gemiddeld in de richting van de zijde van het naar binnen tre-5 den van het substraat in de zone van het gietframe stijgt.According to the invention, a temperature gradient is set in the melt, so that the temperature rises on average in the direction of the ingress of the substrate into the zone of the casting frame.

Als gevolg van de Warmteoverdracht in de smelt zal de temperatuur daarbij normaliter ongelijkmatig stijgen. Terwijl de temperatuur in eerste instantie niet of slechts zwak stijgt, waarbij zelfs een bepaald temperatuurverlaging kan optreden, stijgt de temperatuur dicht bij de zijde van het naar binnen treden van het substraat in 10 de zone van het gietframe in sterke mate.As a result of the heat transfer in the melt, the temperature will normally rise unevenly. While the temperature initially does not rise or only slightly rises, and even a certain temperature decrease can occur, the temperature close to the side of the substrate entering the zone of the casting frame rises sharply.

Bij voorkeur wordt de temperatuur aan de zijde van het naar binnen treden van het substraat in de zone van het gietframe zo hoog ingesteld, dat de smelt in de volledige achterste meniscus vloeibaar blijft en het metaal- of halfgeleidermateriaal pas begint te kristalliseren, wanneer het een macroscopisch vlak contact met het sub-15 straat heeft verkregen.Preferably, the temperature on the side of the substrate entering the zone of the casting frame is set so high that the melt remains liquid in the entire posterior meniscus and the metal or semiconductor material only begins to crystallize when it starts to crystallize. has obtained macroscopic contact with the substrate.

Alternatief kan de temperatuurgradiënt in de smelt ook zodanig worden ingesteld, dat het metaal- of halfgeleidermateriaal begint te kristalliseren, wanneer het ! net nog geen macroscopisch vlak contact met het substraat heeft gekregen. |Alternatively, the temperature gradient in the melt can also be adjusted such that the metal or semiconductor material begins to crystallize when it is melted. has not yet had macroscopic flat contact with the substrate. |

Bij een temperatuurverloop volgens de uitvinding verschaft het ten opzichte 20 van de smelt koude substraat vreemde kiemen in een hoeveelheid, die voldoende is voor een macroscopisch in het bovenaanzicht bijna isotrope kristallisatie. Er ontstaat een globulitische kristalhabitus. Als globulitisch wordt een kristalbeeld aangeduid, waarbij de afzonderlijke kristallen hoofdzakelijk als kolomachtige structuren van de onderzijde naar de bovenzijde van de folie zijn gegroeid en waarbij zodoende in het 25 bovenaanzicht de transportrichting van substraat en folie nauwelijks of in het geheel niet zichtbaar is.With a temperature variation according to the invention, the germs that are foreign to the melt-cold substrate provide an amount sufficient for macroscopically almost isotropic crystallization in the plan view. A globulitic crystal habitat is created. Globulitic is defined as a crystal image in which the individual crystals have grown mainly as columnar structures from the bottom to the top of the film and thus the direction of transport of substrate and film is hardly or not at all visible in the plan view.

Een globulitische kristalstructuur correleert met duidelijk minder kristaldefecten dan een dentritische structuur en is derhalve gewenst. Dit heeft de wezenlijke oorzaak daarvan in de kiemvorming en in de kristalgroei (I. Steinbach, H.-U. Höfs, 30 Microstructural analysis of the crystallisization of Silicon ribbons produced by the RGS-process, 26Λ PVSC, 1997, Anaheim, USA). Om het ideale geval van een globulitische, met betrekking tot de habitus isotrope kristallisatie zoveel mogelijk te benaderen, moet de temperatuur van het gietframe direct bij het naar binnen treden van 7 het substraat zo hoog als praktisch mogelijk worden ingesteld.A globulitic crystal structure correlates with clearly fewer crystal defects than a dentritic structure and is therefore desirable. This has the essential cause of this in nucleation and in crystal growth (I. Steinbach, H.-U. Höfs, Microstructural analysis of the crystallization of Silicon ribbons produced by the RGS process, 26Λ PVSC, 1997, Anaheim, USA) . In order to approximate the ideal case of globulitic crystallization with respect to habitus isotropic crystallization, the temperature of the casting frame must be set as high as practicable immediately upon entering the substrate.

De beide eisen aan het temperatuurverloop volgens de uitvinding, dat enerzijds de temperatuur van de smelt in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit het gietframe zo dicht mogelijk boven het smeltpunt van het foliemateriaal 5 ligt en anderzijds in de smelt een temperatuurgradiënt wordt ingesteld, waarbij de temperatuur gemiddeld in de richting van het naar binnen treden van het substraat in de zone van het gietframe stijgt, dit wil zeggen dat de smelt in de zone van het naar binnen treden van het substraat in het gietframe een duidelijke hogere temperatuur heeft, zijn een contradictio in terminis. In het eerste geval hoeft slechts relatief wei-10 nig warmte-energie worden toegevoerd om de gewenste temperatuur aan te houden. In het tweede geval is veel warmte-energie vereist.Both requirements for the temperature curve according to the invention that on the one hand the temperature of the melt in the zone of the substrate coming out of the casting frame is as close as possible to the melting point of the film material 5 and on the other hand a temperature gradient in the melt the temperature rises in the direction of the substrate entering the zone of the casting frame, that is, the melt in the zone of entering the substrate into the casting frame has a clearly higher temperature , are a contradiction in terms. In the first case, only relatively little heat energy needs to be supplied to maintain the desired temperature. In the second case, a lot of heat energy is required.

De temperatuur in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van het gietframe wordt bijvoorbeeld door middel van de temperatuur van de zijde van het gietframe in de zone van het naar buiten treden van het substraat ge-15 stuurd, doordat men de temperatuur van het gietframe met een geschikt verwarming op overeenkomstige wijze instelt. Hierbij moet empirisch of door numerieke simulatie op overeenkomstige wijze rekening worden gehouden met de warmtestromen in het gietframe. De optimale temperatuur van het gietframe wordt bij voorkeur bepaald en ingesteld, doordat de schijnbare smeltslip tot een minimum wordt gebracht. 20 Onder schijnbare smeltslip wordt de hydrodynamisch aanwezige smeltslip en daarbij opgeteld de weer opgesmolten smeltlaag begrepen. De gemeten en optimaal ingestelde temperatuur in de vrije ruimte boven de smelt ligt daarbij aanzienlijk hoger dan de daarmee gekoppelde effectieve temperatuur van de onderste uitlaatzijde van het gietframe.The temperature in the zone of the substrate emerging from the zone of the casting frame is controlled, for example, by the temperature of the side of the casting frame in the zone of the substrate emerging, by adjust the temperature of the casting frame accordingly with a suitable heating. Here, the heat flows in the casting frame must be taken into account empirically or through numerical simulation. The optimum temperature of the casting frame is preferably determined and adjusted by bringing the apparent melt slip to a minimum. The apparent melt slip is understood to mean the hydrodynamically present melt slip and, in addition, the melted-down melt layer. The measured and optimally adjusted temperature in the free space above the melt is thereby considerably higher than the associated effective temperature of the lower outlet side of the casting frame.

25 Het temperatuurprofiel volgens de uitvinding van de smelt, dit wil zeggen de temperatuur in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van het gietframe en de temperatuurgradiënt in de smelt kan bijvoorbeeld geheel of gedeeltelijk worden ingesteld, doordat de temperatuur van de substraatoppervlakte direct voor de bekleding van het substraat met het metaal- of halfgeleidermateriaal se-30 lectief ten opzichte van het substraatvolume omhoog wordt gebracht.The temperature profile according to the invention of the melt, that is to say the temperature in the zone of the substrate coming out of the zone of the casting frame and the temperature gradient in the melt can for instance be set wholly or partly by adjusting the temperature of the substrate surface immediately prior to the coating of the substrate with the metal or semiconductor material is selectively raised relative to the substrate volume.

Het is bijvoorbeeld ook mogelijk om het temperatuurprofiel van de smelt volledig of gedeeltelijk door een overeenkomstig temperatuurprofiel van het gietframe in te stellen.For example, it is also possible to adjust the temperature profile of the melt completely or partially through a corresponding temperature profile of the casting frame.

fi " : ' · . : 8fi ":" ·.: 8

Het gietframe voor de uitvoering van de RGS-werkwijze kan in principe met een aan de bovenzijde liggende dekselverwarming en/of met een aan de vier zijden aangebrachte verwarming worden bedreven. Een dergelijke zijdenverwarming kan als weerstandverwarming zijn uitgevoerd, waarbij de verwarmingsgeleiders bijvoor-5 beeld uit grafiet of siliciumcarbide bestaan. Een zijdenverwarming kan bijvoorbeeld ook als inductieverwarming zijn uitgevoerd. Hier werkt het frame als susceptor. Dit is door een metallische, bij voorkeur watergekoelde inductiespoel omgeven.The casting frame for carrying out the RGS method can in principle be operated with a cover heating on top and / or with a heating arranged on the four sides. Such a side heating can be designed as a resistance heating, wherein the heating conductors consist of, for example, graphite or silicon carbide. For example, a side heating can also be designed as an induction heating. Here the frame works as a susceptor. This is surrounded by a metallic, preferably water-cooled, induction coil.

Volgens de uitvinding wordt de temperatuur in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van het gietframe en de temperatuurgradiënt in 10 de smelt bij voorkeur door de toepassing van een extra verwarming, een gietframe met verschillende wanddiktes, een gietframe, dat als frame met twee kamers is uitgevoerd, een gietframe, dat als wigbodemframe is uitgevoerd of een combinatie van meerdere van deze maatregelen ingesteld.According to the invention, the temperature in the zone of the emerging of the substrate from the zone of the casting frame and the temperature gradient in the melt is preferably achieved by the use of an additional heater, a casting frame with different wall thicknesses, a casting frame, which if a frame is designed with two chambers, a casting frame, which is designed as a wedge bottom frame, or a combination of several of these measures.

In het onderstaande worden verschillende uitvoeringsvormen van de werkwij-15 ze volgens de uitvinding bij wijze van voorbeeld aan de hand van de figuren 1 - 4 nader toegelicht, waarbij andere uitvoeringsvormen mogelijk en eveneens onderwerp van de uitvinding zijn en de figuren niet beperkend begrepen dienen te worden.In the following, various embodiments of the method according to the invention are explained in more detail by way of example with reference to Figures 1 to 4, wherein other embodiments are possible and also subject of the invention and the figures are not to be understood in a limiting sense. to become.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de temperatuurgradiënt in de smelt door de toepassing van een extra verwarming inge-20 steld, die in de vorm van een dwarsverwarming is uitgevoerd.In an embodiment of the method according to the invention, the temperature gradient in the melt is adjusted by the use of an additional heating, which is designed in the form of a cross-heating.

In deze uitvoeringsvorm verwarmt de extra verwarming de oppervlakte van het substraat dwars op de transportrichting daarvan in de zone van de wand aan de inlaatzijde van het gietframe selectief ten opzichte van het substraatvolume en/of de onderste wand van het gietframe in de zone van het naar binnen treden van het sub-25 straat.In this embodiment, the additional heating heats the surface of the substrate transversely to the conveying direction thereof in the zone of the wall on the inlet side of the casting frame selectively with respect to the substrate volume and / or the bottom wall of the casting frame in the zone of the to stairs of the sub-25 street.

Een gietframe met extra verwarming is in de figuren la en lb bij wijze van voorbeeld afgebeeld, waarbij figuur lb een dwarsdoorsnede door de in figuur la af-gebeelde uitvoeringsvorm weergeeft. De dwarsverwarming 9 wordt zo dicht mogelijk bij de in de transportrichting 4 achterste wand van het gietframe 1 en direct bo-30 ven het substraat 2 geïnstalleerd, waarbij het substraat 2 op van voordeel zijnde wijze groeven 3 bevat. De dwarsverwarming 9 dient een zo groot mogelijk deel van de energie daarvan direct op de substraatoppervlakte respectievelijk in de achterste zijde van het gietframe 1 in te brengen. Wezenlijk is een geringe afstand van dwars- 9 verwarming 9 en gietframe 1 om te verhinderen, dat de op de substraatoppervlakte ingestraalde warmte-energie in het substraatvolume wordt gedissipeerd respectievelijk weer wordt afgestraald. De figuren la en lb tonen als een mogelijk uitvoerings-voorbeeld van de extra verwarming een rechthoekige weerstandverwarmingsstaaf 9.A casting frame with additional heating is shown by way of example in Figs. 1a and 1b, Fig. 1b showing a cross-section through the embodiment shown in Fig. 1a. The transverse heating 9 is installed as close as possible to the rear wall of the casting frame 1 in the conveying direction 4 and directly above the substrate 2, wherein the substrate 2 advantageously comprises grooves 3. The transverse heater 9 should introduce as much of the energy as possible directly onto the substrate surface or into the rear side of the casting frame 1. A small distance from transverse heating 9 and casting frame 1 is essential in order to prevent the heat energy irradiated on the substrate surface from being dissipated or irradiated in the substrate volume. Figures 1a and 1b show as a possible embodiment of the additional heating a rectangular resistance heating rod 9.

5 Naast de extra verwarming is bij wijze van voorbeeld een weerstandverwarming a voor het gietframe 1, die bij benadering een Ω-vorm heeft, afgebeeld. In het gietframe 1 bevindt zich de smelt 5 van een halfgeleider of een metaal, bij voorkeur een si-licium-smelt, waarbij in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit het gietframe 1 een schijf of folie 6 van de halfgeleider op van het metaal op het sub-10 straat 2 ontstaat. In de zone van het naar buiten treden van het substraat 2 uit het gietframe 1 vormt zich een voorste meniscus 8, in de zone van het naar binnen treden van het substraat 2 in het gietframe 1 een achterste meniscus 7.In addition to the additional heating, a resistance heating a for the casting frame 1, which has an approximately Ω shape, is shown by way of example. In the casting frame 1 is the melt 5 of a semiconductor or a metal, preferably a silicon melt, wherein in the zone of the substrate emerging from the casting frame 1 a disc or foil 6 of the semiconductor of the metal on the sub-10 street 2. A front meniscus 8 forms in the zone of entering the substrate 2 from the casting frame 1, and a rear meniscus 7 in the zone of entering the substrate 2 into the casting frame 1.

De dwarsverwarming kan bijvoorbeeld als weerstandverwarming zijn uitgevoerd en heeft bij voorkeur de vorm van een staaf met een bij benadering rond, vier-15 kant, ellipsvormig of rechthoekig profiel. Wordt een dwarsverwarming in de vorm van een weerstandverwarming toegepast, dan bestaat deze bij voorkeur uit grafiet of siliciumcarbide. De weerstandverwarming kan ook in de vorm van een meander geconstrueerd zijn.The cross-heating may, for example, be designed as a resistance heating and is preferably in the form of a rod with an approximately round, square, elliptical or rectangular profile. If a cross-heater in the form of a resistance heater is used, it preferably consists of graphite or silicon carbide. The resistance heater can also be constructed in the form of a meander.

Bij voorkeur is de weerstandverwarming zodanig gevormd en aangebracht, 20 dat een zo groot mogelijk deel van de stralende oppervlakte op het substraat en/of op de onderste wand aan de inlaatzijde van het gietframe is gericht, waarbij de energie-benutting door reflecterende respectievelijk isolerende elementen wordt verbeterd.The resistance heater is preferably formed and arranged such that as large a part of the radiant surface as possible is directed to the substrate and / or to the lower wall on the inlet side of the casting frame, the energy utilization by reflective and insulating elements, respectively. being improved.

De dwarsverwarming kan bijvoorbeeld als lampenverwarming zijn uitgevoerd, waarbij de lampenverwarming bij voorkeur een lineaire vorm heeft en is 25 voorzien van een focusserende spiegel. Het verwarmingsvermogen wordt bij voorkeur in verregaande mate op een lijn gefocusseerd, die dwars boven het substraat en zo dicht mogelijk bij de wand van het gietframe ligt. Alternatief kan deze focusse-ringslijn ook op de achterste wand van het gietframe liggen, zo dicht mogelijk bij het onderste einde en daarmee zo dicht mogelijk bij het substraat.The transverse heating can for instance be in the form of a lamp heating, wherein the lamp heating preferably has a linear shape and is provided with a focusing mirror. The heating power is preferably largely focussed on a line that lies transversely above the substrate and as close as possible to the wall of the casting frame. Alternatively, this focusing line can also lie on the rear wall of the casting frame, as close as possible to the lower end and therefore as close as possible to the substrate.

30 De dwarsverwarming kan verder bijvoorbeeld als inductieverwarming zijn uitgevoerd. Daarbij vindt het inbouwen van een inductiespoel voor de achterste wand van het gietframe plaats. De achterste wand van het gietframe dient op overeenkomstige wijze gemodificeerd te worden, zodat deze zo effectief mogelijk als 10 susceptor kan werken. Alternatief kan ook een aparte susceptor geïnstalleerd worden.The cross-heating may furthermore be designed, for example, as induction heating. Thereby the installation of an induction coil for the rear wall of the casting frame takes place. The rear wall of the casting frame must be modified accordingly, so that it can act as effectively as possible as a susceptor. Alternatively, a separate susceptor can be installed.

In een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de temperatuur van dé smelt in de zone van het naar buiten treden van het substraat 5 uit de zone van het gietframe en de temperatuurgradiënt in de smelt geheel of gedeeltelijk door toepassing van een gietframe met verschillende wanddiktes, dat door middel van een inductieverwarming wordt verwarmd, ingesteld.In a further embodiment of the method according to the invention, the temperature of the melt in the zone of the emergence of the substrate 5 from the zone of the casting frame and the temperature gradient in the melt become wholly or partly by using a casting frame with different wall thicknesses that are heated by means of induction heating.

Bij voorkeur heeft de wand van het gietframe aan de inlaatzijde van het substraat een dikte van 10 - 99 % van de dikte van de zijdelingse wand, op een bijzon-10 der de voorkeur hebbende wijze 30 - 95 %, en de wand van het gietframe aan de uitlaatzijde van het substraat een dikte van 101 - 500 % van de zijdelingse wanddikte, op een bijzonder de voorkeur hebbende wijze 105 - 200 %,Preferably, the wall of the casting frame on the inlet side of the substrate has a thickness of 10 - 99% of the thickness of the lateral wall, in a particularly preferred manner 30 - 95%, and the wall of the casting frame on the outlet side of the substrate a thickness of 101 - 500% of the lateral wall thickness, in a particularly preferred manner 105 - 200%,

Deze uitvoeringsvorm is schematisch in de figuren 2a en 2b afgebeeld, waarbij figuur 2b een dwarsdoorsnede door figuur 2a weergeeft. De voorste wand 11 in 15 de transportrichting 4 heeft een grotere wanddikte dan de overige wanden van het gietframe 1, terwijl de achterste wand 1 een geringere wanddikte heeft. Het op zodanige wijze uitgevoerde gietframe wordt met een inductieverwarming verwarmd. De inductiespoel b wordt daarbij bij voorkeur om het gietframe 1 heen geïnstalleerd. Ook is het echter mogelijk om de inductiespoel boven het gietframe 1 aan te bren-20 gen.This embodiment is shown schematically in Figures 2a and 2b, Figure 2b showing a cross-section through Figure 2a. The front wall 11 in the transport direction 4 has a larger wall thickness than the other walls of the casting frame 1, while the rear wall 1 has a smaller wall thickness. The casting frame designed in this way is heated with an induction heating. The induction coil b is thereby preferably installed around the casting frame 1. However, it is also possible to provide the induction coil above the casting frame 1.

Bij voorkeur wordt de inductiespoel b uit een elektrisch goed geleidend metaal geconstrueerd. Bij wijze van voorbeeld kunnen koper, aluminium en zilver genoemd worden. De inductiespoel b is bij voorkeur niet uit een massief materiaal, maar uit een buis vervaardigd, die tijdens het bedrijf door een koelmedium, bijvoor-25 beeld water, wordt doorstroomd. Het aantal windingen van de inductiespoel b, de buisdiameter en de wanddikte van de buis dienen volgens de regels van de techniek door berekening of empirisch aan het gietframe 1, de middenfrequentie-energievoorziening van de inductieverwarming en de totale constructie te worden aangepast.The induction coil b is preferably constructed from an electrically conductive metal. Copper, aluminum and silver may be mentioned by way of example. The induction coil b is preferably not made from a solid material, but from a tube which, during operation, flows through a cooling medium, for example water. The number of windings of the induction coil b, the tube diameter and the wall thickness of the tube must be adjusted according to the rules of the art by calculation or empirically to the casting frame 1, the intermediate frequency energy supply of the induction heating and the overall construction.

30 Bij voorkeur wordt een middenfrequentie in het bereik van ongeveer 1-30 kHz toegepast. In dit geval heeft de inductiespoel b bij voorkeur 1-5 windingen en de gebruikte buis een vierkante dwarsdoorsnede met een diameter van 1 cm en een wanddikte van 1,5 mm.Preferably, a center frequency in the range of about 1-30 kHz is used. In this case, the induction coil b preferably has 1-5 turns and the tube used has a square cross-section with a diameter of 1 cm and a wall thickness of 1.5 mm.

i P !' 11"P!" 11

De wand van het gietframe 1 dient als susceptor. Het middenfrequentieveld van de inductiespoel kan echter ook zodanig worden ingesteld, dat een bepaalde bin-nendringdiepte in het binnenste van het gietframe 1 naar binnen aanwezig is. In dit geval wordt de zich in het gietframe 1 bevindende smelt 5 ook direct verwarmd. Hoe 5 hoger de frequentie van de inductiespoel wordt gekozen des te geringer is het effect. Verder bewerkstelligt het middenfrequentieveld afhankelijk van geometrie en frequentie een bepaalde beweging van de vloeibare smelt 5.The wall of the casting frame 1 serves as a susceptor. However, the center frequency field of the induction coil can also be adjusted such that a certain penetration depth is present in the interior of the casting frame 1 inwards. In this case, the melt 5 present in the casting frame 1 is also directly heated. The higher the frequency of the induction coil is selected, the less is the effect. Furthermore, the intermediate frequency field causes a certain movement of the liquid melt 5 depending on geometry and frequency.

Dominerend is echter de invloed van het gietframe 1. De gietframewand werkt als kortgesloten spoel met 1 winding. Zodoende ontstaat in een eerste benadering 10 door het inductieveld een in de cyclus van de middenfrequentie wisselende ringvormige stroom in de wand van het gietframe. Deze geïnduceerde stroom verwarmt in de zin van een weerstandverwarming het gietframe 1. De dikte van de wand van het gietframe dient in de totale samenhang van het inductieve systeem op overeenkomstige wijze door de vakman geconstrueerd te worden. Enerzijds moet het middenfre-15 quentieveld goed ingekoppeld kunnen worden. Anderzijds dient in de zin van de weerstandverwarming een adequate elektrische weerstand te worden ingesteld. Dit is een functie van de geometrie en van het elektrische geleidingsvermogen van het toegepaste materiaal.The influence of casting frame 1 is dominating, however. The casting frame wall acts as a short-circuited coil with 1 turn. Thus, in a first approximation 10, an annular current changing in the cycle of the center frequency through the induction field is created in the wall of the casting frame. This induced current heats the casting frame 1 in the sense of a resistance heater. The thickness of the wall of the casting frame must be constructed accordingly by the person skilled in the art in the overall coherence of the inductive system. On the one hand it must be possible to link the mid-free 15 field well. On the other hand, in the sense of resistance heating, an adequate electrical resistance must be set. This is a function of the geometry and the electrical conductivity of the material used.

Wordt nu volgens de beschreven uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens 20 de uitvinding de dikte van de wand van het gietframe aan een zijde verhoogd, dan vermindert daar de effectieve elektrische weerstand. Daarmee wordt in deze zone door een ohmse verwarming minder elektrische energie in thermische energie omgezet. Door de warmteafvoerstromen in de RGS-installatie wordt de temperatuur van deze wand 11 ten opzichte van de andere wanden lager.If, according to the described embodiment of the method according to the invention, the thickness of the wall of the casting frame is increased on one side, the effective electrical resistance decreases there. This means that less electrical energy is converted into thermal energy in this zone through ohmic heating. Due to the heat dissipation currents in the RGS installation, the temperature of this wall 11 becomes lower relative to the other walls.

25 Wordt de dikte van de wand van het gietframe aan een zijde verminderd, dan wordt daar de effectieve weerstand van dit wandsegment hoger. De temperatuur van de dunnere wand 10 van het gietframe 1 stijgt op analoge wijze. Afhankelijk van het totale inductieve systeem bestaat echter een kritische dunste wanddikte. Onder deze grens wordt de weerstand zo hoog, dat de betreffende wand 10 het vermogen slechts 30 nog in onvoldoende mate kan opnemen. De temperatuur daarvan wordt weer lager. Al naargelang de omvang en afhankelijk van de aanwezige randvoorwaarden kan daarmee ook het opgenomen vermogen van het gehele frame nadelig worden beïnvloed.If the thickness of the wall of the casting frame on one side is reduced, the effective resistance of this wall segment becomes higher there. The temperature of the thinner wall 10 of the casting frame 1 rises in an analogous manner. However, depending on the total inductive system, there is a critical thinnest wall thickness. Below this limit the resistance becomes so high that the respective wall 10 can only take up the power to a insufficient extent. The temperature thereof becomes lower again. Depending on the size and depending on the boundary conditions present, the power consumption of the entire frame can thus also be adversely affected.

1212

Bij de toepassing volgens de uitvinding van een gietframe 1 met verschillende wanddiktes, wordt bij voorkeur een gietframe 1 uit hoogdicht grafiet toegepast, zoals dit op typische wijze in de halfgeleidertechniek wordt gebruikt Op van voordeel zijnde wijze bedraagt in dit geval de gemiddelde wanddikte ongeveer 1 cm. De 5 voorste wand 11 in de transportrichting 4 heeft volgens de uitvinding een grotere wanddikte dan de overige wanden van het gietframe 1, de achterste wand 10 een geringere wanddikte. Bij de toepassing van een gietframe uit hoogdicht grafiet heeft de wand 11 bij voorkeur een wanddikte van 1,1-2,0 cm, op een bijzonder de voorkeur hebbende wijze van 1,2 - 1,5 cm, de wand 10 een wanddikte van 0,3 - 0,9 cm, bij 10 voorkeur van 0,5 - 0,8 cm.In the application according to the invention of a casting frame 1 with different wall thicknesses, a casting frame 1 of high-density graphite is preferably used, as is typically used in semiconductor technology. In this case, the average wall thickness is advantageously approximately 1 cm. . According to the invention, the front wall 11 in the conveying direction 4 has a larger wall thickness than the other walls of the casting frame 1, the rear wall 10 a smaller wall thickness. When a casting frame of high-density graphite is used, the wall 11 preferably has a wall thickness of 1.1-2.0 cm, in a particularly preferred manner of 1.2 - 1.5 cm, the wall 10 a wall thickness of 0.3 - 0.9 cm, preferably from 0.5 - 0.8 cm.

Het is mogelijk en eveneens onderwerp van de uitvinding om voor de instelling van de temperatuurgradiënten in de werkwijze volgens de uitvinding een gietframe met verschillende wanddiktes en inductieverwarming en bovendien een in het bovenstaande beschreven extra verwarming te gebruiken.It is possible and also a subject of the invention to use a casting frame with different wall thicknesses and induction heating for the adjustment of the temperature gradients in the method according to the invention and moreover an additional heating described above.

15 In principe is het denkbaar om de gewenste temperaturen en de temperatuurgradiënten volgens de uitvinding ook door middel van een omliggende weerstand-verwarming te produceren. Hiervoor zijn op de verschillende plaatsen van het frame verschillende dwarsdoorsnedevlakken van de weerstandverwarming vereist of een verwarming uit dienovereenkomstige verschillende en afzonderlijk bedreven ver-20 warmingsgeleiders. Door middel van een inductieverwarming in verbinding met de in het bovenstaande beschreven maatregelen kan het gewenste resultaat echter op een elegantere wijze en eenvoudiger verkregen worden.In principle, it is conceivable to also produce the desired temperatures and temperature gradients according to the invention by means of surrounding resistance heating. For this purpose, different cross-sectional areas of the resistor heating are required at the different places of the frame or a heating from correspondingly different and separately operated heating conductors. However, by means of an induction heating in connection with the measures described above, the desired result can be obtained in a more elegant manner and more simply.

In een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de temperatuur van de smelt in de zone van het naar buiten treden van het substraat 25 uit de zone van het gietframe en de temperatuurgradiënt in de smelt volledig of gedeeltelijk door toepassing van een gietframe, dat in twee kamers is onderverdeeld, ingesteld, waarbij de onderverdeling door middel van een los of vast ingebouwde stuw dwars op de transportrichting van het substraat wordt uitgevoerd, zodat aan de uitlaatzijde van het substraat een hoofdkamer voor de opname van de metaal- res-30 pectievelijk halfgeleidersmelt en aan de inlaatzijde van het substraat een niet met smelt gevulde voorkamer wordt gevormd. Door middel van de voorkamer wordt de temperatuur in de inlaatzone van het substraat en door middel van de hoofdkamer de temperatuur in de uitlaatzone ingesteld. Het beschreven gietframe wordt in het on- 13 derstaande als frame met twee kamers aangeduid.In a further embodiment of the method according to the invention, the temperature of the melt in the zone of the emergence of the substrate from the zone of the casting frame and the temperature gradient in the melt becomes wholly or partly by applying a casting frame, which is subdivided into two chambers, the subdivision being carried out by means of a loose or fixed built-in weir transversely to the conveying direction of the substrate, so that on the outlet side of the substrate a main chamber for receiving the metal-respectively semiconductor melt and a pre-chamber that is not filled with melt is formed on the inlet side of the substrate. The temperature in the inlet zone of the substrate is adjusted by means of the pre-chamber and the temperature in the outlet zone by means of the main chamber. The casting frame described is referred to below as a two-chamber frame.

Het frame met twee kamers kan door een weerstandverwarming of door een inductieverwarming worden verwarmd, waarbij de verwarming van de zijden of van de bovenzijde kan plaatsvinden.The two-chamber frame can be heated by a resistance heater or by an induction heater, whereby the heating can take place from the sides or from the top.

5 Bij voorkeur bedraagt de lengte van de voorkamer parallel ten opzichte van de transportrichting van het substraat 0,1 - 500 % van de lengte van de hoofdkamer parallel ten opzichte van de transportrichting van het substraat, op een bijzonder de voorkeur hebbende wijze 5 - 100 %.Preferably, the length of the pre-chamber parallel to the conveying direction of the substrate is 0.1 - 500% of the length of the main chamber parallel to the conveying direction of the substrate, in a particularly preferred manner 5 - 100 %.

De stuw voor de onderverdeling van het gietframe bestaat bijvoorbeeld uit si-10 liciumnitride, siliciumcarbide, grafiet, kwartsglas, kwartsmateriaal of een combinatie of mengsels van deze materialen. Bij voorkeur bestaat de stuw ten minste aan de naar de smelt toegekeerde zijde uit kwartsglas of kwartsmateriaal.The weir for the subdivision of the casting frame consists, for example, of silicon nitride, silicon carbide, graphite, quartz glass, quartz material or a combination or mixtures of these materials. The weir preferably consists of quartz glass or quartz material at least on the side facing the melt.

De uitvoeringsvorm is bij wijze van voorbeeld in de figuren 3a en 3b afge-beeld, waarbij figuur 3b een dwarsdoorsnede door figuur 3a weergeeft. Het gietfra-15 me 1 is door de stuw 12 in een hoofdkamer 14 aan de uitlaatzijde en een voorkamer 13 aan de inlaatzijde onderverdeeld.The embodiment is shown by way of example in Figures 3a and 3b, wherein Figure 3b shows a cross-section through Figure 3a. The casting frame 1 is subdivided by the weir 12 into a main chamber 14 on the outlet side and a pre-chamber 13 on the inlet side.

De hoofdkamer 14 aan de uitlaatzijde wordt bevoorraad met het gewenste metaal respectievelijk de gewenste halfgeleider, bij voorkeur met silicium. Deze hoofdkamer 14 functioneert als zodanig in verregaande mate als een eenvoudig giet-20 frame in de vorm van een kastframe en wordt op overeenkomstige wijze bedreven.The main chamber 14 on the outlet side is supplied with the desired metal or the desired semiconductor, preferably with silicon. This main chamber 14 as such functions to a large extent as a simple casting frame in the form of a cabinet frame and is operated accordingly.

De voorkamer 13 aan de inlaatzijde blijft leeg. Deze is in hoofdzaak een stra-lingskamer. Daarmee heerst hier het streven om de temperatuur van alle wandseg-menten te vereffenen. Dit geschiedt vooral door thermische straling. De substraatop-pervlakte is een zodanig wandsegment, waarbij dit tijdens de transportbeweging 25 continu wordt vernieuwd. Derhalve wordt de substraatoppervlakte stralend duidelijk tot boven de temperatuur van het substraatvolume verwarmd. Dit vindt plaats met de kleinste mogelijke afstand ten opzichte van de smelt 5 en daarmee met een zo gering mogelijke vertraging in de tijd tot aan het contact van smelt 5 en substraat 2. Bovendien wordt de stuw 12, die voorkamer 13 en hoofdkamer 14 scheidt, en in het bij-30 zonder het onderste deel van de stuw 12 door dit stralingskamereffect ongeveer op de gemiddelde temperatuur van de voorkamer 13 gebracht. Men kan zodoende spreken over een actieve isolering. Daarmee wordt in het bijzonder in de achterste meniscus 7 een hogere temperatuur ingesteld.The front chamber 13 on the inlet side remains empty. This is essentially a radiation chamber. This is where the aim is to equalize the temperature of all wall segments. This is mainly due to thermal radiation. The substrate surface is such a wall segment, whereby it is continuously renewed during the transport movement. Therefore, the substrate surface is radiantly clearly heated above the temperature of the substrate volume. This takes place with the smallest possible distance with respect to the melt 5 and thus with the least possible delay in time until the contact of melt 5 and substrate 2. Moreover, the weir 12, which separates the front chamber 13 and main chamber 14, and in particular the lower part of the weir 12 brought about by this radiation chamber effect approximately to the average temperature of the pre-chamber 13. One can thus speak of active isolation. Thus, a higher temperature is set in particular in the posterior meniscus 7.

1 O i * 'i n 1414

De stuw 12 en het gehele gietframe 1 kunnen bijvoorbeeld uit een stuk worden vervaardigd, bijvoorbeeld uit grafiet of siliciumcarbide, bij voorkeur uit hoog-dicht grafiet. De wanddikte van de stuw 12 hoeft slechts zo groot te zijn als de vastheid van het materiaal respectievelijk de fabricagetechniek vereist. In het geval, dat 5 de stuw 12 en het gietframe 1 uit een hoogdicht grafiet bestaan, heeft het gietframe 1 bij voorkeur een wanddikte van 0,8 - 1,2 cm en de stuw 12 een wanddikte van 0,2 -0,7 cm, op een bijzonder de voorkeur hebbende wijze van 0,3 - 0,6 cm.The weir 12 and the entire casting frame 1 can be manufactured, for example, in one piece, for example from graphite or silicon carbide, preferably from high-density graphite. The wall thickness of the weir 12 need only be as great as the strength of the material or the manufacturing technique requires. In the case that the weir 12 and the casting frame 1 consist of a high-density graphite, the casting frame 1 preferably has a wall thickness of 0.8 - 1.2 cm and the weir 12 a wall thickness of 0.2 - 0.7 cm, in a particularly preferred manner of 0.3 - 0.6 cm.

De stuw 12 kan als alternatief ook afzonderlijk zijn vervaardigd en achteraf in het gietframe 1 worden ingebouwd of ingehangen. Daarvoor is het van voordeel om 10 in het gietframe 1 dienovereenkomstige geleidings- of bevestigingsgroeven of-veren door bewerken aan te brengen. Ook in dit geval kan de stuw 12 uit hetzelfde materiaal als het gietframe 1 worden vervaardigd; ook kan echter een ander materiaal worden gebruiktThe weir 12 can alternatively also be manufactured separately and be subsequently retrofitted or suspended in the casting frame 1. For this purpose, it is advantageous to provide corresponding guide or fixing grooves or springs in the casting frame 1 by machining. In this case too, the weir 12 can be made of the same material as the casting frame 1; however, a different material can also be used

Het is bijzonder van voordeel om de stuw 12 uit kwarts te vervaardigen. Een 15 dergelijke stuw 12 uit kwarts kan eenvoudig door zagen en slijpen uit een overeenkomstige kwartsglas- of kwartsmateriaalschijf worden vervaardigd. Bij voorkeur heeft een stuw 12 uit kwarts een wanddikte van 2-4 mm. Kwarts (S1O2) als materiaal voor de vervaardiging van de stuw 12 heeft in het bijzonder bij de verwerking van silicium-smelten het bijzondere voordeel, dat een stuw 12 uit kwarts onder de 20 voorwaarden van de RGS-werkwijze op een verrassende wijze beter door de smelt wordt bevochtigd dan een stuw 12 uit grafiet. Daardoor wordt de achterste meniscus 7 kleiner, waardoor men er beter in slaagt om de start van de kristallisatie van de smelt in de gewenste zone van het vlakke contact van smelt en substraat te verschuiven. Verder is de toepassing van kwarts van voordeel, omdat kwarts bij de aanwezi-25 ge temperaturen een bepaalde transparantie heeft. Derhalve dringt de thermische straling van de voorkamer 13 gedeeltelijk direct tot in de smelt en in de meniscus 7. Zodoende wordt de smelt, in het bijzonder de meniscus 7 aanvullend verwarmd, wat de uitvoering van de temperatuurgradiënten volgens de uitvinding gunstig beïnvloedt.It is particularly advantageous to manufacture the weir 12 from quartz. Such a weir 12 made of quartz can simply be produced by sawing and grinding from a corresponding quartz glass or quartz material disk. A quartz weir 12 preferably has a wall thickness of 2-4 mm. Quartz (S102) as a material for the production of the weir 12 has the special advantage, in particular in the processing of silicon melts, that a weir 12 of quartz, under the conditions of the RGS process, surprisingly works better through the melt is moistened then a weir 12 of graphite. As a result, the posterior meniscus 7 becomes smaller, so that it is better to shift the start of the crystallization of the melt into the desired zone of the flat contact of melt and substrate. Furthermore, the use of quartz is advantageous because quartz has a certain transparency at the temperatures present. Therefore, the thermal radiation from the pre-chamber 13 partially penetrates directly into the melt and into the meniscus 7. Thus, the melt, in particular the meniscus 7, is additionally heated, which has a favorable effect on the implementation of the temperature gradients according to the invention.

30 Het beschreven frame met twee kamers is gekenmerkt door een hoge mate aan variabiliteit. De stuw 12 kan op een eenvoudige wijze in het gietframe 1 worden verschoven zonder dat andere onderdelen voor de uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding veranderd hoeven te worden. De lengte van de hoofdkamer 14 kan 15 daarmee eenvoudig gevarieerd worden, waardoor de dikte van de geproduceerde schijven of folies bij verder praktisch constante omstandigheden ingesteld kan worden. Verder kan het gietframe 1 voor het geval, dat een korte lengte van de hoofdkamer 14 gewenst is, door een overeenkomstige verlenging van de voorkamer 13 in 5 het geheel zo lang worden vervaardigd, dat dit stabiel op het ten opzichte daarvan bewogen substraat rust. Op deze wijze kan de schijnbare smeltslip niet alleen thermisch, maar ook hydrodynamisch geminimaliseerd worden.The described two-chamber frame is characterized by a high degree of variability. The weir 12 can be shifted in a simple manner in the casting frame 1 without having to change other components for carrying out the method according to the invention. The length of the main chamber 14 can thus easily be varied, whereby the thickness of the discs or films produced can be adjusted under otherwise practically constant conditions. Furthermore, in the event that a short length of the main chamber 14 is desired, the casting frame 1 can be manufactured by a corresponding extension of the pre-chamber 13 as a whole so long that it rests stably on the substrate moved relative to it. In this way, the apparent melt slip can be minimized not only thermally, but also hydrodynamically.

Het is mogelijk en eveneens onderwerp van de uitvinding voor de instelling van de temperatuurgradiënt in de werkwijze volgens de uitvinding aanvullend op het 10 frame met twee kamers een in het bovenstaande beschreven extra verwarming toe te passen. Verder is het mogelijk om een frame met twee kamers te gebruiken, dat verschillende wanddiktes heeft.It is possible and also subject of the invention for the adjustment of the temperature gradient in the method according to the invention to use an additional heating as described above in addition to the frame with two chambers. Furthermore, it is possible to use a frame with two chambers that has different wall thicknesses.

In een verdere en bijzonder van voordeel zijnde uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de temperatuur van de smelt in de zone van 13 het naar buiten reden van het substraat uit de zone van het gietframe en de temperatuurgradiënt in de smelt volledig of gedeeltelijk door de toepassing van een gietframe met een bodemplaat ingesteld, waarbij deze bodemplaat aan de zijde van het naar buiten treden van het substraat een venster over 1 - 100 % van de vrije breedte van het fotovoltaïsch open laat. In het onderstaande wordt dit gietframe als wigbodem-20 frame aangeduid.In a further and particularly advantageous embodiment of the method according to the invention, the temperature of the melt in the zone of the outward movement of the substrate from the zone of the casting frame and the temperature gradient in the melt is wholly or partly caused by the use of a casting frame with a base plate set, wherein this base plate leaves a window open 1 - 100% of the free width of the photovoltaic on the side that the substrate emerges. This casting frame is referred to below as the wedge bottom frame.

Deze uitvoeringsvorm is in de figuren 4a en 4b bij wijze van voorbeeld afge-beeld. Figuur 4b geeft een dwarsdoorsnede door figuur 4a weer. Het gietframe 1 bevat een bodemplaat 15.This embodiment is shown in Figures 4a and 4b by way of example. Figure 4b shows a cross-section through Figure 4a. The casting frame 1 contains a bottom plate 15.

De grootte van de bodemplaat 15 kan in verregaande mate vrij gekozen wor-25 den en kan eenvoudig worden aangepast aan de grootte van het wigbodemframe. Bij voorkeur heeft de bodemplaat 15 parallel ten opzichte van de transportrichting 4 een lengte van 5 - 200 mm, op een bijzonder de voorkeur hebbende wijze van 20-100 mm.The size of the bottom plate 15 can to a large extent be chosen freely and can easily be adapted to the size of the wedge bottom frame. The bottom plate 15 preferably has a length of 5 - 200 mm parallel to the conveying direction 4, in a particularly preferred manner of 20-100 mm.

De lengte van het bodemvenster van het gietframe 1 is variabel. Bijvoorbeeld 30 kan de lengte van het bodemvenster parallel ten opzichte van de transportrichting 4 1-100 mm, bij voorkeur 1-40 mm bedragen. Hebben de zijden van het wigbodemframe een lengte van 10 cm, dan heeft een lengte van het venster parallel ten opzichte van de transportrichting 4 van 10-20 mm in het bijzonder de voorkeur.The length of the bottom window of the casting frame 1 is variable. For example, the length of the bottom window parallel to the conveying direction 4 may be 1-100 mm, preferably 1-40 mm. If the sides of the wedge bottom frame have a length of 10 cm, then a length of the window parallel to the conveying direction 4 of 10-20 mm is particularly preferred.

1616

De bodemplaat 15 is bij voorkeur in de richting van het venster in het midden aflopend hellend en heeft in het bijzonder bij voorkeur een wigvorm. Direct aan het venster heeft deze de minimaal technisch zinvolle dikte, bijvoorbeeld 0,1 - 20 mm, bij voorkeur 0,5 - 5 mm, op een bijzonder de voorkeur hebbende wijze 1-3 mm.The bottom plate 15 is preferably sloping in the center in the direction of the window and in particular preferably has a wedge shape. Directly on the window, it has the minimum technically meaningful thickness, for example 0.1 - 20 mm, preferably 0.5 - 5 mm, in a particularly preferred manner 1-3 mm.

5 Op de overgang naar de wand van het gietframe 1 aan de zijde van het naar binnen treden van het substraat bereikt de bodemplaat 15 bijvoorbeeld een dikte, die overeenkomt met de bovenste bedrijfsvulhoogte van het gietframe 1. Bij voorkeur bedraagt de dikte van de bodemplaat 15 op deze plaats 5-80 mm, op een bijzonder de voorkeur hebbende wijze 10-40 mm.On the transition to the wall of the casting frame 1 on the side of entering the substrate, the bottom plate 15 reaches, for example, a thickness which corresponds to the upper operating filling height of the casting frame 1. Preferably, the thickness of the bottom plate 15 is 5-80 mm at this location, 10-40 mm in a particularly preferred manner.

10 De vorm van het verloop van de stijging van het bovenste begrenzingsvlak van de bodemplaat 15 kan in verregaande mate vrij worden gekozen; bij voorkeur dient deze lineair te zijn. Ook een bij benadering asymptotische overgang van de bodemplaat 14 in de framewand is werkwijzetechnisch zinvol.The shape of the progression of the rise of the upper boundary surface of the bottom plate 15 can to a large extent be chosen freely; preferably it should be linear. An approximately asymptotic transition from the bottom plate 14 to the frame wall is also technically useful.

Een gietframe in de vorm van een kastframe van om het even welke uitvoe-15 ringsvorm en een frame met twee kamers hebben bij het gieten van bijvoorbeeld sili-ciumfolies slechts weinig contact met het substraat. De zijde van het naar buiten treden van het substraat is op vloeibaar silicium gelagerd. De geharde folie met de daarop liggende smeltslip brengt een gietframe van de genoemde vormen op overeenkomstige wijze omhoog en kantelt dit, zodat slechts nog een oplegzone aan de 20 zijde van het naar binnen treden van het substraat op het substraat ligt en een wrijvend contact heeft met het substraat. Een uitsparing aan de onderzijde van de wand van het gietframe aan de zijde van het naar binnen treden van het substraat, bij voorkeur in de middelste zone, waarin de folie hardt, kan het contact verder minimaliseren en het wrijvende contact volledig in de randzone van substraat en frame ver-25 plaatsen, waarin het kristalliseren van de folies niet meer direct beïnvloed kan worden. Een dergelijke uitsparing kan bijvoorbeeld een hoogte van 0,1 - 0,5 mm, bij voorkeur van 0,2 - 0,4 mm hebben.A casting frame in the form of a cabinet frame of any embodiment and a frame with two chambers have little contact with the substrate when casting, for example, silicon foils. The side of the substrate emerging is supported on liquid silicon. The cured film with the melting slip lying thereon raises and casts a casting frame of the aforementioned shapes in a corresponding manner, so that only one more support zone lies on the substrate on the side of the substrate entering and has frictional contact with the substrate. the substrate. A recess on the underside of the wall of the casting frame on the side of entering the substrate, preferably in the middle zone, in which the film hardens, can further minimize the contact and the frictional contact completely in the edge zone of substrate and a frame in which the crystallization of the films can no longer be directly influenced. Such a recess can for instance have a height of 0.1 - 0.5 mm, preferably of 0.2 - 0.4 mm.

In het geval van het wigbodemframe wordt bij voorkeur een overeenkomstige uitsparing in de gehele zone van de bodemplaat en de wand van het gietframe aan de 30 zijde van het naar binnen treden van het substraat aangebracht, waarbij echter op een bijzonder de voorkeur hebbende wijze direct een lijf aan het venster van de bodemplaat wordt uitgespaard. Dit lijf heeft op van voordeel zijnde wijze een breedte van ten minste 3 mm. Door het in het bovenstaande beschreven enigszins kantelen van I η t o n:) m 17 het gietframe door de gekristalliseerde siliciumfolie heeft ook dit lijf normaliter geen contact met het substraat, maar verhindert een eventueel, door het kantelen van het gietframe bevorderd kruipen van het vloeibare silicium onder de wigbodem in het gietframe.In the case of the wedge bottom frame, a corresponding recess is preferably provided in the entire zone of the bottom plate and the wall of the casting frame on the side of the entering of the substrate, but in a particularly preferred manner a directly body on the bottom plate window is saved. This body advantageously has a width of at least 3 mm. By slightly tilting the casting frame described above by the crystallized silicon foil, this body also normally does not have contact with the substrate, but prevents any creeping of the liquid silicon promoted by the tilting of the casting frame. under the wedge bottom in the casting frame.

5 Bij voorkeur hebben schijven of folies, die volgens de beschreven uitvoeringsvorm worden vervaardigd, een dikte van 25 - 1000 pm, op een bijzonder de voorkeur hebbende wijze van 70 - 400 pm.Preferably, disks or films produced according to the described embodiment have a thickness of 25 - 1000 µm, in a particularly preferred manner of 70 - 400 µm.

Met een wigbodemframe met een vensterlengte van 15-20 mm kunnen bijvoorbeeld siliciumfolies met een dikte van ongeveer 300 pm worden gegoten. Deze 10 folies zijn op verrassende wijze nauwelijks merkbaar dunner dan zodanige, die onder vergelijkbare omstandigheden met een gietframe in kastvorm met een vrije lengte van 100 mm of een in het bovenstaande beschreven frame met twee kamers met een vrije lengte van 60 mm worden verkregen.With a wedge bottom frame with a window length of 15-20 mm, for example, silicon foils with a thickness of approximately 300 µm can be cast. These films are surprisingly barely noticeably thinner than those obtained under comparable conditions with a casting frame in cabinet form with a free length of 100 mm or a frame with two chambers with a free length of 60 mm described above.

Bij een vensterlengte van 4 mm zijn bijvoorbeeld zeer gelijkmatige folies met 15 een dikte van 160 pm te bereiken. Siliciumschijven met een overeenkomstige dikte zijn door zaagwerkwijzen of door bekende afscheidingswerkwijzen via een smelt of de gasfase slechts moeilijk te verkrijgen. Het zagen van dienovereenkomstig dunne lagen is zeer moeilijk en is bij de bekende zaagwerkwijzen vanwege het hoge breuk-percentage niet economisch. Volgens de beschreven uitvoeringsvorm van de werk-20 wijze volgens de uitvinding met gebruik van een wigbodemframe zijn daarentegen door eenvoudige variatie van de lengte van het venster van de bodemplaat schijven of folies met een verschillende dikte, in het bijzonder relatief dunne schijven of folies eenvoudig te bereiken.With a window length of 4 mm, for example, very uniform films with a thickness of 160 µm can be achieved. Silicon disks with a corresponding thickness are only difficult to obtain by sawing methods or by known separation methods via a melt or the gas phase. Sawing correspondingly thin layers is very difficult and is not economical in the known sawing processes because of the high fracture percentage. According to the described embodiment of the method according to the invention using a wedge bottom frame, on the other hand, by simply varying the length of the window of the base plate, discs or films of different thickness, in particular relatively thin discs or films, can be easily to achieve.

De werkwijze volgens de uitvinding met gebruik van een wigbodemframe is 25 gekenmerkt door een reeks voordelen, die een stabiliserende uitwerking hebben op het totale dynamische gietsysteem. De belangrijkste van deze voordelen worden in het onderstaande kort toegelicht.The method according to the invention using a wedge bottom frame is characterized by a series of advantages which have a stabilizing effect on the total dynamic casting system. The most important of these benefits are briefly explained below.

De smelt wordt door de bodemplaat naar de uitlaatzijde verdrongen. Daardoor ontstaan al bij de geringste vulhoeveelheden respectievelijk vulniveaus in het giet-30 frame gelijkmatige schijven of folies over de volledige vensterbreedte. Door toepassing van een wigbodemframe kunnen kwalitatief hoogwaardige schijven of folies ook worden bereikt in het geval, wanneer het vulvolume in het wigbodemframe zeer gering is, waardoor de bedrij fsstabiliteit van het gehele proces en de foutentolerantie 18 met betrekking tot de vulhoogte duidelijk wordt verbeterd.The melt is displaced by the bottom plate to the outlet side. As a result, even at the smallest filling quantities or filling levels in the casting frame, uniform discs or films are created over the entire window width. By using a wedge bottom frame, high-quality discs or foils can also be achieved in the case where the filling volume in the wedge bottom frame is very small, so that the operational stability of the entire process and the fault tolerance 18 with respect to the filling height are clearly improved.

Met een stijgende vulhoogte in het gietframe stijgt de hydrostatische druk van de smelt in het gietframe. Wordt de hydrostatische druk te groot, dan wordt het gietframe omhoog gebracht en de smelt onder het gietframe naar buiten gedrukt. De bo-5 demplaat van het wigbodemframe compenseert dit effect in verregaande mate, omdat dezelfde druk hier een compenserende kracht naar de onderzijde ontplooit. Daardoor wordt bovendien een dynamisch rustige positie van het gietframe bewerkstelligt, omdat eventuele trillingen worden gedempt. De toepassing van een wigbodemframe maakt dus een relatief grote maximale vulhoogte mogelijk, bijvoorbeeld tot en met 5 10 cm. Ook dit draagt bij aan de verbetering van de bedrijfsstabiliteit van het gehele proces en aan de foutentolerantie met betrekking tot de vulhoogte. Dit vermindert de eisen aan de regeling van de nadosering van de smelt in het gietframe in duidelijke mate.With a rising filling height in the casting frame, the hydrostatic pressure of the melt in the casting frame increases. If the hydrostatic pressure becomes too high, the casting frame is raised and the melt is pressed out under the casting frame. The bottom plate of the wedge bottom frame largely compensates for this effect, because the same pressure here exerts a compensating force downwards. In addition, this ensures a dynamically quiet position of the casting frame, because any vibrations are damped. The use of a wedge bottom frame therefore allows a relatively large maximum filling height, for example up to and including 10 cm. This also contributes to the improvement of the operational stability of the entire process and to the fault tolerance with regard to the filling height. This considerably reduces the requirements for the regulation of the post-dosing of the melt in the casting frame.

Een verder voordeel van de toepassing van een wigbodemframe bestaat eruit, 15 dat het bijdoseren van smelt in het gietframe ook bij een zeer lage vulhoogte op zodanige wijze kan plaatsvinden, dat de smelt niet direct een substraatplaat raakt. De smelt kan integendeel direct op de bodemplaat worden geleid en wordt daardoor dan gelijkmatig en in een brede stromingshoek in de richting van het venster van de bodemplaat verdeeld. Dit effect kan door een geschikte structurering van de opper-20 vlakte van de bodemplaat verder worden verbeterd. Deze structurering kan bijvoorbeeld uit visgraatachtig achter elkaar aangebrachte vlakke sleuven bestaan, die zich V-vormig naar de onderzijde openen. Door toepassing van een overeenkomstige bodemplaat in het wigbodemframe vervalt het risico, dat naar binnen stromende smelt direct in de groef tussen de substraatplaten komt en daar bij het harden een aan el-25 kaar koeken van deze platen tot gevolg heeft. Verder wordt op deze wijze verhinderd, dat de het smelt uit de bijdoseringseenheid een thermisch geïnduceerd spoor in het kristalbeeld van de schijven of folies, die ontstaan, produceert.A further advantage of the use of a wedge bottom frame is that the addition of melt into the casting frame can also take place at a very low filling height in such a way that the melt does not directly touch a substrate plate. On the contrary, the melt can be guided directly onto the bottom plate and is thereby distributed evenly and at a wide flow angle in the direction of the bottom plate window. This effect can be further improved by suitable structuring of the surface of the bottom plate. This structuring can consist of, for example, herringbone-like flat slots arranged one behind the other, which open V-shaped towards the bottom. The use of a corresponding bottom plate in the wedge bottom frame eliminates the risk of melting incoming melt coming directly into the groove between the substrate plates and causing caking of these plates when hardened. Furthermore, in this way, the melt from the metering unit is prevented from producing a thermally induced trace in the crystal image of the discs or films that are formed.

Het wigbodemframe kan bijvoorbeeld met een inductieverwarming of een weerstandverwarming worden verwarmd. De voorkeur heeft een verwannen met een 30 weerstandverwarming, die zijdelings om het wigbodemframe is aangebracht.The wedge bottom frame can, for example, be heated with an induction heating or a resistance heating. Preference is given to heating with a resistance heater, which is arranged laterally around the wedge bottom frame.

Het is mogelijk en eveneens onderwerp van de uitvinding om voor de instelling van de temperatuurgradiënt volgens de uitvinding in de werkwijze volgens de uitvinding aanvullend op het wigbodemframe een in het bovenstaande beschreven 19 extra verwarming te gebruiken. Verder is het mogelijk om een wigbodemframe te gebruiken, dat verschillende wanddiktes en/of een voorkamer bevat.It is possible and also subject of the invention to use an additional heating as described above for setting the temperature gradient according to the invention in the method according to the invention in addition to the wedge bottom frame. Furthermore, it is possible to use a wedge bottom frame that contains different wall thicknesses and / or a pre-chamber.

Voor het testen van delen, inrichtingen en maatregelen aan en in een installatie voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaalschijven en -folies volgens de 5 RGS-werkwijze is het noodzakelijk om deze installatie gedurende een langere periode te bedrijven. Daarbij worden grote hoeveelheden inzetmateriaal verbruikt, die beschikbaar gesteld en eventueel afgevoerd en verwerkt moeten worden. Een reduce-ring van de transportsnelheid van het substraat en daarmee het verbruik van inzetmateriaal is in het dynamische systeem van een dergelijke installatie slechts binnen 10 krappe grenzen op zinvolle wijze mogelijk. In het bijzonder het testen van verschillende substraatmaterialen vereist een reeks proeven. Juist hier is het doorlopen van een hoog cyclusaantal noodzakelijk, wat een verlaging van de transportsnelheid a priori onzinnig maakt.For testing parts, devices and measures on and in an installation for the manufacture of semiconductor and metal disks and foils according to the RGS method, it is necessary to operate this installation for a longer period of time. In addition, large amounts of insert material are used, which must be made available and possibly have to be removed and processed. A reduction of the transport speed of the substrate and thus the consumption of insert material is only possible in a meaningful manner in the dynamic system of such an installation within 10 narrow limits. In particular, testing different substrate materials requires a series of tests. Precisely here it is necessary to go through a high cycle number, which makes a reduction in the transport speed a priori nonsense.

Door gebruik van een bijzondere uitvoeringsvorm van het beschreven wigbo-15 demframe kan nu het materiaalverbruik duidelijk worden verminderd. Daarvoor wordt de breedte van het venster in de bodemplaat van het wigbodemframe, dit wil zeggen de dimensie dwars op de transportrichting van het substraat, op een geschikte wijze geminimaliseerd.By using a special embodiment of the described wedge bottom frame, the material consumption can now be clearly reduced. For this purpose, the width of the window in the bottom plate of the wedge bottom frame, i.e. the dimension transverse to the transport direction of the substrate, is minimized in a suitable manner.

In deze bijzondere uitvoering wordt dus een wigbodemframe gebruikt, waar-20 van het venster van de bodemplaat smaller dan de vrije breedte van het frame wordt uitgevoerd. De breedte kan tot 1 mm worden gereduceerd, een reducering van de breedte tot 5 - 10 mm is van voordeel. De gekozen vensterbreedte hangt af van de doelstelling en van de technische randvoorwaarden. Hierbij is de laterale positie van het venster, meer centrisch of dichtbij de rand van het gietframe, vrij te kiezen 25 Een gemodificeerde vorm van het wigbodemframe is in het bijzonder geschikt voor het gelijktijdig testen van verschillende substraatmaterialen, indien deze zich thermisch op soortgelijke wijze gedragen. Daarvoor wordt het wigbodemframe op zodanige wijze gemodificeerd, dat de bodemplaat twee of meerdere lateraal naast elkaar liggende vensters bevat. Het toegepaste substraat is overeenkomend met het 30 aantal en de breedte van de vensters zodanig onderverdeeld, dat verschillende materialen naast elkaar zijn aangebracht en de smelt, die uit een venster naar buiten treedt slechts met een Van deze materialen in contact komt. Op deze wijze kunnen in het bijzonder verschillend gevormde oppervlaktemodificaties van een gemeenschappe- té +K Λ 20 lijk basissubstraat worden getest.In this particular embodiment, therefore, a wedge bottom frame is used, of which the window of the bottom plate is made narrower than the free width of the frame. The width can be reduced to 1 mm, a reduction of the width to 5 - 10 mm is advantageous. The chosen window width depends on the objective and the technical preconditions. Here, the lateral position of the window, more centrically or close to the edge of the casting frame, can be chosen freely. A modified shape of the wedge bottom frame is particularly suitable for simultaneously testing different substrate materials if they behave thermally in a similar manner. . For this purpose, the wedge bottom frame is modified in such a way that the bottom plate contains two or more laterally adjacent windows. The substrate used is, corresponding to the number and width of the windows, subdivided in such a way that different materials are arranged next to each other and the melt which emerges from a window only comes into contact with one of these materials. In this way, in particular differently shaped surface modifications of a common + K Λ 20 base substrate can be tested.

Duidelijk is, dat een gietframe in de uitvoering van een eenvoudig kastframe volgens de stand van de techniek met de vrije breedte van een voldoende smal venster in wezenlijke installatiedelen een nieuwe constructie vereiste en regeltechnisch 5 nauwelijks te hanteren was. Dit geldt ook voor het in het bovenstaande beschreven gietframe met verschillende wanddiktes en het frame met twee kamers.It is clear that a casting frame in the embodiment of a simple cabinet frame according to the prior art with the free width of a sufficiently narrow window in essential installation parts required a new construction and could hardly be controlled from a technical point of view. This also applies to the casting frame with different wall thicknesses described above and the frame with two chambers.

In een bijzondere voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt een frame met een geïntegreerde vlottereenheid toegepast.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, a frame with an integrated float unit is used.

In principe is het mogelijk om elk van de in het bovenstaande beschreven 10 frame te voorzien van een vlottereenheid. Bij voorkeur wordt echter een wigbodem-frame met een geïntegreerde vlottereenheid toegepast, zodat de verdere beschrijving betrekking heeft op een wigbodemframe, waarbij dit niet als beperking begrepen dient te worden.In principle, it is possible to provide each of the frame described above with a float unit. However, a wedge bottom frame with an integrated float unit is preferably used, so that the further description relates to a wedge bottom frame, which is not to be understood as a limitation.

In het wigbodemframe wordt een vlotterlichaam passend aangebracht, waarbij 15 het vlotterlichaam in de horizontaal slechts een geringe beweeglijkheid heeft, maar in de verticaal de smeltspiegel in verregaande mate vrij kan volgen. Het vlotterlichaam wordt door de verwarming door middel van een of meer wanden van het gietframe inclusief de bodemplaat beschermd tegen het vastvriezen onder de invloed van het koelere substraat. Het vlotterlichaam dient voor de meting van het vulniveau in 20 het gietframe met een met elektromagnetische velden of met elektromagnetische straling werkend meettoestel als vervangend meetvlak voor de smeltoppervlakte.A float body is suitably arranged in the wedge bottom frame, wherein the float body has only a small mobility in the horizontal, but in the vertical can largely follow the melting level freely. The float body is protected by heating by means of one or more walls of the casting frame including the bottom plate against freezing under the influence of the cooler substrate. The float body serves as a replacement surface for the melting surface for measuring the fill level in the casting frame with a measuring device working with electromagnetic fields or with electromagnetic radiation.

De toepassing van een dergelijk wigbodemframe met vlottereenheid maakt het mogelijk om de vulhoogte van het gietframe ook in het geval, waarin het gietframe een siliciumsmelt bevat, op een zéér eenvoudige wijze betrouwbaar te bepalen. Bij 25 toepassing van gietframes zonder vlottereenheid is een overeenkomstige bepaling vaak niet met een bevredigende betrouwbaarheid mogelijk. De betrouwbare bepaling van de vulhoogte is in het bijzonder noodzakelijk in het geval, wanneer de werkwijze volgens de uitvinding continu uitgevoerd dient te worden.The use of such a wedge bottom frame with float unit makes it possible to reliably determine the filling height of the casting frame even in the case where the casting frame contains a silicon melt. When casting frames without float unit are used, a corresponding determination is often not possible with satisfactory reliability. The reliable determination of the filling height is particularly necessary in the case where the method according to the invention is to be carried out continuously.

Als gevolg van de isolering van het gietframe in de RGS-werkwijze is dit voor 30 meettoestellen slecht toegankelijk. De meettoestellen respectievelijk meetkoppen zijn verder thermisch hoog belast en moeten onder de voorwaarden van de RGS-werkwijze in voldoende mate stabiel zijn. Ook mag de smelt niet op ontoelaatbare wijze gecontamineerd worden. Zodoende kunnen praktisch alleen contactloos wer- } J i 21 kende werkwijzen toegepast worden voor de meting van het vulniveau, die bijvoorbeeld met gebruik van elektromagnetische velden respectievelijk elektromagnetische straling werken. Bij wijze van voorbeeld dienen meettoestellen genoemde te worden, die op de meting van de looptijd van de elektromagnetische stralingspuls gebaseerd 5 zijn of optische triangulometers. Bij voorkeur worden lasertriangulometers toege-past.As a result of the insulation of the casting frame in the RGS method, this is difficult to access for 30 measuring devices. The measuring devices or measuring heads are also subjected to a high thermal load and must be sufficiently stable under the conditions of the RGS method. The melt must also not be contaminated in an inadmissible way. Thus, practically only non-contact methods can be used for the measurement of the filling level, which, for example, operate using electromagnetic fields or electromagnetic radiation. Mention should be made by way of example of measuring devices based on the measurement of the travel time of the electromagnetic radiation pulse or optical triangulometers. Laser triangulometers are preferably used.

Dergelijke toestellen zijn in principe geschikt voor de hoogte- respectievelijk vulniveaumeting van metaalsmelten direct op de smeltoppervlakte. Nu blijkt echter op verrassende wijze, dat een lasertriangulatietoestel, dat voor de bepaling van de 10 vulhoogte van een siliciumsmelt wordt toegepast, vaak reversibel zonder beschadigingen voor het toestel zelf uitvalt en geen evalueerbaar vulhoogtesignaal meer levert.Such devices are in principle suitable for the height or fill level measurement of metal melts directly on the melting surface. However, it now surprisingly appears that a laser triangulation device used for determining the fill height of a silicon melt often fails reversibly without damage to the device itself and no longer provides an evaluable fill height signal.

Dit kan door toepassing van een vlotter met een geschikte geometrie uit een materiaal, dat voldoende bestendig is, met een niet spiegelende, diffuus strooiende 15 oppervlakte, bijvoorbeeld siliciumcarbide of grafiet, worden vermeden. Bij voorkeur bestaat een dergelijke vlotter uit grafiet. De vlotter ligt in de meetzone in de verticaal vrij beweegbaar op de smelt en levert een referentieoppervlakte voor de hoogtemeting. De vlotter kan als massief lichaam of op van voordeel zijnde wijze als holle vorm worden uitgevoerd, bijvoorbeeld in de vorm van een bus of kuip met of zonder 20 deksel. Bij een macroscopische dichtheid van het vlottermateriaal in de zone van het vloeibare silicium en daarboven moet de vlotter als holle vorm worden uitgevoerd. Het meetsignaal kan overeenkomend met de geometrie en de relatieve schijnbare dichtheid van het vlotterlichaam eenvoudig gecorrigeerd worden om een maat voor de ware vulhoogte te leveren.This can be avoided by using a float with a suitable geometry from a material that is sufficiently resistant, with a non-reflecting, diffusely scattering surface, for example silicon carbide or graphite. Such a float preferably consists of graphite. The float is freely movable in the vertical measuring zone on the melt and provides a reference surface for the height measurement. The float can be designed as a solid body or advantageously as a hollow form, for example in the form of a can or tub with or without a lid. At a macroscopic density of the float material in the liquid silicon zone and above, the float must be in the form of a hollow shape. The measurement signal corresponding to the geometry and the relative apparent density of the float body can be simply corrected to provide a measure of the true filling height.

25 Problematisch bij de toepassing van een vlotter is, dat de vlotter de neiging heeft om door kristalliserend silicium aan het substraat en de bevestiging daarvan vast te koeken en daarmee voor de bepaling van de vulhoogte onbruikbaar te worden.A problem with the use of a float is that the float tends to become caked by crystallizing silicon on the substrate and the attachment thereof and thus become unusable for determining the filling height.

Het beschreven wigbodemframe kan op verrassende wijze eenvoudig gemodi-30 ficeerd worden, zodat de toepassing van een vlotter mogelijk wordt en een vastkoeken op efficiënte wijze wordt verhinderd. In de figuren 4a en 4b is een wigbodemframe met vlottereenheid bij wijze van voorbeeld afgebeeld.The wedge bottom frame described can surprisingly be easily modified, so that the use of a float becomes possible and a caking is prevented in an efficient manner. A wedge bottom frame with float unit is shown by way of example in figures 4a and 4b.

Een vlotter d met een hoge opwaartse kracht in trog- of kastvorm wordt in het 22 gietframe 1 gelegd. Deze vlotter d is bij voorkeur uit grafiet of siliciumcarbide vervaardigd. De vlotter d wordt zijdelings door een vlottergeleiding e en naar de onderzijde door een vlotterdraagvlak f vastgehouden.A float d with a high upward force in trough or box form is placed in the casting frame 1. This float d is preferably made from graphite or silicon carbide. The float d is held sideways by a float guide e and to the bottom by a float bearing surface f.

De vlottergeleiding e kan in de vorm van een geschikte uitsparing in de fra-5 mewand worden uitgevoerd of in de vorm van zich op de framewand bevindende veren. Beide uitvoeringsvormen dienen ervoor om de bewegingszone van de vlotter in de gewenste mate te controleren. Dit geldt op analoge wijze voor het vlotterdraagvlak f.The float guide e can be in the form of a suitable recess in the frame wall or in the form of springs located on the frame wall. Both embodiments serve to control the movement zone of the float to the desired extent. This applies analogously to the float bearing surface f.

In het geval van een uitgespaarde vlottergeleiding e is de wand van het giet-10 frame 1 in de vlotterzone dunner dan in de andere zones. Bij voorkeur bedraagt de wanddikte in de zone van de geleiding e 50 - 80 % van de wanddikte in de overige zone. Bijvoorbeeld kan een wigbodemframe worden gebruikt, dat een framewand-dikte van ongeveer 7 mm in de zone van de vlottergeleiding e en 10 mm in de overige zone heeft.In the case of a recessed float guide e, the wall of the casting frame 1 in the float zone is thinner than in the other zones. The wall thickness in the zone of the guide is preferably 50 - 80% of the wall thickness in the remaining zone. For example, a wedge bottom frame can be used which has a frame wall thickness of about 7 mm in the float guide zone e and 10 mm in the remaining zone.

15 De lengte en de breedte van de vlotter d dient zodanig gekozen te worden, dat deze de zone van de vlottergeleiding e niet kan verlaten en dat de vlotter d gelijktijdig vrij beweegbaar blijft in de vlottergeleiding e. De vlotter d is verder exact boven het venster van de bodemplaat 15 aangebracht, waarbij de lengte van het venster enigszins kleiner of groter kan zijn dan de lengte van de vlotter d in de transport-20 richting 4. Bij een zeer klein venster moet de constructie van de bodemplaat 15 op die van de meetvlotter worden afgestemd.The length and the width of the float d must be chosen such that it cannot leave the zone of the float guide e and that the float d remains at the same time freely movable in the float guide e. The float d is furthermore arranged exactly above the window of the bottom plate 15, wherein the length of the window can be somewhat smaller or larger than the length of the float d in the transport direction 4. With a very small window, the construction must of the bottom plate 15 to be adjusted to that of the measuring float.

Op van voordeel zijnde wijze krijgt de meetvlotter in de zone, waarin deze in contact kan komen met de binnenzijde van het wigbodemframe, kleine noppen met een hoogte van bijvoorbeeld 0,3 - 3 mm boven de vlakke vlotteroppervlakte, waar-25 door een eventueel vasthouden door vloeibaar silicium wordt verhinderd.Advantageously, in the zone where it can come into contact with the inside of the wedge bottom frame, the measuring float acquires small nubs with a height of, for example, 0.3-3 mm above the flat float surface, whereby an optional holding is prevented by liquid silicon.

De minimale lengte van de vlotter d in de transportrichting 4 wordt bepaald uit de grootte van de meetvlek van het toegepaste meettoestel en uit de noodzakelijke tolerantie-uitslagen. Om het gevaar van vastvriezen te minimaliseren, is het aan te raden om een zo gering mogelijke lengte te kiezen. Door de vlottergeleiding e is het 30 risico van het kantelen van de vlotter d voorkomen.The minimum length of the float d in the conveying direction 4 is determined from the size of the measuring spot of the measuring device used and from the necessary tolerance results. To minimize the risk of freezing, it is advisable to choose the shortest possible length. Due to the float guide e, the risk of tilting the float d is prevented.

De verwarming van het beschreven wigbodemframe met meetvlotter kan bijvoorbeeld door middel van inductieverwarming of weerstandverwarming plaatsvinden. De voorkeur heeft de verwarming door middel van weerstandverwarming.The heating of the described wedge bottom frame with measuring float can for instance take place by means of induction heating or resistance heating. The heating by means of resistance heating is preferred.

10 Uï — ·; 2310 µ - ·; 23

Door de warmteovergang uit het gietframe in de vlotter d vindt een indirecte verwarming van de vlotter d plaats. Gelijktijdig werkt de bodemplaat IS als thermisch isolerend element tussen smelt en substraat. Dit bewerkstelligt een hogere temperatuur van de smelt boven de bodemplaat 15 en een hogere temperatuur van de 5 vlotter d aan de naar de smelt toegekeerde zijde daarvan. Daardoor wordt de temperatuur van de vlotterbodem hoger. Een aankoeken van de vlotter d wordt verhinderd.Due to the heat transfer from the casting frame to the float d, indirect heating of the float d takes place. At the same time, the bottom plate IS acts as a thermal insulating element between melt and substrate. This brings about a higher temperature of the melt above the bottom plate 15 and a higher temperature of the float d on the side thereof facing the melt. This increases the temperature of the float floor. Caking of the float d is prevented.

De toepassing van een wigbodemframe met de beschreven vlottereenheid maakt een probleemloze meting van het vulniveau volgens het lasertriangulatieprin-cipe in een meetbereik, dat voldoende groot is, mogelijk.The use of a wedge bottom frame with the float unit described enables a trouble-free measurement of the fill level according to the laser triangulation principle in a measuring range that is sufficiently large.

10 Voor de verdere verhoging van de betrouwbaarheid en standtijd van het meetsysteem kan bijvoorbeeld een dunne laag van een geschikt fijn poeder met een dikte van 0,01-1 mm in de trog- of busvormige meetvlotter worden gestrooid. Bij voorkeur wordt poeder uit grafiet of siliciumcarbide respectievelijk uit een mengsel daarvan toegepast, dat een korreldiameter in het bereik van 0,01-1 mm heeft. Hierbij is 15 een grotere korreldiameter in het bereik van 0,3 - 1 mm bijzonder van voordeel, omdat een dergelijk poeder minder gemakkelijk kan worden meegenomen door gasstromen. Poederlaagdiktes tot 1 mm storen het systeem en de meting nauwelijks, ook niet bij een verplaatsing en concentratie van het poeder op bepaalde plaatsen in de vlotter. Mocht nu in het tegengestelde geval vloeibaar silicium in de op zodanige 20 wijze geprepareerde vlotter komen, dan is het systeem er zonder problemen toe in staat om op de deeltjes in de oppervlakte van het naar binnen gedrongen silicium te meten. Eventueel kan dit naar binnen dringen van siliciumsmelt aan de hand van de verandering van het door het meetsysteem ingestelde vermogen van de meetlaser-straal worden vastgesteld.For a further increase in the reliability and service life of the measuring system, for example, a thin layer of a suitable fine powder with a thickness of 0.01-1 mm can be scattered in the trough or bush-shaped measuring float. Preferably, powder from graphite or silicon carbide or from a mixture thereof is used which has a grain diameter in the range of 0.01-1 mm. A larger grain diameter in the range of 0.3 - 1 mm is particularly advantageous here, because such a powder is less easily entrained by gas flows. Powder layer thicknesses up to 1 mm hardly interfere with the system and the measurement, not even with a movement and concentration of the powder in certain places in the float. Should liquid silicon now enter the float prepared in such a way in the opposite case, the system is able to measure without problems on the particles in the surface of the penetrated silicon. If necessary, this penetration of silicon melt can be determined on the basis of the change in the power of the measuring laser beam set by the measuring system.

25 Onderwerp van de uitvinding is verder de toepassing van de volgens de werkwijze volgens de uitvinding vervaardigde schijven of folies voor dé vervaardiging van zonnecellen of andere halfgeleiderconstructie-elementen.The subject of the invention is furthermore the use of the discs or films produced according to the method according to the invention for the production of solar cells or other semiconductor construction elements.

Bij de vervaardiging van zonnecellen kan een onderscheid gemaakt worden tussen twee gevallen. Enerzijds wordt het halfgeleidende basismateriaal direct voor 30 de procesmatige productie van de zonnecellen toegepast. Daarbij wordt dit integraal onderdeel van het natuurkundige systeem voor de omzetting van lichtstraling in elektrische stroom.In the manufacture of solar cells, a distinction can be made between two cases. On the one hand, the semiconductor base material is used directly for the process-based production of the solar cells. This becomes an integral part of the physical system for the conversion of light radiation into electric current.

Anderzijds kan het vlakke halfgeleider-basismateriaal als dragermateriaal voor 24 de daarna na afscheiding van geschikte halfgeleidermaterialen procesmatig te produceren zonnecellen dienen. Het dragermateriaal dient hierbij normaliter gelijktijdig voor de afvoer van de geproduceerde elektrische stroom. Hiervoor is het normaliter van voordeel om door overeenkomstige maatregelen een relatief hoog elektrisch ge-5 leidingsvermogen in te stellen, bijvoorbeeld door een ten opzichte van het basismateriaal van de gebruikelijke zonnecellen duidelijk hogere dotering. In plaats van het halfgeleider-basismateriaal kan in een dergelijk systeem ook een geschikt metallisch materiaal worden toegepast, dat a priori een hoger elektrisch geleidingsvermogen heeft. Het opbrengen van de eigenlijke fotovoltaïsch actieve lagen kan bijvoorbeeld 10 door vloeibare fasenepitaxie, door chemische afscheiding uit de gasfase (Chemical Vapour Deposition CVD), door opdampen of door middel van een plasma geschieden.On the other hand, the planar semiconductor base material can serve as a carrier material for the solar cells to be produced subsequently after separation of suitable semiconductor materials. The carrier material here normally serves at the same time for discharging the produced electric current. For this purpose, it is normally advantageous to set a relatively high electrical conductivity by corresponding measures, for example by a doping that is clearly higher than the base material of the usual solar cells. Instead of the semiconductor base material, a suitable metallic material can also be used in such a system, which a priori has a higher electrical conductivity. The actual photovoltaic active layers can be applied, for example, by liquid phase epitaxy, by chemical separation from the gas phase (Chemical Vapor Deposition CVD), by vapor deposition or by means of a plasma.

In beide gevallen kan de vakman de dotering zodanig kiezen, dat afhankelijk van het gekozen type zonnecel het vlakke halfgeleider-basismateriaal n- of p-gelei-15 dend wordt ingesteld.In both cases, the person skilled in the art can choose the doping such that, depending on the type of solar cell chosen, the flat semiconductor base material is adjusted n- or p-conductively.

Onderwerp van de uitvinding is dienovereenkomstig verder de toepassing van de volgens de uitvinding vervaardigde schijven of folies voor de afscheiding van andere materialen op deze schijven of folies en de toepassing van de op zodanige wijze verkregen producten voor de vervaardiging van zonnecellen of andere halfgeleider* 20 constructie-elementen.The subject of the invention is accordingly further the application of the discs or films produced according to the invention for the separation of other materials on these discs or films and the application of the products obtained in this way for the manufacture of solar cells or other semiconductor construction. elements.

Verder zijn inrichtingen onderwerp van de uitvinding, die geschikt zijn voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaalschijven of —folies volgens de werkwijze volgens de uitvinding in de verschillende uitvoeringsvormen daarvan.Furthermore, subject matter of the invention is suitable for the manufacture of semiconductor and metal disks or films according to the method according to the invention in the various embodiments thereof.

Onderwerp van de uitvinding is derhalve een inrichting voor de vervaardiging 25 van halfgeleider- en metaalschijven of -folies door stolling van een smelt van een halfgeleider of metaal of een mengsel van meerdere halfgeleiders en/of metalen op een bewogen substraat, waarbij de inrichting een boven het substraat aangebracht verwarmd gietframe bevat, waarvan de wand aan de inlaatzijde van het substraat 10 - 99 % van de dikte van de zijdelingse wand en waarvan de wand aan de uitlaatzijde 30 van het substraat 101 - 500 % van de zijdelingse wanddikte heeft.The object of the invention is therefore a device for the manufacture of semiconductor and metal discs or foils by solidifying a melt of a semiconductor or metal or a mixture of a plurality of semiconductors and / or metals on a moved substrate, the device having a top the heated casting frame disposed on the substrate and whose wall on the inlet side of the substrate has 10 - 99% of the thickness of the side wall and whose wall on the outlet side of the substrate has 101 - 500% of the side wall thickness.

Onderwerp van de uitvinding is eveneens een inrichting voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaalschijven of -folies door stolling van een smelt van een halfgeleider of metaal of een mengsel van meerdere halfgeleiders en/of metalen op 25 een bewogen substraat, waarbij de inrichting een boven het substraat aangebracht verwarmd gietframe bevat, dat door middel van een los of vast ingebouwde stuw dwars op de transportrichting van het substraat in een voor- en een hoofdkamer is onderverdeeld, waarbij de hoofdkamer met de smelt zich aan de uitlaatzijde van het 5 substraat en de voorkamer, die vrij is van smelt, zich aan de inlaatzijde van het substraat bevindt.The invention also relates to a device for the manufacture of semiconductor and metal discs or films by solidifying a melt of a semiconductor or metal or a mixture of several semiconductors and / or metals on a moved substrate, the device having a top comprises a heated casting frame arranged on the substrate and subdivided into a front and a main chamber by means of a loose or fixed built-in weir, the main chamber with the melt located on the outlet side of the substrate and the pre-chamber, which is free of melt, is located on the inlet side of the substrate.

Onderwerp van de uitvinding is eveneens een inrichting voor de vervaardiging van halfgeleider- of metaalschijven of -folies door stolling van een smelt van een halfgeleider of metaal of een mengsel van meerdere halfgeleiders en/of metalen op 10 een bewogen substraat, waarbij de inrichting een boven het substraat aangebracht verwarmd gietframe bevat, dat een bodemplaat heeft, die aan de zijde van het naar buiten treden van het substraat een venster over 1 - 100 % van de vrije breedte van het frame open laat.The invention also relates to a device for the manufacture of semiconductor or metal discs or foils by solidifying a melt of a semiconductor or metal or a mixture of several semiconductors and / or metals on a moved substrate, the device having a top the heated casting frame disposed on the substrate and having a bottom plate which leaves a window open 1 - 100% of the free width of the frame on the side when the substrate comes out.

Bij voorkeur is de bovenzijde van de bodemplaat in de richting van het ven-15 ster in het midden aflopend hellend en de bodemplaat heeft een lengte in de transportrichting van 5 - 200 mm en direct aan het venster een dikte van 0,1 - 20 mm en bij de overgang naar de wand van het gietframe aan de zijde van het naar binnen treden van het substraat een dikte van 5-80 mm.Preferably, the top of the bottom plate is sloping in the middle in the direction of the window and the bottom plate has a length in the conveying direction of 5 - 200 mm and directly on the window a thickness of 0.1 - 20 mm and a thickness of 5-80 mm at the transition to the wall of the casting frame on the side of entering the substrate.

Op van voordeel zijnde wijze bedraagt de lengte van het bodemvenster in de 20 transportrichting 1-100 mm.The length of the bottom window in the conveying direction is advantageously 1-100 mm.

Onderwerp van de uitvinding is ook een inrichting voor de vervaardiging van halfgeleider- of metaalschijven of -folies door stolling van een smelt van een halfgeleider of metaal of een mengsel van meerdere halfgeleiders en/of metalen op een bewogen substraat, waarbij de inrichting een boven het substraat aangebracht ver-25 warmd gietframe en een extra verwarming in de zone van de wand aan de inlaatzijde van het gietframe bevat.The invention also relates to a device for the manufacture of semiconductor or metal discs or foils by solidifying a melt of a semiconductor or metal or a mixture of a plurality of semiconductors and / or metals on a moved substrate, the device having a substrate, a heated casting frame and an additional heating in the zone of the wall on the inlet side of the casting frame.

Verdere van voordeel zijnde uitvoeringen en voorkeursuitvoeringen van de inrichtingen volgens de uitvinding komen overeen met de van voordeel zijnde uitvoeringen en voorkeursuitvoeringen, die reeds bij de beschrijving van de werkwijze 30 volgens de uitvinding zijn beschreven.Further advantageous embodiments and preferred embodiments of the devices according to the invention correspond to the advantageous embodiments and preferred embodiments which have already been described in the description of the method according to the invention.

In het onderstaande wordt de uitvinding aan de hand van voorbeelden verder toegelicht zonder dat dit als een beperking beschouwd dient te worden, in het bijzonder niet bij de exemplarische toepassing van silicium.In the following, the invention is further elucidated on the basis of examples, without this being considered as a limitation, in particular not in the exemplary application of silicon.

βί /"V ,t λ ,·-> 26βί / "V, t λ, · -> 26

VoorbeeldenExamples

Voorbeeld 1 5Example 1 5

Een discontinu werkende RGS-installatie volgens EP 165 449 Al is volgens de uitvinding voorzien van een frame met twee kamers, zoals dit schematisch in de figuren 3a en 3b is afgebeeld. Het frame met twee kamers heeft bovendien wanden met een verschillende wanddikte. Het frame met twee kamers bestaat uit dicht gra-10 fiet met een halfgeleiderkwaliteit en heeft buitenafmetingen van 110 mm lengte x 110 mm breedte x 60 mm hoogte. De zijwanden zijn 10 mm dik, de wanddikte bij de substraatinlaat 10 bedraagt 7 mm, die bij de substraatuitlaat 11 12 mm. De voor kamer 13 heeft een vrije lengte van 20 mm, de hoofdkamer 14 een van 68 mm. De los in groeven gehangen stuw 12 tussen voor- en hoofdkamer bestaat uit kwartsglas 15 en heeft een dikte van 3 mm.According to the invention, a discontinuous RGS installation according to EP 165 449 A1 is provided with a frame with two chambers, as this is schematically shown in figures 3a and 3b. The two-chamber frame also has walls with different wall thicknesses. The two-chamber frame consists of dense gra-10 bicycle with a semiconductor quality and has external dimensions of 110 mm length x 110 mm width x 60 mm height. The side walls are 10 mm thick, the wall thickness at the substrate inlet 10 is 7 mm, that at the substrate outlet 11 12 mm. The front chamber 13 has a free length of 20 mm, the main chamber 14 one of 68 mm. The weir 12 loosely suspended in grooves between front and main chamber consists of quartz glass 15 and has a thickness of 3 mm.

Het frame met twee kamers wordt door middel van een omliggende waterge-koelde inductiespoel verwarmd, die 3 windingen uit een vierkante koperbuis met een dwarsdoorsnede van 1 cm x 1 cm, een wanddikte van 1,5 mm en een windingsaf-stand van ca. 3 mm heeft. Deze verwarming wordt volgens de integrale smelttempe-20 ratuur in het frame geregeld, typische bedrijfsgegevens zijn 24 kW, 165 V en 10 kHz.The two-chamber frame is heated by means of a surrounding water-cooled induction coil, which comprises 3 turns from a square copper tube with a cross-section of 1 cm x 1 cm, a wall thickness of 1.5 mm and a winding distance of approx. 3 mm has. This heating is controlled according to the integral melting temperature in the frame, typical operating data are 24 kW, 165 V and 10 kHz.

Verder is volgens de uitvinding een extra verwarming 9 in de vorm van een weerstanddwarsverwarming uit dicht grafiet met een halfgeleiderkwaliteit direct voor de wand aan de inlaatzijde van het frame met twee kamers en direct boven het 25 substraat 2 geïnstalleerd. De extra verwarming 9 bestaat in de gietzone uit een ver-warmingsstaaf met een lengte van 155 mm en een dwarsdoorsnede van 6 mm x 6 mm. De verwarmingsstaaf is op de van het substraat afgekeerde bovenzijde door een elektrisch geïsoleerd aangebrachte 0,5 mm dikke grafietfolie op een 2 mm dikke gra-fietplaat thermisch geïsoleerd en wordt met 2 kW bij 25 V bedreven.Furthermore, according to the invention, an additional heater 9 in the form of a resistance cross heater of dense graphite with a semiconductor quality is installed directly in front of the wall on the inlet side of the two-chamber inlet side and directly above the substrate 2. The additional heating 9 in the casting zone consists of a heating rod with a length of 155 mm and a cross-section of 6 mm x 6 mm. The heating rod is thermally insulated on the upper side remote from the substrate by an electrically insulated 0.5 mm thick graphite foil on a 2 mm thick graphite plate and is operated with 2 kW at 25 V.

30 Passend bij het gietframe 1 hebben de substraatplaten 2 in de begrenzings-groeven 3 een vrije breedte van 86 mm en een vrije lengte van 128 mm. De substraatplaten bestaan uit grafiet en worden op een pyrometrisch gemeten temperatuur van 1200° C ingesteld.Matching the casting frame 1, the substrate plates 2 in the boundary grooves 3 have a free width of 86 mm and a free length of 128 mm. The substrate plates consist of graphite and are set to a pyrometrically measured temperature of 1200 ° C.

27 300 g silicium-korrels worden samen met 1,286 g van een boor-silicium-stamlegering met 43 ppmg boor in een kwartsglasoven opgesmolten en vervolgens in de hoofdkamer 14 van het gietframe 1 gegoten. Bij een integrale smelttemperatuur in het gietframe 1 van 1570° C worden de grafïet-substraatplaten 2 van de RGS-5 installatie met een snelheid van 6,5 m/min onder het gietframe 1 in langsrichting bewogen. Daarbij wordt een begassingsstroom van 7,5 m3/h, bestaande uit 67 vol.% zuurstof en 33 vol.% argon achter het frame over de oppervlakte van het geharde silicium geleid. De siliciumfolies, die zo ontstaan, worden door middel van compen-satieverwarming eerst 1 h op 1130 °C gehouden, vervolgens door een overeenkom-10 stig omlaag brengen van de verwarming met een snelheid van -50 °C/h tot ca. 990 °C en tenslotte door uitzetten van de verwarming in ongeveer 2 h tot ruimtetempe-ratuur afgekoeld. De op zodanige wijze vervaardigde siliciumfolies hebben een gemengd dendritisch-globulitische kristalhabitus en hebben goede boven- en bodem-zijden. De gemiddelde foliedikte bedraagt 310 μηι.27 300 g of silicon granules are melted together with 1.286 g of a boron-silicon stock alloy with 43 ppm g of boron in a quartz glass furnace and then poured into the main chamber 14 of the casting frame 1. At an integral melting temperature in the casting frame 1 of 1570 ° C, the graphite substrate plates 2 of the RGS-5 installation are moved longitudinally under the casting frame 1 at a speed of 6.5 m / min. A fumigation stream of 7.5 m3 / h, consisting of 67% by volume of oxygen and 33% by volume of argon, is passed behind the frame over the surface of the cured silicon. The silicon foils that are formed in this way are first held at 1130 ° C by means of compensation heating, then by lowering the heating at a rate of -50 ° C / h to approximately 990 ° C and finally cooled to room temperature by turning off the heating in about 2 hours. The silicon foils produced in this way have a mixed dendritic-globulitic crystal habit and have good top and bottom sides. The average film thickness is 310 μηι.

1515

Voorbeeld 2Example 2

Een discontinu werkende RGS-installatie volgens EP 165 449 Al is volgens de uitvinding voorzien van een wigbodemframe, zoals dit schematisch in de figuren 20 4a en 4b is afgebeeld. Het wigbodemframe heeft bovendien wanden met een verschillende wanddikte. Het wigbodemframe bestaat uit dicht grafiet met een halfge-leiderkwaliteit en heeft buitenafmetingen van 110 mm lengte x 110 mm breedte x 60 mm hoogte. De zijwanden zijn 10 mm dik, de wanddikte bij de substraatinlaat 10 bedraagt 7 mm, die bij de substraatuitlaat 11 12 mm. Het frame is voorzien van een 25 bodemplaat 15 in een wigvorm. Deze heeft een lengte van 87 mm, zodat een bo-demvenster met een lengte van 4 mm in de transportrichting 4 open blijft. De dikte van de bodemplaat 15 bedraagt aan het venster 2 mm en aan de wand aan de inlaat-zijde 20 mm.According to the invention, a discontinuous RGS installation according to EP 165 449 A1 is provided with a wedge bottom frame, such as this is schematically shown in Figures 4a and 4b. The wedge bottom frame also has walls with different wall thicknesses. The wedge bottom frame consists of dense graphite with a semiconductor quality and has external dimensions of 110 mm length x 110 mm width x 60 mm height. The side walls are 10 mm thick, the wall thickness at the substrate inlet 10 is 7 mm, that at the substrate outlet 11 12 mm. The frame is provided with a bottom plate 15 in a wedge shape. This has a length of 87 mm, so that a bottom window with a length of 4 mm remains open in the transport direction 4. The thickness of the bottom plate 15 is 2 mm on the window and 20 mm on the wall on the inlet side.

Het wigbodemframe wordt door middel van een omliggende watergekoelde 30 inductiespoel b verwarmd, die 3 windingen uit een vierkante koperbuis met een dwarsdoorsnede van 1 cm x 1 cm, een wanddikte van 1,5 mm en een windingsaf-stand van ca. 3 mm heeft. Deze verwarming wordt volgens de integrale smelttemperatuur in het frame geregeld, typische bedrijfsgegevens zijn 24 kW, 165 V en 10 28 kHz.The wedge bottom frame is heated by means of a surrounding water-cooled induction coil b, which has 3 turns from a square copper tube with a cross-section of 1 cm x 1 cm, a wall thickness of 1.5 mm and a winding distance of about 3 mm. This heating is regulated according to the integral melting temperature in the frame, typical operating data are 24 kW, 165 V and 28 kHz.

Verder is volgens de uitvinding een extra verwarming 9 in de vorm van een weerstanddwarsverwarming uit dicht grafiet met een halfgeleiderkwaliteit direct voor de wand aan de inlaatzijde van het frame met twee kamers en direct boven het 5 substraat 2 geïnstalleerd. De extra verwarming 9 bestaat in de gietzone uit een ver-warmingsstaaf met een lengte van 155 mm en een dwarsdoorsnede van 6 mm x 6 mm. De verwarmingsstaaf is op de van het substraat afgekeerde bovenzijde door een elektrisch geïsoleerd aangebrachte 0,5 mm dikke grafietfolie op een 2 mm dikke gra-fietplaat thermisch geïsoleerd en wordt met 2 kW bij 25 V bedreven.Furthermore, according to the invention, an additional heater 9 in the form of a resistance cross heater of dense graphite with a semiconductor quality is installed directly in front of the wall on the inlet side of the two-chamber inlet side and directly above the substrate 2. The additional heating 9 in the casting zone consists of a heating rod with a length of 155 mm and a cross-section of 6 mm x 6 mm. The heating rod is thermally insulated on the upper side remote from the substrate by an electrically insulated 0.5 mm thick graphite foil on a 2 mm thick graphite plate and is operated with 2 kW at 25 V.

10 Passend bij het gietframe 1 hebben de substraatplaten 2 in de begrenzings-groeven 3 een vrije breedte van 86 mm en een vrije lengte van 128 mm. De substraatplaten bestaan uit grafiet en worden op een pyrometrisch gemeten temperatuur van 1190° C ingesteld.Matching the casting frame 1, the substrate plates 2 in the boundary grooves 3 have a free width of 86 mm and a free length of 128 mm. The substrate plates consist of graphite and are set at a pyrometrically measured temperature of 1190 ° C.

300 g silicium-korrels worden samen met 1,286 g van een boor-silicium-15 stamlegering met 43 ppmg boor in een kwartsglasoven opgesmolten en vervolgens in het gietframe 1 gegoten. Bij een integrale smelttemperatuur in het gietframe 1 van 1570° C worden de grafiet-substraatplaten 2 van de RGS-installatie met een snelheid van 4 m/min onder het gietframe 1 in langsrichting bewogen. Daarbij wordt een be-gassingsstroom van 7,5 m3/h, bestaande uit 67 vol.% zuurstof en 33 vol.% argon 20 achter het frame over de oppervlakte van het geharde silicium geleid. De siliciumfo-lies, die zo ontstaan, worden door middel van compensatieverwarming eerst 1 h op 1130 °C gehouden, vervolgens door een overeenkomstig omlaag brengen van de verwarming met een snelheid van -50 °C/h tot ca. 990 °C en tenslotte door uitzetten van de verwarming in ongeveer 2 h tot ruimtetemperatuur afgekoeld. De folies heb-25 ben een gemengd dendritisch-globulitische kristalhabitus en hebben goede boven- en bodemzijden. De gemiddelde foliedikte bedraagt 160 pm.300 g of silicon granules are melted together with 1,286 g of a boron-silicon stock alloy with 43 ppm g of boron in a quartz glass furnace and then poured into the casting frame 1. At an integral melting temperature in the casting frame 1 of 1570 ° C, the graphite substrate plates 2 of the RGS installation are moved longitudinally under the casting frame 1 at a speed of 4 m / min. A gasification current of 7.5 m 3 / h, consisting of 67% by volume of oxygen and 33% by volume of argon, is passed over the surface of the cured silicon behind the frame. The silicon foils that are created in this way are first kept at 1130 ° C by means of compensation heating, then by correspondingly lowering the heating at a speed of -50 ° C / h to about 990 ° C and finally cooled down to room temperature by turning off the heating in about 2 hours. The films have a mixed dendritic-globulitic crystal habit and have good top and bottom sides. The average film thickness is 160 µm.

Voorbeeld 3 30 Een continu werkende RGS-installatie volgens EP 165 449 Al is volgens de uitvinding voorzien van een wigbodemframe, zoals dit schematisch in de figuren 4a en 4b is afgebeeld. Het wigbodemframe heeft bovendien een vlottereenheid, zoals deze eveneens schematisch in de figuren 4a en 4b is afgebeeld. Het wigbodemframe 29 bestaat uit dicht grafiet met een halfgeleiderkwaliteit en heeft buitenafmetingen van 117 mm lengte x 117 mm breedte x 60 mm hoogte. Alle vier de wanden zijn uniform 10 mm dik. Het gietframe is voorzien van een bodemplaat 15 in een wigvorm. Deze heeft een lengte van 82 mm, zodat een bodemvenster met een lengte van 15 5 mm in de transportrichting 4 open blijft. De dikte van de bodemplaat 15 bedraagt aan het venster 1,5 mm en aan de wand aan de inlaatzijde 20 mm.Example 3 According to the invention, a continuously operating RGS installation according to EP 165 449 A1 is provided with a wedge bottom frame, as is shown schematically in figures 4a and 4b. The wedge bottom frame moreover has a float unit, as is also schematically shown in Figures 4a and 4b. The wedge bottom frame 29 consists of dense graphite with a semiconductor quality and has external dimensions of 117 mm length x 117 mm width x 60 mm height. All four walls are uniformly 10 mm thick. The casting frame is provided with a bottom plate 15 in a wedge shape. This has a length of 82 mm, so that a bottom window with a length of 15 mm remains open in the transport direction 4. The thickness of the bottom plate 15 is 1.5 mm on the window and 20 mm on the wall on the inlet side.

In het gietframe zijn een vlottergeleiding e en een vlotterdraagvlak f door bewerken aangebracht, maar ten opzichte van de figuren 4a en 4b in een gemodificeerde uitvoeringsvorm. De vlottergeleiding e is in de vorm van steeds 2 bij 2 mm brede 10 veren uitgevoerd, die zich aan de rechtse en de linkse binnenzijwand van het gietframe 1 bevinden en zich steeds 6 mm in de smeltruimte naar binnen uitstrekken. Vlottergeleidingsveer en binnenzijde van de framewand aan de buitenzijde hebben een vrije afstand van 25 mm. Als vlotterdraagvlak f dient een verdikking van de zijdelingse framewand in de zone van het bodemvenster in de vorm van een trapvormig 15 deel. Steeds een trapvormig deel strekt zich 6 mm van rechts en van links in de zone van het bodemvenster naar binnen uit en reduceert zo de breedte daarvan tot 85 mm ten opzichte van de vrije framebreedte van 97 mm. De trapvormige delen hebben een hoogte van 4 mm boven de framebasis en strekken zich in langsrichting tot aan de bodemplaat 15 uit, waarin deze zonder voegen overgaan.A float guide e and a float bearing surface f are arranged in the casting frame by machining, but with respect to figures 4a and 4b in a modified embodiment. The float guide e is in the form of 2 by 2 mm wide springs, which are located on the right and left inner side walls of the casting frame 1 and always extend inwardly 6 mm into the melting space. Float guide spring and inside of the frame wall on the outside have a free distance of 25 mm. The float bearing surface f serves as a thickening of the lateral frame wall in the area of the bottom window in the form of a step-shaped part. Each stepped part extends 6 mm from the right and left in the area of the bottom window inwards and thus reduces its width to 85 mm with respect to the free frame width of 97 mm. The stepped parts have a height of 4 mm above the frame base and extend in the longitudinal direction up to the bottom plate 15, into which they merge without joints.

20 In de vlottergeleiding e is los een trogvormige vlotter d uit dicht halfgeleider-grafiet geplaatst. Deze heeft de buitenmaten 90 mm breedte x 21 mm lengte x 17 mm hoogte en een wanddikte aan alle zijden van 2 mm. De verticale binnenkanten zijn afgerond. De verticale buitenkanten van de vlotter d hebben een afkanting met een basislengte van 5 mm. De beide lange onderste buitenkanten hebben een afkan-25 ting met een basislengte van 2 mm. Op de buitenzijden van de vlotter d zijn op de halve hoogte meerdere noppen als afstandhouders ten opzichte van de vlottergeleiding e respectievelijk ten opzichte van de binnenste framewand aangebracht. De noppen hebben een basisvlak van 3 mm x 3 mm en aan de conisch gevormde punt een afstand van 2 mm van de vlotterbuitenwand. Een paar noppen bevindt zich op de 30 aan de frame-uitlaatzijde grenzende vlotterwand en heeft een vrije afstand van steeds 1 cm van de smalle vlotterzijde. Steeds een nop bevindt zich in het midden van de beide smalle vlotterzijden. Steeds een nop bevindt zich in het midden van de beide smalle vlotterzijden. Steeds een nop bevindt zich in het midden van de beide verti- 30 cale afkantingen, die naar de vrije smeltruimte van het gietframe respectievelijk naar de veren van de vlottergeleiding e gericht zijn.A trough-shaped float d of dense semiconductor graphite is loosely placed in the float guide e. This has the outside dimensions 90 mm width x 21 mm length x 17 mm height and a wall thickness on all sides of 2 mm. The vertical inner sides are rounded. The vertical outer edges of the float d have a chamfer with a base length of 5 mm. The two long lower outer edges have a chamfer with a base length of 2 mm. On the outer sides of the float d, several studs are arranged at half height as spacers with respect to the float guide e or with respect to the inner frame wall. The studs have a base surface of 3 mm x 3 mm and a distance of 2 mm from the float outer wall at the conical shaped point. A pair of studs is located on the float wall adjacent to the frame outlet side and has a free distance of 1 cm from the narrow float side. A stud is always located in the middle of the two narrow float sides. A stud is always located in the middle of the two narrow float sides. A stud is always situated in the middle of the two vertical chamfers which are directed to the free melting space of the casting frame or to the springs of the float guide e.

Het wigbodemframe wordt door middel van een omliggende weerstandver-warmer uit grafiet met een rechthoekige dwarsdoorsnede van 35 mm hoogte x 10 5 mm dikte bij benadering in Ω-vorm verwarmd. Deze verwarming wordt volgens de integrale smelttemperatuur in het frame geregeld, typische bedrijfsgegevens zijn 30 kW en 25 V.The wedge bottom frame is heated by means of a surrounding resistance heater of graphite with a rectangular cross-section of 35 mm height x 10 5 mm thickness approximately in Ω form. This heating is controlled according to the integral melting temperature in the frame, typical operating data are 30 kW and 25 V.

Passend bij het gietframe 1 hebben de substraatplaten 2 in de begrenzings-groeven 3 een vrije breedte van 84 mm en een vrije lengte van 115 mm. De sub-10 straatplaten bestaan uit grafiet en worden op een pyrometrisch gemeten temperatuur van 1130° C ingesteld.Matching the casting frame 1, the substrate plates 2 in the boundary grooves 3 have a free width of 84 mm and a free length of 115 mm. The sub-10 paving plates consist of graphite and are set to a pyrometrically measured temperature of 1130 ° C.

De RGS-installatie is in een gesloten werkkamer ondergebracht. Daarboven is een lasertriangulator van het type Optocator 2008-100/1178 van de firma Selcom AB, Zweden, voor de bepaling van het vulniveau van de smelt in het gietframe geïn-15 stalleerd. Het toestel werkt bij een golflengte van 670 nm met een maximaal puls-vermogen van 52 mW. De meetwaarden worden geanalogiseerd als stroom van 4 -20 mA uitgevoerd. De primaire straal belicht via een optisch venster in de wand van de werkkamer het bodemvlak van de vlottertrog in het gietframe. De voor de triangulatie gebruikte strooistraling komt via een verder optisch venster in de detector 20 van het meettoestel terug.The RGS installation is housed in a closed office. In addition, a laser triangulator of the Optocator 2008-100 / 1178 type from Selcom AB, Sweden, was installed in the casting frame for determining the fill level of the melt. The device operates at a wavelength of 670 nm with a maximum pulse power of 52 mW. The measured values are performed as a current of 4-20 mA. The primary beam illuminates the bottom surface of the float trough in the casting frame through an optical window in the wall of the working chamber. The scattered radiation used for triangulation returns to the detector 20 of the measuring device via a further optical window.

600 g silicium-korrels worden samen met 2,570 g van een boor-silicium-stamlegering met 43 dpmg boor in een grafietoven gesmolten en vervolgens in het gietframe 1 gegoten. Bij een integrale smelttemperatuur in het gietframe 1 van 1560° C worden de grafïet-substraatplaten 2 van de RGS-installatie met een snelheid van 4 25 m/min onder het gietframe 1 in langsrichting bewogen. De lasertriangulator levert een vulhoogtesignaal, dat zeer goed met het vulniveau van het frame correspondeert met een constant goede kwaliteit en een minimale ruis.600 g of silicon granules are melted together with 2,570 g of a boron-silicon stock alloy with 43 ppm of boron in a graphite furnace and then poured into the casting frame 1. At an integral melting temperature in the casting frame 1 of 1560 ° C, the graphite substrate plates 2 of the RGS installation are moved longitudinally under the casting frame 1 at a speed of 4 m / min. The laser triangulator supplies a fill height signal, which corresponds very well with the fill level of the frame with a consistently good quality and minimal noise.

Claims

1. Method for the manufacture of semiconductor and metal discs or foils by solidification of a melt of a semiconductor, metal or a mixture of several semiconductors and / or metals on a moved substrate, the melt being arranged in a substrate above the substrate heated casting frame, characterized in that the melt in the zone of the substrate emerging from the casting frame zone has a temperature between the melting temperature of the material used and a temperature of 5 ° C above this melting temperature and in the melt 10 is set to a temperature gradient, wherein the temperature rises on average from the zone of entering the substrate from the zone of the casting frame in the direction of entering the substrate into the zone of the casting frame.

2. Method as claimed in claim 1, characterized in that the melt in the zone of the emerging of the substrate from the zone of the casting frame has a temperature between the melting temperature and 1 ° C above it.

3. Method as claimed in claims 1 and 2, characterized in that the setting of the temperature in the zone of the exit of the substrate from the zone of the casting frame on the basis of a measurement or estimation of the minimum to be minimized. amount of the melt residue on the crystallized disks or films is carried out immediately after their emergence from the casting frame zone.

4. A method according to claims 1 and 2, characterized in that the temperature in the zone of entering the substrate and the temperature gradient in the melt are set sufficiently high, so that the metal or semiconductor material only begins to crystallize when the macroscopic surface has come into contact with the substrate.

5. A method according to claims 1 and 2, characterized in that the temperature in the zone of entering the substrate and the temperature gradient in the melt are set such that the metal or semiconductor material, respectively, starts to crystallize, when the net has not yet been in macroscopic contact with the substrate.

6. Method according to claims 1-5, characterized in that the temperature in the zone of the emerging of the substrate from the zone of the casting frame and the temperature gradient in the melt is adjusted wholly or partly by adjusting the temperature of the substrate surface immediately prior to coating the substrate with the metal or semiconductor material is selectively raised relative to the substrate volume.

A method according to claims 1 to 6, characterized in that an additional heating selectively selects the surface of the substrate transversely of its conveying direction in the zone of the wall on the inlet side of the casting frame relative to the substrate volume and / or the lower wall of the casting frame in the zone of entering the substrate

Method according to claim 7, characterized in that the additional heating is a resistance heater in a bar shape.

9. Method as claimed in claim 8, characterized in that the resistance heater is designed and arranged in such a way that as large a part of the radiating surface as possible is directed to the substrate and / or the lower wall on the inlet side of the casting frame, wherein the energy utilization by reflective and insulating elements is improved.

Method according to claim 7, characterized in that the additional heating is an induction heating

11. Method as claimed in claim 7, characterized in that the additional heating is a lamp heating.

A method according to claims 1 to 11, characterized in that the temperature of the melt in the zone of the emerging of the substrate from the zone of the casting frame and the temperature gradient in the melt are wholly or partly due to a corresponding temperature profile of the casting frame is set.

A method according to claims 1 to 12, characterized in that the temperature of the melt in the zone of the emerging of the substrate from the zone of the casting frame and the temperature gradient in the melt completely or partially by applying a casting frame with different wall thicknesses, which is heated by means of induction heating, is set.

A method according to claim 13, characterized in that the wall of the casting frame on the inlet side of the substrate has 10 - 99% of the thickness of the lateral wall, preferably 30 - 95%, and the wall of the casting frame on the outlet side of the substrate 101 has - 500% of the lateral wall thickness, for example *. ; - mark 105 - 200%.

15. A method according to claims 1-12, characterized in that the temperature of the melt in the zone of the emerging of the substrate from the zone of the casting frame and the temperature gradient in the melt completely or partially by applying a casting frame, which is subdivided into two chambers, is set, the subdivision being carried out by means of a loose or fixed built-in weir transversely to the direction of transport of the substrate, so that on the outlet side of the substrate a main chamber for receiving the metal or semiconductor melt and a non-melt-filled pre-chamber is formed on the inlet side of the substrate, wherein in a first approximation the temperature in the zone of entering the substrate and through the main chamber by means of the pre-chamber the temperature in the exit zone is set.

A method according to claim 15, characterized in that the length of the anterior chamber parallel to the conveying direction of the substrate is 0.1-500% of the length of the main chamber parallel to the conveying direction of the substrate, preferably 5 - 100%.

17. Method according to claims 15 and 16, characterized in that the weir consists of silicon nitride, silicon carbide, graphite, quartz glass, quartz material or a combination or mixture of these materials.

Method according to claim 17, characterized in that the weir consists of quartz glass or quartz material at least on the side facing the melt.

19. Method as claimed in claims 1-12, characterized in that the temperature of the melt in the zone of the substrate emerging from the zone of the casting frame and the temperature gradient in the melt completely or partially by applying a pouring frame with a bottom plate is set, wherein this bottom plate leaves a window open on the side of the substrate emerging from 1 - 100% of the free width of the frame.

A method according to claim 19, characterized in that the top side of the bottom plate is sloping in the middle in the direction of the window.

A method according to claims 19 and 20, characterized in that the bottom plate directly to the window has a minimum thickness, which should be understood to mean the thickness that cannot be included for stability reasons, and on the transition to the wall of the casting frame on the side of entering the substrate has a thickness which is 40 - 170% of the normal operating fill height.

Method according to claims 19 - 21, characterized in that the bottom plate directly at the window has a thickness of 0.1 - 20 mm, preferably 0.5 - 5 mm, and on the transition to the wall of the casting frame. the side of entering the substrate has a thickness of 5-80 mm, preferably 10-40 mm.

23. Method according to claims 19-22, characterized in that the length of the window in the conveying direction is 1-100 mm, preferably 1-40 mm.

Method according to claims 19-23, characterized in that the length of the bottom plate in the conveying direction is 5 - 200 mm, preferably 20 - 100 mm.

Method according to claims 19 to 24, characterized in that the discs or films produced have a thickness of 25 - 1000 µm, preferably 70 - 400 µm.

Method according to claims 19-25, characterized in that a plurality of windows are arranged side by side in the base plate.

A method according to claims 19-26, characterized in that a float body is fitted in the casting frame, the float body having only a small degree of mobility in the horizontal, but the melting mirror in the vertical can largely follow through, the heating is protected by means of one or more walls of the casting frame including the bottom plate against freezing under the influence of the cooler substrate and for measuring the filling level in the casting frame a measuring device operating with electromagnetic fields or with electromagnetic radiation as serves as a replacement measuring surface for the melting surface.

28. Method as claimed in claim 27, characterized in that the measuring device works with light according to the principle of triangulation or that of the transit time measurement.

A method according to claim 28, characterized in that the measuring device used is a laser triangulometer.

A method according to claims 1-5, characterized in that the temperature of the melt in the zone of the emerging of the substrate from the zone of the casting frame and the temperature gradient in the melt by a combination of at least two measures according to claims 7,13,15 and 19.

The method according to claims 1 to 30, characterized in that the melt used is a silicon melt.

Use of the disks or films manufactured according to claims 1-31 for the manufacture of solar cells or other semiconductor components.

Use of the discs 10 or films prepared according to claims 1-31 for the separation of other materials on these discs or films.

Use of the products obtained according to claim 33 for the manufacture of solar cells or other semiconductor components.

5. Device for the manufacture of semiconductor and metal discs or films by solidifying a melt of a semiconductor, metal or a mixture of a plurality of semiconductors and / or metals on a moved substrate, characterized in that the device has a substrate has a heated casting frame provided, the wall of which is on the inlet side of the substrate 10 - 99% of the thickness of the side wall and whose wall on the outlet side of the substrate has 101 - 500% of the side wall thickness.

36. Device for the production of semiconductor and metal discs or foils by solidification of a melt of a semiconductor, metal or a mixture of several semiconductors and / or metals on a moved substrate, characterized in that the device has an above the substrate applied heated casting filament which is subdivided by means of a loose or fixed built-in weir transversely to the conveying direction of the substrate into a front and a main chamber, the melt-filled chamber being located on the outlet side of the substrate and the non-melt-filled pre-chamber is on the inlet side of the substrate.

37. Device for the manufacture of semiconductor and metal discs or foils by solidifying a melt of a semiconductor, metal or a mixture of a plurality of semiconductors and / or metals on a moved substrate, characterized in that the device has a The substrate comprises a heated casting frame which has a bottom plate and which leaves a window open on the side of the substaar when it comes out about 1 -100% of the free width of the frame.

Device according to claim 37, characterized in that the top of the base plate is sloping downwards in the direction of the window and the base plate has a length in the transport direction of 5 - 200 mm and a thickness of 0 directly on the window Has a thickness of 5-80 mm on the transition to the wall of the casting frame 5 on the side of entering the substrate.

Device according to claims 37 to 38, characterized in that the length of the bottom window in the conveying direction is 1-100 mm. IQ *******