JPH0246050Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、太陽電池その他の光電変換素子等に
用いられている多結晶シリコンウエハの製造に供
される溶融シリコン供給装置に関する。

［従来の技術］ 従来から、多結晶シリコンウエハは各種の方法
によつて製造されており、最も一般的には、シリ
コン母材より一旦所定形状のインゴツトを鋳造
し、これをスライスすることによりウエハを得る
ようにしているが、これではスライス作業に大変
な時間をかけなければならないだけでなく、イン
ゴツトの約50％がスライス時のロスとなつてしま
うため、製品がコスト高につき大量生産も不可能
である。

そこで、スライスによらない方法としてリボン
法とキヤステイング法（鋳造法）が既に実施され
ているが、大型の太陽電池素材等が得られない難
点があり、更にキヤステイング法では、シリコン
結晶粒が非常に細かくなつて大きな結晶粒が得ら
れない為、当該ウエハによつて得られる太陽電池
の光電変換効率も２〜３％と極度に悪くなる欠点
をもつている。

そこで、本出願人は、上記諸法の欠陥を改善す
ることができる多結晶シリコンウエハの製造方法
として既に、シリコン母材を溶融し、この融液を
石英またはカーボンで形成され、かつ回転状態に
ある製造皿上に滴下するなどして、遠心力を有効
利用することにより所望拡径状態の融液薄層を層
成し、これを固化後、製造皿から剥離する方法
（以下これをスピン法という）を提案した。

本考案はこの新規なるスピン法による多結晶シ
リコンウエハの製造に際し、溶融シリコンを回転
する製造皿に適量だけ供給するため創案された従
来例のない溶融シリコン供給装置に関する。

［考案が解決しようとする問題点］ 上記スピン法の実施にあつては、アルゴン等の
所望不活性雰囲気内にてシリコン原料を溶融し、
この溶融シリコンを回転する製造皿へ供給しなけ
ればならないが、この際シリコン原料を次々と不
活性雰囲気内に供与していくとき、簡易な操作で
しかも当該雰囲気中に外気が侵入する如きことの
ないようにして、連続的な生産を可能とし、かつ
上記溶融シリコンを製造皿に供給するための坩堝
傾倒操作を、外部から簡易な操作で、しかも同じ
く上記雰囲気を害することなしに確実に行い得る
ようにするのが、その目的である。

［問題点を解決するための手段］ 本考案は上記の目的を達成するため、炉体内の
所望不活性ガス雰囲気にあつて、原料供給口から
供与されたシリコン原料を坩堝に収納して溶融さ
せ、当該溶融シリコンを回転する製造皿に適量滴
下するシリコンウエハの製造に供されるもので、
仕切弁によつて炉体内と遮断自在とした供給空所
に、前記不活性ガスを導入自在となし、かつ前記
原料供給口を開閉自在なるよう臨設すると共に、
当該空所から炉体内に昇降動自在なるよう気密に
貫装した昇降杆の下端には、供給空所にあつて原
料供給口から供与されるシリコン原料を受容する
と共に、所定降下位置にて昇降杆の下動により転
動用固定ピンとの係合により転動することで、受
容されたシリコン原料が坩堝内に落入する原料カ
ツプを設けるようにした原料導入部と、上記シリ
コン原料を受容した坩堝と、これを加熱溶融する
ヒーターと、操作杆の下動により炉体と坩堝とを
連結する転動索の緊張により当該坩堝を転動し、
当該シリコン母材融液を製造皿に滴下供給可能と
した坩堝の枢支機構とを備えた母材融液供給部と
から構成されている溶融シリコン供給装置を提供
したものである。

［作用］ 仕切弁の開閉により供給空所における原料シリ
コンの供給が炉体内と隔絶状態下で行い得ると共
に、当該空所には別個にアルゴン等を供給できる
ので、炉体内全体へのアルゴン供給を、原料シリ
コンの供給毎に実施する如きことが不要となり、
かつ坩堝の作動も手動または動力により確実に行
うことができ、製造皿へシリコン融液が正確に流
下供給され、不本意な流失も発生しない。

［実施例］ 次に、本考案を図示の一実施例について説示す
ると、Ａが多結晶シリコンウエハの製造に供され
る溶融シリコン供給装置であり、後述のようにシ
リコン原料を坩堝に供給するための原料導入部１
と、当該坩堝で上記原料を加熱溶融した後、多結
晶シリコンウエハを成形する製造皿に母材融液を
滴下供給する母材融液供給部２とから構成され、
これらを構成する部材は、シリコンとの反応性が
少なく、高温に耐える石英SiO₂やカーボンＣ等
で形成される。

上記原料導入部１は、後に詳述する炉体３の上
面中央に立設された中空の筒体１１にあつて、そ
の上部側壁に中空筒状の原料供給口１２が突設さ
れ、その開口端には開閉蓋１３が開閉自在に設け
られていると共に、該供給口１２の下位には、筒
体１１を軸線と直角方向に遮断閉塞する図示例で
はバタフライ状の仕切弁１４が設けられており、
この筒体１１内の軸線位置には、昇降杆１５が挿
通されて、同杆１５の上端が筒体１１の上端を閉
塞する蓋１６を貫通して上方に突出しており、同
蓋１６のＯリング１６′，１６′と気密に摺動する
ことで、昇降杆１５が手動または図示しない動力
により昇降自在となつている。

さらに、この昇降杆１５の炉体３内部に突出さ
れた下端には、上記原料供給口１２から供給され
たシリコン原料を受容し、これを後述の如く坩堝
に供給する原料カツプ１７が、カーボン繊維によ
る糸条などの吊下索１８を介して連結されるか、
仮想線のように同杆１５の下端に枢支ピン１８′
にて枢着されている。

この原料カツプ１７は、中空有底の筒状に形成
されるとと共に、外底隅部に係合片１７ａが下突
され、炉体３に横向きに設けられている転動用固
定ピン１９に外底が当接し、さらに、昇降杆１５
が下動されることにより、係合片１７ａが同ピン
１９に係合し、これを中心として傾倒状態まで転
動する構成となつている。

さらに、上記筒体１１の上部側壁すなわち仕切
弁１４により区画される供給空所１１′には夫々
開閉弁２１，２２を有し、アルゴン等の不活性ガ
スを供給するガス供給管２３、真空排気管２４が
設けられている。

一方、前記母材融液供給部２は、前記筒体１１
と平行に炉体３の上面に立設された支承筒３１の
軸心に、操作杆３２が昇降自在に設けられ、該操
作杆３２の下端に固着された二股状の支持脚３３
に枢支ピン３４を介して坩堝３５が転動可能に軸
支された構成となつている。

また、上記操作杆３２は、上端が上記支承筒３
１の上端閉塞部よりも上方まで突出されていると
共に、下端が上記炉体３内に延出され、かつ上記
支承筒３１の上下端に設けたＯリング３６，３６
と気密に当接している。

さらに、上記坩堝３５は、その内壁をシリコン
との反応性の少ない石英SiO₂により形成し、カ
ーボン等よりなる外壁の外底隅部に設けた係止ピ
ン３５′と、上記炉体３内の上位所定箇所とがカ
ーボンＣやモリブデンMoからなる糸状の転動索
３７によつて連結されており、該転動索３７が操
作杆３２の下降に伴つて緊張し、さらに同杆３２
を下降させることで当該底部を持ち上げ、仮想線
の如く傾倒状態まで転動可能に構成されている。

尚、４は上記坩堝３５の直下に設けられたター
ンテーブルであり、その上面に載置された製造皿
５を所要速度で回転しつゝ、上記製造皿５を構成
する上皿６の中心に開口した図示されていない流
入通口よりシリコン母材融液が注入されるもので
あり、図中７は上皿６と図示されていない螺子に
より重積状態にて締着される製造皿５の下皿を示
し、両皿６，７の間に、上記シリコン母材融液
が、回転遠心力によつて流入する複数個のキヤビ
テイが形成され、こゝに流入した融液の固化によ
り製品が得られる。

また、前記炉体３内の坩堝３５の外側には、所
定間隔を隔てゝヒーター３９が設けられており、
坩堝３５内のシリコン原料を加熱溶融する。

尚、４１は坩堝３５内のシリコン母材融液の溶
融状態等炉体３内部を透視可能な透視窓を示す。

次に、上記実施例に係る溶融シリコン供給装置
Ａを用いてシリコン原料を溶融し、これを製造皿
５に供給するには、先ず、昇降杆１５を原料カツ
プ１７が原料供給口１２の位置に来るまで上昇さ
せる。

次に、仕切弁１４により供給空所１１′を閉成
した後、同口１２を開いて原料カツプ１７内へシ
リコン原料を投入し、同口１２を開閉蓋１３にて
閉塞する。

つづいて、開閉弁２２を開放して真空排気管２
４を通して上記空所１１′内の真空排気を行つた
後、開閉弁２２を閉塞し、次いで開閉弁２１を開
成して仕切弁１４上部の筒体１１内にガス供給管
２３を通してアルゴンガス等を導入する。

次に、仕切弁１４を開成した後、昇降杆１５を
下降させていくと、原料カツプ１７の底部が転動
用固定ピン１９の上部に当接すると共に、係合片
１７ａが係合して、同ピン１９を中心として原料
カツプ１７が転動し、その中のシリコン原料が下
方の坩堝３５内へ流入される。

この坩堝３５内のシリコン原料は、ヒーター３９
により、1400℃程度で約10分位加熱溶融されるこ
とで、シリコン母材融液となる。

つづいて、手動または図示しない自動昇降装置
によつて操作杆３２を下降させると、転動索３７
が緊張状態となり、坩堝３５は、その底部を持ち
上げられて転動し、シリコン母材融液は製造皿５
へ流下供給される。

そして、製造皿５内へ流入したシリコン母材融
液は、ターンテーブル４の回転によつて回転する
製造皿５の遠心力によつて、拡径方向へ流動さ
れ、当該融液による融液薄層が前記キヤビテイ内
にて形成されるので、これを固化することで多結
晶シリコンウエハが製造できる。

［考案の効果］ 昇降杆１５と操作杆３２の昇降および仕切弁１
４、開閉弁２１，２２の開閉といつた簡易な操作
により、製造皿５に供給する定量のシリコン母材
融液に見合つたシリコン原料を連続的に供与でき
るので、多結晶シリコンウエハの連続的製造が可
能となり、大量生産に好適である。

また、仕切弁１４と弁操作よりシリコンウエハ
製造に際して、炉体３内をアルゴンガス等の不活
性ガスによつて不活性状態に維持したまゝの原料
シリコンの供与が可能となり、この点からも生産
性の向上に資するところ大である。

【図面の簡単な説明】

図は本考案に係る溶融シリコン供給装置の一例
を示す縦断正面図である。 １……原料導入部、２……母材融液供給部、３
……炉体、５……製造皿、１１′……供給空所、
１２……原料供給口、１４……仕切弁、１５……
昇降杆、１７……原料カツプ、１９……転動用固
定ピン、２１，２２……開閉弁、２３……ガス供
給管、３２……操作杆、３５……坩堝、３７……
転動索、３９……ヒーター。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 炉体内の所望不活性ガス雰囲気にあつて、原料
   供給口から供与されたシリコン原料を坩堝に収納
   して溶融させ、当該溶融シリコンを回転する製造
   皿に適量滴下するシリコンウエハの製造に供され
   るもので、仕切弁によつて炉体内と遮断自在とし
   た供給空所に、前記不活性ガスを導入自在とな
   し、かつ前記原料供給口を開閉自在なるよう臨設
   すると共に、当該空所から炉体内に昇降動自在な
   るよう気密に貫装した昇降杆の下端には、供給空
   所にあつて原料供給口から供与されるシリコン原
   料を受容すると共に、所定降下位置にて昇降杆の
   下動により転動用固定ピンとの係合により転動す
   ることで、受容されたシリコン原料が坩堝内に落
   入する原料カツプを設けるようにした原料導入部
   と、上記シリコン原料を受容した坩堝と、これを
   加熱溶融するヒーターと、操作杆の下動により炉
   体と坩堝とを連結する転動索の緊張により当該坩
   堝を転動し、当該シリコン母材融液を製造皿に滴
   下供給可能とした坩堝の枢支機構とを備えた母材
   融液供給部とから構成されている溶融シリコン供
   給装置。