JPH04367590A - キャストリボン法による多結晶シリコンシートの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は太陽電池その他の光電変
換素子等に用いられている、多結晶シリコンシートの製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】既に多結晶シリコンシートの製造方法と
しては各種のものが実施されており、その一つであるリ
ボン法は図４のように、不活性ガス雰囲気内にあって坩
堝ａ内に存する溶融シリコンｂにダイｃを浸漬起立させ
、ダイｃの上端口ｃ′から引き出された溶融シリコンｂ
を、ダイｃの外である不活性ガス雰囲気内で冷却固化さ
せるようにしたもので、このリボン技術では、溶融シリ
コンｂのメニスカス（表面張力）を利用してシートを形
成しているため、均一な厚さの多結晶シリコンシートを
得難く、この結果太陽電池のディバイスとして用いよう
とする際、これに電極を形成しようとしても、スクーリ
ン印刷法を適用することが困難となってしまう欠陥があ
る。

【０００３】また、上記の如く溶融シリコンとの濡れを
活用しようとするのがリボン技術であるため、ダイ、フ
ィラメント、基板など多くの消耗品を要することになる
だけでなく、濡れのよいカーボン、ＳｉＣ等を用いるこ
とから、これが溶融シリコンへの不純物源となってしま
う。さらに、当該リボン法によるときは結晶の成長が、
多結晶シリコンシートの引き出し方向への成長であり、
当該結晶の成長速度はあまり大きくできず、品質および
生産能率の点からも満足すべきものとなっていない。

【０００４】また、別途別謂キャスティング法（鋳造法
）なるものも実施されているが、同法ではシリコン母材
を加熱して融液となし、これを製品ウエハの寸法に応じ
た鋳型に流し込み、さらに当該型の可動部分により融液
を押圧成型して固化させるものであるが、同法によると
きは、一度に所定形状のウエハが得られ、量産性の点で
望ましい結果が期待できるものの、上記のように融液は
四方から押えつけられることになる。このため同法では
鋳型の上下面と側面が上記融液の固化に際し、シリコン
結晶粒（グレイン）の成長を抑制してしまうこととなり
、固化製品の前記各面と接する部分近傍が、非常に細か
い結晶粒となって大きな結晶粒が得られず、太陽電池用
シリコンウエハ等にあって望ましいとされている大結晶
粒生成の要請を満足させることができないため、当該ウ
エハによって得られた太陽電池の光電変換効率も２〜３
％と極度に悪くなってしまう欠陥を持っている。

【０００５】そこで、本願人は既に上記難点を解消する
ため、前記キャスティング法の利点を活用し、溶融シリ
コンをモールドノズルに供給するが、不連続でなく連続
して供給すると共に、これをモールドノズル内にて固化
してしまい、この固化シリコンシートを連続的に引き出
すようにすることで、均一厚の多結晶シリコンシートを
、不純物による汚染の心配なしに量産可能とすると共に
、各種の厚さ寸法のものを容易に得られるようにし、デ
ィバイス加工の工程でも、厚さの均一化処理などを不要
となし、歩留りの向上をも図ろうとする方法を提案（以
下この方法をキャストリボン法と称す）した。

【０００６】この方法は図３に示す如き製造装置を用い
て行うもので、同図にあって１はアルゴン等の不活性ガ
スか真空による不活性雰囲気１ａをもつ炉体で、この中
にはヒータ２ａ、２ｂ等によって加熱されるシリコン溶
融管３と、ヒータ４によって加熱されるモールドノズル
５とが設けられており、シリコン溶融管３内に投入のシ
リコン母材は、前記ヒータ２ａによって溶融された後、
不活性ガス等による圧力Ｐを受けて、当該溶融シリコン
Ｓｉが、順次シリコン溶融管３の供給口３ａ、そしてモ
ールドノズル５の注入口５ａを介して当該モールドノズ
ル５内へ送り込まれるようになっている。

【０００７】ここでモールドノズル５は、ノズル下板５
ｂとノズル上蓋板５ｃとからなり、ノズル下板５ｂの上
面に所定の凹溝５ｄが形成されてあることで、図示され
ていないビス等により両板５ｂ、５ｃを重積状態にて固
定し、これにより、所定厚さと所定巾の鋳造路６が形成
され、図中７が引出手段としての引き出し治具を示して
いる。

【０００８】この鋳造装置を用いて上記キャストリボン
法を実施するには、石英等により形成したシリコン溶融
管３中にシリコン母材を投入しておき、これをヒータ２
ａの稼動によって溶融（１４５０℃）し、前記不活性ガ
スによる圧力Ｐ（０．０１〜０．１ｋｇ／ｃｍ２　）を
当該溶融シリコンＳｉの上面に加えるが、この際ヒータ
４によって予め同図に示す如くモールドノズル５の基部
側から鋳造路６、引出端口５ｅの方向へ向けて、シリコ
ンの融点（ＭＰ＝１４２０℃）よりも高温から１３００
℃程度に至るまで、降温状態となるような温度分布曲線
をもたせるようにして鋳造路６の引出端口５ｅ寄りの固
化領域５ｆから引き出し治具７に向けては、融点ＭＰよ
りも予め温度が低くなるようにしてあり、このような温
度条件下のモールドノズル５内へその注入口５ａから連
続的に、上記溶融シリコンＳｉを供給するようにしたり
、当該溶融シリコンＳｉの供給後に、上記の如く温度を
低くするようにしている。これにより当該溶融シリコン
Ｓｉは、引き出し治具７の握持用端口７ａからモールド
ノズル５内の固化領域５ｆまでが固結することで、固化
シリコンシートＭＳｉが形成されることとなる。

【０００９】このようにして固化シリコンシートＭＳｉ
が形成したならば、当該引き出し治具７をモールドノズ
ル５の長手方向である矢印Ｄへ向け連続的に引出すので
あるが、この際溶融シリコンＳｉに加える圧力Ｐは、前
掲当初圧力よりも降圧させた稼動圧力とすることで、固
化領域５ｆの長さが変化しないようにするのがよい。こ
こで、実際上前記の凹溝５ｄを深さ０．５ｍｍ、巾を２
５ｍｍにて２５０ｍｍ程度であり、モールドノズルの材
質としては、カーボンが用いられ、その本体表面に窒化
シリコンコーティングを施すか、Ｓｉ３　Ｎ４　とＳｉ
Ｏ２　の混合物コーティング等の離型材を施して用いら
れる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来方法による
ときは、鋳造路６内で形成された固化シリコンシートＭ
Ｓｉを、引き出し治具７によって引き出す際、当該固化
シリコンシートＭＳｉは、その上面、下面そして左右の
両側面にわたり、すべてモールドノズル５の鋳造路６に
おける上面、底面および両側面と接触しているから、こ
れを最初に引き出すときの引張荷重は、静止摩擦力に打
ち勝つだけの可成り大きなもの（１５０ｋｇ以上）とな
り、この結果、固化シリコンシートＭＳｉが引き出され
る以前に、破損してしまうといったことも生じ得る。

【００１１】本発明では、上記の如き従来法の難点に鑑
み、予めモールドノズルの鋳造路にあって、スライド自
在なサセプタを敷設しておき、前記の固化シリコンシー
トの引出当初にあっては、このサセプタを固化シリコン
シートと一緒に所定長の初期行程だけ移動させるように
して、鋳造路の底面と固化シリコンシートとの接触によ
る静止摩擦力を零とし、これにより、当該初期段階にお
ける引張荷重を低減して不本意な固化シリコンシートの
破損を防止しようとするのが第１の目的である。さらに
、固化シリコンシートが動き出した後の動摩擦状態では
、前記のサセプタは停止させてしまうことで、長いサセ
プタを使用しなくてすみ、かつ、小さな動摩擦係数によ
る低引出荷重で引出できることにより、固化シリコンシ
ートの破損が、短いサセプタの使用だけで完全に防止で
きるようにしようとするのが第２の目的である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願は所期の目的を達成
するため、不活性雰囲気内にあって、シリコン母材を溶
融した後、当該溶融シリコンに圧力をかけることで、こ
れを加温されたモールドノズル内の鋳造路へ連続して送
出することにより、当該溶融シリコンを、モールドノズ
ルの引出端口に当接させてある引き出し治具の握持用端
口内まで流入させる第１工程と、当該握持用端口内から
モールドノズルの引出端口寄り部分における溶融シリコ
ンまでが固結された時点で、前記溶融シリコンに圧力を
かけながら、上記の引き出し治具を連続して引出するこ
とにより、上記モールドノズル内で固結した固化シリコ
ンシートを、前記の引出端口から連続して引き出すよう
にした第２工程とからなるキャストリボン法において、
鋳造路における横向鋳造路の底面を、モールドノズルに
横向にてスライド自在なサセプタの上面として形成して
おき、前記第２工程にあって、引き出し治具を引き出し
はじめた所望長の初期行程にわたって、前記固化シリコ
ンシートを上記サセプタと共に引き出した後、当該サセ
プタの引き出し時における移動を停止させて、当該固化
シリコンシートのみの引き出しが続行されるようにした
ことを特徴とするキャストリボン法による多結晶シリコ
ンシートの形成方法を提供しようとしている。

【００１３】

【作用】本発明による多結晶シリコンシートの製造方法
によるときは、キャストリボン法により溶融シリコンが
モールドノズルの鋳造路から引き出し治具まで流入し、
モールドノズルに対する温度制御によって、鋳造路内に
固化シリコンシートが所定長だけ形成されたとき、当該
固化シリコンシートはサセプタの上面、すなわち、鋳造
路の底面に載置されている。

【００１４】引き出し治具を引き出す際、固化シリコン
シートとスライド自在なサセプタと共に引き出され、こ
の結果、サセプタと固化シリコンシートとの間には、静
止摩擦力が生じないこととなり、鋳造路の上面や両側面
との静止摩擦力に打ち勝つだけの外力だけで、固化シリ
コンシートを引き出すことができる。

【００１５】このため、固化シリコンシートには大きな
引張荷重がかからず、所定長の初期行程だけサセプタが
移動した後、これはストッパをモールドノズルに係当さ
せるといった手段にて係止状態としてしまうので、その
後は固化シリコンシートとサセプタとは摺接することに
なるが、この場合の摩擦抵抗は、静止摩擦係数よりも充
分に小さい動摩擦係数によって決定されることになるか
ら、固化シリコンシートに大きな引張荷重はかからず、
また、この際サセプタはモールドノズルの鋳造路におけ
る横向部の長さより、少しだけ長い程度のものを使用す
るだけですむこととなる。

【００１６】

【実施例】本発明に係る方法を、図１乃至図３に示す製
造装置を用いて実施する場合につき詳記すれば、当該装
置としては図３によって既に明示したものと略同一構成
のものを使用することができ、本発明の実施に用いる製
造装置にあっても、同一部材については同一符号をもっ
て示されており、相違する点は以下の通りである。すな
わち、モールドノズル５のノズル下板５ｂに形成した貫
通凹溝５ｇには、板状のサセプタ１０が横向きにスライ
ド自在なるよう貫通状態で嵌合されており、このことで
横向鋳造路１１が、ノズル上蓋板５ｃの上面５ｃ′と左
右の各側面および、上記サセプタ１０の上面により形成
された底面１０ａとにより囲成されていることである。

【００１７】ここで、図中１０ｂはサセプタ１０にあっ
て、モールドノズル５の始端側壁面５ｈから延出されて
いる端部にあって、曲成により設けられた抜け止め用の
ストッパを示し、サセプタ１０の終端側端面１０ｃが、
引出端口５ｅと面一にある状態から、所定長Ｌの初期行
程だけ、図面上、右側へ当該サセプタ１０が移動し、ス
トッパ１０ｂが始端側壁面５ｈに押当することで、サセ
プタ１０の移動が停止されるようになっている。

【００１８】そこで、上記の製造装置を用いて行う本発
明にあっては、炉体１内の不活性雰囲気１ａ内にあって
、シリコン母材を溶融した後、シリコン溶融管３内の当
該シリコンＳｉに圧力をかけることで、これを熱源４に
よって加温されたモールドノズル５内へ連続して送出こ
とにより、この溶融シリコンＳｉを、モールドノズル５
の引出端口５ｅに当接させてある引き出し治具７の握持
用端口７ａ内まで流入させる第１工程を有しており、さ
らに、当該握持用端口７ａ内から、モールドノズル５の
引出端口５ｅ寄り部分における溶融シリコンまでが固結
された時点で、前記溶融シリコンＳｉに圧力Ｐをかけな
がら、上記の引出し治具７を連続して引出すことにより
、上記モールドノズル５内で固結した固化シリコンシー
トＭＳｉを、前記の引出端口５ｅから引き出すようにし
た第２工程をも具有している。

【００１９】本発明では、上記の第２工程にあって、図
１の（Ａ）に示されている状態から、引き出し治具７を
矢印Ｄ方向へ引き出すことにより、固化シリコンシート
ＭＳｉをサセプタ１０上にて、これと一緒に引き出すの
であり、このためサセプタ１０のストッパ１０ｂは、始
端側壁面５ｈから所定長Ｌとした初期行程だけ離間させ
てある。

【００２０】次に、上記ストッパ１０ｂが、図１の（Ｂ
）に示す如く始端側壁面５ｈに当接するに至れば、サセ
プタ１０の移動は停止されるから、それ以上のスライド
はなく、その後の引き出しにより、図２のように固化シ
リコンシートＭＳｉは、それまで摺接していた横向鋳造
路１１の上面や左右の側面だけでなく、サセプタ１０の
上面である横向鋳造路１１の底面１０ａとも摺接して、
固化シリコンシートＭＳｉだけが引き出されて行くこと
となる。従って、次の製造工程を開始する際には、引き
出し治具７を復動させることで、サセプタ１０も原位置
、すなわち、サセプタ１０の終端側端面１０ｃが、モー
ルドノズル５の引出端口５ｅと面一の状態となり、所定
長Ｌの初期行程が再現される。

【００２１】

【発明の効果】本発明は以上のようにして実施されるも
のであるから、モールドノズルよりも少し長いサセプタ
を、スライド自在に設けておくことで、横向鋳造路にお
ける固化シリコンシートを最初に引き出すときの摩擦抵
抗は、当該固化シリコンシートの重量が加わる横向鋳造
路の底面に対する摩擦が零となることで大幅に削減され
、この結果、薄型の多結晶シリコンを製造する場合にあ
っても、これを大きな静止摩擦力に抗する引張力によっ
て破損してしまうといった欠陥が解消される。

【００２２】さらに、上記の如き短いサセプタを初期行
程だけ移動させ、固化シリコンシートの摩擦抵抗が動摩
擦係数によって決定されるようになれば、サセプタは停
止させるようにしたので、長いサセプタを使用すること
なく、当該サセプタの往復動により、全行程にわたり大
きな引張力をかけることなく、製造の繰返し生産を効率
的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明に係る多結晶シリコンシートの
製造方法を実施するのに用い得る装置の縦断正面説明図
で、（Ｂ）は同上装置の引き出し治具を所定長の初期行
程だけ引き出した状態を示す要部の縦断正面説明図であ
る。

【図２】図１の（Ｂ）における状態から、さらに引き出
しを続行した状態を示した同上装置の要部を示す縦断正
面説明図である。

【図３】従来のキャストリボン法による多結晶シリコン
シートの製造装置を示した縦断正面説明図である。

【図４】従来のリボン法による多結晶シリコンシートの
製造装置を示す縦断正面説明図である。

【符号の説明】

１ａ　　不活性雰囲気 ５　　モールドノズル ５ｅ　　引出端口 ６　　鋳造路 ７　　引き出し治具 ７ａ　　握持用端口 １０　　サセプタ １０ａ　　底面 １１　　横向鋳造路 Ｌ　　初期行程の所望長 Ｐ　　圧力 Ｓｉ　　溶融シリコン ＭＳｉ　　固化シリコンシート

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　不活性雰囲気内にあって、シリコン母
   材を溶融した後、当該溶融シリコンに圧力をかけること
   で、これを加温されたモールドノズル内の鋳造路へ連続
   して送出することにより、当該溶融シリコンを、モール
   ドノズルの引出端口に当接させてある引き出し治具の握
   持用端口内まで流入させる第１工程と、当該握持用端口
   内からモールドノズルの引出端口寄り部分における溶融
   シリコンまでが固結された時点で、前記溶融シリコンに
   圧力をかけながら、上記の引き出し治具を連続して引出
   することにより、上記モールドノズル内で固結した固化
   シリコンシートを、前記の引出端口から連続して引き出
   すようにした第２工程とからなるキャストリボン法にお
   いて、鋳造路における横向鋳造路の底面を、モールドノ
   ズルに横向にてスライド自在なサセプタの上面として形
   成しておき、前記第２工程にあって、引き出し治具を引
   き出しはじめた所望長の初期行程にわたって、前記固化
   シリコンシートを上記サセプタと共に引き出した後、当
   該サセプタの引き出し時における移動を停止させて、当
   該固化シリコンシートのみの引き出しが続行されるよう
   にしたことを特徴とするキャストリボン法による多結晶
   シリコンシートの形成方法。