JPH0479968B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《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。

《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
ボン法は第７図のように、不活性ガス雰囲気内に
あつて坩堝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イバイスとして用
いようとする際、これに電極を形成しようとして
も、スクリーン印刷法を適用することが困難とあ
つてしまう欠陥がある。

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、
フイラメント、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
純物源となつてしまう。

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
きものとなつていない。

さらに別途所謂キヤステイング法（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（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
なつて大きな結晶粒が得られず、太陽電池用シリ
コンウエハ等にあつて望ましいとされている大結
晶粒生成の要請を満足させることができないた
め、当該ウエハによつて得られた太陽電池の光電
変換効率も２〜３％と極度に悪くなつてしまう欠
陥をもつている。

そこで、本願人は既に上記難点を解消するた
め、前記キヤステイ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にすると共に、各種の厚
さ、寸法のものを容易に得られるようにし、デイ
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、歩留りの向上を図ろうとする方法を
提案した。

その第１方法は第５図に示す如き製造装置を用
いて行うもので、同図にあつて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によつて加
熱されるシリコン溶融管３と、ヒータ４によつて
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によつて溶融された後、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つて
いる。

ここでモールドノズル５は、ノズル下板５ｂ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、
図示のビス５ｅにより両板５ｂ，５ｃを重積状態
にて固定し、これによつて所定厚さと所定巾をも
つた鋳造路６が形成され、図中７が引出手段とし
ての引張り治具を示している。

この製造装置を用いて上記第１の方法を実施す
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
２ａの稼動によつて溶融（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、ヒータ４によつて予
め1300℃〜1420℃の温度に加温してあるモールド
ノズル５内へ、その注入口５ａから連続的に当該
溶融シリコンSiを供給する。

これにより当該溶融シリコンSiはモールドノズ
ル５内にて固化シリコンシートMSiとなるが、そ
の先端は予め炉体１外に引き出され、その端末が
前記の引張り治具７に嵌着してあり、この引張り
治具７をモールドノズル５の長手方向である矢印
Ａへ向け連続的に引出すのである。

ここで、前記凹溝５ｄの深さ0.5mm、巾を25mm
にて250mmだけ固化シリコンシートを引き出した
ところ、製品である多結晶シリコンシートの厚さ
は0.5mm、巾25mmのものが得られたのであり、モ
ールドノズルの材質としては、カーボン製の本体
表面に窒化シリコンコーテイングを施すか、
Si₃N₄とSiO₂の混合物コーテイングを施して用い
るのがよい。

ところが、上記方法の実施に際しては、溶融シ
リコンが1450℃で溶解され、シリコン溶融管３の
供給口３ａ内で固化しないようにヒータ２ｂを臨
設することも必要であると共に、これに隣装のモ
ールドノズル５は、その温度をヒータ４によつ
て、溶融シリコンよりも50℃程度低温となるよう
に加熱しておかないと、当該モールドノズル５内
での適切な固化シリコンシートMSiの形成ができ
ないこととなる。

ところが上記第５図の如き製造装置による製法
では、シリコン溶融管３を加熱するヒータ２ａ，
２ｂの熱が、どうしてもモールドノズル５を昇温
させてしまうこととなるので、上記50℃程度の温
度差を設定すること自体困難となり、よい製品を
得ることができない。

そこで本願人は、さらに第６図に示す如き製造
装置を用いて行うことができる第２の方法を提案
した。

上記第６図のものは第５図のものと同じく炉体
１、不活性雰囲気１ａ、ヒータ２ａ，２ｂ、シリ
コン溶融管３、ヒータ４、モールドノズル５、鋳
造路６、引張り治具７、断熱材８の存在は、前記
のものと実質的に同一であり、相違している点は
シリコン溶融管３の下端に開口している下端細成
ノズル３ｂが、通常これから溶融シリコンが自然
流出しない程度に細成されており、従つてアルゴ
ン等による不活性ガスによつて圧力Ｐを、溶融シ
リコンSiに加えない限り、その流出はないように
設定されており、実際上この下端細成ノズル３ｂ
の直径は1.2mm程度とすればよく、図中３ｃはシ
リコン溶融管３の上端にＯリング３ｄを介して連
結した圧力付加用管を示している。

さらに相違する点は、上記のシリコン溶融管３
に連設して、図示例では同じ太さの落流管９が下
設されており、当該落流管９の下端に開口したス
リツト状等による下端連結通過ノズル９ａが、モ
ールドノズル５の注入口５ａに連着されている点
であり、もちろん下端細成ノズル３ｂの直下に配
設されていて、当該ノズル３ｂの流通断面よりも
大きく形成してあり、前記の断熱材は落流管９の
外周側にあつて上下方向の熱遮断が行われるよう
配設され、またヒータ２ｂは下端連結通過ノズル
９ａに臨設されている。

前掲第２の方法を上記の製造装置の利用によつ
て実施するには、ヒータ２ａによつてシリコン溶
融管３内のシリコン母材を溶融（1450℃）して、
これにより得られた溶融シリコンSiをアルゴンガ
ス等による圧力Ｐ（0.01Kg／cm²）の印加により、
下端細成ノズル３ｂから落流管９内へ流下させる
が、この際ヒータ４によつてモールドノズル５の
温度は1350程度に加温しておく。

上記した下端細成ノズル３ｂから流下された溶
融シリコンSiは、落流管９に触れることなく、そ
の管内空所９ｂ中を落下して行き、その真下に開
口の下端連結通過ノズル９ａを通過して、モール
ドノズル５の注入口５ａから鋳造路６内へ連続的
に供給されることとなる。

そこで、その後は前記第１の方法につき説示し
た如く引張り治具７を矢印Ａ方向へ引いて、モー
ルドノズル５内にて冷却固化された固化シリコン
シートMSiを連続して引き出すのであり、溶融シ
リコンSiの連続的供給量と、引出し速度が適切に
調整されれば、多結晶シリコンシートたる製品は
連続的に跡切れることなく生産される。

ところが、上記第１，第２何れの方法にあつて
も均一厚で均一巾長の多結晶シリコンシートを引
き出すためであるから、モールドノズル内の鋳造
路にあつて、溶融シリコンが固化する箇所は、丁
度得ようとする多結晶シリコンシートの寸法に合
致させて均一厚、均一巾長に形成されており、こ
れにより確かに精度の高い寸法のものが得られる
のであるが、引出手段によつて固化シリコンシー
トを引出する際、当該シートがモールドノズルと
の摩擦抵抗によつて、可成り大きな引張力により
引出しなければならない。

それだけでなく、溶融シリコンSiが固結して固
化シリコンシートMSiとなる際の体膨張は約10％
にも及ぶことから、前記の如くノズル下板５ｂと
ノズル上蓋板５ｃとを固定するカーボン製のビス
５ｅが破損したり、またモールドノズル５が変形
してしまうといつた事態も生じ得る。

《発明が解決しようとする課題》 本発明は上記第１，第２の方法において、引き
出される多結晶シリコンシートを如何にして容易
に引出し得るようにするかの問題とモールドノズ
ル自体の変形やビスの破損につき解決を与えよう
とするもので、上記モールドノズルに関し、その
ノズル上蓋板における先端側が上下方向へ回動自
在である鋳造路を形成し、ここを固化シリコンシ
ートが通過していくようにすることで、溶融シリ
コンの固化における体膨張を、上記ノズル上蓋板
の回動により吸収し、これによりモールドノズル
に係る損傷をなくし、引出手段の作動に消費され
る労力、電力の低減を図り生産性を向上させよう
とするのが、その目的である。

《課題を解決するための手段》 本願は上記の目的を達成するため、不活性雰囲
気内にあつて、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、これをノズ
ル下板にノズル上蓋板を載置固定して形成の加温
されたモールドノズルにおける鋳造路内へ連続し
て送出すると共に、この鋳造路にあつて注入口を
開口した溶融シリコン室と連続して取出口に開口
する固化シリコンシート形成溝内にて、上記溶融
シリコンの固化したシリコンシートを、所望引張
り治具によつて連続的に引出するに際し、上記溶
融シリコンの固化時における体膨張を、前記ノズ
ル上蓋板にあつてその固定板部に枢着された上下
回動板部の押し上げによる回動逃避により吸収さ
せるよにしたことを特徴とする多結晶シリコンシ
ートの製造方法を提供しようとするものである。

《作用》 本願にあつては、シリコン溶融管内の溶融シリ
コンが圧力により流出されて、モールドノズル内
へ供給され、当該溶融シリコンが固化シリコンシ
ート形成溝に流入して固結し、これが引出手段に
より引き出されることになるが、上記固化シリコ
ンシート形成溝を構成しているモールドノズルの
ノズル上蓋板における上下回動板部が、当該溶融
シリコンの固結に際しての体膨張によつて押し上
げられ上方へ回動することとなるから、モールド
ノズルに無理な体膨張に基づく力が作用せず、こ
の結果引張り治具による大きな引張力を必要とし
ないばかりか、モールドノズルを変形したりビス
を破壊してしまうこともない。

《実施例》 本願を前掲第５図，第６図そしてモールドノズ
ル近傍を示した第１図および同上モールドノズル
のノズル下板５ｂ、ノズル上蓋板５ｃとを夫々示
す第２図乃至第４図を用いて詳細に説示すれば、
製造装置としては前述の第５図，第６図に明示し
た如きものを使用すればよく、この際モールドノ
ズル５としては下記のものを用いるのがが望まし
い。

すなわち、第２図ａ，ｂに示すような前記ノズ
ル下板５ｂと、第３図ａ，ｂの如きノズル上蓋板
５ｃとを、第１図および第４図の如く上下配置と
して重積し、これらを同部材と同じカーボンによ
る止螺子としてのビス５ｅによつて固定したもの
である。

ノズル下板５ｂは横向基板５ｆの前端から直交
状に起立壁５ｇを直立させ、当該起立壁５ｇの巾
方向両端部から引張り治具７側へ向けて当接突条
部５ｈ，５ｈを突設して、全体を第２図ａのよう
にＬ字状に形成したものである。

ここで本発明の実施には前記第５図，第６図何
れの製造装置を用いるようにしてもよいが、第１
図に示した実施例では第５図の製造装置を用いる
ようにしている。

次に前掲ノズル上蓋板５ｃは第３図のように載
置横向基板５ｉの前端から直交状に載置起立壁５
ｊが直立され、当該起立壁５ｊの巾方向両端部か
ら引張り治具７と反対側へ向けて当接突条部５
ｋ，５ｋが突設され、これまた全体が第３図ａの
ようにＬ字状に形成されている。

さらに当該ノズル上蓋板５ｃにあつて、その下
面に前同凹溝５ｄが凹設されており、このノズル
上蓋板５ｃを前記ノズル下板５ｂに載置し、両者
の当接突条部５ｈ，５ｈ，５ｋ，５ｋを当接させ
て前記ビス５ｅをノズル上蓋板５ｃの挿通孔５１
からノズル下板５ｂの締着螺孔５ｍに螺着されて
いる。

このようにして組み立てられたモールドノズル
５内には、Ｌ字状の鋳造路６が形成されるが、当
該鋳造路６は注入口５ａを開口する縦設の落流部
６ａと、この落流部６ａから横設の横行部６ｂと
によるＬ字状の溶融シリコン室６ｃと、これに連
続してモールドノズル５の取出口６ｄに開口する
固化シリコンシート形成溝６ｅとにより貫通状態
となつている。

さらに、ここで重要なことは前記載置横向基板
５ｉが、載置起立壁５ｊ側である固定板部５ｎ
と、その引張り治具７側にあつて、カーボンによ
る枢着ピン５ｐによつて、基板側を枢着した上下
回動板部５ｑとにより構成されていることであ
る。

図示例では上下回動板部５ｑの基端側にあつ
て、軸承突部５ｒを巾方向両側に突設し、この軸
承突部５ｒ間に固定板部５ｎの中央軸承部５ｓを
嵌装し、軸承突部５ｒを両側方から螺装した枢着
ピン５ｐにより中央軸承部５ｓに枢着され、これ
により枢着ピン５ｐを中心として第１図の矢印Ｂ
方向へ上下回動板部５ｑが回動自在となつてい
る。

本発明を上記の装置を用いて実施するには、前
掲第５図と第６図の製造装置を用いた方法と実質
的に同じく、モールドノズル５の温度を1300℃〜
1420℃に保つて、石英製のシリコン溶融管３内に
て1450℃の溶融シリコンを得、その後アルゴンガ
スを導入して、当該溶融シリコンに0.01Kg／cm²〜
0.1Kg／cm²の圧力を加え、これよりモールドノズ
ル５内へ上記の溶融シリコンSiを流入し、これが
固化シリコンシート形成溝６ｅで固結した固化シ
リコンシートMSiを、毎秒10mmの速度で引張り治
具７により引出するのであり、これによりモール
ドノズル５の前掲寸法通り厚さ0.5mm、巾長25mm
の多結晶シリコンシートを引き出すことができ
た。

そして、この際溶融シリコンの固結に際し体膨
張を伴つて固化シリコンシートMSiが形成される
ものの、このときモールドノズル５の上下回動板
部５ｑが押し上げられ、引張り治具７による引出
力も大きくならず、モールドノズル５の変形や、
枢着ピン５ｐの損傷も見られなかつた。

《発明の効果》 本発明は上記のようにして実施できるから、所
望均一厚さ、巾の製品を自由に、かつ高い精度で
効率よく生産することができ、従つてデイバイス
加工も容易で歩留りが向上し、不純物の混入しな
い良質のものを安価に提供し得るだけでなく、以
下の効果を発揮できるものである。

すなわち、モールドノズルの先端側が上下方向
へ自由に回動できるようにした鋳造路を固化シリ
コンシートが通過することで、引張り治具の引出
力も小さくてすみ、かつ寸法精度のよいものを、
モールドノズルの変形とか枢着ピンの破損といつ
た支障なしに製造でき、その生産性の向上を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するのに用い得る製造装
置の要部を示す縦断正面説明図、第２図ａ，ｂは
モールドノズルのノズル下板を示す夫々縦断正面
図と下面図、第３図ａ，ｂは同上ノズルのノズル
上蓋板を示す夫々縦断正面図と下面図、第４図は
上記モールドノズルの平面図、第５図は既往多結
晶シリコンシートの製造方法を実施し得る製造装
置の縦断正面説明図、第６図は同上装置の改良案
による製造装置を示した縦断正面説明図、第７図
は従来のリボン法による多結晶シリコンシート製
造装置を示す縦断正面説明図である。 １ａ…不活性雰囲気、５…モールドノズル、５
ａ…注入口、５ｂ…ノズル下板、５ｎ…固定板
部、５ｑ…上下回動板部、６…鋳造路、６ｃ…溶
融シリコン室、６ｄ…取出口、６ｅ…固化シリコ
ンシート形成溝、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. １ 不活性雰囲気内にあつて、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、これをノズル下板にノズル上蓋板を載置固定
   して形成の加温されたモールドノズルにおける鋳
   造路内へ連続して送出すると共に、この鋳造路に
   あつて注入口を開口した溶融シリコン室と連続し
   て取出口に開口する固化シリコンシート形成溝内
   にて、上記溶融シリコンの固化したシリコンシー
   トを、所望引張り治具によつて連続的に引出する
   に際し、上記溶融シリコンの固化時における体膨
   張を、前記ノズル上蓋板にあつてその固定板部に
   枢着された上下回動板部の押し上げによる回動逃
   避により吸収させるよにしたことを特徴とする多
   結晶シリコンシートの製造方法。