專利名稱：硅基板的制造裝置、制造方法及硅基板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池等中使用的硅基板等的制造裝置、制造方 法及硅基板。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電池用硅基板(下面稱作"Si基板")，大致區(qū)分為由單
晶硅及多晶硅構(gòu)成。
單晶Si基板可由提拉法(Czochraski method)及帶熔融法的任 何一種方法制造，但前者為主流。把得到的Si單晶錠進(jìn)行切片而形成 Si基板。單晶Si基板具有高的光電變換效率，但單晶的制造成本高， 另外，由于通過錠的切片，損失約50%的硅，故針對(duì)急劇增長(zhǎng)的太陽(yáng) 能電池的需要，引起Si基板的供給不足。
作為更有效的單晶Si基板的制造方法，有人提出采用橫向拉伸法 制得長(zhǎng)尺寸硅單晶的方法(寬度25 ~ 30,、長(zhǎng)度1 ~ 2m的長(zhǎng)尺寸單晶， 陽(yáng)光計(jì)劃IO年進(jìn)展，第92頁(yè))，使硅熔融液從一對(duì)細(xì)管湧出，在該 細(xì)管之間形成的硅的凹凸面，采用種晶帶進(jìn)行上拉的方法(參照專利 文獻(xiàn)1)等。但是，即使采用這些改良方法，單晶的成長(zhǎng)速度等成為 控制反應(yīng)速率等的因子，故在生產(chǎn)效率方面，還是個(gè)問題。
另一方面，有人開發(fā)出代替昂貴的單晶，降低成本的目的多晶Si 基板的制造方法。多晶Si基板，己知大致區(qū)分為直接從熔融硅制造基 板的帶法；以及，在鑄模內(nèi)冷卻固化、把得到的錠進(jìn)行切片的澆鑄法， 市場(chǎng)銷售的多晶Si太陽(yáng)能電池多數(shù)為使用后者。
為了避免澆鑄法中的熔融硅與坩堝接觸混入雜質(zhì)，有人提出通過 電磁感應(yīng)把熔融硅保持在與坩堝不接觸狀態(tài)的方法。
即使在多晶Si基板中采用澆鑄法時(shí)，與上述單晶Si同樣通過錠
4的切片，原料硅的損失也是個(gè)大問題。帶法從原理上可以解決這些問
題，但還沒有效制造適于Si基板的高質(zhì)量帶的技術(shù)。
作為訖今試驗(yàn)過的板狀多晶硅的制造方法，已知有連續(xù)地把粉 末硅被覆在帶狀碳纖維基材上后，采用集光燈對(duì)原料硅照射紅外線使 熔融的方法(參照專利文獻(xiàn)2);使圓柱狀原料硅的上部熔融，從熔 融部分上設(shè)置的帶狹縫套中的狹縫，利用鐵絲等把熔融硅上拉，制造 板狀硅的方法(參照專利文獻(xiàn)3);在與板狀熔融硅面的垂直方向， 使硅的固液界面展開，使雜質(zhì)濃度分布在相同方向增大的方法(參照 專利文獻(xiàn)4);通過高頻感應(yīng)加熱使板狀原料硅上形成熔融帶，制造 板狀原料的結(jié)晶或被純化的板狀硅的方法(參照專利文獻(xiàn)5);在支 持基板上設(shè)置高熔點(diǎn)粉末層，在其上形成硅層，在該硅層上以表面保 護(hù)層制膜后，通過連續(xù)地區(qū)域熔化，使硅層熔融結(jié)晶，得到板狀硅結(jié) 晶的方法(參照專利文獻(xiàn)6);相反，已知在低熔點(diǎn)金屬層上，適用 設(shè)置同樣的硅層與保護(hù)層等的區(qū)域熔化的方法。
另夕卜，最近有人提出RGS ( Ribbon - Growth - on - Substrate,基 板帶狀物成長(zhǎng))法(參照非專利文獻(xiàn)1)。采用該方法時(shí)，在存放熔 融硅的系統(tǒng)的下邊，通過在硅熔點(diǎn)以下的溫度使基材移動(dòng)，從系統(tǒng)的 下邊一端設(shè)置的狹縫，使薄板狀的硅帶附著在基材上的狀態(tài)下連續(xù)引 出，在其后的冷卻過程中，利用基材與硅的收縮率的不同，使硅帶與 基材剝離，得到硅基板的方法。
然而，這些方法，作為板狀硅的制造方法的穩(wěn)定性、與基材接觸 引起的不良雜質(zhì)的浸入危險(xiǎn)及表面狀態(tài)、生產(chǎn)性等方面考慮，存在問 題，實(shí)用的滿足于板狀硅結(jié)晶的制造方法還不存在。
另外，非晶體Si在直接被覆在透明電極的玻璃基板上蒸鍍的所謂 薄膜非晶體硅太陽(yáng)能電池也已應(yīng)用，但與晶體硅太陽(yáng)能電池相比，從
光電變換效率及長(zhǎng)期穩(wěn)定性考慮仍存在問題。
另一方面，近幾年來作為板玻璃的新的制造方法，提出了用水蒸 氣保持處于熔融狀態(tài)的玻璃，成型板玻璃的方法(AQUA-FLOAT法，水 中板法)等(參照專利文獻(xiàn)7、 8)。但是，該方法適用處于熔融狀態(tài)的硅時(shí)，由于硅與水反應(yīng)、熔融狀態(tài)的硅的非常小的粘度、非常大的 表面張力、伴隨著從熔融狀態(tài)向結(jié)晶化狀態(tài)的相轉(zhuǎn)移的物性急劇變化 等諸原因，難以在板狀硅的制造中直接適用。
專利文獻(xiàn)l:特開2000 - 327490號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2:特開平08 - 283095號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)3:特開平9 - 12394號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)4:特開2000 - 264618號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)5:特開平9 - 12390號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)6:特開平9 - 110591號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)7:特許第3948044號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)8:國(guó)際公開第2006/064674號(hào)小冊(cè)子 非專利文獻(xiàn)1: 12th Workshop on Crystalline Silicon Solar Cells, Materials and Process (2002)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題
本發(fā)明人等基于對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)問題點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，以解決這些問題 為目的，提供一種可有效生產(chǎn)不良雜質(zhì)混入及缺陷少的、可以薄膜化 的、平坦的大面積的多晶薄板狀硅基板的制造裝置及制造方法。另外， 最近，課題是，作為硅半導(dǎo)體元件的高性能化的理想的基板結(jié)構(gòu)，人 們期待有效生產(chǎn)大的薄膜SOI (Silicon On Insulator,絕緣體上的 硅)等可以利用的氧化物被膜硅基板等的制造裝置及制造方去，并且， 得到具有氧化物被膜等的基板。
更具體地說，為了謀求解決及改良上拉、下拉法中見到的帶的操 作困難、不穩(wěn)定性及溫度管理的困難性，橫拉法中見到的與支持基材 的接觸所引起的雜質(zhì)混入、溫度管理的困難性、形狀控制的困難性等。 另外，同時(shí)，謀求從硅熔融物以一段合成硅基板表面用氧化物等特定 的硅化合物被覆的狀態(tài)的復(fù)合基板。
用于解決課題的手段本發(fā)明為了解決上述課題，提供硅基板的制造裝置，配置有供給 熔融硅的成型頭，該成型頭是介由把來自硅熔融爐的熔融硅調(diào)整至適 于成型狀態(tài)的連接體來供給熔融硅的成型頭，采用該成型頭，在相對(duì) 硅為惰性氣體的氛圍氣中，把上述熔融硅成型為板狀，其特征在于，
該成型頭具有相對(duì)成型為板狀的熔融硅，向至少其l個(gè)面噴出 氣體的多個(gè)氣體噴出孔、以及把噴出的該氣體從成型頭排出的多個(gè)氣 體噴出孔及/或排出溝；
從該成型頭噴出的氣體與排出的氣體兩者所形成的動(dòng)態(tài)壓力均衡 狀態(tài)來保持硅，同時(shí)一邊在與硅的面的平行方向施加拉伸應(yīng)力， 一邊 把硅成型為板狀。
上述硅基板的制造裝置，其特征在于，上述連接體包含利用重力、 壓力、離心力、表面張力、凝集力及剪斷力的多種作用力的組合，對(duì) 熔融硅具有一定擴(kuò)展能力的機(jī)構(gòu)的裝置。
另外，上述硅基板的制造裝置中，上述連接體，其特征在于，其 特征在于，上述連接體，包含能夠在大氣壓以下的以一定壓力的惰性 氣體存在下，以一定溫度貯存熔融硅的下邊設(shè)置開口部的裝置。
另外，上述硅基板的制造裝置中，上述成型頭，其特征在于，上 述成型頭，在與成型為板狀的硅平行的平面上，以不同的速度及方向 實(shí)施移動(dòng)、往返移動(dòng)或振動(dòng)。
另外，上述硅基板的制造裝置中，上述成型頭，其特征在于，上 述成型頭，是環(huán)帶、旋轉(zhuǎn)圓板、振動(dòng)板或固定板、輥筒或這些組合的 任何一種結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明為了解決上述課題，提供一種硅基板的制造方法，采用供 給熔融硅的成型頭，該成型頭是介由把熔融硅調(diào)整至熔融硅適于成型 狀態(tài)的連接體來供給熔融硅的成型頭，在相對(duì)硅為情性氣體的氛圍氣 中，成型為板狀，其特征在于，對(duì)成型為板狀的熔融硅其至少l個(gè)面， 通過該成型頭上設(shè)置的氣體噴出孔以及氣體排出孔.溝，分別噴出的氣 體與排出的氣體兩者所形成的動(dòng)態(tài)壓力均衡狀態(tài)一邊加以保持， 一邊 在與硅的面的平行方向施加拉伸應(yīng)力，把珪成型為板狀。在上述硅基板的制造方法中，其特征在于，通過硅與該硅上面的 氣體荷重，以控制對(duì)保持該硅的氣體施加的壓力不發(fā)生急劇的變化， 把硅成型為板狀。
在上述硅基板的制造方法中，其特征在于，從上述成型頭噴出的 氣體的主成分為氬氣或氦氣。
在上述硅基板的制造方法中，其特征在于，從上述成型頭噴出的 氣體，含有以氧、氮及碳中的至少1種作為構(gòu)成元素的揮發(fā)性物質(zhì)， 上述硅的表面與該揮發(fā)性物質(zhì)反應(yīng)， 一邊形成被膜一邊進(jìn)行成型。
在上述硅基板的制造方法中，其特征在于，通過上述揮發(fā)性物質(zhì) 的濃度及溫度、該揮發(fā)性物質(zhì)的與上述硅的接觸時(shí)間以及該硅溫度的
任何一個(gè)或2個(gè)以上，來控制、調(diào)節(jié)上述反應(yīng)。
在上述硅基板的制造方法中，其特征在于，與上述硅的表面的平 行方向及垂直方向的溫度分布，通過上述成型頭表面基材的溫度、該 基材的放射率、上述氣體的溫度、該氣體的流量、上述硅表面的輻射 傳熱及該硅表面的對(duì)流傳熱及該硅的移動(dòng)速度的任何一個(gè)或2個(gè)以上 進(jìn)行調(diào)節(jié)，來控制上述硅的結(jié)晶成長(zhǎng)。
本發(fā)明提供用于解決上述課題而釆用上述方法的硅基板。
發(fā)明效果
本發(fā)明具有下列效果
(1) 由于利用從基材噴出的氣體與排出的氣體兩者所形成的動(dòng)態(tài) 壓力均衡狀態(tài)，成型的硅在以與固體 液體處于非接觸狀態(tài)，可穩(wěn)定 保持結(jié)構(gòu)，故硅基板能夠達(dá)到清潔、平坦而平滑的表面性狀。
(2) 通過從基材噴出的惰性氣體中含氧、水等揮發(fā)性物質(zhì)，改變 表面性狀，給予自支持性，成型硅的同時(shí)，其表面同時(shí)形成氧化硅等 的被覆。
(3) 通過調(diào)節(jié)與硅表面的平行方向及垂直方向的溫度分布、控制 硅帶的結(jié)晶成長(zhǎng)，能夠提高硅基板的形狀、性能等。
(4) 因硅無切斷損失，簡(jiǎn)單而生產(chǎn)效率良好地大量制造硅基板， 故能夠避免多晶Si基板成本的大幅上升及供給不足，如用于太陽(yáng)能電池基板的制造，則能夠促進(jìn)太陽(yáng)能電池的更加普及，對(duì)能源.環(huán)境問 題的波及效果加大。
(5 )作為用于硅半導(dǎo)體元件的高生產(chǎn)效率化的理想的基板結(jié)構(gòu)所 期待的大的薄膜SOI (Silicon On Insulator,絕緣體上的硅)等中 利用的氧化物被膜硅基板，可有效且廉價(jià)地生產(chǎn)，促進(jìn)半導(dǎo)體事業(yè)及 信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。
(6 )從原理上說，也可在多晶硅基板以外的半導(dǎo)體及金屬等基板 制造中應(yīng)用，還可以期待省資源 省能量，同時(shí)促進(jìn)大范圍的產(chǎn)業(yè)化 與對(duì)竟?fàn)幜Φ膹?qiáng)化影響。


圖1是說明本發(fā)明涉及的硅基板的制造裝置及制造方法的實(shí)施例 1的圖。
圖2是說明實(shí)施例l要部的圖，具體的是說明基材結(jié)構(gòu)的圖，(a) 斷面圖，(b)平面圖。
圖3是說明實(shí)施例1要部的圖，具體的是熔融硅供給口的直下部 分的結(jié)構(gòu)、作用的說明圖。
圖4是說明本發(fā)明涉及的硅基板制造裝置及制造方法的實(shí)施例2 的圖，表示釆用噴涂法制造帶狀基板的方法及制造裝置的總體結(jié)構(gòu)的 圖。
圖5是說明實(shí)施例3主要部分的圖(主要部分的側(cè)面圖)。 符號(hào)的說明
1 熔融硅供給部
2 熔融硅
3旋轉(zhuǎn)輥筒 4 成型硅帶
5成型用的傳送帶(成型頭)
6 氬類氣體層
7 退火用的傳送帶(退火頭)
98 氬氣體層
9、 10 氣體噴出排出裝置
11 基材
12 硅帶
13 基材表面
14 硅帶寬度確保部
15 防溢流壁
16 氣體噴出加壓槽
17 氣體排出管
18 氣體排出槽
19 氣體噴出面
20 氣體排出孔
21 熔融硅供給口
22 成型區(qū)
41 蚶堝
42 熔融硅
43 熔融硅供給口
44 兼作止動(dòng)器的非接觸用導(dǎo)軌
46 熔融硅接觸導(dǎo)軌
47 非接觸旋轉(zhuǎn)涂布器基材
48 硅圓板
49 非接觸止動(dòng)器
50旋轉(zhuǎn)涂布器支持盤
51 旋轉(zhuǎn)涂布器旋轉(zhuǎn)軸
52 非接觸導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)軸
53 非接觸溫度調(diào)節(jié)套
54 溫度調(diào)節(jié)套
55 非接觸/接觸導(dǎo)軌邊界
56 硅切斷夾具57 導(dǎo)軌/旋轉(zhuǎn)涂布器邊界
58 成型區(qū)
71 熔融區(qū)
72 供給區(qū)
73 成型區(qū)
74 硅熔融爐
75 硅熔融坩堝
76 熔融珪
77 熔融硅供給噴嘴
78 供給量調(diào)節(jié)閥
79 供給熔融硅
80 溶融珪5&槽
81 貯槽內(nèi)熔融珪
82 熔融珪l!i槽壁
83 壓力調(diào)節(jié)口
84 氣體上浮硅成型頭
85 氣體上浮硅成型元件
86 氣體噴出 排出基材
87 氣體加壓槽
88 氣體排出槽
89 噴出氣體排出孔
90 加壓氣體供給口
91 排出氣體回收口
92 珪帶出口
93 氣體噴出輥筒
94 上浮氣體
95 l&層下部硅 96硅帶
97 力口熱溫度調(diào)節(jié)才幾98 除熱溫度調(diào)節(jié)機(jī)
99 惰性氣體
100 氛圍氣調(diào)節(jié)壁
具體實(shí)施例方式
對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方案，參照實(shí)施例與

如下。還 有，不排除在此示出的本發(fā)明的最佳方案以外的基于本發(fā)明宗旨的實(shí) 施方案。
本發(fā)明的基本原理是，把坩堝內(nèi)熔化的熔融硅，在適于成型為板 狀硅的溫度下，以一定流量，經(jīng)過設(shè)計(jì)的供給口進(jìn)行供給，通過把熔 融硅調(diào)整至適于成型狀態(tài)的連接體，供給成型裝置，該裝置處于相對(duì) 硅為情性氣體的氣體環(huán)境下，從被供給的熔融硅，經(jīng)過硅帶及圓板狀 硅進(jìn)行成型的過程中，硅帶等在氣體薄膜上以穩(wěn)定的狀態(tài)保持，施加 必要而適當(dāng)?shù)膽?yīng)力成型為板狀。
所謂術(shù)語(yǔ)"硅帶，，、"硅圓板"及"硅基板"，在本說明書中， 所謂"硅帶"，是指從熔融狀態(tài)至制品之間的成型過程中的長(zhǎng)尺寸硅， 而"硅圓板"，是指在相同的成型過程中具有展開至圓板盤狀的硅， "硅基板"，是指成型后作為制品的板狀硅。另外，本說明書中所述 的"板狀"的含意，也包括厚度數(shù)百微米以下的膜。
在這里，作為惰性氣體，優(yōu)選人們熟知的氬、氦等所謂稀有氣體。 另外，硅的熔融，不限于電阻加熱式，也可采用電磁感應(yīng)加熱爐等電 爐。
沿與本發(fā)明的原理對(duì)應(yīng)的具體的結(jié)構(gòu)及方法進(jìn)一步說明如下。本 發(fā)明涉及設(shè)置相對(duì)高溫的硅為惰性氣體環(huán)境的成型裝置，對(duì)該成型 裝置內(nèi)設(shè)置的全部表面緩慢而恒定地加壓噴出氣體，同時(shí)具有向體系 外排出功能的由基材被覆的成型頭表面上，通過把處于熔融狀態(tài)的硅 調(diào)整至適于成型狀態(tài)下的連接體，于熔點(diǎn)以上的適當(dāng)溫度下，以一定 流速(連續(xù)法)或一定量(批量法)供給，處于該硅(硅帶或硅圓板) 與基材之間的基材，以薄層狀被覆的氣體，通過形成的動(dòng)態(tài)壓力均衡狀態(tài)，穩(wěn)定保持該硅，被保持的硅，從外部沿硅的面施加拉伸應(yīng)力， 成型為板狀的方法以及將其具體化的裝置。
處于熔融狀態(tài)的硅，由于低粘度.高表面張力，即使從硅熔融爐 直接供給成型頭，也難以直接成型為板狀帶，需要盡可能不損傷硅的 特性而且設(shè)置調(diào)整至達(dá)到適于成型狀態(tài)的構(gòu)件和裝置。在熔融硅的供 給裝置與成型裝置之間，利用作用于熔融硅的各種物理力作用的組合， 進(jìn)行上述狀態(tài)調(diào)整的裝置，具體的是，具有邊控制溫度及流量等，邊 把熔融硅展開一定距離的構(gòu)件的裝置，在本說明書中稱作"連接體"。
這里的所謂動(dòng)態(tài)壓力均衡狀態(tài)，是指從基材表面以一定的分布狀 態(tài)設(shè)置的一組氣體噴出孔，以低速且一定的恒定流速，向體系內(nèi)加壓
噴出的氣體；以及，同樣以一定的分布狀態(tài)設(shè)置的另一組氣體排出孔 或溝，以低速且一定的恒定流速向體系外排出的氣體所形成的壓力均 衡狀態(tài)。
本發(fā)明人等進(jìn)行悉心研究開發(fā)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如采用這種結(jié)構(gòu)、方 法，從熔融硅成型硅基板的過程中，硅不與固體或液體接觸而穩(wěn)定保 持，能夠成型為板狀，完成本發(fā)明。
而且，如上所述，熔融硅通過連接體，邊供給成型頭的基材上， 邊向該珪施加必要且適當(dāng)?shù)膽?yīng)力，成型為板狀，但對(duì)該珪施加的應(yīng)力， 采用與硅帶或硅圓板的面平行方向拉伸的應(yīng)力。
作為該拉伸應(yīng)力的具體的施加方法，可以采用拉伸輥筒、齒輪輥 筒、彈簧輥筒等機(jī)械夾具的方法；利用重力的方法；利用離心力的方 法；利用庫(kù)艾特流等流體力學(xué)作用的方法等。
從基材的氣體噴出孔加壓噴出的氣體，其主要成分是氬、氦等相 對(duì)硅為惰性的氣體，根據(jù)需要，含適量以氧、氮及碳作為構(gòu)成元素的 揮發(fā)性物質(zhì)是可能而有用的。
即，特別是在成型薄板或薄板狀的復(fù)合硅時(shí)，從基材加壓噴出的 氣體含有至少l種以氧、氮及碳作為構(gòu)成元素的揮發(fā)性物質(zhì)，需成型
的硅的至少l個(gè)面，與從基材放出的氣體中含有的上述揮發(fā)性物質(zhì)反 應(yīng)，同時(shí)，在該氣體上保持的狀態(tài)下成型的結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的。在這里，作為揮發(fā)性物質(zhì)，以氧氣、氮?dú)鉃橹?，空氣?一氧化氮、 一氧化碳、水、氨、乙醇等各種化合物可以適用。
熔融硅從供給口，通過連接體，在熔點(diǎn)以上的一定溫度下，在產(chǎn) 生惰性氣體的基材上以一定流量供給，但該供給口，可以利用現(xiàn)有采 用的狹縫、切口、管口等，但為了使與硅接觸而導(dǎo)致雜質(zhì)混入硅達(dá)到 極小，故優(yōu)選采用接觸面積盡可能小的形狀與向硅混入難的材質(zhì)?；?者，把供給口構(gòu)件冷卻至硅的熔點(diǎn)以下，流過內(nèi)部的硅形成溫度梯度， 與構(gòu)件接觸部分的硅被冷卻固著，僅供給中心部附近的硅的所謂結(jié)渣 法也有效。
從供給口供給成型裝置的硅的溫度，最好在硅的熔點(diǎn)以上，在過 高溫度下，對(duì)所用裝置構(gòu)件的影響加大，而且從供給口混入雜質(zhì)的可
能性也加大，故在熔點(diǎn)以上~約1500t:之間的溫度是合適的。保持可 成型操作熱容量的最佳溫度，按照成型基板的大小、形狀、厚度、操 作條件等加以適當(dāng)確定是可能的，也是優(yōu)選的。另外，熔融硅的供給， 對(duì)從上流下、從下涌出、或從橫向送出的任何一種，進(jìn)行適當(dāng)設(shè)計(jì)-采 用是優(yōu)選的。
熔融珪，在采用成型裝置作為硅帶或圓板的成型初期過程中，供 給產(chǎn)生氣體的基材上時(shí)，連接體中通過重力、壓力、離心力、界面張 力(包括表面張力)、凝聚力、剪斷力等多種物理力的作用下的移動(dòng)、 賦予慣性、整形、溫度(包括分布)、壓力、量等進(jìn)行適于硅成型的
狀態(tài)調(diào)整。為了進(jìn)行該狀態(tài)調(diào)整，連接體包含把熔融硅從熔融爐通 過噴咀等接受供給的部位、對(duì)導(dǎo)入的熔融硅作用上述物理力進(jìn)行狀態(tài) 調(diào)整的部位、與把實(shí)施過狀態(tài)調(diào)整的熔融硅供給成型頭的部位，這些 部位可分別獨(dú)立，形成一體，或形成連續(xù)的組合等。
上述連接體，作為進(jìn)行狀態(tài)調(diào)整的部位，可以采用旋轉(zhuǎn)輥筒、流 延導(dǎo)軌、離心力利用導(dǎo)軌、定壓容器等各種形狀及形態(tài)。
另外，在采用成型頭進(jìn)行成型而利用重力時(shí)，保持硅帶或圓板的 基材，從上游向下游，具有一定梯度的傾斜結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的。在向下拉 時(shí)，基材上的硅的重量，采用幾乎與其原樣相應(yīng)的梯度分力，在使上
14游的硅剝離的力的作用下而產(chǎn)生薄壁。另外，在向上拉時(shí)，上游的硅， 反而使下游的硅采用取決于梯度的分力而剝落，產(chǎn)生薄壁。任何一種 情況下，也是根據(jù)梯度大小控制施加于硅上的應(yīng)力。而且，任何一種
情況下，由于硅帶在氣體上保持，不受摩擦力作用，產(chǎn)生100。/。重力功
能，但梯度具有自由采取的優(yōu)點(diǎn)。
采用這種方法時(shí)也可在延長(zhǎng)線上垂直剝落，此時(shí)，流下的熔融硅 的l個(gè)面或兩面，與噴出.排出氣體的基材面接觸，引起表面的氧化 反應(yīng)等，能使成型變得容易，是有用的。或者，懸掛在使流下的熔融 硅旋轉(zhuǎn)的輥筒狀基材上，進(jìn)行表面反應(yīng)與成型的方法也是可能的、有 用的。
在利用離心力時(shí)，成型裝置上設(shè)置的圓盤狀基材的中央部上的一 定量熔融硅流下或湧出，在通過連接體賦予的離心力的作用下，邊在 基材的圓周方向展開，邊進(jìn)行硅圓板的薄壁化。
此時(shí)，由于硅保持在氣體上，難以通過與基材的剪斷應(yīng)力，賦予 硅以圓運(yùn)動(dòng)的力，所以，為了補(bǔ)足這些，在離圓盤狀基材中心的一定 距離間，在基材上設(shè)置一定的凹凸，通過操作效果，也可對(duì)硅基板進(jìn) 行圓運(yùn)動(dòng)的加速，這是可能并且是有效的。
熔融硅從在熔化坩堝時(shí)噴出供給口，在用成型裝置處理期間，基 本上必需常在情性氣體環(huán)境下進(jìn)行處理。用作情性氣體的氣體，通常 氬氣是優(yōu)選的。
但是，熔融硅那樣的低粘度液體在氣體上保持未必容易。特別是 需成型的硅帶的厚度在數(shù)百p以下的水平時(shí)，用于謀求(低)粘度、
硅的內(nèi)部凝聚力、表面張力(780mN/m)與薄板化而賦予的應(yīng)力等產(chǎn)生 不適合時(shí)，易引起硅帶的變形，招致硅帶寬度縮小、產(chǎn)生縐紋及分裂、 小片化等的危險(xiǎn)加大。
本發(fā)明人對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行悉心探討的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與熔融硅保持在氣體 上的同時(shí)，具有適度的粘度及剛性，與熔融硅的親和性高，可防止熔 融硅不優(yōu)選的變形的、作為支持體的硅氧化物被膜及硅結(jié)晶被膜等(下 面簡(jiǎn)稱氧化硅被膜)，在這種情況下的形成方法("自支持性被膜形成法")，完成實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的高度化。這里的所謂"自支持性被膜"， 是指為了把熔融狀態(tài)的物質(zhì)穩(wěn)定保持在氣體上，含有用的、該物質(zhì)的 成分所構(gòu)成的具有一定的剛性及粘度的被膜。
這樣得到的具有氧化硅被膜等的硅基板，根據(jù)用途，既可直接使 用，也可通過切削、研磨、化學(xué)蝕刻等除去后使用，另外，也可通過 部分構(gòu)圖與蝕刻等僅必要部分殘留氧化硅的狀態(tài)下使用。反之，在氧 化硅上可形成各種半導(dǎo)體元件及電路，也是有用的。特別是作為用于 硅半導(dǎo)體元件的高性能化的理想的基板結(jié)構(gòu)，對(duì)于期待的大的薄膜
SOI (Silicon On Insulator,絕緣體上的硅)等上可以利用的氧化物 被膜硅基板的用途是重要的。
如上所述，為了形成硅氧化物被膜等，在惰性氣體中混入氧、水 等含氧物質(zhì)后采用也是優(yōu)選的，或者預(yù)先使親水性多孔物質(zhì)構(gòu)成的基 材浸漬水，熔融硅通過熱發(fā)生水蒸汽，也可兼作硅表面的氧化反應(yīng)劑 與支持氣體。這種情況下的惰性氣體與氧、水等的混合比例，按照處 理熔融硅的諸條件與得到的硅基板材料所要求的質(zhì)量進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定是 優(yōu)選的。
自支持性被膜的形成，可通過氣體中反應(yīng)性物質(zhì)的濃度、氣體的 濃度、氣體流量、硅的溫度、基材的溫度、基材的放射率、基材的熱 導(dǎo)率、從硅的輻射熱、對(duì)流放熱及處理時(shí)間等進(jìn)行調(diào)整，加以控制。
基材采用具有平均口徑數(shù)十u以下，特別是10|a以下的微小的連 續(xù)多孔的所謂多孔質(zhì)體是優(yōu)選的，這些微小的連續(xù)多孔，作為本發(fā)明 的氣體噴出孔發(fā)揮功能，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是不管有無熔融硅均可以以一定 流量的氣體噴出。當(dāng)孔徑過小時(shí)，從孔噴出的氣體的阻力過大，難以 得到充分的氣體噴出量，反之，過大時(shí)，阻力過小，基材上的物體(硅) 的有無成為使支配氣體的噴出，硅在氣體上的穩(wěn)定上浮，變得難以保 持。
另外，當(dāng)這些多孔質(zhì)體具有親水性時(shí)，預(yù)先浸漬的水，通過高溫 熔融硅的熱而蒸發(fā)氣化，可優(yōu)選釆用。作為基材，當(dāng)釆用這些多孔質(zhì) 體時(shí)，為了除去氣體，設(shè)置適當(dāng)?shù)臍怏w排出孔是有用的，另外也可以設(shè)置氣體排出用溝。即，當(dāng)釆用具有微小的連續(xù)多孔的多孔質(zhì)體時(shí)， 氣體噴出孔與氣體排出孔與氣體流動(dòng)有關(guān)，難以切斷相連，另外，排 出用與噴出用相比，更大量配置也無妨。
另外，作為具有與上述多孔質(zhì)體不同結(jié)構(gòu)的氣體噴出孔及排出孔
的基材， 一樣分布的小孑L (直徑0. 5mm 3mm)以5mra 10mm的間隔統(tǒng) 計(jì)地一樣設(shè)置，從其中一組小孔以低速、 一定流量(10mVm2 'hr以上~ 200mVm2 . hr以下)噴出惰性氣體，從另 一組小孔排出氣體的結(jié)構(gòu)也 可以釆用。
確保上述基材中一定流量的機(jī)理已知是，通過渦流控制氣體的流 動(dòng)(美國(guó)專利第6523572號(hào)說明書)，將此應(yīng)用于熔融硅那樣處于低 粘度熔融狀態(tài)的物質(zhì)的例子是未知的。
如此噴出與排出的流動(dòng)氣體的平衡，跨越大部分基材面積，產(chǎn)生 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的一定的氣體壓力(動(dòng)態(tài)壓力均衡狀態(tài))，氣體上的物體(硅) 可不與基材接觸，能夠保持穩(wěn)定。此時(shí)，不取決于硅的壁厚，以一定 流量氣體的噴出、排出是重要且必要的條件。
基材的材質(zhì)，滿足上述的要件及結(jié)構(gòu)，但耐熱性及物理化學(xué)穩(wěn)定 性高的是優(yōu)選的。另外，可加工成一定形狀的材質(zhì)也是優(yōu)選的。從此 觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選采用碳、硅碳化物、氧化鋁、堇青石等陶瓷等，另外， 鉬、鎢等耐熱金屬等，視情況采用鐵、SUS、鋁等金屬也合適。當(dāng)氣體 中含反應(yīng)性物質(zhì)時(shí)，還必需注意與該物質(zhì)的反應(yīng)性選擇基材物質(zhì)。另 外，從控制溫度這點(diǎn)考慮，還要考慮基材表面的放射率進(jìn)行設(shè)計(jì).制 造，是可能而有用的。
另外，處于熔融狀態(tài)的硅，如上所述，被保持在處于動(dòng)態(tài)壓力均 衡狀態(tài)的氣體上，此時(shí)，從基材的氣體噴出孔噴出的氣體，對(duì)硅表面 的垂直方向作用的壓力大小，與施加于硅帶的重力相同，與硅表面的 垂直成分大小與硅上面的氣壓之和也保持穩(wěn)定的均衡狀態(tài)，對(duì)防止硅 的破裂、不必要的凹凸及異常的形狀是重要的。
原理上是，如基材與硅帶的距離大，則壓力急速減少，反之，如 距離縮小，則壓力急速增大，因此， 一種自動(dòng)穩(wěn)定化機(jī)構(gòu)的作用，使從基材至硅帶的距離大致保持一定，但過大的噴出壓力及噴出量，或 在成型過程中設(shè)定大的壓力變化等，則不穩(wěn)定因素增大，是不希望的。 對(duì)基材的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了各種研究，從謀求所得硅基板的薄板化考慮 是重要的技術(shù)因素，易形成一定厚度的硅基板的形狀而又易保持的結(jié) 構(gòu)是優(yōu)選的。
作為基材的表面形狀，可以采用平坦的平面、整體為圓筒型的凸 面、具有一定山谷的凹凸面等，通過目的硅基板的形狀及溫度、成型 速度等各種操作條件的組合，可以選擇最佳的結(jié)構(gòu)，是有用的。
另外，當(dāng)接觸時(shí)間控制更短時(shí)等，基材也可具有輥筒形狀，向由 噴出、排出氣體的基材所構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)輥筒供給熔融硅時(shí)，通過輥筒的 直徑或輥筒與硅的接觸面積的調(diào)整，可容易地抑制硅與基材的面積接 觸時(shí)間。另外，采用間歇式生產(chǎn)時(shí)，也可采用所謂噴涂方式。
另外，本發(fā)明的成型方法，在熔融硅的冷卻過程中邊使硅移動(dòng)邊 進(jìn)行成型，則可以保持在氣體的動(dòng)態(tài)壓力均衡狀態(tài)，并且根據(jù)情況， 伴隨著反應(yīng)，進(jìn)行微觀的非平衡、非穩(wěn)定的狀態(tài)變化及反應(yīng)，但在連 續(xù)成型時(shí)，在宏觀的非平衡 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行成型。
在該工序中，為了謀求宏觀均勻化、平均化，動(dòng)態(tài)正?；侵匾?的技術(shù)要素，為了發(fā)揮動(dòng)態(tài)正?；Ч?，基材與硅帶或圓板的平行的 平面，以與硅帶或圓板不同的速度及方向移動(dòng)，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、反復(fù)移動(dòng) 及振動(dòng)等或滑動(dòng)，釆用極小的構(gòu)成與操作條件，形成一定的軌跡及圖 案，是優(yōu)選的。該動(dòng)態(tài)正?；男Ч幌抻诠璧囊粋€(gè)面，通過兩個(gè) 面的作用，也可以得到更平坦的基板。
另外，基材上設(shè)置的氣體噴出孔及氣體排出溝的結(jié)構(gòu)與配置 分 布，根據(jù)成型的硅基板的大小、壁厚等進(jìn)行適當(dāng)設(shè)計(jì) 制造是重要而 有用的。
硅帶或圓板的溫度、溫度分布及冷卻速度，除熔融硅的溫度、流 量及流速等以外，可根據(jù)基材的溫度、基材的放射率、噴出的氣體溫 度及流量、與基材的距離、從未面向硅帶或圓板的基板的部分的輻射 放熱與對(duì)流放熱、硅帶或圓板與基材的面接觸時(shí)間等加以控制，對(duì)所
18得到的基板的形狀及性能提高是重要的。在本發(fā)明中，通過硅保持在 熱導(dǎo)率小的氣體上，能夠進(jìn)行更嚴(yán)密的溫度及溫度分布等的控制。
還有，如在硅帶或圓板的兩個(gè)面上設(shè)置含反應(yīng)性物質(zhì)的氣體發(fā)生 基材，則在所得到的硅基板的兩個(gè)面上也能夠形成氧化被膜等。
把沿硅帶或圓板流動(dòng)的氣體控制在層流狀態(tài)是優(yōu)選的。因此，在 上面、下面均不引起激烈的上升氣流的流動(dòng)控制方面想辦法是優(yōu)選的。 當(dāng)硅帶或圓板傾斜大時(shí)，設(shè)置相鄰的熱流速控制板兼氣流控制板也是 優(yōu)選的。
在硅帶或圓板的下面與上面，通過設(shè)置溫差，也可使結(jié)晶成長(zhǎng)具 有方向性。通過這種結(jié)晶成長(zhǎng)，當(dāng)硅基板于光電變換裝置中使用時(shí)， 可以期待更高的光電變換效率的實(shí)現(xiàn)。
對(duì)使硅在一定方向移動(dòng)，或進(jìn)行拉伸的驅(qū)動(dòng)方法進(jìn)行種種探討。 例如，為了使硅在一定方向作平滑移動(dòng)，基材也可向下游方向，離水 平以一定角度向下傾斜配置，在重力的作用下進(jìn)行移動(dòng)的結(jié)構(gòu)。另外， 通過下游向驅(qū)動(dòng)輥筒，施加拉伸應(yīng)力也可。另外，從具有一定半徑的 供給口，施加圓周方向^走轉(zhuǎn)，利用離心力也可以。
另外，為了在連續(xù)成型中，保持硅帶的形狀及確保寬度方向的拉 伸應(yīng)力，也可在寬度方向的兩端部分設(shè)置用于保持硅帶邊緣角的結(jié)構(gòu)，
這是有用的(參照?qǐng)D2 (a))。
另外，關(guān)于該邊緣角，其結(jié)構(gòu)也可以是通過硅帶的上面，與邊緣 輥筒面接觸，該輥筒放出含有惰氣氣體或以惰氣氣體為主的含氧物質(zhì) 的氣體，硅帶的上下兩面保持成夾層狀，可提高硅帶的兩端部分的保 持效果，同時(shí)上下兩面具有氧化硅被膜的狀態(tài)的構(gòu)成。
另外，在成型區(qū)中，基材分成幾個(gè)亞區(qū)，能夠進(jìn)行分擔(dān)氧化硅被 膜形成、薄膜化、退火、冷卻等功能。
實(shí)施例1
圖1~ 3是說明本發(fā)明的實(shí)施例1的圖。在該實(shí)施例1中，調(diào)整熔 融硅至適于成型狀態(tài)的連接體，采用非接觸旋轉(zhuǎn)輥筒的、顯示2段傳送機(jī)型的裝置。在坩堝爐的下方，在成型區(qū)22內(nèi)配置作為連接體的旋 轉(zhuǎn)輥筒3、成型頭及調(diào)整頭(退火頭)。該實(shí)施例1的成型頭及調(diào)整 頭(退火頭)，具體的是由環(huán)狀基材11構(gòu)成的成型用的傳送帶5及調(diào) 整用的傳送帶7。
用坩堝熔化的熔融硅2，在氬氣氛圍氣下的成型區(qū)，如圖1所示， 從坩堝的熔融硅供給部1的供給口 21，于約1440t:的溫度，在作為成 型頭功能的傳送帶5的構(gòu)成基材11上流延，在被覆基材11的表面的 氬類氣體層6上，以上浮的狀態(tài)把硅帶4邊成型為板狀，邊連續(xù)移動(dòng) 至下游。
此時(shí)，熔融硅2，如圖3所示，以厚度5mm左右的狀態(tài)從供給口 21流下，在其下部設(shè)置以低速噴出氬氣的由多孔質(zhì)基材構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)輥 筒3。用于使旋轉(zhuǎn)輥筒3旋轉(zhuǎn)的通過旋轉(zhuǎn)輥筒3的中心安裝的空心軸， 把氬氣供給旋轉(zhuǎn)輥筒3。根據(jù)需要，旋轉(zhuǎn)輥筒也可僅處于被供給的熔 融珪的單側(cè)。
通過該旋轉(zhuǎn)輥筒3,熔融硅2，以非接觸狀態(tài)作為帶狀物的寬度、 厚度、位置可以被控制，同時(shí)，可以防止周邊氬氣的不優(yōu)選的上升氣 流，則熔融硅2的溫度等可達(dá)到均勻。
另外，通過下游的齒輪輥筒等(未圖示)在硅帶4上施加的拉伸 應(yīng)力，從基材ll噴出、排出的氬類氣體層6上的硅帶4被連續(xù)成型、 搬運(yùn)。
構(gòu)成噴出、排出氬氣的傳送帶的基材11,由具有直徑數(shù)H以下的 微小的連續(xù)多孔的氧化鋁多孔質(zhì)體構(gòu)成，在該基材表面13上設(shè)置一樣 分布的多個(gè)氣體排出孔20，這些孔由氣體排出管l7，與底部設(shè)置的氣 體排出槽18連通。氬氣從多孔質(zhì)體的微小連續(xù)多孔開口的氣體噴出面 19與氣體排出孔20，分別以一定的低速進(jìn)行噴出與排出，通過動(dòng)態(tài)壓 力均衡狀態(tài)，硅帶4在其上穩(wěn)定地保持。
從基材表面13噴出、排出的氬氣的壓力、流量、流速，可通過基
材內(nèi)部或下部設(shè)置的利用渦流及細(xì)孔的阻力負(fù)荷機(jī)構(gòu)加以調(diào)節(jié)、控制。 當(dāng)采用圖2所示的基材時(shí)，從氣體噴出面19的噴出，是通過利用基材內(nèi)在的微小的連續(xù)多孔的阻力負(fù)荷機(jī)構(gòu)加以調(diào)節(jié)、控制的結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)，
從氣體排出孔20的噴出，是通過氣體排出管17內(nèi)設(shè)置的渦流阻力部 位加以調(diào)節(jié)、控制的結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)。
供給基材的多孔質(zhì)體部分的加壓氬氣，從基材底部設(shè)置的氣體噴 出加壓槽16供給，從氣體排出管17排出的氬氣，從氣體噴出加壓槽 16的底部設(shè)置的氣體排出槽18排出。這些氣體噴出加壓槽與氣體排 出槽，通過由泵等構(gòu)成的氣體噴出排出裝置9，與未支承傳送帶5循 環(huán)移動(dòng)的氬氣供給與回收的裝置連結(jié)。
從噴出、排出的氣體的動(dòng)態(tài)壓力平衡方面考慮，于穩(wěn)定狀態(tài)保持 的硅帶4，根據(jù)需要，如圖2 (a)所示，通過基材11的兩端設(shè)置的用 于確保硅帶寬度的硅帶寬度確保部(邊緣角)14及防止剩余的硅向體 系外泄漏的溢流防止壁15，來確保其兩端部。在該部分，根據(jù)需要還 可設(shè)置更牢固保持硅帶寬度的齒輪及輥筒等。
從基材11噴出的氬氣中，可根據(jù)需要含有ppm 。/。量級(jí)的氧或水， 同時(shí)考慮溫度、處理時(shí)間，硅帶的下面的氧化被膜，能夠從納米至微 米水平的所希望的厚度形成。作為氧化被膜形成的控制因子，氬氣中 的氧等的濃度能夠設(shè)定在ppm 。/。量級(jí)(百萬分之一 百分之一量級(jí)) 的寬范圍內(nèi)。
從熔融硅2形成的硅帶4，通過上述氧化被膜賦予剛性，形成自 支持性，更穩(wěn)定的帶狀，易作為連續(xù)體存在，根據(jù)下游的拉伸應(yīng)力而 一樣移動(dòng)，另外，可根據(jù)氧化被膜的厚度及粘度、剛性，邊進(jìn)行變形 及更新，邊進(jìn)一步形成薄膜。
成型的硅帶4，再根據(jù)需要，在下游設(shè)置的調(diào)整頭中邊進(jìn)行溫度 調(diào)整邊在構(gòu)成調(diào)整傳送帶7的基材11上傳送，制成作為所希望的結(jié)晶 狀態(tài)的硅基板12。
構(gòu)成調(diào)整頭7的基材11，與成型頭5的基材11同樣，具有氣體 噴出孔及氣體排出孔，氬氣由此向硅帶4的下面噴出，在硅帶4與基 材11之間形成氣體薄膜8,硅帶4以非接觸狀態(tài)加以支持、移劫。借 此，在成型區(qū)成型的硅帶4，邊進(jìn)行退火、緩慢冷卻，邊制成作為所希望的結(jié)晶狀態(tài)的硅基板12。
在一系列作業(yè)中，硅帶4的厚度，采用熔融硅2，從供給時(shí)的值 (例如5mm)成型至10分之一，故硅帶4在下游區(qū)域，最終供給時(shí)以 熔融硅的IO倍速度移動(dòng)。通過該移動(dòng)速度與成型裝置的長(zhǎng)度，也可控 制硅帶4與氬氣類氣體層(氣體薄膜)6的接觸時(shí)間。
另外，硅帶4的溫度，可把基材11的溫度、表面的放射率、噴出 氣體的流量、噴出氣體的溫度、上述接觸時(shí)間等，通過適當(dāng)組合加以 控制。另外，雖未圖示，但在上部空間通過設(shè)置調(diào)節(jié)溫度用的平板加 熱器及遮熱板，具有更好的效果，另外，調(diào)節(jié)氬氣的流動(dòng)，也有助于 硅帶4溫度均勻性的提高。
還有，如上所述，從基材11噴出的氬氣中，也可根據(jù)需要含ppm~ %量級(jí)的氧或水，此時(shí)，從基材11發(fā)生的氧及水大概與硅反應(yīng)，但一 部分未反應(yīng)者有直接排至體系外之慮，因此，從該硅帶4的下面或基 材ll，送至成型區(qū)的體系外的含氧、含水氣體，不與硅帶4的上面被 覆的惰性氣體混合的結(jié)構(gòu)是必要的。
作為該結(jié)構(gòu)，在硅帶4的寬度方向兩端附近，設(shè)置可以防止硅的 上下的氣體混合的隔板(未圖示)，設(shè)置分別回收氣體的裝置是優(yōu)選 的。在該氣體隔板與回收裝置的設(shè)計(jì)與設(shè)置時(shí)，熔融硅2向基材11 的流下部分的結(jié)構(gòu)是最困難的課題，這可以通過前端為管狀及設(shè)置了 多個(gè)孔的空心板等氣體回收用夾具的設(shè)計(jì)、設(shè)置等來解決。
采用本實(shí)施例1的裝置，可以制成具有氧化被膜的厚度lOia以 上~數(shù)mm以下的復(fù)合硅基板。
在該實(shí)施例l中，作為連續(xù)地制造硅基板的裝置，例示了使基材 ll移動(dòng)的形式，但基材11也可以釆用振動(dòng)結(jié)構(gòu)及固定床結(jié)構(gòu)。另外， 氣體的噴出及排出的控制機(jī)構(gòu)，可以是細(xì)孔與渦流阻力元件的各種組 合。作為氬氣中含有的微量反應(yīng)性物質(zhì)，也可用氮代替氧，此時(shí)，形 成的被膜為氮化硅。
實(shí)施例2圖4是說明本發(fā)明的實(shí)施例2的圖。在該實(shí)施例2中，作為把熔 融硅調(diào)整至適于成型狀態(tài)的連接體，示出了采用含接觸旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌的旋 轉(zhuǎn)涂布器型的裝置。在蚶堝41內(nèi)，熔化的熔融硅42,從供給口 43， 在止動(dòng)器兼非接觸導(dǎo)軌44與非接觸溫度調(diào)節(jié)套53之間，沿導(dǎo)軌44 以非接觸狀態(tài)流下。該導(dǎo)軌44，其上部止動(dòng)器部分由硅石構(gòu)成，而下 部導(dǎo)軌部分由噴出、排出惰性氣體的堇青石構(gòu)成。
在該實(shí)施例2中，硅基板成型區(qū)58的主要部分，由通過旋轉(zhuǎn)涂布 器的旋轉(zhuǎn)軸51加以旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)涂布器的支持盤50上設(shè)置的非接觸旋 轉(zhuǎn)涂布器基材47構(gòu)成。在旋轉(zhuǎn)涂布器的旋轉(zhuǎn)軸51的內(nèi)側(cè)，以同軸配 置非接觸導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)軸52。在該非接觸導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)軸52的上端，設(shè)置止 動(dòng)器兼熔融硅非接觸導(dǎo)軌44。
熔融硅42，沿旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)軌44流下，導(dǎo)軌44下部的硅碳化物構(gòu)成 的熔融硅接觸導(dǎo)軌46上一邊流下， 一邊通過旋轉(zhuǎn)的接觸導(dǎo)軌46賦予 離心力，流延至非接觸旋轉(zhuǎn)涂布器基材47上。
流下硅45,通過導(dǎo)軌46初期賦予的離心力，在非接觸旋轉(zhuǎn)涂布 器基材47上流延，作為硅圓板48而被薄膜化。此時(shí)，從非接觸旋轉(zhuǎn) 涂布器基材47噴出、排出的氧或水，在含ppffl 。/。量級(jí)的氬氣上被支 持，同時(shí)，表面發(fā)生氧化反應(yīng)，表面上形成氧化被膜，得到自支持性， 也易賦予離心力，易薄膜化。氬氣等氣體，從旋轉(zhuǎn)圓板的中心軸供給 設(shè)置在圓板下部的槽。
這樣的氧化反應(yīng)，通過氬氣中含有的含氧物質(zhì)濃度及處理溫度加 以控制，同時(shí)，氬氣中該含氧物質(zhì)含有一定時(shí)間后，通過切換至純氬 氣，也可調(diào)節(jié)反應(yīng)時(shí)間。通過這樣的操作，與實(shí)施例l同樣，可以控 制納米~微米水平的氧化被膜厚度。另外，為了控制硅上面的氣體與 從基材排出的氣體的混合，沿圓盤47，從中心向圓周方向設(shè)置氣體流 動(dòng)，形成氣體氣幕。
在一系列工序中，硅的溫度是重要的因子，特別是隨著硅圓板48 在非接觸涂布器基材47上的展開，為了防止前端部分的溫度降低，通 過溫度調(diào)節(jié)套54與非接觸旋轉(zhuǎn)涂布器基材47的溫度，及放射率，及從基材47噴出的氣體的溫度等，對(duì)遍及整個(gè)硅圓板48的溫度保持一 定，是有用的。另外，硅圓板48,根據(jù)情況，通過非接觸止動(dòng)器49 也可調(diào)節(jié)圓周部的厚度與形狀。
與這些操作平行，為了防止過剩的熔融硅42的流下，導(dǎo)軌44從 與接觸導(dǎo)軌以下部分的邊界55分離、上升，封閉供給口 43后停止。 此時(shí)，由于非接觸涂布器基材47上的硅圓板48與導(dǎo)軌44上的流下硅 45是絕緣的，可通過適當(dāng)?shù)募す獾裙枨袛鄪A具56，把流下的硅45與 硅圓板48互相切斷。
薄膜形成與氧化被膜形成終止的硅圓板48，邊進(jìn)行規(guī)定的溫度調(diào) 節(jié)，邊直接進(jìn)行結(jié)晶成長(zhǎng)與實(shí)施退火后，在規(guī)定的溫度下把每個(gè)旋轉(zhuǎn) 軸51下拉后，與非接觸導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)軸52分離，從放置了硅圓板48的旋 轉(zhuǎn)涂布器基材47上，把硅圓板48作為硅基板加以回收。
此時(shí)，根據(jù)需要，也可在熔融硅接觸導(dǎo)軌46的下端部分切離硅圓 板48，或直接從導(dǎo)軌/旋轉(zhuǎn)涂布器邊界57，把每個(gè)導(dǎo)軌部分卸下，用 作制品支持器。
采用本實(shí)施例的裝置，可以制造厚度10|a以上~數(shù)mm以下的復(fù) 合硅基板。
實(shí)施例3
圖5是說明本發(fā)明的實(shí)施例3的圖。在該實(shí)施例中，作為把熔融 硅調(diào)整至適于成型狀態(tài)的連接體，示出了采用含定壓熔融硅貯槽的一 段頭型裝置。本裝置包括熔融區(qū)71、供給區(qū)72及成型區(qū)73。
熔融區(qū)71，基本上包含硅熔融爐74、硅熔融坩堝75，坩堝內(nèi)被 熔化的硅76于熔點(diǎn)以上的一定溫度下貯存。
上述供給區(qū)72,基本上包含熔融硅供給噴咀77與調(diào)節(jié)供給的熔 融硅量的閥門78。閥門可以適當(dāng)選擇使用球閥、錐型閥、蝶閥等，所 用的材質(zhì)，必需選擇與高溫的硅反應(yīng)小的材料。另外，盡管未圖示， 但閥門具有采用與定壓貯槽內(nèi)的壓力及成型處理速度相吻合的速度， 通過供給熔融硅的反饋系統(tǒng)進(jìn)行控制的構(gòu)件。上述成型區(qū)73具有硅成型頭84、其上采用非接觸狀態(tài)設(shè)置的 熔融硅貯槽80、在貯槽下方同樣設(shè)置的氣體噴出輥筒93、加熱溫度調(diào) 節(jié)機(jī)97、除熱溫度調(diào)節(jié)機(jī)98、氛圍氣調(diào)整壁100等。
上述熔融硅貯槽80，面向成型頭的面是開放的，是為把暫時(shí)貯存 的熔融硅81的上面壓力，保持.調(diào)節(jié)至一定，對(duì)貯槽壁82內(nèi)的周邊 與上部加以被覆，具有從壓力調(diào)節(jié)口 83排出氣體，調(diào)整內(nèi)壓的構(gòu)件。 還有，雖未圖示，可具有對(duì)貯槽內(nèi)部的硅量及成型處理速度等進(jìn)行反 饋，使貯槽內(nèi)部的硅及其上部氣體合成的壓力，在貯槽下部硅95的下 面達(dá)到 一 定而進(jìn)行控制的機(jī)構(gòu)。
上述成型頭84，是成型元件85以一定間隔連結(jié)的結(jié)構(gòu)，該元件 85,構(gòu)成其表面的氣體噴出.排出基材86、向該基材以一定速度加壓 供給氣體的槽87、從基材噴出的氣體的排出孔89、回收排出的氣體的 槽88、通過加壓槽87向基材86壓送氣體的氣體供給口 90、同樣地氣 體回收口 91，設(shè)置分別對(duì)應(yīng)的槽，雖未圖示，可具有根據(jù)需要通過柔 軟配管，根據(jù)頭的移動(dòng)平滑地進(jìn)行氣體的供給 回收的機(jī)構(gòu)。
采用本實(shí)施例所示的裝置，熔融硅76為一定量、 一定溫度，作為 l!i槽內(nèi)熔融硅81暫時(shí)貯存，其下面，通過從構(gòu)成成型頭84的表面的 基材噴出'排出的上浮氣體94加以保持，通過上浮氣體中含有的氧等 反應(yīng)性物質(zhì)等，邊在表面上形成自支持性被膜，邊從硅帶出口 92，通 過基材86與噴出輥之間，以一定厚度引出硅帶96。硅帶96未圖示， 但在圖的右方，通過齒輪輥等的夾具，以一定速度施加拉伸應(yīng)力，4吏 移動(dòng) 成型。
珪帶96，從出口 92至下面有自支持性被膜，上面作為熔融狀態(tài) 的硅排出貯槽外，然后，通過溫度調(diào)節(jié)機(jī)97、 98調(diào)節(jié)'控制帶的溫度， 形成具有規(guī)定的晶體結(jié)構(gòu)的硅帶。此時(shí)，基材上的氣體，通過硅施加 的壓力不發(fā)生激烈變動(dòng)地配制 控制貯槽內(nèi)的壓力與外部的壓力。還 有，硅帶的上面空間用惰性氣體99調(diào)節(jié)氛圍氣。
采用本實(shí)施例的裝置，可以制造厚度10m以上 數(shù)mm以下的復(fù) 合硅基板。另外，采用本實(shí)施例的裝置，當(dāng)保持硅的氣體中不含反應(yīng)
25性物質(zhì)時(shí)，通過溫度控制，作為下面形成結(jié)晶化的被膜的硅帶，從連 接體引出，也可制成基板。
上面根據(jù)實(shí)施例，說明本發(fā)明涉及的實(shí)施硅基板的制造裝置及制 造方法的最佳方案，但本發(fā)明又不受這些實(shí)施例的限定，在權(quán)利要求 范圍記載的技術(shù)事項(xiàng)范圍內(nèi)的各種實(shí)施方案是不言而喻的。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
由上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成的硅基板的制造裝置、制造方法及得到的制品， 能夠用于在制造太陽(yáng)能電池、高性能硅半導(dǎo)體元件及其他用途中使用 的硅基板等。
權(quán)利要求
1.硅基板的制造裝置，該裝置是如下的硅基板的制造裝置配置有供給熔融硅的成型頭，該成型頭是介由把來自硅熔融爐的熔融硅調(diào)整至適于成型狀態(tài)的連接體來供給熔融硅的成型頭，采用該成型頭，在相對(duì)硅為惰性氣體的氛圍氣中，把上述熔融硅成型為板狀，其特征在于，該成型頭具有相對(duì)成型為板狀的熔融硅，向至少其1個(gè)面噴出氣體的多個(gè)氣體噴出孔、以及把噴出的該氣體從成型頭排出的多個(gè)氣體噴出孔及/或排出溝；從該成型頭噴出的氣體與排出的氣體兩者所形成的動(dòng)態(tài)壓力均衡狀態(tài)來保持硅，同時(shí)一邊在與硅的面的平行方向施加拉伸應(yīng)力，一邊把硅成型為板狀。
2. 按照權(quán)利要求1中所述的硅基板的制造裝置，其特征在于，上 述連接體包含利用重力、壓力、離心力、表面張力、凝集力及剪斷力的 多種作用力的組合，對(duì)熔融硅具有一定擴(kuò)展能力的機(jī)構(gòu)的裝置。
3. 按照權(quán)利要求1中所述的硅基板的制造裝置，其特征在于，上 述連接體，包含能夠在大氣壓以下的以一定壓力的惰性氣體存在下，以 一定溫度貯存熔融硅的下邊設(shè)置開口部的裝置。
4. 按照權(quán)利要求1中所述的硅基板的制造裝置，其特征在于，上 述成型頭，在與成型為板狀的硅平行的平面上，以不同的速度及方向?qū)?施移動(dòng)、往返移動(dòng)或振動(dòng)。
5. 按照權(quán)利要求4中所述的硅基板的制造裝置，其特征在于，上 述成型頭，是環(huán)帶、旋轉(zhuǎn)圓板、振動(dòng)板或固定板、輥筒或這些組合的任 何一種結(jié)構(gòu)。
6. 硅基板的制造方法，該方法是如下的硅基板的制造方法采用 供給熔融硅的成型頭，該成型頭是介由把熔融硅調(diào)整至熔融硅適于成型 狀態(tài)的連接體來供給熔融硅的成型頭，在相對(duì)硅為情性氣體的氛圍氣 中，成型為板狀，其特征在于，對(duì)成型為板狀的熔融硅其至少1個(gè)面， 通過該成型頭上設(shè)置的氣體噴出孔以及氣體排出孔.溝，分別噴出的氣體與排出的氣體兩者所形成的動(dòng)態(tài)壓力均衡狀態(tài)一邊加以保持， 一邊在與 硅的面的平行方向施加拉伸應(yīng)力，把硅成型為板狀。
7. 按照權(quán)利要求6中所述的硅基板的制造方法，其特征在于，通 過硅與該硅上面的氣體荷重，以控制對(duì)保持該硅的氣體施加的壓力不發(fā) 生急劇的變化，把硅成型為板狀。
8. 按照權(quán)利要求6中所述的硅基板的制造方法，其特征在于，從 上述成型頭噴出的氣體的主成分為氬氣或氦氣。
9. 按照權(quán)利要求6中所述的硅基板的制造方法，其特征在于，從 上述成型頭噴出的氣體，含有以氧、氮及碳中的至少l種作為構(gòu)成元素 的揮發(fā)性物質(zhì)，上述硅的表面與該揮發(fā)性物質(zhì)反應(yīng)， 一邊形成被膜一邊 進(jìn)行成型。
10. 按照權(quán)利要求6中所述的硅基板的制造方法，其特征在于，通 過上述揮發(fā)性物質(zhì)的濃度及溫度、該揮發(fā)性物質(zhì)的與上述硅的接觸時(shí)間 以及該硅溫度的任何一個(gè)或2個(gè)以上，來控制、調(diào)節(jié)上述反應(yīng)。
11. 按照權(quán)利要求6中所述的硅基板的制造方法，其特征在于，與 上述硅的表面的平行方向及垂直方向的溫度分布，通過上述成型頭表面 基材的溫度、該基材的放射率、上述氣體的溫度、該氣體的流量、上述個(gè)或2個(gè)以上進(jìn)行調(diào)節(jié)，來控制上述硅的結(jié)晶成長(zhǎng)。
12.硅基板，其是按照權(quán)利要求6中所述的方法制造的
全文摘要
本發(fā)明提供可有效生產(chǎn)不良雜質(zhì)混入及缺陷少的、平坦的、大面積的多晶薄板狀硅基板以及表面具有氧化物被膜等的復(fù)合硅基板的制造裝置、制造方法以及制品。在惰性氛圍氣中，從熔融硅制造硅帶(12)的成型區(qū)中，來自坩堝爐的熔融硅(2)，通過把該熔融硅調(diào)整至適于成型狀態(tài)的旋轉(zhuǎn)輥筒(3)，配置由供給的基材(11)構(gòu)成的成型用傳送帶(成型頭)(5)，基材(11)具有相對(duì)由熔融硅(2)成型的成型硅帶(4)，從其下方分別噴出、排出氣體的多個(gè)氣體噴出孔及氣體排出孔，通過這些噴出的氣體與排出的氣體兩者的動(dòng)態(tài)壓力均衡狀態(tài)，在氣體上成型的硅帶(4)，一邊被穩(wěn)定保持一邊在硅表面上通過氣體中含有的反應(yīng)性物質(zhì)形成被膜，一邊在與成型的硅帶(4)的面的平行方向施加拉伸應(yīng)力，成型硅帶(12)。
文檔編號(hào)C01B33/02GK101616868SQ20088000308
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2008年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月25日
發(fā)明者小島弦, 豐 林, 橫山浩 申請(qǐng)人:獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所