JP4307142B2

JP4307142B2 - 薄板製造装置および薄板製造方法

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Publication number: JP4307142B2
Application number: JP2003126400A
Authority: JP
Inventors: 修二胡間
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-05-01
Filing date: 2003-05-01
Publication date: 2009-08-05
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Also published as: JP2004331429A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄板製造装置および薄板製造方法に関し、より具体的にはシリコン薄板製造装置およびシリコン薄板製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の、薄板製造装置の１つとして、たとえば、特許文献１に開示される結晶シートの製造方法およびその製造装置ならびに太陽電池に関する技術が挙げられる。
【０００３】
図７は結晶シートの製造装置の概略図である。この結晶シートの製造装置は、主室７００内に連続的に送りこまれる、結晶シートが形成されるべき主表面を有する下地板７０１と、下地板の主表面が融液に接触した後、融液から離れるように下地板を移動させるために下地板を保持する可動部材７１０と、可動部材を冷却するための冷却手段と、断熱部材に囲まれた加熱室を備える。加熱室内には、抵抗加熱を用いたヒータ７０７が設置され、支持台７０２に保持されたるつぼ７０３内の原料７０４を溶解し、融液状態で保持することが可能である。
【０００４】
このように構成された結晶シートの製造装置では、下地板７０１は、主室７００の上部から主室内の可動部材７１０に連続的に供給される。冷却手段により冷却された可動部材７１０を介して、下地板７０１の主表面を冷却しながら次々に融液に浸漬させることで主表面に結晶シートを凝固成長させ、これを次々に融液から取り出す。結晶シートが成長した下地板は、次々に主室上部から主室外へ送出され、薄板を取り外される。これを繰り返すことで、連続的に結晶シートを得ることが可能となる。結晶シートの製造を継続的に行なうことにより、融液の液量が減少するため、原料投入ポート７０５を設け、原料の追加投入を行なう構造になっている。
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術における、結晶シートの製造方法およびその製造装置においては、下地板７０１を融液７０４に浸漬するための可動部材７１０は、下地板７０１を次々に同一軌道に沿って動かす部材であり、下地板７０１は唯一のるつぼ７０３にのみ浸漬することができる。この製造装置では、結晶シートの製造を継続的に行なうことにより融液の液量が減少した場合、原料投入ポート７０５から原料の追加投入を行なう。次に、融液温度を上げて追加投入した原料を溶解する。溶解が完了したら、融液の温度を結晶シート製造に適した温度に調整し、融液温度が安定するまで保持する。かかる技術においては原料の追加投入から融液温度が安定するまでの一連の工程中は、結晶シートの製造を中断する必要があり、その結果生産性が悪化するという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２４７３９６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は原料の追加投入から融液温度が安定するまでの一連の工程において結晶シートの製造を中断する必要がなく、その結果生産性が改善された薄板製造装置および薄板製造方法を提供する。
【０００８】
【課題を解決する手段】
本発明の薄板製造装置は、下地板浸漬機構が、下地板をるつぼ内の融液面に浸漬させ、融液から取り出すことで前記下地板表面に薄板を形成する薄板製造装置である。そして、下地板を複数のるつぼ内の融液に浸漬させることが可能な前記下地板浸漬機構を有する。
【０００９】
これにより、下地板浸漬機構が、第１のるつぼを使用して薄板の製造を行っている時に、第１のるつぼ以外のるつぼに対し、原料の追加、追加した原料の溶解、融液の温度調整、温度安定化の少なくともいずれかの動作を平行して実施することが可能であり、生産性を向上できる。
【００１０】
上記薄板製造装置は、下地板を前記下地板浸漬機構に装着／取外しする機構を設けた主室と、第１のるつぼを設けた副室と、第２のるつぼを設けた副室とを有し、下地板浸漬機構は下地板を第１のるつぼ内の融液面に浸漬させることが可能であり、その後下地板を第２のるつぼ内の融液面に浸漬させることが可能である。
【００１１】
これにより、下地板浸漬機構が、第１のるつぼを使用して薄板の製造を行っている時に、第２のるつぼに対し、原料の追加、追加した原料の溶解、融液の温度調整、温度安定化の少なくともいずれかの動作を平行して実施することが可能であり、生産性を向上できる。
【００１２】
さらに、下地板浸漬機構に装着／取外しする機構を設けた主室と、第１のるつぼを設けた副室と、第２のるつぼを設けた副室と、第３のるつぼを設けた副室とを有し、下地板浸漬機構は下地板を第１のるつぼ内の融液面に浸漬させることが可能であり、その後下地板を第２のるつぼ内の融液面に浸漬させることが可能であり、さらに下地板を第３のるつぼ内の融液面に浸漬させることが可能である薄板製造装置においては、下地板浸漬機構が、第１のるつぼおよび第２のるつぼを使用して薄板の製造を行っている時に、第３のるつぼに対し、原料の追加、追加した原料の溶解、融液の温度調整、温度安定化の少なくともいずれかの動作を平行して実施することが可能であり、さらに生産性を向上できる。
【００１３】
上記下地板浸漬機構は主室内に格納することが可能であり、主室と各副室を仕切ることが可能な仕切り扉を有することが望ましい。
【００１４】
操業開始時には、るつぼ内に固体原料を充填し、この原料を加熱溶解することで融液を作製するが、シリコンなどの原料を溶解する場合は、固体から融液に溶解する時点でＳｉＯ_X等の粉体が発生する。また、追加した原料を溶解する際も、同様の粉体が発生する。そのため、下地板浸漬機構が設置されている主室と副室の仕切り扉を閉じた状態で、副室内で溶解を行うことにより、下地板浸漬機構へ粉体が付着し、下地板浸漬機構の耐久性が劣化することを防ぐことができる。
【００１５】
さらに、るつぼ内の融液量を検知する機構を有することが望ましい。
薄板の品質、形状は、下地板を浸漬させるときの、下地板と融液の位置関係によって影響を受けるため、下地板を浸漬させるための軌道は融液量によって調整されるべきである。もしくは、融液量によってるつぼ高さを調整するべきである。上記のように、融液量を検知する機構を有することで、軌道もしくはるつぼ高さを調整することができる。融液量が規定値以下に減少した場合は、下地板とるつぼが干渉するため原料を追加する必要がある。上記のように、融液量を検知する機構を有することで、原料を追加するタイミングと、追加する量を決定することができる。
【００１６】
本発明の薄板製造方法は、下地板浸漬機構が、下地板をるつぼ内の融液に浸漬させ、融液から取り出すことで前記下地板表面に薄板を形成する薄板製造方法において、前記下地板浸漬機構が、前記下地板を複数のるつぼ内の融液に浸漬させることが可能である。
【００１７】
そして、下地板浸漬機構が、第１のるつぼを使用して薄板の製造を行っている間に、第１のるつぼ以外のるつぼに対し、原料の追加、追加した原料の溶解、融液の温度調整、温度安定化の少なくともいずれかの動作を実施することが可能である。
【００１８】
薄板を連続製造すると、融液は減少し下地板とるつぼが干渉するため、原料を追加する必要がある。上記のように複数のるつぼに下地板を浸漬できることにより、第１のるつぼを使用して薄板を製造している時、その他のるつぼに対して、原料の追加、追加した原料の溶解、溶解後の温度調整、温度安定などの作業を並行して行うことが可能であり、生産性を向上することができる。
【００１９】
下地板浸漬機構は、第１のるつぼ内の融液が規定量に減少するまで、第１のるつぼを使用して薄板を製造し、次に第１のるつぼ以外のるつぼを使用して薄板を製造することが望ましい。
【００２０】
上記方法によって、第１のるつぼ以外のるつぼに対し、原料を追加し、加熱溶解し、温度調整、温度安定を行う時間を長く確保できるため、加熱能力を増加させなくても、薄板の連続製造を継続することが可能となる。
【００２１】
第１のるつぼに対し、原料の追加、追加した原料の溶解、融液の温度調整、温度安定の少なくともいずれかの動作を実施している時に、第１のるつぼが設置されている副室と主室とを仕切る扉を閉めることが望ましい。
【００２２】
第１のるつぼを使用して薄板を製造する場合、第１のるつぼが設置されている副室と主室の間を下地板や下地板浸漬機構を通過させるために、扉は開放されている必要がある。しかしながら、第１のるつぼが原料の追加、追加した原料の溶解、温度調整、温度安定のいずれかの動作を実施している時は扉を閉めることにより、第１のるつぼ以外のるつぼを使用した薄板製造を継続しながら、第１のるつぼ内の追加原料を加熱溶解した際に発生するＳｉＯ_X粉等が下地板浸漬機構に付着することを防ぐことができる。
【００２３】
【発明の実施形態】
次に、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００２４】
以下、この発明に基いた各実施形態における薄板製造装置について、図を参照しながら説明する。
【００２５】
（発明の実施形態１）
図１は、本実施の形態における薄板製造装置の概略図である。本実施の形態は、ガイドレールを用いた下地板浸漬機構を備えた薄板製造装置の一例である。下地板を搬送し、下地板浸漬機構への装着／取外しを行う主室１００に隣接して、副室１００Ａ，１００Ｂが設置されている。浸漬前の下地板１が、矢印Ｓ１０１に沿って主室１００内部に投入され、下地板浸漬機構１１０に装着され、融液１０４Ａまたは融液１０４Ｂに浸漬され、下地板表面に薄板２を形成する。融液に浸漬された下地板１は、薄板２ごと下地板浸漬機構１１０から取外され、矢印Ｓ１０２に沿って主室１００から搬出される。
【００２６】
下地板を受け取ってから、薄板を製造し、薄板および下地板を取外すまでの一連の動作を、浸漬動作と定義する。下地板浸漬機構には、ガイドレールを使用する機構、ロボットアームのような構造を使用する機構等どのような機構を用いてもよい。
【００２７】
２つの副室には、それぞれるつぼ１０３Ａ，１０３Ｂとるつぼを加熱する機構（図示せず）が設置されており、るつぼ内に充填した原料を加熱溶解し、融液状態で所定温度に保持することが可能である。さらに、るつぼ１０３Ａ，１０３Ｂに原料を追加する原料追加機構１０５Ａ，１０５Ｂを有する。主室内および各副室内の雰囲気は、不活性ガス雰囲気に保持することが望ましい。これは、融液と大気との反応を防止するためである。
＜下地板浸漬機構の操作＞
図３は図１に示す本発明の装置において、ガイドレールを使用する下地板浸漬機構の操作の概略図である。図３に示す下地板浸漬機構１１０は、水平動作レール１１１に沿って動作するスライド体１１２に取付けられた昇降機構１１３を備え、この昇降機構１１３には懸垂支柱１１４と、懸垂支柱１１４に設置された回転機構１１５と、回転機構１１５によって動作される回転支柱１１６と、回転支柱１１６の先端に取付けた支持支柱１１７を有し、懸垂支柱１１４の末端と支持支柱１１７の末端を結ぶ位置に、下地板１が装着される台座１１８を有する。下地板１の水平方向の移送は、水平動作レール１１１に沿ってスライド体１１２が移動することにより昇降機構１１３と懸垂支柱１１４以下に吊り下がっている機構全体が水平動作することで行われる。下地板１の上下方向の移送は、昇降機構１１３が懸垂支柱１１４以下に吊り下がっている機構全体を昇降することで行う。下地板１の回転動作は、回転機構１１５によって行われる。回転動作の制御により下地板１の融液１０４Ａへの進入角度、脱出角度を決めることができる。上記の水平・上下・回転動作は相互に独立に行うことができる。
【００２８】
次に、下地板浸漬機構１１０による下地板１の浸漬動作のサイクルを、図３を用いて説明する。下地板１は、台座１１８が下地板交換位置１１９に位置しているときに、台座１１８に装着される。台座１１８に凹型あり溝が形成され、下地板１に凸型あり溝が形成されていることにより、両方のあり溝を嵌め合わせるようにスライドさせるようにして装着する。この際、下地板１表面は天頂方向を向いている。その位置で、図示しないヒーターを用いて下地板温度調整を実施してもよい。その後、下地板１は動作サイクル１２０のように時計回りに回転しながら右方向へ移動する。次いで、左方向に戻りながら、下地板１表面を融液１０４Ａに浸漬し、取出すことにより、下地板１の表面に薄板２を製造する。
【００２９】
薄板製造後、薄板２が成長した下地板１は、さらに左方向へ戻りつつ、回転し、下地板１表面が天頂方向に向いた形で、交換位置１１９まで戻る。その後、薄板２が形成された下地板１をスライドさせて台座１１８から押出し、新しい下地板１を台座１１８に装着する。
【００３０】
下地板１を交換するときの、下地板１の姿勢は、本実施の形態では表面を天頂方向に向けたが、横向きや下向きなど、どの方向を向いていても構わない。また、図３において、浸漬動作サイクル１２０を時計回りとしたが、反時計回り、もしくは途中まで時計回りで途中から反時計回り、もしくは途中まで反時計回りで途中から時計回り、のいずれでも構わない。
【００３１】
上記動作の設定は、通常は、パソコン等により、水平方向移動指令と昇降動作移動指令、回転動作指令をそれぞれプログラミングし、それをコントローラに送信しておくことで、プログラム通りの任意軌道を実現する。
【００３２】
シリコン融液は１４００〜１５００℃の高温であり、またシリコンの蒸着やＳｉＯ_X粉等の付着もあるので、水平動作レール１１１や下地板浸漬機構１１０上部を保護するため、断熱性もしくは冷却された遮蔽板（図示せず）をるつぼ上に、下地板浸漬機構１１０や下地板１の動作と干渉しない位置に配置することが望ましい。
【００３３】
下地板１の材質は、シリコン薄板を製造する場合には、耐熱性等の観点からカーボンを使用するのが好ましい。下地板１の表面に等間隔に凹凸を形成して結晶成長核の発生位置を制御することで、より結晶粒径の大きな多結晶薄板を製造することができる。
【００３４】
本実施の形態において、融液からの凝固成長により、薄板の結晶状態としては、温度などの条件によって、単結晶、多結晶、非晶質、結晶質と非晶質が混在した物質となることが考えられる。
＜２つのるつぼ間の下地板浸漬機構の移動操作＞
図２は図１に示す薄板製造装置において、下地板浸漬機構の第１のるつぼと第２のるつぼ間の移動操作の概略図である。
【００３５】
図２（Ａ）は、上記で図３を用いて説明したように、下地板交換位置１１９に対して右側に設置しているるつぼ１０３Ａ内の融液１０４Ａへ下地板１を浸漬している様子を示す。下地板１は、下地板交換位置１１９から、矢印Ｓ１００Ａのようにるつぼ１０３Ａ上へ移動し、融液１０４Ａに浸漬し、薄板を製造した後に、矢印Ｓ１００Ａのように下地板交換位置１１９へ戻る。図１（Ｂ）のように、交換位置に対して左側に設置されたるつぼ１０３Ｂ内の融液１０４Ｂへも、図３と同様のサイクルで浸漬動作を行うことが可能である。下地板１は、下地板交換位置１１９から、矢印Ｓ１００Ｂのようにるつぼ１０３Ｂ上へ移動し、融液１０４Ｂに浸漬し、薄板を製造した後に、矢印Ｓ１００Ｂのように下地板交換位置１１９へ戻る。
【００３６】
原料追加機構にはどのような機構を用いても構わないが、装置の簡略化のために、るつぼ１つに対し１つの原料追加機構を有することが望ましい。本実施形態では、柄杓型の原料追加機構１０５Ａ，１０５Ｂを設置した。柄杓内に追加原料１０６Ａ，１０６Ｂを充填し、るつぼ直上にて回転することで柄杓内の原料をるつぼに追加することが可能である。原料は、装置外から柄杓へ何度でも充填しなおせるように、柄杓への原料充填通路（図示せず）を設置することが望ましい。柄杓への原料充填は、副室１００Ａ，１００Ｂとは異なる副々室（図示せず）にて行えるように、柄杓を副室１００Ａ，１００Ｂと、それとは異なる副々室（図示せず）との間を行き来できるようにすることが望ましい。もしくは、柄杓に原料を充填するための充填機構（図示せず）と副々室（図示せず）をさらに設けることが望ましい。
【００３７】
副室１００Ａ，１００Ｂと主室１００間には、両者を仕切る扉１０７Ａ，１０７Ｂを有することが望ましい。
＜薄板製造の工程＞
次に、図１〜図３において、本実施の形態における、薄板の製造方法について説明する。まず、るつぼ１０３Ａ，１０３Ｂに固体原料を充填し、加熱機構によってるつぼの温度を昇温し、原料の初期溶解を行う。
【００３８】
初期溶解を実施している最中は、下地板浸漬機構１１０は、主室１００内で待機していることが望ましい。さらには、主室と副室の間を仕切る扉１０７Ａ，１０７Ｂを閉めていることが望ましい。これによって、下地板浸漬機構１１０に対する汚染を軽減することが出来る。ここで、下地板浸漬機構１１０に対する汚染とは、例えば、原料としてシリコンを用いた場合、固体シリコン原料が溶解する際に、ＳｉＯ_X粉等が発生し、下地板浸漬機構１１０に付着することなどである。下地板浸漬機構１１０及びその周辺にＳｉＯ_X粉が等付着することにより、下地板浸漬時にトラブルが発生しやすくなる。
【００３９】
扉１０７Ａ、１０７Ｂは、主室と副室を完全に閉めきる構造である必要は無い。例えば、図１によると、水平動作レール１１１が横切っているため、この部分を完全に覆うことは困難である。装置の簡略化、低コスト化のためには、水平動作レールに接触しないような扉を設置し、主室と副室の導通面積を狭くするだけでも、るつぼから発生した粉体が主室内に入りにくくすることは可能である。従って、扉を閉めるとは、主室と副室の導通面積を狭くすることと同義である。
【００４０】
同様に、扉を開けるとは、主室と副室の導通面積を広くすることと同義である。少なくとも、下地板浸漬機構１１０と下地板１、薄板２が扉と干渉することなく通過できるだけの導通面積を確保する必要がある。
【００４１】
溶解完了後、融液の温度を薄板製造に適した温度に調整する。るつぼや融液の温度を、熱電対や放射温度計などを用いて検知し、ＰＩＤ制御などの手法を用いて、加熱機構の出力を自動調整することで任意の融液温度に調整することが可能である。任意の温度に調整が完了した直後は、融液温度分布や対流が不安定であるため、加熱機構の出力を自動調整しながら融液温度安定化を行うことが望ましい。
【００４２】
温度が安定したら、下地板の浸漬動作を開始する。下地板浸漬機構１１０は矢印Ｓ１０１に沿って搬送された下地板１を受け取り、第１のるつぼ１０３Ａ内の融液１０４Ａに下地板を浸漬させて、薄板２を製造し、下地板交換位置に戻る。ここで、下地板交換位置は、図２に記載の位置１１９に対応する。この位置で、矢印Ｓ１０２の方向に、薄板２ごと下地板１を取外す。同時に、矢印Ｓ１０１に沿って搬送された新しい下地板１を受け取り、次の浸漬動作を行う。
【００４３】
下地板の浸漬動作を連続的に行い、薄板の連続製造を行うことにより、融液１０４Ａの量は減少する。そのため、融液量を検知する機構を有することが望ましい。これにより、融液面の高さが変化した際に、下地板を浸漬する軌道を融液面の高さにあわせて補正することが可能となる。さらに融液が規定量まで減少すると、下地板を浸漬する軌道とるつぼが干渉するため、浸漬続行が不可能となる。融液量を検知する機構を有することで、下地板や下地板浸漬機構とるつぼとの干渉を防止でき、るつぼへ原料を追加するタイミング、追加量を決定することができる。
【００４４】
図２（Ｂ）において、融液１０４Ａの液量が規定量まで減少した時に、原料追加機構１０５Ａから、追加原料をるつぼ１０３Ａ内に追加し、融液１０４Ａの温度を上昇させて追加原料１０６Ａを溶解する。その後、薄板製造に適した温度に融液温度を調整し、安定させる。その間、第１のるつぼ１０３Ａ内の融液１０４Ａへの浸漬動作は実施できないが、第２のるつぼ１０３Ｂ内の融液１０４Ｂへの浸漬動作は実施可能である。
【００４５】
図２（Ａ）は、下地板を第１のるつぼ１０３Ａ内の融液１０４Ａへ浸漬させている状態を示す。このとき同時に、第２のるつぼ１０３Ｂに対し、原料追加機構１０５Ｂを用いた追加原料１０６Ｂの追加、追加された原料の溶解、融液の温度調整、融液の温度安定化、の少なくともいずれかの動作を実施することが望ましい。
【００４６】
図２（Ｂ）は、下地板を第２のるつぼ１０３Ｂ内の融液１０４Ｂへ浸漬させている状態を示す。このとき同時に、第１のるつぼ１０３Ａに対し、原料追加機構１０５Ａを用いた原料の追加、追加原料の溶解、融液の温度調整、融液温度安定化、の少なくともいずれかの動作を実施することが望ましい。
【００４７】
上記のように、一方のるつぼ内の融液へ浸漬動作を行っているときに、他のるつぼに対し、原料の追加、追加原料の溶解、融液の温度調整、融液温度安定化の工程を同時に実施することで、下地板を浸漬できない時間を減らすことが可能となり、生産性が向上する。
【００４８】
第１の副室に設置されたるつぼ内の融液へ浸漬動作を行っているときは、第１の副室と主室との仕切り扉は開く必要がある。これにより、下地板浸漬機構や下地板、薄板と扉との干渉を防止できる。第１の副室に設置されたるつぼへ原料の追加、追加原料の溶解、融液の温度調整、融液温度安定化の工程を行っているときは、第１の副室と主室との仕切り扉は閉めることが望ましい。これによって、追加原料が溶解する際に発生する粉体から、下地板浸漬機構の汚染を守りつつ、下地板浸漬機構は他のるつぼ内の融液への浸漬動作を継続することが可能である。
【００４９】
本実施の形態において、主室内は少なくとも外気と遮断されていればよいのであるが、減圧下あるいは、ヘリウム、窒素、アルゴンなどの不活性雰囲気であることが好ましい。
【００５０】
さらに、融液として、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム、ひ素、インジウム、リン、硼素、アンチモン、亜鉛、すずなどの半導体材料、または、アルミニウム、ニッケル、鉄などの金属材料を使用することが可能である。
＜薄板製造の操作時間＞
図８を用いて、薄板製造１枚あたりに必要な時間（以下、タクトという）を説明する。融液が規定量まで減少する間に製造される薄板製造枚数をＷ枚とし、原料を追加し溶解するために必要な時間をＹ秒、融液温度を調整し、安定させるために必要な時間をＺ秒とする。第１のるつぼ１０３Ａ内の融液１０４Ａへの連続浸漬時間（Ｗ枚製造するための時間）はＸ秒である。第２のるつぼへ原料の追加、追加原料の溶解、融液の温度調整、融液温度安定化の工程を行う時間は（Ｙ＋Ｚ）秒である。ここで、Ｘ＞（Ｙ＋Ｚ）のときは、第１のるつぼ１０３Ａの融液量が規定量減少した瞬間に、つづけて第２のるつぼ内の融液への浸漬を開始できるため、タクトは、原料の追加、追加原料の溶解、融液の温度調整、融液温度安定化の影響を受けない。すなわち、タクト＝Ｘ／Ｗ秒である。このとき、温度が安定した後、浸漬動作が始まるまでの時間Ｘ−（Ｙ＋Ｚ）秒は、安定状態を維持しつつ浸漬動作開始を待つための保持時間となる。Ｘ＜（Ｙ＋Ｚ）の時は、タクトは（Ｙ＋Ｚ）／Ｗ秒となる。保持時間は０秒となる。
【００５１】
（実施の形態２）
図４は本実施の形態２における薄板製造装置の概略図である。本実施形態は、ロボットアームを用いた下地板浸漬機構を備えた薄板製造装置の一例である。図１と同様に、下地板の搬送、装着／取外しを行う主室２００と隣接して、副室２００Ａ、２００Ｂを設置している。
【００５２】
浸漬前の下地板１は、矢印Ｓ２０１Ａまたは矢印Ｓ２０１Ｂに沿って主室２００内部に投入され、下地板浸漬機構２１０に装着され、融液２０４Ａまたは融液２０４Ｂに浸漬され、下地板表面に薄板２を形成する。融液に浸漬された下地板１は、薄板２ごと下地板浸漬機構から取外され、矢印Ｓ２０２Ａまたは矢印Ｓ２０２Ｂに沿って主室２００から搬出される。
＜るつぼ間の下地板浸漬機構の移動操作＞
図５に、図４に示すロボットアームを使用する下地板浸漬機構の一例を例示する。図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示す下地板浸漬機構２１０は、垂直動作軸２１４に沿って動作する昇降機構２１３に取付けられた水平方向伸縮アーム２１１の先端に設置される。水平方向伸縮アーム２１１先端に、傾斜アーム２１５を備え、その先に下地板１が装着される台座２１８を有する。下地板１の垂直方向の移送は、垂直動作軸２１４に沿って昇降機構２１３が移動することにより水平方向伸縮アームより先に接続されている機構全体が垂直動作することで行われる。下地板１の水平方向の移送は、水平方向伸縮アーム２１１が伸縮することで、傾斜アームより先に接続されている機構全体を水平移動することで行う。下地板１の傾斜動作は、傾斜アーム２１５によって行われる。下地板傾斜の制御により下地板１の融液２０４Ａ、２０４Ｂへの進入角度、脱出角度を決めることができる。上記の水平・上下・傾斜動作は相互に独立に行うことができる。
【００５３】
本発明の薄板製造装置は、上述の構成により、図３のガイドレールを使用した下地板浸漬機構と同様に、るつぼ内の融液へ、任意の軌道による浸漬動作を行うことができる。
【００５４】
さらに、図４に示すように、下地板浸漬機構２１０は、垂直動作軸２１４を中心として、矢印Ｓ２００Ｒのように下地板浸漬機構２１０全体が回転可能である。
【００５５】
図５（Ａ）は、垂直動作軸２１４に対して右側に設置しているるつぼ２０３Ａ内の融液２０４Ａへ下地板１を浸漬している様子を示す。下地板１は、下地板交換位置２１９Ａから、矢印Ｓ２００Ａのようにるつぼ２０３Ａ上へ移動し、融液２０４Ａに浸漬し、薄板を製造した後に、矢印Ｓ２００Ａのように下地板交換位置２１９Ａへ戻る。図５（Ｂ）のように、交換位置に対して左側に設置されたるつぼ２０３Ｂ内の融液２０４Ｂへも、同様のサイクルで浸漬を行うことが可能である。下地板１は、下地板交換位置２１９Ｂから、矢印Ｓ２００Ｂのようにるつぼ２０３Ｂ上へ移動し、融液２０４Ｂに浸漬し、薄板を製造した後に、矢印Ｓ２００Ｂのように下地板交換位置２１９Ｂへ戻る。下地板浸漬機構２１０は、下地板交換位置２１９Ａと２１９Ｂの間を、垂直動作軸２１４を中心として下地板浸漬機構２１０全体が回転することで行き来する。
＜薄板製造の工程＞
次に、本実施の形態における、薄板の製造方法について、図４及び図５を用いて説明する。
【００５６】
原料の初期溶解は、実施の形態１と同様である。実施形態１と同様に、初期溶解時は扉２０７Ａ，２０７Ｂは、閉めていることが望ましい。扉２０７Ａ，２０７Ｂは、主室と副室を完全に閉めきる構造とすることが可能である。本実施形態の場合、図１による水平動作レール１１１のように、主室と副室をまたがって固定設置されている機構は存在しないため、例えばゲートバルブのように、主室と副室の雰囲気を分離することが容易である。
【００５７】
初期溶解が完了したら、融液を薄板製造に適した温度に調整する。温度が安定したら、下地板の浸漬動作を開始する。下地板浸漬機構２１０は矢印Ｓ２０１Ａに沿って搬送された下地板１を受け取り、第１のるつぼ２０３Ａ内の融液２０４Ａに下地板を浸漬させて、薄板を製造し、下地板交換位置に戻る。下地板交換位置は、図５の位置２１９Ａに対応する。この位置で、矢印Ｓ２０２Ａの方向に、薄板２ごと下地板１を取外す。同時に、矢印Ｓ２０１Ａに沿って搬送された新しい下地板１を受け取り、次の浸漬動作を行う。
【００５８】
融液２０４Ａの液量が規定量まで減少した時に、原料追加機構２０５Ａから、追加原料をるつぼ２０３Ａ内に追加し、融液２０４Ａの温度を上昇させて追加原料を溶解する。その後、薄板製造に適した温度に融液温度を調整し、安定させる。その間、第１のるつぼ２０３Ａ内の融液２０４Ａへの浸漬動作は実施できない。そのため、下地板浸漬機構は１８０°旋回し、矢印Ｓ２０１Ｂに沿って搬送された新しい下地板１を下地板交換位置にて受け取り、るつぼ２０３Ｂ内の融液２０４Ｂへの浸漬動作を実施する。このときの下地板交換位置は、図５に記載の位置２１９Ｂに対応する。
【００５９】
図５（Ａ）は、下地板を第１のるつぼ２０３Ａへ浸漬させている状態を示す。このとき同時に、第２のるつぼ２０３Ｂに、原料追加機構２０５Ｂを用いた原料の追加２０６Ｂ、追加原料の溶解、融液の温度調整、融液温度安定化、の少なくともいずれかの動作を実施することが望ましい。
【００６０】
図５（Ｂ）は、下地板を第２のるつぼ２０３Ｂへ浸漬させている状態を示す。このとき同時に、第１のるつぼ２０３Ａに、原料追加機構２０５Ａを用いた原料の追加、追加原料の溶解、融液の温度調整、融液温度安定化、の少なくともいずれかの動作を実施することが望ましい。
【００６１】
上記のように、るつぼへ浸漬動作を行っているときに、他のるつぼに対し、原料の追加、追加原料の溶解、融液の温度調整、融液温度安定化の工程を同時に実施することで、下地板を浸漬できない時間を減らすことが可能となり、生産性が向上する。
＜薄板製造の操作時間＞
図８を用いて、薄板製造１枚あたりに必要な時間（タクト）を説明する。融液が規定量まで減少する間に製造される薄板製造枚数をＷ枚とし、原料を追加し溶解するために必要な時間をＹ秒、融液温度を調整し、安定させるために必要な時間をＺ秒とする。第１のるつぼ２０３Ａ内の融液２０４Ａへの連続浸漬時間（Ｗ枚製造するための時間）はＸ秒とする。第２のるつぼに対し、原料の追加、追加原料の溶解、融液の温度調整、融液温度安定化の工程を行う時間は（Ｙ＋Ｚ）秒である。下地板浸漬機構２１０を１８０°旋回する時間は、Ｘ、Ｙ、Ｚに対し十分小さいため無視できる。
【００６２】
実施の形態１と同様に、Ｘ＞（Ｙ＋Ｚ）の時は、タクト＝Ｘ／Ｗ秒である。このとき、温度が安定した後、浸漬動作が始まるまでの時間Ｘ−（Ｙ＋Ｚ）秒は、安定状態を維持しつつ浸漬動作開始を待つための保持時間となる。Ｘ＜（Ｙ＋Ｚ）の時は、タクトは（Ｙ＋Ｚ）／Ｗ秒となる。保持時間は０秒である。
【００６３】
（実施の形態３）
図６は本実施の形態３における薄板製造装置の概略図である。本実施形態は、ロボットアームを用いた下地板浸漬機構を備えた薄板製造装置の一例である。下地板の搬送、装着／取外しを行う主室３００と隣接して、副室３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｃを設置している。下地板浸漬機構３１０は、実施の形態２にて説明した、図５の下地板浸漬機構と同じ機構を使用できる。
【００６４】
浸漬前の下地板１は、矢印Ｓ３０１に沿って主室３００内部に投入され、下地板浸漬機構３１０に装着され、浸漬する融液の方向に矢印Ｓ３００Ｒに沿って回転する。その後、融液３０４Ａ，３０４Ｂ，３０４Ｃのいずれかに浸漬され、下地板表面に薄板２を形成する。融液に浸漬された下地板１は、薄板２ごと、矢印Ｓ３００Ｒに沿って回転して下地板交換位置に戻り、下地板浸漬機構から取外され、矢印Ｓ３０２に沿って主室３００から搬出される。
＜薄板製造の工程＞
次に、本実施の形態における、薄板の製造方法について説明する。原料の初期溶解は、実施の形態２と同様である。
【００６５】
初期溶解が完了したら、融液を薄板製造に適した温度に調整する。温度が安定したら、下地板の浸漬動作を開始する。下地板浸漬機構３１０は矢印Ｓ３０１に沿って搬送された下地板１を受け取り、回転によってるつぼ３０３Ａの方向へ向き、その後、第１のるつぼ３０３Ａ内の融液３０４Ａに下地板を浸漬させて、薄板を製造し、回転によって下地板交換位置３１９に戻る。この位置で、矢印Ｓ３０２の方向に、薄板２ごと下地板１を取外す。同時に、矢印Ｓ３０１に沿って搬送された新しい下地板１を受け取り、次の浸漬動作を行う。
【００６６】
融液３０４Ａの液量が規定量まで減少した時に、原料追加機構３０５Ａから、追加原料をるつぼ３０３Ａ内に追加し、融液３０４Ａの温度を上昇させて追加原料を溶解する。その後、薄板製造に適した温度に融液温度を調整し、安定させる。その間、第１のるつぼ３０３Ａ内の融液３０４Ａへの浸漬動作は実施できない。るつぼ３０３Ｂまたは３０３Ｃ内の融液３０４Ｂまたは３０４Ｃへの浸漬動作は実施できるため、るつぼ３０３Ａに対し、原料の追加、追加原料の溶解、融液の温度調整、融液温度安定化の工程を実施している間は、るつぼ３０３Ｂ内の融液３０４Ｂへの浸漬動作を実施する。
【００６７】
融液３０４Ｂの液量が規定量まで減少した時に、原料追加機構３０５Ｂから、追加原料をるつぼ３０３Ｂ内に追加し、融液３０４Ｂの温度を上昇させて追加原料を溶解する。その後、薄板製造に適した温度に融液温度を調整し、安定させる。その間、第２のるつぼ３０３Ｂ内の融液３０４Ｂへの浸漬動作は実施できない。るつぼ３０３Ａに対する、原料の追加、追加原料の溶解、融液の温度調整、融液温度安定化の工程が完了していない場合は、るつぼ３０３Ｃ内の融液３０４Ｃへの浸漬動作のみ、実施できるため、続いてるつぼ３０３Ｃ内の融液３０４Ｃへの浸漬動作を実施する。
【００６８】
融液３０４Ｃの液量が規定量まで減少した時に、原料追加機構３０５Ｃから、追加原料をるつぼ３０３Ｃ内に追加し、融液３０４Ｃの温度を上昇させて追加原料を溶解する。その後、薄板製造に適した温度に融液温度を調整し、安定させる。その間、第３のるつぼ３０３Ｃ内の融液３０４Ｃへの浸漬動作は実施できない。るつぼ３０３Ａに対する、原料の追加、追加原料の溶解、融液の温度調整、融液温度安定化の工程が完了している場合は、るつぼ３０３Ａ内の融液３０４Ａへの浸漬動作は実施できるため、続いてるつぼ３０３Ａ内の融液３０４Ａへの浸漬動作を実施する。るつぼ３０３Ａに対する、原料の追加、追加原料の溶解、融液の温度調整、融液温度安定化の工程が完了していない場合は、浸漬動作を実施できるるつぼは存在しない。もっとも早く温度安定が完了するるつぼは３０３Ａであるため、るつぼ３０３Ａが温度の安定化を完了した後、るつぼ３０３Ａ内の融液３０４Ａへの浸漬動作を実施する。
【００６９】
上記のように、下地板を第１のるつぼ３０３Ａ内の融液３０４Ａへ浸漬させているとき同時に、第２のるつぼ３０３Ｂと、第３のるつぼ３０３Ｃに対して、原料追加機構３０５Ｂ、３０５Ｃから、追加原料を追加、追加原料の溶解、融液の温度調整、融液温度安定化の工程の少なくともいずれかの動作を実施することが望ましい。第２、第３のるつぼ内の融液へ浸漬しているときも同様に、他のるつぼに対しては原料の追加、追加原料の溶解、融液の温度調整、融液温度安定化の工程の少なくともいずれかの動作を実施することが望ましい。るつぼ内の融液へ浸漬動作を行っているときに、他のるつぼに対し、原料の追加、追加原料の溶解、融液の温度調整、融液温度安定化を同時に実施することで、下地板を浸漬できない時間を減らすことが可能となり、生産性が向上する。
【００７０】
なお、図６において、矢印Ｓ３００Ａ，Ｓ３００Ｂ，Ｓ３００Ｃは下地板浸漬機構３０１の融液への移動、後退方向を示す。また、主室と副室には扉３０７Ａ，３０７Ｂ，３０７Ｃが設けられている。
＜薄板製造の操作時間＞
図９を用いて、薄板製造１枚あたりに必要な時間（タクト）を説明する。融液が規定量まで減少する間に製造される薄板製造枚数をＷ枚とし、原料を追加し溶解するために必要な時間をＹ秒、融液温度を調整し、安定させるために必要な時間をＺ秒とする。るつぼ３０３Ａ、３０３Ｂ、３０３Ｃ内の融液３０４Ａ、３０４Ｂ、３０４Ｃへの連続浸漬時間（Ｗ枚製造するための時間）はそれぞれＸＡ、ＸＢ、ＸＣ秒とする。本実施の形態では、下地板交換位置３１９からるつぼ方向に向くまでの回転時間は、各々のるつぼによって異なるため、薄板Ｗ枚製造するために必要な時間も各々異なる。本実施の形態では、計算を簡略化するために、Ｘ＝ＸＡ＝ＸＢ＝ＸＣと近似する。るつぼに対し、原料の追加、追加原料の溶解、融液の温度調整、融液温度安定化の工程を行う時間は（Ｙ＋Ｚ）秒である。るつぼへの原料の追加から融液温度安定化までの工程は、他のるつぼ２つへの浸漬時間分かけて同時進行できることになるため、（２×Ｘ）＞（Ｙ＋Ｚ）の時は、タクト＝Ｘ／Ｗ秒である。このとき、温度が安定した後、浸漬動作が始まるまでの時間（２×Ｘ）−（Ｙ＋Ｚ）秒は、安定状態を維持しつつ浸漬開始を待つための保持時間となる。
【００７１】
同様に、るつぼをＮ個用意した場合、（Ｎ×Ｘ）＞（Ｙ＋Ｚ）の時は、タクト＝Ｘ／Ｗ秒である。すなわち、るつぼへ原料の追加、追加原料の溶解、融液の温度調整、融液温度安定化に必要な時間（Ｙ＋Ｚ）秒が大きい場合、もしくは薄板成長条件によって薄板を製造する時間が早く連続浸漬時間Ｘ秒が小さい場合は、るつぼ数を増やすことで、タクトが原料の追加、追加原料の溶解、融液の温度調整、融液温度安定化に影響を受けないようにすることが可能であり、タクトを最小値Ｘ／Ｗ秒とすることが可能である。このとき、温度安定した後、浸漬が始まるまでの時間（Ｎ×Ｘ）−（Ｙ＋Ｚ）秒は、安定状態を維持しつつ浸漬開始を待つための保持時間となる。
【００７２】
（比較例１）
図７に示す、従来装置を用いたシリコン薄板の製造装置について説明する。まず、るつぼ７０３に固体原料を充填し、加熱機構７０７によってるつぼの温度を昇温し、原料の初期溶解を行う。溶解完了後、融液の温度を薄板製造に適した温度に調整し、融液温度安定化を行う。
【００７３】
次に、融液７０４を保持したまま、るつぼ７０３を上昇し、下地板の表面を融液７０４に浸漬する。
【００７４】
下地板を、装置上部から連続的に可動部材７１０に投入し、可動部材７１０の回転により、下地板をシリコン融液に浸漬させ、続いて上方へ薄板ごと下地板を取出すことで、シリコン薄板を製造できる。
【００７５】
融液７０４の液量が規定量まで減少したら、るつぼを下降させる。次に、原料投入ポート７０５を通じて、るつぼ７０３内に、原料を追加し、ヒータ７０７にて追加した原料を溶解する。その後、融液７０４の温度を調整し、融液温度安定を行う。
【００７６】
その後、再び下地板浸漬位置までるつぼ７０３を上昇させることで、下地板の浸漬を再開きる。
【００７７】
融液が規定量まで減少する間に製造される薄板製造枚数をＷ枚とし、原料を追加し溶解するために必要な時間をＹ秒、融液温度を調整し、安定させるために必要な時間をＺ秒とする。るつぼ７０３内の融液７０４への連続浸漬時間（Ｗ枚製造するための時間）はＸ秒とする。
【００７８】
図１０に示されるように、比較例１におけるタクトは（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）／Ｗ秒である。
（タクト比較）
実施の形態１、２によって薄板を製造した場合のタクトは、Ｘ＞（Ｙ＋Ｚ）のときは、Ｘ／Ｗ秒である。Ｘ＞Ｙ＋Ｚでない場合は、（Ｙ＋Ｚ）／Ｗ秒である。
【００７９】
比較例によるタクトは（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）／Ｗ秒であるため、どちらの場合でもタクトが大幅に改善されることが分かる。
【００８０】
このように、下地板浸漬機構が２つのるつぼへ浸漬することにより、原料の追加、追加原料の溶解、融液の温度調整、融液温度安定化を浸漬動作と平行して行うことが可能となり、生産性を向上することが可能である。
【００８１】
実施の形態３によって薄板を製造した場合のタクトは、（２×Ｘ）＞（Ｙ＋Ｚ）のときは、Ｘ／Ｗ秒である。Ｘ＞（Ｙ＋Ｚ）でない場合は、るつぼや副室の数を増やすことで、タクトを（Ｙ＋Ｚ）／Ｗ秒からＸ／Ｗ秒に改善することが可能である。
【００８２】
同様に、（Ｎ×Ｘ）＞（Ｙ＋Ｚ）を満たすように、るつぼの個数Ｎを決定することで、タクトをＸ／Ｗ秒に改善することが可能である。
【００８３】
【発明の効果】
この発明における薄板製造装置によれば、下地板浸漬機構は複数のるつぼへの浸漬動作を行うことを可能とし、原料の追加、追加原料の溶解、融液の温度調整、融液温度安定化を浸漬動作と同時に行うことで、生産性を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄板製造装置の概略図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の薄板製造装置における下地板浸漬機構の操作を示す概略図である。
【図３】本発明の薄板製造装置における下地板浸漬機構の操作を示す概略図である。
【図４】本発明の薄板製造装置の概略図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の薄板製造装置における下地板浸漬機構の操作を示す概略図である。
【図６】本発明の薄板製造装置の概略図である。
【図７】従来の薄板製造装置の概略図である。
【図８】本発明における実施の形態１及び２によるタクト表である。
【図９】本発明における実施の形態３によるタクト表である。
【図１０】比較例１によるタクト表である。
【符号の説明】
１下地板、２薄板、１０３Ａ，１０３Ｂ，２０３Ａ，２０３Ｂ，３０３Ａ，３０３Ｂ，３０３Ｃるつぼ、１０４Ａ，１０４Ｂ，２０４Ａ，２０４Ｂ，３０４Ａ，３０４Ｂ，３０４Ｃ融液、１０５Ａ，１０５Ｂ，２０５Ａ，２０５Ｂ，３０５Ａ，３０５Ｂ，３０５Ｃ原料追加機構、１０６Ａ，１０６Ｂ，２０６Ａ，２０６Ｂ，３０６Ａ，３０６Ｂ，３０６Ｃ追加原料、１０７Ａ，１０７Ｂ，２０７Ａ，２０７Ｂ，３０７Ａ，３０７Ｂ，３０７Ｃ扉、１１０，２１０下地板浸漬機構、１００，２００，３００，７００主室、１００Ａ，２００Ａ，３００Ａ，３００Ｃ，１００Ｂ，２００Ｂ，３００Ｂ副室。

Claims

下地板浸漬機構が、下地板をるつぼ内の融液面に浸漬させ、融液から取り出すことで前記下地板表面に薄板を形成する薄板製造装置において、
前記下地板浸漬機構が、第１のるつぼを使用して薄板の製造を行っている間に、第１のるつぼ以外のるつぼに対し、原料の追加、追加した原料の溶解、融液の温度調整、温度安定化の少なくともいずれかの動作を平行して実施するために、
前記下地板を複数のるつぼ内の融液に浸漬させることが可能な前記下地板浸漬機構を有し、
前記るつぼ内の融液量を検知する機構を備え、
前記下地板を前記下地板浸漬機構に装着／取外しする機構を設けた主室と、前記るつぼを設けた副室とを有し、前記副室が前記主室をはさんで対向するように配置されることを特徴とする、薄板製造装置。
前記下地板を前記下地板浸漬機構に装着／取外しする機構を設けた主室と、第１のるつぼを設けた副室と、第２のるつぼを設けた副室とを有し、
前記下地板浸漬機構は下地板を第１のるつぼ内の融液面または第２のるつぼ内の融液面に選択的に浸漬させることが可能であることを特徴とする、請求項１に記載の薄板製造装置。
前記下地板を前記下地板浸漬機構に装着／取外しする機構を設けた主室と、第１のるつぼを設けた副室と、第２のるつぼを設けた副室と、第３のるつぼを設けた副室とを有し、
前記下地板浸漬機構は下地板を第１のるつぼ内の融液面、第２のるつぼ内の融液面、または第３のるつぼ内の融液面に選択的浸漬させることが可能であることを特徴とする、請求項１に記載の薄板製造装置。
前記浸漬機構は主室内に格納することが可能であり、主室と各副室を仕切る扉を有することを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の薄板製造装置。
下地板浸漬機構が、下地板をるつぼ内の融液に浸漬させ、融液から取り出すことで前記下地板表面に薄板を形成する薄板製造方法において、前記下地板浸漬機構は、前記下地板を複数のるつぼ内の融液に順次浸漬させ、
前記融液はその量を前記るつぼ内に備えた融液量を検知する機構に基づき調整し、
前記下地板は、前記下地板浸漬機構に装着／取外しする機構を設けた主室をはさんで対向するように配置された前記るつぼを設けた副室とに順次浸漬させることを特徴とする、薄板製造方法。
前記下地板浸漬機構が、第１のるつぼを使用して薄板の製造を行っている間に、第１のるつぼ以外のるつぼに対し、原料の追加、追加した原料の溶解、融液の温度調整、温度安定化の少なくともいずれかの動作を実施することを特徴とする、請求項５に記載の薄板製造方法。
前記下地板浸漬機構は、第１のるつぼ内の融液が規定量に減少するまで、第１のるつぼを使用して薄板を製造し、次に第１のるつぼ以外のるつぼを使用して薄板を製造することを特徴とする、請求項６に記載の薄板製造方法。
第１のるつぼに対し、原料の追加、追加した原料の溶解、融液の温度調整、温度安定化の少なくともいずれかの動作を実施している間に、第１のるつぼが設置されている副室と主室とを仕切る扉を閉めることを特徴とする、請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の薄板製造方法。