(57)【要約】本発明は、従来に比べて製造コストの安いシリコン薄膜の製造装置及び製造方法を提供する。本発明においては、融液（３）に下地板（Ｃ１、Ｃ２）を浸すことで該下地板の表面に融液の材料よりなる薄板を形成し、一の下地交換位置で下地板の装着と取外しを行なう浸漬機構を装備した薄板製造装置であって、ほぼ同一構成の浸漬機構（１０３、２０３）を複数系統備え、一の浸漬機構における下地板交換動作が他の浸漬機構における下地板交換動作に干渉しないように、複数系統の浸漬機構を配置したことを特徴とする薄板製造装置を用いる。  本発明の薄板製造装置は、浸漬機構を複数系統備え、交換位置が各浸漬機構ごとに異なることにより、薄板の製造速度を複数倍にすることができる。
2004005592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料または半導体材料のうち少なくともいずれか一方を含有する物質の融液に、下地板を浸すことで該下地板の表面に前記融液の材料よりなる薄板を形成し、一の下地板交換位置で下地板の装着と取外しを行なう浸漬機構を装備した薄板製造装置であって、
ほぼ同一構成の浸漬機構を複数系統備え、一の浸漬機構における下地板交換動作が他の浸漬機構における下地板交換動作に干渉しないように、上記複数系統の浸漬機構を配置したことを特徴とする薄板製造装置。
【請求項２】
前記融液は一つのるつぼに入れられ、前記複数系統の浸漬機構が前記一つのるつぼ内の融液に下地板を浸すことを特徴とする請求項１に記載の薄板製造装置。
【請求項３】
前記複数系統の浸漬機構が前記一つのるつぼのほぼ中央付近で前記下地板を融液に浸すことを特徴とする請求項１に記載の薄板製造装置。
【請求項４】
前記複数系統の浸漬機構は、ほぼ同じ水平面内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の薄板製造装置。
【請求項５】
前記複数系統の浸漬機構は、前記るつぼを中心にして対称位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の薄板製造装置。
【請求項６】
金属材料または半導体材料のうち少なくともいずれか一方を含有する物質の融液に下地板を浸すことができ、該下地板の装着と、取外しをほぼ同じ交換位置で行うことのできる複数の浸漬機構を有し、該下地板の表面に前記融液の材料よりなる薄板を形成する薄板製造方法であって、前記浸漬機構は、第１の下地板を装着し、該下地板を前記融液に浸し、この浸漬動作後、下地板を取外す動作を第１のサイクルとする第１の浸漬機構と
第２の下地板を装着し、該下地板を前記融液に浸し、この浸漬動作後、下地板を取外す動作を第２のサイクルとする第２の浸漬機構で構成したことを特徴とする薄板製造方法。
【請求項７】
前記第１のサイクルと、前記第２のサイクルは、前記るつぼを中心にして対称に動作することを特徴とする請求項６に記載の薄板製造方法。
【請求項８】
前記第１のサイクルと第２のサイクルに要する時間がほぼ等しいことを特徴とする、請求項６に記載の薄板製造方法。
【請求項９】
前記第１のサイクルに対し、第２のサイクルをずらして動作することを特徴とする、請求項８に記載の薄板製造方法。
【請求項１０】
前記第１のサイクルに対し、第２のサイクルが半周期遅れて動作することを特徴とする、請求項８に記載の薄板製造方法。
【請求項１１】
前記下地板の装着、取外しの前および／もしくは後に、待機工程を有することを特徴とする、請求項６に記載の薄板製造方法。
【発明の詳細な説明】
【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。
【背景技術】  民生用の太陽電池には、シリコンが用いられる。シリコンは、単結晶、多結晶、非晶質の順に変換効率が低下するが、他方、前記の順にコストが安く大面積化しやすくなる。このうち、非晶質シリコンは、ＳｉＨ４を原料としてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、ガラス、プラスチック、金属基板などの上に堆積できるので安価であり、かつ大面積化しやすい。変換効率は最高約１２％程度である。
また、単結晶シリコンはＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法により直径１５０ｍｍ（６インチ）や２００ｍｍ（８インチ）のインゴットとして製造され、大型化も可能であり、変換効率は１５％を超えることができる。
さらに、多結晶シリコンについては、液相から凝固成長させる方法や気相から堆積する方法の検討がなされている。多結晶シリコンは非晶質シリコンと同様に大面積化しやすいが、変換効率は、単結晶シリコンと非晶質シリコンとの中間に位置する。
また特開２００１−２４７３９６号公報には、太陽電池用の結晶シートの製造方法および装置が記載されている。この技術では、下地板を融液に浸漬するための可動部材は下地板をつぎつぎに同一軌道に沿って動かすものであり、下地板はるつぼの同一の場所にのみ浸漬され、上部で薄板を剥離回収することができるもので、薄板の製造速度には、薄板の剥離回収速度、可動部材回転速度もしくはベルトの強度による限界が存在する。
【発明の開示】
各種のシリコンの製造方法によって、太陽電池の大面積化、変換効率の向上および製造コストの低減が実施されている。しかし、現状の原子力発電や火力発電などの大規模な発電方式に比べて、太陽電池の発電単価は割高であり、製造コストを低減する必要がある。
本発明は、製造速度を速め製造効率を大きく高めることができ、太陽電池の単位面積当りの製造コストを画期的に低下させることができる、シリコンの薄板製造方法およびその薄板製造装置を提供することを目的とする。
本発明の薄板製造装置は、金属材料または半導体材料のうち少なくともいずれか一方を含有する物質の融液に浸すことができ下地板の装着、取外しをほぼ同じ（一の）交換位置で行うことのできる浸漬機構を有し、この下地板の表面に融液の材料よりなる薄板を形成する。また本発明の薄板製造装置は、この浸漬機構を複数系統備え、交換位置が各浸漬機構ごとに異なることを特徴とする。
下地板の装着、取外しをほぼ同じ交換位置で行う浸漬機構を備えることにより、下地板の装着、取外しをほぼ同時期に実施することが可能となり、薄板の製造速度を向上させることが可能となる。また、浸漬機構を複数系統備え、交換位置が各浸漬機構ごとに異なることにより、下地板交換を各浸漬機構ごとに独立で実施できるために、下地板交換作業が他の浸漬機構の動作を阻害することなく、薄板の製造速度を浸漬機構の数の倍数にすることができる。浸漬機構が２つの場合は製造速度が２倍、３つの場合は３倍になる。
また本発明の薄板製造装置は、融液を一つのるつぼに入れ、複数系統の浸漬機構がこの一つのるつぼの融液に下地板を浸すことを特徴とする。
このように、一つのるつぼ内の融液を複数系統の浸漬機構が共用するので、複数系統の各浸漬機構によって製造される薄板の品質を同じにすることができる。
また本発明の薄板製造装置は、複数系統の浸漬機構が一つのるつぼのほぼ中央付近で下地板を融液に浸すことを特徴とする。
融液の品質は、るつぼの中央付近で一番安定しており、結果安定した薄板を得ることができる。
また本発明の薄板製造装置は、複数系統の浸漬機構が、ほぼ同じ水平面内に配置されることを特徴とする。
これにより、複数系統の浸漬機構の構成を同じにできる。
また本発明の薄板製造装置は、複数系統の浸漬機構を、るつぼを中心にして対称位置に配置することを特徴とする。
これにより、複数系統の浸漬機構の構成を同じにできる。
更に、本発明の薄板製造方法は、金属材料または半導体材料のうち少なくともいずれか一方を含有する物質の融液に下地板を浸すことができ、下地板の装着、取外しをほぼ同じ交換位置で行うことのできる複数の浸漬機構を有し、下地板の表面に融液の材料よりなる薄板を形成する薄板製造方法である。また、浸漬機構は、第１の下地板を装着し、下地板を融液に浸す浸漬動作後、下地板を取外す動作を第１のサイクルとする第１の浸漬機構と、第２の下地板を装着し、下地板を融液に浸す浸漬動作後、下地板を取外す動作を第２のサイクルとする第２の浸漬機構で構成される。
このように２つの浸漬機構を２つのサイクルで駆動するので、薄板の製造速度を２倍にすることができる。
第１のサイクルと第２のサイクルは、るつぼを中心にして対称に動作することを特徴とする。
これにより、複数系統の浸漬サイクルの制御方法、動作プログラミングを同じにできる。また、同じ位置で同じ動作で浸漬することにより、得られる薄板の品質も安定する。
また本発明の薄板製造方法は、第１のサイクルと第２のサイクルに要する時間がほぼ等しいことを特徴とする。
これにより、２つの浸漬機構を両方同じタイミングで駆動することができる。
また本発明の薄板製造方法は、第１のサイクルに対し、第２のサイクルをずらして動作することを特徴とする。
また本発明の薄板製造方法は、第１のサイクルに対し、第２のサイクルが半周期遅れて動作することを特徴とする。
これにより、２つの浸漬機構を交互に駆動することができ、製造速度を速くすることができる。
また本発明の薄板製造方法は、下地板の装着、取外しの前および／もしくは後に、待機工程を有することを特徴とする。
これにより、２つの浸漬機構が干渉することなく連続稼動することができる。
【図面の簡単な説明】  図１および図２は、本発明の薄膜製造装置の概略図である。
図３は、本発明の薄膜製造装置における浸漬機構の動作の概略図である。
図４〜図５Ｂは、本発明の薄膜製造装置における２つの浸漬機構の動作の概略図である。
図６および図７は、本発明のタクトタイムを説明するための第１浸漬機構と第２浸漬機構の動作を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】  （実施の形態１）
＜薄板製造装置＞
図１に示す薄板製造装置は、るつぼ２が配置された主室１と、その主室に隣接して設けられた複数の副室とを有する。るつぼ２には太陽電池を構成する場合に一方の導電性を与える適当な濃度の不純物を含む高純度のシリコン融液３が貯留されている。シリコン融液３に、下地板Ｃ１、Ｃ２の表層部を浸漬させる２つの浸漬機構１０３、２０３が配置され、副室と浸漬機構１０３，２０３との間には下地板を搬送する搬送機構（図示しない）を備えている。主室１には不活性ガスが導入され、大気圧よりもやや低い圧力、すなわち負圧に保たれる。図１の薄板製造装置にはＡｒガスが導入され、圧力７００Ｔｏｒｒ（約９３０ｈＰａ）とされている。このＡｒガスは、排気に際し、フィルタ等を通してシリコン酸化物やその他の塵芥を除去し、循環使用することができる。下地板にはカーボンを使用するのが望ましいが、カーボン製でなくてもよい。下地板の表面に規則的な凹凸を形成することにより、結晶核発生位置を決めることができるので、粒径の大きい多結晶・単結晶のシリコン薄板を得ることができる。
主室１に隣接して、第１の浸漬機構１０３に供給する下地板Ｃ１（以後、「第１の下地板」という）を装置外から主室へ導入するための、第１の装入用副室５と、第２の浸漬機構２０３に供給する下地板Ｃ２（以後、「第２の下地板」という）を装置外から主室へ導入するための、第２の装入用副室６と、第１の浸漬機構１０３から薄板Ｓ１ごと取出された下地板Ｃ１を主室から装置外へ搬出するための、第１の取出し用副室７と、第２の浸漬機構２０３から薄板Ｓ２ごと取出された下地板Ｃ２を主室から装置外へ搬出するための、第２の取出し用副室８と、追装用原料を主室に導入するための、追装用副室９が設置されている。
装入用副室と取出用副室とを、下地板動作直線４をはさんで対面するように位置させることにより、下地板の流れが簡単化される。
図１においては、第１の浸漬機構１０３に取付けられる下地板Ｃ１は、図の右から左へ、すなわち矢印１Ａから矢印１Ｇの順に流れるように搬送機構によって搬送される。これに対し、第２の浸漬機構２０３に取付けられる下地板Ｃ２は、図の左から右へ、すなわち矢印２Ａから矢印２Ｇの順に流れる。この配置においては、矢印１Ｇにて装置外に搬出された下地板を、適切な処理の後にすぐに矢印２Ａにて装置に搬入できる。２Ｇと１Ａにおいても同様である。ここで、適切な処理とは、例えば、薄板と下地板との冷却、薄板と下地板との分離、下地板への使用回数のカウント、下地板の磨耗度の検査、下地板の厚さの検査、下地板の清掃、下地板を元の形状に戻す加工処理、下地板の廃棄処理、新たな下地板の補充等を意味する。矢印２Ｇと１Ａにおいても同様である。
ただし、第１の下地板Ｃ１の流れは、左から右の流れでも構わないし、第２の下地板Ｃ２も、右から左の流れでも構わない。もちろん、第１および第２の下地板の流れが、ともに右から左、もしくは左から右の流れであっても構わない。さらに、装入用副室５，６と取出し用副室７，８は、必ずしも下地板動作直線４（図２参照）をはさんで対面する必要はない。また、副室から搬入される下地板を、主室１内で分岐させ、第１の浸漬機構と第２の浸漬機構に振り分ける機構を有する場合、装入用副室は１つでも構わない。同様に、第１の浸漬機構と第２の浸漬機構から副室へ搬出される下地板を、主室１内で合流させる機構を有する場合、取出し用副室は１つでも構わない。副室の雰囲気は、主室１と同じ雰囲気、すなわち不活性ガス雰囲気で負圧とされている。
＜薄板製造方法＞
次に、薄板製造方法について図１および図２を参照して説明する。以下、第１の浸漬機構１０３にて浸漬される下地板Ｃ１についての流れを説明する。第２の浸漬機構２０３にて浸漬される下地板Ｃ２に関しても、同様の流れであるため説明は繰り返さない。なお第２の浸漬機構における符号番号は第１の浸漬機構に対応して用いているので個々に説明するまでもなく当業者に自明である。
主室１の稼動中には、装入用副室５と主室１との間の気密性扉５２を閉めた状態で、外部との気密性扉５１を開け、下地板を副室に搬入する（矢印１Ａ）。次いで、気密性扉５１を閉め、副室５内を真空排気した後、Ａｒガスを導入し、圧力を主室１と同じにすることにより、副室５の雰囲気を主室１と同じにする。この後、主室１における浸漬機構１０３の稼動にしたがって、装入用副室５と主室１との間の気密性扉５２を開け、下地板Ｃ１を主室１に装入する（矢印１Ｂ）。
下地板Ｃ１は複数枚まとめて副室５に搬入し、この後、複数枚まとめて主室１に装入することが望ましい。これによって、装入用副室動作と浸漬動作とを独立とすることができ、副室から下地板を供給する速度が遅くなりタクトタイムが悪化することを防止できる。この際、主室側には、副室から一度に搬入される枚数分以上の下地板を滞留しておく、バッファ１０４を設置する必要がある。
バッファ１０４に搬入された下地板Ｃ１は、浸漬機構１０３の動作と連動しながら、１枚ずつ浸漬機構１０３に装着される（矢印１Ｃ）。
浸漬機構１０３は、下地板Ｃ１を把握した後、るつぼ２の上に移送する。次いで、下地板を下降させ、下地板の表層部をシリコン融液３に浸漬し、下地板の表面にシリコン薄板Ｓ１を形成する。この後、シリコン薄板Ｓ１を付着させた下地板Ｃ１が上昇し、るつぼ２の上を離れ、下地板交換位置に戻り（矢印１Ｄ）、浸漬機構から取外される（矢印１Ｅ）。シリコン薄板Ｓ１として、多結晶・単結晶が得られる。
シリコン薄板Ｓ１が形成された下地板Ｃ１は、取出し用副室７の雰囲気が主室１と同じになっていることを確認して開けられた気密性扉７２を通り、取出用副室７に取り出される（矢印１Ｆ）。この後、気密性扉７２が閉められた状態で外部との気密性扉７１が開かれ、シリコン薄板が形成された下地板が外に搬出される（矢印１Ｇ）。
下地板は複数枚まとめて副室７に搬出し、この後、複数枚まとめて外部に搬出することが望ましい。これによって、取出し用副室への搬出動作と浸漬動作とを独立とすることができ、主室から副室へ下地板を搬出する速度が遅くなりタクトタイムが悪化することを防止できる。この際、主室側には、副室へ一度に搬出される枚数分以上の下地板を滞留しておく、バッファ１０５を設置する必要がある。
薄板Ｓ１が形成された下地板Ｃ１であって浸漬機構１０３から次々とバッファ１０５に搬出されたものの枚数が、副室へ一度に搬出される枚数分以上に達したときに、副室７へ一度に搬出することが望ましい。
下地板の表面に形成されたシリコン薄板を冷却するために、主室、副室または外部の少なくとも１箇所において、冷却を加速する冷却装置を設け、その冷却装置によって、シリコンを付着した下地板を冷却してもよい。もっとも単純な冷却装置として、冷却水による冷却板を設置し、その上に下地板を必要時間接触させることにより、抜熱冷却する方法がある。
主室にて冷却を行う場合、取出し側のバッファ１０５に冷却機構を備える方法がもっとも単純である。この際、バッファに滞留させる下地板枚数は、副室に一度に搬出される枚数に、（冷却に必要な時間（秒））／（下地板１枚が取出される時間（秒））分の枚数を加える必要がある。
主室１において下地板Ｃ１を移送し、シリコン融液３に浸漬する浸漬機構には、ガイドレールを使用する機構、回転体を使用する機構、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。図３に、ガイドレールを使用する浸漬機構の一例を例示する。図３の浸漬機構は、水平動作レール３０２に沿って動作するスライド体と一体化した昇降機構３１０を備える。この昇降機構３１０は、懸垂支柱３１１と、懸垂支柱に設置された回転機構３１２と、回転機構によって動作される回転支柱３１４と、回転支柱３１４の先端に取付けた支持支柱３１５とを有し、懸垂支柱３１１の末端と支持支柱３１５の末端とを結ぶ位置に、下地板Ｃが装着される台座３１６を有する。スライド体、昇降機構、懸垂支柱、回転機構、回転支柱、支持支柱、台座を総称して、浸漬機構３０３とする。下地板の水平方向の移送は、水平動作レール３０２に沿ってスライド体を移動させ、浸漬機構３０３全体を動作させることにより行う。下地板の上下方向の移送は、懸垂支柱３１１以下に吊り下がっている機構全体を昇降機構３１０で昇降させることにより行う。下地板の回転動作は、回転機構３１２によって行われる。前記の水平・上下・回転動作は相互に独立に行うことができる。
次に、１つの浸漬機構による下地板の動作サイクルを、図３を用いて説明する。
＜下地板の動作サイクル＞
下地板Ｃは、下地板交換位置３０６（図２の位置１０６、２０６に相当）にて浸漬機構３０３の台座３１６に装着される（図１の矢印１Ｃ）。台座３１６に凹型あり溝が形成され、下地板に凸型あり溝が形成されていることにより、台座と下地板は、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される。この際、下地板表面は天頂方向を向いている。回転機構３１２が時計回りに回転すると、回転支柱３１４が動作し、支持支柱３１５が下降することによって、水平レバーＬが懸垂支柱３１１の下端Ｘを支点として時計回りに回転する。これに、昇降機構３１０による上下方向の動作、およびスライド体が水平動作レール３０２に沿って移動することによる水平方向の動作が組み合わされ、下地板は時計回りに回転しながら右方向へ移動する。ここで、位置３０７を浸漬前位置とする。次いで、浸漬前位置３０７から左方向に戻りながら、下地板がさらに時計回りに回転し、下地板表面が下を向いた状態で下地板は融液３に浸漬される。下地板が取出された後の位置３０８を浸漬後位置とする。下地板は、浸漬後位置からさらに左方向へ戻りつつ、時計回りに回転し、下地板表面が天頂方向に向いた形で、交換位置３０６まで戻る。その後、薄板が形成された下地板が押出されると同時に、新しい下地板が装着される。
下地板を交換するときの下地板の姿勢は、本実施の形態では表面が天頂方向に向いているが、下地板の表面は、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、動作サイクルは時計回りであるが、半時計回り、もしくは途中まで時計回りで途中から半時計回り、もしくは途中まで半時計回りで途中から時計回り、のいずれでも構わない。また、本実施の形態では説明の便宜上、浸漬前位置を位置３０７と定義したが、浸漬前位置は、下地板交換位置から下地板が融液に突入するまでのどの位置でも構わない。同様に、浸漬後位置に関しても、下地板が融液から脱出し終わった位置から交換位置までのどの位置でも構わない。
前記の動作の設定は、通常はパソコンにより行なう。水平方向移動指令、昇降動作移動指令、および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。
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ＳｉＯｘ粉の付着もあるので、レールや浸漬機構を保護するため、断熱性もしくは冷却された遮蔽板（図示せず）を、るつぼ上の、浸漬機構や下地板動作と干渉しない位置に配置する。
前記の場合の各動作時間は、下地板の装着および取出し（同時動作のため、以後「交換」という）に１秒、浸漬前位置への移動に２秒、浸漬動作に２秒、戻り動作に２秒であり、サイクルタイム（１サイクルに要する時間）は７秒であった。
＜融液の材料の追装＞
追装用副室９は、連続浸漬により融液が減少した場合に、追加の原料を主室へ導入するための副室である。追装用副室９と主室１との間の気密性扉を閉めた状態で、副室９と外部との気密性扉を開け、原料を副室に搬入する。次いで、気密性扉を閉め、副室９内を真空排気した後、副室９内にＡｒガスを導入し、圧力を主室１と同じにすることにより、副室９の雰囲気を主室１と同じにする。この後、副室９と主室１との間の気密性扉を開け、主室１内の追装機構１０に原料を装填する。原料には融液と同程度あるいはそれ以上の純度の高純度シリコンが使用される。追装機構１０は、傾動によって、るつぼ２に原料を追装する。追装機構１０が小型るつぼと加熱装置を備えることで、追装機構内で原料を溶融し、融液状態でるつぼ２に原料追加を行うことも可能である。
（実施の形態２：浸漬機構の一時待機）
図２は、本発明の実施の形態２における薄板製造装置を説明する図である。図２に示す薄板製造装置の主室は、るつぼ２と、そのるつぼに対し設置されている２つの浸漬機構および２つの下地板搬送系、によって構成される。この図は、第１の浸漬機構１０３が、第１の下地板交換位置１０６に、第２の浸漬機構２０３が、第２の下地板交換位置２０６に、それぞれ待機している状態を示す。
図２は、浸漬機構とるつぼを中心とした上面図であるため、この図における下地板や各機構の動作軌跡については、水平動作だけが示されている。
第１の浸漬機構１０３は、下地板Ｃ１の水平動作方向が、るつぼ内の融液に下地板を浸漬する位置を通る直線上となるように設置される。浸漬する位置とは、下地板中央部が融液に浸漬し始める位置と、下地板中央部が融液から脱出する位置と、の中間とする。本実施の形態では、筒形型るつぼを使用しており、浸漬位置はるつぼの中心とする。
第２の浸漬機構２０３も、同様に、下地板Ｃ２の水平動作方向が、るつぼ内の融液に下地板を浸漬する位置を通る直線上となるように設置される。第１の浸漬機構と第２の浸漬機構とから作製される薄板の品質を合わせるためには、浸漬する位置を同一とすることが望ましい。つまり、下地板Ｃ１とＣ２の水平動作は、浸漬位置にて交差する２本の直線を構成する。
さらには、前記２本の直線は、同一線（交差角度が０°）であることが望ましい。これは、装置設計、製作、設置、および周辺装置とのやり取りを行う上で、下地板を導入する経路や、搬出する経路が、平行もしくは垂直となるためである。図２における水平動作直線４は、２つの下地板の水平動作が同一の直線で構成される場合を示している。
図２において、第１の浸漬機構１０３に取付けられた下地板Ｃ１と、第２の浸漬機構２０３に取付けられた下地板Ｃ２との水平動作は同一直線上で行なわれるため、垂直方向に避けない限り下地板同士を交差させることは不可能である。図４は、第１の浸漬機構１０３を第２の浸漬機構２０３が垂直方向に避けるための、薄板製造装置を説明する側面図である。第２の浸漬機構２０３が、第１の浸漬機構１０３を垂直方向に避けるとした場合、第２の浸漬機構２０３は矢印２Ｕの動作で第１の浸漬機構１０３を乗り越え、矢印２Ｄの動作で元の高さに戻ることになる。そのため、第２の浸漬機構２０３を水平方向に動作させる水平動作レール２０２を、水平動作レール１０３に対して十分高い位置に設置する必要があり、装置全体の高さが増大する。さらに、第２の浸漬機構２０３は長い昇降ストロークを準備しなければならない。すなわち、上記の場合には、装置全体の高さを低減できないだけでなく、昇降ストロークを確保する必要上、第２の浸漬機構２０３の懸垂支柱２１１を長くする必要があるため、浸漬機構の耐久性の観点からも不利となる。
第１および第２の浸漬機構に用いる機構、部材、およびこれらを動作させるための制御（動作プログラム）は、共通とすることが望ましい。これらを共通とすることで、部材設計、予備部材管理、および制御プログラムの作成を共通化することが可能となり、稼動コストを低減できる。機構、部材を共通とするためには、同じ設計の浸漬機構を、ほぼ同じ水平面内に配置し、同じ動作で浸漬動作を行うことが望ましい。
この場合、浸漬機構同士の干渉を避けるためには、前記のように垂直方向に避ける方法は使用できない。すなわち、ほぼ同じ水平面内に配置した互いの浸漬機構の動作範囲を、異なる範囲とする必要がある。
第１の浸漬機構１０３と、第２の浸漬機構２０３の動作について、図５Ａおよび５Ｂを用いて説明する。図５Ａは、第１の浸漬機構１０３が、交換位置からもっとも遠い場所（図中の下方向）に移動した場合を示す。このとき、第２の浸漬機構２０３は交換位置２０６に待機しているため、第１の浸漬機構１０３は第２の浸漬機構に干渉することなく浸漬動作を実施することが可能である。次いで、図５Ｂでは、第１の浸漬機構１０３は交換位置１０６に戻り待機している。その間、第２の浸漬機構２０３は、交換位置からもっとも遠い場所（図中の上方向）に移動し、浸漬動作を行うことが可能である。
前記のように、一方の浸漬機構が、一方の交換位置からもっとも遠い場所に移動したときに、他方の交換位置に待機している他方の浸漬機構に干渉しないように、位置関係を設計することで、互いの浸漬機構が干渉することなく、るつぼ内の同じ場所での浸漬動作を実施することが可能となる。
このような構成の薄板作製方法において、２つの浸漬機構から同品質の薄板を取出すためには、２つの浸漬機構が同様の動作を行うことが望ましい。２つの浸漬機構が同様の動作を行うためには、２つの下地板が同一直線上を動作する場合、各動作の水平動作方向が、るつぼに対して対称となる必要がある。そのために、第１の浸漬機構と第２の浸漬機構が等しい設計であり、るつぼに対して対称に設置されていることが望ましい。
（タクトタイム設定形態１）
図２と図３を用いて、第１の浸漬機構が薄板を連続作製するための第１のサイクルを説明する。基本的な態様は、実施の形態１にて説明したサイクルと同様である。
まず、下地板交換位置１０６にて、第１の浸漬機構に取付けられている下地板を取外し、新たな下地板を装着する。この動作は、同時に実施することが可能である。次に、浸漬前位置まで下地板を移動させる（図３の位置３０７に対応する）。次に、下地板を融液に浸すための浸漬動作を行い、薄板を成長させる。次に、下地板を浸漬後位置（図３の位置３０８に対応する）から交換位置１０６に戻す。以上までの第１の浸漬機構の一連の動作を、第１のサイクルとする。
同様に、第２の浸漬機構が下地板交換位置２０６にて下地板を装着し、浸漬前位置に移動し、浸漬動作により薄板を作製し、浸漬後位置から交換位置２０６に戻るまでの動作を第２のサイクルとする。
サイクルを可能な限り早く行うためには、前記の移動、交換、戻りの時間を可能な限り短縮する必要がある。これら３つの動作の最短時間は、浸漬機構のスペックによって決定される。一方、浸漬動作の最短時間は、製造したい薄板の作製条件によって決定されるため、装置スペック等による短縮化には限界がある。つまり、サイクルの最短時間は浸漬動作によって決定される。本実施の形態での浸漬動作は、実施の形態１と同様であり、サイクルの最短時間は前記の７秒である。
薄板を製造する場合、２つの浸漬機構を備えることでタクトタイムを向上するためには、第１のサイクルと第２のサイクルが同時に動作する必要がある。この場合、第１のサイクルと、第２のサイクルをともに最短時間で稼動することにより、タクトタイムは半分にできることが期待される。そのためには、第１のサイクルと、第２のサイクルの各動作に要する時間を等しく（最短時間に）する必要がある。そのため、第１のサイクルと、第２のサイクルに要するサイクルタイムは等しい。
第１のサイクルと第２のサイクルが同時に動作するためには、第１の下地板が浸漬されている最中に第２の下地板が第１の下地板の浸漬を邪魔するような動作を行わないように、両サイクルの周期をずらす必要がある。
もっとも効果的な方法は、両サイクルを半周期ずらす方法である。これにより、るつぼ内の融液から見た場合、下地板が融液に入ってくる間隔は一定となるため、第１の下地板と第２の下地板が融液に入るときの融液状態が等しくなり、薄板の品質ばらつきを抑制できる。
前記の方法にて薄板を作製する場合のタクトタイムについて、図６を用いて説明する。図６の横方向は経過時間（秒）を示し、縦方向は第１浸漬機構と第２浸漬機構の動作を示す。図中矢印が動作を行っている時間であることを表している。第２浸漬機構の第２サイクルを第１浸漬機構の第１のサイクルに対し半周期遅らせることで、３．５秒ごとに、第１浸漬機構と第２浸漬機構との下地板が融液に交互に浸漬されることになる。タクトタイムは、薄板２枚作製するために７秒、１枚につき３．５秒とすることが可能となった。
（タクトタイム設定形態２）
タクトタイム設定形態１では、図６においてわかるように、第１の浸漬機構が浸漬前位置に向かって動作し始めてから０．５秒間は、第２の浸漬機構が浸漬動作を続けている。
下地板のサイズを大きくした場合や、移動や戻りのストロークを小さくして動作時間をさらに短縮する場合などは、第１の下地板が第２の下地板に追いつき、干渉する場合がある。
そのため、下地板を装着、取外しする前および／もしくは後に、待機時間を設定する必要がある。ただし、前記のように、第１のサイクルタイムと、第２のサイクルタイムは同一であることが望ましい。そのため、第１のサイクルタイムに含ませる待機時間は、第２のサイクルタイムに含ませる待機時間と等しい時間であることが望ましい。
前記の方法にて薄板を作製する場合の、タクトタイムを、図７を用いて説明する。
第２のサイクルを第１のサイクルに対し半周期遅らせ、下地板交換の前に待機工程を設置することで、第２の浸漬機構が浸漬動作を終了すると同時に、第１の浸漬機構が移動を開始するように設定でき、下地板の干渉を避けることが可能である。また、第１のサイクルタイムと第２のサイクルタイムは同時間であり、かつ半周期ずれているため、第１の浸漬機構が浸漬動作を終了すると同時に、第２の浸漬機構が移動を開始することとなる。この方法によって、２つのサイクルを継続する際も、２つの浸漬機構が常に互いに干渉することなく稼動できる。下地板は４秒ごとに融液に浸漬されることになる。タクトタイムは、薄板２枚作製するために８秒、１枚につき４秒で作製することが可能となった。
（タクトタイム設定形態３）
薄板成長条件によっては、下地板の温度調整（加熱もしくは冷却、均熱）を実施してから、浸漬動作を行う場合がある。下地板の温度調整は、どの位置で行っても構わないが、浸漬機構のサイクルタイムを低減するためには、下地板が浸漬機構に装着される前に実施することが望ましい。温度調整機構として具体的には、たとえば、バッファ１０４、２０４に下地板を加熱することができるヒーターや、下地板を冷却するための冷却板、下地板を均熱するための定温板などを設置することが可能である。
図１では、下地板装着前のバッファ内に、７秒間温度調整を行うための、温度調整機構を１段設置した。
温度調整時間は、薄板成長条件によって異なるが、与えられる最大時間は、（サイクルタイム（秒））−（装着時間（秒））であり、タクトタイム設定形態２の例だと、８秒−１秒＝７秒となる。７秒で不足の際は、さらに前に、必要段数分の温度調整機構を設置する必要がある。バッファ内に温度調整機構を設置する場合、バッファに滞留する下地板枚数は、一度に副室から搬入される（下地板枚数）＋（温度調整機構の段数）以上とする必要がある。本実施形態では、バッファに滞留できる枚数を５枚とした。
また、下地板の温度ばらつき範囲は、成長条件によって異なるが、小さい方が望ましい。しかしながら、下地板の状態（表面状態、厚み）や個体差によって、温度調整時間が異なる場合がある。この場合、下地板の温度を、熱電対や放射温度計などで測温し、規定値範囲以内に達してから下地板交換を行う必要がある。
タクトタイム設定形態２による待機時間内に温度が規定値範囲以内に達した場合は、サイクルタイムに影響はない。そうではない場合は、下地板装着タイミングを遅らせる必要がある。この際、相手の浸漬機構が次に下地板を装着するタイミングも同じ時間遅らせることで、浸漬機構同士の干渉を防止し、連続操業を行うことが可能となる。
前記の各実施の形態で説明した浸漬機構は２系統の場合であるが、３系統、４系統、それ以上であってもよい。各系統の配置はるつぼに対して等間隔に対称に配置するのがよいが、等間隔である必要はない。
また、前記の各実施の形態では、浸漬機構と搬送機構を分けて構成した例を説明したが、浸漬機構の一方の端を副室まで延長することにより、浸漬機構と搬送機構を一体化することができる。また浸漬機構と搬送機構を折れ曲がるように配置したが、湾曲するような配置でも良いし、浸漬機構と搬送機構を一直線に配置しても良い。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】  本発明の薄板製造装置は、金属材料または半導体材料のうち少なくともいずれか一方を含有する物質の融液に下地板を浸すことができ、該下地板の装着、取外しをほぼ同じ交換位置で行う浸漬機構を有し、この下地板の表面に融液材料よりなる薄板を形成する薄板製造装置である。本発明の薄板製造装置は、浸漬機構を複数系統備え、交換位置が各浸漬機構ごとに異なることにより、薄板の製造速度を複数倍にすることができる。
また本発明の薄板製造装置は、融液を一つのるつぼに入れ、複数系統の浸漬機構がこの一つのるつぼの融液に下地板を浸すことで、一つのるつぼの融液を複数系統の下地板浸漬機構が共用するので、複数系統の浸漬機構によって製造される薄板の品質を同じにすることができる。
また本発明の薄板製造装置は、複数系統の浸漬機構が一つのるつぼのほぼ中央付近で下地板を融液に浸すので、一番安定した品質の融液を使用して薄板を製造することができ、安定した薄板が得られる。
また本発明の薄板製造装置は、複数系統の浸漬機構が、ほぼ同じ水平面内に配置されるので、複数系統の浸漬機構の構成を同じにできる。
また本発明の薄板製造装置は、複数系統の浸漬機構を、るつぼを中心にして対称位置に配置されるので、複数系統の浸漬機構の構成を同じにできる。
更に、本発明の薄板製造方法は、金属材料または半導体材料のうち少なくともいずれか一方を含有する物質の融液に下地板を浸すことができ、該下地板の装着、取外しをほぼ同じ交換位置で行う浸漬機構を有し、この下地板の表面に融液材料よりなる薄板を形成する薄板製造方法である。浸漬機構は、第１の下地板を装着し、該下地板を融液に浸す浸漬動作後、下地板を取外す動作を第１のサイクルとする第１の浸漬機構と、第２の下地板を装着し、該下地板を融液に浸す浸漬動作後、下地板を取外す動作を第２のサイクルとする第２の浸漬機構で構成したため製造速度を２倍にすることができる。
また本発明の薄板製造方法は、第１のサイクルと第２のサイクルに要する時間がほぼ等しいことにより、２つの下地板浸漬機構を両方同じタイミングで駆動することができる。
また本発明の薄板製造方法は、第１のサイクルに対し、第２のサイクルをずらして動作する。また本発明の薄板製造方法は、第１のサイクルに対し、第２のサイクルが半周期遅れて動作するので、２つの下地板浸漬機構を交互に駆動することができ、製造速度を速くすることができる。
また本発明の薄板製造方法は、下地板の装着、取外しの前および／もしくは後に、待機工程を有することにより、２つの下地板浸漬機構が干渉することなく連続稼動することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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