(57)【要約】本発明は、生産規模の拡大により製造効率を大きく高め、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、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にする。  本発明では、シリコン融液（１０）に下地板（２）の表層部を浸し、その下地板の表面にシリコン（１）を付着させる浸漬処理によりシリコン薄板を製造するにあたり、下地板の表面に形成されたシリコン薄板（１）と下地板（２）とを分離した後、シリコン薄板（１）が分離された下地板（２）を再び浸漬処理に用いる。  本発明の薄板製造方法および薄板製造装置を用いることにより、たとえばシリコン薄板の品質を維持しながら下地を繰り返し使用して製造コストを低減することができる。
2004003263.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の表層部を浸し、その下地板の表面に薄板を付着させる浸漬処理により薄板を製造する方法であって、
前記下地板の表面に形成された前記薄板と前記下地板とを分離した後、前記薄板が分離された下地板を再び前記浸漬処理に用いる、薄板製造方法。
【請求項２】
下地板の外観観察および／または下地板の使用履歴調査に基づく判別工程において、再度の浸漬処理に用いることが可能と判定した下地板を前記浸漬処理に再び用いる、請求項１に記載の薄板製造方法。
【請求項３】
前記判別工程において、前記薄板が分離された前記下地板を、（ａ１）前記浸漬処理に用いる、（ａ２）前記浸漬処理に用いる前に加工処理が必要である、および（ａ３）廃棄処分とする、の３つの判定のいずれかを含む判別をする、請求項２に記載の薄板製造方法。
【請求項４】
前記下地板の通過しうる経路の所定箇所に、前記下地板を識別することができるセンサーを配置し、下地板管理コンピュータが前記センサーからの信号を受けて前記下地板の使用履歴を管理する、請求項２に記載の薄板製造方法。
【請求項５】
前記下地板が、下地板固有の識別マーク、または複数枚の下地板を１ロットとした際のロット識別マークを有し、前記識別マークを読み取ることができるセンサーを配置し、下地板管理コンピュータが前記センサーからの信号を受けて前記下地板または前記ロットの使用履歴を管理する、請求項４に記載の薄板製造方法。
【請求項６】
前記下地板の経路のいずれかの位置において、前記下地板の使用回数、加工回数および前記下地板の厚みの少なくとも１つを管理する、請求項２に記載の薄板製造方法。
【請求項７】
前記浸漬処理に用いる下地板の厚みを測定する厚みセンサーを配置して、その厚みに応じて前記下地板を前記融液に浸す際の下地板の軌道を修正する、請求項２に記載の薄板製造方法。
【請求項８】
前記下地板管理コンピュータにおける前記下地板の厚みの推定値または実測値に応じて、前記下地板管理コンピュータにより前記融液に浸す当該下地板の軌道を修正する、請求項２に記載の薄板製造方法。
【請求項９】
前記請求項２の薄板製造方法に用いられる下地板であって、その下地板に固有の識別マーク、または複数枚の下地板を１ロットとした際のロット識別マークを有する、下地板。
【請求項１０】
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の表層部を浸し、その下地板の表面に薄板を付着させる浸漬処理により薄板を製造する薄板製造装置であって、
前記薄板と前記下地板とを分離する装置と、
前記薄板が分離された下地板を、前記浸漬処理に用いる経路、加工処理を行う経路、および廃棄処分にする経路、のいずれかに振り分ける振り分け手段とを備える、薄板製造装置。
【請求項１１】
前記下地板の使用履歴および／または形状を管理する下地板管理手段を備える、請求項１０に記載の薄板製造装置。
【請求項１２】
前記下地板の移動経路のいずれかの位置に、前記下地板の厚みを検出する厚みセンサーを備える、請求項１０に記載の薄板製造装置。
【請求項１３】
前記薄板が分離された下地板が、使用可能かどうか判定するために検査する下地板検査装置を備える、請求項１０に記載の薄板製造装置。
【請求項１４】
前記下地板検査装置において、表面性状および形状が検査され、前記下地板管理手段に検査結果が送られ、その下地板管理手段により、浸漬処理に用いる、加工処理を行う、または廃棄処分とする、のいずれかの判定を含む判別をする、請求項１０に記載の薄板製造装置。
【請求項１５】
前記下地板に使用回数および／または加工回数をマーキングするマーキング装置を備える、請求項１０に記載の薄板製造装置。
【請求項１６】
前記請求項１０の薄板製造装置に用いられる下地板であって、その下地板に固有の識別マーク、または複数枚の下地板を１ロットとした際のロット識別マークを有する、下地板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、薄板製造方法、薄板製造装置および下地板に関し、より具体的にはシリコン薄板製造方法、シリコン薄板製造装置および下地板に関するものである。
【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や寿命などの特性が低下するが、他方、上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することができるので安価で大面積化しやすい。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）のインゴットが製造され、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、多結晶シリコンは、板ガラスの製造技術等を用いて、各種の製造方法が検討されている。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。
上記のシリコンの製造方法は、大面積化、変換効率および製造能率の向上をもたらしてきた。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その発電単価はかなり割高であり、製造コストを低減する必要がある。
【発明の開示】
本発明は、生産規模の拡大により製造効率を大きく高めることができ、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、薄板製造方法、薄板製造装置および下地板を提供することを目的とする。
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の表層部を浸し、その下地板の表面に薄板を付着させる浸漬処理により薄板を製造する方法である。この製造方法は、下地板の表面に形成された薄板と下地板とを分離した後、薄板が分離された下地板を再び浸漬処理に用いる。
上記のように下地板を再利用することにより、薄板の製造コストを低減することができる。この下地板は、たとえばシリコン薄板を製造する場合には、カーボン製であることが望ましいが、カーボン製でなくてもよい。下地板の再利用をすることにより、大きなコスト低減を得ることができる。
また、下地板の外観観察および／または下地板の使用履歴調査に基づく判別工程において、再度の浸漬処理に用いることが可能と判定した下地板を浸漬処理に再び用いることができる。
上記の判別工程において、シリコン薄板が分離された下地板は、（ａ１）浸漬処理に用いることができる、（ａ２）浸漬処理に用いる前に加工処理が必要である、および（ａ３）廃棄処分とする、の３つの判定のいずれかがなされる。
下地板の使用回数が増えると、表面形状が変化してその表面に成長するシリコン薄板の品質が劣化するが、この場合は所定の加工処理を施すことにより再使用可能とすることができる。すなわち、下地板の表面には畝状の凹凸が形成されているが、使用回数が増えると、凹凸の高さが減ってしまう。凹凸の凸部を結晶成長の起点として結晶を成長させることにより、結晶性に優れた薄板を製造することができる。上記のように、凹凸の高さが減少すると、良好な薄板を得ることができない。このため、加工処理では、上記の凹凸形状を再び表面に形成する加工を行う。
したがって、加工処理回数が増大すると下地板の厚みが減少し、最終的には加工処理することができない厚みとなる。この厚みになると、所定の加工処理を施しても使用できる状態にならないと判定され（ａ３）廃棄処分とされ、再使用することはない。上記のように、通常、加工処理の回数が多くなり厚みが薄くなったものが、この廃棄処分判定の対象になる。それ以外の（ａ１）そのまま使用できるものおよび（ａ２）加工処理を施せば使用できるものは、それぞれの条件にしたがって再使用する。このような判別工程を設けることにより、下地板の再使用を行った上で、例えばシリコン薄板の品質および歩留りを維持することができる。
上記の下地板の通過しうる経路の所定箇所に、下地板を識別することができるセンサーを配置し、下地板管理コンピュータがセンサーからの信号を受けて下地板の使用履歴を管理するのがよい。
下地板の使用履歴を集中管理することにより、廃棄処分の時期や加工の必要性などを的確に判断することができる。
また、下地板は、それ自身を識別するための識別マークを有することが望ましい。識別マークは、下地板ごとに異なる、下地板固有の識別マークを使用してもよいし、複数枚の下地板を１ロットとし、ロット識別マークを使用してもよい。下地板に識別マークを有することで、上記下地板の使用履歴集中管理をより精度よく行い、なおかつ、予想外の事態が発生して下地板の素性が混乱した際にも使用履歴を把握しなおすことが可能となる。
また、下地板の経路のいずれかの位置において、下地板の使用回数、加工回数および下地板の厚みの少なくとも１つを管理してもよい。その管理データを読み出すことにより、下地板の履歴を把握して、廃棄処分や加工処理などを的確に行うことができる。
また、上記浸漬処理に用いられる下地板の厚みを測定する厚みセンサーを配置して、その厚みに応じて下地板を融液に浸す際の下地板の軌道を修正することができる。厚みを実測することにより、浸漬機構による下地板の融液へ浸漬する際の軌道を修正することができる。
また、下地板管理コンピュータにおける下地板の厚みの推定値または実測値に応じて、下地板管理コンピュータにより融液に浸す当該下地板の軌道を修正することが望ましい。
例えばシリコン薄板の場合、下地板は使用の結果、シリコン薄板分離の際のダメージや、シリコンとの化学反応などにより表面形状が変化するため、使用回数を重ねた下地板を用いて作製したシリコン薄板の品質は劣化する。しかし、表面を切削加工することで未使用品と同等の表面性状に再加工することができる。その場合、下地板の厚みも減少するので、この厚み減少を計算に入れて下地板の軌道を修正しないと、目標とする品質のシリコン薄板を製造することができない。上記のように、下地板の厚みに応じて軌道を修正することにより、切削加工を行うことも含めて下地板の再利用を行うことができる。下地板管理コンピュータには下地板を加工した際に実測した厚みデータや初期厚みデータが格納されている。これらの実測厚みデータなどを基に、浸漬処理における下地板の軌道を修正するのに必要な精度の厚みを得ることができる。
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下地板の表層部を浸し、その下地板の表面に薄板を付着させる浸漬処理により薄板を製造する薄板製造装置である。薄板と下地板とを分離する装置と、薄板が分離された下地板を、浸漬処理に用いる経路、加工処理を行う経路、および廃棄処分にする経路、のいずれかに振り分ける振り分け手段とを備える。
下地板は使用により、加工によって形成した畝状の凹凸の高さが減少する。このように高さが減少すると、高品質の薄板を形成することができない。また、表面に孔状凹部ができて成長してゆく。このため、下地板を無制限に再使用しつづけると、例えばシリコン薄板の品質が劣化してしまう。上記の構成により、使用の度にそのまま使用に耐えられる下地板、加工が必要な下地板および廃棄する下地板に分類して、それぞれの経路に下地板を送り出すことができる。その結果、例えばシリコン薄板を所定以上の品質に保つことが可能になる。
また、下地板の使用履歴および形状を管理する下地板管理手段を備えることができる。ここで使用履歴とは、下地板の使用回数および加工回数のことである。
この構成により、使用履歴および形状を考慮して下地板の再使用を判断することができるようになる。
また、下地板の移動経路のいずれかの位置に、下地板の厚みを検出する厚みセンサーを備えてもよい。
このため、下地板の実際の厚みに基づいて、下地板の再使用を判断することが可能になる。
さらに、薄板が分離された下地板が、使用可能かどうか判定するために検査する下地板検査装置を備えることが望ましい。
上記の検査により、たとえば表面性状を実際に知ることができ、加工なしにそのまま下地板を使用できるかどうか、判断することができる。
また、下地板検査装置において、表面性状および形状が検査され、下地板管理手段に検査結果が送られ、その下地板管理手段により、浸漬処理に用いる、加工処理を行う、および廃棄処分とする、のいずれかの判定をすることができる。
下地板の再使用に当り、総合的に下地板を検査することができ、例えばシリコン薄板の品質と下地板のコストとから最適な解を得ることができる。
さらに、下地板に使用回数および加工回数をマーキングするマーキング装置を備えてもよい。
また、下地板には、それ自身を識別するための識別マークを備えてもよい。識別マークは、下地板ごとに異なる、下地板固有のマークを使用してもよいし、複数枚の下地板を１ロットとし、ロット固有のマークを使用してもよい。下地板に識別マークを有することで、上記下地板の使用履歴集中管理をより精度よく行い、なおかつ、予想外の事態が発生して下地板の素性が混乱した際にも使用履歴を把握しなおすことが可能になる。
この構成により、不測の事態が生じても下地板を特定することができ、より安定度の高い下地板の管理をすることができる。
【図面の簡単な説明】  図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の実施の形態における浸漬機構の装置を例示する図であり、図１Ａは配置図であり、図１Ｂは浸漬機構の斜視図である。
図２は、下地板の厚みに合わせて浸漬軌道を調整する方法を説明する図である。
図３は、本発明の実施の形態における薄板製造工程を示す図である。
図４は、図３の薄板製造工程における下地板判別工程を示す図である。
図５は、下地板の判別方法の別の形態を示す図である。
図６は、下地板の表面に形成されるシリコン薄板を示す図である。
図７は、シリコン薄板を下地板から分離する工程の図である。
図８は、シリコン薄板の端部を切断した状態の図である。
図９は、シリコン薄板の端部を切断する工程を説明する図である。
図１０は、端部が除かれたシリコン薄板を移送する工程の図である。
図１１は、端部が除かれたシリコン薄板を検査する工程の図である。
図１２は、本発明の実施の形態において、浸漬機構の他の装置を例示する図である。
図１３は、本発明の実施の形態において、浸漬機構のさらに他の装置を例示する図である。
図１４Ａおよび１４Ｂは下地板の表面性状を示す図であり、図１４Ａは加工直後の下地板の表面を、また図１４Ｂは繰り返し使用した後の下地板の表面を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  次に図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の実施の形態における薄板製造装置を説明する図である。図１Ａに示す薄板製造装置は、るつぼ９が配置された主室６１と、その主室に連続して設けられた２つの副室６３，６４とを有する。主室６１のるつぼ９にはシリコン融液１０が貯留され、そのシリコン融液１０に下地板２の表層部を浸漬させる浸漬機構７０が配置されている。主室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１Ａおよび図１Ｂの薄板製造装置では、Ａｒガスが導入され、圧力７００Ｔｏｒｒとされている。
副室６３は下地板を搬入するための装入用副室である。また、副室６４は、シリコンを付着された下地板２を主室６１から取り出すための取出用副室である。装入用副室と取出用副室とは、るつぼ９をはさんで対面するように位置することにより、下地板の流れが簡単になる。しかし、必ずしもるつぼをはさんで対面する必要はない。この後、説明する浸漬機構の構成や形状により、２つの副室が主室の同じ壁側に配置される場合もある。その場合、副室を２つ設ける必要はなく、１つの副室に搬入用ラインと搬出用ラインとを設けてもよい。副室の雰囲気は、主室と同じ雰囲気、すなわち不活性ガス雰囲気で負圧とされている。
次に、薄板製造方法について説明する。主室６１が稼動中のとき、副室６３と主室６１との間の気密性扉８３を閉めた状態で、気密性扉８１を開け、下地板２を副室６３に搬入する。次いで、気密性扉８１を閉め、副室６３の雰囲気を主室６１と同様にする。この後、主室における浸漬機構の稼動にしたがって、主室との間の気密性扉８３を開け、下地板２を主室６１に装入する。
主室６１では、浸漬機構７０が下地板２を把握して、るつぼ９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１０に浸漬し、下地板の表面にシリコン層を付着させる。この後、シリコンを付着させた下地板２は上昇し、るつぼ９の上を離れる。この間、付着されたシリコンは自然冷却され、固相が成長し、所定のシリコン薄板１が形成される。
シリコン薄板１が形成された下地板２は、副室６４の気密性扉８１が閉められていることを確認して開けられた気密性扉８３を通り取出用副室６４に移送される。取出用副室６４の雰囲気は、主室６１の雰囲気と同じになるように制御されている。この後、シリコン薄板が形成された下地板は、気密性扉８３が閉められた状態で気密性扉８１を開けて外に搬出される。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６１、副室６４または外部において、少なくとも１箇所に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。
主室において下地板を移送し、シリコン融液１０に浸漬する浸漬機構７０には、どのような搬送機構を用いてもよい。
図１Ｂに示す薄板作製装置では、支持板５６をレール５２に沿って走行させ、水平方向の移送を行う。また、上下方向の移送は、レール５２を支持し、ポールに沿って上下する昇降装置５３を昇降させることによって行う。
下地板２は、ロッド５８により支持板５６に連結された台座５１に取り付けられ、支持板５６のレール５２上の走行にしたがって移動する。るつぼ９のシリコン融液１０の上で水平方向の移動を止め、昇降装置５３が下降することにより、レール５２とともに支持板５６、ロッド５８、台座５１および下地板２が下降し、下地板の表層部がシリコン融液に浸漬される。この結果、下地板の表面にシリコンが付着される。この後、昇降装置５３は上昇し、下地板はシリコン融液から離脱する。さらに、上記上昇後に水平運動になり、るつぼから離れた位置でシリコンを付着した下地板を台座から外す。シリコン融液は１４００〜１５００℃の高温であり、またシリコンの蒸着もあるので、レールなどの浸漬機構を保護するため、断熱性の遮蔽板５７をるつぼ上に配置する。
次に下地板の厚みに合わせて浸漬軌道を調整する方法を説明する。後述するように、下地板はその結晶成長面を再加工すると下地板の厚みも加工した分だけ小さくなる。各下地板は下地板管理ＰＣによってその厚みが１枚ごとに管理されている。
図２を参照して、レール５２から台座５１の下面までの距離をｈ１とする。ｈ１はレール５２、ロッド５８、台座５１のサイズで決まる値であり、下地板２の厚みｈ４や昇降機構５３の上下位置とは無関係の固定値である。また、シリコン融液の液面からレール５２までの距離をｈ２とする。浸漬深さをｈ３とする。ｈ３はあらかじめ予備実験などでシリコン薄板の厚みなどとの関係を求めた上で、シリコン薄板の要求仕様を満たすように設定した値である。下地板の厚みをｈ４とする。ｈ４は下地板管理ＰＣから浸漬機構の制御コンピュータに情報として送られる。下地板の厚みｈ４が変わっても同じシリコン薄板を作製するためには、ｈ４の値に関わらず浸漬深さｈ３が一定になるようにする必要がある。具体的には、浸漬機構の制御コンピュータが下地板管理ＰＣから下地板ごとに厚みｈ４の情報を受けて、以下の関係式を満たすようにｈ２の値を制御すればよい。
ｈ２＝ｈ１＋ｈ４−ｈ３
次に本発明の特徴となる、下地板とシリコン薄板の処理工程について説明する。図３において、薄板作製装置で作製されたシリコン薄板はカーボン製の下地板に付着した状態で冷却工程に移送される。冷却工程で冷却されたシリコン薄板と下地板とは、薄板分離装置において分離される。
シリコン薄板と分離された下地板は、下地板判別工程に移送され、３種類の判定のいずれかを含む判別がなされる。３種類の判定とは、（ａ１）そのまま浸漬処理に再び用いることができる、（ａ２）浸漬処理に用いる前に加工処理が必要である、および（ａ３）廃棄処分とする、の３つの判定である。シリコン融液に浸漬されるカーボン製の下地板は、浸漬処理の回数の増大につれ、その表面の畝状凹凸の高さが減少する。畝状凹凸の高さが減少すると、均一な厚みの高品質のシリコン薄板が形成されない。また、使用回数の増大につれ、下地板の表面には孔状凹部が形成される。この孔状凹部も、シリコン薄板の表面性状を劣化させる。
（ａ２）の浸漬処理に用いる前に加工処理が必要であるとする判定は、下地板の表面に再び所定高さの畝状凹凸を形成し、かつ孔状凹部を除去するために切削加工を行う必要があることを意味する。切削加工により下地板の表面は新たな畝状凹凸が形成され、切削により厚みが減少する。所定範囲の厚み減少の場合には、下地板をシリコン融液に浸漬する軌道を修正することによりシリコン薄板を支障なく製造することができる。このとき、通常は、パソコンにより、水平方向移動指令と、昇降動作移動指令と、傾斜動作指令とを、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により、プログラム通りの任意軌道を実現する。上記の水平方向移動と、昇降動作移動と、傾斜動作とは、それぞれの動作に１つのモータを割り当てられ、合計３つのモータによって個別に駆動される。上記のプログラムは、（ｓ１）融液の液面の変動および（ｓ２）下地板の板厚の変動、に対応して所定の厚さのシリコン薄板が得られるよう、上記の３つの独立した移動（動作）を制御する。
（ａ３）の廃棄処分は、上記の切削加工を繰り返した結果、下地板の厚みが減少し、加工限界を超えた下地板をさす。このような下地板は切削加工の余地がないので、廃棄処分とする。廃棄処理された下地板は、下地板の新品を投入することにより補給される。
図４は下地板の判別工程において用いられる下地板判別装置を示す図である。図４において、シリコン薄板を分離された下地板２が、奥から手前側に順送りされてくる。順送りされてきた下地板は、まず表面状態測定ユニット１１および側面状態測定ユニット１２による測定が行われる。表面状態測定ユニット１１は、下地板の結晶成長面の畝状凹凸の高さや、孔状凹部などを観察し所定の指標に表し、また、結晶成長面の形状が測定される。側面状態測定ユニット１２は、下地板の厚みを測定し、側面に形成された識別マークや使用履歴マーキングを読み取る。上記の結晶成長面の表面性状、形状、厚み、マーキング等は下地板情報伝達経路１６を経て、下地板管理ＰＣ１４に送られる。この下地板管理ＰＣ１４により、対象となる下地板の状態と使用履歴が把握され、その情報を基に、上記の判定（ａ１），（ａ２），（ａ３）のいずれかに該当するか判定がなされる。
この判定の内容が、判定伝達経路１７を経て振り分け装置１５に送られる。振り分け装置１５は、対象となる下地板をその判定に対応した移送経路に振り分ける。
下地板の判別方法の別の形態として、図５に示す形態がある。図５を参照して、（ｂ１）下地板をそのまま再浸漬可能（このまま使用可能）かどうかを判別し、振り分けし、（ｂ２）先の工程（ｂ１）で浸漬不可能（このままでは使用不可能）と判別し、振り分けられた下地板をさらに再加工可能（加工して減厚して使用可能）かどうかを判別し、振り分けする、という２段階の判別・振り分け工程を用いてもよい。
また、下地板管理ＰＣ１４からマーキング装置１３に、マーキング情報伝達経路１８を経てマーキング情報が送られる。マーキング装置１３は、そのマーキング情報に基づいて、下地板の側面にマーキングをする。マーキングの形状は、どのような形状でも構わない。例えば、文字や記号を使用するごとに刻印するなどの方法がある。
また、下地板は、それ自身を識別するための識別マークを備えてもよい。識別マークは、下地板ごとに異なる、下地板固有の識別マークを使用してもよいし、複数枚の下地板を１ロットとし、ロット識別マークを使用してもよい。下地板に識別マークを有することで、上記下地板の使用履歴集中管理をより精度よく行い、なおかつ、マーキングは使用前に一度行うだけでよい。識別マークの形状は、どのような形状でも構わない。例えば、文字や記号、連番、バーコードなどを刻印する方法がある。
上記マーキングは、薄板を成長させる面以外、具体的には側面または裏面に行うことが望ましい。ただし、マーク形状によっては、成長面にマーキングを行うことも可能である。この場合、薄板にマークが転写されることになり、薄板を見ただけで使用した下地板またはその履歴を把握することが可能となる。
上記マーキングによって、予想外の事態が発生して下地板の素性が混乱した際にも使用履歴を把握しなおすことが可能となる。
上記の下地板再使用システムにより、下地板の再使用をはかりながら一定レベル以上の品質のシリコン薄板を高い歩留りを維持して製造することができる。
次に、シリコン薄板について説明する。
図３において、薄板分離装置によって下地板から分離されたシリコン薄板は、端部切断装置に移送され、端部のばりを切断される。端部のばりは、破材としてシリコン融液の原料に用いられる。また、端部を除去された製品部分のシリコン薄板は、薄板検査工程に移送され、検査を受け、合格品は太陽電池作製工程に投入される。また、不合格品は破材とされ、シリコン融液の原料に用いられる。
次に、シリコン薄板の端部の切断工程について説明する。図６は、下地板２の結晶成長面にシリコン薄板１が形成された状態を示す図である。シリコン薄板の最も上の表面はシリコンが付着する際にシリコン融液と最後まで接していた面であり、自由表面１ａである。シリコンは下地板の１つの表面だけでなく、その周囲の側面にも形成されている。側面の部分は、端部ばりである。次に、図７に示すように、このシリコン薄板１を真空吸引装置３により持ち上げることにより、下地板２から分離する。下地板の結晶成長面２ａとシリコン薄板とは離れた状態となる。次いで、図８に示すように、角皿状のシリコン薄板の端部４を、切断部２９により切り離すことにより製品となるシリコン薄板５を得る。
図９および図１０を用いて、端部を切断する工程を詳しく説明する。図９において、シリコン薄板１の端部のばりは示していないが、図７に示す下地板から分離された状態のシリコン薄板を示す。すなわち、図９に示すシリコン薄板は端部のばりを含んでおり、シリコン薄板は自由表面１ａを天側にして、端部切断装置の吸着ステージ上に載せられている。吸着ステージはＸＹステージ２３と一体となっている。吸着ステージの外形は、端部ばりの高さより高く、端部ばりの内周よりは小さく、かつシリコン薄板の切断四周よりは大きい。したがって、シリコン薄板が吸着ステージに固定されたとき、端部ばりがＸＹステージ２３および吸着ステージと干渉することはない。
図９において、端部にばりが付いたシリコン薄板１はＸＹステージ２３に搭載されている。このシリコン薄板１は、ＸＹテーブルを操作しながら、その端部を切断ユニット２２から出射されるレーザービーム２１により切断される。図１０は、端部が切断された後のシリコシ薄板を示す図である。製品となるシリコン薄板５は真空吸引装置２４により引き上げられ、所定の処理工程へと移送される。また、端部のばり４はシリコン融液の原料として用いられる。なお、シリコン薄板の切断手段はレーザーに限定されず、ダイサー、プラズマ切断、電子ビーム切断、その他の任意の切断手段を用いることができる。
図１１は、端部をカットされたシリコン薄板の検査工程を示す図である。シリコン薄板５は、図の左端から右へと順送りされるものとする。ＸＹステージ３２に搭載されたシリコン薄板５は、形状検査ユニット３１によりその形状が検査される。次いで、シリコン薄板５は、強度試験ユニット３３に移送され、そこで所定の曲げ応力を負荷され破壊に至るかどうか試験される。この強度試験は破壊試験なので、１ロットの中から所定数のシリコン薄板のみ抜き取り試験することが好ましい。また、正常なシリコン薄板の場合には、破壊にいたらない曲げ応力を負荷する試験であれば、全数試験であってもよい。これら形状検査および強度試験の結果は、ともに情報伝達経路３６を経て、薄板管理ＰＣ３５に送られる。薄板管理ＰＣ３５は、上記の検査結果を基に合否を判定し、合否判定伝達経路３７を経て合否振り分け装置３４に伝達する。合否振り分け装置３４は、上記の合否判定に基づいて対象となるシリコン薄板をその判定に対応した移送経路に振り分ける。
図１２および１３に薄板作製装置を例示する。図１２に示す浸漬機構では、ガイド孔を有する支持板５６をレール５２に沿って走行させる。昇降レール５４，５５は、シリコン融液１０の上で台座がシリコン融液に近づくように、るつぼ上で浅いＵ字状の軌道を形成している。ロッド５８の上端部は走行自由にレール５４，５５に取り付けられている。
下地板２を台座５１に取り付け、レール５２，５４，５５に沿って走行させる。るつぼに近づくとレール５４，５５は滑らかな弧を描いてシリコン融液１０に近づく軌道をとる。このとき、支持板５６に開けられたガイド孔を通ってロッドがシリコン融液側に近づき、その結果、下地板２の表層部がシリコン融液に浸漬される。この後は、レール５４，５５は上昇する軌道をとる。この後の動きは、図１Ｂの場合と同様である。
図１３の薄板作製装置は、回転軸４１の回りに配置された下地板連結器４２に下地板２が取り付けられる。回転軸４１の回転に応じて下地板連結器が移動する。回転軸を断続的に回転させながら回転軸４１をシリコン融液に近づけることにより、下地板２の表面にシリコン薄板を形成する。
【実施例】  次に、実施例について説明する。
【実施例１】  実施例１では、下地板の使用回数について調査を行った。すなわち、所定回数、シリコン融液に浸漬したカーボン製の下地板を使用して作製された薄板を、図１１に示す方法で検査し、合否を判定した。また、下地板の結晶成長面に形成した畝状凹凸の高さについても合わせて計測した。
ここで用いた下地板はその結晶成長面に畝状凹凸を形成したものである。すなわち、高さ０．３ｍｍの四角錐を２ｍｍ間隔で縦横に並べた形状に加工したものを使用した。この凹凸の高さは、下地板の結晶成長面の中央１５ｃｍ角の対角線上の範囲をレーザー式変位センサを用いて計測した。
本実施例では、薄板を下地板から取り外し、切断された後に、表面うねり、厚み、および厚み分布を調べるための形状検査を実施した。表面うねりは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４によって定義されるろ波最大うねりが３００μｍ以下であることを合格の基準とした。厚みおよび厚み分布は、板全体の厚みが３５０μｍ±５０μｍであることを合格の基準とした。また、薄板成長不良や落下、割れ、欠けなどのために、検査工程まで到達しなかった薄板は、不合格としてカウントした。結果を表１に示す。
下地板の凹凸高さの計測値から、平均粗さ、ゼロクロシング数および最大高さを算出し、下地板の再加工の判別値として用いた。
平均粗さとは、中心線を基準とした表面凹凸の高さの絶対偏差の平均値である。また、中心線とは、表面凹凸の高さの偏差の自乗和が最小になるように設定した線である（図１４Ａおよび図１４Ｂの水平方向の点線）。加工直後は上記四角錘の先端は尖鋭であるが（図１４Ａ）、繰り返し下地板を使用するうちにシリコン薄板と接する上記四角錘の頂点が少しずつ消耗する（図１４Ｂ）。凹凸の尖端が消耗するほど中心線平均粗さの値は小さくなる。
ゼロクロシング数とは、表面凹凸の断面形状を表す線と中心線との交点の数である（図１４Ａおよび図１４Ｂの黒丸）。凹凸の尖端が消耗するだけであれば使用回数が増えてもゼロクロシング数は一定である。しかし、イレギュラーな事態により表面凹凸の一部が欠け、下地板の結晶成長面に孔状凹部が形成されることがあるが、この孔状凹部が深すぎると、ゼロクロシング数が小さくなる（図１４Ｂ）。
最大高さとは、表面凹凸の最も高いところと最も低いところとの高さ方向の差である。凹凸の尖端が消耗するだけであればその磨耗量に応じて最大高さが小さくなる。深い孔状凹部が形成された場合、その深さ次第では最大高さは加工直後の値より大きくなる。このとき、孔状凹部の深さ次第では平均粗さの値が大きくなる。
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表１によれば、下地板は５００回使用しても９７％の合格率を有する。このため、大部分の下地板を５００回程度使用できることが確認された。
また、５００回の使用までは、平均粗さおよび最大高さは漸減し、ゼロクロシング数は一定であった。すなわち、５００回までは表面凹凸の尖端は磨耗していくが、孔状凹部は形成されなかったという目視観察の結果と整合した。これに対して、下地板１０００回の使用では、最大高さが加工直後の値よりも大きくなり、ゼロクロシング数は小さくなった。この結果は、表面凹凸の測定線に沿って３つの四角錘が欠けて孔状凹部が形成されていたという目視観察の結果と整合した。
この結果から、下地板の再加工の目安として、結晶成長面の表面粗さの計測値から算出した上記の粗さパラメータを、下地板の再加工の判定に用いることができることが確かめられた。
たとえば、平均粗さがある判定値以下になったときに凹凸の尖端の消耗が大きいので下地板を再加工すべきであると判定するアルゴリズムや、ゼロクロシング数がある判定値以下になったとき、あるいは、最大高さが加工直後の値より大きなある判定値以上になったとき、孔状凹部ができたと判定するアルゴリズムを採り、下地板管理ＰＣでの判定情報を振り分け装置に送ることで、下地板の再加工の判別を自動化できる。
【実施例２】  実施例２では、下地板の切削加工回数と下地板の厚みの変化について調査を行った。表２に切削加工回数にともなう下地板の厚みと、それによる薄板検査結果の経過を示す。薄板の検査方法は、実施例１と同様である。
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表２によれば、切削加工の回数の増大につれ下地板の厚みは減少する。その減少の割合は、１回の切削加工当り厚みが２ｍｍ減少すると見積もることができる。逆に、１回当りの切削加工の切削代を２ｍｍとしているといえる。表２によれば、下地板の浸漬時に軌道修正しない場合には、切削加工回数が２回になるとシリコン薄板の合格率は７５％となり、歩留りはかなり劣化する。また、軌道修正する場合には、６回の切削加工を行っても、９７％の合格率を維持することが確認された。８回の切削加工の場合には、厚みが薄くなりすぎ、浸漬が不可能となる。
【実施例３】  実施例３では、シリコン薄板の端部の切断の有無、および切断後の検査の有無と、製品における良品率との関係について調査を行った。
切断後の検査方法は、実施例１と同様である。
次に、太陽電池作製プロセスの一例を説明する。薄板を洗浄し、テクスチャエッチング、拡散層形成、酸化膜除去、反射防止膜形成、バックエッチ、裏面電極形成、受光面電極形成の順序で行う一般的な手法を適用した。この際、プロセス中での割れ欠けや、作製後の性能（変換効率）が１２％を下回った薄板を、不合格とした。結果を表３に示す。
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シリコン薄板の端部を切断することにより、太陽電池作製プロセス後の製品良品率は向上する。端部が残存している場合、電極印刷時のスクリーンを下地板と接していた面に接触できないために、電極印刷不良が生じ、特性を悪化させている。また、検査の有無によっては、全体良品率は変わらない。しかし、太陽電池作製工程における良品率は検査無しのほうが劣る結果となっている。シリコン薄板のうねりや厚み分布が合格基準外の場合、反射防止膜が均一に形成できないこと、電極を均一に形成できないことから、特性不良の原因となる。そのため、太陽電池作製プロセスに投入する前に、あらかじめ検査を行い、不良品のシリコン薄板を除去することにより、後の工程における無駄を省くことができる。
【実施例４】  本実施例では、浸漬処理直後の搬送時のシリコン薄板と下地板との上下関係、およびシリコン簿板の端部切断時のシリコン薄板の姿勢について調査を行った。結果を表４に示す。
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表４によれば、浸漬後の搬送時には薄板を下側にすると、シリコン薄板が下地板から脱落する。このため、シリコン薄板を下地板の上がわに配置して搬送することにより、脱落を防止できることを確認することができた。また、ＸＹステージ上でシリコン薄板の端部を切断する場合には、シリコン薄板の融液面（フリー側）を上向きにすることにより、全体の良品率を大幅に上げることができる。
上記において、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されることはない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
本発明の薄板製造方法および薄板製造装置を用いることにより、シリコン薄板の品質を維持した上で、下地板を繰り返し使用して製造コストを低減することが可能となる。
【産業上の利用可能性】  本発明の薄板製造方法および薄板製造装置を用いることにより、たとえばシリコン薄板の品質を維持しながら下地板を繰り返し使用して製造コストを低減することができる。このため、たとえば光発電のように他の発電方法と激しい価格競争をしなければならない分野において広範な利用が期待される。
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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