(57)【要約】【課題】小型で、メンテナンス性に優れた薄板製造装置、を提供する。【解決手段】薄板製造装置１０は、下地板２１を原料融液４２に浸漬し、そのあと原料融液４２から取り出すことによって、下地板２１の表面２２に薄板を形成する薄板製造装置である。薄板製造装置１０は、チャンバ３１と、チャンバ３１内に配置され、原料融液４２を溜める坩堝４１と、水平方向に延伸する回転軸１０２を中心に回転可能に設けられる腕部材６１と、下地板２１を保持する保持台５１を有し、水平方向に延伸する回転軸１０１を中心に回転可能に設けられ、回転軸１０１の軸上で腕部材６１に連結される回転部材５０とを備える。腕部材６１は、チャンバ３１の外側に配置される。【選択図】図１
2013256412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地板を融液に浸漬し、そのあと融液から取り出すことによって、下地板の表面に薄板を形成する薄板製造装置であって、
容器と、
前記容器内に配置され、融液を溜める坩堝と、
水平方向に延伸する第１の回転軸を中心に回転可能に設けられる腕部材と、
下地板を保持する保持部を有し、水平方向に延伸する第２の回転軸を中心に回転可能に設けられ、前記第２の回転軸の軸上で前記腕部材に連結される回転部材とを備え、
前記腕部材は、前記容器の外側に配置される、薄板製造装置。
【請求項２】
前記腕部材として、前記第２の回転軸の軸方向における前記回転部材の一方端および他方端にそれぞれ連結される第１の腕部材および第２の腕部材が設けられ、
前記容器は、前記第１の腕部材と前記第２の腕部材との間に配置される、請求項１に記載の薄板製造装置。
【請求項３】
前記容器は、鉛直方向上側に配置される上壁を有し、
前記第１の回転軸は、前記上壁の上方に位置する、請求項１または２に記載の薄板製造装置。
【請求項４】
前記容器には、前記回転部材が挿通される開口部が形成され、
前記開口部は、前記腕部材の回転に伴って移動する前記回転部材の可動領域に開口する、請求項１から３のいずれか１項に記載の薄板製造装置。
【請求項５】
前記開口部を塞ぐように設けられ、前記腕部材の回転と連動して移動する蓋部材をさらに備える、請求項４に記載の薄板製造装置。
【請求項６】
前記蓋部材は、前記腕部材に固定され、回転する前記腕部材とともに移動する、請求項５に記載の薄板製造装置。
【請求項７】
前記保持部は、前記保持部に保持された下地板の表面の中心と、前記第２の回転軸とを結ぶ直線が、下地板の表面が延在する平面に対して斜めに交わるように設けられる、請求項１から６のいずれか１項に記載の薄板製造装置。
【請求項８】
前記保持部に対する下地板の着脱時、前記保持部は、下地板が前記坩堝の直上からずれた位置であって、下地板の表面が上方に向きつつ水平方向に延在するように位置決めされる、請求項１から７のいずれか１項に記載の薄板製造装置。
【請求項９】
前記容器内が不活性ガス雰囲気とされる、請求項１から８のいずれか１項に記載の薄板製造装置。
【請求項１０】
前記不活性ガスは、アルゴンもしくは窒素を主成分とするガスである、請求項９に記載の薄板製造装置。
【請求項１１】
前記容器内に前記不活性ガスを供給するガス供給機構をさらに備える、請求項９または１０に記載の薄板製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、薄板製造装置に関し、より特定的には、下地板を融液に浸漬することによって下地板表面に薄板を形成するための薄板製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の薄板製造装置に関して、たとえば、特開２００９−２９８６０９号公報には、基板の浸漬角度を任意に変更し、浸漬条件の自由度を向上させることを目的とした薄板製造装置が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された薄板製造装置は、下地板を移動させて、坩堝内の溶融金属もしくは半導体に浸漬するための浸漬装置を備える。浸漬装置は、水平の第１の回転中心を中心に旋回する一対の腕部材と、腕部材の先端近傍に水平な第２の回転中心を有する回転軸部材と、回転軸部材に設けられ、下地板を保持するための台座とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９８６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された薄板製造装置においては、下地板を融液に浸漬し、下地板表面に薄板を成長させる。そして、薄板が形成された下地板を融液から取り出すことによって、薄板を製造する。
【０００５】
たとえば、太陽電池に用いられる多結晶シリコン薄板を製造する場合、坩堝内に配置された融液に下地板を浸漬する。坩堝は、不活性雰囲気に保たれたチャンバ内に設置されている。融液は、リンまたはボロンなどのドーパントを添加した高純度シリコンなどの半導体材料が加熱溶解されたものである。これにより、下地板の表面に多結晶シリコン薄板が形成される。次に、薄板が形成された下地板をチャンバ外に搬出し、さらに、下地板より薄板を剥離する。次に、薄板を、所望のサイズとなるようにレーザーもしくはダイサーなどによって切断することによって、太陽電池用ウェハを得る。代表的には、剥離後の下地板に、所定の選別・クリーニングなどの処理を施し、その後、再び下地板をチャンバ内に戻すことによって、繰り返し薄板製造に使用する。薄板の製造ライン上で下地板を循環させることによって、薄板を効率よく連続的に製造することができる。
【０００６】
このような薄板製造装置は、坩堝や坩堝内の融液の酸化を防ぐことを目的として、不活性雰囲気下で坩堝を収容する容器（チャンバ）を備える。しかしながら、下地板を移動させるための浸漬機構などの主な機構が容器に収納されていると、容器を大型化せざるを得ないという問題が生じる。また、主要な機構が容器に収納されている場合、これら機構をメンテナンスする際に、製造装置を停止し、融液を冷却してから、各機構を取り出して作業を行なう必要が生じる。
【０００７】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、小型で、メンテナンス性に優れた薄板製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に従った薄板製造装置は、下地板を融液に浸漬し、そのあと融液から取り出すことによって、下地板の表面に薄板を形成する薄板製造装置である。薄板製造装置は、容器と、容器内に配置され、融液を溜める坩堝と、水平方向に延伸する第１の回転軸を中心に回転可能に設けられる腕部材と、下地板を保持する保持部を有し、水平方向に延伸する第２の回転軸を中心に回転可能に設けられ、第２の回転軸の軸上で腕部材に連結される回転部材とを備える。腕部材は、容器の外側に配置される。
【０００９】
このように構成された薄板製造装置によれば、第１の回転軸を中心に回転する腕部材と、第２の回転軸を中心に回転する回転部材との協働により、下地板を融液に浸漬したり、融液から取り出したりする。この際、腕部材および回転部材のうち腕部材が容器の外側に配置されるため、容器を小型化することができる。また、可動部である腕部材が容器の外側に配置されるため、腕部材を可動させるための部品のメンテナンス性を向上させることができる。
【００１０】
また好ましくは、腕部材として、第２の回転軸の軸方向における回転部材の一方端および他方端にそれぞれ連結される第１の腕部材および第２の腕部材が設けられる。容器は、第１の腕部材と第２の腕部材との間に配置される。このように構成された薄板製造装置によれば、第１の腕部材および第２の腕部材が容器の外側に配置されるため、小型で、メンテナンス性に優れた薄板製造装置を実現することができる。
【００１１】
また好ましくは、容器は、鉛直方向上側に配置される上壁を有する。第１の回転軸は、上壁の上方に位置する。このように構成された薄板製造装置によれば、容器の上壁の上方に空いた空間を利用して、第１の回転軸を配置することができる。
【００１２】
また好ましくは、容器には、回転部材が挿通される開口部が形成される。開口部は、腕部材の回転に伴って移動する回転部材の可動領域に開口する。このように構成された薄板製造装置によれば、容器と、腕部材の回転に伴って移動する回転部材とが干渉することを防止できる。
【００１３】
また好ましくは、薄板製造装置は、開口部を塞ぐように設けられ、腕部材の回転と連動して移動する蓋部材をさらに備える。このように構成された薄板製造装置によれば、大気が開口部を通じて容器内に侵入することを抑制できる。
【００１４】
また好ましくは、蓋部材は、腕部材に固定され、回転する腕部材とともに移動する。このように構成された薄板製造装置によれば、腕部材の回転と連動して蓋部材が移動する構造を簡易に構成することができる。
【００１５】
また好ましくは、保持部は、保持部に保持された下地板の表面の中心と、第２の回転軸とを結ぶ直線が、下地板の表面が延在する平面に対して斜めに交わるように設けられる。
【００１６】
このように構成された薄板製造装置によれば、下地板の表面を上方に向けつつ保持部材に対して下地板を着脱する際に、直線が下地板の表面が延在する平面に対して直交する場合と比較して、腕部材と下地板とが離れて位置決めされる。このため、腕部材と下地板との干渉を避けるために腕部材を大きく回転させる必要がなく、腕部材が回転する範囲を小さく設定することができる。結果、薄板製造装置をさらに小型化することができる。
【００１７】
また好ましくは、保持部に対する下地板の着脱時、保持部は、下地板が坩堝の直上からずれた位置であって、下地板の表面が上方に向きつつ水平方向に延在するように位置決めされる。このように構成された薄板製造装置によれば、保持部に対して下地板を着脱する工程を、容易かつ安全に行なうことができる。
【００１８】
また好ましくは、容器内が不活性ガス雰囲気とされる。また好ましくは、不活性ガスは、アルゴンもしくは窒素を主成分とするガスである。このように構成された薄板製造装置によれば、坩堝もしくは坩堝内の融液の酸化を防ぐことができる。
【００１９】
また好ましくは、薄板製造装置は、容器内に不活性ガスを供給するガス供給機構をさらに備える。このように構成された薄板製造装置によれば、容器内に大気が侵入することを抑制できる。
【発明の効果】
【００２０】
以上に説明したように、この発明に従えば、小型で、メンテナンス性に優れた薄板製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施の形態における薄板製造装置を示す断面図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿った薄板製造装置を示す断面図である。
【図３】図１中の薄板製造装置の一部を示した分解組み立て図である。
【図４】図１中の薄板製造装置を用いて薄板を製造する場合の浸漬機構の動作を示す側面図である。
【図５】本実施の形態における薄板製造装置において、チャンバ内を旋回移動する下地板を示す側面図である。
【図６】比較例における薄板製造装置において、チャンバ内を旋回移動する下地板を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
【００２３】
図１は、この発明の実施の形態における薄板製造装置を示す断面図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿った薄板製造装置を示す断面図である。
【００２４】
図１および図２を参照して、本実施の形態における薄板製造装置１０および薄板製造装置１０を用いて薄板を製造する方法は、主に、シリコン融液やゲルマニウム融液などの原料融液４２に下地板２１を浸漬させ、そのあと、下地板２１を原料融液４２から脱出させて、原料融液４２の凝固により下地板２１の表面２２にシリコンシートなどの薄板を形成する薄板製造に適用される。
【００２５】
薄板製造装置１０は、チャンバ３１および坩堝４１を有する。チャンバ３１は、筐体形状を有する。チャンバ３１は、ステンレスや鉄などの金属から形成されている。チャンバ３１の内部には、内部空間３０が形成されている。チャンバ３１は、内部空間３０を区画形成する部位として、側壁３２ｐおよび側壁３２ｑと（以下、特に区別しない場合は側壁３２という）、上壁３３ｍおよび上壁３３ｎと（以下、特に区別しない場合は上壁３３という）、縦壁３４と、底壁３５とを有する。
【００２６】
側壁３２は、鉛直方向に板状に延在している、側壁３２ｐと側壁３２ｑとは、水平方向に互いに距離を隔てて配置されている。上壁３３および底壁３５は、それぞれ、チャンバ３１の鉛直方向上側および鉛直方向下側に配置されている。上壁３３と底壁３５とは、鉛直方向に互いに距離を隔てて配置されている。上壁３３ｍと上壁３３ｎとは、鉛直方向に段差を有して配置されている。底壁３５を基準とした場合の上壁３３ｍの高さは、底壁３５を基準とした場合の上壁３３ｎの高さよりも大きい。縦壁３４は、上壁３３ｍと上壁３３ｎとの間で鉛直方向に延在している。
【００２７】
坩堝４１は、チャンバ３１内の内部空間３０に収容されている。坩堝４１は、カーボンまたはシリカから形成されている。薄板製造時、坩堝４１には、固体原料が充填される。固定原料が、ヒーター加熱、ランプ加熱もしくは誘導加熱などにより融解されることによって、坩堝４１内に原料融液４２が得られる。たとえば、薄板として太陽電池薄板を製造する場合には、坩堝４１にシリコン塊が充填され、そのシリコン塊を加熱することによって、シリコン融液が得られる。
【００２８】
なお、原料融液４２が不足する場合や、薄板製造によって原料融液４２が減少する場合には、図示しない原料追加装置を設けることによって、原料を坩堝４１に追加する構成としてもよい。この場合、坩堝４１に固体原料を追加してもよいし、原料融液を追加してもよい。
【００２９】
チャンバ３１には、薄板が形成される前の下地板２１をチャンバ３１内に搬入するための図示しない搬入口と、薄板が形成された後の下地板２１をチャンバ３１外に搬出するための図示しない搬出口とが形成されている。
【００３０】
チャンバ３１内は、坩堝４１もしくは原料融液４２と、雰囲気ガスとの反応を抑制するために、不活性ガスが充填されていることが好ましい。たとえば、黒鉛坩堝やシリコン融液は、酸素などと反応して、消耗、反応物発生が懸念されるため、アルゴンや窒素を主成分とするガスをチャンバ３１内に充填することが好ましい。
【００３１】
図示しない搬入口および搬出口を通じたチャンバ３１の外側には、副室が設けられてもよい。この場合、チャンバ３１に対して下地板２１を搬入もしくは搬出する際に、副室にてガス置換を行なうことによって、チャンバ３１内に大気が混入することを防止できる。
【００３２】
一方、薄板製造装置１０には、チャンバ３１内に一定量以上の不活性ガスを連続的に供給するためのガス供給機構が設けられてもよい。このような構成によれば、チャンバ３１内の不活性ガス雰囲気を大気圧以上に保ち、搬入口や搬出口から不活性ガスを排出するガス流れが形成される。これにより、仮に副室が設けられない場合であっても、チャンバ３１内への大気の混入を防ぐことができる。
【００３３】
チャンバ３１内の内部空間３０は、薄板製造の開始の時点では大気雰囲気であるが、坩堝４１に充填された固体原料を融解するまでに、チャンバ３１内を不活性雰囲気に置換することが好ましい。
【００３４】
チャンバ３１内を不活性雰囲気に置換する方法としては、一般的には、チャンバ３１内を真空引きし、そのあと不活性ガスを投入する方法が考えられるが、後述するように、本実施の形態では、チャンバ３１に開口部３６が形成されるため、真空引きが可能な程度にまでチャンバ３１を密閉することが難しい。このため、開口部３６における密閉度を可能な限り高めた上で、チャンバ３１内を真空引きすることなく、不活性ガスを投入する方法が好ましい。
【００３５】
このような方法によれば、不活性ガスの投入に伴い不活性ガスがチャンバ３１内の大気を徐々に押し出すことによって、固体原料の融解時に許容できる程度にまで大気濃度を低減することが可能となる。この場合、チャンバ３１は、真空引きされないため、低い強度で（具体的には、壁厚を小さくして）構成してもよい。これにより、薄板製造装置１０の設備コストを低減することができる。
【００３６】
図３は、図１中の薄板製造装置の一部を示した分解組み立て図である。図１から図３を参照して、薄板製造装置１０は、下地板２１を原料融液４２に浸漬したり、原料融液４２から取り出したりするための浸漬機構として、腕部材６１と、連結用シャフト６６と、（第１の）回転動力源としてのモータ６８と、回転部材５０と、（第２の）回転動力源としてのモータ５６とを有する。
【００３７】
腕部材６１は、一方端６１ｊおよび他方端６１ｋを有し、一方端６１ｊと他方端６１ｋとの間で板状に延在して形成されている。腕部材６１は、水平方向に延伸する仮想上の回転軸１０２を中心に回転可能なように設けられている。回転軸１０２は、他方端６１ｋから離れた位置で腕部材６１に交差している。
【００３８】
本実施の形態では、腕部材６１として、一対の腕部材６１Ａおよび腕部材６１Ｂが設けられている。腕部材６１Ａと腕部材６１Ｂとは、水平方向に互いに距離を隔てて配置されている。腕部材６１Ａと腕部材６１Ｂとは、連結用シャフト６６によって互いに連結されている。連結用シャフト６６は、回転軸１０２と同軸に配置されている。連結用シャフト６６は、図示しない支持機構により、回転軸１０２を中心に回転自在に支持されている。
【００３９】
連結用シャフト６６は、一方端６６ｊおよび他方端６６ｋを有し、一方端６６ｊと他方端６６ｋとの間で回転軸１０２に沿って円柱状に延びて形成されている。一方端６６ｊが腕部材６１Ａの一方端６１ｊに接続され、他方端６６ｋが腕部材６１Ｂの一方端６１ｊに接続されている。
【００４０】
モータ６８は、回転動力を発生し、腕部材６１に対して回転軸１０２を中心に回転するための駆動力を付与する回転動力源として設けられている。モータ６８は、エンコーダによって回転数や回転位置がモニターされ、任意の速度や位置に回転するように駆動されることが好ましい。モータ６８と連結用シャフト６６とは、モータ出力や必要なトルク、速度から算出されたギヤやカップリング等を介して、互いに接続されることが好ましい。
【００４１】
本実施の形態では、モータ６８で発生した回転動力が連結用シャフト６６に伝達されることによって、腕部材６１が回転軸１０２を中心に揺動する。具体的には、連結用シャフト６６の一方端６６ｊと他方端６６ｋとの間には、モータ６８で発生した回転動力を連結用シャフト６６に伝達する機構としてのギヤ６７が設けられている。ギヤ６７は、連結用シャフト６６の一方端６６ｊと他方端６６ｋとの間の中心に設けられている。モータ６８の出力軸には、ギヤ６９が嵌め合わされている。モータ６８は、ギヤ６９とギヤ６７とが互いに噛み合うように配置されている。
【００４２】
モータ６８の駆動に伴って、ギヤ６９から出力された回転動力がギヤ６７を通じて連結用シャフト６６に伝達され、連結用シャフト６６を回転軸１０２を中心に正回転および反回転させる。これにより、連結用シャフト６６の両端に接続された腕部材６１Ａおよび腕部材６１Ｂが、回転軸１０２を中心に揺動する。
【００４３】
なお、腕部材６１の一方端６１ｊを回転軸１０２が交差する位置よりさらに延伸させ、その先端にバランサを取り付けてもよい。この場合、腕部材６１を揺動させるための駆動力を低減することができる。また、モータ６８で発生した回転動力を連結用シャフト６６に伝達する位置は、連結用シャフト６６の一方端６６ｊと他方端６６ｋとの間に限られず、たとえば、モータ６８の出力軸を連結用シャフト６６の一方端６６ｊに接続してもよい。
【００４４】
本実施の形態では、モータ６８で発生した回転動力を連結用シャフト６６に伝達する動力伝達機構として、ギヤ６７およびギヤ６９を用いたが、本発明はこれに限られず、たとえばベルトを用いてもよい。
【００４５】
回転部材５０は、水平方向に延伸する仮想上の回転軸１０１を中心に回転可能なように設けられている。回転軸１０１は、回転軸１０２よりも下方に位置している。回転部材５０は、回転軸１０１の軸上で腕部材６１に連結されている。回転部材５０は、回転シャフト５２および保持台５１から構成されている。
【００４６】
回転シャフト５２は、水平方向に延伸する回転軸１０１と同軸に配置されている。回転シャフト５２は、連結用シャフト６６と平行に配置されている。回転シャフト５２は、一方端５２ｊおよび他方端５２ｋを有し、一方端５２ｊと他方端５２ｋとの間で回転軸１０１に沿って円柱状に延びて形成されている。
【００４７】
回転シャフト５２は、回転軸１０１を中心に回転可能なように腕部材６１に支持されている。回転シャフト５２の一方端５２ｊが腕部材６１ｐの他方端６１ｋに支持され、回転シャフト５２の他方端５２ｋが腕部材６１ｑの他方端６１ｋに支持されている。
【００４８】
保持台５１は、回転シャフト５２と一体に設けられている。保持台５１は、回転シャフト５２の一方端５２ｊと他方端５２ｋとの間に設けられている。保持台５１は、回転軸１０１からその半径方向に距離を隔てた位置に下地板２１を保持することが可能なように設けられている。
【００４９】
モータ５６は、回転動力を発生し、回転シャフト５２に対して回転軸１０１を中心に回転するための駆動力を付与する回転動力源として設けられている。モータ５６は、エンコーダによって回転数や回転位置がモニターされ、任意の速度や位置に回転するように駆動されることが好ましい。モータ５６と回転シャフト５２とは、モータ出力や必要なトルク、速度から算出されたギヤやカップリング等を介して接続されることが好ましい。
【００５０】
回転軸１０１を中心に回転する回転シャフト５２の芯ズレを防ぐことを目的に、回転シャフト５２の両端をベアリングを介して腕部材６１により支持することが好ましい。
【００５１】
本実施の形態では、腕部材６１の他方端６１ｋにモータ５６が取り付けられている。モータ５６の出力軸は、腕部材６１に固定されたベアリング５７を介して、回転シャフト５２に接続されている。回転シャフト５２は、腕部材６１の揺動運動に伴って回転軸１０２を中心に円弧状に移動するとともに、モータ５６の駆動によって回転軸１０１を中心に回転する。
【００５２】
なお、本実施の形態では、腕部材６１Ａおよび腕部材６１Ｂにより下地板２１が両持ち支持される構造について説明したが、本発明はこれに限られず、１つの腕部材６１によって下地板２１が片持ち支持される構造であってもよい。
【００５３】
また、薄板製造装置が備える浸漬機構は、回転運動する腕部材および回転部材の協働によって、下地板を融液に浸漬したり融液から取り出したりできる構造であれば、特に限定されるものではない。たとえば、本実施の形態では、腕部材６１を揺動させる動力源としてモータ６８を用いたが、替わりに、ボールねじの直線運動を回転運動に変換して腕部材６１に伝達する構造としてもよい。
【００５４】
本実施の形態における薄板製造装置１０においては、腕部材６１がチャンバ３１の外側に配置されている。腕部材６１Ａは、チャンバ３１の側壁３２ｐと隣り合ってチャンバ３１の外側に配置され、腕部材６１Ｂは、チャンバ３１の側壁３２ｑと隣り合ってチャンバ３１の外側に配置されている。チャンバ３１および坩堝４１は、腕部材６１Ａと腕部材６１Ｂとの間に配置されている。
【００５５】
さらに、連結用シャフト６６およびモータ６８は、チャンバ３１の外側に配置されている。連結用シャフト６６およびモータ６８は、上壁３３の上方に配置されている。連結用シャフト６６およびモータ６８は、上壁３３ｎの上方に配置されている。連結用シャフト６６およびモータ６８は、上壁３３ｎの上方であって、かつ縦壁３４に隣り合う位置に配置されている。モータ５６は、チャンバ３１の外側に配置されている。
【００５６】
チャンバ３１には、開口部３６が形成されている。開口部３６は、チャンバ３１の側壁３２ｐおよび側壁３２ｑをそれぞれ貫通するように形成されている。開口部３６には、回転シャフト５２が挿通されている。回転シャフト５２は、保持台５１が配置される内部空間３０から開口部３６を通じてチャンバ３１の外側に延出し、チャンバ３１の外側で腕部材６１により支持されている。
【００５７】
開口部３６は、腕部材６１の揺動運動に伴って移動する回転シャフト５２の可動領域に開口する。すなわち、腕部材６１の揺動運動に伴って回転シャフト５２が回転軸１０２を中心に円弧状に移動することを可能とするため、開口部３６は、回転シャフト５２が移動する範囲に沿って円弧状に延びて形成されている。
【００５８】
本実施の形態では、大気がチャンバ３１内に混入することを防ぐため、開口部３６を塞ぐように可動蓋３８が設けられている。可動蓋３８は、腕部材６１の揺動運動に伴って円弧状に移動する回転シャフト５２と干渉しないように、腕部材６１の揺動運動と連動して移動する。可動蓋３８は、腕部材６１に固定されており、腕部材６１の揺動運動に伴って回転シャフト５２とともに円弧状に移動する。
【００５９】
なお、開口部３６を塞ぐ蓋部材は、可動蓋３８を用いた構造に限られず、たとえば、蓋部材をシャッター構造として回転シャフト５２の移動に連動する構造としてもよい。
【００６０】
図４は、図１中の薄板製造装置を用いて薄板を製造する場合の浸漬機構の動作を示す側面図である。
【００６１】
図１から図４を参照して、薄板製造時、まず、図示しない搬入機構により、下地板２１をチャンバ３１内に搬入し、保持台５１に取り付ける。続いて、以下に説明する浸漬動作によって、下地板２１の表面２２に薄板を成長させる。そのあと、薄板が形成された下地板２１を保持台５１から取り外し、図示しない搬出機構によってチャンバ３１外に搬出する。
【００６２】
図４中では、下地板２１を保持台５１に対して取り付け／取り外しする位置５０１と、原料融液４２に対して下地板２１のアプローチを開始する位置５０２と、下地板２１を原料融液４２に浸漬する位置５０３とが示されている。本実施の形態における薄板製造装置１０においては、回転軸１０２を中心とする腕部材６１（腕部材６１Ａ，腕部材６１Ｂ）の揺動運動と、回転軸１０１を中心とする回転部材５０の回転運動とによって、下地板２１を、位置５０１、位置５０２および位置５０３を順に通るように旋回移動させる。
【００６３】
腕部材６１および回転部材５０の動作に、サーボモータによるモーションコントロールを用いる場合、予めモーションコントローラに動作プログラムを転送しておくことにより、浸漬開始指令によって腕部材６１の揺動と回転部材５０の回転とを同期させながらサーボモータを動作させる。
【００６４】
下地板２１を保持台５１に対して取り付け／取り外しする位置５０１（下地板２１を交換する位置５０１）において、下地板２１は、坩堝４１の直上からずれた位置であって、薄板が形成される下地板２１の表面２２が上方を向きつつ水平方向に延在するように位置決めされる。このとき、腕部材６１は、回転軸１０２を中心とする揺動端に配置され、回転部材５０は、下地板２１が回転シャフト５２よりも高い位置に位置するように配置される。本実施の形態では、下地板２１を交換する位置５０１は、上壁３３ｍおよび縦壁３４に隣り合う位置である。
【００６５】
原料融液４２に対して下地板２１のアプローチを開始する位置５０２において、下地板２１は、薄板が形成される下地板２１の表面２２が下方を向くように位置決めされる。このとき、腕部材６１は、位置５０１における揺動端とは反対側の揺動端に配置され、回転部材５０は、下地板２１が回転シャフト５２よりも低い位置に位置するように配置される。
【００６６】
下地板２１を原料融液４２に浸漬する位置５０３において、下地板２１は、薄板が形成される下地板２１の表面２２が下方を向くように位置決めされる。このとき、腕部材６１は、位置５０１における揺動端と位置５０２における揺動端との間を移動し、回転部材５０は、下地板２１が回転シャフト５２よりも低い位置に位置するように配置される。
【００６７】
なお、下地板２１が原料融液４２に浸漬している間の下地板２１の軌道は、回転軸１０２を中心とする円弧軌道であることが好ましい。本実施の形態では、腕部材６１が揺動する間、回転部材５０を駆動させるためのモータ５６も回転軸１０１と同軸を保ったまま回転部材５０とともに揺動する。このため、回転部材５０にブレーキをかけておけば、腕部材６１の揺動運動によって、下地板２１は好ましい円弧軌道を移動することができる。
【００６８】
この場合、腕部材６１と回転部材５０との動作を完全に同期させる制御を必要とせずに、腕部材６１のみの動作によって下地板２１に対する浸漬工程を実施することができる。これにより、複数の動力源の同期制御による課題を解決するだけでなく、動作精度の悪化（特に振動）を生じさせる要因が低減し、下地板２１を高精度かつ滑らかに移動させることができる。
【００６９】
本実施の形態における薄板製造装置１０では、浸漬機構１５を構成する腕部材６１と、回転部材５０および腕部材６１を駆動させるためのモータ５６，６８とが、チャンバ３１の外側に配置され、保持台５１および回転シャフト５２から構成される回転部材５０のみがチャンバ３１内に配置されている。
【００７０】
このような構成によれば、チャンバ３１の容量を大幅に低減することができる。一般的に、チャンバ３１はステンレス製や鉄製であり、かつ、その側壁や上壁は冷媒を用いて冷却されている。このため、チャンバ３１は、装置コストの中に占める割合が大きく、チャンバ３１を小さくできるということは設備コストを大幅に低減できることになる。また、チャンバ３１の容量が小さくなれば、使用される不活性ガス量を抑制することもできる。
【００７１】
また、浸漬機構のうち特に高温に弱い部材である可動部、つまり回転動力部（モータ）やシャフトを支えるベアリングが、チャンバ３１の外側に設置されるため、チャンバ３１内の雰囲気熱や輻射熱を受けることがない。これにより、特別な耐熱仕様や冷却機構を用いなくても、回転動力部やベアリングの熱による故障や寿命短縮を防ぎ、その結果、薄板製造装置１０の設備コストおよびメンテナンスコストを削減することができる。
【００７２】
さらに、腕部材６１などの構造体もチャンバ３１の外側に設置することで、熱による伸縮対策が不要となる。これにより、薄板製造装置１０の設計コスト、製造コストおよびメンテナンスコストを低減することができる。加えて、腕部材６１の支持部における余分な遊びを減らすことにもなるため、下地板２１の動作精度を向上させることができる。
【００７３】
図５は、本実施の形態における薄板製造装置において、チャンバ内を旋回移動する下地板を示す側面図である。図６は、比較例における薄板製造装置において、チャンバ内を旋回移動する下地板を示す側面図である。
【００７４】
図５および図６を参照して、図５中に示す本実施の形態における薄板製造装置１０においては、保持台５１が、保持台５１に保持された下地板２１の表面２２の中心２４と、回転軸１０１とを結ぶ仮想上の直線１２１が、下地板２１の表面２２が延在する平面に対して斜めに交わるように設けられている。一方、図６中に示す比較例における薄板製造装置２００においては、保持台５１が、保持台５１に保持された下地板２１の表面２２の中心２４と、回転軸１０１とを結ぶ仮想上の直線１２２が、下地板２１の表面２２が延在する平面に対して直交するように設けられている。
【００７５】
比較例における薄板製造装置２００では、下地板２１の表面２２の法線が、下地板２１の表面２２の中心２４と回転軸１０１とを結ぶ直線１２２と平行である。この場合、下地板２１を上方に向けた姿勢により交換するときに、下地板２１を交換する位置５０１で下地板２１と腕部材６１とが干渉することを避けるため、腕部材６１を図６中の左側に大きく揺動させる必要が生じる。これにより、下地板２１を交換する位置５０１は高い位置となる（このとき、下地板２１の鉛直下方向に回転軸１０１が位置決めされる）。また、下地板２１を原料融液４２に浸漬する際、腕部材６１を図６中の右側に大きく揺動させる必要が生じる。このため、腕部材６１を揺動させる範囲βが広くなる。
【００７６】
本実施の形態における薄板製造装置１０では、下地板２１の表面２２の法線が、下地板２１の表面２２の中心２４と回転軸１０１とを結ぶ直線１２１に対して傾斜する。この場合、下地板２１を上方に向けた姿勢により交換するときに、腕部材６１を図５中の左側に揺動させる角度を小さくできる（このとき、水平方向において、下地板２１と回転軸１０２との間に回転軸１０１が位置決めされる）。さらに、下地板２１を原料融液４２に浸漬する際、腕部材６１を図５中の右側に揺動させる角度を小さくできる、このため、腕部材６１を揺動させる範囲αが、上記の範囲βよりも狭くなる。
【００７７】
腕部材６１を揺動させる範囲が広い場合、回転シャフト５２の可動領域も広くなるため、チャンバ３１に形成する開口部３６の開口面積を大きく設定する必要が生じる。これにより、チャンバ３１内に大気が混入し易くなり、可動蓋３８も大型化せざるを得なくなる。これに対して、本実施の形態では、腕部材６１を揺動させる範囲を狭くできるため、このような懸念を解消することができる。
【００７８】
さらに、比較例における薄板製造装置２００では、下地板２１を交換する位置５０１が高い位置となる。このため、チャンバ３１の高さを十分に高くしたり、図示しない下地板２１の交換機構や搬送機構などを高い位置に設置したりする必要が生じ、その結果、装置コストは増加する。これに対して、本実施の形態では、下地板２１を交換する位置５０１を比較例と較べて低い位置に設定し、その分だけチャンバ３１の容量を小さくできる。また、チャンバ３１のコスト、周辺機器に掛かるコストおよびガス使用量などを削減することができる。
【００７９】
以上に説明した、この発明の実施の形態における薄板製造装置の構造についてまとめて説明すると、本実施の形態における薄板製造装置１０は、下地板２１を融液としての原料融液４２に浸漬し、そのあと原料融液４２から取り出すことによって、下地板２１の表面２２に薄板を形成する薄板製造装置である。薄板製造装置１０は、容器としてのチャンバ３１と、チャンバ３１内に配置され、原料融液４２を溜める坩堝４１と、水平方向に延伸する第１の回転軸としての回転軸１０２を中心に回転可能に設けられる腕部材６１と、下地板２１を保持する保持部としての保持台５１を有し、水平方向に延伸する第２の回転軸としての回転軸１０１を中心に回転可能に設けられ、回転軸１０１の軸上で腕部材６１に連結される回転部材５０とを備える。腕部材６１は、チャンバ３１の外側に配置される。
【００８０】
このように構成された、この発明の実施の形態における薄板製造装置１０によれば、装置の小型化とともに、装置の設備コストやメンテナンスコストを低減することができる。また、下地板２１の動作精度を向上させ、品質のよい薄板を製造することができる。
【００８１】
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】
【００８２】
この発明は、たとえば、太陽電池に用いられる多結晶シリコン薄板を製造する薄板製造に利用される。
【符号の説明】
【００８３】
１０，２００  薄板製造装置、１５  浸漬機構、２１  下地板、２２  表面、２４  中心、３０  内部空間、３１  チャンバ、３２，３２ｐ，３２ｑ  側壁、３３，３３ｍ，３３ｎ  上壁、３４  縦壁、３５  底壁、３６  開口部、３８  可動蓋、４１  坩堝、４２  原料融液、５０  回転部材、５１  保持台、５２  回転シャフト、５２ｊ，６１ｊ，６６ｊ  一方端、５２ｋ，６１ｋ，６６ｋ  他方端、５６，６８  モータ、５７  ベアリング、６１，６１Ａ，６１Ｂ  腕部材、６６  連結用シャフト、６７，６９  ギヤ、１０１，１０２  回転軸、１２１，１２２  直線、５０１，５０２，５０３  位置。
【図１】
2013256412.tif 000003
【図２】
2013256412.tif 000004
【図３】
2013256412.tif 000005
【図４】
2013256412.tif 000006
【図５】
2013256412.tif 000007
【図６】
2013256412.tif 000008