(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板成長面を有する基板を、金属材料もしく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材料の融液に接触させ、前記材料の薄板を基板に成長させることで、前記材料で形成された薄板を得る薄板製造方法において、基板の薄板成長面側から見たときに、融液が基板の薄板成長面側に向かって来るように前記基板と前記材料を相対的に移動させ、
薄板成長面の移動方向先端部が融液から離れる時点における、前記薄板成長面と融液面とのなす角度が２０度〜６０度であり、
前記薄板成長面の移動方向末端部が融液から離れる時点における、前記薄板成長面と融液面とのなす角度が６０度〜１００度である、
ことを特徴とする薄板製造方法。
【請求項２】
薄板成長面を有する基板が配置された移動体を移動させることにより、前記基板の薄板成長面を金属材料もしく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材料の融液に接触させ、その後、前記基板の表面を前記融液から離す一連の移動動作によって、前記材料の薄板を前記基板に成長させることで、前記材料で形成された薄板を得る薄板製造方法において、基板の薄板成長面側から見たときに、融液が基板の薄板成長面側に向かって来るように前記移動体を移動させ、
薄板成長面の移動方向先端部が融液から離れる時点における、前記薄板成長面と融液面とのなす角度が２０度〜６０度であり、
前記薄板成長面の移動方向末端部が融液から離れる時点における、前記薄板成長面と融液面とのなす角度が６０度〜１００度である、
ことを特徴とする薄板製造方法。
【請求項３】
薄板成長面を有する基板を配置した移動体を移動させることにより、前記基板の薄板表面を、金属材料もしく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材料の融液に接触させ、その後、前記基板の薄板成長面を前記融液から離す一連の移動動作によって、前記材料の結晶を前記基板に成長させることで、前記材料で形成された薄板を得る薄板製造方法において、
前記基板が融液から離れるときの軌道が円軌道であり、
前記成長面の移動方向先端部と前記円軌道の回転軸中心との距離Ｒ1が、前記成長面の移動方向末端部と前記円軌道の回転軸中心との距離Ｒ2より小さいことを特徴とする薄板製造方法。
【請求項４】
半導体材料がシリコン材料であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薄板製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の薄板製造方法によって製造された薄板を用いた太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として太陽電池などに用いることができる薄板製造方法およびその薄板製造方法によって得られた薄板を用いた太陽電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶融シリコンから直接シリコン薄板を引き出す装置としては、特許第２５７５８３８号公報などに開示されたシリコン・デンドライトウェブ結晶成長装置がある。このデンドライトウェブ結晶成長装置の主要部分としては、シリコン融液が入ったるつぼを収容するサセプタとスロットを有したサセプタ蓋、コイル誘導加熱器などの加熱要素から構成されている。この装置を用いると、サセプタ蓋のスロットから、連続して（１１１）の結晶方向で成長した薄い薄板状のデンドライトウェブを引き出すことが可能である。
【０００３】
この方法によると、デンドライトウェブは薄い薄板状であり、デバイス製造に先立ってスライスなどの二次加工がほとんど必要無いため、インゴットをワイヤーソーなどによりスライスしてウエハを得る従来のシリコンウエハの製造法よりも、プロセスコストおよび原料費の双方を低減することができるとされている。なお、一般的には、１５０μｍのシリコン薄板を得るためには、引き出し速度は約１．３〜１．４ｃｍ／分の速度で成長させることができる。
【０００４】
一方、回転冷却体を溶融シリコン中に浸漬して、冷却体表面に固化成長する低コストなシリコン薄板を得ようとする方法としては、特開平１０―２９８９５号公報などに開示されたシリコン薄板の製造装置がある。
【０００５】
このシリコン薄板の製造装置の主要部分としては、シリコンの加熱溶解部と回転冷却体を含む冷却部とで構成されている。図２２に示すように、耐熱材で構成された回転体８１の円筒面の一部を、上下可動るつぼ８４内の溶融シリコン中に浸漬し、該冷却体を回転させながらカーボンネット８８を引き出すことによって、カーボンネット上に固化成長したシリコン薄板８２を連続的に取出す。
【０００６】
この方法によると、インゴットをワイヤーソーなどによりスライスしてウエハを得る従来のシリコンウエハの製造法よりも、プロセスコストおよび原料費の双方を低減することができるとされている。また、回転冷却体がシリコンを強制冷却かつ引き出し、支持を行なうため、引き出し速度を大幅に向上することが可能である。なお、回転冷却体の大きさ、回転数によって、引き出し速度は制御可能であるが、一般的に１０ｃｍ／分以上で引き出すことが可能である。
【０００７】
シリコン・デンドライトウェブ結晶成長装置においては、成長速度が約１．３ｃｍ／分と遅い。そのため、生産性を向上させることが困難である。
【０００８】
一方、特開平１０−２９８９５号公報に開示されたシリコン薄板の製造方法においては、一般的に１０ｃｍ／分以上の高速引き出しが可能である。しかしながら、回転冷却体を支持、回転し、また冷却媒体を導排出させる回転軸のシリコン融液への浸漬を防止するために、回転冷却体の浸漬深さを大きくするためには装置の大型化が必要となる。このため、この方法によると、融液から固化成長したシリコン薄板が融液から離れるときの、成長面と融液面とのなす角度が小さいために、薄板表面を平滑化することが困難になっている。
【０００９】
従来のシリコン薄板製造方法について図２２を用いて詳細に説明する。るつぼ８４内には融液が満たされている。回転体８１にはカーボンネット８８が追随するようになっており、このカーボンネット８８に、シリコン融液が這い上がる。這い上がったシリコン融液８２ａは、冷却されたのち、液だまり８２ｂとなる。この方法によると、融液面から２０ｍｍ程度の高さまで、シリコン融液が表面張力によって這い上がっていることによって、さらに回転が進むと、表面に這い上がったシリコン融液８２ａが融液内で固化成長している平滑薄板上に残ることになり、この残ったシリコン融液は表面張力が大きいために液が均一に分布せずに局在し、雫のような形状の液だまり８２ｂが残る。これが徐々に固まることによってシリコン薄板の表面うねりが大きくなる。また、そのうねりの表面にも小さい突起が生じる。
【００１０】
また、取出したシリコン薄板の断面を確認したところ、シリコン融液８３内で成長した均一厚の柱状結晶の上に、厚さ５０〜５００μｍ、粒径５０〜１００μｍ程度のランダム配向領域が確認された。これは、均一柱状結晶の上に這い上った液だまりが固化したものであり、柱状結晶に比べて粒径が小さく、シリコン薄板の厚み方向の結晶粒界も多いため、たとえば太陽電池として使用した場合、この部分の粒界がキャリアを再結合させる要因となる欠陥になることがわかる。
【００１１】
同様に、図８のように、回転体２１の表面に、平面もしくは平面に加工を施した面（以下、略平面と称する）の成長面を持つ多角柱型回転体を用いた場合も、成長面が融液から離れるときの、成長面と融液面とのなす角度を大きくすることは困難であり、表面に這い上がったシリコン融液が融液内で固化成長している平滑薄板上に残ることになり、シリコン融液の表面張力が大きいために液が均一に分布せずに局在し、雫のような形状の液だまりが残る。これが固まることによってシリコン薄板の表面うねりが大きくなる。
【００１２】
このように、回転体をシリコン融液に浸漬して、その表面にシリコン薄板を固化成長させる方法は、高速引き出しが可能であるが、表面にシリコン融液が這い上がり、表面の平滑性、結晶性を低下させる原因となっている。この、這い上がり、液だまりを防止しつつ、高速で、平滑な薄板を連続して引き出すためには、薄板表面に這い上がる融液の量を低減させるために、成長面が融液から離れるときの、成長面と融液面とのなす角度を垂直に近づける必要がある。
【００１３】
このようなシリコン薄板を用いて太陽電池を作製しようとすれば、新たに機械的な研磨などの平滑化が必要となり、低コスト化を阻害する要因となっている。すなわち、かかる状況においては、勿論安定した連続成長も困難である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題を解決するものであり、シリコン薄板の表面に生じる小さい突起の発生を抑制し、平坦表面を持つ薄板を得るとともに、その薄板を低コストで安定して連続的に成長させることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る薄板の製造方法は、薄板成長面を有する基板を、金属材料もしく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材料の融液に接触させ、前記材料の薄板を基板に成長させることで、前記材料で形成された薄板を得る薄板製造方法において、基板の薄板成長面側から見たときに、融液が基板の薄板成長面側に向かって来る（近づいてくる）ことを特徴とする薄板製造方法である。
【００１６】
本発明に係る薄板の他の製造方法は、薄板成長面を有する基板を配置された移動体を移動させることにより、前記基板の薄板成長表面を金属材料もしく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材料の融液に接触させ、その後、前記基板の薄板成長面を前記融液から離す一連の移動動作によって、前記材料の薄板を前記基板に成長させることで、前記材料で形成された薄板を得る薄板製造方法において、基板の薄板成長面側から見たときに、融液が基板の薄板成長面側に向かって来る（近づいてくる）ことを特徴とするシート製造方法である。
【００１７】
さらに本発明に係る薄板の製造方法は、薄板成長面を有する基板を配置された移動体を移動させることにより、前記基板の薄板成長面を、金属材料もしく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材料の融液に接触させ、その後、前記基板の薄板成長面を前記融液から離す一連の移動動作によって、前記材料の結晶を前記基板に成長させることで、前記材料で形成された薄板を得る薄板製造方法において、前記基板が融液から離れるときの軌道が円軌道であり、前記成長面の移動方向先端部と前記円軌道の回転軸中心との距離Ｒ1が、前記成長面の移動方向末端部と前記円軌道の回転軸中心との距離Ｒ2より小さいことを特徴とする薄板製造方法である。
【００１８】
また、薄板成長面の移動方向先端部が融液から離れる時点における、前記薄板成長面と融液面とのなす角度が２０度〜６０度であるとともに、前記薄板成長面の移動方向末端部が融液から離れる時点における、前記薄板成長面と融液面とのなす角度が６０度〜１００度とすることが好ましい。また、前記半導体材料はシリコン材料とすることが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る太陽電池は、本発明に係る薄板製造方法によって製造された薄板を用いて製造された太陽電池である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る製造方法では、基板上に薄板を成長させる場合の、融液の移動方向と移動速度、基板の移動方向と移動速度の関係を明確にすることで、得られる薄板表面の小さい突起の減少と薄板の平坦性を向上させるものである。
【００２１】
基板上に薄板を成長させる場合には、基板側が移動する場合と融液側が移動する場合の２通りがある。本発明では、融液が基板の薄板成長面側に向かって来る（近づいてくる）ことを特徴とする。すなわち、相対速度で定義することで実現可能となる。
【００２２】
図１および図２に、基板の移動方向と移動速度、および融液の移動方向と移動速度を変化させた場合を詳細に説明する。図番号２００および２１０は基板、２０１および２１１は融液面を示す。この図において、融液面と基板とのなす角が鋭角になっている面が薄板の成長面である。図では、説明のために、簡略化した基板と融液面だけを示しており、図中の矢印は、その移動の方向とその大きさを示している。この図の矢印は、基板もしくは融液が移動方向の水平方向成分のみを示している。すなわち、垂直方向成分については、任意で構わない。
【００２３】
本発明では、基板の移動速度の大小と、融液の移動速度の大小の場合に分けて、説明にする。まず、図１の基板の移動速度が融液の移動速度よりも速い場合（基板の移動速度＞融液の移動速度）について説明する。（ａ）は基板の移動方向と融液の移動方向が逆の場合、（ｂ）は基板の移動方向と融液の移動方向が同じ場合、（ｃ）は基板の移動方向と融液の移動方向が同じであるが（ｂ）とは逆方向の場合、（ｄ）は基板の移動方向と融液の移動方向が逆であり（ａ）とは逆方向の場合である。この図１において、得られる薄板に存在する小さい突起を抑制する効果のある場合は、（ａ）および（ｂ）のような状態になるときである。
【００２４】
次に、図２の基板の移動速度が融液の移動速度よりも遅い場合（基板の移動速度＜融液の移動速度）について説明する。（ａ）は基板の移動方向と融液の移動方向が逆の場合、（ｂ）は基板の移動方向と融液の移動方向が同じ場合、（ｃ）は基板の移動方向と融液の移動方向が同じであるが（ｂ）とは逆方向の場合、（ｄ）は基板の移動方向と融液の移動方向が逆であるが（ａ）とは逆方向の場合である。この図において、得られる薄板に存在する小さい突起を抑制する効果のある場合は、（ａ）および（ｂ）のような状態になるときである。
【００２５】
図１および図２において、それぞれ（ａ）および（ｂ）の状態になるときに、小さい突起の抑制に効果がある。これは、すなわち、基板の薄板成長面側から見たときに、融液が基板の薄板成長面側に向かって来る（近づいてくる）ことが共通している。逆に、小さい突起の抑制に効果が少ないのは、基板の薄板成長面側から見たときに、融液が基板の薄板成長面側から離れていく（遠ざかる）ことになる。
【００２６】
本発明は、言い換えれば、基板表面に融液状態の材料が成長するときに、常に基板側に融液が供給され続ける状態のときが小さな突起を抑制することが可能となる。この状態は、基板と融液面との界面にできるメニスカスの形状に起因している。
【００２７】
図３に、基板と融液との界面にできるメニスカス形状の模式図を示す。図中（ａ）は凸状のメニスカス、（ｂ）は凹状のメニスカスである。図番号２２０は凸状のメニスカス、２２１は基板、２２２は融液面、２２３は凸状のメニスカスである。この図において、メニスカスができる面を薄板の成長面（図中右側）にのみ図示しており、薄板の成長しない面（図３中、基板２２１の左側）には図示していない。図３において、基板表面上で融液が固化して、薄板が形成されるとき、（ａ）では、融液量が十分に供給され続けられているために、常にメニスカス形状が凸形状を保持できるのに対して、（ｂ）では、融液量が不十分となり、メニスカス形状が凹形状になる。
【００２８】
小さな突起が抑制できる場合、すなわち図１の（ａ）（ｂ）、図２の（ａ）（ｂ）の場合、メニスカス形状が凸の形状を維持できる状態が長く続くことが可能になる。一方、図１の（ｃ）（ｄ）、図２の（ｃ）（ｄ）の場合は、メニスカス形状が凹の形状になる確率が高くなり、突起を完全に抑制するのが困難になったり、薄板の均一性を損なう結果になる。これは、メニスカス形状が凸から凹になるときに、一旦メニスカスが切れる現象によるものである。基板の移動速度や融液の移動速度や融液材料の表面張力にもよるが、メニスカスが切れることで生じる融液表面の波打ちなどによって、得られる薄板の表面に小さな突起や薄板のうねりをもたらす。
【００２９】
本発明では、特に、基板や融液の移動方向の水平方向の速度成分を定義することで、小さな突起の抑制と、平坦性の向上の両立を図ることができるようになる。これまでは、基板の移動方向と移動速度、融液の移動方向と移動速度の関係について説明してきたが、次に、基板の移動方向と融液の移動方向について、説明する。
【００３０】
基板の移動方向は、直線軌道、円軌道、楕円軌道などが挙げられるが、上述してきたような、融液の移動方向との関係を維持できる軌道であれば特に問題はない。すなわち、直線軌道や円軌道などを含んだ複合的な軌道を有するものであっても良い。特に好ましいのは、基板の脱出時に円軌道を有するものが好ましい。円軌道にすることによって、薄板回収機構が容易になるだけでなく、上述してきたような、基板の移動方向と移動速度、融液の移動方向と移動速度の関係を容易に実現可能であるためである。すなわち、後で詳述するが、基板が融液から離れるときの軌道が円軌道であり、基板の成長面の移動方向先端部と円軌道の回転軸中心との距離（Ｒ1）が、基板の成長面の移動方向末端部と円軌道の回転軸中心との距離（Ｒ2）より小さいことにより、実現することが可能となる。このＲ1、Ｒ2二つの距離が同じであるということは、円軌道を描いていることを意味する。
【００３１】
このとき装置の一部分の概略断面図を、図４に示す。図は簡略化した基板、融液面、および基板の移動する軌跡などを示している。図番号２３０は傾斜のついた基板、２３１は基板取付け可能な固定台、２３２は固定台と回転軸中心に取付けられた軸、２３３は融液、２３４はるつぼ、２３５は基板の移動方向先端部が移動する軌跡、２３６は基板の移動方向末端部が移動する軌跡である。また、図番号２３０、２３１、２３２を合わせた基板を含む移動体（アセンブリ）が、融液への進入前と融液に浸漬中と融液からの脱出直前で示しており、この図では反時計回りで回転を行なっている図である。このような装置構成にすると、基板２３０の移動速度、言い換えれば回転速度を制御するだけで、本発明の条件を実現することが容易に可能になる。このような装置構成であると、基板の移動速度や移動方向は、回転速度と回転軸の方向によって制御できることになる。
【００３２】
一方、融液の移動速度や移動方向は、熱によって生じる融液の対流の仕方によって決まる。一般的に、熱によって生じる融液の対流は、温度の高い部分から低い部分に流れるが、るつぼ形状、加熱方法あるいは抜熱方法によって融液の対流の仕方は異なる。図４に示した構造であると、融液の制御温度によっても異なるが、融液最表面は加熱されない状態であるため、融液面からの抜熱が大きくなり、融液の移動方向も複雑になる傾向がある。そのために、融液表面からの抜熱量も考慮し、融液温度は融点以上の高めに保持しておくことが好ましい。
【００３３】
均一性が高く、小さい突起の少ない薄板を得るためには、基板の温度制御を精密に行なえる構成にすることが好ましい。すなわち、固定台２３１や回転軸２３２の内部に冷却ガスや冷却水などの冷却媒体を通すことで、成長面を有する基板２３０の低温化制御が可能になる。しかしながら、得られる薄板の品質を制御するためには、基板を加熱できる構造にすることも可能である。その場合、浸漬前にヒータによって温度制御することが好ましい。より安定した薄板を得るのであれば、冷却機構と加熱機構の両機構を備える方がより好ましい。
【００３４】
本発明において、基板の移動速度は、１ｃｍ／ｓｅｃ以上が好ましい。１ｃｍ／ｓｅｃ以上であると、基板が傾斜しているために、融液の移動速度をあまり考慮せずに行なうことができるためである。一方、１ｃｍ／ｓｅｃ以下であると、融液の移動速度と方向性を厳密に考慮する必要がでてくるためである。装置構成の簡素化から考えると、基板の移動速度のみで制御できる構成にするのが好ましい。
【００３５】
これまでの説明においては、特に基板の移動と融液の移動の両方が移動する場合について詳述してきたが、本発明による薄板の製造方法では、必ずしも基板が移動する必要はない。
【００３６】
図５を用いて、融液が移動するときについて説明する。図５は、融液が移動する際における装置の一部の概略斜視図である。この装置は成長面を有する基板２４０、該基板２４０を取付け脱着可能な固定基板２４１、２４２は上下動可能な軸２４２、融液を基板へ供給する傾斜台２４３、融液を保持しておくためのるつぼ２４４である。この図では、簡略化のために、上下動を行なうためのモータや、融液を保持するためヒータなどは示していない。るつぼ２４４内で保持された融液は、傾斜台２４３に融液状態で供給される。
【００３７】
次に、この状態で基板２４０を融液に接触させ、その後、基板２４０を上に移動させることで、融液から切り離すことができる。このようにして、基板２４０上に薄板を成長させることができる。このとき、融液が傾斜台を流れ落ちるため、基板２４０は上下動するだけで、本発明の基板の薄板成長面側から見たときに、融液が基板の薄板成長面側に向かって来る（近づいてくる）ことを実現することが可能となる。
【００３８】
このとき、融液の移動速度は、傾斜台の傾きによって調節可能であるために、基板を上下動させるだけで、基板の成長面側から見ると、融液が向かって来る（近づいてくる）状態を実現できる。また、このとき、基板２４０、固定基板２４１、可動軸２４２のアセンブリが上下動だけでなく、傾斜台２４３の傾きに沿って移動できる構造であってもよい。
【００３９】
このような構造にすることで、融液の落下方向に対して、移動体（アセンブリ）の移動速度を制御することが可能となり、薄板の小さい突起や表面のうねりを抑制することが可能となる。この図において、固定基板２４１と基板２４０は脱着可能な構造であることが好ましい。これは、基板２４０と得られる薄板を、そのまま系外へ取出せる構造にすることで、生産速度を大幅に向上させることができるためである。また、傾斜台２４３は、傾斜台上で融液が固化しないようにヒータなど加熱しておくことが好ましい。また、移動体（アセンブリ）を複数個連続して接続することで、さらに生産速度を向上させることができ、結果として安価な薄板を提供することが可能となる。
【００４０】
次に、薄板の製造装置の断面図を示す図６を用いて薄板の作製方法について説明する。図番号２５０は傾斜を有する基板、２５１は得られた薄板、２５２は基板を着脱可能な固定台、２５３は融液、２５４はるつぼ、２５５はるつぼ台、２５６はヒータ、２５７は昇降台、２５８は昇降軸、２５９は追加投入管、２６０は密閉可能なチャンバ、２６１は取出し機構である。この図において、基板２５０と固定台２５２を含めた移動体（アセンブリ）は、チャンバ外に設けられているモータなど（図示せず）によって回転制御が可能な構造になっている。
【００４１】
また、昇降軸２５８もチャンバ外に設けられたモータなど（図示せず）によって上下方向に移動制御が可能な構造になっている。さらに、基板２５０と得られた薄板２５１は、基板毎チャンバ外へ搬出可能な構造になっている。連続性を考えた場合には、基板２５０の搬入経路と搬出経路を別にすることによって、より生産性が向上することは言うまでもない。
【００４２】
次に、シリコン薄板を製造する方法について説明する。図６は、密閉性の良好なチャンバで構成されており、本発明を実現する機構を有する装置が内部に設置されている。得られる薄板の原材料をるつぼ内に準備し、仕込まれる原料は、高純度シリコンやそれよりも純度の低い金属級のシリコンも使用できる。より好ましくは、金属級シリコンを精製し、金属不純物量が低下した原料を用いることが好ましい。るつぼには、黒鉛製やシリカ製のものなどが挙げられるが、シリカ製のものを使用するとシリカが高温で保持されるとシリカに含有されている酸素成分が得られるシリコン薄板に含有されることになるので、黒鉛製のるつぼを使用することがより好ましい。
【００４３】
次に、装置内の真空引きを行ない、チャンバ内を減圧する。減圧後不活性ガスであるＡｒガスをチャンバ内に導入する。Ａｒガスの他に、Ｈｅガス、Ｎ2ガスなども考えられるが、Ａｒガスがより好ましい。さらにチャンバ内に導入されるＡｒガスは、チャンバの上部から導入し、下部から排気されるような構成にすることが好ましい。これは、チャンバ内の炉材から発生する微量の酸素成分とシリコン融液とが反応することで生じる酸化ケイ素を速やかにチャンバ外へ排出するためである。
【００４４】
次に、チャンバ内の圧力を調節しながら、昇温する。特に、昇温初期とシリコンの溶解初期には、酸化ケイ素が比較的多く発生することから、このときには、真空度を上げておく方が好ましい。シリコンの融点は、１４１０℃位であるが、完全に溶解するまでは融点以上の１５００℃くらいまで上げておき、完全に溶解したのを確認したのち、基板を浸漬させる温度まで降温する。このとき、浸漬時の融液温度は、融点近傍が好ましいが、融点付近であると、基板の浸漬直後に湯面凝固が始まる恐れがあるために、生産性を考慮して、融点よりは若干高い温度にすることがより好ましい。
【００４５】
また、シリコンは、固体の方が体積が大きいために、完全に溶解すると、融液の嵩が減る。そのために、湯面の高さが低くなるために、シリコンの塊、もしくは、シリコンの融液状態での追加が必要になる。連続生産性を考慮した場合、湯面調整のための追加投入は、融液状態で行なうのが好ましい。これは、固体のままで、投入すると湯面が揺れたり、基板の移動を止めて完全に溶解するのを待つ必要があるためである。湯面が所望の位置に調整できたのち、るつぼを所定の位置まで上昇させる。次に、最初の基板をチャンバ内に搬入する。
【００４６】
その後、図６に示す装置であると、１２０°回転し、次の基板を搬入する。この状態では、最初に入れた基板が融液直上の位置、すなわち浸漬直前の位置にある。この位置で、基板の温度を調整する機構が存在することが好ましい。すなわち、基板温度は、得られるシリコン薄板の特性を左右する因子であるためである。融液に浸漬される直前の基板温度は、２００℃以上１３００℃以下が好ましい。これは、２００℃以下に調整することは、困難であるためである。すなわち、連続生産を考えると、次々に搬入されてくる基板を２００℃に保つためには、固定台の方をさらに冷却する必要がある。
【００４７】
そのためには、冷却ガスや冷却水を大量に流すことになり、チャンバ内の温度を常に一定に保持することが困難になるだけでなく、熱効率が悪くなり、結果として低コストの基板を提供するのが困難になる。一方、１３００℃以上に基板温度を保つことも困難となる。なぜなら、浸漬直前の位置で基板を１３００℃以上に保持するには、かなりの時間を要することになり、生産性が劣るためである。
【００４８】
基板温度を調節するためには、冷却機構と加熱機構を併用して温度制御する方が好ましい。これは、基板温度を常に一定温度で浸漬するためには必要である。本装置においては、所定温度に制御された基板は、円軌道で浸漬されることになる。しかしながら、基板が傾斜されているために、本発明の効果をもたらすことが可能となり、表面平滑性にすぐれたシリコン薄板を得ることが可能になる。浸漬された基板と、その基板上に付着したシリコン薄板は、チャンバ上部で回転機構を有する回転軸から取外されて、系外へ搬出される。この一連の操作によって、シリコン薄板を得ることが可能となる。
【００４９】
本発明に係る他の薄板製造方法では、基板が融液から離れるときの軌道を円軌道とし、該成長面の移動方向先端部と円軌道中心との距離Ｒ1が、成長面の移動方向末端部と円軌道中心との距離Ｒ2より小さくなるように、成長面を傾斜させて設け、成長面および成長面に成長したシリコン薄板が融液から離れるときの、融液面との角度を垂直に近づけることで、シリコン融液を除去するのである。
【００５０】
本発明は、略平面を有する基板を、金属材料もしくは半導体材料のうち少なくともいずれか一つを含有する物質の融液に浸漬し、続いて融液から離すことで、略平面の成長面に融液を固化成長させて薄板を作製する方法において、該基板が融液から離れるときの軌道が円軌道である場合を包含しているが、ここでは例として、図７を用いて、多角柱型回転体を用い、回転体に取付けられた基板が、回転軸によって円運動する場合について以下に説明する。
【００５１】
また、本発明では、完全に平滑な平面と、微細成長状態を制御するため、表面に特定の形状が加工された平面と、をあわせて略平面と呼ぶものとする。ここでは、これらを含めて、該平面が単に平滑な状態として取扱い、説明する。
【００５２】
また、本発明での、融液からの固化成長により、その結晶状態としては、温度などの条件によって、単結晶もしくは多結晶、非晶質、結晶質と非晶質が混在した物質の薄板となることもある。
【００５３】
融液には、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を含む。またはアルミニウム、ニッケル、鉄など金属材料を含む融液を使用することができる。例としてシリコン融液からシリコン多結晶薄板を製造する場合について説明する。
【００５４】
成長面を構成する基板は、耐熱性に優れ、かつシリコン薄板２を汚染しないものとして、カーボンやＳｉＣ、高融点金属など、およびこれらの材質を他物質で被覆したものが望まれる。
【００５５】
回転体上の成長面がシリコン融液から離れるときの、成長面と融液面とのなす角度は、回転体（および基板）の形状と大きさ、成長面の大きさ、浸漬深さの３要素から決定される。従来の製造方法を示す図２２のように、円筒型の回転体８１表面のように回転弧に沿った成長面の場合、曲面が融液面から離れるときの、成長面と融液面とのなす角度αは一定である。しかし、図７のように、多角柱型の回転体１上に設置された基板上の成長面を回転させた場合、面の各部分によって回転軸中心からの距離（回転径）が異なるため、成長面がシリコン融液から離れるときの、成長面と融液面とのなす角度β1は、面の各部によって異なる。
【００５６】
まず、図８のように、多角柱型の回転体２１上に、多角柱の各面と並行になるように均一厚みの基板５０を設置し、基板表面（成長面）２５ａにシリコン薄板を成長させる場合について説明する。
【００５７】
多角柱型の回転体２１上の基板５０の成長面２５ａを２００ｍｍ角の正方形とすると、回転体２１と基板５０を含む複合回転体の高さ（対向する面と面の距離＝各成長面の中心部の回転直径）は約７４０ｍｍとなる。基板５０の各成長面２５ａ中心部が最も下に位置した場所を基準とし、基板をシリコン融液２３に２０ｍｍ浸漬して、成長面にシリコン薄板２２を成長させる場合、各面の移動方向先端部２５ｄ（成長面内で、最初に融液から離れる部分）が融液から離れるときの、成長面と融液面とのなす角度β2は約９度であり、ほとんど水平である。
【００５８】
回転が進むにつれて、成長面と融液面のなす角度β2は増加する。移動方向末端部２５ｅ（成長面内で、最後に融液から離れる部分）が融液から離れるときの、成長面と融液面とのなす角度β2は約４０度である。
【００５９】
一方、図７に示すように、この多面体型の回転体１の各面上に、成長面５ａの移動方向先端部５ｄと回転軸中心との距離（移動方向先端部５ｄの回転半径）が該成長面の移動方向末端部５ｅと回転軸中心との距離（移動方向末端部５ｅの回転半径）より小さくなるように、末端部に向かうにつれて基板厚みを厚くすることで成長面を傾斜させた基板（傾斜成長面基板５）を設置し、この傾斜成長面基板５の成長面５ａにシリコン薄板２を成長させる場合について説明する。
【００６０】
まず、傾斜成長面基板の設計方法について、図１２を用いて説明する。本発明では、系統的に結果を評価するために、成長面面積を一定になるように成長面を傾斜させた。すなわち、図１２において、移動方向先端部５ｄと仮想移動方向末端部５ｆ（すなわち、多角柱型回転体表面と成長面とがなす角度＝傾斜角度が０度における移動方向末端部）の距離は２００ｍｍであり、この面を、直線５ｄ−５ｆに対して任意の傾斜角度５αだけ傾ける。すなわち、移動方向先端部５ｄと移動方向末端部５ｆとの距離も２００ｍｍとなる。つまり、傾斜角度０度の基板上に、５ｄ、５ｅ、５ｆの３点を頂点とした二等辺三角形を設置した形状となる。これにより、成長面５ａの大きさは変わらない。
【００６１】
上記の方法で設計した場合、様々な傾斜角度に設定した傾斜成長面基板は、図１３に示すような形状に設計される。図１３では、例として、傾斜角度が０度、３０度、４５度、６０度について示す。傾斜角度５αが０度の場合、基板表面全面が成長面５ａで覆われる。傾斜角度５αを大きくするにしたがい、非成長面（成長させない面）５ｇが大きくなる。傾斜成長角度が６０度の場合、前記二等辺三角形が正三角形となるため、成長面５ａと非成長面５ｇとは等しい大きさとなる。傾斜角度５αが６０度を超えると、非成長面の方が成長面より大きくなる。
【００６２】
非成長面５ｇに薄板が成長してしまった場合、非成長面が融液から離れるときの非成長面と融液面とのなす角度は極端に小さいため、非常に平滑性が悪い薄板となる。そのため、この部分に成長した薄板は材料ロスとなるため、非成長面に薄板が成長しないように、非成長面を融液との濡れ性がよくない窒化珪素や硼化珪素で覆うこと、もしくは、融液の張力を超えるピッチの溝をつけることなどの、成長防止構造をとることが望ましい。
【００６３】
傾斜角度５αを０度〜７５度の範囲で傾斜させて設けた場合、移動方向先端部５ｄおよび移動方向末端部５ｅがシリコン融液３から離れるときの、成長面と融液面とのなす角度β1である出湯角度は、図１６に示すように、ともに増加することがわかる。ここで、成長面と融液面とのなす角度β1は、角度９０度が完全に垂直であり、９０度を超えると成長面５ａはシリコン融液３と反対方向（融液から見て上方）を向きつつ融液から離れることになる。
【００６４】
成長面５ａを傾斜することで、成長面と融液面とのなす角度β1は制御可能であるが、成長面の移動方向先端部５ｄと移動方向末端部５ｅの回転径の差が増大するため、図１７に示すように、浸漬深さに違いが生じる。移動方向末端部５ｅの成長面と融液面とのなす角度が約９０度に達する傾斜角度４０度における浸漬深さの差は約１２０ｍｍである。浸漬深さの差が大きい場合、シリコン融液３を保持するるつぼ４の大きさを低減できないだけでなく、融液温度分布の影響や、浸漬時間の違いなどによるシリコン薄板２の板厚むらが生じる。傾斜角度５αは、浸漬深さによる影響を考慮しつつ最適化する必要がある。
【００６５】
以上に示した方法によって、均一柱状結晶の上に這い上がる融液量を低減することによって、シリコン薄板２が平滑になるため、研磨などの二次加工が必要無くなるため、低コストのウエハを提供することが可能である。また、柱状結晶に比べて粒径が小さく薄板の厚み方向の結晶粒界も多い液だまり領域が低減するため、たとえば太陽電池として使用した場合、キャリアを再結合させる要因となる欠陥が減少し、太陽電池の特性を向上することが可能である。
【００６６】
基板の成長面を傾斜させる場合（傾斜角度＞０度）は、図１０に示すように、傾斜角度５αを様々に変更するため、傾斜成長面基板５をネジ穴５ｂとそれに対応するネジによって設置できる構造とした。これにより、傾斜角度５αを様々に変化させた場合で、シリコン薄板２を製造し、評価比較することが可能である。
【００６７】
傾斜成長面基板５の構造および取付け方法について、図９を用いて説明する。傾斜成長面基板５は、図９に示すように、１２面体型の回転体１の各面に１つずつ取付けることが可能である。
【００６８】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。
本実施の形態では、シリコン融液を固化することでシリコン多結晶薄板の製造を行なった。基板や回転軸、回転体の材質は黒鉛とした。基板表面（成長面）は平滑な平面とした。基板と基板を接続する基板連結機構を用いる場合、その材質は黒鉛とし、表面を炭化珪素で被覆した。
【００６９】
（実施の形態１）
実施の形態１は、基板が円軌道に沿って、円運動しながら融液に浸漬し、続いて融液から離れることによって基板の成長面にシリコン薄板を成長させる場合に対して、シリコン薄板表面を斜めにした方法である。
【００７０】
図７は実施の形態１に沿ったシリコン薄板製造装置である。シリコン薄板製造装置は、角型のるつぼ４と、るつぼ４に供給されたシリコンを溶融する加熱ヒータ、回転体１を支持する回転軸、１２面体角柱型の回転体１、該１２面体角柱型の回転体１各面に取付け可能な基板で構成される。これらは直方体の装置外壁および断熱材の中に収納されている。装置内部は、断熱材に囲まれて、内部をアルゴンガス雰囲気下に保持可能にシールされている。
【００７１】
なお、参考の形態１Ａとして示される基板の成長面を傾斜させない場合（傾斜角度＝０度）は、図８に示すように、基板の成長面２５ａが１２角柱を形成する構造とする。これら１２個の基板５０は、ネジによって設置できる構造とした。１２面体角柱型の回転体２１上の基板の成長面２５ａを２００ｍｍ角の正方形とすると、回転体２１と基板を含む複合回転体の高さ（対向する面と面の距離＝各成長面の中心部の回転直径）は約７４０ｍｍとなる。
【００７２】
１２個の傾斜成長面基板５は、傾斜角度を変更する場合、１２個の傾斜成長面基板をすべて取替えた。傾斜成長面基板５を、図１１のように、回転体１の各面に押し当て、傾斜成長面基板５両端の耳部のネジ孔５ｂと、該ネジ孔５ｂに対応する回転体１のネジ孔に、ネジ６を締め付けることで、傾斜成長面基板５を回転体１に固定した。
【００７３】
本実施の形態では、参考の形態を含め、傾斜角度５αが０度〜７５度の傾斜成長面基板５を用意し、これらを用いてシリコン薄板２の製造を行なった。それぞれの傾斜成長面基板５に対して、まず、回転体１を回転することで、傾斜成長面基板５を円運動させ、次にるつぼ４を上昇し、成長面５ａをシリコン融液３に浸漬し、続いてシリコン融液３から離れることで、成長面表面にシリコン薄板２が成長する。本実施の形態では、傾斜角度０度の基板（参考の形態）を取付けたときの成長面の中心部が最も下に位置した場所を基準とし、成長面をシリコン融液３に２０ｍｍ浸漬して、成長面にシリコン薄板２を成長させた。その後、該シリコン薄板２を装置から取出し、表面うねり、板厚の評価を行なった。なお、表面うねりに関しては、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４によって定義される最大うねりを用いて評価した。
【００７４】
取出したシリコン薄板２の表面うねりを測定したところ、最大うねり（ＷCM）は、図１８に示すように、傾斜角度０度において約４００μｍであるが、傾斜角度５αが１５度〜５０度では２００μｍ以下であり、この範囲で非常に平滑性を向上できることがわかった。
【００７５】
これは、成長面が融液から離れるときの成長面と融液面とのなす角度β1が増加するに従い、シリコン薄板に表面に這い上がるシリコン融液の量が減少するためである。傾斜角度４０度以上では、最大うねりは再び増加しはじめた。
【００７６】
先端部および末端部が融液を離れるときの成長面と融液面とのなす角度の平均値が９０度における這い上がりシリコン融液量が最も少なくなると考えたが、実際には傾斜角度４０度を超えると、移動方向末端部５ｅ側の成長面は重力に抗して上方を向きながら融液から離れるため、下方を向いて融液から離れるときよりも融液がシリコン薄板上に残留しやすいため、傾斜角度６０度（成長面と融液面とのなす角度が約９０度）よりも低傾斜角度側で這い上がりシリコン融液量が最低となり、シリコン薄板の最大うねりも傾斜角度１５度〜５０度において小さくなることがわかった。
【００７７】
本実施の形態においては、平面状のシリコン薄板を得るために、多角柱型の回転体１の各面上に傾斜成長面基板５を設置した回転体の成長面にシリコン薄板を成長させたが、この方法を用いると、円筒型回転体を用いた場合に比べて、成長面の各部位によってシリコン融液に浸漬する深さが異なる。浸漬深さの差は、融液温度分布の影響や、浸漬時間の違いなどによるシリコン薄板の板厚むらを生じさせる原因となる可能性がある。そこで、取出したシリコン薄板の様々な部位での板厚を測定した。
【００７８】
板厚は、傾斜角度５αが０度に近い場合は、中心部で最も薄く、移動方向先端部５ｄおよび移動方向末端部５ｅで最も厚い傾向が得られた。また、傾斜角度５αを増加させていくにつれて、移動方向末端部５ｅに近い部位の方が板厚は増加するようになった。つまり、傾斜角度０度の場合、成長面中央部と回転軸中心との距離（成長面中央部の浸漬深さ）が最も小さく、傾斜角度が増加すると、移動方向末端部側と回転軸中心との距離（移動方向末端部側の浸漬深さ）が大きくなるためであり、浸漬深さが大きい部位ほど、浸漬時間増加によって板厚が大きくなった。
【００７９】
シリコン薄板各部位における板厚の最大値と最小値との差（板厚差）は、シリコン薄板を用いて太陽電池などのデバイスを作製するプロセスに影響を与えるため、小さい（板厚の分布が少ない）方が望まれる。
【００８０】
図１８に示すように、傾斜角度５αが５０度以内では、板厚差は１５０μｍ以下であるが、５０度を超えると板厚差が増加し、１５０μｍ以上になることがわかった。太陽電池作製プロセスにおいては、板厚差が１５０μｍ以上になると、シリコン薄板の電極印刷や反射防止膜形成などにむらが生じるため、板厚差が１５０μｍ未満となるように、傾斜角度５αは５０度以下に設定することが望ましい。
【００８１】
以上から、シリコン薄板の平滑化を実現し、かつ、板厚差の影響を大きく受けないことから、本装置構成においては、傾斜角度は１５度〜５０度にすることが望ましい。
【００８２】
本実施の形態における、傾斜角度５αが１５度〜５０度とは、図１６にて換算できるように、成長面の移動方向先端部が融液から離れるときの成長面と融液面のなす角度が２０度〜６０度であり、かつ、末端部が融液から離れるときの成長面と融液面のなす角度が６０度〜１００度であることに相当する。
【００８３】
本実施の形態では、単純に成長面を傾斜させることのみで成長面と融液面とのなす角度を制御したが、たとえば回転体の大きさを変更すること、成長面面積を変更すること、浸漬深さを変更することおよび成長面を傾斜させることの少なくともいずれか１つを含む方法で、成長面の移動方向先端部が融液から離れるときの成長面と融液面とのなす角度を２０度〜６０度、末端部が融液から離れるときの成長面と融液面とのなす角度を６０度〜１００度の範囲に制御することによって、平坦表面を持つ低コストな結晶薄板を得ることが可能である。
【００８４】
また、特に回転体を用いた場合について説明したが、略平面の成長面を持つ基板を可動とする場合、回転運動でない動作によって成長面が運動する場合についても、成長面が融液に浸漬し、続いて融液から離れることによって成長面に結晶薄板を成長させる方法をとることが可能である。この場合も、前記と同様に、成長面の移動方向先端部が融液から離れるときの成長面と融液面とのなす角度を２０度〜６０度、末端部が融液から離れるときの成長面と融液面とのなす角度を６０度〜１００度の範囲に制御することによって、平坦表面を持つ低コストな結晶薄板を得ることが可能である。
【００８５】
（実施の形態２）
実施の形態２は、基板が円軌道ではない運動をするが、少なくとも融液への浸入から融液を離れるまでは円軌道に沿った円運動をする場合に対して、シリコン薄板表面を平滑にし、また、シリコン薄板の結晶性を改善する方法である。
【００８６】
図１４は実施の形態２に沿ったシリコン薄板製造装置である。シリコン薄板製造装置は、角型のるつぼ３４と、るつぼ３４に供給されたシリコンを溶融する加熱ヒータ、回転体３１を支持する回転軸、１２面体角柱型の回転体３１、各々が一定間隔で連結された傾斜成長面基板で構成される。これらは直方体の装置外壁および断熱材の中に収納されている（図示せず）。装置内部は、断熱材に囲まれて、内部をアルゴンガス雰囲気下に保持可能にシールされている。
【００８７】
参考の形態２Ａとして示される基板の成長面を傾斜させない場合（傾斜角度＝０度）は、図８に示したような基板５０を使用した。基板の成長面を傾斜させる場合は、図１４に示すように、傾斜しない場合に対して任意の角度で成長面を傾斜させた傾斜型基板を使用した。
【００８８】
各基板は、連結器９によって連続的に連結されており、基板を系外から連続して導入し、成長したシリコン薄板３２ごと基板を系外に排出することが可能である。連結体が装置系外から導入される装置外壁および排出される装置外壁には、基板導入口および排出口（図示せず）が設けられており、装置系内の雰囲気圧力を大気圧以上にすることで大気混入を防いでいる。装置系内から排出される雰囲気ガスは、ただちに基板導入口および排出口直近に配置された排気ダクトによって、排気ガス処理施設に送られる。
【００８９】
この方式によって、連続的にシリコン薄板を製造、取出しすることが可能となる。系外にて、シリコン薄板を基板から剥離し、収集する工程、基板（特に成長面）の清掃や調整、基板の取替えなどが連続運転しながら行なうことが可能である。また、連結された基板は、系外にてテンションを制御することにより、任意圧力で基板を回転体３１に押し当てることが可能となる。基板が回転体３１に接触してから、回転体３１から離れるまでの間は、実施の形態１と同様に、回転体と一体化している。つまり、融液に浸漬し、融液から離れるまでの間は、円運動をするため、実施の形態１と同様のシリコン薄板の成長が可能である。
【００９０】
１２面体角柱型の回転体上の傾斜させない基板の成長面を２００ｍｍ角の正方形とすると、回転体と基板を含む複合回転体の高さ（対向する面と面の距離＝各成長面の中心部の回転直径）は約７４０ｍｍとなる。
【００９１】
本実施の形態では、参考の形態を含め、傾斜角度５αが０度〜７５度の傾斜成長面基板３５を用意し、これらを用いてシリコン薄板３２の製造を行なった。それぞれの傾斜成長面基板３５に対して、まず、回転体３１を回転することで、傾斜成長面基板３５を連続的に導入、排出させ、次にるつぼ３４を上昇し、成長面３５ａをシリコン融液３３に浸漬し、続いてシリコン融液３３から離れることで、成長面表面にシリコン薄板３２が成長する。成長したシリコン薄板３２は基板と一体化したまま系外へ排出される。
【００９２】
本実施の形態では、傾斜角度０度の基板を取付けたときの成長面の中心部が最も下に位置した場所を基準とし、成長面をシリコン融液３３に２０ｍｍ浸漬して、成長面にシリコン薄板３２を成長させた。その後、該シリコン薄板３２を装置から取出し、表面うねり、板厚の評価を行なった。
【００９３】
取出したシリコン薄板３２の表面うねりを測定したところ、最大うねり（ＷCM）は、図１４に示すように、傾斜角度０度において約４００μｍであるが、傾斜角度１５度〜５５度では２００μｍ以下であり、この範囲で非常に平滑性を向上できることがわかった。これは、実施の形態１と同様の結果である。成長面３５ａ（および基板）が円運動しない場合でも、少なくとも融液に浸入するときから、融液から離れるときまでの間、成長面が円運動する場合は、実施の形態１と同様の効果を得ることが可能である。
【００９４】
次に、取出したシリコン薄板の様々な部位での板厚を測定した。板厚差も、実施の形態１と同様に、図１９に示すように、傾斜角度５αが５０度以内では、板厚差は１５０μｍ以下であるが、５０度を超えると板厚差が増加し１５０μｍ以上になることがわかった。板厚差が１５０μｍ未満となるように、傾斜角度５αは５５度以下に設定することが望ましい。
【００９５】
以上から、シリコン薄板の平滑化を実現し、かつ、板厚差の影響を大きく受けないことから、本装置構成においては、傾斜角度は１５度〜５０度にすることが望ましい。本実施の形態における、傾斜角度１５度〜５０度とは、つまり、図１６にて換算できるように、成長面の移動方向先端部が融液から離れるときの成長面と融液面のなす角度が２０度〜６０度であり、かつ、末端部が融液から離れるときの成長面と融液面のなす角度が６０度〜１００度であることに相当する。つまり、成長面の移動方向先端部が融液から離れるときの成長面と融液面とのなす角度を２０度〜６０度、末端部が融液から離れるときの成長面と融液面とのなす角度を６０度〜１００度の範囲に制御することによって、平坦表面を持つ低コストな結晶薄板を得ることが可能である。
【００９６】
（実施の形態３）
実施の形態３は、基板が融液に浸漬している間も円軌道ではない運動をするが、少なくとも融液から離れる時点では円軌道に沿った円運動をする場合に対して、シリコン薄板表面を平滑にし、また、シリコン薄板の結晶性を改善する方法である。
【００９７】
図１５は実施の形態３に沿ったシリコン薄板製造装置である。シリコン薄板製造装置は、角型るつぼ４４と、るつぼ４４に供給されたシリコンを溶融する加熱ヒータ、融液面に対して並行に配置された同サイズの２つの１２面体角柱型回転体１２、１３およびこれらを支持する回転軸、各々が一定間隔で連結された基板で構成される。これらは直方体の装置外壁および断熱材の中に収納されている。装置内部は、断熱材に囲まれて、内部をアルゴンガス雰囲気下に保持可能にシールされている。
【００９８】
参考の形態３Ａとして示される、基板の成長面を傾斜させない場合（傾斜角度＝０度）は、図８に示したような基板５０を使用した。基板の成長面を傾斜させる場合は、図１５に示すように、傾斜しない場合に対して任意の角度で成長面を傾斜させた傾斜型基板を使用した。
【００９９】
各基板は、連結器１９によって連続的に連結されており、基板を系外から連続して導入し、第１の回転体１２に押し当てられて融液に浸漬される。続いて、融液内で回転体１２を離れ、融液に浸漬した状態のまま、第２の回転体１３に向かって移動する。回転体１３に押し当てられた基板は、回転体１３に固定された状態で融液から離れるため、成長面が融液から離れるときの基板の運動は、回転体１３と同様に、円軌道となる。基板は融液から離れた後に、回転体１３からも離れ、成長したシリコン薄板４２ごと基板を系外に排出することが可能である。
【０１００】
実施の形態２と同様に、装置外壁には、基板導入口および排出口が設けられており、装置系内の雰囲気圧力を大気圧以上にすることで大気混入を防いでいる。装置系内から排出される雰囲気ガスは、排気ダクトによって、排気ガス処理施設に送られる。
【０１０１】
この方式によって、連続的にシリコン薄板を製造、取出しすることが可能となる。また、融液に浸漬している時間（成長面が融液内を移動する距離）が長いため、回転体の回転数（基板の移動速度）を早めたときに、浸漬時間不足による成長面への成長不足を解消することが可能であり、結果的にシリコン薄板の製造時間を短縮し、コスト低減が可能となる。
【０１０２】
実施の形態２と同様に、系外にて、シリコン薄板を基板から剥離し、収集する工程、基板（特に成長面）の清掃や調整、基板の取替えなどが連続運転しながら行なうことが可能である。また、連結された基板は、系外にてテンションを制御することにより、任意圧力で基板を回転体１２、１３に押し当てることが可能となる。
【０１０３】
１２面体角柱型回転体１２、１３上の傾斜させない基板の成長面を２００ｍｍ角の正方形とすると、回転体１２もしくは１３と基板を含む複合回転体の高さ（対向する面と面の距離＝各成長面の中心部の回転直径）は約７４０ｍｍとなる。
【０１０４】
本実施の形態では、実施の形態２および参考の形態２Ａと同様に、参考の形態３Ａとして傾斜しない基板もしくは実施の形態３として傾斜型基板を用いた。傾斜角度５αが０度〜７５度の傾斜成長面基板４５を用意し、これらを用いてシリコン薄板４２の製造を行なった。それぞれの傾斜成長面基板４５に対して、まず、回転体１２、１３を回転することで、傾斜成長面基板４５を連続的に導入、排出させ、次にるつぼ４４を上昇し、成長面４５ａをシリコン融液４３に浸漬し、続いてシリコン融液４３から離れることで、成長面表面にシリコン薄板４２が成長する。成長したシリコン薄板４２は基板と一体化したまま系外へ排出される。
【０１０５】
本実施の形態では、傾斜角度０度の基板を取付けたときの成長面の中心部が最も下に位置した場所を基準とし、成長面をシリコン融液４３に２０ｍｍ浸漬して、成長面にシリコン薄板４２を成長させた。その後、該シリコン薄板４２を装置から取出し、表面うねり、板厚の評価を行なった。
【０１０６】
取出したシリコン薄板４２の表面うねりを測定したところ、最大うねり（ＷCM）は、図２０に示すように、傾斜角度０度において約４００μｍであるが、傾斜角度１５度〜５０度では１５０μｍ以下であり、この範囲で非常に平滑性を向上できることがわかった。これは、実施の形態１〜２、参考の形態１Ａ〜２Ａと同様の結果である。
【０１０７】
成長面４５ａ（および基板）が円運動しない場合でも、少なくとも融液から離れるときに成長面が円運動する場合は、実施の形態１〜２と同様の効果を得ることが可能である。
【０１０８】
次に、取出したシリコン薄板の様々な部位での板厚を測定した。板厚差も、実施の形態１〜２と同様に、図２０に示すように、傾斜角度５αが５０度以内では、板厚差は１５０μｍ以下であるが、５０度を超えると板厚差が増加し、１５０μｍ以上になる。板厚差が１５０μｍ未満となるように、傾斜角度５αは５０度以下に設定することが望ましい。
【０１０９】
以上から、シリコン薄板の平滑化を実現し、かつ、板厚差の影響を大きく受けないことから、本装置構成においては、傾斜角度は１５度〜５０度にすることが望ましい。本実施の形態における、傾斜角度１５度〜５０度とは、つまり、図１６にて換算できるように、成長面の移動方向先端部が融液から離れるときの成長面と融液面のなす角度が２０度〜６０度であり、かつ、末端部が融液から離れるときの成長面と融液面のなす角度が６０度〜１００度であることに相当する。つまり、成長面の移動方向先端部が融液から離れるときの成長面と融液面とのなす角度を２０度〜６０度、末端部が融液から離れるときの成長面と融液面とのなす角度を６０度〜１００度の範囲に制御することによって、平坦表面を持つ低コストな結晶薄板を得ることが可能である。
【０１１０】
（比較例１）
比較例１は、成長面を傾斜させず、円筒型の回転体８１を用いた、従来の方法を模擬した例である。
【０１１１】
図２２は比較例１に沿ったシリコン薄板製造装置である。装置構成は、実施の形態１における１２面体多角柱型の回転体１および傾斜成長面基板５の替わりに、直径７４０ｍｍの円筒型の回転体８１を用いている。
【０１１２】
まず、るつぼ８４を上昇し、カーボンネット８８を巻きつけた回転体８１をシリコン融液８３に２０ｍｍ浸漬し、回転体８１を回転しつつカーボンネット８８を引き出すことによって、つづいて回転体表面に成長したシリコン薄板８２を引き出した。円筒型回転体を用いるため、成長面の各部位において、浸漬深さ、融液から離れるときの成長面と融液面とのなす角度は一定である。本比較例における、融液から離れるときの成長面と融液面とのなす角度は約２０度である。表面に這い上がったシリコン融液８２ａは局在してシリコン薄板表面に残り、表面に局在的に液だまり８２ｂが発生した。さらに回転が進んだ位置では、液だまり８２ｂが徐々に固まることによって、シリコン薄板表面に大きなうねりができた。
【０１１３】
取出したシリコン薄板の表面うねりを測定したところ、最大うねり（ＷCM）は約４５０μｍであった。実施の形態１〜３と比較すると、平坦表面を持つシリコン薄板を得る条件である成長面先端部が融液から離れるときの成長面と融液面のなす角度２０度〜６０度は満たしているものの、成長面が融液から離れるときの成長面と融液面のなす角度６０度〜１２０度が満たせないため、平面状の成長面の場合のように、成長面が湯面から離れるときの成長面と融液面とのなす角度が増加することによるシリコン薄板上に這い上がる融液の低減が行なわれないため、平面状の成長面を使用した場合に比べて最大うねりが増加した。
【０１１４】
シリコン薄板各部位における板厚の最大値と最小値との差（板厚差）は、各部位における浸漬深さの違いがないために小さく、約４５μｍであった。
【０１１５】
（実施の形態４）
実施の形態１〜３および比較例１によって製造されたシリコン薄板を用いて、太陽電池を作製した。作製の手順の一例は、洗浄、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あり、一般的な手法である。各工程間は基本的には自動搬送機構による受け渡しを行なった。
【０１１６】
実施の形態１および実施の形態２によるシリコン薄板に関しては、傾斜角度１５度〜５０度の傾斜成長面基板を使用したシリコン薄板はすべて自動搬送ができたが、その他のシリコン薄板に関しては、一部、液だまりによる凹凸があることにより自動搬送機構が使用できないものがあった。比較例１によるシリコン薄板に関しては、湾曲が残ること、液だまりによる凹凸があることにより自動搬送機構が使用できなかった。
【０１１７】
次に比較例１、傾斜角度が０度の傾斜成長面基板を使用した参考の形態１Ａ〜３Ａおよび傾斜角度が４０度の傾斜成長面基板を使用した実施の形態１〜３について、シリコン薄板から製作した太陽電池の特性を、ソーラーシミュレータによって測定した結果を下記表１に示す。
【０１１８】
【表１】
0004132786.tif 000002
【０１１９】
実施の形態１、実施の形態２および実施の形態３ともに、傾斜角度４０度による太陽電池の短絡電流密度は２７〜２８ｍＡ／ｃｍ2であり、比較例１の２５ｍＡ／ｃｍ2、傾斜角度０度の２６ｍＡ／ｃｍ2より大きい。これは、液だまりによる微小粒径領域の欠陥がテクスチャエッチングによって除去されているためと考えられる。曲線因子も欠陥低減のため向上しており、変換効率は比較例１で１０％に対し、参考の形態１Ａ〜３Ａの傾斜角度０度では１１％、実施の形態１〜３の傾斜角度４０度では１２％と大幅に改善できた。
【０１２０】
（参考の形態５Ａ）
得られる板状シリコンの比抵抗が２Ω・ｃｍになるようにボロンの濃度を調整したシリコン原料を、高純度黒鉛製るつぼに入れ、そのるつぼを、図６に示す装置内に設置した。次に、チャンバ内の真空引きを行ない、一旦５Ｐａ以下まで減圧する。その後、チャンバ内にＡｒガスを導入し、７００ｈＰａを保ちつつ、常に５Ｌ／ｍｉｎでチャンバ上部よりＡｒガスをフローしたままにする。
【０１２１】
次に、シリコン溶解用のヒータ温度を１４８０℃に設定し、完全にシリコンを溶融状態にする。このとき、シリコン原料は溶解することで液面が低くなることから、新たにシリコン原料を投入することで、湯面位置を所定の位置にあわせる。その後、シリコン融液温度を１４２０℃に設定し、３０分間そのまま保持し、融液温度の安定化を図る。このとき、湯面の凝固がないことを確認した。
【０１２２】
次に、冷却機構と加熱機構を併用して温度制御された基体を、シリコン融液への浸漬させる。このときの、基板の制御温度は、３００℃、６００℃、９００℃の３条件で行なった。
【０１２３】
その後、るつぼを徐々に上昇させ、傾斜基板が完全に浸漬できるような位置まで上昇してきた所で、基体をシリコン融液に浸漬した。このときの傾斜基板の傾斜角度は、１０°であった。このときの基体の移動速度は、３００ｃｍ／ｍｉｎであった。このとき、得られた板状シリコンは、基体から容易に剥離することができ、そのサイズは、７５ｍｍ×７５ｍｍであった。このような正方形の薄板シリコンを１００枚作製し、重量から板厚を換算した。得られた板厚の平均値を表２に示す。
【０１２４】
次に、得られた板状シリコンを用いて、太陽電池の作製を行なった。得られた板状シリコンは、硝酸とフッ酸との混合溶液でエッチングおよび洗浄を行ない、その後、水酸化ナトリウムを用いてアルカリエッチングを行なった。その後、ＰＯＣｌ3拡散によりｐ型基板にｎ層を形成した。板状シリコン表面に形成されているＰＳＧ膜をフッ酸で除去した後、太陽電池の受光面側となるｎ層上にプラズマＣＶＤを用いてシリコン窒化膜を形成した。次に、太陽電池の裏面側となる面に形成されているｎ層を硝酸とフッ酸との混合溶液でエッチング除去し、ｐ基板を露出させ、その上に裏面電極およびｐ+層を同時に形成した。次に、受光面側の電極をスクリーン印刷法を用いて形成した。その後、半田コートを行ない、太陽電池を作製した。
【０１２５】
作製した太陽電池は、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2の照射下にてセル特性の測定を行なった。得られた特性の平均値を表２に示す。
【０１２６】
円軌道であっても基板の角度を変えることで、向ってくる流れを作ることができる。
【０１２７】
【表２】
0004132786.tif 000003
【０１２８】
（参考の形態６Ａ）
得られる板状シリコンの比抵抗が０．５Ω・ｃｍになるようにボロンの濃度を調整したシリコン原料を、高純度黒鉛製るつぼに入れ、そのるつぼを、図２１に示す装置内に設置した。この図において、図番号２６２は基板、２６３は固定台、２６４は回転軸に接続された長さ可変軸、２６５は融液、２６６はヒータ、２６７はるつぼ台、２６８はるつぼ昇降軸である。長さ可変軸２６４は、基板が融液から脱出時に、基板と回転軸の中心からの距離が長くできるような構造になっている。次に、チャンバ内の真空引きを行ない、一旦１０Ｐａ以下まで減圧する。その後、チャンバ内にＡｒガスを導入し、７００ｈＰａを保ちつつ、常に１０Ｌ／ｍｉｎでチャンバ上部よりＡｒガスをフローしたままにする。
【０１２９】
次に、シリコン溶解用のヒータ温度を１５００℃に設定し、完全にシリコンを溶融状態にする。このとき、シリコン原料は溶解することで液面が低くなることから、新たにシリコン原料を投入することで、湯面位置を所定の位置にあわせる。その後、シリコン融液温度を１４１０℃に設定し、３０分間そのまま保持し、融液温度の安定化を図る。このとき、湯面の凝固がないことを確認した。
【０１３０】
次に、冷却機構と加熱機構を併用して温度制御された基体を、シリコン融液への浸漬させる。このときの基板の制御温度は、４００℃で行なった。
【０１３１】
その後、るつぼを徐々に上昇させ、基板が完全に浸漬できるような位置まで上昇してきた所で、基体をシリコン融液に浸漬した。このときの基体の移動速度は、４００ｃｍ／ｍｉｎであった。
【０１３２】
このとき、得られた板状シリコンは、基体から容易に剥離することができ、そのサイズは、１００ｍｍ×１００ｍｍであった。このような正方形のシリコン薄板を１０枚作製し、重量から板厚を換算した。得られた板厚の平均値を表３に示す。また、シリコン薄板１枚あたりの、表面に存在する小さな突起の数を表３に示す。
【０１３３】
（比較例２）
長さ可変軸を用いずに基板と回転軸の中心からの距離が一定になるようにしたこと以外全て参考の形態６Ａと全く同じ方法で、シリコン薄板を作製し、重量から板厚を換算した。得られた板厚の平均値を表３に示す。また、シリコン薄板１枚あたりの、表面に存在する小さな突起の数を表３に示す。
【０１３４】
【表３】
0004132786.tif 000004
【０１３５】
なお、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。
【０１３６】
【発明の効果】
本発明に係る薄板の製造方法は、成長面を有する基板を、金属材料もしく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材料の融液に接触させ、前記材料を基板に成長させることで、前記材料で形成された薄板を得る薄板製造方法において、基板の薄板成長面側から見たときに、融液が基板の薄板成長面側に向かって来る（近づいてくる）ようにすることで、融液のメニスカス形状を制御し、よって、小さい突起の少ない平坦表面を持つ薄板を低コストで安定して連続的に成長させることができた。
【０１３７】
また、成長面を有する基板を配置された移動体を移動させることにより、前記基板の表面を金属材料もしく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材料の融液に接触させ、その後、前記基板の表面を前記融液から離す一連の移動動作によって、前記材料を前記基板の表面に成長させることで、前記材料で形成された薄板を得る薄板製造方法において、基板の薄板成長面側から見たときに、融液が基板の薄板成長面側に向かって来る（近づいてくる）構成を採用することで、小さい突起の少ない平坦表面を持つ薄板を低コストで安定して製造できた。
【０１３８】
本発明に係る薄板製造方法は、成長面の移動方向先端部と円軌道回転軸中心との距離が、該成長面の移動方向末端部と円軌道回転軸中心との距離より小さくなるように、成長面を傾斜させることによって、成長面が融液から離れるときの成長面と融液面とのなす角度を増加させ、成長面に這い上がる融液量を減少することが可能であり、その結果、平坦表面を持つ薄板を低コストで安定して連続的に成長させることができた。
【０１３９】
また、成長面を傾斜させる、回転体の大きさを変更する、成長面面積を変更する、浸漬深さを変更することなどによって、該成長面の移動方向先端部が融液から離れるときの成長面と融液面とのなす角度を２０度〜６０度、該成長面の移動方向末端部が融液から離れるときの成長面と融液面とのなす角度を６０度〜１００度の範囲にすることにより、成長面に這い上がる融液量と、成長した結晶薄板の板厚むらとの最適化を計ることができ、平滑でかつ板厚むらの少ない結晶薄板を得ることができた。
【０１４０】
また、前記材料としてシリコン材料を用いることによって、半導体デバイス（特に太陽電池）の材料となる低コストシリコンウエハを得ることができた。
【０１４１】
さらに、本発明に係る薄板製造方法によって得られた薄板を用いることによって、材料の低コスト化が可能であり、また、融液這い上がりによる微小粒径領域が低減され、結晶性が向上するため、一般的な太陽電池の製造方法を用いて変換効率が向上した太陽電池を得ることができた。
【０１４２】
以上のように、成長面を傾斜させる、回転体の大きさを変更する、成長面面積を変更する、浸漬深さを変更することなどによって、成長面が融液から離れるときの成長面と融液面とのなす角度を増加することによって、シリコン融液の這い上がりおよび液だまりを低減することができ、シリコン薄板の表面が平滑になり、研磨、スライス工程によらずシリコンウエハを形成できた。
【０１４３】
回転体は円筒型に替わり、多面体を始めとする平面状の成長面を持つ基板もしくは構造を適用できるため、平板平滑なシリコンウエハを形成することが可能である。また、微小粒径領域が低減され、結晶性が向上するため、一般的な太陽電池の製造方法を用いて変換効率を向上することが可能である。これらの理由によって、より低コストでシリコンウエハを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る薄板製造方法の原理を説明する概略図である。
【図２】  本発明に係る薄板製造方法の原理を説明する概略図である。
【図３】  本発明に係る薄板製造方法の原理を説明する概略図である。
【図４】  本発明に係る薄板製造方法を実施することができる製造装置を説明する概略断面図である。
【図５】  本発明に係る薄板製造方法に用いられる装置の概略斜視図である。
【図６】  本発明に係る薄板製造方法に用いられる装置の断面図である。
【図７】  本発明に係る薄板製造方法に用いられる装置の概略図である。
【図８】  多角柱の各面と並行になるように基板を設置した薄板製造装置の側面図である。
【図９】  傾斜成長面基板を多角柱型の回転体に取付ける方法を説明する概略図である。
【図１０】  傾斜成長面基板の構造の概略図である。
【図１１】  傾斜成長面基板の構造の概略図である。
【図１２】  傾斜成長面基板の構造の概略図である。
【図１３】  傾斜成長面基板の構造の概略図である。
【図１４】  本発明に係る薄板製造方法に用いられる装置の概略図である。
【図１５】  本発明に係る薄板製造方法に用いられる装置の概略図である。
【図１６】  傾斜角度と、傾斜成長面の移動方向先端部および末端部が融液から離れるときの成長面と融液面とのなす角度と、の関係を説明する図である。
【図１７】  傾斜角度と、傾斜成長面の浸漬深さの最大差と、の関係を説明する図である。
【図１８】  傾斜角度と、シリコン薄板の最大うねりと、の関係を説明する図である。
【図１９】  傾斜角度と、シリコン薄板の最大うねりと、の関係を説明する図である。
【図２０】  傾斜角度と、シリコン薄板の最大うねりと、の関係を説明する図である。
【図２１】  本発明に係る薄板製造方法に用いられる装置の概略側面図である。
【図２２】  従来の薄板製造方法に用いられる装置の概略図である。
【符号の説明】
１  回転体、２  シリコン薄板、３  シリコン融液、４  るつぼ、５  傾斜成長面基板、５ａ  成長面、５ｂ  ネジ孔、５α  傾斜角度、５ｄ  移動方向先端部、５ｅ  移動方向末端部、５ｇ  非成長面、６  ネジ、８  回転軸、９  連結器、１２，１３  回転体、２１  回転体、２２  シリコン薄板、２３  シリコン融液、２４  るつぼ、２５ａ  成長面、２５ｄ  移動方向先端部、２５ｅ  移動方向末端部、２６  ネジ、３１  回転体、３２  シリコン薄板、３３  シリコン融液、３４  るつぼ、３５  傾斜成長面基板、３５ａ  成長面、３５ｄ  移動方向先端部、３５ｅ  移動方向末端部、４２  シリコン薄板、４３  シリコン融液、４４  るつぼ、４５  傾斜成長面基板、４５ａ  成長面、４５ｄ  移動方向先端部、４５ｅ  移動方向末端部、８２ａ  這い上がったシリコン融液、８２ｂ  液だまり、８３  シリコン融液、８４  るつぼ、８５  成長面の移動方向先端部と回転軸中心との距離、８６  成長面の移動方向末端部と回転軸中心との距離、８８  カーボンネット、α，β1，β2，β3，β4  成長面と融液面とのなす角度、２００  基板、２０１  融液面、２１０  基板、２１１  融液面、２２０  凸状のメニスカス、２２１  基板、２２２  融液面、２２３  凸状のメニスカス、２３０  傾斜のついた基板、２３１  基板取付け可能な固定台、２３２  固定台と回転軸中心に取付けられた軸、２３３  融液、２３４  るつぼ、２３５  基板の移動方向先端部が移動する軌跡、２３６  基板の移動方向末端部が移動する軌跡、２４０  成長面を有する基板、２４１  基板を取付け脱着可能な固定基板、２４２  上下動可能な軸、２４３  融液を基板へ供給する傾斜台、２４４  融液を保持しておくためのるつぼ、２５０  傾斜を有する基板、２５１は得られた薄板、２５２  基板を着脱可能な固定台、２５３  融液、２５４  るつぼ、２５５るつぼ台、２５６  ヒータ、２５７  昇降台、２５８  昇降軸、２５９  追加投入管、２６０  密閉可能なチャンバ、２６１  取出し機構、２６２  基板、２６３  固定台、２６４  回転軸に接続された長さ可変軸、２６５  融液、２６６ヒータ、２６７  るつぼ台、２６８  るつぼ昇降軸。
【図１】
0004132786.tif 000005
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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