(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面を有する回転体と、
前記回転体の外周面上に、前記回転体の回転軸と平行な軸のまわりに回転可能に支持され、融液中に浸漬されることにより結晶シートが形成される表面を有する基体と、
前記回転体の回転軸と平行な軸のまわりに回転した前記基体の回転角度を決定する基体固定手段とを備える、結晶シート製造装置。
【請求項２】
前記基体固定手段は、前記回転体が回転軸を中心として回転する際前記基体の前記表面の中央部が描く軌跡上に、前記表面の端部が位置するように、前記基体の回転角度を決定する、請求項１に記載の結晶シート製造装置。
【請求項３】
前記基体固定手段は、前記基体が所定の回転角度だけ回転した状態を維持するように、前記基体に接触する固定部材を含み、
前記固定部材は前記基体を冷却する冷却手段を備える、請求項１または２に記載の結晶シート製造装置。
【請求項４】
前記回転体の外周面上には、前記基体が複数個配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の結晶シート製造装置。
【請求項５】
前記基体の表面上に形成された結晶シートを前記基体から除去するシート取出手段をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の結晶シート製造装置。
【請求項６】
回転体の外周面上に配置された基体を結晶シートの原料である融液に浸漬することにより、前記基体の表面上に結晶シートを形成する結晶シート製造方法であって、
前記回転体を回転させることにより、前記基体の表面を前記融液に浸漬する工程と、
前記融液に前記基体の表面が浸漬した状態で、前記回転体を回転させることにより前記基体を搬送するとともに、前記融液の液面に対する前記基体の表面の傾斜角をほぼ一定にした状態で、前記基体の表面上に結晶シートを形成する工程とを備える、結晶シート製造方法。
【請求項７】
前記基体の表面は平坦な表面部分を含む、請求項６に記載の結晶シート製造方法。
【請求項８】
前記基体は前記回転体の回転軸とほぼ平行な方向に延びる軸まわりに回転可能であり、
前記結晶シートを形成する工程において、前記基体において前記融液に浸漬される表面の中央部と端部とについて、融液表面からの浸漬深さがほぼ等しい、請求項６または７に記載の結晶シート製造方法。
【請求項９】
前記回転体の回転軸とほぼ平行な軸のまわりに回転した前記基体の回転角度を決定する工程を備える、請求項８に記載の結晶シート製造方法。
【請求項１０】
前記基体の回転角度を決定する工程は、
前記回転体が回転軸を中心として回転する際前記基体の表面の中央部が描く軌跡上に、前記表面の端部が位置するように、前記基体の回転角度を決定する、請求項９に記載の結晶シート製造方法。
【請求項１１】
前記基体を冷却する工程を備える、請求項６〜１０のいずれか１項に記載の結晶シート製造方法。
【請求項１２】
前記基体の表面上に形成された結晶シートを前記基体から取外す工程をさらに備える、請求項６〜１１のいずれか１項に記載の結晶シート製造方法。
【請求項１３】
請求項６〜１２のいずれか１項に記載の結晶シート製造方法を用いて製造された基板。
【請求項１４】
請求項１３に記載の基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】
この発明は、結晶シート製造装置、結晶シート製造方法、基板および太陽電池に関し、より特定的には、融液から結晶シート（板状の基板）を製造する結晶シート製造装置、結晶シート製造方法、この結晶シート製造方法を用いて製造される基板およびこの基板を用いた太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池などに用いられる多結晶シリコン基板は、従来以下のような方法で製造されている。すなわち、まず高純度シリコン材料を準備する。この高純度シリコン材料にリンあるいはボロンなどのドーパントを添加したものを、不活性ガス雰囲気中に配置された坩堝内で過熱溶融させることにより融液とする。融液を鋳型に流し込んで冷却することにより多結晶シリコンインゴットを得る。この多結晶シリコンインゴットをワイヤーソーなどによりスライスするスライス工程を実施する。このようにして、太陽電池に用いられるシリコン基板（シリコンウェハ）を得ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のようなシリコン基板の製造方法では、スライス工程にコストがかかるとともに、スライスのための切りしろはシリコン材料の損失となる。そこで、シリコン基板の低コスト化を図るため、シリコン融液から直接シリコン基板（シリコンシート）を作成する方法が提案されている。たとえば、特願平１１−３６９２９９号においては、回転体を回転することにより、回転体の側面に設置された基体をシリコン融液中に一定時間浸漬させて、この基体表面にシリコンを凝固、成長させる結晶シート製造方法および結晶シート製造装置が開示されている。
【０００４】
図１０を参照して、特願平１１−３６９２９９号に開示された結晶シート製造方法を説明する。図１０は、本発明に関連する技術としての結晶シート製造方法を説明するための模式図である。
【０００５】
図１０を参照して、特願平１１−３６９２９９号に開示された結晶シート製造装置は、回転軸１０６を中心として回転可能な回転体１０３と、この回転体１０３の側壁上に配置された基体１０５ａ〜１０５ｆと、シリコンの融液１０９が保持された坩堝１１０とを備える。坩堝１１０は坩堝台１１１上に配置されている。坩堝１１０は、基体１０５ａ〜１０５ｆが融液１０９に浸漬可能な位置に保持されている。回転体１０３は、回転軸１０６を中心として矢印１２８で示した方向に回転可能になっている。回転体１０３が回転することにより、基体１０５ａ〜１０５ｆは順次坩堝１１０に保持される融液１０９に浸漬される。融液１０９に基体１０５ａ〜１０５ｆが浸漬している間に、基体１０５ａ〜１０５ｆの外周面上にはシリコンが凝固、成長する。基体１０５ａ〜１０５ｆの外周面はほぼ平坦に形成されているので、この平坦な外周面上に平坦なシリコン基板を成長させることができる。
【０００６】
しかし、上述の結晶シート製造方法を発明者がさらに詳細に検討した結果、以下のような問題点があることがわかった。すなわち、図１０を参照して、基体１０５ａ〜１０５ｆの外周面の中央部１３７は回転体１０３の回転に伴って軌跡１２７上を移動する。一方、回転体１０３の回転に伴って、基体１０５ａ〜１０５ｆの外周面の一方端部１２９ａおよび他方端部１２９ｂは軌跡１２６上を移動する。図１０からもわかるように、軌跡１２７は回転軸中心１４０を中心とした、距離Ｒ１を半径とする円を描く。一方、軌跡１２６は、回転軸中心１４０を中心とした、距離Ｒ２を半径とする円を描く。距離Ｒ２は距離Ｒ１より距離Ｄだけ長くなっている。このため、融液１０９中においては、外周面の一方端部１２９ａおよび他方端部１２９ｂは、距離Ｄだけ基体１０５ａ〜ｆの外周面中央部１３７より深い位置にまで浸漬されることになる。
【０００７】
ここで、回転体１０３の回転軸中心１４０から基体１０５ａ〜１０５ｆの外周面中央部１３７までの距離Ｒ１を３５０ｍｍ、基体１０５ａ〜１０５ｆの幅Ｗを１５０ｍｍとする。この場合、距離Ｄは約８ｍｍとなる。そして、この距離Ｄは、基体１０５ａ〜１０５ｆの幅Ｗが大きくなればなるほど、大きくなる。
【０００８】
このように、基体１０５ａ〜１０５ｆにおいて、外周面中央部１３７と一方端部１２９ａおよび他方端部１２９ｂ（以下、端部という）とで浸漬深さに差があることから、基体１０５ａ〜１０５ｆの外周面におけるシリコン基板の成長条件の一つである温度条件が、外周面中央部１３７と端部とで異なってしまう。この結果、基体１０５ａ〜１０５ｆの外周面中央部１３７と端部とで、成長するシリコン基板の厚みや結晶状態が異なることになり、均一なシリコン基板を得ることは困難であった。
【０００９】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、本発明の目的は、平坦かつ均一な結晶シートを低コストで製造することが可能な結晶シート製造装置および結晶シート製造方法、さらにこの結晶シート製造方法を用いて製造される基板およびこの基板を用いた太陽電池を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に従った結晶シート製造装置は、外周面を有する回転体と、回転体の外周面上に、回転体の回転軸と平行な軸のまわりに回転可能に支持され、融液中に浸漬されることにより結晶シートが形成される表面を有する基体と、回転体の回転軸と平行な軸のまわりに回転した基体の回転角度を決定する基体固定手段とを備える。
【００１５】
この場合、融液に基体を浸漬し始める時の、融液の液面に対する基体の表面がなす角度（侵入角度）を、基体固定手段により決定できる。したがって、基体固定手段を調整することにより、融液の液面に対する基体の侵入角度を任意に変更することが可能になる。
【００１６】
上記結晶シート製造装置において、基体固定手段は、回転体が回転軸を中心として回転する際基体の表面の中央部が描く軌跡上に、表面の端部が位置するように基体の回転角度を決定することが好ましい。
【００１７】
この場合、基体固定手段により基体の回転角度を固定した際には、基体の表面の中央部と端部とが、回転体の回転軸を中心として同じ軌跡上に位置することになる。このため、この状態で基体の端部を融液に浸漬すると、基体の表面の端部が融液中に浸漬される浸漬深さと、表面の中央部が融液中に浸漬される浸漬深さとをほぼ同じにすることができる。この結果、融液中における基体の表面の端部の浸漬深さが表面の中央部の浸漬深さより深くなることを防止できる。したがって、基体の表面における結晶シートの成長条件が、浸漬深さの差により局所的に変化することを抑制できる。
【００１８】
上記結晶シート製造装置において、基体固定手段は、基体が所定の回転角度だけ回転した状態を維持するように、基体に接触する固定部材を含んでいてもよい。固定部材は基体を冷却する冷却手段を備えていてもよい。
【００１９】
この場合、固定部材が基体に接触することにより基体の回転角度を確実に決定できる。また、この固定部材を介して基体の熱を除去することができるので、固定部材とは別に基体を冷却するための冷却装置を設置する場合より結晶シート製造装置の装置構成を簡略化できる。
【００２０】
上記結晶シート製造装置において、回転体の外周面上には基体が複数個配置されていることが好ましい。
【００２１】
この場合、回転体を回転させることにより、複数の基体を連続して融液に浸漬することができる。この結果、結晶シートを連続して製造することができ。したがって、結晶シートの製造効率を向上させることができる。
【００２２】
上記結晶シート製造装置は、基体の表面上に形成された結晶シートを基体から除去するシート取出手段をさらに備えていてもよい。
【００２３】
この場合、基体からシート取出手段により結晶シートを除去したあと、回転体を回転させて再びその基体を融液中に浸漬すれば、連続して結晶シートを製造することができる。この結果、結晶シートの製造効率を向上させることができる。
【００２４】
この発明の他の局面における結晶シート製造方法は、回転体の外周面上に配置された基体を結晶シートの原料である融液に浸漬することにより、基体の表面上に結晶シートを形成する結晶シート製造方法であって、回転体を回転させることにより、基体の表面を融液に浸漬する工程と、融液に基体の表面が浸漬した状態で、回転体を回転させることにより基体を搬送するとともに、融液の液面に対する基体の表面の傾斜角をほぼ一定にした状態で、基体の表面上に結晶シートを形成する工程とを備える。
【００２５】
このようにすれば、基体の表面に結晶シートを形成する際に、融液の液面に対する基体の表面の傾斜角をほぼ一定に保っている（たとえば、基体の表面が融液の液面とほぼ平行になるよう基体の表面を保持する）ので、基体の表面全体について、結晶シートの成長条件をほぼ等しくすることができる。このため、基体の表面上に厚みや膜質の均一な結晶シートを形成することができる。
【００２６】
上記他の局面における結晶シート製造方法では、基体の表面が平坦な表面部分を含むことが好ましい。
【００２７】
この場合、基体の表面部分上に形成される結晶シートは、この表面部分の平坦な表面状態を反映した平坦なシートとなる。したがって、平坦な結晶シートを容易に得ることができる。
【００２８】
上記他の局面における結晶シート製造方法では、基体が回転体の回転軸とほぼ平行な方向に延びる軸まわりに回転可能であってもよい。結晶シートを形成する工程では、基体において融液に浸漬される表面の中央部と端部とについて、融液表面からの浸漬深さがほぼ等しいことが好ましい。
【００２９】
この場合、基体の表面を融液中に浸漬した状態で回転体を回転させる際、基体が上記軸の回りに回転することにより、基体の表面が融液の液面とほぼ平行になるように基体の角度を変えることができる。つまり、基体の表面の中央部と端部とについて、融液表面からの浸漬深さを容易に等しくすることができる（基体の表面全体について、融液に対する浸漬深さをほぼ等しくすることができる）。
【００３０】
上記他の局面における結晶シート製造方法は、回転体の回転軸とほぼ平行な軸のまわりに回転した基体の回転角度を決定する工程を備えていてもよい。
【００３１】
この場合、融液に基体を浸漬し始める時の、融液の液面に対する基体の表面がなす角度（侵入角度）を、この基体の回転角度を決定する工程により決定できる。したがって、基体の回転角度を調整することにより、融液の液面に対する基体の侵入角度を任意に変更することが可能になる。
【００３２】
上記他の局面における結晶シート製造方法において、基体の回転角度を決定する工程は、回転体が回転軸を中心として回転する際基体の表面の中央部が描く軌跡上に、表面の端部が位置するように、基体の回転角度を決定してもよい。
【００３３】
この場合、基体の回転角度を決定する工程を実施することにより、基体の表面の中央部と端部とが、回転体の回転軸を中心として同じ軌跡上に位置することになる。このため、この状態で基体の端部を融液に浸漬すれば、基体の表面の端部が融液中に浸漬される浸漬深さと、表面の中央部が融液中に浸漬される浸漬深さとをほぼ同じにすることができる。この結果、融液中における基体の表面の端部の浸漬深さが表面の中央部の浸漬深さより過剰に深くなることを防止できる。したがって、浸漬深さの差により基体の表面における結晶シートの成長条件が局所的に変化することを抑制できる。
【００３４】
上記他の局面における結晶シート製造方法は基体を冷却する工程を備えていてもよい。
【００３５】
この場合、基体を融液中に浸漬した状態において、基体を冷却することにより基体の温度が過剰に上昇することを防止できる。このため、基体の表面温度を充分低く保つことができるので、基体の表面における結晶シートの成長を促進することができる。また、基体の温度が過剰に上昇することを防止できるので、基体を融液中から引き上げた際の熱衝撃を緩和することができる。
【００３６】
上記他の局面における結晶シート製造方法は、基体の表面上に形成された結晶シートを基体から取外す工程をさらに備えていてもよい。
【００３７】
この場合、基体から結晶シートを取外したあと、回転体を回転させて再びその基体の表面を融液中に浸漬する工程を実施すれば、連続して結晶シートを製造することができる。この結果、結晶シートの製造効率を向上させることができる。
【００３８】
この発明の別の局面における基板は、上記他の局面における結晶シート製造方法を用いて製造される。
【００３９】
このようにすれば、低コストであって厚みおよび膜質の均一な基板を、容易に得ることができる。また、基体の表面を平坦にしておけば、平坦な基板を容易に得ることができる。
【００４０】
この発明のもう一つの局面における太陽電池は、上記別の局面における基板を用いる。
【００４１】
ここで、融液として、たとえばシリコン融液を用いれば、本発明による結晶シート製造方法を用いて結晶シートとしてのシリコン基板を製造することができる。そして、この半導体基板としてのシリコン基板は上述のように厚みおよび膜質が均一な基板であり、その製造コストも低く押さえることができる。また、上記基板は平坦でありかつ膜厚・膜質が均一であるため、端面の切断加工以外、基板表面の研削加工や研磨加工などを行なうことなく、そのまま太陽電池用の基板として利用できる。したがって、このような基板を太陽電池に適用することにより、太陽電池の製造コストを低減できる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００４３】
図１は、本発明による結晶シート製造装置を示す模式図である。図１を参照して、本発明による結晶シート製造装置を説明する。
【００４４】
図１を参照して、結晶シート製造装置１は、チャンバ２と、このチャンバ２の内部に配置された回転体３と、融液９を保持する坩堝１０と、チャンバ２に隣接して配置された前室１３と、前室１３の内部に配置されたシート取出装置１５と、このシート取出装置１５によって取出された結晶シート２２を保管するストッカ２０とを備える。チャンバ２の内部は高真空状態とすることができる。チャンバ２の内壁面上には断熱材が設置されている。回転体３は、回転軸６を中心として矢印２８の方向に回転可能となっている。回転体３の外周面上には、複数の支持アーム８が設置されている。この支持アーム８には、それぞれ支持基板４ａ〜４ｆがピン２４により回転可能に接続されている。この支持基板４ａ〜４ｆの外周面上には基体５ａ〜５ｆがそれぞれ設置されている。支持基板４ａ〜４ｆと基体５ａ〜５ｆとにより、本発明の基体が構成される。また、回転体３の外周部において、支持アーム８の間に位置する領域には基体固定手段としての傾きストッパ部材７ａ〜７ｆが配置されている。
【００４５】
回転体３の下に位置する領域には、融液９を保持する坩堝１０が配置されている。融液９としては、シリコン融液を用いている。坩堝１０は、坩堝台１１上に設置されている。坩堝台１１には、昇降モータ１２が接続され、この昇降モータ１２の動作により坩堝台１１は矢印２５に示した方向に昇降可能となっている。
【００４６】
前室１３にはシート取出装置１５が設置されている。シート取出装置１５は、回転軸１８を中心として回転可能になっている。そして、シート取出装置１５のシート取出ロッド１６は、このシート取出装置１５の本体から矢印３８に示す方向に伸縮可能となっている。シート取出ロッド１６の先端部には吸着パッド１７が設置されている。この吸着パッド１７により基体５ａ〜５ｆの表面に形成された結晶シート２１を吸着保持できる。このシート取出装置１５により、後述するように結晶シート２１を基体５ａ〜５ｆから取外したあと、その結晶シート２１をストッカ２０の内部に収納できる。
【００４７】
回転体３の内部には、回転軸６の内部からこの回転体３、支持基板４ａ〜４ｆおよび基体５ａ〜５ｆを冷却するための冷却用ガスもしくは冷却用液体などの冷却用媒体が供給されている。回転体３に供給された冷却用ガスあるいは冷却用液体は回転体３の内部に形成された媒体用流路を巡回した後、再び回転軸６に形成された排出口（図示せず）から回転体３の外部へと排出される。このような冷却機能を備えることにより、回転体３が必要以上に加熱されることを防止できる。
【００４８】
また、後述するように、支持基板４ａ〜４ｆは支持アーム８に回転可能に設置されているため、回転体３の回転に伴ってこの支持基板４ａ〜４ｆの端部は回転体３の外周部に設置された傾きストッパ部材７ａ〜７ｆと接触する。このため、基体５ａ〜５ｆの表面に結晶シートを形成する際に、基体５ａ〜５ｆおよび支持基板４ａ〜４ｆに蓄積された熱を、傾きストッパ部材７ａ〜７ｆを介してこの冷却用ガスあるいは冷却用液体によって除去することができる。
【００４９】
基体５ａ〜５ｆの材料としては、耐熱性に優れた黒鉛をベースとした材料を用いる。ただし、基体５ａ〜５ｆの材料は、融液９の温度よりもその融点が高い材料であればよい。なお、ここでは融液９としてシリコン融液を用いているため、シリコンの融液９の温度よりも融点の高い材料を基体５ａ〜５ｆの材料として用いることができる。また、この基体５ａ〜５ｆの材料としては、融液９との反応性の少ない材料であることがより好ましい。たとえば、融液９としてシリコン融液を用いる場合、炭化珪素、石英、窒化珪素、アルミナ、酸化ジルコニウムなどを基体５ａ〜５ｆの材料として用いることができる。
【００５０】
坩堝１０内に保持された融液９の液面と回転体３に設置された基体５ａ〜５ｆとの間の距離は、昇降モータ１２を用いて坩堝１０を設置している坩堝台１１の高さを変更することにより容易に制御することができる。
【００５１】
以下、図１に示した結晶シート製造装置１の動作を簡単に説明する。
図１に示した結晶シート製造装置１では、回転体３が矢印２８の方向に回転することにより、基体５ａ〜５ｆが坩堝１０の内部に保持された融液９に部分的に順次浸漬される。融液９に基体５ａ〜５ｆが浸漬された状態において、基体５ａ〜５ｆの表面に融液が凝固した結晶シート２１が形成される。回転体３の回転に伴って、その表面に結晶シート２１が形成された基体５ａ〜５ｆが融液９から引き上げられる。そして、基体５ａ〜５ｆの表面に形成されている結晶シート２１は、シート取出装置１５により基体５ａ〜５ｆから取外される。
【００５２】
シート取出装置１５は、回転軸１８を中心として回転可能になっている。回転軸１８には、駆動手段としてのモータ（図示せず）が接続されている。このモータの駆動により回転軸１８を中心としてシート取出装置１５を回転させることができる。シート取出装置１５が設置された前室１３は、チャンバ２に隣接して設置され、この前室１３の内部もチャンバ２の内部と同様に高真空状態を実現することができるように気密性が保たれている。チャンバ２と前室１３との間には、シャッタ１４が設置されている。このシャッタ１４を開閉することにより、チャンバ２の内部と前室１３の内部とを分離することができる。なお、シート取出装置１５を用いて結晶シート２１を取出す際には、このシャッタ１４は開状態となる。
【００５３】
シート取出装置１５の動作は、概略以下のようなものである。すなわち、結晶シート２１をチャンバ２の内部から取出す際には、まずシャッタ１４が開状態となる。そして、シート取出装置１５が図１に示したような角度となるまで回転軸１８を中心にシート取出装置１５が回転する。そして、シート取出ロッド１６が回転体３に近づく方向に延びることにより、このシート取出ロッド１６の先端部に設置されている吸着パッド１７が基体５ｄの表面に形成された結晶シート２１に接触する。
【００５４】
このとき、基体５ｄおよび支持基板４ｄは、回転体３の外周面に配置された支持アーム８に回転可能に取付けられているため、吸着パッド１７が結晶シート２１と確実に接触するように基体５ｄの傾き角度を変更することができる（吸着パッド１７を基体５ｄ表面に形成された結晶シート２１に押圧することにより、結晶シート２１の表面に吸着パッド１７が確実に接触するように、基体５ｄおよび支持基板４ｄの傾き角度が変更される）。この後、吸着パッド１７により結晶シート２１が吸着され、この結晶シート２１が吸着パッド１７に保持される。次に、シート取出ロッド１６が回転体３から離れる方向側へと後退することにより、基体５ｄから結晶シート２１を取外すことができる。
【００５５】
結晶シート２１を吸着パッド１７により保持した状態でシート取出ロッド１６が十分後退した後、回転軸１８を中心としてシート取出装置１５を回転させる。このとき、吸着パッドに保持された結晶シート２１がストッカ２０の上に位置するまで、シート取出装置１５は回転する。その後、シート取出ロッド１６が下方向（ストッカ２０の方向）に延びる。ストッカ２０の内部に結晶シート２１を配置した状態で、吸着パッド１７の吸着動作を解除することにより、結晶シート２１をストッカ２０の内部に収納する。その後、シート取出ロッド１６は、回転軸１８の方向へと後退する。このようにして、結晶シート２１をストッカ２０の内部に配置することができる。ストッカ２０の内部には、上記のような工程により基体５ａ〜５ｆから順次取外された結晶シート２２が複数枚保持される。
【００５６】
ストッカ２０に結晶シート２２を所定の枚数収納した後、前室１３の側壁２３に設けられたシャッタ１９を開放して、この開放部から前室１３の外部へとストッカ２０は取出される。そして、ストッカ２０の内部に保持された結晶シート２２は、太陽電池を形成する後工程など所定の工程を実施するため、他の処理装置へと搬送される。
【００５７】
図１に示した結晶シート製造装置１では、回転体３の側面上に支持基板４ａ〜４ｆおよび基体５ａ〜５ｆが回転可能に設置されていることにより、基体５ａ〜５ｆの表面上に厚みおよび膜質の均質な結晶シート２１を形成できる。以下、図２〜６を参照して、基体５ａ〜５ｆの表面上に結晶シート２１を凝固・成長させる工程を詳細に説明する。図２〜６は、結晶シートを凝固・成長させる工程を説明するための模式図である。なお、以下の図２〜６においては、回転体３の側面上に設置された基体５ａ〜５ｆのうち、１つの基体である５ａに注目して結晶シート製造装置の動作を説明する。
【００５８】
図２に示すように、回転体３が矢印２８の方向に回転する際、坩堝１０に保持された融液９に浸漬される前の支持基板４ａおよび基体５ａは、支持アーム８に接続された接続部であるピン２４を中心として反時計方向に回転する。支持基板４ａの一方端部３０ａは基体固定手段としての傾きストッパ部材７ａに接触した状態となっている。このように、支持基板４ａの一方端部３０ａが傾きストッパ部材７ａに接触することにより、この支持基板４ａおよび基体５ａの傾き角度が固定されている。
【００５９】
このようにすれば、融液９に基体５ａを浸漬し始める時の、融液９の液面３２に対する基体５ａの表面３１がなす角度（侵入角度）を、基体固定手段としての傾きストッパ部材７ａにより決定できる。したがって、傾きストッパ部材７ａにおいて支持基板４ａに接触する面の位置を調整することにより、融液９の液面３２に対する基体５ａの侵入角度を任意に変更することが可能になる。
【００６０】
また、このとき基体５ａの一方端部２９ａは、回転体３の回転に伴って基体５ａの中央部３７が描く軌跡２７上に位置している。このような状態で回転体３が矢印２８の方向に回転することにより、基体５ａの一方端部２９ａから基体５ａが融液９に浸漬される。
【００６１】
この場合、傾きストッパ部材７ａにより基体５ａの回転角度を固定した際には、基体５ａの表面３１の中央部３７と一方端部２９ａとが、上述のように回転体３の回転軸６を中心として同じ軌跡２７上に位置することになる。このため、この状態で回転体３を回転することにより基体５ａの一方端部２９ａを融液９に浸漬すると、基体５ａの表面３１の一方端部２９ａが融液９中に浸漬される浸漬深さと、表面３１の中央部３７が融液９中に浸漬される浸漬深さとをほぼ同じにすることができる。この結果、融液９中における基体５ａの表面３１における一方端部２９ａの浸漬深さが表面３１の中央部３７の浸漬深さより深くなることを防止できる。したがって、基体５ａの表面３１における結晶シートの成長条件が、浸漬深さの差により局所的に変化することを抑制できる。
【００６２】
ここで、図１０に示した結晶シート製造装置では、基体１０５ａの中央部１３７よりも一方端部１２９ａの方が融液１０９に対する浸漬時間は長くなる（また、融液１０９に対する浸漬深さも深くなる）ため、基体１０５ａの中央部１３７の温度よりも一方端部１２９ａの温度が高くなる傾向であった。このため、図１０に示した結晶シート製造装置では、この基体１０５ａの一方端部１２９ａにおいて形成される結晶シートの厚みや表面状態が他の領域とは異なった状態となり、均一な結晶シートを得ることが難しかった。このような問題を解決するため、本発明による結晶シート製造装置１では、この基体５ａの一方端部２９ａに加えられる熱を、支持基板４ａを介して回転体３に設置された固定部材としての傾きストッパ部材７ａへと伝達させることにより、この一方端部２９ａの温度が過剰に上昇することを防止している。
【００６３】
このように、傾きストッパ部材７ａは、基体５ａの表面３１の傾き角度を決定すると同時に、基体５ａから熱を除去するための冷却手段としての作用を有する。このため、基体５ａを冷却するために別途冷却装置などを設ける場合より、結晶シート製造装置の装置構成を簡略化できる。
【００６４】
次に、回転体３が矢印２８の方向にさらに回転していくと、図３に示すように、傾きストッパ部材７ａによって傾き角度が決定されていた支持基板４ａおよび基体５ａが、融液９の液面３２に対してほぼ平行な状態となる。そして、図３に示した状態からさらに回転体３が矢印２８の方向に回転すると、支持基板４ａおよび基体５ａは支持アーム８とピン２４によって回転可能に接続されていることから、この支持基板４ａと基体５ａとがピン２４を中心として自重により時計回り方向に回転する。この結果、回転体３の回転に伴って、基体５ａの表面３１が融液９の液面３２とほぼ平行な状態に維持されたまま、基体５ａが融液９中を移動することになる。
【００６５】
このようにすれば、基体５ａの表面３１全体について、融液９に対する浸漬深さをほぼ等しくすることができる。この結果、基体５ａの表面３１における結晶シートの成長条件をほぼ等しくすることができるので、基体５ａの表面上に均一な結晶シートを形成することができる。
【００６６】
次に、図４に示すように、基体５ａの中央部３７が融液９の液面３２から最も深い位置に到達した状態において、回転体３の回転速度を下げる。また、このとき回転体３を、図４に示したような状態で一旦停止させてもよい。このようにすれば、基体５ａの中央部３７、一方端部２９ａおよび他方端部２９ｂを、融液９の液面３２に対してほぼ平行な位置に配置された状態（すなわち、基体５ａの表面３１が融液９の液面３２とほぼ平行な状態）にすることができる。この結果、基体５ａの表面３１に結晶シートを成長させるための条件として最も良好な条件を得ることができる。回転体３を停止させれば、結晶の成長状態を特に安定させることができ、膜厚や膜質の均一な結晶シートの成長を促進することができる。このようにして、結晶シートを形成する工程を実施する。
【００６７】
次に、基体５ａの表面において十分に結晶シートが成長したタイミングで、回転体３を矢印２８の方向へとさらに回転させる。このとき、支持基板４ａおよび基体５ａは、基体５ａの表面３１が融液９の液面３２とほぼ平行な状態を保ったまま、自重モーメントによってピン２４を中心として回転する。支持基板４ａのほぼ中央部にピン２４は接続されている。このため、自重モーメントにより基体５ａの表面３１が水平方向（すなわち融液９の液面３２とほぼ平行な方向）となる状態を保つことができる。
【００６８】
そして、回転体３がさらに回転するにつれて回転体３に対して支持基板４ａおよび基体５ａが時計回りに回転することにより、図５に示すように、支持基板４ａの他方端部３０ｂが傾きストッパ部材７ｆの表面に接触する。このように他方端部３０ｂが傾きストッパ部材７ｆの表面に接触した際、基体５ａの他方端部２９ｂは、基体５ａの中央部３７が描く軌跡２７上に位置することになる。
【００６９】
次に、回転体３がさらに矢印２８の方向に回転することにより、図６に示すように、基体５ａが融液９から引上げられる。基体５ａの表面には結晶シート（図示せず）が形成されている。このとき、支持基板４ａの他方端部３０ｂが、冷却部材として作用する傾きストッパ部材７ｆと接触しているので、支持基板４ａを介して傾きストッパ部材７ｆにより基体５ａの熱を除去することができる。この結果、融液９から基体５ａを取出した際の急激な温度低下に起因するサーマルショックを緩和することができる。
【００７０】
このように、基体５ａを融液９から引上げる際、基体５ａの他方端部２９ｂは、基体５ａの中央部３７が描く軌跡２７上に位置しているので、従来のようにこの他方端部２９ｂが融液９の深い領域（軌跡２６により示される領域）にまで浸漬されることを防止できる。このため、基体５ａの表面に均一な膜質の結晶シートを形成することができる。なお、軌跡２６は、図４に示した状態で基体５ａの一方端部２９ａおよび他方端部２９ｂの位置が固定されたと仮定した場合の、回転体３が回転する際に一方端部２９ａおよび他方端部２９ｂが描く軌跡である。
【００７１】
図２〜６に示したように、本発明による結晶シート製造装置１では、融液９に基体５ａを浸漬させている間、すなわち図３〜５に示したように従来よりも長い時間、基体５ａの表面３１を融液９の液面３２と平行な状態に保つことができる。このため、基体５ａの表面３１に結晶シートを形成する際の結晶成長条件を基体５ａの表面３１の全体にわたって均一にすることができる。この結果、厚みや膜質などの均一な結晶シートを得ることができる。
【００７２】
本発明による結晶シート製造装置１によって作製されたシリコンの結晶シートを太陽電池の材料として用いた場合、その太陽電池における発電効率は約１２％であった。
【００７３】
また、基体５ａ〜５ｆの表面３１は平坦であるため、本発明による結晶シート製造装置１によって得られた結晶シートは、製造時の段階から平坦な形状を有している。このため、本発明による結晶シート製造装置１によって得られる結晶シートの後処理としては、端面切断など、必要最小限の加工などを行なえばよい（つまり、基板表面の研磨や研削といった平坦性を確保するための工程を実施する必要がない）。したがって、平坦な結晶シートを得るため、曲面を有する結晶シート（たとえば、円筒状の回転冷却体における側面の一部をシリコンの融液に浸漬し、この回転冷却体を回転させながら円筒面に凝固するシリコンリボンを連続的に引出すことにより得られるシリコン結晶シート）を平坦な形状へと加工する工程を省くことができるので、結晶シートの製造コストを低減することができる。
【００７４】
また、図１に示した結晶シート製造装置１では、回転体３の外周面上に複数の支持基板４ａ〜４ｆおよび基体５ａ〜５ｆを配置しているので、回転体３を回転させることにより、連続して基体５ａ〜５ｆの表面上に結晶シートを製造することができる。そのため、結晶シートの製造効率を向上させることができる。
【００７５】
また、図１に示した結晶シート製造装置では、シート取出手段としてのシート取出装置１５が設置されているので、結晶シートが形成された基体５ａ〜５ｆから結晶シートをこのシート取出装置１５により順次取出すことにより、連続して結晶シートを製造することができる。
【００７６】
なお、基体５ａ〜５ｆの表面３１は平滑な表面であってもよいが、図７〜９に示すように表面３１に凹凸形状を形成してもよい。図７〜９は、本発明による結晶シート製造装置の変形例を説明するための部分斜視模式図である。図７〜９は、基体５ａ〜５ｆの表面３１の一部を拡大して示したものである。
【００７７】
図７に示すように、基体５ａの表面３１に所定の方向に延在する凸部３３を複数形成してもよい。この凸部３３の断面形状はほぼ三角形状である。たとえば、図７に示した基体５ａにおいては、その表面にＶ字型の溝３５を、ピッチが１ｍｍ、深さが１ｍｍという条件で形成する。このようにすれば、図７に示したような構造を容易に得ることができる。なお、この溝３５が延びる方向（凸部３３の延びる方向）は、回転体３の回転方向に対して平行に延びるように配置してもよい。また、この溝３５の延びる方向を、回転体３の回転方向に対してほぼ垂直方向に延びるように配置してもよい。
【００７８】
また、図８に示すように、基体５ａの表面３１に半円状の溝３５を所定の方向に延びるように複数形成してもよい。このようにすれば、所定の方向に延びる凸部３４を複数形成することができる。
【００７９】
また、図９に示すように、基体５ａの表面３１に四角錐状の凸部３６をマトリックス状に複数個形成してもよい。
【００８０】
このようにすれば、凸部３３、３４、３６の先端が結晶シートの結晶成長の起点となる。この結果、結晶シート２１において、基体５ａの表面と接触していた部分においてこのような凸部３３、３４、３６の形状に沿うように周期的な凹凸形状（コルゲート型）の表面構造を形成できる。このように結晶シート２１の表面にコルゲート型の構造を形成することにより、結晶シート２１の機械的強度を高めることができる。この結果、結晶シート２１を後工程などでハンドリングする際に、結晶シート２１の強度不足によりこの結晶シート２１が欠損するといった問題の発生を抑制できる。
【００８１】
また、図９に示したような基体５ａを用いる場合、結晶シート２１の結晶成長の起点となる凸部３６が基体５ａの表面にマトリックス状にほぼ均一に分布していることから、結晶シート２１においては、結晶粒径がほぼ均一にそろった柱状結晶が形成されることになる。すなわち、図９に示したような表面構造を有する基体５ａを用いれば、結晶シート２１の形状を乱す樹枝状晶の発生を抑制する効果が高い。
【００８２】
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実施の形態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。
【００８３】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、回転体の外周面上に設置されるとともに、回転体の回転軸と平行な軸の回りに回転可能に支持される基体を備える結晶シート製造装置を用いることにより、基体の表面の全体について融液中での浸漬深さをほぼ均一にすることができる。このため、基体の表面上に結晶シートを形成する際のプロセス条件をほぼ均一に保つことができる。この結果、膜厚や膜質の均一な結晶シートを容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による結晶シート製造装置を示す模式図である。
【図２】  結晶シートを凝固・成長させる工程の第１工程を説明するための模式図である。
【図３】  結晶シートを凝固・成長させる工程の第２工程を説明するための模式図である。
【図４】  結晶シートを凝固・成長させる工程の第３工程を説明するための模式図である。
【図５】  結晶シートを凝固・成長させる工程の第４工程を説明するための模式図である。
【図６】  結晶シートを凝固・成長させる工程の第５工程を説明するための模式図である。
【図７】  本発明による結晶シート製造装置の変形例を説明するための部分斜視模式図である。
【図８】  本発明による結晶シート製造装置の変形例を説明するための部分斜視模式図である。
【図９】  本発明による結晶シート製造装置の変形例を説明するための部分斜視模式図である。
【図１０】  本発明に関連する技術としての結晶シート製造方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１  結晶シート製造装置、２  チャンバ、３  回転体、４ａ〜４ｆ  支持基板、５ａ〜５ｆ  基体、６  回転軸、７ａ〜７ｆ  傾きストッパ部材、８  支持アーム、９  融液、１０  坩堝、１１  坩堝台、１２  昇降モータ、１３  前室、１４  シャッタ、１５  シート取出装置、１６  シート取出ロッド、１７  吸着パッド、１８  回転軸、２０  ストッカ、２１，２２  結晶シート、２３  側壁、２４  ピン、２５，２８，３８  矢印、２６，２７  軌跡、２９ａ  一方端部、２９ｂ  他方端部、３０ａ  支持基板の一方端部、３０ｂ  支持基板の他方端部、３１  表面、３２  液面、３３，３４，３６  凸部、３５  溝、３７  中央部。
【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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