(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属または半導体材料の融液を坩堝に貯留し、基体を坩堝内に浸漬し、金属または半導体材料を前記基体表面で凝固成長させる結晶シート製造装置であって、
複数の基体が外周部に配置される複数の回転体と、
回転体を回転させて、各基体表面に結晶シートを凝固成長させるシート生成部と、
前記シート生成部とは異なる位置にあり、シート生成完了後の回転体に対して、各基体に形成される結晶シートの剥離を行う剥離部とを有することを特徴とする結晶シート製造装置。
【請求項２】
複数の回転体を備える装置本体内に、前記シート生成部および前記シート生成部を覆う断熱小室が設けられることを特徴とする請求項１記載の結晶シート製造装置。
【請求項３】
前記装置本体内に、シート生成後の回転体を外部に取り出す取り出し部および前記取り出し部を覆う断熱小室が設けられることを特徴とする請求項２記載の結晶シート製造装置。
【請求項４】
前記装置本体内に、シート生成前の回転体を外部から取り入れる取り入れ部および前記取り入れ部を覆う断熱小室が設けられることを特徴とする請求項２記載の結晶シート製造装置。
【請求項５】
前記装置本体内に、シート生成前の回転体を暖める予備加熱部および前記予備加熱部を覆う断熱小室が設けられることを特徴とする請求項２記載の結晶シート製造装置。
【請求項６】
前記装置本体内で行われる動作を独立かつ並行して行う制御手段を有することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載の結晶シート製造装置。
【請求項７】
前記装置本体内から取り出された回転体を回転させながら、前記各基体を順次剥離する剥離手段を有することを特徴とする請求項３記載の結晶シート製造装置。
【請求項８】
金属または半導体材料の融液を坩堝に貯留し、基体を坩堝内に浸漬し、金属または半導体材料を前記基体表面で凝固成長させる結晶シート製造方法であって、
外周部に複数の基体が配置される回転体をシート生成部で回転させて、坩堝に各基体を順次浸漬し、結晶シートを各基体表面に生成させるシート生成工程と、
シート生成後、前記シート生成部とは異なる位置にある剥離部に移動させ、基体に形成される結晶シートを剥離するシート剥離工程とを有し、シート生成工程とシート剥離工程とが独立して行われることを特徴とする結晶シート製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属または半導体の融液から結晶シートを製造する結晶シート製造装置および製造方法に関するものである。特に低コスト太陽電池用結晶シート状Ｓｉ（シリコン）基板の製造装置および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池に用いられている多結晶シリコン（以後、単にＳｉと呼ぶ）基板を製造する代表的な技術として、不活性雰囲気中に満たした空間内に置かれた坩堝内で、リンあるいはボロン等のドーパントを添加した高純度Ｓｉ材料を加熱溶融し、この融液を鋳型に流し込んで冷却し、スライシング工程を経て太陽電池に使用されるＳｉウエハを得る方法がある。
【０００３】
従来方法では、Ｓｉ鋳造工程に加え、スライス工程が必要なこと、またこのスライス工程でワイヤおよび内周刃の厚み分以上の材料ロスを生じることなど、低コスト化を図るうえで大きな障害になっていた。
【０００４】
これにかわり、他の技術として、スライス工程を省略し、溶融ＳｉからＳｉ結晶シートを直接作製する方法として、基体をＳｉ融液中に一定時間浸漬し、基体表面にＳｉを付着、成長させるＳｉ結晶シート製造方法がある。具体的には、回転冷却体の外周部にＳｉを凝固成長させる基体を配置し、その表面に生成した結晶シートを剥離する方法が本件出願人によって提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本件出願人によって提案されているＳｉ結晶シート製造装置では、複数の基体を外周部に配置した回転体を有し、該回転体下方にＳｉ融液を貯留する坩堝が配置される。回転体を回転させることによって、各基体が順次融液に浸漬され、各基体面に連続して結晶シートを生成することができる。さらに回転体の上方には、各基体から結晶シートを剥離回収する剥離手段を有する。これによって回転体を回転させることによって、基体への結晶シート生成と基体からの結晶シートの剥離が同室内で並列に連続して行うことができる。
【０００６】
この装置において結晶シートは、シート端部に衝撃力が与えられて基体から剥離する。これによってシート剥離時の衝撃によって坩堝内の融液の揺らぎおよび浸漬した基体の揺れが発生し、結晶シート厚のムラが発生するとともに、結晶シートの表面粗さが粗くなるという問題があった。
【０００７】
また坩堝と同室内で剥離作業が行われるので、熱による剥離手段の劣化および結晶シートの成長における回り込み等による剥離ミスが発生するという問題があった。また生産される結晶シートが大型化するにつれて、結晶シート製造装置が大型化し、坩堝内の融液を加熱する高出力の加熱手段が必要になるとともに、装置内の温度変化が大きくなるという問題があった。
【０００８】
従って本発明の目的は、結晶シート厚および表面粗さを均一にし、剥離ミスが少ない結晶シート製造装置および結晶シート製造方法を提供することである。
【０００９】
また本発明の他の目的は、装置内を加熱する高出力の加熱手段が小さく、また装置内温度変化を小さくし、熱損失の小さい結晶シート製造装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属または半導体材料の融液を坩堝に貯留し、基体を坩堝内に浸漬し、金属または半導体材料を前記基体表面で凝固成長させる結晶シート製造装置であって、
複数の基体が外周部に配置される複数の回転体と、
回転体を回転させて、各基体表面に結晶シートを凝固成長させるシート生成部と、
前記シート生成部とは異なる位置にあり、シート生成完了後の回転体に対して、各基体に形成される結晶シートの剥離を行う剥離部とを有することを特徴とする結晶シート製造装置である。
【００１１】
本発明に従えば、シート生成部と剥離部とが異なる位置に配置されるので、シート剥離にともなう衝撃がシート生成部に伝わることを防止することができる。したがってシート生成部の坩堝内の融液の揺らぎを減少させ、結晶シート製造時のムラをなくすとともに、表面の粗さをより滑らかにすることができる。これによって結晶シートの品質を向上することができる。またシート生成部から発生する熱が剥離部に伝わることを防止することができる。これによって熱による剥離部の剥離手段の劣化を抑え、結晶シートの成長における剥離ミスを防止することができる。
【００１２】
また複数の基体が配置されている回転体を用い、回転体がシート生成部で基体を順次浸漬するように一回転することによって、短時間に複数の基体に結晶シートを製造することができる。またシート生成を終えた回転体を移動させることによって、短時間にかつ容易に複数の基体を剥離部まで搬送することができる。また剥離部まで移動された回転体は、外周部に基体を配置した状態で結晶シートの剥離作業が行われることによって、１つの基体を剥離部に搬送し剥離作業を行う場合に比べて、短時間に剥離作業を行うことができる。
【００１３】
また本発明は、複数の回転体を備える装置本体内に、前記シート生成部および前記シート生成部を覆う断熱小室が設けられることを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、装置本体内に断熱小室が設けられ、断熱小室によって、シート生成部が覆われているので、シート生成部から断熱小室外部に放射される輻射放熱量を小さくすることができる。したがって融液の温度変動を防止し、融液の温度をより安定に保つことができる。また融液を加熱する加熱手段の出力を少なくすることができるとともに、加熱手段による融液の温度制御を容易にすることができる。
【００１５】
また本発明は、前記装置本体内に、シート生成後の回転体を外部に取り出す取り出し部および前記取り出し部を覆う断熱小室が設けられることを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、装置本体内に断熱小室が設けられ、断熱小室によって、取り出し部が覆われている。これによってシート生成工程を終えた回転体を装置本体外に取り出すときに結晶シートが急冷されることを防止することができる。また装置外からの外気の侵入によって生じる装置本体全体の温度低下を抑えることができる。
【００１７】
また本発明は、前記装置本体内に、シート生成前の回転体を外部から取り入れる取り入れ部および前記取り入れ部を覆う断熱小室が設けられることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、装置本体内に断熱小室が設けられ、断熱小室によって、取り入れ部が覆われている。これによって回転体を装置本体外部から取り入れるときに、シート生成部からの熱輻射の影響を少なくすることができる。また外気の侵入によって生じる装置本体内の温度低下を抑えることができる。
【００１９】
また本発明に従えば、前記装置本体内に、シート生成前の回転体を暖める予備加熱部および前記予備加熱部を覆う断熱小室が設けられることを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、装置本体内に断熱小室が設けられ、断熱小室によって、予備加熱部が覆われている。これによって予備加熱部に配置された回転体および断熱小室を効果的に加熱することができ、シート生成部の加熱手段の出力を抑えることができる。
【００２１】
また本発明に従えば、前記装置本体内で行われる動作を独立かつ並行して行う制御手段を有することを特徴とする。
【００２２】
本発明に従えば、制御手段によって、装置本体内で行われる各動作を独立かつ並行に行うことができる。したがって複数の回転体が同時に異なる動作を行うことができ、結晶シート生成における無駄な時間を無くすことができる。これによって単位時間当たり生産される結晶シート枚数を増加させることができる。
【００２３】
また本発明に従えば、前記装置本体内から取り出された回転体を回転させながら、前記各基体を順次剥離する剥離手段を有することを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、回転体は、回転されて結晶シートの剥離が行われる。これによって、一つの基体を剥離手段に搬送して剥離する場合に比べて、回転動作によって複数の基体から結晶シートを容易にかつ短時間で剥離することができる。
【００２５】
また本発明に従えば、金属または半導体材料の融液を坩堝に貯留し、基体を坩堝内に浸漬し、金属または半導体材料を前記基体表面で凝固成長させる結晶シート製造方法であって、
外周部に複数の基体が配置される回転体をシート生成部で回転させて、坩堝に各基体を順次浸漬し、結晶シートを各基体表面に生成させるシート生成工程と、
シート生成後、前記シート生成部とは異なる位置にある剥離部に移動させ、基体に形成される結晶シートを剥離するシート剥離工程とを有し、シート生成工程とシート剥離工程とが独立して行われることを特徴とする結晶シート製造方法である。
【００２６】
本発明に従えば、シート生成部でシート生成工程を行った後、回転体を移動させて、シート生成部とは異なった剥離部でシート剥離工程をおこなわれる。これによってシート剥離手段の耐熱性、形状などの制約をなくし、シート剥離工程を容易にかつ確実に行うことができるとともにシート剥離時に伴う衝撃がシート生成部に伝わることを防止することができる。
【００２７】
また回転体は、複数の基体が外周部に配置されているので、シートの生成および剥離を１つの回転体に配置される複数の基体において連続して行うことができ、生産性を向上することができる。さらにシート生成工程とシート剥離工程とが独立して行われるので、シート剥離工程にかかわらずシート生成工程を行うことができ、結晶シートの生産性をより向上することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。
【００２９】
（実施例１）
図１は、本発明の実施の一形態である結晶シート製造装置１を示す平面図である。図２は、図１の結晶シート製造装置１のＳ２−Ｓ２切断面線から見た断面図である。結晶シート製造装置１は、金属または半導体材料などのシート生成材料を坩堝内で溶融し、その融液内に略矩形板状の基体を浸漬し、基体表面にシート生成材料を凝固成長させて結晶シートを生成する。結晶シート製造装置１は、複数の基体が外周部に配置される回転体２、複数の回転体２を備える装置本体３、供給手段６ａ、装着手段４、移載手段５、搬送手段６ｂおよび剥離手段を含んで構成される。
【００３０】
装置本体３は、４つの回転体２Ｂ〜２Ｅを囲む円筒状の外周壁１４を有する。装置本体３は、シート生成前の回転体２Ａを外部から取り入れる取り入れ部１１、シート生成前の回転体２Ｃを予備加熱する予備加熱部１２、結晶シートの生成が行われるシート生成部９およびシート生成後の回転体２Ｅが装置本体外部に取り出される取り出し部１０の４つの動作部分を有し、これら４つの動作部分９〜１２が外周壁１４内に設けられる。これらの各動作部分９〜１２は、外周壁１４の軸線である中央軸線Ｌ１まわりに等間隔にすなわち、９０度間隔をあけて外周壁１４に対して固定位置に配設される。
【００３１】
また装置本体３は、回転断熱壁１３を有する。回転断熱壁１３は、中央軸線Ｌ１を中心とする円筒壁１３ｂと、円筒壁１３ｂから４方に延び、各動作部分９〜１２を仕切る４つの仕切り壁１３ａ１〜１３ａ４とを有する。仕切り壁１３ａ１〜１３ａ４によって外周壁１４内が４つの断熱小室１９〜２２に分けられる。また回転断熱壁１３および外周壁１４は、断熱性を有し、多孔質セラミックから成る。
【００３２】
図１では、仕切り壁１３ａ１と仕切り壁１３ａ２との間に第１の断熱小室２１が、仕切り壁１３ａ２と仕切り壁１３ａ３との間に第２の断熱小室２２が、仕切り壁１３ａ３と仕切り壁１３ａ４との間に第３の断熱小室１９が、仕切り壁１３ａ４と仕切り壁１３ａ１との間には、第４の断熱小室２０が形成される。
【００３３】
各断熱小室１９〜２２は、それぞれ対応する一つの回転体２Ｂ〜２Ｅを覆って形成される。回転断熱壁１３は、中央軸線Ｌ１まわりに回転体２Ｂ〜２Ｅと一体に回転し、同様に各断熱小室１９〜２２が中央軸線Ｌ１まわりに回転する。各動作部分９〜１２は固定されており、回転断熱壁１３が回転し、各回転体２Ｂ〜２Ｅが各動作部分９〜１２に配置されたときに、各断熱小室１９〜２２は、それぞれ対応する各動作部分９〜１２を覆う。
【００３４】
本体装置内に配置された各回転体２Ｂ〜２Ｅは、各動作部分９〜１２で、独立かつ並列に、シート生成のための動作がそれぞれ行われる。第１の工程として、取り入れ部１１に配置された装置本体の回転軸１５に、装置本体外から回転体２Ｂが装着される。このとき予備加熱部１２に配置された回転体２Ｃが予備加熱され、シート生成部９に配置された回転体２Ｄにシート生成が行われる。さらに、取り出し部１０に配置された回転体２Ｅが回転軸１５から抜去され、装置本体外へ取り出される。
【００３５】
次に回転断熱壁１３が、各断熱小室内の回転体２Ｂ〜２Ｅと一体に中央軸線Ｌ１まわりに９０度角変位する。したがって、第１の工程で取り入れ部１１で回転軸１５に装着された回転体２Ｂは予備加熱部１２に移動し、第１の工程で予備加熱部１２に配置された回転体２Ｃはシート生成部９に移動し、第１の工程でシート生成部９に配置された回転体２Ｄは取り出し部１０に移動し、第１の工程で回転体２Ｅが抜去された取り出し部１０の回転軸１５は、回転体２を保持しない状態で取り入れ部１１に移動する。
【００３６】
第２の工程として、次の各動作部分９〜１２に配置された回転体２に次の動作がそれぞれ行われる。予備加熱部１２に配置された回転体２Ｂは、予備加熱される。このとき、シート生成部９に配置された回転体２Ｃにシート生成が行われ、取り出し部１０に配置された回転体２Ｄが回転軸１５から抜去され、装置本体外へ取り出される。さらに、第１の工程で回転体２Ｅが抜去され、回転体２を保持していない回転軸１５には、取り入れ部１１で新たに、装置本体外から回転体２Ａが装着される。
【００３７】
次に回転断熱壁１３が各断熱小室内の各回転体２と一体に中央軸線Ｌ１まわりに９０度角変位する。したがって第２の工程で予備加熱部１２に配置された回転体２Ｂは、シート生成部９に移動し、第２の工程でシート生成部９に配置された回転体２Ｃは、取り出し部１０に移動し、第２の工程で回転体２Ｄが抜去された取り出し部１０の回転軸１５は、回転体２を保持しない状態で取り入れ部１１に移動し、第２の工程で装着された回転体２Ａは、予備加熱部１２に移動する。
【００３８】
第３の工程として、次の動作部分に配置された回転体２にそれぞれ次の動作が行われる。シート生成部９に配置された回転体２Ｂにシート生成が行われ、このとき取り出し部１０に配置された回転体２Ｃが回転軸１５から抜去される。また回転体２を保持していない回転軸１５は、取り入れ部１１で新たに装着本体外から回転体２が装着される。さらに予備加熱部１２に配置された回転体２Ａは予備加熱が行われる。
【００３９】
次に回転断熱壁１３が各断熱小室内の回転体２と一体に中央軸線Ｌ１まわりに９０度角変位する。したがって第３の工程でシート生成部１０に配置された回転体２Ｂは、取り出し部１０に移動し、同様に他の回転体２も第３の工程で行われた動作部分から中央軸線Ｌ１まわりに９０度ずれた位置に配置される動作部分に移動する。
【００４０】
第４の工程として、シート生成部１０に配置された回転体２Ｂは、回転軸１５から抜去される。このとき他の回転体２は、移動した各動作部分で各動作が成される。次に、回転断熱壁１３が各断熱小室内の回転体２と一体に中央軸線Ｌ１まわりに９０度角変位する。すなわち第１の工程が行われた位置から３６０度角変位することになる。次に、再び第１の工程が繰返される。
【００４１】
このように各回転体２は、９０度ずつ角変位して４つの工程を経ることによって取り入れ動作、予備加熱動作、シート生成動作、取り出し動作の４つの動作が順に行われ、結晶シートが生成される。また１つの工程で４つの回転体２に４つの動作が並列して行われる。つまり各回転体２は、独立かつ並列に動作が行われ、連続して結晶シートを生成することができる。
【００４２】
図３は、図１のＳ３−Ｓ３切断面線から見た断面図であり、図４は、基体８を示す斜視図である。回転体２は、略短円柱状に形成され、外周部全周にわたって等間隔に複数の基体８が配置される。また回転体２の回転中心には中心孔４７が形成される。この中心孔４７に装置本体３の回転軸１５が着脱可能に嵌合する。各基体８は、略矩形板状に形成され、一方の面にシート生成面８ａが設けられる。各基体８は、シート生成面８ａが外方に臨むように回転体２に配置される。このシート生成面８ａが融液３７内に浸漬することによって、シート生成面８ａに結晶シートが凝固成長する。したがって回転体２が回転体軸線Ｌ２まわりに回転することで、外周に配置される複数の基体８が順次融液３７に浸漬し、容易に複数の基体８に結晶シートを形成することができる。
【００４３】
回転軸１５に装着された回転体２は、回転体軸線Ｌ２すなわち、回転中心まわりに回転される。具体的には、図２に示すように、回転軸１５は、中央軸線Ｌ１と垂直に外周壁半径方向外方に延びて配置される。また回転軸１５は、中央軸線Ｌ１まわりに等間隔すなわち９０度間隔に４つ配置され、円筒壁１３ｂを挿通し摺動保持されている。円筒壁１３ｂ内で回転軸１５は、クラッチ１６に結合され、さらに回転軸傘歯車１７がクラッチ１６を介して回転軸１５に結合される。また回転軸１５を含むクラッチ１６および回転軸傘歯車１７の各構成も、中央軸線Ｌ１まわりに９０度間隔に４方向に構成される。また回転体駆動モータ２３に連結された駆動傘歯車１８が、中央軸線Ｌ１と同軸に配置される。この駆動傘歯車１８と回転軸傘歯車１７とがかみ合うことによって、回転体駆動モータ２３からの駆動力を伝達し、回転体２を回転体軸線Ｌ２まわりに回転させることができる。
【００４４】
具体的には、シート生成部９で回転体２Ｄを回転体軸線Ｌ２まわりに回転させるとき、回転体駆動モータ２３を回転させ、かつ第１の断熱小室１９にある回転体２Ｄと連結しているクラッチ１６を動作させることによって、回転体駆動モータ２３による駆動力を駆動傘歯車１８、回転軸傘歯車１７、クラッチ１６および回転軸１５を介して伝達し、第１の断熱小室１９内の回転体２Ｄを回転させることができる。同様に、予備加熱部１２で回転体２Ｃを回転させるとき、回転体駆動モータ２３を回転させ、かつ第４の断熱小室２２にある回転体２Ｃと連結するクラッチ１６を動作させる。このようにして各回転体２Ｂ〜２Ｅに接続されるクラッチ１６を独立して制御することによって、各動作部分を個別に制御することができる。
【００４５】
また装置本体３は、回転断熱壁１３、回転軸１５および回転体駆動モータ２３を、回転体２Ｂ〜２Ｅと一体に中央軸線Ｌ１まわりに回転させる回転手段２５を備える。さらに詳しく説明すると、回転手段２５は、中央回転軸２８、中央回転下基板２６、軸受基台２９、ベアリング３０、ギア３１，３２、メインモータ３３を有して構成される。中央回転軸２８は、円筒壁１３ｂと連結され、下方に延びる。中央回転軸２８は、軸受基台２９に設けられるべアリング３０によって回転支持される。また中央回転軸２８の下端には、ギア３１が固定される。またメインモータ３３は、装置本体外に設けられ、ギア３２が固定される。中央回転軸２８に固定されるギア３１とメインモータ３３に固定されるギア３２とがかみ合うことによって、メインモータ３３からの駆動力を中央回転軸２８に伝達することができる。これによって中央回転体２７は中央軸線Ｌ１まわりに回転し、中央回転体２７と一体に装着された回転体２は、取り入れ部１１から予備加熱部１２、シート生成部８を通過し、取り出し部１０まで搬送される。
【００４６】
本装置において回転体駆動モータ２３は、装置本体外に配置されるので、装置本体内の熱的に保護される。また軸受基台２９、ベアリング３０および中央回転軸２８は、下部断熱ケース３４、およびその保護蓋３５によって覆われ、熱的に保護される。回転体駆動モータ２３も同様に円筒壁１３ｂ、断熱基板３６および外周壁１４によって覆われ、熱的に保護される。
【００４７】
次に図１および図２を参照して各動作部分についてさらに詳細に説明する。取り入れ部１１では、装着手段４によって回転体２Ａの取り入れが行われる。具体的には、装着手段４は、伸縮自在なアーム３９を有し、アーム３９は、供給手段６ａから取り入れ部１１まで角変位可能に設けられる。回転体２を保持していない回転軸１５が取り入れ部１１に配置されると、装着手段４は、供給側スライド扉４６ａを開いて、供給手段６ａに向かってアーム３９を伸ばし、回転体２Ａを供給手段６ａから取り出し、把持する。装着手段４は、回転体を把持した状態で装置外壁４５ａ内を取り入れ部１１に向かって角変位し、取り入れ部１１の回転軸１５に回転体を装着する。装着が完了すると供給側スライド扉４６ａが閉じられる。次に取り入れ部１１で回転軸１５に装着された回転体２Ｂは回転断熱壁１３とともに中央軸線Ｌ１まわりに９０度角変位移動して、予備加熱部１２に配置される。この角変位移動は、前述の第１の工程に同期して行われる。
【００４８】
また装置外壁４５ａは、装置本体３に隣接して設けられ、装着手段４を囲んで形成される。装置外壁４５ａは多孔質セラミックなどの断熱性材料から成り、装置外壁内は、装置本体内と同様の雰囲気に調整される。また取り入れ動作が行われているとき、取り入れ部１１は断熱小室２１によって覆われている。これによって回転体２Ａを装置本体外部から取り入れるときに、シート生成部９からの熱輻射の影響を少なくすることができる。また外気の侵入によって生じる装置本体内の温度低下を抑えることができる。さらに本実施の形態では、取り入れ部１１は、シート生成部９から最も離れた位置に配置されるので、シート生成部からの熱伝導による温度上昇の影響を少なくすることができる。
【００４９】
予備加熱部１２では、回転体２Ｃの基体８の予備加熱が行われる。予備加熱部１２に配置された回転体２Ｃの下方には、予備加熱手段２４が配設され、回転体２Ｃは回転体軸線Ｌ２まわりに回転しながら外周部に設けられる複数の基体８が均等に予備加熱される。予備加熱温度は、用いられるシート生成材料の材質および作製する結晶シート厚さ等によって異なるが、本装置においては４００℃以上かつ１２００℃以下の範囲で加熱可能である。装置本体３は、加熱時に加熱する空間が断熱小室２２で覆われているので、加熱による熱損失を最小に抑えることができる。
【００５０】
予備加熱が完了した回転体２Ｃは、回転断熱壁１３とともに９０度角変位し、前記シート生成部９に配置される。シート生成部９に配置された回転体２Ｄは、シート生成面８ａに結晶シートが生成される。シート生成部９に配置される回転体２Ｄの下方に坩堝４１が配設され、坩堝４１は、上下方向の位置決め制御可能な坩堝台４０上に設けられる。坩堝４１の外周部には、坩堝内のシート生成材料たとえばシリコンを溶解するための誘導加熱手段４２が設置される。回転手段２５によって、回転体２Ｄが坩堝４１上に配置されるまでは坩堝４１は回転体２Ｄより下方にある。回転体２Ｄが坩堝４１上に配置されると、坩堝モータ４３が駆動し、坩堝台４０を上昇させ、回転体２Ｄの外周に配置される基体８を結晶シート生成に充分な浸漬深さに達するまで融液内に浸漬させる。
【００５１】
浸漬後、回転体駆動モータ２３を駆動することによって、回転体２Ｄを回転体軸線Ｌ２まわりに一回転させ、各基体８のシート生成面８ａにシリコン結晶シートを形成する。シート生成が完了すると、坩堝４１を坩堝モータ４３の駆動によって下方に移動させる。次に結晶シートが形成された回転体２Ｄは、回転手段２５によって、断熱小室１９と一体に回転移動され、取り出し部１０に搬送される。シート生成時には、シート生成部９は、断熱小室１９によって覆われており、シート生成部から断熱小室外部に放射される輻射熱の発散を小さくすることができる。したがって融液３７の温度低下を防止し、融液３７の温度をより安定に保つことができる。
【００５２】
取り出し部１０では、回転体２Ｅの取出しが行われる。取り出し部１０で基体８のシート生成面８ａに生成した結晶シートを１枚ずつ剥離回収することも可能であるが、本実施例では装置本体３とは異なった位置に配置される剥離部で剥離回収を行う。
【００５３】
具体的には、移載手段５は伸縮自在なアーム３８を有し、アーム３８は取り出し部１０から搬送手段６ｂまで角変位可能に設けられる。回転体２Ｅが取り出し部１０に配置されると、移載手段５は取り出し部１０に向かってアーム３８を伸ばし、回転体２Ｅを回転軸１５から抜去し把持する。移載手段５は、把持した状態で搬送手段６ｂに向かって角変位し、搬送側スライド扉４６ｂを開いて回転体を通過させ、装置外壁４５ｂ外の搬送手段６ｂに移載する。移載が完了すると搬送側スライド扉４６ｂが閉じられる。
【００５４】
装置外壁４５ｂは、装置本体３に隣接して設けられ、移載手段５を囲んで形成される。取り出し部１０で、回転体２Ｅが取除かれた回転軸１０ｂは、取り入れ部１１に移動する。装置外壁４５ｂは多孔質セラミックなどの断熱性材料から成り、装置外壁内は、装置本体内と同様の雰囲気に調整される。
【００５５】
取り出し時には、取り出し部１０は、断熱小室２０によって覆われているので、回転体は、シート生成部９での輻射熱による余熱を伴って取り出し部１１に配置される。これによってシート生成工程を終えた回転体２Ｅを装置本体外に取り出すときに結晶シートの急冷されることを防止することができる。また装置外からの外気の侵入によって生じる装置本体全体の温度低下を抑えることができる。さらに装置外壁内も装置本体内と同様の雰囲気に調整されるので、装置本体内の熱損失をより少なくすることができる。
【００５６】
装置外壁外に取出された回転体２Ｆは、搬送手段６ｂによって剥離部に搬送される。搬送手段６ｂは、中心孔４７を挿通して回転体２Ｆを保持し、別途剥離手段で結晶シートの剥離回収が行われる。本実施の形態では回転体は、剥離部に移載されて、回転体軸線Ｌ２まわりに回転しながらシート剥離工程が行なわれ、回転動作によって複数の基体８から結晶シートを容易にかつ短時間で剥離することができる。剥離手段は、たとえばシート端部に衝撃を与えて剥離する方法またはバキュームパッドなどによってシートを吸引して剥離する方法がある。この剥離作業は本体装置の制約された中で、かつ前工程の高温の余熱のある状態で行うのとは異なり、きわめて安定した状態で作業できる。
【００５７】
また剥離部は、少なくともシート生成部９および装置本体３からの熱の影響がなく、シート剥離時にともなう衝撃がシート生成部に伝わらない位置に設けられる。これによって剥離時の衝撃がシート生成部に伝わることがないので、坩堝内に貯留される融液３７の乱れを防止し、膜厚および表面粗さの均一な結晶シートを製造することができる。また剥離部には、シート製造部からの熱の影響がないので、耐熱性および形状などの制約をなくし、シート剥離工程を容易かつ確実に行うことができる。
【００５８】
取り入れ部１１、予備加熱部１２、シート生成部９および取り出し部１０の４つの動作部分の作業は、図示しない制御手段が回転体モータ２３、各回転体に接続されるクラッチ１６、メインモータ、坩堝モータ４３などを制御することによって、独立かつ並列に動作を行うことが可能である。したがって、制御手段によって、同時に４つの動作を個別に行うことができ、さらに連続して作業を行うことができるので、きわめて高い生産性を得ることができる。
【００５９】
また複数の基体８が外周部に配置された回転体２を用いることによって単位時間当たりに剥離することができる結晶シートを増やし、生産性を向上することができる。また回転体を用いたために、結晶シート製造装置自体が大型化しても、装置本体内に各断熱小室１９〜２２が設けられるので、装置本体内の温度変化を少なくして加熱出力を抑え、生産コスト低減することができる。
【００６０】
（実施例２）
図５は、本実施の他の形態の結晶シート製造装置１００を示す平面図である。結晶シート製造装置１００は、前述の形態の結晶シート製造装置１と類似しており、同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省略する。結晶シート製造装置１００は２つの回転体を備える装置本体１０１を有する。装置本体１０１は、外周壁１０２および回転断熱壁１０３が設けられる。外周壁１０２は円筒状に形成され、外周壁内に回転断熱壁１０３が配設される。回転断熱壁１０３は、外周壁１０２の軸線である中央軸線Ｌ１を中心とする円筒部１０３ｂと、円筒部から２方向に延び、各動作部分を仕切る２つの仕切り壁１０３ａ１，１０３ａ２とを有する。仕切り壁１０３ａは、中央軸線Ｌ１まわりに１８０度間隔をあけて配設される。これらの断熱部材１０２，１０３によって、囲まれる２つの断熱小室１０４，１０５が装置本体内に形成される。回転体断熱部材１０３の仕切り壁１０３ａおよび円筒壁１０３ｂは、回転手段２５によって、中央軸線Ｌ１まわりに角変位する。本実施の形態では、当該角変位は、図５に示す位置より一方に１８０度角変位しそして逆回転に１８０度角変位する。すなわち１８０度交互に角変位する。
【００６１】
装置本体内には、シート生成部１０６および着脱部１０７が中央軸線Ｌ１まわりに１８０度間隔をあけて設けられる。シート生成部１０６では、結晶シート生成が行われ、また着脱部１０７では、結晶シートが生成された回転体２Ｈが装置本体１０１の回転軸１５から分離して取り外されるとともに新規に結晶シートが生成される回転体２Ｇが回転軸１５に装着される。これらのシート生成部１０６および着脱部１０７は、外周壁１０２および回転断熱壁１０３によって各動作が行われるときに個々に仕切られており、前述の断熱小室１０４，１０５に覆われる。
【００６２】
図５を用いて各動作部分での回転体の動作を説明する。伸縮自在なアーム１１１を有する着脱手段１１０を用いて装置本体１０１からの回転体２の着脱が行われる。着脱手段１１０は、アーム１１１を縮小した状態で着脱部１０７に向かって配置された状態から１８０度の水平角変位動作が可能である。供給手段６ａから回転体２Ｇが搬送されると、装置外壁４５ｃに設けられる供給側スライド扉４６ｄが開けられ、着脱手段１１０のアーム１１１は、供給手段６ａに向かって９０度角変位し、アーム１１１を伸ばし、シート生成される回転体２Ｇを把持する。次にアーム１１１が縮み、着脱部１０７にむかって逆方向に９０度角変位し、再度アーム１１１を伸ばし、回転軸１５に回転体２Ｈを装着する。回転体２ｈの装着が完了すると、供給側スライド扉４６ｅは閉鎖される。
【００６３】
仕切り壁１０３ｂには、予備加熱手段１２２が配置されており、回転軸１５に装着された回転体２Ｈの外周を予備加熱することができ、回転軸１５への回転体２Ｈの装着が完了すると同時に、回転体２Ｈは回転体軸線Ｌ２まわりに一回転し、回転体外周部の基体８が予備加熱される。
【００６４】
予備加熱と並行して回転体２はシート生成部１０６まで中央軸線Ｌ１まわりに１８０度角変位して搬送され、シート生成部１０６で結晶シート生成作業が行われる。シート生成部１０６には、上下方向に位置決め制御可能な坩堝台上に坩堝４１が設置され、坩堝４１の外周部には坩堝内シリコンを溶解するための誘導加熱装置４２が設置される。回転体２Ｈが、着脱部１０７からシート生成部１０６に配置されるとき、坩堝４１は回転体２Ｈよりも下方に配置される。坩堝４１は回転体２Ｉが坩堝４１上に配置されるまで、回転体２Ｉよりも下方に配置され、回転体２Ｉが坩堝４１上に配置されると、モータ駆動により基体８に結晶シートを生成するために充分な浸漬深さに達するまで坩堝台４０を上昇させて浸漬させる。
【００６５】
浸漬後、回転体２Ｉを回転体軸線Ｌ２まわりに一回転させ、シリコン結晶シートを順次基体表面に凝固成長せしめる。結晶シート生成後、坩堝４１をモータ駆動によって下方に移動させ、結晶シートが形成された回転体２Ｉを回転断熱壁１０３とともに中央軸線Ｌ１まわりに逆方向に１８０度角変位せしめ、着脱部１０７に搬送する。この状態で基体８の結晶シート生成面８ａに生成した結晶シートを１枚ずつ剥離回収する。
【００６６】
もしくは、図５に示すように、装置本体１０１とは、異なる位置にある剥離部に回転体２Ｈを搬送して結晶シートの剥離を行っても良い。この場合には、結晶シートが生成された回転体２Ｈが着脱部１０７に搬送されると、装置外壁４５ｃに設けられる搬送側スライド扉４６ｅが開けられ、着脱手段１１０がアーム１１１を伸ばして結晶シートが形成された回転体２Ｈを、回転軸１５から抜去して把持する。次にアーム１１１が、搬送手段６ｂに向かって９０度角変位し、把持した回転体を搬送側スライド扉４６ｅから通過させ、搬送手段６ｂに移載する。移載が完了すると搬送側スライド扉４６ｅが閉じられる。搬送手段６ｂは、図示しない剥離部に回転体を搬送し、シート剥離動作が行われる。搬送手段６ｂへの移載が完了すると、装置外壁４５ｃに設けられる供給側スライド扉４６ｄが開けられ、着脱手段１１０によって再び供給手段６ａから回転体２Ｇを装置本体１０１に取り入れる。このようにして、回転体への結晶シートの生成と装置本体からの着脱とが独立かつ並列に繰り返されることによって、連続して結晶シートを形成することができる。
【００６７】
本実施例では、前述の結晶シート製造装置１とほぼ同様の効果が得られる。その他に、主要構成部の回転が中央軸線Ｌ１まわりに１８０度の角度で往復角変位するので、連続回転時の配線のねじれ対策、冷却配管等の回転継手のような信頼性を低下する部品の使用の必要がなく、装置の信頼性を高めることができる。また角変位時に回転体の予備加熱が行われるので、予備加熱に費やす時間を省略することができる。また動作部分の数を４つから２つに低減することによって、製造装置の構成を簡略化することができる。
【００６８】
上述のような本発明の構成は、実施の形態の例示に過ぎず発明の範囲内で構成を変更することができる。たとえば、他の実施例の結晶シート製造装置１００において、回転断熱壁１０３の回転方向は、１８０度交互に角変位しなくても良く一方向のみに回転して元の位置に回転復帰するように構成してもよい。
【００６９】
また本実施の形態では、装置本体内で回転体は中央軸線Ｌ１まわりに回転されるが、回転されなくても良い。たとえば取り入れ部１１、予備加熱部１２、シート生成部９および取り出し部１０が装置本体内で一列に並んで構成され、回転体２は、各動作部分９〜１２を順に搬送されてもよい。また装置本体は、複数の回転体を有し、４つ以上の回転体を有していてもよい。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、耐熱性および形状の制約をうけず、剥離ミスの少ない剥離手段を設けることができ、結晶シートの歩留まりを向上することができる。また剥離時の衝撃によるシート生成部の坩堝内の融液３７が揺らぎを減少させて、結晶シートのムラをなくすとともに、結晶シート表面の粗さをより滑らかにすることができるので、高品質な結晶シートを製作することができる。また回転体を用いることによって、一つの回転体に配置される複数の基体に結晶シートを連続して生成し、一度に搬送し、連続して剥離することができ、生産性を向上することができる。
【００７１】
また本発明によれば、融液３７の温度変動を防止し、融液３７の温度をより安定に保つことができるので、融液３７を加熱する加熱手段による融液３７の温度制御を容易にし、加熱手段の出力を少なくすることができる。したがって加熱にかかわるコストを削減し、結晶シートの生産コストを下げることができる。
【００７２】
また本発明によれば、断熱小室によって、回転体を装置本体外部へ取り出すときに生じる装置本体内の温度低下を抑えることができる。また断熱小室によって回転体を装置本体外部から取り入れるときに生じる装置本体内の温度低下を抑えることができる。また断熱小室によって予備加熱部に配置された回転体を効果的に加熱することができ、加熱手段の出力を抑えることができる。このように装置本体内に断熱小室を設けることによって、装置本体内の温度低下を抑え、加熱にかかわるコストを削減し、結晶シートの生産コストを下げることができる。また装置本体の温度低下が少ないので短時間での予備加熱が可能になる。
【００７３】
また本発明によれば、制御手段によって、装置本体内で行われる各動作を独立かつ並行に行い、複数の回転体が同時にそれぞれ異なる動作を行うことができる。これによって回転体が動作をしない空時間を少なくして、結晶シート製造における生産性を向上することができる。
【００７４】
また本発明によれば、剥離部に移載されたシート生成後の回転体は、回転しながらシート剥離工程を行うことができるので、複数の基体から結晶シートを容易にかつ短時間に剥離することができる。
【００７５】
本発明によれば、シート生成部でシート生成工程を行った後、回転体を移動させて、シート生成部とは異なった位置に配置される剥離部でシート剥離工程が行われるので、シート剥離手段の耐熱性、形状などの制約をなくし、シート剥離工程を容易にかつ確実に行うことができるとともにシート剥離時に伴う衝撃がシート生成部に伝わることを防止することができる。
【００７６】
また回転体は、複数の基体が外周部に配置されているので、シートの生成および剥離を１つの回転体に配置される複数の基体において連続して行うことができ、生産性を向上することができる。さらにシート生成工程とシート剥離工程とが独立して行われるので、シート剥離工程にかかわらずシート生成工程を行うことができ、結晶シートの生産性をより向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である結晶シート製造装置１を示す平面図である。
【図２】図１の結晶シート製造装置１のＳ２−Ｓ２切断面線から見た断面図である。
【図３】図１のＳ３−Ｓ３切断面線から見た断面図である。
【図４】基体８を示す斜視図である。
【図５】本実施の他の形態の結晶シート製造装置１００を示す平面図である。
【符号の説明】
１，１００  結晶シート製造装置
２Ａ〜２Ｊ  回転体
３，１０１  装置本体
４  装着手段
５  移載手段
６ａ  供給手段
６ｂ  搬送手段
８  基体
８ａ  シート生成面
９，１０６  シート生成部
１０  取り出し部
１１  取り入れ部
１２  予備加熱部
１３，１０３  回転断熱壁
１３ａ１，１３ａ２，１０３ａ１，１０３ａ２  仕切り壁
１３ｂ，１０３ｂ  円筒壁
１４，１０２  外周壁
１５  回転軸
１６  クラッチ
１７  回転傘歯車
１８  駆動傘歯車
１９〜２２  １０４，１０５  断熱小室
２３  回転体駆動モータ
２４，１２２  予備加熱手段
２５  回転手段
２８  中央回転軸
２９  軸受基台
３０  ベアリング
３１，３２  ギア
３３  メインモータ
３４  下部断熱ケース
３５  保護蓋
３６  断熱基板
３７  融液
３８，３９  アーム
４０  坩堝台
４１  坩堝
４２  誘導加熱手段
４３  坩堝モータ
４５ａ，４５ｂ，４５ｃ  装置外壁
４６ａ，４６ｂ，４６ｄ，４６ｅ  スライド壁
４７  中心孔
１０７  着脱部
１１０  着脱手段
１１１  アーム
Ｌ１  中央軸線
Ｌ２  回転体軸線
【図１】
0003754306.tif 000002
【図２】
0003754306.tif 000003
【図３】
0003754306.tif 000004
【図４】
0003754306.tif 000005
【図５】
0003754306.tif 000006