JP4105159B2

JP4105159B2 - Thin plate manufacturing apparatus and thin plate manufacturing method

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Publication number: JP4105159B2
Application number: JP2004519221A
Authority: JP
Inventors: 修二胡間; 博純五角; 光三郎矢野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2023-06-30
Also published as: WO2004005592A1; AU2003244200A1; TW200409371A; TWI244769B; JPWO2004005592A1

Description

本発明は、薄板製造装置および薄板製造方法に関し、より具体的にはシリコン薄板製造装置およびシリコン薄板製造方法に関する。 The present invention relates to a thin plate manufacturing apparatus and a thin plate manufacturing method, and more specifically to a silicon thin plate manufacturing apparatus and a silicon thin plate manufacturing method.

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が低下するが、他方、前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、ＳｉＨ_４を原料としてＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、ガラス、プラスチック、金属基板などの上に堆積できるので安価であり、かつ大面積化しやすい。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）のインゴットとして製造され、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、多結晶シリコンについては、液相から凝固成長させる方法や気相から堆積する方法の検討がなされている。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。
また特開２００１−２４７３９６号公報には、太陽電池用の結晶シートの製造方法および装置が記載されている。この技術では、下地板を融液に浸漬するための可動部材は下地板をつぎつぎに同一軌道に沿って動かすものであり、下地板はるつぼの同一の場所にのみ浸漬され、上部で薄板を剥離回収することができるもので、薄板の製造速度には、薄板の剥離回収速度、可動部材回転速度もしくはベルトの強度による限界が存在する。Silicon is used for consumer solar cells. The conversion efficiency of silicon decreases in the order of single crystal, polycrystal, and amorphous, but on the other hand, the cost is low and the area is easily increased. Among these, amorphous silicon can be deposited on a glass, plastic, metal substrate or the like by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method using SiH ₄ as a raw material, so that it is inexpensive and easily increases in area. The conversion efficiency is about 12% at the maximum.
Single crystal silicon is manufactured as an ingot having a diameter of 150 mm (6 inches) or 200 mm (8 inches) by the CZ (Czochralski) method, and can be increased in size, and the conversion efficiency can exceed 15%.
Furthermore, for polycrystalline silicon, a method of solidifying and growing from a liquid phase and a method of depositing from a vapor phase have been studied. Polycrystalline silicon is likely to have a large area similarly to amorphous silicon, but the conversion efficiency is intermediate between single crystalline silicon and amorphous silicon.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-247396 describes a method and apparatus for producing a crystal sheet for a solar cell. In this technology, the movable member for immersing the base plate in the melt moves the base plate along the same track one after another, and the base plate is immersed only in the same place of the crucible, and the thin plate is peeled off at the top. The thin plate manufacturing speed has a limit due to the thin plate peeling and recovery speed, the rotational speed of the movable member, or the strength of the belt.

各種のシリコンの製造方法によって、太陽電池の大面積化、変換効率の向上および製造コストの低減が実施されている。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、太陽電池の発電単価は割高であり、製造コストを低減する必要がある。
本発明は、製造速度を速め製造効率を大きく高めることができ、太陽電池の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、シリコンの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とする。
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浸すことができ下地板の装着、取外しをほぼ同じ（一の）交換位置で行うことのできる浸漬機構を有し、この下地板の表面に融液の材料よりなる薄板を形成する。また本発明の薄板製造装置は、この浸漬機構を複数系統備え、交換位置が各浸漬機構ごとに異なることを特徴とする。
下地板の装着、取外しをほぼ同じ交換位置で行う浸漬機構を備えることにより、下地板の装着、取外しをほぼ同時期に実施することが可能となり、薄板の製造速度を向上させることが可能となる。また、浸漬機構を複数系統備え、交換位置が各浸漬機構ごとに異なることにより、下地板交換を各浸漬機構ごとに独立で実施できるために、下地板交換作業が他の浸漬機構の動作を阻害することなく、薄板の製造速度を浸漬機構の数の倍数にすることができる。浸漬機構が２つの場合は製造速度が２倍、３つの場合は３倍になる。
また本発明の薄板製造装置は、融液を一つのるつぼに入れ、複数系統の浸漬機構がこの一つのるつぼの融液に下地板を浸すことを特徴とする。
このように、一つのるつぼ内の融液を複数系統の浸漬機構が共用するので、複数系統の各浸漬機構によって製造される薄板の品質を同じにすることができる。
また本発明の薄板製造装置は、複数系統の浸漬機構が一つのるつぼのほぼ中央付近で下地板を融液に浸すことを特徴とする。
融液の品質は、るつぼの中央付近で一番安定しており、結果安定した薄板を得ることができる。
また本発明の薄板製造装置は、複数系統の浸漬機構が、ほぼ同じ水平面内に配置されることを特徴とする。
これにより、複数系統の浸漬機構の構成を同じにできる。
また本発明の薄板製造装置は、複数系統の浸漬機構を、るつぼを中心にして対称位置に配置することを特徴とする。
これにより、複数系統の浸漬機構の構成を同じにできる。
更に、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を浸すことができ、下地板の装着、取外しをほぼ同じ交換位置で行うことのできる複数の浸漬機構を有し、下地板の表面に融液の材料よりなる薄板を形成する薄板製造方法である。また、浸漬機構は、第１の下地板を装着し、下地板を融液に浸す浸漬動作後、下地板を取外す動作を第１のサイクルとする第１の浸漬機構と、第２の下地板を装着し、下地板を融液に浸す浸漬動作後、下地板を取外す動作を第２のサイクルとする第２の浸漬機構で構成される。
このように２つの浸漬機構を２つのサイクルで駆動するので、薄板の製造速度を２倍にすることができる。
第１のサイクルと第２のサイクルは、るつぼを中心にして対称に動作することを特徴とする。
これにより、複数系統の浸漬サイクルの制御方法、動作プログラミングを同じにできる。また、同じ位置で同じ動作で浸漬することにより、得られる薄板の品質も安定する。
また本発明の薄板製造方法は、第１のサイクルと第２のサイクルに要する時間がほぼ等しいことを特徴とする。
これにより、２つの浸漬機構を両方同じタイミングで駆動することができる。
また本発明の薄板製造方法は、第１のサイクルに対し、第２のサイクルをずらして動作することを特徴とする。
また本発明の薄板製造方法は、第１のサイクルに対し、第２のサイクルが半周期遅れて動作することを特徴とする。
これにより、２つの浸漬機構を交互に駆動することができ、製造速度を速くすることができる。
また本発明の薄板製造方法は、下地板の装着、取外しの前および／もしくは後に、待機工程を有することを特徴とする。
これにより、２つの浸漬機構が干渉することなく連続稼動することができる。Various silicon manufacturing methods are used to increase the area of solar cells, improve conversion efficiency, and reduce manufacturing costs. However, compared with the current large-scale power generation methods such as nuclear power generation and thermal power generation, the unit price of solar cells is expensive, and it is necessary to reduce the manufacturing cost.
The present invention provides a silicon thin plate manufacturing method and a thin plate manufacturing apparatus that can increase the manufacturing speed, greatly increase the manufacturing efficiency, and can dramatically reduce the manufacturing cost per unit area of the solar cell. For the purpose.
The thin plate manufacturing apparatus of the present invention can be immersed in a melt of a substance containing at least one of a metal material and a semiconductor material, and the mounting and removal of the base plate can be performed at substantially the same (one) replacement position. A thin plate made of a melt material is formed on the surface of the base plate. Moreover, the thin plate manufacturing apparatus of the present invention is provided with a plurality of dipping mechanisms, and the replacement position is different for each dipping mechanism.
By providing a dipping mechanism that mounts and removes the base plate at approximately the same replacement position, it is possible to mount and remove the base plate at almost the same time, thereby improving the production rate of the thin plate. . In addition, since there are multiple systems of immersion mechanisms and the replacement position is different for each immersion mechanism, the base plate replacement can be performed independently for each immersion mechanism, so the base plate replacement operation hinders the operation of other immersion mechanisms. Without this, the production rate of the thin plate can be a multiple of the number of dipping mechanisms. When there are two dipping mechanisms, the production rate is doubled, and when three, three times.
The thin plate manufacturing apparatus of the present invention is characterized in that the melt is put into one crucible, and a plurality of systems of immersion mechanisms immerse the base plate in the melt of this one crucible.
As described above, since a plurality of immersion mechanisms share the melt in one crucible, the quality of the thin plates manufactured by each of the multiple immersion mechanisms can be made the same.
Further, the thin plate manufacturing apparatus of the present invention is characterized in that the dipping mechanism of a plurality of systems immerses the base plate in the melt near the center of one crucible.
The quality of the melt is most stable near the center of the crucible, and as a result, a stable thin plate can be obtained.
The thin plate manufacturing apparatus of the present invention is characterized in that a plurality of dipping mechanisms are arranged in substantially the same horizontal plane.
Thereby, the structure of the immersion system of multiple systems can be made the same.
The thin plate manufacturing apparatus of the present invention is characterized in that a plurality of immersion mechanisms are arranged at symmetrical positions around a crucible.
Thereby, the structure of the immersion system of multiple systems can be made the same.
Furthermore, in the thin plate manufacturing method of the present invention, the base plate can be immersed in a melt of a substance containing at least one of a metal material and a semiconductor material, and the base plate is mounted and removed at substantially the same replacement position. A thin plate manufacturing method having a plurality of dipping mechanisms capable of forming a thin plate made of a melt material on the surface of a base plate. In addition, the immersion mechanism includes a first immersion mechanism in which a first cycle is performed in which the first cycle is an operation of attaching the first base plate and immersing the base plate in the melt and then removing the base plate. After the dipping operation in which the base plate is immersed in the melt, the second dipping mechanism is configured so that the operation of removing the base plate is the second cycle.
Thus, since the two immersion mechanisms are driven in two cycles, the production speed of the thin plate can be doubled.
The first cycle and the second cycle operate symmetrically around the crucible.
Thereby, the control method and operation programming of a plurality of immersion cycles can be made the same. Moreover, the quality of the obtained thin plate is stabilized by immersing by the same operation | movement at the same position.
The thin plate manufacturing method of the present invention is characterized in that the time required for the first cycle and the second cycle is substantially equal.
Thereby, both two immersion mechanisms can be driven at the same timing.
The thin plate manufacturing method of the present invention is characterized in that the second cycle is shifted from the first cycle.
The thin plate manufacturing method of the present invention is characterized in that the second cycle operates with a half cycle delay with respect to the first cycle.
Thereby, two immersion mechanisms can be driven alternately and a manufacturing speed can be made quick.
In addition, the thin plate manufacturing method of the present invention is characterized by having a standby step before and / or after the mounting and removal of the base plate.
Thereby, two immersion mechanisms can be operated continuously without interference.

図１および図２は、本発明の薄膜製造装置の概略図である。
図３は、本発明の薄膜製造装置における浸漬機構の動作の概略図である。
図４〜図５Ｂは、本発明の薄膜製造装置における２つの浸漬機構の動作の概略図である。
図６および図７は、本発明のタクトタイムを説明するための第１浸漬機構と第２浸漬機構の動作を説明する図である。1 and 2 are schematic views of the thin film manufacturing apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of the operation of the immersion mechanism in the thin film manufacturing apparatus of the present invention.
4 to 5B are schematic views of operations of two immersion mechanisms in the thin film manufacturing apparatus of the present invention.
6 and 7 are diagrams for explaining the operation of the first immersion mechanism and the second immersion mechanism for explaining the tact time of the present invention.

（実施の形態１）
＜薄板製造装置＞
図１に示す薄板製造装置は、るつぼ２が配置された主室１と、その主室に隣接して設けられた複数の副室とを有する。るつぼ２には太陽電池を構成する場合に一方の導電性を与える適当な濃度の不純物を含む高純度のシリコン融液３が貯留されている。シリコン融液３に、下地板Ｃ１、Ｃ２の表層部を浸漬させる２つの浸漬機構１０３、２０３が配置され、副室と浸漬機構１０３，２０３との間には下地板を搬送する搬送機構（図示しない）を備えている。主室１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１の薄板製造装置にはＡｒガスが導入され、圧力７００Ｔｏｒｒ（約９３０ｈＰａ）とされている。このＡｒガスは、排気に際し、フィルタ等を通してシリコン酸化物やその他の塵芥を除去し、循環使用することができる。下地板にはカーボンを使用するのが望ましいが、カーボン製でなくてもよい。下地板の表面に規則的な凹凸を形成することにより、結晶核発生位置を決めることができるので、粒径の大きい多結晶・単結晶のシリコン薄板を得ることができる。
主室１に隣接して、第１の浸漬機構１０３に供給する下地板Ｃ１（以後、「第１の下地板」という）を装置外から主室へ導入するための、第１の装入用副室５と、第２の浸漬機構２０３に供給する下地板Ｃ２（以後、「第２の下地板」という）を装置外から主室へ導入するための、第２の装入用副室６と、第１の浸漬機構１０３から薄板Ｓ１ごと取出された下地板Ｃ１を主室から装置外へ搬出するための、第１の取出し用副室７と、第２の浸漬機構２０３から薄板Ｓ２ごと取出された下地板Ｃ２を主室から装置外へ搬出するための、第２の取出し用副室８と、追装用原料を主室に導入するための、追装用副室９が設置されている。
装入用副室と取出用副室とを、下地板動作直線４をはさんで対面するように位置させることにより、下地板の流れが簡単化される。
図１においては、第１の浸漬機構１０３に取付けられる下地板Ｃ１は、図の右から左へ、すなわち矢印１Ａから矢印１Ｇの順に流れるように搬送機構によって搬送される。これに対し、第２の浸漬機構２０３に取付けられる下地板Ｃ２は、図の左から右へ、すなわち矢印２Ａから矢印２Ｇの順に流れる。この配置においては、矢印１Ｇにて装置外に搬出された下地板を、適切な処理の後にすぐに矢印２Ａにて装置に搬入できる。２Ｇと１Ａにおいても同様である。ここで、適切な処理とは、例えば、薄板と下地板との冷却、薄板と下地板との分離、下地板への使用回数のカウント、下地板の磨耗度の検査、下地板の厚さの検査、下地板の清掃、下地板を元の形状に戻す加工処理、下地板の廃棄処理、新たな下地板の補充等を意味する。矢印２Ｇと１Ａにおいても同様である。
ただし、第１の下地板Ｃ１の流れは、左から右の流れでも構わないし、第２の下地板Ｃ２も、右から左の流れでも構わない。もちろん、第１および第２の下地板の流れが、ともに右から左、もしくは左から右の流れであっても構わない。さらに、装入用副室５，６と取出し用副室７，８は、必ずしも下地板動作直線４（図２参照）をはさんで対面する必要はない。また、副室から搬入される下地板を、主室１内で分岐させ、第１の浸漬機構と第２の浸漬機構に振り分ける機構を有する場合、装入用副室は１つでも構わない。同様に、第１の浸漬機構と第２の浸漬機構から副室へ搬出される下地板を、主室１内で合流させる機構を有する場合、取出し用副室は１つでも構わない。副室の雰囲気は、主室１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。
＜薄板製造方法＞
次に、薄板製造方法について図１および図２を参照して説明する。以下、第１の浸漬機構１０３にて浸漬される下地板Ｃ１についての流れを説明する。第２の浸漬機構２０３にて浸漬される下地板Ｃ２に関しても、同様の流れであるため説明は繰り返さない。なお第２の浸漬機構における符号番号は第１の浸漬機構に対応して用いているので個々に説明するまでもなく当業者に自明である。
主室１の稼動中には、装入用副室５と主室１との間の気密性扉５２を閉めた状態で、外部との気密性扉５１を開け、下地板を副室に搬入する（矢印１Ａ）。次いで、気密性扉５１を閉め、副室５内を真空排気した後、Ａｒガスを導入し、圧力を主室１と同じにすることにより、副室５の雰囲気を主室１と同じにする。この後、主室１における浸漬機構１０３の稼動にしたがって、装入用副室５と主室１との間の気密性扉５２を開け、下地板Ｃ１を主室１に装入する（矢印１Ｂ）。
下地板Ｃ１は複数枚まとめて副室５に搬入し、この後、複数枚まとめて主室１に装入することが望ましい。これによって、装入用副室動作と浸漬動作とを独立とすることができ、副室から下地板を供給する速度が遅くなりタクトタイムが悪化することを防止できる。この際、主室側には、副室から一度に搬入される枚数分以上の下地板を滞留しておく、バッファ１０４を設置する必要がある。
バッファ１０４に搬入された下地板Ｃ１は、浸漬機構１０３の動作と連動しながら、１枚ずつ浸漬機構１０３に装着される（矢印１Ｃ）。
浸漬機構１０３は、下地板Ｃ１を把握した後、るつぼ２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３に浸漬し、下地板の表面にシリコン薄板Ｓ１を形成する。この後、シリコン薄板Ｓ１を付着させた下地板Ｃ１が上昇し、るつぼ２の上を離れ、下地板交換位置に戻り（矢印１Ｄ）、浸漬機構から取外される（矢印１Ｅ）。シリコン薄板Ｓ１として、多結晶・単結晶が得られる。
シリコン薄板Ｓ１が形成された下地板Ｃ１は、取出し用副室７の雰囲気が主室１と同じになっていることを確認して開けられた気密性扉７２を通り、取出用副室７に取り出される（矢印１Ｆ）。この後、気密性扉７２が閉められた状態で外部との気密性扉７１が開かれ、シリコン薄板が形成された下地板が外に搬出される（矢印１Ｇ）。
下地板は複数枚まとめて副室７に搬出し、この後、複数枚まとめて外部に搬出することが望ましい。これによって、取出し用副室への搬出動作と浸漬動作とを独立とすることができ、主室から副室へ下地板を搬出する速度が遅くなりタクトタイムが悪化することを防止できる。この際、主室側には、副室へ一度に搬出される枚数分以上の下地板を滞留しておく、バッファ１０５を設置する必要がある。
薄板Ｓ１が形成された下地板Ｃ１であって浸漬機構１０３から次々とバッファ１０５に搬出されたものの枚数が、副室へ一度に搬出される枚数分以上に達したときに、副室７へ一度に搬出することが望ましい。
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、副室または外部の少なくとも１箇所において、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。もっとも単純な冷却装置として、冷却水による冷却板を設置し、その上に下地板を必要時間接触させることにより、抜熱冷却する方法がある。
主室にて冷却を行う場合、取出し側のバッファ１０５に冷却機構を備える方法がもっとも単純である。この際、バッファに滞留させる下地板枚数は、副室に一度に搬出される枚数に、（冷却に必要な時間（秒））／（下地板１枚が取出される時間（秒））分の枚数を加える必要がある。
主室１において下地板Ｃ１を移送し、シリコン融液３に浸漬する浸漬機構には、ガイドレールを使用する機構、回転体を使用する機構、ロボットアームのような構造を使用する機構等どのような機構を用いてもよい。図３に、ガイドレールを使用する浸漬機構の一例を例示する。図３の浸漬機構は、水平動作レール３０２に沿って動作するスライド体と一体化した昇降機構３１０を備える。この昇降機構３１０は、懸垂支柱３１１と、懸垂支柱に設置された回転機構３１２と、回転機構によって動作される回転支柱３１４と、回転支柱３１４の先端に取付けた支持支柱３１５とを有し、懸垂支柱３１１の末端と支持支柱３１５の末端とを結ぶ位置に、下地板Ｃが装着される台座３１６を有する。スライド体、昇降機構、懸垂支柱、回転機構、回転支柱、支持支柱、台座を総称して、浸漬機構３０３とする。下地板の水平方向の移送は、水平動作レール３０２に沿ってスライド体を移動させ、浸漬機構３０３全体を動作させることにより行う。下地板の上下方向の移送は、懸垂支柱３１１以下に吊り下がっている機構全体を昇降機構３１０で昇降させることにより行う。下地板の回転動作は、回転機構３１２によって行われる。前記の水平・上下・回転動作は相互に独立に行うことができる。
次に、１つの浸漬機構による下地板の動作サイクルを、図３を用いて説明する。
＜下地板の動作サイクル＞
下地板Ｃは、下地板交換位置３０６（図２の位置１０６、２０６に相当）にて浸漬機構３０３の台座３１６に装着される（図１の矢印１Ｃ）。台座３１６に凹型あり溝が形成され、下地板に凸型あり溝が形成されていることにより、台座と下地板は、両方のあり溝を嵌め合わせるようにスライドさせるようにして装着される。この際、下地板表面は天頂方向を向いている。回転機構３１２が時計回りに回転すると、回転支柱３１４が動作し、支持支柱３１５が下降することによって、水平レバーＬが懸垂支柱３１１の下端Ｘを支点として時計回りに回転する。これに、昇降機構３１０による上下方向の動作、およびスライド体が水平動作レール３０２に沿って移動することによる水平方向の動作が組み合わされ、下地板は時計回りに回転しながら右方向へ移動する。ここで、位置３０７を浸漬前位置とする。次いで、浸漬前位置３０７から左方向に戻りながら、下地板がさらに時計回りに回転し、下地板表面が下を向いた状態で下地板は融液３に浸漬される。下地板が取出された後の位置３０８を浸漬後位置とする。下地板は、浸漬後位置からさらに左方向へ戻りつつ、時計回りに回転し、下地板表面が天頂方向に向いた形で、交換位置３０６まで戻る。その後、薄板が形成された下地板が押出されると同時に、新しい下地板が装着される。
下地板を交換するときの下地板の姿勢は、本実施の形態では表面が天頂方向に向いているが、下地板の表面は、横向きや下向きなど、どの方向を向いていても構わない。また、図３において、動作サイクルは時計回りであるが、半時計回り、もしくは途中まで時計回りで途中から半時計回り、もしくは途中まで半時計回りで途中から時計回り、のいずれでも構わない。また、本実施の形態では説明の便宜上、浸漬前位置を位置３０７と定義したが、浸漬前位置は、下地板交換位置から下地板が融液に突入するまでのどの位置でも構わない。同様に、浸漬後位置に関しても、下地板が融液から脱出し終わった位置から交換位置までのどの位置でも構わない。
前記の動作の設定は、通常はパソコンにより行なう。水平方向移動指令、昇降動作移動指令、および回転動作指令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で、プログラム通りの任意軌道を実現する。
シリコン融液は１４００〜１５００℃の高温であり、またシリコンの蒸着やＳｉＯｘ粉の付着もあるので、レールや浸漬機構を保護するため、断熱性もしくは冷却された遮蔽板（図示せず）を、るつぼ上の、浸漬機構や下地板動作と干渉しない位置に配置する。
前記の場合の各動作時間は、下地板の装着および取出し（同時動作のため、以後「交換」という）に１秒、浸漬前位置への移動に２秒、浸漬動作に２秒、戻り動作に２秒であり、サイクルタイム（１サイクルに要する時間）は７秒であった。
＜融液の材料の追装＞
追装用副室９は、連続浸漬により融液が減少した場合に、追加の原料を主室へ導入するための副室である。追装用副室９と主室１との間の気密性扉を閉めた状態で、副室９と外部との気密性扉を開け、原料を副室に搬入する。次いで、気密性扉を閉め、副室９内を真空排気した後、副室９内にＡｒガスを導入し、圧力を主室１と同じにすることにより、副室９の雰囲気を主室１と同じにする。この後、副室９と主室１との間の気密性扉を開け、主室１内の追装機構１０に原料を装填する。原料には融液と同程度あるいはそれ以上の純度の高純度シリコンが使用される。追装機構１０は、傾動によって、るつぼ２に原料を追装する。追装機構１０が小型るつぼと加熱装置を備えることで、追装機構内で原料を溶融し、融液状態でるつぼ２に原料追加を行うことも可能である。
（実施の形態２：浸漬機構の一時待機）
図２は、本発明の実施の形態２における薄板製造装置を説明する図である。図２に示す薄板製造装置の主室は、るつぼ２と、そのるつぼに対し設置されている２つの浸漬機構および２つの下地板搬送系、によって構成される。この図は、第１の浸漬機構１０３が、第１の下地板交換位置１０６に、第２の浸漬機構２０３が、第２の下地板交換位置２０６に、それぞれ待機している状態を示す。
図２は、浸漬機構とるつぼを中心とした上面図であるため、この図における下地板や各機構の動作軌跡については、水平動作だけが示されている。
第１の浸漬機構１０３は、下地板Ｃ１の水平動作方向が、るつぼ内の融液に下地板を浸漬する位置を通る直線上となるように設置される。浸漬する位置とは、下地板中央部が融液に浸漬し始める位置と、下地板中央部が融液から脱出する位置と、の中間とする。本実施の形態では、筒形型るつぼを使用しており、浸漬位置はるつぼの中心とする。
第２の浸漬機構２０３も、同様に、下地板Ｃ２の水平動作方向が、るつぼ内の融液に下地板を浸漬する位置を通る直線上となるように設置される。第１の浸漬機構と第２の浸漬機構とから作製される薄板の品質を合わせるためには、浸漬する位置を同一とすることが望ましい。つまり、下地板Ｃ１とＣ２の水平動作は、浸漬位置にて交差する２本の直線を構成する。
さらには、前記２本の直線は、同一線（交差角度が０°）であることが望ましい。これは、装置設計、製作、設置、および周辺装置とのやり取りを行う上で、下地板を導入する経路や、搬出する経路が、平行もしくは垂直となるためである。図２における水平動作直線４は、２つの下地板の水平動作が同一の直線で構成される場合を示している。
図２において、第１の浸漬機構１０３に取付けられた下地板Ｃ１と、第２の浸漬機構２０３に取付けられた下地板Ｃ２との水平動作は同一直線上で行なわれるため、垂直方向に避けない限り下地板同士を交差させることは不可能である。図４は、第１の浸漬機構１０３を第２の浸漬機構２０３が垂直方向に避けるための、薄板製造装置を説明する側面図である。第２の浸漬機構２０３が、第１の浸漬機構１０３を垂直方向に避けるとした場合、第２の浸漬機構２０３は矢印２Ｕの動作で第１の浸漬機構１０３を乗り越え、矢印２Ｄの動作で元の高さに戻ることになる。そのため、第２の浸漬機構２０３を水平方向に動作させる水平動作レール２０２を、水平動作レール１０３に対して十分高い位置に設置する必要があり、装置全体の高さが増大する。さらに、第２の浸漬機構２０３は長い昇降ストロークを準備しなければならない。すなわち、上記の場合には、装置全体の高さを低減できないだけでなく、昇降ストロークを確保する必要上、第２の浸漬機構２０３の懸垂支柱２１１を長くする必要があるため、浸漬機構の耐久性の観点からも不利となる。
第１および第２の浸漬機構に用いる機構、部材、およびこれらを動作させるための制御（動作プログラム）は、共通とすることが望ましい。これらを共通とすることで、部材設計、予備部材管理、および制御プログラムの作成を共通化することが可能となり、稼動コストを低減できる。機構、部材を共通とするためには、同じ設計の浸漬機構を、ほぼ同じ水平面内に配置し、同じ動作で浸漬動作を行うことが望ましい。
この場合、浸漬機構同士の干渉を避けるためには、前記のように垂直方向に避ける方法は使用できない。すなわち、ほぼ同じ水平面内に配置した互いの浸漬機構の動作範囲を、異なる範囲とする必要がある。
第１の浸漬機構１０３と、第２の浸漬機構２０３の動作について、図５Ａおよび５Ｂを用いて説明する。図５Ａは、第１の浸漬機構１０３が、交換位置からもっとも遠い場所（図中の下方向）に移動した場合を示す。このとき、第２の浸漬機構２０３は交換位置２０６に待機しているため、第１の浸漬機構１０３は第２の浸漬機構に干渉することなく浸漬動作を実施することが可能である。次いで、図５Ｂでは、第１の浸漬機構１０３は交換位置１０６に戻り待機している。その間、第２の浸漬機構２０３は、交換位置からもっとも遠い場所（図中の上方向）に移動し、浸漬動作を行うことが可能である。
前記のように、一方の浸漬機構が、一方の交換位置からもっとも遠い場所に移動したときに、他方の交換位置に待機している他方の浸漬機構に干渉しないように、位置関係を設計することで、互いの浸漬機構が干渉することなく、るつぼ内の同じ場所での浸漬動作を実施することが可能となる。
このような構成の薄板作製方法において、２つの浸漬機構から同品質の薄板を取出すためには、２つの浸漬機構が同様の動作を行うことが望ましい。２つの浸漬機構が同様の動作を行うためには、２つの下地板が同一直線上を動作する場合、各動作の水平動作方向が、るつぼに対して対称となる必要がある。そのために、第１の浸漬機構と第２の浸漬機構が等しい設計であり、るつぼに対して対称に設置されていることが望ましい。
（タクトタイム設定形態１）
図２と図３を用いて、第１の浸漬機構が薄板を連続作製するための第１のサイクルを説明する。基本的な態様は、実施の形態１にて説明したサイクルと同様である。
まず、下地板交換位置１０６にて、第１の浸漬機構に取付けられている下地板を取外し、新たな下地板を装着する。この動作は、同時に実施することが可能である。次に、浸漬前位置まで下地板を移動させる（図３の位置３０７に対応する）。次に、下地板を融液に浸すための浸漬動作を行い、薄板を成長させる。次に、下地板を浸漬後位置（図３の位置３０８に対応する）から交換位置１０６に戻す。以上までの第１の浸漬機構の一連の動作を、第１のサイクルとする。
同様に、第２の浸漬機構が下地板交換位置２０６にて下地板を装着し、浸漬前位置に移動し、浸漬動作により薄板を作製し、浸漬後位置から交換位置２０６に戻るまでの動作を第２のサイクルとする。
サイクルを可能な限り早く行うためには、前記の移動、交換、戻りの時間を可能な限り短縮する必要がある。これら３つの動作の最短時間は、浸漬機構のスペックによって決定される。一方、浸漬動作の最短時間は、製造したい薄板の作製条件によって決定されるため、装置スペック等による短縮化には限界がある。つまり、サイクルの最短時間は浸漬動作によって決定される。本実施の形態での浸漬動作は、実施の形態１と同様であり、サイクルの最短時間は前記の７秒である。
薄板を製造する場合、２つの浸漬機構を備えることでタクトタイムを向上するためには、第１のサイクルと第２のサイクルが同時に動作する必要がある。この場合、第１のサイクルと、第２のサイクルをともに最短時間で稼動することにより、タクトタイムは半分にできることが期待される。そのためには、第１のサイクルと、第２のサイクルの各動作に要する時間を等しく（最短時間に）する必要がある。そのため、第１のサイクルと、第２のサイクルに要するサイクルタイムは等しい。
第１のサイクルと第２のサイクルが同時に動作するためには、第１の下地板が浸漬されている最中に第２の下地板が第１の下地板の浸漬を邪魔するような動作を行わないように、両サイクルの周期をずらす必要がある。
もっとも効果的な方法は、両サイクルを半周期ずらす方法である。これにより、るつぼ内の融液から見た場合、下地板が融液に入ってくる間隔は一定となるため、第１の下地板と第２の下地板が融液に入るときの融液状態が等しくなり、薄板の品質ばらつきを抑制できる。
前記の方法にて薄板を作製する場合のタクトタイムについて、図６を用いて説明する。図６の横方向は経過時間（秒）を示し、縦方向は第１浸漬機構と第２浸漬機構の動作を示す。図中矢印が動作を行っている時間であることを表している。第２浸漬機構の第２サイクルを第１浸漬機構の第１のサイクルに対し半周期遅らせることで、３．５秒ごとに、第１浸漬機構と第２浸漬機構との下地板が融液に交互に浸漬されることになる。タクトタイムは、薄板２枚作製するために７秒、１枚につき３．５秒とすることが可能となった。
（タクトタイム設定形態２）
タクトタイム設定形態１では、図６においてわかるように、第１の浸漬機構が浸漬前位置に向かって動作し始めてから０．５秒間は、第２の浸漬機構が浸漬動作を続けている。
下地板のサイズを大きくした場合や、移動や戻りのストロークを小さくして動作時間をさらに短縮する場合などは、第１の下地板が第２の下地板に追いつき、干渉する場合がある。
そのため、下地板を装着、取外しする前および／もしくは後に、待機時間を設定する必要がある。ただし、前記のように、第１のサイクルタイムと、第２のサイクルタイムは同一であることが望ましい。そのため、第１のサイクルタイムに含ませる待機時間は、第２のサイクルタイムに含ませる待機時間と等しい時間であることが望ましい。
前記の方法にて薄板を作製する場合の、タクトタイムを、図７を用いて説明する。
第２のサイクルを第１のサイクルに対し半周期遅らせ、下地板交換の前に待機工程を設置することで、第２の浸漬機構が浸漬動作を終了すると同時に、第１の浸漬機構が移動を開始するように設定でき、下地板の干渉を避けることが可能である。また、第１のサイクルタイムと第２のサイクルタイムは同時間であり、かつ半周期ずれているため、第１の浸漬機構が浸漬動作を終了すると同時に、第２の浸漬機構が移動を開始することとなる。この方法によって、２つのサイクルを継続する際も、２つの浸漬機構が常に互いに干渉することなく稼動できる。下地板は４秒ごとに融液に浸漬されることになる。タクトタイムは、薄板２枚作製するために８秒、１枚につき４秒で作製することが可能となった。
（タクトタイム設定形態３）
薄板成長条件によっては、下地板の温度調整（加熱もしくは冷却、均熱）を実施してから、浸漬動作を行う場合がある。下地板の温度調整は、どの位置で行っても構わないが、浸漬機構のサイクルタイムを低減するためには、下地板が浸漬機構に装着される前に実施することが望ましい。温度調整機構として具体的には、たとえば、バッファ１０４、２０４に下地板を加熱することができるヒーターや、下地板を冷却するための冷却板、下地板を均熱するための定温板などを設置することが可能である。
図１では、下地板装着前のバッファ内に、７秒間温度調整を行うための、温度調整機構を１段設置した。
温度調整時間は、薄板成長条件によって異なるが、与えられる最大時間は、（サイクルタイム（秒））−（装着時間（秒））であり、タクトタイム設定形態２の例だと、８秒−１秒＝７秒となる。７秒で不足の際は、さらに前に、必要段数分の温度調整機構を設置する必要がある。バッファ内に温度調整機構を設置する場合、バッファに滞留する下地板枚数は、一度に副室から搬入される（下地板枚数）＋（温度調整機構の段数）以上とする必要がある。本実施形態では、バッファに滞留できる枚数を５枚とした。
また、下地板の温度ばらつき範囲は、成長条件によって異なるが、小さい方が望ましい。しかしながら、下地板の状態（表面状態、厚み）や個体差によって、温度調整時間が異なる場合がある。この場合、下地板の温度を、熱電対や放射温度計などで測温し、規定値範囲以内に達してから下地板交換を行う必要がある。
タクトタイム設定形態２による待機時間内に温度が規定値範囲以内に達した場合は、サイクルタイムに影響はない。そうではない場合は、下地板装着タイミングを遅らせる必要がある。この際、相手の浸漬機構が次に下地板を装着するタイミングも同じ時間遅らせることで、浸漬機構同士の干渉を防止し、連続操業を行うことが可能となる。
前記の各実施の形態で説明した浸漬機構は２系統の場合であるが、３系統、４系統、それ以上であってもよい。各系統の配置はるつぼに対して等間隔に対称に配置するのがよいが、等間隔である必要はない。
また、前記の各実施の形態では、浸漬機構と搬送機構を分けて構成した例を説明したが、浸漬機構の一方の端を副室まで延長することにより、浸漬機構と搬送機構を一体化することができる。また浸漬機構と搬送機構を折れ曲がるように配置したが、湾曲するような配置でも良いし、浸漬機構と搬送機構を一直線に配置しても良い。
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。(Embodiment 1)
<Thin plate manufacturing equipment>
The thin plate manufacturing apparatus shown in FIG. 1 has a main chamber 1 in which a crucible 2 is arranged, and a plurality of sub chambers provided adjacent to the main chamber. In the crucible 2, a high-purity silicon melt 3 containing an impurity with an appropriate concentration that gives one conductivity when a solar cell is formed is stored. Two immersion mechanisms 103 and 203 for immersing the surface layer portions of the base plates C1 and C2 in the silicon melt 3 are arranged, and a transport mechanism (illustrated) for transporting the base plate between the sub chamber and the immersion mechanisms 103 and 203 is illustrated. Not). An inert gas is introduced into the main chamber 1 and maintained at a pressure slightly lower than the atmospheric pressure, that is, a negative pressure. In the thin plate manufacturing apparatus of FIG. 1, Ar gas is introduced and the pressure is set to 700 Torr (about 930 hPa). This Ar gas can be circulated by removing silicon oxide and other dust through a filter or the like when exhausting. Although it is desirable to use carbon for the base plate, it may not be made of carbon. By forming regular irregularities on the surface of the base plate, the crystal nucleus generation position can be determined, so that a polycrystalline / single crystal silicon thin plate having a large grain size can be obtained.
Adjacent to the main chamber 1 for the first charging for introducing the base plate C1 (hereinafter referred to as “first base plate”) supplied to the first immersion mechanism 103 from the outside of the apparatus into the main chamber. A second charging subchamber 6 for introducing the subchamber 5 and the base plate C2 (hereinafter referred to as “second baseplate”) to be supplied to the second immersion mechanism 203 into the main chamber from the outside of the apparatus. And the first sub-chamber 7 for taking out the base plate C1 taken out from the first immersion mechanism 103 together with the thin plate S1 from the main chamber to the outside of the apparatus, and the thin plate S2 from the second immersion mechanism 203. A second take-out sub-chamber 8 for carrying out the removed base plate C2 from the main room to the outside of the apparatus, and a supplementary sub-chamber 9 for introducing the supplementary raw material into the main room are provided. .
By positioning the charging sub-chamber and the taking-out sub-chamber so as to face each other across the base plate operating straight line 4, the flow of the base plate is simplified.
In FIG. 1, the base plate C1 attached to the first immersion mechanism 103 is transported by the transport mechanism so as to flow from the right to the left in the drawing, that is, in the order of the arrows 1A to 1G. In contrast, the base plate C2 attached to the second immersion mechanism 203 flows from the left to the right in the drawing, that is, in the order of the arrow 2A to the arrow 2G. In this arrangement, the base plate carried out of the apparatus at the arrow 1G can be carried into the apparatus at the arrow 2A immediately after appropriate processing. The same applies to 2G and 1A. Here, the appropriate treatment includes, for example, cooling of the thin plate and the base plate, separation of the thin plate and the base plate, counting the number of times of use on the base plate, inspection of the degree of wear of the base plate, and the thickness of the base plate This means inspection, cleaning of the base plate, processing to return the base plate to its original shape, disposal processing of the base plate, replenishment of a new base plate, and the like. The same applies to the arrows 2G and 1A.
However, the flow of the first base plate C1 may be a flow from left to right, and the second base plate C2 may be a flow from right to left. Of course, the flow of the first and second base plates may be flow from right to left or from left to right. Further, the charging sub-chambers 5 and 6 and the taking-out sub-chambers 7 and 8 do not necessarily face each other across the base plate operation straight line 4 (see FIG. 2). In addition, when the base plate carried from the sub chamber has a mechanism for branching in the main chamber 1 and distributing the base plate to the first immersion mechanism and the second immersion mechanism, the number of charging sub chambers may be one. Similarly, when it has a mechanism for joining the base plates carried out from the first immersion mechanism and the second immersion mechanism to the sub chamber in the main chamber 1, the number of sub chambers for taking out may be one. The atmosphere of the sub chamber is the same as that of the main chamber 1, that is, an inert gas atmosphere and a negative pressure.
<Thin plate manufacturing method>
Next, a thin plate manufacturing method will be described with reference to FIGS. Hereinafter, the flow of the base plate C1 immersed in the first immersion mechanism 103 will be described. Regarding the base plate C2 immersed in the second immersion mechanism 203, since the flow is similar, the description will not be repeated. In addition, since the code number in the 2nd immersion mechanism is used corresponding to the 1st immersion mechanism, it is obvious to those skilled in the art without needing to explain individually.
While the main chamber 1 is in operation, the airtight door 52 between the charging subchamber 5 and the main chamber 1 is closed, the external airtight door 51 is opened, and the base plate is carried into the subchamber. (Arrow 1A). Next, after closing the airtight door 51 and evacuating the sub chamber 5, Ar gas is introduced and the pressure is the same as that of the main chamber 1, so that the atmosphere of the sub chamber 5 is the same as that of the main chamber 1. . Thereafter, according to the operation of the immersion mechanism 103 in the main chamber 1, the airtight door 52 between the charging sub chamber 5 and the main chamber 1 is opened, and the base plate C1 is inserted into the main chamber 1 (arrow 1B). ).
It is desirable that a plurality of the base plates C1 are collectively carried into the sub chamber 5, and thereafter, a plurality of the base plates C1 are collectively loaded into the main chamber 1. Accordingly, the charging sub chamber operation and the dipping operation can be made independent, and the rate at which the base plate is supplied from the sub chamber can be slowed and the tact time can be prevented from deteriorating. At this time, it is necessary to install a buffer 104 on the main room side in which the number of base plates that are loaded from the sub chamber at a time is retained.
The base plate C1 carried into the buffer 104 is attached to the dipping mechanism 103 one by one in conjunction with the operation of the dipping mechanism 103 (arrow 1C).
The immersion mechanism 103 grasps the base plate C <b> 1 and then transfers it onto the crucible 2. Next, the base plate is lowered and the surface layer portion of the base plate is immersed in the silicon melt 3 to form the silicon thin plate S1 on the surface of the base plate. Thereafter, the base plate C1 to which the silicon thin plate S1 is attached rises, leaves the crucible 2, returns to the base plate replacement position (arrow 1D), and is removed from the dipping mechanism (arrow 1E). A polycrystalline or single crystal is obtained as the silicon thin plate S1.
The base plate C1 on which the silicon thin plate S1 is formed passes through an airtight door 72 opened after confirming that the atmosphere of the take-out sub chamber 7 is the same as that of the main chamber 1, and enters the take-out sub chamber 7 It is taken out (arrow 1F). Thereafter, the airtight door 71 is opened with the airtight door 72 closed, and the base plate on which the silicon thin plate is formed is carried out (arrow 1G).
It is desirable that a plurality of the base plates are collectively carried out to the sub chamber 7, and thereafter, the plurality of base plates are collectively carried out to the outside. Accordingly, the carry-out operation and the dipping operation into the take-out sub chamber can be made independent, and the speed at which the base plate is carried out from the main chamber to the sub chamber can be prevented from being slowed and the tact time being deteriorated. At this time, it is necessary to install a buffer 105 on the main chamber side, in which the base plates of at least the number of sheets to be carried out to the sub chamber are retained.
When the number of the base plate C1 on which the thin plate S1 is formed and is successively carried out from the dipping mechanism 103 to the buffer 105 has reached the number of sheets carried out to the sub chamber at a time, the sub plate 7 is once entered. It is desirable to carry it out.
In order to cool the silicon thin plate formed on the surface of the base plate, a cooling device for accelerating the cooling is provided in at least one of the main chamber, the sub chamber or the outside, and the base plate to which silicon is adhered is provided by the cooling device. It may be cooled. As the simplest cooling device, there is a method of removing heat and cooling by installing a cooling plate with cooling water and bringing a base plate into contact therewith for a necessary time.
When cooling is performed in the main chamber, the simplest method is to provide a cooling mechanism in the take-out buffer 105. At this time, the number of base plates retained in the buffer is (the time required for cooling (seconds)) / (the time required for taking out one base plate (seconds)) to the number of sheets transported to the sub chamber at a time. It is necessary to add the number of sheets.
For the immersion mechanism for transferring the base plate C1 in the main chamber 1 and immersing it in the silicon melt 3, a mechanism using a guide rail, a mechanism using a rotating body, a mechanism using a structure such as a robot arm, etc. Various mechanisms may be used. FIG. 3 illustrates an example of an immersion mechanism using a guide rail. The dipping mechanism of FIG. 3 includes an elevating mechanism 310 integrated with a slide body that operates along the horizontal operation rail 302. The lifting mechanism 310 includes a suspension column 311, a rotation mechanism 312 installed on the suspension column, a rotation column 314 operated by the rotation mechanism, and a support column 315 attached to the tip of the rotation column 314. A base 316 on which the base plate C is mounted is provided at a position connecting the end of the support column 311 and the end of the support support column 315. The slide body, lifting mechanism, suspension column, rotation mechanism, rotation column, support column, and pedestal are collectively referred to as the immersion mechanism 303. The horizontal transfer of the base plate is performed by moving the slide body along the horizontal operation rail 302 and operating the entire immersion mechanism 303. The base plate is moved in the vertical direction by lifting and lowering the entire mechanism suspended below the suspension column 311 by the lifting mechanism 310. The rotation operation of the base plate is performed by the rotation mechanism 312. The horizontal, vertical, and rotating operations can be performed independently of each other.
Next, the operation cycle of the base plate by one immersion mechanism will be described with reference to FIG.
<Operation cycle of base plate>
The base plate C is mounted on the base 316 of the immersion mechanism 303 at the base plate replacement position 306 (corresponding to the positions 106 and 206 in FIG. 2) (arrow 1C in FIG. 1). Since the groove with the concave shape is formed in the pedestal 316 and the groove with the convex shape is formed in the base plate, the pedestal and the base plate are mounted so as to be slid so as to fit both the grooves. At this time, the surface of the base plate faces the zenith direction. When the rotation mechanism 312 rotates clockwise, the rotation support column 314 operates and the support support column 315 descends, whereby the horizontal lever L rotates clockwise with the lower end X of the suspension support column 311 as a fulcrum. This is combined with the vertical movement by the elevating mechanism 310 and the horizontal movement by moving the slide body along the horizontal movement rail 302, and the base plate moves to the right while rotating clockwise. Here, the position 307 is set as the position before immersion. Next, while returning to the left from the pre-immersion position 307, the base plate is further rotated clockwise, and the base plate is immersed in the melt 3 with the base plate surface facing downward. A position 308 after the base plate is taken out is set as a post-immersion position. The base plate rotates clockwise while returning further leftward from the post-immersion position, and returns to the replacement position 306 with the base plate surface facing the zenith direction. Thereafter, the base plate on which the thin plate is formed is extruded, and at the same time, a new base plate is mounted.
As for the attitude of the base plate when the base plate is replaced, the surface of the base plate faces in the zenith direction in the present embodiment, but the surface of the base plate may face in any direction such as sideways or downward. In FIG. 3, the operation cycle is clockwise, but it may be either counterclockwise, halfway clockwise, halfway counterclockwise, or halfway clockwise, halfway clockwise. Further, in this embodiment, for convenience of explanation, the position before immersion is defined as position 307, but the position before immersion may be any position from the base plate replacement position to the base plate entering the melt. Similarly, regarding the post-immersion position, any position from the position at which the base plate finishes escaping from the melt to the replacement position may be used.
The above operation setting is usually performed by a personal computer. By programming the horizontal direction movement command, the up / down movement movement command, and the rotation movement command, respectively, and transmitting them to the controller, an arbitrary orbit according to the program is realized.
The silicon melt is a high temperature of 1400-1500 ° C., and there is also deposition of silicon and adhesion of SiOx powder. Therefore, in order to protect the rail and the immersion mechanism, a heat insulating or cooled shielding plate (not shown) is used. Place it on the crucible at a position where it does not interfere with the dipping mechanism and the base plate operation.
Each operation time in the above case is 1 second for mounting and removing the base plate (because of simultaneous operation, hereinafter referred to as “exchange”), 2 seconds for movement to the position before immersion, 2 seconds for immersion operation, and return operation The cycle time (time required for one cycle) was 7 seconds.
<Addition of melt material>
The supplementary subchamber 9 is a subchamber for introducing additional raw materials into the main chamber when the melt is reduced by continuous immersion. With the airtight door between the auxiliary subchamber 9 and the main chamber 1 closed, the airtight door between the subchamber 9 and the outside is opened, and the raw material is carried into the subchamber. Next, after closing the hermetic door and evacuating the sub chamber 9, Ar gas is introduced into the sub chamber 9, and the pressure is made the same as that of the main chamber 1, thereby changing the atmosphere of the sub chamber 9 to the main chamber 1. Same as. Thereafter, the airtight door between the sub chamber 9 and the main chamber 1 is opened, and the material is loaded into the replenishment mechanism 10 in the main chamber 1. As the raw material, high-purity silicon having the same or higher purity as the melt is used. The mounting mechanism 10 mounts the raw material on the crucible 2 by tilting. Since the additional mechanism 10 includes a small crucible and a heating device, it is possible to melt the raw material in the additional mechanism and add the raw material to the crucible 2 in a molten state.
(Embodiment 2: Temporary standby of immersion mechanism)
FIG. 2 is a diagram for explaining a thin plate manufacturing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. The main room of the thin plate manufacturing apparatus shown in FIG. 2 includes a crucible 2, two immersion mechanisms installed in the crucible, and two base plate transport systems. This figure shows a state in which the first immersion mechanism 103 stands by at the first base plate replacement position 106 and the second immersion mechanism 203 stands by at the second base plate replacement position 206, respectively.
Since FIG. 2 is a top view centering on the immersion mechanism and the crucible, only the horizontal movement is shown for the movement trace of the base plate and each mechanism in this figure.
The first immersion mechanism 103 is installed so that the horizontal movement direction of the base plate C1 is on a straight line passing through the position where the base plate is immersed in the melt in the crucible. The position to be immersed is an intermediate between the position where the center portion of the base plate starts to be immersed in the melt and the position where the center portion of the base plate escapes from the melt. In the present embodiment, a cylindrical crucible is used, and the immersion position is the center of the crucible.
Similarly, the second immersion mechanism 203 is also installed so that the horizontal movement direction of the base plate C2 is on a straight line passing through the position where the base plate is immersed in the melt in the crucible. In order to match the quality of the thin plate produced from the first immersion mechanism and the second immersion mechanism, it is desirable that the immersion positions are the same. That is, the horizontal movement of the base plates C1 and C2 constitutes two straight lines that intersect at the immersion position.
Furthermore, the two straight lines are preferably the same line (intersection angle is 0 °). This is because the path for introducing the base plate and the path for carrying it out are parallel or vertical in designing, manufacturing, installing, and exchanging with peripheral devices. A horizontal movement straight line 4 in FIG. 2 shows a case where the horizontal movements of the two base plates are constituted by the same straight line.
In FIG. 2, since the horizontal movement of the base plate C1 attached to the first immersion mechanism 103 and the base plate C2 attached to the second immersion mechanism 203 is performed on the same straight line, it is inevitable in the vertical direction. It is impossible to cross the base plates as far as possible. FIG. 4 is a side view illustrating a thin plate manufacturing apparatus for avoiding the first immersion mechanism 103 in the vertical direction by the second immersion mechanism 203. When the second immersion mechanism 203 avoids the first immersion mechanism 103 in the vertical direction, the second immersion mechanism 203 overcomes the first immersion mechanism 103 by the operation of the arrow 2U, and the original operation is performed by the operation of the arrow 2D. It will return to the height of. Therefore, it is necessary to install the horizontal operation rail 202 that moves the second immersion mechanism 203 in the horizontal direction at a sufficiently high position with respect to the horizontal operation rail 103, and the height of the entire apparatus increases. Furthermore, the second immersion mechanism 203 must provide a long lifting stroke. That is, in the above case, not only the height of the entire apparatus cannot be reduced, but also the suspension column 211 of the second immersion mechanism 203 needs to be lengthened in order to secure a lifting stroke, so that the durability of the immersion mechanism is increased. It is also disadvantageous from the viewpoint of sex.
It is desirable that the mechanisms and members used in the first and second immersion mechanisms and the control (operation program) for operating them be common. By making these common, it is possible to share the member design, the spare member management, and the creation of the control program, and the operation cost can be reduced. In order to make a mechanism and a member common, it is desirable to arrange | position the immersion mechanism of the same design in the substantially same horizontal surface, and to perform immersion operation by the same operation | movement.
In this case, in order to avoid interference between immersion mechanisms, the method of avoiding in the perpendicular direction as described above cannot be used. That is, it is necessary to set the operation ranges of the mutual immersion mechanisms arranged in substantially the same horizontal plane to different ranges.
Operations of the first immersion mechanism 103 and the second immersion mechanism 203 will be described with reference to FIGS. 5A and 5B. FIG. 5A shows a case where the first immersion mechanism 103 has moved to a place farthest from the exchange position (downward in the figure). At this time, since the second immersion mechanism 203 stands by at the replacement position 206, the first immersion mechanism 103 can perform the immersion operation without interfering with the second immersion mechanism. Next, in FIG. 5B, the first immersion mechanism 103 returns to the exchange position 106 and is on standby. Meanwhile, the second immersion mechanism 203 can move to a place farthest from the replacement position (upward in the figure) and perform an immersion operation.
As described above, when one immersion mechanism moves to the farthest place from one exchange position, design the positional relationship so that it does not interfere with the other immersion mechanism waiting at the other exchange position. Thus, it is possible to perform the dipping operation at the same place in the crucible without mutual interference between the dipping mechanisms.
In the thin plate manufacturing method having such a configuration, in order to take out a thin plate of the same quality from two immersion mechanisms, it is desirable that the two immersion mechanisms perform the same operation. In order for the two immersion mechanisms to perform the same operation, when the two base plates operate on the same straight line, the horizontal operation direction of each operation needs to be symmetrical with respect to the crucible. Therefore, it is desirable that the first immersion mechanism and the second immersion mechanism have the same design and are installed symmetrically with respect to the crucible.
(Tact time setting form 1)
The first cycle for the first dipping mechanism to continuously produce thin plates will be described with reference to FIGS. 2 and 3. The basic mode is the same as the cycle described in the first embodiment.
First, at the base plate replacement position 106, the base plate attached to the first immersion mechanism is removed and a new base plate is mounted. This operation can be performed simultaneously. Next, the base plate is moved to the position before immersion (corresponding to the position 307 in FIG. 3). Next, an immersion operation for immersing the base plate in the melt is performed to grow a thin plate. Next, the base plate is returned to the replacement position 106 from the post-immersion position (corresponding to the position 308 in FIG. 3). A series of operations of the first immersion mechanism up to the above is defined as a first cycle.
Similarly, the second immersion mechanism attaches the base plate at the base plate replacement position 206, moves to the pre-immersion position, creates a thin plate by the immersion operation, and performs the operation from the post-immersion position to the replacement position 206. The second cycle.
In order to perform the cycle as soon as possible, it is necessary to shorten the movement, exchange and return times as much as possible. The minimum time for these three operations is determined by the specs of the immersion mechanism. On the other hand, since the shortest time for the dipping operation is determined by the production conditions of the thin plate to be manufactured, there is a limit to shortening by the apparatus specifications and the like. That is, the shortest cycle time is determined by the dipping operation. The dipping operation in the present embodiment is the same as that in the first embodiment, and the shortest cycle time is 7 seconds.
When manufacturing a thin plate, in order to improve tact time by providing two immersion mechanisms, it is necessary to operate | move 1st cycle and 2nd cycle simultaneously. In this case, it is expected that the tact time can be halved by operating both the first cycle and the second cycle in the shortest time. For that purpose, it is necessary to make the time required for each operation of the first cycle and the second cycle equal (to the shortest time). Therefore, the cycle time required for the first cycle and the second cycle is equal.
In order for the first cycle and the second cycle to operate simultaneously, an operation in which the second base plate interferes with the immersion of the first base plate while the first base plate is immersed. It is necessary to shift the period of both cycles so as not to perform.
The most effective method is to shift both cycles by half a cycle. Thereby, when viewed from the melt in the crucible, the interval at which the base plate enters the melt is constant, so that the melt state when the first base plate and the second base plate enter the melt Are equal, and variations in the quality of the thin plate can be suppressed.
The tact time when a thin plate is produced by the above method will be described with reference to FIG. The horizontal direction of FIG. 6 shows elapsed time (seconds), and the vertical direction shows the operation of the first immersion mechanism and the second immersion mechanism. In the figure, the arrow indicates the time during which the operation is performed. By delaying the second cycle of the second immersion mechanism by a half period with respect to the first cycle of the first immersion mechanism, the base plate of the first immersion mechanism and the second immersion mechanism is melted into the melt every 3.5 seconds. It will be immersed alternately. The tact time can be set to 7 seconds and 3.5 seconds per sheet in order to produce two thin plates.
(Tact time setting form 2)
In the tact time setting mode 1, as can be seen in FIG. 6, the second dipping mechanism continues the dipping operation for 0.5 seconds after the first dipping mechanism starts to move toward the position before dipping.
When the size of the base plate is increased, or when the operation time is further shortened by reducing the movement or return stroke, the first base plate may catch up with and interfere with the second base plate.
Therefore, it is necessary to set a waiting time before and / or after mounting and removing the base plate. However, as described above, it is desirable that the first cycle time and the second cycle time are the same. Therefore, it is desirable that the waiting time included in the first cycle time is equal to the waiting time included in the second cycle time.
The tact time when a thin plate is produced by the above method will be described with reference to FIG.
By delaying the second cycle with respect to the first cycle by a half cycle and setting a standby step before replacing the base plate, the first immersion mechanism moves while the second immersion mechanism finishes the immersion operation. It can be set to start, and it is possible to avoid interference with the base plate. Further, since the first cycle time and the second cycle time are the same time and are shifted by a half cycle, the second immersion mechanism starts moving at the same time as the first immersion mechanism finishes the immersion operation. It will be. With this method, even when two cycles are continued, the two immersion mechanisms can always operate without interfering with each other. The base plate is immersed in the melt every 4 seconds. The tact time was 8 seconds for producing two thin plates, and it was possible to produce them in 4 seconds per sheet.
(Tact time setting mode 3)
Depending on the thin plate growth conditions, the dipping operation may be performed after adjusting the temperature of the base plate (heating or cooling, soaking). The temperature adjustment of the base plate may be performed at any position. However, in order to reduce the cycle time of the immersion mechanism, it is desirable to perform the temperature adjustment before the base plate is mounted on the immersion mechanism. Specifically, for example, a heater capable of heating the base plate, a cooling plate for cooling the base plate, a constant temperature plate for soaking the base plate, and the like are installed as the temperature adjusting mechanism. Is possible.
In FIG. 1, one stage of the temperature adjustment mechanism for adjusting the temperature for 7 seconds is installed in the buffer before mounting the base plate.
Although the temperature adjustment time varies depending on the thin plate growth conditions, the maximum time given is (cycle time (seconds))-(mounting time (seconds)). In the example of the tact time setting mode 2, 8 seconds-1 Second = 7 seconds. In the case of shortage in 7 seconds, it is necessary to install a temperature adjustment mechanism for the required number of stages further ahead. When the temperature adjustment mechanism is installed in the buffer, the number of base plates staying in the buffer needs to be equal to or greater than (number of base plates) carried in from the sub chamber at a time + (the number of stages of the temperature adjustment mechanism). In the present embodiment, the number of sheets that can stay in the buffer is five.
Further, the temperature variation range of the base plate varies depending on the growth conditions, but a smaller one is desirable. However, the temperature adjustment time may vary depending on the state of the base plate (surface state, thickness) and individual differences. In this case, it is necessary to measure the temperature of the base plate with a thermocouple, a radiation thermometer, etc., and to replace the base plate after reaching the specified value range.
If the temperature reaches within the specified value range within the waiting time according to the tact time setting mode 2, the cycle time is not affected. If this is not the case, it is necessary to delay the base plate mounting timing. At this time, by delaying the timing at which the mating dipping mechanism next mounts the base plate for the same time, it is possible to prevent interference between the dipping mechanisms and to perform continuous operation.
The immersion mechanism described in each of the above embodiments is a case of two systems, but may be three systems, four systems, or more. The arrangement of each system is preferably arranged symmetrically at equal intervals with respect to the crucible, but need not be equally spaced.
In each of the above embodiments, the example in which the immersion mechanism and the transport mechanism are separately described has been described. However, the immersion mechanism and the transport mechanism are integrated by extending one end of the immersion mechanism to the sub chamber. be able to. In addition, the immersion mechanism and the transport mechanism are arranged so as to be bent. However, the immersion mechanism and the transport mechanism may be arranged in a straight line.
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

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を浸すことができ、該下地板の装着、取外しをほぼ同じ交換位置で行う浸漬機構を有し、この下地板の表面に融液材料よりなる薄板を形成する薄板製造装置である。本発明の薄板製造装置は、浸漬機構を複数系統備え、交換位置が各浸漬機構ごとに異なることにより、薄板の製造速度を複数倍にすることができる。
また本発明の薄板製造装置は、融液を一つのるつぼに入れ、複数系統の浸漬機構がこの一つのるつぼの融液に下地板を浸すことで、一つのるつぼの融液を複数系統の下地板浸漬機構が共用するので、複数系統の浸漬機構によって製造される薄板の品質を同じにすることができる。
また本発明の薄板製造装置は、複数系統の浸漬機構が一つのるつぼのほぼ中央付近で下地板を融液に浸すので、一番安定した品質の融液を使用して薄板を製造することができ、安定した薄板が得られる。
また本発明の薄板製造装置は、複数系統の浸漬機構が、ほぼ同じ水平面内に配置されるので、複数系統の浸漬機構の構成を同じにできる。
また本発明の薄板製造装置は、複数系統の浸漬機構を、るつぼを中心にして対称位置に配置されるので、複数系統の浸漬機構の構成を同じにできる。
更に、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を浸すことができ、該下地板の装着、取外しをほぼ同じ交換位置で行う浸漬機構を有し、この下地板の表面に融液材料よりなる薄板を形成する薄板製造方法である。浸漬機構は、第１の下地板を装着し、該下地板を融液に浸す浸漬動作後、下地板を取外す動作を第１のサイクルとする第１の浸漬機構と、第２の下地板を装着し、該下地板を融液に浸す浸漬動作後、下地板を取外す動作を第２のサイクルとする第２の浸漬機構で構成したため製造速度を２倍にすることができる。
また本発明の薄板製造方法は、第１のサイクルと第２のサイクルに要する時間がほぼ等しいことにより、２つの下地板浸漬機構を両方同じタイミングで駆動することができる。
また本発明の薄板製造方法は、第１のサイクルに対し、第２のサイクルをずらして動作する。また本発明の薄板製造方法は、第１のサイクルに対し、第２のサイクルが半周期遅れて動作するので、２つの下地板浸漬機構を交互に駆動することができ、製造速度を速くすることができる。
また本発明の薄板製造方法は、下地板の装着、取外しの前および／もしくは後に、待機工程を有することにより、２つの下地板浸漬機構が干渉することなく連続稼動することができる。The thin plate manufacturing apparatus of the present invention can immerse the base plate in a melt of a substance containing at least one of a metal material and a semiconductor material, and the base plate is mounted and removed at substantially the same replacement position. It is a thin plate manufacturing apparatus that has a mechanism and forms a thin plate made of a melt material on the surface of the base plate. The thin plate manufacturing apparatus of the present invention includes a plurality of immersion mechanisms, and the replacement position is different for each immersion mechanism, so that the manufacturing speed of the thin plate can be increased several times.
In the thin plate manufacturing apparatus of the present invention, the melt is put in one crucible, and a plurality of systems of immersion mechanisms immerse the base plate in the melt of this one crucible, so that the melt of one crucible is placed under the multiple systems. Since the main plate dipping mechanism is shared, the quality of the thin plate manufactured by the dipping mechanisms of a plurality of systems can be made the same.
The thin plate manufacturing apparatus of the present invention can manufacture a thin plate using a melt having the most stable quality because the dipping mechanism of a plurality of systems immerses the base plate in the melt near the center of one crucible. And a stable thin plate can be obtained.
Moreover, since the thin plate manufacturing apparatus of the present invention has a plurality of systems of immersion mechanisms arranged in substantially the same horizontal plane, the configuration of the plurality of systems of immersion mechanisms can be made the same.
Moreover, since the thin plate manufacturing apparatus of this invention arrange | positions the immersion system of several systems in a symmetrical position centering on a crucible, it can make the structure of the immersion system of multiple systems the same.
Furthermore, in the thin plate manufacturing method of the present invention, the base plate can be immersed in a melt of a substance containing at least one of a metal material and a semiconductor material, and the mounting and removal of the base plate are performed at substantially the same replacement position. This is a thin plate manufacturing method having a dipping mechanism for forming a thin plate made of a melt material on the surface of the base plate. The dipping mechanism includes a first dipping mechanism in which a first cycle is performed in which a first cycle is an operation of attaching a first base plate and immersing the base plate in a melt and then removing the base plate. Since the second dipping mechanism is used in which the operation of removing and mounting the base plate in the melt after the mounting and dipping operation is performed in the second cycle, the manufacturing speed can be doubled.
Moreover, the thin plate manufacturing method of the present invention can drive both the two base plate immersion mechanisms at the same timing because the time required for the first cycle and the second cycle is substantially equal.
The thin plate manufacturing method of the present invention operates by shifting the second cycle with respect to the first cycle. In the thin plate manufacturing method of the present invention, since the second cycle operates with a half cycle delay with respect to the first cycle, the two base plate dipping mechanisms can be driven alternately to increase the manufacturing speed. Can do.
In addition, the thin plate manufacturing method of the present invention has a standby process before and / or after the mounting and removal of the base plate, so that the two base plate dipping mechanisms can be continuously operated without interference.

Claims

A base plate is immersed in a melt of a substance containing at least one of a metal material and a semiconductor material to form a thin plate made of the melt material on the surface of the base plate, and one base plate replacement position A thin plate manufacturing apparatus equipped with an immersion mechanism for mounting and removing the base plate at
A plurality of immersion mechanisms having substantially the same configuration are provided, and the plurality of immersion mechanisms are arranged so that the base plate replacement operation in one immersion mechanism does not interfere with the base plate replacement operation in another immersion mechanism. Thin plate manufacturing equipment.

2. The thin plate manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the melt is put in one crucible, and the plurality of systems of dipping mechanisms immerse the base plate in the melt in the one crucible.

The thin plate manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the plurality of dipping mechanisms immerse the base plate in the melt in the vicinity of substantially the center of the one crucible.

The thin plate manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the plurality of dipping mechanisms are arranged in substantially the same horizontal plane.

The thin plate manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the plurality of immersion mechanisms are arranged at symmetrical positions with the crucible as a center.

A plurality of dipping mechanisms capable of immersing a base plate in a melt of a substance containing at least one of a metal material and a semiconductor material, and performing attachment and removal of the base plate at substantially the same replacement position And a thin plate manufacturing method for forming a thin plate made of the melt material on a surface of the base plate, wherein the dipping mechanism attaches the first base plate and immerses the base plate in the melt. After the dipping operation, the first dipping mechanism and the second underplate, in which the operation of removing the underplate is the first cycle, are mounted, the underplate is immersed in the melt, and after this dipping operation, A method for producing a thin plate, characterized in that it comprises a second immersion mechanism in which the operation for removing the second cycle is the second cycle.

The thin plate manufacturing method according to claim 6, wherein the first cycle and the second cycle operate symmetrically about the crucible.

The thin plate manufacturing method according to claim 6, wherein the time required for the first cycle and the second cycle is substantially equal.

The thin plate manufacturing method according to claim 8, wherein the operation is performed by shifting the second cycle with respect to the first cycle.

The thin plate manufacturing method according to claim 8, wherein the second cycle operates with a half cycle delay with respect to the first cycle.

The thin plate manufacturing method according to claim 6, further comprising a standby step before and / or after the mounting and removal of the base plate.