JP4712677B2

JP4712677B2 - 薄板製造方法および薄板製造装置

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Publication number: JP4712677B2
Application number: JP2006308133A
Authority: JP
Inventors: 修二胡間
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2026-11-14
Also published as: JP2008120642A

Description

本発明は、薄板製造装置および薄板製造方法に関し、より具体的な適用例としてシリコン薄板製造装置およびシリコン薄板製造方法があげられる。

従来の、薄板製造装置の１つとして、たとえば、特許文献１に開示される半導体基材製造装置に関する技術が挙げられる。

図５は半導体基材製造装置５０００の概略構成を示す模式図である。この半導体基材製造装置５０００は、真空タンク５００１内にシリコンを融液５００７とするように加熱しながら収容する溶解炉装置５００５Ａと、送込まれたカーボン基板Ｃを周方向へ旋回させることによりカーボン基板Ｃをシリコンの融液５００７に浸漬させることでカーボン基板Ｃの表面にシリコン結晶を析出させるための旋回析出機構５００４を有する。

溶解炉装置５００５Ａは、シリコンを収容する坩堝５００６と、坩堝支持機構５００９と、坩堝５００６に収容されたシリコンを加熱するための加熱手段として、坩堝５００６を誘導加熱によって加熱するための図示しない電磁コイルとを有している。坩堝５００６には、坩堝５００６の温度を検出するための図示しない熱電対が接合されており、この熱電対の検出温度に基づいて坩堝５００６を所望の温度とするように誘導加熱用電磁コイルの電源装置を制御する図示しない制御装置を備えている。

これによって、坩堝５００６を所望の温度とすることで、融液５００７の温度を一定に制御し、形成される薄板の品質（板厚）を安定させることが可能である。これは、薄板を成長させる融液５００７の液表面部分（以下、「融液面」と称す）の温度と、坩堝５００６との温度が、ほぼ相関関係を保つことを前提とした、融液５００７の温度制御方法といえる。
特開２００２−２８９５４４号公報

しかしながら、上記従来の技術を用いて、薄板を長期間に渡り連続形成すると、融液５００７の融液面と坩堝５００６との温度の相関関係が徐々に変化することがわかってきた。もっとも大きな原因は、坩堝５００６に設置されている熱電対の位置と融液５００７の融液面の高さ位置との位置関係が変化するためである。

融液５００７から薄板を凝固させるため、融液５００７の量は徐々に減少し、それに伴い融液面が下降する。そのため、熱電対と融液面との相対距離が変わることや、坩堝５００６の融液面が下降するために露出する坩堝壁の面積が増大することによって坩堝壁からの熱輻射による熱損失割合が増加するため、多数の薄板を作製すると、従来のように、薄板を成長させる部分（融液面）の温度と、坩堝との温度が、ほぼ相関関係を保つという前提が成立しなくなることがわかってきた。

このため、従来の方法によると、薄板を成長させる融液５００７の液表面部分（融液面）の温度を、目的の品質の薄板を形成するための温度状態に安定させることは困難であった。

このように、かかる従来技術においては、薄板の長時間作製もしくは大量高速作製を行なう上で、所望の品質を実現するための融液温度を安定維持する方法が確立されていないため、結果として生産される薄板の品質および生産性が悪化するという問題があった。

本発明の目的は、形成される薄板を成長させる融液５００７の液表面部分の温度を、常に目標品質の薄板を形成するための最適温度状態に制御し、形成される薄板の品質および生産性を改善させる薄板製造方法および薄板製造装置を提供することである。

本発明のある局面に係る薄板製造方法は、下地板を融液面に浸漬させた後、引上げることで、前記下地板の表面に融液を凝固させて形成された薄板を前記下地板から取外し薄板を製造する薄板製造方法であって、前記形成された薄板の板厚を特定可能なデータを測定する工程と、前記測定する工程による測定値に基いて、該測定値が所定の範囲内に入るように、前記融液を加熱する加熱手段の出力を制御する工程とを備え、前記測定する工程は、前記形成された薄板が前記下地板に付着した状態の重量を測定する工程である。

これによって、形成された薄板の品質のうちもっとも重要な板厚を把握することが可能となる。また、薄板の板厚を決定する上で、もっとも重要な融液の温度は、融液を加熱する加熱手段の出力によって決められているため、この出力を、たとえば、板厚測定結果によって制御することで、薄板の板厚を安定させることが可能となる。また、薄板を下地板から分離する前に薄板の重量もしくは板厚を把握できることが可能となり、その結果をすばやく薄板製造の条件に反映させることができる。

さらに好ましくは、前記薄板を形成する前の下地板の重量を測定する下地板重量測定工程を、さらに備える。これによって、薄板が付着した状態の下地板の重量と、薄板を形成する前の下地板の重量を測定することが可能となり、さらに高精度な薄板の重量測定が可能となる。

また、さらに好ましくは、前記測定する工程による測定値を用いて前記薄板の板厚を演算する工程と、前記形成された薄板の表面を撮像する工程と、前記撮像する工程により撮像された薄板の表面画像により前記形成された薄板の欠けた部分の欠け面積を測定する欠け面積測定工程とを、さらに備え、前記演算する工程は、前記薄板の板厚を演算するに際して、前記欠け面積測定工程により測定された前記薄板の欠け面積に基いて、前記薄板の板厚を補正演算する。

このように、薄板の欠け面積を計算し、標準の面積から欠け面積を差し引いた、欠け補正後の面積を利用し、欠け補正換算後の重量換算板厚が換算できる。この欠け面積による誤差を補正することで重量換算板厚の精度を向上させることができる。

また、さらに好ましくは、前記測定する工程による測定値を用いて前記薄板の板厚を演算する工程と、前記加熱手段へ加熱エネルギーを供給するエネルギー供給機構とを、さらに備え、前記制御する工程は、前記測定する工程による測定値と前記演算する工程による演算値とのいずれかを該当する目標値に近づけるための制御動作信号を制御対象としての前記エネルギー供給機構に出力するフィードバック制御工程を含む。

このように、形成される薄板の測定板厚が目標板厚に近づくように加熱手段へ加熱エネルギーを供給するエネルギー供給機構の出力がフィードバック制御される。

また、さらに好ましくは、前記融液を貯留している坩堝の温度を測定する坩堝温度測定工程を、さらに備え、前記フィードバック制御工程は、前記測定する工程による測定値または前記演算する工程による演算値のいずれかと該当する目標値との差に基いて、前記エネルギー供給機構をフィードバック制御するために用いられる前記坩堝の目標温度を更新する目標温度更新工程を含み、前記坩堝温度測定工程による測定温度を前記目標温度更新工程により更新された目標温度に近づけるための制御動作信号を制御対象としての前記エネルギー供給機構に出力する。

このように、形成される薄板の測定板厚と目標板厚との差に基いて坩堝温度測定工程の目標温度が更新され、坩堝温度測定工程による測定温度が更新された目標温度に近づくように加熱手段へ加熱エネルギーを供給するエネルギー供給機構の出力がフィードバック制御される。このため、形成される薄板の板厚が目標板厚に近づくことになる。

本発明の他の局面に係る薄板製造装置は、下地板を融液面に浸漬させた後、引上げることで、前記下地板の表面に融液を凝固させて形成された薄板を前記下地板から取外し薄板を製造する薄板製造装置であって、前記形成された薄板の板厚を特定可能なデータを測定する薄板測定手段と、前記薄板測定手段による測定値を用いて前記薄板の板厚を演算する演算手段と、前記薄板測定手段による測定値と前記演算手段による演算値とのうちの少なくとも１つを記憶する記憶手段と、前記融液を加熱する加熱手段と、前記薄板測定手段による測定値と前記演算手段による演算値とのうちの少なくとも１つに基いて、該測定値と該演算値とのうちの少なくとも１つが所定の範囲内に入るように、前記加熱手段の出力を制御する出力制御手段とを備え、前記薄板測定手段は、前記形成された薄板が前記下地板に付着した状態の重量を測定する。

これによって、形成された薄板の品質のうちもっとも重要な板厚を把握することが可能となる。また、薄板の板厚を決定する上で、もっとも重要な融液の温度は、融液を加熱する加熱手段の出力によって決められているため、この出力を板厚測定結果によって制御することで、薄板の板厚を安定させることが可能となる。

また、薄板測定手段による測定値を用いて薄板の板厚を演算する演算手段を備えているため、測定値から平均値データに換算することも可能であり、薄板測定手段の測定対象の自由度が大きくなる。たとえば、薄板の重量を直接測定するのではなく、形成された薄板が前記下地板に付着した状態の重量を測定するなどである。このことは、製造工程の都合により測定対象を選択できることで、製造効率の向上に寄与する。また、薄板測定手段は、形成された薄板が下地板に付着した状態の重量を測定するため、薄板を下地板から分離する前に薄板の重量もしくは板厚を把握することが可能となり、その結果をすばやく薄板製造の条件に反映させることができる。

また、記憶手段により、測定値や演算手段による演算結果を記憶することができるため、出力制御手段による加熱手段の出力制御に「移動平均」データを使用できる。さらに、記憶したデータにより重量や板厚の経時変化を確認することが可能となるなど、データを製品品質管理に活用できる。

さらに好ましくは、前記薄板を形成する前の下地板の重量を測定する下地板重量測定手段を、さらに備える。これによって、薄板が付着した状態の下地板の重量と、薄板を形成する前の下地板の重量を測定することが可能となり、さらに高精度な薄板の重量測定が可能となる。

また、さらに好ましくは、前記形成された薄板の表面を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された薄板の表面画像により前記形成された薄板の欠けた部分の欠け面積を測定する欠け面積測定手段とを、さらに備え、前記演算手段は、前記薄板の板厚を演算するに際して、前記欠け面積測定手段により測定された前記薄板の欠け面積に基いて、前記薄板の板厚を補正演算する。

また、さらに好ましくは、前記加熱手段へ加熱エネルギーを供給するエネルギー供給機構を、さらに備え、前記出力制御手段は、前記薄板測定手段による測定値と前記演算手段による演算値とのいずれかを該当する目標値に近づけるための制御動作信号を制御対象としての前記エネルギー供給機構に出力するフィードバック制御手段を含む。

また、さらに好ましくは、前記融液を貯留している坩堝の温度を測定する坩堝温度測定手段を、さらに備え、前記フィードバック制御手段は、前記薄板測定手段による測定値または前記演算手段による演算値のいずれかと該当する目標値との差に基いて、前記エネルギー供給機構をフィードバック制御するために用いられる前記坩堝の目標温度を更新する目標温度更新手段を含み、前記坩堝温度測定手段による測定温度を前記目標温度更新手段により更新された目標温度に近づけるための制御動作信号を制御対象としての前記エネルギー供給機構に出力する。

このように、形成される薄板の測定板厚と目標板厚との差に基いて坩堝温度測定手段の目標温度が更新され、坩堝温度測定手段による測定温度が更新された目標温度に近づくように加熱手段へ加熱エネルギーを供給するエネルギー供給機構の出力がフィードバック制御される。このため、形成される薄板の板厚が目標板厚に近づくことになる。

また、さらに好ましくは、前記フィードバック制御手段は、前記目標温度更新手段が前記目標温度を更新する際に、前記薄板測定手段による測定値または前記演算手段による演算値のいずれかとして、そのときまでに形成された所定枚数の薄板の前記測定値または前記演算値のいずれかの平均値を使用し、該平均値をとる期間を徐々に新しい期間にずらして計算する移動平均を採用する。これによって、フィードバック制御するための基礎データとなる形成された薄板の測定（演算）板厚からデータのばらつきや異常値が除去されるとともに、最新データに更新された平均板厚とすることができる。

また、さらに好ましくは、前記加熱手段によって加熱される融液を貯留する坩堝と、前記融液の液面に前記下地板を浸漬させ、引上げる浸漬機構とが設置される主室と、前記下地板を前記主室に装置外部から搬入する前に一時入室させる搬入用副室と、表面に前記薄板を形成した下地板を前記主室から装置外部へ搬出する前に一時入室させる搬出用副室とを、さらに備え、前記薄板を形成する前の下地板の重量を測定する下地板重量測定手段を前記主室と前記搬入用副室とのいずれか一方に、前記薄板が形成された状態の下地板の重量を測定する薄板測定手段を前記主室と前記搬出用副室とのいずれか一方に、それぞれ設置する。

これによって、薄板が形成された状態の下地板の重量を主室と搬出用副室とのいずれか一方に設置された薄板測定手段ですばやく測定可能となり、薄板を形成する前の下地板の重量を主室と搬入用副室とのいずれか一方に設置された下地板重量測定手段ですばやく測定可能となる。このため、薄板が形成された状態の下地板の重量から、薄板を形成する前の下地板の重量を差し引き、薄板の重量測定をすばやく行なえる。薄板の重量から薄板の板厚（重量換算板厚）に換算できる。このように作製された薄板の重量換算板厚を即座に温度制御にフィードバック可能となり、板厚のばらつきが減少した薄板の安定作製が可能となる。

本発明における薄板製造装置によれば、形成される薄板の品質のうちもっとも重要な板厚を把握することが可能となる。また、作製される薄板の板厚を決定する融液の温度を板厚測定結果によって制御することで、薄板の板厚を安定させ、生産性を向上させることが可能となる。

また、演算手段を備えているため、薄板測定手段の測定対象の自由度が大きくなる。たとえば、薄板が形成された状態の下地板の重量を測定して薄板の板厚に換算できる。このことは、製造工程の都合により測定対象を選択できることで、製造効率の向上に寄与する。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
［実施形態１］
図１は、本実施の形態における薄板製造装置１０００の概略構成を示す模式図である。本実施の形態における薄板製造装置１０００は、主室１００１と、搬入用副室１００２と、搬出用副室１００３とからなる本体装置と、本体装置外機器とから構成されている。下地板Ｓを本体装置外部から搬入用副室１００２を通して主室１００１に送込み、主室１００１に設置された浸漬機構１００４によって下地板Ｓの主表面に薄板Ｐを成長させ、搬出用副室１００３を通して薄板Ｐが形成された下地板Ｓを本体装置外部へ搬出する薄板製造装置１０００の一例である。

主室１００１と搬入用副室１００２との間および主室１００１と搬出用副室１００３との間は、ゲートバルブにて開閉可能に仕切られており、搬入用副室１００２と本体装置外部との間および搬出用副室１００３と本体装置外部との間もゲートバルブにて開閉可能に仕切られている。これによって、本体装置外部と主室１００１内の雰囲気が異なる場合においても、主室１００１内の雰囲気を汚染することなく、下地板Ｓを搬入用副室１００２を通して主室１００１内に搬入したり、薄板Ｐを主表面に形成した下地板Ｓを主室１００１内から搬出用副室１００３を通して本体装置外部に搬出することが可能である。

主室１００１内には、搬入用副室１００２から下地板Ｓを主室１００１内に連続的に送込む搬入装置と、搬入装置により主室１００１内に送込まれた下地板Ｓの主表面を融液１００７に接触させ、下地板Ｓの主表面に薄板Ｐを形成させた後、融液１００７の融液面から引上げるように下地板Ｓを移動させ、その移動に際して下地板Ｓを保持する浸漬機構１００４とを備える。さらに、内側に保持された坩堝１００６を誘導加熱によって加熱する加熱機構１００５が設置されている。坩堝１００６が加熱されることにより、坩堝１００６内の個体原料１００７Ａを溶解し、融液状態で保持することが可能になる。なお、加熱機構１００５は電源機構１０５０からの出力を制御し、加熱量を制御可能である。

薄板製造装置１０００には、搬出用副室１００３を通して本体装置外部に搬出された下地板Ｓから薄板Ｐを分離した後に、薄板Ｐの重量を測定するための薄板重量測定装置１０１２を備える。また、薄板重量測定装置１０１２により測定された重量と、薄板Ｐが下地板Ｓに形成された面積（以下、「薄板投影面積」と称す）、薄板Ｐの重量測定温度における材料の密度から、薄板Ｐの平均板厚（以下、「重量換算板厚」と称す）を計算するための演算器１０２０を備える。

また、薄板重量測定装置１０１２により測定された重量や演算器１０２０により演算された結果を記憶するための記憶装置１０３０を備える。また、この測定された重量や演算された結果を用いて加熱機構１００５へ電力を供給する電源機構１０５０の出力を制御するための制御機構１０４０を備えている。薄板重量測定装置１０１２と、演算器１０２０と、記憶装置１０３０と、制御機構１０４０と、電源機構１０５０とは、互いに情報を交換可能にするため、有線もしくは無線にて接続された通信手段Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４、Ｄ１６を備えている。

なお、記憶装置１０３０に記憶するのは、薄板重量測定装置１０１２により測定された重量や演算器１０２０により演算された結果のうち、制御機構１０４０による制御に必要とされるデータ、作製される薄板Ｐの品質管理に使用される特定のデータだけでよいが、すべてのデータを記憶してもよい。

電源機構１０５０と、加熱機構１００５とは、電力を送るためのケーブルＥ１０によって接続されている。また、坩堝１００６の側壁には、図示しない熱電対が設置されており、熱電対による坩堝側壁温度の検出結果が制御機構１０４０に伝達されるように結線された通信手段Ｄ１５を備えている。

＜薄板製造の工程＞
次に、本実施の形態における、薄板Ｐの製造方法について説明する。まず、坩堝１００６に固体原料１００７Ａを充填し、主室１００１内の雰囲気を不活性ガス雰囲気に置換し、加熱機構１００５によって坩堝１００６を加熱して昇温し、固体原料１００７Ａの初期溶解を行なう。

固体原料１００７Ａの溶解完了後、後述の手段によって融液１００７の温度を薄板Ｐの製造に適した温度に調整する。

続いて、下地板Ｓの搬入を行なう。まず、搬入用副室１００２内の雰囲気を大気と等しくし、本体装置外部とを仕切るゲートバルブを開き、下地板Ｓを本体装置外部より搬入用副室１００２内に搬入する（図１にてＡ１１）。図１では、説明をわかり易くするために下地板Ｓを１枚のみ搬入しているが、実際には時間効率を上げるために複数枚の下地板Ｓを同時に搬入することにしてもよい。続いて、本体装置外部とを仕切るゲートバルブを閉めて、搬入用副室１００２の雰囲気を、主室１００１の雰囲気と等しくなるように不活性ガス雰囲気に置換する。具体的には、搬入用副室１００２内の雰囲気（大気）を一度真空引きした後に、不活性ガスを主室１００１と同じ圧力になるように導入する。続いて、搬入用副室１００２と主室１００１とを仕切るゲートバルブを開き、搬入用副室１００２内の下地板Ｓをすべて主室１００１内に搬入する（図１にてＡ１２）。

次に、下地板Ｓを融液１００７に浸漬させる浸漬動作を開始する。下地板Ｓを浸漬機構１００４にセットし、下地板Ｓを融液１００７に浸漬することで下地板Ｓの主表面に薄板Ｐを成長させ、続いて下地板Ｓを浸漬機構１００４から取外す（図１にてＡ１３）。具体的な浸漬機構１００４の構造や動作は後述する。

次に、主表面に薄板Ｐが形成された下地板Ｓを主室１００１から搬出用副室１００３へ搬出する。まず、搬出用副室１００３の雰囲気を、主室１００１の雰囲気と等しくなるように不活性ガス雰囲気に置換する。具体的には、搬出用副室１００３の雰囲気を一度真空引きした後に、不活性ガスを主室１００１と同じ圧力になるように導入する。続いて、搬出用副室１００３と主室１００１とを仕切るゲートバルブを開き、主室１００１から搬出用副室１００３に薄板Ｐが形成された下地板Ｓを搬出する（図１にてＡ１４）。図１では、説明をわかり易くするために下地板Ｓを１枚のみ搬出しているが、実際には時間効率を上げるために複数枚の下地板Ｓを同時に搬出することにしてもよい。

続いて、本体装置外部とを仕切るゲートバルブを開き、搬出用副室１００３の雰囲気を、大気と等しくし、薄板Ｐが形成された下地板Ｓを搬出用副室１００３から本体装置外部に搬出する（図１にてＡ１５）。最後に、本体装置外部において、薄板Ｐと下地板Ｓとを分離することで、薄板Ｐを得ることができる。

＜浸漬機構の説明＞
浸漬機構１００４には、下地板Ｓを装着させたり、浸漬機構１００４から下地板Ｓを取外すことが可能である。装着された下地板Ｓを融液１００７に浸漬した後、融液１００７から下地板Ｓを引上げることによって下地板Ｓの主表面に薄板Ｐを形成できる機構であれば、浸漬機構１００４はどのような機構を用いても構わない。また、浸漬機構１００４に、下地板Ｓを装着させたり、浸漬機構１００４から下地板Ｓを取外すことを自動的に機械が行なう自動装着取外機構を備えていてもよい。

はじめに、浸漬機構１００４の一例として、「背景技術」欄の半導体基材製造装置５０００（図５）にて説明した旋回析出機構５００４を用いた方法について図５を参照しながら説明する。図５にて旋回析出機構５００４は、下地板Ｓを保持できる台座５１０１を３つ有しているが、台座５１０１は１つでも構わないし、２つ以上でも構わない。

台座５１０１が３つの場合は、まず、１つ目の台座５１０１が頂点に位置した状態で、１枚目の下地板Ｓを頂点に位置した台座５１０１に取付ける。その後、旋回析出機構５００４を１２０度回転させると、次の２つ目の台座５１０１が頂点に位置した状態となるため、そこに２枚目の下地板Ｓを取付ける。次に、さらに１２０度回転すると、最初の１つ目の台座５１０１に取付けた１枚目の下地板Ｓが融液５００７に浸漬され、引上げられる。このとき、１枚目の下地板Ｓの主表面に薄板Ｐを成長させることができる。薄板Ｐの品質は、台座５１０１に取付けられた下地板Ｓを回転する速度、下地板Ｓを融液５００７に浸漬するときの最大浸漬深さ、浸漬するときの融液５００７の温度で決まる。最大浸漬深さは、坩堝５００６の高さを昇降することで調整することが可能である。また、このとき、３つ目の台座５１０１が頂点に位置するため、この頂点に位置する台座５１０１に３枚目の下地板Ｓを取付ける。次に、１２０度回転させると、２枚目の下地板Ｓの主表面に薄板Ｐを成長させることができる。このとき、薄板Ｐが主表面に成長した１枚目の下地板Ｓが頂点に位置するため、この１枚目の下地板Ｓを取外し、１つ目の台座には、４枚目の下地板Ｓを取付ける。以上の動作を繰返すことによって、連続して下地板Ｓを融液５００７に浸漬し、主表面に薄板Ｐを成長させた下地板Ｓを取出すことが可能になる。

次に、浸漬機構１００４の別の一例として、下地板Ｓの水平方向移動・上下方向移動・回転動作を用いた浸漬機構６００４について図６を参照しながら説明する。

浸漬機構６００４は、水平動作駆動装置により水平動作レール６１０２に沿って水平直線方向に往復移動するスライド体に取付けられた昇降機構６１０３を備えている。浸漬機構６００４は、昇降機構６１０３の下方に、懸垂支柱６１０４と、懸垂支柱６１０４の所定位置に設置された回転機構６１０５と、回転機構６１０５によって回転駆動される回転支柱６１０６と、回転支柱６１０６の回転機構６１０５とは反対側の先端に位置する支点軸Ｂに一端が回動自在に係合された支持支柱６１０７と、一端が支持支柱６１０７の支点軸Ｂとは反対側の先端に位置する支点軸Ｃに、他端が懸垂支柱６１０４の下端の支点軸Ｄに、それぞれ回動自在に係合された台座６１０１を懸装している。

台座６１０１の上面には、断面が台形形状からなる凹型溝状係合部が形成され、この台形形状の凹型溝状係合部に嵌め合わせてスライド挿入させる、逆台形形状の凸型突起状係合部が下地板Ｓの裏側に形成されている。下地板Ｓ裏側の凸型突起状係合部を台座６１０１上面の凹型溝状係合部にスライド嵌合させることによって下地板Ｓを台座６１０１に装着する。このスライド嵌合の挿入方向は、後述する台座６１０１の回転方向に直交する方向となるように凸型突起状係合部、凹型溝状係合部は形成されている。

次に、台座６１０１の回転動作について説明する。回転支柱６１０６が回転機構６１０５によって、時計まわりに回転駆動されると、支点軸Ｂ、支持支柱６１０７、支点軸Ｃが下方に下がる。懸垂支柱６１０４下端の支点軸Ｄと回転機構６１０５の回転中心軸Ａとの相対的な上下高さ位置は同一であるから、台座６１０１は回転支柱６１０６と平行の角度で時計回りに回転する。この様子を図６に下地板Ｓの動作サイクル６２０１として図示している。なお、支点軸Ｂ、Ｃ、Ｄは自重により回動自在な軸として説明したが、歯車が噛合って強制的に支持支柱６１０７、台座６１０１が回転させられる軸構成としてもよい。

下地板Ｓの水平方向の移送は、水平動作レール６１０２に沿ってスライド体が移動することにより昇降機構６１０３と懸垂支柱６１０４に吊下がって懸装されている機構全体が水平動作することで行なわれる。下地板Ｓの上下方向の移送は、昇降機構６１０３が懸垂支柱６１０４以下に吊下がっている機構全体を昇降することで行なう。下地板Ｓの回転動作は、回転機構６１０５によって行なわれる。回転機構６１０５による回転動作の制御により下地板Ｓの融液６００７への進入角度、脱出角度、浸漬時間を決めることができる。上記の水平・上下・回転動作の設定は、通常は、パソコン等により、水平方向移動指令と昇降動作移動指令、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。

なお、水平動作する機構、昇降機構、回転機構のすべてが必須ではなく、回転機構だけでも浸漬機構としての機能は果たせるし、さらに昇降機構が加わればより複雑な動作を行なえる浸漬機構となるし、さらに水平動作する機構が加われば、より充実した動作を行なえる浸漬機構となる。

次に、浸漬機構６００４による下地板Ｓの浸漬動作のサイクルを、図６を用いて説明する。下地板Ｓは、台座６１０１が下地板交換位置６２００（図６参照）に位置しているときに、台座６１０１に装着される。この際、下地板Ｓの主表面は天頂方向を向いている。その位置で、図示しないヒータを用いて下地板Ｓを加熱する温度調整を実施してもよい。その後、下地板Ｓは動作サイクル６２０１で図示するように時計回りに回転しながら右方向へ移動する。次いで、左方向に戻りながら、下地板Ｓの主表面を融液６００７に浸漬し、引上げることにより、下地板Ｓの主表面に薄板Ｐを形成する。このときの浸漬軌道は、融液６００７の液表面の高さ位置によって制御されるべきであるが、薄板Ｐの作製開始直後は、初期充填した原料（融液６００７の固体原料６００７Ａ）の重量から融液面（融液６００７の液表面）の高さ位置を計算することが可能であり、その後は薄板Ｐの製造枚数に比例して融液面が低下することを考慮し、浸漬軌道を調整する必要がある。

下地板Ｓの主表面に薄板Ｐを形成後、薄板Ｐが成長した下地板Ｓは、さらに左方向へ戻りつつ、回転し、下地板Ｓの主表面が天頂方向に向いた形で、下地板Ｓの交換位置６２００まで戻る。その後、薄板Ｐが形成された下地板Ｓをスライドさせて台座６１０１から押出し、新しい下地板Ｓを台座６１０１に装着する。下地板Ｓを交換するときの、下地板Ｓの姿勢は、本実施の形態では主表面を天頂方向に向けた姿勢である。また、図６において、浸漬動作サイクル６２０１を時計回りとしたが、反時計回り、もしくは途中まで時計回りで途中から反時計回り、もしくは途中まで反時計回りで途中から時計回りなどのいずれでも構わない。

例えば、シリコンのような高融点材料の薄板Ｐを製造する場合、融液は１４００〜１５００℃の高温であり、またシリコンの蒸着やＳｉＯＸ粉等の付着もあるので、水平動作レール６１０２や浸漬機構６００４上部を保護するため、断熱性もしくは冷却された遮蔽板（図示せず）を坩堝６００６上に、浸漬機構６００４や下地板Ｓの動作と干渉しない位置に配置することが望ましい。

＜薄板の重量、板厚測定＞
薄板Ｐを主表面に形成した下地板Ｓは、主室１００１から搬出用副室１００３を通して本体装置外部へ搬出される（図１参照）。その後に、薄板Ｐを下地板Ｓから分離することで、薄板Ｐを得ることができる。下地板Ｓは、検査され、再び本体装置（図１にて、搬入用副室１００２を通して主室１００１）に搬入される。薄板Ｐは、この後、周辺部切断等の成形を行ない、製品となる。

製造する薄板Ｐの板厚を一定幅に制御するためには、作製された薄板Ｐの板厚を測定し、その結果を即座に作製条件（図１にて、坩堝１００６の温度設定）にフィードバックすることが望ましい。

薄板Ｐの表面は完全に平滑ではなく凹凸を含むため、薄板Ｐの板厚分布を把握するためには、通常は板厚分布測定を行なう必要がある。具体的には、薄板Ｐの表裏両面の表面形状を測定できる機器（レーザー測定器、接触測定器、静電容量測定器など）により、薄板Ｐの表面を走査する必要がある。できる限り、薄板Ｐの全表面を走査することで、板厚測定精度を高めることが望ましいが、上記方法を用いると、時間がかかり、全数測定を行なうことも困難であるため、即座に薄板作製条件へのフィードバックは難しい。

そのため、本実施の形態においては、下地板Ｓから分離された薄板Ｐの重量を測定することで、薄板Ｐの重量換算板厚を測定する。作製される薄板Ｐの面積は、下地板Ｓによってほぼ決まるため、測定重量を面積で割り、薄板の材質の密度で割ることで、重量換算板厚を求める。この方法を用いることによって、凹凸を無視した平均板厚に相当する重量換算板厚を即座に測定することができるため、即座に作製条件（温度設定）にフィードバックすることが可能である。薄板Ｐの重量測定に用いる機器は、どのような機器でも構わない。例えば、電子天秤等にて測定することが可能である。全数測定することが望ましいが、抜き取りで測定を実施しても構わない。

薄板Ｐが欠けている場合に、欠けている面積を測定し、重量換算板厚計算に用いる面積に補正をかけるための、薄板形状撮像装置（図示せず）を用いても構わない。ＣＣＤ等のカメラによって、薄板を撮影し、その画像の薄板領域を、色（コントラスト）によって判別し、その領域の面積を計算することで、より精密な計算が可能となる。本実施の形態における図１では、薄板Ｐの重量を測定するための薄板重量測定装置１０１２によって測定された重量は、演算器１０２０に送信され（図１にてＤ１２）、演算器１０２０によって重量換算板厚が計算される。薄板形状撮像装置（図示せず）を用いる場合は計算された面積も送信され、計算に用いられる。

＜薄板の板厚変化＞
作製される薄板Ｐの目標となる重量換算板厚を５００μｍとし、融液１００７の加熱手段の出力を設定し、以後、坩堝壁に固定した熱電対の温度が設定温度となるように加熱機構１００５の出力を制御して、薄板Ｐを３００枚作製した結果について図７〜図１０を参照しながら説明する。なお、ここで薄板３００枚を作製した際には、融液１００７の内容量を規定量としたときに、５００μｍの薄板Ｐが得られるための温度を手動で設定し、３００枚作製の間、設定温度を変更しなかった。また、薄板Ｐの作製が進行するとともに、坩堝１００６における融液面（融液１００７の液表面）の高さが低下していくが、融液面の高さを一定に保つ操作も行なっていない。

本体装置から取り出した、薄板Ｐが形成された下地板Ｓから薄板Ｐを分離し、薄板Ｐの重量を測定した結果を、図７に示す。図７によれば、薄板Ｐの重量は、徐々に低下していることがわかる。これは、薄板Ｐの作製が進行し、融液面の高さが低下していくに従い、坩堝１００６の温度を検出するための図示しない熱電対と融液面との距離が異なってくることと、坩堝１００６の壁部分からの輻射が増大するために熱電対近傍の温度が低下することを補完するために加熱機構１００５に電力を多く供給するためであり、結果として融液１００７の温度が上昇し、薄板Ｐの凝固成長する速度が低下したためであると考えられる。

作製した薄板Ｐの重量を測定し、薄板Ｐの欠けによる補正換算を行なわず、薄板Ｐの面積を一定として換算した重量換算板厚を図８に示す。重量換算板厚は、±１００μｍ程度のばらつきを持ちつつ、作製当初はばらつき中央が約５００μｍ前後だった板厚が、３００枚作製時点で３００μｍ近くまで低下している。

次に、各薄板Ｐの欠けて損失している面積を計算し、標準の面積から損失面積を差し引いた、欠け補正後の面積を利用し、欠け補正換算後の重量換算板厚を図９に示す。傾向は図８と変わらないが、標準偏差は６４．３μｍであり、欠けによる誤差を補正することで重量換算板厚の精度を向上することができるため、薄板形状撮像装置のように薄板Ｐの投影面積を測定できる方法を使用することが望ましい。

また、図１０は、図９の結果を移動平均（平均枚数Ｍ＝１０枚）したものである。移動平均とは、平均をとる期間を徐々にずらして計算する方法である。具体的には、平均枚数をＭ枚としたときに、Ｎ枚目の薄板重量測定後の平均板厚をＮ−Ｍ＋１枚目からＮ枚目の薄板の平均板厚とし、Ｎ＋１枚目の薄板重量測定後の平均板厚をＮ−Ｍ＋２枚目からＮ＋１枚目の薄板の平均板厚とする平均方法となる。データのばらつきや異常値を除去して全体の板厚推移を知ることができるようにする統計手法である。

図８や図９に示したグラフのように、ばらつきが大きい数字を制御のフィードバックに使用すると、制御が発散する可能性が高いため、移動平均のような演算もしくはＰＩＤ制御のような演算を用いることが望ましい。なお、ＰＩＤ制御とは、偏差の変化量が大きくなった場合には操作量を大きくし、偏差の変化量が小さい時には、ある時間における差の状態を保持するＰＩ制御に近づける手法である。操作量を目標値と出力の差に比例（Ｐ）する項と差の積分（Ｉ：累計）値に比例する項と差の微分（Ｄ：変化量）値に比例する項で構成するものである。

＜融液の温度制御方法＞
次に、融液１００７の温度を制御する方法について、図１および図１５を用いて説明する。図１５は融液１００７の温度制御フローを説明する図面である。

融液１００７の温度を決めるのは、電源機構１０５０から加熱機構１００５にケーブルＥ１０で供給される供給電力量である。電源機構１０５０からの供給電力量は、制御機構１０４０によって調整される。薄板Ｐを作製する場合は、作製される薄板Ｐの板厚が一定に保たれるように、融液１００７の温度を制御する必要がある。そのため、電源機構１０５０に、制御機構１０４０が通信手段Ｄ１６により供給電力量を制御指示する。通常、作製される薄板Ｐの板厚を一定に保つためには、融液１００７の温度を一定に保てばよい。しかし、融液１００７の温度を一定に保ったにもかかわらず、万一、他の要因で、薄板Ｐの板厚が一定にならなかった場合があるとしても、本願の実施の形態では、作製される薄板Ｐの板厚が一定に保たれるように、融液１００７の温度を制御する。すなわち、作製された薄板Ｐの板厚によって融液１００７の温度を制御している。

供給電力量を決定する際、薄板Ｐを作製する場所の融液１００７の温度を直接測定し、その温度を制御するようにフィードバックをかける方法を採用できればよいが、薄板Ｐを作製する場所に下地板Ｓが浸漬されるため、熱電対や放射温度計のような温度測定は不可能である。そのため、薄板Ｐを作製する場所の融液の温度と相関が良い部分の温度を測定し、間接的に融液１００７の温度を制御する必要がある。融液１００７の液表面に起こる波立ちの影響を受けず、また融液１００７に異物を接触させて融液１００７を汚染することも無いから、坩堝１００６の壁（以下、「坩堝壁」と称す）に熱電対を埋め込み、もしくは接触させて、坩堝壁の温度を測定することが望ましい。放射温度計によって、融液１００７もしくは坩堝１００６を撮像し、その放射量から温度を測定する方法でも構わない。また、温度測定手段は、複数個でも、複数種類でも構わない。これらの温度測定結果は、制御機構１０４０に通信手段Ｄ１５で送信し、融液１００７の温度制御に用いる。なお、本願の実施の形態では、融液１００７の温度を所定温度に制御するのが目的ではなく、作製される薄板Ｐの板厚が一定に保たれるように加熱機構１００５への供給電力量を制御するのが目的である。

もっとも、簡単な制御は、坩堝壁の温度が一定に保たれるように、ＰＩＤ制御を用いて、電源機構１０５０の供給電力量を常時指示する方法である。ここでいうＰＩＤ制御とは、目標設定温度と坩堝壁測定温度との違いを早く小さくするために、比例、積分、微分にそれぞれ適当な重みを配分して供給電力量を決定する方法である。それぞれの重みは、供給電力量の変化と、坩堝壁の温度変化の関係から、最適値が存在するが、坩堝１００６の大きさ等によって最適値は異なる。通常は、実際の装置を用いて、比例、積分、微分の比率を実際に変化させながら、目標設定温度を変更し、その際の坩堝壁測定温度の追従が早くオーバーシュートしない値を採用する。これらを自動でチューニングする機能を備えた温度調節器も一般的である。

制御機構１０４０は、目標設定温度と坩堝壁測定温度の差を０とするように、ＰＩＤ制御による供給電力量設定を行ない、電力機構１０５０に送信する。また、ここでいう目標設定温度とは所望の品質の薄板Ｐを得るための坩堝壁の温度である。

＜板厚融液測定結果のフィードバック方法＞
上記のように、３００枚作製中に設定温度を変更しなかった場合、坩堝壁の温度は一定だが、融液１００７の温度が変化してしまうため、図７〜図１０で説明したように作製する薄板Ｐの板厚を一定にすることは不可能である。そのため、上記の重量換算板厚を用いて、坩堝壁の目標設定温度を変更する必要がある。本実施の形態では、演算器１０２０により坩堝壁の設定温度の変更を下記のように計算し、記憶装置１０３０を経由して、制御機構１０４０に通信手段Ｄ１３、Ｄ１４により送信する。

重量換算板厚を用いて坩堝壁の目標設定温度を変更する方法を、図１および図１６を用いて、説明する。図１６は重量換算板厚を用いて坩堝壁の目標設定温度を変更制御するフローを説明する図面である。作製する薄板Ｐの重量換算板厚を用いて坩堝壁の目標設定温度を変更する方法の一つは、作製された薄板Ｐの重量換算板厚を測定するたびに、毎回、坩堝壁の目標設定温度を変更する方法である。測定（換算）された重量換算板厚と目標板厚（上記の場合は５００μｍ）との差から、坩堝壁の設定温度の変更値を決定する。

変更値と板厚差との関係係数（℃／μｍ）は、あらかじめ経験値を設定しておいても構わないし、実際に薄板Ｐを作製しながらその結果をさらにフィードバックしても構わない。変更に用いる薄板Ｐの重量換算板厚（もしくは重量測定値）は、その薄板Ｐの重量換算板厚のみでも構わないし、それまでの複数枚の平均値でも構わない。この方法は、図９に示したように、作製された薄板Ｐの板厚には大きなばらつきがあるため、頻繁に目標設定温度を変更すると設定温度が発散する可能性がある。

発散を防ぐためには、坩堝壁の目標設定温度を決めるに当たってもＰＩＤ制御を用いる方法が考えられる。この場合、目標板厚と測定板厚（重量換算板厚）の差が速く小さくなるように、制御機構１０４０の目標設定温度を制御することになり、さらにその目標設定温度を用いて電源機構１０５０から坩堝１００６を加熱するための供給電力量設定をＰＩＤ制御する。つまり、目標設定温度と供給電力量設定との２段階ＰＩＤ制御による温度制御となる。

他の方法としては、複数枚薄板Ｐを作製するごとに、作製された薄板Ｐの板厚平均値による坩堝壁の目標設定温度の設定値変更を行なう方法である。作製された薄板Ｐの枚数が増えるに従い、発散する恐れは低減するが、複数枚の薄板Ｐの作製を待って設定値変更するために待ち時間がかかり応答性が悪くなる可能性がある。応答性が悪いということは、板厚のばらつきが大きくなるということであるが、品質のばらつきが許容範囲内ならば、制御の簡易性、安定性から望ましい方法と考えられる。

すなわち、演算器１０２０は、薄板Ｐの重量から測定板厚（重量換算板厚）を演算した後、測定板厚と目標板厚との差を０とするように、坩堝壁の目標設定温度を設定するものである。坩堝壁の目標設定温度を設定する設定方法は、上記のように、関係係数やＰＩＤ制御を採用する。さらに、演算器１０２０が設定した坩堝壁の目標設定温度は、記憶装置１０３０を経由し、制御機構１０４０に送信される。制御機構１０４０は、坩堝壁の目標設定温度を、演算器１０２０の演算結果に伴い随時変更しながら、坩堝壁測定温度との差が０となるように、供給電力量設定をＰＩＤ制御するものである。

［実施形態２］
図２は、本実施の形態における薄板製造装置２０００の概略構成を示す模式図である。本実施の形態における薄板製造装置２０００は、主室２００１と、搬入用副室２００２と、搬出用副室２００３とからなる本体装置と、本体装置外機器とから構成されている。下地板Ｓを本体装置外部から搬入用副室２００２を通して主室２００１に送込み、主室２００１に設置された浸漬機構２００４によって下地板Ｓの主表面に薄板Ｐを成長させ、搬出用副室２００３を通して薄板Ｐが形成された下地板Ｓを本体装置外部へ搬出する薄板製造装置２０００の一例である。

実施形態１では、本体装置外部で薄板Ｐが形成された下地板Ｓから薄板Ｐを分離した後、薄板Ｐの重量を測定し、加熱機構１００５への電力供給量を制御していた。この実施形態２では、下地板Ｓから薄板Ｐを分離することなく、薄板Ｐが形成された下地板Ｓのままで重量を測定し、加熱機構１００５への電力供給量を制御しようとするものである。この重量測定に関する部分以外は、実施形態１と同様である。

このため図２において、実施形態２の薄板製造装置２０００のそれぞれの構成をあらためて説明することは割愛するが、図２において各構成に付された符号は、図１における実施形態１の薄板製造装置１０００のそれぞれ対応する各構成に付された符号の１０００番台を２０００番台に、符号の１０番台を２０番台に、それぞれ対応させて付してある。たとえば薄板製造装置２０００における融液２００７は薄板製造装置１０００における融液１００７に相当するものである。

＜薄板の板厚測定＞
図１では、薄板Ｐを下地板Ｓから分離した後に、薄板Ｐの重量を測定していたが、薄板と下地板を分離するまでにかかる時間が長い場合は、その分フィードバックが遅れることとなる。そのため、本実施の形態における薄板製造装置２０００は、図２に示すように下地板Ｓと薄板Ｐとを分離する前に、薄板Ｐが形成された下地板Ｓごと重量を測定するための薄板重量測定装置２０１２を有する。

薄板Ｐの作製に使用される下地板Ｓの重量は、いずれの下地板Ｓでもほぼ同等と考えて、薄板Ｐが形成された下地板Ｓの全体重量から下地板Ｓの重量を差し引くことで、薄板Ｐの重量を換算する。もしくは、薄板Ｐの作製に使用されるそれぞれの下地板Ｓ１〜Ｓｎの重量を予め測定して記憶装置２０３０に記憶しておき、薄板重量測定装置２０１２もしくは測定された重量から重量換算板厚を演算する演算器２０２０に必要時に送信することも可能である。

これにより、薄板Ｐの板厚をすばやく、融液２００７の温度と相関が良い坩堝２００６の壁（坩堝壁）の温度制御にフィードバックできると共に、薄板製造装置２０００の本体装置から搬出された下地板Ｓから薄板Ｐを分離する機構を本体装置近傍に設置する必要が無くなり、薄板製造装置２０００や搬送、ラインのレイアウトの自由度が増し、また搬出から分離工程の間におけるトラブルによって温度制御へのフィードバックが途切れることを防止できる。本体装置から搬出された下地板Ｓは高温であるため、下地板Ｓを冷却する機構もしくは高温でも測定可能な薄板重量測定装置２０１２を用意することが望ましい。

［実施形態３］
図３は、本実施の形態における薄板製造装置３０００の概略構成を示す模式図である。本実施の形態における薄板製造装置３０００は、主室３００１と、搬入用副室３００２と、搬出用副室３００３とからなる本体装置と、本体装置外機器とから構成されている。下地板Ｓを本体装置外部から搬入用副室３００２を通して主室３００１に送込み、主室３００１に設置された浸漬機構３００４によって下地板Ｓの主表面に薄板Ｐを成長させ、搬出用副室３００３を通して薄板Ｐが形成された下地板Ｓを本体装置外部へ搬出する薄板製造装置３０００の一例である。

実施形態３（図３）では、実施形態２と同じく、下地板Ｓから薄板Ｐを分離することなく、薄板Ｐが形成された下地板Ｓのままで重量を測定するが、さらに薄板製造直前の下地板Ｓの重量も合わせて測定し、薄板Ｐの板厚測定の精度をより向上させるものである。この重量測定に関する部分以外は、実施形態１と同様である。このため図３において各構成に付された符号は、実施形態２（図２）同様、図１における実施形態１の薄板製造装置１０００のそれぞれ対応する各構成に付された符号の１０００番台を３０００番台に、符号の１０番台を３０番台に、それぞれ対応させて付してある。

＜薄板の板厚測定＞
図３の薄板製造装置３０００は、搬出用副室３００３の外側に配置された薄板重量測定装置２０１２だけでなく、搬入用副室３００２の外側にも下地板重量測定装置３０１１をも備えている。下地板重量測定装置３０１１は、本体装置へ搬入前の下地板Ｓの重量を測定し、通信手段Ｄ３３により演算器３０２０に測定値を送信する。演算器３０２０は、通信手段Ｄ３２により薄板重量測定装置３０１２から受信する、本体装置から搬出された後の薄板Ｐが形成された下地板Ｓの全体重量の測定値から搬入前の下地板Ｓの重量を差し引くことで、薄板Ｐの重量を換算する。これにより、薄板Ｐの重量をより高精度に測定することが可能となる。ひいては薄板Ｐの重量換算板厚をより高精度に演算できる。下地板Ｓは高温であるため、下地板Ｓを冷却する機構もしくは高温でも測定可能な薄板重量測定装置３０１２を用意することが望ましい。

［実施形態４］
図４は、本実施の形態における薄板製造装置４０００の概略構成を示す模式図である。本実施の形態における薄板製造装置４０００は、主室４００１と、搬入用副室４００２と、搬出用副室４００３とからなる本体装置と、本体装置外機器とから構成されている。下地板Ｓを本体装置外部から搬入用副室４００２を通して主室４００１に送込み、主室４００１に設置された浸漬機構４００４によって下地板Ｓの主表面に薄板Ｐを成長させ、搬出用副室３００３を通して薄板Ｐが形成された下地板Ｓを本体装置外部へ搬出する薄板製造装置４０００の一例である。

実施形態４（図４）では、実施形態３と同じく、薄板Ｐが形成された下地板Ｓの重量、薄板製造直前の下地板Ｓの重量を測定するが、実施形態３が本体装置外部で測定するのに、実施形態３では主室４００１内で測定する点が異なる。なお、図４では、薄板製造直前の下地板Ｓの重量を主室４００１内で測定する図となっているが、あるいは、搬入用副室４００２で測定することにしてもよい。同様に、図４では、薄板Ｐが形成された下地板Ｓの重量を主室４００１内で測定する図となっているが、あるいは、搬出用副室４００３で測定することにしてもよい。この重量測定に関する部分以外は、実施形態１と同様である。このため図４において各構成に付された符号は、実施形態２（図２）同様、図１における実施形態１の薄板製造装置１０００のそれぞれ対応する各構成に付された符号の１０００番台を４０００番台に、符号の１０番台を４０番台に、それぞれ対応させて付してある。

＜薄板の板厚測定＞
実施形態３（図３）のように、本体装置外において、薄板製造直前の下地板Ｓや薄板Ｐが形成された下地板Ｓの重量を測定する場合では、搬出用副室４００３に多数枚の下地板を詰めてから、まとめて本体装置外部に搬出するような場合、作製された薄板の板厚を即座にフィードバックできなくなる。

そのため、実施形態４（図４）においては、融液４００７に浸漬直前の下地板Ｓの重量を測定するための下地板重量測定装置４０１１と、融液４００７に浸漬直後の薄板Ｐを形成させた下地板Ｓの重量を測定するための薄板重量測定装置４０１２とを、主室４００１内に備えている。

下地板重量測定装置４０１１は、主室４００１内で、浸漬前の下地板Ｓの重量を測定し、通信手段Ｄ４３により演算器４０２０に測定値を送信する。薄板重量測定装置４０１２は、主室４００１内で、薄板Ｐが形成された浸漬後の下地板Ｓの全体重量を測定し、通信手段Ｄ４２により演算器４０２０に測定値を送信する。演算器４０２０は、受信した、薄板Ｐが形成された下地板Ｓの全体重量の測定値から浸漬前の下地板Ｓの重量を差し引くことで、薄板Ｐの重量を換算する。これにより、薄板Ｐの板厚をより高精度に測定（換算）することが可能となる。さらに、浸漬直後の薄板Ｐの重量を、即座に温度制御にフィードバックすることが可能となる。

下地板Ｓは高温であるため、高温でも測定可能な薄板重量測定装置４０１２を用意することが望ましい。下地板Ｓを坩堝４００６に浸漬する前に下地板Ｓを予備加熱後に下地板Ｓの重量を測定するのであれば、下地板重量測定装置４０１１も高温でも測定可能なものにしておく必要がある。

［実施形態補足］
ここでは、実施形態１〜４に記載されていない点について、まとめて記載しておく。本願は、形成された薄板Ｐの品質のうちもっとも重要な板厚を安定させるために、形成された薄板の重量もしくは板厚を特定可能なデータを測定し、測定（演算）結果に基いて融液を加熱する加熱手段の出力を制御するものである。たとえば、作製された板厚に基づいて融液温度を制御するために、形成された薄板の板厚を目標の一定値に安定させることができるものである。しかしながら、他のいろんな条件が形成される薄板Ｐの板厚安定化に影響する。

下地板Ｓを融液面に浸漬させた後、引上げることで、下地板Ｓの主表面に融液を凝固させて形成された薄板Ｐの板厚Ｔは、当然、下地板Ｓを融液面に浸漬させる浸漬時間により、影響を受ける。この対策としては、浸漬機構１００４の動作制御を安定させることが必要である。即ち、浸漬機構１００４による下地板Ｓの融液面への浸漬時間を一定値に安定させることが必要である。

次に、融液面へ浸漬するときの下地板Ｓの温度によっても形成される薄板Ｐの板厚Ｔは影響を受ける。このため、融液面へ浸漬するときの下地板Ｓの温度を所定値に予熱しておくことが考えられる。この予熱は下地板Ｓを浸漬する融液の過冷却状態の温度よりも低い温度程度の所定値に加熱する。なお、過冷却状態とは、融液の凝固温度以下でもなお融液状態にある状態のことである。この下地板Ｓの予熱は、電磁誘導コイルによる誘導加熱でも、抵抗ヒータの輻射熱による加熱でもよい。

あるいは、実施形態４の図４において、融液４００７に浸漬直前の下地板Ｓの重量を測定するための下地板重量測定装置４０１１において、さらに、浸漬直前の下地板Ｓの温度を測定する下地板温度測定装置を備え、融液加熱手段への供給電力制御において、浸漬直前の下地板Ｓの温度条件を加味させることで、下地板Ｓの予熱を省くことでもよい。あるいは、下地板Ｓの予熱とともに、さらに、下地板温度測定装置を備え、融液加熱手段への供給電力制御において、浸漬直前の下地板Ｓの温度条件を加味させることを採用してもよい。

次に、薄板Ｐの作製が進行するとともに、坩堝における融液面（融液の液表面）の高さが低下していくが、下地板Ｓの融液への最大浸漬深さ（下地板Ｓと融液面との相対高さ）を一定に保つ操作を行なってもよい。たとえば、グリーンレーザを発光器から融液面に照射し、反射光を受光器で受光することにより融液の液面高さ位置を測定する。測定データを制御装置に出力し、坩堝の高さ位置、または、昇降機構における下地板Ｓの高さ位置を制御すればよい。この場合には、測定された融液の液面高さ位置に応じた制御装置の出力により、坩堝の高さ位置を調節する坩堝昇降装置、または、浸漬機構において、融液に浸漬する下地板Ｓの融液面との相対高さ位置を調節可能にした昇降機能を備えることが必要になる。なお、前述した浸漬機構６００４（図６）には、昇降機構６１０３を備え、下地板Ｓを上下方向に昇降可能になっている。また、半導体基材製造装置５０００（図５）においては、坩堝５００６の高さを昇降することで最大浸漬深さを調整可能になっている。

つぎに、図１を参照して、主な構成部品の具体例を示しておく。シリコンの薄板Ｐを作成するとして、融液１００７はシリコン１６の融液であり、坩堝１００６は、シリコン１６との反応性が小さくて無通気性の材質、たとえばカーボンにより形成されている。下地板Ｓは、シリコン１６よりも熱伝導の優れたもの、たとえば、カーボン基板を使用する。また、下地板Ｓを浸漬機構１００４に装着するにあたっては、断熱性能のよい、たとえば、タンタル製のスペーサなどの部材を介して着脱自在に取付ける。また、主室１００１に封入する不活性ガスとしては、アルゴンガスを使用する。融液状（過冷却状態）のシリコン１６の温度は１６８０°Ｋ（絶対温度）であり、融液面へ浸漬する前の下地板Ｓの予熱温度は、例えば１４８０°Ｋ（絶対温度）程度である。

薄板作製装置の本体装置から搬出された薄板Ｐが形成された下地板Ｓから、薄板Ｐを分離し、分離した薄板Ｐの重量を測定した。あわせて薄板Ｐの欠け面積を測定し、欠け補正換算後の薄板Ｐの重量換算板厚を計算した。

薄板Ｐを作製してから、重量換算板厚を計算するまでには、搬出時間および分離時間、重量測定時間が必要であるが、その間も薄板作製は継続しているため、重量換算板厚が計算されたときにはすでに１５枚の薄板Ｐが新たに作製されていた。つまり、１５枚前までに作製された薄板Ｐの重量換算板厚を温度制御にフィードバックすることになる。

薄板Ｐの重量換算板厚は１０枚の平均値を用い、１５枚作製ごとに１０枚の平均板厚から目標設定温度を調整し、３００枚の薄板作製を実施した。

熱電対による坩堝側壁の測定温度と目標設定温度との温度差と、作製された薄板Ｐの平均板厚と目標板厚（５００μｍ）との板厚差との関係係数を、０．１℃／μｍとした。すなわち、１５枚作製ごとに、平均板厚と目標板厚との差を演算し、演算結果と関係係数との積を用いて、目標設定温度を更新した。

温度制御のための供給電力量設定には、ＰＩＤ制御を用いた。
作製された薄板Ｐの欠け補正換算後の重量換算板厚の推移を、図１１に示す。応答性が悪いため、重量換算板厚はばらつきが大きく、標準偏差は８８．８μｍであったが、約５００μｍ±２００μｍでの安定作製が可能となった。

薄板作製装置の本体装置から搬出された下地板Ｓから薄板Ｐを分離する前に、薄板Ｐが形成された下地板Ｓの重量を測定した。あわせて薄板Ｐの欠け面積を測定し、欠け補正換算後の薄板Ｐの重量換算板厚を計算した。

薄板Ｐを作製してから、重量換算板厚を計算するまでには、搬出時間、重量測定時間が必要であるが、その間も薄板作製は継続しているため、重量換算板厚が計算されたときにはすでに１０枚の薄板Ｐが新たに作製されていた。つまり、１０枚前までに作製された薄板Ｐの重量換算板厚を温度制御にフィードバックすることになる。

薄板Ｐの重量換算板厚は１０枚の平均値を用い、１０枚作製ごとに１０枚の平均板厚から設定温度を調整し、３００枚の薄板作製を実施した。

熱電対による坩堝側壁の測定温度と目標設定温度との温度差と、作製された薄板Ｐの平均板厚と目標板厚（５００μｍ）との板厚差との関係係数を、０．１℃／μｍとした。すなわち、１０枚作製ごとに、平均板厚と目標板厚との差を演算し、演算結果と関係係数との積を用いて、目標設定温度を更新した。

温度制御のための供給電力量設定には、ＰＩＤ制御を用いた。
作製された薄板Ｐの欠け補正換算後の重量換算板厚の推移を、図１２に示す。実施例１に比べ、応答性が向上したため、重量換算板厚のばらつきは減少し、標準偏差が５９．２μｍ、約５００μｍ±１００μｍでの安定作製が可能となった。

薄板作製装置の本体装置から搬出された下地板Ｓから薄板Ｐを分離する前に、薄板Ｐが形成された下地板Ｓの重量を測定するとともに、本体装置に搬入前の下地板Ｓの重量測定も実施した。あわせて薄板Ｐの欠け面積を測定し、欠け補正換算後の薄板Ｐの重量換算板厚を計算した。

温度制御のための供給電力量設定には、ＰＩＤ制御を用いた。
作製された薄板Ｐの欠け補正換算後の重量換算板厚の推移を、図１３に示す。実施例２に比べ、重量換算板厚の測定精度が向上したため、標準偏差が５５．９μｍに減少した。

薄板作製装置の主室において、浸漬直前の下地板Ｓの重量と、薄板Ｐが形成された浸漬直後の下地板Ｓの重量を測定した。あわせて薄板Ｐの欠け面積を測定し、欠け補正換算後の薄板Ｐの重量換算板厚を計算した。

薄板Ｐを作製してから、重量換算板厚を計算するまでには、重量測定時間が必要であるが、浸漬直後の搬送中に測定を行なった。そのため、作製された薄板Ｐの重量換算板厚を即座に温度制御にフィードバックすることになる。

温度制御のための供給電力量設定には、ＰＩＤ制御を用いた。
作製された薄板Ｐの欠け補正換算後の重量換算板厚の推移を、図１４に示す。実施例３に比べ、応答性が向上したため、重量換算板厚のばらつきは減少し、標準偏差が５１．１μｍ、約５００μｍ±１００μｍでの安定作製が可能となった。

なお、上記実施例１〜４において、また、実施形態１の説明などで、熱電対による坩堝側壁の測定温度と目標設定温度との温度差と、作製された薄板Ｐの平均板厚と目標板厚との板厚差との関係係数を用いて、坩堝側壁の目標設定温度を更新したが、作製された薄板Ｐの平均板厚と目標板厚との板厚差の代りに、作製された薄板Ｐの平均重量と目標重量との重量差を用いたり、形成された薄板が下地板Ｓに付着した状態の重量の測定値あるいはその測定値の平均とその目標重量との重量差を用いてもよい。

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。

本発明の実施形態１に係る薄板製造装置の概略構成図である。本発明の実施形態２に係る薄板製造装置の概略構成図である。本発明の実施形態３に係る薄板製造装置の概略構成図である。本発明の実施形態４に係る薄板製造装置の概略構成図である。旋回析出による浸漬機構を備えた従来の薄板製造装置の概略構成図である。本発明の薄板製造装置における、浸漬機構の概略説明図である。作製された薄板の重量測定例の分布図である。作製された薄板の重量換算板厚例の分布図である。作製された薄板の欠け補正換算後の重量換算板厚例の分布図である。作製された薄板の欠け補正換算後の重量換算板厚を移動平均で表わした例の分布図である。実施例１で作製された薄板の欠け補正換算後の重量換算板厚例の分布図である。実施例２で作製された薄板の欠け補正換算後の重量換算板厚例の分布図である。実施例３で作製された薄板の欠け補正換算後の重量換算板厚例の分布図である。実施例４で作製された薄板の欠け補正換算後の重量換算板厚例の分布図である。融液の温度制御のフローを説明する図である。重量換算板厚を用いて坩堝壁の目標設定温度更新を説明する図である。

符号の説明

１０００薄板製造装置、１００１主室、１００２搬入用副室、１００３搬出用副室、１００４浸漬機構、１００５加熱機構、１００６坩堝、１００７融液、１０１２薄板重量測定装置、１０２０演算器、１０３０記憶装置、１０４０制御機構、１０５０電源機構、Ｓ下地板、Ｐ薄板、３０１１下地板重量測定装置。

Claims

下地板を融液面に浸漬させた後、引上げることで、前記下地板の表面に融液を凝固させて形成された薄板を前記下地板から取外し薄板を製造する薄板製造方法であって、
前記形成された薄板の板厚を特定可能なデータを測定する工程と、
前記測定する工程による測定値に基いて、該測定値が所定の範囲内に入るように、前記融液を加熱する加熱手段の出力を制御する工程とを備え、
前記測定する工程は、前記形成された薄板が前記下地板に付着した状態の重量を測定する工程である、薄板製造方法。
前記薄板を形成する前の下地板の重量を測定する下地板重量測定工程を、さらに備える、請求項１に記載の薄板製造方法。
前記測定する工程による測定値を用いて前記薄板の板厚を演算する工程と、
前記形成された薄板の表面を撮像する工程と、
前記撮像する工程により撮像された薄板の表面画像により前記形成された薄板の欠けた部分の欠け面積を測定する欠け面積測定工程とを、さらに備え、
前記演算する工程は、前記薄板の板厚を演算するに際して、前記欠け面積測定工程により測定された前記薄板の欠け面積に基いて、前記薄板の板厚を補正演算する、請求項１または２に記載の薄板製造方法。
前記測定する工程による測定値を用いて前記薄板の板厚を演算する工程と、
前記加熱手段へ加熱エネルギーを供給するエネルギー供給機構とを、さらに備え、
前記制御する工程は、前記測定する工程による測定値と前記演算する工程による演算値とのいずれかを該当する目標値に近づけるための制御動作信号を制御対象としての前記エネルギー供給機構に出力するフィードバック制御工程を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の薄板製造方法。
前記融液を貯留している坩堝の温度を測定する坩堝温度測定工程を、さらに備え、
前記フィードバック制御工程は、
前記測定する工程による測定値または前記演算する工程による演算値のいずれかと該当する目標値との差に基いて、前記エネルギー供給機構をフィードバック制御するために用いられる前記坩堝の目標温度を更新する目標温度更新工程を含み、
前記坩堝温度測定工程による測定温度を前記目標温度更新工程により更新された目標温度に近づけるための制御動作信号を制御対象としての前記エネルギー供給機構に出力する、請求項４に記載の薄板製造方法。
下地板を融液面に浸漬させた後、引上げることで、前記下地板の表面に融液を凝固させて形成された薄板を前記下地板から取外し薄板を製造する薄板製造装置であって、
前記形成された薄板の板厚を特定可能なデータを測定する薄板測定手段と、
前記薄板測定手段による測定値を用いて前記薄板の板厚を演算する演算手段と、
前記薄板測定手段による測定値と前記演算手段による演算値とのうちの少なくとも１つを記憶する記憶手段と、
前記融液を加熱する加熱手段と、
前記薄板測定手段による測定値と前記演算手段による演算値とのうちの少なくとも１つに基いて、該測定値と該演算値とのうちの少なくとも１つが所定の範囲内に入るように、前記加熱手段の出力を制御する出力制御手段とを備え、
前記薄板測定手段は、前記形成された薄板が前記下地板に付着した状態の重量を測定する、薄板製造装置。
前記薄板を形成する前の下地板の重量を測定する下地板重量測定手段を、さらに備える、請求項６に記載の薄板製造装置。
前記形成された薄板の表面を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された薄板の表面画像により前記形成された薄板の欠けた部分の欠け面積を測定する欠け面積測定手段とを、さらに備え、
前記演算手段は、前記薄板の板厚を演算するに際して、前記欠け面積測定手段により測定された前記薄板の欠け面積に基いて、前記薄板の板厚を補正演算する、請求項６または７に記載の薄板製造装置。
前記加熱手段へ加熱エネルギーを供給するエネルギー供給機構を、さらに備え、
前記出力制御手段は、前記薄板測定手段による測定値と前記演算手段による演算値とのいずれかを該当する目標値に近づけるための制御動作信号を制御対象としての前記エネルギー供給機構に出力するフィードバック制御手段を含む、請求項６〜８のいずれかに記載の薄板製造装置。
前記融液を貯留している坩堝の温度を測定する坩堝温度測定手段を、さらに備え、
前記フィードバック制御手段は、
前記薄板測定手段による測定値または前記演算手段による演算値のいずれかと該当する目標値との差に基いて、前記エネルギー供給機構をフィードバック制御するために用いられる前記坩堝の目標温度を更新する目標温度更新手段を含み、
前記坩堝温度測定手段による測定温度を前記目標温度更新手段により更新された目標温度に近づけるための制御動作信号を制御対象としての前記エネルギー供給機構に出力する、請求項９に記載の薄板製造装置。
前記フィードバック制御手段は、
前記目標温度更新手段が前記目標温度を更新する際に、前記薄板測定手段による測定値または前記演算手段による演算値のいずれかとして、そのときまでに形成された所定枚数の薄板の前記測定値または前記演算値のいずれかの平均値を使用し、該平均値をとる期間を徐々に新しい期間にずらして計算する移動平均を採用する、請求項１０に記載の薄板製造装置。
前記加熱手段によって加熱される融液を貯留する坩堝と、前記融液の液面に前記下地板を浸漬させ、引上げる浸漬機構とが設置される主室と、
前記下地板を前記主室に装置外部から搬入する前に一時入室させる搬入用副室と、
表面に前記薄板を形成した下地板を前記主室から装置外部へ搬出する前に一時入室させる搬出用副室とを、さらに備え、
前記薄板を形成する前の下地板の重量を測定する下地板重量測定手段を前記主室と前記搬入用副室とのいずれか一方に、前記薄板が形成された状態の下地板の重量を測定する薄板測定手段を前記主室と前記搬出用副室とのいずれか一方に、それぞれ設置する、請求項７に記載の薄板製造装置。