JP4803614B2 - 薄板製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄板製造方法に関し、特に、下地板の表面に薄板を形成する薄板製造方法に関する。

図１０は、従来の薄板製造装置の一例を示す模式図である。図１０に示すように、薄板製造装置３０００においては、坩堝３００１の中にシリコン融液３００２が貯留され、坩堝３００１を上昇することでシリコン融液３００２に円形下地回転体３１００の表層部を浸漬させる。円形下地回転体３１００を一周回転することで、円形下地回転体３１００表面にシリコン薄板を作製することができる。その後、坩堝３００１を下降させる。

薄板の品質や板厚を制御するためには、円形下地回転体３１００をシリコン融液３００２に浸漬させる深さを正確に制御する必要がある。坩堝３００１内にあらかじめ投入したシリコン原料の重量からも、液面の高さを推測することができる。しかしながら、図１０においては、より精度を向上させるために、円形下地回転体３１００と坩堝３００１とを電気的に絶縁させつつ、両者間の電気抵抗を測定するための電気配線３５０１、３５０２と測定器３６００を有する。坩堝３００１を上昇させ、円形下地回転体３１００がシリコン融液３００２に接触したときに、電気抵抗が開放状態から導通状態に変化する。この変化のタイミングにおける坩堝３００１の高さを確認することで、液面の高さを検知することが可能である。このような薄板製造装置は、たとえば特許文献１において開示されている。

薄板製造装置の別の例として、特許文献２に開示されている装置が挙げられる。特許文献２に記載されている装置では、円形下地回転体の替わりに、昇降横行回転を独立して動作する浸漬機構によって、下地板を融液に浸漬する。下地板を次々に交換することで、連続して薄板を製造することが可能である。この際、坩堝内に保持されている融液は減少していくため、液面が低下する。この液面低下に伴い、浸漬機構の高さ方向を調整することで液面に追従することが可能であるが、液面測定方法については言及していない。

また、薄板製造装置における他の湯面の検出方法が、特許文献３に開示されている。特許文献３の実施例では、発光器および受光器からなるレーザー測長装置により湯面高さを計測している。レーザー測長装置はグリーンレーザーを発光器から溶融炉に保持されたシリコンの液面に照射し、反射光を受光器で受光することによりシリコンの液面を所定の高さ位置に維持できるように位置指令信号を出力し、それに応じてルツボの高さを調節することで液面の高さを一定に維持し、基板の浸漬深さを一定に保っている。その計測値に応じてルツボの高さを移動させることにより、規定の浸漬深さを決定している。
特開２００１−５９７６４号公報 国際公開第０４／００３２６２号パンフレット 特開２００２−２８９５４４号公報

薄板製造装置のうち、現在主流となる方法は、平面状下地板の表面を融液に浸漬し、その表面に平面状の薄板を製造する方法である。薄板はその後、太陽電池のような平面半導体素子に使用されることを目的とすることが多いためである。しかし、図１０のような従来の薄板製造装置を用いて薄板を製造する場合、円形下地回転体を使用する必要があり、平面状の下地板を使用すると、下地板が融液に接触するときの角度によって回転軸と液面との距離が変化するため、液面高さを把握することができない、という問題があった。

また、薄板製造装置を用いて薄板を作製する場合、長時間連続作製による大量生産が求められている。そのためにも、たとえば特許文献２に記載のように、下地板は常に交換し、次々と薄板を製造していく必要がある。その際、液面が徐々に低下していくことや、材料を追加した後の液面の大幅な上昇に対応するため、液面を正確に測定し、それに応じた調整を実施する必要がある。しかしながら、前述の通り特許文献２では液面測定方法については言及されていない。

一方、特許文献３に記載されたレーザー測長装置を用いた検出方法では、融液面に液揺れが生じている場合には、計測に時間がかかる。液揺れが生じた場合、発光器より発信されたレーザー光は、液面の揺れによる波立ちによって斜め方向に散乱するため、装置の構成の仕方にもよるものの、短時間の計測では正確な液面の計測は困難である。計測回数を多くとり、計測エラーのデータを除去したのち、計測値の移動平均をとることで正確な測定を行うことができるが、測定値が収束するまで十数分間かかるため、製造時間を短縮するためには、一枚ごとに液面を計測することは事実上極めて困難である。また、レーザー測長装置は、視野の干渉をさけて浸漬機構部などを設置せねばならず、装置設計上の制約をうける。また、高価なレーザー発光器を設置するため、装置の製造費も高くなる。

本発明は上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、薄板の製造量を落とすことなく、下地板の融液への浸漬深さを精度よく制御することで、高品質薄板の作製を実現できる薄板製造方法を提供することである。

本発明に係る薄板製造方法は、金属材料および半導体材料のうち少なくとも一方を含む物質の融液中に、下地板の平面状の表層部を浸漬し、表層部に上記物質を凝固させて薄板を製造する薄板製造方法である。この薄板製造方法では、融液と下地板とは電気回路に含まれており、融液と下地板とが接触する際、下地板と融液との間の電気信号変化が生じる。この電気信号変化を検出することで、下地板が融液の液面に接触したときの下地板の位置を検出する。

また、電気回路は直流電源を含み、融液と下地板とが接触する際の下地板と融液との間の電圧を検出することで、電気信号変化を検出してもよい。

また、電気信号変化を検出するための検出器と直流電源との少なくともいずれか一方に、ノイズ除去機器を設置してもよい。

また、下地板が融液の液面に接触したときの下地板の位置から、液面の高さを算出してもよい。

また、液面の高さから、下地板が融液に浸漬した深さである浸漬深さを算出してもよい。

また、浸漬深さと、目標浸漬深さとの差をもとに、次の浸漬深さを決定してもよい。

本発明の薄板製造方法によると、金属材料や半導体材料などの融液と下地板とが接触する際に生じる電気信号変化を検出することで、下地板が融液の液面に接触したときの下地板の位置を検出し、この下地板の位置から液面の高さを算出する。これによって、平面状の下地板を用いる場合でも、瞬時に液面の位置が検出可能である。また、高周波誘導加熱のような電気ノイズを発生する加熱方式にも適用可能である。したがって、常に下地板の浸漬深さを高精度で制御でき、高品質な薄板を長時間連続作製することが可能となる。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の薄板製造方法に用いられる、薄板製造装置の模式図である。図１に示すように、薄板製造装置１０００は、坩堝１００１、坩堝１００１を加熱して原料となるシリコンを融解するための加熱機構１００３、坩堝１００１の高さを調整する昇降機構１００４を備える。坩堝１００１の内部には、加熱機構１００３によって加熱され融解されたシリコン融液１００２が貯留される。また、シリコン融液１００２に下地板１０の表層部を浸漬させる浸漬機構１１００、および浸漬機構への下地板の装着、取外しを行う脱着機構（図示せず）が配置されている。

浸漬機構には、電気配線１５０１が接続されている。また、坩堝１００１にも同様に、電気配線１５０２が接続されている。電気配線１５０１，１５０２は、電気抵抗測定用リレー１６００や、直流電源１７００を通して接続されている。これによって、浸漬機構１１００、リレー１６００、直流電源１７００、坩堝１００１までが配線されたことになる。下地板１０と浸漬機構１１００とは、電気的に接続されている構造、または導電性の材質で形成する。たとえば、下地板１０、浸漬機構１１００をいずれも黒鉛製とすることで、下地板１０と浸漬機構１１００とを電気的に導通させることが可能である。また、坩堝１００１は、グラファイト製とし、導電性を有するものとすることができる。このような構成とすれば、浸漬機構１１００、リレー１６００、直流電源１７００および坩堝１００１を含む図１に示す電気回路は、坩堝１００１中に収容されたシリコン融液１００２、および、浸漬機構１１００に把持された下地板１０をも含んでいることになる。

一方、浸漬機構１１００と坩堝１００１とは直接接触しない。つまり、シリコン融液１００２と下地板１０とが接触していないときは、浸漬機構１１００と坩堝１００１とは電気的に絶縁しておく必要がある。

図１に示す薄板製造装置を用いてシリコンの薄板を製造する方法について説明する。図２は、実施の形態１の薄板製造方法を説明する流れ図である。図２に示すように、まず工程（Ｓ１０）において、前処理として、平面状の表層部を有する、平板状の下地板１０を準備する。また、坩堝１００１の内部にシリコン原料を投入し、加熱機構１００３によってシリコン原料を融解させ、シリコン融液１００２とする。次に工程（Ｓ１００）において、下地板１０を浸漬機構１１００に装着する。また、昇降機構１００４を動作させ、坩堝１００１の浸漬機構１１００に対する相対的な高さを、規定位置に合わせる。

次に工程（Ｓ１１０）において、浸漬機構１１００を回転させる。浸漬機構１１００の回転に伴って、下地板１０は回転運動を行なう。図１に示すように、本実施の形態では、下地板１０は浸漬機構１１００の回転の円周方向に沿って移動する。つまり、下地板１０は円運動を行なう。そして工程（Ｓ１２０）において、下地板１０は、シリコン融液１００２に接触する。

シリコン融液１００２と下地板１０が最初に接触する瞬間に、下地板１０とシリコン融液１００２との間の電気信号変化が生じる。この電気信号変化を検出することで、下地板１０がシリコン融液１００２の液面に接触したときの下地板１０の位置を検出する。そして、この下地板の位置から、シリコン融液１００２の液面の高さを算出する（工程（Ｓ１３０））。図３は、シリコン融液の液面高さを算出する工程について示す流れ図である。図４は、下地板がシリコン融液の液面に接触した瞬間の説明図である。図３および図４を用いて、シリコン融液１００２の液面高さを算出する工程について詳細に説明する。

図３に示すように、工程（Ｓ１３１）において、下地板１０とシリコン融液１００２とが接触した瞬間に、浸漬機構１１００、リレー１６００、直流電源１７００、坩堝１００１を接続する電気回路が接続する。下地板１０とシリコン融液１００２とが接触すると、浸漬機構１１００と下地板１０とが導通しており、かつシリコン融液１００２と坩堝１００１とが導通しているために、浸漬機構１１００と坩堝１００１とが電気的に導通する。その結果、図１に記載の電気回路は、開状態から閉状態となる。

図１に示す電気回路では、直流電源１７００とリレー１６００とを設置しており、下地板１０とシリコン融液１００２とが接触した瞬間にリレー１６００に直流電源１７００が発生する電圧が印加されるため、リレー１６００が動作する構成となっている。これによって、リレー１６００が電気抵抗の変化を検知する（工程（Ｓ１３２））ために、下地板１０とシリコン融液１００２との間の電気信号変化を検出し、下地板１０がシリコン融液１００２の液面に接触したタイミングを把握することが可能である。なお、下地板１０とシリコン融液１００２とが接触した瞬間の電気信号変化を検出するためには、電気抵抗測定用リレー１６００に替えて、電圧、電流、抵抗を測定しうるどのような機器を用いても構わない。たとえば、下地板１０とシリコン融液１００２との間の電圧（電位差）を検出する電圧検出器を用いることができる。

次に工程（Ｓ１３３）において、浸漬機構１１００の回転軸の回転角度を検出する。たとえば、サーボモータを用いる、回転軸にエンコーダを設置するなど、浸漬機構１１００の回転軸を動作させるモータもしくは動作軸などに、回転角度が認識できる機構を設置することが望ましい。それによって、任意のタイミングでの浸漬機構１１００の回転軸の回転角度を認識することが可能となる。図４に示す、下地板１０がシリコン融液１００２に接触した瞬間に、すなわち、リレー１６００が動作した瞬間に、回転軸の回転角度を検出する。

なお、回転角度は、たとえば図４に示す角度Ａ１に相当する角度のように、浸漬機構１１００の回転中心を通る鉛直軸に対して、浸漬機構１１００の回転中心と下地板１０の基準となる点とを結ぶ直線が形成する角度として、定めることができる。回転軸の回転角度が定まれば、回転運動する下地板１０の液面に対する傾斜角度も定まる。つまり図４に示す角度Ａ１は、下地板１０の傾斜角度として定めることもできる。

図４に示す距離Ｒ１は、浸漬機構１１００の回転中心と下地板１０において最初に液面に接触する点との間の距離であり、薄板製造装置１０００に固有の定数である。また、浸漬機構１１００の回転中心も、その位置を変化させることはない。そのため、浸漬機構１１００の回転軸の回転角度Ａ１が検出できれば、次式によって、浸漬機構１１００の回転中心からシリコン融液１００２までの距離Ｈ１を算出することができる。
Ｈ１＝Ｒ１×ｃｏｓ（Ａ１）
距離Ｈ１を算出することができれば、浸漬機構１１００の回転中心の位置の座標と、距離Ｈ１とによって、シリコン融液１００２の液面の位置を算出することができる（工程（Ｓ１３４））。

下地板１０は浸漬機構１１００の回転によってシリコン融液１００２へ浸漬するので、図４に示すように、下地板１０とシリコン融液１００２とが接触した瞬間において、下地板１０はシリコン融液１００２の液面に対して傾斜している。そのため、下地板１０の、シリコン融液１００２に最初に接触する点は、図４に示す側面形状において一点に定められている。したがって、より精度の高いシリコン融液１００２の液面高さ算出が可能となっている。

図２に戻って、次に工程（Ｓ１４０）において、浸漬機構１１００がさらに回転を続けるために、下地板１０の平面状の表層部はシリコン融液１００２に浸漬される。下地板１０のシリコン融液１００２への浸漬深さ、シリコン融液１００２の温度、下地板１０のシリコン融液１００２内通過速度などの各条件が適切に制御されている場合、下地板１０をシリコン融液１００２中に浸漬することによって、下地板１０の表層部には自然とシリコンの薄板が成長する。次に工程（Ｓ１５０）において、下地板１０のシリコン融液１００２への浸漬深さを算出する。

浸漬機構１１００の回転中心から、下地板１０における特定の一点までの距離は、薄板製造装置１０００に固有の定数である。たとえば、図１に示す下地板１０の、浸漬機構１１００の回転の外周側の表面（つまり、シリコン融液１００２中に当該表面の全体が浸漬される下地板１０の表面であり、当該表面の全体にシリコンの薄板が成長する下地板１０の表面）の中心の点を基準点とすることができる。当該中心の点と浸漬機構１１００の回転中心との距離をＲ１２とすると、距離Ｒ１２は浸漬機構１１００に固有の定数である。

たとえば、下地板１０がシリコン融液１００２中で水平になったとき（つまり下地板１０の表面の中心の点が最下点に到達したとき）の、下地板１０の表面がシリコン融液１００２の液面から浸漬している深さを浸漬深さＤとする。この場合、次式によって、シリコン融液１００２の液面の高さから、浸漬深さＤを算出することができる。
Ｄ＝Ｒ１２−Ｈ１
なお、上記の説明では、下地板１０の表面の中心部が最下点に到達したときに下地板１０は水平になるものとし、そのときのシリコン融液１００２の液面から下地板１０表面の中心部までの距離を、浸漬深さＤとして定義しているが、浸漬高さの定義として他の定義を用いても構わない。たとえば、下地板１０の表面の中心部が最下点に到達したときに、下地板１０は水平になる必要はない。また、上記のようにして算出した浸漬深さＤと、目標浸漬深さとの差をもとに、次の浸漬深さを決定することができる（工程（Ｓ１６０））。

浸漬深さＤが、目標浸漬深さとずれている場合は、次の浸漬までにその差だけ坩堝１００１の高さを修正する。これを続けることで、常に１つ前の浸漬時の下地板１０の浸漬深さをフィードバックすることが可能となる。図５は、次の浸漬深さを決定する工程について示す流れ図である。図５に基づいて、次の浸漬深さを算出する工程について詳細に説明する。

図５に示すように、工程（Ｓ１６１）において、浸漬深さＤと、目標浸漬深さとの差を算出する。次に工程（Ｓ１６２）において、浸漬深さＤと目標浸漬深さとの差が、設定値を超えているか否かを判断する。差が設定値を超えていると判断された場合には、工程（Ｓ１６３）において、その差を修正する。具体的には、浸漬深さＤと目標浸漬深さとの差が設定値以下となるように、昇降機構１００４を動作させることによって坩堝１００１の高さを調整する。このとき、シリコン融液１００２を追加する必要があるか否かについても判断することができ（工程（Ｓ１６４））、必要があると判断されれば、被溶融物であるシリコン原料を坩堝１００１内に追加投入して、シリコン融液１００２を追加し、シリコン融液１００２の液面高さを調整することができる（工程（Ｓ１６５））。このようにして、次の浸漬深さを決定する。

なお、浸漬深さＤを坩堝１００１の高さに反映させる場合、目標浸漬深さとの差の平均値をとる、移動平均をとる、係数をかけるなど、坩堝１００１の高さの急激な変動を抑制する方法をとることが望ましい。さらに、シリコン融液１００２に薄板の破片などが落下していた場合や、液面検知用の配線の断線などにより、正しい液面位置を検出できない場合に備え、修正値の範囲の上下限値を規定するなどの安全対策を実施することが望ましい。

図２に戻って、次に工程（Ｓ１７０）において、浸漬機構１１００がさらに回転を続けるために、シリコン融液１００２中に浸漬していた下地板１０は、シリコン融液１００２から取り出される。次に工程（Ｓ１８０）において、薄板製造を終了するか否かを判断する。薄板製造を終了しないと判断された場合には、次に工程（Ｓ１９０）において、表面にシリコンの薄板を成長させた下地板１０を、浸漬機構１１００から取り外す。そして工程（Ｓ１００）の下地板装着工程に戻り、次の下地板を装着することで、次々に薄板を製造することが可能である。

工程（Ｓ１８０）で薄板製造を終了すると判断された場合には、その後工程（Ｓ２００）において、後処理として、表面にシリコンの薄板を成長させた下地板１０を浸漬機構１１００から取り外し、浸漬機構１１００の回転を停止する。また昇降機構１００４を動作させ、坩堝１００１を下降させる。

このようにして、シリコン融液１００２中に下地板１０の平面状の表層部を浸漬し、当該表層部にシリコンを凝固させて、シリコンの薄板を製造することができる。

図６は、実施の形態１の薄板製造装置における電気回路の構成を示す模式図である。図６に示す電気回路は、前述のように、浸漬機構１１００、リレー１６００、直流電源１７００、坩堝１００１が配線されて構成されている。浸漬機構１１００に把持された下地板１０が、坩堝１００１中に収容されたシリコン融液１００２と接触して、電気回路が閉回路となったときに、リレー１６００が動作する。

リレー１６００の動作の有無は、演算器１８００にて検知する。たとえば、プログラマブルコントローラの入力ユニットを用いる。必要に応じて、演算器１８００とリレー１６００の配線間に別電源を用意することができる。演算器１８００には、液面検知タイミングを検知する機能と、回転軸角度を読み取る機能、それらから上述した２つの式の演算を行い、昇降機構１００４に坩堝１００１の高さ修正を指示する出力ユニットなどを備えることが望ましい。

また、坩堝１００１を加熱する加熱機構１００３として高周波誘導加熱を使用する場合、坩堝１００１から浸漬機構１１００までの間に高周波起因のノイズがのることが多い。ノイズとは、坩堝１００１を加熱するための高周波が、電気信号変化を検知するための配線である電気配線１５０１、１５０２を通って流れてくることによって発生すると考えられている。その高周波は、交流成分となる。高周波の交流成分が大きくなると、電気信号変化の検知のための電圧を超えてしまうため、電気信号変化を精度よく検出することが困難となる。

そこで、ノイズの影響を低減するために、リレー１６００や直流電源１７００に、ノイズ除去機器１６０１、１７０１を並列接続することが望ましい。ノイズ除去機器１６０１、１７０１には、抵抗もしくはコンデンサを適用することが望ましい。抵抗を挿入することで、ノイズが引き起こす電圧上昇を抑制することができる。またコンデンサは、交流成分の急峻な電圧変動を抑制しなだらかにするため、瞬間的なノイズが引き起こす電圧上昇を抑制することができる。

また、高周波ノイズが他機器（特に演算器１８００）に影響を与えないように、液面検知回路と演算器とは絶縁する必要がある。そのためにも、電源１７００は他機器と併用しないことが望ましく、またリレー１６００によって、演算器１８００側回路との絶縁を行うことが望ましい。

以上説明したように、本実施の形態の薄板製造方法では、シリコン融液１００２中に、下地板１０の平面状の表層部を浸漬し、表層部にシリコンを凝固させて薄板を製造する薄板製造方法である。この薄板製造方法では、平面状の表層部を有する下地板１０の、当該表層部に、平面状のシリコンの薄板を成長させることができる。この製造方法で製造された薄板は、太陽電池のような平面半導体素子に容易に適用することができる。

またこの薄板製造方法では、シリコン融液１００２と下地板１０とは電気回路に含まれており、シリコン融液１００２と下地板１０とが接触する際、下地板１０とシリコン融液１００２との間の電気信号変化が生じる。この電気信号変化を検出することで、下地板１０がシリコン融液１００２の液面に接触したときの下地板１０の位置を検出する。これによって、平面状の下地板１０を用いる場合でも、瞬時に下地板１０の位置を検出可能である。

また、下地板１０とシリコン融液１００２とを、浸漬機構１１００および坩堝１００１を介在させて接続する電気回路（図１参照）は、直流電源１７００を含み、シリコン融液１００２と下地板１０とが接触する際の下地板１０とシリコン融液１００２との間の電圧を検出することで、電気信号変化を検出することができる構成となっている。これによって、確実に電気抵抗変化を検出し、演算器１８００に伝達することが可能となる。

また、電気信号変化を検出するためのリレー１６００と直流電源１７００とに、ノイズ除去機器１６０１、１７０１が設置されている。これによって、高周波などのノイズの影響を受けなくすることが可能であり、高周波誘導加熱のような電気ノイズを発生する加熱方式にも適用可能である。

また、下地板１０がシリコン融液１００２の液面に接触したときの下地板１０の位置から、液面の高さを算出する。これによって、どのような形状の下地板１０でも、下地板１０の位置から、シリコン融液１００２の液面高さを検出することが可能となる。

また、シリコン融液１００２の液面の高さから、下地板１０がシリコン融液１００２に浸漬した深さである浸漬深さを算出する。これによって、浸漬深さを高精度に制御できる。また、浸漬深さと、目標浸漬深さとの差をもとに、次の浸漬深さを決定する。これによって、浸漬深さを高精度に制御維持できる。したがって、常に下地板１０のシリコン融液１００２への浸漬深さを高精度で制御でき、板厚を一定とした高品質な薄板を長時間連続作製による大量生産することが可能となる。

（実施の形態２）
図７は、実施の形態２の薄板製造装置の模式図である。実施の形態２では、浸漬機構２１００の構成が図７に示すような構成となっている点で実施の形態１とは異なっている。図７には図示していないが、図１と同様に、浸漬機構２１００と坩堝２００１とはリレー、電源を介して配線がなされている。実施の形態２においても、坩堝２００１の中にシリコン融液２００２が保持されており、浸漬機構２１００によって下地板１０がシリコン融液２００２に浸漬され、その後取り出されることで、下地板１０の表面に材料を凝固させて薄板を作成することができる。その後下地板１０を浸漬機構２１００から取り外し、新しい下地板を取り付けることで、次々と薄板を作成することが可能である。

図７を用いて、実施の形態２による浸漬機構について説明する。図７に示す浸漬機構２１００は、水平動作モータ（図示せず）によって動作する水平動作軸２１０１と、水平動作軸２１０１によって水平動作する水平軸台座２１０２と、水平軸台座２１０２に乗せられた昇降動作モータ２１０３とを備える。昇降動作モータ２１０３によって昇降動作する懸垂支柱２１０４の途中に、回転機構２１０５が取り付けられている。懸垂支柱２１０４の先端には、当該先端を回転中心として回転可能に設けられた、下地板１０を嵌め合わせ固定させる構造を有する固定台座２１０８が接続されている。

回転機構２１０５には、回転機構２１０５によって回転動作を行う回転支柱２１０６が接続される。回転支柱２１０６の先端と、固定台座２１０８の他端とは、補助支柱２１０７によって接続されている。

回転機構２１０５は、回転支柱２１０６を時計回りに回転させることが可能である。回転支柱２１０６が回転すると、回転支柱２１０６と同期して、下地板１０を把握した固定台座２１０８が回転する。また昇降動作モータ２１０３、水平動作モータが動作することで、固定台座２１０８は昇降動作、水平動作を行なうことができる。

すなわち、下地板１０を把握した固定台座２１０８は、昇降動作モータ２１０３、水平動作モータ、回転機構２１０５を独立に任意の動作をさせることで、自由に水平・昇降・回転動作を行うことができる。

浸漬機構２１００は、下地板１０を上向きで交換した後、固定台座２１０８を水平、昇降、回転動作させ、下地板１０をシリコン融液２００２の直上の、シリコン融液２００２の液面に向けた位置に搬送する。その後、矢印２１２０に示すように、固定台座２１０８を水平、昇降、回転動作させながら、下地板１０をシリコン融液２００２に浸し、シリコン融液２００２から取り出す。この動作によって、下地板１０の表面にシリコンの薄板を成長させることが可能である。その後、固定台座２１０８を水平、昇降、回転動作させ、薄板および下地板１０を上向きに戻す。その位置で、下地板１０の脱着を行い、次の浸漬動作を実施することで、薄板の連続作成を行なう。

上記動作の設定は、通常は、パソコンなどにより、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ことができる。

実施の形態２では、坩堝２００１を昇降させる機構は存在しないが、浸漬機構２１００の昇降動作を独立して制御可能のため、シリコン融液２００２の液面高さ結果を反映させることで、浸漬動作を調整し、浸漬深さを制御することが可能である。

コントローラは、実施の形態１で説明した演算器１８００に、常に各軸の現在値（座標）を伝達するシステムを構築することが望ましい。それによって、演算器１８００は、下地板１０とシリコン融液２００２とが接触した瞬間の浸漬機構２１００の座標を入手し、演算に反映できるためである。または、演算器１８００とコントローラとの機能を同一機器にて処理するシステムを構築しても構わない。

図８は、実施の形態２における、下地板が液面に設置した瞬間の説明図である。図８を用いて、シリコン融液２００２の液面検知、およびその演算方法を説明する。

下地板１０がシリコン融液２００２に接触した瞬間、すなわち、実施の形態１で説明したリレー１６００が動作した瞬間に、浸漬機構２１００の各座標を読み込む。浸漬機構２１００の各座標とは、たとえば図８に示す、Ａ２に相当する下地板１０の回転角度や、Ｈ２２に相当する昇降軸高さのことである。

図８に示す距離Ｒ２は、薄板製造装置２０００に固有の定数である。また、水平軸の位置も変化はしない。そのため、回転角度Ａ２、昇降軸高さＨ２２が計測できれば、次の式によって液面の位置が演算できる。
Ｈ２１＝Ｒ２×ｓｉｎ（Ａ２）＋Ｈ２２
図９は、下地板がシリコン融液中で水平になった状態の説明図である。図９に示す、下地板１０の固定台座２１０８に対する回転中心から下地板１０の表面までの距離（Ｒ２３とする）も、薄板製造装置２０００に固有の定数である。下地板１０がシリコン融液２００２中で水平になったとき（下地板１０表面の中心部が最下点に到達したとき）の昇降軸高さをＨ２３とし、下地板１０の表面が液面からシリコン融液２００２中に浸漬している深さを浸漬深さＤとすると、次の式によって浸漬深さを算出できる。
Ｄ＝Ｒ２３＋Ｈ２３−Ｈ２１
実施の形態１と同様に、この浸漬深さＤが、目標の浸漬深さとずれている場合は、次の浸漬までにその差だけ浸漬軌道の高さを修正する。これを続けることで、常に１つ前の浸漬時の下地板１０の浸漬深さをフィードバックすることが可能となる。

なお、実施の形態１および２の説明においては、シリコン融液を用いてシリコンの薄板を下地板の表面に成長させる例について説明したが、用いられる材料はシリコンに限られるものではない。たとえば金属材料および半導体材料のうち少なくとも一方を含み、特に溶融状態で電気抵抗が低い（すなわち融液中の自由電子濃度が高い）物質であって、融液と下地板との接触の際の電気信号変化を検出できるような材料であれば、どのような材料の薄板を製造する場合でも適用することができる。たとえば、シリコン融液は自由電子濃度が２．１６×１０^２３／ｃｍ^３であって、金属融液と同等の密度を有している。

また、実施の形態１および２による融液の液面検知技術は、どのような浸漬機構や下地板の形状にも、適用することが可能である。浸漬機構が円軌道を描くように回転して下地板を融液に浸漬させる構成に限られず、楕円軌道に沿う回転運動や、上下運動のみによって下地板を融液に浸漬させる浸漬機構であっても、融液と下地板とが接触する際の電気信号変化を検出して、融液の液面高さを算出することができる。下地板の形状が平板状に限られるものではなく、どのような形状の下地板でも液面高さを算出することが可能であることは勿論である。

また、実施の形態１および２では、下地板が融液に最初に接触した瞬間の電気信号変化を検出することによって液面高さを算出したが、この方法に限られるものではない。つまり、融液と下地板とが接触している間の融液と下地板との接触面積の増減に応じて、融液と下地板との間の抵抗値などの電気信号の変化を検出することができるのであれば、たとえば下地板が最も融液中に浸漬しているときのタイミングを検知することができるので、そのときの下地板の位置から、融液の液面高さを算出することができる。この場合、下地板が平板状であれば融液との接触面積がより大きくなり、また下地板が融液に対して傾斜して浸漬するのであれば、電気信号の変化から下地板の融液中への浸漬状況をより明確に把握することができるので望ましい。

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。この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。

実施の形態１の薄板製造装置の模式図である。 実施の形態１の薄板製造方法を説明する流れ図である。 シリコン融液の液面高さを算出する工程について示す流れ図である。 下地板がシリコン融液の液面に接触した瞬間の説明図である。 次の浸漬深さを決定する工程について示す流れ図である。 実施の形態１の薄板製造装置における電気回路の構成を示す模式図である。 実施の形態２の薄板製造装置の模式図である。 実施の形態２における、下地板が液面に設置した瞬間の説明図である。 下地板がシリコン融液中で水平になった状態の説明図である。 従来の薄板製造装置の一例を示す模式図である。

符号の説明

１０ 下地板、１０００ 薄板製造装置、１００１ 坩堝、１００２ シリコン融液、１００３ 加熱機構、１００４ 昇降機構、１１００ 浸漬機構、１５０１，１５０２ 電気配線、１６００ 電気抵抗測定用リレー、１６０１，１７０１ ノイズ除去機器、１７００ 直流電源、１８００ 演算器、２０００ 薄板製造装置、２００１ 坩堝、２００２ シリコン融液、２１００ 浸漬機構、２１０１ 水平動作軸、２１０２ 水平軸台座、２１０３ 昇降動作モータ、２１０４ 懸垂支柱、２１０５ 回転機構、２１０６ 回転支柱、２１０７ 補助支柱、２１０８ 固定台座、２１２０ 矢印、３０００ 薄板製造装置、３００１ 坩堝、３００２ シリコン融液、３１００ 円形下地回転体、３５０１ 電気配線、３６００ 測定器。

Claims (6)

1. 金属材料および半導体材料のうち少なくとも一方を含む物質の融液中に、下地板の平面状の表層部を浸漬し、前記表層部に前記物質を凝固させて薄板を製造する薄板製造方法であって、
   前記融液と前記下地板とは電気回路に含まれており、前記融液と前記下地板とが接触する際、前記下地板と前記融液との間の電気信号変化が生じ、
   前記電気信号変化を検出することで、前記下地板が前記融液の液面に接触したときの前記下地板の位置を検出する、薄板製造方法。
2. 前記電気回路は、直流電源を含み、
   前記融液と前記下地板とが接触する際の前記下地板と前記融液との間の電圧を検出することで、前記電気信号変化を検出する、請求項１に記載の薄板製造方法。
3. 前記電気信号変化を検出するための検出器と前記直流電源との少なくともいずれか一方に、ノイズ除去機器を設置する、請求項２に記載の薄板製造方法。
4. 前記下地板が前記融液の液面に接触したときの前記下地板の位置から、前記液面の高さを算出する、請求項１から３のいずれかに記載の薄板製造方法。
5. 前記液面の高さから、下地板が前記融液に浸漬した深さである浸漬深さを算出する、請求項４に記載の薄板製造方法。
6. 前記浸漬深さと、目標浸漬深さとの差をもとに、次の浸漬深さを決定する、請求項５に記載の薄板製造方法。

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