薄板の製造方法、および薄板製造用の下地板
【課題】下地板を用いた薄板の製造において、下地板を融液から引き上げるときの薄板の剥がれおよび割れを防止する。
【解決手段】主面１１０と、主面１１０を取り囲む側面とを有する下地板１００が準備される。側面は、先端部１２１と、先端部１２１につながる側方部１３１と、先端部１２１に対向する後端部１４１とを有する。後端部１４１は側方部１３１に後端角部１５１を介してつながっている。後端角部１５１は、側方部１３１と後端部１４１との間の角が面取りされた部分である。次に、薄板の材料の融液中に主面１１０を浸漬することによって、主面１１０上に薄板が成長させられる。そして、融液から先端部１２１を引き上げた後に後端部１４１を引き上げることによって、融液から主面１１０が取り出される。融液から取り出された主面１１０から薄板が取り外される。
【解決手段】主面１１０と、主面１１０を取り囲む側面とを有する下地板１００が準備される。側面は、先端部１２１と、先端部１２１につながる側方部１３１と、先端部１２１に対向する後端部１４１とを有する。後端部１４１は側方部１３１に後端角部１５１を介してつながっている。後端角部１５１は、側方部１３１と後端部１４１との間の角が面取りされた部分である。次に、薄板の材料の融液中に主面１１０を浸漬することによって、主面１１０上に薄板が成長させられる。そして、融液から先端部１２１を引き上げた後に後端部１４１を引き上げることによって、融液から主面１１０が取り出される。融液から取り出された主面１１０から薄板が取り外される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄板の製造方法および薄板製造用の下地板に関し、特に、融液中への下地板の浸漬による薄板の製造方法と、その下地板とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特許文献１によれば、固相シート成長用基体（下地板）を用いて固相シート（薄板）を製造する方法が開示されている。この方法によれば、下地板の主面上に薄板を融液成長させた後に下地板が融液から取り出される。その後に下地板から薄板が取り外されることで薄板が得られる。
【０００３】
この薄板は、たとえば、太陽電池用ウェハの製造に用いられる多結晶シリコン薄板である。この場合、上記の融液は、リンまたはボロンなどのドーパントが添加された高純度シリコンからなる。この融液を材料として下地板の主面上に薄板が形成される。形成された薄板は、下地板より剥離され、さらに、所望のサイズにレーザーもしくはダイサーなどを用いて切断されることで、太陽電池用ウェハとされる。
【０００４】
下地板の一例である下地板１００Ｚ（図１０）は、太陽電池用ウェハなどの製品となる部分が形成される主面１１０と、融液から最初に引き上げられる先端部１２１と、融液から最後に引き上げられる後端部１４１と、先端部１２１および後端部１４１をつなぐ側方部１３１とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４０７３９４１号公報（第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
下地板を融液から引き上げるときには、融液の表面張力に起因して、下地板と液面との間で融液が局所的に引き上げられる。引き上げられた融液は、下地板と液面との距離が十分に大きくなるまで存在し続け、その間、下地板の上に形成された薄板は融液から張力を受け続ける。従来の技術においては、この張力に起因して、薄板が剥がれたり割れたりすることがあるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、下地板を用いた薄板の製造において、下地板を融液から引き上げるときの薄板の剥がれおよび割れを防止することができる薄板の製造方法、および薄板製造用の下地板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の薄板の製造方法は、以下の工程を有する。
主面と、主面を取り囲む側面とを有する下地板が準備される。側面は、先端部と、先端部につながる側方部と、先端部に対向する後端部とを有する。後端部は側方部に後端角部を介してつながっている。後端角部は、側方部と後端部との間の角が面取りされた部分である。次に、薄板の材料の融液中に主面を浸漬することによって、主面上に薄板が成長させられる。そして、融液から先端部を引き上げた後に後端部を引き上げることによって、融液から主面が取り出される。融液から取り出された主面から薄板が取り外される。
【０００９】
本発明によれば、下地板の側方部と後端部との間の角が面取りされている。これにより、下地板が融液の液面から分離される際、下地板および液面の間で局所的に引き上げられた融液と雰囲気との界面の位置（後述するメニスカス位置）の移動が、側方部に沿ったものから後端部に沿ったものへと円滑に移行する。そのため、下地板および液面の間で局所的に引き上げられた融液の量がより速やかに減少する。この結果、後端部において薄板が融液の張力で下方向へ引っ張られる力が低減されるので、下地板を融液から引き上げる際に薄板が剥がれたり割れたりすることが防止される。
【００１０】
好ましくは、平面視において、側方部は第１の仮想直線上に延在し、後端部は第１の仮想直線に交差する第２の仮想直線上に延在し、側方部および後端部の各々と、第１および第２の仮想直線の交点との距離は１０ｍｍ以上である。後端角部は平面視において４分円の円弧であってもよい。あるいは平面視において、後端角部が少なくとも１つの直線形状を有してもよく、この場合、少なくとも１つの直線形状のうち側方部につながるものと側方部との各々の延在方向の相違に対応する角度は３０°以下であることが好ましい。
【００１１】
上記の薄板の製造方法において好ましくは、下地板は、主面を周辺部と周辺部よりも内側の内側部とに区画する周縁溝を有する。より好ましくは、下地板は、周辺部と内側部とを互いにつなぐように周縁溝の一部を埋める橋渡し部を有する。さらに好ましくは、平面視において、側方部は第１の仮想直線上に延在し、後端部は第１の仮想直線に交差する第２の仮想直線上に延在し、第１および第２の仮想直線の交点と内側部および橋渡し部が互いにつながる位置とを結ぶ第３の仮想直線と、第２の仮想直線とのなす角度は４５°以上である。
【００１２】
これにより、薄板が剥離落下することを防ぎつつ、薄板が冷却収縮することで下地板を挟み込むことに起因する薄板の割れを防止し、また薄板の後端部の内部応力に起因した強度劣化を低減することができる。
【００１３】
本発明の薄板製造用の下地板は、主面および側面を有する。主面は、薄板の材料の融液中に浸漬されることによって薄板を成長させるためのものである。側面は主面を取り囲んでいる。側面は、先端部と、先端部につながる側方部と、先端部に対向する後端部とを有する。後端部は側方部に後端角部を介してつながっている。後端角部は、側方部と後端部との間の角が面取りされた部分である。
【００１４】
本発明の薄板製造用の下地板を用いることによって、上述した薄板の製造方法を実施することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、下地板を用いた薄板の製造において、下地板を融液から引き上げる際に薄板が剥がれたり割れたりすることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態における下地板の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１の下地板の概略的な部分平面図である。
【図３】図１の下地板を用いた薄板の製造方法を模式的に示す図である。
【図４】比較例の下地板の後端部が融液から引き上げられていく様子を概略的に示す断面図（Ａ）、後端部が融液から引き上げられた様子を下地板の先端部側から見た図（Ｂ）、後端部が融液からさらに引き上げられた様子を下地板の先端部側から見た図（Ｃ）である。
【図５】図１の下地板の後端部が融液から引き上げられていく様子を概略的に示す断面図（Ａ）、後端部が融液から引き上げられた様子を下地板の先端部側から見た図（Ｂ）、後端部が融液からさらに引き上げられた様子を下地板の先端部側から見た図（Ｃ）である。
【図６】図１の下地板の上に形成された薄板の内部応力を模式的に示す図である。
【図７】比較例の下地板の上に形成された薄板の内部応力を模式的に示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における下地板の構成を概略的に示す斜視図である。
【図９】図８の下地板の概略的な部分平面図である。
【図１０】比較例の下地板の構成を示す斜視図である。
【図１１】図１０の下地板の部分平面図（Ａ）、およびその変形例（Ｂ）である。
【図１２】下地板の後端角部の円弧形状の半径と薄板製造歩留との関係の一例を、比較例の薄板製造歩留と共に示すグラフ図である。
【図１３】下地板の橋渡し部の位置と薄板製造歩留との関係の一例を、比較例の薄板製造歩留と共に示すグラフ図である。
【図１４】下地板の後端角部の直線形状と側方部との各々の延在方向の相違に対応する角度と、薄板製造歩留との関係の一例を、比較例の薄板製造歩留と共に示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
＜第１の実施形態＞
（下地板を用いた薄板製造方法の概要）
図３を参照して、本実施の形態の薄板製造装置は、容器（図示せず）内に設けられた、浸漬機構３００および坩堝２０１を有する。坩堝２０１は、カーボンまたはシリカなどの耐熱性を有する材料から作られている。坩堝２０１にはまず固体原料が充填される。固体原料としては、たとえば太陽電池用薄板を製造する場合、シリコン塊が用いられ得る。充填された固体原料は、ヒーター加熱、ランプ加熱、または誘導加熱などにより融解される。これにより坩堝２０１内に、液面ＬＳを有する融液２０２が形成される。融液２０２が不足する場合や、薄板製造によって融液２０２が減少した場合は、原料追加装置（図示せず）によって原料が坩堝２０１に追加されればよい。このとき追加される原料は、固体状態および融液状態のいずれの状態を有してもよい。
【００１８】
上記容器（図示せず）内の雰囲気は、坩堝２０１や融液２０２と雰囲気ガスとの反応を防ぐために、不活性ガス雰囲気とされることが望ましい。これにより、たとえば黒鉛製坩堝やシリコン融液と酸素などとの反応が抑制され、よって坩堝２０１および融液２０２の消耗や、望ましくない反応物の生成を防ぐことができる。
【００１９】
浸漬機構３００は、横行軸３０１に沿って横行機構３０２が横行動作を行なうよう、横行軸と一体化された横行駆動機構を有する。横行機構３０２に備わる昇降駆動機構３０３によって、昇降機構３０５および昇降軸３０４が昇降動作を行なう。昇降機構３０５には回転駆動機構が一体化され、回転アーム３０６が回転するに伴い、支持アーム３０７も回転動作を行なう。支持アーム３０７の回転に伴い、支持アーム端と昇降軸端に接続された下地板保持台３０８が回転する。なお下地板保持台には、詳しくは後述する下地板１００が保持されている。下地板１００は、図示しない交換機構によって新しい下地板と交換され得ることが望ましい。
【００２０】
コンピュータやＰＬＣ、サーボモータのモーションコントロールなどを用いることで、横行駆動機構と、昇降駆動機構と、回転駆動機構とは、各々独立した動作を行なうことが可能である。下地板１００の軌道が所定のものとなるよう、横行、昇降、および回転のそれぞれに対応する３軸について動作プログラムを作成し、それを各軸の間でリンクさせて動作させることで、保持された下地板１００を紙面平面内にて自由に上下左右回転動作させることができ、任意の軌道で動作させることが可能である。
【００２１】
下地板１００は、下地板保持台３０８が上向きの位置で下地板保持台３０８に取り付けられ、その後、矢印３２０に沿って横行、昇降、および回転動作を行なう。これにより、下地板１００の主面は先端部側から融液２０２に浸漬される。融液２０２に浸漬された主面（図中における下面）上には、融液２０２を原料として薄板が成長する。次に下地板１００の主面は、先端部側から融液２０２と分離される。そして下地板１００は、再度上向きの交換位置に戻される。その後、下地板１００を下地板保持台３０８から取り出し、容器外にて薄板を剥離することで、薄板が得られる。次に、下地板保持台３０８に、この薄板が剥離された下地板１００、または別個の新たな下地板１００を取り付けることで、さらに薄板を製造することができる。剥離された薄板は、所望のサイズに、レーザーまたはダイサーなどで切断され、たとえば太陽電池用ウェハとされる。
【００２２】
なお上記の浸漬機構３００は一例に過ぎず、下地板１００の主面を融液２０２に浸漬した後に取り出すことができる他の構成が用いられてもよい。
【００２３】
（下地板の構成の概要）
図１を参照して、下地板１００は、互いに対向する主面１１０および裏面と、主面１１０および裏面の間をつなぐように主面１１０を取り囲む側面とを有する。
【００２４】
側面は、先端部１２１と、先端部１２１につながる側方部１３１と、先端部１２１に対向する後端部１４１とを有する。後端部１４１は側方部１３１に後端角部１５１を介してつながっている。後端角部１５１は、側方部１３１と後端部１４１との間の角が面取りされた部分であり、かつ平面視において外側に凸の曲線状に面取りされた部分である。いわゆるＲ面取りが行われる場合も本実施の形態に含まれる。
【００２５】
先端部１２１は、融液２０２（図３）に最初に浸漬され、かつ融液２０２から最初に引き上げられる部分である。後端部１４１は、融液２０２に最後に浸漬され、かつ融液２０２から最後に引き上げられる部分である。側方部１３１は、下地板１００が融液２０２に浸漬されている際の下地板１００の進行方向と平行な部分である。
【００２６】
また先端部１２１には、融液２０２（図３）から引き上げられた下地板１００上に形成された薄板が搬送中に外れないようにするために、窪み形状の掴み部１２２が形成されている。
【００２７】
また側方部１３１および後端部１４１上にはスリット１３２が形成されている。スリット１３２は、周縁溝１１３から分離していることが望ましい。スリット１３２によって、周辺部１１２や側方部１３１、後端部１４１表面上に成長する凝固物の体積を減少させることが可能である。また、この凝固物が融液２０２に剥離落下した場合、この落下物にスリット１３２に対応する溝が形成されていることで、この落下物が速やかに溶解し、よってこの落下物が次の薄板の生産の障害になりにくくなる。
【００２８】
主面１１０は周縁溝１１３によって、周辺部１１２と、周辺部１１２よりも内側の内側部１１１とに区画されている。周縁溝１１３の機能について、以下に説明する。下地板１００が融液２０２（図３）に浸漬されると、主面１１０上だけでなく、先端部１２１、側方部１３１、および後端部１４１の上にも融液から薄板が形成される。この薄板は、融液２０２中から取り出されると、その温度が低下するに従い収縮する。この収縮が下地板１００を挟みこむように生じると、薄板は収縮応力に負けて破損し得る。周縁溝１１３が設けられることによって、主面１１０の主要部である内側部１１１が側方部１３１および後端部１４１から分離されるので、上記のような破損が生じにくくなる。
【００２９】
また主面１１０上に、周辺部１１２と内側部１１１とを互いにつなぐように、周縁溝１１３の一部を埋める橋渡し部１６１が設けられている。橋渡し部１６１の機能について、以下に説明する。
【００３０】
仮に周縁溝１１３によって内側部１１１と周辺部１１２とが互いに完全に分離されると、薄板製造時に薄板の後端部側で剥離を防止することができず、薄板が製造直後に剥離落下する可能性が高い。これに対して後端角部１５１付近に橋渡し部１６１が設けられていると、橋渡し部１６１上に形成された凝固物によって、内側部１１１上に形成された薄板と、周辺部１１２上に形成された凝固物とは一体化される。これにより内側部１１１上の薄板は、橋渡し部１６１上の凝固物と掴み部１２２との各々から支持され、よって、先端部１２１が融液２０２（図３）から引き上げられて上向きになるまでに剥離落下することが抑制される。
【００３１】
また橋渡し部１６１上の凝固物の強度は適度に小さい方が好ましい。なぜならば、橋渡し部１６１上の凝固物の強度が過度に大きいと、この凝固物は先端部１２１が上向きになった後も割れずに存在し続けることで薄板に大きな応力をかけてしまい、その結果、薄板が割れることがあるからである。橋渡し部１６１上の凝固物の強度が小さければ、薄板が割れる前にこの凝固物が割れることで上記の応力を解放することができる。この凝固物の強度を抑えるためには、橋渡し部１６１の幅を過度に大きくしなければよい。具体的には、橋渡し部１６１の幅が１ｍｍ以上５ｍｍ以下とされることが好ましい。
【００３２】
図２を参照して、平面視において、側方部１３１は仮想直線ＬＮ１（第１の仮想直線）上に延在し、後端部１４１は仮想直線ＬＮ１に交差する仮想直線ＬＮ２（第２の仮想直線）上に延在している。仮想直線ＬＮ１およびＬＮ２は、交点１５４において直交している。好ましくは、側方部１３１と交点１５４との距離Ｂ１は１０ｍｍ以上であり、後端部１４１と交点１５４との距離Ｂ２は１０ｍｍ以上である。また後端角部１５１は、図２に示すように、平面視において４分円の円弧であってもよい。この円弧の半径Ｒは、距離Ｂ１およびＢ２の各々に対応し、好ましくは１０ｍｍ以上である。
【００３３】
また好ましくは、平面視において、交点１５４と、内側部１１１および橋渡し部１６１が互いにつながる位置とを結ぶ仮想直線ＬＮ３（第３の仮想直線）と、仮想直線ＬＮ２とのなす角度Ａ１（橋渡し角度）は４５°以上である。
【００３４】
（下地板の後端角部の詳細）
比較例として、面取りされていない直角の後端角部１５１Ｚを有する下地板１００Ｚ（図１０）が融液から取り出される場合について、以下に説明する。
【００３５】
図４（Ａ）の右側に示すように、下地板１００Ｚの主面１１０が融液の液面ＬＳ下に浸漬されている間に、主面１１０と先端部１２１とに薄板Ｐが形成される。より詳しくは、薄板Ｐは先端部１２１の掴み部１２２に回り込むように形成され、これにより薄板Ｐは下地板１００Ｚから剥離落下しにくくなっている。
【００３６】
次に図４（Ａ）の中央に示すように、まず先端部１２１が液面ＬＳから引き上げられる。このとき、融液の表面張力によって、下地板１００Ｚと液面ＬＳとの間で融液が局所的に引き上げられた部分ＬＰが生じる。この結果、部分ＬＰの張力Ｔが薄板Ｐに作用する。すなわち薄板Ｐに対して融液の方に向かう力が作用する。
【００３７】
次に図４（Ａ）の左側に示すように、次に後端部１４１も液面ＬＳから引き上げられる。この引き上げにともなって、側方部１３１（図４（Ａ）において図示せず）から見た、部分ＬＰと雰囲気との界面の位置（メニスカス位置）は、先端部１２１から後端部１４１の方へと移動する。
【００３８】
さらに図４（Ｂ）を参照して、このときの融液の様子を先端部１２１から見ると、メニスカス位置ＭＰは、図中矢印Ｄ１に示すように、側方部１３１に沿って移動して後端角部１５１Ｚに達する。
【００３９】
図４（Ｃ）を参照して、後端部１４１がさらに引き上げられても、メニスカス位置ＭＰは後端角部１５１Ｚの位置に比較的長い間留まる。この後、後端部１４１がさらに大きく引き上げられると、メニスカス位置ＭＰは、破線矢印Ｄ２に示すように後端部１４１の中央側へ移動し、やがて部分ＬＰは消失する。
【００４０】
メニスカス位置ＭＰが後端角部１５１Ｚに長時間留まる理由は、次のように推察される。上記のメニスカス位置ＭＰの移動は、矢印Ｄ１（図４（Ｂ））に沿う第１段階と、破線矢印Ｄ２（図４（Ｃ））に沿う第２段階とに２分され、第１段階から第２段階への移行には、矢印Ｄ１から矢印Ｄ２への方向転換、すなわち９０°の急激な方向転換を要する。このため第１段階から第２段階への移行は円滑に行われず、よってメニスカス位置ＭＰの移動は第１および第２段階の間で長時間留まってしまう。その結果、メニスカス位置ＭＰは後端角部１５１Ｚに長時間留まる。
【００４１】
メニスカス位置ＭＰが後端角部１５１Ｚに長時間留まることは、後端角部１５１Ｚ上において薄板Ｐが大きな張力Ｔに長時間引っ張られ続けることを意味し、この結果、薄板Ｐが割れたり、落下したりし得る。薄板Ｐの割れは、特に掴み部１２２の近傍で生じやすい。この理由は、張力Ｔによって落下しようとする薄板Ｐを掴み部１２２が保持し続けようとする結果、掴み部１２２の近傍において薄板Ｐに大きな応力がかかるためである。
【００４２】
次に本実施の形態の下地板１００（図１）が融液から取り出される場合について、以下に説明する。
【００４３】
図５（Ａ）および（Ｂ）を参照して、まずは比較例（図３（Ａ））とほぼ同様に、後端部１４１が液面ＬＳから取り出される。これにより、メニスカス位置ＭＰは、後端角部１５１に達する。
【００４４】
図５（Ｃ）を参照して、後端部１４１がさらに引き上げられると、矢印Ｄ３に示すように、メニスカス位置ＭＰは後端角部１５１を速やかに通過し、その移動方向が後端部１４１に沿ったものとなり、やがて融液が引き上げられた部分ＬＰは消失する。
【００４５】
メニスカス位置ＭＰが後端角部１５１を速やかに通過する理由は、後端角部１５１が面取りされているために、メニスカス位置ＭＰが移動する際に急激な方向転換を必要とせず、このためメニスカス位置ＭＰが円滑に移動するからと考えられる。この結果、下地板１００が融液から引き上げられる際、融液が薄板Ｐを下方向に引っ張る張力Ｔの累積は、比較例に比して低減される。これにより、薄板Ｐの割れや剥離落下の発生が抑制できる。
【００４６】
上記の効果を十分に得るためには、距離Ｂ１およびＢ２（図２）が１０ｍｍ以上であることが望ましい。ただしこれらの距離を大きくし過ぎると、主面１１０の面積が減少するので、得られる薄板Ｐの面積も減少してしまう。また得られる薄板Ｐの平面形状も大きく面取りされたものとなるため、薄板Ｐが最終的に正方形または長方形などに整形される場合は、整形時に除去される部分が増えてしまう。このため距離Ｂ１およびＢ２は、メニスカス位置ＭＰを円滑に移動させることと、主面１１０の面積を確保することとのバランスを考慮して定められることが好ましい。
【００４７】
次に本実施の形態の下地板１００の橋渡し部１６１（図１および図２）について詳しく説明する。
【００４８】
前述のように、内側部１１１上に成長した薄板Ｐと、周辺部１１２上に成長した凝固物とは、橋渡し部１６１上に成長した凝固物によって、先端部１２１が上向きになるまでは一体化していることが好ましい。また橋渡し部１６１上の凝固物は、先端部１２１が上向きになった後は、薄板Ｐの収縮に伴い割れ得ることが望ましい。橋渡し部１６１上の凝固物が割れるまでの薄板Ｐの収縮による応力は、薄板Ｐのうち最後に融液から出てくる部分である後端部１４１近傍に集中する。この応力は、薄板Ｐ冷却後に内部応力となることで薄板Ｐの強度不足を引き起こす可能性がある。そのため、橋渡し部１６１については、その幅だけでなく、その配置も非常に重要である。
【００４９】
図６を参照して、本実施の形態の下地板１００においては、橋渡し部１６１は後端部１４１近くではなく側方部１３１近くに配置されている。これにより後端部１４１近傍で薄板Ｐが固定されないので、後端部１４１から中央部に向けて薄板が比較的自由に収縮することができ、この結果、図中点線で囲った後端部１４１付近において、薄板に残留する内部応力ＳＲが緩和される。
【００５０】
一方、後端部１４１近くに配置された橋渡し部１６１Ｙを有する下地板１００Ｙ（図７）の場合は、後端部１４１の両端で薄板が固定されるため、後端部１４１から中央部に向けて薄板が収縮するための自由度が小さく、この結果、橋渡し部１６１Ｙから中央に向かう収縮による大きな応力が残留し、内部応力ＳＣとなる。融液から引き上げられた薄板は、通常、自動的に剥離され、レーザー加工などによってその周辺部が切断され、その後、外観、重量、および強度などの検査が行なわれる。内部応力ＳＣが大きいと、これら剥離工程、切断工程、および検査工程での衝撃により内部応力ＳＣが開放されることで薄板が割れてしまうことがある。
【００５１】
よって薄板の検査工程まで考慮した薄板の歩留を向上させるためには、図６に示すように、橋渡し部１６１が後端部１４１近くでなく側方部１３１近くに配置されることが望ましい。具体的には、前述したように、角度Ａ１（図２）が４５°以上とされることが望ましい。
【００５２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、下地板１００（図１）の側方部１３１と後端部１４１との間に、面取りされた後端角部１５１が設けられている。これにより、下地板１００が融液２０２の液面ＬＳから分離される際、メニスカス位置ＭＰ（図５（Ｃ））の移動が、側方部１３１に沿ったものから後端部１４１に沿ったものへと、矢印Ｄ３に示すように円滑に移行する。そのため、下地板１００および液面ＬＳの間で局所的に引き上げられた融液の部分ＬＰの量がより速やかに減少する。この結果、後端部１４１において薄板Ｐを下方向へ引っ張る融液２０２の張力Ｔの累積が低減されるので、下地板１００を融液２０２から引き上げる際に薄板Ｐが剥がれたり割れたりすることが防止される。
【００５３】
＜第２の実施形態＞
（下地板の構成の概要）
図８および図９を参照して、本実施の形態の下地板１００ｖは後端角部１５１ｖを有する。後端角部１５１ｖは、側方部１３１と後端部１４１との間の角が面取りされた部分であり、かつ平面視において少なくとも１つの直線を有する形状に面取りされた部分である。後端角部１５１ｖは、平面視において複数の直線（図９においては３つの直線）を有する形状に面取りされてもよく、この場合、隣り合う直線は外側に凸の角をなすようにつながっている。あるいは後端角部１５１ｖは平面視において１つの直線を有する形状に面取りされてもよい。
【００５４】
本実施の形態によれば、面取り部分が平面視において直線形状を有する。よって面取り部分を形成するための加工は直線的な加工でよく、よって面取りの加工を容易に行うことができる。
【００５５】
（下地板の後端角部の詳細）
第１の実施形態の後端角部１５１（図２）は曲線形状を有するので、平面視において、側方部１３１側から後端部１４１側へ連続的に縁の延在方向が変化している。
【００５６】
これに対して本実施の形態の後端角部１５１ｖは直線形状を有するので、平面視において、段階的に縁の延在方向が変化している。たとえば図８に示す形状の場合、縁の延在方向は、側方部１３１に沿う方向から、反時計方向に４段階の方向の変化を経て、後端部１４１に沿う方向となっている。これらの方向の変化のうち特に重要なのは、側方部１３１に沿う方向に対する最初の方向変化であり、言い換えれば、図中、角度Ａ２（側面角度）によって示される方向変化である。この理由は、角度Ａ２の大きさによって、メニスカス位置ＭＰの後端部１４１中央への移行（図５（Ｃ））のしやすさが大きく変化するためである。
【００５７】
比較例の下地板１００Ｚの後端角部１５１Ｚ（図１１（Ａ））は平面視において１つの頂点であり、この場合、角度Ａ２に相当する方向変化の角度は９０°である。このように方向変化が大きいと、第１の実施形態の欄において説明したように、メニスカス位置ＭＰが速やかに移動しない。このため角度Ａ２は９０°よりも小さくされる必要があり、好ましくは３０°以下とされる。これにより第１の実施形態とほぼ同様の効果が得られる。
【００５８】
なお平面視における下地板１００ｖの縁の延在方向の段階的な変化の各々の角度が等しい場合、後端角部１５１ｖの直線形状が有する直線の数が増えるにつれて、角度Ａ２が小さくなる。たとえば、この数が１つの場合は９０°／（１＋１）＝４５°、２つの直線の場合は９０°／（１＋２）＝３０°である。よって角度Ａ２を３０°以下とするためには、この直線の数が２以上とされることが好ましい。直線の数をさらに増やしていくと、角度Ａ２は０°に近づき、また後端角部１５１ｖの平面視における形状は第１の実施形態の後端角部１５１の形状に近づく。
【００５９】
距離Ｂ１、Ｂ２、および角度Ａ１の各々の好ましい範囲は、第１の実施形態の場合と同様である。また上記以外の構成については、上述した第１の実施形態の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【実施例１】
【００６０】
比較例としての下地板１００Ｚｖ（図１１（Ｂ））と、下地板１００（図１および図２）の実施例との各々を用いて、薄板の製造歩留を調べた。ここで下地板１００Ｚｖは、下地板１００Ｚ（図１１（Ａ））に橋渡し部１６１Ｍが橋渡し角度Ａ１＝４５°で付加された構造を有する。また下地板１００の実施例としては、半径Ｒ（図２）が、５ｍｍ、１０ｍｍ、および２０ｍｍの各々を有するものが用いられた。なお下地板１００の橋渡し角度Ａ１（図２）は４５°以上とされた。
【００６１】
これらの下地板の各々について、融液２０２への浸漬による薄板の形成と、薄板の下地板からの取り外しと、取り外された薄板のレーザー加工による周辺切断と、打音による割れ検査とが行われた。また歩留は、下地板の融液への浸漬を行った総数を分母とし、得られた薄板のうち検査に合格したものの数を分子として算出した。
【００６２】
図１２を参照して、比較例の下地板によると、歩留は約８０％強であった。これに対して本実施例の歩留りは、半径Ｒ＝５ｍｍの場合、比較例に対して若干の向上が見られ、また半径Ｒ＝１０ｍｍ以上の場合、比較例に対して顕著な向上が見られた。具体的には本実施例の歩留は、半径Ｒ＝１０ｍｍの場合は約９０％強、半径Ｒ＝２０ｍｍの場合は約９３％であった。この結果から、円弧状の後端角部１５１（図２）が用いられることによって歩留りが向上し、またこの円弧の半径が１０ｍｍ以上、言い換えると距離Ｂ１およびＢ２（図２）の各々が１０ｍｍ以上とされることで顕著に歩留りが向上することがわかった。
【実施例２】
【００６３】
図１３を参照して、下地板１００（図１および図２）の実施例として、半径Ｒを２０ｍｍに固定しつつ、橋渡し角度Ａ１＝４５°未満、４５°、および４５°超の各々を有するものが用いられた。その他の条件は実施例１と同様とされた。橋渡し角度Ａ１＝４５°未満の場合は比較例に対して歩留の低下が見られたが、橋渡し角度Ａ１＝４５°以上の場合は比較例に対して顕著な歩留の向上が見られた。具体的には、比較例の歩留が約８０％であるのに対して、橋渡し角度Ａ１＝４５°の場合の歩留は約９０％、４５度超の場合の歩留は約９３％であった。この結果から、橋渡し角度Ａ１を４５°以上とすることで、歩留りが顕著に向上することがわかった。
【実施例３】
【００６４】
比較例としての下地板１００Ｚｖ（図１１（Ｂ））と、下地板１００ｖ（図８および図９）の実施例との各々を用いて、薄板の製造歩留を調べた。下地板１００ｖの実施例としては、側面角度Ａ２（図９）が４５°および３０°の各々を有するものが用いられた。なお下地板１００ｖの橋渡し角度Ａ１（図９）は４５°以上とされた。
【００６５】
図１４を参照して、側面角度Ａ２＝４５°の場合は、比較例に対して若干の歩留の向上が見られ、また側面角度Ａ２＝３０°の場合は比較例に対して顕著な歩留の向上が見られた。具体的には、比較例の歩留が約８０％であるのに対して、側面角度Ａ２＝３０°の場合の歩留は約９０％であった。この結果から、後端角部を少なくとも１つの直線形状を有するものとすることによって歩留りを向上させることができ、特に側面角度Ａ２を３０°以下とすることによって歩留りを顕著に向上させることができることがわかった。
【００６６】
今回開示された実施の形態および実施例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。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、融液中への下地板の浸漬による薄板の製造方法と、その下地板とに、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００６８】
１００，１００ｖ 下地板、１１０ 主面、１１１ 内側部、１１２ 周辺部、１１３ 周縁溝、１２１ 先端部、１２２ 掴み部、１３１ 側方部、１３２ スリット、１４１ 後端部、１５１，１５１ｖ 後端角部、１５４ 交点、１６１ 橋渡し部、２０１ 坩堝、２０２ 融液、３００ 浸漬機構、３０１ 横行軸、３０２ 横行機構、３０３ 昇降駆動機構、３０４ 昇降軸、３０５ 昇降機構、３０６ 回転アーム、３０７ 支持アーム、３０８ 下地板保持台、ＬＮ１〜ＬＮ３ 第１〜第３の仮想直線、ＬＳ 液面、ＭＰ メニスカス位置、Ｐ 薄板。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄板の製造方法および薄板製造用の下地板に関し、特に、融液中への下地板の浸漬による薄板の製造方法と、その下地板とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特許文献１によれば、固相シート成長用基体（下地板）を用いて固相シート（薄板）を製造する方法が開示されている。この方法によれば、下地板の主面上に薄板を融液成長させた後に下地板が融液から取り出される。その後に下地板から薄板が取り外されることで薄板が得られる。
【０００３】
この薄板は、たとえば、太陽電池用ウェハの製造に用いられる多結晶シリコン薄板である。この場合、上記の融液は、リンまたはボロンなどのドーパントが添加された高純度シリコンからなる。この融液を材料として下地板の主面上に薄板が形成される。形成された薄板は、下地板より剥離され、さらに、所望のサイズにレーザーもしくはダイサーなどを用いて切断されることで、太陽電池用ウェハとされる。
【０００４】
下地板の一例である下地板１００Ｚ（図１０）は、太陽電池用ウェハなどの製品となる部分が形成される主面１１０と、融液から最初に引き上げられる先端部１２１と、融液から最後に引き上げられる後端部１４１と、先端部１２１および後端部１４１をつなぐ側方部１３１とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４０７３９４１号公報（第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
下地板を融液から引き上げるときには、融液の表面張力に起因して、下地板と液面との間で融液が局所的に引き上げられる。引き上げられた融液は、下地板と液面との距離が十分に大きくなるまで存在し続け、その間、下地板の上に形成された薄板は融液から張力を受け続ける。従来の技術においては、この張力に起因して、薄板が剥がれたり割れたりすることがあるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、下地板を用いた薄板の製造において、下地板を融液から引き上げるときの薄板の剥がれおよび割れを防止することができる薄板の製造方法、および薄板製造用の下地板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の薄板の製造方法は、以下の工程を有する。
主面と、主面を取り囲む側面とを有する下地板が準備される。側面は、先端部と、先端部につながる側方部と、先端部に対向する後端部とを有する。後端部は側方部に後端角部を介してつながっている。後端角部は、側方部と後端部との間の角が面取りされた部分である。次に、薄板の材料の融液中に主面を浸漬することによって、主面上に薄板が成長させられる。そして、融液から先端部を引き上げた後に後端部を引き上げることによって、融液から主面が取り出される。融液から取り出された主面から薄板が取り外される。
【０００９】
本発明によれば、下地板の側方部と後端部との間の角が面取りされている。これにより、下地板が融液の液面から分離される際、下地板および液面の間で局所的に引き上げられた融液と雰囲気との界面の位置（後述するメニスカス位置）の移動が、側方部に沿ったものから後端部に沿ったものへと円滑に移行する。そのため、下地板および液面の間で局所的に引き上げられた融液の量がより速やかに減少する。この結果、後端部において薄板が融液の張力で下方向へ引っ張られる力が低減されるので、下地板を融液から引き上げる際に薄板が剥がれたり割れたりすることが防止される。
【００１０】
好ましくは、平面視において、側方部は第１の仮想直線上に延在し、後端部は第１の仮想直線に交差する第２の仮想直線上に延在し、側方部および後端部の各々と、第１および第２の仮想直線の交点との距離は１０ｍｍ以上である。後端角部は平面視において４分円の円弧であってもよい。あるいは平面視において、後端角部が少なくとも１つの直線形状を有してもよく、この場合、少なくとも１つの直線形状のうち側方部につながるものと側方部との各々の延在方向の相違に対応する角度は３０°以下であることが好ましい。
【００１１】
上記の薄板の製造方法において好ましくは、下地板は、主面を周辺部と周辺部よりも内側の内側部とに区画する周縁溝を有する。より好ましくは、下地板は、周辺部と内側部とを互いにつなぐように周縁溝の一部を埋める橋渡し部を有する。さらに好ましくは、平面視において、側方部は第１の仮想直線上に延在し、後端部は第１の仮想直線に交差する第２の仮想直線上に延在し、第１および第２の仮想直線の交点と内側部および橋渡し部が互いにつながる位置とを結ぶ第３の仮想直線と、第２の仮想直線とのなす角度は４５°以上である。
【００１２】
これにより、薄板が剥離落下することを防ぎつつ、薄板が冷却収縮することで下地板を挟み込むことに起因する薄板の割れを防止し、また薄板の後端部の内部応力に起因した強度劣化を低減することができる。
【００１３】
本発明の薄板製造用の下地板は、主面および側面を有する。主面は、薄板の材料の融液中に浸漬されることによって薄板を成長させるためのものである。側面は主面を取り囲んでいる。側面は、先端部と、先端部につながる側方部と、先端部に対向する後端部とを有する。後端部は側方部に後端角部を介してつながっている。後端角部は、側方部と後端部との間の角が面取りされた部分である。
【００１４】
本発明の薄板製造用の下地板を用いることによって、上述した薄板の製造方法を実施することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、下地板を用いた薄板の製造において、下地板を融液から引き上げる際に薄板が剥がれたり割れたりすることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態における下地板の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１の下地板の概略的な部分平面図である。
【図３】図１の下地板を用いた薄板の製造方法を模式的に示す図である。
【図４】比較例の下地板の後端部が融液から引き上げられていく様子を概略的に示す断面図（Ａ）、後端部が融液から引き上げられた様子を下地板の先端部側から見た図（Ｂ）、後端部が融液からさらに引き上げられた様子を下地板の先端部側から見た図（Ｃ）である。
【図５】図１の下地板の後端部が融液から引き上げられていく様子を概略的に示す断面図（Ａ）、後端部が融液から引き上げられた様子を下地板の先端部側から見た図（Ｂ）、後端部が融液からさらに引き上げられた様子を下地板の先端部側から見た図（Ｃ）である。
【図６】図１の下地板の上に形成された薄板の内部応力を模式的に示す図である。
【図７】比較例の下地板の上に形成された薄板の内部応力を模式的に示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における下地板の構成を概略的に示す斜視図である。
【図９】図８の下地板の概略的な部分平面図である。
【図１０】比較例の下地板の構成を示す斜視図である。
【図１１】図１０の下地板の部分平面図（Ａ）、およびその変形例（Ｂ）である。
【図１２】下地板の後端角部の円弧形状の半径と薄板製造歩留との関係の一例を、比較例の薄板製造歩留と共に示すグラフ図である。
【図１３】下地板の橋渡し部の位置と薄板製造歩留との関係の一例を、比較例の薄板製造歩留と共に示すグラフ図である。
【図１４】下地板の後端角部の直線形状と側方部との各々の延在方向の相違に対応する角度と、薄板製造歩留との関係の一例を、比較例の薄板製造歩留と共に示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
＜第１の実施形態＞
（下地板を用いた薄板製造方法の概要）
図３を参照して、本実施の形態の薄板製造装置は、容器（図示せず）内に設けられた、浸漬機構３００および坩堝２０１を有する。坩堝２０１は、カーボンまたはシリカなどの耐熱性を有する材料から作られている。坩堝２０１にはまず固体原料が充填される。固体原料としては、たとえば太陽電池用薄板を製造する場合、シリコン塊が用いられ得る。充填された固体原料は、ヒーター加熱、ランプ加熱、または誘導加熱などにより融解される。これにより坩堝２０１内に、液面ＬＳを有する融液２０２が形成される。融液２０２が不足する場合や、薄板製造によって融液２０２が減少した場合は、原料追加装置（図示せず）によって原料が坩堝２０１に追加されればよい。このとき追加される原料は、固体状態および融液状態のいずれの状態を有してもよい。
【００１８】
上記容器（図示せず）内の雰囲気は、坩堝２０１や融液２０２と雰囲気ガスとの反応を防ぐために、不活性ガス雰囲気とされることが望ましい。これにより、たとえば黒鉛製坩堝やシリコン融液と酸素などとの反応が抑制され、よって坩堝２０１および融液２０２の消耗や、望ましくない反応物の生成を防ぐことができる。
【００１９】
浸漬機構３００は、横行軸３０１に沿って横行機構３０２が横行動作を行なうよう、横行軸と一体化された横行駆動機構を有する。横行機構３０２に備わる昇降駆動機構３０３によって、昇降機構３０５および昇降軸３０４が昇降動作を行なう。昇降機構３０５には回転駆動機構が一体化され、回転アーム３０６が回転するに伴い、支持アーム３０７も回転動作を行なう。支持アーム３０７の回転に伴い、支持アーム端と昇降軸端に接続された下地板保持台３０８が回転する。なお下地板保持台には、詳しくは後述する下地板１００が保持されている。下地板１００は、図示しない交換機構によって新しい下地板と交換され得ることが望ましい。
【００２０】
コンピュータやＰＬＣ、サーボモータのモーションコントロールなどを用いることで、横行駆動機構と、昇降駆動機構と、回転駆動機構とは、各々独立した動作を行なうことが可能である。下地板１００の軌道が所定のものとなるよう、横行、昇降、および回転のそれぞれに対応する３軸について動作プログラムを作成し、それを各軸の間でリンクさせて動作させることで、保持された下地板１００を紙面平面内にて自由に上下左右回転動作させることができ、任意の軌道で動作させることが可能である。
【００２１】
下地板１００は、下地板保持台３０８が上向きの位置で下地板保持台３０８に取り付けられ、その後、矢印３２０に沿って横行、昇降、および回転動作を行なう。これにより、下地板１００の主面は先端部側から融液２０２に浸漬される。融液２０２に浸漬された主面（図中における下面）上には、融液２０２を原料として薄板が成長する。次に下地板１００の主面は、先端部側から融液２０２と分離される。そして下地板１００は、再度上向きの交換位置に戻される。その後、下地板１００を下地板保持台３０８から取り出し、容器外にて薄板を剥離することで、薄板が得られる。次に、下地板保持台３０８に、この薄板が剥離された下地板１００、または別個の新たな下地板１００を取り付けることで、さらに薄板を製造することができる。剥離された薄板は、所望のサイズに、レーザーまたはダイサーなどで切断され、たとえば太陽電池用ウェハとされる。
【００２２】
なお上記の浸漬機構３００は一例に過ぎず、下地板１００の主面を融液２０２に浸漬した後に取り出すことができる他の構成が用いられてもよい。
【００２３】
（下地板の構成の概要）
図１を参照して、下地板１００は、互いに対向する主面１１０および裏面と、主面１１０および裏面の間をつなぐように主面１１０を取り囲む側面とを有する。
【００２４】
側面は、先端部１２１と、先端部１２１につながる側方部１３１と、先端部１２１に対向する後端部１４１とを有する。後端部１４１は側方部１３１に後端角部１５１を介してつながっている。後端角部１５１は、側方部１３１と後端部１４１との間の角が面取りされた部分であり、かつ平面視において外側に凸の曲線状に面取りされた部分である。いわゆるＲ面取りが行われる場合も本実施の形態に含まれる。
【００２５】
先端部１２１は、融液２０２（図３）に最初に浸漬され、かつ融液２０２から最初に引き上げられる部分である。後端部１４１は、融液２０２に最後に浸漬され、かつ融液２０２から最後に引き上げられる部分である。側方部１３１は、下地板１００が融液２０２に浸漬されている際の下地板１００の進行方向と平行な部分である。
【００２６】
また先端部１２１には、融液２０２（図３）から引き上げられた下地板１００上に形成された薄板が搬送中に外れないようにするために、窪み形状の掴み部１２２が形成されている。
【００２７】
また側方部１３１および後端部１４１上にはスリット１３２が形成されている。スリット１３２は、周縁溝１１３から分離していることが望ましい。スリット１３２によって、周辺部１１２や側方部１３１、後端部１４１表面上に成長する凝固物の体積を減少させることが可能である。また、この凝固物が融液２０２に剥離落下した場合、この落下物にスリット１３２に対応する溝が形成されていることで、この落下物が速やかに溶解し、よってこの落下物が次の薄板の生産の障害になりにくくなる。
【００２８】
主面１１０は周縁溝１１３によって、周辺部１１２と、周辺部１１２よりも内側の内側部１１１とに区画されている。周縁溝１１３の機能について、以下に説明する。下地板１００が融液２０２（図３）に浸漬されると、主面１１０上だけでなく、先端部１２１、側方部１３１、および後端部１４１の上にも融液から薄板が形成される。この薄板は、融液２０２中から取り出されると、その温度が低下するに従い収縮する。この収縮が下地板１００を挟みこむように生じると、薄板は収縮応力に負けて破損し得る。周縁溝１１３が設けられることによって、主面１１０の主要部である内側部１１１が側方部１３１および後端部１４１から分離されるので、上記のような破損が生じにくくなる。
【００２９】
また主面１１０上に、周辺部１１２と内側部１１１とを互いにつなぐように、周縁溝１１３の一部を埋める橋渡し部１６１が設けられている。橋渡し部１６１の機能について、以下に説明する。
【００３０】
仮に周縁溝１１３によって内側部１１１と周辺部１１２とが互いに完全に分離されると、薄板製造時に薄板の後端部側で剥離を防止することができず、薄板が製造直後に剥離落下する可能性が高い。これに対して後端角部１５１付近に橋渡し部１６１が設けられていると、橋渡し部１６１上に形成された凝固物によって、内側部１１１上に形成された薄板と、周辺部１１２上に形成された凝固物とは一体化される。これにより内側部１１１上の薄板は、橋渡し部１６１上の凝固物と掴み部１２２との各々から支持され、よって、先端部１２１が融液２０２（図３）から引き上げられて上向きになるまでに剥離落下することが抑制される。
【００３１】
また橋渡し部１６１上の凝固物の強度は適度に小さい方が好ましい。なぜならば、橋渡し部１６１上の凝固物の強度が過度に大きいと、この凝固物は先端部１２１が上向きになった後も割れずに存在し続けることで薄板に大きな応力をかけてしまい、その結果、薄板が割れることがあるからである。橋渡し部１６１上の凝固物の強度が小さければ、薄板が割れる前にこの凝固物が割れることで上記の応力を解放することができる。この凝固物の強度を抑えるためには、橋渡し部１６１の幅を過度に大きくしなければよい。具体的には、橋渡し部１６１の幅が１ｍｍ以上５ｍｍ以下とされることが好ましい。
【００３２】
図２を参照して、平面視において、側方部１３１は仮想直線ＬＮ１（第１の仮想直線）上に延在し、後端部１４１は仮想直線ＬＮ１に交差する仮想直線ＬＮ２（第２の仮想直線）上に延在している。仮想直線ＬＮ１およびＬＮ２は、交点１５４において直交している。好ましくは、側方部１３１と交点１５４との距離Ｂ１は１０ｍｍ以上であり、後端部１４１と交点１５４との距離Ｂ２は１０ｍｍ以上である。また後端角部１５１は、図２に示すように、平面視において４分円の円弧であってもよい。この円弧の半径Ｒは、距離Ｂ１およびＢ２の各々に対応し、好ましくは１０ｍｍ以上である。
【００３３】
また好ましくは、平面視において、交点１５４と、内側部１１１および橋渡し部１６１が互いにつながる位置とを結ぶ仮想直線ＬＮ３（第３の仮想直線）と、仮想直線ＬＮ２とのなす角度Ａ１（橋渡し角度）は４５°以上である。
【００３４】
（下地板の後端角部の詳細）
比較例として、面取りされていない直角の後端角部１５１Ｚを有する下地板１００Ｚ（図１０）が融液から取り出される場合について、以下に説明する。
【００３５】
図４（Ａ）の右側に示すように、下地板１００Ｚの主面１１０が融液の液面ＬＳ下に浸漬されている間に、主面１１０と先端部１２１とに薄板Ｐが形成される。より詳しくは、薄板Ｐは先端部１２１の掴み部１２２に回り込むように形成され、これにより薄板Ｐは下地板１００Ｚから剥離落下しにくくなっている。
【００３６】
次に図４（Ａ）の中央に示すように、まず先端部１２１が液面ＬＳから引き上げられる。このとき、融液の表面張力によって、下地板１００Ｚと液面ＬＳとの間で融液が局所的に引き上げられた部分ＬＰが生じる。この結果、部分ＬＰの張力Ｔが薄板Ｐに作用する。すなわち薄板Ｐに対して融液の方に向かう力が作用する。
【００３７】
次に図４（Ａ）の左側に示すように、次に後端部１４１も液面ＬＳから引き上げられる。この引き上げにともなって、側方部１３１（図４（Ａ）において図示せず）から見た、部分ＬＰと雰囲気との界面の位置（メニスカス位置）は、先端部１２１から後端部１４１の方へと移動する。
【００３８】
さらに図４（Ｂ）を参照して、このときの融液の様子を先端部１２１から見ると、メニスカス位置ＭＰは、図中矢印Ｄ１に示すように、側方部１３１に沿って移動して後端角部１５１Ｚに達する。
【００３９】
図４（Ｃ）を参照して、後端部１４１がさらに引き上げられても、メニスカス位置ＭＰは後端角部１５１Ｚの位置に比較的長い間留まる。この後、後端部１４１がさらに大きく引き上げられると、メニスカス位置ＭＰは、破線矢印Ｄ２に示すように後端部１４１の中央側へ移動し、やがて部分ＬＰは消失する。
【００４０】
メニスカス位置ＭＰが後端角部１５１Ｚに長時間留まる理由は、次のように推察される。上記のメニスカス位置ＭＰの移動は、矢印Ｄ１（図４（Ｂ））に沿う第１段階と、破線矢印Ｄ２（図４（Ｃ））に沿う第２段階とに２分され、第１段階から第２段階への移行には、矢印Ｄ１から矢印Ｄ２への方向転換、すなわち９０°の急激な方向転換を要する。このため第１段階から第２段階への移行は円滑に行われず、よってメニスカス位置ＭＰの移動は第１および第２段階の間で長時間留まってしまう。その結果、メニスカス位置ＭＰは後端角部１５１Ｚに長時間留まる。
【００４１】
メニスカス位置ＭＰが後端角部１５１Ｚに長時間留まることは、後端角部１５１Ｚ上において薄板Ｐが大きな張力Ｔに長時間引っ張られ続けることを意味し、この結果、薄板Ｐが割れたり、落下したりし得る。薄板Ｐの割れは、特に掴み部１２２の近傍で生じやすい。この理由は、張力Ｔによって落下しようとする薄板Ｐを掴み部１２２が保持し続けようとする結果、掴み部１２２の近傍において薄板Ｐに大きな応力がかかるためである。
【００４２】
次に本実施の形態の下地板１００（図１）が融液から取り出される場合について、以下に説明する。
【００４３】
図５（Ａ）および（Ｂ）を参照して、まずは比較例（図３（Ａ））とほぼ同様に、後端部１４１が液面ＬＳから取り出される。これにより、メニスカス位置ＭＰは、後端角部１５１に達する。
【００４４】
図５（Ｃ）を参照して、後端部１４１がさらに引き上げられると、矢印Ｄ３に示すように、メニスカス位置ＭＰは後端角部１５１を速やかに通過し、その移動方向が後端部１４１に沿ったものとなり、やがて融液が引き上げられた部分ＬＰは消失する。
【００４５】
メニスカス位置ＭＰが後端角部１５１を速やかに通過する理由は、後端角部１５１が面取りされているために、メニスカス位置ＭＰが移動する際に急激な方向転換を必要とせず、このためメニスカス位置ＭＰが円滑に移動するからと考えられる。この結果、下地板１００が融液から引き上げられる際、融液が薄板Ｐを下方向に引っ張る張力Ｔの累積は、比較例に比して低減される。これにより、薄板Ｐの割れや剥離落下の発生が抑制できる。
【００４６】
上記の効果を十分に得るためには、距離Ｂ１およびＢ２（図２）が１０ｍｍ以上であることが望ましい。ただしこれらの距離を大きくし過ぎると、主面１１０の面積が減少するので、得られる薄板Ｐの面積も減少してしまう。また得られる薄板Ｐの平面形状も大きく面取りされたものとなるため、薄板Ｐが最終的に正方形または長方形などに整形される場合は、整形時に除去される部分が増えてしまう。このため距離Ｂ１およびＢ２は、メニスカス位置ＭＰを円滑に移動させることと、主面１１０の面積を確保することとのバランスを考慮して定められることが好ましい。
【００４７】
次に本実施の形態の下地板１００の橋渡し部１６１（図１および図２）について詳しく説明する。
【００４８】
前述のように、内側部１１１上に成長した薄板Ｐと、周辺部１１２上に成長した凝固物とは、橋渡し部１６１上に成長した凝固物によって、先端部１２１が上向きになるまでは一体化していることが好ましい。また橋渡し部１６１上の凝固物は、先端部１２１が上向きになった後は、薄板Ｐの収縮に伴い割れ得ることが望ましい。橋渡し部１６１上の凝固物が割れるまでの薄板Ｐの収縮による応力は、薄板Ｐのうち最後に融液から出てくる部分である後端部１４１近傍に集中する。この応力は、薄板Ｐ冷却後に内部応力となることで薄板Ｐの強度不足を引き起こす可能性がある。そのため、橋渡し部１６１については、その幅だけでなく、その配置も非常に重要である。
【００４９】
図６を参照して、本実施の形態の下地板１００においては、橋渡し部１６１は後端部１４１近くではなく側方部１３１近くに配置されている。これにより後端部１４１近傍で薄板Ｐが固定されないので、後端部１４１から中央部に向けて薄板が比較的自由に収縮することができ、この結果、図中点線で囲った後端部１４１付近において、薄板に残留する内部応力ＳＲが緩和される。
【００５０】
一方、後端部１４１近くに配置された橋渡し部１６１Ｙを有する下地板１００Ｙ（図７）の場合は、後端部１４１の両端で薄板が固定されるため、後端部１４１から中央部に向けて薄板が収縮するための自由度が小さく、この結果、橋渡し部１６１Ｙから中央に向かう収縮による大きな応力が残留し、内部応力ＳＣとなる。融液から引き上げられた薄板は、通常、自動的に剥離され、レーザー加工などによってその周辺部が切断され、その後、外観、重量、および強度などの検査が行なわれる。内部応力ＳＣが大きいと、これら剥離工程、切断工程、および検査工程での衝撃により内部応力ＳＣが開放されることで薄板が割れてしまうことがある。
【００５１】
よって薄板の検査工程まで考慮した薄板の歩留を向上させるためには、図６に示すように、橋渡し部１６１が後端部１４１近くでなく側方部１３１近くに配置されることが望ましい。具体的には、前述したように、角度Ａ１（図２）が４５°以上とされることが望ましい。
【００５２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、下地板１００（図１）の側方部１３１と後端部１４１との間に、面取りされた後端角部１５１が設けられている。これにより、下地板１００が融液２０２の液面ＬＳから分離される際、メニスカス位置ＭＰ（図５（Ｃ））の移動が、側方部１３１に沿ったものから後端部１４１に沿ったものへと、矢印Ｄ３に示すように円滑に移行する。そのため、下地板１００および液面ＬＳの間で局所的に引き上げられた融液の部分ＬＰの量がより速やかに減少する。この結果、後端部１４１において薄板Ｐを下方向へ引っ張る融液２０２の張力Ｔの累積が低減されるので、下地板１００を融液２０２から引き上げる際に薄板Ｐが剥がれたり割れたりすることが防止される。
【００５３】
＜第２の実施形態＞
（下地板の構成の概要）
図８および図９を参照して、本実施の形態の下地板１００ｖは後端角部１５１ｖを有する。後端角部１５１ｖは、側方部１３１と後端部１４１との間の角が面取りされた部分であり、かつ平面視において少なくとも１つの直線を有する形状に面取りされた部分である。後端角部１５１ｖは、平面視において複数の直線（図９においては３つの直線）を有する形状に面取りされてもよく、この場合、隣り合う直線は外側に凸の角をなすようにつながっている。あるいは後端角部１５１ｖは平面視において１つの直線を有する形状に面取りされてもよい。
【００５４】
本実施の形態によれば、面取り部分が平面視において直線形状を有する。よって面取り部分を形成するための加工は直線的な加工でよく、よって面取りの加工を容易に行うことができる。
【００５５】
（下地板の後端角部の詳細）
第１の実施形態の後端角部１５１（図２）は曲線形状を有するので、平面視において、側方部１３１側から後端部１４１側へ連続的に縁の延在方向が変化している。
【００５６】
これに対して本実施の形態の後端角部１５１ｖは直線形状を有するので、平面視において、段階的に縁の延在方向が変化している。たとえば図８に示す形状の場合、縁の延在方向は、側方部１３１に沿う方向から、反時計方向に４段階の方向の変化を経て、後端部１４１に沿う方向となっている。これらの方向の変化のうち特に重要なのは、側方部１３１に沿う方向に対する最初の方向変化であり、言い換えれば、図中、角度Ａ２（側面角度）によって示される方向変化である。この理由は、角度Ａ２の大きさによって、メニスカス位置ＭＰの後端部１４１中央への移行（図５（Ｃ））のしやすさが大きく変化するためである。
【００５７】
比較例の下地板１００Ｚの後端角部１５１Ｚ（図１１（Ａ））は平面視において１つの頂点であり、この場合、角度Ａ２に相当する方向変化の角度は９０°である。このように方向変化が大きいと、第１の実施形態の欄において説明したように、メニスカス位置ＭＰが速やかに移動しない。このため角度Ａ２は９０°よりも小さくされる必要があり、好ましくは３０°以下とされる。これにより第１の実施形態とほぼ同様の効果が得られる。
【００５８】
なお平面視における下地板１００ｖの縁の延在方向の段階的な変化の各々の角度が等しい場合、後端角部１５１ｖの直線形状が有する直線の数が増えるにつれて、角度Ａ２が小さくなる。たとえば、この数が１つの場合は９０°／（１＋１）＝４５°、２つの直線の場合は９０°／（１＋２）＝３０°である。よって角度Ａ２を３０°以下とするためには、この直線の数が２以上とされることが好ましい。直線の数をさらに増やしていくと、角度Ａ２は０°に近づき、また後端角部１５１ｖの平面視における形状は第１の実施形態の後端角部１５１の形状に近づく。
【００５９】
距離Ｂ１、Ｂ２、および角度Ａ１の各々の好ましい範囲は、第１の実施形態の場合と同様である。また上記以外の構成については、上述した第１の実施形態の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【実施例１】
【００６０】
比較例としての下地板１００Ｚｖ（図１１（Ｂ））と、下地板１００（図１および図２）の実施例との各々を用いて、薄板の製造歩留を調べた。ここで下地板１００Ｚｖは、下地板１００Ｚ（図１１（Ａ））に橋渡し部１６１Ｍが橋渡し角度Ａ１＝４５°で付加された構造を有する。また下地板１００の実施例としては、半径Ｒ（図２）が、５ｍｍ、１０ｍｍ、および２０ｍｍの各々を有するものが用いられた。なお下地板１００の橋渡し角度Ａ１（図２）は４５°以上とされた。
【００６１】
これらの下地板の各々について、融液２０２への浸漬による薄板の形成と、薄板の下地板からの取り外しと、取り外された薄板のレーザー加工による周辺切断と、打音による割れ検査とが行われた。また歩留は、下地板の融液への浸漬を行った総数を分母とし、得られた薄板のうち検査に合格したものの数を分子として算出した。
【００６２】
図１２を参照して、比較例の下地板によると、歩留は約８０％強であった。これに対して本実施例の歩留りは、半径Ｒ＝５ｍｍの場合、比較例に対して若干の向上が見られ、また半径Ｒ＝１０ｍｍ以上の場合、比較例に対して顕著な向上が見られた。具体的には本実施例の歩留は、半径Ｒ＝１０ｍｍの場合は約９０％強、半径Ｒ＝２０ｍｍの場合は約９３％であった。この結果から、円弧状の後端角部１５１（図２）が用いられることによって歩留りが向上し、またこの円弧の半径が１０ｍｍ以上、言い換えると距離Ｂ１およびＢ２（図２）の各々が１０ｍｍ以上とされることで顕著に歩留りが向上することがわかった。
【実施例２】
【００６３】
図１３を参照して、下地板１００（図１および図２）の実施例として、半径Ｒを２０ｍｍに固定しつつ、橋渡し角度Ａ１＝４５°未満、４５°、および４５°超の各々を有するものが用いられた。その他の条件は実施例１と同様とされた。橋渡し角度Ａ１＝４５°未満の場合は比較例に対して歩留の低下が見られたが、橋渡し角度Ａ１＝４５°以上の場合は比較例に対して顕著な歩留の向上が見られた。具体的には、比較例の歩留が約８０％であるのに対して、橋渡し角度Ａ１＝４５°の場合の歩留は約９０％、４５度超の場合の歩留は約９３％であった。この結果から、橋渡し角度Ａ１を４５°以上とすることで、歩留りが顕著に向上することがわかった。
【実施例３】
【００６４】
比較例としての下地板１００Ｚｖ（図１１（Ｂ））と、下地板１００ｖ（図８および図９）の実施例との各々を用いて、薄板の製造歩留を調べた。下地板１００ｖの実施例としては、側面角度Ａ２（図９）が４５°および３０°の各々を有するものが用いられた。なお下地板１００ｖの橋渡し角度Ａ１（図９）は４５°以上とされた。
【００６５】
図１４を参照して、側面角度Ａ２＝４５°の場合は、比較例に対して若干の歩留の向上が見られ、また側面角度Ａ２＝３０°の場合は比較例に対して顕著な歩留の向上が見られた。具体的には、比較例の歩留が約８０％であるのに対して、側面角度Ａ２＝３０°の場合の歩留は約９０％であった。この結果から、後端角部を少なくとも１つの直線形状を有するものとすることによって歩留りを向上させることができ、特に側面角度Ａ２を３０°以下とすることによって歩留りを顕著に向上させることができることがわかった。
【００６６】
今回開示された実施の形態および実施例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。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、融液中への下地板の浸漬による薄板の製造方法と、その下地板とに、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００６８】
１００，１００ｖ 下地板、１１０ 主面、１１１ 内側部、１１２ 周辺部、１１３ 周縁溝、１２１ 先端部、１２２ 掴み部、１３１ 側方部、１３２ スリット、１４１ 後端部、１５１，１５１ｖ 後端角部、１５４ 交点、１６１ 橋渡し部、２０１ 坩堝、２０２ 融液、３００ 浸漬機構、３０１ 横行軸、３０２ 横行機構、３０３ 昇降駆動機構、３０４ 昇降軸、３０５ 昇降機構、３０６ 回転アーム、３０７ 支持アーム、３０８ 下地板保持台、ＬＮ１〜ＬＮ３ 第１〜第３の仮想直線、ＬＳ 液面、ＭＰ メニスカス位置、Ｐ 薄板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板の製造方法であって、
主面と、前記主面を取り囲む側面とを有する下地板を準備する工程を備え、
前記側面は、先端部と、前記先端部につながる側方部と、前記先端部に対向する後端部とを有し、前記後端部は前記側方部に後端角部を介してつながっており、前記後端角部は前記側方部と前記後端部との間の角が面取りされた部分であり、さらに
前記薄板の材料の融液中に前記主面を浸漬することによって、前記主面上に前記薄板を成長させる工程と、
前記融液から前記先端部を引き上げた後に前記後端部を引き上げることによって前記融液から前記主面を取り出す工程と、
前記融液から取り出された前記主面から前記薄板を取り外す工程とを備える、薄板の製造方法。
【請求項２】
平面視において、前記側方部は第１の仮想直線上に延在し、前記後端部は前記第１の仮想直線に交差する第２の仮想直線上に延在し、前記側方部および前記後端部の各々と、前記第１および第２の仮想直線の交点との距離は１０ｍｍ以上である、請求項１に記載の薄板の製造方法。
【請求項３】
平面視において前記後端角部は４分円の円弧である、請求項２に記載の薄板の製造方法。
【請求項４】
平面視において、前記後端角部は少なくとも１つの直線形状を有し、前記少なくとも１つの直線形状のうち前記側方部につながるものと前記側方部との各々の延在方向の相違に対応する角度は３０°以下であるである、請求項１または２に記載の薄板の製造方法。
【請求項５】
前記下地板は、前記主面を周辺部と前記周辺部よりも内側の内側部とに区画する周縁溝を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄板の製造方法。
【請求項６】
前記下地板は、前記周辺部と前記内側部とを互いにつなぐように前記周縁溝の一部を埋める橋渡し部を有する、請求項５に記載の薄板の製造方法。
【請求項７】
平面視において、前記側方部は第１の仮想直線上に延在し、前記後端部は前記第１の仮想直線に交差する第２の仮想直線上に延在し、前記第１および第２の仮想直線の交点と前記内側部および前記橋渡し部が互いにつながる位置とを結ぶ第３の仮想直線と、前記第２の仮想直線とのなす角度は４５°以上である、請求項６に記載の薄板の製造方法。
【請求項８】
薄板製造用の下地板であって、
前記薄板の材料の融液中に浸漬されることによって前記薄板を成長させるための主面と、
前記主面を取り囲む側面とを備え、
前記側面は、先端部と、前記先端部につながる側方部と、前記先端部に対向する後端部とを有し、前記後端部は前記側方部に後端角部を介してつながっており、前記後端角部は前記側方部と前記後端部との間の角が面取りされた部分である、薄板製造用の下地板。
【請求項９】
平面視において、前記側方部は第１の仮想直線上に延在し、前記後端部は前記第１の仮想直線に交差する第２の仮想直線上に延在し、前記側方部および前記後端部の各々と、前記第１および第２の仮想直線の交点との距離は１０ｍｍ以上である、請求項８に記載の薄板製造用の下地板。
【請求項１０】
平面視において前記後端角部は４分円の円弧である、請求項９に記載の薄板製造用の下地板。
【請求項１１】
平面視において、前記後端角部は少なくとも１つの直線形状を有し、前記少なくとも１つの直線形状のうち前記側方部につながるものと前記側方部との各々の延在方向の相違に対応する角度は３０°以下である、請求項８または９に記載の薄板製造用の下地板。
【請求項１２】
前記下地板は、前記主面を周辺部と前記周辺部よりも内側の内側部とに区画する周縁溝を有する、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の薄板製造用の下地板。
【請求項１３】
前記下地板は、前記周辺部と前記内側部とを互いにつなぐように前記周縁溝の一部を埋める橋渡し部を有する、請求項１２に記載の薄板製造用の下地板。
【請求項１４】
平面視において、前記側方部は第１の仮想直線上に延在し、前記後端部は前記第１の仮想直線に交差する第２の仮想直線上に延在し、前記第１および第２の仮想直線の交点と前記内側部および前記橋渡し部が互いにつながる位置とを結ぶ第３の仮想直線と、前記第２の仮想直線とのなす角度は４５°以上である、請求項１３に記載の薄板製造用の下地板。
【請求項１】
薄板の製造方法であって、
主面と、前記主面を取り囲む側面とを有する下地板を準備する工程を備え、
前記側面は、先端部と、前記先端部につながる側方部と、前記先端部に対向する後端部とを有し、前記後端部は前記側方部に後端角部を介してつながっており、前記後端角部は前記側方部と前記後端部との間の角が面取りされた部分であり、さらに
前記薄板の材料の融液中に前記主面を浸漬することによって、前記主面上に前記薄板を成長させる工程と、
前記融液から前記先端部を引き上げた後に前記後端部を引き上げることによって前記融液から前記主面を取り出す工程と、
前記融液から取り出された前記主面から前記薄板を取り外す工程とを備える、薄板の製造方法。
【請求項２】
平面視において、前記側方部は第１の仮想直線上に延在し、前記後端部は前記第１の仮想直線に交差する第２の仮想直線上に延在し、前記側方部および前記後端部の各々と、前記第１および第２の仮想直線の交点との距離は１０ｍｍ以上である、請求項１に記載の薄板の製造方法。
【請求項３】
平面視において前記後端角部は４分円の円弧である、請求項２に記載の薄板の製造方法。
【請求項４】
平面視において、前記後端角部は少なくとも１つの直線形状を有し、前記少なくとも１つの直線形状のうち前記側方部につながるものと前記側方部との各々の延在方向の相違に対応する角度は３０°以下であるである、請求項１または２に記載の薄板の製造方法。
【請求項５】
前記下地板は、前記主面を周辺部と前記周辺部よりも内側の内側部とに区画する周縁溝を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄板の製造方法。
【請求項６】
前記下地板は、前記周辺部と前記内側部とを互いにつなぐように前記周縁溝の一部を埋める橋渡し部を有する、請求項５に記載の薄板の製造方法。
【請求項７】
平面視において、前記側方部は第１の仮想直線上に延在し、前記後端部は前記第１の仮想直線に交差する第２の仮想直線上に延在し、前記第１および第２の仮想直線の交点と前記内側部および前記橋渡し部が互いにつながる位置とを結ぶ第３の仮想直線と、前記第２の仮想直線とのなす角度は４５°以上である、請求項６に記載の薄板の製造方法。
【請求項８】
薄板製造用の下地板であって、
前記薄板の材料の融液中に浸漬されることによって前記薄板を成長させるための主面と、
前記主面を取り囲む側面とを備え、
前記側面は、先端部と、前記先端部につながる側方部と、前記先端部に対向する後端部とを有し、前記後端部は前記側方部に後端角部を介してつながっており、前記後端角部は前記側方部と前記後端部との間の角が面取りされた部分である、薄板製造用の下地板。
【請求項９】
平面視において、前記側方部は第１の仮想直線上に延在し、前記後端部は前記第１の仮想直線に交差する第２の仮想直線上に延在し、前記側方部および前記後端部の各々と、前記第１および第２の仮想直線の交点との距離は１０ｍｍ以上である、請求項８に記載の薄板製造用の下地板。
【請求項１０】
平面視において前記後端角部は４分円の円弧である、請求項９に記載の薄板製造用の下地板。
【請求項１１】
平面視において、前記後端角部は少なくとも１つの直線形状を有し、前記少なくとも１つの直線形状のうち前記側方部につながるものと前記側方部との各々の延在方向の相違に対応する角度は３０°以下である、請求項８または９に記載の薄板製造用の下地板。
【請求項１２】
前記下地板は、前記主面を周辺部と前記周辺部よりも内側の内側部とに区画する周縁溝を有する、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の薄板製造用の下地板。
【請求項１３】
前記下地板は、前記周辺部と前記内側部とを互いにつなぐように前記周縁溝の一部を埋める橋渡し部を有する、請求項１２に記載の薄板製造用の下地板。
【請求項１４】
平面視において、前記側方部は第１の仮想直線上に延在し、前記後端部は前記第１の仮想直線に交差する第２の仮想直線上に延在し、前記第１および第２の仮想直線の交点と前記内側部および前記橋渡し部が互いにつながる位置とを結ぶ第３の仮想直線と、前記第２の仮想直線とのなす角度は４５°以上である、請求項１３に記載の薄板製造用の下地板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−４１２４２（Ｐ２０１２−４１２４２Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８５８９３（Ｐ２０１０−１８５８９３）
【出願日】平成２２年８月２３日（２０１０．８．２３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２３日（２０１０．８．２３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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