专利名称：薄片制造设备、薄片制造方法和太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及薄片制造设备和薄片制造方法，更具体地说，本发明涉及将衬底浸入熔料从而在衬底上生长薄片的一种薄片制造设备和薄片制造方法以及太阳能电池。
背景技术：
例如，可以将日本专利申请No.10-29895“制造硅带的设备及其制造方法”列为一种传统的薄片制造设备。这种硅带制造设备使用了一种能够连续取出硅薄片的结构，通过部分将转动体的圆柱形表面浸入在垂直方向上能够移动的熔炉并且在转动冷却体的同时拉拔碳网随着碳网结晶/生长的硅薄片被取出。与用线状锯等切割结晶块得到晶片的传统硅晶片制造方法相比，根据这种方法能够减少过程成本和原材料成本。
被转动的冷却体在强制冷却硅的同时拉拔硅，因此能够显著提高拉拔速度。另外，能够响应转动体的尺寸或转动频率控制拉拔速度，从而提出能够以至少100mm/分钟的速度进行拉拔。但是，根据这种“制造硅带的设备及其制造方法”，由于圆柱形转动体，薄片以一定曲率弯曲，并且弯曲保留在薄片上。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种薄片制造设备和薄片制造方法，它能够得到平薄片，并且能够进一步优化所得到的平薄片的形状，还能得到太阳能电池。
为了解决上述问题，发明者已经进行了深入的研究，找到了衬底(和在衬底上生长的薄片)与熔料之间的关系影响薄片的质量和薄片的形状。例如，除非以几乎垂直的角度将衬底拉出，由于熔料的表面张力，在衬底从熔料脱离的一端会形成较大的积液区。
当试图控制衬底的运动以改进衬底和熔料之间的关系并且达到最佳关系时，如果如前述背景技术所披露的那样，衬底在恒定的轨道上进行转动，这样由于不能任意设定运动，控制是不可能实现的。因此，为了任意设定衬底的运动，必须设计一种能够自由操作和传送衬底的机构。但是，在根据本发明的一个设备中，可能出现加热机构等，它们是为了保持高温熔料，因此传送衬底的机构暴露在高温下。这样很难引入复杂的衬底传送机构，并且必须发明能够可靠执行最少必须操作的衬底传送机构。
因此，根据本发明一个方面的薄片制造设备是一种薄片制造设备，它将由衬底传送机构固定的衬底浸入熔料，这样在前述衬底的表面上形成薄片，并且前述的衬底传送机构包括第一衬底传送装置，它在一个方向上传送前述衬底从而将前述衬底浸入前述熔料和将前述衬底从前述熔料中取出，和第二衬底传送装置，它能够在与前述第一方向不同的第二方向上传送前述衬底。当传送衬底时，使用这种结构能够至少在两个方向移动衬底。
优选在前述的发明中所提供的薄片制造设备能够分别独立控制前述第一衬底传送装置和前述第二衬底传送装置，这样通过使得第一衬底传送装置在垂直方向上传送衬底和第二衬底传送装置在水平方向上传送衬底，能够分别设定衬底的水平行进速度和垂直行进速度。换言之，能够在包括由第一衬底传送装置和第二衬底传送装置所限定的两个方向的平面内自由设定衬底的轨道。因此，能够优化衬底(和在衬底上生长的薄片)和熔料之间的关系使得能够提高薄片的质量，改善薄片的形状并且提供薄片的大规模生产率。
优选在前述的发明中，前述衬底传送机构进一步包括相对于前述熔料水平面倾斜前述衬底表面的衬底倾斜装置。另外优选相对于前述第一衬底传送装置和前述第二衬底传送装置能够独立控制前述衬底倾斜装置。因此能够控制衬底表面和熔料表面之间的关系(角度)从而能够在衬底离开熔料时优化衬底相对于熔料表面的倾斜角。
优选在前述的发明中，前述衬底传送机构进一步包括衬底连接/脱离装置，用来将前述衬底连接到前述衬底传送机构上和将前述衬底从前述衬底传送机构上脱离下来。优选能够相对于前述第一衬底传送装置、前述第二衬底传送装置和前述衬底倾斜装置能够独立控制前述衬底连接/脱离装置。
使用这种结构能够连续使用衬底传送机构，只需更换衬底，无须更换整个衬底传送机构，并且当衬底的耐用性是有限时能够避免增加劳动力、时间和成本。
另外，能够在不在熔料容纳装置上方的位置将前述衬底连接到前述衬底传送机构上和将前述衬底从前述衬底传送机构上脱离下来，这样能够避免不好的热影响，如前述衬底连接/脱离机构的热断裂或热膨胀所引起的精度损失的可能性。
当使用前述发明只生产较少数量的薄片时，通常可以使用恒定的衬底操作轨道，这样通过确定所要得到的薄片的最佳轨道并且重复相同的在两个方向上的运动形式和相同的倾斜形式能够实现目的。
但是，在考虑大规模连续生产薄片等时，长期运行是有必要的。这时，在考虑了一些因素随时间的变化后能够很容易地将衬底的移动形式和倾斜形式设定为最佳形式，上述的因素包括熔料的量(熔料等高度的绝对位置)和设备内的大气，通过象上面所描述的那样独立控制在两个方向上的移动能够设定当前适当的移动形式，同时使得设备还能够独立控制衬底表面的倾斜角，并且进一步使得设备能够响应衬底随时间的变化而独立控制运动衬底的连接/脱离以及衬底的倾斜角。
优选在前述的发明中，薄片制造设备包括固定前述熔料的熔料容纳装置，并且进一步包括位于前述熔料容纳装置和前述衬底传送机构之间的隔热装置。因此能够抑制从熔料容纳装置传递到衬底传送机构的热量。
优选在前述的发明中，前述衬底传送机构包括将前述衬底浸入前述熔料中的浸入控制装置，熔料的材料至少包括一种金属材料或者半导体材料，并且薄片生长控制装置将浸入的前述衬底从前述熔料中取出，从而在前述衬底的表面上生长了前述材料的薄片。优选为了在所述的衬底表面生长薄片，在所述的衬底浸入所述的熔料后和衬底从所述的熔料取出前，所述的浸入控制装置分别独立控制所述的第一衬底传送装置和所述的第二衬底传送装置。
因此，通过使得第一衬底传送装置能够在垂直方向上运送衬底和使得第二衬底传送装置能够在水平方向上传送衬底，能够分别设定衬底的水平行进速度和垂直行进速度。换言之，能够在包括由第一衬底传送装置和第二衬底传送装置所限定的两个方向的平面内自由设定衬底的轨道。因此，能够优化衬底(和在衬底上生长的薄片)和熔料之间的关系使得能够提高薄片的质量，改善薄片的形状并且提高薄片的大规模生产率。
在衬底浸入熔料前，可以直线移动衬底。这样能够想象传送时间减少了，从而操作时间减少并且花费减少。与之类似，在衬底脱离熔料后，可以不独立控制两个方向，但是在衬底开始浸入熔料和从熔料中取出衬底的这段时间内优选在两个方向独立控制衬底。
优选在前述发明中，在前述衬底浸入熔料后和衬底离开熔料前，前述浸入控制装置独立于前述第一衬底传送装置和前述第二衬底传送装置来控制前述衬底倾斜装置。
具体地说，至少在衬底浸入熔料后和衬底离开熔料前必须独立控制和倾斜衬底。例如，在衬底浸入熔料前衬底的角度可以是固定的。可以想象这时衬底移动的稳定性能够提高。同样，在衬底离开熔料后可以不独立控制衬底的倾斜角。因此，从衬底浸入熔料这一时刻开始到衬底离开熔料这一时刻止必须独立控制衬底的倾斜角。
因此能够控制衬底表面和熔料表面之间的关系(角度)，从而当从熔料中取出衬底时能够优化衬底相对于熔料表面的倾斜角。
优选在前述的发明中，前述衬底连接/脱离机构包括在浸入前述衬底前将前述衬底连接到前述衬底传送机构上的步骤，在浸入前述衬底后从前述衬底传送机构脱离在其表面生长了薄片的前述衬底步骤。
因此，通过每次在浸入前连接衬底，浸入后使衬底和薄片一起脱离，和将其从系统送出，能够执行在设备外将薄片与衬底脱离的步骤并恢复衬底表面，这样就实现了薄片的大规模生产。
优选在前述发明中，薄片制造设备包括这样一个步骤，即在浸入前述衬底后，在保持前述衬底连接在前述衬底传送机构上的同时，将衬底表面上生长的薄片从前述衬底上脱离下来的步骤。这样能够实现薄片的大规模生产。
优选在前述发明中，前述熔料是包括硅的材料。
根据本发明的薄片制造方法是这样一种薄片制造方法，用衬底传送机构固定衬底，将前述衬底浸入熔料，从而在前述衬底表面上形成薄片，并且包括这样一个步骤，它独立控制第一衬底传送装置以在一个方向上传送前述衬底从而将前述衬底浸入前述熔料并且从前述熔料中取出前述衬底，还独立控制第二衬底传送装置，在前述衬底浸入前述熔料后和衬底从熔料中取出前，能够在与前述第一方向不同的第二方向实现对前述衬底的传送。使用这个步骤从而在传送衬底时至少能够在两个方向上移动衬底。
优选在前述发明中，前述第一衬底传送步骤包括这样一个步骤，在倾斜前述衬底并且用前述衬底压前述熔料的表面的同时将前述衬底从前述熔料中取出。使用这个步骤使得当取出衬底时熔料在与衬底表面撞击的方向上均匀地前进。因此，熔料均匀地给衬底施加压力，从而熔料几乎不保持在衬底表面上并且能够减少形成在薄片上的突起数目。
优选在前述发明中，薄片制造方法包括一系列步骤，在浸入前述衬底前将前述衬底连接到前述衬底传送机构上，在浸入前述衬底后将其表面上生长了薄片的前述衬底与前述衬底传送机构脱离。使用这个步骤从而通过每次在浸入前连接衬底，浸入后使衬底和薄片一起脱离，和将其从系统送出，能够执行在设备外将薄片与衬底脱离的步骤并恢复衬底表面，这样就实现了薄片的大规模生产。
优选在前述发明中，薄片制造方法包括这样一个步骤，即在浸入前述衬底后，在保持前述衬底连接在前述衬底传送机构上的同时，将前述衬底表面上生长的薄片从前述衬底上脱离下来的步骤。使用这个步骤能够实现薄片的大规模生产。
优选在前述发明中，前述熔料是包括硅的材料。
优选根据本发明利用前述薄片制造设备和薄片制造方法制造的薄片来制备太阳能电池。在用前述薄片制造设备和薄片制造方法制造的薄片来制备的太阳能电池中，能够在制造步骤中实现产率的增加(效率百分比的增加)和太阳能电池转换效率的增加。
因此，根据本发明另一个方面的薄片制造设备是这样一种薄片制造设备，它将由衬底传送机构固定的衬底浸入熔料，这样在前述衬底的表面上形成薄片，并且前述的衬底传送机构包括固定前述衬底的衬底固定装置，通过控制前述衬底固定装置水平移动位置来控制前述衬底表面相对于前述熔料水平面水平移动位置的水平移动位置控制装置，通过控制前述衬底固定装置垂直移动位置来控制前述衬底表面相对于前述熔料水平面垂直移动位置的垂直移动位置控制装置，和通过控制前述衬底固定装置倾斜角来相对于前述熔料水平面倾斜前述衬底表面的衬底倾斜装置。
另外，前述的水平移动位置控制装置具有在水平方向上延伸的水平导轨和能够沿前述水平导轨移动的水平移动单元，前述的垂直移动位置控制装置具有被支撑在前述水平移动单元中能够在垂直方向上滑动的垂直导轴，从而前述衬底固定装置连接其下端并且沿着前述水平导轨设置的垂直导轨引导前述垂直导轴上端的移动位置，并且前述衬底倾斜装置具有支撑在前述水平移动单元中能够在垂直方向上滑动的倾斜导轴，从而前述衬底固定装置与它的下端连接并且沿着前述水平导轨设置的倾斜导轨引导前述倾斜导轴的上端。
使用这种结构能够通过沿着水平导轨移动水平移动单元而不使用专用的驱动器在水平方向上移动垂直导轴和倾斜导轴。垂直导轴和倾斜导轴上端的移动方向分别用垂直导轨和倾斜导轨引导，因此能够以从动的方式确定垂直导轴和倾斜导轴的位置。因此，衬底传送机构能够使用这样一种结构，它只给水平移动位置控制装置提供驱动器，而不必分别给水平移动位置控制装置、垂直移动位置控制装置和衬底倾斜装置提供驱动器，因此能够简化衬底传送机构的结构。
根据本发明另一个方面的薄片制造设备是这样一种薄片制造设备，它将由衬底传送机构固定的衬底浸入熔料，这样在前述衬底的表面上形成薄片，并且前述的衬底传送机构包括固定前述衬底的衬底固定装置，通过控制前述衬底固定装置水平移动位置来控制前述衬底表面相对于前述熔料水平面水平移动位置的水平移动位置控制装置，通过控制前述衬底固定装置垂直移动位置来控制前述衬底表面相对于前述熔料水平面垂直移动位置的垂直移动位置控制装置，和通过控制前述衬底固定装置倾斜角来相对于前述熔料水平面倾斜前述衬底表面的衬底倾斜装置。
另外，前述的水平移动位置控制装置具有在水平方向上延伸的水平/垂直导轨和能够沿前述水平/垂直导轨移动的水平移动单元，前述的垂直移动位置控制装置具有垂直导轴，它的上端与前述水平移动单元连接在一起，它的下端与前述衬底固定装置连接在一起，并且前述衬底倾斜装置具有被支撑的、在垂直方向上能够滑动的倾斜导轴，从而前述衬底固定装置与它的下端连接在一起，和沿前述水平/垂直导轨设置的倾斜导轨，用来引导前述垂直轴的上端。
使用这种结构能够通过沿着水平/垂直导轨移动水平移动单元而不使用专用的驱动器在水平方向上移动垂直导轴和倾斜导轴。另外，垂直导轴的上端与水平移动单元连接在一起，因此能够通过控制水平/垂直导轨的轨道以从动的方式确定垂直导轴的位置。另外，倾斜导轨引导倾斜导轴上端的移动方向，因此能够以从动的方式确定倾斜导轴的位置。
因此，衬底传送机构能够使用这样一种结构，它只给水平移动位置控制装置提供驱动器，而不必分别给水平移动位置控制装置、垂直移动位置控制装置和衬底倾斜装置提供驱动器，因此能够简化衬底传送机构的结构。
根据本发明另一个方面的薄片制造设备是这样一种薄片制造设备，它将由衬底传送机构固定的衬底浸入熔料，这样在前述衬底的表面上形成薄片，并且前述的衬底传送机构包括固定前述衬底的衬底固定装置，通过控制前述衬底固定装置水平移动位置来控制前述衬底表面相对于前述熔料水平面水平移动位置的水平移动位置控制装置，通过控制前述衬底固定装置垂直移动位置来控制前述衬底表面相对于前述熔料水平面垂直移动位置的垂直移动位置控制装置，和通过控制前述衬底固定装置倾斜角来相对于前述熔料水平面倾斜前述衬底表面的衬底倾斜装置。
另外，前述的水平移动位置控制装置具有在水平方向上延伸的水平/垂直/倾斜导轨和能够沿前述水平轨道移动的水平移动单元，前述的垂直移动位置控制装置具有垂直导轴，它的上端与前述水平移动单元连接在一起，它的下端与前述衬底固定装置连接在一起，并且前述衬底倾斜装置具有倾斜导轴，它的上端与前述水平移动单元连接在一起，它的下端与前述衬底固定装置连接在一起。
使用这种结构能够通过沿着水平/垂直/倾斜导轨移动水平移动单元而不使用专用的驱动器在水平方向上移动垂直导轴和倾斜导轴。另外，垂直导轴和倾斜导轴的上端分别与水平移动单元连接在一起，因此能够通过控制水平/垂直/倾斜导轨的轨道以从动的方式确定垂直导轴和倾斜导轴的位置。
因此，衬底传送机构能够使用这样一种结构，它只给水平移动位置控制装置提供驱动器，而不必分别给水平移动位置控制装置、垂直移动位置控制装置和衬底倾斜装置提供驱动器，因此能够简化衬底传送机构的结构。
根据本发明另一个方面的薄片制造设备是这样一种薄片制造设备，它将由衬底传送机构固定的衬底浸入熔料，这样在前述衬底的表面上形成薄片，并且前述的衬底传送机构包括固定前述衬底的衬底固定装置，通过控制前述衬底固定装置水平移动位置来控制前述衬底表面相对于前述熔料水平面水平移动位置的水平移动位置控制装置，通过控制前述衬底固定装置垂直移动位置来控制前述衬底表面相对于前述熔料水平面垂直移动位置的垂直移动位置控制装置，和通过控制前述衬底固定装置倾斜角来相对于前述熔料水平面倾斜前述衬底表面的衬底倾斜装置。
另外，前述的水平移动位置控制装置具有在水平方向上延伸的水平导轨和能够沿前述水平导轨移动的水平移动单元，前述的垂直移动位置控制装置具有被支撑在前述水平移动单元中能够在垂直方向上滑动的垂直导轴，从而前述衬底固定装置与它的下端连接，和沿前述水平导轨设置的垂直/倾斜导轨，用来引导前述垂直导轴上端的移动位置，并且前述衬底倾斜装置具有支撑在前述水平移动单元中能够在垂直方向上滑动的倾斜导轴，从而前述衬底固定装置连接到它的下端并且前述垂直/倾斜导轨引导它上端的移动位置。
使用这种结构能够通过沿着水平导轨移动水平移动单元而不使用专用的驱动器在水平方向上移动垂直导轴和倾斜导轴。另外，垂直导轴和倾斜导轴上端的移动方向分别用垂直/倾斜导轨引导，因此能够以从动的方式确定垂直导轴和倾斜导轴的位置。因此，衬底传送机构能够使用这样一种结构，它只给水平移动位置控制装置提供驱动器，而不必分别给水平移动位置控制装置、垂直移动位置控制装置和衬底倾斜装置提供驱动器，因此能够简化衬底传送机构的结构。
优选在前述的发明中，薄片制造设备进一步包括衬底温度控制装置，在前述衬底浸入前述熔料前它控制前述衬底表面的温度。使用这个结构能够在衬底表面上形成薄片时优化衬底表面的温度。
附图的简要说明
图1是示出根据第一个实施例的薄片制造设备整体结构的示意图。
图2是衬底传送机构1的放大视图。
图3部分示出了根据第一个实施例的薄片制造设备的控制框图。
图4是示出了从衬底2上分离生长的硅多晶薄片3的方法的示意图。
图5是示出生长硅多晶薄片3的衬底2的轨道步骤的示意图。
图6是示出根据第二个实施例的薄片制造设备整体结构的示意图。
图7是示出根据第三个实施例的薄片制造设备整体结构的示意图。
图8示出了根据第一到第四个实施例和背景技术用硅多晶薄片3准备的太阳能电池试件的积液高度、太阳能电池试件产率和太阳能电池转换效率。
图9是一个示意图，它示出了在第六个实施例中生长硅多晶薄片3的衬底2的轨道步骤中的第四和第五个步骤。
图10示出了根据第六个实施例用硅多晶薄片3准备的太阳能电池试件的突起数目、太阳能电池试件产率和太阳能电池转换效率。
图11示出了根据第八个实施例的薄片制造设备整体结构的示意图。
图12是第八个实施例中衬底传送机构1的放大视图。
图13示出了第八个实施例中衬底传送机构1的轨道。
图14示出了根据第九个实施例的薄片制造设备整体结构的示意图。
图15示出了第九个实施例中衬底传送机构1的轨道。
图16示出了根据第十个实施例的薄片制造设备整体结构的示意图。
图17示出了第十个实施例中衬底传送机构1的供应轨道。
图18示出了第十个实施例中衬底传送机构1的返回轨道。
图19示出了根据第十一个实施例的薄片制造设备整体结构的示意图。
图20示出了第十一个实施例中衬底传送机构1的轨道。
图21示意性地示出了在背景技术中披露的“晶片制造设备”的结构。
实施本发明的最佳模式图21示出了作为本发明背景技术的“晶片制造设备”。在这种“晶片制造设备”的结构中，多边形转动体12引导多个衬底14转动地从一侧浸入熔料6，然后从熔料6的另一侧出来并且从系统中排出。衬底连接器15以悬臂形式将衬底14彼此连接在一起。由一个未示出的转动驱动机构控制转轴13的转动使得它具有预定的转动频率，从而衬底14一个接一个地浸入熔料6，然后被排出。熔料6被容纳在包括一个加热器4的熔炉5内。
根据包括这种结构的“晶片制造设备”，能够通过浸入由多边形转动体12引导的平衬底14来结晶/生长晶片，晶片由平坦展开的薄平片组成，这些薄平片在衬底14上不弯曲。另外，通过连续转动多边形转动体12能够从衬底14中连续取出晶片。
但是在上述背景技术中的“晶片制造设备和晶片制造方法”中，转动限制了衬底14的运动。因此，很难控制在衬底14上生长薄片的生长条件。
例如，不能分别设定衬底14的水平行进速度和垂直行进速度。因此不能任意设定衬底14浸入熔料6的浸入角度。另外，不能任意设定衬底14经过熔料6的行进途径。特别是不能任意设定衬底14离开熔料6的离开角度。
因此不能任意设定在衬底14上生长薄片的条件，也不能在衬底14离开熔料6时任意设定薄片和熔料6之间关系的控制条件，由此很难优化薄片的形状。特别是当薄片从熔料6离开时很难控制在薄片上缓慢爬起的弯月面，这样在薄片的端部上会形成不利的积液区，它会损坏薄片的形状。
另外，在衬底14浸入熔料6或衬底14离开熔料6之前或之后不能任意设定衬底14的运动。这样就不能任意设定从衬底14分开/取出薄片的位置或连接/分离衬底14的位置，但是不可避免地要在熔料6上面的位置执行这些操作。因此由于来自熔料6、熔炉5或加热器4的辐射或传热，执行所述操作的机械机构部件很容易受到热的影响，这样很难设计这部分机构部件并且很难提高大规模生产率。
因此尽管上述背景技术中的“晶片制造设备和晶片制造方法”能够得到薄平片，但是由于衬底14的转动，它也具有下述问题，即很难优化薄片的形状并且很难提高大规模生产率。
现在参考附图描述能够解决上述问题的、根据本发明各个实施例的薄片制造设备和薄片制造方法。
(第一个实施例)首先参考图1和图2描述根据这个实施例的薄片制造设备和薄片制造方法。图1是示出根据这个实施例的薄片制造设备整体结构的示意图，图2是下面描述的衬底传送机构1的放大视图。
(薄片制造设备1000的整体结构)参考图1描述根据这个实施例的薄片制造设备1000的整体结构。这种薄片制造设备1000的结构使得衬底能够在水平方向104和垂直方向105这两个方向上移动。这种薄片制造设备1000包括衬底传送机构1，所提供的衬底传送机构1能够沿着水平移动轴8在水平方向104上移动。水平移动轴8具有直线轨道，并且使用设在衬底传送机构1中单103(参考后面描述的图2)中的水平移动马达使得衬底传送机构1和固定在衬底传送机构1上的衬底2能够在水平方向104上自由移动。
水平移动轴8能够沿着垂直移动轴9移动。水平移动轴8和垂直移动马达7连接在一起。通过使用带齿的直线轨道形成垂直移动轴9，并且操作垂直移动马达7能够在垂直方向105上自由移动与垂直移动马达7连接在一起的水平移动轴8、设在水平移动轴8上的衬底传送机构1和衬底传送机构1固定的衬底2。因此，衬底2能够自由地在由水平移动轴8和垂直移动轴9所限定的平面内移动。为了实现移动，可以使用滚珠螺杆等机构同时操作水平移动轴8和垂直移动轴9或者它们中的一个。
容纳熔料6的熔炉5和加热熔料6的加热机构4放置在水平移动轴8的下面。为了使衬底固定件101(后面描述)和单元103(后面描述)与熔料6热绝缘，在熔料6上面放置了隔热机构10。隔热机构10可以使用具有热绝缘性质的设备或元件，如水冷金属板或耐热绝缘板。因此能够避免由于衬底固定件101(后面描述)和单元103(后面描述)的热效应所引起的机构的热断裂，或由于热膨胀导致水平移动轴8的直线性损坏所造成的精度损失。
(衬底传送机构1的详细结构)现在参考图2描述衬底传送机构1的详细结构。根据这个实施例，两个衬底倾斜轴102连接到单元103上，单元103包括衬底传送机构1中的一个水平移动马达和一个倾斜马达。两个倾斜轴102分别在垂直方向上独立地移动(在图2中箭头示出的方向106上)，从而和它们的下部连接的衬底固定件101能够倾斜。
这个实施例提供了具有凸凹形状的相互配合机构作为衬底2和衬底固定件101的连接/分离机构。也可以选择其它已知的连接/分离机构。为了将衬底2连接到衬底固定件102上或者将衬底2从衬底固定件102上分离下来，将连接/分离机构(未示出)设定在与加热机构4分开的位置。
希望用碳、SiC或高熔点金属来制造衬底2，或者选择一种材料并且在这种材料表面涂覆一种其它物质来制造衬底2，从而使得这种材料具有优异的耐热性能并且不会污染长成的薄片3。在这个实施例中使用了碳衬底。另外，衬底2用来生长薄片3的表面是平的。但是，这个平面不必非常光滑，而且表面可以具有特殊的形状。
另外，根据温度等条件，从熔料6结晶/生长的薄片3可以表现为单晶态、多晶态、无定形态，或者是物质的一种晶态，它以混合的形式既表现出晶态也表现出无定形态。
能够使用诸如硅、锗、镓、砷、铟、磷、硼、锑、锌、锡等半导体材料或铝、镍或铁等金属材料来作为熔料6。
(对薄片制造设备1000和薄片制造方法的控制)为了操作衬底传送机构1，如图3所示，PC 200将不同的操作模式传递给水平移动马达201、垂直移动马达7和倾斜马达202以分别独立控制水平移动马达201、垂直移动马达7和倾斜马达202。水平移动马达201、垂直移动马达7和倾斜马达202的操作模式随着时间和温度等参数自动或手动转换。因此通过分别独立控制水平移动马达201、垂直移动马达7和倾斜马达202能够控制衬底2的轨道以实现目标。另外，能够有选择地进行控制从而只进行水平移动(没有垂直移动或倾斜)，如就在将衬底2浸入熔料6之前的水平移动和紧随将衬底2浸入熔料6后的水平移动。
现在描述对薄片制造设备1000和薄片制造方法的控制，在描述中参考使用硅熔料作为熔料6并且利用这种硅熔料6制造硅多晶薄片3的情况。参考图1，在与硅熔料6的分开的位置上将衬底2连接到衬底传送机构1上。然后驱动水平移动马达201用衬底传送机构1将衬底2传送到硅熔料6的正上方，并且分别独立驱动水平移动马达201和垂直移动马达7从而给衬底2提供任意的轨道使得衬底2浸入硅熔料6中。随后将衬底2从硅熔料6中取出，这样就在衬底2上生长硅多晶薄片3。当衬底2浸入硅熔料6和从硅熔料6中取出时，分别独立控制水平移动马达201、垂直移动马达7和倾斜马达202给衬底2提供预定的倾斜角。
随后利用水平移动马达201和垂直移动马达7将其上生长有硅多晶薄片3的衬底2传送到与硅熔料6分开的位置。之后将衬底2从衬底传送机构1上取下，这样就从衬底2得到生长了的硅多晶薄片3。
为了在将生长了的硅多晶薄片3从衬底2上取下时不必将衬底2与衬底传送机构1分离，如图4所示，衬底传送机构1将衬底2传送到具有多个抽吸口16a的台架16上，在这里通过抽吸口16a真空抽吸硅多晶薄片3。随后设在台架16上的臂16b将吸住/固定住硅多晶薄片3的台架16移动到薄片贮藏位置或者外部排出机构以将硅多晶薄片3与台架16分开。随着衬底传送机构1的移动及时执行分离硅多晶薄片3的这一系列操作。
(衬底2的轨道步骤)下面参考图5描述这个实施例中生长硅多晶薄片3的衬底2的特定轨道步骤。
第一步控制水平移动马达201和垂直移动马达7将衬底2移动到在硅熔料6水平面正上方10mm的位置。这时，水平设置衬底2的倾斜角(相对于水平平面的角度)。
第二步在衬底2的前端开始浸入硅熔料6中后并且在衬底2的浸入没有超过硅熔料6水平面20mm之前，控制水平移动马达201和垂直移动马达7来控制水平行进速度和垂直行进速度恒定(分别为100mm/秒和50mm/秒)。并且继续保持衬底2的倾斜角为水平(常数)。
第三步控制水平移动马达201和垂直移动马达7使得当衬底2浸入硅熔料6的水平面20mm时，水平行进速度到达500mm/秒、垂直行进速度为0mm/秒，以这些参数水平移动衬底210mm。
第四步然后控制倾斜马达202使得衬底2的行进方向向上并且衬底的倾斜角达到10°。控制水平移动马达201和垂直移动马达7使得水平行进速度和垂直行进速度恒定(分别为100mm/秒、和10mm/秒)，这样将衬底2从硅熔料6中取出。
第五步控制倾斜马达202使得当衬底2的端部脱离时衬底2的倾斜角达到45°。随后控制垂直移动马达7在垂直向上方向上以100mm/秒的速度移动衬底230mm。
第六步然后控制倾斜马达202使得衬底2返回到水平状态，并且控制水平移动马达201将衬底2传送到取出位置。
衬底2的尺寸是100mm见方，并且衬底2浸入硅熔料6中的时间大约为4秒。将衬底2连接到衬底传送机构1上的时间是5秒，从连接位置将衬底2移动到浸入位置的时间是3秒，浸入时间是4秒，将衬底2移动到取出位置的时间是3秒，使衬底2与衬底传送机构1脱离的时间大约是5秒，将衬底传送机构1从取出位置返回到连接位置的时间是9秒。这样这一系列步骤所需要的时间大约是29秒(5秒+3秒+4秒+3秒+5秒+9秒)。但是，能够缩短返回时间，这需要使用一个精确设定衬底连接位置和衬底脱离位置的设备，或者在加热机构4的两侧提供一个连接机构和一个脱离机构，这样这一系列步骤所需要的时间就减少到大约20秒。
(功能/效果)
如上所述，利用根据这个实施例的薄片制造设备和薄片制造方法所制造的硅多晶薄片3，能够将使用传统方法时形成在硅多晶薄片3端部高度大约4mm的浸渍减少到大约1mm。这是由于当衬底2从硅熔料6中取出时衬底2和硅熔料6之间的角度增加了，从而硅熔料6很容易流下并且减少了浸渍量。
因此，如上所述，通过分别独立控制水平移动马达201、垂直移动马达7和倾斜马达202，能够在水平移动轴8和垂直移动轴9所限定的平面上自由设定衬底2的轨道。另外，通过使用倾斜马达202控制两个衬底倾斜轴102能够控制衬底2表面和硅熔料6水平面之间的关系(角度)，从而能够独立控制衬底2的倾斜角，这样在衬底2离开硅熔料6时能够最优化衬底2相对于硅熔料6表面的倾斜角。
因此通过这样最优化衬底2(和在衬底2上生长了的硅多晶薄片3)和硅熔料6之间的关系，能够实现对硅多晶薄片3质量的改进，实现对硅多晶薄片3形状的改进和提高硅多晶薄片3的大规模生产率。
另外，衬底传送机构1使用了能够将衬底2连接到衬底传送机构1和使衬底2与衬底传送机构1脱离的结构，这样能够连续使用衬底传送机构1，同时如果衬底2的耐用性是有限的话，只需要更换衬底2，而不需要更换整个衬底传送机构1，这样就不会增加所需的劳动力、时间和成本。
另外，能够不在熔炉5的上方将衬底2连接到衬底传送机构1和使衬底2与衬底传送机构1脱离，这样能够避免一些不好的热影响，如由于从熔炉5到衬底连接/脱离机构1的传热所导致的衬底连接/脱离机构1的热断裂或者由于热膨胀引起的精度损失。
在考虑连续生产硅多晶薄片3的大规模生产时，通过随着衬底2的老化和对衬底2的连接和脱离使得设备能够独立控制移动过程中的连接/脱离以及衬底2的倾斜角，能够很容易地将衬底2的移动模式和倾斜模式设定为最佳模式，这时要考虑到一些因素和时间之间的关系，如硅熔料6的量(熔料等高度的绝对位置)随时间的变化和设备中大气随时间的变化。
(第二个实施例)现在参考图6描述根据这个实施例的薄片制造设备和薄片制造方法。图6是示出根据这个实施例的薄片制造设备2000的整体结构的示意图。
根据这个实施例的薄片制造设备2000的基本结构与根据第一个实施例的薄片制造设备1000的基本结构一样。薄片制造设备2000与薄片制造设备1000的区别在于它只从衬底2上分离并获得薄片3而不将衬底2连接到衬底传送机构1上和不将衬底2与衬底传送机构1分离。因此，薄片制造设备2000的结构基本与前述薄片制造设备1000的结构一样，所以用同样的参考标号表示图6中相同的部分，并且不对薄片制造设备2000进行重复的描述。衬底传送机构1的详细结构也与前述薄片制造设备1000的衬底传送机构1相同，因此也不进行重复描述。
根据这个实施例，通过进行一系列操作来制造薄片3，即将连接到衬底传送机构1上的衬底2传送到熔料6正上方的位置，沿着与第一个实施例类似的任意轨道将衬底2浸入熔料6，将衬底2从熔料6中取出从而在衬底上生长薄片3，将衬底2和薄片3传送到取出位置并且只将薄片3从衬底2上分离下来。
(对薄片制造设备2000和薄片制造方法的控制)对薄片制造设备2000和薄片制造方法的控制基本与对薄片制造设备1000和薄片制造方法的控制相同，这里也用制造硅多晶薄片3为例。衬底2的轨道步骤也和参考图5的步骤类似，但是在下面一点它们是不同的，即只从衬底2上分离并获得薄片3而不将衬底2连接到衬底传送机构1上和不将衬底2与衬底传送机构1分离。
因此不需要连接和分离衬底2的时间，这样浸入时间是大约4秒，将衬底移动到取出位置的移动时间大约是3秒，从衬底2上分离薄片3的时间大约是5秒，从分离位置回到浸入位置的时间是6秒。因此执行这一系列步骤所需要的时间大约是18秒(4秒+3秒+5秒+6秒)。
(功能/效果)如上所述，根据这个实施例的薄片制造设备和薄片制造方法，可以实现与第一个实施例类似的功能/效果。另外，由于只从衬底2上分离并获得薄片3而不将衬底2连接到衬底传送机构1上和将衬底2与衬底传送机构1分离，不需要连接和分离衬底2的时间，所以能够缩短制造硅多晶薄片3的时间。
(第三个实施例)现在参考图7描述根据这个实施例的薄片制造设备和薄片制造方法。图7是示出根据这个实施例的薄片制造设备3000的整体结构的示意图。根据这个实施例的薄片制造设备3000的结构能够在包括水平方向和垂直方向的三维空间内自由移动衬底2。用同样的参考标号表示与前述薄片制造设备1000相同的部分，并且省略了重复的描述。这里使用了与参考第一个实施例描述的、示于图2的机构类似的机构作为倾斜机构，它设在自由臂型衬底传送机构11的前端上，用来倾斜衬底2，因此也不进行重复的描述。
这个实施例中的衬底传送机构11具有一个伸缩臂112，它具有伸缩机构，使用这个伸缩臂112能够以高速在很宽的范围内进行针对衬底2的水平移动。通过结合在伸缩臂112支撑侧的臂操作机构(未示出)，能够在三维空间中自由移动伸缩臂112。
使用设在伸缩臂112中间位置的联轴节和衬底倾斜马达111与伸缩臂112之间的联轴节，能够执行对衬底2的倾斜以及精细垂直和水平操作，其中衬底倾斜马达111设在伸缩臂112的前端。另外，与第一个实施例类似，通过对衬底倾斜轴的操作能够调节衬底的倾斜角。
与第一个实施例类似，为了防止向衬底固定件101和衬底倾斜马达111的传热，在加热机构4、熔炉5和熔料6的上方优选设有隔热机构10。与第一个实施例类似，可以使用水冷金属板或耐热绝缘板作为隔热机构10。因此能够避免对衬底固定件101、衬底倾斜马达111和伸缩臂112的热效应所引起的机构热断裂，或者由于热膨胀导致水平移动轴8的直线性损坏所造成的精度损失。
优选在伸缩臂112底部附近设定将衬底2连接到衬底传送机构11上和将衬底2从衬底传送机构11上分离下来的位置，同时尽量避免增加伸缩臂112的长度。因此在这个实施例中，在伸缩臂112底部设有将衬底2连接到衬底传送机构11上和将衬底2从衬底传送机构11上分离下来的机构。
(对薄片制造设备3000和薄片制造方法的控制)对薄片制造设备3000和薄片制造方法的控制基本与对薄片制造设备1000和薄片制造方法的控制相同，这里也用制造硅多晶薄片3为例。衬底2的轨道步骤也和参考图5的步骤类似。
在这个实施例中，连接衬底2的时间大约是5秒，将衬底2从连接/分离位置移动到将衬底2浸入硅熔料6的位置的时间是3秒，浸入时间是4秒，将衬底2返回到连接/分离位置的返回时间是6秒，分离衬底2的时间大约是5秒。因此执行这一系列步骤所需要的时间大约是23秒(5秒+3秒+4秒+6秒+5秒)。
(功能/效果)如上所述，根据这个实施例的薄片制造设备和薄片制造方法，可以实现与第一个实施例类似的功能/效果。
(第四个实施例)现在描述根据这个实施例的薄片制造设备和薄片制造方法。根据这个实施例的薄片制造设备的基本结构与根据第三个实施例示于图7的薄片制造设备3000的基本结构一样。与第三个实施例的区别在于只从衬底2上分离并获得薄片3而不将衬底2连接到衬底传送机构1上和不将衬底2与衬底传送机构1分离。
根据这个实施例，通过进行一系列操作来制造薄片3，即将连接到衬底传送机构1上的衬底2传送到熔料6正上方的位置，沿着与第一个实施例类似的任意轨道将衬底2浸入熔料6，将衬底2从熔料6中取出从而在衬底上生长薄片3，将衬底2和薄片3传送到取出位置并且只将薄片3从衬底2上分离下来。
(对薄片制造设备和薄片制造方法的控制)对薄片制造设备和薄片制造方法的控制基本与对薄片制造设备3000和薄片制造方法的控制相同，这里也用制造硅多晶薄片3为例。衬底2的轨道步骤也和参考图5的步骤类似，但是在下面一点它们是不同的，即只从衬底2上分离并获得薄片3而不将衬底2连接到衬底传送机构1上和不将衬底2与衬底传送机构1分离。
因此不需要连接和分离衬底2的时间，这样将衬底2从连接/分离位置移动到衬底2的浸入位置大约3秒，衬底2的浸入时间是大约4秒，将衬底2返回到连接/分离位置的时间大约是6秒，从衬底2上分离硅多晶薄片3的时间大约是5秒。因此执行这一系列步骤所需要的时间大约是18秒(3秒+4秒+6秒+5秒)。
(功能/效果)如上所述，根据这个实施例的薄片制造设备和薄片制造方法，可以实现与第三个实施例类似的功能/效果。另外，由于只从衬底2上分离并获得硅多晶薄片3而不将衬底2连接到衬底传送机构1上和将衬底2与衬底传送机构1分离，不需要连接和分离衬底2的时间，所以能够缩短制造硅多晶薄片3的时间。
(第五个实施例)太阳能电池以硅薄片为试件，而硅薄片则根据上面第一到第四个实施例所描述的薄片制造设备和薄片制造方法以及在图11的背景技术中示出的薄片制造设备和薄片制造方法来准备。
在硅薄片上所执行的试件过程是第一过程清洁，第二过程纹理蚀刻，第三过程P扩散，第四过程背蚀刻，第五过程抗反射涂层，第六过程形成背电极，第七过程形成前电极，和第八过程提供导线。
在图11的背景技术中的薄片制造设备中，利用碳衬底形成衬底14。衬底14用来生长硅多晶薄片3的表面是平的。作为一个制造过程，将衬底设定为100mm见方，设计多边形转动体12使得多边形转动体12的表面到衬底14之间的距离(衬底中心的回转半径)是400mm。
至于浸入衬底14的条件，为了使得条件接近上面每个实施例所描述的浸入深度(20mm)和浸入时间(4秒)，最大浸入深度设定为20mm，浸入时间设定为4秒。连续引导衬底14，因此一系列步骤所需要的时间是4秒，这基本与浸入时间类似。在准备好的硅多晶薄片3中，当衬底14从熔料中脱离时，在它端部形成的积液高度大约是4mm。这是由于没有提供能够在衬底14脱离时控制衬底14倾斜角的装置，衬底表面和熔料表面之间的角度通常较低，液体很难流下，这样就增加了积液量。
尽管能够通过设定浸入深度和转动频率来控制薄片生长条件以及衬底和熔料之间的关系，但是不能任意控制衬底的浸入运动，从而在衬底上有积液区。
图8示出了各个实施例中的积液高度、太阳能电池的产率和太阳能电池的转换效率。在第一到第四个实施例中的硅多晶薄片3中，由于积液的高度较小，只有1mm，能够在形成电极时实现均匀印刷。但是，在根据背景技术准备的硅多晶薄片3上，由于积液的影响，网屏会被破坏，并且电极不能印刷在正确的地方或被中断。当根据背景技术以硅多晶薄片3作为太阳能电池的试件时，由于网屏的破裂和电极的中断，效率百分比(太阳能电池产率)只能在较低的78％的水平。另一方面，在根据降低积液区的实施例的硅多晶薄片3中，能够将产率提高到92％。另外，由于电极不能印刷到正确位置的影响，当采用根据背景技术的硅多晶薄片3作为太阳能电池的试件时，太阳能电池的转换效率较低，为11％，但是，当采用根据降低积液区的实施例的硅多晶薄片3时，能够将效率提高到13％。
(第六个实施例)现在参考图9描述根据这个实施例的薄片制造设备和薄片制造方法。图9是示出在使用根据这个实施例的薄片制造设备时衬底2的轨道步骤的示意图。
根据这个实施例的薄片制造设备的结构与根据第一个实施例的薄片制造设备1000的结构一样。与第一个实施例的区别在于从熔料6取出衬底2时的倾斜角。因此，这里只描述这个实施例中衬底2的轨道步骤。
(衬底2的轨道步骤)
首先通过使用与示于图5的衬底2的轨道步骤中第一到第三步相类似的控制将衬底2浸入硅熔料6中。随后使用下列示于图9的轨道步骤。
第四步控制倾斜马达202使得衬底2的行进方向向上并且衬底倾斜角是[θ1°]。控制水平移动马达201和垂直移动马达7使得水平行进速度和垂直行进速度恒定(分别为100mm/秒，10mm/秒)，并且将衬底2从硅熔料6中取出。
第五步控制倾斜马达202使得当衬底2一端脱离时其倾斜角是45°。随后控制垂直移动马达7以100mm/秒的速度在垂直方向上将衬底2向上移动30mm。
第六步与示于图5的衬底2的轨道步骤类似，控制倾斜马达202将衬底2返回到水平状态，并且控制水平移动马达201将衬底2移动到取出位置。参考图9，θ2是5.7°。这里θ2是衬底的运动矢量和熔料表面之间的夹角。衬底2的尺寸为100mm见方，这与第一个实施例类似。
为了比较在硅多晶薄片3的表面上形成的突起数目，以下面三种情况来执行浸入步骤，即前述的衬底倾斜角[θ1°]为1.4°(基本平行)，5.7°(平行于衬底的运动矢量)和10°(与第一个实施例类似)。图10给出了它们的结果。
从图10的结果很容易理解，形成在硅多晶薄片3表面上的突起数目随着衬底倾斜角[θ1°]的减小(趋近平行状态)而增加。根据下述原因很容易理解这种现象。
当θ1＜θ2时，在衬底2脱离硅熔料6时，衬底2在脱离的同时拉动熔料6(新月形位置(熔料和衬底之间的交界)在与衬底行进方向相反的方向上前进)。
当θ1＝θ2时，新月形位置(熔料和衬底之间的交界)保持不变。
当θ1＞θ2时，在衬底2脱离硅熔料6时，衬底2在脱离的同时压熔料6(新月形位置(熔料和衬底之间的交界)沿着衬底行进方向向前前进)。
当θ1＜θ2时，熔料相对于衬底和生长的薄片在与衬底分开的方向上前进，因此熔料不能给衬底提供压力而只是保持在衬底的表面上。因此，能够想象由于表面张力保持在衬底表面上的熔料突起。
另一方面，当θ1＞θ2时，熔料在均匀撞击(冲击)衬底的方向上前进，从而均匀地向衬底施加压力。因此熔料很难保持在衬底表面上，从而能够想象这就减少了突起数目。
(第七个实施例)太阳能电池以硅多晶薄片3为试件，而硅多晶薄片3则根据前述第六个实施例的薄片制造设备和薄片制造方法来准备，在准备时使用了与前述第五个实施例类似的试件过程(第一到第八过程)。图10示出了当在衬底2的轨道步骤中衬底倾斜角[θ1°]为1.4°、5.7°和10°时，太阳能电池的突起数目以及产率和转换效率。
由于当衬底倾斜角[θ1°]是10°时突起数目是0，所以能够在形成电极时实现均匀印刷，当[θ1°]是1.4°时由于突起(形成了20个)的影响一部分电极不能正确印刷或者中断。由于产率的断续，这种太阳能电池的效率百分比(太阳能电池试件产率)只有较低的84％的水平。另一方面，在减少突起的硅多晶薄片3中，能够将产率提高到92％。由于不能正确印刷电极的影响，以根据背景技术的硅多晶薄片3为试件的太阳能电池的转换效率只有较低的水平12％，在减少突起的硅多晶薄片3中，能够将效率提高到13％。
(第八个实施例)现在参考图11到13描述根据这个实施例的薄片制造设备。图11是示出这个实施例的薄片制造设备4000整体结构的示意图，图12是后面描述的衬底传送机构1的放大视图，图13示出了衬底传送机构1的轨道。
(薄片制造设备4000的整体结构)现在参考图11和12描述根据这个实施例的薄片制造设备4000的整体结构。薄片制造设备4000的基本结构与参考前面第一个实施例描述的薄片制造设备1000一样，它们的不同点在于衬底传送机构1的结构。因此用同样的参考标号标记相同或对应的部分，并且不进行重复的描述。
提供衬底温度控制装置60在将衬底2浸入熔料6之前控制衬底2的表面温度(冷却或加热到预定温度)。提供这个衬底温度控制装置60使得能够在衬底2表面形成薄片时能够最优化衬底的表面温度。采用一个空心绕线传热件作为衬底温度控制装置60从而在加热传热件时能够增加衬底2的表面温度，在将冷却介质通过传热件时能够减少衬底2的表面温度。
这个实施例中的衬底传送机构1包括一个固定衬底2的衬底固定件101，通过控制衬底固定件101水平移动位置来控制衬底2表面相对于熔料6水平面的水平移动位置的水平移动位置控制装置，通过控制衬底固定件101垂直移动位置来控制衬底2表面相对于熔料6水平面的垂直移动位置的垂直移动位置控制装置，和通过控制衬底固定件101倾斜角来控制衬底2表面相对于熔料6水平面倾斜的衬底倾斜装置。
水平移动位置控制装置具有在水平方向104上延伸的水平导轨70和能够沿着水平导轨70移动的水平移动单元404。水平移动单元404中具有一个驱动器在水平导轨70上移动水平移动单元。
垂直移动位置控制装置具有一个垂直导轴403，它被支撑在水平移动单元404中并且能够在垂直方向105上滑动，这样衬底固定件101与它的下端连接并且沿着水平导轨70设有垂直导轨80以导引垂直导轴403上端的移动位置。垂直导轴403的下端利用转动部件403a与衬底固定件101可转动地连接在一起，同时在垂直导轴403的上端设有一个被垂直导轨80引导的上端导辊403b。
衬底倾斜装置具有倾斜导轴402，它被支撑在水平移动单元404中并且能够在垂直方向上滑动，这样衬底固定件101与它的下端连接在一起并且沿着水平导轨70设有倾斜导轨90以引导倾斜导轴402的上端。倾斜导轴402的下端利用转动部件402a与衬底固定件101可转动地连接在一起，同时在倾斜导轴402的上端设有一个被倾斜导轨90引导的上端导辊402b。
(衬底传送机构1的轨道)参考图13描述衬底传送机构1中将衬底2浸入熔料6中的轨道。包括上述结构的薄片制造设备4000能够利用沿水平导轨70移动水平移动单元404使得垂直导轴403和倾斜导轴402随着水平移动单元404的移动在水平方向上移动。垂直导轨80和倾斜导轨90分别引导垂直导轴403的上端导辊403b和倾斜导轴402的上端导辊402a的移动方向，这样能够以从动的方式确定垂直导轴403和倾斜导轴402的位置。
至于定位垂直导轴403和倾斜导轴402，对应于衬底固定件101要选择的垂直位置和倾斜角来选择垂直导轨80和倾斜导轨90的轨道。因此，如图13所示，能够给衬底固定件101和衬底2提供最佳轨道。
(功能/效果)根据这个实施例的薄片制造设备4000，如上所述，衬底传送机构1可以采用这样一个结构，它只给形成了水平移动位置控制装置的水平移动单元404提供驱动器，而无须分别给水平移动位置控制装置、垂直移动位置控制装置和衬底倾斜装置提供驱动器，这样能够简化示于前述第一和第二个实施例中的衬底传送机构1的结构。
(第九个实施例)参考图14和15描述根据这个实施例的薄片制造设备。图14是根据这个实施例的薄片制造设备5000的整体结构的示意图，图15示出了衬底传送机构1的轨道。
(薄片制造设备5000的整体结构)参考图14和15描述根据这个实施例的薄片制造设备5000的整体结构。这个薄片制造设备5000的基本结构与参考前述第八个实施例描述的薄片制造设备4000一样，它们的不同点在于使用了水平/垂直导轨75，它以共享的形式构成了水平导轨和垂直导轨，并且垂直导轴403的上端与水平移动单元404连接在一起。因此，用同样的参考标号标记与薄片制造设备4000相同或对应的部分，并且不进行重复的描述。
(衬底传送机构1的轨道)参考图15，在根据这个实施例的薄片制造设备5000中，与第八个实施例的衬底传送机构1的衬底2的轨道类似，能够通过沿着水平/垂直导轨75移动水平移动单元404，从而随着水平移动单元404在水平方向上移动垂直导轴403和倾斜导轴402。倾斜导轴402的上端导辊402b的移动方向由倾斜导轨90引导，因此能够以从动的方式确定倾斜导轴402的位置。
至于定位垂直导轴403和倾斜导轴402，可以对应于要选择的衬底固定件101的垂直位置和倾斜角来选择水平移动单元404和固定状态和倾斜导轨90的轨道。因此，如图15所示，能够给衬底固定件101和衬底2提供最佳轨道。
(功能/效果)根据这个实施例的薄片制造设备5000，如上所述，衬底传送机构1可以使用这样一种结构，它只给形成了水平移动位置控制装置的水平移动单元404提供驱动器，而无须分别给水平移动位置控制装置、垂直移动位置控制装置和衬底倾斜装置提供驱动器，因此能够简化示于第一和第二个实施例中的衬底传送机构1的结构。
(第十个实施例)现在参考图16到18描述这个实施例的薄片制造设备。图16是示出根据这个实施例的薄片制造设备6000的整体结构的示意图，图17示出了衬底传送机构1的供应轨道，图18示出了衬底传送机构1的返回轨道。
(薄片制造设备6000的整体结构)现在参考图16和17描述根据这个实施例的薄片制造设备6000的整体结构。薄片制造设备6000的基本结构与参考前述第八个实施例描述的薄片制造设备4000的基本结构一样，它们的不同点在于使用了水平/垂直/倾斜导轨76，它以共享的形式构成了水平导轨、垂直导轨和倾斜导轨，并且垂直导轴403和倾斜导轨402的上端与水平移动单元404连接在一起。因此，用同样的参考标号标记与薄片制造设备4000相同或对应的部分，并且不进行重复的描述。
(衬底传送机构1的轨道)参考图17，在根据这个实施例的薄片制造设备6000中，与第八个实施例的衬底传送机构1的衬底2的轨道类似，能够通过沿着水平/垂直/倾斜导轨76移动水平移动单元404，从而可以随着水平移动单元404在水平方向上移动垂直导轴403和倾斜导轴402。
至于定位垂直导轴403和倾斜导轴402，可以对应于要选择的衬底固定件101的垂直位置和倾斜角来选择水平移动单元404和固定状态。因此，如图17所示，能够给衬底固定件101和衬底2提供最佳供应轨道。同样，如图18所示，能够给衬底固定件101和衬底2提供最佳返回轨道。
(功能/效果)根据这个实施例中的薄片制造设备6000，如上所述，衬底传送机构1可以使用这样一种结构，它只给形成了水平移动位置控制装置的水平移动单元404提供驱动器，而无须分别给水平移动位置控制装置、垂直移动位置控制装置和衬底倾斜装置提供驱动器，因此能够简化示于前述第一和第二个实施例中的衬底传送机构1的结构。
(第十一个实施例)现在参考图19和20描述根据这个实施例的薄片制造设备。图19是示出根据这个实施例薄片制造设备7000整体结构示意图，图20示出了衬底传送机构1的轨道。
(薄片制造设备7000的整体结构)现在参考图19和20描述根据这个实施例的薄片制造设备7000的整体结构。薄片制造设备7000的基本结构与参考前述第八个实施例描述的薄片制造设备4000的基本结构一样，它们的不同点在于使用了垂直/倾斜导轨77，它以共享的形式构成了垂直导轨和倾斜导轨。因此，用同样的参考标号标记与薄片制造设备4000相同或对应的部分，并且不进行重复的描述。
(衬底传送机构1的轨道)
参考图20，与第八个实施例的衬底传送机构1的衬底2的轨道类似，能够通过沿着也在根据这个实施例的薄片制造设备7000中的水平导轨70移动水平移动单元404，从而随着水平移动单元404在水平方向上移动垂直导轴403和倾斜导轴402。利用垂直/倾斜导轨77引导垂直导轴403和倾斜导轴402的上端导辊403b和402a的移动方向，从而能够以从动的方式确定垂直导轴403和倾斜导轴402的位置。
至于定位垂直导轴403和倾斜导轴402，可以对应于要选择的衬底固定件101的垂直位置和倾斜角来选择垂直/倾斜导轨77的轨道。因此，如图20所示，能够给衬底固定件101和衬底2提供最佳轨道。
(功能/效果)根据这个实施例中的薄片制造设备5000，如上所述，衬底传送机构1可以使用这样一种结构，它只给形成了水平移动位置控制装置的水平移动单元404提供驱动器，而无须分别给水平移动位置控制装置、垂直移动位置控制装置和衬底倾斜装置提供驱动器，因此能够简化示于第一和第二个实施例中的衬底传送机构1的结构。
尽管在前面各个实施例中略去了构成水平移动轴8、水平导轨70、垂直导轨80、倾斜导轨90、水平/垂直导轨75、水平/垂直/倾斜导轨76和垂直/倾斜导轨77的直线轨道的两端，能够使用一种在每个轨道上形成链轨的结构，从而循环衬底传送机构1，并且能够使用这样一种结构，从每个轨道的一端连接衬底传送机构1，从另一端分离衬底传送机构1。
尽管在前面参考准备硅多晶薄片3的例子描述了每个实施例中，当使用诸如锗、镓、砷、铟、磷、硼、锑、锌、锡等半导体材料或铝、镍或铁等金属材料作为熔料时，也能够在与所使用的熔料材料对应的薄片中实现相似的功能/效果。
这里所披露的实施例在所有地方都是示意性的而不是限制性的。上面的描述不能限制本发明的范围，本发明的范围由本专利的权利要求的范围所限定，并且意图包括与本专利权利要求范围等同的意义和范围内的所有变化。
(本发明的效果)根据本发明中的薄片制造设备和薄片制造方法，通过控制衬底轨道来优化衬底(和在衬底上生长的薄片)和熔料之间的关系，从而能够实现对薄片质量和形状的改进(防止积液和突起的形成)，并且提高薄片的大规模生产率。
根据本发明中薄片制造设备的另一个方面，衬底传送机构能够使用这样一种结构，这种结构只对水平移动位置控制装置提供驱动器，而不是分别给水平移动位置控制装置、垂直移动位置控制装置和衬底倾斜装置提供驱动器，因此能够简化衬底传送机构的结构。
权利要求
1.一种薄片制造设备，它将由衬底传送机构(1)固定的衬底(2)浸入熔料(6)，这样在所述的衬底表面上形成薄片，其中所述的衬底传送机构(1)包括第一衬底传送装置(7，9)，它在一个方向上传送所述的衬底(2)从而将所述的衬底(2)浸入所述的熔料(6)和将所述的衬底(2)从所述的熔料(6)中取出，和第二衬底传送装置(8)，它能够在与所述的第一方向不同的第二方向上传送所述的衬底(2)。
2.如权利要求1所述的薄片制造设备，它能够分别独立控制所述的第一衬底传送装置(7，9)和所述的第二衬底传送装置(8)。
3.如权利要求1所述的薄片制造设备，其中所述的衬底传送机构(1)进一步包括衬底倾斜装置(102)，它相对于所述的熔料(6)的水平面倾斜所述衬底(2)的表面。
4.如权利要求1所述的薄片制造设备，其中能够相对于所述的第一衬底传送装置(7，9)和所述的第二衬底传送装置(8)独立控制所述的衬底倾斜装置(102)。
5.如权利要求1所述的薄片制造设备，其中所述的衬底传送机构(1)进一步包括衬底连接/分离装置，它使得所述的衬底(2)能够连接到所述的衬底传送机构(1)上和从所述的衬底传送机构(1)上分离下来。
6.如权利要求5所述的薄片制造设备，其中能够相对于所述的第一衬底传送装置(7，9)、所述的第二衬底传送装置(8)和所述的衬底倾斜装置(102)独立控制所述的衬底连接/分离装置。
7.如权利要求5所述的薄片制造设备，其中所述的衬底连接/分离装置包括以下步骤在浸入所述的衬底(2)前将所述的衬底(2)连接到所述的衬底传送机构(1)上，和在浸入所述的衬底(2)后将其表面上生长了薄片的所述衬底(2)从所述的衬底传送机构(1)上分离下来。
8.如权利要求5所述的薄片制造设备，包括在浸入所述的衬底(2)后保持所述的衬底(2)连接在所述的衬底传送机构(1)上的同时将其生长在所述衬底(2)表面上的薄片从所述的衬底(2)上分离下来的步骤。
9.如权利要求1所述的薄片制造设备，包括容纳所述的熔料(6)的熔料容纳装置(5)，和进一步包括位于所述的熔料容纳装置(5)和所述的衬底传送机构(1)之间的隔热装置。
10.如权利要求1所述的薄片制造设备，其中所述的衬底传送机构(1)包括浸入控制装置，它将所述的衬底(2)浸入所述的熔料(6)中，熔料(6)的材料至少含有金属材料或者半导体材料，和薄片生长控制装置，它将浸入的所述衬底(2)从所述的熔料(6)中取出，因此在所述的衬底表面上生长所述材料的薄片。
11.如权利要求8所述的薄片制造设备，其中为了在所述的衬底(2)表面生长薄片，在所述的衬底(2)浸入所述的熔料(6)后和所述的衬底(2)从所述的熔料(6)中取出前，所述的浸入控制装置分别独立控制所述的第一衬底传送装置和所述的第二衬底传送装置。
12.如权利要求9所述的薄片制造设备，其中在所述的衬底(2)浸入所述的熔料(6)后和所述的衬底(2)从所述的熔料(6)中取出前，所述的浸入控制装置独立于所述的第一衬底传送装置(7，9)和所述的第二衬底传送装置(8)控制所述的衬底倾斜装置(102)。
13.如权利要求1所述的薄片制造设备，其中所述的熔料(6)是包括硅的材料。
14.一种薄片制造方法，用衬底传送机构(2)固定衬底(1)，将所述的衬底(2)浸入熔料(6)，从而在所述的衬底表面上形成薄片，并且包括下面的步骤，独立控制第一衬底传送装置(7，9)以在一个方向上传送所述的衬底(2)从而将所述的衬底(2)浸入所述的熔料(6)中和从所述的熔料(6)中取出所述的衬底(2)，还独立控制第二衬底传送装置(8)，在将所述的衬底(2)浸入所述的熔料(6)后和将所述的衬底(2)从所述的熔料(6)中取出前，能够在与所述的第一方向不同的第二方向上传送所述的衬底(2)。
15.如权利要求14所述的薄片制造方法，其中所述的步骤包括以下步骤在倾斜所述的衬底(2)和用所述的衬底(2)压所述的熔料(6)的表面的同时从所述的熔料(6)内取出所述的衬底(2)。
16.如权利要求14所述的薄片制造方法，包括下列步骤在浸入所述的衬底(2)前将所述的衬底(2)连接到所述的衬底传送机构(1)上，和在浸入所述的衬底(2)后将其表面上生长了薄片的所述衬底(2)与所述的衬底传送机构(1)脱离。
17.如权利要求14所述的薄片制造方法，包括以下步骤，在浸入所述的衬底(2)后，在保持所述的衬底(2)连接在所述的衬底传送机构(1)上的同时，将衬底(2)表面上生长的薄片从所述的衬底(2)上脱离下来。
18.如权利要求14所述的薄片制造方法，其中所述的熔料(6)是包括硅的材料。
19.一种用薄片制造的太阳能电池，所述薄片用薄片制造设备制备，所述薄片制造设备将由衬底传送机构(1)固定的衬底(2)浸入熔料(6)中，这样在所述的衬底表面上形成薄片，其中所述的衬底传送机构(1)包括第一衬底传送装置(7，9)，它在一个方向上传送所述衬底(2)从而将所述的衬底(2)浸入所述的熔料(6)和将所述的衬底(2)从所述的熔料(6)中取出，和第二衬底传送装置(8)，它能够在与所述的第一方向不同的第二方向上传送所述的衬底(2)。
20.一种用薄片制造的太阳能电池，所述薄片用薄片制造方法制备，用衬底传送机构(1)固定衬底(2)，将所述的衬底(2)浸入熔料(6)，从而在所述的衬底表面上形成薄片，并且包括下面的步骤独立控制第一衬底传送装置(7，9)以在一个方向上传送所述的衬底(2)从而将所述的衬底(2)浸入所述的熔料(6)中和从所述的熔料(6)中取出所述的衬底(2)，还独立控制第二衬底传送装置(8)，在将所述的衬底(2)浸入所述的熔料(6)后和将所述的衬底(2)从所述的熔料(6)中取出前，能够在与所述的第一方向不同的第二方向上传送所述的衬底(2)。
21.一种薄片制造设备，它将由衬底传送机构(1)固定的衬底(2)浸入熔料(6)，这样在所述的衬底表面上形成薄片，其中所述的衬底传送机构(1)包括固定所述的衬底(2)的衬底固定装(101)，水平移动位置控制装置，它通过控制所述的衬底固定装置(101)的水平移动位置来控制所述衬底表面相对于所述熔料(6)水平面的水平移动位置，垂直移动位置控制装置，它通过控制所述衬底固定装置(101)的垂直移动位置来控制所述衬底表面相对于所述熔料(6)水平面的垂直移动位置，和衬底倾斜装置，它通过控制所述衬底固定装置(101)的倾斜角来相对于所述熔料(6)水平面倾斜所述衬底表面，所述的水平移动位置控制装置具有在水平方向上延伸的水平导轨(70)，和能够沿所述水平导轨移动的水平移动单元(404)，所述的垂直移动位置控制装置具有被支撑在所述水平移动单元(404)中能够在垂直方向上滑动的垂直导轴(403)，从而所述衬底固定装置(101)与其下端连接，和垂直导轨(80)，它沿所述水平导轨设置以引导所述垂直导轴(403)上端的移动位置，和所述的衬底倾斜装置具有支撑在所述水平移动单元(404)中能够在垂直方向上移动的倾斜导轴(402)，从而所述衬底固定装置(101)与其下端连接在一起，和倾斜导轨(90)，它沿着水平导轨(70)设置，用来引导所述倾斜导轴(402)的上端。
22.一种薄片制造设备，它将由衬底传送机构(1)固定的衬底(2)浸入熔料(6)中，这样在所述衬底的表面上形成薄片，其中所述的衬底传送机构(1)包括固定所述衬底的衬底固定装置(101)，水平移动位置控制装置，它通过控制所述衬底固定装置(101)的水平移动位置来控制所述衬底表面相对于所述熔料(6)水平面的水平移动位置，垂直移动位置控制装置，它通过控制所述衬底固定装置(101)的垂直移动位置来控制所述衬底表面相对于所述熔料(6)水平面的垂直移动位置，和衬底倾斜装置，通过控制所述衬底固定装置(101)的倾斜角来相对于所述熔料(6)的水平面倾斜所述衬底表面，所述的水平移动位置控制装置具有在水平方向上延伸的水平/垂直导轨(75)，和能够沿所述水平/垂直导轨(75)移动的水平移动单元(404)，所述的垂直移动位置控制装置具有垂直导轴(403)，它的上端与所述水平移动单元(404)连接在一起，它的下端与所述衬底固定装置(101)连接在一起，和所述衬底倾斜装置具有被支撑的、在垂直方向上能够滑动的倾斜导轴，从而所述衬底固定装置(101)与它的下端连接在一起，和沿着所述水平/垂直导轨设置的倾斜导轨(90)，用来引导所述垂直轴的上端(402)。
23.一种薄片制造设备，它将由衬底传送机构(1)固定的衬底(2)浸入熔料(6)中，这样在所述衬底的表面上形成薄片，其中所述的衬底传送机构(1)包括固定所述衬底(2)的衬底固定装置(101)，水平移动位置控制装置，它通过控制所述衬底固定装置(101)的水平移动位置来控制所述衬底表面相对于所述熔料(6)水平面的水平移动位置，垂直移动位置控制装置，它通过控制所述衬底固定装置(101)的垂直移动位置来控制所述衬底表面相对于所述熔料(6)水平面的垂直移动位置，和衬底倾斜装置，通过控制所述衬底固定装置(101)的倾斜角来相对于所述熔料(6)的水平面倾斜所述衬底表面，所述的水平移动位置控制装置具有在水平方向上延伸的水平/垂直/倾斜导轨(76)，和能够沿所述水平轨道(76)移动的水平移动单元(404)，所述的垂直移动位置控制装置具有垂直导轴(403)，它的上端与所述水平移动单元(404)连接在一起，它的下端与所述衬底固定装置(101)连接在一起，和所述衬底倾斜装置具有倾斜导轴(402)，它的上端与所述水平移动单元(404)连接在一起，它的下端与所述衬底固定装置(101)连接在一起。
24.一种薄片制造设备，它将由衬底传送机构(1)固定的衬底(2)浸入熔料(6)中，这样在所述衬底的表面上形成薄片，其中所述的衬底传送机构(1)包括固定所述衬底(2)的衬底固定装置(101)，水平移动位置控制装置，它通过控制所述衬底固定装置(101)的水平移动位置来控制所述衬底表面相对于所述熔料(6)水平面的水平移动位置，垂直移动位置控制装置，它通过控制所述衬底固定装置(101)的垂直移动位置来控制所述衬底表面相对于所述熔料(6)水平面的垂直移动位置，和衬底倾斜装置，通过控制所述衬底固定装置(101)的倾斜角来相对于所述熔料(6)的水平面倾斜所述衬底表面，所述的水平移动位置控制装置具有在水平方向上延伸的水平导轨(70)，和能够沿所述水平导轨(70)移动的水平移动单元(404)，所述的垂直移动位置控制装置具有垂直导轴(403)，它被支撑在所述水平移动单元(404)中，能够在垂直方向上滑动，从而所述衬底固定装置(101)的与它的下端连接在一起，和垂直/倾斜导轨(77)，它沿所述水平导轨(70)设置，用来引导所述垂直导轴(403)的上端的移动位置，和所述衬底倾斜装置具有倾斜导轴(402)，它支撑在所述水平移动单元(404)中，能够在垂直方向上滑动，从而所述衬底固定装置(101)连接到它的下端并且所述垂直/倾斜导轨(77)引导它上端的移动位置。
25.根据权利要求1所述的薄片制造设备，进一步包括衬底温度控制装置(60)，在所述的衬底(2)浸入所述的熔料(6)前它控制所述的衬底表面的温度。
全文摘要
本发明涉及一种薄片制造设备，用来将衬底传送机构(1)固定的衬底浸入熔料流体中在衬底表面上形成薄片，还涉及薄片制造方法和一种使用这种薄片的太阳能电池，所安装的衬底传送机构(1)能够沿着水平移动轴(8)在水平方向上移动，而所安装的水平移动轴(8)能够沿着垂直移动轴(9)移动。另外，衬底传送机构(1)包括一种能够在对角线上倾斜衬底(2)的装置或者一种能够连接/分离衬底的装置，因此能够提供平型薄片，并且能够优化这样得到的薄片形状。
文档编号H01L21/68GK1541407SQ0281562
公开日2004年10月27日 申请日期2002年8月2日 优先权日2001年8月9日
发明者胡间修二, 五角博纯, 纯, 三郎, 矢野光三郎, 谷善平 申请人:夏普株式会社