JP2003201197A

JP2003201197A - ルツボ装置およびそれを備えた析出板製造装置

Info

Publication number: JP2003201197A
Application number: JP2001399144A
Authority: JP
Inventors: Masanori Tsuda; 正徳津田; Masahiro Tadokoro; 昌宏田所; Atsushi Okuno; 敦奥野; Yasuhiro Nakai; 泰弘中井; Yoshito Nakajima; 賢人中嶋
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-07-15

Abstract

(57)【要約】【課題】品質を低下させることなく充分に高い生産性
でもって析出板を製造する。【解決手段】溶解対象物１０１の溶湯１５を収容する
収容部５２ａを有したルツボ５２と、析出用基板１４が
浸漬される第１溶解槽６３と、溶解対象物１０１が供給
される第２溶解槽６４とに収容部５２ａを区分し、これ
ら溶解槽６３・６４同士を収容部５２ａの下部で連通さ
せる仕切り壁６２と、ルツボ５２の周囲に配置され、こ
のルツボ５２を加熱することにより収容部５２ａの溶解
対象物１０１を加熱溶融して溶湯１５とする誘導加熱コ
イル５３とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶解対象物を加熱
溶融するルツボ装置およびそれを備えた析出板製造装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板等の析出板を製造する方法と
して、真空容器内のルツボ装置に所定量の溶解対象物を
投入しておき、真空容器内を外部環境とは異なる処理環
境に設定し、この処理環境下でルツボ装置により溶解対
象物を加熱溶融して溶湯とした後、溶湯の湯面から僅か
に析出用基板を浸漬させて溶解対象物を析出させて析出
板とする方法がある。そして、従来、溶湯の消費で湯面
が低下した場合には、新たな溶解対象物が供給装置から
ルツボ装置の溶湯に投入され、湯面が元の高さ位置に復
帰されることによって、真空タンク内の処理環境が維持
されながら半導体基板の製造が継続されるようになって
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のものでは、溶解対象物を溶湯に投入する際の衝撃に
より湯面全体が大きく揺動すると、この揺動が一定レベ
ルに低下し、また浸漬条件の溶湯温度になるまで、析出
用基板の溶湯への浸漬を中断することが必要になる。こ
の結果、従来においては、溶解対象物をルツボ装置に補
給したときの浸漬の中断によって、充分高い生産性を得
ることが困難であるという問題がある。

【０００４】従って、本発明は、充分に高い生産性でも
って析出板を製造することを可能にするルツボ装置およ
びそれを備えた析出板製造装置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、溶解対象物の溶湯を収容する収
容部を有したルツボと、析出用基板が浸漬される第１溶
解槽と、前記溶解対象物が供給される第２溶解槽とに前
記収容部を区分し、これら溶解槽同士を前記収容部の下
部で連通させる仕切り壁と、前記ルツボの周囲に配置さ
れ、該ルツボを加熱することにより前記収容部の溶解対
象物を加熱溶融して溶湯とする加熱機構とを備えたこと
を特徴としている。

【０００６】上記の構成によれば、両溶解槽の湯面同士
が完全に分離されることによって、溶解対象物の投入に
よる衝撃により第２溶解槽の湯面に大きな揺動が生じた
場合でも、この揺動が第１溶解槽の湯面に伝播すること
がない。この結果、第１溶解槽の溶湯に対して析出用基
板を浸漬させて溶解対象物を析出させる処理を連続的に
繰り返して行うことができると共に、高品質の半導体基
板を得ることができる。

【０００７】請求項２の発明は、密閉状態にされた処理
室で溶解対象物を析出用基板の基板面に析出させること
によって、シート状の析出板を製造する析出板製造装置
であって、請求項１に記載のルツボ装置と、前記ルツボ
装置の第１溶解槽の溶湯に析出用基板を浸漬させて引き
上げる析出機構と、前記ルツボ装置の第２溶解槽に溶解
対象物を供給する供給装置とを有することを特徴として
いる。

【０００８】上記の構成によれば、ルツボ装置の両溶解
槽の湯面同士が完全に分離されることによって、溶解対
象物の投入による衝撃や第２溶解槽から第１溶解槽への
拡散を防止することができるため、第１溶解槽の溶湯に
対して析出用基板を浸漬させて溶解対象物を析出させる
処理を連続的に繰り返して行うことができると共に、高
品質の半導体基板を得ることができる。

【０００９】請求項３の発明は、前記供給装置は、請求
項１に記載の析出板製造装置であって、前記溶解対象物
を加熱溶融させながら定量供給することを特徴としてい
る。

【００１０】上記の構成によれば、溶解対象物の溶湯の
補給量を高精度に調整しながら補給することができるた
め、溶湯の湯面を一定に高さ位置に高精度に制御するこ
とができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１ないし
図１２に基づいて以下に説明する。本実施の形態に係る
ルツボ装置は、図１に示すように、Ｓｉを主成分とする
シート状の半導体基板２を製造する半導体基板製造装置
１に搭載されている。尚、半導体基板製造装置１は、析
出板製造装置の一種であり、析出板製造装置は、密閉状
態にされた処理室で半導体材料や金属材料等の溶解対象
物１０１を加熱溶融して溶湯とし、この溶解対象物１０
１をシート状の析出板となるように製造する装置を意味
する。また、溶解対象物１０１としては、Ｓｉ等の半導
体材料の他、鉄やチタン等の金属材料を挙げることがで
きる。

【００１２】上記の半導体基板製造装置１は、図２に示
すように、外部環境から内部を密閉状態に隔離可能な二
重壁構造の真空容器３を備えている。真空容器３は、上
側収容室６を形成する円筒形状の上側タンク部４と、上
側タンク部４の下部に設けられ、上側収容室６に連通し
た下側収容室７を形成する下側タンク部５とを有してい
る。上側タンク部４の上面中央部には、第１〜第４覗き
窓部８ａ〜８ｄが幅方向に形成されており、これらの覗
き窓部８ａ〜８ｄは、上側収容室６および下側収容室７
を上側タンク部４の幅方向全体に渡って目視可能にして
いる。また、図１に示すように、上側タンク部４の一端
部には、第５覗き窓部８ｅが形成されている。第５覗き
窓部８ｅは、上側収容室６および下側収容室７を上側タ
ンク部４の長手方向全体に渡って目視可能にしている。

【００１３】また、下側タンク部５の一方の側面壁に
は、図２に示すように、搬入出部５ａが開口されてい
る。搬入出部５ａは、上側タンク部４の長手方向（紙面
に対して垂直方向）に進退移動する開閉扉９により開閉
可能にされている。そして、このように構成された真空
容器３には、Ａｒガス等の不活性ガスを供給する図示し
ないガス供給装置および両収容室６・７の空気を排気す
る図示しない真空排気装置が接続されている。これらの
装置は、真空容器３の両収容室６・７を所定の圧力に減
圧しながら不活性ガスを供給することによって、外部環
境とは異なる処理環境を両収容室６・７に出現させるよ
うになっている。

【００１４】上記の両収容室６・７の略中央部には、析
出用基板１４を溶湯１５に浸漬させて引き上げる析出機
構１０が設けられている。析出機構１０は、水平移動機
構１３と、水平移動機構１３により水平移動可能にされ
た垂直移動機構１１と、垂直移動機構１１により昇降可
能にされた旋回機構１２とを有している。水平移動機構
１３は、水平方向に配置され、上側収容室６の両端部に
かけて可動範囲が設定された水平搬送部１６と、水平搬
送部１６の一端部に設けられた水平駆動部１７とを有し
ている。

【００１５】水平搬送部１６は、図１に示すように、周
面全体にネジ溝が形成されたネジ軸部材１８と、ネジ軸
部材１８に螺合されたブロック部材１９と、ブロック部
材１９の下面を進退移動自在に支持するレール部材２０
と、ブロック部材１９の上面に設けられ、垂直移動機構
１１に連結された連結部材２１とを有している。ま
た、水平搬送部１６は、これらの部材１８〜１９の上面
を覆い隠すように設けられたカバー部材２２を備えてい
る。カバー部材２２は、溶湯１５等から飛散して浮遊す
る塵埃が各部材１８〜１９に積層することを防止してい
る。

【００１６】上記の水平搬送部１６の一端部には、図２
に示すように、水平駆動部１７が連結されている。水平
駆動部１７は、任意の回転速度で正逆回転可能であると
共に所定の保持力で停止可能なサーボモータ等の水平駆
動装置２３と、水平駆動装置２３を冷却する第１冷却装
置２４とを有している。水平駆動装置２３は、ネジ軸部
材１８の一端部に連結されており、ネジ軸部材１８を正
逆回転させることによって、図１のブロック部材１９等
を介して垂直移動機構１１を水平方向の任意の位置に移
動可能にしている。

【００１７】また、第１冷却装置２４は、図３に示すよ
うに、水平駆動装置２３を下側収容室７の処理環境から
隔離するように収納した収納容器２５と、真空容器３の
外部から収納容器２５内の一端側に冷却ガスを供給する
ガス供給配管２６と、収納容器２５内の他端側から真空
容器３の外部に冷却ガスを排出するガス排出配管２７と
を有している。ガス供給配管２６には、ガス供給機２８
が接続されており、ガス供給機２８は、冷却ガスを強制
的に収納容器２５内に送給することにより水平駆動装置
２３の周囲温度を所定温度以下に維持している。尚、冷
却ガスは、Ａｒガスや窒素ガス等の不活性ガスであって
も良いし、空気であっても良い。また、ガス供給機２８
の代わりに、高圧の冷却ガスを収容したガスボンベを使
用しても良い。

【００１８】一方、図２に示すように、垂直移動機構１
１は、垂直方向に配置された垂直搬送部３０と、垂直搬
送部３０の上端部に設けられた垂直駆動部３１とを有し
ている。垂直搬送部３０は、図１に示すように、上述の
水平移動機構１３とほぼ同一の構成部材からなってお
り、周面全体にネジ溝が形成されたネジ軸部材３２と、
ネジ軸部材３２に螺合され、上面（図中右面）に旋回機
構１２が連結されたブロック部材３３と、ブロック部材
３３の下面（図中右面）を昇降自在に支持するレール部
材３４とを有している。

【００１９】上記の垂直搬送部３０の上端部には、垂直
駆動部３１が連結されている。垂直駆動部３１は、任意
の回転速度で正逆回転可能であると共に所定の保持力で
停止可能なサーボモータ等の垂直駆動装置３５と、垂直
駆動装置３５を冷却する第２冷却装置３６とを有してい
る。垂直駆動装置３５は、ネジ軸部材３２の上端部に連
結されており、ネジ軸部材３２を正逆回転させることに
よって、ブロック部材３３等を介して旋回機構１２を垂
直方向の任意の高さ位置に移動可能にしている。また、
第２冷却装置３６は、図３の収納容器２５等を有した上
述の第１冷却装置２４と同一の部材により同一の冷却機
能を発揮するように構成されている。

【００２０】上記の垂直移動機構１１で昇降される旋回
機構１２は、ブロック部材３３に一端面を連結された連
結支持体３８と、連結支持体３８の他端面に連結された
回動駆動部３９とを有している。回動駆動部３９は、任
意の回転速度で正逆回転可能であると共に所定の保持力
で停止可能なサーボモータ等の回動駆動装置４０と、回
動駆動装置４０を冷却する第３冷却装置４１とを有して
いる。

【００２１】上記の第３冷却装置４１は、垂直駆動部３
１と同様に、図３の収納容器２５等を有した上述の第１
冷却装置２４と同一の部材により同一の冷却機能を発揮
するように構成されている。第３冷却装置４１内の回動
駆動装置４０は、回動軸４０ａの先端部が連結支持体３
８内に配置されている。回動軸４０ａの先端部には、図
２に示すように、上下方向に配置された第１縦設部材４
２ａの上端部が固設されている。第１縦設部材４２ａ
は、横設部材４２ｂを介して第２縦設部材４２ｃの上端
部に連結されている。また、第１および第２縦設部材４
２ａ・４２ｂの下端部は、析出用基板１４における旋回
方向の両端部に連結されている。そして、第１および第
２縦設部材４２ａ・４２ｃと横設部材４２ｂとは、旋回
支持機構４２を構成しており、旋回支持機構４２は、回
動軸４０ａを中心として析出用基板１４を旋回させるよ
うになっている。

【００２２】上記の第１および第２縦設部材４２ａ・４
２ｃは、回動軸４０ａ側から中部までの範囲が機械的強
度に優れたステンレス鋼等の金属材料で形成されている
一方、中部から析出用基板１４に連結された下端部まで
の範囲が耐熱性に優れたカーボンにより形成されてい
る。これにより、旋回支持機構４２は、析出用基板１４
を旋回させて高温の溶湯１５に浸漬させる際に、溶湯１
５から大量の輻射熱を下側部分に受けることになって
も、長期間に亘って初期の機械的強度を維持することが
可能になっている。

【００２３】上記のように各機構１１〜１３で構成され
た析出機構１０は、水平移動機構１３により垂直移動機
構１１および旋回機構１２を水平方向に進退移動させる
ことによって、これら機構１１・１２と共に析出用基板
１４を予熱位置Ａと析出位置Ｂと引き剥がし位置Ｃと研
磨位置Ｄとに位置決め可能にしている。析出位置Ｂにお
いては、各機構１１〜１３を連動させながら作動させる
ことによって、回動軸４０ａよりも溶湯１５側に近い旋
回中心Ｏを半径とした析出軌跡で析出用基板１４を進行
させるようになっている。尚、析出軌跡は、析出用基板
１４を旋回方向（進行方向）の上流側から斜め方向に下
降させて溶湯１５に浸漬させた後、進行方向の下流側に
斜め方向に上昇させて溶湯１５から引き上げることによ
って、浸漬された部分に溶湯１５の凝固成長した析出物
である半導体基板２を生成させるように設定されてい
る。

【００２４】上記の析出用基板１４は、図４および図５
に示すように、カーボンにより形成されている。析出用
基板１４は、半導体基板２が析出される下面からなる基
板面１４ａと、進行方向の上流側および下流側の各側面
に形成された傾斜部１４ｂと、析出用基板１４の上面
（反析出面）に形成された把持部１４ｃとを有してい
る。傾斜部１４ｂは、基板面１４ａの両端部が上面の両
端部の内側に位置するように基板面１４ａから上面側に
かけて傾斜されている。具体的には、傾斜部１４ｂは、
溶湯１５に対する浸漬角度θ１よりも基板面１４ａに対
する傾斜角度θ２が大きな角度となるように設定されて
おり、半導体基板２の端部を上面の両端部よりも進行方
向の内側に位置させるようになっている。

【００２５】また、析出用基板１４の上面に形成された
把持部１４ｃは、断面が逆台形形状に形成されており、
カーボン基板把持装置４３の一部を構成している。カー
ボン基板把持装置４３は、把持部１４ｃを着脱自在に保
持するチャック機構４４を備えている。チャック機構４
４は、チャック部材４５・４５を左右対称に備えてい
る。各チャック部材４５・４５は、把持部１４ｃに係合
するように下面に形成された係合部４５ａと、ゴミ等の
落下物を受け止めるように上面の四辺に沿って形成され
た環状溝部４５ｂと、環状溝部４５ｂに周囲を囲まれた
懸吊部４５ｃとを有している。

【００２６】上記の懸吊部４５ｃの上面には、２つの突
設部４５ｄ・４５ｄが対向配置されている。両突設部４
５ｄ・４５ｄの中央部には、ピン挿通穴４５ｅ・４５ｅ
が形成されている。これらの突設部４５ｄ・４５ｄ間に
は、図６に示すように、上述の旋回支持機構４２の各縦
設部材４２ａ・４２ｂが嵌合されるようになっている。
そして、ピン挿通穴４５ｅ・４５ｅには、カーボン製の
ピン部材４６が抜脱可能に挿通されるようになってお
り、ピン部材４６は、各縦設部材４２ａ・４２ｂをチャ
ック機構４４に対して連結させるようになっている。

【００２７】上記のピン部材４６は、溶湯１５からの輻
射熱の直射を回避するように、チャック部材４５の析出
側の投影面積よりも短くなるように形成されている。ま
た、ピン部材４６の表面には、図７に示すように、硬化
層１００が形成されており、ピン部材４６は、硬化層１
００により表面の機械的強度が高められることによっ
て、チャック部材４５のピン挿通穴４５ｅに対して着脱
する際の磨耗が低減されている。一方、チャック部材４
５においては、ピン部材４６に接触するピン挿通穴４５
ｅと、析出用基板１４に接触する係合部４５ａおよび下
面とに硬化層１００が形成されている。そして、チャッ
ク部材４５は、硬化層１００で接触面の機械的強度が高
められることによって、ピン部材４６の着脱時および析
出用基板１４の把持時における磨耗が低減されている。

【００２８】尚、硬化層１００の形成方法としては、プ
ラズマＣＶＤやイオンプレーティング等の表面処理方法
でＳｉＣ膜をコーティングする硬化処理を挙げることが
できる。また、硬化層１００は、チャック部材４５の全
表面に形成されていても良く、この場合には、チャック
部材４５の全体の機械的強度を高めることができるた
め、チャック部材４５をオペレータが運搬する際に衝撃
を与えても破損し難いものとすることができる。

【００２９】上記のカーボン基板把持装置４３で保持さ
れる析出用基板１４が浸漬される溶湯１５は、図１に示
すように、ルツボ装置５１に収容されている。ルツボ装
置５１は、溶湯１５を収容する収容部５２ａを備えたル
ツボ５２と、ルツボ５２の側面壁５２ｂの周囲に配置さ
れた誘導加熱コイル５３と、これらのルツボ５２および
誘導加熱コイル５３を支持するルツボ支持台５４とを有
している。誘導加熱コイル５３には、耐熱構造の電力ケ
ーブル５５が着脱可能に接続されており、図示しない高
周波電源から高周波数の交流電力が供給されるようにな
っている。これにより、誘導加熱コイル５３は、図８に
示すように、ルツボ５２の周囲に交番磁場を生成させ、
ルツボ５２の主に表面側を誘導加熱することが可能にな
っている。

【００３０】一方、ルツボ５２は、図９に示すように、
析出用基板１４の進行方向が長尺となるように平面視長
方形状に形成されており、溶湯１５の収容量を最小限に
抑制しながら、側面壁５２ｂが析出用基板１４の旋回の
障害にならないようにしている。尚、ルツボ５２は、析
出用基板１４の進行方向が長尺になる形状であれば良
く、例えば平面視楕円形状や円形状であっても良い。ま
た、ルツボ５２は、図８に示すように、収容部５２ａの
側面側と底面側との２方向から大きな熱量が伝達される
ように、底面壁５２ｃの厚みが平均ルツボ半径と略同等
であり且つ側面壁５２ｂの厚みと同等以上に設定されて
いる。

【００３１】ここで、平均ルツボ半径とは、ルツボ５２
の全方向の半径を平均化したものである。また、ルツボ
５２の側面壁５２ｂは、電磁誘導の浸透深さ未満の厚み
に設定されていることが望ましく、この場合には、溶湯
１５を対流させることができるため、ゴミ等の落下物が
核となって溶湯１５の表面中央が凝固する現象を防止す
ることが可能になる。

【００３２】また、ルツボ５２の収容部５２ａ内には、
図９にも示すように、溶湯１５の湯面高さの監視に使用
されるカーボン製の湯面高さ検出部６１が形成されてい
る。湯面高さ検出部６１は、収容部５２ａの底面から上
面にかけて複数の段部６１ａを階段状に有している。湯
面高さ検出部６１は、析出用基板１４の障害物とならな
いように、収容部５２ａのコーナー部に配置されてい
る。尚、湯面高さ検出部６１は、ルツボ５２と一体的に
形成されていても良いし、ルツボ５２とは別に形成され
ていても良い。

【００３３】さらに、ルツボ５２の収容部５２ａ内に
は、ルツボ５２の長手方向（半導体基板２の進行方向）
に沿って仕切り壁６２が設けられている。仕切り壁６２
は、析出用基板１４の障害物とならないように配置され
ている。また、仕切り壁６２は、上端部がルツボ５２の
上面に位置し、下端部が収容部５２ａの底面上方に位置
するように形成されている。これにより、仕切り壁６２
は、析出用基板１４が浸漬する第１溶解槽６３と、第１
溶解槽６３に下部で連通する第２溶解槽６４とに収容部
５２ａを区分しており、第２溶解槽６４と第１溶解槽６
３との間における湯面の乱れの伝播を防止していると共
に、溶解対象物１０１中の酸化物や水分等による汚染物
質が第１溶解槽６３の湯面に拡散しないようにしてい
る。

【００３４】上記のように構成されたルツボ５２は、図
１および図２に示すように、ルツボ支持台５４により支
持されている。ルツボ支持台５４は、ルツボ５２および
誘導加熱コイル５３をそれぞれ独立して支持する断熱支
持体５４ａと、断熱支持体５４ａの下面に接合され、冷
却配管を埋設された冷却盤５４ｂと、冷却盤５４ｂを支
持する搬送台５４ｃとを有している。ルツボ支持台５４
は、ルツボ搬入出機構５７に載置されている。ルツボ搬
入出機構５７は、真空容器３の搬入出部５ａを挟んで真
空容器３の内外に敷設されており、複数の搬送ローラー
５６を回転可能に備えている。そして、ルツボ搬入出機
構５７は、搬送ローラー５６を正逆回転させることによ
って、ルツボ支持台５４やルツボ５２等からなるルツボ
装置５１の真空容器３に対する搬入出を可能にしてい
る。

【００３５】上記のルツボ装置５１の上方には、図１に
示すように、溶解対象物１０１を第２溶解槽６４に供給
する供給機構７１が設けられている。供給機構７１は、
先端部に投入部が形成され、粉状や塊状の溶解対象物１
０１を収容した収容箱７２と、収容箱７２を水平方向に
進退移動させる収容箱移動機構７３と、収容箱７２内の
溶解対象物１０１を先端部から押し出す押出機構７４と
を備えている。

【００３６】また、ルツボ装置５１の上方における真空
容器３の第１覗き窓部８ａには、図２に示すように、湯
面高さ検出部６１を溶湯１５と共に撮像して撮像信号を
出力する撮像装置７５が設けられている。撮像装置７５
は、ＣＣＤカメラ等のカメラ本体７６と、カメラ本体７
６の前方に配置されたスリット板７７とを有している。
スリット板７７には、カメラ本体７６の撮像領域を湯面
高さ検出部６１の周辺に制限するスリットが形成されて
いる。

【００３７】上記の撮像装置７５および供給機構７１
は、図示しない制御装置に接続されている。制御装置
は、演算部や記憶部、入出力部等を備えており、半導体
基板製造装置１の各機構を個別および連動させながら制
御する各種の機能を備えている。具体的には、湯面高さ
検出部６１の各段部６１ａにおける撮像信号の明暗に基
づいて溶湯１５の湯面高さを検出する機能や、検出され
た湯面高さが所定の基準高さとなるように、供給機構７
１における溶解対象物１０１の供給タイミングおよび／
または供給量を制御する機能等を有している。

【００３８】また、ルツボ装置５１と析出機構１０との
間には、溶湯１５から析出機構１０に向かう輻射熱を遮
る第１熱遮蔽体７８が設けられている。第１熱遮蔽体７
８は、図１に示すように、銅製の熱遮蔽板７８ａと、熱
遮蔽板７８ａの上面に接合され、熱遮蔽板７８ａを冷却
する冷却配管７８ｂとを備えている。熱遮蔽板７８ａに
は、旋回支持機構４２を挿通させる開口部と、撮像装置
７５による湯面高さ検出部６１の撮像を可能にする窓部
とが形成されている。これにより、第１熱遮蔽体７８
は、析出機構１０に対する輻射熱の直射を極力低減する
ことによって、析出機構１０の過熱を防止するようにな
っている。さらに、ルツボ装置５１と第１熱遮蔽体７８
との間には、旋回支持機構４２への輻射熱の直射を防止
するように、第２熱遮蔽体７９が設けられている。

【００３９】また、図２に示すように、ルツボ装置５１
から見て析出用基板１４の進行方向の上流側には、予熱
機構８１が設けられている。予熱機構８１は、予熱位置
Ａの下方に配置された予熱ヒーター８２と、予熱ヒータ
ー８２に着脱可能に接続された電力ケーブル８３と、真
空容器３の外部に配置され、電力ケーブル８３を介して
予熱用電力を供給する図示しない予熱電源装置とを有し
ている。そして、予熱機構８１は、予熱ヒーター８２に
対して析出用基板１４が対向されたときに、この析出用
基板１４を所定温度に昇温させることによって、溶湯１
５と析出用基板１４との温度差を一定にするようになっ
ている。

【００４０】一方、ルツボ装置５１から見て析出用基板
１４の進行方向の下流側には、引き剥がし機構８５と研
磨機構８６とがこの順に配置されている。引き剥がし機
構８５は、引き剥がし位置Ｃの下方に配置されており、
析出用基板１４と半導体基板２との間に進入する剥離部
材８７と、剥離部材８７により引き剥がされて落下した
半導体基板２を受け止める基板載置台８８とを備えてい
る。

【００４１】また、研磨機構８６は、研磨位置Ｄの斜め
下方向に配置されている。研磨機構８６は、析出用基板
１４を進入させるように上縁部の一部が開口された収納
ボックス８９と、収納ボックス８９内に設けられた研磨
機本体９０とを備えている。研磨機本体９０は、図１０
に示すように、析出用基板１４の基板面１４ａが面状に
当接される研磨ベルト９１と、研磨ベルト９１を張設し
た駆動ローラー９２および従動ローラー９３と、駆動ロ
ーラー９２の一端部に接続され、研磨ベルト９１を回転
駆動させるローラー駆動モータ９４と、ローラー駆動モ
ータ９４を冷却する第４冷却装置９５と、これら部材を
支持する研磨支持台９６とを備えている。尚、第４冷却
装置９５は、図３の収納容器２５等を有した上述の第１
冷却装置２４と同一の部材により同一の冷却機能を発揮
するように構成されている。そして、このように構成さ
れた研磨機本体９０は、析出用基板１４の基板面１４ａ
に研磨ベルト９１を面状に当接させながら回転させるこ
とによって、基板面１４ａに付着した付着物を除去する
ようになっている。

【００４２】上記の構成において、半導体基板製造装置
１の動作を通じてルツボ装置５１の動作を説明する。

【００４３】（準備・保全工程）準備・保全工程は、半
導体基板２の生産開始前および生産開始後において、半
導体基板製造装置１を生産に適した状態にする場合に実
施される。即ち、図２に示すように、ルツボ装置５１の
検査やルツボ５２の交換、真空容器３内の各機構の検査
等を行う場合には、先ず、開閉扉９が移動されて真空容
器３の搬入出部５ａが開口される。そして、電力ケーブ
ル５５がルツボ装置５１から切り離された後、ルツボ搬
入出機構５７の各搬送ローラー５６が回転されることに
よって、ルツボ装置５１が搬入出部５ａを介して機外に
搬出される。この後、図示しない検査作業場において、
ルツボ装置５１の検査等が実施され、不具合があれば、
該当箇所の修理や交換が行われる。

【００４４】また、ルツボ装置５１の検査中に、図１に
示すように、供給機構７１の収容箱７２に収容された溶
解対象物１０１の残存量が確認され、適正な量となるよ
うに補充される。さらに、オペレータが真空容器３内の
状態を目視等により検査し、必要に応じて部品の修理お
よび交換が行われる。

【００４５】例えばカーボン基板把持装置４３に取り付
けられた析出用基板１４に不具合がある場合には、図６
および図７に示すように、ピン部材４６がピン挿通穴４
５ｅから抜脱されることによって、旋回支持機構４２の
第１および第２縦設部材４２ａ・４２ｃが突設部４５ｄ
・４５ｄから切り離される。これにより、縦設部材４２
ａ・４２ｃにより析出用基板１４の上面に左右方向に固
定されていたチャック部材４５・４５が自由な状態とな
る。そして、チャック部材４５・４５が左右方向に引き
離すように移動されることによって、析出用基板１４が
カーボン基板把持装置４３から取り外される。

【００４６】次に、新たな析出用基板１４が準備され、
この析出用基板１４の把持部１４ｃを挟み込むようにチ
ャック部材４５・４５がセットされる。この後、旋回支
持機構４２の第１および第２縦設部材４２ａ・４２ｃが
突設部４５ｄ・４５ｄ間に挿入され、ピン部材４６がピ
ン挿通穴４５ｅに挿通される。これにより、チャック部
材４５・４５が左右方向に固定され、係合部４５ａ・４
５ａが把持部１４ｃを把持することによって、析出用基
板１４がカーボン基板把持装置４３に取り付けられる。

【００４７】ここで、カーボン基板把持装置４３に対し
て析出用基板１４が着脱される場合には、チャック部材
４５のピン挿通穴４５ｅとピン部材４６との擦れ合い
や、チャック部材４５の係合部４５ａと析出用基板１４
との擦れ合いが生じるため、磨耗し易い状態となる。と
ころが、ピン部材４６やカーボン基板把持装置４３の擦
れ合う部分は、硬化層１００により機械的強度が高めら
れている。従って、析出用基板１４の着脱が繰り返して
行われた場合でも、ピン部材４６およびカーボン基板把
持装置４３が初期の形状を維持するため、ピン部材４６
およびカーボン基板把持装置４３を長期間に亘って使用
することができる。また、析出用基板１４の着脱時にお
いて、ピン部材４６等の一部が破損して欠落することに
なった場合でも、この落下物が環状溝部４５ｂで受け止
められるため、図１の溶湯１５にゴミとして落下するこ
とはない。

【００４８】次に、上記のようにして各機器の検査およ
び交換等が完了すると、図２に示すように、開閉扉９に
より搬入出部５ａが閉鎖され、真空容器３内の上側収容
室６および下側収容室７が密閉される。そして、図示し
ない真空排気装置が作動されて空気が排気された後、Ａ
ｒガス等の不活性ガスが供給されることによって、外部
環境とは異なる処理環境が収容室６・７に形成される。

【００４９】この後、誘導加熱コイル５３に高周波数の
交流電力が供給され、高周波磁界がルツボ５２の周囲に
生成される。この結果、図８に示すように、ルツボ５２
の側面壁の表面側に強度の磁界が印加されることによっ
て、側面壁の主に表面側が誘導加熱により加熱され、こ
の表面側の熱が内側方向に向かって伝導していくことに
なる。この際、ルツボ５２は、底面壁５２ｃの厚みが平
均ルツボ半径と略同等であり且つ側面壁５２ｂの厚みと
同等以上に設定されている。これにより、収容部５２ａ
の側面側と底面側との２方向から大きな熱量が伝達さ
れ、この熱量で溶解対象物１０１が均等に加熱される結
果、早期に全体が溶解して溶湯１５となる。また、溶湯
１５になった後は、この溶湯１５の側面および下面が大
きな熱量で加熱され続けられるため、溶湯１５全体が均
一な温度に維持される。この結果、湯面を乱すことなく
湯面中央部における凝固が確実に防止される。

【００５０】また、溶湯１５が形成されると、図１に示
すように、真空容器３内の収容室６・７が高温になると
共に、溶湯１５から高温の輻射熱が放出される。そし
て、輻射熱の一部は、析出機構１０方向に進行すること
になるが、析出機構１０の手前に配設された第１熱遮蔽
体７８および第２熱遮蔽体７９により進行が遮られるた
め、析出機構１０に殆んど到達することがない。これに
より、析出機構１０は、輻射熱が直射されることによる
熱劣化が防止されている。

【００５１】また、高温化した真空容器３内の収容室６
・７には、析出機構１０の駆動装置２３・３５・４０お
よび研磨機構８６のローラー駆動モータ９４が冷却装置
２４・３６・４１・９５にそれぞれ収容されることによ
り冷却されている。この際、図３に示すように、冷却装
置２４・３６・４１・９５に使用される冷却媒体には、
冷却ガスが使用されている。従って、ガス供給配管２６
やガス排出配管２７、収納容器２５等が破損することに
よって、冷却ガスが収容室６・７に漏洩した場合でも、
冷却水が溶湯１５に接触して重大な故障を引き起こすよ
うな事態を生じることがない。

【００５２】（予熱工程）上記のようにして所望の処理
環境下で溶湯１５が形成されることによって、生産の準
備が完了すると、図２に示すように、析出機構１０の垂
直移動機構１１が水平移動機構１３により予熱位置Ａに
水平移動される。そして、旋回機構１２が析出用基板１
４を垂下させた姿勢を維持しながら垂直移動機構１１に
より下降されることによって、析出用基板１４が予熱ヒ
ーター８２に対向される。この後、予熱ヒーター８２に
予熱用電力が供給され、予熱ヒーター８２より析出用基
板１４が所定の予熱温度となるように加熱される。

【００５３】（析出工程）析出用基板１４が所定の予熱
温度になると、垂直移動機構１１が析出位置Ｂに移動さ
れる。そして、垂直移動機構１１と旋回機構１２と水平
移動機構１３とが連動して作動されることによって、回
動軸４０ａよりも溶湯１５側に近い旋回中心Ｏを半径と
した析出軌跡で析出用基板１４が旋回される。この結
果、図４に示すように、析出用基板１４が溶湯１５に浸
漬され、析出用基板１４の基板面１４ａに溶湯１５が析
出して半導体基板２となり、一定時間の経過後に、析出
用基板１４が溶湯１５から引き上げられることによっ
て、所定厚みの半導体基板２が形成される。

【００５４】（引き剥がし工程）所定厚みの半導体基板
２が析出用基板１４の基板面１４ａに形成されると、図
２に示すように、垂直移動機構１１が引き剥がし位置Ｃ
に移動される。そして、旋回機構１２が析出用基板１４
を垂下させた姿勢から剥離部材８７方向に旋回させるこ
とによって、析出用基板１４と半導体基板２との間に剥
離部材８７を進入させる。これにより、半導体基板２が
剥離部材８７により強制的に析出用基板１４から引き剥
がされて基板載置台８８に載置され、所定枚数の半導体
基板２が得られた後、図示しない排出口から一括して機
外に搬出される。

【００５５】（湯面制御工程）上述の析出工程が繰り返
されることによって、多数の半導体基板２が生産される
と、半導体基板２の生産数に応じた消費量で溶湯１５が
減少する。そして、溶湯１５の減少を放置すると、湯面
高さが低下する結果、析出用基板１４の浸漬深さが浅く
なり、最終的には、析出用基板１４を溶湯１５に浸漬さ
せることができなくなる。そこで、半導体基板２の生産
中においては、撮像装置７５によりルツボ５２内の湯面
高さ検出部６１が撮像され、撮像信号に基づいて湯面が
一定となるように溶解対象物１０１が供給される。

【００５６】即ち、湯面高さ検出部６１を撮像して得た
各段部６１ａの撮像信号が図示しない制御装置に取り込
まれ、この制御装置において、撮像信号中の輝度信号成
分が抽出される。そして、溶湯１５と図９の湯面高さ検
出部６１の各段部６１ａとを判別するように、輝度信号
成分が所定の閾値で２値化される。この後、２値化デー
タに基づいて溶湯１５から露出した段部６１ａが求めら
れ、所定の段部６１ａが露出したときに、溶湯１５の湯
面高さが許容範囲以下にまで低下したと判定される。そ
して、この場合には、図１に示すように、供給機構７１
から所定量の溶解対象物１０１が押し出されてルツボ５
２に投入され、所定の湯面高さに復帰される。

【００５７】尚、上記のようにしてルツボ５２に溶解対
象物１０１が投入されると、湯面が揺動することになる
が、仕切り壁６２で上面が区分された第２溶解槽６４に
対して溶解対象物１０１が投下されるため、析出用基板
１４が浸漬される第１溶解槽６３に対して揺動が伝播す
ることはない。これにより、溶解対象物１０１の投入中
においても、半導体基板２の生産を継続することができ
る。

【００５８】（研磨工程）半導体基板２の生産が繰り返
されると、析出用基板１４の基板面１４ａに付着物が残
留する場合がある。従って、この場合には、図２に示す
ように、垂直移動機構１１が研磨位置Ｄに移動され、析
出用基板１４が研磨機構８６の上方に位置される。そし
て、析出用基板１４が下降され、図１０に示すように、
析出用基板１４の基板面１４ａが研磨ベルト９１に当接
されることによって、研磨ベルト９１が回転される。こ
の結果、基板面１４ａの付着物が強制的に擦り落とさ
れ、基板面１４ａが生産当初の状態に回復されることに
なる。

【００５９】以上のように、本実施形態のルツボ装置５
１は、図１に示すように、溶解対象物１０１の溶湯１５
を収容する収容部５２ａを有したルツボ５２と、析出用
基板１４が浸漬される第１溶解槽６３と、溶解対象物１
０１が供給される第２溶解槽６４とに収容部５２ａを区
分し、これら溶解槽６３・６４同士を収容部５２ａの下
部で連通させる仕切り壁６２と、ルツボ５２の周囲に配
置され、このルツボ５２を加熱することにより収容部５
２ａの溶解対象物１０１を加熱溶融して溶湯１５とする
誘導加熱コイル５３（加熱機構）とを備えた構成にされ
ている。

【００６０】上記の構成において、溶解対象物１０１が
供給機構７１からルツボ５２に投入されて補給される際
に、溶解対象物１０１に酸化物や水分等の汚染物質が含
まれていた場合には、この汚染物質が溶湯１５の湯面に
浮かんで拡散することになる。ところが、溶解対象物１
０１が投入される第２溶解槽６４は、仕切り壁６２によ
り第１溶解槽６３に対して湯面同士が完全に分離されて
いる。従って、汚染物質は、第２溶解槽６４の湯面だけ
の拡散に留まり、第１溶解槽６３にまで拡散することは
ない。また、両溶解槽６３・６４の湯面同士が完全に分
離されることによって、溶解対象物１０１の投入による
衝撃により第２溶解槽６４の湯面に大きな揺動が生じた
場合でも、この揺動が第１溶解槽６３の湯面に伝播する
ことがない。この結果、第１溶解槽６３は、溶解対象物
１０１の補給時においても、汚染物質の浮遊しない安定
した湯面で溶湯１５を収容した状態を維持する。さら
に、溶解対象物１０１の補給による第１溶解槽６３にお
ける溶湯１５の温度低下が最小限に抑制される。これに
より、第１溶解槽６３の溶湯１５に対して析出用基板１
４を浸漬させて溶解対象物１０１を析出させる処理を連
続的に繰り返して行うことができると共に、高品質の半
導体基板２を得ることができる。

【００６１】尚、本実施形態においては、供給機構７１
が粉状や塊状の溶解対象物１０１を第２溶解槽６４に供
給するように構成されているが、これに限定されるもの
ではない。即ち、供給機構７１は、図１１に示すよう
に、第２溶解槽６４の上方に排出部１１１ａの先端が位
置するように配置および形成された補給ルツボ１１１
と、補給ルツボ１１１の周囲に配置された誘導加熱コイ
ル１１２と、これら部材１１１・１１２を支持した回動
支持台１１３と、回動支持台１１３のルツボ５２側の一
端側下面を回動自在に支持した支点部材１１４と、回動
支持台１１３の他端側下面を昇降可能な昇降装置１１５
とを備えた構成にされていても良い。

【００６２】上記の構成によれば、補給ルツボ１１１に
溶解対象物１０１を投入し、誘導加熱コイル１１２によ
り直接的または間接的に誘導加熱することによって、予
め補給ルツボ１１１内に溶湯１５を収容した状態にする
ことができる。そして、ルツボ５２に対して溶湯１５の
補給が必要になった場合には、昇降装置１１５により回
動支持台１１３を傾動させることによって、高温の溶湯
１５を排出部１１１ａから第２溶解槽６４に投入するこ
とができる。この結果、溶解対象物１０１（溶湯１５）
の補給に伴う第１溶解槽６３の温度低下を確実に防止す
ることができる。

【００６３】また、供給機構７１は、図１２に示すよう
に、溶解対象物１０１を棒状に形成した棒状材料１２１
と、第２溶解槽６４の上方位置において棒状材料１２１
を鉛直方向に下降可能に保持する棒状材料下降機構１２
２と、棒状材料下降機構１２２の下方に配置され、棒状
材料１２１の下端部（先端部）を加熱溶融する加熱装置
１２３とを備えた構成にされていても良い。この場合に
は、棒状材料１２１の下端部を加熱装置１２３で加熱溶
融しながら溶湯１５を第２溶解槽６４に滴下させること
によって、溶湯１５の補給量を高精度に調整することが
できる。これにより、第１および第２溶解槽６３・６４
の湯面を一定に高さ位置に高精度に制御することができ
る。

【００６４】また、本実施形態においては、第１溶解槽
６３と第２溶解槽６４との区分が図１の板状の仕切り壁
６２により行われているが、これに限定されるものでは
ない。即ち、仕切り壁６２は、長手方向に形成された溝
状部６２ａ内に誘導加熱コイル１２４が配設された構成
であっても良い。この場合には、仕切り壁６２に配置さ
れた誘導加熱コイル１２４で第１溶解槽６３および第２
溶解槽６４の溶湯１５を加熱することができるため、こ
れら各槽６３・６４内の溶湯１５を極めて均一な温度分
布にすることができる。

【００６５】

【発明の効果】請求項１の発明は、溶解対象物の溶湯を
収容する収容部を有したルツボと、析出用基板が浸漬さ
れる第１溶解槽と、前記溶解対象物が供給される第２溶
解槽とに前記収容部を区分し、これら溶解槽同士を前記
収容部の下部で連通させる仕切り壁と、前記ルツボの周
囲に配置され、該ルツボを加熱することにより前記収容
部の溶解対象物を加熱溶融して溶湯とする加熱機構とを
備えた構成である。

【００６６】上記の構成によれば、溶解対象物が投入さ
れる第２溶解槽が仕切り壁により第１溶解槽に対して湯
面同士が完全に分離されているため、汚染物質が第２溶
解槽６４から第１溶解槽にまで拡散することはない。ま
た、両溶解槽の湯面同士が完全に分離されることによっ
て、溶解対象物の投入による衝撃により第２溶解槽の湯
面に大きな揺動が生じた場合でも、この揺動が第１溶解
槽の湯面に伝播することがない。この結果、第１溶解槽
の溶湯に対して析出用基板を浸漬させて溶解対象物を析
出させる処理を連続的に繰り返して行うことができると
共に、高品質の半導体基板を得ることができるという効
果を奏する。

【００６７】請求項２の発明は、密閉状態にされた処理
室で溶解対象物を析出用基板の基板面に析出させること
によって、シート状の析出板を製造する析出板製造装置
であって、請求項１に記載のルツボ装置と、前記ルツボ
装置の第１溶解槽の溶湯に析出用基板を浸漬させて引き
上げる析出機構と、前記ルツボ装置の第２溶解槽に溶解
対象物を供給する供給装置とを有する構成である。

【００６８】上記の構成によれば、ルツボ装置の両溶解
槽の湯面同士が完全に分離されることによって、溶解対
象物の投入による衝撃や汚染物質の第２溶解槽から第１
溶解槽への拡散を防止することができるため、第１溶解
槽の溶湯に対して析出用基板を浸漬させて溶解対象物を
析出させる処理を連続的に繰り返して行うことができる
と共に、高品質の半導体基板を得ることができるという
効果を奏する。

【００６９】請求項３の発明は、前記供給装置は、請求
項１に記載の析出板製造装置であって、前記溶解対象物
を加熱溶融させながら定量供給する構成である。

【００７０】上記の構成によれば、溶解対象物の溶湯の
補給量を高精度に調整しながら補給することができるた
め、溶湯の湯面を一定に高さ位置に高精度に制御するこ
とができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体基板製造装置を側面視した場合における
概略構成図である。

【図２】半導体基板製造装置を正面視した場合における
概略構成図である。

【図３】第１冷却装置の概略構成を示す説明図である。

【図４】析出用基板が溶湯に浸漬する状態を示す説明図
である。

【図５】カーボン基板把持装置の斜視図である。

【図６】カーボン基板把持装置の斜視図である。

【図７】カーボン基板把持装置の分解斜視図である。

【図８】ルツボの熱伝導の状態を示す説明図である。

【図９】溶湯の収容状態を示す斜視図である。

【図１０】研磨機本体の斜視図である。

【図１１】溶湯が補給される状態を示す説明図である。

【図１２】溶湯が補給される状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１半導体基板製造装置２半導体基板３真空容器４上側タンク部５下側タンク部６上側収容室９開閉扉１０析出機構１１垂直移動機構１２旋回機構１３水平移動機構１４析出用基板１５溶湯２３水平駆動装置２４第１冷却装置２８ガス供給機３０垂直搬送部３１垂直駆動部３６第２冷却装置４０回動駆動装置４１第３冷却装置４２旋回支持機構４３カーボン基板把持装置４４チャック機構４５チャック部材４６ピン部材５１ルツボ装置５２ルツボ５７ルツボ搬入出機構６１湯面高さ検出部６２仕切り壁７５撮像装置７６カメラ本体７８第１熱遮蔽体７９第２熱遮蔽体８１予熱機構８６研磨機構９５第４冷却装置９６研磨支持台１００硬化層１０１溶解対象物１１１補給ルツボ１１２誘導加熱コイル１１３回動支持台１１４支点部材１１５昇降装置１２１棒状材料１２２棒状材料下降機構１２３加熱装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者奥野敦三重県伊勢市竹ヶ鼻町100番地神鋼電機株式会社伊勢事業所内 (72)発明者中井泰弘三重県伊勢市竹ヶ鼻町100番地神鋼電機株式会社伊勢事業所内 (72)発明者中嶋賢人三重県伊勢市竹ヶ鼻町100番地神鋼電機株式会社伊勢事業所内Ｆターム(参考） 4G077 AA02 AA03 BA04 CD10 EG01 HA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶解対象物の溶湯を収容する収容部を有
したルツボと、析出用基板が浸漬される第１溶解槽と、前記溶解対象物
が供給される第２溶解槽とに前記収容部を区分し、これ
ら溶解槽同士を前記収容部の下部で連通させる仕切り壁
と、前記ルツボの周囲に配置され、該ルツボを加熱すること
により前記収容部の溶解対象物を加熱溶融して溶湯とす
る加熱機構とを備えたことを特徴とするルツボ装置。
【請求項２】密閉状態にされた処理室で溶解対象物を
析出用基板の基板面に析出させることによって、シート
状の析出板を製造する析出板製造装置であって、請求項１に記載のルツボ装置と、前記ルツボ装置の第１溶解槽の溶湯に析出用基板を浸漬
させて引き上げる析出機構と、前記ルツボ装置の第２溶解槽に溶解対象物を供給する供
給装置とを有することを特徴とする析出板製造装置。
【請求項３】前記供給装置は、前記溶解対象物を加熱
溶融させながら定量供給することを特徴とする請求項１
に記載の析出基板製造装置。