JP2003343980A - 溶湯監視装置およびそれを備えた真空溶解装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オペレータの目視による監視を不要にし、湯
面が鏡面状態となっていても正確且つ高い信頼性で湯面
高さを監視することができる。 【解決手段】 上面を開口されたルツボ５２内の溶湯１
５の湯面高さを監視する溶湯監視装置１である。溶湯監
視装置１は、ルツボ５２内の底面から上面にかけて複数
の段部２ａを階段状に有するように形成された湯面高さ
検出部２と、湯面高さ検出部２を溶湯１５と共に撮像し
て撮像信号を出力する撮像手段としての撮像装置５と、
湯面高さ検出部２の各段部２ａ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湯面高さ検出
手段としての湯面高さ検出装置９とを有する。

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
溶融した溶湯の湯面高さを検出して監視する溶湯監視装
置およびそれを備えた真空溶解装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板等の析出板を製造する場合に
は、ルツボ装置に収容された溶解対象物を加熱溶融して
溶湯とし、この溶湯に対して析出用基板を湯面から僅か
に浸漬させて基板面に所定量の溶解対象物を析出させる
という処理が一般に行われている。このような処理によ
って析出板の製造を繰り返すと、溶湯の消費により湯面
高さが低下し、最終的には析出用基板を溶湯に浸漬させ
ることができなくなる。従って、従来においては、オペ
レータが湯面高さを目視により監視したり、溶湯の消費
量に対応する析出板の製造数に基づいて湯面高さを監視
したりする対策が講じられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにオペレータの目視により湯面高さを監視する方法
では、オペレータによる溶湯の目視が製造中において常
に必要になるため、オペレータの負担が大きいという問
題がある。また、析出板の製造数に基づいて湯面高さを
監視する方法では、析出板以外の析出物が析出用基板に
生成していると、この析出物が溶湯消費量の誤差要因に
なるため、湯面高さを正確に監視することが困難になる
という問題がある。

【０００４】そこで、例えばグリーンレーザー光を溶湯
に向かって出射すると共に、湯面におけるグリーンレー
ザー光の照射点を監視カメラで撮像し、湯面高さの低下
に伴って照射点が移動したときの移動量を撮像信号に基
づいて求めることによって、湯面高さを監視する方法が
考えられている。ところが、溶解対象物の種類によって
は、溶解対象物が溶湯になったときに湯面が鏡面状態と
なる性質を有するものがある。このような性質を持つ溶
解対象物の場合には、グリーンレーザー光が湯面におい
て乱反射しないため、照射点を撮像することができず、
結果として湯面高さを監視することができない。特にこ
の問題は、半導体基板に多用されているＳｉを溶解対象
物とした場合に顕著なものになっている。

【０００５】本発明は、オペレータの目視による監視を
不要にし、湯面が鏡面状態となっていても正確且つ高い
信頼性で湯面高さを監視することができる溶湯監視装置
およびそれを備えた真空溶解装置を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の溶湯監視装置は、上面を開口された容器内の溶湯の湯
面高さを監視する溶湯監視装置において、前記容器内の
底面から上面にかけて複数の段部を階段状に有するよう
に形成された湯面高さ検出部と、前記湯面高さ検出部を
溶湯と共に撮像して撮像信号を出力する撮像手段と、前
記湯面高さ検出部の各段部における撮像信号の明暗に基
づいて前記溶湯の湯面高さを検出する湯面高さ検出手段
とを有することを特徴とする。

【０００７】上記構成の溶湯監視装置によれば、溶融し
て液体状となった溶湯と固体状の湯面高さ検出部とで撮
像信号に含まれる輝度信号のレベルが異なるため、湯面
高さ検出部を撮像して得た各段部の撮像信号の明暗に基
づいて段部が溶湯から露出しているか否かを判断するこ
とができる。その結果、オペレータの目視による監視が
不要となり、溶湯の湯面が鏡面状態となっていても、溶
湯と段部との関係で、正確且つ高い信頼性で湯面高さを
監視することができる。

【０００８】本発明の請求項２に記載の真空溶解装置
は、請求項１に記載の溶湯監視装置と、前記溶湯となる
溶解対象物を前記容器に供給する供給手段と、前記湯面
高さ検出手段により検出された湯面高さが所定の基準高
さとなるように、前記供給手段における溶解対象物の供
給タイミングおよび／または供給量を制御する供給制御
手段とを有することを特徴とする。

【０００９】上記構成の真空溶解装置によれば、請求項
１に記載の溶湯監視装置によって湯面高さを段部との関
係で正確且つ高い信頼性で検出することができるため、
湯面高さを基準とした例えば析出処理を高い信頼性で行
うことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて添付図面を参照しながら説明する。本実施形態に
係る溶湯監視装置は、真空溶解装置を適用した半導体基
板製造装置に搭載されている。半導体基板製造装置は、
図５および図６に示すように、Ｓｉを主成分とするシー
ト状の半導体基板６１を析出物として製造するように構
成されている。尚、図５および図６に示す半導体基板製
造装置としての真空溶解装置１０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１０１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。

【００１１】上記の真空溶解装置１０は、図５および図
６に示されているように、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７６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７６に連通した下側収容室７７を形成する下側タ
ンク部７５とを有している。図６に示すように、上側タ
ンク部４の上面には第１〜第４覗き窓部４８ａ〜４８ｄ
が幅方向に形成されており、これらの覗き窓部４８ａ〜
４８ｄは、上側収容室７６および下側収容室７７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５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４８ｅが形成されている。第５覗き窓部４
８ｅは、上側収容室７６および下側収容室７７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。

【００１２】また、下側タンク部７５の一方の側面壁に
は、図６に示すように、搬入出部７５ａが開口されてい
る。搬入出部７５ａ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８０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７６・７７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７６・７７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７６・７
７に出現させるようになっている。

【００１３】上記の両収容室７６・７７の略中央部に
は、析出用基板７４を溶湯１５に浸漬させて引き上げる
析出機構１０３が設けられている。析出機構１０３は、
水平移動機構７３と、水平移動機構７３により水平移動
可能にされた垂直移動機構７１と、垂直移動機構７１に
より昇降可能にされた旋回機構７２とを有している。水
平移動機構７３は、水平方向に配置され、上側収容室７
６の両端部にかけて可動範囲が設定された水平搬送部１
６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。

【００１４】水平搬送部１６は、図５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
７１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。

【００１５】上記の水平搬送部１６の一端部には、図６
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、ブロック部材１９等を介し
て垂直移動機構７１を水平方向の任意の位置に移動可能
にしている。

【００１６】また、第１冷却装置２４は、図７に示すよ
うに、水平駆動装置２３を下側収容室７７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２
８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２
８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。

【００１７】一方、図６に示すように、垂直移動機構７
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５に示すように、上述の
水平移動機構７３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（図中左面）に旋回機
構７２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。

【００１８】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７２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７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。

【００１９】上記の垂直移動機構７１で昇降される旋回
機構７２は、図５に示すように、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。

【００２０】上記の第３冷却装置４１は、垂直駆動部３
１と同様に、図７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
６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７４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７４を旋回させるよ
うになっている。

【００２１】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７４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７４
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。

【００２２】上記のように各機構７１〜７３で構成され
た析出機構１０３は、水平移動機構７３により垂直移動
機構７１および旋回機構７２を水平方向に進退移動させ
ることによって、図６に示すように、これら機構７１・
７２と共に析出用基板７４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７１〜７３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７４を進行させるようになっている。尚、図
６に示す析出軌跡は、析出用基板７４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６１
を生成させるように設定されている。

【００２３】上記の析出用基板７４は、図８に示すよう
に、半導体基板６１が析出される下面からなる基板面７
４ａ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７４ｂと、析出用基板７４の上面（反析出
面）に形成された把持部７４ｃとを有している。傾斜部
７４ｂは、基板面７４ａ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７４ａから上面側にかけて傾斜
されている。具体的には、傾斜部７４ｂは、溶湯１５に
対する浸漬角度θ１よりも基板面７４ａ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６１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。尚、析出用基板７４
は、例えばカーボン等の耐熱性のある材料により形成さ
れるのが好ましい。

【００２４】また、図９に示すように、析出用基板７４
の上面に形成された把持部７４ｃは、進行方向の断面が
逆台形形状に形成されており、基板把持装置４３の一部
を構成している。基板把持装置４３は、把持部７４ｃ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４４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７
４ｃ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。

【００２５】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１０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。

【００２６】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１１に示すように、硬
化層１０２が形成されており、ピン部材４６は、硬化層
１０２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７４に接触する係合部４５ａおよび下
面とに硬化層１０２が形成されている。そして、チャッ
ク部材４５は、硬化層１０２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７４の把持時における磨耗が低減されている。

【００２７】尚、硬化層１０２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１０２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。また、
析出用基板７４の上面の形状は、析出用基板把持装置４
３の種類によって、適宜変更することができる。

【００２８】上記の基板把持装置４３で保持される析出
用基板７４が浸漬される溶湯１５は、図１２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５
２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、図５および図６に示す、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、
図５および図６に示す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、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。

【００２９】一方、ルツボ５２は、析出用基板７４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７４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７４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
形状であっても良い。また、ルツボ５２は、図１３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。

【００３０】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。

【００３１】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６１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７４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７４が浸漬する第１溶解槽６３と、第１溶解槽６
３に連通する第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６３との間におけ
る湯面の乱れの伝播を防止している。

【００３２】また、ルツボ５２は、図５および図６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５
３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５４
ｃ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７５ａ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。

【００３３】さらに、ルツボ５２の収容部５２ａ内に
は、図１および図１２に示すように、溶湯１５の湯面高
さの監視に使用される本実施形態に係る湯面高さ検出部
２が形成されている。湯面高さ検出部２は、収容部５２
ａの底面から上面にかけて複数の段部２ａを階段状に有
しており、析出用基板７４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。湯面高さ
検出部２は、例えばセラミック、カーボン等の耐熱性の
ある材料からなるのが好ましい。湯面高さ検出部２は、
ルツボ５２と一体的に形成されていても良いし、また、
湯面高さ検出部２をルツボ５２から取り外し可能とし、
ルツボ５２内の任意位置に固設できるようにするため、
ルツボ５２とは別に形成されていても良い。湯面高さ検
出部２をルツボ５２と別に形成する場合は、例えばカー
ボン製のボルト・ナット等により湯面高さ検出部２をル
ツボ５２の底に固定するのが好ましい。

【００３４】湯面高さ検出部２は、ルツボ５２内の溶湯
１５の容量を減少させることのないように、ルツボ５２
内の空間と比較して長さ・幅を小さくして、上述のよう
にルツボ２内の隅部に設置するのが好ましい。湯面高さ
検出部２の各段部２ａの高さは、析出用基板７４の結晶
析出厚さ、ルツボ５２の高さ１ｍｍ当たりの溶湯重量、
浸漬させる析出用基板７４の枚数等に応じて設定するこ
とができる。例えば析出用基板の結晶析出厚さが０．３
ｍｍ、ルツボ５２の高さ１ｍｍ当たりの溶湯重量が６９
０ｇ、析出用基板７４を３６枚浸漬させる場合、湯面高
さ検出部２の段部２ａを５段とし、各段部２ａの高さを
略２．２ｍｍとする。

【００３５】上記のように構成された湯面高さ検出部２
を含むルツボ５２の上方には、図１および図５に示すよ
うに、供給機構１１が設けられている。供給機構１１
は、溶解対象物１０１をルツボ５２の第２溶解槽６４に
供給できるようになっている。供給機構１１は、先端部
に投入部が形成され、粉状や塊状の溶解対象物１０１を
収容した収容箱１２と、収容箱１２を水平方向に進退移
動させる収容箱移動機構１３と、収容箱１２内の溶解対
象物１０１を先端部から押し出す押出機構１４とを備え
ている。

【００３６】さらに、ルツボ５２の上方における真空容
器３の第１覗き窓部４８ａには、図６に示すように、上
記の湯面高さ検出部２を溶湯１５と共に撮像して撮像信
号を出力する撮像手段としての撮像装置５が設けられて
いる。撮像装置５は、図１に示すように、ＣＣＤカメラ
等のカメラ本体６と、カメラ本体６の前方に配置された
スリット板７とを有している。カメラ本体６は、マトリ
ックス状に配列された多数の撮像素子（画素）からなる
撮像面を備えており、撮像面に投影された撮像光を各撮
像素子が電気信号に変換することによって、溶融して液
体状となった溶湯１５と固体状の湯面高さ検出部２とで
輝度信号成分のレベルが異なる撮像信号を出力するよう
になっている。

【００３７】一方、スリット板７には、図２に示すよう
に、撮像領域７ａを湯面高さ検出部２の周辺に制限する
スリットが形成されている。これにより、カメラ本体６
は、スリット板７に形成されたスリットを介して、図２
に示す撮像領域７ａ内にあるルツボ５１の湯面高さ検出
部２を溶湯１５と共に撮像することができるため、常時
溶湯１５の湯面を監視して後述の湯面高さ検出装置９に
湯面高さを認識させることが可能になっている。

【００３８】上記のカメラ本体６は、図１に示すよう
に、湯面高さ検出装置９の撮像信号処理部９ａに接続さ
れている。湯面高さ検出装置９は、上記の撮像信号処理
部９ａの他、入出力部９ｂ、演算部９ｃ、および記憶部
９ｄを備えており、これら各部９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ
は、信号バス９ｅを介してデータを相互に交換可能にさ
れている。また、湯面高さ検出装置９の入出力部９ｂ
は、第１警報機５０および第２警報機６０に接続されて
いる。

【００３９】湯面高さ検出装置９の撮像信号処理部９ａ
は、カメラ本体６に接続されており、このカメラ本体６
から図２の撮像領域７ａ内における湯面高さ検出部２等
の撮像信号を受信するようになっている。そして、撮像
信号処理部９ａは、撮像信号をデジタルデータに変換し
た後、信号バス９ｅを介して記憶部９ｄの撮像信号デー
タ領域９ｇに格納するようになっている。

【００４０】また、湯面高さ検出装置９の記憶部９ｄ
は、データ書き換え可能に記憶するＲＡＭ部と、データ
を読み出し専用に記憶するＲＯＭ部とを有している。Ｒ
ＯＭ部は、各種データや処理プログラム等が記憶される
ためのものであり、本実施形態では、図４に示す湯面検
出制御ルーチン９ｆが格納されている。一方、ＲＡＭ部
には、上述の撮像信号処理部９ａからの撮像信号データ
をマトリックス状に配列されたカメラ本体６の撮像素子
（画素）に対応して記憶する撮像信号データ領域９ｇ
と、撮像信号データを２値化した２値化データを記憶す
る２値化データ領域９ｈとが形成されている。

【００４１】上記の記憶部９ｄに記憶された湯面検出制
御ルーチン９ｆは、演算部９ｃにより実行可能にされて
おり、２値化処理（図４のＳ２）と湯面高さ検出処理
（Ｓ３・Ｓ４）と供給制御処理（Ｓ５〜Ｓ８）と残量無
し通知処理（Ｓ９・Ｓ１０）と故障通知処理（Ｓ１１・
Ｓ１２）とを実行可能にしている。

【００４２】ここで、２値化処理（Ｓ２）とは、記憶部
９ｄの撮像信号データ領域９ｇに記憶された撮像信号デ
ータを明暗に基づいて「０」または「１」に２値化し、
２値化データ領域９ｈに格納する処理のことである。
尚、２値化データにおける「１」は、輝度が低い、即ち
溶湯１５から露出した低温の段部２ａを撮像しているこ
とを意味する一方、「０」は、輝度が高い、即ち段部２
ａを浸漬させた高温の溶湯１５の湯面を撮像しているこ
とを意味する。

【００４３】また、湯面高さ検出処理（Ｓ３・Ｓ４）と
は、湯面高さ検出部２の各段部２ａ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処理のこ
とである。具体的には、湯面高さ検出部２の各段部２ａ
における一部の主要領域（判定領域）に対応する２値化
データを記憶部９ｄの２値化データ領域９ｈから抽出
し、各段部２ａの抽出された２値化データの合計値に基
づいて、各段部２ａが溶湯１５から露出しているか否か
を判定することにより湯面高さを検出する処理のことで
ある。

【００４４】また、供給制御処理（Ｓ５〜Ｓ８）とは、
湯面高さ検出部２により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１１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
る処理のことである。残量無し通知処理（Ｓ９・Ｓ１
０）とは、第１警報機５０を通じて溶解対象物１０１の
残量無しをオペレータに通知する処理のことである。故
障通知処理（Ｓ１１・Ｓ１２）とは、第２警報機６０を
通じて供給機構１１の故障をオペレータに通知する処理
のことである。

【００４５】上記の湯面高さ検出装置９で湯面が監視制
御されるルツボ装置５１の上方には、図５および図６に
示すように、析出機構１０３との間に、溶湯１５から析
出機構１０３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７８は、図５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、本実施形態に係る撮像装置５に
よる湯面高さ検出部２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１０３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１０３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。

【００４６】また、図６に示すように、ルツボ装置５１
から見て析出用基板７４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７４が対向されたときに、この析出用
基板７４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７４との温度差を一定にするようになっ
ている。

【００４７】一方、ルツボ装置５１から見て析出用基板
７４の進行方向の下流側には、図６に示すように、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７４と半導体基板６１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６１を受け止める基板
載置台８８とを備えている。

【００４８】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
７４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１４
に示すように、析出用基板７４の基板面７４ａ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７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７４の基板面７４ａ
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７４ａに付着した付着物を除去する
ようになっている。

【００４９】上記のように構成された本実施形態に係る
真空溶解装置１０の動作を通じて、溶湯監視装置1の動
作を説明する。

【００５０】（準備・保全工程）準備・保全工程は、半
導体基板６１の生産開始前および生産開始後において、
真空溶解装置１０を生産に適した状態にする場合に実施
される。即ち、図６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８０が移動されて真空容
器３の搬入出部７５ａ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７５ａ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。

【００５１】また、ルツボ装置５１の検査中に、図５に
示すように、供給機構１１の収容箱１２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。

【００５２】例えば析出用基板把持装置４３に取り付け
られた析出用基板７４に不具合がある場合には、図１０
および図１１に示すように、ピン部材４６がピン挿通穴
４５ｅ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４５
ｄ・４５ｄから切り離される。これにより、縦設部材４
２ａ・４２ｃにより析出用基板７４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７４
が析出用基板把持装置４３から取り外される。

【００５３】次に、新たな析出用基板７４が準備され、
この析出用基板７４の把持部７４ｃ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７４ｃを把持することによって、析出用基
板７４が析出用基板把持装置４３に取り付けられる。

【００５４】ここで、析出用基板把持装置４３に対して
析出用基板７４が着脱される場合には、チャック部材４
５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７４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や析出用基板把持装置４３の擦れ合う
部分は、図１１に示すように、硬化層１０２により機械
的強度が高められている。従って、析出用基板７４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
析出用基板把持装置４３が初期の形状を維持するため、
ピン部材４６および析出用基板把持装置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７４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４５
ｂで受け止められるため、溶湯１５にゴミとして落下す
ることはない。

【００５５】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６に示すように、開閉扉８０
により搬入出部７５ａが閉鎖され、真空容器３内の上側
収容室７６および下側収容室７７が内部から密閉され
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、Ａｒ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７
６・７７に形成される。

【００５６】この後、図１２および図１３に示す誘導加
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、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、この表面側の熱量が内側方向に向かって伝導してい
くことになる。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。

【００５７】また、溶湯１５が形成されると、図６に示
す真空容器３内の収容室７６・７７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１０３方向に進行することにな
るが、析出機構１０３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１０３に殆んど到達することがない。これ
により、析出機構１０３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。

【００５８】また、高温化した真空容器３内の収容室７
６・７７には、図５および図６に示す析出機構１０３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７に示すように、冷却装置２４・３６・４１・９
５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７６・７７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。

【００５９】（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６に示すように、析出機構１０３の
垂直移動機構７１が水平移動機構７３により予熱位置Ａ
に水平移動される。そして、旋回機構７２が析出用基板
７４を垂下させた姿勢を維持しながら垂直移動機構７１
により下降されることによって、析出用基板７４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７４が所定の予熱温度となるように加熱される。

【００６０】（析出工程）析出用基板７４が所定の予熱
温度になると、図６に示すように、垂直移動機構７１が
析出位置Ｂに移動される。そして、垂直移動機構７１と
旋回機構７２と水平移動機構７３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７４が旋
回される。この結果、図８に示すように、析出用基板７
４が溶湯１５に浸漬され、析出用基板７４に溶湯１５が
析出されて半導体基板６１となり、一定時間の経過後に
析出用基板７４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６１が形成される。

【００６１】（引き剥がし工程）所定厚みの半導体基板
６１が析出用基板７４の基板面７４ａに形成されると、
垂直移動機構７１が図６に示す引き剥がし位置Ｃに移動
される。そして、旋回機構７２が析出用基板７４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７４と半導体基板６１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６１が剥
離部材８７により強制的に析出用基板７４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６１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。

【００６２】（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６１が生産され
ると、半導体基板６１の生産数に応じた消費量で溶湯１
５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７４の浸漬深さが
浅くなり、最終的には、析出用基板７４を溶湯１５に浸
漬させることができなくなる。そこで、各段部２ａが溶
湯１５から露出しているか否かを判断するために、本発
明に係る溶湯監視装置１を用いることによって、撮像装
置７５で湯面高さ検出部２を撮像して得た各段部２ａの
撮像信号データに基づいて、溶融して液体状となった溶
湯１５と固体状の湯面高さ検出部２とで撮像信号に含ま
れる輝度信号成分のレベルの違いから、溶湯１５の湯面
高さを検出する。さらに、溶湯１５の湯面高さを予め設
定された範囲内に保持するため、供給機構１１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。

【００６３】以下に、溶湯監視装置１の湯面制御の具体
的な動作を図４の湯面検出制御ルーチン９ｆのフローチ
ャートに基づいて説明する。尚、以降の説明において
は、湯面高さが湯面高さ検出部２の第２段目と第３段目
との間に設定されている場合における湯面検出制御ルー
チン９ｆの処理手順について説明する。

【００６４】先ず、撮像装置５から送信された撮像信号
が撮像信号処理部９ａにおいて撮像信号データに変換さ
れると、この撮像信号データは、撮像信号処理部９ａか
ら信号バス９ｅを介して記憶部９ｄの撮像信号データ領
域９ｇに送信され、撮像信号データ領域９ｇに記憶され
る（Ｓ１）。ここで、撮像信号データ領域９ｇに記憶さ
れた撮像信号データは、図３に示すように、マトリック
ス状に配列された多数の撮像素子（画素）からなる撮像
面に対して図１のスリット板７で撮像領域７ａ内に制限
された撮像光を投影したときに、各撮像素子が撮像光を
電気信号に変換して得られた撮像信号中の輝度信号成分
をデジタル化したものである。

【００６５】次に、記憶部９ｄの撮像信号データ領域９
ｇに記憶された撮像信号データを２値化する（Ｓ２）。
具体的には、図３に示すように、撮像信号データと予め
設定された２値化閾値とを比較し、撮像信号データが２
値化閾値以上であれば‘０’、撮像信号データが２値化
閾値未満であれば‘１’に設定する。ここで、２値化さ
れる前の撮像信号データは、輝度の高さを表すものであ
り、２値化閾値以上であれば比較的輝度が高く、溶融し
て液体状となった溶湯１５の撮像信号であると考えられ
る。一方、２値化閾値未満であれば比較的輝度が低く、
例えばカーボンからなる固体状の湯面高さ検出部２の撮
像信号であると考えられる。つまり、２値化データが
‘０’であれば湯面高さ検出部２の段部２ａは溶湯１５
に浸漬しており、‘１’であれば段部２ａは溶湯１５か
ら露出していることを意味する。本実施形態では、図３
に示すように、第３段目および第４段目における２値化
データ、および、撮像領域７ａにおける湯面高さ検出部
２の周縁部且つルツボ５２の側面壁５２ｂに相当する部
分における２値化データは全て‘１’、それ以外の部分
の２値化データは ‘０’である。これは、溶湯高さが
第２段目と第３段目との間にある状態を表している。
尚、このステップＳ２で２値化されたデータは記憶部９
ｄの２値化データ領域９ｈに記憶される。

【００６６】次に、湯面高さ検出部２の各段部２ａにお
ける第１〜第４判定領域Ｍ１〜Ｍ４の２値化データを抽
出して合計値を算出する（Ｓ３）。ここで、第１〜第４
判定領域Ｍ１〜Ｍ４とは、図３において二点鎖線で囲ま
れた領域であり、湯面高さ検出部２と撮像領域７ａとの
位置関係が多少ずれた場合でも、各段部２ａにおける浸
漬状態を確実に検出することができるように設定されて
いる。尚、本実施形態において各判定領域Ｍ１〜Ｍ４か
ら抽出されるデータは６つずつであり、第１および第２
判定領域（Ｍ１およびＭ２）の抽出データは全て０、第
３および第４判定領域（Ｍ３およびＭ４）の抽出データ
は全て１である。即ち、合計値は、第１および第２判定
領域（Ｍ１およびＭ２）では夫々０、第３および第４判
定領域（Ｍ３およびＭ４）では夫々６である。

【００６７】次に、第１〜第４判定領域（Ｍ１〜Ｍ４）
の第１〜第４判定フラグに対して判定領域の合計値が判
定値以上（段部が露出）であれば‘１’、判定値未満
（段部が溶湯に浸漬）であれば‘０’をセットする（Ｓ
４）。本実施形態において、各段部２ａが露出している
と判定される値Ｘを例えば‘判定値：Ｘ＝４’と設定す
ると、ステップＳ３で算出された合計値と比較して、第
１・第２判定領域（Ｍ１，Ｍ２）のデータの合計値は判
定値未満（０＜Ｘ＝４）、第３・第４判定領域（Ｍ３，
Ｍ４）のデータの合計値は判定値以上（６≧Ｘ＝４）で
ある。従って、本実施形態では、第１・第２判定領域
（Ｍ１，Ｍ２）の判定フラグに対して‘０’、第３・第
４判定領域（Ｍ３，Ｍ４）の判定フラグに対して‘１’
がセットされる。尚、判定値の数値はステップＳ３にお
いて抽出される２値化データの数等に応じて適宜変更し
てよい。

【００６８】次に、第２判定フラグが‘１’であるか否
か、即ち湯面高さ検出部２の第２段目が溶湯１５から露
出しているか否かが判定される（Ｓ５）。上述のよう
に、本実施形態では湯面高さが湯面高さ検出部２の第２
段目と第３段目との間となるように設定されているの
で、第２段目が露出していれば湯面高さは許容範囲の下
限未満であり、溶解対象物１０１を補給する必要があ
る。従って、第２判定フラグが‘１’のときは（Ｓ５，
ＹＥＳ）、溶解対象物１０１が補給される（Ｓ６）。一
方、第２判定フラグが‘１’でなければ（Ｓ５，Ｎ
Ｏ）、次に第３判定フラグが‘１’であるか否か、即ち
湯面高さ検出部２の第３段目が溶湯１５から露出してい
るか否かが判定される（Ｓ７）。

【００６９】本実施形態では湯面高さが湯面高さ検出部
２の第２段目と第３段目との間となるように設定されて
いるので、第３段目が溶湯１５に浸漬していれば湯面高
さは許容範囲内であり、溶解対象物１０１を補給する必
要はない。従って、第３判定フラグが‘１’でなければ
（Ｓ７，ＮＯ）、溶解対象物１０１の補給が停止される
（Ｓ８）。尚、ステップＳ６およびステップＳ８におけ
る溶解対象物１０１の補給および補給の停止は、例えば
湯面高さ検出装置９の入出力部９ｂから供給機構１１へ
と指令を出すことによって実現される。

【００７０】第２段目が溶湯１５から露出していると判
定され、ステップＳ６で溶解対象物１０１が補給された
後、第３段目が溶湯１５に浸漬していると判定され、ス
テップＳ８で溶解対象物１０１の補給が停止された後、
或いは第３段目が溶湯１５から露出していると判定され
たとき、さらに、第１判定フラグが‘１’であるか否
か、即ち湯面高さ検出部２の第１段目が溶湯１５から露
出しているか否かが判定される（Ｓ９）。第１段目が溶
湯１５から露出しているということは、例えば供給機構
１１の収容箱１２内に溶解対象物１０１が無いことを意
味する。これによると、ステップＳ６において供給機構
１１による溶解対象物１０１の供給が正常に行われな
い。そこで、第１判定フラグが‘１’である場合（Ｓ
９，ＹＥＳ）、第１警報機５０を通じて溶解対象物１０
１の残量が無いことをオペレータに通知する（Ｓ１
０）。ここでは図１に示すように、入出力部９ｂから第
１警報部５０へと指令が出され、第１警報部５０が警報
音を発する。

【００７１】一方、第１判定フラグが‘１’でない場合
は（Ｓ９，ＮＯ）、さらに第４判定フラグが‘１’であ
るか否か、即ち湯面高さ検出部２の第４段目が溶湯１５
から露出しているか否かが判定される（Ｓ１１）。本実
施形態では湯面高さが湯面高さ検出部２の第２段目と第
３段目との間となるように設定して制御しているので、
第４段目が溶湯１５から露出している場合は（Ｓ１１，
ＹＥＳ）、湯面高さは許容範囲以内で制御が適正に行わ
れていることを意味し、ステップＳ１に戻って新たな撮
像信号データに基づいて同様の処理が繰り返される。一
方、第４段目が溶湯１５に浸漬している場合は（Ｓ１
１，ＮＯ）、供給機構１１に何らかの故障が生じたこと
により溶解対象物１０１が過剰供給されたと考えられる
ため、図１に示す第２警報機６０を通じて供給機構１１
の故障をオペレータに通知する（Ｓ１２）。尚、ステッ
プＳ１２およびステップＳ１０において第１警報機５０
および第２警報機６０でオペレータに通知した後は、ス
テップＳ１へと戻って新たな撮像信号データに基づいて
同様の処理が繰り返される。

【００７２】湯面高さ検出装置９の記憶部９ｄに格納さ
れている湯面検出制御ルーチン９ｆは、以上のような手
順に従って、湯面高さ検出装置９の各部を機能させて、
供給機構１１におけるルツボ５２への溶解対象物１０１
の供給タイミングおよび／または供給量を制御する。そ
の結果、溶湯１５の湯面高さが設定した範囲に制御され
る。また、この処理は半導体基板６１の生産中に亘って
実行されるものである。

【００７３】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、図１および図１３に示す仕切り壁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７４が浸漬される第１溶解槽６
３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６１の
生産を継続することができる。

【００７４】（研磨工程）半導体基板６１の生産が繰り
返されると、析出用基板７４の基板面７４ａに付着物が
残留する場合がある。従ってこの場合には、図６に示す
ように、垂直移動機構７１が研磨位置Ｄに移動され、析
出用基板７４が研磨機構８６の上方に位置される。そし
て、析出用基板７４が下降され、析出用基板７４の基板
面７４ａが研磨ベルト９１に当接されることによって、
図１４によく示すように、研磨ベルト９１が回転され
る。この結果、基板面７４ａの付着物が強制的に擦り落
とされ、基板面７４ａが生産当初の状態に回復されるこ
とになる。

【００７５】以上のように、本実施形態の溶湯監視装置
１は、図１に示すように、上面を開口されたルツボ５２
容器内の溶湯１５の湯面高さを監視するため、ルツボ５
２内の底面から上面にかけて複数の段部２ａを階段状に
有するように形成された湯面高さ検出部２と、湯面高さ
検出部２を溶湯１５と共に撮像して撮像信号を出力する
撮像手段としての撮像装置５と、湯面高さ検出部２の各
段部２ａ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湯面高さ検出手段としての湯面高さ
検出装置９とを有している。これにより、溶融して液体
状となった溶湯１５と固体状の湯面高さ検出部２とで撮
像信号に含まれる輝度信号のレベルが異なるため、湯面
高さ検出部２を撮像して得た各段部２ａの撮像信号の明
暗に基づいて、段部２ａが溶湯１５から露出しているか
否かを判断することができる。その結果、オペレータの
目視による監視が不要となり、溶湯１５の湯面が鏡面状
態となっていても、溶湯１５と段部２ａとの関係で、正
確且つ高い信頼性で湯面高さを監視することができる。

【００７６】また、本実施形態の真空溶解装置１０は、
上記の溶湯監視装置１と、溶湯１５となる溶解対象物１
０１を容器に供給する供給手段としての供給機構１１
と、湯面高さ検出部２により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１１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
御する供給制御手段とを有する構成である。これによ
り、溶湯監視装置１によって湯面高さを段部２ａとの関
係で正確且つ高い信頼性で検出することができるため、
湯面高さを基準とした例えば析出処理を高い信頼性で行
うことができる。

【００７７】尚、湯面高さ検出部２のルツボ５２内にお
ける設置場所は、本実施形態においてはルツボ５２隅部
であるが、析出用基板７４の障害物とならないような場
所であれば、これに限定されるものではない。また、湯
面高さ検出装置９は、第１警報機５０および第２警報機
６０以外にも様々な装置に接続されてよい。また、本実
施形態において、湯面高さ検出部２を溶湯１５と共に撮
像して撮像信号を出力する撮像手段としての撮像装置５
はカメラ本体６およびスリット板７から構成されている
が、湯面高さ検出部２を溶湯１５と共に撮像して撮像信
号を出力することが可能であれば、これに限定されるも
のではない。本実施形態の撮像装置５は、図６に示すよ
うに、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４８ａに設けられているが、本発明はこれに限
定されることなく例えば上側収容室７６の内部に設けて
もよい。

【００７８】また、湯面高さ検出手段としての湯面高さ
検出装置９は、湯面高さ検出部２の各段部２ａにおける
撮像信号の明暗に基づいて溶湯１０１の湯面高さを検出
することができれば、図１に示すような構成に限定され
ない。また、湯面検出制御ルーチン９ｆは、湯面高さ検
出装置９により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１１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できるもの
であれば、図４に示すフローに従うことに限定されな
い。

【００７９】尚、本実施形態においては、湯面高さを予
め設定された許容範囲内とするために供給機構１１が溶
解対象物１０１の供給タイミングおよび／または供給量
を制御しているが、例えばルツボ５２の上下移動によっ
て調整してもよい。具体的には、湯面高さが設定範囲未
満であれば、例えばルツボ５２の下面に設置した昇降機
でルツボ５２をリフトアップすることによって、析出用
基板７４が溶湯１５に浸漬される。

【００８０】

【発明の効果】本発明の請求項１に記載の溶湯監視装置
は、上面を開口された容器内の溶湯の湯面高さを監視す
る溶湯監視装置において、前記容器内の底面から上面に
かけて複数の段部を階段状に有するように形成された湯
面高さ検出部と、前記湯面高さ検出部を溶湯と共に撮像
して撮像信号を出力する撮像手段と、前記湯面高さ検出
部の各段部における撮像信号の明暗に基づいて前記溶湯
の湯面高さを検出する湯面高さ検出手段とを有する構成
である。

【００８１】上記の構成によれば、溶融して液体状とな
った溶湯と固体状の湯面高さ検出部とで撮像信号に含ま
れる輝度信号のレベルが異なるため、湯面高さ検出部を
撮像して得た各段部の撮像信号の明暗に基づいて段部が
溶湯から露出しているか否かを判断することができる。
その結果、オペレータの目視による監視が不要となり、
溶湯の湯面が鏡面状態となっていても、溶湯と段部との
関係で、正確且つ高い信頼性で湯面高さを監視すること
ができるという効果を奏する。

【００８２】また、本発明の請求項２に記載の真空溶解
装置は、請求項１に記載の溶湯監視装置と、前記溶湯と
なる溶解対象物を前記容器に供給する供給手段と、前記
湯面高さ検出手段により検出された湯面高さが所定の基
準高さとなるように、前記供給手段における溶解対象物
の供給タイミングおよび／または供給量を制御する供給
制御手段とを有する構成である。

【００８３】上記の構成によれば、請求項１に記載の溶
湯監視装置によって湯面高さを段部との関係で正確且つ
高い信頼性で検出することができるため、湯面高さを基
準とした例えば析出処理を高い信頼性で行うことができ
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る溶湯監視装置を示す
概略構成図である。

【図２】図１のルツボを上面から見た説明図である。

【図３】図１の撮像信号処理部が実行する処理の一部を
示す説明図である。

【図４】湯面検出制御ルーチンのフローチャートであ
る。

【図５】本発明の一実施形態に係る真空溶解装置を側面
視した場合における概略構成図である。

【図６】本発明の一実施形態に係る真空溶解装置を正面
視した場合における概略構成図である。

【図７】第１冷却装置の概略構成を示す説明図である。

【図８】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９】析出用基板と析出用基板把持装置とが係合した
状態を示す斜視図である。

【図１０】析出用基板把持装置の斜視図である。

【図１１】析出用基板把持装置の分解斜視図である。

【図１２】溶湯の収容状態を示す斜視図である。

【図１３】ルツボの熱伝導の状態を示す説明図である。

【図１４】研磨機本体の斜視図である。

【符号の説明】

１ 溶湯監視装置 ２ 湯面高さ検出部 ５ 撮像装置（撮像手段） ６ カメラ本体 ７ スリット板 ７ａ 撮像領域 ９ 湯面高さ検出装置（湯面高さ検出手段） ９ａ 撮像信号処理部 ９ｂ 入出力部 ９ｃ 演算部 ９ｄ 記憶部 ９ｅ 信号バス ９ｆ 湯面検出制御ルーチン ９ｇ 撮像信号データ領域 ９ｈ ２値化データ領域 １０ 真空溶解装置 １１ 供給機構（供給手段） １２ 収容箱 １３ 収容箱移動機構 １４ 押出機構 １５ 溶湯 ５０ 第１警報機 ５２ ルツボ ６０ 第２警報機 ６１ 半導体基板 ６２ 仕切り壁 ７４ 析出用基板 １０１ 溶解対象物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２７Ｄ 21/00 Ｆ２７Ｄ 21/00 Ｎ Ｇ０１Ｆ 23/28 Ｇ０１Ｆ 23/28 Ｌ (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 津田 正徳 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） 2F014 AA07 AC06 FA04 GA01 4E014 LA11 LA17 4K046 AA01 BA05 CA03 CC01 CD02 CE01 EA02 4K056 AA05 BA04 BB07 BC01 CA04 CA18 FA10 FA17 FA23

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面を開口された容器内の溶湯の湯面高
   さを監視する溶湯監視装置において、 前記容器内の底面から上面にかけて複数の段部を階段状
   に有するように形成された湯面高さ検出部と、 前記湯面高さ検出部を溶湯と共に撮像して撮像信号を出
   力する撮像手段と、 前記湯面高さ検出部の各段部における撮像信号の明暗に
   基づいて前記溶湯の湯面高さを検出する湯面高さ検出手
   段とを有することを特徴とする溶湯監視装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の溶湯監視装置と、 前記溶湯となる溶解対象物を前記容器に供給する供給手
   段と、 前記湯面高さ検出手段により検出された湯面高さが所定
   の基準高さとなるように、前記供給手段における溶解対
   象物の供給タイミングおよび／または供給量を制御する
   供給制御手段とを有することを特徴とする真空溶解装
   置。