JP2006008482A - 薄板製造装置および薄板製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 容器内に貯留されて薄板原料となる融液の液面高さを一定に保ち、長期にわたって安定した品質の薄板を製造することができる薄板製造装置を提供する。
【解決手段】 薄板製造装置１では、シリコンの融液２を坩堝３内に貯留し、下地基板４の結晶生成面を坩堝３内の融液２に浸漬して、シリコンを下地基板４の結晶生成面で凝固成長させて薄板を製造するに際し、たとえば１枚の薄板を製造するごとに、浸漬前後の下地基板４の重量差から坩堝３内の融液の減少量を検出し、検出した融液の減少量に等しい量のシリコンを坩堝３内へ投入し、投入されたシリコンを溶解して融液温度を安定化させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属または半導体材料の融液から薄板を製造する薄板製造装置および薄板製造方法に関する。

近年、地球環境に対する負荷を軽減するべく、化石燃料を用いる火力発電以外の、風力発電、波力発電などの発電方法が種々試みられている。なかでも最も注目され、実用化の先端に位置付けられているのが太陽電池による発電であり、この太陽電池には、その素材として多結晶シリコンウエハが用いられている。

太陽電池に用いられる多結晶シリコンウエハの代表的な製造方法の１つは、不活性ガス雰囲気中でリン（Ｐ）またはボロン（Ｂ）等のドーパントを添加した高純度シリコンを坩堝中で加熱溶融させ、この融液を鋳型に流し込んで冷却し、得られた多結晶シリコンのインゴットをバンドソー等で小さなブロックに切断し、さらにワイヤーソー等でスライス加工してシリコンウエハとするものである。

このような製造方法では、多結晶シリコンインゴットを得るための鋳造工程に加え、ウエハ外形ブロックサイズに切断する工程と、ウエハ厚さにスライス加工する工程、さらに洗浄工程、乾燥工程等が必要である。また、厚さ０．３ｍｍのウエハを得るべくスライス加工する際に、０．２〜０．３ｍｍの切り代が、切断粉として失われてしまうので、シリコン材料の利用効率、すなわち歩留が悪く、太陽電池の製造コスト低減を図る上で大きな障害となっている。

このような問題を解決する先行技術の一つに、たとえば溶融シリコンから直接シリコンシートすなわちシリコンの薄板を製造するものがある（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１におけるシリコンシートの製造は、本体装置の回転軸まわりに転動可能に備えられる基板保持体に保持されるシリコンシート生成基板を、容器内に貯留されるシリコン融液に浸漬し、シリコンシート生成基板の表面に付着したシリコンを凝固成長させた後、引上げることによって、シリコンシートを製造するものである。特許文献１に提案される製造方法によれば、鋳造工程、スライス工程等を必要としないので、生産効率を向上し、コスト低減に寄与することができる。

しかしながら、特許文献１に開示される技術には、以下のような問題がある。シリコンシート生成基板の表面に凝固成長するシリコンシートの品質は、シリコンシート生成基板が、容器内に貯留される融液に対して浸漬される深さに大きく影響を受ける。したがって、シリコンシートの品質安定化のためには、シリコンシート生成基板が融液に対して浸漬される深さを一定に保つことが必要とされる。換言すれば、本体装置に備えられる基板保持体の配置設定が同一であるとき、容器内に貯留される融液の液面高さを一定にすることが必要とされる。特許文献１には、容器内に貯留される融液の液面高さを一定にする技術が何ら開示されていない。

このような問題を解決する先行技術に、処理対象物の融液の液面に対してグリーンレーザ光を照射し、その反射光を検出して液面高さを算出し、算出した液面高さ位置情報に応じて溶解装置を昇降して高さを調整し、浸漬物に対する液面の相対高さを一定に維持することのできる装置がある（特許文献２参照）。

しかしながら、特許文献２に開示されるグリーンレーザ光を融液面に照射して液面高さを検出する方法は、融液面が穏やかであれば有効な手段であるけれども、坩堝内における溶融原料の対流または装置振動などに起因して融液面に発生する波の影響を受けるので、グリーンレーザ光の反射位置が安定せず、融液面高さの検出精度が悪くなるという問題がある。

特開２００２−３３８２２５号公報 特開２００３−２１４６６号公報

本発明の目的は、容器内に貯留されて薄板原料となる融液の液面高さを一定に保ち、長期にわたって安定した品質の薄板を製造することができる薄板製造装置および薄板製造方法を提供することである。

本発明は、金属または半導体材料の融液を容器内に貯留し、薄板の原板である下地基板の結晶生成面を容器内の融液に浸漬し、金属または半導体材料を下地基板の結晶生成面で凝固成長させて薄板を製造する薄板製造装置において、
１枚の薄板を製造するごとに、または予め定める複数枚の薄板を製造するごとに、容器内に収容される融液の減少量を検出する減量検出手段と、
金属または半導体材料を容器内へ投入する材料投入手段と、
減量検出手段の検出出力に応答し、融液の減少量に等しい量の金属または半導体材料が容器内へ投入されるように材料投入手段の動作を制御する制御手段とを含むことを特徴とする薄板製造装置である。

また本発明は、減量検出手段が、
薄板が生成される前の下地基板の重量Ｗ１を検出する第１重量検出手段と、
薄板が生成された後の下地基板の重量Ｗ２を検出する第２重量検出手段と、
第１重量検出手段および第２重量検出手段の検出出力に基づいて、薄板が生成された後の下地基板の重量Ｗ２と薄板が生成される前の下地基板の重量Ｗ１との差ΔＷ（＝Ｗ２−Ｗ１）を演算する演算手段とを含むことを特徴とする。

また本発明は、容器内に貯留される融液を加熱する加熱手段と、
容器内に貯留される融液の温度を検出する融液温度検出手段とを含み、
制御手段は、
下地基板を容器内の融液に浸漬して金属または半導体材料を結晶生成面で凝固成長させるとき、融液の温度が金属または半導体材料の融点を基準にしてプラス（＋）２５℃以下、マイナス（−）２５℃以上になるように、また融液の減少量に等しい量の金属または半導体材料が容器内へ投入されたとき、融液の温度が金属または半導体材料の融点以上になるように加熱手段の動作を制御することを特徴とする。

また本発明は、金属または半導体材料の融液を容器内に貯留し、薄板の原板である下地基板の結晶生成面を容器内の融液に浸漬し、金属または半導体材料を下地基板の結晶生成面で凝固成長させて薄板を製造する薄板製造方法において、
１枚の薄板を製造するごとに、または予め定める複数枚の薄板を製造するごとに、容器内に収容される融液の減少量を検出するステップと、
検出された融液の減少量に等しい量の金属または半導体材料を容器内へ投入するステップと、
容器内の融液を金属または半導体材料の融点以上の温度に加熱して、容器内に投入された金属または半導体材料を溶解するステップと、
金属または半導体材料が投入された容器内の融液の温度を、金属または半導体材料の融点を基準にして＋２５℃以下、−２５℃以上になるように安定化するステップと、
温度が安定化された容器内の融液に下地基板を浸漬するステップとを含むことを特徴とする薄板製造方法である。

本発明によれば、薄板製造装置は、１枚の薄板を製造するごとに、または予め定める複数枚の薄板を製造するごとに、容器内に収容される融液の減少量を検出する減量検出手段と、金属または半導体材料を容器内へ投入する材料投入手段とを備え、制御手段によって、減量検出手段の検出出力に応答し、融液の減少量に等しい量の金属または半導体材料が容器内へ投入されるように材料投入手段の動作を制御することができる。このようにして、容器内に貯留される金属または半導体材料の融液量が、ほぼ一定に保たれるので、換言すれば薄板を製造するに際して下地基板を融液に浸漬する深さが一定に保たれるので、長期にわたり品質の高い薄板を安定的に製造することが可能になる。

また本発明によれば、減量検出手段が、第１重量検出手段、第２重量検出手段および演算手段を含み、第１重量検出手段および第２重量検出手段の検出出力に基づいて、薄板が生成された後の下地基板の重量Ｗ２と薄板が生成される前の下地基板の重量Ｗ１との差ΔＷ（＝Ｗ２−Ｗ１）を演算する。このことによって、薄板の製造に伴い容器外に持ち出される金属または半導体材料の重さを正確に計測することができるので、容器内へ追加補充する薄板原料の量を正確に設定することが可能になる。したがって、連続して薄板を製造するに際し、容器内の融液の液面高さを、一層精度良く一定に保つことができる。

また本発明によれば、下地基板を容器内の融液に浸漬して金属または半導体材料を結晶生成面で凝固成長させるとき、融液の温度が金属または半導体材料の融点を基準にして±２５℃以内になるように、また融液の減少量に等しい量の金属または半導体材料が容器内へ投入されたとき、融液の温度が金属または半導体材料の融点以上になるように、温度制御される。このことによって、容器内に投入された追加補充の融液原料を確実に溶解し、下地基板に対する薄板生成時の融液温度が好適範囲に保持されるので、品質の高い薄板を安定的に製造することが可能になる。

また本発明によれば、容器内に貯留される金属もしくは半導体材料の融液量を、ほぼ一定に保つことによって、長期にわたり品質の高い薄板を安定的に製造することのできる薄板製造方法が実現される。また融液を貯留する容器の交換、薄板原料追加のために長時間の生産停止時間が発生しないので、設備稼働率を向上させることができる。

図１は、本発明の実施の一形態である薄板製造装置１の構成をチャンバ５の天板が除かれた状態で示す平面図であり、図２は図１に示す切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図であり、図３は融液重量および融液温度に関する制御部分の電気的構成を簡略化して示すブロック図である。

薄板製造装置１は、金属または半導体材料の融液２を容器３内に貯留し、薄板製造に用いる基板である下地基板４を容器３内の融液２に浸漬し、金属または半導体材料を融液２に浸漬される下地基板４の表面で凝固成長させて薄板を製造することに用いられる。ここでは、融液２として半導体材料であるシリコンの融液について例示する。すなわち、本実施の形態の薄板製造装置１は、溶融シリコンから薄板状のシリコンウエハを製造することに用いられる。

薄板製造装置１は、大略、チャンバ５と、下地基板４をチャンバ５内へ投入する第１および第２基板装入部６，７と、シリコンの融液２を貯留する容器３である坩堝３と、坩堝３内の融液２または融液原料を加熱する加熱手段８と、下地基板４を坩堝３内の融液２に対して浸漬しまた引上げる浸漬動作部９と、チャンバ５内へ装入された下地基板４が一旦載置される浸漬前基板置台１０と、下地基板４を浸漬前基板置台１０から浸漬動作部９へ移送する浸漬前基板移載部１１と、融液２に浸漬後引上げた下地基板４を浸漬動作部９から受取り移送する浸漬後基板移載部１２と、下地基板４が浸漬後基板移載部１２によって一旦載置される浸漬後基板置台１３と、浸漬後の下地基板４を冷却する基板冷却部１４と、浸漬後基板置台１３に載置される下地基板４を基板冷却部１４へと送る基板プッシャ１５と、基板冷却部１４で冷却された下地基板４をチャンバ５から取出す第１および第２基板取出部１６，１７と、坩堝３内へ融液原料であるシリコン片１９を投入する材料投入手段１８と、容器３内の融液２の温度を検出する温度センサ２０とを含む構成である。

チャンバ５は、外観が大略直方体形状を有し、内部が中空の構造体である。チャンバ５は、たとえば鋼製の躯体に図示を省くけれどもアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などの断熱材が内張りされて、断熱かつ耐火構造を備える。このチャンバ５には、不図示の真空排気手段と不活性ガス供給手段とが付設され、これらによって、チャンバ５の内部空間２１を真空雰囲気または不活性ガス雰囲気に保つことができる。

チャンバ５内に設けられてシリコン融液２を貯留する坩堝３は、たとえばグラファイト製の有底円筒状容器である。坩堝３の半径方向外方には、坩堝３を周回するように加熱手段８に含まれる高周波誘導コイル８ａが巻きまわされ、高周波誘導コイル８ａは耐火材からなる被覆部材２２に覆われるように、かつ坩堝３と一体化するように設けられる。高周波誘導コイル８ａは、チャンバ５外に設けられる不図示の高周波制御電源に接続され、高周波制御電源から高周波電流が流されることによって、坩堝３内のシリコンに交番磁界を印加し、シリコンを溶解するとともにシリコンの融液２を所望の温度に維持することができる。高周波誘導コイル８ａと高周波制御電源とが加熱手段８を構成する。

坩堝３および高周波誘導コイル８ａは、チャンバ５の底板５ａ上に設けられる基台２３、さらに基台２３上に設けられる坩堝台２４ａ，２４ｂの上に設置される。なお、融液２の温度を検出する温度センサ２０は、たとえば放射温度計などによって実現され、融液面の温度検出視野を遮る物が無いチャンバ５の内壁位置を選定して装着される。

下地基板４は、坩堝３と同じくチャンバ５内に設けられる浸漬動作部９に保持されて、坩堝３内の融液２に対して浸漬され、また引上げられる。浸漬動作部９は、下地基板４を保持する保持ヘッド３１と、保持ヘッド３１が装着されて垂直方向に延びて設けられる垂直アーム３２と、垂直アーム３２に継手部材３３で連結されて水平方向に延びて設けられる水平アーム３４と、水平アーム３４をその軸線まわりに垂直回転させる垂直回動部３５と、水平および垂直アーム３４，３２ならびに保持ヘッド３１を一体的に水平移動させる水平駆動部３６と、昇降移動させる昇降駆動部３７とを含んで構成される。

保持ヘッド３１は、下地基板４が保持される側に吸引孔が形成されるとともに、不図示の吸引ポンプに配管を介して接続され、吸引ポンプの動作に従って下地基板４を吸着保持するとともに、吸引を停止することによって下地基板４を離脱させることもできる。この浸漬手段９の動作を制御することによって、保持ヘッド３１に吸着保持される下地基板４を、垂直（上下）、水平および回転駆動させることができるので、坩堝３に貯留される融液２中へ所望の深さかつ角度で浸漬させるとともに、浸漬後引上げることが可能になる。

第１および第２基板装入部６，７は、チャンバ５の壁部に形成される第１および第２基板装入孔４１，４２を塞ぎ、開閉自在に設けられる第１および第２装入孔開閉扉４３，４４を介して、チャンバ５に装着される。第１基板装入部６と第２基板装入部７とは、同一に構成されるので、第１基板装入部６について説明し、第２基板装入部７の第１基板装入部６に対応する部分については、同一の参照符号を付して説明を省略する。

第１基板装入部６は、箱型容器状の基板装入副室４５と、第１装入孔開閉扉４３に対向するように配置される基板装入副室４５の室壁４５ａを挿通して摺動可能に設けられる基板装入アーム４６と、基板装入副室４５に付設される不図示の真空排気手段および不活性ガス供給手段とを含む。

基板装入副室４５には、下地基板４を装入することのできる不図示の装入口が形成され、この装入口には、第１装入孔開閉扉４３とは別途、開閉自在の扉が設けられる。基板装入アーム４６は、下地基板４を保持するフォーク状の基板受部４６ａと、基板受部４６ａに連なり、基板装入副室４５の室壁４５ａを挿通して延びるアーム軸部４６ｂとからなり、アーム軸部４６ｂは、室壁４５ａを挿通して摺動することができる。

下地基板４を装入する装入口の扉を開け、下地基板４を基板装入副室４５へ装入し、基板受部４６ａに保持させる。装入口の扉を閉じ、基板装入副室４５をチャンバ５内雰囲気と同一の真空または不活性ガス雰囲気にする。次いで、第１装入孔開閉扉４３を開き、アーム軸部４６ｂをチャンバ５内へ押込むように摺動させることによって、下地基板４をチャンバ５内へ装入することができる。

チャンバ５内へ装入された下地基板４は、浸漬前基板置台１０上に一旦載置される。その後、アーム軸部４６ｂをチャンバ５外へ引出すように摺動させ、第１装入孔開閉扉４３を閉じ、基板装入副室４５内の雰囲気を大気雰囲気とすることによって、再び装入口の扉を開いて次の下地基板４を基板装入副室４５内に装填することができる。

チャンバ５内へ装入された浸漬前の下地基板４が一旦載置される浸漬前基板置台１０は、下地基板４の受渡し高さを調整する上下動作および方向を調整する回転動作が可能に構成される。また浸漬前基板置台１０は、ロードセルを備え、載置された浸漬前の下地基板４の重量Ｗ１を検出することのできる第１重量検出手段である。

浸漬前基板移載部１１は、前述の基板装入アーム４６と同様の構成を有し、下地基板４を保持するフォーク状の基板受部１１ａと、基板受部１１ａに連なり、チャンバ５の壁部を挿通して延びるアーム軸部１１ｂとからなり、アーム軸部１１ｂは、チャンバ５の壁部を挿通して摺動することができる。浸漬前基板移載部１１は、下地基板４を、フォーク状の基板受部１１ａで浸漬前基板置台１０から持上げ、アーム軸部１１ｂを摺動させて浸漬動作部９の保持ヘッド３１まで移載する。

浸漬前基板移載部１１から下地基板４を受取った浸漬動作部９は、前述のようにして下地基板４を坩堝３内の融液２へ浸漬し、その後引上げる。

浸漬後基板移載部１２は、浸漬前基板移載部１１と同一の構成を有し、坩堝３に関して浸漬前基板移載部１１と対称になるように配置される。浸漬後基板移載部１２は、浸漬後の下地基板４を、フォーク状の基板受部１２ａで浸漬動作部９から受取り、チャンバ５の壁面を挿通して設けられるアーム軸部１２ｂを摺動させて浸漬後基板置台１３まで移載する。

浸漬後基板置台１３は、浸漬後の下地基板４の受渡し高さを調整する上下動作が可能に構成され、またロードセルを備え、載置された浸漬後の下地基板４の重量Ｗ２を検出することのできる第２重量検出手段である。

基板プッシャ１５は、浸漬後基板移載部１２の動作方向に対して直交する方向に動作することができるように、チャンバ５の壁部に設けられる。基板プッシャ１５は、下地基板４に当接させる押板部１５ａと、チャンバ５の壁部を挿通して摺動可能に設けられるアーム軸部１５ｂとを含み、アーム軸部１５ｂを摺動させることによって、浸漬後基板置台１３に載置される下地基板４を基板冷却部１４へ押送することができる。

基板冷却部１４は、浸漬後基板置台１３に隣接し、基板プッシャ１５による下地基板４の押送方向に延びて設けられる。基板冷却部１４は、熱伝導が良い銅等の材質からなるステージであり、ステージ上に載置される下地基板４を搬送する搬送手段を備えるとともに、たとえば水冷配管などの冷却手段を備える。基板冷却部１４は、坩堝３内の融液２に浸漬されることによって昇温した下地基板４を、冷却しながら基板冷却部１４に付設される基板位置調整部４７まで移動させる。基板位置調整部４７は、下地基板４を、第１または第２基板取出部１６，１７へ受渡す受渡し高さを調整する上下動作および方向を調整する回転動作が可能に構成される。

第１および第２基板取出部１６，１７は、チャンバ５の壁部に形成される第１および第２基板取出孔４９，５０を塞ぎ、開閉自在に設けられる第１および第２取出孔開閉扉５１，５２を介して、チャンバ５に装着される。第１基板取出部１６と第２基板取出部１７とは、同一に構成されるので、第１基板取出部１６について説明し、第２基板取出部１７の第１基板取出部１６に対応する部分については、同一の参照符号を付して説明を省略する。

第１基板取出部１６は、箱型容器状の基板取出副室５３と、第１取出孔開閉扉５１に対向するように配置される基板取出副室５３の室壁５３ａを挿通して摺動可能に設けられる基板取出アーム５４と、基板取出副室５３に付設される不図示の真空排気手段および不活性ガス供給手段とを含む。

基板取出副室５３には、下地基板４を取出すことのできる不図示の取出口が形成され、この取出口には、第１取出孔開閉扉５１とは別途、開閉自在の扉が設けられる。基板取出アーム５４は、下地基板４を保持するフォーク状の基板受部５４ａと、基板受部５４ａに連なり、基板取出副室５３の室壁５３ａを挿通して延びるアーム軸部５４ｂとからなり、アーム軸部５４ｂは、室壁５３ａを挿通して摺動することができる。

下地基板４を取出す取出口の扉を閉じ、基板取出副室５３をチャンバ５内雰囲気と同一の真空または不活性ガス雰囲気にする。次いで、第１取出孔開閉扉５１を開き、アーム軸部５４ｂをチャンバ５内へ押込むように摺動させ、基板位置調整部４７に載置される浸漬後の下地基板４を受取る。アーム軸部５４ｂをチャンバ５外へ引出すように摺動させ、下地基板４を基板取出副室５３内へ装入する。第１取出孔開閉扉５１を閉じ、基板取出副室５３内の雰囲気を大気雰囲気とする。取出口の扉を開くことによって、浸漬後の下地基板４を基板取出副室５３から取出すことができる。

薄板製造装置１には、材料投入手段１８が設けられる。材料投入手段１８は、融液２の原料であるシリコン片１９を収容するホッパ５６と、ホッパ５６の排出口に設けられ投入されるべきシリコン片１９の重量を計る計量器５７と、計量器５７の出力に応じてホッパ５６の排出口を開閉する計量バルブ５８と、チャンバ５の壁部を挿通して設けられるシュータ５９と、シュータ５９の途中であってチャンバ５の外壁側に設けられる材料投入開閉扉６０とを含んで構成される。

ホッパ５６は、金属製の漏斗状容器である。ホッパ５６は、広口側がシリコン片１９の供給口として用いられ、狭口側がシリコン片１９の排出口として用いられる。ホッパ５６の広口側には、ヒンジ接続されるホッパ蓋５６ａが設けられ、シリコン片１９供給時以外は、ホッパ蓋５６ａを閉じてごみ等の不要物がホッパ５６内へ侵入することを防止できる構成である。

計量器５７は、後述する融液２の減少量に対応するシリコン片１９の所定重量を計量し、計量結果を計量バルブ５８へ出力する。計量器５７によるシリコン片１９の所定重量の計量は、たとえば次のようにして実現できる。使用する原料であるシリコン片の種類ごとに、シリコン片がホッパ５６の排出口を通過する時間と、通過重量との関係を予め求めておくことによって、時間に換算してシリコン片の重量を得ることができる。したがって、計量器５７は、所定重量に対応する時間だけ計量バルブ５８を開き、該時間が経過したとき、所定重量の計量を完了した結果として計量バルブ５８を閉じるように動作信号を出力する。

このようにして所定重量を計量されたシリコン片１９が、ホッパ５６の排出口から排出されて、シュータ内空間６１に収容される。シュータ内空間６１に収容されたシリコン片１９は、材料投入開閉扉６０が開くことによって、シュータ５９を通ってチャンバ５内の坩堝３へ投入される。

図３は、融液重量および融液温度の制御に関する電気的構成を示すブロック図である。薄板製造装置１には、制御手段７０が不図示の制御盤内に設けられる。制御手段７０は、中央処理装置（ＣＰＵ）が搭載され、記憶手段であるメモリ７１を備える処理回路である。このような制御手段７０は、たとえばプロセスコンピュータまたはパーソナルコンピュータなどによって実現される。メモリ７１には、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）または各種のリードオンリィメモリ（ＲＯＭ）とランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）との組合せなどが用いられる。メモリ７１には、融液重量および融液温度の制御に関するプログラムとともに、薄板製造装置１が薄板を製造する上で必要な全体動作を制御するためのプログラムが予め格納され、制御手段７０は、該プログラムを読出し、該プログラムに従って薄板製造装置１を動作させる。

制御手段７０の入力側には、温度センサ２０、第１および第２重量検出手段１０，１３が接続される。制御手段７０の出力側には、加熱手段８、材料投入手段１８および浸漬動作部９が接続される。より厳密には、加熱手段８の高周波制御電源が接続され、材料投入手段１８の計量器５７および材料投入開閉扉６０の開閉駆動部が接続され、浸漬動作部９の駆動制御部が接続される。

なお、制御手段７０の出力側には、上記以外に、第１および第２基板装入部６，７、浸漬前基板移載部１１、浸漬後基板移載部１２、基板プッシャ１５、基板冷却部１４、第１および第２基板取出部１６，１７、各開閉扉などの薄板製造に際して動作する各部が接続され、前述の動作制御プログラムに従い、制御手段７０によって動作制御されるけれども、煩瑣を避けるために図示を省略した。

以下、まず融液重量の制御について説明する。
第１重量検出手段１０によって、融液２へ浸漬される前の下地基板４の重量Ｗ１が検出される。一方第２重量検出手段１３によって、融液２へ浸漬されて引上げられた下地基板４の重量Ｗ２が検出される。第１および第２重量検出手段１０，１３の検出出力は、それぞれ制御手段７０へ入力され、演算手段でもある制御手段７０によって、浸漬前後の下地基板４の重量差ΔＷ（＝Ｗ２−Ｗ１）が演算される。

この重量差ΔＷは、融液２に浸漬された下地基板４の結晶成長面に付着して凝固成長したシリコンウエハの重量を意味する。すなわち、坩堝３内のシリコン融液２から下地基板４に付着して持去られた減少量である。

この減少量は、１枚の薄板を製造するごとに演算結果として出力されてもよく、また複数枚の薄板を製造するごとに演算結果として出力されても良い。複数枚製造ごとに演算結果を出力する場合、１枚製造ごとに演算した結果を所定枚数分加算することによって出力するべき演算結果が得られる。浸漬前後の重量差をΔＷｉとし、たとえばｉを１から３まで加算して３枚ごとの、またはｉを１から５まで加算して５枚ごとの減少量を求めることができる。減少量の演算結果を出力する間隔を１枚製造ごとにするか、または複数枚製造ごとにするかは、予め設定しておくようにしても良く、また制御手段７０に備わる入力部から製造の機会ごとに選択設定できるようにしても良い。

制御手段７０で演算された融液２の減少量が、材料投入手段１８に対して出力されると、材料投入手段１８の計量器５７は、入力された減少量に等しい量のシリコン片１９を計量する。すなわち、入力された減少量に等しい量に相当するシリコン片１９がホッパ５６の排出口を通過する時間だけ計量バルブ５８を開き、当該重量のシリコン片１９をホッパ５６からシュータ内空間６１へ排出させる。次いで制御手段７０は、材料投入開閉扉６０を開いて、シュータ内空間６１のシリコン片１９をシュータ５９から坩堝３内へ投入する。このようにして、坩堝３内に収容される融液２の重量を一定に保つことができるので、融液２の液面高さが一定に維持される。

このような融液２の減少量に等しい量のシリコン片１９の補充は、融液２の液面高さを一定に保つ観点から薄板を１枚製造するごとに行われることが最良である。しかしながら、坩堝３へシリコン片１９を補充した場合、後述するシリコン片１９の溶解と、補充シリコン片１９が溶解された融液２の温度安定化とを行わなければならないので、薄板を製造するサイクルタイムが長くなり、生産効率の観点からは最良とは言い難い。したがって、製造される薄板の品質安定化に支障のない範囲で、融液２の減少量演算結果を出力する時間間隔が長くなるように、複数枚製造ごとに減少量演算結果を出力する設定にする方が好ましい。

以下、融液温度の制御について説明する。
制御手段７０は、融液減少量の演算結果を材料投入手段１８に出力することによって、融液原料であるシリコン片１９が坩堝３へ投入されることを判断できる。シリコン片１９が坩堝３へ投入されるとき、制御手段７０は、温度センサ２０による融液２の温度検出出力に応答し、加熱手段８の高周波制御電源をＯＮ／ＯＦＦ制御して坩堝３内の融液２をシリコンの融点以上の温度に加熱し、坩堝３内に投入されたシリコン片１９を溶解する。

シリコン片１９が坩堝３へ投入されることを判断後、温度センサ２０で検出される融液２の温度が、たとえばシリコンの融点以上で１０秒間以上継続されることなどを、シリコン片１９の溶解完了条件として予めプログラミングしておくことによって、制御手段７０は、温度センサ２０の検出出力と時間とに基づいて、坩堝３へ投入されたシリコン片１９の溶解完了を判断することができる。

制御手段７０は、シリコン片１９の溶解完了を判断後、温度センサ２０による融液２の温度検出出力に応答し、坩堝３内の融液２の温度が、シリコンの融点を基準にして±２５℃以内で安定化するように、加熱手段８の高周波制御電源をＯＮ／ＯＦＦ制御する。前述と同様にして、温度センサ２０で検出される融液２の温度が、たとえばシリコンの融点±２５℃以内で１０秒間以上継続されることなどを、温度安定化の条件として予めプログラミングしておくことによって、制御手段７０は、温度センサ２０の検出出力と時間とに基づいて、融液２の温度安定化完了を判断することができる。

制御手段７０は、融液２の温度安定化完了を判断後、浸漬動作部９およびその他の各部に対して、下地基板４を坩堝３内の融液２に浸漬してシリコンを下地基板４の結晶生成面で凝固成長させる薄板製造動作の指示信号を出力する。

以下薄板製造装置１における全体動作を簡単に説明する。なお、以下の例示では、薄板を１枚製造するごとに融液原料であるシリコン片１９を坩堝３内へ投入する場合について例示する。

まず第１または第２の基板装入副室４５内に、下地基板４を装填する。基板装入副室４５内に装填された下地基板４は、下地基板４が装填された方の第１または第２基板装入部６，７によってチャンバ５内の浸漬前基板置台１０に載置される。このとき、第１重量検出手段でもある浸漬前基板置台１０によって、浸漬前の下地基板４の重量Ｗ１が検出されて、制御手段７０へ出力される。浸漬前基板置台１０に載置された下地基板４は、浸漬前基板移載部１１によって、浸漬動作部９に備わる保持ヘッド３１に受渡される。

保持ヘッド３１で下地基板４を保持する浸漬動作部９は、制御手段７０が温度センサ２０の検出出力に基づいて加熱手段８を動作制御することによってシリコンの融点±２５℃以内に維持する融液２の中へ、製造するべき薄板の種類ごとに予めプログラミングされている動作指示に従い、所定の浸漬角度、所定の浸漬深さ、所定の浸漬時間浸漬する。この浸漬によって、下地基板４の結晶生成面にシリコン結晶が凝固成長されて薄板が生成される。

浸漬動作部９によって融液２から引上げられた浸漬後の下地基板４は、浸漬後基板移載部１２によって、浸漬動作部９から浸漬後基板置台１３に移載される。このとき、第２重量検出手段でもある浸漬後基板置台１３によって、浸漬後の下地基板４の重量Ｗ２が検出されて、制御手段７０へ出力される。

第１および第２重量検出手段１０，１３による重量検出結果が制御手段７０に与えられると、制御手段７０は、融液２の減少量である浸漬前後の下地基板４の重量差ΔＷを演算し、材料投入動作を開始するので、浸漬後下地基板４の重量Ｗ２が検出された以降は、シリコン片１９の補充投入動作と、下地基板４をチャンバ５から取出す動作とが、併行される。

まず下地基板４をチャンバ５から取出す動作は、浸漬後基板置台１３に載置された下地基板４が、基板プッシャ１５によって、基板冷却部１４へ押送される。基板冷却部１４で冷却されるとともに、基板位置調整部４７まで搬送された下地基板４は、第１または第２基板取出部１６，１７によって、チャンバ５外へ取出される。

シリコン片１９の補充投入動作は、制御手段７０が、融液２の減少量である浸漬前後の下地基板４の重量差ΔＷを演算結果として材料投入手段１８に出力する。材料投入手段１８は、ホッパ５６内に収容されるシリコン片１９から、前記重量差ΔＷに等しい量を計量して坩堝３内へ投入する。制御手段７０は、坩堝３内にシリコン片１９が投入されたとき、加熱手段８を動作制御して融液２の温度をシリコンの融点以上とし、坩堝３内へ投入されたシリコン片１９を溶解させる。さらに制御手段７０は、坩堝３内へ投入されたシリコン片１９が溶解した後、加熱手段８を動作制御して融液２の温度がシリコンの融点±２５℃になるように安定化させる。以上で一連の薄板製造の動作を終了し、続けて薄板を製造する場合、基板装入副室４５へ下地基板４を装填する動作に戻り、以降の動作を繰返す。

このような薄板製造装置１および薄板製造方法によれば、坩堝３内に貯留されるシリコンの融液量が、常にほぼ一定に保たれるので、一定高さの融液面に対して浸漬動作部９に保持された下地基板４を浸漬し、その浸漬深さを一定に保つことができる。すなわち、下地基板４にシリコンの結晶を凝固成長させるに際し、同じ浸漬条件を実現し、また同じ浸漬動作を行うことができるので、長期にわたり安定した品質の薄板状のシリコンウエハを製造することが可能になる。

なお、薄板製造サイクル内に、坩堝に融液原料を補充投入するステップが含まれるので、１枚の薄板を製造するサイクルタイムが長くなるけれども、一般的な製造規模の装置においては、坩堝内に貯留される融液量が２０ｋｇ〜３０ｋｇであり、１枚または複数枚の薄板製造における融液減少量、すなわち融液原料の補充投入量が、高々２０ｇ〜３０ｇであることから、融液原料追加による坩堝内融液の温度低下が小さく、シリコンを溶解する時間および融液の温度安定化の時間が短いので、実操業上生産効率を大きく低下させることはない。

坩堝内の融液量減少に応じ、薄板製造を中断して坩堝を融液材料投入位置へ移動し、融液材料を坩堝へ補充投入し、投入した融液材料を溶解し、融液温度を安定化させて坩堝を薄板製造位置へ復帰させ、薄板製造を再開する方法に比べて、本発明では坩堝の移動時間が省略され、また１回に投入する融液原料が少なくその溶解時間および融液温度安定化時間が短縮されるので、たとえばロット単位の生産等で評価すると、生産効率が向上し、大きな工業的メリットを奏することができる。

本発明の実施の一形態である薄板製造装置１の構成をチャンバ５の天板が除かれた状態で示す平面図である。 図１に示す切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図であり、 融液重量および融液温度の制御に関する電気的構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 薄板製造装置
２ 融液
３ 坩堝
４ 下地基板
５ チャンバ
６ 第１基板装入部
７ 第２基板装入部
８ 加熱手段
９ 浸漬動作部
１０ 浸漬前基板置台
１１ 浸漬前基板移載部
１２ 浸漬後基板移載部
１３ 浸漬後基板置台
１４ 基板冷却部
１５ 基板プッシャ
１６ 第１基板取出部
１７ 第２基板取出部
１８ 材料投入手段
１９ シリコン片
２０ 温度センサ
５６ ホッパ
５７ 計量器
５９ シュータ
７０ 制御手段

Claims (4)

1. 金属または半導体材料の融液を容器内に貯留し、薄板の原板である下地基板の結晶生成面を容器内の融液に浸漬し、金属または半導体材料を下地基板の結晶生成面で凝固成長させて薄板を製造する薄板製造装置において、
   １枚の薄板を製造するごとに、または予め定める複数枚の薄板を製造するごとに、容器内に収容される融液の減少量を検出する減量検出手段と、
   金属または半導体材料を容器内へ投入する材料投入手段と、
   減量検出手段の検出出力に応答し、融液の減少量に等しい量の金属または半導体材料が容器内へ投入されるように材料投入手段の動作を制御する制御手段とを含むことを特徴とする薄板製造装置。
2. 減量検出手段は、
   薄板が生成される前の下地基板の重量Ｗ１を検出する第１重量検出手段と、
   薄板が生成された後の下地基板の重量Ｗ２を検出する第２重量検出手段と、
   第１重量検出手段および第２重量検出手段の検出出力に基づいて、薄板が生成された後の下地基板の重量Ｗ２と薄板が生成される前の下地基板の重量Ｗ１との差ΔＷ（＝Ｗ２−Ｗ１）を演算する演算手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の薄板製造装置。
3. 容器内に貯留される融液を加熱する加熱手段と、
   容器内に貯留される融液の温度を検出する融液温度検出手段とを含み、
   制御手段は、
   下地基板を容器内の融液に浸漬して金属または半導体材料を結晶生成面で凝固成長させるとき、融液の温度が金属または半導体材料の融点を基準にしてプラス（＋）２５℃以下、マイナス（−）２５℃以上になるように、また融液の減少量に等しい量の金属または半導体材料が容器内へ投入されたとき、融液の温度が金属または半導体材料の融点以上になるように加熱手段の動作を制御することを特徴とする請求項１または２記載の薄板製造装置。
4. 金属または半導体材料の融液を容器内に貯留し、薄板の原板である下地基板の結晶生成面を容器内の融液に浸漬し、金属または半導体材料を下地基板の結晶生成面で凝固成長させて薄板を製造する薄板製造方法において、
   １枚の薄板を製造するごとに、または予め定める複数枚の薄板を製造するごとに、容器内に収容される融液の減少量を検出するステップと、
   検出された融液の減少量に等しい量の金属または半導体材料を容器内へ投入するステップと、
   容器内の融液を金属または半導体材料の融点以上の温度に加熱して、容器内に投入された金属または半導体材料を溶解するステップと、
   金属または半導体材料が投入された容器内の融液の温度を、金属または半導体材料の融点を基準にして＋２５℃以下、−２５℃以上になるように安定化するステップと、
   温度が安定化された容器内の融液に下地基板を浸漬するステップとを含むことを特徴とする薄板製造方法。

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