JP2006076804A - 溶融装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄板を形成するための薄板形成設備の稼働効率を向上させるとともに、薄板の材料の供給を継続して行うことができる溶融装置を提供する。
【解決手段】 坩堝３１には、薄板の材料２３を溶融した融液２４を貯留するための貯留空間３７が形成される。貯留空間３７内に供給された薄板の材料２３またはその融液２４は、加熱手段３２によって、加熱される。坩堝３１の貯留空間３７は、仕切り手段３４によって、基板２６の薄板形成面２５を融液２４に浸漬させるための浸漬領域６２と、薄板の材料２３を供給するための供給領域６３とに仕切られる。供給領域６３には、供給手段３３によって薄板の材料２３が供給される。薄板の材料２３は、融液２４の液面５０よりも上方から供給される。供給領域６３内で融液２４の液面５０に浮遊する薄板の材料２３は、沈下手段３５によって、融液２４の液面５０下に沈下される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、薄板を形成するための薄板形成設備に用いる溶融装置に関し、詳しくは、薄板の材料を溶融する溶融装置に関する。

図１０は、第１の従来の技術の溶融装置１を示す断面図である。この従来の技術の溶融装置１は、薄板を形成するための薄板形成設備に用いる溶融装置である。溶融装置１は、溶融シリコン２を貯留するための貯留空間が形成される坩堝３と、坩堝３の貯留空間内に供給されたシリコンの固形片４またはその融液である溶融シリコン２を加熱するための加熱用コイル５とを有する。

坩堝３の貯留空間は、この貯留空間の周辺領域の一部を上方から覆う坩堝側蓋６に固定される仕切り板７によって、２つの領域に仕切られる。一方の領域では、基板が溶融シリコン２に浸漬される。他方の領域には、供給管８からシリコンの固形片４が連続的に供給される。シリコンの固形片４は、溶融シリコンの液面９の上方から供給される。このような溶融装置１を用いることによって、薄板を形成するために基板を溶融シリコン２に浸漬させて溶融シリコン２から基板を引き上げる浸漬引上作業と、シリコンの固形片４を供給する供給作業とを、同時に並行して行うことができ、薄板形成設備の稼動効率を向上させることができる。

第２の従来の技術として、前記第１の従来の技術と類似の技術が、特許文献１に記載されている。この従来の技術の溶融装置では、石英坩堝によって溶融シリコンが保持され、加熱用ヒータによって石英坩堝内の溶融シリコンが加熱される。石英坩堝内には、石英リングが設けられ、この石英リングによって、溶融シリコンが中心部と周辺部とに区画される。溶融シリコンの中心部では、シリコンの単結晶棒が引き上げられる。溶融装置には、供給管を有する原料供給機構がさらに設けられ、この原料供給機構の供給管から、多結晶シリコンの粒が連続的に供給される。多結晶シリコンの粒は、溶融シリコンの液面の上方から溶融シリコンの周辺部に供給される。

実開平６−１２４７７号公報

前記第１の従来の技術では、シリコンの固形片４が溶融シリコン２に比べて密度が低いことによって、供給管８から供給されたシリコンの固形片４が溶融シリコン２の液面９に浮遊する。しかもシリコンの固形片４は連続的に供給されるので、浮遊するシリコンの固形片４が十分に溶融しない状態で、シリコンの固形片４が次々と供給される。したがって供給管８から供給されたシリコンの固形片４が、図１０に示すように、溶融シリコン２の液面９上に堆積してしまう。堆積したシリコンの固形片４は、供給管８の開口を塞ぎ、時には供給管８の開口部に固着してしまうので、シリコンの固形片４の供給を継続して行うことができないという問題がある。

図１１は、坩堝３の貯留空間内に供給されたシリコンの固形片４が溶融される前の状態を示す断面図である。前記第１の従来の技術では、最初に空の状態の貯留空間内にシリコンの固形片４を供給するとき、図１１に示すように、供給されたシリコンの固形片４が、仕切り板７によってせき止められる。したがってシリコンの固形片４を貯留空間全体にわたってまんべんなく供給することが困難であるという問題がある。また、供給されたシリコンの固形片４によって、仕切り板７には矢符Ａ方向の力が作用するので、仕切り板の折れなどの破損が生じるという問題がある。

図１２は、坩堝３の貯留空間内で溶融シリコン２が凝固した状態を示す断面図である。停電などの緊急時またはメンテナンス時に、加熱用コイルに高周波電力が与えられなくなって溶融シリコン２の加熱が停止されたとき、前記第１の従来の技術では、仕切り板７の一部が溶融シリコン２に没入した状態で、溶融シリコン２の温度が低下して、溶融シリコン２が凝固してしまう。したがって溶融シリコン２が凝固する過程で、溶融シリコン２の収縮によって、仕切り板７の変形、割れなどの破損が生じてしまうという問題がある。

前記第２の従来の技術では、多結晶シリコンの粒が溶融シリコンに比べて密度が低いことによって、供給管から供給された多結晶シリコンの粒が溶融シリコンの液面に浮遊する。しかも多結晶シリコンの粒は連続的に供給されるので、浮遊する多結晶シリコンの粒が十分に溶融しない状態で、多結晶シリコンの粒が次々と供給される。したがって供給管から供給された多結晶シリコンの粒が、溶融シリコンの液面上に堆積してしまう。堆積した多結晶シリコンの粒は、供給管の開口を塞ぎ、さらに供給管の開口部に固着してしまうので、多結晶シリコンの粒の供給を継続して行うことができないという問題がある。

本発明の目的は、薄板を形成するための薄板形成設備の稼働効率を向上させるとともに、薄板の材料の供給を継続して行うことができる溶融装置を提供することである。

本発明の他の目的は、装置の破損が防がれるとともに、最初に空の状態の貯留空間内に薄板の材料を供給するときに、薄板の材料を容易に、貯留空間全体にわたってまんべんなく供給することができる溶融装置を提供することである。

本発明は、薄板の材料を溶融した融液に、薄板が形成されるべき薄板形成面を有する基板の前記薄板形成面を浸漬させて、融液を薄板形成面上に付着させ融液付着層を成長させた後、融液から基板を引き上げて、成長させた融液付着層を凝固させることによって、薄板形成面上に薄板を形成する薄板形成設備に用いる溶融装置であって、
融液を貯留するための貯留空間が形成される耐熱性を有する容器と、
容器の貯留空間内に供給された薄板の材料またはその融液を加熱する加熱手段と、
容器の貯留空間を、基板の薄板形成面を融液に浸漬させるための浸漬領域と、薄板の材料を供給するための供給領域とに仕切る仕切り手段と、
供給領域に、融液の液面よりも上方から薄板の材料を供給する供給手段と、
供給領域内で融液の液面に浮遊する薄板の材料を、融液の液面下に沈下させる沈下手段とを含むことを特徴とする溶融装置である。

また本発明は、仕切り手段は、
貯留空間を浸漬領域と供給領域とに仕切る仕切り状態と、貯留空間から退避した退避状態とにわたって変化自在に設けられる可動部材と、
可動部材を、仕切り状態と退避状態とにわたって変化させる駆動部とを含むことを特徴とする。

また本発明は、可動部材は、貯留空間内の融液の液面よりも上方の角変位軸線まわりに角変位自在に設けられ、
駆動部は、可動部材が仕切り状態と退避状態とにわたって変化するように、可動部材を前記角変位軸線まわりに角変位させることを特徴とする。

また本発明は、沈下手段は、
貯留空間内の融液の液面よりも上方の揺動軸線まわりに揺動自在に設けられる揺動部材と、
揺動部材の遊端部が融液に没入した没入状態と、前記遊端部が融液から離脱した離脱状態とにわたって変化するように、揺動部材を前記揺動軸線まわりに揺動させる揺動駆動部とを含むことを特徴とする。

また本発明は、揺動部材は、基端部から遊端部に向かって延びる複数の棒状部を含み、
各棒状部は、供給手段によって供給される薄板の材料が通過可能な間隔をあけて離間し、融液からの離脱方向の下流側に臨んで前記離脱方向に進むにつれて各棒状部の隙間が大きくなるように傾斜する案内面が形成されることを特徴とする。

また本発明は、各棒状部は、融液への没入方向の下流側に臨んで前記没入方向に垂直な押さえ面が形成されることを特徴とする。
また本発明は、前記薄板の材料は、金属または半導体材料であることを特徴とする。

本発明によれば、容器には、薄板の材料を溶融した融液を貯留するための貯留空間が形成される。容器の貯留空間内に供給された薄板の材料またはその融液は、加熱手段によって、加熱される。この容器の貯留空間内の融液に、基板の薄板形成面を浸漬させて、融液を薄板形成面上に付着させ融液付着層を成長させた後、融液から基板を引き上げて、成長させた融液付着層を凝固させることによって、基板の薄板形成面上に薄板を形成することができる。

容器の貯留空間は、仕切り手段によって、基板の薄板形成面を融液に浸漬させるための浸漬領域と、薄板の材料を供給するための供給領域とに仕切られる。これによって、供給領域に供給された薄板の材料が浸漬領域に移動することを防ぐとともに、薄板の材料の供給に起因する供給領域の融液の温度変化が浸漬領域の融液に伝わることを防ぐことができる。したがって、基板の薄板形成面を融液に浸漬させて融液から基板を引き上げる浸漬引上作業と、薄板の材料を供給する供給作業とを、同時に並行して行うことができ、薄板形成設備の稼動効率を向上させることができる。

供給領域には、供給手段によって薄板の材料が供給される。薄板の材料は、融液の液面よりも上方から供給される。薄板の材料がその融液よりも密度が低い場合、供給手段によって供給された薄板の材料は、供給領域内で融液の液面に浮遊する。この浮遊する薄板の材料を、沈下手段によって融液の液面下に沈下させる。これによって、薄板の材料が融液の液面上に堆積することを防ぐとともに、薄板の材料の溶融を促進することができる。したがって、供給手段による薄板の材料の供給を継続して行うことができる。

また本発明によれば、可動部材は、貯留空間を浸漬領域と供給領域とに仕切る仕切り状態と、貯留空間から退避した退避状態とにわたって変化自在に設けられる。この可動部材は、駆動部によって、仕切り状態と退避状態とにわたって変化される。したがって、可動部材を仕切り状態にすることによって、前述のように浸漬引上作業および供給作業を、同時に並行して行うことができ、薄板形成設備の稼動効率を向上させることができる。

また、最初に空の状態の貯留空間内に薄板の材料を供給するときに、可動部材を退避状態にしておくことによって、可動部材が薄板の材料に干渉することを防ぐことができる。これによって、可動部材が破損することを防ぐとともに、薄板の材料を容易に、貯留空間全体にわたってまんべんなく供給することができる。また、貯留空間内で融液が凝固する前に、可動部材を退避状態にしておくことによって、融液が凝固した凝固物からの可動部材の離脱が困難になることが防がれ、容器交換などのメンテナンス作業を迅速に行うことができる。

また本発明によれば、可動部材は、貯留空間内の融液の液面よりも上方の角変位軸線まわりに角変位自在に設けられる。この可動部材は、駆動部によって、仕切り状態と退避状態とにわたって変化するように、前記角変位軸線まわりに角変位される。このように簡単な構成で、仕切り手段を実現することができる。

また本発明によれば、揺動部材は、貯留空間内の融液の液面よりも上方の揺動軸線まわりに揺動自在に設けられる。この揺動部材は、揺動駆動部によって、遊端部が融液に没入した没入状態と、遊端部が融液から離脱した離脱状態とにわたって変化するように、前記揺動軸線まわりに揺動される。揺動部材が離脱状態から没入状態にわたって変化するときに、揺動部材の遊端部によって、融液の液面に浮遊する薄板の材料が、融液の液面下に沈下される。このように簡単な構成で、沈下手段を実現することができる。

また本発明によれば、揺動部材は、基端部から遊端部に向かって延びる複数の棒状部を含んで構成される。各棒状部は、供給手段によって供給される薄板の材料が通過可能な間隔をあけて離間する。しかも各棒状部は、融液からの離脱方向の下流側に臨んで前記離脱方向に進むにつれて各棒状部の隙間が大きくなるように傾斜する案内面が形成される。したがって揺動部材が没入状態から離脱状態にわたって変化するとき、融液の液面に浮遊する薄板の材料は、前記案内面に沿って、各棒状部の隙間に案内される。これによって、融液の液面に浮遊する薄板の材料が、各棒状部の離脱方向への移動によって融液の液面の上方に押し上げられることを可及的に防ぐことができる。

また本発明によれば、各棒状部は、融液への没入方向の下流側に臨んで前記没入方向に垂直な押さえ面が形成される。したがって揺動部材が離脱状態から没入状態にわたって変化するとき、前記押さえ面によって、融液の液面に浮遊する薄板の材料を押さえ込んで、その浮遊する薄板の材料を効率よく、融液の液面下に沈下させることができる。

また本発明によれば、薄板の材料は、金属または半導体材料である。金属または半導体材料は、比較的に融点が高く、溶融しにくいので、融液の液面上に堆積しやすい。このような薄板の材料が用いられても、前述のように、沈下手段によって、融液の液面に浮遊する薄板の材料を融液の液面下に沈下させるので、薄板の材料が融液の液面上に堆積することを防ぐことができる。

図１は、本発明の実施の一形態の溶融装置２１の構成を簡略化して示す断面図である。溶融装置２１は、薄板を形成する薄板形成設備２２に用いられる。薄板形成設備２２は、薄板の材料２３の融液２４に、薄板が形成されるべき薄板形成面２５を有する基板２６の前記薄板形成面２５を浸漬させて、融液２４を薄板形成面２５上に付着させ融液付着層を成長させた後、融液２４から基板２６を引き上げて、成長させた融液付着層を凝固させる。このような薄板形成処理によって、薄板形成面２５上に薄板を形成することができる。

本実施の形態において、薄板は、太陽電池に用いられる多結晶シリコンウエハである。この薄板の材料２３は、シリコンから成る固形片である。基板２６は、矩形の板状体であり、その厚み方向一方側の表面が、薄板形成面２５となる。基板２６は、薄板の材料２３よりも融点が高い物質、たとえばカーボンから成る。

溶融装置２１は、容器である坩堝３１と、加熱手段３２と、供給手段３３と、仕切り手段３４と、沈下手段３５とを含む。

坩堝３１は、有底の四角筒状の容器であり、薄板の材料２３を溶融した融液２４を貯留するための貯留空間３７が形成される。坩堝３１は、薄板の材料２３よりも融点が高い物質、たとえばグラファイトから成り、耐熱性を有する。坩堝３１は、その開口が上方に臨むようにして、水平な設置面に設置される。このような坩堝３１によって、薄板の材料２３の融液２４を貯留することができる。

加熱手段３２は、坩堝３１のまわりに巻回される加熱用コイル４１と、加熱用コイル４１に高周波電力を与える高周波電源４２とを有する。加熱用コイル４１は、坩堝３１の側方に設けられ、コイル保持体４３によって保持される。高周波電源４２から加熱用コイル４１に高周波電力を与えることによって、坩堝３１が誘導加熱され、坩堝３１からの熱伝導によって、坩堝３１の貯留空間３７内に供給された薄板の材料２３またはその融液２４が加熱される。また、高周波電源４２から加熱用コイル４１に高周波電力を与えることによって、坩堝３１の貯留空間３７内に供給された薄板の材料２３またはその融液２４が直接、誘導加熱される。このような加熱手段３２によって、坩堝３１の貯留空間３７内に供給された薄板の材料２３を溶融するとともに、坩堝３１に貯留される薄板の材料２３の融液２４を液体の状態に維持することができる。

供給手段３３は、薄板の材料２３の供給源である材料供給源４５と、材料供給源４５に接続される供給管４６とを有する。コイル保持体４３には、断熱性を有する断熱板４７を介して、坩堝３１の貯留空間３７における周辺領域の一部を上方から覆う坩堝側蓋４８が設けられる。この坩堝側蓋４８には、その上面から下面にわたって貫通する貫通孔が形成される。この貫通孔には、供給管４６が挿通され、この状態で、供給管４６が坩堝側蓋４８に固定される。材料供給源４５からの薄板の材料２３は、供給管４６を介して貯留空間３７内に供給される。このような供給手段３３によって、坩堝３１に貯留される融液２４の液面５０よりも上方から、薄板の材料２３を供給することができる。

薄板形成設備２２は、溶融装置２１と浸漬引上手段５１とを含む。浸漬引上手段５１は、アーム５２と、アーム５２を駆動するアーム駆動部５３とを有する。アーム５２は、旋回、水平動および上下動自在に設けられる。アーム５２の先端部には、基板２６を着脱自在に保持する基板保持体５４が設けられる。このような浸漬引上手段５１によって、坩堝３１に貯留される融液２４に、基板２６の薄板形成面２５が浸漬され、さらに融液２４から基板２６が引き上げられる。

図２は、仕切り手段３４および沈下手段３５を示す斜視図である。図３は、揺動部材５６を示す斜視図である。図４は、可動部材５７および揺動部材５６の動きを説明するための断面図である。坩堝側蓋４８の先端部には、保持基板５８が固定される。この保持基板５８には、可動部材５７および揺動部材５６が設けられる。

仕切り手段３４は、可動部材５７と、駆動部５９とを有する。可動部材５７は、薄板の材料２３よりも融点が高く、かつ、薄板の材料２３の融液２４との反応性が低い物質から成る。具体的には、可動部材５７の材質は、炭化ケイ素、石英、窒化ケイ素、アルミナおよび酸化ジルコニウムから選ばれる。可動部材５７は、矩形の板状部材である。可動部材５７は、長手方向一側部に、幅方向の一側面から他側面にわたって貫通する貫通孔が形成される。この貫通孔には、可動部材５７を支持する可動部材支持ロッド６０が挿通され、この状態で、可動部材支持ロッド６０が可動部材５７に固定される。

可動部材支持ロッド６０は、保持基板５８に角変位自在に設けられる。これによって可動部材５７は、貯留空間３７内の融液２４の液面５０よりも上方の角変位軸線６１まわりに角変位自在に設けられる。角変位軸線６１は、水平方向に延びる。駆動部５９は、可動部材支持ロッド６０を角変位軸線６１まわりに角変位させ、これによって可動部材５７を角変位軸線６１まわりに角変位させることができる。

このような仕切り手段３４では、可動部材５７を、保持基板５８から鉛直下方に突出した状態にすることによって、坩堝３１の貯留空間３７を、基板２６の薄板形成面２５を融液２４に浸漬させるための浸漬領域６２と、薄板の材料２３を供給するための供給領域６３とに仕切ることができる（図１参照）。また可動部材５７を、図４に仮想線５５で示すように水平な状態にすることによって、可動部材５７を、貯留空間３７から退避させることができる。

換言すると、可動部材５７は、貯留空間３７を浸漬領域６２と供給領域６３とに仕切る仕切り状態と、貯留空間３７から退避した退避状態とにわたって変化自在に設けられる。このような可動部材５７を、駆動部５９によって、仕切り状態と退避状態とにわたって変化させる。このように簡単な構成で、仕切り手段３４を実現することができる。

可動部材５７を仕切り状態にしたとき、可動部材５７の遊端部５７ｂは、坩堝３１に貯留される融液２４に没入する。可動部材５７の遊端部５７ｂと坩堝３１の底部６５との間には、隙間が形成される。この隙間を介して、可動部材５７に関して供給領域６３側の融液２４が、浸漬領域６２側の融液２４に移動する。

沈下手段３５は、揺動部材５６と、揺動駆動部６７とを有する。揺動部材５６は、薄板の材料２３よりも融点が高く、かつ、薄板の材料２３の融液２４との反応性が低い物質から成る。具体的には、揺動部材５６の材質は、炭化ケイ素、石英、窒化ケイ素、アルミナおよび酸化ジルコニウムから選ばれる。揺動部材５６は、仕切り状態における可動部材５７に関して、供給領域６３側に設けられる。揺動部材５６は、基部６８と、この基部６８に連なる複数、本実施の形態では８つの棒状部６９とを有する。各棒状部６９は、揺動部材５６の基端部５６ａから遊端部５６ｂに向かって延びる。各棒状部６９は、供給手段３３によって供給される薄板の材料２３が通過可能な間隔をあけて離間する。揺動部材５６の遊端部５６ｂの幅Ｗ１は、可動部材５７の幅Ｗ２よりも小さい。

基部６８は、各棒状部６９が並ぶ方向に延びる。基部６８は、各棒状部６９が並ぶ方向の一側面から他側面にわたって貫通する貫通孔７０が形成される。この貫通孔７０には、揺動部材５６を支持する揺動部材支持ロッド７１が挿通され、この状態で、揺動部材支持ロッド７１が揺動部材５６に固定される。

揺動部材支持ロッド７１は、保持基板５８に揺動自在に設けられる。これによって揺動部材５６は、貯留空間３７内の融液２４の液面５０よりも上方の揺動軸線７２まわりに揺動自在に設けられる。揺動軸線７２は、角変位軸線６１と平行である。揺動部材５６は、揺動軸線７２の延びる方向に関して、可動部材５７の幅方向両端部間の中間に配置される。揺動駆動部６７は、揺動部材支持ロッド７１を揺動軸線７２まわりに揺動させ、これによって揺動部材５６を揺動軸線７２まわりに揺動させることができる。

揺動部材５６を、保持基板５８から鉛直下方に突出する状態にしたとき、揺動部材５６の遊端部５６ｂは、坩堝３１に貯留される融液２４に没入する。また、このとき、揺動部材５６の遊端部５６ｂは、仕切り状態における可動部材５７の遊端部５７ｂよりも上方に退避する。揺動部材５６を、水平な状態にしたとき、揺動部材５６の遊端部５６ｂは、供給管４６の近傍に配置される。揺動部材５６の遊端部５６ｂの可動範囲７４には、供給管４６から供給された薄板の材料２３の落下地点７５であって、坩堝３１に貯留される融液２４の液面５０上における前記薄板の材料２３の落下地点７５が含まれる。

このような沈下手段３５では、揺動駆動部６７によって、揺動部材５６の遊端部５６ｂが融液２４に没入した没入状態と、前記遊端部５６ｂが融液２４の液面５０から離脱した離脱状態とにわたって変化するように、揺動部材５６を揺動させることができる。このような沈下手段３５によって、供給領域６３内で融液２４の液面５０に浮遊する薄板の材料２３を、融液２４の液面５０下に沈下させることができる。このように簡単な構成で、沈下手段３５を実現することができる。

図５は、図３の矢符Ｂ方向から見た揺動部材５６を示す図である。各棒状部６９は、それらの延在方向に直角な断面が三角形状である。各棒状部６９は、融液２４からの離脱方向７７の下流側に臨んで前記離脱方向７７に進むにつれて各棒状部６９の隙間が大きくなるように傾斜する案内面７８が形成される。また各棒状部６９は、融液２４への没入方向７９の下流側に臨んで前記没入方向７９に垂直な押さえ面８０が形成される。用語「垂直」は、ほぼ垂直を含む。

図６は、薄板形成設備２２が薄板形成処理を行っている状態を示す断面図である。薄板形成処理が行われるとき、坩堝３１には、薄板の材料２３の融液２４が貯留されており、前記融液２４は、加熱手段３２によって、加熱されている。可動部材５７は、仕切り状態である。浸漬引上手段５１は、浸漬領域６２において、基板２６の薄板形成面２５を融液２４に浸漬させて融液２４から基板２６を引き上げる浸漬引上作業を繰り返し行う。

基板２６の薄板形成面２５を融液２４に浸漬させることによって、融液２４が薄板形成面２５上に付着して融液付着層が成長する。融液２４から基板２６を引き上げるとき、薄板形成面２５上の融液付着層も基板２６とともに引き上げられる。これによって、坩堝３１に貯留される薄板の材料２３の融液２４が減少してしまう。

坩堝３１に貯留される融液２４の量を一定に保つために、供給領域６３には、供給手段３３によって、薄板の材料２３が連続的に供給されている。このとき、揺動部材５６は、揺動駆動部６７によって、没入状態と離脱状態とにわたって変化するように、矢符Ｃに示すように揺動されている。

本実施の形態によれば、可動部材５７を仕切り状態にすることによって、坩堝３１の貯留空間３７が、浸漬領域６２と供給領域６３とに仕切られる。これによって、供給領域６３に供給された薄板の材料２３が浸漬領域６２に移動することを防ぐとともに、薄板の材料２３の供給に起因する供給領域６３の融液２４の温度変化が浸漬領域６２の融液２４に伝わることを防ぐことができる。したがって、前記浸漬引上作業と、薄板の材料を供給する供給作業とを、同時に並行して行うことができ、薄板形成設備２２の稼動効率を向上させることができる。

供給領域６３には、供給手段３３によって薄板の材料２３が供給される。薄板の材料２３は、融液２４の液面５０よりも上方から供給される。薄板の材料２３は、その融液２４よりも密度が低いので、供給手段３３によって供給された薄板の材料２３は、供給領域６３内で融液２４の液面５０に浮遊する。この浮遊する薄板の材料２３を、沈下手段３５によって融液２４の液面５０下に沈下させる。これによって、薄板の材料２３が融液２４の液面５０上に堆積することを防ぐとともに、薄板の材料２３の溶融を促進することができる。したがって、供給手段３３による薄板の材料２３の供給を長時間にわたって継続して行うことができる。

揺動部材５６は、基端部５６ａから遊端部５６ｂに向かって延びる複数の棒状部６９を有し、各棒状部６９は、供給手段３３によって供給される薄板の材料２３が通過可能な間隔をあけて離間する。しかも各棒状部６９は、融液２４からの離脱方向７７の下流側に臨んで前記離脱方向７７に進むにつれて各棒状部６９の隙間が大きくなるように傾斜する案内面７８が形成される。したがって揺動部材５６が没入状態から離脱状態にわたって変化するとき、融液２４の液面５０に浮遊する薄板の材料２３は、前記案内面７８に沿って、各棒状部６９の隙間に案内される。これによって、融液２４の液面５０に浮遊する薄板の材料２３が、各棒状部６９の離脱方向７７への移動によって融液２４の液面５０の上方に押し上げられることを可及的に防ぐことができる。

また各棒状部６９は、融液２４への没入方向７９の下流側に臨んで前記没入方向７９に垂直な押さえ面８０が形成される。したがって揺動部材５６が離脱状態から没入状態にわたって変化するとき、前記押さえ面８０によって、融液２４の液面５０に浮遊する薄板の材料２３を押さえ込んで、その浮遊する薄板の材料２３を効率よく、融液２４の液面５０下に沈下させることができる。このとき、融液２４の液面５０に浮遊する薄板の材料２３の塊は、各棒状部６９によって、ほぐされて分散される。

図７は、揺動部材５６を水平な状態にしたときの図である。揺動部材５６を水平な状態にしたとき、供給管４６からの薄板の材料２３は、矢符Ｄに示すように、揺動部材５６の上方から落下する。薄板の材料２３の一部は、各棒状部６９に接触することなく各棒状部６９の隙間を通過して、坩堝３１に貯留される融液２４の液面５０上に直接、落下する。残余の薄板の材料２３は、各棒状部６９上に落下して、各棒状部６９の案内面７８に沿って滑り落ち、坩堝３１に貯留される融液２４の液面５０上に落下する。

図８は、貯留空間３７内に供給された薄板の材料２３が溶融される前の状態を示す断面図である。薄板の材料２３が間接的に加熱される場合、すなわち坩堝３１が加熱され、坩堝３１からの熱伝導によって薄板の材料２３が加熱される場合、薄板の材料２３が貯留空間３７全体にわたってまんべんなく供給されていないと、加熱効率が低下する。また坩堝３１は、薄板の材料２３が接触していない部分の温度が異常に高くなり、焼け現象を起こす。これによって坩堝３１の劣化、割れなどが生じる。したがって、薄板の材料２３は、貯留空間３７全体にわたってまんべんなく供給されることが好ましい。

本実施の形態では、最初に空の状態の貯留空間３７内に薄板の材料２３を供給するときは、可動部材５７および揺動部材５６を、水平な状態にして、貯留空間３７から退避させておくことによって、可動部材５７および揺動部材５６が薄板の材料２３に干渉することを防ぐことができる。これによって、薄板の材料２３を容易に、貯留空間３７全体にわたってまんべんなく供給することができる。また、可動部材５７および揺動部材５６が破損することを防ぐことができる。

薄板の材料２３を貯留空間３７全体にわたって供給した後、加熱手段３２によって、薄板の材料２３を加熱して溶融させる。薄板の材料２３の溶融が完了すると、駆動部５９によって、可動部材５７を、退避状態から仕切り状態に変化させる。この後、浸漬引上手段５１による浸漬引上作業を開始する。また供給手段３３による薄板の材料２３の供給を開始するとともに、揺動駆動部６７による揺動部材５６の揺動を開始する。

図９は、貯留空間３７内の融液２４が凝固した状態を示す断面図である。停電などの緊急時またはメンテナンス時に、加熱用コイル４１に高周波電源４２からの高周波電力が与えられなくなったとき、貯留空間３７内の融液２４の温度が低下して、前記融液２４が凝固してしまう。

本実施の形態では、高周波電源４２から加熱用コイル４１への高周波電力が遮断される前、または遮断後に坩堝３１の貯留空間３７内の融液２４が凝固する前に、駆動部５９によって可動部材５７を水平な状態にするとともに、揺動駆動部６７によって揺動部材５６を水平な状態にする。このようにして、図９に示すように、可動部材５７および揺動部材５６を貯留空間３７から退避させる。したがって、貯留空間３７内の融液２４が凝固する過程における融液２４の収縮によって、可動部材５７および揺動部材５６の変形、割れなどの破損が生じることが防がれる。これによって、可動部材５７および揺動部材５６を、繰り返し使用することができる。

坩堝３１が破損した場合に、坩堝３１を交換するときは、坩堝３１の温度が十分に低下した後に、図９に仮想線９０で示すように、坩堝３１に対して、コイル保持体４３を上方に退避させる。可動部材５７および揺動部材５６は、保持基板５８、坩堝側蓋４８および断熱板４７を介して、コイル保持体４３に設けられているので、コイル保持体４３とともに上方に退避される。この後、坩堝３１を取り出して、新たな坩堝３１を設置する。坩堝３１を取り出すときは、坩堝３１を、コイル保持体４３に対して下方に退避させてもよい。

可動部材５７の遊端部５７ｂが融液２４に没入した状態で融液２４が凝固した場合、融液２４が凝固した凝固物８５からの可動部材５７の離脱が困難になる。揺動部材５６についても同様である。この点を考慮して、本実施の形態では、貯留空間３７内の融液２４が凝固する前に、可動部材５７および揺動部材５６を貯留空間３７から退避させておく。これによって、坩堝交換などのメンテナンス作業を迅速に行うことができる。

前述の実施の形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において構成を変更することができる。たとえば加熱手段３２は、高周波誘導加熱ではなく、抵抗加熱によって、坩堝３１を加熱して、坩堝３１の貯留空間３７内に供給された薄板の材料２３またはその融液２４を加熱するように構成されてもよい。

薄板の材料２３は、シリコンに限らない。薄板の材料２３は、アルミニウム、ニッケルおよび鉄などの金属材料であってもよく、ゲルマニウム、ガリウム、砒素、インジウム、リン、硼素、アンチモン、亜鉛および錫などの半導体材料であってもよい。このような金属または半導体材料は、比較的に融点が高く、溶融しにくいので、融液２４の液面５０上に堆積しやすい。このような薄板の材料２３が用いられても、前述のように、沈下手段３５によって、融液２４の液面５０に浮遊する薄板の材料２３を融液２４の液面５０下に沈下させるので、薄板の材料２３が融液２４の液面５０上に堆積することを防ぐことができる。

本発明の実施の一形態の溶融装置２１の構成を簡略化して示す断面図である。 仕切り手段３４および沈下手段３５を示す斜視図である。 揺動部材５６を示す斜視図である。 可動部材５７および揺動部材５６の動きを説明するための断面図である。 図３の矢符Ｂ方向から見た揺動部材５６を示す図である。 薄板形成設備２２が薄板形成処理を行っている状態を示す断面図である。 揺動部材５６を水平な状態にしたときの図である。 貯留空間３７内に供給された薄板の材料２３が溶融される前の状態を示す断面図である。 貯留空間３７内の融液２４が凝固した状態を示す断面図である。 第１の従来の技術の溶融装置１を示す断面図である。 坩堝３の貯留空間内に供給されたシリコンの固形片４が溶融される前の状態を示す断面図である。 坩堝３の貯留空間内で溶融シリコン２が凝固した状態を示す断面図である。

符号の説明

２１ 溶融装置
２２ 薄板形成設備
２３ 薄板の材料
２４ 融液
２５ 薄板形成面
２６ 基板
３１ 坩堝
３２ 加熱手段
３３ 供給手段
３４ 仕切り手段
３５ 沈下手段
３７ 貯留空間
５０ 融液２４の液面
５６ 揺動部材
５６ａ 揺動部材５６の基端部
５６ｂ 揺動部材５６の遊端部
５７ 可動部材
５９ 駆動部
６１ 角変位軸線
６２ 浸漬領域
６３ 供給領域
６７ 揺動駆動部
６８ 基部
６９ 棒状部
７２ 揺動軸線
７８ 案内面
８０ 押さえ面

Claims (7)

1. 薄板の材料を溶融した融液に、薄板が形成されるべき薄板形成面を有する基板の前記薄板形成面を浸漬させて、融液を薄板形成面上に付着させ融液付着層を成長させた後、融液から基板を引き上げて、成長させた融液付着層を凝固させることによって、薄板形成面上に薄板を形成する薄板形成設備に用いる溶融装置であって、
   融液を貯留するための貯留空間が形成される耐熱性を有する容器と、
   容器の貯留空間内に供給された薄板の材料またはその融液を加熱する加熱手段と、
   容器の貯留空間を、基板の薄板形成面を融液に浸漬させるための浸漬領域と、薄板の材料を供給するための供給領域とに仕切る仕切り手段と、
   供給領域に、融液の液面よりも上方から薄板の材料を供給する供給手段と、
   供給領域内で融液の液面に浮遊する薄板の材料を、融液の液面下に沈下させる沈下手段とを含むことを特徴とする溶融装置。
2. 仕切り手段は、
   貯留空間を浸漬領域と供給領域とに仕切る仕切り状態と、貯留空間から退避した退避状態とにわたって変化自在に設けられる可動部材と、
   可動部材を、仕切り状態と退避状態とにわたって変化させる駆動部とを含むことを特徴とする請求項１記載の溶融装置。
3. 可動部材は、貯留空間内の融液の液面よりも上方の角変位軸線まわりに角変位自在に設けられ、
   駆動部は、可動部材が仕切り状態と退避状態とにわたって変化するように、可動部材を前記角変位軸線まわりに角変位させることを特徴とする請求項２記載の溶融装置。
4. 沈下手段は、
   貯留空間内の融液の液面よりも上方の揺動軸線まわりに揺動自在に設けられる揺動部材と、
   揺動部材の遊端部が融液に没入した没入状態と、前記遊端部が融液から離脱した離脱状態とにわたって変化するように、揺動部材を前記揺動軸線まわりに揺動させる揺動駆動部とを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の溶融装置。
5. 揺動部材は、基端部から遊端部に向かって延びる複数の棒状部を含み、
   各棒状部は、供給手段によって供給される薄板の材料が通過可能な間隔をあけて離間し、融液からの離脱方向の下流側に臨んで前記離脱方向に進むにつれて各棒状部の隙間が大きくなるように傾斜する案内面が形成されることを特徴とする請求項４記載の溶融装置。
6. 各棒状部は、融液への没入方向の下流側に臨んで前記没入方向に垂直な押さえ面が形成されることを特徴とする請求項５記載の溶融装置。
7. 前記薄板の材料は、金属または半導体材料であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の溶融装置。

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