JP2006151768A - Apparatus for manufacturing deposited plate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属材料または半導体材料の融液から析出板を製造する析出板製造装置に関する。 The present invention relates to a deposition plate manufacturing apparatus for manufacturing a deposition plate from a melt of a metal material or a semiconductor material.
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。 In recent years, various power generation methods such as wind power generation and wave power generation other than thermal power generation using fossil fuels have been attempted in order to reduce the burden on the global environment. Among them, the most noticed and positioned at the forefront of practical use is power generation by a solar cell, and a polycrystalline silicon wafer is used as a material for the solar cell.
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。 One of the typical methods for producing polycrystalline silicon wafers used in solar cells is to heat and melt high-purity silicon to which a dopant such as phosphorus (P) or boron (B) is added in an inert gas atmosphere. The melt is poured into a mold and cooled, and the resulting polycrystalline silicon ingot is cut into small blocks with a band saw or the like, and further sliced with a wire saw or the like to obtain a silicon wafer.
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、乾燥工程等の複雑多岐にわたる工程が必要である。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。 In such a manufacturing method, in addition to a casting process for obtaining a polycrystalline silicon ingot, a wide variety of processes such as a process of cutting to a wafer outer block size, a process of slicing to a wafer thickness, a cleaning process, a drying process, etc. A process is required. Further, when slicing to obtain a wafer having a thickness of 0.3 mm, the cutting allowance of 0.2 to 0.3 mm is lost as cutting powder, so that the utilization efficiency of the silicon material, that is, the yield is poor. This is a major obstacle to reducing the manufacturing cost of solar cells.
このような問題を解決する先行技術として、シリコン融液からシート状のシリコンを直接引出し、スライス工程を必要としないシリコンリボン法が提案されている(たとえば、特許文献1、特許文献2参照)。この先行技術に開示される方法では、表面にカーボンネットを巻付けた回転体をシリコン融液に接触させ、前記回転体を冷却することによって、カーボンネット上でシリコンの結晶化が始まり、回転体の回転に同期してカーボンネットを引出すとカーボンネット上に成長した固体シリコンを種としてシリコンリボンが連続的に引出されるので、スライス加工によらずシリコンウエハを得ることができる。
As a prior art for solving such a problem, there has been proposed a silicon ribbon method in which sheet-like silicon is directly drawn from a silicon melt and does not require a slicing step (see, for example,
しかしながら、円筒形状の回転冷却体を利用する方法では、円筒の外周に沿ってシリコンが凝固成長するので、成長したシリコンは円筒に沿って曲がった形状に形成される。太陽電池の製造工程では、スクリーン印刷による電極形成工程等が含まれるので、シリコン基板の形状が曲がっていると、印刷時に割れる可能性が高く、工程歩留低下の原因になるという問題がある。 However, in the method using a cylindrical rotating cooling body, since silicon grows solid along the outer periphery of the cylinder, the grown silicon is formed into a bent shape along the cylinder. Since the solar cell manufacturing process includes an electrode forming process by screen printing and the like, if the shape of the silicon substrate is bent, there is a high possibility that the silicon substrate will be broken during printing, resulting in a decrease in process yield.
また溶融シリコンから薄板状のシリコンウエハを直接製作する方法として、平坦な薄板生成面を有する冷却体を、回転ドラム方式の動作機構によりシリコン融液中に一定時間浸漬させ、冷却体の薄板生成面に沿って成長した薄板状のシリコンウエハを形成する方法が提案されている(たとえば、特許文献3参照)。 In addition, as a method of directly manufacturing a thin silicon wafer from molten silicon, a cooling body having a flat thin plate generating surface is immersed in the silicon melt for a certain period of time by a rotating drum type operating mechanism, and the thin plate generating surface of the cooling body is thus obtained. A method of forming a thin plate-like silicon wafer grown along the line has been proposed (see, for example, Patent Document 3).
しかしながら、回転ドラム方式の動作機構によって一定速度で冷却体を回転移動させる方法では、薄板生成面の中央部と前後部分とで融液に浸漬している時間の差異が生じる。薄板状のシリコンウエハの厚さは、融液に浸漬した時間に依存し、浸漬時間の長いほど結晶が成長して厚くなるので、薄板生成面における浸漬時間の差異に起因して形成される薄板状シリコンウエハの厚さが一定にならず、品質上の問題が発生する。 However, in the method in which the cooling body is rotated and moved at a constant speed by the rotating drum type operating mechanism, a difference in time of immersion in the melt occurs between the central portion and the front and rear portions of the thin plate generating surface. The thickness of the thin silicon wafer depends on the time of immersion in the melt. The longer the immersion time, the thicker the crystal grows, so the thin plate is formed due to the difference in immersion time on the thin plate generation surface. The thickness of the silicon wafer is not constant, which causes quality problems.
また溶融シリコンから薄板状のシリコンウエハを直接製作する他の方法として、薄板状の冷却基板を用い、冷却基板を坩堝内に貯留されるシリコン融液に浸漬し、冷却基板の表面上に多結晶シリコンウエハを析出させて生成する析出板製造装置および方法が提案されている(特許文献4参照)。 As another method for directly manufacturing a thin silicon wafer from molten silicon, a thin cooling substrate is used, and the cooling substrate is immersed in a silicon melt stored in a crucible, and polycrystalline on the surface of the cooling substrate. A deposition plate manufacturing apparatus and method for generating a silicon wafer by deposition are proposed (see Patent Document 4).
図13は、従来の析出板製造装置1の概要を示す図である。図13を参照して従来の析出板製造装置1について説明する。従来の析出板製造装置1は、冷却基板2が矢符3にて示す水平方向と矢符4にて示す鉛直方向との2方向に移動できる構成を有する。
FIG. 13 is a diagram showing an outline of a conventional precipitation
析出板製造装置1は、冷却基板搬送手段5を備える。冷却基板搬送手段5は、水平搬送手段6と鉛直搬送手段7とを含む。水平搬送手段6は、水平方向3に延びる水平移動軸8と、冷却基板2を着脱自在に保持することができ、かつ水平移動軸8に移動可能に装着される冷却基板保持部9とを含む。水平移動軸8は、たとえばリニアレールであり、冷却基板保持部9が水平移動軸8に装着される部分に設けられる不図示の水平移動用モータによって、冷却基板保持部9に保持される冷却基板2が、水平方向3に自在に移動することが可能である。
The deposition
水平移動軸8は、その両端部において鉛直搬送手段7に装着される。鉛直搬送手段7は、鉛直方向4に延びる鉛直移動軸10と、鉛直移動軸10に移動自在に装着される鉛直移動用モータ11とを含む。水平移動軸8は、鉛直移動用モータ11の保持部分に装着される。鉛直移動軸10を、たとえばラックとし、鉛直移動用モータ11をたとえばラックに噛合するピニオンを備える構成とすることによって、鉛直移動用モータ11自体を鉛直移動軸10に沿って移動させることができる。鉛直移動用モータ11の鉛直方向4への移動に伴って、鉛直移動用モータ11の保持部分に装着される水平移動軸8および水平移動軸8に装着される冷却基板保持部9、さらには冷却基板保持部9に保持される冷却基板2が、鉛直方向4に移動することができる。
The horizontal movement shaft 8 is attached to the vertical conveying means 7 at both ends thereof. The vertical conveyance means 7 includes a
このような水平搬送手段6と鉛直搬送手段7とによって、冷却基板2が、水平移動軸8と鉛直移動軸10とによって規定される平面内を、自在に移動することが可能である。なお、水平搬送手段6および鉛直搬送手段7は、ボールネジなどの機構として構成されても良い。
By such horizontal transport means 6 and vertical transport means 7, the
水平移動軸8の下方には、シリコン融液12を貯留するための坩堝13と、坩堝13およびシリコン融液12を加熱するための加熱手段14が設けられる。シリコン融液12の上方には、水平搬送手段6をシリコン融液12の熱から保護するための熱遮蔽手段15が配置されている。この熱遮蔽手段15には、水冷金属板、耐熱性素材からなる断熱板などの断熱性に富む装置、部材等が用いられる。この熱遮蔽手段15を設けることによって、水平搬送手段6の熱破壊、また熱膨張による水平移動軸8の直線性劣化に起因する精度損失を回避することが可能になる。
Below the horizontal movement shaft 8, a
次に、析出板製造装置1を用いてシリコン融液12からシリコン多結晶薄板16を製造する方法について例示する。まずシリコン融液12から離れた位置で、冷却基板2を冷却基板保持部9に保持させる。次に、水平搬送手段6を駆動させて、冷却基板2をシリコン融液12の直上まで搬送し、水平搬送手段6および鉛直搬送手段7をそれぞれ駆動させることによって、冷却基板2に任意の軌道を与え、冷却基板2をシリコン融液12に浸漬させる。続いて鉛直搬送手段7を動作させてシリコン融液12から基板2を引上げることによって、冷却基板2上にシリコン多結晶薄板16を析出成長させる。
Next, a method for manufacturing the silicon polycrystalline
また、冷却基板2をシリコン融液12から引上げた後、水平搬送手段6および鉛直搬送手段7をそれぞれ動作させて、シリコン多結晶薄板16が析出成長された冷却基板2を、シリコン融液12から離れた位置まで搬送する。その後、冷却基板保持部9から冷却基板2を取外し、冷却基板2から析出成長したシリコン多結晶薄板16を得る。
Further, after the
しかしながら、特許文献4に開示される従来の析出板製造装置1においては、以下のような問題がある。シリコン多結晶薄板を得るためのシリコン融液への冷却基板の浸漬方法を開示するけれども、具体的な装置構成が開示されていない。たとえば、シリコン融液を使用する場合、融液の温度が1400℃以上の高温になるので、大気中では酸化の問題があり、シリコン多結晶薄板を生成するに際しては、生成雰囲気を不活性ガス雰囲気のような特殊な環境化にする必要があるにも関らず、その雰囲気調整の具体的構成が全く開示されていない。
However, the conventional precipitation
また、冷却基板を、大気中から雰囲気調整されたシリコン多結晶薄板を生成するための処理室内へ搬入または搬出するには、いわゆるロードロック室と呼ばれるような冷却基板の周辺環境を前記処理室内と同一にするための空間(準備室)が別途必要となるにも関らず、そのような構成についても全く開示されていない。また厚さが均一な薄板(析出板)を生成するための浸漬方法における課題および解決手段も開示されていないので、量産装置足るに充分な構成を備えるものとは言い難いという問題がある。 Further, in order to carry the cooling substrate into or out of the processing chamber for generating a silicon polycrystalline thin plate whose atmosphere is adjusted from the atmosphere, the surrounding environment of the cooling substrate called a so-called load lock chamber is defined as the processing chamber. Even though a space (preparation room) for making them identical is separately required, such a configuration is not disclosed at all. Moreover, since the subject and the solution in the immersion method for producing | generating the thin plate (precipitation plate) with uniform thickness are not disclosed, there exists a problem that it is hard to say that it has a structure sufficient for a mass production apparatus.
本発明の目的は、コンパクトで品質に優れる析出板を得ることができる析出板製造装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a precipitation plate manufacturing apparatus capable of obtaining a precipitation plate that is compact and excellent in quality.
本発明は、金属材料または半導体材料の融液に冷却体を浸漬し引上げて冷却体の表面に金属材料または半導体材料の析出板を製造する析出板製造装置において、
金属材料または半導体材料の融液を貯留する容器と、
容器および容器内の金属材料または半導体材料を加熱する加熱手段と、
容器を内部空間に収容する処理室と、
処理室に連結され、処理室内へ搬入するための冷却体を収容する冷却体搬入準備室と、
処理室に連結され、処理室外へ搬出するための冷却体を収容する冷却体搬出準備室と、
冷却体を外部空間から冷却体搬入準備室および処理室へ搬入するとともに、冷却体を処理室から冷却体搬出準備室および外部空間へ搬出する搬送手段と、
冷却体を容器に貯留される金属材料または半導体材料の融液に浸漬し引上げる浸漬手段と、
溶融される前の金属材料または半導体材料を容器内へ補充する材料補充手段とを含むことを特徴とする析出板製造装置である。
The present invention provides a deposition plate manufacturing apparatus for manufacturing a deposition plate of a metal material or a semiconductor material on a surface of a cooling body by immersing and pulling up a cooling body in a melt of a metal material or a semiconductor material.
A container for storing a melt of a metal material or a semiconductor material;
Heating means for heating the container and the metal or semiconductor material in the container;
A processing chamber for storing the container in the internal space;
A cooling body carry-in preparation chamber connected to the processing chamber and containing a cooling body for carrying into the processing chamber;
A cooling body carry-out preparation chamber connected to the processing chamber and containing a cooling body for carrying out of the processing chamber;
Conveying means for carrying the cooling body from the external space to the cooling body carry-in preparation chamber and the processing chamber, and carrying the cooling body from the processing chamber to the cooling body carry-out preparation chamber and the external space;
Immersion means for immersing and pulling up the cooling body in a melt of a metal material or a semiconductor material stored in a container;
And a material replenishing means for replenishing the metal material or semiconductor material before being melted into the container.
また本発明は、冷却体搬入準備室と冷却体搬出準備室とは、処理室の同じ側に連結され、略並行に設けられることを特徴とする。 The present invention is characterized in that the cooling body carry-in preparation chamber and the cooling body carry-out preparation chamber are connected to the same side of the processing chamber and are provided substantially in parallel.
また本発明は、冷却体搬入準備室および冷却体搬出準備室は、処理室との連結部およびその反対側の外部空間に臨む部位とにそれぞれ開閉自在のゲートバルブを備え、
冷却体搬入準備室および冷却体搬出準備室には、処理室および外部空間と冷却体搬入準備室および冷却体搬出準備室との間で冷却体を受渡す冷却体受渡手段が設けられ、
冷却体受渡手段の受渡し動作が、ゲートバルブの開閉動作に同期するように、冷却体受渡手段の動作を制御する冷却体受渡動作制御手段を含むことを特徴とする。
In the present invention, the cooling body carry-in preparation chamber and the cooling body carry-out preparation chamber each include a gate valve that can be opened and closed at a connection portion with the processing chamber and a portion facing the external space on the opposite side.
The cooling body carry-in preparation chamber and the cooling body carry-out preparation chamber are provided with a cooling body delivery means for delivering the cooling body between the processing chamber and the external space and the cooling body carry-in preparation chamber and the cooling body carry-out preparation chamber,
The cooling body delivery means includes a cooling body delivery operation control means for controlling the operation of the cooling body delivery means so that the delivery operation of the cooling body delivery means is synchronized with the opening / closing operation of the gate valve.
また本発明は、少なくとも冷却体搬出準備室に設けられる冷却体受渡手段には、
冷却体から剥離して落下する析出板または析出板の一部を受容する落下物受容手段が設けられることを特徴とする。
In the present invention, at least in the cooling body delivery means provided in the cooling body carry-out preparation chamber,
Falling matter receiving means for receiving a depositing plate or a part of the depositing plate that is peeled off from the cooling body is provided.
また本発明は、搬送手段は、
処理室内において複数の冷却体を保持し、鉛直方向に搬送することができるスタック搬送手段を含むことを特徴とする。
In the present invention, the conveying means is
It includes a stack transfer means that holds a plurality of cooling bodies in the processing chamber and can transfer them in the vertical direction.
また本発明は、材料補充手段は、
容器に貯留される金属材料または半導体材料の融液に浸漬後引上げられた冷却体から離脱する析出板または析出板の一部を受容する析出板受容体と、
析出板受容体上に堆積される析出板または析出板の一部からなる堆積物の体積または重量を検出する堆積物検出手段と、
堆積物検出手段の検出出力に応じ、金属材料または半導体材料の補充量を算出する材料補充量算出手段と、
析出板受容体上に堆積される析出板または析出板の一部からなる堆積物を容器内へ再投入する再投入手段と、
材料補充量算出手段の算出結果に応じて金属材料または半導体材料を容器へ投入する材料投入手段とを含むことを特徴とする。
In the present invention, the material replenishing means is
A precipitation plate receptor for receiving a precipitation plate or a part of the precipitation plate that is detached from a cooling body pulled up after being immersed in a melt of a metal material or a semiconductor material stored in a container;
Deposit detection means for detecting the volume or weight of the deposit comprising the deposit plate or a portion of the deposit plate deposited on the deposit plate receiver;
A material replenishment amount calculating means for calculating a replenishment amount of the metal material or semiconductor material according to the detection output of the deposit detection means;
Re-injection means for re-introducing into the container a deposit consisting of a precipitation plate or a part of the precipitation plate deposited on the precipitation plate receptor;
And a material loading means for loading a metal material or a semiconductor material into the container according to the calculation result of the material replenishment amount calculating means.
また本発明は、材料補充手段は、
容器に貯留される金属材料または半導体材料の融液に浸漬後引上げられた冷却体から離脱する析出板または析出板の一部を受容する析出板受容体と、
析出板受容体上に堆積される析出板または析出板の一部からなる堆積物の体積または重量を検出する堆積物検出手段と、
浸漬手段により容器に貯留される金属材料または半導体材料の融液に冷却体が浸漬される回数を検出する浸漬回数検出手段と、
堆積物検出手段および浸漬回数検出手段の検出出力に応じ、金属材料または半導体材料の補充量を算出する材料補充量算出手段と、
析出板受容体上に堆積される析出板または析出板の一部からなる堆積物を容器内へ再投入する再投入手段と、
材料補充量算出手段の算出結果に応じて金属材料または半導体材料を容器へ投入する材料投入手段とを含むことを特徴とする。
In the present invention, the material replenishing means is
A precipitation plate receptor for receiving a precipitation plate or a part of the precipitation plate that is detached from a cooling body pulled up after being immersed in a melt of a metal material or a semiconductor material stored in a container;
Deposit detection means for detecting the volume or weight of the deposit comprising the deposit plate or a portion of the deposit plate deposited on the deposit plate receiver;
Immersion number detection means for detecting the number of times the cooling body is immersed in the melt of the metal material or semiconductor material stored in the container by the immersion means;
A material replenishment amount calculating means for calculating a replenishment amount of the metal material or the semiconductor material according to the detection outputs of the deposit detection means and the immersion number detection means,
Re-injection means for re-introducing into the container a deposit consisting of a precipitation plate or a part of the precipitation plate deposited on the precipitation plate receptor;
And a material loading means for loading a metal material or a semiconductor material into the container according to the calculation result of the material replenishment amount calculating means.
また本発明は、容器に貯留される金属材料または半導体材料の融液の液面高さを検出する湯面高さ検出手段をさらに含み、
材料補充手段は、
湯面高さ検出手段の検出出力に応じ、湯面高さが最も高い位置に金属材料または半導体材料を投入するように材料投入手段の動作を制御する材料投入位置制御手段を備えることを特徴とする。
The present invention further includes a hot water surface height detecting means for detecting the liquid surface height of the melt of the metal material or semiconductor material stored in the container,
Material replenishment means
In accordance with the detection output of the molten metal surface height detecting means, it is provided with a material loading position control means for controlling the operation of the material loading means so that a metal material or a semiconductor material is loaded at a position where the molten metal surface height is the highest. To do.
また本発明は、冷却体の厚みを測定する冷却体厚み測定手段を含み、
冷却体厚み測定手段の検出出力に応じ、浸漬手段が冷却体を容器に貯留される金属材料または半導体材料の融液に浸漬させる軌道を制御する浸漬軌道制御手段を含むことを特徴とする。
The present invention also includes a cooling body thickness measuring means for measuring the thickness of the cooling body,
The dipping means includes dipping trajectory control means for controlling a trajectory in which the dipping means is dipped in a melt of a metal material or a semiconductor material stored in a container according to the detection output of the cooling body thickness measuring means.
また本発明は、容器に貯留される金属材料または半導体材料の融液の液面高さを検出する湯面高さ検出手段をさらに含み、
湯面高さ検出手段の検出出力に応じ、浸漬手段が冷却体を容器に貯留される金属材料または半導体材料の融液に浸漬させる軌道を制御する浸漬軌道制御手段とを含むことを特徴とする。
The present invention further includes a hot water surface height detecting means for detecting the liquid surface height of the melt of the metal material or semiconductor material stored in the container,
Immersion trajectory control means for controlling the trajectory in which the immersion means is immersed in the melt of the metal material or the semiconductor material stored in the container according to the detection output of the molten metal surface height detection means. .
また本発明は、加熱手段は、高周波誘導加熱コイルと高周波電源とを含むことを特徴とする。 According to the present invention, the heating means includes a high frequency induction heating coil and a high frequency power source.
また本発明は、容器に貯留される金属材料または半導体材料の融液に浸漬後引上げられた冷却体の表面上に形成される析出板を加熱する析出板加熱手段を含むことを特徴とする。 Further, the present invention includes a precipitation plate heating means for heating a precipitation plate formed on the surface of a cooling body pulled up after being immersed in a melt of a metal material or a semiconductor material stored in a container.
また本発明は、浸漬手段が、容器に貯留される金属材料または半導体材料の融液に浸漬後引上げられた冷却体の表面上に形成される析出板を、容器および/または融液の上方に位置するように移動させることによって輻射熱で加熱することを特徴とする。 Further, the present invention provides a deposition plate formed on the surface of the cooling body pulled up after the immersion means is immersed in the melt of the metal material or semiconductor material stored in the container, above the container and / or the melt. Heating by radiant heat is performed by moving it so that it is positioned.
また本発明は、冷却体がカーボン製であり、
浸漬手段が、容器に貯留される金属材料または半導体材料の融液に浸漬後引上げられた冷却体の表面上に形成される析出板を、高周波誘導加熱コイルと高周波電源とによって形成される交番磁界中へ移動させることによって加熱することを特徴とする。
In the present invention, the cooling body is made of carbon.
An alternating magnetic field formed by a high-frequency induction heating coil and a high-frequency power source is used for the precipitation plate formed on the surface of the cooling body that is pulled up after being immersed in a melt of a metal material or a semiconductor material stored in a container. It is characterized by heating by moving in.
本発明によれば、品質に優れる析出板を安定して製造することができ、コンパクトな大きさの析出板製造装置が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the precipitation plate which is excellent in quality can be manufactured stably, and the precipitation plate manufacturing apparatus of a compact magnitude | size is provided.
また本発明によれば、冷却体搬入準備室と冷却体搬出準備室とは、処理室の同じ側に連結され略並行に設けられるので、装置の設置面積を小さくできるとともに、冷却体の装置への搬入および搬出が同一側から可能となり作業効率を向上することができる。 Further, according to the present invention, the cooling body carry-in preparation chamber and the cooling body carry-out preparation chamber are connected to the same side of the processing chamber and provided substantially in parallel, so that the installation area of the apparatus can be reduced and the cooling body apparatus can be reduced. Can be carried in and out from the same side, and work efficiency can be improved.
また本発明によれば、冷却体搬入準備室および冷却体搬出準備室には、処理室との連結部およびその反対側の外部空間に臨む部位とにそれぞれ開閉自在のゲートバルブが備えられ、処理室および外部空間と各準備室との間で冷却体を受渡す冷却体受渡手段が設けられ、冷却体受渡手段の受渡し動作は、ゲートバルブの開閉動作に同期するように制御される。このことによって、冷却体がゲートバルブを通過するとき、スムースに移動可能となり冷却体がゲートバルブ付近で搬送トラブルを起こすことが少なくなる。 Further, according to the present invention, the cooling body carry-in preparation chamber and the cooling body carry-out preparation chamber are each provided with a gate valve that can be opened and closed at a connection portion with the processing chamber and a portion facing the external space on the opposite side. Cooling body delivery means for delivering the cooling body is provided between the chamber and the external space and each preparation chamber, and the delivery operation of the cooling body delivery means is controlled to be synchronized with the opening / closing operation of the gate valve. As a result, when the cooling body passes through the gate valve, it can move smoothly, and the cooling body is less likely to cause a conveyance trouble in the vicinity of the gate valve.
また本発明によれば、少なくとも冷却体搬出準備室に設けられる冷却体受渡手段には、冷却体から剥離して落下する析出板または析出板の一部を受容する落下物受容手段が設けられるので、冷却体がゲートバルブを通過するとき、冷却体上に生成された析出板または析出板の一部が落下したとしても、該落下物がゲートバルブ内に混入してゲートバルブの動作に悪影響を与えることを防止できる。 Further, according to the present invention, at least the cooling body delivery means provided in the cooling body carry-out preparation chamber is provided with the falling plate receiving means for receiving the falling precipitation plate or a part of the falling precipitation plate from the cooling body. When the cooling body passes through the gate valve, even if the precipitation plate or a part of the precipitation plate generated on the cooling body falls, the fallen object is mixed into the gate valve and adversely affects the operation of the gate valve. It can prevent giving.
また本発明によれば、搬送手段は、処理室内において複数の冷却体を保持し、鉛直方向に搬送することができるスタック搬送手段を含むので、冷却体搬入準備室および冷却体搬出準備室を処理室と同一雰囲気にするための時間、たとえば窒素または不活性ガス雰囲気にするための置換時間をバッファする手段とすることができ、また装置の小型化を実現することができる。 Further, according to the present invention, since the transfer means includes the stack transfer means that holds a plurality of cooling bodies in the processing chamber and can transfer them in the vertical direction, the cooling body carry-in preparation chamber and the cooling body carry-out preparation chamber are processed. It can be a means for buffering the time for making the atmosphere the same as the chamber, for example, the replacement time for making the atmosphere of nitrogen or an inert gas, and downsizing of the apparatus can be realized.
また本発明によれば、材料補充手段は、析出板受容体に堆積された金属材料または半導体材料の堆積物の体積または重量に応じて、金属材料または半導体材料の補充量を算出する材料補充量算出手段を備えるので、溶融前の金属材料または半導体材料を容器へ投入して補充する材料補充量を常に過不足なく投入することが可能になる。 According to the invention, the material replenishing means calculates the replenishment amount of the metal material or the semiconductor material according to the volume or weight of the deposit of the metal material or the semiconductor material deposited on the deposition plate receptor. Since the calculating means is provided, it is possible to always supply the material replenishing amount to be replenished by charging the metal material or semiconductor material before melting into the container.
また本発明によれば、材料補充手段は、析出板受容体に堆積された金属材料または半導体材料の堆積物の体積または重量と、冷却体を容器に貯留される融液中へ浸漬した浸漬回数とに応じて、金属材料または半導体材料の補充量を算出する材料補充量算出手段を備える。このことによって、材料補充量を算出するために容器中の融液の体積または重量等を計測する必要がなく、これらの計測装置を不要にできるので、装置構成を簡素化しそのコストを低減することができる。 Further, according to the present invention, the material replenishing means includes the volume or weight of the deposit of the metal material or the semiconductor material deposited on the deposition plate receiver, and the number of times of immersion in which the cooling body is immersed in the melt stored in the container. According to the above, a material replenishment amount calculating means for calculating a replenishment amount of the metal material or the semiconductor material is provided. This eliminates the need to measure the volume or weight of the melt in the container in order to calculate the material replenishment amount, and eliminates the need for these measuring devices, thus simplifying the device configuration and reducing its cost. Can do.
また本発明によれば、容器内の融液の液面高さを検出する湯面高さ検出手段をさらに含み、材料補充手段は、湯面高さ検出手段の検出出力に応じ、湯面高さが最も高い位置に金属材料または半導体材料を投入するように制御される。このことによって、材料を補充するとき、金属材料または半導体材料を分散して投入することができるので、材料補充時間を短縮することができ、析出板の生産能力を向上することができる。 Further, according to the present invention, it further includes a molten metal surface height detecting means for detecting the liquid surface height of the melt in the container, and the material replenishing means is adapted to detect the molten metal surface height according to the detection output of the molten metal surface height detecting means. The metal material or the semiconductor material is controlled so as to be placed at the position where the height is the highest. As a result, when replenishing the material, the metal material or the semiconductor material can be dispersed and charged, so that the material replenishment time can be shortened and the production capacity of the precipitation plate can be improved.
また本発明によれば、冷却体の厚みを測定する冷却体厚み測定手段を含み、冷却体厚み測定手段の検出出力に応じ、浸漬手段が冷却体を容器内の融液に浸漬させる軌道、たとえば浸漬深さが制御される。このことによって、冷却体の厚みに応じて、浸漬手段による冷却体の融液への浸漬深さを補正できるので、冷却体の浸漬時間を常に一定にし、冷却体の個体差による析出板の厚さ変動を抑制することができる。 Further, according to the present invention, a cooling body thickness measuring means for measuring the thickness of the cooling body is provided, and the dipping means immerses the cooling body in the melt in the container according to the detection output of the cooling body thickness measuring means, for example, The immersion depth is controlled. As a result, the immersion depth of the cooling body in the melt by the dipping means can be corrected according to the thickness of the cooling body, so that the immersion time of the cooling body is always constant and the thickness of the precipitation plate due to individual differences of the cooling body. Fluctuations can be suppressed.
また本発明によれば、湯面高さ検出手段と冷却体厚み測定手段との検出出力に応じて、浸漬手段による冷却体の融液への浸漬深さを補正できるので、一層高い精度で冷却体の個体差による析出板の厚さ変動を抑制することができる。 Further, according to the present invention, the immersion depth of the cooling body in the melt by the immersion means can be corrected according to the detection output of the molten metal surface height detection means and the cooling body thickness measurement means, so that the cooling can be performed with higher accuracy. Variations in the thickness of the precipitation plate due to individual differences in the body can be suppressed.
また本発明によれば、加熱手段は、高周波誘導加熱コイルと高周波電源とを含むので、容器および容器内の金属材料または半導体材料を効率よく加熱溶融することが可能になる。このことによって、材料補充時の生産停止期間を短くすることが可能になり、析出板の生産能力を向上することができる。 Further, according to the present invention, since the heating means includes the high frequency induction heating coil and the high frequency power source, it is possible to efficiently heat and melt the container and the metal material or semiconductor material in the container. This makes it possible to shorten the production stop period at the time of material replenishment and improve the production capacity of the precipitation plate.
また本発明によれば、融液に浸漬後引上げられた冷却体の表面上に生成される析出板を加熱する加熱手段が設けられるので、凝固成長した析出板に蓄積された熱応力を緩和することができ、析出板の強度を向上することができる。 Further, according to the present invention, a heating means for heating the precipitation plate generated on the surface of the cooling body pulled up after being immersed in the melt is provided, so that the thermal stress accumulated in the solidified and grown precipitation plate is relieved. The strength of the precipitation plate can be improved.
また本発明によれば、浸漬手段が、容器に貯留される金属材料または半導体材料の融液に浸漬後引上げられた冷却体の表面上に生成される析出板を、容器および/または融液の上方に位置するように移動させることによって輻射熱で加熱するように構成されるので、特別な加熱手段を設けることなく結晶成長面を加熱することが可能となり装置コストを低減することができる。 Further, according to the present invention, the dipping means is configured to cause the precipitation plate generated on the surface of the cooling body pulled up after dipping in the melt of the metal material or the semiconductor material stored in the vessel to the container and / or the melt. Since it is configured to be heated by radiant heat by moving it so as to be positioned above, the crystal growth surface can be heated without providing a special heating means, and the apparatus cost can be reduced.
また本発明によれば、浸漬手段が、容器に貯留される金属材料または半導体材料の融液に浸漬後引上げられたカーボン製の冷却体の表面上に生成される析出板を、高周波誘導加熱コイルと高周波電源とによって形成される交番磁界中へ移動させることによって加熱するので、特別な加熱手段を設けることなく、誘導加熱によって結晶成長面を加熱することが可能となり装置コストを低減することができる。 Further, according to the present invention, the dipping means generates a high frequency induction heating coil by depositing the deposited plate formed on the surface of the carbon cooling body pulled up after being immersed in the melt of the metal material or semiconductor material stored in the container. And heating by moving into an alternating magnetic field formed by a high-frequency power source, it is possible to heat the crystal growth surface by induction heating without providing a special heating means, and the device cost can be reduced. .
図1は本発明の実施の一形態である析出板製造装置20の構成を簡略化して示す斜視図であり、図2は図1に示す析出板製造装置20に備わる搬送手段29の構成を拡大して示す斜視図である。本実施の形態では、析出板製造装置20として、半導体材料たとえばシリコンの融液に冷却体25を浸漬し引上げて冷却体25の表面に半導体材料の析出板である多結晶シリコンウエハを製造する装置について例示する。
FIG. 1 is a perspective view showing a simplified configuration of a deposition
析出板製造装置20は、大略、半導体材料の融液21(以後、単に融液21と略称することがある)を貯留する容器22と、容器22および容器22内の半導体材料および/または融液21を加熱する加熱手段23と、容器22を内部空間に収容する処理室24と、処理室24に連結されて処理室24内へ搬入するための冷却体25を収容する冷却体搬入準備室26と、処理室24に連結されて処理室24外へ搬出するための冷却体25を収容する冷却体搬出準備室27と、冷却体搬入準備室26および冷却体搬出準備室27と処理室24の反対側で連なるように設けられる冷却体搬入搬出台28と、冷却体25を外部空間から冷却体搬入準備室26および処理室24へ搬入するとともに、冷却体25を処理室24から冷却体搬出準備室27および外部空間へ搬出する搬送手段29と、冷却体25を容器22に貯留される融液21に浸漬し引上げる浸漬手段30と、溶融される前の半導体材料を容器22内へ補充する材料補充手段31と、各手段および各部の動作を制御する制御装置32とを含んで構成される。
The deposition
ここで、析出板製造装置20の配置に係る方向について定義する。析出板製造装置20は、水平面に平行な不図示の基台上に設置されるものとし、水平面をX−Yの2次元平面で表す。冷却体25を、処理室24へ搬入し、また処理室24から搬出するために搬送する方向をX方向と呼び、水平面内においてX方向に直交する方向をY方向と呼ぶ。このX−Y2次元平面に垂直な方向、すなわち鉛直方向をZ方向と呼ぶ。本実施の形態では、鉛直方向であるZ方向が、冷却体25を融液21に対して浸漬し、引上げる方向になる。このX−Y−Z方向は、明細書を通じて共通に用いられる。
Here, a direction related to the arrangement of the precipitation
半導体材料の融液21を貯留する容器22は、有底円筒状のカーボン製の坩堝22である。坩堝22の周辺を旋回するように内部を水冷された銅製の高周波誘導加熱コイル41が巻きまわされる。高周波誘導加熱コイル41は、電源盤33内に設けられる高周波電源42に接続される。この高周波誘導加熱コイル41と高周波電源42とが加熱手段23を構成する。また高周波電源42は、制御装置32に接続され、坩堝22内の融液21の温度を検出する不図示の温度センサの検出出力に応じて、制御装置32によってon/offおよび出力制御される。なお、電源盤33には、高周波電源42のみでなく、析出板製造装置20の各部を動作させるための制御装置32、また各駆動部等に電力供給するための電源も備えられる。
A
坩堝22は、高周波誘導加熱コイル41が高周波電流を通電されることによって発生する交番磁力を受け、誘導電流によってジュール熱を発生し、このジュール熱でカーボン製の坩堝22自体が加熱され、坩堝22内に貯留される半導体材料21を溶解する。
The
加熱手段として、抵抗体と電源とを含む抵抗加熱方式を使用することも可能であるが、溶解能力、また後述する材料補充などにおける利点を考慮すると高周波誘導加熱が最適である。したがって、容器である坩堝22は、カーボン製であることが最適であるけれども、金属材料または半導体材料への炭素の混入を避けるために、若干加熱効率が劣る石英製であっても良い。
Although a resistance heating method including a resistor and a power source can be used as the heating means, high-frequency induction heating is optimal in consideration of the melting capacity and advantages in material replenishment described later. Therefore, the
坩堝22および坩堝22の周辺に巻きまわされる高周波誘導加熱コイル41を内部空間に収容する処理室24は、外観が直方体形状を有するステンレス鋼製の筐体であり、外部空間と遮断される密閉状態に成し得るように構成される。なお、図1中では処理室24が透視された状態で図示されるけれども、実際には透視することはできない。
The
処理室24には、開閉自在のシャッタが設けられ、該シャッタを介して、真空ポンプに接続される真空系配管と、窒素または不活性ガス供給源に接続されるガス供給系配管とが接続される。このことによって、処理室24は、処理室24の内部空間を大気から窒素または不活性ガス雰囲気に置換することが可能である。
The
処理炉24の内部空間には、前述の坩堝22および高周波誘導加熱コイル41以外にも、冷却体25を坩堝22内の融液21浸漬し半導体材料を冷却体25の結晶生成面で凝固析出させるための冷却体25移動の軌道を与える浸漬手段30と、搬送手段29の一部を構成し冷却体25を処理室24内で搬送する処理室内搬送手段43とが収容される。なお、処理室24の外部には、処理室24に接して坩堝22をメンテナンスするための作業台34が設けられる。
In addition to the above-mentioned
冷却体搬入準備室26および冷却体搬出準備室27は、処理室24の同じ側すなわち一方の側壁面24a側に連結され、略並行に設けられる。冷却体搬入搬出台28は、冷却体搬入準備室26および冷却体搬出準備室27に関して処理室24と反対側に配置されて、冷却体搬入準備室26および冷却体搬出準備室27に連なるように設けられる。
The cooling body carry-in
冷却体搬入準備室26は、X方向に細長く延びる金属製の筐体であり、冷却体搬入搬出台28との連接部に開閉自在の第1ゲートバルブ44が設けられ、処理室24との連結部に開閉自在の第2ゲートバルブ45が設けられる。また冷却体搬入準備室26は、処理室24と同様に、その内部空間を大気から窒素または不活性ガス雰囲気に置換することが可能に構成される。この冷却体搬入準備室26の内部空間には、搬送手段29の一部を構成する搬入準備室内搬送手段46と、冷却体受渡手段50とが設けられる。なお、図1中で冷却体搬入準備室26は、天板部分を省略した形で図示されている。
The cooling body carry-in
冷却体搬出準備室27も、X方向に細長く延びる金属製の筐体であり、冷却体搬入搬出台28との連接部に開閉自在の第3ゲートバルブ47が設けられ、処理室24との連結部に開閉自在の第4ゲートバルブ48が設けられる。また冷却体搬出準備室27は、処理室24と同様に、その内部空間を大気から窒素または不活性ガス雰囲気に置換することが可能に構成される。この冷却体搬出準備室27の内部空間には、搬送手段29の一部を構成する搬出準備室内搬送手段49と、冷却体受渡手段50とが設けられる。なお、図1中で冷却体搬出準備室27は、天板部分を省略した形で図示されている。
The cooling body carry-out
冷却体搬入準備室26および冷却体搬出準備室27は、ゲートバルブを閉じることによって、その室内を外部空間と遮断することが可能であり、また内部雰囲気の調整が可能ないわゆるロードロック室と呼ばれるものである。冷却体搬入準備室26および冷却体搬出準備室27が載置されるたとえば鋼製の枠状構造物は、冷却体搬入準備室26および冷却体搬出準備室27を支持するロードロックステージ51である。
The cooling body carry-in
冷却体搬入搬出台28は、ステージ52と不図示のコンベア機構とを含んで構成される。ステージ52上には、冷却体搬入準備室26へ搬入されるための複数の冷却体25と、冷却体搬出準備室27から搬出された複数の冷却体25とが、並べられ、複数枚の冷却体25を一括して冷却体搬入準備室26へ搬送する機構と、冷却体搬出準備室27から一括して排出された冷却体25を受取る機構とが備えられる。
The cooling body loading / unloading table 28 includes a
冷却体搬入準備室26と冷却体搬出準備室27とは、ロードロックステージ51上に、前述のように略並行に設けられるので、たとえば冷却体25上に半導体材料を繰返し析出させるような場合、冷却体搬入搬出台28に設けられる不図示の移載機構によって、冷却体搬出準備室27から搬出された冷却体25をすばやく冷却体搬入準備室26の搬入側に移載することが可能となる。このように冷却体25の移載スペースを少なくできるので、装置全体の小型化が図られる。
Since the cooling body carry-in
ステージ52上の冷却体25を臨み、その上方には冷却体25の厚みを測定する冷却体厚み測定手段53が設けられる。冷却体厚み測定手段53は、冷却体25の上方から冷却体25の表面に向けて光を出射する発光素子53aと、冷却体25によって反射された反射光を受光する受光素子53bとを含んで構成され、受光素子53bに入射される反射光の入射角を検出することによって、三角法の原理で冷却体25の厚みを検出する。
A cooling body thickness measuring means 53 for measuring the thickness of the cooling
なお冷却体25の厚みを検出する位置としては、ステージ52の上に限定されることなく、冷却体25が浸漬手段30へ搬送される前の位置であればよい。しかしながら、前述した冷却体搬入準備室26、冷却体搬出準備室27また処理室24内では、真空対応の検出センサが必要となるので、本実施の形態で示す位置が最も安価な構成で実現可能であり、好ましい。また図1中では、発光素子53aおよび受光素子53bの支持手段に関しては特に示していないけれども、図1に示す位置であればどのような支持手段を採用しても良い。
The position at which the thickness of the cooling
次に図2を参照して搬送手段29の構成について説明する。搬送手段29は、大略、冷却体搬入準備室26内に設けられる搬入準備室内搬送手段46と、冷却体搬出準備室27内に設けられる搬出準備室内搬送手段49と、処理室24内に設けられる処理室内搬送手段43とを含んで構成される。
Next, the configuration of the conveying
搬入準備室内搬送手段46および搬出準備室内搬送手段49は、複数の搬送ローラ61と、複数の搬送ローラ61に張架される無端ベルト62と、搬送ローラ61を回転駆動させる不図示のモータとを含んで構成される。モータを回転駆動させることによって搬送ローラ61を回転させ、搬送ローラ61の回転が無端ベルト62に伝えられて無端ベルト62がベルトコンベアとして回転動作する。冷却体25は、この無端ベルト62上に載置されて無端ベルト62の回転方向に搬送される。すなわち、搬入準備室内搬送手段46は、冷却体搬入搬出台28側から処理室24側に向けて冷却体25を搬送し、搬出準備室内搬送手段49は、処理室24側から冷却体搬入搬出台28側に向けて冷却体25を搬送する。
The carry-in preparation indoor conveyance means 46 and the carry-out preparation indoor conveyance means 49 include a plurality of
なお、搬出準備室内搬送手段49は、200〜300℃の温度に対して耐熱性のあるたとえばステンレス鋼製の部材で構成されることが望ましい。これは処理室24内の浸漬処理で析出板が生成されて高温になっている冷却体25を搬送しなければならないことによる。
In addition, it is desirable that the carrying-out preparation chamber carrying means 49 is made of, for example, a member made of stainless steel that is heat resistant to a temperature of 200 to 300 ° C. This is due to the fact that the cooling
また、搬出準備室内搬送手段49は、複数の搬送ローラ61および無端ベルト62を含むベルトコンベアが複数個に分割された状態で構成され、ベルトコンベア同士によって形成される間隙が、処理室24において冷却体25上に形成された析出板の一部が破片としてベルトコンベア上に落下した際、該破片をすばやくベルトコンベア上から除去するための落下間隙63を構成する。この落下間隙63は、正規のサイズの冷却体25を落下させることがなく、その破片が落下する程度の大きさに設定され、このことによって、冷却体25を支障なく搬送し、破片落下物をベルトコンベアから除去可能にする。
Further, the carry-out preparation chamber conveyance means 49 is configured in a state in which a belt conveyor including a plurality of
さらに冷却体搬入準備室26および冷却体搬出準備室27には、第1〜第4ゲートバルブ44,45,47,48のそれぞれに近接して冷却体受渡手段が設けられる。図3は、冷却体搬出準備室27の第4ゲートバルブ48付近に設けられる冷却体受渡手段50の構成を例示する側面図である。図3(a)は、第4ゲートバルブ48が閉じている状態を示し、図3(b)は第4ゲートバルブ48が開いている状態を示す。第1〜第4ゲートバルブ44,45,47,48のそれぞれに近接して設けられる冷却体受渡手段50は、受渡方向が異なることを除いて同一に構成されるので、第4ゲートバルブ48付近に設けられる冷却体受渡手段50を代表例として説明し、他については説明を省略する。
Further, the cooling body carry-in
冷却体受渡手段50は、複数の受渡ローラ50aと、複数の受渡ローラ50aを回転自在に支持するローラ支持部50bと、複数の受渡ローラ50aおよび該ローラ支持部50bを搬出準備室内搬送手段49のベルトコンベアを構成する無端ベルト62(図3では図示を省略)の移動方向に対してほぼ平行移動(図中矢符65方向)させる不図示の移動手段とを含んで構成される。
The cooling body delivery means 50 includes a plurality of
第4ゲートバルブ48のバルブ弁48bがバルブ本体48aに対して離反する方向に移動して第4ゲートバルブ48が開いたとき、移動手段が、受渡ローラ50aおよびローラ支持部50bをバルブ本体48aの段差部66へ移動させて、処理室24から搬出される冷却体25を受渡ローラ50a上に載置させるようにして受取る。冷却体25を受取った後、移動手段が、受渡ローラ50aおよびローラ支持部50bを冷却体搬出準備室27の内方へ向って移動させ、受渡ローラ50a上の冷却体25を、搬出準備室内搬送手段49の無端ベルト62上へ移載する。
When the
このように、冷却体搬入準備室26および冷却体搬出準備室27に冷却体受渡手段64を設けることによって、第1〜第4ゲートバルブ44,45,47,48を介して、冷却体25を処理室24との間で、また冷却体搬入搬出台28との間で、スムースに移動することが可能になる。
Thus, by providing the cooling body delivery means 64 in the cooling body carry-in
また冷却体受渡手段50には、その下部に落下物受容手段である落下物受容カバー67が併設され、落下物受容カバー67は冷却体受渡手段50と連動して移動することができるように構成される。落下物受容カバー67は、パレット状の形状を有し、たとえばステンレス鋼製である。冷却体受渡手段50の下部に落下物受容カバー67を併設することによって、冷却体25がゲートバルブの段差部66を通過する際、冷却体25からの析出板の破片などの落下物が段差部66に混入することを防止できるので、第1〜第4ゲートバルブ44,45,47,48が、析出板の混入破片により損傷して寿命が低下するようなことが無い。析出板の破片の落下は、第3ゲートバルブ47および第4のゲートバルブ48で顕著であることから、落下物受容カバー67は第3および第4ゲートバルブ47,48近傍にのみ設けられる構成であっても良い。
Further, the cooling body delivery means 50 is provided with a falling
冷却体受渡手段50、搬入準備室内搬送手段46、搬出準備室内搬送手段49、処理室内搬送手段43、冷却体搬入搬出台28の不図示の移載機構(冷却体25を冷却体搬入準備室26へ搬送する機構および冷却体搬出準備室27から受取る機構)は、第1〜第4ゲートバルブ44,45,47,48の開閉動作に同期して動作する。すなわち、第1〜第4ゲートバルブ44,45,47,48いずれかの所定のバルブが開いている状態のとき、冷却体25の受渡動作を実行する。
Transfer mechanism (not shown) of the cooling body delivery means 50, the carry-in preparation indoor conveyance means 46, the carry-out preparation indoor conveyance means 49, the processing chamber conveyance means 43, and the cooling body carry-in / out stand 28 (the cooling
図4は、制御装置32による析出板製造装置20の動作制御に係る電気的構成を示すブロック図である。なお、図4では、ゲートバルブ44,45,47,48の開閉動作に同期する冷却体受渡手段50の動作に係る制御系とともに、析出板製造装置20の全体動作に係る他の制御系を合わせて示す。
FIG. 4 is a block diagram showing an electrical configuration relating to operation control of the deposition
制御装置32は、中央処理装置(CPU)が搭載される処理回路と、メモリ35とを含み、たとえばコンピュータなどによって実現される。またメモリ35は、たとえばハードディスクドライブ(HDD)またはリードオンリィメモリ(ROM)およびランダムアクセスメモリ(RAM)などによって構成され、析出板製造装置20の全体動作を制御するための動作制御プログラム、析出板製造装置20に備わる各手段の動作条件データ等が予め格納される。制御装置32は、メモリ35から読出したプログラムおよび条件データに従って析出板製造装置20の動作を制御する。
The
以下図4を参照し、冷却体受渡手段50、搬入準備室内搬送手段46、搬出準備室内搬送手段49、処理室内搬送手段43、冷却体搬入搬出台28の移載機構が、第1〜第4ゲートバルブ44,45,47,48の開閉動作に同期して動作する制御について説明する。
Referring to FIG. 4 below, the transfer mechanisms of the cooling body delivery means 50, the carry-in preparation indoor conveyance means 46, the carry-out preparation indoor conveyance means 49, the processing chamber conveyance means 43, and the cooling body carry-in / out
第1〜第4ゲートバルブ44,45,47,48は、制御装置32に電気的に接続され、各ゲートバルブの開閉動作が制御装置32によって制御される。また制御装置32の動作指令によって開閉動作する第1〜第4ゲートバルブ44,45,47,48は、開状態にあるかまたは閉状態にあるかの信号を、制御装置32へフィードバックする。前述の図3の冷却体搬出準備室27に設けられる第4ゲートバルブ48近傍における動作について例示すると、第4ゲートバルブ48が開状態であるとのフィードバック信号に応じ、制御装置32が、処理室内搬送手段43が冷却体25を第4ゲートバルブ48に向けて搬送するように動作制御し、冷却体受渡手段50がバルブ本体48aの段差部66位置まで移動して処理室内搬送手段43から冷却体25を受取り、次いで冷却体受渡手段50が冷却体搬出準備室27の内方へ向けて移動し、搬出準備室内搬送手段49へ冷却体25を受渡すように動作制御する。また第4ゲートバルブ48が閉状態であるとの信号に応じ、制御装置32は、処理室内搬送手段43、冷却体受渡手段64および搬出準備室内搬送手段49の搬送および受渡動作を停止するように動作制御する。したがって、制御装置32が、冷却体受渡動作制御手段として作用する。
The first to
第1〜第3ゲートバルブ44,45,47近傍におけるゲートバルブの開閉動作に同期する搬送および受渡しの動作制御は、搬送方向および受渡し方向が異なる以外は、上記第4ゲートバルブ48近傍における動作制御と同一なので説明を省略する。
The transfer and delivery operation control in synchronism with the opening and closing operation of the gate valve in the vicinity of the first to
なお、析出板製造装置20の稼動時においては、第1〜第4ゲートバルブ44,45,47,48の開閉状態は、次のような組合せとなる。
When the deposition
冷却体搬入搬出台28から冷却体搬入準備室26へ冷却体25が搬入されるとき、冷却体搬入準備室26の雰囲気は大気開放され、第1ゲートバルブ44が開で、第2ゲートバルブ45が閉になる。冷却体搬入搬出台28から冷却体搬入準備室26へ、所望数の冷却体25が搬入されると、第1および第2ゲートバルブ44,45が共に閉じられる。第1および第2ゲートバルブ44,45が共に閉状態のとき、制御装置32は、冷却体搬入準備室26に連結される真空ポンプおよび不活性ガス供給手段を動作させて冷却体搬入準備室26の内部空間を処理室24と同じ雰囲気に調整する。
When the cooling
冷却体搬入準備室26の内部空間を所望の雰囲気に調整後、第1ゲートバルブ44が閉に、第2ゲートバルブ45が開になる。この状態で、制御装置32は、搬入準備室内搬送手段46、冷却体受渡手段50および処理室内搬送手段43を動作させて、冷却体25を冷却体搬入準備室26から処理室24内へ搬送する。
After adjusting the internal space of the cooling body carry-in
析出板が生成された冷却体25が処理室24から冷却体搬出準備室27へ搬出されるとき、まず第3および第4ゲートバルブ47,48が共に閉じられ、制御装置32は、冷却体搬出準備室27に連結される真空ポンプおよび不活性ガス供給手段を動作させて冷却体搬出準備室27の内部空間を処理室24と同じ雰囲気に調整する。冷却体搬出準備室27の内部空間を所望の雰囲気に調整後、第3ゲートバルブ47が閉に、第4ゲートバルブ48が開になる。この状態で、制御装置32は、搬出準備室内搬送手段49、冷却体受渡手段50および処理室内搬送手段43を動作させて、冷却体25を処理室24から冷却体搬出準備室27内へ搬送する。所望数の冷却体25が搬入されると、第3および第4ゲートバルブ47,48が共に閉じられる。
When the cooling
次いで冷却体搬出準備室27の雰囲気は大気開放され、大気開放後第3ゲートバルブ47が開で、第4ゲートバルブ48が閉になる。第3ゲートバルブ47を開、第4ゲートバルブを閉にした状態で、制御装置32は、搬出準備室内搬送手段49、冷却体受渡手段50および冷却体搬入搬出台28の移載機構を動作させて、冷却体25を冷却体搬出準備室27から冷却体搬入搬出台28へ搬出する。
Next, the atmosphere in the cooling body unloading
図2に戻って、処理室内搬送手段43について説明する。処理室内搬送手段43は、水平搬送部71と、スタック搬送手段であるスタック搬送部72と、搬送ステージ部73とを含んで構成される。
Returning to FIG. 2, the processing chamber transfer means 43 will be described. The processing
まず水平搬送部71は、水平方向に延びるローラコンベアであり、1対の第1および第2水平搬送部71a,71bが設けられる。第1水平搬送部71aは、冷却体搬入準備室26から第2ゲートバルブ45を介して受取る冷却体25をスタック搬送部72へ搬送するために設けられ、第2水平搬送部71bは、スタック搬送部72から受取った冷却体25を、処理室24から冷却体搬出準備室27へ第4ゲートバルブ48を介して受渡すために設けられる。
First, the
スタック搬送部72は、一対の水平搬送部71に対応するように一対の第1スタック搬送部72aと第2スタック搬送部72bとが、Y方向に並んで設けられる。第1スタック搬送部72aと第2スタック搬送部72bとは、冷却体25の搬送方向が異なるのみであり、その構成が同一であるので、第1スタック搬送部72aを代表例として説明する。
In the
第1スタック搬送部72aは、鉛直方向に延び対向して配置される第1および第2支持体74a,74bと、第1および第2支持体74a,74bの互いに対向する面の両側に鉛直方向に回動可能に設けられる無端状金属ベルト75と、無端状金属ベルト75を回動させる不図示の金属ベルト駆動手段とを含む。無端状金属ベルト75には、無端状金属ベルト75から立上がるようにして、すなわち無端状金属ベルト75が第1および第2支持体74a,74bに装着されている状態で、対向する第1および第2支持体74a,74bの互いに相手側の支持体に向う方向へ無端状金属ベルト75から突出するようにして複数の爪部76が形成される。
The first
第1および第2支持体74a,74bが対向して配置される間隔と、無端状金属ベルト75に複数形成される爪部76同士の間隔とは、爪部76同士の間隔に冷却体25が装入可能であり、かつ爪部76同士の間隔に装入された冷却体25が、第1および第2支持体74a,74bによって保持可能な寸法に設定される。
The interval at which the first and
第1スタック搬送部72aの無端状金属ベルト75は、爪部76によって保持される冷却体25が下方から上方、すなわち鉛直方向の上方へ向うように回動され、第1水平搬送部71aから受取った冷却体25を搬送ステージ部73へ向けて搬送する。一方第2スタック搬送部72bの無端状金属ベルト75は、爪部76によって保持される冷却体25が上方から下方、すなわち鉛直方向の下方へ向うように回動され、搬送ステージ部73から受取った冷却板25を第2水平搬送部71bへ向けて搬送する。
The
また第1スタック状搬送部72aは、第1および第2支持体74a,74bの対向する面内に位置する無端状金属ベルト75に形成される爪部76によって保持される冷却体25の枚数が、冷却体搬入準備室26に満杯状態で収容できる冷却体25の枚数よりも多くなるように構成される。
Further, the first stack-
このことによって、第1スタック搬送部72aが、冷却体搬入準備室26を窒素または不活性ガス雰囲気へ置換する時間中における冷却体25のバッファとして機能することが可能になり、後述する浸漬手段30に対する冷却体25の搬送が滞ることなく行える。またバッファとして機能するスタック状搬送部72が、鉛直方向に冷却体25を搬送するように構成されるので、冷却体25を水平方向に搬送する構成に比べて、装置全体をコンパクト化し、その設置面積を大幅に削減することが可能になる。
This makes it possible for the first
次に搬送ステージ73は、第1スタック搬送部72aから搬入された冷却体25を一時載置する冷却体搬入部77と、詳細を後述する浸漬手段30によって浸漬される前および浸漬された後の冷却体25を載置する浸漬待機部78と、融液21に浸漬後引上げられて析出板が生成された冷却体25が搬出のために載置される冷却体搬出部79とが、Y方向に並んで設けられるとともに、冷却体25を冷却体搬入部77から浸漬待機部78へ移動、また浸漬待機部78から冷却体搬出部79へ移動させるプッシャ部80とを含んで構成される。
Next, the
プッシャ部80は、冷却体搬入部77、浸漬待機部78および冷却体搬出部79にわたってその上方でY方向に延びて設けられるプッシャ軸部材81と、プッシャ軸部材81に対して摺動可能に装着される一対のアーム部材82と、アーム部材82の遊端部に設けられる押え部材83と、アーム部材82をプッシャ軸部材81に案内させながら移動させる移動手段とを含んで構成される。
The
一対のアーム部材82は、アーム部材82同士の間に存在する冷却体25を、その押え部材83で押えて挟持することができる。冷却体搬入部77、浸漬待機部78および冷却体搬出部79は、Z方向に上下動が可能に構成され、アーム部材82が、冷却体25を挟持した状態で、冷却体搬入部77、浸漬待機部78および冷却体搬出部79が必要に応じて下方へ移動し、移動手段がアーム部材82を矢符84方向へ移動させることによって、冷却体25を冷却体搬入部77から浸漬待機部78へ、また浸漬待機部78から冷却体搬出部79へ移動させることができる。所望の位置へ冷却体25を移動させた後、冷却体搬入部77、浸漬待機部78および冷却体搬出部79を上方へ移動させることによって、冷却体25を載置することができる。なお、押え部材83には、冷却体25を押える面に押え突起部85が形成され、この押え突起部85を介して、冷却体25を矢符84方向に移動させる。押え突起部85は、冷却体25の側面の下部を押す位置に形成される。これは後述する浸漬処理後、上下が反転される冷却体25の上面側に析出板が生成されているので、生成された析出板を、プッシャ部80で直接押圧しないように上記の位置が選択される。この押え突起部85の材料としては、耐熱性に優れるポリエーテルエーテルケトン(略称PEEK)樹脂またはステンレス鋼が望ましい。
The pair of
搬送ステージ部73内における冷却体25の移動は、プッシャ部80によって行われるけれども、第1スタック搬送部72aから搬送ステージ部73の冷却体搬入部77への冷却体25の搬送、また搬送ステージ部73の冷却体搬出部79から第2スタック搬送部72bへの冷却体25の搬送は、第1および第2搬送ロボット86a,86bによって行われる。
Although the movement of the cooling
第1および第2搬送ロボット86a,86bは、先端部の平面形状がU字状のアームをX−Z方向に可動に構成される搬送手段である。
The first and
たとえば、第1搬送ロボット86aは、冷却体25が第1スタック搬送部72aの最上段へ到着すると、不図示の駆動系によってX方向に移動し、U字状の先端部を冷却体25の下方に装入し、Z方向の上方に移動してアーム先端部で冷却体25を保持し、次いでX方向の搬送ステージ部73の冷却体搬入部77まで搬送し、さらにZ方向の下方へ移動して冷却体25を冷却体搬入部77に載置する。
For example, when the cooling
第1搬送ロボット86aは、U字状の先端部の表面であって冷却体25の底面を保持する側の面に保持突起部87が形成され、この保持突起部87を介して冷却体25を保持し、搬送ステージ部73へ搬送する。保持突起部87は、冷却体25を傷付けることがなく、また耐熱性の高い材料、たとえばPEEKなどであることが望ましい。また保持突起部87が形成されることによって、第1搬送ロボット86aに、たとえば異物が付着したとしても、直接冷却体25が異物と接触することがなくなるので、冷却体25への異物付着、また異物が付着することによる搬送トラブルが回避される。
The
第2搬送ロボット86bは、第1搬送ロボット86aと同様に構成され、その動作が冷却体25を搬送ステージ部73の冷却体搬出部79から第2スタック搬送部72bへ搬送することが異なるのみであるので、説明を省略する。
The
次に搬送ステージ部73の浸漬待機部78に載置される冷却体25を採取し、坩堝22中の融液21に浸漬し、引上げて冷却体25の上に析出板を生成させる浸漬手段30について説明する。浸漬手段30は、冷却体25を保持する冷却体保持部91と、3軸(X−Y−Z方向)の自由度を持つ浸漬ロボット部92とを含んで構成される。浸漬ロボット部92は、不図示の3個の駆動モータと3軸の各駆動系とが連結され、それぞれX軸方向の移動、Z軸方向の移動およびY軸まわりの回転という3軸の自由度を持ち、上記移動が可能となっている。
Next, the cooling
図5は、冷却体保持部91の構成を示す図である。冷却体保持部91は、保持部本体93と、保持アーム94と、ばね部材95とを含んで構成される。保持部本体93は、大略、有底円筒状である。ただし、内部空間が、底からある程度の高さまでは円柱状に形成されるけれども、開口部93b近傍では、開口部93bへ近づくのに伴って直径が小さくなるように形成される。すなわち、保持部本体93は、その軸線99を通る断面では、開口部93b近傍において、内部空間に臨む側壁が、開口部93bに近づくのに伴って開口部93bの中心へ向う形状のテーパ部100を有するように形成される。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of the cooling
保持アーム94の図示しない端部は浸漬ロボット部92に連結される。保持部本体93の保持アーム94が装着される側である底部93aには、その中央部付近に貫通孔であるアーム挿入孔96が形成される。保持アーム94の端部は、アーム挿入孔96を挿通し、その先端部94aにアーム挿入孔96よりも大きく保持部本体93の内径よりも小さいばね押え部材97が装着される。またばね押え部材97の保持部本体93の開口部93bを臨む側の面には、冷却体押圧突起98が形成される。
An end (not shown) of the holding
前記ばね部材95は、ばね押え部材97と保持部本体93の底部93aの内面側との間に設けられる。保持アーム94は、アーム挿入孔96に対して摺動可能に挿通されるので、保持アーム94の先端に設けられるばね押え部材97の保持部本体93の底部93aに対する相対位置は、ばね部材95の弾性変位量に応じて変化する。
The
保持部本体93にチャッキング保持される冷却体25は、平面形状が矩形であり、融液21に浸漬される側の浸漬面101が平坦な形状を有するけれども、浸漬面101の反対側の面102(便宜上裏面102と呼ぶ)側に、円錐台形状のあり103が形成される。
The cooling
したがって、冷却体25が、保持部本体93に保持されるとき、保持部本体93の上記テーパ部100があり溝を構成し、このあり溝と冷却体25のあり103とが嵌合されることになる。冷却体25のあり103と保持部本体93のテーパ部100との嵌合は、浸漬待機部78に位置する保持部本体93に対して、プッシャ部80が冷却体搬入部77から浸漬待機部78へ冷却体25をスライド移動させることによって行われる。
Therefore, when the cooling
図6は、冷却体保持部91の動作を説明する図である。図6(a)は冷却体保持部91が冷却体25のチャックを解除した状態を示し、図6(b)は冷却体保持部91が冷却体25をチャックしている状態を示す。なお図6中で参照符号104にて示す部材は、処理室24内に設けられる保持解除台である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the cooling
保持解除台104は、浸漬待機部78近傍(具体的には冷却体保持部91が浸漬待機部78にあるときの位置の直下)に配置され、処理室24の壁部に固定的に設けられる。
The holding
図6(a)では、保持部本体93が保持解除台104上に載置され、この状態で保持アーム94をさらに下方に移動させると、ばね部材95が圧縮変形されるので、保持アーム94先端部のばね押え部材97と冷却体押圧突起98とが、保持部本体93の底部93aに近づく方向へ移動する。このことによって、冷却体25のあり103があり溝であるテーパ部100から離反するので、冷却体25のチャックを解除できる。
In FIG. 6A, when the holding portion
図6(b)では、図6(a)の状態から保持アーム94を上方に移動させることによって、保持部本体93が保持解除台104から離反するので、ばね部材95が伸長変形し、ばね押え部材97に対して保持部本体93を下方に移動させる、換言すればばね押え部材97と冷却体押圧突起98とが、保持部本体93の底部93aから離れる方向へ移動し、冷却体25のあり103をテーパ部100に対して押圧させて嵌合する。このことによって、冷却体25が冷却体保持部91に保持される。すなわち、冷却体保持部91は、搬送ステージ部73の浸漬待機部78にあるとき、同時に保持解除台104の上にありチャック解除状態となり、浸漬待機部78から離れるとき、同時に保持解除台104から離れることになり冷却体25を保持することになる。
In FIG. 6B, the holding
再び図1に戻って、浸漬手段30は、搬送ステージ部73でプッシャ部80によって浸漬待機部78へ送られた冷却体25を、冷却体保持部91でチャックし、冷却体保持部91が保持する冷却体25を、浸漬ロボット部92の動作によって坩堝22内に貯留される融液21に浸漬させる。半導体材料の融液21が、浸漬された冷却体25に接することによって冷却され、その融点以下になると冷却体25の浸漬面101上に析出して析出板を生成する。予め定める時間だけ冷却板25を融液21に浸漬した後、浸漬手段30が冷却体25を融液21から引上げ、析出板が生成された冷却体25を搬送ステージ部73の浸漬待機部78へ移動させる。その後、冷却体25は、浸漬待機部78においてチャックがはずされて浸漬手段30から分離され、プッシャ部80によって冷却体搬出部79へ搬送される。
Returning to FIG. 1 again, the immersion means 30 chucks the cooling
次に材料補充手段31について説明する。浸漬手段30によって、冷却体25が融液21に浸漬され、冷却体25の浸漬面101に析出板が生成され、冷却体25が融液21から引上げられると、析出板の生成に使用された分だけ半導体材料が融液21から持ち出されるので、坩堝22に貯留される融液21の量が減少する。材料補充手段31は、この坩堝22内において減少した半導体材料を補充する装置である。
Next, the material replenishing means 31 will be described. When the cooling
材料補充手段31は、坩堝22に貯留される半導体材料の融液21に浸漬後引上げられた冷却体25から離脱する析出板または析出板の一部を受容する析出板受容体111と、析出板受容体111上に堆積される析出板または析出板の一部からなる堆積物の体積または重量を検出する堆積物検出手段112と、堆積物検出手段112の検出出力に応じ、半導体材料の補充量を算出する材料補充量算出手段113と、析出板受容体111上に堆積される析出板または析出板の一部からなる堆積物を坩堝22内へ再投入する再投入手段114と、材料補充量算出手段113の算出結果に応じて半導体材料を坩堝22へ投入する材料投入手段115とを含む。
The material replenishing means 31 includes a
析出板受容体111は、浸漬手段30が融液21から引上げた冷却板25の浸漬面101から離脱して落下する析出板または析出板の一部を受ける容器状部材である。この析出板受容体111は、坩堝22の上方であって、浸漬待機部78の下方に設けられ、坩堝22に直近のため、極めて耐熱性が要求されるので、カーボンを用いることが好ましい。また析出板受容体111を支持する受容体受台116も耐熱性が要求されるので、水冷銅配管されたステンレス鋼または耐熱性に優れた材料を使用することが好ましい。
The
また受容体受台116には、重量検出センサであるロードセルが設けられ、このロードセルが、析出板受容体111上に堆積される析出板または析出板の一部の重量を検出する堆積物検出手段112を構成する。この堆積物検出手段であるロードセルの検出出力は制御装置32へ入力される。なお析出板受容体111上の堆積物の計量方法としては、ロードセルに限定されることなく、CCDカメラによって堆積物の画像をモニタし画像認識により堆積物を間接的に類推する方法を使用しても良い。しかしながら、検出精度の観点からは、ロードセルによる重量測定の方が好ましい。
The
図7は、再投入手段114の構成を簡略化して示す。再投入手段114は、カーボン製のスキージ117と、スキージ117を析出板受容体111の表面に対して略平行に移動させるためのスキージ案内部材118と、スキージ117をスキージ案内部材118に沿って移動させる不図示のスキージ駆動部とを含んで構成される。再投入手段114は、析出板受容体111上でスキージ117をスキージ案内部材118に沿って移動させることによって、析出板受容体111上に堆積された析出板の落下片を坩堝22内に再投入することができる。
FIG. 7 shows a simplified configuration of the
材料投入手段115は、材料連続供給部119と、ベッセル120と、ベッセル駆動部121とを含んで構成される。材料連続供給部119は、半導体材料を貯留する材料貯留タンク122と、材料貯留タンク122から供出される半導体材料を計量する計量部123と、材料投入室124とを含む。材料貯留タンク122は、たとえばステンレス鋼製、好ましくは内面をポリテトラフルオロエチレンでコートしたステンレス鋼製容器である。材料貯留タンク122の貯留量は特に限定されることなく、生産を連続的に行うための必要量が貯留できるものであれば良く、本実施の形態について例示すると容量は100kgである。また計量部123の構成としては、振動による計量方式、またはロードセルによる計量方式などがあるけれども、特に限定されるものではなく、数グラム程度の計量精度があればどのような方式であっても良い。
The material input unit 115 includes a material
計量部123の下に設けられる材料投入室124は、外方の大気空間とは遮断される密閉空間を形成することができる容器である。材料投入室124には、大気側に設けられる大気開放ゲートバルブ125と、処理室24との境界部に設けられるベッセル移動用ゲートバルブ126とを備える。この材料投入室124には不図示の真空ポンプおよび窒素または不活性ガス供給手段が配管接続され、材料投入室124内を処理室24内と同様の雰囲気に調整することが可能に構成される。
The
ベッセル120は、カーボン製の有底筒状の容器構造を有する。ベッセル120は、ベッセル駆動部121に連結される。ベッセル駆動部121は、材料投入室124の下に配置され、ベッセル120をX方向に進退、すなわちベッセル120を坩堝22の上方の位置と材料投入室124内において計量後の半導体材料が供給される位置とを往復移動させるとともに、ベッセル120を坩堝22の上方位置で上下に回転駆動させることができる。
The
ベッセル120へ補充するべき半導体材料を充填するとき、まずベッセル駆動部121がベッセル120を材料投入室124内へ移動させ、ベッセル移動用ゲートバルブ126が閉じられる。次いで大気開放ゲートバルブ125が開放され、計量部123にて後述する必要量だけ計量された半導体材料がベッセル120へ充填される。さらにベッセル120に充填された半導体材料の坩堝22へ投入は、次のようにして行われる。大気開放ゲートバルブ125が閉じられ、材料投入室124内を処理室24内と同じ雰囲気へ置換した後、ベッセル移動用ゲートバルブ126が開放され、ベッセル駆動部121によって、ベッセル120が坩堝22上方まで移動され、さらにベッセル120の底部が上になるように回転されて、ベッセル120内の半導体材料が坩堝22へ投入される。なお半導体材料を投入するとき以外は、ベッセル120が材料投入室124内へ退避している状態にある。
When the semiconductor material to be replenished is filled into the
前述の図4に示すブロック図を参照して、坩堝22に対する材料補充手段31による補充材料投下量の算出方法について説明する。
With reference to the block diagram shown in FIG. 4 described above, a method for calculating the replenishment material dropping amount by the material replenishing means 31 for the
まず精度的には若干劣るけれども、予め定める補充量と、析出板受容体111上に堆積した重量とに基づいて投下量を算出する方法について説明する。この方法では、予め定める稼動時間経過毎に補充するべき半導体材料の補充推定重量をメモリ35に格納しておく。この補充推定重量は、製造する析出板の規格に応じて経験則で求めておく。ただし、実際の操業においては、予め定める稼動時間の間に析出板受容体111上に析出板またはその一部が堆積物となり、この堆積物を再投入することによって再利用できるので、補充推定重量のすべてを投下する必要がなくなる。したがって、実際に材料投入手段115で投下される半導体材料の重量は、式(1)で与えられる。
投下量 = 補充推定重量 − 堆積物重量 …(1)
First, although the accuracy is slightly inferior, a method of calculating the drop amount based on the predetermined replenishment amount and the weight deposited on the
Dropping amount = estimated replenishment weight-sediment weight (1)
図4に示すブロック図の構成によれば、予め定める稼動時間毎に析出板受容体111上の堆積物の重量を堆積物検出手段112が検出し、制御装置32が、該検出結果とメモリ35から読出した補充推定重量とを用いて式(1)の演算を行い、演算結果を材料投入手段115に対して出力する。したがって、制御装置32が材料補充量算出手段を構成する。
According to the configuration of the block diagram shown in FIG. 4, the deposit detection means 112 detects the weight of the deposit on the
材料投入手段115は、該出力に応じ、計量部123が材料貯留タンク122から供出される半導体材料を式(1)で得られる重量分だけ計量し、材料投入室124で退避状態にあるベッセル120へ充填し、次いでベッセル120をベッセル駆動部121で駆動させて半導体材料を坩堝22内へ投入させる。
In accordance with the output, the material input unit 115 measures the semiconductor material supplied from the
次にもう一つの浸漬回数を用いる投下量算出方法について説明する。この方法では、補充必要量を浸漬回数に基づいて算出する。冷却体25を1回融液21に浸漬するとき、坩堝22から持出される融液の重量は、製造する析出板の種類毎に一定であるので、浸漬回数を得ることによって、坩堝22から冷却体25に析出して持出された半導体材料の重量、すなわち補充必要量を算出することができる。前回材料補充を行ったタイミングからの浸漬回数は、たとえば浸漬手段30の浸漬動作回数を浸漬回数検出手段131で検出して積算することによって実現できる。材料補充インターバルである予め定める稼動時間毎の浸漬回数をn回とし、析出板の重量をwとすると、補充必要量が(w×n)で与えられる。また上記と同様に、予め定める稼動時間の間に析出板受容体111上に堆積した堆積物を再利用できるので、実際に材料投入手段115で投下される半導体材料の重量は、式(2)で与えられる。
投下量 = 補充必要量(w×n)− 堆積物重量 …(2)
Next, a drop amount calculation method using another number of immersions will be described. In this method, the replenishment required amount is calculated based on the number of immersions. When the cooling
Throw amount = required replenishment amount (w × n) −sediment weight (2)
図4に示すブロック図の構成によれば、まず前回材料補充を実行してから予め定める稼動時間における浸漬回数を浸漬回数検出手段131が検出して制御装置32へ出力する。制御装置32は、メモリ35に予め格納されている析出板1枚あたりの重量と、浸漬回数とを用いて補充必要量を演算する。次いで、制御装置32が、堆積物検出手段112によって検出される堆積物重量と、上記補充必要量とを用いて式(2)によって投下量を演算する。ここでも制御装置32が材料補充量算出手段を構成する。投下量が求められた後の材料投入動作は、上記と同じであるので説明を省略する。
According to the configuration of the block diagram shown in FIG. 4, first the material replenishment is performed, and the number of times of immersion in a predetermined operation time is detected by the immersion number detection means 131 and output to the
なお、材料補充のために半導体材料を坩堝22へ投入する位置としては坩堝22の中央部であることが望ましい。これは、坩堝22の加熱手段として誘導加熱方式を使用しているので、融液21の液面が磁力の作用によって略中央部が凸状になり、該中央部に半導体材料が供給されることによって、投入された半導体材料が坩堝22全体に広がり分散化しやすくなるからである。このように坩堝22内へ投入された半導体材料が、迅速に分散されることによって、投入された半導体材料の溶解が速くなり、生産タクトの増加を実現することが可能になる。なお、高周波誘導加熱コイル41の形状等によっては、凸状部分が坩堝22の中央部に形成されない場合もあるが、投入する位置が凸状部分となるように投入位置を調整すれば良い。
In addition, it is desirable that the central portion of the
また本発明の他の実施形態として、半導体材料補充のための投下量を融液21の液面高さに基づいて定める構成であっても良い。図8は、本発明の他の実施形態である融液21の湯面高さ検出手段132の構成を簡略化して示す図である。湯面高さ検出手段132は、コヒーレントの強い光を融液21の湯面に向けて出射する発光素子132aと、湯面で反射した光を受光し、該受光信号を制御装置32に対して出力する受光素子132bとを含む。発光素子132aとしてはたとえばレーザ発振器が挙げられ、受光素子132bとしてCCDカメラなどが挙げられる。発光素子132aから湯面に光を照射し、湯面からの反射光を受光素子132bで受光することによって、三角法の原理を用いて融液21の湯面高さを検出することができる。
As another embodiment of the present invention, a configuration may be adopted in which the drop amount for replenishing the semiconductor material is determined based on the liquid level of the
坩堝22の内面積は予め測定しておくことができるので、湯面高さの変動量から融液21の変動体積を知ることができる。すなわち、湯面高さの減少量を検出することによって、半導体材料の補充必要量を得ることができる。湯面高さ検出手段132による湯面減少量の検出出力が制御装置32へ入力されると、制御装置32が、メモリ35から坩堝22の内面積と半導体材料の密度とから補充必要量を算出する。算出された補充必要量を用いて上記の式(2)に従って投下量が算出される。この投下量が材料投入手段115に対して出力され、以降は材料投入手段115が上記と同様の動作を実行して半導体材料の補充が行われる。このように、坩堝22内に貯留される融液21の湯面高さを管理することによって、半導体材料の補充量を決定することができる。
Since the inner area of the
また融液21の湯面高さ検出手段132を用いて湯面を2次元的に走査することによって、湯面が最高高さ、前述の凸状部分を検出することが可能である。たとえば制御装置32に画像解析処理手段を設けておくことによって湯面に2次元的な座標を与え、湯面を2次元的に走査して得られる最高高さの位置特定が可能になる。
Further, by scanning the molten metal surface two-dimensionally using the molten metal surface height detecting means 132, the molten metal surface can be detected at the maximum height and the aforementioned convex portion. For example, by providing an image analysis processing means in the
制御装置32は、湯面高さ検出手段132の検出出力である特定した座標位置すなわち湯面高さが最も高い位置にベッセル120が移動し、半導体材料を投入するように、材料投入手段115のベッセル駆動部121を動作制御する。したがって、制御装置32が、材料補充手段31の材料投入位置制御手段として作用する。
The
また湯面高さ検出手段132を備えて融液21の湯面高さを検出することによって、浸漬手段30の浸漬軌道特に鉛直方向の軌道である浸漬深さを補正することもできる。浸漬手段30が冷却体25を融液21に浸漬する動作において、坩堝22内の融液21の湯面高さと、浸漬手段30による冷却体25の浸漬軌道との関係は非常に重要である。特に冷却体25の厚さが変動した場合、冷却体25が融液21に浸漬している時間変動が発生するので、冷却体25の浸漬面101に生成される析出板の板厚が変動することになる。定性的には、融液21に冷却体25が浸漬する深さ(Δt)が深くなる(つまり冷却体25の厚みが厚い)と、浸漬時間が長くなり析出板の厚みが厚くなる。また融液21に冷却体25が浸漬する深さ(Δt)が浅くなる(つまり冷却体25の厚みが薄い)と、浸漬時間が短くなり析出板の厚みが薄くなる。
Further, by providing the molten metal surface height detecting means 132 and detecting the molten metal surface height of the
析出板の厚みのばらつきは材料の特性および品質への影響があるので、厚みは一定であることが望ましい。したがって、浸漬深さ(Δt)は充分に管理される必要がある。湯面高さ検出手段132と、前述の冷却体厚み測定手段53との検出出力に応じて、浸漬手段30の浸漬軌道特に鉛直方向の軌道である浸漬深さを補正することもできる。制御装置32は、湯面高さ検出手段132と、冷却体厚み測定手段53との検出出力に応じ、冷却体25のZ方向の浸漬軌道、すなわち浸漬深さ(Δt)が一定になるように、浸漬手段30の動作を制御する。したがって、制御装置32が、浸漬軌道制御手段として機能する。この制御装置32による浸漬手段30の動作制御は、一般的な公知の制御方法であるため説明は省略する。
Since variations in the thickness of the precipitation plate have an effect on the properties and quality of the material, it is desirable that the thickness be constant. Therefore, the immersion depth (Δt) needs to be sufficiently managed. Depending on the detection output of the hot water surface height detection means 132 and the above-described cooling body thickness measurement means 53, the immersion trajectory of the immersion means 30, particularly the immersion depth, which is the vertical trajectory, can also be corrected. The
次に図9は、析出板加熱手段133の構成を簡略化して示す図である。析出板加熱手段133は、冷却体25を、坩堝22内の融液21に浸漬して引上げた後、浸漬待機部78まで移動させる路程の途中に設けられ、冷却体25の表面上に生成される析出板134を加熱することに用いられる。析出板加熱手段133は、たとえば抵抗加熱式の面状加熱ヒータである。面状加熱ヒータ133は、冷却体25の平面積と略同程度のサイズの加熱領域を有し、融液21から引上げられた冷却体25表面の析出板134を下方から加熱できる構成である。このような面状加熱ヒータ133を設け、引上げ直後の析出板134を加熱することによって、浸漬直後に析出された析出板134が急冷されることを回避し、析出板134内の凝縮による熱応力の発生を防止あるいは熱応力を緩和することができるので、破損を防止し製造歩留を向上することができる。
Next, FIG. 9 is a diagram showing a simplified configuration of the precipitation plate heating means 133. The precipitation plate heating means 133 is provided in the course of moving the cooling
図10は、融液21および坩堝22の輻射熱によって析出板134を加熱する構成を示す図である。図9に示す析出板加熱手段133を設けることなく、融液21および坩堝22の輻射熱を加熱手段として利用するように構成されても良い。たとえば、冷却体25が融液21から引上げられた直後に、冷却体25が坩堝22および融液21の上方で一旦停止するように、浸漬手段30の動作を制御する。このことによって、冷却25の表面に生成された析出板134を、融液21および坩堝22からの輻射熱を利用して加熱することが可能である。このような構成によれば、面状加熱ヒータなどの特別な加熱手段を必要とすることなく、浸漬し引上げた直後に析出板134が急冷されることを回避して破損を防止するとともに、装置のローコスト化が実現される。
FIG. 10 is a view showing a configuration in which the
図11は、析出板134を加熱するもう一つの構成を示す図である。図11に示す構成では、冷却体25が融液21から引上げられた直後に、冷却体25が高周波誘導加熱コイル41の上方で一旦停止するように、浸漬手段30の動作を制御する。このことによって、冷却体25とその表面に生成された析出板134を、高周波誘導加熱コイル41と図11では不図示の高周波電源とによって形成される交番磁界135中へ移動させ、冷却体25に流れる誘導電流が発生するジュール熱で加熱することができる。このような構成によれば、面状加熱ヒータなどの特別な加熱手段を必要とすることなく、浸漬し引上げた直後に析出板134が急冷されることを回避して破損を防止するとともに、装置のローコスト化が実現される。
FIG. 11 is a diagram showing another configuration for heating the
なお、高周波誘導加熱コイル41による交番磁界135によって冷却体25を発熱させる構成をとる場合、耐熱性および誘導電流の発生のしやすさから冷却体25はカーボン製であることが望ましい。
In addition, when taking the structure which makes the cooling
図12は、析出板製造装置20の概略構成を示す上面図、正面図および右側面図である。析出板製造装置20を構成する各部の詳細な動作については前述したので、図12では析出板製造装置20における析出板製造に係る全体動作をまとめて概略的に説明する。
FIG. 12 is a top view, a front view, and a right side view showing a schematic configuration of the precipitation
図12中に示す各矢符は、冷却体25の移動方向を示し、各矢符にて示す冷却体25の移動に従って装置の全体動作を説明する。矢符s1では、冷却体搬入搬出台28上に並べられた複数枚の冷却体25を、冷却体搬入準備室26へ搬入する。この搬入工程では、冷却体搬入準備室26内へ冷却体25を搬入後、第1および第2ゲートバルブ44,45を閉じて、冷却体搬入準備室26内の雰囲気を処理室24内の雰囲気と同一になるように置換する。
Each arrow shown in FIG. 12 indicates the moving direction of the cooling
矢符s2では、第2ゲートバルブ45を開いて、冷却体25を冷却体搬入準備室26から処理室24内の第1スタック搬送部72aへ移載する。矢符s3では、冷却体25を、第1スタック搬送部72aから搬送ステージ部73の冷却体搬入部77へ枚葉で移載する。矢符s4では、搬送ステージ部73において、冷却体25を冷却体搬入部77から浸漬待機部78へ枚葉で移載する。
At the arrow s2, the
矢符s5では、浸漬待機部78にある冷却体25が、浸漬手段30によって、坩堝22内の融液21へ浸漬を開始することができる位置へ移動する。矢符s6では、浸漬手段30によって、冷却体25が坩堝22内の融液21に浸漬され、その後引上げられて、さらに浸漬待機部78へ移動する。この工程の途上において、析出板134を加熱する処理が施されても良い。矢符s7では、浸漬待機部78にある冷却体25を冷却体搬出部79へ枚葉で移載する。
At the arrow s5, the cooling
矢符s8では、冷却体25を、冷却体搬出部79から枚葉で第2スタック搬送部72bへ移載する。矢符s9では、第2スタック搬送部72bに保持される冷却体25を、第4ゲートバルブ48を開いて冷却体搬出準備室27へ移載する。このとき、冷却体搬出準備室27内の雰囲気は、処理室24内の雰囲気と同一に調整される。矢符s10では、第3および第4ゲートバルブ47,48を共に閉じて冷却体搬出準備室27を大気開放し、その後第3ゲートバルブ47を開いて、冷却体25を、冷却体搬出準備室27から冷却体搬入搬出台28へ移載する。
At the arrow s8, the cooling
これらの析出板の製造に係る動作も、制御装置32が、メモリ35に予め格納される動作制御プログラムおよび装置各部の動作条件データに従って、各部を動作制御することによって実行される。
The operations related to the production of these precipitation plates are also executed by the
20 析出板製造装置
21 半導体材料の融液
22 坩堝
23 加熱手段
24 処理室
25 冷却体
26 冷却体搬入準備室
27 冷却体搬出準備室
28 冷却体搬入搬出台
29 搬送手段
30 浸漬手段
31 材料補充手段
32 制御装置
33 電源盤
41 高周波誘導加熱コイル
42 高周波電源
44,45,47,48 ゲートバルブ
50 冷却体受渡手段
53 冷却体厚み測定手段
67 落下物受容カバー
71 水平搬送部
72 スタック搬送部
73 搬送ステージ部
111 析出板受容体
112 堆積物検出手段
113 材料補充量算出手段
114 再投入手段
115 材料投入手段
131 浸漬回数検出手段
132 湯面高さ検出手段
133 析出板加熱手段
134 析出板
DESCRIPTION OF
Claims (14)
金属材料または半導体材料の融液を貯留する容器と、
容器および容器内の金属材料または半導体材料を加熱する加熱手段と、
容器を内部空間に収容する処理室と、
処理室に連結され、処理室内へ搬入するための冷却体を収容する冷却体搬入準備室と、
処理室に連結され、処理室外へ搬出するための冷却体を収容する冷却体搬出準備室と、
冷却体を外部空間から冷却体搬入準備室および処理室へ搬入するとともに、冷却体を処理室から冷却体搬出準備室および外部空間へ搬出する搬送手段と、
冷却体を容器に貯留される金属材料または半導体材料の融液に浸漬し引上げる浸漬手段と、
溶融される前の金属材料または半導体材料を容器内へ補充する材料補充手段とを含むことを特徴とする析出板製造装置。 In a deposition plate manufacturing apparatus for manufacturing a deposition plate of a metal material or a semiconductor material on the surface of the cooling body by immersing and pulling up a cooling body in a melt of a metal material or a semiconductor material,
A container for storing a melt of a metal material or a semiconductor material;
Heating means for heating the container and the metal or semiconductor material in the container;
A processing chamber for storing the container in the internal space;
A cooling body carry-in preparation chamber connected to the processing chamber and containing a cooling body for carrying into the processing chamber;
A cooling body carry-out preparation chamber connected to the processing chamber and containing a cooling body for carrying out of the processing chamber;
Conveying means for carrying the cooling body from the external space to the cooling body carry-in preparation chamber and the processing chamber, and carrying the cooling body from the processing chamber to the cooling body carry-out preparation chamber and the external space;
Immersion means for immersing and pulling up the cooling body in a melt of a metal material or a semiconductor material stored in a container;
And a material replenishing means for replenishing the container with a metal material or a semiconductor material before being melted.
処理室の同じ側に連結され、略並行に設けられることを特徴とする請求項1記載の析出板製造装置。 The cooling body carry-in preparation room and the cooling body carry-out preparation room are:
The deposition plate manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the deposition plate manufacturing apparatus is connected to the same side of the processing chamber and provided substantially in parallel.
冷却体搬入準備室および冷却体搬出準備室には、処理室および外部空間と冷却体搬入準備室および冷却体搬出準備室との間で冷却体を受渡す冷却体受渡手段が設けられ、
冷却体受渡手段の受渡し動作が、ゲートバルブの開閉動作に同期するように、冷却体受渡手段の動作を制御する冷却体受渡動作制御手段を含むことを特徴とする請求項1または2記載の析出板製造装置。 The cooling body carry-in preparation chamber and the cooling body carry-out preparation chamber each include a gate valve that can be opened and closed at a connection portion with the processing chamber and a portion facing the external space on the opposite side.
The cooling body carry-in preparation chamber and the cooling body carry-out preparation chamber are provided with a cooling body delivery means for delivering the cooling body between the processing chamber and the external space and the cooling body carry-in preparation chamber and the cooling body carry-out preparation chamber,
3. The deposition according to claim 1, further comprising a cooling body delivery operation control means for controlling the operation of the cooling body delivery means so that the delivery operation of the cooling body delivery means is synchronized with the opening / closing operation of the gate valve. Board manufacturing equipment.
冷却体から剥離して落下する析出板または析出板の一部を受容する落下物受容手段が設けられることを特徴とする請求項3記載の析出板製造装置。 In the cooling body delivery means provided at least in the cooling body unloading preparation chamber,
4. A deposition plate manufacturing apparatus according to claim 3, further comprising: a falling plate receiving means for receiving a falling precipitation plate or a part of the precipitation plate which is peeled off from the cooling body.
処理室内において複数の冷却体を保持し、鉛直方向に搬送することができるスタック搬送手段を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の析出板製造装置。 The transport means is
The apparatus for producing a precipitation plate according to any one of claims 1 to 3, further comprising a stack conveying unit that holds a plurality of cooling bodies in the processing chamber and can convey the cooling bodies in the vertical direction.
容器に貯留される金属材料または半導体材料の融液に浸漬後引上げられた冷却体から離脱する析出板または析出板の一部を受容する析出板受容体と、
析出板受容体上に堆積される析出板または析出板の一部からなる堆積物の体積または重量を検出する堆積物検出手段と、
堆積物検出手段の検出出力に応じ、金属材料または半導体材料の補充量を算出する材料補充量算出手段と、
析出板受容体上に堆積される析出板または析出板の一部からなる堆積物を容器内へ再投入する再投入手段と、
材料補充量算出手段の算出結果に応じて金属材料または半導体材料を容器へ投入する材料投入手段とを含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の析出板製造装置。 Material replenishment means
A precipitation plate receptor for receiving a precipitation plate or a part of the precipitation plate that is detached from a cooling body pulled up after being immersed in a melt of a metal material or a semiconductor material stored in a container;
Deposit detection means for detecting the volume or weight of the deposit comprising the deposit plate or a portion of the deposit plate deposited on the deposit plate receiver;
A material replenishment amount calculating means for calculating a replenishment amount of the metal material or semiconductor material according to the detection output of the deposit detection means;
Re-injection means for re-introducing into the container a deposit consisting of a precipitation plate or a part of the precipitation plate deposited on the precipitation plate receptor;
The apparatus for producing a precipitation plate according to claim 1, further comprising: a material loading unit that loads a metal material or a semiconductor material into the container according to a calculation result of the material replenishment amount calculation unit.
容器に貯留される金属材料または半導体材料の融液に浸漬後引上げられた冷却体から離脱する析出板または析出板の一部を受容する析出板受容体と、
析出板受容体上に堆積される析出板または析出板の一部からなる堆積物の体積または重量を検出する堆積物検出手段と、
浸漬手段により容器に貯留される金属材料または半導体材料の融液に冷却体が浸漬される回数を検出する浸漬回数検出手段と、
堆積物検出手段および浸漬回数検出手段の検出出力に応じ、金属材料または半導体材料の補充量を算出する材料補充量算出手段と、
析出板受容体上に堆積される析出板または析出板の一部からなる堆積物を容器内へ再投入する再投入手段と、
材料補充量算出手段の算出結果に応じて金属材料または半導体材料を容器へ投入する材料投入手段とを含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の析出板製造装置。 Material replenishment means
A precipitation plate receptor for receiving a precipitation plate or a part of the precipitation plate that is detached from a cooling body pulled up after being immersed in a melt of a metal material or a semiconductor material stored in a container;
Deposit detection means for detecting the volume or weight of the deposit comprising the deposit plate or a portion of the deposit plate deposited on the deposit plate receiver;
Immersion number detection means for detecting the number of times the cooling body is immersed in the melt of the metal material or semiconductor material stored in the container by the immersion means;
A material replenishment amount calculating means for calculating a replenishment amount of the metal material or the semiconductor material according to the detection outputs of the deposit detection means and the immersion number detection means,
Re-injection means for re-introducing into the container a deposit consisting of a precipitation plate or a part of the precipitation plate deposited on the precipitation plate receptor;
The apparatus for producing a precipitation plate according to claim 1, further comprising: a material loading unit that loads a metal material or a semiconductor material into the container according to a calculation result of the material replenishment amount calculation unit.
材料補充手段は、
湯面高さ検出手段の検出出力に応じ、湯面高さが最も高い位置に金属材料または半導体材料を投入するように材料投入手段の動作を制御する材料投入位置制御手段を備えることを特徴とする請求項6または7記載の析出板製造装置。 Further comprising a hot water surface height detecting means for detecting the liquid surface height of the melt of the metal material or semiconductor material stored in the container,
Material replenishment means
In accordance with the detection output of the molten metal surface height detecting means, it is provided with a material loading position control means for controlling the operation of the material loading means so that a metal material or a semiconductor material is loaded at a position where the molten metal surface height is the highest. The precipitation plate manufacturing apparatus according to claim 6 or 7.
冷却体厚み測定手段の検出出力に応じ、浸漬手段が冷却体を容器に貯留される金属材料または半導体材料の融液に浸漬させる軌道を制御する浸漬軌道制御手段を含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載の析出板製造装置。 Including a cooling body thickness measuring means for measuring the thickness of the cooling body,
The immersion track control means for controlling a track for immersing the cooling body in a melt of a metal material or a semiconductor material stored in a container according to a detection output of the cooling body thickness measuring means. The deposition plate manufacturing apparatus as described in any one of 1-8.
湯面高さ検出手段および冷却体厚み測定手段の検出出力に応じ、浸漬手段が冷却体を容器に貯留される金属材料または半導体材料の融液に浸漬させる軌道を制御する浸漬軌道制御手段とを含むことを特徴とする請求項9に記載の析出板製造装置。 Further comprising a hot water surface height detecting means for detecting the liquid surface height of the melt of the metal material or semiconductor material stored in the container,
Immersion trajectory control means for controlling the trajectory in which the immersion means immerses the cooling body in the melt of the metal material or semiconductor material stored in the container according to the detection outputs of the molten metal surface height detection means and the cooling body thickness measurement means. The deposition plate manufacturing apparatus according to claim 9, comprising:
高周波誘導加熱コイルと高周波電源とを含むことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つに記載の析出板製造装置。 The heating means
The deposition plate manufacturing apparatus according to claim 1, comprising a high-frequency induction heating coil and a high-frequency power source.
容器に貯留される金属材料または半導体材料の融液に浸漬後引上げられた冷却体の表面上に形成される析出板を、容器および/または融液の上方に位置するように移動させることによって輻射熱で加熱することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1つに記載の析出板製造装置。 Immersion means
Radiation heat by moving the precipitation plate formed on the surface of the cooling body pulled up after being immersed in the melt of the metal material or semiconductor material stored in the container so as to be positioned above the container and / or the melt The apparatus for producing a precipitation plate according to any one of claims 1 to 11, wherein the apparatus is heated by heating.
浸漬手段が、
容器に貯留される金属材料または半導体材料の融液に浸漬後引上げられた冷却体の表面上に形成される析出板を、高周波誘導加熱コイルと高周波電源とによって形成される交番磁界中へ移動させることによって加熱することを特徴とする請求項11記載の析出板製造装置。 The cooling body is made of carbon,
Immersion means
The precipitation plate formed on the surface of the cooling body pulled up after being immersed in the melt of the metal material or semiconductor material stored in the container is moved into an alternating magnetic field formed by the high frequency induction heating coil and the high frequency power source. The precipitation plate manufacturing apparatus according to claim 11, wherein the heating is performed by heating.
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