JP2006169052A - 下地基板保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 少ない部品点数で、溶湯に対する浸漬時においても下地基板を落下することなく、かつ下地基板の着脱が容易な下地基板保持装置を提供する。
【解決手段】 下地基板保持装置３０は、下地基板３１を保持するための保持固定部３２と保持可動部３３とを有し、保持可動部３３と保持固定部３２との間に設けられる弾性部材３４が弾性変形することによって、保持可動部３３と保持固定部３２とがその相対位置を変化させ、該相対位置の変化を利用して保持可動部３３と保持固定部３２とで下地基板３１を保持し、また保持を解除する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体材料または金属材料の溶湯に下地基板を浸漬させ、溶湯を凝固成長させて結晶シートを得る際に用いられる下地基板保持装置に関する。

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、その素材として結晶シリコンウエハが用いられている。この太陽電池に用いられる結晶シリコンウエハの代表的な製造方法としては、チョコラルスキー法による引上げ方法（略称ＣＺ法）、また坩堝内のシリコン原料を溶融固化する方法（キャスト法）などが一般に採用されている。

ＣＺ法は、溶融シリコンの溶湯に種となる単結晶シリコンの小片を浸漬し、その後溶湯に直接接触させながら上方に引上げて結晶成長させることによって円筒状の単結晶塊を得る。一方、キャスト法では、シリコン原料を坩堝内に置き、一旦加熱溶融させた後、坩堝底より冷却することによって多結晶シリコン塊を得ている。ＣＺ法およびキャスト法のいずれにおいても、スライス工程を経てシリコン薄板に加工される。

しかしながら、スライス工程にはコストがかかり、切り代はシリコン原料の損失になるので、歩留が低いという問題がある。したがって、ＣＺ法およびキャスト法に代わり、スライス工程が不要となる浸漬方法が注目されている。

図１１は、浸漬方法の概要を説明する図である。シリコンの結晶シートを作製する浸漬方法について例示する図１１では、下地基板１を溶融シリコンの溶湯２に対して、円弧の一部を描くような軌道３上を移動させることによって浸漬し、下地基板１に溶湯２を凝固成長させて、結晶シートである析出板４を形成させる。図１１に示すような結晶シート４を製造することに用いる結晶シート生成装置には、溶湯に浸漬し凝固成長させて結晶シートを得るために下地基板を着脱自在に保持する下地基板保持装置が備えられる。従来の下地基板保持装置には、下地基板を真空吸着して保持することによって、構成を単純にして部品点数を減少させ、下地基板の着脱を容易に行えるようにしたものがある（たとえば、特許文献１参照）。

図１２は、下地基板を真空吸着して保持する従来の下地基板保持装置１０の構成を示す図である。チャンバ１１内には、下地基板１２を溶湯に浸漬し結晶シリコンを析出させる析出機構が設けられており、析出機構の先端に連結部１３ａ、１３ｂを介して、下地基板保持装置１０が取付けられている。下地基板保持装置１０における下地基板１２の吸着保持は、以下のように行われる。

下地基板１２の吸着は、下地基板１２の当接面１２ａに基板受台１４を当接させた後、排出手段１５に備わる真空ポンプ１６によって吸引孔１７内部のガスを排出し、基板受台１４の吸着面１４ａと下地基板１２の当接面１２ａとの間を真空状態にすることによって行われる。また、吸着した状態の下地基板１２を基板受台１４から離脱させるには、排出手段１５による吸引孔１７内部のガスの排出を解除し、吸引孔１７内部にガスを注入して基板受台１４の吸着面１４ａと下地基板１２の当接面１２ａとの間の真空状態を解除する。

しかしながら、特許文献１に開示されるような従来の下地基板保持装置１０は、基台受台１４の上面から複数の配管が突出して設けられ、さらに配管は２つに分岐され、一方の配管１８はチャンバ１１外に設置された真空ポンプ１６にバルブ１９を介して接続され、他方の配管２０はチャンバ１１内に配置され、各々にバルブ２１が設けられるなど、装置構成が複雑である。

また、従来の下地基板保持装置１０では、溶融シリコンの溶湯に浸漬してシリコンを析出させるので、溶湯に浸漬されて結晶シート２２を形成するとき、下地基板１２の浸漬面１２ｂが非常に高温となる。それに対し、基板受台１４に当接する下地基板１２の当接面１２ａの温度は瞬時には上がらないので、浸漬面１２ｂと当接面１２ａとで大きな温度差が発生する。

図１３は、下地基板１２の浸漬面１２ｂと当接面１２ａとで大きな温度差が生じた状態を示す図である。下地基板１２の浸漬面１２ｂと当接面１２ａとで上記のような温度差が発生することによって、浸漬面１２ｂの熱膨張量が、当接面１２ａの熱膨張量よりも大きくなるので、下地基板１２には溶湯側に凸となる反りが発生し、基板受台１４の吸着面１４ａと下地基板１２の当接面１２ａとの間に隙間２３が発生する。この隙間２３が発生することによって、基板受台１４と下地基板１２との間の真空状態を保つことができなくなるので、下地基板１２の保持ができなくなる。たとえば、下地基板１２がカーボン製であり、その大きさが、２００ｍｍ角、２０ｍｍ厚の場合、下地基板１２の浸漬面１２ｂが１０００℃、当接面１２ａが１００℃になるとすると、下地基板１２には２〜３ｍｍの反りが発生するので、基板受台１４と下地基板１２との間の真空状態を保つことができない。したがって、従来の下地基板保持装置１０では、下地基板１２を溶湯に浸漬させた時点で、下地基板１２と基板受台１４との間に間隙２３が形成されるので、基板受台１４による下地基板１２の保持ができなくなり、下地基板１２が落下するという問題がある。

特開２００３−１９２３２３号公報

本発明は以上の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、少ない部品点数で、溶湯に対する浸漬時においても下地基板を落下することなく、かつ下地基板の着脱が容易な下地基板保持装置を提供することである。

本発明は、半導体材料または金属材料を溶融した溶湯に下地基板を浸漬するための浸漬手段に備わる搬送部材である浸漬アームの先端部に設けられ、溶湯に浸漬される下地基板に半導体材料または金属材料を凝固成長させて結晶シートを形成させるに際し、下地基板を着脱可能に保持する下地基板保持装置において、
下地基板を保持する一方の保持部材である保持固定部と、
下地基板を保持する他方の保持部材であって、保持固定部に対して相対変位可能に設けられ、保持固定部との間で下地基板を保持する保持可動部と、
弾性変形することによって保持可動部と保持固定部との相対位置を変化させるように設けられる弾性部材とを含むことを特徴とする下地基板保持装置である。

また本発明は、保持固定部は、底板部と、底板部の両端部からそれぞれ立上がり対向するように設けられる２つの側板部と、側板部の遊端部から互いに向かい合う方向であって、かつ底板部に対して略平行な方向に張出す張出部とを含み、
保持可動部は、保持固定部の底板部と側板部と張出部とで形成される内方空間に位置して相対変位可能に設けられ、
弾性部材は、保持固定部の底板部と保持可動部との間に設けられ、弾性変形することによって、保持可動部と保持固定部の張出部との相対位置を変化させることを特徴とする。

また本発明は、保持可動部が、浸漬アームの先端に連結されて浸漬アームの動作に連動し、
弾性部材が、浸漬アームの動作に連動する保持可動部の動作に応じて弾性変形し、伸長変形することによって下地基板を保持し、圧縮変形することによって下地基板を保持解除することを特徴とする。

また本発明は、保持固定部の張出部には、
保持固定部の底板部と側板部と張出部とで形成される内方空間に臨み、下地基板が当接する基板当接面であって、保持固定部と保持可動部とで保持されている状態にある下地基板の溶湯への浸漬面に対して平行な基板当接面が形成されることを特徴とする。

また本発明は、保持固定部と保持可動部とで保持されている状態にある下地基板に当接して下地基板を押圧する保持可動部の押圧面には、下地基板が溶湯に浸漬される浸漬軌道に対して略平行方向に延びる係合凸部が形成され、
保持可動部によって押圧される下地基板の被押圧面には、係合凸部と係合する係合溝部が形成されることを特徴とする。
また本発明は、弾性部材が、ばね部材であることを特徴とする。

本発明によれば、下地基板保持装置は、溶湯に浸漬される下地基板を、保持固定部と、保持固定部に対して相対変位可能に設けられる保持可動部との間で保持し、保持可動部と保持固定部との相対位置を変化させるために弾性部材が用いられる構成である。このことによって、少ない部品点数で、溶湯に対する浸漬時においても下地基板を落下することなく、かつ下地基板の着脱が容易な下地基板保持装置が実現される。

また本発明によれば、保持固定部は底板部と側板部と張出部とによって内方空間を形成し、保持可動部は該内方空間に位置して相対変位可能に設けられ、弾性部材が、保持固定部の底板部と保持可動部との間に設けられ、弾性変形することによって、保持可動部と保持固定部の張出部との相対位置を変化させ、下地基板を着脱させる。このことによって、弾性部材の弾性変形が、確実に保持可動部と保持固定部との相対位置変化として伝達され、下地基板を一層確実に保持することが可能になる。

また本発明によれば、保持可動部が、浸漬アームの先端に連結されて浸漬アームの動作に連動し、弾性部材が、浸漬アームの動作に連動する保持可動部の動作に応じて弾性変形し、伸長変形することによって下地基板を保持し、圧縮変形することによって下地基板を保持解除するように構成される。このことによって、浸漬アームの動作を弾性部材の弾性変位に利用することが可能になり、装置構成を簡略化することができる。また浸漬アームの動作によって保持可動部を動作させ、該動作に応じて弾性部材を伸長させて下地基板を保持するので、下地基板を確実に保持することができる。

また本発明によれば、保持固定部の張出部には、下地基板が保持される側に、保持固定部と保持可動部とで保持されている状態にある下地基板の溶湯への浸漬面に対して平行な基板当接面が形成される。このことによって、保持可動部と保持固定部とで下地基板を保持する際、下地基板側の浸漬面に対して平行に形成される面を、基板当接面に当接させて保持し、下地基板を保持部材に対して常に平行な状態で保持することが可能になる。

また本発明によれば、下地基板が保持可動部によって押圧される被押圧面には係合溝部が形成され、下地基板を押圧する保持可動部の押圧面には係合凸部が形成され、下地基板が保持固定部と保持可動部とで保持されるとき、係合凸部が係合溝部に係合するので、浸漬動作中の下地基板が、保持部材に対してずれることを防止し、下地基板の保持を一層確実なものとすることができる。

また本発明によれば、弾性部材がばね部材で構成されるので、耐熱性を有し、高温環境においても弾性を維持することのできる弾性部材を容易に実現することができる。

図１は本発明の実施の一形態である下地基板保持装置３０の構成を簡略化して示す側面図であり、図２は図１に示す下地基板保持装置３０の斜視図であり、図３は図１に示す下地基板保持装置３０の分解斜視図である。下地基板保持装置３０は、半導体材料または金属材料を溶融した溶湯に下地基板を浸漬し、引上げて下地基板に半導体材料または金属材料を凝固析出させて結晶シートを作製する結晶シート生成装置に備えられる装置であり、さらに詳しくは、下地基板を溶湯に対して浸漬し引上げる浸漬手段に備わる搬送部材である浸漬アームの先端部に設けられて、下地基板を着脱可能に保持することに用いられる。半導体材料および金属材料としては、たとえばシリコン等の半導体材料、鉄またはチタンなどの金属材料が挙げられる。本実施の形態では、シリコンの結晶シートを作製する場合について例示する。

下地基板保持装置３０は、大略、下地基板３１を保持する一方の保持部材である保持固定部３２と、下地基板３１を保持する他方の保持部材であって、保持固定部３２に対して相対変位可能に設けられ、保持固定部３２との間で下地基板３１を保持する保持可動部３３と、弾性変形することによって保持可動部３３と保持固定部３２との相対位置を変化させるように設けられる弾性部材３４とを含む。

保持固定部３２は、耐熱性を有するたとえばカーボン製であり、後述する下地基板３１が溶湯に浸漬される浸漬軌道の方向と平行な方向の切断面における断面形状が略Ｃ字状に形成される。保持固定部３２は、長方形の平板である底板部４１と、長方形状の底板部４１の長手方向の両端部からそれぞれ立上がり対向するように設けられる２つの第１および第２側板部４２，４３と、第１および第２側板部４２，４３の遊端部から互いに向かい合う方向であって、かつ底板部４１に対して略平行な方向にそれぞれ張出す第１および第２張出部４４，４５とを含んで構成される。

保持固定部３２は、底板部４１と第１および第２側板部４２，４３と第１および第２張出部４４，４５とが接合されて形成される構成であっても良いけれども、本実施の形態では、底板部４１に第１および第２側板部４２，４３が連なり、第１および第２側板部４２，４３に第１および第２張出部４４，４５が連なるようにして、一体に形成される。

底板部４１には、底板部４１を厚み方向に貫通し、その長手方向に平行に延びる１対の角長孔４６が形成される。第１および第２側板部４２，４３は、前述のように底板部４１の長手方向の両端部からほぼ垂直に立上がり、底板部４１の短手方向に延びる略長方形の板状に形成される。第１および第２側板部４２，４３は、底板部４１から立上がり底板部４１から予め定める距離までは厚みが一定に形成され、該距離を過ぎると底板部４１から遠ざかるのに伴って第１および第２側板部４２，４３同士の間隔が狭くなるように厚みが増加して形成される。

したがって、第１側板部４２には、第１張出部４４付近において、第２側板部４３の方向へ傾斜する第１傾斜部４７が形成される。同様に第２側板部４３には、第２張出部４５付近において、第１側板部４２の方向へ傾斜する第２傾斜部４８が形成される。第１および第２張出部４４，４５には、第１および第２傾斜部４７，４８にそれぞれ連なり、底板部４１と第１および第２側板部４２，４３と第１および第２張出部４４，４５とで形成される内方空間に臨み、下地基板３１が当接する基板当接面であって、保持固定部３２と保持可動部３３とで保持されている状態にある下地基板３１の溶湯への浸漬面に対して平行な第１および第２基板当接面４９，５０がそれぞれ形成される。

弾性部材３４として、本実施の形態では１対のコイル状のばね部材３４が用いられる。ばね部材３４は、耐熱性および耐久性などの点から、たとえば鋼製またはリン青銅製などの金属からなるばね材であることが好ましい。一対のばね部材３４は、底板部４１の短手方向の中央であって、底板部４１の長手方向の中心線に対して線対称となる位置に配置され、底板部４１に装着される。このように設けられる一対のばね部材３４は、底板部４１に垂直な方向に対して弾性変形可能である。

なお、弾性部材３４は、ばね部材に限定されるものではなく、たとえばある程度の耐熱性を有するシリコーンゴムなどが用いられても良い。

保持可動部３３は、側面形状がＴ字状、正面形状が逆Ｕ字状に形成され、耐熱性の観点からカーボン製であることが好ましい。保持可動部３３は、長方形状の平板であり下地基板３１を押圧するように作用する押圧板５１と、押圧板５１の長手方向中央部付近において、押圧板５１の短手方向の両端部で押圧板５１から垂直に突出するように形成される第１および第２突出片５２，５３とを含んで構成される。

押圧板５１は、押圧板５１が保持固定部３２の内方空間へ装入されて第１および第２張出部４４，４５に対して近接離反する方向に移動可能なようにその長辺と短辺との寸法が定められ、厚みについては特に限定されないけれども、適度な剛性と強度とを備える寸法に定められる。また保持固定部３２と保持可動部３３とで保持されている状態にある下地基板３１に当接して下地基板３１を押圧する保持可動部３３の押圧板５１の押圧面５１ａには、下地基板３１が溶湯に浸漬される後述の浸漬軌道の方向に対して略平行方向に延びる係合凸部５４が形成される。

押圧板５１から突出して形成される第１および第２突出片５２，５３それぞれの寸法は、厚みおよび押圧板５１の長手方向に延びる長さが、前述の底板部４１に形成される角長孔４６に挿入することができ、かつ角長孔４６に対して出入方向に移動可能な大きさに設定される。第１および第２突出片５２，５３の突出長さは、特に限定されないけれども、第１および第２突出片５２，５３を角長孔４６に挿通させたとき、底板部４１の裏面側に突き出た部分を浸漬アーム６０に対して装着するに充分な長さを有するように設定される。第１および第２突出片５２，５３の先端部付近には、浸漬アーム６０に対して装着するための装着孔５５として２つの貫通孔が形成される。

保持可動部３３は、第１および第２突出片５２，５３が保持固定部３２の角長孔４６に挿入されて保持固定部３２とともに、下地基板３１を保持する保持部材を構成する。このとき、一対のばね部材３４は、保持可動部３３の押圧板５１と保持固定部３２の底板部４１との間に位置し、ばね部材３４が圧縮変形するとき、保持可動部３３の押圧板５１が第１および第２張出部４４，４５から遠ざかる方向へ移動し、ばね部材３４が伸長変形するとき、保持可動部３３の押圧板５１が第１および第２張出部４４，４５へ近づく方向へ移動する。

浸漬アーム６０は、その先端部が第１および第２アーム先端部６１，６２の二股に形成される。第１および第２アーム先端部６１，６２には、保持可動部３３の第１および第２突出片５２，５３にそれぞれ形成される装着孔５５に対応するように、貫通孔であるボルト孔６３がそれぞれ形成される。

第１アーム先端部６１と第２アーム先端部６２とで形成される間隙の寸法は、第１突出片５２と第２突出片５３とが対向する外寸距離よりも少し大きくなるように形成される。このことによって、保持固定部３２の角長孔４６を挿通した第１および第２突出片５２，５３の先端部分が、浸漬アーム６０の第１および第２アーム先端部６１，６２の間隙へ挿入され、第１および第２アーム先端部６１，６２のボルト孔６３と、第１および第２突出片５２，５３の装着孔５５とに締結ボルト部材６４をそれぞれ挿通させて固定することができる。このように、保持可動部３３が、浸漬アーム６０の第１および第２アーム先端部６１，６２に連結されることによって、浸漬アーム６０の動作に連動するように構成される。

図４は、下地基板３１の構成を簡略化して示す斜視図である。図４の下地基板３１は、保持固定部３２と保持可動部３３とによって保持される側から表される。下地基板３１は、カーボン製であり、ほぼ矩形の平板形状を有する浸漬部７１と、浸漬部７１から突出して形成される突起部７２とを含んで構成される。浸漬部７１の溶湯に浸漬される側の面である浸漬面７３は平坦に形成され、浸漬面７３の反対側の面であり保持可動部３３の押圧板５１によって押圧される被押圧面７４に突起部７２が形成される。

突起部７２は、保持固定部３２と保持可動部３３とによるチャッキング部として、また下地基板３１の剛性を高めるために形成される。突起部７２は、浸漬部７１から直方体形状で突出する下層突起部７５と、下層突起部７５に連なり下層突起部７５から張出すようにして形成される上層突起部７６とで構成される。下地基板３１が保持固定部３２と保持可動部３３とで保持された状態における保持固定部３２と保持可動部３３との長手方向に平行な断面形状が、下層突起部７５では長方形になるように、また上層突起部７６では台形になるように形成される。

突起部７２は、上記長手方向に延び、長手方向に対して直交する方向に２つの第１および第２突起部７２ａ，７２ｂが並列するようにして形成される。第１突起部７２ａと第２突起部７２ｂとは、上記長手方向に延びる溝状の間隙を形成するようにして配列され、この第１突起部７２ａと第２突起部７２ｂとで形成される溝状の間隙の寸法は、前述の保持可動部３３の押圧板５１に形成される係合凸部５４に対応して係合可能なように形成される。したがって、第１突起部７２ａと第２突起部７２ｂとで形成される溝状の間隙は、下地基板３１が保持固定部３２と保持可動部３３とで保持されるとき、係合凸部５４に係合する係合溝部７７を構成する。断面形状が台形を呈する上層突起部７６の下層突起部７５から張出す張出し部分においては、台形の斜辺を構成するテーパ部７８と、台形の上辺を構成し浸漬面７３に対して平行な水平部７９とが形成される。

このような下地基板保持装置３０は、浸漬アーム６０に装着されて浸漬手段とともに、結晶シート生成装置のチャンバ３５内に設けられ、真空ポンプ３６と不図示の不活性ガス供給手段とによって雰囲気調整されたチャンバ３５内で、下地基板３１の保持または保持解除動作を行う。

以下図５〜図８を参照し、下地基板保持装置３０によって下地基板３１を保持する動作について説明する。図５〜図８は、下地基板保持装置３０による下地基板３１の保持動作の概要を説明する図である。

図５では、まず最初に、下地基板保持装置３０を、浸漬手段によって、チャンバ３５の内壁面８１に取付けられた着脱用ブロック８２付近まで搬送し、さらに着脱用ブロック８２が浸漬アーム６０の第１アーム先端部６１と第２アーム先端部６２との間に入るように移動させる。

図６では、浸漬アーム６０を矢符８３の方向に低速で下げ、着脱用ブロック８２の上面８２ａに保持固定部３２の底面部４１を当接させ、浸漬アーム６０に直結された保持可動部３３を、浸漬アーム６０に連動させて所定の位置まで下げる。このとき、ばね部材３４が、底面部４１に近接する方向へ移動した保持可動部３３の押圧板５１と、保持固定部３２の底面部４１との間で圧縮変形され、前記押圧板５１と保持固定部３２の第１および第２張出部４４，４５との間に間隙が形成される。

図７では、保持固定部３３の第１および第２張出部４４，４５の上面に対して、下地基板３１の浸漬部７１をスライドさせる形で横から挿入し、保持可動部３３の押圧板５１に形成された係合凸部５４と、下地基板３１の第１および第２突起部７２ａ，７２ｂによって形成される係合溝部７７とを対応するように位置決めする。

図８では、浸漬アーム６０を矢符８４方向に低速で上げることによって、ばね部材３４の圧縮が開放されて伸長変形し、浸漬アーム６０に直結された保持可動部３３に対して、保持固定部３２がばね部材３４の力で下方に押下げられ、換言すれば保持可動部３３が保持固定部３２の第１および第２張出部４４，４５に近接する方向に相対変位する。

この保持可動部３３が保持固定部３２の第１および第２張出部４４，４５に近接する方向に相対変位するとき、押圧板５１上の下地基板３１を矢符８４方向に押上げる。保持可動部３３によって下地基板３１が矢符８４方向に押上げられるとき、保持固定部３２の第１および第２傾斜部４７，４８と、下地基板３１のテーパ部７８とが当接し、傾斜面同士の嵌合によって自動的に位置決めが行われる。

傾斜面同士の嵌合によって位置決めされた後、さらに保持固定部３２の第１および第２張出部４４，４５にそれぞれ形成される第１および第２基板当接面４９，５０と、下地基板３１の突起部７２の水平部７９とが当接することによって、保持固定部３２と保持可動部３３とを含む保持部材に対して、下地基板３１を平行に保持することができる。

下地基板３１を保持固定部３２と保持可動部３３とで保持する際、下地基板３１に形成される係合溝部７７に対して、保持可動部３３の押圧板５１に形成される係合凸部５４を係合させることによって、浸漬動作中における下地基板３１の保持部材に対するずれを防止し、下地基板３１を一層確実に保持することができる。

下地基板３１を溶湯に浸漬し引上げた後、下地基板３１を下地基板保持装置３０から離脱させる方法については、上記の一連の動作を逆に行うことによって実現することができるので、説明を省略する。

このように、下地基板保持装置３０によれば、下地基板３１の下地基板保持装置３０に対する着脱を、ばね部材３４の弾性変形を利用して容易に行うことができるので、下地基板３１を交換する際に費やす作業量および作業時間を低減し、生産性を向上することができる。さらに、下地基板保持装置３０を部品点数の少ない簡単な構成で実現することができる。

たとえば、２００ｍｍ角、２０ｍｍ厚のカーボン製の下地基板３１に、高さ１０ｍｍ、幅８０ｍｍ、長さ２００ｍｍの突起部７２を形成した場合、下地基板３１の浸漬面７３が１０００℃、反対側の被押圧面７４が１００℃になるとすると、下地基板３１の突起部７２における反り量は１ｍｍ以下であり、ばね部材３４による弾性力によって充分に保持が可能である。

次に、結晶シート生成装置による結晶シート生成動作の説明を通じて、結晶シート生成装置に搭載される下地基板保持装置３０が実行する動作について説明する。図９は、結晶シート生成における下地基板保持装置３０の動作の概要を説明する図である。

（析出前工程）
チャンバ３５内を、真空ポンプ３６によって６．７×１０^−１Ｐａ以下に減圧後、不図示のアルゴン（Ａｒ）ガス供給手段からチャンバ３５内にＡｒガスを導入してチャンバ３５内を常圧環境とし、さらにＡｒガスを１ｄｍ^３／ｍｉｎの流量で分流し続ける。続いて、不図示の坩堝周辺に設置した不図示の加熱ヒータを用いた高周波誘導加熱により、坩堝内の温度が１５００℃になるまで、坩堝の加熱を行い、坩堝内に初期投入したシリコン原料を溶融し、シリコンの溶湯全体を均一な温度に維持する。

（下地基板受取工程）
下地基板受取工程について図９（ａ）および図９（ｂ）を参照して説明する。下地基板３１が、結晶シート生成装置内に搬入され、チャンバ３５内の不図示の搬送装置によって、浸漬待機部９１に載置される。このとき、下地基板保持装置３０は、浸漬待機部９１に並列配置してチャンバ３５の内壁面８１に設けられる着脱用ブロック８２上で待機している状態にある。この状態で、下地基板保持装置３０は、保持固定部３２の第１および第２張出部４４，４５と保持可動部３３の押圧板５１との間に間隙が形成されている。

浸漬待機部９１に載置される下地基板３１は、浸漬待機部９１と着脱用ブロック８２との並列方向に進退自在に設けられるプッシャー９２によって、浸漬待機部９１に形成される第１案内部材９３に案内されながら矢符９４で示す着脱用ブロック８２へ向う方向へスライドされる。このスライド移動によって、下地基板３１の突起部７２が、第１および第２張出部４４，４５と押圧板５１との間隙に挿入される。下地基板３１が下地基板保持装置３０に挿入された後、浸漬アーム６０を低速で上方に移動させて、下地基板３１の突起部７２を、保持固定部３２の第１および第２張出部４４，４５と保持可動部３３の押圧板５１とでチャッキングし、下地基板３１の受取りが完了する。

（結晶シート生成工程）
結晶シート生成工程について図９（ｃ）および後述の図１０を参照して説明する。下地基板保持装置３０による下地基板３１の受取完了後、浸漬アーム６０を含む浸漬手段の動作によって、下地基板３１が矢符９５方向に搬送され、さらに浸漬軌道に沿って溶湯に浸漬される。

図１０は、下地基板３１が溶湯に浸漬される状態を説明する図である。下地基板保持装置３０に保持される下地基板３１は、下地基板保持装置３０の長手方向に平行な方向に移動されて溶湯９６に浸漬される。下地基板３１が溶湯９６に浸漬され引上げられる際の移動軌跡である浸漬軌道９７は、進行方向の上流側から溶湯９６の表面である湯面９６ａに対して浸漬突入角度θをなして斜め方向に下降し、溶湯９６に浸漬深さｄまで浸漬させた後、進行方向の下流側に斜め方向に上昇し、溶湯９６から引上げる路程をとる。この浸漬突入角度θと浸漬深さｄとは、製造する結晶シート９８の材質、厚さ、下地基板３１の浸漬時間等により適宜設定される。

下地基板３１が浸漬軌道９７に従って溶湯９６に浸漬されることによって、下地基板３１の浸漬面７３にシリコンが凝固析出されて結晶シート９８となり、一定時間の経過後に下地基板３１が溶湯９６から引上げられることによって、所定厚みの結晶シート９８が生成される。

（下地基板引渡工程）
下地基板引渡工程について図９（ｄ）を参照して説明する。結晶シート生成工程完了後、浸漬アーム６０は再び着脱用ブロック８２が設けられる位置に復帰し、下地基板保持装置３０は着脱用ブロック８２上に載置される。続いて、浸漬アーム６０が低速で下方に移動する一連の動作にて、下地基板３１の保持解除が行われる。この後、保持解除された下地基板３１は、プッシャー９２によってさらに矢符９４方向にスライド移動されて、下地基板保持装置３０から離脱される。スライド移動される下地基板３１は、浸漬待機部９１の反対側で着脱用ブロック８２に並列配置される搬出待機部９９上へ、搬出待機部９９に形成される第２案内部材１００に案内されて移載される。この搬出待機部９９上の結晶シート９８の生成された下地基板３１は、不図示の搬送装置によって結晶シート生成装置から搬出され、次工程へと送られる。

以上に述べたように、本実施の形態では、溶湯にはシリコンを溶融させたものが用いられるけれども、これに限定されることなく、ガリウム−ヒ素などの複合の半導体材料の溶湯であっても良く、また鉄またはチタンなどの金属材料の溶湯であっても良い。

本発明の実施の一形態である下地基板保持装置３０の構成を簡略化して示す側面図である。 図１に示す下地基板保持装置３０の斜視図である。 図１に示す下地基板保持装置３０の分解斜視図である。 下地基板３１の構成を簡略化して示す斜視図である。 下地基板保持装置３０による下地基板３１の保持動作の概要を説明する図である。 下地基板保持装置３０による下地基板３１の保持動作の概要を説明する図である。 下地基板保持装置３０による下地基板３１の保持動作の概要を説明する図である。 下地基板保持装置３０による下地基板３１の保持動作の概要を説明する図である。 結晶シート生成における下地基板保持装置３０の動作の概要を説明する図である。 下地基板３１が溶湯に浸漬される状態を説明する図である。 浸漬方法の概要を説明する図である。 下地基板を真空吸着して保持する従来の下地基板保持装置１０の構成を示す図である。 下地基板１２の浸漬面１２ｂと当接面１２ａとで大きな温度差が生じた状態を示す図である。

符号の説明

３０ 下地基板保持装置
３１ 下地基板
３２ 保持固定部
３３ 保持可動部
３４ 弾性部材
４１ 底板部
４２，４３ 側板部
４４，４５ 張出部
５１ 押圧板
５２，５３ 突出片
５４ 係合凸部
６０ 浸漬アーム
７７ 係合溝部

Claims (6)

1. 半導体材料または金属材料を溶融した溶湯に下地基板を浸漬するための浸漬手段に備わる搬送部材である浸漬アームの先端部に設けられ、溶湯に浸漬される下地基板に半導体材料または金属材料を凝固成長させて結晶シートを形成させるに際し、下地基板を着脱可能に保持する下地基板保持装置において、
   下地基板を保持する一方の保持部材である保持固定部と、
   下地基板を保持する他方の保持部材であって、保持固定部に対して相対変位可能に設けられ、保持固定部との間で下地基板を保持する保持可動部と、
   弾性変形することによって保持可動部と保持固定部との相対位置を変化させるように設けられる弾性部材とを含むことを特徴とする下地基板保持装置。
2. 保持固定部は、底板部と、底板部の両端部からそれぞれ立上がり対向するように設けられる２つの側板部と、側板部の遊端部から互いに向かい合う方向であって、かつ底板部に対して略平行な方向に張出す張出部とを含み、
   保持可動部は、保持固定部の底板部と側板部と張出部とで形成される内方空間に位置して相対変位可能に設けられ、
   弾性部材は、保持固定部の底板部と保持可動部との間に設けられ、弾性変形することによって、保持可動部と保持固定部の張出部との相対位置を変化させることを特徴とする請求項１記載の下地基板保持装置。
3. 保持可動部が、浸漬アームの先端に連結されて浸漬アームの動作に連動し、
   弾性部材が、浸漬アームの動作に連動する保持可動部の動作に応じて弾性変形し、伸長変形することによって下地基板を保持し、圧縮変形することによって下地基板を保持解除することを特徴とする請求項１または２記載の下地基板保持装置。
4. 保持固定部の張出部には、
   保持固定部の底板部と側板部と張出部とで形成される内方空間に臨み、下地基板が当接する基板当接面であって、保持固定部と保持可動部とで保持されている状態にある下地基板の溶湯への浸漬面に対して平行な基板当接面が形成されることを特徴とする請求項２または３記載の下地基板保持装置。
5. 保持固定部と保持可動部とで保持されている状態にある下地基板に当接して下地基板を押圧する保持可動部の押圧面には、下地基板が溶湯に浸漬される浸漬軌道に対して略平行方向に延びる係合凸部が形成され、
   保持可動部によって押圧される下地基板の被押圧面には、係合凸部と係合する係合溝部が形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の下地基板保持装置。
6. 弾性部材が、ばね部材であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の下地基板保持装置。

Images