JP4007003B2 - 基板保持装置および基板保持方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱溶融された溶解対象物、特にＳｉからなる溶湯に析出用基板を接触・浸漬させ、融液を凝固成長させて析出物を得る際に用いられる基板保持装置及び基板保持方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば半導体基板等に使用されるＳｉリボンを製造する場合、Ｓｉを加熱溶融して液体状とした溶湯に矩形の薄い板状の析出用基板を接触・浸漬させ、基板の下面においてＳｉ融液を凝固成長させ、析出物を得るという処理が一般に行われている。このとき使用される析出用基板は、図１０に示すように、直方体である基部１１０と、その基部１１０上面に貫通孔１１３を有する懸吊部１１２とを備えたものであるのが一般である。そして懸吊部１１２の貫通孔１１３にピン等を通して保持しながら析出用基板１１１を搬送し、溶湯に浸漬させたり溶湯から取り出したりする。
【０００３】
半導体基板製造に使用される析出用基板１１１は、析出物を基部１１０底面に形成させ、そしてその析出物を引き剥がすという操作の繰り返しによって、基部１１０の底面が磨耗するため、交換する必要がある。図１０に示すような従来技術による析出用基板１１１の場合、交換の際には、その貫通孔１１３に挿入されているピン等を抜き、使用済みの析出用基板を外し、次に新しい析出用基板をその貫通孔３１にピン等を挿入することによって保持させるという方法が取られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の析出用基板を交換する場合、基板の貫通孔に挿入されているピン等を抜き、使用済みの析出用基板を外し、新しい析出用基板を搬入し、またピン等をその貫通孔に挿入して支持させる、という一連の煩雑な作業を行うため、その作業によって多くの労力や時間が費やされ、生産性向上の妨げとなってしまう。
【０００５】
また、新しい析出用基板を交換位置へと搬入する機構、使用済みの析出用基板を外部へと搬出する機構等が必要となるため、部品点数の多い構成となってしまう。
【０００６】
本発明は以上の問題を鑑みてなされたものであり、従来技術に比べて部品点数の少ない構成で且つ析出用基板の交換が容易な基板保持装置及び基板保持方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の基板保持装置は、溶湯に浸漬して溶解対象物を析出させるように移動される析出用基板を着脱可能に保持する基板保持装置において、前記析出用基板との当接面に吸引穴の一端が開口された基板受け台と、前記基板受け台の吸引穴の他端に接続され、ガスを排出可能なガス排出機構とを有することを特徴とする。
【０００８】
上記記載の基板保持装置によると、析出用基板に基板受け台の当接面を当接した後、ガス排出機構により吸引穴のガスを排出すれば、基板受け台の当接面に吸引穴の一端が開口されているため、基板受け台と析出用基板との当接面間を減圧状態（真空状態）にすることができる。この結果、基板受け台で析出用基板を吸着して保持することができる。また、ガス排出機構によるガスの排出を解除して基板受け台と析出用基板との当接面間の減圧状態（真空状態）を解除すれば、基板受け台から析出用基板を離脱させることができる。これにより、析出用基板と基板受け台との着脱を圧力の増減により容易に行うことができるので、析出用基板を交換する際に費やす作業量及び作業時間が低減し、生産性向上を妨げることがない。さらにまた、従来技術と比較して、基板保持装置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。
【０００９】
本発明の基板保持装置は、前記基板受け台および析出用基板の各当接面には、当接面の面方向にスライドさせることにより前記基板受け台と析出用基板とを位置合わせするスライド部が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
上記記載の基板保持装置によれば、析出用基板を常に一定の位置関係で保持することができる。即ち、析出用基板と基板受け台との位置決め精度が高くなる。
【００１１】
本発明の基板保持方法は、溶湯に浸漬して溶解対象物を析出させるように移動される析出用基板を基板受け台に着脱可能に保持する基板保持方法において、前記基板受け台で前記析出用基板を吸着することにより保持することを特徴とする。
【００１２】
上記記載の基板保持方法によれば、析出用基板と基板受け台との着脱を吸着の有無により簡単に行うことができる。従って、前述の構成と同様の効果が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態に係る基板保持装置は、図３および図４に示すように、Ｓｉを主成分とするシート状の半導体基板２を析出物として製造する半導体基板製造装置１００に搭載されている。尚、半導体基板製造装置１００は、析出板製造装置の一種であり、析出板製造装置は、密閉状態にされた処理室で半導体材料や金属材料等の溶解対象物１０１を加熱溶融して溶湯とし、この溶解対象物１０１をシート状の析出板となるように製造する装置を意味する。また、溶解対象物１０１としては、Ｓｉ等の半導体材料の他、鉄やチタン等の金属材料を挙げることができる。
【００１４】
上記の半導体基板製造装置１００は、図３および図４に示されているように、外部環境から内部を密閉状態に隔離可能な二重壁構造の真空容器４３を備えている。真空容器４３は、上側収容室４６を形成する円筒形状の上側タンク部４４と、上側タンク部４４の下部に設けられ、上側収容室４６に連通した下側収容室４７を形成する下側タンク部４５とを有している。図３に示すように、上側タンク部４４の上面中央部には第１〜第４覗き窓部４８ａ〜４８ｄが幅方向に形成されており、これらの覗き窓部４８ａ〜４８ｄは、上側収容室４６および下側収容室４７を上側タンク部４４の幅方向全体に渡って目視可能にしている。また、図４に示すように、上側タンク部４４の一端部には第５覗き窓部４８ｅが形成されている。第５覗き窓部４８ｅは、上側収容室４６および下側収容室４７を上側タンク部４４の長手方向全体に渡って目視可能にしている。
【００１５】
また、下側タンク部４５の一方の側面壁には、図３に示すように、搬入出部５ａが開口されている。搬入出部５ａは、上側タンク部４４の長手方向（紙面に対して垂直方向）に進退移動する開閉扉４９により開閉可能にされている。そして、このように構成された真空容器４３には、Ａｒガス等の不活性ガスを供給する図示しないガス供給装置および両収容室４６・４７の空気を排気する図示しない真空排気装置が接続されている。これらの装置は、真空容器４３の両収容室４６・４７を所定の圧力に減圧しながら不活性ガスを供給することによって、外部環境とは異なる処理環境を両収容室４６・４７に出現させるようになっている。
【００１６】
上記の両収容室４６・４７の略中央部には、析出用基板１４を溶湯１５に浸漬させて引き上げる析出機構１０が設けられている。析出機構１０は、水平移動機構１３と、水平移動機構１３により水平移動可能にされた垂直移動機構１１と、垂直移動機構１１により昇降可能にされた旋回機構１２とを有している。水平移動機構１３は、水平方向に配置され、上側収容室４６の両端部にかけて可動範囲が設定された水平搬送部１６と、水平搬送部１６の一端部に設けられた水平駆動部１７とを有している。
【００１７】
水平搬送部１６は、図４に示すように、周面全体にネジ溝が形成されたネジ軸部材１８と、ネジ軸部材１８に螺合されたブロック部材１９と、ブロック部材１９の下面を進退移動自在に支持するレール部材２０と、ブロック部材１９の上面に設けられ、垂直移動機構１１に連結された連結部材２１とを有している。また、水平搬送部１６は、これらの部材１８〜１９の上面を覆い隠すように設けられたカバー部材２２を備えている。カバー部材２２は、溶湯１５等から飛散して浮遊する塵埃が各部材１８〜１９に積層することを防止している。
【００１８】
上記の水平搬送部１６の一端部には、図３に示すように、水平駆動部１７が連結されている。水平駆動部１７は、任意の回転速度で正逆回転可能であると共に所定の保持力で停止可能なサーボモータ等の水平駆動装置２３と、水平駆動装置２３を冷却する第１冷却装置２４とを有している。水平駆動装置２３は、ネジ軸部材１８の一端部に連結されており、ネジ軸部材１８を正逆回転させることによって、ブロック部材１９等を介して垂直移動機構１１を水平方向の任意の位置に移動可能にしている。
【００１９】
また、第１冷却装置２４は、図５に示すように、水平駆動装置２３を下側収容室４７の処理環境から隔離するように収納した収納容器２５と、真空容器４３の外部から収納容器２５内の一端側に冷却ガスを供給するガス供給配管２６と、収納容器２５内の他端側から真空容器４３の外部に冷却ガスを排出するガス排出配管２７とを有している。ガス供給配管２６には、ガス供給機２８が接続されており、ガス供給機２８は、冷却ガスを強制的に収納容器２５内に送給することにより水平駆動装置２３の周囲温度を所定温度以下に維持している。尚、冷却ガスは、Ａｒガスや窒素ガス等の不活性ガスであっても良いし、空気であっても良い。また、ガス供給機２８の代わりに、高圧の冷却ガスを収容したガスボンベを使用しても良い。
【００２０】
一方、図３に示すように、垂直移動機構１１は、垂直方向に配置された垂直搬送部３０と、垂直搬送部３０の上端部に設けられた垂直駆動部３１とを有している。垂直搬送部３０は、図４に示すように、上述の水平移動機構１３とほぼ同一の構成部材からなっており、周面全体にネジ溝が形成されたネジ軸部材３２と、ネジ軸部材３２に螺合され、上面（図中左面）に旋回機構１２が連結されたブロック部材３３と、ブロック部材３３の下面（図中右面）を昇降自在に支持するレール部材３４とを有している。
【００２１】
上記の垂直搬送部３０の上端部には、垂直駆動部３１が連結されている。垂直駆動部３１は、任意の回転速度で正逆回転可能であると共に所定の保持力で停止可能なサーボモータ等の垂直駆動装置３５と、垂直駆動装置３５を冷却する第２冷却装置３６とを有している。垂直駆動装置３５は、ネジ軸部材３２の上端部に連結されており、ネジ軸部材３２を正逆回転させることによって、ブロック部材３３等を介して旋回機構１２を垂直方向の任意の高さ位置に移動可能にしている。また、第２冷却装置３６は、図５の収納容器２５等を有した上述の第１冷却装置２４と同一の部材により同一の冷却機能を発揮するように構成されている。
【００２２】
上記の垂直移動機構１１で昇降される旋回機構１２は、図４に示すように、ブロック部材３３に一端面を連結された連結支持体３８と、連結支持体３８の他端面に連結された回動駆動部３９とを有している。回動駆動部３９は、任意の回転速度で正逆回転可能であると共に所定の保持力で停止可能なサーボモータ等の回動駆動装置４０と、回動駆動装置４０を冷却する第３冷却装置４１とを有している。
【００２３】
上記の第３冷却装置４１は、垂直駆動部３１と同様に、図５の収納容器２５等を有した上述の第１冷却装置２４と同一の部材により同一の冷却機能を発揮するように構成されている。第３冷却装置４１内の回動駆動装置４０は、回動軸４０ａの先端部が連結支持体３８内に配置されている。回動軸４０ａの先端部には、図３に示すように、上下方向に配置された第１縦設部材４２ａの上端部が固設されている。第１縦設部材４２ａは、横設部材４２ｂを介して第２縦設部材４２ｃの上端部に連結されている。また、第１および第２縦設部材４２ａ・４２ｂの下端部は、析出用基板１４における旋回方向の両端部に連結されている。そして、第１および第２縦設部材４２ａ・４２ｃと横設部材４２ｂとは、旋回支持機構４２を構成しており、旋回支持機構４２は、回動軸４０ａを中心として析出用基板１４を旋回させるようになっている。
【００２４】
上記の第１および第２縦設部材４２ａ・４２ｃは、回動軸４０ａ側から中部までの範囲が機械的強度に優れたステンレス鋼等の金属材料で形成されている一方、中部から析出用基板１４に連結された下端部までの範囲が耐熱性に優れたカーボンにより形成されている。これにより、旋回支持機構４２は、析出用基板１４を旋回させて高温の溶湯１５に浸漬させる際に、溶湯１５から大量の輻射熱を下側部分に受けることになっても、長期間に亘って初期の機械的強度を維持することが可能になっている。
【００２５】
上記のように各機構１１〜１３で構成された析出機構１０は、水平移動機構１３により垂直移動機構１１および旋回機構１２を水平方向に進退移動させることによって、図３に示すように、これら機構１１・１２と共に析出用基板１４を予熱位置Ａと析出位置Ｂと引き剥がし位置Ｃと研磨位置Ｄとに位置決め可能にしている。析出位置Ｂにおいては、各機構１１〜１３を連動させながら作動させることによって、回動軸４０ａよりも溶湯１５側に近い旋回中心Ｏを半径とした析出軌跡で析出用基板１４を進行させるようになっている。尚、図３に示す析出軌跡は、析出用基板１４を旋回方向（進行方向）の上流側から斜め方向に下降させて溶湯１５に浸漬させた後、進行方向の下流側に斜め方向に上昇させて溶湯１５から引き上げることによって、浸漬された部分に溶湯１５の凝固成長した析出物である半導体基板２を生成させるように設定されている。
【００２６】
析出用基板１４は、半導体基板２が析出される下面からなる基板面１４ａを有し、図６に示すように、矢印で示されている進行方向の上流側から斜め方向に、溶湯１５に対する浸漬角度θ１をなして下降されて溶湯１５に浸漬された後、進行方向の下流側に斜め方向に上昇されて溶湯から引き上げられることによって、浸漬された部分に溶湯１５の凝固成長した析出物である半導体基板２を得るものである。この析出用基板１４は薄い板状であり、その進行方向の上流側および下流側の各側面において、下面端部１４ｅが上面端部１４ｄの内側に位置するように下面から上面側にかけて下面に対して角度θ２をなして傾斜され、傾斜部１４ｂを形成している。
【００２７】
具体的には、傾斜部１４ｂは、溶湯１５に対する浸漬角度θ１よりも基板面１４ａに対する傾斜部１４ｂの傾斜角度θ２が大きな角度となるように設定されており、析出される半導体基板２の進行方向の端部を上面端部１４ｄよりも進行方向の内側に位置させるようになっている。なお、この析出用基板１４は例えばカーボン等、耐火性のある材料により形成されるのが好ましい。析出用基板１４をカーボン製とすることで、析出物である半導体基板２を析出用基板１４から引き剥がす作業がさらに容易になると共に、析出用基板１４を長期間繰り返して使用することができる。
【００２８】
このような溶湯１５に浸漬して溶解対象物１０１を析出させるように移動される析出用基板１４を着脱可能に保持するため、図１および図２に示すような、析出用基板１４との当接面３ａに吸引穴３ｂの一端が開口された基板受け台３と、基板受け台３の吸引穴３ｂの他端に接続され、ガスを排出可能なガス排出機構７とを有する基板保持装置１が備えられている。なお、図１に断面図で示す基板受け台３は、図２に示すＸ−Ｘ’方向の基板受け台３中央で切断したものである。
【００２９】
基板受け台３における析出用基板１４との当接面３ａに設けられた複数の吸引穴は、図１および図２に示すように、基板受け台３の上面から突出しているパイプ４が分岐して複数のパイプとなって当接面３ｃに表れたものである。このパイプ４は、図１に示されているように、２つに分岐しており、一端は真空容器３外に設置された真空ポンプ５等に接続され、他端は真空容器３内に配置され、夫々にバルブ６ａ，６ｂが設けられて開閉が調節できるようになっている。
【００３０】
先ず、基板保持装置１で析出用基板１４を保持する場合は、析出用基板１４に基板受け台３の当接面３ａを当接した後、バルブ６ｂを閉じた状態としてバルブ６ａを開放する。基板受け台３の当接面３ａに吸引穴３ｂの一端が開口されているため、真空ポンプ５がパイプ４を介して吸引穴３ｂからガスを吸引し、ガス排出機構７によって吸引穴３ｂのガスが排出され、基板受け台３と析出用基板１４との当接面３ａ間が減圧状態（真空状態）となって、基板受け台３で析出用基板１４を吸着して保持することができる。
【００３１】
次に、基板保持装置１から析出用基板１４を離脱する場合は、バルブ６ａを閉じてバルブ６ｂを開く。これにより、吸引穴３ｂから真空ポンプ５へのガスの排出が解除されると共に、分岐したもう一方のパイプから真空容器３内に存在する例えば大気やＡｒガス等が吸引穴３ｂへと導入される。こうしてガス排出機構７によるガスの排出を解除して基板受け台３と析出用基板１４との当接面３ａ間の減圧状態（真空状態）が解除され、基板受け台３から析出用基板１４が離脱される。
【００３２】
上記のように、本実施形態に係る基板保持装置１によると、析出用基板１４と基板受け台３との着脱を圧力の増減により容易に行うことができるので、析出用基板１４を交換する際に費やす作業量及び作業時間が低減し、生産性向上を妨げることがない。さらにまた、従来技術と比較して、基板保持装置１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。
【００３３】
基板受け台３および析出用基板１４の各当接面３ａには、図２に示されているように、円錐形のスライド部３ｃ，１４ｃが形成されている。基板受け台３側のスライド部３ｃは凹んだ円錐形、析出用基板１４側のスライド部１４ｃは基板受け台３側のスライド部３ｃに相当する突設した円錐形であり、互いに係合可能となっている。位置合わせの際、当接面３ａの面方向にスライドさせると、先ず析出用基板１４のスライド部１４ｃの円錐形頂部が基板受け台３のスライド部３ｃの円錐形凹部斜面に当たり、析出用基板１４のスライド部１４ｃ頂部が基板受け台３のスライド部３ｃ斜面に沿って移動し、基板受け台３のスライド部３ｃ頂部へと導かれる。このように、基板保持装置１で析出用基板１４を保持する際に、基板受け台３および析出用基板１４を当接面３ａの面方向にスライドさせることにより基板受け台３と析出用基板１４とを位置合わせすることができ、析出用基板１４を常に一定の位置関係で保持することができる。即ち、析出用基板１４と基板受け台３との位置決め精度を高くすることができる。
【００３４】
また、基板受け台３の上面（当接面３ａの反対側）には、上述の旋回支持機構４２の各縦設部材４２ａ・４２ｃが取りつけられており、この縦設部材４２ａ・４２ｃによって、基板受け台３および析出用基板１４は上方から支持されている。
【００３５】
次に、析出用基板１４が浸漬される溶湯１５は、図７および図８に示すように、ルツボ装置５１に収容されている。ルツボ装置５１は、溶湯１５を収容する収容部５２ａを備えたルツボ５２と、ルツボ５２の側面壁５２ｂの周囲に配置された誘導加熱コイル５３と、図３及び図４に示す、これらのルツボ５２および誘導加熱コイル５３を支持するルツボ支持台５４とを有している。誘導加熱コイル５３には、図３および図４に示す耐熱構造の電力ケーブル５５が着脱可能に接続されており、図示しない高周波電源から高周波数の交流電力が供給されるようになっている。これにより、誘導加熱コイル５３はルツボ５２の周囲に交番磁場を生成させ、ルツボ５２の主に表面側を誘導加熱することが可能になっている。
【００３６】
一方、ルツボ５２は、析出用基板１４の進行方向が長尺となるように平面視長方形状に形成されており、溶湯１５の収容量を最小限に抑制しながら、側面壁５２ｂが析出用基板１４の旋回の障害にならないようにしている。尚、ルツボ５２は、析出用基板１４の進行方向が長尺になる形状であれば良く、例えば平面視楕円形状であっても良い。また、ルツボ５２は、図８に示すように、収容部５２ａの側面側と底面側との２方向から大きな熱量が伝達されるように、底面壁５２ｃの厚みが平均ルツボ半径と略同等であり且つ側面壁５２ｂの厚みと同等以上に設定されている。
【００３７】
ここで、平均ルツボ半径とは、ルツボ５２の全方向の半径を平均化したものである。また、ルツボ５２の側面壁５２ｂは、電磁誘導の浸透深さ未満の厚みに設定されていることが望ましく、この場合には、溶湯１５を対流させることができるため、ゴミ等の落下物が核となって溶湯１５の表面中央が凝固する現象を防止することが可能になる。
【００３８】
また、ルツボ５２の収容部５２ａ内には、図７にも示すように、溶湯１５の湯面高さの監視に使用されるカーボン製の湯面高さ検出部６１が形成されている。湯面高さ検出部６１は、収容部５２ａの底面から上面にかけて複数の段部６１ａを階段状に有している。湯面高さ検出部６１は、析出用基板１４の障害物とならないように、収容部５２ａのコーナー部に配置されている。尚、湯面高さ検出部６１は、ルツボ５２と一体的に形成されていても良いし、ルツボ５２とは別に形成されていても良い。
【００３９】
さらに、ルツボ５２の収容部５２ａ内には、ルツボ５２の長手方向（半導体基板２の進行方向）に沿って仕切り壁６２が設けられている。仕切り壁６２は、析出用基板１４の障害物とならないように配置されている。また、仕切り壁６２は、図８に示すように、上端部がルツボ５２の上面に位置し、下端部が収容部５２ａの底面上方に位置するように形成されている。これにより、仕切り壁６２は、析出用基板１４が浸漬する第１溶解槽６３と、第１溶解槽６３に連通する第２溶解槽６４とに収容部５２ａを区分しており、第２溶解槽６４と第１溶解槽６３との間における湯面の乱れの伝播を防止している。
【００４０】
上記のように構成されたルツボ５２は、図３および図４に示すように、ルツボ支持台５４により支持されている。ルツボ支持台５４は、ルツボ５２および誘導加熱コイル５３をそれぞれ独立して支持する断熱支持体５４ａと、断熱支持体５４ａの下面に接合され、冷却配管を埋設された冷却盤５４ｂと、冷却盤５４ｂを支持する搬送台５４ｃとを有している。ルツボ支持台５４は、図４に示すルツボ搬入出機構５７に載置されている。ルツボ搬入出機構５７は、図４に示すように、真空容器４３の搬入出部５ａを挟んで真空容器４３の内外に敷設されており、複数の搬送ローラー５６を回転可能に備えている。そして、ルツボ搬入出機構５７は、搬送ローラー５６を正逆回転させることによって、ルツボ支持台５４やルツボ５２等からなるルツボ装置５１の真空容器４３に対する搬入出を可能にしている。
【００４１】
上記のルツボ装置５１の上方には、図４に示すように、溶解対象物１０１を第２溶解槽６４に供給する供給機構７１が設けられている。供給機構７１は、先端部に投入部が形成され、粉状や塊状の溶解対象物１０１を収容した収容箱７２と、収容箱７２を水平方向に進退移動させる収容箱移動機構７３と、収容箱７２内の溶解対象物１０１を先端部から押し出す押出機構７４とを備えている。
【００４２】
また、ルツボ装置５１の上方における真空容器４３の第１覗き窓部４８ａには、図３に示すように、湯面高さ検出部６１を溶湯１５と共に撮像して撮像信号を出力する撮像装置７５が設けられている。撮像装置７５は、ＣＣＤカメラ等のカメラ本体７６と、カメラ本体７６の前方に配置されたスリット板７７とを有している。スリット板７７には、カメラ本体７６の撮像領域を湯面高さ検出部６１の周辺に制限するスリットが形成されている。
【００４３】
上記の撮像装置７５および供給機構７１は、図示しない制御装置に接続されている。制御装置は、演算部や記憶部、入出力部等を備えており、半導体基板製造装置１００の各機構を個別および連動させながら制御する各種の機能を備えている。具体的には、図７に示す湯面高さ検出部６１の各段部６１ａにおける撮像信号の明暗に基づいて、溶湯１５の湯面高さを検出する機能や、検出された湯面高さが所定の基準高さとなるように供給機構７１における溶解対象物１０１の供給タイミングおよび／または供給量を制御する機能等を有している。
【００４４】
また、図３および図４に示すように、ルツボ装置５１と析出機構１０との間には、溶湯１５から析出機構１０に向かう輻射熱を遮る第１熱遮蔽体７８が設けられている。第１熱遮蔽体７８は、図４に示すように、銅製の熱遮蔽板７８ａと、熱遮蔽板７８ａの上面に接合され、熱遮蔽板７８ａを冷却する冷却配管７８ｂとを備えている。熱遮蔽板７８ａには、旋回支持機構４２を挿通させる開口部と、撮像装置７５による湯面高さ検出部６１の撮像を可能にする窓部とが形成されている。これにより、第１熱遮蔽体７８は、析出機構１０に対する輻射熱の直射を極力低減することによって、析出機構１０の過熱を防止するようになっている。さらに、ルツボ装置５１と第１熱遮蔽体７８との間には、旋回支持機構４２への輻射熱の直射を防止するように、第２熱遮蔽体７９が設けられている。
【００４５】
また、図３に示すように、ルツボ装置５１から見て析出用基板１４の進行方向の上流側には、予熱機構８１が設けられている。予熱機構８１は、予熱位置Ａの下方に配置された予熱ヒーター８２と、予熱ヒーター８２に着脱可能に接続された電力ケーブル８３と、真空容器４３の外部に配置され、電力ケーブル８３を介して予熱用電力を供給する図示しない予熱電源装置とを有している。そして、予熱機構８１は、予熱ヒーター８２に対して析出用基板１４が対向されたときに、この析出用基板１４を所定温度に昇温させることによって、溶湯１５と析出用基板１４との温度差を一定にするようになっている。
【００４６】
一方、ルツボ装置５１から見て析出用基板１４の進行方向の下流側には、図３に示すように、引き剥がし機構８５と研磨機構８６とがこの順に配置されている。引き剥がし機構８５は、引き剥がし位置Ｃの下方に配置されており、析出用基板１４と半導体基板２との間に進入する剥離部材８７と、剥離部材８７により引き剥がされて落下した半導体基板２を受け止める基板載置台８８とを備えている。
【００４７】
また、研磨機構８６は、図３に示すように、研磨位置Ｄの斜め下方向に配置されている。研磨機構８６は、析出用基板１４を進入させるように上縁部の一部が開口された収納ボックス８９と、収納ボックス８９内に設けられた研磨機本体９０とを備えている。研磨機本体９０は、図９に示すように、析出用基板１４の基板面１４ａが面状に当接される研磨ベルト９１と、研磨ベルト９１を張設した駆動ローラー９２および従動ローラー９３と、駆動ローラー９２の一端部に接続され、研磨ベルト９１を回転駆動させるローラー駆動モータ９４と、ローラー駆動モータ９４を冷却する第４冷却装置９５と、これら部材を支持する研磨支持台９６とを備えている。尚、第４冷却装置９５は、図５の収納容器２５等を有した上述の第１冷却装置２４と同一の部材により同一の冷却機能を発揮するように構成されている。そして、このように構成された研磨機本体９０は、析出用基板１４の基板面１４ａに研磨ベルト９１を面状に当接させながら回転させることによって、基板面１４ａに付着した付着物を除去するようになっている。
【００４８】
上記の構成において、半導体基板製造装置１００の動作を通じて本実施形態に係る基板保持装置１の動作を説明する。
【００４９】
（準備・保全工程）
準備・保全工程は、半導体基板２の生産開始前および生産開始後において、半導体基板製造装置１００を生産に適した状態にする場合に実施される。即ち、図３に示すように、ルツボ装置５１の検査やルツボ５２の交換、真空容器４３内の各機構の検査等を行う場合には、先ず、開閉扉４９が移動されて真空容器４３の搬入出部５ａが開口される。そして、電力ケーブル５５がルツボ装置５１から切り離された後、ルツボ搬入出機構５７の各搬送ローラー５６が回転されることによって、ルツボ装置５１が搬入出部５ａを介して機外に搬出される。この後、図示しない検査作業場において、ルツボ装置５１の検査等が実施され、不具合があれば、該当箇所の修理や交換が行われる。
【００５０】
また、ルツボ装置５１の検査中に、図４に示すように、供給機構７１の収容箱７２に収容された溶解対象物１０１の残存量が確認され、適正な量となるように補充される。さらに、オペレータが真空容器４３内の状態を目視等により検査し、必要に応じて部品の修理および交換が行われる。
【００５１】
本実施形態に係る基板保持装置１に保持された析出用基板１４に不具合がある場合には、図１に示すバルブ６ａを閉じてバルブ６ｂを開き、吸引穴３ｂから真空ポンプ５へのガスの排出を解除し、分岐したもう一方のパイプから真空容器３内に存在する例えば真空容器３内の大気等を吸引穴３ｂに導入する。こうしてガス排出機構７によるガスの排出を解除して基板受け台３と析出用基板１４との当接面３ａ間の減圧状態（真空状態）を解除し、基板受け台３から析出用基板１４を離脱する。
【００５２】
次に、新たな析出用基板１４が準備され、この析出用基板１４を基板保持装置１によって保持させるため、析出用基板１４に基板受け台３の当接面３ａを当接した後、バルブ６ｂを閉じた状態としてバルブ６ａを開放する。基板受け台３の当接面３ａに吸引穴３ｂの一端が開口されているため、真空ポンプ５がパイプ４を介して吸引穴３ｂからガスを吸引し、ガス排出機構７によって吸引穴３ｂのガスが排出され、基板受け台３と析出用基板１４との当接面３ａ間が減圧状態（真空状態）となって、基板受け台３で析出用基板１４を吸着して保持することができる。
【００５３】
次に、上記のようにして各機器の検査および交換等が完了すると、図３に示すように、開閉扉４９により搬入出部５ａが閉鎖され、真空容器４３内の上側収容室４６および下側収容室４７が内部から密閉される。そして、図示しない真空排気装置が作動されて空気が排気された後、Ａｒガス等の不活性ガスが供給されることによって、外部環境とは異なる処理環境が収容室４６・４７に形成される。なお、本実施形態に係る基板保持装置１による析出用基板１４の交換は、真空容器４３内を不活性ガスで充填する前後どちらでも行うことができる。ただし、真空容器４３内を不活性ガスで充填した後に析出基板１４を離脱する場合は、吸引穴３ｂにはＡｒガス等の真空容器４３内の不活性ガスが導入される。
【００５４】
この後、図７に示す誘導加熱コイル５３に高周波数の交流電力が供給され、高周波磁界がルツボ５２の周囲に生成される。この結果、図８に示すように、ルツボ５２の側面壁の表面側に強度の磁界が印加されることによって、側面壁の主に表面側が誘導加熱により加熱され、この表面側の熱量が内側方向に向かって伝導していくことになる。この際、ルツボ５２は、底面壁５２ｃの厚みが平均ルツボ半径と略同等であり且つ側面壁５２ｂの厚みと同等以上に設定されている。これにより、収容部５２ａの側面側と底面側との２方向から大きな熱量が伝達され、この熱量で溶解対象物１０１が均等に加熱される結果、早期に全体が溶解して溶湯１５となる。また、溶湯１５になった後は、この溶湯１５の側面および下面が大きな熱量で加熱され続けられるため、溶湯１５全体が均一な温度に維持される。
【００５５】
また、溶湯１５が形成されると、図３に示す真空容器４３内の収容室４６・４７が高温になると共に、溶湯１５から高温の輻射熱が放出される。そして、輻射熱の一部は、析出機構１０方向に進行することになるが、析出機構１０の手前に配設された第１熱遮蔽体７８および第２熱遮蔽体７９により進行が遮られるため、析出機構１０に殆んど到達することがない。これにより、析出機構１０は、輻射熱が直射されることによる熱劣化が防止されている。
【００５６】
また、高温化した真空容器４３内の収容室４６・４７には、図３および図４に示す析出機構１０の駆動装置２３・３５・４０および研磨機構８６のローラー駆動モータ９４が冷却装置２４・３６・４１・９５にそれぞれ収容されることにより冷却されている。この際、図５に示すように、冷却装置２４・３６・４１・９５に使用される冷却媒体には、冷却ガスが使用されている。従って、ガス供給配管２６やガス排出配管２７、収納容器２５等が破損することによって、冷却ガスが収容室４６・４７に漏洩した場合でも、冷却水が溶湯１５に接触して重大な故障を引き起こすような事態を生じることがない。
【００５７】
（予熱工程）
上記のようにして所望の処理環境下で溶湯１５が形成されることによって、生産の準備が完了すると、図３に示すように、析出機構１０の垂直移動機構１１が水平移動機構１３により予熱位置Ａに水平移動される。そして、旋回機構１２が析出用基板１４を垂下させた姿勢を維持しながら垂直移動機構１１により下降されることによって、析出用基板１４が予熱ヒーター８２に対向される。この後、予熱ヒーター８２に予熱用電力が供給され、予熱ヒーター８２より析出用基板１４が所定の予熱温度となるように加熱される。
【００５８】
（析出工程）
析出用基板１４が所定の予熱温度になると、図３に示すように、垂直移動機構１１が析出位置Ｂに移動される。そして、垂直移動機構１１と旋回機構１２と水平移動機構１３とが連動して作動されることによって、回動軸４０ａよりも溶湯１５側に近い旋回中心Ｏを半径とした析出軌跡で基板保持装置１に保持された析出用基板１４が旋回される。この結果、図６に示すように、析出用基板１４が溶湯１５に浸漬され、析出用基板１４に溶湯１５が析出されて半導体基板２となり、一定時間の経過後に析出用基板１４が溶湯１５から引き上げられることによって、所定厚みの半導体基板２が形成される。
【００５９】
（引き剥がし工程）
所定厚みの半導体基板２が析出用基板１４の基板面１４ａに形成されると、垂直移動機構１１が図３に示す引き剥がし位置Ｃに移動される。そして、旋回機構１２が析出用基板１４を垂下させた姿勢から剥離部材８７方向に旋回させることによって、析出用基板１４と半導体基板２との間に剥離部材８７を進入させる。これにより、半導体基板２が剥離部材８７により強制的に析出用基板１４から引き剥がされて基板載置台８８に載置され、所定枚数の半導体基板２が得られた後、図示しない排出口から一括して機外に搬出される。
【００６０】
（湯面制御工程）
上述の析出工程が繰り返されることによって、多数の半導体基板２が生産されると、半導体基板２の生産数に応じた消費量で溶湯１５が減少する。そして、溶湯１５の減少を放置すると、湯面高さが低下する結果、析出用基板１４の浸漬深さが浅くなり、最終的には、析出用基板１４を溶湯１５に浸漬させることができなくなる。そこで、半導体基板２の生産中においては、撮像装置７５によりルツボ５２内の湯面高さ検出部６１が撮像され、撮像信号に基づいて湯面が一定となるように溶解対象物１０１が供給される。
【００６１】
即ち、図７に示す湯面高さ検出部６１を撮像して得た各段部６１ａの撮像信号が図示しない制御装置に取り込まれ、この制御装置において、撮像信号中の輝度信号成分が抽出される。そして、溶湯１５と湯面高さ検出部６１の各段部６１ａとを判別するように、輝度信号成分が所定の閾値で２値化される。この後、２値化データに基づいて溶湯１５から露出した段部６１ａが求められ、所定の段部６１ａが露出したときに、溶湯１５の湯面高さが許容範囲以下にまで低下したと判定される。そして、この場合には、図４に示すように、供給機構７１から所定量の溶解対象物１０１が押し出されてルツボ５２に投入され、所定の湯面高さに復帰される。
【００６２】
尚、上記のようにしてルツボ５２に溶解対象物１０１が投入されると、湯面が揺動することになるが、図７に示す仕切り壁６２で上面が区分された第２溶解槽６４に対して溶解対象物１０１が投下されるため、析出用基板１４が浸漬される第１溶解槽６３に対して揺動が伝播することはない。これにより、溶解対象物１０１の投入中においても、半導体基板２の生産を継続することができる。
【００６３】
（研磨工程）
半導体基板２の生産が繰り返されると、析出用基板１４の基板面１４ａに付着物が残留する場合がある。従ってこの場合には、図３に示すように、垂直移動機構１１が研磨位置Ｄに移動され、析出用基板１４が研磨機構８６の上方に位置される。そして、析出用基板１４が下降され、析出用基板１４の基板面１４ａが研磨ベルト９１に当接されることによって、研磨ベルト９１が回転される。この結果、基板面１４ａの付着物が強制的に擦り落とされ、基板面１４ａが生産当初の状態に回復されることになる。
【００６４】
以上のように、本実施形態の基板保持装置１は、図１に示すように、溶湯１５に浸漬して溶解対象物１０１を析出させるように移動される析出用基板１４を着脱可能に保持し、析出用基板１４との当接面３ａに吸引穴３ｂの一端が開口された基板受け台３と、基板受け台３の吸引穴３ｂの他端に接続され、ガスを排出可能なガス排出機構７とを有するので、析出用基板１４に基板受け台３の当接面３ａを当接した後、ガス排出機構７により吸引穴３ｂのガスを排出すれば、基板受け台３の当接面３ａに吸引穴３ｂの一端が開口されているため、基板受け台３と析出用基板１４との当接面３ａ間を減圧状態（真空状態）にすることができる。この結果、基板受け台３で析出用基板１４を吸着して保持することができる。また、ガス排出機構７によるガスの排出を解除して基板受け台３と析出用基板１４との当接面３ａ間の減圧状態（真空状態）を解除すれば、基板受け台３から析出用基板１４を離脱させることができる。これにより、析出用基板１４と基板受け台３との着脱を圧力の増減により容易に行うことができるので、析出用基板１４を交換する際に費やす作業量及び作業時間が低減し、生産性向上を妨げることがない。さらにまた、従来技術と比較して、基板保持装置１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。
【００６５】
また、基板受け台３および析出用基板１４の各当接面３ａには、当接面３ａの面方向にスライドさせることにより基板受け台３と析出用基板１４とを位置合わせするスライド部３ｃ，１４ｃが形成されているので、析出用基板１４を常に一定の位置関係で保持することができ、析出用基板１４と基板受け台３との位置決め精度が高くなる。
【００６６】
尚、本実施形態においては、基板受け台３および析出用基板１４の各当接面に、夫々凹凸をなして互いに係合する円錐形のスライド部３ｃ，１４ｃを設けた場合について説明したが、これに限定されるものではない。即ち、スライド部３ｃ，１４ｃとしては、当接面３ａの面方向にスライドさせることにより基板受け台３と析出用基板１４とを位置合わせできるものであれば、角錐形、円柱形等様々な形状を選択でき、また、基板受け台３側に突設するスライド部を設け、析出用基板１４側に凹んだスライド部を設けてもよい。また、基板受け台３の当接面３ａに開口されている吸引穴３ｂは任意数であってよく、パイプ４も任意数設けてよい。本実施形態の基板保持装置１ではガス排出機構として真空ポンプ５等を備えた構造としているが、吸引穴３ｂのガスを排出できるものであれば、他の構造であってもよい。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の基板保持装置は、溶湯に浸漬して溶解対象物を析出させるように移動される析出用基板を着脱可能に保持する基板保持装置において、前記析出用基板との当接面に吸引穴の一端が開口された基板受け台と、前記基板受け台の吸引穴の他端に接続され、ガスを排出可能なガス排出機構とを有する構成である。
【００６８】
上記の構成によれば、析出用基板に基板受け台の当接面を当接した後、ガス排出機構により吸引穴のガスを排出すれば、基板受け台の当接面に吸引穴の一端が開口されているため、基板受け台と析出用基板との当接面間を減圧状態（真空状態）にすることができる。この結果、基板受け台で析出用基板を吸着して保持することができる。また、ガス排出機構によるガスの排出を解除して基板受け台と析出用基板との当接面間の減圧状態（真空状態）を解除すれば、基板受け台から析出用基板を離脱させることができる。これにより、析出用基板と基板受け台との着脱を圧力の増減により容易に行うことができるので、析出用基板を交換する際に費やす作業量及び作業時間が低減し、生産性向上を妨げることがない。さらにまた、従来技術と比較して、基板保持装置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という効果を奏する。
【００６９】
また、本発明の基板保持装置は、前記基板受け台および析出用基板の各当接面には、当接面の面方向にスライドさせることにより前記基板受け台と析出用基板とを位置合わせするスライド部が形成されている構成である。
【００７０】
上記の構成によれば、析出用基板を常に一定の位置関係で保持することができる。即ち、析出用基板と基板受け台との位置決め精度が高くなるという効果を奏する。
【００７１】
また、本発明の基板保持方法は、溶湯に浸漬して溶解対象物を析出させるように移動される析出用基板を基板受け台に着脱可能に保持する基板保持方法において、前記基板受け台で前記析出用基板を吸着することにより保持する構成である。
【００７２】
上記の構成によれば、析出用基板と基板受け台との着脱を吸着の有無により簡単に行うことができる。従って、前述の構成と同様の効果が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板保持装置において基板受け台と析出用基板との係合状態における断面とガス排出機構を模式的に示す概略構成図である。
【図２】図１の基板保持装置の基板受け台と析出用基板との係合前の状態を示す斜視図である。
【図３】半導体基板製造装置を正面視した場合における概略構成図である。
【図４】半導体基板製造装置を側面視した場合における概略構成図である。
【図５】第１冷却装置の概略構成を示す説明図である。
【図６】析出用基板が溶湯に浸漬する状態を示す説明図である。
【図７】溶湯の収容状態を示す斜視図である。
【図８】ルツボの熱伝導の状態を示す説明図である。
【図９】研磨機本体の斜視図である。
【図１０】従来技術による析出用基板の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 基板保持装置
２ 半導体基板（析出物）
３ 基板受け台
３ａ 当接面
３ｂ 吸引穴
３ｃ スライド部
４ パイプ
５ 真空ポンプ
６ａ，６ｂ バルブ
７ ガス排出機構
１０ 析出機構
１１ 垂直移動機構
１２ 旋回機構
１３ 水平移動機構
１４ 析出用基板
１４ａ 基板面
１４ｂ 傾斜部
１４ｃ スライド部
１４ｄ 上面端部
１４ｅ 下面端部
１５ 溶湯
２３ 水平駆動装置
２４ 第１冷却装置
２８ ガス供給機
３０ 垂直搬送部
３１ 垂直駆動部
３６ 第２冷却装置
４０ 回動駆動装置
４１ 第３冷却装置
４２ 旋回支持機構
４３ 真空容器
４４ 上側タンク部
４５ 下側タンク部
４６ 上側収容室
４９ 開閉扉
５１ ルツボ装置
５２ ルツボ
５７ ルツボ搬入出機構
６１ 湯面高さ検出部
６２ 仕切り壁
７５ 撮像装置
７６ カメラ本体
７８ 第１熱遮蔽体
７９ 第２熱遮蔽体
８１ 予熱機構
８６ 研磨機構
９５ 第４冷却装置
９６ 研磨支持台
１００ 半導体基板製造装置
１０１ 溶解対象物

Claims (7)

1. 溶湯に浸漬して半導体材料又は金属材料である溶解対象物を析出させるように移動され、耐火性のある材料により形成された析出用基板を、着脱可能に保持する基板保持装置において、
   前記析出用基板との当接面に吸引穴の一端が開口された基板受け台と、
   前記基板受け台の吸引穴の他端に接続され、ガスを排出可能なガス排出機構と
   を有し、
   前記基板受け台及び析出用基板の各当接面に、夫々凹凸をなして互いに係合するスライド部を備えていることを特徴とする基板保持装置。
2. 前記スライド部は、前記当接面の２箇所に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置。
3. 前記スライド部は、円錐形又は角錐形の形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板保持装置。
4. 前記析出用基板は、カーボンにより形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の基板保持装置。
5. 前記半導体材料は、Ｓｉを主成分とすることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の基板保持装置。
6. 前記金属材料は、鉄およびチタンの何れか１つであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の基板保持装置。
7. 溶湯に浸漬して半導体材料又は金属材料である溶解対象物を析出させるように移動され、耐火性のある材料により形成された析出用基板を、基板受け台に着脱可能に当接させて保持する基板保持方法において、
   各当接面に、夫々凹凸をなして互いに係合するスライド部を備えた前記基板受け台及び析出用基板を当接させ、
   前記基板受け台で前記析出用基板を吸着することにより保持することを特徴とする基板保持方法。

Images