JP4793772B2 - ルツボ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ルツボの周囲から加熱を行うことにより溶解対象物を加熱溶融するルツボ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、溶解対象物を加熱溶融するルツボ装置は、溶解対象物を収容する収容部を有し、側面壁および底面壁の厚みが略同一に設定されたルツボと、ルツボの側面壁の周囲に配置され、このルツボを表面側から加熱することにより収容部の溶解対象物を加熱溶融するヒータ装置とを備えた構成にされている。そして、例えば半導体基板を製造する場合には、真空容器内に外部環境とは異なる処理環境を出現させ、この処理環境下でルツボ装置によりＳｉ等の溶解対象物を加熱溶融して溶湯とした後、この溶湯の湯面から僅かに析出用基板を浸漬させて溶解対象物を析出させる処理が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のルツボ装置では、ルツボの側面壁の表面側から内側に向かって熱が伝達されるため、収容部の側面に接触する部分に大きな熱量が付与される。従って、収容部に収容された溶解対象物の溶湯は、湯面の外周側から内周側にかけて温度が低下した温度分布を呈することになる。この結果、例えば溶解対象物の融点近傍の温度や過冷却の状態で析出処理を行う生産形態においては、析出処理に最も使用される湯面の中央部が凝固するという不具合が起り易いものになっている。特に、このような不具合は、湯面の面積が拡大するほど、外周側と内周側との温度差が大きくなることにより頻繁に起ることになる。
【０００４】
そこで、従来においては、湯面の面積を小さくしたり、溶湯を撹拌して溶湯の凝固を防止する対策が採られているが、湯面の面積を小さくする対策では、大面積の析出板（半導体基板）を製造することが困難になる。また、溶湯を撹拌する対策では、湯面が撹拌により乱れるため、析出用基板を湯面から僅かに浸漬させて溶解対象物を析出させる処理を行うことが困難になる。
【０００５】
従って、本発明は、大面積の湯面を乱すことなく凝固を確実に防止することができるルツボ装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、溶解対象物が加熱溶融された溶湯を収容する収容部と、該収容部の下方に位置する底面壁と、前記収容部の側面を形成するとともに前記底面壁の側面全体を接触状態で囲う側面壁とを有し、前記底面壁の鉛直方向の厚みが平均ルツボ半径と略同等に設定されたルツボと、前記側面壁と対向するように配置され、前記側面壁全体を表面側から電磁誘導加熱することにより前記収容部に熱量を伝達して、前記収容部内に投入された前記溶解対象物を加熱溶融するとともに、前記溶湯を加熱する誘導加熱コイルと、を備えたことを特徴としている。
【０００７】
上記の構成によれば、第１加熱機構がルツボの側面壁の表面側を加熱すると、収容部の側面には、ルツボの側面壁を水平方向内側に直進した径路で熱が伝達される。一方、収容部の底面には、ルツボの側面壁を水平方向内側に直進した後、上昇した径路で熱が伝達される。そして、ルツボ内を伝導する熱量が電熱面積に比例するため、ルツボの底面壁の厚みが平均ルツボ半径と略同等であると、収容部の側面と底面全体とに略同じ熱量が伝達される。これにより、収容部の溶解対象物や溶湯に対する大きな熱量の付与を側面側と底面側との２方向から行うことができるため、溶湯の湯面を大面積化した場合でも、湯面全体を略均一な温度にすることができる。この結果、大面積の湯面を乱すことなく凝固を確実に防止することができるため、析出用基板を湯面から僅かに浸漬させて溶解対象物を析出させる処理を確実に行うことができる。
【０００８】
請求項２の発明は、前記収容部内に設けられ、前記溶湯の湯面よりも上方に上端部が位置し、下端部が前記収容部の底面上方であって前記湯面の下方に位置するように形成されており、析出用基板が浸漬されることによって当該析出用基板の下面である基板面に前記溶解対象物を析出させる第１溶解槽と、当該第１溶解槽に連通し、前記溶解対象物が投入される第２溶解槽とに前記収容部を区分する仕切り壁を更に備えたことを特徴としている。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のルツボ装置であって、前記ルツボの前記側面壁の水平方向の厚みが、電磁誘導の浸透深さ未満に設定されていることを特徴としている。
【００１３】
上記の構成によれば、溶湯を対流させることができるため、ゴミ等の落下物を核として溶湯の表面中央が凝固していくことを防止することができる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１ないし３の何れか１項に記載のルツボ装置であって、密閉状態にされた処理室で半導体材料を前記溶解対象物とし、該半導体材料をカーボン基板の基板面に結晶析出させることによって、シート状の半導体基板を製造する半導体基板製造装置に搭載されていることを特徴としている。これにより、短時間且つ安定して半導体基板の製造を行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図１４に基づいて以下に説明する。
本実施の形態に係るルツボ装置は、図３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を製造する半導体基板製造装置１に搭載されている。尚、半導体基板製造装置１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。
【００１６】
上記の半導体基板製造装置１は、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３を備えている。真空容器３は、上側収容室６を形成する円筒形状の上側タンク部４と、上側タンク部４の下部に設けられ、上側収容室６に連通した下側収容室７を形成する下側タンク部５とを有している。上側タンク部４の上面中央部には、第１〜第４覗き窓部８ａ〜８ｄが幅方向に形成されており、これらの覗き窓部８ａ〜８ｄは、上側収容室６および下側収容室７を上側タンク部４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４の一端部には、第５覗き窓部８ｅが形成されている。第５覗き窓部８ｅは、上側収容室６および下側収容室７を上側タンク部４の長手方向全体に渡って目視可能にしている。
【００１７】
また、下側タンク部５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４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９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３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６・７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３の両収容室６・７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６・７に出現させるようになっている。
【００１８】
上記の両収容室６・７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６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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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７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３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３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。
【００２２】
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（図中右面）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。
【００２３】
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。
【００２４】
上記の垂直移動機構１１で昇降される旋回機構１２は、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。
【００２５】
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、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、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、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。
【００２８】
上記の析出用基板１４は、図６および図７に示すように、カーボンにより形成されている。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と、進行方向の上流側および下流側の各側面に形成された傾斜部１４ｂと、析出用基板１４の上面（反析出面）に形成された把持部１４ｃとを有している。傾斜部１４ｂは、基板面１４ａの両端部が上面の両端部の内側に位置するように基板面１４ａから上面側にかけて傾斜されている。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に対する傾斜角度θ２が大きな角度となるように設定されており、半導体基板２の端部を上面の両端部よりも進行方向の内側に位置させるようになっている。
【００２９】
また、析出用基板１４の上面に形成された把持部１４ｃは、断面が逆台形形状に形成されており、カーボン基板把持装置４３の一部を構成している。カーボン基板把持装置４３は、把持部１４ｃを着脱自在に保持するチャック機構４４を備えている。チャック機構４４は、チャック部材４５・４５を左右対称に備えている。各チャック部材４５・４５は、把持部１４ｃに係合するように下面に形成された係合部４５ａと、ゴミ等の落下物を受け止めるように上面の四辺に沿って形成された環状溝部４５ｂと、環状溝部４５ｂに周囲を囲まれた懸吊部４５ｃとを有している。
【００３０】
上記の懸吊部４５ｃの上面には、２つの突設部４５ｄ・４５ｄが対向配置されている。両突設部４５ｄ・４５ｄの中央部には、ピン挿通穴４５ｅ・４５ｅが形成されている。これらの突設部４５ｄ・４５ｄ間には、図８に示すように、上述の旋回支持機構４２の各縦設部材４２ａ・４２ｂが嵌合されるようになっている。そして、ピン挿通穴４５ｅ・４５ｅには、カーボン製のピン部材４６が抜脱可能に挿通されるようになっており、ピン部材４６は、各縦設部材４２ａ・４２ｂをチャック機構４４に対して連結させるようになっている。
【００３１】
上記のピン部材４６は、溶湯１５からの輻射熱の直射を回避するように、チャック部材４５の析出側の投影面積よりも短くなるように形成されている。また、ピン部材４６の表面には、図９に示すように、硬化層１００が形成されており、ピン部材４６は、硬化層１００により表面の機械的強度が高められることによって、チャック部材４５のピン挿通穴４５ｅに対して着脱する際の磨耗が低減されている。一方、チャック部材４５においては、ピン部材４６に接触するピン挿通穴４５ｅと、析出用基板１４に接触する係合部４５ａおよび下面とに硬化層１００が形成されている。そして、チャック部材４５は、硬化層１００で接触面の機械的強度が高められることによって、ピン部材４６の着脱時および析出用基板１４の把持時における磨耗が低減されている。
【００３２】
尚、硬化層１００の形成方法としては、プラズマＣＶＤやイオンプレーティング等の表面処理方法でＳｉＣ膜をコーティングする硬化処理を挙げることができる。また、硬化層１００は、チャック部材４５の全表面に形成されていても良く、この場合には、チャック部材４５の全体の機械的強度を高めることができるため、チャック部材４５をオペレータが運搬する際に衝撃を与えても破損し難いものとすることができる。
【００３３】
上記のカーボン基板把持装置４３で保持される析出用基板１４が浸漬される溶湯１５は、図３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、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、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。
【００３４】
一方、ルツボ５２は、図２に示すように、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１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。
【００３５】
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。
【００３６】
また、ルツボ５２の収容部５２ａ内には、図２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。
【００３７】
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、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。
【００３８】
上記のように構成されたルツボ５２は、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、図３に示すように、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、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、真空容器３の搬入出部５ａを挟んで真空容器３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３に対する搬入出を可能にしている。
【００３９】
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。
【００４０】
また、ルツボ装置５１の上方における真空容器３の第１覗き窓部８ａ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。
【００４１】
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１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、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。
【００４２】
また、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、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。
【００４３】
また、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３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。
【００４４】
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、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。
【００４５】
また、研磨機構８６は、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１０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。
【００４６】
上記の構成において、半導体基板製造装置１の動作を通じて第１〜４冷却装置２４・３６・４１・９５の動作を説明する。
【００４７】
（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１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３内の各機構の検査等を行う場合には、先ず、開閉扉９が移動されて真空容器３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。
【００４８】
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３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。
【００４９】
例えばカーボン基板把持装置４３に取り付けられた析出用基板１４に不具合がある場合には、図８および図９に示すように、ピン部材４６がピン挿通穴４５ｅから抜脱されることによって、旋回支持機構４２の第１および第２縦設部材４２ａ・４２ｃが突設部４５ｄ・４５ｄから切り離される。これにより、縦設部材４２ａ・４２ｃにより析出用基板１４の上面に左右方向に固定されていたチャック部材４５・４５が自由な状態となる。そして、チャック部材４５・４５が左右方向に引き離すように移動されることによって、析出用基板１４がカーボン基板把持装置４３から取り外される。
【００５０】
次に、新たな析出用基板１４が準備され、この析出用基板１４の把持部１４ｃを挟み込むようにチャック部材４５・４５がセットされる。この後、旋回支持機構４２の第１および第２縦設部材４２ａ・４２ｃが突設部４５ｄ・４５ｄ間に挿入され、ピン部材４６がピン挿通穴４５ｅに挿通される。これにより、チャック部材４５・４５が左右方向に固定され、係合部４５ａ・４５ａが把持部１４ｃを把持することによって、析出用基板１４がカーボン基板把持装置４３に取り付けられる。
【００５１】
ここで、カーボン基板把持装置４３に対して析出用基板１４が着脱される場合には、チャック部材４５のピン挿通穴４５ｅとピン部材４６との擦れ合いや、チャック部材４５の係合部４５ａと析出用基板１４との擦れ合いが生じるため、磨耗し易い状態となる。ところが、ピン部材４６やカーボン基板把持装置４３の擦れ合う部分は、硬化層１００により機械的強度が高められている。従って、析出用基板１４の着脱が繰り返して行われた場合でも、ピン部材４６およびカーボン基板把持装置４３が初期の形状を維持するため、ピン部材４６およびカーボン基板把持装置４３を長期間に亘って使用することができる。また、析出用基板１４の着脱時において、ピン部材４６等の一部が破損して欠落することになった場合でも、この落下物が環状溝部４５ｂで受け止められるため、図３の溶湯１５にゴミとして落下することはない。
【００５２】
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９により搬入出部５ａが閉鎖され、真空容器３内の上側収容室６および下側収容室７が密閉される。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６・７に形成される。
【００５３】
この後、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１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。この結果、湯面を乱すことなく湯面中央部における凝固が確実に防止される。
【００５４】
また、溶湯１５が形成されると、図３に示すように、真空容器３内の収容室６・７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。
【００５５】
また、高温化した真空容器３内の収容室６・７には、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６・７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。
【００５６】
（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。
【００５７】
（析出工程）
析出用基板１４が所定の予熱温度になると、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の基板面１４ａに溶湯１５が析出して半導体基板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。
【００５８】
（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、図３に示すように、垂直移動機構１１が引き剥がし位置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。
【００５９】
（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。
【００６０】
即ち、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。
【００６１】
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、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。
【００６２】
（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、図１０に示すように、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。
【００６３】
以上のように、本実施形態のルツボ装置５１は、図１に示すように、溶解対象物１０１を収容する収容部５２ａを有し、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たルツボ５２と、ルツボ５２の側面壁５２ｂの周囲に配置され、ルツボ５２を表面側から加熱することにより収容部５２ａの溶解対象物１０１を加熱溶融する誘導加熱コイル５３（第１加熱機構）とを備えた構成にされている。
【００６４】
上記の構成によれば、第１加熱機構がルツボ５２の側面壁５２ｂの表面側を加熱すると、収容部５２ａの側面には、ルツボ５２の側面壁５２ｂを水平方向内側に直進した径路で熱が伝達される。一方、収容部５２ａの底面には、ルツボ５２の側面壁５２ｂを水平方向内側に直進した後、上昇した径路で熱が伝達される。そして、ルツボ５２内を伝導する熱量が電熱面積に比例するため、ルツボ５２の底面壁５２ｃの厚みが平均ルツボ半径と略同等であると、収容部５２ａの側面と底面全体とに略同じ熱量が伝達される。これにより、収容部５２ａの溶解対象物１０１や溶湯１５に対する大きな熱量の付与を側面側と底面側との２方向から行うことができるため、溶湯１５の湯面を大面積化した場合でも、湯面全体を略均一な温度にすることができる。この結果、大面積の湯面を乱すことなく凝固を確実に防止することができるため、析出用基板を湯面から僅かに浸漬させて溶解対象物１０１を析出させる処理を確実に行うことができる。
【００６５】
尚、本実施形態におけるルツボ装置５１は、ルツボ５２の側面壁の周囲に誘導加熱コイル５３を配置して溶解対象物１０１を加熱溶融する構成であるが、これに限定されるものではなく、湯面全体を均一な温度に加熱できる構成であれば良い。
【００６６】
即ち、ルツボ装置５１は、図１１および図１２に示すように、溶解対象物１０１を収容する収容部５２ａを有したルツボ５２と、ルツボ５２の側面壁５２ｂの周囲に配置され、ルツボ５２を表面側から加熱することにより収容部５２ａの溶解対象物１０１を加熱溶融する誘導加熱コイル５３（第１加熱機構）と、ルツボ５２の底面壁５２ｃに対向配置され、ルツボ５２を表面側から加熱することにより収容部５２ａの溶解対象物１０１を加熱溶融する第２加熱機構１０５とを備えた構成であっても良い。尚、第２加熱機構１０５は、図１１のように誘導加熱コイルであっても良いし、図１２のように発熱体を備えたヒーターであっても良い。
そして、このように構成すれば、ルツボ５２の底面壁５２ｃを側面壁５２ｂと同一の厚みに設定した場合であっても、湯面全体を略均一な温度にすることができる。
【００６７】
また、ルツボ装置５１は、図１３に示すように、溶解対象物１０１を収容する収容部５２ａと、収容部５２ａの底面壁５２ｃ中央部において収容部５２ａ内に突設された凸状中空部５２ｄとを有したルツボ５２と、ルツボ５２の側面壁５２ｂの周囲に配置され、ルツボ５２を表面側から加熱することにより収容部５２ａの溶解対象物１０１を加熱溶融する誘導加熱コイル５３（第１加熱機構）と、ルツボ５２の凸状中空部５２ｄ内に設けられ、ルツボ５２を表面側から加熱することにより収容部５２ａの溶解対象物１０１を加熱溶融する第３加熱機構１０６とを備えた構成であっても良い。この場合には、湯面中央部を重点的に加熱することができる。
【００６８】
そして、これら図１１〜図１３のように、２つの加熱機構を備えた場合には、加熱能力をそれぞれ調整することによって、湯面全体の温度を一層均一にすることが可能になる。特に、湯面温度をサーモグラフにより測定したり、ルツボ５２の側面壁５２ｂおよび底面壁５２ｃの温度を測定することによって、湯面の温度分布を直接的または間接的に測定する測温装置を備えた場合には、この測温装置と加熱機構とを連動させることによって、湯面全体の温度を極めて均一にすることが可能になる。
【００６９】
さらに、ルツボ装置５１は、図１４に示すように、ルツボ５２の底面全体に対向するように形成および配置された第４加熱機構１０７を備えた構成であっても良く、この場合には、ルツボ５２の底面壁５２ｃと側面壁５２ｂとを第４加熱機構１０７のみで加熱することができる。
【００７０】
【発明の効果】
請求項１の発明は、溶解対象物が加熱溶融された溶湯を収容する収容部と、該収容部の下方に位置する底面壁と、前記収容部の側面を形成するとともに前記底面壁の側面全体を接触状態で囲う側面壁とを有し、前記底面壁の鉛直方向の厚みが平均ルツボ半径と略同等に設定されたルツボと、前記側面壁と対向するように配置され、前記側面壁全体を表面側から電磁誘導加熱することにより前記収容部に熱量を伝達して、前記収容部内に投入された前記溶解対象物を加熱溶融するとともに、前記溶湯を加熱する誘導加熱コイルと、を備えた構成である。
【００７１】
上記の構成によれば、第１加熱機構がルツボの側面壁の表面側を加熱すると、収容部の側面には、ルツボの側面壁を水平方向内側に直進した径路で熱が伝達される。一方、収容部の底面には、ルツボの側面壁を水平方向内側に直進した後、上昇した径路で熱が伝達される。そして、ルツボ内を伝導する熱量が電熱面積に比例するため、ルツボの底面壁の厚みが平均ルツボ半径と略同等であると、収容部の側面と底面全体とに略同じ熱量が伝達される。これにより、収容部の溶解対象物や溶湯に対する大きな熱量の付与を側面側と底面側との２方向から行うことができるため、溶湯の湯面を大面積化した場合でも、湯面全体を略均一な温度にすることができる。この結果、大面積の湯面を乱すことなく凝固を確実に防止することができるため、析出用基板を湯面から僅かに浸漬させて溶解対象物を析出させる処理を確実に行うことができるという効果を奏する。
【００７２】
請求項２の発明は、前記収容部内に設けられ、前記溶湯の湯面よりも上方に上端部が位置し、下端部が前記収容部の底面上方であって前記湯面の下方に位置するように形成されており、析出用基板が浸漬されることによって当該析出用基板の下面である基板面に前記溶解対象物を析出させる第１溶解槽と、当該第１溶解槽に連通し、前記溶解対象物が投入される第２溶解槽とに前記収容部を区分する仕切り壁を更に備えた構成である。
【００７６】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のルツボ装置であって、前記ルツボの前記側面壁の水平方向の厚みが、電磁誘導の浸透深さ未満に設定されている構成である。
【００７７】
上記の構成によれば、溶湯を対流させることができるため、ゴミ等の落下物を核として溶湯の表面中央が凝固していくことを防止することができるという効果を奏する。
【００７８】
請求項４の発明は、請求項１ないし３の何れか１項に記載のルツボ装置であって、密閉状態にされた処理室で半導体材料を前記溶解対象物とし、該半導体材料をカーボン基板の基板面に結晶析出させることによって、シート状の半導体基板を製造する半導体基板製造装置に搭載されている構成である。これにより、短時間且つ安定して半導体基板の製造を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ルツボの熱伝導の状態を示す説明図である。
【図２】溶湯の収容状態を示す斜視図である。
【図３】第１冷却装置の概略構成を示す説明図である。
【図４】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５】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】カーボン基板把持装置の斜視図である。
【図８】カーボン基板把持装置の斜視図である。
【図９】カーボン基板把持装置の分解斜視図である。
【図１０】研磨機本体の斜視図である。
【図１１】ルツボの熱伝導の状態を示す説明図である。
【図１２】ルツボの熱伝導の状態を示す説明図である。
【図１３】ルツボの熱伝導の状態を示す説明図である。
【図１４】ルツボの熱伝導の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板製造装置
２ 半導体基板
３ 真空容器
４ 上側タンク部
５ 下側タンク部
６ 上側収容室
９ 開閉扉
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
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 カーボン基板把持装置
４４ チャック機構
４５ チャック部材
４６ ピン部材
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 硬化層
１０１ 溶解対象物
１０５ 第２加熱機構
１０６ 第３加熱機構
１０７ 第４加熱機構

Claims (4)

1. 溶解対象物が加熱溶融された溶湯を収容する収容部と、該収容部の下方に位置する底面壁と、前記収容部の側面を形成するとともに前記底面壁の側面全体を接触状態で囲う側面壁とを有し、前記底面壁の鉛直方向の厚みが平均ルツボ半径と略同等に設定されたルツボと、
   前記側面壁と対向するように配置され、前記側面壁全体を表面側から電磁誘導加熱することにより前記収容部に熱量を伝達して、前記収容部内に投入された前記溶解対象物を加熱溶融するとともに、前記溶湯を加熱する誘導加熱コイルと、
   を備えたことを特徴とするルツボ装置。
2. 前記収容部内に設けられ、前記溶湯の湯面よりも上方に上端部が位置し、下端部が前記収容部の底面上方であって前記湯面の下方に位置するように形成されており、析出用基板が浸漬されることによって当該析出用基板の下面である基板面に前記溶解対象物を析出させる第１溶解槽と、当該第１溶解槽に連通し、前記溶解対象物が投入される第２溶解槽とに前記収容部を区分する仕切り壁を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のルツボ装置。
3. 前記ルツボの前記側面壁の水平方向の厚みが、電磁誘導の浸透深さ未満に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のルツボ装置。
4. 密閉状態にされた処理室で半導体材料を前記溶解対象物とし、該半導体材料をカーボン基板の基板面に結晶析出させることによって、シート状の半導体基板を製造する半導体基板製造装置に搭載されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載のルツボ装置。

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