(57)【要約】 【課題】  大きさがコンパクトで、高品質なシリコンウエハを得ることのできる薄板製造装置を提供する。【解決手段】  薄板製造装置３０には、第１開閉扉３７によって連通／遮断される第１および第２チャンバ３２ａ，３２ｂと、第１または第２チャンバ内に収容され、シリコンの融液を貯留する２つの坩堝３１ａ，３１ｂと、坩堝を第１チャンバと第２チャンバと間で自在に移動させることのできる坩堝移動手段３６と、第１チャンバ内に設けられ、下地基板３３を着脱自在に保持し、下地基板を坩堝内の融液に浸漬する浸漬手段３５とが、備えられる。浸漬手段は、坩堝移動手段によって第１チャンバ内で並列になるように配置される２つの坩堝のうちから選択される１つの坩堝に下地基板を浸漬し、下地基板の結晶生成面で多結晶シリコンウエハを凝固成長させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属または半導体材料の融液を坩堝内に貯留し、薄板の原板である下地基板の結晶生成面を坩堝内の融液に浸漬し、金属または半導体材料を下地基板の結晶生成面で凝固成長させる薄板製造装置において、
少なくとも２つ以上の坩堝と、
坩堝を収容するチャンバと、
チャンバ内に設けられ、下地基板を着脱自在に保持するとともに、保持されている下地基板を坩堝に貯留される融液に浸漬する浸漬手段と、
坩堝を、単独にまたは複数同時にチャンバ内で移動させることができる坩堝移動手段とを備え、
浸漬手段は、坩堝移動手段によってチャンバ内で並列になるように配置される少なくとも２つの坩堝のうちから選択される１つの坩堝に下地基板を浸漬することを特徴とする薄板製造装置。
【請求項２】
浸漬手段によって１回の装着の機会に保持される下地基板は、１枚であることを特徴とする請求項１記載の薄板製造装置。
【請求項３】
浸漬手段は、
保持する下地基板を重力方向に移動させる上下動作手段と、
保持する下地基板を水平方向に移動させる水平動作手段と、
保持する下地基板を水平方向に延びる軸線まわりに回転移動させる垂直回転動作手段と、
保持する下地基板を重力方向に延びる軸線まわりに回転移動させる水平回転動作手段とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の薄板製造装置。
【請求項４】
金属または半導体材料の融液を形成する原料を坩堝内に装入する原料装入手段をさらに備え、
少なくとも２つ以上の坩堝のうちから選択される１つの坩堝には、下地基板の結晶生成面で凝固成長させるための金属または半導体材料の融液が貯留され、
残余の坩堝または残余の坩堝から選択されるもう１つの坩堝には、原料装入手段によって原料が装入され、装入された原料が坩堝内で溶解されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の薄板製造装置。
【請求項５】
チャンバには、排気手段が設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の薄板製造装置。
【請求項６】
チャンバは、第１チャンバと第２チャンバとの２つを含み、
第１チャンバと第２チャンバとの間には、第１チャンバと第２チャンバとを開閉自在に仕切る開閉扉を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の薄板製造装置。
【請求項７】
少なくとも２つ以上の坩堝のうちから選択される１つの坩堝であって、下地基板の結晶生成面で凝固成長させるための金属または半導体材料の融液が貯留される坩堝が、第１チャンバ内に配置され、
残余の坩堝または残余の坩堝から選択されるもう１つの坩堝であって、原料装入手段によって原料が装入され、装入された原料が溶解される坩堝が、第２チャンバ内に配置されることを特徴とする請求項６記載の薄板製造装置。
【請求項８】
坩堝には、坩堝および坩堝内に貯留される融液の重量を検知する重量検知手段が設けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の薄板製造装置。
【請求項９】
金属または半導体材料の融液を坩堝内に貯留し、薄板の原板である下地基板の結晶生成面を坩堝内の融液に浸漬し、金属または半導体材料を下地基板の結晶生成面で凝固成長させる薄板製造方法において、
チャンバ内に少なくとも２つ以上の坩堝を収容し、
坩堝を、単独にまたは複数同時にチャンバ内で移動させてチャンバ内で並列になるように配置し、
チャンバ内で並列になるように配置される少なくとも２つの坩堝のうちから１つの坩堝を選択し、
選択された１つの坩堝内に貯留されるに融液に下地基板を浸漬することを特徴とする薄板製造方法。
【請求項１０】
選択された１つの坩堝内に貯留されるに融液に下地基板を浸漬する１回の動作について１枚の下地基板を浸漬し、
次回に下地基板を融液に浸漬するとき、浸漬するべき下地基板を新たな１枚の下地基板に交換することを特徴とする請求項９記載の薄板製造方法。
【請求項１１】
少なくとも２つ以上の坩堝のうちから選択される１つの坩堝では、金属または半導体材料の融液を貯留し、貯留される融液に下地基板を浸漬し、
残余の坩堝または残余の坩堝から選択されるもう１つの坩堝では、金属または半導体材料の融液を形成するための原料を装入し、装入した原料を坩堝内で溶解することを特徴とする請求項９または１０記載の薄板製造方法。
【請求項１２】
金属または半導体材料の融液を形成するための原料の装入および溶解によって発生する蒸気および粉体を排気することを特徴とする請求項１１記載の薄板製造方法。
【請求項１３】
坩堝および坩堝内に貯留される融液の重量と、前記融液の温度とを、少なくとも２つ以上の坩堝についてそれぞれ検出し、
検出出力に応じて下地基板を浸漬するべき坩堝を選択し、
選択した坩堝内に貯留される融液に下地基板を浸漬することを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１つに記載の薄板製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属または半導体材料の融液から薄板を製造する薄板製造装置および薄板製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
このような問題を解決する先行技術では、シリコン融液からシート状のシリコンを直接引き出し、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き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と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き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き出されるので、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。
【０００６】
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。
【０００７】
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）。
【０００８】
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回転移動する冷却体では、薄板生成面の中央部と前後部分とでは融液に浸漬している時間の差異が生じ、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、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。
【０００９】
【特許文献１】特開昭６１−２７５１１９号公報
【特許文献２】特開２００１−２０６７９８号公報
【特許文献３】特開２００２−１７５９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、高品質なシリコンウエハを得る薄板製造方法を提供することであり、また該方法に好適に用いられ、コンパクトな大きさを有する薄板製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、金属または半導体材料の融液を坩堝内に貯留し、薄板の原板である下地基板の結晶生成面を坩堝内の融液に浸漬し、金属または半導体材料を下地基板の結晶生成面で凝固成長させる薄板製造装置において、
少なくとも２つ以上の坩堝と、
坩堝を収容するチャンバと、
チャンバ内に設けられ、下地基板を着脱自在に保持するとともに、保持されている下地基板を坩堝に貯留される融液に浸漬する浸漬手段と、
坩堝を、単独にまたは複数同時にチャンバ内で移動させることができる坩堝移動手段とを備え、
浸漬手段は、坩堝移動手段によってチャンバ内で並列になるように配置される少なくとも２つの坩堝のうちから選択される１つの坩堝に下地基板を浸漬することを特徴とする薄板製造装置である。
【００１２】
また本発明は、浸漬手段によって１回の装着の機会に保持される下地基板は、１枚であることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、浸漬手段は、
保持する下地基板を重力方向に移動させる上下動作手段と、
保持する下地基板を水平方向に移動させる水平動作手段と、
保持する下地基板を水平方向に延びる軸線まわりに回転移動させる垂直回転動作手段と、
保持する下地基板を重力方向に延びる軸線まわりに回転移動させる水平回転動作手段とを含むことを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、金属または半導体材料の融液を形成する原料を坩堝内に装入する原料装入手段をさらに備え、
少なくとも２つ以上の坩堝のうちから選択される１つの坩堝には、下地基板の結晶生成面で凝固成長させるための金属または半導体材料の融液が貯留され、
残余の坩堝または残余の坩堝から選択されるもう１つの坩堝には、原料装入手段によって原料が装入され、装入された原料が坩堝内で溶解されることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、チャンバには、排気手段が設けられることを特徴とする。
また本発明は、チャンバは、第１チャンバと第２チャンバとの２つを含み、
第１チャンバと第２チャンバとの間には、第１チャンバと第２チャンバとを開閉自在に仕切る開閉扉を備えることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、少なくとも２つ以上の坩堝のうちから選択される１つの坩堝であって、下地基板の結晶生成面で凝固成長させるための金属または半導体材料の融液が貯留される坩堝が、第１チャンバ内に配置され、
残余の坩堝または残余の坩堝から選択されるもう１つの坩堝であって、原料装入手段によって原料が装入され、装入された原料が溶解される坩堝が、第２チャンバ内に配置されることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、坩堝には、坩堝および坩堝内に貯留される融液の重量を検知する重量検知手段が設けられることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、金属または半導体材料の融液を坩堝内に貯留し、薄板の原板である下地基板の結晶生成面を坩堝内の融液に浸漬し、金属または半導体材料を下地基板の結晶生成面で凝固成長させる薄板製造方法において、
チャンバ内に少なくとも２つ以上の坩堝を収容し、
坩堝を、単独にまたは複数同時にチャンバ内で移動させてチャンバ内で並列になるように配置し、
チャンバ内で並列になるように配置される少なくとも２つの坩堝のうちから１つの坩堝を選択し、
選択された１つの坩堝内に貯留されるに融液に下地基板を浸漬することを特徴とする薄板製造方法である。
【００１９】
また本発明は、選択された１つの坩堝内に貯留されるに融液に下地基板を浸漬する１回の動作について１枚の下地基板を浸漬し、
次回に下地基板を融液に浸漬するとき、浸漬するべき下地基板を新たな１枚の下地基板に交換することを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、少なくとも２つ以上の坩堝のうちから選択される１つの坩堝では、金属または半導体材料の融液を貯留し、貯留される融液に下地基板を浸漬し、
残余の坩堝または残余の坩堝から選択されるもう１つの坩堝では、金属または半導体材料の融液を形成するための原料を装入し、装入した原料を坩堝内で溶解することを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、金属または半導体材料の融液を形成するための原料の装入および溶解によって発生する蒸気および粉体を排気することを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、坩堝および坩堝内に貯留される融液の重量と、前記融液の温度とを、少なくとも２つ以上の坩堝についてそれぞれ検出し、
検出出力に応じて下地基板を浸漬するべき坩堝を選択し、
選択した坩堝内に貯留される融液に下地基板を浸漬することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、薄板製造装置には、少なくとも２つ以上の坩堝が備えられ、下地基板を保持する浸漬手段が、坩堝移動手段によってチャンバ内で並列になるように配置される少なくとも２つの坩堝のうちから選択される１つの坩堝に、下地基板を浸漬する。このように構成される薄板製造装置では、たとえば下地基板を浸漬して薄板形成に用いている１つの坩堝内に貯留される融液が、予め定める量よりも減少して薄板形成に適さなくなったとき、１つの坩堝に並列して配置される他の坩堝であって、予め定める量よりも多い適量の融液を貯留する坩堝に、下地基板を浸漬する対象坩堝を切換えて、薄板形成を行う。
【００２４】
このことによって、貯留される融液の量が予め定める量よりも減少した坩堝に薄板原料を追加し、溶解して適正温度になるまで下地基板の浸漬を待機する必要がなくなるので、薄板形成作業における待機時間などのロスタイムを短くすることが可能になる。
【００２５】
また本発明によれば、浸漬手段によって１回の装着の機会に保持される下地基板は、１枚であり、浸漬動作毎に、浸漬される下地基板が交換される。常温の下地基板を高温に加熱した坩堝内の融液に浸漬すると、下地基板は融液からの熱伝導によって温度が上昇する。融液の原料が、たとえば多結晶シリコン形成に用いられるシリコンの場合、坩堝内の溶融シリコンの温度は１４００〜１５００℃であり、溶融シリコンに浸漬された下地基板の温度は、５００℃以上まで上昇することがある。融液に浸漬して一旦温度が上昇した下地基板を常温まで冷却し、冷却後に再度浸漬して結晶成長させることを繰返して薄板を形成すると、前述の冷却する時間が長く掛かるので、タクトタイム短縮が困難である。
【００２６】
したがって、浸漬動作１回毎に、浸漬する下地基板を１枚ずつ交換し、浸漬動作毎に常温の下地基板を融液に浸漬することとし、冷却のための待機時間を無くしてタクトタイムの短縮を実現した。一度融液に浸漬した下地基板を、再度融液に浸漬する場合には、１枚ずつ交換しながら繰返し浸漬動作を継続している間に、初めに浸漬した下地基板が、常温まで降温することができる程度の枚数の下地基板を準備することによって、常に常温まで冷却された下地基板を融液に浸漬するようにした。下地基板を融液に浸漬して製造された薄板の品質は、浸漬時間、下地基板温度、原料の融液温度により大きく影響を受けるので、下地基板の温度を安定させることは重要な要素の１つである。融液に浸漬する下地基板の温度を常に常温とすることによって、連続して製造した薄板の品質を安定して維持することができる。
【００２７】
また本発明によれば、浸漬手段は、保持する下地基板を、上下、水平に移動させることができ、また垂直、水平に回転移動させることができるように構成される。このことによって、坩堝内に貯留される金属または半導体材料の融液面に対して、薄板を形成する下地基板の結晶生成面を任意の動作で融液に浸漬させることが可能になる。さらに水平回転動作手段の重力方向に延びる軸線、すなわち融液面に垂直な回転軸線が、並列して配置される坩堝の略中間に位置するように浸漬手段を設けることによって、並列して配置される少なくとも２つの坩堝のそれぞれに対して任意の浸漬動作を行うことが可能になるので、安定したタクトタイムで薄板の製造を行うことができる。
【００２８】
また本発明によれば、薄板製造装置には、さらに原料装入手段が備えられる。チャンバ内に少なくとも２つ以上の坩堝を設置し、少なくとも２つ以上の坩堝のうちから選択される１つの坩堝を使って薄板を製造しながら、前記１つの坩堝以外の残余の坩堝または残余の坩堝のうちから選択されるもう１つの坩堝に対して原料を装入し、溶解する並列処理をすることができる。このことによって、１つの坩堝内の融液が少なくなって原料を追加しなければならない間にも、下地基板を浸漬するべき坩堝を、予め原料を装入し溶解されたもう１つの坩堝に切換えることによって、薄板の製造を停止する必要が無く、連続した製造が可能になり、設備稼働率を向上させることができる。
【００２９】
また本発明によれば、薄板製造装置のチャンバには、排気手段が設けられる。坩堝に原料を装入し溶解を行う際には、原料の蒸気および酸化物等のガスおよび粉体が発生する。たとえば、半導体材料の原料であるシリコンを溶解する場合、固体から液体（融液）に溶解するとき、ＳｉＯｘ等の粉体が発生しチャンバ内に飛散する。このＳｉＯｘ等の粉体が、浸漬手段などの動作部または摺動部に付着すると、装置の耐久性が著しく劣化する。チャンバに排気手段を設けることによって、シリコン等の原料を溶解する際に発生するＳｉＯｘ等の粉体およびガスを吸引してチャンバ外へ排出することができるので、チャンバ内への飛散が防止されて装置の耐久性を向上することができる。
【００３０】
また本発明によれば、チャンバは、第１チャンバと第２チャンバとの２つを含み、第１チャンバと第２チャンバとの間には、第１チャンバと第２チャンバとを開閉自在に仕切る開閉扉が備えられる。好ましくは、下地基板の結晶生成面で凝固成長させるための金属または半導体材料の融液が貯留される坩堝が、第１チャンバ内に配置され、原料装入手段によって原料が装入され、装入された原料が溶解される坩堝が、第２チャンバ内に配置される。
【００３１】
第１および第２チャンバを備え、その間に開閉扉を設けることによって、操業トラブル発生時の復帰時間を大幅に短縮することができる。たとえば、薄板製造中は、少なくとも２つの坩堝が、第１チャンバ内に配置されて開閉扉が開放され、チャンバ内部が不活性ガスに満たされている。第１チャンバにおいて操業時に何らかのトラブル発生したとき、または第１チャンバをメンテナンスするとき、坩堝を第２チャンバへ移動させて第１チャンバと第２チャンバと間の開閉扉を閉めることによって、第２チャンバ内を不活性ガス雰囲気に保持したまま、第１チャンバを大気開放することができる。
【００３２】
大気開放された第１チャンバをトラブル対策またはメンテナンスする間、第２チャンバ内で坩堝および坩堝内の融液を薄板製造に適した状態に維持することができる。トラブル対策またはメンテナンス終了後、開閉扉を閉めて第１チャンバに不活性ガスを導入し、その後開閉扉を開けて第２チャンバから第１チャンバへ、薄板製造に適した状態に維持された坩堝を移動することによって、直ちに薄板製造を再開することができるので、前述のように復帰時間を大幅に短縮することが可能になる。
【００３３】
また第１チャンバ内に配置される坩堝を使って下地基板を融液に浸漬し、薄板の生産を行うと同時に、第２チャンバ内に配置される坩堝に金属または半導体材料の原料を装入し、加熱・溶解することができる。原料の溶解された坩堝は、融液の温度を安定させ、薄板製造に用いるべく待機させておくことができる。さらに第２チャンバ内に配置される坩堝に金属または半導体材料の原料を装入し溶解する際、開閉扉を閉じ、第２チャンバに排気手段を設けて原料から発生する蒸気および粉体を排気することによって、装置寿命を延長することができる。このようにして、薄板の製造と、金属または半導体材料の溶解とを同時に行うことができる。
【００３４】
また本発明によれば、坩堝には、坩堝および坩堝内に貯留される融液の重量を検知する重量検知手段が設けられる。重量検知手段には、たとえばロードセルなどが用いられる。坩堝および坩堝内に貯留される融液の重量と、坩堝内の融液の液面高さとの関係を予め求めておくことによって、重量検知手段の出力から液面高さ情報を得ることができる。
【００３５】
この液面高さを相対基準とし、下地基板の融液に対する浸漬深さを定めることによって、一定した浸漬深さに保つことができるので、安定した品質の薄板を製造することが可能になる。坩堝内に貯留された融液の温度は、坩堝の周囲および底面から加熱され、融液面からの放熱によって、融液表面の温度が最も低くなる傾向がある。下地基板表面に結晶成長させる薄板製造においては、形成される薄板の板厚に対する融液温度の影響が大きく、下地基板の接する融液温度のばらつきが、板厚の不均一な原因となっている。したがって、融液の液面高さを正確に求め、下地基板の結晶成長面が融液に浸漬される深さを一定にすることによって、安定した温度で板厚の均一な薄板を製造することができる。
【００３６】
また、重量検知手段の出力から坩堝内の融液の貯留量を求めることもできる。坩堝内の融液の貯留量、換言すれば残量を求めることによって、該坩堝が、なお継続して薄板製造に使用できるか否かを判断し、薄板製造に使用する坩堝を切換えるタイミングを知ることが可能になる。１つの坩堝を使って薄板製造を行っている場合、生産が進むのに伴い坩堝内の融液が減少し、その液面高さが低下する。液面高さが予め定める値まで低下したとき、下地基板を浸漬する対象の坩堝を、原料を溶解して適正温度に保温しているもう１つの坩堝に切換えて薄板製造を継続することができる。このように、重量検知手段を設けることによって、薄板製造に使用する坩堝を、好適なタイミングで切換えることができるので、設備稼働率に影響することなくスムースな切換えを実現することができる。
【００３７】
また本発明によれば、下地基板を浸漬して薄板形成に用いている１つの坩堝内に貯留される融液が、予め定める量よりも減少して薄板形成に適さなくなったとき、１つの坩堝に並列して配置される他の坩堝であって、予め定める量よりも多い適量の融液を貯留する坩堝に、下地基板を浸漬する対象坩堝を切換えて、薄板形成を行うことが可能であり、薄板形成作業における待機時間などのロスタイムを短くすることのできる薄板製造方法が実現される。
【００３８】
また本発明によれば、浸漬動作１回毎に、浸漬する下地基板を１枚ずつ交換し、浸漬動作毎に常温の下地基板を融液に浸漬することによって、冷却のための待機時間を無くしてタクトタイムを短縮するとともに、融液に浸漬される下地基板の温度が常に常温になるようにして、連続して製造した薄板の品質を安定化することのできる薄板製造方法が実現される。
【００３９】
また本発明によれば、少なくとも２以上備わる坩堝のうち、１つの坩堝を使って下地基板を融液に浸漬し、薄板の生産を行うことができ、薄板の生産と同時に、前記１つの坩堝以外のもう１つの坩堝に金属または半導体材料の融液を形成するための原料を装入し、溶解することができる。このようにして、薄板の製造と、金属または半導体材料の溶解とを同時に行うことのできる薄板製造方法が実現される。
【００４０】
また本発明によれば、金属または半導体材料の融液を形成するための原料の装入および溶解によって発生する蒸気および粉体を、チャンバから外へ排気することができるので、チャンバ内への飛散が防止されて装置の耐久性を向上することができる。
【００４１】
また本発明によれば、坩堝および坩堝内に貯留される融液の重量と、融液の温度とを、少なくとも２つ以上の坩堝についてそれぞれ検出し、検出出力に応じて下地基板を浸漬するべき坩堝を選択し、選択した坩堝内に貯留される融液に下地基板を浸漬するので、複数の坩堝の中から薄板製造に最も適した坩堝を選択し、薄板を製造することが可能になる。このように、安定した品質の薄板を製造するとともに、高い設備稼働率を維持することのできる薄板製造方法が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
図１は本発明の実施の一形態である薄板製造装置３０の構成を部分的に断面にて示す平面図であり、図２は図１に示す薄板製造装置３０の構成を部分的に断面にて示す正面図であり、図３は図１の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図であり、図４は図１の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た断面図である。
【００４３】
薄板製造装置３０は、大略、少なくとも２つ以上の坩堝３１（本実施の形態では、第１坩堝３１ａと第２坩堝３１ｂとの２つ）と、坩堝３１をその内部空間に収容するチャンバ３２と、チャンバ３２内に設けられ、下地基板３３を着脱自在に保持するとともに、保持されている下地基板３３を坩堝３１に貯留される融液３４に浸漬する浸漬手段３５と、坩堝３１を、単独にまたは複数同時にチャンバ３２内で移動させることができる坩堝移動手段３６とを含んで構成される。
【００４４】
この薄板製造装置３０は、金属または半導体材料の融液３４を坩堝３１内に貯留し、薄板の原板である下地基板３３の結晶生成面を坩堝３１内の融液３４に浸漬し、金属または半導体材料を下地基板３３の結晶生成面で凝固成長させて薄板を製造することに用いられる。本実施の形態では、半導体材料であるシリコンを溶解して得られる融液を用いて、下地基板表面に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。
【００４５】
チャンバ３２は、略直方体形状を有し、その内部に空間が形成される箱型部材であり、たとえば鋼製の躯体に、詳細な図示を省くけれどもたとえばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの断熱材が内張りされて、断熱かつ耐火構造を備える。チャンバ３２は、第１チャンバ３２ａと、第１チャンバ３２ａよりも高さ寸法が少し小さく、第１チャンバ３２ａに隣接して設けられる第２チャンバ３２ｂとを含んで構成される。第１チャンバ３２ａと第２チャンバ３２ｂとが隣接する部分には、第１チャンバ３２ａと第２チャンバ３２ｂとを開閉自在に仕切る第１開閉扉３７が設けられる。
【００４６】
第１および第２チャンバ３２ａ，３２ｂには、図示を省略する真空排気手段と不活性ガス供給手段とが設けられる。真空排気手段は、真空ポンプと、真空ポンプと第１および第２チャンバ３２ａ，３２ｂとをそれぞれ接続する排気管路とを含む。不活性ガス供給手段は、不活性ガス供給源であるたとえばアルゴン（Ａｒ）ガスボンベと、Ａｒガスボンベと第１および第２チャンバ３２ａ，３２ｂとをそれぞれ接続する不活性ガス供給管路とを含む。真空排気手段と不活性ガス供給手段とによって、第１および第２チャンバ３２ａ，３２ｂは、それぞれ真空排気され、真空排気された内部空間に不活性ガスを充填することができる。
【００４７】
第１チャンバ３２ａの一方の側には入口副チャンバ４１が設けられ、第１チャンバ３２ａの他方の側には出口副チャンバ４２が設けられる。第１チャンバ３２ａと入口副チャンバ４１との間には、両者を開閉自在に仕切る第２開閉扉４３が設けられ、第１チャンバ３２ａと出口副チャンバ４２との間には、両者を開閉自在に仕切る第４開閉扉４５が設けられる。
【００４８】
入口副チャンバ４１は、鋼製の角筒状部材であり、その一方の側、すなわち第２開閉扉４３が設けられる側と反対側には、入口副チャンバ４１と大気空間とを開閉自在に仕切る第３開閉扉４４が設けられる。第３開閉扉４４を開閉することによって、入口副チャンバ４１の内部空間を、大気空間に対して開放し、また遮断することができる。入口副チャンバ４１の内部には、第２下地基板搬送装置４８が設けられる。第２下地基板搬送装置４８は、軸受に支持されて電動機で回転駆動される駆動ローラ４８ａと、軸受に回転自在に支持される従動ローラ４８ｂと、駆動ローラ４８ａと従動ローラ４８ｂとに架けまわされる無端ベルト４８ｃとを含むベルトコンベアから成る。第２下地基板搬送装置４８は、入口副チャンバ４１内で、無端ベルト４８ｃ上に載置される下地基板３３を、第１チャンバ３２ａに向う方向である矢符５２方向に搬送（搬入）する。
【００４９】
入口副チャンバ４１の第１チャンバ３２ａが配置される側と反対側には、前述の第３開閉扉４４を介して第１下地基板搬送装置４７が設けられる。第１下地基板搬送装置４７は、大気空間において設けられ、第２下地基板搬送装置４８と同様に、軸受に支持されて電動機で回転駆動される駆動ローラ４７ａと、軸受に回転自在に支持される従動ローラ４７ｂと、駆動ローラ４７ａと従動ローラ４７ｂとに架けまわされる無端ベルト４７ｃとを含むベルトコンベアから成り、無端ベルト４７ｃ上に載置される下地基板３３を、矢符５２方向に搬送し、第３開閉扉４４が開いた状態のとき、入口副チャンバ４１内へ搬入する。
【００５０】
また出口副チャンバ４２も、鋼製の角筒状部材であり、その他方の側、すなわち第４開閉扉４５が設けられる側と反対側には、出口副チャンバ４２と大気空間とを開閉自在に仕切る第５開閉扉４６が設けられる。第５開閉扉４６を開閉することによって、出口副チャンバ４２の内部空間を、大気空間に対して開放し、また遮断することができる。出口副チャンバ４２の内部には、第４下地基板搬送装置５０が設けられる。第４下地基板搬送装置５０は、軸受に支持されて電動機で回転駆動される駆動ローラ５０ａと、軸受に回転自在に支持される従動ローラ５０ｂと、駆動ローラ５０ａと従動ローラ５０ｂとに架けまわされる無端ベルト５０ｃとを含むベルトコンベアから成る。第４下地基板搬送装置５０は、出口副チャンバ４２内で、無端ベルト５０ｃ上に載置される下地基板３３を、第１チャンバ３２ａから離反する方向である矢符５３方向に搬送（搬出）する。
【００５１】
出口副チャンバ４２の第１チャンバ３２ａが配置される側と反対側には、前述の第５開閉扉４６を介して第５下地基板搬送装置５１が設けられる。第５下地基板搬送装置５１は、大気空間において設けられ、第４下地基板搬送装置５０と同様に、軸受に支持されて電動機で回転駆動される駆動ローラ５１ａと、軸受に回転自在に支持される従動ローラ５１ｂと、駆動ローラ５１ａと従動ローラ５１ｂとに架けまわされる無端ベルト５１ｃとを含むベルトコンベアから成り、無端ベルト５１ｃ上に載置される下地基板３３を、矢符５３方向に搬送し、第５開閉扉４６が開いた状態のとき、出口副チャンバ４２外へ搬出する。
【００５２】
第１チャンバ３２ａ内には、第３下地基板搬送装置４９が設けられる。第３下地基板搬送装置４９は、他の下地基板搬送装置と同様に、軸受に支持されて電動機で回転駆動される駆動ローラ４９ａと、軸受に回転自在に支持される従動ローラ４９ｂと、駆動ローラ４９ａと従動ローラ４９ｂとに架けまわされる無端ベルト４９ｃとを含むベルトコンベアから成る。第３下地基板搬送装置４９は、第２開閉扉４３が開いた状態で、第２下地基板搬送装置４８によって搬入される下地基板３３を、出口副チャンバ４２に向けて搬送し、第４開閉扉４５が開いた状態で、下地基板３３を、出口副チャンバ４２へ搬出する。第３下地基板搬送装置４９による搬送途上において、下地基板３３に対して薄板を形成させる処理が行われる。
【００５３】
図５は、浸漬手段３５の構成を簡略化して示す正面図である。下地基板３３を着脱自在に保持することのできる浸漬手段３５は、保持する下地基板３３を、重力方向に移動させる上下動作手段６１と、水平方向に移動させる水平動作手段６２と、水平方向に延びる軸線まわりに回転移動させる垂直回転動作手段６３と、重力方向に延びる軸線まわりに回転移動させる水平回転動作手段６４と、下地基板３３を吸着保持する下地基板保持手段６５とを含んで構成される。
【００５４】
浸漬手段３５は、第１チャンバ３２ａ内において、第３下地基板搬送手段４９の上方に水平方向に延びて設けられる棚板部材６０に装着される。水平動作手段６２は、棚板部材６０に装着される第１案内部材６６と、第１案内部材６６の延びる方向である水平方向と同一方向に延び、第１案内部材６６に回転自在に支持されるおねじ部材６７と、おねじ部材６７に螺合する不図示のめねじ部材が固設される第１保持部材６８と、第１電動機６９とを含んで構成される。第１電動機６９は、第１チャンバ３２ａの第１開閉扉３５が設けられる側と反対側の側板３２ｃに装着され、その出力軸が、気密性を保持することのできる封止継手７０を介しておねじ部材６７に接続される。第１電動機６９の回転駆動力がおねじ部材６７に伝達され、おねじ部材６７が回転すると、おねじ部材６７に螺合するめねじ部材の固設された第１保持部材６８が、第１案内部材６６に案内されて水平方向である矢符７１方向に進退自在に直進運動する。このことによって、浸漬手段３５は、水平動作することが可能である。
【００５５】
上下動作手段６１は、前述の水平動作手段６２に類似し、ほぼ水平動作手段６２を重力方向に向けて設置したものと考えることができる。上下動作手段６１は、第１保持部材６８の水平動作手段６２が設けられる側と９０度を成す側に装着される。第２案内部材７２と、第２案内部材７２の延びる方向である重力方向と同一方向に延び、第２案内部材７２に回転自在に支持される不図示のおねじ部材と、おねじ部材に螺合する不図示のめねじ部材が固設される第２保持部材７３と、第２電動機７４とを含んで構成される。第２電動機７４は、第２案内部材７２の一端部に設けられる保持板７５に装着され、その出力軸が継手７６を介しておねじ部材に接続される。第２電動機７４の回転駆動力がおねじ部材に伝達され、おねじ部材が回転すると、おねじ部材に螺合するめねじ部材の固設された第２保持部材７３が、第２案内部材７２に案内されて上下（垂直）方向である矢符７６方向に進退自在に直進運動する。このことによって、浸漬手段３５は、上下動作することが可能である。
【００５６】
第２保持部材７３の第２案内部材７２に装着される側と９０度を成す側には、水平回転駆動部保護ケース７７が装着される。水平回転駆動部保護ケース７７の内部には、水平回転動作手段６４の水平回転駆動部７８が設けられる。この水平回転駆動部７８は、重力方向に延びる軸線まわりに回転駆動可能であり、垂直回転動作手段６３全体を矢符８７方向の水平方向に回転駆動させる。
【００５７】
垂直回転動作手段６３は、前述の水平回転駆動部７８に装着される。垂直回転動作手段６３は、垂直回転駆動部保護ケース７９を備え、垂直回転駆動部保護ケース７９の内部に垂直回転駆動部８０が設けられる。垂直回転駆動部８０には、内部に中空構造を有し垂直回転駆動部８０の出力軸を構成する第１回転軸部材８１と、同じく内部に中空構造を有し第１回転軸部材８１と９０度の角度を成すようにして連結される第２回転軸部材８２とが含まれる。
【００５８】
第１回転軸部材８１と第２回転軸部材８２とは、それぞれの中空構造を確保して連結され、第１回転軸部材８１の第２回転軸部材８２が連結される側と反対側にロータリージョイント８３を接続し、ロータリージョイント８３に可撓性を有する配管８４をさらに接続し、配管８４の端末に下地基板吸着用真空ポンプを配することによって、第２回転軸部材８２の先端に、下地基板３３を着脱自在に保持することが可能になる。垂直回転駆動部８０によって第１回転軸部材８１が、水平方向に延びる軸線まわりに回転駆動されるので、第２回転軸部材８２の先端に保持される下地基板３３を、矢符８８で示す垂直方向に回転駆動させることができる。
【００５９】
第１回転軸部材８１、第２回転軸部材８２、ロータリージョイント８３、配管８４および下地基板吸着用真空ポンプは、下地基板保持手段６５を構成する。浸漬手段３５に備えられる下地基板保持手段６５によって、吸着保持することのできる下地基板３３は１枚である。すなわち、１基の浸漬手段３５が１度に保持できる下地基板３３は１枚であるように構成される。
【００６０】
なお、水平回転駆動部保護ケース７７および垂直回転駆動部保護ケース７９には、第１磁性流体シール８５および第２磁性流体シール８６がそれぞれ設けられ、回転動作をスムースに行うととともに、真空状態または不活性ガスによる水平回転駆動部７８および垂直回転駆動部８０の損傷を防止することができるように構成される。磁性流体シールが設けられる水平回転駆動部保護ケース７７および垂直回転駆動部保護ケース７９は、回転駆動部等が熱により損傷を受けることを防止できるように、ケース壁面にたとえば銅配管が施され、銅配管内に水を流過させて水冷されるように構成されることが好ましい
浸漬手段３５の上下、水平、垂直回転および水平回転動作は、たとえば装置全体の制御盤内に処理回路を設け、処理回路に付設されるメモリに、製造するべき薄板に応じて予め試験によって求めた浸漬手段３５の動作情報と動作プログラムとをストアしておき、これらに基づいて処理回路から、第１および第２電動機６９，７４、水平回転駆動部７８、垂直回転駆動部８０に対して制御動作信号を出力することによって実現することができる。
【００６１】
このように浸漬手段３５は、保持する下地基板３３を、上下、水平に移動させることができ、また垂直、水平に回転移動させることができるように構成される。このことによって、詳細を後述する坩堝３１内に貯留されるシリコンの融液面に対して、薄板を形成する下地基板３３の結晶生成面を任意の動作で融液３４に浸漬させることが可能になる。さらに水平回転動作手段６４の重力方向に延びる軸線、すなわち融液面に垂直な回転軸線が、並列して配置される坩堝３１の略中間に位置するように浸漬手段３５を設けることによって、並列して配置される２つの坩堝３１のそれぞれに対して任意の浸漬動作を行うことが可能になるので、安定したタクトタイムで薄板の製造を行うことができる。
【００６２】
なお、下地基板３３を保持する手段は、前述の真空吸着方法に限定されるものでは無く、メカチャック等の機械的保持手段、嵌合構造または永久磁石による接続手段、電磁マグネットチャックまたは静電チャック等の電気的保持手段でも可能であり、下地基板と下地基板保持手段とが着脱自在な構造であることが重要である。
【００６３】
図１〜図４に戻って、第２チャンバ３２ｂについて説明する。第２チャンバ３２ｂの一方の側には第１原料装入チャンバ９１が設けられ、第２チャンバ３２ｂと第１原料装入チャンバ９１との間には、両者を開閉自在に仕切る第６開閉扉９２が設けられる。第１原料装入チャンバ９１は、鋼製の角筒状部材であり、その一方の側、すなわち第６開閉扉９２が設けられる側と反対側には、第１原料装入手段９３が設けられる。また第１原料装入チャンバ９１の天板部には、開閉自在の蓋部材９４ａを備える第１原料供給口９４が形成される。
【００６４】
第１原料装入手段９３は、第６開閉扉９２に対向して第１原料装入チャンバ９１の壁面に装着される第１封止部材９５と、第１封止部材９５を挿通するようにして設けられる第１ロッド部材９６と、第１ロッド部材９６の第２チャンバ３２ｂ内側の端部に装着される柄杓状の第１原料投入容器９７と、第１ロッド部材９６の第２チャンバ３２ｂ外側の端部に設けられる第１ストローク手段９８とを含んで構成される。第１ストローク手段９８は、第１ロッド部材９６に装着される第１把持部材９９と、第１把持部材９９が回動可能に装着される第１摺動部材１００と、第１摺動部材１００が摺動可能に係合される第１軌道部材１０１とを含む。
【００６５】
第１把持部材９９および第１把持部材９９が装着される第１摺動部材１００を、第１軌道部材１０１に案内されるようにして移動させることによって、第１ロッド部材９６を第１原料装入チャンバ９１および第２チャンバ３２ｂに対して出入させることができる。また第１把持部材９９を第１摺動部材１００に対して回動させることによって、第１ロッド部材９６およびその端部に装着される第１原料投入容器９７を、第１ロッド部材９６の軸線まわりに角変位させることができる。
【００６６】
このように構成される第１原料装入手段９３では、次のようにして第２チャンバ３２ｂ内に位置する坩堝３１に薄板形成の材料であるシリコンを装入することができる。第１ストローク手段９８によって、第１ロッド部材９６先端の第１原料投入容器９７を、第２チャンバ３２ｂから出して第１原料装入チャンバ９１内の第１原料供給口９４下方に位置するように移動させる。第６開閉扉９２を閉じて、第２チャンバ３２ｂと第１原料装入チャンバ９１との連通を遮断する。第１原料装入チャンバ９１内の雰囲気調整の後、第１原料供給口９４の蓋部材９４ａを開放し、所望量のシリコンを第１原料投入容器９７に供給する。第１原料供給口９４の蓋部材９４ａを閉じ、第１原料装入チャンバ９１内の雰囲気調整の後、第６開閉扉９２を開く。第１ストローク手段９８によって、第１ロッド部材９６先端の第１原料投入容器９７を、第２チャンバ３２ｂへ入れ、第２チャンバ３２ｂ内に位置する坩堝３１の上方に位置するように移動させる。第１把持部材９９を回動させて第１原料投入容器９７を角変位させ、第１原料投入容器９７内のシリコンを坩堝３１内へ装入する。
【００６７】
第２チャンバ３２ｂの他方の側には第２原料装入チャンバ１０２が設けられ、第２チャンバ３２ｂと第２原料装入チャンバ１０２との間には、両者を開閉自在に仕切る第７開閉扉１０３が設けられる。第２原料装入チャンバ１０２の他方の側、すなわち第７開閉扉１０３が設けられる側と反対側に設けられる第２原料装入手段１０４は、第１原料装入チャンバ９１および第１原料装入手段９３と面対象に設けられるので、詳細な説明を省略する。
【００６８】
第２原料装入チャンバ１０２の天板部には、開閉自在の蓋部材１０５ａを備える第２原料供給口１０５が形成される。第２原料装入手段１０４は、第２封止部材１０６と、第２封止部材１０６を挿通するようにして設けられる第２ロッド部材１０７と、第２ロッド部材１０７の一端部に装着される第２原料投入容器１０８と、第２ロッド部材１０７の他端部に設けられる第２ストローク手段１０９とを含んで構成される。第２ストローク手段１０９は、第２ロッド部材１０７に装着される第２把持部材１１０と、第２把持部材１１０が回動可能に装着される第２摺動部材１１１と、第２摺動部材１１１が摺動可能に係合される第２軌道部材１１２とを含んで構成される。このような第２原料装入手段１０４は、第１原料装入手段９３と同様に作用する。
【００６９】
第１および第２原料装入手段９３，１０４によって、第２チャンバ３２ｂ内に位置する坩堝３１にシリコンを装入するとき、また装入されたシリコンを坩堝３１内で溶解するとき、ＳｉＯｘ等の粉体が発生しチャンバ内に飛散する。このＳｉＯｘ等の粉体が、装置の動作部または摺動部に付着すると、装置の耐久性が著しく劣化するので、第２チャンバ３２ｂの天板部には、第１および第２排気手段１１３，１１４が設けられる。
【００７０】
第１排気手段１１３は、第２チャンバ３２ｂ内に配置される坩堝３１の上方であって、第１原料装入手段９３によって坩堝３１にシリコンが装入されるときに第１原料投入容器９７の上方に位置するように設けられる。第１排気手段１１３は、排気ダクト１１３ａと、排気ダクト１１３ａに接続される不図示の排気ファンとを含んで構成される。第２チャンバ３２ｂに排気手段１１３，１１４を設けることによって、シリコン等の原料を溶解する際に発生するＳｉＯｘ等の粉体およびガスを吸引して第２チャンバ３２ｂ外へ排出することができるので、第２チャンバ３２ｂ内への飛散が防止されて装置の耐久性を向上することができる。またシリコンを装入溶解時には、第１開閉扉３７を閉じておくことによって、粉体およびガスが第１チャンバ３２ａへ飛散することも防止できる。
【００７１】
なお第２排気手段１１４は、第２原料装入手段１０４に対応するように設けられ、第１排気手段１１３と同様に作用する。
【００７２】
次に坩堝３１について説明する。本明細書において、坩堝３１（３１ａ，３１ｂ）は、半導体材料であるシリコンを溶解して得られる融液を貯留する容器のみを意味するのではなく、シリコンを溶解しまたその融液を保温するための加熱手段等をも含めた装置の総称の意味に用いる。
【００７３】
図６は坩堝３１および坩堝移動手段３６の構成を部分的に断面で示す正面図であり、図７は図６に示す坩堝３１および坩堝移動手段３６の部分分解図であり、図８は図６に示す坩堝３１および坩堝移動手段３６の平面図である。
【００７４】
坩堝３１は、基台１２１と、基台１２１上に設けられる坩堝台１２２と、融液３４を収容する坩堝容器１２３と、坩堝容器１２３の周囲に設けられる加熱手段１２４と、加熱手段１２４のさらに周囲に加熱手段１２４を覆うように設けられる被覆部材１２５と、重量検知手段１２６（本実施の形態では、１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃの３つ）と、不図示の融液温度検知手段とを含んで構成される。
【００７５】
基台１２１は、平面図上の形状が方形の鋼製台板状部材である。坩堝台１２２は、たとえば耐火レンガなどから成り、高温になる坩堝容器１２３を保持するとともに、坩堝容器１２３から基台１２１への熱伝導量を抑制し、基台１２１が熱損傷することを防止する。坩堝容器１２３は、たとえばグラファイト製の有底円筒状容器であり、坩堝台１２２上に配置される。この坩堝容器１２３に半導体材料であるシリコンが装入され、またシリコンの溶解された融液が貯留される。
【００７６】
加熱手段１２４は、高周波誘導コイルまたは抵抗発熱体と、不図示の制御電源とを含み、坩堝容器１２３内のシリコンを溶解し、また保温することができる。被覆部材１２５は、耐火材から成り、加熱手段１２４を覆って断熱するとともに加熱手段１２４を機械的損傷から保護する。
【００７７】
本実施の形態では、重量検知手段１２６にロードセルが用いられる。ロードセル１２６は、基台１２１と坩堝台１２２との間に３つ設けられ、坩堝台１２２と、坩堝容器１２３と、加熱手段１２４と、被覆部材１２５と、坩堝容器１２３内のシリコン融液３４の重量和を測定する。定められた型式の坩堝台１２２、坩堝容器１２３、加熱手段１２４、被覆部材１２５を用いて、その風袋重量を測定するとともに、坩堝容器１２３内に収容されるシリコン融液の深さ（換言すれば、液面高さ）を種々に変化させて、重量を予め測定しておくことによって、ロードセル１２６によって測定される重量から融液の液面高さを求めることができる。
【００７８】
なお、融液温度検知手段は、図示していないけれども、坩堝容器１２３に装着される熱電対であっても良く、またチャンバ３２内の所定位置に設けられる非接触式温度計であっても良い。
【００７９】
坩堝移動手段３６は、第１坩堝３１ａを、第１チャンバ３２ａと第２チャンバ３２ｂとの間で往復移動させることのできる第１坩堝移動手段３６ａと、第２坩堝３１ｂを、第１チャンバ３２ａと第２チャンバ３２ｂとの間で往復移動させることのできる第２坩堝移動手段３６ｂとを含む。
【００８０】
第１坩堝移動手段３６ａと第２坩堝移動手段３６ｂとは、面対象に構成されるので、第１坩堝移動手段３６ａについてのみ説明し、第２坩堝移動手段３６ｂについては説明を省略する。
【００８１】
第１坩堝移動手段３６ａは、坩堝移動用電動機１３１ａと、２つの第１および第２軸継手１３２ａ，１３３ａと、第３磁性流体シール１３４ａと、１つの駆動ローラ１３５ａと、複数設けられる主従動ローラ１３６ａと、駆動ローラ１３５ａと主従動ローラ１３６ａとに巻きまわされる第１チェーン１３７ａと、主従動ローラ１３６ａ間に巻きまわされる第２チェーン１３８ａとを含む。
【００８２】
坩堝移動用電動機１３１ａは、第１チャンバ３２ａの壁面を臨んで外方に設けられ、坩堝移動用電動機１３１ａの出力軸に第１軸継手１３２ａが接続される。また第１軸継手１３２ａには、第１チャンバ３２ａの壁部材に装着される第３磁性流体シール１３４ａを挿通して設けられる動力伝達軸部材１３９ａの一端部が接続される。動力伝達軸部材１３９ａの他端部には、第２軸継手１３３ａが接続され、第２軸継手１３３ａには、駆動ローラ１３５ａの軸が接続される。このことによって、坩堝移動用電動機１３１ａの回転駆動力が、駆動ローラ１３５ａに伝達される。駆動ローラ１３５ａおよび主従動ローラ１３６ａは、第１チャンバ３２ａから第２チャンバ３２ｂへ向う方向に配列され、駆動ローラ１３５ａの回転は、駆動ローラ１３５ａの軸の反対側に設けられるスプロケットによって第１チェーン１３７ａに伝達される。駆動ローラ１３５ａから主従動ローラ１３６ａに伝達された回転の主従動ローラ１３６ａ間の伝達は、主従動ローラ１３６ａ間に巻きまわされる第２チェーン１３８を介して行われる。
【００８３】
駆動ローラ１３５ａおよび主従動ローラ１３６ａの配列に対して、第１坩堝３１ａの基台１２１の幅寸法に相当する距離だけ離隔した位置に、駆動ローラ１３５ａおよび主従動ローラ１３６ａの配列に対して平行になるように、副従動ローラ１４０ａが複数個設けられる。これらの駆動ローラ１３５ａおよび従動ローラ１３６ａ，１４０ａは、チャンバ３２の基底部材１４１上に設けられる。
【００８４】
第１坩堝３１ａは、その基台１２１によって、主従動ローラ１３６ａおよび副従動ローラ１４０ａに乗載される。第１坩堝３１ａが、従動ローラ１３６ａ，１４０ａ上に乗載された状態で、坩堝移動用電動機１３１ａを回転駆動させることによって、その駆動力が前述のように主従動ローラ１３６ａにまで伝達されるので、第１坩堝３１ａが移動される。なお、副従動ローラ１４０ａは、第１坩堝３１ａの基台１２１との摩擦によって従動するのみであり、自ら駆動することはない構成である。坩堝移動用電動機１３１ａの回転駆動方向を変えることによって、第１坩堝３１ａの移動方向を変えることができる。前述したように、第２坩堝移動手段３６ｂは、第１坩堝移動手段３６ａと面対象に構成されるので、第１坩堝移動手段３６ａと同様にして、第２坩堝３１ｂを移動させることができる。
【００８５】
第１および第２坩堝移動手段３６ａ，３６ｂは、第１チャンバ３２ａから第２チャンバ３２ｂに延びてそれぞれ設けられるので、第１開閉扉３７を開いた状態で、第１および第２坩堝３１ａ，３１ｂを、単独でまたは同時に、第１チャンバ３２ａと第２チャンバ３２ｂとの間を、自在に移動させることができる。
【００８６】
なお坩堝移動装置３６は、平行に配列されるローラ群のうち、一方の列側のみを駆動させる構成であるけれども、これに限定されることなく、両方の列側を駆動させる構成であっても良い。
【００８７】
以下、薄板製造装置による薄板製造方法について説明する。まず第１および第２坩堝移動手段３６ａ，３６ｂによって、第１および第２坩堝３１ａ，３１ｂを第２チャンバ３２ｂへ移動する。第２チャンバ３２ｂ内の所定の位置に配置された後、第１開閉扉３７を閉じて第１チャンバ３２ａと第２チャンバ３２ｂとを遮断する。
【００８８】
第２チャンバ３２ｂ内の所定位置に配置された第１および第２坩堝３１ａ，３１ｂに、第１および第２原料装入手段９３，１０４によって、薄板製造の原料であるシリコンを装入する。このとき、第２チャンバ３２ｂ内が予め不活性ガス雰囲気に調整されているので、第６および第７開閉扉９２，１０３を閉じた後、第１および第２原料供給口９４，１０５の蓋部材９４ａ，１０５ａをそれぞれ開放し、第１および第２原料供給口９４，１０５から、第１および第２原料投入容器９７，１０８へシリコンを装入する。シリコン装入後、第１および第２原料供給口９４，１０５を閉じ、第１および第２原料装入チャンバ９１，１０２内の雰囲気を調整し、第６および第７開閉扉９２，１０３を開き、第１および第２ストローク手段９８，１０９によって、第１および第２原料投入容器９７，１０８を第２チャンバ３２ｂ内へ挿入し、次いで第１および第２原料投入容器９７，１０８を１８０度角変位させて、第１および第２坩堝３１ａ，３１ｂ内へシリコンを装入する。その後、第１および第２ストローク手段９８，１０９によって、第１および第２原料投入容器９７，１０８が、第２チャンバ３２ｂから挿脱され、その後第６および第７開閉扉９２，１０３が閉じられる。第６および第７開閉扉９２，１０３が閉じられて密閉空間の形成された第２チャンバ３２ｂは、真空状態または不活性ガス雰囲気に調整される。
【００８９】
第１および第２坩堝３１ａ，３１ｂに装入されたシリコンは、加熱手段１２４によって溶解され、また溶解後はその融液が所定の温度に保温される。シリコンの第１および第２坩堝３１ａ，３１ｂへの装入時およびその後の溶解過程を通じて、第２チャンバ３２ｂに設けられる第１および第２排気手段１１３，１１４を稼動させて、シリコンから発生するガスおよび粉体を第２チャンバ３２ｂ外へ排出する。
【００９０】
シリコンが溶解後保温される状態になった段階で、第２チャンバ３２ａ内の雰囲気を第１チャンバ３２ａ内の雰囲気と同一になるように調整する。その後、第１開閉扉３７を開き、第１および第２坩堝移動手段３６ａ，３６ｂによって、第１および第２坩堝３１ａ，３１ｂを、第１チャンバ３２ａから第２チャンバ３２ｂへ移動させる。第１および第２坩堝３１ａ，３１ｂを移動させた後、第１開閉扉３７を閉じる。第１チャンバ３２ａに移動された第１および第２坩堝３１ａ，３１ｂは、並列状態に配置される。
【００９１】
第１および第２坩堝３１ａ，３１ｂが、第１チャンバ３２ａ内で並列になるように配置された状態で、浸漬手段３５が、並列して配置される第１および第２坩堝３１ａ，３１ｂの略中間に位置するように構成される。このことによって、前述のように、浸漬手段３５は、水平動作手段６２および水平回転動作手段６４を動作させ、下地基板保持手段６５で保持する下地基板３３を、第１または第２坩堝３１ａ，３１ｂのうち、任意の坩堝を選択して浸漬することができる。
【００９２】
一方、薄板製造される下地基板３３は、第１下地基板搬送手段４７上に載置されて、入口副チャンバ４１に向けて搬送される。このとき、少なくとも第２〜第４開閉扉４３，４４，４５は閉じられている。入口副チャンバ４１を大気開放し、第３開閉扉４４のみを開き、第１下地基板搬送手段４７によって搬送されてきた下地基板３３を、第２下地基板搬送手段４８へと移載する。所定の枚数（本実施の形態では５枚）の下地基板３３が、第２下地基板搬送手段４８に移載されて入口副チャンバ４１内に搬送されると、第３開閉扉４４を閉じる。入口副チャンバ４１内を、第１チャンバ３２ａ内と同じ雰囲気となる真空または不活性ガス雰囲気になるように調整し、その後第２開閉扉４３を開く。第２下地基板搬送手段４８は、下地基板３３を搬送して、第１チャンバ３２ａ内の第３下地基板搬送手段４９へ移載する。５枚の下地基板３３を第３下地基板搬送手段４９に移載した後、第２開閉扉４３が閉じられて、前述の下地基板３３搬入動作が繰返される。
【００９３】
第３下地基板搬送手段４９は、下地基板３３を、第１チャンバ３２ａ内の所定の位置、すなわち浸漬手段３５によって吸着保持されるように予め定める位置に到るように搬送する。予め定める位置に到達した下地基板３３は、浸漬手段３５によって吸着保持される。このとき、吸着保持される下地基板３３は、前述のように１基の浸漬手段３５について１枚である。
【００９４】
浸漬手段３５は、保持した下地基板３３を第１または第２坩堝３１ａ，３１ｂのいずれかを選択して浸漬する。下地基板３３を浸漬するべき坩堝は、予め定める順番によっても良く、また検知手段の出力に応じて選択することもできる。検知手段の出力に応じて選択する場合、重量検知手段１２６および融液温度検知手段からの出力を処理回路に入力し、処理回路が、予めメモリにストアされている融液の液面高さおよび融液温度の好適条件範囲と前記出力とを対比して、好適な範囲にある坩堝を選択し、浸漬手段３５に対して動作制御信号を出力することによって行う。
【００９５】
浸漬手段３５は、上下、水平、垂直回転および水平回転動作手段６１，６２，６３，６４を動作させて、保持する下地基板３３を、薄板製造に最も適した姿勢にするとともに、最も適した浸漬深さに浸漬することが可能であり、このことによって安定した品質の薄板を製造することができる。また、下地基板３３の浸漬処理は、同一の下地基板３３について浸漬と冷却とを繰返すのではなく、１枚の下地基板３３を１回融液に浸漬すると引上げて第３下地基板搬送手段４９へ戻し、先に浸漬された下地基板３３の次に搬送されて来た下地基板３３を新たに１枚吸着保持して融液に浸漬する方法を採る。このことによって、浸漬された下地基板３３の繰返し浸漬に備えて冷却するための待機時間が不要になるので、タクトタイムを短くすることができる。
【００９６】
またこのようにして薄板の製造を継続し、薄板製造に用いていた、たとえば第１坩堝３１ａ内の融液の残量が減少し、薄板製造の好適範囲未満に液面高さが低下したとき、前述のように、重量検知手段１２６の検知出力に応じて、薄板製造に用いる坩堝を第２坩堝３１ｂに切換えることができる。
【００９７】
融液残量が減少した第１坩堝３１ａは、次のように措置される。第１開閉扉３７を開き、第１坩堝移動手段３６ａによって、第１坩堝３１ａが、第１チャンバ３２ａから第２チャンバ３２ｂへ移動される。第１坩堝３１ａを第２チャンバ３２ｂへ移動後、第１開閉扉３７を閉じる。第１坩堝３１ａには、前述のように、第１原料装入手段９３を用いて所定量のシリコンが追加装入されて溶解される。溶解後、融液が好適温度で保持されるに至った第１坩堝３１ａは、第１開閉扉３７を開き、第１坩堝移動手段３６ａによって、再び第１チャンバ３２ａへと移動され、第２坩堝３１ｂに並列する位置に配置される。その後第１開閉扉３７を閉じる。第２チャンバ３２ｂ内で、第１坩堝３１ａにシリコンが追加装入され、溶解されている間、第１チャンバ３２ａ内では、第２坩堝３１ｂを用いて薄板製造が継続される。
【００９８】
このように、薄板製造装置３０では、２つの第１および第２坩堝３１ａ，３１ｂのうち、一方の坩堝に融液の減少またはその他のトラブルが生じた場合であっても、第１チャンバ３２ａと第２チャンバ３２ｂとを、第１開閉扉３７で遮断し、第２チャンバ３２ｂで、原料の追加またはトラブル対策を行い、第１チャンバ３２ａで薄板製造を継続できるので、薄板製造における待機時間などのロスタイムを短くすることが可能になる。
【００９９】
浸漬処理、すなわち下地基板３３の表面に多結晶シリコンウエハの形成された下地基板３３は、浸漬手段３５によって、第３下地基板搬送手段４９に戻される。第３下地基板搬送手段４９に戻された下地基板３３は、出口副チャンバ４２へ向けて搬送される。出口副チャンバ４２は、第４および第５開閉扉４５，４６が閉じられた状態で、第１チャンバ３２ａの雰囲気と同一の真空または不活性ガス雰囲気に調整されている。出口副チャンバ４２へ向けて搬送された下地基板３３は、第４開閉扉４５を開き、出口副チャンバ４２内の第４下地基板搬送手段５０へ移載される。下地基板３３が、第４下地基板搬送手段５０へ移載された後、第４開閉扉４５を閉じる。
【０１００】
なお下地基板３３の第３下地基板搬送手段４９から第４下地基板搬送手段５０への移載は、１枚毎に行っても良く、また５枚毎に行っても良い。これは、第２下地基板搬送手段４８から第３下地基板搬送手段４９への移載についても同様である。ただし、入口および出口副チャンバ４１，４２の雰囲気調整の煩雑さを考慮すれば、５枚毎に行う方が好ましい。このとき、５枚ピッチで移載するので、第３下地基板搬送手段４９において浸漬手段３５により下地基板３３を保持する位置に、下地基板３３の無くなる場合が発生するけれども、たとえば光センサまたは超音波センサなどを第１チャンバ３２ａ内に設置し、前記保持位置における下地基板３３の有無を検出し、その検出出力を処理回路へ入力し、下地基板３３が保持位置に存在しない場合には、処理回路から第３下地基板搬送手段４９に対して動作指示信号を出力して、保持位置に下地基板３３が来るまで、早送りさせることでロスタイムを抑制することが可能である。
【０１０１】
出口副チャンバ４２の第４下地基板搬送手段５０に移載された下地基板３３は、出口副チャンバ４２を大気開放した後、第５開閉扉４６を開き、第５下地基板搬送手段５１へと移載、搬送される。第５下地基板搬送手段５１で搬送される下地基板３３は、多結晶シリコンウエハ製造済みの基板として収容される。この多結晶シリコンウエハ製造済みの基板は、多結晶シリコンを取り外し、下地基板３３は洗浄等の処理を施された後、再度薄板製造装置３０の第１下地基板搬送手段４７へ投入されても良い。
【０１０２】
再度薄板製造装置３０の第１下地基板搬送手段４７へ投入されるとき、下地基板３３は、既に常温まで冷却されているので、常温に冷却されるための待機時間を要することなく、１枚ずつ続けて薄板製造することができる。したがって、浸漬手段に保持される下地基板を、交換することなく浸漬と冷却とを繰返して多結晶シリコンを成長させる場合に比べて、冷却のための待機時間を無くすことができるので、効率的に薄板製造することが可能である。
【０１０３】
図９は、本発明の実施の第２形態である薄板製造装置１５０の構成を簡略化して示す平面図である。本実施の形態の薄板製造装置１５０は、実施の第１形態の薄板製造装置３０に類似し、対応する部分については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【０１０４】
本実施の形態の薄板製造装置１５０において注目すべきは、第１チャンバ３２ａに、下地基板を搬入および搬出する手段と、浸漬手段とを２組設け、生産能力を２倍に向上させた構成を有することである。
【０１０５】
薄板製造装置１５０では、入口および出口副チャンバ４１，４２ならびに第１〜第５下地基板搬送手段４７，４８，４９，５０，５１と平行になるように、もう１組の第２入口および第２出口副チャンバ１５１，１５２ならびに第６〜第１０下地基板搬送手段１５３，１５４，１５５，１５６，１５７が設けられ、第１チャンバ３２ａ内には、もう１つの第２浸漬手段１５８が設けられる。
【０１０６】
第２入口および第２出口副チャンバ１５１，１５２は、入口および出口副チャンバ４１，４２と同一に構成される。第２入口および第２出口副チャンバ１５１，１５２と第１チャンバ３２ａとの間には、開閉自在の第８開閉扉１５９および第１０開閉扉１６１がそれぞれ設けられ、また第２入口および第２出口副チャンバ１５１，１５２の第８開閉扉１５９および第１０開閉扉１６１の反対側には、開閉自在の第９開閉扉１６０と第１１開閉扉１６２とがそれぞれ設けられる。
【０１０７】
第２入口および第２出口副チャンバ１５１，１５２ならびに第６〜第１０下地基板搬送手段１５３，１５４，１５５，１５６，１５７は、入口および出口副チャンバ４１，４２ならびに第１〜第５下地基板搬送手段４７，４８，４９，５０，５１と、同様に動作し、下地基板３３を第１チャンバ３２ａ内へ搬入し、多結晶シリコンウエハの形成された下地基板３３を、第１チャンバ３２ａ外へ搬出する。
【０１０８】
本実施の形態の薄板製造装置１５０では、浸漬手段３５が第１坩堝３１ａの配置に対応して配置され、第２浸漬手段１５８が第２坩堝３１ｂの配置に対応して配置される。したがって、浸漬手段３５が、第３下地基板搬送手段４９によって搬送される下地基板３３を保持して、第１坩堝３１ａに浸漬することによって薄板製造し、第２浸漬手段１５８が、第８下地基板搬送手段１５５によって搬送される下地基板３３を保持して、第２坩堝３１ｂに浸漬することによって薄板製造する。このように、薄板製造装置１５０では、浸漬手段３５と第１坩堝３１ａとによる薄板製造と、第２浸漬手段１５８と第２坩堝３１ｂとによる薄板製造とを、併行することができるので、生産能力を倍増することができる。
【０１０９】
なお、２つの坩堝３１ａ，３１ｂのうち、一方の坩堝における融液残量の減少またはトラブルが生じた場合、他方の坩堝で薄板製造を継続し、一方の坩堝を第２チャンバ３２ｂへ移動させて、措置することは、実施の第１形態の薄板製造装置３０と同様である。
【０１１０】
以上に述べたように、本実施の形態の薄板製造装置３０，１５０では、坩堝が、２つで構成されるけれども、これに限定されることなく、坩堝が３以上で構成されても良い。また原料装入手段を２組備える構成であるけれども、これに限定されることなく、原料装入手段が１組であっても良い。また融液は、半導体材料であるシリコンから成るけれども、これに限定されることなく、他の半導体材料または金属から成るものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の実施の一形態である薄板製造装置３０の構成を部分的に断面にて示す平面図である。
【図２】図１に示す薄板製造装置３０の構成を部分的に断面にて示す正面図である。
【図３】図１の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。
【図４】図１の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た断面図である。
【図５】浸漬手段３５の構成を簡略化して示す正面図である。
【図６】坩堝３１および坩堝移動手段３６の構成を部分的に断面で示す正面図である。
【図７】図６に示す坩堝３１および坩堝移動手段３６の部分分解図である。
【図８】図６に示す坩堝３１および坩堝移動手段３６の平面図である。
【図９】本発明の実施の第２形態である薄板製造装置１５０の構成を簡略化して示す平面図である。
【符号の説明】
【０１１２】
３０，１５０  薄板製造装置
３１  坩堝
３２  チャンバ
３３  下地基板
３４  融液
３５，１５８  浸漬手段
３６  坩堝移動手段
３７  第１開閉扉
４１，１５１  入口副チャンバ
４２，１５２  出口副チャンバ  
４３，４４，４５，４６  第２〜第５開閉扉
４７，４８，４９，５０，５１  第１〜第５下地基板搬送手段
９１，１０２  原料装入チャンバ
９２，１０３  第６，第７開閉扉
９３，１０４  原料装入手段
１１３，１１４  第１，第２排気手段
１５３，１５４，１５５，１５６，１５７  第６〜第１０下地基板搬送手段
１５９，１６０，１６１，１６２  第８〜第１１開閉扉
【図１】
2006008481.tif 000003
【図２】
2006008481.tif 000004
【図３】
2006008481.tif 000005
【図４】
2006008481.tif 000006
【図５】
2006008481.tif 000007
【図６】
2006008481.tif 000008
【図７】
2006008481.tif 000009
【図８】
2006008481.tif 000010
【図９】
2006008481.tif 000011