(57)【要約】 【課題】  冷却体表面に凝固析出して生成される析出板の自壊によって融液に浮遊する破片などの浮遊物を短時間で作業領域から排除するとともに、排除された浮遊物が再度融液に落下することを防止できる浮遊物排除装置を提供する。【解決手段】  浸漬引上駆動手段５４によって、掻取り手段５２が浸漬位置と引上げ位置とにわたって変位駆動され、掻取り駆動手段５５によって、掻取り手段５２が浸漬位置にある状態で、掻取り手段５２を融液３４表面に沿って変位駆動させ、融液３４に浮遊する浮遊物を、掻取り手段５２が融液表面に沿って変位駆動される方向に排除することができる。また除去手段５３によって、掻取り手段５２が引上げ位置にある状態で、掻取り手段５２に付着した付着物を、掻取り手段５２から除去することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
融液に浸漬される浸漬位置と、融液から引上げられる引上げ位置とにわたって変位可能であり、かつ融液に浸漬される状態で融液表面に沿って変位可能に設けられる掻取り手段と、
掻取り手段を浸漬位置と引上げ位置とにわたって変位駆動する浸漬引上駆動手段と、
掻取り手段が浸漬位置にある状態で、融液表面に沿って掻取り手段を変位駆動する掻取り駆動手段と、
掻取り手段が引上げ位置にある状態で、掻取り手段に付着した付着物を除去する除去手段とを含むことを特徴とする浮遊物排除装置。
【請求項２】
掻取り手段は、融液表面における予め定める作業領域から、作業領域外の退避領域に向けて変位可能に設けられ、
除去手段は、掻取り手段が退避領域において引上げ位置にある状態で、掻取り手段に付着した付着物を除去することを特徴とする請求項１記載の浮遊物排除装置。
【請求項３】
掻取り手段には、融液表面に浸漬される表面部で開口する貫通孔が形成され、
除去手段は、
掻取り手段の前記貫通孔に挿入され、掻取り手段の前記融液表面に浸漬される表面部から出没自在に設けられる押出し部材と、
押出し部材を、掻取り手段の前記融液表面に浸漬される表面部から出没させる出没駆動手段とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の浮遊物排除装置。
【請求項４】
前記出没駆動手段は、
押出し部材を、掻取り手段の前記融液表面に浸漬される表面部から没入させる方向へ弾発的に押圧する弾性部材と、
押出し部材を、掻取り手段に対して、掻取り手段の前記融液表面に浸漬される表面部から突出する方向へ相対的に変位させる駆動部とを含むことを特徴とする請求項３記載の浮遊物排除装置。
【請求項５】
前記弾性部材は、ばね部材であることを特徴とする請求項４記載の浮遊物排除装置。
【請求項６】
掻取り手段および押出し部材は、
少なくともいずれか一方が、カーボンからなることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載の浮遊物排除装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の浮遊物排除装置と、
溶解対象物の融液を貯留する貯留槽と、
予め定める作業領域において、冷却体を、融液に浸漬させ、かつ融液から引上げる冷却体駆動手段とを含むことを特徴とする析出板製造装置。
【請求項８】
融液に浮遊する浮遊物が存在するか否かを監視する監視工程と、
監視工程で浮遊物の存在が確認されたとき、掻取り手段を融液に浸漬させて融液表面に沿って変位させ、浮遊物を排除する排除工程と、
排除工程後に掻取り手段を融液から引上げて、掻取り手段に付着した付着物を除去する除去工程とを含むことを特徴とする浮遊物排除方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶解対象物の融液に浮遊する浮遊物を排除する浮遊物排除装置、および溶解対象物の融液に冷却体を浸漬させ、融液を凝固析出させて析出板を製造する析出板製造装置ならびに浮遊物排除方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。これらの発電方法の中でも、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る。太陽電池には、その素材として多結晶シリコンが用いられている。
【０００３】
太陽電池に用いられる多結晶シリコンを製造する従来の代表的な技術として、不活性ガス雰囲気中でリン（Ｐ）またはボロン（Ｂ）など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解させ、この融液を鋳型に流し込んで冷却し、多結晶インゴットを得る鋳造方法がある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
太陽電池に使用されるシート状のシリコンは、上記のようにして得られる多結晶インゴットを、バンドソーなどで小さなブロックに切断し、さらにワイヤーソーまたは内周刃などでスライスすることによって製造される。
【０００５】
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、シート状シリコンの外形ブロックサイズに切断する工程と、高いコストを要するシート厚みにスライスするスライシング工程とが必要なこと、またこのスライシング工程でワイヤまたは内周刃の厚み分以上の材料ロスを生じることなどが、太陽電池の製造コスト低減を図るうえで大きな障害になっている。
【０００６】
このような問題を解決する従来技術に、スライシング工程を省略し、シリコンの融液に冷却体を浸漬させ、冷却体のシート生成面にシリコンを付着、凝固析出させてシート状のシリコンを製造する方法が提案されている（たとえば、特許文献２〜４参照）。
【０００７】
図１４は従来のシート状シリコン製造に用いられる析出板製造装置１の構成を簡略化して示す図であり、図１５は析出板製造装置１におけるシート状シリコン製造の概要を説明する図である。以下図１４および図１５を参照し、シリコンの融液に冷却体を浸漬させ、冷却体のシート生成面にシリコンを付着、凝固析出させるシート状のシリコン製造方法を説明する。
【０００８】
本背景技術では、析出板製造装置１を用い、特にシート状シリコンを製造する例について説明するけれども、本発明の背景技術は、シート状シリコンの製造のみに限定されるものではなく、たとえば、シリコン以外のシート状半導体または金属板の製造においても利用可能である。
【０００９】
析出板製造装置１は、チャンバ２によって形成される処理空間３内に溶解炉４が配置される。溶解炉４には坩堝５が備えられ、坩堝５内にはシリコンを加熱溶解した融液６が収容される。また処理空間３内には、冷却体７を融液６に浸漬させる浸漬手段８が設けられる。
【００１０】
浸漬手段８は、不図示の搬送装置によって、チャンバ２の側壁２ａに形成される冷却体搬入口９を通して処理空間３内に搬入された冷却体７を保持することができる。浸漬手段８は、保持する冷却体７を、矢符１３で示される方向、すなわち冷却体搬入口９付近から坩堝５に収容される融液６の上方位置まで搬送し、融液６に浸漬させ、冷却体７の浸漬面７ａにシリコンを凝固析出させる。
【００１１】
その後、浸漬手段８は、冷却体７と冷却体７の浸漬面７ａに生成されたシート状シリコン１１を、融液６から引上げ、さらに融液６の上方位置から離反させる矢符１４で示す方向、すなわち冷却体搬入口９が形成される側壁２ａに対向する側壁２ｂに形成される冷却体搬入口１０へ向けて搬送し、冷却体搬入口１０を通して不図示の搬送装置に受け渡す。制御手段１２は、析出板製造装置１の各部の動作を制御する。
【００１２】
以上の一連のシート状シリコン製造の動作を複数回繰返すと、溶解炉４に備わる坩堝５に収容される融液６が減少し、シート状シリコン１１の製造に支障が出る。その場合、一旦シート状シリコン１１の製造を停止し、図示しない溶解材料追加装置によって、析出板製造装置１の外部から追加のシリコンを、坩堝５内に導入して溶解させ、減少分の融液を補充する。
【００１３】
このような従来技術で用いられる方法では、冷却体７が、溶解したシリコンの融液６内に浸漬され、その後融液６外に引上げられるので、冷却体７の浸漬面７ａに析出したシート状シリコン１１は、析出およびその後の冷却過程における急激な温度変化によって大きな内部応力を内包することが避けられない。
【００１４】
シート状シリコンのサイズがある値以上の場合、冷却体の浸漬面に析出したシート状シリコン内部に発生した大きな応力は、シート状シリコンを破壊してしまう場合がある。シート状シリコンのサイズが比較的小さい場合、内部応力の発生は大きな問題とはならない。一般的には、シート状シリコンのサイズが、一辺１００ｍｍ以下の矩形であれば、内部応力による破壊はほとんど発生しない。
【００１５】
太陽電池用シート状シリコンのサイズは大きくなる傾向にある。たとえば、多結晶太陽電池に使用されるシート状シリコンは、大きなものでは、一辺が１５０ｍｍ程度の矩形である。このような大きいサイズのシート状シリコンを、前述のように冷却体をシリコン融液に浸漬して製造する場合、内部応力によるシート状シリコンの破壊が比較的高い確率で発生する。
【００１６】
図１６はシート状シリコン１１が内部応力によって破壊された破片１１ａが溶解炉内に落下する状態を示す図であり、図１７は融液６の表面に浮遊している破片１１ａに次のシート状シリコン１１が接触する状態を示す図である。内部応力によって破壊したシート状シリコン１１の破片１１ａは、冷却体７から離脱して落下し、シリコンを溶解する溶解炉４の周辺および溶解炉４内に落下する。溶解炉内に落下した破片は、融液６の表面に浮遊した状態となり、次の冷却体７を浸漬させるときに、凝固析出によって冷却体７の浸漬面７ａに生成されたシート状シリコン１１に接触し、シート状シリコンの製造において、次のような問題を発生する。
【００１７】
凝固析出によって冷却体７の浸漬面７ａに生成されたシート状シリコン１１に、破片１１ａが接触すると、シート状シリコン１１に接触した破片１１ａは、シート状シリコン１１と一緒に固まる。これによって、シート状シリコン１１の歩留が悪化する。またシート状シリコン１１と一緒に固まった破片１１ａは、突起を形成し、その突起が後の工程でシート状シリコン１１を搬送するときに搬送装置に引っ掛かるなど、搬送を阻害する要因となり、搬送不良が発生する。
【００１８】
したがって、突起が形成されたシート状シリコン１１が搬送装置に引っ掛かる度に、シート状シリコン１１の製造を止めて、析出板製造装置１のチャンバ２の処理空間３と連通される空間を有する搬送装置の蓋を開け、シート状シリコン１１が引っ掛かっている部分を探し、引っ掛かっているシート状シリコン１１を取除く必要がある。
【００１９】
シート状シリコン１１の製造においては、析出板製造装置１のチャンバ２の処理空間３が、真空雰囲気または不活性ガス雰囲気に保持される。したがって、引っ掛かっているシート状シリコン１１を取除く度に、チャンバ２の処理空間３を大気環境に戻す作業が必要となる。また引っ掛かっているシート状シリコン１１の取除き作業が終了すると、再度チャンバ２の処理空間３を真空雰囲気または不活性ガス雰囲気に戻す必要があるので、析出板製造装置１が停止する時間が非常に長くなり、シート状シリコンの生産効率が低下する。
【００２０】
このような問題を解決する方法として、融液６の表面に浮遊する破片１１ａが、シート状シリコン１１の製造を阻害する要因とならないように、融液６の表面に浮遊する破片１１ａが完全に溶解するまでの時間、シート状シリコン１１の製造を停止する方法が取られている。このような方法によれば、析出板製造装置１のチャンバ２の処理空間３と連通される空間を有する搬送装置の蓋を開けてシート状シリコン１１を取除く作業時間に比較するとシート状シリコン１１の製造停止時間が短時間ですむ。しかしながら、１回のシート状シリコン１１の製造サイクル時間である約２０秒間に対して、融液６の表面に浮遊する破片１１ａが完全に溶解するまでの待ち時間の数分間は、シート状シリコン１１の製造を停止する必要があり、シート状シリコン１１の製造停止時間のさらなる短縮化が求められる。
【００２１】
また凝固析出したシート状シリコンの自壊を防ぐことを目的として、冷却体をシート状シリコンに発生する内部応力が分散されるような形状にするなどの対策が取られるけれども、自壊を完全に防ぐことは困難であり、やはり発生するシート状シリコンの破片を短時間で適正に処理することが、重要な解決課題である。
【００２２】
融液表面に浮遊する浮遊物を、水平往復動機構を備える除去手段によって除去する技術が提案されている（たとえば、特許文献５参照）。特許文献５では、はんだ槽の溶融はんだ面に浮遊する酸化物を、水平往復動機構を備える除去手段によって除去する酸化物除去装置が開示されている。
【００２３】
【特許文献１】特開平６−６４９１３号公報
【特許文献２】特開平１０−２９８９５号公報
【特許文献３】特開２００２−１７５９９６号公報
【特許文献４】特開２００３−５９８４９号公報
【特許文献５】特開平６−２２６４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
図１８は特許文献５に開示される酸化物除去装置１５の構成を簡略化して示す部分断面図であり、図１９は酸化物除去装置１５の構成を簡略化して示す正面図である。以下図１８および図１９を参照し、酸化物除去装置１５におけるはんだ槽１６の溶融はんだ面１７に浮遊する酸化物の除去方法について説明する。
【００２５】
水平往復動機構を構成する往復動用シリンダ１８には、水平移動される移動体１９が取り付けられ、この移動体１９に回動軸２０が矢符２１方向に回動自在に篏合保持される。回動軸２０の先端部には、酸化物を掻き集めるための酸化物除去体２２が取り付けられる。
【００２６】
はんだ槽１６の溶融はんだ面１７に浮遊する酸化物を、酸化物除去体２２で掻き集める往動時において、酸化物除去体２２は、実線２２で示すように、回動軸２０によって矢符２１方向に角変位されて溶融はんだ面１７に浸漬される。酸化物除去体２２が溶融はんだ面１７に浸漬される状態で、酸化物除去体２２は、往復動用シリンダ１８によって、溶融はんだ面１７に沿って矢符２３方向に水平移動し、はんだ槽１６の片側に浮遊する酸化物が掻き集められる。酸化物除去体２２を元の位置まで復帰動するときは、回動軸２０により酸化物除去体２２が角変位され、二点鎖線２２ａで示すように、溶融はんだ面１７から酸化物除去体２２が離反した状態で、酸化物除去体２２を矢符２４方向に移動させることによって酸化物除去体２２が元の位置まで戻される。このような酸化物除去体２２を備える酸化物除去装置１５は、たとえばシリコン融液に浮遊する浮遊物の除去にも用いることができる。
【００２７】
酸化物除去装置１５では、酸化物除去体２２が溶解したシリコンの融液に浸漬される場合、浸漬された酸化物除去体２２表面にもシリコンが析出する。酸化物除去体２２表面に析出したシリコンは、融液表面を浮遊する浮遊物を除去するときに、融液表面を浮遊する浮遊物と付着し、これが何度も繰返されるうちに酸化物除去体２２表面にシリコンが堆積される。このような酸化物除去体２２表面に堆積されたシリコンは、塊となって再度シリコンの融液表面に落下し、シート状シリコン１１の製造を阻害するという問題を発生する。
【００２８】
本発明の目的は、冷却体表面に凝固析出して生成される析出板の自壊によって融液に浮遊する破片などの浮遊物を短時間で作業領域から排除するとともに、排除された浮遊物が再度融液に落下することを防止できる浮遊物排除装置およびそれを備える析出板製造装置、ならびに浮遊物排除方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明は、融液に浸漬される浸漬位置と、融液から引上げられる引上げ位置とにわたって変位可能であり、かつ融液に浸漬される状態で融液表面に沿って変位可能に設けられる掻取り手段と、
掻取り手段を浸漬位置と引上げ位置とにわたって変位駆動する浸漬引上駆動手段と、
掻取り手段が浸漬位置にある状態で、融液表面に沿って掻取り手段を変位駆動する掻取り駆動手段と、
掻取り手段が引上げ位置にある状態で、掻取り手段に付着した付着物を除去する除去手段とを含むことを特徴とする浮遊物排除装置である。
【００３０】
本発明に従えば、浸漬引上駆動手段によって、掻取り手段が浸漬位置と引上げ位置とにわたって変位駆動され、掻取り駆動手段によって、掻取り手段が浸漬位置にある状態で、掻取り手段が融液表面に沿って変位駆動される。また除去手段によって、掻取り手段が引上げ位置にある状態で、掻取り手段に付着した付着物が掻取り手段から除去される。
【００３１】
また本発明は、掻取り手段は、融液表面における予め定める作業領域から、作業領域外の退避領域に向けて変位可能に設けられ、
除去手段は、掻取り手段が退避領域において引上げ位置にある状態で、掻取り手段に付着した付着物を除去することを特徴とする。
【００３２】
本発明に従えば、掻取り手段は、融液表面における予め定める作業領域から作業領域外の退避領域に向けて変位可能に設けられるので、掻取り駆動手段によって、掻取り手段が浸漬位置にある状態で、融液表面における予め定める作業領域から作業領域外の退避領域に向けて、掻取り手段が変位駆動される。また掻取り手段が退避領域において引上げ位置にある状態で、除去手段によって、掻取り手段に付着した付着物が除去される。
【００３３】
また本発明は、掻取り手段には、融液表面に浸漬される表面部で開口する貫通孔が形成され、
除去手段は、
掻取り手段の前記貫通孔に挿入され、掻取り手段の前記融液表面に浸漬される表面部から出没自在に設けられる押出し部材と、
押出し部材を、掻取り手段の前記融液表面に浸漬される表面部から出没させる出没駆動手段とを含むことを特徴とする。
【００３４】
本発明に従えば、除去手段は、出没駆動手段によって、掻取り手段に形成される貫通孔を通して掻取り手段の前記融液表面に浸漬される表面部から出没駆動され、押出し部材が没入される位置と突出される位置とで変位される押出し部材を含んで構成される。
【００３５】
また本発明は、前記出没駆動手段は、
押出し部材を、掻取り手段の前記融液表面に浸漬される表面部から没入させる方向へ弾発的に押圧する弾性部材と、
押出し部材を、掻取り手段に対して、掻取り手段の前記融液表面に浸漬される表面部から突出する方向へ相対的に変位させる駆動部とを含むことを特徴とする。
【００３６】
本発明に従えば、押出し部材は、弾性部材によって、掻取り手段の前記融液表面に浸漬される表面部から没入させる方向に押圧され、駆動部によって、掻取り手段に対して、掻取り手段の前記融液表面に浸漬される表面部から突出する方向へ相対的に変位される。
【００３７】
また本発明は、前記弾性部材は、ばね部材であることを特徴とする。
本発明に従えば、ばね部材が弾性部材として用いられるので、溶解対象物が溶解される程度の高温環境においても、弾性部材が弾性を維持することができる。
【００３８】
また本発明は、掻取り手段および押出し部材は、
少なくともいずれか一方が、カーボンからなることを特徴とする。
【００３９】
本発明に従えば、融液に浸漬される掻取り部材および掻取り部材に付着した付着物を除去する押出し部材の少なくともいずれか一方がカーボンからなるので、重金属などの不純物が融液に混入することを防止することができる。
【００４０】
また本発明は、前記本発明の浮遊物排除装置と、
溶解対象物の融液を貯留する貯留槽と、
予め定める作業領域において、冷却体を、融液に浸漬させ、かつ融液から引上げる冷却体駆動手段とを含むことを特徴とする析出板製造装置である。
【００４１】
本発明に従えば、前述の作用を達成する浮遊物排除装置と、溶解対象物の融液を貯留する貯留槽と、冷却体を融液に浸漬および引上げ自在とする冷却体駆動手段とを含む析出板製造装置が実現され、融液に浮遊する浮遊物が適正に除去される状態で、冷却体に融液の材料からなる析出物を形成することができる。
【００４２】
また本発明は、融液に浮遊する浮遊物が存在するか否かを監視する監視工程と、
監視工程で浮遊物の存在が確認されたとき、掻取り手段を融液に浸漬させて融液表面に沿って変位させ、浮遊物を排除する排除工程と、
排除工程後に掻取り手段を融液から引上げて、掻取り手段に付着した付着物を除去する除去工程とを含むことを特徴とする浮遊物排除方法である。
【００４３】
本発明に従えば、監視工程によって融液に浮遊する浮遊物が存在するか否かが監視され、排除工程によって掻取り手段が融液に浸漬される状態で融液表面に沿って変位されて浮遊物が排除され、除去工程によって掻取り手段に付着した付着物が除去される。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、浸漬引上駆動手段によって、掻取り手段が浸漬位置と引上げ位置とにわたって変位駆動され、掻取り駆動手段によって、掻取り手段が浸漬位置にある状態で、掻取り手段が融液表面に沿って変位駆動される。このように、掻取り手段が浸漬位置にある状態で、掻取り手段が融液表面に沿って変位駆動されるので、その変位駆動される方向に、融液に浮遊する浮遊物を排除することができる。これによって、たとえば融液の凝固物などの浮遊物を、融液の凝固物が溶解する時間よりも短時間で作業領域から排除することができ、析出板製造などの作業を停止する時間を、融液の凝固物が溶解するまで待機する場合に比べて短縮することができる。
【００４５】
また除去手段によって、掻取り手段が引上げ位置にある状態で、掻取り手段に付着した付着物が掻取り手段から除去される。これによって、融液に浮遊する浮遊物を排除する掻取り手段に付着する付着物を除去することができるので、浮遊物と掻取り手段に付着した融液が凝固して形成される付着物が塊となって融液に落下することを防止することができる。付着物が塊となって融液に落下することが防止されると、たとえば析出板の製造において付着物の塊が製造された析出板に付着すること、および付着物の塊が落下することによって融液温度が低下することなど、析出板の製造に対する悪影響の発生を防止することができる。
【００４６】
また本発明によれば、掻取り手段は、融液表面における予め定める作業領域から作業領域外の退避領域に向けて変位可能に設けられるので、掻取り駆動手段によって、掻取り手段が浸漬位置にある状態で、融液表面における予め定める作業領域から作業領域外の退避領域に向けて、掻取り手段が変位駆動される。これによって、融液に浮遊する浮遊物を、予め定める作業領域内から排除することができる。
【００４７】
また掻取り手段が退避領域において引上げ位置にある状態で、除去手段によって、掻取り手段に付着した付着物が除去される。これによって、掻取り手段から除去された付着物が、予め定める作業領域内に落下することが防止されるので、たとえば析出板の製造などにおいて、落下した付着物が製造される析出板に付着するなど、作業に対して悪影響が及ぼされることを防止できる。
【００４８】
また本発明によれば、除去手段は、出没駆動手段によって、掻取り手段に形成される貫通孔を通して掻取り手段の前記融液表面に浸漬される表面部から出没駆動されて、押出し部材が没入される位置と突出される位置とで変位される押出し部材を含んで構成される。このように、出没駆動手段によって、掻取り手段に形成される貫通孔を通して掻取り手段の融液表面に浸漬される表面部から押出し部材を突出させることによって、掻取り手段の前記融液表面に浸漬される表面部に付着する付着物を押出し、掻取り手段から付着物を落下させることができる。このようにして、掻取り手段に付着する付着物を除去する除去手段を実現することができる。
【００４９】
また本発明によれば、押出し部材は、弾性部材によって、掻取り手段の前記融液表面に浸漬される表面部から没入させる方向に押圧され、駆動部によって、掻取り手段に対して、掻取り手段の前記融液表面に浸漬される表面部から突出する方向へ相対的に変位される。このような弾性部材と駆動部とによって、押出し部材を、掻取り手段の融液表面に浸漬される表面部から没入される位置と、掻取り手段の融液表面に浸漬される表面部から突出される位置とで出没させることができる。
【００５０】
また本発明によれば、ばね部材が弾性部材として用いられる。これによって、溶解対象物が溶解される程度の高温環境においても、弾性部材が弾性を維持することができ、押出し部材を、掻取り手段の融液表面に浸漬される表面部から没入される位置に保持することができる。
【００５１】
また本発明によれば、融液に浸漬される掻取り部材および掻取り部材に付着した付着物を除去する押出し部材の少なくともいずれか一方がカーボンからなる。これによって、掻取り部材および押出し部材の少なくともいずれか一方が重金属などの材料からなる場合に比べて、融液に不純物が混入するおそれを低減することができる。またこれによって、不純物の混入によって、たとえば析出板の製造において、製造される析出板に不純物が含まれることを防止することができる。
【００５２】
また本発明によれば、前述の効果を達成する浮遊物排除装置と、溶解対象物の融液を貯留する貯留槽と、冷却体を融液に浸漬および引上げ自在とする冷却体駆動手段とを含む析出板製造装置が実現され、融液に浮遊する浮遊物が適正に除去される状態で、冷却体に融液の材料からなる析出物を形成することができる。このような浮遊物排除装置を備える析出板製造装置では、浮遊物排除装置によって、冷却体表面に凝固析出して生成される析出板の自壊によって融液に浮遊する破片などの浮遊物を、短時間で適正に処理することができる。これによって、製造された析出板に破片などの浮遊物が付着することが防止でき、析出板製造における歩留の悪化を防止することができる。さらに、浮遊物を予め定める作業領域内から作業領域外の退避領域に排除することによって、破片などの浮遊物が貯留槽内で溶解するまでの時間待機することが不要となり、溶解するまでの時間、析出板の製造を停止する必要がないので、析出板を効率よく製造することができる。
【００５３】
また本発明によれば、監視工程によって融液に浮遊する浮遊物が存在するか否かが監視され、排除工程によって掻取り手段が融液に浸漬される状態で融液表面に沿って変位されて浮遊物が排除され、除去工程によって掻取り手段に付着した付着物が除去される。このように、融液に浮遊する浮遊物を、掻取り手段が融液表面に沿って変位駆動される方向に排除した後に、除去工程において、融液に浮遊する浮遊物を排除する掻取り手段に付着する付着物が除去される。浮遊物を排除する度に掻取り手段に付着する付着物を除去することによって、浮遊物と掻取り手段に付着して形成される付着物とが塊となって融液に落下することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
図１は、本発明の実施の一形態である浮遊物排除装置３１を備える析出板製造装置３２の構成を簡略化して示す平面図である。図２は、析出板製造装置３２の構成を簡略化して示す部分断面図である。図３は、析出板製造装置３２の構成を簡略化して示す斜視図である。
【００５５】
析出板製造装置３２は、溶解対象物を溶解炉３３で加熱して融液３４にし、析出板生成の原板である冷却体３５を、融液３４中へ浸漬し、融液３４から引上げて、溶解対象物を冷却体３５の表面に凝固析出させて析出板を製造することに用いられる。本実施の形態では、溶解対象物としてシリコンを用い、冷却体３５の冷却体浸漬面３５ａにシリコンを凝固析出させて析出板であるシート状シリコン３６を製造する。
【００５６】
析出板製造装置３２は、大略、チャンバ３７と、チャンバ３７が形成する内部空間である処理空間３８内に設けられ、溶解対象物であるシリコンを加熱して融液３４にし、融液３４を貯留する貯留槽である溶解炉３３と、シート状シリコン生成の原板である冷却体３５を、融液３４の上方位置へ搬送し、融液３４へ浸漬し、融液３４から引上げて融液３４の上方位置から離反する方向へ搬送する冷却体駆動手段３９と、冷却体３５が融液上方位置から離反する方向へ搬送される搬送経路途中に設けられ、冷却体３５から離脱して落下する落下物であるシート状シリコン３６の破片を溶解炉３３の外側で受容する落下物受容手段４０と、溶解炉３３内に落下し、融液３４に浮遊する浮遊物を排除する浮遊物排除装置３１とを含む構成である。
【００５７】
チャンバ３７は、外観が大略直方体形状を有し、内部が中空の構造体である。チャンバ３７は、たとえば鋼製の躯体に図示を省くけれどもアルミナ（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。このチャンバ３７には、不図示の真空排気手段と不活性ガス供給手段とが付設され、これらによって、チャンバ３７の処理空間３８を真空雰囲気または不活性ガス雰囲気に保つことができる。
【００５８】
またチャンバ３７の一方の側壁３７ａには、チャンバ３７の外部にある不図示の搬送装置と、処理空間３８内にある浸漬冷却体駆動手段３９との間で、冷却体３５を受渡しするための冷却体搬入口部４１が形成される。冷却体搬入口部４１には、不図示の開閉自在の扉が設けられ、扉の外方にはさらに副室チャンバが設けられる。
【００５９】
副室チャンバは、チャンバ３７と同様に雰囲気調整が可能に構成され、冷却体搬入口部４１と反対側に開閉自在の扉が設けられる。搬送装置でチャンバ３７まで搬送された冷却体３５は、まず大気開放された副室チャンバ内へ搬入され、副室チャンバ内を雰囲気調整した後、副室チャンバ内に備わる搬送手段によって冷却体搬入口部４１を通して冷却体駆動手段３９へ渡される。
【００６０】
チャンバ３７の前記一方の側壁３７ａに対向する他方の側壁３７ｂには、チャンバ３７の外部にある不図示のもう一つの搬送装置と、処理空間３８内にある冷却体駆動手段３９との間で、冷却体３５を受渡しするための冷却体搬出口部４２が形成される。冷却体搬出口部４２にも、開閉自在の扉とその外方の副室チャンバとが設けられ、冷却体駆動手段３９ともう一つの搬送手段との間でシート状シリコン３６が形成された冷却体３５が受渡しされる。
【００６１】
本実施の形態では、溶解炉３３は、高周波誘導溶解炉であり、溶解対象物であるシリコンが投入され溶解されてその融液３４が収容される坩堝４３と、坩堝４３のまわりに巻きまわされる不図示の高周波誘導コイルと、坩堝４３と高周波誘導コイルとを収容する炉体容器４４と、不図示の高周波電源とを含む。
【００６２】
坩堝４３は、溶解対象物の融液を貯留する貯留槽である。坩堝４３は、たとえばグラファイト製の有底矩形状容器である。炉体容器４４は、たとえば耐火煉瓦から成り、坩堝４３とほぼ相似形の有底矩形状容器である。炉体容器４４と坩堝４３および高周波誘導コイルとの間には、断熱性および絶縁性の耐火物などが充填される。
【００６３】
溶解炉３３は、処理空間３８内であって、チャンバ３７の底板３７ｃ上に設置される。溶解炉３３は、高周波電源から高周波誘導コイルに高周波電流を流すことによって、グラファイト製の坩堝４３および坩堝４３内のシリコンに誘導電流を発生させ、自ら発熱させることを利用する装置である。
【００６４】
冷却体駆動手段３９は、冷却体３５を、融液３４に浸漬させ、かつ融液３４から引上げる手段である。冷却体駆動手段３９は、カーボン製の冷却体３５を保持するカーボン製の保持ヘッド４５と、保持ヘッド４５が装着されて鉛直方向に延びて設けられるカーボン製の垂直アーム４６と、垂直アーム４６を鉛直方向に移動させる金属製の鉛直駆動部４７と、垂直アーム４６および保持ヘッド４５を水平方向に移動させる金属製の水平駆動部４８と、水平駆動部４８が水平方向に走行する軌道部材４９とを含む。
【００６５】
冷却体３５としては、本実施形態では、耐熱性に優れる黒鉛などのカーボンからなる冷却体を用いるけれども、これに限定されることなく、シリコンの融液３４の温度よりも融点が高い材料であって、融液３４との反応性が小さい材料からなる冷却体を用いることができる。冷却体３５に使用可能なカーボン以外の材料としては、たとえば、炭化ケイ素、石英、窒化ケイ素、アルミナ、および酸化ジルコニウムなどが挙げられる。
【００６６】
軌道部材４９は、たとえば金属製の細長い部材であり、処理空間３８内において前記一方の側壁３７ａと他方の側壁３７ｂとの両者に隣接する側壁３７ｄに装着され、坩堝４３の上方空間を、冷却体搬入口部４１から冷却体搬出口部４２に向かって延びるように設けられる。
【００６７】
ここで、軌道部材４９が延びる方向であって、冷却体搬入口部４１が形成される側壁３７ａと、冷却体搬出口部４２が形成される側壁３７ａとが対向する方向をＸ方向とする。また融液３４の表面に垂直な方向である鉛直方向をＺ方向とする。Ｘ方向とＺ方向とに直交する方向をＹ方向とする。Ｘ−Ｙ平面は、水平面となる。冷却体３５は、冷却体搬入口部４１から冷却体搬出口部４２に向かって移動する。Ｘ方向における冷却体３５の移動する方向を、以後冷却体移動方向とも称する。冷却体移動方向は、図１においては紙面の右方向である。
【００６８】
水平駆動部４８は、軌道部材４９に形成されるたとえば溝状の軌道に案内されて、保持ヘッド４５を水平方向であるＸ方向へ進退自在に移動させる。
【００６９】
鉛直駆動部４７は、垂直アーム４６と垂直アーム４６に装着される保持ヘッド４５とを鉛直方向であるＺ方向に移動させ、坩堝４３の上方に位置させるときには、坩堝４３に収容される融液３４に近接離反するように、Ｚ方向に移動させることができる。
【００７０】
垂直アーム４６に装着される保持ヘッド４５は、ハンドリング機構を有し、ハンドリング機構の動作により冷却体３５を把持し、また解放することができる。
【００７１】
冷却体駆動手段３９は、以下のように動作することができる。冷却体駆動手段３９は、水平駆動部４８の動作によって、垂直アーム４６と保持ヘッド４５とが、冷却体搬入口部４１近傍まで移動し、冷却体搬入口部４１を通して冷却体３５を受取って保持ヘッド４５で保持し、再び水平駆動部４８の動作によって、図３中矢符５０で示すように、Ｘ方向の冷却体移動方向に、冷却体搬入口部４１から坩堝４３上方位置へ向かって移動する。さらに冷却体駆動手段３９は、鉛直駆動部４７の動作によって、垂直アーム４６を下降させて保持ヘッド４５に保持される冷却体３５を坩堝４３に収容される融液３４の予め定める作業領域内へ浸漬し、シリコンを冷却体３５の表面に凝固析出させた後、再度鉛直駆動部４７の動作によって垂直アーム４６を上昇させて冷却体３５を融液３４の予め定める作業領域から引上げ、図３中矢符５１で示すように、Ｘ方向の冷却体移動方向に、坩堝４３上方位置から冷却体搬出口部４２へ向かって移動し、冷却体搬出口部４２を通して冷却体３５を引渡す。ここで、前記予め定める作業領域とは、析出板の製造において、冷却体３５が浸漬されることによって冷却体３５に接触する融液３４が存在する坩堝４３内の領域のことである。
【００７２】
図４は浮遊物排除装置３１に備えられる掻取り手段５２および除去手段５３を示す斜視図であり、図５は掻取り手段５２および除去手段５３を分解して示す斜視図である。浮遊物排除装置３１は、融液３４に浸漬する浸漬位置と、融液３４から引上げられた引上げ位置とにわたって変位可能であり、かつ融液３４に浸漬した状態で融液３４表面に沿って変位可能に設けられる掻取り手段５２と、掻取り手段５２を浸漬位置と引上げ位置とにわたって変位駆動する図１に示す浸漬引上駆動手段５４と、掻取り手段５２が浸漬位置にある状態で、融液３４表面に沿って掻取り手段５２を変位駆動する図１に示す掻取り駆動手段５５と、掻取り手段５２が引上げ位置にある状態で、掻取り手段５２に付着した付着物を除去する除去手段５３とを含んで構成される。
【００７３】
掻取り手段５２は、カーボン製ボルト５６にて、Ｙ方向に延びるカーボン製の部材である水平駆動アーム５７に固定される。掻取り手段５２は、本実施形態において、耐熱性を有する黒鉛などのカーボンからなる平板状の部材である。掻取り手段５２がカーボンから構成されると、掻取り手段５２が重金属などの材料から構成される場合に比べて、浸漬中などに不純物が融液３４に混入することを防止できるので、製造される析出板の品質を高品位に保つことができる。
【００７４】
掻取り手段５２には、融液３４表面に浸漬される側の面である浸漬面５２ａおよび浸透面５２ａに対向する面に開口する貫通孔５８が形成される。また掻取り手段５２の浸漬面５２ａと反対側の面５２ｂには、貫通孔５８が形成される部分以外の部分である両端部に１対の突起部５９が設けられる。突起部５９には、先端付近から根元付近までねじ部が形成される。
【００７５】
除去手段５３は、平板状の部材である底板部６０と、底板部６０に対して垂直に固定される平板状の部材である天井板部６１とを含むＴ字型の部材である押出し部材６２を含む。本実施形態では、押出し部材６２の底板部６０にはパンチング加工が施され、押出し部材６２の重量を小さくすることによって、掻取り手段５２からの押出し部材６２の没入を容易にしている。また押出し部材６２の天井板部６１には、天井板部６１が延びる方向における両端部に貫通孔６３が形成される。天井板部６１に形成される貫通孔６３に、掻取り手段５２に設けられる突起部５９が挿通される。突起部５９は、突起部５９が延びる方向について伸縮する弾性部材であるコイル状のばね部材６４に挿通され、天井板部６１の貫通孔６３に挿通される。突起部５９の天井板部６１に挿通される側の先端付近には、天井板部６１が突起部５９から脱離しないように、たとえばカーボン製などのナット６５が嵌め込まれる。
【００７６】
ばね部材６４には、掻取り手段５２と天井板部６１との間にばね部材６４が挟み込まれるようにして、突起部５９が挿通される。カーボン製のナット６５は、ばね部材６４が最も収縮している状態以外のときに、天井板部６１に固定される底板部６０が、掻取り手段５２に形成される貫通孔５８に挿入されるけれども、底板部６０が浸漬面５２ａからは突出しないような位置に天井板部６１が配置されるように締付けられる。カーボン製のナット６５は、もう１つのカーボン製のナット６６によってダブルナットの形で緩まないようにして、突起部５９に固定される。
【００７７】
コイル状のばね部材６４としては、ばね部材６４が最も収縮している状態において、天井板部６１に固定される底板部６０が、掻取り手段５２に形成される貫通孔５８に挿入されるとともに、浸漬面５２ａから突出するような大きさの部材を選択する。ばね部材６４としては、耐熱性および耐久性などの点から、たとえば、インコネル（登録商標）等の析出硬化型Ｎｉ−Ｃｒ合金鋼などの金属材料からなることが好ましい。
【００７８】
掻取り手段５２および除去手段５３には、溶解炉３３からの輻射熱が直接ばね部材６４に当らないように、ばね部材６４および突起部５９を覆うようにして、カーボン製のねじ部材６７によって掻取り手段５２に対して輻射熱対策カバー６８が装着される。
【００７９】
上記構成によって、押出し部材６２は、貫通孔５８で形成される掻取り手段５２内の空間に位置し、掻取り手段５２に対して相対変位可能に設けられる。具体的には、押出し部材６２が掻取り手段５２の貫通孔５８に挿入され、掻取り手段５２の浸漬面５２ａから出没自在に設けられる。押出し部材６２を、掻取り手段５２の浸漬面５２ａから出没させる出没駆動手段は、押出し部材６２を、掻取り手段５２の浸漬面５２ａから没入させる方向へ弾発的に押圧する弾性部材であるばね部材６４と、押出し部材６２を、掻取り手段５２に対して、掻取り手段５２の浸漬面５２ａから突出する方向へ相対的に変位させる駆動部とを含んで構成される。出没駆動手段を構成する駆動部としては、前述の掻取り駆動手段５５と、後述する突出部７７とが用いられる。押出し部材６２の掻取り手段５２に対する位置変位などの詳細については、後述の図１３において説明する。
【００８０】
図１〜図３に戻って、浮遊物排除装置３１の浸漬引上駆動手段５４および掻取り駆動手段５５について説明する。掻取り手段５２が固定される水平駆動アーム５７は、軌道部材４９が延びる方向であるＸ方向に垂直に延び、炉体容器４４を跨ぐようにして、溶解炉３３の上方に設けられる。水平駆動アーム５７は、回動軸が設けられる金属製の接続部６９を介して掻取り駆動手段５５の移動体７２に接続される。
【００８１】
掻取り駆動手段５５は、Ｘ方向に平行に延び、ボールネジとガイドとで構成される１対の機構部７０、水平駆動用モータ７１および水平駆動用モータ７１によって各機構部７０のガイドに沿って移動する１対の移動体７２を含んで構成される。掻取り駆動手段５５は、移動体７２および接続部６９を介して、水平駆動アーム５７に固定される掻取り手段５２を、融液３４表面に沿って、Ｘ方向に変位駆動させる。移動体７２には、ベアリングなどの回動機構部が設けられ、接続部６９の回動軸はこの回動機構部と接続される。
【００８２】
一方の移動体７２に接続される接続部６９の回動軸は、移動体７２を貫通し、カップリング７３を介して回動用モータ７４と接続される。このような接続部６９の回動軸および回動用モータ７４によって、掻取り手段５２を浸漬位置と引上げ位置とにわたって変位駆動する浸漬引上駆動手段５４が構成される。回動用モータ７４によって接続部６９の回動軸を介して水平駆動アーム５７を角変位させ、融液３４表面と後述する掻取り手段５２の浸漬面５２ａとが成す角度を任意に調整することができる。
【００８３】
Ｘ方向の冷却体移動方向と反対方向における炉体容器４４端部の上面には、押当て部材７５が、カーボン製のボルト７６によって炉体容器４４に固定される。押当て部材７５は、カーボン製の部材であり、Ｙ方向からみたときの形状が略Ｌ字型である。略Ｌ字型を形成し、Ｚ方向に延びる部分には、Ｘ方向における冷却体移動方向側に突出する突出部７７が設けられる。
【００８４】
突出部７７は、掻取り手段５２が後述する作業領域外の退避領域で待機する待機位置にあり、かつ掻取り手段５２および除去手段５３の並ぶ方向がＸ方向であるとき、突出部７７によって除去手段５３の天井板部６１が押圧されるような大きさに形成される。突出部７７がこのような大きさであると、掻取り手段５２および除去手段５３の並ぶ方向がＺ方向であり、掻取り手段５２の浸漬面５２ａが融液３４に浸漬される浸漬位置にある状態から、掻取り手段５２および除去手段５３の並ぶ方向がＸ方向であり、掻取り手段の浸漬面５２ａが融液３４に接触しない状態である引上げ位置にある状態に変位駆動するように、掻取り手段５２を支持する水平駆動アーム５７を回動用モータ７４によって角変位させることによって、除去手段５３の天井板部６１を突出部７７によって押圧することができる。さらに除去手段５３の天井板部６１を突出部７７によって押圧することによって、掻取り手段５２に付着する付着物を除去することができる。掻取り手段５２に付着する付着物が除去されるときの除去手段５３の動作の詳細については、後述の図１３において説明する。
【００８５】
また溶解炉３３の輻射熱から各モータおよびベアリングを守るために、溶解炉３３を挟み込むようにして、水冷冷却される銅板７８が、Ｙ方向について対向して１対設置される。これによって、溶解炉３３からの輻射熱が各モータおよびベアリングに対して直接当らないように構成される。
【００８６】
析出板製造装置３２には、制御手段７９が備えられる。制御手段７９は、たとえば中央処理装置（ＣＰＵ）を備える処理回路であり、溶解炉３３の電源、冷却体駆動手段３９の各駆動部、浸漬引上駆動手段５４および掻取り駆動手段５５などに電気的に接続され、制御手段７９のメモリ部に予めストアされる装置全体の動作制御プログラムに従って、析出板製造に係る装置の全体動作を制御する。
【００８７】
また析出板製造装置３２には、坩堝４３に貯留される融液３４の表面を監視し、坩堝４３内の作業領域を撮像できるカメラおよび撮像される画像を表示するモニタを備える監視手段８０と、監視手段８０によって撮像される画像を処理する画像処理手段８１とが設けられる。監視手段８０によって撮像され画像処理手段８１によって処理された画像のデータは、制御手段７９に入力される。制御手段７９では、入力される画像データに基づいて、予め定める作業領域内における浮遊物の有無を判別する。制御手段７９によって作業領域内に浮遊物が存在すると判断されると、前述のメモリ部にストアされる動作制御プログラムに従って、浮遊物排除装置３１による浮遊物排除動作が制御される。
【００８８】
以下図６から図１１を参照し、冷却体３５の表面で凝固析出後、熱履歴によって発生する内部応力によって自壊したシート状シリコンが落下し、融液３４で浮遊する破片などの浮遊物が作業領域内から排除されるまでの一連の動作について説明する。
【００８９】
図６は、冷却体３５を融液３４に浸漬させる状態を示す図である。図７は、融液３４から引上げられた冷却体３５が搬送される途中に生成された析出板が自壊して冷却体３５から離脱し、融液３４に浮遊する状態を示す図である。図８は、掻取り手段５２が退避位置から掻取り開始位置まで水平移動する状態を示す図である。図９は、掻取り手段５２が角変位し、掻取り手段５２の浸漬面５２ａが融液３４に浸漬される状態を示す図である。図１０は、掻取り手段５２が融液３４面に浮遊する浮遊物８２を排除しながら退避位置まで戻る状態を示す図である。図１１は、掻取り手段５２に付着する付着物を、除去手段５３によって除去する状態を示す図である。
【００９０】
また図１２は、掻取り手段５２に付着する付着物を、除去手段５３によって除去するときの制御手段７９の制御手順を示すフローチャートである。図１２に示すフローチャートは、析出板製造装置３２の電源が入っているときに繰返されるステップである。制御手段７９には、監視手段８０によって撮像され、画像処理手段８１によって処理される画像データが随時入力される。制御手段７９には、たとえば、冷却体３５の引上げ動作開始から、冷却体３５が冷却体搬出口部４２側の所定位置に搬送されるまでの間に、画像データが複数回入力される。
【００９１】
まず図６に示すように、冷却体３５は、冷却体搬入口部４１側の処理空間３８内の待機位置から、矢符８３で示す経路にて融液３４中に浸漬される。このとき、浮遊物排除装置３１の掻取り手段５２は、掻取り手段５２の浸漬面５２ａが融液３４に触れない位置であり、かつ作業領域外の退避領域における待機位置で待機している。本実施形態では、掻取り手段５２は、作業領域外の退避領域であって、Ｘ方向の冷却体搬送方向と反対方向側寄りの待機位置で待機している。
【００９２】
次に図７で示すように、融液３４中へ浸漬された冷却体３５を融液３４中から引上げ、矢符８４で示すように、Ｘ方向における融液３４の上方位置から離反する方向へ冷却体３５を搬送する。このとき、シリコンの凝固析出によってシート状シリコンが生成される。ここで冷却体３５を融液３４中から引上げた後、矢符８４で示すように冷却体３５を搬送する途上において、シート状シリコンに生じる内部応力によって、シート状シリコンの一部が自壊することがある。シート状シリコンの一部が自壊すると、冷却体３５に対する付着力が低下し、冷却体３５から離脱して、シート状シリコンの破片が融液３４に落下する。
【００９３】
破片の落下するタイミングが、冷却体３５が待機位置と反対側における坩堝４３のＸ方向端部上方を通過するタイミングよりも遅い場合、および落下するタイミングが、冷却体３５が待機位置と反対側における坩堝４３のＸ方向端部上方を通過するタイミングと一致する場合、析出板製造装置３２では、矢符８４で示す搬送経路の下方に落下物受容手段４０が設けられるので、落下するシート状シリコンの破片などの落下物８２が落下物受容手段４０で受容され、その受容面上に堆積する。落下するタイミングが、冷却体３５が待機位置と反対側における坩堝４３のＸ方向端部上方を通過するタイミングよりも早い場合、融液３４上に落下物８２が落下し、落下物８２が融液３４に浮遊する。融液３４に浮遊するシート状シリコンの破片などの落下物８２を、以後浮遊物８２と称する。
【００９４】
浮遊物が融液３４に浮遊しているか否かは、前述のように随時入力される監視手段８０によって撮像され、画像処理手段８１によって処理される画像データに基づいて制御手段７９で判断される。ステップｓ１において融液に浮遊物８２が存在するか否かが判断され、浮遊物８２の存在が確認されると、ステップｓ２に進む。
【００９５】
ステップｓ２では、制御手段７９は、図８に示すように、冷却体３５が掻取り手段５２をＸ方向に移動させても接触しない位置にあるか確認した後、掻取り手段５２を変位駆動させる。具体的には、前記作業領域外の退避領域における待機位置にあり、水平駆動アーム５７に固定される掻取り手段５２を、水平駆動用モータ７１を動作させることによって、矢符８５方向に変位駆動させ、坩堝４３のＸ方向における前記待機位置である退避領域のＸ方向における反対側の掻取り開始位置に移動させる。
【００９６】
ここで、掻取り手段５２は、後述のステップｓ４および図１０で示す掻取り動作時の変位駆動よりも高速で変位駆動されることが好ましい。ステップｓ２において、掻取り動作時の変位駆動よりも高速で変位駆動させることによって、浮遊物排除動作のための時間を短縮することができる。
【００９７】
ステップｓ２において掻取り手段５２を坩堝４３のＸ方向における前記待機位置の反対側の掻取り開始位置まで移動させると、ステップｓ３に進む。
【００９８】
ステップｓ３では、制御手段７９は、図９に示すように、掻取り手段５２を矢符８６方向に角変位させ、掻取り手段５２の浸漬面５２ａを融液３４に浸漬させる。制御手段７９は、回動用モータ７４を動作させることによって、掻取り手段５２を矢符８６方向に角変位させて融液３４に浸漬させる。ステップｓ３において掻取り手段５２の浸漬面５２ａを融液３４に浸漬させると、ステップｓ４に進む。
【００９９】
ステップｓ４では、制御手段７９は、図１０に示すように、掻取り手段５２の浸漬面５２ａが融液３４に浸漬される状態で、掻取り手段５２を矢符８７方向に移動させ、融液３４に浮遊する浮遊物８２を矢符８８方向に移動させる。制御手段７９は、水平駆動アーム５７に固定される掻取り手段５２を、水平駆動用モータ７１を動作させることによって、矢符８７方向に移動させ、前記作業領域外の退避領域にある待機位置にまで掻取り手段５２を変位させる。このような掻取り手段５２の移動動作を、掻取り動作とも称する。このような掻取り動作によって、融液３４に浮遊する浮遊物８２が矢符８８方向に移動し、浮遊物８２が予め定める作業領域内から排除される。排除された浮遊物８２は、坩堝４３内の冷却体搬入口側のＸ方向端部付近にまで移動される。
【０１００】
ステップｓ４において掻取り手段５２が矢符８７方向に移動され、融液３４に浮遊する浮遊物８２が矢符８８方向に坩堝４３の端部付近の退避領域にまで移動されると、ステップｓ５に進む。
【０１０１】
ステップｓ５では、制御手段７９は、図１１に示すように、掻取り手段５２を支持する水平駆動アーム５７を、回動用モータ７４によって矢符８９方向に角変位させる。掻取り手段５２を支持する水平駆動アーム５７が角変位されると、除去手段５３の天井板部６１が突出部７７によって矢符９０方向に押圧され、掻取り手段５２に付着する付着物を矢符９１方向に落下させて除去することができる。掻取り手段５２に付着する付着物が除去されるときの除去手段５３の動作の詳細を以下説明する。
【０１０２】
図１３は、掻取り手段５２と押出し部材６２との位置関係を示す断面図である。図１３は、掻取り手段５２および押出し部材６２を、掻取り手段５２の浸漬面５２ａに垂直な平面で切断したときの断面図である。
【０１０３】
押出し部材６２の天井板部６１が突出部７７に押圧されない状態では、図１３（ａ）に示すように、ばね部材６４が収縮されないので、底板部６０の天井板部６１と反対側の端面６０ａが、掻取り手段５２の浸漬面５２ａから突出しない。この状態での押出し部材６２の位置を、押出し部材６２が掻取り手段５２に没入される位置、と称する。図１０に示す掻取り動作時では、押出し部材６２の天井板部６１が突出部７７に押圧されない状態にあり、掻取り手段５２の浸漬面５２ａに、貫通孔５８を塞ぐように融液３４が付着し、凝固析出して付着物９２が形成される。
【０１０４】
押出し部材６２の天井板部６１が突出部７７に押圧される状態では、図１３（ｂ）に示すように、天井板部６１によってばね部材６４が押圧される。天井板部６１によってばね部材６４が押圧されると、ばね部材６４が弾性変形し、収縮されるので、底板部６０の天井板部６１と反対側の端面６０ａが、掻取り手段５２の浸漬面５２ａから突出する。この状態での押出し部材６２の位置を、押出し部材６２が掻取り手段５２から突出される位置、と称する。
【０１０５】
このように、押出し部材６２の天井板部６１を押圧することによって、ばね部材６４が弾性変形し、押出し部材６２の位置を掻取り手段５２に没入される位置から掻取り手段５２から突出される位置に変位させることができる。押出し部材６２の位置が掻取り手段５２から突出される位置となると、底板部６０の天井板部６１と反対側の端面６０ａが、掻取り手段５２の浸漬面５２ａから突出し、掻取り手段５２の浸漬面５２ａに、貫通孔５８を塞ぐように形成されている付着物９２を掻取り手段５２の浸漬面５２ａから剥がすようにして押出すことができ、掻取り手段５２に付着する付着物９２を除去することができる。
【０１０６】
ステップｓ５では、以上のようにして掻取り手段５２に付着する付着物９２を除去する。除去された付着物９２は、前記作業領域外の退避領域における待機位置において、融液３４に落下する。この落下した付着物９２および坩堝４３の端部にまで移動された浮遊物８２は、作業領域外の退避領域において溶解されるので、シート状シリコンの形成に悪影響を及ぼすことがない。また坩堝４３の端部にまで移動された浮遊物８２および付着物９２は、溶解されて再度シート状シリコンの形成に用いられるので、浮遊物８２および付着物９２を有効に利用することができる。
【０１０７】
このようなステップｓ１〜ｓ５の浮遊物排除動作は、析出板製造装置３２が動作状態にあるときに、たとえば、冷却体３５の引上げ動作開始から、冷却体３５が冷却体搬出口部４２側の所定位置に搬送されるまでの画像データが複数回入力される間に、繰返し実施される。
【０１０８】
上記のような浮遊物排除装置３１を含む析出板製造装置３２では、浮遊物排除動作実施中に、冷却体３５を不図示の搬送装置に引渡し、冷却体駆動手段３９によって冷却体搬入口部４１側の処理空間３８内の待機位置まで戻り、次の冷却体３５を受け取らせることができる。このように、浮遊物排除動作の実施中であっても、シート状シリコン形成のために必要な動作を停止する必要がないので、シート状シリコンの生産における待機時間をなくすことができる。
【０１０９】
さらに浮遊物排除装置３１によって、シート状シリコンの自壊した破片が予め定める作業領域から排除されるので、シート状シリコンの自壊した破片が融液３４に落下して冷却体３５に接触することを防止できる。また浮遊物排除装置３１は除去手段５３を備え、掻取り手段５２に付着した付着物９２についても簡単に除去することができる。また除去手段５３によって、掻取り手段５２に付着する付着物９２が退避領域において除去されるので、掻取り手段５２から除去された付着物９２が融液３４表面における予め定める作業領域内に落下することが防止され、シート状シリコンの製造に対して悪影響を及ぼすことが防止される。
【０１１０】
浮遊物排除装置３１では、上記のように監視手段８０で監視および撮像され、画像処理手段８１で処理される画像データが制御手段７９に随時入力されることによって融液に浮遊する浮遊物が存在するか否かが監視される監視工程と、掻取り手段５２が融液３４に浸漬される状態で融液３４表面に沿って変位されて浮遊物８２が排除される排除工程と、掻取り手段５２に付着した付着物９２が除去される除去工程とを含む浮遊物排除方法によって融液３４に浮遊する浮遊物８２が作業領域内から排除される。
【０１１１】
このような浮遊物排除方法では、融液３４に浮遊する浮遊物８２を、掻取り手段５２が融液３４表面に沿って変位駆動される方向に排除した後に、除去工程において、融液３４に浮遊する浮遊物を排除する掻取り手段５２に付着する付着物を除去することができる。また掻取り手段５２で浮遊物８２を排除する度に、掻取り手段５２に付着する付着物９２を除去することができるので、浮遊物８２と掻取り手段５２に付着して形成される付着物９２が塊となって融液３４に落下することを防止することができる。
【０１１２】
このような浮遊物排除装置３１および析出板製造装置３２としては、上記の構成に限定されることなく、種々の変更が可能である。
【０１１３】
たとえば、本実施形態では、掻取り手段５２が退避領域で待機し、かつ掻取り手段５２および除去手段５３の並ぶ方向がＸ方向であるときに、突出部７７によって除去手段５３の天井板部６１が押圧されるような大きさに、突出部７７が形成される。突出部７７の大きさとしては、このような大きさよりも小さくてもよく、たとえば掻取り手段５２が待機する退避領域よりも突出部７７側に移動されることによって、除去手段５３の天井板部６１が押圧される大きさであればよい。
【０１１４】
突出部７７の大きさが本実施形態の大きさよりも小さく形成される場合、前述のステップｓ５において掻取り手段５２を支持する水平駆動アーム５７が回動用モータ７４によって角変位されても、除去手段５３の天井板部６１が押圧されないので、掻取り手段５２に付着する付着物９２を除去することができない。したがってこのような場合、図１１の矢符９３で示すように、掻取り駆動手段５５によって、掻取り手段５２を待機位置よりもさらに突出部７７側に移動させ、突出部７７によって除去手段５３の天井板部６１を押圧させる。これによって、掻取り手段５２に付着する付着物９２が除去される。付着物９２を除去した後、掻取り駆動手段５５によって掻取り手段５２は前記待機位置に戻される。
【０１１５】
また本実施形態では、回動用モータ７４によって掻取り手段５２を角変位させることによって掻取り手段５２が浸漬引上駆動される。浸漬引上駆動手段５４として、このような回動用モータ７４が用いられることによって、押出し部材６２を、掻取り手段５２の融液３４表面に浸漬される表面部から出没させる出没駆動手段を構成する駆動部であって、押出し部材６２を、掻取り手段５２に対して、掻取り手段５２の融液３４表面に浸漬される表面部から突出する方向へ相対的に変位させる駆動部として、掻取り駆動手段５５を用いることができる。これによって、出没駆動手段を構成する駆動部と掻取り駆動手段５５とで同じ部品を併用することができ、装置の部品点数増加に伴うコスト上昇および装置の大型化を回避することができる。
【０１１６】
以上のように、本実施形態では回動用モータ７４によって掻取り手段５２を角変位させる浸漬引上駆動手段５４が用いられるので、出没駆動手段を構成する駆動部と掻取り駆動手段５５とに同じ部品が併用されるけれども、浸漬引上駆動手段５４、出没駆動手段および掻取り駆動手段５５の構成は上記に限定されない。たとえば、浸漬引上駆動手段として、掻取り手段５２および押出し部材６２をＺ方向に往復動させる手段が用いられる場合、出没駆動手段としては、掻取り手段５２または押出し部材６２のいずれか一方を、掻取り手段５２の貫通孔５８に没入される位置と突出される位置とで変位可能となるように、Ｚ方向に変位駆動させる手段を用いることができる。このような構成によっても、掻取り手段５２に付着する付着物９２を除去することができる。
【０１１７】
また本実施形態では、掻取り手段５２が掻取り開始位置から待機位置まで移動することによって、Ｘ方向における一方向に浮遊物が排除されるけれども、これに限定されない。たとえば、掻取り手段５２は、前述の掻取り開始位置から待機位置まで浮遊物を移動させるとともに、待機位置から前述の掻取り開始位置まで浮遊物を移動させる構成であってもよい。ただし、このような場合、待機位置と、前述の掻取り開始位置とで、掻取り手段５２に付着する付着物を除去する必要があるので、押出し部材６２を押圧する突出部７７を掻取り開始位置側にも設ける必要がある。また待機位置と、前述の掻取り開始位置とで、天井板部６１と突出部７７とをそれぞれ接触させる必要があるので、浸漬引上駆動手段５４の回動用モータ７４による水平駆動アーム５７の回動方向または角変位の角度を、待機位置と掻取り開始位置とで異ならせる必要がある。
【０１１８】
したがって、浮遊物排除装置３１は、掻取り開始位置から待機位置まで移動することによって、一方向に浮遊物を排除するように構成されることが好ましい。また双方向に浮遊物が排除される場合、冷却体３５が搬送される方向と反対側寄りの位置の待機位置である前述の掻取り開始位置で掻取り手段５２が待機されるときがある。このとき、搬送されるシート状シリコンの破片などの落下物が、掻取り開始位置で待機している掻取り手段５２に対して落下するおそれがある。したがって、一方向に浮遊物を排除するように構成されるほうが、掻取り手段５２に対して破片などの落下物が落下するおそれがないので好ましい。
【０１１９】
また以上に述べたように、本実施の形態では、析出板製造装置は、シート状シリコンの製造に用いられるけれども、これに限定されることなく、シート状の他の半導体、たとえばシート状ガリウム−ヒ素などの製造、またはシート状金属の製造などに用いられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明の実施の一形態である浮遊物排除装置３１を備える析出板製造装置３２の構成を簡略化して示す平面図である。
【図２】析出板製造装置３２の構成を簡略化して示す部分断面図である。
【図３】析出板製造装置３２の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図４】浮遊物排除装置３１に備えられる掻取り手段５２および除去手段５３を示す斜視図である。
【図５】掻取り手段５２および除去手段５３を分解して示す斜視図である。
【図６】冷却体３５を融液３４に浸漬させる状態を示す図である。
【図７】融液３４から引上げられた冷却体３５が搬送される途中に生成された析出板が自壊して冷却体３５から離脱し、融液３４に浮遊する状態を示す図である。
【図８】掻取り手段５２が退避位置から掻取り開始位置まで水平移動する状態を示す図である。
【図９】掻取り手段５２が角変位し、掻取り手段５２の浸漬面５２ａが融液３４に浸漬される状態を示す図である。
【図１０】掻取り手段５２が融液３４面に浮遊する浮遊物８２を排除しながら退避位置まで戻る状態を示す図である。
【図１１】掻取り手段５２に付着する付着物を、除去手段５３によって除去する状態を示す図である。
【図１２】掻取り手段５２に付着する付着物を、除去手段５３によって除去するときの制御手段７９の制御手順を示すフローチャートである。
【図１３】掻取り手段５２と押出し部材６２との位置関係を示す断面図である。
【図１４】従来のシート状シリコン製造に用いられる析出板製造装置１の構成を簡略化して示す図である。
【図１５】析出板製造装置１におけるシート状シリコン製造の概要を説明する図である。
【図１６】シート状シリコン１１が内部応力によって破壊された破片１１ａが溶解炉内に落下する状態を示す図である。
【図１７】融液６の表面に浮遊している破片１１ａに次のシート状シリコン１１が接触する状態を示す図である。
【図１８】特許文献５に開示される酸化物除去装置１５の構成を簡略化して示す部分断面図である。
【図１９】酸化物除去装置１５の構成を簡略化して示す正面図である。
【符号の説明】
【０１２１】
３１  浮遊物排除装置
３２  析出板製造装置
３３  溶解炉
３４  融液
３５  冷却体
３６  シート状シリコン
３７  チャンバ
３８  処理空間
３９  冷却体駆動手段
４０  落下物受容手段
５２  掻取り手段
５３  除去手段
５４  浸漬引上駆動手段
５５  掻取り駆動手段
５７  水平駆動アーム
５８  貫通溝
５９  突起部
６２  押出し部材
６４  ばね部材
７１  水平駆動用モータ
７４  回動用モータ
７５  押当て部材
７７  突出部
７９  制御手段
８０  監視手段
８１  画像処理手段
８２  浮遊物
９２  付着物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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