JP4153540B2

JP4153540B2 - 基板製造装置

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Publication number: JP4153540B2
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Inventors: 健司安武
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Description

本発明は、金属または半導体の融液から薄板状の基板を製造する基板製造装置に関する。

薄板状の基板を製造する方法として、結晶リボン法およびＥＦＧ（Edge-defined Film-fed Growth）法が知られている。これらの方法を実現する基板製造装置は、結晶成長が行われるチャンバ外に駆動部が設けられるので、装置が小形になるという利点がある（たとえば特許文献１参照）。しかしこれらの方法では、基板の厚み方向に結晶成長を行うのではなく、基板の厚み方向に垂直な向きに結晶成長を行って基板を製造しているので、基板の生産性が低いという問題がある。

図９は、他の従来の技術の基板製造装置１０１を示す断面図である。基板製造装置１０１では、基板の材料の融液１０２に板状の冷却体１０３を浸漬させ、冷却体１０３の厚み方向の表面１０３ａ上に融液１０２を結晶成長させて基板を製造している。これによって基板の生産性を高くしている。

基板製造装置１０１は、融液１０２を収容する坩堝１１１と、冷却体１０３を保持して融液１０２に浸漬する運搬手段１０４と、坩堝１１１および運搬手段１０４を収容するチャンバ１０５と、ロードロック室１０６と、ゲートバルブ１０７と、真空ポンプ１０８とを含んで構成される。図９において運搬手段１０４の動く向きを矢符１０９で示す。

ロードロック室１０６は、チャンバ１０５内に冷却体１０３を搬入するときに通過する搬入用のロードロック室１０６ａと、チャンバ１０５内から基板製造装置１０１外に冷却体１０３を搬出するときに冷却体１０３が通過する搬出用のロードロック室１０６ｂとを含んで構成される。搬入用および搬出用のロードロック室１０６は、それぞれゲートバルブ１０７によってチャンバ１０６と仕切られるとともに、外気からも遮蔽される。ゲートバルブ１０７は、冷却体１０３が通過するときにのみ開状態になる。チャンバ１０５内と、搬入用および搬出用のロードロック室１０６内とは、真空ポンプ１０８によってそれぞれ真空引きされるとともに、チャンバ１０５内には不活性ガスが供給される。図９において不活性ガスの流れる向きを矢符１１０で示す。このようにロードロック方式を用いることで、チャンバ１０５内に外気が流入することを防いで、チャンバ１０５内を不活性ガスの雰囲気に保つことができる。

このような基板製造装置１０１では、チャンバ１０５内において冷却体１０３を予め定める経路および速度で搬送する運搬手段１０４などの駆動部をチャンバ１０５内に備える必要が生じ、チャンバが大形化してしまうが、冷却体１０３の表面から基板の厚み方向に基板を成長させることができるので、基板の製造速度を上げることができる。このようにして、基板の生産性の高い基板製造装置を実現している（たとえば特許文献２参照）。

特開２００１−３２２８９２号公報特開２００４−１６１５８３号公報

チャンバ１０５内において化学的に活性の高い酸素などの濃度が高くなると、基板の材料となる融液１０２に不純物が混入して、純度および結晶性などの質の高い基板を製造することができない。そこで前述した従来の基板製造装置１０１では、チャンバ１０５内を真空にするとともに、不活性ガスをチャンバ１０５内に供給することによって酸素などを排除しているが、チャンバ１０１内を真空に保つために、ロードロック室１０６、ゲートバルブ１０７および真空ポンプ１０８などの真空環境用の装置が必要となる。このように真空環境用の装置が必要となるので、基板製造装置１０１が複雑化および大形化して設置面積が大きくなり、基板製造装置１０１のコストが高くなるという問題が生じる。

また金属材料または半導体材料の融液１０２を収容する坩堝１１１は、坩堝１１１を形成する材料が融液１０２に混交するコンタミネーションを防ぐために、石英ガラスまたはカーボンを用いて形成される。特に使い捨て用の坩堝１１１の場合には、石英ガラスよりもカーボンの方がコストが低いので、カーボンを用いて形成されることが多い。またチャンバ１０５内に設けられる運搬手段１０４などの駆動装置も同様の理由からカーボンを用いて形成されることが多い。

カーボンは、酸素雰囲気において４００℃以上の高温になると酸化して気体の二酸化炭素に変化するので（化学反応式：Ｃ＋Ｏ_２→ＣＯ_２）、チャンバ１０５内の酸素の濃度が高くなると、カーボンによって形成される坩堝１１１および駆動装置が消耗してしまうという問題がある。そこで従来の基板製造装置１０１では、チャンバ１０５内の酸素の濃度を低くするために、真空環境用の装置を用いてチャンバ１０５内の酸素などを排除しているが、前述した問題と同様に基板製造装置１０１が複雑化および大形化して設置面積が大きくなり、基板製造装置１０１のコストが高くなるという問題が生じる。

したがって本発明の目的は、簡易な構成でチャンバ内の酸素濃度を低減することができる基板製造装置を提供することである。

本発明は、基板の原料を加熱溶融した融液に冷却体を浸漬し、前記冷却体の表面上に前記原料を凝固成長させて基板を製造する基板製造装置であって、
前記融液を貯留する坩堝を備え、前記坩堝が収容される収容空間を形成するチャンバと、
前記収容空間に不活性ガスを供給するガス供給手段と、
前記収容空間に連通し、かつ冷却体が通過可能な連通孔、排気孔、および外部空間に連なり、かつ冷却体が通過可能な搬送孔が形成され、前記連通孔、排気孔および搬送孔に連通するバッファ空間を形成するバッファ室と、
前記搬送孔を開閉可能なシャッタを備える開閉手段と、
前記連通孔および搬送孔を通って、収容空間に冷却体を搬入し、かつ収容空間から冷却体を搬出する搬送手段と、
バッファ空間に収容され、搬送手段によってバッファ空間を搬送される冷却体に向けて不活性ガスを噴出するガス噴出手段とを含み、
前記収容空間および前記バッファ空間の圧力は、大気圧よりも高く、
前記排気孔からは、前記ガス供給手段から前記収容空間に供給されて、前記連通孔を介して前記バッファ室に流入する不活性ガス、および前記ガス噴出手段によって噴出されたガスが排気されることを特徴とする基板製造装置である。

また本発明は、複数の前記バッファ室を有し、
前記ガス供給手段は、各バッファ室の連通孔を通って各バッファ空間にそれぞれ流入する不活性ガスの流量が等しくなるように前記収容空間に不活性ガスを供給することを特徴とする。

また本発明は、前記バッファ室の容積は、前記チャンバの容積の０％を超えてかつ１０％以下に選ばれることを特徴とする。

また本発明は、前記ガス噴出手段は、バッファ空間で搬送孔寄りに近接して設けられることを特徴とする。

また本発明は、前記開閉手段は、前記搬送孔に近接して設けられることを特徴とする。
また本発明は、前記ガス噴出手段は、排気孔に向けて不活性ガスを噴出することを特徴とする。

また本発明は、前記ガス噴出手段は、前記搬送孔に臨む内周面を延長した仮想平面によって囲まれる領域に、前記領域の外方にわたってガスを噴出することを特徴とする。

また本発明は、前記ガス噴出手段は、不活性ガスが噴出する方向に垂直な予め定める方向に延びて形成され、不活性ガスが噴出する噴出孔を有し、
ガスが噴出する方向および前記予め定める方向に垂直な方向の前記噴出孔の幅の寸法は、０．０５ｍｍ以上かつ０．２ｍｍ未満に選ばれることを特徴とする。

また本発明は、前記ガス噴出手段から噴出される不活性ガスは、希ガスおよび窒素ガスのうちの少なくともいずれか一方に選ばれることを特徴とする。

本発明によれば、ガス供給手段によって収容空間に不活性ガスが供給される。前記収容空間および前記バッファ空間の圧力は、大気圧よりも高いので、収容空間に供給された不活性ガスは、連通孔を通ってバッファ空間に流入し、排気孔を通ってバッファ空間から排気される。したがって、収容空間に酸素などのガスが流入したとしても、この不活性ガスの流れに沿って流入したガスを収容空間およびバッファ空間から排気することができ、収容空間を不活性ガスによって満たすことができる。

また開閉手段は、搬送孔を開閉可能なシャッタを備える。このシャッタは、たとえば搬送孔を冷却体が通過するときに搬送孔を開き、冷却体が搬送孔を通過しないときには搬送孔を閉じる。これによって冷却体が搬送孔を通過しないときに、バッファ空間に空気などの外気が流入することを防ぐことができる。また搬送孔が開いているときにバッファ空間に空気などの外気が流入したとしても、流入したガスは、収容空間からバッファ空間を通って排気孔に流れる不活性ガスの流れとともに排気孔から排気されるので、収容空間に外気が流入することを防ぐことができる。

またガス噴出手段は、バッファ空間において搬送される冷却体に向けて不活性ガスを噴出する。冷却体に不活性ガスを噴出することによって、基板製造装置外からバッファ空間に搬入される冷却体とともに移動し、冷却体を覆う酸素などのガスを冷却体から離間させることができる。前記収容空間および前記バッファ空間の圧力は、大気圧よりも高く、冷却体から離れたガスは、収容空間からバッファ空間を通って排気孔に流れる不活性ガスの流れとともに排気孔から排気されるので、冷却体を収容空間に搬送するときに外気などが収容空間に流入することを防ぐことができる。このように真空環境用の装置を備えることなく、簡易な構成で収容空間に外気が流入することを防いで、収容空間を不活性ガスで満たすことができ、酸素濃度を低い値に抑えた不活性ガスの雰囲気中において基板を製造することができる。これによって融液が凝固成長するときに基板に不純物が混入することを防ぐことができる。さらに収容空間に外気が流入することを防いで収容空間の酸素濃度を低い値に抑えることができるので、高温となる坩堝などのチャンバに設けられる装置およびチャンバが酸化して消耗することを防ぐことができ、基板製造装置の長寿命化を図ることができる。また真空環境用の装置を備える必要がないので、基板製造装置が複雑化および大形化して設置面積が大きくなることを防ぎ、基板製造装置のコストを低く抑えることができる。

また本発明によれば、ガス供給手段によって各バッファ室の連通孔をそれぞれ等しい流量の不活性ガスが流れる。複数の連通孔のうちの１または複数の特定の連通孔を流れる不活性ガスの流量が少ない場合、流量の少ない連通孔から外気が収容空間に流入し易くなるが、本発明では各連通孔を流れる不活性ガスの流量がそれぞれ等しいので、収容空間に外気が流入することを防ぐことができる。これによって収容空間の酸素濃度を低減することができ、前述したように基板に不純物が混入することを防ぐことができ、さらに基板製造装置の長寿命化を図ることができる。

また本発明によれば、バッファ室の容積は、チャンバの容積の０％を超えてかつ１０％以下に選ばれる。バッファ空間には、ガス供給手段から供給される不活性ガスが収容空間から流入するので、バッファ空間の圧力は、少なくとも大気圧よりも高くなる。バッファ空間の圧力が大気圧より高ければ、搬送孔が開のときに外気がバッファ空間に流入することを防ぐことができる。バッファ室の容積がチャンバの容積の１０％を超えて大きい場合には、バッファ空間の圧力が高くなる作用が低下するので、大気圧とバッファ空間の圧力との差が小さくなり、外気がバッファ空間に流入することを防ぐ効果が小さくなる。本発明のようにバッファ室の容積がチャンバの容積に比べて小さければ、バッファ室の容積が大きい場合に比べて、バッファ空間の圧力と大気圧との差が大きくなり、外気がバッファ室に流入することを効率的に防ぐことができる。これによって収容空間の酸素濃度を低減することができ、前述したように基板に不純物が混入することを防ぐことができ、さらに基板製造装置の長寿命化を図ることができる。

また本発明によれば、ガス噴出手段は、バッファ空間で搬送孔寄りに近接して設けられる。すなわちガス噴出手段は、バッファ空間で連通孔寄りでなく、搬送孔寄りにおいて冷却体に不活性ガスを噴出する。このように搬送孔から離れた位置において冷却体を覆う酸素などのガスを離間させるので、離間したガスが搬送孔を通ることを極力防ぐことができ、外気が収容空間に流れ込むことを防ぐことができる。これによって収容空間の酸素濃度を低減することができ、前述したように基板に不純物が混入することを防ぐことができ、さらに基板製造装置の長寿命化を図ることができる。

また本発明によれば、開閉手段は、搬送孔に近接して設けられるので、開閉手段と搬送孔との隙間が狭くなる。したがってこの隙間から空気などのガスが収容空間に流れ込むことを防ぐことができる。これによって収容空間の酸素濃度を低減することができ、前述したように基板に不純物が混入することを防ぐことができ、さらに基板製造装置の長寿命化を図ることができる。

また本発明によれば、ガス噴出手段は、排気孔に向けて不活性ガスを噴出するので、ガス噴出手段から排気孔に向かう不活性ガスの流れが生じる。この不活性ガスの流れに沿って、不活性ガスを噴出することによって冷却体から離間した酸素などのガスをスムーズに排気孔に運ぶことができる。これによって冷却体から離間した酸素などのガスが連通孔を通って収容空間に流入することを防ぐことができる。これによって収容空間の酸素濃度を低減することができ、前述したように基板に不純物が混入することを防ぐことができ、さらに基板製造装置の長寿命化を図ることができる。

また本発明によれば、ガス噴出手段は、前記搬送孔に臨む内周面を延長した仮想平面によって囲まれる領域に、前記領域の外方にわたってガスを噴出する。前記領域の外方にわたってガスを噴出するので、ガスを噴出する方向に垂直な方向の前記領域の端部においてガスの流れに乱れが生じず、搬送孔から流入する外気をより効果的に排気孔に排気することができる。これによって連通孔を通って収容空間に外気が流入することを防いで収容空間の酸素濃度を低減することができ、前述したように基板に不純物が混入することを防ぐことができ、さらに基板製造装置の長寿命化を図ることができる。

また本発明によれば、ガス噴出手段は、ガスが噴出する方向に垂直な予め定める方向に延びて形成され、ガスが噴出する噴出孔を有し、ガスが噴出する方向および前記予め定める方向に垂直な方向の前記噴出孔の幅の寸法は、０．０５ｍｍ以上かつ０．２ｍｍ未満に選ばれる。噴出孔の前記幅の寸法が０．０５ｍｍ未満であれば、流量が一定の場合に流速が高くなるので、少ない不活性ガスで効率的にガスを冷却体に吹きつけることができるが、圧力損失が大きくなって不活性ガスが流れ難くなり、噴出孔の延びる方向における不活性ガスの流速が不均一になってしまうという問題がある。また噴出孔の前記幅の寸法が０．２ｍｍ以上であれば、流量が一定の場合に流速が低くなるので、流速を高くする場合には不活性ガスの流量が多くなり、不活性ガスの使用量が多くなって基板の生産コストが高くなるという問題がある。これらに加えて噴出孔を製造するときの交差を考慮すると、噴出孔の前記幅の寸法が、０．０５ｍｍ以上かつ０．２ｍｍ未満に選ばれることによって、不活性ガスの流量を抑制するとともに、噴出孔の延びる方向における不活性ガスの流速を均一にすることができる。

また本発明によれば、ガス噴出手段から噴出される不活性ガスは、希ガスおよび窒素ガスの少なくともいずれか一方に選ばれる。ガス噴出手段は、このような不活性ガスを噴出するので、ガス噴出手段から噴出された不活性ガスが連通孔を通って収容空間に流入したとしても、基板に不純物が混入することがなく、また高温となる坩堝などのチャンバに設けられる装置およびチャンバがガス噴出手段から噴出される不活性ガスと反応して消耗することがない。これによって前述したように基板に不純物が混入することを防ぐことができ、さらに基板製造装置の長寿命化を図ることができる。

図１は、本発明の実施の一形態の基板製造装置１の構成を模式的に示す断面図である。基板製造装置１は、坩堝２を備え、この坩堝２が収容される収容空間９を形成するチャンバ３と、収容空間９において冷却体（以下、下地板という）４を保持して運搬する運搬手段５と、１または複数のバッファ室６と、冷却体４を収容空間９に搬送する、または収容空間９から外に搬送する搬送手段７と、排気管８とを含んで構成される。基板製造装置１は、板状の下地板４を融液１１に浸漬させることによって、下地板４の厚み方向の一表面４ａ上に融液１１を凝固成長させて基板１２を製造する。基板製造装置１を用いて、たとえば太陽電池に用いられる低コストの薄板状のシリコン基板を製造する。

チャンバ３は、坩堝２を外囲して設けられる加熱手段をさらに備える。加熱手段は、抵抗加熱装置および誘導加熱装置などによって実現される。加熱手段は、坩堝２に充填された固体状の基板１２の原料を融点以上の高温に加熱することによって、基板１２の原料を溶融する。基板１２の原料は、たとえば金属材料および半導体材料から成る。坩堝２は、加熱手段によって溶融された液体状の融液１１を収容する。本実施の形態では、坩堝２は、カーボンを含んで形成される。

運搬手段５は、下地板４を運搬して融液１１に浸漬する。運搬手段５は、基板製造装置１の使用状態において、坩堝２の鉛直方向Ｚの一方（以下、上方Ｚ１という）に配置される。以下、基板製造装置１の使用状態を仮定して説明する。運搬手段５は、収容空間９において鉛直方向Ｚに垂直な予め定める第１方向Ｘに平行な第１軸線Ｌ１まわりに回転可能に軸支される軸体１８と、軸体１８から第１軸線Ｌ１を中心とする半径方向の外方に延びる複数のアーム１３とを備える。複数のアーム１３は、第１軸線Ｌ１を中心とする周方向に予め定める間隔をあけてそれぞれ配置される。図１では、一例として３本のアーム１３を示している。各アーム１３の第１軸線Ｌ１を中心とする半径方向の外方の端部は、下地板４を保持する保持部１４を構成する。本実施の形態では、保持部１４は、下地板４と勘合する形状を有する。具体的には、保持部１４には、第１軸線Ｌ１を中心とする周方向の両端部間にわたって凹溝が形成され、下地板４の厚み方向の他表面部には、厚み方向に垂直な方向に延びる凸溝が形成され、この凸溝と凹溝とが勘合する。凹溝の延びる方向に垂直な断面は、台形状であって、下底が上底に対して軸体１８寄りに形成される。凸溝の延びる方向に垂直な断面は、前記凹溝の断面よりもやや小さく、下底が厚み方向の他方の先端に形成される。アーム１３は、下地板４の凸溝と保持部１４の凹溝とが嵌り込むことによって、下地板４を保持する。本実施の形態では、運搬手段５は、カーボンを含んで構成される。

アーム１３が下地板４を保持した状態において、アーム１３が鉛直方向Ｚに平行となるときに、下地板４の厚み方向の一表面部が融液１１に浸漬するように、アーム１３の長さが設定される。またアーム１３が鉛直方向Ｚに平行となるときに、下地板４の厚み方向の一表面４ａが融液１１の液面に対して平行となるように、アーム１３は、下地板４を保持する。

基板製造装置１は、収容空間９に不活性ガスを供給するガス供給手段１５をさらに備える。ガス供給手段１５が供給する不活性ガスは、たとえばアルゴンおよびヘリウムなどの希ガスおよび窒素ガスなどから成る。ガス供給手段１５は、チャンバ３の上方Ｚ１の上壁部に形成される１または複数の不活性ガス流入孔１６に接続されるガス供給管を有する。ガス供給手段１５は、この不活性ガス流入孔１６から不活性ガスをチャンバ３に供給する。本実施の形態では、２つの不活性ガス流入孔１６がチャンバ３の上壁部に設けられ、この２つの不活性ガス流入孔１６から不活性ガスが供給される。本実施の形態では、ガス供給手段１５は、各不活性ガス流入孔１６からそれぞれ等しい流量の不活性ガスを収容空間９に供給する。ガス供給手段１５がチャンバ３に不活性ガスを供給することによって、収容空間９に流入した酸素などのガスをチャンバ３から排気し、不活性ガスの雰囲気において基板１２を製造することができる。このように不活性ガスの雰囲気において基板１２を製造するので、融液１１が雰囲気中の酸素などと反応して基板１２に不純物が混ざることを防ぐことができる。さらに運搬手段５および坩堝２が酸化して消耗することを抑制することができる。図１において、基板製造装置１における不活性ガスの流れを矢符Ｆ１にて示す。

本実施の形態では、チャンバ３は、鉛直方向Ｚに平行な予め定める第２軸線Ｌ２に対して線対称に形成される。したがって、チャンバ３に形成される２つの不活性ガス流入孔１６も予め定める第２軸線Ｌ２に対して線対称に形成される。前述したようにガス供給手段１５は、各不活性ガス流入孔１６からそれぞれ等しい流量の不活性ガスを収容空間９に供給するので、収容空間９を流れる不活性ガスも予め定める第２軸線Ｌ２に対して線対称に流れる。

運搬手段５は、軸体１８を第１軸線Ｌ１まわりの一方Ｆ２に角変位しながら回転駆動する駆動手段をさらに備える。各アーム１３は、搬送手段７によって搬送される下地板４を保持しながら、駆動手段によって回転駆動される軸体１８とともに回転する。図１では、各アーム１３は、第１軸線Ｌ１まわりに半時計回りに回転する。アーム１３が第１軸線Ｌ１まわりに回転することによって、アーム１３に保持された下地板４が融液１１に浸漬している間に、下地板４の厚み方向の一表面４ａから融液１１が凝固成長することによって基板１２が形成される。下地板４が融液１１から離間すると、下地板４は搬送手段７によって収容空間９外に搬送される。

下地板４に形成される基板１２の厚みは、融液１１の温度および軸体１８の回転速度などに依存する。この融液１１の温度および軸体１８の回転速度などは、中央処理装置（ Central Processing Unit：略称ＣＰＵ）などを含んで実現される制御手段によって制御される。

チャンバ３には、バッファ室６と連通する開口が形成される。下地板４は、この開口を通って収容空間９に搬入される、または収容空間９外に搬出される。また収容空間９のガスは、この開口を通って収容空間９外に排気される。

図２は、セクションＩＩの拡大断面図である。バッファ室６は、下地板４を収容空間９に搬入するときに下地板４が通過する第１バッファ室６ａと、収容空間９から下地板４を搬出するときに通過する第２バッファ室６ｂとを含んで構成される。第１バッファ室６ａと第２バッファ室６ｂとは、同じ構造を有し、前述した予め定める第２軸線Ｌ２に対して線対称に配置されるので、第１バッファ室６ａと第２バッファ室６ｂとを共通して説明する。

バッファ室６は、バッファ空間２５を形成するバッファ室本体１９と、バッファ室本体１９のチャンバ３に対向する一側壁２９からチャンバ３に延びる連通管２０と、バッファ室本体１９の連通管２０が設けられる一側壁２９に対向する他側壁３０からチャンバ３とは反対側に延びる搬送管２１と、バッファ室本体１９の上方Ｚ１の上壁３１から上方Ｚ１に延びて排気管８に接続される接続管２２とを含んで構成される。

連通管２０によって形成される管路（以下、連通孔という）１７は、チャンバ３に形成される開口を通じて収容空間９に連通し、バッファ空間２５は、この連通孔１７を通じて収容空間９に連通する。前述したように、ガス供給手段１５から供給される不活性ガスは、予め定める第２軸線Ｌ２に対して線対称に流れるので、各連通孔１７を通って各バッファ空間２５にそれぞれ流入する不活性ガスの流量は等しくなる。複数の連通孔１７のうちの１または複数の特定の連通孔１７を流れる不活性ガスの流量が少ない場合、流量の少ない連通孔１７から外気が収容空間９に流入し易くなるが、各連通孔１７を流れる不活性ガスの流量がそれぞれ等しいので、収容空間９にバッファ空間２５から外気が流入することを防ぐことができる。これによって収容空間９の酸素濃度を低減することができる。

下地板４は、搬送管２１によって形成される管路（以下、搬送孔という）２３を通って基板製造装置１外からバッファ空間２５に搬入される、または搬送孔２３を通ってバッファ空間２５から基板製造装置１外に搬出される。

基板製造装置１は、搬送孔２３を開閉可能な開閉手段２４をさらに備える。開閉手段２４は、バッファ室６のチャンバ３側とは反対側の端部、すなわち搬送管２１のバッファ室本体１９側とは反対側の端部に近接して設けられる。開閉手段２４は、搬送孔２３を開閉可能な直方体であって板状のシャッタ３３と、シャッタ３３の上方Ｚ１に設けられるエアシリンダと、シャッタ３３とエアシリンダとを接続するロッドと、シャッタ３３の移動を規制するリニアガイドとを含んで構成される。シャッタ３３は、金属材料および樹脂材料などによって形成される。シャッタ３３は、リニアガイドによって鉛直方向Ｚを除く方向への動きが規制され、鉛直方向Ｚにのみ移動可能に設けられる。エアシリンダがロッドを介してシャッタ３３を鉛直方向Ｚに押圧または引張ることによって、シャッタ３３は鉛直方向Ｚに移動する。このようにシャッタ３３を鉛直方向Ｚに移動することによって搬送孔２３の開閉動作を行う。シャッタ３３は、厚み方向に垂直な断面が、少なくとも搬送管２１の延びる方向に垂直な搬送孔２３の断面よりも大きく形成され、下方Ｚ２に移動したときにシャッタ３３の厚み方向の一方から見て搬送孔２３を覆う形状に形成される。このシャッタ３３は、下地板４が搬送孔２３を通過するときには、上方Ｚ１に移動して搬送孔２３を開状態にし、それ以外のときには下方Ｚ２に移動して搬送孔２３を閉状態にする。これによって外気がバッファ空間２５に流入することを可及的に防いでいる。また開閉手段２４は、搬送管２１に近接して、すなわち搬送孔２３に近接して設けられるので、開閉手段２４と搬送孔２３との隙間が狭くなる。したがってこの隙間から空気などのガスが収容空間９に流れ込むことを防ぐことができる。これによって収容空間９の酸素濃度を低減することができ、基板４に不純物が混入することを防ぐことができ、さらには基板製造装置１の長寿命化を図ることができる。

接続管２２は、バッファ室本体１９の上壁３１のチャンバ３側とは反対側の端部から上方Ｚ１に延びる。排気管８は、各バッファ室６にそれぞれ形成される接続管２２からそれぞれ上方Ｚ１に延び、上方Ｚ１の端部からそれぞれチャンバ３の上方Ｚ１において連結するように水平に延びて形成される。排気管８の連結部２６の上方Ｚ１の上壁には、開孔２７が形成される。ガス供給手段１５からチャンバ３に供給される不活性ガスは、チャンバ３、連通孔１７、バッファ空間２５、接続管２２によって形成される管路（以下、排気孔という）３４、排気管８によって形成される管路、および排気管８の連結部２６に形成される開孔２７をこの順に通って基板製造装置１外に排気される。

本実施の形態では、バッファ室６の容積、すなわちバッファ空間２５の容積と、連通孔１７の容積と、搬送孔２３の容積と、排気孔３４の容積とを加算した容積は、チャンバ３の容積、すなわち収容空間９の容積の０％を超えてかつ１０％以下に選ばれる。バッファ空間２５には、ガス供給手段１５から供給される不活性ガスが収容空間９から流入するので、バッファ空間２５の圧力は、少なくとも大気圧よりも高くなる。バッファ空間２５の圧力が大気圧より高ければ、搬送孔２３が開のときに外気がバッファ空間２５に流入することを防ぐことができる。バッファ室６の容積がチャンバ３の容積の１０％を超えて大きい場合には、バッファ空間２５の圧力が高くなる作用が低下するので、大気圧とバッファ空間２５の圧力との差が小さくなり、外気がバッファ空間２５に流入することを防ぐ効果が小さくなる。本実施の形態のようにバッファ室６の容積がチャンバ３の容積に比べて十分に小さければ、バッファ室６の容積が大きい場合に比べて、バッファ空間２５の圧力と大気圧との差が大きくなり、外気がバッファ室６に流入することを効率的に防ぐことができる。これによってバッファ空間２５の酸素濃度を低減することができ、これにともなって収容空間９の酸素濃度を低減することができる。

搬送手段７は、バッファ室６に搬入される下地板４を収容空間９に設けられる運搬手段５に搬送する、または運搬手段５によって運搬された下地板４をバッファ室６に搬送する。搬送手段７は、たとえば平行に延びる２本のレールと、２本のレールの延びる方向に垂直な方向に延び、両端部が各レールに軸支される複数のシャフトと、各シャフトに軸支され、シャフトの軸線方向に等間隔をあけて配置される複数の搬送ローラと、各シャフトを軸線まわりに回転駆動する駆動体とを含んで構成される。各シャフトは、２本のレールの延びる方向に等間隔をあけて配置される。各シャフトには、３個以上の碁石形状の搬送ローラが設けられ、各搬送ローラは、シャフトとともに回転する。後述するように搬送手段７には、下方Ｚ２から上方Ｚ１に向けてガス噴出手段３５から不活性ガスが噴出される。搬送ローラおよびシャフトは、それぞれガス噴出手段３５からの不活性ガスの流れを乱さない程度に十分な間隔をあけて配置される。このように搬送手段７は、各シャフトが回転することによって、搬送手段７の上方Ｚ１から搬送ローラに載置される下地板４を２本のレールが延びる方向に搬送する。下地板４の搬送方向は、シャフトの回転方向によって切換わる。搬送手段７によって運搬手段５に搬送される下地板４は、前述したように運搬手段５の保持部１４に勘合して保持され、運搬手段５によって融液１１に浸漬されて搬送手段７に運搬され、さらに搬送手段７によってバッファ室６に搬送される。

図３は、図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見たバッファ室６の断面図である。基板製造装置１は、バッファ空間２５にガス噴出手段３５をさらに備える。ガス噴出手段３５は、バッファ空間２５で搬送孔２３寄りに近接して設けられる。具体的には、本実施の形態ではガス噴出手段３５は、バッファ室本体１９の下方Ｚ２の下壁３６上の搬送管２１寄りの端部に設けられる。ガス噴出手段３５は、他側壁３０に沿って、他側壁３０の上下方向Ｚに垂直な第１方向Ｘの両端部間にわたって延びる。ガス噴出手段３５の上方Ｚ１の端部には、第１方向Ｘの両端部間にわたって延びる噴出孔が形成される。ガス噴出手段３５は、噴出孔に不活性ガスを供給する不活性ガス供給源を備え、噴出孔から上方Ｚ１に向けて不活性ガスを噴出する。本実施の形態では、ガス噴出手段３５の噴出孔は、ガス噴出手段３５の延びる方向（第１方向Ｘ）に長手状の長孔であって、この噴出孔に臨む内周面は、四角筒形状を有する。図３では、ガス噴出孔から噴出する不活性ガスの流れを矢符３８にて示す。前述したように接続管２２は、バッファ室本体１９の上壁３１の搬送管２１寄りの端部に設けられるので、ガス噴出手段３５は、排気孔３４の下方Ｚ２に位置し、排気孔３４に向けて不活性ガスを噴出する。

前述した搬送管２１は、四角筒状の形状を有し、バッファ室本体１９の他側壁３０には搬送孔２３が連通する開口３７が形成される。この開口３７は、ガス噴出手段３５の延びる方向と同様に第１方向Ｘに延び、上下方向Ｚおよび第１方向Ｘに垂直な第２方向Ｙの一方から見て、ガス噴出手段３５の上方Ｚ１に形成される。またこの開口３７は、第１方向Ｘにおいて、ガス噴出孔の中央部に形成される。ガス噴出孔の延びる方向の幅の寸法Ｗ１（以下、ガス噴出孔の長手方向の幅の寸法Ｗ１という）は、他側壁３０に形成される開口３７のガス噴出手段３５の延びる方向の幅の寸法Ｗ２（以下、開口３７の長手方向の幅の寸法Ｗ２という）よりも大きい値に選ばれ、好ましくは前記開口３７の長手方向の幅の寸法Ｗ２の１．５倍に選ばれる。すなわちガス噴出手段３５は、搬送孔２３に臨む内周面を延長した仮想平面によって囲まれる領域（図３では、開口３７内の領域）に、前記領域の外方にわたってガスを噴出する。ガス噴出孔から噴出される不活性ガスの流れは、ガス噴出孔の延びる方向の端部において乱れが生じるので、仮に前記領域のみにガスを噴出すると、不活性ガスの流れに乱れが生じる部分において搬送孔２３から流入する外気を効果的に排気孔３４に排気することができない。ガス噴出手段３５は、前記領域の外方にわたってガスを噴出するので、前記領域において不活性ガスの流れに乱れが生じず、搬送孔２３から流入する外気をより効果的に排気孔３４に排気することができる。これによって連通孔１７を通って収容空間９に外気が流入することを防いで収容空間９の酸素濃度を低減することができる。

下地板４は、搬送手段７によって搬送孔２３を通ってバッファ空間２５に搬入されるときにガス噴出手段３５の上方Ｚ１を通過する。このときガス噴出手段３５は上方Ｚ１を通過する下地板４に向けて不活性ガスを噴出するので、下地板４を覆って搬送される外気を下地板４から離間させる。図２において酸素ガス２８を模式的に記号「○」で示すとともに、ガス噴出手段３５から噴出される不活性ガスによって酸素ガス２８が流れる向きを矢符３２にて示す。特に、前述したようにガス噴出手段３５は、バッファ空間２５で搬送孔２３寄りに近接して設けられる。すなわちガス噴出手段３５は、バッファ空間２５で連通孔１７寄りでなく、搬送孔２３寄りにおいて下地板４に不活性ガスを噴出する。このように搬送孔２３から離れた位置において下地板４を覆う酸素などのガスを離間させるので、離間したガスが搬送孔２３を通ることを極力防ぐことができ、外気が収容空間９に流れ込むことを防ぐことができる。これによって収容空間９の酸素濃度を低減することができる。

さらに、前述したようにガス噴出手段３５は、排気孔３４の下方Ｚ２に位置し、排気孔３４に向けて不活性ガスを噴出するので、バッファ空間２５において不活性ガスが渦を巻いたり、滞留したりせずにガス噴出手段３５から排気孔３４に向かう不活性ガスの流れが生じる。この不活性ガスの流れに沿って、不活性ガスを噴出することによって下地板４から離間した酸素などのガスをスムーズに排気孔３４に運ぶことができる。これによって下地板４から離間した酸素などのガスが連通孔１７を通って収容空間９に流入することを防ぐことができる。

さらに、シャッタ３３が開状態のときに搬送孔２３からバッファ空間２５に流入する外気を、ガス噴出手段３５からのガスの流れに沿って排気孔３４に運ぶことができるので、外気が連通孔１７を通って収容空間９に流れ込むことを防ぐことができる。すなわちガス噴出手段３５から噴出される不活性ガスによって、外気が搬送孔２３からバッファ空間２５および連通孔１７を通って収容空間９に流入することを遮断する障壁（以下、不活性ガス・カーテンという）が形成される。この不活性ガス・カーテンは、自身を通過するガスを連通孔１７に運ぶ機能を有する。

不活性ガス・カーテンの効果について実験結果に基づいて説明する。図４は、ガス噴出手段３５から噴出される不活性ガスの流量と、収容空間９の酸素濃度との関係を示す図である。図４において、横軸はガス噴出手段３５から噴出される不活性ガスの流量（以下、カーテン流量という）を示し、縦軸は収容空間９の酸素濃度を示す。図４に示す酸素濃度の測定結果は、ガス供給手段１５から収容空間９に供給される不活性ガスの流量（以下、チャンバ流量という）を２００Ｌ／ｍｉｎとしたときの測定値である。

図４に示すように、カーテン流量が多くなる程、収容空間９の酸素濃度が低下することから、不活性ガス・カーテンが収容空間９に流入する外気を遮断する障壁として機能することが示される。図４においてカーテン流量が２０Ｌ／ｍｉｎ未満になると、収容空間９の酸素濃度が急上昇し、不活性ガス・カーテンの遮断効果が実用に適する程度に有効に機能しないことが示される。カーテン流量が２０Ｌ／ｍｉｎ以上になると、収容空間９の酸素濃度を３５ｐｐｍ程度未満に保つことができるので、不活性ガス・カーテンが収容空間９に流入する外気を遮断する障壁として機能する効果が顕著に現れることが示される。特に、カーテン流量が１００Ｌ／ｍｉｎ以上になると、収容空間９の酸素濃度を５ｐｐｍ以下に保つことができるので、不活性ガス・カーテンが収容空間９に流入する外気を遮断する障壁として機能する効果が特に顕著に現れることが示される。したがって、本実施の形態の基板製造装置１では、カーテン流量は、２０Ｌ／ｍｉｎ以上に選ばれ、好ましくは、１００Ｌ／ｍｉｎ以上に選ばれる。

一般にチャンバ３、バッファ室６および各孔などの基板製造装置１の形状が異なると、カーテン流量と収容空間９の酸素濃度との相関は異なるが、流体力学の理論によれば、次式（１）で定義されるレイノルズ数Ｒｅおよびシュミット数Ｓｃが等しければ、流速分布および濃度分布の相似則から、流れの速度分布および濃度分布がそれぞれ相似になる。したがって収容空間９の酸素濃度は、基板製造装置１の形状に拘わらずに、レイノルズ数Ｒｅおよびシュミット数Ｓｃに依存するものと推定される。
Ｒｅ＝ＵＬ／ν
Ｓｃ＝ν／Ｄ …（１）

レイノルズ数Ｒｅおよびシュミット数Ｓｃは、無次元数である。式（１）においてＵは、代表流速（単位ｍ／ｓ）を示し、Ｌは、代表長さ｛４×開口面積／開口部の周長（単位ｍ）｝を示し、νは、不活性ガスの動粘性係数（単位ｍ²／ｓ）を示し、νは、不活性ガスの動粘性係数（単位ｍ²／ｓ）を示し、Ｄは、酸素の不活性ガスに対する拡散係数（単位ｍ²／ｓ）を示す。

基板製造装置１の形状を変更したとしても、不活性ガスの種類を変更しない場合には、不活性ガスと酸素との組合せは変わらないので、シュミット数Ｓｃは常に変わらずに一定となる。したがってレイノルズ数Ｒｅが同じであれば、収容空間９の酸素濃度は、基板製造装置１の形状に拘わらずに等しくなると推定される。すなわち基板製造装置１の形状が異なっても、収容空間９の酸素濃度とレイノルズ数Ｒｅとの相関は同じであると推定される。目的とする収容空間９の酸素濃度からレイノルズ数Ｒｅが定められ、基板製造装置１の形状から代表長さＬが求まるので、式（１）から代表流速Ｕを求めることができる。代表流速Ｕが求まると、ガス噴出手段３５から噴出すべきカーテン流量を決定することができる。

本実施の形態では連通孔１７は、１ヶ所で、ガス噴出孔のサイズは５００ｍｍ×０．１ｍｍなので、たとえばカーテン流量が１００Ｌ／ｍｉｎのときのガス噴出手段３５のレイノルズ数Ｒｅ（以下、カーテン・レイノルズ数Ｒｅという）は、４６０となり、カーテン流量が２０Ｌ／ｍｉｎのときのカーテン・レイノルズ数Ｒｅは、９２となる。上述した実験結果をカーテン・レイノルズ数Ｒｅを基準にして解析すると、カーテン・レイノルズ数Ｒｅが４６０以上の場合、不活性ガス・カーテンの遮断効果によって収容空間９の酸素濃度は５ｐｐｍ以下に保たれる。カーテン・レイノルズ数Ｒｅが４６０未満になると収容空間９の酸素濃度が上昇を開始し、カーテン・レイノルズ数Ｒｅが減少するにしたがって収容空間９の酸素濃度が上昇していき、最終的にカーテン・レイノルズ数Ｒｅが９２未満になると酸素濃度が急上昇し、不活性ガス・カーテンの遮断効果が実用に適する程度に有効に機能しなくなることが示される。したがって、基板製造装置１の形状に拘わらずに、カーテン・レイノルズ数Ｒｅは、９２以上に選ばれ、好ましくは、４６０以上に選ばれる。

同様にして、ガス供給手段１５によって収容空間９に不活性ガスを供給することによる効果について実験結果に基づいて説明する。図５は、チャンバ流量と、収容空間９の酸素濃度との関係を示す図である。図５において、横軸はチャンバ流量を示し、縦軸は収容空間９の酸素濃度を示す。図５に示す酸素濃度の測定結果は、カーテン流量を１００Ｌ／ｍｉｎとしたときの測定値である。

図５に示すように、チャンバ流量が多くなる程、収容空間９の酸素濃度が低下することから、ガス供給手段１５によって収容空間９に供給される不活性ガスが、収容空間９に外気が流入することを防ぐとともに、収容空間９に流入した外気を収容空間９外に排気し、収容空間９の酸素濃度を低下する排気効果を示すことが示される。図５においてチャンバ流量が１００Ｌ／ｍｉｎ未満になると、収容空間９の酸素濃度が急上昇し、ガス供給手段１５から供給される不活性ガスによる排気効果が実用に適する程度に有効に機能しないことが示される。チャンバ流量が１００Ｌ／ｍｉｎ以上になると、収容空間９の酸素濃度を７０ｐｐｍ程度未満に保つことができるので、ガス供給手段１５から供給される不活性ガスによる排気効果が顕著に現れることが示される。特に、チャンバ流量が３００Ｌ／ｍｉｎ以上になると、収容空間９の酸素濃度を約１０ｐｐｍ以下に保つことができるので、ガス供給手段１５から供給される不活性ガスによる排気効果が特に顕著に現れることが示される。したがって、本実施の形態の基板製造装置１では、チャンバ流量は、１００Ｌ／ｍｉｎ以上に選ばれ、好ましくは、３００Ｌ／ｍｉｎ以上に選ばれる。

以上説明した実験結果を、不活性ガス・カーテンの場合と同様に流速分布および濃度分布の相似則にしたがって、レイノルズ数Ｒｅを基準にして解析する。本実施の形態では連通孔１７が１ヶ所でサイズは４００ｍｍ×１００ｍｍなので、たとえばチャンバ流量が３００Ｌ／ｍｉｎのときの連通孔１７のレイノルズ数Ｒｅ（以下、チャンバ・レイノルズ数Ｒｅという）は、１１００となり、チャンバ流量が２００Ｌ／ｍｉｎのときのチャンバ・レイノルズ数Ｒｅは、７３４となり、チャンバ流量が１５０Ｌ／ｍｉｎのときのチャンバ・レイノルズ数Ｒｅは、５５０となり、チャンバ流量が１００Ｌ／ｍｉｎのときのチャンバ・レイノルズ数Ｒｅは、３６７となる。チャンバ・レイノルズ数Ｒｅが１１００以上の場合、排気効果によって酸素濃度は１０ｐｐｍ程度に保たれる。チャンバ・レイノルズ数Ｒｅが１１００未満になると酸素濃度が上昇を開始し、チャンバ・レイノルズ数Ｒｅが減少するにしたがって酸素濃度が上昇していき、最終的にチャンバ・レイノルズ数Ｒｅが３６７未満になると排気効果が実用に適する程度に有効に機能しなくなることが示される。したがって、基板製造装置１の形状に拘わらずに、チャンバ・レイノルズ数Ｒｅは、３６７以上に選ばれ、好ましくは、１１００以上に選ばれる。

以上説明したように、目標とする収容空間９の酸素濃度が決まれば、この酸素濃度を達成するためのカーテン・レイノルズ数Ｒｅおよびチャンバ・レイノルズ数Ｒｅがそれぞれ図４および図５を基にして決定される。式（１）を用いると、カーテン・レイノルズ数Ｒｅおよびチャンバ・レイノルズ数Ｒｅから、新たに設計した基板製造装置１に対してガス噴出孔から流れる不活性ガスの代表流速Ｕおよび収容空間９から連通孔１７を通る不活性ガスの代表流速Ｕを計算することができ、その流速に開口面積を乗算することによって、カーテン流量およびチャンバ流量をそれぞれ見積もることが可能になる。このように設計時においてカーテン流量およびチャンバ流量を予め見積ることが可能となり、不活性ガスの使用量と収容空間９の酸素濃度とを考慮した設計が可能となる。

以上説明した本実施の形態の基板製造装置１によれば、ガス供給手段１５によって収容空間９に供給された不活性ガスは、連通孔１７を通ってバッファ空間２５に流入し、排気孔３４を通ってバッファ空間２５から排気される。したがって、収容空間９に酸素などのガスが流入したとしても、この不活性ガスの流れに沿って流入したガスを収容空間９およびバッファ空間２５から排気することができ、収容空間９を不活性ガスによって満たすことができる。

またシャッタ３３は、搬送孔２３を下地板４が通過するときに搬送孔２３を開き、下地板４が搬送孔２３を通過しないときには搬送孔２３を閉じる。これによって下地板４が搬送孔２３を通過しないときに、バッファ空間２５に空気などの外気が流入することを防ぐことができる。また搬送孔２３が開いているときにバッファ空間２５に空気などの外気が流入したとしても、流入したガスは、収容空間９からバッファ空間２５を通って排気孔に流れる不活性ガスの流れとともに排気孔３４から排気されるので、収容空間９に外気が流入することを防ぐことができる。

またガス噴出手段３５は、バッファ空間２５において搬送される下地板４に向けて不活性ガスを噴出する。下地板４に不活性ガスを噴出することによって、基板製造装置１外からバッファ空間２５に搬入される下地板４とともに移動し、下地板４を覆う酸素などのガスを下地板４から離間させることができる。このようにして下地板４から離れたガスは、収容空間９からバッファ空間２５を通って排気孔３４に流れる不活性ガスの流れとともに排気孔３４から排気されるので、下地板４を収容空間９に搬送するときに外気などが収容空間９に流入することを防ぐことができる。このように真空環境用の装置を備えることなく、簡易な構成で収容空間９に外気が流入することを防いで、収容空間９を不活性ガスで満たすことができ、酸素濃度を低い値に抑えた不活性ガスの雰囲気中において基板を製造することができる。これによって融液１１が凝固成長するときに基板１２に不純物が混入することを防ぐことができる。さらに収容空間９に外気が流入することを防いで収容空間９の酸素濃度を低い値に抑えることができるので、高温となる坩堝２などの収容空間９に設けられる装置およびチャンバが酸化して消耗することを防ぐことができ、基板製造装置１の長寿命化を図ることができる。特に本実施の形態では、坩堝２および運搬手段５は、カーボンを含んで形成されるので、収容空間９の酸素濃度を低い値に抑えることによって、坩堝２および運搬手段５が酸化して消耗することを防ぐことができる。従来の技術の基板製造装置１０１のように真空環境用の装置を備えることなく、簡易な構成で収容空間９の酸素濃度を低い値に抑えることができるので、基板製造装置１の小形化を実現して設置面積が小さくなり、低コストの基板製造装置１を実現することができる。

本実施の形態の基板製造装置１では、ガス噴出手段３５は、バッファ室本体１９の下方Ｚ２の下壁３６上に設けられて、上方Ｚ１に不活性ガスを噴出するとしたけれども、下地板４および排気孔３４に向けて不活性ガスを噴出するのであれば、どの位置に配置されてもよい。

図６は、ガス噴出手段３５をバッファ室本体１９の第１方向Ｘの一側壁３９に設けたときのバッファ室６の断面図である。ガス噴出手段３５をバッファ室本体１９の第１方向Ｘの一側壁３９に設ける場合には、接続管２２は、バッファ室本体１９の第１方向Ｘの他側壁４０から第１方向Ｘの他方に延びて形成される。ガス噴出手段３５は、排気管８に向けて第１方向Ｘの他方に不活性ガスを噴出する。ガス噴出手段３５は、バッファ室本体１９の第１方向Ｘの一側壁３９の搬送管２１寄りの端部に設けられる。ガス噴出手段３５は、一側壁３９に沿って、一側壁３９の上下方向Ｚの両端部間にわたって延びる。ガス噴出手段３５の第１方向の他方の端部には、上下方向Ｚの両端部間にわたって延びる噴出孔が形成される。ガス噴出手段３５は、この噴出孔から第１方向Ｘの他方に向けて不活性ガスを噴出する。ガス噴出手段３５の噴出孔は、ガス噴出手段３５の延びる方向（上下方向Ｚ）に長手状の長孔であって、この噴出孔に臨む内周面は、四角筒形状を有する。図６では、ガス噴出孔から噴出する不活性ガスの流れを矢符４１にて示す。

前述したようにバッファ室本体１９の第２方向Ｙの他側壁３０には搬送孔２３による開口３７が形成される。この開口３７は、第１方向Ｘに延び、第２方向Ｙの一方から見て、ガス噴出手段３５の第１方向Ｘの他方に形成される。またこの開口３７は、上下方向Ｚにおいて、ガス噴出孔の中央部に形成される。ガス噴出孔の延びる方向の幅の寸法Ｗ３（以下、ガス噴出孔の長手方向の幅の寸法Ｗ３という）は、他側壁３０に形成される開口３７のガス噴出手段３５の延びる方向の幅の寸法Ｗ４（以下、開口３７の短手方向の幅の寸法Ｗ４という）よりも大きい値に選ばれ、好ましくは前記開口３７の短手方向の幅の寸法Ｗ４の１．５倍に選ばれる。このようにガス噴出孔の形状を設計することによって、前述したように搬送孔２３に臨む内周面を延長した仮想平面によって囲まれる領域（図３では、開口３７内の領域）において不活性ガスの流れに乱れが生じず、搬送孔２３から流入する外気を効果的に排気孔３４に排気することができる。これによって連通孔１７を通って収容空間９に外気が流入することを防いで収容空間９の酸素濃度を低減することができる。

また本実施の形態の基板製造装置１では、チャンバ３およびバッファ室６が第２軸線Ｌ２に対して線対称に形成されるとしたけれども、線対称でなくてもよい。この場合には、ガス供給手段１５は、各不活性ガス流入孔１６から流れる不活性ガスの流量を調整することによって、各バッファ室６の連通孔１７を通って各バッファ空間２５にそれぞれ流入する不活性ガスの流量が等しくなるように収容空間９に不活性ガスを供給する。これによって、前述したように収容空間９にバッファ空間２５から外気が流入することを防ぐことができ、収容空間９の酸素濃度を低減することができる。

図７は、本発明の他の実施の形態の基板製造装置１のバッファ室６の断面図である。本実施の形態の基板製造装置１は、前述の実施の形態の基板製造装置１とバッファ室６の構造を除いて同様の構成であるので、対応する部分については同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。

連通管２０は、バッファ室本体１９のチャンバ３寄りの端部からチャンバ３に向かって先細状に延びる。したがって連通孔１７もバッファ空間２５から収容空間９に近接するにしたがって先細状に形成される。すなわち連通管２０の開口面積がバッファ空間２５から収容空間９に近接するにしたがって小さくなるように形成される。

接続管２２は、バッファ室本体１９の上壁３１から上方Ｚ１に離間するにしたがって、上下方向Ｚに垂直な断面が広がるように形成される。したがって上下方向Ｚに垂直な排気孔３４の断面の面積、すなわち接続管２２の開口面積がバッファ室本体１９から上方Ｚ１に離間するにしたがって大きくなるように形成される。

搬送管２１は、バッファ室本体１９の他側壁３０からチャンバ３とは反対側に離間するにしたがって、この搬送管２１の延びる方向に垂直な断面が広がるように形成される。したがって搬送管２１が延びる方向に垂直な搬送孔２３の断面の面積、すなわち搬送管２１の開口面積がバッファ室本体１９から離間するにしたがって大きくなるように形成される。

ガスの流路による抵抗は、円管の場合、内径に反比例し、流速の２乗に比例する。したがってテーパ形状を有する流路の場合、流路の断面積が小さくなるにしたがって、内径が小さくなるとともに、流速が大きくなるので、流路による抵抗が大きくなる。すなわち流路の断面積が小さくなる方向よりも流路の断面積が大きくなる方向の方が、ガスは流れ易い。連通管２０が前述したテーパ形状を有するので、バッファ空間２５から連通孔１７を通って収容空間９にガスが流れるよりも、収容空間９から連通管２０を通ってバッファ空間２５にガスが流れ易い。これによって外気がバッファ室本体１９から収容空間９に流入することを防ぐことができ、収容空間９の酸素濃度を低い値に保つことができる。

また接続管２２が前述したテーパ形状を有するので、排気管８によって形成される管路からバッファ空間２５にガスが流入し難くなり、バッファ空間２５から排気した酸素などを含むガスがバッファ空間２５に逆流することを防ぐことができる。また搬送管２１が前述したテーパ形状を有するので、外気が搬送孔２３を通ってバッファ空間２５に流入し難くなる。これらによってバッファ空間２５の酸素濃度を低い値に保つことができ、ひいては収容空間９の酸素濃度を低い値に保つことができる。これによって前述したように基板１２に不純物が混入することを防ぐことができ、さらに基板製造装置１の長寿命化を図ることができる。

図８は、本発明のさらに他の実施の形態の基板製造装置５１を示す断面図である。本実施の形態の基板製造装置５１は、前述の各実施の形態の基板製造装置１に加えて、基板１２の原料６９を補給する補給手段５２をさらに備える。本実施の形態の基板製造装置５１は、前述の各実施の形態の基板製造装置１に補給手段５２を加えた構成なので、対応する部分については同一の符号を付して、補給手段５２についてのみ説明し、重複する説明を省略する。なお図８では、理解の容易のために運搬手段５、下地板４、搬送手段７およびガス供給手段１５を省略している。

基板製造装置５１は、下地板４を融液１１に浸漬して融液１１を結晶成長させることによって基板１２を製造するので、基板１２を製造する毎に基板１２の原料６９となる融液１１が減少していく。補給手段５２は、融液１１が減少すると、この減少分の原料６９を補うために、固体または液体の金属材料および半導体材料などの原料６９を坩堝２に供給する。本実施の形態では補給手段５２は、固体の原料６９を坩堝２に供給する。

補給手段５２は、チャンバ３の上方Ｚ１に設けられる補給用バッファ室５３と、補給用バッファ室５３からチャンバ３の上方Ｚ１の上壁５４に形成される開孔を貫通して収容空間９に延びる補給用管５５と、補給用バッファ室５３の上方Ｚ１の上壁５６から上方Ｚ１に延びる補給用搬送管５７と、補給用バッファ室５３の第２方向Ｙの他方の側壁６１から第２方向Ｙの他方に延びて排気管８に接続される接続管６２と、補給用バッファ室５３の第２方向Ｙの一方の側壁６３に配置されるガス噴出手段６４と、補給用搬送管５７によって形成される管路（以下、補給用搬送孔という）６５を開閉可能なシャッタを備える開閉手段とを含んで構成される。

シャッタ６６は、原料６９を坩堝２に補給するときに補給用搬送孔６５を開状態にし、それ以外のときに補給用搬送孔６５を閉状態にする。補給用搬送孔６５が開状態になると、原料６９が補給用バッファ室５３によって形成されるバッファ空間６８に供給され、さらに補給用管５５によって形成される管路７０を通って、坩堝２に供給される。

ガス噴出手段６４は、前述の各実施の形態のガス噴出手段３５と同様に、接続管６３によって形成される管路７１に向かって不活性ガスを噴出することによって、ガス噴出手段６４と接続管６３との間を通過する原料６９に向けて不活性ガスを噴出する。このようにガス噴出手段６４が不活性ガスを噴出することによって、前述したように外気が収容空間９に流入することを防ぐことができ、収容空間９の酸素濃度を低い値に保つことができる。これによって、前述したように基板１２に不純物が混入することを防ぐことができ、さらに基板製造装置１の長寿命化を図ることができる。

本実施の形態のさらに他の実施の形態の基板製造装置５１では、前述した基板製造装置１の構成に加えて基板１２の破片を回収する回収手段をさらに備える。下地板４の一表面４ａ上に形成される基板１２は、融液１１から離間すると、高温から低温に急激に冷却されるので、熱応力が発生して破損し、チャンバ３の下方Ｚ２の下壁上に破片が落下する場合がある。回収手段は、チャンバの下壁に落下した基板１２の破片を再利用するために回収する。

回収手段は、基板１２の破片が落下する可能性の高い位置に配置されるトレーと、基板１２の破片を収容したトレーを収容空間９から外に運ぶ搬送部とを含んで構成される。チャンバ３には、回収手段が通過する開口が形成されており、この開口を形成する開口部に前述した各実施の形態のバッファ室６と同様の構成のバッファ室６が接続される。さらにバッファ空間２５に前述の各実施の形態と同様にガス噴出手段３５が設けられるとともに、開閉手段２４が設けられる。

前述したようにガス噴出手段３５から噴出される不活性ガスによって、外気が搬送孔２３からバッファ空間２５および連通孔１７を通って収容空間９に流入することを遮断する障壁が形成される。これによって、トレーをバッファ室６に搬入するまたはバッファ室６から搬出するときに、外気が収容空間９に流入することを防ぎ、収容空間９の酸素濃度を低い値に保つことができる。

本発明の実施の一形態の基板製造装置１の構成を模式的に示す断面図である。セクションＩＩの拡大断面図である。図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見たバッファ室６の断面図である。ガス噴出手段３５から噴出される不活性ガスの流量と、収容空間９の酸素濃度との関係を示す図である。チャンバ流量と、収容空間９の酸素濃度との関係を示す図である。ガス噴出手段３５をバッファ室本体１９の第１方向Ｘの一側壁３９に設けたときのバッファ室６の断面図である。本発明の他の実施の形態の基板製造装置１のバッファ室６の断面図である。本発明のさらに他の実施の形態の基板製造装置５１を示す断面図である。他の従来の技術の基板製造装置１０１を示す断面図である。

符号の説明

１，５１基板製造装置
２坩堝
３チャンバ
４下地板
５運搬手段
６バッファ室
７搬送手段
８排気管
９収容空間
１１融液
１２基板
１５ガス供給手段
１７連通孔
２０連通管
２１搬送管
２２，６２接続管
２３搬送孔
２４，６７開閉手段
２５，６８バッファ空間
２６連結部
３３，６６シャッタ
３４排気孔
３５ガス噴出手段
５２補給手段
５３補給用バッファ室
５５補給用管
５７補給用搬送管
６４ガス噴出手段
６５補給用搬送孔

Claims

基板の原料を加熱溶融した融液に冷却体を浸漬し、前記冷却体の表面上に前記原料を凝固成長させて基板を製造する基板製造装置であって、
前記融液を貯留する坩堝を備え、前記坩堝が収容される収容空間を形成するチャンバと、
前記収容空間に不活性ガスを供給するガス供給手段と、
前記収容空間に連通し、かつ冷却体が通過可能な連通孔、排気孔、および外部空間に連なり、かつ冷却体が通過可能な搬送孔が形成され、前記連通孔、排気孔および搬送孔に連通するバッファ空間を形成するバッファ室と、
前記搬送孔を開閉可能なシャッタを備える開閉手段と、
前記連通孔および搬送孔を通って、収容空間に冷却体を搬入し、かつ収容空間から冷却体を搬出する搬送手段と、
バッファ空間に収容され、搬送手段によってバッファ空間を搬送される冷却体に向けて不活性ガスを噴出するガス噴出手段とを含み、
前記収容空間および前記バッファ空間の圧力は、大気圧よりも高く、
前記排気孔からは、前記ガス供給手段から前記収容空間に供給されて、前記連通孔を介して前記バッファ室に流入する不活性ガス、および前記ガス噴出手段によって噴出されたガスが排気されることを特徴とする基板製造装置。
複数の前記バッファ室を有し、
前記ガス供給手段は、各バッファ室の連通孔を通って各バッファ空間にそれぞれ流入する不活性ガスの流量が等しくなるように前記収容空間に不活性ガスを供給することを特徴とする請求項１記載の基板製造装置。
前記バッファ室の容積は、前記チャンバの容積の０％を超えてかつ１０％以下に選ばれることを特徴とする請求項１または２記載の基板製造装置。
前記ガス噴出手段は、バッファ空間で搬送孔寄りに近接して設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の基板製造装置。
前記開閉手段は、前記搬送孔に近接して設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の基板製造装置。
前記ガス噴出手段は、排気孔に向けて不活性ガスを噴出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の基板製造装置。
前記ガス噴出手段は、前記搬送孔に臨む内周面を延長した仮想平面によって囲まれる領域に、前記領域の外方にわたってガスを噴出することを特徴とする請求項６記載の基板製造装置。
前記ガス噴出手段は、不活性ガスが噴出する方向に垂直な予め定める方向に延びて形成され、不活性ガスが噴出する噴出孔を有し、
ガスが噴出する方向および前記予め定める方向に垂直な方向の前記噴出孔の幅の寸法は、０．０５ｍｍ以上かつ０．２ｍｍ未満に選ばれることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の基板製造装置。
前記ガス噴出手段から噴出される不活性ガスは、希ガスおよび窒素ガスのうちの少なくともいずれか一方に選ばれることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の基板製造装置。