CN111712673A - 多晶硅填充作业用的清洁室 - Google Patents

Abstract

本发明是一种多晶硅填充作业用的清洁室，其用于向石英坩埚内填充多晶硅，清洁室被顶板面、侧面、以及底面密闭，并具有：出入口，其配置于侧面；风扇/过滤器装置，其配置于顶板面；以及排气口，其配置于侧面的下部，清洁室具有控制机构，控制机构进行控制，使得通过利用风扇/过滤器装置向清洁室内部送入洁净的空气，从排气口排出清洁室内的空气并使其返回风扇/过滤器装置，从而使清洁室内部的空气循环，并使开放出入口时的清洁室内部的压力相对于清洁室外部的压力而言为同压或者负压。由此，提供一种在制造单晶硅时，避免因为在向原料容器内填充多晶硅的工序中产生的灰尘而污染周围的清洁室。

Description

多晶硅填充作业用的清洁室

技术领域

本发明涉及一种在把铸块、特别是把多晶硅填充于原料容器内的工序中使用的清洁室，该多晶硅在利用CZ法等制造单晶硅时作为熔融原料使用。

背景技术

以往，主要利用CZ法来制造单晶硅。在CZ法中，首先向原料容器内填充多晶硅原料，并利用石墨制加热器进行加热来熔融原料。将安装于上轴的下端的晶种沉浸于该熔融的原料中，并一边使上轴旋转一边以低速提拉，从而使单晶硅生长。所述原料容器一般使用石英玻璃坩埚(以下称为石英坩埚)。

所述石英坩埚内的多晶硅需要以洁净的状态填充，因此一般在有别于设置有单晶提拉装置的空间(提拉室)的房间(以下称为原料准备室)中向石英坩埚内填充。由于近年来单晶硅的大口径化、半导体元件的微细化，而需要使用大口径的石英坩埚，并在进一步未被灰尘等污染的环境下进行向石英坩埚内填充多晶硅的工序。

在作为现有技术的专利文献1中公开了以下内容：在清洁室或者净化台中进行插入作业，防止提拉装置内外的颗粒污染，并且在利用盖子封闭了原料容器的上部开口部的状态下进行输送，从而防止原料容器内的原料等的污染、由原料产生的提拉室的颗粒污染，但是存在以下问题：在插入作业时(向原料容器的上部开口部盖上盖子之前的状态)由原料产生的灰尘污染清洁室或者净化台内，且由从清洁室或者净化台的开口部排出的排出空气、为了输送原料容器而对清洁室的出入口进行开闭时排出的空气污染清洁室或者原料准备室周边。

例如，图3是表示现有的开放型的多晶硅填充作业用的清洁室的例子的剖视图。以往，通常将原料准备室设定为ISO洁净度级别4、或者级别5等，与提拉室相比洁净度更高，多晶硅18’向石英坩埚17’内的填充作业在设置于所述原料准备室内的净化台、或开放型的清洁室1’内进行。

多晶硅18’保管于洁净的例如塑料袋中，为了填充于石英坩埚17’而开封，并填充于石英坩埚17’内。开放型的清洁室1’利用例如塑料片22等覆盖清洁室1’的侧面，并利用风扇/过滤器装置3’(FFU)吸入装置外空气13’(原料准备室的洁净的空气)，进一步向装置内供给洁净的空气11’，因此，与原料准备室相比，装置内加压。装置内的加压空气作为空气23排出，该空气23从设置于覆盖清洁室1’的侧面的塑料片22等的下部的开放部向装置外排出。当例如塑料袋开封、以及多晶硅18’向石英坩埚17’内填充时，从多晶硅18’产生的灰尘与从所述开放型的清洁室1’向装置外排出的空气23一起排出，而产生了如下问题：使设置于原料准备室的其它装置、工具、或者填充所保管的多晶硅之前的石英坩埚、完成了填充多晶硅的石英坩埚污染。尤其在进行半导体元件的微细化的近年，所述石英坩埚的污染、工具的污染的影响显现化，需要设置对例如石英坩埚、工具进行保管用的清洁室等作为该污染的对策。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开平成7-172975号公报

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明鉴于上述的问题而完成，其目的在于提供一种清洁室，其在利用CZ法(切克劳斯基法)等制造单晶硅时，防止将作为熔融原料使用的多晶硅填充于原料容器内的工序中产生的灰尘污染周围。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种多晶硅填充作业用的清洁室，其用于向石英坩埚内填充多晶硅，其特征在于，该清洁室被顶板面、侧面、以及底面密闭，并具有：出入口，其配置于所述侧面；风扇/过滤器装置，其配置于所述顶板面；以及排气口，其配置于所述侧面的下部，清洁室具有控制机构，控制机构进行控制，使得通过利用配置于所述顶板面的所述风扇/过滤器装置向所述清洁室内部送入洁净的空气，从所述排气口排出所述清洁室内的空气，并使排出的空气返回所述风扇/过滤器装置，从而使所述清洁室内部的空气循环，在所述清洁室内形成下降流，并使开放所述出入口时的所述清洁室内部的压力相对于所述清洁室外部的压力而言为同压或者负压。

根据这样的多晶硅填充作业用的清洁室，能够提供一种在向石英坩埚内填充多晶硅的作业中，例如在塑料袋开封、以及向石英坩埚内填充多晶硅时不向室外排出由多晶硅产生的灰尘的密闭型的清洁室，从而能够抑制原料准备室的污染。

此时，优选地，所述控制机构进行控制，使得开放所述出入口时，所述清洁室内部与所述清洁室外部的压力差是-2～0Pa。

根据这样的多晶硅填充作业用的清洁室，当开放清洁室的出入口时，在密闭型的清洁室内产生的灰尘不向装置外排出，能够防止设置于原料准备室的其它装置、工具、或者填充所保管的多晶硅之前的石英坩埚、完成填充多晶硅的石英坩埚受到污染。

另外，优选地，所述控制机构具有：门开关/传感器，其用于发送所述出入口的开放指令；控制部，其接受来自该门开关/传感器的所述出入口的开放指令；吸气风门，其调整朝向所述清洁室的装置外空气的吸气量；送风风门，其调整从所述风扇/过滤器朝向所述清洁室内部的送风量；以及压差传感器，其检测所述清洁室内部与所述清洁室外部的压力差，所述控制部接受来自所述门开关/传感器的所述出入口的开放指令，在开放所述出入口前，通过使所述风扇/过滤器装置的输出降低，并使所述吸气风门的开度及所述送风风门的开度可变，从而调整所述清洁室内部的压力，在利用所述压差传感器确认所述清洁室内部与所述清洁室外部的压力差后，使所述出入口开放。

根据这样的多晶硅填充作业用的清洁室，能够简单且可靠地使出入口开放时的清洁室内部的压力与外部为同压或者负压，并能够进一步防止设置于原料准备室的其它装置、工具、或者填充所保管的多晶硅之前的石英坩埚、完成填充多晶硅的石英坩埚受到污染。

另外，优选地，还具有：空调线，其用于取入利用所述吸气风门吸入的装置外空气及从所述排气口排出的空气的一部分；以及无尘室用空调装置，其与该空调线连接，利用该无尘室用空调装置对从所述空调线取入的所述装置外空气及所述排出的空气的一部分进行空气调和，并向所述风扇/过滤器装置供给经过该空气调和的空气。

根据这样的多晶硅填充作业用的清洁室，能够抑制密闭型清洁室的内部照明、作业者的发热造成的作业环境的恶化。

(三)有益效果

根据本发明的多晶硅填充作业用的清洁室，能够提供一种在填充多晶硅的作业中，例如在塑料袋开封、以及向石英坩埚内填充多晶硅时，不向装置外排出多晶硅产生的灰尘的密闭型的清洁室，能够抑制原料准备室污染。因而，能够在进一步未被灰尘等污染的环境下进行多晶硅向石英坩埚内的填充工序。

附图说明

图1是表示本发明的密闭型的多晶硅填充作业用的清洁室的例子的剖视图。

图2是表示本发明的密闭型的多晶硅填充作业用的清洁室的例子的立体图。

图3是表示现有的开放型的多晶硅填充作业用的清洁室的例子的剖视图。

图4是表示实施例中的设置有清洁室的原料准备室的俯视图(a)、以及比较例1中的设置有清洁室的原料准备室的俯视图(b)。

具体实施方式

如上所述，在现有的多晶硅填充作业用的清洁室中，存在以下问题：在插入作业时(向原料容器的上部开口部盖上盖子之前的状态)由原料所产生的灰尘对清洁室或者净化台内造成污染，且由从清洁室或者净化台的开口部排出的排出空气、为了输送原料容器而对清洁室的出入口进行开闭时排出的空气对清洁室或者原料准备室周边造成污染。

而且，本发明人为了解决上述的问题而进行多次认真研究，结果发现当向原料容器内填充多晶硅时，如果是由多晶硅产生的灰尘不向室外排出的密闭型的清洁室，且具有当开放清洁室的出入口时，将清洁室内部的压力相对于清洁室外部的压力而言控制成同压或者负压的控制机构，则能够抑制清洁室或者原料准备室周边的污染，从而完成了本发明。

即，本发明的装置是一种用于向石英坩埚内填充多晶硅的清洁室，该清洁室被顶板面、侧面、以及底面密闭，并具有：出入口，其配置于所述侧面；风扇/过滤器装置，其配置于所述顶板面；以及排气口，其配置于所述侧面的下部，清洁室具有控制机构，所述控制机构进行控制，使得通过利用配置于所述顶板面的所述风扇/过滤器装置向所述清洁室内部送入洁净的空气，从所述排气口排出所述清洁室内的空气，并使排出的空气返回所述风扇/过滤器装置，从而使所述清洁室内部的空气循环，在所述清洁室内形成下降流，并使开放所述出入口时的所述清洁室内部的压力相对于所述清洁室外部的压力而言为同压或者负压。

以下对本发明进行具体地说明，但是本发明并不限定于此。

首先，对本发明的多晶硅填充作业用的清洁室进行说明。图1是表示本发明的密闭型的多晶硅填充作业用的清洁室的例子的剖视图。另外，图2是表示本发明的密闭型的多晶硅填充作业用的清洁室的例子的立体图。多晶硅填充作业用的清洁室配置于洁净的原料准备室内。

如前所述，如图1及图2所示，密闭型的清洁室1由面板及底面完全地密闭侧面及顶板面，并在侧面设置有出入口20。优选地，为了提高空调效率，面板采用无尘室用高隔热面板、无尘室用密封剂保持高气密，出入口20采用自动门，其在可动部具备树脂带驱动、防尘罩，以防止产生灰尘。另外，通过在设置有出入口20的侧面以外的侧面上，在距离底面300mm的高度以内设置排气口4，使由通过循环线14连接的风扇/过滤器装置3(FFU)排出的空气10循环，并向清洁室内部供给洁净的空气11而形成下降流(层流)。另外，为了抑制因密闭型的清洁室1的内部照明、作业者21的发热造成的作业环境的恶化，也能够将排出的空气10的一部分分支给空调线15，在无尘室用空调装置2中进行空气调和，并供给至风扇/过滤器装置3。而且，为了作业者而取入新鲜的空气即装置外空气13(原料准备室的洁净的空气)，并且排出洁净排出空气12以使得密闭型的清洁室1内不会被室外的原料准备室过度加压。所述装置外空气13和洁净排出空气12通过检测清洁室1内部与清洁室1外部的压力差的压差传感器7来调整吸气风门8及送风风门9的开度，而在出入口20关闭的状态下控制在-2～+2Pa左右。此外，关于洁净排出空气12，由于从不受灰尘影响的规定高度的位置直接排出通过了风扇/过滤器装置3的洁净的空气，因此洁净排出空气12不会对装置外的原料准备室造成污染。

在为了向石英坩埚17内填充多晶硅18，而向密闭型的清洁室1内搬入所述石英坩埚17、以及多晶硅18、其它填充工具的情况下，或者在将完成了向石英坩埚17内填充多晶硅18之物搬出的情况下，出入口20开放。本发明的清洁室1具有控制机构25，控制机构25用于控制在开放清洁室1的出入口20时的清洁室内部的压力。在该控制机构25中，所述出入口20利用门开关/传感器6向控制部19传递开放指令。控制部19使送风风门9及吸气风门8的开度可变，使由压差传感器7检测的差压为-2～0Pa，即，使密闭型的清洁室1内成为与原料准备室同压或者与原料准备室相比稍微减压的状态，其中，上述送风风门9在立刻降低风扇/过滤器装置3的电动机输出并减少循环风量的同时调整洁净排出空气12的排出量，上述吸气风门8调整装置外空气13的供气量。控制部19在确认压差传感器7显示出所述条件即-2～0Pa后，开放出入口20，并使所述石英坩埚17、多晶硅18等能够搬出搬入。如上所述，通过使密闭型的清洁室1内与原料准备室的差压为-2～0Pa，从而在密闭型的清洁室1内，当进行例如塑料袋的开封、以及向石英坩埚17内填充多晶硅18时，不向装置外排出来自多晶硅18的灰尘，从而能够防止设置于原料准备室的其它装置、工具、或者填充所保管的多晶硅18之前的石英坩埚、完成填充多晶硅18的石英坩埚受到污染。

另外，在本发明的密闭型的清洁室1中，通过设置静电去除装置16而不易在面板上吸附灰尘，通过在设置有所述出入口20的侧面以外的侧面上，在距离底面300mm的高度以内设置排气口4，使由风扇/过滤器装置3排出的空气10循环，并供给洁净的空气11而形成下降流(层流)，从而能够高效地去除灰尘。另外，通过在排气口4设置可拆装的一次过滤器5而容易回收灰尘，除此之外，也能够延长风扇/过滤器装置3的过滤器寿命。所述静电去除装置16能够设置例如离子发生器，但是通过用洁净的水(纯水)对循环空气进行加湿而使相对湿度为40～65％也能够抑制产生静电。

这样，根据本发明的多晶硅填充作业用的清洁室，由于不会像图3所示的现有的开放型的多晶硅填充作业用的清洁室那样将由多晶硅18’产生的灰尘作为从开放型的清洁室1’向装置外排出的空气23而排出，因此能够抑制设置于原料准备室的其它装置、工具、或者、填充所保管的多晶硅之前的石英坩埚、完成填充多晶硅的石英坩埚受到污染。

【实施例】

下面举出实施例及比较例来具体地说明本发明，但是本发明并不限定于此。

(实施例)

如图4的(a)所示，在配置于原料准备室24的图1那样的本发明的密闭型的清洁室中，在石英坩埚内进行多晶硅的填充作业，测量了装置外即原料准备室的污染量。

在清洁室设置了离子发生器作为静电去除装置，并在排气口设置了一次过滤器等。

本发明的密闭型的清洁室内与原料准备室的差压控制为，在出入口20关闭时为1Pa，出入口打开时的差压为-1Pa。

在填充作业中使用的石英坩埚口径直径是800mm，多晶填充量是400kg。在清洁室内的中央、距离底面高度为1m的清洁室内测量点A1上设置符合ISO21501-4(JIS B 9921)的气中粒子计数器而进行测量。另外，在清洁室外的原料准备室中，在距离清洁室的出入口20为1m、距离底面的高度为1m的清洁室外测量点A2上设置该气中粒子计数器而进行测量。

清洁室内、以及清洁室外即原料准备室都连续进行测量，比较了1m³内的颗粒(粒度为0.3μm以上)个数的最大值作为洁净度。另外，在不进行填充作业的平稳时、填充的作业过程中、以及开放清洁室的出入口时的各条件下进行测量。

(比较例1)

使用现有技术的图3那样的开放型的清洁室1’，除了如图4的(b)所示那样配置于原料准备室24’，在清洁室内的中央、距离底面高度为1m的清洁室内测量点B1上设置气中粒子计数器，在清洁室外的原料准备室中，在距离清洁室的出入口20’为1m、距离底面的高度为1m的清洁室外测量点B2上设置气中粒子计数器以外，以与实施例相同的条件进行实施。此外，单独进行实施例及比较例中的各自的填充作业。

表1示出实施例及比较例1中的各个测量点、以及各条件下的颗粒个数的最大值。

[表1]

在表2中记载ISO洁净度级别(测量粒径为0.3μm以上)的上限浓度。

[表2]

根据稳定时清洁室外测量点A2、清洁室外测量点B2可知，原料准备室为ISO洁净度级别4。在现有技术(比较例1)中，在作业中开放型的清洁室1’内产生100,000个以上的灰尘(作业中清洁室内测量点B1)，其一部分向装置外的原料准备室排出(作业中清洁室外测量点B2)。此时，得知比较例1的原料准备室24’被污染到ISO洁净度级别5～6。另一方面，在使用了本发明的清洁室的实施例中，由于使用密闭型的清洁室，因此即使在作业中，装置外的原料准备室(作业中清洁室外测量点A2)的颗粒个数也完全不变化，即使在作业结束后开放了出入口的状态下，装置外(出入口开放时清洁室外测量点A2)的颗粒个数也完全不变化，这能够证明密闭型的清洁室1内的灰尘未向装置外排出。另外，在本发明中，通过设置离子发生器作为静电去除装置，并在排气口设置一次过滤器等，从而灰尘不吸附于面板，也能够确认利用下降流能够高效地回收灰尘(作业中清洁室内测量点A1与清洁室内测量点B1的差异)。

(比较例2)

而且，使用虽然与本发明相同、但是在开闭出入口时不控制清洁室内的室压的密闭型的清洁室，也在相同条件(石英坩埚口径、多晶硅填充量、测量条件)下测量了清洁室内与清洁室外即原料准备室的洁净度。与实施例相同地设置气中粒子计数器，并将清洁室内的测量点设定为C1，将清洁室外的测量点设定为C2。

表3示出比较例2中的各个测量点、以及各条件下的颗粒个数的最大值。

[表3]

清洁室内测量点A1与清洁室内测量点C1的作业过程中的清洁室内的颗粒个数的最大值几乎相同，如前述实施例那样，通过设置离子发生器作为静电去除装置，并在排气口设置一次过滤器等，从而在面板上不吸附灰尘，能够确认与使用了现有技术的开放型的清洁室的情况(比较例1)比较，能够利用下降流更高效地回收灰尘(作业过程中清洁室内测量点B1与清洁室内测量点C1的差异)。

在比较例2中，在作业结束后开放了出入口的状态下，由于未控制室压，因此密闭型的清洁室内的灰尘向装置外排出(出入口开放时清洁室外测量点C2点)。

另外，本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式为示例，凡具有与本发明的权利要求书所记载的技术思想实质上同样的结构并产生相同作用效果的任何方案都包含在本发明的技术范围内。

Claims (4)

1.一种多晶硅填充作业用的清洁室，其用于向石英坩埚内填充多晶硅，其特征在于，

该清洁室被顶板面、侧面、以及底面密闭，

并具有：

出入口，其配置于所述侧面；

风扇/过滤器装置，其配置于所述顶板面；以及

排气口，其配置于所述侧面的下部，

所述清洁室具有控制机构，所述控制机构进行控制，使得

通过利用配置于所述顶板面的所述风扇/过滤器装置向所述清洁室内部送入洁净的空气，从所述排气口排出所述清洁室内的空气，并使排出的空气返回所述风扇/过滤器装置，从而使所述清洁室内部的空气循环，在所述清洁室内形成下降流，

并使开放所述出入口时的所述清洁室内部的压力相对于所述清洁室外部的压力而言为同压或者负压。

2.根据权利要求1所述的多晶硅填充作业用的清洁室，其特征在于，

所述控制机构进行控制，使得开放所述出入口时，所述清洁室内部与所述清洁室外部的压力差是-2～0Pa。

3.根据权利要求1或2所述的多晶硅填充作业用的清洁室，其特征在于，

所述控制机构具有：

门开关/传感器，其用于发送所述出入口的开放指令；

控制部，其接受来自该门开关/传感器的所述出入口的开放指令；

吸气风门，其调整朝向所述清洁室的装置外空气的吸气量；

送风风门，其调整从所述风扇/过滤器朝向所述清洁室内部的送风量；以及

压差传感器，其检测所述清洁室内部与所述清洁室外部的压力差，

所述控制部接受来自所述门开关/传感器的所述出入口的开放指令，在开放所述出入口前，通过使所述风扇/过滤器装置的输出降低，并使所述吸气风门的开度及所述送风风门的开度可变，从而调整所述清洁室内部的压力，在利用所述压差传感器确认所述清洁室内部与所述清洁室外部的压力差后，使所述出入口开放。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的多晶硅填充作业用的清洁室，其特征在于，

所述清洁室具有：

空调线，其用于取入利用所述吸气风门吸入的装置外空气、及从所述排气口排出的空气的一部分；以及

无尘室用空调装置，其与该空调线连接，

利用该无尘室用空调装置对从所述空调线取入的所述装置外空气及所述排出的空气的一部分进行空气调和，并向所述风扇/过滤器装置供给经过该空气调和的空气。

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