JP2005281028A - 石英ルツボ搬送用治具および石英ルツボ搬送装置並びに石英ルツボの搬送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 原料となる多結晶シリコンを容易にかつ素早く交換することが可能な石英ルツボ搬送用治具および石英ルツボ搬送装置並びに石英ルツボの搬送方法を提供する。
【解決手段】 石英ルツボ１１の開口部１１ａに着脱自在な石英ルツボ搬送用治具１であり、開口部１１ａを覆う板状の基体部３と、基体部３の下面３ａに装着されて開口部１１ａに篏合する弾性材からなる環状篏合部４と、環状篏合部４の内側の領域に設けられて基体部３の上面３ｂおよび下面３ａの間を貫通する排気孔５と、から構成されてなることを特徴とする石英ルツボ搬送用治具１を採用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、石英ルツボ搬送用治具および石英ルツボ搬送装置並びに石英ルツボの搬送方法に関するものであり、特に、内容物を含めた質量が数百キログラムにも及ぶ石英ルツボを安全に搬送する技術に関する。

一般に、ＣＺ法によるシリコンの単結晶製造装置は、真空チャンバと、この真空チャンバに収容されたルツボ装置と、ルツボ装置内の原料融液を加熱する加熱部と、ルツボ装置を回転駆動させるルツボ駆動部と、種結晶引き上げ部とにより概略構成されている。またルツボ装置は、シリコン等の原料融液が充填された石英ルツボと、この石英ルツボを収容して保持する黒鉛ルツボとから構成されている。この単結晶装置を用いてシリコン単結晶を製造するには、まず、真空チャンバ内を減圧してＡｒ（アルゴン）ガスを流すとともに、真空チャンバ内の下方に設けられた石英ルツボ内の多結晶シリコンを加熱して原料融液とする。次に、この原料融液の表面に種結晶を上から浸漬し、種結晶と石英ルツボを回転させつつ種結晶を引き上げることにより、種結晶の下に単結晶を成長させる。単結晶の生長に伴って石英ルツボ内の原料融液が減るので、単結晶の引き上げ形成工程の合間に真空チャンバを解放して原料となる多結晶シリコンを補充する作業が必要になっている。

ところで、多結晶シリコンの補充には、従来から２種類の方法が知られている。第１の方法は、ルツボ装置ごと交換する方法である。すなわち、黒鉛ルツボに石英ルツボを収納してルツボ装置とし、更に石英ルツボ内に原料となる多結晶シリコンを充填する。そして、このルツボ装置を台車等により単結晶装置まで運搬し、ルツボ装置をクレーン等で持ち上げて前記の真空チャンバ内に設置する、という方法である。

また、多結晶シリコンを補充する第２の方法は、黒鉛ルツボを真空チャンバ内に残し、空になった石英ルツボのみを交換するという方法である。すなわち、あらかじめ多結晶シリコンを充填した石英ルツボを用意し、この石英ルツボに、例えば下記特許文献１に記載されている石英ルツボ把持用治具を取り付け、この把持用治具を石英ルツボごとクレーン等で持ち上げ、真空チャンバ内の黒鉛ルツボに収納する、という方法である。
なお、下記の特許文献１に記載された石英ルツボ把持用治具は、石英ルツボの周縁形状に対応する環状のリムと、このリムの内部空間に収納された膨張自在な環状の弾性チューブとを具備して構成されている。この石英ルツボ把持用治具は、リムを石英ルツボの周縁部に装着してから、弾性チューブ内に圧縮流体を供給して弾性チューブを膨張させることにより石英ルツボの周縁部を締め付けて固定し、この石英ルツボ把持用治具を石英ルツボごと搬送できるようになっている。
特開平１０−２５９０８６号公報

しかし、上記の第１の方法では、空になったルツボ装置を真空チャンバから取り出す際に、高温状態のルツボ装置を取り扱いが容易な温度まで放冷させなければならず、この放冷の間は作業を中断せざるを得ず、時間短縮が困難であった。また、この第１の方法では、交換待機のために黒鉛ルツボを幾つも用意する必要があるが、黒鉛ルツボは単結晶引き上げの度に徐々に消耗して黒鉛ルツボ毎に微妙にサイズが変化し、石英ルツボとの大きさが合わなくなることがあるため、黒鉛ルツボの管理が煩雑になるという問題もあった。

また上記第２の方法では、石英ルツボのみを交換するので、第１の方法のような黒鉛ルツボの管理の問題は解消されるが、特に、石英ルツボに半導体原料を充填した状態で搬送しようとした場合その重量が大きく、把持用治具によって石英ルツボを過度に締め付けると石英ルツボが搬送中に破損する場合があった。また、石英ルツボに対する締め付けが緩いと、搬送中に石英ルツボが落下するおそれがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、原料となる多結晶シリコンを容易にかつ素早く交換することが可能な石英ルツボ搬送用治具および石英ルツボ搬送装置並びに石英ルツボの搬送方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の石英ルツボ搬送用治具は、石英ルツボの開口部に着脱自在な石英ルツボ搬送用治具であり、前記開口部を覆う板状の基体部と、該基体部の下面に装着されて前記開口部に篏合する弾性材からなる環状篏合部と、前記環状篏合部の内側の領域に設けられて前記基体部の上面および下面の間を貫通する排気孔と、から構成されてなることを特徴とする。
また本発明の石英ルツボ搬送用治具は、先に記載の石英ルツボ搬送用治具であり、前記環状篏合部の内周側に、別の環状篏合部が装着されていることを特徴とする。また本発明では、前記環状篏合部の外周側に更に別の環状篏合部を装着させることもできる。
また本発明の石英ルツボ搬送用治具は、先に記載の石英ルツボ搬送用治具であり、前記環状篏合部は、石英ルツボの側壁部上端面に密着する環状の密着面と、前記密着面に接するとともに前記石英ルツボの側壁部外周面と対向する側壁部ガイド面とが設けられていることを特徴とする。
次に本発明の石英ルツボ搬送装置は、石英ルツボの開口部に着脱自在な石英ルツボ搬送用治具と、前記石英ルツボ搬送用治具に連結された減圧装置とを具備してなり、前記石英ルツボ搬送用治具は、前記開口部を覆う板状の基体部と、該基体部の下面に装着されて前記開口部に篏合する弾性材からなる環状篏合部と、前記環状篏合部の内側の領域に設けられて前記基体部の上面および下面の間を貫通する排気孔とから構成され、前記減圧装置が前記排気孔に連結されていることを特徴とする。
次に本発明の石英ルツボの搬送方法は、石英ルツボの開口部を覆う板状の基体部と、該基体部の下面に装着されて前記開口部に篏合する弾性材からなる環状篏合部と、前記環状篏合部の内側の領域に設けられて前記基体部の上面および下面の間を貫通する排気孔とからなる石英ルツボ搬送用治具を用い、前記排気孔を介して、前記基体部および前記環状篏合部により囲まれた前記石英ルツボの内部を減圧することにより、前記石英ルツボ搬送用治具と前記石英ルツボとを密着させ、前記石英ルツボ搬送用治具を介して前記石英ルツボを搬送することを特徴とする。

本発明の石英ルツボ搬送用治具は、前記開口部を覆う板状の基体部と、少なくとも該基体部の下面に装着されて前記開口部に篏合する弾性材からなる環状篏合部と、前記環状篏合部の内側の領域に設けられて前記基体部の上面および下面の間を貫通する排気孔と、から構成されてなることにより、排気孔を介して基体部および環状篏合部により囲まれた石英ルツボの内部を減圧することで、石英ルツボ搬送用治具と石英ルツボとを確実に密着させることができる。これにより、密着させた石英ルツボ搬送用治具を介して石英ルツボを安全に搬送させることが可能になる。なお、ここでいう嵌合とは、石英ルツボ開口部と搬送用治具の環状嵌合部とが密着して石英ルツボ内が減圧可能になることを意味しており、これら搬送用治具と石英ルツボとが単に接触している状態等をも含むものである。

また本発明の石英ルツボ搬送用治具は、径寸法の異なる環状篏合部が複数同心状に設けられていることができ、特に、前記環状篏合部の内周側に、別の環状篏合部が装着されていること、あるついは、前記環状篏合部の外周側に更に他の環状篏合部を装着させることもできる。
上記構成によれば、環状篏合部の他に別の環状篏合部が備えられており、各石英ルツボの口径に対応した径寸法の異なる環状篏合部によってそれぞれ大きさの異なる石英ルツボを装着できるので、石英ルツボ搬送用治具ひとつで大きさの異なる石英ルツボを搬送することができる。

また本発明の石英ルツボ搬送用治具が、前記環状篏合部には、石英ルツボの側壁部上端面に密着する環状の密着面と、前記密着面に接するとともに前記石英ルツボの側壁部外周面と対向する側壁部ガイド面とが設けられていることにより、上記搬送用治具を石英ルツボに装着する際、石英ルツボの側壁部を側壁部ガイド面により案内させることで石英ルツボの側壁部上端面を密着面に密着させて石英ルツボと石英ルツボ搬送用治具とを密閉可能な位置とすることにより、側壁部上端面全面を密着面と容易に密着させることができ、石英ルツボを確実に石英ルツボ搬送用治具に密着させることができる。

次に本発明の石英ルツボ搬送装置は、上記石英ルツボ搬送用治具と、前記石英ルツボ搬送用治具に連結された減圧装置とを具備してなり、前記減圧装置が前記排気孔に連結されていることにより、この減圧装置を用いて基体部および環状篏合部により囲まれた石英ルツボの内部を減圧することで、石英ルツボ搬送用治具と石英ルツボとを確実に密着させることができ、石英ルツボ搬送用治具によって石英ルツボの重量を支持すること、または、石英ルツボと石英ルツボ内に充填された半導体原料との重量をともに支持することが可能となる。これにより、密着させた石英ルツボ搬送用治具を介して石英ルツボを安全に搬送させることが可能になる。しかも石英ルツボをその上端面付近のみに接触することで支持可能であり、石英ルツボをその胴部周囲あるいは底部付近で支持する必要がないため、黒鉛ルツボに影響を与えることなく石英ルツボの載置・搬出等をおこなうことが可能となる。

次に本発明の石英ルツボの搬送方法は、上記石英ルツボ搬送用治具を用い、前記排気孔を介して、前記基体部および前記環状篏合部により囲まれた前記石英ルツボの内部を減圧することにより、前記石英ルツボ搬送用治具と前記石英ルツボとを密着させ、前記石英ルツボ搬送用治具を介して前記石英ルツボを搬送することにより、石英ルツボの内部を減圧して環状篏合部と石英ルツボの側壁部上端面とを相互に突き合わせるので、石英ルツボに対して過剰な応力が加わることがなく、石英ルツボを破損させずにかつ石英ルツボに重量物である半導体原料を充填した場合でも安全に搬送することができる。

本発明の石英ルツボ搬送用治具および石英ルツボ搬送装置並びに石英ルツボの搬送方法によれば、多結晶シリコンを充填した石英ルツボを容易にかつ安全に搬送することができ、多結晶シリコンを容易にかつ素早く交換することが可能になる。特に、本発明によれば、黒鉛ルツボをシリコンの単結晶製造装置内に載置したままで石英ルツボを搬送することが可能となるため、石英ルツボを放冷するために必要な時間を短縮することができるとともに、黒鉛ルツボを再度加熱する時間をも短縮することが可能となるため、１ロットの単結晶引き上げに係る作業時間を１時間から２時間程度も短縮して単位時間当たりの引き上げ数を向上することが可能となる。また、シリコンの単結晶製造装置内に載置した石英ルツボに半導体原料を充填するのではなく、シリコンの単結晶製造装置外部で石英ルツボに半導体原料を充填して密閉搬送可能なため、作業時間の短縮と半導体原料への異物混入等の防止とを図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である石英ルツボ搬送用治具を石英ルツボに装着した状態を示す断面模式図であり、図２は、本発明の実施形態である別の石英ルツボ搬送用治具を石英ルツボに装着した状態を示す断面模式図である。また図３は、図１に示す石英ルツボ搬送用治具を用いて石英ルツボを搬送する工程を示す工程図である。尚、図１ないし図３は本発明に係る石英ルツボ搬送用治具を説明するための図であり、図１ないし図３に図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の石英ルツボ搬送用治具や石英ルツボの寸法関係と必ずしも一致するものではない。

図１に示すように、本実施形態の石英ルツボ搬送用治具１は、石英ルツボ１１の開口部１１ａに着脱自在に装着されて石英ルツボ１１の搬送に用いるものであり、石英ルツボ１１の開口部１１ａを覆う板状の基体部３と、基体部３の下面３ａに装着されて開口部１１ａに篏合する弾性材からなる環状篏合部４と、環状篏合部４の内側の領域に設けられて基体部３の上面３ｂおよび下面３ａの間を貫通する排気孔５とから構成されている。

板状の基体部３は、例えば厚みが１５ｍｍないし３０ｍｍ程度のアルミニウム合金等から構成されている。この基体部３によって石英ルツボ１１の開口部１１ａを覆うことで石英ルツボ内部へのゴミ等の混入を防止することもできる。基体部３の上面３ｂには、クレーン等のフックを係合させるための図示略の被係合部が設けられている。

次に、環状篏合部４は、シリコンゴム等の弾性材から構成されている。環状篏合部４には、石英ルツボ１１の側壁部上端面１１ｂに密着する環状の密着面４ａと、前記密着面４ａに接するとともに前記石英ルツボ１１の側壁部外周面１１ｃと対向する環状の側壁部ガイド面４ｂとが設けられている。密着面４ａと側壁部ガイド面４ｂは、ほぼ９０°の角度をもって接している。また側壁部ガイド面４ｂは、石英ルツボ１１の側壁部外周面１１ｃに対して非接触状態で対向可能とされている。また密着面４ａの径方向幅は、石英ルツボ１１の側壁部上端面１１ｂの幅の３倍ないし１０倍の範囲に設定することが望ましい。密着面４ａの幅を前記の範囲に設定することで、石英ルツボ１１と石英ルツボ搬送用治具１との相対位置が多少ずれた場合でも密着面４ａと側壁部上端面１１ｂとを確実に突き合わせることができる。環状篏合部４はその厚みを２０ｍｍ程度に設定することができる。
また、側壁部ガイド面４ｂの幅は特に制限はないが、例えば側壁部上端面１１ｂの幅の１倍ないし４倍の範囲に設定することが望ましい。

石英ルツボ搬送用治具１を石英ルツボ１１に装着する際には、石英ルツボ１１の側壁部を側壁部ガイド面４ｂにより案内させながら側壁部上端面１１ｂを密着面４ａに密着させる。こうすることで、側壁部上端面１１ｂの全面を密着面４ａに密着させることができる。

次に、基体部３には、基体部３の上面３ｂと下面３ａとの間を貫通する排気孔５が設けられている。この排気孔５は、環状篏合部４の内周側の領域に設けられており、図示略の真空ポンプ（減圧装置）に連結されている。この排気孔５を介して、基体部３と環状篏合部４とにより密閉された石英ルツボ１１の内部空間１１ｄを減圧できるようになっている。なお、石英ルツボ搬送用治具１に真空ポンプ（減圧装置）を取り付けることで、石英ルツボ搬送装置が構成される。

次に、図２には、別の石英ルツボ搬送用治具２１を示す。この石英ルツボ搬送用治具２１は、石英ルツボ１１またはこの石英ルツボ１１よりも小型の別の石英ルツボ３１のいずれか一方と着脱自在に装着されて石英ルツボ１１または３１の搬送に用いるものである。
図２に示す石英ルツボ搬送用治具２１は、図１に示す石英ルツボ搬送用治具１と同様に、板状の基体部３と、基体部３の下面３ａに装着された環状篏合部４と、環状篏合部４の内側の領域に設けられて基体部３の上面３ｂおよび下面３ａの間を貫通する排気孔５とから構成されている。更に図２に示す石英ルツボ搬送用治具２１には、環状篏合部４の内周側に、別の環状篏合部２４が装着されている。また基体部３の下面３ｂには、環状篏合部４、２４をなす弾性部材７が取り付けられている。

石英ルツボ３１の側壁部上端面３１ｂに密着する密着面２４ａと、前記密着面２４ａに接するとともに前記石英ルツボ３１の側壁部外周面３１ｃと対向する環状の側壁部ガイド面２４ｂとが設けられている。密着面２４ａと側壁部ガイド面２４ｂは、ほぼ９０°の角度をもって接している。また側壁ガイド面２４ｂは、その外周側において先の密着面４ａとほぼ９０°の角度をもって接している。更に壁部ガイド面２４ｂは、石英ルツボ３１の側壁部外周面３１ｃに対して非接触状態で対向している。また、側壁部ガイド面２４ｂの幅は特に制限はないが、例えば側壁部上端面３１ｂの幅の３倍ないし１０倍の範囲に設定することが望ましい。

この石英ルツボ搬送用治具２１によれば、環状篏合部４の他に別の環状篏合部２４が備えられており、各環状篏合部４、２４に対応する大きさの石英ルツボ１１、３１をそれぞれ装着できるので、石英ルツボ搬送用治具ひとつで大きさの異なる石英ルツボを搬送することができる。

次に、図１に示す石英ルツボ搬送用治具１を用いた石英ルツボの搬送方法について図３を参照して説明する。
まず、図３（Ａ）に示すように、外径２４インチサイズの石英ルツボ１１に多結晶シリコンインゴット４０を充填する。このときの石英ルツボ１１の質量は、内容物であるインゴット４０を含めて数百キログラム程度になる。

次に、図３（Ｂ）に示すように、石英ルツボ１１の開口部１１ａに石英ルツボ搬送用治具１を載置する。これにより、石英ルツボ１１に充填された多結晶シリコンインゴット４０のヘッドスペースＨＳ（内部空間）が、石英ルツボ搬送用治具１の基体部３と環状篏合部４とにより密閉される。そして、石英ルツボ搬送用治具１の排気孔５に図示略の真空ポンプを接続してヘッドスペースＨＳ（内部空間）を減圧する。減圧は、内容物４０（インゴット）を含む石英ルツボ１１の総質量にもよるが、この内容物４０を含む石英ルツボ１１の総質量を支持可能な圧力まで減圧する。また、石英ルツボ１１および石英ルツボ搬送用治具１が大気圧によって破損しないよう過剰な減圧はしないことが望ましい。このようにして、石英ルツボ１１と石英ルツボ搬送用治具１とを完全に密着させることができる。この状態でクレーン等により石英ルツボ搬送用治具１を石英ルツボ１１ごと搬送することが可能になる。例えば、単結晶シリコンの引き上げ装置の真空チャンバ内に配置されている黒鉛ルツボまで搬送することができる。

そして、図３（Ｃ）示すように、石英ルツボ搬送用治具１を石英ルツボ１１ごと搬送し、石英ルツボ１１を真空チャンバ内の黒鉛ルツボ４１に重ねて一体化する。次に、真空ポンプを停止してインゴット４０のヘッドスペースＨＳ（内部空間）を大気圧に戻し、石英ルツボ搬送用治具１を石英ルツボ１１から取り外す。このようにして、インゴット４０が充填された石英ルツボ１１を黒鉛ルツボ４１まで安全かつ容易に搬送することができる。

また、この石英ルツボ搬送用治具１は、石英ルツボ１１の上部である開口部１１ａに装着されるので、石英ルツボ１１を黒鉛ルツボ４１に重ねる際に、石英ルツボ搬送用治具１と黒鉛ルツボ４１の側壁部とが相互に干渉するおそれがない。これにより、黒鉛ルツボ４１を破損することなく石英ルツボ１１を重ねることができる。また、石英ルツボ搬送用治具１が石英ルツボ１１の上部に装着されるので、石英ルツボ１１の側壁部外周側に治具を取り付けるための余分なスペースを設ける必要がない。これにより、単結晶の引き上げ装置の真空チャンバを小型にすることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、環状篏合部４の外側に更に別の環状篏合部を形成してもよい。また環状篏合部は２つに限らず、可能な限りいくつでも形成してもよい。また、本発明の石英ルツボ搬送用治具は、石英ルツボに限らず、他のルツボの搬送にも使用できるのはいうまでもない。

図１は、本発明の実施形態である石英ルツボ搬送用治具を石英ルツボに装着した状態を示す断面模式図。 図２は、本発明の実施形態である別の石英ルツボ搬送用治具を石英ルツボに装着した状態を示す断面模式図。 図３は、図１に示す石英ルツボ搬送用治具を用いて石英ルツボを搬送する工程を示す工程図。

符号の説明

１、２１…石英ルツボ搬送用治具、３…基体部、３ａ…下面、３ｂ…上面、４、２４…環状篏合部、４ａ、２４ａ…密着面、４ｂ，２４ｂ…側壁部ガイド面、５…排気孔、１１、３１…石英ルツボ、１１ａ、３１ａ…開口部、１１ｂ，３１ｂ…側壁部上端面、１１ｃ，３１ｃ…側壁部外周面、２４…別の環状篏合部

Claims (5)

1. 石英ルツボの開口部に着脱自在な石英ルツボ搬送用治具であり、
   前記開口部を覆う板状の基体部と、該基体部の下面に装着されて前記開口部に篏合する弾性材からなる環状篏合部と、前記環状篏合部の内側の領域に設けられて前記基体部の上面および下面の間を貫通する排気孔と、から構成されてなることを特徴とする石英ルツボ搬送用治具。
2. 前記環状篏合部の内周側に、別の環状篏合部が装着されていることを特徴とする請求項１に記載の石英ルツボ搬送用治具。
3. 前記環状篏合部は、石英ルツボの側壁部上端面に密着する環状の密着面と、前記密着面に接するとともに前記石英ルツボの側壁部外周面と対向する側壁部ガイド面とが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の石英ルツボ搬送用治具。
4. 石英ルツボの開口部に着脱自在な石英ルツボ搬送用治具と、前記石英ルツボ搬送用治具に連結された減圧装置とを具備してなり、
   前記石英ルツボ搬送用治具は、前記開口部を覆う板状の基体部と、該基体部の下面に装着されて前記開口部に篏合する弾性材からなる環状篏合部と、前記環状篏合部の内側の領域に設けられて前記基体部の上面および下面の間を貫通する排気孔とから構成され、前記減圧装置が前記排気孔に連結されていることを特徴とする石英ルツボ搬送装置。
5. 石英ルツボの開口部を覆う板状の基体部と、該基体部の下面に装着されて前記開口部に篏合する弾性材からなる環状篏合部と、前記環状篏合部の内側の領域に設けられて前記基体部の上面および下面の間を貫通する排気孔とからなる石英ルツボ搬送用治具を用い、前記排気孔を介して、前記基体部および前記環状篏合部により囲まれた前記石英ルツボの内部を減圧することにより、前記石英ルツボ搬送用治具と前記石英ルツボとを密着させ、前記石英ルツボ搬送用治具を介して前記石英ルツボを搬送することを特徴とする石英ルツボの搬送方法。
   
   

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