JP2010173871A

JP2010173871A - ルツボハンドリング装置

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Publication number: JP2010173871A
Application number: JP2009016145A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Kitamichi; 宏明北道
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-01-28
Also published as: JP4957731B2

Abstract

【課題】様々な大きさのルツボを破損することなく持ち上げることができ、１人の作業者でハンドリングできるルツボハンドリング装置を提供する。
【解決手段】ルツボ９の直胴部１０を支持する直胴部支持部材５とルツボ９のＲ部１２を支持するＲ部支持部材６と該両支持部材を支持するアーム部材７とから成る４本のクランプアーム２と、それぞれのクランプアーム２の上部を支持しつつ、該クランプアーム２をルツボ９に対してエアシリンダ８により水平方向に進退動させるクランパー部材３と、クランプアーム２を支持したクランパー部材３を昇降駆動させる上下移動手段４とを具備し、それぞれのクランプアーム２をクランパー部材３のエアシリンダ８でルツボ９の方向に平行移動させてルツボ９の直胴部１０とＲ部１２とを直胴部支持部材５とＲ部支持部材６で支持しながらルツボ９を把持し、上下移動手段４でルツボ９を持ち上げるようにしたルツボハンドリング装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばチョクラルスキー法（ＣｚｏｃｈｒａｌｓｋｉＭｅｔｈｏｄ、以下ＣＺ法と略する）による単結晶製造装置に用いられる石英ルツボ等のルツボを所定位置に移載するために把持して持ち上げるルツボハンドリング装置に関する。

従来、メモリやＣＰＵなどの半導体デバイスの基板として用いられる単結晶には例えばシリコン単結晶があり、そのシリコン単結晶の育成方法として、黒鉛ルツボに支持された石英ルツボ内のシリコン融液から半導体用の高純度シリコン単結晶を成長させるＣＺ法が知られている。

このＣＺ法により単結晶を製造する際には、図４に示すような単結晶製造装置を用いて製造される。この単結晶製造装置２０は、原料多結晶を収容して溶融するための部材や、熱を遮断するための断熱部材などを有しており、これらは、メインチャンバ２１内に収容されている。メインチャンバ２１の天井部からは上に伸びるプルチャンバ２２が連接されており、この上部に単結晶２３をワイヤー３３で引上げる機構（不図示）が設けられている。

メインチャンバ２１内には、原料融液２４を収容する石英ルツボ２５と石英ルツボ２５を支持する黒鉛ルツボ２６が設けられ、ルツボ２５、２６は駆動機構（不図示）によって回転昇降自在にシャフト３６で支持されている。このルツボ２５、２６の駆動機構は、単結晶２３の引き上げに伴う原料融液２４の液面低下を補償すべく、ルツボ２５、２６を液面低下分だけ上昇させるようにしている。

そして、ルツボ２５、２６を取り囲むように原料を溶融させるためのヒーター２７が配置されている。このヒーター２７の外側には、ヒーター２７からの熱がメインチャンバ２１に直接輻射されるのを防止するために、断熱部材２８がその周囲を取り囲むように設けられている。

このような単結晶製造装置２０内に配置された石英ルツボ２５に原料多結晶を収容し、ヒーター２７により加熱し、石英ルツボ２５内の原料多結晶を溶融させる。この原料融液２４に、ワイヤー３３の下端に接続している種ホルダー３４で固定された種結晶３５を着液させ、その後、種結晶３５を回転させながら引上げることにより、種結晶３５の下方に所望の直径と品質を有する単結晶２３を育成する。この際、種結晶３５を原料融液２４に着液させた後に、所望の口径になるまで太らせて、無転位の結晶を引上げている。

近年、製造する単結晶２３が大口径化したことにより石英ルツボ２５、黒鉛ルツボ２６も大型化しており、このように大型化したルツボのハンドリングが困難になっている。
ルツボをハンドリングするための従来の装置としては、例えば、ルツボの外表面に接触する接触部分を有する複数のアームを備え、ルツボの自重によってそのアームが同時に閉じる力を発生させて黒鉛ルツボを把持して持ち上げることができるルツボハンドリング装置が開示されている（特許文献１参照）。

また、下方に垂下した一対のアーム部材を備え、そのアーム部材を開口部が下向きに設置された石英ルツボの外周面に挟持させた状態で石英ルツボを搬送する機構を備えた洗浄装置が開示されている（特許文献２参照）。

特開２００２−２９８８６号公報実開平５−４６９６６号公報

ところで、このようなルツボがメーカーから納入される際、一般的にルツボはその開口部が上向きに配置されて通函（ルツボ収納箱）に入った状態で納入される。そして、そのルツボは通函から取り出され、運搬用の台車や運搬用トレーに移載される。従来、この開口部が上向きに配置されたルツボを通函から取り出す作業は作業者の手作業により行っていた。

近年、ルツボは様々な直径のものが用いられ、上記したように特に大型のルツボが用いられるようになってきた。例えば、直径６６０ｍｍの石英ルツボではその重量は約２８ｋｇであり、直径８００ｍｍの石英ルツボでは約５７ｋｇにもなる。このような大型のルツボを作業者の手作業により通函から取り出すことは困難であり、ケガや腰痛等の危険性のほか、落下等によるルツボ自体の破損等も危惧される。

この作業を、例えば特許文献１に示すようなルツボハンドリング装置を用いて行った場合ではルツボの把持力の制御が難しく、例えば割れやすい石英ルツボを破損させてしまう可能性があり、また１つのルツボハンドリング装置で様々な大きさのルツボに対応できない。また、上記した特許文献２の石英ルツボを搬送する機構ではそもそも上向きのルツボをハンドリングする作業を行うことはできない。
そのため、ルツボを通函から取り出す作業や移載、運搬等の作業を行う際、作業者が１人で安全に、かつルツボを破損することなく、ハンドリングできる装置が必要とされていた。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、様々な大きさのルツボを把持し、その把持力を調整してルツボを破損することなく持ち上げることができ、その作業を１人の作業者で行うことができるルツボハンドリング装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、直胴部と底部とこれらを繋げるＲ部を有する、開口部が上向きに配置されたルツボを把持して持ち上げるためのルツボハンドリング装置であって、前記ルツボの直胴部を支持する直胴部支持部材と前記ルツボのＲ部を支持するＲ部支持部材と該両支持部材を支持するアーム部材とから成る４本のクランプアームと、前記それぞれのクランプアームの上部を支持しつつ、該クランプアームを前記ルツボに対してエアシリンダにより水平方向に進退動させるクランパー部材と、前記クランプアームを支持した前記クランパー部材を昇降駆動させる上下移動手段とを具備し、前記それぞれのクランプアームを前記クランパー部材のエアシリンダで前記ルツボの方向に平行移動させて前記ルツボの直胴部とＲ部とを前記直胴部支持部材と前記Ｒ部支持部材で支持しながら前記ルツボを把持し、前記上下移動手段で前記ルツボを持ち上げるものであることを特徴とするルツボハンドリング装置が提供される。

このように、前記ルツボの直胴部を支持する直胴部支持部材と前記ルツボのＲ部を支持するＲ部支持部材と該両支持部材を支持するアーム部材とから成る４本のクランプアームと、前記それぞれのクランプアームの上部を支持しつつ、該クランプアームを前記ルツボに対してエアシリンダにより水平方向に進退動させるクランパー部材と、前記クランプアームを支持した前記クランパー部材を昇降駆動させる上下移動手段とを具備し、前記それぞれのクランプアームを前記クランパー部材のエアシリンダで前記ルツボの方向に平行移動させて前記ルツボの直胴部とＲ部とを前記直胴部支持部材と前記Ｒ部支持部材で支持しながら前記ルツボを把持し、前記上下移動手段で前記ルツボを持ち上げるものであれば、エアシリンダの圧力を制御して把持力を調整しつつルツボを把持でき、破損することなく持ち上げることができる。また、クランプアームを平行移動させる構造とすることでクランプアームの可動スペースを小さくすることができ、ルツボの周辺に狭いスペースしかない場合でも、その隙間にクランプアームを差し込んでルツボを持ち上げることができる。

このとき、前記直胴部支持部材及び前記Ｒ部支持部材が、樹脂製又はゴム製であることが好ましい。
このように、前記直胴部支持部材及び前記Ｒ部支持部材が、樹脂製又はゴム製であれば、ルツボを把持して持ち上げる際に、ルツボの破損をより確実に抑制することができるものとなる。

またこのとき、前記クランプアームの平行移動幅が調整可能なものであることが好ましい。
このように、前記クランプアームの平行移動幅が調整可能なものであれば、様々な大きさのルツボ及び通函に対応可能なものとすることができる。

本発明では、ルツボハンドリング装置において、ルツボの直胴部を支持する直胴部支持部材とルツボのＲ部を支持するＲ部支持部材と該両支持部材を支持するアーム部材とから成る４本のクランプアームと、前記それぞれのクランプアームの上部を支持しつつ、該クランプアームを前記ルツボに対してエアシリンダにより水平方向に進退動させるクランパー部材と、前記クランプアームを支持した前記クランパー部材を昇降駆動させる上下移動手段とを具備し、前記それぞれのクランプアームを前記クランパー部材のエアシリンダで前記ルツボの方向に平行移動させて前記ルツボの直胴部とＲ部とを前記直胴部支持部材と前記Ｒ部支持部材で支持しながら前記ルツボを把持し、前記上下移動手段で前記ルツボを持ち上げるので、エアシリンダの圧力を制御して把持力を調整しつつルツボを把持でき、破損することなく持ち上げることができる。また、クランプアームを平行移動させる構造とすることでクランプアームの可動スペースを小さくすることができ、ルツボの周辺に狭いスペースしかない場合でも、その隙間にクランプアームを差し込んでルツボを持ち上げることができる。これによって、これらの作業を１人の作業者で行うことができる。

本発明に係るルツボハンドリング装置の一例を示す概略図である。本発明に係るルツボハンドリング装置の一例を示す側面概略図である。通函の４隅の隙間に本発明のルツボハンドリング装置のクランプアームを差し入れた様子を示す説明図である。ルツボを用いた単結晶製造装置を示す概略図である。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
ルツボが納入される際、典型的には開口部が上向きに配置されたルツボが通函等の収納箱に入った状態で納入される。従来、そのルツボを通函から取り出して運搬用の台車や運搬用トレーに移載する作業は作業者の手作業により行っていた。
しかし、近年、大型のルツボが用いられるようになってきており、このような大型のルツボを作業者の手作業により通函から取り出すことは困難であり、ケガや腰痛等の危険性のほか、落下等によるルツボ自体の破損等も危惧される。

そのため、大型のルツボを通函から取り出す作業を行う際、例えば石英ルツボのようなガラス質で破損し易いルツボをハンドリングする場合にも破損することなく、作業者が１人で安全にハンドリングできる装置が必要であった。従来、複数のアームによりルツボを把持して持ち上げる装置が知られていたが、ルツボを通函から取り出す際にはアームをルツボと通函の狭い隙間に差し入れる必要があり、様々な大きさのルツボに対応しつつアームの稼働スペースを小さくする必要があった。

そこで、本発明者はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、クランプアームでルツボの直胴部とＲ部を支持するようにすれば、強い圧力を加える必要もなくルツボを破損させずに把持して持ち上げることができ、エアシリンダの圧力でクランプアームを平行移動させるようにすれば、クランプアームの稼働スペースを小さくすることができ、さらにクランプアームの平行移動幅も調整可能にすることができ、様々な大きさのルツボをハンドリングできるルツボハンドリング装置となることに想到し、本発明を完成させた。

図１は本発明に係るルツボハンドリング装置の一例を示す概略図である。
図１に示すように、ルツボハンドリング装置１は４本のクランプアーム２、このクランプアーム２の上部を支持するクランパー部材３、及びこのクランプアーム２を支持したクランパー部材３を昇降駆動させる上下移動手段４とを具備している。
図２に本発明のルツボハンドリング装置１の側面概略図を示す。
図２に示すように、ハンドリングする対象であるルツボ９は、直胴部１０と底部１１とこれらを繋げるＲ部１２を有しており、開口部１３が上向きになるように配置されている。

また、ルツボハンドリング装置１のクランプアーム２は直胴部支持部材５、Ｒ部支持部材６、アーム部材７から構成されている。この直胴部支持部材５はルツボ９の直胴部１０に当接して支持し、Ｒ部支持部材６はルツボ９のＲ部１２に当接して支持するようになっている。このＲ部支持部材６は、ルツボ９のＲ部１２をより確実に支持するため例えば図２に示すように、Ｒ部支持部材６の上部の径が下部の径より小さくなるようなテーパを有した形状とすることができる。また、アーム部材７はこれら両支持部材５、６を支持するようになっている

本発明のルツボハンドリング装置１では、このようなクランプアーム２でルツボ９の直胴部１０とＲ部１２とを直胴部支持部材５とＲ部支持部材６で支持しながらルツボ９を把持するので、強い圧力をかけずとも把持して持ち上げることができ、例えば石英ルツボのようなガラス質で破損し易いものであっても、その破損を抑制することができるものとなっている。

また、それぞれのクランプアーム２はその上部がクランパー部材３によって支持されている。このクランパー部材３にはエアシリンダ８が備えられており、クランプアーム２をルツボ９に対してエアシリンダ８により水平方向に進退動させることができるようになっている。そして、エアシリンダ８による圧力を制御してルツボ９の破損を確実に抑制することができるものとなっている。

そして、それぞれのクランプアーム２をクランパー部材３のエアシリンダ８でルツボ９の方向に平行移動させてルツボ９の直胴部１０とＲ部１２とを直胴部支持部材５とＲ部支持部材６で支持しながらルツボ９を把持し、上下移動手段４でクランパー部材３を上昇させることでルツボ９を持ち上げることができるものとなっている。ここで、上下移動手段４の構造は特に限定されず、ルツボ９を把持したクランプアーム２及びそれを支持するクランパー部材３を持ち上げることができるものであれば良く、例えば図１に示すような作業者がハンドルを操作することで空気圧により軽く持ち上げられるようにしたエア補助機構１５を有したものとすることができる。

また、特に限定されることはないが、クランパー部材３を図１に示すように十字型の形状とし、それぞれの先端でクランプアーム２の上部を支持するようにすることができる。このようにすれば、それぞれのクランプアーム２で均一な把持力でルツボ９を支持して持ち上げることができ、ルツボ９の破損をより確実に抑制することができるし、クランパー部材３を強固な構造とすることができ大型の重いルツボ９をハンドリングすることができるようになる。

このように本発明のルツボハンドリング装置１は、上記のようにしてルツボ９を把持して持ち上げるので、ルツボ９の大きさや重さに応じてエアシリンダ８の圧力を制御して把持力を調整しつつルツボ９を把持することができ、その結果、ルツボ９を破損することなく持ち上げることができるものとなっている。また、クランプアーム２を平行移動させるようにすることでクランプアーム２の可動スペースを小さくすることができ、ルツボ９の周辺に狭い隙間しかない場合でも、その隙間にクランプアーム２を差し込んでルツボ９を把持して持ち上げることができるものとなっている。

例えば、開口部１３が上向きに配置されたルツボ９を通函から取り出す場合には、図３に示すように、通函１４の４隅にある通函１４とルツボ９との隙間に４本のクランプアーム２をそれぞれアーム部材７の下部のＲ部支持部材６がルツボ９のＲ部１２に達する深さまで差し入れる。そして上記のようにしてルツボ９をクランプアーム２で把持して持ち上げることができる。

このような本発明のルツボハンドリング装置１での作業は１人の作業者で簡単に行うことができ、安全である。
このとき、直胴部支持部材５及びＲ部支持部材６が、例えばＭＣナイロン等の樹脂製又はウレタンゴム等のゴム製であることが好ましい。
このように、直胴部支持部材５及びＲ部支持部材６が、樹脂製又はゴム製であれば、ルツボ９を把持して持ち上げる際に、ルツボ９の破損をより確実に抑制することができるとともに、ルツボ９がずり落ちたりすることを抑止できるものとなる。

またこのとき、クランプアーム２の平行移動幅が調整可能なものであることが好ましい。
このように、クランプアーム２の平行移動幅が調整可能なものであれば、様々な大きさのルツボ９及び通函１４に対応することができるルツボハンドリング装置とすることができる。
また、クランプアーム２の平行移動幅にリミッターを設け、ルツボ９の大きさに応じてルツボ９に対して移動できる量を制限するようにして、ルツボ９の破損をより確実に防ぐことができるものとすることもできる。

このようにして持ち上げたルツボ９を例えばルツボ運搬用台車やトレー等の所定の場所に移載するために、例えば本発明のルツボハンドリング装置１を取り付けて移動することができる台座を用い、ルツボ９を持ち上げたルツボハンドリング装置１を台座により所定の位置まで移動し、ルツボ９を降ろして把持を解除すればルツボ９を所望の位置に移載することができる。
あるいは、ホイスト等の天井取り付け式のものをルツボハンドリング装置１に取り付けてルツボ９の移載を行うようにすることもできる。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例）
図１に示すような本発明のルツボハンドリング装置を用い、直径５６０ｍｍ、６６０ｍｍ、８００ｍｍの石英ルツボを通函から取り出して搬送用台車に移載する作業を行った。ルツボハンドリング装置はそれそれ異なったルツボの直径に対応できるように、クランプアームの平行移動幅が調整可能なものを用いた。

その結果、１人の作業者で全てのルツボを破損することなく通函から取り出して搬送用台車に移載することができた。
このように、本発明のルツボハンドリング装置は、様々な大きさのルツボを把持し、その把持力を調整してルツボを破損することなく持ち上げることができ、その作業を１人の作業者で行うことができることが確認できた。

（比較例）
直径５６０ｍｍ、６６０ｍｍ、８００ｍｍの石英ルツボを通函から取り出して搬送用台車に移載する作業を作業者の手作業によって行った。
その結果、直径５６０ｍｍのルツボは１人の作業者によって移載することができたが、直径６６０ｍｍのルツボは１人の作業者で移載しようとしたところ途中で落としそうになったため２人作業とした。また、直径８００ｍｍのルツボは１人の作業者で移載することはできず、２〜３人の作業者が必要であった。また、これらの作業は作業者にとってルツボ破損等の注意が必要で負担の大きい作業であった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
すなわち、上記では単結晶製造装置で用いるルツボをハンドリングする場合について述べたが、他の用途で用いられるルツボに対しても直胴部及びＲ部を有し、開口部が上向きに配置されたルツボであれば、原則としていずれのものにも本発明を適用することができる。

１…ルツボハンドリング装置、２…クランプアーム、３…クランパー部材、
４…上下移動手段、５…直胴部支持部材、６…Ｒ部支持部材、
７…アーム部材、８…エアシリンダ、９…ルツボ、１０…直胴部、
１１…底部、１２…Ｒ部、１３…開口部、１４…通函、１５…エア補助機構。

Claims

直胴部と底部とこれらを繋げるＲ部を有する、開口部が上向きに配置されたルツボを把持して持ち上げるためのルツボハンドリング装置であって、
前記ルツボの直胴部を支持する直胴部支持部材と前記ルツボのＲ部を支持するＲ部支持部材と該両支持部材を支持するアーム部材とから成る４本のクランプアームと、前記それぞれのクランプアームの上部を支持しつつ、該クランプアームを前記ルツボに対してエアシリンダにより水平方向に進退動させるクランパー部材と、前記クランプアームを支持した前記クランパー部材を昇降駆動させる上下移動手段とを具備し、前記それぞれのクランプアームを前記クランパー部材のエアシリンダで前記ルツボの方向に平行移動させて前記ルツボの直胴部とＲ部とを前記直胴部支持部材と前記Ｒ部支持部材で支持しながら前記ルツボを把持し、前記上下移動手段で前記ルツボを持ち上げるものであることを特徴とするルツボハンドリング装置。
前記直胴部支持部材及び前記Ｒ部支持部材が、樹脂製又はゴム製であることを特徴とする請求項１に記載のルツボハンドリング装置。
前記クランプアームの平行移動幅が調整可能なものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のルツボハンドリング装置。