JP2770093B2 - 石英坩堝の洗浄装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造に用いる単
結晶引き上げ用石英坩堝に係わり、その石英坩堝製造の
洗浄工程に使用する、特に微小気泡を含有する石英坩堝
の洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より半導体製造に用いる単結晶引き
上げ用石英坩堝は、その坩堝表面を良好な温度分布に保
持することが、良質な単結晶を製造する一要因であるの
で、その温度環境を実現するために、計画的に微小気泡
を坩堝内部に含むように、微小気泡を含有する石英坩堝
は製造される（特開昭60−215534号公報）。一方、石英
坩堝は特にその内面層が不純物元素を含む等汚染されて
いると、引き上げられる単結晶に対して大きな悪影響を
与えるので、製造の最終工程において化学洗浄（例：弗
化水素酸液使用）が行なわれる。この化学洗浄は、当該
坩堝を一定時間化学洗浄液に滞留させ、表面を液に浸食
させてから純水により化学洗浄液の脱液処理を行い、そ
の純水洗浄を終えてから、乾燥工程に移される。従来の
石英坩堝の洗浄・乾燥工程は、搬入→ＨＦ洗浄→純水洗
浄→乾燥→搬出、の各工程の１連から成り、その間に当
該坩堝を所要場所へ運ぶ、移送作業が行われる。

【０００３】従来その洗浄は、専用配管による端末装置
からのそれぞれの供給液、ＨＦおよび純水を供給して当
該坩堝を洗浄していた。その手段は、作業者にとり危険
なＨＦ液は、坩堝を治具とともに洗浄槽に沈め、イ）そ
の治具を揺動または回転させたり（特開昭 58−89978号
公報）、ロ）開口面上向きの内部に洗浄液を満たし、ま
たはハ）該液を静かに流下させる（特開平 1−293175号
公報）などして洗浄する。いずれの手段でも、洗浄後に
は坩堝内部の底部に滞留する洗浄液は、坩堝を傾斜・倒
立させるなどの坩堝の姿勢を変えて、排出させなければ
ならない。上記した坩堝製造において、坩堝自体は年々
大型になりその大型化傾向に伴い、洗浄のための液タン
ク、洗浄後の坩堝よりの排液の取り出し、乾燥のための
装置とその熱負荷対応、それらに使用する治具に対し、
数々の改良と投資が行われてきたが、それにも拘らず、
例えば坩堝の重量の増大化や取り扱う化学洗浄液の危険
性は減ることはなく、作業者に対する作業環境の悪化は
無視し得ない状態である。換言すれば、これら従来技術
における努力は、規模の大きさに伴うものであっても、
技術的にマイナーな改良に留まっていた。すなわち洗浄
装置の従来技術では、坩堝の大型化のたびに関係装置・
治具を取り替え、配管を変更するなど、対症療法的改良
範囲にあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の化
学的洗浄は、基本的には化学的洗浄液が静置された中で
坩堝を浸漬させるバッチ式の、薬液の移動の少ない方法
であり、経過時間とともに坩堝表面と接触して変容する
薬液の化学的反応の結果、当該坩堝の上下位置、または
開口部付近と閉鎖内奥部分近傍とでは洗浄液の活性が異
なるなどして、必ずしも洗浄時間に比例して効果的な不
純物濃度の低減・洗い出しが出来るとは限らない。従来
の洗浄は基本的に小型の坩堝に対応する手段であり、必
然的に坩堝の大型化に伴い、洗浄槽の液張り、液抜きな
どの予備時間は増々長くなり、作業中の坩堝の姿勢の変
更は、危険性を増し、その時の準備時間中の危険な作業
工程も長くなる傾向にある。石英坩堝の大きさが、短い
サイクルで変更が生じることで、装置・治具の大きさを
一定に出来ない要因と合わせて、前記したイ）ないし
ハ）の洗浄手段の持つ技術方式が、能率的な自動化を進
める障害の１つとなっていた。

【０００５】本発明の目的は、かかる従来技術の欠点に
鑑み、前記石英坩堝の構造の特性を充分考慮し、洗浄作
業中に三次元的な坩堝姿勢を変更することのない、該坩
堝の大きさの増大化など社会的需要の対応を図りつつ、
効果的洗浄方式の採用によって能率的な自動化要因を作
り出し、石英坩堝製品にとり洗浄工程での良好な製造環
境の作出、もしくはアイドル時間の縮小と作業環境の向
上を図った、石英坩堝の洗浄装置を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、図１及び図５
に示すように、半導体単結晶引き上げに用いる略半球状
若しくは断面Ｕ字状の石英坩堝の洗浄装置において、前
記石英ガラス坩堝を開口面が下向きに設置されるごとく
洗浄位置に導く搬送手段と、少なくとも洗浄時に前記洗
浄位置に位置する第１及び第２の共用スプレーノズル若
しくはノズル群（以下共用ノズルという）と、前記共用
ノズルへ供給する液を切換える液切換え手段とを具え、
前記第１の共用ノズルを坩堝の内周面と対面する位置
に、又第２の共用ノズルを坩堝の外周面と対面する位置
に配設するとともに、前記液切換え手段の切り換え操作
により、前記共用ノズルから弗化水素酸と純水を順次噴
出して洗浄を行なうことを特徴とするものである。又好
ましくは少なくとも前記坩堝の内周面側に前記共用ノズ
ルとともに窒素ガス噴出ノズルを備えて構成するのがよ
い。この場合前記共用ノズルは窒素ガス噴出ノズルと共
用とする必要はなく、また坩堝設定部位の全域に対応し
て必要に応じて両ノズルを多方向に配設して効果的に設
けてよい。そしてこの洗浄手段が結果的に時間管理可能
の手段とするものである。

【０００７】なお本発明において、請求項１は図１と図
５に、請求項２は図５に、その内容をそれぞれ図示す
る。

【０００８】

【作用】石英坩堝は石英ガラスという脆性材料で形成さ
れ、而もその形状が略半球状若しくは断面Ｕ字状であ
り、内周域が狭小スペースである為に、その内周内に弗
化水素酸用、純水用、更には窒素ガス用のように三種類
の専用ノズルを配設するのは中々困難である。本発明
は、液切換え手段の切り換え操作により、一の共用ノズ
ルから弗化水素酸と純水を順次噴出して洗浄を行なうも
のであるために、少なくとも液噴出用では一種類のノズ
ルで足りる。又前記従来発明のように、洗浄期間中に化
学洗浄と純水洗浄などの工程毎に坩堝位置を移動しまた
は姿勢変更をするのでなく、図１に示すごとく当初の洗
浄位置で全ての洗浄操作を行うことが可能となり、少し
も不具合になることなく洗浄することが出来る。この結
果、外部からの配管・バルブ操作のみで洗浄操作が可能
となるとともに、前記安全な場所での作業者の作業を可
能とするとともに、前記ＨＦの洗浄液はつねに活性度の
高い新鮮な状態の液を、その液圧力を制御可能に供給す
るために、大きさの異なる対象石英坩堝が引続き洗浄す
る場合になったとしても良好な洗浄操作を簡単に作業者
が制御して行うことが出来るとともに、図５に示すよう
に、このＨＦと純水とを共用配管で洗浄操作を行い、ま
だ有効活性のあるＨＦを循環使用可能とするので、洗浄
液管理が出来、また高い経済的効果を上げることが出来
る。そして後処理を含めた全ての洗浄操作が同一場所で
行うので、危険なＨＦの取扱もＨＦ使用後に、使用配
管、使用場所とその周囲を容易に純水で希釈して低濃度
化または無害化出来るので、本発明装置は、洗浄室安全
化装置として活用できる。またＨＦ・純水の洗浄の後に
窒素ガス（以下、Ｎ２）を噴出、当該坩堝表面に吹き付
けることにより、該坩堝の内外表面の水分を払拭するよ
うに構成するので、次工程で行う乾燥負荷の低減に、こ
のＮ２処理は効果的な後処理操作となる。更に本発明装
置の構成は、前記外部からの配管・バルブ操作のみで行
う洗浄操作によって、その操作を時間制御により統制で
きるので、その他の工程操作と連動させて、自動化とな
し得る操作であり、従って他の工程を含める一連の操作
全体の製造技術を向上させることが出来る。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を例示的に詳しく説明する。ただしこの実施例に記載さ
れている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置な
どは特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲を
それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎ
ない。図１は、石英坩堝用の、本発明の実施例である洗
浄装置の要部を示す、側面図で、回転装置１０が固設す
る洗浄装置１３を中心にモータボックス１９により回転
可能に配設している。該回転装置１０のターンテーブル
１１はその周縁下部床面に配設する回転ローラ11ａに載
置されて回転自在とするとともに、該ターンテーブル１
１は、その中央下部に付設する、図４に図示の従動歯車
11ｃが前記モータボックス１９の駆動によって結果的に
連動して回転可能になっている。前記ターンテーブル１
１上は、一対の支持棒７がそれぞれ平行にかつ上面水平
になるように配設して、下駄の歯状にワーク台を形成し
て、坩堝設置位置のなるように構成する。予定された坩
堝１の設置状態に適用するように、前記回転装置１０の
中央に配設するものの他に、該洗浄装置１３は洗浄室内
の周壁及び天井の要所に、Ｎ2 ノズル１４とほぼ同じ位
置にともに配設する。前記洗浄装置１３は一または複数
のスプレーノズル13ａないし13ｆから構成し、共用配管
１２の要所に連通して、洗浄液の吐出を可能とする。該
Ｎ2 ノズル１４も前記洗浄装置１３と同様な構成で、Ｎ
2 配管にＮ2 噴出可能に配管される。該洗浄室床下のピ
ット１５には、ピット排水管15ａが配管されて、ここに
図示しない位置で接続されて、適宜に排水回収管６６ま
たは循環液用戻り管６７に振り分けられる。

【００１０】図２は、石英坩堝用の、本発明に係わる洗
浄・乾燥工程装置の全体を示す、平面図で、右から左に
搬入部４、洗浄槽２、乾燥槽３そして搬出部８が設けら
れている。前記各槽は、一対の石英坩堝１が設置可能の
ように区分されて各室を形成し、前記洗浄槽２には各室
毎に排気口３１が配設され、機外で処理可能に排気主管
３３に配管されている。前記乾燥槽３には各室毎に、一
方の側壁面に空気取入口２８が新鮮空気Ｊを取入れ可能
に設けられ、他方の側壁面に自動開閉型の排気ダンパー
３５を有する排気口３６が、室内空気を排気可能に排気
主管３７に案内して、機外で処理可能になっている。該
各室には、石英坩堝１が載置さるべき坩堝設置部位１ａ
ないし１ｑが、平行で水平な一対の支持棒７を付設して
各工程部位に設けられている。搬出部８には前記坩堝１
の存在を検知するフォトセンサからなる検知器８ａを配
する。図３は、石英坩堝用の、本発明に係わる洗浄・乾
燥工程装置の全体を示す、一部破断面を含む側面図で、
前記した搬入部４と搬出部８には、搬出機構６ａ、６ｂ
が、坩堝１を保持して搬送可能に、洗浄槽２と乾燥槽３
を通して連なる一対の移動レール４２に配設して、タイ
ミングベルト４１で左右に移動可能になっている。前記
洗浄槽２には坩堝設置部位１ｇ、１ｈをそれぞれ設け、
スプレーノズルからなる洗浄装置１３を付設する回転装
置１０が坩堝１を載置して回転可能に配設され、同様に
前記乾燥槽３には坩堝設置部位１ｋ、１ｌをそれぞれ設
ける乾燥装置２０が配設される。前記槽内部の要所に空
間遮断用のシャッタ５４が、その槽壁面要所には点検扉
６９が設けられている。前記各槽２、３の下部には排液
集水用のピット１５が設けられ、洗浄・乾燥工程装置の
全体は、搬出・搬入時の便宜のための移動車５２上にあ
って、堅固な基礎５３に載置している。図４は、本発明
実施例の、洗浄装置の回転装置の作用を示す要部平面図
で、一対の該回転装置１０のターンテーブル１１が、モ
ータ19ａによって回転伝達歯車18ａ、18ｂを介して回転
可能になっている。

【００１１】図５は、本発明実施例の、洗浄装置関係配
管のフローシートで、坩堝１に内挿可能に配設するとと
もに、該坩堝１の外面を洗浄可能に配設する、ＨＦと純
水を供給可能のスプレーノズルからなる洗浄装置１３
は、共用配管１２に配管され、該共用配管１２は、バル
ブ切り替え操作によりそれぞれ純水配管６３と循環液供
給配管６６とに連通可能になっている。該ＨＦの供給時
には、特に供給弁12ｍ、12ｎ、64ａ、64ｂを開に、供給
弁63ａを閉に、その他の関係バルブを開に操作して、Ｈ
Ｆ供給槽５６、供給ポンプ５９により循環タンク５５に
移送された該ＨＦを循環ポンプ５８により流量計６０に
より管理された該ＨＦが、前記循環液供給管６６によっ
て前記洗浄装置１３へ供給可能になっている。また該純
水の供給時には、特に該供給弁12ｍ、12ｎ、63ａ、64ａ
を開に、該供給弁64ｂを閉に操作して、ここに図示しな
い純水供給手段により該純水が供給可能になっている。
一方、室内のＮ2 用ノズル１４は、専用供給弁を介して
Ｎ2 供給源である窒素ガスボンベ５７に連通するＮ2 配
管に接続される。なお前記配管系に使用するバルブは、
その制御に関連するものを空気作動型の供給弁として、
配管操作が自動化可能にするとともに、洗浄槽２の各個
別の前記坩堝設置部位毎に個別制御可能に配管構成がな
されている。

【００１２】図６は、本発明実施例に関連する、搬入部
での搬送機構の全体を示す、正面図で、搬送機構６は２
個一対の石英坩堝１を個別に保持可能になって配設して
なり、その一連の搬出機構６はレール部材４３を介して
洗浄・乾燥工程装置に共通して形成する移動架台受梁３
８上の移動レール４２上に前後移動可能になっていて、
ここに図示しない装置外の操作手段により、その制御操
作がなされる。図７は、本発明実施例に関連する、搬送
機構の要部を示す平面図で、駆動源４０は反転ギアボッ
クスを介して、その端部を支持枠４４の桁44ａと４４ｂ
とに嵌設する軸受け５１ａに保持されたドライブ軸４５
の各軸45ａと45ｂとを反転させ、左右の横桟46ａと46ｂ
とを求心的にまたは遠心的に移動可能になっている。図
８は、本発明実施例に関連する、搬送機構の要部を示
す、側面図で、石英坩堝支持体２６に載置する坩堝１
は、その両側端底部に搬送機構６の一対の保持ブロック
４７が密着状に差し込まれ、同じくその坩堝１側面に密
着状に当接する補助ブロック４８とともに前記坩堝１を
左右から挟み込んで、上下に移動させ且つ搬送可能にな
っている。該保持ブロック４７は、支持枠４４に支えら
れて駆動系３９を構成するアーム部材４６、ドライブ軸
４５および反転ギアボックス39ａを介して、トルクモー
タ４０からなる駆動源４０によって移動制御可能となっ
ている。

【００１３】第９図は、本発明実施例に関連する、石英
坩堝用の乾燥装置の作用を説明する、要部断面図で、室
内内壁面に熱反射体22ｂを付設する乾燥室９に配設する
赤外線ヒータ２１の下側に半円弧上に熱反射体22ａを配
する、熱放射域ｒを有する該赤外線ヒータ２１が、赤外
線を損失なく透過する透明石英ガラスから成る石英坩堝
支持体２６上の、最大坩堝投影空間大きさＲをもち微小
気泡を含有する石英坩堝１に対し、熱損失少なく効果的
に加熱作用を可能の構成になっている。図１０は、本発
明実施例に関連する、乾燥装置の全体を説明する側面図
で、天井開閉機構１７により開閉天井１６を有して密閉
可能の、乾燥槽３内の区分された１なる乾燥室９へ、高
性能のフィルタ２９と遮光ルーバー３０を通って、排気
口３４から排出するようにして、室内は換気可能となっ
ている。床面はヒータ支持台２３上に赤外線ヒータ２１
が、その端子を端子カバー２４に保護されて配設され、
その上方にベース板２５が支持ベース２７を保持して、
平行で水平状態にある、一対の石英坩堝支持体２６を固
設して、坩堝設置部位を形成し、当該坩堝１が移送され
た時に正規位置に載置可能になっている。

【００１４】図１１は、本発明実施例に係わる、作業工
程を説明するブロック図で、坩堝１は搬入工程１Ａによ
り、洗浄槽２内に導入される。そしてＨＦ洗浄工程１Ｂ
から純水洗浄工程１Ｃの後にＮ2 吹付工程、その後に乾
燥槽３への移送工程１Ｅがあって、乾燥工程１Ｆとな
る。一対の搬送機構６の一方が操作されて、該乾燥工程
１Ｆの時点に次の搬入工程２Ａが平行して作業開始され
る。該乾燥工程１Ｆの終了後に取出工程１Ｇが行われ
て、一連の全体の洗浄・乾燥工程が終了する。

【００１５】次に本発明装置の動作を、説明する。搬入
部４より移送され回転装置１０上の坩堝設置部位に正置
された坩堝１は、その姿勢が開口面を水平にして、上方
に底部が位置するように支持棒７上に載置される。次に
該坩堝１に対するＨＦ洗浄工程１Ｂに入り、ＨＦ洗浄用
の供給弁が自動操作され、しかる後に循環ポンプ５８か
ら供給するＨＦが流量計を介して専用のＨＦ供給配管６
４、共用配管１２を経て洗浄装置１３に送られ、各スプ
レーノズル13ａないし13ｆより噴出される。同時にモー
タボックス１９を操作してモータ19ａを駆動させ、該回
転装置１０が回転し、幾回りをする間に、該スプレーノ
ズル１３よりの吐出液が前記坩堝１の内外表面の各部に
万遍ない動的接触を繰り返し、常に変わらない管理され
た活性の高い洗浄液による化学的洗浄が続けられる。そ
の後に純水洗浄工程１Ｃへ移行する。所定時間後に該循
環ポンプ５８の停止、純水洗浄用の供給弁操作へのシフ
トがなされ、純水供給を可能とした上で、ここに図示し
ない純水源より、前記洗浄装置１３へ送水が行われる。
該純水により一定時間後に該共用配管１２中の残留ＨＦ
は配管外に排除されて、全ての洗浄装置１３からの前記
坩堝１に対する純水洗浄が行われる。前記回転装置１０
は回転し、前記坩堝１表面に対する万偏ない付着ＨＦの
洗い出しがなされる。ＨＦの洗い出しが終了すると、Ｎ
2 吹き付け工程に移る。Ｎ2 吹き付けは前工程で前記坩
堝１に付着する水分の拭払を行うもので、不活性なＮ2
の前記作用で、前記坩堝１の障害となるものはない。該
Ｎ2 による拭払作業が済むと、当該供給弁の閉によるＮ
2 供給の停止、前記回転装置１０の停止そして室内のＮ
2 ガスの排気が行われる。室内雰囲気状態を検査した後
に、全ての洗浄関連工程は終了する。そして次の移送工
程１Ｅに移る。

【００１６】前記洗浄時に坩堝を回転させて全ての洗浄
操作が行われるので、噴射させる液やガスを一定方向へ
指向させるだけで、坩堝表面全てに対応可能なので、液
流、ガス流の持つ吐出圧を有効に活用でき、その到達距
離を長くまた速度保留域を高く出来る。そしてこの回転
操作は、坩堝大きさの混在する洗浄の態様によく適応さ
せることが可能である。即ち洗浄工程中の前記回転装置
１０の運転によって、洗浄対象坩堝１の大きさによりそ
の回転速度が調節される。その結果スプレーノズル１３
やＮ2 ノズル１４から坩堝表面への液流、ガス流の到達
距離が変化して坩堝表面における作用が異なる要因が生
じても、対応可能となっている。一方前記共用配管１２
によって、ＨＦ使用後に純水を供給する操作には、共用
配管１２内の洗浄を兼ねる効果が生じて、洗浄室内の配
管保全管理に良好な効果を現すこととなる。

【００１７】

【発明の効果】以上記載したごとく本発明によれば、全
ての洗浄処理が石英坩堝を倒立させた初期の状態をその
洗浄終了まで姿勢の変更をすることなく行うものである
ので、坩堝自体と作業者の安全の確保と洗浄が回転装置
上で回転させながらスプレーノズルより本処理と後処理
との動的洗浄を行うことにより洗浄効果の向上を図りつ
つ前記Ｎ2 ガスによる乾燥前処理の効果を次工程の乾燥
工程の負荷軽減に資するとともに、大きさの異なる混在
する坩堝洗浄操作にも容易な対応が図れる、微小気泡を
含有する石英坩堝の洗浄装置をを提供することが出来
る、等の種々の著効を有し、本発明にして始めて高い自
動化要因を有する、その洗浄効果を遠隔制御可能の異種
坩堝混在用の当該洗浄装置の提供が可能になり、その実
用的価値は極めて大である。又前記実施例では坩堝の洗
浄装置について詳細に説明したが、これのみに限定され
ず共用配管を有して、回転装置を併用して好適な被洗浄
物の洗浄装置にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】石英坩堝用の、本発明の実施例である洗浄装置
の要部を示す、側面図である。

【図２】石英坩堝用の、本発明に係わる洗浄・乾燥工程
装置の全体を示す、平面図である。

【図３】石英坩堝用の、本発明に係わる洗浄・乾燥工程
装置の全体を示す、一部破断面を含む側面図である。

【図４】本発明実施例の、洗浄装置の回転装置の作用を
示す、要部平面図である。

【図５】本発明実施例の、洗浄装置関係配管のフローシ
ートである。

【図６】本発明実施例に関連する、搬入部での搬送機構
の全体を示す、正面図である。

【図７】本発明実施例に関連する、搬送機構の要部を示
す、平面図である。

【図８】本発明実施例に関連する、搬送機構の要部を示
す、側面図である。

【図９】本発明実施例に関連する、石英坩堝用の乾燥装
置の作用を説明する、要部断面図である。

【図１０】本発明実施例に関連する、乾燥装置の全体を
説明する、側面図である。

【図１１】本発明実施例に係わる、作業工程を説明す
る、ブロック図である。

【符号の説明】

１ 石英坩堝 １２ 共用配管 １３ スプレーノズル、洗浄装置 １４ Ｎ2用ノズル ５５ 循環タンク ５６ 弗化水素酸（＝ＨＦ）供給槽 ５７ 窒素ガス（＝Ｎ2）ボンベ ５８ 循環ポンプ ５９ 供給ポンプ ６３ 純水配管 63ａ 供給弁 ６４ ＨＦ供給管 64ａ、64ｂ 供給弁 ６５ Ｎ2配管 ６６ 循環液供給管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−94059（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−283075（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 B08B 9/093

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体単結晶引き上げに用いる略半球状
   若しくは断面Ｕ字状の石英坩堝の洗浄装置において、 前記石英ガラス坩堝を開口面が下向きに設置されるごと
   く洗浄位置に導く搬送手段と、 少なくとも洗浄時に前記洗浄位置に位置する第１及び第
   ２の共用スプレーノズル若しくはノズル群（以下共用ノ
   ズルという）と、 前記共用ノズルへ供給する液を切換える液切換え手段と
   を具え、 前記第１の共用ノズルを坩堝の内周面と対面する位置
   に、又第２の共用ノズルを坩堝の外周面と対面する位置
   に配設するとともに、 前記液切換え手段の切り換え操作により、前記共用ノズ
   ルから弗化水素酸と純水を順次噴出して洗浄を行なうこ
   とを特徴とする石英坩堝の洗浄装置。
2. 【請求項２】 少なくとも前記坩堝の内周面側に前記共
   用ノズルとともに窒素ガス噴出ノズルを備えた請求項１
   記載の石英坩堝の洗浄装置。