JP3345599B2 - 粒状物の搬送装置および搬送方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粒状物の搬送装置
および搬送方法に関し、球状単結晶シリコンなどの粒状
物をガスなどの搬送流体とともに搬送する方法、およ
び、処理のためのガス種変換などのために、搬送雰囲気
を変換する装置などに用いて好適な粒状物の搬送装置お
よび搬送方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、通常、半導体装置の形成に際して
は、シリコンウェハ上に回路パターンを形成し、これを
必要に応じてダイシングすることにより半導体チップを
形成するという方法がとられている。このような中で近
年、単結晶シリコンなどの直径１ｍｍ以下の球状の半導
体（Ball Semiconductor）上に回路パターンを形成して
半導体素子を製造する技術が開発されている。

【０００３】たとえば単結晶シリコン球を用いて、太陽
電池や光センサなどのディスクリート素子あるいは半導
体集積回路を形成するには、 単結晶シリコン球を研磨
する鏡面研磨工程、洗浄工程、薄膜形成工程、レジスト
塗布、フォトリソグラフィー工程、エッチング工程など
の種々の処理工程が必要になる。そして、この球状の半
導体素子を効率的に製造するためには、各処理工程を連
結してライン化する必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな単結晶シリコン球は、搬送用の管への接触などによ
り表面にダメージを受けやすく、非接触で搬送すること
が望ましい。また、各工程では、活性ガス、不活性ガス
等の気体のみならず、水や各種溶液等の液体をも含む種
々の雰囲気での処理がなされる。このような処理工程を
連結する場合、被処理物を搬送する雰囲気を前工程から
後工程に持ち込まないようにしなければならないため、
工程間において被処理物から前工程の雰囲気を除去し、
そして後工程に合わせた雰囲気に変換して被処理物を搬
送するといった作業が必要である。しかも、この作業に
は生産性並びに品質の点からも高速処理と、高い信頼性
が要求される。

【０００５】また、このようなライン化を行うに当たっ
て、前工程から搬送されてくる球状のシリコンが不規則
に次工程に供給されると、次工程では供給されてくる球
状シリコンの量が変動するために、その変動量に合わせ
て処理条件を変更せざるを得ず、効率的な処理を行うこ
とができない。

【０００６】そこで、球状シリコン等の粒状物はある一
定の間隔をもって、順次、定期的に次工程に供給される
必要がある。また、シリコン表面は酸化され易く、表面
に自然酸化膜が形成された場合、その上層に形成される
コンタクト層などとの接触性が悪くなるなどの問題もあ
り、外気に接触することなく、閉鎖空間内で搬送および
処理が行われるのが望ましい。この粒状物をガスなどの
搬送流体とともに管内を搬送する場合、搬送流路の入口
側からガスを供給して押し出すようにする方法がある
が、このような方法では、長い距離を連続的に搬送する
ことが困難である。

【０００７】また、別の方法として、図２に示すような
搬送装置がある。この搬送装置３０は、粒状物Ｂを搬送
流体であるガスとともに、管状流路３２内に供給し、ま
た、管状流路３３側へ送り出す構造である。この装置３
０においては、管状流路３３の入口側に、粒状物Ｂの搬
送流体に向かってガスを合流させるガス合流路３４を有
しており、このガス合流路３４からのガス流によって、
管状流路３２内のガスが吸引される所謂エジェクター効
果を利用することによって排出される。しかしながら、
このような方法であると、出口側の管状流路３３の径Ｔ
２を入口側の管状流路３２の径Ｔ１よりも大きく設定し
ないと、合流したガスによって、管状流路３２のガスが
入口側に逆流する危険性があった。また、図２に示すよ
うに、搬送装置３０における管状流路３２と３３とで
は、流路径が相違する構造となっているために、他の管
状流路との接続に制約が発生するだけでなく、搬送設備
の複雑化を招く大きな原因となっていた。

【０００８】本発明は、前述した諸問題を解決するべく
なされたものであり、その目的は、複雑な機構を要する
ことなく、粒状物を非接触で損傷を与えることなく連続
的に長距離搬送が可能であり、かつ粒状物を高速で搬送
しながら、雰囲気の効果的変換をも可能とし、多数の連
続する処理工程間における管状流路の流路径を変えるこ
とがなく安定搬送が可能な粒状物の搬送装置および搬送
方法を提供することにある。特に、単結晶シリコン球等
の球状半導体の成膜処理やエッチング処理などの半導体
処理を高速かつ確実に行うことのできる搬送装置および
搬送方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の請求項
１に係る粒状物の搬送装置は、粒状物を搬送流体にて搬
送可能な管状流路を有し、前記管状流路に対して、粒状
物の搬送方向に向かって搬送流体を合流させる流体合流
路を有する粒状物の搬送装置であって、前記管状流路
は、前記流体合流路の合流部の下流側でかつ該合流部の
近傍に、該管状流路内の流体の一部を、該管状流路外へ
排出する流体排出部を有し、さらに該管状流路の内径が
前記粒状物の搬入側から搬出側まで同径に構成されたこ
とを特徴とする。

【００１０】このように本発明の装置は、前記管状流路
は、前記流体合流路の合流部の下流側で該合流部の近傍
において、管状流路内の流体の一部を外部へ排出する流
体排出部を有していることにより、合流流体によって搬
送速度を維持でき、かつ流体合流による圧力の急激な高
まりを回避することができる。また、流体合流後の圧力
な急激な高まりを回避できることから、流路の径を大き
くしなくても流体の逆流を防止できる。更に、管状流路
の内径が粒状物の搬入側から搬出側まで同径に構成され
たことにより、搬送装置並びに該搬送装置を用いた処理
設備の搬送路径（管径）の制約を無くし、連続した長距
離搬送が容易になり、合わせて、該搬送装置を複数連続
して繋げることができ、特に、複雑な機構を要すること
なく効率よく粒状物の処理工程中における流体の変換を
行うこともできる。また、搬送流路の内径が統一される
ことにより、安定した搬送を可能にし、粒状物を非接触
で損傷を与えることなく搬送する性能をより高めること
ができる。

【００１１】請求項２に記載の粒状物の搬送装置は、流
体排出部の管状流路が多孔質構造、細孔構造若しくはメ
ッシュ構造の排出管部を有することを特徴とする。この
ように、管状流路が多孔質構造、細孔構造若しくはメッ
シュ構造の排出管部にて構成されていることにより、粒
状物の搬送を行いながら管状流路内の流体の一部を効果
的に流路外へ排出できる。

【００１２】請求項３に記載の粒状物の搬送装置は、排
出管部を囲む位置に搬送流体の流入を許容する排出空間
が設けられていることを特徴とする。このような構成に
よれば、排出管部から排出される流体を、排出空間内に
一時的に受容でき、流体排出時において、排出空間を装
置外部との緩衝領域として利用することができる。

【００１３】また、本発明による粒状物の搬送装置は、
排出空間内の搬送流体を外部に排出する排出口に、該排
出口の開口率を調節可能な調節手段を備えた構成とする
こともできる。このような構成によれば、排出管部から
排出される流体を、排出空間内に一時的に受容した後
に、この排出空間から排出される流体の排出量を調節す
ることができる。

【００１４】請求項４に記載の粒状物の搬送装置は、管
状流路の上流側端部および下流側端部に他の管状流路と
連結可能な連結部を備えたことを特徴とする。このよう
な構成によれば、搬送装置同士の管状流路の接続や他の
管状流路との接続が容易にできる。

【００１５】請求項５に係る粒状物の搬送方法は、管状
流路内を流れる搬送流体によって粒状物を搬送すると
き、前記管状流路に対して、流体合流路から前記粒状物
の搬送方向に搬送流体を合流させた直後に、管状流路内
の流体の一部を該管状流路外へ排出させながら前記粒状
物を搬送することを特徴とする。このような搬送方法に
よれば、合流流体によって搬送速度を維持でき、かつ合
流した流体による流体圧の急激な高まりを回避すること
ができる。また、合流した流体による流体圧上昇を回避
することができることから、流体の流路の径を大きくし
なくても流体逆流を防止できる。

【００１６】請求項６に記載の粒状物の搬送方法は、管
状流路の径を常に一定に保つようにすることを特徴とす
る。したがって、搬送流路の内径統一を容易にし、粒状
物を非接触で損傷を与えることなく安定して搬送する性
能を高めることができる。

【００１７】また、本発明による粒状物の搬送方法は、
管状流路から排出した搬送流体を、特定の空間に一旦入
れてから排出するようにできる。このような搬送方法に
よれば、管状流路から排出される流体を、適宜空間内に
一時的に受容することができ、流体を排出するときに、
例えば流体圧などの調節を可能とする。

【００１８】また、本発明による粒状物の搬送方法は、
特定の空間に一旦入れてから排出するときに、排出量の
調節をするようにできる。すなわち、管状流路から排出
される流体を、特定の空間内に一時的に受容した後に、
この空間から排出される流体の排出量を調節することに
より、排出のときの排気量を微妙に制御することができ
る。

【００１９】更に、本発明による粒状物の搬送方法は、
粒状物を単結晶シリコンとし、前記流体を気体とするこ
とができる。このようにすることにより、粒状物が単結
晶シリコンである場合に、該粒状物を非接触にて搬送で
きて損傷を与えることなく、また、搬送流体が気体であ
ることにより、高速搬送ができる。

【００２０】なお、本明細書において「雰囲気」とは、
活性ガス、不活性ガス等の気体のみならず、水や各種溶
液等の液体をも含むものとし、「粒状物」とは球状シリ
コンのみならず、各種雰囲気中での処理を要する様々な
材質の粒状物を含むものとする。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しつつ詳細に説明する。本実施の形態の
搬送装置１は、図１に示すように、例えば300℃の気体
による熱酸化法などを用いた酸化膜形成工程から流体と
しての気体とともに供給されてきた直径１ｍｍの単結晶
シリコン球Ｂを、次の処理工程に送出する装置である。
本実施形態における粒状物の搬送装置１は、大別する
と、図中ほぼ中央の中央部本体３と、この中央部本体３
よりも搬送路上流側の上流側本体２と、中央部本体３よ
りも搬送路下流側の下流側本体４とから構成されてい
る。

【００２２】そして、中央部本体３、上流側本体２およ
び下流側本体４は、適宜シール材１３などを介して気密
が維持できるように連結されており、その中心部分（図
中における上下方向のほぼ中心位置）を貫通するよう
に、粒状物Ｂを搬送気体にて搬送可能な管状流路９が設
けられている。なお、上流側本体２および下流側本体４
の管状流路９は、例えば、フッ素樹脂により表面加工さ
れたチューブなどからなる流路管１７を有している。

【００２３】中央部本体３には、管状流路９に対して、
粒状物Ｂの搬送方向に向かって一定の角度にて搬送空気
や適宜ガスなどの気体を合流させる流体合流路７が設け
られている。また、流体合流路７は、上流側本体２の供
給流体入口６と連続した流路を形成しており、この供給
流体入口６から適宜ガスなどの気体を供給することがで
きるように構成されている。

【００２４】さらに、流路管１７は、流体合流路７の合
流部の下流側でかつ該合流部の近傍において、この流路
管１７内の気体の一部を、該流路管１７外へ排出する流
体排出部１２が設けられている。また、流路管１７は、
その内径が粒状物Ｂの搬入側（図中における連結部１０
側）から搬出側（図中における連結部１１側）までが同
径に構成されている。

【００２５】このように管状流路９に、流体合流路７の
合流部の下流側で該合流部の近傍において、流体の一部
を外部へ排出可能な流体排出部１２が設けられているこ
とで、合流気体によって搬送速度を加速したりして所望
に維持することができ、更に、気体合流による圧力の急
激な高まりを回避することができる。この結果、流路の
径を大きくしなくても流体の逆流を防止する。

【００２６】更に、管状流路９の内径が常に同径に構成
されていることで、この搬送装置を用いた処理設備の搬
送路径の制約を無くすことができ、連続した長距離搬送
が容易になる。また、管状流路９の内径が常に同径に構
成されていることで、搬送装置１を複数連続して繋げる
ような場合でも、複雑な機構を要することなく安定した
搬送が可能である。

【００２７】本実施形態における流体排出部１２は、そ
の管状流路９が多孔質構造、細孔構造若しくはメッシュ
構造の排出管部１８を有し、この排出管部１８を囲む位
置に搬送空気の流入を許容する排出空間１５が設けられ
ている。また、排出空間１５内の搬送空気を外部に排出
する排出口８は、自然排出でもよいが、排出口８の開口
率を調節可能な調節手段１６が、排出口８の外面側の位
置（図１における想像線にて示す位置）に設けられた構
成とすることもできる。また、排出口８には、必要に応
じて適宜配管を接続することができ、この配管を介して
減圧装置としての真空発生器（図示せず）及び所定温度
に冷却された回収タンク（図示せず）などに連結されて
いる構成であってもよい。この減圧装置によって排気量
調節をすることができる。

【００２８】このように、管状流路９が多孔質構造、細
孔構造若しくはメッシュ構造の排出管部１８にて構成さ
れていることにより、粒状物の搬送を行いながら管状流
路９内の流体の一部を効果的に流路外へ排出できる。こ
の構成によると、排出管部１８から排出される流体を、
排出空間１５内に一時的に受容でき、流体排出時におい
て、排出空間１５を装置外部との緩衝領域として利用す
ることができる。排出管部１８から排出される流体を、
排出空間１５内に一時的に受容した後に、この排出空間
１５から排出される流体の排出量を調節することができ
る。

【００２９】本実施の形態において、流路管１７の径
は、特に限定するものではないが、例えばシリコン球Ｂ
の直径が1.0ｍｍ〜1.2ｍｍ程度の場合、内径が1.5ｍ
ｍ、外径が3.0ｍｍ程度とすることができる。

【００３０】また、流路管１７としては、フッ素樹脂に
より表面加工されたチューブに貫通孔を形成したものを
用いても良いが、この構成に限るものではなく、流路管
１７を構成する材料は、セラミック、樹脂、金属の粉体
を焼結する等の方法により得られた多孔質材料でもよ
い。

【００３１】以上説明したように、本発明では、粒状物
を連続して長距離搬送することができるる。すなわち、
例えば、単結晶シリコン球を研磨する鏡面研磨工程、洗
浄工程、薄膜形成工程、レジスト塗布、フォトリソグラ
フィー工程、エッチング工程などの種々の処理工程を連
続的に連結してライン化することが容易になり、球状の
半導体素子を効率的な製造を可能にする。

【００３２】また、本実施形態の装置１は、粒状物に次
工程の雰囲気または不活性ガスを噴出して送出すること
ができ、複雑な機構及び制御を要することなく、単結晶
シリコン球等の粒状物の処理工程における雰囲気の変換
（該装置１を一つ或いは複数連結して雰囲気交換）を行
うことができ、例えば、連続する２つの工程で使用する
ガスが反応性の高いものであれば、本発明の装置を適宜
もちいることにより、ガス変換効率を大幅に向上するこ
とができる。

【００３３】このような搬送装置を使用することによ
り、例えば単結晶シリコン球を用いたＭＯＳデバイスの
製造、太陽電池の製造などが、すべて、閉鎖空間からな
る搬送路と、回転受継器と、ガスなどの組み合わせによ
り、大気中に取出すことなく、効果的な形成することも
可能である。

【００３４】例えば、単結晶シリコン球を用意し、研磨
装置内で研磨を行い、これを本発明の搬送装置を用い
て、各装置間を搬送し、制御のなされたガスを供給、排
出することによって、大気に触れることなく、閉鎖空間
内でＭＯＳＦＥＴを形成することも可能である。

【００３５】この閉鎖空間内でのＭＯＳＦＥＴの形成を
行う場合、まず、単結晶シリコン球の洗浄、表面の自然
酸化膜の除去、熱酸化によるゲート絶縁膜の形成、ＣＶ
Ｄ工程による多結晶シリコン層の形成を経て、フォトリ
ソグラフィ工程による前記多結晶シリコン層のパターニ
ングによりゲート電極を形成する。

【００３６】そして、層間絶縁膜を形成した後、所望の
不純物を含有する多結晶シリコン膜を表面に形成し、こ
の多結晶シリコン膜から、ソースドレイン拡散を行い、
ソースドレイン領域を形成するとともに、この多結晶シ
リコン層をソースドレインコンタクト層とする。

【００３７】そして最後に電極形成を行うことによりＭ
ＯＳＦＥＴが極めて効率よく閉鎖空間内で形成される。
本発明に係る装置を用いることにより、各処理工程を連
続して行うことができ、極めて少量のガスで所望の表面
処理を行うことが可能である。また、前工程のガスを効
率よく排出することもでき、次工程のガスに置換するこ
とができ、剥離やキズの発生も無く、歩留まりよく信頼
性の高い半導体デバイスの形成が可能となる。

【００３８】また、例えば、粒状物搬送路の終段の手前
において、本発明に係る搬送装置１を配置し、流体合流
路７からのガスの供給をせずに、排気機能のみを利用す
る方法によれば、搬送流体の搬送力を徐々に小さくする
ことができ、これによって、粒状物の移動速度を効果的
に遅くでき、該粒状物のソフトランディングさせること
ができる。したがって、傷などのない高品質な粒状物
（半導体デバイス）を得ることができる。

【００３９】また、流体としては、不活性ガスのほか水
素やハロゲンなどの還元性ガス、あるいは反応性ガスを
用いるようにしてもよい。加えて、前記実施形態では、
雰囲気流体として気体を用いた場合の供給排出について
説明したが、本発明においては、液体を用いた場合にも
適用可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に記載の粒
状物の搬送装置によれば、管状流路は、流体合流路の合
流部の下流側で該合流部の近傍において、管状流路内の
流体の一部を外部へ排出する流体排出部を有しているこ
とにより、流体合流による圧力の急激な高まりを回避す
ることができるので、流路の径を大きくしなくても流体
の逆流を防止でき、また、管状流路の内径が粒状物の搬
入側から搬出側まで同径に構成されたことにより、処理
設備の搬送路径の制約がなく連続した長距離搬送を容易
にすることができるなど種々の効果を奏する粒状物の搬
送装置を提供することができる。

【００４１】本発明に係る粒状物の搬送方法によれば、
管状流路内を流れる搬送流体によって粒状物を搬送する
とき、管状流路に対して、流体合流路から粒状物の搬送
方向に搬送流体を合流させた直後に、管状流路内の流体
の一部を該管状流路外へ排出させながら粒状物を搬送す
るので、合流流体によって搬送速度を維持でき、かつ合
流した流体による流体圧の急激な高まりを回避すること
ができ、また、合流した流体による流体圧上昇を回避す
ることができることから、流体の流路の径を大きくしな
くても流体逆流を防止できるなど安定した搬送が可能な
粒状物の搬送方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る粒状物の搬送装置の実施形態を示
す要部断面図である。

【図２】従来の粒状物の搬送装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 搬送装置 ２ 上流側本体 ３ 中央本体 ４ 下流本体 ６ 供給流体入口 ７ 流体合流路 ８ 排気口 ９ 管状流路 10,11 連結部 12 流体排出部 13 シール材 15 排出空間 17 流路管 18 排出管部

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B65G 51/02 B65G 49/05 B65G 49/07 H01L 21/68

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粒状物を搬送流体にて搬送可能な管状流
   路を有し、前記管状流路に対して、粒状物の搬送方向に
   向かって搬送流体を合流させる流体合流路を有する粒状
   物の搬送装置であって、 前記管状流路は、前記流体合流路の合流部の下流側でか
   つ該合流部の近傍に、該管状流路内の流体の一部を、該
   管状流路外へ排出する流体排出部を有するとともに、該
   管状流路の内径が前記粒状物の搬入側から搬出側まで同
   径に構成されたことを特徴とする粒状物の搬送装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の粒状物の搬送装置にお
   いて、前記流体排出部は、管状流路が多孔質構造、細孔
   構造若しくはメッシュ構造の排出管部を有することを特
   徴とする粒状物の搬送装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の粒状物の搬送
   装置において、前記排出管部を囲む位置に搬送流体の流
   入を許容する排出空間が設けられていることを特徴とす
   る粒状物の搬送装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のうち何れかに記載の粒状
   物の搬送装置において、前記管状流路の上流側端部およ
   び下流側端部に他の管状流路と連結可能な連結部を備え
   たことを特徴とする粒状物の搬送装置。
5. 【請求項５】 管状流路内を流れる搬送流体によって粒
   状物を搬送するとき、前記管状流路に対して、流体合流
   路から前記粒状物の搬送方向に搬送流体を合流させた直
   後に、管状流路内の流体の一部を該管状流路外へ排出さ
   せながら前記粒状物を搬送することを特徴とする粒状物
   の搬送方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の粒状物の搬送方法にお
   いて、前記管状流路の径を常に一定に保つようにするこ
   とを特徴とする粒状物の搬送方法。