JP3378910B2

JP3378910B2 - 球状物の搬送装置および球状物の雰囲気変換方法

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Publication number: JP3378910B2
Application number: JP19237699A
Authority: JP
Inventors: 克巳天野; 太四郎荒井
Original assignee: Mitsui High Tech Inc
Current assignee: Mitsui High Tech Inc
Priority date: 1999-07-06
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2003-02-17
Anticipated expiration: 2019-07-06
Also published as: JP2001019159A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、球状物の搬送装置
および球状物の雰囲気変換方法に係り、球状単結晶シリ
コンなどの球状物を異なる雰囲気の中を通して搬送する
際に搬送雰囲気を変換する装置に関する。

【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。たとえば
球状の単結晶シリコンを用いて、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、球状の単結晶シリコンの鏡面研磨工程、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、この球状の単結晶シリコンから半導
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。

【０００３】しかしながら、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。

【０００４】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。そこで、球状シリコン等の球状物はある
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
る金属電極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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述した諸
問題を解決し、複雑な機構を要することなく、球状物を
高速で搬送しながら、雰囲気を変換し、連続する処理工
程間における雰囲気の漏洩を防止することの可能な球状
物の搬送装置を提供することを目的とする。特に球状の
単結晶シリコン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を目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の球状物
の搬送装置は、渦巻き流をその噴射口において前記球状
物を含む第１の雰囲気に接触させ、この渦巻き流に巻き
込むように第１の雰囲気を外方に吸引して、外方に拡散
させる一方、前記球状物が搬送装置の中心部を通過する
ように案内し、この球状物に第２の雰囲気を供給し、前
記第２の雰囲気とともに次の工程に送出するようにした
ことを特徴とする。このように本発明の装置は、渦巻き
流を利用して第１の雰囲気ガスを外方に導くとともに、
渦巻き流の噴射によって生ずる中央部の負圧を利用して
中心近傍を負圧状態にして、ここに第２の雰囲気ガスを
供給するようにしたことを特徴とするもので、球状の単
結晶シリコン等の球状物の処理における雰囲気の変換を
複雑な機構を要することなく行うことが可能となる。

【０００７】すなわち、本発明の第１の球状物の搬送装
置は、搬送流体を、管状流路の接線方向から流入し、
搬送流体の渦巻き流を形成する渦巻き流形成手段と、球
状物を第１の流体である第１の雰囲気とともに供給する
供給管と、前記供給管の出口近傍で、前記球状物を含む
第１の雰囲気を、前記渦巻き流と接触させ、前記球状物
が中心部を通過するように案内する一方、前記第１の雰
囲気を前記渦巻き流とともに外方に吸引して、排出し第
１の雰囲気を除去する第１の雰囲気排出部と、前記第１
の雰囲気排出部から送出されてきた球状物にむけて、第
２の雰囲気を形成する第２の流体を供給し、前記球状物
を、前記第２の流体と共に送出する第２の雰囲気供給部
とを具備したことを特徴とする。

【０００８】かかる構成によれば、渦巻き流を形成し、
これに球状物を含む第１の雰囲気を、接触させ前記第１
の雰囲気を前記渦巻き流とともに、球状物に対して選択
的に外方に吸引して、排出し第１の雰囲気を除去する一
方、前記球状物が中心部を通過するように案内すること
によって、良好に第１の雰囲気を除去し、負圧状態とな
ったところで、第２の流体を供給することにより、効率
よく雰囲気の置換を行うことが可能となる。なお、第１
の雰囲気を渦巻き流によって巻き込みながら加速し、外
方に拡散することができるため、より効率的な排気が可
能となる。また、小さな閉空間内での搬送が可能である
ため、少量の雰囲気によって置換可能である。また、複
雑な機構を必要とすることなくきわめて簡単な装置によ
って形成可能である。

【０００９】又本発明の第２によれば、前記第１の雰囲
気排出部は、前記供給管の出口近傍に接続され、第１の
流体である第１の雰囲気の流出入が可能で、内部に前記
球状物の通路を形成する回収パイプと、前記回収パイプ
の周りを囲む排出室とを具備したことを特徴とする。か
かる構成によれば、流体の流出入の可能な内管によって
球状物の飛散を防止することができ、効率よく雰囲気除
去を行うことが可能となる。

【００１０】本発明の第３によれば、前記排出室を、前
記回収パイプを囲むように形成された円筒管で構成し、
該円筒管の下流端近傍の外周面上に配設された排出孔を
介して前記第１の雰囲気を排出するように構成されたこ
とを特徴とする。かかる構成によれば、排気が、外方に
向けてなされるため、排出室内に外方に向かう流れを形
成することができ、第１の雰囲気を巻き込んだ渦巻き流
の流れを外方に効率よく導くことが可能となる。

【００１１】本発明の第４によれば、前記排出孔は、前
記外周面上に沿って同一円周上に所定の間隔で配列され
た複数個の孔を具備していることを特徴とする。更に効
率よく、渦巻き流の流れを外方に効率よく導くことが可
能となる。

【００１２】本発明の第５によれば、前記第１の雰囲気
および渦巻き流は、気体から構成されており、さらに、
前記複数個の孔のすべてを囲むように、前記排出室の外
周面に帯状に配設された真空室を具備し、前記真空室は
排気ポンプを具備し、第１の雰囲気を外部に排出するよ
うに構成されていることを特徴とする。かかる構成によ
れば、外方に効率よく導かれた渦巻き流は、排出室の外
周面から、効率よく外方の真空室に導かれ、この真空室
を排気ポンプで排気することにより、1方への排気であ
りながら、排出室の外周方向に向かって均一に整流状態
で導かれ、さらに除去効率の向上を図ることが可能とな
る。

【００１３】本発明の第６によれば、前記回収パイプ
は、内部に前記球状物の径よりもやや大きい径をもつ通
路を形成するように形成された多孔質管材料からなる多
孔質管であることを特徴とする。

【００１４】本発明の第７によれば、前記回収パイプ
は、前記球状物の径よりも小さい多数の貫通孔を有し、
前記第１の雰囲気を通過可能に形成された管であること
を特徴とする。

【００１５】本発明の第８によれば、前記回収パイプ
は、前記球状物が外側に流出するのを防ぐことのできる
メッシュ材料で形成された管であることを特徴とする。

【００１６】本発明の第９によれば、前記排出室を、前
記回収パイプを囲むように形成された円筒管で構成し、
該回収パイプの下流側で、下流側に向かって拡大され前
記円筒管の内周面に近づくように形成されたテーパ面を
形成するように構成され、前記渦巻き流を外側に導くよ
うに形成されたことを特徴とする。

【００１７】本発明の第１０によれば、前記排出孔は前
記テーパ面の下流側端部に設けられていることを特徴と
する。

【００１８】本発明の第１１によれば、前記第１の雰囲
気排出部は、前記供給管の出口近傍に設置され、第１の
流体である第１の雰囲気の流出入が可能で、内部に前記
球状物の通路を形成する多孔質材料からなる回収パイプ
と、該回収パイプの下流側から該回収パイプを囲むよう
に形成された円筒管の下流側に向かって拡大され、円筒
管の内周面に近づくように形成されたテーパ面を構成
し、前記渦巻き流を外側に導くように形成されたテーパ
部と、少なくとも前記回収パイプを囲むように形成され
た排出室とを具備したことを特徴とする。

【００１９】本発明の第１２によれば、前記渦巻き流形
成手段は、前記供給管の外側に渦巻き流通路を形成する
ように配設された外管と、前記外管の外周面上の上流側
端部近傍に、接線方向から、搬送流体を供給する流体供
給手段を具備し、前記流体供給手段によって、前記通路
外周の接線方向から流体を吹き込むことにより、前記通
路に沿って渦巻き流を形成するように構成されているこ
とを特徴とする。

【００２０】本発明の第１３によれば、前記渦巻き流
通路は、下流端に、噴射孔を具備したことを特徴とす
る。

【００２１】本発明の第１４によれば、前記渦巻き流
通路は、直管状の供給管の外周面と、外管の内周面で囲
まれ、断面積が等しくなるように形成された直状部と、
前記直状部に接続され、下流端に噴射孔を具備したこと
を特徴とする。

【００２２】本発明の第１５によれば、前記球状物は単
結晶シリコンであり、前記搬送流体は不活性ガスである
ことを特徴とする。

【００２３】本発明の第１６によれば、前記第２の流体
は第２の雰囲気を形成するガスであることを特徴とす
る。

【００２４】本発明の第１７によれば、前記渦巻き流形
成手段は、所望の温度に制御された不活性ガスの渦巻
き流を形成するように構成されていることを特徴とす
る。

【００２５】本発明の第１８によれば、前記第２の雰囲
気供給部は、前記第２の流体を加圧パルスとして供給す
るパルス発生手段を具備し、前記球状物を加速して送出
するように構成されていることを特徴とする。

【００２６】本発明の第１９によれば、搬送流体を、管
状流路の接線方向から流入し、搬送流体の渦巻き流を形
成する渦巻き流形成工程と、前記渦巻き流の渦巻き内部
に、中心軸に沿って、第１の雰囲気を形成する流体とと
もに、球状物を供給する球状物含有流体供給工程と、前
記球状物含有流体を、前記渦巻き流と接触させ、前記球
状物が中心部を通過するように案内する一方、前記第１
の雰囲気を前記渦巻き流ととも球状物に対して選択的に
外方に吸引して、第１の雰囲気を排出する第１の雰囲気
排出工程と、前記吸引排出工程で第１の雰囲気の排出さ
れた球状物にむけて、第２の雰囲気を形成する第２の流
体を噴出させ、前記球状物を加速して、前記第２の流体
と共に送出する第２の雰囲気供給工程とを含むことを特
徴とする。

【００２７】本発明の第２０によれば、半導体球に第１
の反応性ガスを供給し、第１の反応を行う第１の反応工
程と、搬送流体としての第２のガスを、管状流路の接線
方向から流入し、渦巻き流を形成する渦巻き流形成工程
と、前記渦巻き流の渦巻き内部に、中心軸に沿って、前
記第１の反応工程を終了した前記半導体球を前記第１の
反応性ガスとともに、供給する供給工程と、前記半導体
球含有第１の反応性ガスを、前記渦巻き流と接触させ、
前記半導体球が中心部を通過するように案内する一方、
前記第１の反応性ガスを前記渦巻き流とともに外方に吸
引して、第１の反応性ガスを排出する工程と、前記半導
体球にむけて、第３のガスを噴出させ、前記球状物を加
速して、第２の反応工程に導く工程を含むことを特徴と
する。

【００２８】本発明の第２１によれば、前記第２のガス
は不活性ガスであることを特徴とする。

【００２９】本発明の第２２によれば、前記第２のガス
は前記第３のガスと同一のガスであることを特徴とす
る。

【００３０】本発明の第２３によれば、前記第１の反応
工程は、気相成長工程であり、前記第２のガスは、前記
第１の反応性ガスの反応温度以下に冷却された不活性ガ
スであり、前記冷却された不活性ガスの渦巻き流に前記
半導体球を接触させることにより冷却するとともに不活
性ガスと、第１の反応性ガスを共に排出するようにした
ことを特徴とする。

【００３１】本発明の第２４によれば、前記第２の反応
工程は、反応性ガスを供給する工程であることを特徴と
する。

【００３２】本発明の第２５によれば、前記半導体球
は球状の単結晶シリコンであり、前記第１の反応工程
は、窒化処理温度に制御された窒素含有ガスを供給する
ように構成され、窒素アニールを行う窒化処理工程であ
り、前記搬送流体は冷却された不活性ガスであり、前記
第２の反応工程は、室温下のガスを供給して反応を生ぜ
しめる工程である。なお、送出部における半導体球の加
速に際し、送出パイプに所定間隔をおいて複数の圧電素
子を取り付け、送出パイプの内径が局所的に小さくなる
ように構成してもよく、係る構成によれば、半導体球を
所定の間隔をおいて搬送可能とすることが可能となる。

【００３３】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、「球状物」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
材質の球状物を含むものとする。

【００３４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について、
図面を参照しつつ詳細に説明する。この発明は、図１の
（１Ａ）乃至（１Ｃ）に示すように、ＣＶＤ法を用いた
酸化膜形成工程からモノシラン（ＳｉＨ₄）とＮ₂Ｏガス
とを含む反応ガス（第１の反応ガスと指称す）とともに
供給されてきた直径１ｍｍの単結晶シリコン球１から、
この第１の反応ガスを除去し、不活性ガスからなる第２
のキャリアガスとともに次の処理工程に送出する、雰囲
気変換機能を備えたことを特徴とする搬送装置である。
この装置は、渦巻き流形成部１０と、渦巻き流とともに
第１の反応ガスを吸引する吸引排出部２０と、単結晶シ
リコン球１に不活性ガスの高圧パルスを印加し、加速し
つつ送出する送出部３０とから構成されている。ここで
図１の（１Ｂ）および（１Ｃ）はそれぞれ図１の（１
Ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。

【００３５】渦巻き流形成部１０は、ＣＶＤ装置に接続
された供給口１１から、単結晶シリコン球を第１の反応
ガスとともに通過せしめるように構成された内径２ｍｍ
程度のテフロンパイプからなる内管１２と、この内管１
２を囲むように配設された内径15ｍｍ程度の外管１３
と、この外管１３と前記内管１２との間に形成される第
１の搬送路１４と、前記第１の搬送路１４に連通し、中
心軸に対して点対称となるように配設され、前記外管１
３の外壁に、この外壁を貫通して接線方向から高圧ガス
を供給する２つの高圧ガス供給口１５ａ、１５ｂとから
構成されており、高圧ガス供給口１５ａ、１５ｂから
不活性ガスを噴出することにより、前記内管１２の管壁
に沿って渦巻き流を形成するように構成されている。

【００３６】また吸引排出部２０は、内管１２の下端か
ら所定の間隔を隔てて配設され、前記内管よりも径大の
多孔質管からなる回収パイプ２１と、この回収パイプの
周りに配設された円筒状の排出室２２とから構成され
る。この、第１の反応ガスを吸引して排出する排出室２
２内部の空間は下流部の外周に沿って配設された複数個
の排出孔２３から配管を介して減圧装置としての回収ポ
ンプ２４及び所定温度に冷却された回収タンク（図示せ
ず）に連結されている。

【００３７】回収パイプ２１は前記内管１２に連通し、
内径が前記内管１２とほぼ一致しており２ｍｍ程度であ
り、外径は４ｍｍ程度である。この回収ポンプ２４によ
って排出室２２内部を減圧状態にすることにより、排出
室内が回収パイプ２１の内部に対して負圧状態となり、
前記ＣＶＤ装置からその反応性ガスを含むガス（第１の
反応ガスと指称す）とともに送出されてきた単結晶シリ
コン球は、前記内管１２の開口端で搬送路１４を通って
整流された渦巻き流と接触し、径大の回収パイプ２１内
で、断熱膨張するとともに渦巻き流と共に外方の排出室
２２に効率よく排気が排出される。

【００３８】また、この排出室２２は回収パイプ２１よ
りも下流側では外方に広がるテーパ面を形成し、回収パ
イプ２１を経て排出されてくる第１の反応ガスが、テー
パ面２７Ｔに沿って層流をなしながら効率よく排出され
るように構成されている。そして図１の（１Ｃ）に示す
ようにこの排出室２２の下流端近傍の外周に沿って所定
の間隔で配設された排出孔２３を経て回収ポンプ２４に
よって図示しない回収タンクに回収されるようになって
いる。ここでは回収パイプを構成する多孔質材料は、セ
ラミック、樹脂、金属の粉体を焼結する等の方法により
得られたものが用いられる。該排出室２２内部に位置す
る回収パイプ２１の側壁には多数の貫通孔が設けられて
いる。さらにこの回収パイプ２１の下流端側には前記内
管とほぼ同一径のテフロンパイプからなる排出管２５に
接続されており、この排出管２５は送出部３０に接続さ
れてここで高圧パルスとして噴出されてくる不活性ガス
からなる第２のキャリアガスによって加速され、送出さ
れるようになっている。

【００３９】この送出部３０は、加速管３１と分岐管３
２とを具備しており、加速管３１の上端部はジョイント
チューブ３３を介して排出管２５と連結されている。こ
こで、分岐管３２は、パルス発生器３５によって第２の
キャリアガスが分岐管３２内にパルス状をなして供給さ
れ、加速された不活性ガスが単結晶シリコン球を加速し
つつ所望の速度で送出されるように、分岐角度θが選択
されている。この分岐角度θは、加速し得るのであれば
特に限定されるものではないが、少なくとも４５゜以下
であることが好ましく、特に３０゜以下が好ましい。分
岐角度θが４５゜より大きくなると加速管３１の上流側
に前記第２のキャリアガスが逆流して単結晶シリコン球
の移動を妨げるおそれがあるからである。

【００４０】次に本発明実施例の雰囲気変換機能を備え
た搬送装置の動作について説明する。まず、排出室２２
内部の空間は回収ポンプ２４の作用により、回収パイプ
内部の空間に対して、負圧状態とされており、多孔質材
料で構成された回収パイプ２１内部も負圧状態とされて
いる。回収パイプ２１内が負圧であるために、回収パイ
プと内管１２との境界近傍において内管１２から送出さ
れてきた単結晶シリコン球を含む第１の反応ガスは、第
１の搬送路１４内で形成され、前記内管１２の外壁に沿
って整流されてきた渦巻き流と接触し、断熱膨張して広
がるとともに、回収ポンプによって吸引され、滞留する
ことなく排出室２２、排出孔を経て回収タンクへと排出
される。

【００４１】一方、第１の反応ガスを除去された単結晶
シリコン球は、送出部３０にて不活性ガスからなる第２
のキャリアガスのパルスによって加速されて、所定の間
隔で送出される。このようにして、前工程で使用された
モノシラン（ＳｉＨ₄）とＮ₂Ｏガス等の雰囲気が除去さ
れた状態で不活性ガス等からなる第２のキャリアガスと
ともに単結晶シリコンを加速して次の工程へと送り出
す。なお、排出室２２内部の空間は前記雰囲気の回収を
効率的に行うために所定の温度に制御されることが好ま
しい。

【００４２】また、回収パイプ２１は多孔質材料で構成
したが、これに限定されるものではなく、該排出室２２
内部に位置する回収パイプ２１の側壁に多数の貫通孔を
設けるようにしてもよい。回収パイプ２１の材質には搬
送雰囲気、例えば、不活性ガス、水等に合わせて、セラ
ミック、樹脂、金属、或いは前記各種材料に樹脂をコー
ティングしたもの等を用いることができる。また、前記
回収パイプ２１の側壁に穿設される貫通孔の数及び口径
は、球状物の円滑な搬送を妨げない範囲で任意に設定可
能である。なお、セラミック、樹脂、金属の粉体を焼結
等して得られた多孔質材料によって回収パイプ２１を製
造してもよく、回収パイプを多孔質材料で構成したその
場合は、回収パイプ２１の側壁に貫通孔を別途加工する
必要がないので、回収パイプ２１の製造のコストを低減
できる。また、回収パイプ２１内のガス等は、この排出
室２２内では、回収ポンプの作動による差圧により、広
い領域にわたって、排出室２２を経て回収タンクへと導
かれるが、その内周面全面から渦巻き流とともに効率よ
く第１のキャリアガス雰囲気が除去されるために、前記
雰囲気が回収パイプ内に残留しにくい。

【００４３】また、回収パイプ２１の材質として樹脂を
用いる場合には、耐熱性、耐薬品性及び焼結成形可能な
面からみてフッ素樹脂が好ましい。なお、渦巻き流を形
成する不活性ガスは、所望の温度に制御したものである
ことが望ましく、これにより、第１の搬送路１４を通過
し、不活性ガス自身は整流される間に、内管１２内の単
結晶シリコン球および第１のキャリアガスを加熱または
冷却することも可能である。

【００４４】次に本発明の第２の実施例として送出部の
変形例を示す。この送出部３０は図２に示すように、供
給孔３４を傾けることにより、送出方向を供給方向から
傾けるとともに、高圧パルスの加速エネルギーをより良
好に単結晶シリコン球に伝達することが出来るようにし
たものである。送出部３０には、単結晶シリコン球に対
し、送出方向に向けて第２のキャリアガスとしての不活
性ガスのパルスを付与する加速管３１と、分岐管３２が
配設されており、加速管３１の上端部はジョイントチュ
ーブ（図示せず）を介して排出管２５に連結されてい
る。

【００４５】具体的には、図２に詳細に示すように、分
岐管３２が接続される位置で加速管３１の外周面から内
周面にかけて貫通する多数の供給孔３４が設けられてお
り、該供給孔３４は角度αをもって球状物の搬送方向に
傾斜されて穿設されている。前記角度αは前述した分岐
角度θと同様に、加速管３１内に噴射される加速用の不
活性ガスが球状物を十分に加速し得るのであれば特に限
定されるものではないが、少なくとも４５゜以下である
ことが好ましく、特に３０゜以下が好ましい。前記角度
αが４５゜より大きくなると加速管３１の上流側に前記
不活性ガスが逆流して球状物の移動を妨げるおそれがあ
る。

【００４６】このようにして、パルス発生器（図示せ
ず）から第２のキャリアガス供給ノズル（図示せず）を
介して分岐管３２内に供給される加速された不活性ガス
が単結晶シリコン球を加速しつつ送出し得るように構成
されている。分岐管３２の接続位置は特に限定されるも
のではないが、そこから供給される第２のキャリアガス
の圧力損失を最小とするために、加速管３１は回収パイ
プ２１にできるだけ近接した位置に接続するのが好まし
い。第２のキャリアガス供給ノズルは、図示しないパル
ス発生装置から延びる供給チューブの先端に取り付けら
れており、加速用流体としてアルゴンガスからなる第２
のキャリアガスを分岐管３２内に噴出する。分岐管３２
内に噴出された前記第２のキャリアガスは上記分岐点か
ら供給孔３４を介して加速管３１内に噴射され、排出管
２５から加速管３１内へと移動してきた単結晶シリコン
球を加速して送り出す。かかる装置によれば、供給孔の
傾斜角を変化させるだけで、極めて容易に供給方向に対
して送出方向を傾けることが出来るため、多数段の処理
を順次行うような場合には特に有効である。

【００４７】次に本発明の第3の実施例について説明す
る。この例では、送出部３０をより回収パイプ２１に近
接して配設したことを特徴とする。図3に示すように、
パルス発生器３５に接続された分岐管３２Ｓが、排出室
２２を貫通して配設されており、回収パイプで排気され
た後、即時に第2のキャリアガスにより加速され、良好
に送出されるようにしたものである。また、第１の搬送
路１４は前記第１の実施例と異なりストレート部のみで
構成され先端で径が小さくなっている。他の部分につい
ては図１に示した第１の実施例と全く同様に形成されて
いるまた、回収パイプ２１を配設することなく、渦巻き
流を形成するための第１の搬送路１４の出口付近で渦巻
き流と第１の反応ガスを含む単結晶シリコン球とを接触
させたのち、第１の反応ガスを渦巻き流と共に外方に拡
散させるようにしてもよい。

【００４８】この構成の１例を、第４の実施例として説
明する。この例では図４に示すように、吸引排出部２０
において、内管１２は多孔質管からなる回収パイプなし
に直接、径大の小空間に連通し、渦巻き流は排出室２２
の内周のテーパ部２７のテーパ面２７Ｔに沿って第１の
反応ガスと共に外方に拡散する一方、該小空間に連通す
る排出管２５が排出室２２の中心を通り、第１の反応ガ
スを除去された球状単結晶シリコンを下方の送出部に導
くように配設したことを特徴とするもので、他の部分に
ついては前記第１の実施例とまったく同様に形成されて
いる。かかる装置によっても、効率よく雰囲気変換を行
うこと事が可能となる。

【００４９】このように、本発明においては、前工程で
使用された第１の雰囲気である第１の反応性ガスは排出
室２２の内部の空間を介して吸引除去され、次工程で使
用される雰囲気は送出部３０を介して加速管３１内へ導
入されるので、これら雰囲気が互いに混入することがな
い。また、前工程における反応ガスの残留をなくし完全
に雰囲気を置換する必要がある場合は、次に、第５の実
施例を示すように、排出室の排気効率を高めたり、第６
の実施例を示すように、この装置を複数段直列接続する
ようにしてもよい。

【００５０】先ず本発明の第５の実施例について説明す
る。ここでは図５に示すように、排出孔２３が排出室２
２の外周面に沿って所定の間隔で同心円上に配置されて
おり、前記複数個の排出孔２３のすべてを囲むように、
前記排出室の外周面に帯状に配設された真空室２８を具
備し、前記真空室２８は回収ポンプ２４に接続され、第
１の雰囲気を外部に排出するようになっている。図５の
（５Ａ）は、本発明の第５の実施例の搬送装置の断面
図、図５の（５Ｂ）は、図５の（５Ａ）のＡ−Ａ断面
図、図５の（５Ｃ）は、図５の（５Ａ）のＢ−Ｂ断面
図である。この装置によれば図５の（５Ｃ）に示すよう
に、テーパ面２７Tを通って下流に搬送されてきた渦巻
き流および第１の反応ガスは、均一な流れを形成し、外
周壁に渦巻き流のまま良好に排出されるため、排出効率
がさらに良好となる。

【００５１】第６の実施例について説明する。この装置
は、前記第１の実施例で示した装置を複数段直列接続し
たもので、係る構成によれば、置換効率が向上する。以
上説明したように、本発明では、渦巻き流によって前工
程の雰囲気を巻き込み加速して効率よく除去し、負圧状
態となった球状物に次工程の雰囲気または不活性ガスを
噴出して送出するもので、複雑な機構及び制御を要する
ことなく、球状の単結晶シリコン等の球状物の処理工程
における雰囲気の変換を行うことができる。また、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２段で使用し、１段目で、一旦不
活性ガスに置換したのち、２段目で次工程のガスに置換
するようにすればよい。また、渦巻き流を形成するため
の搬送流体としては、所望の温度に制御された不活性ガ
スを供給するようにすれば、球状の単結晶シリコンなど
の被処理物を高速で所望の温度下に導くことができ、高
温でのアニールなどが極めて容易に可能となる。

【００５２】さらにまた、この第２の反応ガスとして、
所望の温度に制御された反応性ガスを供給するようにす
れば、球状の単結晶シリコンなどの被処理物に対し、少
量のガスで効率よく均一な成膜あるいはエッチング処理
を行うことが可能となる。さらにまた、供給するガスの
組成を酸化性ガスから、窒素含有するガスにし、酸化膜
と窒化膜とを連続して成膜することも可能である。

【００５３】さらにまた、上流側に位置する第１のガス
供給室および第１のガス排出室と下流側に位置する第２
のガス供給室および第２のガス排出室で構成し、前記第
１のガス供給室を、窒化処理温度に制御された窒素含有
ガスを供給し、窒素アニールを行う窒化処理室とする一
方、前記第２のガス供給室を、室温下のガスを供給する
ように構成された温度調整室とする事も可能である。か
かる構成によれば、前工程から次工程への搬送工程で、
極めて作業性よくかつ容易に窒化処理を行うことが可能
となる。

【００５４】このような搬送装置を使用することによ
り、球状の単結晶シリコンを用いた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、形成することも可能であ
る。例えば、球状の単結晶シリコンを用意し、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
ことによってのみ、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。

【００５５】すなわち、まず、球状の単結晶シリコンの
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、ＣＶＤ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。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。そして最後に電極形成
を行うことによりＭＯＳＦＥＴが極めて効率よく閉鎖空
間内で形成される。

【００５６】かかる装置を用いることにより、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上、
螺旋流を用いて前工程のガスを効率よく排出し、次工程
のガスに置換することができるため、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。加えて、前記実施例では雰囲気ガスお
よび搬送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、液体を用いた場合にも適用可能である。
また、搬送流体としては、水素やハロゲンなどの還元性
ガスを含有するガスを用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の搬送装置の第１の実施例を示す図であ
り、（１Ａ）は、本発明の搬送装置の第1の実施例を示
す断面図、（１Ｂ）は、（１Ａ）のＡ−Ａ断面図、
（１Ｃ）は、（１Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例の送出部を示す要部拡大
断面図である。

【図３】本発明の搬送装置の第３の実施例を示す断面図
である。

【図４】本発明の搬送装置の第４の実施例を示す断面図
である。

【図５】本発明の搬送装置の第５の実施例を示す図であ
り、（５Ａ）は、本発明の搬送装置の第５の実施例を示
す断面図、（５Ｂ）は、（５Ａ）のＡ−Ａ断面図、
（５Ｃ）は、（５Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

【図６】図６は、本発明の搬送装置の第６の実施例を示
す断面図である。

【符号の説明】

１０渦巻き流形成部１１供給口１２内管１３外管１４搬送路１５ａ、１５ｂ高圧ガス供給口２０吸引排出部２１回収パイプ２２排出室２３排出孔２４回収ポンプ２５排出管２７テーパ部２７Ｔテーパ面２８真空室３０送出部３１加速管３２、３２Ｓ分岐管３３ジョイントチューブ３４供給孔３５パルス発生器

フロントページの続き (56)参考文献特開平11−171340（ＪＰ，Ａ) 特開平11−116050（ＪＰ，Ａ) 特開平11−106051（ＪＰ，Ａ) 特開平11−59900（ＪＰ，Ａ) 特開平11−74329（ＪＰ，Ａ) 特開平11−59899（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B65G 49/07 B65G 49/00 B65G 51/00 - 51/03 B65G 53/00 - 53/28 B65G 53/32 - 53/66 H01L 21/68

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】搬送流体を、管状流路の接線方向から流入
し、搬送流体の渦巻き流を形成する渦巻き流形成手段
と、球状物を第１の流体である第１の雰囲気とともに供
給する供給管と、前記供給管の出口近傍で、前記球状物
を含む第１の雰囲気を、前記渦巻き流と接触させ、前記
球状物が中心部を通過するように案内する一方、前記第
１の雰囲気を前記渦巻き流とともに外方に吸引して、排
出し第１の雰囲気を除去する第１の雰囲気排出部と、前
記第１の雰囲気排出部から送出されてきた球状物にむけ
て、第２の雰囲気を形成する第２の流体を供給し、前記
球状物を、前記第２の流体と共に送出する第２の雰囲気
供給部とを具備したことを特徴とする球状物の搬送装
置。
【請求項２】前記第１の雰囲気排出部は、前記供給管の
出口近傍に接続され、第１の流体である第１の雰囲気の
流出入が可能で、内部に前記球状物の通路を形成する回
収パイプと、前記回収パイプの周りを囲む排出室とを具
備したことを特徴とする請求項１記載の球状物の搬送装
置。
【請求項３】前記排出室を、前記回収パイプを囲むよう
に形成された円筒管で構成し、該円筒管の下流端近傍の
外周面上に配設された排出孔を介して前記第１の雰囲気
を排出するように構成されたことを特徴とする請求項２
記載の球状物の搬送装置。
【請求項４】前記排出孔は、前記外周面上に沿って同一
円周上に所定の間隔で配列された複数個の孔を具備して
いることを特徴とする請求項３記載の球状物の搬送装
置。
【請求項５】前記第１の雰囲気および渦巻き流は、気体
から構成されており、さらに、前記複数個の孔のすべて
を囲むように、前記排出室の外周面に帯状に配設された
真空室を具備し、前記真空室は排気ポンプを具備し、第
１の雰囲気を外部に排出するように構成されていること
を特徴とする請求項４記載の球状物の搬送装置。
【請求項６】前記回収パイプは、内部に前記球状物の径
よりもやや大きい径をもつ通路を形成するように形成さ
れた多孔質管材料からなる多孔質管であることを特徴と
する請求項３記載の球状物の搬送装置。
【請求項７】前記回収パイプは、前記球状物の径よりも
小さい多数の貫通孔を有し、前記第１の雰囲気を通過可
能に形成された管であることを特徴とする請求項３記載
の球状物の搬送装置。
【請求項８】前記回収パイプは、前記球状物が外側に流
出するのを防ぐことのできるメッシュ材料で形成された
管であることを特徴とする請求項３記載の球状物の搬送
装置。
【請求項９】前記排出室を、前記回収パイプを囲むよう
に形成された円筒管で構成し、該回収パイプの下流側
で、下流側に向かって拡大され円筒管の内周面に近づく
ように形成されたテーパ面を形成するように構成され、
前記渦巻き流を外側に導くように形成されたことを特徴
とする請求項２記載の球状物の搬送装置。
【請求項１０】前記渦巻き流は、前記テーパ面の下流側
端部に設けられた排出孔を介して外側に導かれるように
構成されていることを特徴とする請求項９記載の球状物
の搬送装置。
【請求項１１】前記第１の雰囲気排出部は、前記供給管
の出口近傍に設置され、第１の流体である第１の雰囲気
の流出入が可能で、内部に前記球状物の通路を形成する
多孔質材料からなる回収パイプと、該回収パイプの下流
側から該回収パイプを囲むように形成された円筒管の下
流側に向かって拡大され、円筒管の内周面に近づくよう
に形成されたテーパ面を構成し、前記渦巻き流を外側に
導くように形成されたテーパ部と、少なくとも前記回収
パイプを囲むように形成された排出室とを具備したこと
を特徴とする請求項１記載の球状物の搬送装置。
【請求項１２】前記渦巻き流形成手段は、前記供給管の
外側に渦巻き流通路を形成するように配設された外管
と、前記外管の外周面上の上流側端部近傍に、接線方向
から、搬送流体を供給する流体供給手段を具備し、前記
流体供給手段によって、前記通路外周の接線方向から搬
送流体を吹き込むことにより、前記通路に沿って渦巻き
流を形成するように構成されていることを特徴とする請
求項１記載の球状物の搬送装置。
【請求項１３】前記渦巻き流通路は、下流端に、噴射孔
を具備したことを特徴とする請求項１２記載の球状物の
搬送装置。
【請求項１４】前記渦巻き流通路は、直管状の供給管の
外周面と、外管の内周面で囲まれ、断面積が等しくなる
ように形成された直状部と、前記直状部に接続され、下
流端に配設された噴射孔とを具備したことを特徴とする
請求項１２記載の球状物の搬送装置。
【請求項１５】前記球状物は単結晶シリコンであり、前
記搬送流体は不活性ガスであることを特徴とする請求項
１２記載の球状物の搬送装置。
【請求項１６】前記第２の流体は第２の雰囲気を形成す
るガスであることを特徴とする請求項１３記載の球状物
の搬送装置。
【請求項１７】前記渦巻き流形成手段は、所望の温度
に制御された不活性ガスの渦巻き流を形成するように構
成されていることを特徴とする請求項１記載の球状物の
搬送装置。
【請求項１８】前記第２の雰囲気供給部は、前記第２の
流体を加圧パルスとして供給するパルス発生手段を具備
し、前記球状物を加速して送出するように構成されてい
ることを特徴とする請求項１記載の球状物の搬送装置。
【請求項１９】搬送流体を、管状流路の接線方向から流
入し、搬送流体の渦巻き流を形成する渦巻き流形成工程
と、前記渦巻き流の渦巻き内部に、中心軸に沿って、第
１の流体である第１の雰囲気を形成する流体とともに、
球状物を供給する球状物含有流体供給工程と、前記球状
物含有流体を、前記渦巻き流と接触させ、前記球状物が
中心部を通過するように案内する一方、前記第1の雰囲
気を前記渦巻き流とともに外方に吸引して、第１の雰囲
気を排出する第１の雰囲気排出工程と、前記第１の雰囲
気排出工程で第１の雰囲気の排出された球状物にむけ
て、第２の雰囲気を形成する第２の流体を噴出させ、前
記球状物を加速して、前記第２の流体と共に送出する第
２の雰囲気供給工程とを含むことを特徴とする球状物の
雰囲気変換方法。
【請求項２０】半導体球に第１の反応性ガスを供給し、
第１の反応を行う第１の反応工程と、搬送流体としての
第２のガスを、管状流路の接線方向から流入し、渦巻き
流を形成する渦巻き流形成工程と、前記渦巻き流の渦巻
き内部に、中心軸に沿って、前記第１の反応工程を終了
した前記半導体球を前記第１の反応性ガスとともに、供
給する供給工程と、前記半導体球含有第１の反応性ガス
を、前記渦巻き流と接触させ、前記半導体球が中心部を
通過するように案内する一方、前記第１の反応性ガスを
前記渦巻き流とともに外方に吸引して、第１の反応性ガ
スを排出する工程と、前記半導体球にむけて、第３のガ
スを噴出させ、前記球状物を加速して、第２の反応工程
に導く工程を含むことを特徴とする球状物の雰囲気変換
方法。
【請求項２１】前記第２のガスは不活性ガスであること
を特徴とする請求項２０記載の球状物の雰囲気変換方
法。
【請求項２２】前記第２のガスは前記第３のガスと同一
のガスであることを特徴とする請求項２１記載の球状物
の雰囲気変換方法。
【請求項２３】前記第１の反応工程は、気相成長工程で
あり、前記第２のガスは、前記第１の反応性ガスの反応
温度以下に冷却された不活性ガスであり、前記冷却され
た不活性ガスの渦巻き流に前記半導体球を接触させるこ
とにより冷却するとともに不活性ガスと、第１の反応性
ガスと共に排出するようにしたことを特徴とする請求項
２０記載の球状物の雰囲気変換方法。
【請求項２４】前記第２の反応工程は、反応性ガスを供
給する工程であることを特徴とする請求項２３記載の球
状物の雰囲気変換方法。
【請求項２５】前記半導体球は球状の単結晶シリコンで
あり、前記第１の反応工程は、窒化処理温度に制御され
た窒素含有ガスを供給するように構成され、窒素アニー
ルを行う窒化処理工程であり、前記搬送流体は冷却され
た不活性ガスであり、前記第２の反応工程は、室温下の
ガスを供給して反応を生ぜしめる工程であることを特徴
とする請求項２０記載の球状物の雰囲気変換方法。