JP4984175B2 - 単結晶棒育成設備 - Google Patents

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Description

本発明は、単結晶棒を育成する育成装置が設けられている単結晶棒育成設備に関する。
かかる単結晶棒育成設備は、多結晶シリコン等の単結晶棒の原料を収納した坩堝を育成装置に設置し、溶融させた原料に種結晶を浸け、その種結晶を回転させながら引き上げて単結晶棒を育成させ、その単結晶棒を育成装置から取り出して外部に搬出するようにして、シリコン単結晶棒等の単結晶棒を製造するものである。
単結晶棒育成設備において、従来では、育成装置の近くまで搬送した坩堝を育成装置に取り付ける坩堝取付装置が設けられており、作業者が坩堝取付装置を操作して育成装置に坩堝を取り付けていた(例えば、特許文献1参照。)。
そして、従来では、坩堝を坩堝搬送用の台車に載置させ、その台車を作業者が押引操作して育成装置の近くまで坩堝を搬送していた。また、育成された単結晶棒についても、育成装置から取り出した単結晶棒を単結晶棒搬送用の台車に載置させ、その台車を作業者が押引操作して単結晶棒を搬送していた。
特開平7−172975号公報
しかしながら、原料を収容した坩堝や単結晶棒は重量物であるため、坩堝や単結晶棒の台車による搬送は作業者にとって負担が大きいものであり、作業者の負担の軽減が求められていた。
また、作業者の負担を軽減する単結晶棒育成設備を提供する場合に、その単結晶棒育成設備は設置に有利な小型であることが望ましい。
本発明は、上記実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、作業者の負担を軽減でき且つ設備の小型化を図ることができる単結晶棒製造設備を提供する点にある。
本発明にかかる単結晶棒製造設備は、単結晶棒を育成する育成装置が設けられている設備であって、その第1特徴構成は、
前記育成装置が、直線状に複数並べて設けられ、前記複数の育成装置に沿う直線状の坩堝搬送用移動経路に沿って移動自在な坩堝搬送手段が、前記単結晶棒の原料を収納した坩堝を受け取る坩堝受取位置と前記育成装置に対して前記坩堝を供給する複数の坩堝供給位置とに移動自在に構成され、前記複数の育成装置に沿う直線状の単結晶棒搬送用移動経路に沿って移動自在な単結晶棒搬送手段が、前記育成装置にて育成された前記単結晶棒を受け取る単結晶棒受取位置と当該単結晶棒を供給する単結晶棒供給位置とに移動自在に構成され、前記坩堝搬送手段及び前記単結晶棒搬送手段の移動を制御する制御手段が、前記坩堝搬送手段を前記坩堝搬送用移動経路に沿って前記坩堝受取位置と前記坩堝供給位置とに移動させ、かつ、前記単結晶棒搬送手段を前記単結晶棒搬送用移動経路に沿って前記単結晶棒受取位置と前記単結晶棒供給位置とに移動させるべく、前記坩堝搬送手段及び前記単結晶棒搬送手段の移動を制御するように構成され、前記坩堝搬送手段及び前記単結晶棒搬送手段が、前記複数の育成装置の並び方向に沿って移動自在で且つ坩堝支持用の坩堝支持部と単結晶棒支持用の単結晶棒支持部とを備えた単一の移動体にて構成され、前記制御手段が、前記単一の移動体の作動を制御するように構成され、前記移動体が、前記坩堝搬送用移動経路及び前記単結晶棒搬送用移動経路に相当する走行経路に沿って走行する走行台車とその走行台車に立設された支柱に沿って昇降自在な単一の昇降台とを備えたスタッカークレーンにて構成され、前記坩堝支持部と前記単結晶棒支持部とが、前記スタッカークレーンにおける前記単一の昇降台に支持されている点にある。
すなわち、複数の育成装置に沿う直線状の坩堝搬送用移動経路に沿って移動自在な坩堝搬送装置が、単結晶棒の原料を収納した坩堝を受け取る坩堝受取位置と育成装置に対して坩堝を供給する複数の坩堝供給位置とに移動自在に構成されているため、坩堝搬送装置を坩堝受取位置に移動させて外部から坩堝を搬入する搬入装置等から坩堝を受け取った後、坩堝搬送装置を坩堝供給位置に移動させて育成装置に対して坩堝を供給するようにして、坩堝搬送装置にて坩堝を搬送することができる。
また、複数の育成装置に沿う直線状の単結晶棒搬送用移動経路に沿って移動自在な単結晶棒搬送装置が、育成装置にて育成された単結晶棒を受け取る単結晶棒受取位置と当該単結晶棒を供給する単結晶棒供給位置とに移動自在に構成されているため、単結晶棒搬送装置を単結晶棒受取位置に移動させて育成装置から単結晶棒を受け取った後、単結晶棒搬送装置を単結晶棒供給位置に移動させて外部に単結晶棒を搬送する搬出装置等に単結晶棒を供給するようにして、単結晶棒搬送手段にて単結晶棒を搬送することができる。
しかも、坩堝搬送手段及び単結晶棒搬送手段は、坩堝搬送手段を坩堝搬送用移動経路に沿って坩堝受取位置及び坩堝供給位置に移動させ、かつ、単結晶棒搬送手段を単結晶棒搬送用移動経路に沿って単結晶棒受取位置及び単結晶棒供給位置に移動させるべく、制御手段にて作動が制御されているため、坩堝搬送手段による坩堝の搬送や単結晶棒搬送手段による単結晶棒の搬送を自動的に行うことができるため、作業者の負担を軽減させることができる。
また、育成装置を直線状に複数並べて設けることで複数の育成装置を集約させて省スペースに配設することができ、また、坩堝搬送手段の坩堝搬送用移動経路や単結晶棒搬送手段の単結晶棒搬送用移動経路を複数の育成装置に沿う直線状とすることにより、移動経路が無駄に迂回することなく移動経路の長さを短くすることができるため、これら複数の育成装置を省スペースに配設することができることや移動経路を短くすることができることにより、単結晶棒搬送装置の小型化を図ることができる。
従って、作業者の負担を軽減させ且つ設備の小型化を図ることができる単結晶棒製造設備を提供することができるに至った。
また、坩堝搬送手段及び単結晶棒搬送手段が、単一の移動体に坩堝支持用の坩堝支持部と単結晶棒支持部の単結晶棒支持部とを備えて構成されているため、坩堝支持部にて坩堝を支持した状態で移動体を移動させることにより坩堝を搬送することができ、また、単結晶棒支持部にて単結晶棒を支持した状態で移動体を移動させることにより単結晶棒を搬送することができるので、単一の移動体にて坩堝の搬送と単結晶棒の搬送とを行うことができる。よって、例えば、坩堝搬送用の移動体と単結晶棒搬送用の移動体との2台の移動体を設けて坩堝と単結晶棒とを異なる移動体にて搬送するように構成した場合に比べて、移動体の数を少なくして単結晶棒育成設備の構成の簡素化を図ることができる。ちなみに、単結晶棒の育成には数十時間かかる場合もあり、坩堝の搬送や単結晶棒の搬送の要求頻度は高くないため、単一の移動体にて搬送効率が低下しない又は殆ど低下しないように坩堝の搬送と単結晶棒の搬送とを行うことができる。
従って、構成の簡素化を図ることができる単結晶棒育成設備を提供することができるに至った。
本発明にかかる単結晶棒育成設備の第特徴構成は、第1特徴構成において、前記坩堝搬送手段及び前記単結晶棒搬送手段が、直線状に2列に並べて設けられた前記育成装置の間を移動するように設けられている点にある。
すなわち、育成装置が2列に並べて設けられ、その間を移動するように坩堝搬送手段及び単結晶棒搬送手段が設けられているため、多数の育成装置に対して短い坩堝搬送用移動経路及び短い単結晶棒搬送用移動経路移動経路で育成装置に対する坩堝の供給や育成装置からの単結晶棒の受け取りを行うことができるので、単結晶棒育成設備のより一層の小型化を図ることができ、もって、より一層の小型化を図ることができる単結晶棒育成設備を提供することができるに至った。
以下、本発明に係る単結晶棒育成設備について図面に基づいて説明する。
図1に示すように、単結晶棒育成設備には、単結晶棒4を育成する育成装置としての引上げ装置1と、単結晶棒4の原料を収納した坩堝3を外部から搬入する搬入装置5と、単結晶棒4を外部に搬出する搬出装置6と、搬入装置5から受け取った坩堝3を引き上げ装置1に対して供給し且つ引上げ装置1から受け取った単結晶棒4を搬出装置6に対して供給するスタッカークレーン2とが設けられている。
ちなみに、坩堝3は、石英製の坩堝で多結晶シリコンを原料として収容しており、単結晶棒4は、シリコン単結晶棒である。また、搬入装置5にて搬入される坩堝3は、図4及び図5に示すように、水平方向に位置決めされた状態で坩堝用パレット7上に載置支持され且つ上部の開口を蓋部材8にて塞いだ状態(以下、搬入用状態と称する)で搬入される。
図1に示すように、引上げ装置1は、2つの平行な列を形成するように直線状に複数並べて設けられており、搬入装置5は、引上げ装置1の並び方向の一方側にその引上げ装置1と一列に並ぶ状態で設けられており、搬出装置6は、引上げ装置1の並び方向の他方側にその引上げ装置1と一列に並ぶ状態に設けられている。また、スタッカークレーン2は、複数の引上げ装置1の並び方向に沿う直線状の走行経路Lに沿って走行自在に構成されている。
走行経路Lは、経路幅方向で引上げ装置1の各列の略中間に位置し、直線状に並ぶ複数の引上げ装置1の各列と並行となるように設定されている。引上げ装置1の各列は、走行経路Lの経路幅に対応した距離だけ間隔を隔てて走行経路Lの両側に配設されているため、走行経路Lは引上げ装置1の各列に対して近接した状態となっている。
そして、搬入装置5にて搬入される搬入用状態の坩堝3は、搬入装置5からスタッカークレーン2に受け渡され、スタッカークレーン2にて複数の引上げ装置1のいずれかに供給される。また、引上げ装置1に坩堝3が取り付けられることにより残った坩堝用パレット7及び蓋部材8は、坩堝用パレット7上に蓋部材8を載置させた状態で引上げ装置1からスタッカークレーン2に受け渡され、スタッカークレーン2にて搬入装置5に供給され、搬入装置5にて外部に搬出される。また、引上げ装置1にて育成された単結晶棒4は、引上げ装置1からスタッカークレーン2に受け渡され、スタッカークレーン2にて搬出装置6に供給され、搬出装置6にて外部に搬出される。
ちなみに、図3に示すように、搬出装置6にて搬出される単結晶棒4は単結晶棒用パレット20に載置支持された状態で外部に搬出される。
図5及び図6に示すように、引上げ装置1の夫々は、床Fから所定高さだけ上方に設けられた設置台Pに載置支持されており、各列を形成する複数の引上げ装置1の夫々は、坩堝3を受取る側及び単結晶棒4を受け渡す側が他方の列を形成する引上げ装置1と互いに対向する状態で直線状に並べて設けられている。スタッカークレーン2は、直線状に2列に並べられた引上げ装置1の間に形成された移動用通路において走行経路Lに沿って床面上を走行するように設けられており、スタッカークレーン2にて2列のいずれの引上げ装置1に対しても坩堝3を供給することができ、また、スタッカークレーン2にて2列のいずれの引上げ装置1からも単結晶棒4を受け取ることができるように構成されている。
図4〜図7に示すように、引上げ装置1の夫々は、坩堝3を取り付ける下チャンバ9と単結晶棒4を引き上げて収容する上チャンバ10とを備えて構成されている。図7に示すように、上チャンバ10には、先端に種結晶を支持するワイヤーケーブル11を巻取り及び繰出し自在な巻取り装置12が備えられており、この上チャンバ10は、下チャンバ9の上部開口を閉塞して単結晶棒4を育成する引上げ位置(図7(a)参照)と単結晶棒用箇所17の上方に位置する退避位置(図7(b)参照)とに移動自在に構成されている。ちなみに、下チャンバ9には、取り付けられた坩堝3を加熱するためのヒータ(図示せず)等が設けられている。
また、図2〜図4に示すように、引上げ装置1には、スタッカークレーン2から搬入用状態の坩堝3を受け取る坩堝用箇所16が設けられており、この坩堝用箇所16は、2台の引上げ装置1にて1箇所の坩堝用箇所16を共用するように隣接する2台の引上げ装置1の間に設けられており、隣接する2台の引上げ装置1に対して1箇所設けられている。そして、坩堝用箇所16の夫々には、作業者が押引操作して搬入用状態の坩堝3を載置搬送するための台車14がレールに沿って移動自在に備えられており、図5に示すように、スタッカークレーン2にて引上げ装置1に供給される搬入用状態の坩堝3は台車14上に載せられる。この坩堝用箇所16は、坩堝用パレット7と蓋部材8とをスタッカークレーン2に受け渡す際にも利用され、台車14上に載せられた蓋部材8を載置する坩堝用パレット7は、スタッカークレーン2にて掬い取られる。
また、引上げ装置1には、単結晶棒4をスタッカークレーン2に受け渡す単結晶棒用箇所17が設けられており、この単結晶棒用箇所17は、複数の引上げ装置1の夫々各別に設けられている。そして、単結晶棒用箇所17の夫々には、その箇所に位置する単結晶棒4に接続されているワイヤーケーブル11を切断するための切断装置15が設けられている。
つまり、スタッカークレーン2にて台車14上に供給された坩堝3は、坩堝用パレット7及び蓋部材8が外されて引上げ装置1の下チャンバ9に取り付けられ、外された坩堝用パレット7と蓋部材8とは、坩堝用パレット7に蓋部分8を載置させた状態で台車14上に載せられる。坩堝3の下チャンバ9への取り付けは、上チャンバ10を退避位置に移動させた状態で、台車14の押引操作や図外の坩堝設置装置を用いて作業者の手作業にて行われる。
また、引上げ装置1にて育成された単結晶棒4は、上チャンバ10内に収容されており、上チャンバ10を退避位置に移動させた後に単結晶棒4を吊り下げているワイヤーロープ11を巻取り装置12にて繰出すことにより単結晶棒用箇所17に単結晶棒4が降ろされ、切断装置15にてワイヤーケーブル11が切断されてスタッカークレーン2に受け渡される。
次に、スタッカークレーン2について説明を加える。
図4に示すように、スタッカークレーン2は、複数の引上げ装置1の並び方向に沿って走行自在な走行台車21と、その走行台車21に立設された支柱22に沿って昇降自在な昇降台23と、坩堝3を搬入装置5又は引上げ装置1と自己との間で坩堝3を移載する坩堝移載装置24と、引上げ装置1又は搬出装置6と自己との間で単結晶棒4を移載する単結晶棒移載装置25と、スタッカークレーン2の作動を制御する制御手段h(図8参照)とを備えて構成されている。坩堝移載装置24は、フォーク装置26にて構成されており、フォーク装置26に坩堝支持部26aが備えられている。また、単結晶棒移載装置25は、載置支持用フォーク装置27と転倒規制用フォーク装置28とで構成されており、載置支持用フォーク装置27に単結晶棒支持部27aが備えられている。
つまり、スタッカークレーン2が、坩堝支持部26aと単結晶棒支持部27aとを備えた移動体に相当し、本実施形態では坩堝搬送手段18及び単結晶棒搬送手段19がスタッカークレーン2(移動体)に相当する。また、スタッカークレーン2の走行経路Lが、坩堝搬送用移動経路L1及び単結晶棒搬送用移動経路L2に相当する。尚、走行経路Lを形成する移動用通路は、直線状に2列に並べて設けられた引上げ装置1の間に形成されている。
また、スタッカークレーン2は、走行経路Lに沿って走行することにより、搬入装置5から坩堝3を受け取る坩堝受取位置と、引上げ装置1に対して坩堝3を供給する複数の坩堝供給位置と、引上げ装置1にて育成された単結晶棒4を受け取る複数の単結晶棒受取位置と、搬出装置6に対して単結晶棒4を供給する単結晶棒供給位置とに走行自在に構成されている。
図2及び図3に示すように、坩堝移載装置24と単結晶棒移載装置25とは、搬入装置5が位置する走行方向の一方側に坩堝移載装置24が位置し、搬出装置6が位置する走行方向の他方側に単結晶移載装置25が位置するように、スタッカークレーン2の走行方向に並べた状態で昇降台23に支持されている。
坩堝移載装置24は、搬入用状態の坩堝3を載置支持する坩堝支持用の坩堝支持部26aをスタッカークレーン2の走行経路Lの横幅方向の両側に出退自在なフォーク装置26にて構成されており、搬入装置5における搬入用昇降台5aにて載置支持された搬入用状態の坩堝3を搬入装置5から自己に移載可能であり、且つ、自己から引上げ装置1の台車14に移載可能に構成されている。
また、図7に示すように、単結晶棒移載装置25は、単結晶棒4を起立姿勢で支持する単結晶棒支持用の単結晶棒支持部27aを走行経路Lの横幅方向の両側に出退自在な載置支持用フォーク装置27と、この載置支持用フォーク装置27にて載置支持された単結晶棒4の転倒を規制する転倒規制用フォーク装置28とで構成されており、起立姿勢の単結晶棒4を引上げ装置1から自己に移載可能であり、且つ、搬出装置6における姿勢変更機構6aに受け渡すように起立姿勢の単結晶棒4を自己から搬出装置6に移載可能に構成されている。
単結晶棒移載装置25について説明を加えると、載置支持用フォーク装置27と転倒規制用フォーク装置28とは走行方向に並べて設けられており、載置支持用フォーク装置27には、単結晶棒支持部27aとこの単結晶棒支持部27aに支持された単結晶棒4が走行方向の一方側に転倒することを規制する一方側規制部材27bとが設けられており、転倒規制用フォーク装置28は、単結晶棒支持部27aに支持された単結晶棒4が走行方向の他方側に転倒することを規制する他方側規制部材28aが設けられている。そして、一方側規制部材27bは、上下方向に複数並べて設けられており、下方側に位置する複数の一方側規制部材27bは、上方側に位置する複数の一方側規制部材27bよりも上下方向に隣接するものとの間隔が狭くなる状態で設けられている。また、他方側規制部材28aも、一方側規制部材27bと同様の配置状態で上下方向に複数並べて設けられている。
そして、単結晶棒移載装置25は、載置支持用フォーク装置27と転倒規制用フォーク装置28とを互いに走行方向に遠近移動自在に構成されており、載置支持用フォーク装置27と転倒規制用フォーク装置28とを互いを離間させた状態で突出させた後に互いに近接させて単結晶棒4を受け取り、この互いに近接させた状態で単結晶棒4を支持するように構成されている。
次に、制御手段hについて説明を加える。
図8に示すように、制御手段hは、上位のコントローラHからの指令に基づいて、スタッカークレーン2の作動を制御するように構成されており、スタッカークレーン2を走行経路Lに沿って坩堝受取位置及び坩堝供給位置に走行させて搬入装置5から受け取った坩堝3を引上げ装置1に供給する坩堝搬送制御を実行し、かつ、スタッカークレーン2を走行経路Lに沿って単結晶棒受取位置と単結晶棒供給位置とに走行させて引上げ装置1から受け取った単結晶棒4を搬出装置6に供給する単結晶棒搬送制御を実行するべく、スタッカークレーン2の作動を制御するように構成されている。
坩堝搬送制御では、上位コントローラHからの坩堝搬入指令に基づいて、スタッカークレーン2を坩堝受取位置まで走行させ、スタッカークレーン2を坩堝受取位置に停止させた状態での昇降台23の昇降及び坩堝移載装置24の作動により坩堝3を搬入装置5から受け取り、その後、スタッカークレーン2を坩堝3を供給する引上げ装置1に対応する坩堝供給位置まで走行させ、スタッカークレーン2を坩堝停止位置に停止させた状態での昇降台23の昇降及び坩堝移載装置24の作動により坩堝3を引上げ装置1に供給させるべく、スタッカークレーン2の作動が制御される。
また、単結晶棒搬送制御では、引上げ装置1における単結晶棒4の育成が完了した際に作業者にて操作される育成完了スイッチ29の操作に基づく上位コントローラHからの単結晶棒搬入指令に基づいて、スタッカークレーン2を単結晶棒4を受け取る引上げ装置1に対応する単結晶棒受取位置まで走行させ、スタッカークレーン2を単結晶棒受取位置に停止させた状態での昇降台23の昇降及び単結晶棒移載装置25の作動により単結晶棒4を引上げ装置1から受け取り、その後、スタッカークレーン2を単結晶棒供給位置まで走行させ、スタッカークレーン2を単結晶棒供給位置に停止させた状態での昇降台23の昇降及び単結晶棒移載装置25の作動により単結晶棒4を搬出装置6に供給させるべく、スタッカークレーン2の作動が制御される。
ちなみに、単結晶棒搬送制御では、単結晶棒4を引上げ装置1から受け取る途中(具体的には、スタッカークレーン2を単結晶棒供給位置に停止させた状態において、載置支持用フォーク装置27と転倒規制用フォーク装置28とを互いに離間させた状態で突出させた後に互いに近接させ、昇降台23を上昇させて単結晶棒支持部27aにて単結晶棒4を下方から受け止め支持し且つ規制部材27b,28aにて単結晶棒4の転倒を規制した状態)でスタッカークレーン2の作動を一端停止させる。停止後は、切断完了スイッチが操作されるまで停止状体が維持される。作業者が切断装置15を用いてワイヤーケーブル11を切断した後に切断完了スイッチが操作されるとスタッカークレーン2の作動が再開される。
〔別実施の形態〕
) 上記実施の形態では、走行経路L(坩堝搬送用移動経路L1及び単結晶棒搬送用移動経路L2)に対して、育成装置1を直線状に2列に並べて設けたが、走行経路L(坩堝搬送用移動経路L1及び単結晶棒搬送用移動経路L2)に対して、育成装置1を直線状に一列に並べて設けてもよい。
単結晶棒育成設備の平面図 単結晶棒育成設備の搬入側の平面図 単結晶棒育成設備の搬出側の平面図 単結晶棒育成設備の縦断側面図 単結晶棒育成設備の縦断正面図 単結晶棒育成設備の縦断正面図 引上げ装置の側面図 制御ブロック
符号の説明
1 育成装置
2 移動体
3 坩堝
4 単結晶棒
18 坩堝搬送手段
19 単結晶棒搬送手段
26a 坩堝支持部
27a 単結晶棒支持
h 制御手段
L1 坩堝搬送用移動経路
L2 単結晶棒搬送用移動経路

Claims (2)

  1. 単結晶棒を育成する育成装置が設けられている単結晶棒育成設備であって、
    前記育成装置が、直線状に複数並べて設けられ、
    前記複数の育成装置に沿う直線状の坩堝搬送用移動経路に沿って移動自在な坩堝搬送手段が、前記単結晶棒の原料を収納した坩堝を受け取る坩堝受取位置と前記育成装置に対して前記坩堝を供給する複数の坩堝供給位置とに移動自在に構成され、
    前記複数の育成装置に沿う直線状の単結晶棒搬送用移動経路に沿って移動自在な単結晶棒搬送手段が、前記育成装置にて育成された前記単結晶棒を受け取る単結晶棒受取位置と当該単結晶棒を供給する単結晶棒供給位置とに移動自在に構成され、
    前記坩堝搬送手段及び前記単結晶棒搬送手段の移動を制御する制御手段が、前記坩堝搬送手段を前記坩堝搬送用移動経路に沿って前記坩堝受取位置と前記坩堝供給位置とに移動させ、かつ、前記単結晶棒搬送手段を前記単結晶棒搬送用移動経路に沿って前記単結晶棒受取位置と前記単結晶棒供給位置とに移動させるべく、前記坩堝搬送手段及び前記単結晶棒搬送手段の移動を制御するように構成され
    前記坩堝搬送手段及び前記単結晶棒搬送手段が、前記複数の育成装置の並び方向に沿って移動自在で且つ坩堝支持用の坩堝支持部と単結晶棒支持用の単結晶棒支持部とを備えた単一の移動体にて構成され、
    前記制御手段が、前記単一の移動体の作動を制御するように構成され、
    前記移動体が、前記坩堝搬送用移動経路及び前記単結晶棒搬送用移動経路に相当する走行経路に沿って走行する走行台車とその走行台車に立設された支柱に沿って昇降自在な単一の昇降台とを備えたスタッカークレーンにて構成され、
    前記坩堝支持部と前記単結晶棒支持部とが、前記スタッカークレーンにおける前記単一の昇降台に支持されている単結晶棒育成設備。
  2. 前記坩堝搬送手段及び前記単結晶棒搬送手段が、直線状に2列に並べて設けられた前記育成装置の間を移動するように設けられている請求項1記載の単結晶棒育成設備。
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