JP5927808B2

JP5927808B2 - 多結晶シリコンロッド解体機および解体装置

Info

Publication number: JP5927808B2
Application number: JP2011181623A
Authority: JP
Inventors: 仁哉福井
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2011-08-23
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2031-08-23
Also published as: JP2013043734A

Description

本発明は、反応炉内で製造された多結晶シリコンロッドの解体機および解体装置に関する。

一般に、半導体材料となる高純度の多結晶シリコンの製造方法として、シーメンス法が知られている。シーメンス法は、クロロシランと水素との混合ガスからなる原料ガスを加熱したシードに接触させ、その表面に原料ガスの熱分解および水素還元によって生じた多結晶シリコンを析出させる製造方法である。この製造方法を実施する装置として、密閉した反応炉の炉底に設置された電極ユニットを介して多数のシリコン芯棒を立設した多結晶シリコン反応炉が用いられている。

反応炉において、上下方向に沿って設けられた２本の棒状のシリコン芯棒と、これらシリコン芯棒の上端部同士を接続する連結部材とによりΠ字状（逆Ｕ字状）に形成されたシード組立体が固定されている。このシード組立体に電極ユニットを通じて電流が供給されてジュール熱が発生し、高温に加熱されることにより、シード組立体の表面上に多結晶シリコンが析出し、多結晶シリコンロッドが形成される。

形成された多結晶シリコンロッドは、その基端部で切断・分離されて炉外に搬出されるが、倒れやすいため、破損がないように安全に搬出することが課題となる。もし搬出前にロッドが反応炉内で倒れた場合には、搬出前の他のロッドを倒してしまい、大量のロッドを破損させてしまうおそれがある。特許文献１には、シリコンロッドを樋状のホルダに保持させて移動台車で搬出するロッド解体機が記載されている。特許文献２には、逆Ｕ字状に立った状態の２本のシリコンロッドを、アームの先端部に備えられた把持機構により２本同時に把持して搬出するロッド解体機が記載されている。

特公平７−２９０４５号公報特開２００２−２１０３５５号公報特開平６−１７２０９２号公報

特許文献１に記載されたロッド解体機によれば、樋状のホルダの中にシリコンロッドを押し倒すことにより、容易にシリコンロッドを保持させることができる。しかしながら、ホルダが取り付けられた移動台車をシリコンロッドの直近に移動しなければならならず、また、移動台車を移動させてホルダの位置をシリコンロッドの立設位置に合わせる作業が困難であるという問題があった。

これに対して特許文献２に記載されたロッド解体機によれば、可動台から延びるアームの先端部にロッド保持部が設けられているので、アームを伸縮させるだけでロッド保持部を広範囲に移動させ、シリコンロッドの立設位置に合わせることができる。しかしながら、シリコンロッドは反応炉内に導入している原料ガスとの接触状態や表面の温度にバラツキが生じたりすると、シリコンの析出過程で径が不均一になったり、シード組立体が撓っているとシリコン析出後、シリコンロッド自体が撓ってしまう場合があるため、特許文献２で記載されているシリコンロッドを支え部に当てて、その後、固定爪でシリコンロッドを把持する際に支え部とシリコンロッドの間に隙間が生じていると、把持箇所に不均一な力がかかりやすく、固定爪で固定を行った際に、クラックや割れの発生するおそれがある。

また、特許文献１，２のロッド解体機は、シリコンロッドを２本同時に把持する方法が説明されている。しかしながら、２本同時にシリコンロッドを上下部で把持する場合、ロッドを支えるホルダや支え部がシリコンロッドの側面（ホルダや支え部の面）とほぼ平行になるような位置に、ホルダや支え部の長さ全体に対して正対させる必要がある。平行状態に正対させないでシリコンロッドを把持しようとすると、上下の把持タイミングがずれて、シリコンロッドの折損が発生し、下端部で分離できない場合も発生するおそれがあるため、シリコンロッド把持時の位置調整に手間がかかる。

特に、シリコンロッドが特許文献３に示すような概略同心円状に位置するような場合には、解体機の把持部の向きや位置調整を行う際に、シリコンロッドに接触しやすく、破損や折損、さらには倒壊する可能性が高くなるおそれがある。

また、特許文献１，２では、シリコンロッドを把持した後、解体機の把持部を傾斜または前後に揺すり、シリコンロッドの下端部を折ることで分離したり、または、特許文献２では把持部を押し上げてシリコンロッドを分離したりする方法が説明されている。しかし、シリコンロッドを形成する反応炉では、高温状態での反応を行うことにより反応炉自体を冷媒等で冷却する方法が一般的に採用されている。このため、反応炉の外周部分に近いところのシリコンロッドは反応中に反応炉側壁からの冷却の影響を受けることもあり、ロッド内部に歪が蓄積しやすく、割れ等が生じやすい。このため、上記のようなシリコンロッドの分離を行うと、分離の最中にシリコンロッドが折れて落下して割れたり、折れたシリコンロッドが周辺の立設しているシリコンロッドに接触したりすることで、将棋倒しのようにシリコンロッドの倒壊が発生する恐れがあり、危険である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、反応炉内に形成された多結晶シリコンロッドを、破損させず安全にかつ効率よく搬出することを目的とする。

本発明は、１本のシリコンロッドを把持する２つのクランプを備えるハンド部と、前記ハンド部を水平方向に延びる回転軸を中心に回動自在に保持する回動部と、前記回動部を助力移動可能に保持するバランサー部と、を備え、前記クランプは、それぞれ独立して開閉可能であり、かつ、これら２つのクランプの中間に前記回転軸が設けられており、立設状態のシリコンロッドを上下方向に並んだ複数の前記クランプで把持して、前記回動部により前記クランプが横方向に並ぶように前記ハンド部を回動させることにより、前記シリコンロッドを横置状態に移動させるものであり、各前記クランプは、それぞれ前記シリコンロッドの外面が当接される２つの当接面を有する位置決め部と、この位置決め部を挟んで配置され各前記当接面に向けてそれぞれ前記シリコンロッドを押圧する一対の爪とを備え、前記２つの当接面同士が鈍角を形成するように設けられている多結晶シリコンロッド解体機である。

この多結晶シリコンロッド解体機によれば、１本のシリコンロッドを複数箇所で把持するので、安定してロッドを搬出できる。また、複数のクランプがそれぞれ独立して開閉するので、径が均一ではないロッドや曲がったロッドであっても、把持部分の外周面に応じて適切な力で把持でき、ロッドを破損させることなく確実に搬出できる。さらに、１つのクランプでロッドを把持してその基端部を切断後に複数のクランプでロッドを把持できるので、折ったロッドを支える作業者の減員が可能となる。

この場合、シリコンロッドに対して２面で当接することにより、クランプをシリコンロッドに対して適切に配置できる。また、その状態で爪がシリコンロッドを当接面に向けて押圧するので、確実にシリコンロッドを把持できる。

この多結晶シリコンロッド解体機において、さらに、前記位置決め部に、前記シリコンロッドの当接を感知するセンサが備えられていることが好ましい。この場合、シリコンロッドを把持しようとする際に、シリコンロッドに当接したらハンド部の移動を停止させることができるので、把持前にシリコンロッドを折ってしまうことを防止できる。

また本発明は、前記多結晶シリコンロッド解体機と、炉底の上方を水平移動可能な作業台車と、搬出台車とを有する多結晶シリコンロッド解体装置である。この解体装置によれば、作業台車上に作業者を乗せて反応炉の炉底上の任意の場所で作業を行うことができるとともに、取り出したシリコンロッドを搬出台車に乗せて容易に搬出することができる。

本発明の多結晶シリコンロッド解体機によれば、反応炉内に形成された多結晶シリコンロッドを、たとえ径が不均一であっても、破損させず安全にかつ効率よく搬出することができる。

本発明の多結晶シリコンロッド解体機を示す側面図である。本発明の多結晶シリコンロッド解体機の要部を示す平面図である。シリコンロッドを把持する状態を示す模式図である。

以下、本発明に係る多結晶シリコンロッド解体機１０および多結晶シリコンロッド解体装置Ａの実施形態について説明する。本実施形態の多結晶シリコンロッド解体機１０は、図１に示すように、１本のシリコンロッドＲを把持する複数（本実施形態では２つ）のクランプ２０（図２参照）を備えるハンド部１１と、ハンド部１１を回動自在に保持する回動部１２と、回動部１２を助力移動可能に保持するバランサー部１３とを備え、立設状態のシリコンロッドＲを上下方向に並んだ複数（本実施形態では２つ）のクランプ２０で把持して、回動部１２によりクランプ２０が横方向に並ぶようにハンド部１１を回動させることにより、図１に二点鎖線で示すように、シリコンロッドＲを横置状態に移動させ、搬出することができる。

多結晶シリコンロッド解体装置Ａは、この多結晶シリコンロッド解体機１０と、多結晶シリコンロッド解体機１０を用いて解体したシリコンロッドＲを反応炉から取り出す作業者Ｐ１が乗る作業台車４１と、作業者Ｐ１からシリコンロッドＲを渡された作業者Ｐ２がシリコンロッドＲを搭載する搬出台車４０とを備える。

多結晶シリコンロッド解体機１０を用いて解体される多結晶シリコンロッド３０は、反応炉の炉底４２上にΠ字状に立設して形成されたシード組立体（図示せず）を芯として成長することにより、図１に示すように炉底４２上にΠ字状に形成される。このΠ字状の多結晶シリコンロッド３０は、図３に示すようにシリコンロッドＲをΠ字状に構成する上部の連結部３０ａが取り除かれるとともに、基端部で切断・分離することより解体され、これにより棒状のシリコンロッドＲが得られる。このロッド３０において連結部３０ａを取り除き基端部で切断・分離する作業は、作業者（図示せず）が手で行う作業である。これら連結部３０ａとシリコンロッドＲとは、別々に回収され、さらにシリコンロッドＲは、シード組立体を支えるカーボン電極３０ｂを含むシリコンロッドＲ１と含まないシリコンロッドＲ２とに区別される。

これら連結部３０ａ、カーボン電極３０ｂを含むシリコンロッドＲ１および含まないシリコンロッドＲ２は、回収するシリコンへのカーボンの混入を防止するために、それぞれ別々の搬出台車４０によって運搬される。そして、カーボン電極３０ｂを含むシリコンロッドＲは、回収するシリコンへのカーボンの混入を防止するために、搬出台車４０上にカーボン電極３０ｂが接触しないようにして、位置を揃えるように載せられ、後工程においてカーボン電極３０ｂは除去される。

この多結晶シリコンロッド解体機１０は、作業台車４１上の作業者Ｐ１と、地上の作業者Ｐ２とが操作する。すなわち、作業者Ｐ１は、反応炉の炉底４２上に立設するシリコンロッドＲをクランプ２０に把持させ、移動させて作業者Ｐ２に渡す。作業者Ｐ２は、作業者Ｐ１から渡されたシリコンロッドＲを種類別に搬出台車４０に載置し、搬出可能とする。

作業者Ｐ１は、炉底４２の上方を水平移動可能な作業台車４１上に乗って作業を行う。作業者Ｐ１は、この作業台車４１によって反応炉の炉底４２の上方を移動できるので、解体する多結晶シリコンロッド３０に近接して作業を行うことができる。また、多結晶シリコンロッドＲを搬出する搬出台車４０は、作業者Ｐ１からのシリコンロッドＲの受け渡しが容易な位置に移動させることができる。

多結晶シリコンロッド解体機１０についてより詳しく説明する。シリコンロッドＲを把持するクランプ２０は、図２に示すように、所定の角度をなして設けられそれぞれシリコンロッドＲの外面が当接される２つの当接板２１ａを有する位置決め部２１と、ピボット軸２２を中心に回動して位置決め部２１を挟んで開閉し、位置決め部２１の各当接板２１ａに向けてそれぞれシリコンロッドＲを周囲方向より押圧する一対の爪２３と、これら爪２３を駆動する駆動部（図示せず）とを備えている。当接板２１ａは、回収するシリコンロッドＲの汚染を防止するため、超硬合金で形成されている。また、クランプ２０がシリコンロッドＲに触れた場合のシリコンロッドＲに対する汚染を防止するため、クランプ２０の爪２３の外側には、超硬合金で形成されたカバー板２６が取り付けられている。

クランプ２０の位置決め部２１においては、当接板２１ａ同士が鈍角を形成するように取り付けられている。したがって、シリコンロッドＲの外周面に当接板２１ａを当接させることにより、シリコンロッドＲに対してクランプ２０を適切に位置決めできる。また、この位置決め部２１の各当接板２１ａには、シリコンロッドＲの当接を感知するセンサ２５が備えられている。このため、シリコンロッドＲとの接触の感知に伴い、アーム支持部１３ｂに内蔵されてクランプ２０（アーム部１３ａ）の移動を停止するブレーキ機構を作動させることにより、シリコンロッドＲを把持前に必要以上に押して破損させてしまうことを防止できる。

ハンド部１１には、このクランプ２０が複数（本実施形態では２個）、１本のシリコンロッドＲを把持可能に取り付けられている。これらのクランプ２０がそれぞれ独立して開閉可能であるため、図３に示すように、太さが不均一であるシリコンロッドＲであっても、把持部位の状態に応じて各クランプ２０を駆動し、確実に把持させることができる。

より具体的には、当接板２１ａをシリコンロッドＲに当接させながら各クランプ２０を閉じると、この把持力によりシリコンロッドＲの形状や太さに応じてセンサ２５に圧力が加えられる。シリコンロッドＲの太さや形状は各部位によって異なるので、各クランプ２０が適度な力でシリコンロッドＲを把持したことをセンサ２５によって確認し、そのクランプ２０の動作を停止させることにより、シリコンロッドＲの各部位に応じた力でクランプ２０にシリコンロッドＲを把持させることができる。

ハンド部１１は、水平方向に延びる回動軸１２ａを中心に回動部１２に対して回動自在に保持されている。回動軸１２ａは、ハンド部１１に備えられた２つのクランプ２０のほぼ中間に設けられている。また、回動部１２において、回動軸１２ａの上端部からの長さが十分となるようにハンド部１１が設けられている。これにより、シリコンロッドＲの下部をクランプ２０が把持した場合であっても、シリコンロッドＲの上端部とバランサー部１３とが干渉しにくく、シリコンロッドＲを搬出する際にシリコンロッドＲがバランサー部１３によって破損したり汚染されたりするのを防止することができる。

ハンド部１１を保持する回動部１２には、シリコンロッドＲを把持する際のクランプ２０に対して回動軸１２ａを挟んでほぼ反対側に、操作部１４が設けられている。操作部１４には握り部１４ａや操作スイッチ部１４ｂ，１４ｃ等が備えられており、作業者Ｐ１，Ｐ２はこの操作部１４を用いてハンド部１１の移動やクランプ２０の開閉等の操作を行う。

なお、操作スイッチ部１４ｂは、作業者Ｐ１の操作用に設けられており、クランプ２０の開閉およびハンド部１１の回動を行うことができる。一方、操作スイッチ部１４ｃは、作業者Ｐ２の操作用に設けられており、クランプ２０の開閉およびハンド部１１の上下動を行うことができる。各作業者Ｐ１，Ｐ２が操作しやすいように、作業者Ｐ２用の操作スイッチ部１４ｃは作業者Ｐ１用の操作スイッチ部１４ｂよりも下方に、かつ操作スイッチ部１４ｂとは異なる方向に向かって備えられている。

回動部１２を助力移動可能に保持するバランサー部１３は、リンク機構により姿勢を変化させずに回動部１２を移動可能に保持するアーム部１３ａと、アーム部１３ａが取り付けられたアーム支持部１３ｂと、アーム支持部１３ｂを支柱１３ｃまわりに旋回可能に保持するベース部１３ｄとを備えている。したがって、ハンド部１１に把持されたシリコンロッドＲを所望の位置に助力移動可能であり、さらにハンド部１１を回動させることにより多結晶シリコンロッド３０形成時の略垂直状態から回収時の略水平状態に姿勢変化させることができる。

この多結晶シリコンロッド解体機１０を用いてシリコンロッドＲを解体する際は、図３に示すように、逆Ｕ字状に形成された多結晶シリコンロッド３０の上部の連結部３０ａを取り除き、１本のシリコンロッドＲを２つのクランプ２０で把持して、１本ずつ搬出する。この多結晶シリコンロッド解体機１０においては、作業者Ｐ１が握り部１４ａをつかんでハンド部１１を移動させ、爪２３を開いた状態でクランプ２０の当接板２１ａをシリコンロッドＲの外周面に当接させることによりクランプ２０を位置決めした状態で爪２３を閉じて、シリコンロッドＲを把持させる。

したがって、シリコンロッドＲを両爪２３の中央部に位置させ、安定して把持することができる。また、シリコンロッドＲを把持する各クランプ２０がそれぞれ独立して開閉可能であるので、シリコンロッドＲの太さが不均一であっても、各クランプ２０で各部位を把持して搬出することができる。そして、カーボン電極３０ｂを含むシリコンロッドＲ、含まないシリコンロッドＲ、および連結部３０ａをそれぞれ別の搬出台車４０に集めて、搬出する。なお、各搬出台車４０において、各シリコンロッドＲおよび連結部３０ａは、ポリエチレン製袋に入れられ、外部からの汚染が防止されている。

また、この多結晶シリコンロッド解体機１０においては各クランプ２０が独立して開閉可能であるので、シリコンロッドＲを一つのクランプ２０のみで把持するとともに他のクランプ２０は開放状態として、割れの有無を確認する打音検査を行うことも可能である。

さらに、逆Ｕ字状の多結晶シリコンロッド３０を分割する際に一つのクランプ２０のみでシリコンロッドＲを把持することができ、シリコンロッドＲの基端部を切断した後に二つのクランプ２０で確実にシリコンロッドＲを把持することができる。すなわち、同時に複数のクランプでシリコンロッドＲを把持する場合には、シリコンロッドＲの基端部を切断する際にはクランプによる把持ができないため、シリコンロッドＲを支える作業者が必要である。これに対して、この多結晶シリコンロッド解体機１０によれば、クランプ２０で把持した状態でシリコンロッドＲの基端部を切断することができるので、シリコンロッドＲを支える作業者の減員が可能である。

以上説明したように、この多結晶シリコンロッド解体機１０によれば、１本のシリコンロッドＲを２箇所で把持するので、安定してシリコンロッドＲを搬出できる。また、各クランプ２０がそれぞれ独立して開閉するので、径が均一ではないシリコンロッドＲであっても、把持部分の太さに応じて適切な力で把持でき、シリコンロッドＲを破損させることなく確実に搬出できる。

また、クランプ２０には、シリコンロッドＲとの接触を感知するセンサ２５が備えられているので、シリコンロッドＲを把持する前にクランプ２０の当接板２１ａと接触あるいは当たることにより倒してしまう事故を防止できる。

なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。たとえば、位置決め部は、前記実施形態では２枚の平板（当接板２１ａ）で構成したが、シリコンロッドＲを位置決めできる当接板を備えていればよく、シリコンロッドＲの外周面より大きい円弧板などであってもよい。

本発明の多結晶シリコンロッド解体機において、把持したシリコンロッドの打音検査を行う場合、打音時の周波数を確認して、シリコンロッドのクラックや割れの有無を判断してもよい。

また、本発明の多結晶シリコンロッド解体機において、シリコンロッドを把持する際のクランプ位置は可変できるような機構（シリコンロッドをクランプした際の安定性を確保できるように各クランプ間の間隔を変えられるようにした構造）でもよい。

また、本発明の多結晶シリコンロッド解体機において、クランプのシリコンロッドと接触する当接板、カバー板などには、シリコンの汚染防止のために、Ｓｉ製、ＳｉＣ製の板材もしくは、ＳｉＣコーティングを施した板材を用いてもよい。

１０多結晶シリコンロッド解体機
１１ハンド部
１２回動部
１２ａ回動軸
１３バランサー部
１３ａアーム部
１３ｂアーム支持部
１３ｃ支柱
１３ｄベース部
１４操作部
１４ａ握り部
１４ｂ，１４ｃ操作スイッチ部
２０クランプ
２１位置決め部
２１ａ当接板
２２ピボット軸
２３爪
２５センサ
２６カバー板
３０多結晶シリコンロッド
３０ａ連結部
４０搬出台車
４１作業台車
４２炉底
Ａ多結晶シリコンロッド解体装置
Ｐ１，Ｐ２作業者
Ｒ，Ｒ１，Ｒ２シリコンロッド

Claims

１本のシリコンロッドを把持する２つのクランプを備えるハンド部と、
前記ハンド部を水平方向に延びる回転軸を中心に回動自在に保持する回動部と、
前記回動部を助力移動可能に保持するバランサー部と、
を備え、
前記クランプは、それぞれ独立して開閉可能であり、かつ、これら２つのクランプの中間に前記回転軸が設けられており、
立設状態のシリコンロッドを上下方向に並んだ複数の前記クランプで把持して、前記回動部により前記クランプが横方向に並ぶように前記ハンド部を回動させることにより、前記シリコンロッドを横置状態に移動させるものであり、
各前記クランプは、それぞれ前記シリコンロッドの外面が当接される２つの当接面を有する位置決め部と、この位置決め部を挟んで配置され各前記当接面に向けてそれぞれ前記シリコンロッドを押圧する一対の爪とを備え、
前記２つの当接面同士が鈍角を形成するように設けられている
ことを特徴とする多結晶シリコンロッド解体機。
前記位置決め部に、前記シリコンロッドの当接を感知するセンサが備えられていることを特徴とする請求項１記載の多結晶シリコンロッド解体機。
請求項１又は２に記載の多結晶シリコンロッド解体機と、炉底の上方を水平移動可能な作業台車と、搬出台車とを有することを特徴とする多結晶シリコンロッド解体装置。