JP6165994B2 - シリコンロッドの受け取りおよび運搬のための装置、ならびに多結晶シリコンを作製するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリコンロッドを取り出し、運搬するための装置、および多結晶シリコンを作製するための方法に関する。

多結晶シリコン（ポリシリコンと略される）は、チョクラルスキー（ＣＺ）法による、または浮遊帯（ＦＺ）法による単結晶シリコンの作製のための出発物質として用いられる。この単結晶シリコンは、切削されてウェハとされ、複数の機械的、化学的、および化学‐機械的処理操作の後、電子コンポーネント（チップ）の作製のために半導体産業で用いられる。

しかし、特に、多結晶シリコンは、引き上げ法もしくはキャスト法による単結晶シリコンまたは多結晶シリコンの作製のためにますます必要とされており、この単結晶または多結晶シリコンは、光起電力装置用のソーラーセルの作製のために用いられている。

多結晶シリコンは、従来から、シーメンスプロセスによって作製される。この場合、シリコンの細いロッドが、釣り鐘型反応器（「シーメンス反応器」）中、直接電流が流されることによって９００〜１２００℃の表面温度まで加熱され、ケイ素含有成分、特にハロシラン、および水素を含む反応ガスが、入り口ノズルから導入される。続いて、ハロシランは、細いロッドの表面上で分解される。この場合、元素状ケイ素が、気相から細いロッド上に蒸着される。

シリコンロッドは、一般的には高純度電気黒鉛から成る特別な電極によって反応器中で保持されている。いずれの場合でも、電極ホルダー上にある異なる電圧分極（voltage poling）の２つの細いロッドが、細いロッドの他方の端部でブリッジによって接続され、閉回路を形成している。細いロッドを加熱するための電気エネルギーは、電極およびその電極ホルダーを通して供給される。

蒸着の過程にて、細いロッドの直径が増加する。同時に、電極も、その先端から開始して、シリコンロッドの基部へと成長する。

黒鉛は、非常に高純度なものを入手可能であり、蒸着条件下で化学的に不活性であることから、電極用の材料として黒鉛が主として用いられる。さらに、黒鉛は、非常に低い電気抵抗率も有する。

シリコンロッドの設定した所望される直径が得られた後、蒸着プロセスは終了され、白熱シリコンロッドは、冷却され、引き抜かれる。

これを行うために、例えば米国特許出願公開第２０１２０２３７６７８（Ａ１）号に記載のように、引き抜き補助具（extraction aid）が用いられ得る。多結晶シリコンロッドを引き抜くための装置は、ロッドが外側壁部によって封入されるような寸法である外側壁部を有する筐体を備え、各外側壁部は、ロッドのうちの少なくとも１つにアクセス可能とするための扉部を有する。

引き抜き後、得られたＵ字型のポリシリコンロッド対は、従来、電極側およびブリッジ側で一本一本に切断され、粉砕されて塊とされる。粉砕は、ジョークラッシャーを例とする粉砕機によって行われる。そのような粉砕機は、例えば、欧州特許出願公開第３３８６８２（Ａ２）号に記載されている。所望に応じて、前もってハンマーによる予備粉砕が行われてよい。

反応器からのシリコンロッド対の引き抜きは、クレーン装置、引張ケーブル（pulling cables）、または同等のシステムの補助によって行われてよい。

中国特許出願公開第１０２０９２６６０（Ａ）号には、電気フォークリフト本体を備えるシリコンロッド用の電気リフティング運搬機（electrical lifting vehicle）が開示されており、フォークリフト本体は、リフティングアームを備え、リフティングアームは、複数のリフティングアームホールおよびリフティングアームホールに接続されたシリコンロッドに特に適するクランピング装置を備える。シリコンロッドに特に適するクランピング装置は、好ましくは、サスペンション装置およびクランピング体から成り、クランピング体は、平行四辺形構造を有し、クランピング体の上側部分の端点部は、サスペンション装置と接続されており、下側部分の端点部の２つの辺の２つのエッジ部は、外側に伸びて、リフティングアームを形成する。

このリフティング運搬機による問題は、こん棒型（club-shaped）、湾曲、非円形、楕円形、非常に短い、および特に太いロッドを、信頼性高く運搬することができないことである。さらに、汚染のリスクも存在する。

本発明の目的は、この問題に基づいている。

本発明の目的は、電気で作動し、生産建屋（production hall）の天井、または回転アーム（swivel arm）付きのポストに固定される、シリコンロッドを取り出し、運搬するための装置によって達成され、それは、リフティングシリンダーを有するリフティング装置およびリフティングシリンダーに接続されたシリコンロッドクランピング装置を備えており、ここで、クランピング装置は、リフティングシリンダー上に固定するためのサスペンション装置、平行四辺形構造の関節アームおよびフレーム、ならびに関節アームに固定された自動ラッチ、さらには垂直ラッチ部材を備え、ここで、少なくとも２つの楕円形グリッパーセグメントが、フレームに固定され、ならびにここで、グリッパーセグメントおよび垂直ラッチ部材は、クランピング装置の閉位置では係合しており、開位置では、自動的にラッチが外れることができる。

リフティングシリンダーは、好ましくは、天井をｘおよびｙ方向に自由に移動可能であるクロスキャリッジ（cross carriage）に固定される。

天井か、または回転アーム（swivel arm）付きのポストに固定されるかに関わらず、本発明は、シリコンロッドを取り出し、運搬するための、防振性であり、自由に位置を変えることができ、信頼性高く移動可能である装置を提供する。

好ましくは、グリッパーセグメントは、超硬合金でライニングされている。同様に、グリッパーセグメントを、ポリマープラスチックでライニングすることも好ましい。シリコンライニングの使用も好ましい。ライニングの代わりに、グリッパーセグメントは、それぞれ、対応する物質でコーティングされていてもよい。

グリッパーセグメントは、調節可能であることが好ましい。これを達成するために、関節アームが備えられ、それによって、フレームおよびグリッパーセグメントを回転させることができる。この方法により、ロッドを、水平および垂直の両方の方向で取り出し、運搬することができる。

好ましく用いられる狭いグリッパーデザインにより、ロッド支持体なしで互いに近接して置かれているロッドを、取り出し、運搬することさえも可能となる。

好ましくは、装置のすべての作業部材は、コーティングされている。

可動部分は、好ましくは、耐摩耗性の密閉型ベアリングブッシュを用いて構成される。これは、関節部ベアリングの摩耗に起因する汚染が発生しないという利点を有する。

好ましくは、吸引装置付きの密閉テイクアップシステム（closed take-up systems）が備えられる。これらは、好ましくは、駆動部材の下または上に配置される。この方法により、駆動システムの摩耗または異物に起因する汚染を回避することができる。

クランピング装置は、接触プレートによって作動され、それによってシリコンロッドは掴まれ、または降ろされる際には、平行四辺形フレームによって放される。好ましくは、クランピング装置は、無線遠隔制御によって作動される。平行四辺形構造は、例えば、フレームセグメントを交差連接（cross-articulated）で接続することによって作製されてよい。

好ましくは、平行四辺形構造を有するフレームおよびグリッピングセグメントは、ラッチとして形成され、その各々は、付随するキャリアアームを通して伸びる垂直軸線の周りを回転することができる。

装置は、ダブル自動ラッチを備え、それによって、クランピング装置からロッドを自動的に降ろすことが可能となる。装置は、好ましくは、装置の適切な部分へロッド重量による力が掛かった状態で１つ以上のラッチが係合するように構成される。グリッパーを持ち上げることにより、ラッチが外れ、ロッドが降ろされる。さらに、フレームおよびグリッパーセグメントに加えて、垂直ラッチ部材が存在し、それは、ロッドの方向へ上から移動することができ、同様に、係合し、クランピング装置全体が持ち上げられると、自動的にラッチが外れる。

垂直ラッチ部材は、接触プレートを備えていてよく、それによって、取り出されるべきシリコンロッドにこの接触プレートが触れると、係合が作動される。ロッドを降ろす場合、接触プレートが上向きに押され、確実に自動的にラッチが外れる。

ダブル自動ラッチを用いることにより、こん棒型、湾曲、非円形、楕円形、非常に短い、および太いロッドを、信頼性高く取り出し、運搬することが可能となる。

装置は、ｘ、ｙ、およびｚ方向に自由に移動可能であり、配置可能である。

ロッドの取り出しが意図される場合、装置は、ロッド上、その中心に移動され、続いて下げられる。次に、クランピング装置は、その開位置を取る。グリッパーセグメントがロッドの下を掴むことができる程度までグリッパーが下げられるとすぐに、クランプ装置は、その開位置からその閉位置へと回転される（図１参照）。

シリコンのための低汚染材料で提供されるグリッパーにより、理想的には、信頼性の高い運搬のために必要とされる力だけがシリコンロッドに加えられる。この方法により、ロッドに対する損傷がほとんど完全に排除される。

運搬プロセスの過程での作業信頼性が高められる。特に、これは、いかなるロッド破損（例えば、多孔性の、クラックの入った、および不安定なロッド）にも当てはまる。

好ましく用いられる無線リモート制御も、作業信頼性の向上に寄与する。

グリッパーセグメントのコーティングにより、製品品質のために非常に重要であるシリコンロッドの低汚染運搬が確保される。

本発明を、図１および２の補助の下に、さらに以下で説明する。

図１は、本発明に従う装置を示す。 図２は、図１の側面図を示す。

１ 天井
２ クロスキャリッジ
３ リフティングシリンダー
４ ダブル自動ラッチの部材
５ グリッパーセグメント
６ 関節アーム
７ ロッド

図１は、装置を概略的に示しており、ここで、クロスキャリッジ２は、生産建屋の天井１に固定されている。

クロスキャリッジは、リフティングシリンダー３と接続されている。

この装置により、ロッド７が取り出され、グリッパーセグメント５によって掴まれる。

図２は、図１の側面図を示す。

関節アーム６により。フレームおよびグリッパーセグメント５を回転することができる。

ダブル自動ラッチ４のための垂直部材が備えられている。

本発明は、シリコンロッドを取り出し、掴み、別のワークステーションまで運搬し、そこに信頼性高く降ろすことができる装置に関する。

シリコンロッドが塊に粉砕される前に、取り出し、運搬し、降ろすというプロセスの１つ以上が必要である。

開始点は、少なくとも１つのＵ字型キャリア体上でのＣＶＤによる多結晶シリコンの蒸着であり、Ｕ字型キャリア体は、多結晶シリコンがキャリア体上に蒸着される温度まで電流を直接流すことによって加熱され、それによって、少なくとも１つのＵ字型多結晶シリコンロッド対が形成され、キャリア体は、その自由端部の各々にて黒鉛電極と接続されており、それによって電流が供給される。

蒸着の後、少なくとも１つの多結晶シリコンロッド対は、反応器から引き抜かれる必要がある。シリコンロッド対が完全に封入される外側壁部および内側壁部を有する筐体がこれに適しており、筐体は、筐体に封入されたシリコンロッド対と共に反応器から取り出される。クレーンまたは引張ケーブルなどが、筐体およびシリコンロッド対の取り出しに適している。しかし、本発明に従う装置を用いることも可能であり、それが特に好ましい。

反応器からシリコンロッド対を取り出した後、通常、それは別のワークステーションへ運搬され、そこで、少なくとも１つの多結晶シリコンロッド対の少なくとも２つの多結晶シリコンロッドの電極側端部から黒鉛残留物が除去され、ならびにシリコンロッド対は、非電極側端部（ブリッジ側）で一本一本に切断され、それによって、２つの多結晶シリコンロッドが得られる。

反応器からこのワークステーションへの運搬に、本発明に従う装置を用いることが好ましい。

黒鉛残留物がシリコンロッドおよびブリッジから除去されるとすぐに、通常、シリコンロッドは、別のワークステーションへ運搬され、そこで、適切な粉砕器具によって塊へと粉砕される。予備粉砕にはハンマーが適しており、特定の塊サイズのクラスへの粉砕には、ジョーまたはロールクラッシャーが好ましく用いられる。

ブリッジおよび黒鉛残留物の除去後、本発明に従う装置によってシリコンロッドを取り出し、粉砕器具または粉砕設備のあるワークステーションへそれらを運搬し、そこで、作業台上または設備中に、それらを降ろすことが好ましい。

Claims (9)

1. 電気で作動し、生産建屋（production hall）の天井、または回転アーム（swivel arm）付きのポストに固定される、シリコンロッドの取り出しおよび運搬のための装置であって、
   リフティングシリンダーを有するリフティング装置および前記リフティングシリンダーに接続されたシリコンロッドクランピング装置を備え、
   前記クランピング装置は、前記リフティングシリンダー上に固定するためのサスペンション装置、平行四辺形構造の関節アームおよびフレーム、ならびに前記関節アームに固定された自動ラッチ、さらには垂直ラッチ部材を備え、
   少なくとも２つの楕円形グリッパーセグメントが、前記フレームに固定され、ならびに
   前記グリッパーセグメントおよび前記垂直ラッチ部材は、前記クランピング装置の閉位置では係合しており、開位置では、自動的にラッチが外れる、シリコンロッドの取り出しおよび運搬のための装置。
2. 前記リフティングシリンダーが、前記天井をｘおよびｙ方向に自由に移動可能である前記生産建屋の前記天井に配置されるクロスキャリッジ（cross carriage）に固定されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記グリッパーセグメントが、超硬合金、ポリマープラスチック、もしくはシリコンでライニングまたはコーティングされている、請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 前記フレームおよび前記グリッパーセグメントが回転可能となるように、関節アームが備えられる、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. すべての可動部分が、耐摩耗性の密閉型ベアリングブッシュを用いて構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. リフティングシリンダーもしくは所望に応じて備えられてよいクロスキャリッジの下または上に配置される吸引装置付きの密閉テイクアップシステム（closed take-up systems）が備えられる、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. シリコンロッドが、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置によって取り出され、前記クランピング装置によって掴まれ、別のワークステーションへ運搬され、そこに降ろされる方法。
8. ａ）少なくとも１つのＵ字型キャリア体上でのＣＶＤによる多結晶シリコンの蒸着であって、前記Ｕ字型キャリア体は、多結晶シリコンが前記キャリア体上に蒸着される温度まで電流を直接流すことによって加熱され、それによって、少なくとも１つのＵ字型多結晶シリコンロッド対が形成され、前記キャリア体は、その自由端部の各々にて黒鉛電極と接続されており、それによって電流が供給される、多結晶シリコンの蒸着；
   ｂ）前記少なくとも１つの多結晶シリコンロッド対の、反応器からの引き抜き；
   ｃ）前記少なくとも１つの多結晶シリコンロッド対の前記少なくとも２つの多結晶シリコンロッドの電極側端部からの黒鉛残留物の除去、ならびに２つの多結晶シリコンロッドが形成されるように行われる前記シリコンロッド対の非電極側端部での一本一本への切断；
   ｄ）粉砕器具による多結晶シリコンロッドの塊への粉砕；
   を含み、
   工程ｃ）の後、多結晶シリコンロッドは、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置によって取り出され、工程ｄ）に従って前記シリコンロッドが塊へ粉砕される設備へ運搬される、多結晶シリコンを作製するための方法。
9. 前記少なくとも１つの多結晶シリコンロッド対の前記反応器からの抜き出しは、前記シリコンロッド対が完全に封入される外側壁部および内側壁部を有する筐体によって行われ、前記筐体は、それに封入された前記シリコンロッド対と共に、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置によって前記反応器から取り出され、工程ｃ）に従って前記電極側からの黒鉛残留物が除去されて、前記シリコンロッド対が前記非電極側で一本一本に切断されるワークステーションへ運搬される、請求項８に記載の方法。

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