JPH1025188A - ルツボ搬送台車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多結晶半導体原料を引上炉の外部で装填する
際に用いるための台車を提供する。 【解決手段】 引上炉と共通のルツボ受けテーブル支持
構造を持ち、ルツボ受けテーブルごとルツボを保持する
回転可能なルツボ保持手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ルツボに原料を装
填する際に使用する台車に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、シリコン単結晶を成長させる
方法として、浮融帯域融解法（ＦＺ法）と、チョクラル
スキー法（ＣＺ法）とが行われている。ＦＺ法は、多結
晶シリコン棒の下端をヒータで加熱して融解し、種結晶
を用いてシリコン単結晶を成長させる方法であり、ＣＺ
法は多結晶シリコン塊又は粒状多結晶シリコンを人手に
より炉内のルツボに装填した後、ルツボ内で融解させ、
種結晶を用いてシリコン単結晶を成長させながら引き上
げる方法である。

【０００３】一般に、半導体デバイスに用いるシリコン
単結晶としては、不純物酸素による機械的強度および熱
処理誘起欠陥における優位性という点からＣＺ法による
シリコン単結晶（以後、ＣＺシリコンと記す。）が主流
をなしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、デバイ
スチップはバッチプロセスで製造されるため、製造歩留
等の観点からシリコンウェハの大口径化が常に求められ
ている。そのため、１２インチ（約３０ｃｍ）よりも大
きい１６インチ（約４０ｃｍ）の大口径ＣＺシリコンの
実現の可能性が模索されている。

【０００５】１６インチ（約４０ｃｍ）の大口径ＣＺシ
リコンを製造する場合、従来の最大口径と言われる１２
インチ（約３０ｃｍ）のＣＺシリコンを製造する時と比
べて原料の量が２倍以上にもなるため、従来のルツボで
は容積が小さ過ぎ、不適当である。そのため、１６イン
チ用の大型のルツボおよび引上炉を新たに設計・製造し
て、ＣＺ法により半導体単結晶を成長させることが検討
されている。

【０００６】しかしながら、ルツボおよび炉が大型化す
ると、従来のように引上炉内にルツボを載置してから原
料を人手により装填することが難しくなる。即ち、ルツ
ボおよびルツボを載置する炉が大型となるため、ルツボ
の底の方まで十分に手がとどかず、所望の通りに原料を
ルツボ内に並べることができない。

【０００７】更に、ルツボ内に所望の通りに原料を装填
できないと、原料の充填率が悪くなると共に、融解中に
原料が突然崩れ落ちて周りの融液を跳ね飛したり、原料
の一部がルツボの上方に付着したままになったり、融解
中の原料の崩れ方によっては、最悪の場合、ルツボが割
れてしまうという恐れがある。

【０００８】そのため、ルツボ内に多結晶半導体原料を
装填する工程を、引上炉の外部で行うようにすると、原
料装填済のルツボを引上炉内部の所定の位置まで移送す
る必要が生じる。原料装填済のルツボは場合によっては
約１ｔ以上にもなるため、フォークリフト等の機械を用
いてルツボを搬送してもよいが、この場合、ルツボの移
送中の衝撃等でルツボがひっくり返ったり、最悪の場
合、転げ落ちた弾みでルツボが割れる等の恐れがある。

【０００９】以上のことから本発明では、多結晶半導体
原料を引上炉の外部で装填する際に用いるための台車を
提供することも目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決すべく請
求項１にかかる発明では、半導体単結晶製造に用いられ
るルツボに原料を装填する際に使用する台車であって、
引上炉と共通のルツボ受けテーブル支持構造を持ち、ル
ツボ受けテーブルごとルツボを保持する回転可能なルツ
ボ保持手段を備えているものとしている。

【００１１】即ち、請求項１の発明のルツボ搬送台車
は、ルツボを載置したまま多結晶半導体原料をルツボ内
に装填するものであり、ルツボを保持するルツボ保持手
段が回転可能に構成されている。即ち、原料の装填時に
ルツボ保持手段をゆっくりと回転させることで、装填者
自身が移動しなくてもルツボ内の所望の位置に原料を装
填することができる。

【００１２】そのため、原料を一箇所に集めて手際良く
ルツボ内に装填することが可能であり、装填時間などの
作業効率も向上する。勿論、この装填工程は、クリーン
ブース内で行えるので、室内の不純物の混入を極力抑え
られるので好ましい。

【００１３】このようなルツボ保持手段の回転のため
に、モータ等の回転駆動機構を回転手段として設け、こ
の回転手段の回転数を制御することにより必要な時に必
要な速度でルツボ保持手段を回転させる構成とするとよ
い。勿論、バー部材等の把手部材をルツボ保持手段に設
けておき、装填者が同時に把手部材を押してルツボ保持
手段を回転できるようにしてもよい。

【００１４】尚、本明細書中において『ルツボ』とのみ
記した場合は、多結晶半導体原料を溶融するために原料
を汚染せず、且つ適度な強度を備え、ヒーティングに適
する構成のルツボ全般を示している。この様なものとし
て、例えば、石英ルツボをカーボンルツボに嵌め込んだ
ものが挙げられるが、本発明では半導体単結晶の製造に
適したルツボであれば、この組み合わせに限定されるも
のではない。

【００１５】さらに、請求項２の発明は、請求項１に記
載のルツボ搬送台車において、前記ルツボ保持手段を昇
降させる昇降手段を備えているものとしている。この昇
降手段は、ルツボ保持手段を作業工程に合わせて予め定
めた高さにするものであり、原料の装填時にはルツボ保
持手段を台車上で低い高さ位置としてルツボの底の方ま
で装填者の手がとどくようにし、原料装填済のルツボを
引上炉の近くまで移送した時には引上炉のハンドリング
装置がルツボにとどく高さ位置までルツボ保持手段を上
昇させるようにしている。

【００１６】これにより、大型のルツボおよび引上炉を
用いる場合であっても、所望の通りに原料をルツボ内に
装填することが可能となり、投入する原料が大量で高重
量であっても効率的に原料をルツボ内に装填することが
できる。

【００１７】このような昇降手段としては、油圧や空気
圧等の流体を利用したシリンダ装置や、リンク機構を利
用してルツボ保持手段を平行移動させるリンク装置やボ
ールネジを用いてルツボ保持手段をを平行移動させるボ
ールネジ機構等を用いるとよい。好ましくは、昇降手段
の昇降速度を制御する制御手段を設け、原料の装填時
や、ルツボを引上炉に移す時などの場合に応じて昇降速
度を制御するとよい。

【００１８】また、請求項３の発明は、請求項１又は２
に記載のルツボ搬送台車において、予め定めた速度で前
記ルツボ保持手段を回転させる回転駆動手段を備えてい
るものとしている。即ち、原料をルツボに装填する際
に、回転手段により予め定めた速度でルツボが回転され
るので、装填者が移動せずともルツボの円周に沿って原
料を並べることができるだけでなく、回転手段が状況に
応じて回転数を変えるようにすれば、能率よく原料を装
填することができる。

【００１９】例えば、ルツボの底の方に原料を並べる時
は比較的速く、また、ルツボの上部分に原料を並べる時
は比較的ゆっくりとルツボ保持手段を回転させる等のよ
うにして回転数を変えれば、無駄に時間を費やすことな
く能率良く原料の装填作業が可能である。

【００２０】この場合、回転数の切替は手動で行っても
よいが、一定時間または一定重量を越えると回転数が遅
くなるように制御してもよい。また、このような回転手
段としては、特に限定しないが、好ましくは、モータ等
の回転駆動機構を用いるとよい。

【００２１】更に、請求項４の発明では、請求項１〜３
のいずれかに記載のルツボ搬送台車において、台車走行
用の駆動装置を備えているものとしている。即ち、原料
装填済のルツボは場合によっては約１ｔ以上にもなるた
め、台車自身に駆動装置を設けることで、ルツボの移送
をスムーズに行えるようにしている。このような駆動装
置として、好ましくは電動機を用いるとよい。

【００２２】また、請求項５の発明では、半導体単結晶
製造に用いられるルツボに原料を装填する際に使用する
台車であって、引上炉と共通のルツボ受けテーブル支持
構造を持ち、ルツボ受けテーブルごとルツボを保持する
回転可能なルツボ保持手段と、該ルツボ保持手段を昇降
させる昇降手段と、予め定めた速度で前記ルツボ保持手
段を回転させる回転駆動手段と、台車走行用の駆動装置
と、前記昇降手段と前記回転手段と前記駆動装置のそれ
ぞれの作動状態を制御するための情報を記憶するメモリ
を有し、該メモリ内に予め設定された情報に基づいて、
前記昇降手段の昇降状態と前記回転手段の回転状態およ
び前記駆動装置の駆動状態を制御する制御手段を備えて
いるものとしている。

【００２３】即ち、請求項５の発明のルツボ搬送台車
は、ルツボを載置したまま多結晶半導体原料をルツボ内
に装填するものであり、ルツボを保持するルツボ保持手
段が回転可能で予め定めた速度で回転駆動手段により回
転される構成であるため、原料を一箇所に集め、手際良
く原料をルツボの円周に沿って装填することが可能であ
るばかりでなく、原料をルツボに装填する際に回転手段
が状況に応じて回転数を変えるようにすれば、能率よく
原料を装填することができる。

【００２４】例えば、ルツボの底の方に原料を並べる時
は比較的速く、また、ルツボの上部分に原料を並べる時
は比較的ゆっくりとルツボ保持手段を回転させる等のよ
うにして回転数を変えれば、無駄に時間を費やすことな
く能率良く原料の装填作業が可能である。このような回
転手段としては、特に限定しないが、好ましくは、モー
タ等の回転駆動機構を用いるとよい。

【００２５】さらに、請求項５の発明のルツボ搬送台車
は、ルツボを保持するルツボ保持手段を昇降させる昇降
手段を備えている。この昇降手段は、ルツボ保持手段を
作業工程に合わせて予め定めた高さにするものであり、
例えば、原料の装填時にはルツボ保持手段を台車上で低
い高さ位置としてルツボの底の方まで装填者の手がとど
くようにし、原料装填済のルツボを引上炉の近くまで移
送した時には引上炉のハンドリング装置がルツボにとど
く高さ位置までルツボ保持手段を上昇させるようにして
いる。

【００２６】これにより、大型のルツボおよび引上炉を
用いる場合であっても、所望の通りに原料をルツボ内に
装填することが可能となり、投入する原料が大量で高重
量であっても効率的に原料をルツボ内に装填することが
できる。

【００２７】このような昇降手段としては、油圧や空気
圧等の流体を利用したシリンダ装置や、リンク機構を利
用してルツボ保持手段をを平行移動させるリンク装置等
を用いるとよい。好ましくは、昇降手段の昇降速度を制
御する制御手段を設け、原料の装填時や、ルツボを引上
炉に移す時などの場合に応じて昇降速度を制御するとよ
い。この場合、手動で回転数を切り替えてもよいが、一
定時間または一定重量を越えるとに回転数が遅くなるよ
うに制御してもよい。

【００２８】更に、請求項５のルツボ搬送台車では、台
車走行用の駆動装置を備えている。即ち、原料装填済の
ルツボは場合によっては約１ｔ以上にもなるため、台車
自身に駆動装置を設けることで、ルツボの移送をスムー
ズに行えるようにしている。このような駆動装置とし
て、好ましくは電動機を用いるとよい。

【００２９】また、請求項５の発明では、前記昇降手段
と前記回転手段と前記駆動装置のそれぞれの作動状態を
制御するための情報を記憶するメモリを有し、該メモリ
内に予め設定された情報に基づいて、前記昇降手段の昇
降状態と前記回転手段の回転状態および前記駆動装置の
駆動状態を制御する制御手段を備えているルツボ搬送台
車としている。

【００３０】即ち、予めメモリ内に台車の制御を自動で
行う場合にそれぞれの情報、例えば、装填者が装填に必
要とする時間や、受けテーブルの装填時の高さ位置や、
原料装填重量に対応する回転軸の回転速度、又は、回転
軸の回転速度とその速度に保持する時間、台車の自動走
行速度等の必要な情報を設定しておき、これらの情報に
基づいて制御手段が制御を行うため、台車が自動的にル
ツボを予め設定された回転数や高さを保った状態に配置
し、決められた時間内で装填者が装填を行うと、台車が
自動的に原料を装填したルツボを引上装置の前まで移送
して所定の高さ位置までルツボの位置を上昇させること
が可能となる。また、顆粒ポリシリコン等の細粒状の原
料を使用してルツボ内に原料を自動的に装填する構成と
すれば、全自動とすることが可能である。

【００３１】また、請求項６の発明では、請求項１〜５
のいずれかに記載のルツボ搬送台車において、前記ルツ
ボは、石英ルツボを黒鉛ルツボに嵌め込んだものとして
いる。

【００３２】即ち、ルツボの理想的な条件として、多結
晶半導体原料を溶融するために原料を汚染せず、且つ適
度な強度を備え、ヒーティングに適することが求められ
る。しかし、実際にこのような要件を単一の物質で満た
すのは難しいため、本発明では、多結晶半導体原料を溶
融するために適した材質である石英ルツボを、石英ルツ
ボの保護およびヒーティングに適した物質である黒鉛ル
ツボに嵌め込んだものをルツボとしている。これによ
り、従来使用されている材質をそのまま利用できるとい
う利点を有している。

【００３３】尚、以上説明した請求項１〜６のルツボ搬
送台車は、大型のサイズのルツボ（例えば、直径約１〜
１．２ｍ、高さ約０．６〜０．８ｍの石英ルツボ等）を
用いて１６インチのＣＺシリコン等のような従来よりも
大きな径のシリコンを製造する場合の使用に最も適して
いる。勿論、従来の１２インチ以下のタイプのＣＺシリ
コンを製造する場合にも応用可能である。

【００３４】

【実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１に示し
て詳細に説明するが、本発明はこの実施形態のみに限定
されるものではないことは言うまでもない。

【００３５】図１は、本発明のルツボ搬送台車が多結晶
シリコン塊装填済のルツボ、即ち、石英ルツボ１０をカ
ーボンルツボ１１に嵌め込んだものを保持して、図示し
ない引上炉のハンドリング装置がとどく高さ位置まで上
昇させた状態を示している。

【００３６】この台車には、二対の車輪を有する台車本
体１上に昇降手段であるリンク装置２が設けられてい
る。リンク装置２の作動状態は、多結晶シリコン塊装填
作業状態に応じて昇降するよう後述する制御装置５によ
り制御されている。また、リンク装置２の上面上には円
柱状の回転軸３が設けられており、この回転軸３も多結
晶シリコン塊装填作業状態に応じて後述する制御装置５
によってその回転速度が制御されている。

【００３７】更に、回転軸３の上部分には、ルツボカー
ボン１１下部の受けテーブル９と係合する保持部３ａが
形成されており、この保持部３ａは受けテーブル９の底
面に設けられた凹部に係合して受けテーブル９ごとカー
ボンルツボ１１がずれないように保持している。

【００３８】また、台車本体１には、車輪を駆動させる
駆動装置４と、制御装置５と、搬送路検知装置６および
センサ７が設けられており、駆動装置４は台車の速度お
よび進行方向を操作するための操作バー８と連結されて
いる。

【００３９】この操作バー８には、昇降手段であるリン
ク装置２の昇降方向や、回転駆動手段である回転軸３の
回転開始又は停止、及び回転速度を制御するためのボタ
ンやボリュームが設けられている。更に、前後左右に倒
すことによって台車の進行方向及びスピードを制御でき
るようになっている。また、これらの動作を手動で行う
か全自動で行うかを切り替えるスイッチも設けられてい
る。

【００４０】制御装置５はＣＰＵ等により構成され、操
作バー８からの指示情報に基づいてリンク装置２の昇降
方向や回転軸３の回転開始又は停止および回転速度を制
御している。そして、情報を保持するメモリを有し前述
の台車の制御を自動で行う場合にそれぞれの情報、即
ち、装填者が装填に必要とする時間や、受けテーブルの
装填時の高さ位置や、原料装填重量に対応する回転軸の
回転速度、又は、回転軸の回転速度とその速度に保持す
る時間、台車の自動走行速度等の必要な情報を保持して
いる。

【００４１】また、搬送路検知装置６は、工場内に設け
られた走行路を検知して駆動装置４に伝え、台車が多結
晶シリコン塊装填エリアから引上炉まで自動的に移動で
きるようにしている。この時、工場内を歩いている人と
ぶつからないように台車には進行方向に物体を検知する
と駆動装置に働きかけて台車をストップさせる７が設け
られている。

【００４２】このような自動搬送システムに本発明の台
車を組み込むことで、人力で台車の移動を制御する場合
より効率が良く、安全性の高い台車とすることかでき
る。

【００４３】以下に、この様な構成の台車の利用につい
て簡単に説明する。まず、１６インチ径のＣＺシリコン
の製造のために、直径約１〜１．２ｍ、高さ約０．６〜
０．８ｍのルツボを含む引上炉を用意する。この引上炉
は高さ約１５ｍ、幅約５ｍであり、従来よりも大型のも
のである。

【００４４】クリーンブース内において内面を下方にむ
けて配された石英ルツボ１０をカーボンルツボ１１に嵌
め込んだもの（以後、ルツボと記す）を台車に載せる。
そして、回転軸３によりルツボを回転させて、石英ルツ
ボ１０がカーボンルツボ１１に対してきちんとセットさ
れているかどうかを確認する。

【００４５】確認後、操作バー８を操作して引上炉と離
れた位置にあるより清浄度の高いクリーンブース内に移
動させ、ここで大きさが約５ｃｍの多結晶シリコン塊を
約５００ｋｇ人手により装填する。

【００４６】この時、操作バー８に設けられたボタンを
押してリンク装置２を作動させ、ルツボを装填に適した
位置に配置する。その後、操作バー８に設けられた別の
ボタンを押して回転軸３の回転を開始させるとともに、
ボリュームを調節してその時の装填に適した回転速度に
制御する。

【００４７】尚、その時の装填に適した回転速度とは、
装填者にとって最も都合の良い速度であり、例えば、ル
ツボの底の方に多結晶シリコン塊を装填する時は比較的
早く、ルツボの上の方に多結晶シリコン塊を装填する時
は比較的ゆっくりとすれば、装填者にとって一定の速さ
で多結晶シリコン塊を装填できるので好ましい。

【００４８】先程述べたようにこの台車はカーボンルツ
ボ１１の受けテーブル９と係合する保持部３ａを有して
おり、搬送中の衝撃等によってルツボが落下するのを防
ぐと共に、受けテーブル９ごとルツボを回転及び昇降で
きる機能を有している。

【００４９】ルツボに多結晶シリコン塊を装填終了後、
操作バー８のボタンを押して台車を自動搬送状態とす
る。台車が工場内を移動して引上炉の隣に来たら、車輪
をロックしてから、操作バー８に設けられたボタンを押
してリンク装置２を作動させ、ルツボ１０を引上炉に設
けられたハンドリング装置にとどく位置まで上昇させ
る。尚、ハンドリング装置は、受けテーブル９の引掛用
凹部９ａに係合する掛合部を備え、受けテーブル９ごと
ルツボを保持して引上炉内の所定の位置に収納するもの
である。

【００５０】リンク装置２によりルツボをハンドリング
装置にとどく位置まで上昇させると、ルツボはハンドリ
ング装置により台車から受けテーブル９ごと持ち上げら
れ、引上炉内の所定の位置に収納される。

【００５１】この実施形態では、１６インチ結晶用の大
径のルツボを用いているが、引上炉外部で人手により多
結晶シリコン塊をルツボ内に装填できるので、ルツボ内
に高い充填率で原料を充填できる。加えて、人手により
多結晶シリコン塊をルツボ内に装填できるため、所望の
配置にシリコン塊を並べることができ、融解中にルツボ
内のシリコン塊が突然崩れ落ちて周りの融液を跳ね飛ば
すなどの問題が生じない。

【００５２】以上は、スイッチを手動とした場合につい
て述べたが、スイッチを自動とする場合は、装填者が装
填に必要とする時間や、受けテーブルの装填時の高さ位
置や、原料装填重量に対応する回転軸の回転速度、又
は、回転軸の回転速度とその速度に保持する時間や、台
車の自動走行速度等の必要な情報を予め制御装置５メモ
リに記憶させておくとよい。

【００５３】この場合、台車にルツボをセットすれば自
動的に装填状態（即ち、予め設定された回転数や高さを
保った状態）となり、決められた時間内で装填者が装填
を行うだけで、台車が自動的に原料を装填したルツボを
引上装置の前まで移送して所定の高さ位置までルツボの
位置を上昇させる構成とするとよい。また、顆粒ポリシ
リコン等の細粒状の原料を使用してルツボ内に原料を自
動的に装填する構成とすれば、全自動とすることが可能
である。

【００５４】

【発明の効果】以上のように、本発明では、多結晶半導
体原料を引上炉の外部で装填するために適した台車を提
供することができる。従って、大型のルツボおよび炉を
用いる場合であっても、ルツボ内に高い充填率で原料を
装填することが可能である。

【００５５】また、台車の作動状態を自動で行うことに
よって、作業効率および安全性も向上するという好まし
い効果も達成する。勿論、ルツボの移送中の衝撃等でル
ツボがひっくり返ったり、転げ落ちた弾みでルツボが割
れる等の恐れも避けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例に係る台車を示す説
明図である。

【符号の説明】

１ ：台車本体 ２ ：リンク装置 ３ ：回転軸 ３ａ：保持部 ４ ：駆動装置 ５ ：制御装置 ６ ：搬送路検知装置 ７ ：センサ ８ ：装置バー ９ ：受けテーブル ９ａ：引掛用凹部 １０：石英ルツボ １１：カーボンルツボ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蔵本 誠 東京都千代田区丸の内１−４−２ 株式会 社スーパーシリコン研究所内 (72)発明者 町田 倫久 東京都千代田区丸の内１−４−２ 株式会 社スーパーシリコン研究所内 (72)発明者 白石 裕 東京都千代田区丸の内１−４−２ 株式会 社スーパーシリコン研究所内 (72)発明者 高野 清隆 東京都千代田区丸の内１−４−２ 株式会 社スーパーシリコン研究所内 (72)発明者 飯田 哲広 東京都千代田区丸の内１−４−２ 株式会 社スーパーシリコン研究所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体単結晶製造に用いられるルツボに
   原料を装填する際に使用する台車であって、 引上炉と共通のルツボ受けテーブル支持構造を持ち、ル
   ツボ受けテーブルごとルツボを保持する回転可能なルツ
   ボ保持手段を備えていることを特徴とするルツボ搬送台
   車。
2. 【請求項２】 前記ルツボ保持手段を昇降させる昇降手
   段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のルツ
   ボ搬送台車。
3. 【請求項３】 予め定めた速度で前記ルツボ保持手段を
   回転させる回転駆動手段を備えていることを特徴とする
   請求項１又は２に記載のルツボ搬送台車。
4. 【請求項４】 台車走行用の駆動装置を備えていること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のルツボ搬
   送台車。
5. 【請求項５】 半導体単結晶製造に用いられるルツボに
   原料を装填する際に使用する台車であって、 引上炉と共通のルツボ受けテーブル支持構造を持ち、ル
   ツボ受けテーブルごとルツボを保持する回転可能なルツ
   ボ保持手段と、 該ルツボ保持手段を予め定めた高さに昇降させる昇降手
   段と、 予め定めた速度で前記ルツボ保持手段を回転させる回転
   駆動手段と、 台車走行用の駆動装置と、 前記昇降手段と前記回転手段と前記駆動装置のそれぞれ
   の作動状態を制御するための情報を記憶するメモリを有
   し、該メモリ内に予め設定された情報に基づいて、前記
   昇降手段の昇降状態と前記回転手段の回転状態および前
   記駆動装置の駆動状態を制御する制御手段を備えている
   ことを特徴とするルツボ搬送台車。
6. 【請求項６】 前記ルツボは、石英ルツボを黒鉛ルツボ
   に嵌め込んだものであることを特徴とする請求項１〜５
   のいずれかに記載の台車。