TW418421B - Method and system for supplying semiconductor source material - Google Patents

Description

五、發明說明（i) 發明背景 本發明大致上指處理半導體原料之方法與裝置，並特別 指一種配置及移動一原料體積容器之方法與裝置。

製造半導體材料最常見的產品技術為Czochralski方 法，其中高純度的原料熔融至拉晶器内的坩鍋中，以形成 一熔融液。同時，並不希望一次全部放置形成熔融所需的 固態原料進入坩鍋中。某些固態原料最好於熔融已經開始 後，再導入坩鍋中。典型地，加入的固態原料為粒狀多晶 矽（工業上常稱為"Li te Poly")，可從一連接至拉晶器 的漏斗進給。漏斗有時會供給原料，並由拉晶器設備中的 體積容器接收。利用漏斗供給原料有幾點困難的因素。體 積容器非常重（約2 7 5公斤），使得容器不易移動，原料 重力進給作用下所需的翻轉也不易進行。從容器中排放原 料會產生粉塵，此情況並不希望發生，.因為粉塵易於造成 污染。進一步地，假使粉塵傳至熔融液中，可能會於半導 體材料中造成孔洞。所以粉塵最好不要導入漏斗中=更進 一步地，原料最好不要暴露於外界環境中，因為會有受到 污染的風險。目前，會先將原料從體積容器倒入較小的容 器，再移動較小容器至拉晶器中，再將原料倒入漏斗中。 這樣的程序.時常會將粉塵導入漏斗中，並將原料暴露於環 境中。 發明概述 本發明之目的與特徵為在拉晶器中提供一種供給厚姓的 方法，可限制原料暴露於環境中·並n共一種方法，防止

第6頁 4\δ42ΐ 五、發明說明（2) 粉塵掉落至漏斗中_ 器原料所需的人力β 本發明進一步之目的鱼牲 原料的渡置，可傳送大；的：f在拉晶器中提供-種供給 ΐ ΐ移攜帶原料之體積容f共-種裝 ^可固定體積容器於某—高度，以排放原料至拉晶；裝 之：：ΐ:i:提供—種使用於生長單晶半導體材料 曰曰器中，供給原料的方法，大致上包含在一且 +

复 ，配置該體積容器，I /、T利用重力從寥器中』兮辨接六明 > 仿^ 拉晶涔、，^ 0亥體'積if破移動至該 拉晶器I I且從該體積容器排放一預定量之原料至該 本發明之另 λ W ^ 覜J為—種在拉晶器中提供原料的裝置， 匕括*翻轉該原料之體藉容哭之應谨，ο β #去 翻轉體積究3ξ β β k十之趾積合'之機構以及移動該 含#1^ 至该拉晶器之機構。該裝置大致上進一步包 3挺咼該體穑交哭；p y ^ 至該拉晶器之機:。~預設高度之機構，連接該體積容器 大致=二=2 一觀點為一種在拉晶器中提供原料的系統， 之臂。轉Γ2!裳置’具有抓取該原料之體積容器 置。一具、可攸—第一位置移動該容器至一第二位 體積容器，ΐ ί ί，可於第二位[從移轉裝置上接收該 d獨自固定該容器，使之脫離該容器移轉裂

41 84Z：L 五、發明說明（3) 置。推車具有一驅動裝置，可驅動推車及容器至拉晶器。 該推車適於將體積容器固定於某一高度，並使原料利用重 力流動進入拉晶器中。 本發明之其他目的與特徵，一部分已清晰明朗，其他部 分將特別於後文描述。 附圖簡述 圖1為本發明中，供給原料之裝置之側視圖，顯示一推 車及一容器移轉裝置，並透視推車部分部位，以顯示内部 結構； 圖2為該裝置之分解側視圖，進一步圖解一閥門架； 圖3為一分解侧視圖，顯示本發明之移轉裝置正進行一 原料之體積容器之翻轉動作； 圖4為圖1之裝置之不意平面視圖； 圖5為該閥門架之側視圖； 圖6為閥門架之剖面視圖，沿圖5之剖面線6 - 6選取，顯 示閥門架之螺栓之交錯位置； 圖7為一閥門之側視圖； 圖8為一 靠在拉晶器之推車之不意平面視圖； 圖9為類似圖8之示意平面視圖，顯示該容器處於排放原 料進入拉晶器之位置； 圖1 0為一分解側視圖，顯示該容器與閥門連接至拉晶器 之漏斗上； 圖11為圖4中由剖面線11-11望去之分解右端視圖，但不 顯示推車，以顯示移轉裝置之光電眼及一出口；

第8頁 418421 五、發明說明（4) 圖12為光電眼與出口之放大分解平面上視圖； 圖1 3為一第二實例之導軌之分解側視圖； 圖U為一分解剖面視圖，顯示推車與導軌銜接的情形。 在不同附圖中，相同的參考編號代表相同的工件。 較佳實例之詳細說明 參照附圖，本發明之一系統大致上指2 0。該系統用於供 給原料至一拉晶器22中，如圖8所示。系統20與拉晶器22 皆位於專用來長晶之無塵室設備中。拉晶器2 2最好是運用 Czochr a 1 ski方法來生產半導體材料，如可購自美國新罕 布夏州，那霞市，鐵液公司之型號C Z 1 5 0。拉晶器2 2包括 一漏斗24，可從該漏斗遞送原料至拉晶器内之坩鍋（未顯 示）。漏斗2 4為已知之結構，並可移動至充填及再充填的 位置，將於後文描述。 一如桶28之體積容器，從設備外接收，並包含一大致上 定量之半導體原料。桶2 8中之原料最好為結晶狀多晶矽 (工業上稱為11 L i 1: e Po i y")，當桶2 8充滿結晶狀多晶矽 時，至少重約1 0 0公斤，典型上重約2 7 5公斤（6 0 0磅）。 再參照圖1 ，本發明之系統2 0包含一容器移轉裝置，大 致上指32，及一大致上指36之推車。移轉裝置32具有臂 4 0，可緊密地環繞桶，並施加足以支樓桶重的壓力，來抓 取桶2 8。臂4 0可從一接收桶2 8之張開位置，柩轉至一緊閉 的位置，在緊閉位置時，臂會與桶的側壁銜接，以固持 桶。移轉裝置3 2包括一機構，可使臂4 0從張開位置枢轉至 緊閉位置，假使需要的話，並可回復至張開位置。臂4 0最

第9頁 418421 五、發明說明（5) 好藉由一齒輪機構（未顯示）連接一 (未顯示），以樞轉該臂。為伴流馬達 特別提供兩組臂4。，但並不地抓：桶⑼， (容器内部塗敷有鐵氟龍® s戈類似塗二、广：至谷15上。 力於容器上，料造成破裂)戈類:;二:假使施加過多壓 以銜接桶28之側面，移轉裝置32^安裝摩擦板42， 直d z在兩臂間安裝有V形座榕 板44 (參照圖2 )，以銜接桶之侧面。^ 最好位於或鄰接臂40及V形摩摔 2 j二J未顯不） j #40施加於桶上的壓力，使得 雨正確地抓取，而不致造成損壞。舉例㈣，在本實 旦=皮么觸的感測訊號產[馬達將旋轉-定數目 的轉數，例如3轉。 移轉裝置3 2包含-第-轉盤48，大致上可對一垂直轴旋 3，二:？從-輸送帶52移轉至推車36。第一轉㈣接附 於一底扳56上之座54。劈4Π：*·«ί： + 人 π & <瓜〇4沒4U文裝於一固定地接附於第一轉 盤48之第二轉刪上。第二轉盤6〇大致上可對一水平轴旋 轉L以翻轉桶2 8。9 〇伏特直流馬達及#輪機構安裝於第二 轉i60並可與第二轉盤一同旋轉。第一轉盤48已經移轉 桶28至推車3 6的途中，桶開始翻轉，使得桶於旋轉時不會 接觸輸送帶52或推車。轉盤48、6〇最好由12〇伏特交流馬 達62、64所驅動之齒輪機構帶動（圖2顯示第一轉盤48之 馬達62 )。 參照圖2及'5-6 , —大致上指68之閥門架接附於輸送帶52 上之壁70或其他結構上，以支撐一閥門72 ,並且可升高與

t 418421 五、發明說明（6) ——~〜---— 降低閥門，安裝於或脫離桶28。閥門架68包括—

Wa，下接三隻腳68b。上托架68a可於導軌69上·^上托架 顯示其中之一）’以導引閥門架68之垂直運動 由三根向上突出之螺樁74支撐於閥門架68上，螺门U錯 腳68b之下端。螺樁74接於閥門之一凸緣76夕、捲74位於 ’二個洞中 (參照圖7 )。閥門架6 8之上托架6 8 a螺旋銜接δ Α j TSC王一滚珠虫翠 桿78，以移動閥門架及閥門72，從一桶28可通過閥門2 = 严1架下方之裝填位置’向下移動至閥門緊靠或銜接桶上2 入口 82之一倒出位置。如圖5-6所示，螺樁74安裝於腳68b 下端之元件84上’並可對螺樁及腳之接著點作水平旋轉 (大約90度）。閥門連接至桶28後，元件84將移出，以提 供閥門72週遭空間，允許空的閥門架68向上移動至裝填位 置。元件84最好可由一旋轉啟動器啟動（未顯示），並可 自動地旋轉，啟動器可購自Bimba Mfg.. Co.，Monet， IL. 之型號PT0 1 4 0 9 0 -MRS。 一輸送帶5 2可從潔淨室的門邊移動桶2 8 (未顯示，如圖 2所示，位於裝置之左側）。一可往返之台車.（未顯示） 苛運送桶28至輸送帶52。輸送帶52之垂直可延伸支架86， 町於桶不在輸送帶上時往後縮，並且可升起來帶上桶。如 圖2所示，輸送帶52首先移動桶28至閥門架68下方之一位 置，再移動桶28至移轉裝置32之臂40可抓取範圍内之一位 置。輸送帶52之支架86，於桶28被移轉裝置32之臂40抓取 後，會往後縮。可移動桶28之輸送帶52之結構，在這個領 威已被大家所熟知，並且不再進一步描述°必須去深思的 4\84ζ — 五、發明說明（？） 二’ 可用其他裝置來移轉桶28至閥門架68及移轉裝置 2包括如堆高機（未顯示）或徒手。 裝置 ⑽HjL—第 — 實例中’移轉裝置32包括一導軌 於移轉裝詈夕办罢·Μ I 从疋位推車相對 90，使得二於^ 。導軌9取好包括兩個位於底板的軌道 于刖輪88及導輪94於軌道間滾動時，可導丨 …32之適當位[導執心一 ㈣ί ^推車36於適當位置。止塊包括—介於兩個向上 Ϊ 之通道’其中之—表面具有—相反傾斜的表 ii、f Φ仵推車36之前輪88可滾上相反傾斜表面’並滾落至 得前輪可被扣住於通道中。至少設有-感Si 之位罟丁可感測推車3 6是否適當地位於相對移轉裴置32 之位置，以接收或運送桶28。 %移轉裝置32及推車36可於桶28移轉至推車期間互相交 r* 3°2虛，制推車的動作。如圖U及12所示，鄰接移轉裝置 雷爻：包括四個光電眼96 ’推車36亦包括四個相對應的光 ’使得推車銜接導軌89之止塊料，移轉裝置及推 光電眼可互相登錄。一插座98可接收推車3 6之 =提供所須之電力。移轉裝置32最好包括一控制面板， ，以控制桶28之翻轉及桶於裝置與推車36間之 參照圖1及4，推車36具有一框架（圖〗中顯示部分葙 ，構）及臂102、104，以接收桶28及固持桶脫離移 32。推車36之臂102、104，至少其中之—最好可=置 轉’使得桶28可被接納於兩臂之間，並向内樞轉至— 糸閉

第12頁 '丨 、 "Ί ----------—__ 五、發明說明（8) ' 位置。在圖解之實例中，臂1 0 2安裝於一垂直插銷上，並 藉由一具有2 4伏特直流馬達1 〇 6之線性啟動器樞轉。臂1 02 向内樞轉至一緊閉位置’同時’臂1 〇 2、1 〇 4可從圖2之位 置向上移動至圖1之位置’以支撐桶28 (將描述於後）。 參照圖1 ’桶3 6包括一扣環ί 〇 8，可銜接翻轉後的桶2 8之— 邊緣1 I 0，以進一步固定桶至推車上。扣環丨〇8可於扣環並

未與桶28接觸之位置’如位於推車36之臂1〇2、1〇4之上方 位置’及扣環樞轉朝向桶，並往下移動直到扣環接觸邊緣 〇之銜接位置間移動。感測器最好設於臂丨〇2、i04上且/ 或鄰接扣環1 08之位置，可於桶固定於推車36時產生感測 作用。 推車36之臂102、104，及扣環108可垂直平移。臂1〇2、 1〇4及扣環108安裝於推車36之一滾珠螺桿114上，滾珠螺 桿114從推車之底部延伸至鄰接推車頂端之軸承ιΐ6。臂 1〇2、104及扣環108藉由滾珠螺桿114的旋轉而移動，以安 裝或拆卸推車36上的桶28，並連同桶移動至一預設的高 度，以利甩重力流動進給原料至拉晶器22中。 y最好由一安裝於推車上之120伏特交流馬達所旋轉（未 =車36具有-驅動馬達U8，可驅動推車及㈣至拉晶 益22。馬達118藉由一齒輪機構連接至一傳動輪126。一合 適之馬達為12伏特直流馬達，可購自Prest〇Hte

Em;:'inc’jLAnriArb〇r’Michigan，型號mks-4002。 馬違11 8的電力最好由一可充φ斗，"j 0 & & J电刀取r J兄電式1 2伏特膠體電池組丨2 〇所

(4ia4ZV 五、發明說明（9) 提仪° %池組1 2 0最好僅提供電力至馬達丨丨8。推車3 6上复 的電力則由移轉裝置32及拉晶器22上的插座 二 (僅顯不移轉裝置32上的插座）。推車36包括一 1'、 124，類似堆高機之駕駛桿，使操作員得以操作推車。# 動輪126藉由駕駛桿丨24手動轉向，以控制推車至拉晶器1寻

22。兩個前輪88則由一包括丨20伏特交流馬達13〇之S

1馭（僅顯示其中之一）。前輪88最好只有在拉晶器U 0守才轉動，將描述於後，在推車36從移轉裝置32移動至 晶器時，前輪88並不轉動。推車36之各部組件，包括馬 達、電池组、輪子等，必須詳加設計，使其可操作於無 至標準級數10, 000中，而不對無塵室環境產生有金， 響。 0 衫 參照圖7與1 〇，閥門72配置於一第—端丨32，可與桶2 8 入口 8 2配接，並配置於一第二端丨3 6，可與拉晶器2 2之^

斗24之入口 138配接。末端132、136兩者皆利用扣夹134^ 拆卸地接附於個別的入口 ’扣夾1 3 4可用Μ K S Instruments, Andover, ΜΑ 所製造之HPS 扣夾。閥門 72 之 第二端136最好具有一伸縮套部位140，使第二端能向下足 /或橫向移動，若需要，可與漏斗24之入口 138配接。伸端 套部位包括閉鎖插銷’可放鬆，以允許伸縮套向下且/ ‘ 橫向移動。閥門7 2具有一中央通道，延伸通過該閥門，允 許原料流過閥門，並有一栓防止原料的流動。閥門7 2最奸 為一"靜止角"（A0R )閥門，如購自Associated

Technology Manufacturers 之型號A0RS-26。閥門72 最好

第14頁 t 41842^ 五、發明說明（10) 包括一真空管路入D1 連接一真空管路（未# _自閥門之中間部位向外延伸， 接頭146，位於靠近伸員不）。閥門72進一步包括一快速拆 管路（未顯示）。入部位140之位置，以連接〜鈍氣 可對閥門72抽直允 4及接頭146皆與中央通道相通， 括-= ΐ;Γ5。，及可移r…的粉塵。咖 電子控制器1 50可藉&二制原料通過閥門的流動情形， 方式，連接至拉晶器由22—，電規連接至推㈣，U外-種 制器1 5 0呈有一手.Μ 以遠端控制流體的流動。電子控 的流動開關，使得操作者可手動地控制原料 車芯ΓΠ:推；：裝置32包括一導軌154,可與推 與13，導軌154接附/_相古對於移轉裝置的位置。參照， 36之-兩指標158間。垂直柱156存在於接附推車 組雙指標158最好包括：匕54敢好包括於支柱155，而兩 鎖插銷（未顯示）’ ^車3 6上。指標1 5 8亦可能包括閉 以閉鎖與導軌銜接之推：移通過推車3 6之指標上的孔洞’ 此ΐΞΠ由：亦可由推車36來完成，在 ==广舉二:臂== 為一般。臂必須安置換，如同移轉裝置32之臂40所 48之臂。其他結；二:：盤上：如移轉裂置之第-轉盤 傅上的修改’以強化推車3 6於翻轉期間能 I五、發明說明（11) |夠支撐桶2 8之重量，對熟悉本技術之人而言是顯而易見 |的。 ! 接著將描述一種施加原料至拉晶器2 2之方法。該方法包

含在具有拉晶器2 2之設備中，接收桶2 8之原料之步驟。桶 2 8從遠離設備之一位置運送過來，並於潔淨室外之一工作 區’由設備接收。若原料於與拉‘晶器2 2分離之一位置，利 用相同設備加以產製，理所當然，亦應視為本發明之範 圍。桶28利用上述可往返之台車，移轉至一介於工作區及 潔淨室間之隔氣室。桶2 8最好於隔氣室中加以清潔，如利 用擦拭酒精或其他合適之清潔液，從上到下擦拭乾淨。屆 時’輸送帶52進入隔氣室’於桶28仍舊由可往返台車支撐 時’定位於桶28之下方。輸送帶52可延伸之支架86再升 i 起，從可往返台車抬離桶28。輸送帶52移出隔氣室，隔氣 室再關閉。 _ .

該方法進一步包含配置桶2 8，以利用重力從桶中進給原 料。輸送帶移轉桶2 8至一位於閥門架6 8下方之位置。一惰 性氣體管路最好連接至接頭1 4 6，以驅離閥門7 2中之空 氣’使原料免於暴露於環境中。接著移除桶2 8中覆蓋入口 8 2之一蓋子’並藉由滾珠螺桿的操作，降低閥門架6 8的高 度’直到闊門72接近或接觸桶，再以扣夾丨34固定閥門於 桶上°闊門架68進一步降低，使螺樁74脫離凸緣76之孔 洞’兀件84將如前述摇動移出。閥門架68屆時再往上移動 至充填位置。一操作者輪入閥門7 2接附於桶2 8之指令至控 制面板1 0 G ’桶2 8再自動地翻轉，並依以下所描述之步驟

第16頁 imn 五、發明說明（12) 移轉至推車36。 配置桶28之步驟進一步包含翻轉該桶。藉由輸 :動㈣至移轉裝置32，並由移轉裝置之臂4〇抓取-移1: 置3 2之感測|s可將桶已經接觸的訊號傳給控制面板 1 00，馬達以前述方法控制，以確保容器已經被抓起。輸 送帶52之可延伸支架86向後縮，使得臂40支撐桶28之重 I。移轉裳置32對移轉裝置及止塊之第一轉盤48之垂直 抽，將桶28旋轉-90度角之狐度。移轉裝置32屆時再對第 ^盤60^水平軸，將捅旋轉18〇度角（圖3顯示9〇度的位 再對第水：2好交於桶28重心附近的一點。移轉裝置32 ^ 轉盤48之垂直轴’以先前移動之相同方向，將翻 旋轉90度’使得桶28接納於推車36 g 3之轉以提供空間，供桶在臂之間移動時，推車 36之可樞轉臂102會向外枢轉。 平 旌ί it Ϊ進一步包含運送翻轉後的桶28至拉晶器22。藉由 之ΐ之可樞轉臂1〇2向内至緊閉位置，及利用推車36 桿U4，將推車之臂向上升起，直到桶靜止於臂 , 幵趴推皁36上。推車36之扣環108可移動 = 之邊緣Π°，銜接的位置如圖1所示。移轉 5 ί ，將桶28之重量移轉至推車36上。推車 ϋ = _可通知移轉裂置32及控制面板ι〇〇，桶已由

第17頁 1 推車36連同桶28屆時再離開移轉裝置32至拉晶 錯由將推車銜接於一支柱163上之導軌162 (顯示於 • ，類似先前第二實例中所描述之移轉裝置3 2之導 418421 五、發明說明（13) 軌154 ’可將推車36定位於拉晶器22。推車36最好藉由插 鎖閃鎖於導軌1 6 2 (未顯示）。拉晶器22上之插座9 8接收 推車3 6之插頭’提供電力至推車3 6及通知拉晶器22之一控 制器’推車已位於拉晶器上。 該方法進一步包含從桶2 8排放一預設量之原料，直接進 入拉晶器22之漏斗24之步驟。拉晶器22上之一鈍氣管路及 真空管路連接至閥門7 2，防止粉塵進入漏斗，防止粉塵累， 積於閥門内，污染閥門機構，並禁止原料暴露於環境中。 推車36將桶28升高至一預設的高度，高於漏斗24之高度。 推車3 6之前輪8 8藉由馬達1 3 0的操作，向内旋轉朝向拉晶) 器2 2 ’此時仍連接至導軌1 6 2之推車，則運動於圓心位於 導軌上之一圓弧上。漏斗24藉由拉晶器22之一機構，移動 至一位置’在此位置’閥門72之第二端丨36粗略地位於漏 斗24之入口 138上方，如圖9所示。接著桶28開始降低，直 到閥門7 2之第二端1 3 6接觸或幾乎接觸入口 1 3 8。如圖1 〇所 示，閥門7 2配接漏斗1 3 8 (藉由拉起伸縮套部位1 4 0之閂鎖 插銷，橫向且/或垂直地移動第二端丨36，並扣夾閥門至漏 斗2 4 )，閥門開啟並允許原料流進漏斗2 4中。排放期間， 鈍氣流過閥門72，從閥門中驅趕空氣，真空管路則有助於 帶走原料通過閥門時所產生的任何粉塵。排放一定量後，| 閥門7 2關閉，該方法反向地將推車3 6移離拉晶器2 2。推車 3 6及桶2 8可被運送至其他拉晶器，以排放更多的原料，直 到用盡。藉由運送推車36回復至移轉裝置32，並以前述方 法的相反順序，可將桶28從潔淨室移出，亦即將捅從推車

第18頁 4184-21 五、發明說明（14) 移轉至移轉裝置，再至輸送帶。閥門72於閥門架6 8移除， i 丨且空桶28由輸送帶52移轉至可往返台車，再送回工作區。 必須了解該方法之自動化亦屬本發明之範圍。最好是該 方法中僅需少數或完全不需手動操作。舉例來說，在本發 明的範圍内，接附閥門7 2至桶2 8，及接附桶至漏斗2 4之步 驟，可完全地自動化。如遮光簾及安全毯（未顯示）之安 全裝置，亦可與控制面板1 0 0相通，當有一人太靠近系統 時，可使系統2 0之動作迅速停止。 回顧前文，本發明之數種目的已達成，並且獲得其他具 優點的成果。 上述結構有可能進行不同的改變，但卻不失本發明的範 圍。以上所描述或顯示於伴隨附圖之所有内容，當視為一 種例證或說明，而非一種限制。

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Claims (1)

1. 41642 1 ί - __ I六'申請專利範圍 _ | 6.如申請專利範圍第5項之供給原料之键罢^ ^ 運送該翻轉後體積容器之機構，包含一推車，並&中用於 ::接收…，並固持該容器脫離容器移轉=有：: 用於驅動該推車及容器至拉晶器。 .如申μ專利靶圍第6項之供給原料之 車適於升起該體積容器至預設高度，以利㈣中該推 進該拉晶器中，並且其中連接該體積容器至萝’、=流 包含，-閥η ’適合安葭於該體積容器及該拉：器1機構 8. —種用於生長單晶半導體材料之一 "^ 。 之系統，包含： 拉日曰器中供給原料 一容器移轉裝置，具有臂，以抓 器’該移轉裝置能夠自一第一位;m積容 置； 功0亥谷器至一第二位 —推車，具有臂，適合於 該體積容器，並固持容哭 :置從移轉裝置接收 有一驅動器，用於驅動該推車及多，製置，该推車具 於固持該體積容器於—古庳d至拉晶器，該推車適 晶器中。、问&，以利用重力將原料流進該拉 9.如申請專利範圍第8項之 器移轉裝置包括一導軌 ；;=之系統’…容 適於互相通聯，以控制容器^ ’該容器移轉裝置及該推車 ίο.如申請專利範、第 至推車的過程。 之該臂，至少其中之—、奋认/ 1、給原料之系統，其中推車 卜樞轉，當該移轉裝置從第

   ，人· 遇於向休4 418421

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