JP2961114B2 - 単結晶シリコン引上機用原料容器の供給回収方法とその搬送装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＣＺ法による大径単
結晶シリコンインゴット引上機において使用される大型
のカーボン製あるいは石英製ルツボ等の容器を原料を収
納したまま自動にて供給及び回収を行う方法とその装置
に係り、単結晶シリコン引上機のルツボ軸を昇降可能に
したことを特徴とし、原料容器を位置割出機構および位
置修正を備えた搬送装置を使用することによって自動で
の供給及び回収を可能とした単結晶シリコン引上機用原
料容器の供給回収方法とその搬送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】単結晶シリコンインゴット引上機は、特
開昭６３−２２５５９６号に記載されるごとく、立設し
たルツボ軸に原料容器の底部を嵌合させて回転可能に保
持し、該軸に装着した原料容器を可能な限り均一に加熱
するため、原料容器の開口部以外を覆い加熱する加熱装
置を有する構成からなり、自転する原料容器内に溶融し
たシリコンに上面より引上げ軸端を接触させて自転させ
ながら引上げることにより単結晶を成長させるもので、
加熱溶融並びにに引上げは加熱容器内で行われ、引上げ
を完了した単結晶インゴットを取り出すために、加熱容
器は通常原料容器の上面部近傍で分割され引上げ側の上
部が種々の保持機構にて移動可能に構成されるが、原料
容器が収納された固定側は上部側の移動距離を少なくす
るためにできるだけ外径を小さくするように工夫されて
いる。すなわち、装置本体である加熱容器の上面に原料
容器の外径より僅かに大きい内径を有する開口部がある
だけである。また、上記引上機に使用されるカーボンル
ツボ及び石英ルツボなどの原料容器はその材質上、衝撃
などに弱く、破損しやすいために、本体内に立設したル
ツボ軸に装着したり、回収するなどの原料容器の供給回
収は機械化はされておらず、人手に頼るのみであった。

【０００３】すなわち、原料容器は引上機への装着に際
して、容器がそのまま装着されるのではなく、前記開口
部が小さいため、シリコンを収納するルツボとこれを収
納保護する組立型の保護容器とからなる分割型が一般的
に使用されており、装着手順としては、まず保護容器の
底板がルツボ軸に装着されて底板上に例えば３分割され
た保護容器が順に載置されて一体化されたのち、この保
護容器内にシリコンを収納したルツボが挿入される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが最近の傾向と
しては、単結晶シリコンインゴットの大型化に伴い、使
用されるカーボン及び石英ルツボ部品も大型化が進んで
おり、重量も総重量で１５０ｋｇ程度、前記の３分割型
の部品単品も３０ｋｇを超えるものもあり、人手での取
り扱いは危険であり、安全上の問題となっている。ま
た、原料容器の装着あるいは回収にはルツボ軸が外部か
ら目視できないこと、さらに上記の組立、分解を伴うた
め、熟練者であっても作業時間に１〜２時間程度も要
し、生産性が低下する問題もある。さらに、最近の高品
質化から、炉内クリーン度向上が不可欠となってきてい
るが、原料容器の供給回収は機械化されておらず、しか
も長時間を要するため、人手による装着時のダスト混入
が大きな問題となっている。

【０００５】この発明は、単結晶シリコンインゴットの
大型化と炉内クリーン度向上が要求されるＣＺ法による
単結晶シリコンインゴット引上機において、使用される
自重が１５０ｋｇ以上のカーボン製あるいは石英製ルツ
ボ等の原料容器を、大量の原料を収納したまま自動にて
供給及び原料容器の回収を行うことができる単結晶シリ
コン引上機用原料容器の供給回収方法とその搬送装置の
提供を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、立設したル
ツボ軸に原料容器の底部を嵌合させて該容器自体を自転
可能に保持し、該軸に装着した原料容器を加熱容器内で
加熱する加熱装置を有し、溶融シリコンより大径単結晶
シリコンを上方へ引上げる単結晶シリコン引上機におい
て、回転可能なルツボ軸を開放された加熱容器上方に装
着した原料容器が露出するまで上昇、かつ加熱容器内の
定位置まで下降可能なルツボ軸の昇降機構を設け、上記
の加熱容器上方端の近傍レベルに設けた床を自走可能な
走行機構を備えた台車に、原料容器を保持するためのフ
ォーク状治具を水平方向移動可能に支持する容器保持機
構を載置し、容器保持機構にフォーク状治具の位置制御
手段とルツボ軸の軸位置割出手段とを設け、ルツボ軸と
原料容器の嵌め合い箇所とのずれ量を検出し、ずれ量を
修正可能となした搬送装置を用いて、原料容器の供給ま
たは回収時に加熱容器上方端へ上昇させたルツボ軸の近
傍に搬送装置を停止させてフォーク状治具の位置制御手
段とルツボ軸の軸位置割出手段により、該治具を移動さ
せながらルツボ軸の軸位置の割出を行い、フォーク状治
具に載置した原料容器をルツボ軸に載せるかまたは原料
容器をルツボ軸から外すことを特徴とする単結晶シリコ
ン引上機用原料容器の供給回収方法である。

【０００７】また、この発明は、単結晶シリコン引上機
用原料容器の供給回収方法において使用する、自走可能
な走行機構を備えた台車に、原料容器を保持するための
フォーク状治具を水平方向に自在に移動可能に支持する
容器保持機構を載置し、容器保持機構にフォーク状治具
の位置制御手段とルツボ軸の軸位置割出手段とを設け、
ルツボ軸と原料容器の嵌め合い箇所とのずれ量を検出
し、ずれ量を修正可能となしたことを特徴とする単結晶
シリコン引上機用原料容器の搬送装置である。さらに、
この発明は、上記の構成において、軸位置割出手段にレ
ーザを軸に照射して反射光到達時間より軸芯を割当てる
レーザ式変位センサーを用いたことを特徴とする単結晶
シリコン引上機用原料容器の搬送装置を合わせて提案す
る。さらに、この発明は、上記の構成において、フォー
ク状治具の内側対向面に一対のレーザ式変位センサーを
配置したことを特徴とする単結晶シリコン引上機用原料
容器の搬送装置を合わせて提案する。

【０００８】この発明において、搬送装置の台車には、
出来るだけクリーンな駆動源が望ましく、例えば、バッ
テリー駆動による電動機を採用した走行機構を備えた自
走可能な構成とし、状況に応じて作業者による運転が可
能な半自動モード、または予め床面に所定のマークを打
ち、この床面マークを読み取り運転する全自動モードな
どの切替操作を可能とするなどの構成が望ましい。

【０００９】この発明において、搬送装置の台車に載置
する容器保持機構は、原料容器を保持するためのフォー
ク状治具と、このフォーク状治具を少なくとも水平方向
必要に応じて垂直方向に移動可能に支持する機械機構と
からなるが、フォーク状治具には原料容器の外径に応じ
てこれを保持するために、交換型治具あるいは一対のフ
ォーク部材幅を可変にした構成が適宜採用でき、この治
具をＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向に移動させるための機械機構
には、公知のいずれの構成も採用でき、例えばレール式
のリニアガイドを用いた構成なども採用できる。また、
フォーク状治具の位置制御手段には、採用したフォーク
状治具を水平方向及び垂直方向に移動可能に支持する機
械機構に応じて適宜選定されるが、例えば、Ｘ，Ｙ，Ｚ
の３軸方向に移動させるレール式のリニアガイドの各軸
方向専用のモーターを制御する構成などが適宜採用でき
る。

【００１０】このルツボ軸の軸位置割出手段とルツボ軸
と原料容器の嵌め合い箇所とのずれを検出する手段に
は、例えば、フォーク状治具に軸位置割出用のレーザ式
変位センサーを配置してルツボ軸位置を原点として検知
させることにより、ルツボ軸の軸位置割出のためにフォ
ーク状治具を移動させる同時に、フォーク状治具上の容
器中心点と前記原点とのずれ、すなわちルツボ軸と原料
容器の嵌め合い箇所とのずれを検出しながら原点へとフ
ォーク状治具を位置制御する手段が採用できる。

【００１１】

【作用】この発明は、引上げる単結晶シリコンインゴッ
トの大型化に伴い大型化と重量増加が進んだ原料容器を
原料を収納したまま自動にて供給及び回収を行うため
に、単結晶シリコン引上機のルツボ軸を装置上方に露出
するまで昇降可能にしたことを特長とするもので、供給
及び回収時にルツボ軸を上昇させて、引上機に近接して
停止した搬送装置に設けたルツボ軸の軸位置割出手段を
用い、ルツボ軸と原料容器の嵌め合い箇所とのずれを検
出しながら位置制御手段にてフォーク状治具を移動させ
ることにより、フォーク状治具に載置した原料容器をル
ツボ軸に載せるかまたは原料容器をルツボ軸から外すこ
とができる。

【００１２】

【実施例】図１と図２に示すこの発明による単結晶シリ
コン引上機用原料容器の搬送装置は、三輪車構成の台車
１からなり、１輪部２がステアリング操作機構、他の２
輪部３をバッテリーによる電動機４で駆動する走行機構
を備えている。状況に応じて、作業者による半自動運
転、または床面マーク読み取り運転による全自動運転の
切替操作を可能にしてある。台車１上に載置する容器保
持機構５は、原料容器１０などの重量（約１５０ｋｇ）
に耐える強度部材、例えば、ステンレス鋼で製作する
が、台車フレームを兼ねた一対のフレームレール６を軌
道として水平移動するテーブル７と、このテーブル７上
にフレームレール６とは直交する方向に配置したレール
８を軌道として水平移動するフォーク状治具９とから構
成され、テーブル７とフォーク状治具９の移動はレール
間に配置したねじ軸にテーブル６とフォーク状治具９の
下部に設けたナット部材を螺合させて、ねじ軸を電動機
又はハンドルで回転させて行う構成からなる。なお、ね
じ軸を駆動する電動機は図示しないフォーク状治具の位
置制御、台車走行制御並びに後述するルツボ軸位置割出
の全てを制御するコンピュータに接続されている。

【００１３】フォーク状治具９の原料容器１０と接触す
る部所は樹脂部材、例えばテフロンで製作し、衝撃の際
の破損防止を可能とする。また、樹脂部材９ａは原料容
器１０の位置決めを兼ねており、サイズの変更や容器形
状の変更の場合は樹脂部材９ａの交換にて対応可能にと
なっている。さらに、運搬時の振動や外部からの衝撃の
際において、容器の横ズレや転倒防止を目的としたガイ
ドリング１３にて、容器１０上部外周部を保持でき、使
用しない時は収納できる構造となっている。

【００１４】原料容器は一般に引上機の加熱容器１１内
のルツボ軸１２上にセットされ、位置決めは軸と容器の
はめ合いにて決定されるが、この発明ではルツボ軸１２
上端が加熱容器１１上面より所定高さまで露出するよう
にルツボ軸１２を昇降可能にしてある。従ってルツボ軸
１２は装着する原料容器を回転させるための軸回転機構
と上記の昇降機構を有している。この搬送装置では原料
容器の位置は前記の保持機構にて決定されているので、
ルツボ軸１２の位置を割出してやれば、後は軸芯上に容
器芯を移動させる機構、すなわちフォーク状治具９の位
置制御を行えばよい。軸位置割出機構として、ここでは
図３のＡに示す如く、左右方向の割出しには、レーザを
軸に当てて反射し戻ってくる時間を算出し、軸芯を割当
てる方式のレーザ式変位センサー１４を使用し、前後方
向の割り出しには、投光側／受光側にて軸の最大径部を
割当て、予め設定した軸径より軸１２芯を見つける光フ
ァイバー式センサー１５ａ，１５ｂを使用し、ルツボ軸
１２の位置を検出する。上記コンピュータは制御の際、
各センサー１４，１５ａ，１５ｂにて検出した位置を別
途の表示部へ表示させ、予め設定した数値（軸と容器の
嵌め合い適正値）とのズレ量を認識させる機能を有し、
軸位置を割り出し後、設定値まで原料容器１０を載置し
たフォーク状治具９の移動搬送を行う。

【００１５】図３のＡ，Ｂに示す如く、ルツボ軸１２の
外径に応じて予め検出用各センサー１４，１５ａ，１５
ｂのフォーク状治具９への取付位置を設定しておく、軸
芯と容器芯が一致した点をセンサーの原点として、表示
部をそれに合わせて調整しておく、軸芯と引上機装置芯
は既に一致するように調整されていることから、軸芯上
に容器芯を合うように、すなわち表示部のずれ量を補正
するように手動又は自動で移動制御させる。従って、こ
の発明による搬送装置は、ルツボ軸１２と原料容器１０
の嵌め合い箇所とのずれを検出しながら位置制御手段に
てフォーク状治具９を移動させることにより、フォーク
状治具９に載置した原料容器１０をルツボ軸１２に載せ
るかまたは原料容器１０をルツボ軸１２から外すことが
できる。

【００１６】

【発明の効果】この発明による単結晶シリコン引上機用
原料容器の搬送装置を用いた原料容器の供給回収方法
は、原料容器の大型化、重量増加に対応でき、実施例の
如く機械化することにより、作業者への負担は大きく軽
減される。また、この発明は、単結晶シリコン引上機の
ルツボ軸を装置上方に露出するまで昇降可能にし、かつ
特定の制御装置を有する搬送装置を用いたことにより、
従来不可能であった機械化、自動化を達成したもので、
発塵量を大幅に少なくでき、人手による装着時のダスト
混入防止が達成でき、さらに高熱容器の取り扱い対策等
による生産性向上と自動化による省人化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による搬送装置の構成を示す上面説明
図である。

【図２】この発明による搬送装置の構成を示す正面説明
図である。

【図３】Ａ，Ｂはこの発明による軸位置割出機構を説明
する説明図である。

【符号の説明】

１ 台車 ２ １輪部 ３ ２輪部 ４ 電動機 ５ 容器保持機構 ６ フレームレール ７ テーブル ８ レール ９ フォーク状治具 ９ａ 樹脂部材 １０ 原料容器 １１ 加熱容器 １２ ルツボ軸 １３ ガイドリング １４ レーザ式変位センサー １５ａ，１５ｂ 光ファイバー式センサー

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 立設したルツボ軸に原料容器の底部を嵌
   合させて該容器自体を自転可能に保持し、該軸に装着し
   た原料容器を加熱容器内で加熱する加熱装置を有し、溶
   融シリコンより大径単結晶シリコンを上方へ引上げる単
   結晶シリコン引上機において、回転可能なルツボ軸を開
   放された加熱容器上方に装着した原料容器が露出するま
   で上昇、かつ加熱容器内の定位置まで下降可能なルツボ
   軸の昇降機構を設け、上記の加熱容器上方端の近傍レベ
   ルに設けた床を自走可能な走行機構を備えた台車に、原
   料容器を保持するためのフォーク状治具を水平方向移動
   可能に支持する容器保持機構を載置し、容器保持機構に
   フォーク状治具の位置制御手段とルツボ軸の軸位置割出
   手段とを設け、ルツボ軸と原料容器の嵌め合い箇所との
   ずれ量を検出し、ずれ量を修正可能となした搬送装置を
   用いて、原料容器の供給または回収時に加熱容器上方端
   へ上昇させたルツボ軸の近傍に搬送装置を停止させてフ
   ォーク状治具の位置制御手段とルツボ軸の軸位置割出手
   段により、該治具を移動させながらルツボ軸の軸位置の
   割出を行い、フォーク状治具に載置した原料容器をルツ
   ボ軸に載せるかまたは原料容器をルツボ軸から外すこと
   を特徴とする単結晶シリコン引上機用原料容器の供給回
   収方法。
2. 【請求項２】 自走可能な走行機構を備えた台車に、原
   料容器を保持するためのフォーク状治具を水平方向に自
   在に移動可能に支持する容器保持機構を載置し、容器保
   持機構にフォーク状治具の位置制御手段とルツボ軸の軸
   位置割出手段とを設け、ルツボ軸と原料容器の嵌め合い
   箇所とのずれを検出可能となしたことを特徴とする請求
   項１に記載の単結晶シリコン引上機用原料容器の搬送装
   置。
3. 【請求項３】 軸位置割出手段にレーザを軸に照射して
   反射光到達時間より軸芯を割当てるレーザ式変位センサ
   ーを用いたことを特徴とする請求項２に記載の単結晶シ
   リコン引上機用原料容器の搬送装置。
4. 【請求項４】 フォーク状治具の内側対向面に一対のレ
   ーザ式変位センサーを配置したことを特徴とする請求項
   ３に記載の単結晶シリコン引上機用原料容器の搬送装
   置。