JP2002020194A - Device for supporting crucible, device for filling raw material and filling method - Google Patents
Device for supporting crucible, device for filling raw material and filling methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体単結晶製造
の際に使用されるルツボ支持装置および原料充填装置並
びに充填方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a crucible supporting apparatus, a raw material filling apparatus, and a filling method used for producing a semiconductor single crystal.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、シリコンやＧａＡｓ等の多く
の半導体単結晶が広く知られているが、シリコン単結晶
とその育成方法を一例として本発明の従来例を説明す
る。シリコン単結晶の育成方法としては、浮融帯域融解
法（ＦＺ法）、チョクラルスキー法（ＣＺ法）とが行わ
れている。ＦＺ法は、原料である多結晶シリコン棒の下
端をヒータで加熱して融解し、種結晶を接融してヒータ
を徐々に上方に移動させることによりシリコン単結晶を
成長させる方法であり、ＣＺ法は原料である多結晶シリ
コン塊又は粒状多結晶シリコンを人手により引上げ機内
のルツボに充填した後、ルツボ内で融解させ、種結晶を
融液に浸漬した後上方にシリコン単結晶を成長させなが
ら引上げる方法である。2. Description of the Related Art Conventionally, many semiconductor single crystals such as silicon and GaAs have been widely known. A conventional example of the present invention will be described by taking a silicon single crystal and a growing method thereof as an example. As a method for growing a silicon single crystal, a floating zone melting method (FZ method) and a Czochralski method (CZ method) are performed. The FZ method is a method of growing a silicon single crystal by heating and melting a lower end of a polycrystalline silicon rod, which is a raw material, with a heater, melting a seed crystal and gradually moving the heater upward. The method is to manually fill a crucible in a pulling machine with a polycrystalline silicon lump or granular polycrystalline silicon as a raw material, melt it in the crucible, immerse the seed crystal in the melt, and grow a silicon single crystal upward. It is a method of pulling up.
【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やゲッタ
リング効果を持つという優位性の点からＣＺ法によるシ
リコン単結晶が主流をなしている。[0003] In general, a silicon single crystal formed by the CZ method is mainly used as a silicon single crystal used for a semiconductor device from the viewpoint of having a mechanical strength and a gettering effect by impurity oxygen.
【０００４】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、製造歩留り等の観点からシリ
コンウエーハの大口径化が常に求められている。そのた
め、直径１２インチ（約３０ｃｍ) あるいはそれより大
きい１６インチ( 約４０ｃｍ) 以上の大口径ＣＺシリコ
ン単結晶の実現の可能性が模索されている。[0004] However, since device chips are manufactured by a batch process, it is always required to increase the diameter of silicon wafers from the viewpoint of manufacturing yield and the like. Therefore, the possibility of realizing a large-diameter CZ silicon single crystal having a diameter of 12 inches (about 30 cm) or 16 inches (about 40 cm) or more, is being sought.
【０００５】例えば直径１６インチの大口径ＣＺシリコ
ン単結晶を製造する場合、直径１２インチ以下のＣＺシ
リコン単結晶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る。そ
のため、より多くの原料を充填するために、より大型の
ルツボおよび引上げ機が必要になる。For example, when producing a large-diameter CZ silicon single crystal having a diameter of 16 inches, the amount of the raw material is more than twice as large as that when producing a CZ silicon single crystal having a diameter of 12 inches or less. Then the volume is too small. Therefore, larger crucibles and pullers are required to fill more raw materials.
【０００６】しかしながら、ルツボおよび引上げ機が大
型化すると、従来のように引上げ機内にルツボを配置し
てから原料多結晶を人手により充填するには大きな労力
と時間がかかり、その間、引上げ機は停止しておかねば
ならず、生産性の低下が起きる。また、多結晶充填時に
発生するシリコン塵埃が周辺の環境を汚染する恐れもあ
る。また、ルツボおよびルツボを載置する引上げ機が大
型となるため、ルツボの底の方まで十分に手がとどか
ず、高い密度で原料多結晶をルツボ内に並べ充填するこ
とができなくなるという問題もある。なお、ＣＺシリコ
ン単結晶棒の原料には、多結晶シリコン塊と呼ばれてい
るものと、粒状多結晶シリコンと呼ばれているもの等が
あるが、多結晶シリコン塊とは、大きさが３〜１０ｃｍ
程度、重さが５０〜２００ｇ前後のナゲット状のシリコ
ンの塊を指し、粒状多結晶シリコンとは、直径２〜５ｍ
ｍ程度の丸い粒状のシリコン多結晶を言う。However, when the crucible and the pulling machine are increased in size, it takes a large amount of labor and time to manually fill the raw material polycrystal after the crucible is arranged in the pulling machine as in the prior art. Must be kept and productivity will drop. Further, silicon dust generated at the time of polycrystal filling may pollute the surrounding environment. In addition, since the crucible and the pulling machine on which the crucible is placed are large, there is also a problem that the hand cannot reach the bottom of the crucible sufficiently, and it becomes impossible to arrange and fill the raw material polycrystal in the crucible at a high density. is there. The raw material of the CZ silicon single crystal rod includes what is called a polycrystalline silicon lump and what is called a granular polycrystalline silicon. The polycrystalline silicon lump has a size of 3 mm. -10cm
Nugget-like silicon lump having a weight of about 50 to 200 g and a granular polycrystalline silicon having a diameter of 2 to 5 m
m refers to a round granular polycrystalline silicon.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、この
ような問題点に鑑みてなされたもので、半導体原料を引
上げ機の外部でルツボに充填する際に用いられる充填が
容易で、引上げ機の生産性を妨げることがないととも
に、引上げ機回りを汚染することなく、迅速にルツボへ
原料を充填できるルツボ支持装置および原料充填装置と
充填方法を提供することを主たる目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is easy to fill a semiconductor material into a crucible outside a pulling machine. It is a primary object of the present invention to provide a crucible support device, a material filling device and a filling method capable of quickly filling a crucible with a material without hindering the productivity of the crucible and without contaminating around the pulling machine.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係るルツボ支持装置の発明は、半導体単結晶
製造に用いられるルツボへ原料を充填するために、少な
くともルツボを載置するルツボ受け台と、ルツボを回転
させるルツボ回転機構と、原料の重量を測る秤量機構と
を具備することを特徴としている（請求項１）。In order to solve the above-mentioned problems, the invention of a crucible supporting apparatus according to the present invention is directed to a crucible on which at least a crucible is placed in order to fill a crucible used for manufacturing a semiconductor single crystal with a raw material. It is characterized by comprising a cradle, a crucible rotating mechanism for rotating the crucible, and a weighing mechanism for measuring the weight of the raw material (claim 1).
【０００９】このようにルツボ支持装置を構成すれば、
原料の重量を測る秤量機構とルツボ回転機構により所望
量の原料を、原料の形態が塊状であっても、粒状であっ
ても、簡単かつ正確にルツボに原料を充填することがで
きる。また、引上げ機の外の離れた所で充填できるの
で、作業効率が良く単結晶引上げ機の生産性を妨げるこ
とがないとともに、引上げ機回りを汚染することもな
い。さらに充填中ルツボを回転させることで、作業者自
身が移動しなくてもルツボ内の所望の位置に原料を充填
することができる。さらに原料の仕込み重量を計測しな
がらルツボに充填するので仕込み精度が向上し、結晶の
品質や直径等の安定化を図ることができる。If the crucible supporting device is configured as described above,
A desired amount of the raw material can be easily and accurately filled into the crucible by the weighing mechanism and the crucible rotating mechanism that measure the weight of the raw material, regardless of whether the raw material is in the form of a lump or a granule. In addition, since the filling can be performed at a remote place outside the pulling machine, the work efficiency is good, the productivity of the single crystal pulling machine is not hindered, and the area around the pulling machine is not polluted. Further, by rotating the crucible during filling, a desired position in the crucible can be filled with the raw material without moving the operator himself. Further, since the crucible is filled while measuring the charged weight of the raw material, the charging accuracy is improved, and the quality and diameter of the crystal can be stabilized.
【００１０】この場合、ルツボ受け台は、ルツボを水平
方向に移動してルツボ搬送装置との間でルツボを受け渡
し可能とするルツボ水平移動機構を備えるようにするこ
とができ（請求項２）、このルツボ水平移動機構は、ル
ツボ受け台をスライドさせるローラーコンベアまたは溝
付きレールとすることができる（請求項３）。[0010] In this case, the crucible receiving table may include a crucible horizontal movement mechanism that can move the crucible in the horizontal direction and transfer the crucible to and from the crucible transport device. This crucible horizontal movement mechanism can be a roller conveyor or a grooved rail that slides the crucible cradle (claim 3).
【００１１】ルツボ受け台をこのように構成すれば、ル
ツボを水平方向に移動してルツボ搬送装置との間でルツ
ボの受け渡しが可能となり、原料を充填した高重量のル
ツボを簡単に搬送装置に載せることができ、複雑な移載
装置を使用する必要がなくなる。また、１台のルツボへ
の原料充填装置で複数のルツボ搬送装置と複数の単結晶
引上げ機に対応可能であり、自動化も容易で単結晶引上
げ工程における省力化と生産性を一層向上させることが
できる。If the crucible receiving table is constructed in this manner, the crucible can be transferred to the crucible transfer device by moving the crucible in the horizontal direction, and the heavy crucible filled with the raw material can be easily transferred to the transfer device. Can be mounted, eliminating the need to use complex transfer equipment. In addition, a single crucible material filling device can support a plurality of crucible transport devices and a plurality of single crystal pulling machines, and can be easily automated to further save labor and improve productivity in the single crystal pulling process. it can.
【００１２】そしてこの場合、ルツボ回転機構は、ルツ
ボ受け台をボールベアリングを介して回転自在としたも
の、またはルツボ受け台保持軸を回転駆動するものとす
ることができる（請求項４）。このように主として手動
操作の場合は、ルツボ受け台をボールベアリングを介し
て回転自在とし、自動の場合は、ルツボ受け台保持軸を
電動回転させればよく、ルツボ内の円周に沿って原料を
順次充填することができる。In this case, the crucible rotating mechanism can be configured such that the crucible receiving base is rotatable via ball bearings, or that the crucible receiving base holding shaft is driven to rotate (claim 4). As described above, in the case of manual operation, the crucible cradle is rotatable via a ball bearing. In the case of automatic operation, the crucible cradle holding shaft may be electrically rotated, and the raw material may be rotated along the circumference of the crucible. Can be sequentially filled.
【００１３】さらにこの場合、秤量機構が、測定値表示
器を具備した機械式秤またはロードセルであることが好
ましい（請求項５）。秤量機構をこのようにすると、原
料の重量を精度よく測ることができ、測定値を目視でき
るので検量に便宜である。また、測定値を単結晶生産管
理システムに入力して、自動化に資することができる。
また、当然のことながらこの測定値を用いて秤量操作お
よび原料投入装置による原料投入の自動化も可能であ
る。In this case, it is preferable that the weighing mechanism is a mechanical weigher or a load cell provided with a measured value display. When the weighing mechanism is configured in this manner, the weight of the raw material can be accurately measured, and the measured value can be visually checked, which is convenient for calibration. Also, the measured values can be input to the single crystal production management system, which can contribute to automation.
Naturally, it is also possible to automate the weighing operation and the raw material input by the raw material input device using the measured values.
【００１４】本発明に係るルツボ支持装置の発明は、ル
ツボ受け台を上下動させるルツボ昇降機構を具備するの
が好ましく（請求項６）、ルツボ昇降機構が、油圧また
は空気圧による流体シリンダ装置、リンク機構を利用し
てルツボ受け台を上下移動させるリンク装置、またはボ
ールネジを用いてルツボ受け台を上下移動させるボール
ネジ機構から選択される１種であるものとすることがで
きる（請求項７）。このようにルツボ受け台を上下動で
きるものとすれば、原料の充填量やルツボの大きさ、あ
るいは作業者の背丈等に応じてルツボの高さ位置を調節
することができるので、作業負担の軽減に極めて効果的
である。また、ルツボ搬送装置との間の高さの調節が可
能となり、円滑にルツボの受け渡しが可能となる。The invention of the crucible supporting device according to the present invention preferably comprises a crucible elevating mechanism for vertically moving the crucible support (claim 6), wherein the crucible elevating mechanism is a hydraulic or pneumatic fluid cylinder device, a link. It may be one selected from a link device that moves the crucible cradle up and down using a mechanism, or a ball screw mechanism that moves the crucible cradle up and down using a ball screw (claim 7). If the crucible support can be moved up and down in this way, the height position of the crucible can be adjusted according to the filling amount of the raw material, the size of the crucible, or the height of the worker, etc. It is very effective in reducing. In addition, the height between the crucible and the crucible transfer device can be adjusted, and the crucible can be smoothly delivered.
【００１５】さらに、この場合、ルツボは、石英ルツボ
を黒鉛ルツボに嵌め込んだものとすることができる（請
求項８）。このように、ＣＺ法では原料を直接収容する
石英ルツボを支持するため、その外側に黒鉛ルツボ（サ
セプターとも呼ばれる）を用いることがあり、本発明で
は、あらかじめ石英ルツボを黒鉛ルツボに嵌め込んだ状
態で原料を充填するようにしてもよい。Further, in this case, the crucible may be a quartz crucible fitted into a graphite crucible. Thus, in the CZ method, a graphite crucible (also called a susceptor) is sometimes used outside to support a quartz crucible that directly accommodates a raw material. In the present invention, the quartz crucible is fitted in the graphite crucible in advance. May be used to fill the raw material.
【００１６】そしてこの場合、ルツボの回転速度および
昇降速度は、多結晶の充填速度に応じて可変速、制御可
能とすることができる（請求項９）。このようにすれ
ば、ルツボへの原料の充填において、充填位置や充填量
を制御することができ、原料の充填を完全に自動化する
ことができる。In this case, the rotation speed and the elevating speed of the crucible can be made variable and controllable according to the filling speed of the polycrystal. In this way, in filling the material into the crucible, the filling position and the filling amount can be controlled, and the filling of the material can be completely automated.
【００１７】本発明に係る原料充填装置の発明は、ルツ
ボ支持装置とルツボへの原料投入装置を具備しているこ
とが好ましく（請求項１０）、このルツボへの原料投入
装置が、少なくとも１つの関節を有する原料導出路から
成るものとすることができる（請求項１１）。このよう
に原料充填装置を、ルツボ支持装置と原料投入装置を具
備したものとすれば、連続的、定量的にルツボへ原料を
極めて簡単に短時間で投入することができる。さらに少
なくとも１つの関節を有する原料導出路を使用すれば、
原料導出路の先端をルツボ底面に接近させることができ
るので、原料導出路の先端から落下する原料の落下衝撃
を緩和させることができるし、原料の充填量に合わせて
高さ位置を調節することができる。また、原料導出路と
して、ベルトコンベアが適しているが、金属やプラスチ
ック製の円筒または円筒を半割にした半円筒のものであ
ってもよい。The invention of the raw material filling apparatus according to the present invention preferably comprises a crucible support device and a raw material charging device for the crucible (claim 10), and the raw material charging device for the crucible comprises at least one raw material charging device. It may be constituted by a raw material lead-out path having a joint (claim 11). If the raw material filling device is provided with the crucible supporting device and the raw material charging device as described above, the raw material can be continuously and quantitatively charged into the crucible extremely easily in a short time. Further, if a raw material outlet path having at least one joint is used,
Since the leading end of the raw material outlet path can be closer to the bottom of the crucible, the impact of the raw material falling from the leading end of the raw material outlet path can be reduced, and the height position can be adjusted according to the filling amount of the raw material. Can be. Further, a belt conveyor is suitable as the material lead-out path, but a metal or plastic cylinder or a half-cylinder obtained by dividing a cylinder into half may be used.
【００１８】そして本発明に係る原料充填装置の発明
は、集塵装置を具備することが好ましく（請求項１
２）、この集塵装置が、ルツボ上方に位置する集塵フー
ドと集塵ダクトと集塵機から成るものとすることができ
る（請求項１３）。このようにすれば、ルツボへの原料
充填中に発生する粉塵やダストは殆ど確実に集塵され、
作業場環境を汚染することはないとともに、ルツボ内に
異物、不純物が混入することを防止することができる。The invention of the raw material filling apparatus according to the present invention preferably includes a dust collecting apparatus.
2) The dust collecting device can be composed of a dust collecting hood, a dust collecting duct, and a dust collector located above the crucible (claim 13). In this way, dust and dust generated during the charging of the raw material into the crucible are almost certainly collected,
The workplace environment is not polluted, and foreign substances and impurities can be prevented from entering the crucible.
【００１９】本発明に係る原料充填方法の発明は、前記
に記載した装置を使用して原料をルツボへ充填すること
を特徴としている（請求項１４）。このように本発明の
ルツボ支持装置や原料充填装置を使用してルツボへ原料
を充填すれば、ルツボがいかに大口径化しても、また原
料が塊状あるいは粒状であっても、効率よく所望の充填
率で所定の充填量に充填することができ、さらに原料や
作業場環境を汚染することもなく、単結晶引上げ機の生
産性と歩留りの向上を図ることができる。[0019] The invention of a raw material filling method according to the present invention is characterized in that a raw material is filled into a crucible using the above-described apparatus (claim 14). Thus, if the crucible is filled with the raw material using the crucible supporting device and the raw material filling device of the present invention, even if the crucible is large in diameter, and even if the raw material is massive or granular, the desired filling efficiency can be improved. Thus, the single crystal pulling machine can be improved in productivity and yield without polluting the raw material and the workplace environment.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、石英ルツボに原料として多結晶シリコンを充填する
場合を例にして具体的に説明するが、本発明はこれらに
限定されるものではない。ここで、図１は本発明のルツ
ボ支持装置の構成例を示す概要説明図であり、図２は本
発明の別の構成例を示す概要説明図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described by taking as an example a case where a quartz crucible is filled with polycrystalline silicon as a raw material, but the present invention is not limited to these. Absent. Here, FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a configuration example of a crucible support device of the present invention, and FIG. 2 is a schematic explanatory view showing another configuration example of the present invention.
【００２１】本発明者等は、半導体単結晶製造に用いら
れるルツボに原料多結晶を充填する際に使用するルツボ
支持装置および原料充填装置並びに原料充填方法につい
て、種々調査、検討を重ねた結果、少なくともルツボを
載置するルツボ受け台と、ルツボを回転させるルツボ回
転機構と、多結晶の重量を測る秤量機構とを具備するも
のとすれば、１バッチの単結晶引上げに必要とする原料
多結晶を短時間に正確な重量でルツボに充填できること
を知見し、諸条件を精査して本発明を完成させたもので
ある。The present inventors have conducted various investigations and examinations on a crucible supporting apparatus, a raw material filling apparatus and a raw material filling method used for filling a raw material polycrystal into a crucible used for manufacturing a semiconductor single crystal. If at least a crucible cradle for mounting a crucible, a crucible rotation mechanism for rotating the crucible, and a weighing mechanism for measuring the weight of the polycrystal are provided, the raw material polycrystal required for pulling a single crystal of one batch Was found to be able to fill a crucible with an accurate weight in a short time, and various conditions were closely examined to complete the present invention.
【００２２】すなわち、図１に示すように、本発明のル
ツボへの原料充填装置１は、例えば、ルツボ３をルツボ
受け台４に載置し、ルツボ受け台４はルツボ受け台保持
軸１１で保持され、ルツボ回転機構５で回転自在、変速
自在に回転され、ルツボ昇降機構８により上下方向に移
動可能となっている。そしてルツボ受け台４はこれらの
機構５、８を介して基台１０上に設置された秤量機構６
上に設置されている。この基台１０には、底面に不図示
のキャスターを取り付け、そのまま搬送できるようにし
てもよい。That is, as shown in FIG. 1, a crucible material filling apparatus 1 according to the present invention, for example, places a crucible 3 on a crucible cradle 4, and the crucible cradle 4 is held by a crucible cradle holding shaft 11. The crucible is held and rotated by a crucible rotating mechanism 5 so as to be freely rotatable and speed-changeable, and can be moved up and down by a crucible lifting mechanism 8. Then, the crucible receiving table 4 is connected to the weighing mechanism 6 installed on the base 10 via these mechanisms 5 and 8.
It is installed above. A caster (not shown) may be attached to the bottom of the base 10 so that the base 10 can be transported as it is.
【００２３】ここで原料を充填するルツボ３は、多結晶
半導体シリコンを溶融するために原料多結晶４０を汚染
せず、かつ適度な強度を備え、高温加熱に適したものが
よく、例えば、石英ルツボが挙げられる。また、原料を
充填する時に、石英ルツボを予めカーボンルツボに嵌め
込んだものとしてもよい。但し、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、これらに限定される
ものではない。The crucible 3 used for filling the raw material is preferably a material which does not contaminate the raw polycrystal 40 because it melts the polycrystalline semiconductor silicon, has a suitable strength, and is suitable for high-temperature heating. Crucibles. Further, when the raw material is filled, a quartz crucible may be fitted in a carbon crucible in advance. However, the present invention is not limited to these, as long as the crucible is suitable for manufacturing a semiconductor single crystal.
【００２４】ルツボ回転機構５は、ルツボ受け台４を保
持するルツボ受け台保持軸１１をモーター１２で回転駆
動する方式（図１参照）、あるいは図２に示したよう
に、ルツボ受け台４をボールベアリング１７を介して回
転自在とし、作業者が手動で把手部材を押してルツボ受
け台４を回転できるようにした方式でもよい。この場
合、ギア回転または摩擦回転を利用して自動化すること
もできる。また、ルツボ回転機構５の回転速度を制御す
る制御手段を設け、多結晶原料の充填時にルツボの中心
からルツボの外周まで順次所定の充填率になるように回
転速度を制御することができる。例えば、多結晶シリコ
ン塊を原料とした時には、ルツボの中心の方に原料を並
べる時は比較的速く、また、ルツボの周辺に原料を並べ
る時は比較的ゆっくりとルツボ３を回転させれば、能率
良く原料の充填作業が可能である。原料が粒状多結晶シ
リコンである場合は、粒状多結晶シリコンをルツボにそ
そぎ込むように原料を充填するため、そそぎ込んだ原料
が一箇所に偏らないように一定速度でルツボを回転させ
ながら作業を行うのがよい。The crucible rotation mechanism 5 is configured to rotate a crucible support shaft 11 for holding the crucible support 4 by a motor 12 (see FIG. 1), or to move the crucible support 4 as shown in FIG. It is also possible to adopt a system in which the crucible holder 4 can be rotated by manually pushing a handle member by a rotatable via a ball bearing 17. In this case, automation can be performed using gear rotation or friction rotation. Further, a control means for controlling the rotation speed of the crucible rotation mechanism 5 can be provided, and the rotation speed can be controlled so that a predetermined filling rate is sequentially obtained from the center of the crucible to the outer periphery of the crucible when the polycrystalline raw material is filled. For example, when a polycrystalline silicon lump is used as a raw material, the crucible 3 can be rotated relatively slowly when arranging the raw material toward the center of the crucible, and relatively slowly when arranging the raw material around the crucible, Efficient filling of raw materials is possible. When the raw material is granular polycrystalline silicon, in order to fill the raw material so that the granular polycrystalline silicon flows into the crucible, work while rotating the crucible at a constant speed so that the poured raw material is not biased to one place. Good to do.
【００２５】ルツボ昇降機構８としては、油圧または空
気圧による流体シリンダ装置や、リンク機構を利用して
ルツボ受け台４を上下移動させるリンク装置１５（図２
参照）、あるいはボールネジ１３を用いてモーター１８
でルツボ受け台４を上下移動させるボールネジ機構（図
１参照）等から選択された方式を用いると良い。この場
合、ルツボ昇降機構８の昇降速度を制御する制御手段を
設け、多結晶原料の充填時にルツボの底の方からルツボ
の上縁まで順次所定の充填率になるように昇降速度を制
御したり、作業者の背丈あるいはルツボを単結晶引上げ
機に移す時などの場合に、搬送装置の高さに応じて調節
するとよい。As the crucible elevating mechanism 8, a hydraulic or pneumatic fluid cylinder device or a link device 15 for vertically moving the crucible support 4 using a link mechanism (FIG. 2)
Or the motor 18 using the ball screw 13.
It is preferable to use a method selected from a ball screw mechanism (see FIG. 1) for moving the crucible support 4 up and down. In this case, a control means for controlling the elevating speed of the crucible elevating mechanism 8 is provided, and the elevating speed is controlled so that a predetermined filling rate is sequentially provided from the bottom of the crucible to the upper edge of the crucible when filling the polycrystalline raw material. When the height of the worker or the crucible is transferred to the single crystal pulling machine, the height may be adjusted according to the height of the transfer device.
【００２６】そしてこの場合、ルツボ３の回転速度およ
び昇降速度は、多結晶４０の充填速度に応じて可変速、
制御可能とすることができる。このようにすれば、ルツ
ボへの多結晶の充填を所定の充填率になるように、また
所定の充填量になるように制御することができ、原料充
填を人手によることなく、完全に自動化することができ
る。In this case, the rotation speed and the elevating speed of the crucible 3 are variable according to the filling speed of the polycrystal 40,
It can be controllable. By doing so, the filling of the polycrystal into the crucible can be controlled so as to have a predetermined filling rate and a predetermined filling amount, and the material filling can be completely automated without manual operation. be able to.
【００２７】多結晶の重量を測る秤量機構６は、例えば
測定値表示器９を具備した機械式秤またはロードセルか
ら選ぶことができる。この場合、好ましくはルツボに充
填される多結晶の重量を制御する制御手段を設け、空ル
ツボの重量（風袋の重量）を測り終えたらルツボへの多
結晶投入装置の運転を開始し、多結晶が所定の重量に達
したら、ルツボへの多結晶投入装置の運転を停止する等
の操作が行えるようにするのが良い。このように単結晶
引上げ機の外部で原料を秤量しながら充填できるので、
引上げ機にルツボをセットした状態で原料を仕込んでい
た時に比べて仕込み精度が著しく向上するとともに、作
業効率が良く引上げ機の生産性を妨げることがなく、引
上げ機回りを汚染することもない。さらに仕込み精度の
向上により、結晶の品質や直径等の安定化を図ることが
できる。The weighing mechanism 6 for measuring the weight of the polycrystal can be selected, for example, from a mechanical weigher having a measured value display 9 or a load cell. In this case, preferably, a control means for controlling the weight of the polycrystal filled in the crucible is provided, and when the weight of the empty crucible (weight of the tare) is measured, the operation of the apparatus for feeding polycrystal into the crucible is started, and When the weight of the crucible reaches a predetermined weight, it is preferable to perform an operation such as stopping the operation of the apparatus for feeding polycrystals into the crucible. In this way, the raw material can be filled while being weighed outside the single crystal pulling machine,
The charging accuracy is remarkably improved as compared with the case where the raw material is charged in a state in which the crucible is set in the pulling machine, the work efficiency is good, the productivity of the pulling machine is not hindered, and the periphery of the pulling machine is not contaminated. Further, by improving the charging accuracy, it is possible to stabilize crystal quality, diameter, and the like.
【００２８】さらにルツボ支持装置１の基台１０は、走
行用の車輪またはキャスターを具備してもよい。原料多
結晶充填済のルツボは高重量になるため、基台１０自身
に駆動装置を設けることで、ルツボ３の移送を円滑に行
うことができる。また多結晶投入装置２０との位置関係
を調整することができ、ルツボへの投入位置を自由に設
定することができる（図３参照）。Further, the base 10 of the crucible support device 1 may be provided with wheels or casters for traveling. Since the crucible filled with the raw material polycrystal becomes heavy, the crucible 3 can be smoothly transferred by providing a driving device on the base 10 itself. In addition, the positional relationship with the polycrystal input device 20 can be adjusted, and the input position into the crucible can be set freely (see FIG. 3).
【００２９】次に本発明の別の実施形態を図２と図４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。図２
は、本発明のルツボ支持装置２であって、ルツボ３を多
結晶４０を充填し易い所望の位置に高さを上げた状態を
示している。また図４は、図２に示した本発明のルツボ
支持装置２を使用してルツボ搬送装置５０との間でルツ
ボ３の受け渡しを行っている状態を示す説明図である。Next, another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 4, but it goes without saying that the present invention is not limited to this embodiment alone. FIG.
Shows a crucible supporting device 2 according to the present invention, in which the crucible 3 is raised to a desired position where the polycrystal 40 can be easily filled. FIG. 4 is an explanatory view showing a state in which the crucible 3 is being transferred to and from the crucible transport device 50 using the crucible support device 2 of the present invention shown in FIG.
【００３０】本発明のルツボ支持装置２は、例えば、ル
ツボ３をルツボ受け台４に載置し、ルツボ受け台４は、
ルツボ３を水平方向に移動してルツボ搬送装置５０との
間でルツボ３を受け渡し可能とするルツボ水平移動機構
７を備えており、ルツボ回転機構５で回転方向左右自
在、変速自在に回転され、ルツボ昇降機構８により上下
方向に移動可能としている。そしてルツボ受け台４はこ
れら機構５、７を介してルツボ昇降機構８上に設置され
た秤量機構６上に設置されている。そして、ルツボ昇降
機構８は、原料充填に際し、ルツボ３の高さ調整を必要
とする時以外は、ピット１６内に納めおさめられてい
る。In the crucible supporting device 2 of the present invention, for example, the crucible 3 is placed on the crucible support 4, and the crucible support 4 is
A crucible horizontal movement mechanism 7 is provided to move the crucible 3 in the horizontal direction and to transfer the crucible 3 to and from the crucible transport device 50. The crucible elevating mechanism 8 can move in the vertical direction. The crucible support 4 is installed on a weighing mechanism 6 installed on a crucible lifting mechanism 8 via these mechanisms 5 and 7. The crucible elevating mechanism 8 is housed in the pit 16 except when it is necessary to adjust the height of the crucible 3 when filling the raw material.
【００３１】ここでルツボ水平移動機構７は、ルツボ受
け台４をスライドさせるローラーコンベア１４または溝
付きレール（不図示）等が例示され、図４（ａ）に示す
ように、ルツボ搬送装置（ローラーコンベア付き台車）
５０上の空のルツボ３とルツボ受け台４をルツボ支持装
置２のローラーコンベア１４上に移設して、原料多結晶
４０を充填し、充填を完了したら多結晶を充填したルツ
ボ３とルツボ受け台４を図４（ｂ）に示すようにルツボ
搬送装置５０のローラーコンベア１４上に移動し、引上
げ機あるいは一時保管庫等まで搬送することができるよ
うになっている。このルツボ水平移動機構によれば、ル
ツボの受け渡しが極めて容易に行え、ルツボの搬送を能
率化することができる。Here, the crucible horizontal movement mechanism 7 is exemplified by a roller conveyor 14 or a grooved rail (not shown) for sliding the crucible receiving table 4, and as shown in FIG. Truck with conveyor)
The empty crucible 3 and the crucible pedestal 4 on the crucible 50 are transferred onto the roller conveyor 14 of the crucible support device 2, and are filled with the raw material polycrystal 40. When the filling is completed, the crucible 3 and the crucible cradle 4 filled with the polycrystal are removed. As shown in FIG. 4B, the crucible can be moved onto the roller conveyor 14 of the crucible conveying device 50 and conveyed to a pulling machine or a temporary storage. According to the crucible horizontal movement mechanism, the crucible can be delivered and received very easily, and the crucible can be transported efficiently.
【００３２】この例では、ルツボ回転機構５にルツボ受
け台４をボールベアリング１７を介して回転自在とした
方式を採用し、ルツボ昇降機構８にはリンク機構を利用
してルツボ受け台４を上下移動させるリンク装置１５を
採用した。また、秤量機構６については前記実施の形態
と同様、ロードセル等を使用することができる。In this example, the crucible rotation mechanism 5 employs a system in which the crucible support 4 is rotatable via a ball bearing 17, and the crucible lifting mechanism 8 uses a link mechanism to move the crucible support 4 up and down. The moving link device 15 is employed. As for the weighing mechanism 6, a load cell or the like can be used as in the above embodiment.
【００３３】次に本発明の原料充填装置６０に付属する
原料投入装置および集塵装置を図３に基づいて説明す
る。図３に示したように、ルツボへの原料投入装置２０
は、少なくとも１つの関節２５を有するベルトコンベア
２１から成り、好ましくは、これに原料多結晶を貯蔵す
るホッパー２３、供給を開閉するゲートバルブ２４、定
量供給を可能とする振動フィーダー２２を具備するもの
とすることができる。原料投入装置をこのように構成す
れば、多結晶の形状が粒状でも塊状であっても、ルツボ
への多結晶の充填を人手を介することなく、極めて簡単
かつ正確に行うことができる。なお、この原料投入装置
は例えば原料導出路としてベルトコンベアの代わりに金
属やプラスチック製の断面が円筒または半円筒のような
前記とは別の実施の形態にも当然のことながら適用でき
るものである。また、原料導出路の代わりの形態とし
て、ロボットのアームで原料を投入するものでもよい。Next, a raw material charging device and a dust collecting device attached to the raw material filling device 60 of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, an apparatus 20 for charging raw materials into a crucible is used.
Consists of a belt conveyor 21 having at least one joint 25, preferably having a hopper 23 for storing raw material polycrystals, a gate valve 24 for opening and closing the supply, and a vibrating feeder 22 for enabling a constant supply. It can be. If the raw material charging apparatus is configured in this manner, even if the polycrystal has a granular or bulky shape, the crucible can be filled with the polycrystal very easily and accurately without manual operation. It should be noted that this material input device can naturally be applied to another embodiment such as a metal or plastic section having a cylindrical or semi-cylindrical shape instead of a belt conveyor as a material outlet path. . Further, as an alternative to the material outlet path, a material may be supplied by a robot arm.
【００３４】さらに少なくとも１つの関節を有するベル
トコンベア２１を使用すれば、コンベアの先端をルツボ
底面に接近させることができるので、コンベアの先端か
ら落下する多結晶の落下衝撃を緩和させることができ、
ルツボの破損や発塵を防止することができる。Further, if the belt conveyor 21 having at least one joint is used, the tip of the conveyor can be made closer to the bottom of the crucible, so that the drop impact of the polycrystal falling from the tip of the conveyor can be reduced.
Crucible breakage and dust generation can be prevented.
【００３５】集塵装置３０は、ルツボ３の上方に位置す
る集塵フード３１と集塵ダクト３２と集塵機３３から成
り、主として前記原料投入装置のベルトコンベア先端か
らルツボ内に落下する際に発生する粉塵を集塵し、作業
場回りに飛散、汚染するのを防止すると共にルツボ内に
異物、汚染物質の混入を防止しようとするものである。The dust collecting device 30 includes a dust collecting hood 31, a dust collecting duct 32, and a dust collector 33 located above the crucible 3, and is mainly generated when the dust falls from the tip of the belt conveyor of the raw material charging device into the crucible. The purpose of the present invention is to collect dust, prevent scattering and contamination around the workplace, and prevent foreign substances and contaminants from entering the crucible.
【００３６】以上詳細に説明した本発明のルツボ支持装
置や原料充填装置を使用して、半導体単結晶製造に用い
られるルツボに原料を充填する方法は、例えば、ルツボ
搬送装置上のルツボとルツボ受け台をルツボ水平移動機
構によりルツボ支持装置の多結晶の重量を測る秤量機構
上に受け取り、ルツボとルツボ受け台の重量（風袋）を
測定した後、ルツボ回転機構によりルツボを所定の速度
で回転させ、ルツボ昇降機構によりルツボの高さを調節
しつつ原料投入装置の角度可変関節付きベルトコンベア
を起動し、ルツボの底から順次ルツボの内円周に沿って
多結晶を投入する。所定量まで充填を完了した時点で原
料投入装置の運転を停止し、次いで原料を充填したルツ
ボとルツボ受け台の重量を測定して、原料の充填量を確
定した後、原料充填ルツボとルツボ受け台をルツボ水平
移動機構によりルツボ搬送装置に移送し、単結晶引上げ
機まで搬送するようにすることができる。The method of filling a crucible used in the production of a semiconductor single crystal with a raw material using the crucible supporting apparatus and the raw material filling apparatus of the present invention described above in detail includes, for example, a crucible and a crucible holder on a crucible transfer apparatus. The crucible is received at a weighing mechanism for measuring the weight of the polycrystal of the crucible supporting apparatus by the crucible horizontal moving mechanism, and the weight (tare) of the crucible and the crucible receiving stand is measured. While adjusting the height of the crucible by the crucible elevating mechanism, the belt conveyor with an angle-variable joint of the raw material charging device is started, and polycrystals are sequentially charged from the bottom of the crucible along the inner circumference of the crucible. When the filling to the predetermined amount is completed, the operation of the raw material charging device is stopped, and then the weight of the crucible filled with the raw material and the crucible cradle is measured to determine the filled amount of the raw material. The table can be transferred to a crucible transfer device by a crucible horizontal moving mechanism and transferred to a single crystal pulling machine.
【００３７】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明
の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同
一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いか
なるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is an exemplification, and has substantially the same configuration as the technical idea described in the scope of the claims of the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
【００３８】例えば上記では、主としてＣＺ法によりシ
リコン単結晶を引上げる場合に用いる石英ルツボ中に多
結晶シリコンを充填する場合を例として説明したが、本
発明はこれには限定されず、他の半導体結晶を製造する
ために、ルツボに原料を投入する場合にも適用できるも
のであることは言うまでもない。For example, in the above description, a case where polycrystalline silicon is filled in a quartz crucible used mainly for pulling a silicon single crystal by the CZ method has been described as an example, but the present invention is not limited to this. It goes without saying that the present invention is also applicable to the case where a raw material is charged into a crucible in order to manufacture a semiconductor crystal.
【００３９】[0039]
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、半導体原料を引上げ機の外部において、ルツボ
に所定の充填率で効率良く短時間に所定量を充填するこ
とができるルツボ支持装置および原料充填装置と充填方
法を提供することができる。これにより、作業効率およ
び生産性の向上を図ることができるとともに、原料の塵
埃で作業場回りを汚染することもないし、充填操作の自
動化も極めて容易である。As described above in detail, according to the present invention, a crucible capable of efficiently filling a predetermined amount of a semiconductor material at a predetermined filling rate in a short time outside a pulling machine is provided. A supporting device, a raw material filling device, and a filling method can be provided. As a result, the work efficiency and productivity can be improved, the surroundings of the work place are not contaminated with the dust of the raw material, and the filling operation can be easily automated.
【図１】本発明の実施の形態の一例に係るルツボ支持装
置の概要説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory view of a crucible support device according to an example of an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の形態の別の例に係るルツボ支持
装置の概要説明図である。FIG. 2 is a schematic explanatory view of a crucible support device according to another example of an embodiment of the present invention.
【図３】図１に示した本発明のルツボ支持装置に原料投
入装置と集塵装置を具備した状態を示す原料充填装置の
概要説明図である。FIG. 3 is a schematic explanatory view of a raw material filling device showing a state in which a raw material charging device and a dust collecting device are provided in the crucible support device of the present invention shown in FIG.
【図４】図２に示した本発明のルツボ支持装置を使用し
てルツボ搬送装置との間でルツボの受け渡しを行ってい
る状態を示す説明図である。 （ａ）ルツボ搬送装置からルツボ支持装置へルツボを水
平移動させる状態を示す説明図である。 （ｂ）ルツボ支持装置で多結晶充填を終えたルツボをル
ツボ搬送装置に水平移動させる状態を示す説明図であ
る。FIG. 4 is an explanatory view showing a state in which the crucible is transferred to and from a crucible transport device using the crucible support device of the present invention shown in FIG. 2; (A) It is explanatory drawing which shows the state which moves a crucible horizontally from a crucible conveyance apparatus to a crucible support apparatus. (B) It is explanatory drawing which shows the state which moves the crucible which completed the polycrystal filling in the crucible support apparatus to a crucible conveyance apparatus horizontally.
１、２…ルツボ支持装置、 ３…ルツボ、 ４…ルツボ
受け台、５…ルツボ回転機構、 ６…秤量機構、 ７…
ルツボ水平移動機構、８…ルツボ昇降機構、 ９…測定
値表示器、 １０…基台、１１…ルツボ受け台保持軸、
１２、１８…モーター、１３…ボールネジ機構、 １
４…ローラーコンベア、 １５…リンク装置、１６…ピ
ット、 １７…ボールベアリング、２０…原料投入装
置、 ２１…関節付きベルトコンベア、２２…振動フィ
ーダー、 ２３…ホッパー、 ２４…ゲートバルブ、２
５…関節、３０…集塵装置、 ３１…集塵フード、 ３
２…集塵ダクト、３３…集塵機、４０…多結晶、 ５０
…ルツボ搬送装置、 ６０…原料充填装置。1, 2 crucible support device, 3 crucible, 4 crucible cradle, 5 crucible rotation mechanism, 6 weighing mechanism, 7…
Crucible horizontal movement mechanism, 8 crucible elevating mechanism, 9 measurement value display, 10 base, 11 crucible support shaft,
12, 18 ... motor, 13 ... ball screw mechanism, 1
4 ... roller conveyor, 15 ... link device, 16 ... pit, 17 ... ball bearing, 20 ... material feeding device, 21 ... articulated belt conveyor, 22 ... vibrating feeder, 23 ... hopper, 24 ... gate valve, 2
5 joint, 30 dust collecting device, 31 dust collecting hood, 3
2: dust collecting duct, 33: dust collector, 40: polycrystalline, 50
... crucible conveying device, 60 ... raw material filling device.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石平 哲也 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地 信越半導体株式会社白河工場内 Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA04 CF05 EG13 EG27 HA12 PD08 PD12 5F053 AA12 BB04 BB08 BB60 DD01 FF04 GG01 HH04 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Tetsuya Ishidaira 150 Odakura Osaikura, Nishigo-mura, Nishishirakawa-gun, Fukushima Prefecture F-term in Shin-Etsu Semiconductor Shirakawa Plant (reference) 4G077 AA02 BA04 CF05 EG13 EG27 HA12 PD08 PD12 5F053 AA12 BB04 BB08 BB60 DD01 FF04 GG01 HH04
Claims (14)
原料を充填する際に使用するルツボへ原料を充填するた
めに、少なくともルツボを載置するルツボ受け台と、ル
ツボを回転させるルツボ回転機構と、原料の重量を測る
秤量機構とを具備することを特徴とするルツボ支持装
置。1. A crucible cradle on which at least a crucible is placed for filling a crucible used for filling a crucible used for manufacturing a semiconductor single crystal with a raw material, and a crucible rotating mechanism for rotating the crucible. And a weighing mechanism for measuring the weight of the raw material.
に移動してルツボ搬送装置との間でルツボを受け渡し可
能とするルツボ水平移動機構を備えていることを特徴と
する請求項１に記載したルツボ支持装置。2. A crucible horizontal moving mechanism according to claim 1, wherein said crucible receiving table has a crucible horizontal moving mechanism for moving the crucible in a horizontal direction so as to transfer the crucible to and from a crucible transport device. Crucible support device.
台をスライドさせるローラーコンベアまたは溝付きレー
ルであることを特徴とする請求項２に記載したルツボ支
持装置。3. The crucible supporting device according to claim 2, wherein the crucible horizontal moving mechanism is a roller conveyor or a grooved rail for sliding a crucible receiving table.
ボールベアリングを介して回転自在としたもの、または
ルツボ受け台保持軸を回転駆動するものであることを特
徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載
したルツボ支持装置。4. The crucible rotating mechanism according to claim 1, wherein the crucible receiving base is rotatable via a ball bearing, or a crucible receiving base holding shaft is rotationally driven. 4. The crucible support device according to any one of the above items 3.
た機械式秤またはロードセルであることを特徴とする請
求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載したルツボ
支持装置。5. The crucible supporting device according to claim 1, wherein the weighing mechanism is a mechanical weigher or a load cell equipped with a measured value display.
昇降機構を具備することを特徴とする請求項１ないし請
求項５のいずれか１項に記載したルツボ支持装置。6. The crucible supporting device according to claim 1, further comprising a crucible elevating mechanism for moving the crucible receiving table up and down.
圧による流体シリンダ装置、リンク機構を利用してルツ
ボ受け台を上下移動させるリンク装置、またはボールネ
ジを用いてルツボ受け台を上下移動させるボールネジ機
構から選択される１種であることを特徴とする請求項６
に記載したルツボ支持装置。7. The crucible lifting mechanism may be a hydraulic or pneumatic fluid cylinder device, a link device that moves the crucible cradle up and down using a link mechanism, or a ball screw mechanism that moves the crucible cradle up and down using a ball screw. 7. A type selected from the group consisting of:
The crucible support device described in 1 above.
に嵌め込んだものであることを特徴とする請求項１ない
し請求項７のいずれか１項に記載したルツボ支持装置。8. The crucible supporting device according to claim 1, wherein the crucible is a quartz crucible fitted into a graphite crucible.
降速度は、原料の充填速度に応じて可変速、制御可能と
したことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれ
か１項に記載したルツボ支持装置。9. The method according to claim 1, wherein the rotation speed and / or the elevating speed of the crucible are variable and controllable in accordance with the material filling speed. Crucible support device.
項に記載したルツボ支持装置にルツボへの原料投入装置
を具備することを特徴とする原料充填装置。10. The method according to claim 1, wherein:
A raw material filling apparatus, comprising: the crucible supporting apparatus described in the above section;
くとも１つの関節を有する原料導出路から成ることを特
徴とする請求項１０に記載した原料充填装置。11. The raw material filling apparatus according to claim 10, wherein the raw material charging device for the crucible comprises a raw material outlet path having at least one joint.
１項に記載したルツボ支持装置またはルツボへの原料投
入装置に集塵装置を具備することを特徴とする原料充填
装置。12. A raw material filling apparatus comprising a dust collecting device in the crucible supporting device or the raw material charging device into the crucible according to any one of claims 1 to 11.
る集塵フードと集塵ダクトと集塵機から成ることを特徴
とする請求項１２に記載した原料充填装置。13. The raw material filling apparatus according to claim 12, wherein the dust collecting apparatus comprises a dust collecting hood, a dust collecting duct, and a dust collector located above the crucible.
１項に記載した装置を使用して原料をルツボへ充填する
ことを特徴とする原料充填方法。14. A raw material charging method, comprising charging a raw material into a crucible using the apparatus according to any one of claims 1 to 13.
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