(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回収パイプが貫設された回収室と回収室内部を負圧状態とする減圧装置と、送出パイプが貫設された送出室と、送出室内部を正圧状態とする加圧装置とを備えており、
回収パイプおよび送出パイプは連結され、且つ、それぞれのパイプの側壁には貫通穴が穿設されることを特徴とする球状物の搬送雰囲気変換装置。
【請求項２】
回収パイプは多孔質材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の球状物の搬送雰囲気変換装置。
【請求項３】
送出パイプ側壁に穿設される貫通穴は、被処理物の流下方向に向けて送出パイプの外周面から内周面にかけて傾斜せしめられていることを特徴とする請求項１に記載の球状物の搬送雰囲気変換装置。
【請求項４】
送出パイプは、間隔をおいて複数の圧電素子を取り付けてなり、送出パイプの内径は局所的に小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の球状物の搬送雰囲気変換装置。
【請求項５】
複数の圧電素子は、下流側に位置する第１の圧電素子と上流側に位置する第２の圧電素子とが前記送出パイプに沿って、ほぼ被処理物の外径に相当する程度の距離を隔てて配設されており、
第１の圧電素子は、第２の圧電素子よりもやや先に作動するように構成され、第１の圧電素子によって縮径された第１の縮径部と第２の圧電素子によって縮径された第２の縮径部との間に瞬間的に被処理物が保持されたのち、第１の縮径部が元の状態に戻り、第２の縮径部によって瞬間的に形成された下流側に向かう力によって送出されることを特徴とする請求項４に記載の球状物の搬送雰囲気変換装置。
【請求項６】
回収室または送出室を複数具備したことを特徴とする請求項１に記載の球状物の搬送雰囲気変換装置。
【請求項７】
回収室と送出室との間には、少なくとも１組のガス供給室およびガス回収室が配設され、
ガス供給室は、回収パイプに連結されたガス供給パイプとガス供給パイプが貫設されたガス供給室本体とガス供給室本体内部にガスを供給し正圧状態とする供給装置とを具備し、
ガス回収室は、ガス供給パイプに連結されたガス回収パイプとガス回収パイプが貫設されたガス回収室本体とガス回収室本体内部を負圧状態とする減圧装置とを具備しており、
且つ、
ガス回収パイプは送出パイプに連結されていることを特徴とする請求項１または請求項６に記載の球状物の搬送雰囲気変換装置。
【請求項８】
搬送雰囲気ガスが不活性ガスであることを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の球状物の搬送雰囲気変換装置。
【請求項９】
搬送雰囲気ガスが不活性ガスであり、ガス供給室に供給される不活性ガスは、所望の温度に制御されるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の球状物の搬送雰囲気変換装置。
【請求項１０】
搬送雰囲気ガスが反応性ガスであり、ガス供給室に供給される反応性ガスは所望の温度に制御され、ガス供給室が成膜またはエッチングを行う反応室を構成していることを特徴とする請求項７に記載の球状物の搬送雰囲気変換装置。
【請求項１１】
回収室と送出室との間に配設されたガス供給室およびガス回収室が２組以上であり、
それぞれのガス供給室に供給されるガスは、それぞれ異なる温度に制御されることを特徴とする請求項７に記載の球状物の搬送雰囲気変換装置。
【請求項１２】
球状物は球状の単結晶シリコンであり、
ガス供給室は上流側に位置する第１のガス供給室と下流側に位置する第２のガス供給室とからなり、
第１のガス供給室は窒素アニールを行う窒化処理室であり、
第２のガス供給室は室温下のガスによる温度調整室であることを特徴とする請求項１１に記載の球状物の搬送雰囲気変換装置。
【請求項１３】
回収室と送出室との間に配設されたガス供給室およびガス回収室が２組以上であり、
それぞれのガス供給室には、異なる組成のガスが供給されることを特徴とする請求項７に記載の球状物の搬送雰囲気変換装置。
【請求項１４】
球状物は単結晶シリコンであり、
ガス供給室は上流側に位置する第１のガス供給室と下流側に位置する第２のガス供給室とからなり、
第１のガス供給室は、制御された温度の第１の反応性ガスを供給し、第１の膜を形成する第１の成膜室であり、
第２のガス供給室は、制御された温度の第２の反応性ガスを供給し、第２の膜を形成する第２の成膜室であることを特徴とする請求項１３に記載の球状物の搬送雰囲気変換装置。
【請求項１５】
送出室に対して送出パイプを高速回転させる回転手段を具備し、送出パイプ内部に供給されたガスが旋回流を形成するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の球状物の搬送雰囲気変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、球状単結晶シリコンのような球状物を異なる雰囲気の中を通して搬送する際に使用する球体物の搬送雰囲気変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、通常、半導体装置の形成に際しては、シリコンウェハ上に回路パターンを形成し、これを必要に応じてダイシングすることにより半導体チップを形成するという方法がとられている。このような中で近年、単結晶シリコンなどの球状の半導体（Ｂａｌｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）上に回路パターンを形成する技術が提案されている。
【０００３】
この球状の単結晶シリコンを用いて、太陽電池や光センサなどのディスクリート素子あるいは半導体集積回路を形成するには、球状の単結晶シリコンの鏡面研磨工程、洗浄工程、薄膜形成工程、レジスト塗布、フォトリソグラフィー工程、エッチング工程などの種々の処理工程が必要になる。そして、この球状の半導体素子を効率的に製造するためには、各処理工程を連結してライン化する必要がある。
【０００４】
しかしながら、各工程では、活性ガス、不活性ガス等の気体のみならず、水や各種溶液等の液体をも含む種々の雰囲気での処理がなされる。このような処理工程を連結する場合、前工程から被処理物を搬送する雰囲気を後工程に持ち込まないようにしなければならないため、工程間において被処理物から前工程の雰囲気を除去し、そして後工程に合わせた雰囲気に変換して被処理物を搬送する作業が必要である。しかも、この作業には生産性並びに品質の点からも高速性と、高い信頼性とが要求される。
【０００５】
そこで、本出願人は、特願平９−１６２７１１号において、連続する前後の工程間における雰囲気の漏れを防止しつつ球状物を高速で搬送して処理することのできる装置として、回転受継器外周面の収容室に球状物を収容して回転搬送しつつ、前記収容室内の雰囲気を順次置換する球状物の搬送雰囲気変換装置を提案している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記回転受継器の如きローターを有する雰囲気変換装置においては、球状物をローターの収容室に導入し又は排出する場合に該球状物の導入又は排出のタイミングと前記ローターの回転を同期させなければならず、センサーにより球状物の位置を確認し、その動作を制御する必要がある。このために、複雑な制御機構を添付しなければならないという問題があった。
【０００７】
また、前記収容室の出入口において、雰囲気を完全に遮断するために設けられるシール材が微細なパーティクルの発生源となる。
【０００８】
さらにまた、このような収容室内では、摩擦による球状物表面の損傷を防ぎ、効率よく搬送するためには、球状物を浮かすためのパージを必要とし、ローターの形状が複雑となる。
【０００９】
本発明において解決すべき課題は、複雑な機構を要することなく、球状物を高速で搬送しながら、連続する処理工程間における雰囲気の漏洩を防止する球状物の搬送雰囲気変換装置、とくに、球状単結晶シリコンのような球状半導体の成膜処理やエッチング処理などの半導体処理を高速かつ確実に行うことができる球状物の搬送雰囲気変換装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の球状物の搬送雰囲気変換装置は、回収パイプが貫設された回収室と回収室内部を負圧状態とする減圧装置と、送出パイプが貫設された送出室と、送出室内部を正圧状態とする加圧装置とを備えており、回収パイプおよび送出パイプは連結され、且つ、それぞれのパイプの側壁には貫通穴が穿設されることを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、回収パイプ及び送出パイプを連結して、回収パイプ内部を負圧状態、前記送出パイプ内部を正圧状態とすることにより、球状の単結晶シリコン等の球状物の処理における雰囲気の変換を複雑な機構を要することなく行うことができる。
【００１２】
なお、本発明における「雰囲気」としては、活性ガス、不活性ガス等の気体のみならず、水や各種溶液等の液体をも適用することができ、且つ、「球状物」としては、球状シリコンのみならず、各種雰囲気中での処理を要する様々な材質の球状物も適用できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す本発明の実施例に基づき発明の実施の形態を説明する。実施例１
図１は、本発明の搬送雰囲気変換装置の第１の実施例を示す図である。同図において、搬送雰囲気変換装置１は回収室２及び送出室６とを備えており、回収室２内部の空間は配管を介して減圧装置としての回収ポンプ４及び所定温度に冷却された回収タンク５に連結され、送出室６内部の空間は配管を介して加圧装置としての送出ポンプ８に連結されている。回収室２には、多孔質材料からなる回収パイプ３が貫設されており、回収ポンプ４によって回収室２内部を減圧状態にすることにより、回収室内が回収パイプ３の内部に対して負圧状態となり、回収パイプ３内のガスが多孔質材料の孔を介して回収タンク５へと導かれるようになっている。ここでは多孔質材料は、セラミック、樹脂、金属の粉体を焼結する等の方法により得られたものが用いられる。回収パイプ３の一端は例えば、減圧ＣＶＤ装置など、図示しない前処理装置に連結されており、前工程で処理され、表面にＣＶＤ酸化膜の形成された球状の単結晶シリコンのような球状物を受け入れる一方、回収パイプ３の他端は後述する送出パイプ７に連結されており、前工程で使用されたモノシラン（ＳｉＨ４）とＮ２Ｏガス等の雰囲気が除去された状態で球状物を送出パイプ７に送り出す。
【００１４】
なお、回収室２内部に位置する回収パイプ３の側壁に多数の貫通孔を設けるようにしてもよい。回収パイプ３の材質には搬送雰囲気、例えば、不活性ガス、水等に合わせて、セラミック、樹脂、金属、或いは前記各種材料に樹脂をコーティングしたもの等を用いることができる。回収パイプ３の側壁に穿設される貫通孔の数及び口径は、球状物の円滑な搬送を妨げない範囲で任意に設定可能である。また、回収パイプ３を多孔質材料で構成することもできる。この場合は、回収パイプ３の側壁に貫通孔を別途加工する必要がないので、回収パイプ３の製造のコストを低減できる。また、回収パイプ３内のガス等は、回収室２内では、回収ポンプ４の作動による差圧により、広い領域にわたって、回収室２を経て回収タンク５へと導かれるが、その内周面全面からガス等の雰囲気が除去されるために、前記雰囲気が回収パイプ３内に残留しにくい。回収パイプ３の材質としては、樹脂を用いることができ、この場合には、耐熱性、耐薬品性及び焼結成形可能な面からみてフッ素樹脂が好ましい。
【００１５】
一方、送出室６には、回収室２の場合と同様に、送出パイプ７が貫設されており、送出パイプ７の一端は前記回収パイプ３に連結され、回収パイプ３から球状物を受け取る一方、他端は送出室６外部へ延設されて図示しない次処理装置に連結されており、送出ポンプ８によって不活性ガスを送出することにより、球状物を次工程に送り出す。送出パイプ７としては、上記回収室２内に配置された回収パイプ３と同様の形態を採用することができる。
【００１６】
図２は、送出室６内部の空間に位置する送出パイプ７側壁には径の小さい多数の貫通孔７ａを設けた例を示すもので、その貫通孔７ａの方向は、球状物が送出パイプ７内を流れる方向に向けて送出パイプ７の外周面からパイプ内周面へ向けて傾斜している。貫通孔７ａの数、配置個所及び傾斜角度は、球状物の円滑な搬送を確保できるように設定する必要があるが、図示された実施例の形状に特に限定されるものではない。
【００１７】
以下に、搬送雰囲気変換装置１の動作について説明する。
【００１８】
回収室２内部の空間は回収ポンプ４の作用により、回収パイプ内部の空間に対して、負圧状態とされており、回収パイプ３側壁に多数設けられた貫通孔を介して該回収パイプ３内部も負圧状態とされている。回収パイプ３内が負圧であるために、球状物は図示しない前処理装置から吸引され、滞留することなく回収室２へと搬入されてくる。
【００１９】
そして、前工程で処理された球状物が回収室２内部の位置に到達すると、球状物と共に搬送されてくる前工程で使用されたガス等の雰囲気は、回収パイプ３側壁の上記貫通孔を介して回収パイプ３内部から回収室２内部の空間へと吸引され、配管を介して、最終的には、所定温度に冷却された回収タンク５へと回収される。なお、回収室２内部の空間は前記雰囲気の回収を効率的に行うために所定の温度に制御されることが好ましい。
【００２０】
また、送出室６内部の空間は送出ポンプ８の作動により正圧状態とされており、送出パイプ７内部には、不活性ガスあるいは次処理工程で用いる雰囲気ガスが導入される。
【００２１】
図２は、送出パイプ７内部にガスを導入するための貫通孔７ａの形態を示す。貫通孔７ａは、その径を小さく、また、球状物が送出パイプ７内を流れる方向に向けて送出パイプ７の外周面から内周面へ向けて傾斜して穿設されているために、送出パイプ７内部には、次工程で用いる雰囲気ガスを高速で送出パイプ７内部に向けて噴出する。送出パイプ７の内部においては、貫通孔７ａより上流側の部分は雰囲気ガスの流れの作用により減圧状態となっている。
【００２２】
したがって、前工程で使用された雰囲気の吸引が完了した状態で回収パイプ３内に存在している球状物は真空引きに近い状態で回収パイプ３から送出パイプ７方向へと吸引され、更に、貫通孔７ａから噴出している前記雰囲気の流れに乗って次工程へと円滑に送り出される。
【００２３】
このように、本発明においては、前工程で使用された雰囲気は回収室２の内部の空間を介して回収パイプ３内から吸引除去され、次工程で使用される雰囲気は送出室６を介して送出パイプ７内へ導入されるので、これら雰囲気が互いに混入することがない。そして、上記工程において、球状物自体の流れは妨げられることなく連続的に搬送することができ、その搬送路上で上記各雰囲気の置換を高速で行うことができる。
【００２４】
実施例２
この実施例は図３によって示すように、実施例１に係る図１の装置において、不活性ガスによる置換処理機構を追加した搬送雰囲気変換装置例２０である。なお、図３において、図１に示す部材と同一の部材については同一符号を付しており、説明を省略する。
【００２５】
図３において、不活性ガスによる置換処理機構は、回収室２と送出室６の間に配設した不活性ガス供給室１６および不活性ガス回収室１２からなる。ここで１３，１７によって示す回収パイプおよび供給パイプは多孔性材料で形成されている。かかる構成によれば、前工程で用いたガスを良好に不活性ガスに置換することができ、次工程に前工程のガスが残留するのを防止することができる。また、この置換処理装置は、１段のみならず不活性ガス供給室１６および不活性ガス回収室１２の組を多数形成し、多段で行うようにしてもよい。
【００２６】
また、回収室２又は送出室６をそれぞれ複数連設して、回収室２での雰囲気の吸引又は送出室６での雰囲気の導入を、それぞれ所定回繰り返してもよい。このようにすることにより、前工程で用いた雰囲気と次工程で用いる雰囲気との変換をより確実に行うとともに、より高速での球状の単結晶シリコンの送出が可能となる。
【００２７】
実施例３
この実施例は、図４に示すように、図１に示す第１の実施例に加え、雰囲気変換の完了した球状の単結晶シリコンを次工程へと間欠的に送出することができる間欠駆動機構を配設した搬送雰囲気変換装置３０の例である。図１及び図２に記載される部材と同一の部材については同一符号を付し、説明を省略する。
【００２８】
図４において、９ａ及び９ｂは、それぞれ送出パイプ７の延設部分に取り付けられた第１の圧電素子及び第２の圧電素子であり、１０ａ及び１０ｂは、第１の圧電素子９ａ及び第２の圧電素子９ｂにそれぞれ取り付けられた第１の超音波発信器及び第２の超音波発信器である。
【００２９】
図５の（ａ）から（ｃ）は、この搬送雰囲気変換装置３０の動作を説明する図である。図４に示す第２の超音波発信器１０ｂを作動させて第２の圧電素子９ｂを振動させると、送出パイプ７に加圧力が加わり、図５（ａ）に示すように、送出パイプ７の径は小さくなり、第２の圧電素子９ｂの位置で球状物Ｓは停止する。次いで、図５（ｂ）のように、第１の超音波発信器１０ａを作動させて第１の圧電素子９ａを振動させ、同様に加圧力を加えて送出パイプ７の径を小さくする。ここで、球状物Ｓには送出パイプ７の下流側へ向かう力Ｆが作用する。そして、第２の超音波発信器１０ｂの作動を停止させ、第２の圧電素子９ｂによる加圧力から送出パイプ７を開放すると、球状物Ｓは図４に示す送出室６からの雰囲気の流れと上記力Ｆの作用により、図５（ｃ）に示すように、送出パイプ７内を次工程に向けて送り出される。これによって、球状物Ｓを一定の間隔をおいて、次工程に送出することが可能となり、その間隔は第１及び第２の超音波発信器１０ａ及び１０ｂの作動間隔を設定することにより任意かつ容易に調節することが可能となる。
【００３０】
この実施例における送出パイプ７の材質は、第１及び第２の圧電素子９ａ及び９ｂの作用により変形可能な程度の剛性を有するものであれば、特に限定されない。
【００３１】
また、上記第１及び第２の圧電素子９ａ及び９ｂは、送出パイプ７の内周面に埋設して、直接、これらの圧電素子が球状物Ｓに接触するようにしてもよい。このようにすることで、送出パイプ７を介することなく、球状物の停止及び送り出し操作を確実に行うことができる。この場合は、前記圧電素子を送出パイプ７内の雰囲気から保護するためにフッ素樹脂等の変形可能な材質で前記圧電素子を被覆しておくことが好ましい。
【００３２】
実施例４
この実施例は、図１に示す搬送雰囲気変換装置において、送出室６内に配置した送出パイプ７を高速回転可能とした例を示す。図６に示すこの高速回転可能とした送出パイプ２７は図示しない回転駆動装置と回転継ぎ手１８を介して高速回転可能としたものである。これによって、送出パイプ２７に設けた貫通孔２７ａから噴出する不活性ガスが送出パイプ２７の内部で旋回流を形成し、球状の単結晶シリコンは、送出パイプ２７の内壁に接触することなく次工程へと送出される。また、この例において、送出パイプ２７へのガスの供給を間欠的に行うことにより、間欠的に球状の単結晶シリコンを送出することも可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によって以下の効果を奏する。
【００３４】
（１）  処理球状物は、単に円滑に搬送できるだけではなく、所定の間隔をおいての円滑な搬送も可能である、球状の単結晶シリコンなどの被処理物を高速で所望の温度下に導くことができ、高温でのアニールなどの処理が容易になる。
【００３５】
（２）  球状の単結晶シリコン等の球状物の処理工程における雰囲気の変換は、複雑な機構及び制御を要することなく簡単に行うことができる。
【００３６】
（３）  処理球状物の搬送のための正圧、負圧状態の維持管理も容易に、且つ安価に実現できる。
【００３７】
（４）  供給パイプ内の球状の単結晶シリコンなどの被処理球状物に対し、少量のガスで効率よく均一な成膜あるいはエッチング処理を行うことが可能となる。
（５）  球状の単結晶シリコンなどの被処理物表面を多段階で処理し、複数の組成の異なる膜を形成することも可能である。
【００３８】
（６）  極めて作業性が良く、容易に球状物の処理を行うことができる。
【００３９】
（７）  １原子層程度の極めて薄い薄膜いわゆる超薄膜を複数種積層するいわゆる超格子構造を形成する事も容易に可能である。
【００４０】
（８）  非接触の状態で球状物を搬送することが可能となり、処理球状物の表面の傷つきを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の搬送雰囲気変換装置の第１の実施例を断面によって示す。
【図２】送出室内部空間に配置した送出パイプ７側壁に設けた貫通孔の状態を示す。
【図３】不活性ガスによる置換処理機構を追加した本発明の搬送雰囲気変換装置の第２の実施例を示す。
【図４】雰囲気変換の完了した球状の単結晶シリコンを次工程へと間欠的に送出することができる間欠駆動機構を配設した搬送雰囲気変換装置の例を示す。
【図５】図４に示す間欠駆動機構を配設した搬送雰囲気変換装置の作動状態を示す。
【図６】高速回転可能とした送出パイプの例を示す。
【符号の説明】
１，２０，３０  搬送雰囲気変換装置
２  回収室
３  回収パイプ
４  回収ポンプ
５  回収タンク
６  送出室
７，２７  送出パイプ
７ａ，２７ａ  貫通孔
８  送出ポンプ
９ａ  第１の圧電素子
９ｂ  第２の圧電素子
１０ａ  第１の超音波発信器
１０ｂ  第２の超音波発信器
１２  不活性ガス回収室
１３  回収パイプ
１６  不活性ガス供給室
１７  供給パイプ
１８  回転継ぎ手
Ｓ  球状物
Ｆ  下流側へ向かう力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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