多晶硅棒搬出夹具及多晶硅棒的获取方法
【专利摘要】在筒状部件(210)的内周面的彼此相对的两个平面双方设有安全气囊(220A、220B)。在多晶硅棒(11)的获取作业时，将搬出夹具(200)的筒状部件(210)从上方被覆于(一对)多晶硅棒(11)等而收容于内部，如果向安全气囊(220)的内部注入气体使之膨胀，则该安全气囊(220)从与包含牌坊型的两柱部的平面垂直的方向按压多晶硅棒(11)的侧面而保持于筒状部件(210)内。而且，在该保持状态下，将多晶硅棒(11)向反应炉外取出。即使在多晶硅棒(11)产生龟裂，由于来自外部的冲击等被安全气囊(220)吸收，所以也会避免崩塌等。
【专利说明】多晶硅棒搬出夹具及多晶硅棒的获取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及将通过西门子法制造的多晶硅棒向反应炉外搬出时使用的夹具及使 用该夹具的多晶硅棒的获取方法。
【背景技术】
[0002] 多晶硅为半导体器件制造用单晶硅基板、太阳能电池制造用硅基板的原料。通常， 多晶硅的制造通过如下所述的西门子法来进行，所述西门子法使含有氯硅烷的原料气体与 已被加热的娃芯线接触，通过化学气相反应法（CVD :Chemical Vapor Deposition)使多晶 娃在该娃芯线的表面析出。
[0003] 在通过西门子法使多晶硅生长的情况下，在反应炉内，将垂直方向2根和水平方 向1根的硅芯线组装成牌坊型，将该牌坊型硅芯线的端部分别收容于芯线支架，将这些芯 线支架固定于设置在基板上的一对金属电极。通过经由金属电极对牌坊型硅芯线通电，由 此对硅芯线通电加热，通过原料气体与该硅芯线接触而产生多晶硅的析出，获得多晶硅棒。 此外，在一般的反应炉中，为在基板上配置有多组牌坊型硅芯线的结构。
[0004] 设于反应炉的穹顶形的反应容器（钟罩）的内部空间由基板密闭，该密闭空间成 为多晶硅的气相生长反应空间。牌坊型硅芯线通电用的金属电极夹着绝缘物而贯通基板， 与设于钟罩下方的电源连接，或与配置于钟罩内的向其它的牌坊型硅芯线的通电用金属电 极连接。这种结构例如公开于日本特开2011 - 68553号公报（专利文献1)中。
[0005] 在商业性的反应炉中，在内部设有数十个牌坊型硅芯线，且配置成多重环式。近年 来，随着多晶硅的需求增大，用于提高生产量的反应炉的大型化正在进展，采用了在一批中 使大量的多晶硅析出的方法。伴随着该倾向，配置于反应炉内的硅芯线的数量变多，各种硅 芯线也变长。
[0006] 另外，大口径化也在进展，目前，制造直径超过100mm的多晶硅棒，在日本特开 2011 - 195441号公报（专利文献2)中公示有用于制造直径200mm、长度3000mm的多晶 硅棒的方法。这种尺寸的多晶硅棒在牌坊型的状态下的重量超过400kg，而且，在反应结束 后的多晶硅棒上多产生龟裂，也有崩塌等危险性，因此，在反应结束后从反应炉搬出的作业 (获取作业）困难且危险。
[0007] 鉴于这种问题，在日本特开2002 - 210355号公报（专利文献3)中公开有从确保 作业者的安全的观点出发，用于以远距离操作获取多晶硅棒的装置（杆解体机）的发明。
[0008] 现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1 :日本国特开2011 - 68553号公报
[0011] 专利文献2 :日本国特开2011 - 195441号公报
[0012] 专利文献3 :日本国特开2002 - 210355号公报
【发明内容】
[0013] 发明所要解决的课题
[0014] 但是，上述的专利文献3中公开的装置为利用在数个部位固定的夹具保持多晶硅 棒的装置，因此，起因于龟裂的多晶硅棒的崩塌等危险性仍然存在。
[0015] 本发明是鉴于这样的问题而创立的，其目的在于，提供一种用于将使多晶硅在硅 芯线上析出而获得的大口径/大重量的多晶硅棒简便且安全地向反应炉外搬出的夹具及 使用该夹具的多晶硅棒的获取方法。
[0016] 为了解决所述课题，本发明提供一种多晶硅棒搬出夹具，其在将使多晶硅在组成 为牌坊型的硅芯线上生长而得到的硅棒向反应炉外取出时使用，其中，所述多晶硅棒搬出 夹具具备：筒状部件，其用于在内部收容所述多晶硅棒；及安全气囊，其设置于该筒状部件 内，所述安全气囊在通过向内部注入气体而膨胀了的状态下，从与包含所述牌坊型的两柱 部的平面垂直的方向按压所述多晶硅棒的侧面而保持于所述筒状部件内。
[0017] 在一方式中，所述筒状部件的内周面具有至少一对彼此相对的两个平面，且在该 两个平面双方设置有所述安全气囊。
[0018] 另外，在另一方式中，所述筒状部件的内周面具有至少一对彼此相对的两个平面， 在该两个平面的一方设置有所述安全气囊。
[0019] 该情况下，优选的是，在所述两个平面的另一方设置有弹性部件，所述弹性部件在 所述多晶硅棒被保持于所述筒状部件内的状态下与所述多晶硅棒的侧面相接。
[0020] 本发明的多晶硅棒搬出夹具可以为如下方式，还具备用于将在内部保持有所述多 晶硅棒的状态的所述筒状部件吊升移动的悬垂用夹具。
[0021] 另外，也可以为如下方式，在所述筒状部件的下部设置有可拆装的底板。
[0022] 优选的是，所述筒状部件的彼此相对的两个内周平面中的至少一方的外周面为平 滑面。
[0023] 该情况下，也可以为如下方式，所述外周面能够从所述筒状部件主体分离。
[0024] 本发明的多晶硅棒的获取方法中，使用上述的多晶硅棒搬出夹具，在所述筒状部 件的内部收容多晶硅棒，向所述安全气囊的内部注入气体使之膨胀，将所述多晶硅棒以保 持在所述筒状部件内的状态向所述反应炉外取出。
[0025] 发明效果
[0026] 根据本发明，能够将使多晶硅在硅芯线上析出而获得的大口径/大重量的多晶硅 棒简便且安全地向反应炉外搬出。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1是表示通过本发明制造多晶硅棒时的反应炉的结构的一例的剖面概略说明 图；
[0028] 图2是用于说明在析出反应结束后的多晶硅棒看到的龟裂的情况的图；
[0029] 图3是用于说明使用本发明的多晶硅棒搬出夹具将多晶硅棒向反应炉外取出时 的情况的概略图；
[0030] 图4A是例示与在内部收容有一对多晶硅棒的状态下的筒状部件的长度方向垂直 的截面的形状的图；
[0031] 图4B是例示与在内部收容有一对多晶硅棒的状态下的筒状部件的长度方向垂直 的截面的形状的图；
[0032] 图4C是例示与在内部收容有一对多晶硅棒的状态下的筒状部件的长度方向垂直 的截面的形状的图；
[0033] 图5是例示在内部收容有一对多晶硅棒的状态下的筒状部件的长度方向的截面 的形状的图；
[0034] 图6是例示在内部收容有一对多晶硅棒的状态下的筒状部件的长度方向的截面 的形状的图；
[0035] 图7是例示在内部收容有一对多晶硅棒的状态下的筒状部件的长度方向的截面 的形状的图；
[0036] 图8是用于说明在附带辊的台车上以使筒状部件横倒的方式载置筒状部件，并仅 将收容于内部的多晶硅棒向另外准备的台车上取出的情况的图；
[0037] 图9是用于说明图8的例示中使用的筒状部件的构造的图；
[0038] 图10是用于说明具有可从主体分离的外周面的筒状部件的其它构成例的图。
【具体实施方式】
[0039] 下面，参照附图，对用于实施本发明的方式进行说明。
[0040] 图1是表示通过本发明制造多晶硅棒时的反应炉100的结构的一例的剖面概略说 明图。反应炉100是通过西门子法使多晶硅在硅芯线12的表面气相生长而得到多晶硅棒 11的装置，由基板5和钟罩1构成。
[0041] 在基板5上配置有：向娃芯线12供给电流的金属电极10 ;供给氮气、氢气、三氯娃 烷气体等工艺气体的气体喷嘴9 ;及排出废气的反应废气出口 8。
[0042] 在钟罩1上设有用于对钟罩1进行冷却的制冷剂入口 3和制冷剂出口 4及用于目 视确认内部的窥视窗2。另外，在基板5上也设有用于对基板5进行冷却的制冷剂入口 6和 制冷剂出口 7。
[0043] 在金属电极10的顶部设置有用于固定硅芯线12的碳制的芯线支架14。硅芯线 12乃至多晶硅棒11通过来自电力供给电路16的通电而被加热。此外，在图1中表示了在 钟罩1内配置有2对组成为牌坊型的硅芯线12的状态，硅芯线12的对数不限定于此，也可 以配置3对以上的多个硅芯线12。
[0044] 另外，在图1中，作为在多晶硅的析出反应开始之前进行的硅芯线12的初期加热 用，图示有从电源15供给电力且用于对硅芯线12表面进行辐射加热的碳加热器13。该碳 加热器13的设置目的是，通过辐射加热使硅芯线12的电阻降低，由此将初期通电时向硅芯 线12的施加电压抑制得较低。在该辐射加热后开始硅芯线12的初期通电，当在表面温度 达到900?1250°C的状态下流过原料气体时，开始多晶硅向硅芯线12表面上的析出。
[0045] 在多晶硅的析出反应结束后，停止通电，利用氮等惰性气体置换钟罩1的内部，并 利用起重机等将钟罩1提起，向外部取出多晶硅棒11。此外，芯线支架12仅以向金属电极 10插入的方式而固定，通过向上方提起而能够简单地拔出。
[0046] 图2是用于说明在析出反应结束后的一对多晶硅棒11看到的龟裂的情况的图，将 图中11a及lib表示的部位作为柱部，将11c表示的部位作为梁部。如上所述，在反应结束 后的多晶硅棒上产生龟裂的情况多且有崩塌等危险性，难以进行从反应炉搬出的作业（获 取作业）且有危险性。这种龟裂在与组成为牌坊型的硅芯线11的上部两端对应的部分及 从金属电极10流入电流且支承超过400kg相当的全部重量的两下端部（芯线支架14)的 附近容易发生。
[0047] 因此，在本发明中，为了将在硅芯线上析出多晶硅而得到的大口径/大重量的多 晶硅棒简便且安全地向反应炉外搬出，使用具备用于在内部收容多晶硅棒的筒状部件和设 于该筒状部件内的安全气囊的夹具。
[0048] 图3是用于说明使用本发明的多晶硅棒搬出夹具而将多晶硅棒向反应炉外取出 时的情况的概略图。在多晶硅棒11的获取作业时，将搬出夹具200的筒状部件210从上方 被覆于（一对）多晶娃棒11等而将多晶娃棒11收容于内部，如果向安全气囊220的内部 注入气体使之膨胀，则该安全气囊220从与包含牌坊型的两柱部的平面垂直的方向按压多 晶硅棒11的侧面而保持于筒状部件210内。而且，在该保持状态下，将多晶硅棒11向反应 炉外取出。即使在多晶硅棒11上产生龟裂，由于来自外部的冲击等被安全气囊220吸收， 所以也会避免崩塌等。
[0049] 在该搬出夹具200中，在筒状部件210的上部设有用于将多晶硅棒11在保持的状 态下吊升移动的作为悬垂用夹具的金属线230及钩240。利用该悬垂用夹具，通过起重机那 样的升降机、机器人臂那样的装置进行从远距离的获取作业。
[0050] 此外，筒状部件210的形状未必其截面是矩形。
[0051] 图4A?C例示与在内部收容有一对多晶硅棒11的状态下的筒状部件210的长度 方向垂直的截面的形状，图4A的筒状部件210的截面形状为椭圆，图4B的筒状部件210的 截面形状为矩形，图4C的筒状部件210的截面形状为角部及短边部具有曲率的形状。
[0052] 但是，从将获取后的多晶硅棒11与筒状部件210-起载置于台车等进行搬运时的 便利性出发，优选筒状部件210的内周面具有至少1对彼此相对的两个平面。
[0053] 安全气囊220可以设于该彼此相对的两个平面双方，也可以仅设于一方，但是，在 后者的情况下，优选在未设置安全气囊220的平面侧设置橡胶等弹性部件。通过该弹性部 件，获得与安全气囊220同样的效果。
[0054] 图5?7例示在内部收容有一对多晶硅棒11的状态下的筒状部件210的长度方 向的截面的形状。在图5所示的例子中，在筒状部件210的内周面的彼此相对的两个平面 双方设有安全气囊220A、220B，在这两个安全气囊膨胀的状态下，从与含有两柱部的平面垂 直的方向按压多晶娃棒11的侧面而保持于筒状部件210内。
[0055] 另外，在图6所示的方式中，在筒状部件210的内周面的彼此相对的两个平面的一 方设有安全气囊220,在另一平面插入橡胶等板状的弹性部件250而将多晶硅棒11保持于 筒状部件210内。
[0056] 图7所示的是在图6所示的方式的结构的下部可拆卸地设有多晶硅棒11的防落 下用的板部件（底板260)(图7A)。在该底板260上设有用于从柱部的下端部支承多晶硅 棒11的切槽（图7B)。
[0057] 筒状部件210需要在向安全气囊220内注入气体使之膨胀时具有充分的强度，因 此，作为其材料，例如，可以例示不锈钢、衬有树脂的不锈钢、铁板等。只要能够确保充分的 强度，则也可以部分是木材等。在作为筒状部件210的材料使用不锈钢等金属的情况下， 如果多晶硅棒11与内壁接触，则会产生金属污染，因此，为了避免该情况，优选在筒状部件 210的内部放入防污染用的树脂袋等，且将防污染用的树脂袋等在被覆于多晶硅棒11的状 态下收容于筒状部件210内。
[0058] 此外，安全气囊220也可以不必设于筒状部件的安装内壁面的前表面而部分地设 置，但是，至少应该在如图2所示容易发生龟裂的部位即与组成为牌坊型的硅芯线11的上 部两端对应的部分及与支承全部重量的两下端部的附近对应的区域设置。为了确保多晶硅 棒11的保持稳定性以及提高作业效率，优选设于筒状部件的安装内壁面的前表面。
[0059] 对于安全气囊220的材质，要求兼具有充分的强度和伸缩性，例如，可以使用天然 橡胶、合成橡胶材料。在选择了天然橡胶的情况下，为了不产生基于金属、硫等的污染，优选 在与多晶硅棒11接触的表面侧预先形成由容易清洗的聚四氟乙烯、聚乙烯之类的材料构 成的包覆。此外，如果使上述的防污染用的树脂袋等为聚乙烯等容易清洁化的材料，由此也 可以避免污染。
[0060] 气体向安全气囊220的注入压力也取决于获取的多晶硅棒11的重量，但是，通常 为 0· OIMPa ?0· 05MPa，优选为 0· OIMPa ?0· 03MPa。
[0061] 此外，在安全气囊220中经由耐压管注入气体，但是，该管可以是常设的管，也可 以是可通过接合连接器等从主体拆下的管。
[0062] 在获取多晶硅棒11并收容于筒状部件210的内部后为了加工作业等而将多晶硅 棒11向其它的部位移动时，可以使用附带辊的台车等。
[0063] 图8是用于通过例示说明在附带辊的台车300上以使筒状部件210横倒的方式载 置筒状部件210,仅将收容于内部的多晶硅棒11取出到台车300上的情况的图。
[0064] 图9是用于说明图8的例示所使用的筒状部件210的构造的图，筒状部件210的 4侧平面（外周面）中的一面为可从主体分离（插入拔出）的板状部件270,在将筒状部件 210载置于台车300上时，在设于台车300上部的辊310上载置板状部件270。用于插入拔 出板状部件270的插入部275的余隙设计为通过从下方用辊310按压板状部件270而能够 容易地从主体拔出的值。此外，在板状部件270的支承多晶硅棒11的面上也可以粘贴橡胶 等弹性部件。
[0065] 在该筒状部件210的内部收容有多晶硅棒11的状态下，在台车300的上部使筒状 部件210横倒，使板状部件270侧向下而载置于辊310上（图8A)。这时，安全气囊220被 排气（开放），板状部件270通过辊310抬升上述的余隙量，筒状部件210的其它部分成为 直接载置于台车300的主体的状态。在该状态下准备第二台车305,从台车300向台车305 拉出板状部件270时，在载置有多晶硅棒11的状态下，仅可插入拔出的板状部件270从筒 状部件210主体被拉出。如果是这种方法，则即使是大重量的多晶硅棒，也能够安全地搬 送。
[0066] 此外，具有可从主体分离的外周面的筒状部件210的结构例如如图10所例示，也 可以是筒状部件210的4侧平面（外周面）中的一面是通过带扣290可拆卸的板状部件 280的方式。
[0067] 工业实用性
[0068] 根据本发明，提供一种简便且安全地将使多晶硅在硅芯线上析出而获得的大口径 /大重量的多晶硅棒向反应炉外搬出的技术。
[0069] 标号说明
[0070] 1 钟罩
[0071] 2窥视窗
[0072] 3制冷剂入口
[0073] 4制冷剂出口
[0074] 5 基板
[0075] 6制冷剂入口
[0076] 7制冷剂出口
[0077] 8反应废气出口
[0078] 9气体喷嘴
[0079] 10金属电极
[0080] 11多晶硅棒
[0081] 11a、lib 柱部
[0082] 11c 梁部
[0083] 12硅芯线
[0084] 13碳加热器
[0085] 14芯线支架
[0086] 15 电源
[0087] 16电力供给电路
[0088] 100反应炉
[0089] 200搬出夹具
[0090] 210筒状部件
[0091] 220安全气囊
[0092] 230金属线
[0093] 240 钩
[0094] 250板状的弹性部件
[0095] 260 底板
[0096] 270板状部件
[0097] 275板状部件的插入部
[0098] 280板状部件
[0099] 290 带扣
[0100] 300、305附带辊的台车
[0101] 310 辊
【权利要求】
1. 一种多晶硅棒搬出夹具，其在将使多晶硅在组成为牌坊型的硅芯线上生长而得到的 娃棒向反应炉外取出时使用，其中， 所述多晶硅棒搬出夹具具备： 筒状部件，其用于在内部收容所述多晶硅棒；及 安全气囊，其设置于该筒状部件内， 所述安全气囊在通过向内部注入气体而膨胀了的状态下，从与包含所述牌坊型的两柱 部的平面垂直的方向按压所述多晶硅棒的侧面而保持于所述筒状部件内。
2. 根据权利要求1所述的多晶硅棒搬出夹具，其中， 所述筒状部件的内周面具有至少一对彼此相对的两个平面，且在该两个平面双方设置 有所述安全气囊。
3. 根据权利要求1所述的多晶硅棒搬出夹具，其中， 所述筒状部件的内周面具有至少一对彼此相对的两个平面，在该两个平面的一方设置 有所述安全气囊。
4. 根据权利要求3所述的多晶硅棒搬出夹具，其中， 在所述两个平面的另一方设置有弹性部件，所述弹性部件在所述多晶硅棒被保持于所 述筒状部件内的状态下与所述多晶硅棒的侧面相接。
5. 根据权利要求1?4中任一项所述的多晶硅棒搬出夹具，其中， 还具备用于将在内部保持有所述多晶硅棒的状态的所述筒状部件吊升移动的悬垂用 夹具。
6. 根据权利要求1?4中任一项所述的多晶娃棒搬出夹具，其中， 在所述筒状部件的下部设置有可拆装的底板。
7. 根据权利要求2?4中任一项所述的多晶硅棒搬出夹具，其中， 所述筒状部件的彼此相对的两个内周平面中的至少一方的外周面为平滑面。
8. 根据权利要求7所述的多晶硅棒搬出夹具，其中， 所述外周面能够从所述筒状部件主体分离。
9. 一种多晶娃棒的获取方法， 使用权利要求1?4中任一项所述的多晶娃棒搬出夹具， 在所述筒状部件的内部收容多晶硅棒，向所述安全气囊的内部注入气体使之膨胀，将 所述多晶硅棒以保持在所述筒状部件内的状态向所述反应炉外取出。
【文档编号】C01B33/02GK104066677SQ201380006275
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年1月29日 优先权日:2012年2月2日
【发明者】黑泽靖志, 祢津茂义 申请人:信越化学工业株式会社