JP2009161421A - スラリー排出ダクト構造を有する結晶成長炉 - Google Patents

Abstract

【課題】るつぼの底部または側部の裂け目から流出したシリコンスラリーによる熱の影響のために炉の下側本体に生じる歪みと変形を防止するスラリー排出ダクト構造を有する結晶成長炉を提供する。
【解決手段】シリコンスラリー９１が漏れて結晶成長炉のるつぼから排出され、台板の周囲に沿って支持ポストまで流れ落ちるのを防ぐように、細長い軒板４に沿って軒樋５のＶ字状溝へと下方向に流れるため、支持ポストは破損せず、るつぼは倒れず、シリコンスラリー９１は氾濫しない。炉の下側本体には、シリコンスラリー９１が支持ポストの近くまで流れないように、大量に漏れ出すシリコンスラリー９１を収容する受入皿６が追加で設けられる。
【選択図】図５

Description

本発明は、結晶成長炉、特に、シリコンの多結晶または単結晶を成長させる炉に関し、結晶成長炉はスラリー排出ダクト構造を有する。

図１を参照すると、加熱室９が炉内に設けられ、台板９４および搭載フレーム９３が加熱室９内に配置される従来の結晶成長炉を示す概略図である。るつぼ９２が搭載フレーム９３内に配置され、るつぼ９２は溶融シリコンスラリー９１を収容する。３つの支持ポスト９５が炉の底部に固定され、支持ポスト９５が支持するように、台板９４、搭載フレーム９３、およびるつぼ９２の下に配列される。

一般的に、るつぼ９２は約１４００℃の融点を有するシリカ（石英）製であるが、溶融シリコンスラリー９１は１４１２℃の融点を有する。その結果、シリコンスラリー９１が溶融状態にあるとき、るつぼ９２は、高温シリコンスラリー９１を収容するために軟化する。シリコンスラリー９１によってるつぼ９２にかかる横方向の力に耐えるため、グラファイト製の搭載フレーム９３が、シリコンスラリー９１の搭載の際にるつぼ９２を強化するようにるつぼ９２の周囲に組み立てられる。

長時間の作業後、結晶成長炉は高温状態と冷却状態を相互に経験する結果、るつぼ９２の底部または側部に時折裂け目が生じる。シリコンスラリー９１の重量下で、シリコンスラリー９１が裂け目から搾り出される。搭載フレーム９３は厳重に封止されていないので、シリコンスラリー９１は搭載フレーム９３の裂け目から流出する。シリコンスラリー９１は粘性を有し、台板９４に沿ってグラファイト製の支持ポスト９５まで流れるようにグラファイト製の台板９４に付着しやすい。シリコンスラリー９１の支持ポスト９５への継続的堆積によってポスト上に亀裂９５１、９５２が生じ、支持ポスト９５が破損する。このため、るつぼ９２が倒れて、その結果、シリコンスラリー９１が炉の下側本体８２の内壁を侵食する。特に、下側本体８２は、サーモカップル９９が下側本体８２を通過する場所で脆弱である。したがって、大量の冷却水が、外装９６から炉室９０に流れ込む。このとき、水、シリコンスラリー９１、およびグラファイトは高温で激しく反応して、以下の化学反応式に関連して、大量の水素（Ｈ₂）、一酸化炭素（ＣＯ）、および水蒸気を放出する。２Ｈ₂Ｏ＋Ｓｉ→２Ｈ₂＋ＳｉＯ₂ Ｈ₂Ｏ＋Ｃ→Ｈ₂＋ＣＯ 結晶成長炉内の圧力が急騰する場合、炉本体８０が爆発する。炉本体８０の爆発時、炉内部から放出された大量の水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）が大気中の酸素（Ｏ２）と反応して継続的な爆発が生じる。これは結晶成長炉を爆発させるだけでなく、炉周囲の施設に損傷を与え、公共の安全性に関わる事故を引き起こす。

一方、シリコンスラリー９１が、下側本体８２の内壁を侵食して冷却水を炉室９０内に流れ込ませるほどではない量、炉の下側本体８２に流れ込むと仮定すると、シリコンスラリー９１の熱が影響を及ぼして下側本体８２の歪みと変形につながる。その結果、下側本体８２は、炉の上側本体８１で厳重に封止することができず、空気が炉内に漏れる。

本発明は、炉本体、支持台、搭載フレーム、複数の軒素子、および１セットの軒樋を備える、スラリー排出ダクト構造を有する結晶成長炉を提供することである。

炉本体は、上側本体および下側本体を含み、下側本体は一緒に密閉炉室を形成するように上側本体の下に装着される。支持台は炉本体の炉室内に配置され、台板が支持ポストによって下側本体内に固定されるように、支持台は台板と複数の支持ポストを含む。

搭載フレームは台板上に配置され、下板および４つの側板を含み、側板は下板を囲み下板の上に立ち、内部空間を共に形成する。下板は、支持台の台板よりも寸法が大きく、台板を超えて延在する縁部で囲まれる外周を有する。
複数の軒素子は、搭載フレームの下板の縁部周囲に設けられる。軒樋は、下側本体の内部で、複数の軒素子の下に対応して配置される。したがって、高温シリコンスラリーが漏れて搭載フレームのるつぼから流出する場合、シリコンスラリーはまず、シリコンスラリーが台板の周辺に沿って支持ポストまで流れ落ちるのを防ぎ、支持ポストが侵食されて分解される、あるいはるつぼとシリコンスラリーの氾濫に流れ落ちるのを防ぐために、細長い軒板に沿って誘導されて、軒樋のＶ字状溝へと流れ落ちる。

軒素子は４つの細長い軒板を含み、搭載フレームの下板は正方形のグラファイト板であってもよく、４つの細長い軒板は下板の縁部の側部に固定されてそこから傾斜する。複数の固着手段が軒樋の内部に配列されて、軒樋にサーモブレイクセンサワイヤを固定する。漏れ出すシリコンスラリーが誘導されて軒樋内に滴ると、サーモブレイクセンサワイヤは、ヒータを直ちに切るようにバラバラに溶けて、シリコンスラリーを冷却して凝固させる。軒樋は内縁および外縁を含み、内縁は外縁よりも高く、側面が外縁から傾斜する。軒樋は、フレーム本体を形成するように互いに接続される複数のＶ字状溝、半円形溝、または正方形溝を含む。

さらに、結晶成長炉は、下側本体の底部内で、複数の軒素子および軒樋の真下でそれに対応するが、支持台の複数の支持ポストから遠く離れて配置される受入皿を含む。受入皿は正方形の内縁と湾曲した外縁を含み、正方形の内縁は軒樋の真下で複数の支持ポストから遠く離れて配置され、湾曲した外縁は下側本体の底部内に配置される。この事実に鑑み、シリコンスラリーが支持ポストに近づいて流れるのを阻止するように、大量に漏れ出すシリコンスラリーを収容する受入皿が追加で設けられる。これにより、支持ポストと炉本体が損傷から守られる。

受入皿は、サーモカップルを有するサーモスタットも有し、サーモスタットは受入皿の底部に配置される。受入皿は、少なくとも１つの銅製受入皿を含み、大量のシリコンスラリーが漏れて軒樋から溢れて受入皿に流れ込むため、受入皿は高温となる。温度上昇を検知すると、サーモスタットは、急速冷却装置を始動させ、シリコンスラリーを直ちに冷却するように外部制御システムに信号を送信する。

本発明によると、結晶成長炉は、炉本体の炉室に収容される加熱室を含み、内部に台板および搭載フレームを有する。加熱室は、外縁で囲まれ、軒素子と軒樋間に配置される下隔壁を含み、外縁は下方向で軒樋に対応する。下隔壁は、周囲に斜面が設けられた上面を有し、斜面は上方向で軒素子に対応し、斜面は周囲の縁部に対して傾いている。下隔壁は下側本体内に固定され、複数の孔とスリーブを含み、複数のスリーブがそれぞれ各自の複数の孔を貫通し、支持ポストは複数のスリーブに収容される。スリーブは、大量の漏れ出すスラリーが支持ポストを浸すのを阻止し、支持ポストが侵食され損傷されるのを防ぐように、支持台の横方向の支持を強化する役割を果たす。

さらに、軒樋はそれぞれ内縁および外縁を含み、内縁は外縁より高いため、軒樋上を流れるとき、シリコンスラリーは受入皿の上縁に滴り落ちることがある。これは冷却の範囲を拡げ、軒樋の阻流効果を拡大し、シリコンスラリーによる熱の影響を低減する。

本発明の他の目的、利点、および新規な特徴は、添付の図面と組み合わせて解釈したとき以下の詳細な説明から自明になるであろう。

図２を参照すると、本発明に係る、スラリー排出ダクト構造を有する結晶成長炉を示す断面図であり、炉は炉本体１、支持台２、搭載フレーム３、複数の軒素子４、１セットの軒樋５、受入皿６、および加熱室７を有する。

本発明によると、炉本体１は上側本体１１および下側本体１２を含み、下側本体１２は密閉炉室１０を形成するように上側本体１１の底部に上向きに装着され、加熱室７は炉本体１の炉室１０に収容され、内部に台板２２と搭載フレーム３を含む。下隔壁７１は軒素子４と軒樋５との間に配置され、下隔壁７１は、軒樋５に下向きに対応する外縁７１０で囲まれる。

さらに、下隔壁７１は加熱室７に配置され、上面７１１および下面７１２を有し、上面７１１は、軒素子４に上向きに対応する斜面７１３が周囲に設けられ、斜面７１３は外方向に外縁７１０に向かって傾斜する。約３ｍｍの隙間７３が、下隔壁７１周囲の外縁７１０と４つの側隔壁７２の内壁７２１との間で維持される。

支持台２は、炉本体１の炉室１０内に配置され、支持台２の上部は加熱室７の内部に保持される。本発明では、支持台２は台板２２と８つの支持ポスト２４（図２では、３つの支持ポスト２４が示されている）を含み、台板２２は８つの支持ポスト２４によって下側本体１２に固定される。

搭載フレーム３は台板２２の上に配置され、下板３１と４つの側板３２を含み、側板３２は、るつぼ８を収容するために上で開放され下で閉鎖される底部を有し、るつぼ８の重量と溶融シリコンスラリーから生じる横方向の力とに耐えるフレーム本体を形成するように、下板３１を囲んでその上に立ち、共に内部空間３２０を覆って形成する。下板３１は支持台２の台板２２よりも寸法が大きく、台板２２を超えて延在する縁部３１０で囲まれた外周を有する。

さらに図３および４を参照すると、本発明に係る結晶成長炉の一部を示す透視図と、結晶成長炉の１セットの軒樋を示す透視図であって、軒素子４は下板３１の縁部３１０の周囲に設けられ、４つの細長い軒板４１、４２、４３、４４を含む。搭載フレーム３の下板３１は正方形のグラファイト板で、４つの細長い軒板４１、４２、４３、４４は下板３１の縁部３１０の側面に固定され、そこから傾斜する。軒板４１、４２、４３、４４は、垂直または斜めに傾斜していてもよく、軒のように見え、軒素子４と命名されるため、シリコンスラリーは誘導されて細長い軒板４１、４２、４３、４４の外縁から滴る。したがって、シリコンスラリーは粘性のために付着することがなく、支持ポスト２４が損傷しないように、下板３１の底部に沿って台板２２と支持台２の支持ポスト２４まで流れる。るつぼ８とともに搭載フレーム３がリフタによって支持台２に搭載された後でのみ、軒素子４は下板３１の縁部３１０に装着することができる。また、るつぼ８を下ろす前に、損傷を防ぐために軒素子４を最初に取り外す必要がある。

図３に示されるように、軒樋５は、下側本体１２の内部で、対応して、４つの軒素子４および斜面７１３の下に配置される。図４に示されるように、軒樋５は、フレーム本体を形成するように互いに接続された４つのＶ字状溝５１、５２、５３、５４を含む。複数の固着手段５０２が軒樋５の内部に配列されて、サーモブレイクセンサワイヤ５０１を軒樋５内に固定する。サーモブレイクセンサワイヤ５０１はステンレス鋼製または銅製であってもよい。

次に図５を参照すると、本発明に係る結晶成長炉のるつぼからシリコンスラリーが滴るのを示す概略図であって、シリコンスラリーがるつぼ８から加熱室７に漏れ出し、軒素子４によって誘導されて下隔壁７１の斜面７１３に滴り、その後、シリコンスラリーは隙間７３を通って最終的に、シリコンスラリー用の排出ダクトの役割を果たす軒樋５まで流れ落ちる。その間、シリコンスラリーが軒樋５に流れ込む間に、サーモブレイクセンサワイヤ５０１はばらばらに融解する。

サーモブレイクセンサワイヤ５０１は、サーモブレイクセンサワイヤ５０１がばらばらに溶解し、信号が検知されたとき、外部制御センターがるつぼ８を冷却するために直ちにヒータの電源をオフにするように、外部制御センターと電気的に接続される。るつぼ８が小さな亀裂を有し、シリコンスラリー９１は漏れを止め凝固すると仮定すると、Ｖ字状溝５１、５２、５３、５４に排出されるシリコンスラリー９１は冷却されて次第に凝固し、バッフルの役目を果たす。一方、シリコンスラリー９１が大量に漏れ出す場合、スラリーは軒樋５全体に排出されて受入皿６に流れ込む。

さらに、図６を参照すると、本発明に係る結晶成長炉のるつぼからシリコンスラリーが滴るのを示す別の概略図であって、受入皿６はサーモカップル６０３を有するサーモスタット６０３を含み、サーモスタット６０３は外部制御センターに電気的に接続される。シリコンスラリーが大量に受入皿６に漏れると、受入皿６は高温になる。受入皿６の底部に配置されるサーモスタット６０３は、異常温度を検知して、ヒータの電源をオフにする。さらに、急速冷却動作が始動されて、排出するシリコンスラリーを直ちに受入皿６内で冷却させるため、シリコンスラリーは凝固して、さらなる事故を防ぐためにそれ以上流れない。図６および図３に示されるように、受入皿６は正方形の内縁６１と湾曲した外縁６２を含み、正方形の内縁６１は軒樋５の下に、８つの支持ポスト２４から遠く離れて配置され、外縁６２は、冷却を容易に達成できるように下側本体１２の底部の表面に沿って配置される。さらに、受入皿６は、すべてのシリコンスラリーをるつぼ８に収容する容量を有する。

図４および６を参照すると、それぞれが内縁５１１および外縁５１２を含む４つの軒樋５があって、内縁５１１は外縁５１２より高い。４つの側面５１５、５１６、５１７、５１８は外縁５１２から傾斜するため、軒樋５上を側面５１５、５１６、５１７、５１８に沿って下方向に受入皿６の外縁６２の上部から下部へ流れるとき、シリコンスラリーは拡大し凝固する。このため、熱の影響が低減されて、支持ポスト２４および下側本体１２の構造を守る。

軒樋５は、シリコンスラリーからの熱の影響をそらす役割を果たす。そのため、少量の漏れ時には、シリコンスラリーを軒樋５内で固化させることができ、大量の漏れ時には、シリコンスラリーが軒樋５を溢れて流れ、受入皿６に収容されて固化する。シリコンスラリーはより長い冷却時間とより大きな冷却面積を有するため、下側本体１２が熱の影響のために受ける歪みや変形の問題を克服することができる。

さらに、図６に示されるように、下隔壁７１は８つの孔７１４と８つのスリーブ７８を含み、８つのスリーブ７８はそれぞれ各自の８つの孔７１４を貫通して、支持ポスト２４は８つのスリーブ７８に収容される。スリーブ７８は、大量に漏れ出すスラリーが支持ポスト２４を浸すのを阻止し、支持ポスト２４が侵食され損傷するのを防ぐように、支持台２の横方向の支持を強化する役割を果たす。さらに、シリコンスラリーが支持ポスト２４の方に流れるのを止めるように、下隔壁７１の下面７１２の周囲に延長する側突出部７１５がある。

上記のように、漏れ出した高温溶融シリコンスラリーは軒素子４によって誘導されて、シリコンスラリーが台板２２の周囲に沿って支持ポスト２４まで流れ落ちるのを防ぐように、搭載フレーム３から軒樋５まで流れる。もしくは、大量のシリコンスラリーが漏れる場合、支持ポスト２４がシリコンスラリーによって継続的に侵食され、さらには破壊されるのを防ぐために、スリーブ７８を設けることができる。さらに、下側本体１２内の支持ポスト２４が侵食される、あるいは破壊されることがないように、および、るつぼ８が倒れてシリコンスラリーが氾濫するのを防ぐように、軒樋５上を流れる大量に漏れ出すシリコンスラリーをそらし、冷却させ、受入皿６に収容させることができる。したがって、結晶成長炉の爆発によって引き起こされる大事故を回避し、溶融シリコンスラリーの熱による影響で下側本体１２に生じる歪みや歪みという問題を克服することができる。

次に図７から１０を参照すると、本発明に係る軒素子の変形を示す概略図であって、軒素子４０１、４０２、４０５は所望するように垂直にまたは斜めに設けられ、図７、８、および１０に示されるように下板３１の側面か底部に固定される。一方、図９に示されるように、垂直外側軒４０４を形成するように、下板３１に凹部４０３を彫り込むことによって同等物を実現することができる。

本発明は好適な実施形態に関して説明したが、本発明の範囲を逸脱せずに他の変更や変形も可能であると了解すべきである。

従来の結晶成長炉を示す概略図である。 本発明に係る、スラリー排出ダクト構造を有する結晶成長炉を示す断面図である。 本発明に係る結晶成長炉の一部を示す透視図である。 本発明に係る結晶成長炉の１セットの軒樋を示す透視図である。 本発明に係る結晶成長炉のるつぼからのシリコンスラリーの滴りを示す概略図である。 本発明に係る結晶成長炉のるつぼからのシリコンスラリーの滴りを示す別の概略図である。 本発明に係る軒素子の変形を示す概略図である。 本発明に係る軒素子の変形を示す概略図である。 本発明に係る軒素子の変形を示す概略図である。 本発明に係る軒素子の変形を示す概略図である。

Claims (13)

1. 上側本体および下側本体を含み、密閉炉室を一緒に形成するように前記下側本体が前記上側本体の下に装着される炉本体と、前記炉本体の前記炉室内に配置され、台板が複数の支持ポストによって下側本体に固定されるように台板と複数の支持ポストを含む支持台と、前記台板上に配置され、下板および複数の側板を含み、前記側板は前記下板を囲み前記下板の上に立ち、内部空間を共に形成し、前記下板は前記支持台の前記台板よりも寸法が大きく、前記台板を超えて延在する縁部で囲まれる外周を有する搭載フレームと、前記搭載フレームの前記下板の縁部周囲に設けられる複数の軒素子と、前記下側本体内で、前記複数の軒素子の下に対応して配置される１セットの軒樋と、前記炉本体の前記炉室内に収容され、前記台板および前記搭載フレームを含み、外縁で囲まれ、前記軒素子と前記軒樋間に配置される下隔壁を含み、前記外縁が下方向で前記軒樋に対応する加熱室とを備える、スラリー排出ダクト構造を有する結晶成長炉。
2. 前記複数の軒素子は４つの細長い軒板を含み、前記搭載フレームの前記下板は正方形のグラファイト板であり、前記４つの細長い軒板は前記下板の縁部の側部に固定され、そこから傾斜する請求項１に記載の結晶成長炉。
3. サーモブレイクセンサワイヤが前記１セットの軒樋に配置される請求項１に記載の結晶成長炉。
4. 複数の固着手段は、前記軒樋に前記サーモブレイクセンサワイヤを固定するように、前記１セットの軒樋の内部に配列される請求項３に記載の結晶成長炉。
5. 軒樋は内縁および外縁を含み、前記内縁は前記外縁より高く、側面が前記外縁から傾斜する請求項１に記載の結晶成長炉。
6. 前記１セットの軒樋は互いに接続される複数のＶ字状溝を含む請求項１に記載の結晶成長炉。
7. 前記下側本体の底部内で、前記複数の軒素子および前記１セットの軒樋に対応してその下に、前記支持台の前記複数の支持ポストから遠く離れて配置される受入皿をさらに備える請求項１に記載の結晶成長炉。
8. 前記受入皿は正方形の内縁および湾曲した外縁を含む請求項７に記載の結晶成長炉。
9. 前記受入皿は、前記受入皿の底部に配置されるサーモスタットをさらに含む請求項７に記載の結晶成長炉。
10. 前記サーモスタットはサーモカップルを有する請求項９に記載の結晶成長炉。
11. 前記受入皿は少なくとも１つの銅製受入皿を含む請求項７に記載の結晶成長炉。
12. 前記下隔壁は、周囲に斜面を設けられた上面を有し、前記斜面は上方向で前記軒素子に対応する請求項１に記載の結晶成長炉。
13. 前記下隔壁は複数の孔とスリーブをさらに含み、前記複数のスリーブはそれぞれ各自の前記複数の孔を貫通し、前記支持ポストは前記複数のスリーブに収容される請求項１２に記載の結晶成長炉。

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