JP2009161422A - 結晶成長炉内にヒータを有する支持台 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコンスラリーが凝固して結晶塊になったあとの内部応力の発生を回避することができるシリコン結晶成長炉を提供する。
【解決手段】結晶成長炉内にヒータを有する支持台２は、台板２１および複数の支持ポストを含み、支持ポストは台板２１を支持し、それぞれヒータに電気的に接続される。各支持ポストは特に、グラファイト電極ポスト３１、金属電極ポスト４、および固着ベースを含む。支持ポストはそれぞれ、金属電極ポスト３１のナット部４１にねじ込まれるグラファイト電極ポスト３１を有し、金属電極ポスト３１は結晶成長炉の壁１２１に固定される。固着ベースは特にフランジ５１および弾性ワッシャ５５を含み、フランジ５１は炉壁１２１に溶接され、弾性ワッシャ５５の弾性調節の助けを借りて、支持台２は支持ポストからの負荷を均等に分散させることができる。支持台２の台板２１を薄くするとシリコンスラリーの均一な結晶成長を促進する。
【選択図】図３

Description

本発明は支持台、特に、結晶成長炉用に適合されたヒータを有する支持台に関する。

図１を参照すると、従来の結晶成長炉を示す概略図であって、加熱室９０が炉内９に設けられ、台板９１とるつぼ９２が加熱室９０内に配置され、るつぼ９２はシリコン材料を含有する。支持ポスト９３は結晶成長炉９の下側本体９４に固定され、台板９１とるつぼ９２の底部に支持するように配置される。

台板９１が従来の結晶成長炉９内にバランスよく配置できたと仮定すると、３つの支持ポスト９３がこの目的で使用される。にもかかわらず、３つの支持ポスト９３でるつぼ９２を有効に支持するため、台板９１は、破損を防ぐように十分な厚さを有する必要がある。同様に、各支持ポスト９３は、負荷に耐えるために比較的大きくなくてはならない。

図１に示されるように、ヒータ９５は、放射熱を介してシリコン材料を加熱するようにるつぼ９２の周囲に配置される。加熱処理中、台板９１は大きな熱容量を有するため、次第に融解させるために、大量の熱を吸収しなければならず、所定の温度に達すると、シリコン材料を溶融シリコンスラリーに完全に溶解させる。結晶成長のための冷却処理中、台板９１の冷却は困難であり、るつぼ９２内のシリコンスラリーはるつぼ９２の下部および上部で均一に冷却できないため、シリコンスラリーが凝固して結晶塊に変質した後、内部応力が生じた結果、望ましくない質の製品となる。

さらに、シリコンスラリーがるつぼ９２の裂け目から漏れ出す場合、溶融シリコンスラリーが継続的に堆積されて支持ポスト９３を侵食することによって、支持ポスト９３を破損させて、るつぼ９２を倒して、最終的に公共事故を引き起こす。

本発明は、台板と少なくとも４つの支持ポストを備える、結晶成長炉内にヒータを有する支持台を提供することで、台板は支持ポストによって支持され、結晶成長炉の下側本体の壁に固定される。

本発明によると、支持台は、台板の下にそれぞれ配置される複数の電気ヒータをさらに備える。各支持ポストは、グラファイト電極ポスト、金属電極ポスト、固着ベース、複数のボルト、および係止ナットを含む。

グラファイト電極ポストは、下部端部および上部端部を有する。下部端部には外側ネジ山が設けられる。上部端部は、ヒータの下部に対してヒータのうちの１つを支持し両者間の電気的接続を確立する。金属電極ポストはナット部およびネジ山部を含む。ナット部は一端に、ネジ係合のために凹状内側ネジ穴と、対応するグラファイト電極ポストの外側ネジ山とが設けられる。ナット部は他端でネジ山部に延在し、ネジ山部とともに肩部を形成する。

固着ベースはフランジ、絶縁シール、上側絶縁パッド、封止ワッシャ、弾性ワッシャ、リング、および複数の絶縁リングを含む。フランジは円柱部と外側円部を有し、円柱部は炉の下側本体の壁に周囲で溶接されるため、中央孔が円柱部に形成される。外側円部には複数の貫通孔が設けられる。

絶縁シールは金属電極ポストのナット部にスリーブ接続された後、中央孔に一緒に収容される。上側絶縁パッドは、中央孔を有し、その外周にのみ複数の円形孔が設けられる。封止ワッシャは中央孔を有し、外周に複数の通過孔が設けられる。

弾性ワッシャは、中央部、円周部、および、軸方向に弾性力を提供するように、中央部と円周部間で相互接続される少なくとも１つの弾性片を含む。中央部は中央に中央孔が設けられ、円周部には複数の貫通孔が設けられる。

金属電極ポストのネジ山部は、封止ワッシャの中央孔と弾性ワッシャの中央孔とを通って延在し、肩部は封止ワッシャに接触する。リングは外周に複数の固定孔が設けられる。
さらに、本発明では、複数の固定孔、複数の絶縁リング、複数の貫通孔、複数の通過孔、複数の円形孔、および複数の拡張孔を通って対応して延在する複数のボルトが設けられる。複数のナットの助けを借りて、上側絶縁パッド、封止ワッシャ、および弾性ワッシャは一緒に留められ、フランジとリングの間で固定され、絶縁シール、上側絶縁パッド、および複数の絶縁リングのせいで、フランジと封止ワッシャの間に電気的絶縁が確立される。

係止ナットは金属電極ポストのネジ山部にねじ込まれ、係止ナットと金属電極ポストの肩部の間で封止ワッシャおよび弾性ワッシャを留めるために設けられる。

したがって、弾性ワッシャの弾性調節の助けてを借りて、支持台は支持ポストからの負荷を均等に分散して、支持ポストの数の増加を必須でなくすることができる。支持台の重量を分散して、支持台を結晶成長炉の下側本体の壁に安定的に固定すると、るつぼは簡単には倒れず、公共事故の発生が回避される。さらに、熱容量を低減するように支持台の台板を薄くするため、台板の真下に配置されるヒータは熱を均一かつ直接るつぼに伝えることができる。対照的に、るつぼは冷却されると、底部でより有効な冷却を実現することができる。これはシリコンスラリーの均一な結晶成長を促進するだけではなく、エネルギー消費を節減する。

本発明によると、絶縁バイアス片がヒータと台板の間に配置され、絶縁バイアス片は下方向でグラファイト電極ポストの上部に対応する。加えて、ヒータは、両側面にそれぞれ第１の受入凹部が設けられる。複数の第２の受入凹部は台板の下部に設けられ、絶縁バイアス片は、第１の受入凹部と第１の受入凹部に対応する第２の受入凹部とに収容されるため、台板およびヒータを安定的に保持することができる。絶縁バイアス片は、酸化ジルコニウム、または高温に強い絶縁材料のその他の等価物製である。

支持台の台板は中央凹部の下に設けられるので、支持台は中央部で薄く、ヒータの加熱効率を高めるだけでなく、結晶成長冷却処理をるつぼの底部の中心から始めさせ、結晶成長は上方向かつ外方向に均一に進行する。このため、内部応力の発生が回避される。

グラファイト電極ポストは、上部端部に外側ネジ山が設けられる。グラファイト電極ポストには、調節ナットも設けられる。調節ナットと外側ネジ山とのネジ係合によって、ヒータが支持される。支持台の水平度を調節するだけでなく、電気接続部の接触領域を拡大するために調節ナットが設けられる。

さらに、本発明によると、調節ナットはグラファイト調節ナットを指す。金属電極ポストは銅電極ポストを指す。フランジはその下に突出リングが設けられ、上側絶縁パッドはその上に環状凹部が設けられ、突出リングは、固着動作を実行し、関連するフランジと上側絶縁パッド間の摺動を停止させるように、環状凹部に挿入される。フランジはステンレス鋼製である。絶縁シールはアルミナ繊維製である。上側絶縁パッドはシリコンゴムまたはテフロン（登録商標）製である。

さらに、上側絶縁パッドには、周囲にリングで封止し、絶縁効率を高めるためのフランジが設けられる。封止ワッシャは銅製ワッシャを指す。固着ベースは、弾性ワッシャとリングの間に介在する下側絶縁パッドをさらに含む。下側絶縁パッドは周囲に複数の孔が設けられる。支持台は、対応する複数のナットまたは複数のボルトのヘッド上にそれぞれ覆われる複数の絶縁シールおよび絶縁キャップをさらに含むことができるため、水滴がボルトとフランジ間の隙間に入り込むのが防止され、所望の絶縁効果が得られる。

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、本発明に係る結晶成長炉を示す断面図であって、結晶成長炉内にヒータを有する支持台は台板２１と８つの支持ポスト３を備え、台板２１は結晶成長炉１の下側本体１２の壁１２１によって支持され、そこに固定される。

さらに図３および４を参照すると、本発明の第１の実施形態に係る結晶成長炉内の支持台を示す断面図と、支持台を示す分解図であって、支持台２は、台板２１の下にそれぞれ配置される複数の電気ヒータ２２を備える。各支持ポスト３はグラファイト電極ポスト３１、金属電極ポスト４、固着ベース５、複数のボルト６、および係止ナット８を含む。

グラファイト電極ポスト３１は、下部端部３２および上部端部３３を有する。下部端部３２には外側ネジ山３２１が、上部端部３３には外側ネジ山 ３３１が設けられる。グラファイト電極ポスト３１は、調節ナット３４も設けられる。調節ナット３４と外側ネジ山３３１とのネジ係合によって、ヒータ２２の底部が支持され、両者間に電気的接続が確立され、支持台２の水平度を調節するだけでなく、電気抵抗を低減するように電気接続部の接触面積を拡大するために調節ナット３４が設けられる。

金属電極ポスト４は、ナット部４１およびネジ山部４２を含む銅電極ポスト４を指す。ナット部４１は１端に、グラファイト電極ポスト３１の外側ネジ山３２１とのネジ係合のための凹状内側ネジ穴４１１が設けられる。ナット部４１は他端でネジ山部４２に延在し、ネジ山部４２とともに肩部４２１を形成する。

図３および４に示されるように、固着ベース５は、フランジ５１、絶縁シール５２、上側絶縁パッド５３、封止ワッシャ５４、弾性ワッシャ５５、リング５６、および８つの絶縁リング５１５を含む。フランジ５１はステンレス鋼製であり、円柱部５１１および外部縁部５１２を有し、円柱部５１１は周囲に下側本体１２の壁１２１に溶接されて、中央孔５１３が円柱部５１１に形成される。

外側円部５１２には８つの拡張孔５１４が設けられる。絶縁シール５２はアルミナ繊維製であり、金属電極ポスト４のナット部４１にスリーブ接続された後、一緒に中央孔５１３に収容される。上側絶縁パッド５３は垂直縁部絶縁パッドを指し、シリコンゴムまたはテフロン（登録商標）製である。上側絶縁パッド５３は中央孔５３１を有し、その外周に沿って８つの円形孔５３２が設けられ、上側絶縁パッド５３は周囲に、リング５６で封止し、絶縁効果を高めるためのフランジ５３３が設けられる。封止ワッシャ５４は銅製ワッシャを指し、中央孔５４１を有し、外周に８つの通過孔５４２が設けられる。

弾性ワッシャ５５は、軸方向に弾性力を提供し、各支持ポスト３に均等な負荷を与えるように、中央部５５１と円周部５５２との間に相互接続された中央部５５１、円周部５５２、および８つの弾性片５５３を含む。中央部５５１は中央に中央孔５５４が、円周部５５２に８つの貫通孔５５５が設けられる。

金属電極ポスト４のネジ山部４２は、封止ワッシャ５４の中央孔５４１と弾性ワッシャ５５の中央孔５５４を通って延在し、肩部４２１が封止ワッシャ５４に接触する。リング５６は外周に８つの固定孔５６１が設けられる。

さらに、本実施形態では、８つのボルト６が、対応する８つの固定孔５６１、８つの貫通孔５５５、８つの通過孔５４２、８つの円形孔５３２、８つの拡張孔５１４、８つの絶縁リング５１５、８つの絶縁シール７１、および８つの金属ワッシャ７３を通って延在する。８つのナット７の助けを借りて、上側絶縁パッド５３、封止ワッシャ５４、および弾性ワッシャ５５は共に留められて、フランジ５１とリング５６の間で固定され、絶縁シール５２、上側絶縁パッド５３、および８つの絶縁リング５１５のせいで、フランジ５１と封止ワッシャ５４の間に電気的絶縁が確立される。さらに、水滴がボルト６とフランジ５１の間の隙間に入るのを防ぎ、絶縁効果を高めるために、８つの絶縁キャップ７２が８つのナット７上で覆われる。

さらに、フランジ５１およびリング５６は、冷却にとって伝導性に優れたステンレス鋼製である。フランジ５１およびリング５６は支持ポスト３の底部の縁部から外方向に突出し、冷却面積を拡大しているため、絶縁シール５２、上側絶縁パッド５３および絶縁リング５１５は、炉内での過熱および燃焼により電気絶縁効果が落ちるのを防止することができる。さらに、結晶成長炉１が短絡時に公共事故を引き起こすのを防ぐこともできる。

図３に示されるように、フランジ５１はその下に突出リング５１６が設けられ、上側絶縁パッド５３はその上に環状凹部５３４が設けられ、固着動作を実行し、フランジ５１と上側絶縁パッド５３間の相対的摺動を止めるように、突出リング５１６が環状凹部５３４に挿入される。

係止ナットは、金属電極ポスト４のネジ山部４２にねじ込まれ、係止ナット８と金属電極ポスト４の肩部４２１との間で封止ワッシャ５４および弾性ワッシャ５５を留めるために設けられる。ネジ山部４２の残りの部分は、 結晶成長炉１内でヒータ２２に電気を供給するように外部電源にねじ込むために使用される。

本発明では、４つ以上の支持ポスト３があるため、支持台２への水平方向でのバランスの取れた負荷および調節の問題を検討する必要がある。したがって、弾性ワッシャ５５の弾性と調節ナット３４の調節の助けを借りて、支持台２は支持ポスト３からの負荷を均等に分散し、支持ポスト３の数の増加を必須でなくする。

さらに、倒れることで起こる公共事故を防ぐように、支持台２の重量を分散させ、支持台２を結晶成長炉１の下側本体１２の壁１２１に安定的に固定することに加え、支持台２の台板２１が中央凹部２６の下に設けられる。その結果、支持台２は中央部の方が薄く、ヒータ２２の加熱効率を高めるだけでなく、結晶成長冷却処理をるつぼ２０の底部の中心から始めさせ、その後、結晶成長は上方向かつ外方向に均一に進行する。これにより、内部応力の発生が回避される。台板２１は熱を堆積させる能力を低下させるため、台板２１の下に配置されるヒータ２２は、高効率でるつぼ２０に熱を均一かつ直接伝達することができる。対照的に、シリコンスラリーの冷却処理中、るつぼ２０は、るつぼ２０の底部でより効率的な冷却を達成することができる。このことは、シリコンスラリーの均一な結晶成長を促進するだけでなく、エネルギー消費を節減する。

次に図３を参照すると、絶縁バイアス片２４がヒータ２２と台板２１の間に配置され、絶縁バイアス片２４はグラファイト電極ポスト３１の上部に下向きに対応する。加えて、ヒータ２２は両側面にそれぞれ第１の受入凹部２５が設けられる。複数の第２の受入凹部２３は台板２１の真下に設けられ、絶縁バイアス片２４は第１の受入凹部２５と第１の受入凹部２５に対応する第２の受入凹部２３とに収容されるため、台板２１およびヒータ２２を安定して保持することができる。絶縁バイアス片２４は酸化ジルコニウム製である。

図５を参照すると、本発明の第２の実施形態に係る支持台を示す断面図であって、第２の実施形態は、８つの絶縁シール８１および８つの絶縁キャップ８２がボルト６のヘッド上でそれぞれ覆われ、金属ワッシャ７３がボルト６のヘッドと絶縁シール８１の間に介在することを除き、第１の実施形態と類似の構造を有する。もう１つの差異は、絶縁リング５６２が固定孔５６１、貫通孔５５５、および通過孔５４２を通って延在した後、フランジ５１と封止ワッシャ５４間の電気的絶縁を実現するように、上側絶縁パッド５３の下部と絶縁シール８１の上部間を厳重に封止することである。

さらに、図６を参照すると、本発明の第３の実施形態に係る支持台を示す断面図であって、第３の実施形態は、第３の実施形態で、固着ベース５が弾性ワッシャ５５とリング５６の間に介在する下側絶縁パッド５７をさらに含むことを除き、第１の実施形態と類似の構造を有する。下側絶縁パッド５７にはその周囲に、ボルト６を通過するための８つの貫通孔５７１が設けられる。構造上のもう１つの差異は、絶縁孔５７２が貫通孔５５５と通過孔５４２を貫通した後、フランジ５１と封止ワッシャ５４間の電気的絶縁を実現するように、上側絶縁パッド５３の下部と下側絶縁パッド５７の上部間を厳重に封止することである。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。 本発明に係る結晶成長炉の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る結晶成長炉内部の支持台を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る支持台を示す分解図である。 本発明の第２の実施形態に係る支持台を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る支持台の断面図である。

Claims (18)

1. 台板と少なくとも４つの支持ポストを備え、前記台板が少なくとも４つの支持ポストによって支持され、結晶成長炉の下側本体の壁に固定される、前記結晶成長炉内にヒータを有する支持台であって、前記支持台は前記台板の下にそれぞれ配置される複数の電気ヒータをさらに含み、前記各支持ポストは、下部端部および上部端部を含むグラファイト電極ポストであって、前記下部端部に外側ネジ山が設けられ、前記上部端部が前記ヒータの下部に対して前記ヒータのうちの１つを支持して電気的接続を両者間に確立するグラファイト電極ポストと、ナット部およびネジ山部を含む金属電極ポストであって、前記ナット部は一端にネジ係合のための対応する凹状内側ネジ穴と前記グラファイト電極ポストの外側ネジ山とが設けられ、他端で前記ネジ山部に延在し、前記ネジ山部とともに肩部を形成する金属電極ポストと、フランジ、絶縁シール、上側絶縁パッド、封止ワッシャ、弾性ワッシャ、リング、および複数の絶縁リングを含む固着ベースであって、前記フランジは円柱部および外側円部を有し、前記円柱部は周囲で前記炉の前記下側本体の壁に固定されるために、中央孔が前記円柱部に形成され、前記外側円部に複数の貫通孔が設けられ、前記絶縁シールが前記金属電極ポストの前記ナット部にスリーブ接続された後、前記中央孔に共に収容され、前記上側絶縁パッドが中央孔を有し、その外周にのみ複数の円形孔が設けられ、前記封止ワッシャが中央孔を有し、外周に複数の通過孔が設けられ、前記弾性ワッシャが中央部、円周部、および、軸方向に弾性力を提供するように前記中央部と前記円周部間に相互接続される少なくとも１つの弾性片を含み、前記中央部が中央に前記中央孔と、前記円周部に複数の貫通孔が設けられ、前記金属電極ポストの前記ネジ山部が前記封止ワッシャの中央孔および前記弾性ワッシャの中央孔を通って延在し、前記肩部が前記封止ワッシャに接触し、前記リングが外周に複数の固定孔を設けられる固着ベースと、対応する前記複数の固定孔、前記複数の絶縁リング、前記複数の貫通孔、前記複数の通過孔、前記複数の円形孔、および前記複数の拡張孔を通って延在し、前記複数のナットの助けを借りて、前記上側絶縁パッド、前記封止ワッシャ、および前記弾性ワッシャが一緒に留められて、前記フランジと前記リング間に固定される複数のボルトであって、前記絶縁シール、前記上側絶縁パッド、および前記複数の絶縁リングによって、前記フランジと前記封止ワッシャ間に電気的絶縁が確立される複数のボルトと、前記金属電極ポストの前記ネジ山部にねじ込まれ、前記係止ナットと前記金属電極ポストの肩部との間で前記封止ワッシャおよび前記弾性ワッシャを留めるために設けられる係止ナットを有する支持台。
2. 前記絶縁バイアス片は前記ヒータと前記台板の間に設けられ、前記絶縁バイアス片は下方向で前記グラファイト電極ポストの前記上部に対応する請求項１に記載の支持台。
3. 前記ヒータは両側面にそれぞれ第１の受入凹部が設けられ、複数の第２の受入凹部が前記台板の下に設けられ、前記絶縁バイアス片が前記第１の受入凹部と前記第１の受入凹部に対応する前記第２の受入凹部とに収容される請求項２に記載の支持台。
4. 前記絶縁バイアス片は酸化ジルコニウム製である請求項２に記載の支持台。
5. 前記台板にはその下に中央凹部が設けられる請求項１に記載の支持台。
6. 前記グラファイト電極ポストは、外側ネジ山が設けられる上部端部を有し、前記グラファイト電極ポストは前記調節ナットをさらに有し、前記調節ナットと前記外側ネジ山とのネジ係合によって、前記ヒータが支持される請求項１に記載の支持台。
7. 前記調節ナットはグラファイト調節ナットである請求項６に記載の支持台。
8. 前記金属電極ポストは銅電極ポストであることを特徴とする、請求項１に記載の支持台。
9. 前記フランジは下に突出リングが設けられ、前記上側絶縁パッドは上に環状凹部が設けられ、前記突出リングが前記環状凹部に挿入されることを特徴とする、請求項１に記載の支持台。
10. 前記フランジがステンレス鋼製であることを特徴とする、請求項１に記載の支持台。
11. 前記絶縁シールがアルミナ繊維製であることを特徴とする、請求項１に記載の支持台。
12. 前記上側絶縁パッドがシリコンゴム製であることを特徴とする、請求項１に記載の支持台。
13. 前記上側絶縁パッドがテフロン（登録商標）製であることを特徴とする、請求項１に記載の支持台。
14. 前記上側絶縁パッドが外周にフランジを設けられることを特徴とする、請求項１に記載の支持台。
15. 前記封止ワッシャが銅製ワッシャであることを特徴とする、請求項１に記載の支持台。
16. 前記固着ベースは前記弾性ワッシャと前記リング間に介在する前記下側絶縁パッドをさらに含み、前記下側絶縁パッドには周囲に複数の孔が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の支持台。
17. 複数の絶縁シールをさらに備え、その絶縁キャップが前記複数のナット上にそれぞれ対応して覆われることを特徴とする、請求項１に記載の支持台。
18. 複数の絶縁シールをさらに備え、その絶縁キャップが前記複数のボルトのヘッド上にそれぞれ対応して覆われることを特徴とする、請求項１に記載の支持台。

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