JP2009180495A - 加熱改良構造を有する結晶成長炉 - Google Patents

Abstract

【課題】炉本体、支持台、上部ヒータ、および下部ヒータを備える加熱改良構造を有する結晶成長炉を提供する。
【解決手段】加熱改良構造を有する結晶成長炉は、炉本体１、支持台２、上部ヒータ３、および下部ヒータ４を含む。上部ヒータ周囲のシリコン材料が溶解すると、溶融シリコンスラリーはシリコン材料の粒子間の空間に直接流れ込む。これにより、シリコン材料の内部のエネルギー吸収が促進される。その結果、るつぼ７内のシリコン材料全体の溶解を促進する所望のサイクルが確立される。るつぼは、るつぼ内のシリコン材料の溶解効率を高め、結晶成長炉により消費されるエネルギーと時間を節減するように、下部ヒータにより直接底部で加熱される。さらに、上部ヒータと下部ヒータのどちらもが互いに対称であるため、るつぼを均一に加熱することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、シリコンの多結晶を成長させる炉、特に、加熱改良構造を有する結晶成長炉に関する。

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９内に設けられ、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。３つの支持ポスト９３が結晶成長炉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。

図１に示されるように、ヒータ９５が、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。にもかかわらず、るつぼ９２の上部と底部を均一に加熱することができない。さらに、るつぼ９２に強固で安定した支持を与えるには、台板９１を非常に厚くして、大きな熱容量を持たせてやらねばならない。したがって、次第に所定の温度に達するように、３つの支持ポスト９３で支えられるまで台板９１によって大量の熱を吸収しなければならない。そして、結晶成長のための冷却プロセス間、台板９１を冷却するのは難しい。そのため、結晶成長炉の加熱および冷却プロセスの両方において、大量のエネルギーと時間が浪費される。

さらに、台板９１を容易に冷却できないため、るつぼ９２内のシリコン材料をるつぼ９２の上部と下部で均等に冷却できず、シリコン材料が固化して結晶インゴットに変質した後に内部応力が発生して、望ましくない品質の生成物ができる。

本発明は、炉本体、支持台、上部ヒータ、および下部ヒータを備える加熱改良構造を有する結晶成長炉を提供することである。炉本体は上側本体と下側本体とを含み、下側本体は上側本体の下に装着されて共に密閉炉チャンバを形成する。支持台は密閉炉チャンバ内に配置され、台板と複数の支持ポストとを含み、台板は支持ポストによって結晶成長炉の下側本体に支持され固定される。

本発明によると、上部ヒータは炉チャンバ内に配置され、それに応じて台板の上に位置決めされる。上部ヒータは第１レベルヒータと少なくとも１つの第２レベルヒータとを含み、懸架して上側本体に固定される。第１レベルヒータは第２レベルヒータより高く配置されて、第２レベルヒータの外周は第１レベルヒータの外周よりも大きく、第１レベルヒータと第２レベルヒータの両方でピラミッド状に形成される。下部ヒータは、支持台の台板と一緒に組み立てられる。

るつぼは、るつぼ内のシリコン材料の溶解効率を高めるように、上部および下部ヒータによってそれぞれ上部と下部で同時に加熱される。さらに、本発明によると、上部ヒータの第１レベルヒータと第２レベルヒータは一列に並べられ、積み重ねられてピラミッド形状を形成するシリコン材料と一致して配置されるので、シリコン材料により接近し、シリコン材料が開始段階でエネルギーを吸収するのを助ける。ピラミッド形状の外周周辺でシリコン材料が溶解すると、溶融シリコンスラリーは直接シリコン材料の粒子間の空間に流れ込む。このため、シリコン材料の内部のエネルギー吸収が促進される。その結果、エネルギーと時間の消費を節減するように、るつぼ内のシリコン材料全体の溶解を促進する所望のサイクルが確立される。

さらに、上部ヒータと下部ヒータはどちらも簡単な幾何学形状を有し、互いに対称であるため、るつぼを均一に加熱することができる。このため、エネルギーを節減し、加熱作業を簡便にするだけでなく、製造コストが節約される。

結晶成長炉は炉本体の炉チャンバ内に配置される加熱室を備え、加熱室の内部には、少なくとも支持台の台板、上部ヒータ、および下部ヒータを収容する内部空間が形成される。さらに、加熱室は内側断熱層と外側保温層とを含む２層構造を有するので、エネルギー節減の目的を達成するため、内側断熱層は熱が加熱室から漏れ出すのを防止する役割を果たし、外側保温層は保温効果を高めることができる。

さらに、加熱室は上カバーと下隔壁を含み、上カバーは密閉し、共に内部空間を形成するように下隔壁を覆う。加熱室の下隔壁は下側本体に固定されて、複数の貫通孔が設けられ、複数のスリーブはそれぞれ複数の貫通孔を通過して、複数の支持ポストが複数のスリーブに収容されて下側本体に固定される。加熱室の上カバーは上隔壁と複数の側隔壁とを含み、複数の側隔壁は上隔壁の下の周囲に互いに整列される。

本発明によると、上部ヒータの第１レベルヒータは、周囲抵抗と２つのグラファイト電極を含み、２つのグラファイト電極は加熱目的で第１レベルヒータに電力を提供するように周囲抵抗とそれぞれ接続される。さらに、第２レベルヒータよりも大きな外周を有する第３レベルヒータを設ける、あるいは、共にピラミッド形状を形成するようにさらに大きな外周を有する第４または第５レベルヒータを設けることもできる。これらのヒータは、るつぼの様々な形状に一致するように多角形または環状に直列接続することができる。

上部ヒータの第２レベルヒータは、周囲抵抗と２つのグラファイト電極を含み、２つのグラファイト電極は加熱目的で第２レベルヒータに電力を提供するように周囲抵抗とそれぞれ接続される。下部ヒータは、それぞれが支持台の台板の下に配置される複数の屈曲抵抗ストリップを含む。支持ポストはそれぞれ、抵抗ストリップのうちの１つの下部を支持し、そこに電気的に接続されるグラファイト電極ポストを含む。支持台の台板と複数の屈曲抵抗ストリップとの間には複数の断熱シートが介在する。さらに、各支持ポストは調節ナットを有する。グラファイト電極ポストはそれぞれ最上部に外側ネジ山が設けられるため、調節ナットが外側ネジ山と係合して屈曲抵抗ストリップを支持することができる。これは電気接触領域を拡大するだけでなく、台板を支持する際の安定性も高める。調節ナットはグラファイト製である。

本発明の他の目的、利点、および新規の特徴は、添付の図面と組み合わせて以下の詳細な説明からさらに自明となるであろう。

図２を参照すると、炉本体１、支持台２、上部ヒータ３、および下部ヒータ４を備える結晶成長炉を示す断面図である。

炉本体１は、上側本体１１と下側本体１２を含み、下側本体１２は上側本体１１の下部に装着されて共に密閉炉チャンバ１０を形成する。支持台２は台板２１と８つの支持ポスト２２を含み、台板２１は支持ポスト２２によって結晶成長炉の下側本体１２に支持され固定される。

図２に示されるように、加熱室５は炉本体１の炉チャンバ１０内に配置されて、上カバー５１と下隔壁５２を含む。上カバー５１は上側本体１１の内部に固定され、下隔壁５２は下側本体１２の内部に固定されるので、上カバー５１は密閉し、内部空間５０を共に形成するように下隔壁５２を覆う。内部空間５０は、少なくとも支持台２の台板２１、上部ヒータ３、および下部ヒータ４を収容する。

さらに、加熱室５の下隔壁５２には８つの貫通孔５２１が設けられ、８つのスリーブ５２２がそれぞれ８つの貫通孔５２１を通過し、８つの支持ポスト２２が８つのスリーブ５２２に収容されて、下側本体１２に固定される。加熱室５の上カバー５１は上隔壁５１１と４つの側隔壁５１２を含み、側隔壁５１２は互いに上隔壁５１１の下部周囲に並べられる。上隔壁５１１には４つの貫通孔５１３が設けられ、４つのスリーブ３２２はそれぞれ４つの貫通孔５１３を通過し、４つのグラファイト電極３１０、３２０が４つのスリーブ３２２に収容されて上側本体１１内部に固定される。

加熱室５は、内側断熱層（たとえばグラファイト断熱材製）と外側保温層（たとえばアルミナ繊維製）とを含む２層構造を有するため、エネルギー節減目的を達成するように、内側断熱層は熱が加熱室５から漏れ出すのを防ぐ役割を果たし、外側保温層は保温効果を高めることができる。

図２に示されるように、搭載枠６は支持台２の台板２１上に配置され、下板６１と４つの側板６２を含み、側板６２は、るつぼ７を収容するための内部空間を密閉し共に形成する下板６１を囲み、その上に起立する。

上部ヒータ３は炉チャンバ１０の加熱室５内に配置され、それに応じて台板２１の上に位置決めされる。上部ヒータ３は、少なくとも２つのレベルの加熱構造、すなわち、懸架して上側本体１１に固定される第１レベルヒータ３１および第２レベルヒータ３２を含む。第１レベルヒータ３１は第２レベルヒータ３２より高い位置に配置され、第１レベルヒータ３１と第２レベルヒータ３２のどちらも中空枠の形状を有し、第２レベルヒータ３２の外周は第１レベルヒータ３１の外周より大きく、共にピラミッド形状を形成する。下部ヒータ４は支持台２の台板２１と一緒に組み立てられる。

図３を参照すると、本発明に係る上部ヒータを示す概略図であって、上部ヒータ３の第１レベルヒータ３１は周囲抵抗と２つのグラファイト電極３１０とを含み、周囲抵抗は、矩形のるつぼ７と一致するように矩形に直列で接続される４つの抵抗板３１１で形成される。２つのグラファイト電極３１０はそれぞれ、加熱目的で第１レベルヒータ３１に電力を提供するように周囲抵抗と接続される。さらに、上部ヒータ３の第２レベルヒータ３２は周囲抵抗と２つのグラファイト電極３２０とを含み、周囲抵抗は、るつぼ７の形状と一致するように矩形に直列で接続されるさらに長い４つの抵抗板３２１で形成される。２つのグラファイト電極３２０はそれぞれ、加熱目的で第２レベルヒータ３２に電力を提供するように周囲抵抗と接続される。

さらに、図４を参照すると、本発明に係る下部ヒータを示す概略図であって、図２も参照すると、下部ヒータ４は、支持台２の台板２１の下にそれぞれ配置される４つの屈曲抵抗ストリップ４１を含む。各支持ポスト２２は、抵抗ストリップ４１の下部を支持し、そこに電気的に接続されるグラファイト電極ポスト２２１を含むため、抵抗ストリップ４１を加熱するための電力をグラファイト電極ポスト２２１を介して提供することができる。図２に示されるように、複数の断熱シート２３が支持台２の台板２１と４つの屈曲抵抗ストリップ４１との間に介在する。

図２を参照すると、支持ポスト２２は、固定手段２２３が最初に下側本体１１の壁に、次に固定手段２２３に溶接され、グラファイト電極ポスト２２１と金属ポスト２２２とが共にねじ込まれてそこに電気的に接続されるように、下側本体１１に固定される。

さらに、図５を参照すると、本発明に係る下部ヒータを示す斜視図であって、各支持ポスト２２はグラファイト製の調節ナット２２０を有する。各グラファイト電極ポスト２２１には最上部に外側ネジ山が設けられるので、調節ナット２２０は外側ネジ山と係合して、屈曲抵抗ストリップ４１を支持することができる。これにより、電気接触領域が拡大されるだけでなく、台板２１を支持する際の安定性が高まる。

上述したように、るつぼ７は、るつぼ７内のシリコン材料の溶解効率を高めるように、上部および下部ヒータ３、４によってそれぞれ上部と下部が同時に加熱される。さらに、本発明によると、第１レベルヒータ３１と第２レベルヒータ３２とは、積み重ねられてピラミッド形状を形成するシリコン材料と一致して配列および配置されるので、シリコン材料により接近し、開始段階でシリコン材料がエネルギーを吸収するのを助ける。ピラミッド形状の外周のシリコン材料が溶解すると、溶融シリコンスラリーはシリコン材料の粒子間の空間に直接流れ込む。これにより、シリコン材料内部のエネルギー吸収が促進される。その結果、エネルギーと時間の消費を節減するように、るつぼ７内のシリコン材料全体の溶解を促進する所望のサイクルが確立される。

図３および４に示されるように、上部および下部ヒータ３、４のどちらも簡単な幾何学形状を有し、互いに対称であるため、るつぼ７を均一に加熱することができる。これはエネルギーを節減し、加熱作業を簡便にするだけでなく、製造コストを節約する。

本発明を好適な実施形態に関連して説明したが、これに限定されず、本発明の範囲内で他の多くの変更および変形が可能であると理解すべきである。

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を示す断面図である。 本発明に係る上部ヒータを示す概略図である。 本発明に係る下部ヒータを示す概略図である。 本発明に係る下部ヒータを示す斜視図である。

Claims (12)

1. 上側本体と下側本体とを含み、前記下側本体が前記上側本体の下部に装着されて共に密閉炉チャンバを形成する炉本体と、
   前記密閉炉チャンバ内に配置され、台板と複数の支持ポストとを含み、前記台板が前記支持ポストによって結晶成長炉の前記下側本体に支持され固定される支持台と、
   を備える、加熱改良構造を有する結晶成長炉であって、
   上部ヒータが前記炉チャンバ内に配置され、それに応じて前記台板の上に位置決めされ、前記上側本体に懸架して固定される第１レベルヒータおよび少なくとも１つの第２レベルヒータを含み、前記第１レベルヒータが前記第２レベルヒータより高い位置に配置され、前記第２レベルヒータの外周が前記第１レベルヒータの外周より大きく、
   下部ヒータが前記支持台の前記台板と共に組み立てられる結晶成長炉。
2. 前記炉本体の前記炉チャンバ内に配置され、少なくとも前記支持台の前記台板、前記上部ヒータ、および前記下部ヒータを収容する内部空間が内部に形成される加熱室をさらに備える、請求項１に記載の結晶成長炉。
3. 前記加熱室が、内側断熱層と外側保温層とを含む２層構造を有する、請求項２に記載の結晶成長炉。
4. 前記加熱室が上カバーと下隔壁とを含み、前記上カバーが前記内部空間を密閉し共に形成するように前記下隔壁を覆う、請求項２に記載の結晶成長炉。
5. 複数のスリーブをさらに備え、前記加熱室の前記下隔壁に複数の貫通孔が設けられ、前記複数のスリーブが前記複数の貫通孔をそれぞれ通過し、前記複数の支持ポストが前記複数のスリーブに収容されて前記下側本体に固定される、請求項４に記載の結晶成長炉。
6. 前記加熱室の前記上カバーが上隔壁と複数の側隔壁とを含み、前記複数の側隔壁が前記上隔壁の下部の周囲に互いに並べられる、請求項４に記載の結晶成長炉。
7. 前記上部ヒータの前記第１レベルヒータが周囲抵抗と２つのグラファイト電極とを含み、前記２つのグラファイト電極がそれぞれ前記周囲抵抗と電気的に接続される、請求項１に記載の結晶成長炉。
8. 前記上部ヒータの少なくとも１つの前記第２レベルヒータが周囲抵抗と２つのグラファイト電極とを含み、前記２つのグラファイト電極がそれぞれ前記周囲抵抗と電気的に接続される、請求項１に記載の結晶成長炉。
9. 前記下部ヒータが、前記支持台の前記台板の下部にそれぞれ配置される複数の屈曲抵抗ストリップを含み、各前記支持ポストが、前記抵抗ストリップのうちの１つの下部を支持し、そこに電気的に接続されるグラファイト電極ポストを含む、請求項１に記載の結晶成長炉。
10. 前記支持台の前記台板と前記複数の屈曲抵抗ストリップ間に介在する複数の断熱シートをさらに備える、請求項９に記載の結晶成長炉。
11. 各前記支持ポストが調節ナットを有し、各前記グラファイト電極ポストの最上部に外側ネジ山が設けられるため、前記調節ナットが前記外側ネジ山と係合して前記屈曲抵抗ストリップを支持することができる、請求項９に記載の結晶成長炉。
12. 調節ナットがグラファイト製である、請求項１１に記載の結晶成長炉。

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