JP2754104B2 - 半導体単結晶引上用粒状原料供給装置 - Google Patents

半導体単結晶引上用粒状原料供給装置

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JP2754104B2 JP3293808A JP29380891A JP2754104B2 JP 2754104 B2 JP2754104 B2 JP 2754104B2 JP 3293808 A JP3293808 A JP 3293808A JP 29380891 A JP29380891 A JP 29380891A JP 2754104 B2 JP2754104 B2 JP 2754104B2
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    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/0015—Feeding of the particles in the reactor; Evacuation of the particles out of the reactor
    • B01J8/002—Feeding of the particles in the reactor; Evacuation of the particles out of the reactor with a moving instrument
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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    • C30B15/02—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T117/10—Apparatus
    • Y10T117/1024—Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state
    • Y10T117/1032—Seed pulling
    • Y10T117/1056—Seed pulling including details of precursor replenishment

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、単結晶引上装置のルツ
ボ内へポリシリコン等の粒状原料を連続的に供給するた
めの半導体単結晶引上用粒状原料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、シリコン単結晶をＣＺ法（Ｃｚ
ｏｃｈｒａｌｓｋｉ法）によって製造する場合、適当に
分割された塊状の多結晶原料（ポリシリコン）を単結晶
引上装置のルツボ内に投入し、この多結晶原料を抵抗加
熱又は高周波加熱によってルツボ内で溶融せしめ、溶融
液（以下、メルトと称す）の表面に、引上手段に取り付
けられた種結晶を浸漬し、引上手段を回転させながらこ
れを毎分数ｍｍ程度の速度で引き上げて種結晶の先にシ
リコン単結晶を成長させることが行なわれている。
【０００３】ところで、上述の製造工程において炉（チ
ャンバー）を一度冷却すると、生産効率の低下、高価な
ルツボの破損等を招くため、多結晶原料を細かな粒状と
し、この粒状の多結晶原料をルツボに連続的に供給する
連続チャージ方式が採用されるに至り、そのための粒状
原料供給装置も種々提案されている（例えば、特開昭５
９−１１５７３６号、特開昭６１−３６１９７号公報参
照）。これらの装置では、粒状原料の重量を監視してそ
の供給量の制御を行なうようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
粒状原料供給装置にあっては、多量の粒状原料を貯留す
る大型のホッパーの全重量を計測していたため、重量計
は高重量用の感度の低いものを使用せざるを得ず、この
ために高精度な原料供給量の制御を行なうことができな
かった。この結果、例えば、ルツボ内のメルト量を一定
に保つメルト量一定型の制御方式を採る場合には、メル
ト量に変動を生じ、単結晶中の酸素濃度が一定せず、
又、メルト中のドーパント濃度を一定に保つために単結
晶の引き上げの進行と共にメルト量を減少させるメルト
量減少型の制御方式を採る場合には、ドーパント濃度に
変動を生じてしまう。
【０００５】又、ＣＺ法では、結晶直径を一定に保つた
めに単結晶育成速度及びヒーターパワーを変化させるこ
とが多いが、連続チャージ法でメルト量を一定に保つに
は、或いはメルト中のドーパント濃度を一定に保つに
は、単結晶の育成速度及び直径に対して原料供給量を常
に変化させていかなければならない。然るに、重量計の
感度が悪いと、原料供給量の単結晶育成速度及び直径に
対する追従性が悪く、メルト量又はメルト中のドーパン
ト濃度を一定に保つことができない。
【０００６】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、粒状原料の高精度、且つ安定
した供給量制御を可能として単結晶引上装置のルツボ内
のメルト量又はメルト中のドーパント濃度を一定に保つ
ことを可能ならしめる半導体単結晶引上用粒状原料供給
装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明は、タンク内に貯留された粒状原料を単結晶引上装
置に連続的に供給する装置において、振動フィーダによ
って加振され、且つ前記タンクから粒状原料の供給を受
ける小容量のホッパーと、該小容量ホッパーの総重量を
検出する重量センサーと、該重量センサーの検出信号を
受けて前記振動フィーダを制御する制御手段とを備えて
なり、引上中の単結晶の育成速度および直径の実測値を
前記制御手段に入力し、該制御手段により、前記入力デ
ータに基づいて粒状原料の供給量を設定するとともに、
前記重量センサーにより検出された前記小容量ホッパー
の総重量の低下量が前記粒状原料の供給量に等しくなる
ように前記振動フィーダの作動を制御することを特徴と
する半導体単結晶引上用粒状原料供給装置である。 な
お、以下の説明では便宜上、前記「小容量ホッパー」を
「メインホッパー」又は「ホッパー」と記載することが
ある。
【０００８】
【作用】本発明によれば、大容量のタンクに対して別設
される小容量のホッパーの重量は小さく、従って、この
軽量なホッパーの重量を計測する重量センサーとして高
感度のものを使用することができ、ホッパーの重量変
化、つまりは該ホッパーから単結晶引上装置へ供給され
る粒状原料の流量が高精度に計測される。そして、この
粒状原料の流量（供給量）の計測値は制御手段に入力さ
れ、制御手段は原料供給量が所定値となるよう振動フィ
ーダを制御する。
【０００９】以上の結果、粒状原料の高精度、且つ安定
した供給量制御が可能となり、単結晶引上装置のルツボ
内のメルト量又はメルト中のドーパント濃度を一定に保
つことができる。尚、重量センサーによって計測される
ホッパー（粒状原料）の重量が設定下限値以下になった
時点で、タンクからホッパーへの粒状原料の補給がなさ
れる。
【００１０】
【実施例】以下に本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。
【００１１】図１は本発明に係る半導体単結晶引上用粒
状原料供給装置１の構成図である。該粒状原料供給装置
１は真空チャンバー２を有しており、該真空チャンバー
２内の上部には大容量の漏斗状タンク３が収納されてお
り、このタンク３内には粒状のシリコン多結晶原料（以
下、粒状ポリシリコンと称す）４が貯留されている。
【００１２】又、上記タンク２の下方には、小容量（本
実施例では、１５０ｃｃ）のメインホッパー５が振動フ
ィーダ６上に設置されており、該メインホッパー５とタ
ンク２の間には中容量（本実施例では、１３５０ｃｃ）
のサブホッパー７が介設されている。ここで、サブホッ
パー７内の上部にはタンク３の下端から延出する出口管
３ａが臨んでおり、サブホッパー７の下部から前記メイ
ンホッパー５に向かって斜め下方に延出する出口管７ａ
はメインホッパー５内の上部に臨んでいる。そして、こ
のサブホッパー７の出口管７ａの途中には２つのロータ
リソレノイドバルブ８，９が上下２段に設けられてお
り、これらは真空チャンバー２とは別に設けられた補給
機コントローラ１０に電気的に接続されている。
【００１３】更に、前記メインホッパー５から水平に延
出するトラフ５ａは、不図示の単結晶引上装置のチャン
バー内に設けられた石英ルツボに粒状ポリシリコン４を
供給するための石英製の原料供給管１１に接続されてい
る。
【００１４】一方、前記真空チャンバー２とは別に、Ｃ
ＰＵ１２、フィーダコントローラ１３及び電源であるア
ダプタ１４が設けられており、これらは互いに電気的に
接続されており、フィーダコントローラ１３と前記補給
機コントローラ１０も互いに電気的に接続されている。
【００１５】ところで、前記振動フィーダ６は前記アダ
プタ１４に電気的に接続されており、これはアダプタ１
４によって駆動されてメインホッパー５を所定の周波数
及び振幅で加振するものであって、これにはメインホッ
パー５の重量を計測するための重量センサーである高感
度ロードセル１５が設けられている。そして、このロー
ドセル１５は前記フィーダコントローラ１３に電気的に
接続されており、メインホッパー５の重量の検出信号を
フィーダコントローラ１３に入力する。
【００１６】而して、本発明に係る粒状原料供給装置１
を構成する前記真空チャンバー２には不図示の真空ポン
プと真空計１６が設けられており、該真空チャンバー２
内は真空に保たれている。従って、当該粒状原料供給装
置１の状態をこれ単体で単結晶引上装置の操業条件に合
致させることができ、複数の単結晶引上装置に対して操
業途中から当該粒状原料供給装置１を結合することが可
能となる。尚、単結晶引上装置には、チャンバー内の雰
囲気を外気から遮断するためのアイソレーションバルブ
とチャンバーの内圧を均一化するための均一バルブを有
するポートが設けられており、粒状原料供給装置１はこ
のポートを介して単結晶引上装置に容易に結合される。
【００１７】又、本実施例では、タンク２、メインホッ
パー５、サブホッパー７の内面の他、ポリシリコン４が
通過する全ての部位の表面にはテフロンコーティングが
施されており、これによって重金属による単結晶の汚染
が防がれている。
【００１８】次に、粒状原料供給装置１の作用を説明す
る。
【００１９】前述のように、タンク３の出口管３ａはサ
ブホッパー７内の上部に臨んでいるため、サブホッパー
７内にはタンク２内に貯留されていた粒状ポリシリコン
４が充填されている。そして、後述のように、メインホ
ッパー５内の粒状ポリシリコン４の残量が所定値以下に
減少すると、ロータリソレノイドバルブ８，９が開けら
れ、サブホッパー７内の粒状ポリシリコン４がメインホ
ッパー５に補給される。
【００２０】而して、前述のように、メインホッパー５
はアダプタ１４によって加振され、これによってメイン
ホッパー５内の粒状ポリシリコン４はトラフ５ａから原
料供給管１１へと流れ、原料供給管１１を経て不図示の
単結晶引上装置のチャンバー内に収納された石英ルツボ
内に連続的に供給される。このとき、メインホッパー５
の総重量はロードセル１５によって毎秒７０回のタイミ
ングで計測され、この重量の検出信号はフィーダコント
ローラ１３に入力される。尚、本実施例では、トラフ５
ａとしては長さ５ｃｍの短いものを使用しているため、
粒状ポリシリコン４の自重による落下や、メインホッパ
ー５の振動ムラの発生に起因する供給不能が生じること
はない。
【００２１】一方、ＣＰＵ１２には単結晶引上装置にお
ける単結晶の育成速度と直径に関する時々刻々の実測値
が入力されており、ＣＰＵ１２はこれらのデータから、
引き上げられた単結晶の重量の時々刻々の増大量（これ
は石英ルツボ内メルトの時々刻々の減少量に等しい）を
算出し、この結果から粒状ポリシリコン４の供給量（流
量）の設定値を決定してその値をフィーダコントローラ
１３に入力する。すると、フィーダコントローラ１３は
決定された値に応じた信号をアダプタ１４に対して出力
し、これによってアダプタ１４の電圧が調整されて振動
フィーダ６によりメインホッパー６の振動振幅が変えら
れ、メインホッパー５からの粒状ポリシリコン４の供給
量が設定値になるように制御される。尚、ＣＰＵ１２
は、メルト量一定型とメルト量減少型の制御パターンの
何れにも対応することができるソフトを内蔵している。
すなわち、メルト量一定型の単結晶引上を行う場合に
は、ルツボ内メルトの時々刻々の減少量を相殺するに足
る量の粒状ポリシリコンが供給され、メルト量減少型の
場合には、ルツボ内メルトのドーパント濃度の、時々刻
々の上昇を相殺するに足る量の粒状ポリシリコンが供給
される。
【００２２】ところで、メインホッパー５内の粒状ポリ
シリコン４の重量は、計測されたメインホッパー５の総
重量からメインホッパー５単体の既知重量を差し引いて
求められ、粒状ポリシリコン４の供給量（流量）は該粒
状ポリシリコン４の単位時間当りの重量変化量として求
められる。ここで、図２（ａ）に、メルト量一定型の制
御方式を採る場合の粒状ポリシリコン４の供給量（流
量）Ｆの変化を時間ｔに対して示す。
【００２３】又、粒状ポリシリコン４の供給に伴い、メ
インホッパー５の総重量Ｇは図２（ｂ）の直線ａにて示
すように時間ｔの経過と次第に減少するが、この値Ｇが
設定下限値Ｇmin 以下になった時点でフィーダコントロ
ーラ１３は補給機コントローラ１０に信号を送り、補給
機コントローラ１０はこの信号を受けてロータリソレノ
イドバルブ８，９を開いてサブホッパー７からメインホ
ッパー５に粒状ポリシリコン４を補給する。このとき、
粒状ポリシリコン４は落下時に飛散、或いは溢れを生じ
易いため、補給開始時には下側のバルブ９を開いた後に
上側のバルブ８が開けられ、補給終了時には上側のバル
ブ８を閉じた後に下側のバルブ９が閉じられるという一
連の動作がなされる。
【００２４】ところで、サブホッパー７からメインホッ
パー５への粒状ポリシリコン４の補給動作中には、図２
（ｂ）の直線ｂにて示すように、メインホッパー５の総
重量Ｇが不連続的に急激に増大するため、そのときの原
料供給量が見掛け上変化し、正確な流量制御を行なうこ
とができない。そこで、本実施例では、補給動作中以外
での振動フィーダ６の振動振幅データを保存しておき、
補給動作中はその保存された振動振幅でメインホッパー
５を加振することで、補給に伴う流量制御の誤差を最小
限に抑えるようにしている。
【００２５】以上のように、本実施例においては、大容
量のタンク３に対して別設される小容量のメインホッパ
ー５の重量は小さく、従って、この軽量なメインホッパ
ー５の重量を計測する重量センサーとして高感度のロー
ドセル１５を使用することができ、メインホッパー５の
重量変化、つまりは該メインホッパー５から単結晶引上
装置へ供給される粒状ポリシリコン４の流量が高精度に
計測される。この結果、粒状ポリシリコン４の高精度、
且つ安定した供給量制御が可能となり、単結晶引上装置
のルツボ内のメルト量又はメルト中のドーパント濃度を
一定に保つことができ、高品位な単結晶を得ることがで
きる。
【００２６】
【発明の効果】以上の説明で明らかな如く、本発明の半
導体単結晶引上用粒状原料供給装置は、タンク内に貯留
された粒状原料を単結晶引上装置に連続的に供給する装
置において、振動フィーダによって加振され、且つ前記
タンクから粒状原料の供給を受ける小容量のホッパー
と、該小容量ホッパーの総重量を検出する重量センサー
と、該重量センサーの検出信号を受けて前記振動フィー
ダを制御する制御手段とを備えてなり、引上中の単結晶
の育成速度および直径の実測値を前記制御手段に入力
し、該制御手段により、前記入力データに基づいて粒状
原料の供給量を設定するとともに、前記重量センサーに
より検出された前記小容量ホッパーの総重量の低下量が
前記粒状原料の供給量に等しくなるように前記振動フィ
ーダの作動を制御するように構成したため、粒状原料の
高精度、且つ安定した供給量制御が可能となり、単結晶
引上装置のルツボ内のメルト量又はメルト中のドーパン
ト濃度を一定に保つことによって高品位な単結晶を得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体単結晶引上用粒状原料供給
装置の構成図である。
【図２】（ａ）は原料流量の時間的変化を示す図、
（ｂ）はメインホッパーの総重量の時間的変化を示す図
である。
【符号の説明】
１ 半導体単結晶引上用粒状原料供給装置 ２ 真空チャンバー ３ タンク ４ 粒状ポリシリコン（粒状原料） ５ メインホッパー（ホッパー） ６ 振動フィーダ ７ サブホッパー ８，９ ロータリソレノイドバルブ（開閉弁） １０ 補給機コントローラ（制御手段） １２ ＣＰＵ（制御手段） １３ フィーダコントローラ（制御手段） １５ ロードセル（重量センサー）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水石 孝司 群馬県安中市磯部２丁目13番１号信越半 導体株式会社 磯部工場内 (72)発明者 荻野 克彦 群馬県安中市磯部２丁目13番１号信越半 導体株式会社 磯部工場内 (56)参考文献 特開 平３−54188（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−23286（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 タンク内に貯留された粒状原料を単結晶
    引上装置に連続的に供給する装置において、振動フィー
    ダによって加振され、且つ前記タンクから粒状原料の供
    給を受ける小容量のホッパーと、該小容量ホッパーの総
    重量を検出する重量センサーと、該重量センサーの検出
    信号を受けて前記振動フィーダを制御する制御手段とを
    備えてなり、引上中の単結晶の育成速度および直径の実
    測値を前記制御手段に入力し、該制御手段により、前記
    入力データに基づいて粒状原料の供給量を設定するとと
    もに、前記重量センサーにより検出された前記小容量ホ
    ッパーの総重量の低下量が前記粒状原料の供給量に等し
    くなるように前記振動フィーダの作動を制御することを
    特徴とする半導体単結晶引上用粒状原料供給装置。
  2. 【請求項２】 前記重量センサーは、高感度ロードセル
    であることを特徴とする請求項１記載の半導体単結晶引
    上用粒状原料供給装置。
  3. 【請求項３】 前記タンクと前記小容量ホッパーの間に
    サブホッパーを介設し、該サブホッパーの下方部に開閉
    弁を上下２段に設けるとともに、これらの開閉弁を操作
    する開閉弁制御装置を設け、前記小容量ホッパーの総重
    量が設定下限値以下になった時点で、前記開閉弁制御装
    置により下段の開閉弁を、ついで上段の開閉弁を開けて
    前記サブホッパーから前記小容量ホッパーへの粒状原料
    の補給を開始し、その後、上段の開閉弁を、ついで下段
    の開閉弁を閉じて前記粒状原料の補給を停止するように
    したことを特徴とする請求項１記載の半導体単結晶引上
    用粒状原料供給装置。
  4. 【請求項４】 粒状原料の前記小容量ホッパーへの補給
    動作時における前記振動フィーダの制御は、補給動作時
    以外のデータによって行なわれることを特徴とする請求
    項１又は３記載の半導体単結晶引上用粒状原料供給装
    置。
  5. 【請求項５】 前記タンク、前記サブホッパー、前記小
    容量ホッパーのそれぞれの 内面及び粒状原料が通過する
    全ての装置内面は、テフロンコーティングされているこ
    とを特徴とする請求項１記載の半導体単結晶引上用粒状
    原料供給装置。
  6. 【請求項６】 前記振動フィーダを制御する制御手段や
    電源を除いて、前記 タンク、前記サブホッパー、振動フ
    ィーダ、小容量ホッパー、重量センサー等は、真空チャ
    ンバー内に収納されることを特徴とする請求項１記載の
    半導体単結晶引上用粒状原料供給装置。
JP3293808A 1991-10-15 1991-10-15 半導体単結晶引上用粒状原料供給装置 Expired - Lifetime JP2754104B2 (ja)

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