JP3186185U

JP3186185U - 結晶成長炉に用いられるアンチアーク放電の加熱電極アセンブリ

Info

Publication number: JP3186185U
Application number: JP2013004008U
Authority: JP
Inventors: 志偉黄; 任民邵; 安鈞劉
Original assignee: ▲ユイ▼成光能股▲フェン▼有限公司
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2013-07-11
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2023-07-11
Also published as: TWM441676U; US8891585B2; US20140023106A1

Abstract

【課題】電極ユニットと隔熱板との間に発生する高温なアーク放電を防止することができる結晶成長炉に用いられるアンチアーク放電の加熱電極アセンブリを提供する。
【解決手段】結晶成長炉９の炉壁９１と該炉壁９１内にある電気加熱手段９２との間に取付けられていると共に、隔熱板ユニット３と、隔熱板ユニット３の貫通孔３０１を貫通する挿入部４２を有する電極ユニット４と、挿入部４２により内挿されて該挿入部４２と該挿入部４２が対応する貫通孔３０１との間に介在することにより全周を連続的に電気絶縁する効果を発揮する電気絶縁ユニットと、を備えることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本考案は結晶成長炉に関し、特に結晶成長炉に用いられるアンチアーク放電の加熱電極アセンブリに関する。

図１に台湾特許Ｉ３４６１５２号明細書により開示された結晶成長炉が示されており、図示のように該結晶成長炉１は上炉壁１１と、該上炉壁１１の底部を封止する炉底蓋１２と、該上炉壁１１と炉底蓋１２との間に配置される隔熱ユニット１３と、隔熱ユニット１３の内側に配置される支持台１４と、複数の電極ユニット１５と、複数の電気抵抗式グラファイト加熱手段１６とを備えている。各電極ユニット１５はいずれも上炉壁１１に固定されている金属電極柱１５１と、金属電極柱１５１から下方へ延伸して隔熱ユニット１３を貫通して電気抵抗式グラファイト加熱手段１６に接続しているグラファイト電極柱１５２とを備えている。

該結晶成長炉１がシリコン多結晶成長を行う時には、支持台１４により支持される坩堝１７内にシリコン原料を設置してから、電極ユニット１５を経由して低電圧／高電流の電気を電気抵抗式グラファイト加熱手段１６に供給して高温を生成することによって、隔熱ユニット１３内に熱場（thermal field）を生成し、坩堝１７内に設置されたシリコン原料を溶融させてシリコン融液１９にする。

ここで、隔熱ユニット１３は通常導電性を有するグラファイトまたは炭素繊維材料により作成され、そして各電極ユニット１５のグラファイト電極柱１５２と隔熱ユニット１３との間に十分な電気絶縁処理が施されていないため、電極ユニット１５を経由して低電圧／高電流の電気が供給されると、グラファイト電極柱１５２と隔熱ユニット１３との間に生成される高温なアーク放電が隔熱ユニット１３を損傷する虞がある。隔熱ユニット１３が損傷すると、隔熱ユニット１３内に生成される熱場も影響されるので、結晶成長の品質にも悪影響を与えてしまう。

図２に中国特許ＣＮ２０２１０７７９４号明細書により開示された結晶成長炉が示されており、図示のように該結晶成長炉２は炉体２１と、該炉体２１内に配置されている隔熱籠２２と、隔熱籠２２の上端に配置されている隔熱板２３と、隔熱板２３を貫通する複数の電極ユニット２４と、各電極ユニット２４に接続されている加熱装置２５とを備えている。

しかし、この結晶成長炉２における各電極ユニット２４と隔熱板２３との間に電気絶縁手段が介在していないため、図１に示されている上記結晶成長炉１と同じように、高温なアーク放電の発生によって隔熱板２３が損傷する問題が起こり、結晶成長に必要な熱場の生成も影響を受け、結晶成長の品質にも悪影響を与えてしまう。

したがって、本考案は電極ユニットと隔熱板との間に発生する高温なアーク放電を防止することができる結晶成長炉に用いられるアンチアーク放電の加熱電極アセンブリの提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、本考案は、結晶成長炉に用いられるアンチアーク放電の加熱電極アセンブリであって、結晶成長炉の炉壁と該炉壁内にある電気加熱手段との間に取付けられていると共に、前記炉壁と前記電気加熱手段との間に配置され、前記炉壁に面する第１の表面と、前記電気加熱手段に面する第２の表面と、前記第１の表面から前記第２の表面まで貫通する複数の貫通孔とを有する隔熱板ユニットと、前記隔熱板ユニットが有する複数の貫通孔にそれぞれ対応し、いずれも前記炉壁に固定されている電気導入部と、前記電気導入部に電気的に接続していると共に対応する貫通孔を挿通してから前記電気加熱手段に当接して固定されている挿入部と、前記挿入部の前記電気加熱手段に固定されている端部の外周面から張り出すフランジとを有する複数の電極ユニットと、前記複数の電極ユニットがそれぞれ有する前記挿入部に対応し、いずれも前記挿入部と該挿入部が対応する前記貫通孔との電気的接続を前記挿入部の全周に亘って連続的に遮断することができるように、該挿入部により内挿されて該挿入部と該挿入部が対応する前記貫通孔との間に介在する絶縁スリーブと、該挿入部から張り出す前記フランジの前記隔熱板ユニットに面する端面と前記隔熱板ユニットの前記第２の表面との間に介在する絶縁リングとを有する複数の電気絶縁ユニットとと、を備えることを特徴とする加熱電極アセンブリを提供する。

上記加熱電極アセンブリにおいて、各前記電気絶縁ユニットが有する前記絶縁スリーブは、一端部が前記隔熱板ユニットの前記第１の表面側に突出すると共に、該一端部に前記第１の表面に当接する当接フランジが更に形成されていることが好ましい。

上記加熱電極アセンブリにおいて、各前記電気絶縁ユニットは、前記絶縁スリーブと、該絶縁スリーブに内挿する前記電極ユニットの前記挿入部との間に介在する一対の半円筒スリーブを更に有していることが好ましい。

上記加熱電極アセンブリにおいて、各前記電気絶縁ユニットが有する前記絶縁リングは、一対のＣ字形半円リング部からなることが好ましい。

上記加熱電極アセンブリにおいて、各前記電極ユニットは、いずれもグラファイト電極柱と該グラファイト電極柱の端部に接続される金属電極柱とにより構成されるものであり、前記グラファイト電極柱は、グラファイト材料で作成される前記挿入部及び前記挿入部から張り出す前記フランジとにより構成されており、前記金属電極柱は、金属材料で作成されて前記挿入部から前記炉壁まで延伸して前記炉壁に固定されている前記電気導入部により構成されることが好ましい。

上記加熱電極アセンブリにおいて、各前記電気絶縁ユニットが有する前記絶縁スリーブは、酸化アルミニウム材料からなることが好ましい。

上記加熱電極アセンブリにおいて、前記隔熱板ユニットは、前記第１の表面を有する第１の板体と前記第２の表面を有する第２の板体とからなる二重構造であることが好ましい。

上記加熱電極アセンブリにおいて、前記第１の板体と前記第２の板体とはいずれも炭素繊維材料からなり、前記第１の板体より前記第２の板体の密度が高いことが好ましい。

上記構成により、本考案の結晶成長炉に用いられるアンチアーク放電の加熱電極アセンブリは、電極ユニットの挿入部及びフランジと隔熱板ユニットの貫通孔との間の電気的接続を挿入部の全周に亘って連続的に遮断することができるように電極ユニットの挿入部及びフランジと隔熱板ユニットの貫通孔との間に介在するので、高温なアーク放電の発生による隔熱板ユニットの損傷を防止することができる上、結晶成長に必要な熱場を安定させて結晶成長の品質が向上する効果が期待できる。

従来の結晶成長炉の一構成例が示されている断面図である。従来の結晶成長炉のもう一つの構成例が示されている断面図である。本考案の結晶成長炉の一構成例が示されている断面図である。本考案の結晶成長炉における電気絶縁ユニットの構成が示される一部分解図である。本考案の結晶成長炉における電気絶縁ユニットの構成が示される一部断面図である。

以下では各図面を参照しながら、本考案の好ましい実施形態について詳しく説明する。

図３〜図５に本考案の第１の好ましい実施形態が示されている。図３は本考案の結晶成長炉の一構成例が示されている断面図であり、図４は本考案の結晶成長炉における電気絶縁ユニットの構成が示される一部分解図であり、図５は本考案の結晶成長炉における電気絶縁ユニットの構成が示される一部断面図である。

図示されているように、本考案の結晶成長炉に用いられるアンチアーク放電の加熱電極アセンブリは、結晶成長炉９の炉壁９１と該炉壁９１内に配置されている電気加熱手段９２との間に取付けられるているものである。

本考案の結晶成長炉９に用いられるアンチアーク放電の加熱電極アセンブリは、炉壁９１と電気加熱手段９２との間に配置され、炉壁９１に面する第１の表面３１と、電気加熱手段９２に面する第２の表面３２と、第１の表面３１から第２の表面３２まで貫通する複数の貫通孔３０１とを有する隔熱板ユニット３と、電気を外部の電源９３から隔熱板ユニット３の貫通孔３０１を経由して電気加熱手段９２に導入する複数の電極ユニット４とを有する共に、図４、図５に示されているように、各電極ユニット４と各電極ユニット４が通過する各貫通孔３０１との間に複数の電気絶縁ユニット５が介在している。

ちなみに、図中に示されている電源９３は送電ワイヤであり、該送電ワイヤが接続される電気提供手段は省略されている。

本実施形態において、隔熱板ユニット３は、第１の表面３１を有する第１の板体３３と第２の表面３２を有する第２の板体３４とからなる二重構造になっていると共に、第１の板体３３と第２の板体３４とは、いずれも炭素繊維材料を材料とし、且つ第１の板体３３より第２の板体３４の密度が高くなるように作成されたものである。例えば、第２の板体３４は複数層のカーボン材料により加圧成形してなったＣ／Ｃコンポジット（ＣＣＭ）で構成することができる。

このように、第２の板体３４を高密度に形成することにより、電気加熱手段９２により生成される熱を下方に反射することによって隔熱効果を向上させることができる。

各電極ユニット４は、隔熱板ユニット３が有する複数の貫通孔３０１にそれぞれ対応し、いずれも炉壁９１に固定されている電気導入部４１と、電気導入部４１に電気的に接続していると共に対応する貫通孔３０１の軸線Ｙに沿って貫通孔３０１を挿通してから電気加熱手段９２に当接して固定されている挿入部４２と、挿入部４２の電気加熱手段９２に固定されている端部の外周面から張り出すフランジ４３とを有するように構成され、この実施形態において、挿入部４２及び挿入部４２から張り出すフランジ４３はグラファイト材料で作成されることによって電極ユニット４のグラファイト電極柱４４となり、一方、電気導入部４１は例えば銅（Ｃｕ）などの金属材料によって、挿入部４２から炉壁９１まで柱状に延伸して炉壁９１に固定されるように構成されて電極ユニット４の金属電極柱４５となる。従って、各電極ユニット４は、いずれもグラファイト電極柱４４と該グラファイト電極柱４４の端部に接続される金属電極柱４５とにより構成されるものである。

また、各電極ユニット４が有するフランジ４３は複数のグラファイトネジ９４により電気加熱手段９２に固定されている。

各電極ユニット４と各電極ユニット４が通過する各貫通孔３０１との間に配置されている複数の電気絶縁ユニット５は、前記複数の電極ユニット４がそれぞれ有する挿入部４２に対応し、いずれも対応する挿入部４２により内挿されて該挿入部４２と該挿入部４２が対応する貫通孔３０１との電気的接続を挿入部４２の全周に亘って連続的に遮断することができるように、挿入部４２により内挿されて挿入部４２と該挿入部４２が対応する貫通孔３０１との間に介在する絶縁スリーブ５１と、該挿入部４２から張り出すフランジ４３の隔熱板ユニット３に面する端面と隔熱板ユニット３の第２の表面３２との間に介在する絶縁リング５２と、絶縁スリーブ５１と該絶縁スリーブ５１に内挿する電極ユニット４の挿入部４２との間に介在する一対の半円筒スリーブ５３と、を有するように構成されている。

この実施形態において、各電気絶縁ユニット５が有する絶縁スリーブ５１は、一端部が隔熱板ユニット３の第１の表面側３１に突出すると共に、該一端部に第１の表面３１に当接する当接フランジ５１１が更に形成されている。各電気絶縁ユニット５が有する絶縁リング５２は、一対のＣ字形半円リング部５２１により構成されている。

ここで、絶縁スリーブ５１の機械的強度については、モース硬度２〜９の範囲内であればよく、そして耐えられる温度としては１８００℃であることが好ましい。ちなみに、当接フランジ５１１を形成することによって、隔熱板ユニット３の上方側にある微塵が貫通孔３０１と絶縁スリーブ５１との間の隙間を経由して隔熱板ユニット３の下方側に落ちて電気加熱手段９２により生成されるシリコン融液が汚染されることを防ぐ効果を得ることができる。

また、各電気絶縁ユニット５を構成する絶縁スリーブ５１、絶縁リング５２、そして半円筒スリーブ５３は、いずれも酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）材料により作成されて絶縁効果を発揮することができるが、本考案はこれに限らず、他の電気絶縁材料を使用することも可能である。

上記構成により、本考案の結晶成長炉に用いられるアンチアーク放電の加熱電極アセンブリは、まず、挿入部４２を包む一対の半円筒スリーブ５３と、フランジ４３と隔熱板ユニット３との間に介在する絶縁リング５２とでグラファイト電極柱４４と隔熱板ユニット３との電気的接続を遮断し、更に絶縁スリーブ５１による全周に亘る連続的な電気絶縁効果で、各半円筒スリーブ５３間の隙間と貫通孔３０１の内周面との間のアーク放電生成経路を遮断するので、アーク放電の生成を確実に防止することができる。従って、本考案は各電極ユニット４と電気絶縁ユニット５との対応により、電極ユニット４と隔熱板ユニット３との電気的接続を確実に遮断し、アーク放電の生成を防止できるので、高温なアーク放電の発生による隔熱板ユニット３の損傷を防止することができる上、結晶成長に必要な熱場を安定させて結晶成長の品質が向上する効果が期待できる。

また、本考案において、電気絶縁ユニット５は絶縁スリーブ５１と絶縁リング５２とを備えていればよく、一対の半円筒スリーブ５３は必ずしも必要な構成ではないので、一対の半円筒スリーブ５３を省略することが可能である。

上記構成により、本考案の結晶成長炉に用いられるアンチアーク放電の加熱電極アセンブリは、高温なアーク放電の発生による隔熱板ユニットの損傷を防止することができる上、結晶成長に必要な熱場を安定させて結晶成長の品質が向上する効果も期待できるので、シリコンウェハーなどの半導体材料を生産する結晶成長炉に適用することができる。

３隔熱板ユニット
３０１貫通孔
３１第１の表面
３２第２の表面
３３第１の板体
３４第２の板体
４電極ユニット
４１電気導入部
４２挿入部
４３フランジ
４４グラファイト電極柱
４５金属電極柱
５電気絶縁ユニット
５１絶縁スリーブ
５１１当接フランジ
５２絶縁リング
５２１半円リング部
５３半円筒スリーブ
９結晶成長炉
９１炉壁
９２電気加熱手段
９３電源
９４グラファイトネジ

Claims

結晶成長炉に用いられるアンチアーク放電の加熱電極アセンブリであって、結晶成長炉の炉壁と該炉壁内にある電気加熱手段との間に取付けられていると共に、
前記炉壁と前記電気加熱手段との間に配置され、前記炉壁に面する第１の表面と、前記電気加熱手段に面する第２の表面と、前記第１の表面から前記第２の表面まで貫通する複数の貫通孔とを有する隔熱板ユニットと、
前記隔熱板ユニットが有する複数の貫通孔にそれぞれ対応し、いずれも前記炉壁に固定されている電気導入部と、前記電気導入部に電気的に接続していると共に対応する貫通孔を挿通してから前記電気加熱手段に当接して固定されている挿入部と、前記挿入部の前記電気加熱手段に固定されている端部の外周面から張り出すフランジとを有する複数の電極ユニットと、
前記複数の電極ユニットがそれぞれ有する前記挿入部に対応し、いずれも前記挿入部と該挿入部が対応する前記貫通孔との電気的接続を前記挿入部の全周において連続的に遮断することができるように、該挿入部により内挿されて該挿入部と該挿入部が対応する前記貫通孔との間に介在する絶縁スリーブと、該挿入部から張り出す前記フランジの前記隔熱板ユニットに面する端面と前記隔熱板ユニットの前記第２の表面との間に介在する絶縁リングとを有する複数の電気絶縁ユニットと
を備えることを特徴とする加熱電極アセンブリ。
各前記電気絶縁ユニットが有する前記絶縁スリーブは、一端部が前記隔熱板ユニットの前記第１の表面側に突出すると共に、該一端部に前記第１の表面に当接する当接フランジが更に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱電極アセンブリ。
各前記電気絶縁ユニットは、前記絶縁スリーブと、該絶縁スリーブに内挿する前記電極ユニットの前記挿入部との間に介在する一対の半円筒スリーブを更に有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加熱電極アセンブリ。
各前記電気絶縁ユニットが有する前記絶縁リングは、一対のＣ字形半円リング部からなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の加熱電極アセンブリ。
各前記電極ユニットは、いずれもグラファイト電極柱と該グラファイト電極柱の端部に接続される金属電極柱とにより構成されるものであり、
前記グラファイト電極柱は、グラファイト材料で作成される前記挿入部及び前記挿入部から張り出す前記フランジとにより構成されており、
前記金属電極柱は、金属材料で作成されて前記挿入部から前記炉壁まで延伸して前記炉壁に固定されている前記電気導入部により構成されるを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の加熱電極アセンブリ。
各前記電気絶縁ユニットが有する前記絶縁スリーブは、酸化アルミニウム材料からなることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の加熱電極アセンブリ。
前記隔熱板ユニットは、前記第１の表面を有する第１の板体と前記第２の表面を有する第２の板体とからなる二重構造であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の加熱電極アセンブリ。
前記第１の板体と前記第２の板体とはいずれも炭素繊維材料からなり、前記第１の板体より前記第２の板体の密度が高いことを特徴とする請求項７に記載の加熱電極アセンブリ。