JP7385560B2 - シリコンチューブを製造するための炉および鋳型を含む電磁鋳造システム - Google Patents
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Description
本出願は、2017年10月5日に出願された米国仮出願第62/568,526号の利益を主張するものである。上記に引用した出願の開示全体を参照して本願に援用する。
[適用例1]
管状シリコンインゴットを電磁鋳造するための炉であって、前記炉は、
外ルツボおよび内ルツボを含む鋳型であって、前記外ルツボは環状で、前記内ルツボは、前記外ルツボの中に配置され、前記内ルツボと前記外ルツボとの間に間隙ができるように前記外ルツボから間隔をあけ、前記鋳型は、前記間隙に粒状シリコンを受け入れるように構成される、鋳型と、
前記外ルツボの周囲に配置された外誘導コイルと、
前記内ルツボの中に配置された内誘導コイルであって、前記外誘導コイルおよび前記内誘導コイルは、前記鋳型内で前記粒状シリコンを加熱、溶融して管状シリコンインゴットを形成するように構成される、内誘導コイルと、
種晶に前記管状シリコンインゴットを形成する過程で前記種晶を鋳型に対して保持し、動かすように構成される支持部材と、
を備える、炉。
[適用例2]
適用例1に記載の炉であって、前記鋳型から引き上げた後に前記管状シリコンインゴットを加熱するように構成された複数のヒータをさらに含む、炉。
[適用例3]
適用例1に記載の炉であって、
複数のホッパーと、
前記粒状シリコンおよびドーパントを前記複数のホッパーに供給する複数の送り器と、
をさらに備え、
前記複数のホッパーは、前記粒状シリコンおよび前記ドーパントを前記鋳型の前記間隙の中に案内し、
前記外ルツボは、前記ホッパーから来る前記粒状シリコンおよび前記ドーパントを前記鋳型の前記間隙の中に案内するために漏斗形状である、炉。
[適用例4]
適用例1に記載の炉であって、前記内ルツボは、円形の側壁となるように円状に配置された複数のプレートの形態である、炉。
[適用例5]
適用例4に記載の炉であって、前記複数のプレートは、前記管状シリコンインゴットの冷却中に前記管状シリコンインゴットによって前記プレートにかかる収縮力を受けている間に前記プレートをゆがませるために間隔があいている、炉。
[適用例6]
適用例4に記載の炉であって、前記複数のプレートは、冷却材を受け入れて前記内ルツボを冷却するように構成された冷却材チャネルを有する、炉。
[適用例7]
適用例1に記載の炉であって、前記内ルツボは、閉口下端を有する、炉。
[適用例8]
適用例1に記載の炉であって、前記内ルツボは、開口下端を有する、炉。
[適用例9]
適用例1に記載の炉であって、前記内ルツボは、前記外ルツボの底よりも下に延在する、炉。
[適用例10]
適用例1に記載の炉であって、前記内ルツボの側壁は、前記内ルツボの第1の下方外径が前記内ルツボの上方外径よりも短くなるようにテーパ状である、炉。
[適用例11]
電磁鋳造システムであって、
適用例1に記載の炉と、
前記炉の少なくとも1つのパラメータを検知する少なくとも1つのセンサと、
前記少なくとも1つのパラメータに基づいて、前記鋳型から離れていく支持部材の引き上げ速度を制御するように構成される制御モジュールと、
を備えている、電磁鋳造システム。
[適用例12]
適用例11に記載の電磁鋳造システムであって、前記制御モジュールは、前記少なくとも1つのパラメータに基づいて、(i)前記鋳型に入る前記粒状シリコンの流れ、および(ii)前記外誘導コイルおよび前記内誘導コイルへの電流を制御するように構成される、電磁鋳造システム。
[適用例13]
管状シリコンインゴットを形成するための鋳型であって、前記鋳型は、
外ルツボであって、前記外ルツボは環状である、外ルツボと、
前記外ルツボが内ルツボを取り囲むように前記外ルツボの中に配置された内ルツボであって、前記外ルツボと前記内ルツボとの間には間隙があり、前記外ルツボおよび前記内ルツボは、前記間隙内に粒状シリコンを受け入れるように構成される、内ルツボと、
を備え、
前記内ルツボは、複数のプレートを有し、前記複数のプレートは、内面、側部、および外面を有し、前記内面は互いに対面し、内側の円形周囲に沿って配置され、前記複数のプレートは、管状構造になるように配置され、
前記複数のプレートは、前記管状シリコンインゴットの凝固中に前記外面にかかる前記管状シリコンインゴットの収縮力を受けている間に前記プレートが径方向内側に動くために、隣り合う前記側部どうしの間に間隙があるように配置される、鋳型。
[適用例14]
適用例13に記載の鋳型であって、前記外面は、前記内ルツボの外側円形周囲に沿って配置される、鋳型。
[適用例15]
適用例13に記載の鋳型であって、前記プレート間の前記間隙は、前記内ルツボの下部にあり、前記内ルツボの上部にはない、鋳型。
[適用例16]
適用例13に記載の鋳型であって、前記内ルツボは、閉口下端を有する、鋳型。
[適用例17]
適用例13に記載の鋳型であって、前記内ルツボは、開口下端を有する、鋳型。
[適用例18]
適用例13に記載の鋳型であって、前記内ルツボは、前記外ルツボの底よりも下に延在する、鋳型。
[適用例19]
適用例13に記載の鋳型であって、前記内ルツボは、前記内ルツボを冷却する冷却材を受け入れるための冷却材チャネルを有する、鋳型。
[適用例20]
電磁鋳造システムであって、
適用例19に記載の鋳型と、
前記鋳型の第1のパラメータを検知する第1のセンサと、
前記第1のパラメータに基づいて前記内ルツボへの冷却材の温度および流れを制御するように構成された制御モジュールと、
を備えている、電磁鋳造システム。
[適用例21]
適用例20に記載の電磁鋳造システムであって、
前記外ルツボを取り囲む外誘導コイルと、
前記内ルツボの中に配置された内誘導コイルと、
種晶を保持するように構成された支持部材と、
第2のパラメータを検知するように構成された第2のセンサと、
をさらに備え、
前記制御モジュールは、前記第1のパラメータおよび前記第2のパラメータに基づいて、(i)前記鋳型から離れていく前記支持部材の引き上げ速度、(ii)前記鋳型に入る前記粒状シリコンの流れ、ならびに(ii)前記外誘導コイルおよび前記内誘導コイルへの電流を制御するように構成される、
電磁鋳造システム。
[適用例22]
鋳型を介して管状シリコンインゴットを形成する方法であって、前記鋳型は、外ルツボおよび内ルツボを備え、前記外ルツボは環状であり、前記内ルツボは、前記外ルツボの中に配置され、前記内ルツボと前記外ルツボとの間に間隙ができるように前記外ルツボから間隔をあけ、前記方法は、
インゴット種晶を支持部材上にセットすることと、
内誘導コイルおよび外誘導コイルに給電して前記インゴット種晶の最上部を溶融し、前記外誘導コイルは前記外ルツボの周囲に配置され、前記内誘導コイルは前記内ルツボの中に配置されることと、
粒状シリコンおよびドーパントを前記鋳型の前記間隙に供給することと、
前記インゴット種晶上で結晶シリコンの成長を開始させることであって、(i)前記内誘導コイルおよび前記外誘導コイルへの電流を制御して、前記鋳型内の前記粒状シリコンを加熱、溶融すること、および(ii)前記内ルツボへの冷却材の温度および流量を制御する間に前記支持部材を前記鋳型に対して引き下げることを含み、前記外誘導コイルおよび前記内誘導コイルは、前記鋳型内の前記粒状シリコンを加熱、溶融して前記管状シリコンインゴットを形成するように構成される、ことと、
を備える方法。
[適用例23]
適用例22に記載の方法であって、
前記管状シリコンインゴットが所定の長さの所にあるかどうかを判断することと、
前記管状シリコンインゴットが前記所定の長さの所にあれば、前記管状シリコンインゴットを所定期間にわたって所定温度範囲内に維持することと、
をさらに含む、方法。
[適用例24]
適用例22に記載の方法であって、前記粒状シリコンを溶融し、前記内ルツボの閉口下端で前記管状シリコンインゴットの一部を形成することを含む、方法。
[適用例25]
適用例22に記載の方法であって、前記粒状シリコンを溶融し、前記内ルツボの開口下端で前記管状シリコンインゴットの一部を形成することを含む、方法。
[適用例26]
適用例22に記載の方法であって、前記粒状シリコンを溶融し、前記内ルツボのテーパ状の下部で前記管状シリコンインゴットの一部を形成することを含む、方法。
[適用例27]
適用例26に記載の方法であって、前記粒状シリコンを溶融し、前記外ルツボのテーパ状ではない下部で前記管状シリコンインゴットの一部を形成することを含む、方法。
[適用例28]
適用例22に記載の方法であって、前記インゴット種晶上で前記結晶シリコンの成長を開始することは、前記内ルツボのプレートへの冷却材の温度および流量を制御する間に前記支持部材を前記鋳型に対して引き下げることを含む、方法。
[適用例29]
適用例28に記載の方法であって、前記プレート内のチャネルを通して前記冷却材を循環させることをさらに含む、方法。
[適用例30]
適用例22に記載の方法であって、前記内誘導コイルおよび前記外誘導コイルへの電流を制御して、溶融したシリコンと前記管状シリコンインゴットとの間の凝固界面の曲率を制御することをさらに含み、前記鋳型内で前記加熱し溶融した粒状シリコンは、前記溶融したシリコンを含む、方法。
[適用例31]
適用例22に記載の方法であって、
前記管状シリコンインゴットを冷却することと、
前記管状シリコンインゴットが冷却する間に前記内ルツボのプレートを互いに対して動かすことと、
さらに含む、方法。
[適用例32]
適用例22に記載の方法を用いて形成される管状シリコンインゴットであって、
前記管状シリコンインゴットの外面は、前記外ルツボの内面によって規定され、
前記管状シリコンインゴットの内面は、前記内ルツボの外面によって規定される、
管状シリコンインゴット。
[適用例33]
適用例32に記載の管状シリコンインゴットであって、前記管状シリコンインゴットの粒子構造の均一性は、前記粒状シリコンを前記鋳型内で前記内誘導コイルおよび前記外誘導コイルを介して加熱することに基づく、管状シリコンインゴット。
[適用例34]
製品を形成する方法であって、前記方法は、
適用例22に記載の方法と、
前記管状シリコンインゴットをスライスして前記製品を提供することと、
を含む、方法。
[適用例35]
エッチングチャンバ用のリングであって、
前記リングは、適用例34に記載の方法に従って形成され、
前記管状シリコンインゴットは、複数のスライスとなるように切断され、
前記スライスの1つは、前記リングになるように機械加工される、
リング。
Claims (34)
- 管状シリコンインゴットを電磁鋳造するための炉であって、前記炉は、
外ルツボおよび内ルツボを含む鋳型であって、前記外ルツボは環状で、前記内ルツボは、前記外ルツボの中に配置され、前記内ルツボと前記外ルツボとの間に間隙ができるように前記外ルツボから間隔をあけ、前記鋳型は、前記間隙に粒状シリコンを受け入れるように構成される、鋳型と、
前記外ルツボの周囲に配置された外誘導コイルと、
前記内ルツボの中に配置された内誘導コイルと、
種晶に前記管状シリコンインゴットを形成する過程で前記種晶を前記鋳型に対して保持し、動かすように構成される支持部材と、
を備え、
前記外誘導コイルおよび前記内誘導コイルは、前記鋳型内で前記粒状シリコンを加熱、溶融して前記管状シリコンインゴットを形成するように構成され、
前記内ルツボは、複数のプレートを有し、
前記複数のプレートは、内面、側部、および外面を有し、前記複数のプレートは、円形の側壁となるように円状に配置され、
前記複数のプレートは、前記内ルツボの最上部では間隔があいておらず、前記内ルツボの下部で間隔があいている、
炉。 - 請求項1に記載の炉であって、前記鋳型から引き下げた後に前記管状シリコンインゴットを加熱するように構成された複数のヒータをさらに含む、炉。
- 請求項1に記載の炉であって、
複数のホッパーと、
前記粒状シリコンおよびドーパントを前記複数のホッパーに供給する複数の送り器と、
をさらに備え、
前記複数のホッパーは、前記粒状シリコンおよび前記ドーパントを前記鋳型の前記間隙の中に案内し、
前記外ルツボは、前記ホッパーから来る前記粒状シリコンおよび前記ドーパントを前記鋳型の前記間隙の中に案内するために漏斗形状である、炉。 - 請求項1に記載の炉であって、前記複数のプレートは、前記管状シリコンインゴットの冷却中に前記管状シリコンインゴットによって前記プレートにかかる収縮力を受けている間に前記プレートをゆがませるために間隔があいており、
前記複数のプレートの間には隙間があり、
前記隙間は、前記内ルツボの最上部から前記内ルツボの底に向けて線形的にのみ大きくなる、炉。 - 請求項1に記載の炉であって、前記複数のプレートは、冷却材を受け入れて前記内ルツボを冷却するように構成された冷却チャネルを有し、
前記冷却チャネルは、U字型チャネルであり、
前記冷却チャネルは、それぞれが、鉛直方向に配置された入口チャネル、水平方向に配置された中間チャネル、および鉛直方向に配置された出口チャネルを有する、炉。 - 請求項1に記載の炉であって、前記内ルツボは、閉口下端を有する、炉。
- 請求項1に記載の炉であって、前記内ルツボは、開口下端を有する、炉。
- 請求項1に記載の炉であって、前記内ルツボは、前記外ルツボの底よりも下に延在する、炉。
- 請求項1に記載の炉であって、前記内ルツボの側壁は、前記内ルツボの第1の下方外径が前記内ルツボの上方外径よりも短くなるように、前記内ルツボの上部から前記内ルツボの下部に向かってテーパ状であり、
前記複数のプレートの隣接するプレート同士のギャップの分離距離は、前記内ルツボの前記上部における前記ギャップの第1端から、前記内ルツボの前記下部の第2端まで線形に大きくなる、炉。 - 電磁鋳造システムであって、
請求項1に記載の炉と、
前記炉の少なくとも1つのパラメータを検知する少なくとも1つのセンサと、
前記少なくとも1つのパラメータに基づいて、前記鋳型から離れていく前記支持部材の引き下げ速度を制御するように構成される制御モジュールと、
を備えている、電磁鋳造システム。 - 請求項10に記載の電磁鋳造システムであって、前記制御モジュールは、前記少なくとも1つのパラメータに基づいて、(i)前記鋳型に入る前記粒状シリコンの供給、および(ii)前記外誘導コイルおよび前記内誘導コイルへの電流を制御するように構成される、電磁鋳造システム。
- 管状シリコンインゴットを形成するための鋳型であって、前記鋳型は、
外ルツボであって、前記外ルツボは環状である、外ルツボと、
前記外ルツボが内ルツボを取り囲むように前記外ルツボの中に配置された内ルツボと、
を備え、
前記外ルツボと前記内ルツボとの間には間隙があり、前記外ルツボおよび前記内ルツボは、前記間隙内に粒状シリコンを受け入れるように構成され、
前記内ルツボは、複数のプレートを有し、前記複数のプレートは、内面、側部、および外面を有し、前記複数のプレートは、円形の側壁となるように円状に配置され、前記内面は互いに対面し、内側の円形周囲に沿って配置され、前記複数のプレートは、管状構造になるように配置され、前記複数のプレートは、前記内ルツボの最上部では間隔があいておらず、前記内ルツボの下部で間隔があいており、
前記複数のプレートは、前記管状シリコンインゴットの凝固中に前記外面にかかる前記管状シリコンインゴットの収縮力を受けている間に前記プレートが径方向内側に動くために、隣り合う前記側部どうしの間に間隙があるように配置される、鋳型。 - 請求項12に記載の鋳型であって、前記外面は、前記内ルツボの外側円形周囲に沿って配置される、鋳型。
- 請求項12に記載の鋳型であって、前記複数のプレート間の前記間隙は、前記内ルツボの前記下部にあり、前記内ルツボの前記最上部にはない、鋳型。
- 請求項12に記載の鋳型であって、前記内ルツボは、閉口下端を有する、鋳型。
- 請求項12に記載の鋳型であって、前記内ルツボは、開口下端を有する、鋳型。
- 請求項12に記載の鋳型であって、前記内ルツボは、前記外ルツボの底よりも下に延在する、鋳型。
- 請求項12に記載の鋳型であって、前記内ルツボは、前記内ルツボを冷却する冷却材を受け入れるための複数の冷却チャネルを有し、
前記冷却チャネルは、U字型チャネルであり、
前記冷却チャネルは、それぞれが、鉛直方向に配置された入口チャネル、水平方向に配置された中間チャネル、および鉛直方向に配置された出口チャネルを有する、鋳型。 - 電磁鋳造システムであって、
請求項18に記載の鋳型と、
前記鋳型の第1のパラメータを検知する第1のセンサと、
前記第1のパラメータに基づいて前記内ルツボへの冷却材の温度および流量を制御するように構成された制御モジュールと、
を備えている、電磁鋳造システム。 - 請求項19に記載の電磁鋳造システムであって、
前記外ルツボを取り囲む外誘導コイルと、
前記内ルツボの中に配置された内誘導コイルと、
種晶を保持するように構成された支持部材と、
第2のパラメータを検知するように構成された第2のセンサと、
をさらに備え、
前記制御モジュールは、前記第1のパラメータおよび前記第2のパラメータに基づいて、(i)前記鋳型から離れていく前記支持部材の引き下げ速度、(ii)前記鋳型に入る前記粒状シリコンの供給、ならびに(ii)前記外誘導コイルおよび前記内誘導コイルへの電流を制御するように構成される、
電磁鋳造システム。 - 鋳型を介して管状シリコンインゴットを形成する方法であって、前記鋳型は、外ルツボおよび内ルツボを備え、前記外ルツボは環状であり、前記内ルツボは、前記外ルツボの中に配置され、前記内ルツボと前記外ルツボとの間に間隙ができるように前記外ルツボから間隔をあけ、前記内ルツボは、複数のプレートを有し、前記複数のプレートは、内面、側部、および外面を有し、前記複数のプレートは、円形の側壁となるように円状に配置され、前記複数のプレートは、前記内ルツボの最上部では間隔があいておらず、前記内ルツボの下部で間隔があいており、前記方法は、
インゴット種晶を支持部材上にセットすることと、
内誘導コイルおよび外誘導コイルに給電して前記インゴット種晶の最上部を溶融し、前記外誘導コイルは前記外ルツボの周囲に配置され、前記内誘導コイルは前記内ルツボの中に配置されることと、
粒状シリコンおよびドーパントを前記鋳型の前記間隙に供給することと、
前記インゴット種晶上で結晶シリコンの成長を開始させることであって、(i)前記内誘導コイルおよび前記外誘導コイルへの電流を制御して、前記鋳型内の前記粒状シリコンを加熱、溶融すること、および(ii)前記内ルツボへの冷却材の温度および流量を制御する間に前記支持部材を、前記内ルツボの前記複数のプレート及び前記外ルツボに対して引き下げることを含み、前記外誘導コイルおよび前記内誘導コイルは、前記鋳型内の前記粒状シリコンを加熱、溶融して前記管状シリコンインゴットを形成するように構成される、ことと、
を備える方法。 - 請求項21に記載の方法であって、
前記管状シリコンインゴットが所定の長さの所にあるかどうかを判断することと、
前記管状シリコンインゴットが前記所定の長さの所にあれば、前記管状シリコンインゴットを所定期間にわたって所定温度範囲内に維持することと、
をさらに含む、方法。 - 請求項21に記載の方法であって、前記粒状シリコンを溶融し、前記内ルツボの閉口下端で前記管状シリコンインゴットの一部を形成することを含む、方法。
- 請求項21に記載の方法であって、前記粒状シリコンを溶融し、前記内ルツボの開口下端で前記管状シリコンインゴットの一部を形成することを含む、方法。
- 請求項21に記載の方法であって、前記粒状シリコンを溶融し、前記内ルツボのテーパ状の下部で前記管状シリコンインゴットの一部を形成することを含む、方法。
- 請求項25に記載の方法であって、前記粒状シリコンを溶融し、前記外ルツボのテーパ状ではない下部で前記管状シリコンインゴットの一部を形成することを含む、方法。
- 請求項21に記載の方法であって、前記インゴット種晶上で前記結晶シリコンの成長を開始することは、前記内ルツボの前記複数のプレートへの冷却材の温度および流量を制御する間に前記支持部材を前記鋳型に対して引き下げることを含む、方法。
- 請求項27に記載の方法であって、前記複数のプレート内のチャネルを通して前記冷却材を循環させることをさらに含み、前記複数のプレート内の前記チャネルは、U字型チャネルであり、それぞれが、鉛直方向に配置された入口チャネル、水平方向に配置された中間チャネル、および鉛直方向に配置された出口チャネルを有する、方法。
- 請求項21に記載の方法であって、前記内誘導コイルおよび前記外誘導コイルへの電流を制御して、溶融したシリコンと前記管状シリコンインゴットとの間の凝固界面の曲率を制御することをさらに含み、前記鋳型内で前記加熱し溶融した粒状シリコンは、前記溶融したシリコンを含む、方法。
- 請求項21に記載の方法であって、
前記管状シリコンインゴットを冷却することと、
前記管状シリコンインゴットが冷却する間に前記内ルツボの前記複数のプレートを互いに対して動かすことと、
さらに含む、方法。 - 請求項21に記載の方法であって、
前記管状シリコンインゴットの外面は、前記外ルツボの内面によって規定され、
前記管状シリコンインゴットの内面は、前記内ルツボの外面によって規定される、
方法。 - 請求項31に記載の方法であって、前記管状シリコンインゴットの粒子構造の均一性は、前記粒状シリコンを前記鋳型内で前記内誘導コイルおよび前記外誘導コイルを介して加熱することに基づく、方法。
- 製品を形成する方法であって、前記方法は、
請求項21に記載の方法と、
前記管状シリコンインゴットをスライスして前記製品を提供することと、
を含む、方法。 - 請求項33に記載の方法であって、
前記管状シリコンインゴットは、複数のスライスとなるように切断され、
前記スライスの1つは、エッチングチャンバ用のリングになるように機械加工される、
方法。
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