JPH0532539Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「考案の目的」 （産業上の利用分野） この考案は、Si単結晶の製造装置、特に粒子状
原料の供給装置に関するものである。

（従来の技術） Siの単結晶を製造する方法として、Si原料を溶
融ルツボ中に供給し乍ら、単結晶を育成し生成さ
れたSi単結晶を連続的に引上げるチヨクラルスキ
ー法が良く知られている。このSi原料を加熱炉に
供給する装置として、代表的なものに振動フイー
ダーを利用する特公昭61−17537号がある。この
装置は振動フイーダーのトラフを振動させて粒子
原料を供給するものである。

第４図はその装置の概要を示す説明図である
が、筐体３０内にホツパー３１、可動ホツパー３
２、トラフ３３、が垂直に同一芯上に設置されて
おり、又供給する粒子の計量用荷重変換器３４が
ホツパーと同一空間内に設けられており、而も粒
子を供給するフイーダー用のコイルも筐の内部に
設けられ、原料の供給停止は振動フイーダーの振
動を停止するのみの簡単な機構を採用している。
説明図における３５は可動板、３６は固定板、３
７は直進フイーダー、３８は蓋、３９はロートを
示すものである。

この他にはスクリユーフイーダーを利用する装
置があつて、代表的なものとしては特開昭63−
8295がある。尤もこの装置は太陽電池用のリボン
状単結晶の製造用に開発されたものであるが、粒
子状原料を収納する貯槽の下に、定量供給用のス
クリユーフイーダーが配設されており、その下部
取出口がリボン状単結晶引上げチヤンバーに接続
されている構造となつている。原料は、ハウジン
グ内のシヤフトにナイロン製の剛毛を羽根状に而
も螺旋状に取り付けたものを、一定方向に回転せ
しめることにより、螺旋の進行方向に排出される
ようになつている。然し、太陽電池用のリボン状
単結晶の製造が主目的であるため、不純物の混入
に対する細い配慮はなされていない。

（考案が解決しようとする課題） 然し前述した代表的な二種の原料供給装置にお
いては、次のような欠陥が指摘されている。

前者の特公昭61−17537号については、 ａ 原料ホツパー、可動ホツパー、トラフが垂直
な同一芯上にセツトされているため、原料ホツ
パー内の粒子原料の深さ（量）に相当する荷重
がフイーダーのトラフ部分にかかるため、ホツ
パー内の原料の残量に応じて、トラフ部分に加
わる荷重が変化し、トラフの振幅が変化して原
料の定量的な供給が困難である。

ｂ 供給される原料の計量用荷重変換器、振動フ
イーダー用のコイル等が筐体の内部に設置され
ているから、機器の校正、補修等のメインテナ
ンスが困難であり、雰囲気ガスの置換に時間を
要することになり、而もコイルの過熱などのた
め連続運転が不可能である。

ｃ 単に振動用の電源をストツプすることによ
り、供給を停止する機構であるため、球形に近
い小粒子の原料供給を効率的に停止する確実性
に欠けている。

又、後者の特開昭63−8295号については、 ａ シヤフト部にナイロン製の剛毛が羽根部に使
用されているが、半導体用のSi単結晶の製造時
には、原料の単位時間当り供給量が太陽電池の
場合に比較して10倍以上も多いため、磨耗量が
激しくナイロン粉が原料粒子に混入してルツボ
に供給され、生成される単結晶の高純度が維持
されず、又、長時間均一な原料を定量供給する
ことが困難である。

等が問題とされている。本考案は上述したような
現状に鑑み創案されたものであつて、原料の供給
時間を通して、希望する量を正確に供給すると共
に、生成されるSi単結晶の純度を高度に維持しな
がら、しかも設備のメインテナンスに便利な粒子
状原料供給装置を提供することを目的とするもの
である。

「考案の構成」 （課題を解決するための手段） 前述の目的を達成するために、本考案者等は、 (1) 粒子状原料を収納する第１ホツパーを備えた
上部箱体と、前記第１ホツパーから排出される
粒子状原料を受納する供給ホツパーおよび下記
に記載する設備を備えた下部箱体とから成り、
双方を気密に連結せしめ、前記上部箱体と前記
下部箱体の間に、前記第１ホツパー内の粒子状
原料の重量を計量するための荷重変換器を配設
し、前記下部箱体内の前記供給ホツパーの下部
には、粒子供給遮断装置および振動板を設け、
更にその下に下部ホツパーを設けたことを特徴
とするチヨクラルスキー法における粒子状原料
の供給装置。

(2) 上部箱体内の第１ホツパーと、下部箱体内の
供給ホツパーの原料排出用開口部の芯をずらし
てセツトした請求項１に記載したチヨクラルス
キー法における粒子状原料の供給装置。

(3) 昇降可能で且つ振動板の側面との間で粒子状
原料の流出を遮断する粒子供給遮断装置を備え
た請求項１に記載したチヨクラルスキー法にお
ける粒子状原料の供給装置。

(4) 振動板支持軸に振動を与えるコイルおよび鉄
心を下部箱体の外側に設け、且つ振動をフイー
ドバツクさせるバネを前記振動支持軸に結合せ
しめた請求項１に記載したチヨクラルスキー法
における粒子状原料の供結装置。

(5) 第１ホツパー、供給ホツパー、粒子供給遮断
装置、振動板、振動板支持軸、下部ホツパー等
を石英もしくはSiで製作するか又はこれらの粒
子状原料と接触する面を石英もしくはSiで被覆
した請求項１に記載したチヨクラルスキー法に
おける粒子状原料の供給装置。

(6) 連続的に引上げられる結晶の外径および引上
げ速度を検出する検出器を設け、該検出器の出
力信号によつて引上げられた結晶の容量を算出
し、引上げられた結晶の容量に応じて振動用コ
イルに供給する電圧もしくは周波数、又はその
双方を変更せしめる制御装置を備えた請求項１
に記載したチヨクラルスキー法における粒子状
原料の供給装置、を茲に提案する。本考案の装
置により、粒子状原料を高純度のままで、期待
する正確な装入速度で、而も正確な装入量を維
持しながら、Si単結晶の製造を行うことができ
る。

（作用） 本考案の主たる構成要件とその機能、作用につ
いて記載する。

Ａ 上部箱体内の設備について ａ 粒子状原料を収納する第１ホツパー 気密に密閉し得る上部箱体の中に載置されてい
るホツパーであつて、中央部に下方に長く伸びた
排出口が設けられており、その先端は下部箱体内
の供給ホツパーに開口している。上部箱体と下部
箱体とはジヤバラを介して気密に連結されてお
り、上、下箱体内のガス置換、圧力の変更等がで
きるようになつている。

ｂ 荷重変換器 上部箱体と下部箱体との間に設けられており、
この計量器では、上部箱体および第１ホツパー、
該ホツパーの保持台等原料も含めて全体の重量が
計量されるが、原料の排出により重量の計量値は
刻々変化するので、単位時間当りの粒子状原料の
供給量を知ることができる。

Ｂ 下部箱体内の設備について ａ 供給ホツパー 下部箱体内の最上部に設けられており、上部に
は第１ホツパーの排出口の先端が開口している。
第１ホツパーとこの供給ホツパーは芯をずらして
設けて、第１ホツパー内の粒子状原料の垂直荷重
が供給ホツパーの下部開口部に直接影響しないよ
うに設計されており、第１ホツパー内の残量によ
り、振動板に加わる垂直荷重が変化しないように
なつている。これは振動板を動かすコイルに供給
する周波数、電圧が同一の条件において、垂直荷
重が変化することにより、振動板の振幅が変化
し、粒子状原料の供給量にバラツキの生ずること
を防止するためである。

ｂ 振動板（振動機構を含む） 振動板支持軸に固定され、供給ホツパーの下部
開口部の直下に設けられている。尚、メインテナ
ンスの点を考慮して振動を提起するコイルおよび
鉄心は下部箱体の外側に設けるのが好ましい。振
動板支持軸は両端部を軸受で支持し、更に片側に
は鉄心を取り付けて、コイルに半波整流波、また
は矩形波の直流電流を供給することにより、コイ
ル内の鉄心に間欠的な吸引作用を起させるように
した。適当なバネ定数を有するスプリングを利用
し、その復元力の作用により振動板に水平方向の
振動を発生せしめることができる。又、供給ホツ
パー開口部と振動板との間隔、コイルに供給され
る直流電圧、周波数等の組合せにより、粒子状原
料の供給量を自由に制御できるようにしてある。

振動板は端面を円錐形状にして、昇降可能な粒
子供給遮断装置により端面をシールし得るように
した。

ｃ 粒子供給遮断装置 供給ホツパーの下部開口部の周囲に昇降可能に
設けられており、振動板の振動を停止すると共
に、この装置を下降せしめ、前記した端面円錐状
の振動板の傾斜面と接触せしめ、粒子状原料を挟
み込むことなく原料供給の停止を確実にする。

ｄ 下部ホツパー 振動板の周囲より落下排出された粒子状原料
は、このホツパーを経て、仕切弁を設けてある下
部箱体の底部を通り、ロート状案内管を経て加熱
炉内のルツボに導入される。下部ホツパーとの名
称であるが、ここに原料を貯留することはなく、
振動板の周囲から排出される原料粒子を汚染され
ることなくロート状案内管に導くためのロート状
シユートの役目を果すものである。

Ｃ 上部箱体、下部箱体の共通事項 原料粒子が直接接する第１ホツパー、供給ホツ
パー、粒子供給遮断装置、振動板、振動板支持
軸、下部ホツパー等は製品の純度確保の見地から
石英製もしくはSi製とするか、粒子との接触面を
石英、Si等で被覆することが重要である。

その他この装置を複数設置することにより、そ
の一つをドーパント剤の定量供給装置として使用
し、単結晶のドーパント濃度を自在に調整するこ
ともできる。

（実施例） 第１図は本考案装置の説明のための断面略図で
ある。

上部箱体Ａの内部には、粒子状原料を収納する
第１ホツパー１をホツパー保持台２に載置し、該
箱体の上部にはＯリング３ａを介して上部箱体蓋
３により気密に密閉しうるようにした。第１ホツ
パー１の下部開口部１ａは下部箱体Ｂ内に設けら
れた供給ホツパー４内に開口せしめ、而も第１ホ
ツパー１と供給ホツパー４はセンターをずらして
上下にセツトした。上部箱体Ａと下部箱体Ｂの間
には、粒子状原料の供給量を計測するための荷重
変換器５を配設し、且つ両箱体間は第１ジヤバラ
６により連結せしめ、両箱体内のガス置換、圧力
調整を適宜行なえるようにした。供給ホツパー４
の下部開口部４ａの周囲には昇降可能な粒子供給
遮断装置７を設け、該装置の昇降軸８、昇降装置
９を用いて、振動板１０の振動の停止時には粒子
供給遮断装置７が降下し、振動板１０の周囲から
粒子が散乱することのないようにした。尚振動板
の端面は円錐形状にして粒子供給遮断装置７で確
実にシールするようにした。振動板１０は振動板
支持軸１１に固定し、下部箱体Ｂの外側に設けた
コイル１２に半波整流波または矩形波の直流電流
を供給すると、コイル内の鉄心１３はコイルの長
手方向中心に間欠的に吸引されるが、振動板支持
軸１１に固定されている貫通部シール用の第２ジ
ヤバラ１４内のスプリングのばね常数を適度に選
定することにより、コイル１２により吸引された
鉄心１３をもとの位置にもどそうとする復元力が
働くので、振動板支持軸１１に固定されている振
動板１０を、水平方向に振動させることができ
る。

供給ホツパー４から排出せしめられた粒子状原
料は、振動板１０を経て、下部ホツパー１５を通
り仕切弁１６、ロート状案内管１７を経て加熱炉
内のルツボに導入されるようにしてある。

この実施例においては粒子状原料としてSi粒子
を用いた。第２図は、振動板１０に関する他の振
動機構の例を示すもので、振動板支持軸１１に鉄
心１３を固定し、この鉄心１３に振動板１０が設
けられ、コイル１２のみ下部箱体Ｂの外側に設け
た例である。この実施例の装置の場合は振動板支
持軸１１は下部箱体Ｂに直接結合されているから
振動板１０は上下動となる。

第３図は振動板の更に別の振動機構を示すもの
であるが、シール用の第２ジヤバラを不要とした
例である。特にメインテナンスの必要の少ない振
動板１０、振動板支持軸１１、および振動の復元
力を得るための水平振動用バネ１８のみは下部箱
体Ｂ内に設け、軸受部１９、鉄心１３、は箱体を
外部に突出せしめた所へ設置している。

尚、第１〜３図において鉄心の代わりに磁石を
用いてもよい。又、本考案の実施例では第１ホツ
パー、供給ホツパー、粒子供給遮断装置、下部ホ
ツパーは石英製とし振動板、振動板支持軸の原料
と接触する面を石英被覆とした装置を使用した。

更に、加熱炉内のルツボから引上げるSi単結晶
の外径、並びに引上げ速度を検出するセンサーか
ら得られる結晶の容量に関する情報を、振動板に
振動を与えるコイルへの電圧もしくは周波数又は
その双方への制御用入力として利用する制御装置
を用い、原料の供給を自動化するようにした。

「考案の効果」 以上詳述したように、本考案の装置を、Si単結
晶を連続的に製造するチヨクラルスキー法におけ
る粒子状原料の供給装置として用いる場合には、
引上げられる単結晶の容量に応じ粒子状原料を精
度高く安定して連続供給することが可能であり、
長時間の連続操業ができる。又、本考案の装置は
連続微量定量性に優れているため、この装置を複
数組設置しその一部をドーパント剤の定量供給装
置として用いることにより、引上げられたSi単結
晶のドーパント濃度を任意に調整することができ
る。又、振動機構においては、ガス置換の困難な
器機、メインテナンスに時間を要するもの等は箱
体の外側に設置したので、器機の保全上からも好
ましい構造となつているから、技術的にも経済的
にも産業界への貢献度の大きな考案であると云う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案装置を説明するための断面略
図、第２図、第３図は振動板の振動機構に関する
他の実施例を示す説明図、第４図は従来の振動フ
イーダーを用いる粒子供給装置の断面略図を示す
ものである。 Ａ……上部箱体、Ｂ……下部箱体、１……第１
ホツパー、１ａ……下部開口部、２……ホツパー
支持台、３……上部箱体蓋、３ａ……Ｏリング、
４……供給ホツパー、４ａ……下部開口部、５…
…荷重変換器、６……第１ジヤバラ、７……粒子
供給遮断装置、８……昇降軸、９……昇降装置、
１０……振動板、１１……振動板支持軸、１２…
…コイル、１３……鉄心、１４……第２ジヤバ
ラ、１５……下部ホツパー、１６……仕切弁、１
７……ロート状案内管、１８……バネ、１９……
軸受、３０……筐体、３１……ホツパー、３２…
…可動ホツパー、３３……トラフ、３４……荷重
変換器、３５……可動板、３６……固定板、３７
……直進フイーダー、３８……蓋、３９……ロー
ト。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 粒子状原料を収納する第１ホツパーを備えた
   上部箱体と、前記第１ホツパーから排出される
   粒子状原料を受納する供給ホツパーおよび下記
   に記載する設備を備えた下部箱体とから成り、
   双方を気密に連結せしめ、前記上部箱体と前記
   下部箱体の間に、前記第１ホツパー内の粒子状
   原料の重量を計量するための荷重変換器を配設
   し、前記下部箱体内の前記供給ホツパーの下部
   には、粒子供給遮断装置および振動板を設け、
   更にその下に下部ホツパーを設けたことを特徴
   とするチヨクラルスキー法における粒子状原料
   の供給装置。 (2) 上部箱体内の第１ホツパーと、下部箱体内の
   供給ホツパーの原料排出用開口部の芯をずらし
   てセツトした請求項１に記載したチヨクラルス
   キー法における粒子状原料の供給装置。 (3) 昇降可能で且つ振動板の側面との間で粒子状
   原料の流出を遮断する粒子供給遮断装置を備え
   た請求項１に記載したチヨクラルスキー法にお
   ける粒子状原料の供給装置。 (4) 振動板支持軸に振動を与えるコイルおよび鉄
   心を下部箱体の外側に設け、且つ振動をフイー
   ドバツクさせるバネを前記振動支持軸に結合せ
   しめた請求項１に記載したチヨクラルスキー法
   における粒子状原料の供結装置。 (5) 第１ホツパー、供給ホツパー、粒子供給遮断
   装置、振動板、振動板支持軸、下部ホツパー等
   を石英もしくはSiで製作するか又はこれらの粒
   子状原料と接触する面を石英もしくはSiで被覆
   した請求項１に記載したチヨクラルスキー法に
   おける粒子状原料の供給装置。 (6) 連続的に引上げられる結晶の外径および引上
   げ速度を検出する検出器を設け、該検出器の出
   力信号によつて引上げられた結晶の容量を算出
   し、引上げられた結晶の容量に応じて振動用コ
   イルに供給する電圧もしくは周波数、又はその
   双方を変更せしめる制御装置を備えた請求項１
   に記載したチヨクラルスキー法における粒子状
   原料の供給装置。