JPH10310488A - 原料供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】シリコン原材料を制御雰囲気の炉へ安定して送
り込めるシリコンペレット供給装置を得ること。 【解決手段】シリコンペレットを収容する貯槽が連結さ
れた上端部を有する供給管の下端部は、カップリング及
び１対の歯車を介してモータで駆動される１対の回転可
能な駆動ローラに近接して配置されている。１対のロー
ラは、水平に対して傾斜角をもって取り付けられてお
り、ローラの出口側が、溶融シリコンの炉へ続く送り出
し管の上方に位置している。これらは、動作真空レベル
まで排気可能で、排気後に不活性ガスを充填できるハウ
ジングによって囲まれている。シリコンペレットの供給
量は、駆動ローラの角度と、モータの速度と、供給管の
下端部の形状によって決定される。ローラは弾性的であ
り、ペレットの流れに対する表面摩擦を高めると共に、
詰まったペレット粒子によるモータの故障を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、融液からシリコン
・デンドライト・ウェブを成長させる装置に係り、特
に、単結晶シリコン・デンドライト・ウェブの引き上げ
中に、融液を連続的に補給できるよう、炉内の融液にシ
リコン原材料を供給する改良型供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ｎ型またはｐ型のシリコン・デンドライ
ト・ウェブの成長は、一般的に不活性雰囲気の炉内で、
溶融シリコン（融液）を収容したるつぼを有する加熱サ
セプタを備えた装置で行われる。加熱は一般的に、誘導
コイルによって、または抵抗ヒータ例えばグラファイト
プレートに比較的高電流を流すことによって行われる。
シリコンウェブは、２本のシリコンフィラメント間に表
面張力によって支持された液体フィルムの（デンドライ
ト法として知られる）固化によって形成される。ウェブ
の形成後、個々のセルにする処理時に、これらのデンド
ライトがウェブから取られる。融液の補給方法は、コス
トダウンとウェブの成長の改善及び結晶品質の向上のた
めに非常に重要である。

【０００３】デンドライト・ウェブの成長装置では、ウ
ェブ結晶の成長にあわせて、シリコン粒子またはペレッ
トを、るつぼの一方または両方の端部から添加すること
によって融液を補給することができる。補給材料の融解
が行われる領域で吸収される熱によって、ウェブを引き
出す領域に大きな熱不平衡が発生し、成長に乱れが生じ
る。この乱れは、シリコン粒子を制御した流量で均一に
連続的に送り込むことによって軽減させられる。単一結
晶デンドライト・ウェブ・シリコン・リボンを長く連続
的に成長させるためには、結晶を引き出すとともに融液
にシリコンを補給することが必要である。これは、炉室
の外側であるが融液の上方に位置する供給機構によって
シリコン粒子用貯槽から行うことができる。しかし、市
販のシリコン弾、ペレットまたは他の不規則な形状及び
大きさによって、供給機構の動作が不安定になる。問題
は、粒子が融液内へ落下しない動作状態から、粒子が融
液内へ大崩落して溢れ、高価なモリブデン炉部品を破壊
するまでにわたる。

【０００４】複雑であり、従って使用材料及び必要な加
工及び組み立て量の点で高コストであるのに加えて、こ
の供給機構はかさ高である。大量のシリコンが放出され
てるつぼから溢れるか、進路方向が誤って適当な開口に
流入しない場合、それは高価なモリブデン炉部材と反応
してそれらを破壊する。他方の極端の動作状態では、供
給機構の作業員が粒子の欠乏に気付かない場合、上記供
給機構はしばらくの間は空の状態で動作でき、その結
果、るつぼ内での融液のレベルが低下し、ウェブが薄く
なって融液から引き離される。また、粒子が小さい穴や
管に詰まって落下しない場合もある。そのため、融液へ
のシリコンの送り出し量が非常に不安定になる。

【０００５】振動式供給装置等の一部の装置では、供給
を開始するために振動ボウル内に必要な量の材料のた
め、粒子の選別が発生する可能性がある。粒子は一定時
間後に分離し、大きい粒子ほど中心側へ、小さい粒子ほ
ど外側へ移動し、金属トラックが傾斜する。励振のレベ
ルと送出される粒子のサイズとの関係が安定しないた
め、この種の装置の調整は困難となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、シリコンを汚
染する可能性がある金属部品のない装置によって半導体
グレードのシリコン原材料を制御雰囲気の炉へ送り込む
ことができ、また約２０ミリトールの真空を保持でき
て、供給機構及び炉から排気をして水分を含まない不活
性雰囲気を充填することができる、シリコン供給装置を
設けることが望ましい。

【０００７】

【課題を解決するための手段】従来の供給装置の上記問
題点は、高い信頼性を有すると共にはるかに簡単な改良
型供給装置によって解決される。本発明の装置は、供給
機構の上方の位置にシリコン原材料ペレットの貯槽を備
えている。ペレット貯槽は、ペレットが重力で流れる上
方の供給管によって供給機構に接続されている。供給管
の下端部の形状は、供給機構の長手方向軸線に沿って配
置された１対の送りローラの外形にほぼ一致している。
互いに非常に近接しているローラは、フレームによって
支持されて、１組の軸受で回転できるようになってい
る。ローラはさらに、１組の平歯車を介して互いに連結
されている。その動作においては、駆動ローラがペレッ
ト流の方向へ回転することによって、ペレットはころが
って自由に回転することができるため、駆動モータに対
する抵抗は少ない。ローラを傾斜させることによって、
重力によってペレットが供給管から遠ざかり、ローラの
端部へ移動する一列に並んだペレットの連なりを形成す
る。回転速度を制御することによって、ペレットがロー
ラから放出される流量を制御することができる。次に、
ペレットは炉内の供給室へ案内される。

【０００８】本発明の性質及び利点を十分に理解するた
め、以下の詳細な説明を添付の図面と組み合わせて参照
されたい。

【０００９】

【発明の実施の形態】図面を参照して、図１は、炉内の
るつぼ内の溶融シリコンに様々な大きさ及び形状のシリ
コン粒子を供給するための、本発明を組み込んだ装置で
ある。密封できるハウジング８は、本発明の装置を収容
できる十分な大きさである。貯槽３には原材料である様
々な大きさ及び形状のシリコン粒子４が収容されてい
る。これらの粒子は、一般的に粒径が約０．６ミクロン
から約２ミクロンの範囲に入るようにふるいにかけられ
ている。供給管２により、供給貯槽３と、１対の駆動ロ
ーラすなわち送りローラ１とが接続される。供給管２の
下端部の形状が、ローラ１の回転中に放出される粒子の
量を決定する。供給管２の下端部に形成されて下方へ延
びたテール部１２によって、正面を示す図３及び側面を
示す図４から容易に理解できるように、原材料流の大部
分がローラ１の表面上へ向かわせられる。テール部１２
は、ローラ１の表面に隣接する部分に一致した円弧状の
形状の１対の側壁部分１３を備えている。好ましくは、
供給管２はタイプ３０３〜３０４のステンレス鋼等のス
テンレス鋼で形成される。

【００１０】１対のローラ１は、それと同じピッチ径を
有する１組の平歯車１０を介して連結されている。図２
に示されているように、ローラ１は、ほぼ同一直径であ
って、好ましくはウレタンゴム（例えばジュロメータシ
ョアＡで硬度５６）製であることによって、供給管２の
下端部と駆動ローラ１のいずれか一方との間で捕らえら
れたペレットは駆動ローラ１を変形させて進み続け、供
給管の反対側から逃げることができ、詰まってモータ７
を停止させることがない。モータ７は、公知のカップリ
ング６を介して駆動ローラ１の一方に連結されている。
ローラ１は、フレーム９によって所定位置に保持されて
いるシールドされた軸受５で回転可能に取り付けられて
いる。モータ７は、供給量を所望量まで変化させるよう
に様々な速度で運転することができる。ペレットは、回
転速度とローラ１の傾斜角度とで決定される流量で供給
管２の下端部から離れる。ペレットは、ローラ１の端部
へ進み、粒子経路１１に沿って連続的に炉（図示せず）
内へ転げ落ちる。ウレタンローラ１であるため、回転の
停止時には、ローラ表面の摩擦によってペレットも停止
する。

【００１１】ハウジング８には、ガス入口ポート１６と
真空排気ポート１４が設けられている。真空排気ポート
１４は真空源に連結されて、供給材料を貯槽３内へ装填
した後、フレームハウジング９の内部を動作レベル（好
ましくは約２０ミリトール）まで排気できる。ガス入口
ポート１６は、ハウジング８の内部を不活性雰囲気とす
るために不活性ガス源に連結されている。真空源と不活
性ガス源は、関連の溶融シリコン炉を排気してそれに不
活性雰囲気を与えるために使用されるものと同じにする
ことができる。

【００１２】上記装置の一定供給量維持能力を測定する
ための実験テストを行った。以下の表１は、水平に対す
るローラの傾斜角度が１５度の場合について回転数／分
（ｒｐｍ）で表したローラ速度の関数としての供給量を
示している。供給される材料が非常に離散的な量である
ために供給量は滑らかではない。しかし、この機構は供
給量を所望の供給量ラインを中心にした一定範囲内に維
持する。

【００１３】図５は、水平に対して１０度傾斜した場合
の（供給量）対（ローラの回転数／分）のグラフを示し
ている。

【００１４】以上からわかるように、本発明の教示に従
って形成されたシリコン供給装置は、信頼できる供給量
でシリコン原材料を与えることができる。特に、原材料
の粒径の調節とフィードバック制御の追加によって、一
定の供給量を維持する正確度をさらに大幅に向上させる
ことができる。また、本発明は、シリコンを汚染する虞
れがある金属部品を必要としない制御雰囲気の炉内へシ
リコン原材料を送り込むことができる。また、本発明
は、シリコンウェブの成長に必要な真空を保持すること
ができるため、供給機構及び関連の炉の両方を排気し
て、水分を含まない不活性雰囲気を充填することができ
る。

【００１５】以上に本発明の好適な実施例を十分に開示
した。当該技術の専門家には様々な変更及び代替構造及
び同等物を考えることができるであろう。従って、上記
の開示は本発明を制限するものと解釈されるべきではな
く、本発明は添付の請求項によって定義される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 フレームハウジングとその内部に収容された
ローラフィーダ機構を示す断面図である。

【図２】 １対の駆動ローラと貯槽との関係の詳細な断
面図である。

【図３】 供給管の詳細な正面図であって、管の端部の
形状を示している。

【図４】 供給管の詳細な側面図である。

【図５】 水平に対する駆動ローラの角度が１０度の場
合の駆動ローラの回転速度と供給量の関係を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１ 送り（駆動）ローラ、 ２ 供給管、 ３ 貯槽、
４ シリコン粒子、７ モータ、 ８ ハウジング、
１０ 平歯車、 １４ 真空排気ポート、１６ ガス
入口ポート。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料粒子を溶融シリコン炉へ制御可能な
   流量で補給する装置であって、 原料粒子を収容する貯槽と、 前記貯槽に連結された第１端部と開放した出口端部を有
   する供給管と、 前記供給管の開放端部に隣接して配置されていて、原料
   粒子の送り経路を形成する回転可能な駆動ローラ対と、 前記駆動ローラ対を回転させる回転手段と、 前記貯槽、前記供給管、前記回転可能な駆動ローラ対及
   び前記回転手段を包囲しているハウジングであって、動
   作真空レベルまで排気できると共に、不活性ガスを収容
   することができ、原料粒子出口を有しているハウジング
   とを備え、前記回転手段の動作によって、最初は前記貯
   槽に入っていた前記原料粒子が重力によって前記供給管
   を通ってその出口端部から出て、前記ローラの表面に沿
   って前記原料粒子出口へ送られるようにした原材料供給
   装置。
2. 【請求項２】 前記ハウジングはさらに、真空排気ポー
   トとガス入口ポートを備えて、前記ハウジングの内部の
   前記動作真空レベルまでの排気と前記ハウジングの内部
   への不活性ガスの充填とが行える請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 前記駆動ローラを水平基準線に対して角
   度を付けて取り付けて、原料粒子がその表面に沿って流
   れやすくしている請求項１記載の装置。
4. 【請求項４】 前記駆動ローラは弾性材料で形成されて
   いる請求項１記載の装置。
5. 【請求項５】 前記回転手段は、駆動モータと、前記駆
   動ローラ対に取り付けられて互いに噛み合った１対の歯
   車を含む請求項１記載の装置。
6. 【請求項６】 さらに、前記モータと前記駆動ローラ対
   の一方の間に駆動カップリングを備えている請求項５記
   載の装置。
7. 【請求項７】 前記歯車は、前記駆動ローラ対の、前記
   モータから離れた端部に取り付けられている請求項６記
   載の装置。
8. 【請求項８】 前記供給管の出口端部は、前記ローラ対
   の表面間に延在するテール部を有することを特徴とする
   請求項１記載の装置。