JPS638295A - シリコン供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は広く融液からシリコンのデンドライトウェブを
成長させる装置に関し、より詳細には、シリコンのデン
ドライトウェブが炉から引き出されるに従って融液にシ
リコンを連続的に補給するための改良型装置に関する。

太陽電池は、単結晶シリコンのデンドライトウェブの帯
片上につくられるが、長手方向両側縁部を形成するデン
ドライトは電池から除去される。シリコンのウェブは、
デンドライトと呼ばれている２本のシリコン・フィラメ
ントの間に表面張力により支えられた液体フィルムが固
化して形成される。ｎ型またはＰ型のシリコンのデンド
ライトウェブは、不活性＝囲気の炉、の内部にシリコン
を入れたるつぼを収納した話導加熱サセプタ（５ＵＳ−
ｃｅｐｔｏｒ）を持つ装置中で成長させる。コストを下
げ結晶の品質を良くするためには、融液へのシリコンの
補給方法が極めて重要な問題である。

［従来技術とその問題点］ デンドライトウェブを成長させるために用いる装置では
、ウェブ結晶成長中に、るつぼの一端部または両端部に
シリコン粒子またはベレットを加える。しかしながら、
補給された材料が溶解している区域で熱を吸収するため
に、ウェブが引き出される区域に相当の熱の不均衡が生
じる。このような熱の変動は、シリコン粒子を所定の制
御された供給速度で均一に連続的に供給することによっ
て減少させることができる。単一結晶シリコンのデンド
ライトウェブのリボンを長く連続して成長させるために
は、結晶が引き出されているときに融液にシリコンを補
給する必要がある。

このため融液の上方でかつ炉室の外部に位置するシリコ
ン供給機構のシリコン粒子の貯槽からシリコンを補給す
る。従前使用されていてきた装置は、人手できるシリコ
ン供給原料Ｍ　２．３ｍｍ（０，０９インチ）の立方体
に切断されたものだけであるものとして設計されていた
。しかしながら、現在人手できる、シリコンのショット
（ｓｈ○シ）、ベレットその他の不規則な形状・寸法の
ものを用いると、既存の機構は動作が予測出来ない変動
をすることがある。問題の性質は、粒子が融液に落下し
ないというものから、急にどっと融液内に落ちて、溶融
シリコンを溢れさせ高価なモリブデンから成る炉の部品
を修理が出来ない程度に破壊するというものまで種々あ
る。

第１図の従来法の併給機構は、ガラス吹き出し機を変形
したガラスバイブ１０から成る貯槽を持ち、ベレット１
４を落とすための小径のチューブ１２を有する。ベレッ
トを放出チューブ１２に向かって８勤させる押し捧１６
がある。ガラスバイブ１０の内壁は特に均一にされては
いないので、押し、棒上の高分子材料製のパツキン押え
１８は、つっかえたり自由に動いたりする状態を繰り返
し、ガラスバイブ１０から適量の粒子を放出するために
は極度の注意を払う必要かある。

粒子はチューブ１２を介してガラスバイブ１０から放出
された後、重力によって落下して供給機構２０へ供給さ
れる。供給機構には、モータ２４によって動かされる回
転位２２が収納されている。ペレットは供給機構２０か
ら缶２０に入り、重力により供給機構の下端部へ落下し
、この機構は缶２２の回転に助けられている。続いて、
シリコン粒子１４は、缶の孔部を通過し、開くとシリコ
ン粒子を通過させて放出樋２８を介して炉のるつぼに送
るばね作勅落としドア２６を通って落下する。

用いる材料及び機械加工・組立が複雑で従って費用を要
することに加えて、従来の供給機構は大きな容積を占め
る。従来の併給機構は動作が乱丁になりがちであるため
に、ガラスパイプからイ共給されるペレットが缶から溢
れて、融液中にシリコンのスラグが導入されるおそれが
ある。シリコンの供給量が、るつぼから溢流が生じるか
、あるいはシリコンの供給方向が誤った方向になり、適
切な開口部に入らないようになるようになると、高価な
モリブデン製の炉部材と反応して、炉部材が破壊される
ことになる。他の極端な場合として、供給装置を操作す
る人が缶内の粒子の量にきづかないで、長時間空の状態
で運転した結果、るつぼ内部の融液の液面が下がり、ウ
ェブが薄くなり融液から切れてしまう可能性もある。缶
の孔部に粒子が詰まって、ばね作動落としドアが開いて
も粒子が落ちないこともある。

従って、シリコンを汚染する金属成分のないように雰囲
気を制御された炉中に半導体品位のシリコンを供給でき
、更に真空度を約２０ミリトールに保つことができ、併
給機構及び炉を脱気し不活性で湿気のない：囲気ガスを
充填できるシリコン供給装置が切望されている。

市販のねじ型供給機構は、幾つかの大きな欠点を持つと
考えられる。ハウジングまたはオーガ（ａｕｇｅｒ）の
内部で使用される金属がシリコンを汚染するおそれがあ
ること、オーガの動作によってシリコン及びハウジング
が磨砕作用を受けて駆動抵抗が増し、シリコンの微細粒
子が形成されて、オーガ及び本体に過度の摩耗が起こる
等の問題が従来装置の欠点である。最後に、現存の多く
の供給装置は真空にする時間を短縮し漏洩による真空度
の低下を減少させるシール面積を減らすことができるよ
うなコンパクトな設計になっていない。

グネス（Ｇｕｎｎｅｓｓ）に付与された米国特許第２．
７８０，６６３号は母液で汚染された結晶の純度を高め
る方法及び装置を教示している。この先行特許では、円
筒形または円錐形の鉛直配置円形容器に、底部即ち容器
の結晶出口に向かってピッチが次第に減少する圧縮ねじ
が設けられており、圧縮ねじが駆動シャフトに取り付け
られた構造が図示されている。圧縮ねじの周界部は容器
の内壁部に隣接し、容器表面を実質的にこすり取ると説
明されている。

この装置では、圧縮ねじの働きによって、結晶が圧縮さ
れ比較的固い栓の形状になり、この栓は絶えず変形され
比較的小さな放出開口部を介して押し出される。

ウィリアムス（Ｗｉｌｌｉａｍｓ）　に付与された米国
特許第２，７８４，７２５号は、混合物から特定の液体
を分離し濃縮する技術に関し、特に混和し得る液状物の
分別結晶化及びその後の高純度化を行う用途に適してい
る。この先行特許には、スクリーン・パンと接触させて
配置したねじ式供給機構と攪拌器が開示されている。ス
クリーン・パンがねじの下半分を取り囲んでいて、ねじ
を回転させると結晶と線条母液がスクリーン表面に押さ
れて、母液はスクリーンを通過する。ねじ式供給機構及
び攪拌器は、結晶プラグの真下に位置し、ねじ式供給機
構の外端部から遠ざかる方向に延びる中空シャフトのス
プレー開口部のある部分に取り付けることができる。更
にねじ式供給機構によって結晶は結晶洗浄器から結晶受
は器に運ばれて、結晶受は器の内部で、加熱器と結晶間
の直接熱交換によって結晶が溶解する。

ガーリング（Ｇｉｒｌｉｎｇ）に付与された米国特許第
３，６５２，２３０号は、結晶化技術によって水溶液中
の有機物の純度を高める方法、特にベンゼンの高純度化
方法を開示している。この参照例は、シェル（外殻）内
部に回転自在に取り付けられた螺線状コンベアを支持す
る中央シェルを開示している。螺線状コンベアのシャフ
トは、減速歯車を介して、モータによって駆動される。

螺線状コンベアは静止状態てもよく回転していてもよい
が、何れの場合においても固定された中央シェルに対し
ては回転しており、鉛直下側にある装置から結晶を搬送
するために使用される。

シルドクネヒト（５ｃｈｉｌｄｋｎｅｃｈｔ）等に付与
された米国特許第３，６６０，０４３号は、結晶及び融
液を結晶化カラムに供給する装置に関し、特に上記の目
的で使用する羽根車の改良に関する。結晶化カラムの長
平方向軸の周囲に螺線状に捩られた剛体片が記載されて
いる。この剛体片は円筒形カラムの内部に置かれ、その
縁部はカラム側部に押しつけられている。

剛体片がカラム内部で自由に回転し、しかも一端部が駆
動手段に接続されて長手方向を中心にして回転する比率
につくられている。この装置を用いることにより、カラ
ムの中心部が不要になり、装置全体の構造が簡単になる
ことが記載されている。

［発明の目的コ 本発明の目的は、シリコンを石英るつぼに供給して、単
結晶シリコンデンドライトウェブのリボンを引出す装置
を堤イ共することであり、迅速な脱気及び気体再充填が
でき、融液に金属不純物類を導入することがなく、オー
ガまたは本体を摩耗させシリコン微細粒子を形成する磨
砕作用なしに粒子を穏やかに処理できる装置を提併する
ことである。

上記の目的に鑑み、本発明は、槽から種々の寸法・形状
のシリコン粒子を供給する上部供給装置を持ち、金属汚
染物が実質的にない状態で、単結晶シリコンのデンドラ
イトウェブのリボンが引ぎ出される炉の内部のシリコン
融液に種々の寸法・形状のシリコン粒子を供給するため
の脱空気・ガス再充填可能な装置であ）て、円筒形孔部
を持つ水平に置かれた非金属材料製のハウジングであっ
て、ハウジングの上方に位置する上部供給装置が水平配
置ハウジングの一方端部付近に位置しハウジングの内部
と連通しているハウジングと、ハウジングの両端部を気
密に封止しハウジングの内面に隣接する非金属性表面を
持つ密封部材と、密封部材中の孔部によって所定位置に
保持され少なくとも密封部材の一方を貫通して延伸する
ハウジングの主軸にほぼ沿って配置された回転自在のシ
ャフトと、一端部が回転自在のシャフトに固定されシャ
フトから螺線状に半径方向外側に延び、少なくとも外面
が非金属材料から成り実質的にハウジングの内面に達す
る長さを持つ複数の、剛毛から成るオーガと、少なくと
も内面が非金属製材料から成り、オーガによって粒子が
運ばれるとハウジングから種々の寸法、形状のシリコン
粒子を放出する下部放出部と、シャフトを一定方向に回
転させる手段とから成ることを特徴とするシリコン供給
装置に関する。

［実施例］ 第２図に、本発明による、炉内部のるつぼ中のシリコン
融液への種々の寸法・形状のシリコン粒子供給装置を示
す。気密に封止できる貯ｔｇ３０に種々の寸法・形状の
シリコン粒子１４が入っている。シリコン粒子は、通常
、０．６〜２ミクロンの大きさに５則されている。貯槽
としては、重力によって粒子を供給チューブ３２のよう
な上部供給手段に供給する標準ガラスパイプ付き貯槽を
用いることができる。ガラスバイブの直径は特に制約さ
れず、目盛をつけてシリコン粒子の送出速度を示すよう
幾つかの位置に印をつけておくこともできる。併給機構
の上方で水平配置の非金属製ハウジングの一端部の方に
供給チューブ３２があり、このハウジングには供給機構
３４の外側境界を画定する部分に円筒形孔部３６がある
。

第３図において、円筒形孔部３６を持つ水平配置非金属
製ハウジングの両端部は、ハウジング内面に隣接する非
金属製表面を持つ端部片４０又は端部片とハウジング内
面の間にある非金属性挿入体４２から成るシール部材３
８によって封止されている。第４図には、両方の端部片
間の距離を減少させて端部片と前記ハウジングの間にあ
る○リングあるいはエラストマの接着剤を圧縮して気密
な封止部を形成するために用いるねじつきロッド４４の
如ぎ引張部材を図示しである。

再び第２図及び第３図を参照して説明すると、円筒形孔
部の主軸にほぼ沿う位置に配置された回転自在のシャフ
ト４６は、密封部材４０及び４２の孔部によって所定位
置に保持される。シャフト４６は密封部材３８の少なく
とも一方を貫通し、前記シャフトを所定方向に所定速度
で回転させ°るモータ５２のような手段に連結されてい
る。

図示したように、回転自在のシャフト４６の周囲には、
一端部が回転シャフト４６に固定されシャフトから螺線
状に半径方向外側に延びている多数の剛毛から成るオー
ガ４８が配設されている。剛毛は、少なくとも外面が非
金属性材料から成るか、或いは全体が非金属性材料から
できている。好ましい実施例では、シリコンと金属とが
接触しないという設計上の要求を満たすために。オーガ
をナイロン類の剛毛でつくるか、或いは、プラスチック
被覆ワイヤでつくる。従来用いられてきた固体高分子製
オーガは、駆動抵抗を増大させ、シリコンの微粒子を形
成させ、シリコンを汚染する過度の摩耗を生ぜしめる磨
砕作用を有するので、使用で籾ない。ナイロン製剛毛は
、遥かに剛性の小さな材料である。

剛毛の長さは、ハウジングの内面にほぼ届く長さにしで
あるが、ハウジング３６の内面と接触することが必須の
要件ではない。

シリコン粒子の排出量は、速度可変の低速・高トルクの
モータ５２によって駆動されるオーガ４８の速度を変化
させることによって制御される。炉内のるつぼ中の融液
の液面を一定に保つセンサからのフィードバック信号に
よってモータを制御することができる。この型式の送出
装置の利点の一つは、オーガの剛毛の直径を変えオーガ
の剛毛の孔部またはピッチを変えることにより、送り出
される材料の量を変化させ得ることである。

オーガ４８によって送出されるシリコン粒子は、ハウジ
ング４８の全長を通って、ハウジングの下部で供給チュ
ーブ３２の反対側に位置する放出チューブ５０のような
下部放出部に９動する。上記の放出チューブと炉との間
は気密シールが形成されている（図示せず）。

上述の装置が一定の供給速度を保持する能力を持つこと
を確かめるために実験テスト作業を行った。第５図に２
０分間の期間の供給速度を示す。供給物は１〜２ミリメ
ートルのペレットであり、制御設定は２０％即ち１分間
光たり１．４１回転にした。第５図のグラフかられかる
ように、材料を大きな量ごとに不連続に供給したため供
給速度はなめらかに変化しなっかだ。然し乍ら、本発明
の機構によれば、供給速度は所望の供給速度線に近い包
絡線の範囲内に維持された。

供給材料の粒度を調整し、更にフィードバック制御を行
えば、遥かに正確に一定の供給速度に保つことができる
。

第６図に、もう一つの例を示してあり、設定モータ速度
に対応する供給量の変化を測定した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本件出願人の使用していた先行技術のシリコ
ン供給装置の一部分を断面で示す立面図である。 第２図は、本発明の一実施例の一部分を断面で示す立面
図である。 第３図は、第２図の供給製蓋、特に円筒形供給機構及び
その内部構成要素を示す側断面図である。 第４図は、第３図と同様に細部を示す上面図である。 第５図は、所定期間を通じて供給速度を確立してゆく本
発明の実施例を示すグラフである。 第６図は、供給速度とモータ速度の関係を示す図である
。 ３２・・・・上部供給装置 ３６・・・・ハウジング ４０．４２・・・・密封手段 ４６・・・・シャフト ４８・・・・オーガ ５０・・・・下部取り出し手段 （王七や事（）ｈ山【

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、貯槽から種々の寸法・形状のシリコン粒子を供給す
   る上部供給装置を持ち、金属汚染物が実質的にない状態
   で、単結晶シリコンののデンドライトウェブのリボンが
   引き出される炉の内部のシリコン融液に種々の寸法・形
   状のシリコン粒子を供給するための脱空気・ガス再充填
   可能な装置であって、円筒形孔部を持つ水平に置かれた
   非金属材料製のハウジングであって、ハウジングの上方
   に位置する上部供給装置が水平配置ハウジングの一方端
   部付近に位置しハウジングの内部と連通しているハウジ
   ングと、ハウジングの両端部を気密に封止しハウジング
   の内面に隣接する非金属性表面を持つ密封部材と、密封
   部材中の孔部によって所定位置に保持され少なくとも密
   封部材の一方を貫通して延伸するハウジングの主軸にほ
   ぼ沿って配置された回転自在のシャフトと、一端部が回
   転自在のシャフトに固定されシャフトから螺線状に半径
   方向外側に延び、少なくとも外面が非金属材料から成り
   実質的にハウジングの内面に達する長さを持つ複数の剛
   毛から成るオーガと、少なくとも内面が非金属製材料か
   ら成り、オーガによって粒子が運ばれるとハウジングか
   ら種々の寸法、形状のシリコン粒子を放出する下部放出
   部と、シャフトを一定方向に回転させる手段とから成る
   ことを特徴とするシリコン供給装置。 ２、密封部材が、端部片をハウジングの両端部に押圧し
   て気密な封止部を形成する押圧手段を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３、密封部材が、端部片とハウジングの中間に配設され
   たエラストマーを有することを特徴とする特許請求の範
   囲第２項に記載の 装置。 ４、剛毛がナイロン製であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項、第２項または第３項に記載の装置。 ５、シャフトを回転させる手段が、炉内のシリコン融液
   の液面を測定するセンサからの出力によって制御される
   速度可変モータから成ることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項乃至第４項の何れかに記載の装置。 ６、上部供給装置が水平配置ハウジングの一端部付近に
   位置し、下部放出部が水平配置ハウジングの他端部付近
   に位置していることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   乃至第３項の何れかに記載の装置。 ７、非金属材料面が、ポリプロピレンまたはデルリンで
   形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   乃至第６項に何れかに記載の装置。