KR19980079779A - 실리콘 공급 장치 - Google Patents

Abstract

실리콘 용융로를 사용하는 실리콘 펠릿 공급 장치는 실리콘 웨브를 성장시키기 위해 사용된다. 공급 입자를 포함하는 저장소는 공급 튜브의 상단부에 결합된다. 공급 튜브의 하단부는 연결기와 한쌍의 기어를 통해 모터에 의해 구동되는 한 쌍의 회전 가능한 구동 롤러에 근접하여 위치한다. 롤러는 수평면에서 소정의 각도로 장착되고 롤러 공급 경로의 출구는 실리콘 용융로로 이송하는 전달 튜브상에 위치한다. 구성 요소는 동작 진공 레벨로 배기되는 진공 출구와 그 내부에 비활성 가스가 충전되는 가스 입구를 갖는 밀폐함에 의해 둘러싸여 있다. 공급 비율은 구동 롤러의 각도, 모터의 속도 및 공급 튜브의 하단부의 형태에 의해 결정된다. 롤러는 입자 흐름에 대해 개선된 표면 마찰을 제공하고 모터가 정지되어 공급 입자가 막히는 것을 방지하는 탄성이 있다.

Description

실리콘 공급 장치

본 발명은 용융물로부터 실리콘 수지상 웨브를 성장시키는 장치에 관한 것으로, 특히 단결정 실리콘 수지상 웨브를 인출함에 따라서 용융물을 연속적으로 공급하기 위해 실리콘 공급 원료를 노내에 포함된 용융물로 공급하는 개량된 실리콘 공급 장치에 관한 것이다.

n형 또는 p형 실리콘 수지상 웨브의 성장은 일반적으로 비활성 대기 노내에서 용융된 실리콘(용융물)을 포함하는 도가니를 갖는 가열된 서셉터를 포함하는 시스템에서 이루어진다. 가열은 예를 들어, 흑연 플레이트를 통해 전송되는 비교적 높은 전류와 같이 유도성의 코일이나 저항성의 히터에 의해 일반적으로 실행된다. 실리콘 웨브는 수지상 결정으로 공지된 두 개의 실리콘 필라멘트 사이의 표면 장력에 의해 지지되는 액정 필름의 응결력에 의해 형성된다. 웨브가 형성된 이 후에, 이러한 수지상 결정은 개개의 셀내에서 처리됨으로써 웨브로부터 제거된다. 용융물 보급 방법은 비용을 저감하고 웨브 성장과 결정체의 질을 향상시키는데 매우 중요하다.

수지상 웨브의 성장에 대한 시스템에서, 실리콘 입자 또는 펠릿은 웨브 결정체가 용융물을 보급하기 위해 성장됨으로써 도가니의 일 단부나 양단부에 추가될 수 있다. 보급물의 용융이 발생되는 영역에 흡수된 열은 웨브가 인출되고 성장을 방해하는 영역내에서 열 불균형을 야기한다. 이러한 방해는 제어된 비율에서 실리콘 입자의 균일하고 연속적인 입력에 의해 감소될 수 있다. 단결정 수지상 웨브 실리콘 리본의 길고 연속적인 성장은 결정체가 끌어당겨 짐으로써 용융물이 실리콘과 함께 보급되는 것을 요구한다. 이것은 용융물상에 위치하지만 노 챔버의 외부에 위치한 공급 기구에 의해 실리콘 입자의 저장기로부터 실행될 수 있다. 그러나, 실리콘 샷, 펠릿 및 일반적으로 이용가능한 다른 불규칙한 형태 및 크기는 동작중에 공급 기구에 오류를 야기한다. 이와 같은 문제는 용융물내로 입자를 떨어뜨리지 않고 동작하는 것에서부터 용융물내로 많은 양의 입자를 떨어뜨리는 것으로 변화할 수 있어서 용융된 실리콘이 값비싼 몰리브덴 노부분을 파괴하고 넘쳐 흐르는 것을 야기한다.

전술한 공급 기구는 복잡하고 물질 이용면에서 요구되는 기계 및 어셈블리의 양이 고비용이며 또한 큰 부피를 차지한다. 많은 양의 실리콘이 도가니를 넘쳐 흐르도록 릴리스되거나 다른 방향으로 흐르거나 적당한 입구로 들어가지 않으면, 실리콘은 반응하여 고가의 몰리브덴 노 구성을 파괴한다. 극단적으로 공급 기구의 조작자가 입자가 부족하다는 것을 알지 못하면 전술한 공급 기구는 연장된 기간의 시간동안 빈 상태로 동작하고 용융물을 끌어내어 얇아진 웨브과 도가니내 떨어지는 용융물 레벨로 끝날수 있다. 입자는 작은 구멍이나 튜브내에서 엉킬수 있고 떨어지지 않을 수 있다. 이것은 용융물로 실리콘을 전달하는 비율을 전반적으로 불확실하게 한다.

진동성 공급기와 같은 시스템에서 입자 분리는 진동성 보울내에서 요구되는 물질의 양에 따라 공급을 시작하기 위해 발생할 수 있다. 경사진 금속 트랙이 위치해 있는, 중앙으로 향하여 이동하는 큰 입자와 외부로 향하는 작은 입자로 일정 시간후에 분리된다. 이는 입자 크기가 주어진 여기 레벨에 방전되는 것에 대하여 불확실하기 때문에 이런 형태의 시스템의 눈금 측정을 어렵게 한다.

실리콘을 오염시키고 공급 기구와 노가 배기되고 비활성 및 습기없는 대기로 충전되는 약 20밀리토르로 진공을 유지할 수 있는 금속 성분이 없이 시스템에 의해 반도체 등급의 실리콘을 제어된 대기 노로 전달하는 실리콘 공급 장치를 갖는 것이 바람직하다.

종래의 공급 시스템의 상기한 문제들은 확실하고 더 간단하게 개량된 공급 장치에 의해 극복되었다. 본 발명의 장치는 공급 기구상에 위치한 펠릿 저장소를 갖는다. 펠릿 저장소는 펠릿이 중력에 의해 흘러서 상부 공급 튜브에 의해 공급 기구에 접속된다. 튜브의 단부의 형태는 한 쌍의 공급 롤러의 외형과 큰 각도로 일치되어 공급 기구의 장축을 따라 위치한다. 서로 매우 근접한 롤러는 프레임에 의해 지지되고 한 세트의 베어링상에서 회전된다. 롤러는 한 세트의 스퍼(spur) 기어를 통해 함께 결합된다. 동작시 펠릿 흐름의 방향으로 회전하는 구동 롤러는 펠릿이 자유롭게 회전하고 진행되도록 제공하여 구동 모터에 거의 작은 저항도 가하지 않는다. 롤러의 각도에 의해 중력은 펠릿을 공급 튜브로부터 멀리 이동시켜서 롤러의 단부로 이동한 펠릿의 일련의 스트링을 야기한다. 회전 속도를 제어함으로써 펠릿이 롤러를 흘러내려오는 비율을 제어할 수 있다. 펠릿은 노내에서 공급 챔버로 유도된다.

본 발명의 특성 및 장점은 첨부한 도면과 관련하여 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 챔버 밀폐함과 그 내부에 포함된 롤러 공급 기구를 도시한 단면도.

도 2는 한 쌍의 구동 롤러와 퍼낼 관계를 도시한 단면도.

도 3은 튜브의 단부의 형태를 도시하는 공급 튜브의 정단면도.

도 4는 공급 튜브의 측단면도.

도 5는 구동 롤러 회전과 경사각이 10도인 구동 롤러의 공급 비율사이의 관계를 도시한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 공급 롤러

2 : 튜브

3 : 저장소

4 : 실리콘 입자

5 : 베어링

6 : 연결기

7 : 모터

8 : 밀폐함

9 : 프레임

10 : 스퍼 기어

14 : 진공 출구

16 : 가스 입구

도 1은 도가니로내에 다양한 크기와 형태의 실리콘 입자를 실리콘 용융물로 공급하기 위한 본 발명을 따른 시스템이다. 밀봉하여 밀폐 가능한 밀폐함(8)은 본 발명을 포함할 정도로 충분히 크다. 저장소(3)는 다양한 크기와 형태의 실리콘 입자(4)를 포함한다. 이들 입자들은 약 6마이크론에서 2마이크론의 크기로 스크린된다. 튜브(2)는 공급 저장소(3)와 공급 롤러(1)를 연결한다. 튜브(2)의 단부 형상은 롤러(1)가 회전하는 동안 릴리스되어 입자의 양을 결정한다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 공급 튜브(2)의 하단부상에 형성된 아래쪽으로 연장된 말단부(12)는 대부분의 물질이 롤러(1)의 표면상으로 흐르게 한다. 말단부(12)는 롤러(1)의 가장 인접한 표면부와 일치하는 외형인 한 쌍의 아치형의 측단면(13)을 갖는다. 튜브(2)는 303,304형의 스테인레스강과 같은 스테인레스강으로 구성된다.

롤러(1)는 구동 롤러로써 동일한 피치 직경을 갖는 한 세트의 스퍼 기어(10)를 통해 함께 결합된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 롤러(1)는 직경이 동일하고 우레탄 고무(예를 들어, 56 Durometer Shore A)로 제조되었으며, 공급 튜브(2)의 하단부와 구동 롤러(1)의 둘중 어느것 사이에서 잡히는 펠릿은 엉킴이 없이 모터(7)를 정지시키지 않고 공급 튜브의 상단부에서 방출되어 구동 롤러(1)를 변형시켜서 통과하게 된다. 모터(7)는 종래의 연결기(6)을 통해 구동 롤러(1)중 어느 하나에 결합된다. 롤러(1)는 밀폐된 베어링(5)상에서 회전하도록 장착되어 프레임(9)에 의해 고정된다. 모터(7)는 소정의 양으로 공급 비율을 변화하기 위해 상이한 속도로 동작을 할수 있다. 펠릿은 롤러(1)의 경사각 뿐만 아니라 회전 속도에 따르는 비율로 공급 튜브(2)의 하단부에 놓여진다. 펠릿은 롤러(1)의 단부로 나아가고 노(도시 생략)내로 입자 경로(8)를 따라 일련의 방식으로 진행된다. 회전이 정지하면 우레탄 롤러(1)에 의해 펠릿은 롤러 표면의 마찰 때문에 정지할 것이다.

프레임(9)은 진공 출구(14) 뿐만 아니라 가스 입구(16)가 제공된다. 진공 출구(14)는 공급 물질이 저장소(3)에 삽입된 후에 프레임(9)의 내부가 동작 레벨(약 20 밀리토르가 적당함)로 배기되도록 진공원에 결합된다. 가스 입구(16)는 프레임(9)의 내부로 비활성 대기를 제공할 목적으로 비활성 가스원에 결합된다. 진공원과 비활성 가스원은 결합된 실리콘 용융물 노에 비활성 대기를 제공하고 비우기 위해 사용하는 것과 동일하다.

실험용 테스트는 일정한 공급 비율을 유지하기 위해 전술한 장치의 능력을 결정하기 위해 실행되었다. 표 1은 수평면과 15도의 롤러 경사각으로 분당(rpm) 회전하는 롤러 속도의 기능으로써의 공급 비율을 도시한다. 공급 비율은 공급된 공급 물질이 크게 분리된 양이기 때문에 고르지 않지만, 공급 기구는 소정의 공급 비율 라인을 포함하는 공급 비율을 유지한다.

RPM	G./MIN
0.18	0.038
0.281	0.0553
0.382	0.072
0.485	0.0925
0.582	0.1208
0.6	0.13
1	0.24
1.4	0.32
2	0.39
2.3	0.46

도 5는 수평면과 10도 각도로 경사진 롤러의 분당 공급 비율 대 회전수를 도시한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예와 관련하여 지금까지 충분히 설명하였지만, 이 분야에 종사하는 당업자라면 여러 가지의 변형 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명을 상술한 실시예로 한정하지 않고 부가된 특허 청구의 범위에 의해 정의 될 것이다.

본 발명의 실시예에 따라 제조된 실리콘 공급 장치는 확실한 공급 비율로 실리콘 공급 물질을 제공할 수 있다. 특히, 공급 물질의 입자 크기와 추가의 피드백 제어에 의해 조정함으로써 일정한 공급 비율을 유지하는 정확성을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명은 실리콘을 오염시키는 금속 성분이 필요없이도 제어되는 대기 노내로 실리콘 공급 물질을 전달할 수 있는 실리콘 공급 장치를 제공한다. 또한 본 발명은 공급 기구와 결합된 노가 비활성이고 습기가 없는 대기로 충전되도록 실리콘 웨브 성장을 필요로 하는 진공을 유지할 수 있다.

Claims (8)

1. 제어가능한 비율로 공급 입자를 실리콘 용융로에 공급하는 장치에 있어서, 일정한 양의 공급 입자를 포함하는 저장소와, 상기 저장소에 결합된 제1 단부와 개방 출구 단부를 갖는 전달 튜브와, 입자 공급 경로를 제공하고 상기 전달 튜브의 출구 단부에 인접하게 배치된 한 쌍의 회전 가능한 구동 롤러와, 상기 구동 롤러를 회전시키는 회전 수단과, 상기 저장소, 상기 전달 튜브, 상기 한 쌍의 회전 가능한 구동 롤러 및 상기 회전 수단을 둘러싸고 있고, 동작 진공 레벨로 배기 가능하며, 비활성 가스와 공급 입자 출구를 갖는 밀폐함을 구비하고, 상기 회전 수단은 상기 저장소내에 위치한 공급 입자들이 중력에 의해 전달 튜브를 통해서 공급되어 상기 롤러의 표면을 따라 상기 공급 입자의 출구로 빠져 나가도록 동작하는 것을 특징으로 하는 실리콘 공급 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 밀폐함은 그 밀폐함 내부의 배기를 상기 동작 진공 레벨로 촉진하고 비활성 가스로 밀폐함의 내부를 충전하기 위하여 진공 출구와 가스 입구를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 공급 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 구동 롤러는 롤러의 표면을 따라 공급 입자의 흐름을 용이하게 하기 위해 수평면에 대해 소정의 각도로 장착된 것을 특징으로 하는 실리콘 공급 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 구동 롤러는 탄성 물질로 제조된 것을 특징으로 하는 실리콘 공급 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 회전 수단은 구동 모터와, 상기 한 쌍의 구동 롤러에 장착되어 상호 결합된 한 쌍의 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 공급 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 구동 모터와 상기 한 쌍의 구동 롤러중 하나의 구동 롤러와의 사이에 구동 연결기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 공급 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 기어는 상기 구동 모터로부터 멀리 떨어진 상기 한 쌍의 구동 롤러의 단부에 장착된 것을 특징으로 하는 실리콘 공급 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 공급 튜브 출구는 상기 한 쌍의 롤러의 표면 사이에서 연장된 말단부를 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 공급 장치.