KR20210033447A - 심선 홀더, 실리콘 제조 장치 및 실리콘 제조 방법 - Google Patents

심선 홀더, 실리콘 제조 장치 및 실리콘 제조 방법 Download PDF

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Abstract

실리콘 심선(芯線)의 근원에의 실리콘의 석출을 향상하고, 나아가서는 실리콘 심선의 전체에의 실리콘의 석출을 향상할 수 있는 심선 홀더, 실리콘 제조 장치 및 실리콘 제조 방법을 제공한다. 심선 홀더(10A)는, 대략 원뿔대 형상을 갖는 카본제의 심선 유지부(12A)를 구비한다. 심선 유지부(12A)의 상단면(12a)에는, 삽입되는 실리콘 심선(4A)을 유지하는 심선 삽입 구멍(13A)이 형성되어 있다. 대략 원뿔대 형상의 축선과 모선이 이루는 각도(θ)는 10° 이상이며 또한 30° 이하이다. 심선 유지부(12A)의 상단면(12a)에 있어서의 외주와, 심선 삽입 구멍(13A)에 있어서의 실리콘 심선(4A)이 접하는 내벽면(13a) 사이의 심선 유지부(12A)의 가장자리폭(L)은, 적어도 1개소에 있어서 3㎜ 이하이다.

Description

심선 홀더, 실리콘 제조 장치 및 실리콘 제조 방법
본 발명은, 실리콘 제조 장치에 있어서의 벨자형 반응로에 구비되어 실리콘 심선(芯線)을 유지하는 심선 홀더, 실리콘 제조 장치 및 실리콘 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 반도체 또는 태양광 발전용 웨이퍼의 원료로서 사용되는 실리콘을 제조하는 방법의 하나로서, 예를 들면 지멘스법이 알려져 있다. 지멘스법에 있어서의 실리콘 제조 방법에서는, 벨자형 반응로 내에 있어서, 실리콘 심선을 심선 홀더에 세워 설치하여 유지한 상태에서, 수소 및 트리클로로실란의 혼합 가스를 공급한다. 이에 의해, 실리콘 심선의 둘레에 실리콘이 석출 성장하므로, 폴리실리콘(「다결정 실리콘」이라고도 한다)을 얻을 수 있다.
여기에서, 종래의 실리콘 제조 장치로서, 예를 들면 특허문헌 1에서는, 심선 홀더의 형상이 위쪽을 향해서 직경이 축소되는 테이퍼부가 마련되고, 당해 테이퍼부의 수선(垂線)에 대한 각도가 35° 이상 65° 이하인 것이 개시되어 있다.
일본국 공개특허공보 「특개2009-256191호 공보」
그러나, 상기 종래의 특허문헌 1에 개시된 심선 홀더에서는, 원뿔 형상의 테이퍼 각도가 크기 때문에, 심선 홀더에 세워 설치되는 실리콘 심선의 근원에의 원료 가스의 분사 각도가 좁혀져서, 실리콘 심선에의 실리콘의 석출이 억제된다는 문제를 갖고 있다.
본 발명은, 상기 종래의 문제점을 감안해서 이루어진 것이며, 그 목적은, 실리콘 심선의 근원에의 실리콘의 석출을 향상하고, 나아가서는 실리콘 심선의 전체에의 실리콘의 석출을 향상할 수 있는 심선 홀더, 실리콘 제조 장치 및 실리콘 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 태양에 있어서의 심선 홀더는, 상기한 과제를 해결하기 위하여, 대략 원뿔대 형상을 갖는 카본제의 심선 유지부를 구비하고, 상기 심선 유지부의 상단면에는, 삽입되는 실리콘 심선을 유지하는 심선 삽입 구멍이 형성되어 있고, 상기 대략 원뿔대 형상의 축선과 모선이 이루는 각도는 10° 이상이며 또한 30° 이하이고, 상기 심선 유지부의 상기 상단면에 있어서의 외주(外周)와, 상기 심선 삽입 구멍에 있어서의 상기 실리콘 심선이 접하는 내벽면 사이의 상기 심선 유지부의 두께는, 적어도 1개소에 있어서 3㎜ 이하인 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 실리콘 심선의 근원에의 실리콘의 석출을 향상하고, 나아가서는 실리콘 심선의 전체에의 실리콘의 석출을 향상할 수 있는 심선 홀더, 실리콘 제조 장치 및 실리콘 제조 방법을 제공한다는 효과를 나타낸다.
도 1의 (a)는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 심선 홀더의 구성을 나타내는 단면도이고, (b)는 상기 심선 홀더의 구성을 나타내는 것이며 (a)의 A-A'선 단면도이고, (c)는 상기 심선 홀더의 심선 유지부의 상단면의 구성을 나타내는 확대 정면도.
도 2는 상기 심선 홀더를 구비한 벨자형 반응로의 1구성을 나타내는 단면도.
도 3의 (a)는 상기 심선 홀더의 변형예의 구성을 나타내는 단면도이고, (b)는 상기 심선 홀더의 구성을 나타내는 (a)의 A-A'선 단면도이고, (c)는 상기 심선 홀더의 심선 유지부의 상단면의 구성을 나타내는 확대 정면도.
도 4의 (a)는 상기 실시형태 1에 있어서의 심선 홀더의 변형예의 구성을 나타내는 평면 사시도이고, (b)는 상기 심선 홀더의 변형예의 구성을 나타내는 것이며 (a)의 A-A'선 단면도.
도 5의 (a)는 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 심선 홀더의 구성을 나타내는 단면도이고, (b)는 상기 심선 홀더의 구성을 나타내는 것이며 (a)의 A-A'선 단면도이고, (c)는 상기 심선 홀더의 심선 유지부의 상단면의 구성을 나타내는 확대 정면도.
도 6의 (a)는 상기 심선 홀더의 변형예의 구성을 나타내는 단면도이고, (b)는 상기 심선 홀더의 구성을 나타내는 사시도.
도 7의 (a)∼(c)는, 본 실시형태에 있어서의 심선 홀더의 비교예의 구성을 나타내는 것이며, 심선 홀더의 구성과, 실리콘 심선에의 다결정 실리콘의 석출 상태를 나타내는 단면도.
〔실시형태 1〕
본 발명의 일실시형태에 대하여 도 1∼도 4 및 도 7에 의거해서 설명하면, 이하와 같다.
본 실시형태의 심선 홀더는, 실리콘 제조 장치에 있어서의 벨자형 반응로에 구비되어 실리콘 심선을 유지 및 통전하는 것이다. 보다 구체적으로는, 벨자형 실리콘 제조 장치의 저반(底盤)에 배치된 전극에 설치되는 심선 홀더에 관한 것이다. 최초로, 벨자형 반응로의 구성에 대하여, 도 2에 의거해서 설명한다. 도 2는, 본 실시형태의 실리콘 제조 장치에 있어서의 벨자형 반응로(1A)의 구성을 나타내는 단면도이다.
본 실시형태에서는, 실리콘 제조 장치로서, 예를 들면 지멘스법으로 다결정 실리콘을 제조한다. 지멘스법에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 벨자형 반응로(1A) 내에서 실란 가스인 삼염화규소(SiHCl3)를 수소(H2) 가스로 환원함에 의해, 고순도의 다결정 실리콘을 석출시킨다.
벨자형 반응로(1A)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 저반(2)에 배치된 적어도 한 쌍의 전극(3)을 구비하고 있음과 함께, 전극(3)의 상측에는, 실리콘 심선(4A)을 유지하는 카본으로 이루어지는 심선 홀더(10A)가 각각 설치되어 있다. 심선 홀더(10A)는, 상부에, 심선 삽입 구멍(13A)이 형성된 심선 유지부(12A)를 갖고 있고, 실리콘 심선(4A)은 이 심선 삽입 구멍(13A)에 삽입됨에 의해 세워 설치된다.
상기 구성을 구비한 벨자형 반응로(1)에서는, 전극(3)으로부터 심선 홀더(10A)를 통해서 실리콘 심선(4A)에 통전함에 의해 900∼1100℃로 적열(赤熱)시킨 상태에서, 삼염화규소(SiHCl3) 및 수소(H2) 가스를 하측으로부터 반응기 내에 공급한다. 그 결과, 실리콘 심선(4A)에 다결정 실리콘(5)이 석출하고, 최종적으로는, 다결정 실리콘(5)이 100∼150㎜ 직경의 굵기로 성장하는 것으로 되어 있다.
상기 심선 홀더(10A) 및 전극(3)의 상세 구성에 대하여, 도 1의 (a)(b)(c)에 의거해서 설명한다. 도 1의 (a)는, 본 실시형태 1에 있어서의 심선 홀더(10A) 및 전극(3)의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 1의 (b)는, 심선 홀더(10A)의 구성을 나타내는 것이며, 도 1의 (a)의 A-A'선 단면도이다. 도 1의 (c)는, 심선 홀더(10A)에 있어서의 심선 유지부(12A)의 상단면(12a)의 구성을 나타내는 확대 정면도이다.
도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 전극(3)은, 금속 전극으로 이루어져 있음과 함께, 수냉 등에 의한 냉각 기구(6)를 갖고 있고, 다결정 실리콘(5)이 실리콘 심선(4A)에 석출하는 동안, 당해 전극(3)이 냉각되도록 되어 있다. 이에 의해, 전극(3)이 고온 분위기로부터 보호됨과 함께, 당해 전극(3)에 다결정 실리콘(5)이 석출하는 것을 방지하도록 되어 있다.
심선 홀더(10A)는, 전극(3)의 상측에 접합되어 실리콘 심선(4A)을 유지함과 함께, 전극(3)으로부터의 전위를 실리콘 심선(4A)에 통전한다. 심선 홀더(10A)와 전극(3)의 접합 방법은, 통전이 원활하게 행해지면 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 스크류형(나합(螺合)형), 문합(吻合)형, 절구형 등의 형상에 의해 접합하는 태양이 바람직하다.
심선 홀더(10A)는, 전극(3)으로부터의 전위를 실리콘 심선(4A)에 통전하기 위하여 예를 들면 카본제로 되어 있다. 단, 심선 홀더(10A)는 반드시 카본제가 아니어도 된다. 그러나, 카본제의 심선 홀더(10A)는, 실리콘 심선(4A)에의 통전에 필요한 전기 전도성을 갖고 있음과 함께, 냉각 기구(6)를 포함하는 전극(3)의 냉기가 실리콘 심선(4A)에 미치지 않도록 하기 위한 작은 열전도율을 갖고 있는 점에서 바람직하다. 또한, 카본제의 심선 홀더(10A)는, 열팽창률이 작은 점에서도, 심선 홀더(10A)의 고온 시의 변형을 방지할 수 있는 점에서 바람직하다.
심선 홀더(10A)는, 도 1의 (a)(c)에 나타내는 바와 같이, 하부에 형성된 기부(基部)(11)와 상부에 형성된 원뿔대 형상을 갖는 심선 유지부(12A)를 구비하고 있다.
기부(11)는, 심선 홀더(10A)와 상기 전극(3)을 접합하는 부분이고, 본 실시형태에서는, 전극(3)측에 형성된 오목부(11a)에 전극(3)의 볼록부(3a)가 끼워 맞춰짐에 의해, 양자가 일체로 접합되도록 되어 있다. 기부(11)의 외형 형상은, 예를 들면 원뿔대로 되어 있다. 단, 기부(11)의 형상은 반드시 원뿔대로 한정하지 않으며, 예를 들면, 후술하는 실시형태 2에 있어서 도 6의 (a)(b)에 나타내는 원기둥 형상이어도 되고, 또는 도 3의 (b) 및 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 역(逆)원뿔대 형상이어도 된다.
심선 홀더(10A)의 심선 유지부(12A)는, 본 실시형태에서는, 도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 끝이 가는 원뿔대 형상을 갖고 있고, 원뿔대의 상단면(12a)에는, 실리콘 심선(4A)을 삽입해서 유지하는 심선 삽입 구멍(13A)이 형성되어 있다.
심선 삽입 구멍(13A)에는, 예를 들면, 일변의 길이가 5∼12㎜의 정방형(正方形)의 단면 형상을 갖는 실리콘 심선(4A)이 삽입되도록 되어 있다. 실리콘 심선(4A)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 한쪽의 전극(3)으로부터 다른 쪽의 전극(3)에 전기적으로 접속되도록 되어 있다.
본 실시형태의 심선 유지부(12A)의 원뿔대 형상의 상세에 대하여 설명한다.
종래와 같이, 심선 홀더에 있어서의 대략 원뿔대 형상의 축선과 모선이 이루는 각도가 클 경우, 실리콘 심선의 근원에의 원료 가스의 유통이 억제되고, 그 결과, 실리콘 심선의 근원에의 실리콘의 석출이 느려지고, 실리콘 심선의 전체의 실리콘의 석출도 느려진다.
그래서, 본 실시형태에서는, 심선 홀더에 있어서의 대략 원뿔대 형상의 축선과 모선이 이루는 각도를 종래와는 다르게 변경함에 의해, 실리콘 심선의 근원에의 실리콘의 석출을 개선한 것으로 되어 있다.
구체적으로는, 도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 심선 홀더(10A)는, 심선 유지부(12A)의 원뿔대 형상으로서, 축선과 모선이 이루는 각도 θ가 10° 이상이며 또한 30° 이하로 되어 있다. 실험 결과에서는, 축선과 모선이 이루는 각도 θ는, 11° 이상이며 또한 25° 이하가 바람직하고, 11° 이상이며 또한 16° 이하가 보다 바람직하고, 11° 이상이며 또한 15° 미만이 특히 바람직한 것이 알려져 있다. 예를 들면, 도 3의 (a)(b)(c)에 나타내는 심선 홀더(10A)는, 각도 θ=25°의 경우를 나타내고 있고, 도 4의 (a)(b)에 나타내는 심선 홀더(10A)는, 각도 θ=11°의 경우를 나타내고 있다.
이에 의해, 심선 유지부(12A)가 위쪽을 향해서 가늘고 뾰족한 형상으로 되고, 실리콘 심선(4A)의 근원에의 원료 가스의 흐름이 좋아져서, 원료 가스의 공급량이 증가하고, 실리콘 심선(4A)의 근원에서의 석출이 촉진되고, 다결정 실리콘(5)의 석출이 조기에 안정되게 된다.
또, 각도 θ가 10° 미만에서는, 심선 유지부(12A)의 육후(肉厚)(심선 유지부(12A)의 외주면(12c)과 심선 삽입 구멍(13A)의 내벽면(13a) 사이의 거리)가 너무 얇아져서, 실리콘 심선(4A)을 지지하는 강도를 유지할 수 없게 되므로, 바람직하지 않다. 또한, 각도 θ가 30°를 초과하면, 실리콘 심선(4A)의 근원측에의 다결정 실리콘(5)의 석출의 성장이 억제되므로, 바람직하지 않다.
또한, 본 실시형태의 심선 홀더(10A)에 있어서는, 도 3의 (b) 및 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 상단면(12a)으로부터 심선 삽입 구멍(13A)의 바닥(13b)까지의 범위에 걸쳐서, 심선 유지부(12A)의 외주면(12c)과, 심선 삽입 구멍(13A)의 내벽면(13a) 사이의 심선 유지부(12A)의 최대 두께 D1은, 30㎜ 이하로 되어 있다. 최대 두께 D1은, 바람직하게는 25㎜ 이하이고, 보다 바람직하게는 20㎜ 이하이다. 이에 의해, 심선 홀더(10A)의 각도 θ가 10° 이상이며 또한 30° 이하인 것을 충족시키고, 또한, 상단면(12a)보다도 아래쪽 부분인 심선 삽입 구멍(13A)의 바닥까지의 외주면(12c)의 두께를 30㎜ 이하로 얇게 함에 의해서, 냉각 기구(6)를 갖는 전극(3)으로부터의 심선 홀더(10A), 및 그 상단 부분인 심선 유지부(12A)의 냉각을 방지할 수 있다.
여기에서, 본 실시형태에 있어서는, 도 3의 (a)(b)(c)에 나타내는 심선 홀더(10A)에서는, 심선 홀더(10A)에 있어서의 10° 이상이며 또한 30° 이하의 각도 θ=25°로 되어 있고, 이 각도 θ=25°가 축선을 따라 원뿔대 높이 h1=37.5㎜까지 이어져 있다. 이 결과, 원뿔대 높이 h1은 적어도 10㎜의 범위에 걸쳐 있다. 또한, 도 3의 (a)(b)(c)에 나타내는 심선 홀더(10A)에서는, 심선 삽입 구멍(13A)의 바닥(13b)의 내벽면(13a)과 외주면(12c) 사이의 심선 유지부(12A)의 최대 두께 D1=20.5㎜이고, 최대 두께 D1이 30㎜ 이하를 충족시키고 있다. 또, 도 3의 (a)(b)(c)에 나타내는 심선 홀더(10A)에서는, 삽입 구멍 높이 h2=40㎜이고, 심선 홀더(10A)의 전체 높이 h=130㎜이다. 또한, 심선 홀더(10A)의 직경 D=50㎜이다.
또한, 도 4의 (a)(b)(c)에 나타내는 심선 홀더(10A)에서는, 각도 θ=11°가 축선을 따라 원뿔대 높이 h1=90㎜까지 이어져 있고, 원뿔대 높이 h1은 적어도 10㎜의 범위에 걸쳐 있다. 또한, 심선 삽입 구멍(13A)의 바닥(13b)의 내벽면(13a)과 외주면(12c) 사이의 심선 유지부(12A)의 최대 두께 D1=11.1㎜이고, 최대 두께 D1이 30㎜ 이하를 충족시키고 있다. 또, 도 4의 (a)(b)(c)에 나타내는 심선 홀더(10A)에서는, 삽입 구멍 높이 h2=40㎜이고, 심선 홀더(10A)의 전체 높이 h=130㎜이다. 심선 홀더(10A)의 직경 D=50㎜이다.
그런데, 심선 유지부(12A)의 형상으로서, 이와 같이, 대략 원뿔대 형상의 축선과 모선이 이루는 각도 θ를 10° 이상이며 또한 30° 이하로 했다고 해도, 대략 원뿔대 형상의 심선 유지부(12A)의 상단면(12a)에 있어서의 두께인 가장자리폭 L이 크면, 다결정 실리콘의 성장에 적절하다고는 할 수 없는 것이 판명되었다. 구체적으로는, 비교예의 심선 홀더(10X)인 도 7의 (a)에 있어서 실선으로 나타내는 바와 같이, 대략 원뿔대 형상의 심선 유지부(12X)의 상단면(12a)에 있어서의 두께인 가장자리폭 L이 큰 경우에는, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 심선(4A)에의 석출 초기에 있어서, 실리콘 심선(4A)의 근원의 다결정 실리콘(5)의 성장 부족에 의해, 실리콘 심선(4A)이 도괴할 우려가 있다. 이 원인은, 본 실시형태의 벨자형 반응로(1)에서는, 원료 가스가 실리콘 심선(4A)의 근원에 도달하기 어려워지기 때문에, 실리콘 심선(4A)의 근원의 다결정 실리콘(5)의 석출이 느려지기 때문이다. 또한, 도 7의 (c)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 심선(4A)에의 다결정 실리콘(5)의 석출 후의 냉각 시에 있어서, 상단면(12a) 근방으로부터 열수축에 의한 응력 발생에 수반하는 크랙이 발생하고, 다결정 실리콘(5)이 석출한 실리콘 심선(4A)이 도괴하는 것과 같은 현상이 발생하기 쉬워진다.
그래서, 본 실시형태의 심선 홀더(10A)에서는, 대략 원뿔대 형상의 심선 유지부(12A)의 상단면(12a)에 있어서의 두께인 가장자리폭 L 중의 적어도 1개소에 있어서 3㎜ 이하로 했다. 또, 가장자리폭 L 중의 적어도 1개소란, 하기의 개소를 말한다. 즉, 도 3의 (a)(b)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 심선 유지부(12A)에 있어서는, 1변의 치수가 약 8.4㎜인 정방형 단면의 심선 삽입 구멍(13A)에 대해서 1변의 치수가 8.0㎜인 정방형 단면의 실리콘 심선(4A)을 삽입하고, 도 3의 (a)(b)(c)에 나타내는 바와 같이, 심선 삽입 구멍(13A)과 실리콘 심선(4A) 사이에 쐐기(7)를 삽입해서 당해 실리콘 심선(4A)을 고정하고 있다. 또, 실리콘 심선(4A)의 고정 방법은, 반드시 이에 한하지 않으며, 심선 유지부(12A)의 측면에 도시하지 않는 나사 구멍을 마련하고, 나사에 의해서 실리콘 심선(4A)을 누름에 의해 고정하는 것도 가능하다.
이 결과, 본 실시형태에서는, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 정방형 단면의 실리콘 심선(4A)이 정방형 단면의 심선 삽입 구멍(13A)의 인접하는 2변에 접촉된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 심선 유지부(12A)의 상단면(12a)에 있어서의 가장자리폭 L의 적어도 1개소란, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 심선 유지부(12A)의 상단면(12a)에 있어서, 정방형 단면의 심선 삽입 구멍(13A)의 내벽면(13a)에 실리콘 심선(4A)이 밀착되어 있는 부분과, 그 밀착 부분에 가장 가까운 외주 사이의 1개소의 가장자리폭 L을 말한다. 그리고, 본 실시형태에서는, 그 가장자리폭 L이 3㎜ 이하로 되어 있다. 여기에서, 가장자리폭 L은, 3㎜ 이하가 바람직하고, 2㎜ 이하가 보다 바람직하고, 1㎜ 이하가 특히 바람직하다.
이에 의해, 이 부분에 석출한 다결정 실리콘(5)이 조기에 실리콘 심선(4A)의 근원에 결합한다. 즉, 종래에는, 실리콘 심선(4A)의 장변 방향의 중앙측으로부터 다결정 실리콘(5)이 석출 성장한 후, 실리콘 심선(4A)의 근원에 서서히 석출하고, 심선 유지부(12A)에 밀착되어 있었지만, 본 실시형태에서는, 실리콘 심선(4A)의 근원에의 석출 및 심선 유지부(12A)에의 밀착이 종래보다도 빨라진다.
이 결과, 실리콘 심선(4A)의 근원에 석출한 다결정 실리콘(5)이 실리콘 심선(4A)을 지탱하기 때문에, 실리콘 심선(4A)의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 조기에 실리콘 심선(4A)의 근원에 다결정 실리콘(5)이 석출하므로, 가는 실리콘 심선(4A)에의 전류의 집중을 완화할 수 있다. 이것은, 실리콘 심선(4A)에 대해서 부분적으로 전류가 집중해서 실리콘 심선(4A)이 용융하는 경우가 없으므로, 실리콘 심선(4A)에의 전류를 빨리 크게 할 수 있는 것을 의미한다. 이 결과, 실리콘 심선(4A)에의 전류를 조기에 크게 해서, 다결정 실리콘(5)의 석출을 촉진하는 것이 가능하게 된다.
따라서, 실리콘 심선(4A)의 근원에의 다결정 실리콘(5)의 석출을 향상하고, 나아가서는 실리콘 심선(4A)의 전체에의 다결정 실리콘(5)의 석출을 향상할 수 있는 심선 홀더(10A)를 제공할 수 있다.
또, 도 3의 (a)(b)(c)에 나타내는 심선 홀더(10A)에서는, 적어도 1개소의 가장자리폭 L=0.75㎜로 되어 있고, 도 4의 (a)(b)(c)에 나타내는 심선 홀더(10A)에서는, 적어도 1개소의 가장자리폭 L=0.47㎜로 되어 있다. 이 결과, 양자 모두 적어도 1개소의 가장자리폭 L이 3㎜ 이하인 것을 충족시키고 있다.
그리고, 예를 들면, 도 3의 (a)(b)(c)에 나타내는 심선 홀더(10A)에서는, 실리콘 심선(4A)의 근원에 있어서, 적어도 1개소의 가장자리폭 L=0.75㎜로 되어 있는 측으로부터 다결정 실리콘(5)의 석출이 일어나는 것이 확인되어 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시형태의 심선 홀더(10A)에 있어서의 심선 유지부(12A)의 상단면(12a)에 있어서의 외주와, 심선 삽입 구멍(13A)에 있어서의 실리콘 심선(4A)이 접하는 내벽면(13a) 사이의 심선 유지부(12A)의 두께인 가장자리폭 L은, 적어도 1개소에 있어서 3㎜ 이하이다. 이에 대해서, 적어도 1개소의 가장자리폭 L의 치수가 3㎜를 넘은 경우에는, 도 7의 (b)(c)에 있어서 설명한 바와 같이, 실리콘 심선(4A)의 근원에의 다결정 실리콘(5)의 성장 부족에 의해, 다결정 실리콘(5)을 석출한 실리콘 심선(4A)이 도괴하거나, 성장한 다결정 실리콘(5)이 열수축에 의해 크랙이 발생하는 것과 같은 문제가 발생한다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 심선 홀더(10A)는, 심선 유지부(12A)의 상단면(12a)으로부터 축선을 따라 적어도 10㎜의 범위에 걸쳐서, 축선과 모선이 이루는 각도 θ가 10° 이상이며 또한 30° 이하로 되어 있다.
즉, 심선 유지부(12A)에 있어서의 대략 원뿔대 형상의 축선과 모선이 이루는 각도 θ가 10° 이상이며 또한 30° 이하로 되는, 상단을 향해서 가늘고 뾰족한 부분은, 실리콘 심선(4A)이 심선 유지부(12A)로부터 노출되는 부분에 가까운 영역에서 가능한 한 긴 영역으로 확보되어 있는 것이 바람직하다. 그래서, 본 실시형태에서는, 심선 유지부(12A)에 있어서, 축선과 모선이 이루는 각도 θ가 10° 이상이며 또한 30° 이하인 영역이, 심선 유지부(12A)의 상단면(12a)으로부터 축선을 따라 적어도 10㎜의 범위에 걸쳐 있다. 이에 의해, 심선 유지부(12A)의 실리콘 심선(4A)의 근원에의 원료 가스의 흐름이 좋아져서, 공급량이 증가하고, 당해 실리콘 심선(4A)의 근원에서의 석출이 촉진되고, 다결정 실리콘(5)의 석출이 조기에 안정되는 것이 담보된다. 또, 이 구성은, 실리콘 심선(4A)이 심선 유지부(12A)의 심선 삽입 구멍(13A)에 세트된 상태에 있어서, 특히, 심선 홀더(10A)에 있어서의 심선 유지부(12A)의 상단면(12a)에 있어서의 외주와, 심선 삽입 구멍(13A)에 있어서의 실리콘 심선(4A)이 접하는 내벽면(13a) 사이의 심선 유지부(12A)의 두께인 가장자리폭 L은, 적어도 1개소에 있어서 3㎜ 이하인 경우에 있어서, 효과가 현저해진다. 또한, 심선 유지부(12A)에 있어서, 축선과 모선이 이루는 각도 θ가 10° 이상이며 또한 30° 이하인 영역이, 심선 유지부(12A)의 상단면(12a)으로부터 축선을 따라 10㎜에 충족되지 않는 경우에는, 원료 가스의 흐름을 충분히 안내할 수 없으므로, 전술한 효과가 불충분하게 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 실리콘 심선(4A)은, 상단면(12a)으로부터 심선 삽입 구멍(13A)의 바닥(13b)까지의 범위에 걸쳐서, 심선 유지부(12A)의 외주면(12c)과, 심선 삽입 구멍(13A)의 내벽면(13a) 사이의 심선 유지부(12A)의 최대 두께 D1은, 30㎜ 이하이다.
이에 의해, 심선 홀더(10A)의 상단 부분이 대략 원뿔대 형상의 축선과 모선이 이루는 각도 θ가 10° 이상이며 또한 30° 이하인 것을 충족시키고, 또한, 상단면(12a)보다도 아래쪽 부분인 심선 삽입 구멍(13A)의 바닥(13b)까지의 외주면(12c)의 두께도 30㎜ 이하로 얇게 함에 의해서, 심선 홀더(10A)에 흐르는 전류의 전류 밀도가 상승하고, 심선 홀더(10A) 자신이 발열해서 상단 부분을 고온으로 유지하고, 전극(3)의 냉각 기구(6)에 의한 심선 홀더(10A)의 상단 부분의 냉각을 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태의 심선 홀더(10A)는, 벨자형 실리콘 제조 장치에 있어서의 벨자형 반응로(1A)의 저반(2)에 배치된 전극(3)에 설치되어 있다. 그리고, 심선 홀더(10A)는, 대략 원뿔대 형상을 갖는 카본제의 심선 유지부(12A)를 구비하고, 심선 유지부(12A)의 상단면(12a)에는, 삽입되는 실리콘 심선(4A)을 유지하는 심선 삽입 구멍(13A)이 형성되어 있다. 또한, 심선 유지부(12A)의 대략 원뿔대 형상의 축선과 모선이 이루는 각도 θ는 10° 이상이며 또한 30° 이하이고, 또한 심선 유지부(12A)의 상단면(12a)에 있어서의 외주와, 심선 삽입 구멍(13A)에 있어서의 실리콘 심선(4A)이 접하는 내벽면(13a) 사이의 심선 유지부(12A)의 가장자리폭 L은, 적어도 1개소에 있어서 3㎜ 이하이다.
이 결과, 심선 유지부(12A)에 있어서, 대략 원뿔대 형상의 축선과 모선이 이루는 각도는 10° 이상이며 또한 30° 이하이므로, 심선 유지부(12A)가 상단을 향해서 가늘고 뾰족한 형상으로 되고, 심선 유지부(12A)의 근원에의 원료 가스의 흐름이 좋아져서, 공급량이 증가하고, 당해 실리콘 심선(4A)의 근원에서의 석출이 촉진되고, 다결정 실리콘(5)의 석출이 조기에 안정되게 된다.
이에 더하여, 대략 원뿔대 형상의 심선 유지부(12A)는, 상단면(12a)에 있어서의 두께가 적어도 1개소에 있어서의 가장자리폭 L에 있어서 3㎜ 이하로 하고 있다. 그 때문에, 심선 유지부(12A)의 상단면(12a)과 석출한 다결정 실리콘(5)의 극간에 있어서, 원료 가스가 실리콘 심선(4A)에 공급되기 쉬워진다. 그 때문에, 이 극간에 있어서, 다결정 실리콘(5)의 석출이 촉진된다. 이에 의해, 다결정 실리콘(5)이 조기에 실리콘 심선(4A)의 근원에 결합해서 실리콘 심선(4A)을 지탱하기 때문에, 실리콘 심선(4A)의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 조기에 실리콘 심선(4A)의 근원에 실리콘 심선(4A)에 다결정 실리콘(5)이 석출하므로, 조기에 전류를 크게 해서, 다결정 실리콘(5)의 석출을 촉진할 수 있다.
따라서, 실리콘 심선(4A)의 근원에의 다결정 실리콘(5)의 석출을 향상하고, 나아가서는 실리콘 심선(4A)의 전체에의 다결정 실리콘(5)의 석출을 향상할 수 있는 실리콘 심선(4A)을 제공할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 실리콘 제조 장치는, 본 실시형태의 심선 홀더(10A)와, 전극(3)을 구비하고 있다. 이에 의해, 실리콘 제조 장치에 있어서는, 벨자형 반응로(1A)의 저반(2)에 배치된 전극(3)으로부터, 심선 홀더(10A)에 있어서의 카본제의 심선 유지부(12A)를 통해서 당해 심선 유지부(12A)의 심선 삽입 구멍(13A)에 세워 설치된 심선 홀더(10A)에 전류가 인가된다. 이에 의해, 실리콘 심선(4A)이 고온도로 되고, 당해 실리콘 심선(4A)에 다결정 실리콘(5)이 석출하여, 성장한다. 그리고, 심선 홀더(10A)는 전술의 구성을 구비하고 있다.
따라서, 실리콘 심선(4A)의 근원에의 다결정 실리콘(5)의 석출을 향상하고, 나아가서는 실리콘 심선(4A)의 전체에의 다결정 실리콘(5)의 석출을 향상할 수 있는 심선 홀더(10A)를 구비한 실리콘 제조 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 실리콘 제조 장치에서는, 전극(3)은, 내부에 냉각 기구(6)로서의 수냉 기구를 구비하고 있다.
이에 의해, 전극(3)이 고온으로 되어서, 전극(3)에까지 다결정 실리콘(5)이 석출하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전극(3)이 고온으로 되어서 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 실리콘 제조 방법은, 본 실시형태의 실리콘 제조 장치를 이용해서 다결정 실리콘(5)을 제조한다.
이에 의해, 실리콘 심선(4A)의 근원에의 다결정 실리콘(5)의 석출을 향상하고, 나아가서는 실리콘 심선(4A)의 전체에의 다결정 실리콘(5)의 석출을 향상할 수 있는 심선 홀더(10A)를 구비한 실리콘 제조 장치를 이용해서 다결정 실리콘(5)을 제조하는 실리콘 제조 방법을 제공할 수 있다.
〔실시형태 2〕
본 발명의 다른 실시형태에 대하여 도 5 및 도 6에 의거해서 설명하면, 이하와 같다. 또, 본 실시형태에 있어서 설명하는 것 이외의 구성은, 상기 실시형태 1과 같다. 또한, 설명의 편의상, 상기한 실시형태 1의 도면에 나타낸 부재와 동일한 기능을 갖는 부재에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.
상기 실시형태 1의 벨자형 반응로(1A)에서는, 실리콘 심선(4A)의 단면 형상이 정방형으로 되어 있고, 이 정방형 단면의 실리콘 심선(4A)에 맞춰서, 심선 홀더(10A)에 있어서의 심선 유지부(12A)의 심선 삽입 구멍(13A)의 단면도 정방형으로 되어 있었다. 이에 대해서, 본 실시형태의 벨자형 반응로(1B)에서는, 실리콘 심선(4B)의 단면 형상이 원형으로 되어 있고, 이 원형 단면의 실리콘 심선(4B)에 맞춰서, 심선 홀더(10B)에 있어서의 심선 유지부(12B)의 심선 삽입 구멍(13B)의 단면도 원형으로 되어 있는 점이 다르다.
본 실시형태의 벨자형 반응로(1B)에 있어서의 심선 홀더(10B)의 구성에 대하여, 도 5의 (a)(b)(c)에 의거해서 설명한다. 도 5의 (a)는, 본 실시형태에 있어서의 심선 홀더(10B) 및 전극(3)의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 5의 (b)는, 심선 홀더(10B)의 구성을 나타내는 것이며, 도 5의 (a)의 A-A'선 단면도이다. 도 5의 (c)는, 심선 홀더(10B)에 있어서의 심선 유지부(12B)의 상단면(12a)의 구성을 나타내는 확대 정면도이다.
도 5의 (a)(c)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 심선 홀더(10B)는, 상기 실시형태 1의 심선 홀더(10A)와 마찬가지로, 하부에 형성된 기부(11)와 상부에 형성된 원뿔대 형상을 갖는 심선 유지부(12B)를 구비하고 있다.
심선 홀더(10B)의 심선 유지부(12B)는, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 끝이 가는 원뿔대 형상을 갖고 있고, 원뿔대의 상단면(12a)에는, 실리콘 심선(4B)을 삽입해서 유지하는 심선 삽입 구멍(13B)이 형성되어 있다.
여기에서, 본 실시형태의 벨자형 반응로(1B)에서는, 도 5의 (a)(b)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 심선(4B)의 단면 형상이 원형으로 되어 있다. 이 결과, 본 실시형태의 심선 홀더(10B)에 있어서의 심선 유지부(12B)의 심선 삽입 구멍(13B)의 단면 형상도, 원형 단면의 실리콘 심선(4B)에 맞춰서, 원형으로 되어 있다.
상기 심선 삽입 구멍(13B)에는, 예를 들면, 직경이 5∼12㎜인 원형 단면 형상을 갖는 실리콘 심선(4B)이 삽입되도록 되어 있다.
본 실시형태의 심선 유지부(12B)의 원뿔대 형상은, 상기 실시형태 1의 심선 유지부(12A)와 마찬가지로, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 축선과 모선이 이루는 각도 θ가 10° 이상이며 또한 30° 이하로 되어 있다. 실험 결과에서는, 축선과 모선이 이루는 각도 θ는, 11° 이상이며 또한 25° 이하가 바람직하고, 11° 이상이며 또한 16° 이하가 보다 바람직하고, 11° 이상이며 또한 15° 미만이 특히 바람직한 것이 알려져 있다. 예를 들면, 도 6의 (a)(b)에 나타내는 심선 홀더(10B)는, 각도 θ=16°의 경우를 나타내고 있다. 이에 의해, 심선 유지부(12B)가 위쪽을 향해서 가늘고 뾰족한 형상으로 되고, 실리콘 심선(4B)의 근원에의 원료 가스의 흐름이 좋아져서, 원료 가스의 공급량이 증가하고, 실리콘 심선(4B)의 근원에서의 석출이 촉진되고, 다결정 실리콘(5)의 석출이 조기에 안정되게 된다.
또한, 본 실시형태의 심선 홀더(10B)에 있어서는, 상단면(12a)으로부터 심선 삽입 구멍(13B)의 바닥(13b)까지의 범위에 걸쳐서, 심선 유지부(12B)의 외주면(12c)과, 심선 삽입 구멍(13B)의 내벽면(13a) 사이의 심선 유지부(12B)의 최대 두께 D1은, 30㎜ 이하로 되어 있다. 최대 두께 D1은, 바람직하게는 30㎜ 이하이고, 보다 바람직하게는 20㎜ 이하이다. 이에 의해, 심선 홀더(10B)의 각도 θ가 10° 이상이며 또한 30° 이하인 것을 충족시키고, 또한, 상단면(12a)보다도 아래쪽 부분인 심선 삽입 구멍(13B)의 바닥(13b)까지의 외주면(12c)의 두께를 30㎜ 이하로 얇게 함에 의해서, 심선 홀더(10B)에 흐르는 전류의 전류 밀도가 상승하고, 심선 홀더(10B) 자신이 발열해서 상단 부분을 고온으로 유지하여, 상단 부분의 냉각을 방지할 수 있다.
예를 들면, 도 6의 (a)(b)에 나타내는 본 실시형태의 심선 홀더(10B)에서는, 심선 홀더(10B)에 있어서의 10° 이상이며 또한 30° 이하의 각도 θ=16°로 되어 있고, 이 각도 θ=16°가 축선을 따라 원뿔대 높이 h1=64.5㎜까지 이어져 있다. 이 결과, 원뿔대 높이 h1은 적어도 10㎜의 범위에 걸쳐 있다. 또한, 도 6의 (a)(b)에 나타내는 심선 홀더(10B)에서는, 심선 삽입 구멍(13B)의 바닥(13b)의 내벽면(13a)과 외주면(12c) 사이의 심선 유지부(12B)의 최대 두께 D1은 15.8㎜이고, 최대 두께 D1이 30㎜ 이하를 충족시키고 있다. 또, 도 6의 (a)(b)에 나타내는 심선 홀더(10B)에서는, 삽입 구멍 높이 h2=40㎜이고, 심선 홀더(10B)의 전체 높이 h=130㎜이다. 또한, 심선 홀더(10B)의 직경 D는 50㎜이다.
그런데, 심선 유지부(12B)의 형상으로서, 이와 같이, 대략 원뿔대 형상의 축선과 모선이 이루는 각도 θ를 10° 이상이며 또한 30° 이하로 했다고 해도, 대략 원뿔대 형상의 심선 유지부(12B)의 상단면(12a)에 있어서의 두께인 가장자리폭 L이 크면, 다결정 실리콘의 성장에 적절하다고 할 수는 없다.
그래서, 본 실시형태의 심선 홀더(10B)에서는, 대략 원뿔대 형상의 심선 유지부(12B)의 상단면(12a)에 있어서의 두께인 가장자리폭 L을 적어도 1개소에 있어서 3㎜ 이하로 했다. 또, 본 실시형태의 벨자형 반응로(1B)에서는, 실리콘 심선(4B)이 단면 원형이고, 심선 삽입 구멍(13B)의 단면도 원형이다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 상단면(12a)에 있어서, 심선 삽입 구멍(13B)의 내벽면(13a)과 외주 사이의 가장자리폭 L은 외주면(12c)의 어느 곳에 있어서도 같은 간격으로 되어 있다.
이에 의해, 이 부분에 석출한 다결정 실리콘(5)이 조기에 실리콘 심선(4B)의 근원에 결합한다. 이 결과, 석출한 다결정 실리콘(5)이 실리콘 심선(4B)을 지탱하기 때문에, 실리콘 심선(4B)의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 조기에 실리콘 심선(4B)의 근원에 다결정 실리콘(5)이 석출하므로, 가는 실리콘 심선(4B)에의 전류의 집중을 완화할 수 있다. 이것은, 실리콘 심선(4B)에 대해서 부분적으로 전류가 집중하는 경우가 없으므로, 실리콘 심선(4B)에의 전류를 크게 할 수 있는 것을 의미한다. 이 결과, 실리콘 심선(4B)에의 전류를 조기에 크게 해서, 다결정 실리콘(5)의 석출을 촉진하는 것이 가능하게 된다.
따라서, 실리콘 심선(4B)의 근원에의 다결정 실리콘(5)의 석출을 향상하고, 나아가서는 실리콘 심선(4B)의 전체에의 다결정 실리콘(5)의 석출을 향상할 수 있는 심선 홀더(10B)를 제공할 수 있다.
또, 도 6의 (a)(b)(c)에 나타내는 심선 홀더(10B)에서는, 가장자리폭 L=2.25㎜로 되어 있고, 이 결과, 적어도 1개소의 가장자리폭 L이 3㎜ 이하인 것을 충족시키고 있다.
〔정리〕
본 발명의 일 태양에 있어서의 심선 홀더는, 상기한 과제를 해결하기 위하여, 대략 원뿔대 형상을 갖는 카본제의 심선 유지부를 구비하고, 상기 심선 유지부의 상단면에는, 삽입되는 실리콘 심선을 유지하는 심선 삽입 구멍이 형성되어 있고, 상기 대략 원뿔대 형상의 축선과 모선이 이루는 각도는 10° 이상이며 또한 30° 이하이고, 상기 심선 유지부의 상기 상단면에 있어서의 외주와, 상기 심선 삽입 구멍에 있어서의 상기 실리콘 심선이 접하는 내벽면 사이의 상기 심선 유지부의 두께는, 적어도 1개소에 있어서 3㎜ 이하인 것을 특징으로 하고 있다.
상기한 구성에 따르면, 심선 홀더는, 대략 원뿔대 형상을 갖는 카본제의 심선 유지부를 구비하고, 심선 유지부의 상단면에는, 삽입되는 실리콘 심선을 유지하는 심선 삽입 구멍이 형성되어 있다. 이 때문에, 벨자형 실리콘 제조 장치의 저반에 배치된 전극으로부터, 카본제의 심선 유지부를 통해서 당해 심선 유지부의 심선 삽입 구멍에 세워 설치된 실리콘 심선에 전류가 인가된다. 이에 의해, 실리콘 심선이 고온도로 되고, 당해 실리콘 심선에 실리콘이 석출하여, 성장한다.
여기에서, 종래에는, 심선 홀더에 있어서의 대략 원뿔대 형상의 축선과 모선이 이루는 각도는 전술한 바와 같이, 35° 이상이며 또한 65° 이하였다. 그러나, 이와 같은 큰 각도로 하면, 실리콘 심선의 근원에의 원료 가스의 유통이 억제되고, 그 결과, 실리콘 심선의 근원에의 실리콘의 석출이 느려지고, 실리콘 심선의 전체의 실리콘의 석출도 느려지는 것이 판명되었다.
그래서, 본 발명의 일 태양에서는, 심선 유지부에 있어서, 대략 원뿔대 형상의 축선과 모선이 이루는 각도는 10° 이상이며 또한 30° 이하로 했다. 이에 의해, 심선 유지부가 상단을 향해서 가늘고 뾰족한 형상으로 되고, 실리콘 심선의 근원에의 원료 가스의 흐름이 좋아져서, 공급량이 증가하고, 당해 실리콘 심선의 근원에서의 석출이 촉진되고, 실리콘의 석출이 조기에 안정되게 되었다.
이에 더하여, 본 발명의 일 태양에 있어서는, 대략 원뿔대 형상의 심선 유지부에 있어서, 상단면에 있어서의 두께를 적어도 1개소에 있어서 3㎜ 이하로 하고 있다. 그 때문에, 심선 유지부의 상단면과 석출한 실리콘 사이의 극간에 있어서, 원료 가스가 실리콘 심선에 공급되기 쉬워진다. 그 때문에, 이 극간에 있어서, 실리콘의 석출이 촉진된다. 이에 의해, 이 부분에 석출한 실리콘이 조기에 실리콘 심선의 근원에 결합한다. 이 결과, 석출한 실리콘이 실리콘 심선을 지탱하기 때문에, 실리콘 심선의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 조기에 실리콘 심선의 근원에 실리콘이 석출하므로, 가는 실리콘 심선에의 전류의 집중이 완화된다. 이에 의해, 가는 실리콘 심선의 근원에의 전류 집중에 의한 과잉 발열을 억제하고, 이 부분의 용융에 의한 실리콘 심선 도괴를 방지할 수 있다. 그 때문에, 조기에 전류를 크게 하고, 실리콘의 석출을 촉진할 수 있다.
따라서, 실리콘 심선의 근원에의 실리콘의 석출을 향상하고, 나아가서는 실리콘 심선의 전체에의 실리콘의 석출을 향상할 수 있는 심선 홀더를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 태양에 있어서의 심선 홀더는, 상기 심선 유지부의 상기 상단면으로부터 상기 축선을 따라 적어도 10㎜의 범위에 걸쳐서, 상기 축선과 상기 모선이 이루는 각도가 10° 이상이며 또한 30° 이하인 것이 바람직하다.
즉, 심선 유지부에 있어서의 대략 원뿔대 형상의 축선과 모선이 이루는 각도는 10° 이상이며 또한 30° 이하로 되는 상단을 향해서 가늘고 뾰족한 부분은, 실리콘 심선이 심선 삽입 구멍으로부터 노출되는 부분에 가까운 영역에서 가능한 한 긴 영역으로 확보되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 심선 유지부에 있어서, 축선과 상기 모선이 이루는 각도는 10° 이상이며 또한 30° 이하인 영역이, 심선 유지부의 상단면으로부터 축선을 따라 적어도 10㎜의 범위에 걸쳐 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 실리콘 심선의 근원에의 원료 가스의 흐름이 좋아지고, 공급량이 증가하고, 당해 실리콘 심선의 근원에서의 석출이 촉진되고, 실리콘의 석출이 조기에 안정되는 것이 담보된다.
본 발명의 일 태양에 있어서의 심선 홀더는, 상기 상단면으로부터 상기 심선 삽입 구멍의 바닥까지의 범위에 걸쳐서, 상기 심선 유지부의 외주면과, 상기 심선 삽입 구멍의 벽면 사이의 상기 심선 유지부의 최대 두께는, 30㎜ 이하인 것이 바람직하다.
이에 의해, 심선 홀더의 상단 부분이 대략 원뿔대 형상의 축선과 모선이 이루는 각도가 10° 이상이며 또한 30° 이하인 것을 충족시키고, 또한, 상단면보다도 아래쪽 부분인 심선 삽입 구멍의 바닥까지의 외주면의 두께도 30㎜ 이하로 얇게 함에 의해서, 심선 홀더에 흐르는 전류의 전류 밀도가 상승하고, 심선 홀더 자신이 발열하여, 상단 부분은 고온으로 유지된다.
본 발명의 일 태양에 있어서의 실리콘 제조 장치는, 상기 심선 홀더와, 전극을 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이에 의해, 실리콘 제조 장치에 있어서는, 벨자형 실리콘 제조 장치의 저반에 배치된 전극으로부터, 심선 홀더에 있어서의 카본제의 심선 유지부를 통해서 당해 심선 유지부의 심선 삽입 구멍에 세워 설치된 실리콘 심선에 전류가 인가된다. 이 결과, 실리콘 심선이 고온도로 되고, 당해 실리콘 심선에 실리콘이 석출하여, 성장한다.
그리고, 심선 홀더는, 심선 유지부의 상단면에는, 삽입되는 실리콘 심선을 유지하는 심선 삽입 구멍이 형성되어 있고, 대략 원뿔대 형상의 축선과 모선이 이루는 각도는 10° 이상이며 또한 30° 이하이고, 상기 심선 유지부의 상기 상단면에 있어서의 외주와, 상기 심선 삽입 구멍에 있어서의 상기 실리콘 심선이 접하는 내벽면 사이의 상기 심선 유지부의 두께는, 적어도 1개소에 있어서 3㎜ 이하라는 구성을 구비하고 있다.
따라서, 실리콘 심선의 근원에의 실리콘의 석출을 향상하고, 나아가서는 실리콘 심선의 전체에의 실리콘의 석출을 향상할 수 있는 심선 홀더를 구비한 실리콘 제조 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 태양에 있어서의 실리콘 제조 장치에서는, 상기 전극은, 내부에 수냉 기구를 구비하고 있다.
이에 의해, 전극이 고온으로 되고, 전극에까지 실리콘이 석출하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전극이 고온으로 되어서 손상되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 태양에 있어서의 실리콘 제조 방법은, 상기 실리콘 제조 장치를 이용해서 실리콘을 제조하는 것을 특징으로 하고 있다.
이에 의해, 실리콘 심선의 근원에의 실리콘의 석출을 향상하고, 나아가서는 실리콘 심선의 전체에의 실리콘의 석출을 향상할 수 있는 심선 홀더를 구비한 실리콘 제조 장치를 이용해서 실리콘을 제조하는 실리콘 제조 방법을 제공할 수 있다.
또, 본 발명은, 전술한 각 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 청구항에 나타낸 범위에서 각종 변경이 가능하고, 서로 다른 실시형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절히 조합해서 얻어지는 실시형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. 또한, 각 실시형태에 각각 개시된 기술적 수단을 조합함에 의해, 새로운 기술적 특징을 형성할 수 있다.
(실시예)
본 실시형태의 심선 홀더(10A·10B)에 대하여, 대략 원뿔대 형상의 축선과 모선이 이루는 각도 θ로서, 11° 및 25°로 한 경우의 효과에 대하여 검증 실험을 행했다. 검증 실험에 있어서는, 심선 홀더(10A·10B)에 실리콘 심선(4A·4B)을 세우고, 전류를 서서히 상승시키는 운전에 있어서, 전류를 안정적으로 300A까지 높일 수 있는 한계 시간을 측정했다. 이 한계 시간은, 이보다 빠르게 전류를 상승시키면, 실리콘 심선(4A·4B)이 용융해서 도괴하는 시간이다. 따라서, 한계 시간이 짧은 편이, 300A의 전류를 빠르게 흐르게 하도록 할 수 있고, 그 후의 다결정 실리콘(5)의 석출이 빠른 것을 나타내고 있다.
검증 실험의 결과를, 비교예와 함께, 표 1에 나타낸다.
이 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시형태의 심선 홀더(10A·10B)에 있어서 각도 θ를 10° 이상이며 또한 30° 이하로 하고, 또한 심선 유지부(12A·12B)의 상단면(12a)에 있어서의 외주와 심선 삽입 구멍(13A)에 있어서의 실리콘 심선(4A·4B)이 접하는 내벽면(13a) 사이의 심선 유지부(12A·12B)의 두께인 가장자리폭 L을, 적어도 1개소에 있어서 3㎜ 이하로 한 실시예 1∼4에 있어서는, 전류를 안정적으로 300A까지 높일 수 있는 한계 시간이 20시간 이내였다.
한편, 각도 θ=10° 이상이며 또한 30° 이하와, 적어도 1개소의 가장자리폭 L이 3㎜ 이하인 두 조건 중 어느 한쪽을 충족시키지 않는 비교예 1∼4에 있어서는, 전류를 안정적으로 300A까지 높일 수 있는 한계 시간이 25시간 이상이었다.
이 결과, 각도 θ=10° 이상이며 또한 30° 이하와, 적어도 1개소의 가장자리폭 L이 3㎜ 이하인 두 조건을 충족시킨 경우에는, 전류를 안정적으로 300A까지 높일 수 있는 한계 시간이 짧아지고, 다결정 실리콘(5)을 안정적으로 빠르게 석출할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
[표 1]
Figure pct00001
1A·1B : 벨자형 반응로
2 : 저반
3 : 전극
3a : 볼록부
4A·4B : 실리콘 심선
5 : 다결정 실리콘(실리콘)
6 : 냉각 기구
7 : 쐐기
10A·10B : 심선 홀더
11 : 기부
11a : 오목부
12A·12B : 심선 유지부
12a : 상단면
12c : 외주면
13A·13B : 심선 삽입 구멍
13a : 내벽면
13b : 바닥
D1 : 최대 두께
L : 가장자리폭(두께)
θ : 각도

Claims (6)

  1. 대략 원뿔대 형상을 갖는 카본제의 심선(芯線) 유지부를 구비하고,
    상기 심선 유지부의 상단면에는, 삽입되는 실리콘 심선을 유지하는 심선 삽입 구멍이 형성되어 있고,
    상기 대략 원뿔대 형상의 축선과 모선이 이루는 각도는 10° 이상이며 또한 30° 이하이고,
    상기 심선 유지부의 상기 상단면에 있어서의 외주(外周)와, 상기 심선 삽입 구멍에 있어서의 상기 실리콘 심선이 접하는 내벽면 사이의 상기 심선 유지부의 두께는, 적어도 1개소에 있어서 3㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 심선 홀더.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 심선 유지부의 상기 상단면으로부터 상기 축선을 따라 적어도 10㎜의 범위에 걸쳐서, 상기 축선과 상기 모선이 이루는 각도가 10° 이상이며 또한 30° 이하인 것을 특징으로 하는 심선 홀더.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 상단면으로부터 상기 심선 삽입 구멍의 바닥까지의 범위에 걸쳐서, 상기 심선 유지부의 외주면과, 상기 심선 삽입 구멍의 벽면 사이의 상기 심선 유지부의 최대 두께는, 30㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 심선 홀더.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 심선 홀더와, 전극을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 제조 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전극은, 내부에 냉각 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 제조 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 기재된 실리콘 제조 장치를 이용해서 실리콘을 제조하는 것을 특징으로 하는 실리콘 제조 방법.
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