CS242447B1

CS242447B1 - Equipment for the production of thin silicon rods

Info

Publication number: CS242447B1
Application number: CS846593A
Authority: CS
Inventors: Wolfgang Lehmann; Horst Kaden; Horst Waechtler; Miroslav Sasak; Vilem Smejkal; Roland Schubert; Frantisek Zatopek
Original assignee: Wolfgang Lehmann; Horst Kaden; Horst Waechtler; Miroslav Sasak; Vilem Smejkal; Roland Schubert; Frantisek Zatopek
Priority date: 1984-09-03
Filing date: 1984-09-03
Publication date: 1986-05-15
Also published as: CS659384A1

Abstract

Podstata zařízení pro výřobu tenkých křemíkových tyčí, zejména nekonečně dlouhých tenkých křemíkových tyčí podle vyná lezu spočívá v tom, že tenká křemíková tyč, jež je současně tažicí tyčí zařízení, prochází komorou zařízeni přes vakuové nebo plynové těsnění sestávající z jednoho nebo několika za sebou jdoucích pruž ných těsnění a tažicí mechanismus, tvořený párem ozubených řemenů ze dvou protilehlých s'tran pružně tlačících a pevně obepínajících tenkou křemíkovou tyč. Tažicí mechanismus je uložen na rotující nosné přírubě, která těsně uzavírá otvor v horní ploše komory zařízeni. S rotující nosnou přírubou je pevně spojeno jedno nebo více pružných těsnění těsnicích otvor pro prů chod křemíkové tyče a vodicí trubka, jejíž délka je nejméně 150 mm a jejíž vnitrní průměr je o 2 mm větší než střední prů měr tenké křemíkové tyče. Je účelné, aby k jedné komoře zařízení byly připojeny 2 až 4 tažicí mechanismy s rotujícími nosnými přírubami.The essence of the device for the production of thin silicon rods, in particular infinitely long thin silicon rods according to the invention consists in the fact that the thin silicon rod, which is at the same time the pulling rod of the device, passes through the chamber of the device through a vacuum or gas seal consisting of one or more consecutive elastic seals and a pulling mechanism formed by a pair of toothed belts from two opposite sides elastically pressing and tightly surrounding the thin silicon rod. The pulling mechanism is mounted on a rotating support flange that tightly closes the opening in the upper surface of the chamber of the device. One or more elastic seals sealing the opening for the passage of the silicon rod and a guide tube, the length of which is at least 150 mm and the inner diameter of which is 2 mm larger than the average diameter of the thin silicon rod, are firmly connected to the rotating support flange. It is expedient that 2 to 4 pulling mechanisms with rotating support flanges are connected to one chamber of the device.

Description

Vynález se týká zařízení pro výrobu tenkých křemíkových tyčí, zejména pro výrobu nekonečně dlouhých tenkých křemíkových tyčí nebo pro téměř kontinuální výrobu většího počtu tenkých křemíkových tyčí.The invention relates to an apparatus for producing thin silicon rods, in particular for producing infinitely long thin silicon rods or for almost continuous production of a plurality of thin silicon rods.

Pro výrobu polykrystalického křemíku jsou nutné tenké křemíkové tyče, nazývané též jádra. Při všeobecně známém způsobu výroby polykrystalického křemíku dochází při termickém rozkladu halogensilanů k usazování křemíku na těchto tenkých křemíkových tyčích, jejichž průměr je obvykle 4-6 mm. Z ekonomických důvodů je třeba, aby tenké křemíkové tyče dosahovaly určité délky, přičemž z technologických důvodů je nutné v maximální míře dodržovat jejich přímost a konstantní průměr. Při výrobě tenkých křemíkových tyčí délky nad 1 m to již představuje značný problém. Výroba tenkých křemíkových tyčí se obecně* provádí v evakuované nebo inertním plynem napuštěné komoře tak, že pomocí tažicí tyče je z taveniny nebo ze zásobního křemíkového ingotu vytahováno jádro. Zvětšení délky tenkých křemíkových tyčí vyžaduje nutně také zvětšení délky tažicí tyče a tím i celého zařízení a kromě toho i vestavění přípravku pro podporu tenké křemíkové tyče. Jsou též známy způsoby, které nahrazují tažicí tyč tažným navíjecím mechanismem nebo kuličkovým ložiskem. Je známo i zařízení na výrobu nekonečně dlouhých tenkých křemíkových tyčí, popř. kontinuální výrobu většího počtu tenkých křemíkových tyčí, např. pat USA 3,254.468, které používá tenké křemíkové tyče současně jako tažicí tyče zařízení. Toto řešení, u kterého je tažicí mechanismus uvádějící tenkou křemíkovou tyč do posuvného a rotačního pohybu tvořen párem kladek pružně tlačeným k tenké křemíkové tyči z protilehlých stran, nechrání vytahovanou tenkou křemíkovou tyč proti vyosení. Nedostatkem tohoto zařízení je rovněž těsnění komory v místě; průchodu tenké křemíkové tyče, které jeThin silicon rods, also called cores, are required to produce polycrystalline silicon. In the well-known process for the production of polycrystalline silicon, the thermal decomposition of halogensilanes leads to the deposition of silicon on these thin silicon rods, the diameter of which is usually 4-6 mm. For economic reasons, thin silicon rods need to reach a certain length, while for technological reasons their straightness and constant diameter must be maximized. This already poses a considerable problem in the production of thin silicon rods over 1 m in length. The production of thin silicon rods is generally carried out in an evacuated or inert gas-impregnated chamber such that a core is withdrawn from the melt or stock silicon ingot by means of a drawing rod. Increasing the length of the thin silicon rods necessarily also requires an increase in the length of the drawing rod and hence of the entire device and, moreover, the installation of a thin silicon rod support. Methods are also known which replace the draw bar with a draw coil or ball bearing. There is also known a device for the production of infinitely long thin silicon rods. continuously producing a plurality of thin silicon bars, e.g., U.S. Pat. No. 3,254,468, which uses thin silicon bars simultaneously as the draw bars of the device. This solution, in which the pulling mechanism for driving the thin silicon rod into sliding and rotational motion is formed by a pair of rollers resiliently pushed to the thin silicon rod from opposite sides, does not protect the extracted thin silicon rod from misalignment. A drawback of this device is also the sealing of the chamber in place; passing a thin silicon rod that is

- 3 242 447 pevně spojeno s komorou zařízení a vůči kterému tedy tenká křemíková tyč vykonává nejen posuvný, ale i rotační pohyb.3 242 447 is rigidly connected to the chamber of the device and to which the thin silicon rod thus performs not only translational but also rotational movement.

Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro výrobu tenkých křemíkových tyčí, zejména nekonečně dlouhých tenkých křemíkových tyčí z křemíkové taveniny nebo zásobního křemíkového ingotu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že tenká křemíková tyč, jež je současně tažicí tyčí zařízení, prochází komorou zařízení přes vakuové nebo plynové těsnění sestávající z jednoho nebo několika za sebou jdoucích pmlžných těsnění a tažicí mechanismus, tvořený párem ozubených řemenů ze dvou protilehlých stran pružně tlačících a pevně obepínajících tenkou křemíkovou tyč. Tažicí mechanismus je uložen na rotující nosné přírubě, která, těsně uzavírá otvor v horní ploše komory zařízení a která je pevně spojena s vakuovým nebo plynovým těsněním, sestávajícím z jednoho nebo několika za sebou jdoucích pružných těsnění. Rotující nosná příruba je pevně spojena s vodící trubkou, jejíž délka je nejméně 150 mm a jejíž vnitřní průměr je o 2 mm větší než střední průměr tenké křemíkové tyče. K jedné komoře zařízení jsou připojeny 2 až 4 tažicí mechanismy s rotujícími nosnými přírubami.The above-mentioned drawbacks are eliminated by a device for producing thin silicon rods, in particular of infinitely long silicon rods of silicon melt or silicon ingot stock according to the invention, characterized in that the thin silicon rod, which is simultaneously the drawing rod of the device, passes through a gas seal consisting of one or more successive gaskets and a pulling mechanism formed by a pair of toothed belts from two opposite sides flexingly clamping and firmly enclosing a thin silicon bar. The pulling mechanism is supported on a rotating support flange which tightly closes the opening in the upper surface of the chamber of the device and which is rigidly connected to a vacuum or gas seal consisting of one or more consecutive resilient seals. The rotating support flange is rigidly connected to a guide tube the length of which is at least 150 mm and whose inner diameter is 2 mm larger than the mean diameter of the thin silicon rod. Two to four pulling mechanisms with rotating support flanges are connected to one chamber of the device.

Výhoda navrženého zařízení pro tažení tenkých křemíkových tyčí spočívá v tom, že tažicí mechanismus tvořený párem ozubených řemenů pružně tlačících a pevně obepínajících tenkou křemíkovou tyč připevněný spolu s vodicí trubkou k rotující nosné přírubě brání vychýlení tenké křemíkové tyče v průběhu tažení, a tím umožňuje výrobu tenké křemíkové tyče libovolné délky s přísnými tolerancemi geometrických parametrů. Těsnění komory v místě průchodu tenké křemíkové tyče rotuje společně s tenkou křemíkovou tyčí, takže vzájemně vykovávají pouze posuvný pohyb, což zabraňuje poruchám funkce těsnění vlivem nerovností povrchu tenké křemíkové tyče a tím nežádoucímu vniknutí vzduehu do komory zařízení.The advantage of the proposed device for drawing thin silicon rods is that the drawing mechanism formed by a pair of toothed belts resiliently pushing and tightly encircling the thin silicon rod attached together with the guide tube to the rotating support flange prevents the thin silicon rod from deflecting during drawing. silicon rods of any length with strict geometrical tolerances. The chamber seal at the point of passage of the thin silicon rod rotates together with the thin silicon rod, so that they only reciprocate relative to each other, thus preventing seal malfunctions due to unevenness of the thin silicon rod surface and thus undesirable air penetration into the chamber.

Na přiložených výkresech je znázorněn příklad zařízení pro tažení tenkých křemíkových tyčí podle předloženého vynálezu. Na obr. 1 je schematicky znázorněno celé zařízení pro výrobu tenkých křemíkových tyčí s jedním tažicím mechanismem. Na obr. 2 je znázorněn nárys a na obr. 5 půdorys tažieího mechanismu.The accompanying drawings show an example of a device for drawing thin silicon bars according to the present invention. FIG. 1 schematically shows an entire device for producing thin silicon rods with a single drawing mechanism. FIG. 2 is a front view and FIG. 5 is a plan view of the drawing mechanism.

Jak vyplývá z obr. 1, provádí se tažení tenkých křemíkových tyčí 6 v evakuované nebo inertním plynem napuštěné komoře 1 zařízeni, v jejíž spodní části je otvor pro hřídel 2 opatřenou meZf- «»As can be seen from FIG. 1, the drawing of thin silicon rods 6 is carried out in an evacuated or inert gas-impregnated chamber 1 of the device, in the lower part of which there is a shaft bore 2 provided with an interface.

242 447 chanismy umožňujícími její rotační a posuvný pohyb. Na horním konci hřídele 2 je upevněn zásobní křemíkový ingot 3, jenž svým horním koncem dosahuje úrovně induktoru 5. Na horní ploše komory 1 de nad otvorem pro hřídel 2 otvor pro uložení rotující nosné příruby 7, která tento otvor těsně uzavírá a která je přes šnekové soukolí poháněna motorem 12. Rotující nosná příruba 7 je pevně spojena s vodicí trubkou 21». zamezující vyosení tenké křemíkové tyče 6, s těsněním otvoru pro průchod tenké křemíkové tyče 6 z komory 1 zařízení, jež sestává z jednoho nebo více pružných těsnění 10 a s tažicím mechanismem 8, jehož ozubené řemeny 9 pružně tlačí z protilehlých stran na tenkou křemíkovou tyč a pevně ji obepínají. Je zřejmé, že sepnutím motoru 12, jenž pohání rotující nosnou přírubu 7 s tažicím mechanismem 8, se současně uvede do rotačního pohybu i tenká křemíková tyč 6, pružné těsnění 10 a vodicí trubka 22· Posuvný pohyb tenké křemíkové tyče 6 obstarává tažicí mechanismus 8, jehož funkce je patrna z obr. 2 a obr. 3. Ozubené řemeny 9, opatřené na vnější ploše drážkami umožňujícími dokonalý kontakt s tenkou křemíkovou tyčí 6, jsou poháněny motorem 13 přes hnací ozubená kola 14. Dráha působení ozubených řemenů 9 na tenkou křemíkovou tyč je vymezena hnanými ozubenými koly 15, přičemž jeho stálé pnutí je zajištěno pružně uloženými ozubenými koly 26. Pružný tlak ozubených řemenů 9 na tenkou křemíkovou tyč 6 je dosažen působením alespoň jednoho páru ozubených kladek 27, které pomocí pružin 28 přichyceným k pákám 19 na čepech 20 přitlačejí ozubené řemeny 9 k tenké křemíkové tyči 6. Pohýb ozubených kladek 17 v Čepech 20 je omezen zarážkami 21 vymezujícími souosost tažieího mechanismu s vodicí trubkou 11.242 447 chanisms enabling its rotary and sliding movement. At the upper end of the shaft 2, a silicon ingot 3 is fastened, which at its upper end reaches the level of the inductor 5. On the upper surface of the chamber 1 de above the shaft hole 2 an opening for receiving a rotating support flange 7 The rotating support flange 7 is fixedly connected to the guide tube 21 '. Avoiding misalignment of the thin silicon rod 6, with the thin silicon rod opening 6 from the chamber 1 of the device 1 consisting of one or more resilient seals 10 and a pulling mechanism 8 whose toothed belts 9 resiliently push from opposite sides to the thin silicon rod encircling her. Obviously, by engaging the motor 12, which drives the rotating support flange 7 with the pulling mechanism 8, the thin silicon rod 6, the resilient seal 10 and the guide tube 22 are simultaneously rotationally moved. 2 and 3. The toothed belts 9 provided with grooves on the outer surface allowing perfect contact with the thin silicon bar 6 are driven by the motor 13 via the drive gears 14. The path of the toothed belts 9 on the thin silicon bar The elastic pressure of the toothed belts 9 on the thin silicon rod 6 is achieved by the action of at least one pair of toothed pulleys 27, which by means of springs 28 attached to the levers 19 on the pins 20 they press the toothed belts 9 against the thin silicon rod 6. Po The movement of the sprockets 17 in the pins 20 is limited by stops 21 defining the alignment of the pulling mechanism to the guide tube 11.

Před zahájením tažení se vsune tenká křemíková tyč 6, jejíž délka je rovna alespoň vzdálenosti horního konce tažieího mechanismu 8 od induktoru 5, přes tažicí mechanismus 8, pružné těsnění 10 a vodicí trubku 11 do komory 1 zařízení. Vysokofrekvenční proudy protékající induktorem 5 indukují na horním konci zásobního křemíkového ingotu 3 vířivé proudy, které jej zahřívají, až dojde k jeho roztavení a vytvoření kapky taveniny 4. Tenká křemíková tyč 6 se pak přiblíží ke kapce taveniny 4 a po jejím přetavení lze zahájit tažení. Tenká křemíková tyč 6 se uvede do rotačního pohybu rychlostí 10 až 50 ot/min sepnutím motoru 12. jenž pohání rotační nosnou přírubu 7, a do posuvného pohybu rychlostí 14 až 22 mm/min sepnutím motoru 13, jenž pohání ozubenéBefore starting the drawing, a thin silicon rod 6, the length of which is at least equal to the distance of the upper end of the drawing mechanism 8 from the inductor 5, is inserted through the drawing mechanism 8, the flexible seal 10 and the guide tube 11 into the chamber 1 of the device. The high-frequency currents flowing through the inductor 5 induce eddy currents at the upper end of the silicon ingot 3, which heats it until it melts to form a drop of melt 4. The thin silicon rod 6 then approaches the drop of melt 4 and draws. The thin silicon rod 6 is rotated at a speed of 10 to 50 rpm by engaging the motor 12 to drive the rotating support flange 7, and a sliding motion at a speed of 14 to 22 mm / min by engaging the motor 13 to drive the toothed gear.

242 447242 447

- 5 řemeny 2· Nad úrovní induktoru 5 dochází k zatuhávání části kapky taveniny 4 do tvaru tenké křemíkové tyče, jejíž průměr je funkcí rychlosti jejího posuvného pohybu, posuvného pohybu hřídele 2 a průměru zásobního křemíkového ingotu 3. V případě použití zásobního křemíkového ingotu 3 o průměru větším než 20 mm, nebo při použití induktoru 5 asymetrického tvaru je výhodné nechat hřídel 2 rotovat rychlostí 1 až 10 ot/min.- 5 belts 2 · Above the level of the inductor 5, a portion of the melt drop 4 solidifies in the form of a thin silicon rod, the diameter of which is a function of its sliding speed, shifting shaft 2 and diameter of silicon ingot 3. diameter of more than 20 mm, or using an inductor 5 of asymmetric shape, it is preferable to allow the shaft 2 to rotate at a speed of 1 to 10 rpm.

Využití vynálezu umožňuje výrobu nekonečně dlouhých tenkých křemíkových tyčí nebo téměř kontinuální výrobu většího počtu tenkých křemíkových tyčí libovolné délky s přísnými tolerancemi geometrických parametrů, jež jsou používány při známém způsobu výroby polykrystalického křemíku rozkladem halogensilanů na křemíkových jádrech. Vynález lze aplikovat na libovolné zařízení pro letmou zonální tavbu s indukčním ohřevem.The use of the invention enables the production of infinitely long thin silicon rods or the almost continuous production of multiple thin silicon rods of any length with strict tolerances of geometric parameters used in the known process for producing polycrystalline silicon by the decomposition of halogensilanes on silicon cores. The invention can be applied to any device for floating zone melting with induction heating.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

242 447

Apparatus for producing thin silicon rods, in particular endlessly long silicon rods of silicon melt or silicon ingot stock, characterized in that the thin silicon rod (6), which is also the drawing rod of the apparatus, passes through the apparatus chamber (1) through a vacuum or gas a seal consisting of one or more successive resilient seals (10) and a pulling mechanism (8) formed by a pair of toothed belts (9) from two opposing sides resiliently pushing and firmly encircling the thin silicon bar (6).

Device for producing thin silicon bars according to claim 1, characterized in that the pulling mechanism (8) is mounted on a rotating support flange (7) which tightly closes the opening in the upper surface of the apparatus chamber (1) and which is firmly connected to the vacuum or a gas seal consisting of one or more successive resilient seals (10).

Device for producing thin silicon rods according to Claims 1 and 2, characterized in that the rotating support flange (7) is rigidly connected to a guide tube (11) of at least 150 mm in length and whose inner diameter is 2 mm larger than the middle diameter of thin silicon rod / 6 /.

4. Installations for the production of thin silicon bars according to items 1,

2 and 3, characterized in that 2 to 4 pulling mechanisms (8) with rotating support flanges (7) are connected to one chamber (1) of the device.