JPH02102185A - 単結晶引上機の粒状原料供給装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明・は、単結晶引上機に係り、特に粒状の原料をル
ツボ内に供給するための装置に関するものである。

（従来の技術］ 例えば、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶引上
機では、あらかじめルツボ内にセットされた多結晶シリ
コンを溶解して行なうものであり、引上げられる単結晶
の太きさはルツボの容量によって決まるものであった。

（発明が解決しようとする課題］ 上記のような引上機では、大きな単結晶を得るためには
、ルツボの容量を大きくしなければならない。ところが
、ルツボの容量ヲ大きくすると、それに伴って加熱部の
容量も増加させる必要があり、さらに装置全体が大形化
し、減圧装置、不活性ガス供給装置、装置外壁の冷却装
置など種々の装置の能力をアップさせなければならない
。このため、引上げながら原料を徐々にルツボへ供給す
ることが望まれるが、例えば原料である多結晶シリコン
は一般に形状が不定形で太きさもまちまちであるために
、他の種々の分野で用いられているスクリュによる供給
装置全そのまま適用しようとしても、スクリュやシリン
ダが摩耗し、使用に供にすることは非常に困難であった
。

本発明は、単結晶を引上げながら原料をルツボ内へ投入
する几め、粒状原料を使用し、スクリュを用いて該粒状
原料全確実かつ安定して供給できると共に不純物の混入
をも生じない単結晶引上機の粒状原料供給装置全提供す
ることを目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するための本発明は、粒状原料を貯える
ホッパと、このホッパの下端開口部に略水平に配置され
て接続されたシリンダと、このシリンダ内に設けられて
回転駆動されるスクリュと、このスクリュにて送り出さ
れる粒状原料を受け入れてルツボへ導くための投入口金
布する原料導入部とからなる単結晶引上機の粒状原料供
給装置であって、シリンダはホッパの下端開口部エリ粒
状原料の送り出し側においてはスクリュの少なくとも下
部半分を被うように形成し、このシリンダの内壁とスク
リュの山とのすき間全粒状原料の最大粒径の１．５〜２
倍としたものである。

なお、原料導入部は一般的に減圧不活性ガス雰囲気中の
ルツボに向けられるため、その投入口に通ずる部分は減
圧可能にする必要があるが、この場合にはホッパ、シリ
ンダ、スクリュならびに投入口を、原料供給状態が監視
できるように少なくとも一部が透明な隔壁によって大気
としゃ断された雰囲気内に設置することが好ましい。ま
た、この場合、上記雰囲気外にパルプを介してフタによ
り開閉可能な補助タンクを設けることが好ましい。

（作用） ホッパに貯えられた粒状原料は、スクリュの回転をルツ
ボ内にある融液が引上げられて減少する量に見合うよう
にコントロールして駆動することにより、ホッパの下端
開口部からシリンダとスクリュによって徐々に送り出さ
れ、投入口に入って原料導入部にエリルツボ内へ供給さ
れる。ルツボ内に供給された粒状原料はルツボ内の融液
中に入り、溶融されて順次引上げられる。これによって
ルツボの容量をあまり大きくすることなしに、その容量
エリ大きな単結晶の引上げが可能となり、またルツボを
含む加熱部を単結晶を引上げる引上部からしゃ断してル
ツボを冷却することなしに単結晶を取出せば、連続して
数回の引上げが可能となる。このとき、シリンダの内壁
とスクリュの山とのすき間を粒状原料の最大粒径の１．
５以上とすることにより、粒状原料のかみ込みがなくな
り、シリンダやスクリュ全損傷することなく、これによ
り不純物の混入もなく、粒状原料を送ることが可能とな
った。なお、前記すき間はあまり大きいと送り量が減少
すると共に不安定になるため、上記粒径の２倍程度に押
えることが好ましい。

また、ホプパ、シリンダ、スクリュならびに投入口全隔
壁によって大気としゃ断された雰囲気内に設置すれば、
上記投入口に通じるホッパ等の供給部を簡単かつ確実に
減圧下に置くことができると共に、保守が容易であり、
該隔壁の少なくとも一部全透明にしておくことにより内
部の監視が可能である。また、上記雰囲気にバルブを介
して補助ホッパを設けて置−（＝ｄｋ−けば、隔壁を開
くことなしにホッパへ粒状原料を供給できる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を示す第１図ないし第２図につい
て説明する。第１図において、架台１０上にホッパ１１
が取付けられている。このホッパ１は、内部に貯える粒
状原料１２の量が一目で見えるように全体または一部を
アクリル樹脂等の透明な部材で形成することが好ましい
。このホッパ１１の下端開口部１１３には、例えばステ
ンレス鋼製のシリンダ１３が略水平に配置して接続され
、ホッパ１１内の粒状原料１２を受け入れるようになっ
ている。シリンダ１３には、例えば、同じくステンレス
鋼製のスクリュ１４が嵌入されている。

スクリュ１４は、第１図において左端側の元部を２つの
ベアリング１５で回転自在にシリンダ１３に取付けられ
ている。スクリュ１４の元端には傘歯車１６が取付けら
れ、架台１０に取付けられた可変速モータ１７によりカ
ブプリング１８、架台１０ｔ−貫通する磁気シールユニ
ット１９を介して回転される傘歯車２０によって回転金
与えられるようになっている。

前記シリンダ１３の内壁とスクリュ１４の山との間には
、第２図に示すように、すき間δが設けられている。こ
のすき間δは、ふるいを通して一足粒度以下にそろえら
れている粒状原料１２の最大粒径の１．５〜２倍に設定
されている。

シリンダ１３とスクリュ１４との間の空間の第１図にお
いて左端側は、リング２１に工って閉じられているが、
右端側は開放されている。架台１０上には、前記シリン
ダ１３の右端の下方に位置するように、原料導入部２２
の投入口２３が取付けられている。原料導入部２２の下
部導入管２４は架台１０の下面に気密に取付けられ、図
示省略した減圧可能な加熱チャンバ内に置かれ、第１図
に仮りに図示されているルツボ２５へ粒状原料１２を導
く工うになっている。ルツボ２５内には、環状の隔壁２
６が設けられ、この隔壁２６の外側へ前記下部導入管２
４によって粒状原料１２を導く工うになっている。なお
、２７は引上げられている単結晶であり、２８は融液で
ある。

架台１０には、この上に位置する磁気シールユニット１
９の上部、傘歯車＋６．２０．ホッパ１１゜シリンダ１
３．スクリュ１４ならびに投入口２３のすべて金囲む全
部または一部が好１しくけアクリル樹脂等の透明な板材
で作られた隔壁２９がシール３０に工って気密に設置さ
れ、その上部をシール３１ヲ介して上プレート３２によ
り気密に閉じ、その内部空間３３を図示しない減圧装置
と不活性ガス供給装置にエリ、前述した図示しない加熱
チャンバ内と同じ減圧不活性ガス雰囲気にするようにな
っている。

上プレート３２には、補助ホッパ３４が取付けられてい
る。この補助ホッパ３４は上端を開閉可能なフタ３５に
よって気密に閉じられるようになっていると共に、図示
しない減圧装置と不活性ガス供給装置によって空間３３
と同じ雰囲気にできるようになっている。補助ホッパ３
４の下端は気密に閉じることのできるバルブ３６ヲ介し
て上記空間３３内に伸び、上プレート３２を外すことな
しに補助ホッパ３４内の粒状原料１２ヲホツパ１１へ供
給できるようになっている。

次いで本装置の作用について説明する。まず、パルプ３
６ヲ閉じてフタ３５を開き、補助ホッパ３４内に粒状原
料１２を投入する。次いで、フタ３５ヲ閉じ、補助ホッ
パ３４内を減圧不活性ガス雰囲気にし、パルプ３６を開
いて補助ホッパ３４内の粒状原料１２ヲホツパ１１に投
入する。この補助ホッパ３４からホッパ１１への粒状原
料！２の補給は、ホッパ１１内の粒状原料１２の残量に
応じて適宜に行なわれる。

ホッパ１１の周囲の空間３３は、加熱チャンバ内と同じ
減圧不活性ガス雰囲気に保たれているため、原料導入部
２２に工って加熱チャンバ内に連通されているが、該加
熱チャンバ内の雰囲気全阻害することはない。

ホッパ１１内の粒状原料１２は、ルツボ２５内の融液面
位置を図示しないレーザ式の液面計で監視することなど
により、融液面の低下に応じて可変速モータ１７を作動
させるか、または単結晶２７の引上げ速度に応じて可変
速モータ１７全所足速度で作動させることにエリ行なわ
れる。このように作動される可変速モータ１７によって
、スクリュ１４はカブプリングＩ８　、磁気シールユニ
ット１９．傘歯車２０．１６’に介して回転し、ホッパ
１１の下端開口部＋１８からシリンダ１３内に入り込ん
でいる粒状原料１２を第１図において右方へ送り、シリ
ンダ１３の右端から原料導入部２２の投入口２３内に粒
状原料１２を落下させる。

このとき、シリンダ１３の内壁とスクリュ１４の山との
すき間δを、前述したようにふるいによって一定粒度以
下にそろえられている粒状原料１２の最大粒径の１．５
倍以上にすれば、スクリュ４の回転によってシリンダ１
３の内壁とスクリュ１４の山との間に粒状原料１２ヲか
み込むことなく、スクリュ１４の回転に応じた量を送る
ことができる。

第３図は、スクリュ１４の回転数と粒状原料２の供給量
との関係の実験結果を示すものである。なお、この実験
に用いた粒状原料１２は２瓢角の目のふるいを通して一
定粒度以下とした多結晶シリコンであり、シリンダＩ３
の内径Ｄｌ（１４２図参照）は３　ｌ　ｒａｎ　、スク
リュ１４の山径Ｄ２は２５簡。

その谷径Ｄ３は１９ｍｍ　、スクリュ１４のリードＬは
１５咽であった。

第３図から明らかなように、すき間δを上記のように大
きく設定してもスクリュ！４の回転数にほとんど比例し
た供給量が得られ、かみ込みやシリンダ１３およびスク
リュ１４の傷の発生もなく、不純物混入の問題もなかっ
た。

なお、前記すきδは、あまり大きくすると供給量の減少
および不安定を生ずるため、粒状原料１２の最大粒径の
２倍程度に止めることが好ましい。

投入口２３内に落下した粒状原料１２は下部導入管２４
によってルツボ２５内でかつ環状の隔壁２６の外側に供
給され、ルツボ２５の外側に設けられている図示しない
ヒータによってルツボ２５内で溶融され、単結晶２７と
して引上げられる。

そこで、ルツボ２５の容量エリ大きな単結晶２７が引上
げられる。また、１つの単結晶２７を引上げた後、加熱
チャンバとその上部の引上チャンバとの間の図示しない
ゲート弁を開じてルツボ２５を冷却することなく、単結
晶２７を機外に取出して、次の引上げを行なうようにす
れば、引上げに伴なうルツボ内の不純物残量を考慮して
も連続して数回の引上げが可能となる。

前述した実施例は、シリンダ１３お工びスクリュ１４を
ステンレス鋼製とした例を示したが、これの粒状原料１
２に接触する面に硬度の高い耐摩耗被覆層や単結晶２７
の形成に害を及ぼさない耐摩耗被覆層全形成してもよい
。また、シリンダ１３内をスクリュ１４によって送られ
る粒状原料１２は、ホッパ１１の下端開口部＋１３から
第１図において右方の送り出し側にある程度離れると、
はとんどがシリンダ１３の下部半分のみに存在し、上方
は空間となるため、シリンダ１３の送り出し側は必ずし
も完全なシリンダ状とせず、スクリュ１４の略下部半分
を被うようにしても工い。さらにまた、補助ホッパ３４
は、引上げ中にホッパ１１へ粒状原料１２ヲ供給するの
に適しているが、引上げ中にはホッパ１１へ粒状原料１
２１に：補給しないかまたは引上げ中にホッパ１１から
ルツボ２５への供給を一時停止できる場合には、この補
助ホッパ３４は不用であり、上プレート３２の開閉によ
って直接ホッパ１１へ粒状原料１２ヲ投入するようにし
てもよく、この場合には例えば投入口２３の下部にパル
プ３６と四棒のパルプを設けることが好ましい。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、単結晶の原料である
粒状原料全引上げ中のルツボ内へ確実かつ安定して供給
することができ、不純物を混入することもない。これに
エリルツボの容量をあまり大きくすることなしに大きな
単結晶を引上げることができると共に、ルツボを冷却す
ることなしに連続して数回の引上げが可能となるため、
引上げ能率を大巾に向上できる効果が得られる。

また、ホブバ、シリンダ、スクリュならびに投入口を、
少なくとも一部が透明な隔壁によって大気としゃ断され
た雰囲気内に設置するようにすれば、可動部のシールを
必要としないため、簡単かつ確実に減圧できると共に保
守が容易であり、さらに粒状原料の供給状態を外部から
監視することができる。

さらにまた、パルプを介してフタにエリ開閉可能な補助
ホッパを設ければ、隔壁を開く必要がないため、エリ確
実に減圧を得ることができると共に、ホッパから粒状原
料を供給しつつ、このホッパに粒状原料を補給できる効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による単結晶引上機の粒状原料供給装置
の一実施例にルツボを仮りに組合わせて示す説明図、第
２図はシリングとスクリュの部分拡大断面図、第３図は
スクリュの回転数と粒状原料の供給量との関係の実験結
果を示す図である。 Ｏ・・・架台、１１・・・ホッパ、 １２・・・粒状原料、　　１３・・・シリンダ、１４・
・・スクリュ、　　１７・・・可変速モータ、９・・・
磁気シールユニット、　２２・・・原料導入部、２３・
・・投入口、２５・・・ルツボ、　２７・・・単結晶、
２９・・・隔壁、　２３・・・上プレート、３４・・・
補助ホッパ、　３５・・・フタ、３６・・・パルプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、粒状原料を貯えるホッパと、同ホッパの下端開口部
   に略水平に配置して接続されたシリンダと、同シリンダ
   内に設けられて回転駆動されるスクリュと、同スクリュ
   にて送り出される粒状原料を受け入れてルツボへ導くた
   めの投入口を有する原料導入部とからなる単結晶引上機
   の粒状原料供給装置であって、前記シリンダはホッパの
   下端開口部より粒状原料の送り出し側においてはスクリ
   ュの少なくとも下部半分を被うように形成され、該シリ
   ンダの内壁とスクリュの山とのすき間は粒状原料の最大
   粒径の１．５〜２倍であることを特徴とする単結晶引上
   機の粒状原料供給装置。 ２、ホッパ、シリンダ、スクリュならびに投入口を少な
   くとも一部が透明な隔壁によって大気としゃ断された雰
   囲気内に設置することを特徴とする請求項１記載の単結
   晶引上機の粒状原料供給装置。 ３、隔壁によって大気としゃ断された雰囲気外に設けら
   れた開閉可能なフタを有する補助ホッパと、同補助ホッ
   パの下端開口部に設けられたパルプとを設けたことを特
   徴とする請求項２記載の単結晶引上機の粒状原料供給装
   置。