JPH03252386A

JPH03252386A - 単結晶製造装置

Info

Publication number: JPH03252386A
Application number: JP2051326A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Mori; 毛利　吉男; Kenji Araki; 健治荒木
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1990-03-02
Filing date: 1990-03-02
Publication date: 1991-11-11
Also published as: DE4190411T1; KR920701531A; WO1991013192A1

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］この発明は、塊状原料を供給しながら単結晶を育成する
シリコン単結晶の製造装置に関するものである。

［従来の技術］原料を坩堝内に連続的に供給しながら、単結晶の連続育
成を行うシリコン単結晶の製造方法（以下、ｃｃ−ｃｚ
法と略す）の開発が盛んに行われている。−例として、
特公昭６１−１７５３７がある。しかし、いずれもシリ
コン原料の供給量を高精度に制御する必要があること、
および貯蔵容器からの原料の切り出しが容易であること
から、原料シリコンの形状は粒状のものに限定されてい
る。この粒状原料の形状は球形で、直径は０．２乃至５
ミリメートルである。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記の粒状シリコン原料は、広くは使わ
れていない、ｃｃ−ｃｚ法が広く普及するには、−船釣
に使われている原料を使用できるような結晶育成技術で
なければならない、汎用的に使用されている原料は、氷
あるいは硝子を破砕したような不定形な塊である。また
、その寸法も１０乃至５０ミリメートルと大きく、かつ
、ばらつきがある、このような塊状原料は、貯蔵容器か
らの切り出しおよび坩堝内への供給量制御がきわめて困
難である。従って、塊状原料を用いたｃｃ−ｃｚ法はま
だ実用化されていない。

上記の塊状原料供給装置が満たさなければならない要件
は、下記の通りである。

■多量の原料（５０〜２００　ｋｇｆ＞を貯蔵する貯蔵
部より、安定して原料を切り出せること。

■微量供給（３０〜１００ｇ／ｗｉｎ）ができ、かつ、
供給量が高精度（目標値±１０％）に制御できること。

■原料の汚染のないこと、このためには、シリコン、石
英またはテフロンで装置を製作できる程度に、簡単な構
造であることが望ましい。

本願の分野以外の分野では、きわめて多種の塊状物体の
搬送方法が実用化されているが、これらの中には上記の
要件を満たすようなものはない。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、本発明の
目的は、塊状原料を連続的に、かつ、供給量を高精度に
制御して、供給できる原料供給装置を備えた、単結晶製
造装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］本発明による単結晶製造装！は、結晶原料の融液を収容
し、鉛直軸の回りに回転する坩堝と、該坩堝の周囲に設
けられ、該坩堝を加熱する電気抵抗式の加熱手段と、該
融液がら単結晶を引き上げる引き上げ装置と、該融液の
貫通孔を有し、該坩堝内に設けられ外側の原料溶解部と
内側の結晶育成部に区分する仕切りと、該原料溶解部に
結晶原料を供給する原料供給装置とを有し、塊状原料を
供給しながら単結晶を育成するシリコン単結晶の製造装
置において、該塊状原料を保持し、中心軸がほぼ水平で、該中心軸の
回りに回転可能に設けられた貯蔵筒と、塊状原料が一方
の端部より他方の端部へ通過できる内径を有し、かつ出
口となる端部が入口となる端部より高さが低くなるよう
に傾斜され、中心軸の回りに回転可能に、貯蔵筒の下流
側に設けられた計量筒と、該計量筒を通過する塊状原料
の重量を計測するなめ該計量筒に取り付けた荷重計とを
有する原料供給装置を設けたことを特徴とする。

［作用コ中心軸がほぼ水平な貯蔵筒内に保持された塊状原料は、
該貯蔵筒の中心軸回りの回転運動によって、該貯蔵筒の
一方の開口した端部より排出される。この切り出し方法
は、原料がきわめて異形で、大きく、かつ、寸法のばら
つきが大きいにもかかわらず、原料を無理なく切り出せ
る。さらに、構造も簡単である。切り出し量の調節は、
貯蔵筒の回転数を調節することにより行われる。または
、貯蔵筒の中心軸の傾斜角度を調節する方法でもよい、
あるいは、それらを組み合わせた方法でもよい、貯蔵筒
より切り出された原料は計量筒内に送り込まれる。

該計量筒は、塊状原料が一方の端部より他方の端部へ通
過できる内径を有している。さらに、前記貯蔵筒から排
出された塊状原料の入口となる端部が他方の出口となる
端部より高さが高くなるように傾斜して設けられている
。従って、前記貯蔵筒から排出された塊状原料は、前記
計量筒の中心軸回りの回転運動によって、計量筒内を滑
りながら入口側端部より出口側端部に向がって移動する
。移動にともない、原料は一列に配列する。そして、最
終的には出口側端部より一個づつ排出される。排出量の
調節は、計量筒の回転数を調節することにより行われる
。あるいは、計量筒の中心軸の傾斜角度を調節する方法
、または、それらを組み合わせた方法でもよい。

前記計量筒には荷重計が取り付けられており、計量筒よ
り排出された塊状原料の重量が計量される。計量方法と
しては、前記荷重計にがける前記計量筒荷重のかけかた
によって、以下の２通りが考えられる。

■前記計量筒の原料入口に近いところを軸支し、出口に
い近ところで荷重計に前記貯Ｍ、簡の荷重をかける方法
、■前記貯蔵筒の全荷重を荷重計にかける方法、が考え
られる。前記■、■の方法に対応した荷重計の作用は次
の通りである。

■１個の塊状原料が排出された瞬間、排出端近傍に配置
されている荷重計の指示が急激に低下する０個々の原料
塊が排出されるたびに、荷重計の指示の急激な低下がお
こる。この指示の低下量の所定時間内の累計が排出量に
相当する。

■原料塊を計量筒に間欠的に装入する０個々の原料塊が
排出されるたびに、計量筒全体を支持している荷重計の
指示が低下する。原料塊の装入が停止している間の荷重
計の指示の低下量の所定時間内の累計が排出量に相当す
る。

シリコン塊状原料の坩堝内への供給量の調節は、前記荷
重計の計測重量に基づき計量筒の回転速度または中心軸
の傾斜角度を制御することにより行われる。

この計量方法は、原料がきわめて異形で、がっ、寸法の
ばらつきも大きいにもかがゎらず、原料を無理なく移送
でき、従って、供給量を高精度に計測、制御できる。さ
らに、構造も簡単である。

以上のような原料供給装置は構造が簡単であるので、不
純物の混入を低減させるため、シリコン原料と接触する
部材をテフロン、石英またはシリコンで製作することが
できる。

口実施例］本発明の実施例を添付の図面を参照しながら詳細に説明
する。第１図は本実施例の単結晶製造装置の縦断面図で
ある。

１は中心部に坩堝２が設けられたチャンバで、１ａはそ
の蓋である。チャンバ１の中に、黒鉛坩堝３を回転およ
び上下動可能に支持する支持軸４、加熱手段としてヒー
タ８とその周りに設けられた断熱材９が配！されている
。前記坩堝２は石英製で、黒鉛坩堝３内にセットされて
いる。６は坩堝２内のシリコン融液５を外側の原料溶解
部と内側の結晶育成部に区分する仕切りである。仕切り
６には貫通孔７が設けられている。１２は種結晶１１に
より成長し、シリコン融液５がら引き上げられた柱状の
シリコン単結晶である。

４０は引き上げ装置で引き上げチャンバ１ｂ、シードチ
ャックを介して種結晶１１が取り付けられたワイヤ１０
、前記ワイヤが巻回されたワイヤ巻取装置１３およびゲ
ートバルブ１４で構成されている。

２０は原料供給装置である。チャンバ１の上部にチャン
バ１内と連通ずる箱体２１が設けられている。この箱体
２１の上部にはシリコン塊状原料３０を補充する際の開
閉用蓋３１が設けられており、シール用の０リング３２
を介して箱体２１にボルト締めされている。２２は箱体
２１の内部に設けられ、図示しない駆動機構により中心
軸周りの回転運動が可能であるとともに、傾筒軸２３を
中心として中心軸の傾斜角度を調節可能とした貯蔵筒で
ある。２４はシリコン塊状原料３０の入口側端部が、出
口側端部より高さが高くなるように傾斜して設けられ、
図示しない駆動機構により中心軸周りの回転運動を可能
とした計量筒である。

貯蔵筒２２の出口部分と計量筒２４の入口側端部の間に
は貯蔵筒２２より排出されたシリコン塊状原料３０を計
量筒２４に導くシュート２５が設けられている。計量筒
２４にはシリコン塊状原料３０の重量を計測する荷重計
２６が取り付けられている。計量筒２４よりシリコン塊
状原料３０が排出された瞬間に、排出されたシリコン塊
状原料３０の重量骨だけ計測値が低下するので、前１己
荷重計２６により所定時間内におけるこの低下量の累計
値を演算して、シリコン塊状原料３０の坩堝２への供給
量を計量することができる。２７は計量筒出口の下方に
設けられた第１の案内管である。２８はゲートバルブ２
つを介し原料溶解部のシリコン融液に原料を供給する第
２の案内管である。

次に、上記のように構成された本実施例の作用を説明す
る。シリコン単結晶１２の育成中は、原料供給装置２０
により仕切り６で区分された外側の原料溶解部のシリコ
ン融液５に、第２の案内管２８を通してシリコン塊状原
料３０が投入される。その量は単結晶の育成量と同等で
ある。

貯蔵筒２２内に装入されたシリコン塊状原料３０は、該
貯蔵筒２２の回転運動によって貯蔵筒２２の開口部より
排出される。ついでシュート２５を経て計量筒２４に供
給される。計量筒２４の入口側端部は出口側端部より高
さが高くなるように設けられているので、計量筒２４の
入口側端部に供給されたシリコン塊状原料３０は、計量
筒２４の回転運動によって計量筒内を高さの低い出口側
端部に向かって軸方向に移動する。

計量筒２４の出口側端部から排出されたシリコン塊状原
料３０は、第１の案内管２７および第２の案内管２８を
経て、坩堝２の原料溶解部のシリコン融液５に投入され
る。シリコン塊状原料３０のシリコン融液面への投入量
は、計量筒２４内のシリコン塊状原料３０が該計量筒内
を軸方向に移動する速度によって決まる。また、原料の
該計量筒内移動速度は計量筒の回転速度によって調整す
ることができる。従って、計量筒２４に取り付けた荷重
計２６の計測値を監視しながら、計量筒２４の回転数を
調節することにより投入量が調節される。

貯蔵筒２２内にシリコン塊状原料３０を補充する際は、
ゲートバルブ２９を閉じ、傾筒軸２３を中心として貯蔵
筒２２の中心軸が垂直になるように貯蔵筒を回転する。

ついで、箱体２１上部の開閉用蓋３１を開けてシリコン
塊状原料３０を補充する。

また本発明に係る原料供給装置２０において、シリコン
塊状原料３０が接触する貯蔵筒２２、計量筒２４、シュ
ート２５、第１の案内管２７、第２の案内管２８等を、
テフロン、石英またはシリコンで構成すれば、不純物が
混入することを防止することができる。

［発明の効果］本発明の単結晶製造装置によれば、原料の貯蔵筒、前記
貯蔵筒から原料を受けて坩堝に供給する計量筒および計
量筒内の原料の坩堝への供給量を計量する荷重計が設け
られであるので、単結晶の育成に一般に広く使用されて
いるシリコン塊状原料を坩堝内に連続的に供給しながら
シリコン単結晶を育成することが可能となる。

１・・チャンバ、１ａ・・チャンバの菱、１ｂ・・・弓
き上げチャンバ、２・・・坩堝、３・・黒鉛坩堝、４・
・・支持軸、５・・・シリコン融液、６・・仕切り、７
・・貫通孔、８・・ヒータ、９・・・断熱材、１ｏ・・
・弓き上げワイヤ、１１・・・種結晶、１２・・シリコ
ン単結晶、１３・ワイヤ巻取装置、１４．２９・・・ゲ
トバルブ、２ｏ・・原料供給装置、２１・・・箱体、２
２・・・貯蔵筒、２３・・傾簡軸、２４川計量筒、２５
・・・シュート、２６・・・荷重計、２７・・第１の案
内管、２８・・第２の案内管、３ｏ・・・シリコン塊状
原料、３１・・・開閉用蓋、３２・・０リング、４０・
・・引き上げ装置。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）結晶原料の融液を保持し、鉛直軸の回りに回転す
る坩堝と、該坩堝の周囲に設けられ、該坩堝を加熱する
電気抵抗式の加熱手段と、該融液から単結晶を引き上げ
る引き上げ装置と、該融液の貫通孔を有し、該坩堝内に
設けられ外側の原料溶解部と内側の結晶育成部に区分す
る仕切りと、該原料溶解部に結晶原料を供給する原料供
給装置とを有し、塊状原料を供給しながら単結晶を育成
するシリコン単結晶の製造装置において、該塊状原料を保持し、中心軸がほぼ水平で、該中心軸の
回りに回転可能に設けられた貯蔵筒と、塊状原料が一方
の端部より他方の端部へ通過できる内径を有し、かつ出
口となる端部が入口となる端部より高さが低くなるよう
に傾斜され、中心軸の回りに回転可能に、貯蔵筒の下流
側に設けられた計量筒と、該計量筒を通過する塊状原料
の重量を計測するため該計量筒に取り付けた荷重計と、
を有する原料供給装置を設けたことを特徴とする単結晶
製造装置。
（２）前記貯蔵筒と前記計量筒の形状が円筒形であるこ
とを特徴とする特許請求範囲第１項に示す単結晶製造装
置。
（３）前記貯蔵筒と前記計量筒の材質をテフロン、石英
またはシリコンで構成したことを特徴とする特許請求範
囲第１項および第２項に示す単結晶製造装置。