JPH04342490A - 融液補給装置 - Google Patents

融液補給装置

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JPH04342490A
JPH04342490A JP3020564A JP2056491A JPH04342490A JP H04342490 A JPH04342490 A JP H04342490A JP 3020564 A JP3020564 A JP 3020564A JP 2056491 A JP2056491 A JP 2056491A JP H04342490 A JPH04342490 A JP H04342490A
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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】
本発明は、シリコン・デンドライトウェブの製造システ
ムに関し、より詳細には、材料を所望の制御された速度
で追加することによりデンドライトウェブを引き上げる
溶融プールを一定レベルに保つシステムに関する。
【０００１】デンドライトウェブの成長プロセスを工業
化するためには、融液プールの補給により高品質の長い
リボンを製造する必要がある。成長中に補給しなくても
、７、８ｍという長い結晶の成長を達成できるが、結晶
の引上げ作業間で補給時間が必要になるので、アウトプ
ット（生産量）及びプロセス効率が低下する。光電池用
シリコン・デンドライトウェブのプロセスを工業化する
ためには、本質的にはリボンを連続的に成長させなけれ
ばならない。かくして、融液から取り出された材料を置
き換えるだけではなく、成長システムにおける熱条件を
維持するためにも、リボン結晶成長の起点となるシリコ
ン融液を連続的に補給する必要がある。坩堝（るつぼ）
を覆う蓋に対する融液面の位置は特に、デンドライトウ
ェブと溶融プールの相互接合部付近の熱条件に影響を及
ぼす。
【０００２】米国特許第４，３８９，３７７号は、融液
の補給をデンドライトウェブの成長中に行う場合に温度
勾配の制御が優れたサセプタ−坩堝組立体を有する融液
補給システムを開示している。この米国特許における改
良点は、成長及び融液補給区画室の配設場所において坩
堝の下に位置するサセプタの付近に鉛直のスロットの形
のレセプタのベースに熱遮蔽手段を形成することにある
。その結果、融液中の温度勾配が段階的に変化し、それ
によりデンドライトウェブが引き出される成長区画室内
の温度がより一層均一になるという作用効果が得られる
。
【０００３】本発明の目的は、溶融プール内へのペレッ
トの投入量を制御してほぼ一定の融液レベルを保つ補給
装置を提供することにある。
【０００４】一般に、細長い坩堝内でのデンドライトウ
ェブ成長のための本発明の融液補給装置は、坩堝が、デ
ンドライトウェブを溶融プールから引き上げる中央部分
及び坩堝の各端部に一つずつ設けられていて補給用供給
材料を溶融プールに供給させる一対の材料供給部分を有
し、前記融液補給装置が、前記供給材料のペレットのリ
ザーバを備えた密閉供給室と、密閉供給室からの単一流
れ状態のペレットの供給量を制御する手段と、ペレット
の単一流れを本質的に同量の複数の流れに分けるペレッ
ト流れスプリッタと、それぞれが該流れスプリッタから
本質的に同量のペレットを受け入れて該ペレットを坩堝
の各端部の供給部分に差し向ける一対の導管とを有し、
前記ペレット供給量制御手段が、ペレットの流れを、材
料をデンドライトウェブの形で坩堝の中央部分の溶融プ
ールから引き上げる速度と等しい速度に制御し、前記融
液補給装置が、カバーガスを該融液補給装置に供給し、
それにより、ペレットの汚染及び前記導管内での酸化物
及び材料ダストの堆積を防止して前記導管内でのペレッ
トの自由な流れを確保すると共に溶融プールに対する熱
の外乱を最少限に抑えるための手段を更に有することを
特徴とする。
【０００５】特許請求の範囲に係る本発明の内容は、添
付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むと一層明ら
かになろう。なお、図中、同一の参照符号は同一の部分
を指している。
【０００６】今図面を詳細に参照し、特に第１図を参照
すると、シリコン・デンドライトウェブ３を成長させる
融液補給装置１が概略的に示されている。デンドライト
ウェブ３は、坩堝（るつぼ）７内に収容保持されたシリ
コンの溶融プールから引き出される。坩堝７は通常は石
英製であり、デンドライトウェブを引き上げる中央部分
９及び両端部に設けられていて壁１２によって隔てられ
た一対の供給部分１１を備えた細長い皿状の器具である
。壁１２は、補給用材料を坩堝７の中央部分９に通すこ
とができる開口部１３を有している。坩堝７は、誘導炉
１７内に配置されたサセプタ内に設けられている。誘導
炉１７は、融液状態の維持に必要な高い温度を維持する
ためのエネルギーを供給する誘導コイル１９を有してい
る。誘導炉１７は又、引上げ中のデンドライトウェブ３
を通す煙突２３を備えた蓋２１と、溶融プール５及び新
たに形成されたデンドライトウェブ３の汚染を防止する
ためのカバーガスを供給する不活性ガス供給源（図示せ
ず）とを有している。
【０００７】融液補給装置１は、補給用供給材料のペレ
ットのリザーバ２７を備えた密閉供給室２５及び該供給
室内に収納されたペレット供給装置２９を有する。ペレ
ット供給装置２９は、ステンレス鋼または他の耐腐食性
材料で作られ、しかも供給ペレットの汚染を防止するた
めテフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）、ナイロンまたはエポキシ
で被覆されている。ペレット供給装置２９は、供給量が
振動の振幅及びペレット供給装置内のペレットの保持レ
ベルに応答して変化する振動形式の供給装置である。ペ
レット供給量を正確に制御するため、ペレットのレベル
はほぼ一定レベルに保たれるが、このために鏡３０をペ
レット供給装置内へ配置し、光源光センサ３１を用いて
回転弁３５を操作させる信号をコントローラ３３に送り
、これによりペレットを振動供給装置２９内へ落下させ
て振動供給装置２９内におけるレベルをほぼ一定に保つ
。回転弁３５は溶融プール５を一定のレベルに保つのに
十分な精度の制御が可能である。振動供給装置２９は供
給管または供給導管３７内へのペレットの供給量を正確
に制御し、この供給導管３７はペレットを流れスプリッ
タ３９に差し向け、このスプリッタ３９はペレットを２
つの同量の流れに分ける。同じ本数のペレットが流れス
プリッタ３９から一対の供給管または導管４１の各供給
導管に送られ、これら供給導管４１は、ペレットを坩堝
７の両端部に設けられている供給区画室１１に差し向け
て融液のレベルを本質的に一定に保つ。本質的に一定の
融液レベルの維持に必要な正確に制御された供給量を得
るため、レーザを利用した融液レベルセンサ４３が信号
をコントローラ４５に送り、このコントローラは融液レ
ベルが減少しているか、或いは増大しているかに関する
融液レベルセンサ４０からの信号に基づいて振動供給装
置を動作させてペレット供給量を増減する。
【０００８】流れスプリッタ３９は、第２図〜第５図に
示すように、複数の押さえネジによって気密に作られた
蓋４９及び周囲シール５１を備えたエンクロージャ４７
を有する。エンクロージャ４７内に配置されたクインカ
ンクス（Ｑｕｉｎｃｕｎｘ）組立体５５が、複数のピン
５９を備えた一対の間隔をおいて設けられているプレー
ト５７を有している。ピン５９は三角形ピッチで間隔を
おいて設けられたプレート５７と垂直に且つこれらの間
の空間中に配置されている。導管３７は補給用ペレット
をクインカンクス組立体５５の上方中央部分に送り、導
管４７の対はクインカンクス組立体５５の下端部内に設
けられた一対の弧状中空部６０と連通状態にあり、導管
３７を経て供給装置から流れスプリッタ３９へ向かう同
数の補給用ペレットを受け入れ得るような位置にある。
【０００９】導管３７を手動操作で閉止する弁６１が導
管３７に設けられている。不活性ガスが弁６１の各側で
供給タンク６３から供給ライン６５，６７を経て導管３
７に供給され、供給ライン６５，６７はそれぞれには閉
止弁６９が設けられている。また供給ライン６５にも流
量計及び手動流量制御弁７１が設けられている。排出ラ
イン７３が供給室２５と連通しており、真空ポンプ７５
、流量計及び手動流量制御弁７７を有している。
【００１０】第６図に示すように、供給導管４１はそれ
ぞれ、炉のカバー又は蓋２１を貫通すると気密シール８
１を通過する。気密シールは、押さえネジ８５で蓋２１
に締結される底部フランジ８３を有し、底部フランジ８
３と蓋２１との間にはＯ−リングシール８７が設けられ
ている。また、底部フランジは中央開口部８９及びボー
ル９３の着座部９１を有し、Ｏ−リングシール９５がボ
ール９３と着座部９１との間に設けられている。ボール
９３は中央開口部９７及びこれを貫通した導管４１のた
めの封止装置を有する。封止装置は、ボール９３の開口
部にねじ込まれた管状部材９９と、ボール９３と導管４
１との間に設けられたＯ−リング１０１と、管状部材９
９と導管４１との間に位置したスリーブ１０３と、管状
部材９９にねじ込まれて、スリーブ１０３をＯ−リング
１０１に押し付けてボール９３と導管４１との間にシー
ルを形成するグランドナット１０５とを有する。
【００１１】以下に本発明の融液補給装置１の使用法を
説明する。ペレットリザーバ２７を密閉状態の供給室２
５の中に置き、ペレットリザーバ２７内には、回転弁３
５によって振動供給装置２９に供給されるシリコンペレ
ットがたっぷりと入っている。振動速度に応答する振動
供給装置２９からの正確に制御された流量を得るため、
振動供給装置２９内のペレットのレベルは、光源光セン
サ３１からの信号に応答するコントローラ３３によって
ほぼ一定のレベルに保たれる。光源は光を鏡３０に当て
るが、鏡３０はペレットで覆われていなければ光を反射
させてこれをセンサに戻し、回転弁３５を動作させて鏡
３０を覆うほどのペレットのほぼ一定レベルを保つ。
【００１２】レーザセンサ４３は坩堝７内の溶融プール
５の表面に差し向けられていて、レベルが変動するとコ
ントローラ４５に信号を送って振動供給装置２９からの
流量を増減させて溶融プール５のレベルを正確に維持す
る。振動供給装置２９によって供給中のペレットは供給
管または供給導管３７内に落下して流れスプリッタに差
し向けられ、この流れスプリッタはペレットを２つの同
一の流れに分割する。供給管または供給導管４１の対は
それぞれ、ペレットの２つの流れのうち一方を受け入れ
て同数のペレットを坩堝７の両端部互いに反対側に位置
した端部に設けられている供給区画室１１に差し向け、
それにより坩堝７内の融液レベルを一定に保つ。第７図
に示すように、ペレットを坩堝７の両端部に追加補給す
ると、各端部における供給量が減って成長区画室９内の
温度が高く且つより一定に保たれ、それにより、優れた
デンドライトウェブ３が得られる。融液補給装置１全体
をガスシールするためカバーガスがガス供給タンク６３
から手動流量制御弁７１を備えた流量計を通って供給管
または供給導管３７，４１に供給され、真空ポンプ７５
及び手動流量制御弁７７を備えた流量計が、ペレットを
坩堝７に供給する供給管または供給導管４１の対の中の
流れを僅かに下方に向けたままにし、それにより供給導
管が二酸化シリコンで詰まらないようにすると共にガス
が供給管または供給導管３７を上方に流して供給室に入
る恐れのある空気または水蒸気の逆拡散を防止すると共
に供給導管４１に入る供給材料のダストを吹き飛ばす。 一般に、毎秒３立方センチメートルの供給量が十分な量
である。毎秒１立方センチメートルが導管３７を上方に
流れ、毎秒１立方センチメートルが導管４１のそれぞれ
を流下する。導管４１のそれぞれの中の毎秒０．７立方
センチメートルという少ないガス流量で供給導管４１を
十分に正常な状態に保てると言うことが判明した。ガス
の流れが無ければ、供給管は３０分程の短い時間で酸化
シリコンで詰まる傾向がある。供給ライン６７は閉止弁
６１と供給室２５との間で導管３７と流体連通状態にあ
り、もし炉の使用中に供給室２５を開放する必要が生じ
た場合、供給室２５を清浄にする多量のパージ流を通す
ことができる。
【００１３】クインカンクス形スプリッタと通称される
流れスプリッタ２９はペレットを２つの同量の流れに分
割する。供給流を２つに分ける必要性は２つの理由ある
。第１の理由として、両端部供給方式は結晶成長区画室
９内の所要の熱システムを維持する。もしペレットを溶
融させる熱負荷が坩堝７の一端部に局在化していると、
液状シリコンの温度分布が非対称になって、成長中のデ
ンドライトウェブ３に問題の生じる場合がある。この様
な非対称の問題はサセプタ１５の端部に可動の放射線遮
蔽体を用いることにより、あるいは誘導コイル１９の位
置を変えることにより補償できるけれども、システムの
応答性が遅くなり且つ供給量が変化するためにこれら温
度の調整手段を連続的に変化させなければならない。本
発明における両端部供給方式を用いると、この問題が解
決される。第２の理由は、両端部供給方式を用いると坩
堝７の各端部における熱負荷が半分に過ぎないことであ
る。供給区画室９内における溶融温度の代表的な測定値
が第７図に示されている。この各区画室１１内における
供給量が少なければ少ないほどシステムの熱摂動の幅が
それだけ一層小さくなる。デンドライトウェブの成長に
必要な熱システムが敏感であれば摂動が小さければ小さ
いほど良い。
【００１４】ペレットを供給する導管３７，４１の材質
はモリブデンのような金属またはセラミック例えば高純
度のアルミナであるのが良い。金属製の導管を用いると
、導管がペレットと合金を作るという問題が生じこれに
より融液が汚染され導管が詰まる。他方、セラミック製
の導管３７、４１はペレットと反応しないけれども本明
細書で記載しているようなガスの流れが維持されなけれ
ば酸化物で閉塞しやすい。また、溶融プール５に対する
導管４１の位置は、成長にとって非常に重要なので調節
可能なシール８１が補給装置１の正しい動作状態を得る
ために重要である。
【００１５】本明細書で開示した融液補給装置１には、
、ペレットの正確な供給量が得られ、これが２つの本質
的に同量の流れに分割され、同一の両端部供給方式が可
能になり、かくして坩堝７に温度の対称性が維持される
と共に追加供給材料の局在化された熱衝撃が減少し、ま
た、大気汚染が防止され、システムからの供給物ダスト
を除去し、供給管を酸化物の堆積のない状態にするカバ
ーガスシステムが形成され、更に、デンドライトウェブ
成長装置の補給に関する熱、大気の純度及び操作上の条
件を同時に取り扱うシステムに多種多様な要素を組み込
むことができるという利点がある。
【００１６】上述の好ましい実施例は本発明の最適態様
であるが、当業者であれば種々の設計変更及び改造を想
到できることは明らかであろう。従って上述の実施例は
例示として考えられるべきであり、特許請求の範囲はか
かる設計変更及び改造が本発明の精神及び範囲に属すれ
ば、これらを包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１図は、本発明に従って構成された融液補給
装置の略図である。
【図２】第２図は、ペレット流れスプリッタの断面図で
ある。
【図３】第３図は、第２図のＩＩＩ−ＩＩＩ　線におけ
る断面図である。
【図４】第４図は、クインカンクス組立体の立面図であ
る。
【図５】第５図は、第４図のＶ−Ｖ線における断面図で
ある。
【図６】第６図は、供給管シール組立体の断面図である
。
【図７】第７図は、供給量の関数として融液温度を表す
グラフ図である。
【符号の説明】
１　　融液補給装置 ３　　シリコン・デンドライトウェブ ５　　融液または溶融プール ７　　坩堝（るつぼ） ９　　中央部分 １１　　供給部分または供給区画室 １５　　サセプタ １７　　誘導炉 １９　　誘導コイル ２１　　蓋 ２５　　密閉供給室 ２７　　ペレットリザーバ ３０　　鏡 ３１　　光源光センサ ３３，４５　　コントローラ ３７　　供給管または供給導管 ３９　　ペレット流れスプリッタ ４１　　供給管または供給導管 ６３　　不活性ガス供給タンク ２９　　振動供給装置 ３５　　回転弁

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　細長い坩堝内でのデンドライトウェブ
    成長のための融液補給装置であって、坩堝は、デンドラ
    イトウェブを溶融プールから引き上げる中央部分及び坩
    堝の各端部に一つずつ設けられていて補給用供給材料を
    溶融プールに供給する一対の材料供給部分を有し、前記
    融液補給装置は、前記供給材料のペレットのリザーバを
    備えた密閉供給室と、密閉供給室からの単一流れ状態の
    ペレットの供給量を制御する手段と、ペレットの単一流
    れを本質的に同量の複数の流れに分けるペレット流れス
    プリッタと、それぞれが該流れスプリッタから本質的に
    同量のペレットを受け入れて該ペレットを坩堝の各端部
    の供給部分に差し向ける一対の導管とを有し、前記ペレ
    ット供給量制御手段は、ペレットの流れを、材料をデン
    ドライトウェブの形で坩堝の中央部分の溶融プールから
    引き上げる速度と等しい速度に制御し、前記融液補給装
    置は、カバーガスを該融液補給装置に供給し、それによ
    り、ペレットの汚染及び前記導管内での酸化物及び材料
    ダストの堆積を防止して前記導管内でのペレットの自由
    な流れを確保すると共に溶融プールに対する熱の外乱を
    最少限に抑えるための手段を更に有することを特徴とす
    る融液補給装置。
  2. 【請求項２】　　ペレット供給量制御手段は振動供給装
    置であり、振動供給装置は、該供給装置内のペレットの
    レベル及び振動供給装置への入力動力に応答して供給量
    を変化させることを特徴とする請求項１の融液補給装置
    。
  3. 【請求項３】　　ペレット供給量制御手段は、振動供給
    装置内のペレットをほぼ一定レベルに保つ手段を有する
    ことを特徴とする請求項２の融液補給装置。
  4. 【請求項４】　　振動供給装置内のペレットをほぼ一定
    レベルに保つ前記手段は、リザーバに設けられていて、
    振動供給装置内のペレットのレベルに応答するコントロ
    ーラによって開閉される弁であることを特徴とする請求
    項３の融液補給装置。
  5. 【請求項５】　　振動供給装置内のペレットのレベルに
    応答するコントローラは鏡を含み、この鏡は、ペレット
    によって鏡と光源光センサーとの間の光路が遮られると
    、光源光センサーと協働してリザーバに設けられている
    弁を閉じ、光路が遮られていない状態では弁を開くよう
    な信号を送り、それにより振動供給装置内のペレットの
    ほぼ一定レベルを保つよう配置されていることを特徴と
    する請求項４の融液補給装置。
  6. 【請求項６】　　振動供給装置は、ペレットが汚染しな
    いよう保護被膜で被覆されていることを特徴とする請求
    項５の融液補給装置。
  7. 【請求項７】　　振動供給装置はエンクロージャ内に配
    置されていることを特徴とする請求項６の融液補給装置
    。
  8. 【請求項８】　　ペレット流れスプリッタは、クインカ
    ンクスであることを特徴とする請求項７の融液補給装置
    。
  9. 【請求項９】　　供給室からのペレットの供給量を制御
    する前記手段は、坩堝内の溶融材料のレベルに応答して
    振動供給装置を制御しそれによりレベルをほぼ一定に保
    つことを特徴とする請求項７の融液補給装置。
  10. 【請求項１０】　　カバーガスを融液補給装置に供給す
    る手段は、融液補給装置と流体連通状態にある不活性ガ
    ス供給タンクと、エンクロージャと流体連通状態にあり
    、ガスをエンクロージャから除去し融液補給装置内を低
    圧状態に維持する真空ポンプとを有することを特徴とす
    る請求項８の融液補給装置。
  11. 【請求項１１】　　カバーガス供給手段は更に、供給室
    を流れスプリッタ及びカバーガス供給装置から切り離す
    弁を有し、該弁は供給室のパージを容易にするため閉じ
    られると弁の両側にガスを供給し、一対の導管を酸化物
    の無い状態に保つことを特徴とする請求項１０の融液補
    給装置。
  12. 【請求項１２】　　炉への導管の貫入部分にシールが設
    けられていることを特徴とする請求項１０の融液補給装
    置。
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