JP2004161595A - Flowable chip and methods for preparation and use of the same, and apparatus for use in the methods - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
本発明は、合衆国法典第３５巻１１９条に基づき、２００２年２月２２日に出願された米国仮出願整理番号６０／３５８，８５１と２００２年１１月１４日に出願された米国特許出願公開第１０／２９８，１２９号明細書を基礎として優先権を主張している。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動性チップ及び流動性チップを製造・使用する装置並びにその方法に関するものである。流動性チップはチョクラルスキー法においてルツボを再装填する方法で有効である。
【０００３】
【従来の技術】
電子デバイスに用いる多くの半導体チップはチョクラルスキー（ＣＺ）法で製造された単結晶シリコンから作製される。ＣＺ法では、単結晶シリコンインゴットを製造するに際して、ルツボ内の多結晶シリコン原材料を溶融し、平衡温度でルツボと溶融原材料とを安定化し、種結晶を溶融原材料に浸漬し、溶融原材料を種結晶上に結晶化させながら種結晶を引き抜いて単結晶インゴットを成長させていき、インゴットが成長したらインゴットを引き上げる。溶融は、温度１４２０℃、低圧の不活性ガス雰囲気下で行う。ルツボをほぼ垂直な軸のまわりに連続的に回転させながら、結晶を成長させる。インゴットを溶融原材料から引き上げる速度は、製造するインゴットの所望の直径に合わせて選択される。
【０００４】
多結晶シリコンは、粒状物を形成するための流動層反応器法を用いて得ることができる。あるいは、多結晶シリコンは真空容器において化学的気相成長法（ＣＶＤ）を用いて製造することができる。ＣＶＤ法で製造された多結晶シリコンは、ロッド、チャンク、チップあるいはそれらの集合体のような適当な大きさの破片に砕いてあるいは切断してからルツボに入れてもよい。多結晶シリコンは溶かされて溶融シリコンとされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＺ法の欠点の一つは、装填された多結晶シリコンが溶融するときに、ルツボの半分しか溶融シリコンが入っていないことである。これは不規則な形状の破片が装填されたルツボ内に隙間が残ってしまうためであり、それによって、結晶引き上げ装置の使用が非効率的になっている。従って、装填物を溶融後でかつ種結晶化の開始前に効率的に充填する方法の開発が望まれている。
【０００６】
ＣＺ法の他の欠点は、ルツボが使用により劣化しかつ溶融シリコンの中に不純物が混入するおそれがあるので、通常はルツボを一回の引き上げ毎に交換しなければならないことである。新しいルツボは高価であり、使用したルツボを処分するのも高価である。このため、多数回のインゴットの引き上げに継続して使用でき、溶融シリコンへの汚染物（コンタミネーション）の混入が低減された改良型ルツボの開発が進められている。そのため、最初のインゴット及びそれ以降のインゴットの引き上げ中あるいは引き上げ後に、ルツボに効率よく再装填することが必要である。これまで、溶融物を充填し、ルツボに再装填する種々の方法が提案されてきた。
【０００７】
一の方法は、インゴットを引き上げ後に、つまり最初の装填溶融物を充填するために、（エチル社又はＭＥＭＣ製の粒状材料等の）流動層法で製造された粒状多結晶シリコンを、ルツボに残っている溶融ヒールに装填するというものである。しかし、この方法は、流動層法で製造された粒状多結晶シリコンに水素が混入しているという欠点を有する。ヒールの上に粒状多結晶シリコンをつぎ足すとき、水素が開放され、それにより粒状物が破裂する場合がある。これによって、溶融シリコンがはね散り、ルツボが破損することがある。
【０００８】
他の方法は、インゴットを引き上げている間に、ルツボに粒状多結晶シリコンをつぎ足すものである。しかし、この方法は、粒度が小さいために、適度なつぎ足し速度となるような十分な時間でも粒状多結晶シリコンを溶融するのが困難であるという欠点がある。この小さい粒子を溶融するのにさらに熱が必要となるため、新たにコストがかかり、ルツボの劣化が加速する。ルツボの劣化の加速によって、ルツボの寿命が短縮し、コストが増大する。粒状多結晶シリコンつぎ足し速度が速すぎて粒状物が十分に溶融しない場合には、引き上げられるインゴットの表面が損傷し、転位が生じ、単結晶性を損なうことになる。さらに、粒状多結晶シリコンは多量のダストを含むかもしれない。ダストは、引き上げ装置のハウジングに汚染物の問題が生じ、引き上げられたインゴットの表面に付き、転位を発生させ、結晶の歩留まりを低下させる可能性がある。これはまた、再溶融及び再引き上げが必要となるため、工程時間を長くすることにもなる。
【０００９】
結局、粒状多結晶シリコンは、用途によっては、粒状物を再装填するのに用いられる工程に関わりなく、純度が低すぎる。
【００１０】
化学的気相成長法によって製造され断片に砕かれた多結晶シリコンロッドを用いる試みは、純度あるいはサイズの問題のために、ルツボの再充填のためには向けられてこなかった。比較的大きなサイズの多結晶シリコン片をルツボの再充填に用いると、ルツボ及び再装填装置を損傷するという欠点を生ずる。多結晶シリコン片をさらに小さなサイズに砕くと、不純物による汚染のため、多結晶シリコン片がルツボ再装填工程での使用には適さないものとなってしまう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、流動性チップ及び流動性チップを製造・使用する装置並びにその方法に関するものである。流動性チップは：
ａ）多結晶シリコンロッドを細分化する段階と、
ｂ）段階ａ）での生成物をステップデッキ選別器を用いて選別することにより粒度分布を制御する段階と、
ｃ）段階ａ）あるいは段階ｂ）またはその両方の段階での生成物から不純物を除去する段階、を備えた方法によって製造してもよい。段階ｂ）は、ステップデッキ選別器を用いて実施してもよい。段階ｃ）は、段階ａ）あるいは段階ｂ）またはその両方の段階での生成物を磁場に曝すことを含んでもよい。段階ｃ）は、段階ｂ）での生成物を表面清浄化処理することを含んでもよい。
【００１２】
本発明はさらに、チョクラルスキー法で使用するルツボを流動性チップを用いて再装填する方法に関するものである。この方法は：
ａ）チョクラルスキー法でルツボからシリコンインゴットを引き上げる段階と；
ｂ）ルツボ内の溶融シリコンに流動性チップを加える段階であって、該流動性チップが、化学的気相成長法で製造されかつ低レベルのバルク不純物と低レベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン粒子で構成される多結晶シリコン粒子群であって、しかも制御された粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン粒子群から成るところの段階と；
ｃ）任意でルツボにドーパントを加える段階と、を備えている。
尚、本発明で用いる流動性チップは、低レベルのバルク不純物と低レベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン片で構成される多結晶シリコン片群から成り、しかも制御された粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン片群のみから成るのが好ましい。
【００１３】
本発明はさらに；
ａ）チョクラルスキー法でルツボからシリコンインゴットを引き上げ、ルツボにヒールを残す段階と；
ｂ）ヒールの少なくとも表面を固化させる段階と；
ｃ）ヒールの表面に流動性チップを加える段階であって、該流動性チップが、化学的気相成長法で製造されかつ低レベルのバルク不純物と低レベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン粒子で構成される多結晶シリコン粒子群であって、しかも１ ｍｍ から１２ ｍｍ の制御粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン粒子群から成るところの段階と；
ｃ）任意でルツボにドーパントを加える段階と、を備えている。
尚、本発明で用いる流動性チップは、低レベルのバルク不純物と低レベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン粒子で構成される多結晶シリコン粒子群であって、１ ｍｍ から１２ ｍｍ の制御粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン粒子群のみから成るのが好ましい。
【００１４】
量、比及び割合は全て重量で示し、そうでない場合には明示する。以下は本明細書で使用する定義リストである。
【００１５】
定義
“Ａ”及び“ａｎ”とはいずれも、一又は二以上を意味する。
【００１６】
“ブラインド（Ｂｌｉｎｄｉｎｇ）”とは、ステップデッキ選別器において２つのデッキ間のギャップが目詰まりし、多結晶シリコン片がギャップを通過できなくなり、そのため、ステップデッキ選別器が選別手段として機能しなくなることを意味する。
【００１７】
“装填最大化（ｃｈａｒｇｅ ｍａｘｉｍｉｚａｔｉｏｎ）”は、無作為に満たすことによって得られる量以上に溶融物の量を増大する方法によって、鋳型あるいはルツボのような容器を種々のサイズ及び形状を有する多結晶シリコンで満たす工程を意味する。
【００１８】
“充填”は、鋳型あるいはルツボのような容器を多結晶シリコンで満たす工程を意味し、ここで、この多結晶シリコンは溶融され、その後、溶融物の量を増加するためにさらに多結晶シリコンがつぎ足される。
【００１９】
“化学的気相成長法”は、多結晶シリコンを製造するために流動層反応器法を含まない化学的気相成長法を全て意味する。化学的気相成長法の例としては、ジーメンス方式の成長法がある。
【００２０】
“細分化する”は、破砕し、切断し、あるいはすり砕いて小さな粒子にすることを意味する。細分化には、多結晶ロッドを破片まで小さくするいかなる方法も含み、ロッドを切断してからそれらを種々の方法で破砕することには限定しない。
【００２１】
“制御された粒度分布（制御粒度分布）”は、粒子群において少なくとも７５％の粒子が特定の範囲の粒度を有することを意味する。例えば、４ ｍｍ から１２ｍｍ の制御された粒度とは少なくとも７５％の粒子が４ ｍｍ から１２ ｍｍ の範囲にあり、残りの最大２５％までの粒子が４ ｍｍ から１２ ｍｍ の範囲外にあることを意味する。
【００２２】
“ドナー”は、シリコンへ電子を供与する原子を意味する。ドナーにはアンチモン、砒素及び燐が含まれる。
【００２３】
“流動性”は、装置に振動エネルギーを付与して粒子同士が結合した網状構造を形成するのを抑制するときを含めて、粒子同士が結合することなく、多数の固体粒子について移送装置を通過して移動する能力を意味する。
【００２４】
“流動性チップ”は、低レベルのバルク不純物と低レベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン粒子で構成される多結晶シリコン粒子群であって、制御粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン粒子群を意味する。
【００２５】
“粒状”及び“顆粒”はいずれも、流動層法によって製造されかつ６ ｍｍ 若しくはそれ以下の粒度を有する多結晶シリコン粒子を意味する。顆粒は通常球状若しくはほぼ球状である。
【００２６】
“ヒール”は容器に残ったある量のシリコンを意味する。残留物は、インゴットをルツボから引き上げた後にルツボに残ったシリコンの塊、及び、充填前の容器内の装填物を溶融することで生じる溶融シリコンの塊を含む。
【００２７】
“粒度”は、粒子上の２点の間の最長の距離を意味する。例えば、球状粒子の場合には、粒度は直径である。
【００２８】
略記“ ｐｐｂａ ”は、シリコン原子数に対して１０億分の１の原子数を意味する。
【００２９】
略記“ ｐｐｍａ ”は、シリコン原子数に対して１００万分の１の原子数を意味する。
【００３０】
流動性チップ
流動性チップは、制御粒度分布を有する多結晶シリコン粒子群である。制御粒度分布は０．２ ｍｍ から４５ ｍｍ でもよいし、あるいは、１ ｍｍ から２５ ｍｍ でもよいし、あるいは、１ ｍｍ から２０ ｍｍ でもよいし、あるいは、３ ｍｍ から２０ ｍｍ でもよいし、あるいは、４ ｍｍ から１２ ｍｍ でもよいし、あるいは、４ ｍｍ から１０ ｍｍ でもよいし、あるいは、１ ｍｍ から１２ ｍｍ でもよいし、あるいは、１ ｍｍ から８ ｍｍ でもよい。しかしながら、精確に制御される粒度分布では、流動性チップが使用される方法と流動性チップを供給するのに用いられる装置とを含む種々の因子に基づいて選択する。例えば、ＣＺ法あるいは電子グレード用途又はその両方で使用される流動性チップでは制御粒度分布は２ ｍｍ から４５ｍｍ でもよい。また、鋳造法のような太陽電池グレード用途に使用される流動性チップでは、制御粒度分布は０．２ ｍｍ から４５ ｍｍ でもよい。
【００３１】
用途によっては、制御粒度分布は４ ｍｍ から１２ ｍｍ であってもよいし、あるいは、４ ｍｍ から８ ｍｍ であってもよいし、あるいは、４ ｍｍ から６ ｍｍ であってもよい。理論によって限定することを意図するものではないが、制御粒度分布を４ ｍｍ から１２ ｍｍ の範囲のうちの低めに設定することによって、溶融シリコンを収容しているルツボに流動性チップを加えるときのはね散りが最小になると考えられている。また、用途によっては、制御粒度分布は９ ｍｍ から１２ ｍｍ であってもよいし、あるいは、１０ ｍｍ から１２ ｍｍ であってもよい。理論によって限定することを意図するものではないが、制御粒度分布を４ ｍｍ から１２ ｍｍ の範囲のうちの低めに設定することによって、少なくとも部分的に固化したヒールを含むルツボに流動性チップを加えるときのはね散りが最小になると考えられている。
【００３２】
本明細書で開示した範囲は、範囲自体を開示するだけでなく、範囲の境界も含めて、その範囲に包含されるいかなる範囲をも開示するものである。例えば、４ｍｍ から１２ ｍｍ の範囲の開示には、４ ｍｍ から１２ ｍｍ の範囲だけでなく、４ｍｍ も５ ｍｍ も７ ｍｍ も１１ ｍｍ も１２ ｍｍ もその他この範囲の中に含まれる他の数値も含まれる。また、例えば、４ ｍｍ から１２ ｍｍ の範囲の開示には、４ ｍｍ から８ ｍｍ も、９ ｍｍ から１０ ｍｍ も、９ ｍｍ から１２ ｍｍ も、１０ ｍｍ から１２ ｍｍ も、その他その範囲の中に含まれる他の部分範囲と同様に含まれるし、また、ここで開示した範囲と等価な範囲も同様に含まれる。
【００３３】
流動性チップのモルフォロジィは通常非球状である。正確なモルフォロジィは流動性チップを作るのに用いる方法に依存する。例えば、ここで開示した方法、欧州特許出願公開第０ ５３９ ０９７号明細書等において開示されたような低汚染衝撃工具で叩いて多結晶シリコンロッドを手作業で壊すことによって流動性チップを製造すると、モルフォロジィは不規則になる。
【００３４】
流動性チップは、ホウ素、ドナー、燐、炭素及び全ての金属のバルク不純物を低レベルでしか有さない。バルク不純物のレベルは０．２ ｐｐｍａ より小さいかあるいはそれと等しくてもよく、又は、０．０３ ｐｐｍａ より小さいかあるいはそれと等しくてもよく、又は、０．０２５ ｐｐｍａ より小さいかあるいはそれと等しくてもよい。ホウ素のレベルは０．０６ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しくてもよい。しかしながら、用途によっては、例えば、ホウ素をドーパントとして用いる場合等では、ホウ素のレベルは２０ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しくてもよく、又は、５ ｐｐｂａ から２０ ｐｐｂａ の範囲でもよい。
【００３５】
ドナーのレベルは０．３０ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しくてもよい。流動性チップは、０．０２ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しいか、又は、０．０１５ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しいレベルの燐を有してもよい。炭素のレベルは０．１７ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しくてもよい。バルク金属不純物の全レベルは４．５ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しくてもよく、又は、１ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しくてもよい。バルク金属不純物には、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ及びＮｉが含まれる。流動性チップは、０．０１ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しいバルクレベルのＣｒを有してもよい。流動性チップは、０．０１ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しいバルクレベルのＣｕを有してもよい。流動性チップは、０．０１ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しいバルクレベルのＦｅを有してもよい。流動性チップは、０．０１ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しいバルクレベルのＮｉを有してもよい。
【００３６】
バルク金属不純物は、米国特許第４，９１２，５２８号明細書、米国特許第５，３６１，１２８号明細書、及び米国特許第５，４３６，１６４号明細書で開示されたフロートゾーン法や本明細書の例３で示した方法のような公知の方法によって測定することができる。
【００３７】
流動性チップは低レベルの全表面不純物を有する。表面不純物の全レベルは３０ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しくてもよく、又は、１５ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しくてもよく、又は、４．５ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しくてもよい。表面不純物にはＣｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｗ及びＺｎが含まれる。
【００３８】
図４で示したようなジョークラッシャーと図５から図８で示したようなステップデッキ選別器とを用いて以下に記載した方法によって流動性チップを製造すると、流動性チップはさらに少ない量の表面不純物を有し得る。例えば、流動性チップは、０．０６ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．０２ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．０１ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．００４ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量のＣｒを有し得る。流動性チップは、０．１５ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．０３ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．０２ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．０１ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量のＣｕを有し得る。流動性チップは、１８ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、１０ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、９ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、７ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量のＦｅを有し得る。流動性チップは、０．９ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．８ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．５ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．４ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量のＮａを有し得る。流動性チップは、０．１ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．０７ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．０４ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０ ｐｐｂａ のＮｉを有し得る。流動性チップは、０．６ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．５ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．４ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量、又は、０．３ ｐｐｂａ より小さいかあるいはそれと等しい量のＺｎを有し得る。
【００３９】
表面の純度は、米国特許第５，８５１，３０３号明細書で開示された方法のような公知のの方法によって測定することができる。
【００４０】
流動性チップは低レベルのダストも有し得る。理論によって限定することを意図するものではないが、流動性チップをルツボに加えると、低レベルのダストが溶融を容易にし、結晶転位速度を低下させると思われる。
【００４１】
流動性チップは残留気体の含有量が低いことがあり得る。流動性チップは水素を全く含まないか、あるいは、流動層法によって製造した顆粒より少ないレベルの水素しか含まないことがあり得る。流動性チップの水素含有量は、０から３６００ ｐｐｂａ 、あるいは、０から１３００ ｐｐｂａ 、あるいは、０から８００ ｐｐｂａ 、あるいは、８００から１３００ ｐｐｂａ であることがあり得る。流動性チップは低レベルの塩素を含み得る。流動性チップの塩素含有量は、０から３００ ｐｐｂａ 、あるいは、２０から１２０ ｐｐｂａ 、あるいは、２５から１１０ ｐｐｂａ 、あるいは、３０から１００ ｐｐｂａ 、あるいは、５０から６５ ｐｐｂａ であることがあり得る。
尚、本発明の流動性チップは、０．０３ ｐｐｍａ を超えないレベルのバルク不純物と１５ ｐｐｂａ を超えないレベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン片で構成される多結晶シリコン片群であって、しかも制御された粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン片群のみから成るのが好ましい。
【００４２】
流動性チップを製造する方法
流動性チップは：
ａ）多結晶シリコンロッドを破砕し又は切断する段階と；
ｂ）段階ａ）の生成物を選別して粒度分布を制御する段階と；
任意で、ｃ）段階ａ）あるいは段階ｂ）またはその両方の段階での生成物を表面清浄化処理する段階；を含む方法によって製造してもよい。
【００４３】
流動性チップ生成物は、上述の方法にさらに：
ｄ）段階ａ）、段階ｂ）、又は段階ｃ）の生成物を包装する段階；を含む方法によって製造することができる。
【００４４】
また、流動性チップは：
ａ）多結晶シリコンロッドを細分化する段階と；
ｂ）段階ａ）の生成物を選別して粒度分布を制御する段階と；
ｃ）段階ａ）あるいは段階ｂ）またはその両方の段階での生成物から不純物を除去する段階；を含む方法によって製造してもよい。
【００４５】
流動性チップ生成物は上述の方法にさらに：
ｄ）段階ａ）、段階ｂ）又は段階ｃ）の生成物を包装する段階と；を含む方法によって製造することができる。
【００４６】
多結晶シリコンの製造
多結晶シリコンロッドは公知の方法で製造することができる。例えば、高純度の塩素ガスあるいはシランガスの加熱基板上への化学的気相成長を含む化学的気相成長法によって多結晶シリコンロッドを製造することができる。「半導体シリコン技術ハンドブック（Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」（ウイリアム オマラ（Ｗｉｌｌｉａｍ Ｃ．Ｏ’Ｍａｒａ）、ロバート へリング（Ｒｏｂｅｒｔ Ｂ．Ｈｅｒｒｉｎｇ）及びリー フント（Ｌｅｅ Ｐ．Ｈｕｎｔ）編著、ノイス出版、パークリッジ、ニュージャージー州、米国、１９９０年）の第２章第３９−５８頁を参照されたい。
【００４７】
多結晶シリコンの細分化
多結晶シリコンロッドは、例えば、鋸で切断することによって、又は、欧州特許出願公開第０ ５３９ ０９７号明細書に開示されたような低汚染衝撃工具で叩くことによって細分化することができる。または、ジョークラッシャーによって多結晶シリコンロッドを細分化してもよい。または、多結晶シリコンロッドは低汚染衝撃工具で叩くことによって細分化し、その結果細分化されたロッドをさらにジョークラッシャーによってさらに細分化してもよい。また、多結晶シリコンロッドを鋸で切断することによって細分化し、次いで、低汚染衝撃工具で叩き、ジョークラッシャーによってさらに細分化してもよい。適当なジョークラッシャーの例を図４に示す。ジョークラッシャー４００は固定顎板４０２を搭載したフレームアセンブリ４０１を備えている。可動顎板４０３が固定顎板４０２に対面している。顎板４０２及び４０３の間には顎空洞４０４が形成している。多結晶シリコンはホッパー４２５から顎空洞４０４へ移送することができる。
【００４８】
可動顎板４０３はピットマンキャリヤアセンブリ４０５に備え付けられている。ピットマンキャリヤアセンブリ４０５は、一端で偏心軸４０７を、他端でテンションロッドピン４０８を囲繞するピットマンベアリング４０６に結合されている。偏心軸４０７はフライホイール４０９に備え付けられている。モータ４１０がフライホイール４０９の回りのベルト４１１を駆動する。フライホイール４０９は偏心軸４０７を回転させて、固定顎板４０２に対して楕円状の動きで可動顎板４０３を動かす。回転速度は３００から４００回／分（ｒ．ｐ．ｍ）でもよい。モータ４１０はベースに備え付けられている。可動顎板４０３の動きによって、顎空洞４０４内の多結晶シリコンを砕く。得られた多結晶シリコン片の粒度は多結晶シリコン片について十分に低減されているので、放出スロット４１８を通って顎空洞を出る。
【００４９】
ロッドピン４０８に張力を付与するために、水平バネアセンブリがテンションロッド４１３を備えている。このテンションロッドは、調整ホイール４１４、外側バネカラー４１５、テンションバネ４１６、及び内側バネカラー４１７を通って延在している。外側バネカラー４１５に備え付けられた調整ホイール４１４は回転して、テンションバネを調整することができる。ピットマン４０５をトグルプレート４２４に接触させて保持するのに水平バネアセンブリを用いることができる。
【００５０】
垂直アセンブリは、調整ホイール４２０とクロス棒４２１とを介して延在するくさび型調整ロッド４１９を備えている。調整くさび４２２はベアリングくさび４２３に備え付けられている。トグルプレートベアリングくさび４２３はトグルプレート４２４に備え付けられている。トグルプレート４２４は、テンションロッドピン４０８の上のピットマンキャリヤアセンブリ４０５に備え付けられている。この垂直アセンブリは放出スロット４１８の幅を調整するのに用いることができる。（ベアリングくさび４２３の溝の中の）トグルプレート４２４の位置によって、ピットマン４０５の動き及び可動顎板４０３の底部の動きが決まる。
【００５１】
多結晶シリコンはホッパー４２５からジョークラッシャー４００へ供給することができる。多結晶シリコンはジョークラッシャー４０にかけられると、可動顎板４０３によってより小さい多結晶シリコン片に分割される。多結晶シリコン片は、ダストから、塊、破片、薄片、特大チャンクとサイズ変更が可能である。多結晶シリコン片の粒度分布は、破砕空洞４０４において放出スロット４１８の幅と滞留時間とを含む種々の因子に依存する。
【００５２】
顎板４０２，４０３は、多結晶シリコンより大きいか又はそれに匹敵する硬さを有する材料のような、シリコンの汚染物を最小にする材料から成る。顎板は、タングステンカーバイド、コバルトバインダーを含むタングステンカーバイド、ニッケルバインダーを含むタングステンカーバイド、Ｃｒ２Ｃ３、ＮｉＣｒバインダーを含むＣｒ２Ｃ３、又はこれらの組合せから成ってもよい。タングステンカーバイド含有材料を使用することによって、細分化工程によってシリコンに混入する鉄の汚染物のレベルを低減させることができる。多結晶シリコンロッドあるいは過大寸法多結晶シリコン片又はその両方を供給するホッパー４２５と、ジョークラッシャー４００からの放出シュート（図示せず）とは、顎板４０２，４０３と同じ構成材料あるいはシリコンの汚染物を最小にする他の構成材料から構成するか、あるいは当該材料でライニングしたものであってもよい。このような構成材料には、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ポリプロピレン、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）、二フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、テフロン（登録商標）、タングステンカーバイド、シリコン、及び、セラミックが含まれる。
【００５３】
所望の形状分布若しくは上述の粒度分布またはその両方を得るために、あるいは、過大寸法（大きすぎる）多結晶シリコン片をリサイクルするために、又はその両方のために、多数のジョークラッシャーを直列に配置して用いてもよいことは当業者であれば認識するだろう。シリコンに接触する細分化装置の構成部分の材料がシリコンの汚染物を最小にする材料を含んでいる場合には、「粒子工学入門（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」（ジョン・ワイリー＆サン社、ニューヨーク州、１９９９年４月）の第１０章第２４１−２６３頁に開示されているジョークラッシャー、ジャイレートリー・クラッシャー、クラッシングロール装置、コーン・クラッシャー、及び、テーブル型フライス盤のような従来の装置が本発明でも使用できることは当業者であれば認識するだろう。好適なジョークラッシャーとしては、米国ペンシルバニア州ダンビルのメッツォ・ミネラル工業（Ｍｅｔｓｏ Ｍｉｎｅｒａｌｓ Ｉｎｄｕｓｔｏｒｉｅｓ）株式会社から販売されているモース・ジョークラッシャー（Ｍｏｒｓｅ Ｊａｗ Ｃｒｕｓｈｅｒｓ）を用いることができる。
【００５４】
本発明の方法において、ジョークラッシャーと併せて、又はその代わりに、他の従来の細分化装置を用いてもよいことは当業者であれば認識するだろう。好適な細分化装置は、米国特許第４，８１５，６６７号明細書、米国特許第５，３４６，１４１号明細書、米国特許第５，４６４，１５９号明細書、欧州特許第０ ５７３ ８５５号明細書、日本国特許第０２５６５７５９号及び日本国特許第５８１４５６１１号公報において開示されている。
【００５５】
多結晶シリコン片の選別
シリコンに接触する選別装置の一部が上述のようなシリコンの汚染物を最少にする構成材料材料から成ると仮定すると、多結晶シリコン片（破砕ロッド）は、米国特許第５，１６５，５４８号明細書で開示された回転式シリコンスクリーンや、米国特許第３，９０５，５５６号明細書、第５，０６４，０７６号明細書若しくは第５，７９１，４９３号明細書のいずれかに開示された選別装置のような装置を用いて、又は、手作業で選別することができる。
【００５６】
また、多結晶シリコン片は、ステップデッキ選別器を含む装置を用いて選別してもよい。多結晶シリコン片を選別する装置は、
Ｉ）振動モータアセンブリと、
ＩＩ）振動モータアセンブリスに備え付けたステップデッキ選別器と、
を備える。
【００５７】
ステップデッキ選別器は、
ｉ）第１デッキであって、
ａ）溝形成領域への多結晶シリコン片投入口を備え、
ｂ）前記溝形成領域は、多結晶シリコン片投入口から延在しあるいは多結晶シリコン片投入口の下流に延在しており、かつ、各溝が尾根部と谷部とを備えており、
ｃ）投入口の下流に形成され、溝の尾根部の方が溝の谷部よりも第１デッキと最終デッキとの間の第１ギャップを越えて突出するように傾斜が設けられている第１デッキ出口端、を備えた第１デッキと、
ｉｉ）第１ギャップの下流でかつ第１デッキの下方に配置された最終デッキであって、
ａ）多結晶シリコン片投入口と、
ｂ）多結晶シリコン片投入口から延在しあるいは多結晶シリコン片投入口の下流に形成された溝形成領域であって、各溝が尾根部と谷部とを備えてなる溝形成領域と、
ｃ）多結晶シリコン片用の出口と、を備えた最終デッキと、
ｉｉｉ）第１ギャップを抜けて落ちた多結晶シリコン片を収集するために第１ギャップの下に設けられた収集容器と、
ｉｖ）第１ギャップを抜けずに落ちなかった過大寸法多結晶シリコン片を収集するために最終デッキの出口の下に設けられた過大寸法多結晶シリコン片用収集容器と、
を具備している。
【００５８】
ステップデッキ選別器は第１デッキと最終デッキとの間の一又は二以上の追加デッキを備えてもよく、各追加デッキは、
ａ）多結晶シリコン片投入口と、
ｂ）多結晶シリコン片投入口から延在しあるいは多結晶シリコン片投入口の下流に延在した溝形成領域であって、各溝が尾根部と谷部とを備えてなる溝形成領域と、
ｃ）追加デッキ出口であって、溝の尾根部の方が溝の谷部よりも出口端でのギャップを覆って突出するように出口端に傾斜が設けられている追加デッキと、を備えている。
【００５９】
多結晶シリコンの選別装置はさらに、ｉｉｉ）の収集容器の下に重量計若しくは第１ギャップの下流に配置されたダスト除去装置あるいはその両方、又は、必要以上の実験をすることなく当業者に可能なそれらの変形装置を備えてもよい。多結晶シリコン片を選別するために一以上のステップデッキ選別器を直列にして用いることができることは、当業者であれば認識するだろう。
【００６０】
多結晶シリコン片を選別しかつステップデッキ選別器を含む装置の例を図５から図８に示す。図５は装置の側面図である。ステップデッキ選別器５００は、多結晶シリコン片用の投入口５０２を有する。振動モータアセンブリ５０１が多結晶シリコン片を、第１デッキ５３１を横切るように移動させる。多結晶シリコン片はまず、矢印５０４で示した空気の流れによってダストが除去されている流動層領域５０３を通過し、穿孔板５０５を通ってダスト収集器５３２まで進んでいく。多結晶シリコン片は流動層領域５０３を通過して溝形成領域５０６まで移動する。多結晶シリコン片は、溝５１２（図６から図８で図示）の谷部５２０の中へ収まるか又はサイズ及び形状に依存して溝５１２の尾根部５１９の頂部に残る。多結晶シリコン片が第１デッキ５３１の端まで達すると、ギャップ５０７より小さい多結晶シリコン片はギャップ５０７を抜けてコンベヤ５０８上に落ちる。落ちた多結晶シリコン片は、多結晶シリコン小片５０９用の収集容器まで運ばれる。大きめの多結晶シリコン片はギャップを超えて通過し、第２デッキ５１０上に落ちる。
【００６１】
図７は第２デッキ５１０の平面図、図８はＡ−Ａ線に沿った第２デッキの断面図である。第２デッキ５１０の頂部には複数の溝５１２が存在する。各溝５１２は尾根部５１９と谷部５２０とを有する。溝５１２は半円状である。側壁５３０は、多結晶シリコン片が第２デッキ５１０の側部から落ちるのを防止するために尾根部５１９を超えて延びている。多結晶シリコン片は第２デッキ５１０の投入口端５１１から第２デッキ５１０の出口端５１８まで移動する。
【００６２】
図６は、第２デッキ５１０、第３デッキ及びそれらの間のギャップ５１６の断面図である。第２デッキ５１０の投入口端５１１は水平に対して直交する。溝５１２は第２デッキ５１０の頂部に切り込まれている。塊５１３及び破片５１４のような多結晶シリコン片は溝の谷部５２０に載ることになる。薄片５１５のような多結晶シリコン片は溝５１２の尾根部５１９の頂部に載るだろう。第２デッキ５１０の出口端５１８は、溝５１２の尾根部５１９が溝５１２の谷部５２０よりもギャップ５１６を超えて突出するように傾斜が設けられている。第２デッキ５１０が振動すると、塊５１３はギャップ５１６を抜けて落ち、他方、破片５１４及び薄片５１５は出口端５１８から転げて、ギャップ５１８を超え、第３デッキ５１７へ運ばれる。理論によって限定することを意図するものではないが、第２デッキ５１０の出口端５１８の傾斜角はブラインド効果をできるだけ小さくするものである。デッキは出口で薄く形成してさらにブラインド効果を小さくするものである。
【００６３】
ステップデッキ選別器５００は、多結晶片５１３、５１４及び５１５を、デッキ５３１、５１０、５１７、５３３、５２１、５２３及び５２５の間のギャップ５０７、５１６、５１８、５３４、５２２及び５２４のサイズに基づいた制御粒度分布に分離する。ギャップ５０７、５１６、５１８、５３４、５２２及び５２４は、運搬方向にサイズが増大している。小さめの多結晶シリコン片は小さい方のギャップ５０７、５１６及び５１８を通って落ち、小さめの多結晶シリコン片用の収集容器５０９に収集される。大きめの多結晶シリコン片は大きい方のギャップ５３４、５２２及び５２４を通って落ち、大きめの多結晶シリコン片用の収集容器５２６に収集される。過大寸法多結晶シリコン片は、過大寸法多結晶シリコン片用の収集容器５２７においてステップデッキ選別器５００の端部で収集される。過大寸法多結晶シリコン片はは細分化装置にリサイクルすることができる。異なる制御粒度分布を有する多結晶シリコン片が、ギャップサイズ、収集容器の数及び多結晶シリコン片を収集容器を移動するコンベヤの数と位置を変えることによって、デッキ間のギャップを介してステップデッキ選別器の種々のデッキから引き落とされることは当業者ならば認識するだろう。
【００６４】
バッグのような収集容器５０９、５２６、５２７を直接充填するために、又は、所定の充填重量に達すると移動を止めて収集容器を変更するために、重量計５２８を振動フィーダ５０１の制御器に組み込んでもよい。
【００６５】
デッキの数；各デッキの溝の幅、深さ及び形状；デッキ間のギャップのサイズ；収集容器の数を変えて収集される粒度分布を調整することは当業者であれば、理解するだろう。溝は異なる幅、深さ及び形状を有してもよい。溝は例えば、三角状、台形状又は半円状であってもよい。
【００６６】
多結晶シリコンを細分化化するために使用する装置と同様に、選別に用いる装置の多結晶シリコン片に接触する部分は、ジョークラッシャー４００について上述した構成部材材料のようなシリコンを汚染しない材料から成る。
【００６７】
さらに、上述のステップデッキ選別器は、デッキのサイズ；各デッキの溝の幅、深さ及び形状；デッキ間のギャップのサイズ；収集容器のサイズを変えることによって、大きめのサイズ（例えば、４５ ｍｍ 以上）の多結晶シリコン片のような流動性チップ以外の材料を選別するために用いることができることは当業者ならば認識するだろう。
【００６８】
オプションとしての汚染物除去
上述のようにして得られた制御粒度分布を有する多結晶シリコン片は、任意で汚染物を除去するために磁場に曝してもよい。例えば、汚染物を除去するために多結晶シリコン片を磁石を含むチャンバに通してもよいし、あるいは、磁石を多結晶シリコン片上を通過させてもよい。磁石は希土類磁石あるいは電磁石又はそれらの組合せでもよい。磁石は多結晶シリコン片に直接接触させてもいいし、多結晶シリコン片の近傍にあってもよい。磁石は適当な磁化率を有する微粒子の大部分を除去する。これらの粒子には、鉄やコバルトのような強磁性不純物やタングステンカーバイドのような常磁性不純物、及び、シリコンを細分化化し選別するのに用いられる装置の構成材料の生成に用いられる他の強磁性不純物及び常磁性不純物が含まれる。
【００６９】
あるいは、汚染物は、米国特許第３，９０５，５５６号明細書、米国特許第４，１２５，１９１号明細書、米国特許第４，１５７，９５３号明細書、米国特許第４，２５０，０２５号明細書、米国特許第４，３４５，９９５号明細書、米国特許第４，５２５，３３６号明細書、米国特許第５，２９７，７４４号明細書、又は米国特許第５，８３０，２８２号明細書において開示されたような方法によって除去してもよい。汚染物は、磁場を含む方法に加えて、又は、その代わりに、欧州特許第０ ２１５ １２１号明細書に開示されているような化学的方法によって除去してもよい。
【００７０】
出発材料として用いる多結晶シリコンロッドの純度とシリコンを細分化し選別する方法とに依存して、この段階での生成物は、太陽電池グレードの単結晶シリコンウェハーあるいは電子製品グレードの単結晶シリコンウェハーの製造で使用するのに十分な純度を有してもよい。しかしながら、純度が電子製品グレードの用途又はこれらの両用途に対して十分でないなら、シリコンを表面清浄してさらに不純物を除去してもよい。
【００７１】
オプションとしての表面清浄
多結晶シリコン片は公知の方法で表面清浄することができる。表面清浄は、上述の汚染物除去法に加えて又はその代わりに実施してもよい。例えば、破砕ロッドは米国特許第５，８５１，３０３号明細書に開示された方法、すなわち、破砕ロッドをフッ化水素気体、少なくとも０．５％の過酸化水素を含む水溶液に連続して接触させる段階と、その後破砕ロッドを乾燥する段階とを備えた方法によって清浄にすることができる。あるいは、特開平５−４８１１号公報に開示された方法によって破砕ロッドを清浄にすることができる。あるいはまた、カナダ国特許第９５４４２５号明細書又は米国特許第４，９７１，６５４号明細書に開示されたような異方性エッチングによって破砕ロッドを表面清浄化することができる。他の好適な表面清浄化方法として米国特許第４，５８８，５７１号明細書及び第６，００４，４０２号明細書に開示された方法を含む。
【００７２】
製造された流動性チップはいかなる便利な手段によって、すなわち、手作業で又は自動で流動性チップをポリエチレンバッグに入れることによって包装することができる。
【００７３】
流動性チップの使用方法
上述の流動性チップは、粒度分布と純度とに依存して、太陽電池グレード用途又は電子製品グレード用途で使用することができる。流動性チップの特別な応用には、初期装荷の最大化や初期装荷の充填のような初期装荷関連の応用や、ＣＺ法のルツボ再装荷や再装荷の最大化及び再装填物の充填のような再装填関連の応用が含まれる。
【００７４】
本明細書に記載したシリコンに加えて、又は、その代わりに、流動性チップを、米国特許第４，１７６，１６６号明細書、米国特許第４，３１２，７００号明細書、米国特許第４，３８２，８３８号明細書、米国特許第４，５７２，８１２号明細書、米国特許第５，２５４，３００号明細書、米国特許第５，４３１，８６９号明細書、米国特許第５，４９２，０７９号明細書、米国特許第５，５１０，０９５号明細書、中国特許第１１７６３１９号明細書、独国特許第４４４１９１１号明細書、欧州特許第０ ８６９ １０２号明細書、欧州特許第００９５７５７号明細書、日本国特許第１０１９００２５号公報、日本国特許第１１１１６３８６号公報、日本国特許第５８０２６０１９号公報、日本国特許第５８０９９１１５号公報、日本国特許第６２１０８５１５号公報、及び日本国特許第９３０１７０９号公報に開示されたような太陽電池鋳造法で使用してもよい。鋳造（キャスティング）は、溶融シリコンを加熱された鋳型に注入する段階あるいはルツボ内の多結晶シリコンを溶融する段階と、シリコンを徐冷し固化する段階とを備えてもよい。
【００７５】
例えば、好適なバッチ鋳造法は：
１）所望の断面形状を画定する壁を備えた鋳型に半導体材料を導入する段階と、
２）半導体材料を溶融する段階と、
３）段階２）の後に半導体材料を固化させて所望の断面形状を有する鋳造インゴットを製造する段階と、を備える。段階２）の実施は、段階１）の前、最中、及び後の何れでもよい。鋳造インゴットは、段階３）の後に鋳型から取り外し、その後この方法を繰り返してもよい。上述の流動性チップを段階１）において鋳型を装填するのに用いてもよい。
【００７６】
また、連続鋳造法を用いることもできる。連続鋳造法は：
１）誘導コイルに配置された無底容器に連続的に供給された半導体材料を溶融する段階と、
任意で、２）精製のために溶融物の表面上に高温プラズマガスを吹きかける段階と、
３）前記無底容器から固化したシリコンを下流へ連続的に放出する段階と、を備える。無底容器の少なくとも軸部は、周方向に離間配置された複数の導電片に分割する。半導体材料は上述の流動性チップを備えてもよい。
【００７７】
また、好適な連続鋳造法に使用する装置は、開放頂部と開放底部とを有する容器状領域を画定するために、側面同士合わさる形で配置された複数の導電部材を備える。装置はさらに、各導電部材に高周波ＡＣ電流を含む手段を備える。容器状領域の開放底部を介して、伸縮式支持部材が設けられている。支持部材は、容器状領域に半導体材料を支持するように機能する。
【００７８】
好適な連続鋳造法は：
１）上述の装置の容器状領域に半導体材料を導入する段階と、
２）半導体材料を溶融する段階と、
３）電流を誘起する手段に電圧を印加して各導電部材に第１の電流を誘起する段階と、
４）第１の電流を用いて半導体材料に第２の電流を誘起する段階であって、前記第２の電流は前記第１の電流の向きに対して実質的に逆向きに流れている段階と、
５）半導体材料が反発して鋳造工程中に導電部材に接触することが回避されるように、第１の電流と第２の電流とを用いる段階と、を備える。
【００７９】
この方法はさらに：６）支持部材に支持される溶融半導体材料が前記導電部材から反発されることによって溶融半導体材料が鋳造インゴットの中に固化されるように、支持部材を容器状領域から引き離す段階と、
７）容器状領域の上に半導体材料を追加供給する段階と、を備えてもよい。段階１）ないし段階７）は繰り返してもよい。段階１）あるいは段階７）又はその両方の段階で用いる材料は上述の流動性チップを含んでもよい。
【００８０】
流動性チップはシリコンリボンを製造するための定形エッジ薄膜成長法（ＥＦＧ）のような定形成長法で用いてもよい。ＥＦＧ法は、ラベル（Ｈ．Ｅ．ＬａＢｅｌｌｅ．Ｊｒ）らによってジャーナル・オブ・クリスタル・グロース（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＣｒｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈ）の第８巻第８−１７頁（１９８０年）に掲載された論文“ＥＦＧ−発明とサファイア成長への応用（ＥＦＧ Ｔｈｅ Ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ Ｓａｐｐｈｉｒｅ Ｇｒｏｗｔｈ）”や、カリワッド（Ｋ．Ｋｏｌｉｗａｄ）らによって１９８４年４月１５日に“太陽電池についての高速結晶成長及び結晶のキャラクタリゼーションに関わる平板ソーラーアレイプロジェクト研究フォーラムのプロシーディングス（キャサリン・ダマス編、ジェット推進研究所（ＪＰＬ）、カリフォルニア工科大学、パサデナ、カリフォルニア州、米国エネルギー省管轄）”の第２２−２４頁に掲載された論文に記載されている。好適なＥＦＧ法は、ダイのエッジで画定された溶融シリコンのメニスカスからシリコンリボンを引き上げる段階を加えてもよい。リボンの寸法はメニスカスで制御する。リボンの製造速度と装置の熱バランスは慎重に制御する。
【００８１】
流動性チップは、日本国特許第１０１８２１２４号公報や１９７５年にパーガモン・プレス（Ｐｅｒｇａｍｏｎ Ｐｒｅｓｓ， Ｌｔｄ．、オックスフォード）から発行されたクリスタル・グロース（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ）（ブライアン・パンプリン（Ｂｒｉａｎ Ｒ．Ｐａｍｐｌｉｎ）編）の第９章第３４３−３４４頁に掲載された論文“成長、測定及び結晶成長環境の制御”に開示されているような誘導プラズマ法で用いてもよい。誘導プラズマ法の例として、例えば、４メガヘルツ（ＭＨｚ）以上の高周波プラズマトーチを用いてシリコン粒子を溶融する。トーチは、アルゴンのような不活性ガスを陰極と陽極との間に加えた高周波電界に通してイオン化することによって生成する。一旦、アルゴン流をイオン化して高温プラズマにすると、粉状のシリコンはホッパーからプラズマジェットへ共通供給することができる。シリコンはジェット噴射ゾーン内で溶融し、溶融シリコンは水冷型ルツボへ又は成長中の結晶シリコンボディ上へ向けることができる。プラズマトーチ空洞用の適したサイズ範囲の流動性シリコンチップは、このような方法のためのシリコン源として用いることができる。
【００８２】
流動性チップは、米国特許第５，４５４，４２４号明細書や日本国特許第６２２６０７１０号公報に開示されているような電子ビーム溶融法において用いてもよい。電子ビーム溶融法の実施例では、電子ビームで多結晶シリコンを走査することによって多結晶シリコンを溶融する段階と、生成した溶融シリコンを本明細書に記載した鋳造法のいずれかによって鋳造する段階とを備える。多結晶シリコンは流動性チップを含んでもよい。
【００８３】
流動性チップは、熱交換法（ＨＥＭ）において使用してもよい。ＨＥＭ炉は、ルツボの底に結合されたヘリウム熱交換器を用いて加熱要素で囲繞されたルツボを収容するチャンバを備えてもよい。多結晶シリコンは、ルツボを充填するために種結晶の最上部に載置する。チャンバを排気し、加熱要素を加熱してシリコンを溶融する。種結晶は、熱交換器にヘリウムガスを流すことによって溶融するのが回避される。ガス流を徐々に増加すると、熱交換器の温度が低下してシリコンが徐々に固化し、結晶は種結晶の外側に成長していく。溶融シリコンの温度は加熱要素によって制御する；しかしながら、固体結晶の温度は熱交換器によって独立に制御される。加熱及び冷却の両方を二元制御することによって、結晶成長プロセスの固体−液体界面の位置及び移動の制御が可能となる。ＨＥＭという語は、結晶系（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ；国立再生可能エネルギー研究所、ゴールデン、コロラド州）に発表された論文“ＨＥＭシリコン”、及び、フェデレイック・シュミッド（Ｆｅｄｅｒｉｃｋ Ｓｃｈｍｉｄ）及びチャンドラ・カタック（Ｃｈａｎｄｒａ Ｐ．Ｋｈａｔｔａｋ）による論文“光電池用のシリコンウェハ切断に要するコスト（オプティカル・スペクトラ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｐｅｃｔｒａ）、１９８１年５月）”で用いられている。
【００８４】
流動性チップを、米国特許第４，６８９，１０９号明細書に開示されたようなストリングリボン法で用いてもよい。ストリングリボン法の実施例では：
１）２つのストリングと種結晶とを浅いシリコン溶融物から垂直に引き上げる段階と、
２）ストリングと種結晶とを溶融シリコンで濡らし、ストリング間のスペースを充填する段階と、
３）段階２）の生成物を冷却してシリコンリボンを作製する段階と、を備えてもよい。ストリングリボン法は連続であり、最初に溶融物を装填し、流動性チップで再装填することができる。
【００８５】
流動性チップは、米国特許第４，０９５，３２９号明細書、米国特許第４，３２３，４１９号明細書、米国特許第４，４４７，２８９号明細書、米国特許第４，５１９，７６４号明細書、米国特許第４，５６１，４８６号明細書、米国特許第４，５６１，７１７号明細書、米国特許第５，１７８，８４０号明細書、独国特許第３ ２１０ ４９２号明細書、欧州特許第０ ０７９ ５６７号明細書、及び日本国特許第６１６８８９８号公報に開示された方法のような、基板上でシリコンを鋳造する方法で用いてもよい。方法の一実施例は：
１）多結晶シリコンを溶融してルツボに溶融シリコン溜まりを供給する段階と、
２）ルツボからの溶融シリコンを基板上につけて、それによってシリコンウェハーを形成する段階とを備える。基板は溶融シリコンを通過して移動することができ、例えば、基板は回転するウェハーチャック又は他の移動基板であってもよい。あるいは、基板は静止し、その上に溶融シリコンを供給してもよい。流動性チップはルツボを装填若しくは再装填又はその両方に用いてもよい。
【００８６】
流動性チップは、米国特許第５，００６，３１７号明細書、及び米国特許第５，４９９，５９８号明細書に開示されたような焼結方法で使用してもよい。この焼結方法の一実施例は、
１）容器を多結晶シリコン片で充填する段階と、
２）容器を局所的な加熱領域で局所的に加熱して多結晶シリコン片の一部を溶融して焼結部分と溶融部分とを形成する段階と、
３）局所的な加熱領域を容器の長軸方向に移動させて、溶融部分の固化と、焼結部分の溶融と、新しい焼結部分の形成とを交互に行い；それによって容器内にシリコンインゴットを形成する段階とを備えている。
【００８７】
流動性チップは、クリスタル・グロース（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ；ブライアン・パンプリン（Ｂｒｉａｎ Ｒ．Ｐａｍｐｌｉｎ）編、パーガモン・プレス（Ｐｅｒｇａｍｏｎ Ｐｒｅｓｓ， Ｌｔｄ．）、オックスフォード、１９７５年）の第１３章第４９７−５５５頁に掲載された論文“結晶引き上げ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｕｌｌｉｎｇ）”に開示されているような種々の結晶引き上げ法において用いてもよい。その中には、台座法、冷炉法及び冷却ルツボ法のようなルツボ及びルツボフリー法を用いるＣＺ法を含んでもよい。他の冷却ルツボ法が、シスゼック（Ｔ．Ｆ．Ｃｉｓｚｅｋ）による論文“シリコン光電池材料製造についての冷却ルツボ技術の応用（Ｓｏｍｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｃｏｌｄ Ｃｒｕｃｉｂｌｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ）（ジャーナル・オブ・エレクトロケミカル・ソサイアティ（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ）、第１３２巻第４号、１９８５年４月）”において開示されている。
【００８８】
本発明はさらに、ＣＺ法で用いられるルツボを再装填する方法に関するものである。本方法は、ルツボから少なくとも一のインゴットを引き上げる段階とルツボを再装填するためにルツボに流動性チップを装填する段階とを備える。
【００８９】
図１は、本発明を用いることができるＣＺ装置１００の一例を示すものである。装置１００は、引き上げチャンバ１０２の下に成長チャンバ１０１を備える。この成長チャンバ１０１は真空バルブ１０３によってチャンバ１０２と絶縁可能とされている。成長チャンバ１０１はシャフト１０５上に搭載されたルツボ１０４を収容している。シャフト１０５は、該シャフト１０５及びルツボ１０４を回転させるためのモータ１０６に回転可能に接続されている。ルツボ１０４は、該ルツボ１０４の回りにホットゾーン１１４を形成するヒーター１０７によって囲繞されている。ルツボ１０４は溶融シリコン１０８を収容している。インゴット１０９は、種１１０を溶融シリコン１０８に浸漬し、次いで種１１０とインゴット１０９とを上方へ引き上げることによってルツボ１０４から引き上げる。種１１０とインゴット１０９とはルツボ１０４と逆方向に回転する。種１１０は種支持ケーブル１１１に取り付けている。種支持ケーブル１１１は引き上げ機構１１２によって上方へ引き上げられる。引き上げ機構１１２には結晶重量読出装置１１３を取り付けてもよい。
【００９０】
インゴットは成長チャンバに空気を入れないでＣＺ装置から取り出す。流動性チップはインゴットを引き上げ中又は引き上げ後に加えることもできる。流動性チップは連続モードでもバッチモードでも加えることができる。
【００９１】
流動性チップは、成長チャンバが真空下あるいは不活性ガス雰囲気下又はその両方の下にある場合に、ルツボに加える。
【００９２】
流動性チップはルツボが熱いうちにルツボに加える。理論によって限定することを意図するものではないが、ルツボの温度が下がりすぎたら、ルツボが破損することがあることは考えられる。
【００９３】
流動性チップは、シリコンヒールに汚染物を付けないようにルツボに加えることができる。
【００９４】
流動性チップは、バッチモードでも連続モードでもルツボに加えることができる。流動性チップは、溶融シリコンあるいは少なくとも部分的に固化しているシリコンヒールを収容しているルツボに加えることができる。流動性チップは種々のフィーダ装置を用いて加えることができる。
【００９５】
図２は、図１で示したようなＣＺ法で用いられるルツボ１０４を再装填する振動フィーダ装置２００を示している。振動フィーダ装置２００は、流動性チップ２０２を収容するホッパー２０１を備える。ホッパー２０１は、流動性チップ２０２を投入することができる投入口２０３と、流動性チップ２０２が供給トレイ２０５に抜けて出ていく出口２０４とを有する。供給トレイ２０５は、該供給トレイ２０５を振動させる振動フィーダ２０６に取り付けられている。流動性チップ２０２は、出口２０４から出た後、供給トレイ２０５に沿って、供給トレイ２０５の端部からＣＺ装置の成長チャンバ１０１へ延びる供給管２０７へ移動する。供給管２０７の端部に取り付けられたランス２０８は、供給管２０７の端部からルツボ１０４まで延びている。投入口２０３，ホッパー２０１、振動フィーダ２０６及び供給管２０７の少なくとも投入口は、真空を維持することができるハウジング２０９内に取り付けられている。ルツボ１０４からインゴット（図示せず）を引き上げる間、ハウジング２０９を成長チャンバ１０１から隔離するために、供給トレイ２０５の端部と供給管２０７の投入口とに装填隔離ロック２１０が備えられている。
【００９６】
流動性チップは：
ｉ）流動性チップを収容しているホッパーを真空に引くかあるいは該ホッパーに不活性ガスを入れるか又はその両方を行う段階と、
ｉｉ）ホッパーからフィード装置へ流動性チップを供給する段階と、
ｉｉｉ）振動フィーダ装置の全てあるいはその一部を振動させ、それによって流動性チップをフィード装置を介してルツボまで移動する段階と、
を備えた方法において、振動フィーダ装置を用いてルツボに加えることができる。
【００９７】
ホッパーへの不活性ガス注入は、ホッパーを真空にし、ホッパーを半導体グレードのアルゴン、ヘリウムあるいは窒素のような不活性ガスで少なくとも一度パージすることによって実施することができる。
【００９８】
フィード装置は供給管と、任意でホッパーから供給管までの供給トレイと、任意で供給管からルツボまでのランスとを備える。流動性チップを移動するために、ホッパー、供給トレイ、供給管、ランス又はそれらの組合せを振動させることができる。
【００９９】
段階ｉｉｉ）は、流動性チップの共鳴周波数で振動フィーダ装置の全てあるいはその一部を振動させることによって実施することもできる。
【０１００】
流動性チップはバッチモードでルツボに加えることができる。流動性チップは、少なくとも部分的に固化したヒールを収容しているルツボに加えることができる。流動性チップは、キャニスターフィーダ装置（例えば、米国特許第５，４８８，９２４号明細書、及び、ダウド（Ｄａｕｄ，Ｔ）及びカチャール（Ｋａｃｈａｒｅ，Ａ）による論文“光電池モジュールについての改良型チョクラルスキー法シリコン成長技術（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｇｒｏｗｔｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｍｏｄｕｌｅｓ）（ＤＯＥ／ＪＰＬ−１０１２−７０、Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｃａｔｅｇｏｒｙ ＵＣ−６３ｂ、５１０１−２−７平板ソーラーアレイプロジェクト、ＪＰＬ出版８２−３５、１９８２年９月１５日）参照）を用いて加えることができる。
【０１０１】
図３は、図１で示したようなＣＺ法で使用されるルツボ１０４を再装填するキャニスターフィーダ装置３００の一実施例を示すものである。キャニスターフィーダ装置３００は、流動性チップ３０２で充填されたキャニスターあるいはホッパー３０１を備える。キャニスタ３０１は、ＣＺ法のための引き上げチャンバ内に位置している。引き上げチャンバ１０２は閉鎖して排気される。キャニスター３０１はケーブル３０３に取り付けられる。ケーブル３０３は、キャニスター３０１をルツボ１０４近傍まで、すなわち、ルツボ１０４内のヒール３０５の少なくとも部分的に固化した表面３０４の上のレベルまで降下する。キャニスター３０１はキャニスター３０１の出口に取り付けられたコーン３０６を有する。機構３０７がコーン３０６を下方へ、ルツボ１０４内のヒール３０５の少なくとも部分的に固化した表面３０４に近接するレベルではあるがその上のレベルまで降下する。これによって、流動性チップ３０２がキャニスター３０１から出ていくことが可能となり、ルツボ１０４内のヒール３０５の少なくとも部分的に固化した表面３０４上に落ちる。
【０１０２】
流動性チップは：
任意で、ａ）ルツボ内のヒールを少なくとも部分的に固化する段階と、
ｂ）キャニスターを流動性チップで充填する段階と、
ｃ）キャニスターを真空に引く段階と、
ｄ）キャニスターをヒールの上の高さまで移動させる段階と、
ｅ）キャニスターを開口して流動性チップがキャニスターを放出してルツボに入れる段階と、
ｆ）ルツボが所望の深さに充填されるまで段階ｂ）、ｃ）、ｄ）及びｅ）を繰り返す段階と、備えた方法でキャニスターフィーダ装置を用いてルツボに加えることができる。
【０１０３】
米国特許第３，９９８，６８６号明細書、米国特許第４，００２，２７４号明細書、米国特許第４，０９５，３２９号明細書、米国特許第４，１７６，１６６号明細書、米国特許第４，３１２，７００号明細書、米国特許第４，３２３，４１９号明細書、米国特許第４，３８２，８３８号明細書、米国特許第４，３９４，３５２号明細書、米国特許第４，４４７，２８９号明細書、米国特許第４，５１９，７６４号明細書、米国特許第４，５５７，７９５号明細書、米国特許第４，５６１，４８６号明細書、米国特許第４，５７２，８１２号明細書、米国特許第４，６６１，３２４号明細書、米国特許第４，６８９，１０９号明細書、米国特許第４，９６８，３８０号明細書、米国特許第５，００６，３１７号明細書、米国特許第５，０８０，８７３号明細書、米国特許第５，０９８，２２９号明細書、米国特許第５，１６１，７１７号明細書、米国特許第５，１７８，８４０号明細書、米国特許第５，２２９，０８２号明細書、米国特許第５，２４２，６６７号明細書、米国特許第５，２５４，３００号明細書、米国特許第５，４３１，８６９号明細書、米国特許第５，４５４，４２４号明細書、米国特許第５，４６２，０１０号明細書、米国特許第５，４８８，９２４号明細書、米国特許第５，４９９，５９８号明細書、米国特許第５，５１０，０９５号明細書、米国特許第５，４９２，０７９号明細書、米国特許第５，６９０，７３３号明細書、米国特許第５，７６２，４９１号明細書、米国特許第５，８６８，８３５号明細書、米国特許第５，９０２，３９５号明細書、及び米国特許第６，２１７，６４９号明細書、に開示された多結晶シリコンを用いる方法は本明細書に参考文献として組み込まれている。当業者ならば、多結晶シリコンを処理する他の方法と同様に、ここに記載されたシリコン出発材料及び再装填材料に加えて又はその代わりにルツボを用いることができることは理解するだろう。
【０１０４】
フィーダ装置
顆粒を供給するように構成されたフィーダ装置における顆粒の代わりに、流動性チップを用いることができる。定量フィーダ装置、キャニスターフィーダ装置、重量ベルトフィーダ装置、振動フィーダ装置、チップスラスタフィーダ装置、空気圧輸送フィーダ装置、停滞流送り出しランスフィーダ装置、回転盤フィーダ装置、又はオーガフィーダ装置のいずれかのフィーダ装置において、流動性チップを用いることができる。
【０１０５】
定量フィーダ装置の例は、フィケット（Ｆｉｃｋｅｔ，Ｂ）及びミハリック（Ｍｉｈａｌｉｋ，Ｇ）による論文“再装填及び“充填”用の経済的なフィーダ（Ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｆｅｅｄｅｒ ｆｏｒ ｒｅｃｈａｒｇｉｎｇ ａｎｄ “ｔｏｐｐｉｎｇ ｏｆｆ”）（ジャーナル・オブ・クリスタル・グロース（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ）、ジーメンス・ソーラー・インダストリー、第２１１巻第３７２−３７７頁、２０００年）”や、米国特許第３，９９８，６８６号明細書、米国特許第５，０８０，８７３号明細書、米国特許第５，７６２，４９１号明細書、及び日本国特開昭６２−２６０７９１号公報に開示されている。キャニスターフィーダ装置の例は、米国特許第４，３９４，３５２号明細書、米国特許第４，５５７，７９５号明細書、米国特許第５，２２９，０８２号明細書、及び米国特許第５，４８８，９２４号明細書に開示されている。重量ベルトフィーダ装置の例は、米国特許第６，２１７，６４９号明細書に開示されている。振動フィーダ装置の例は、米国特許第５，４６２，０１０号明細書、及び日本国特開平０２−６１７１９７号公報に開示されている。チップスラスタフィーダ装置の例は、米国特許第４，６６１，３２４号明細書に開示されている。空気圧輸送フィーダ装置の例は、米国特許第４，９６８，３８０号明細書、及び米国特許第５，０９８，２２９号明細書に開示されている。停滞流送り出しランスフィーダ装置の例は、米国特許第５，６９０，７３３号明細書、米国特許第５，８６８，８３５号明細書、及び米国特許第５，９０２，３９５号明細書に開示されている。回転盤フィーダ装置の例は、米国特許第４，００２，２７４号明細書、及び米国特許第５，２４２，６６７号明細書に開示されている。オーガフィーダ装置の例は、ダウド（Ｄａｕｄ，Ｔ）及びカチャール（Ｋａｃｈａｒｅ，Ａ）による論文“光電池モジュール用の改良型チョクラルスキー法シリコン成長技術（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｇｒｏｗｔｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｍｏｄｕｌｅｓ）（ＤＯＥ／ＪＰＬ−１０１２−７０、Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｃａｔｅｇｏｒｙ ＵＣ−６３ｂ、５１０１−２−７平板ソーラーアレイプロジェクト、ＪＰＬ出版８２−３５、１９８２年９月１５日）
参照））に開示されている。当業者であれば、本明細書で開示した流動性チップを、多結晶シリコンを処理するのに適したサイズの他の公知のフィーダにおいて用いることができることは理解するだろう。
【０１０６】
【発明の実施の形態】
例
以下の例は、本発明を当業者に例示することを意図しているだけであり、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきものではない。
【０１０７】
例１
ＷＣ、Ｃｏ、ＧＣ−７１２（ゼネラル・カーバイド社製、１２％Ｃｏ及び８８％ＷＣ含有、粒度０．６μｍの粉末）、及び、焼結ＷＣ／Ｃｏ粉末をプラスチック上に拡げる。粉末の初期重量を記録する。エリーツ（登録商標）希土類プレート磁石を、２ ｍｍ 以下の距離で各粉末状を通過させる。粉末の最終重量を記録する。結果を表１に示す。
【表１】
例１は、磁石を用いると多結晶シリコン片から不純物を除去されることを示している。特に、図４のジャークラッシャーで導入されたＷＣ／Ｃｏ不純物が例１の方法を用いて除去されている。
【０１０９】
例２
流動性チップの４つの例を以下の方法で製造する。ジーメンス型真空容器の冷壁から多結晶シリコンＵ型ロッド状材料が得られる。炭素ソケットの除去後、ポリエチレンテーブル上で低汚染衝撃工具を用いてＵ型ロッド状シリコンを１０〜１５ ｃｍ 片に破砕する。得られたシリコンチャンクを図４で示したジャークラッシャー４００に供給する。放出スロットの幅は最近接距離で１５ ｍｍ に制限されている。多結晶シリコン片が放出スロット４１８を通り抜けると、それらは、多結晶シリコン片からダストを除去するように作用する空気混入ダスト収集ゾーンを通過する。得られた多結晶シリコン片はポリエチレンでライニングされた瓶に収集する。
【０１１０】
次いで、収集された多結晶シリコン片を再び同じ装備で粉砕する。粉砕段階の後、シリコン片の流速を調整し、図５〜図８で示したステップデッキ選別器５００上に供給するように作用するＵＨＭＷＰＥホッパーに、収集された多結晶シリコン片を移送する。ホッパー５０２及びステップデッキ選別器５００はいずれも、多結晶シリコン片を移動ように作動する振動テーブル５０１に取り付けられている。デッキは、製品サイズが通常１ ｍｍ から１２ ｍｍ の範囲に維持されるように調整する。長さが１２ ｍｍ より長い多結晶シリコン片は製品から取り除いて、追加の粉砕パス用の粉砕処理に戻し、これによって粉砕された材料が一回だけの粉砕パスに曝された多結晶シリコン片と混ぜられることになる。３００ｋｇの量の多結晶シリコン片が得られるまで、この手順を何度も繰り返す。一連の処理の間に、多結晶シリコン片の４個の試料が酸処理されたＰＴＦＡ容器に収集される。これらの試料は米国特許第５，８５１，３０３号明細書に記載の方法による表面金属分析用として提出する。得られたシリコンの純度を以下の表２に示す。多結晶シリコン片の各試料の制御粒度分布は１ ｍｍ から１２ ｍｍ である。
【表２】
例３
多結晶シリコンのＵ型ロッドはジーメンス型ベルジャー反応器の冷水壁から得られる。炭素ソケット端部の除去後、ポリエチレンテーブル上で低汚染衝撃工具を使ってＵ型ロッド状のシリコンを４インチ片に破砕する。得られたシリコンチャンクを図４で示したジャークラッシャー４００に供給する。放出スロット４１８の幅は最近接距離で１５ ｍｍ までに制限する。多結晶シリコン片が放出スロット４１８を通り抜けると、それらは、多結晶シリコン片からダストを除去するように作用する空気混入ダスト収集ゾーンを通過する。得られた多結晶シリコン片はポリエチレンライニングされた瓶に収集する。収集された多結晶シリコン片を同じ装備で再び粉砕する。粉砕段階の後、シリコン片の図５のステップデッキ選別器５００への流速が調整されるように作用するＵＨＭＷＰＥホッパーに、収集された多結晶シリコン片を移送する。デッキは、製品粒度分布が通常１ ｍｍ から１２ ｍｍ の範囲に維持されるように調整する。４０ｋｇの量の多結晶シリコン片を処理する。バルク不純物（ホウ素、全ドナー、炭素、燐、鉄、ニッケル、銅、及びクロム）と表面不純物（鉄、ニッケル、銅、クロム、ナトリウム、及び亜鉛）とを測定する。表面純度分析に対して、多結晶シリコン片の４個の試料が酸洗されたＰＴＦＡ容器に収集される。
【０１１２】
これらの試料はバルク不純物と表面不純物とを分析する。バルク金属値は、冷凍された探針の酸分解を用いてエッチングされたフローティングゾーンコアから得る。コアは多結晶シリコンロッドから得る。バルク金属値を得るための手順は米国特許第４，９１２，５２８号明細書に記載されている。金属濃度は原子吸収分析から測定する。
【０１１３】
炭素はフローティングゾーンコアから測定する。コアからスライスをとる。スライスはラップして研磨する。フーリエ変換赤外分光法を用いてシリコン中の炭素濃度を測定する。
【０１１４】
燐、ホウ素、アルミニウム、及び砒素は、分散性光ルミネセンス（ＰＬ）として公知の技術的を用いてフローティングゾーンコアから測定する。このテストを用いて、フローティングゾーンコアからの単結晶シリコンスライスを化学的に研磨する。スライスを液体ヘリウム温度まで冷却することによって、アルゴンレーザーを用いて試料内にフォトン放出を生じさせる。電子−正孔ペアの再結合放射の測定強度を用いてこれらの不純物の濃度を決定する。
【０１１５】
ドナーは、シリコンコアの抵抗を測定することから得られる計算値である。
【０１１６】
表面不純物は米国特許第５，８５１，３０３号明細書の方法によって測定する。得られたシリコンの純度は以下の表３及び表４に示す。多結晶シリコン片の各試料の制御粒度分布は１ ｍｍ から１２ ｍｍ である。
【表３】
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＺ装置の概略構成図である。
【図２】ＣＺ法で使用するルツボを再装填する振動フィーダ装置の概略構成図である。
【図３】ＣＺ法で使用するルツボを再装填するキャニスターフィーダ装置の概略構成図である。
【図４】流動性チップを製造する方法で使用するジョークラッシャーの概略側断面図である。
【図５】流動性チップを製造する方法で使用するステップデッキ選別器の概略側断面図である。
【図６】図５のステップデッキ選別器の第２及び第３デッキの拡大側断面図である。
【図７】図５のステップデッキ選別器の第２のステップデッキの概略平面図である。
【図８】図５のステップデッキ選別器の第２デッキの概略側断面図である。
【符号の説明】
１００ ＣＺ装置
１０１ 成長チャンバ
１０２ 引き上げチャンバ
１０３ 真空バルブ
１０４ ルツボ
１０５ シャフト
１０６ モータ
１０７ ヒーター
１０８ 溶融シリコン
１０９ インゴット
１１０ 種
１１１ 種支持ケーブル
１１２ 引き上げ機構
１１３ 結晶重量読出装置
１１４ ホットゾーン
２００ 振動フィーダ装置
２０１ ホッパー
２０２ 流動性チップ
２０３ 投入口
２０４ 出口
２０５ 供給トレイ
２０６ 振動フィーダ
２０７ 供給管
２０８ ランス
２０９ ハウジング
２１０ 装填隔離ロック
３００ キャニスターフィーダ装置
３０１ キャニスター又はホッパー
３０２ 流動性チップ
３０３ ケーブル
３０４ 表面
３０５ ヒール
３０６ コーン
３０７ 機構
４００ ジョークラッシャー
４０１ フレームアセンブリ
４０２ 固定顎板
４０３ 可動顎板
４０４ 顎空洞
４０５ ピットマンキャリヤアセンブリ
４０６ ピットマンベアリング
４０７ 偏心軸
４０８ テンションロッドピン
４０９ フライホイール
４１０ モータ
４１１ ベルト
４１２ ベース
４１３ テンションロッド
４１４ 調整ホイール
４１５ 外側バネカラー
４１６ テンションバネ
４１７ 外側バネカラー
４１８ 放出スロット
４１９ くさび型調整ロッド
４２０ 調整ホイール
４２１ クロスバー
４２２ 調整くさび
４２３ ベアリングくさび
４２４ トグルプレート
４２５ ホッパー
５００ ステップデッキ選別器
５０１ 振動モータアセンブリ
５０２ 投入口
５０３ 流動層領域
５０４ 空気の流れ
５０５ 穿孔板
５０６ 溝形成領域
５０７ ギャップ
５０８ コンベヤ
５０９ 収集容器
５１０ 第２デッキ
５１１ 第２デッキの入口端
５１２ 溝
５１３ 塊
５１４ 破片
５１５ 薄片
５１６ ギャップ
５１７ 第３デッキ
５１８ 第２デッキの出口端
５１９ 尾根部
５２０ 谷部
５２１ デッキ
５２２ ギャップ
５２３ デッキ
５２４ ギャップ
５２５ デッキ
５２６ 収集容器
５２７ 収集容器
５２８ 重量計
５３０ 側壁
５３１ 第１デッキ
５３２ ダスト収集器
５３３ デッキ
５３４ ギャップ[0001]
No. 60 / 358,851 filed on Feb. 22, 2002 and U.S. Patent Application Publication No. 14 filed on Nov. 14, 2002 based on 35 U.S.C. A priority is claimed on the basis of the specification of Japanese Patent Application No. 10 / 298,129.
[0002]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluid chip, an apparatus for producing and using a fluid chip, and a method therefor. Fluid chips are useful in the Czochralski method for reloading crucibles.
[0003]
[Prior art]
Many semiconductor chips used for electronic devices are manufactured from single crystal silicon manufactured by the Czochralski (CZ) method. In the CZ method, when manufacturing a single-crystal silicon ingot, the polycrystalline silicon raw material in the crucible is melted, the crucible and the molten raw material are stabilized at an equilibrium temperature, the seed crystal is immersed in the molten raw material, and the molten raw material is seeded. While crystallizing the seed crystal, the seed crystal is pulled out to grow a single crystal ingot. When the ingot has grown, the ingot is pulled up. The melting is performed at a temperature of 1420 ° C. in a low-pressure inert gas atmosphere. The crystal is grown while continuously rotating the crucible about a substantially vertical axis. The speed at which the ingot is pulled up from the molten raw material is selected according to the desired diameter of the ingot to be produced.
[0004]
Polycrystalline silicon can be obtained using a fluidized bed reactor method to form particulates. Alternatively, polycrystalline silicon can be manufactured using chemical vapor deposition (CVD) in a vacuum vessel. The polycrystalline silicon produced by the CVD method may be crushed or cut into appropriately sized pieces such as rods, chunks, chips, or an aggregate thereof, and then put into a crucible. Polycrystalline silicon is melted into molten silicon.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
One of the drawbacks of the CZ method is that when the loaded polycrystalline silicon melts, only half of the crucible contains molten silicon. This is because gaps remain in the crucible loaded with irregularly shaped debris, which makes the use of crystal pullers inefficient. Therefore, there is a need for a method of efficiently filling the charge after melting and before the onset of seed crystallization.
[0006]
Another disadvantage of the CZ method is that the crucible usually has to be replaced after each pulling, since the crucible can be degraded by use and impurities can get into the molten silicon. New crucibles are expensive and disposal of used crucibles is expensive. For this reason, the development of an improved crucible that can be used continuously for ingot pulling many times and in which contamination of molten silicon with contamination (contamination) is reduced has been promoted. Therefore, it is necessary to efficiently reload the crucible during or after raising the first ingot and the subsequent ingot. Heretofore, various methods of filling the melt and reloading the crucible have been proposed.
[0007]
One method is to leave granular polycrystalline silicon produced in a fluidized bed process (such as ethyl or MEMC granular material) in a crucible after lifting the ingot, ie, to fill the initial charge melt. To load the molten heel. However, this method has a drawback that hydrogen is mixed in the granular polycrystalline silicon produced by the fluidized bed method. When adding granular polycrystalline silicon over the heel, hydrogen is released, which can cause the particulate to burst. As a result, the molten silicon may be spattered and the crucible may be damaged.
[0008]
Another method is to add granular polycrystalline silicon to the crucible while pulling the ingot. However, this method has a drawback that it is difficult to melt the granular polycrystalline silicon even for a sufficient time so that an appropriate replenishment speed is obtained because the particle size is small. Additional heat is required to melt these small particles, which adds cost and accelerates crucible degradation. Accelerated crucible degradation shortens crucible life and increases cost. If the granular material is not sufficiently melted due to too high a rate of adding the granular polycrystalline silicon, the surface of the pulled ingot is damaged, dislocations are generated, and single crystallinity is impaired. In addition, granular polycrystalline silicon may contain large amounts of dust. Dust can cause contaminant problems in the housing of the puller, attach to the surface of the pulled ingot, generate dislocations, and reduce crystal yield. This also increases the process time since re-melting and re-pulling are required.
[0009]
Consequently, particulate polycrystalline silicon is too low in purity for some applications, regardless of the process used to reload the particulate.
[0010]
Attempts to use polycrystalline silicon rods produced by chemical vapor deposition and broken into pieces have not been directed to refilling the crucible due to purity or size issues. The use of relatively large pieces of polycrystalline silicon for refilling the crucible has the disadvantage of damaging the crucible and the reloading equipment. Crushing the polycrystalline silicon pieces to a smaller size renders the polycrystalline silicon pieces unsuitable for use in the crucible reloading process due to contamination by impurities.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a fluid chip, an apparatus for producing and using a fluid chip, and a method therefor. Fluid chips are:
a) subdividing the polycrystalline silicon rod;
b) controlling the particle size distribution by sorting the product from step a) using a step deck sorter;
c) removing impurities from the product in step a) and / or step b). Step b) may be performed using a step deck sorter. Step c) may include exposing the product from step a) and / or step b) to a magnetic field. Step c) may include subjecting the product from step b) to a surface cleaning treatment.
[0012]
The present invention further relates to a method for reloading a crucible used in the Czochralski method using a fluid tip. The method is:
a) lifting the silicon ingot from the crucible by the Czochralski method;
b) adding a flowable chip to the molten silicon in the crucible, the flowable chip being produced by chemical vapor deposition and having a low level of bulk impurities and a low level of surface impurities. Polycrystalline silicon particles composed of silicon particles, said polycrystalline silicon particles having a controlled particle size distribution and generally having a non-spherical morphology; and
c) optionally adding a dopant to the crucible.
The flowable chip used in the present invention is composed of a polycrystalline silicon piece group composed of polycrystalline silicon pieces having low level bulk impurities and low level surface impurities, and has a controlled particle size distribution. Preferably, however, it consists only of polycrystalline silicon pieces having a generally non-spherical morphology.
[0013]
The invention further comprises:
a) lifting the silicon ingot from the crucible by the Czochralski method and leaving a heel on the crucible;
b) solidifying at least the surface of the heel;
c) adding a flowable tip to the surface of the heel, wherein the flowable tip is produced by chemical vapor deposition and has polycrystalline silicon particles having low levels of bulk impurities and low levels of surface impurities. Comprising a group of polycrystalline silicon particles comprising a group of polycrystalline silicon particles having a controlled particle size distribution of 1 mm to 12 mm and generally having a non-spherical morphology;
c) optionally adding a dopant to the crucible.
The flowable chip used in the present invention is a group of polycrystalline silicon particles composed of polycrystalline silicon particles having a low level of bulk impurities and a low level of surface impurities, and has a controlled particle size of 1 mm to 12 mm. It preferably comprises only polycrystalline silicon particles having a distribution and generally non-spherical morphology.
[0014]
All amounts, ratios and proportions are by weight and are otherwise stated. The following is a list of definitions used herein.
[0015]
Definition
“A” and “an” both mean one or more.
[0016]
"Blinding" means that the gap between the two decks in the step deck sorter is clogged and that the polycrystalline silicon pieces cannot pass through the gap, so that the step deck sorter does not function as a sorting means. Means
[0017]
"Charge maximization" refers to a method of increasing the amount of melt beyond that obtained by random filling, by means of which a container such as a mold or crucible can be made of polycrystalline silicon of various sizes and shapes. Means the process of filling with
[0018]
"Filling" refers to the process of filling a container, such as a mold or crucible, with polycrystalline silicon, where the polycrystalline silicon is melted and then further polycrystalline silicon is added to increase the amount of melt. Will be added.
[0019]
"Chemical vapor deposition" refers to any chemical vapor deposition method that does not include the fluidized bed reactor method to produce polycrystalline silicon. An example of the chemical vapor deposition method is a Siemens type growth method.
[0020]
"Fragmenting" means breaking, cutting, or grinding into small particles. Subdivision includes any method of reducing polycrystalline rods to fragments, and is not limited to cutting rods and then crushing them in various ways.
[0021]
"Controlled particle size distribution" (controlled particle size distribution) means that at least 75% of the particles in the particle population have a specific range of particle sizes. For example, a controlled particle size of 4 mm to 12 mm means that at least 75% of the particles are in the range of 4 mm to 12 mm and the remaining up to 25% of the particles are outside the range of 4 mm to 12 mm. means.
[0022]
"Donor" means an atom that donates electrons to silicon. Donors include antimony, arsenic and phosphorus.
[0023]
"Fluidity" means that many solid particles pass through the transfer device without binding to each other, including when applying vibrational energy to the device to suppress the formation of a network of particles bonded to each other. And that means the ability to move.
[0024]
A "fluid chip" is a group of polycrystalline silicon particles composed of polycrystalline silicon particles having low levels of bulk impurities and low levels of surface impurities, having a controlled particle size distribution and generally non-spherical morphology. Means a group of polycrystalline silicon particles having the following formula:
[0025]
Both "granular" and "granular" refer to polycrystalline silicon particles produced by a fluid bed process and having a particle size of 6 mm or less. Granules are usually spherical or nearly spherical.
[0026]
"Heel" means a certain amount of silicon left in the container. The residue includes a lump of silicon remaining in the crucible after the ingot has been pulled out of the crucible, and a lump of molten silicon generated by melting the charge in the container before filling.
[0027]
"Size" means the longest distance between two points on a particle. For example, for spherical particles, the particle size is the diameter.
[0028]
The abbreviation "ppba" means one billionth of the number of silicon atoms.
[0029]
The abbreviation "ppma" means one millionth of the number of silicon atoms.
[0030]
Fluid chips
Fluid chips are polycrystalline silicon particles having a controlled particle size distribution. The control particle size distribution may be from 0.2 mm to 45 mm, or from 1 mm to 25 mm, or from 1 mm to 20 mm, or from 3 mm to 20 mm, or It may be from 4 mm to 12 mm, or from 4 mm to 10 mm, from 1 mm to 12 mm, or from 1 mm to 8 mm. However, a precisely controlled particle size distribution is selected based on a variety of factors, including the method by which the flowable chips are used and the equipment used to supply the flowable chips. For example, for flowable chips used in CZ and / or electronic grade applications, the controlled particle size distribution may be from 2 mm to 45 mm. Also, for flowable chips used in solar cell grade applications such as casting, the controlled particle size distribution may be from 0.2 mm to 45 mm.
[0031]
Depending on the application, the controlled particle size distribution may be between 4 mm and 12 mm, or between 4 mm and 8 mm, or between 4 mm and 6 mm. While not intending to be limited by theory, by setting the controlled particle size distribution to a lower value in the range of 4 mm to 12 mm, it is possible to add a flowable chip to a crucible containing molten silicon. It is believed that splashing is minimized. Also, depending on the application, the controlled particle size distribution may be from 9 mm to 12 mm or from 10 mm to 12 mm. Without intending to be limited by theory, the flowable tip is added to the crucible containing the at least partially solidified heel by setting the controlled particle size distribution lower in the range of 4 mm to 12 mm. It is believed that splashing is minimized.
[0032]
The ranges disclosed herein disclose not only the ranges themselves, but also any ranges subsumed by that range, including the boundaries of the ranges. For example, disclosure of a range of 4 mm to 12 mm includes not only a range of 4 mm to 12 mm, but also a range of 4 mm, 5 mm, 7 mm, 11 mm, 12 mm, and other values within this range. included. Also, for example, disclosures in the range of 4 mm to 12 mm include 4 mm to 8 mm, 9 mm to 10 mm, 9 mm to 12 mm, 10 mm to 12 mm, and others within that range. It includes the same ranges as other included subranges, and also includes ranges equivalent to the ranges disclosed herein.
[0033]
The morphology of flowable chips is usually non-spherical. The exact morphology depends on the method used to make the flowable chips. For example, the method disclosed herein produces a flowable chip by manually breaking a polycrystalline silicon rod by striking with a low-contamination impact tool such as that disclosed in EP-A-0 539 097. , The morphology becomes irregular.
[0034]
Flowable chips have only low levels of boron, donor, phosphorus, carbon and all metal bulk impurities. The level of bulk impurities may be less than or equal to 0.2 ppma, or less than or equal to 0.03 ppma, or less than or equal to 0.025 ppma . The level of boron may be less than or equal to 0.06 ppba. However, in some applications, such as when using boron as a dopant, the level of boron may be less than or equal to 20 ppba, or may range from 5 ppba to 20 ppba.
[0035]
Donor levels may be less than or equal to 0.30 ppba. The flowable chip may have a level of phosphorus less than or equal to 0.02 ppba, or less than or equal to 0.015 ppba. The level of carbon may be less than or equal to 0.17 ppba. The total level of bulk metal impurities may be less than or equal to 4.5 ppba, or less than or equal to 1 ppba. Bulk metal impurities include Cr, Cu, Fe and Ni. The flowable chips may have a bulk level of Cr less than or equal to 0.01 ppba. The flowable chips may have a bulk level of Cu less than or equal to 0.01 ppba. The flowable chip may have a bulk level of Fe of less than or equal to 0.01 ppba. The flowable chip may have a bulk level of Ni less than or equal to 0.01 ppba.
[0036]
Bulk metal impurities can be determined by the float zone method disclosed in U.S. Pat. No. 4,912,528, U.S. Pat. No. 5,361,128, and U.S. Pat. It can be measured by a known method such as the method shown in Example 3 of the specification.
[0037]
Flowable chips have low levels of total surface impurities. The total level of surface impurities may be less than or equal to 30 ppba, or less than or equal to 15 ppba, or less than or equal to 4.5 ppba. The surface impurities include Co, Cr, Cu, Fe, Na, Ni, W and Zn.
[0038]
When a flowable chip is manufactured by the method described below using a jaw crusher as shown in FIG. 4 and a step deck sorter as shown in FIGS. 5 to 8, the flowable chip will have a smaller amount of surface May have impurities. For example, the flowable chip may have an amount less than or equal to 0.06 ppba, or an amount less than or equal to 0.02 ppba, or an amount less than or equal to 0.01 ppba, or 0. It may have an amount of Cr less than or equal to 004 ppba. The flowable chip has an amount less than or equal to 0.15 ppba, or less than or equal to 0.03 ppba, or an amount less than or equal to 0.02 ppba, or 0.01. It may have an amount of Cu less than or equal to ppba. The flowable chip is less than or equal to 18 ppba, or less than or equal to 10 ppba, or less than or equal to 9 ppba, or less than or equal to 7 ppba. Of Fe. The flowable chip has an amount less than or equal to 0.9 ppba, or an amount less than or equal to 0.8 ppba, or an amount less than or equal to 0.5 ppba, or 0.4 It may have an amount of Na less than or equal to ppba. The flowable chip has an amount less than or equal to 0.1 ppba, or an amount less than or equal to 0.07 ppba, or an amount less than or equal to 0.04 ppba, or 0 ppba. It may have Ni. The flowable chip has an amount less than or equal to 0.6 ppba, or an amount less than or equal to 0.5 ppba, or an amount less than or equal to 0.4 ppba, or 0.3 It may have an amount of Zn less than or equal to ppba.
[0039]
Surface purity can be measured by known methods, such as the method disclosed in US Pat. No. 5,851,303.
[0040]
Flowable chips can also have low levels of dust. While not intending to be limited by theory, it is believed that the addition of flowable chips to the crucible allows low levels of dust to facilitate melting and reduce crystal dislocation rates.
[0041]
Fluid chips may have a low residual gas content. Fluid chips may contain no hydrogen or less hydrogen than granules produced by the fluidized bed process. The hydrogen content of the flowable chip can be from 0 to 3600 ppba, alternatively from 0 to 1300 ppba, alternatively from 0 to 800 ppba, or alternatively from 800 to 1300 ppba. Flowable chips may contain low levels of chlorine. The chlorine content of the flowable chips can be from 0 to 300 ppba, alternatively from 20 to 120 ppba, alternatively from 25 to 110 ppba, alternatively from 30 to 100 ppba, or alternatively from 50 to 65 ppba.
The flowable chip of the present invention is a polycrystalline silicon piece group composed of polycrystalline silicon pieces having a bulk impurity level not exceeding 0.03 ppma and a surface impurity level not exceeding 15 ppba. Preferably, it comprises only polycrystalline silicon pieces having a controlled particle size distribution and generally having a non-spherical morphology.
[0042]
Method for manufacturing a flowable chip
Fluid chips are:
a) crushing or cutting the polycrystalline silicon rod;
b) screening the product of step a) to control the particle size distribution;
Optionally, c) subjecting the product from step a) or step b) or both to a surface cleaning treatment.
[0043]
The flowable chip product is further added to the method described above:
d) packaging the product of step a), step b), or step c).
[0044]
Also, the liquid chips are:
a) subdividing the polycrystalline silicon rod;
b) screening the product of step a) to control the particle size distribution;
c) removing impurities from the product in step a) and / or step b).
[0045]
The flowable chip product is further processed as described above:
d) packaging the product of step a), step b) or step c).
[0046]
Manufacture of polycrystalline silicon
The polycrystalline silicon rod can be manufactured by a known method. For example, a polycrystalline silicon rod can be manufactured by a chemical vapor deposition method including chemical vapor deposition of a high-purity chlorine gas or silane gas on a heated substrate. "Handbook of Semiconductor Silicon Technology" (William C. O'Mara), Robert B. Herring, and Ed. Lee P. Ridge, Lee Park, Hunting. (New Jersey, USA, 1990), Chapter 2, pages 39-58.
[0047]
Subdivision of polycrystalline silicon
The polycrystalline silicon rods can be minced, for example, by sawing or by tapping with a low-contamination impact tool as disclosed in EP-A-0 539 097. Alternatively, the polycrystalline silicon rod may be subdivided by a jaw crusher. Alternatively, the polycrystalline silicon rod may be subdivided by tapping with a low-contamination impact tool, so that the subdivided rod is further subdivided by a jaw crusher. Alternatively, the polycrystalline silicon rod may be subdivided by sawing, and then beating with a low-contamination impact tool and further subdivided by a jaw crusher. An example of a suitable jaw crusher is shown in FIG. The
[0048]
The
[0049]
The horizontal spring assembly includes a
[0050]
The vertical assembly includes a wedge-shaped
[0051]
Polycrystalline silicon can be supplied to
[0052]
[0053]
Multiple jaw crushers are arranged in series to obtain a desired shape distribution and / or the above particle size distribution, or to recycle oversized (too large) pieces of polycrystalline silicon, or both. Those skilled in the art will recognize that they may be used as such. "Introduction to Particle Technology" (John Wiley & Sun, New York) if the material of the comminuter component that comes into contact with silicon includes materials that minimize silicon contamination. (April 1999),
[0054]
One skilled in the art will recognize that other conventional subdivision devices may be used in the method of the present invention in conjunction with or instead of the jaw crusher. Suitable subdivision devices are described in U.S. Pat. No. 4,815,667, U.S. Pat. No. 5,346,141, U.S. Pat. No. 5,464,159, EP 0 573 855. The specification is disclosed in Japanese Patent No. 025675959 and Japanese Patent No. 58145611.
[0055]
Sorting of polycrystalline silicon pieces
Assuming that the portion of the sorter that contacts the silicon is made of a material that minimizes silicon contaminants, such as those described above, a piece of polycrystalline silicon (fractured rod) is disclosed in US Pat. No. 5,165,548. The rotating silicon screen disclosed in the specification, or any of U.S. Patent Nos. 3,905,556, 5,064,076 or 5,791,493. Sorting can be performed using a device such as a sorting device or manually.
[0056]
Also, the polycrystalline silicon pieces may be sorted using an apparatus including a step deck sorter. The equipment to sort polycrystalline silicon pieces
I) a vibration motor assembly;
II) a step deck sorter mounted on the vibration motor assembly;
Is provided.
[0057]
The step deck sorter is
i) the first deck,
a) having a polycrystalline silicon piece input port to a groove forming area;
b) the groove forming region extends from the polycrystalline silicon piece input port or extends downstream of the polycrystalline silicon piece input port, and each groove has a ridge portion and a valley portion;
c) A slope formed downstream of the inlet, wherein the ridge of the groove is inclined so that it protrudes beyond the valley of the groove beyond the first gap between the first deck and the last deck. A first deck having a single deck exit end,
ii) a final deck located downstream of the first gap and below the first deck;
a) a polycrystalline silicon piece input port;
b) a groove forming region extending from the polycrystalline silicon piece input port or formed downstream of the polycrystalline silicon piece input port, wherein each groove has a ridge portion and a valley portion;
c) a final deck with an outlet for polycrystalline silicon pieces;
iii) a collection container provided below the first gap for collecting polycrystalline silicon pieces falling through the first gap;
iv) a collection container for oversized polycrystalline silicon pieces provided below the exit of the final deck to collect the oversized polycrystalline silicon pieces that did not fall without falling through the first gap;
Is provided.
[0058]
The step deck sorter may include one or more additional decks between the first deck and the final deck, each additional deck comprising:
a) a polycrystalline silicon piece input port;
b) a groove forming region extending from the polycrystalline silicon piece input port or extending downstream of the polycrystalline silicon piece input port, wherein each groove has a ridge portion and a valley portion;
c) an additional deck outlet, the additional deck having a slope at the outlet end such that the ridge of the groove projects more over the gap at the outlet end than the valley of the groove. I have.
[0059]
The polycrystalline silicon sorting device is furthermore possible to those skilled in the art without undue experimentation, or a weigh scale and / or a dust removal device located downstream of the first gap under the collection container of iii). May be provided. One skilled in the art will recognize that one or more step deck sorters can be used in series to sort polycrystalline silicon pieces.
[0060]
An example of an apparatus for sorting polycrystalline silicon pieces and including a step deck sorter is shown in FIGS. FIG. 5 is a side view of the apparatus. The
[0061]
7 is a plan view of the
[0062]
FIG. 6 is a cross-sectional view of the
[0063]
The
[0064]
To directly fill the
[0065]
Those skilled in the art will understand that varying the number of decks; the width, depth and shape of the grooves in each deck; the size of the gap between the decks; . The grooves may have different widths, depths and shapes. The groove may be triangular, trapezoidal or semi-circular, for example.
[0066]
As with the equipment used to subdivide the polycrystalline silicon, the parts of the equipment used for sorting that contact the polycrystalline silicon pieces are made of materials that do not contaminate silicon, such as the component materials described above for the
[0067]
In addition, the step deck sorter described above provides a larger size (eg, 45 mm) by varying the size of the deck; the width, depth and shape of the grooves in each deck; the size of the gap between the decks; One of ordinary skill in the art will recognize that it can be used to screen materials other than flowable chips, such as the above polycrystalline silicon pieces.
[0068]
Optional contaminant removal
The polycrystalline silicon pieces having a controlled particle size distribution obtained as described above may optionally be exposed to a magnetic field to remove contaminants. For example, a piece of polycrystalline silicon may be passed through a chamber containing a magnet to remove contaminants, or a magnet may be passed over the piece of polycrystalline silicon. The magnet may be a rare earth magnet or an electromagnet or a combination thereof. The magnet may be in direct contact with the polycrystalline silicon piece or may be in the vicinity of the polycrystalline silicon piece. The magnet removes most of the fine particles having a suitable magnetic susceptibility. These particles include ferromagnetic impurities, such as iron and cobalt, and paramagnetic impurities, such as tungsten carbide, as well as other ferromagnetic impurities used in the production of materials for the equipment used to fragment and sort silicon. Includes magnetic impurities and paramagnetic impurities.
[0069]
Alternatively, the contaminants are disclosed in U.S. Pat. No. 3,905,556, U.S. Pat. No. 4,125,191, U.S. Pat. No. 4,157,953, U.S. Pat. No. 4,250,025. No. 4,345,995, U.S. Pat. No. 4,525,336, U.S. Pat. No. 5,297,744, or U.S. Pat. No. 5,830,282. It may be removed by a method as disclosed in the specification. Contaminants may be removed by chemical methods, such as those disclosed in EP 0 215 121, in addition to or instead of methods involving a magnetic field.
[0070]
Depending on the purity of the polycrystalline silicon rod used as the starting material and the method of subdividing and sorting the silicon, the product at this stage may be a solar cell grade monocrystalline silicon wafer or an electronic product grade monocrystalline silicon wafer. It may have sufficient purity to be used in manufacturing. However, if the purity is not sufficient for electronic grade applications or both, the silicon may be surface cleaned to further remove impurities.
[0071]
Optional surface cleaning
The surface of the polycrystalline silicon piece can be cleaned by a known method. Surface cleaning may be performed in addition to or instead of the contaminant removal methods described above. For example, a crushed rod is contacted with the method disclosed in US Pat. No. 5,851,303, that is, the crushed rod is continuously contacted with a hydrogen fluoride gas, an aqueous solution containing at least 0.5% hydrogen peroxide. It can be cleaned by a method comprising a step and a step of subsequently drying the crushing rod. Alternatively, the crushing rod can be cleaned by the method disclosed in JP-A-5-4811. Alternatively, the crushed rods can be surface cleaned by anisotropic etching as disclosed in Canadian Patent No. 954425 or U.S. Pat. No. 4,971,654. Other suitable surface cleaning methods include those disclosed in U.S. Patent Nos. 4,588,571 and 6,004,402.
[0072]
The manufactured flowable chips can be packaged by any convenient means, ie, manually or automatically by placing the flowable chips into a polyethylene bag.
[0073]
How to use fluid chips
The flowable chips described above can be used in solar cell grade applications or electronic product grade applications, depending on the particle size distribution and purity. Specific applications of flowable chips include applications related to initial loading, such as maximizing initial loading and filling initial loading, as well as crucible reloading and maximizing reloading of CZ methods and filling of reloading material. Reloading related applications are included.
[0074]
In addition to or in place of the silicon described herein, a flowable chip can be used in US Pat. No. 4,176,166, US Pat. No. 4,312,700, US Pat. U.S. Pat. No. 5,382,838, U.S. Pat. No. 4,572,812, U.S. Pat. No. 5,254,300, U.S. Pat. No. 5,431,869, U.S. Pat. No. 5,492. No. 5,009,095, Chinese Patent No. 1,176,319, German Patent No. 444411, European Patent No. 0 869 102, European Patent No. 0095575. Specification, Japanese Patent No. 10190025, Japanese Patent No. 11116386, Japanese Patent No. 58026019, Japanese Patent No. 58099115, Japanese Patent It may be used in a solar cell casting method as disclosed in Japanese Patent No. 62108515 and Japanese Patent No. 9301709. Casting may include a step of injecting molten silicon into a heated mold or a step of melting polycrystalline silicon in a crucible, and a step of gradually cooling and solidifying silicon.
[0075]
For example, a suitable batch casting method is:
1) introducing a semiconductor material into a mold having walls defining a desired cross-sectional shape;
2) melting the semiconductor material;
3) solidifying the semiconductor material after step 2) to produce a cast ingot having a desired cross-sectional shape. Step 2) may be performed before, during, or after step 1). The cast ingot may be removed from the mold after step 3) and the method may be repeated thereafter. The flowable chips described above may be used for loading the mold in step 1).
[0076]
Also, a continuous casting method can be used. The continuous casting method is:
1) melting a semiconductor material continuously supplied to a bottomless container arranged in an induction coil;
Optionally, 2) blowing hot plasma gas over the surface of the melt for purification;
3) continuously discharging the solidified silicon from the bottomless container downstream. At least the shaft of the bottomless container is divided into a plurality of conductive pieces that are spaced apart in the circumferential direction. The semiconductor material may comprise a flowable chip as described above.
[0077]
The apparatus used in the preferred continuous casting method also includes a plurality of conductive members arranged side-by-side to define a container-like region having an open top and an open bottom. The apparatus further comprises means for including a high frequency AC current in each conductive member. A telescopic support member is provided via the open bottom of the container-like area. The support member functions to support the semiconductor material in the container-like region.
[0078]
The preferred continuous casting method is:
1) introducing a semiconductor material into the container-like region of the device described above;
2) melting the semiconductor material;
3) applying a voltage to the means for inducing a current to induce a first current in each conductive member;
4) using a first current to induce a second current in the semiconductor material, wherein the second current flows in a direction substantially opposite to the direction of the first current. When,
5) using a first current and a second current to prevent the semiconductor material from repelling and contacting the conductive member during the casting process.
[0079]
The method further includes: 6) separating the support member from the container-like region such that the molten semiconductor material supported by the support member is repelled from the conductive member to solidify the molten semiconductor material into the cast ingot. When,
7) additionally supplying the semiconductor material onto the container-like region. Steps 1) to 7) may be repeated. The material used in step 1) and / or step 7) may include the flowable chips described above.
[0080]
The flowable tip may be used in a fixed length method such as a fixed edge thin film growth method (EFG) for producing silicon ribbons. The EFG method is described in the paper "EFG-Invention" published by Label (HE LaBelle. Jr.) et al. In Journal of Crystal Growth, Vol. 8, pp. 8-17 (1980). And the application to Sapphire growth (EFG The Invention and Application to Sapphire Growth), and by K. Koliwad et al. On April 15, 1984, "Plates Related to High-Speed Crystal Growth and Crystal Characterization of Solar Cells." Proceedings of the Solar Array Project Research Forum (edited by Katherine Damas, Jet Propulsion Laboratory (JPL), California Institute of Technology, Pasadena, California, USA Energy It has been described in papers published in the first 22-24 pages of jurisdiction). " A preferred EFG method may include lifting a silicon ribbon from a molten silicon meniscus defined at the edge of the die. The dimensions of the ribbon are controlled by the meniscus. Carefully control the ribbon production rate and equipment heat balance.
[0081]
Fluid chips are disclosed in Japanese Patent No. 10182124 and Crystal Growth (Brian R. Pamplin) issued by Pergamon Press, Ltd., Oxford in 1975. Ed.), Chapter 9, pp. 343-344, may be used in the induction plasma method as disclosed in the article “Growth, Measurement and Control of Crystal Growth Environment”. As an example of the induction plasma method, for example, silicon particles are melted using a high-frequency plasma torch of 4 MHz or more. A torch is created by ionizing an inert gas, such as argon, through a high frequency electric field applied between a cathode and an anode. Once the argon stream is ionized into a high temperature plasma, the powdered silicon can be commonly supplied from a hopper to a plasma jet. The silicon melts in the jetting zone, and the molten silicon can be directed to a water-cooled crucible or onto a growing crystalline silicon body. Fluid silicon chips of a suitable size range for the plasma torch cavity can be used as a silicon source for such a method.
[0082]
The flowable chip may be used in an electron beam melting method as disclosed in US Pat. No. 5,454,424 and Japanese Patent No. 62260710. Examples of electron beam melting include melting polycrystalline silicon by scanning the polycrystalline silicon with an electron beam, and casting the resulting molten silicon by any of the casting methods described herein. Is provided. Polycrystalline silicon may include flowable chips.
[0083]
Fluid chips may be used in a heat exchange method (HEM). The HEM furnace may include a chamber containing a crucible surrounded by a heating element using a helium heat exchanger coupled to the bottom of the crucible. Polycrystalline silicon is placed on top of the seed crystal to fill the crucible. The chamber is evacuated and the heating element is heated to melt the silicon. The seed crystal is prevented from melting by flowing helium gas through the heat exchanger. As the gas flow is gradually increased, the temperature of the heat exchanger decreases and the silicon gradually solidifies and the crystal grows outside the seed crystal. The temperature of the molten silicon is controlled by a heating element; however, the temperature of the solid crystals is independently controlled by a heat exchanger. Binary control of both heating and cooling allows for control of the position and movement of the solid-liquid interface of the crystal growth process. The term HEM is based on the article "HEM silicon" published in Crystal Systems (National Institute of Renewable Energy, Golden, Colorado), as well as Federic Schmid and Chandra P.C. (Khattak), "Costs for Cutting Silicon Wafers for Photovoltaic Cells (Optical Spectra, May 1981)".
[0084]
Flowable chips may be used in the string ribbon method as disclosed in US Pat. No. 4,689,109. In an embodiment of the string ribbon method:
1) vertically pulling two strings and a seed crystal from a shallow silicon melt;
2) wetting the string and seed crystal with molten silicon to fill the space between the strings;
3) cooling the product of step 2) to produce a silicon ribbon. The string ribbon process is continuous and can be loaded first with the melt and reloaded with a flowable tip.
[0085]
Fluid chips are described in U.S. Pat. No. 4,095,329, U.S. Pat. No. 4,323,419, U.S. Pat. No. 4,447,289, U.S. Pat. No. 4,519,764. Specification, U.S. Pat. No. 4,561,486, U.S. Pat. No. 4,561,717, U.S. Pat. No. 5,178,840, German Patent No. 3,210,492, It may be used in a method for casting silicon on a substrate, such as the method disclosed in EP 0 079 567 and Japanese Patent No. 6,168,898. One embodiment of the method is:
1) melting polycrystalline silicon and supplying a molten silicon pool to a crucible;
2) applying molten silicon from the crucible onto the substrate, thereby forming a silicon wafer. The substrate can move through the molten silicon, for example, the substrate can be a rotating wafer chuck or other moving substrate. Alternatively, the substrate may be stationary and supply molten silicon thereon. Flowable chips may be used for loading and / or reloading the crucible.
[0086]
The flowable chips may be used in a sintering method as disclosed in US Pat. No. 5,006,317 and US Pat. No. 5,499,598. One embodiment of this sintering method is
1) filling the container with a piece of polycrystalline silicon;
2) locally heating the vessel in a local heating zone to melt a portion of the polycrystalline silicon piece to form a sintered portion and a fused portion;
3) The local heating zone is moved in the longitudinal direction of the container so that the solidification of the molten part, the melting of the sintered part and the formation of a new sintered part are alternately performed; Forming a step.
[0087]
Fluid chips are described in Chapter 13 pp. 497-555 of Crystal Growth; edited by Brian R. Pamplin, Pergamon Press, Ltd., Oxford, 1975. It may be used in various crystal pulling methods as disclosed in the published article "Crystal Pulling". The method may include a CZ method using a crucible and a crucible-free method such as a pedestal method, a cold furnace method, and a cooling crucible method. Another method of cooling crucibles is described in the paper by TF Cisek, "Some Applications of Cold Crucible Technology for Silicon Photovoltaic Materials, Electronic Materials of Silicon Crucible Technology for Silicon Photovoltaic Materials. Journal of the Electrochemical Society, Vol. 132, No. 4, April 1985).
[0088]
The invention further relates to a method for reloading a crucible used in the CZ method. The method includes withdrawing at least one ingot from the crucible and loading the crucible with a flowable chip to reload the crucible.
[0089]
FIG. 1 shows an example of a
[0090]
The ingot is removed from the CZ device without inflating the growth chamber. Flowable chips can also be added during or after lifting the ingot. Flowable chips can be added in either continuous or batch mode.
[0091]
Fluid chips are added to the crucible when the growth chamber is under vacuum and / or under an inert gas atmosphere.
[0092]
The flowable chips are added to the crucible while the crucible is hot. Without intending to be limited by theory, it is believed that the crucible may be damaged if the temperature of the crucible is too low.
[0093]
Flowable chips can be added to the crucible to keep the silicon heel free of contaminants.
[0094]
Flowable chips can be added to the crucible in either batch or continuous mode. The flowable tip can be added to a crucible containing molten silicon or at least partially solidified silicon heel. Fluid chips can be added using various feeder devices.
[0095]
FIG. 2 shows a
[0096]
Fluid chips are:
i) drawing a vacuum on the hopper containing the flowable chips and / or introducing an inert gas into the hopper;
ii) supplying a flowable chip from the hopper to the feed device;
iii) vibrating all or part of the vibrating feeder device, thereby moving the flowable chip through the feed device to the crucible;
In the method provided with the above, it can be added to the crucible using a vibrating feeder device.
[0097]
Inert gas injection into the hopper can be performed by evacuating the hopper and purging the hopper at least once with an inert gas such as semiconductor grade argon, helium or nitrogen.
[0098]
The feed device comprises a supply tube, optionally a supply tray from the hopper to the supply tube, and optionally a lance from the supply tube to the crucible. The hopper, supply tray, supply tube, lance, or combination thereof can be vibrated to move the flowable chips.
[0099]
Step iii) can also be performed by vibrating all or part of the vibrating feeder device at the resonant frequency of the flowable tip.
[0100]
Flowable chips can be added to the crucible in batch mode. The flowable tip can be added to a crucible containing an at least partially solidified heel. Fluid chips are described in Canister Feeder Apparatus (eg, US Pat. No. 5,488,924 and the improved Czochralski for Photovoltaic Module by Daud, T. and Kachar, A.). Czochralski Silicon Growth Technology for Photovoltaic Modules (DOE / JPL-1012-70, Distribution Category UC-63b; D)) can be added.
[0101]
FIG. 3 shows an embodiment of a
[0102]
Fluid chips are:
Optionally, a) at least partially solidifying the heel in the crucible;
b) filling the canister with flowable chips;
c) drawing a vacuum on the canister;
d) moving the canister to a level above the heel;
e) opening the canister and allowing the flowable chip to release the canister into the crucible;
f) repeating steps b), c), d) and e) until the crucible is filled to the desired depth, and can be added to the crucible using the canister feeder device in a provided manner.
[0103]
U.S. Pat. No. 3,998,686, U.S. Pat. No. 4,002,274, U.S. Pat. No. 4,095,329, U.S. Pat. No. 4,176,166, U.S. Pat. No. 4,312,700, U.S. Pat. No. 4,323,419, U.S. Pat. No. 4,382,838, U.S. Pat. No. 4,394,352, U.S. Pat. No. 4,447,289, U.S. Pat. No. 4,519,764, U.S. Pat. No. 4,557,795, U.S. Pat. No. 4,561,486, U.S. Pat. No. 4,572. U.S. Patent No. 4,612,324; U.S. Patent No. 4,689,109; U.S. Patent No. 4,968,380; U.S. Patent No. 5,006,317. No., U.S. Pat. No. 5,080 No. 873, US Pat. No. 5,098,229, US Pat. No. 5,161,717, US Pat. No. 5,178,840, US Pat. No. 5,229,082. Specification, U.S. Patent No. 5,242,667, U.S. Patent No. 5,254,300, U.S. Patent No. 5,431,869, U.S. Patent No. 5,454,424 U.S. Pat. No. 5,462,010; U.S. Pat. No. 5,488,924; U.S. Pat. No. 5,499,598; U.S. Pat. No. 5,510,095; Patent No. 5,492,079, U.S. Patent No. 5,690,733, U.S. Patent No. 5,762,491, U.S. Patent No. 5,868,835, U.S. Patent No. 5,902,395, and U.S. Patent No. 6,217,649, a method using a polycrystalline silicon disclosed in which are incorporated by reference herein. Those skilled in the art will appreciate that a crucible can be used in addition to or instead of the silicon starting and reloading materials described herein, as well as other methods of processing polycrystalline silicon.
[0104]
Feeder device
Instead of granules in a feeder device configured to supply granules, flowable chips can be used. In a feeder device of any of a fixed-quantity feeder device, a canister feeder device, a weight belt feeder device, a vibratory feeder device, a chip thruster feeder device, a pneumatic transport feeder device, a stagnant flow sending lance feeder device, a turntable feeder device, or an auger feeder device. Fluid chips can be used.
[0105]
An example of a quantitative feeder device is the economic feeder for recharging and “topping off” (Journal of Ficket, B) and the article “Reloading and“ Filling ”by Mihalik, G).・ Crystal Growth (Journal of Crystal Growth), Siemens Solar Industry, Vol. 211, pp. 372-377, 2000), US Pat. No. 3,998,686, US Pat. No. 5,080. , 873, U.S. Pat. No. 5,762,491 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-260791. Examples of canister feeder devices are described in U.S. Pat. No. 4,394,352, U.S. Pat. No. 4,557,795, U.S. Pat. No. 5,229,082, and U.S. Pat. No. 5,488. , 924. An example of a heavy belt feeder device is disclosed in US Pat. No. 6,217,649. Examples of the vibration feeder device are disclosed in U.S. Pat. No. 5,462,010 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 02-617197. An example of a chip thruster feeder is disclosed in U.S. Pat. No. 4,661,324. Examples of pneumatic transport feeder devices are disclosed in U.S. Pat. No. 4,968,380 and U.S. Pat. No. 5,098,229. Examples of stagnant flow lance feeder devices are disclosed in U.S. Pat. No. 5,690,733, U.S. Pat. No. 5,868,835, and U.S. Pat. No. 5,902,395. I have. Examples of turntable feeder devices are disclosed in U.S. Pat. No. 4,002,274 and U.S. Pat. No. 5,242,667. Examples of auger feeder devices are described in the article by Daud (Taud, T.) and Kachar (A), "Advanced Czochralski Silicon Growth Technology for Photovoltaics / Photovoltaic / Photovoltaic / Photovoltaic / Photovoltaic / Photovoltaic / Photovoltaic / Photovoltaic / Photovoltaic / Photovoltaic / Photovoltaic / Photovoltaic / Photovoltaic / Photovoltaic / Photovoltaic / Photovoltaic / Photovoltaic / Photovoltaic / Photovoltaic / Photovoltaics / -1012-70, Distribution Category UC-63b, 5101-2-7 Flat Panel Solar Array Project, JPL Publishing 82-35, September 15, 1982)
See)). Those skilled in the art will appreciate that the flowable chips disclosed herein can be used in other known feeders of a size suitable for processing polycrystalline silicon.
[0106]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An example
The following examples are intended only to illustrate the invention to those skilled in the art and should not be construed as limiting the scope of the invention.
[0107]
Example 1
Spread WC, Co, GC-712 (Powder with General Carbide, containing 12% Co and 88% WC, 0.6 μm particle size) and sintered WC / Co powder on plastic. Record the initial weight of the powder. An Elites® rare earth plate magnet is passed through each powder at a distance of 2 mm or less. Record the final weight of the powder. Table 1 shows the results.
[Table 1]
Example 1 shows that using a magnet removes impurities from a piece of polycrystalline silicon. In particular, the WC / Co impurities introduced in the jar crusher of FIG. 4 have been removed using the method of Example 1.
[0109]
Example 2
Four examples of flowable chips are manufactured in the following manner. Polycrystalline silicon U-shaped rod-shaped material is obtained from the cold wall of the Siemens-type vacuum vessel. After removal of the carbon socket, the U-shaped silicon rod is crushed into 10-15 cm pieces on a polyethylene table using a low-contamination impact tool. The obtained silicon chunk is supplied to the
[0110]
The collected polycrystalline silicon pieces are then ground again with the same equipment. After the milling step, the flow rate of the silicon pieces is adjusted and the collected polycrystalline silicon pieces are transferred to a UHMWPE hopper, which acts to feed onto the
[Table 2]
Example 3
Polycrystalline silicon U-shaped rods are obtained from the cold water wall of a Siemens-type bell jar reactor. After removal of the carbon socket ends, the U-shaped rod of silicon is broken into 4-inch pieces using a low-contamination impact tool on a polyethylene table. The obtained silicon chunk is supplied to the
[0112]
These samples analyze for bulk and surface impurities. Bulk metal values are obtained from the floating zone core etched using acid decomposition of a frozen tip. The core is obtained from a polycrystalline silicon rod. Procedures for obtaining bulk metal values are described in U.S. Pat. No. 4,912,528. The metal concentration is measured by atomic absorption analysis.
[0113]
Carbon is measured from the floating zone core. Take a slice from the core. Slices are wrapped and polished. The carbon concentration in silicon is measured using Fourier transform infrared spectroscopy.
[0114]
Phosphorus, boron, aluminum, and arsenic are measured from the floating zone core using a technique known as dispersive photoluminescence (PL). Using this test, a single crystal silicon slice from the floating zone core is chemically polished. By cooling the slice to liquid helium temperature, an argon laser is used to cause photon emission in the sample. The measured intensity of the recombination radiation of the electron-hole pair is used to determine the concentration of these impurities.
[0115]
Donor is a calculated value obtained from measuring the resistance of the silicon core.
[0116]
Surface impurities are measured by the method of US Pat. No. 5,851,303. The purity of the obtained silicon is shown in Tables 3 and 4 below. The controlled particle size distribution for each sample of polycrystalline silicon pieces is between 1 mm and 12 mm.
[Table 3]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a CZ device.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a vibration feeder device for reloading a crucible used in the CZ method.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a canister feeder device for reloading a crucible used in the CZ method.
FIG. 4 is a schematic side sectional view of a jaw crusher used in a method of manufacturing a flowable chip.
FIG. 5 is a schematic side sectional view of a step deck sorter used in a method for manufacturing a flowable chip.
FIG. 6 is an enlarged side sectional view of second and third decks of the step deck sorter of FIG. 5;
FIG. 7 is a schematic plan view of a second step deck of the step deck sorter of FIG. 5;
FIG. 8 is a schematic side sectional view of a second deck of the step deck sorter of FIG. 5;
[Explanation of symbols]
100 CZ device
101 Growth Chamber
102 lifting chamber
103 vacuum valve
104 Crucible
105 shaft
106 motor
107 heater
108 molten silicon
109 Ingot
110 species
111 type support cable
112 Lifting mechanism
113 Crystal weight reading device
114 Hot Zone
200 Vibration feeder device
201 Hopper
202 Fluid chips
203 Input port
205 supply tray
206 Vibration feeder
207 Supply pipe
208 Lance
209 Housing
210 Load Isolation Lock
300 canister feeder device
301 canister or hopper
302 Fluid chips
303 cable
304 surface
305 heel
306 cone
307 mechanism
400 jaw crusher
401 Frame Assembly
402 fixed jaw plate
403 movable jaw plate
404 jaw cavity
405 pitman carrier assembly
406 pitman bearing
407 Eccentric shaft
408 tension rod pin
409 flywheel
410 motor
411 belt
412 base
413 tension rod
414 adjustment wheel
415 Outside spring collar
416 tension spring
417 Outer spring collar
418 Release Slot
419 Wedge type adjustment rod
420 adjustment wheel
421 Crossbar
422 adjustment wedge
423 Bearing wedge
424 toggle plate
425 Hopper
500 step deck sorter
501 Vibration motor assembly
502 Input
503 Fluidized bed area
504 Air flow
505 perforated plate
506 Groove formation area
507 gap
508 conveyor
509 Collection container
510 2nd deck
511 Entrance end of deck 2
512 grooves
513 lump
514 debris
515 thin section
516 gap
517 Deck 3
518 Exit end of deck 2
519 ridge
520 Tanibe
521 deck
522 gap
523 deck
524 gap
525 deck
526 Collection Container
527 Collection Container
528 weighing scale
530 side wall
531 1st deck
532 dust collector
533 deck
534 gap
Claims (45)
ｂ）段階ａ）での生成物をステップデッキ選別器を用いて選別することにより粒度分布を制御する段階と、
ｃ）段階ａ）あるいは段階ｂ）またはその両方の段階での生成物から不純物を除去する段階と、を備えた方法。a) subdividing the polycrystalline silicon rod;
b) controlling the particle size distribution by sorting the product from step a) using a step deck sorter;
c) removing impurities from the product of step a) and / or step b).
ｂ）ルツボ内の溶融シリコンに流動性チップを加える段階であって、該流動性チップが、化学的気相成長法で製造されかつ低レベルのバルク不純物と低レベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン片で構成される多結晶シリコン片群であって、しかも制御された粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン片群から成るところの段階と；
ｃ）任意でルツボにドーパントを加える段階と、を備えた方法。a) lifting the silicon ingot from the crucible by the Czochralski method;
b) adding a flowable chip to the molten silicon in the crucible, the flowable chip being manufactured by chemical vapor deposition and having a low level of bulk impurities and a low level of surface impurities. A set of polycrystalline silicon pieces comprising silicon pieces and having a controlled particle size distribution and generally having a non-spherical morphology; and
c) optionally adding a dopant to the crucible.
ｉ）流動性チップを収容しているホッパーを真空に引くかあるいは該ホッパーに不活性ガスを入れるか又はその両方を行う段階と、
ｉｉ）ホッパーからフィード装置へ流動性チップを供給する段階と、
ｉｉｉ）振動フィーダ装置の全てあるいはその一部を振動させ、それによって流動性チップをフィード装置を介してルツボまで移動させる段階と、を備えた工程によって実施する請求項１３に記載の方法。Step b) is performed using a vibration feeder device,
i) drawing a vacuum on the hopper containing the flowable chips and / or introducing an inert gas into the hopper;
ii) supplying a flowable chip from the hopper to the feed device;
iii) vibrating all or a portion of the vibratory feeder device, thereby moving the flowable chip to the crucible via the feed device.
任意に、ｂ）少なくともヒールの表面を固化する段階と；
ｃ）ヒールの表面に流動性チップを加える段階であって、該流動性チップが、化学的気相成長法で製造されかつ低レベルのバルク不純物と低レベルの表面不純物とを有する多結晶シリコン粒子で構成される多結晶シリコン粒子群であって、しかも１ ｍｍ から１２ ｍｍ の制御された粒度分布を有しかつ概して非球状モルフォロジィを有する多結晶シリコン粒子群から成るところの段階と；
ｃ）任意でルツボにドーパントを加える段階と、を備えた方法。a) lifting the silicon ingot from the crucible by the Czochralski method and leaving a heel on the crucible;
Optionally b) solidifying at least the surface of the heel;
c) adding a flowable tip to the surface of the heel, the flowable tip being made by chemical vapor deposition and having polycrystalline silicon particles having low levels of bulk impurities and low levels of surface impurities. Comprising polycrystalline silicon particles having a controlled particle size distribution of 1 mm to 12 mm and generally having a non-spherical morphology;
c) optionally adding a dopant to the crucible.
ｉ）キャニスターを流動性チップで充填する段階と、
ｉｉ）キャニスターを真空に引く段階と、
ｉｉｉ）キャニスターをヒールの上の高さまで移動する段階と、
ｉｖ）キャニスターを開口して流動性チップをキャニスターから放出してルツボに入れる段階と、
ｖ）ルツボが所望の深さに充填されるまで段階ｉ）、ｉｉ）、ｉｉｉ）及びｉｖ）を繰り返す段階と、
を備えた手法によって実施する請求項２４に記載の方法。Step c)
i) filling the canister with a flowable chip;
ii) vacuuming the canister;
iii) moving the canister to a level above the heel;
iv) opening the canister to release the flowable chips from the canister into a crucible;
v) repeating steps i), ii), iii) and iv) until the crucible is filled to the desired depth;
The method according to claim 24, wherein the method is performed by a method including:
２）半導体材料を溶融する段階と、
３）段階２）の後に半導体材料を固化して所望の断面形状を有する鋳造インゴットを製造する段階と、を備えた方法。1) introducing a semiconductor material comprising a flowable chip according to claim 6 into a mold having walls defining a desired cross-sectional shape;
2) melting the semiconductor material;
3) solidifying the semiconductor material after step 2) to produce a cast ingot having a desired cross-sectional shape.
２）連続的に供給された流動性チップを溶融する段階と、
任意で、３）溶融物の表面上に高温プラズマガスを吹きかける段階と、
４）固化したシリコンを前記無底容器から下流へ連続的に放出する段階と、を備えた方法。1) continuously supplying the flowable chip according to claim 6 to a bottomless container disposed in an induction coil;
2) melting the continuously supplied fluid chips;
Optionally, 3) blowing hot plasma gas over the surface of the melt;
4) continuously discharging the solidified silicon downstream from the bottomless container.
２）段階１）での生成物を水冷型ルツボへ若しくは成長中の結晶シリコン体上へ導く段階と、を備えた方法。1) melting the flowable chip of claim 6 using a high frequency plasma torch;
2) directing the product of step 1) into a water-cooled crucible or onto a growing crystalline silicon body.
２）段階１）の生成物をキャスティングする段階と、を備えた方法。1) melting the flowable chip of claim 6 with an electron beam;
2) casting the product of step 1).
前記ＨＥＭ炉はルツボの底部に接続されたヘリウム熱交換器を有する加熱要素で囲繞されたルツボを収容するチャンバを備えたものであり：
１）種結晶の最上部に請求項６記載の流動性チップを載置してルツボを充填する段階と、
２）前記チャンバを排気する段階と、
３）前記加熱要素を加熱して流動性チップを溶融する段階と、
４）熱交換器を介してヘリウムガスを流し、それによって前記種結晶が溶融するのを回避する段階と、
５）ガス流を漸増させ、それによってシリコンを漸進的に固化させ、種結晶の外側に結晶を成長させる段階と、を備えた方法。A method comprising producing an ingot in a HEM furnace, comprising:
The HEM furnace comprises a chamber containing a crucible surrounded by a heating element having a helium heat exchanger connected to the bottom of the crucible:
1) placing the fluid chip according to claim 6 on the top of the seed crystal and filling the crucible;
2) evacuating the chamber;
3) heating the heating element to melt the flowable chip;
4) flowing helium gas through a heat exchanger, thereby avoiding melting of the seed crystal;
5) Increasing the gas flow, thereby progressively solidifying the silicon, and growing the crystal outside the seed crystal.
１）２つのストリングと種結晶とを前記浅いシリコン溶融物から垂直に引き上げる段階と、
２）ストリングと種結晶とを前記浅いシリコン溶融物からの溶融シリコンで濡らし、前記ストリング間のスペースを充填する段階と、
３）段階２）での生成物を冷却してシリコンリボンを製造する段階と、を備えた方法。Under the condition that the shallow silicon melt is initially charged with the flowable chip according to claim 6 or reloaded with the flowable chip according to claim 6, or both.
1) vertically lifting two strings and a seed crystal from the shallow silicon melt;
2) wetting strings and seed crystals with molten silicon from the shallow silicon melt to fill the spaces between the strings;
3) cooling the product of step 2) to produce a silicon ribbon.
１）流動性チップを溶融してルツボに溶融シリコン溜まりを供給する段階と、
２）ルツボからの溶融シリコンを基板上に適用して、それによってシリコンウェハーを製造する段階とを備えた方法。Loading the flowable chip of claim 6 into a crucible, or reloading the crucible with the flowable chip of claim 6, or both;
1) melting a fluid chip and supplying a molten silicon pool to a crucible;
2) applying molten silicon from a crucible onto a substrate, thereby producing a silicon wafer.
２）容器を局所的な加熱領域で局所的に加熱することにより、多結晶シリコン片の一部を溶融して焼結部分と溶融部分とを形成する段階と、
３）前記局所的な加熱領域を容器の長軸方向に移動させて、溶融部分の固化と、焼結部分の溶融と、新しい焼結部分の形成とを交互に行い；それによって容器内にシリコンインゴットを形成する段階とを備えた方法。1) filling a container with the flowable chip of claim 6;
2) locally heating the vessel in a local heating area to melt a portion of the polycrystalline silicon piece to form a sintered portion and a fused portion;
3) The local heating zone is moved in the longitudinal direction of the container to alternately solidify the molten portion, melt the sintered portion, and form a new sintered portion; Forming an ingot.
ＩＩ）前記振動モータアセンブリに取り付けたステップデッキ選別器とを備えた装置であって、
前記ステップデッキ選別器が、
ｉ）第１デッキであって、
ａ）溝形成領域への第１デッキ投入口端を備え、
ｂ）前記溝形成領域は、前記第１デッキ投入口端からあるいは該第１デッキ投入口端の近傍から延在しており、かつ各溝は尾根部と谷部とを備えており、
ｃ）溝の尾根部の方が溝の谷部よりも第１デッキと最終デッキとの間の第１ギャップを越えて突出するように第１デッキ出口端に傾斜が設けられている第１デッキ出口端、を備えた第１デッキと、
ｉｉ）前記第１ギャップの下流でかつ前記第１デッキの下方に配置された前記最終デッキであって、
ａ）最終デッキ投入口端と、
ｂ）最終デッキ投入口端からあるいは該最終デッキ投入口端の近傍から延在した溝形成領域であって、各溝が尾根部と谷部とを備えてなる溝形成領域と、
ｃ）最終デッキ出口端と、を備えた最終デッキと、
ｉｉｉ）第１ギャップを抜けて落ちた物品を収集するために第１ギャップの下に設置された収集容器と、
ｉｖ）第１ギャップを抜けずに落ちなかった物品を収集するために出口の下に設置された過大寸法物品用収集容器と、を備えた装置。I) a vibration motor assembly;
II) a device comprising a step deck sorter mounted on the vibration motor assembly,
The step deck sorter,
i) the first deck,
a) having a first deck input end to a groove forming area;
b) the groove forming region extends from or near the end of the first deck insertion port, and each groove has a ridge and a valley;
c) The first deck having a slope at the exit end of the first deck such that the ridge of the groove projects beyond the valley of the groove beyond the first gap between the first deck and the last deck. A first deck having an exit end;
ii) the final deck located downstream of the first gap and below the first deck;
a) The end of the final deck slot,
b) a groove forming area extending from the end of the final deck input port or from near the end of the final deck input port, wherein each groove has a ridge and a valley;
c) a final deck with a final deck exit end;
iii) a collection container located below the first gap for collecting articles dropped through the first gap;
iv) a collection container for oversized articles placed below the outlet to collect articles that have not fallen without falling through the first gap.
ａ）追加デッキ投入口端と、
ｂ）追加デッキ投入口端からあるいは該追加デッキ投入口端の近傍から延在した溝形成領域であって、各溝が尾根部と谷部とを備えてなる溝形成領域と、
ｂ）溝の尾根部の方が溝の谷部よりも追加デッキ出口端における追加ギャップを越えて突出するように傾斜が設けられている追加デッキ出口端と、を備えた請求項４１に記載の装置。An additional deck is provided between the first deck and the final deck, and the additional deck is
a) the end of the additional deck slot,
b) a groove-forming region extending from the end of the additional deck inlet or from the vicinity of the end of the additional deck inlet, wherein each groove has a ridge and a valley;
42. The additional deck outlet end of claim 41, wherein the additional deck outlet end is sloped such that b) a groove ridge projects beyond an additional gap at the additional deck outlet end than the groove valley. apparatus.
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