JP2008503427A - 結晶製造装置に溶融ソース材料を装入する方法および溶融装置アッセンブリ - Google Patents
結晶製造装置に溶融ソース材料を装入する方法および溶融装置アッセンブリ Download PDFInfo
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Abstract
Description
この発明のいくつかの目的の中で、シリコン溶融装置アセンブリ、および溶融シリコンソース材料を結晶製造装置に装入することを容易にする操作の方法を提供すること;そのような溶融装置アセンブリと、結晶収量およびスループットを向上させる方法を提供すること;そのような溶融装置アセンブリおよび品質を増大させる方法を提供すること;そのような溶融装置アセンブリおよび固体シリコンの急速な加熱を許容する方法を提供すること;そのような溶融装置アセンブリおよびシリコンの制御された加熱を許容する方法を提供すること;そのような溶融装置アセンブリおよびメルトを結晶製造装置に添加することによって引き起こされるはねかかりを減少させる方法を提供すること;そのような溶融装置アセンブリ、および多結晶シリコンを溶融シリコン溜めに添加することによって引き起こされるメルトのスプラッシュおよび粉塵成分を分離することを含む方法を提供すること;ならびに、そのような溶融装置アセンブリ、および単一の溶融装置によって複数の結晶製造装置にチャージすることができる方法を提供することが注目される。
図面全体について、同じ参照符号は対応する部材を示している。
図1および2を参照すると、全体として符号1で示される、本発明の溶融装置アセンブリを、従来技術において一般的に知られている種々の結晶製造装置へ溶融させたソース材料を供給するために用いることができる。そのような結晶製造装置の1つには、チョクラルスキー法に従って単結晶シリコンインゴット(例えば、図2に示すインゴットI)を成長させるために用いられるタイプの、一般にCP(crystal puller)と称される、常套の結晶引上げ装置がある。結晶引上げ装置は、図2において、シリコンインゴットIを製造するように構成された装置として示されている。本発明の溶融装置アセンブリによって供給される溶融させたソース材料は、シリコンまたはその他のソース材料、例えば、アルミナ、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム、イットリウム・アルミニウム・ガーネット、ゲルマニウム、ガリウム、ヒ化ガリウムなどの、結晶製造装置において固体の結晶物体(solid crystalline bodies)を製造するために用いられる材料であってよい。
v=(2×h×g)1/2
[式中、vはオリフィスを通過する液体の速度であり、hはメルト高さHであり、およびgは重力定数(gravitational constant)である。]
で示される法則を適用することによって、求められる。そして、オリフィス111を通って流れる液体の質量流量は、上記の式からの液体の速度に、オリフィスの面積および液体の密度を乗じることによって計算される。
L3=50+(50×D3/D1)
からミリメートル単位で計算することができるということが、見出された。上記の式は、約50kg/時間から約140kg/時間の範囲の液状シリコンの質量流量のための、ノズル85の第3の部分115の好ましい長さL3を決定するために用いることができる。ノズル85の第1の部分109、第2の部分111、および第3の部分115の好ましい形態は、液状シリコンの所望の質量流量を含めて、種々のファクターに依存するということが認められる。従って、本発明は、本明細書に挙げたノズル85の特定の寸法に限定されるものではない。
Claims (32)
- 溶融させたソース材料の装入材料を結晶製造装置へ供給するための溶融装置アセンブリであって、
ハウジング;前記ハウジング内に配置されたルツボ;前記ルツボの中に入れられた固体ソース材料を溶融させるためにルツボに対して配置されたヒータを有してなり、
溶融させたソース材料の流れを制御することに適応化されたノズルをルツボが有していることによって、溶融させたソース材料の導かれた流れを選択された流量にて結晶製造装置へ供給することができることを特徴とする溶融装置アセンブリ。 - 前記導かれた流れは、溶融させたソース材料のコヒーレントなストリームである請求項1に記載の溶融装置アセンブリ。
- 前記ノズルは、相対的に大きい直径の第1の部分、相対的に小さい直径の第2の部分、および中間の直径の第3の部分を有してなり、該ノズルの第3の部分の長さが該ノズルの第1の部分および第2の部分の長さよりも長い請求項1に記載の溶融装置アセンブリ。
- ノズルの第3の部分の長さは、ミリメートル単位で、第3の部分の直径を第2の部分の直径にて除して50倍した数値に50ミリメートルを加えた数値に実質的に等しく、前記選択された流量は約50kg/hr〜約140kg/hrの範囲である請求項3に記載の溶融装置アセンブリ。
- 前記ヒータは、前記ルツボの上側部分の全体のまわりの第1の誘導コイルを有しており、該第1の誘導コイルは電源に接続されて、前記第1の誘導コイルに電流を供給することに適応化されている請求項1に記載の溶融装置アセンブリ。
- 前記ヒータは前記ルツボの下側部分の全体のまわりの第2の誘導コイルを有しており、該第2の誘導コイルはもう1つの電源に接続されて、前記ルツボの下側部分のソース材料に熱を供給することに適応化されている請求項5に記載の溶融装置アセンブリ。
- 第1および第2の誘導コイルとルツボとの間に配置されたサセプタをさらに有してなり、該サセプタは、前記第1の誘導コイルによる誘導加熱を防止するための、周方向について間隔をおいて配置された複数のフィンガを有する上側部分と、該サセプタの誘導加熱を促進する下側部分とを有する請求項6に記載の溶融装置アセンブリ。
- 前記サセプタは、円錐形態の中間部分と、ギャップによって隔てられた下側のアウトレット部分とを有しており、前記中間部分と前記上側部分とはギャップによって隔てられている請求項7に記載の溶融装置アセンブリ。
- 溶融装置アセンブリから結晶製造装置へ降下することに適応化されているスプラッシュガードであって、前記溶融装置アセンブリから結晶製造装置の中へ溶融させたソース材料を流入させる間に結晶製造装置を保護するスプラッシュガードを更に有する請求項1に記載の溶融装置アセンブリ。
- エッジ規定されるフィルム成長(EFG)方法に従って中空多結晶シリコン物体を成長させるために適応化された結晶引上げ装置、および鋳造多結晶シリコン物体を形成するために適応化したルツボを有する結晶製造装置と組み合わせられる請求項1に記載の溶融装置アセンブリ。
- ルツボから結晶製造装置へ溶融させたソース材料の流れを案内するメルトフローガイドを更に有してなり、前記メルトフローガイドは前記ノズルによって受けられた少なくとも1つのチューブと、該ノズルを受け入れるチューブとを有する請求項1に記載の溶融装置アセンブリ。
- 前記メルトフローガイドは、結晶製造装置とノズルとの間を流れる間に溶融したシリコンを加熱させるための加熱エレメントを有してなる請求項11に記載の溶融装置アセンブリ。
- 溶融装置アセンブリを結晶製造装置に対して配置して、該装置のルツボに溶融させたシリコンを供給する工程;
溶融装置アセンブリの上側加熱コイルを操作して、溶融ルツボの中でソース材料を溶融させる工程;および
溶融装置アセンブリの下側加熱コイルを操作して、溶融させたソース材料を溶融装置アセンブリのオリフィスの中を通して流れさせて、溶融させたソース材料のストリームを結晶製造装置のルツボへ供給する工程
を含んでなる溶融させたソース材料を結晶製造装置に装入する方法。 - 成長チャンバーを規定する結晶製造装置の下側ハウジングから、引上げチャンバーを規定する結晶製造装置の上側ハウジングを取り外す工程、および前記上側ハウジングに代えて、下側ハウジングに溶融装置アセンブリを取り付ける工程を含んでなる請求項13に記載の方法。
- 下側ハウジングから溶融装置アセンブリを取り外し、該下側ハウジングに上側ハウジングを再度取り付け、前記溶融装置アセンブリから下側ハウジング内のルツボに供給されたメルトから単結晶インゴットを成長させることを更に含んでなる請求項13に記載の方法。
- 結晶製造装置は第1の結晶引上げ装置を構成しており、方法は下側ハウジングから第2の結晶引上げ装置の上側ハウジングを取り外すこと、および前記上側ハウジングの代わりに前記下側ハウジングに溶融装置アセンブリを取り付けることを含んでなる請求項14に記載の方法。
- 結晶製造装置の下側ハウジングに溶融装置アセンブリを取り付ける工程の後で、ソース材料を溶融させる工程を行う請求項14に記載の方法。
- 下側加熱コイルを動作させるのと同時に、溶融装置アセンブリの中へ追加の固体ソース材料を供給する工程を含んでなり、固体ソース材料の質量流量を溶融装置アセンブリから流出する溶融させたソース材料の質量流量と等しくなるように制御することを更に含んでなる請求項13に記載の方法。
- 上側の加熱コイルを動作させる工程の前に、溶融装置アセンブリの中に所定量の固体ソース材料を供給する工程を有してなり、上側の加熱コイルを動作させる工程は、溶融装置アセンブリのノズルを塞ぐための溶融していないソース材料のプラグ部分を外すことを含んでなる請求項13に記載の方法。
- 下側の加熱コイルを操作する工程が、ソース材料のプラグ部分を溶融させてノズルの閉塞を外すことを含んでなる請求項19に記載の方法。
- 下側の加熱コイルを操作する工程が、ソース材料の融点より高い過熱を維持して、結晶引上げ装置の下側ハウジング内のルツボに供給する間にソース材料が固化することを防止する工程を含んでなる請求項13に記載の方法。
- 上側の加熱コイルを動作させる工程が、所望される質量流量の溶融シリコンを供給するための溶融装置アセンブリのアウトレット上方においてメルト高さを確定することを含んでなり、前記方法は、結晶引上げ装置に対して溶融装置アセンブリを加圧して溶融シリコンの所望される質量流量を維持することを含んでなる請求項13に記載の方法。
- 溶融装置アセンブリを加圧する工程は、メルト高さの降下について約2torr/センチメートルで溶融装置アセンブリに不活性ガスを加えることを含んでなる請求項22に記載の方法。
- 下側加熱コイルの操作を停止して、オリフィスからソース材料が流れることを防止するソース材料の固体プラグを生じさせることによって、オリフィスを通る溶融シリコンの流れを停止させることを更に含んでなる請求項13に記載の方法。
- 結晶製造装置のルツボに供給されたメルトから単結晶インゴットを成長させること、および結晶製造装置のルツボに供給されたメルトから多結晶物体を形成することの少なくとも1つを更に含んでなる請求項13に記載の方法。
- 前記多結晶物体は、エッジ規定されるフィルム成長(EFG)方法に従って形成される中空の多角形のシリコン物体、多結晶シリコンのリボン、およびキャストされたシリコン物体の少なくとも1つである請求項25に記載の方法。
- 1つの溶融装置アセンブリによって複数の結晶製造装置に対応して供給を行う方法であって、
第1の装置のルツボに溶融シリコンを供給するために、第1の結晶製造装置に対して溶融装置アセンブリを配置する工程;
溶融装置アセンブリのヒータを操作して溶融ルツボ内でソース材料を溶融させる工程;
溶融装置アセンブリから第1の結晶製造装置へ溶融させたソース材料のストリームを供給する工程;
第2の装置のルツボに溶融シリコンを供給するために、第2の結晶製造装置に対して溶融装置アセンブリを配置する工程;ならびに
溶融装置アセンブリから第2の結晶製造装置へ溶融させたソース材料のストリームを供給する工程
を含んでなる方法。 - ソース材料を溶融させるために溶融装置アセンブリのヒータを操作することは、ヒータの上側誘導コイルに電力を供給することを含んでなり、ならびに、溶融させたソース材料のストリームを供給することは、ヒータの下側誘導コイルに電力を提供して、溶融装置アセンブリのオリフィスを通る流れを開始させることを含んでなる請求項27記載の方法。
- ヒータの操作を停止して、溶融ルツボからの流れを防止するソース材料の固体プラグを形成することによって、溶融ルツボからの溶融させたソース材料の流れを停止させることを更に含んでなる請求項27に記載の方法。
- 溶融装置アセンブリのルツボに供給されたソース材料から単結晶インゴットを成長させることを更に含んでなる請求項27に記載の方法。
- 溶融装置アセンブリのルツボに供給されたソース材料から多結晶物体を成長させることを更に含んでなり、前記多結晶物体は、エッジ規定されるフィルム成長(EFG)方法に従って形成される中空の多角形のシリコン物体、多結晶シリコンのリボン、およびキャストされたシリコン物体の少なくとも1つである請求項27に記載の方法。
- 第2の結晶製造装置に対して溶融装置アセンブリを配置することは、溶融装置アセンブリを持ち上げること、および溶融装置アセンブリを第2の結晶製造装置の上方の位置に移動させることを含んでなる請求項27に記載の方法であって、
更に、第2の結晶製造装置に溶融させたソース材料のストリームを供給する前に、第2の結晶製造装置の下側ハウジングに溶融装置アセンブリを接続することを含んでなる方法。
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