KR20130033410A

KR20130033410A - 다결정성 규소 잉곳을 제조하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20130033410A
Application number: KR1020137001085A
Authority: KR
Inventors: 슈테판 후씨; 올렉산드르 프로코펜코; 랄프 클루스; 크리스티안 호쓰
Original assignee: 센트로테에름 시텍 게엠베하
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2013-04-03
Also published as: US20130255318A1; EP2582861A1; TW201207164A; CN103080387A; WO2011157381A1; JP2013533196A

Abstract

본 출원에는 다결정성 규소 잉곳을 생산하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 공정 동안, 공정 챔버에 도가니가 배열되고, 도가니는 고형 규소 재료로 충전되거나 공정 챔버에서 규소 재료로 충전된다. 도가니는 적어도 하나의 대각 히터에 대해 대각 히터가 측면 오프셋(offset)으로, 일반적으로 생산하려는 규소 잉곳 위에 위치되는 방식으로 위치된다. 이어서, 도가니에서 고형 규소 재료가 규소 재료의 용융 온도 초과로 가열되어 도가니에서 용융된 규소를 형성시키고, 이어서 도가니에서 규소 재료가 용융된 규소의 고형화 온도 미만으로 냉각되고, 냉각 단계 동안 규소 재료에서의 온도 프로파일은 적어도 하나의 대각 히터를 통해 부분적으로 또는 전체적으로 제어된다. 본 발명의 장치는 공정 챔버, 공정 챔버 내부의 도가니 홀더, 및 공정 챔버에서 적어도 하나의 대각 히터를 포함한다. 대각 히터는 도가니 홀더에 대하여 측면으로 위치되고, 일반적으로 도가니 홀더에 수직으로 연장되고, 대각 히터가 일반적으로 도가니에서 형성하려는 다결정성 규소 잉곳 상에 위치되는 거리에서 수직 방향으로 도가니 홀더로부터 이격되어 있다. 대각 히터는 공정 챔버가 밀폐될 때에 도가니 홀더에 대해 고정적이다.

Description

다결정성 규소 잉곳을 제조하기 위한 방법 및 장치{PROCESS AND APPARATUS FOR MANUFACTURING POLYCRYSTALLINE SILICON INGOTS}

본 발명은 다결정성인 규소 잉곳(ingot)을 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

반도체 및 태양 전지 기술에서, 용융 용기 또는 도가니에서 고순도 규소 재료를 용융시킴으로써 다결정성 규소 잉곳을 제조하는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 문헌 DE 199 34 94 032호에는 이러한 목적에 상응하는 장치가 기재되어 있다. 그러한 장치는 일반적으로 가열 부재를 지니는 절연 박스(isolated box), 절연 박스에 위치된 도가니, 및 로딩 유닛(loading unit)으로 구성되어 있다. 가열 부재로서, 도가니 아래에 배열된 하부 히터, 도가니 옆에 배열된 측면 히터, 및 도가니 위에 배열된 상부 히터가 제공된다.

규소 잉곳의 제조 동안, 절연 박스가 개방되면서 도가니가 로딩되고, 그 후에 도가니에서 가열 부재에 의해 과립화된 규소가 융해되고, 절연 박스가 폐쇄된다. 추가 규소 재료가 상응하는 재로딩 유닛을 통해 재로딩된 후, 용융된 재료는 제어된 방식으로 냉각되어 하부에서 상부로 유도되는 고형화를 제공한다.

이와 관련하여, 용융된 재료와 고형화된 경계면 사이에 상계면(phase boundary)이 가능한 평탄해야 하고, 이는 재료의 용융된 고형 부위에서 온도 프로파일의 상응하는 제어를 통해 달성된다. 이와 관련하여, 하부 히터와 반대면의 상부 히터 사이의 상호작용은 상계면의 평탄한 형태를 제공하도록 구성되는데, 왜냐하면 이러한 히터는 위치 때문에 일반적으로 수직으로 연장되는 균일한 온도 구배를 가능하게 하기 때문이다. 도가니 측면에서의 온도 손실은 측면 히터 또는 적절한 단열을 통해 상쇄되거나/최소화될 수 있다.

그러나, 특정 적용의 경우, 예컨대, 종래에 미공개된 DE 10 2010 024 010호에 기재된 적용의 경우에는, 도가니 상의 자유 공간을 유지하는 것이 유용하다. 따라서, 상부 히터를 사용하는 것이 항상 가능하거나 합리적인 것이 아니다.

따라서, 도가니 내의 용융된 재료의 제어된 냉각은 본 발명에서와 같은 상부 히터의 도움없이, 도가니에 인접하여 배열된 하부 히터 및/또는 측면 히터의 상응하는 제어를 통해 달성된다. 단지 하부 히터만이 사용되는 경우에는, 온도 프로파일에 대한 요망되는 제어가 달성될 수 없는데, 왜냐하면 고형화가 상기 언급된 바와 같이, 하부에서 상부로 이루어져야 하기 때문이다. 다른 측면에서 볼 때, 배향된 고형화 동안에 측면 히터의 사용은 상계면을 실질적으로 굽어지게 만든다.

공지된 장치로부터 시작하여, 그러한 문제점은 상계면의 우수한 제어를 가능하게 하는, 다결정성 규소 잉곳을 제조하기 위한 장치 및 공정을 제공하는 본 발명에 의해 해결된다.

본 발명에 따르면, 특허청구범위 중 청구항 제 1항에서는 다결정성 규소 잉곳을 생산하기 위한 방법이 제공되고, 제 6항에서는 다결정성 규소 잉곳을 생산하기 위한 장치가 제공된다. 종속항으로부터 본 발명의 다른 구체예가 얻어질 수 있다.

공정 동안, 도가니는 공정 챔버에 위치되고, 공정 챔버에서 도가니는 고형 규소 재료로 충전된다. 이와 관련하여, 도가니는 대각 히터가 측면 오프셋(offset)으로, 일반적으로 생산하려는 규소 잉곳 위에 위치되는 방식으로 대각 히터에 대해 위치된다. 하기에서, 도가니에서의 규소 재료는, 공정 챔버가 계속 밀폐된 상태에서 용융 온도 초과로 가열되어 도가니에서 용융된 규소를 생산하고, 그 후에 용융된 규소는 도가니에서 고형화 온도 미만으로 냉각되고, 규소의 냉각 동안에 규소 재료에서의 온도 분포는 하나 이상의 대각 히터를 통해 부분적으로 또는 전체적으로 제어된다. 대각 히터의 사용, 그에 따라서, 위의 대각 방향으로부터 용융된 규소에서의 열의 도입은 상부 히터를 사용하지 않으면서 평탄한 상계면의 형성을 가능하게 한다. 이러한 방식으로, 용융된 재료 위의 공간이 개방되고, 그에 따라서, 예를 들어, 재로딩 유닛을 제공하는 것이 가능하다. 또한, 도가니에서 대각 히터로의 어떠한 직접적인 가스 흐름은, 도가니에 마주하는 적어도 하나의 대각 히터의 면에 인접하여 제공되어 용융된 규소로부터 가능한 손상성 흄(fume)에 대해 히터를 보호하는 적어도 하나의 호일 커튼(foil curtain)에 의해 차단된다.

본 발명의 한 가지 구체예에서, 공정 챔버에 위치되고, 가스를 도입하기 위한 적어도 하나의 관을 포함하는 플레이트 부재(plate element)가 도가니 위에서 하강되고, 용용된 규소의 고형화의 시간 중 적어도 일부의 시간 간격 동안, 가스 흐름은 용융된 규소의 표면으로 유도되고, 이러한 가스 흐름은 플레이트 부재에서 적어도 하나의 관을 통해 용융된 규소의 표면으로 부분적으로 또는 전체적으로 유도된다. 물론, 가스 흐름이 또한 가열 및/또는 냉각 공정 동안 도가니에 위치된 규소의 표면으로 유도될 수 있다. 상기 표면과 플레이트 부재 사이에 형성된 공간에서 용융된 규소의 표면으로 가스를 유도되는 것은 냉각 파라미터의 우수한 조절을 가능하게 하고, 또한 용융된 재료의 표면에서 분위기의 우수한 조절을 가능하게 한다. 용융된 규소의 고형화 기간이라는 용어는 액상에서 고상으로 규소의 상 변화가 일어나는 기간을 의미한다. 추가로, 플레이트 부재는 대각 히터를 통해 가열되는 수동적인 가열부재로서 기능하고, 그에 따라서, 일반적으로 이동가능한 상부 히터를 시밀레이팅(similating)할 수 있다.

바람직하게는, 공정 챔버를 밀폐시키기 전에 추가 규소 재료가 플레이트 부재에 고정되어, 플레이트 부재를 하강시키면서 추가 규소 재료의 일부 또는 전부가 도가니 내의 용융된 규소 중에 디핑되어 추가 규소 재료를 용융되게 하며, 이는 도가니 내의 용융된 규소의 수준이 증가되게 한다. 이러한 방식으로, 플레이트 부재는 또한 공기 유도 부재로서, 그리고 또한 재로딩 유닛으로서 기능한다.

도가니의 영역으로부터의 공정 가스에 대해서 대각 히터를 보호하기 위해서, 상부-하부 가스 흐름이 적어도 일부의 규소 재료의 가열 및/또는 냉각 공정 동안 도가니와 마주하는 대각 히터의 적어도 한 면 상으로 유도될 수 있다.

규소 재료에서 온도 프로파일의 요망되는 조절을 위해서, 한 대각 히터가 다른 대각 히터의 상부에 오는 방식으로 적어도 두 개의 대각 히터가 제공될 수 있고, 여기서 대각 히터들은 적어도 규소 재료의 냉각 단계 동안 대각 히터들이 10% 이상까지 상이한 가열력(heating power)을 제공하는 방식으로 제어된다.

본 발명에 따른 장치는 로딩 및 언로딩(unloading)을 위해서 개방되고 밀폐될 수 있는 공정 챔버; 소정 위치에 도가니를 고정시키기 위한, 공정 챔버에 위치된 도가니 홀더; 및 공정 챔버에 위치된 적어도 하나의 대각 히터를 포함한다. 대각 히터는 그러한 대각 히터가 도가니 홀더에 대해 측면으로 위치되는 방식으로 배열되고, 일반적으로 도가니 홀더에 수직으로 배열되고, 일반적으로 도가니에 형성되어야 하는 다결정성 규소 블록 또는 잉곳 위에 수직으로 위치되는 거리로 수직 방향으로 도가니 홀더로부터 이격되는 방식으로 배열되어 있다. 또한, 적어도 하나의 호일 커튼은 도가니에서 대각 히터로의 직접적인 가스 흐름이 차단되는 방식으로 도가니와 마주하는 적어도 하나의 대각 히터의 면에 인접하여 제공된다.

추가로, 대각 히터는 공정 챔버가 밀폐되는 때에 도가니 홀더에 대하여 고정적이다. 그러한 장치는 공정과 관련하여 상기에 앞서 설명된 이점을 제공한다.

바람직하게는, 특히 냉각 단계 동안 상기 대각 방향으로부터 규소 재료의 가열을 제공하기 위해서, 대각 히터의 최대 20%가 도가니 홀더에 의해 고정되는 도가니 및/또는 도가니 안에 형성된 다결정성 규소 잉곳과 수직으로 중첩된다.

적어도 두 개의 적층된 대각 히터가 공정 챔버에서, 특히 규소 재료에서 온도 프로파일의 편리한 조절을 위해 제공될 수 있다. 이와 관련하여, 바람직하게는 적층된 대각 히터 중 적어도 두 개가 적어도 하나의 저항 가열 부재를 포함하고, 수직으로 적층된 가열 부재는 단위 길이 당 상이한 저항을 포함하고, 그 안에서 길이 유닛에 대하여 더 높은 저항을 지니는 저항 가열 부재는 다른 저항 가열 부재의 저항보다 10% 이상 높은, 길이 유닛에 대한 저항을 포함한다. 이와 관련하여, 대각 히터의 단위 길이는 전류의 흐름 방향으로의 치수를 의미한다. 바람직하게는, 상부 저항 가열 부재는 단위 길이 당 더 낮은 저항을 지닌다. 바람직하게는, 수직으로 적층된 대각 히터는 공유된 전극을 통해 공유된 컨트롤러 유닛에 연결된다.

본 발명의 한 가지 구체예에서, 대각 히터는 직선 섹션(straight section) 및 코너 섹션(corner section)을 지니고 가열 챔버를 둘러싼 저항 가열 부재를 포함하며, 저항 가열 부재의 직선 섹션은 바람직하게는 코너 섹션의 저항보다 10% 이상 높은, 단위 길이 당 저항을 지닌다. 코너 섹션은 직선 섹션과 비교할 때, 예를 들어, 10% 이상 두껍거나 넓을 수 있다. 또한, 적어도 하나의 대각 히터는 가열 챔버를 둘러싼 저항 가열 부재를 포함할 수 있고, 저항 가열 부재는 직선 섹션 및 곡선형인 코너 섹션을 지닌다.

추가의 구체예에 따라서, 적어도 하나의 관을 포함하는, 도가니 홀더 위의 공정 챔버에 배열된, 플레이트 부재; 플레이트 부재에서 적어도 하나의 관 내로, 또는 관을 관통하여 연장되는 적어도 하나의 가스 공급 튜브; 및 가스 공급 튜브 내로, 또는 가스 공급 튜브를 관통하여 가스 흐름을 플레이트 부재 아래의 영역에 공급하기 위한, 공정 챔버의 외부에 위치된 적어도 하나의 가스 공급 유닛의 특징부가 제공된다. 이러한 수단에 의해, 도가니에 위치된 규소 재료의 표면으로의 가스의 조절된 공급 또는 유도가 일부 또는 모든 공정 동안 가능해지고, 그에 따라서, 상기 이미 언급된 이점이 제공된다.

바람직하게는, 가스 흐름, 적용가능한 경우에, 공정 챔버에서 온도 프로파일에 영향을 줄 수 있도록, 플레이트 부재를 리프팅하기 위한 리프팅 메카니즘(lifting mechanism)이 제공된다. 바람직하게는, 플레이트 부재는 로딩 유닛으로서 또한 기능하도록 규소 재료를 부착시키거나 고정시키기 위한 수단을 포함한다. 특히, 단지 플레이트 부재를 용융된 규소 재료로 이동시킴으로써 추가 규소 재료가 도입될 수 있어서, 추가 가이딩 부재가 필요하지 않다.

본 발명의 한 가지 구체예에 따르면, 도가니에서 대각 히터로의 가스 흐름을 차단할 수 있도록, 필름 또는 호일 커튼이 도가니와 마주하는 대각 히터의 하나 이상의 면 중 한 면에 인접하게 제공된다. 용융된 규소로부터 빠져나올 수 있는 가열 유닛에 해로운 가스는, 예를 들어, Si, SiO, 또는 O이다. 대각 히터를 보호하기 위해서, 적어도 하나의 대각 히터를 따라 상부에서 하부로 유도되는 가스 흐름을 제공하는 수단이 제공될 수 있고, 이러한 수단은 별도의 가스를 생성시킨다.

바람직하게는, 적어도 하나의 연결 전극의 적어도 일부는 도가니의 폭 치수를 따라 연장된다. 이러한 수단에 의해, 도가니에서 용융된 재료의 교반이 유도될 수 있다. 이와 관련하여, 하나 이상의 부위가 도가니에서 형성된 다결정성 규소 잉곳의 삼분의 일에 인접하여 연장된다.

하기에서, 본 발명은 도면을 참조로 하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 규소 원료로 충전된 도가니에서 다결정성 규소 잉곳을 생산하기 위한 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도가니에서 규소 원료가 용융되어 있는, 도 1과 유사한 개략도이다.
도 3은 추가 규소 원료가 도가니에서 침지되어 있는, 도 2와 유사한 개략도이다.
도 4는 냉각 과정 동안의 도 3과 유사한 개략도이다.
도 5는 규소 원료로 충전된 규소 도가니의 사용에 의해 다결정성 규소 잉곳을 생산하기 위한 대안적인 장치의 개략도이다.
도 6은 도 4에서 선 IV-IV에 따른 개략적인 단면도이다.

하기 명세서에서, 용어, 예컨대, 상, 하, 좌, 및 우, 및 상응하는 용어는 도면을 참조로 한 것이고, 이로 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하며, 이러한 용어는 바람직한 구체예를 참조로 한다. 이러한 용어는 일반적으로 각 및 형태에 대하여 사용되는 경우에는 다른 범위가 언급되는 경우를 제외하고, 10°이하, 바람직하게는 5°이하의 표준 편차 내에 존재할 것이다.

도 1은 다결정성 규소 잉곳을 생성하기 위한 장치(1)의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.

장치(1)는 일반적으로 공정 챔버(4)를 한정하는 절연 박스(3)를 포함한다. 공정 챔버(4)에서, 도가니(6)를 고정시키기 위한 고정 유닛(상세하게 도시되지 않음), 하부 가열 유닛(7), 임의의 측면 가열 유닛(8) 뿐만 아니라 적층된 대각 가열 유닛(9a 및 9b) 중 두 개가 제공된다. 적어도 하나의 가스 배출부(10)는 절연 박스(3) 측벽의 하단부에 제공된다. 플레이트 부재(11)는 도가니(6)에 대한 홀더 위에 제공되고, 추가로 가스 공급 튜브(13)가 제공되고, 이러한 가스 공급 튜브(13)는 상부로부터 절연 박스(3)를 관통하고, 플레이트 부재(11)를 관통하여 공정 챔버(4)로 연장되어 있다. 필름 또는 호일 커튼(14)은 대각 히터(9a, 9b)에, 그리고 측면 히터(8)의 일부에 인접하여 제공되고, 호일 커튼(14)은 가장 높은 대각 가열 유닛(9b) 위에 고정된다. 호일 커튼은 적어도 부분적으로 대각 / 측면 가열 유닛(9a, 9b, 8)과 도가니(6) 사이의 공간에 위치된다.

절연 박스(3)는 당해 분야에 공지된 바와 같은 적절한 절연 재료로 제조되어서 절연 박스(3)는 상세하게 기재하지 않았다. 공정 챔버(4)는 공정 챔버(4) 내의 소정의 공정 분위기를 조절하는, 수단(상세하게 도시되지 않음)을 통해 가스 공급 및 배출 튜브에 연결된다. 가스 공급 튜브(13) 및 가스 배출부(10)를 제외하고, 이러한 수단은 상세하게 도시되어 있지 않다.

도가니(6)는 제조 공정에 영향을 미치지 않고, 규소 재료를 용융시킬 때의 고온에 내성인, 적절한 공지된 재료, 예컨대, 규소-카바이드, 쿼드(quad), 규소-니트라이드, 또는 규소-니트라이드 코팅된 쿼드로 제조된다. 일반적으로, 도가니(6)는 열 팽창에 의해 공정 동안 미리 파괴되고, 그에 따라서, 도가니(6)는 최종 규소 잉곳 또는 블록의 수득을 위해 용이하게 제거될 수 있다.

도가니(6)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 가장자리까지 규소 원료(20)로 충전될 수 있는, 상부 개방형인 통(bowl)으로 형성되어 있다. 도가니를 충전시키기 위해서, 예를 들어, 규소 로드가 사용될 수 있고, 이들 사이의 공간은 도 1에서 좌측에 도시된 바와 같이, 파쇄된 규소 재료로 일부 또는 전부 충전된다. 이러한 수단에 의해, 비교적 우수한 정도의 충전이 달성될 수 있지만, 충전된 도가니에 공기로 채워진 일부 에어 포켓(air pocket) 또는 공간이 존재한다. 이는 도 2(해치형 영역은 용융된 규소(22)를 나타냄)에 도시된 바와 같이, 용융되는 때에 규소 재료(20)가 도가니(6)를 완전히 충전시키지 못하게 한다.

하부 가열 유닛(7)은 도가니 홀더의 하부 또는 내부에 제공되고, 그에 따라서, 도가니(6)가 공정 챔버에 위치되는 경우에 도가니(6) 하부에 위치된다. 임의의 측면 가열 유닛(8)은 도가니(6)가 공정 챔버(4)에 위치되는 때에 도가니(6)를 방사상으로 둘러싼다. 대각 가열 유닛(9a 및 9b)은 측면 가열 유닛(8) 위에 적층되는 방식으로 위치되고, 대각 가열 유닛은 도가니(6) 위에 위치된 공정 챔버 영역을 둘러싼다. 하부 대각 가열 유닛(9a)은 완전히 도가니 위에 위치되는 방식으로 도시되어 있지만, 하부 대각 가열 유닛이 또한 부분적으로 도가니와 중첩됨이 인식될 것이다. 하기에서, 대각 가열 유닛(9a)은 도가니(6) 위의 공간을 방사 방향으로 부분적으로 또는 전체적으로 둘러싸고, 도가니(6), 또는 도가니 안에 형성된 규소 블록 또는 잉곳과 수직 방향으로 각각 높이의 최대 20%, 바람직하게는 최대 10% 중첩되는 가열 유닛이다. 도가니에 형성된 규소 잉곳과 더 많은 정도의 중첩이 존재하지 않는 한, 도가니(6)와 더 많은 정도의 중첩이 가능한데, 왜냐하면 이러한 도가니(6), 또는 이러한 도가니(6)를 형성하는 용융된 규소가 각각 대각으로(즉, 상부로부터 일정 각도로) 가열되어야 하는 재료를 형성시키기 때문이다. 물론, 도 1에 도시된 바와 같이, 대각 히터가 또한 완전히 도가니(6) 위에 위치될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 가열 유닛(7, 8, 9a, 및 9b)은 공정 챔버(4), 특히 도가니(6) 및 도가니 안에 위치된 규소 원료(20)를 원료(20)가 용융되고 용융된 재료 또는 융융물(22)을 형성하게 하는 적절한 방식으로 가열시킬 수 있는 형태의 가열 유닛이다.

측면 가열 유닛(8) 및 대각 가열 유닛(9a, 9b)은 각각의 적층된 가열 밴드(heating band)에 의해 형성되고, 가열 밴드는 매우 상이한 저항을 포함할 수 있고, 그에 따라서, 매우 상이한 가열력을 포함할 수 있다. 이러한 맥락에서, 단위 길이 당 더 높은 저항이 단위 길이 당 더 낮은 저항보다 10% 이상 높은 차이가 매우 상이한 것으로 여겨진다. 이러한 방식에서, 도가니와 도가니 안에 위치된 규소 재료의 가열된 측면 영역과 그러한 분위기에 직면하는 규소 재료의 표면 사이의 관계는 불가피하게 고비용의 개별적으로 제어가능한 히터를 사용하지 않으면서 특정 방식으로 영향받을 수 있다. 특히, 상이한 가열력이 동일한 제어에 의해 제공될 수 있어서, 공정 챔버(4)에서 소정의 온도 프로파일이 조절되거나 설정될 수 있다. 특히, 상부 대각 가열 유닛(9b)은 동일한 방식으로 제어하면서 상부 대각 가열 유닛(9b)이 하부 대각 가열 유닛(9a)보다 높은 가열력을 제공하는 방식으로 형성될 수 있다.

각각의 가열 밴드는 하나의 단일 조각으로 형성될 수 있거나, 전기 접속되는, 바람직하게는 가열 밴드를 조절하기 위해 제공되는 전극(40a, 40b, 및 40c) (도 1 내지 5 및 도 6 참조) 영역에서 전기 접속되는 복수의 단편으로부터 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 세 개의 일반적인 전극(40a, 40b, 및 40c)이 측면 히터(8) 및 대각 히터(9a 및 9b)에 제공되고, 전극(40a, 40b, 및 40c)은 반사성 가열 유닛(8, 9a, 9b)에 삼상 교류를 인가에 적절한 제어 유닛에 연결된다. 대각 히터(9a, 9b)에, 그리고 또한 측면 히터(8)에 공유된 제어 유닛 및 공유된 전극(40)을 제공하는 것은 절연 박스(3)를 관통하는 관의 수가 감소될 수 있다는 특별한 이점을 가져온다. 이러한 수단에 의해서, 관 영역에서 열 손실이 감소될 수 있다. 일반적으로 사용되는, 예를 들어, 단지 하나의 트랜스포머(transformer)가 요구되고, 이는 비용 및 오류율을 줄인다. 하기에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 공정 챔버(4)에서 요망되는 온도 프로파일의 조절은 가열 부재의 저항 값의 상응하는 조절을 통해 이루어질 수 있다.

두 개의 전극, 즉, 전극(40a 및 40b)은 각각 수평으로, 그리고 절연 박스(3)에 관통하여 연장되는 제 1 섹션(42); 실질적으로 수평으로 연장되는 섹션(43)으로서, 절연 박스(3)에서 연장되고, 실질적으로 도가니(6)의 측벽 섹션과 평행한, 또 다른 인접 섹션(43); 수직으로 연장되는 다른 인접 섹션(44); 및 수직 섹션(44)으로부터 연장되는 가장자리 섹션(45, 46, 및 47)을 지닌다. 가장자리 섹션(45, 46, 및 47)은 전극(40a 및 40b)의 수직 섹션(44)을 각각 측면 히터(8), 하부 대각 히터(9a) 및 상부 대각 히터(9b)에 연결한다. 전극(40)은 절연 박스를 통해 연장되는 수평 섹션, 및 이에 바로 인접하여 수직으로 연장되는 수직 섹션 뿐만 아니라 수직 섹션으로부터 연장되는 가장자리 섹션을 지닌다.

각각의 전극(40a, 40b, 및 40c)에 대하여, 절연 박스(3)를 관통하는 단지 하나의 관이 필요하다. 각각의 전극(40a, 40b, 및 40c)은 유리하게는 측면 히터(8) 뿐만 아니라 대각 히터(9a, 9b)에 전력을 제공할 수 있다. 일반적으로 도가니(6)의 측벽 섹션에 평행하게 연장되는 전극(40a 및 40b)의 섹션(43)은 도가니 안에 흐르는 높은 전류로 인해 도가니 내의 용융된 재료에서 유리한 자성 스티어링 작용(magnetic steering action)을 생성시킬 수 있다. 이러한 목적을 위해, 섹션(43)은 바람직하게는 도가니(6)에 형성된 규소 잉곳의 삼분의 일에 인접하여, 더욱 바람직하게는 도가니(6)에 형성된 규소 잉곳의 사분의 일에 인접하여 연장된다. 전극(40a, 40b, 및 40c)의 수직으로 연장되는 섹션(44), 그에 따라서, 가장자리 섹션(45, 46, 및 47)은 일반적으로 가열 유닛(8, 9a, 및 9b)의 둘레 주위에서 동일한 각 거리로 배열된다.

도 6의 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 측면 가열 유닛(8) 및 대각 가열 유닛(9a 및 9b)의 가열 밴드는 각각 일반적으로 도가니(6)의 측벽에 평행하게 연장되는 직선 섹션뿐만 아니라, 코너 섹션을 지닌다. 직선 섹션 및 코너 섹션은 전류 방향으로 단위 길이 당 상당히 상이한 거리를 포함할 수 있고(10% 이상까지 상이함), 그에 따라서, 상이한 가열력을 포함할 수 있다. 이로 인해, 도가니의 코너 및 도가니 안의 규소 재료 각각에 대한 열 투입이 유도 방식으로 영향을 받을 수 있다. 코너에서 가열력의 감소를 위해서, 더 두꺼운 가장자리 또는 더 넓은 히터(예, 그라파이트 또는 CFC 호일)가 사용될 수 있고, 대안적으로 코너에서 전체적인 가열 저항을 상당히 낮추는 추가 성분(예, ISO 또는 연속 주조된 그라파이트)이 사용될 수 있다. 코너 섹션은 도 6에 나타난 바와 같이 곡선형이어서 열화되고 고장나기 쉬운 코너 연결 및 과열 경향을 방지할 수 있다.

저비용의 그라파이트 호일이 가열 밴드로서 사용되는 경우에, 이러한 그라파이트 호일은 굴절에 대해서 기계적으로 안정화될 필요가 있다. 이와 관련하여, 전기 절연 재료(예, 규소 니트라이드)로부터 제조된 수직 고정 릿지(fixing ridge)가 사용될 수 있는데, 왜냐하면, 그에 따라서 상쇄되는 전류가 상이한 가열 밴드 사이에서 흐를 수 있고, 가열 밴드가 수직으로 이동할 수 있지만, 수평으로나 꼬여서는 이동할 수 없기 때문이다.

CFC 가열 밴드가 사용되는 경우, 요망되는 기하형태로 특별히 구성된 사전 제작된 형태의 부재, 예컨대, 코너에서 곡선형인 가열 밴드가 사용될 수 있다. 그러한 가열 밴드는 하나의 조각으로부터 제조될 수 있거나, 전극에 유리하게 클램핑(clamping)되고 접촉될 수 있는 단편(예, 세 개의 단편)으로 나누어질 수 있다. 이러한 방식으로 장착하고 유지하려는 수고가 상당히 저하된다.

측면 가열 유닛(8) 및 대각 가열 유닛(9a 및 9b)과 관련하여 상기 논의된 성질 및 특징은 유리하게는 존재하는 대각 히터의 사용과는 상관이 없고, 그에 따라서, 대각 히터 없이 시스템에 적용된다.

도가니(6) 위에 위치된 플레이트 부재(11)는 규소 원료를 용융시키기 위해 사용되는 온도에서 용융되지 않고, 공정 내 오염물을 유입시키지 않는 적절한 재료로 제조된다. 더구나, 플레이트 부재는 수동적인 방식으로 대각 가열 유닛(9a, 9b)을 통해 용이하게 가열될 수 있는 재료로 제조된다. 도 3 및 4와 관련하여 더욱 상세하게 명시되는 바와 같이, 플레이트 부재(11)는 공정 챔버 내에서 메카니즘(상세하게 도시되지 않음)을 통해 상승되거나 하강될 수 있다. 플레이트 부재(11)의 하부면에서, 플레이트 부재(11) 아래에서 추가 규소 원료, 예컨대, 규소 로드(26)를 고정시킬 수 있는 고정 유닛(24)이 제공된다. 도 1에 따른 배열에서는 플레이트 부재(11) 하부에 일렬로 위치되는, 4개의 규소 로드(26)가 도시되어 있다. 당업자에게 자명해질 수 있는 바와 같이, 추가의 그러한 고정 부재는 깊이 방향으로(즉, 도면의 층에 대하여 수직으로) 제공되고, 이러한 추가 고정 부재는 추가의 규소 로드(26)를 고정시키기 위해 제공된다.

더구나, 고정 부재(24)는 또한 디스크 또는 다양한 길이의 로드 섹션 형태의 규소 원료를 이동시킬 수 있다. 고정 부재는, 예를 들어, 규소 로드에 맞물려(threadably) 연결된 단순한 로드로서 도시되어 있다. 더구나, 고정 부재는 또한 규로 로드(26)를 이동시키기 위해 구성된 그리퍼(gripper) 또는 다른 부재일 수 있다. 또한, 고정 부재는 용융된 규소를 오염시키지 않는 온도-내성 재료로 제조되어야 한다.

플레이트 부재(11)는 도가니(6)의 내부 둘레에 대략적으로 상응하는 둘레 형태를 지닌다. 추가로, 플레이트 부재는 중간 관(30)을 지니고, 중간 관을 관통하여 가스 공급 튜브(13)가 연장된다.

가스 공급 튜브(13)는 적절한 재료, 예컨대, 그라파이트로 제조된다. 가스 공급 튜브는 절연 박스(3)를 관통하여 공정 챔버(4)로부터 외부로 연장되고, 아르곤과 같은 적절한 가스 공급부에 연결된다. 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 가스는 가스 공급 튜브(13)를 통해 공정 챔버(4)에 공급될 수 있다. 가스 공급 튜브(13)는 플레이트 부재를 상승시키거나 하강시키는 동안 플레이트 부재(11)의 가이딩을 위해서 제공할 수 있다.

호일 커튼(14)을 위한 고정 부재는 상부 대각 가열 유닛(9b) 위에 나타나 있다(도 1). 이에 연결된 호일 커튼(14)은, 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이, 도가니 위의 공간과 대각 가열 유닛(9a, 9b) 사이, 및 측면 가열 유닛(8)과 도가니(6) 사이의 영역으로 연장된다. 임의로, 호일 커튼은 또한 공정 챔버(4)의 상부 영역을 일부 또는 전부 덮을 수 있다(도 6). 호일 커튼(14)은 공정 챔버 내에 바람직하지 않은 오염물을 허용하지 않는 온도 내성 기밀 재료, 예컨대, 그라파이트 호일로 제조된다. 호일 커튼(14)은 또한 절연 박스(3)의 천장으로부터 바로 연장될 수 있고, 이에 실링될 수 있다. 또한 호일 커튼이 이의 하단부에서 절연 박스(3)의 측벽에 실링되어 측면/대각 히터를 고정시키기 위한 실링된 공간을 형성시킨다.

장치(1)의 작동은 도 1 및 4와 관련하여 더욱 상세하게 하기에 설명될 것이고, 각 도면들은 여러 공정 단계 동안의 동일한 장치를 나타낸 것이다.

도 1은 생산 공정 자체의 시작 전의 장치(1)를 도시한 것이다. 도가니(6)는 도가니의 상부 가장자리까지 규소 원료(20)로 충전되어 있다. 도면에서, 도가니(6)를 충전시키기 위해 규소 로드 및 과립화된 규소가 사용되었다. 규소 로드(26)는 고정 부재(24)를 통해 플레이트 부재(11)에 고정된다.

장치(1)가 그러한 방식으로 제작된 후, 규소 원료(20)는 하부 가열 유닛(7), 측면 가열 유닛(8), 및 대각 가열 유닛(9a, 9b)에 의한 열 투입을 통해 도가니(6)에서 용융된다. 가열 유닛(7, 8, 9a, 및 9b)은 열 투입이 주로 하부로부터 발생되는 방식으로 이러한 공정 동안 제어되어, 플레이트 부재(11)를 통해 도가니(6) 위에 고정되는 규소 로드(26)가 가온되지만 융해되지는 않을 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 규소 원료(20)가 완전히 용융된 후에, 용융된 규소 또는 규소 용융물(22)이 도가니(6)에 형성된다. 이 시점에서는 플레이트 부재(11)에 고정된 규소 로드(26)가 용융되지 않는다. 그 후에, 도 3에 도시된 바와 같이, 플레이트 부재(11)는 용융된 규소(22) 중에 규소 로드(26)를 침지시키기 위해서 리프팅 메카니즘(상세하게 도시되어 있지 않음)을 통해 하강된다. 이러한 방식으로, 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 도가니 내의 용융된 규소(22)의 충전 수준이 실질적으로 높아질 것이다. 침지된 규소 로드(26)는 용융된 규소(22)와의 접촉으로 인해, 적절한 경우, 하부 히터(7) 및 측면 히터(8)에 의해 제공되는 추가 열 투입으로 인해, 완전히 용융되고, 용융된 재료(22)와 혼합된다.

하기에서, 플레이트 부재는 고정 부재(24)가 용융된 규소(22)와 접촉하지 않는 한, 도 3에 따른 위치에서 유지될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 고정 부재가 용융된 규소와 접촉하는 경우에, 플레이트 부재(11)는 약간 높아져서 용융된 재료(22)로부터 고정 부재(24)를 리프팅시킬 것이다.

이 시점에서, 도가니(6) 내의 용융된 규소(22)의 냉각을 달성하기 위해서, 가열 유닛에 의한 열 투입은 실질적으로 감소될 수 있거나, 중단될 수 있다. 그렇게 함에 있어서, 냉각은 특히 대각 가열 유닛(9a, 9b)을 통해 용융된 재료(22)의 고형화가 유도 방식으로 하부에서 상부로 이루어지는 방식으로 제어된다. 도 4에서 알 수 있는 있는 바와 같이, 용융된 규소(22)와 고형화된 부위(32) 사이의 얕거나 평탄한 상계면은 대각 히터(9a, 9b)을 조절함으로써 달성될 수 있다. 도 4는 도가니에서 규소 재료의 하부(32)가 고형화되지만, 용융된 규소(22)가 여전히 상부에 존재하는 공정 동안의 시점을 도시한 것이다. 플레이트 부재(11)와 조합되어 대각 히터(9a, 9b)에 의해 평탄한 상계면이 이루어져, 상부-히터를 시뮬레이팅(simulating)하고, 그에 따라서, 도가니(6)에 위치된 규소 재료에서 온도가 수평 방향으로 실질적으로 동일한 온도가 되는 것이 용이해진다. 물론, 이러한 상태가 또한 플레이트 부재(11) 없이 이루어질 수 있는데, 왜냐하면, 대각 히터가 도가니(6)에서 규소 재료를 위에서 대각으로 또는 일정 각도로 가열하기 때문이다. 따라서, 플레이트 부재(11)는 유리하지만, 임의적인 특징이고, 생략될 수 있으며, 적절한 경우, 또 다른 재로딩 유닛으로 대체될 수 있다.

공정 동안의 어떠한 시점에, 특히, 용융 단계의 시작 또는 도중에, 규소에 대해 불활성인 가스, 예컨대, 아르곤이 가스 공급 튜브(3)를 통해 용융된 규소(22)의 표면으로 유도된다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 가스는 용융된 규소(22)의 표면 상에서 외부로, 이어서, 도가니(6)와 호일 커튼(14) 사이에서 가스 배출부(10)로 흐른다. 호일 커튼(14)은 용융된 규소의 표면 상에 유도되는 가스와의 접촉에 대해서 대각 가열 유닛(9a, 9b), 및 측면 가열 유닛(8)을 보호하는 기능을 하고, 그에 따라서, 기체 규소, SiO, 또는 산소를 포함한다.

대각 가열 유닛(9a, 9b) 및 측면 가열 유닛(8)은, 예를 들어, 호일 커튼(14)과 절연 박스(3) 사이에 별개로 유입되는 추가 가스에 의해 둘러싸이거나 둘러싸이지 않을 수 있고, 여기서, 추가 가스는 가열 유닛(9a, 9b, 8)의 재료, 또는 용융된 규소의 표면으로부터 유도되어 흐르는 가스(예, 아르곤 또는 다른 불활성 가스)와 화학적으로 반응하지 않는다. 이러한 방식으로, 기체 규소를 포함한 용융된 규소(22) 상에 유도되었던 가스는 가열 유닛(9a, 9b, 8)에 도달하는 것이 방지된다.

가열 유닛(9a, 9b, 8) 상에 유도된 추가 가스뿐만 아니라, 용융된 규소(22) 상에 유도된 가스는 가스 배출부(10)를 통해 배출될 수 있다.

용융된 규소(22)가 완전히 고형화되면, 최종 제품인 규소 잉곳이 도가니(6)에 형성된다. 그러한 잉곳은 추가로 공정 챔버(4)에서 취급 온도로 냉각된 후, 공정 챔버(4)로부터 제거될 수 있다.

상기 기재된 바와 같이, 규소 재료의 용융 및 후속 냉각 공정 동안, 가열 유닛(8, 9a, 및 9b)은, 예를 들어, 가열 유닛이 측면으로/대각으로 제공되는 가열력에 대해 각각 약 10%, 30%, 및 60%로 기여하는 방식으로 제어될 수 있다. 이는 유닛들의 개별 제어를 통해, 또는 상이한 저항을 지니는 유닛들의 내부 구성물을 통해 달성될 수 있고, 후자의 경우에 공유 제어가 제공될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따라 다결정성 규소 잉곳을 생산하기 위한 장치(1)의 대안적인 구체예를 도시한 것이다. 동일한 참조 부호가 동일하거나 유사한 부재를 나타내는 정도로 도 5에서 사용된다.

또한, 장치(1)는 기본적으로 내부에 공정 챔버(4)를 형성하는 절연 박스(3)로 구성된다. 공정 챔버(4)에 도가니(6)를 위한 홀더가 제공된다. 또한, 공정 챔버에 하부 가열 유닛(7) 및 대각 가열 유닛(9a 및 9b)이 제공된다. 그러나, 이러한 구체예에는 측면 가열 유닛이 제공되지 않는다. 절연 박스의 하부 영역에 가스 배출 가이드(10)가 제공된다. 또한, 공정 챔버(4)에 호일 커튼(14)이 제공된다. 절연 박스(3)의 상부 표면에 가스 공급부(4)가 제공된다. 첫 번째 구체예에 제공된 바와 같이, 플레이트 부재가 이러한 구체예에서는 제공되지 않지만, 임의로 제공될 수도 있다.

또한, 도가니는 규소 원료(20)로 충전되고, 규소 원료(20)는 대부분 로드 재료 형태로 도가니(6)의 상부 가장자리 위에 적층되어 용융 공정 후에 도가니(6)에서 용융된 규소의 바람직한 충전 수준이 달성된다. 이러한 방식에서, 재로딩 유닛이 생략될 수 있다. 도시된 바와 같은 로드 재료를 적층시키는 대신, 또한 일반적으로 도가니에 수직으로 로드 재료를 배열하는 것이 가능하다. 상기 언급된 바와 같이, 도가니의 높이까지 공간이 파쇄된 규소로 충전될 수 있다. 도가니(6)의 가장자리에서 규소 재료가 떨어지는 것을 막기 위해서, 도가니에 보조 벽이 제공될 수 있으며, 그러한 보조 벽은 수회 사용될 수 있다.

하부 가열 유닛(7)은 상기 기재된 바와 같와 동일한 구성을 지닐 수 있으며, 이는 대각 가열 유닛(9a, 9b)에도 그러하다. 도시된 구체예에서, 하부 대각 가열 유닛(9a)은 도가니보다 길게 제조되며, 도가니 및 도가니 안에 위치될 수 있는 규소 잉곳과 부분적으로 중첩된다. 이와 관련하여, 도가니 또는 규소 잉곳과 중첩되는 것은 각각 대각 히터 길이의 최대 20%여야 한다.

호일 커튼(14)은 상기 기재된 바와 동일한 재료로 구성될 수 있고, 또한 절연 박스(3)의 상부 영역을 따라 일부 또는 전부 연장된다. 호일 커튼(14)은 캐노피(canopy) 또는 밸더킨(baldachin)과 유사한 도가니를 덥고, 대각 가열 유닛(9a, 9b)은 덮힌 영역에 위치되지 않는다. 가스 흐름은 가스 공급부(40)를 통해 공정 챔버(4) 내로 공급될 수 있고, 가스 흐름은 호일 커튼(14)에 의해 대각 가열 유닛(9a, 9b) 상에 유도되어, 도가니(6) 영역으로부터 공정 가스에 대해서 대각 가열 유닛(9a, 9b)을 보호한다.

공정은 일반적으로 재로딩을 위한 플레이트 부재가 제공되지 않고, 규소 재료의 가열이 오로지 하부 가열 유닛(7) 및 대각 가열 유닛(9a 및 9b)을 통해 제공되는 상기 기재된 공정과 유사하다.

본 발명은 특정 구체예로 제한되지 않으면서 본 발명의 바람직한 구체예의 도움으로 더욱 상세하게 설명된다. 여러 구체예의 부재들이 서로 조합될 수 있거나, 부재들이 여러 구체예에서 교환될 수 있음을 주지해야 한다. 호일 커튼 대신 가스 커튼이 제공되는 것은 선택적일 것이고, 여기서 가스 커튼은 상부에서 하부로 유도되는 가스 흐름에 의해 형성되어 유해한 공정 가스에 대해서 대각 히터를 보호한다.

Claims

다결정성 규소 잉곳(ingot)을 생산하는 방법으로서,
도가니를 공정 챔버에 위치시키는 단계로서, 도가니가 고형 규소 재료로 충전되거나 공정 챔버에서 규소 재료로 충전되고, 도가니가 적어도 하나의 대각 히터에 대해서 대각 히터가 측면 오프셋(offset)으로, 일반적으로 생산하려는 규소 잉곳 위에 위치되는 방식으로 배열되게 하여, 도가니를 공정 챔버에 위치시키는 단계;
규소 재료의 용융 온도 초과로 도가니에서 고형 규소 재료를 가열하여 도가니에서 용융된 규소를 형성시키는 단계;
용융된 규소의 고형화 온도 미만으로 도가니에서 규소 재료를 냉각시키는 단계로서, 냉각 단계 동안 규소 재료에서의 온도 분포가 적어도 하나의 대각 히터를 통해 부분적으로 또는 전체적으로 제어되게 하여, 규소 재료를 냉각시키는 단계; 및
도가니와 마주하는 적어도 하나의 대각 히터(9a, 9b)의 면에 인접하여 제공되는 적어도 하나의 호일 커튼(14)에 의해 도가니(6)에서 내각선 히터(9a, 9b)로의 어떠한 직접적인 가스 흐름을 차단하는 단계를 포함하는 방법.
제 1항에 있어서,
공정 챔버에 위치되고, 적어도 하나의 대각 히터를 통해 수동적으로 가열되고, 가스 공급을 위한 적어도 하나의 관을 포함하는 플레이트 부재(plate element)를 하강시키는 단계; 및
용융된 규소의 고형화 기간 중 적어도 일부의 시간 간격 동안 도가니에서 용융된 규소의 표면으로 가스 흐름을 유도하는 단계로서, 가스 흐름이 플레이트 부재에서 적어도 하나의 관을 통해 용융된 규소의 표면으로 부분적으로 또는 전체적으로 유도되게 하여, 가스 흐름을 유도하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제 2항에 있어서, 플레이트 부재에 추가의 고형 규소 재료를 고정시킨 후, 플레이트 부재를 하강시키는 동안 추가 규소 재료의 일부 또는 전부를 도가니 내의 용융된 규소 중에 침지시키는 방식으로 도가니에서 규소 재료를 가열하여 용융시킴으로써 도가니 내의 용융된 규소의 충전 수준을 증가시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 규소 재료의 가열 단계 및/또는 냉각 단계의 적어도 일부의 시간 간격 동안 도가니와 마주하는 대각 히터의 적어도 한 면 상으로 상부-하부 가스 흐름을 유도하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 두 개의 적층된 대각 히터를 제공되고, 그러한 대각 히터들이 10% 이상까지 상이한 가열력(heating power)을 방출시키는 방식으로 적어도 규소 재료의 냉각 단계 동안 제어되는 방법.
다결정성 규소 잉곳을 생산하기 위한 장치(1)로서,
로딩(loading) 및 언로딩(unloading)을 위해서 개방되고 밀폐될 수 있는 공정 챔버(4);
소정 위치에 도가니(6)를 고정시키기 위한 공정 챔버(4) 내부의 도가니 홀더;
도가니 홀더에 대해 측면으로 공정 챔버(4)에 위치되고, 일반적으로 도가니 홀더에 수직이고, 도가니에서 형성시키려는 다결정성 규소 잉곳 위에 일반적으로 수직으로 위치되는 거리로 수직 방향으로 도가니 홀더로부터 이격되어 있고, 공정 챔버가 밀폐되는 동안 도가니 홀더에 대해 고정적인, 적어도 하나의 대각 히터(9a, 9b); 및
도가니(6)로부터 대각 히터(9a, 9b)로의 직접적인 가스 흐름을 차단시키는 방식으로 도가니와 마주하는 적어도 하나의 대각 히터(9a, 9b)의 면에 인접하여 제공되는, 적어도 하나의 호일 커튼(14)을 포함하는 장치(1).
제 6항에 있어서, 대각 히터(9a)의 최대 20%가 도가니 홀더에 의해 고정되는 도가니 및/또는 도가니 안에 형성된 다결정성 규소 잉곳과 수직으로 중첩되는 장치(1).
제 6항 또는 제 7항에 있어서, 적어도 두 개의 적층된 대각 히터(9a, 9b)가 제공되는 장치(1).
제 8항에 있어서, 적층된 대각 히터(9a, 9b) 중 적어도 두 개가 적어도 하나의 저항 가열 부재를 포함하고, 적층된 저항 가열 부재가 단위 길이 당 상이한 저항을 포함하고, 단위 길이 당 더 높은 저항을 지니는 저항 가열 부재가 다른 저항 가열 부재의 단위 길이 당 저항보다 10% 이상 높은 단위 길이 당 저항을 포함하는 장치(1).
제 9항에 있어서, 상부 저항 가열 부재가 단위 길이 당 더 낮은 저항을 지니는 장치(1).
제 9항 또는 제 10항에 있어서, 적층된 대각 히터(9a, 9b)가 공유 전극을 통해 공유 제어 유닛에 연결되는 장치(1).
제 6항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 대각 히터(9a, 9b)가, 직선 섹션(straight section) 및 코너 섹션(corner section)을 지니고 가열 공간을 둘러싸는 저항 가열 부재를 포함하고, 직선 섹션이 코너 섹션의 단위 길이 당 저항보다 10% 이상 더 높은 단위 길이 당 저항을 지니는 장치(1).
제 6항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 대각 히터(9a, 9b)가 직선 섹션 및 곡선형인 코너 섹션을 지니고 가열 공간을 둘러싸는 저항 가열 부재를 포함하는 장치(1).
제 6항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
도가니 홀더 위의 공정 챔버에 배열되고 적어도 하나의 관(30)을 포함하는 적어도 하나의 플레이트 부재(11);
적어도 하나의 관(30) 및 플레이트 부재(11) 내로 또는 이를 관통하여 연장되는 적어도 하나의 가스 공급 튜브(13); 및
가스 공급 튜브 내로 그리고 이를 관통하여 가스 흐름을 플레이트 부재(11)의 아래의 영역에 공급하기 위한, 가스 공급 챔버(4) 외부의 적어도 하나의 가스 공급 유닛을 추가로 포함하는 장치(1).
제 14항에 있어서, 플레이트 부재(11)를 위한 리프팅 메카니즘(lifting mechanism)이 제공되는 장치(1).
제 14항 또는 제 15항에 있어서, 플레이트 부재(11)가 규소 재료(26)를 고정시키기 위한 수단을 포함하는 장치(1).
제 6항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 대각 히터(9a, 9b)를 따라 상부-하부 가스 흐름을 생성시키기 위한 수단(14, 40)이 제공되는 장치(1).
제 6항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 섹션(43)을 지니는 적어도 하나의 가장자리 전극(40a, 40b)이 도가니 폭의 폭 치수를 따라 연장되는 장치(1).
제 18항에 있어서, 가장자리 전극(40a, 40b)의 적어도 하나의 섹션(43)이 도가니(6)에서 형성된 다결정성 규소 잉곳의 삼분의 일에 인접하여 연장되는 장치(1).