(57)【要約】  成長チャンバ、分離弁、原料を収容する供給チャンバ及びフィーダを備えたチョクラルスキー成長装置に関する。分離弁は、成長チャンバの少なくとも１つの側壁に配置され、供給チャンバは分離弁を介して成長チャンバと真空シールされている。フィーダは分離弁を介して成長チャンバの中に挿入可能であり、成長チャンバの中に原料を供給する。好ましくは、この装置は、連続チョクラルスキー法を使用してシリコンインゴットを製造するために使用することができる。  【選択図】図１
2014512330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー成長装置であって、
ルツボ、側壁、頂部壁、ルツボを支持する台座、及びルツボ中に含まれる融液と接触させる種結晶を伸縮自在に支える引き上げ機構を有する成長チャンバ、
成長チャンバの側壁の少なくとも１つに配置された分離弁、
分離弁を介して成長チャンバと真空シールされ、原料を収容する供給チャンバ、及び
分離弁を介して成長チャンバの中に挿入可能で、成長チャンバの中に原料を供給し、成長チャンバから供給チャンバの中に移動可能であり、閉じた分離弁を有する成長チャンバの中に配置し得るフィーダ
を備えたチョクラルスキー成長装置。
【請求項２】
フィーダからの原料を受ける傾斜した底部を有する成長チャンバの内側に固定されたドロップボックスと、ルツボの上に配置した噴出口とをさらに備えた、請求項１記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項３】
傾斜した底部が約３０°と約６０°の間の角度で傾斜している、請求項２記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項４】
ルツボが、引き上げ機構の下に配置された内部ゾーンと、内部ゾーンと流体的に連通している環状の外部ゾーンとを有する、請求項１記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項５】
ルツボが、引き上げ機構の下に配置された内部ゾーンと、内部ゾーンと流体的に連通され、かつドロップボックスの噴出口の下に配置された、環状の外部ゾーンとを含む、請求項２記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項６】
ドロップボックスがシリコンカーバイドを含有する、請求項２記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項７】
供給チャンバの中に配置された原料容器をさらに備えた、請求項２記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項８】
フィーダが、原料容器からの原料を受ける受け部を有するフィーダパンと、受け部と連結され、受け部よりも小さな断面を有するインジェクタ部を備えた、請求項７記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項９】
インジェクタ部が凹面の底部を有する、請求項８記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項１０】
凹面の底部がＶ字型であり、約３０°〜約６０°の、垂直から反対に傾斜した複数の壁を有する、請求項９記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項１１】
原料容器が、受け部の側壁に配置された底部噴出口を設けた漏斗を有するホッパーを備えた、請求項７記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項１２】
受け部を支持するバイブレータをさらに備えた、請求項８記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項１３】
バイブレータがホッパーの上で支持され、ホッパーが供給チャンバの中の少なくとも１つのロードセルで支えられている、請求項１２記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項１４】
フィーダパンがシリコンカーバイドを収容する、請求項８記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項１５】
供給チャンバを成長チャンバから切り離せるように、分離弁と供給チャンバを接続するベローズをさらに備えた、請求項１記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項１６】
ベローズが、手動のクイック・リリース・カップリングで分離弁と接続されている、請求項１５記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項１７】
フィーダが成長チャンバの中に挿入されたときにはフィーダ、分離弁及びベローズの間に介在し、分離弁を閉じたときには供給チャンバの中に引き入れ可能であるシールドシステムをさらに備えた、請求項１５記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項１８】
フィーダが成長チャンバの中に挿入されたときにはフィーダと分離弁との間に介在し、フィーダを収納し、分離弁を閉じたときには供給チャンバの中に引き入れ可能であるシールドシステムをさらに備えた、請求項１記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項１９】
フィーダが成長チャンバの中に挿入されたときにはフィーダと分離弁との間に介在し、フィーダを収納し、分離弁を閉じたときには供給チャンバの中に引き入れ可能であるシールドシステムをさらに備えた、請求項１記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項２０】
シールドシステムが供給チャンバに固定された裏シールドと、裏シールドに対してスライド可能な表シールドであって、成長チャンバの中に突出可能である表シールドとを備えた、請求項１９記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項２１】
成長チャンバの中に固定されたドロップボックスであって、フィーダからの原料を受け入れる傾斜した底部を有するドロップボックスと、ルツボの上の噴出口とをさらに備え、表シールドが、ドロップボックスの受け部の中に挿入し得る末端を有する、請求項２０記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項２２】
傾斜した底部が約３０°〜約６０°の間の角度で傾斜している、請求項２１記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項２３】
分離弁が、拡張可能な水冷ゲートを有するゲート弁である、請求項１記載のチョクラルスキー成長装置。
【請求項２４】
引き上げ機構とフィーダを支持するロードセルと、フィーダを活性化させて原料をチャンバに供給するためのロードセルに対応する制御手段をさらに備えた、請求項１記載のチョクラルスキー成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本発明は、２０１１年４月２０日に出願された米国特許仮出願第６１／４７７，４３５号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、結晶性インゴットのチョクラルスキー成長に関する。特に本発明は、結晶性インゴットのチョクラルスキーの連続成長用の原料の反復供給のための供給装置（ｆｅｅｄ  ｓｙｓｔｅｍ）に関する。
【背景技術】
【０００３】
開発されている多くのタイプの太陽光電池のなかで、最も効果的および経済的な電池のひとつは、シリコン集積回路で最も広く使用されているものと同様にチョクラルスキー法で成長させたシリコンウェーハに基づくものである。チョクラルスキー（ＣＺ）法では、シリコンは約１４２０℃でルツボ中で溶融して液状になる。結晶配向を予め測定した少量のシリコン種結晶を融液に接触させ、次いで徐々に引き上げる。温度を適切に調節することによって、液状シリコンが種結晶の表面に種結晶と同じ配向で凍結する。次いで種結晶は、融液から徐々に引き上げられて、最終長さが典型的に１ｍ又はそれ以上で、最初の引き上げ条件で測定して、径が典型的に数百ｍｍに成長する結晶性インゴットを形成する。典型的な集積用途では、既使用のルツボで、初期投入の電子グレードシリコン（これはまた未使用のポリ又は単にポリシリコンと呼ばれる）で満たされたルツボの中で、バッチのＣＺが実施される。ルツボは加熱され、１つのインゴットが引き出され、実質的にルツボは消耗し、そのルツボは１つのインゴットの後、廃棄される。冷却されたインゴットはスライスして実質的に１ｍｍ未満の厚さを有する円形単結晶のウェーハになる。電子産業用のシリコンおよび典型的なチョクラルスキー法についての議論は、ここで引用して本明細書に取り込む、Ｗｏｌｆ  ａｎｄ  Ｔａｂｅｒ，Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ＶＬＳＩ  Ｅｒａ，ｖｏｌ．１：Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｔｔｉｃｅ  Ｐｒｅｓｓ  １９８６，ｐｐ．５−２１を参照されたい。
【０００４】
しかしながら、太陽電池用途はシリコン集積回路よりもずっと価格に敏感である。特に、各々のインゴットの後にルツボを取り替えなければならないことによって、各々のインゴットにルツボおよび、その中に残ったシリコンの損失分の高価格が課される。また、ルツボの取替、ルツボやチャンバの再加熱に必要な時間によって単位時間内の生産量は著しく減少する。
【０００５】
ソーラーシリコンの価格を下げるひとつの一般的な試みは、連続チョクラルスキー（ＣＣＺ）成長であり、これは長年、知られているが、広く実施されてはいない。最近、ソーラーの用途が提案されている。Ｂｅｎｄｅｒの米国特許第７，６３５，４１４号明細書およびＷｉｌｌｉａｍ等の米国特許出願公開第２０１１／０００６２４０号を参照されたい。ＣＣＺは１つのルツボから多数のインゴットを引き出すことを許容するが、概して小さなルツボに、熱いうちに、最も好ましくはルツボ融液からインゴットの１つが引き出されている間に、新しいシリコンを補充することが必要である。しかしながら、高品質の単結晶インゴットを引き出すには、厳しく制御された温度、臨界的な融液レベルの制御、および不活性雰囲気、例えばアルゴンが必要である。チョクラルスキーのルツボのシリコン原料の補充はＣＣＺのひとつの挑戦である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，６３５，４１４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１１／０００６２４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、チョクラルスキー成長法で原料の連続供給に使用できる供給方法、特に連続チョクラルスキー成長法についての工業上の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、成長チャンバ、分離弁、原料を収容する供給チャンバおよびフィーダを備えたチョクラルスキー成長装置に関する。成長チャンバは、ルツボ、側壁、頂部壁、ルツボを支持する台座、およびルツボ中に含まれる融液と接触させる種結晶を伸縮自在に支える引張り機構を備えている。分離弁は成長チャンバの側壁の少なくとも１つに配置され、供給チャンバは分離弁を介して成長チャンバと真空シールされている。フィーダは分離弁を介して成長チャンバの中に挿入可能であり、成長チャンバの中に原料を供給する。さらに、供給チャンバは、成長チャンバから供給チャンバの中に移動可能であり、閉じた分離弁を有する成長チャンバに配置することができる。好ましくは、チョクラルスキー成長装置は、成長チャンバの中にドロップボックス（ｄｒｏｐ  ｂｏｘ）を有する。ドロップボックスは、ルツボ上に配置された噴出口と同様に、フィーダからの原料を受ける傾斜した底部を有する。
【０００９】
上記の一般的説明および以下の詳細な説明は共に、単に例示および説明するだけであり、本発明をさらに説明することを意図したものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明のチョクラルスキー成長装置の一実施形態の断面図である。
【図２】図２は、本発明のチョクラルスキー成長装置の供給システムの実施形態の断面図である。
【図３】図３は、本発明のチョクラルスキーのドロップボックスの一実施形態の正投影図である。
【図４】図４は、本発明のチョクラルスキーのフィーダパンの一実施形態の図である。
【図５】図５は、本発明のチョクラルスキーのフィーダパンの一実施形態の図である。
【図６】図６は、本発明のチョクラルスキー成長装置の供給システムの実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明はチョクラルスキー成長装置およびチョクラルスキー成長装置に原料を提供する供給装置に関する。
【００１２】
本発明のチョクラルスキー成長装置は、インゴット例えばシリコンインゴットがその中で生成する成長チャンバを備えている。成長チャンバは、加熱できる空間を形成する側壁および頂部壁を含有し、加熱できる空間内に原料、例えばシリコンを含有するルツボが提供される。原料は成長チャンバ中のルツボ中で融解し、成長チャンバは１又はそれ以上の台座で支持することができ、シリコンインゴットはこの技術分野で公知の任意の技術を用いて融液から成長させることができる。このように、例えば、成長チャンバはさらに引き上げ機構を有することができ、その中で小さなシリコン種結晶が成長チャンバの頂部壁から、例えば伸縮自在なケーブルの上で支持される。予め決められた種結晶配向を有する種結晶を融液と接触させ、その後、徐々に引き上げる。適切な温度制御によって、液状シリコンは種結晶の表面で、種結晶と同じ配向で凍結する。その後、種結晶を融液からゆっくりと引き上げ、所望の最終長さおよび径を有するシリコンの成長結晶インゴットが生成される。引き上げ機構を支持する、１又はそれ以上のロードセルを使用することができ、成長チャンバへの原料の供給を活性化する制御手段をロードセルに応じて用いることができる。
【００１３】
成長チャンバのルツボは、シリコン結晶成長用の当技術分野で公知の任意のものでよく、固体および液体シリコン原料の両方を収容することができるものである。例えば、ルツボは、石英のルツボ又は石英で内部をライニングしたグラファイトのルツボとすることができる。ルツボは、例えば結晶成長装置の幾何学に依存して任意の断面とすることができるが、典型的には円型の断面形状を有する。好ましくは、ルツボは、内側領域と外側領域を有し、これらの領域はお互いに流体で接続されている。内側領域は、引き上げ機構の下に配置されており、外側領域が原料を収容している間に成長を開始し、原料が融解したときに、インゴットが成長するにつれて、追加の原料を内側領域に供給する。例えば、ルツボは壁又は他の分離手段を有しており、それがルツボを内側および外側領域に分割する。セパレータは穴又はパイプのような開口を有し、それによって２つの領域の間が制限的に流体的に連通され、結晶化プロセスによって内側成長領域から原料が除かれると、新しい原料が外側領域から入ってくる。
【００１４】
本発明のチョクラルスキー成長装置は、さらに、分離弁を備えており、それは成長チャンバに取り付けられている。分離弁は、側壁又は頂部壁の少なくとも１つを含む、成長チャンバに沿った任意の場所に配置できる。以下に、より詳細に記載するように、原料の配送の容易さから、好ましくは、分離弁は成長チャンバの側壁に配置される。弁は、当技術分野で公知の任意のものとすることができるが、好ましくは拡張可能な水冷ゲートを備えたゲート弁、例えば米国特許出願公開第２０１１／０００６２３５号、同第２０１１／０００６２３６号および同第２０１１／０００６２４０号に記載されたものがあげられ、これらは引用することにより本明細書に完全に取り込まれる。
【００１５】
さらに、本発明のチョクラルスキー成長装置は、また、分離弁を介して成長チャンバとシール、好ましくは真空シールされた供給チャンバを有し、分離弁を介して成長チャンバの中に挿入可能なフィーダを有する。供給チャンバは、原料例えばシリコンを収容し、フィーダは原料を成長ゾーンに供給する。フィーダは成長チャンバから供給チャンバの中に移動可能であり、閉じた分離弁を備えた成長チャンバの中に配置可能である。好ましくは、チョクラルスキー成長装置は、フィーダからの原料を受ける成長チャンバの内側に固定されたドロップボックスもさらに備えている。例えばドロップボックスは傾斜した底部と、ルツボの上に配置された噴出口を有し、フィーダから供給された原料はドロップボックスに入ることができ、無視できない飛散（ｓｐｌａｓｈｉｎｇ）をおこすことなく、ルツボに加えられる。ドロップボックスの底部の傾斜は、例えば、ルツボからのドロップボックスの高さおよび原料添加の速度によって変えることができる。例えば、傾斜した底部は約３０°〜６０°の角度に傾斜させることができる。内側および外側領域を有するルツボでは、ドロップボックスの噴出口がルツボの外側領域の上に配置される。ドロップボックスは、高温結晶成長炉の中の温度および条件に耐えることができる、当技術分野で公知の任意の物質を含むことができ、例えばシリコンカーバイドのような高いモジュラスの、汚染されていない物質があげられる。
【００１６】
供給チャンバはさらに、原料物質を入れる容器を有することができる。例えば、容器は、フィーダの上に配置された底部噴出口を有する漏斗を備えたホッパーを有することができる。この例として、フィーダは、当技術分野で公知の任意の物質から形成されたフィーダパンを含むことができ、その物質は高温結晶成長炉の中の温度および条件に耐えることができるもので、例えばシリコンカーバイドのような高モジュラスの、汚染されていない物質があげられる。フィーダパンは、受け部（ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  ｓｅｃｔｉｏｎ）を有し、受け部は、分離弁を介して成長チャンバの中へ挿入されることが可能で、連結されたインジェクタ部に沿って容器から原料を受け入れる。ホッパーの噴出口は受け部の側壁の中に位置づけることができる。好ましくは、インジェクタ部の断面図は受け部よりも小さい。さらに、インジェクタ部は、断面が凹の底部を有し、例えば垂直から反対に傾斜した複数の壁によるＶ字型が含まれる。凹の底面の傾斜は、例えば、成長チャンバの中に供給される原料の量に依存して変動させることができる。例えば、インジェクタ部の壁は、約３０°〜６０°の傾斜を有することができる。さらに、フィーダパンの受け部は、原料の配送に役立つバイブレータによって支持することができる。例えば、バイブレータは容器のホッパーによって支持することができ、ホッパーは、供給チャンバ内で、少なくとも１つのロードセルによって支持され、そのセルは本発明の物質の量を測定することができる。
【００１７】
本発明のチョクラルスキー成長装置は、分離弁と供給チャンバを接続する１又はそれ以上のベローズを含む。ベローズは、当技術分野で公知の任意のデバイスを用いて分離弁と接続することができ、例えば手動のクイック・リリース・カップリングを用いることができる。この方法で、供給チャンバは成長ゾーンから分離することができる。例えば、追加の原料を供給チャンバに追加する必要があるときは、成長チャンバから供給チャンバの連絡を絶つことなくフィーダはベローズの移動により成長チャンバから供給チャンバの中に収納できる。シールドシステムも、もし使用されるとしたら、フィーダ、分離弁、及びベローズの間で使用し得る。シールドシステムは、分離弁が開き、原料が供給されるときは、成長チャンバの中に挿入することができ、原料供給が完結し、フィーダを収納し、分離弁が閉じられたときは供給チャンバの中に引くことができる。例えば、シールドシステムは、供給チャンバに固定された裏シールド、及び成長チャンバに突き出すことができ、裏シールドに対してスライド可能な表シールドを含むことができる。
【００１８】
本発明のチョクラルスキー成長装置の特定の実施形態及び構成要素を図１〜図６に示し、以下に議論する。しかし、それらは本来、単に例示的なものであり、限定的なものではなく、例として示されたものであることが当業者には明らかであるべきである。数多くの変性及び他の実施形態は全て当業者の通常の知識の範囲内であり、本発明の範囲に入るものである。さらに、当業者は、特定の数値は例示のためであり、実際の構成は特定のシステムに依存するであろう。当業者は、通常をこえる実験を行わずに特定の要素の均等物を認識し特定できるであろう。
【００１９】
連続チョクラルスキー（ＣＣＺ）成長装置１０の一実施形態が図１の断面図に図示され、これは、中心軸１３の周りに配置されたルツボチャンバ１２及び二重壁のルツボ１６を支える台座１４を含む。図示されていないモーターに接続されたシャフト１８は台座１４及びルツボ１６を中心軸１３の周りを回転させる。ルツボチャンバ１２は不活性な周囲のガス（例えばアルゴン）を供給するポート（ｐｏｒｔｓ）と、周囲ガスを排出し、チャンバの圧力を下げる真空ポートを含む。
【００２０】
ルツボ１６は、内側で成長ゾーン２２を構成する内側の壁２０と、内側の壁２０と一緒に外側の環状供給ゾーン２６を構成する外側の壁２４を含む。内側の壁２０の中の穴２８によって外側の供給ゾーン２６と内側の成長ゾーン２２との間で、制限された流体的な連通がなされる。壁を追加することによって、追加のゾーンを作ることや、他の流量調節が可能である。固体のシリコンがルツボ１６に供給され、側面ヒーター３０と環状下部ヒーター３２がルツボ１６を、シリコンの融点より少し高い約１４２０℃に加熱し、シリコンが溶融し、内側の成長ゾーン２２と外側の供給ゾーン２４が溶融シリコンで実質的に満たされる。
【００２１】
プルチャンバ４０は、ルツボチャンバ１２の頂部から垂直上方へ伸び、プラー分離弁４２によって、ルツボチャンバから真空分離されている。引き上げ機構４４は、下端にクランプ４８を有するケーブル４６を支持し、引張り、伸ばし、回転させて、予め決定された結晶配向のシリコン種結晶５０を選択的に保持する。実施中に、引き上げ機構４４は、開いたプラー分離弁４２を通してシリコン種結晶５０を下げ、内側の成長ゾーン２２の溶融表面３４にわずかに接触させる。適切な温度条件下で、内側の成長ゾーン融液の表面のシリコンはシリコン種結晶５０の表面上で、種結晶と同じ結晶配向で凍結する。その後、プラー４４は、追加のシリコンが凍結し、結晶が拡大して成長するインゴット５２を形成するように回転しながら、ゆっくりと融液からシリコン種結晶５０を引き上げる。初期には、インゴット５２の直径はクラウン領域５４で拡大するが、インゴット５２の中央部が実質的に一定の径、例えば２００又は３００ｍｍを有するように引き上げ速度を増加させる。
【００２２】
インゴット５２の長さが増加するにつれて、プルチャンバ４０の中へ部分的に引き込まれる。所望の最終長さ、例えば１〜２ｍに達したとき、引き上げ速度をさらに増加させ、減少した径のインゴット尾を製造し、最終的にはこれは融液から外れる。完成したインゴットは次いで、完全にプルチャンバ４０の中へ引き込まれ、プラー分離弁４２を閉じてプルチャンバ４０をルツボチャンバ１２から分離する。完成したインゴットは、十分、冷却されたときにプルチャンバ４０から取り出され、新しいシリコン種結晶がプラーケーブル４６にクランプされて、同じ熱いルツボ１６から次のインゴットを引き上げることができる。
【００２３】
しかしながらＣＣＺでは、融液表面３４は、各々のインゴット５２の引き上げの間、追加のシリコンをルツボ１６に、少なくとも断続的に供給することによって、実質的に一定に維持される。図１の実施形態では、固体のシリコン粒子６０が破片又はペレットの形で、ルツボチャンバ１２の側壁を選択的に貫通しているフィーダ６２から供給分離弁６４を介して供給される。フィーダ６２は、それ自身の分離チャンバに含まれていてもよいが、フィーダ６２への原料の再供給又は修理を可能とするために、ルツボチャンバ１２及び閉じられた供給分離弁６４から引き出すことができる。噴出口６６は、回転する外側の供給ゾーン２６の上に近接して配置され、シリコン粒子６０が外側供給ゾーン２６に低速度で落下し、そこで溶融して最終的に穴２８を通って成長ゾーン２２に供給され、融液表面３４の液面が維持される。
【００２４】
フィーダ６２を側方からルツボチャンバ１２へ挿入することによって、ルツボ１６のゾーンの有利な変性ができ、ルツボチャンバ１２の大きな変形をしないで、原料の落下範囲の調節ができる。しかし、フィーダは、例えば、ルツボチャンバの中の部品の配置に応じてルツボチャンバに沿って他の位置に配置できることが認識されるであろう。例えば、フィーダは、ルツボチャンバ１２の頂部に位置する供給分離弁を介して挿入することができ、上記ルツボ１６に原料を供給する。
【００２５】
本発明のチョクラルスキー成長装置の特定の実施形態のフィーダ６２には多くの要求が課されている。シリコン粒子は、インゴットの成長の間、調節された量で、配送される必要がある。フィーダ６２の部品はシリコン融液の周りの非常に高い温度にさらされる。また、シリコン粒子６０と接触するフィーダ６２の部品はシリコンを汚さないことが必要である。補充の間、シリコンの供給は、通常、ホッパー内で、ルツボチャンバ１２の調節された環境下である必要があるが、ホッパーは長い運転の後、ルツボ１６がまだ熱い間に補充されなければならない。もし、フィーダ６２で問題が発生すると、ルツボ１６が調節された環境下で熱いままで、できるだけ多くの構成部品に技術者がアクセスできることが必要である。シリコン原料は、その出所にかかわらず、ほこりっぽい傾向がある。
【００２６】
図２の断面図で少し詳細に説明している供給チャンバ７０は、部分的に説明している成長装置１０と接続して、シリコン原料及び関連のドーパントをルツボ１６の外側の供給ゾーン２６に供給する。成長チャンバ１２は、一般に円筒状の側壁７２と、部分的にルツボ１６の上まで伸びプルチャンバ４０を支持するドーム７４を有する。ドロップボックス７６は、成長チャンバの側壁７２の内側の環状パージリング７８に固定して取り付けられている。また、より詳細に説明された図３の正投影の組立図では、ドロップボックス７６は、長方形の断面を有し、成長チャンバの側壁７２の中に形成された供給ポート７９に隣接した開放された受け入れ端を備えた水平に伸びる受け部（ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  ｓｅｃｔｉｏｎ）７８と、傾斜し、約３０°〜６０°、例えば４５°の角度で下っており、ルツボ１６の外側の供給ゾーン２６を完全に覆う開放噴出口８２まで伸び、底部フロア８１を有するシュート８０とを有している。シュート８０の底部フロア８１は滑らかであることが必要で、噴出口８２まで伸び、その端部は飛散を最小にするために融液の表面からの離れは２０ｍｍ以下が好ましい。ドロップボックス７６は谷状の底部８４とカバー８６から形成され、両方共、シリコンカーバイドのような高モジュラスの、非汚染性の材料からなるが、十分な純度と強度を有する他の耐火性の材料を使用し得る。
【００２７】
ルツボ１６のサイズや、そのゾーンの場所が変わる場合、ドロップボックス７６は容易に異なる寸法のものと置換可能であり、下記のフィーダの挿入の程度は容易に調節できる。
【００２８】
図２に示すように、供給チャンバ７０は、連続チョクラルスキー成長装置１０の中心軸１３から水平方向かつ放射状（ｒａｄｉａｌｌｙ）に伸びる２つのトラック９２の上のベアリング９０によって移動可能に取り付けられている。供給チャンバ７０は、供給ポート７９を通してドロップボックス７６の受け部７８の中に水平方向に挿入可能なフィーダパン９４を有するフィーダを含んでおり、ＣＣＺ成長装置１０が稼働中で供給チャンバ７０によって供給されているときに噴出口８２がシュート８０の底部フロア８１の上に横たわる。それによって、シリコン原料がフィーダパン噴出口９６から送られたときに、原料はシュート８０の底部フロアの床８１に短い距離で落下し、噴出口８２から外側の供給ゾーン２６の融液の中に短い距離で落下する前に、シュート８０の傾斜を滑り落ちる。その結果、シリコン原料は比較的低速度で融液に衝突し、目立った波紋や飛散は生じない。
【００２９】
フィーダパン９４と、原料をフィーダパン９４に供給する供給ホッパー１００は、アルゴンの供給と真空ポートを有する、真空気密の分離チャンバ１０２に収容される。分離チャンバ１０２は、ルツボチャンバ１２の中心軸１３から放射状に伸びるトラック９２の上に移動可能に取り付けられ、供給分離弁６４とベローズ１０６を介して供給ポート７９を通してＣＣＺ成長装置１０へ真空で連結されている。供給分離弁６４は好ましくは水冷の伸長可能なゲート弁であり、それはプラー分離弁４２にも使用し得る。供給分離弁６４は供給ポート７９の周りのフランジ１０７にボルトで締められており、それによって大掛かりなメンテナンスのためにＣＣＺ成長装置１０から供給チャンバ７０を分離することが容易になっている。
【００３０】
除去可能な真空気密ハッチカバー１０８を通して供給ホッパー１００を補充する必要があるとき、又はルツボ１６を置換するか又は成長装置の高温に継続したまま供給チャンバ７０を修理する必要があるときは、供給ポート７９から供給分離弁６４を介してフィーダパン９４を取り除くために、ベローズ１０６を圧縮してＣＣＺ成長装置１０から分離チャンバ１０２を取り除く。次いで原料供給分離弁６４を閉じ、それによってＣＣＺ成長装置１０から原料供給チャンバ７０を分離し、成長装置を汚染又は損なうことなく、供給チャンバ７０へのアクセスができ、また、ルツボ１６からフィーダパン９４を冷却して除くことができる。
【００３１】
供給ホッパー１００は中心軸１０９の周りに配置され、ライニングは任意選択的であるが、石英でライニングされ、漏斗セクション１１２の上に逆円錐形のデフレクタ１１０を配置し、固体原料が詰まるのを防止するために漏斗噴出口１１４を有する。図３とは横方向の向きが反対である図４の垂直断面図で説明するように、漏斗噴出口１１４は、一般的な水平に伸びるフロア１１８を有するフィーダパン９４の受け部１１６に合う。漏斗噴出口１１４の開放端はフロア１１８に接近して配置されているが、固体の原料が漏斗噴出口１１４から出るのには十分離れている。漏斗噴出口１１４の下縁は、下流方向よりもいくらか高く、そのために原料粒子が動きやすくなっている。受け部１１６は、一般に長方形の断面を有しており、シュート１２０に結合している。シュートは断面の減少と共に、インジェクタ部１２２に下がり、インジェクタ部はほぼ水平方向にフィーダパン噴出口９６まで伸び、インジェクタ部１２２が供給分離弁６４と供給ポート７９を超えて伸びることでルツボ１６の外側供給ゾーン２６の上まで配置することができる。インジェクタ部１２２の底部はほぼ水平、すなわち傾斜していなくてもよい。フィーダパン９４の例示された実施形態は、開放した頂部を有するが、他の実施形態はフィーダパンの部分をカバーしてもよい。それはシリコンカーバイド製でも、又はドロップボックス７６に近似した他の耐火材料でもよい。
【００３２】
不規則な形をしており、ときには特定の公知のサイズ分散の伸長したシリコン破片は、粒子の流れとは逆に配向しがちでありフィーダパン９４の狭い部分に詰まる細長い小片を含む場合がある。したがって、図５の断面図で示すように、少なくともインジェクタ部１２２は、不規則な形状をした供給物の長い寸法を、移動の方向に沿って並べる、すなわち水平方向に伸びる通路又はダクトに平行にする傾向がある底部を有し、それによって原料を一直線にする。例えば、インジェクタ部は、２つの傾斜した（垂直から約３０°と６０°の間の角度、例えば４５°で２つが反対側に傾斜した）底部壁１２６と、２つの垂直な側壁１２４とによって形成されたＶ字型の断面を有することができる。２つの底部壁１２６の接合点は、尖っていても曲がっていてもよい。より一般的には、底面は凸面、例えば半円形になってもよい。また、少なくともインジェクタ部１２２は頂部が菱型又は筒型で閉じられていてもよい。
【００３３】
図２に戻ると、フィーダパン９４の受け部１１６は電気駆動のバイブレータ１３０の頂部に固定され、バイブレータの底部は弾性パッド１３４を介してテーブル１３２に固定されている。フィーダパン９４及びホッパー１００内のシリコンをまとめて計量するために、テーブル１３２は、ホッパー１００からつるされている。実施の際、ホッパー１００からの原料が漏斗噴出口１１４を満たし、漏斗噴出口１１４とフィーダパン９４の受け部１１６のフロア１１８との間に原料の積み重ねができる。バイブレータ１３０が、典型的には一連のパルスで動くと、原料は漏斗噴出口１１４からシュート１２０へ、シュート１２０を下ってインジェクタ部１２２へ、そしてフィーダパン噴出口９６から、ルツボ１６の外側の供給ゾーン２６に移動する。パルスの数とその大きさが搬送される原料の量を決定する。原料がフィーダパン９４で詰まれば、詰まりをなくすためにバイブレーションの振幅を大きくすることができる。一方、図２で示すフィーダの特定の形式では、原料をルツボに搬送するためにバイブレータの運動を利用することが好ましいが、他の形式のフィーダやコンベヤーも使用することができ、それらではバイブレータ１３０は不要である。バイブレータなしのフィーダとして、例えば、内部に回転スクリューを備えた静止した外部チューブか、又は、固定されたコア要素を備えた回転式の外部チューブで内部にねじ山があるものをルツボへの原料搬送に用いることができる。使用できる他のフィーダの形式は、当技術分野の当業者に知られているものである。
【００３４】
フィーダパン９４は開放された頂部を持っていてもよく、シリコンダスト及び粒子がフィーダパン９４から出され、それを収容する通路に入る。またフィーダパン９４が成長チャンバ１０から引き出されると、シリコン粒子がフィーダパン噴出口９６からこぼれ出る。ダストや粒子が分離弁６４の機構の中又はベローズ１０６の中に入ると、装置はおそらくは破裂したベローズによって運転できなくなり、大掛かりなクリーニング又はオーバーホールが必要となり、インゴットの運転は中止になるであろう。したがって、図６の断面図で説明するように、フィーダパン９４のインジェクタ部１２２は、一般に管状の形を有する伸縮式シールド１４０の中に配置され、それは裏の末端が分離チャンバ１０２に固定された裏シールド１４２と、裏シールド１４２の中にスライド可能に近接して収容された表シールド１４４とを含む。
【００３５】
図示するように、ベローズ１０６はキャリアプレート１４８に内側端がシールされている前部ベローズ１４４と後部ベローズ１４６からなり、トラック９２の上を自由にスライドするが、一対のスプリング１５０で分離チャンバ１０２から離れる方向にバイアスされている。後部ベローズ１４６の後端は、分離チャンバ１０２にシールされている。前部ベローズ１４４の前端は、分離弁６４でシールされるフランジ１５８に軸方向にかみ合うことができシールできるシールリング１５６を含む、クイック・リリース・カップリング１５４にシールされている。２つのハンドル１６２を有するリング・クランプ・リング１６０は手動で回転させて、リング・クランプ・リング１６０上のフック１６４を、フランジ１５８上のピン１６８とかみ合わせ、そうしてシーリング・リング１５６とフランジ１５８の間のＯ−リングシールを締めている。
【００３６】
切り離したクイック・リリース・カップリング１５４と成長チャンバ７２から引き出したフィーダパン９４を示す図６の孤立し分離した配置において、スプリング１５０は伸縮式シールド１４０の内側シールド１４２に左向きにバイアスをかけ、伸縮式シールド１４０を前部ベローズ１４４及び後部ベローズ１４６とフィーダパン９４のインジェクタ部１２２（フィーダパン９４のフィーダパン噴出口９６を含む）との間に介在させる。フィーダパン９４も分離チャンバ１０２を左に押して、部分的に成長チャンバ７２の中にある、その操作位置に戻すと、シールリング１５６がフランジ１５８とかみ合い、クイック・リリース・カップリング１５４を動作させてシールされる。さらなる動きにより、前部ベローズ１４４を圧縮するが、スプリング１５０は引き続き内側シールド１４２に前向きのバイアスをかけ、それは分離弁６４を通って噴出口１６４をカバーする。さらなる動きによってスプリング１５０が圧縮され始め、内側のシールド１４２の動きが遅くなり、フィーダパン９４のインジェクタ部１２２が内側シールド１４２をこえて突き出し、フィーダパン噴出口９６がドロップボックス７６の内側の傾斜したフロア８１の上の、その操作位置に移る。
【００３７】
供給チャンバ７０は、分離弁６４を閉じることによりＣＣＺ成長装置１０から分離することができるが、シールしたクイック・リリース・カップリング１５４により、機械的にＣＣＺ成長装置に付加したままにすることができ、分離チャンバ１０２は自らのガス供給及び真空ポンプ・ポートによって真空に保つことができる。代替として、分離チャンバ１０２は供給ホッパー１００を満たすために開くことができる。分離され付着された条件においては、分離チャンバ１０２は、フィーダパン９４のインジェクタ部１２２とその周りの内部シールド１４２を分離弁６４のフィーダ側に接触して置くのに十分なように引き下げられる。
【００３８】
ＣＣＺ成長装置１０から、供給チャンバ７０の中へのアルゴンの逆流を抑えることは重要である。何故なら、ルツボ１６の周りのアルゴンの均一な下流への流れが融液の非均一性を減らすことが望まれているからである。静止したドロップボックス７６は、下方へのガス流に過剰な干渉をしないよう設計することが可能であり、内側シールドのノーズ１５６は、供給チャンバ７０へのガスの流れが最小になるようフィーダパン９４と密接に適合させることが可能である。
【００３９】
ルツボ１６中の融液表面３４の制御されたレベルを維持するために、十分なシリコン原料を配送すべきである。すなわち、もし融液レベルが低下すると、融液レベルをもとの高さに戻すのに、さらに原料を供給すべきである。ほぼ一定の融液レベルというのが、たいていの製造条件における望まれる調節条件である。しかし、もし、融液レベルの変更が求められれば、このシステムは制御された公知の方法で融液レベルを変更することができる。融液表面３４のレベルを調節するひとつの技術は、供給量をコントロールすることである。成長するインゴット５２の重量は、引き上げの機構４４と関連したロードセルで測定でき、未搬送の原料の重量は、分離チャンバ１０２からホッパー１１０を支えている３つのロードセル１７０（図２に示す）で測定することができる。バイブレータ１３０用のテーブル１３２及びそれによって支えられているフィーダパン９４は、ホッパー１１０からつり下がっていて、未搬送の全ての原料は測定される。これらの２つのロードセルのセットは、ルツボ１６からの装置中の全ての固体のシリコンの重量を監視する。もしコントローラが２つの重量の合計が増加していることを測定すれば、その増加は融液表面３４のレベルの高さが低下しており、ルツボ１６に、より多くの原料を供給する必要があることを表し、コントローラはバイブレータ１３０を作動させ、ルツボ１６を満たすために十分な原料を配送する。ロードセルはさらに引き上げ機構４４とホッパー１１０と、ホッパー１１０に支えられている供給チャンバ７０の部分の重量を量るが、これらの装置の部分は、インゴットの引き上げの間、変化しないので、変動はシリコンに原因がある。
【００４０】
融液表面３４のレベルの調節の、その他の技術は、光学的又は非接触的な手段、例えば融液表面から反射されるビームからのレーザ三角測量を用いて、又はリアルタイム光学カメラから得られるイメージ分析を用いて、モニタすることである。これらの形式の調節は、いずれも測定が必要なマスバランスを得るには間接的な手段であり、融液表面３４のレベルを維持又は調節するには、さらに計算が必要である。
【００４１】
インゴットを、予め決められたタイプ及び濃度のドーパントを用いて成長させるときは、本明細書で説明していないドーパント、ディスペンサーをフィーダパン９４の上に操作位置として配置し、原料流の中に、供給しているシリコン原料の量と対比して選択された量のドーパントを施す。
【００４２】
ここに記載した装置は連続チョクラルスキーシリコン成長に特に有用であるが、本発明の種々の態様は他の高温成長システムに適用することができる。
【００４３】
上記の、本発明の好ましい実施形態の説明は、例示及び説明の目的で示したものである。網羅的であること又は開示したそのものに発明を限定することを意図したものではない。上記の教示を考慮して、改変及び変更が可能であり、本発明の実施からもたらされる場合がある。実施形態は、本発明の原理及び実際の応用を、当業者が種々の態様でかつ予定している特定の用途に合うように種々の改変を加えて利用できるように説明するために選択され、記載されたものである。本発明の範囲は、本明細書に添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって定義されることが意図される。
【図１】
2014512330.tif 000003
【図２】
2014512330.tif 000004
【図３】
2014512330.tif 000005
【図４】
2014512330.tif 000006
【図５】
2014512330.tif 000007
【図６】
2014512330.tif 000008
【国際調査報告】
2014512330.tif 000009
2014512330.tif 000010