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    • 专利摘要:

    公开号:WO1991013192A1
    申请号:PCT/JP1991/000273
    申请日:1991-03-01
    公开日:1991-09-05
    发明作者:Yoshio Mohri；Kenji Araki
    申请人:Nkk Corporation；
    IPC主号:C30B15-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 単結晶製造装置 技 術 分 野
    [0002] こ の発明 は、 塊状原料を供給 し な が ら 単結晶を育成す る シ リ コ ン 単結晶の製造装置 に関す る も の で あ る 。 背 景 技 術
    [0003] 原料を坩堝内 に連続的 に供給 し な が ら 、 単結晶の連続 育成を行 う シ リ コ ン単結晶の製造方法 （以下、 C C — C z 法 と 略す） の開発が盛ん に行われて い る 。 一例 と し て 特公昭 6 1 - 1 7 5 3 7号公報 に 開示 さ れてい る 製造方法があ る し か し 、 いずれ も シ リ コ ン原料の供給量を高精度に制御 す る 必要があ る こ と 、 及び貯蔵容器か ら の原料の切 り 出 し が容易でな ければな ら な い こ と 力、 ら 、 原料 シ リ コ ン の 形状 は粒状の も の に 限定 さ れて い る 。 こ の粒状原料の形 状 は球形で、 直径 は 0 . 2 乃至 5 ミ リ メ 一 ト ルであ る 。
    [0004] し 力、 し な 力《 ら 、 上記の粒状 シ リ コ ン原料は一般的 に使 われて い る も ので は な い。 C C 一 C Z 法が広 く 普及す る に は、 一般的 に使われて い る 原料を使用 で き る よ う な結 晶育成技術でなければな ら な い。 汎用 的 に使用 さ れて い る 原料 は、 氷あ る い は硝子を破砕 し た よ う な不定形な塊 で あ る 。 ま た、 そ の寸法 も 1 0 乃至 5 0 ミ リ メ ー ト ル と 大 き く 、 かつ 、 ば ら つ き 力《あ る 。 こ の よ う な塊状原料 は 貯蔵容器か ら の切 り 出 し 及び坩堝内への供給量制御が き わ め て困難であ る 。 従 っ て、 塊状原料を用 い た C C — C Z 法は ま だ実用 化 さ れて い な い。
    [0005] 上記の塊状原料供給装置が満 た さ な ければな ら な い要 件は、 下記の通 り であ る 。
    [0006] a ) 多量の原料 （ 5 0 〜 2 0 0 kgf ) を貯蔵す る 貯蔵 部 よ り 、 安定 し て原料を切 り 出せ る こ と 。
    [0007] b ) 微量供給 （ 3 0 〜 ： L O O g / min ) がで き 、 かつ、 供給量が高精度 （ 目 標値 ± 1 0 % ) に制御で き る こ と 。
    [0008] c ) 原料の汚染の な い こ と 。 こ の た め に は、 シ リ コ ン 、 石英ま た は テ フ ロ ン で装置を製作で き る 程度に、 簡単な 構造であ る こ と が望ま し い。
    [0009] 本発明 の技術分野以外の他の技術分野で は、 極めて多 種の塊状物体の搬送方法が実用化 さ れて い る が、 こ れ ら の 中 に は上記の要件を満すよ う な も の はな い。
    [0010] 発 明 の 開 示
    [0011] 本発明 の 目 的 は、 塊状原料を連铳的 に、 かつ、 供給量 を高精度に制御 し て供給で き る 原料供給装置を備え た単 結晶製造装置を提供す る こ と に あ る 。
    [0012] 本発明 の一つ の態様に従え ば、 単結晶製造装置 は、 結 晶原料の融液を収容 し 、 鉛直軸の 回 り に 回転す る 坩堝 と 、 坩堝の周 囲 に設け ら れ、 坩堝を加熱す る 電気抵抗式の加 熱手段 と 、 融液か ら 単結晶を引 き 上げ る 引 き 上げ装置 と 、 融液の貫通孔を有 し 、 坩堝内 に設け ら れ外側の原料溶解 部 と 内側の結晶育成部 に 区分す る 仕切 り と 、 原料溶解部 に結晶原料を供給す る 原料供給装置 と を有 し 、 塊状原料 を供耠 し なが ら 単結晶を育成す る 。
    [0013] そ し て、 原料供給装置 は、 塊状原料を保持 し 、 中心軸 が ほ ぼ水平で、 中心軸の 回 り に 回転可能に設け ら れた貯 蔵筒 と 、 塊状原料が一方の端部 よ り 他方の端部へ通過で き る 内径を有 し 、 かつ 出 口 と な る 端部が入 口 と な る 端部 よ り 高 さ が低 く な る よ う に傾斜 さ れ、 中心軸の 回 り に 回 転可能に 、 貯蔵筒 の下流側に設け ら れた計量筒 と 、 計量 筒を通過す る 塊状原料の重量を計測す る た め計量筒 に取 り 付 け た 荷重計 と を有す る 。
    [0014] 本発明 に お い て、 中心軸がほぽ水平な貯蔵筒 内 に保持 さ れた塊状原料 は、 貯蔵筒 の 中心軸回 り の 回転運動に よ つ て、 該貯蔵筒 の一方の開 口 し た端部 よ り 排出 さ れ る 。 こ の切 り 出 し 方法は、 原料が き わ めて異形で、 大 き く 、 かつ 、 寸法の ば ら つ き が大 き い に も かかわ ら ず、 原料を 無理 な く 切 り 出せ る 。 さ ら に、 構造 も 簡単であ る 。 切 り 出 し量の調節 は、 貯蔵筒 の 回転数を調節す る こ と に よ り 行われ る 。 或い は、 貯蔵筒 の 中心軸の傾斜角度を調節す る 方法で も よ い。 或い は、 そ れ ら を組み合わせた方法で も よ い。 咛蔵筒 よ り 切 り 出 さ れた原料は計量筒 内 に送 り 込 ま れ る 。
    [0015] 計量筒 は、 塊状原料が一方の端部 よ り 他方の端部へ通 過で き る 内径を有 し て い る 。 更 に、 貯蔵筒か ら 排出 さ れ た塊原料の入 口 と な る 端部が他方の 出 口 と な る 端部 よ り 高 さ が高 く な る よ う に傾斜 し て設け ら れてい る 。 従 っ て、 貯蔵筒か ら 排出 さ れた塊状原料 は、 計量筒の 中心軸回 り の 回転運動 に よ っ て、 計量筒内を滑 り な が ら 入口側端部 よ り 出 口側端部 に 向か っ て移動す る 。 移動 に と も な い、 原料は一列 に配列す る 。 そ し て、 最終的 に は 出 口側端部 よ り 一個づっ排出 さ れる 。 排出量の調節 は、 計量筒の 回 転数を調節す る こ と に よ り 行われ る 。 或い は、 計量筒の 中心軸の傾斜角度を調節す る 方法、 又 はそれ ら を組み合 わせた方法で も よ い。
    [0016] 計量筒 に は荷重計が取 り 付け ら れてお り 、 計量筒よ り 排出 さ れた塊状原料の重量が計量 さ れ る 。 計量方法 と し て は、 前記荷重計にかけ る 前記計量筒荷重のかけかた に よ っ て、 以下の 2 通 り が考え ら れ る。
    [0017] a ) 計量筒の原料入口 に近い と こ ろ を軸支 し 、 出 口 に 近い と こ ろ で荷重計に前記貯蔵筒の荷重をかけ る方法、 b ) 貯蔵筒の全荷重を荷重計にかけ る 方法、 が考え ら れ る 。 前記 a ) 、 b ) の方法に対応 し た荷重計の作用 は次 の通 り であ る 。
    [0018] a ) 1 個の塊状原料が排出 さ れた瞬間、 排出端近傍に 配置 さ れて い る 荷重計の指示が急激に低下す る 。 個々 の 原料塊が排出 さ れ る た びに、 荷重計の指示の急激な低下 がお こ る 。 こ の指示の低下量の所定時間内の累計が排出 量に相 当す る 。
    [0019] b ) 原料塊を計量筒 に間欠的 に装入す る 。 個 々 の原料 塊が排出 さ れ る た びに、 計量筒全体を支持 し てい る 荷重 計の指示が低下す る 。 原料塊の装入が停止 し て い る 間の 荷重計の指示の低下量の所定時間内の累計が排出量に 相 当す る 。
    [0020] シ リ コ ン 塊状原料の坩堝内への供給量の調節 は、 前記 荷重計の計測重量に基づ き 計量筒の 回転速度ま た は中心 幸由の傾斜角度を制御す る こ と に よ り 行われ る 。
    [0021] こ の 計量方法 は、 原料が き わ め て異形で、 かつ、 寸法 の ば ら つ き も 大 き い に も かかわ ら ず、 原料を無理な く 移 送で き 、 従 っ て、 供給量を高精度に計測、 制御で き る 。 さ ら に 、 構造 も 簡単であ る 。
    [0022] 従 っ て、 単結晶の育成に一般に広 く 使用 さ れて い る シ リ コ ン 塊状原料を坩堝に連続的に供耠 し なが ら シ リ コ ン 単結晶を育成す る こ と が可能 と な る 。 更に 、 原料供給装 置 は上述の よ う に そ の構造が簡単であ る ので、 不純物の 混入を低減 さ せ る た め、 シ リ コ ン原料 と 接触す る 部材を テ フ ロ ン 、 石英ま た は シ リ コ ン で製作す る こ と がで き る 。 図面の簡単な説明
    [0023] 第 1 図 は本発明 の一実拖例 に係 る シ リ コ ン塊状原料の 連統供給装置を装備 し た シ リ コ ン単結晶 の製造装置の縱 断面図であ る 。 発明 を実施す る た め の最良の形態
    [0024] 本発明 の一実施例を添付の 図面を参照 し な が ら 詳細 に 説明す る 。 第 1 図 は本実施例の単結晶製造装置 の縱断面 図であ る 。
    [0025] 本実施例 に お い て、 チ ヤ ンバ 1 の中心部 に坩堝 2 が設 け ら れてお り 、 そ の上部 に は蓋 1 a が取付け ら れてい る 。 チ ャ ン バ 1 の 中 に は、 黒鉛坩堝 3 を回転及び上下動可能 に支持す る 支持軸 4 、 加熱手段 と し て ヒ ー タ 8 、 及び ヒ — 夕 8 の周 囲 に設け ら れた断熱材 9 が配置 さ れてい る 。 坩堝 2 は石英製で、 黒鉛坩堝 3 内 に セ ッ 卜 さ れて い る 。 坩堝 2 に は円筒状の仕切 り 6 が設け ら れてお り 、 こ の仕 切 り 6 は坩堝 2 内 の シ リ コ ン融液 5 を外側の原料溶解部 と 内側結晶育成部 と に 区分す る 。 仕切 り 6 に は貫通孔 7 が設 け ら れて い る 。 柱状の シ リ コ ン単結晶 1 2は種結晶 1 1 に よ り 成長 し 、 シ リ コ ン融液 5 力、 ら 弓 I き上げ ら れる 。
    [0026] 引 き 上げ装置 4 0は、 引 き 上げチ ャ ン バ 1 b 、 シ ー ドチ ャ ッ ク を介 し て種結晶 1 1が取 り 付け ら れた ワ イ ヤ 1 0、 ヮ ィ ャ 1 0が巻回 さ れた ワ イ ャ巻取装置 1 3及びゲー ト バル ブ 1 4力、 ら 構成 さ れて い る 。
    [0027] 原料供給装置 2 0は、 チ ャ ン バ 1 の上部に設け ら れ、 チ ヤ ン バ 1 内 と 連通す る 箱体 2 1を有す る 。 こ の箱体 2 1の上 部 に は シ リ コ ン塊状原料 S 0を補充す る 際の開閉用蓋 S 1が 設け ら れてお り 、 シ ー ル用 の 0 リ ン グ 3 2を介 し て箱体 2 1 に ボル ト 締め さ れて い る 。 貯蔵筒 2 2は箱体 2 1の 内部に設 け ら れ、 図示 し な い駆動機構に よ り 中心軸回 り の 回転運 動が可能であ る と と も に、 傾筒寧由 2 3を中心 と し て中心軸 の傾斜角 度を調節可能に し てい る 。 計量筒 2 4は、 シ リ コ ン 塊状原料 3 0の入口端部が、 出 口側端部よ り 高 さ が高 く な る よ う に傾斜 し て設 け ら れ、 図示 し な い駆動機構 に よ り 中心軸回 り の 回転運動を可能 と し て い る 。
    [0028] 貯蔵筒 22の 出 口 部分 と 計量筒 24の入 口 側端部の 間 に は 貯蔵筒 22よ り 排出 さ れた シ リ コ ン塊状原料 30を計量筒 24 に導 く シ ュ ー ト 25が設け ら れて い る 。 計量筒 24に は シ リ コ ン塊状原料 30の重量を計測す る 荷重計 28が取 り 付け ら れて い る 。 計量筒 24よ り シ リ コ ン塊状原料 30が排出 さ れ た 瞬間 に 、 排出 さ れた シ リ コ ン塊状原料 30の重量分だ け 計測値が低下す る の で、 荷重計 26に よ り 所定時間内 に お け る こ の低下量の累計値を演算す る こ と に よ り 、 シ リ コ ン塊状原料 30の坩堝 2 へ の供給量を計量す る こ と がで き る 。 第 1 の案内管 27は計量筒 出 口 の下方に設け ら れ、 計 量筒 24か ら の原料を下方に案内す る 。 第 2 の案内管 28は ゲー ト バルブ 29を介 し て原料溶解部の シ リ コ ン融液中 に 原料を供給す る 。
    [0029] 次に 、 上記の よ う に構成 さ れた本実施例の動作を説明 す る 。 シ リ コ ン単結晶 12の育成中 は、 原料供給装置 20に よ り 仕切 り 6 で区分 さ れた外側の原料溶解部の シ リ コ ン 融液 5 に 、 第 2 の案内管 28を通 し て シ リ コ ン塊状原料 30 が投入 さ れ る 。 そ の量は単結晶の育成量 と 同等であ る 。
    [0030] 貯蔵筒 22内 に装入 さ れた シ リ コ ン塊状原料 30は、 貯蔵 筒 22の 回転運動 に よ っ て貯蔵筒 22の開 口部 よ り 排出 さ れ る 。 つ いで シ ユ ー 卜 25を経て計量筒 24に 供給 さ れ る 。 計 量筒 24の入 口側端部 は 出 口側端部 よ り 高 さ が高 く な る よ う に 設 け ら れて い る ので、 計量筒 24の入 口側端部 に供給 さ れ た シ リ コ ン塊状原料 3 0は、 計量筒 2 4の 回転運動に よ つ て計量筒 内 を高 さ の低い 出 口側端部に 向か っ て軸方向 に移動す る 。
    [0031] 計量筒 2 '4の 出 口側端部か ら 排出 さ れた シ リ コ ン塊状原 料 3 0は、 第 1 の案内管 2 7お よ び第 2 の案内管 2 8を経て、 坩堝 2 の原料溶解部の シ リ コ ン融液 5 に投入 さ れ る 。 シ リ コ ン塊状原料 3 0の シ リ コ ン 融液面への投入量は、 計量 筒 2 4内 の シ リ コ ン塊状原料 3 0が該計量筒内を軸方向 に移 動す る 速度に よ っ て決ま る 。 ま た 、 原料の該計量筒 内移 動速度は計量筒 の 回転速度に よ っ て調整す る こ と がで き る 。 従 っ て、 計量筒 24に取 り 付け た荷重計 2 6の計測値を 監視 し なが ら 、 計量筒 24の 回転数を調節す る こ と に よ り 投入量が調節 さ れ る 。
    [0032] 貯蔵筒 2 2内 に シ リ コ ン塊状原料 3 0を補充す る 際 は、 ゲ ー ト バル ブ 2 9を閉 じ 、 傾筒軸 2 3を中心 と し て貯蔵筒 2 2の 中心軸が垂直に な る よ う に貯蔵筒を回転す る 。 つ いで、 箱体 2 1上部の開閉用蓋 3 1を開 けて シ リ コ ン塊状原料 3 0を 補充す る 。
    [0033] と こ ろ で、 原料供給装置 2 0に お い て、 シ リ コ ン塊状原 料 3 0が接触す る 貯蔵筒 2 2、 計量筒 2 4、 シ ュ ー ト 2 5、 第 1 の案内管 2 7、 第 2 の案内管 2 8等を、 テ フ ロ ン 、 石英ま た は シ リ コ ン で構成すれば、 不純物が混入す る こ と を防止 す る こ と 力 で き る 。
    权利要求:
    Claims 請 求 の 範 囲
    1 . 結晶原料の融液を保持 し 、 鉛直軸の 回 り に 回転す る 坩堝 と 、 該坩堝の周 囲 に設け ら れ、 該坩堝を加熱す る 電 気抵抗式の加熱手段 と 、 該融液か ら 単結晶を引 き 上げ る 引 き 上げ装置 と 、 該融液の貫通孔を有 し 、 該坩堝内 に設 け ら れ外側の原料溶解部 と 内側の結晶育成部 に 区分す る 仕切 り と 、 該原料溶解部 に結晶原料を供給す る 原料供給 装置 と を有 し 、 塊状原料を供給 し な が ら 単結晶を育成す る シ リ コ ン単結晶の製造装置 に お い て、
    塊状原料を保持 し 、 中心軸がほぼ水平で、 該中心軸の 回 り に 回転可能に設け ら れた貯蔵筒 と 、
    塊状原料が一方の端部 よ り 他方の端部へ通過で き る 内 径を有 し 、 かつ 出 口 と な る 端部が入 口 と な る 端部よ り 高 さ が低 く な る よ う に傾斜 さ れ、 中心軸の 回 り に 回転可能 に 、 貯蔵筒 の下流側 に設け ら れた計量筒 と 、
    該計量筒を通過す る 塊状原料の重量を計測す る た め該 計量筒 に取 り 付け た 荷重計 と
    を有す る 原料供給装置を設け た こ と を特徴 と す る 単結晶 製造装置。
    2 . 前記貯蔵筒及び前記計量筒 の形状がそ れぞれ円筒形 で あ る こ と を特徴 と す る 請求の範囲第 1 項記載の単結晶 製造装置。
    3 . 前記貯蔵筒及び前記計量筒 の材質を テ フ ロ ン 、 石英 又 は シ リ コ ン で構成 し た こ と を特徴 と す る 請求の範囲第 1 項記載の単結晶製造装置。
    4 . 前記貯蔵筒及び前記計量筒 の材質を テ フ ロ ン 、 石英 ま た は シ リ コ ン で構成 し た こ と を特徴と す る 請求の範囲 第 2 項記載の単結晶製造装置。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    JP2935337B2|1999-08-16|粒状原料の供給装置およびその供給方法
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JPH03252386A|1991-11-11|
    DE4190411T1|1992-05-14|
    DE4190411T0||
    KR920701531A|1992-08-12|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1991-09-05| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE KR US |
    1992-05-14| RET| De translation (de og part 6b)|Ref document number: 4190411 Country of ref document: DE Date of ref document: 19920514 |
    1992-05-14| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 4190411 Country of ref document: DE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP5132690A|JPH03252386A|1990-03-02|1990-03-02|Device for producing single crystal|
    JP2/51326||1990-03-02||KR1019910701501A| KR920701531A|1990-03-02|1991-03-01|단결정 제조장치|
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