CS213431B1

CS213431B1 - Semiconductor material processing equipment

Info

Publication number: CS213431B1
Application number: CS793980A
Authority: CS
Inventors: Jan Petzela; Jaroslav Rambousek; Josef Petrasek
Original assignee: Jan Petzela; Jaroslav Rambousek; Josef Petrasek
Priority date: 1980-11-21
Filing date: 1980-11-21
Publication date: 1982-04-09

Abstract

Předmětem vynálezý je zeřízeni pre zpracování polovodičového materiálu, zejména křemíku metodou visuté zóny v inertním prostředí. Zařízení pedle vynálezu sestává ze dvou shodných,souosých komor, opatřených ns přední straně otevíratelným těsným víkem, z nichž každá obsahuje na jednom konci zařízení pro přenos axiálního a rotačního pohybu držáku ingotu prostřednictvím vazby a na protilehlém konci těsnicí prostředky pro spojení s průchozí pracovní komorou, která dále obsahuje prostředky pro chlazení této komory, prostředky pro ohřev, prostředky k připojení difuzní vývěvy a nejméně jeden průzor.The subject of the invention is a device for processing semiconductor material, in particular silicon, by the hanging zone method in an inert environment. The device according to the invention consists of two identical, coaxial chambers, provided with a front-openable tight lid, each of which contains at one end a device for transmitting axial and rotational movement of the ingot holder by means of a coupling and at the opposite end sealing means for connection with a through-going working chamber, which further contains means for cooling this chamber, means for heating, means for connecting a diffusion pump and at least one viewing window.

Description

Předmětem vynálezu je zařízení pro zpracování polovodičového materiálu, zejména křemíku metodou visuté zóny v inertním prostředí.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for the treatment of a semiconductor material, in particular silicon, by the method of a suspension zone in an inert environment.

Rozvoj elektroniky se projevuje stále větší spotřebou polovodičových materiálů s vysokými požadavky na jejich čistotu a nízkou cenu, což vede ke snaze vyrábět >anekryetely e stále větších průměrech a délkách. Výroba takových materiálů je podmíněna výrobou nových výkonnějších těžících zařízení. Dosud užívaná zařízení pro výrobu monokrystalů s průměrem nad 100 mm a délkou nad 1000 mm jsou velmi složitá a drahá. Zvláště složité jsou nosné konstrukce a pohybové mechanismy se sloupovými vodícími tyčemi, které navíc prodlužují výšku a zvětšují zastavený půdorys zařízení. U vakuových zařízení je nevýhodné též zavádění pracovních posuvů a rotací do komory pomocí posuvných a rotačních hřídelů vakuotěsnými průchodkami, které bývají často zdrojem netěsností.The development of electronics results in an increasing consumption of semiconductor materials with high demands on their purity and low cost, which leads to an effort to produce> anecrylates with ever larger diameters and lengths. The production of such materials is conditional on the production of new, more powerful mining equipment. The single crystal devices used to date with diameters over 100 mm and length over 1000 mm are very complex and expensive. Particularly complicated are the load-bearing structures and movement mechanisms with pillar guide rods, which in addition extend the height and increase the built-in plan view of the device. In vacuum devices, it is also disadvantageous to introduce working feeds and rotations into the chamber by means of sliding and rotating shafts through vacuum-tight bushings, which are often a source of leaks.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro zprecování polovodičového materiálu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sestává ze dvou shodných, souosých komor, opatřených na přední stěně otevíratelným těsněným víkem. Každá kojeore ftb&thujs ne jednem konci zařízení pro přenos axiálního a rotačního pohybu držáku proti ingotu prostřednictvím magnetické vazby a na protilehlém konci těsnicí prostředky pro spojení s průchozí pracovní komorou, která dále obsahuje prostředky pro chlazení této komory, prostředky pro ohřev, prostředky k připojení difuzní vývěvy a nejméně jeden průzor. *The above-mentioned drawbacks are eliminated by the device for processing semiconductor material according to the invention, which consists in that it consists of two identical, coaxial chambers provided on the front wall with an openable sealing lid. Each kojeore ftb & thujs at one end of the device for transmitting the axial and rotational movement of the ingot holder by magnetic coupling and at the opposite end sealing means for communicating with a through chamber, further comprising means for cooling the chamber, means for heating, means for connecting a diffusion pump. and at least one viewing window. *

Shodně v obou komorách je svisle uležele alespoň jedna vodicí W&Kft z nemagftetického materiálu, uvnitř které je umístěna magnetická hlavice, sestávající ze sekce pro přenos axiálního pohybu a ze sekce pro přesnost rotačního pohybu. Magnetickou hlavicí prochází alespoň jedno pero, zakotvené v horním a dolním otočném víku, přičemž herním otočným víkem prochází pohybový šroub a proti sekci pro přenoa axiálního pohybu magnetické hlavice přiléhá k vodicí trubce prstencovými výstupky posuvná objímka z magnetického materiálu pevně spojená ee suportem, ve kterém je točně uložen hřídel spojený s držákem ingotu a pevně spojený s hnaným kolem rotace z magnetického materiálu, které svými výstupky ve směru podélné osy přiléhá k vodicí trubce v místě sekce pre přenos rotačního pohybu magnetické hlavice.Accordingly, in both chambers, at least one guide W & Kft of non-magnetic material is housed vertically, within which a magnetic head consisting of an axial movement transmission section and a rotational movement accuracy section is located. At least one tongue, anchored in the upper and lower hinged lids, passes through the magnetic head, with a movement screw passing through the game hinged lid, a rotatably mounted shaft coupled to the ingot holder and rigidly coupled to a rotating drive of magnetic material, with its projections in the direction of the longitudinal axis abutting the guide tube at a location for transmitting the rotational movement of the magnetic head.

Zevedením mechanismu pro přenos axiálního pohybu a rotace držáku ingotu prostřednictvím magnetické vazby je docíleno minimálních rozměrů zařízení a odstranění vekuotěsných průchodek s pohyblivými hřídeli. Např. celková výška se zmenší téměř ne polovinu a zastavený půdorys je dokonce asi lOx menší než u stávajících zařízení. Uvedené výhody mají příznivý vliv na cenu zařízení, náklady na provozní prostory a tím i ng cepii vyráběného, materiálu.By introducing the mechanism for transferring the axial movement and rotation of the ingot holder by means of a magnetic coupling, the minimum dimensions of the device and the removal of the leakproof bushings with movable shafts are achieved. E.g. the overall height is reduced by almost half and the built-up ground plan is even about 10 times smaller than with existing plants. These advantages have a favorable effect on the cost of the equipment, the cost of the operating space and hence the cepia of the material produced.

Na přiloženém výkresu je znázorněn příklad zařízení pro zpracování polovodičového materiálu podle vynálezu. Na obr. 1 je celková sestava zařízení v částečném řezu a na obr. 2 je schematicky v podélném řezu znázorněno zařízení pro přenes axiálního a rotačního pohybu držáku ingotu prostřednictvím magnetické vazby a ns obr. 3 je alternativa mechanismu pro přenos rotačního pohybu.The accompanying drawing shows an example of a device for processing a semiconductor material according to the invention. Fig. 1 shows the overall assembly of the device in partial section, and Fig. 2 schematically shows in longitudinal section a device for transmitting the axial and rotational movement of the ingot holder by means of a magnetic coupling, and Fig. 3 is an alternative to the mechanism for transmitting rotational movement.

Zařízení pro zpracování polovodičového materiálu podle vynálezu je tvořeno semonosnou konstrukcí, která je určena k montáži na zeá, vybavena vysokofrekvenčním stíněním oddělující proator operátora od prostoru vysokofrekvenčního generátoru. Skládá se /viz obr.l/ ze dvou shodných souosých komor 2. a na které jsou navzájem spojenj? průchozí pracovní komorou i·The semiconductor material processing device according to the invention consists of a semiconductor structure intended to be mounted on a wall, provided with a high-frequency shield separating the operator's proator from the high-frequency generator space. Does it (see FIG. 1) consist of two identical concentric chambers 2 and to which they are connected to one another? through working chamber i ·

213 431213 431

Pracovní komora 1 je tvořena např. válcovým tělesem dvouplášlevé konstrukce, zajištujícím, její dokonalé chlezení průtokem chladicí kapaliny. Po obvodu pracovní komory 1 jsou umístěny dva průzory 4 k pozorováni výrobního procesu a dále otvory pro připojení induktoru o difusní vývěvy. Horní s spodní část pracovní komory L je opatřena přírubou a drážkou pro těsnicí kroužky a otvory pro spojovací šrouby. V každé z obou shodných komor 2. a i je na jednom konci zařízení pro přenes axiálního a rotačního pohybu držáku ingotu prostřednictví· magnetické vazby, přičemž protilehlý konec každé komory je spojen s pracovní komorou 1. V každé z komor £ s } jsou ve svislé poloze uloženy dve rovnoběžné vodicí trubky 6 z nemagnetickéhe materiálu, sloužící jako vedení pro suport £ unášející držák ingotu 8. Vnitřní prostor vodicích trubek 6 není spojen s vakuovým prostorem. Uvnitř vodicích trubek 6 /obr.2/ je umístěna magnetická hlavice 2 sestávající ze sekce pro přenos sxiálního pohybu £ a ze sekce pro přenes rotsčníhe pohybu b. Sekce pra přenos axiálního pohybu a je tvořena plochými magnety 10 a pólovými nástavci 11, uspořádanými v horizontálních rovinách nad sebou tak, že souhlasné póly dvou sousedních plochých magnetů 10 jsou přiloženy vždy na jeden pólový nástavecThe working chamber 1 is formed, for example, by a cylindrical body of a double-shell structure, ensuring its perfect brazing by the coolant flow. Around the perimeter of the working chamber 1 are two viewing apertures 4 for observation of the manufacturing process and further openings for connecting the inductor to the diffusion pump. The upper and lower part of the working chamber L is provided with a flange and a groove for sealing rings and holes for connecting screws. In each of the two identical chambers 2 and 1 there is at one end a device for transmitting the axial and rotational movement of the ingot holder by means of a magnetic coupling, the opposite end of each chamber being connected to the working chamber 1. Two parallel guide tubes 6 of non-magnetic material are provided, serving as a guide for the support carrying the ingot holder 8. The inner space of the guide tubes 6 is not connected to the vacuum space. Inside the guide tubes 6 (FIG. 2) there is a magnetic head 2 consisting of a section for transmitting axial movement 6 and a section for transmitting axial movement b. so that the matching poles of two adjacent flat magnets 10 are applied to one pole piece in each case

11. Sekce pro přenes rotečního pohybu b je tvořena prstencem z magnetů 12 a pólových nástavců 13. které jsou však uspořádány rovnoběžně s podélnou osou vodicí trubky 6,.The rotary movement transmission section b is formed by a ring of magnets 12 and pole pieces 13, which are however arranged parallel to the longitudinal axis of the guide tube 6.

Magnetickou hlavicí £ prochází pero 14, zakotvené v dolním a herním otočném víku 15 a 16. přičemž herním otočným vákem 16 prochází pohybový šroub 17.The tongue 14, anchored in the lower and game swivel lids 15 and 16, passes through the magnetic head 6, with the movement screw 17 passing through the game swiveling bag 16.

Proti sekci pro přenos axiálního pohybu £ magnetické hlavice přiléhá k vodicí trubce 6 prstencovými výstupky 18 posuvná objímka 19 z magnetického materiálu pevně spojená se suportem £, ve kterém je točně uložen hřídel 20 spojený s držákem ingotu 8. Hřídel 20 je dále pevně spojen s hnaným kolem rotace 21 z magnetického materiálu, které svými výstupky 22 ve směru podélné osy přiléhá k vodicím trubkám 6, v místě sekce pro přenos rotačního pohybu b magnetické hlavice £.Opposite to the axial movement transmission section 6 of the magnetic head, a sliding sleeve 19 of magnetic material is fixed to the guide tube 6 by annular projections 18 firmly connected to the support 8, in which a shaft 20 connected to the ingot holder 8 is rotatably mounted. around the rotation 21 of the magnetic material, which by its projections 22 in the direction of the longitudinal axis abuts the guide tubes 6, at the location of the section for transmitting the rotational movement b of the magnetic head 6.

Na obr. 3 je alternativní řešení přenosu rotačního pohybu. V ..rovni sekce pro přenes rotačního pohybu b magnetické hlavice £ je mezi vodicí truku 6 a hnané kolo rotace 21 vložen další magnetický prstenec 23. sležený opět z magnetů a pólových nástavců obdobně jsko je tomu u sekce b.Fig. 3 is an alternative solution for rotational motion transmission. In the rotational movement section b of the magnetic head 6, another magnetic ring 23 is inserted between the guide rod 6 and the driven wheel 21 of the magnetic drive 23, again pulled off of the magnets and pole pieces similar to section b.

Axiální pohyb suportu £ ⁸ tím i držáku ingotu 8 je umožněn zavedením rotačního pohybu pohybových šroubů 17, které axiálně posouvají magnetické hlavice £ ve vodicích trubkách 6 a prostřednictvím magnetické vazby i posuvné objímky 19 spojené se suportem £.The axial movement of the slide ^{8 and} thus the ingot holder 8 is made possible by introducing a rotary movement of the movement screws 17 which axially move the magnetic heads 6 in the guide tubes 6 and by means of a magnetic coupling also the sliding sleeve 19 connected to the slide 8.

Rotační pohyb držáku ingotu 8 bez současného axiálního posuvu je dotažen rotací pohybových šroubů 17. horních otočných vík 16 a per 14 stejnou rychlostí a stejným směrem.The rotational movement of the ingot holder 8 without simultaneous axial displacement is tightened by the rotation of the movement screws 17 of the upper hinged lids 16 and 14 at the same speed and in the same direction.

Axiální posuv držáku ingotu 8 ze současné rotace je dosažen rotací pohybových šroubů 17 a rotací soustavy horních otočných vík 16 a per 14 různých rybhlostí_ř The axial displacement of the ingot holder 8 from the current rotation is achieved by rotating the movement screws 17 and rotating the set of upper hinged lids 16 and tongues 14 of different angles _ø

Vložení dalšího magnetického prstence 23 mezi sekci pro přenes rotačního pohybu magnetické hlavice £ ⁸ hnané kolo rotace 21 je výhodné proto, že přenos kroutícího mementu ze sekce pro přenos rotačního pohybu b přes sílu stěny vodici trubky 6 ne magnetický prstenec 23 je větší, protože je zprostředkován magnetickou vazbou yšech pólových nástavců 13 sekce pro přenos rotačního pohybu k) pólových nástavců magnetického prstence 23» Přenos kroutícího momentu z magnetického prstence 23 na hnané kolo rotace 21 zajišťují prakticky jenom dva Rolové nástavce megnetic· kého prstence 23« které mají v daném okamžiku nejtěsnější vazbu s hnaným kolem rotace 21.Inserting another magnetic ring 23 between the section for transmission of the rotary movement of the magnetic head £ ⁸ driven wheel rotation 21 is advantageous because the transmission torque Memento of the section for transmitting the rotary motion B across the wall thickness of the guide pipe 6 no magnetic ring 23 is larger because it is mediated magnetic coupling of all pole pieces 13 of the rotary transfer section k) of the pole piece of the magnetic ring 23 »The torque transfer from the magnetic ring 23 to the driven wheel of rotation 21 is provided by virtually only two rollers of the megnetic ring 23«. with driven wheel of rotation 21.

213 431213 431

Protože vzdábnost pelových nástavců magnetického prstence 23 ad výstupků 22 hnaného kala rotace 21 je menší než jejich vzdálenost ad pálavých nástavců 13 sekce pro přenos rotačního pohybu b je také přenesený kroutící moment na hnané koloretace 21 větší.Since the permeability of the pole pieces of the magnetic ring 23 ad of the projections 22 of the driven sludge of rotation 21 is less than their distance ad of the flaps of the rotary movement section 13, the torque transmitted to the driven colletations 21 is also greater.

Zařízení pro zpracování polovodičového materiálu padle vynálezu je mažna kromě použití pro zonální tavbu použít i pro tažení monokrystalu z kelímku Czochrelskiho metodou. Jinou možností je úprava zařízení k výrobě monokrystalů z roztoku taveniny v ampulích.The device for processing the semiconductor material according to the invention can be used for drawing the single crystal from the crucible by the Czochrelski method in addition to being used for zone melting. Another possibility is to modify the device for producing single crystals from the melt solution in ampoules.

Claims

P S E D MEASURES OF THE INVENTION

An apparatus for treating a semiconductor material, in particular silicon, by the hanging woman method in an inert environment, characterized in that it consists of two identical, coaxial chambers (2,3) provided on the front with an opening sealable lid (5), each containing one at the end of the device for transmitting the axial and rotational movement of the ingot holder by magnetic coupling β at the opposite end of the sealing means for communicating with the throughput working chamber (1), further comprising means for cooling the chamber, heating means, diffusion pump connection means and at least one sight glass (4).

Device for processing semiconductor material according to claim 1, characterized in that at least one guide tube (6) of non-magnetic material is arranged vertically in both chambers (2) and (3), inside which the magnetic head (9) is located. consisting of a section for transmitting axial movement (a) and a section for transmitting rotational movement (to), wherein at least one tongue (14), anchored in the lower and upper rotary lids (15) and (16), passes through the magnetic head (9). wherein the movement bolt (17) passes through the upper pivot lid (16) and a magnetic sleeve (19) adjoins the guide tube (6) to the guide tube (6) against the axial movement section (a), fixedly connected to the support (7), in which a shaft (20) connected tangentially to the ingot holder (8) is fixedly connected to the driven wheel (21) of magnetic material, which by their projections (22) in the longitudinal direction The axis of axes abuts the guide tube (6) at the location of the rotary motion transmitting section (b) of the magnetic head (9).

Device for processing semiconductor material according to Claims 1 and 2, characterized in that at the level of the section for transmitting the rotary movement (b) of the magnetic head (9) a magnetic ring is inserted between the guide tube (6) and the driven wheel (21). (23), composed of magnets and pole pieces.