CS215799B1

CS215799B1 - Equipment for processing highly pure semiconductor material in an inert environment

Info

Publication number: CS215799B1
Application number: CS170481A
Authority: CS
Inventors: Jan Petrzela; Josef Petrasek; Jaroslav Rambousek
Original assignee: Jan Petrzela; Josef Petrasek; Jaroslav Rambousek
Priority date: 1981-03-09
Filing date: 1981-03-09
Publication date: 1982-09-15

Abstract

Předmětem vynálezu je zařízení na zpraoování vysoce čistého polovodičového materiálu v inertním prostředí, které sestává alespoň z jednoho konstrukčního celku, obsahujícího na jednom konci zařízení pro přenos axiálního a rotačního pohybu držáku ingotu prostřednictvím magnetické vazby a druhým koncem je vakuotěsně spojen s pracovní komorou. Tento konstrukční celek je opatřen nosným krytem, ke kterému jsou připevněny nástavce zaktovené otočně a suvně v nosném rámu, který je těsně spojen s pracovní komorou. Zařízení podle vynálezu je vhodné zejména pro zonální tavbu, ale i pro tažení monokrystalu z kelímku metodou Csochralského.The subject of the invention is a device for processing high-purity semiconductor material in an inert environment, which consists of at least one structural unit, containing at one end a device for transmitting axial and rotational movement of the ingot holder by means of magnetic coupling and at the other end it is vacuum-tightly connected to the working chamber. This structural unit is provided with a supporting cover, to which are attached extensions pivotally and slidably fixed in a supporting frame, which is tightly connected to the working chamber. The device according to the invention is suitable in particular for zonal melting, but also for pulling a single crystal from a crucible by the Csochralsky method.

Description

Předmětem vynálezu Je zařízení pro zpracování vysoce čistého polovodičového materiálu, zejména křemíku, v inertním prostředí.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for treating highly pure semiconductor material, particularly silicon, in an inert environment.

Známá zařízení pro zpracování polovodičového materiálu ve vakuu nebo v inertním plynu se skládají zpravidla z vakuově těsné komory s dvěma držáky ingotu a z pohybových mechanismů posuvu a rotace držáků. Zpracovávaný ingot, upnutý svisle v držácích, se místně taví pomocí souose umístěného lnduktoru, za současného posuvu ingotu v podélném směru. Posuv i rotace se do komory zavádějí pohyblivými tyčemi, procházejícími vakuotěsnými průchodkami, což bývá často zdrojem netěsností. Konstrukce vakuotěsnýoh průchodek β pohyblivými součástmi je složitá a případná výměna poškozené průchodky je časově náročná.Known devices for processing semiconductor material in a vacuum or inert gas generally consist of a vacuum-tight chamber with two ingot holders and movement mechanisms for moving and rotating the holders. The workpiece ingot, clamped vertically in the holders, is locally melted by a coaxially positioned inductor, while advancing the ingot in the longitudinal direction. The movement and rotation are introduced into the chamber by moving rods passing through the vacuum-tight grommets, which is often a source of leaks. The design of vacuum-tight grommets β by moving parts is complicated and any replacement of damaged grommets is time-consuming.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro zparcování vysoce čistého polovodičového materiálu podle vynálezu, jehož podstatou je, že konstrukční celek 1 je opatřen nosným krytem 4, ke kterému jsou připevněny nástavce 2» zaktovené otočně a suvně v nosném rámu 6, který je pevně spojen s pracovní komorou 2· Konstrukční celek 1 je tvořen trubkou 8 z nemagnetického materiálu, na které je kluzně uložena vnější magnetická hlavice 2· složená ze sekce 9 pro přenos axiálního pohybu a ze sekce 10 pro přenos rotačního pohybu, přičemž uvnitř trubky 8 je uložena vnitřní hlavice 11 z magnetického materiálu, opět složená ze sekce 12 pro přenos axiálního a ze sekce 13 pro přenos rotačního pohybu, ve které je otočně zaktoven držák ingotu 23. Trubka 8 je na jednom konci opatřena přírubou 14 a na druhém konci je uzavřena víkem 15 s nástavcem 16 pro přívod a odvod inertního plynu, na němž je otočně uložena kotevní deska 17., kterou procházejí dva pohybové šrouby 18 s maticemi 19, pevně spojenými se sekcí 2 pro přenos axiálního pohybu vnější magnetické hlavice 7 a dále pohybové šrouby 18 jsou točně uloženy v prstenci 21, rovněž točně uloženém v přírubě 14.The aforementioned drawbacks are eliminated by the inventive device for processing high-purity semiconductor material in which the assembly 1 is provided with a support cover 4, to which the attachments 2 »rotatably and slidably mounted in the support frame 6 are fixedly connected to the working frame. The assembly 1 consists of a tube 8 of non-magnetic material on which the outer magnetic head 2 is slidably mounted. It consists of an axial transmission section 9 and a rotary movement section 10, the inner head 11 being located inside the tube 8. made of magnetic material, again composed of an axial transmission section 12 and a rotary movement transmission section 13, in which the ingot holder 23 is rotatably engaged. The tube 8 is provided with a flange 14 at one end and closed at the other end by a lid 15 with extension 16 for the supply and discharge of inert gas on which it is rotatably supported opening plate 17, through which two movement screws 18 with nuts 19 pass through, fixedly connected to the section 2 for transmitting axial movement of the outer magnetic head 7 and further the movement screws 18 are rotatably mounted in a ring 21, also rotatably mounted in the flange 14.

V zařízení pro zpracování vysoce čistého polovodičového materiálu podle vynálezu je využito k přenosu pohybů potřebných ke zpracování materiálů uvnitř vakuotěsné komory magnetických sil, přičemž primární pohyby magnetických elementů jsou uskutečňovány vně vakuotěsné komory, např. pomocí pohybových šroubů nebo hydraulicky. Z technologického hlediska je pro zpracování polovodičového materiálu zařízení podle vynálezu v koaxiálním uspořádání výhodné, protože zmenšuje prostor určený ke zpracování materiálu ve vakuu a tím i vntřní povrch aparatury na minimum.In the high purity semiconductor material processing apparatus of the present invention, it is used to transmit the movements required to process materials within a vacuum-tight chamber of magnetic forces, wherein the primary motions of the magnetic elements are performed outside the vacuum-tight chamber, for example by movement screws or hydraulically. From the technological point of view, it is advantageous for the processing of the semiconductor material of the device according to the invention in a coaxial configuration, since it reduces the space to be processed in vacuum and hence the internal surface of the apparatus to a minimum.

Na přiloženém výkresu je jeden příklad zařízení pro zpracování vysoce čistého polovodi čového materiálu v inertním prostředí podle vynálezu, v uspořádání vhodném pro zonální tavbu. Na obr. 1 je schematicky znázorněna sestava zařízení v podélném řezu a na obr. 2 je schematické uspořádání sekcí pro přenos rotačního pohybu vnější magnetické hlavice a vnitřní hlavice z magnetického materiálu v příčném řezu.In the accompanying drawing, one example of an apparatus for treating high purity semiconductor material in an inert environment according to the invention is in a configuration suitable for zonal melting. Fig. 1 schematically shows a longitudinal section of the device assembly; and Fig. 2 is a schematic arrangement of sections for transmitting rotational movement of an outer magnetic head and an inner head of magnetic material in cross-section.

Zařízení podle vynálezu je tvořeno dvěma rozměrově i funkčně shodnými konstrukčními celky 1, 2, navzájem spojenými pracovní komorou 2· Styčné plochy konstrukčních celků 1, 2 jsou opatřeny nosným krytem 4, ke kterému jsou připevněny nástavce 2» zaktovené otočně a suvně v nosném rámu 6, který je spojen s pracovní komorou 2· Pracovní komora 2 3® válcového průřezu, je ukončena přírubami a na obvodě opatřena čtyřmi utěsněnými nástavci, z nichž jeden slouží k přívodu vysokofrekvenční energie do induktoru pro ohřev a tavení monokrystalu, další pro připojení vakuové čerpací jednotky, zbývající jsou opatřeny skleněným průzo215 799 rem pro vizuální kontrolu růstu monokrystalu, který prochází svisle středem pracovní komory 2»The device according to the invention consists of two assemblies 1, 2 identical in size and function, connected to each other by the working chamber 2. The contact surfaces of the assemblies 1, 2 are provided with a supporting cover 4 to which attachments 2 »rotated and slidable in the supporting frame 6 are fastened. which is connected to the working chamber 2 · The working chamber 2 3 of cylindrical cross-section is terminated by flanges and provided with four sealed extensions on the circumference, one of which serves to supply high-frequency energy to the inductor for heating and melting single crystal , the remaining ones are provided with a glass window215 799 rem for visual control of the growth of a single crystal that passes vertically through the center of the working chamber 2 »

V obou konstrukčních celcích 1, 2. je umístěno zařízení pro přenos axiálního a rotačního pohybu držáku ingotu prostřednictvím magnetické vazby, která sestává z vnější magnetické hlavice 7, ze sekce 2 pro přenos axiálního pohybu a ze sekce 10 pro přenos rotačního pohybu. Sekce 2 P^ro přenos axiálního pohybu je tvořena soustavou magnetů a pólových nástavců, které jsou uloženy v rovinách kolmých ke svislé ose pohybu a tím i k ose trubky. Sekce 10 pro přenos rotačního pohybu je opět tvořena soustavou magnetů a pólových nástavců.In both assemblies 1, 2 there is a device for transmitting the axial and rotational movement of the ingot holder by means of a magnetic coupling, which consists of an outer magnetic head 7, an axial movement transmission section 2 and a rotational movement transmission section 10. Section 2 P ^ro transfer the axial movement consists of a system of magnets and pole pieces that are stored in planes perpendicular to the vertical movement and thus to the tube axis. The rotational movement transmission section 10 again consists of a set of magnets and pole pieces.

Uvnitř trubky 8 je uložena vnitřní hlavice 11 z magnetického materiálu, složená rovněž ze sekce 12 pro přenos axiálního pohybu, tvořené prstencovými výstupky s roztečí odpovídající rozteči pólových nástavců sekce 2 P^ro přenos axiálního pohybu vnější magnetické hlavice 7.Inside the tube 8 is mounted in the inner head 11 of magnetic material, consisting also of the section 12 to transmit an axial movement, annular protrusions formed with a pitch corresponding to the pole pieces 2 sections P ^ro transfer the axial movement of the external magnetic head seventh

Trubka Sjev dolní části zakončena přírubou 14 s vakuovým těsněním pro připojení k pracovní komoře 2· horní část trubky je uzavřena víkem 15, opatřeným nástavcem 16 pro přívod a odvod inertního plynu, na němž je otočně uložena kotevní deska 17. kterou prochází dva pohybové šrouby 18 s maticemi 12, pevně spojenými se sekcí 2 pro přenos axiálního pohybu vnější magnetické hlavice £. Pohybové šrouby 18 jsou v horní části zakončeny řemenicí 20 pro přenos točivého momentu od motoru. Dolní konec pohybových šroubů 18 je točně uložen v prstenci 21. který se otáčí současně s kotevní deskou 17. Prstenec 21 je rovněž točně uložen v přírubě 14 a zabraňuje axiálnímu pohybu pohybových šroubů 18.Tube of the lower part terminates in a flange 14 with vacuum seal for connection to the working chamber 2. The upper part of the tube is closed by a lid 15, provided with an inert gas inlet and outlet extension 16 on which an anchor plate 17 is rotatably supported. with nuts 12 firmly connected to the section 2 for transmitting axial movement of the outer magnetic head 6. The movement bolts 18 terminate at the top with a pulley 20 for transmitting torque from the engine. The lower end of the movement screws 18 is rotatably mounted in a ring 21 which rotates simultaneously with the anchor plate 17. The ring 21 is also rotatably mounted in the flange 14 and prevents axial movement of the movement screws 18.

Nosný rám 6 zajištuje stabilitu zařízení, nástavce 2» které jsou v něm zakotveny otočně a suvně ve svislém směru, slouží k nadzvednutí - spuštění konstrukčního celku 1, 2 od pracovní komory 2 ^a k jeho pootočení mimo její obvod tak, aby byla možná manipulace při vkládání krystalu do konstrukčního celku 1 a při vyjímání z konstrukčního celku 2.· Horní část nosného krytu 4 tvoří ložisko otočné kotevní desky 17 a je utěsněno.The support frame 6 ensures the stability of the device, the extensions 2, which are anchored therein rotatably and sliding vertically, serve to lift - lower the assembly 1, 2 from the working chamber 2 ^and to rotate it outside its perimeter so that inserting the crystal into the assembly 1 and removing it from the assembly 2. The upper part of the support cover 4 forms a bearing of the rotatable anchor plate 17 and is sealed.

Otáčením pohybových šroubů 18 se pohybuje vnější magnetická hlavice £ ^v axiálním směru. Pomocí řemenice 22. spojené pevně s otočnou kotevní deskou 17, je umožněno otáčení vnější magnetické hlavice 7 s pohybovými šrouby 18, maticemi 19 spolu s prstencem 21 kolem svislé osy. Vnitřní hlavice 11 z magnetického materiálu je unášena pomocí magnetické vazby přes stěnu trubky 8. Ve vnitřní hlavici 11 je otočně zakotven držák ingotu 23. umožňující proklouznutí při zatuhnutí zóny.By rotating the movement screws 18, the outer magnetic head 6 moves ^{in the} axial direction. By means of a pulley 22 fixedly connected to the rotatable anchor plate 17, the outer magnetic head 7 with the movement screws 18, nuts 19 together with the ring 21 about the vertical axis is allowed to rotate. The inner head 11 of magnetic material is carried by a magnetic coupling across the wall of the tube 8. In the inner head 11, the ingot holder 23 is rotatably anchored to allow slipping when the zone solidifies.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

An apparatus for treating a highly pure semiconductor material in an inert environment, comprising at least one assembly comprising, at one end, a device for transmitting axial and rotational movement of the ingot holder via a magnetic coupling and coupled to the other chamber in a vacuum-tight manner; that the assembly (1) is provided with a support cover (U) '. to which attachments (5) are fastened, rotatably and slidably mounted in a support frame (6) which is rigidly connected to the working chamber (3).

215 799

Device for processing high purity semiconductor material in an inert environment according to claim 1, characterized in that the assembly (1) is formed by a tube (8) of non-magnetic material on which the outer magnetic head (7), consisting of a section (9) for transmitting axial movement and from a section (10) for transmitting rotational movement, wherein an inner head (11) of magnetic material, again composed of an axial transfer section (13) and a section (13), is disposed inside the tube (8). ) for transmitting a rotary movement in which the ingot holder (23) is rotatably anchored, the tube (8) being provided with a flange (14) at one end and closed at the other end by a lid (15) with an inlet and outlet attachment (16) an inert gas on which the anchor plate (17) is rotatably supported, through which two movement screws (18) with nuts (19) are fixedly connected to the section (9) for transmitting axial movement of the external magnetic head The movement screws (18) are rotatably mounted in the ring (21) also rotatably mounted in the flange (14).