DE10392847T5

DE10392847T5 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage

Info

Publication number: DE10392847T5
Application number: DE10392847T
Authority: DE
Inventors: Shuji Katsuragi Goma; Hirozumi Gokaku; Toshiaki Tenri Nagai; Kozaburo Nabari Yano; Masahiro Toyohashi Tadokoro; Yasuhiro Ise Nakai
Original assignee: Sharp Corp; Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Sharp Corp; Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2003-06-24
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2023-06-25
Also published as: CN1324657C; KR20050016652A; JP4113532B2; US20050239225A1; JPWO2004003262A1; WO2004003262A1; TWI230210B; CN1665968A; US7485477B2; US7186578B2; AU2003243966A8; AU2003243966A1; CN1920120A; US20070031983A1; DE10362171B4; DE10392847B4; KR100754489B1; TW200411091A

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage mit einem Tauchmechanismus zum Eintauchen eines Oberflächenschichtteils eines Substrats (11) in eine Schmelze (7) einer Substanz, die ein metallisches und/oder ein Halbleitermaterial enthält, in einem Tiegel (2), der in einer Hauptkammer (1) angebracht ist, und zum Entladen des Substrats, mit Erstarrung der Schmelze an der Oberfläche des Substrats;
– wobei das Substrat durch mindestens eine an die Hauptkammer angrenzende Hilfskammer (3, 4) in die Hauptkammer geladen und aus ihr entladen wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage, und spezieller betrifft sie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage aus Silicium.
Hintergrundbildende Technik
Für bekannte Solarzellen wird Silicium verwendet. Während der Wandlungswirkungsgrad in der Reihenfolge einkristallinen, polykristallinen und amorphen Siliciums abnimmt, sind die Kosten in dieser Reihenfolge verringert, wodurch leicht eine größere Fläche realisiert werden kann. Darunter ist amorphes Silicium, das aus dem Rohmaterial SiH₄ auf einem Substrat aus Glas, Kunststoff oder Metall durch CVD (chemische Dampfabscheidung) abgeschieden werden kann, billig, und die Fläche kann leicht vergrößert werden. Der Wandlungswirkungsgrad beträgt maximal ungefähr 12%.
Hinsichtlich einkristallinen Siliciums wird ein Barren mit einem Durchmesser von 150 mm (6 Zoll) oder 200 mm (8 Zoll) durch das CZ(Czochralski)-Verfahren hergestellt, wobei die Abmessungen vergrößert werden können und der zugehörige Wandlungswirkungsgrad 15% überschreiten kann.
Hinsichtlich polykristallinen Siliciums wird ein Verfahren erforscht, gemäß dem dasselbe aus einer flüssigen Phase zur Erstarrung/zum Wachsen gebracht wird, oder ein Verfahren, bei dem dasselbe aus einer Dampfphase abgeschieden wird. Während die Fläche von polykristallinem Silicium ähnlich wie bei amorphem Silicium leicht erhöht werden kann, nimmt der Wandlungswirkungsgrad desselben eine Zwischenposition zwischen denen von einkristallinem und amorphem Silicium ein.
Bei jedem der oben genannten verschiedenen Verfahrenstypen zum Herstellen von Silicium wird die Fläche vergrößert, der Wandlungswirkungsgrad wird verbessert und die Herstellkosten werden gesenkt. Jedoch sind die zugehörigen Kosten zum Erzeugen einer Einheit relativ hoch im Vergleich zu denen bei aktuellen Kraftwerken großen Umfangs, wie Kernkraftwerken oder Wärmekraftwerken, und die Herstellkosten müssen gesenkt werden.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage aus Silicium, mit dem die Herstelleffizienz durch Vergrößern des Produktionsmaßstabs beträchtlich erhöht werden kann, während für hohe Qualität und eine extreme Verringerung der Herstellkosten pro Flächeneinheit gesorgt ist, und eine Vorrichtung zum Herstellen einer solchen dünnen Lage zu schaffen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage ist ein solches, bei dem eine dünne Lage dadurch hergestellt wird, ein Oberflächenschichtteil eines Substrats in eine Schmelze einer Substanz, die ein metallisches und/oder ein Halbleitermaterial enthält, in einem in einer Hauptkammer angeordneten Tiegel eingetaucht wird und die Schmelze an der Oberfläche des Substrats zum Erstarren gebracht wird. Das Substrat wird durch mindestens eine der Hauptkammer benachbarte Hilfskammer in die Hauptkammer geladen und aus dieser entladen.
Wenn die Atmosphäre in die Hauptkammer mit Inertgasatmosphäre eindringt, reagieren Silicium und Sauerstoff miteinander, wenn die Schmelze z. B. eine Siliciumschmelze ist, was zu einem Verlust von Si und zum Anhaften von Pulver an der Innenwand der Hauptkammer aufgrund der Erzeugung von SiO_X führt. Es ist möglich, die Betriebseffizienz merklich zu verbessern, während zuverlässig das Eindringen der Atmosphäre in die Hauptkammer oder dergleichen verhindert wird, und für hohe Qualität zu sorgen, wenn die oben beschriebene Hilfskammer verwendet wird, um das Substrat durch diese zu laden/zu entladen. Anders gesagt, ist es möglich, direkt das Eindringen der Atmosphäre durch die Hilfskammer in die Hauptkammer zu verhindern, wenn eine große Menge von Substraten mit hoher Effizienz in die Hauptkammer geladen/aus dieser geladen wird.
Vorzugsweise ist zwischen der Hauptkammer und der Hilfskammer in Vorbereitung auf eine unerwartete Situation oder dergleichen eine Schalteinrichtung angeordnet. Wenn diese Schalteinrichtung so eingestellt wird, dass sie in einem Notfall geschlossen wird, kann der Umfang von Schwierigkeiten verringert werden. Daher kann die Herstellausbeute verbessert werden, und es kann für eine dünne Lage hoher Qualität gesorgt werden.
Als Schalteinrichtung kann z. B. eine luftdichte Tür verwendet werden. Eine Absperrschleuse ist eine repräsentative luftdichte Tür. Eine am Substrat anhaftende dünne Lage ist z. B. eine dünne Lage aus polykristallinem Silicium, das auf einer Züchtungsfläche des Substrats zum Erstarren/zum Wachstum gebracht wurde.
Nun wird ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung beschrieben, die dadurch hergestellt wurde, dass die oben ge nannte Hilfskammer und die Hauptkammer miteinander kombiniert wurden. Wenn das Substrat in die Hauptkammer geladen wird, wird es in die Hilfskammer hineingegeben, während die Schalteinrichtung geschlossen wird, dann wird die Atmosphäre in der Hilfskammer mit der in der Hauptkammer zum Ausgleich gebracht, und anschließend wird die Schalteinrichtung geöffnet, um das Substrat in die Hauptkammer zu laden. Wenn das Substrat, mit dem z. B. eine dünne Lage aus Silicium verbunden ist, aus der Hauptkammer entladen wird, wird die Schalteinrichtung geöffnet, nachdem die Atmosphäre in der Hilfskammer mit der in der Hauptkammer zum Ausgleich gebracht wurde, so dass das Substrat aus der Hauptkammer in die Hilfskammer entladen wird, die Schalteinrichtung geschlossen wird und das Substrat anschließend ausgegeben wird.
In die oben genannte Hauptkammer wird vorzugsweise ein Inertgas eingeleitet, und der Druck der Atmosphäre in ihr wird vorzugsweise nicht höher als der Atmosphärendruck eingestellt.
Wenn der Druck in der Hauptkammer auf die oben beschriebene Weise als Unterdruck eingestellt wird, kann die Luftdichtigkeit derselben leicht aufrecht erhalten werden, die Verwendung von Inertgas kann verringert werden, und die Herstellkosten können gesenkt werden.
Die oben genannte Hilfskammer besteht aus einer Lade-Hilfskammer und einer Entlade-Hilfskammer, damit das Substrat durch die Lade-Hilfskammer in die Hauptkammer geladen werden kann, während das Substrat, mit dem die dünne Lage verbunden ist, durch die Entlade-Hilfskammer aus der Hauptkammer entladen werden kann.
Gemäß dem oben genannten Verfahren kann die Anordnung so gestaltet werden, dass der Ladeablauf für das Substrat und der Ablauf des Substrats, mit dem eine dünne Lage aus Silicium verbunden ist, einander nicht stören. Der Ausdruck "das Substrat, mit dem die dünne Lage verbunden ist" kennzeichnet einen Zustand des Substrats, das für eine vorgegebene Zeit in die oben genannte Schmelze eingetaucht wurde, damit diese auf einer Züchtungsfläche des Substrats erstarrt, um die auf dem Substrat vorhandene dünne Lage auszubilden. Die erstarrte dünne Lage kann durch einen Schlag oder dergleichen so verschoben werden, dass sie lediglich auf dem Substrat platziert ist. Ferner kann die dünne Lage nach der oben genannten Erstarrung am Substrat anhaften. Allgemeiner gesagt, kann eine feste Phase wachsen, um die dünne Lage zu erzeugen, wenn sich die Züchtungsfläche des Substrats in der Schmelze befindet.
Wenn die Lade-Hilfskammer und die Entlade-Hilfskammer sowie die Hauptkammer durch Öffnen/Schließen der oben genannten Schalteinrichtung geöffnet und geschlossen werden, können die Schaltzeitpunkte der Schalteinrichtung für die Lade-Hilfskammer und der Schalteinrichtung für die Entlade-Hilfskammer miteinander synchronisiert werden.
Das Evakuieren und das Spülen der Hilfskammer mit Inertgas benötigen eine lange Zeit und sind merkliche Faktoren, die den Takt (Zykluszeit zum Herstellen einer dünnen Lage) verlängern. Die Betriebsabläufe der zwei Hilfskammern werden so miteinander synchronisiert, wie oben beschrieben, dass die zwei Hilfskammern innerhalb einer Zeit betätigt werden können, die zum Betätigen einer einzelnen Hilfskammer erforderlich ist.
In der oben genannten Hauptkammer wird das Substrat vorzugsweise an einem Tauchmechanismus so montiert, dass die Kristallzüchtungsfläche des Substrats z. B. einer Siliciumschmelze gegenübersteht, um eine Verbindung mit einer dünnen Lage aus Silicium herzustellen, und die Züchtungsfläche für die dünne Lage, mit der die dünne Lage aus Silicium verbunden ist, wird anschließend in eine andere Position als die unmittelbar über einem Tiegel nach oben gerichtet, um das Substrat gemeinsam mit der dünnen Lage aus dem Tauchmechanismus zu entladen. Die Züchtungsfläche wird der Schmelze so gegenübergestellt, dass so stark wie möglich verhindert wird, dass Seitenflächen, abweichend von der Fläche zum Züchten der dünnen Lage, in die Schmelze getaucht werden, und um die Menge der an diesen Abschnitten erstarrten Schmelze herabzudrücken, um dadurch den Materialnutzungs-Wirkungsgrad zu verbessern und das Ausmaß einer Verunreinigung der Schmelze zu verringern. Ferner wird die Züchtungsfläche so nach oben gerichtet, dass verhindert werden kann, dass die dünne Lage während des Transports oder wegen eines Stoßes beim Entladen des Substrats von diesem abfällt.
Wie oben beschrieben, wird das Substrat vorzugsweise an einer anderen Position als derjenigen unmittelbar über dem Tiegel am Tauchmechanismus montiert und von diesem demontiert. Das Montieren und Demontieren werden so an einer anderen Position als der unmittelbar über dem Tiegel ausgeführt, damit eine Verunreinigung der Schmelze, hervorgerufen durch feine Teilchen, verhindert werden kann, die von Eingriffsabschnitten herunter fallen und beim Montieren und Demontieren in die Schmelze im Tiegel eintreten.
Bevor die oben genannte dünne Lage vom Substrat getrennt wird, wird das Substrat, mit dem die dünne Lage verbunden ist, vorzugsweise an mindestens einer Position in der Hauptkammer, der Hilfskammer oder außerhalb der Kammern (außerhalb der Hauptkammer und außerhalb der Hilfskammer) abgekühlt.
Gemäß dem oben genannten Verfahren wird das Substrat ausrei chend gekühlt, bevor es eine Trenneinrichtung zum Trennen desselben und der dünnen Lage voneinander erreicht, so dass die Trenneinrichtung und die zugehörige Peripherieeinrichtung derselben keiner hohen Wärme ausgesetzt werden und hinsichtlich der Beständigkeit oder dergleichen beeinträchtigt werden. Ferner können die dünnen Lage und das Substrat nach der Trennung leicht gehandhabt werden.
Wenn die Menge der Schmelze im oben genannten Tiegel bis auf ein vorgegebenes Niveau abgenommen hat, kann der Betrieb des Tauchmechanismus gestoppt werden, um das Rohmaterial im Tiegel nachzufüllen, während der Betrieb des Tauchmechanismus nicht neu gestartet wird, bevor nicht die Temperatur der Schmelze im Tiegel und eine Wellenbewegung des Schmelzniveaus anschließend stabilisiert sind.
Gemäß dem Vorstehenden können eine Temperaturänderung der Schmelze und ein Schwingen derselben, das sich aus dem Nachfüllen ergibt, unterdrückt werden. So können die Form und die Qualität der dünnen Lage erhalten bleiben.
Beim oben genannten Nachfüllen kann das Rohmaterial durch eine Nachfüll-Hilfskammer angrenzend an die Hauptkammer in die letztere geladen werden, wenn das Rohmaterial in den Tiegel nachgefüllt wird.
Ferner können mehrere Substrate gleichzeitig in die oben genannte Hilfskammer eingegeben werden, damit sie aus dieser einzeln in die Hauptkammer geladen werden. Außerdem können die Substrate, die mit dünnen Lagen verbunden sind, einzeln aus der Hauptkammer in die Hilfskammer entladen werden, und sie können gleichzeitig aus der letzteren ausgegeben werden. Zwischen die Hauptkammer und die Hilfskammer kann selbstverständlich eine Schalteinrichtung wie eine Absperrschleuse eingefügt sein.
Das Evakuieren und das Spülen der Hilfskammer mit Inertgas benötigen eine lange Zeit und sind merkliche Faktoren, die die Zykluszeit verlängern. Es werden mehrere Substrate so in die Hilfskammer eingegeben, wie oben beschrieben, dass der auf den Takt ausgeübte Einfluss aufgrund eines Vorgangs zum Einstellen der Atmosphäre in der Hilfskammer gelindert werden kann.
Es können mehrere der oben genannten Substrate gleichzeitig in die Hilfskammer eingegeben werden, sie können gleichzeitig von der Hilfskammer an eine Montage-Bereitschaftsposition in der Hauptkammer transportiert werden, und sie können einzeln von der Montage-Bereitschaftsposition in eine Montageposition für den Tauchmechanismus verschoben werden. Ferner können die Substrate von einer Demontageposition zum Demontieren der Substrate, die mit dünnen Lagen verbunden sind, vom Tauchmechanismus in eine Entlade-Bereitschaftsposition in der Hauptkammer transportiert werden, um gleichzeitig mehrere Substrate von der Entlade-Bereitschaftsposition in die Hilfskammer zu entladen, wenn sich eine vorgegebene Anzahl von Substraten an der Entlade-Bereitschaftsposition angesammelt hat.
Gemäß dem oben genannten Verfahren können der Betrieb der Hilfskammer und derjenige des Tauchmechanismus individuell so ausgeführt werden, dass der Takt verkürzt werden kann.
Der oben genannte Tauchmechanismus kann ein Demontieren des Substrats, das mit einer dünnen Lage verbunden ist, sowie das Montieren eines Substrats, mit dem eine dünne Lage neu zu verbinden ist, durch denselben Betriebsablauf ausführen.
Auch kann gemäß diesem Verfahren das Substrat durch einen einzelnen Vorgang am Tauchmechanismus montiert und von die sem demontiert werden, um den Takt zu verkürzen.
Ein anderes erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage ist ein Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage durch Eintauchen eines Oberflächenschichtteils eines durch einen Tauchmechanismus gehaltenen Substrats in eine Schmelze einer Substanz, die ein metallisches und/oder ein Halbleitermaterial enthält, in einem in einer Hauptkammer angeordneten Tiegel und durch ein Erstarrenlassen der Schmelze an der Oberfläche des Substrats. Bei diesem Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage verfügt der Tauchmechanismus über eine erste Substrat-Transporteinrichtung zum Transportieren des Substrats in einer Richtung zum Eintauchen und Entladen desselben in die bzw. aus der Schmelze, eine zweite Substrat-Transporteinrichtung, die einen Transport des Substrats in einer zweiten Richtung verschieden von der ersten Richtung ermöglicht, und eine Substrat-Rotationseinrichtung, die das Substrat um 360° verdrehen kann, wobei der Oberflächenschichtteil des Substrats dadurch in die Schmelze im Tiegel getaucht wird, dass die Betriebsabläufe der ersten und der zweiten Substrat-Transporteinrichtung und der Substrat-Rotationseinrichtung gesteuert werden.
Die oben genannte erste Substrat-Transporteinrichtung kann aus einer vertikalen Transporteinrichtung bestehen, und die zweite Substrat-Transporteinrichtung kann als Einrichtung zum Transportieren des Substrats in einer Richtung einer fortschreitenden Bewegung verstanden werden. Die oben genannte Substrat-Rotationseinrichtung sowie Betriebsabläufe in den oben genannten zwei Richtungen werden so miteinander kombiniert, dass ein steuerbarer Tauchvorgang auf natürliche Weise ausgeführt werden kann.
Die oben genannte Substrat-Rotationseinrichtung verdreht das Substrat vorzugsweise durch Ausüben einer Betätigungskraft in Bezug auf einen Lagerungspunkt ihres Rotationszentrums auf einen vom Lagerungspunkt verschiedenen Kraftpunkt, wobei dieser um den Lagerungspunkt verdreht wird.
Gemäß dem oben genannten Aufbau können der Tauchvorgang und ein anschließender Verdrehvorgang für das Substrat nach oben in solcher Weise, dass die hergestellte dünne Lage nicht herunter fällt, leicht ausgeführt werden.
Das oben genannte Substrat wird vorzugsweise an einem Substrat-Montageelement montiert, das so montiert ist, dass es um den Lagerungspunkt und den Kraftpunkt verdrehbar ist.
Gemäß dem oben genannten Aufbau kann das Substrat-Montageelement mit hervorragender Steuerbarkeit in Bezug auf den Kraftpunkt leicht um den Lagerungspunkt verdreht werden. Dieses Substrat-Montageelement besteht z. B. aus einem Ständer, mit dem das Substrat direkt in Eingriff gebracht werden kann, und einem Ständer-Halteelement, das den Ständer zwischen dem Lagerungspunkt und dem Kraftpunkt fixiert. Das Ständer-Halteelement ist so montiert, dass es gemeinsam mit dem Halte- und dem Kraftpunkt verdrehbar ist.
Es können mehrere Kraftpunkte für einen einzelnen, oben genannten Lagerungspunkt vorhanden sein.
Im Fall dieser Konstruktion kann die Toleranz zwischen der vorgesehenen Bahn und der tatsächlichen Bahn dadurch verringert werden, dass eine Steuerung hinsichtlich der mehreren Kraftpunkte ausgeführt wird, und die Steuerbarkeit kann aufgrund des erhöhten Freiheitsgrads der Bahn verbessert werden, wenn z. B. das Trägheitsmoment des Substrats-Montageelements groß ist.
Bei einer Reihe von Betriebsvorgängen des oben genannten Tauchmechanismus, der das Substrat von einer Montage/Demontage-Position zum Montieren und Demontieren des Substrats an eine Position zum Eintauchen desselben in die Schmelze verstellt, der den Tauchvorgang für das Substrat zum Eintauchen desselben und anschließend ein Verstellen des Substrats an die Montage/Demontage-Position zum Demontieren desselben ausführt, kann die Richtung des Horizontalbetriebs des Substrats beim Tauchvorgang mit der Betriebsrichtung zum Verstellen des Substrats an die Montage/Demontage-Position gleich gemacht werden.
Gemäß dem oben genannten Verfahren kann die Bewegungsrichtung nicht umgekehrt werden, während das Substrat in die Schmelze eingetaucht wird und dasselbe nach oben gerichtet wird. Daher kann die Zeit zum Aufrichten des Substrats nach oben nach dem Verbinden der dünnen Lage mit ihm verkürzt werden. Demgemäß kann die Zeit, während der die hergestellte dünne Lage möglicherweise abfallen kann, verkürzt werden, und die Gewinnung der dünnen Lage kann verbessert werden.
Beim oben genannten Tauchmechanismus kann ein erstes Substrat an einer ersten Position in der Hauptkammer montiert werden, er kann es zum Tiegel bewegen, um es in die Schmelze einzutauchen, und danach kann das erste Substrat, mit dem die dünne Lage verbunden ist, an einer zweiten Position, die von der ersten verschieden ist, demontiert werden, es kann ein zweites Substrat, mit dem eine dünne Lage neu zu verbinden ist, an dieser Position montiert werden, es kann zum Tiegel verstellt werden, um es in diesen einzutauchen, und danach kann das zweite Substrat, das mit der dünne Lage verbunden ist, an die erste Position verstellt werden und an dieser demontiert werden.
Gemäß diesem Verfahren führt der Tauchmechanismus den Tauchvorgang beim Hin- und Herlauf sowohl im Vorwärts- als auch im Rückwärtspfad am Tiegel z. B. entlang einer vorgegebenen Bahn aus, wodurch der Betriebswirkungsgrad erhöht werden kann. Demgemäß kann der Takt verkürzt werden.
Die Position des Schmelzenpegels im oben genannten Tiegel kann erfasst werden, um den Tauchvorgang für das am Tauchmechanismus montierte Substrat in die Schmelze abhängig von der Position des Schmelzpegels zu steuern. Zum Beispiel kann die Tauchtiefe für das am Tauchmechanismus montierte Substrat in die Schmelze abhängig von der Position des Schmelzenpegels auf einen konstanten Wert gesteuert werden. Die oben genannte Steuerung des Tauchvorgangs kann auch dann verwendet werden, wenn die Dicke des Substrats schwankt.
Gemäß diesem Verfahren muss der Pegel der Schmelze nicht an einer konstanten Position gehalten werden, sondern es kann die Häufigkeit des Nachfüllens der Schmelze verringert werden. So kann die Qualität der dünnen Lage aufrecht erhalten werden und der Betriebswirkungsgrad kann verbessert werden.
Für einen einzelnen, oben genannten Tiegel können mehrere Tauchmechanismen verwendet werden, um eine dünne Lage mit einem Substrat zu verbinden.
Gemäß dem oben genannten Verfahren kann die Zeit zum Umwandeln einer konstanten Schmelzenmenge in dünne Lagen verkürzt werden. Demgemäß kann der Takt verkürzt werden.
Noch ein anderes erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage ist ein Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage durch Montieren eines Substrats an einem in einer Hauptkammer vorhandenen Tauchmechanismus, Eintauchen eines Oberflächenschichtteils des Substrats in eine Schmelze in einem in der Hauptkammer angeordneten Tiegel, und mit einem Verbinden einer dünnen Lage mit der Oberfläche des Substrats, um die dünne Lage dadurch herzustellen, dass mehrere Tauchmechanismen in Bezug auf den Tiegel angebracht werden.
Wie oben beschrieben, werden mehrere Tauchmechanismen verwendet, so dass die Zeit zum Umwandeln einer konstanten Schmelzenmenge in eine dünne Lage verkürzt werden kann.
Während ein erster Tauchmechanismus, wie er innerhalb der oben genannten mehreren Tauchmechanismen vorhanden ist, einen Tauchvorgang ausführt, führt ein zweiter Tauchmechanismus, der vom ersten Tauchmechanismus verschieden ist, vorzugsweise mindestens einen der folgenden Vorgänge aus: Montieren des Substrats, Demontieren eines Substrats, das mit einer dünnen Lage verbunden ist, Temperaturregelung des Substrats und Bewegung desselben.
Während die Zeit des Tauchvorgangs, die die Taktrate bestimmt, nicht geändert werden kann, führt der zweite Tauchmechanismus parallel einen anderen vorgegebenen Vorgang aus, während der erste Tauchmechanismus den Tauchvorgang ausführt, so dass der Takt verkürzt werden kann.
Bei jedem der oben genannten Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage wird die Temperatur des Substrats vorzugsweise kontrolliert, bevor dasselbe am Tauchmechanismus angebracht wird. Gemäß diesem Verfahren kann der Takt verkürzt werden, was den Betriebswirkungsgrad verbessert. Die Temperatur des oben genannten Substrats, die allgemein in der Hauptkammer kontrolliert wird, kann alternativ in der Hilfskammer kontrolliert werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage ist eine Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage durch Montieren eines Substrats an einem in einer Hauptkammer vorhandenen Tauchmechanismus, Eintauchen eines Oberflächenschichtteils des Substrats in die oben genannte Schmelze in einem in einer Hauptkammer angeordneten Tiegel, und Verbinden einer dünnen Lage mit der Oberfläche des Substrats. Diese Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage verfügt über mindestens eine Hilfskammer, die über eine Schalteinrichtung an die Hauptkammer angrenzt.
Gemäß dieser Konstruktion kann die Atmosphäre in der Hilfskammer evakuiert und mit einem Inertgas gespült werden, um eine Anpassung an die Atmosphäre in der Hauptkammer zu erzielen, was auf das Eingeben des Substrats in die Hilfskammer oder das Laden in die Hauptkammer erfolgt. Daher ist es möglich, die Hauptkammer mit hoher Stabilität auf einer Unterdruck-Inertgasatmosphäre zu halten.
Die Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage kann über die oben genannte erste Hilfskammer und eine zweite Hilfskammer verfügen, wobei die erste Hilfskammer eine Lade-Hilfskammer zum Eingeben des Substrats von außen und zum Laden desselben in die Hauptkammer sein kann und die zweite Hilfskammer eine Entlade-Hilfskammer zum Entladen des Substrats, das mit der genannten dünnen Lage verbunden ist, aus der Hauptkammer und zum Ausgeben desselben sein kann. Die oben genannte erste und zweite Hilfskammer können an Positionen vorhanden sein, die einander über die Hauptkammer hinweg gegenüberstehen.
Bei der oben genannten Konstruktion kann eine Wechselwirkung zwischen dem Substrat vor dem Verbinden mit der dünnen Lage und dem Substrat nach dem Verbinden mit der dünnen Lage verhindert werden, und der Substratlauf kann gleichmäßig ausgeführt werden.
Die Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage kann ferner über eine Nachfüll-Hilfskammer verfügen, die über eine Schalteinrichtung an die Hauptkammer angrenzt, um ein Nachfüll-Rohmaterial über sie in die Hauptkammer zu liefern.
Gemäß dieser Konstruktion kann ein Nachfüllen ausgeführt werden, während die Atmosphäre in der Hauptkammer aufrecht erhalten wird, wodurch die Zeit zwischen dem Stoppen des Tauchvorgangs zum Nachfüllen und dem Neustarten desselben verkürzt werden kann.
Eine andere erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage ist eine Herstellvorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage durch Eintauchen eines Oberflächenschichtteils eines durch einen Tauchmechanismus gehaltenen Substrats in eine Schmelze einer Substanz, die ein metallisches und/oder ein Halbleitermaterial enthält, in einem in einer Hauptkammer angeordneten Tiegel und durch Erstarrenlassen der Schmelze an der Oberfläche des Substrats. Bei dieser Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage verfügt der Tauchmechanismus über eine erste Substrat-Transporteinrichtung zum Transportieren des Substrats in einer Richtung zum Eintauchen und zum Entladen des Substrats in die bzw. aus der Schmelze, eine zweite Substrat-Transporteinrichtung, die einen Transport des Substrats in einer zweiten Richtung, verschieden von der ersten Richtung, ermöglicht, und eine Substrat-Rotationseinrichtung, die das Substrat um 360° verdrehen kann.
Gemäß der oben genannten Konstruktion kann ein steuerbarer Tauchvorgang auf natürliche Weise dadurch ausgeführt werden, dass die oben genannte Substrat-Rotationseinrichtung und die Transporteinrichtungen für die oben genannten zwei Richtungen miteinander kombiniert werden.
Die oben genannte Substrat-Rotationseinrichtung kann über einen Mechanismus zum Verdrehen des Substrats durch Ausüben einer Betätigungskraft in Bezug auf einen Lagerungspunkt ihres Rotationszentrums an einem vom Lagerungspunkt verschiedenen Kraftpunkt und zum Verdrehen desselben um den Lagerungspunkt verfügen.
Gemäß der oben genannten Konstruktion können der Tauchvorgang und ein anschließender Verdrehvorgang für das Substrat nach oben in solcher Weise, dass die hergestellte dünne Lage nicht herunter fällt, leicht ausgeführt werden.
Die Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage verfügt vorzugsweise ferner über ein Substrat-Montageelement, das so montiert ist, dass es um den oben genannten Lagerungspunkt und den Kraftpunkt zum Montieren des Substrats verdrehbar ist.
Gemäß der oben genannten Konstruktion kann das Substrat-Montageelement mit hervorragender Kontrollierbarkeit in Zuordnung zum Kraftpunkt leicht um den Lagerungspunkt verdreht werden.
Es können mehrere Kraftpunkte für einen Lagerungspunkt vorhanden sein. Demgemäß kann der Tauchvorgang mit hervorragender Kontrollierbarkeit auch dann kontrolliert werden, wenn die Abmessungen des Tauchmechanismus vergrößert werden, um z. B. die Größe des Substrat-Montageelements zu vergrößern.
Noch eine andere erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage ist eine Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage durch Montieren eines Substrats an einem in einer Hauptkammer vorhandenen Tauchmechanismus, Eintauchen eines Oberflächenschichtteils des Substrats in die oben genannte Schmelze und Verbinden einer dünnen Lage mit der Oberfläche des Substrats. Bei dieser Vorrichtung zum Her stellen einer dünnen Lage sind für den Tiegel mehrere Tauchmechanismen vorhanden.
Gemäß dem Obigen kann eine Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage mit hoher Effizienz aufgebaut werden.
Jede der oben genannten erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum Herstellen einer dünnen Lage verfügt vorzugsweise über eine Substrat-Steuerungseinrichtung an einer Vorstufenposition zur Substrat-Montageposition.
Gemäß der oben genannten Vorrichtungskonstruktion kann die Zykluszeit verkürzt werden, die Herstelleffizienz kann verbessert werden, und die Herstellkosten können gesenkt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ist ein Diagramm, das einen beispielhaften Tauchmechanismus der in der 1 dargestellten Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage zeigt.
3 ist ein Diagramm, das einen anderen beispielhaften Tauchmechanismus der in der 1 dargestellten Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage zeigt.
4 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
5 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
6 ist ein Diagramm, das einen Tauchmechanismus der in der 5 dargestellten Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage zeigt.
7 ist ein Diagramm, das den zeitlichen Ablauf der Herstellung einer dünnen Lage mit der in der 5 dargestellten Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage zeigt.
8 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
9 ist ein Diagramm, das einen Tauchmechanismus der in der 8 dargestellten Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage zeigt.
10 ist ein Diagramm, das den zeitlichen Ablauf der Herstellung einer dünnen Lage mit der in der 8 dargestellten Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage zeigt.
11 ist ein Diagramm, das einen Tauchmechanismus in einer Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
12 veranschaulicht einen Substrathalter.
13 veranschaulicht einen anderen Substrathalter.
14 ist ein Diagramm, das einen Verwendungszustand für den in der 12 dargestellten Substrathalter zeigt.
15 ist ein Diagramm, das einen Verwendungszustand für den in der 13 dargestellten Substrathalter zeigt.
16 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
17 ist ein Diagramm, das einen Herstellzustand für eine dünne Lage durch die in der 16 dargestellte Vorrichtung zeigt.
18 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
19 ist ein Diagramm, das den zeitlichen Ablauf der Herstellung einer dünnen Lage mit der in der 18 dargestellten Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage zeigt.
20 ist ein Diagramm, das eine Modifizierung der Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß der achten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
21 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
22 ist ein Diagramm, das den zeitlichen Ablauf der Herstellung einer dünnen Lage mit der in der 21 dargestellten Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage zeigt.
23 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
24 ist ein Diagramm, das den zeitlichen Ablauf der Her stellung einer dünnen Lage mit der in der 23 dargestellten Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage zeigt.
25 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß einer elften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Beste Art zum Ausführen der Erfindung
Nun werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Die 1 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die in der 1 dargestellte Vorrichtung 10 zum Herstellen einer dünnen Lage verfügt über eine Hauptkammer 1, in der ein Tiegel 2 angeordnet ist, und zwei Hilfskammern 3 und 4, die angrenzend an die Hauptkammer vorhanden sind. Der Tiegel 2 in der Hauptkammer 1 nimmt eine Siliciumschmelze 7 auf, und es ist ein Tauchmechanismus 30 zum Eintauchen eines Oberflächenschichtteils jedes Substrats 11 in die Siliciumschmelze 7 vorhanden. Die Hauptkammer wird durch Einleiten eines Inertgases auf einem Druck geringfügig unter dem Atmosphärendruck, d. h. auf einem Unterdruck, gehalten. Bei der in der 1 dargestellten Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage wird Ar-Gas eingeleitet, und der Druck wird auf 700 Torr eingestellt. Dieses Ar-Gas, das Siliciumoxide und anderen Staub über ein Filter oder dergleichen im Abgas entfernt, kann recycelt werden.
Die Hilfskammer 3 ist eine Lade-Hilfskammer zum Laden jedes Substrats. Die Hilfskammer 4 ist eine Entlade-Hilfskammer zum Entladen des Substrats 11, das mit Silicium 5 verbunden ist, aus der Hauptkammer 1. Die Lade-Hilfskammer und die Entlade-Hilfskammer sind so positioniert, dass sie einander über den Tiegel 2 hinweg gegenüberstehen, um dadurch den Lauf der Substrate zu vereinfachten. Jedoch müssen die Hilfskammern nicht notwendigerweise einander über den Tiegel hinweg gegenüberstehen. Die zwei Hilfskammern können abhängig von der Konstruktion oder der Form eines später beschriebenen Tauchmechanismus an der Seite derselben Wand der Hauptkammer angeordnet sein. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, zwei Hilfskammern anzubringen, sondern es kann eine einzelne Hilfskammer mit Einführlinie und einer Ausgabelinie vorhanden sein. Die Atmosphären der Hilfskammern werden auf einen Unterdruck mit derselben Atmosphäre wie der in der Hauptkammer, d. h. eine Inertgasatmosphäre, eingestellt.
Nun wird ein Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage beschrieben. Wenn die Hauptkammer 1 in Betrieb ist, wird eine luftdichte Tür 21 geöffnet, um jedes Substrat 11 in die Hilfskammer 3 einzugeben, während eine andere luftdichte Tür 23 zwischen der Hilfskammer 3 und der Hauptkammer geschlossen wird. Dann wird die luftdichte Tür 21 geschlossen, die Hilfskammer 3 wird evakuiert, woraufhin Ar-Gas eingeleitet wird und die Atmosphäre in der Hilfskammer 3 dadurch mit der in der in der Hauptkammer ins Gleichgewicht gebracht wird, dass der Druck mit dem in der Hauptkammer 1 ins Gleichgewicht gebracht wird. Danach wird die luftdichte Tür 23 zwischen der Hilfskammer und der Hauptkammer 1 gemeinsam mit dem Betrieb des Tauchmechanismus in der Hauptkammer geöffnet, um das Substrat 11 in die Hauptkammer zu laden.
In der Hauptkammer ergreift der Tauchmechanismus 30 das Substrat 11 und transportiert dasselbe auf den Tiegel 2. Dann senkt der Tauchmechanismus das Substrat 11 ab, er taucht den Oberflächenschichtteil desselben in die Siliciumschmelze 7 ein, und er erzeugt eine dünne Siliciumlage auf der Oberfläche des Substrats 11. Danach wird das Substrat 11, das mit der dünnen Siliciumlage verbunden ist, angehoben und vom Tiegel 2 getrennt. Während das Substrat in die Schmelze getaucht ist, wird die mit ihm verbundene Siliciumschmelze gekühlt, damit eine feste Phase wächst, um eine vorgegebene dünne Siliciumlage zu bilden.
Das mit der dünnen Siliciumlage versehene Substrat 11 wird durch die luftdichte Tür 23, die geöffnet wird, nachdem geklärt wurde, dass die luftdichte Tür 21 der Hilfskammer 4 geschlossen ist und die Atmosphäre in dieser mit der in der Hauptkammer identisch ist, in die Entlade-Hilfskammer 4 entladen. Danach wird das mit der dünnen Siliciumlage versehene Substrat 11 durch die luftdichte Tür 21 ausgegeben, während die luftdichte Tür 23 geschlossen ist. Um die auf der Oberfläche des Substrats 11 ausgebildete dünne Siliciumlage zu kühlen, kann zumindest in einem Teil der Hauptkammer 1, der Hilfskammer 4 oder außerhalb eine die Abkühlung beschleunigende Kühlvorrichtung vorhanden sein, um mit dieser das Substrat zu kühlen, mit dem das Silicium verbunden ist. Es existiert ein Verfahren zum Anbringen einer Kühlplatte mit Kühlwasser als einfachster Kühlvorrichtung, um das Substrat in Kontakt mit dieser zu bringen, um dasselbe auszuheizen/zu kühlen.
Für den Tauchmechanismus 30 zum Transportieren des Substrats 11 und zum Eintauchen desselben in die Siliciumschmelze 7 in der Hauptkammer 1 kann jeder beliebige Mechanismus verwendet werden. Die 2 und 3 veranschaulichen einige Tauchmechanismen. Der in der 2 dargestellte Tauchmechanismus sorgt dafür, dass Halteplatten 36 entlang einer Schiene 32 laufen, um einen Horizontaltransport auszuführen. Der Tauchmechanismus führt einen Vertikaltransport durch vertikales Verstellen von die Schiene 32 haltenden und sich vertikal entlang Stäben bewegenden Hubeinheiten 33 aus.
Jedes Substrat 11 ist auf einem Ständer 31 montiert, der durch einen Stab 38 mit einer jeweiligen Halteplatte 36 verbunden ist und der sich gemeinsam mit dem Lauf der Halteplatte 36 auf der Schiene 32 bewegt. Die Hubeinheiten 33 führen eine Herunterbewegung auf die Siliciumschmelze 7 im Tiegel 2 aus, um dadurch die Halteplatte 36, den Stab 38, den Ständer 31 und das Substrat 11 gemeinsam mit der Schiene 32 nach unten zu bewegen und den Oberflächenschichtteil des Substrats in die Siliciumschmelze zu tauchen. Demgemäß wird Silicium mit der Oberfläche des Substrats verbunden. Danach fahren die Hubeinheiten 33 hoch, damit sich das Substrat von der Siliciumschmelze trennt. Dabei werden die Horizontalbewegung, der Vertikalvorgang und der Neigungsvorgang für das Substrat durch voneinander unabhängige Steuerungsmechanismen ausgeführt. Demgemäß kann das Substrat in die Schmelze eintreten, es kann in dieser bewegt werden, und es kann aus dieser austreten, was entlang einer beliebigen Bahn und mit einem beliebigen Neigungszustand erfolgt. Danach programmiert ein PC im Allgemeinen einen Horizontalverstellbefehl, einen Vertikal-Betrieb/Verstell-Befehl und einen Neigungsvorgangsbefehl, und er überträgt dieselben an Steuerungen, um eine beliebige, programmierte Bahn zu realisieren. Ferner führt das Substrat, das mit dem Silicium verbunden ist, nach dem Austritt aus der Schmelze eine Horizontalbewegung aus, und es wird an einer vom Tiegel getrennten Position vom Ständer demontiert. Da sich die Siliciumschmelze auf einer hohen Temperatur von 1400 bis 1500°C befindet und Silicium verdampft, ist auf dem Tiegel ein adiabatischer oder gekühlter Schirm 37 angeordnet, um den Tauchmechanismus wie die Schiene zu schützen. Die oben genannte Horizontalbewegung, die Vertikalbetriebsbewegung und die Neigungsbewegung werden durch insgesamt drei Motoren individuell betrieben, die je weils diesen Vorgängen zugeordnet sind. Das oben genannte Programm steuert die oben genannten drei unabhängigen Bewegungen (Vorgänge) in solcher Weise, dass eine dünne Siliciumlage vorgegebener Dicke entsprechend (a) einer Schwankung des Schmelzenpegels und (a2) einer Dickenschwankung des Substrats erhalten wird.
Der in der 3 dargestellte Tauchmechanismus sorgt dafür, dass jede Halteplatte 36 mit einem Führungsloch entlang einer Schiene 32 läuft. Sich vertikal bewegende Schienen 34 und 35 bilden flache U-förmige Bahnen auf dem Tiegel, so dass sich ein Ständer der Siliciumschmelze auf der Siliciumschmelze 7 annähert. Das obere Ende jedes Stabs 38 ist verschiebbar an den Schienen 34 und 35 montiert.
Das Substrat 11 wird auf dem Ständer 31 montiert, und es wird dafür gesorgt, dass es entlang den Schienen 32, 34 und 35 läuft. Wenn sich die Schienen 34 und 35 dem Tiegel annähern, nehmen sie Bahnen ein, die sich der Siliciumschmelze entlang gleichmäßigen Bögen annähern. Dabei nähert sich der Stab der Siliciumschmelze durch das in der Halteplatte 36 vorhandene Führungsloch an, um schließlich den Oberflächenschichtteil des Substrats 11 in die Siliciumschmelze zu tauchen. Danach nehmen die Schienen 34 und 35 ansteigende Bahnen ein. Eine anschließende Bewegung ist ähnlich der im Fall der 2.
Gemäß dieser Ausführungsform kann die Menge an Sauerstoff und dergleichen, die folgend auf das Laden und Entladen von Substraten in die Hauptkammer eindringt, verringert werden, wenn dünne Siliciumlagen in Massenherstellmaßstab hergestellt werden. Daher kann die Ausbildung von Oxiden in der Siliciumschmelze im Tiegel so unterdrückt werden, dass die Qualität der hergestellten dünnen Siliciumlagen gewährleistet werden kann und die Herstellausbeute weiter verbessert werden kann. Ferner bildet aus dem Tiegel verdampfendes Silicium so kaum Oxide, so dass die Wartung selbst vereinfacht werden kann. Außerdem kann die Beständigkeit verschiedener Vorrichtungstypen in der Hauptkammer verbessert werden.
(Zweite Ausführungsform)
Die 4 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen des Ablaufs bei der Herstellung einer dünnen Lage bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Gemäß der 4 wird ein Substrat 11 durch eine Lade-Hilfskammer 3 in eine Hauptkammer (Vorrichtungskörper) 1 eingegeben, und sie wird an einer Montageposition eines Tauchmechanismus 30 platziert. Das am Tauchmechanismus montierte Substrat wird temperaturgeregelt, und sein Oberflächenschichtteil wird in eine Siliciumschmelze eingetaucht. Dabei wird das Substrat in die Siliciumschmelze eingetaucht, während die Oberfläche, auf der eine dünne Siliciumlage zu züchten ist, der Siliciumschmelze zugewandt ist. Anders gesagt, wird das Substrat eingetaucht, während eine Kristallzüchtungsfläche nach unten gerichtet ist. Nachdem das Substrat aus der Tauchposition hochgezogen wurde, ist die Kristallzüchtungsfläche desselben nach oben gerichtet, so dass die ausgebildete dünne Siliciumlage nicht durch Schwerkraft vom Substrat herunter fällt. Ferner wird das Substrat an einer Demontageposition zum Demontieren desselben vom Tauchmechanismus platziert, während es die dünne Siliciumlage trägt. Danach wird das die dünne Siliciumlage tragende Substrat in eine Entlade-Hilfskammer 4 entladen. Danach wird die dünne Siliciumlage abgekühlt und vom Substrat getrennt.
Folgend auf die oben genannte Herstellung der dünnen Siliciumlage ist die Menge der Siliciumschmelze im Tiegel verringert. Um dies zu kompensieren, wird ein Silicium-Rohmaterial nachgefüllt. Daher ist eine Nachfüll-Hilfskammer 6 angren zend an die Hauptkammer vorhanden, um das Rohmaterial durch die Nachfüll-Hilfskammer in einen Nachfüllmechanismus, wie z. B. einen Nachfülltiegel 9, zu laden und eine Siliciumschmelze zu erzeugen. Der Nachfüllmechanismus füllt diese Siliciumschmelze in den Tiegel nach, um die Siliciumschmelze zu ergänzen. Als Nachfüllmechanismus, der eine Bewegung des Substrats um den Tiegel nicht behindert, kann eine adiabatische Schütte oder dergleichen verwendet werden, um die Siliciumschmelze vom Nachfülltiegel in den Tiegel zu liefern. Dieser Nachfüllmechanismus kann den Pegel der Siliciumschmelze z. B. in einem vorgegebenen Schwankungsbereich halten.
Die oben genannte Lade-Hilfskammer 3, die Entlade-Hilfskammer 4 und die Nachfüll-Hilfskammer 6 verfügen über luftdichte Türen zwischen ihnen und der Hauptkammer sowie nach außen. Ferner wird Inertgas in die Hauptkammer und auch die Lade-Hilfskammer, die Entlade-Hilfskammer und die Nachfüll-Hilfskammer, wie sie oben genannt sind, eingeleitet, um diese auf einem vorgegebenen Druck zu halten. Der Atmosphärendruck in der Hauptkammer sowie derjenige in der jeweiligen Hilfskammer wird im Wesentlichen auf demselben Wert gehalten. Jedoch können die Drücke in der Hauptkammer und in den Hilfskammern innerhalb eines vorgegebenen Bereichs voneinander verschieden sein.
Das Eindringen eines Gases wie Sauerstoff, das einen schlechten Einfluss auf die Herstellung dünner Siliciumlagen ausübt, kann bei der Maskenherstellung dadurch unterdrückt werden, dass drei Hilfskammern verwendet werden, wie es oben beschrieben ist. Demgemäß kann der auf den Vorgang ausgeübte Einfluss unterdrückt werden, während unerwartete Situationen stabil gemeistert werden.
(Dritte Ausführungsform)
Die 5 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die in der 5 dargestellte Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage ist dadurch gekennzeichnet, dass Substrate in einer konstanten Richtung laufen, um dünne Siliciumlagen herzustellen. An einer Seite einer Hauptkammer 1 ist eine Lade-Hilfskammer 3 vorhanden, während an der dazu entgegengesetzten Position, über die Hauptkammer hinweg, eine Entlade-Hilfskammer 4 vorhanden ist. Zwischen den Hilfskammern 3 und 4 und der Hauptkammer sind Absperrschleusen 22 vorhanden, um für Luftdichtigkeit in der Hauptkammer zu sorgen.
An der Hauptkammer 1 ist auch eine Nachfüll-Hilfskammer 6, um beim Laden des Rohmaterials für Stabilität der Atmosphäre in der Hauptkammer zu sorgen, gemeinsam mit einer luftdichten Tür 23 vorhanden, die zwischen ihr und der Hauptkammer vorhanden ist. Das geladene Rohmaterial wird in einen Nachfülltiegel gegeben und aufgeschmolzen, um in einen Tiegel 7 nachgefüllt zu werden.
Der Ablauf zum Herstellen dünner Siliciumlagen ist schematisch der folgende: als Erstes werden Substrate 11 von außen in die Lade-Hilfskammer gegeben. Die Substrate können einzeln oder als mehrere eingegeben werden. Bei der in der 5 dargestellten Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage werden die Substrate 11 durch die Absperrschleuse 22 einzeln von der Lade-Hilfskammer 3 in die Hauptkammer 1 geladen. In der Hauptkammer wird jedes Substrat an einer Montageposition 19 an einem Tauchmechanismus 30 montiert. Der Tauchmechanismus 30 transportiert das Substrat 11 von einer Seite her zu einer Siliciumschmelze 7, und er taucht dasselbe in diese ein. Danach wird das Substrat, das mit einer dünnen Silici umlage verbunden ist, vom Tauchmechanismus demontiert, und es wird in die Entlade-Hilfskammer 4 entladen, die über die Absperrschleuse 22 hinweg auf der anderen Seite vorhanden ist. Der Tauchmechanismus kehrt während dieser Zeit zur Montageposition 19 für Substrate zurück. Die Entlade-Hilfskammer enthält eine vorgegebene Anzahl von Substraten 11, die mit dünnen Siliciumlagen 5 versehen sind, und sie gibt die Substrate aus der Vorrichtung aus, nachdem sie eine vorgegebene Anzahl erreicht haben.
Die 6 veranschaulicht den oben genannten Tauchmechanismus detailliert. Dieser Tauchmechanismus 30 verfügt über Vertikalverstellmechanismen 52, die entlang einer Querachse 51 verlaufen und an denen Substrathalter 27 aufgehängt sind. Jeder Substrathalter 27 verfügt über einen Drehhalter 55, der durch einen Rotationsmechanismus 54 verdreht wird, und einen Aufhängehalter 53. Zwischen den Drehhalter 55 und dem Aufhängehalter 53 wird ein Ständer 31 gehalten. Der Ständer 31 verfügt über eine Eingriffsnut 31a für jedes Substrat im zentralen Abschnitt. Jedes in der 6 dargestellte Substrat 11 verfügt an seiner Rückseite über einen stabilen Vorsprung 11a, damit dieser und die Eingriffsnut 31a des Ständers miteinander in Eingriff treten können, um miteinander integriert zu werden.
Das in die Hauptkammer geladene Substrat 11 wird an der Substrat-Montageposition am Tauchmechanismus 30 montiert. Im am linken Ende in der 6 liegenden Substrathalter 27 steht der Ständer 31 mit dem Substrat in Eingriff. Der Drehhalter 55 liegt vor dem Aufhängungshalter 53, und die Position zum Halten des Ständers liegt ebenfalls vorne. Wenn der Vertikalverstellmechanismus 52 nach rechts läuft, verdreht sich der Verdrehmechanismus 54, um den Drehhalter 55 links jenseits des Aufhängungshalters 53 zu positionieren. Entsprechend dieser Drehung wird der Ständer 31 über dem Substrat 11 positioniert. Demgemäß steht eine Kristallzüchtungsfläche des Substrats der Siliciumschmelze 7 gegenüber. Danach wird der Oberflächenschichtteil des Substrats in die Siliciumschmelze eingetaucht, um auf der Kristallzüchtungsfläche einen Siliciumkristall zu züchten. Nachdem das Substrat aus der Siliciumschmelze hochgezogen wurde, verdreht sich der Drehmechanismus 54 erneut, um das Substrat über dem Ständer zu positionieren. Dabei zeigt die Kristallzüchtungsfläche des Substrats nach oben.
Durch Verwendung des oben genannten Tauchmechanismus kann verhindert werden, dass die dünne Siliciumlage vom Substrat herunter fällt.
Nun wird der zeitliche Ablauf der oben genannten Herstellung einer dünnen Lage unter Bezugnahme auf die 7 beschrieben. Die 7 gibt den Ablauf zum Herstellen einer dünnen Lage mit Intervallen von 5 Sekunden an. Als Erstes werden vier Substrate kombiniert in die Lade-Hilfskammer eingegeben. Dann wird die Lade-Hilfskammer evakuiert. Anschließend wird die Lade-Hilfskammer mit Argongas gespült. Die Behandlung bis zu diesem Stadium wird für die vier Substrate gemeinsam in der Lade-Hilfskammer ausgeführt. Dabei wird die Entlade-Hilfskammer auch Vorgängen zum Evakuieren und zum Spülen mit Argongas unterzogen.
Danach wird eines der Substrate in die Hauptkammer transportiert und am Tauchmechanismus montiert. Das Substrat wird temperaturgeregelt, danach in die Siliciumschmelze getaucht und dann hochgezogen. Dann wird das Substrat vom Tauchmechanismus entladen. Anschließend wird das zweite Substrat von der Lade-Hilfskammer in die Hauptkammer transportiert, während der Tauchmechanismus in die ursprüngliche Montageposition zurückgestellt wird. Dabei wird das mit einer dünnen Siliciumlage versehene erste Substrat in die Entlade-Hilfs kammer entladen und darin aufbewahrt. Das vierte bis zweite Substrat werden in die Hauptkammer transportiert und wiederholend derselben Behandlung wie der am ersten Substrat unterzogen, und die Entlade-Hilfskammer bewahrt die vier mit dünnen Siliciumlagen versehenen Substrate auf, wenn das vierte Substrat in sie entladen ist.
Diese vier, mit dünnen Siliciumlagen versehenen Substrate werden gleichzeitig aus der Entlade-Hilfskammer entladen. Dabei ist eine ungefähr 80 Sekunden erreichende Zeit ab dem Zeitpunkt verstrichen, zu dem die vier Substrate als Erstes in die Lade-Hilfskammer eingegeben wurden. Wenn die vier Substrate gleichzeitig in die Lade-Hilfskammer eingegeben werden, sie einzeln eingetaucht werden und sie gleichzeitig entladen werden, beträgt demgemäß der Takt (die Zykluszeit) 80 Sekunden, woraus folgt, dass pro Substrat eine Behandlungszeit von 20 Sekunden erforderlich ist.
Beim Herstellverfahren gemäß dieser Ausführungsform werden die Substrate unabhängig voneinander aus der Lade-Hilfskammer in die Hauptkammer geladen und aus dieser in die Entlade-Hilfskammer entladen. Daher können die Mechanismen zum Laden und Entladen so vereinfacht werden, dass die Zuverlässigkeit der Mechanismen der Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage verbessert werden kann.
(Vierte Ausführungsform)
Die 8 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung zum Transportieren von Substraten durch einen Tauchmechanismus sowie die Richtung aus einer Lade-Hilfskammer zu einer Entlade-Hilfskammer einander schneiden. Der Tauchmechanismus transportiert jedes montierte Substrat auf einen Tiegel, er taucht dasselbe in eine Siliciumschmelze ein, und danach bringt er es in eine ursprüngliche Montageposition 19 zurück. Bei der Vorrichtung wird ein neues Substrat am Tauchmechanismus montiert, während das mit einer dünnen Siliciumlage versehene Substrat demontiert wird. Demgemäß kann die Zeit im Vergleich zum Fall verkürzt werden, bei dem das Montieren und Demontieren jedes Substrats getrennt ausgeführt werden.
Eine Vorrichtung, bei der Substrate parallel am Tauchmechanismus montiert bzw. von diesem abmontiert werden können, wie oben beschrieben, ist beispielsweise durch einen Substrat-Montage/Demontage-Mechanismus realisiert, wie er in der 9 dargestellt ist. Gemäß der 9 ist ein mit einer dünnen Siliciumlage versehenes Substrat in die Montageposition 19 zurückgekehrt. Ein stabiler Vorsprung, der an der Rückseite des mit der dünnen Siliciumlage versehenen Substrats 11 vorhanden ist, steht in Eingriff mit einer Eingriffsnut eines Ständers 31, um das Substrat auf diesem zu montieren. Eine in einer Hauptkammer angeordnete Substrat-Transporteinrichtung 39 transportiert Substrate 11 zur Substrat-Montageposition 19. Die Substrate 11 der Substrat-Transporteinrichtung und das mit einer dünnen Siliciumlage versehene Substrat fluchten miteinander, und die Substrat-Transporteinrichtung bringt ein neues Substrat in der Erstreckungsrichtung der Eingriffsnut des Ständers 31 in Eingriff. Dabei wird das mit der dünnen Siliciumlage versehene Substrat durch das neue Substrat ausgestoßen und vom Tauchmechanismus demontiert. In diesem Fall sind die Positionen zum Montieren und Demontieren der jeweiligen Substrate nebeneinander oder im Wesentlichen einander gleich angeordnet. Daher ist die Montageposition 19 auch die Demontageposition.
Die 10 veranschaulicht den zeitlichen Ablauf bei der oben genannten Herstellung einer dünnen Lage. Dieser Her stellablauf ist größtenteils mit dem der 7 identisch. Der Unterschied liegt darin, dass bei der Vorrichtung beim in der 7 dargestellten Ablauf das Substrat vom Tauchmechanismus demontiert wird, dann der Tauchmechanismus in die ursprüngliche Montageposition zurück gebracht wird und danach das zweite Substrat am Tauchmechanismus montiert wird, während bei der Vorrichtung beim in der 10 dargestellten Ablauf die Substrate gleichzeitig und parallel am Tauchmechanismus montiert und von diesem abmontiert werden. Daher kann eine Zeitverkürzung realisiert werden. Anders gesagt, können bei dieser Vorrichtung die Montage des zweiten Substrats am Tauchmechanismus sowie die Demontage des ersten Substrats vom Tauchmechanismus in der in der 10 dargestellten Spalte einer verstrichenen Zeit von 35 Sekunden gleichzeitig und parallel ausgeführt werden. Daher kann diese Vorrichtung den Takt zum Herstellen von vier dünnen Siliciumlagen auf 75 Sekunden verkürzen. Dies entspricht einer Zeit von 19 Sekunden pro dünner Siliciumlage, und der Takt kann um 1 Sekunde pro dünner Lage im Vergleich zum in der 7 dargestellten Herstellablauf verkürzt werden. Demgemäß kann die Herstelleffizienz erhöht werden, und die Herstellkosten können auf dem Gebiet von Solarzellen, wo sie von großer Bedeutung sind, gesenkt werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Die 11 ist ein Diagramm, das Betriebsabläufe eines Tauchmechanismus bei einer Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die gesamte Anordnung einer Einsetz-Hilfskammer, einer Entlade-Hilfskammer sowie des Tauchmechanismus und der Lauf von Substraten sind identisch mit denjenigen bei der vierten Ausführungsform. Gemäß dieser Ausführungsform wird jedes Substrat von der Montage/Demontage-Position 19 zum Montieren und Demontieren von Substraten zu einem Tiegel bewegt und in diesen eingetaucht, um eine dünne Lage zu züchten, wie es in der 8 zur vierten Ausführungsform dargestellt ist. Danach führt der Tauchmechanismus das Substrat in die Montage/Demontage-Position 19 zurück, und das Substrat wird demontiert. Nun wird die Reihe von Betriebsvorgängen des Tauchmechanismus beschrieben.
Ein Substrathalter 27 läuft entlang einer Querachse 51, und er sorgt dafür, dass das Substrat eine Vertikal-, eine Horizontal- und eine Rotationsbewegung ausführt. An einem Ende eines Aufhängungshalters 53 ist ein Drehpunkt 76 vorhanden. An diesem Drehpunkt 76 ist ein einen Ständer 31 fixierendes Ständerhalterelement 59 drehbar montiert, mit dem der Ständer 31 für Eingriff mit dem Substrat verbunden ist. Das Ständerhalterelement 59 ist so angeschlossen, dass es einen an einem Ende eines Drehhalters 55 liegenden Kraftpunkt 77 mit dem Drehpunkt 76 koppelt. Im oberen Teil des Aufhängungshalters 53 sind Rotationsmechanismen 54 und 75 vorhanden, um den Drehhalter 55 über einen Dreharm 78 zu halten. Es ist möglich, das Substrat durch Verdrehen der Rotationsmechanismen 54 und 75 zu verdrehen. Das Ständerhalterelement ist drehbar sowohl am Lagerungspunkt als auch am Kraftpunkt montiert.
Aus der 11 ergibt es sich, dass der Tauchvorgang in einer der folgenden Bewegungsrichtungen (Umlaufbahnen) erfolgt: Umlaufbahn in der Gegenuhrzeigerrichtung 64 oder der Uhrzeigerrichtung 65 in der Ebene der 11. Der Tauchvorgang entlang der Umlaufbahn in der Gegenuhrzeigerrichtung 64 ist ein Zyklus mit den folgenden wiederholten Vorgängen:

(1) Montieren des Substrats 11 an der Substrat-Montage/Demontage-Position 19.
(2a) Verstellen des Substrats 11 an eine Vor-Tauchposition (Position 63 in diesem Fall).
(3a) Eintauchen des Substrats 11 und Verstellen desselben an eine Nach-Tauchposition (Position 62 in diesem Fall).
(4a) Zurückstellen des Substrats 11 von der Nach-Tauchposition an die Substrat-Montage/Demontage-Position 19.
(5) Demontieren des Substrats 11, das mit einer dünnen Lage verbunden ist.

Im Fall der Gegenuhrzeigerrichtung 64 zeigt die Richtung des horizontalen Ablaufs beim Tauchvorgang nach rechts in der 11, entgegengesetzt zum oben genannten Rückkehrvorgang (4a).
Andererseits verläuft der Tauchvorgang in der Uhrzeigerrichtung 65 mit einem Zyklus der folgenden wiederholten Vorgänge:

(1) Montieren des Substrats 11 an der Substrat-Montage/Demontage-Position 19.
(2b) Verstellen des Substrats 11 an eine Vor-Tauchposition (Position 63 in diesem Fall).
(3b) Eintauchen des Substrats 11 und Verstellen desselben an eine Nach-Tauchposition (Position 62 in diesem Fall).
(4b) Zurückstellen des Substrats 11 von der Nach-Tauchposition an die Substrat-Montage/Demontage-Position 19.
(5) Demontieren des Substrats 11, das mit einer dünnen Lage verbunden ist.

Wenn die Umlaufbahn in der Uhrzeigerrichtung 65 verläuft, zeigt die Richtung des horizontalen Ablaufs beim Tauchvorgang nach links in der 11, entgegengesetzt zum oben genannten Rückkehrvorgang (4b).
Wie oben angegeben, sind die Vor-Tauchpositionen und die Nach-Tauchpositionen bei den Umlaufbahnen entlang der Gegenuhrzeigerrichtung 64 und der Uhrzeigerrichtung 65 gegeneinander vertauscht. Der Neigungswinkel der Oberfläche des Substrats in Bezug auf den Pegel einer Schmelze an der Vor- und der Nach-Tauchposition ist bei dieser Ausführungsform auf ± 80° eingestellt.
Die 12 ist ein Diagramm zum detaillierten Veranschaulichen des entlang der Querachse 51 verlaufenden Substrathalters 27. Der Drehpunkt 76 ist am Ende des Aufhängungshalters 53 vorhanden. Das Ständerhalterelement 59 ist so angeschlossen, dass es den am Ende des Drehhalters 55 liegenden Kraftpunkt 77 mit dem Drehpunkt 76 verbindet. Der mit dem Substrat 11 in Eingriff stehende Ständer 31 ist mit dem Ständerhalterelement 59 verbunden. Die Rotationsmechanismen 54 und 75 sind im oberen Teil des Aufhängungshalters 53 vorhanden, um den Drehhalter 55 über den Dreharm 78 zu halten. Es ist möglich, das Substrat 11 dadurch zu drehen, dass die Rotationsmechanismen 54 und 75 gedreht werden.
Die einfachste Konstruktion ist eine solche mit durchgehenden Achsen am Lagerungspunkt und am Kraftpunkt. Gemäß diesem Verfahren stören jedoch die Durchgangsachsen und der Halter einander körperlich, und demgemäß ist es unmöglich, das Substrat um 360° zu drehen. Wenn angenommen wird, dass das Substrat unter einem Rotationswinkel von 0° steht, wenn beispielsweise seine Oberfläche direkt nach unten gerichtet ist, und die Uhrzeigerrichtung der Drehung im Tauchmechanismus die positive Richtung ist, ergibt es sich, dass die Durchgangsachse des Kraftpunkts 77 und der Aufhängungshalter 73 bei einem Winkel von ungefähr +90° zusammen stoßen. Daher beträgt der Substrat-Rotationsbereich bis zu 80° in der positiven Richtung und bis zu –260° in der negativen Richtung. Die positive und die negative Richtung der Drehung sind die Rotationsrichtungen des Tauchmechanismus. Die Beschreibung erfolgt unterscheidbar in Bezug auf die Pfeile 64 und 65 in der 11, die die Drehung des Tauchmechanismus anzeigen. Andererseits ist es möglich, eine Wechselwirkung mit dem Halter dadurch zu vermeiden, dass am Lagerungspunkt und/oder am Kraftpunkt keine Durchgangsachse angebracht wird. In diesem Fall ist das Substrat um 360° drehbar. Jedoch ist die Konstruktion kompliziert, was den Kosten und der Beständigkeit abträglich ist.
Nun werden Betriebsabläufe des Tauchmechanismus beschrieben, der das Substrat nicht um 360° drehen kann. In diesem Fall ist es unmöglich, +90° zu durchlaufen, wie es oben beschrieben ist. Wenn das Substrat über die Umlaufbahn entlang dem Pfeil 64 in der 11 eingetaucht wird, ist es erforderlich, dasselbe in der Uhrzeigerrichtung um 260° insgesamt von der Aufwärtsdrehung (Rotationswinkel = –180°) bis zu +80° zu verdrehen, während eine Bewegung von der Substrat-Montage/Demontage-Position 19 zur Vor-Tauchposition 63 erfolgt. Anders gesagt, kann das Substrat nicht den minimalen Rotationswinkel einnehmen, sondern durch umgekehrtes Verdrehen auf Umwegsweise nimmt es eine Stellung an der Vor-Tauchposition 63 ein. Danach wird das Substrat eingetaucht, während eine Drehung in der Gegenuhrzeigerrichtung erfolgt, und es dreht sich um insgesamt 100° bis auf –180°, während es von der Nach-Tauchposition 62 zur Substrat-Montage/Demontage-Position 19 zurückkehrt.
Wenn das Substrat mittels der Umlaufbahn entlang dem Pfeil 65 in der 11 eingetaucht wird, muss es sich in der Uhrzeigerrichtung um insgesamt 100° von der Aufwärtsdrehung (Rotationswinkel = –180°) bis zu –80° drehen, während es sich von der Substrat-Montage/Demontage-Position 19 an die Vor-Tauchposition 62 bewegt. Nachdem das Substrat dem Tauchvorgang unterzogen wurde, muss es in der Gegenuhrzeigerrichtung um insgesamt 260° von der Nach-Tauchposition 63 (Rotationswinkel = +80°) bis zu –180° verdreht werden, während es zur Substrat-Montage/Demontage-Position 19 zurückkehrt.
Bei jedem der oben genannten Tauchvorgänge muss das sich nicht um 360° drehende Substrat sowohl bei der Vor-Tauchbewegung als auch der Rückbewegung um 260° gedreht werden. Wenn die Drehgeschwindigkeit auf 3000°/Min. eingestellt wird, sind 5,2 Sekunden alleine für die Drehung erforderlich, was den Takt merklich beeinträchtigt. Selbst wenn die Drehgeschwindigkeit durch Erhöhen der Kraft verbessert wird, sind Stabilitätsmaßnahmen erforderlich, das Gewicht des Tauchmechanismus ist erhöht, und es ist erforderlich, die Kraft weiter zu erhöhen, was die Vorrichtungskosten merklich erhöht.
Nun werden Betriebsabläufe des Tauchmechanismus unter Bezugnahme auf einen Fall beschrieben, bei dem das Substrat um 360° verdrehbar ist. Wenn das Substrat über die Umlaufbahn entlang dem Pfeil 64 in der 11 eingetaucht wird, wird es in der Gegenuhrzeigerrichtung um insgesamt 100° von der Aufwärtsdrehung (Rotationswinkel = –180°) bis zu +80° verdreht, während es sich von der Substrat-Montage/Demontage-Position 19 zur Vor-Tauchposition 63 bewegt. Danach wird das Substrat eingetaucht, und es dreht sich um insgesamt 100° bis auf –180°, während es von der Nach-Tauchposition 62 zur Substrat-Montage/Demontage-Position 19 zurückkehrt.
Wenn das Substrat über die Umlaufbahn entlang dem Pfeil 65 in der 11 eingetaucht wird, dreht es sich um insgesamt 100° in der Uhrzeigerrichtung von einer Aufwärtsdrehung (Rotationswinkel = –180°) bis zu –80°, während es von der Substrat-Montage/Demontage-Position 19 zur Vor-Tauchposition 62 bewegt wird. Danach wird das Substrat eingetaucht, und es dreht sich um insgesamt 100° bis auf –180°, während es von der Nach-Tauchposition 63 zurückkehrt (Rotationswinkel = +80°) .
Bei jedem der oben genannten Tauchvorgänge ist es erforderlich, das Substrat während des Vor-Tauchvorgangs oder dem Rückführvorgang um 180° zu drehen, um es um 360° zu drehen. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit auf 3000°/Min. eingestellt wird, wird die Drehung in 2 Sekunden beendet.
Wie oben beschrieben, wird das Substrat unter Berücksichtigung der Vorrichtungskosten, der Stabilität und des Takts vorzugsweise um 360° drehbar gemacht.
Nun werden unter Bezugnahme auf die Tabelle 1 Gewinnungswerte für dünne Lagen für die Fälle beschrieben, dass Zinnlagen entlang der Umlaufbahn in der oben genannten Uhrzeigerrichtung 65 (die Richtung des Tauchvorgangs ist mit der Rückkehrrichtung identisch) und entlang der Umlaufbahn in der oben genannten Gegenuhrzeigerrichtung 64 (die Richtung des Tauchvorgangs verläuft umgekehrt zum Rückkehrvorgang) hergestellt werden, während die Tauchbahnen von den Vor-Tauchpositionen zu den Nach-Tauchpositionen und Bedingungen einander gleich gemacht sind. [Tabelle 1]
Gemäß der Tabelle 1 ist der Fall der Umlaufbahn in der Gegenuhrzeigerrichtung 64 (entgegengesetzt zur Rückkehrrichtung in der Tabelle 1) hinsichtlich der Gewinnung dem Fall der Umlaufbahn in der Uhrzeigerrichtung 65 (identisch mit der Rückkehrrichtung in der Tabelle 1) unterlegen, da die dünnen Lagen abfallen, bevor sie nach der Züchtung zu einer Austauschposition zurückgekehrt sind. Dies, da die Richtung des Horizontalbetriebsablaufs der Substrate umgekehrt wird, bevor diese nach oben gerichtet werden, so dass die dünnen Lagen aufgrund der Trägheitskraft leicht gegen sie verschoben werden. Im Uhrzeigerfall (Pfeil 65) drücken die Substrate regelmäßig in der Richtung ihres Horizontalbetriebsablaufs auf die dünnen Lagen, so dass diese kaum gegenüber ihnen verschoben werden. Daher ist die Richtung der Horizontalbewegung vor dem Tauchvorgangs vorzugsweise identisch mit der Rückkehrrichtung zur Substrat-Montage/Demontage-Position 19.
(Sechste Ausführungsform)
Die 13 ist ein Diagramm zum detaillierten Veranschaulichen eines Substrathalteteils eines Tauchmechanismus bei einem Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. An einem Ende eines Aufhängungshalters 53 ist ein Drehpunkt 76 vorhanden. Mit dem Drehpunkt 76 ist ein Ständer 31 in Eingriff mit einem Substrat 11 verbunden. Hinsichtlich des Drehpunkts existiert eine Verbindung zu einem Kraftpunkt 77, der an einem Ende eines Drehhalters 55 auf der vom Substrat 11 abgewandten Seite liegt. Im oberen Teil des Aufhängungshalters 53 sind Rotationsmechanismen 54 und 75 vorhanden, um den Drehhalter 55 über einen Dreharm 78 zu halten. Es ist möglich, das Substrat 11 durch Drehen der Rotationsmechanismen 54 und 75 zu verdrehen.
Wenn der in der 12 dargestellte Substrathalter 27 verwendet wird, wird der Drehpunkt 76 oder der Kraftpunkt 77 in die Schmelze 7 getaucht, wenn der Tauchvorgang ausgeführt wird, während das Substrat 11 geneigt wird, wie es in der 14 dargestellt ist. Daher ist es unmöglich, das Substrat 11 erwähnenswert zu neigen.
Wenn der in der 13 dargestellte Substrathalter verwendet wird, kann das Substrat 11 andererseits auf einen großen Neigungswinkel beim Eintreten in eine Schmelze 7 oder beim Austreten aus dieser eingestellt werden, wie es in der 15 dargestellt ist. Wenn angenommen wird, dass das Substrat unter 0° steht, wenn es nach unten gerichtet ist, und dass die Uhrzeigerrichtung die positive Richtung ist, ist es auch möglich, dafür zu sorgen, dass das Substrat in einem Zustand von 90° aus der Schmelze austritt, wie es in der 15 dargestellt ist. Beim Austreten aus der Schmelze verbleibt ein Bad einer Siliciumschmelze auf einer dünnen Lage, wenn sich ein Ende der gezüchteten dünnen Lage von der Schmelze trennt. Dies ergibt sich aus der Oberflächenspannung. Daher wird das Substrat auf 90° geneigt, wenn sich sein Ende von der Schmelze trennt, damit diese schnell abläuft und die Menge des verbliebenen Bads merklich verringert werden kann.
(Siebte Ausführungsform)
Die 16 ist ein Diagramm zum detaillierten Veranschaulichen eines Substrathalters 27 eines Tauchmechanismus bei einem Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung. Ein Ständer 31 in Eingriff mit einem Substrat 11 ist mit einem Ständerhalterelement 49 verbunden, das seinerseits durch einen Aufhängungshalter 53 so gehalten wird, dass es um eine Rotationsachse 80 verschiebbar ist. Die Rotationsachse 80 ist über Kraftübertragungsmechanismen 81 und 82, wie z. B. Ketten oder Bänder, mit einem Rotationsmechanismus 75 verbunden. Das Substrat 11 wird durch Drehen des Rotationsmechanismus 75 gedreht.
Wenn der in der 16 dargestellte Substrathalter 27 verwendet wird, kann eine dünne Lage dadurch gezüchtet werden, dass durch den Rotationsmechanismus, einen Querverstellme chanismus und einen Vertikalverstellmechanismus ein Positionieren vor und nach dem Eintauchen in eine Schmelze ermöglicht wird, während es in eine Schmelze eingetaucht und danach aus derselben hochgezogen wird, wie es in der 17 dargestellt ist.
(Achte Ausführungsform)
Die 18 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Montieren/Demontieren von Substraten an/von einem Tauchmechanismus 30 zwei Positionen vorhanden sind, um einen Tauchvorgang einmal bei einer unidirektionalen Bewegung des Tauchmechanismus auszuführen und einen Tauchvorgang ebenfalls einmal bei einer zugehörigen Rückkehrbewegung auszuführen. Montagepositionen 19 entsprechen auch Positionen zum Demontieren der Substrate. Gemäß der dritten und vierten Ausführungsform wird in einem Zwischenstadium bei der Rückkehr nach dem Tauchen durch den Tauchmechanismus kein Tauchvorgang ausgeführt. Gemäß dieser Ausführungsform wird jedoch ein Tauchvorgang sowohl beim Vorwärts- als auch beim Rückwärtsprozess ausgeführt. In diesem Fall werden eine einzelne Lade-Hilfskammer und eine einzelne Entlade-Hilfskammer dazu verwendet, die Substrate ausgehend von der einzelnen Lade-Hilfskammer zu den zwei Montagepositionen 19 zu transportieren und sie von den zwei Substrat-Montagepositionen 19 zur einzelnen Entlade-Hilfskammer zu transportieren.
Die 19 ist ein Diagramm, das den zeitlichen Ablauf der Herstellung gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Dieser Herstellablauf ist größtenteils mit dem der 10 identisch. Der Unterschied liegt darin, dass in der 10 nach dem Tauchvorgang eine Rückkehrzeit erforderlich ist, während in der 19 die Substrate unmittelbar nach dem Tauchvorgang montiert/demontiert werden und der folgende Tauchvorgang unmittelbar danach ohne einen Rückkehrvorgang ausgeführt werden kann. Daher kann der Takt zum Herstellen dünner Siliciumlagen auf vier Substraten auf 65 Sekunden verkürzt werden. Dies entspricht 16 Sekunden pro Substrat.
Die 20 ist ein Diagramm, das eine Modifizierung der Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage unter Verwendung des Vorwärts- und des Rückwärtsprozesses des Tauchmechanismus 30 beim Tauchvorgang zeigt. Dieser Fall ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lade-Hilfskammern 3 sowie zwei Entlade-Hilfskammern 4 vorhanden sind. Die Konstruktion kann durch Verwenden dieser Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage vereinfacht werden, da kein Mechanismus dazu erforderlich ist, Substrate 11 in zwei Abschnitten einer Hauptkammer 1 zu verteilen oder von diesen zu sammeln. Ferner kann die Rate der Bearbeitungszeiten in den Hilfskammern bei Gesamtablauf von einer Operation/vier Tauchvorgänge auf eine Operation/acht Tauchvorgänge verkürzt werden, um den Takt weiter zu verkürzen, ohne dass die Länge der Vorrichtung merklich vergrößert würde, wenn die Operationen der zwei Lade-Hilfskammern und diejenigen der zwei Entlade-Hilfskammern jeweils miteinander synchronisiert werden.
(Neunte Ausführungsform)
Die 21 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Montage-Bereitschaftsposition 25 und eine Entlade-Bereitschaftsposition 26 in einer Hauptkammer vorhanden sind. Die Montage-Bereitschaftsposition 25 und die Entlade-Bereitschaftsposition 26 fungieren als Puffer beim Zuführen von Substraten 11 aus einer Lade-Hilfskammer 3 in einen Tauchmechanismus 30 und zum Entladen aus diesem in eine Entlade-Hilfskammer 4. Daher können Betriebsabläufe der jeweiligen Hilfskammern und der Betriebsablauf des Tauchmechanismus unabhängig voneinander gemacht werden. Daher hat der Takt keine Beziehung zu den Betriebsabläufen der jeweiligen Hilfskammern, sondern er ist nur durch den Betrieb des Tauchmechanismus bestimmt. Die Anzahl der Substrate, die in der Montage-Bereitschaftsposition bereitstehen können, muss die Anzahl der Substrate überschreiten, die gleichzeitig von der Hilfskammer geliefert werden können. In ähnlicher Weise muss die Anzahl der Substrate, die an der Entlade-Bereitschaftsposition bereitstehen können, die Anzahl der Substrate überschreiten, die gleichzeitig in die Hilfskammer entladen werden können.
Die 22 ist ein Diagramm, das den zeitlichen Ablauf bei der Herstellung in der in der 21 dargestellten Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage zeigt. Gemäß der 22 kann der Tauchmechanismus während den Betriebsabläufen der Hilfskammern den Betrieb parallel fortsetzen, was den Takt merklich beeinflusst. Demgemäß wird der Takt zum Herstellen dünner Siliciumlagen auf vier Substraten auf 40 Sekunden verkürzt, was eine merkliche Verringerung realisiert. Dies entspricht 10 Sekunden pro dünner Siliciumlage.
(Zehnte Ausführungsform)
Die 23 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass für einen einzelnen Tiegel zwei Tauchmechanismen 30a und 30b vorhanden sind. Die zwei Tauchmechanismen sind so vorhanden, dass der andere Tauchmechanismus 30b einen anderen Vorgang ausführen kann, wenn einer der Tauchmechanismen, z. B. der Tauchmechanismus 30a, einen Tauchvorgang ausführt. Es ist schwierig, die tatsächliche Tauchzeit beim Tauchvorgang wegen der Kristallzüchtungsbedingungen für dünne Siliciumlagen merklich zu verkürzen. Jedoch kann der Takt durch die zwei Tauchmechanismen, die in derselben Periode zwei verschiedene Vorgänge abarbeiten, über die Gesamtzeit der Tauchbehandlung halbiert werden.
Die 24 zeigt den zeitlichen Ablauf der Herstellung dünner Lagen für den Fall der Verwendung zweier Tauchmechanismen, wie oben beschrieben, so dass diese Vorgänge auf abweichende Weise ausführen, dass ihre Tauchoperationen im Tiegel voneinander abweichen. Gemäß der 24 kann der Takt zum Herstellen dünner Siliciumlagen auf vier Substraten auf 20 Sekunden verkürzt werden. Dies entspricht 5 Sekunden pro Substrat. Die Zeit des Tauchschritts pro Substrat ist im Vergleich zu derjenigen von 20 Sekunden pro Substrat gemäß der ersten Ausführungsform extrem verkürzt.
Gemäß der 23 ist aus dem folgenden Grund eine Kühlinstallation 26 vorhanden: wenn die Zykluszeit auf die oben beschriebene Weise verkürzt wird, ist die Zeit für die natürliche Abkühlung ebenfalls merklich verkürzt. Daher ist es möglich, dass die Substrate, die dünne Siliciumlagen tragen, nicht ausreichend gekühlt sind, sondern in einem Hochtemperaturzustand vorliegen, wenn sie durch eine Entlade-Hilfskammer 4 aus der Vorrichtung ausgegeben werden. Daher ist es möglich, dass die Substrate einen Mechanismus zum Trennen dünner Siliciumlagen 5 von den Substraten 11 außerhalb der Vorrichtung einer hohen Temperatur aussetzen, was einen Mangel am Trennmechanismus oder anderen Mechanismen verursacht. Um dies zu vermeiden, können die oben genannten Substrate 11 dadurch auf eine ausreichend niedrige Temperatur gekühlt werden, dass an einer Entlade-Bereitschaftsposition 26 eine Kühleinrichtung 26a angebracht wird, um die mit den dünnen Siliciumlagen 5 versehenen Substrate 11 in einer Hauptkammer 1 zu halten, wie es in der 23 dargestellt ist.
Wie oben beschrieben, muss die Anzahl der Substrate, die in der Entlade-Bereitschaftsposition bereitstehen können, die Anzahl der Substrate überschreiten, die gleichzeitig in die Hilfskammer entladen werden können. Wenn jedoch ein Kühlvorgang auch an der Entlade-Bereitschaftsposition ausgeführt wird, müssen Substrate mit einer Anzahl bereitstehen/gekühlt werden, die dadurch erhalten wird, dass die Anzahl (Zeit (Sekunden), die zum Kühlen von Substrate erforderlich ist/Zeit eines Tauchschritts pro Substrat (Sekunden/Anzahl)) zur oben genannten Anzahl addiert wird. Wenn angenommen wird, dass die zum Kühlen der Substrate erforderliche Zeit 10 Sekunden beträgt und z. B. vier Substrate gleichzeitig in die Hilfskammer entladen werden, beträgt die Zeit eines Tauchschritts pro Substrat 5 Sekunden, und demgemäß muss die Anzahl der Substrate in Bereitschaft mindestens 4 + (10/5) = 6 betragen.
Gemäß dieser Ausführungsform kann der Takt dadurch merklich verkürzt werden, dass für den einzelnen Tiegel 2 zwei Tauchmechanismen angebracht werden. Ferner kann das Problem eines unzureichenden Abkühlens der mit dünnen Siliciumlagen 5 ausgebildeten Substrate 11, wie es sich aus einer Verkürzung des Takts ergibt, dadurch gelöst werden, dass eine Kühlvorrichtung an einer beliebigen Position in der Hauptkammer 1, der Entlade-Hilfskammer 4 oder außerhalb der Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage angebracht wird.
Während bei dieser Ausführungsform der einzelne Tiegel in der Hauptkammer 1 angebracht ist, können alternativ mehrere Tiegel verwendet werden, um einen einzelnen Tauchmechanismus anzuordnen, oder es können mehrere Tauchmechanismen für jeden Tiegel verwendet werden. Ferner kann ein einzelner Tauchmechanismus eine Tauchbehandlung an mindestens zwei Tiegeln ausführen.
(Elfte Ausführungsform)
Die 25 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß einer elften Ausführungsform der Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Nachfüllinstallation angebracht ist, um Silicium betreffend einer Siliciumschmelze 7 in einem Tiegel 2 nachzufüllen.
Wenn eine große Anzahl dünner Siliciumlagen durch Betreiben eines Tauchmechanismus hergestellt wird, fällt der Pegel der Siliciumschmelze 7. Es ist möglich, die Änderung der Pegelposition dadurch zu meistern, dass diese durch Bildverarbeitung oder eine Lasermessung erfasst wird und die Bahn der Substrate in Bezug auf die Siliciumschmelze 7 korrigiert wird. Wenn die Menge der Siliciumschmelze 7 in Bezug auf den Tiegel 2 merklich verringert ist, führt jedoch eine Wechselwirkung zwischen der Wandfläche des Tiegels 2 und der Bahn der Substrate oder der Bodenwand des Tiegels 2 und der Bahn der Substrate zu einem Problem. Anders gesagt, führt ein Kontakt zwischen dem Tiegel 2 und den Substraten zu einem Problem. Wenn die Mengenabnahme der Siliciumschmelze 7 einen vorgegebenen Bereich überschreitet, kann daher die Änderung der Pegelposition nicht mehr durch Korrigieren der Bahn der Substrate gemeistert werden.
Wenn die Mengenverringerung der Siliciumschmelze 7 den vorgegebenen Bereich überschreitet, muss der Tauchvorgang zeitweilig unterbrochen werden, um die Siliciumschmelze nachzufüllen. Wie es in der 25 dargestellt ist, wird ein Nachfüll-Rohmaterial durch die Nachfüll-Hilfskammer 6 in einen Nachfülltiegel 9 gegeben und erhitzt, um eine Siliciumschmelze zu erzeugen. Es ist möglich, eine Mengenverringe rung der Siliciumschmelze 7 dadurch zu meistern, dass die Siliciumschmelze zu einem beliebigen Zeitpunkt zum Tiegel 2 hinzugefügt wird. Zwischen der Nachfüll-Hilfskammer 6 und der Hauptkammer 1 ist eine luftdichte Tür 23 vorhanden. Der Nachfülltiegel 9 kann verstellbar sein. Zwischen dem Nachfülltiegel 9 und dem Tiegel 2 kann eine Nachfüllschütte oder dergleichen angebracht sein. Es ist möglich, eine Behinderung der Bewegung der Substrate um den Tiegel 2 herum dadurch zu vermeiden, dass der Nachfülltiegel 9 beweglich gemacht wird oder eine bewegliche Nachfüllschütte angebracht wird.
Wenn angenommen wird, dass ein Nachfüllen z. B. einmal auf 500 dünne Siliciumlagen ausgeführt wird, wird, hinsichtlich der Nachfüllzeit, das Rohmaterial im Fall der neunten Ausführungsform einmal alle 2500 Sekunden nachgefüllt, da die Behandlungszeit pro Substrat 5 Sekunden beträgt. Dieses Zeitintervall von 2500 Sekunden ist eine Zeit, gemäß der das Rohmaterial zum Nachfüllen aus der Nachfüll-Hilfskammer 6 in die Hauptkammer 1 und das Aufschmelzen desselben im Nachfülltiegel 9 ausgeführt werden können. Daher kann der Nachfüllvorgang parallel, unabhängig von der Tauchbehandlung der Substrate im Tiegel 2, ablaufen. Die tatsächliche Nachfüllzeit, die der Gesamtzeit zum Nachfüllen der Siliciumschmelze im Tiegel 2 entspricht, beträgt ungefähr 30 Sekunden. Danach ist eine Schmelzentemperatur-Stabilisierzeit von ungefähr 10 Minuten erforderlich. Der anschließende Tauchvorgang kann für insgesamt 630 Sekunden nicht ausgeführt werden. Diese Zeit beträgt etwas über 25% des Versorgungstakts von 2500 Sekunden, und demgemäß beträgt die Zykluszeit pro Substrat etwas über 5 × 1,25 = 6 Sekunden, wenn dünne Lagen in der Größenordnung einiger Tage oder einiger Wochen hergestellt werden.
Durch Ausführen eines Nachfüllens gemäß dieser Ausführungs form wurde es ermöglicht, dünne Siliciumlagen in der Größenordnung einiger Tage oder einiger Wochen kontinuierlich herzustellen.
(Zwölfte Ausführungsform)
Die Temperatur der Substrate wird bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen nach dem Montieren derselben kontrolliert. Diese dient dazu, die durch Strahlung abgegebene Wärmemenge so weit wie möglich dadurch zu unterdrücken, dass die Zeitverzögerung zwischen der Temperaturkontrolle der Substrate und dem Eintauchen derselben in die Schmelze verkürzt wird. Wenn der sich aus Strahlung ergebende Wärmeverlust wegen einer Solltemperatur z. B. nicht über 700°C nicht zu berücksichtigen ist, kann eine Temperaturkontrolle in einem Stadium vor dem Montieren der Substrate ausgeführt werden. Ferner wird eine Temperaturkontrolle vorzugsweise im Stadium vor dem Montieren von Substraten ausgeführt, wenn zum Homogenisieren der Temperaturverteilung oder dergleichen eine lange Temperaturregelungszeit erforderlich ist.
Wenn bei der neunten Ausführungsform eine Temperaturkontrolle in einer vorderen Stufe ausgeführt wird, kann sie z. B. parallel mit dem Taktvorgang ausgeführt werden. Die Zykluszeit kann durch die Substrattemperatur-Kontrollzeit (2 Sekunden × 2 für vier Substrate) verkürzt werden. Ferner kann die Temperaturkontrollzeit dadurch erhöht werden, dass mehrere Temperaturkontrollmechanismen vor dem Montieren der Substrate eingesetzt werden. In diesem Fall beträgt die Anzahl erforderlicher Temperaturkontrollmechanismen mindestens (Zeit (Sekunden), die für die Temperaturkontrolle/Zeit eines Eintauchschritts (Sekunden/Anzahl) pro Substrat erforderlich ist). Wenn angenommen wird, dass die zur Temperaturkontrolle der Substrate erforderliche Zeit z. B. 8 Sekunden beträgt, beträgt die Anzahl erforderlicher Temperaturkontrollmecha nismen mindestens zwei Stufen, da die Zeit des Tauchschritts pro Substrat vier Sekunden beträgt.
Zur Temperaturkontrolle der Substrate kann ein Heizer oder dergleichen verwendet werden. Der Heizer kann an der Montage-Bereitschaftsposition der Hauptkammer oder dergleichen angebracht werden.
Die Anzahl der Substrate, die an der Montage-Bereitschaftsposition in Bereitschaft stehen müssen, muss die Anzahl der Substrate überschreiten, die gleichzeitig von der Hilfskammer aus zugeführt werden können. Wenn die Temperatur der Substrate ebenfalls an der Montage-Bereitschaftsposition kontrolliert wird, müssen Substrate jedoch mit einer Anzahl hinzugefügt werden, die der Anzahl der Stufen zur Temperaturkontrolle der Substrate entspricht, zusätzlich zur oben genannten Anzahl. Wenn angenommen wird, dass die Zahl der gleichzeitig von der Hilfskammer zugeführten Substrate beispielsweise vier ist, muss die Anzahl der Bereitschaftssubstrate mindestens (4 + 2) sein, da die Anzahl der Stufen der Substrattemperatur-Kontrollmechanismen mindestens zwei beträgt, wie oben beschrieben.
Während oben die Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, sind diese oben offenbarten Ausführungsformen der Erfindung lediglich veranschaulichend, und der Schutzumfang der Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen der Erfindung beschränkt. Der Schutzumfang der Erfindung ist durch die Beschreibung zum Schutzumfang des Patentanspruchs gegeben, und er enthält ferner alle Modifizierungen innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs zur Beschreibung des Schutzumfangs des Patentanspruchs.
Das Verfahren und die Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß der Erfindung werden so verwendet, dass die Atmosphäre in der Hauptkammer auch bei Massenherstellung stabil in einem vorgegebenen Bereich gehalten werden kann, da Substrate durch die Hilfskammer in die Hauptkammer geladen werden und einer Tauchbehandlung unterzogen werden. Daher ist es möglich, dünne Siliciumlagen hoher Qualität bei hoher Ausbeute herzustellen. Ferner können dünne Siliciumlagen dadurch mit hohem Wirkungsgrad hergestellt werden, dass mindestens zwei Tauchmechanismen für einen einzelnen Tiegel angebracht werden. Außerdem kann ein kontinuierlicher Langzeitbetrieb dadurch ausgeführt werden, dass eine Siliciumschmelze durch die Hilfskammer nachgefüllt wird, um dadurch die zum Nachfüllen erforderliche Abschaltzeit zu verkürzen. Demgemäß können die Kosten für dünne Siliciumlagen gesenkt werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Unter Verwendung des Verfahrens und der Anlage zum Herstellen einer dünnen Lage gemäß der Erfindung kann eine große Menge an dünnen Siliciumlagen hoher Qualität stabil über eine lange Zeit hergestellt werden. So kann eine große Menge dünner Siliciumlagen billig geliefert werden, und es ist zu erwarten, dass die Erfindung in weitem Umfang angewandt wird, um dünne Siliciumlagen z. B. zur photovoltaischen Energieerzeugung herzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG
Um ein Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage, mit dem die Herstelleffizienz dadurch extrem erhöht werden kann, dass der Produktionsmaßstab vergrößert wird, und mit einer merklichen Verringerung der Herstellkosten pro Flächeneinheit, und eine Vorrichtung zum Herstellen einer derartigen dünnen Lage zu erhalten, werden beim Herstellen einer dünnen Siliciumlage ein Verfahren und eine Vorrichtung verwendet, mit der ein Substrat durch mindestens eine an eine Hauptkammer (1) angrenzende Hilfskammer (3, 4) in die Hauptkammer eingegeben und es aus ihr ausgegeben wird, wobei ein Oberflächenschichtteil des Substrats in eine Siliciumschmelze (7) in einem in der Hauptkammer (1) angeordneten Tiegel (2) eingetaucht wird, um Silicium (5) mit der Oberfläche des Substrats zu verbinden.
(1)

Claims

Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage mit einem Tauchmechanismus zum Eintauchen eines Oberflächenschichtteils eines Substrats (11) in eine Schmelze (7) einer Substanz, die ein metallisches und/oder ein Halbleitermaterial enthält, in einem Tiegel (2), der in einer Hauptkammer (1) angebracht ist, und zum Entladen des Substrats, mit Erstarrung der Schmelze an der Oberfläche des Substrats; – wobei das Substrat durch mindestens eine an die Hauptkammer angrenzende Hilfskammer (3, 4) in die Hauptkammer geladen und aus ihr entladen wird.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 1, bei dem zwischen der Hauptkammer und der Hilfskammer eine Schalteinrichtung (23) vorhanden ist, um das Substrat entsprechend einem Schaltvorgang derselben in die Hauptkammer zu laden und es aus dieser zu entladen.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 1, mit einem Einleiten von Inertgas in die Hauptkammer, während der Druck der Atmosphäre in dieser auf nicht mehr als auf Atmosphärendruck eingestellt wird.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 1, bei dem die Hilfskammer aus einer Lade-Hilfskammer (3) und einer Entlade-Hilfskammer (4) zum Laden des Substrats durch die Lade-Hilfskammer in die Hauptkammer und zum Entladen des Substrats, mit dem die dünne Lage (5) verbunden ist, aus der Hauptkammer durch die Entlade-Hilfskammer besteht.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 2, bei dem die Hilfskammer aus einer Lade-Hilfskammer und einer Entlade-Hilfskammer besteht, um Schaltzeitpunkte der Schalteinrichtung für die Lade-Hilfskammer und die Schalteinrichtung für die Entlade-Hilfskammer miteinander zu synchronisieren, wenn die Lade-Hilfskammer und die Entlade-Hilfskammer und auch die Hauptkammer durch einen Schaltvorgang der Schalteinrichtung geöffnet und geschlossen werden.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 1, mit einem Montieren des Substrats am Tauchmechanismus, einem Anbringen der dünnen Lage (5) dadurch, dass eine Züchtungsfläche des Substrats für eine dünne Lage der Schmelze gegenüber angeordnet wird und danach diese Züchtungsfläche für die dünne Lage, mit der die dünne Lage verbunden ist, nach oben an eine andere Position als diejenige Position gerichtet wird, die unmittelbar über dem Tiegel liegt, um das Substrat gemeinsam mit der dünnen Lage in der Hauptkammer vom Tauchmechanismus zu demontieren.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 1, mit einem Abkühlen des Substrats, mit dem die dünne Lage verbunden ist, an mindestens einer Position in der Hauptkammer, der Hilfskammer oder außerhalb der Kammern.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 1, mit einem Stoppen des Betriebs des Tauchmechanismus, wenn die Menge der Schmelze im Tiegel auf einen vorgegebenen Pegel abgenommen hat, um Rohmaterial in den Tiegel nachzufüllen, während der Betrieb des Tauchmechanismus nicht neu gestartet wird, bevor nicht die Temperatur der Schmelze im Tiegel und eine Schwingung des Schmelzenpegels danach stabilisiert sind.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 8, mit einem Laden des Rohmaterials in die Hauptkammer durch eine Nachfüll-Hilfskammer (6) benachbart zu dieser, wenn das Rohmaterial in den Tiegel nachgefüllt wird.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 1, mit einem gleichzeitigen Eingeben mehrerer Substrate in die Hilfskammer von außen sowie einem einzelnen Laden der Substrate von der Hilfskammer in die Hauptkammer.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 1, mit einem einzelnen Entladen der Substrate, mit denen jeweils eine dünne Lage verbunden ist, aus der Hauptkammer in die Hilfskammer, und mit einem gleichzeitigen Ausgeben mehrerer Substrate aus der Hilfskammer.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 6, mit einem gleichzeitigen Eingeben mehrerer Substrate in die Hilfskammer von außen, einem gleichzeitigen Laden der mehreren Substrate in die Hauptkammer von der Hilfskammer, einem Weitertransportieren der Substrate an eine Montage-Bereitschaftsposition (25) in der Hauptkammer sowie einem einzelnen Verschieben der Substrate von der Montage-Bereitschaftsposition an eine Montageposition am Tauchmechanismus.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 6, mit einem einzelnen Transportieren der Substrate von einer Demontageposition zum Demontieren des Substrats, mit dem die dünne Lage verbunden ist, vom Tauchmechanismus in eine Entlade-Bereitschaftsposition (26) in der Hauptkammer, und einem gleichzeitigen Entladen mehrerer Substrate aus der Entlade-Bereitschaftsposition in die Hilfskammer, wenn sich eine vorgegebene Anzahl von Substraten an der Entlade-Bereitschaftsposition angesammelt hat.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 6, bei dem der Tauchmechanismus eine Demontage des Substrats, mit dem eine dünne Lage verbunden ist, und eine Montage eines Substrats, mit dem eine dünne Lage neu zu verbinden ist, durch denselben Vorgang ausführt.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 6, mit einem Gleichsetzen der Richtung des Horizontalbetriebsablaufs für das Substrat mit einer Betriebsablaufsrichtung zum Verstellen des Substrats in eine Montage/Demontage-Position beim Ausführen eines Tauchvorgangs bei einer Reihe von Betriebsvorgängen des Tauchmechanismus, nämlich einem Bewegen des Substrats von der Montage/Demontage-Position zum Montieren und Demontieren des Substrats an eine Position zum Eintauchen desselben in die Schmelze, einem Ausführen eines Tauchvorgangs am Substrat, um es einzutauchen, und einem anschließenden Verstellen des Substrats zur Montage/Demontage-Position, um es zu demontieren.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 6, bei dem der Tauchmechanismus Folgendes ausführt: Montage eines ersten Substrats an einer ersten Position in der Hauptkammer, Bewegung auf den Tiegel, um das Substrat in diesen einzutauchen, anschließendes Verstellen zum Demontieren des ersten Substrats, das mit einer dünnen Lage verbunden ist, an eine zweite Position, die von der ersten verschieden ist, Montieren eines zweiten Substrats, mit dem eine dünne Lage neu zu verbinden ist, an der genannten Position, Bewegen auf den Tiegel, um das Substrat in diesen einzutauchen, und anschließendes Bewegen zur ersten Position, um das zweite Substrat, mit dem die dünne Lage verbunden ist, an dieser Position zu demontieren.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 6, mit einem Erfassen der Position eines Schmelzenpegels im Tiegel, um den Betrieb des Tauchmechanismus zum Eintauchen des Substrats in ihn abhängig von der Position des Schmelzenpegels zu kontrollieren.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 6, mit einem Verbinden der dünnen Lage mit dem Substrat mittels mehrerer Tauchmechanismen für einen Tiegel.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 1, mit einem Ausführen einer Temperaturkontrolle am Substrat vor dem Montieren desselben am Tauchmechanismus.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage durch Eintauchen eines Oberflächenschichtteils eines durch einen Tauchmechanismus gehaltenen Substrats (11) in eine Schmelze einer Substanz, die ein metallisches und/oder ein Halbleitermaterial enthält, in einem in einer Hauptkammer angeordneten Tiegel (2), und durch Erstarrenlassen der Schmelze an der Oberfläche des Substrats, wobei – der Tauchmechanismus über eine erste Substrat-Transporteinrichtung zum Transportieren des Substrats in einer Richtung zum Eintauchen desselben in die Schmelze und zum Entladen desselben aus der Schmelze, eine zweite Substrat-Transporteinrichtung, die einen Transport des Substrats in einer zweiten Richtung ermöglicht, die von der ersten Richtung verschieden ist, und eine Substrat-Rotationseinrichtung (75) verfügt, die das Substrat um 360° verdrehen kann, um den Oberflächenschichtteil desselben dadurch in die Schmelze im Tiegel zu tauchen, dass Betriebsabläufe der ersten und der zweiten Substrat-Transporteinrichtung und der Substrat-Rotationseinrichtung gesteuert werden.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 20, bei dem die Substrat-Rotationseinrichtung das Substrat dadurch dreht, dass sie eine Betätigungskraft in Bezug auf einen Lagerungspunkt (76) ihres Rotationszentrums an einem Kraftpunkt (77) ausübt, der vom Lagerungspunkt verschieden ist, und mit einer Drehung des Kraftpunkts um den Lagerungspunkt.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 20, mit einem Montieren des Substrats an einem Substrat-Montageelement, das so montiert ist, dass es um den Lagerungspunkt und den Kraftpunkt drehbar ist.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 20, mit einem Anordnen mehrerer Kraftpunkte in Bezug auf den einen Lagerungspunkt.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 20, bei dem die Substrat-Rotationseinrichtung das Substrat durch Ausüben einer Betätigungskraft auf eine durch ihr Rotationszentrum verlaufende Achse, und durch Verdrehen derselben, verdreht.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 20, mit einem Gleichsetzen der Richtung des Horizontalbetriebsablaufs für das Substrat mit einer Betriebsablaufsrichtung zum Verstellen des Substrats in eine Montage/Demontage-Position beim Ausführen eines Tauchvorgangs bei einer Reihe von Tauchmechanismen, nämlich einem Bewegen des Substrats von der Montage/Demontage-Position zum Montieren und Demontieren des Substrats an eine Position zum Eintauchen desselben in die Schmelze, einem Ausführen eines Tauchvorgangs am Substrat, um es einzutauchen, und einem anschließenden Verstellen des Substrats zur Montage/Demontage-Position, um es zu demontieren.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 20, bei dem der Tauchmechanismus Folgendes ausführt: Montage eines ersten Substrats an einer ersten Position in der Hauptkammer, Bewegung auf den Tiegel, um das Substrat in diesen einzutauchen, anschließendes Verstellen zum Demontieren des ersten Substrats, das mit einer dünnen Lage verbunden ist, an eine zweite Position, die von der ersten verschieden ist, Montieren eines zweiten Substrats, mit dem eine dünne Lage neu zu verbinden ist, an der genannten Position, Bewegen auf den Tiegel, um das Substrat in diesen einzutauchen, und anschließendes Bewegen zur ersten Position, um das zweite Substrat, mit dem die dünne Lage verbunden ist, an dieser Position zu demontieren.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 20, mit einem Erfassen der Position eines Schmelzenpegels im Tiegel, um den Betrieb des Tauchmechanismus zum Eintauchen des Substrats in ihn abhängig von der Position des Schmelzenpegels zu kontrollieren.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 20, mit einem Verbinden der dünnen Lage mit dem Substrat mittels mehrerer Tauchmechanismen für einen Tiegel.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 20, mit einem Ausführen einer Temperaturkontrolle am Substrat vor dem Montieren desselben am Tauchmechanismus.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage durch Montieren eines Substrats an einem in einer Hauptkammer vorhandenen Tauchmechanismus, Eintauchen eines Oberflächenschichtteils des Substrats in eine Schmelze in einem in der Hauptkammer angeordneten Tiegel, und Verbinden einer dünnen Lage mit der Oberfläche des Substrats; – mit einem Herstellen der dünnen Lage durch Anbringen mehrerer Tauchmechanismen in Bezug auf den Tiegel.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 30, bei dem ein zweiter Tauchmechanismus, der von einem ersten Tauchmechanismus verschieden ist, mindestens einen der folgenden Vorgänge ausführt: Montieren des Substrats, Demontieren des Substrats, mit dem die dünne Lage verbunden ist, Temperaturkontrolle des Substrats und Bewegung desselben, wenn der erste Tauchmechanismus innerhalb der mehreren Tauchmechanismen einen Tauchvorgang ausführt.
Verfahren zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 30, mit einem Ausführen der Temperaturkontrolle des Substrats vor dem Montieren desselben am Tauchmechanismus.
Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage durch Montieren eines Substrats an einem in einer Hauptkammer vorhandenen Tauchmechanismus, Eintauchen eines Oberflächenschichtteils des Substrats in eine Schmelze in einem in der Hauptkammer angeordneten Tiegel, und Verbinden einer dünnen Lage mit der Oberfläche des Substrats; – mit mindestens einer Hilfskammer, die über eine Schalteinrichtung an die Hauptkammer angrenzt.
Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 33, mit einer ersten Hilfskammer und einer zweiten Hilfskammer, wobei die erste Hilfskammer eine Lade-Hilfskammer zum Eingeben und Laden des Substrats in die Hauptkammer von außen ist, während die zweite Hilfskammer eine Entlade-Hilfskammer zum Entladen des Substrats, mit dem die dünne Lage verbunden ist, aus der Hauptkammer und zum Ausgeben desselben ist.
Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 34, bei der die erste und die zweite Hilfskammer an Positionen vorhanden sind, die sich über die Hauptkammer hinweg gegenüber stehen.
Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 33, ferner mit einer Nachfüll-Hilfskammer, die über eine Schalteinrichtung an die Hauptkammer angrenzt, um durch sie ein Nachfüll-Rohmaterial in die Hauptkammer zu liefern.
Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 33, mit einer Substrat-Temperaturkontrolleinrichtung an einer Position einer Stufe vor der Substrat-Montageposition.
Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage durch Eintauchen eines Oberflächenschichtteils eines durch einen Tauchmechanismus gehaltenen Substrats in eine Schmelze einer Substanz, die ein metallisches und/oder ein Halbleitermaterial enthält, in einem in einer Hauptkammer angeordneten Tiegel, und durch Erstarrenlassen der Schmelze an der Oberfläche des Substrats, wobei – der Tauchmechanismus über eine erste Substrat-Transporteinrichtung zum Transportieren des Substrats in einer Richtung zum Eintauchen desselben in die Schmelze und zum Entladen desselben aus der Schmelze verfügt; – die zweite Substrat-Transporteinrichtung einen Transport des Substrats in einer zweiten Richtung ermöglicht, die von der ersten Richtung verschieden ist; und – eine Substrat-Rotationseinrichtung das Substrat um 360° drehen kann.
Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 38, bei der die Substrat-Rotationseinrichtung über einen Mechanismus zum Drehen des Substrats durch Ausüben einer Betätigungskraft in Bezug auf einen Lagerungspunkt ihres Rotationszentrums auf einen von diesem Lagerungspunkt verschiedenen Kraftpunkt verfügt, wobei der Kraftpunkt um den Lagerungspunkt verdreht wird.
Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 39, mit einem Substrat-Montageelement, das so montiert ist, dass es um den Lagerungspunkt und den Kraftpunkt verdrehbar ist, um das Substrat zu montieren.
Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 39, bei der mehrere Kraftpunkte in Bezug auf den einen Lagerungspunkt angeordnet sind.
Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 38, bei der die Substrat-Rotationseinrichtung über einen Mechanismus zum Drehen des Substrats durch Ausüben einer Betätigungskraft auf eine durch ihr Rotationszentrum verlaufende Achse und durch Drehen derselben verfügt.
Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 38, mit einer Substrattemperatur-Kontrolleinrichtung an einer Position in einer Stufe vor der Substrat-Montageposition.
Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage durch Montieren eines Substrats an einem in einer Hauptkammer vorhandenen Tauchmechanismus, Eintauchen eines Oberflächenschichtteils des Substrats in eine Schmelze und Verbinden einer dünnen Lage mit der Oberfläche des Substrats, wobei – mehrere Tauchmechanismen für den Tiegel vorhanden sind.
Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage nach Anspruch 44, mit einer Substrattemperatur-Kontrolleinrichtung an einer Position in einer Stufe vor der Substrat-Montageposition.