DE112009001202T5

DE112009001202T5 - Einkristallherstellungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112009001202T5
Application number: DE112009001202T
Authority: DE
Inventors: Takao Gunma Abe; Kouzou Gunma Yokota; Kouji Gunma Mizuishi
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2008-05-20
Filing date: 2009-04-24
Publication date: 2011-06-22
Also published as: CN101999014A; US20110030612A1; TWI413711B; KR20110018316A; KR101569711B1; US8821636B2; TW201006972A; WO2009141963A1; JP5152328B2; CN101999014B; JPWO2009141963A1

Abstract

Einkristallherstellungsvorrichtung auf der Grundlage des Czochralski-Verfahrens, mindestens umfassend eine Hauptkammer, die so gestaltet ist, dass sie Heißzonenkomponenten, einschließlich einen Tiegel, aufnimmt, und eine Ziehkammer, die so gestaltet ist, dass ein Einkristall, der aus einer im Tiegel enthaltenen Rohstoffschmelze gezogen wird, darin aufgenommen und daraus entnommen wird, die Vorrichtung weiter eine Mehrzweckkammer umfasst, die mit der Ziehkammer austauschbar ist, wobei ein Heizmittel zum Erwärmen eines in den Tiegel gefüllten Rohstoffs bzw. ein Kühlmittel zum Kühlen der Heißzonenkomponenten nach dem Ziehen des Einkristalls in der Mehrzweckkammer angeordnet werden können.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einkristallherstellungsvorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls mittels des Czochralski-Verfahrens (nachfolgend auch als CZ-Verfahren bezeichnet).
STAND DER TECHNIK
In den letzten Jahren wird zur Verbesserung der Leistung und Verringerung der Herstellungskosten für ein Halbleiterbauelement, wie beispielsweise eine Solarzelle oder einen MOS(Metal Oxide Semiconductor = Metalloxidhalbleiter)Transistor, der Durchmesser eines Wafers, der zum Beispiel aus Silizium gebildet wird, das als Träger verwendet wird, weiter vergrößert. Daher wird ein Einkristallblock hergestellt, der zum Beispiel mittels des CZ-Verfahrens gezüchtet wird und einen Durchmesser von 200 mm (8 Zoll), einen Durchmesser von 300 mm (12 Zoll) oder mehr aufweist, und der Durchmesser und das Gewicht nehmen weiter zu.
Ein solcher Einkristallblock wird zum Beispiel durch eine Einkristallherstellungsvorrichtung hergestellt, die in der 2 gezeigt ist. Die 2 ist eine schematische Darstellung, die eine allgemeine Einkristallherstellungsvorrichtung, die für das CZ-Verfahren verwendet wird, zeigt.
Bei dieser allgemeinen Einkristallherstellungsvorrichtung 20 handelt es sich um eine Vorrichtung zum Züchten eines Einkristalls 31 aus einer Rohstoffschmelze 30 auf der Grundlage des CZ-Verfahrens, die so gestaltet ist, dass sie in einer Hauptkammer 21 einen Tiegel 23, der die Rohstoffschmelze 30 enthält, die durch Schmelzen eines polykristallinen Rohstoffs erhalten wird, eine Heizeinrichtung 25, die um den Tiegel 23 herum vorgesehen ist, und ein wärmeisolierendes Material 26 aufnimmt, das um die Heizeinrichtung 25 herum vorgesehen ist.
Insbesondere werden Komponenten, wie der Tiegel 23, die Heizeinrichtung 25 und des wärmeisolierende Material 26, die erwärmt werden, als Heißzonenkomponenten bezeichnet.
Eine Ziehkammer 22, die so gestaltet ist, dass der gezogene Einkristall 31 darin aufgenommen und daraus entnommen wird, ist mit dem oberen Ende der Hauptkammer 21 verbunden. Weiter ist ein Absperrventil 28, das einen Öffnungsabschnitt am oberen Ende der Hauptkammer 21 öffnet/schließt, zwischen dem oberen Endabschnitt der Hauptkammer 21 und der Ziehkammer 22 vorgesehen. Darüber hinaus ist ein Einkristallziehmechanismus (nicht gezeigt), der so gestaltet ist, dass ein Draht 34 mit einem Impfkristallhalter 33, der an einem Ende des Drahts angebracht ist, aufgewickelt wird, über der Ziehkammer 22 vorgesehen.
Um den Einkristall 31 mittels einer solchen Einkristallherstellungsvorrichtung 20 herzustellen, wird ein Impfkristall 32 an einem Ende des Impfkristallhalters 33 gehalten, und der Impfkristall 32 wird in die Rohstoffschmelze 30 getaucht und unter Drehen behutsam nach oben gezogen, wodurch der stabförmige Einkristall 31 gezüchtet wird.
Dabei wird ein Edelgas, wie beispielsweise Ar, in der Kammer zirkulieren gelassen, während eine Vakuumevakuierung durchgeführt wird, um das Oxid abzuleiten, das von der Schmelzoberfläche verdampft.
Wenn das Ziehen des Einkristalls abgeschlossen ist, wird die Heizeinrichtung abgeschaltet, das Absperrventil wird geschlossen und der in der Ziehkammer untergebrachte Einkristall wird gekühlt und herausgenommen. Weiter wird nachdem Abkühlen der Heißzonenkomponenten der Druck in der Kammer wieder auf Normaldruck eingestellt und dann werden die Heißzonenkomponenten in der Hauptkammer abmontiert. Wenn das Abmontieren der Heißzonenkomponenten abgeschlossen ist, werden eine Reinigung, ein Austausch und anderes durchgeführt, danach werden die Heißzonenkomponenten wieder zusammengebaut, es erfolgt ein Einfüllen des Rohstoffs, die Montage der Kammern und ein Schmelzen eines polykristallinen Rohstoffs, und es wird wieder ein Einkristall hochgezogen.
Bei einer solchen Herstellung des Einkristalls auf der Grundlage des CZ-Verfahrens wird, um eine Verbesserung der Produktivität und eine Verringerung der Kosten zu erreichen, eine Erhöhung der Einkristallzüchtgeschwindigkeit als ein großes Mittel angesehen, um bei herkömmlichen Beispielen viele Verbesserungen zu erzielen. Zum Beispiel gibt es in der japanischen Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2000-344592 und der japanischen Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2002-121096 den Vorschlag, einen Kühlkörper oder ein Kühlrohr so anzuordnen, dass dieser oder dieses die Umgebung des Einkristalls umschließt, und Hochtemperaturteile des Einkristalls während des Schritts des Ziehen des Einkristalls zu kühlen, um die Einkristallzüchtgeschwindigkeit zu erhöhen.
Allerdings umfasst ein Arbeitszyklus der Einkristallherstellung auf der Grundlage des CZ-Verfahrens den Schritt des Ziehens des Einkristalls und die obigen vielen Schritte außer dem Ziehen, und weiter ist das starke Reduzieren der Ziehdauer unter den bestehenden Umständen schwierig. Daher wird davon ausgegangen, dass die Reduzierung der Bearbeitungszeit für die Schritte außer dem Ziehen des Einkristalls zur Verbesserung der Betriebseffizienz dient, d. h. die Betriebsgeschwindigkeit der Einkristallherstellungsvorrichtung verbessert wird, so dass die Produktivität gesteigert wird.
Mit Ausnahme des Einkristallziehschritts sind die Anteile für die Beschickungs- und Schmelzdauer des polykristallinen Rohstoffs vor dem Ziehen des Einkristalls und die Kühlzeit der Heißzonenkomponenten hoch.
Die Kühlzeit der Heißzonenkomponenten wird auf der Grundlage des Zustands bestimmt, dass Kohleelemente, wie beispielsweise die Heizeinrichtung, heruntergekühlt werden, so dass sie nicht leiden, obwohl sie mit dem Sauerstoff in der Luft in Kontakt stehen, wenn der Druck in der Hauptkammer wieder auf den normalen Druck eingestellt wird. Selbst bei der Herstellung eines Einkristalls mit einem Durchmesser von 200 mm (8 Zoll) und einer Länge des geraden Körpers von 1 m, was gegenwärtig üblich ist, erreicht diese Kühlzeit ungefähr 7 Stunden bei natürlichem Kühlen, und es wird etwas weniger als die Hälfte der Bearbeitungszeit für die Schritte mit Ausnahme des Ziehens benötigt.
Darüber hinaus erreicht die Beschickungs- und Schmelzzeit des polykristallinen Rohstoffs, der für eine solche Herstellung des Einkristalls erforderlich ist, ungefähr 14 Stunden.
Das Schmelzen des polykristallinen Rohstoffs und das Kühlen der Heißzonenkomponenten machen genau die Stillstandszeit der Einkristallherstellungsvorrichtung aus. Daher wird die Bearbeitungszeit für die Schritte mit Ausnahme des Ziehens des Einkristalls schließlich eine Ursache für eine beträchtliche Verringerung der Betriebsgeschwindigkeit der Einkristallherstellungsvorrichtung. In den letzten Jahren setzt sich die Forderung nach einem größeren Durchmesser für den Einkristall weiter ungebremst fort, und die Herstellung eines großen Einkristalls mit einem Durchmesser von 300 mm (12 Zoll) oder mehr ist oft erforderlich. In diesem Fall wird die Wärmekapazität jeder Heißzonenkomponente über die gegenwärtige Kapazität hinaus stärker erhöht, und die Kühlzeit wird entsprechend verlängert. Außerdem wird auch die Schmelzdauer im Verhältnis zur erhöhten Beschickungsmenge (Schmelzmenge) des polykristallinen Rohstoffs verlängert. Nun wird eine Verringerung der Betriebsgeschwindigkeit der Vorrichtung aufgrund der Verlängerung der Kühlzeit, der Schmelzdauer und dergleichen zu einem ernsteren Problem.
Im Hinblick darauf gibt es, um die Schmelzdauer des polykristallinen Rohstoffs zu reduzieren, in der japanischen Patentoffenlegungsschrift (Kokai) H10-81595 den Vorschlag, eine zusätzliche Erwärmungseinrichtung mit einer Lampe oder einem Laser getrennt von der Heizeinrichtung, die um den Tiegel herum angeordnet ist, anzuordnen. In der japanischen Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. H11-255593 gibt es den Vorschlag, über der Hauptkammer eine zusätzliche Heizkammer mit einer Infrarotlampe vorzusehen, die in einer Brennposition einer reflektierenden Platte einer paraboloiden Fläche angeordnet ist.
Um die Kühldauer der Heißzonenkomponenten zu reduzieren, gibt es in der japanischen Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. H9-235173 den Vorschlag, ein Edelgas bei Raumtemperatur oder darunter in der Hauptkammer zirkulieren zu lassen.
Allerdings wird trotz des Versuchs, die Zeit für jeden Schritt außer dem Ziehen zu reduzieren, die Gesamtzeit für die Herstellung eines Einkristalls aufgrund der zunehmenden Größe des herzustellenden Einkristalls wesentlich länger, und es wird eine durchgreifende Nachprüfung im Hinblick auf den Betrieb der Einkristallherstellungsvorrichtung erforderlich
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben erläuterten Probleme erzielt und ihre Aufgabe besteht darin, eine Einkristallherstellungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die es ermöglicht, bei der Herstellung eines Einkristalls mit großem Durchmesser, zum Beispiel von etwa 200 mm oder mehr, die Betriebsgeschwindigkeit der Einkristallherstellungsvorrichtung und die Produktivität des Einkristalls zu verbessern.
Um die vorstehend angegebenen Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Einkristallherstellungsvorrichtung auf der Grundlage des Czochralski-Verfahrens zur Verfügung, die mindestens eine Hauptkammer, die so gestaltet ist, dass sie Heißzonenkomponenten einschließlich den Tiegel aufnimmt, und eine Ziehkammer umfasst, welche so gestaltet ist, dass ein Einkristall, der aus einer in dem Tiegel enthaltenen Rohstoffschmelze gezogen wird, darin aufgenommen und daraus entnommen wird, wobei die Vorrichtung weiter eine Mehrzweckkammer umfasst, die mit der Ziehkammer ausgetauscht werden kann, wobei ein Heizmittel zum Erwärmen eines in den Tiegel gefüllten Rohstoffs bzw. ein Kühlmittel zum Kühlen der Heißzonenkomponenten nach dem Ziehen des Einkristalls in die Mehrzweckkammer eingesetzt werden können.
Auf diese Weise umfasst die Einkristallherstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Mehrzweckkammer, in der das Heizmittel zum Erwärmen des polykristallinen Rohstoffs und das Kühlmittel zum Kühlen der Heißzonenkomponenten, wie beispielsweise des Tiegels, nach dem Ziehen des Einkristalls angeordnet werden können, getrennt von der Ziehkammer, die so gestaltet ist, dass sie den Einkristall aufnimmt, und die Mehrzweckkammer und die Ziehkammer können über der Hauptkammer gegeneinander ausgetauscht werden.
Dadurch wird die gleichzeitige Verwendung der Ziehkammer und der Mehrzweckkammer ermöglicht, und dem gemäß kann eine Zwangskühlung der Heißzonenkomponenten in der Hauptkammer begonnen werden, ohne dass gewartet werden muss, bis der Einkristall abgekühlt und aus der Ziehkammer entnommen ist, zum Beispiel indem das Kühlmittel für die Heißzonenkomponenten in der Mehrzweckkammer während des Ziehens des Einkristalls angeordnet wird und indem die Ziehkammer mit der Mehrzweckkammer direkt nach dem Ende des Ziehens des Einkristalls ausgetauscht wird. Parallel zu dieser Zwangskühlung der Heißzonenkomponenten in der Hauptkammer kann der Einkristall in der Ziehkammer, die von der Hauptkammer abmontiert ist, gekühlt und daraus entnommen werden.
Daher kann mit der Einkristallherstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die mit der mit der Ziehkammer austauschbaren Mehrzweckkammer ausgestattet ist, die anschließende Bearbeitung nach einem vorangehenden Schritt oder die Vorbereitung eines anschließenden Schritts durchgeführt werden, während ein laufender Schritt durchgeführt wird, und dadurch wird die Wartezeit zwischen den Schritten eliminiert. Als Ergebnis kann die Gesamtzeit zur Herstellung des Einkristalls stark reduziert werden, und die Betriebsgeschwindigkeit der Einkristallherstellungsvorrichtung sowie die Produktivität können verbessert werden.
In diesem Fall hat die Mehrzweckkammer vorzugsweise einen Bewegungsmechanismus zum Bewegen von mindestens einem aus Heizmittel und Kühlmittelüber dem Tiegel nach oben und unten.
Auf diese Weise kann, wenn die Mehrzweckkammer den Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Heizmittels und/oder des Kühlmittels über dem Tiegel nach oben und unten aufweist, jedes Mittel von der Mehrzweckkammer zur Hauptkammer leicht nach unten bewegt werden und dadurch kann die Funktion jedes Mittels verbessert werden. Darüber hinaus kann der Vorgang des Anordnens von jedem Mittel in der Mehrzweckkammer vereinfacht werden.
Außerdem sind die Ziehkammer und die Mehrzweckkammer vorzugsweise miteinander durch eine Hydraulikeinheit austauschbar.
Auf diese Weise können, wenn die Ziehkammer und die Mehrzweckkammer miteinander durch die Hydraulikeinheit über der Hauptkammer austauschbar sind, die Ziehkammer und die Mehrzweckkammer miteinander mit einfacher Anordnung ausgetauscht werden.
Vorzugsweise hat das Heizmittel mindestens eine Wärmequelle im Inneren eines Quarzrohrs, das Quarzrohr besitzt im Inneren einen reflektierenden Aufbau zum Reflektieren von Wärmestrahlen zum Tiegel hin und die Wärmequelle ist eine Halogenlampe.
Wenn das Heizmittel mindestens eine Wärmequelle im Inneren eines Quarzrohrs hat und das Quarzrohr im Inneren einen reflektierenden Aufbau zum Reflektieren der Wärmestrahlen zum Tiegel hin aufweist, können auf diese Weise Wärmestrahlen der Halogenlampe, die die Wärmequelle ist, und Wärmestrahlen, die von der Heizeinrichtung abgestrahlt werden, blockiert und so verdichtet werden, dass sie zum polykristallinen Rohstoff hin reflektiert werden, und dadurch kann der polykristalline Rohstoff sehr wirksam geschmolzen werden.
Wenn das Wärmemittel, das in der Mehrzweckkammer anzuordnen ist, die separat von der Heizeinrichtung in der Hauptkammer zum Erwärmen des in den Tiegel gefüllten Rohstoffs vorgesehen ist, die Halogenlampe im Inneren des Quarzrohrs aufweist, kann außerdem eine Verunreinigung in der Hauptkammer aufgrund des Heizmittels verhindert werden. Darüber hinaus kann verhindert werden, dass das Heizmittel als solches leidet, und dadurch kann das Heizmittel wirksam eine Erwärmung durchführen, so dass die Schmelzdauer des polykristallinen Rohstoffs reduziert werden kann.
Bei dem Kühlmittel kann es sich um ein Kühlrohr handeln, durch das ein Kühlmedium zirkuliert.
Wenn es sich bei dem Kühlmittel zum Kühlen der Heißzonenkomponenten um das Kühlrohr handelt, durch das das Kühlmittel zirkuliert, können auf diese Weise die Heißzonenkomponenten leicht bei niedrigen Kosten zwangsgekühlt werden.
Außerdem besitzt die Mehrzweckkammer vorzugsweise einen Gaseinlass zum Einführen eines Kühlgases.
Wenn die Mehrzweckkammer den Gaseinlass zum Einführen des Kühlgases aufweist, kann daher das Kühlgas während des Kühlens der Heißzonenkomponenten vom Gaseinlass her zirkulieren, und dadurch kann die Kühldauer der Heißzonenkomponenten weiter verringert werden.
Ein Rohstoffbeschickungsmittel zur Aufnahme eines polykristallinen Rohstoffs und Abgabe an den Tiegel kann vorzugsweise in der Mehrzweckkammer angeordnet werden.
In dem Fall des kontinuierlichen Ziehens einer Zahl von Einkristallen, d. h. im Fall des kontinuierlichen Ziehens von Einkristallen ohne das Kühlen der Heißzonenkomponenten, das Abmontieren der Heißzonenkomponenten und das Reinigen, wird das Rohstoffbeschickungsmittel während des Ziehens des Einkristalls in der Mehrzweckkammer angeordnet, und nach dem Ende des Ziehens des Einkristalls wird die Mehrzweckkammer mit der Hauptkammer verbunden, ohne dass gewartet wird, bis der Einkristall abgekühlt ist, so dass mit dem Nachfüllen des Rohstoffs sofort begonnen werden kann.
Darüber hinaus wird nach dem Ende des Füllens des polykristallinen Rohstoffs in den Tiegel das Rohstoffbeschickungsmittel von der Mehrzweckkammer getrennt, und das Heizmittel zum Erwärmen des in den Tiegel gefüllten Rohstoffs wird in der Mehrzweckkammer angeordnet, um den polykristallinen Rohstoff, der in dem Tiegel enthalten ist, zu schmelzen. Zur gleichen Zeit kann ein Impfkristall zum Züchten des Einkristalls an dem Impfkristallhalter in der Ziehkammer, die nicht mit der Hauptkammer verbunden ist, angebracht werden. Wenn die Mehrzweckkammer, die mit der Hauptkammer verbunden ist, mit der Ziehkammer nach dem Schmelzen des polykristallinen Rohstoffs ausgetauscht wird, kann daher anders als bei einer herkömmlichen Vorrichtung der Schritt des Ziehens des Einkristalls direkt nach dem Schmelzen des Rohstoffs ohne die Schritte des Trennens des Rohstoffbeschickungsmittels und des Anbringens des Impfkristalls in der Ziehkammerbegonnen werden.
Bei dem Rohstoffbeschickungsmittel kann es sich um ein Nachfüllrohr handeln, das mit dem polykristallinen Rohstoff gefüllt ist.
Wenn es sich bei dem Rohstoffbeschickungsmittel um das Nachfüllrohr handelt, das mit dem polykristallinen Rohstoff gefüllt ist, kann daher der polykristalline Rohstoff zusätzlich leicht in den Tiegel gefüllt werden.
Die Mehrzweckkammer hat vorzugsweise einen Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Rohstoffbeschickungsmittels über dem Tiegel nach oben und nach unten.
Wenn die Mehrzweckkammer den Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Rohstoffbeschickungsmittels nach oben und nach unten über dem Tiegel aufweist, kann daher das Rohstoffbeschickungsmittel von der Mehrzweckkammer leicht nach unten zur Hauptkammer abgesenkt werden, und dadurch kann die Funktion des Rohstoffbeschickungsmittels weiter verbessert werden. Außerdem kann der Vorgang des Anbringens des Rohstoffbeschickungsmittels in der Mehrzweckkammer vereinfacht werden.
Die Einkristallherstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Wartezeit für jeden Schritt eliminieren, die Kühldauer der Heißzonenkomponenten und die Schmelzdauer des polykristallinen Rohstoffs können reduziert werden und die Betriebsgeschwindigkeit der Einkristallherstellungsvorrichtung sowie die Produktivität im Hinblick auf die Herstellung des Einkristalls können dem gemäß verbessert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 sind schematische Ansichten, die die Einkristallherstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei (a) einen Zustand zeigt, in dem das Kühlmittel für die Heißzonenkomponenten in der Mehrzweckkammer angeordnet ist, (b) einen Zustand zeigt, in dem das Rohstoffbeschickungsmittel in der Mehrzweckkammer angeordnet ist, und (c) einen Zustand zeigt, in dem das Heizmittel für den Rohstoff in der Mehrzweckkammer angeordnet ist;
2 ist eine schematische Darstellung, die eine allgemeine Einkristallherstellungsvorrichtung zeigt, die für das CZ-Verfahren verwendet wird;
3 ist ein Stufen-Fließdiagramm bei Verwendung der Einkristallherstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Stufen-Fließdiagramm bei Verwendung einer herkömmlichen Einkristallherstellungsvorrichtung;
5 sind erläuternde Ansichten bei Anordnung des Kühlmittels für die Heißzonenkomponenten in der Mehrzweckkammer, wobei (a) die Ansicht zur Zeit des Anordnens zeigt und (b) die Ansicht zur Zeit des Verwendens zeigt;
6 sind erläuternde Ansichten bei Anordnung des Rohstoffbeschickungsmittels in der Mehrzweckkammer, wobei (a) die Ansicht zur Zeit des Anordnens zeigt und (b) die Ansicht zur Zeit des Verwendens zeigt;
7 sind erläuternde Ansichten bei Anordnung des Heizmittels für den Rohstoffs in der Mehrzweckkammer, wobei (a) die Ansicht zur Zeit des Anordnens zeigt und (b) die Ansicht zur Zeit des Verwendens zeigt; und
8 ist eine Draufsicht auf die Einkristallherstellungsvorrichtung, die in den 1 gezeigt ist.
BESTES VERFAHREN ZUM DURCHFÜHREN DER ERFINDUNG
Wenn der Einkristall, der eine Gesamtlänge von ungefähr 1 m und einen Durchmesser von ungefähr 300 mm hat, mit einer Zuchtgeschwindigkeit von 0,5 mm/min hergestellt wird, beträgt beispielsweise die Ziehdauer des Einkristalls ungefähr 35 Stunden. Für die Herstellung des Einkristalls ist es notwendig, dass der polykristalline Rohstoff vor dem Züchten des Einkristallsgeschmolzen wird, und dies dauert ungefähr 12 Stunden. Nach dem Züchten des Einkristalls gibt es die Schritte des Herausnehmens des Einkristalls, nachdem gewartet wird, bis dieser abgekühlt ist, des Kühlens der Heißzonenkomponenten, die in der Hauptkammer vorgesehen sind, des Abmontierens und Reinigens der Heißzonenkomponenten und des Einfüllens des Rohstoffs zum Züchten des nächsten Einkristalls.
Wie oben erwähnt, werden durch die Zunahme des Durchmessers und des Gewichts des Einkristalls die Menge des zu schmelzenden polykristallinen Rohstoffs und die Kühldauer der Heißzonenkomponenten deutlich erhöht, und verschiedene Messungen sind entsprechend vorgenommen worden. Allerdings wird trotz des Versuchs, die Dauer jedes Schritts außer dem Ziehen zu reduzieren, die Gesamtdauer zur Herstellung des Einkristalls aufgrund der zunehmenden Größe des herzustellenden Einkristalls wesentlich länger, und es wird im Hinblick auf den Betrieb der Einkristallherstellungsvorrichtung eine umfassende Nachprüfung erforderlich.
Im Hinblick darauf haben die vorliegenden Erfinder überlegt, dass die Wartezeit vor dem Beginn des nächsten Schritts eliminiert werden kann, und die Dauer der Schritte des Schmelzens des Rohstoffs und des Kühlens der Heißzonenkomponenten dadurch reduziert werden kann, dass die Mehrzweckkammer mit der Ziehkammer in einer allgemeinen Einkristallherstellungsvorrichtung austauschbar gestaltet werden kann, und dass damit die vorliegende Erfindung abgeschlossen ist.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert, die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt.
Die 1 sind schematische Ansichten, die die Einkristallherstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
Diese Einkristallherstellungsvorrichtung 10 wird beim Czochralski-Verfahren verwendet und umfasst hauptsächlich die Hauptkammer 11, die Ziehkammer 12 und die Mehrzweckkammer 2. Ein Sperrventil 18, das als Deckel dient, ist an einem Öffnungsabschnitt des oberen Endes der Hauptkammer 11 vorgesehen.
Die Hauptkammer 11 ist so gestaltet, dass sie den Tiegel 13, der eine Rohstoffschmelze 9 enthält, die durch das Schmelzen des polykristallinen Rohstoffs erhalten wird, die Heizeinrichtung 15, die um den Tiegel 13 herum vorgesehen ist, um den polykristallinen Rohstoff zu schmelzen und um die Temperatur der Rohstoffschmelze aufrechtzuerhalten, und ein wärmeisolierendes Material 16 umfasst, das zur Abschirmung der von der Heizeinrichtung abgestrahlten Wärme um die Heizeinrichtung 15 herum vorgesehen ist und die Hauptkammer 11 schützt, wie in der 1(a) gezeigt ist.
Insbesondere wird ein Bereich mit hoher Temperatur infolge der Wärmeabstrahlung von der Heizeinrichtung während des Züchtens des Einkristalls als heiße Zone bezeichnet, eine Komponente, die in der heißen Zone rotglühend wird, wird als Heißzonenkomponente bezeichnet, und Vertreter der Heißzonenkomponente sind zum Beispiel der Tiegel 13, die Heizeinrichtung 15 und das wärmeisolierende Material 16.
Die Ziehkammer 12 ist eine Kammer, die so gestaltet ist, dass der Einkristall 6, der aus der im Tiegel 13 enthaltenen Rohstoffschmelze gezogen wurde, darin aufgenommen und daraus entnommen wird.
Ein Einkristallziehmechanismus 19, der einen Draht umfasst, ist über dieser Ziehkammer 12 angeordnet, und ein Impfkristallhalter 17 zum Halten des Impfkristalls 5 ist an einem Ende des Ziehmechanismus 19 angebracht.
Die Mehrzweckkammer 2 kann mit der Ziehkammer 12 ausgetauscht werden. Das Heizmittel L zum Erwärmen des in den Tiegel gefüllten Rohstoffs (siehe 1(c)) bzw. das Kühlmittel C zum Kühlen der Heißzonenkomponenten nach dem Ziehen des Einkristalls (siehe 1(a)) kann in der Mehrzweckkammer 2 angeordnet werden, und vorzugsweise kann das Rohstoffbeschickungsmittel R, das den polykristallinen Rohstoff enthält und diesen in den Tiegel 13 abgibt (siehe 1(b)), in der Mehrzweckkammer 2 angeordnet werden.
Die Mehrzweckkammer 2 weist vorzugsweise den Bewegungsmechanismus 3 zum Bewegen von mindestens einem aus Rohstoffbeschicküngsmittel R, Heizmittel L und Kühlmittel C über dem Tiegel 13 nach oben und nach unten auf.
Mit dem Bewegungsmechanismus 3 kann jedes Mittel leicht von der Mehrzweckkammer zur Hauptkammer abgesenkt werden und dadurch kann die Funktion jedes Mittels weiter verbessert werden. Darüber hinaus kann der Vorgang des Anordnens von jedem Mittel in der Mehrzweckkammer vereinfacht werden.
Um eines der oben beschriebenen drei Mittel in der Mehrzweckkammer 2 anzuordnen, wie beispielsweise in der 1(a) gezeigt, kann der Bewegungsmechanismus 3 einen Draht 3W, einen Haken 3F an einem Ende des Drahts 3W und eine Wickelwelle 3M zum Aufwickeln des Drahts 3W umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt.
Weiterhin sind, wie in den 1 und der 8 gezeigt, können die Ziehkammer 12 und die Mehrzweckkammer 2 vorzugsweise gegeneinander durch die Hydraulikeinheit 8 ausgetauscht werden. Die 8 ist eine Draufsicht der 1.
Die Ziehkammer und die Mehrzweckkammer können gegeneinander mit einfacher Anordnung durch Drehen der Ziehkammer 12 und der Mehrzweckkammer 2 mittels der Hydraulikeinheit 8 ausgetauscht werden, so dass sie über der Hauptkammer 11 ausgetauscht werden, wie in den Zeichnungen gezeigt. Wenn sie ausgetauscht werden, kann das Sperrventil 18 über der Hauptkammer vor dem Austausch geschlossen werden.
Nachfolgend werden die drei Mittel, die in der Mehrzweckkammer anzuordnen sind, ausführlich erläutert.
Das erste Mittel, das in der Mehrzweckkammer 2 anzuordnen ist, ist das Kühlmittel C zum Kühlen der Heißzonenkomponenten (siehe 5).
Die 5(a) zeigt einen Zustand, in dem das Kühlmittel C in der Mehrzweckkammer 2 angeordnet ist. Die 5(b) zeigt einen Zustand, in dem das Kühlmittel C von der Mehrzweckkammer 2 abgesenkt wird, um die Heißzonenelemente 13, 15 und 16 zu kühlen.
Wie in der 5(a) (1(a)) gezeigt ist, kann das Kühlmittel C das Kühlrohr C1 sein, durch das ein Kühlmittel zirkuliert. Als Ergebnis können die Heißzonenkomponenten leicht mit niedrigen Kosten zwangsgekühlt werden.
Um das Kühlmittel durch das Kühlrohr zirkulieren zu lassen und das Kühlrohr so zu gestalten, dass es über dem Tiegel 13 nach oben und nach unten beweglich ist, wird beispielsweise das Kühlrohr C1 mit einem Rohr C3 verbunden, das vom Äußeren der Mehrzweckkammer 2 über einen Schlauch C2 zum Inneren derselben führt, so dass das Kühlrohr nach oben und unten bewegt werden kann.
Die Heißzonenkomponenten können im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren zum Kühlen der Heißzonenkomponenten, wie beispielsweise das natürliche Kühlen oder das Kühlen mittels eines Kühlzylinders 7 zum Kühlen des Einkristalls, durch die Strahlungskühlwirkung des Kühlrohrs C1, das bis zum Inneren des Tiegels 13 abgesenkt wurde, wie in der 5(b) gezeigt, stärker gekühlt werden. Selbst die Kühldauer einer Heißzonenkomponente, die eine hohe Wärmekapazität aufweist, kann nach dem Ziehen des Einkristalls mit großem Durchmesser stark reduziert werden.
Verwendet werden kann das Kühlrohr C1, das durch Wickeln eines fugenlosen Rohrs zu einer ringartigen Form in mehreren Wicklungen erhalten wird. Als Ergebnis leckt das Kühlmedium kaum aus dem Kühlrohr C1, und die Möglichkeit, dass das Innere der Hauptkammer mit dem Kühlmittel kontaminiert wird, nimmt ab.
Weiterhin ist das Rohr des Kühlrohrs C1 vorzugsweise ein Kupferrohr. Wenn das Material des Kühlrohrs Kupfer ist, besitzt das Kühlrohr eine gute Wärmeleitfähigkeit, wodurch die Wärmeableitungswirkung erhöht wird. So kann die Atmosphäre in der Hauptkammer, die mit dem Kühlrohr in Kontakt gelangt, schnell gekühlt werden.
Wie oben erwähnt, kann das Kühlrohr C1, wenn die Vorrichtung den Bewegungsmechanismus 3 zum Bewegen des Kühlmittels über dem Tiegel nach oben und unten umfasst, leicht an der Mehrzweckkammer angebracht und in einer hochgefahrenen Position davon getrennt werden, und die Kühlwirkung auf die Heißzonenkomponenten kann stark erhöht werden, wenn sich das Kühlmittel in einer abgesenkten Position befindet.
Es ist zu beachten, dass das Kühlmedium, das durch das Kühlrohr zirkulieren gelassen wird, nicht besonders beschränkt ist, und es kann sich dabei um Kühlwasser, wie beispielsweise reines Wasser, handeln. Darüber hinaus wird, um dieses Kühlmedium zwangszukühlen und weiter das Kühlen der Heißzonenkomponenten zu erleichtern, ein Wärmetauscher (nicht gezeigt) vorzugsweise in der Einkristallherstellungsvorrichtung eingebaut. Wenn das Kühlmedium durch das Kühlrohr mittels des Wärmetauschers, der auf diese Weise in der Einkristallherstellungsvorrichtung eingebaut ist, wie oben beschrieben, zwangsgekühlt werden kann, kann die Kühlwirkung während des Kühlschritts aufrechterhalten werden, obwohl das Kühlmedium so zirkulieren gelassen wird, dass es wiederholt durch eine heiße Zone fließt. Die verwendete Gesamtmenge des Kühlwassers kann daher verringert werden, was im Hinblick auf die Kosten von Vorteil ist.
Um das Kühlen der Heißzonenkomponenten zu erleichtern, wie in der 1(a) gezeigt, wird der Gaseinlass 4 zum Einführen eines Kühlgases vorzugsweise an einem oberen Abschnitt der Mehrzweckkammer 2 ausgebildet.
Auf diese Weise kann, wenn der Gaseinlass 4 an der Mehrzweckkammer 2 gebildet wird, in der das Kühlmittel C anzuordnen ist, davon ausgegangen werden, dass zusätzlich zur durch das Kühlrohr C1 erzielten Abstrahlungskühlwirkung eine Konvektionskühlung, die durch das vom Gaseinlass 4 eingeführte Kühlgas erhalten wird, auf die Heißzonenkomponenten einwirkt. Daher kann das Kühlen der Heißzonenkomponenten weiter beschleunigt werden.
Es ist zu beachten, dass, da ein Gasauslass 14 zur Abgabe des eingeführten Gases am Bodenabschnitt der Hauptkammer 11 vorgesehen ist, das von der Mehrzweckkammer 2 eingeführte Gas vom Gasauslass 14 der Hauptkammer 11 abgeleitet werden kann.
Als Nächstes ist das zweite Mittel, das in der Mehrzweckkammer 2 angeordnet werden kann, das Rohstoffbeschickungsmittel R, das den polykristallinen Rohstoff enthält und in den Tiegel abgibt (siehe die 6).
Die 6(a) zeigt einen Zustand, in dem das Rohstoffbeschickungsmittel R in die Mehrzweckkammer 2 gegeben wird. Die 6(b) zeigt einen Zustand, in dem das Rohstoffbeschickungsmittel R von der Mehrzweckkammer 2 abgesenkt wird, um den polykristallinen Rohstoff 1 in den Tiegel 13 zu abzugeben.
Wie in der 6(a) gezeigt ist, kann das Rohstoffbeschickungsmittel R das Nachfüllrohr R1 sein, das mit dem polykristallinen Rohstoff 1 gefüllt ist. Als Ergebnis kann der polykristalline Rohstoff leicht in den Tiegel gegeben werden.
Das Nachfüllrohr R1 wird mit einem zu öffnenden/schließbaren Deckel R2 an der Bodenfläche versehen, um den polykristallinen Rohstoff 1 in den Tiegel 13 zu füllen. Beim Herstellen eines Siliziumeinkristalls kann eine Möglichkeit der Kontamination aufgrund von Verunreinigungen für den Einkristall reduziert werden, indem zumindest die oberste Oberflächenschicht des Nachfüllrohrs R1, die mit dem polykristallinen Rohstoff in Kontakt gelangen soll, aus Quarz besteht.
Auch in diesem Fall kann, wenn das Rohstoffbeschickungsmittel R mittels des Bewegungsmechanismus 3 über dem Tiegel nach oben und unten bewegt werden kann, das Nachfüllrohr R1 leicht in der Mehrzweckkammer angebracht werden und in einer angehobenen Position davon getrennt werden, und der Rohstoff kann in einer abgesenkten Position zuverlässig und sicher durch Öffnen/Schließen des Deckels R2 in den Tiegel gefüllt werden.
Schließlich ist das dritte Mittel, das in der Mehrzweckkammer 2 anzuordnen ist, das Heizmittel L zum Erwärmen des Rohstoffs, der in den Tiegel gefüllt wird (siehe die 7).
Die 7(a) zeigt einen Zustand, in dem das Heizmittel L für den Rohstoff, das von der Heizeinrichtung getrennt angeordnet wird, in der Mehrzweckkammer 2 angeordnet. Die 7(b) zeigt einen Zustand, in dem das Heizmittel L den polykristallinen Rohstoff 1 erwärmt, nachdem es von der Mehrzweckkammer 2 abgesenkt wurde.
Wie in der 7(a) gezeigt ist, kann das Heizmittel L die Halogenlampe L1 als Wärmequelle im Inneren des Quarzrohrs 16 aufweisen. Wenn also das Heizmittel zum Erwärmen des in den Tiegel gefüllten Rohstoffs die Halogenlampe im Inneren des Quarzrohrsumfasst, ist daher das in der Mehrzweckkammer angebrachte Heizmittel getrennt von der Heizeinrichtung angeordnet, die in der Hauptkammer untergebracht ist. So kann eine Kontamination in der Hauptkammer durch das Heizmittel L verhindert und der polykristalline Rohstoff wirksam durch Wärme von der Halogenlampe L1 erwärmt werden, ohne dass die Halogenlampe L1 leidet, sowie dadurch die Schmelzdauer reduziert werden.
In diesem Fall kann, wie in der 7(a) gezeigt ist, das Kühlrohr 12 für die Wärmeableitung im Inneren des Quarzrohrs 16 vorgesehen sein, um zu verhindern, dass das Innere der Mehrzweckkammer 2 mit der Wärme von der Halogenlampe L1 angereichert wird. In diesem Fall kann mit einem ähnlichen Aufbau wie beim Kühlmittel für die Heißzonenkomponenten zum Beispiel Kühlwasser und dergleichen von einem Rohr 14, das mit dem Inneren und dem Äußeren der Mehrzweckkammer 2 verbunden ist, zum Kühlrohr 12 durch einen dehnbaren Schlauch L3 zirkulieren gelassen werden, so dass das Heizmittel L über dem Tiegel 13 nach oben und unten bewegt werden kann.
Wenn das Heizmittel das Kühlrohr aufweist, kann es verhindert werden, dass das Innere der Mehrzweckkammer 2 aufgrund von übermäßiger Wärme beschädigt wird, und der Wärmewiderstand des Quarzrohrs 16 kann verbessert werden. Das Heizmittel L kann dem gemäß für eine lange Zeit verwendet werden, und die Kosten lassen sich reduzieren. Darüber hinaus kann der Wärmewiderstand des Heizmittels L weiter dadurch verbessert werden, dass das in die Mehrzweckkammer 2 eingeführte Gas durch das Innere des Heizmittels L zirkuliert.
Um die von der Halogenlampe L1 abgestrahlte Wärme wirksam zum polykristallinen Rohstoff zu leiten, wird außerdem ein reflektierender Aufbau zum Reflektieren von Wärmestrahlen zum polykristallinen Rohstoff 1 in den Tiegel 13 an der Innenseite 15 des zylindrischen Quarzrohrs 16 ausgebildet.
Wenn ein solcher Aufbau ausgebildet ist, können die Wärmestrahlen von der Halogenlampe und der Heizeinrichtung, die zur Kammer hin abgeleitet werden, die mit dem oberen Abschnitt der Hauptkammer verbunden ist, abgeblockt und verdichtet werden, um mit dem Quarzrohr in Richtung auf den polykristallinen Rohstoff 1 reflektiert zu werden, so dass die Wärme effektivverwendet werden kann. Die Wärmemenge für den polykristallinen Rohstoff kann daher im Vergleich zu einer herkömmlichen Vorrichtung erhöht, die Schmelzdauer reduziert, die Produktivität verbessert und die Produktionskosten verringert werden.
Bei ausführlicher Darstellung des reflektierenden Aufbaus, wie in der 7(a) gezeigt, kann das Quarzrohr, bei dem eine Goldplattierung, Goldverdampfung oder ein Goldüberzug auf seinem oberen Abschnitt und seiner Seitenfläche durchgeführt wird, oder das Quarzrohr, das mit einem durch Brennen einer Schlämme erhaltenen Quarz oder einem undurchsichtigen Quarz, das Blasen enthält und eine Lichtdurchlassrate von 10% oder weniger, insbesondere vorzugsweise 1% oder weniger (QM-100 oder HRC von Heraeus), hat, als reflektierender Aufbau eingesetzt werden. Als Ergebnis kann die Reflexionswirksamkeit der Wärmestrahlen von der Heizeinrichtung erhöht werden und die Schmelzdauer des polykristallinen Rohstoffs weiter verringert werden. Diese Reflexionswirksamkeit ist 0,85 im Fall der Goldplattierung, sie ist hinreichend höher als bei einem Graphitmaterial und einem Quarzmaterial, so dass die Schmelzdauer reduziert werden kann.
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls unter Verwendung der Einkristallherstellungsvorrichtung 10, wie oben beschrieben, mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Hier ist die 3 ein Stufen-Fließdiagramm unter Verwendung der Einkristallherstellungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Es ist zu beachten, dass in der 3 die in Klammen angegebenen Zahlen die Zeit zeigen, die für jeden Schritt erforderlich ist.
Zuerst werden ungefähr 60% des erforderlichen polykristallinen Rohstoffs in den leeren Tiegel 13 gefüllt, der sich in der Hauptkammer 11 befindet. Das Einfüllen von nur ungefähr 60% des polykristallinen Rohstoffs resultiert daraus, dass es unmöglich ist, noch mehr in den Tiegel 13 zu geben, da der polykristalline Rohstoff vor dem Schmelzen ein großes Volumen hat. Dem gemäß wird der restliche polykristalline Rohstoff von 40% zusätzlich mit dem Rohstoffbeschickungsmittel R nach dem anfänglichen Schmelzen eingefüllt.
Wie in der 7(a) gezeigt ist, wird das Heizmittel L in der Mehrzweckkammer L während der Dauer des Einfüllens des polykristallinen Rohstoffs angebracht.
Als Nächstes wird, wie in der 7(b) gezeigt ist, die Mehrzweckkammer 2, in der das Heizmittel L angeordnet ist, mit der Hauptkammer 11 verbunden. Das Heizmittel L wird mittels des Bewegungsmechanismus zu einer Position abgesenkt, die in der 7(b) gezeigt ist, und der polykristalline Rohstoff 1 wird zum Schmelzen mit dem Heizmittel L und der Heizeinrichtung 15 erwärmt (das anfängliche Schmelzen des polykristallinen Rohstoffs).
Während dieses Zeitraums ist der polykristalline zusätzlich einzufüllende Rohstoff in dem Nachfüllrohr R1 enthalten und das Rohstoffbeschickungsmittel R wird in der Ziehkammer 12 angeordnet, wie in der 6(a) gezeigt.
Nach dem Ende des anfänglichen Schmelzens des polykristallinen Rohstoffs wird das Sperrventil 18 der Hauptkammer geschlossen und die Mehrzweckkammer 2, in der das Heizmittel L angeordnet ist, wird mittels der Hydraulikeinheit 8 mit der Ziehkammer 12 ausgetauscht, in der das Rohstoffbeschickungsmittel R angeordnet ist, wie in der 1(a) gezeigt ist. Dann wird das Sperrventil 18 geöffnet, um die Ziehkammer 12 mit der Hauptkammer 11 zu verbinden. Danach wird das Rohstoffbeschickungsmittel R zu einer geeigneten Position über dem Tiegel 13 mit dem Bewegungsmechanismus (in der 6 nicht gezeigt) abgesenkt, wird der Deckel R2, der am unteren Abschnitt des Nachfüllrohrs R1 angeordnet ist, geöffnet und der übrige polykristalline Rohstoff zusätzlich in den Tiegel 13 gefüllt.
Nach dem weiteren Einfüllen des polykristallinen Rohstoffs wird das leere Rohstoffbeschickungsmittel R nach oben gezogen, das Sperrventil 18 geschlossen und die Ziehkammer 12 mit der Mehrzweckkammer 2, in der das Heizmittel L noch angeordnet ist, ausgetauscht. Dann wird der polykristalline Rohstoff weiter auf ähnliche Weise wie beim anfänglichen Schmelzen des polykristallinen Rohstoffs geschmolzen.
Während der Zeitdauer des weiteren Schmelzens des polykristallinen Rohstoffs wird das Rohstoffbeschickungsmittel R abgenommen und der Impfkristallhalter 17 wird in der nicht mit der Hauptkammer 11 verbundenen Ziehkammer angeordnet, und es wird der Schritt des Anbringens des Impfkristalls 5 durchgeführt.
Als Nächstes wird, nachdem der zusätzlich eingefüllte polykristalline Rohstoff 1 vollständig geschmolzen ist, um die Rohstoffschmelze 9 zu bilden, das Sperrventil 18 der Hauptkammer 11 geschlossen und die Mehrzweckkammer 2, in der das Heizmittel L angeordnet ist, wird mit der Ziehkammer 12 ausgetauscht, in der der Impfkristall bereits angebracht ist. Dann wird das Sperrventil 18 geöffnet, um die Ziehkammer 12 mit der Hauptkammer 11 zu verbinden. Danach wird der Impfkristall 5 mit der Rohstoffschmelze 9 in Kontakt gebracht, und es wird mit dem Ziehen des Einkristalls begonnen.
Während des Ziehens des Einkristalls wird das Heizmittel L zum Unterstützen des Erwärmens des polykristallinen Rohstoffs abgenommen und das Kühlmittel C zum Kühlen der Heißzonenkomponenten wird, wie in der 5(a) gezeigt, in der Mehrzweckkammer 2 angeordnet, die nicht mit der Hauptkammer 11 verbunden ist. Nach dem Ende des Ziehens des Einkristalls wird das Sperrventil 18 der Hauptkammer geschlossen, die Ziehkammer 12, in der der Einkristall untergebracht ist, wird mit der Mehrzweckkammer 2, in der das Kühlmittel C angeordnet ist, über der Hauptkammer 11 ausgetauscht, um die Mehrzweckkammer 2 mit der Hauptkammer 11 zu verbinden.
Als Ergebnis kann die Zeit, die für das Kühlen und Herausnehmen des Einkristalls benötigt wird, eliminiert werden.
Als Nächstes wird, wie in der 5(b) gezeigt ist, das Kühlmittel C direkt über der Rohstoffschmelze 9 abgesenkt, die in dem Tiegel 13 verbleibt, und das Kühlen der Heißzonenkomponenten, wie beispielsweise des Tiegels 13, der Heizeinrichtung 15 und des wärmeisolierenden Materials 16 wird begonnen. Während dieses Zeitraums wird der Einkristall 6 aus der Ziehkammer herausgenommen, nachdem gewartet wurde, bis der gezogene Einkristall 6 in der Ziehkammer 12, die von der Hauptkammer 11 abgenommen wurde, abgekühlt ist.
Nach dem Ende des Kühlens der Heißzonenkomponenten mit der Mehrzweckkammer 2 wird die Mehrzweckkammer 2 von der Hauptkammer 11 abmontiert, und es wird eine Demontage, Reinigung, ein Zusammenbau und dergleichen der Heißzonenkomponenten in der Hauptkammer 11 durchgeführt.
Danach kann der Schritt des anfänglichen Einfüllens des Rohstoffs für die nächste Einkristallherstellung begonnen werden.
Wie oben erwähnt, kann die Einkristallherstellungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung die Ziehkammer und die Mehrzweckkammer gleichzeitig verwenden. Die Zwangskühlung der Heißzonenkomponenten kann daher begonnen werden, ohne dass auf das Kühlen des Einkristalls und dessen Herausnahme aus der Ziehkammergewartet werden muss, indem das Kühlmittel für die Heißzonenkomponenten während des Ziehens des Einkristalls in der Mehrzweckkammer angeordnet sind und indem die Ziehkammer mit der Mehrzweckkammer direkt nach dem Ende des Ziehens des Einkristalls ausgetauscht wird. Parallel zur Zwangskühlung der Heißzonenkomponenten kann der Einkristall in der Ziehkammer, die von der Hauptkammer abmontiert ist, gekühlt und daraus entnommen werden.
Wenn das Beschickungsmittel für den polykristallinen Rohstoff während des anfänglichen Schmelzens des Rohstoffs in der Ziehkammer angeordnet wird, kann das zusätzliche Einfüllen des übrigen polykristallinen Rohstoffs darüber hinaus direkt nach dem anfänglichen Schmelzen begonnen werden. Außerdem kann, da das Heizmittel noch in der Mehrzweckkammer angeordnet ist, das zusätzliche Schmelzen sofort begonnen werden, indem nur die Ziehkammer mit der Mehrzweckkammer ausgetauscht wird, nachdem zusätzlich der polykristalline Rohstoff eingefüllt ist.
Daher kann mit der Einkristallherstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die mit der Mehrzweckkammer ausgerüstet ist, die mit der Ziehkammer ausgetauscht werden kann, die anschließende Bearbeitung nach einem vorangehenden Schritt oder die Vorbereitung eines anschließenden Schrittsdurchgeführt werden, während ein laufender Schritt durchgeführt wird, und die Wartezeit zwischen den Schritten wird dadurch eliminiert. Als Ergebnis kann die Gesamtzeit für die Herstellung des Einkristalls reduziert werden, und die Betriebsgeschwindigkeit der Einkristallherstellungsvorrichtung sowie die Produktivität können verbessert werden.
Wenn das Kühlmittel für die Heißzonenkomponenten in der Mehrzweckkammer angebracht werden kann, kann darüber hinaus die Kühlzeit der Heißzonenkomponenten weiter im Vergleich zum natürlichen Kühlen der Heißzonenkomponenten und zum Kühlen allein mittels des Kühlzylinders 7 zum Kühlen des Einkristalls oder ein Kühlverfahren zum Zirkulieren von nur einem Kühlgas durch die Hauptkammerweiter reduziert werden. Allerdings ist es nicht notwendig, nur das Kühlmittel für die Heißzonenkomponenten, die in der Mehrzweckkammer angeordnet sind, und den Kühlzylinder zum Kühlen des Einkristalls zu verwenden, das Verfahren zum Zirkulieren des Kühlgases und dergleichen kann auch zusammen damit verwendet werden. Dadurch dass diese zusammen verwendet werden, wird es möglich, die Kühldauer der Heißzonenkomponenten weitgehend zu reduzieren, und wird es möglich, die Betriebsgeschwindigkeit der Einkristallherstellungsvorrichtung zu verbessern.
Wenn das Heizmittel zum Erwärmen des in den Tiegel gefüllten Rohstoffs in die Mehrzweckkammer gegeben werden kann, kann die Schmelzdauer des polykristallinen Rohstoffs durch Erwärmen des in den Tiegel 13 gefülltenpolykristallinen Rohstoffs nicht nur mit der in der Hauptkammer 11 angeordneten Heizeinrichtung 15 sondern auch mit dem Heizmittel L reduziert werden.
Es ist zu beachten, dass weiter eine andere Heizeinrichtung an einer oberen Außenseite der Hauptkammer 11 vorgesehen sein kann, um das Erwärmen des polykristallinen Rohstoffs zu unterstützen.
Wie oben beschrieben, ermöglicht die Einkristallherstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, dass die Schmelzdauer des polykristallinen Rohstoffs und die Kühldauer der Heißzonenkomponenten mit Ausnahme der Ziehzeit des Einkristalls weitgehend reduziert werden. Darüber hinaus kann die Vorrichtung die Wartezeit, zum Beispiel für die Vorbereitung dieser Schritte, eliminieren und die Betriebsgeschwindigkeit der Einkristallherstellungsvorrichtung verbessern. Dies führt zu einer großen Steigerung der Produktivität der Einkristallherstellung.
Oben ist der Fall der Herstellung durch das Ziehen des Einkristalls erläutert. Allerdings wird im Fall des kontinuierlichen Ziehens einer Zahl von Einkristallen aus einem Tiegel, d. h. in dem Fall, in dem nach dem Züchten des Einkristalls der Rohstoff zusätzlich bis zur ursprünglichen Menge der Rohstoffschmelze eingefüllt wird, um den Einkristall kontinuierlich zu ziehen, das Rohstoffbeschickungsmittel während des Ziehens des Einkristalls in der Mehrzweckkammer angeordnet. Nach dem Ende des Ziehens des Einkristalls wird die Mehrzweckkammer mit der Hauptkammer verbunden, ohne dass darauf gewartet wird, bis der Einkristall abgekühlt ist, so dass mit dem Nachfüllen des Rohstoffs sofort begonnen werden kann.
Außerdem wird nach dem Ende des Füllens des polykristallinen Rohstoffs in den Tiegel das Rohstoffbeschickungsmittel von der Mehrzweckkammer abmontiert und das Heizmittel zum Erwärmen des in den Tiegel gefüllten Rohstoffs wird in der Mehrzweckkammer angeordnet, um den polykristallinen Rohstoff im Tiegel zusätzlich zu schmelzen. Gleichzeitig kann der Impfkristall zum Züchten des Einkristalls am Impfkristallhalter in der Ziehkammer, die nicht mit der Hauptkammer verbunden ist, angebracht sein. Wenn daher die Mehrzweckkammer, die mit der Hauptkammer verbunden ist, nach dem Schmelzen des polykristallinen Rohstoffs mit der Ziehkammer ausgetauscht wird, kann sofort mit dem Schritt des Ziehens des Einkristalls begonnen werden, ohne dass auf den Schritt des Anbringens des Impfkristalls gewartet werden muss.
Selbst im Fall des kontinuierlichen Ziehens einer Zahl von Einkristallen ist es durch die Einkristallherstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Kühldauer des Einkristalls und der Schmelzdauer des polykristallinen Rohstoffs zu reduzieren, so dass sie zur Reduzierung der Gesamtzeit der Einkristallherstellung von Nutzen ist und die Produktivität verbessert werden kann.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung ausführlicher auf der Grundlage des Beispiels erläutert, wobei die vorliegende Erfindung aber nicht darauf beschränkt ist.
(Beispiel)
Die Einkristallherstellungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, die in den 1 gezeigt ist, wurde verwendet, um die Gesamtzeit für einen Zyklus zu messen, der zur Herstellung eines Siliziumeinkristallblocks auf der Grundlage eines in der 3 gezeigten Fließdiagramms erforderlich ist.
Zuerst wurde ein polykristalliner Silizium-Rohstoff mit einem Gewicht von 360 kg zur Herstellung eines Einkristalls mit einer Gesamtlänge von ungefähr 1,5 m und einem Durchmesser von 300 mm benötigt, und dazu gehörte, dass Rohstoff mit einem Gewicht von 200 kg in 1 Stunde in einen leeren Tiegel gefüllt wurde. Während dieser Zeit wurde das Heizmittel für den polykristallinen Rohstoff in 30 Minuten in der Mehrzweckkammer angeordnet.
Danach wurde der eingefüllte polykristalline Rohstoff mit dem Heizmittel und der Heizeinrichtung in 3 Stundengeschmolzen. Während dieser Zeit wurde das Rohstoffbeschickungsmittel mit dem Nachfüllrohr in der Ziehkammer angebracht.
Als Nächstes wurde die Ziehkammer mit der Hauptkammer verbunden. Der übrige polykristalline Silizium-Rohstoff mit einem Gewicht von 160 kg wurde weiter eingefüllt. Dies dauerte 1 Stunde.
Anschließend wurde die Ziehkammer, in der das Rohstoffbeschickungsmittel angeordnet war, mit der das Heizmittel aufweisenden Mehrzweckkammer ausgetauscht. Das zusätzlich eingefüllte polykristalline Silizium wurde ferner mit dem Heizmittel und der Heizeinrichtung geschmolzen.
Es dauerte 3 Stunden, bis der polykristalline Rohstoff vollständig geschmolzen war.
Während dieses zusätzlichen Schmelzens wurde ein Anbringungsvorgang des Impfkristalls zum Ziehen des Einkristalls in 30 Minuten in der Ziehkammer durchgeführt.
Als Nächstes wurde die Ziehkammer mit der Hauptkammer verbunden, und der Impfkristall wurde mit der Rohstoffschmelze in Kontaktgebracht, um den Schritt des Ziehens des Einkristalls durchzuführen. Dieses Ziehen des Einkristalls wurde mit einer Ziehgeschwindigkeit von 0,5 mm/Minute durchgeführt. Es dauerte 50 Stunden, bis der Einkristall vollständig in der Ziehkammer untergebracht war. Während dieser Zeit wurde das Kühlrohr zum Kühlen der Heißzonenkomponenten in der Mehrzweckkammer in ungefähr 30 Minuten angeordnet, um so Kühlwasser zirkulieren lassen zu können.
Als Nächstes wurde das Sperrventil geschlossen, wobei der Einkristall in der Ziehkammer verblieb. Die Ziehkammer wurde mit der Mehrzweckkammer ausgetauscht, um die Mehrzweckkammer mit der Hauptkammer zu verbinden. Dann wurde das Kühlwasser durch das Kühlrohr zirkulieren gelassen. Das Kühlrohr wurde zum Inneren des Tiegels abgesenkt, um das Kühlen der Heißzonenkomponenten zu beginnen. Während dieser Zeit wurde der Einkristall in der Ziehkammer gekühlt.
Die Heißzonenkomponenten konnten in ungefähr 3 Stunden auf Raumtemperatur gekühlt werden. Nach der Abnahme der Mehrzweckkammer von der Hauptkammer, wurde eine Demontage, Reinigung und ein Zusammenbau der Heißzonenkomponenten in 5 Stunden durchgeführt.
Als Ergebnis betrug die Gesamtzeit eines Zyklus, der für die Herstellung eines Einkristalls erforderlich ist, mit der Einkristallherstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ungefähr 66 Stunden.
(Vergleichsbeispiel)
Eine herkömmliche Einkristallherstellungsvorrichtung, die in der 2 gezeigt ist, wurde verwendet, um die Gesamtzeit eines Zyklus, der zur Herstellung eines Silizium-Einkristallblocks erforderlich ist, bezogen auf ein in der 4 gezeigtes Fließdiagramm zu messen.
Zuerst wurde ein polykristalliner Silizium-Rohstoff mit einem Gewicht von 360 kg zur Herstellung eines Einkristalls mit einer Gesamtlänge von ungefähr 1,5 m und einem Durchmesser von 300 mm benötigt und dazu gehörte, dass der Rohstoff mit einem Gewicht von 200 kg in 1 Stunde in einen leeren Tiegel eingefüllt wurde. Dann wurde das Rohstoffbeschickungsmittel mit dem Nachfüllrohr, das den polykristallinen Silizium-Rohstoff mit einem Geweicht von 160 kg enthielt, in 30 Minuten in der Ziehkammer angebracht.
Als Nächstes wurde der polykristalline Rohstoff, der in den Tiegel 23 gefüllt wurde, in 6 Stunden mit der Heizeinrichtung 25 geschmolzen.
Danach wurde das übrige polykristalline Silizium mit einem Gewicht von 160 kg, das im Rohstoffbeschickungsmittel enthalten war, auch in den Tiegel gefüllt. Dies dauerte 1 Stunde. Nach dem Anheben des Rohstoffbeschickungsmittels in das Innere der Ziehkammer 22 wurde das Sperrventil 28 geschlossen und das Rohstoffbeschickungsmittel wurde abgenommen. Ein Anbringungsvorgang für den Impfkristall zum Ziehen des Einkristalls wurde in 1 Stunde durchgeführt.
Anschließend wurde das zusätzlich eingefüllte polykristalline Silizium weiter nur mit der Heizeinrichtung in der Hauptkammer geschmolzen. Es dauerte 6 Stunden, bis der zusätzlich eingefüllte polykristalline Rohstoff vollständig geschmolzen war.
Nach dem Schmelzen des Rohstoffs wurde der Impfkristall mit der Rohstoffschmelze in Kontakt gebracht, um den Schritt des Ziehens des Einkristalls durchzuführen. Dieses Ziehen des Einkristalls wurde mit einer Ziehgeschwindigkeit von 0,5 mm/min durchgeführt und es dauerte 50 Stunden, bis der Einkristall wurde vollständig in der Ziehkammer wie beim Beispieluntergebracht war.
Als Nächstes wurde das Sperrventil der Hauptkammer geschlossen und der in der Ziehkammer untergebrachte Einkristall wurde herausgenommen, nachdem gewartet wurde, bis er abgekühlt war. Dies dauerte 1 Stunde.
Der vorliegende Erfinder wartete, bis die Temperatur der Heißzonenkomponenten Raumtemperatur erreicht hatte, um ihn in der Hauptkammer zu reinigen.
Die Heißzonenkomponenten wurden in ungefähr 7 Stunden auf Raumtemperatur gekühlt. Dann wurden eine Demontage, eine Reinigung und ein Zusammenbau der Heißzonenkomponenten in 5 Stunden durchgeführt.
Als Ergebnis betrug die Gesamtzeit eines Zyklus, der zur Herstellung des Einkristalls erforderlich war, mit der Einkristallherstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ungefähr 78 Stunden.
Die Ergebnisse des Beispiels und des Vergleichsbeispiels zeigen, dass es durch die Einkristallherstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung möglich wird, die Zeit für das Kühlen und Herausnehmen des Einkristalls wegzulassen, so dass die Betriebsgeschwindigkeit der Einkristallherstellungsvorrichtung verbessert werden kann. Durch die Anordnung des Mittels zum Reduzieren der Schmelzdauer für den polykristallinen Rohstoff und der Kühldauer für die Heißzonenkomponenten in der Mehrzweckkammer wird es möglich, diese Zeiten einfach zu reduzieren, so dass davon ausgegangen werden kann, dass die Gesamtherstellungszeit um ungefähr 15 reduziert werden kann, und dem gemäß die Herstellungskosten gesenkt werden können.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt ist. Bei den vorstehenden Ausführungsformen handelt es sich nur um Veranschaulichungen und alle Beispiele, die weitgehend dieselben Konfigurationen haben und dieselben Funktion und Wirkungen wie das technische, in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung beschriebene Konzept ausüben, sind in dem technischen Konzept der vorliegenden Erfindung enthalten.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einkristallherstellungsvorrichtung 10 auf der Grundlage des Czochralski-Verfahrens, umfassend eine Hauptkammer 11, die so gestaltet ist, dass sie Heißzonenkomponenten, einschließlich einen Tiegel 13, aufnimmt, und eine Ziehkammer 12, die so gestaltet ist, dass ein aus einer Rohstoffschmelze gezogener Einkristall 6 darin aufgenommen und daraus entnommen wird, wobei die Vorrichtung weiter eine Mehrzweckkammer 2 umfasst, die mit der Ziehkammer ausgetauscht werden kann, wobei ein Heizmittel L zum Erwärmen des in den Tiegel gefüllten Rohstoffs bzw. ein Kühlmittel C zum Kühlen der Heißzonenkomponenten nach dem Ziehen des Einkristalls in der Mehrzweckkammer 2 angeordnet werden kann. Als Ergebnis wird eine Einkristallherstellungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, mit der es möglich ist, für die Herstellung eines Einkristalls mit einem großen Durchmesser, zum Beispiel von ungefähr 200 mm oder mehr, die Betriebsgeschwindigkeit der Einkristallherstellungsvorrichtung und die Produktivität des Einkristalls zu verbessern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000-344592 [0010]
JP 2002-121096 [0010]
JP 10-81595 [0016]
JP 11-255593 [0016]
JP 9-235173 [0017]

Claims

Einkristallherstellungsvorrichtung auf der Grundlage des Czochralski-Verfahrens, mindestens umfassend eine Hauptkammer, die so gestaltet ist, dass sie Heißzonenkomponenten, einschließlich einen Tiegel, aufnimmt, und eine Ziehkammer, die so gestaltet ist, dass ein Einkristall, der aus einer im Tiegel enthaltenen Rohstoffschmelze gezogen wird, darin aufgenommen und daraus entnommen wird, die Vorrichtung weiter eine Mehrzweckkammer umfasst, die mit der Ziehkammer austauschbar ist, wobei ein Heizmittel zum Erwärmen eines in den Tiegel gefüllten Rohstoffs bzw. ein Kühlmittel zum Kühlen der Heißzonenkomponenten nach dem Ziehen des Einkristalls in der Mehrzweckkammer angeordnet werden können.
Einkristallherstellungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mehrzweckkammer einen Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Heizmittels und/oder des Kühlmittels über dem Tiegel nach oben und unten aufweist.
Einkristallherstellungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Ziehkammer und die Mehrzweckkammer gegeneinander mittels einer Hydraulikeinheit ausgetauscht werden können.
Einkristallherstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Heizmittel mindestens eine Wärmequelle im Inneren eines Quarzrohrs besitzt und das Quarzrohr im Inneren einen reflektierenden Aufbau zum Reflektieren von Wärmestrahlen zum Tiegel hin reflektiert.
Einkristallherstellungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Wärmequelle eine Halogenlampe ist.
Einkristallherstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Kühlmittel ein Kühlrohr ist, durch das ein Kühlmedium zirkuliert.
Einkristallherstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Mehrzweckkammer einen Gaseinlass zum Einführen eines Kühlgases aufweist.
Einkristallherstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Rohstoffbeschickungsmittel, das einen polykristallinen Rohstoff enthält und diesen in den Tiegel füllt, in der Mehrzweckkammer angeordnet werden kann.
Einkristallherstellungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Rohstoffbeschickungsmittel ein Nachfüllrohr ist, das mit dem polykristallinen Rohstoff gefüllt ist.
Einkristallherstellungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei die Mehrzweckkammer einen Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Rohstoffbeschickungsmittels über dem Tiegel nach oben und unten aufweist.