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Technisches Gebiet
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Ausführungsformen betreffen einen Einkristallblock, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
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Hintergrundtechnik
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1 ist eine Ansicht, die eine herkömmliche Herstellungsvorrichtung für einen Einkristallblock darstellt.
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Die in 1 dargestellte Herstellungsvorrichtung für einen Einkristallblock umfasst einen Schmelztiegel 10, einen Impfkristall 30, Hitzeschilde 42 und 44, eine Heizung 50, einen Draht 62 und einen Zugmotor 64.
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Mit einem Herstellungsverfahren für einen Einkristallblock unter Verwendung eines Czochralski-Prozesses wird der Schmelztiegel 10, nachdem der Schmelztiegel 10 mit Polysilizium gefüllt ist, von der Heizung 50 geheizt, um das Polysilizium zu schmelzen, was eine Siliziumschmelze 20 ergibt. Als nächstes wird der Impfkristall 30 abgesenkt, um mit der Siliziumschmelze 20 in Kontakt zu kommen, und wird danach durch Drehen des mit dem Impfkristall 30 verbundenen Drahts 62 unter Verwendung des Zugmotors 64 nach oben gezogen, um anschließend einen Halsabschnitt, einen Schulterabschnitt und einen Durchmesserabschnitt (oder einen geraden Körper) mit einem vorgegebenen Durchmesser eines Blocks auszubilden. Auf diese Weise wird das Wachstum des Einkristallblocks abgeschlossen. In diesem Fall dienen die Hitzeschilde 42 und 44 dazu, Strahlungswärme, die von der Siliziumschmelze 20, dem Schmelztiegel 10 und der Heizung 50 erzeugt wird, abzuschirmen.
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Bei einer hohen Dichte tritt in einem unteren Ende des Impfkristalls 30 bei einer hohen Dichte aufgrund eines Temperaturschocks aufgrund einer schnellen Temperaturdifferenz, wenn der Impfkristall 30 in Kontakt mit der Siliziumschmelze 20 kommt, ein Rutschversatz auf. Ein Verengungsarbeitsgang zur Entfernung des Rutschversatzes ist wesentlich, um einen verschiebungsfreien Silizium-Einkristallblock zu züchten. Der von Dash entwickelte Verengungsarbeitsgang erzeugt einen verlängerten Halsabschnitt mit einem Durchmesser innerhalb eines Bereichs von etwa 3 mm bis 4 mm und einer Länge innerhalb eines Bereichs von 100 mm oder mehr.
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Der Halsabschnitt mit einem kleinen Durchmesser innerhalb eines Bereichs von 3 mm bis 4 mm kann mit zunehmendem Durchmesser und Gewicht des Silizium-Einkristallblocks während des Wachstums beschädigt werden, was schwere Unfälle, wie etwa das Fallen des Einkristallblocks, etc. bewirkt. Insbesondere können ein größerer Durchmesser und ein Gewicht des Einkristallblocks den Schaden an dem Halsabschnitt verschlimmern.
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Einkristallblöcke, Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung desselben sind in der
JP H05-4895 A ,
JP 2008-162809 A ,
JP 2008-254958 A ,
KR 10-2013-0 017 908 A ,
US 6 059 874 A und
US 2011-0214605 A1 beschrieben.
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Weitere entsprechende Vorrichtungen und Verfahren sind aus
DE 11 2012 003 344 T5 ,
JP 2000-154091 A und
JP 2000-313693 A bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Technisches Problem
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit denen ein Einkristallblock mit einem versatzfreien Halsabschnitt mit großem Durchmesser in einfacher Weise hergestellt werden kann.
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Lösung des Problems
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die Erfindung wird durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche weitergebildet.
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Vorteilhafte Ergebnisse der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Eintauchen eines Impfkristalls in eine Schmelze in einem Zustand, in dem der Impfkristall von einer Halsabdeckung umgeben ist, die in eine Öffnung eines Hitzeschildelements eingeführt wird, und der Impfkristall folglich warm gehalten wird, ein Einkristallblock gezüchtet werden, der aus einem versatzfreien Halsabschnitt mit einem großen Durchmesser von 5,5 mm oder mehr und einen Durchmesserabschnitt mit einem großen Durchmesser von 300 mm oder mehr besteht. Außerdem ist es Dank der Verwendung der Halsabdeckung, die aus mehreren Schichten besteht, möglich, sicherzustellen, dass der Impfkristall während des Ausbildens des Halsabschnitts zuverlässiger warm gehalten wird, was zum Wachstum eines versatzfreien Halsabschnitts mit einem vergrößerten Durchmesser eines Einkristallblocks führt.
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Der untere Abschnitt der Halsabdeckung und das Hitzeschildelement bilden ein Hitzeschildelement, wenn der Vorsprung des zweiten Abschnitts von dem Anschlag erfasst wird.
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Die Vorrichtung kann ferner eine Steuerung haben, um das Wachstum eines Halsabschnitts eines Einkristallblocks zu steuern, indem die Impfkristalleinheit während der Ausbildung des Hitzeschildelements in die Schmelze getaucht wird.
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Der obere Abschnitt und der seitliche Abschnitt der Halsabdeckung können aus einem Metall oder Metalloxid ausgebildet sein.
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Die Halsabdeckung kann umfassen: wenigstens eine Innenwandschicht; und wenigstens eine Außenwandschicht, die auf der wenigstens einen Innenwandschicht angeordnet ist, um die Übertragung von Wärme, die aus dem Inneren von der Halsabdeckung emittiert wird, zu verhindern.
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Eine Porenzahl der wenigstens einen Außenwandschicht kann größer als eine Porenzahl der wenigstens einen Innenwandschicht sein.
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Die wenigstens eine Außenwandschicht kann Blasen enthalten, und die wenigstens eine Innenwandschicht kann keine Blasen enthalten.
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Jede der wenigstens einen Innenwand und der wenigstens einen Außenwand kann aus SiO2 ausgebildet sein.
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Ein Herstellungsverfahren für einen Einkristallblock, das mit einer Herstellungsvorrichtung für einen Einkristallblock, die gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 ausgestaltet ist, durchgeführt wird, umfasst: Herstellen der Schmelze; gemeinsames Senken der Impfkristalleinheit und der Halsabdeckung innerhalb des vorgegebenen Bereichs; Züchten eines Halsabschnitts eines Einkristallblocks durch weiteres Senken der Impfkristalleinheit in einem Zustand, in dem die abgesenkte Halsabdeckung ortsfest gehalten wird, um die Impfkristalleinheit in die Schmelze zu tauchen und die Impfkristalleinheit danach hoch zu ziehen; und gemeinsames Hochziehen der Impfkristalleinheit und des Halsabschnitts nach dem Züchten des Halsabschnitts.
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Ein Einkristallblock, der mit einer Herstellungsvorrichtung für einen Einkristallblock hergestellt wird, die nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gestaltet ist, umfasst: einen Halsabschnitt, der gezüchtet wird, während die Impfkristalleinheit, die von der Halsabdeckung umgeben ist, in die Schmelze eingetaucht wird, wobei der Halsabschnitt frei von Versatz ist und einen Durchmesser von 5,5 mm oder mehr hat.
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Der Block kann ferner einen Schulterabschnitt umfassen, der unter dem Halsabschnitt gezüchtet wurde; und einen Durchmesserabschnitt, der unter der Schulter gezüchtet wurde, und einen Durchmesser von 300 mm oder mehr hat.
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Eine Herstellungsvorrichtung für einen Einkristallblock kann umfassen: einen Schmelztiegel, in dem eine Schmelze aufgenommen wird; eine Heizung, die aufgebaut ist, um den Schmelztiegel zu heizen; ein Hitzeschildelement, das aufgebaut ist, um Strahlungswärme von der Heizung und der Schmelze abzuschirmen; und eine Halsabdeckung, die aufgebaut ist, um eine Impfkristalleinheit beim Einführen in eine Öffnung des Hitzeschildelements oberhalb des Schmelztiegels zu umgeben, wobei die Strahlungswärme in der Öffnung nicht abgeschirmt wird, wobei die Halsabdeckung umfasst: wenigstens eine Innenwandschicht; und wenigstens eine Außenwandschicht, die auf der wenigstens einen Innenwandschicht angeordnet ist, um die Übertragung von Wärme, die aus dem Inneren der Halsabdeckung emittiert wird, zu verhindern.
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Vorteilhafte Ergebnisse der Erfindung
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Es ist aus der vorstehenden Beschreibung offensichtlich, dass in einem Einkristallblock und einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Herstellung des Einkristallblocks gemäß den Ausführungsformen durch Eintauchen eines Impfkristalls in eine Schmelze in einem Zustand, in dem der Impfkristall von einer Halsabdeckung umgeben ist, die in eine Öffnung eines Hitzeschildelements eingeführt wird, und der Impfkristall folglich warm gehalten wird, ein Einkristallblock gezüchtet werden kann, der aus einem versatzfreien Halsabschnitt mit einem großen Durchmesser von 5,5 mm oder mehr und einen Durchmesserabschnitt mit einem großen Durchmesser von 300 mm oder mehr besteht. Außerdem ist es Dank der Verwendung der Halsabdeckung, die aus mehreren Schichten besteht, möglich, sicherzustellen, dass der Impfkristall während des Ausbildens des Halsabschnitts zuverlässiger warm gehalten wird, was zum Wachstum eines versatzfreien Halsabschnitts mit einem vergrößerten Durchmesser eines Einkristallblocks führt.
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Figurenliste
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Anordnungen und Ausführungsformen können unter Bezug auf die folgenden Vorteile, in denen gleiche Bezugszahlen sich auf gleiche Elemente beziehen, im Detail beschrieben werden, wobei:
- 1 eine Ansicht ist, die eine herkömmliche Herstellungsvorrichtung für einen Einkristallblock darstellt;
- 2 eine Ansicht ist, die eine Herstellungsvorrichtung für einen Einkristallblock gemäß einer Ausführungsform darstellt;
- 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Halsabdeckung und eine Führungseinheit von 2 gemäß der Ausführungsform darstellt;
- 4(a) eine Draufsicht ist, die einen oberen Abschnitt darstellt, der in 3 dargestellt ist, und 4(b) eine vergrößerte Schnittansicht ist, die den Abschnitt ,A‘ von 3 darstellt;
- 5 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zur Ausbildung eines versatzfreien Einkristall-Halsabschnitts gemäß einer Ausführungsform erklärt;
- 6a bis 6h Ansichten der in 2 dargestellten Herstellungsvorrichtung für den Einkristallblock sind, die die Bewegung der Halsabdeckung über die Implementierung des Verfahrens von 5 darstellen;
- 7 eine Schnittansicht eines Einkristallblocks gemäß einer Ausführungsform ist;
- 8 eine Ansicht ist, die eine Herstellungsvorrichtung für einen Einkristallblock gemäß einer Ausführungsform darstellt;
- 9a bis 9c Schnittansichten von Halsabdeckungen gemäß verschiedener Ausführungsformen sind; und
- 10 eine Schnittansicht einer einschichtigen Halsabdeckung ist.
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Beste Art, die Erfindung auszuführen
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Hier nachstehend werden unter Bezug auf begleitenden Zeichnungen Ausführungsformen auf die beste Weise im Detail beschrieben, um das Verständnis der Ausführungsformen zu verbessern. Jedoch sind verschiedene Modifikationen an den Ausführungsformen möglich, und der technische Geist der Ausführungsformen ist nicht als auf die Ausführungsformen beschränkt auszulegen. Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden bereitgestellt, um die Offenbarung Fachleuten der Technik zu erklären.
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2 ist eine Ansicht, die eine Herstellungsvorrichtung 100A für einen Einkristallblock gemäß einer Ausführungsform darstellt.
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Bezug nehmend auf 2 umfasst die Herstellungsvorrichtung 100A für einen Einkristallblock einen Schmelztiegel 110, eine drehbare Haltewelle 132, eine Heizung 134, einen Isolator 136, eine Reaktionskammer 138, ein Hitzeschildelement 140, eine Halsabdeckung 150A, eine Führungseinheit 160, eine Impfkristalleinheit 170, einen Draht 180, eine Zugantriebseinheit 182 und eine Steuerung 184.
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Die Herstellungsvorrichtung 100A für einen Einkristallblock gemäß der Ausführungsform wird verwendet, um durch einen Czochralski-Prozess einen Einkristallblock zu züchten.
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Die Reaktionskammer 138 dient dazu, den Schmelztiegel 110, die drehbare Haltewelle 132, die Heizung 134, den Isolator 136, das Hitzeschildelement 140, die Halsabdeckung 150A, die Führungseinheit 160, die Impfkristalleinheit 170 und den Draht 180 aufzunehmen.
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Der Schmelztiegel 110 dient dazu, eine Schmelze für das Züchten eines Einkristallblocks aufzunehmen. Der Schmelztiegel 110, in dem eine Siliziumschmelze 130 aufgenommen ist, kann einen dualen Aufbau haben, der aus einer Quarzinnenwand 112 und einer Graphit- oder Kohlenstoffaußenwand 114 besteht. Die Heizung 134 dient dazu, den Schmelztiegel 110 unter der Steuerung der Steuerung 184 zu heizen.
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Die Impfkristalleinheit 170 kann aus einem Impfkristallgewicht 172, einer Impfkristallspannvorrichtung 174 und einem Impfkristall 176 bestehen, aber die Ausführungsform ist nicht darauf beschränkt. Natürlich sind für Fachleute der Technik vielfältige Modifikationen und Anwendungen möglich.
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Wenn der Impfkristall 176 in Kontakt mit der Siliziumschmelze 130 gebracht wird, erfahrt der Impfkristall 176 z.B. aufgrund von Schwingungen, die erzeugt werden, wenn der Impfkristall 176 von der Zugantriebseinheit 182 gedreht wird, eine Erschütterung. Diese Erschütterung bewirkt, dass Drehmittelachsen der Zugantriebseinheit 182 und des Impfkristalls 176 voneinander abweichen. Um dieses Problem zu verhindern, wird das Impfkristallgewicht 172 an einem distalen Ende des Drahts 180 befestigt und damit verbunden und dient dazu, Gewicht zu dem Draht 180 hinzuzufügen. Die Impfkristallspannvorrichtung 174 wird derart mit der Unterseite des Impfkristallgewichts 172 gekoppelt, dass der Impfkristall 176 teilweise in die Impfkristallspannvorrichtung 174 eingesetzt und damit gekoppelt wird. Der Impfkristall 176 wird an einem seiner Enden lösbar mit der Impfkristallspannvorrichtung 174 gekoppelt und ein unteres Ende des Impfkristalls 176 wird in die Siliziumschmelze 130 getaucht wird.
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Das Hitzeschildelement 140 dient dazu, die Übertragung von Strahlungswärme von der Heizung 134 und der Siliziumschmelze 130 auf einen Einkristallblock abzuschirmen. Das heißt, das Hitzeschildelement 140 schirmt einen Wärmeübertragungsweg zu dem Einkristallblock ab, wodurch verhindert wird, dass der Einkristallblock von Strahlungswärme geheizt wird. Auf diese Weise hat das Hitzeschildelement 140 eine große Wirkung auf das Kühlen des Einkristallblocks. Überdies dient das Hitzeschildelement 140 dazu, eine Temperaturänderung der Schmelze 130 zu beschränken. Zu diesem Zweck kann das Hitzeschildelement 140 zwischen dem Einkristallblock und dem Schmelztiegel 110 angeordnet werden, um den Einkristallblock zu umgeben. Außerdem ist das Hitzeschildelement 140 mit einer Öffnung 144 versehen, die einem Innendurchmesser des Hitzeschildelements 140 entspricht, die einer Oberfläche der Schmelze 130 zugewandt ist. Die Öffnung 144 entspricht dem Bereich, in dem Strahlungswärme der Schmelze 130 nach oben übertragen wird, ohne abgeschirmt zu werden.
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Der Isolator 136 dient dazu, die Übertragung von Wärme von der Heizung 134 nach außerhalb der Reaktionskammer 138 zu verhindern. Zum Beispiel kann der Isolator 136 aus Filz ausgebildet sein.
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Der Draht 180 wird unter der Steuerung der Steuerung 184 von der Zugantriebseinheit 182 freigegeben, bis ein Spitzenende des Impfkristalls 176 in Kontakt etwa mit der Mitte der Oberfläche der Schmelze 130 gebracht wird oder darin eingetaucht wird. Die drehbare Haltewelle 132 des Schmelztiegels 110 wird in eine Richtung gedreht, die durch den Pfeil von einer Haltewellenantriebseinheit (nicht gezeigt) bestimmt wird. Gleichzeitig dreht die Zugantriebseinheit 182 den Impfkristall 176 in eine Richtung, die durch den Pfeil bestimmt wird, und wird von dem Draht 180 gezogen, was das Wachstum eines Einkristallblocks ermöglicht. In diesem Fall kann der Einkristallblock in der Form eines zylindrischen Kegels abgeschlossen werden, indem eine Zuggeschwindigkeit V und Temperaturgradienten G und ΔG des Einkristallblocks eingestellt werden.
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3 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die die Halsabdeckung 150A und die Führungseinheit 160 von 2 gemäß der Ausführungsform darstellt.
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Gemäß der Ausführungsform umgibt die Halsabdeckung 150A die Impfkristalleinheit 170 oberhalb des Schmelztiegels 110 und wird gekoppelt mit der vertikalen Bewegung der Impfkristalleinheit 170 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs vertikal bewegt. Die Führungseinheit 160 dient dazu, einen vertikalen Bewegungsweg der Halsabdeckung 150A innerhalb des vorgegebenen Bereichs zu führen.
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Bezug nehmend auf 2 und 3 umfasst die Führungseinheit 160 einen Körper 162 und einen Anschlag 164. Beide Enden 160A und 160B des Körpers 162 definieren einen vorgegebenen Bereich L. Der Anschlag 164 steht von einem Ende 160B zwischen beiden Enden 160A und 160B, die den vorgegebenen Bereich L definieren, das näher an dem Schmelztiegel 110 angeordnet ist, einwärts vor. Das heißt, der Anschlag 164 dient dazu, einen vertikalen Bewegungsweg der Halsabdeckung 150A zu begrenzen. Obwohl die Führungseinheit 160, wie in 2 dargestellt, mit der Reaktionskammer 138 integriert werden kann, ist die Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Das heißt, die Führungseinheit 160 kann getrennt von der Reaktionskammer 138 ausgebildet werden und kann in verschiedenen Strukturen verwendet werden, um einen vertikalen Bewegungsweg der Halsabdeckung 150A zu führen.
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Die Halsabdeckung 150A besteht aus einem oberen Abschnitt 152, einem seitlichen Abschnitt 154 und einem unteren Abschnitt 156. Der obere Abschnitt 152 kann in erste und zweite Bereiche 152A und 152B unterteilt werden. Der erste Bereich 152A wird von der Impfkristalleinheit 170 gehalten und hat ein Durchgangsloch 158, durch das der mit der Impfkristalleinheit 170 verbundene Draht 180 geht. Um sicherzustellen, dass der erste Bereich 152A von der Impfkristalleinheit 170 gehalten wird, ist eine Breite W des Durchgangslochs 158 kleiner als eine Breite W2 eines oberen Endes des Impfkristallgewichts 172. Der zweite Bereich 152B kann ein Vorsprung sein, der sich von einem Rand des oberen Abschnitts 152 nach außen erstreckt, um von dem Anschlag 164 erfasst zu werden, wenn die Halsabdeckung 150A gesenkt wird.
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Da, wie vorstehend beschrieben, der zweite Bereich 152B, der von dem oberen Abschnitt 152 vorsteht, von dem Anschlag 164 erfasst wird, der von der Führungseinheit 160 vorsteht, ist es möglich, zu verhindern, dass die Halsabdeckung 150A über den vorgegebenen Bereich L hinaus gesenkt wird. Jedoch sind der Anschlag 164 und der zweite Bereich 152B nicht auf die vorstehend beschriebenen in 2 und 3 dargestellten Vorsprungformen beschränkt und können in vielfältigen Formen ausgeführt werden, um das übermäßige Senken der Halsabdeckung 150A zu verhindern.
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Der seitliche Abschnitt 154 erstreckt sich von einem Ende des ersten Bereichs 152A des oberen Abschnitts 152. Der untere Abschnitt 156 steht von dem seitlichen Abschnitt 154 vor, so dass er die Impfkristalleinheit 170 umgibt. Der untere Abschnitt 156 definiert eine Öffnung 156A für den Eintritt/Austritt der Impfkristalleinheit 170. In diesem Fall kann eine Dicke des unteren Abschnitts 156 von dem seitlichen Abschnitt 154 einwärts verringert sein. Die Halsabdeckung 150A kann in die Öffnung 144 eingeführt werden, die durch das Hitzeschildelement 140 definiert ist. Zu diesem Zweck kann eine Breite des unteren Abschnitts 156 kleiner oder gleich einer Breite der Öffnung 144 sein.
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4(a) ist eine Draufsicht, die den in 3 dargestellten oberen Abschnitt 152 darstellt, und 4(b) ist eine vergrößerte Schnittansicht, die den Abschnitt ,A‘ von 3 darstellt.
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Bezug nehmend auf 3, 4(a) und 4(b) hat der erste Bereich 152A des obersten Abschnitts 152 das Drahtloch 158 für das Durchdringen des Drahts 160. Daneben umfasst der obere Abschnitt 152 eine Halteplatte 152-1, ein Lager 152-2 und eine Hülse 152-4.
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Das Lager 152-2 ist um die Hülse 152-4 herum angeordnet und besteht aus einer Lagerkugel 152-2A, einem inneren Laufring 152-2B und einem äußeren Laufring 152-2C.
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Die Hülse 152-4 definiert das Drahtloch 158 und ist von dem Draht 180 getrennt. Dadurch ist die Hülse 152-4 frei von Drehung, auch wenn der Draht 180 gedreht wird, bevor das Impfkristallgewicht 172 in die Hülse 152-4 eingeführt wird.
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Nachdem das Impfkristallgewicht 172, wie in 4(b) dargestellt, in die Hülse 152-4 eingeführt wird, wird die Hülse 152-4 zusammen mit dem inneren Laufring 152-2B des Lagers 152-2 gedreht, während sie mit dem Impfkristallgewicht 172 integriert wird, wodurch sie gleichzeitig mit dem Impfkristallgewicht 172 vertikal nach oben bewegt wird. Das heißt, die Halsabdeckung 150A kann zusammen mit der Impfkristalleinheit 170 vertikal nach oben bewegt werden.
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Um den vorstehend beschriebenen Arbeitsgang zu realisieren, kann die Hülse 152-4 aus einem ersten Segment 152-4A und einem zweiten Segment 152-4B bestehen. Das erste Segment 152-4A ist ein Teil, in den ein oberer Abschnitt des Impfkristallgewichts 172 eingeführt wird, und das zweite Segment 152-4B ist ein Teil, der oberhalb des ersten Segments 152-4A angeordnet ist, wobei er von dem ersten Segment 152-4A vergrößert und mit ihm integriert ist und das Drahtloch 158 definiert.
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In diesem Fall ist eine Innenwand 153 des ersten Segments 152-4A nach oben konisch zulaufend, um den oberen Abschnitt des Impfkristallgewichts 172 beim Eintritt zu unterstützen, und liegt auf der Hülse 152-4 auf. Das heißt, die konisch zulaufende Innenwand 153 des ersten Segments 152-A dient dazu, die Schwingung zu beschränken, wenn ein oberes Ende des Impfkristallgewichts 172 mit der Hülse 152-4 des oberen Abschnitts 152 gekoppelt wird, um die genaue Positionierung, d.h. genaue Kopplung, zu ermöglichen.
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Der obere Abschnitt 152 kann, wie in 4(b) dargestellt, ferner eine Lagerabdeckung 152-3 umfassen. Die Lagerabdeckung 152-3 kann quer über die Oberseite der Halteplatte 152-1 und die Oberseite des Lagers 152-2 angeordnet sein.
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Im Allgemeinen ist eine Sauerstoffkonzentration eine der Hauptqualitätsoptionen eines Silizium-Einkristall-Wafers, und vielfältige Faktoren, wie etwa die Drehung des Schmelztiegels 110, der Druck im Inneren der Kammer 138, etc. können eingestellt werden, um die Sauerstoffkonzentration während der Züchtung von Silizium-Einkristallen zu steuern. Um insbesondere die Sauerstoffkonzentration zu steuern, wird in der Herstellungsvorrichtung 100A für einen Einkristallblock ein Trägergas, wie etwa Argongas, von der Oberseite der Kammer 138 in sie eingespritzt und wird von der Unterseite der Kammer 138 abgegeben. In diesem Fall kann die Halteplatte 152-1, wie in 4(a) dargestellt, mehrere Gaslöcher 157-1 bis 157-4 haben, um die Strömung des Trägergases zuzulassen.
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Wenn der Vorsprung in dem zweiten Bereich 152B des oberen Abschnitts 152 der Halsabdeckung 150A mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau von dem Anschlag 164 eingefangen wird, können der untere Abschnitt 156 der Halsabdeckung 150A und das Hitzeschildelement 140 ein Hitzeschildelement 142 definieren.
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Um die vorstehend beschriebene Rolle zu realisieren, können der obere Abschnitt 152 und der seitliche Abschnitt 154 der Halsabdeckung 150A aus einem Metall, das bei einer hohen Temperatur stabil ist, wie etwa nichtrostendem Stahl, ausgebildet sein oder können aus einem Metalloxid ausgebildet sein. Außerdem kann der untere Abschnitt 156 der Halsabdeckung 150A aus einem Material mit einem hohen Wärmereflexionsvermögen, hoher Temperaturstabilität und hoher Reinheit ausgebildet werden. Der untere Abschnitt 156 kann aus Graphit, der mit pyrolytischem Graphit beschichtet ist (PGCG), oder aus Graphit, der mit pyrolytischem Bornitrid beschichtet ist, ausgebildet sein.
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5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Ausbildung eines versatzfreien Silizium-Einkristall-Halsabschnitts mit einem großen Durchmesser gemäß einer Ausführungsform erklärt.
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Das Verfahren zur Ausbildung eines versatzfreien Silizium-Einkristall-Halsabschnitts mit einem großen Durchmesser, wie in 5 dargestellt, kann mit der Herstellungsvorrichtung 100A für einen Einkristallblock, wie in 2 dargestellt, durchgeführt werden.
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6a bis 6h sind Ansichten der in 2 dargestellten Herstellungsvorrichtung 100A für einen Einkristallblock, die die Bewegung der Halsabdeckung 150A basierend auf der Implementierung des Verfahrens von 5 darstellen.
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Wie in 6a dargestellt, wird ein hochreines multikristallines Siliziummaterial 130A in den Schmelztiegel 110 geschüttet und der Schmelztiegel 110 wird von der Heizung 134 auf eine Temperatur größer oder gleich einer Schmelztemperatur geheizt. Dadurch wird das multikristalline Material 130A, wie in 6b dargestellt, in eine Siliziumschmelze 130 verwandelt (Arbeitsgang 202).
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Nach dem Arbeitsgang 202 werden, wie in 6c dargestellt, sowohl die Impfkristalleinheit 170 als auch die Halsabdeckung 150A um einen vorgegebenen Bereich L gesenkt, so dass die Halsabdeckung 150A auf eine Position für einen folgenden Verengungsarbeitsgang (Arbeitsgang 204) festgelegt wird. Wie in 6a und 6b dargestellt, wird eine untere Oberfläche des oberen Abschnitts 152 der Halsabdeckung 150A von der Impfkristalleinheit 170 gehalten und befestigt, bevor die Impfkristalleinheit 170 gesenkt wird. Jedoch werden die Halsabdeckung 150A und die Impfkristalleinheit 170, wie in 6c dargestellt, während des Senkens der Impfkristalleinheit 170 miteinander zusammenwirkend um den vorgegebenen Bereich L gesenkt.
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Nach dem Arbeitsgang 204 senkt die Zugantriebseinheit 182 in einem Zustand, in dem das Hitzeschildelement 142, wie in 2 dargestellt, erzeugt wird, die Impfkristalleinheit 170 unter Verwendung des Drahts 180, wie in 6d dargestellt, unter der Steuerung der Steuerung 184 immer weiter, um die Impfkristalleinheit 170 in die Schmelze 130 einzutauchen. Danach zieht die Zugantriebseinheit 182 die Impfkristalleinheit 170, wie in 6e dargestellt, hoch, um einen Halsabschnitt zu züchten (Arbeitsgang 206). Während der Implementierung des Arbeitsgangs 206 wird die Halsabdeckung 150A von dem Anschlag 164 ortsfest gehalten. Während des Wachstums des Halsabschnitts kann die Steuerung 184 das Heizen durch die Heizung 134 derart steuern, dass eine Temperatur zwischen dem unteren Abschnitt 156 der Halsabdeckung 150A und der Schmelze 130 1000°C oder mehr, insbesondere 1200°C oder mehr, ist. Außerdem kann die Steuerung 184 während des Wachstums des Halsabschnitts das Heizen durch die Heizung 134 in einer derartigen Weise steuern, dass thermische Spannungen aufgrund der Temperaturverteilung zwischen dem unteren Abschnitt 156 der Halsabdeckung 150A und der Schmelze 130 2 MPa oder weniger, insbesondere 1,5 MPa oder weniger, sind. Außerdem kann die Impfkristalleinheit 170 während des Wachstums des Halsabschnitts, wie in 6e dargestellt, mit einer Geschwindigkeit von 4,0 mm/Min oder weniger, insbesondere 2,0 mm/Min oder weniger, hoch gezogen werden.
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Nach dem Wachstum des Halsabschnitts in dem Arbeitsgang 206, steuert die Steuerung 184 das die Zugantriebseinheit 182, wie in 6f bis 6h dargestellt, derart, dass die Impfkristalleinheit 170 und die Halsabdeckung 150A unter Verwendung des Drahts 180 gemeinsam hoch gezogen werden, was das Wachstum eines Schulterabschnitts eines Einkristallblocks ermöglicht (Arbeitsgang 208).
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Das heißt, nach dem Wachstum des Halsabschnitts, wie in 6e dargestellt, wird, wie in 6f dargestellt, das Wachstum des Schulterabschnitts eingeleitet. In diesem Fall wird die obere Oberfläche des Impfkristallgewichts 172 mit einer unteren Oberfläche des oberen Abschnitts 152 in Kontakt gebracht.
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Während die Impfkristalleinheit 170 hoch gezogen wird, um den Schulterabschnitt kontinuierlich zu züchten, wird danach, wie in 6g dargestellt, die Halsabdeckung 150A gleichzeitig hoch gezogen. Hier kann eine Zuggeschwindigkeit sowohl der Impfkristalleinheit 170 als auch der Halsabdeckung 150A innerhalb eines Bereichs von 0,3 mm/Min bis 1,0 mm/Min sein. Um außerdem nach dem Züchten des Halsabschnitts, wie in 6f gezeigt, Feinschwingungen zu beschränken, die auftreten können, wenn sowohl die Impfkristalleinheit 170 als auch die Halsabdeckung 150A gleichzeitig hochgezogen werden, steuert die Steuerung 184 einen (nicht gezeigten) Magnetfeldgenerator, um ein horizontales Magnetfeld von 1000 G oder mehr, insbesondere 2000 G bis 5000 G, auf den Schmelztiegel 110 anzuwenden.
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Danach wird, wie in 6h dargestellt, während ein Durchmesserabschnitt wächst, die Halsabdeckung 150A, wie in 6a und 6b dargestellt, durch die Impfkristalleinheit 170 in ihre ursprüngliche Position angehoben.
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7 ist eine Schnittansicht eines Einkristallblocks gemäß einer Ausführungsform.
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Wie vorstehend beschrieben, kann durch Durchführung des in 5 dargestellten Herstellungsverfahrens für einen Einkristallblock unter Verwendung der in 2 dargestellten Herstellungsvorrichtung 100A für einen Einkristallblock ein Einkristallblock 120, wie in 2 dargestellt, gezüchtet werden.
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Bezug nehmend auf 7 kann der Einkristallblock 120 einen Halsabschnitt 122, einen Schulterabschnitt 124 und einen Durchmesserabschnitt (oder Körperabschnitt oder einen geraden Körper) 126 umfassen. Der Halsabschnitt 122 kann unter dem Impfkristall 176 gezüchtet werden, der Schulterabschnitt 124 kann unter dem Halsabschnitt 122 gezüchtet werden, und der Durchmesserabschnitt 126 kann unter dem Schulterabschnitt 124 gezüchtet werden.
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Bezug nehmend auf 1 tritt gemäß der verwandten Technik aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall 30 und der Schmelze 20 ein Temperaturschock auf, während der Impfkristall 30 in die Schmelze 20 eingetaucht wird, was einen Rutschversatz an dem Impfkristall 30 bewirken kann.
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Da gemäß der Ausführungsform andererseits der Impfkristall 176, der von der Halsabdeckung 150A umgeben ist, die in die Öffnung 144 des Hitzeschutzschildelements 140 eingeführt ist, warm gehalten wird, wird der Impfkristall 176 in die Schmelze 130 eingetaucht, um das Wachstum des Halsabschnitts 122 zu ermöglichen. Folglich wird die Temperatur des Impfkristalls 176 erhöht, was eine beträchtliche Verringerung des Temperaturschocks erreichen kann, wenn das Spitzenende des Impfkristalls 176 in Kontakt mit einer Oberfläche der Schmelze 130 kommt, wodurch das Auftreten eines Rutschversatzes verhindert wird. Auf diese Weise ist der Halsabschnitt 122 des Einkristallblocks 120 gemäß der Ausführungsform versatzfrei und kann einen Durchmesser von 5,5 mm oder mehr haben.
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Selbst wenn der Einkristallblock 120 einen großen Durchmesser und ein hohes Gewicht hat, besteht gemäß der Ausführungsform überdies keine Gefahr der Beschädigung des Halsabschnitts 122 und folglich des Fallens des Einkristallblocks 122, weil der Halsabschnitt 122 einen großen Durchmesser hat. Aus diesem Grund kann der Durchmesserabschnitt 126 in dem Einkristallblock 120 der Ausführungsform einen großen Durchmesser von zum Beispiel 300 mm oder mehr haben.
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8 ist eine Ansicht, die die Herstellungsvorrichtung 100B für einen Einkristallblock gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt.
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Im Unterschied zu der in 2 dargestellten Herstellungsvorrichtung 100A für einen Einkristallblock wird in der Herstellungsvorrichtung 100B für einen Einkristallblock von 8 von der Führungseinheit 160 keine Halsabdeckung 150B geführt. Folglich ist die in 8 dargestellte Führungseinheit 160 nicht mit einem Anschlag 164 versehen.
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Außerdem ist die in 8 dargestellte Halsabdeckung 150B im Unterschied zu der Darstellung von 2 derart aufgebaut, dass sie die Impfkristallspannvorrichtung 174 und den Impfkristall 176 umgibt, ist aber nicht derart aufgebaut, dass sie das Impfkristallgewicht 172 umgibt. Neben diesem Punkt sind die anderen Aufbauten der in 8 gezeigten Herstellungsvorrichtung 100B für einen Einkristallblock gleichwertig denen der in 2 gezeigten Herstellungsvorrichtung 100A für einen Einkristallblock. Gleiche Teile sind durch die gleichen Bezugsnummern bezeichnet und ihre detaillierte Beschreibung wird hier weggelassen.
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Ein Herstellungsverfahren für einen Einkristallblock, das von der Herstellungsvorrichtung 100B für einen Einkristallblock, wie in 8 dargestellt, durchgeführt wird, wird nachstehend unter Bezug auf 5 beschrieben.
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In der in 2 dargestellten Herstellungsvorrichtung 100A für einen Einkristallblock wird die Halsabdeckung 150 ortsfest gehalten, nachdem sie um den vorgegebenen Bereich L bewegt wurde, und nur der Impfkristall 176 wird in die Schmelze 130 getaucht, um das Wachstum des Halsabschnitts 122 zu ermöglichen (Arbeitsgang 206). Im Gegensatz dazu werden in der in 8 dargestellten Herstellungsvorrichtung 100B für einen Einkristallblock die Halsabdeckung 150B und der Impfkristall 176 gleichzeitig in die Schmelze 130 getaucht, um den Halsabschnitt 122 zu züchten (Arbeitsgang 206). Abgesehen davon führt die in 8 dargestellte Herstellungsvorrichtung 100B für einen Einkristallblock das gleiche Herstellungsverfahren für einen Einkristallblock wie das der in 2 dargestellten Herstellungsvorrichtung 100A für einen Einkristallblock durch.
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Das heißt, die Schmelze 130 wird, wie vorstehend beschrieben hergestellt (Arbeitsgang 202). Nach dem Arbeitsgang 202 werden der Impfkristall 176 und die Halsabdeckung 150B miteinander gesenkt (Arbeitsgang 204). Nach dem Arbeitsgang 204 wird der Impfkristall 176 in die Schmelze 130 getaucht, und danach wird der Impfkristall 176 hoch gezogen, um den Halsabschnitt 122 zu züchten (Arbeitsgang 206). Als nächstes werden der Impfkristall 176 und die Halsabdeckung 150B zusammen hochgezogen, um den Absatzabschnitt 124 und den Durchmesserabschnitt 126 nacheinander zu züchten (Arbeitsgang 208).
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9a bis 9c sind Schnittansichten von Halsabdeckungen 310A, 310B und 3 10C gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
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Die jeweiligen Halsabdeckungen 310A, 310B und 310C, die in 9a bis 9c dargestellt sind, entsprechen vergrößerten Schnittansichten des Abschnitts ,B‘ oder ,C‘, die in 2, 3 oder 8 dargestellt sind. Das heißt, die in 2 und 8 dargestellten Halsabdeckungen 150A und 150B können wie in 9a bis 9c dargestellt, modifiziert werden.
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Bezug nehmend auf Fig. 9a bis 9c können die Halsabdeckungen 310A, 310b und 310C wenigstens eine Innenwandschicht 312 und wenigstens eine Außenwandschicht 314 umfassen. Wenngleich in 9a bis 9c nur eine Innenwandschicht 312 und nur eine Außenwandschicht 314 dargestellt sind, sind die Ausführungsformen nicht darauf beschränkt, und natürlich können mehrere Innenwandschichten 312 und Außenwandschichten 314 bereitgestellt werden.
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Die wenigstens eine Innenwandschicht 312 kann die in 2 dargestellte Impfristalleinheit 170 umgeben oder kann die in 8 dargestellte Impfkristallspanneinheit 174 und die Impfkristalleinheit 176 umgeben. Die wenigstens eine Außenwandschicht 314 ist um die wenigstens eine Innenwandschicht 312 herum angeordnet und dient dazu, zu verhindern, dass Wärme, die von dem Inneren der Halsabdeckung 310A; 310B; 310C emittiert wird, nach außerhalb der Halsabdeckung 310A; 310B; 310 übertragen wird.
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Eine in 9a bis 9c dargestellte Porenzahl der Außenwandschicht 314 kann größer als eine Porenzahl der Innenwandschicht 312 sein. Außerdem kann die Außenwandschicht 314 Blasen 314a haben, während die Innenwandschicht 312 keine Blasen 314a haben kann. Jede der Innenwandschicht 312 und der Außenwandschicht 314 kann aus SiO2 ausgebildet sein.
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10 ist eine Schnittansicht einer Einschicht-Halsabdeckung 300.
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Wenn die in 2 oder 8 dargestellte Halsabdeckung 150A; 150B, wie in 10 dargestellt, durch eine einzelne Schicht 300 aufgebaut ist, wird aus dem Inneren der Halsabdeckung 150A; 150B emittierte Wärme 320, wie durch eine gepunktete Linie 322 bezeichnet, nach außen abgeführt, wobei sie durch die einzelne Schicht 300 geht, was Wärmeverluste verursachen kann.
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Wenn die in 2 oder 8 dargestellte Halsabdeckung 150A; 150B andererseits, wie in 9a bis 9c dargestellt, aus mehreren Schichten, d.h. der Außenwandschicht 314 und der Innenwandschicht 312 aufgebaut ist, kann die aus dem Inneren der Halsabdeckung 310A; 310B; 310C emittierte Wärme 320 eher reflektiert werden als die Außenwandschicht 317 zu durchdringen, was Wärmeverluste verhindern kann.
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Wenn ein Schmelzspalt, der einen Abstand zwischen dem Hitzeschildelement 140 und der Schmelze 130 entspricht, zunimmt, nimmt im Allgemeinen die Menge an Strahlungswärme, die auf den Impfkristall 176 und den Halsabschnitt 122 übertragen wird, zu. Um folglich sicher zu stellen, dass die Halsabdeckung 150A; 150B die Strahlungswärme aufnimmt, kann die Halsabdeckung 310B; 310C, wie in 9b und 9c dargestellt, ferner eine Überzugsschicht 316A; 316B umfassen. Wenngleich 9b und 9c nur eine Überzugsschicht 316A; 316B darstellen, sind die Ausführungsformen nicht darauf beschränkt, und natürlich können mehrere Überzugsschichten 316A und 316B um die Außenwandschicht 314 herum angeordnet werden.
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Die Überzugsschicht 316A; 316B kann über die Außenwandschicht 314 beschichtet werden. In diesem Fall kann die Überzugsschicht 316B, wie in 9c dargestellt, eine Außenoberfläche mit einer Rauheit 318 haben, um eine größere Menge an Strahlungswärme aufzunehmen. Die Überzugsschicht 316A; 316B kann aus einer Farbe ausgebildet sein, die bei einer hohen Temperatur Wärmebeständigkeit zeigt und weniger empfindlich für Verunreinigung ist. Zum Beispiel kann die Überzugsschicht 316A; 316B SiC enthalten.
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Wenn, wie vorstehend beschrieben, die in 2 oder 8 dargestellte Halsabdeckung 150A; 150B, wie in 9a bis 9c dargestellt, modifiziert ist, kann eine Grenzfläche zwischen dem Impfkristall 176 und der Schmelze 130 und dem Impfkristall 176 während eines Verengungsarbeitsgangs für die Züchtung des Halsabschnitts 122 immer wärmer gehalten werden, wodurch der Temperaturschock so weit gemildert wird, und folglich der versatzfreie Halsabschnitt 122 und das Wachstum eines entsprechenden größeren Durchmessers des Halsabschnitts 122 zuverlässiger sichergestellt werden.
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Wenngleich Ausführungsformen unter Bezug auf eine Anzahl ihrer veranschaulichenden Ausführungsformen beschrieben wurden, sollte sich verstehen, dass von Fachleuten der Technik zahlreiche andere Modifikationen und Ausführungsformen konstruiert werden können, die in den Geist und Schutzbereich der Prinzipien dieser Offenbarung fallen. Insbesondere sind verschiedene Variationen und Modifikationen in den Komponententeilen und/oder Anordnungen der gegenständlichen Kombinationsanordnung innerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung, der Zeichnungen und der beigefügten Ansprüche möglich. Neben Variationen und Modifikationen in den Komponententeilen und/oder Anordnungen werden für Fachleute der Technik auch alternative Verwendungen offensichtlich.
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Art und Weise für die Erfindung
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Wie vorstehend beschrieben, wurde eine verwandte Beschreibung in der vorstehenden „Besten Art“ für die Implementierung der Ausführungsformen hinreichend diskutiert.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Wie vorstehend beschrieben, können die Ausführungsformen ganz oder teilweise auf die Herstellung eines Einkristallblocks angewendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100A
- Herstellungsvorrichtung
- 110
- Schmelztiegel
- 112
- Quarzinnenwand
- 114
- Graphit- oder Kohlenstoffaußenwand
- 120
- Einkristallblock
- 122
- Halsabschnitts des Einkristallblocks
- 124
- Schulterabschnitt
- 126
- Durchmesserabschnitt
- 130
- Schmelze
- 134
- Heizung
- 132
- drehbare Haltewelle
- 136
- Isolator
- 138
- Reaktionskammer
- 140, 142
- Hitzeschildelement
- 144
- Öffnung des Hitzeschildelements
- 150A
- Halsabdeckung
- 152
- oberer Abschnitt der Halsabdeckung
- 152-1
- Halteplatte
- 152-2
- Lager
- 152-4
- Hülse
- 152-2A
- Lagerkugel
- 152-2B
- innerer Laufring
- 152-2C
- äußerer Laufring
- 152-4A
- erstes Segment der Hülse
- 152-4B
- zweites Segment der Hülse
- 154
- seitlichen Abschnitt der Halsabdeckung
- 156
- unterer Abschnitt der Halsabdeckung
- 156A
- Öffnung für den Eintritt/Austritt der Impfkristalleinheit
- 157-1, 157-4
- Gaslöcher
- 158
- Durchgangsloch
- 160
- Führungseinheit
- 160A, 160B
- Enden der Führungseinheit
- 162
- Körper der Führungseinheit
- 164
- Anschlag der Führungseinheit
- 170
- Impfkristalleinheit
- 172
- Impfkristallgewicht
- 174
- Impfkristallspannvorrichtung
- 176b
- Impfkristall
- 180
- Draht
- 182
- Zugantriebseinheit
- 184
- Steuerung
- 310A, 310B und 310C
- Halsabdeckungen
- 312
- Innenwandschicht der Halsabdeckungen
- 314
- Außenwandschicht der Halsabdeckungen
- 314a
- Blasen
- 316A, 316B
- Überzugsschicht
- 318
- Außenoberfläche mit einer Rauheit
- 320
- emittierte Wärme
- L
- Bewegungsbereich der Impfkristalleinheit
