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Technisches Gebiet
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Ausführungsformen betreffen eine Silizium-Einkristall-Zuchtvorrichtung zum Einstellen eines Kristalldefektbereichs in einem Einkristall-Blockkörperabschnitt, der gezüchtet wird, und ein Silizium-Einkristall-Zuchtverfahren, das diese verwendet.
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Hintergrundtechnik
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Im Allgemeinen wurden häufig ein Zonenschmelz-(FZ-)Verfahren oder ein Czochralski-(CZ-)Verfahren als ein Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls verwendet. Die Zucht eines Silizium-Einkristallblocks durch ein FZ-Verfahren hat mehrere Probleme, wie etwa die Schwierigkeit in der Herstellung eines Siliziumwafers mit großem Durchmesser und beträchtlich hohe Prozesskosten. Daher herrscht die Zucht eines Silizium-Einkristallblocks unter Verwendung des CZ-Verfahrens vor.
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Mit dem CZ-Verfahren wird, nachdem polykristallines Silizium in einen Quarzschmelztiegel gestapelt und durch Heizen eines Graphitheizelement geheizt wurde, ein Kristallkeim in die sich ergebende Siliziumschmelze getaucht, um eine Kristallisation an der Grenzfläche der Siliziumschmelze zu bewirken, und wird dann gezogen, während er gedreht wird, wodurch die Zucht eines Silizium-Einkristallblocks abgeschlossen wird.
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Der durch das vorstehend beschriebene Verfahren gezüchtete Silizium-Einkristallblock umfasst einen Halsabschnitt, der mit dem Kristallkeim verbunden ist und in einer dünnen und langen Form ausgebildet ist, einen Absatzabschnitt, der gezüchtet wird, indem der Durchmesser des Einkristallblocks nach einem Einschnürungsprozess allmählich vergrößert wird, einen Körperabschnitt, der in einer Axialrichtung gezüchtet wird, während der vergrößerte Durchmesser aufrecht erhalten wird, und einen Ausläuferabschnitt, der ausgebildet wird, indem der Durchmesser des Einkristallblocks, der gerade gezüchtet wird, allmählich verringert wird und er von der Siliziumschmelze getrennt wird.
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Da in dem Fall einer herkömmlichen Silizium-Einkristallblock-Zuchtvorrichtung und eines Einkristallblock-Zuchtverfahrens, das diese verwendet, die Oberseite des Schmelztiegels offen ist, kann ein Einkristallblock während seines Zuchtprozesses eine ungleichmäßige Verteilung von Wärme zeigen, und außerdem tritt eine Differenz in der Abkühlrate zwischen dem mittleren Abschnitt und dem Umfangsabschnitt des Querschnitts des Silizium-Einkristallblocks auf.
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Aufgrund eines derartigen Temperaturgradienten in der Radialrichtung des Einkristallblocks haben Kristalldefekte, die in dem Mittelbereich und dem Umfangsbereich des Querschnitts des Einkristallblocks ausgebildet werden, an der gleichen Position in der axialen Zugrichtung verschiedene Verteilungen. Daher ist es schwierig, den Einkristallblock unter Vergrößerung eines defektfreien Kristallbereichs zu züchten.
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Offenbarung
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Technisches Problem
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Ausführungsformen sollen eine Silizium-Einkristall-Zuchtvorrichtung und ein Zuchtverfahren bereitstellen, in denen oberhalb des Schmelztiegels eine Hilfswärmeabschirmungseinheit angeordnet ist und in denen die Zuggeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit derart gesteuert wird, dass die Verteilung eines defektfreien Bereichs in einem Einkristallblock-Körperabschnitt vergrößert wird.
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Technische Lösung
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Eine Ausführungsform stellt eine Silizium-Einkristall-Zuchtvorrichtung bereit, die umfasst: eine Kammer, einen Schmelztiegel, der in der Kammer angeordnet ist, um eine Siliziumschmelze aufzunehmen, eine Heizung, die außerhalb des Schmelztiegels angeordnet ist, um den Schmelztiegel zu heizen, eine Wärmeabschirmungseinheit, die in der Kammer angeordnet ist, und eine Hilfswärmeabschirmungseinheit, die oberhalb des Schmelztiegels derart angeordnet ist, dass sie vertikal beweglich ist, wobei die Hilfsabschirmungseinheit von einem Körperabschnitt eines Einkristallblocks, der in der Siliziumschmelze gezüchtet wird nach oben beabstandet ist, und wobei eine Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit derart gesteuert wird, dass eine Verteilung eines defektfreien Bereichs in dem Einkristallblock-Körperabschnitt zunimmt.
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Eine andere Ausführungsform stellt eine Silizium-Einkristall-Zuchtvorrichtung bereit, die umfasst: eine Kammer, einen Schmelztiegel, der in der Kammer angeordnet ist, um eine Siliziumschmelze aufzunehmen, eine Heizung, die außerhalb des Schmelztiegels angeordnet ist, um den Schmelztiegel zu heizen, eine Wärmeabschirmungseinheit, die in der Kammer angeordnet ist, eine Hilfswärmeabschirmungseinheit, die oberhalb des Schmelztiegels derart angeordnet ist, dass sie vertikal beweglich ist, eine Hauptsteuerung zum Steuern einer Zuggeschwindigkeit eines Einkristallblocks, der in der Siliziumschmelze gezüchtet wird, eine Hilfssteuerung zum Steuern einer Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit und eine Zugvorrichtung zum jeweiligen Ziehen des Einkristallblocks und der Hilfswärmeabschirmungseinheit basierend auf einem Steuersignal, das von der Hauptsteuerung und der Hilfssteuerung eingespeist wird.
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Eine andere Ausführungsform stellt ein Silizium-Einkristall-Zuchtverfahren bereit, das in einer Silizium-Einkristall-Zuchtvorrichtung durchgeführt wird, die umfasst: eine Kammer, einen Schmelztiegel, der in der Kammer angeordnet ist, um eine Siliziumschmelze aufzunehmen, eine Wärmeabschirmungseinheit, die in der Kammer angeordnet ist, und eine Hilfswärmeabschirmungseinheit, die oberhalb des Schmelztiegels derart angeordnet ist, dass sie vertikal beweglich ist, wobei das Verfahren umfasst: Steuern einer Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfsabschirmungseinheit derart, dass die Hilfswärmeabschirmungseinheit einen vorgegebenen Abstand von einem Körperabschnitt eines Einkristallblocks, der in der Siliziumschmelze gezüchtet wird, aufrecht erhält, um eine Verteilung eines defektfreien Bereichs in dem Einkristallblock-Körperabschnitt zu vergrößern.
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Eine weitere Ausführungsform stellt ein Silizium-Einkristall-Zuchtverfahren bereit, das in einer Silizium-Einkristall-Zuchtvorrichtung durchgeführt wird, die umfasst: eine Kammer, einen Schmelztiegel, der in der Kammer angeordnet ist, um eine Siliziumschmelze aufzunehmen, eine Wärmeabschirmungseinheit, die in der Kammer angeordnet ist, eine Hilfswärmeabschirmungseinheit, die oberhalb des Schmelztiegels derart angeordnet ist, dass sie vertikal beweglich ist, eine Hauptsteuerung zum Steuern einer Zuggeschwindigkeit eines Einkristallblocks, der in der Siliziumschmelze gezüchtet wird, eine Hilfssteuerung zum Steuern einer Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit und eine Zugvorrichtung zum jeweiligen Ziehen des Einkristallblocks und der Hilfswärmeabschirmungseinheit basierend auf einem Steuersignal, das von der Hauptsteuerung und der Hilfssteuerung eingespeist wird, wobei das Verfahren das Prüfen einer Länge eines Körperabschnitts des gezüchteten Einkristallblocks und das Bestimmen, ob die Hilfswärmeabschirmungseinheit betrieben werden soll oder nicht, durch die Hilfssteuerung basierend auf der geprüften Länge des Körperabschnitts umfasst.
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Vorteilhafte Ergebnisse
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In einer Silizium-Einkristall-Zuchtvorrichtung und einem Zuchtverfahren gemäß einer Ausführungsform ist eine Hilfswärmeabschirmungseinheit oberhalb eines Schmelztiegels angeordnet und die Zuggeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit wird gesteuert, wodurch ein Defektbereich in einem Einkristallblock-Körperabschnitt gesteuert werden kann und die Verteilung eines defektfreien Bereichs vergrößert werden kann.
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Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform einer Silizium-Einkristall-Zuchtvorrichtung darstellt,
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2a und 2b sind Ansichten, die eine Ausführungsform einer Hilfswärmeabschirmungseinheit darstellen,
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3 ist eine Ansicht, die einen Abschnitt der Silizium-Einkristall-Zuchtvorrichtung einer Ausführungsform darstellt,
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4a und 4b sind Ansichten, die die Verteilung von Kristalldefekten in einem Körperabschnitt eines Einkristallblocks darstellen,
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5 ist eine Ansicht, die die Temperaturverteilung in dem Querschnitt des Einkristallblocks darstellt,
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6 ist eine Ansicht, die eine Differenz in der Abkühlrate im Querschnitt des Einkristallblocks darstellt,
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7 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform einer Silizium-Einkristall-Zuchtvorrichtung darstellt,
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8 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform einer Hilfssteuerung darstellt,
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9 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform einer Hauptsteuerung darstellt, und
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10 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform eines Silizium-Einkristall-Zuchtverfahrens darstellt.
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Beste Betriebsart
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Hier nachstehend werden Ausführungsformen unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen im Detail auf die beste Art beschrieben, um die vorliegenden Erfindung konkret zu beschreiben und das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu verbessern. Jedoch sind verschiedene Modifikationen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich, und der technische Geist der vorliegenden Erfindung sollte nicht als durch die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden lediglich bereitgestellt, um die vorliegenden Erfindung Leuten mit Kenntnissen in der Technik vollständiger zu beschreiben.
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Es versteht sich, dass, wenn auf ein Element als „auf” oder „unter” einem anderen Element ausgebildet Bezug genommen wird, es direkt „auf” oder „unter” dem anderen Element sein kann oder indirekt mit Zwischenelementen dazwischen ausgebildet sein kann. Es versteht sich auch, dass „auf” oder „unter” dem Element relativ zu den Zeichnungen beschrieben werden kann.
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In den Zeichnungen kann die Dicke oder die Größe jeder Schicht der Deutlichkeit und Einfachheit halber übertrieben, weggelassen oder schematisch dargestellt sein. Außerdem spiegelt die Größe jedes Bestandteilelements seine tatsächliche Größe nicht ganz wider.
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1 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform einer Silizium-Einkristall-Zuchtvorrichtung darstellt.
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Die Silizium-Einkristall-Zuchtvorrichtung der in 1 dargestellten Ausführungsform kann eine Kammer 10, einen Schmelztiegel 30 für die Aufnahme einer Siliziumschmelze und eine Heizung 20 und eine Wärmeabschirmungseinheit 40, die außerhalb des Schmelztiegels angeordnet sind, umfassen.
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Die Kammer 10 kann die Form eines Zylinders mit einem darin ausgebildeten Hohlraum annehmen, und eine (nicht dargestellte) Zugkammer kann mit der Kammer 10 verbunden und oberhalb von ihr angeordnet sein.
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Der Schmelztiegel 30 zum Aufnehmen der Siliziumschmelze SM kann im Inneren der Kammer 10 angeordnet sein. Der Schmelztiegel 30 kann in dem Mittelbereich der Kammer 10 angeordnet sein, und der gesamte Schmelztiegel kann eine konkave Behälterform haben. Außerdem kann der Schmelztiegel 30 aus einem Quarzschmelztiegel, der in direkten Kontakt mit der Siliziumschmelze SM kommt, und einem Graphitschmelztiegel, der die Außenoberfläche des Quarzschmelztiegels umgibt und den Quarzschmelztiegel hält, bestehen.
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Die Heizung 20 kann um den Schmelztiegel 30 herum angeordnet sein, um Wärme in Richtung des Schmelztiegels 30 zuzuführen. Die Heizung 20 kann um einen vorgegebenen Abstand von der Außenumfangsoberfläche des Schmelztiegels 30 beabstandet sein, um dadurch außerhalb des Schmelztiegels 30 angeordnet zu sein, und kann in einer zylindrischen Form angeordnet sein, um den Seitenabschnitt des Schmelztiegels 30 zu umgeben. Außerdem kann ein Wasserkühlleitungsrohr 60 oberhalb der Kammer 10 angeordnet sein, um einen gezüchteten Einkristallblock 50 zu kühlen.
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Die Wärmeabschirmungseinheit 40 kann in der Kammer 10 der Einkristall-Zuchtvorrichtung angeordnet werden, um die Wärme des Schmelztiegels 30 zu konservieren, der von der Heizung 20 geheizt wird. Die Wärmeabschirmungseinheit 40 kann zwischen der Heizung 20 und der Kammer 10 enthalten sein. Wenngleich die Wärmeabschirmungseinheit 40 eine obere Wärmeabschirmungseinheit, die oberhalb des Schmelztiegels 30 angeordnet ist, eine seitliche Wärmeabschirmungseinheit, die um die Seitenoberfläche des Schmelztiegels 30 herum angeordnet ist, und eine untere Wärmeabschirmungseinheit, die unterhalb des Schmelztiegels 30 angeordnet ist, umfassen kann, ist die Anordnung der Wärmeabschirmungseinheit 40 nicht darauf beschränkt.
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Die Wärmeabschirmungseinheit 40 kann unter Verwendung eines Materials und einer Form ausgebildet sein, die eine optimale Wärmeverteilung in der Heizung 20 und dem Schmelztiegel 30 erreichen und die maximale Nutzung von Wärmeenergie ohne Verluste ermöglichen.
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Die Einkristall-Zuchtvorrichtung der in 1 dargestellten Ausführungsform kann eine Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 umfassen.
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Die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 kann oberhalb des Schmelztiegels angeordnet sein und kann vertikal beweglich sein.
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2a und 2b sind Ansichten, die eine Ausführungsform der Hilfswärmeabschirmungseinheit darstellen.
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Bezug nehmend auf 2a und 2b kann eine Hilfswärmeabschirmungseinheit 70A oder 70B eine zylindrische Seitenoberfläche mit offenen oberen und unteren Oberflächen haben, um eine Keimeinspannvorrichtung zu umgeben, und kann innerhalb ihrer Seitenoberfläche leer sein.
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Die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70A oder 70B kann, wie in 2a dargestellt, eine Scheibenform haben oder kann, wie in 2b dargestellt, eine Kegelstumpfform haben, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70A oder 70B kann aus Graphit oder Kohlenstoffverbundmaterial (CCM) ausgebildet sein.
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Die untere Oberfläche der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70A oder 70B kann flach sein, um einen vorgegebenen Abstand von einem Körperabschnitt des Einkristallblocks zu halten.
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Ein Draht 72 kann an der Oberseite der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70A oder 70B angebracht sein, um die Vertikalbewegung der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70A oder 70B einzustellen. Zu dieser Zeit kann der Draht 72 in einer Ausführungsform der Silizium-Einkristall-Zuchtvorrichtung, die nachstehend beschrieben wird, ein erster Draht 72 sein. Wenngleich in den Zeichnungen nur zwei Drähte 72 als mit der Hilfswärmeabschirmungseinheit verbunden dargestellt sind, ist die Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Drei oder mehr Drähte können mit der Hilfswärmeabschirmungseinheit verbunden sein, um die Bewegung der Hilfswärmeabschirmungseinheit einzustellen.
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3 ist eine Ansicht, die einen Abschnitt der Einkristall-Zuchtvorrichtung einer Ausführungsform darstellt.
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Bezug nehmend auf 3 kann die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 oberhalb der aufgenommenen Siliziumschmelze SM angeordnet sein. Zum Beispiel kann die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 nach oben von dem Silizium-Einkristallblock 50, der gerade aus der Siliziumschmelze SM gezüchtet wird, beabstandet sein.
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Außerdem kann die Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 derart gesteuert werden, dass die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 einen vorgegebenen Abstand von einem Körperabschnitt B des Einkristallblocks 50 aufrecht erhält, um die Verteilung eines defektfreien Bereichs in dem Körperabschnitt B des Einkristallblocks, der gerade gezüchtet wird, zu vergrößern.
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Zu dieser Zeit kann der vorgegebene Abstand zwischen der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 und dem Einkristallblock-Körperabschnitt B derart gesteuert werden, dass er basierend auf den Bedingungen eines Zuchtprozesses für die Herstellung des Einkristallblocks entsprechend variiert.
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Das heißt, ein Abstand zwischen der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 und dem Einkristallblock-Körperabschnitt B kann zum Beispiel basierend auf der Zuggeschwindigkeit des Einkristallblocks, der Temperatur der Siliziumschmelze in dem Schmelztiegel oder der Temperatur im Inneren der Kammer in dem Einkristallzuchtprozess eingestellt werden.
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Die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 kann in einem vorgegebenen Abstand d von der Grenze eines Absatzabschnitts S und dem Körperabschnitt B des Einkristallblocks 50, der gerade gezüchtet wird, angeordnet werden.
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Zum Beispiel kann die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 oberhalb des Körperabschnitts B angeordnet werden, und die Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 kann derart gesteuert werden, dass der Abstand d zwischen der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 und der Grenze des Absatzabschnitts S und dem Körperabschnitt B des Blocks, die der Anfangspunkt des Körperabschnitts S ist, in einem Bereich von 150 mm bis 300 mm aufrecht erhalten wird.
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Um den vorgegebenen Abstand zwischen der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 und dem Körperabschnitt B aufrecht zu erhalten, kann die Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 von 0,5 mm/Min bis 0,7 mm/Min reichen. Wenn die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 mit einer höheren Geschwindigkeit als 0,7 mm/Min aufwärts bewegt wird, kann der Abstand d zwischen dem Einkristallblock 50, der gerade gezüchtet wird, und der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 vergrößert werden, und daher kann der Betrag eines Temperaturgradienten zwischen der Mitte und dem Umfang des Einkristallblocks 50 nicht um den erwünschten Wert verringert werden. Wenn die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als 0,5 mm/Min bewegt wird, kann ein Kontakt zwischen der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 und dem Einkristallblock 50, der gerade gezüchtet wird, auftreten.
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Die Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 kann die Gleiche wie die Zuggeschwindigkeit des Einkristallblocks 50, der gerade gezüchtet wird, sein.
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Das heißt, während in dem Einkristall-Züchtungsprozess der Absatzabschnitt S und der Anfangsabschnitt des Körperabschnitts B gezüchtet werden, können die Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 und die Zuggeschwindigkeit des Einkristallblocks 50 gleich sein, um den vorgegebenen Abstand zwischen der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 und dem Körperabschnitt B des Einkristallblocks 50 aufrecht zu erhalten. Dadurch kann die Abkühlrate des Körperabschnitts des Einkristallblocks, der gerade gezüchtet wird, eingestellt werden, was die Verteilung des defektfreien Bereichs in Kristallen, die in dem Anfangsabschnitt des Körperabschnitts B ausgebildet werden, vergrößern kann.
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4a und 4b sind Ansichten, die die Verteilung eines Kristalldefektbereichs in dem Körperabschnitt B abhängig davon darstellen, ob die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 angewendet wird oder nicht.
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In den Zeichnungen stellt die X-Achse die axiale Länge des Einkristallblock-Körperabschnitts dar. Der Anfangspunkt des Körperabschnitts B, d. h. der Grenzpunkt des Absatzabschnitts S und des Körperabschnitts B ist 0 mm, und die Länge des Einkristallblocks, der gerade gezüchtet wird, nimmt in der Axialrichtung zu.
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In den Zeichnungen stellt die Y-Achse die Zuggeschwindigkeit des Einkristallblocks dar, und die durchgezogene Linie zeigt eine Änderung in der Zuggeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Länge des Einkristallblock-Körperabschnitts an.
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Außerdem kann die Y-Achsenrichtung der Radialrichtung an einer Position in der Längsrichtung, in der der Körperabschnitt gezüchtet wird, entsprechen. Zum Beispiel kann die Mitte des Y-Achsenbereichs in dem Diagramm dem Mittelabschnitt des Querschnitts des Einkristallblocks entsprechen, und auf der Basis der Mitte können die Richtung, in welcher der Y-Achsenwert zunimmt, und die Richtung, in welcher der Y-Achsenwert abnimmt, dem Umfangsbereich des Querschnitts des Einkristallblocks entsprechen.
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In den Zeichnungen stellt die gestrichelte Linie die Grenze des Kristalldefektbereichs dar. Der durch 1) bezeichnete Bereich stellt einen achteckigen Fehlstellenbereich dar, der ein Defektbereich ist, der während des Härtens erzeugt wird, der durch 2) bezeichnete Bereich stellt einen oxidationsinduzierten Kristallstapelfehler-(OiSF-)Bereich dar, und der durch 3) bezeichnete Bereich stellt einen defektfreien Bereich dar.
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4a stellt die Verteilung von Kristalldefekten in dem Einkristallblock-Körperabschnitt dar, wenn die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 nicht angewendet wird.
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Bezug nehmend auf die Darstellung von 4a kann festgestellt werden, dass in dem Fall, in dem die Hilfswärmeabschirmungseinheit nicht bereitgestellt wird, ein in dem Einkristallblock enthaltener Defektbereich bis zu der Position verteilt ist, an der die Länge des Körperabschnitts 350 mm ist, und es kann auch festgestellt werden, dass ein Bereich, in dem die gleiche Art von Defekten angeordnet sind, und ein Bereich, in dem alle einer achteckigen Fehlstelle, eines OiSF-Defekts und eines defektfreien Bereichs enthalten sind, in der Radialrichtung des Körperabschnitts erscheinen.
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Im Vergleich zu 4a kann 4b, die die Verteilung von Kristalldefekten in dem Fall darstellt, in dem die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 angewendet wird, festgestellt werden, dass ein defektfreier Bereich nur verteilt wird, wenn die Länge des Körperabschnitts länger als 200 mm wird und die Kristalldefekte mit der gleichen Form in der Radialrichtung des Körperabschnitts erscheinen, wenn die Länge des Körperabschnitts kleiner oder gleich 200 mm ist.
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Das heißt, wenn der Einkristall-Züchtungsprozess in dem Zustand durchgeführt wird, in dem die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 oberhalb der Siliziumschmelze SM angeordnet ist, um den vorgegebenen Abstand von dem Einkristallblock aufrecht zu erhalten, kann die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 verhindern, dass Wärme von der Oberseite der in dem Schmelztiegel aufgenommenen Siliziumschmelze SM verloren geht, wodurch das schnelle Abkühlen des Absatzabschnitts S und des Anfangsabschnitts des Körperabschnitts B verhindert wird, während das Züchten des Einkristallblocks fortschreitet, was einen Kristalldefektbereich, der der schnellen Abkühlung zuzuschreiben ist, verringern kann.
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In der Einkristall-Zuchtvorrichtung der Ausführungsform kann die Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 gesteuert werden, um die Temperaturdifferenz zwischen der Mitte und dem Umfang des Querschnitts des Körperabschnitts, der senkrecht zu der Erhöhungsrichtung der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 ist, zu verringern.
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5 ist ein Diagramm, das die Temperaturverteilung K in dem Einkristallblock-Körperabschnitt in Abhängigkeit davon darstellt, ob die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 angewendet wird oder nicht. In dem Diagramm von 5 stellen „A” und „B” Ergebnisse bezüglich des Umfangsbereichs des Querschnitts des Einkristallblock-Körperabschnitts dar. „A” entspricht dem Fall, in dem keine Hilfswärmeabschirmungseinheit bereitgestellt wird, und „B” entspricht dem Fall, in dem die Hilfswärmeabschirmungseinheit bereitgestellt wird. Außerdem stellen „C” und „D” Werte bezüglich des Mittelbereichs des Querschnitts des Körperabschnitts dar. „C” entspricht dem Fall, in dem keine Hilfswärmeabschirmungseinheit bereitgestellt wird, und „D” entspricht dem Fall, in dem die Hilfswärmeabschirmungseinheit bereitgestellt wird.
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Bezug nehmend auf 5 wird in dem Fall eines Einkristallblocks, der durch eine Einkristall-Zuchtvorrichtung gezüchtet wird, die die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 nicht enthält, eine Temperaturdifferenz zwischen der Mitte C und dem Umfang A des Körperabschnitts vergrößert, wenn die Länge des Körperabschnitts vergrößert wird.
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Andererseits kann in dem Fall des Einkristallblocks, der von der Einkristall-Zuchtvorrichtung der Ausführungsform gezüchtet wird, in welcher die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 enthalten ist und die Bewegungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit gesteuert wird, um den vorgegebenen Abstand zwischen der Hilfswärmeabschirmungseinheit und dem Körperabschnitt aufrecht zu erhalten, festgestellt werden, dass es fast keine offensichtliche Temperaturdifferenz zwischen der Mitte D und dem Umfang B des Körperabschnitts gibt, obwohl der Körperabschnitt gezüchtet wird, bis seine Länge 400 mm wird.
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Folglich wird in der Einkristall-Zuchtvorrichtung der Ausführungsform die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 bereitgestellt und ihre Erhöhungsgeschwindigkeit wird gesteuert, wodurch eine Temperaturdifferenz des Querschnitts des Körperabschnitts während des Einkristall-Züchtungsprozesses verringert werden kann, was zu einer gleichmäßigen Verteilung von Kristalldefekten führen kann.
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In der Einkristall-Zuchtvorrichtung der Ausführungsform kann die Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 gesteuert werden, um die Differenz in der Abkühlrate zwischen der Mitte und dem Umfang im Querschnitt des Körperabschnitts, der senkrecht zu der Erhöhungsrichtung der Hilfswärmeabschirmungseinheit ist, zu verringern.
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6 ist ein Diagramm, das den Temperaturgradienten (K/cm) in dem Einkristallblock-Körperabschnitt in Abhängigkeit davon darstellt, ob die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 angewendet wird oder nicht.
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In 6 kann der Temperaturgradient eine Differenz in der Abkühlrate sein. Außerdem stellen „A” und „C” in der gleichen Weise wie in 5 jeweils den Umfangsbereich und die Mitte des Querschnitts des Einkristallblocks dar, wenn die Hilfswärmeabschirmungseinheit nicht bereitgestellt ist, und „B” und „D” stellen jeweils den Umfangsbereich und die Mitte des Querschnitts des Einkristallblocks in dem Fall dar, in dem die Einkristall-Zuchtvorrichtung der Ausführungsform verwendet wird, in der die Hilfswärmeabschirmungseinheit derart bereitgestellt ist, dass ihre Bewegungsgeschwindigkeit gesteuert wird.
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Bezug nehmend auf 6 kann festgestellt werden, dass es in dem Fall, in dem die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 nicht angewendet wird, eine Differenz in der Abkühlrate zwischen der Mitte C und dem Umfangsbereich A des Einkristallblock-Körperabschnitts gibt, und dass die Differenz in der Abkühlrate, d. h. der Temperaturgradient in dem Bereich, in dem die Länge des Körperabschnitts von 100 mm bis 200 mm reicht, größer oder gleich 5 K/cm ist.
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Im Vergleich zu der vorstehenden Beschreibung kann festgestellt werden, dass es in dem Fall, in dem die Einkristall-Zuchtvorrichtung der Ausführungsform mit der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 verwendet wird, fast keine Differenz in der Abkühlrate zwischen der Mitte D und dem Umfangsbereich B des Körperabschnitts gibt.
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Folglich kann die Einkristall-Zuchtvorrichtung der Ausführungsform die Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit derart steuern, dass die Hilfswärmeabschirmungseinheit in einem vorgegebenen Abstand von dem Einkristallblock-Körperabschnitt ist, wodurch die Differenz in der Abkühlrate zwischen der Mitte und dem Umfang des Querschnitts des Körperabschnitts, der senkrecht zu der Erhöhungsrichtung der Hilfswärmeabschirmungseinheit ist, verringert wird. Auf diese Weise kann die Einkristall-Zuchtvorrichtung der Ausführungsform einen Kristalldefektbereich einstellen und kann die Verteilung eines defektfreien Bereichs in dem Körperabschnitt vergrößern.
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Zum Beispiel kann in der Ausführungsform die Differenz in der Abkühlrate zwischen der Mitte D und dem Umfang B des Querschnitts des Körperabschnitts unter 1 K/cm sein.
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7 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform einer Silizium-Einkristall-Zuchtvorrichtung darstellt.
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In Bezug auf die Ausführungsform der Einkristall-Zuchtvorrichtung, die nachstehend unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wird, wird eine wiederholte Beschreibung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Einkristall-Zuchtvorrichtung weggelassen, und nachstehend werden nur Unterschiede beschrieben.
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Die Silizium-Einkristall-Zuchtvorrichtung der in 7 dargestellten Ausführungsform kann die Kammer 10, den Schmelztiegel 30 zum Aufnehmen einer Siliziumschmelze, die Heizung 20 und die Wärmeabschirmungseinheit 40, die außerhalb des Schmelztiegels angeordnet ist, eine Hauptsteuerung 140 zum Steuern der Zuggeschwindigkeit des Einkristallblocks und eine Hilfssteuerung 130 zum Steuern der Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit umfassen.
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Außerdem kann die Silizium-Einkristall-Zuchtvorrichtung der Ausführungsform die Wasserkühlrohrleitung 60, die sich von der Oberseite des Schmelztiegels 30 in der Zugrichtung des Einkristallblocks erstreckt, und eine Zugvorrichtung 110, die über Drähte 72 und 52 mit dem Einkristallblock und der Hilfswärmeabschirmungseinheit verbunden ist, umfassen.
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Die Zugvorrichtung 110 kann eine erste Zugeinheit 114, die über einen ersten Draht 72 mit der oberen Oberfläche der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 verbunden ist, und eine zweite Zugeinheit 112, die über einen zweiten Draht 52 mit dem Silizium-Einkristallblock, der gerade gezüchtet wird, verbunden ist, umfassen.
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Die erste Zugeinheit 114 kann mit der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 verbunden sein, um die Hilfswärmeabschirmungseinheit aufwärts von dem Schmelztiegel nach oben zu bewegen. Wenigstens eine erste Zugeinheit 114 kann bereitgestellt werden, oder mehrere erste Zugeinheiten 114 können bereitgestellt werden, um ein ausgeglichenes Erhöhen der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 zu ermöglichen. Außerdem können mehrere erste Drähte 72 bereitgestellt werden, um die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 und die erste Zugeinheit 114 miteinander zu verbinden.
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Die zweite Zugeinheit 112 kann dazu dienen, den Einkristallblock, der gerade gezüchtet wird, von dem Schmelztiegel nach oben zu bewegen. Die zweite Zugeinheit kann über den zweiten Draht 52 mit einem Einkristall-Keimabschnitt verbunden sein, an dem das Wachstum des Einkristallblocks beginnt. Außerdem kann die zweite Zugeinheit 112 mit einer Keimeinspannvorrichtung verbunden sein, die über den Draht 52 mit dem oberen Ende des Einkristallblocks verbunden ist.
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Die Hilfssteuerung 130 kann Positionsinformationen über die Position der Hilfswärmeabschirmungseinheit und den gezüchteten Einkristallblock-Körperabschnitt empfangen, die von der Zugvorrichtung 110 ausgegeben werden, und kann auch einen Korrekturwert, der in der Hilfssteuerung 130 berechnet wird, an die Zugvorrichtung 110 rückkoppeln. Zu dieser Zeit kann der Rückkopplungswert an die zweite Zugeinheit 114 der Zugvorrichtung 110 übertragen werden, welche die Zugvorrichtung für die Hilfswärmeabschirmungseinheit ist.
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8 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Hilfssteuerung 130 knapp darstellt.
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Bezug nehmend auf 8 kann die Hilfssteuerung 130 eine Positionswertabtasteinheit 132, einen Abstandsberechner 134, eine Korrekturwerterzeugungseinrichtung 136 und eine erste Antriebseinheit 138 umfassen
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Die Positionswertabtasteinheit 132 kann einen Positionswert des Körperabschnitts des gezüchteten Einkristallblocks und einen Positionswert der Hilfswärmeabschirmungseinheit erfassen, die in der Zugvorrichtung geprüft werden.
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Zum Beispiel kann der Positionswert des Einkristallblock-Körperabschnitts der Wert der Position sein, an welcher der Körperabschnitt des gezüchteten Einkristallblocks beginnt, und der Positionswert der Hilfswärmeabschirmungseinheit kann der Wert der Position der unteren Oberfläche der Hilfswärmeabschirmungseinheit sein.
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Der Abstandsberechner 134 kann einen Abstand zwischen dem Körperabschnitt und der Hilfswärmeabschirmungseinheit aus den Positionswerten des Körperabschnitts und der Hilfswärmeabschirmungseinheit, die von der Positionswertabtasteinheit 132 erfasst werden, extrahieren.
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Zum Beispiel kann der Abstand zwischen dem Körperabschnitt und der Hilfswärmeabschirmungseinheit erneut Bezug nehmend auf 3 der Abstand d zwischen der unteren Oberfläche der Hilfswärmeabschirmungseinheit und dem Anfangsabschnitt des Körperabschnitts sein.
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Zu dieser Zeit kann der Anfangsabschnitt des Körperabschnitts der Grenze des Absatzabschnitts S und des Körperabschnitts B entsprechen.
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Die Korrekturwerterzeugungseinrichtung 136 kann einen Korrekturwert der Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit basierend auf dem Abstand zwischen dem Körperabschnitt und der Hilfswärmeabschirmungseinheit, der in dem Abstandsberechner 134 berechnet wird, extrahieren.
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Zu dieser Zeit kann ein Zielabstandswert zwischen dem Körperabschnitt und der Hilfswärmeabschirmungseinheit festgelegt werden, und der Korrekturwert der Erhöhungsgeschwindigkeit kann über den Vergleich zwischen dem berechneten Abstandswert und dem festgelegten Zielabstandswert extrahiert werden.
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Wenn der Abstandswert zwischen dem Körperabschnitt und der Hilfswärmeabschirmungseinheit zum Beispiel innerhalb eines Zielwertebereichs ist, kann ein Erhöhungsgeschwindigkeitswert der Hilfswärmeabschirmungseinheit, in dem der Korrekturwert widergespiegelt wird, gleich einem aktuellen Erhöhungsgeschwindigkeitswert sein. Wenn der berechnete Abstandswert außerdem größer als der Zielwert ist, kann die korrigierte Erhöhungsgeschwindigkeit kleiner als die aktuelle Erhöhungsgeschwindigkeit sein. Wenn der berechnete Abstandswert kleiner als der Zielwert ist, kann die korrigierte Erhöhungsgeschwindigkeit größer als die aktuelle Erhöhungsgeschwindigkeit sein.
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Das heißt, die Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit kann derart eingestellt werden, dass der Abstandswert zwischen dem Körperabschnitt und der Hilfswärmeabschirmungseinheit mit dem Zielwertebereich zusammenfällt.
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Zu dieser Zeit kann der Zielwertebereich von 150 mm bis 300 mm reichen.
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Die Hilfssteuerung 130 die erste Antriebseinheit 138 umfassen.
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Die erste Antriebseinheit 138 kann ein Signal ausgeben, das bewirkt, dass die Hilfswärmeabschirmungseinheit über die Zugvorrichtung 110 gezogen wird. Die erste Antriebseinheit 138 kann Daten bezüglich des korrigierten Erhöhungsgeschwindigkeitswerts, die in der Korrekturwerterzeugungseinrichtung 136 erzeugt werden, an die Zugvorrichtung 110 übertragen.
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Die erste Antriebseinheit 138 kann ein Servomotor zum Betreiben der Hilfswärmeabschirmungseinheit, während deren Erhöhungsgeschwindigkeit gesteuert wird, sein.
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Das heißt, die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70, die unter der Steuerung der Hilfssteuerung 130 nach oben bewegt wird, kann derart gesteuert werden, dass der vorgegebene Abstand d zu der Grenze des Absatzabschnitts S und dem Körperabschnitt B des Einkristallblocks 50, der gerade gezüchtet wird, aufrecht erhalten wird.
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Zu dieser Zeit kann der vorgegebene Abstand zwischen der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 und dem Einkristallblock-Körperabschnitt B derart gesteuert werden, dass er sich basierend auf Bedingungen des Züchtungsprozesses zur Herstellung des Einkristallblocks ändert.
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Das heißt, der Abstand zwischen der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 und dem Einkristallblock-Körperabschnitt B kann zum Beispiel basierend auf der Zuggeschwindigkeit des Einkristallblocks, der Temperatur der Siliziumschmelze in dem Schmelztiegel oder der Temperatur im Inneren der Kammer in dem Einkristall-Züchtungsprozess eingestellt werden.
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Zum Beispiel kann die Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 oberhalb des Körperabschnitts B angeordnet sein, und die Geschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit 70 kann derart gesteuert werden, dass der Abstand d zwischen der Hilfswärmeabschirmungseinheit und der Grenze des Absatzabschnitts S und des Körperabschnitts B des Silizium-Einkristallblocks, die der Anfangspunkt des Körperabschnitts B ist, in einem Bereich von 150 mm bis 300 mm aufrecht erhalten wird.
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Erneut Bezug nehmend auf 7 kann die Hauptsteuerung 140 ein Signal, das von einem Sensor 141 erfasst wird, der auf einer Seite über der Kammer angeordnet ist, an die Zugvorrichtung 110 senden, um die Zuggeschwindigkeit des Einkristallblocks einzustellen.
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In 7 kann der Sensor 141 das Ausmaß des Wachstums des Einkristallblocks über eine Sichtöffnung abtasten, die in einer Seite der Oberseite der Kammer ausgebildet ist.
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Der Sensor 141 kann jeder von verschiedenen Sensoren zum Messen des Durchmessers des Einkristallblocks, der gerade gezüchtet wird, wie etwa ein Infrarotsensor, eine CCD-Kamera oder ein Pyrometer, sein. Zum Beispiel kann der Sensor 141 ein automatischer Durchmessersteuer-(ADC-)Sensor sein.
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Über den Sensor 141 abgetastete Informationen können optische Informationen oder Bildinformationen sein, aus denen eine Änderung des Durchmessers des Silizium-Einkristallblocks geschätzt werden kann.
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Die Informationen bezüglich der Änderung des Durchmessers in dem Einkristallblock, der gerade gezüchtet wird, die von dem Sensor abgetastet werden, können an die Hauptsteuerung 140 gesendet werden.
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9 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Hauptsteuerung 140 knapp darstellt.
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Bezug nehmend auf 9 kann die Hauptsteuerung 140 eine Durchmesserabtasteinheit 142, eine Zuggeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 144 und eine zweite Antriebseinheit 146 umfassen.
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Die Durchmesserabtasteinheit 142 kann einen Durchmesserwert des Silizium-Einkristallblocks aus den Informationen, die von dem vorstehend beschriebenen Sensor 141 abgetastet und gesendet werden, extrahieren.
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Die Durchmesserabtasteinheit 142 kann in Abhängigkeit von dem Prozessfortschritt fortlaufend Änderungen in dem Durchmesser des Silizium-Einkristallblocks erfassen.
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Der Durchmesserwert des Silizium-Einkristallblocks, der von der Durchmesserabtasteinheit 142 erfasst wird, kann an die Zuggeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 144 gesendet werden.
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Die Zuggeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 144 kann die Zuggeschwindigkeit des Einkristallblocks basierend auf dem Durchmesserwert des Einkristallblocks, der von der Durchmesserabtasteinheit 142 eingegeben wird, bestimmen.
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Zum Beispiel kann die Zuggeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 144 aus Daten bezüglich des Durchmessers des Silizium-Einkristallblocks, der gerade gezüchtet wird, die von der Durchmesserabtasteinheit 142 eingegeben werden, beurteilen, ob die Zuggeschwindigkeit des Einkristallblocks eingestellt werden soll oder nicht, und kann die Zuggeschwindigkeit unter Verwendung einer PID-Regelung ändern.
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Das heißt, wenn es als ein Ergebnis des Vergleichs des gemessenen Durchmesserwerts mit dem Zieldurchmesserwert eine Differenz zwischen dem von der Durchmesserabtasteinheit 142 gemessenen Durchmesserwert und einem Zieldurchmesserwert gibt, kann eine Zuggeschwindigkeit des Einkristallblocks eingestellt werden.
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Wenn der gemessene Durchmesserwert zum Beispiel größer als der Zieldurchmesserwert ist, kann die Zuggeschwindigkeit derart eingestellt werden, dass sie größer als eine aktuelle Zuggeschwindigkeit ist. Wenn der gemessene Durchmesserwert außerdem kleiner als der Zieldurchmesserwert ist, kann die Zuggeschwindigkeit derart eingestellt werden, dass sie kleiner als eine aktuelle Zuggeschwindigkeit ist.
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Die Hauptsteuerung 140 kann die zweite Antriebseinheit 146 umfassen.
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Die zweite Antriebseinheit kann ein Signal ausgeben, das bewirkt, dass der Silizium-Einkristallblock über die Zugvorrichtung 110 gezogen wird. Die zweite Antriebseinheit 146 kann Daten bezüglich eines korrigierten Zuggeschwindigkeitswerts, die in der Zuggeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 144 erzeugt werden, an die Zugvorrichtung 110 senden.
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Die zweite Antriebseinheit 146 kann ein Servomotor zum Betreiben der zweiten Zugeinheit 112 durch Steuern der Zuggeschwindigkeit des Einkristallblocks, der gerade gezüchtet wird, sein.
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Folglich kann die in 7 bis 9 dargestellte Einkristall-Zuchtvorrichtung der Ausführungsform die Hilfssteuerung zum Steuern der Hilfswärmeabschirmungseinheit und die Hauptsteuerung zum Steuern des Ziehens des Silizium-Einkristallblocks umfassen, wobei die Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit derart gesteuert werden kann, dass die Hilfswärmeabschirmungseinheit sich in einem vorgegebenen Abstand von dem Einkristallblock-Körperabschnitt, der gerade gezüchtet wird, befindet.
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Wenn außerdem die Hilfswärmeabschirmungseinheit gesteuert wird, um einen vorgegebenen Abstand von dem Silizium-Einkristallblock-Körperabschnitt aufrecht zu erhalten, kann durch Verringern einer Differenz in der Abkühlrate zwischen der Mitte und dem Umfang des Querschnitts des Körperabschnitts, der senkrecht zu der Erhöhungsrichtung der Hilfswärmeabschirmungseinheit ist, ein Kristalldefektbereich eingestellt werden, und die Verteilung eines defektfreien Bereichs in dem Körperabschnitt kann vergrößert werden.
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Hier nachstehend werden Ausführungsformen eines Silizium-Einkristall-Zuchtverfahrens unter Verwendung der Silizium-Einkristall-Zuchtvorrichtung der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen unten beschrieben.
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In der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen wird eine wiederholte Beschreibung der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Silizium-Einkristall-Zuchtvorrichtung weggelassen und Unterschiede werden nachstehend beschrieben.
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Ein Silizium-Einkristall-Zuchtverfahren gemäß einer Ausführungsform kann in einer Silizium-Einkristall-Zuchtvorrichtung durchgeführt werden, die umfasst: eine Kammer, einen Schmelztiegel, der in der Kammer angeordnet ist, um eine Siliziumschmelze aufzunehmen, eine Wärmeabschirmungseinheit, die in der Kammer angeordnet ist, und eine Hilfswärmeabschirmungseinheit, die derart oberhalb des Schmelztiegels angeordnet ist, dass sie vertikal beweglich ist. Das Silizium-Einkristall-Zuchtverfahren kann den Schritt zum Steuern der Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit umfassen, so dass die Hilfswärmeabschirmungseinheit einen vorgegebenen Abstand von einem Körperabschnitt des Einkristallblocks, der gerade in der Siliziumschmelze gezüchtet wird, aufrecht erhält, um die Verteilung eines defektfreien Bereichs in dem Einkristallblock-Körperabschnitt zu vergrößern.
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In dem Silizium-Einkristall-Züchtungsprozess der Ausführungsform kann die Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit derart gesteuert werden, dass eine Temperaturdifferenz zwischen der Mitte und dem Umfang des Querschnitts des Körperabschnitts, der senkrecht zu der Erhöhungsrichtung der Hilfswärmeabschirmungseinheit ist, verringert wird.
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Außerdem kann die Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit derart gesteuert werden, dass eine Differenz in der Abkühlrate zwischen der Mitte und dem Umfang des Querschnitts des Körperabschnitts verringert wird, und die Differenz in der Abkühlrate kann derart gesteuert werden, dass sie zum Beispiel unter 1 K/cm ist.
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Das heißt, in der Ausführungsform kann die Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit, die oberhalb des Schmelztiegels angeordnet ist, derart gesteuert werden, dass der Wärmeverlust aus der Siliziumschmelze während des Züchtens des Einkristallblock-Körperabschnitts verhindert wird und die schnelle Abkühlung des Einkristallblocks verhindert wird, wodurch eine Temperaturdifferenz zwischen der Mitte und dem Umfang des Querschnitts des Einkristallblocks und die Größe eines Temperaturgradienten in der Axialrichtung verringert werden.
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Folglich kann mit einer Verringerung in der Größe des Temperaturgradienten die Verteilung eines Defektbereichs in der Radialrichtung des Einkristallblocks gleichmäßig werden. Außerdem kann durch die Einstellung des Temperaturgradienten ein defektfreier Bereich beginnend von dem Anfangsabschnitt des Körperabschnitts ausgebildet werden, was die Verteilung des defektfreien Bereichs in dem Körperabschnitt vergrößern kann.
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Die Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit kann derart gesteuert werden, dass die Hilfswärmeabschirmungseinheit von der Grenze des Absatzabschnitts und des Körperabschnitts des Einkristallblocks um einen Abstand beabstandet ist, der von 150 mm bis 300 mm reicht.
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Außerdem kann die Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit in dem Fall gesteuert werden, in dem die Länge des Körperabschnitts kleiner oder gleich 400 mm ist.
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Wenn der Körperabschnitt derart gezüchtet wird, dass er länger als 400 mm ist, wird das Wachstum von Kristallen in dem Körperabschnitt stärker durch die Wasserkühlrohrleitung, die in dem oberen Bereich der Kammer angeordnet ist, als durch die Isolationswirkung der Hilfswärmeabschirmungseinheit beeinflusst. Daher kann die Steuerung des Kristalldefektbereichs des Einkristallblocks unter Verwendung der Hilfswärmeabschirmungseinheit wirksamer sein, wenn die Hilfswärmeabschirmungseinheit zwischen der Oberfläche der Siliziumschmelze und der Wasserkühlrohrleitung angeordnet ist.
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Das heißt, wenn die Hilfswärmeabschirmungseinheit einmal durch die Wasserkühlrohrleitung gegangen ist, kann die Wirkung der Einstellung des Kristalldefektbereichs in dem Einkristallblock durch Steuerung der Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit verringert sein.
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Ein Silizium-Einkristall-Zuchtverfahren gemäß einer anderen Ausführungsform kann in einer Silizium-Einkristall-Zuchtvorrichtung durchgeführt werden, die umfasst: eine Kammer, einen Schmelztiegel, der in der Kammer angeordnet ist, um eine Siliziumschmelze aufzunehmen, eine Wärmeabschirmungseinheit, die in der Kammer angeordnet ist, eine Hilfswärmeabschirmungseinheit, die derart oberhalb des Schmelztiegels angeordnet ist, dass sie vertikal beweglich ist, eine Hauptsteuerung zum Steuern der Zuggeschwindigkeit des Einkristallblocks, der in der Siliziumschmelze gezüchtet wird, und eine Hilfssteuerung zum Steuern der Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit. Das Silizium-Einkristall-Zuchtverfahren kann die Schritte des Prüfens der Länge eines Körperabschnitts des gezüchteten Einkristallblocks und des Bestimmens basierend auf der geprüften Länge des Köperabschnitts, ob die Hilfswärmeabschirmungseinheit betrieben werden soll oder nicht, durch die Hilfssteuerung umfassen.
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10 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform des Silizium-Einkristall-Zuchtverfahrens darstellt.
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Zum Beispiel kann das Flussdiagramm des in 10 dargestellten Silizium-Einkristall-Zuchtverfahrens den Schritt des Steuerns der Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit und der Zuggeschwindigkeit des Einkristallblocks durch die Hauptsteuerung und die Hilfssteuerung darstellen.
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Bezug nehmend auf 10 kann das Silizium-Einkristall-Zuchtverfahren der Ausführungsform den Schritt S1000 des Prüfens der Länge des gezüchteten Einkristallblock-Körperabschnitts und des Beurteilens, ob die geprüfte Länge des Körperabschnitts kleiner oder gleich 400 mm ist oder nicht, umfassen.
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Wenn die Länge des Körperabschnitts in dem Silizium-Einkristall-Zuchtverfahren kleiner oder gleich 400 mm ist, kann das Ziehen des Einkristallblocks von der Hauptsteuerung gesteuert werden und der Betrieb der Hilfswärmeabschirmungseinheit kann von der Hilfssteuerung gesteuert werden.
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Zu dieser Zeit kann der Schritt des Steuerns des Betriebs der Hilfswärmeabschirmungseinheit durch die Hilfssteuerung umfassen: den Schritt des Prüfens der Position des Körperabschnitts und der Position der Hilfswärmeabschirmungseinheit, und den Schritt S1310 des Berechnens des Abstandwerts zwischen dem Körperabschnitt und der Hilfswärmeabschirmungseinheit basierend auf den geprüften Postionen, den Schritt S1330 des Beurteilens, ob der berechnete Abstandswert innerhalb eines Zielabstandswertebereichs ist oder nicht, den Schritt S1350 des Erzeugens eines Korrekturwerts für die Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit, wenn der Abstandswert von dem Zielabstandswertebereich abweicht, und den Schritt S1370 des Ziehens der Hilfswärmeabschirmungseinheit basierend auf dem Erhöhungsgeschwindigkeits-Korrekturwert.
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Zu dieser Zeit kann der Zielabstandswert zwischen dem Körperabschnitt und der Hilfswärmeabschirmungseinheit von 150 mm bis 300 mm reichen. Das heißt, ein Abstand zwischen der Grenze des Absatzabschnitts und dem Körperabschnitt des Einkristallblocks, der gerade gezüchtet wird, und der unteren Oberfläche der Hilfswärmeabschirmungseinheit kann kontinuierlich innerhalb des Zielabstandsbereichs von 150 mm bis 300 mm aufrecht erhalten werden.
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Außerdem kann der Schritt des Steuerns des Betriebs der Hilfswärmeabschirmungseinheit durch die Hilfssteuerung den Schritt S1360 des Aufwärtsbewegens der Hilfswärmeabschirmungseinheit ohne eine Änderung in der aktuellen Erhöhungsgeschwindigkeit umfassen, wenn der Abstand zwischen dem Körperabschnitt und der Hilfswärmeabschirmungseinheit innerhalb des Zielabstandswertebereichs ist.
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Wenn indessen in dem Schritt S10000 des Prüfens der Länge des Körperabschnitts des gezüchteten Einkristallblocks und des Beurteilens, ob die geprüfte Länge des Körperabschnitts kleiner oder gleich 400 mm ist oder nicht, die gemessene Länge des Körperabschnitts größer als 400 mm ist, kann die Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit größer oder gleich der Zuggeschwindigkeit des Einkristallblocks aufrecht erhalten werden.
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Das heißt, der Betrieb der Hilfswärmeabschirmungseinheit kann den Schritt S1210 des Aufrechterhaltens der Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit umfassen, so dass sie größer oder gleich der Zuggeschwindigkeit des Silizium-Einkristallblocks ist.
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Zum Beispiel kann die Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit in dem Prozess, nachdem der Silizium-Einkristallblock gezüchtet wurde, so dass die Länge des Körperabschnitts größer oder gleich 400 mm ist, ungeachtet des Abstands zwischen der Hilfswärmeabschirmungseinheit und dem Körperabschnitt größer oder gleich der Zuggeschwindigkeit des Silizium-Einkristallblocks aufrecht erhalten werden.
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In der Ausführungsform des in 10 dargestellten Silizium-Einkristall-Zuchtverfahrens kann die Zuggeschwindigkeit des Einkristallblocks durch die Hauptsteuerung gesteuert werden.
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Der Schritt des Steuerns der Zuggeschwindigkeit des Einkristallblocks durch die Hauptsteuerung umfasst den Schritt S1100 des Abtastens des Durchmessers des Einkristallblocks unter Verwendung einer Durchmesserabtasteinheit, den Schritt S1120 des Berechnens eines Fehlers zwischen einem abgetasteten Durchmesserwert und einem Zieldurchmesserwert durch die Zuggeschwindigkeits-Bestimmungseinheit, den Schritt S1140 des Erzeugens eines Korrekturwerts der Zuggeschwindigkeit basierend auf dem berechneten Wert und den Schritt S1160 des Ziehens des Einkristallblocks mit einer abhängig von dem Korrekturwert geänderten Zuggeschwindigkeit.
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Folglich kann das in 10 dargestellte Silizium-Einkristall-Zuchtverfahren der Ausführungsform den Abstandswerts zwischen dem Körperabschnitt des Einkristallblocks und der Hilfswärmeabschirmungseinheit extrahieren und kann die Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit basierend auf dem extrahierten Abstandswert steuern.
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Wenn die Hilfssteuerung außerdem die Hilfswärmeabschirmungseinheit derart steuert, dass sie in einem vorgegebenen Abstand von dem Einkristallblock aufrecht erhalten wird, kann ein Kristalldefektbereich eingestellt werden, und die Verteilung eines defektfreien Bereichs in dem Körperabschnitt kann vergrößert werden, indem eine Differenz in der Abkühlrate zwischen der Mitte und dem Umfang des Querschnitts des Körperabschnitts, der senkrecht zu der Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit ist, verringert wird.
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In dem Fall der Einkristall-Zuchtvorrichtung und des Zuchtverfahrens der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann die Bereitstellung der Hilfswärmeabschirmungseinheit während des anfänglichen Züchtens des Körperabschnitts des Einkristallblocks eine Isolationswirkung realisieren. Außerdem kann der Wärmeverlust von der Oberseite des Schmelztiegels während des anfänglichen Züchtens des Körperabschnitts minimiert werden, und die Größe des Temperaturgradienten zwischen der Mitte und dem Umfang des Körperabschnitts in der Axialrichtung und der Radialrichtung kann verringert werden, wodurch ein Kristalldefektbereich gleichmäßig eingestellt werden kann und die Verteilung eines defektfreien Bereichs vergrößert werden kann.
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Wenngleich die beispielhaften Ausführungsformen wie vorstehend dargestellt und beschrieben wurden, wird für Leute mit Kenntnissen der Technik natürlich offensichtlich, dass die Ausführungsformen bereitgestellt sind, um das Verständnis zu unterstützen, und die Ausführungsformen nicht auf die vorstehende Beschreibung beschränkt sind, und vielfältige Modifikationen und Variationen an den Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von dem Geist oder Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen, und die Modifikationen und Variationen nicht einzeln unter dem Gesichtspunkt oder Schutzbereich der Offenbarung verstanden werden sollten, solange sie Bestandteilelemente umfassen, die in den Patenansprüchen dargelegt werden.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Eine Silizium-Einkristall-Zuchtvorrichtung und ein Zuchtverfahren gemäß den Ausführungsformen können als ein Ergebnis der Anordnung einer Hilfswärmeabschirmungseinheit oberhalb eines Schmelztiegels und des Steuerns der Erhöhungsgeschwindigkeit der Hilfswärmeabschirmungseinheit einen Defektbereich in dem Körperabschnitt eines Einkristallblocks steuern und können die Verteilung eines defektfreien Bereichs vergrößern, womit sie eine industrielle Anwendbarkeit haben.
