DE19781967B3

DE19781967B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls

Info

Publication number: DE19781967B3
Application number: DE19781967.2A
Authority: DE
Inventors: Hideki Fujiwara
Original assignee: Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 2016-05-12
Anticipated expiration: 2017-08-30
Also published as: KR100486376B1; DE19781967T1; KR20000035820A; TW541365B; WO1998009007A1; US6159282A

Abstract

Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls (26), mit – einem Halsherstellungsschritt, bei dem unter einem Kristallkeim (25) ein Hals (26a) dadurch hergestellt wird, dass der Kristallkeim (25) nach dem Eintauchen desselben in eine Schmelze (23) in einem Tiegel (21) gedreht wird; – einem Schritt zum Herstellen eines vergrößerten Teils (26b), bei dem der Durchmesser des Einkristalls (26) nach dem Halsherstellungsschritt allmählich erhöht wird; – einem Schritt zum Herstellen eines verengten Teils (26c), bei dem der Durchmesser des Einkristalls (26) nach dem Schritt zum Herstellen des vergrößerten Teils (26b) allmählich verringert wird, unter Verwendung eines Verfahrens, bei dem der Durchmesser des Einkristalls (26) an der Schmelzgrenzfläche mittels einer über dem Tiegel angeordneten optischen Messeinrichtung (19) gemessen und beim Ziehen kontrolliert wird, und – einem Schritt zum Herstellen einer Schulter (26d), bei dem die Schulter (26d) durch allmähliche Verringerung der Ziehgeschwindigkeit nach dem Schritt zum Herstellen des verengten Teils (26c) ausgebildet wird, wobei der Durchmesser des verengten Teils (26c) dauernd unter Verwendung der optischen Messeinrichtung (19) gemessen wird und der verengte Teil (26c) so ausgebildet wird, dass wenn ein Winkel, der durch eine den Oberflächenteil eines Querschnitts des verengten Teils (26c) bildende gerade Linie und eine horizontale Ebene erzeugt ist, gleich θs ist, wenn ein Winkel, der durch die optische Achse (19a) der optischen Messeinrichtung (19) und eine horizontale Ebene gebildet ist, gleich θm ist, wenn der größte Durchmesser des vergrößerten Teils (26b) den Wert D1 hat, und wenn die Länge der Segmente (Z), die den Querschnitt des verengten Teils (26c) bilden und so verlängert werden, dass sie einander kreuzen, den Wert L hat, tanθs, ausgedrückt durch L/0,5D1 = 2L/D1 = tanθs größer als tanθm ist, und wobei nach dem Herstellen des verengten Teils (26c) der Einkristall (26) beim weiteren Ziehvorgang an dem verengten Teil (26c) mittels einer Einkristallhaltevorrichtung gemäß den Ansprüchen 2 bis 4 (11, 61) gehalten wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls, und spezieller betrifft sie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls, bei denen ein Einkristall aus Silizium oder dergleichen aus einer Schmelze eines Materials zum Herstellen des Einkristalls durch ein Ziehverfahren, wie das Czochralski-verfahren (nachfolgend als CZ-Verfahren bezeichnet) gezogen wird.
Hintergrundbildende Technik
Derzeit wird die Mehrzahl von Siliziumeinkristallen, wie sie zur Herstellung eines Substrats zum Ausbilden einer Schaltungskomponente einer LSI (großintegrierte Schaltung) und dergleichen verwendet werden, durch das CZ-Verfahren gezogen. 1 ist eine schematische Schnittansicht einer herkömmlichen, für das CZ-Verfahren verwendeten Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls, und in der Figur bezeichnet die Bezugszahl 21 einen Tiegel.
Der Tiegel 21 verfügt über einen zylindrischen Quarztiegel 21a mit Boden sowie einen zylindrischen Graphittiegel 21b mit Boden, der an der Außenseite des Quarztiegels 21a angebracht ist. Der Graphittiegel 21b ist in ein Graphitbefestigungsteil 28a eingesetzt. Der Tiegel 21 und das Befestigungsteil 28a sind an einer Trägerwelle 28 gehaltert, die sich mit vorgeschriebener Drehzahl in der durch den Pfeil A in der Figur gekennzeichneten Richtung dreht. Um den Tiegel 21 herum sind ein Heizer 22 vom Widerstandsheizertyp und ein wärmeisolierendes Formteil 27 um diesen herum konzentrisch angeordnet. Der Tiegel 21 ist mit einer Schmelze 23 eines Materials zum Herstellen eines Kristalls gefüllt, die durch den Heizer 22 aufgeschmolzen wurde. In der Mittelachse des Tiegels 21 ist eine Ziehachse 24 aus einer Ziehstange oder einem Ziehdraht aufgehängt, und an deren unterem Ende ist ein Kristallkeim 35 durch einen Halter 34a gehalten. Diese Teile sind innerhalb einer wassergefüllten Kammer 39 angeordnet, deren Innendruck eingestellt werden kann, während über dem Tiegel 21 außerhalb der Kammer 39 eine optische Messeinrichtung 19 angeordnet ist.
Beim Ziehen eines Einkristalls 36 unter Verwendung der oben genannten Vorrichtung 30 zum Ziehen eines Einkristalls wird der Druck in der Kammer 39 verringert, und es wird Inertgas in sie eingeleitet, um eine Inertgasatmosphäre bei verringertem Druck zu erzeugen, die für eine Zeitspanne aufrechterhalten wird. Dann wird das Material zum Herstellen eines Kristalls durch den Heizer 22 aufgeschmolzen.
Während die Ziehachse 24 auf derselben Achse wie die Trägerwelle 28 mit vorgeschriebener Geschwindigkeit in der Gegenrichtung gedreht wird, wird der durch den Halter 34a gehaltene Kristallkeim 35 abgesenkt, und in Kontakt mit der Schmelze 23 gebracht, und es wird der Ziehvorgang für den Einkristall 36 aus der Schmelze 23 gestartet. Wenn dafür gesorgt ist, dass der Kristall am unteren Endteil des Kristallkeims 35 wächst, wenn der Ziehvorgang ausgeführt wird, wird der Kristall einmal so verengt, dass er einen vorgeschriebenen Durchmesser aufweist, was zur Ausbildung eines Halses 36a führt (nachfolgend als Halserzeugungsschritt bezeichnet).
Nach dem Herstellen einer Schulter 36b dadurch, dass der Hals 36a bis auf einen vorgeschriebenen Durchmesser wächst, wird ein Hauptkörper 36c mit gleichmäßigem Durchmesser und vorgeschriebener Länge hergestellt. Der Durchmesser des Einkristalls 36 wird allmählich verringert, und es fällt allmählich die Temperatur des gesamten Einkristalls 36, was zur Ausbildung eines Endkegels führt. Dann wird der Einkristall von der Schmelze 23 getrennt. Hierbei wird der Durchmesser des Einkristalls 36 bei den obigen Schritten dadurch gemessen, dass die Helligkeit der Wachstumsgrenzfläche (Schmelzring) an der Oberfläche der Schmelze 23 gemessen wird, wenn der Einkristall 36 hergestellt wird, wozu die optische Messeinrichtung 19 verwendet wird, und es erfolgt eine Steuerung auf Grundlage der Ergebnisse.
Beim obigen herkömmlichen Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls wird der Hals 36a unter dem Kristallkeim 35 ausgebildet, um Versetzungen auszuwachsen, wie sie durch einen Wärmeschock herbeigeführt werden, wenn der Kristallkeim 35 in Kontakt mit der Schmelze 23 gebracht wird. Normalerweise verfügt der Hals 36a über einen Durchmesser von ungefähr 3 mm und eine Länge von ungefähr 30 mm. Beim Ziehen eines Einkristalls 36 mit einem Durchmesser von ungefähr 6 Zoll und einem Gewicht von ungefähr 80 kg, kann selbst ein Hals 36a mit dem obigen Durchmesser den gezogenen Einkristall 36 ausreichend halten.
Jedoch wurden in jüngerer Zeit Wafer mit größerem Durchmesser erforderlich, um höher integrierte Halbleiterbauteile zu geringeren Kosten und wirkungsvoller herstellen zu können. Nun ist z. B. die Herstellung von Einkristallen 36 mit einem Durchmesser von ungefähr 12 Zoll (300 mm) und einem Gewicht von ungefähr 300 kg erwünscht. In diesem Fall kann ein Hals 36a mit herkömmlichem Durchmesser (im allgemeinen ungefähr 3 mm) dem Gewicht des gezogenen Einkristalls 36 nicht standhalten, so dass er bricht, was zu einem Herabstürzen des Einkristalls 36 führt.
Um das vorstehende Problem zu überwinden, wurde ein Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls offenbart, bei dem der Durchmesser des Einkristalls unter dem Hals allmählich einmal vergrößert wird, um einen vergrößerten Teil auszubilden, und der Durchmesser desselben allmählich verringert wird, um einen verkleinerten Teil mit einem größeren Durchmesser als dem des Halses auszubilden, der durch eine Haltevorrichtung abgestützt wird, wenn der Einkristall gezogen wird.
2 ist eine schematische Schnittansicht einer herkömmlichen Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls mit einer derartigen Art einer Einkristall-Haltevorrichtung ( japanische Patentveröffentlichung Nr. 515/95 ), und in der Figur repräsentiert die Bezugszahl 51 einen Tiegel.
Der beinahe zylindrische Tiegel 51 mit Boden ist mit einer Schmelze 53 eines Materials zum Herstellen eines Einkristalls gefüllt. Über dem Tiegel 51 ist ein Ziehdraht 51a aufgehängt, der durch ein Drahtstellglied 47 nach oben und unten verstellt werden kann und sich in der durch den Pfeil A gekennzeichneten Richtung drehen kann. Mit dem unteren Endteil des Ziehdrahts 41a ist eine stabförmige Ziehachse 41b verbunden, um die herum mittels eines Lagers 42a ein rohrförmiger Rotor 42 so angeordnet ist, dass er drehbar ist. Am oberen Teil der Ziehachse 41b ist ein Motor 43 befestigt, der mit dem oberen Teil des Rotors 42 verbunden ist und elektrisch mit einem Empfangsteil 43a verbunden ist. Wenn ein von der Außenseite einer Kammer (nicht dargestellt) der Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls 40 unter Verwendung einer Sendeeinrichtung (nicht dargestellt) gesendetes Signal vom Empfangsteil 43a empfangen wird, wird der Motor 43 so angetrieben, dass er den Rotor 42 in der durch den Pfeil B oder C gekennzeichneten Richtung dreht. An den Außenbereichen des Rotors 42 ist ein externer Gewindeteil 42b ausgebildet, auf den ein scheibenförmiger Halteteil 44a aufgeschraubt ist. Vom unteren Teil des Halteteils 44a aus erstreckt sich ein zylindrischer Greifhalter 44b, und an seiner Innenfläche sind Führungsschlitze 44c vertikal so ausgebildet, dass sie einander zugewandt sind. Im unteren Teil des Greifhalters 44b sind mehrere Kerben 44d ausgebildet, in denen Klauen 44e schwenkbar so gelagert sind, dass sie drehbar sind. Am unteren Endteil des Greifhalters 44b ist ein Anschlagteil 44f ausgebildet. Demgemäß können sich die Klauen 44e nach oben drehen, während sie durch den Anschlagteil 44f an einem Verdrehen nach unten gehindert sind. Eine Greifeinrichtung 44 umfasst den Halteteil 44a, den Greifhalter 44b, die Klauen 44e, den Anschlagteil 44f und zugehörige Teile. Andererseits ist ein Halter 41c mit dem unteren Endteil der Ziehachse 41b verbunden, und an den Außenbereichen des Halters 41c ist ein Flansch 45 befestigt. Die Außenbereiche des Flanschs 45 sind in die Führungsschlitze 44c so eingesetzt, dass sie nach oben und unten gleiten. Wenn sich der Rotor 42 dreht, läuft die Greifeinrichtung 44 nach oben und unten, da ihre Verdrehbarkeit beschränkt ist. Eine Einkristall-Haltevorrichtung 40a beinhaltet die Ziehachse 41b, den Rotor 42, den Motor 43, die Greifeinrichtung 44, den Flansch 45 und zugehörige Teile. Am unteren Endteil des Halters 41c ist ein Kristallkeim 41d festgehalten.
Beim Ziehen eines Einkristalls 46 unter Verwendung einer Vorrichtung 40 zum Ziehen eines Einkristalls mit der obigen Konstruktion wird der Motor 43 in der normalen Drehrichtung angetrieben, um den Rotor 42 z. B. in der Richtung des Pfeils B zu drehen und die damit verschraubte Greifeinrichtung 44 nach oben zu transportieren. Das Drahtstellglied 47 wird so angetrieben, dass es den Halter 41c mittels des Ziehdrahts 41a und der Ziehachse 41b nach unten transportiert, um den Kristallkeim 41d in die Schmelze 53 einzutauchen. Das Drahtstellglied 47 wird so angetrieben, dass es den Ziehdraht 41a mittels einer Drehung mit relativ hoher Drehzahl nach oben antreibt, was zur Ausbildung eines Halses 46a führt. Durch Wegziehen des Ziehdrahts 41a von der Schmelze mit allmählich verringerter Geschwindigkeit wird unter dem Hals 46a ein vergrößerter Teil 46b mit großem Durchmesser ausgebildet. Durch erneutes Hochziehen des Ziehdrahts 41a mit relativ hoher Geschwindigkeit wird unter dem vergrößerten Teil 46b ein verengter Teil 46c mit einem kleineren Durchmesser als dem des vergrößerten Teils 46b ausgebildet. Durch Hochziehen des Ziehdrahts 41a mit allmählich verringerter Geschwindigkeit wird unter dem verengten Teil 46c ein Schulterteil 46d ausgebildet. Dabei wird, durch Senden eines Signals an den Empfangsteil 43a unter Verwendung der obigen Sendeeinrichtung der Motor 43 in der gegenläufigen Drehrichtung angetrieben, um den Rotor 42 in der Richtung des Pfeils C zu verdrehen, um die Greifeinrichtung 44 nach unten zu transportieren. Wenn die Klauen 44e den vergrößerten Teil 46b berühren, bewirkt dies, dass die Klauen 44e relativ nach oben verdreht werden, um am vergrößerten Teil 46b vorbeizulaufen, und sie passen sich an den verengten Teil 46c an. Wenn der Ziehdraht 41a mit vorgeschriebener Geschwindigkeit angezogen wird, nachdem der Motor 43 angehalten wurde, wird unter dem Schulterteil 46d ein Hauptkörper 46e mit vorgeschriebenem Durchmesser ausgebildet, wobei der verengte Teil 46c von der Einkristall-Haltevorrichtung 40a gehalten wird.
Um den gezüchteten Einkristall 46 von der Schmelze 53 zu trennen, wird der Ziehdraht 41a mit relativ hoher Geschwindigkeit hochgezogen, um den Kristalldurchmesser allmählich zu verringern, um ein umgekehrt kegelförmiges Kristallende (nicht dargestellt) auszubilden, und der Einkristall 46 wird zu einem Zeitpunkt von der Schmelze 53 getrennt, zu dem der Einkristall 46 einen ausreichend kleinen Durchmesser dafür aufweist, dass verhindert ist, dass sich Versetzungen in den Erzeugnisteil ausbreiten, falls Versetzungen auftreten. Dieser Schritt wurde verwendet, um zu verhindern, dass durch einen Wärmeschock Versetzungen erzeugt werden und diese sich in den Hauptkörper 46e fortsetzen, der den Erzeugnisteil bildet.
Die Verwendung der obigen Vorrichtung 40 zum Ziehen eines Einkristalls ermöglicht es, einen vergrößerten Einkristall 46 zu ziehen. Wenn jedoch der Durchmesser unter Verwendung der optischen Messeinrichtung 19 auf dieselbe Weise wie beim Verwenden einer herkömmlichen Vorrichtung 30 zum Ziehen eines Einkristalls kontrolliert wird, ist die Wachstumsgrenzfläche bei der Herstellung des verengten Teils 46c durch den vergrößerten Teil 46b verdeckt, so dass der Schmelzring nicht beobachtet werden kann. Daher ist es schwierig, den Durchmesser des Einkristalls 46 während der Herstellung des verengten Teils 46c unter Verwendung der optischen Messeinrichtung 19 zu messen, so dass es schwierig ist, den verengten Teil 46c mit vorgeschriebener Form herzustellen. Da es schwierig ist, die Form des verengten Teils 46c zu kontrollieren, ist es schwierig, Änderungen der Bedingungen wie der Temperatur der Schmelze 53 zu bewältigen, so dass in den verengten Teil 46c leicht Versetzungen eingeführt werden.
Die herkömmliche Vorrichtung 40 (2) zum Ziehen eines Einkristalls, durch die der Einkristall 46 gezogen wird, während der verengte Teil 46c gehalten wird, weist eine komplizierte Struktur auf. Da die komplizierte Einkristall-Haltevorrichtung 40a in einer auf hoher Temperatur befindlichen Atmosphäre unmittelbar über der Schmelze 53 angeordnet werden muss, kommt es leicht zu Schwierigkeiten.
Es wurde auch eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls offenbart, bei der eine Konstruktion zum Halten eines verengten Teils und eine Ziehachse zum Ziehen eines Einkristalls individuell nach unten und oben laufen. Jedoch ist es bei einer derartigen Vorrichtung schwierig, die Hebe-/Senkgeschwindigkeit und die Drehzahlen zu synchronisieren, und es ist auch schwierig, einen Einkristall sicher festzuhalten, wenn die Mittelachse nur leicht gegenüber dem vorgesehenen Ort verrutscht.
Da die Einkristall-Haltevorrichtung 40a, die Teil der Vorrichtung 40 zum Ziehen eines Einkristalls bildet, eine Konstruktion aufweist, bei der der verengte Teil 46c durch die Klauen 44e ergriffen wird, ist die Haltefestigkeit gering, und die Klauen 44e können leicht zerstört werden.
Die JP 62-288191 A beschreibt ein Verfahren zum Wachsen eines Einkristalls und eine Vorrichtung hierfür. Hierbei wird ein Kristallkeim an einer Tragevorrichtung befestigt, herabgelassen und in eine Schmelze in einem Tiegel eingetaucht und danach unter Drehen herausgezogen, um einen Teil mit kleinem Durchmesser des Einkristalls zu wachsen. Danach wird die Ziehgeschwindigkeit reduziert, wobei der Durchmesser des Einkristalls erhöht und ein Teil mit großem Durchmesser gebildet wird. Danach wird der Durchmesser rasch verringert, um einen Teil mit kleinem Durchmesser zu bilden. Anschließend wird der Durchmesser wieder rasch auf den Durchmesser des Einkristalls erhöht um einen Schulterteil auszubilden. Hierauf wird ein säulenförmiger Teil bis zu einer gewünschten Länge gewachsen.
Die JP 61-122187 A beschreibt eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls. Um den Durchmesser eines Einkristalls in einem Ziehverfahren zu kontrollieren, ist an der Außenseite einer Kammer in dem oberen Teil der Einkristallziehvorrichtung ein Teleskop und eine Kamera befestigt. Des Weiteren ist ein Bildsensor hinter der Kamera platziert. Während dem Ziehverfahren wird der Schmelzring an dem wachsenden Teil des Einkristalls beobachtet und der Durchmesser des Einkristalls kann durch diese Vorrichtung bestimmt werden.
Die US 5,126,113 A beschreibt eine Vorrichtung zum Herstellen eines Einkristallstabes, der durch das Czochralski-Verfahren gewachsen wird. Hierbei werden ein Kopf mit großem Durchmesser und ein Hals mit kleinem Durchmesser nacheinander an einem oberen Teil des schweren Einkristallstabes mit großem Durchmesser durch das folgende Verfahren gebildet. Zunächst wird die Ziehrate auf eine geringe Geschwindigkeit gesetzt, wobei zunächst der Kopf mit großem Durchmesser gebildet wird. Danach wird die Ziehrate erhöht, um einen Hals mit kleinem Durchmesser benachbart zu dem Kopf zu bilden. Der Kopf und der Hals bilden zusammen eine nach unten gewandte Eingriffsstufe, um durch eine Vielzahl von Klemmarmen gegriffen werden zu können.
Die EP 0286133 A1 beschreibt einen Einkristallstab und ein Verfahren zum Ziehen desselben aus einer Schmelze und eine Vorrichtung hierfür. Hierbei wird ein Kristallkeim durch eine Haltevorrichtung durch einen Draht gehalten. Der Kristallkeim wird in eine Schmelze eingetaucht und aus dieser herausgezogen. In dem Schritt des Ziehens eines Einkristalls wird lediglich die Ziehgeschwindigkeit erhöht, während die Temperatur der Schmelze konstant gehalten wird, so dass der Halsabschnitt der dem unteren Ende des Einkristallkeims folgt, so gewachsen wird, dass er einen geringeren Durchmesser als der Kristallkeim besitzt. Danach wird die Geschwindigkeit und Temperatur der Schmelze allmählich verringert, sodass ein Schulterabschnitt, der dem Halsabschnitt folgt, so gewachsen wird, dass sein Durchmesser graduell ansteigt. Der Schritt des Herstellens des Schulterabschnitts wird so lange durchgeführt, bis der Einkristallstab im Wesentlichen seinen endgültigen Durchmesser erreicht hat. Danach wird ein Halteabschnitt an dem unteren Abschnitt des Schulterabschnitts gebildet. Nach der Bildung des Halteabschnitts wird die Ziehgeschwindigkeit wieder erhöht, um den Durchmesser des Einkristallstabs etwas gegenüber dem Durchmesser des Schulterabschnitts zu verringern. Der Einkristallstab kann schließlich gezogen werden, während er an dem Kristallkeim und dem Halteabschnitt gehalten wird. Hierbei wird der Kristallkeim durch den Draht und der Halteabschnitt durch Haltevorrichtungen gehalten.
Die DE 27 12 561 A1 beschreibt ein Verfahren zum Verschließen von Siliciumröhren. Hierbei wird ein unteres Ende einer aus Silicium hergestellten Röhre in eine Siliciumschmelze eingetaucht und nach oben aus der Schmelze herausgezogen. Hierbei wird die Temperatur und die Ziehgeschwindigkeit so gesteuert, dass der Durchmesser der Röhre allmählich verringert wird, bis die Röhre an ihrem unteren Ende vollkommen verschlossen ist. Somit kann eine Röhre mit einem unteren verschlossenen Ende mittels des bekannten Czochralski-Ziehprozesses gebildet werden.
Die JP 63-021280 A beschreibt ein Verfahren zum Steuern eines Durchmessers eines Einkristalls. Hierbei wird ein Einkristallstab mittels Czochralski-Verfahrens gezogen, wobei ein Abschnitt, welcher auf einer Höhe liegt, beobachtet wird, bis der Ziehvorgang beendet ist. Ferner wird der Durchmesser eines Schmelzrings direkt mittels eines in seiner Helligkeit erhöhten Bereichs gemessen und die Ziehgeschwindigkeit des Einkristalls wird so angepasst, dass der Durchmesser auf eine vorbestimmte Größe geregelt wird. In einer Verjüngungsphase bei einem Endabschnitt des Einkristalls verschwindet, wenn der Endabschnitt durch den darüberliegenden Einkristall abgeschattet wird, der Schmelzring aus dem Beobachtungsfeld der Kamera. Deshalb wird die optische Achse der Kamera in eine Position gebracht, um den Schmelzring wieder sichtbar zu machen. Hierbei wird zusätzlich die Ziehgeschwindigkeit des Einkristalls angepasst, während der Durchmesser des Endabschnitts gemessen wird. Wenn der Schmelzring noch kleiner wird, wird die optische Achse der Kamera in eine Stellung gebracht, und danach wird die optische Achse der Kamera wieder in die Stellung zurückgebracht, wenn die Verjüngung des Endabschnitts fortgeschritten ist.
Die JP H05-310496 A beschreibt ein Ziehverfahren für einen Siliciumeinkristall. Nachdem der Ziehvorgang eine Hauptkörpers eines Siliciumeinkristalls abgeschlossen ist, wird ein Endabschnitt an einem unteren Ende des Hauptkörpers ausgebildet. Hierbei wird die Stelle des Schmelzrings in einem Grenzabschnitt zwischen dem äußeren Umfang des Siliciumeinkristalls und dem geschmolzenen Silicium durch eine Kamera abgetastet, um den verringerten Durchmesser des Endabschnitts auf der Basis des Ausgangssignals von der Kamera zu steuern. Die Ziehgeschwindigkeit wird so gesteuert, dass der vertikale Winkel des konischen Endabschnitts etwa 50 Grad beträgt. Somit können durch Sauerstoff verursachte Versetzungsfehler durch Steuern der Ziehgeschwindigkeit des Endabschnitts und des entsprechenden Winkels des Endabschnitts reduziert werden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung wurde entwickelt, um die obigen Probleme zu überwinden, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls zu schaffen, mit dem der Durchmesser bei der Herstellung eines verengten Teils eines Einkristalls stabil kontrolliert werden kann.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls zu schaffen, die eine relativ einfache Konstruktion aufweist, damit sogar in einer Hochtemperaturatmosphäre nicht leicht Schwierigkeiten entstehen, bei der es nicht erforderlich ist, die Geschwindigkeiten und die Drehzahlen speziell zu synchronisieren, keine Verschiebung der Mittelachse oder dergleichen auftritt und ein verengter Teil selbst dann sicher gehalten werden kann, wenn der Durchmesser oder die Länge desselben kleine Änderungen aufweisen, und zwar dadurch, dass dafür gesorgt wird, dass ein Halter ein solcher mit einer Einkristall-Halteeinrichtung in einem frühen Stadium des Ziehvorgangs ist.
Diese Aufgaben werden durch das Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung nach Anspruch 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Es ist ein Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls geschaffen, bei dem ein Einkristall gezogen wird, während der Durchmesser desselben an der Grenzfläche der Schmelze unter Verwendung einer über dem Tiegel angeordneten optischen Messeinrichtung gemessen wird. So kann der Durchmesser des Einkristalls kontrolliert werden, mit einem Halsherstellungsschritt, in dem unter einem Kristallkeim ein Hals dadurch hergestellt wird, dass der Kristallkeim nach dem Eintauchen desselben in eine Schmelze in einem Tiegel gedreht wird, einem Schritt zum Herstellen eines vergrößerten Teils, in dem der Durchmesser eines Einkristalls nach dem Halsherstellungsschritt einmal erhöht wird, und einem Verengungsteil-Herstellschritt, bei dem der Durchmesser des Einkristalls nach dem Schritt zum Herstellen des vergrößerten Teils allmählich verringert wird. So ist das vorliegende Verfahren speziell dadurch gekennzeichnet, dass der verengte Teil hergestellt wird, während sein Durchmesser dauernd unter Verwendung der optischen Messeinrichtung gemessen wird.
Beim Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls kann, da der Durchmesser während der Herstellung des verengten Teils dauernd mittels des Schmelzrings gemessen wird, die Form des verengten Teils genau kontrolliert werden, so dass es möglich ist, selbst einer Temperaturänderung der Schmelze oder dergleichen genau gerecht zu werden. Im Ergebnis werden bei der Herstellung des verengten Teils keine Versetzungen eingeführt, so dass ein Einkristall ohne Fehler, wie Versetzungen, aus der Schmelze gezogen werden kann.
Es ist auch eine Vorrichtung (1) zum Ziehen eines Einkristalls mit Folgendem geschaffen: einer Einkristall-Halteeinrichtung, durch die ein Einkristall mit einem Hals unter einem Kristallkeim und mit einem vergrößerten Teil und einem verengten Teil unter dem Hals gezogen wird, während der verengte Teil gehalten wird, die eine Anpresseinrichtung aufweist, die also einen Teil dieser Einkristall-Halteeinrichtung bildet, um einen Befestigungsteil, der am verengten Teil des Einkristalls befestigt wird, von einer Warteposition in eine Verengungsteil-Befestigungsposition zu überführen.
Eine Vorrichtung (2) zum Ziehen eines Einkristalls, wie sie ferner hinsichtlich der Vorrichtung (1) zum Ziehen eines Einkristalls definiert ist, zeichnet sich durch einen Befestigungsteil in der Einkristall-Halteeinrichtung aus, der in Draufsicht gesehen beinahe V-, U-, abgewinkelt U- oder bogenförmig ist.
Unter Verwendung der Vorrichtungen (1) oder (2) zum Ziehen eines Einkristalls kann der am Einkristall ausgebildete verengte Teil durch den Befestigungsteil dadurch sicherer gehalten werden, dass der Befestigungsteil, der einen Teil der Einkristall-Halteeinrichtung bildet, unter Verwendung der Anpresseinrichtung aus der Warteposition in die Verengungsteil-Befestigungsposition transportiert wird. Die Einkristall-Halteeinrichtung verfügt über eine einfache Konstruktion, bei der sie nur durch Anpressen unter Verwendung der Anpresseinrichtung an den verengten Teil angepasst wird. Es kann dafür gesorgt sein, dass der Befestigungsteil eine Form aufweist, die es ermöglicht, den verengten Teil selbst dann sicher zu halten, wenn dieser aus dem vorgesehenen Ort herausrutscht, und selbst bei hohen Temperaturen kommt es nicht leicht zu Schwierigkeiten. Daher kann unter Verwendung der vorstehenden Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls auch ein schwerer Einkristall sicher und bestimmt gezogen werden.
Eine Vorrichtung (3) zum Ziehen eines Einkristalls, wie ferner in der Vorrichtung (1) oder (2) zum Ziehen eines Einkristalls ausgebildet, zeichnet sich durch eine Konstruktion aus, bei der der Befestigungsteil an den verengten Teil angepasst wird, nachdem ein Kristallkeimhalter und eine Einkristall-Halteeinrichtung als einstückige Konstruktion ausgebildet wurden.
Unter Verwendung der Vorrichtung (3) zum Ziehen eines Einkristalls ist es nicht erforderlich, die Geschwindigkeiten und Drehzahlen speziell zu synchronisieren, da der Kristallkeimhalter und die Einkristall-Halteeinrichtung in einem ziemlich frühen Stadium des Ziehens eines Einkristalls einstückig zusammengesetzt werden, und es tritt nicht leicht eine Verschiebung der Mittelachse oder dergleichen auf. Im Ergebnis kann leicht ein Einkristall mit hervorragenden Eigenschaften gezogen werden.
Eine Vorrichtung (4) zum Ziehen eines Einkristalls verfügt über eine Einkristall-Halteeinrichtung, durch die ein Einkristall mit einem Hals unter einem Kristallkeim und einen Befestigungsteil mit einem vergrößerten Teil und einem verengten Teil unter dem Hals aufweist, gezogen wird, während der Befestigungsteil festgehalten wird, und sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einkristall-Halteeinrichtung ein Paar Greifteile aufweist, die den Befestigungsteil des Einkristalls von beiden Seiten umschließen, und sie eine Anpresseinrichtung aufweist, um das Paar Greifteile von einer Warteposition in Befestigungsteil-Greifpositionen zu überführen.
Eine Vorrichtung (5) zum Ziehen eines Einkristalls, wie sie ferner bei der Vorrichtung (4) zum Ziehen eines Einkristalls ausgebildet ist, zeichnet sich durch die innere Form der Greifteile in der Einkristall-Halteeinrichtung aus, die beinahe der Außenform des Befestigungsteils des Einkristalls entspricht.
Unter Verwendung der Vorrichtung (4) oder (5) zum Ziehen eines Einkristalls kann der am Einkristall ausgebildete Befestigungsteil durch die Greifteile dadurch sicherer ergriffen (gehalten) werden, dass die Greifteile, die Teil der Einkristall-Halteeinrichtung bilden, unter Verwendung der Anpresseinrichtung von den Wartepositionen in die Befestigungsteil-Greifpositionen überführt werden. Die Einkristall-Halteeinrichtung verfügt über eine einfache Konstruktion, gemäß der nur durch Druckausübung unter Verwendung der Anpresseinrichtung dafür gesorgt wird, dass sie den Befestigungsteil ergreift, und es werden selbst bei hoher Temperatur nur wenig Schwierigkeiten verursacht. Daher kann unter Verwendung der obigen Vorrichtung (4) oder (5) zum Ziehen eines Einkristalls ein schwerer Einkristall sicher und bestimmt gezogen werden.
Eine Vorrichtung (6) zum Ziehen eines Einkristalls, wie sie ferner bei der Vorrichtung (4) oder (5) zum Ziehen eines Einkristalls ausgebildet ist, zeichnet sich durch eine Konstruktion aus, bei der ein Greifelement mit einem Paar Greifteilen in der Einkristall-Halteeinrichtung durch eine Greifelement-Haltescheibe beweglich gehaltert ist und eine Verbindungs-konstruktion dafür sorgt, dass sich das Paar Greifteile immer symmetrisch zum Zentrum des Einkristalls bewegt.
Unter Verwendung der Vorrichtung (6) zum Ziehen eines Einkristalls kann ein Einkristall sicher und bestimmt ohne Unterbrechung beim Ergreifen des Befestigungsteils festgehalten werden, da die Greifteile, die einen Teil der Einkristall-Halteeinrichtung bilden, den Befestigungsteil so ergreifen, dass sie ihn durch symmetrische Bewegung in Bezug auf das Zentrum des Einkristalls von beiden Seiten umschließen.
Eine Vorrichtung (7) zum Ziehen eines Einkristalls, wie sie bei der Vorrichtung (4), (5) oder (6) zum Ziehen eines Einkristalls ausgebildet ist, zeichnet sich durch eine Konstruktion aus, bei der die Greifteile den Befestigungsteil ergreifen, nachdem der Kristallkeimhalter und die Einkristall-Halteeinrichtung einstückig gemacht wurden.
Unter Verwendung der Vorrichtung (7) zum Ziehen eines Einkristalls ist es nicht erforderlich, die Geschwindigkeiten und Drehzahlen speziell zu synchronisieren, da der Kristallkeimhalter und die Einkristall-Halteeinrichtung in einem relativ frühen Stadium des Ziehvorgangs für den Einkristall einstückig gemacht werden, und es tritt nicht leicht eine Verschiebung der Mittelachse oder dergleichen auf. Im Ergebnis kann leicht ein Einkristall mit hervorragenden Eigenschaften gezogen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Schnittansicht, die eine herkömmliche Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls zeigt;
2 ist eine schematische Schnittansicht, die eine andere herkömmliche Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls zeigt;
3 ist ein Längsschnitt, der schematisch eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls gemäß einem Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt;
4 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die schematisch eine Einkristall-Halteeinrichtung und deren Umgebung zeigt, die Teil der Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls gemäß dem Ausführungsbeispiel bildet;
5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in 4;
6 ist eine Draufsicht, die schematisch die Einkristall-Halteeinrichtung zeigt, die einen Teil der Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls gemäß dem Ausführungsbeispiel bildet;
7 ist ein Längsschnitt, der schematisch eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
8(a) ist eine Vorderansicht, die schematisch ein Greifelement zeigt, das Teil einer Einkristall-Halteeinrichtung in der Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls gemäß dem Ausführungsbeispiel ist, und 8(b) ist eine zugehörige Seitenansicht, und 8(c) ist eine zugehörige Draufsicht; und
9 ist eine Draufsicht, die schematisch die Einkristall-Halteeinrichtung zeigt, die Teil der Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls gemäß dem Ausführungsbeispiel bildet.
Beste Art zum Ausführen der Erfindung
Nachfolgend werden die Ausführungsbeispiele des Verfahrens und der Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen beschrieben.
Das Verfahren und die Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls gemäß den Ausführungsbeispielen werden unter der Annahme beschrieben, dass ein schwerer Einkristall mit einem großen Durchmesser von 12 Zoll oder mehr gezogen wird.
3 ist eine längsgeschnittene Ansicht, die schematisch eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt, und 4 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht, die schematisch eine Einkristall-Halteeinrichtung und deren Umgebung zeigt, die Teil der Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls bildet. 5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in 4, und 6 ist eine Draufsicht, die schematisch die Einkristall-Halteeinrichtung zeigt.
Die Vorrichtung 10 zum Ziehen eines Einkristalls gemäß dem Ausführungsbeispiel verfügt über eine Einkristall-Halteeinrichtung 11, durch die ein Einkristall 26 mit einem vergrößerten Teil 26b und einem verengten Teil 26c unter einem Hals 26a gezogen wird, während der verengte Teil 26c so gehalten wird, wie es in 3 dargestellt ist. Die anderen zugehörigen Teile sind dieselben wie bei der in 1 dargestellten Vorrichtung 30 zum Ziehen eines Einkristalls. Demgemäß werden hier nur die Einkristall-Halteeinrichtung 11 und die zu ihr gehörigen Teile beschrieben.
Die Einkristall-Halteeinrichtung 11 umfasst einen Befestigungsteil 12, Armteile 13a und 13b, Haltestäbe 14a und 14b, ein Halteelement 15, eine Scheibe 16 und Führungen 17, und es wird dafür gesorgt, das sie an einer vorgegebenen Position wartet, bis der Einkristall 26 bis auf eine vorgegebene Position gezogen ist.
Die Führungen 17 sind zu beiden Seiten der Innenwände des unteren Teils einer Ziehkammer 29a angeordnet, und die Scheibe 16 ist auf den Führungen 17 positioniert. Die Scheibe 16 bewegt sich von den Führungen 17 aus nicht nach unten, jedoch kann sie sich frei nach oben bewegen. Wie es in 6 dargestellt ist, ist das zylindrische Halteelement 15 am zentralen Teil der Scheibe 16 befestigt, und in den Mittelachsenteilen der Scheibe 16 und des Halteelements 15 sind Durchgangslöcher 15a und 16a ausgebildet, durch die eine Ziehachse 34 dringt. Im Halteelement 15 sind zwei Durchgangslöcher 15b und 15c horizontal so ausgebildet, dass sie durch die Mittelachse laufen, und sie werden von zwei Haltestäben 14a und 14b durchdrungen. An diesen zwei Haltestäben 14a und 14b sind die oberen Endteile stabförmiger Armteile 13a und 13b, die beinahe parallel liegen und an ihren unteren Enden über umgebogene Teile 130a und 130b verfügen, festgeschraubt und befestigt. An den umgebogenen Teilen 130a und 130b am unteren Ende der Armteile 13a und 13b ist der Befestigungsteil 12 mit V-Form in Draufsicht befestigt, wie in 5 dargestellt. Die Armteile 13a und 13b durchdringen die leicht gebogenen und schlanken Durchgangslöcher 16b und 16c in der Scheibe 16. Die Durchgangslöcher 16b und 16c verfügen über gebogene Form, um die Positionen der Armteile 13a und 13b einzustellen. Die Armteile 13a und 13b sind mit einer Form ausgebildet, die sich nach außen ausgehend von den Positionen, an denen die Durchgangslöcher 16b und 16c ausgebildet sind, leicht erweitert, und sie können zeitweilig an den linken Endteilen 160b und 160c derselben oder den rechten Endteilen 165b und 165c derselben in 6 fixiert werden. Bevor ein Einkristall 26 gezogen wird und für die Zeitspanne ab dem Anfang des Ziehvorgangs wird dafür gesorgt, dass die Armteile 13a und 13b in Wartepositionen der Endteile 160b und 160c warten, wie es durch gestrichelte Linien in 4 dargestellt ist. Wenn dafür gesorgt wird, dass die Armteile 13a und 13b den Einkristall 26 halten, werden sie dadurch zu den Endteilen 165b und 165c verschoben, dass ein Anpresselement 18, das Teil einer am untersten Ende der Ziehkammer 29a angeordneten Anpresseinrichtung bildet, nach innen gedrückt wird, und sie liegen an den Verengungsteil-Befestigungspositionen. Hierbei kann das Anpresselement 18 durch Verdrehen in der horizontalen Ebene vorlaufen, um es zu ermöglichen, gleichmäßig auf die Armteile 13a und 13b zu drücken, die durch die Ziehachse 24 gedreht werden. Durch den obigen Vorgang wird der an den unteren Enden der Armteile 13a und 13b befestigte Befestigungsteil 12 am am Einkristall 26 ausgebildeten verengten Teil 26c befestigt, so dass der Einkristall 26 festgehalten wird. Dann wird dafür gesorgt, dass die Einkristall-Halteeinrichtung 11 einstückig mit einem Halter 24a, der Ziehachse 24 und zugehörigen Teilen wird, wodurch der Einkristall 26 gehalten wird, und sie hochfährt, wenn die Ziehachse 24 hochgezogen wird.
Der Halter 24a und zugehörige Teile können auf dieselbe Weise wie bei der herkömmlichen Vorrichtung 30 zum Ziehen eines Einkristalls (1) frei gedreht und hochgezogen werden. Die Vorrichtung 10 zum Ziehen eines Einkristalls verfügt über eine optische Messeinrichtung 19 zum Messen des Durchmessers des Einkristalls 26, um den Durchmesser des gezogenen Einkristalls 26 zu kontrollieren.
Nachfolgend wird das Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls unter Verwendung der Einkristall-Halteeinrichtung 11 beschrieben.
Im Stadium vor dem Ziehen eines Einkristalls 26 wird die Einkristall-Halteeinrichtung 11 innerhalb der Kammer 29 angeordnet, und die Armteile 13a und 13b werden zeitweilig an den Endteilen 160b und 160c der Durchgangslöcher 16b und 16c der Scheibe 16 befestigt, um sich in den Wartepositionen zu befinden. Die Ziehachse 24 durchläuft das Durchgangsloch 15a des Halteelements 15 und das Durchgangsloch 16a der Scheibe 16, und der einen Kristallkeim 25 haltende Halter 24a wird am unteren Ende der Ziehachse 24 aufgehängt.
Auf dieselbe Weise wie beim herkömmlichen Verfahren wird der Kristallkeim 25 in Kontakt mit einer Schmelze 23 innerhalb eines Tiegels 21 gebracht, und unter dem Kristallkeim 25 wird ein Hals 26a ausgebildet. Während der Durchmesser unter Verwendung der optischen Messeinrichtung 19 gemessen wird, wird die Ziehgeschwindigkeit der Ziehachse 24 verringert, um den Durchmesser allmählich zu erhöhen, was zur Ausbildung eines vergrößerten Teils 26b unter dem Hals 26a führt. Die Ziehachse 24 wird erneut mit relativ hoher Geschwindigkeit hochgezogen, was unterhalb des vergrößerten Teils 26b zur Ausbildung eines verengten Teils 26c mit einem Durchmesser unter dem des vergrößerten Teils 26b führt. Hierbei wird der verengte Teil 26c mit einer Form ausgebildet, die es ermöglicht, dauernd den Schmelzring unter Verwendung der optischen Messeinrichtung 19 zu beobachten. D. h., dass, wie es in 3 dargestellt ist, der verengte Teil 26c so ausgebildet wird, dass er einen Winkel Θ_s bildet, der durch eine gerade Linie, die den Oberflächenteil des Querschnitts des verengten Teils 26c bildet, und eine horizontale Ebene erzeugt ist und größer als ein Winkel Θ_m ist, der durch die optische Achse 19a der optischen Messeinrichtung 19 und eine horizontale Ebene gebildet ist.
Wenn der größte Durchmesser des vergrößerten Teils 26b den Wert D₁ und hat und die Länge der Segmente Z, die den Querschnitt des verengten Teils 26c bilden und so verlängert werden, dass sie einander kreuzen, den Wert L hat, kann der verengte Teil 26c so hergestellt werden, dass tanΘ_s, wie durch die Gleichung 1 ausgedrückt, größer als tanΘ_m ist: L/0,5D₁ = 2L/D₁ = tanΘ_s Gleichung 1
Da der Schmelzring während der Herstellung des verengten Teils 26c dadurch dauernd beobachtet werden kann, dass der verengte Teil 26c mit der obigen Form ausgebildet wird, kann sein Durchmesser leicht kontrolliert werden, es ist leicht, Änderungen der Bedingungen wie der Temperatur der Schmelze 23 zu bewältigen, und es kann verhindert werden, dass Versetzungen in den verengten Teil 26c eingeführt werden.
Nach Ausbildung des verengten Teils 26c wird eine Schulter 26d dadurch ausgebildet, dass die Ziehgeschwindigkeit allmählich verringert wird, und es wird ein Hauptkörper 26e mit gleichmäßigem Durchmesser hergestellt. Wenn der Halter 24a in gewissem Ausmaß angehoben wird, berührt er die Scheibe 16, die einen Teil der Einkristall-Halteeinrichtung 11 bildet. Hierbei ist die Länge zwischen dem Kristallkeim 25 und dem verengten Teil 26c so eingestellt, dass der Befestigungsteil 12 genau am verengten Teil 26c befestigt wird, wenn dieser Befestigungsteil 12 an die Verengungsteil-Befestigungsposition verschoben ist. Demgemäß wird, wenn die Armteile 13a und 13b und der Befestigungsteil 12 von den Wartepositionen an die Verengungsteil-Befestigungspositionen überführt werden, der Befestigungsteil 12 am verengten Teil 26c befestigt, um den Einkristall 26 zu halten. Selbst wenn der verengte Teil 26c leicht aus seiner Position herausrutscht, kann der verengte Teil 26c sicher gehalten werden, da der Befestigungsteil 12 über V-Form verfügt.
Der Halter 24a, die Ziehachse 24 und die zugehörigen Teile werden einstückig mit der Einkristall-Halteeinrichtung 11 gemacht. Wenn die Ziehachse 24 hochgezogen wird, fährt die Einkristall-Halteeinrichtung 11 mit derselben Geschwindigkeit hoch. Durch Drehen der Ziehachse 24 verdreht sich auch die Einkristall-Halteeinrichtung 11 mit derselben Geschwindigkeit. Daher kann dann der Einkristall 26 unter denselben Bedingungen wie im herkömmlichen Fall gezogen werden. Beim Ziehvorgang kann, da der Einkristall 26 durch die Einkristall-Halteeinrichtung 11 festgehalten wird, selbst ein schwerer Einkristall 26 leicht gezogen werden, ohne dass Schwierigkeiten, wie ein Abbrechen, auftreten. Selbst wenn der Halter 26a aus irgendeinem Grund reißt, stürzt der Einkristall 26 nicht ab, da er durch die Einkristall-Halteeinrichtung 11 festgehalten wird, und der Ziehvorgang für denselben kann sicher unter den ursprünglichen Bedingungen fortgesetzt werden.
Wie oben beschrieben, werden, da der Halter 24a und zugehörige Teile sowie die Einkristall-Halteeinrichtung 11 einstückig gemacht werden, nachdem der Halter 24a die Scheibe 16 berührt hat, die Hebe-/Senkgeschwindigkeit und die Drehzahlen ohne jeden weiteren Vorgang synchronisiert, so dass es nicht möglich ist, dass die Mittelachse der Ziehachse 24 gegenüber der der Einkristall-Halteeinrichtung 11 abweicht. Da die Konstruktion der Einkristall-Halteeinrichtung 11 relativ einfach ist, entstehen selbst in einer Hochtemperaturatmosphäre nicht leicht Schwierigkeiten.
Beim obigen Ausführungsbeispiel hat der an den unteren Enden der Armteile 13a und 13b angeordnete Befestigungsteil 12 in Draufsicht beinahe V-Form. Jedoch ist die Form des Befestigungsteils 12 nicht auf V-förmig beschränkt, solange die Form an den verengten Teil 26c angepasst ist. Daher kann die Form des Befestigungsteils 12 bei einem anderen Ausführungsbeispiel beinahe U-, abgewinkelt U-, Kreisbogenteil-förmig und dergleichen sein.
Die Einrichtung zum Überführen der Armteile 13a und 13b aus den Wartepositionen in die Verengungsteil-Befestigungspositionen ist nicht auf die in 4 dargestellte Anpresseinrichtung mit dem Anpresselement 18 beschränkt. Durch Anbringen von Zahnrädern an den Haltestäben 14a und 14b, die mit den Armteilen 13a und 13b befestigt sind und durch Kombinieren derselben mit einem Motor, der mit einem an der Scheibe 16 befestigten Zahnrad verbunden ist, können die Haltestäbe 14a und 14b verdreht werden, um die Armteile 13a und 13b zu verstellen.
Beispiele und Vergleichsbeispiele

Nachfolgend werden das Verfahren und die Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls gemäß der Erfindung durch Beispiele beschrieben. Als Vergleich werden nachfolgend Fälle, bei denen der Durchmesser des verengten Teils unter Verwendung derselben Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls, wie bei Beispielen verwendet, für Vergleichsbeispiele der in den 3–6 dargestellten Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls beschrieben. Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 (Gemeinsame Bedingungen beim Beispiel 1 und beim Vergleichsbeispiel 1) Tabelle 1

Abmessungen und Gewicht eines Einkristalls	Art des Einkrist.	Durchmesser (mm)	Länge (mm) unter der Schulter	Gewicht (kg)	Materialgewicht (kg)	Anzahl v. Ziehvorgäng. (Male)
	p-Silizium	300 (12 Zoll)	1200	210	250	30

Tabelle 2

Drehzahl (U/Min.)	Krist.	Tiegel	Bedingungen in der Kammer	Ar-Strömung (Liter/Min.)	Druck (Pa)
Drehzahl (U/Min.)	10	8	Bedingungen in der Kammer	50	1330

Tabelle 3

Abmessung. des Quarztiegels	Durch^messer (mm)	Höhe (mm)	Abmessungen des Heizers	Innen- durchmesser (mm)	Aussendurchmesser (mm)	Höhe (mm)
Abmessung. des Quarztiegels	750	470	Abmessungen des Heizers	800	850	600

Tabelle 4

Abmessungen des Wärmeisolier.-Formteils	Durchmesser (mm)	Höhe (mm)	Abmessungen der Kammer	Innendurchmesser (mm)	Höhe (mm)
Abmessungen des Wärmeisolier.-Formteils	900	1300	Abmessungen der Kammer	1350	1200

(Unterschiedliche Bedingungen zwischen dem Beispiel 1 und dem Vergleichsbeispiel 1) Tabelle 5

Abmessungen jedes Teils eines Einkristalls	Hals		vergrößerter Teil		verengter Teil
Abmessungen jedes Teils eines Einkristalls	Durchmesser (mm)	Höhe (mm)	größter Durchmesser (mm)	Höhe (mm)	kleinster Durchmesser (mm)	Höhe (mm)
Beispiel 1	3	150	40	40	10	50
Vergleichsbeispiel	3	150	40	40	10	20

Der beim Beispiel 1 ausgebildete verengte Teil 26c hatte einen größten Durchmesser D₁ von 40 mm, einen kleinsten Durchmesser D₂ von 10 mm und eine Höhe von 50 mm, wie es in der Tabelle 5 angegeben ist. Demgemäß betrug die Länge L 66,7 mm, und gemäß der Gleichung 1 hatte tanΘ_s den Wert 3,35, was größer als 2,144 ist, also dem Tangens (tanΘ_m) des Winkels, der zwischen der optischen Achse 19a der optischen Messeinrichtung 19 und einer horizontalen Ebene besteht. Im Ergebnis konnte der Durchmesser bei der Herstellung des verengten Teils 26c mittels des Schmelzrings gemessen und kontrolliert werden. Daher konnte ein Einkristall 26 ohne Fehler oder dergleichen gezogen werden, ohne dass in den Einkristall 26 Versetzungen eingeführt wurden. Hierbei wurde unmittelbar, nachdem der Halter 24a die Scheibe 16 berührt hatte, der Befestigungsteil 12 am verengten Teil 26c befestigt, und dann wurde der Einkristall 26 gezogen, während der Halter 24a und zugehörige Teile einstückig mit der Einkristall-Halteeinrichtung 11 gemacht waren. Der Hals 26a riss während des Ziehens und des Herausnehmens des Einkristalls 26 nicht, so dass der Ziehvorgang sicher ausgeführt werden konnte. Ferner stürzte der Einkristall 26 selbst dann nicht ab, wenn der Hals 26a desselben absichtlich zerstört wurde, wodurch sichergestellt war, dass der Einkristall 26 sicher von der Einkristall-Halteeinrichtung 11 gehalten wurde.
Andererseits wurde beim Vergleichsbeispiel 1 der Durchmesser des verengten Teils 26c durch Erhöhen der Ziehgeschwindigkeit nach dem Herstellen des vergrößerten Teil 26b drastisch verringert. Durch diesen Vorgang wurde ein verengter Teil 26c mit einem größten Durchmesser D₁ von 40 mm, einem kleinsten Durchmesser D₂ von 10 mm und einem Wert L von 20 mm ausgebildet. Daher betrug die Länge L 26,7 mm, und gemäß der Gleichung 1 betrug tanΘ_s 1,34, was kleiner als tanΘ_m von 2,144 ist. So konnte während der Ausbildung des verengten Teils 26c der Durchmesser desselben nicht durch Messen des Schmelzrings unter Verwendung der optischen Messeinrichtung 19 gemessen und geeignet kontrolliert werden. Im Ergebnis wurden Versetzungen mit einem Anteil von 40% in die gezogenen Einkristalle eingeführt.
7 ist ein Längsschnitt, der schematisch eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel zeigt, und 8(a) ist eine Vorderansicht, die schematisch ein Greifelement zeigt, das Teil einer Einkristall-Halteeinrichtung bildet, und 8(b) ist eine zugehörige Seitenansicht, und 8(c) ist eine zugehörige Draufsicht. 9 ist eine Draufsicht, die schematisch die obige Einkristall-Halteeinrichtung zeigt.
Die Vorrichtung 60 zum Ziehen eines Einkristalls gemäß diesem Ausführungsbeispiel verfügt über eine Einkristall-Halteeinrichtung 61, durch die ein Einkristall 26 mit einem Befestigungsteil 26g aus einem vergrößerten Teil 26b und einem verengten Teil 26c unter einem Hals 26a hochgezogen wird, während dieser Befestigungsteil 26g ergriffen ist, wie es in 7 dargestellt ist.
Die Einkristall-Halteeinrichtung 61 mit Greifelementen 62a und 62b, eine Greifelement-Haltescheibe 68, Verbindungselemente 66a und 66b sowie Hilfstragelemente 65a werden dazu veranlasst, in einer vorgegebenen Position zu warten, bis der Einkristall 26 bis auf eine vorgegebene Position hochgezogen ist.
Zu beiden Seiten der Innenwände des unteren Teils einer Ziehkammer 29a sind Führungen 70 angeordnet, und die Greifelement-Haltescheibe 68 ist auf den Führungen 70 positioniert. Die Greifelement-Haltescheibe 68 bewegt sich von den Führungen 70 aus nicht nach unten, jedoch kann sie sich frei nach oben bewegen. Wie es in 9 dargestellt ist, ist im Mittelachsenteil der Greifelement-Haltescheibe 68 ein Durchgangsloch 68a ausgebildet, durch das eine Ziehachse 24 hindurchgeht. Zu beiden Seiten des Durchgangslochs 68a sind Durchgangslöcher 68b und 68c, die in der Querrichtung schlank ausgebildet sind, symmetrisch zur Ziehachse 24 hergestellt, und ein Durchgangsloch 68d, das in der vertikalen Richtung schlank ausgebildet ist, ist rechtwinklig zur Linie hergestellt, die die Mittelachsen der Durchgangslöcher 68b und 68c in der Querrichtung verbindet.
Die oberen Teile der Armteile 63a und 63b, die einen Teil der Greifelemente 62a und 62b bilden, laufen durch die Durchgangslöcher 68b und 68c, und die Greifteile 62a und 62b werden durch die Hilfshalteelemente 65a gehalten, die auf den Armteilen 63a und 63b angeordnet sind, um diese Armteile 63a und 63b so zu halten, als sei die Greifelement-Haltescheibe 68 dazwischen von oben und unten her einzufügen. Die Armteile 63a und 63b können sich frei nach rechts und links bewegen, wenn sie durch die Hilfshalteelemente 65a gehalten sind. Das Greifelement 62a verfügt in seinem unteren Teil über ein Greifteil 64a, dessen Innenform beinahe der Außenform des Befestigungsteils 26g entspricht, wie es in 8 dargestellt ist, so dass das Befestigungsteil 26g so ergriffen wird, als sei es durch das Paar Greifelemente 62a und 62b umschlossen, die zu beiden Seiten des Befestigungsteils 26g angeordnet sind.
Am oberen Ende des Armteils 63a oder 63b, das Teil des Greifelements 62a oder 62b bildet, ist ein Endteil eines stabförmigen Verbindungselements 66a oder 66b durch eine Schraube 65b so befestigt, dass es verdrehbar ist. Die anderen Enden der beiden Verbindungselemente 66a und 66b sind an einem Verbindungselement-Haltestab 66c (7) befestigt, der so in das Durchgangsloch d eingesetzt ist, dass er verdrehbar ist und sie verbunden sind. Der Verbindungselement-Haltestab 66c kann sich frei innerhalb des Durchgangslochs 68d bewegen.
Demgemäß bewegt sich, wenn der Armteil 63a, der einen Teil des Greifelements 62a bildet, zur Ziehachse 24 hin verschoben wird, der Verbindungselement-Haltestab 66c innerhalb des Durchgangslochs 68d nach außen, was dafür sorgt, dass sich der Armteil 63b innerhalb des Durchgangslochs 68c zur Ziehachse 24 bewegt. Die Durchgangslöcher 68b und 68c sind symmetrisch zur Mittelachse ausgebildet, die Verbindungselemente 66a und 66b sind symmetrisch zur Linie ausgebildet, die die Ziehachse 24 und die Mittelachse des Durchgangslochs 68d verbindet, und die Armteile 63a und 63b sind so aufgebaut, dass sie sich immer symmetrisch zur Ziehachse 24 bewegen.
Bevor ein Einkristall 26 gezogen wird, und für die Zeitspanne ab dem Beginn des zugehörigen Ziehvorgangs, wird dafür gesorgt, dass die Armteile 63a und 63b am linken und rechten Endteil der Durchgangslöcher 68b und 68c warten (Wartepositionen), und wenn es erforderlich ist, den Einkristall 26 dadurch zu halten, dass ein Anpresselement 69, das Teil einer im unteren Teil der Ziehkammer 29a angeordneten Anpresseinrichtung bildet, werden die Armteile 63a und 63b zu den Endteilen der Durchgangslöcher 68b und 68c nahe der Ziehachse 24 verschoben, wobei es sich um Befestigungsteil-Greifpositionen handelt. Dabei bewegt sich der Verbindungselement-Haltestab 66c im Durchgangsloch 68d nach außen, und wenn er den Außenendteil erreicht, wirkt ein an Federn 68f befestigtes Fixierelement 68e dergestalt, dass der Verbindungselement-Haltestab 66c fixiert wird und auch die Armteile 63a und 63b fixiert werden.
Durch den obigen Vorgang wird der Einkristall 26 durch Ergreifen des an ihm ausgebildeten Befestigungsteils 26g so gehalten, als sei er durch die an den unteren Enden der Armteile 63a und 63b angeordneten Greifteile 64a und 64b von beiden Seiten umschlossen. Dann wird die Einkristall-Halteeinrichtung 61 einstückig mit dem Halter 24a, der Ziehachse 24 und den zugehörigen Teilen gemacht, durch die der Einkristall 26 gehalten wird, und sie fährt hoch, wenn die Ziehachse 24 hochgezogen wird.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls unter Verwendung der Einkristall-Halteeinrichtung 61 beschrieben.
Im Stadium vor dem Ziehen des Einkristalls 26 ist die Einkristall-Halteeinrichtung 61 in einer Kammer 69 angeordnet, und die Armteile 63a und 63b liegen am linken und rechten Endteil der Durchgangslöcher 68b und 68c (Wartepositionen). Die Ziehachse 24 durchdringt das Durchgangsloch 68a der Greifelement-Haltescheibe 68, und am unteren Ende der Ziehachse 24 wird der den Kristallkeim 25 haltende Halter 24a aufgehängt. Der Halter 24a und zugehörige Teile können sich frei drehen und auf dieselbe Weise wie bei der herkömmlichen Vorrichtung 30 zum Ziehen eines Einkristalls (1) hochgezogen werden.
Der Kristallkeim 25 wird in Kontakt mit der den Tiegel 21 füllenden Schmelze 23 gebracht, um den Hals 26a unter dem Kristallkeim 25 auszubilden. Durch Verringern der Ziehgeschwindigkeit der Ziehachse 24 wird der Durchmesser allmählich erhöht, um den vergrößerten Teil 26b unter dem Hals 26a auszubilden. Anschließend wird der Durchmesser durch erneutes Hochziehen der Ziehachse 24 mit relativ hoher Geschwindigkeit allmählich verringert, um den verengten Teil 26c auszubilden.
Nach dem Herstellen des vergrößerten Teils 26b und des verengten Teils 26c (Befestigungsteil 26g) wird durch allmähliches Verringern der Ziehgeschwindigkeit die Schulter 26d ausgebildet, und es wird der Hauptkörper 26e mit gleichmäßigem Durchmesser hergestellt. Wenn der Halter 24a in gewissem Ausmaß hochfährt, berührt er den Greifelement-Haltestab 68, der einen Teil der Einkristall-Halteeinrichtung 61 bildet. Dabei wird die Länge vom Kristallkeim 25 bis zum Befestigungsteil 26g so eingestellt, dass durch Überführen der Greifteile 64a und 64b in die Verengungsteil-Greifpositionen diese Greifteile 64a und 64b gerade den Befestigungsteil 26g ergreifen. Im Ergebnis ergreifen die Greifteile 64a und 64b den Befestigungsteil 26g, wenn die Armteile 63a und 63b und die Greifteile 64a und 64b von den Wartepositionen unter Verwendung des Anpresselements 69 in die Verengungsteil-Greifpositionen überführt werden, so dass der Einkristall 26 gehalten wird.
Dann werden der Halter 24a, die Ziehachse 24 und zugehörige Teile einstückig mit der Einkristall-Halteeinrichtung 61 gemacht. Wenn die Ziehachse 24 hochgezogen wird, fährt die Einkristall-Halteeinrichtung 61 mit derselben Geschwindigkeit hoch. Durch Verdrehen der Ziehachse 24 dreht sich die Einkristall-Halteeinrichtung 61 mit derselben Drehzahl. Demgemäß kann dann der Einkristall 26 unter denselben Bedingungen wie beim herkömmlichen Verfahren gezogen werden. Beim Ziehvorgang kann, da der Einkristall 26 durch die Einkristall-Halteeinrichtung 61 gehalten wird, selbst ein schwerer Einkristall 26 leicht gezogen werden, ohne dass Schwierigkeiten wie ein Abreißen auftreten. Selbst wenn der Hals 26a aus irgendeinem Grund bricht, stürzt der Einkristall 26 nicht ab, da er durch die Einkristall-Halteeinrichtung 61 gehalten wird, und dann kann der Ziehvorgang sicher unter den ursprünglichen Bedingungen fortgesetzt werden.
Wie oben beschrieben, sind, da der Halter 24a und zugehörige Teile sowie die Einkristall-Halteeinrichtung 61 einstückig gemacht werden, nachdem der Halter 24a die Greifelement-Haltescheibe 68 berührt hat, die Hebe-/Senkgeschwindigkeit und die Drehzahlen ohne jeden weiteren Vorgang synchronisiert, so dass keine Möglichkeit besteht, dass die Mittelachse der Ziehachse 24 von der der Einkristall-Halteeinrichtung 61 abweicht. Da die Konstruktion der Einkristall-Halteeinrichtung 61 relativ einfach ist, werden selbst in einer Hochtemperaturatmosphäre nicht leicht Probleme verursacht.
Für die Einrichtung zum Überführen der Armteile 63a und 63b aus den Wartepositionen in die Verengungsteil-Greifpositionen besteht keine Beschränkung auf die Anpresseinrichtung mit dem Anpressteil 69, wie in 7 dargestellt. Wenn z. B. Zahnräder und ein Motor an den oberen Enden der Armteile 63a und 63b angeordnet werden und sie mit einer Zahnstange kombiniert werden, die an der Greifelement-Haltescheibe 68 befestigt ist, können die Armteile 63a und 63b verstellt werden.
Beispiel 2

Ein Einkristall 26 wurde durch das beim obigen Ausführungsbeispiel beschriebene Verfahren gezogen. Die Bedingungen sind in den Tabellen 6–10 angegeben. Tabelle 6

Abmessungen und Gewicht eines Einkristalls	Art des Einkrist.	Durchmesser (mm)	Länge (mm) unter der Schulter	Gewicht (kg)	Materialgewicht (kg)	Anzahl v. Ziehvorgängen (Male)
	p-Silizium	300 (12 Zoll)	1200	210	250	30

Tabelle 7

Drehzahl (U/Min.)	Krist.	Tiegel	Bedingung. in der Kammer	Ar-Strömung (Liter/Min.)	Druck (Pa)
Drehzahl (U/Min.)	10	8	Bedingung. in der Kammer	50	1330

Tabelle 8

Tabelle 9

Abmessung. des Wärmeisolier.-Formteils	Durchmesser (mm)	Höhe (mm)	Abmessungen der Kammer	Innendurchmesser (mm)	Höhe (mm)
Abmessung. des Wärmeisolier.-Formteils	900	1300	Abmessungen der Kammer	1350	1200

Tabelle 10

Abmessungen jedes Teils eines Einkristalls	Hals		vergrößerter Teil		verengter Teil
Abmessungen jedes Teils eines Einkristalls	Durchmesser (mm)	Höhe (mm)	größter Durchmesser (mm)	Höhe (mm)	kleinster Durchmesser (mm)	Höhe (mm)
	3	100	40	30	10	50

Ergebnisse zum Beispiel 2
Der Hals 26a riss beim Ziehen und Herausnehmen des Einkristalls 26 nicht, so dass der Ziehvorgang sicher ausgeführt werden konnte. Wenn der Hals 26a des gezogenen Einkristalls 26 absichtlich zerstört wurde, stürzte der Einkristall 26 nicht ab, wodurch klargestellt wurde, dass der Einkristall 26 durch die Einkristall-Halteeinrichtung 11 sicher gehalten wurde.
Industrielle Anwendbarkeit
Das Verfahren und die Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls gemäß der Erfindung sind zum sicheren und wirkungsvollen Herstellen eines Einkristalls, in den keine Versetzungen eingeführt sind, wirkungsvoll.

Claims

Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls (26), mit – einem Halsherstellungsschritt, bei dem unter einem Kristallkeim (25) ein Hals (26a) dadurch hergestellt wird, dass der Kristallkeim (25) nach dem Eintauchen desselben in eine Schmelze (23) in einem Tiegel (21) gedreht wird; – einem Schritt zum Herstellen eines vergrößerten Teils (26b), bei dem der Durchmesser des Einkristalls (26) nach dem Halsherstellungsschritt allmählich erhöht wird; – einem Schritt zum Herstellen eines verengten Teils (26c), bei dem der Durchmesser des Einkristalls (26) nach dem Schritt zum Herstellen des vergrößerten Teils (26b) allmählich verringert wird, unter Verwendung eines Verfahrens, bei dem der Durchmesser des Einkristalls (26) an der Schmelzgrenzfläche mittels einer über dem Tiegel angeordneten optischen Messeinrichtung (19) gemessen und beim Ziehen kontrolliert wird, und – einem Schritt zum Herstellen einer Schulter (26d), bei dem die Schulter (26d) durch allmähliche Verringerung der Ziehgeschwindigkeit nach dem Schritt zum Herstellen des verengten Teils (26c) ausgebildet wird, wobei der Durchmesser des verengten Teils (26c) dauernd unter Verwendung der optischen Messeinrichtung (19) gemessen wird und der verengte Teil (26c) so ausgebildet wird, dass wenn ein Winkel, der durch eine den Oberflächenteil eines Querschnitts des verengten Teils (26c) bildende gerade Linie und eine horizontale Ebene erzeugt ist, gleich θ_s ist, wenn ein Winkel, der durch die optische Achse (19a) der optischen Messeinrichtung (19) und eine horizontale Ebene gebildet ist, gleich θ_m ist, wenn der größte Durchmesser des vergrößerten Teils (26b) den Wert D₁ hat, und wenn die Länge der Segmente (Z), die den Querschnitt des verengten Teils (26c) bilden und so verlängert werden, dass sie einander kreuzen, den Wert L hat, tanθ_s, ausgedrückt durch L/0,5D₁ = 2L/D₁ = tanθ_s größer als tanθ_m ist, und wobei nach dem Herstellen des verengten Teils (26c) der Einkristall (26) beim weiteren Ziehvorgang an dem verengten Teil (26c) mittels einer Einkristallhaltevorrichtung gemäß den Ansprüchen 2 bis 4 (11, 61) gehalten wird.
Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls, mit einer Einkristall-Halteeinrichtung (61), durch die ein Einkristall (26) mit einem Hals (26a) unter einem Kristallkeim (25) und einem Befestigungsteil mit einem vergrößerten Teil (26b) und einem verengten Teil (26c) unter dem Hals gezogen wird, während der Befestigungsteil festgehalten wird, wobei die Einkristall-Halteeinrichtung ein Paar Greifteile zum Umschließen des Befestigungsteils des Einkristalls von beiden Seiten, wobei die Greifteile der Einkristall-Halteeinrichtung (61) eine Innenform aufweisen, die beinahe der Außenform des Befestigungsteils (26b, 26c) entspricht, sowie eine Anpresseinrichtung zum Überführen des Paars Greifteile von Wartepositionen in Befestigungsteil-Greifpositionen aufweist.
Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls nach Anspruch 2, bei der ein Greifelement mit einem Paar Greifteilen in der Einkristall-Halteeinrichtung (61) durch eine Greifelement-Haltescheibe (68) beweglich gehalten wird und eine Verbindungskonstruktion dafür sorgt, dass das Paar Greifteile immer symmetrisch zum Zentrum des Einkristalls (26) läuft.
Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Greifteile den Befestigungsteil ergreifen, nachdem ein Keimkristallhalter und die Einkristall-Halteeinrichtung (61) einstückig gemacht wurden.