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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einkristallziehvorrichtung
zum Herstellen eines versetzungsfreien Einkristalls aus Silizium
nach dem Czochralski-Verfahren.
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In
einer Vorrichtung zum Herstellen eines Einkristalls basierend auf
dem Ziehverfahren nach Czochralski (CZ) wird frisches Argon (Ar)-Gas
in eine hoch druckfeste luftdichte Kammer zugeführt, wo der Druck zuvor auf
etwa 1,333 × 103 Pa (10 Torr) reduziert wird und ein Polykristall
in einem in einem unteren Bereich der Kammer angeordneten Quarz-Schmelztiegel durch
Erwärmen
geschmolzen wird. Dann wird ein Impfkristall von oben in die Oberfläche der
Schmelze eingetaucht, und durch Drehen und Auf- und Abbewegen des
Impfkristalls und des Quarz-Schmelztiegels, wird der Impfkristall
nach oben gezogen. Infolge dessen wird ein Einkristall (der sogenannte
Block, englisch: ingot) gezüchtet,
der ein oberes Konusteil mit seinem hervorstehenden oberen Ende,
ein zylindrisches Hauptteil und ein unteres Konusteil mit seinem
unteren hervorstehenden Ende, die sich alle unterhalb des Impfkristalls
befinden, umfaßt.
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Als
ein Verfahren zum Züchten
wie oben beschrieben ist das Dash-Verfahren bekannt. Nach diesem
Verfahren wird, um die Versetzungen, die in dem Impfkristall aufgrund
des thermischen Schocks auftreten, wenn der Impfkristall unter die
Oberfläche
der Schmelze eingetaucht wird, auszuschalten (d. h. in Versetzungs-Freiheit
umzuwandeln), die Ziehrate relativ erhöht, nachdem der Impfkristall
eingetaucht worden ist, so dass ein Halsbereich gebildet wird, der einen
kleineren Durchmesser als der Impfkristall aufweist, bei spielsweise
3 bis 4 mm, und dann wird das Ziehen des oberen Konusteils begonnen.
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Des
weiteren kann ein Einkristall, der einen großen Durchmesser und ein schweres
Gewicht (150 bis 200 kg oder mehr) aufweist, nicht über einen Halsbereich
mit einem kleinen Durchmesser aufwärts gezogen werden. Es wurde
ein Verfahren vorgeschlagen, beispielsweise in JP-B-5-65477, bei dem
ein Halsbereich mit einem kleinen Durchmesser nach dem Dash-Verfahren
gebildet wird, und dann die Ziehrate relativ verlangsamt und ein
Bereich mit einem größeren Durchmesser
gebildet wird. Dann wird die Ziehrate relativ erhöht und es
wird ein Bereich mit einem kleineren Durchmesser gebildet. Somit
wird ein "sphärisch eingeschnürter Bereich" ausgebildet, und
indem dieser eingeschnürte
Bereich mit einem Greifer gegriffen wird, wird der Eingriffteil,
der einen großen
Durchmesser und ein schweres Gewicht aufweist, aufwärts gezogen.
Des weiteren wird, beispielsweise in JP-B-7-103000 und JP-B-7-515, eine
Vorrichtung zum Greifen des eingeschnürten Bereichs vom herkömmlichen
Typ vorgeschlagen.
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Als
ein weiteres herkömmliches
Beispiel wurden, beispielsweise in JP-A-5-270974 und JP-A-7-172981,
Verfahren zum direkten Greifen eines Hauptteils mit einem "eingeschnürten Bereich" wie oben beschrieben
vorgeschlagen. Auch wurde in JP-A-63-252991 und JP-A-5-270975 ein
Verfahren vorgeschlagen zum Bilden eines "ring-ähnlichen eingeschnürten Bereichs", der einen größeren Durchmesser
als der Hauptteil zwischen dem oberen Konusteil und dem Hauptteil
anstelle des obigen "sphärisch eingeschnürten Bereichs" aufweist, und zum Greifen
dieses "ring-ähnlichen
eingeschnürten
Bereichs".
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Es
ist jedoch eine sehr heikle Angelegenheit, den Zeitpunkt zum Greifen
des obigen "eingeschnürten Bereichs" mittels eines Greifelements
während des
Ziehens des Einkristalls zu bestimmen. Wenn von dem Zeitpunkt zum
Greifen abgewichen wird, kann sich der im Ziehvorgang befindliche
Einkristall in einen Polykristall verändern. Des weiteren ist normalerweise
in einer Herstellungsfabrik eine Vielzahl von Vorrichtungen zum
Herstellen von Einkristallen miteinander ausgerichtet, und im Falle,
dass eine geringe Anzahl von Arbeitern für den Greifvorgang zuständig ist,
kann dies nicht nur zu einer schlechten Arbeitseffizienz, sondern
auch zu einer Möglichkeit des
Abweichens vom Zeitpunkt zum Greifen führen.
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Der
Greifer zum Greifen des "eingeschnürten Bereichs" während des
Ziehvorgangs eines Einkristalls wird wiederholt benutzt, und wenn
der Greifer aufgrund von Materialermüdung beschädigt wird, kann der Einkristall
herunterfallen. Weil der Greifer im allgemeinen durch einen Motor
angetrieben wird, wird die Greifkraft während eines Stromausfalls verringert,
und der Einkristall kann herunterfallen. In dem oben beschriebenen
Verfahren zum Greifen des "eingeschnürten Bereichs" kann, wenn der "eingeschnürte Bereich" beschädigt wird,
der Einkristall ebenfalls herunterfallen. Wenn der Einkristall herunter
fällt,
können
Versetzungen auftreten und der Einkristall ist nicht länger als
ein Produkt geeignet. Des weiteren kann, wenn der Quarz-Schmelztiegel
beschädigt
wird, die Hochtemperaturschmelze im schlimmsten Falle mit dem Kühlwasser
innerhalb des Schmelztiegel-Schafts, der den Quarz-Schmelztiegel dreht
und auf- und abwärts
bewegt, reagieren. Infolge dessen kann eine Dampfexplosion auftreten.
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Zum
Lösen der
obigen Probleme ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine
Einkristall-Ziehvorrichtung bereit zustellen, die es ermöglicht,
die Umwandlung des sich im Ziehvorgang befindlichen Einkristalls
in einen Polykristall zu verhindern, wenn der sich im Ziehvorgang
befindliche Einkristall durch einen Greifer gegriffen wird, und
auch den Einkristall automatisch zu greifen, und weiterhin das Herunterfallen
des Einkristalls während
des Ziehvorgangs zu verhindern.
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Um
das obige Ziel zu erreichen, umfasst eine Vorrichtung entsprechend
eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ein Kontaktelement,
das mit einer oberen Oberfläche
eines Bereichs mit einem größeren Durchmesser
eines unter einem Impfkristall gebildeten Einkristalls in Berührung kommt
und den Bereich mit dem größeren Durchmesser
von oben nieder drückt,
und der Einkristall wird von oben und unten durch Benutzen des Kontaktelements
und des Greifers, der den unter dem Bereich mit dem größeren Durchmesser
gebildeten eingeschnürten
Bereich des Einkristalls greift, getragen.
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Entsprechend
wird eine Einkristallziehvorrichtung bereitgestellt, umfassend:
Impfkristallziehmittel
zum Ziehen eines Impfkristalls, während ein Impfkristallhalter
zum Tragen des Impfkristalls gedreht wird;
ein Greifelement,
das zusammen mit dem Impfkristallhalter drehbar und in der vertikalen
Richtung bewegbar ist und das eine Spitze aufweist, die zum Greifen
eines unter einem Bereich eines Einkristalls mit größerem Durchmesser
durch Ziehen unter Benutzung des Impfkristallziehmittels gebildeten
eingeengten Bereichs geöffnet
oder geschlossen werden kann.
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Erfindungsgemäß umfasst
die Vorrichtung ferner ein Kontaktelement, das zusammen mit dem Impfkristallhalter
drehbar und in der vertikalen Richtung bewegbar ist, und die Funktion
aufweist, den Bereich mit größerem Durchmesser
des Einkristalls von oben niederzudrücken, nachdem die obere Oberfläche des
Bereichs mit dem größeren Durchmesser
des Einkristalls in Berührung
kommend angeordnet ist; und Bewegmittel zum Bewegen einer Spitze
des Greifelements auf die untere Oberfläche des Bereichs mit dem größeren Durchmesser
zu, so dass, wenn die obere Oberfläche des zu ziehenden Einkristalls
in Berührung
mit dem Kontaktelement gebracht wird, eine Spitze des Greifelements
geschlossen und der eingeengte Bereich durch kooperative Wirkung
mit dem Kontaktelement gegriffen wird.
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Das
oben genannte Ziel und die Merkmale werden leichter verständlich aus
der folgenden ausführlichen
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung
mit den beigefügten Zeichnungen.
Dabei sind:
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1A, 1B und 1C sind
erläuternde
Diagramme einer bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Einkristallziehvorrichtung und
eines Ziehvorgangs der Vorrichtung; und
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2 ist
ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Steuern des Öffnens und Schließens der
Arme, die als ein Greifelement entsprechend der 1A, 1B und 1C fungieren.
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3A, 3B und 3C sind
erläuternde
Diagramme eines ersten veranschaulichenden Beispiels einer Einkristallziehvorrichtung
und eines Ziehvorgangs der Vorrichtung;
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4A, 4B und 4C sind
erläuternde
Diagramme eines zweiten veranschaulichenden Beispiels der Einkristallziehvorrichtung
und eines Ziehvorgangs der Vorrichtung; und
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5A, 5B und 5C sind
erläuternde
Diagramme eines dritten veranschaulichenden Beispiels der Einkristallziehvorrichtung
und eines Ziehvorgangs der Vorrichtung.
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Im
folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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In
den 1A, 1B und 1C ist
ein Impfkristallhalter 2 an der Spitze eines Drahts 1 (oder ein
Schaft kann benutzt werden) montiert, und ein Impfkristall 3 ist
auf dem Impfkristallhalter 2 angeordnet. Der Draht 1 ist
derart ausgebildet, dass er auf einer Drahtwindetrommel durch Betätigen eines
Drahtwindemotors (nicht gezeigt) aufgewickelt wird, und die Drahtwindetrommel
und der Drahtwindemotor sind ausgebildet, um durch einen Trommeldrehmotor (nicht
gezeigt) gedreht zu werden. Nachdem der Impfkristall 3 in
einer Si-Schmelze 11 in einem Quarz-Schmelztiegel 10 eingetaucht
wird, wird er aufwärts
gezogen, so dass unter dem Impfkristall 3 ein Halsbereich 4,
ein Bereich mit einem größeren Durchmesser 5 zum
Tragen, ein eingeengter Bereich 6 und ein Kristallhauptteil 7 gebildet
werden.
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Um
den Draht herum sind zwei oder mehr Greifarme 12 zum Greifen
des eingeengten Bereichs 6 unterhalb des Bereichs mit dem
größeren Durchmesser 5 und
ein Kontakt/Wahrnehmungsarm 13A zum Berühren und Wahrnehmen einer oberen
Oberfläche
des Bereichs mit dem größeren Durchmesser 5 derart
angeordnet, dass diese zusammen mit dem Draht 1 gedreht
werden. Die Spitze des Greifarms 12 kann zum Greifen des
eingeengten Bereichs 6 geöffnet oder geschlossen, und
zum Aufwärtsziehen
des eingeschnürten
Bereichs während
des Greifens aufwärts
oder abwärts
bewegt werden. Der Kontakt/Wahrnehmungsarm 13A ist derart
ausgebildet, dass er gleichzeitig mit dem Ziehvorgang aufwärts oder
abwärts
bewegt werden kann. Als ein Mechanismus zum Öffnen oder Schließen des
Greifarms 12 kann ein Zahnstangengetriebe-Mechanismus (nicht gezeigt)
der durch einen Motor oder ein Betätigungselement, wie beispielsweise
ein Luft zylinder (nicht gezeigt), angetrieben wird, verwendet werden.
Der Kontakt/Wahrnehmungsarm 13A ist mit einem Sensor 14 verbunden,
der benutzt wird zum Erkennen, dass die Spitze des Arms während des
Ziehens mit der oberen Oberfläche
des Bereichs mit dem größeren Durchmesser 5 in
Berührung
gebracht worden ist. Als Sensor 14 kann ein elektrischer
Widerstandssensor, ein Strommesssensor oder ein Gewichtskrafterkennungssensor
benutzt werden. Der Draht 1 und die Arme 12 und 13A werden
zusammen und drehbar miteinander gehalten.
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Wie
in dem schematischen Blockdiagramm der Steuereinheit in der 2 gezeigt,
umfaßt
der Sensor 14 Sensorelemente 14A und 14B zum
Erkennen einer Bewegung der Arme 13A. Ausgangssignale der
Sensorelemente 14A, 14B werden durch Verstärkungs-
und Messschaltkreise 15A bzw. 15B mit vorbestimmten
Schwellwerten verglichen, und man erhält ein Messsignal, das über einen
ODER-Schaltkreis 16 einem Schalt-Stromkreis 17 zugeführt wird. Wenn
eines der Sensorelemente 14A und 14B eine Berührung des
Arms 13A mit dem Bereich mit dem größeren Durchmesser 5 erkennt,
sendet der Schaltstromkreis 17 einen elektrischen Strom
zu einem Motor 18. Ein Betätigungselement 19 wird
betätigt
und der Arm 12 wird bewegt, und der Arm wird aus dem Zustand
der 1B geschlossen, wie in 1C gezeigt.
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Wenn
ein Hauptteil 7 des Einkristalls mit der oben beschriebenen
Anordnung hergestellt wird, wird der Druck in einer Kammer (nicht
gezeigt) auf etwa 1,333 × 103 Pa (10 Torr) verringert und frisches Argongas
zugeführt.
Gleichzeitig wird ein Polykristall in dem Quarz-Schmelztiegel 10,
der in einem unteren Bereich der Kammer angeordnet ist, erwärmt und
geschmolzen. Weiterhin wird, wie in 1A gezeigt, der
Draht 1 in der Richtung des Pfeils M1 abwärts bewegt,
und der Impfkristall 3 wird in die Oberflä che der Si-Schmelze 11 in
dem Quarz-Schmelztiegel 10 eingetaucht. In diesem Falle
warten die Arme 12 und 13A in solch geeigneten
Positionen, dass deren Spitzen nicht in Berührung mit der Si-Schmelze 11 gebracht
werden und die Spitzen der Greifarme 12 werden geöffnet (Pfeile
M2 und M3), so dass die Spitzen während des Ziehvorgangs nicht
in Berührung
mit dem Bereich mit größerem Durchmesser 5 kommen.
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Dann
wird, wie in 1B gezeigt, der Impfkristall 3 in
der Richtung des Pfeils M4 aufwärts
gezogen, relativ schnell nachdem eine vorbestimmte Zeit abgelaufen
ist, und es wird ein Halsbereich 4 mit kleinerem Durchmesser,
d. h. 3 bis 4 mm, unterhalb des Impfkristalls 3 gebildet.
Nachdem dann die Ziehrate relativ verlangsamt worden ist und der
Bereich mit dem größeren Durchmesser 5 zum
Tragen unterhalb des Halsbereichs 4 gebildet worden ist,
wird die Ziehrate zur Bildung des eingeschnürten Bereichs 6 unterhalb
des Bereichs mit dem größeren Durchmesser 5 relativ
erhöht.
Dann wird die Bildung des Kristallhauptteils 7 begonnen.
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Wenn,
wie in 1B gezeigt, der Sensor 14 erkennt,
dass während
des Ziehvorgangs die obere Oberfläche des Bereichs mit dem größeren Durchmesser 5 in
Berührung
mit der Spitze des Kontakt/Wahrnehmungsarms 13A gebracht
worden ist, wird der Greifarm 12 durch das Betätigungselement 19 so
angetrieben, dass seine Spitze geschlossen wird, wie durch die Pfeile
M5 und M6 gezeigt. Infolge dessen treten, wie in 1C gezeigt,
die Spitzen des Greifarms 12 unterhalb des Bereichs mit
dem größeren Durchmesser 5 ein,
und der eingeschnürte
Bereich 6 wird gegriffen. In diesem Fall ist es wünschenswert,
dass der Kontakt/Wahrnehmungsarm 13A nicht aufwärts bewegt
wird bis das Greifen durch den Greifarm 12 abgeschlossen
ist, so dass der Kristallhauptteil 7 nicht aufgrund der
durch das Greifen erzeugten Schwingungen in einen Polykristall umgewandelt
wird. Insbesondere hat der als ein Kontaktelement dienende Kontakt/Wahrnehmungsarm 13A, die
Funktion, den Bereich mit dem größeren Durchmesser 5 von
oben nieder zu drücken.
Andererseits greift der Greifarm 12 den Bereich mit größerem Durchmesser 5,
um den letzteren von unten aufwärts anzuheben.
Dadurch wird der Bereich mit größerem Durchmesser 5 durch
die Arme 12 und 13A von oben und unten eingeklemmt.
Wenn das Greifen abgeschlossen ist, werden der Draht 1 und
die Arme 12 und 13A aufwärts gezogen, während sie
gemeinsam gedreht werden.
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In
der obigen Ausführungsform
ist der Sensor 14 auf der Seite des Kontakt/Wahrnehmungsarms 13A angeordnet,
während
er auf der Seite des Drahts 1 (oder Schaft), die einen
Impfkristall-Anhebemechanismus bilden, angeordnet werden kann, und der
Arm 13A kann lediglich für die Kontaktfunktion zum Niederdrücken der
oberen Oberfläche
des Bereichs mit dem größeren Durchmesser 5 vorgesehen werden.
Des weiteren kann ein optischer Sensor oder eine Kombination aus
einer photographischen Vorrichtung und einer Bildverarbeitungsvorrichtung, d.
h. kontaktlose Sensoren, benutzt werden zum Erkennen, dass die Arme 13A und
der Bereich mit größerem Durchmesser 5 miteinander
in Kontakt sind, und der Zeitpunkt zum Antreiben der Greifarme 12 kann
in Abhängigkeit
von diesem Erkennen bestimmt werden.
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Die 3A, 3B und 3C stellen
jeweils ein erstes veranschaulichendes Beispiel einer Einkristallziehvorrichtung
und eines Ziehvorgangs dar.
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In
den 3A, 3B und 3C ist
ein Impfkristallhalter 2 an der Spitze eines Drahts 1 (oder ein
Schaft kann benutzt werden) montiert, und ein Impfkristall 3 ist
auf dem Impf kristallhalter 2 angeordnet. Der Draht 1 ist
derart ausgebildet, dass er auf einer Drahtwindetrommel durch Betätigen eines
Drahtwindemotors (nicht gezeigt) aufgewickelt wird, und die Drahtwickeltrommel
und der Drahtwindemotor sind entsprechend ausgebildet, um durch
einen Trommeldrehmotor (nicht gezeigt) gedreht zu werden. Nachdem
der Impfkristall 3 in eine Si-Schmelze 11 in einem
Quarz-Schmelztiegel 10 eingetaucht worden
ist, wird er aufwärts
gezogen, so dass unterhalb des Impfkristalls 3 ein Halsbereich 4,
ein Bereich mit größerem Durchmesser 5 zum
Tragen, ein eingeschnürter
Bereich 6, und ein Kristallhauptteil 7 gebildet
werden.
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Um
den Draht herum sind zwei oder mehr Greifarme 12 angeordnet
zum Greifen des einschnürten
Bereichs unterhalb des Bereichs mit größerem Durchmesser 5 und
ein Kontakt/Wahrnehmungsarm 13B, der mit einem Schulterbereich 7a in Berührung kommt
und dies erkennt, und diese sind derart angeordnet, dass sie sich
gemeinsam mit dem Draht 1 drehen. Der Schulterbereich 7a ist
die obere Oberfläche
des Hauptteils des Einkristalls und ist das sogenannte obere Konusteil.
Die Spitze des Greifarms 12 kann zum Greifen des eingeschnürten Bereichs 6 geöffnet oder
geschlossen werden und zum Aufwärtsziehen
des eingeschnürten
Bereich 6 während
des Greifens auch aufwärts
oder abwärts
bewegt werden. Der Kontakt/Wahrnehmungsarm 13B kann gleichzeitig
mit dem Ziehvorgang aufwärts
oder abwärts
bewegt werden. Als ein Mechanismus zum Öffnen oder Schließen des
Greifarms 12 kann ein Zahnstangengetriebe-Mechanismus,
der durch einen Motor oder ein Betätigungselement, wie beispielsweise
einen Luftzylinder angetrieben wird, verwendet werden. Der Kontakt/Wahrnehmungsarm 13B ist
verbunden mit einem Sensor, der benutzt wird zum Erkennen, dass
die Spitze des Arms während
des Ziehens in Berührung
mit dem Schulterbereich 7a gebracht worden ist. Als Sensor 14 kann ein
elektrischer Widerstandssensor, ein Stromerkennungssensor oder ein
Gewichtskrafterkennungssensor verwendet werden. Der Draht 1 und
die Arme 12 und 13B werden integral und miteinander
drehbar gehalten.
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In
dem ersten veranschaulichenden Beispiel kann durch die Steuereinheit
der 2 auch eine Steuerung usgeübt werden. Insbesondere wenn
eines der Sensorelemente 14A und 14B den Kontakt des
Arms 13B mit dem Schulterbereich 7a erkennt, führt der
in 2 gezeigte Schaltstromkreis 17 dem Motor 18 elektrischen
Strom zu. Infolge dessen wird das Betätigungselement 19 betätigt und
der Arm 12 wird bewegt. Die Spitzen des Arms treten sofort
unterhalb des Bereichs mit größerem Durchmesser 5 ein
und gehen aus dem Zustand der 3B in
den in 3C gezeigten geschlossenen Zustand über.
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In
dem Fall, dass der Einkristallhauptteil 7 mit der obigen
Anordnung hergestellt wird, wird der Druck in einer Kammer (nicht
gezeigt) auf etwa 10 Torr verringert und frisches Argongas zugeführt. Gleichzeitig
wird ein Polykristall in dem Quarz-Schmelztiegel 10, der
in dem unteren Bereich der Kammer angeordnet ist, erwärmt und
geschmolzen. Auch wird der Draht 1 in der Richtung eines
in 3A gezeigten Pfeils M1 abwärts bewegt, so dass der Impfkristall 3 in
die Oberfläche
der Si-Schmelze 11 in dem Quarz-Schmelztiegel 10 eingetaucht
wird. In diesem Falle warten die Spitzen der Arme 12 und 13B in
solch geeigneten Positionen, dass diese nicht in Berührung mit
der Si-Schmelze 11 gebracht
werden. Die Spitzen der Greifarme 12 werden geöffnet, so
dass sie während
des Ziehvorgangs nicht in Berührung
mit dem Bereich mit größerem Durchmesser 5 kommen
(Pfeile M7 und M8).
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Dann
wird wie in 3B gezeigt, der Impfkristall 3 in
der Richtung des Pfeils M4 aufwärts
gezogen, relativ schnell nachdem eine vorbestimmte Zeit abgelaufen
ist, und es wird ein Halsbereich 4 mit kleinem Durchmesser,
d. h. 3 bis 4 mm, unterhalb des Impfkristalls 3 gebildet.
Dann wird die Ziehrate relativ verlangsamt, um unterhalb des Halsbereichs 4 einen
Bereich mit größerem Durchmesser 5 zu
bilden, und indem die Ziehrate relativ erhöht wird, wird unterhalb des
Bereichs mit größerem Durchmesser 5 der
eingeschnürte
Bereich 6 gebildet. Dann wird durch gleichmäßiges Verlangsamen
der Ziehrate unterhalb des eingeengten Bereichs 6 ein Schulterbereich 7a gebildet.
Dann wird die Bildung eines zylindrischen Kristallhauptbereichs
(Hauptteil) begonnen, indem die Ziehrate auf einem konstanten Niveau
gehalten wird.
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Wenn,
wie in 3B gezeigt, der Sensor 14 erkennt,
dass der Schulterbereich 7A während des Ziehvorgangs in Kontakt
mit den Spitzen des Kontakt/Wahrnehmungsarms 13B gebracht
wird, wird das Betätigungselement 19 zum
Schließen
der Spitzen des Greifarms 12 betätigt, wie durch die Pfeile M9
und M10 gezeigt. Infolge dessen treten, wie in 3C gezeigt,
die Spitzen des Greifarms 12 unterhalb des Bereichs mit
größerem Durchmesser 5 ein und
greifen den eingeschnürten
Bereich 6. In diesem Fall ist es wünschenswert, dass der Kontakt/Wahrnehmungsarm 13B nicht
aufwärts
bewegt wird, bis das Greifen durch die Greifarme 12 abgeschlossen ist,
so dass der Kristallhauptteil 7 nicht aufgrund der durch
das Greifen verursachten Schwingungen in einen Polykristall umgewandelt
wird. Insbesondere hat der als ein Kontaktelement dienende Kontakt/Wahrnehmungsarm 13B die
Funktion zum Niederdrücken des
Schulterbereichs 7a von oben, und der Greifarm 12 greift
den Bereich mit größerem Durchmesser 5 von
unterhalb. Dadurch wird der Einkristall durch Kräfte, die durch die Arme 12 und 13B in
umgekehrten Richtungen, d. h. aufwärts und abwärts, ausgeübt werden, gegriffen. Wenn
das Greifen abgeschlossen ist, werden der Draht 1 und die
Arme 12 und 13B aufwärts gezogen, während sie
gemeinsam gedreht werden.
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Wenn
das Greifen abgeschlossen ist, kann der Kontakt/Wahrnehmungsarm 13B aufwärts bewegt
oder die Spitzen können
geöffnet
werden, so dass der Arm nicht in Kontakt mit dem Schulterbereich 7a kommt.
In der obigen Ausführungsform
ist der Sensor 14 auf der Seite des Kontakt/Wahrnehmungsarms 13B angeordnet,
während
er auf der Seite des Drahts 1 (oder Schafts) angeordnet
werden kann, und für
den Arm 13B kann lediglich die Funktion zum Niederdrücken des
Schulterbereichs 7a vorgesehen werden. Weiterhin kann ein
optischer Sensor oder eine Kombination aus einer photographischen
Vorrichtung und einer Bildverarbeitungsvorrichtung, d. h. ein kontaktloser
Sensor, verwendet werden zum Erkennen, dass die Arme 13B und
der Schulterbereich 7a miteinander in Berührung sind, und
der Zeitpunkt zum Antreiben der Greifarme 12 kann bestimmt
werden.
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Die 4A, 4B und 4C stellen
jeweils ein zweites veranschaulichendes Beispiel einer Einkristallziehvorrichtung
und einen Ziehvorgang dar.
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In 4 ist ein Impfkristallhalter an der Spitze
eines Drahts 1 (oder ein Schaft kann benutzt werden) befestigt,
und ein Impfkristall 3 ist an dem Impfkristallhalter 2 angeordnet.
Der Draht 1 ist derart ausgebildet, dass er auf einer Drahtwindetrommel
durch Betätigen
eines Drahtwindemotors (nicht gezeigt) aufgewickelt werden kann,
und die Drahtwindetrommel und der Drahtwindemotor sind ausgebildet,
um durch einen Trommeldrehmotor (nicht gezeigt) gedreht zu werden.
Nachdem der Impfkristall 3 in eine Si-Schmelze 11 in einem Quarz-Schmelztiegel 10 eingetaucht worden
ist, wird er aufwärts
gezogen, so dass unterhalb des Impfkristalls 3 ein Halsbereich 4, ein
Bereich mit größerem Durchmesser 5 zum
Tragen, ein eingeschnürter
Bereich 6 und ein Kristallhauptteil 7 gebildet
werden.
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Um
den Draht 1 herum sind zwei oder mehr eines ersten Greifarms 12 angeordnet
zum Greifen des eingeschnürten
Bereichs 6 unterhalb eines Bereichs mit größerem Durchmesser 5 und
zwei oder mehr eines zweiten Greifarms 13C angeordnet zum Greifen
eines Hauptteils 7, und diese (Greifarme) sind durch Verbindungsarme 20 miteinander
verbunden. Spitzen der Greifarme 12 und 13C können durch einen
Arm-Öffnungs-/Schließmotor (nicht
gezeigt) zum Greifen des eingeengten Bereichs 6 und des Hauptteils 7 geöffnet oder
geschlossen werden, und die Arme können aufwärts oder abwärts durch
einen auf-/abwärts
bewegenden Motor (nicht gezeigt) bewegt werden, zum Aufwärtsziehen
des eingeschnürten
Bereichs 6 und des Hauptteils 7 im greifenden Zustand,
und die Arme sind auch gemeinsam mit dem Draht 1 durch
einen Trommeldrehmotor drehbar angetrieben. Elektrischer Strom wird
jedem dieser Motoren für
Notfälle
von einer nicht unterbrechbaren Spannungsquelle 22 (uninterruptive
power source, UPS) zugeführt.
Die UPS 22 kann elektrischen Strom, selbst während eines
Spannungsausfalls, kontinuierlich zuführen und sie kann abruptes
Stoppen der Drehung des Impfkristallhalters 2 oder eine Verringerung
der Greifkraft der Greifarme 12 und 13C verhindern.
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Wenn
der Einkristallhauptteil 7 mit der obigen Anordnung hergestellt
wird, wird der Druck in einer Kammer (nicht gezeigt) auf etwa 10
Torr verringert und frisches Argongas zugeführt. Gleichzeitig wird ein
Polykristall in dem Quarz-Schmelztiegel 10, der in dem
unteren Bereich der Kammer angeordnet ist, erwärmt und geschmolzen. Auch wird
der Draht 1, wie in 4A gezeigt,
abwärts
bewegt und der Impfkristall 3 wird eingetaucht in, und
angepasst mit, der Oberfläche
der Si-Schmelze 11 in dem Quarz-Schmelztiegel 10. In diesem
Fall warten die Arme 12 und 13C an derartigen
Positionen, dass die Spitzen nicht mit der Si-Schmelze 11 in
Berührung kommen.
Auch werden die Spitzen der Arme 12 und 13C zum
Verhindern der Berührung
mit dem Bereich mit größerem Durchmesser 5 und
dem Hauptteil 7 während
des Ziehvorgangs geöffnet.
Nachdem eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, wird dann der Draht 1 in
der Richtung des Pfeils M11 in 4A aufwärts gezogen,
und der Impfkristall 3 wird aufwärts gezogen.
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Dann
wird, wie in 4B gezeigt, der Impfkristall 3 mit
einer relativ hohen Geschwindigkeit in der Richtung des Pfeils M12
gezogen, und es wird ein Halsbereich 4 mit kleinem Durchmesser,
d. h. 3 bis 4 mm, unterhalb des Impfkristalls 3 gebildet.
Dann wird die Ziehrate relativ verlangsamt und unterhalb des Halsbereichs 4 ein
Bereich mit größerem Durchmesser
wird gebildet. Dann wird die Ziehrate relativ zum Bilden eines eingeschnürten Bereichs
unterhalb des Bereichs mit größerem Durchmesser 5 erhöht. Dann
wird die Bildung des Hauptteils 7 begonnen.
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Wenn
der Bereich mit größerem Durchmesser 5 und
der Hauptteil 7 während
des Ziehvorganges, wie in 4B gezeigt,
bis zu den Positionen der Spitzen der Arme 12 und 13C werden
die Spitzen der Arme 12 und 13C in den durch die
Pfeile M13, M14, M15 und M16 gezeigten Richtungen, wie in 4C bewegt,
aufwärts
angehoben werden, d. h. die Spitzen werden in radialer Richtung
in Bezug auf die Achse des Eingriffteils bewegt und geschlossen.
Dadurch wird der einschnürte
Bereich 6 und der Hauptteil 7 gegriffen. Wenn
das Greifen abgeschlossen ist, werden der Draht 1 und die
Arme 12 und 13C in die Richtung des Pfeils M17
aufwärts
gezogen, während sie
gemeinsam gedreht werden. Die Arme 12 und 13C können derart
geöffnet
oder geschlossen werden, dass die Spitzen des Arms 13C geschlossen werden,
nachdem die Spitzen des Arms 12 geschlossen worden sind.
D. h. die Arme 12 und 13C müssen nicht gleichzeitig geschlossen
werden.
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Im
folgend wird eine Beschreibung eines dritten veranschaulichenden
Beispiels einer Einkristallziehvorrichtung unter Bezugnahme auf
die 5A, 5B und 5C gegeben.
In dem dritten veranschaulichenden Beispiel sind der Bereich mit
größerem Durchmesser 5 und
der eingeschnürte
Bereich zum Tragen des Einkristalls nicht wie in der dritten Ausführungsform
angeordnet. Stattdessen ist unterhalb des Halsbereiches 4 ein
Hauptteil 7 angeordnet, und ein erster Greifarm 26 und
ein zweiter Greifarm 28 greifen den Hauptteil 7.
Die Arme 26 und 28 sind miteinander durch ein
Drehscharnier 24 verbunden.
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Wenn
der Einkristallhauptteil mit der obigen Anordnung hergestellt wird,
wird der Draht 1, wie in 5A gezeigt,
abwärts
bewegt, so dass der Impfkristall 3 eingetaucht wird in
und angepasst wird mit der Oberfläche der Si-Schmelze 11 in
dem Quarz-Schmelztiegel 10. In diesem Falle warten die Spitzen
der Arme 26 und 28 in derartigen Positionen, dass
die Spitzen der Arme nicht mit der Si-Schmelze 11 in Berührung kommen,
und die Spitze der Arme 26 und 28 werden geöffnet, um
während
des Ziehvorgangs die Berührung
mit dem Hauptteil 7 zu vermeiden. Dann wird, nachdem eine
vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, der Draht 1 aus dem in 5A gezeigten
Zustand in einer durch den Pfeil M11 gezeigten Richtung aufwärts gezogen,
um den Impfkristall 3 aufwärts zu ziehen. Durch Aufwärtsziehen
des Impfkristalls 3 in der Richtung des Pfeils M12 mit
relativ hoher Ziehgeschwindigkeit, wie in 5B gezeigt, wird
unterhalb des Impfkristalls 3 ein Halsbereich 4 mit kleinem
Durchmesser, d. h. 3 bis 4 mm, gebildet. Dann wird durch gleichmäßiges Verlangsamen
der Ziehgeschwindigkeit unterhalb des Halsbereiches 4 ein
Konusteil gebildet. Durch Halten der Ziehrate auf einem konstanten
Niveau wird dann die Bildung des Hauptteils 7 unterhalb
des Konusteils begonnen.
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Wenn
der Hauptteil 7, wie in 5B gezeigt, während des
Ziehvorgangs bis auf das Niveau der Spitzen der Arme 26 und 28 aufwärts bewegt
wird, werden die Spitzen der Arme 26 und 28 in
den durch die Pfeile M13, M14, M15 und M16 gezeigten Richtungen,
wie in 5C gezeigt, d. h. in radialer
Richtung in Bezug auf die Achse des Einkristalls, bewegt. Dadurch
werden die Spitzen geschlossen und greifen den Hauptteil 7.
Wenn das Greifen abgeschlossen ist, werden der Draht 1 und
die Arme 26 und 28 in der durch den Pfeil M17
gezeigten Richtung aufwärts
gezogen, während
sie gemeinsan gedreht werden.
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Das Öffnen und
das Schließen
der Arme 26 und 28 kann derart gesteuert werden,
dass die Spitzen der Arme 28 geschlossen werden, nachdem
die Spitzen des Arms 26 geschlossen worden sind. D. h. die
Arme 26 und 28 müssen nicht gleichzeitig geschlossen
werden.
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Wie
oben beschrieben umfasst die Vorrichtung entsprechend der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Kontaktelement, das mit der oberen
Oberfläche
eines Bereichs mit einem größeren Durchmesser
eines unterhalb eines Impfkristall gebildeten Einkristalls in Berührung kommt
und diese niederdrückt,
und der Einkristall wird durch das Kontaktelement und das Greifelement,
das einen eingeschnürten
Bereich des unterhalb des Bereichs mit größerem Durchmesser gebildeten
Einkristalls greift, d. h. durch die Wirkung des Kontaktelements
und des Greifele ments. Infolgedessen kann, wenn der im Ziehvorgang
befindliche Einkristall durch das Greifelement gegriffen wird, dieser auf
eine zuverlässige
und stabile Weise gegriffen werden und es wird verhindert, dass
der Einkristall sich während
des Ziehvorgangs in einen Polykristall umwandelt.
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Auch
kann der Sensor erkennen, dass die obere Oberfläche des Bereichs mit größerem Durchmesser
des Einkristalls während
des Ziehvorgangs mit dem Kontaktelement in Berührung gekommen ist oder dass
diese in einer derartigen Beziehung sind, dass sie miteinander in
Berührung
kommen, und das Greifen kann automatisch durch Greifen des eingeschnürten Bereiches
erzielt werden. Dadurch ist es nicht notwendig, sich darum zu kümmern, wie
der Zeitpunkt zum Greifen des Bereichs mit größerem Durchmesser zu bestimmen
ist, und es kann ein Einkristall, der einen größeren Durchmesser und ein schweres
Gewicht aufweist, auf eine sichere und zuverlässige Weise gezogen werden.
Die Vorrichtung entsprechend des ersten veranschaulichenden Beispiels
umfasst ein Kontaktelement, das mit einem Schulterbereich eines
unterhalb eines Impfkristalls gebildeten Einkristalls in Berührung kommt
und diesen niederdrückt,
und der Einkristall wird durch das Kontaktelement und das Greifelement,
welches einen unterhalb des Bereichs mit größerem Durchmesser gebildeten,
eingeschnürten
Bereiches des Einkristalls greift, gegriffen. Wenn der Einkristall
während
der Ziehbedingungen durch das Greifelement gegriffen wird, kann
er infolgedessen auf eine zuverlässige
und stabile Weise gegriffen werden, und es wird verhindert, dass
der Einkristall sich während
des Ziehvorganges in einen Polykristall umwandelt.
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Auch
kann der Sensor erkennen, dass der Schulterbereich des Einkristalls
während
des Ziehvorgangs in Berührung
mit dem Kontaktelement gebracht wird oder dass diese in einer solchen
Beziehung sind, dass sie miteinander in Berührung kommen, und das Greifen
kann automatisch durch Greifen des eingeschnürten Bereichs erzielt werden.
Daher ist es nicht notwendig, sich darum zu kümmern, wie der Zeitpunkt zum
Greifen des Bereichs mit größerem Durchmesser
zu bestimmen ist, und der Einkristall, der einen größeren Durchmesser
und ein schweres Gewicht aufweist, kann auf eine sichere und zuverlässige Weise
aufwärts
gezogen werden.
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Entsprechend
dem zweiten veranschaulichenden Beispiel ist der Greifer in einer
sicheren dualen Struktur ausgebildet zum Greifen des Einkristalls
in verschiedenen Positionen. Infolgedessen ist es möglich, das
Herunterfallen des Einkristalls zu vermeiden, selbst wenn der Greifer
oder der Einkristall während
des Ziehvorgangs beschädigt
werden; und auch das Herunterfallen des Einkristalls während eines
Stromausfalls zu vermeiden, weil der Greifeinheit des Greifers Energie
von einer nicht unterbrechbaren Energiequelle (UPS) zugeführt wird.
Des weiteren ist es durch einen Entwurf derart, dass dem Impfkristallziehmittel
Energie durch eine UPS zugeführt
wird, möglich,
zu verhindern, dass der Impfkristall beschädigt wird, wenn die Drehung
des Einkristalls während
eines Stromausfalls abrupt beendet wird.