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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung einer Vorrichtung
zur Herstellung von Einkristallen, wobei die Vorrichtung zur Herstellung
verschiedener Kristallmaterialien von Halbleitern, Dielektrikum,
magnetischem Material und dergleichen mittels des Czochralski-Verfahrens
dient.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Zur
Herstellung von Einkristallmaterialien, wie beispielsweise Halbleiter-Siliziumeinkristallen, sind
bis heute Verfahren zum Erhalten dieser als stabförmige Einkristalle
mittels des Czochralski-Verfahrens (hiernach als „CZ-Verfahren" bezeichnet) weitgehend
verwendet worden.
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Vorrichtungen
zur Herstellung von Einkristallen, die für dieses CZ-Verfahren verwendet werden, beinhalten
normalerweise einen Schmelztiegel zur Unterbringung einer Rohmaterialschmelze,
die in einer Kammer angeordnet ist, eine Stützwelle zum Stützen des
Schmelztiegels, einen Ziehmechanismus zum Ziehen eines Kristalls
aus der Schmelze, einen Drehmechanismus zum Drehen des Schmelztiegels
und einen Transfermechanismus zum vertikalen Bewegen des Schmelztiegels
sowie Teile in einem Ofen, wie beispielsweise Heizvorrichtungen
und wärmeisolierende
Materialien, die in der Kammer angeordnet sind, so dass ein Einkristall
hergestellt werden kann.
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Es
ist weitgehend bekannt, dass, wenn Kristallwachstum mittels dieses CZ-Verfahrens
erzielt wird, zusätzlich
zu jenen Bestandteilen, die ursprünglich in dem Rohmaterial enthalten
waren, Bestandteile des Schmelztiegels, wie beispielsweise eines Quarzschmelztiegels
zur Unterbringung des Rohmaterials für das Kristallwachstum, zum
Beispiel Sauerstoff, in die daraus hervorgehenden Kristalle, gemischt
werden.
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Die
Menge der Unreinheiten, die in den Kristall gemischt werden sollen,
kann je nach Drehanzahl des gezogenen Kristalls, Drehanzahl des
Schmelztiegels, Temperaturverteilung der Rohmaterialschmelze und
dergleichen variieren. Das heißt,
die Kristalldrehanzahl beeinflusst die Konvektion in der Schmelze,
die Schmelztiegeldrehanzahl beeinflusst die Sauerstoffkonzentration
selbst in der Schmelze und die Temperaturverteilung in der Rohmaterialschmelze
beeinflusst die Konvektion in der Schmelze.
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Da
die Tiefe der Schmelze in dem Schmelztiegel allmählich abnimmt, wenn der Kristall
wächst, muss
zudem ausgearbeitet werden, dass die Schmelzoberfläche an einer
fixierten Position auf diese Position geregelt werden sollte, um
den Durchmesser des wachsenden Kristalls zu regeln, und es ist notwendig,
den Schmelztiegel nach oben zu bewegen, um ein konstantes relatives örtliches
Verhältnis
zwischen der Schmelze und den Heizvorrichtungen zu gewährleisten
wenn der Kristall wächst.
Deshalb wurden viele herkömmliche
Vorrichtungen zur Herstellung von Kristallen, basierend auf dem CZ-Verfahren,
mit Funktionen zum Drehen einer Schmelztiegel stützenden Welle sowie vertikalem Bewegen
des Schmelztiegels versehen. Insbesondere muss eine Drehantriebseinheit
für die
Schmelztiegel stützende
Welle auch mit der Schmelztiegel stützenden Welle vertikal bewegt
werden. Wie in 4 gezeigt, wurde in einer herkömmlichen
Vorrichtung zum Herstellen von Einkristallen zum Beispiel die Schmelztiegeldrehantriebseinheit 26 auf
einem Schieber 31 des Mechanismus 30 bereitgestellt,
um den Schmelztiegel, der sich mit der Schmelztiegel stützenden
Welle 4 vertikal bewegt, vertikal zu bewegen.
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Bei
einer derartigen herkömmlichen
Vorrichtung, wie oben erwähnt,
kann die Schmelzoberfläche vibriert
werden. Derartige Vibration der Schmelzoberfläche kann zu Nachteilen führen, das
heißt,
der wachsende Einkristall kann ein Polykristall werden oder es wird
sogar unmöglich,
das Kristallwachstum fortzusetzen, wenn sich die Situation verschlimmert. Deshalb
wurde die Ursache der Vibration untersucht, und es hat sich herausgestellt,
dass die Vibration der Schmelztiegel stützenden Welle ihre Hauptursache ausmacht.
Das heißt,
Vibration wird durch Drehung eines Elektromotors, der die Antriebskraftquelle
für die
Schmelztiegeldrehung ist, erzeugt, diese Vibration wiederum vibriert
den Mechanismus für
vertikale Bewegung und diese Vibration wird über die Schmelztiegel stützende Welle
und den Schmelztiegel auf die Schmelze übertragen.
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SU
928 853A offenbart eine Czochralski-Kristallziehvorrichtung, die
eine Vibrationsdämpfungskopplung,
die zwischen der Schmelztiegelstange und der Antriebswelle verbunden
ist, aufweist. Dieses Dokument des Stands der Technik spezifiziert
jedoch nicht die Beschaffenheit einer derartigen Kopplung und schlägt keine
anderen Mittel zur Abdämpfung
von Vibration in dem Antriebsmechanismus selbst vor.
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EP-A-0
499 471 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallen
mittels des Czochralski-Verfahrens, wobei ein Motor zum Drehen des
Schmelztiegels über
ein Getriebe direkt mit der Schmelztiegel stützenden Welle verbunden ist, wobei
der Motor auf einem Schieber, der sich mit dem Schmelztiegel und
seiner stützenden
Welle bewegt, montiert ist. Die vom Motor produzierte Vibration
wird leicht auf die Schmelztiegel stützende Welle und daher auf
den Schmelztiegel und seinen Inhalt übertragen.
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf derartige Probleme durchgeführt, und
ihr Ziel ist es, Mittel zur Absorbierung und Beseitigung der Vibration,
die von der Schmelztiegeldrehantriebseinheit erzeugt wird, bereitzustellen,
oder zur Verhinderung von Übertragung
der Vibration auf die Schmelze oder zur Abdämpfung der Vibration.
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Offenbarung
der Erfindung
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Um
das oben erwähnte
Ziel zu erreichen, stellt die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von
Kristallen mittels des Czochralski-Verfahrens bereit, wobei die Vorrichtung
mindestens eine Stützwelle
zum Stützen
eines Schmelztiegels zur Unterbringung einer Rohmaterialschmelze,
einen Ziehmechanismus zum Ziehen eines Kristalls aus der Schmelze, einen
Drehmechanismus zum Drehen des Schmelztiegels und einen Transfermechanismus
zum vertikalen Bewegen des Schmelztiegels beinhaltet;
dadurch
gekennzeichnet, dass der Drehmechanismus eine Schmelztiegeldrehantriebseinheit
beinhaltet, die auf einer Unterkonstruktion unbeweglich installiert
ist, wobei diese Unterkonstruktion die Einkristallherstellungsvorrichtung
stützt;
und
dadurch, dass eine Riemenscheibe und ein Riemen als ein Mittel zur Übertragung
von Drehung zwischen der Stützwelle
und einer Abtriebswelle der Schmelztiegeldrehantriebseinheit verwendet
werden.
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Von
einem anderen Aspekt aus stellt die Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung von Einkristallen, basierend auf dem Czochralski-Verfahren,
durch das Stützen
eines Rohmaterialschmelze unterbringenden Schmelztiegels mittels
einer Schmelztiegel stützenden
Welle und das Drehen und vertikale Bewegen des Schmelztiegels bereit;
dadurch gekennzeichnet, dass die Kristalle hergestellt werden, während an
einem oberen Ende der Schmelztiegel stützenden Welle Vibration geregelt
wird, so dass sie entlang einer senkrecht zur Welle liegenden Richtung 100 μm oder weniger
beträgt.
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Wenn
die Schmelztiegeldrehantriebseinheit, die zum Beispiel aus einem
Elektromotor und Mittel zum Geschwindigkeitswechsel und zu einer
Geschwindigkeitsverringerung bestehen kann, auf der Unterkonstruktion
der Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallen, wie oben festgelegt,
unbeweglich installiert ist, wird die durch die Schmelztiegeldrehantriebseinheit
erzeugte Vibration von einem fixierten Ende, d. h. der starren Unterkonstruktion,
absorbiert und abgedämpft.
Daher wird die Vibration über
die Schmelztiegel stützende
Welle und den Schmelztiegel nicht wesentlich auf die Schmelzoberfläche übertragen.
Zudem verringert die Verwendung eines Riemens und einer Riemenscheibe
bei der Übertragung ferner
die übertragene
Vibration. Deshalb kann die Vibration der Schmelzoberfläche, die
eine Ursache für
die Erzeugung von Versetzungen in wachsenden Einkristallblöcken sein
kann, im Wesentlichen beseitigt werden.
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In
diesem Fall bedeutet der Begriff „Unterkonstruktion" der Vorrichtung
zur Herstellung von Einkristallen Rahmen, Betonunterkonstruktionen, Unterkonstruktionen
von Arbeitshäusern
und dergleichen zum Stützen
der Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallen. Es kann jedes
Mittel sein, das die Schmelztiegeldrehantriebseinheit ohne von der
Einheit vibriert zu werden, fixieren kann, und ist das nicht durch
die buchstäbliche
Bedeutung des Wortes eingeschränkt.
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Vorzugsweise
wird ein Kugelkeil zur Kraftübertragung
zwischen der Schmelztiegel stützenden Welle
und der Schmelztiegeldrehantriebseinheit verwendet.
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Nur
die Vibration, die abgedämpft
wird, indem sie in die Unterkonstruktion absorbiert wird, wird auf
den Kugelkeil übertragen,
und deshalb wird die Vibration der Schmelzoberfläche im Wesentlichen beseitigt,
ohne irgendwie die Funktion des Kugelkeils zur gleichzeitigen Übertragung
von Drehung mit der vertikalen Bewegung zu beeinflussen. Deshalb
können
Einkristalle sicher und effektiv hergestellt werden.
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Der
Riemen und die Riemenscheibe können einen
kautschukartigen elastischen Riemen und eine Riemenscheibe oder
einen kautschukartigen elastischen Zahnriemen und eine Zahnriemenscheibe
beinhalten.
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Der
Transfermechanismus ist vorzugsweise mit einem Schieber, der sich
vertikal mit der Schmelztiegel stützenden Welle bewegt, versehen,
und die Vibration des Schiebers entlang einer vertikal zur Schmelztiegel
stützenden
Welle liegenden Richtung wird geregelt, so dass sie vorzugsweise
200 μm oder weniger
beträgt.
Wenn die Vibration des Schiebers 200 μm oder weniger betragt, kann
die Vibration der Schmelztiegel stutzenden Welle 100 μm oder weniger
betragen. Daher kann die Vibration der Rohmaterialschmelzoberfläche, die
die Ursache für
die Erzeugung von Versetzungen in wachsenden Kristallen ist, im
Wesentlichen beseitigt werden.
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Ferner
wird die von der Schmelztiegeldrehantriebseinheit, die eine Kraftquelle
für den
Drehmechanismus ist, erzeugte Vibration geregelt, so dass sie 50 μm oder weniger
beträgt.
Wenn die von der Schmelztiegeldrehantriebseinheit erzeugte Vibration vorzugsweise
50 μm oder
weniger betragt, kann eine Amplitude der Vibration durch den Schmelztiegeltransfermechanismus
verhindert werden und daher kann die Vibration der Rohmaterialschmelzoberflache,
die die Ursache für
die Erzeugung von Versetzungen oder dergleichen in wachsenden Kristallen ist,
im Wesentlichen beseitigt werden. Der Ausdruck „Vibration von 50 μm oder weniger" und dergleichen wird
hier verwendet, um zu bezeichnen, dass die gesamte Schaukelbewegung
50 μm oder
weniger betragt und bedeutet nicht, dass die Amplitude der Vibration
(der halbe Schaukelbereich) 50 μm
oder weniger betragt.
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Bei
den herkömmlichen
Mechanismen zum Drehen eines Schmelztiegels wird die Vibration der Schmelztiegel
stützenden
Welle auf die Schmelzoberfläche übertragen,
und sie macht die Ursache für die
Erzeugung von Versetzungen und dergleichen in den wachsenden Einkristallen
aus. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird im Gegensatz dazu die Vibration durch das Fixieren
der Schmelztiegeldrehantriebseinheit auf der Unterkonstruktion der
Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallen und durch Verwenden
eines Riemens und einer Riemenscheibe zur Übertragung von Drehung absorbiert
und abgedämpft,
und dadurch wird die Vibration der Schmelzoberfläche im Wesentlichen beseitigt.
Deshalb können
wegen der Beseitigung der Ursache der Erzeugung von Versetzungen
in wachsenden Kristallen Einkristalle sicher und effektiv hergestellt
werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine erklärende
Ansicht, die eine beispielhafte Vorrichtung zur Herstellung von
Einkristallen gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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2A und 2B sind
erklärende
Ansichten eines beispielhaften Kugelkeils, der für den Mechanismus zum Drehen
eines Schmelztiegels gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird. 2A ist
eine Vorderansicht des Kugelkeils, die eine Teilschnittansicht umfasst,
und 2B ist eine Schnittansicht des Kugelkeils entlang
der Linie A-B.
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3 ist
eine erklärende
Ansicht, die einen beispielhaften Schmelztiegeldrehmechanismus gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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4 ist
eine erklärende
Ansicht, die einen beispielhaften herkömmlichen Schmelztiegeldrehmechanismus
darstellt.
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5 ist
ein Graph, der ein Beispiel der Schwingungsform, die in einer Schmelztiegeldrehantriebseinheit
erzeugt wird, darstellt.
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6 ist
ein Grapch, der die Vibrationsstärken
eines Schiebers, auf dem die in 5 gezeigte Schmelztiegeldrehantriebseinheit
montiert wurde, darstellt.
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Beste Art
zur Ausführung
der Erfindung
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Hiernach
werden Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung genauer erklärt werden, aber die vorliegende
Erfindung ist nicht auf diese beschränkt.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung stellten fest, dass die Vibration,
die an einer Schmelzoberfläche
während
der Herstellung von Einkristallen beobachtet wurde, hauptsächlich durch
Vibration einer Schmelztiegel stützenden
Welle erzeugt wurde.
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Die
Ursache für
die Erzeugung von Vibration an der Rohmaterialschmelze umfasst,
zusätzlich
zur Vibration der Schmelztiegel stützenden Welle, einen Edelgasstrom,
der während
des Kristallwachstums in dem Ofen strömt, Drehung des wachsenden
Kristalls, ein nicht ortsfestes Temperaturgefälle in der Schmelze eine nicht
ortsfeste Konvektion in der Schmelze, auf Grund von Drehung des
Kristalls und des Schmelztiegels und dergleichen. Diese Ursachen
wirken auf eine komplexe Art und Weise, um die Rohmaterialschmelzoberfläche während des
Kristallwachstums zu vibrieren. Insbesondere ist die Vibration der
Schmelztiegel stützenden
Welle am einflussreichsten, da sie über den Schmelze enthaltenden Schmelztiegel
direkt auf die ganze Rohmaterialschmelze wirkt.
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Deshalb
untersuchten die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Beziehung
zwischen der Vibration der Schmelztiegel stützenden Welle und der Vibration
der Rohmaterialschmelzoberfläche
und stellten fest, dass die Vibration der Rohmaterialschmelzoberfläche, die
die Ursache für
die Erzeugung von Versetzungen und dergleichen in den wachsenden Kristallen
ist, im Wesentlichen beseitigt werden konnte, indem die Vibration
am oberen Ende der Schmelztiegel stützenden Welle geregelt wurde,
so dass sie entlang einer senkrecht zur Welle liegenden Richtung 100 μm oder weniger
betrug.
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Die
Vibration der Schmelztiegel stützenden Welle
kann geregelt werden, so dass sie 100 μm oder weniger beträgt, zum
Beispiel indem die Vibration des Schiebers des Schmelztiegeltransfermechanismus,
der sich mit der Schmelztiegel stützenden Welle vertikal verschiebt,
geregelt wird, so dass sie entlang einer senkrecht zur Schmelztiegel
stützenden
Welle liegenden Richtung 200 μm
oder weniger beträgt. Viele
der Vorrichtungen zum Drehen und vertikalen Bewegen des Schmelztiegels
sind mit einem Schieber versehen, der sich mit der Schmelztiegel
stützenden
Welle vertikal bewegt. Die von der Schmelztiegeldrehantriebseinheit
auf den Schieber übertragene Vibration
wird während
der Übertragung
innerhalb der Schmelztiegel stützenden
Welle absorbiert und abgedämpft
und circa eine Hälfte
der Vibration des Schiebers wird auf den oberen Teil der Schmelztiegel stützenden
Welle übertragen.
Deshalb kann die Vibration der Schmelztiegel stützenden Welle geregelt werden,
so dass sie 100 μm
oder weniger beträgt,
indem die Vibration des Schiebers geregelt wird, so dass sie 200 μm oder weniger
beträgt,
und daher kann die Vibration der Rohmaterialschmelzoberfläche im Wesentlichen
beseitigt werden.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ferner festgestellt, dass
die an der Schmelzoberfläche
beobachtete Vibration während
der Einkristallherstellung hauptsächlich durch die von der Schmelztiegeldrehantriebseinheit
erzeugten Vibration verursacht wurde. Zum Beispiel wird, wie in 4 gezeigt,
die von der Schmelztiegeldrehantriebseinheit 26 erzeugte
Vibration normalerweise von dem Schieber 31 absorbiert
und abgedämpft,
wenn die Schmelztiegeldrehantriebseinheit 26 auf den Schieber 31 montiert
wird, und sie wird über
die Schmelztiegel stützende
Welle 4 und den Schmelztiegel 2 kaum auf die Schmelzoberfläche übertragen.
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Da
der Schmelztiegeltransfermechanismus 30 jedoch vertikal
bewegt werden muss, während eine
Last (Gewicht des Schmelztiegels 2 und der Schmelze 3)
auf dem Schieber 31 aufgenommen wird, wird er von der Schmelztiegel
stützenden
Welle 4, dem Schieber 31, einer Kugelumfangsspindel 32 und
fixierten Wellen, wie in 4 gezeigt, ausgemacht, und er
stützt
den Schieber 31 mit der Kugelumfangsspindel 32 zum
vertikalen Bewegen und die verschiedenen fixierten Wellen auf eine
derartige Art und Weise, dass sich der Schieber 31 vertikal
bewegen kann. Die fixierten Wellen und die Kugelumfangsspindel 32 sind
an ihren oberen Enden und unteren Enden fixiert.
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Wenn
die von der Schmelztiegeldrehantriebseinheit 26 erzeugte
Vibration stark ist, kann sie deshalb nicht abgedämpft werden,
und, wenn der Schieber sich an einer speziellen Position befindet, kann
die von der Schmelztiegeldrehantriebseinheit 26 erzeugte
Vibration merklich verstärkt
werden.
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5 stellt
ein Beispiel der in einer Schmelztiegeldrehantriebseinheit erzeugten
Schwingungsform dar. Vibrationsstärke, die auf einem Schieber durch
Montieren der Schmelztiegeldrehantriebseinheit auf den Schieber
an 5 Positionen, gemessen wurden, sind in 6 gezeigt.
h stellt einen Abstand von der niedrigeren Grenzposition zum Schieber
dar und L stellt den Vollhub dar. Aus 6 ist ersichtlich, dass
die Vibration des Schiebers nicht unbedingt stärker wird, wenn die Vibration
der Schmelztiegeldrehantriebseinheit selbst stärker wird und die Vibration
in einem speziellen Drehbereich merklich verstärkt wird.
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Deshalb
führten
die Erfinder der vorliegenden Erfindung ähnliche Messungen durch das
Montieren einer Schmelztiegeldrehantriebseinheit auf den Schieber,
die entworfen wurde, um eine Vibration von 50 μm oder weniger zu erzeugen,
indem die Kombination des Motors und des Geschwindigkeitsverringerers
in der Schmelztiegeldrehantriebseinheit geändert wurde, durch. Infolgedessen
wurde keine merkliche Erhöhung
der Vibration, wie die, die in 6 zu sehen
ist, beobachtet.
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Das
heißt,
durch das Regeln der von der Schmelztiegeldrehantriebseinheit erzeugten
Vibration, so dass sie 50 μm
oder weniger beträgt,
kann die Amplitude der Vibration durch den Schmelztiegeltransfermechanismus
beseitigt werden, und daher kann die Vibration der Rohmaterialoberfläche im Wesentlichen
beseitigt werden.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung untersuchten ferner Mittel zur
Beseitigung der Vibration der Schmelztiegeldrehantriebseinheit durch
Absorption oder zur Verhinderung ihrer Übertragung auf die Schmelzoberfläche oder
zu ihrer Abdämpfung.
Als Ergebnis stellten sie fest, dass es für diesen Zweck effektiv ist,
die Schmelztiegeldrehantriebseinheit auf einer starren Unterkonstruktion
der Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallen unbeweglich zu
installieren, und führt
die vorliegende Erfindung durch.
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Ein
beispielhafter Schmelztiegeldrehmechanismus der Vorrichtung zur
Herstellung von Einkristallen gemäß der vorliegenden Erfindung
wird zuerst mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen erklärt.
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Der
Schmelztiegeldrehmechanismus der vorliegenden Erfindung ist ein
Mechanismus, der zur Unterdrückung
von Erzeugung von Vibration an einer Schmelzoberfläche geeignet
ist, um die Erzeugung von Versetzungen in wachsenden Kristallen
bei Vorrichtungen zur Herstellung von Einkristallen, basierend auf
dem sogenannten Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren), die zum Beispiel
für das
Wachsen von Halbleitersiliziumkristallen vorgesehen sind, zu vermeiden.
Die Grundstruktur der Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallen
wird mit Bezug auf 1 umrissen.
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Die
Vorrichtung 1 zur Herstellung von Einkristallen beinhaltet
an ihrem Zentrum einen Quarzschmelztiegel 2, der die Siliziumschmelze 3 unterbringt
und durch eine Heizvorrichtung 7 geheizt wird. Dieser Schmelztiegel 2 kann
von einer Schmelztiegel stützenden
Welle 4 gedreht und durch den Schieber 31, der
die Schmelztiegel stützende
Welle 4 stützt, vertikal
bewegt werden. Andererseits weist er auch eine Struktur auf, die
es einem Impfkristall 5, der an dem unteren Ende eines
Drahts angebracht ist, der zum Ziehen und Drehen des Impfkristalls
von einem Mechanismus 6 herunterhängt, ermöglicht, mit der Rohmaterialsiliziumschmelze 3 in
dem Schmelztiegel 2 in Kontakt gebracht zu werden, und
einem wachsenden Einkristall 8 es ermöglicht, während des Drehens gezogen zu
werden.
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Bei
der oben erwähnten
Vorrichtung 1 zur Herstellung von Einkristallen beinhaltet
der Schmelztiegeldrehmechanismus 20 der vorliegenden Erfindung
eine Schmelztiegeldrehantriebseinheit 26, die direkt auf
einer Unterkonstruktion 10 der Vorrichtung zur Herstellung
von Einkristallen, wie in 1 gezeigt
(detaillierte Teilansicht ist in 3 gezeigt),
unbeweglich installiert ist. Die Drehung einer Abtriebswelle der
Schmelztiegeldrehantriebseinheit 26 wird auf eine Keilwelle 22 des
Kugelkeils 21 und ferner auf die Schmelztiegel stützende Welle 4 durch
eine Buchse übertragen.
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Andererseits
wandelt, wie in 1 gezeigt (detaillierte Teilansicht
ist in 3 dargestellt), zum Beispiel der Mechanismus 30 zum
vertikalen Bewegen des Schmelztiegels die Drehung der Abtriebswelle
der Schmelztiegeltransferantriebseinheit 33, die an der
Unterkonstruktion 10 fixiert ist, über eine Kugelumfangsspindel 32,
in eine vertikale Bewegung des Schiebers 31 um, und bewegt
die Schmelztiegel stützende
Welle 4, die mit dem Schieber 31 und dem Schmelztiegel 2 direkt
verbunden ist, vertikal. Die von der Antriebseinheit 33 des
Schmelztiegeltransfermechanismus 30 erzeugte Vibration
wird nicht wesentlich nicht auf die Schmelzoberfläche übertragen,
da keine Komponenten, die den Mechanismus ausmachen, direkt mit
dem Schmelztiegel 2 oder der Schmelztiegel stützenden
Welle 4 verbunden sind, und er/sie wird auf der Unterkonstruktion 10 unbeweglich
installiert.
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Wie
in 4 gezeigt, wird in einem herkömmlichen Schmelztiegeldrehmechanismus
die Schmelztiegeldrehantriebseinheit 26 direkt mit dem Schieber 31 des
Schmelztiegeltransfermechanismus 30 verbunden, um die Schmelztiegel
stützende
Welle 4 zu drehen. Deshalb wird die von der Einheit 26 erzeugte
Vibration direkt auf die Schmelztiegel stützende Welle 4 übertragen,
was die Ursache für
die Vibration der Schmelzoberfläche
ausmacht.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht die Schmelztiegeldrehantriebseinheit 26 aus
einem Elektromotor, einem Geschwindigkeitsverringerer und einen
Geschwindigkeitsregulator und überträgt die Drehung
der Endabtriebswelle über
die Keilwelle 22 und die Buchse 23 des Kugelkeils 21 auf
die Schmelztiegel stützende
Welle 4. Die Hauptursache für die Erzeugung von Vibration
an der Schmelzoberfläche
in dem Schmelztiegel ist die von der Drehkraftquelle d. h. einem
Elektromotor, erzeugte Vibration. Als das erste Mittel zur Unterdrückung dieser
Vibration gemäß der vorliegenden
Erfindung, ist die Schmelztiegeldrehantriebseinheit 26 zum
Beispiel auf einem Basisrahmen 10, der direkt an der Unterkonstruktion
der Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallen fixiert ist, angebracht
und fixiert, so dass insbesondere Niederfrequenzvibration von Arbeitshäusern und
dergleichen über
den Basisrahmen 10 absorbiert werden sollten.
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Der
Schmelztiegeldrehmechanismus 20 der vorliegenden Erfindung überträgt, wegen
der Verwendung des Kugelkeils 21, die Drehung der Schmelztiegeldrehantriebseinheit 26 gleichmäßig an die
Schmelztiegel stützende
Welle 4, während
er der vertikalen Bewegung des Schiebers 31 folgt.
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Daher
nimmt der Kugelkeil nur die Vibration auf, die durch die Absorbierung
in die Unterkonstruktion abgedämpft
wird, und die Vibration der Schmelzoberfläche kann im Wesentlichen vermieden
werden, ohne die Funktion des Kugelkeils zum gleichzeitigen Übertragen
von vertikaler Bewegung und Drehung nicht zu beeinflussen. Deshalb
können
Einkristalle sicher und effektiv hergestellt werden.
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Als
Kugelkeil 21 kann normalerweise eine radiale Art Kugelkeil,
wie in 2 gezeigt, verwendet werden.
Der Kugelkeil 21 weist halbkreisförmige Schlitze auf, die viele
Stahlkugeln 24 enthalten in sowohl der Keilwelle 22 als
auch der Buchse 23 entlang der Wellenrichtung, und er ermöglicht zwischen
der Welle 22 und der Buchse 23 eine Drehmomentübertragung
und äußerst gleichmäßige Bewegung
entlang der Welle. Während
die Buchse 23 in dem Beispiel, das in 2 gezeigt
ist, eine Rücklaufbohrung 25 aufweist,
kann eine, die ein Gerät
zum Halten der Kugeln, anstatt der Rücklaufbohrung aufweist, auch verwendet
werden.
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Um
die gleichmäßige Drehkraftübertragung und
vertikale Bewegung des Kugelkeils 21 zu realisieren und
die von der Abtriebswelle der Schmelztiegeldrehantriebseinheit 26 erzeugte
Vibration zu unterdrücken,
wird eine Kombination eines kautschukartigen elastischen Riemens
(Flachriemen, Keilriemen) und einer Riemenscheibe, besser eine Kombination
eines kautschukartigen elastischen Zahnriemens 27 und einer
Zahnriemenscheibe, für die
Drehübertragung
zwischen den drei Wellen verwendet, d. h. der Abtriebswelle der
Schmelztiegeldrehantriebseinheit 26, der Kugelkeilwelle 22 und
der Schmelztiegel stützenden
Welle 4.
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Da
der Riemen, Zahnriemen und dergleichen in einer derartigen Struktur
hauptsächlich
aus einem kautschukartigen Elastomer zusammengesetzt sind, vermindern
sie Anspannung durch elastische Verformung, absorbieren oder dämpfen die
von der Schmelztiegeldrehantriebseinheit 26 erzeugte Vibration,
erleichtern die Vibrationslast auf dem Kugelkeil 21 und
beseitigen schließlich
im Wesentlichen die Übertragung
von Vibration auf die Schmelzoberfläche in dem Schmelztiegel 2.
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Modifizierungen
können
im Bereich der Ansprüche
an den oben beschriebenen Ausführungsformen
vorgenommen werden.
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Während der
Schmelztiegeldrehmechanismus gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Verhinderung der Vibration der Schmelzoberfläche in dem Schmelztiegel
für eine
Vorrichtung, die das CZ-Verfahren anwendet, erklärt wurde, kann die vorliegende Erfindung
selbstverständlich
für jene
verwendet werden, die das sogenannte MCZ-Verfahren (Ziehverfahren
unter Magnetfeld) anwenden.