A7 "438913 五、發明說明（1 ) 本發明是關於一單結晶拉引裝置及拉引方法，根據 本發明的裝置適合裝在使甩CZ(Czochralski)法的單結晶 製造設備上，特別是適合重單結晶拉引的製程。 傳統上’單結晶矽是以CZ法來製造的。在CZ法中， 多結晶妙被放入一單結晶製造設備之一石英溶化锅中，之 後’藉由配置在石英熔化鍋周圍的加熱器，多結晶5夕被加 熱並熔化，接著，一裝置在晶種支架中的晶種被浸入熔化 的液體中，之後’晶種支架和石英熔化鍋分別驅動以相同 或相反的方向來旋轉，同時，晶種支架被拉引長成預設直 徑和長度的一單結晶。 在結晶的過程中’因為發生在將晶種浸入溶化的液 體時所產生的熱衝擊會導致差排。為了防止差排從晶種擴 大到所要成長的單結晶，一直徑從3mm到5mm的縮小部 分長在晶種之下以防止差排一直擴大到縮小部分的表 面。為了確定差排的擴大已經停止，形成一肩部部分且單 結晶放大直到達到預定的直徑值’之後，拉引操作則轉成 形成單結晶的主體。 在近年，隨著早結晶的放大’—個別單結晶的重量 已經增加’而縮小部分的實體也已達到一實際的上限。如 第Π圖所示，為了解決這個問題，當暴排以縮減過程所 停止時，一放大都分2b和一直徑小於放大部分的頸部部 分形成在縮小部分2a和肩部2d之間。既然一支撐物支持 單結晶2的大部分的重量’縮小部分2&的損壞就可以避 免，此外’如果縮小部分2a斷裂，也可以防止單結晶2的 本纸張尺度適用中國國家標準（CNi)A4規格（210 X 297公i ) --------- . ----:裝---------訂---ΓΪ-----^ {請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 4389 1 3 A7 _______B7_ 五、發明說明（2 ) 掉落。舉例來說，在單結晶拉引裝置揭露於曰本專刊公開 公報特公平5-65477，單結晶的頸部部分和一能被驅動開 或關的爽臂接合以懸吊該年結晶。此外’在单結晶拉引裝 置揭露在 Japanese Publication Gazette TOKU KOU HEI 7-515，複數保持在一預設角度的爪形工具置於一可以被 驅動上升或下降的接合支持器中’此爪形工具與單結晶的 頸部部分接合以懸吊單結晶。再者，揭露在Japanese Publication Gazette TOKU KOU HEI 7-103000 的單結晶拉 引裝置具有複數爪形工具與單結晶的頸部部分結合，用複 數可以被驅動開或關的支持控制桿的上升或下降動作來 懸吊單結晶，而一圓環使用於防止支持控桿的開啟。 然而*在單結晶拉引裝置揭露在Japanese Publication Gazette TOKU KOU HEI 5-65477中，在單結晶的重量增 加到在拉引操作過程中單結晶有掉落的危險時，會驅動其 夾臂打開。在單結晶拉引裝置揭露在Japanese Publication Gazette TOKU KOU HEI 5-65477中，不會發生單結晶掉 落。然而’晶種支持架、縮小部分以及頸部部分由一裝置 懸掛在它們上方的鉗夾裝置所夾住，因此，支持架或支持 控制桿會不可避免地很長。此外’在形成縮小部分時，支 持架或支持控制桿須在晶種的上方要保持穩定。根據上述 的理由，拉引的操作會變短，因此，限制了單結晶的縱軸 長度而且鉗夾裝置變得過大。 有鑑於上述的缺點，本發明的目的是提供一單結晶 的拉引裝置及拉引方法，因應於由CZ法所產生的半導體 I紙張尺度適用關家標準（CNS)A4規格（21() x 297公1 )' (請先|«讀背面之}1.<^項再填寫本頁> 裝----------訂---；-------轉 A7 4389 1 3 ------ 五、發明說明（3 ) 單結晶的重量增加。根據本發明的單結晶拉引裝置及拉引 方法具有一鉗夾工具可以緊緊地支持形成在縮小部分之 下之頸部部分而不會限制單結晶在其縱麵的長度。 (請先Μ讀背面之注項再填窝本頁> 為達成上述的目的，根據本發明的單結晶拉引裝置 包括：一單結晶鉗夾設備具有一盒子及複數支持桿；此盒 子在其上表面和下表面有二開口，在其側面有§形狹缝， 和拉引/下降工具用以拉引或下降其本身和形成在晶種 之下的縮小部分以及依序形成在其下的放大部分和頸部 部分，此拉引/下降工具在拉引操作中可以穿透二開口； 每一個支持桿水平地配置在盒子中，藉由將它們的兩端部 分插過S形狹縫中，而可以在s形狹縫的路徑中旋轉。 此外，根據本發明的單結晶鉗夾設備的特徵如下： S形狭縫的路徑設計成在支持桿沿著路徑下降時， 支持桿不會和所拉引的單結晶的放大部分及頸部部分互 相干擾，每一路徑連接一支持桿保持穩定的較高位置，和 一支持桿夾住所拉引之簟結晶的較低位置。 支持桿保持在一水平狀態以及為了防止在軸方向的 改變的定位裝置配置於盒子和支持桿中。 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 支持桿具有放射狀突出物、圓柱形或球形之一的輛 %，固定在其中間部分；這此軸環用於辑觸並夾住所拉引 的單結晶的圓錐表面，此圓錐表面形成在s結晶的放大部 分和頸部部分之間。 上升/下降工具是藉由一球形表面和盒子連接。 此外，根據本發明的單結晶拉引方法，其特徵如下·‘ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） 43891 3 A7 B7 五、發明說明（4 ) 在依CZ法製造半導體單結晶的製裎中，在將晶種浸 入熔化液體以形成一縮小部分之後，一放大部分和一頸部 部分相繼地形成，然後，推下保持在s形狭縫上端的複數 支持桿以和形成在放大部分的上部的圓錐形表面接觸，接 著，藉由在支持桿已移到S形狹縫的下端後，將單結晶鉗 夾設備抬起以引導支持桿去接觸形成在單結晶的放大部 分和頸部部分的圓錐形表面。 根據本發明的早結晶拉引裝置的結構，配置在單結 晶鉗夾設備的盒子中的支持桿保持在一水平的位置，並可 以在S形狹縫的路徑中旋轉。另外’支持桿可以在s形 狹缝的最上端平順地移到其最下端而不會和上升及進入 盒子的單結晶的放大部分和頸部部分相互干擾。此外，定 位裝置可以防止在支持桿之轴方向的改變，因此，固定在 又持桿中間部分的軸環可以正確地和放大部分的圓錐形 表面接觸。除此之外，上升/下降裝置藉由一球形表面和 盒子相連’因此，保持單結晶鉗夾設備的平衡是很容易 的。 此外’單結晶鉗夾設備保持在一預設的位置不動以 等待放大部分和頸部部分的形成，之後，在放大部分的上 部的圓錐表面上升並進入盒子因單結晶的拉引而接觸到 支持桿時’推動支持桿並因它們本身的重量而沿著S形狹 縫往下旋轉直至s形狹縫的最下部位置，然後，如果單結 晶鉗夾設備稍微上抬一小距離，支持桿會和形成在放大部 分及頸部部分之間的圓錐形表面接觸，由此，支持桿可以 本紙張尺度適用”國家^7NS)A4規格⑵G x 297公 . r I -. ----------fr—--------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製
43891 3 A7 B7 五、發明說明（5 ) 夾住單結晶。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵 明顯易懂，下文特蛊一咬件奋㈣# 馒點能烹 人竹， 戶'施例，並配合所附圖式，供 詳細說明如下： 圓示之簡單說明： 第1圖係顯示根據本發明的單結晶拉弓J裝置的大略 結構的橫截面圖； 第2圖係顯示根據本發明的單結晶甜爽設借之第— 個實施例的結構的立體圖： 第3圖係顯示根據本發明的單結晶甜夾設備之上部 的結構的部分橫截面圖； 第4 a圖係顯示固定在一支持椁中間部分的一具有放 射狀突出物的軸環的立體圖； 第4b圖係顯示固定在一支持桿中間部分的一圓柱形 的軸環的立體圖； 第5圖係顯示根據本發明的單結晶鉗夾設備的第二 個實施例的結構的立體圖； 第6a圖係顯示第5圖所顯示的單结晶鉗夾設備的結 構的部分橫截面圖’其中，突出物是在内壁形成的； 第6b圖係顯示第5圖所顯示的單結晶鉗夾設備的結 構的部分橫截面圖，其中，突出物是形成在外壁； 第7圖係顯示根據本發明的拉引機制的大略結構的 橫截面圏； 第8圖係顯示拉起單結晶鉗夾設備的設備繞線磁鼓 本紙張尺度適用t ®國家標準（CNS)A4規格（21。X 297公i ) <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 ----訂-----------^ 43891 3
發明說明（6 的結構的上視圖； 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 第9a圖係顯示第8圊在z軸方向的侧面圖，顯示第 8圖中的拉引單結晶鉗夾設備的設備繞線磁鼓的結構，其 中，兩個設備繞線磁鼓裝置在兩端； 第9b圖係顯示第8圖在Z軸方向的側面圖，顯示第 8圖中的拉引單結晶鉗夾設備的設備繞線磁鼓的結構，其 中，一個設備繞線磁鼓裝置在中間部分； 第圖係顯示根據本發明的單结晶鉗夾設僑的操 作的圖示，其中，支持桿保持穩定； 第l〇b圖係顯示根據本發明的單結晶鉗夾設備的操 作的圖示’其中，支持桿和單結晶接觸； 第1〇e圖係顯示根據本發明的單結晶鉗夾設備的操 作的圖不’其中，支持桿低於其最低的位置； 第1圖係顯示根據本發明的單結晶鉗夾設備的操 作的圖示’其中，支持桿將單結晶支持住；以及 第11圖係顯示用於和支持桿接合的頸部部分是形成 於單結晶的縮小部分和肩部之間。 符號說明： 1 :拉引機械裝置 2 :單結晶 2a :縮小部分 2b :放大部分 2c :頸部部分 2d :肩部部分 ί請先閲讀背面之注項再填寫本頁) 裝！ fl_ —訂-------韓 1 χ 297 公》) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 Γ 4389 1 3 ° Α7 _Β7_五、發明說明（7 ) 2f:圓錐部分 3:單結晶拉引線 4 :晶種支持架 5 :晶種 6 :石英熔化鍋 7 :熔化液體 8、9、10 :設備拉引線 11 :球珠 12 :單結晶繞線馬達 13 :單結晶繞線磁鼓 14 :設備繞線馬達 15、16、17 :設備繞線磁鼓 18 :皮帶輪 19 :皮帶 20 :單結晶/設備旋轉馬達 21、22 :驅策元件 23、24、25 :皮帶輪 30 :單結晶鉗夾設備 3 1 :六面盒子 31a、31b : S形狭缝 31c :洞 32 :支持桿 33 :球座 34 :定位軸環 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝---------訂----------ϋν 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 43891 3 五、發明說明（8 ) 35 :軸環 4〇 :單結晶鉗央設備 41 :盒子 41a、41b: S形狹縫 41c :洞 41d :突出物 42 :支持桿 43 :球座 44 :定位軸環 45 :轴環 41e :突出物 實施例： 根據本發明的單結晶拉引裝置的實施例，配合圖示 說明如下。第1圖係顯示單結晶拉引裝置的大略結構的橫 截面圖。如第1圖所示，一拉引機械裝置1配置於單結晶 拉引裝置的上端，此拉引機械裝置1具有工具可以旋轉單 結晶2和單結晶鉗夾設備30並同時將它們全部拉起。— 晶種支架4懸吊在單結晶拉引線3的下端，此晶種支架4 由拉引機械裝置1所指引以上升或下降，在晶種支架裝置 晶種5並浸入存在石英熔化鍋6之熔化祆體7之後，驅動 晶種支架4開始旋轉以連續得到縮小部分2a、放大部分 2b、頸部部分2c、肩部部分2d以及主體2e。單結晶鉗爽 設備藉由二條設備拉引線8、9和1 〇來懸吊，當單結晶射 夹設備的支持桿32已經夾住單結晶2時，此三條拉引線
本紙張尺度適用中國國家標準(CMS)A4規格（210 X 297公U f — 1 I n ri » n n IB I n I 1 I I (請先Μ讀背面之注項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ^3891 3 五、發明説明（9 ) 8、9和10和單結晶拉引線3同時捲起。此外，在第1圖 中’設備拉引線10與單結晶拉引線3的位置是重覆的， 且單結晶鉗夾設備30的支持桿32和形成在放大部分2b 與頸部部分2c之間的圓錐表面接觸，以夾住單結晶2。 第2圖係顯示根據本發明的單結晶射夾設備之第一 個實施例結構的立體圖^第3圖係顯示根據本發明的單結 晶鉗夾設備的上部的結構的部分橫截面囷β第4a、4b和 4c圖係顯示固定在支持桿的轴環的形狀的立體圖。如第2 圖所示’單結晶鉗夾設備30包括一六面形盒31和兩個支 持桿32、32，盒子31由具高熔點的金屬所製成，如鉬， 而兩S形狹缝31a、31b分別成在盒子31的兩面相對的垂 直面上，每一支持桿32' 32是由S形狹缝31a、的兩 端所支撐’並且可以無阻礙地沿著s形狹縫31a、311)旋 轉下來’可以穩固地留住支持桿32、32的容器分別形成 在S形狹縫31a、3lb的上下端，第2圖中，支持桿32、 32是穩固地留在s形狹缝31a、31b的上端。 兩個洞31c分別形成在盒子31的上、下面，單結晶 的放大部分可以很容易地通過’為了在爽住單結晶的過程 中容易保持單結晶鉗夾設備的平衡，連結盒子31和設備 拉引線8、9、10是藉由固定在盒子31.的上面的球座 來完成，而固定在設備拉引線8、9、1〇的下端的球珠n 是容納在球座33中，此外’形成在盒子3]上面的洞31c 要比形成在盒子31下面的洞要小，以確保有空間安裝球 座33。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐 ! J-H-, 裝. ! i 訂------- 梦 (請先《讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印li Μ38913 Α7 ---------Β7___ 五、發明說明（10 ) 如第2圖所示，和盒子31的外表面接觸的定位軸環 34是裝置在支持桿32的末端的，定位轴環34是用於防 止支持桿32在轴方向的任何變化，雖然盒子31的外表面 也用於當作在盒子表面的定位裝置（見第2圖），也建議在 盒子31的外表面沿著s形狹縫31a、3lb擴張形成向外突 出的定位凸起，如第4a圖所示，一固定在支持桿32的中 間部分的轴環35具有形成在其外表的輻射狀突出物，轴 環35和形成在放大部分和頸部部分之間的圓錐形表面接 觸以夾住單結晶，然而，軸環3 5的形狀並不限制於如上 所述’它可以是圓柱狀（見第4b圖）或是球狀（見第4c 圖），支持桿32、定位軸環34和軸環35是由碳強化型 碳纖維所製成，此外，亦可以不用軸環35而直接將支持 捍32和形成在放大部分與頸部部分之間的圓錐形表面接 觸。 第5圖係顯示單結晶鉗夾設備的第二個實施例的結 構的立體圖°如第5圖所示，一單結晶射夾設備4〇具有 一形狀像不規則六角柱的盒子41，其上面和下面分別是 一等邊三角形而移除其角的部分；三個支持桿42、42、 42分別在三個不同的方向夾住形成在放大部分和頸部部 分之間的圓錐形表面；兩S形狹縫41a: 41b形成在盒子 41的母一面垂直面上，且不相同的垂直面是位於三個分 別的垂直面的任兩個垂直面之間，每一支持桿42是由s 形狭鏠41 a、41 b支持住其兩端，並且可以無限制地沿著 S形狹縫41a、41b旋轉’在第5圖中的三個支持桿42、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公^ ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝---------訂---7------妗 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 43891 3 A7 -----B7__—_^ 發明說明（11 ) 42、42穩固地保持在s形狹縫41 a、41 b的下端，單結晶 可以很容易通過的兩個洞41c分別形成在盒子41的上面 和下面，如第2圖所示第一個實施例的單結晶甜夹設備一 樣’在盒子41和設備拉引線8、9 ' 1〇之間的連接，是藉 由固疋在盒子41的上面的三個球座43來達成，固定於設 備拉引線8、9、1〇的下端的球珠是容納於三個球座之中。 第6a和6b圖係顯示由在第5圖中的單結晶鉗夾設 備40支撐支持桿42的方法的部分橫裁面圖，在第6a圖 和第6b圖所顯示的方法都是可以的。如第以圖所示， 形成在盒子41的突出物41<1、41(}具有兩内部相對平行表 面，並沿著S形狹縫41a、41b擴張到其整個長度，以用 於支持桿42的定位裝置；而固定在支持桿〇的兩端的兩 定位軸環44 ' 44分别和上述的平行表面接觸，以防止支 持桿42在軸方向的變化。此外，如單結晶鉗夾設備的第 一個實施例，一軸環45是固定於支持桿42的中間部分。 如第6b圖所示，突出物416、416有兩平行的表面是形成 在盒子41的外表面；且和上述突出物41e、41e的平行表 面接觸的兩定位軸環44、44是用於防止支持桿42在軸方 向的變化，另外，固定在支持桿42的中間部分的轴環45
是圓柱形的。 F 第7圖係顯示根據本發明的拉引機械裝置的大略結 構的橫裁面圖。如第7圖所示，一拉引機械裝置i包括一 單結晶繞線磁鼓13,由一單結晶繞線馬達12所驅動旋 轉；三個設備繞線磁鼓15、16、17由—設備繞線 二 n 43891 3 n 43891 3 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 A7 ^^ ----- ^B7____ 五、發明說明(12) --- 所驅動旋轉；以及-皮帶輪18，拉引機械裝置i是由一 單結晶/設備旋轉馬達20藉由皮帶19來驅動旋轉在一水 平的平面上。單結晶拉引線3的上端是固定於單結晶繞線 磁鼓13上，而三個設備拉弓^線^卜㈣上端是分別固 定於三設備繞線磁鼓15、16、17上。兩驅策元件21、22 分別裝置於三設備繞線磁鼓15、16、17之上下面以 防止二設備拉引線8、9、1〇有任何的下垂現象。 第8圖係顯示單結晶拉引設備的設備繞線磁鼓15、 16、17的結構的上視圖。第知圖係第8圖沿2轴方向的 侧面圖，顯示設備繞線磁鼓15、17的結構。第外圖係第 8圖沿Z軸方向的側面圖，顯示設備繞線磁鼓16的結構。 設備繞線磁鼓15、16、17配置和設備繞線磁鼓馬達14 的軸線成一直線，且三設備拉引線8、9、1〇分別和單結 晶鉗失設備藉由皮帶輪23、24、25連接。 在這個實施例中’三設備拉引線懸吊單結晶鉗爽設 借’由三設備繞線磁鼓來捲繞三設備拉引線，而三設備繞 線磁鼓是由一設備繞線馬達來驅動，然而，並不限制於以 上的結構’亦可以將每一設備繞線磁鼓與一設備繞線馬邊 相連’並同步驅動全部的繞線馬達。 以下是根據本發明的單結晶拉引，方法的說明，其 中，用具有如第2圖所示的墨結晶鉗夾設備30的一單社 晶拉引裝置來作為一說明的例子，此外，單結晶拉引方 法’ ί米用如第5圖所示的單結晶甜夾設備是和採用如第2 圖所示的單結晶鉗夾設備30是一樣的。如第1圖所示的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） 1---------;---t----------訂---；------终 (請先《讀背面之注意事項再填寫本頁)
43891 3 五、發明說明（13 ) 單結晶拉引的製程中，在晶種5裝至晶種支持架4並浸入 且調整到㈣液體7之後，拉引晶種5以形成縮小部分 2a、放大部分2b、頸部部分2c以及肩部部分2d。在上述 的製程中，單結晶鉗夾設備3〇是保持待機狀態在晶種支 持架4的上方位置，而支持桿32、32則穩定地保持在形 成在S形狹縫31a、31b的上端的容器中，在單結晶的肩 部部分2d隨著頸部部分2c形成後形成，放大部分沘上 升並進入單結晶鉗夾設備3〇(見第10a圖），在放大部分2b 進一步上升或設備拉引馬達驅動單結晶鉗夾設備3〇下降 一小距離之後，支持桿32、32的軸環35、35會和形成在 放大部分2b的上部的圓錐部分2f接觸（見第1〇b圖）。 在支持桿32、32的軸環35、35和形成在放大部分 2b的上部的圓錐部分^相接觸時，一向上的力量和一向 外水平的力量施於軸環35、35上，因此，支持桿32、32 被推出形成在S形狹縫31a、31b的上端的容器，之後， 支锊桿32、32因其本身的重量而沿著8形狹縫旋轉下降 到s形狹縫31a、31b的下端處，而不會和放大部分孔 或頸部部分2c互相干擾（見第1〇c圖）。然後單結晶繞 線馬達驅動早結晶甜爽設備3 0上—小距離，由此，支 持桿32、32的軸環35、35則被引導和形成在放大部分 2b的下部的圓錐形表面接觸（見第1〇d圖），而一向下的力 量與一向外水平的力量施於支持桿32、32上，因此，支 持桿32、32被推進形成在5形狹縫31&、3113的下端的容 器中’而單結晶的重量則被支持桿32、32所支持住，支 本紙張尺度適用中固國豕樣準（CNS)A4規格C撕公爱） i!Ji- 裝·！— I 訂 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 、4389 彳 3 五、發明說明（M ) 持桿32、32所支持的重量是將單結晶的總重減去由頭部 部分2a所支持的重量。 如上面所述，在由CZ法的單結晶拉引製程中，—單 結晶鉗夾設備懸吊於單結晶製造裝置中具有一空間可以 容納形成在縮小部分的放大部分及頸部部分’而頸部部分 由裝置在單結晶鉗夾設備中的複數支持桿所夾住。因此， 和傳統的單結晶鉗夾機械裝置比較，根據本發明的單結晶 鉗夾設備是較小的，特別是，單結晶鉗夾設備在垂直方向 的長度是短的，因此，單結晶鉗夾設備不會限制所拉引的 單結晶在垂直方向的長度。此外，單結晶鉗夹設備的結構 是簡單的’不管在其中為任一不同的驅動方法根據本發 明的單結晶鉗央設備可以緊緊地夾住單結晶，且在拉引的 製程中’單結晶的斷裂是不會發生的，再者，單結晶拉引 設備操作容易’按照上面所述，根據本發明的單結晶拉引 裝置完全可以應用在較大的單結晶的直徑或長度上。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可作更動與潤飾，因此本發明之保護範g 當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 .I裝* ~ ί —訂· — 1 — — -,^- ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製