TW567253B - Crystal pulling method and apparatus - Google Patents

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567253 經濟部中央橾準局員工消费合作社印製 A7 B7五、發明説明（1 ) 發明背景 發明領域 本發明係關於一種應用柴克拉斯基（Czochralski, CZ，）法之拉晶方法與裝置，而且尤其能夠改善高純度重 單晶安全地製造。與本發明相關之技藝敘述如下： 關於從置放在一坩堝內之熔融半導體材料（例如 矽材料）拉單晶的方法，現有之發明人建議一種改良式拉 晶裝置，例如揭露在日本專利申請第7 — 2 5 6 8 9 2號 中〇 如圖6所示，根據這項拉單晶的技術，一種成長 單晶部分5 5的製造方法包括一些步驟，其步驟爲將一片 被一種晶鑽軋頭5 1所夾住的種晶5 2帶到與熔融材料 5 3接觸，然後用一種晶鑽軋頭升髙機構4拉動該種晶鑽 軋頭5 1，成長單晶部分5 5的製造方法是藉著使用具有 如下構造的裝置而完成的。沿著垂直軸心旋轉的一個扣件 榧5 8被架設在一滑動器5 7上面，其被一滑動器移動機 構5 6垂直地移動。該種晶鑽軋頭升高機構5 4被置放到 該扣件榧5 8上以便藉由一條電線6 0來拉動種晶鑽軋頭 5 1。此扣件櫃58備有升高支撐器6 1，其在底部端點 處有一個連接部分61a。如此，該單晶部分55藉著使 用該種晶鑽軋頭51和升高支撐器61而被拉晶。 換言之，剛開始的時候，使用固定在一特定位置的滑 動器5 7，被種晶鑽軋頭5 1所支撐之該種晶5 2被帶到 與熔融材料5 3接觸，接下來當該扣件榧5 8被旋轉時， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） " -4 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

567253 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 A7 __B7_五、發明説明（2 ) 此種晶鑽軋頭5 1被種晶鑽軋頭升高機構5 4拉動，因此 由一個頸部6 2，一個波紋部分6 3，以及此單晶部分 5 5，依照此順序形成然後產生該種晶5 2。於是，當該 波紋部分6 3升高至預先設定好的位置時，該升高支撐器 6 1於是開始操作，如此該連接部分6 1 a和波紋部分 6 3的凹面可以接合。接著，該滑動器移動機構5 6操作 以便開始升高該滑動器5 7。 此時，控制的狀況被執行，如此該滑動器5 7的上升 速度和相對於該滑動器5 7之種晶鑽軋頭5 1的上升速度 之總合變成與當該種晶5 1只有拉動時才連結而被測到之 先前該種晶鑽軋頭5 1的上升速度相同。該滑動器5 7的 上升速度慢慢增加，而隨伴地該種晶鑽軋頭5 1的速度則 慢慢降低。最後，相對於該滑動器5 7之該種晶鑽軋頭 5 1的上升速度變爲零，之後，此拉晶動作被升高支撐器 6 1完全執行完畢。 這樣的拉晶方法使得該單晶部分5 5能夠安全而可靠 地成長，並且，即使當該單晶部分5 5的直徑和重量增加 時其頸部也不會破裂。 然而，如上所述之技術中，由於該升高支撐器6 1以 側面方向支撐而移動波紋部分6 3，可能有一個側面力量 作用在該波紋部分6 3，於是造成該單晶部分5 5擺動’ 結果發生位置誤植的情形。 同時，當該升高支撐器6 1完全取代該種晶鑽軋頭 5 1而成爲拉晶媒介物，且放置在該種晶鑽軋頭5 1上面 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 567253 經濟部中央樣準局員工消费合作社印製 A7 _____B7_五、發明説明（3 ) 之承載力變成零時，用來拉動該種晶鑽軋頭5 1的電線可 能會鬆弛，會潛在性地損壞該頸部6 2。 傳統式拉晶裝置有一單一拉晶機構，被該拉晶機構拉 動時所偵側到之長度顯示該種晶鑽軋頭51和一已成長之 單晶長度的垂直位置。相反地，前面所述之技術牽涉到兩 種拉晶機構。被這兩種拉晶機而拉晶之各別長度必須加在 一起。而且，當電線鬆弛時不容易正確地測量到由該種晶 鑽軋頭5 1所拉晶之長度，如此，這些量測到之總和可能 是錯誤的。 而且，當由該種晶鑽軋頭5 1拉晶轉換成由該升高支 撐器6 1來拉晶時，該種晶鑽軋頭5 1的拉晶速度會改變 以便控制其直徑。所以，需要由該種晶鑽軋頭5 1拉晶轉 換成由該升高支撐器6 1來拉晶時之操作條件，譬如時間 ，並不穩定。 在上述的這種情況之下，我們一直渴望找到一種方法 能夠使升髙支撐器61輕輕地夾住該波紋部分而不會作用 到側面力量，即使該拉晶媒介物從該種晶鑽軋頭5 1被轉 換被成由該升高支撐器6 1拉動之後’其可維持該用來拉 動種晶鑽軋頭5 1的電線於緊崩的狀態’而且可正確地測 量一已成長之單晶的長度。 發明結論 本發明之目的係提供一種拉單晶的方法與裝置’其能 夠使該升高支撐器61輕輕地夾住該波紋部分而不會作用 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 567253 經濟部中央樣率局員工消费合作社印製 A7 __B7__五、發明説明（4 ) 到側面力量，即使該拉晶媒介物從該種晶鑽軋頭5 1被轉 換被成由該升高支撐器6 1拉動之後，其可維持該用來拉 動種晶鑽軋頭5 1的電線於緊崩的狀態，而且可正確地測 量一已成長之單晶的長度。 爲了達到上述目的，本發明提供一種拉單晶的方法， 此方法包括一些步驟：一第一個頸部，一凸出部分，以及 一第二個頸部，其三者以這樣的順序而在一片被種晶鑽軋 頭夾住的種晶下方形成；接著在第二個頸部之後，有一直 徑擴張部分和一直形圓柱體部分的一片單晶被成長；當被 該種晶鑽軋頭拉晶而使該第二個頸部升高至預先設定好的 位置時，會將該升高支撐器帶到附近和靠近第二個頸部的 地方；以垂直方向彼此互相移動該單晶和升高支撐器，於 是可將凸出部分以靜止方式帶到與升高支撐器接觸；並由 該種晶鑽軋頭所產生之部分承載力轉移到該升高支撐器上 ，以便接著執行由該升髙支撐器拉晶的動作。 如上所述，當第二個頸部升高至預先設定好的位置時 ，升高支撐器會被帶到附近和靠近第二個頸部的地方。接 著，位於該第二個頸部之上的凸出部分降到比該升高支撐 器還低的位置後則立即靜止。 如此，沒有側面力量作用在單晶上，因此一些缺陷， 如位置錯置的情形，就可以減少發生機會。 當拉晶媒介物轉換的時候，並非所有的承載力都會轉 換到該升高支撐器上，但部份承載力被留在該種晶鑽軋頭 上，因此可防止電線鬆弛，故可避免頸部斷裂或可能的損 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格Γ210Χ 297公釐1 ^ ： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

567253 A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明（5 ) 壞。 理想的情形之下，透過單晶的拉晶速度或在坩堝中的 熔融溫度或兩者的控制，該凸出部分與第二個頸部被刻意 地形成。同時，理想情形下爲了使該第一個頸部，凸出部 分，以及第二個頸部形成各別預先設定的直徑大小，單晶 的拉晶速度或在坩堝中的熔融溫度或兩者皆會自動被控制 〇 接在該第一個頸部之後的凸出部分故意地被形成可以 靜止在該升髙支撐器上面的大小。該第二個頸部故意地被 形成可以承受一片單晶要長成的重量且體積比該凸出部分 還小之直徑。 體積大小的這些情形透過拉單晶的速度或在坩堝中的 熔融溫度或兩者而得以受到控制。 理想的情形之下，當由該種晶鑽軋頭拉晶轉換成由該 升高支撐器來拉晶時，該升髙支撐器的上升速度V b和相 對於該升高支撐器的該種晶鑽軋頭的上升/下降速度V a 則被控制，如此就可以維持”拉晶速度V = Vb + Va = 常數”的關係，當該種晶鑽軋頭上升時V a爲正值，而當 該種晶鑽軋頭下降時V a則爲負值。 如上所述，即使當拉晶媒介物轉換時，拉晶速度仍然 維持在一個固定速度，因此品質安定的單晶藉由在同一標 準條件的建立情形之下可以成長。 理想的情形之下，由該種晶鑽軋頭產生之承載力會被 測量出來，且當所測量到的承載力達到一預先設定好的值 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 567253 經濟部中央樣準局員工消费合作社印製 A7 _B7___五、發明説明（6 ) 或當由該種晶鑽軋頭拉晶轉換成由該升高支撐器拉晶之前 所測量到之由該種晶鑽軋頭所產生之預先設定好的比率的 承載力時，爲了將該種晶鑽軋頭的相對上升/下降速度 V a變爲零，並且爲了將該升高支撐器的上升速度Vb變 爲V，於是必須開始控制。 在這種情形下，使該電線緊崩之足夠承載力則被留置 在該種晶鑽軋頭上，例如由該種晶鑽軋頭上升時V a爲該 種晶鑽軋頭拉晶轉換成由該升高支撐器拉晶之前所測量到 之由該種晶鑽軋頭所產生之大約5 0%的承載力。如同該 電線緊崩之結果，就可以獲得一片已成長之單晶的長度。 在理想的情形下，當該單晶與升高支撐器以垂直方向 彼此互相移動時，在拉晶速度V保持一定的狀況下，該升 高支撐器的上升速度由零慢慢增加，該種晶鑽軋頭則相對 於該升髙支撐器而下降。同時，較佳的狀況爲當相對於該 升高支撐器之該種晶鑽軋頭的位置下降時，該種晶鑽軋頭 的速度保持一定的狀況，但與拉晶的速度無關。而且，最 好是該升高支撐器的速度與該種晶鑽軋頭的速度被自動控 制，以便由該種晶鑽軋頭拉晶轉換成由該升高支撐器拉晶 〇 如上所述，藉由定速下降相對於該升高支撐器之該種 晶鑽軋頭的位置，該拉晶媒介物的轉換時間可以固定，因 此平穩地將凸出部分靜止在該升髙支撐器之上而不會有撞 擊。 理想的情形之下，該種晶鑽軋頭與升高支撐器的各別 1 紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） " (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂

V 567253 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（7 ) 位置能夠被偵測到以便從那裡正確地計算已成長之單晶的 長度和位置。 在這個例子中由於該電線是緊崩的，該單晶的位置可 以正確地從該種晶鑽軋頭的位置獲知。此單晶這樣所獲得 之位置的數值被加到該升高支撐器之位置的數值，如此可 正確地獲得已拉出之單晶的長度。 最好是藉由該種晶鑽軋頭位置的偵測，可以決定形成 於一熔融表面之該凸出部分是否已達到一預先設定好的垂 直位置，因此可以在此預先設定好的垂直位置自動地啓動 一拉晶媒介物轉換操作。 換言之，該升高支撐器事先在一預先設定好的垂直位 置定位，然後當該凸出部分通過此預先設定好的垂直位置 時，該升髙支撐器被驅動以便能被帶到附近和靠近第二個 頸部的地方。 本發明提供一種拉晶的裝置，其由一第一個頸部，一 凸出部分，和一第二個頸部所組成，以這樣的順序位於由 該種晶鑽軋頭所夾住之一種晶的下方，接著在第二個頸部 處，長出有直徑擴張部分和直形圓柱體部分的單晶，而且 當被該種晶鑽軋頭拉晶時，此單晶之部分承載力被該升高 支撐器所產生，因此導致接下來由該升高支撐器來拉晶， 其中在被該種晶鑽軋頭拉晶期間，當該第二個頸部上升至 一預先設定好的位置時，該升高支撐器被帶到附近和靠近 第二個頸部的地方，該單晶和升高支撐器藉由各別的升高 機構以垂直方向彼此互相移動，而且該升高支撐器容許該 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

567253 經濟部中央標隼局員工消費合作社印裝 A7 __B7_五、發明説明（8 ) 凸出部分靜止在這裡。 藉由使用上述的裝置，該升高支撐器在預先設定好的 時間點被帶到附近和靠近第二個頸部的地方，然後該單晶 和升高支撐器以垂直方向彼此互相移動，因此將該凸出部 分靜止於該升髙支撐器上。 本發明提供一種拉晶的裝置，其由一第一個頸部，一 凸出部分，和一第二個頸部所組成，以這樣的順序位於由 種晶鑽軋頭所夾住之一種晶的下方，接著在第二個頸部處 ，長出有直徑擴張部分和直形圓柱體部分的單晶，而且當 被該種晶鑽軋頭拉晶時，此單晶之部分承載力被該升高支 撐器所產生，因此導致接下來由該升高支撐器來拉晶。該 拉晶裝置包括一個裝有熔融半導體材料的坩堝；一放置於 坩堝上方的滑動器並被一滑動器移動機構以垂直方向移動 :該滑動器的上方有一個扣件榧並沿著垂直軸心旋轉；一 旋轉該扣件櫃的旋轉機構；一提供於該扣件榧側邊上並且 被用來垂直移動該種晶鑽軋頭的種晶鑽軋頭升高機構；一 用於測量作用在該種晶鑽軋頭之承載力測量媒介物；一提 供於該扣件櫃側邊上並且能夠被帶到附近和靠近第二個頸 部之處的升高支撐器；一將升高支撐器帶到附近或從第二 個頸部之處移開的升髙支撐器驅動機構；以及連接到該滑 動器移動機構、旋轉機構、種晶鑽軋頭升高機構、承載力 測量媒介物以及升高支撐器驅動機構的一種控制器，並且 可以執行同步控制動作，當其被該種晶鑽軋頭拉晶時可以 轉換成由該升髙支撐器來拉晶，拉晶速度V維持在一定速 (請先M讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 - 567253 A7 _____B7__ 五、發明説明（9 ) 度V < 位置偵測器最好被用來偵測該種晶鑽軋頭和該升高支 撐器之各別的位置。 (請先閲讀背面之注$項再填坏本頁) 根據由這些偵測器所偵測到之該種晶鑽軋頭和該升高 支撐器的各別位置，就可以計算已長成的單晶的長度。 該升高支撐器的上升速度V b最好是由直徑控制器來 控制。 當然，該升髙支撐器的上升速度V b之控制則在於該 升高支撐器上升之後才開始。 圖式說明 圖1.根據本發明的一個實施例而顯示該拉晶裝置 的全部結構的概要圖； 圖2.顯示種晶鑽軋頭、升高支撐器以及鄰近部分 的詳細結構之部分垂直斷面圖； 圖3 .凸出部分的放大圖； 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 圖4A—4C. 顯示一拉晶媒介物的轉換操作，其 中4 A爲拉晶媒介物轉換操作開始的狀態，4 B爲拉晶媒 介物轉換操作正在進行的狀態，4 C爲拉晶媒介物轉換操 作已完成的狀態； 圖5 ·顯示該種晶鑽軋頭和該升高支撐器之各別速 度的差異，以及顯示承載力的轉換之組合圖； 圖6 ·顯示一傳統拉晶裝置的概要圖0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210χ297公釐） 567253 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（1()) 圖號說明 1 . 位置較低的小室 3 . 風箱室 5. 滑動器移動機構 7 .扣件櫃 7b.第二個扣件櫃 9 . 升髙支撐器 1 0 .液壓缸單位 1 1 .扣針 13.承載力測量媒介物 1 5 .種晶鑽軋頭 1 7 ·第一個頸部 2 0 .第二個頸部 21·單晶部分 21b.直形圓柱體部分 2 3 .球形螺絲 25.滑動器位置偵測器 2 7 .馬達 2 9 .皮帶 3 1 .導管 3 3 ·滑輪 3 5 ·槓桿 3 6 .導動滑輪 3 8 ·承載盒 2 ·承板 4 . 滑動器 6 .圓柱形扣件 7a.第一個扣件櫃 8 .旋轉機構 9 a支撐器部分 1 2.種晶鑽軋頭升高機構 1 4 .電線 1 6 ·種晶 1 8 .凸出部分 2 1 a .直徑擴張部分 22.升高驅動馬達 2 4 ·導軸 2 6 .大直徑滑輪 2 8 .小直徑滑輪 3 0 .輪轂 3 2 .馬達 3 4 ·支撐物 3 5 a .樞軸 37·電線位置偵測器 4 0 ·控制器 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） 一 13 - 567253 A7 B7 五、發明説明（11 ) 5 1 ·種晶鑽軋頭 5 3 5 5 5 7 6 0 6 1 6 3 熔融材料 長單晶部分 滑動器 5 2 ·種晶 5 4 .種晶鑽軋頭升高機構 56.滑動器移動機構 5 8 .扣件櫃 電線扣件榧58備有61.升高支撐器 •連接部分 6 2 ·頸部 波紋部分 較佳實施例說明 本發明之實施 本發明之拉晶 CZ)法來長單晶， 於安全地製造重單 此拉單晶裝置的基 此拉單晶裝置 個沒有展示出來的 例將參 裝置應 譬如， 晶而不 本構造 包括一 考圖示予以詳 用柴克拉斯基 使用矽的半導 會產生位置錯 將參閱圖1和 個位置較低的 細說明。 (Czochra1i sk i, 體材料，和適合用 置的情形。首先， 圖2來說明。 小室 其包含一 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 谢渦，一固定在位置 承板2，和一藉由風箱室3而架設在該 一滑動器移動 扣件櫃7被一 較低小室1上方的 固定承板2上的滑 機構5而垂直地移 圓柱形扣件6旋轉 動器4。該滑動器4藉由 動。在滑動器4上方有一 式地支撐著。 如圖2所示，該扣件櫃7包括一位置較低的第一個扣 件櫃7 a和一位置較高的第二個扣件櫃7 b，其完整地連 接在一起。該位置較低的第一個扣件櫃7 a備有一旋轉機 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公釐） 一 14 - 567253 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 B7五、發明説明（12 ) 構8以便沿著一垂直軸旋轉該扣件櫃7。在第一個扣件櫃 7 a上有一對升髙支撐器9。該升高支撐器9的較上方的 頂端部分與液壓缸單位1〇連接在一起而被當作升高支撐 器驅動機構。該升高支撐器9因此穿越中間部分，此橫放 之升高支撐器9以一扣針當作樞軸地支撐著。該位置較高 的第二個扣件榧7 b設有一種晶鑽軋頭升高機構1 2和承 載力測量媒介物13以測量作用於該種晶鑽軋頭的承載力 。此種晶鑽軋頭升髙機構12使一種晶鑽軋頭15以垂直 可移動的方式保持接觸到一電線之底部頂端處。此種晶鑽 軋頭1 5夾住一種晶1 6。在將該種晶1 6帶至與一熔融 材料接觸然後拉該種晶16而使長成單晶的這個製程中， 第一個頸部17被形成以避免已成長的單晶之位置錯置的 情形發生，然後再形成一凸出部分1 8和第二個頸部2 0 ，如圖3所示。結果，形成如圖2所示之包含一直徑擴張 部分2 1 a和一直形圓柱體部分2 1 b的單晶部分2 1 ° 該風箱室3以垂直可擴張的方式形成一金屬摺狀片’ 譬如不銹鋼或鈦，並與位置較低的小室1相通以隔離內部 以免和外圍空氣接觸。該風箱室3當拉單晶時會膨脹。同 時，當一已成長的單晶被從拉晶裝置拿出來時，該風箱室 3這種會膨脹的特性可以被應用。該滑動器移動機構5包 括一升高驅動馬達2 2，一被升高驅動馬達2 2旋轉的球 形螺絲2 3，以及一置放於該固定承板2正上方的導軸 2 4。該球形螺絲2 3與滑動器4的螺帽部分4 a囌合’ 且該導軸2 4可滑動地嵌入該滑動器4的導入口’當球形 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先.M讀背面之注意事項再填寫本頁)

-15 - 567253 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 A7 ____B7_ 五、發明説明（13 ) 螺絲23轉動時，此滑動器4垂直地移動。 在該升高驅動馬達2 2附近有一滑動器位置偵測器 2 5，如此即可從該馬達2 2的多次旋轉中偵測到該滑動 器4的位置。 該旋轉機構8會沿著一垂直軸轉動該扣件7並且包括 ，如圖2所示，一大直徑滑輪2 6，其被完整地放在位於 中間部分之位置較低的第一個扣件7 a的外圍上面，一固 定於一頂端部分的該滑動器4之馬達2 7，一連接於該馬 達2 7的輸出軸上之小直徑滑輪2 8，以及一條介於該大 直徑滑輪2 6與小直徑滑輪2 8之間纏繞和伸長之無端點 的皮帶29。當馬達27操作時，該扣件即轉動。 該升高支撐器9的上面端點部分被當作樞軸地連接在 液壓缸1 0上，其被當作升髙支撐器驅動機構，並且固定 在第一個扣件櫃7 a的中空輪轂3 0部分上。如先前所述 ，該升高支撐器9橫放在中間部分並藉由一扣針11被該 滑動器4當作樞軸地支撐於中間部分。支撐器部分9 a在 該升髙支撐器9的底部頂端部分形成。 支撐器部分9 a藉著液壓缸1 0的操作而開關。例如 ，該支撐器部分9 a的內側邊爲半圓形的弧度，因此當他 們關起來而互相接觸時該支撐器部分9 a形成環狀。此環 的內側直徑被設定比第二個頸部2 0的直徑還寬，但比該 凸出部分18的直徑還窄。 一導管3 1順著中心軸垂直地置放於該第一個扣件榧 7 a的裡面，透過此導管可以通過該電線1 4，如此可以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) _ _ 16 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂

567253 A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印装 五、發明説明（14 ) 避免該電線1 4干擾該升高支撐器9和其他部分。 該種晶鑽軋’頭升高機構1 2包括一個被一架設於較高 的第二個扣件櫃7 b之底部承板上的馬達3 2所旋轉的滑 輪3 3 , 一根以伸臂方式被一架設於該底部承板正上方之 支撐物3 4樞軸式地支撐著的槓桿3 5，以及一個位於該 槓桿3 5中間而被該槓桿3 5樞軸式地支撐著的導動滑輪 3 6。該電線1 4環繞著此導動滑輪3 6並纏繞至該滑輪 3 3上。當馬達3 2操作時，該種晶鑽軋頭1 5藉由該電 線14而垂直地移動。 一電線位置偵測器3 7設於該導動滑輪3 6的附近， 如此可以經由例如偵測該導動滑輪3 6的旋轉而偵測到一 種晶鑽軋頭15的位置。 該承載力測量媒介物-1 3包括一樞軸3 5 a，其位 於該槓桿3 5和一個支撐該樞軸3 5 a之承載盒3 8的尖 端上，因此能測量對放置在該導動滑輪3 6上面的結晶重 量預先設定好之比率的承載力。 一控制器4 0與該滑動器移動機構5的升高驅動馬達 2 2、該旋轉機構8的馬達2 7、該種晶鑽軋頭升高機構 1 2的馬達3 2、該承載力測量媒介物1 3的承載盒3 8 ，以及作爲一升高支撐器驅動機構的該液壓缸單位1 0等 構件連接在一起，如此能夠同步地控制他們。 同時，位於該升高驅動馬達2 2附近的滑動器位置偵 測器2 5和位於該種晶鑽軋頭升高機構1 2之導動滑輪 3 6附近的電線位置偵測器3 7與該控制器4 0連接在一 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂

本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 567253 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（15 ) 起，如此偵測訊號可以傳達到該控制器4 〇上。 藉由使用擁有如上所述之構造的拉晶裝置，現在將說 明拉單晶的方法。 首先，被該種晶鑽軋頭1 5夾住之該種晶1 6被帶到 與裝在坩堝內之熔融材料的表面接觸。然後，當該扣件7 藉由該旋轉機構8之馬達2 7的操作被輕輕地轉動時，該 電線14被該種晶鑽軋頭升高機構12以預先設定好的速 度拉動。藉由該種晶1 6或在該坩堝內的熔融液的溫度或 兩者之拉晶速度的控制，該第一個頸部1 7、凸出的部分 1 8，以及該第二個頸部2 0被形成，以這樣的順序接在 種晶1 6的下方，如圖3所示。在這個例子中，該凸出部 分18的直徑設定比由該升高支撐器9的關閉支撐部分 9 a所形成的環之內部直徑還寬，而該第二個頸部2 0的 直徑設定比由該關閉支撐部分9 a所形成的環之內部直 徑還窄。在本實施例中，該第一個頸部1 7的直徑大約4 mm，該凸出部分1 8的最大直徑約爲2 5mm，而該第 二個頸部2 0的直徑大約7mm。 其次，藉由拉晶速度、熔融溫度等的調整，包含有直 徑擴張部分2 1 a和直形圓柱體部分2 1 b之該單晶部分 2 1被成長，並且該種晶鑽軋頭升高機構1 2的馬達3 2 以一預先設定好的拉晶速度V被操作以升高該種晶鑽軋頭 15。 當該種晶鑽軋頭15被升高至一預先設定好的位置時 ，該位置係從該凸出部分18的那一點被形成時而測量到 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

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本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) Α4規格（210x297公釐） 567253 經濟部中央樣準局員工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（16 ) 的，該控制器4 〇致使該液壓缸單位1 〇開始操作，如此 該升高支撐器9向扣針11擺動因此可以關閉支撐部分 9 a。這個時候，如圖4A所示，該支撐部分9 a即被帶 到附近和靠近第二個頸部2 0的地方。 當該支撐部分9 a關閉時，該拉晶媒介物的轉換操作 即開始。因此，該滑動器移動機構5的升髙驅動馬達2 2 開始操作，而結果該升高支撐器9開始慢慢地上升，且在 這同時該種晶鑽軋頭1 5開始慢慢地減速。該拉晶媒介物 轉換操作開始之後的速度改變情形顯示於圖5的上部。在 圖5中，A點爲該拉晶媒介物轉換操作的啓始點。 圖5顯示該種晶鑽軋頭15和升高支撐器9(圖示上 部）與承載力變換（圖示下部）之各別移動速度的變化情 形。圖5中，座標橫軸代表時間（mi η)，而座標縱軸 代表mm/ mi η的速度，其上圖部分爲速度（mm/ min)，下圖部分爲承載力（K g )。 在本實施例中，該種晶鑽軋頭1 5相對於該升高支撐 器9的移動速度 Va慢慢從剛開始V=1 · 0 (mm/ m i η)的拉晶速度降低，如此到B點時變成零。結果， 該種晶鑽軋頭1 5相對於該升髙支撐器9的速度降低，且 該移動速度V a —直增加直到移動速度達到C點的 一3 · 0 (mm/mi η)。在C點之後，下降的速度 Va就維持在一 3 · 0 (mm/mi η)。相反地’該升 高支撐器9的上升速度Vb從零慢慢地增加，到C點則變 爲4 . 0 (mm/min)，於是速度就維持在4 . 0 ( 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x：297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂

567253 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 B7_五、發明説明（17 ) mm/min)。當從A點到C點的這個範圍期間，該升 高支撐器9的上升速度Vb與相對之該種晶鑽軋頭1 5的 移動速度V a的比率受到控制，如此其總合V ( V = V b + V a )變爲常數，其中當該種晶鑽軋頭1 5上升時V a 爲正數，當該種晶鑽軋頭1 5下降時Vb爲負數。此速度 V爲拉單晶的絕對速度且與拉晶媒介物轉換操作剛啓動之 前所觀察到的單晶之拉晶速度相同。當然，此程式” Vb +Va=V=常數”在C點之後一直維持到該拉晶媒介物 轉換操作完成爲止。 當拉晶媒介物在轉換操作的時候，該種晶鑽軋頭1 5 和該升高支撐器9彼此之間有一個位置上的關係，如圖 4 B所示。在這種情形之下，圖5中當從A點到C點的範 圍期間，可以自由地選擇要改變之速率（例如，所需之時 間以完成速度之改變），只要能滿足所需之” V =常數” 艮口可。 該種晶鑽軋頭15相對於該升髙支撐器9的位置降低 的這種情形，該凸出部分1 8接觸並靜止於該支撐器部分 93的上面部分（〇點）。 在這個時候，該種晶鑽軋頭1 5以一相同於該種晶鑽 軋頭1 5之下降速度一 V a而接觸該支撐器部分9 a，例 如，該凸出部分1 8就是以這種速度接觸該支撐器部分 9a。然而，接觸的方向是垂直的，所以沒有側力作用於 該單晶部分2 1 ，因此例如位置錯置的缺陷就幾乎不會發 生。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂

567253 A7 B7 經濟部中夬樣準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（18 ) 當該凸出部分1 8與支撐器部分9 a接觸之後，爲了 將由該種晶鑽軋頭1 5產生之承載力轉到支撐器部分9 a ，必須保持原先移動的情形。因此，如圖5下方所示，置 放於該種晶鑽軋頭1 5的承載力（由承載盒3 8偵測到之 承載力（Kg ))開始減少，因此可將部分承載力轉到支 撐器部分9 a上面。 接著，當置放於該種晶鑽軋頭1 5的承載力以5 0% 的量降低時，意即該種晶鑽軋頭1 5與支撐器部分9 a的 承載力比率變成5 : 5 (E點），此時控制即開始以便從 E點的速度降低該升髙支撐器9的上升速度V b而至拉晶 速度V (=1 · 〇mm/mi η)，並且將該種晶鑽軋頭 1 5的下降速度一 Va變爲零。而且，當在控制的時候， Vb和一Va的速度都受到控制如此就能保持” V=常數 ”的狀態。更進一步地，當從D點到E點的範圍期間，可 以自由地選擇所要改變之V a和Vb的速率，只要能滿足 所需之” V =常數”即可。 接著在F點，此點爲拉晶媒介物轉換操作已完成，如 圖4 C所示，當在F點之置放於該種晶鑽軋頭1 5的承載 力被維持時，一單晶被該升高支撐器9拉晶。如此，相反 於一傳統拉晶裝置，連接在該種晶鑽軋頭1 5的該電線 1 4沒有鬆弛，因此可避免對該第一個頸部1 7的損壞， 否則會因爲鬆弛的電線1 4而損壞該第一個頸部1 7。 上述拉晶媒介物的轉換已經實驗而獲得證實。該實驗 揭示假如當從D點到E點的範圍期間（圖5)，這期間該 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 567253 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 _B7_五、發明説明（19 ) 種晶鑽軋頭15與該升髙支撐器9之間的比率變成5 : 5 ，Vb和 Va 爲常數，在某些嚴格的情況之下該程式” Vb崖a=V=常數”就不能成立。在這樣情況下，該升 高支撐器9的上升速度V b必須校正以便維持拉晶速度V 爲一常數。這樣被校正過的Vb的例子表示在圖5上方的 虛線部分。 在上述拉晶媒介物轉換的期間，當根據從一單晶直徑 控制器傳出的訊號表示要產生變換拉晶速度V的需求時， 爲了使一晶體直徑保持固定，於是該升高支撐器9的上升 速度Vb會隨著改變。如此，該種晶鑽軋頭1 5的相對移 動速度崖a就會一直維持固定，當從該拉晶媒介物的轉換 操作開始之A點到該升髙支撐器夾住一晶體之D點的範圍 期間，可以維持常數之操作狀況（譬如經過的時間）。如 此，該凸出部分1 8可以平順地靜止在該支撐器部分9 a 上面而不會受到撞擊。 由於該電線1 4保持緊崩狀態，該種晶鑽軋頭1 5和 該升髙支撐器9的各別位置能夠分別透過電線位置偵測器 3 7和滑動器位置偵測器位2 5的使用而正確地偵測到。 因此，已成長之單晶的長度可以從這些偵測到的值正確地 量測到。 本發明並不受限於上述之實施例。上述之實施例僅是 一些範例，而且那些有實質上與附於本說明書之後的專利 範圍和提供類似作用及功效之相同結構者皆包含在本發明 中〇 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂

本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210x297公釐） 567253 A7 B7 五、發明説明（2G ) 例如，在上述的實施例中，當由該種晶鑽軋頭所產生 之承載力被轉換到該升高支撐器時，部份的承載力被留在 該種晶鑽軋頭上以避免該電線鬆弛。然而，本發明不會因 此受到限制。只要該電線維持緊崩任何承載力都有可能被 留在該種晶鑽軋頭上，因此可以避免對頸部的損壞，否則 會因爲電線鬆弛而損壞頸部。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂

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Claims (1)

1. 附件2:

   567253 六、申請專利範圍1 第86 1 09 1 1 4號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國92年5月19日修正 1 · 一種拉晶方法，其包含如下之步驟： 形成一第一個頸部，一凸出部分，以及一第二個頸 部，其三者以這樣的順序而位於一片被種晶鑽軋頭夾住 的種晶下方； 接著在第二個頸部之後，成長一片有一直徑擴張部 分和一直形圓柱體部分的單晶； 在被該種晶鑽軋頭拉晶期間當第二個頸部升高至預 先設定好的位置時，會將升高支撐器帶到附近和靠近第 二個頸部的地方； 以垂直方向彼此互相移動該單晶和該升高支撐器， 因此將該凸出部分以靜止方式帶到與該升高支撐器接觸 ’於是由該種晶鑽軋頭所承受之非全部承載力之一部分 轉移到該升高支撐器上； 並且’執行接著下來由該升高支撐器及種晶鑽軋頭 拉晶的動作。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之拉晶方法，其中 該凸出部分和該第二個個頸部藉由該單晶的拉晶速度或 熔融在坩堝內的溫度或二者的控制而刻意地形.成。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之拉晶方法，其中 本紙張;適用中關家檩準（CNS )八4胁（21()χ297公董） (請先閲讀背面之注意事項再本頁) n ^^^1 本一 、νό 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 567253 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 ___ D8六、申請專利範圍2 爲了使該第一個頸部，該凸出部分，以及該第二個頸部 形成各別預先設定好的直徑，該單晶的拉晶速度或熔融 在坩堝內的溫度或二者係自動地被控制。 4 ·如申請專利範圍第1項所述之拉晶方法，其中 當被該種晶鑽軋頭拉晶轉換成被該升高支撐器拉晶時， 該升高支撐器的上升速度V b和相對於該升高支撐器之 該種晶鑽軋頭的上升/下降速度V a受到控制，如此可 以維持方程式” V = V b + V a =常數”的關係，其中 當該種晶鑽軋頭上升時 V a 爲正値，該種晶鑽軋頭下 降時V a爲爲負値。 5 ·如申請專利範圍第4項所述之拉晶方法，其中 由該種晶鑽軋頭產生之承載力會被測量出來，且當所測 量到的承載力達到一預先設定好的値或當由該種晶鑽軋 頭拉晶轉換成由該升高支撐器來拉晶之前所測量到之由 種晶鑽軋頭所產生之預先設定好的比率的承載力時，爲 了將該種晶鑽軋頭的相對之上升/下降速度V a變爲零 ，並且爲了將升高支撐器聲的上升速度Vb變爲V，於‘ 是開始控制。 6 ·如申請專利範圍第1項所述之拉晶方法，其中 該單晶和該升高支撐器以垂直方向彼此互相移動，且拉 晶速度V維持一定，該升高支撐器的上升速度從零慢慢 增加，而該種晶鑽軋頭相對於該升高支撐器的·位置下降 (請先閲·#背面之注意事項再頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -2- 567253 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 3 中該 其.， ， 時 法降 方下 晶置 拉位 之的 述器 所撐 項支 6 古冋 第升 圍該 範於 利對 專相 請頭 申軋 如鑽 . 晶 7 種 該 當 速 的 晶 拉 與 但 況 狀 的 定 1 持 保 度 速 降 下 的 頭 乳 。 鑽關 晶無 種度 中控 其到 ， 受 法動 方自 晶度 拉速 之的 述頭 所乳 項鑽 6 晶 第種 圍該 範與 利度 專速 請的 申器 如撐 .支 8 高 升 該 器 撐 支 高 升 該 由 成 換 轉 晶 拉 頭 軋 鑽 晶 Umil 種 該· 由 將 便。 以晶 ， 拉 制來 中， 其來 ， 出 法測 方偵 晶被 拉置 之位 述別 所各 項的 1 器 第撐 圍支 範高 利升 專該¾ 0與^ 申頭正 如軋裡 .鎭這 9 晶從 種便 該以 度 長 和 置 位 的 晶 單 之 拉 所 該 出 算 計 (請先閲讀背面之注意事項再 n n 頁) 如 第 圍 範 測到 偵達 的已 置否 利位是 專頭分 請軋部 申鑽出 晶凸 種該 該之 由面 藉表 中融 晶 拉 之 述 所 項 形好 定定 決設 以先 可預 其熔位 ，一 直 法於垂 方成的 §3 啓 地 動 自 置 位. 直 垂 的 好 定 設 先。 預作 在操 以換 可轉 此物 因介 ， 媒 置晶 Β· 咅 頸 個 - 第 1 有 含 包 其 置 裝 晶 拉 工彐= 種 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 位著直 而；一 序段和 順手分 的之部 樣成張 這形擴 以所徑 者方直 三下· 一 ， 晶有 部種片 頸的一 個住長 二夾成 第頭 ， _ 軋後 及鑽之 以晶部 ， 種頸 分被個 部片二 出一第 凸於在 裝 晶 拉 之 器 撐 單單^: 的述古冋 分前升 部持至 體保換 柱，切 圓途起 形中拉 當種 ; 之 段部 手凸 之之 晶日ΒΘ 之之晶 晶後種 拉之該 頭將被 軋；在 鑽頭含 晶夾包 &£ —u rro— 種車 該鑽S 被晶， 置 I張 一紙 本 準 標 家 國 國 中 用 適 I釐 公 7 9 2 -3- 567253 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍4 鑽軋頭拉晶期間當第二個頸部升高至預先設定好的位置 時，該升高支撐器會被帶到附近和靠近第二個頸部的地 方；該單晶和該升高支撐器藉由各別的升高機構以垂直 方向彼此互相移動；而且該升高支撐器容許該凸出部分 靜止在這上面之控制裝置， 前述控制裝置係各別上下相對移動前述單結晶和升高 支撐器，於升高支撐器之上部載承前述凸部而保持之後， 將承載於種晶鑽乳頭之負何之非全部的一部分，轉移至 升高支撐器，之後之拉起則經由種晶鑽軋頭和升高支撐 器而進行者。 1 2 · —種拉晶裝置，其有一第一個頸部，一凸出 部分，以及一第二個頸部，三者以這樣的順序而位於一 片被種晶鑽軋頭夾住的種晶下方所形成；著在第二個頸 部之後，成長一片有一直徑擴張部分和一直形幽柱體部 分的單晶；當被該種晶鑽軋頭拉晶時，部分之該單晶被 該種晶鑽軋頭夾住以便可以由該升高支撐器執行拉晶的 動作，該拉晶裝置包含：一用於裝一熔融半導體材料的· 坩堝； 一置放於該坩堝上面並被一滑動器·移動機構垂直移 動的滑動器； 一被架設在該滑動器上面並沿著垂直軸心旋轉的扣 件櫃；. . 一旋轉該扣件櫃之旋轉機構； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） · ^ (請先閲讀背面之注意事項再 本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -4- 567253 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8々、申請專利範圍5 一架設在該扣件櫃一側並用於垂直移動該種晶鑽乳 頭的種晶鑽軋頭升高·機構； 數個用於測量一作用於g亥種晶鑽軋頭的承載力測量 媒介物； 數個架設在該扣件櫃一側並能被帶到附近和靠近第 二個頸部之處的升高支撐器； 一用於將該升高支撐器帶到或從該第二個頸部移開 的升高支撐器驅動機構；以及 一連接至該滑動器移動機構、該旋轉機構、該種晶 鑽軋頭升高機構、 該承載力測量媒介物，以及該升高支撐器驅動機構 ，並且適用於執行同步控制，因此當被該種晶鑽軋頭拉 晶轉換成被該升高支撐器拉晶時，該拉晶速度V可以保 持一定速度的控制器。 1 3 ·如申請專利範圍第1 1項所述之拉晶裝置， 其中該位置偵測器被用於偵測該種晶鑽軋頭與該升高支 撐器的各別位置。 1 4 ·如申請專利範圍第1 2項所述之拉晶裝置， 其中該位置偵測器被用於偵測該種晶鑽軋頭與該升高支 撐器的各別位置。 1 5 ·如申請專利範圍第1 1項所述之拉晶裝置， 其中該升高支撐器的上升速度V b被一直徑控制器所控 制。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再iPF本頁) -5- 567253 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍6 ， 控 置，所 裝器 晶制 拉控 之徑 述直 所一 項被 2 b 1 V 第度 圍速 範升 利上 專的 請器 申撐 如支 . 高 6 升 1 該 中 。 其制 (請先閱讀背面之注意事項再iPf本頁) 、1T r 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 .—Lr - Hr · 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6 -