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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Ziehvorrichtung zum Herstellen von Einkristallen durch das Czochralskiverfahren (nachfolgend einfach als ”CZ-Verfahren” bezeichnet), und spezieller betrifft sie eine Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen, die auch schwere Einkristalle ziehen kann, ohne dass die Gefahr eines Herabstürzens des Kristalls besteht.
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Hintergrundbildende Technik
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Es existieren viele Verfahren zum Herstellen von Einkristallen. Unter diesen wird häufig das CZ-Verfahren zum Züchten von Siliziumeinkristallen bei industrieller Massenherstellung verwendet. Bei diesem Verfahren wird ein Einkristall dadurch hergestellt, dass als Erstes ein Kristallkeim in Kontakt mit der Oberfläche der Schmelze eines in einem Tiegel enthaltenen zu kristallisierenden Materials gebracht wird und dann der Tiegel gedreht wird und der Kristallkeim nach oben gezogen wird, während er in der Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung des Tiegels gedreht wird, wobei aufgrund der am unteren Ende des Kristallkeims erstarrenden Schmelze ein Einkristall wächst.
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Beim Herstellen eines Einkristalls unter Verwendung des CZ-Verfahrens ist es erforderlich, Versetzungen vollständig zu beseitigen, wie sie durch den Wärmeschock erzeugt werden, wenn der Kristallkeim in Kontakt mit der Schmelze gebracht wird, damit sich keine Versetzungen in das Volumen des Einkristalls ausbreiten. Um diesem Erfordernis zu genügen, wird im Allgemeinen ein sogenannter ”Halseinschnürungsprozess” verwendet. Bei diesem Prozess wird der Durchmesser eines Einkristalls auf einen kleinen Wert verringert, um Versetzungen an der Kristalloberfläche zu beseitigen und einen von Versetzungen freien Einkristall zu erhalten. Der Durchmesser der Halseinschnürung, wie zum Entfernen von Versetzungen erforderlich, beträgt ungefähr 3 mm, und seine Länge beträgt 30 mm.
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Das Gewicht eines durch das CZ-Verfahren hergestellten Einkristalls war bisher auf ungefähr 20 bis 30 kg begrenzt. Jedoch entstanden in den letzten Jahren starke Forderungen hinsichtlich einer Erhöhung des Wirkungsgrads bei der Herstellung von Halbleitern, was zur Tendenz erhöhter Durchmesser und Längen von Einkristallen führte. Im Ergebnis werden häufig Einkristalle mit 100 kg oder mehr erzeugt. Das Gewicht eines Einkristalls wird durch den schlanken, verjüngten Halseinschnürungsteil getragen. Jedoch besteht hinsichtlich des Lasthaltevermögens des Halseinschnürungsteils eine Grenze, so dass das Gewicht hergestellter Einkristalle nicht beliebig erhöht werden kann. Wenn ein Einkristall schwer ist und er während des Ziehvorgangs eine Torsionskraft oder eine Biegespannung erfährt, reißt sein Halseinschnürungsteil, und der Einkristall fällt in die Schmelze im Tiegel. Dies führt nicht nur zu Unannehmlichkeiten wie einer Beschädigung der Ziehvorrichtung, einem Überfließen der Schmelze und einer Explosion von Dämpfen, sondern es treten auch Verletzungen und sogar Todesfälle auf.
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Um Unfälle wie das Herabstürzen von Einkristallen während des Ziehvorgangs, deren Auftrittswahrscheinlichkeit zunimmt, wenn Einkristalle immer schwerer werden, wurden verbesserte Ziehvorrichtungen vorgeschlagen (siehe z. B.
JP 03 285 893 A und
JP 03 295 893 A ). Dabei wird das Herabstürzen eines Einkristalls im Verlauf des Ziehvorgangs dadurch verhindert, dass eine Konstruktion verwendet wird, bei der im oberen Teil des Einkristalls ein gestufter Angreifteil ausgebildet wird, des durch mehrere Haken oder mehrere Greifhalter mit jeweils einem Haken ergriffen wird. So kann auch ein schwerer Einkristall zuverlässig und sicher gezogen werden, wenn die vorgeschlagenen Ziehvorrichtungen mit einer derartigen Konstruktion verwendet werden.
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Die in
JP 03 285 893 A und
JP 03 295 893 A offenbarten Ziehvorrichtungen sorgen dafür, dass die Haken oder die Greifhalter mit Haken am am Einkristall ausgebildeten gestuften Angreifteil angreifen und diesen festhalten, wobei es bei dieser Vorrichtungsart aus Qualitätsgründen wichtig ist, eine Verschiebung des Zentrums eines Einkristalls gegen die Ziehachse während des Ziehvorgangs zu beseitigen. So verfügen die oben genannten Ziehvorrichtungen über mehrere Haken oder mehrere Greifhalter, damit die Verschiebung durch Feineinstellung der einzelnen Haken oder Greifhalter beseitigt werden kann, so dass das Angreifen am gestuften Angreifteil eines Einkristalls sowie des Festhalten desselben zuverlässig werden.
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Da jedoch Einkristalle in einer geschlossenen Vakuumkammer gezogen werden, ist es extrem schwierig, die Haken oder Greifhalter von außen durch Fernbetätigung in solcher Weise feineinzustellen, dass sie mit dem gestuften Angreifteil des Einkristalls übereinstimmen, der dauernd angehoben und gedreht wird. Im Ergebnis besteht die Tendenz, dass bei dem Einstellen ihrer Positionen, an denen sie am gestuften Angreifteil angreifen, Fehler auftreten, und wenn einmal eine Verschiebung aufgetreten ist, ergibt sich nicht nur eine deutliche Beeinträchtigung der Qualität eines gezogenen Einkristalls, sondern der Einkristall wird auch aufgrund einer während des Ziehvorgangs wirkenden Torsionskraft so stark gekippt, dass die Haken oder Greifhalter außer Eingriff gelangen können, wodurch der Einkristall herabstürzt.
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Die
US 5,126,113 A offenbart eine Ziehvorrichtung, die einen Einkristall erzeugt und die eine Hauptziehvorrichtung sowie Unterziehvorrichtungen mit einem Haltemechanismus zum Greifen eines abgestuften Abschnitts des Einkristalls über Eingriffsmittel aufweist. Diese bekannte Vorrichtung offenbart keine Maßnahmen, eine Verkippung des Haltemechanismus zu verhindern. Durch derartige Verkippungen kann es zum Zerstören des Einkristalls während des Ziehvorgangs kommen.
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Die
JP 05-270 975 A offenbart eine Vorrichtung zum Ziehen von Kristallen, die einen Torsionsverhinderungsring aufweist. Dieser Torsionsverhinderungsring ist als runde Platte ausgebildet, in welcher zwei Führungslöcher an Orten vorgesehen sind, wo zwei Unterziehdrähte durch die Platte hindurchlaufen. Ein Hauptziehdraht ist in der Mitte des Torsionsverhinderungsrings befestigt und die beiden Führungslöcher liegen bezüglich der Mitte des Torsionsverhinderungsrings einander gegenüber. Dieser Aufbau sorgt dafür, dass ein Verdrehen der Unterziehdrähte gegenüber dem Hauptzugdraht zwischen dem Kopf und einem Zugring verhindert wird.
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Aus der
DE 27 29 176 A1 ist eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls aus einer Schmelze bekannt, die eine zylindrische Zugstange aufweist. Diese Zugstange ist mit einem axialen zylindrischen Hohlraum versehen, der an seinem einen Ende eine trichterförmige Öffnung besitzt. Auf der zylindrischen Oberfläche der Stange sind zwei gegenüberliegende Längsöffnungen angeordnet, die in den Hohlraum münden. Auf die Stange ist ein Schraubring aufgeschraubt, der durch Drehen um die Achse auf- und abwärts laufen kann. Um die Stange herum ist eine Feder gewickelt, deren unteres Ende über eine Scheibe auf dem Schraubring ruht. Eine Führungsstange, die über ein Seil mit einem Halter verbunden ist, und die in ihrem oberen Bereich mit einer Queröffnung versehen ist, ist im Hohlraum so aufgenommen, dass ein sich durch die Längsöffnungen und den Hohlraum der Zugstange erstreckender Stift auch durch die Queröffnung der Führungsstange verläuft. Der Stift liegt dabei auf der über die Feder am Schraubring abgestützten Scheibe auf, so dass die Führungsstange in Axialrichtung der Zugstange gegen die Federkraft verschiebbar im Hohlraum der Zugstange aufgenommen ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen zu schaffen, mit der Einkristalle wirkungsvoll und sicher hergestellt werden können, ohne dass der Einkristall beim Ziehvorgang herabstürzen kann, und zwar selbst dann, wenn ein schwererer Kristall gezogen wird, d. h. dass die Vorrichtung zuverlässig am am Einkristall vorhandenen gestuften Angreifteil angreifen soll.
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Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Wie es in 1 dargestellt ist, auf die später Bezug genommen wird, ist durch eine Erscheinungsform der Erfindung Folgendes geschaffen: eine Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen, mit einer Zieheinrichtung 52 zum Ausbilden eines gestuften Angreifteils 6 mit der Form eines umgekehrten Kegels durch Ziehen des durch einen Kristallkeimhalter 10 gehaltenen Einkristalls unter Drehung desselben, einem Haltemechanismus 11 zum Angreifen am gestuften Angreifteil des Einkristalls über Angreifelemente 15 und einer Metallkammer 53 zum Aufnehmen der Zieheinrichtung und des Haltemechanismus, dadurch gekennzeichnet, dass der Kristallkeimhalter einen solchen Aufbau aufweist, dass er ausfährt, wenn der Einkristall wachst; und der Haltemechanismus einen solchen Aufbau aufweist, dass er hochgezogen wird, während er sich synchron mit dem Halter dreht, nachdem er mittels der Angreifelemente am gestuften Angreifteil des Einkristalls angegriffen hat.
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Bei dieser Ziehvorrichtung weist der Kristallkeimhalter 10 eine Konstruktion auf, bei der ein oberer Halter an einem unteren Halter entlang gleiten kann, wobei eine elastische Feder eingebaut ist. Ferner ist es wünschenswert, dass der Haltemechanismus 11 so aufgebaut ist, dass er dadurch magnetisch schwebt, dass ein Magnet 55 an einer nach unten zeigenden Außenumfangsflache des Haltemechanismus angebracht ist und ein Magnet 55 auch an der nach oben zeigenden Innenumfangsflache der Metallkammer so vorhanden ist, dass er dem Magnet an der nach unten zeigenden Außenumfangsflache gegenübersteht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine geschnittene Längsansicht zum Veranschaulichen eines beispielhaften allgemeinen Aufbaus einer Ziehvorrichtung gemäß der Erfindung.
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2A und 2B sind geschnittene Längsansichten zum Veranschaulichen einer beispielhaften Konstruktion eines Kristallkeimhalters, wobei 2A ein Diagramm ist, das einen Fall zeigt, bei dem das Gewicht eines Einkristalls so groß wie ein Bezugswert oder kleiner ist, und 2B ein Diagramm ist, das einen Fall zeigt, bei dem der Kristallkeimhalter ausgefahren ist, wobei das Gewicht eines Einkristalls gleich groß wie der Bezugswert oder größer ist.
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3A bis 3C sind Diagramme zum Veranschaulichen der Konstruktion eines Angreifelements, das am Haltemechanismus der in 1 dargestellten Ziehvorrichtung vorhanden ist, wobei 3A ein Diagramm ist, das die allgemeine Konstruktion veranschaulicht, während die 3B und 3C Diagramme sind, die Details veranschaulichen.
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4 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen der Konstruktion eines Angreifelements, das an einem Ziehmechanismus der in 1 dargestellten Ziehvorrichtung vorhanden ist.
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Eine Ziehvorrichtung der Erfindung unterwirft einen Kristallkeim dadurch einem Halseinschnürungsprozess, dass sie dafür sorgt, dass eine Zieheinrichtung als Erstes den Kristallkeim in Kontakt mit der Oberfläche einer Schmelze bringt und danach den Kristallkeim unter Drehung des Kristalls hochzieht und dann einen gestuften Angreifteil eines Einkristalls in Form eines ungekehrten Kegels ausbildet, woraufhin sie eine Schulter ausbildet und schließlich das Volumen des Einkristalls zieht. Andererseits wird, während das Gewicht des Einkristalls mit dem Wachstum desselben zunimmt, die Funktion eines in einer Metallkammer bereitstehenden Haltemechanismus hinsichtlich des Haltens des Einkristalls gestartet, bevor das Gewicht des Einkristalls die Grenze der Belastung erreicht, die vom Halseinschnürungsabschnitt getragen werden kann.
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Ein spezieller Betriebsablauf der Vorrichtung ist der folgende. Zu Beginn eines Ziehvorgangs wird dafür gesorgt, dass der Haltemechanismus drehbar in einer vorbestimmten Höhe in der Metallkammer bereitsteht. Z. B. ist es erwünscht, dass der Haltemechanismus bereitsteht, während er durch Magnetkraft schwebt. Ferner wird als Angreifelement des Haltemechanismus ein Klemmmechanismus unter Verwendung eines Klemmhebels oder eines Verbindungshebels verwendet.
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Der gestufte Angreifteil des Einkristalls wird angehoben, wenn die Zieheinrichtung den Einkristall zieht, und er tritt in Kontakt mit dem Haltemechanismus, der in einer oberen Stellung bereitstand. Dabei werden, da die am Haltemechanismus vorhandenen Angreifelemente Klemmhebel oder dergleichen verwenden, die Angreifelemente geöffnet, während sie durch den gestuften Angreifteil des Einkristalls mit der Form eines umgekehrten Kegels nach oben gedrückt werden, wodurch der Abschnitt des gestuften Angreifteils mit großem Durchmesser hindurchlaufen kann. Nachdem dieser Abschnitt 7 hindurchgelaufen ist, schließen die Angreifelemente des Haltemechanismus durch ihr Eigengewicht, um sich an die Form des gestuften Angreifteils des Einkristalls anzupassen. Ferner wird, wenn die Angreifelemente die oben genannten Konstruktion aufweisen, durch die Funktion der Verbindungshebel oder der Klemmhebel eine Selbstklemmfunktion ausgeführt, wenn das Gewicht des Einkristalls auf die Angreifelemente wirkt. Im Ergebnis ermöglicht die Selbstklemmfunktion ein zuverlässiges Festhalten des Einkristalls am gestuften Angreifteil, wodurch selbst dann kein Problem besteht, wenn der gestufte Angreifteil an einem gezogenen Einkristall ungleichmäßig geformt ist oder die Ziehposition verschoben ist.
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Ein Kristallkeimhalter weist eine solche Konstruktion auf, dass er ausfährt, wenn ein Einkristall wächst, wodurch er ausfährt, wenn das Gewicht eines Einkristalls im Verlauf seines Ziehvorgangs einen vorbestimmten Wert erreicht. Im Ergebnis belastet das Gewicht des Einkristalls die Angreifelemente, wodurch sie zuverlässig am gestuften Angreifteil des Einkristalls angreifen und diesen festhalten. Wenn der Haltemechanismus den gestuften Angreifteil eines Einkristalls mittels seiner Angreifelemente auf diese Weise ergreift, dreht sich der Haltemechanismus mit derselben Geschwindigkeit wie die Zieheinrichtung, da er durch die Metallkammer drehbar gelagert ist. Außerdem ist, wie es später beschrieben wird, der Haltemechanismus so konzipiert, dass er nach oben gezogen wird, während er durch Flansche getragen wird, die am Außenumfang des Kristallkeimhalters vorhanden sind. So wird der Haltemechanismus, nachdem er am gestuften Angreifteil angegriffen hat, nach oben gezogen, während er sich synchron mit der Zieheinrichtung dreht. Nachfolgend wird ein spezieller beispielhafter Aufbau der Ziehvorrichtung der Erfindung auf Grundlage der Zeichnungen beschrieben.
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1 ist eine geschnittene Längsansicht, die einen beispielhaften allgemeinen Aufbau der Ziehvorrichtung veranschaulicht. Wie es in 1 dargestellt ist, ist ein Tiegel 1 im Zentrum einer Metallkammer 53 vorhanden, der eine Schmelze 2 von Polysilizium enthält, das als Ausgangsmaterial dient. Über dem Tiegel 1 befinden sich ein Kristallkeimhalter 10 und ein Haltemechanismus 11. Ferner befindet sich über dem Halter 10 und dem Mechanismus 11 eine Zieheinrichtung 52, die einen Siliziumeinkristall 3 unter Drehung desselben zieht.
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Von der Zieheinrichtung 52 hängt ein Draht 51 herab, und der Kristallkeimhalter 10 ist am unteren Ende desselben befestigt. Ferner wird die Zieheinrichtung 52 durch eine nicht dargestellte Konstruktion in einer vorbestimmten Richtung gedreht, um einen Einkristall während des Ziehvorgangs mit konstanter Drehzahl zu drehen. Im Ergebnis wird der durch den Kristallkeimhalter 10 gehaltene und durch die Zieheinrichtung 52 gezogene Einkristall unter Drehung angehoben. Ferner ist der Kristallkeimhalter 10 so konstruiert, dass er ausfährt, wenn der Einkristall wächst.
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Die 2A und 2B sind geschnittene Längsansichten, die eine beispielhafte Konstruktion des Kristallkeimhalters veranschaulichen, wobei 2A einen Fall zeigt, bei dem das Gewicht eines Einkristalls einem Bezugswert entspricht oder kleiner ist, und 2B einen Fall zeigt, bei dem der Kristallkeimhalter ausgefahren ist, wobei das Gewicht des Einkristalls gleich groß wie der Bezugswert oder größer ist. Der am distalen Ende des Drahts 51 befestigte Kristallkeimhalter 10 verfügt über eine Konstruktion, bei der ein oberer Halter 10a und ein unterer Halter 10b gegeneinander verschiebbar sind und wobei diese Halter 10a und 10b durch eine elastische Feder, genauer gesagt, eine vorbelastete Druckfeder 10c, auf einer vorbestimmten Länge gehalten werden. Wenn jedoch eine Last über einem Bezugswert auf den Kristallkeimhalter 10 wirkt, wird die Druckfeder 10c zusammengedrückt, so dass der obere Halter 10a entlang dem unteren Halter 10b gleitet, wodurch der Kristallkeimhalter 10 unmittelbar ausfährt. Ferner wirkt, da der Außendurchmesser eines Bunds 10d am oberen Halter 10a größer als ein Ziehloch 11a im Zentrum des Haltemechanismus 11 ist, der Bund 10d des Kristallkeimhalters als Einrichtung zum Hochziehen des Haltemechanismus 11.
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Der Haltemechanismus 11 ist so konzipiert, dass er durch eine Bereitschafts-Positioniereinrichtung 54, die an der Innenumfangsfläche der Metallkammer 53 vorhanden ist, drehbar gehalten wird. D. h., dass an der nach oben zeigenden Innenumfangsfläche der Bereitschafts-Positioniereinrichtung 54 ein Magnet 55 vorhanden ist, und auch an der nach unten zeigenden Außenumfangsfläche des Haltemechanismus ein ringförmiger Magnet 55 mittels Aufnahmehebeln 56 so vorhanden ist, dass er dem Magnet 55 an der Positioniereinrichtung 54 gegenübersteht. Im Ergebnis dieser Anordnung ist der Haltemechanismus 11 so konstruiert, dass er mittels der Aufnahmehebel 56 magnetisch schwebt. Die Angreifelemente 15 sind am unteren Endabschnitt der Innenfläche des Halters vorhanden. Es ist zu beachten, dass, wie es in der Bezugszeichnung von 1 dargestellt ist, die Aufnahmehebel 56 von verdrehbarem Typ sind, weswegen der Haltemechanismus 11 (der Halter 12 ist in der Bezugszeichnung als Haltemechanismus dargestellt) durch den Drehvorgang dieser Hebel nach oben und unten laufen kann, ohne durch die Bereitschafts-Positioniereinrichtung 54 und den ringförmigen Magnet 55 eingestellt zu werden.
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Die Konstruktion jedes Angreifelements am Haltemechanismus der Ziehvorrichtung kann auf Grundlage der 4 beschrieben werden. Die Angreifelemente sind am unteren Endabschnitt der Innenfläche des Halters 12 vorhanden, und es sind mehrere Klemmhebel 15 drehbar gelagert. Im Ergebnis können sich die Klemmhebel 15 um die an der Seite des Halters 12 vorhandenen Drehpunkte im Wesentlichen senkrecht nach oben drehen. Wenn sie jedoch einmal nach unten belastet werden, können die Klemmhebel 15 durch ihre Selbstklemmfunktion angemessen am gestuften Angreifteil eines Einkristalls angreifen. Insbesondere ist der in 4 dargestellte Klemmmechanismus einfach aufgebaut. Außerdem kann, da ein Einkristall mit den Endflächen der Klemmhebel festgeklemmt wird, die Länge des sich verjüngenden Abschnitts des gestuften Angreifteils des Einkristalls relativ kurz gehalten werden.
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Insbesondere ist 4 ein Diagramm zum Veranschaulichen der Konstruktion jedes Angreifelements am Haltemechanismus des Ausführungsbeispiels. Die Angreifelemente sind am unteren Endteil der Innenfläche des Halters 12 vorhanden, und es sind mehrere Klemmhebel 15 drehbar gelagert. Im Ergebnis können sich die Klemmhebel 15 um Drehpunkte, die seitens des Halters 12 vorhanden sind, im Wesentlichen senkrecht nach oben verdrehen. Wenn sie jedoch einmal in Abwärtsrichtung belastet sind, können die Klemmhebel 15 am gestuften Angreifteil eines Einkristalls aufgrund ihrer Selbstklemmfunktion angreifen. So ist der Klemmmechanismus unter Verwendung der Angreifelemente des Ausführungsbeispiels einfach ausgebildet. Außerdem kann, da ein Einkristall durch die Endfläche der Klemmhebel geklemmt wird, die Länge des verjüngten Abschnitts des gestuften Angreifteils des Einkristalls relativ kurz sein.
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Als anderer Typ eines Angreifelements am Haltemechanismus kann ein solches mit der in 3 dargestellten Konstruktion verwendet werden. D. h., dass das Angreifelement einen einzelnen Klemmhaken 13 und einen oberen und einen unteren Verbindungshebel 14 für den Haken 13 aufweist. Die Verbindungshebel 14 können auf beliebige Weise am Halter 12 befestigt sein, solange sie drehbar gelagert sind. In ähnlicher Weise kann der Klemmhaken 13 auf beliebige Weise an den Verbindungshebeln 14 befestigt sein, solange er drehbar gelagert ist. Es ist zu beachten, dass dann, wenn an mindestens einem der Verbindungsabschnitte des oberen und unteren Verbindungshebels 14 ein Langloch 35 mit einem Innendurchmesser über dem Durchmesser eines Stifts 34 vorhanden ist, die Angreifflächen der Klemmhaken 13 sich gut an den gestuften Angreifteil anpassen können. Demgemäß ist diese Anordnung wünschenswerter.
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Die 3A, 3B und 3C zeigen Diagramme zum Veranschaulichen der Konstruktion jedes Angreifelements am Haltemechanismus des Ausführungsbeispiels, wobei 3A die allgemeine Konstruktion zeigt und die 3B und 3C Einzelheiten in Abschnitten X und Y der allgemeinen Konstruktion zeigen. Wie es aus den 3A, 3B und 3C erkennbar ist, ist das Angreifelement am unteren Ende der Innenfläche des Halters 2 angeordnet, und es umfasst einen einzelnen Klemmhaken 13 sowie einen oberen und einen unteren Verbindungshebel 14 für denselben. Die Verbindungshebel 14 können in beliebiger Weise am Halter 12 befestigt sein, und der Klemmhaken 13 kann in beliebiger Weise an den Verbindungshebeln 14 befestigt sein, solange die Verbindungshebel 14 und der Haken 13 verdrehbar gelagert sind. 5
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Wie es in den Einzelheiten des Abschnitts X in 3B dargestellt ist, ist ein Langloch 35, dessen Durchmesser größer als der eines Stifts 34 ist, in mindestens einem der Verbindungsabschnitte des oberen und unteren Verbindungshebels 14 angeordnet. Durch diese Anordnung können selbst dann, wenn der gestufte Angreifteil ungleichmäßige Form aufweist, die Angreifflächen der Klemmhaken in eine einzelne Stellung eingestellt werden, um an jede Form des gestuften Angreifteils anpassbar zu sein, weswegen die Angreifelemente selbst einen schweren Einkristall zuverlässig ergreifen können. Ferner kann, wie es in den Einzelheiten zum Abschnitt Y in 3C dargestellt ist, die Angreifelemente einen Einkristall zuverlässiger ergreifen, wenn an der Angreiffläche jedes Klemmhakens viele sägezahnförmige oder gewellte Vorsprünge vorhanden sind. Es ist zu beachten, dass der Klemmhaken wünschenswerterweise aus einem hochschmelzenden Metall, wie Molybdän, das hohe Beständigkeit gegen hohe Temperaturen zeigt und nicht verunreinigend ist, hergestellt ist. Es ist ferner zu beachten, dass der Kontaktwinkel Θ; zwischen den 5 gewellten Vorsprüngen und dem gestuften Angreifteil, wie in 3C dargestellt, wünschenswerter Weise auf 90° oder mehr eingestellt ist.
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Durch Verwenden der in den 3A bis 3C dargestellten Konstruktion für jedes Angreifelement üben die Angreifelemente, wenn das Gewicht eines Einkristalls an den Klemmhaken 13 und den Verbindungshebeln 14 hängt, durch die Funktion der oben beschriebenen Verbindungshebel eine Selbstklemmfunktion aus, weswegen sie den gestuften Angreifteil eines Einkristalls 5 angemessen halten können. Ferner müssen mehrere Angreifelemente am Innenumfang des Halters 12 vorhanden sein, und beim Ausführungsbeispiel wurden mindestens drei Angreifelemente angebracht, um eine Positionsverschiebung zu verhindern.
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Wenn die in den oben genannten 3 und 4 dargestellten Konstruktionen als Angreifelemente zu verwenden sind, müssen mehrere Angreifelemente an der Innenumfangsfläche des Halters 12 vorhanden sein, und es ist erwünscht, dass, wie oben beschrieben, mindestens drei Angreifelemente vorhanden sind, um Probleme hinsichtlich einer ungleichmäßigen Form des gestuften Angreifteils eines Einkristalls und dessen Verschiebung gegenüber der korrekten Ziehposition zu beseitigen.
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Als Nächstes wird ein spezieller Betriebsablauf beschrieben. Zu Beginn des Ziehens eines Einkristalls wird der Haltemechanismus 11 durch die an der Innenumfangsfläche der Metallkammer 53 vorhandene Bereitschafts-Positioniereinrichtung 54 magnetisch in der Schwebe gehalten, und er steht fest, während er drehbar gelagert ist. Andererseits wird an Kristallkeimhalter 10 am distalen Ende des Drahts 51, der durch die Zieheinrichtung 52 aufzuwickeln ist, ein Kristallkeim 9 befestigt, der dann mit dem zentralen Teil der Oberfläche einer Siliziumschmelze 2 in Kontakt gebracht wird. Danach wird die Zieheinrichtung 52 betrieben, um den Kristallkeim 9 unter Drehung des Kristalls langsam anzuheben, um dadurch einen Halseinschnürungsabschnitt 8 auszubilden. Dann wird die Ziehgeschwindigkeit des Einkristalls verringert, um seinen Durchmesser zu erhöhen, um dadurch den Abschnitt 7 mit großem Durchmesser auszubilden. Danach wird der Durchmesser des Einkristalls allmählich so verringert, dass er so klein wie ein eingeschnürter Abschnitt 5 ist, um dadurch einen gestuften Angreifteil 6 auszubilden, der die Form eines umgekehrten Kegels aufweist.
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Nachdem der gestufte Angreifteil 6 erzeugt wurde, wird der Durchmesser des Einkristalls erneut erhöht, um dadurch eine Schulter 4 auszubilden. Danach werden die Zieh- und Drehgeschwindigkeiten auf reguläre Werte eingestellt, so dass der Ablauf zum nächsten Schritt des Ziehens eines Volumeneinkristalls 3 mit vorbestimmtem Durchmesser übergeht.
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Nachdem der Schritt des Ziehens eines Einkristalls mit vorbestimmtem Durchmesser gestartet wurde, wird der gestufte Angreifteil 6 des Einkristalls im Verlauf des Ziehvorgangs angehoben, und er tritt in Kontakt mit dem Haltemechanismus 11, der in der oberen Stellung in Bereitschaft stand. Dabei treten die Klemmhebel 15 in Kontakt mit dem Abschnitt 7 großen Durchmessers des Einkristalls, wodurch sie hochgedrückt werden und öffnen, so dass der Abschnitt 7 großen Durchmessers hindurchtreten kann. Nachdem der Abschnitt 7 großen Durchmessers des gestuften Angreifteils hindurchgelaufen ist, schließen die Klemmhebel 15 des Haltemechaismus 11 durch ihr Eigengewicht, um sich an die Form des gestuften Angreifteils des Einkristalls anzupassen.
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Wenn der Einkristall-Ziehvorgang weiter fortschreitet, wächst das von der Halseinschnürung 8 zu tragende Gewicht. Jedoch ist die Ausbildung dergestalt, dass sich die im Kristallkeimhalter 10 eingebaute Druckfeder zu verformen beginnt, wenn das Gewicht des gezogenen Einkristalls den Bezugswert erreicht, bevor dieses Gewicht die Festigkeitsgrenze der Halseinschnürung 8 erreicht hat. Die Druckfeder 10c wird durch den Einkristall zusammengedrückt, wenn dessen Gewicht den Bezugswert erreicht oder überschritten hat, was dann bewirkt, dass der obere Halter 10a am unteren Halter 10b entlanggleitet, was ein Ausfahren des Kristallkeimhalters 10 bewirkt. Im Ergebnis lastet das Gewicht des Einkristalls unmittelbar auf den Angreifelementen 15, weswegen diese zuverlässig am gestuften Angreifteil des Einkristalls angreifen.
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Dabei wird der Haltemechanismus, da er durch die Metallkammer drehbar gelagert ist, nachdem er mit dem gestuften Angreifteil des Einkristalls in Eingriff getreten ist, über diesen gestuften Angreifteil mit der Zieheinrichtung integriert, so dass er sich mit derselben Drehzahl wie diese dreht. Andererseits ist bei der Vorrichtung dieses Ausführungsbeispiels der Außendurchmesser des Bunds 10d am Kristallkeimhalter 10 größer als der Innendurchmesser des Ziehlochs 11a, das im Zentrum des Haltemechanismus vorhanden ist. Daher trägt der am oberen Halter 10a vorhandene Bund 10d den Haltemechanismus 11 entweder dann, wenn der Kristallkeimhalter durch die Zieheinrichtung weiter hochgefahren wird oder wenn er als Ergebnis einer weiteren Verformung der. Druckfeder ausfährt. Demgemäß wird der Haltemechanismus, nachdem er am gestuften Angreifteil des Einkristalls angegriffen hat und dann durch den oberen Halter getragen wird, nach oben gezogen, während er sich synchron mit der Zieheinrichtung dreht.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen umfasst eine Zieheinrichtung zum Ausbilden eines gestuften Angreifteils an einem Einkristall sowie einen Haltemechanismus zum Ergreifen des gestuften Angreifteils des Einkristalls. Die Vorrichtung sorgt dafür, dass der Haltemechanismus seine Funktion des Haltens des Einkristalls startet, bevor das Gewicht des Einkristalls die Grenze der Belastung erreicht hat, die von der Halseinschnürung getragen werden kann, während das Gewicht des Einkristalls. in Verbindung mit dem Fortschritt des Ziehvorgangs zunimmt. So kann die Vorrichtung selbst beim Ziehen eines schweren Einkristalls zuverlässig an diesem angreifen, um dadurch eine sichere Herstellung von Einkristallen ohne Unfälle durch Herabstürzen zu realisieren.
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Daher sind die erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum Ziehen von Einkristallen für eine Ziehtechnologie geeignet, die den Erfordernissen erhöhten Wirkungsgrads bei der Herstellung von Halbleitern genügt, weswegen sie auf dem Gebiet der Herstellung von Siliziumeinkristallen für Halbleiter verwendbar sind.